[发明专利]富氮气体制备方法、气体分离方法及富氮气体制备装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种富氮气体制备方法、气体分离方法及富氮气体制备装置。本申请基于2012年1月30日在日本申请的特愿2012-016575号要求优先权，并且在此援引其内容。

背景技术

一般而言，利用变压吸附(Pressure Swing Adsorption：PSA)方式，从包含氮的原料空气(以下，简称“原料空气”)分离并提纯的富含氮的气体(以下，称作“富氮气体”)以防爆用吹扫气体或热处理炉的气氛气体等多种用途而被使用。

对这种PSA方式的富氮气体的分离并提纯来说，专门使用电气作为动力，近年来，期望着面向维护费的削减和节能化的进一步的省电力化。

以往以来，作为利用这种PSA方式的富氮气体制备装置(以下，称作“氮PSA装置”)，已知有图7所示的装置。

如图7所示，氮PSA装置101具备用于对原料空气加压的原料空气压缩机102、两个吸附槽(第一吸附槽103A及第二吸附槽103B)和制品槽104。

另外，在各个吸附槽103A、103B的连接有原料空气压缩机102的一侧(以下，称作“上游侧”)及连接有制品槽104的一侧(以下，称作“下游侧”)设置有自动切换式开关阀111a、111b、116a、116b，并且在氮PSA装置101中设置有自动切换式开关阀112a、112b、113、115和可调节流量的流量调节阀114。另外，在制品槽104的出口侧设置有自动切换式开关阀106。

另外，在两个吸附槽103A、103B中分别填充有优先吸附从原料空气压缩机102送出的压缩原料空气中氧和二氧化碳等不需要成分的吸附剂105。

作为使用这种氮PSA装置101从原料空气中分离出富氮气体的方法，已知有重复进行加压吸附工序、降压均压工序、降压再生工序和加压均压工序这各工序的方法。

在该方法下，当第一吸附槽103A和第二吸附槽103B中的一个处于加压吸附工序时，另一个处于降压再生工序，当一个处于降压均压工序时，另一个处于加压均压工序。因此，对于第一吸附槽103A依次进行加压吸附工序、降压均压工序、降压再生工序和加压均压工序时，在第二吸附槽103B中依次进行降压再生工序、加压均压工序、加压吸附工序和降压均压工序。以下，以第一吸附槽103A的工序为基准进行说明。

首先，在加压吸附工序中，将通过原料空气压缩机102而加压的压缩原料空气导入至第一吸附槽103A内并加压第一吸附槽103A内，使原料空气中的不需要成分优先被吸附剂109吸附，得到富氮气体。接着，在降压均压工序中，将第一吸附槽103A内残留的相对高压的气体导入至第二吸附槽103B内。

接着，在降压再生工序中，将第一吸附槽103A开放于大气中而使第一吸附槽103A内的压力下降，解吸被吸附剂105吸附的不需要成分，并且向第一吸附槽103A的外部排出。此时，优选将从实施加压吸附工序的第二吸附槽103B的下游侧取出的富氮气体通过第一吸附槽103A的下游侧导入至第一吸附槽103A内，从而促进不需要成分的解吸。

而且，在加压均压工序中，向已完成降压再生工序的第一吸附槽103A内导入已完成加压吸附工序的第二吸附槽103B内残留的相对高压的气体。

若基于图7进一步具体说明，则在第一吸附槽103A处于加压吸附工序时(即，第二吸附槽103B处于降压再生工序时)，开关阀111a、112b、116a为开，其它开关阀为关。

因此，通过原料空气压缩机102压缩的压缩原料空气通过开关阀111a导入至第一吸附槽103A内。

导入至第一吸附槽103A内的压缩原料空气被吸附剂105吸附氧和二氧化碳等不需要成分，成为富含氮成分的富氮气体，并且通过开关阀116a被送到制品槽104，成为制品气体。此时，富氮气体的一部分通过流量调节阀114导入至第二吸附槽103B内，用于第二吸附槽103B内的吸附剂105的再生。

接着，当第一吸附槽103A进入降压均压工序，第二吸附槽103B进入加压均压工序时，则开关阀113、115为开，其它开关阀为关。

因此，在该降压均压工序中，第一吸附槽103A内残留的相对高压的气体通过开关阀113、115从第一吸附槽103A导入至第二吸附槽103B内。

接着，通过将开关阀111b、112a、116b设为开，将其他开关阀设为关，第一吸附槽103A进入降压再生工序，第二吸附槽103B进入加压吸附工序。