專(zhuān)利名稱(chēng)：壓力變動(dòng)吸附分離方法
本分案申請(qǐng)的原案申請(qǐng)?zhí)枮?5109999.X，其申請(qǐng)日為1995年12月27日，原案發(fā)明名稱(chēng)為“壓力變動(dòng)吸附分離方法”。
本發(fā)明涉及一種壓力變動(dòng)吸附分離方法，例如，把空氣作為原料氣體，利用多個(gè)充填著優(yōu)先吸附氮?dú)獾奈絼┑奈酵病殉蔀殡y吸氣體成分的氧氣作為制品而加以分離的壓力變動(dòng)吸附分離方法。
采用壓力變動(dòng)吸附分離方法(下面把它稱(chēng)為PSA方法)用沸石作為吸附劑將空氣中氮?dú)夂脱鯕夥蛛x，以制取氧氣作為制品的方法已廣泛使用。用這種PAS方法的氧氣制造裝置(氧氣PSA)，基本上是對(duì)充填了沸石的多個(gè)吸附筒通過(guò)以相對(duì)較高壓力操作的吸附工序和以相對(duì)較低壓力操作的再生工序的順次轉(zhuǎn)換，以連續(xù)地制得氧氣，但近幾年來(lái)，為了降低制品氧氣的價(jià)格，在上述兩工序之間還進(jìn)行均壓工序或再加壓工序。也有取代均壓工序而進(jìn)行所謂的并流減壓工序、把殘留在己結(jié)束吸附工序的吸附筒內(nèi)經(jīng)濃縮的氧氣作為制品或凈化用氣體而加以利用。
無(wú)論采用何種工藝，為了使裝置小型化和降低氧氣的成本，重要的是增加每當(dāng)量吸附劑的氧氣產(chǎn)生量，以及提高氧氣的回收率以降低電功率的單位消耗。
例如，作為增加每當(dāng)量吸附劑的氧氣產(chǎn)生量的措施是在再生工序中用一部分制品氣體進(jìn)行筒內(nèi)的凈化，這對(duì)促進(jìn)氮?dú)鈴奈絼?沸石)解吸是有效的；用制品氧氣進(jìn)行凈化操作，盡管再生工序中減壓方法不同(用真空裝置把吸附筒內(nèi)的氣體排出而加以減壓的真空再生和不用真空裝置而把吸附筒內(nèi)的氣體放出而加以減壓的常壓再生的不同)仍然被廣泛地采用著。
另一方面，通過(guò)進(jìn)行均壓工序，能使已結(jié)束再生工序的吸附筒內(nèi)經(jīng)濃縮的富氧氣體，在已結(jié)束吸附工序的吸附筒內(nèi)進(jìn)行回收，因而能提高氧氣的回收率。但在用以前的均壓法進(jìn)行氧氣回收時(shí)，由于沒(méi)能避免同時(shí)有氮?dú)獾陌殡S，因而會(huì)使吸附劑上的有效氮?dú)馕搅孔兩?，這是免同時(shí)有氮?dú)獾陌殡S，因而會(huì)使吸附劑上的有效氮?dú)馕搅孔兩?，這是不合適的。
即，進(jìn)行上述凈化操作主要是為了提高當(dāng)量吸附劑的氧氣產(chǎn)生量，回收率不太變化。進(jìn)行上述均壓工序，雖然能提高氧氣的回收率，但卻使每當(dāng)量吸附劑的氧氣產(chǎn)生量下降。這樣，提高氧氣的回收率和增加每當(dāng)量吸附劑的氧氣產(chǎn)生量是兩條要求相反的規(guī)律，因此無(wú)法實(shí)施可使兩者都能成立的工藝方法。
而且以工業(yè)規(guī)模使用的氧氣PSA，由于會(huì)耗費(fèi)與氧氣產(chǎn)生量成比例的大量電力，因而在用戶(hù)所需的氧氣消費(fèi)量減少的場(chǎng)合下，應(yīng)將氧氣PSA的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變更成減量運(yùn)轉(zhuǎn)模式，從而使氧氣產(chǎn)生量減少同時(shí)節(jié)省電力消費(fèi)量。
即，如上所述氧氣PSA的PSA裝置中，隨著制品氣體消費(fèi)量的增減，使裝置運(yùn)轉(zhuǎn)模式變更，使制品氣體產(chǎn)生量增減，而用以前的方法，是一邊監(jiān)視從裝置產(chǎn)生的制品氣體的產(chǎn)生量、純度、壓力等流動(dòng)特性，一邊變更運(yùn)轉(zhuǎn)模式，進(jìn)行制品氣體供給量的增減。
但，近年的大型氧氣PSA中，由于進(jìn)行大氣壓吸附和真空再生，即使用所謂的VSA過(guò)程，吸附筒出口的制品氧氣的壓力大致是大氣壓，為了以用戶(hù)所希望的壓力供給從吸附筒取出的氧氣，制品氣體供給管路中必須設(shè)置壓縮機(jī)。
因此，為了用具有上述制品氣體壓送用的壓縮機(jī)的PSA裝置使制品供給量變化，必須設(shè)置一種使PSA裝置產(chǎn)生的制品氣體流量變化的裝置和使制品氣體壓縮機(jī)的排出量變化的裝置兩者合為一體的運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
本發(fā)明的第1目的是提供一種能提高作為難吸附成分的制品氣體的回收率，同時(shí)還能增加每當(dāng)量吸附劑的制品氣體的產(chǎn)生量的PSA方法。
本發(fā)明的第2目的是提供一種使制品氣體量與用戶(hù)的消費(fèi)量一致地進(jìn)行增減，能容易而且圓滑地變更制品氣體量的PSA方法。
本申請(qǐng)第1個(gè)發(fā)明是一種PSA方法，它是把充填吸附劑的多個(gè)吸附筒依次轉(zhuǎn)換成吸附工序、均壓工序、減壓再生工序、凈化再生工序、均壓工序。加壓工序，使混合氣體中的易吸附成分氣體吸附在上述吸附劑上，使難吸附成分氣體分離，用制品氣體壓縮機(jī)將分離出來(lái)的難吸附成分氣體壓縮、作為制品氣體而供給的方法。在上述均壓工序中，將已結(jié)束吸附工序的吸附筒和已結(jié)束將化再生工序的吸附筒的制品排出側(cè)和原料供給側(cè)分別連通，使原料供給側(cè)氣體流量漸漸增加，同時(shí)加以回收，同時(shí)對(duì)結(jié)束了吸附工序的吸附筒內(nèi)進(jìn)行排氣操作。
在上述均壓工序中，在制品排出側(cè)和原料供給側(cè)的氣體回收管路上設(shè)置流量調(diào)整機(jī)構(gòu)和/或閥門(mén)開(kāi)關(guān)速度調(diào)整機(jī)構(gòu)，借此調(diào)整氣體的流量。
因此能防止氣體從氣體排放側(cè)的吸附筒急驟流入氣體接收側(cè)的吸附筒內(nèi)。又由于剩余的易吸附成分氣體不流入氣體接收側(cè)，因而能使制品回收率和每當(dāng)量吸附劑的制品生產(chǎn)量提高。
第2個(gè)發(fā)明是下述PSA方法，它是把充填吸附劑的多個(gè)吸附筒依次轉(zhuǎn)換成吸附工序、均壓工序、減壓再生工序、凈化再生工序、均壓工序、加壓工序、使混合氣體中的易吸附成分氣體吸附在上述吸附劑上，使難吸附成分氣體分離，用制品氣體壓縮機(jī)將分離出來(lái)的難吸附成分氣體壓縮，作為制品氣體而供給的方法。上述制品氣體供給量的變更操作是通過(guò)輸入變更制品氣體供給量的信號(hào)，調(diào)節(jié)設(shè)置在將制品氣體壓縮機(jī)排出側(cè)和吸入側(cè)連接的循環(huán)通路上的循環(huán)流量控制閥的開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)從排出側(cè)循環(huán)到吸入側(cè)的氣體量，通過(guò)這種循環(huán)氣體量的調(diào)節(jié)將由制品氣體壓縮機(jī)輸送到氣體供給通路的氣體量調(diào)節(jié)成變更后的設(shè)定流量，同時(shí)將設(shè)置在制品氣體供給通路上的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)成與預(yù)先設(shè)定的氣體流動(dòng)條件相對(duì)應(yīng)的開(kāi)度。
這樣，在對(duì)制品氣體壓縮機(jī)的循環(huán)流量控制閥調(diào)節(jié)開(kāi)度的同時(shí)，把設(shè)置在制品氣體供給通路上的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)成與氣體流動(dòng)條件相應(yīng)的開(kāi)度。因而能使產(chǎn)品氣體量與用戶(hù)的消費(fèi)量一致地、容易而且圓滑地變更。又通過(guò)用一個(gè)控制器的輸出信號(hào)來(lái)控制上述循環(huán)流量控制閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)和氣體供給通路的調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)，從而能使PSA裝置自動(dòng)化。
第3個(gè)發(fā)明是下述PSA方法，它是把充填吸附劑的多個(gè)吸附筒依次轉(zhuǎn)換成吸附工序、均壓工序、減壓再生工序、凈化再生工序、均壓工序、加壓工序；使混合氣體中的易吸附成分氣體吸附在上述吸附劑上，使難吸附成分氣體分離；用制品氣體壓縮機(jī)將分離出來(lái)的難吸附成分氣體壓縮后，作為制品氣體加以供給的方法。上述制品氣體供給量的減量操作是通過(guò)輸入使制品氣體供給量減量的信號(hào)，將設(shè)置在制品氣體供給通路上的流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)成與減量后的供給制品氣體量相稱(chēng)的開(kāi)度，在供給制品氣體量變成大致設(shè)定的氣體量后，將上述各工序的轉(zhuǎn)換時(shí)間變更成與減量后供給制品氣體量相對(duì)應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式。
本申請(qǐng)的第4發(fā)明是下述PSA方法，將充填吸附劑的多個(gè)吸附筒依次轉(zhuǎn)換成吸附工序、均壓工序、減壓再生工序、凈化再生工序、均壓工序、加壓工序；使混合氣體中的易吸附成分氣體吸附在上述吸附劑上，使難吸附成分氣體分離；用制品氣體壓縮機(jī)將分離出來(lái)的難吸附成分氣體壓縮，作為制品氣體后供給。上述制品氣體供給量的增量操作是通過(guò)輸入將制品氣體供給量增量的信號(hào)，把上述各工序的轉(zhuǎn)換時(shí)間變更成與增量后供給氣體量相對(duì)應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式后，將設(shè)置在制品氣體供給通路上的流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)成與增加后供給制品氣體量相稱(chēng)的開(kāi)度。
因此，能使制品氣體純度保持成規(guī)定值狀態(tài)下轉(zhuǎn)移成減量運(yùn)轉(zhuǎn)或增量運(yùn)轉(zhuǎn)，并能使制品氣體流量與用戶(hù)的消費(fèi)量一致地，容易而且圓滑地進(jìn)行變更。
此外，即使在上述第2發(fā)明、第3發(fā)明和第4發(fā)明的PSA方法中，在上述均壓工序，將已結(jié)束吸附工序的吸附筒和已結(jié)束凈化再生工序的吸附筒的各個(gè)制品排出側(cè)與各個(gè)原料供給側(cè)分別連通，把已結(jié)束吸附工序的吸附筒內(nèi)的氣體回收到已結(jié)束凈化再生工序的吸附筒內(nèi)，同時(shí)對(duì)已結(jié)束吸附工序的吸附筒內(nèi)進(jìn)行排氣操作。
在第2發(fā)明、第3發(fā)明和第4發(fā)明的PSA方法中，使上述均壓工序中的原料供給側(cè)的回收氣體的流量徐徐增加。在此均壓工序中，在各個(gè)制品排出側(cè)和各個(gè)原料供給側(cè)的氣體回收管路上設(shè)置流量調(diào)整機(jī)構(gòu)和/或閥開(kāi)關(guān)速度調(diào)整機(jī)構(gòu)，由此調(diào)整氣體流量。
而且在上述各PSA方法中，上述均壓工序中制品排出側(cè)的回收氣體量是全部回收氣體量的1/2～3/4范圍；原料供給側(cè)的回收氣體量是全部回收氣體量的1/4～1/2范圍。


圖1是表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例用的壓力變動(dòng)吸附分離裝置的一個(gè)實(shí)例的系統(tǒng)圖，圖2是表示用圖1所示的裝置實(shí)施本發(fā)明方法時(shí)的一個(gè)實(shí)施例的工序圖，圖3是表示圖1所示的裝置中的上部均壓操作的閥開(kāi)度和氣體流量間的關(guān)系的圖表，圖4是表示圖1所示裝置中的下部均壓操作的閥開(kāi)度和氣體流量間的關(guān)系的圖表，圖5是表示圖1所示裝置中的低壓用鼓風(fēng)機(jī)的排出壓力和排出氣體量間的關(guān)系的圖表，圖6是表示圖1所示裝置中的制品氣體的流量變化和壓力變化的狀態(tài)的圖表，圖7是表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施例用的壓力變動(dòng)吸附分離裝置的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)圖，圖8是表示在圖7所示裝置中轉(zhuǎn)移到減量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的PSA裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)模式和流量調(diào)節(jié)閥的流量設(shè)定值和制品氧氣的實(shí)際流量間關(guān)系的圖表，圖9是表示在圖7所示裝置中轉(zhuǎn)移到另一減量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式和流量設(shè)定值與實(shí)際流量間關(guān)系的圖表，
圖10是表示圖7裝置中轉(zhuǎn)移到增量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式和流量設(shè)定值與實(shí)際流量間關(guān)系的圖表，圖11是表示圖7裝置中轉(zhuǎn)移到另一增量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式和流量設(shè)定值與實(shí)際流量關(guān)系的圖表。
下面，參照著附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明方法。
圖1是表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例用的壓力變動(dòng)吸附分離裝置的一個(gè)實(shí)例的系統(tǒng)圖，是把空氣作為原料，分離氧氣和氮?dú)?；把氧氣作為制品加以收取的氧氣PSA。
首先，PSA裝置11、從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，它是設(shè)有3基吸附筒A、B、C的3筒式PSA裝置，3個(gè)吸附筒充填著優(yōu)先吸附氮?dú)馕絼┑姆惺?。這個(gè)PSA裝置設(shè)有上述的3個(gè)吸附筒A、B、C；把作為原料的空氣的壓力提升到規(guī)定的壓力后供到上述吸附筒的低壓鼓風(fēng)機(jī)12；將上述吸附筒內(nèi)進(jìn)行真空排氣的真空泵13；臨時(shí)儲(chǔ)存從上述吸附筒導(dǎo)出的氧氣制品的制品貯槽14；控制再生工序和加壓工序時(shí)氣體流量的流量控制閥15、16；設(shè)置在上述制品貯槽14出口中的氧氣制品供給閥17；為將各吸附筒轉(zhuǎn)換為吸附工序、再生工序等工序的切換用的多個(gè)自動(dòng)閥21、22、23、24、25、26(與各個(gè)吸附筒相隨的閥上分別附加上與吸附筒A、B、C相對(duì)應(yīng)的符號(hào)a、b、c)。
在這些自動(dòng)閥中，符號(hào)21a、21b、21c是各個(gè)吸附筒A、B、C的空氣入口閥；符號(hào)22a、22b、22c是各個(gè)吸附筒A、B、C的制品出口閥；符號(hào)23a、23b、23c是各個(gè)吸附筒A、B、C的加壓閥；符號(hào)24a、24b、24c是各個(gè)吸附筒A、B、C的均壓閥；符號(hào)25a、25b、25c是各個(gè)吸附筒A、B、C的排氣閥；符號(hào)26是主加壓閥。
在把各個(gè)吸附筒A、B、C與真空泵13連接起來(lái)的排氣管18上設(shè)置著排氣閥25a、25b、25c；在上述閥中使用能調(diào)節(jié)其開(kāi)閥速度的閥，例如使用設(shè)有動(dòng)作速度控制器的閥。
符號(hào)31是與上述PSA裝置的氧氣制品供給閥17相連接的氣體制品供給管路。在該氣體制品供給管路31上設(shè)有氣體制品壓縮機(jī)32；在該氣體制品壓縮機(jī)32下游側(cè)的調(diào)節(jié)閥33；連接在氣體制品壓縮機(jī)32的排出側(cè)和吸入側(cè)循環(huán)通路34上的循環(huán)流量控制閥35；設(shè)在上述循環(huán)通路34的氣體制壓縮機(jī)32排出側(cè)連接部與上述調(diào)節(jié)閥33間的流量計(jì)F和壓力計(jì)P。
符號(hào)36是控制器。這個(gè)控制器36是借助變更氣體制品供給量的信號(hào)輸入來(lái)調(diào)節(jié)上述循環(huán)流量控制閥35的開(kāi)度，而且根據(jù)上述流量計(jì)F和壓力計(jì)P測(cè)定的氣體制品流量測(cè)定值和壓力測(cè)定值來(lái)調(diào)節(jié)上述調(diào)節(jié)閥33的開(kāi)度。
上述氧氣PSA裝置11是按規(guī)定的順序、開(kāi)關(guān)上述的多個(gè)自動(dòng)閥、由此連續(xù)地產(chǎn)生氧氣。例如，通過(guò)反復(fù)地進(jìn)行圖2所示的9個(gè)工序，把氧氣和氮?dú)庾鳛橹饕煞值幕旌蠚怏w、例如把空氣中的氧氣和氮?dú)夥蛛x而使其產(chǎn)生氧氣制品。
下面，參照著使用上述氧氣PSA裝置的如圖2所示的工序圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的氧氣產(chǎn)生方法的實(shí)施例。
先在工序1、吸附筒A進(jìn)行將氧氣和氮?dú)夥蛛x的吸附工序，吸附筒B、C進(jìn)行均壓工序，把留剩在結(jié)束了吸附工序的吸附筒B內(nèi)的含富氧的氣體供給結(jié)束了凈化再生工序的吸附筒C。
即，用低壓鼓風(fēng)機(jī)12把壓力升高到規(guī)定壓力，例如106.2kPa(500mmAq)的原料空氣通過(guò)空氣入口閥21a導(dǎo)入到吸附筒A；使空氣中的氮?dú)馕皆诒惶畛湓谕矁?nèi)的沸石上，由此與氧氣分離，把作為非吸附成分的氧氣作為氧氣制品，從制品出口閥22a導(dǎo)出，送到制品貯槽14里。
另外，將已結(jié)束吸附工序、且筒內(nèi)壓力為106.2kPa的吸附筒B和已結(jié)束凈化再生工序、筒內(nèi)壓力為26.7kPa的吸附筒C的各自制品排出側(cè)與原料供給側(cè)分別連通，將吸附筒B的氣體從上部和下部?jī)蓚€(gè)方向?qū)氲轿酵睠內(nèi)。即，使吸附筒B上部的氣體從均壓閥24b流出，用流量控制閥16控制流量，從吸附筒C的加壓閥23c導(dǎo)入吸附筒C的上部；吸附筒B下部的氣體從排氣閥25b流出到排氣管18，經(jīng)吸附筒C的排氣閥25c導(dǎo)入到吸附筒C的下部。
這時(shí)，吸附筒C的排氣閥25c從凈化再生工序開(kāi)始繼續(xù)保持全開(kāi)狀態(tài)，而吸附筒B的排氣閥25b從吸附工序的全閉狀態(tài)開(kāi)始徐徐地打開(kāi)而為全開(kāi)狀態(tài)。這樣，吸附筒B上部的氣體由流量控制閥16控制成規(guī)定的流量，并移動(dòng)到吸附筒C的上部；吸附筒B下部的氣體與排氣閥25b的打開(kāi)速度相一致地一邊徐徐增加流量、一邊移動(dòng)到吸附筒C的下部。而且從吸附筒B下部流向吸附筒C的下部的一部分氣體，由真空泵13經(jīng)排氣用管路18排出。
在工序2中，吸附筒A繼續(xù)進(jìn)行吸附工序，吸附筒B進(jìn)行真空再生工序(減壓再生工序中的一種)，吸附筒C用制品氧氣進(jìn)行制品加壓工序。即，將殘留在吸附筒B筒內(nèi)的氣體由真空泵13通過(guò)排氣閥25b、排氣管18排氣；而吸附在筒內(nèi)吸附劑上的氮?dú)鈩t被解吸排氣。此外，在吸附筒C、通過(guò)將排氣閥25C關(guān)閉、將主加壓閥26打開(kāi)，制品貯槽14內(nèi)的一部分制品氧氣由流量控制閥15調(diào)節(jié)流量后經(jīng)加壓閥23c導(dǎo)入吸附筒C內(nèi)。
在工序3中，吸附筒A繼續(xù)進(jìn)行吸附工序、吸附筒B進(jìn)行凈化再生工序，吸附筒C繼續(xù)進(jìn)行制品加壓工序。即，在吸附筒B一邊繼續(xù)進(jìn)行由真空泵13操作的排氣、一邊將加壓閥23b打開(kāi)。把制品貯槽14內(nèi)的一部分制品氧氣通過(guò)流量控制閥15和主加壓閥26而從筒上部導(dǎo)入。這樣，一邊從吸附筒的制品排出側(cè)導(dǎo)入制品氧氣，一邊從吸附筒的原料供給側(cè)進(jìn)行真空排氣，由此進(jìn)行比單只進(jìn)行真空排氣情況效果更顯著的氮?dú)饨馕?。而吸附筒C從工序2開(kāi)始繼續(xù)進(jìn)行制品加壓工序、借此最終加壓到與吸附操作壓力大致相等的106.2kPa(500mmAq)。
在工序4中，吸附筒A被轉(zhuǎn)換成為與工序1的吸附筒B相同的氣體放出側(cè)的均壓工序；吸附筒B被轉(zhuǎn)換成與工序1的吸附筒C相同的氣體收入側(cè)的均壓工序；吸附筒C被轉(zhuǎn)換成與工序1的吸附筒A相同的吸附工序。在工序5，吸附筒C繼續(xù)進(jìn)行吸附工序；吸附筒A被轉(zhuǎn)換成真空再生工序；吸附筒B被轉(zhuǎn)換成制品加壓工序。在工序6，吸附筒C繼續(xù)進(jìn)行吸附工序；吸附筒B繼續(xù)進(jìn)行制品加壓工序；而吸附筒A轉(zhuǎn)換成凈化再生工序。
在工序7、8、9，吸附筒C進(jìn)行在工序4～6時(shí)吸附筒A的狀態(tài)；而吸附筒A進(jìn)行在工序4～6的吸附筒B的狀態(tài)；吸附筒B則進(jìn)行吸附筒C的狀態(tài)，而當(dāng)工序9結(jié)束時(shí)則回歸到工序1。
這樣，各個(gè)吸附筒進(jìn)行著工序1～9，通過(guò)從工序9回歸到工序1的反復(fù)進(jìn)行，可從吸附工序的吸附筒連續(xù)地取得制品氧氣。
上述的方法通過(guò)進(jìn)行均壓工序，即把已結(jié)束吸附工序的吸附筒內(nèi)存在的含富氧的氣體回收到結(jié)束凈化再生工序的吸附筒內(nèi)，能使制品回收率提高；同時(shí)通過(guò)調(diào)整均壓工序中的均壓量，能使每一吸附劑量的制品氣體生產(chǎn)量增多，又由于在均壓工序中也進(jìn)行排氣操作，因而能消除真空泵的空閑時(shí)間。
但是，在上述均壓工序中的吸附筒的原料供給側(cè)(入口側(cè))的均壓氣體移動(dòng)中，如果只單純地打開(kāi)排氣閥而使氣體開(kāi)始移動(dòng)時(shí)，由于從氣體放出側(cè)的吸附筒向氣體接收側(cè)的吸附筒進(jìn)行的氣體移動(dòng)是以極大流速進(jìn)行的，因而會(huì)有吸附成分氮?dú)庖萘鞯綒怏w接收側(cè)吸附筒的上部而使性能下降，或把吸附劑吹起而引起吸附劑粉化的情況。同樣，在制品排出側(cè)的均壓操作中，也有氮?dú)庀驓怏w接收側(cè)的吸附筒流入等問(wèn)題。
另一方面，若為了回避上述問(wèn)題而過(guò)份限制均壓氣體流入量的話，便會(huì)在規(guī)定的均壓工序時(shí)間內(nèi)不能進(jìn)行充分的氣體回收，從而不能達(dá)到所期望的制品收率。這樣，均壓工序中氣體回收過(guò)多或過(guò)少都對(duì)裝置的性能有大的影響。
另外，在吸附筒的上下同時(shí)進(jìn)行均壓操作的場(chǎng)合下，必須考慮上下的均壓氣體量(回收氣體)的平衡，上部均壓的氣體回收量是全部回收氣體量的1/2～3/4的范圍較好，尤其是約3/5為最好。相反，在下部均壓中的氣體回收量較好是全部氣體回收量的1/4～1/2的范圍，尤其是約2/5為最好。
雖然這里用量值的比例來(lái)表示回收氣體的比例，但實(shí)際調(diào)整操作中，可由吸附筒內(nèi)的壓力變化得知這一比例，例如，在將106.7kPa(800托)已結(jié)束吸附工序的吸附筒和26.7kPa(200托)已結(jié)束凈化再生工序的吸附筒連通并進(jìn)行均壓操作的場(chǎng)合下，若最大限度地進(jìn)行均壓，則在66.7kPa(500托)時(shí)兩吸附筒便達(dá)到同壓。實(shí)際上，由于吸附劑的吸附等溫線的曲線性關(guān)系、故壓力比66.7kPa(500)托低。此外，也有在達(dá)到同壓前就有意識(shí)地停止均壓操作的。
這種場(chǎng)合下，有40.0kPa(300托)的壓力被回收，而這其中，最好是3/5、即24.0kPa(180托)由上部均壓回收，16.0kPa(120托)通過(guò)下部均壓回收。這種回收氣體量的分配最好在上部均壓中，由設(shè)置在管路中途的流量控制閥16將流量保持大致一定來(lái)進(jìn)行；在下部均壓中，最好通過(guò)調(diào)節(jié)氣體放出側(cè)排氣閥的打開(kāi)速度，使流量徐徐增加來(lái)進(jìn)行。
排氣閥打開(kāi)速度的調(diào)節(jié)，例如可在供排氣閥開(kāi)關(guān)操作用的儀表空氣系統(tǒng)上設(shè)置操作速度調(diào)節(jié)器，通過(guò)使排氣閥減緩向打開(kāi)方向的動(dòng)作來(lái)進(jìn)行。
圖3是表示上部均壓操作中的氣體放出側(cè)均壓閥和接收側(cè)的加壓閥的閥開(kāi)度與氣體流量間的關(guān)系圖。在此上部均壓操作中，加壓閥是從前段的凈化再生工序開(kāi)始繼續(xù)保持于全開(kāi)狀態(tài)，均壓閥于壓工序開(kāi)始的同時(shí)即為全開(kāi)狀態(tài)；但氣體的流量則為由流量控制閥16控制的流量。
圖4是表示下部均壓操作中的氣體放出側(cè)的排氣閥的閥開(kāi)度和氣體流量的關(guān)系圖。該圖中的氣體流量由作為氣體放出側(cè)的吸附筒流出的氣體流量X和作為氣體接收側(cè)的吸附筒的流入側(cè)的流量Y表示。
也就是說(shuō)，在下部均壓操作中，氣體接收側(cè)的排氣閥是從前段的凈化再生工序開(kāi)始繼續(xù)保持全開(kāi)狀態(tài)，氣體放出側(cè)的排氣閥從均壓工序開(kāi)始到結(jié)束這段時(shí)間逐漸地變成全開(kāi)。此種氣體放出側(cè)的排氣閥的打開(kāi)動(dòng)作最好設(shè)定成使用全部均壓工序時(shí)間而變成全部打開(kāi)，但也可設(shè)定成到變?yōu)槿看蜷_(kāi)的時(shí)間是均壓工序時(shí)間的80％。氣體的流量隨著氣體放出側(cè)的排氣閥的打開(kāi)動(dòng)作而增加，但由于真空泵13作用，從氣體放出側(cè)的吸附筒流出的一部分氣體從排氣管18被排出，因而流入到氣體接收側(cè)吸附筒的氣體量就只減少了從排氣管18被排出的量。
因此，在上部均壓操作時(shí)，通過(guò)用流量控制閥16控制氣體的流量或使均壓閥上裝有流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)氣體的流量，由此可設(shè)定氣體量(圖3的斜線部分)。而在進(jìn)行下部均壓操作時(shí)，通過(guò)用氣體放出側(cè)的排氣閥使氣體流量變化就能設(shè)定氣體量(圖4的斜線部分)。通過(guò)這兩種操作就能把氣體量調(diào)節(jié)成上述分配比例。
這樣，在吸附筒的上下同時(shí)進(jìn)行均壓操作時(shí)，如上所述地使下部均壓中的氣體流量徐徐增加、而且同時(shí)進(jìn)行真空排氣，由此就能防止氣體從氣體放出側(cè)的吸附筒急速地流入氣體接收側(cè)的吸附筒。而且，由于剩余的氮?dú)?易吸附成分)沒(méi)有流入氣體收入側(cè)的吸附筒，因而能提高氧氣回收率和增加每當(dāng)量吸附劑的氧氣產(chǎn)生量。
在本實(shí)施例中利用排氣管18進(jìn)行下部均壓，由此使設(shè)備簡(jiǎn)化，但也可以另外設(shè)置下部均壓用的管路和閥門(mén)，也可用專(zhuān)用的閥門(mén)進(jìn)行流量控制。另外，吸附筒的個(gè)數(shù)也不限于3個(gè)筒、可使用2筒式或者4筒以上的吸附筒裝置。在氧氣PSA中使用的吸附劑可使用比氧氣更優(yōu)先多量地吸附氮?dú)獾姆惺?、例如，所謂的MS-5A、MS-10X、MS-13X、絲光沸石能對(duì)沸石中的金屬進(jìn)行離子交換，且具有能以充分吸附速度吸附氮?dú)獾募?xì)孔徑的沸石等皆可使用。另外，以氧氣和氮?dú)鉃橹饕煞值幕旌蠚怏w也不限于空氣、可使用任意組合的混合氣體。
另外，本發(fā)明方法通過(guò)適當(dāng)選定吸附劑，能適用于將各種吸附成分的氣體和難吸附成分的氣體分離的裝置。例如，把碳質(zhì)分子篩用作吸附劑，就能適用于把氮?dú)庾鳛橹破窔怏w的氮?dú)釶SA。
下面，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)結(jié)果，它是使用具有上述結(jié)構(gòu)的裝置，用本發(fā)明方法進(jìn)行下部均壓中的流量調(diào)節(jié)場(chǎng)合(實(shí)驗(yàn)1)和不進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的場(chǎng)合(實(shí)驗(yàn)2)下測(cè)定的氧氣產(chǎn)生量和氧氣回收率。
吸附筒是內(nèi)徑155mm×1.6m；吸附劑用的是直徑為1.6mm的粒狀分子篩5A。作為運(yùn)轉(zhuǎn)條件是把吸附壓力設(shè)定為106.2kPa、把真空再生壓力設(shè)定為26.7kPa。循環(huán)時(shí)間為60秒；均壓工序時(shí)間取為5秒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。制得的氧氣濃度兩者都是93％。
氧氣產(chǎn)生量 氧氣回收率實(shí)驗(yàn)11.15Nm3/h 58％實(shí)驗(yàn)20.95Nm3/h 53％其中的Nm3/h是換算成0℃、1大氣壓狀態(tài)下的每小時(shí)以米為單位的體積。
下面，說(shuō)明圖1中、對(duì)經(jīng)由制品氣體供給管路31供給用戶(hù)的制品氣體流量進(jìn)行變更的操作方法。
圖1中由PSA裝置產(chǎn)生的制品氧氣全量供給用戶(hù)的場(chǎng)合下，循環(huán)流量控制閥35處于全閉狀態(tài)，將已由制品氣體壓縮機(jī)32壓縮了的全部制品氧氣量通過(guò)調(diào)節(jié)閥33供給用戶(hù)。
從該制品氧氣的全部量供給狀態(tài)轉(zhuǎn)移到減少制品氧氣供給量的場(chǎng)合是人為地把必需的減量程度輸入到控制器36中?？刂破?6根據(jù)所輸入的減量程度，把循環(huán)流量控制閥35打開(kāi)到事先設(shè)定的開(kāi)度。
上述循環(huán)流量控制閥35的開(kāi)度調(diào)節(jié)可進(jìn)行如下，預(yù)先確認(rèn)與減量程度相對(duì)應(yīng)的閥開(kāi)度，用開(kāi)度設(shè)定器設(shè)定這閥開(kāi)度。這時(shí)，因?yàn)檠h(huán)流量控制閥35必需是能自動(dòng)變更閥開(kāi)度的，所以必需使用由空氣壓動(dòng)作的自動(dòng)閥或馬達(dá)驅(qū)動(dòng)閥等。
由此，用制品氣體壓縮機(jī)32升壓的部分氧氣制品通過(guò)循環(huán)通路34回歸到壓縮機(jī)32的吸入側(cè)，因而經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥33向用戶(hù)供給的氧氣制品量也就減少。
同時(shí)，上述控制器36根據(jù)氣體流動(dòng)條件調(diào)節(jié)上述調(diào)節(jié)閥33的開(kāi)度，而氣體流動(dòng)條件是參照上述壓力計(jì)P和/或流量計(jì)F的測(cè)定值事先設(shè)定的。例如，在用戶(hù)討厭制品氧氣壓力變動(dòng)的電爐有關(guān)的場(chǎng)合下，使用以調(diào)節(jié)閥33為主進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)閥、根據(jù)壓力計(jì)P的測(cè)定值調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥33的開(kāi)度，把供給用戶(hù)的制品氧氣調(diào)節(jié)成規(guī)定壓力。而在用戶(hù)討厭制品氧氣流量變動(dòng)的紙漿工業(yè)等場(chǎng)合下，使用以調(diào)節(jié)閥33為主進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)閥、根據(jù)流量計(jì)F的測(cè)定值調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥33的開(kāi)度，把向用戶(hù)供給的制品氧氣調(diào)節(jié)成規(guī)定流量。
由這種減量狀態(tài)把供給量進(jìn)一步減少的場(chǎng)合下，與上述同樣地、通過(guò)將減量程度輸入到控制器36中，將循環(huán)流量控制閥35再進(jìn)一步打開(kāi)到預(yù)先設(shè)定的開(kāi)度，使回歸到制品氣體壓縮機(jī)32吸入側(cè)的氧氣的制品量增加，使經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥33向用戶(hù)供給的氧氣量進(jìn)一步減少。同時(shí)，上述調(diào)節(jié)閥33變成與氣體流動(dòng)條件相應(yīng)的開(kāi)度，該氣體流動(dòng)條件是根據(jù)上述壓力計(jì)P和/或流量計(jì)F的測(cè)定值預(yù)先設(shè)定的。
在從減量供給狀態(tài)增加氧氣制品供給量的場(chǎng)合下，人為地把必要的增量程度輸入到控制器36?？刂破?6根據(jù)輸入的增量程度，把循環(huán)流量控制閥35關(guān)小到預(yù)先設(shè)定的開(kāi)度。由此使回歸到制品氣體壓縮機(jī)32吸入側(cè)的氧氣制品量減少，使經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥33向用戶(hù)供給的氧氣制品量增加。同時(shí)，上述調(diào)節(jié)閥33變成與氣體流動(dòng)條件相應(yīng)的開(kāi)度，而該氣體流動(dòng)條件是根據(jù)上述壓力計(jì)P和/或流量計(jì)F測(cè)定值預(yù)先設(shè)定的。而在向客戶(hù)供給全部氧氣制品量的場(chǎng)合下，通過(guò)對(duì)控制器36的輸入使循環(huán)流量控制閥35變成全閉狀態(tài)。
這樣，通過(guò)調(diào)節(jié)制品氧氣的供給量，能以短時(shí)間自動(dòng)地變更氣體供給量。這種調(diào)節(jié)方法使制品氣體使用量變動(dòng)較少，對(duì)經(jīng)常使用壓力/流量比較穩(wěn)定的氣體的用戶(hù)特別有效的。
在減量供給氧氣制品時(shí)，由于一部分氧氣通過(guò)循環(huán)回路34而回歸到氣體供給管路31的制品氣體壓縮機(jī)32的吸入側(cè)，因而即使是PSA裝置11，最好根據(jù)氧氣的減量程度相應(yīng)地進(jìn)行歷來(lái)進(jìn)行的循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng)，在延長(zhǎng)的時(shí)間段進(jìn)行通過(guò)真空泵等無(wú)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行可使消費(fèi)動(dòng)力等削減的減量運(yùn)轉(zhuǎn)操作，使氧氣生產(chǎn)量減少。
而在PSA裝置11進(jìn)行減量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)原料氣體供給量的調(diào)整因供給原料氣體的壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)式樣的不同而異。吸附壓力大致接近大氣壓的大型氧氣PSA裝置中大多使用上限排出壓力111.1kPa(1000mmAq)程度的低壓鼓風(fēng)機(jī)，如圖5中用符號(hào)R、S、T所示，通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)排出壓力的變化使其排出氣體量(風(fēng)量)發(fā)生較大變化。
在PSA裝置11進(jìn)行通常的運(yùn)轉(zhuǎn)中，例如在使用圖5由符號(hào)R所示特性的鼓風(fēng)機(jī)場(chǎng)合下，吸附壓力約是106.2kPa程度時(shí)的風(fēng)量約是150m3/min。但是在制品氣體減量時(shí)，一部分氣體通過(guò)循環(huán)通路34回歸到氣體供給管路31的制品氣體壓縮機(jī)32的吸入側(cè)，由此使吸附筒出口側(cè)的壓力上升，例如當(dāng)吸附壓力變成約是108.2kPa時(shí)，根據(jù)低壓鼓風(fēng)機(jī)特性，低壓鼓風(fēng)機(jī)排出氣體量減少至約70m3/min。即，用低壓鼓風(fēng)機(jī)場(chǎng)合下，只進(jìn)行制品氣體流路的流量調(diào)節(jié)也可調(diào)節(jié)原料空氣量。
下面，說(shuō)明使用氧氣PSA裝置，用以下的條件實(shí)施本方法的實(shí)驗(yàn)例。
制品氧氣的流量1000Nm3/h(100％運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí))制品氧氣的壓力9.5kg/cm2.G即表壓為931.6kPa，絕對(duì)壓力為1032.9kPa流量變更的條件75％和50％首先在控制器36上、用選擇開(kāi)關(guān)選擇75％(50％)的減量模式時(shí)，由控制器36把與75％(50％)模式相對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸送到循環(huán)流量控制閥35，循環(huán)流量控制閥35便立即變更成與指定的模式相對(duì)應(yīng)的開(kāi)度。
而在把調(diào)節(jié)閥33用作壓力調(diào)整閥的場(chǎng)合下，壓力計(jì)制品P檢測(cè)出因制品氣體壓縮機(jī)32的循環(huán)流量控制閥35的開(kāi)度變更而引起的制品氣體供給管路31的壓力改變，使調(diào)節(jié)閥33自動(dòng)調(diào)整在壓力控制器中所設(shè)定的壓力。其結(jié)果使氣體供給管路31中流動(dòng)的氣體量也收縮成由減壓模式設(shè)定的流量。
圖6顯示了此時(shí)的氣體流量狀態(tài)和氣體壓力狀態(tài)，下面記述其操作結(jié)果。
操作結(jié)果模式流量[Nm3/h] 壓力kPa到收縮的時(shí)間75％ 750 1032.92分鐘50％ 500 1032.92分鐘在把調(diào)節(jié)閥33用作流量調(diào)整閥的場(chǎng)合下，與壓力變化相對(duì)地循環(huán)流量控制閥35動(dòng)作，調(diào)節(jié)閥33動(dòng)作，使制品氣體流量與減量模式相對(duì)應(yīng)。
圖7是表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施例的壓力變動(dòng)吸附分離裝置的系統(tǒng)圖。
圖7中，制品氣體供給管路31，制品氣體壓縮機(jī)32，調(diào)節(jié)閥33，循環(huán)通路34。循環(huán)流量控制閥35，流量計(jì)F和壓力計(jì)P均與圖1相同符號(hào)的各個(gè)單元部件具有同樣的結(jié)構(gòu)與機(jī)能。
符號(hào)41是輸入使制品氣體供給量變更的信號(hào)的控制器。該控制器41在用上述流量計(jì)F和壓力計(jì)P測(cè)定氣體流量和壓力的同時(shí)調(diào)節(jié)上述循環(huán)流量控制閥35和上述調(diào)節(jié)閥33的開(kāi)度。該控制器41還把變PSA裝置11的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的信號(hào)發(fā)送給PSA裝置11的閥控制部19。
下面，說(shuō)明圖7中，對(duì)由制品氣體供給管路31向用戶(hù)供給的制品氧氣流量進(jìn)行變更的操作方法。
在將圖7所示的PSA裝置11產(chǎn)生的制品氧氣全量供給用戶(hù)的場(chǎng)合下，與圖1的實(shí)施例同樣地，循環(huán)流量控制閥35處于全閉狀態(tài)。
在從氧氣的全部量供給狀態(tài)轉(zhuǎn)變成減少氧氣供給量的場(chǎng)合下，人為地將必需的減量程度輸入到控制器41?？刂破?1根據(jù)輸入的減量程度，將循環(huán)流量控制閥35打開(kāi)到預(yù)先設(shè)定的開(kāi)度或者將調(diào)節(jié)閥33關(guān)小到預(yù)先設(shè)定的開(kāi)度。
上述控制器41還參照壓力計(jì)P和/或流量計(jì)F的測(cè)定值，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的氣體流動(dòng)條件，調(diào)節(jié)上述調(diào)節(jié)閥33的開(kāi)度。例如，在用戶(hù)討厭氧氣壓力變動(dòng)的場(chǎng)合下，使用以調(diào)節(jié)閥33為主的進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)閥，根據(jù)壓力計(jì)P的測(cè)定值對(duì)調(diào)節(jié)閥33的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。而在用戶(hù)厭惡氧氣流量變動(dòng)的場(chǎng)合下，使用以調(diào)節(jié)閥33為主的進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)閥，根據(jù)流量計(jì)F的測(cè)定值而對(duì)調(diào)節(jié)閥33的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
由此，可把向用戶(hù)供給的制品氧氣量變更成減量后的設(shè)定壓力或者設(shè)定流量。
在供給制品氧氣量變成略為減量后的設(shè)定壓力或設(shè)定流量之后，控制器41把變更成與減量程度相對(duì)應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的信號(hào)輸出給PSA裝置11的閥控制部19。由此，閥控制部19例如使圖1所示的自動(dòng)閥21、22、23、24、25、26的開(kāi)關(guān)時(shí)間與運(yùn)轉(zhuǎn)模式相對(duì)應(yīng)地變更，PSA裝置進(jìn)入循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng)等歷來(lái)進(jìn)行的減量運(yùn)轉(zhuǎn)，在該延長(zhǎng)時(shí)間中通過(guò)真空泵等無(wú)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)以減少消費(fèi)動(dòng)力。
另一方面，在從減量供給狀態(tài)轉(zhuǎn)變成增加氧氣供給量的場(chǎng)合下，人為地把必要的增量程度輸入到控制器41。已接受增量信號(hào)的控制器41把為要變更成與該增量程度相對(duì)應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的信號(hào)輸出到PSA裝置11上的閥控制部19。接受該信號(hào)的閥控制部19使例如圖1中的自動(dòng)閥21、22、23、24、25、26的開(kāi)關(guān)時(shí)間與運(yùn)轉(zhuǎn)模式相對(duì)應(yīng)地變更，使PSA裝置11變更循環(huán)時(shí)間地進(jìn)入規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)模式。
接著，在PSA裝置11運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定之后，根據(jù)從控制器41輸出的增量程度，使循環(huán)流量控制閥35朝關(guān)閉方向動(dòng)作，而且把調(diào)節(jié)閥33調(diào)節(jié)成與增量后供給的制品氣體量相稱(chēng)的開(kāi)度。由此，向用戶(hù)供給的制品氧氣量就可變更成增量后的設(shè)定流量。
由于上述減量或增量的開(kāi)始信號(hào)會(huì)在PSA裝置11的工序轉(zhuǎn)換時(shí)間的任意時(shí)間段輸入，因此不希望立即發(fā)生與之對(duì)應(yīng)的動(dòng)作使系統(tǒng)復(fù)雜。因而最好是即使上述信號(hào)在工序的任何時(shí)刻輸入，都要等到下一工序轉(zhuǎn)換時(shí)，以此作為起點(diǎn)，才開(kāi)始進(jìn)行流量調(diào)整操作或者運(yùn)轉(zhuǎn)換式的變更操作。而轉(zhuǎn)移成減量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的PSA裝置11的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的變更，在開(kāi)始流量調(diào)整操作之后，預(yù)先計(jì)算將制品氣體流量收縮成設(shè)定流量的循環(huán)數(shù)，將其作為程序輸入，由此就能確實(shí)進(jìn)行循環(huán)時(shí)間的變更。即，流量調(diào)節(jié)時(shí)的循環(huán)時(shí)間由調(diào)節(jié)閥33上的收縮時(shí)間決定。
用本實(shí)施例對(duì)制品氣體流量進(jìn)行變更的操作只能適用于用低壓鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行氧氣PSA等的原料空氣供給的場(chǎng)合。
圖8～11是表示轉(zhuǎn)移成上述減量運(yùn)轉(zhuǎn)或增量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的PSA裝置11的運(yùn)轉(zhuǎn)模式M、調(diào)節(jié)閥33(流量調(diào)節(jié)閥)的流量設(shè)定值Fm、與制品氧氣的實(shí)際流量G之間關(guān)系的例子。運(yùn)轉(zhuǎn)模式是100％、75％、50％三種。PSA裝置的各個(gè)模式的循環(huán)時(shí)間分別是60秒、80秒、120秒。
在圖8中，當(dāng)把100％運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)減量成75％的信號(hào)輸入到控制器41時(shí)，切換至下一循環(huán)的工序時(shí)，從控制器41將開(kāi)度變更信號(hào)輸出到流量調(diào)節(jié)閥33，使流量調(diào)節(jié)閥33的開(kāi)度變更成與預(yù)先設(shè)定的75％的流量相對(duì)應(yīng)的開(kāi)度。使該開(kāi)度變更在對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生急驟的流量變化的壞影響下，用1個(gè)循環(huán)的時(shí)間，在這種場(chǎng)合下是用60秒，把流量設(shè)定值Fm設(shè)定成規(guī)定的流量，流量調(diào)節(jié)閥33的開(kāi)度則是根據(jù)該流量設(shè)定值Fm漸漸地加以調(diào)節(jié)，然后，到流量G大致達(dá)到規(guī)定的75％的流量的時(shí)刻，從控制器41發(fā)送運(yùn)轉(zhuǎn)模式變更信號(hào)給閥控制部19，這樣，PSA裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)模式M便變更成與95％的減量運(yùn)轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)的模式，循環(huán)時(shí)間從60秒變更為80秒。
進(jìn)而，在上述75％的減量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)把減量成50％的信號(hào)輸入到控制器41時(shí)，在下一循環(huán)的工序轉(zhuǎn)換時(shí)將開(kāi)度變更信號(hào)輸出到流量調(diào)節(jié)閥33，使流量調(diào)節(jié)閥33的開(kāi)度變更成與預(yù)先設(shè)定的50％的流量相對(duì)應(yīng)的開(kāi)度。在該開(kāi)度變更時(shí)的流量設(shè)定值Fm用這時(shí)刻的一個(gè)循環(huán)時(shí)間的80秒設(shè)定成50％的流量，根據(jù)該流量設(shè)定值Fm慢慢地調(diào)節(jié)流量閥33的開(kāi)度。然后，在流量G大致達(dá)到規(guī)定的50％流量時(shí)，PSA裝置11的運(yùn)轉(zhuǎn)模式M被變更成與50％減量運(yùn)轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)的模式，循環(huán)時(shí)間從80秒變更成120秒。
另外，如圖9所示，在100％運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將減量成50％的信號(hào)輸入到控制器41時(shí)，在下一個(gè)循環(huán)的工序轉(zhuǎn)換時(shí)把開(kāi)度變更信號(hào)輸入流量調(diào)節(jié)閥33，流量調(diào)節(jié)閥33用3個(gè)循環(huán)的時(shí)間，約180秒逐漸地調(diào)節(jié)成與50％流量相對(duì)應(yīng)的開(kāi)度。接著，在流量G大致達(dá)到規(guī)定的50％流量時(shí)，PSA裝置11的運(yùn)轉(zhuǎn)模式M被變更成與50％減量運(yùn)轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)的模式，循環(huán)時(shí)間從60秒變更成120秒。
這樣，在轉(zhuǎn)移成減量運(yùn)轉(zhuǎn)操作中，用流量調(diào)節(jié)閥33使制得的氣體流量減少成與減量運(yùn)轉(zhuǎn)程度相稱(chēng)的流量后，就使PSA裝置11變更成與該流量相稱(chēng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式，由此就能使PSA裝置以穩(wěn)定的狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，能防止制品純度的降低。
圖10和圖11是表示使進(jìn)行著減量運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)從50％轉(zhuǎn)移到75％或通常的100％時(shí)的狀態(tài)。
在圖10中，當(dāng)從50％的減量運(yùn)轉(zhuǎn)增量成75％的減量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)向控制器41輸入信號(hào)，在下一工序轉(zhuǎn)換時(shí)將PSA裝置11的運(yùn)轉(zhuǎn)模式M變更成與75％減量運(yùn)轉(zhuǎn)相應(yīng)的模式，使循環(huán)時(shí)間從120秒變更成80秒。接著，從控制器41將開(kāi)度變更信號(hào)輸入到流量調(diào)節(jié)閥33，使流量調(diào)節(jié)閥33的開(kāi)度變更成與75％流量相對(duì)應(yīng)的開(kāi)度。
進(jìn)行上述的流量調(diào)節(jié)閥33的開(kāi)度變更的流量設(shè)定值Fm被設(shè)定成在PSA裝置11的運(yùn)轉(zhuǎn)模式變更之后3個(gè)循環(huán)時(shí)間，約240秒鐘時(shí)間里逐漸增加流量G。
而從75％的減量運(yùn)轉(zhuǎn)增量成100％運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，與上述同樣地，在下一工序轉(zhuǎn)換時(shí)，把PSA裝置11的循時(shí)間從80秒變更成60秒之后，花5個(gè)循環(huán)約300秒時(shí)間把流量調(diào)節(jié)閥33的流量設(shè)定值Fm變更成與100％流量相對(duì)應(yīng)的值。
又如圖11所示，在從50％的減量運(yùn)轉(zhuǎn)增量成100％運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，與上述同樣地，最初使PSA裝置11的循環(huán)時(shí)間從120秒變更成60秒之后，用10個(gè)循環(huán)約600秒時(shí)間使流量調(diào)節(jié)閥33的流量設(shè)定值Fm變更成與100％流量相應(yīng)對(duì)應(yīng)的值。
這樣，在轉(zhuǎn)移到增量運(yùn)轉(zhuǎn)的操作中，使PSA裝置變更成與增量運(yùn)轉(zhuǎn)程度相稱(chēng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式之后，用流量調(diào)節(jié)閥33把制得的制品氣體流量調(diào)節(jié)成規(guī)定流量。由此，能使PSA裝置11穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)，能防制品純度降低。這是由于通過(guò)按上述順序進(jìn)行增減量變更能防止吸附筒內(nèi)的吸附前沿(MTZ)的穿透，即防止吸附劑的穿透。
如本實(shí)施例所示的那樣，把設(shè)在循環(huán)流量控制閥35的循環(huán)通路34連接在制品氣體壓縮機(jī)32的排出側(cè)和吸入側(cè)上，通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)流量控制閥35的開(kāi)度、使從制品氣體壓縮機(jī)32流到流量調(diào)節(jié)閥33側(cè)的制品氣體量增減，或者通過(guò)用設(shè)有卸荷閥的流量控制系統(tǒng)，與只有流量調(diào)節(jié)閥33的流量控制相比，能穩(wěn)定地進(jìn)行流量控制和壓力控制。
用上述循環(huán)流量控制閥35對(duì)經(jīng)制品氣體供給管路31向用戶(hù)供給的氧氣制品進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)，在制品氣體供給管路31上可設(shè)置作為調(diào)節(jié)閥33的壓力調(diào)節(jié)閥來(lái)替代流量調(diào)節(jié)閥，就能使供給用戶(hù)的制品氣體壓力保持一定。
即，通過(guò)打開(kāi)循環(huán)流量控制閥35，把一部分從制品氣體壓縮機(jī)32排出的制品氧氣通過(guò)循環(huán)通路34回歸到制品氣體壓縮機(jī)32的吸入側(cè)，由此能減少在制品氣體供給管路31中流動(dòng)的氣體量。而通過(guò)關(guān)閉循環(huán)流量控制閥35，能使制品氣體供管路31中流動(dòng)的氣體增加。因此，若使循環(huán)流量控制閥35的開(kāi)度與減量運(yùn)轉(zhuǎn)程度相對(duì)應(yīng)地設(shè)定，只調(diào)節(jié)循環(huán)流量控制閥35的開(kāi)度就能把制品氣體的流量調(diào)節(jié)成所要求的流量。而且通過(guò)在制品氣體供給管路31上設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，能與制品氣體流量無(wú)關(guān)地，向用戶(hù)供給大致保持一定壓力的氧氣。
在上述方法中，雖然可把變更制品氣體供給量的信號(hào)如上所述，人為地輸入到控制器，但也可用傳感器(例如用流量計(jì)F)檢測(cè)隨著用戶(hù)氣體使用量的增減而改變的氧氣流量，將其信號(hào)輸入到控制器。
雖然上述各個(gè)實(shí)施例說(shuō)明的是氧氣PSA的操作，但也適用于其他PSA裝置，例如同樣適用氮?dú)釶SA、二氧化碳的PSA、氫氣PSA等。
權(quán)利要求
1.一種壓力變動(dòng)吸附分離方法，它是使多個(gè)充填有吸附劑的吸附筒，依次按照吸附工序、均壓工序、減壓再生工序、凈化再生工序、均壓工序、加壓工序的順序進(jìn)行切換，使混合氣體中的易吸收成分氣體吸附于吸附劑，將難吸附成分氣體加以分離；并用產(chǎn)品氣體壓縮機(jī)將已分離的難吸附成分氣體壓縮，作為產(chǎn)品氣體供給的壓力變動(dòng)吸附分離方法，其特征在于，a.對(duì)設(shè)置于與產(chǎn)品氣體壓縮機(jī)排出側(cè)與吸入側(cè)相接的循環(huán)通路上的循環(huán)流量控制閥的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)對(duì)比循環(huán)氣體量的調(diào)節(jié)，使送出到產(chǎn)品氣體供給通路的產(chǎn)品氣體量達(dá)到變更后的設(shè)定流量，b.在進(jìn)行上述調(diào)節(jié)操作的同時(shí)，將設(shè)置于上述產(chǎn)品氣體供給通路上的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)成與預(yù)先設(shè)定的氣體流動(dòng)條件相應(yīng)的開(kāi)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變動(dòng)吸附分離方法，其特征在于，按以下操作進(jìn)行產(chǎn)品氣體供給量變更操作中的減量操作，通過(guò)輸入使產(chǎn)品氣體供給量減量的信號(hào)，將裝設(shè)于產(chǎn)品氣體供給通路上的流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，調(diào)節(jié)至與減量后的產(chǎn)品氣體供給量相對(duì)應(yīng)的開(kāi)度，在供給產(chǎn)品的氣體量大致達(dá)到所設(shè)定的氣體流量以后，使上述各工序的切換時(shí)間按照與減量后的產(chǎn)品氣體供給量相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式變更，借此在所述產(chǎn)品氣體供給量的變更操作中進(jìn)行減量操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變動(dòng)吸附分離，其特征在于，按以下操作進(jìn)行產(chǎn)品氣體供給量變更操作中的增量操作通過(guò)輸入使產(chǎn)品氣體供給量增量的信號(hào)，使上述各工序的切換時(shí)間按照與增量后的產(chǎn)品氣體供給量相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式變更以后，將裝設(shè)于產(chǎn)品氣體供給通路中的流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，調(diào)節(jié)至與增量后的產(chǎn)品氣體供給量相對(duì)應(yīng)的開(kāi)度，借此在產(chǎn)品體供給量的變更操作中進(jìn)行增量操作。
全文摘要
壓力變動(dòng)吸收分離方法，使混合氣通過(guò)多個(gè)裝有吸附劑的吸附筒依次進(jìn)行吸附、均壓、減壓再生、凈化再生、均壓和加壓等工序的轉(zhuǎn)換操作，從而將易吸附成分吸留于吸附劑上，難吸附成分分離出來(lái)，壓縮為產(chǎn)品氣。通過(guò)對(duì)連接壓縮機(jī)排出口與吸入口的循環(huán)通路中的流量控制閥開(kāi)度的調(diào)節(jié)，使產(chǎn)品氣體的供給量達(dá)到變更后的設(shè)定值；同時(shí)，將產(chǎn)品氣供氣的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)成與預(yù)先設(shè)定的氣體流動(dòng)條件相應(yīng)的開(kāi)度。此外，通過(guò)輸入減量或增量信號(hào)，可進(jìn)行減量/增量操作。
文檔編號(hào)B01D53/047GK1395980SQ01143530
公開(kāi)日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2001年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月27日
發(fā)明者金子輝二, 池田賢治, 川井雅人, 獺越和人, 林伸, 工藤謙次 申請(qǐng)人:日本酸素株式會(huì)社