氣體吸附分離裝置制造方法
【專利摘要】一種氣體吸附分離裝置，其具備多座吸附槽，該吸附槽使混合氣體通過而與吸附劑接觸來吸附混合氣體中的1種以上的氣體成分，在該多座吸附槽中交替地進行吸附工序和解吸工序、或者交替地進行吸附工序、清洗工序和解吸工序，其中，各吸附槽為縱圓筒型，吸附槽的內部被間隔成在水平方向上并列的5個區(qū)域，這些區(qū)域中的中央的區(qū)域構成為氣體流入?yún)^(qū)域（A），與該氣體流入?yún)^(qū)域（A）相鄰的兩側的區(qū)域構成為氣體吸附區(qū)域（B1、B2），與各個所述氣體吸附區(qū)域（B1、B2）分別相鄰的最外側的區(qū)域構成為廢氣流出區(qū)域（C1、C2）。
【專利說明】氣體吸附分離裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于通過變壓吸附法等從混合氣體中吸附、分離特定氣體成分的氣體吸附分離裝置。
【背景技術】
[0002]作為混合氣體的分離方法,一直以來采用了變壓吸附法(PSA法=Pressure SwingAdsorption)。該方法是如下這樣的方法:使對于混合氣體中的I種以上氣體成分的吸附力高的吸附劑接觸混合氣體，使該氣體成分吸附于吸附劑，并濃縮其它氣體成分，接下來，通過降低槽內壓力來使所吸附的氣體成分脫離于吸附劑而進行分離。
[0003]變壓吸附法作為混合氣體的分離方法在各種領域中得到了利用。該變壓吸附法通常多是作為從混合氣體中分離特定的氣體成分來制造高純度氣體的方法而使用。作為利用變壓吸附法從混合氣體中吸附、分離(制造)的高純度氣體，例如有氫、氧、二氧化碳、一氧化碳等。
[0004]執(zhí)行這樣的方法:采用變壓吸附法，以空氣為原料使吸附劑吸附氮氣來制造高純度的氧氣。這種情況下，以往，作為吸附劑，采用了用鈣進行離子交換后的X型沸石，但近年來采用了用對氮的吸附性能高的鋰進行離子交換后的X型沸石。另外，在基于包含50?80vol%左右的氫氣的混合氣體、例如石油化工產(chǎn)業(yè)中的碳化氫或乙醇類、乙醚類的分解氣體或改性氣體、制鐵業(yè)中的焦炭爐氣等來制造氫氣時，采用了對吸附劑使用A型沸石的變壓吸附法。
[0005]在基于這種變壓吸附法的氧氣或氫氣的制造中，用吸附劑吸附不需要的氣體成分來制造高濃度且高純度的必要氣體成分。
[0006]另一方面，將鍋爐廢氣或燃燒廢氣作為原料，利用變壓吸附法來制造化學原料或干冰用的二氧化碳。在該制造中采用了活性炭系的吸附劑或Y型沸石系的吸附劑。并且，將制鐵業(yè)的轉爐氣體作為原料，利用變壓吸附法來制造化學原料用的一氧化碳。在該制造中，采用了沸石系的吸附劑或銅(I)/鋁系的吸附劑。
[0007]在這樣的基于變壓吸附法的二氧化碳或一氧化碳的制造中，使吸附劑吸附必要的氣體成分使其脫離，由此來制造高純度的必要氣體成分。
[0008]如上所述，根據(jù)氣體種類和吸附劑的特性，已開發(fā)并應用了各種基于變壓吸附法的氣體分離系統(tǒng)，但是，關于其最重要的部分即氣體吸附分離裝置的變壓吸附裝置，在結構上沒有顯著區(qū)別。即，如后述的圖1OA和圖1OB所示，通常是在吸附塔的中央部分填充有吸附劑的結構。
[0009]另一方面，關于變壓吸附裝置中的氣體分離操作，存在用于回收所吸附的氣體的方法和用于回收未吸附的氣體的方法這兩種。例如，用于回收所吸附的氣體的方法一般由下面的(I)?(3 )三個工序構成。
[0010](I)吸附工序，在該吸附工序中，將氣體導入吸附塔中，并使吸附劑吸附氣體；
[0011](2)清洗工序，在該清洗工序中，將高純度的氣體導入吸附塔中，來清除不需要的氣體；
[0012](3)解吸工序，在該解吸工序中，使吸附塔的壓力低于清洗工序時的吸附塔的壓力，來回收吸附氣體。
[0013]并且，例如在從混合氣體中回收二氧化碳的情況下，以50?IOOkPa左右的壓力進行吸附工序，接下來，在大氣壓下導入高純度的二氧化碳來清除不需要的氣體，最后減壓至真空從而能夠獲得高純度的二氧化碳。清洗工序所需要的高純度的二氧化碳是從進行解吸工序的吸附塔供給的。
[0014]另外，現(xiàn)有的氣體吸附分離裝置的結構大致分為圓筒型和枕型。其中，如圖1OA所示，具有圓筒型塔結構的氣體吸附分離裝置是這樣的結構:從下方導入由混合氣體組成的原料氣體，并使填充于氣體吸附部中的吸附劑吸附氣體成分。當其大型化時，氣體吸附部的層厚變大，氣體通過時的壓力損失變大。因此，如圖1OB所示，在壓力損失成為問題的低壓大型裝置中采用枕型形狀。
[0015]該枕型的氣體吸附分離裝置通過加大枕長而能夠應對大型化的要求，因此能夠將氣體吸附部的層厚抑制得較低，能夠在壓力損失也較低的狀態(tài)下進行運轉。但是，在枕型的情況下，需要將壓力損失抑制得較低，而且無法增大吸附劑相對于容積的填充率(體積比率)，因此存在這樣的問題:與裝置增大的比例相比，其氣體處理量并未增大多少。
[0016]以往，為了消除這樣的問題而提出了各種方案。專利文獻I提出了在圓筒型的氣體分離裝置中呈圓環(huán)狀填充吸附劑的方案。在該裝置中，通過使吸附劑的填充結構成為圓環(huán)狀來增大氣體分散板面積，從而抑制壓力損失。
[0017]另外，作為能夠獲得較大的氣體處理量的方法，提出了快速變壓吸附(RPSA)法。專利文獻2示出了利用RPSA法從混合氣體中回收氫氣的方法。該方法是如下這樣的方法:分割吸附塔內的吸附層，從吸附層的外側的一方導入混合氣體，使不需要的氣體成分吸附于吸附層，從吸附層之間的區(qū)域回收除去了不需要的氣體成分的高純度的氣體，并且，將該高純度的氣體導入另一方的吸附層，使吸附層內所吸附的不需要的成分脫離，并將該不需要的氣體成分從吸附劑的另一方的外側的區(qū)域排出至系統(tǒng)外。
[0018]并且，專利文獻3和專利文獻4同樣示出了分割吸附層的方法。特別是在專利文獻3中記載了用于變壓吸附法的前處理等的為了去除水分和二氧化碳而考慮出的方法。
[0019]現(xiàn)有技術文獻
[0020]專利文獻
[0021]專利文獻1:日本特開平1-164417號公報
[0022]專利文獻2:日本特開平4-267919號公報
[0023]專利文獻3:日本特開平1-159019號公報
[0024]專利文獻4:日本特開2009-274024號公報

【發(fā)明內容】

[0025]發(fā)明所要解決的問題
[0026]但是，在將專利文獻I所記載的裝置進行實際生產(chǎn)時，由于該裝置是用分散板來構成形成為圓環(huán)的間隔件的結構，因此存在以下這樣的問題。即，通常，吸附劑是粒徑2?3mm左右的粒狀，因此需要使分散板成為形成有多個作為1_左右的開口的氣體通孔的結構。但是，在這樣的裝置的情況下，很難在通過加強來保持分散板的強度的同時確保圓環(huán)的精度。此外，可以想到，在大型氣體吸附分離裝置的高度方向的整個高度上對齊兩個圓環(huán)狀分散板的中心也是相當困難的。另外，即使能夠實現(xiàn)這些目的，也將成為非常昂貴的裝置。
[0027]專利文獻2所記載的方法對于分離氫氣等難以吸附的氣體有效，但難以應用于二氧化碳等這樣的易吸附的氣體。另外，在該方法中，僅利用兩個吸附層的壓差來實施運轉，因此，無法應用于如上述的二氧化碳分離那樣需要數(shù)十?數(shù)百kPa的壓差的分離。
[0028]并且，在專利文獻3所記載的方法中，通過分割吸附層，使得吸附層所引起的壓力損失降低且提高了體積效率，但是，其結構是用于去除氣體中的雜質的結構，無法高純度地回收如二氧化碳這樣吸附的氣體。
[0029]另外，在專利文獻4所記載的方法中，雖然具有能夠將單元分割后進行輸送這樣的特征，但由于整體的結構是四邊形，因此難以像上述的二氧化碳分離那樣向內部施加數(shù)十?數(shù)百kPa的壓力。
[0030]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的是解決現(xiàn)有技術的課題并提供一種氣體吸附分離裝置，該氣體吸附分離裝置能夠沒有問題地應用于二氧化碳從混合氣體的吸附分離，并且，即使裝置大型化也能夠提高吸附劑相對于容積的填充率，而且能夠以簡單的結構廉價地獲得該氣體吸附分離裝置。
[0031]解決問題的手段
[0032]為了解決上述技術問題并實現(xiàn)上述目的，第I發(fā)明的氣體吸附分離裝置具備多座吸附槽，所述吸附槽使混合氣體通過而與吸附劑接觸來吸附混合氣體中的I種以上的氣體成分，在該多座吸附槽中交替地進行吸附工序和解吸工序、或者交替地進行吸附工序、清洗工序和解吸工序，所述氣體吸附分離裝置的特征在于，各個吸附槽為縱圓筒型，吸附槽的內部被間隔成在水平方向上并列的5個區(qū)域，這些區(qū)域中的中央的區(qū)域構成為氣體流入?yún)^(qū)域，與該氣體流入?yún)^(qū)域相鄰的兩側的區(qū)域構成為氣體吸附區(qū)域，與各個所述氣體吸附區(qū)域分別相鄰的最外側的區(qū)域構成為廢氣流出區(qū)域。
[0033]第2發(fā)明的氣體吸附分離裝置具備多座吸附槽，所述吸附槽使混合氣體通過而與吸附劑接觸來吸附混合氣體中的I種以上的氣體成分，在該多座吸附槽中交替地進行吸附工序和解吸工序、或者交替地進行吸附工序、清洗工序和解吸工序，所述氣體吸附分離裝置的特征在于，各個吸附槽為枕型，吸附槽的內部被間隔成在高度方向上并列的5個區(qū)域，這些區(qū)域中的中央的區(qū)域構成為氣體流入?yún)^(qū)域，與該氣體流入?yún)^(qū)域相鄰的上方和下方的區(qū)域構成為氣體吸附區(qū)域，與各個所述氣體吸附區(qū)域分別相鄰的最外側的區(qū)域構成為廢氣流出區(qū)域。
[0034]第3發(fā)明的氣體吸附分離裝置具備多座吸附槽，所述吸附槽使混合氣體通過而與吸附劑接觸來吸附混合氣體中的I種以上的氣體成分，在該多座吸附槽中交替地進行吸附工序和解吸工序、或者交替地進行吸附工序、清洗工序和解吸工序，所述氣體吸附分離裝置的特征在于，各吸附槽為枕型，吸附槽的內部被間隔成在水平方向上并列的5個區(qū)域，這些區(qū)域中的中央的區(qū)域構成為氣體流入?yún)^(qū)域，與該氣體流入?yún)^(qū)域相鄰的兩側的區(qū)域構成為氣體吸附區(qū)域，與各個所述氣體吸附區(qū)域分別相鄰的最外側的區(qū)域構成為廢氣流出區(qū)域。
[0035]本發(fā)明的氣體吸附分離裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，相鄰的區(qū)域之間被能夠供氣體通過的間隔壁隔開，氣體流入?yún)^(qū)域和廢氣流出區(qū)域是與氣體吸附區(qū)域之間使氣體穿過間隔壁而進出的空間部。
[0036]發(fā)明效果
[0037]根據(jù)本發(fā)明的氣體吸附分離裝置，即使在二氧化碳從混合氣體的吸附分離中也能夠沒有問題地應用，并且，即使裝置大型化也能夠提高吸附劑相對于容積的填充率，從而能夠實現(xiàn)裝置的緊湊化和效率的提高。
[0038]并且，由于吸附劑的層厚被分割成兩部分，因此能夠減小各吸附劑層的厚度，因此，既能夠降低壓力損失，又能夠縮短吸附和解吸所需的時間。而且，能夠以簡單的結構廉價地獲得。
[0039]進而，由于吸附槽為縱圓筒型或枕型，吸附裝置的寬度從混合氣體的氣體流入?yún)^(qū)域朝向氣體流出區(qū)域減小，因此，即使混合氣體的體積由于氣體吸附而減小，混合氣體的線速度也不會降低，因此能夠獲得可進一步縮短吸附所需的時間這一優(yōu)異的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是示意性地示出本發(fā)明的氣體吸附分離裝置的一個實施方式的立體圖。
[0041]圖2是示意性地示出構成圖1所示的氣體吸附分離裝置的一個吸附槽的立體圖。
[0042]圖3是圖2所示的氣體吸附分離裝置的水平剖視圖。
[0043]圖4是示意性地示出本發(fā)明的氣體吸附分離裝置的其它實施方式的側視圖。
[0044]圖5是示意性地示出構成圖4所示的氣體吸附分離裝置的一個吸附槽的側視圖。
[0045]圖6是示意性地示出本發(fā)明的氣體吸附分離裝置的其它實施方式的立體圖。
[0046]圖7是示意性地示出構成圖6所示的氣體吸附分離裝置的一個吸附槽的立體圖。
[0047]圖8是圖6所示的氣體吸附分離裝置的水平剖視圖。
[0048]圖9A是示出本發(fā)明的裝置與現(xiàn)有技術的裝置的體積利用率等的比較的概要圖。
[0049]圖9B是示出本發(fā)明的裝置與現(xiàn)有技術的裝置的體積利用率等的比較的概要圖。
[0050]圖1OA是示意性地示出現(xiàn)有的氣體分離裝置的概要圖。
[0051]圖1OB是示意性地示出現(xiàn)有的氣體分離裝置的概要圖。
【具體實施方式】
[0052]以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。另外，在下面的實施方式的所有附圖中，對相同或對應的部分附上相同的標號。并且，本發(fā)明不受以下所說明的實施方式限定。
[0053]本發(fā)明的氣體吸附分離裝置具備多座吸附槽即吸附塔，所述吸附槽使混合氣體通過而與吸附劑接觸，來吸附混合氣體中的I種以上的氣體成分。并且，該氣體吸附分離裝置在多座吸附槽中交替進行吸附工序和解吸工序、或者交替進行吸附工序、清洗工序和解吸工序。
[0054](第I實施方式)
[0055]圖1是示意性地示出本申請的第I發(fā)明的第I實施方式的氣體吸附分離裝置的立體圖。圖2是示意性地示出構成圖1所示的氣體吸附分離裝置的一個吸附槽即吸附塔的立體圖。圖3是圖1所示的吸附槽的水平剖視圖。
[0056]該第I實施方式的氣體吸附分離裝置具備3座吸附槽X1?x3，在這3座吸附槽X1?X3中分別按照吸附工序、清洗工序、解吸工序的順序交替進行這些工序。另外,氣體吸附分離裝置也可以是這樣的裝置:具備2座吸附槽，在這2座吸附槽中交替進行吸附工序和解吸工序，即，不進行清洗工序。
[0057]各吸附槽X為縱圓筒型，吸附槽X的內部被間隔成在水平方向上并列的5個區(qū)域。這5個區(qū)域中的中央的區(qū)域構成了氣體流入?yún)^(qū)域A，與該氣體流入?yún)^(qū)域A相鄰的兩側的區(qū)域構成了氣體吸附區(qū)域V B2，分別與這些氣體吸附區(qū)域B2相鄰的最外側的區(qū)域構成了廢氣流出區(qū)域Cp C2。另外，吸附槽X的徑向上的截面形狀也可以是橢圓形。
[0058]為了隔開各個區(qū)域而沿著吸附槽X的筒軸方向設置的由分散板構成的間隔壁I由在整個表面上都具有小孔的例如金屬網(wǎng)等多孔板構成，所述小孔能夠在將粒狀的吸附劑保持于氣體吸附區(qū)域BpB2內的同時使氣體通過。在本第I實施方式中，間隔壁I呈直線狀間隔吸附槽X的內部，從而形成了各個區(qū)域。
[0059]氣體流入?yún)^(qū)域A和廢氣流出區(qū)域Q、C2是與氣體吸附區(qū)域BpB2之間使氣體穿過間隔壁I而進出的空間部。
[0060]與氣體流入?yún)^(qū)域A連接著用于供給混合氣體的氣體供給管2。并且，與各個廢氣流出區(qū)域Cp C2連接著氣體排出管3，該氣體排出管3用于排出吸附、分離了一部分混合氣體之后的氣體即濃縮了的氣體。氣體供給管2的混合氣體供給位置是任意的。例如，可以從氣體流入?yún)^(qū)域A的側面即吸附槽X的側部的I處以上、氣體流入?yún)^(qū)域A的端部即吸附槽X的上表面及下表面的I處以上的任意一方或雙方供給混合氣體。另外，也可以在氣體流入?yún)^(qū)域A中設置能夠在整個區(qū)域中均勻地供給混合氣體的分散噴嘴。
[0061]在這樣的氣體吸附分離裝置中，在處于吸附工序的吸附槽X1中通過氣體供給管2向氣體流入?yún)^(qū)域A導入混合氣體。導入該氣體流入?yún)^(qū)域A的混合氣體穿過由分散板構成的間隔壁I而流入氣體吸附區(qū)域1、B2，在此，根據(jù)吸附劑的特性來吸附混合氣體中的特定氣體成分，并按照氣相對非吸附成分進行濃縮。濃縮后的氣體穿過由分散板構成的間隔壁I流出到最外側的廢氣流出區(qū)域Cp C2，然后通過氣體排出管3排出。
[0062]在處于清洗工序的吸附槽X2中，在處于解吸工序的吸附槽X3中被解吸出的一部分高純度吸附氣體作為清洗氣體被供給到氣體流入?yún)^(qū)域A中。該清洗氣體穿過由分散板構成的間隔壁I從氣體吸附區(qū)域BpB2流入廢氣流出區(qū)域CpC2，由此，氣體吸附區(qū)域BpB2內的雜質氣體被清除至廢氣流出區(qū)域Cp C2，進行氣體吸附區(qū)域BpB2的清洗。流出到廢氣流出區(qū)域Cp C2的清洗廢氣通過氣體排出管3排出。
[0063]在處于解吸工序的吸附槽X3中，利用真空泵4使槽內壓力降低，使吸附氣體從吸附劑脫離，并回收高純度的氣體。并且,如上所述,將一部分所述高純度的氣體作為清洗氣體供給到處于清洗工序的吸附槽中。
[0064]關于吸附工序和解吸工序的壓力，只要將解吸壓力設定得比吸附壓力低即可。因此，例如可將吸附壓力設為大氣壓并將解吸壓力設為真空，也可以通過加壓來設定吸附壓力并將解吸壓力設為大氣壓或真空。
[0065]如上所述，在3座吸附槽X1?X3中，按照一定的時間依次實施3個工序，由此能夠從混合氣體中連續(xù)地制造高純度氣體。
[0066](第2實施方式)
[0067]圖4是示意性地示出本申請的第2發(fā)明的第2實施方式的氣體吸附分離裝置的側視圖。圖5是示意性地示出構成圖4所示的氣體吸附分離裝置的一個吸附槽的側視圖。
[0068]該第2實施方式的氣體吸附分離裝置也具備3座吸附槽X1?X3，在這3座吸附槽X1?X3中按照吸附工序、清洗工序、解吸工序的順序交替進行這些工序。另外,氣體吸附分離裝置也可以是這樣的裝置:具備2座吸附槽，在這2座吸附槽中交替進行吸附工序和解吸工序，即，不進行清洗工序。
[0069]各吸附槽X為枕型，吸附槽X的內部被間隔成在高度方向即上下方向上并列的5個區(qū)域。這5個區(qū)域中的中央的區(qū)域構成了氣體流入?yún)^(qū)域A，與該氣體流入?yún)^(qū)域A相鄰的上方和下方的區(qū)域構成了氣體吸附區(qū)域B2,分別與這些氣體吸附區(qū)域B2相鄰的最外側的區(qū)域構成了廢氣流出區(qū)域Cp C2。在此，枕型的吸附槽X是指橫圓筒型形狀的吸附槽，該筒兩端具有球面狀的圓度。另外，吸附槽X的徑向上的截面形狀也可以是橢圓形。
[0070]為了隔開各個區(qū)域而在吸附槽X內沿水平方向設置的由分散板構成的間隔壁I由在整個表面上都具有小孔的例如金屬網(wǎng)等多孔板構成，所述小孔能夠在將粒狀的吸附劑保持于氣體吸附區(qū)域BpB2內的同時使氣體通過。在本第2實施方式中，間隔壁I呈直線狀間隔吸附槽X的內部，從而形成了各個區(qū)域。
[0071]所述氣體流入?yún)^(qū)域A和廢氣流出區(qū)域Cp C2是與氣體吸附區(qū)域B2之間使氣體穿過間隔壁I而進出的空間部。
[0072]與所述氣體流入?yún)^(qū)域A連接著用于供給混合氣體的氣體供給管2。并且，與各個廢氣流出區(qū)域Cp C2連接著氣體排出管3，該氣體排出管3用于排出吸附、分離了一部分混合氣體之后的氣體即濃縮了的氣體。氣體供給管2的混合氣體供給位置是任意的。另外，也可以在氣體流入?yún)^(qū)域A中設置能夠在整個區(qū)域中均勻地供給混合氣體的分散噴嘴。
[0073]在這樣的氣體吸附分離裝置中，在處于吸附工序的吸附槽X1中通過氣體供給管2向氣體流入?yún)^(qū)域A導入混合氣體。導入該氣體流入?yún)^(qū)域A的混合氣體穿過由分散板構成的間隔壁I而流入上方和下方的氣體吸附區(qū)域1、B2，在此，根據(jù)吸附劑的特性來吸附混合氣體中的特定氣體成分，并按照氣相對非吸附成分進行濃縮。濃縮后的氣體穿過由分散板構成的間隔壁I流出到位于上方和下方的最外側的廢氣流出區(qū)域CpC2，然后經(jīng)由氣體排出管3排出。
[0074]在處于清洗工序的吸附槽X2中，在處于解吸工序的吸附槽X3中被解吸出的一部分高純度的吸附氣體作為清洗氣體被供給到氣體流入?yún)^(qū)域A中。該清洗氣體穿過由分散板構成的間隔壁I從上方和下方的氣體吸附區(qū)域1、B2流入廢氣流出區(qū)域Cp C2,由此，氣體吸附區(qū)域BpB2內的雜質氣體被清除至廢氣流出區(qū)域CpC2，進行氣體吸附區(qū)域BpB2的清洗。流出到廢氣流出區(qū)域Cp C2的清洗廢氣通過氣體排出管3排出。
[0075]在處于解吸工序的吸附槽X3中，利用真空泵4使槽內壓力降低，使吸附氣體從吸附劑脫離，并回收高純度的氣體。并且,如上所述,將一部分所述高純度的氣體作為清洗氣體供給到處于清洗工序的吸附槽中。
[0076]關于吸附工序和解吸工序的壓力，只要將解吸壓力設定得比吸附壓力低即可。因此，例如可將吸附壓力設為大氣壓并將解吸壓力設為真空，也可以通過加壓來設定吸附壓力并將解吸壓力設為大氣壓或真空。
[0077]如上所述，在3座吸附槽X1?X3中，按照一定的時間依次實施3個工序，由此能夠從混合氣體中連續(xù)地制造高純度氣體。[0078](第3實施方式)
[0079]圖6是示意性地示出本申請的第3發(fā)明的第3實施方式的氣體吸附分離裝置的立體圖。圖7是示意性地示出構成圖6所示的氣體吸附分離裝置的一個吸附槽即吸附塔的立體圖。圖8是圖6所示的吸附槽的水平剖視圖。
[0080]該第3實施方式的氣體吸附分離裝置也具備3座吸附槽X1?x3，在這3座吸附槽X1?X3中，按照吸附工序、清洗工序、解吸工序的順序交替進行這些工序。另外，氣體吸附分離裝置也可以是這樣的裝置:具備2座吸附槽，在這2座吸附槽中交替進行吸附工序和解吸工序，即，不進行清洗工序。
[0081]各吸附槽X為枕型，吸附槽X的內部被間隔成在水平方向上并列的5個區(qū)域。這5個區(qū)域中的中央的區(qū)域構成了氣體流入?yún)^(qū)域A，與該氣體流入?yún)^(qū)域A相鄰的兩側的區(qū)域構成了氣體吸附區(qū)域B2,分別與這些氣體吸附區(qū)域B2相鄰的最外側的區(qū)域構成了廢氣流出區(qū)域Q、C2。如上所述，枕型的吸附槽X是指橫圓筒型形狀的吸附槽，該筒兩端具有球面狀的圓度。另外，吸附槽X的徑向上的截面形狀也可以是橢圓形。
[0082]為了隔開各個區(qū)域而在吸附槽X內沿水平方向設置的由分散板構成的間隔壁I由在整個表面上都具有小孔的例如金屬網(wǎng)等多孔板構成，所述小孔能夠在將粒狀的吸附劑保持于氣體吸附區(qū)域BpB2內的同時使氣體通過。在本第3實施方式中，間隔壁I呈直線狀間隔吸附槽X的內部，從而形成了各個區(qū)域。
[0083]氣體流入?yún)^(qū)域A和廢氣流出區(qū)域Q、C2是與氣體吸附區(qū)域BpB2之間使氣體穿過間隔壁I而進出的空間部。
[0084]與所述氣體流入?yún)^(qū)域A連接著用于供給混合氣體的氣體供給管2。并且，與各個廢氣流出區(qū)域Cp C2連接著氣體排出管3，該氣體排出管3用于排出吸附、分離了一部分混合氣體之后的氣體即濃縮了的氣體。氣體供給管2的混合氣體供給位置是任意的。另外，也可以在氣體流入?yún)^(qū)域A中設置能夠在整個區(qū)域中均勻地供給混合氣體的分散噴嘴。
[0085]在這樣的氣體吸附分離裝置中，在處于吸附工序的吸附槽X1中通過氣體供給管2向氣體流入?yún)^(qū)域A導入混合氣體。導入該氣體流入?yún)^(qū)域A的混合氣體穿過由分散板構成的間隔壁I而流入兩側的氣體吸附區(qū)域1、B2，在此，根據(jù)吸附劑的特性來吸附混合氣體中的特定氣體成分，并按照氣相對非吸附成分進行濃縮。濃縮后的氣體穿過由分散板構成的間隔壁I流出到位于左側和右側的最外側的廢氣流出區(qū)域CpC2，然后通過氣體排出管3排出。
[0086]在處于清洗工序的吸附槽X2中，在處于解吸工序的吸附槽X3中被解吸出的一部分高純度的吸附氣體作為清洗氣體被供給到氣體流入?yún)^(qū)域A中。該清洗氣體穿過由分散板構成的間隔壁I從兩側的氣體吸附區(qū)域氏、B2流入廢氣流出區(qū)域Cp C2中，由此，氣體吸附區(qū)域V B2內的雜質氣體被清除至廢氣流出區(qū)域Cp C2，進行氣體吸附區(qū)域B2的清洗。流出到廢氣流出區(qū)域Cp C2的清洗廢氣通過氣體排出管3排出。
[0087]在處于解吸工序的吸附槽X3中，利用真空泵4使槽內壓力降低，使吸附氣體從吸附劑脫離，并回收高純度的氣體。并且,如上所述,將一部分所述高純度的氣體作為清洗氣體供給到處于清洗工序的吸附槽中。
[0088]關于吸附工序和解吸工序中的壓力，只要將解吸壓力設定得比吸附壓力低即可。因此，例如也可將吸附壓力設為大氣壓并將解吸壓力設為真空，也可以通過加壓來設定吸附壓力并將解吸壓力設為大氣壓或真空。[0089]如上所述，在3座吸附槽X1~X3中，按照一定的時間依次實施3個工序，由此，能夠從混合氣體中連續(xù)地制造高純度氣體。
[0090]本發(fā)明的裝置與填充于氣體吸附區(qū)域B2中的吸附劑的種類無關?？筛鶕?jù)所要吸附的氣體的種類，采用沸石系、活性炭系、氧化鋁系等任意的吸附劑。另外，適用本發(fā)明的裝置的混合氣體的種類和吸附、分離的氣體成分的種類也是任意的。
[0091]另外，本發(fā)明的裝置還可以應用于一邊進行冷卻一邊進行吸附并在再生時進行加溫的方式的變溫吸附法、或者將該變溫吸附法與變壓吸附法組合而成的變壓/變溫吸附法。在此情況下，可采用向氣體吸附區(qū)域1、B2中插入用于加熱/冷卻的熱交換管等的結構。
[0092]本發(fā)明的氣體吸附分離裝置能夠提高吸附劑相對于容積的填充率，從而能夠實現(xiàn)裝置的緊湊化和效率的提高。圖9A、圖9B是枕型吸附槽的徑向上的縱剖視圖。例如，如圖9A所示，在直徑Ltl為6.5m的枕型的吸附槽中設置有層厚I為2.5m的單一吸附劑層而成的現(xiàn)有類型的裝置的情況下，吸附層的長度為45m，其體積利用率只不過為48%。與此相對，如圖9B所示，在隔著作為寬度I2例如為0.5m的氣體流入?yún)^(qū)域A的空間設置有層厚I1' I3例如為2.5m的兩個吸附劑層而成的本發(fā)明的裝置的情況下，吸附層的長度為26m，其體積利用率增加至83%。另外，廢氣流出區(qū)域Cp C2的寬度L、I4都為例如0.5m。其結果是，在現(xiàn)有類型的枕型的氣體吸附分離裝置中需要50m的長度的情況下，在本發(fā)明的枕型吸附裝置中只需要大約29m的長度就能夠填充相同量的吸附劑。并且，已經(jīng)確認到:在各種氣體吸附分離裝置中都能夠提高吸附劑相對于容積的填充率，從而能夠實現(xiàn)裝置的緊湊化和效率的提聞。
[0093]并且，只要采用活性炭或X型沸石等作為吸附劑，也能夠沒有問題地應用于二氧化碳從混合氣體的吸附分離。并且，在本發(fā)明中，由于吸附劑的層厚被分割成兩部分，因此能夠減小各吸附劑層的厚度。因此，具有既能夠減小壓力損失又能夠縮短吸附和解吸所需時間這樣的優(yōu)點。并且，由于吸·附槽為縱圓筒型或枕型，吸附裝置的寬度從混合氣體的氣體流入?yún)^(qū)域A朝向廢氣流出區(qū)域Cp C2減小，因此，即使混合氣體的體積由于氣體吸附而減小，混合氣體的線速度也不會降低，因此，能夠獲得可進一步縮短吸附所需時間這一優(yōu)異的效果。
[0094]以上，對本發(fā)明的實施方式具體地進行了說明，但本發(fā)明不受上述實施方式限定，可以基于本發(fā)明的技術構思進行各種變形。例如，在上述實施方式中所列舉的數(shù)值只不過是一個例子，也可以根據(jù)需要使用與該數(shù)值不同的數(shù)值。
[0095]標號說明
[0096]1:間隔壁;
[0097]2:氣體供給管；
[0098]3:氣體排出管；
[0099]4:真空泵；
[0100]A:氣體流入?yún)^(qū)域；
[0101]B1J2:氣體吸附區(qū)域；
[0102]C^C2:廢氣流出區(qū)域。
【權利要求】
1.一種氣體吸附分離裝置，所述氣體吸附分離裝置具備多座吸附槽，所述吸附槽使混合氣體通過而與吸附劑接觸來吸附混合氣體中的I種以上的氣體成分,在該多座吸附槽中交替地進行吸附工序和解吸工序、或者交替地進行吸附工序、清洗工序和解吸工序， 所述氣體吸附分離裝置的特征在于， 各個吸附槽為縱圓筒型，吸附槽的內部被間隔成在水平方向上并列的5個區(qū)域，這些區(qū)域中的中央的區(qū)域構成為氣體流入?yún)^(qū)域，與該氣體流入?yún)^(qū)域相鄰的兩側的區(qū)域構成為氣體吸附區(qū)域，與各個所述氣體吸附區(qū)域分別相鄰的最外側的區(qū)域構成為廢氣流出區(qū)域。
2.一種氣體吸附分離裝置，所述氣體吸附分離裝置具備多座吸附槽，所述吸附槽使混合氣體通過而與吸附劑接觸來吸附混合氣體中的I種以上的氣體成分,在該多座吸附槽中交替地進行吸附工序和解吸工序、或者交替地進行吸附工序、清洗工序和解吸工序， 所述氣體吸附分離裝置的特征在于， 各個吸附槽為枕型，吸附槽的內部被間隔成在高度方向上并列的5個區(qū)域，這些區(qū)域中的中央的區(qū)域構成為氣體流入?yún)^(qū)域，與該氣體流入?yún)^(qū)域相鄰的上方和下方的區(qū)域構成為氣體吸附區(qū)域，與各個所述氣體吸附區(qū)域分別相鄰的最外側的區(qū)域構成為廢氣流出區(qū)域。
3.一種氣體吸附分離裝置，所述氣體吸附分離裝置具備多座吸附槽，所述吸附槽使混合氣體通過而與吸附劑接觸來吸附混合氣體中的I種以上的氣體成分,在該多座吸附槽中交替地進行吸附工序和解吸工序、或者交替地進行吸附工序、清洗工序和解吸工序， 所述氣體吸附分離裝置的特征在于， 各吸附槽為枕型，吸附槽的內部被間隔成在水平方向上并列的5個區(qū)域，這些區(qū)域中的中央的區(qū)域構成為氣體流入?yún)^(qū)域，與該氣體流入?yún)^(qū)域相鄰的兩側的區(qū)域構成為氣體吸附區(qū)域，與各個所述氣體吸附區(qū)域分別相鄰的最外側的區(qū)域構成為廢氣流出區(qū)域。
4.根據(jù)權利要求1?3中的任意一項所述的氣體吸附分離裝置，其特征在于， 相鄰的區(qū)域之間被能夠供氣體通過的間隔壁隔開，所述氣體流入?yún)^(qū)域和所述廢氣流出區(qū)域是與所述氣體吸附區(qū)域之間使氣體穿過間隔壁而進出的空間部。
【文檔編號】B01D53/04GK103796731SQ201280039984
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年8月31日 優(yōu)先權日:2011年8月31日
【發(fā)明者】齋間等, 茂木康弘, 原岡卓司, 三宅正訓, 高田吉則 申請人:杰富意鋼鐵株式會社, 住友精化株式會社