[发明专利]基于变压吸附法的气体分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过变压吸附法从混合气体中吸附、分离特定气体成分的气体分离装置。

背景技术

作为混合气体的分离方法，一直以来采用了变压吸附法(PSA法=Pressure Swing Adsorption)。关于变压吸附法，使混合气体接触对于混合气体中的1种以上气体成分的吸附力高的吸附剂，由此使气体成分吸附于吸附剂，并浓缩其它气体成分，通过降低槽内压力来使所吸附的气体成分脱离于吸附剂而进行分离。变压吸附法作为混合气体的分离方法在各种领域中得到了利用。变压吸附法通常作为从混合气体中分离特定的气体成分来制造高纯度气体的方法而使用。作为利用变压吸附法从混合气体中吸附、分离(制造)的高纯度气体，例如有氢、氧、碳酸气体、一氧化碳等。

公知有这样的方法：采用变压吸附法，以空气为原料使吸附剂吸附氮气来制造高纯度的氧气。在该方法中，作为吸附剂，采用了用钙进行离子交换后的X型沸石，但近年来采用了用对氮的吸附性能高的锂进行离子交换后的X型沸石。在基于包含50～80vol%左右的氢气的混合气体、例如石油化工产业中的碳化氢或乙醇类、乙醚类的分解气体或改性气体、制铁业中的焦炭炉气等来制造氢气时，进行吸附剂采用了A型沸石的变压吸附法。在基于这种变压吸附法的氧气或氢气的制造中，通过用吸附剂吸附不需要的气体成分来制造高浓度～高纯度的必要气体成分。

另一方面，将锅炉废气或燃烧废气作为原料，利用变压吸附法来制造化学原料或干冰用的碳酸气体。在碳酸气体的制造中采用了活性炭系的吸附剂或Y型沸石系的吸附剂。将制铁业的转炉气体作为原料，利用变压吸附法来制造化学原料用的一氧化碳。在一氧化碳的制造中，采用了沸石系的吸附剂或铜(I)/铝系列的吸附剂。在这样的基于变压吸附法的碳酸气体或一氧化碳的制造中，使吸附剂吸附必要的气体成分使其脱离，由此来制造高纯度的必要气体成分。

如上所述，根据气体种类和吸附剂的特性，已开发并应用了各种基于变压吸附法的气体分离系统。但是，关于其最重要的部分即气体分离装置(变压吸附装置)，在构造上没有显著区别。现有的气体分离装置的构造大致分为圆筒型和枕型。其中，具有圆筒型塔构造的气体分离装置如图11A所示，其构造是，从下方导入原料气体(混合气体)并使填充于气体吸附部中的吸附剂吸附气体成分。当其大型化时，气体吸附部的层高变大，气体通过时的压力损失变大。因此，在压力损失成为问题的低压大型装置中采用图11B所示的枕型形状。该枕型装置通过加大枕长而能够应对大型化的要求，所以能够将气体吸附部的层高抑制得较低，能够在压力损失也较低的状态下进行运转。但是，在枕型的情况下，需要将压力损失抑制得较低，而且无法增大吸附剂相对于容积的填充率(体积比率)。因此存在这样的问题：与装置的增大比例相比，其气体处理量并未增大多少。

以往，为了消除这样的问题而提出了各种方案。例如，专利文献1提出了在圆筒型的气体分离装置中呈圆环状填充吸附剂的方案。在该装置中，通过使吸附剂的填充构造成为圆环状来增大气体分散板面积，这样不仅能够抑制压力损失，而且随着气体体积因气体吸附而减少，在气体行进方向上截面积减小，由此抑制了气体线速度的降低。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】日本特开平1-164417号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，专利文献1的装置是用分散板来构成形成圆环的隔板的构造，所以在实际安装时，会产生以下这样的问题。即，一般情况下，吸附剂是粒径2～3mm左右的粒状，所以分散板需要成为形成有多个1mm左右的气体通孔(开口)的构造。但是，对于这样的装置而言，很难在利用加强方式保证分散板的强度的同时确保圆环的精度。此外，在大型气体分离装置的高度方向的整个高度上使两个圆环状分散板的中心一致也是相当困难的。另外，即使能够实现这些目的，也将成为非常昂贵的装置。

如上所述，在现有技术中，没有得到能同时满足如下要求的气体分离装置：(i)即使大型化也能够提高相对于容积的吸附剂填充率(体积比率)；(ii)构造简单且便宜。本发明的目的是解决这样的现有技术的课题而提供如下这样的基于变压吸附法的气体分离装置：即使装置大型化也能够提高相对于容积的吸附剂填充率，而且构造简单，价格便宜。

解决问题的手段