JP5933467B2

JP5933467B2 - ガス処理装置

Info

Publication number: JP5933467B2
Application number: JP2013030187A
Authority: JP
Inventors: 公昭米谷; 宣夫竹谷; 正継新岡; 剛吾松村
Original assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Current assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2033-02-19
Also published as: JP2014158997A

Description

本発明は、ガス処理装置に関し、詳しくは、ガス処理剤を充填した複数の処理筒を使用し、圧力変動法や温度変動法によってガスの分離処理やガスの精製処理などを行うガス処理装置に関する。

吸着剤などのガス処理剤を充填した複数の処理筒を、相対的に高い圧力又は低い温度の吸着工程（処理工程）と相対的に低い圧力又は高い温度の再生工程とに切り替えることにより、吸着工程で混合ガス中の特定成分をガス処理剤に吸着させ、ガス処理剤に吸着した成分を再生工程でガス処理剤から脱離させることにより、連続的にガスの分離や精製、除害を行うようにした圧力変動ガス分離装置（ＰＳＡ装置）や温度変動ガス分離装置（ＴＳＡ装置）が広く用いられている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

このようなガス処理装置は、基本的に、一つの原料ガス導入配管から分岐して複数の処理筒の入口側にそれぞれ接続する入口側配管と、一つの処理ガス導出配管から分岐して複数の処理筒の出口側にそれぞれ接続する出口側配管と、入口側配管及び出口側配管のそれぞれに設けられた自動弁とを備えており、各自動弁を所定の順序で切替開閉することにより、前記複数の処理筒を所定の順序で吸着工程と再生工程とに切り替え、ガスの分離や精製を連続的に行うようにしている。さらに、前記入口側配管及び出口側配管には、再生ガス導入配管や再生ガス導出配管から分岐した再生ガス入口側配管や再生ガス出口側配管が接続され、これらの再生ガス用の配管にも自動弁がそれぞれ設けられている。

特開２００５−２１８９１号公報特開２０１１−１４８６７０号公報特開平７−１８５２５６号公報

前記各配管は、配管の合流や分岐に対応するため、また、配管同士の干渉を避けるために、適宜な位置にエルボ（直角エルボ）を配置して配管を屈曲させる必要があった。さらに、自動弁としては、配管の設計や弁自体のコストを考慮し、弁両側の配管が一直線状になるストレートスルー形式の自動弁を用いているため、配管の直線部をある程度長くする必要があり、複数の吸着筒同士の間隔を狭くすることができなかった。このため、処理筒の外径が比較的小さい小型のガス処理装置であっても、配管スペースを含めたガス処理装置を設置するための床面積が大きくなり、ガス処理装置の設置場所が限られる場合があった。また、吸着筒同士の間隔を狭くして床面積を小さくするため、各配管にエルボを追加して配管の屈曲数を多くすることも試みられているが、この場合は、全体の配管長が長くなったり、エルボにおける圧力損失が増大したりするため、配管径を大きくしたり、圧縮機や真空ポンプの能力を高める必要があり、コストの上昇を避けることができなかった。

そこで本発明は、配管における圧力損失の増大を招くことなく、ガス処理装置を設置するための床面積を小さくすることができるガス処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のガス処理装置は、ガス処理剤を充填した複数の処理筒と、一つの原料ガス導入配管から分岐して前記複数の処理筒の入口側にそれぞれ接続する入口側配管と、一つの処理ガス導出配管から分岐して前記複数の処理筒の出口側にそれぞれ接続する出口側配管と、入口側配管及び出口側配管のそれぞれに設けられた弁とを備えたガス処理装置において、前記入口側配管及び前記出口側配管の屈曲部に、ガス流入側配管接続口の軸線とガス流出側配管接続口の軸線とが直交するとともに弁本体部内での流れ方向の変化が１回である形式の弁を配置し、前記処理筒の中心軸と、前記入口側配管のガス流出側配管と、前記出口側配管のガス流入側配管とが直線状に配置されているか、又は、前記入口側配管のガス流出側配管は、各処理筒の上部から一側方に向けて水平方向かつ平行に設けられるとともに、前記出口側配管のガス流入側配管は、各処理筒の下部から前記入口側配管のガス流出側配管と同じ方向に向けて水平方向かつ平行に設けられることを特徴としている。

さらに、本発明のガス処理装置は、前記弁が、流入側配管接続口の軸線と弁体の開閉移動方向の軸線とが一直線上に配置され、前記流入側配管接続口の反対側に、弁体を開閉駆動するためのアクチュエータが設けられた自動弁であることを特徴としている。

本発明のガス処理装置では、従来のガス処理装置では、配管の屈曲部にはエルボを使用し、配管の直線部に弁を設けていたのに対し、配管の屈曲部に、ガス流入側配管接続口の軸線とガス流出側配管接続口の軸線とが直交する形式の弁をそれぞれ配置したので、エルボを省略して配管の直線部を短くすることができる。これにより、処理筒同士の間隔を狭くすることが可能となり、ガス処理装置を設置する床面積を小さくすることができる。また、エルボを省略することによって配管の圧力損失を小さくすることができるので、圧縮機などの動力費の低減も図ることができる。

本発明のガス処理装置の第１形態例における配管の状態を説明するための斜視図である。同じく設置面積を説明するための平面図である。本発明のガス処理装置の第２形態例における配管の状態を説明するための斜視図である。同じく設置面積を説明するための平面図である。本発明のガス処理装置の第３形態例における配管の状態を説明するための斜視図である。同じく設置面積を説明するための平面図である。

図１及び図２は、本発明のガス処理装置の第１形態例を示すもので、本形態例に示すガス処理装置１０は、２筒式のガス処理装置であって、軸線を鉛直方向とし、内部にガス処理剤をそれぞれ充填した第１処理筒２１及び第２処理筒３１と、装置上部に設けられた一つの原料ガス導入配管１１からチーズにて水平方向に分岐し、前記第１処理筒２１側に向かう第１処理筒入口側分岐配管２２及び前記第２処理筒３１側に向かう第２処理筒入口側分岐配管３２と、前記第１処理筒２１の頂部中央から鉛直方向上方に向かって設けられた第１処理筒入口側配管２３及び前記第２処理筒３１の頂部中央から鉛直方向上方に向かって設けられた第２処理筒入口側配管３３と、装置下部に設けられた一つの処理ガス導出配管１２からチーズにて水平方向に分岐し、前記第１処理筒２１側に向かう第１処理筒出口側分岐配管２４及び前記第２処理筒３１側に向かう第２処理筒出口側分岐配管３４と、前記第１処理筒２１の底部中央から鉛直方向下方に向かって設けられた第１処理筒出口側配管２５及び前記第２処理筒３１の底部中央から鉛直方向下方に向かって設けられた第２処理筒出口側配管３５と、第１処理筒２１の入口側配管である前記第１処理筒入口側分岐配管２２と第１処理筒入口側配管２３とが直角に交わる入口側配管の屈曲部に設けられた第１処理筒入口弁２６及び第２処理筒３１の入口側配管である前記第２処理筒入口側分岐配管３２と第２処理筒入口側配管３３とが直角に交わる入口側配管の屈曲部に設けられた第２処理筒入口弁３６と、第１処理筒２１の出口側配管である前記第１処理筒出口側分岐配管２４と第１処理筒出口側配管２５とが直角に交わる出口側配管の屈曲部に設けられた第１処理筒出口弁２７及び第２処理筒３１の出口側配管である前記第２処理筒出口側分岐配管３４と第２処理筒出口側配管３５とが直角に交わる出口側配管の屈曲部に設けられた第２処理筒出口弁３７とを備えており、各入口弁２６，３６及び出口弁２７，３７には、計装ガスで作動するアクチュエータＡｃによって弁体を開閉する自動弁がそれぞれ用いられている。

各入口弁２６，３６は、各入口側分岐配管２２，３２がそれぞれ接続されるガス流入側配管接続口Ｖｉの軸線を水平方向に向け、各入口側配管２３，３３がそれぞれ接続されるガス流出側配管接続口Ｖｏの軸線を鉛直方向下方に向けた状態で、各処理筒２１，３１の上方にそれぞれ配置されている。同様に、各出口弁２７，３７は、各出口側分岐配管２４，３４がそれぞれ接続されるガス流出側配管接続口Ｖｏの軸線を水平方向に向け、各出口側配管２５，３５がそれぞれ接続されるガス流入側配管接続口Ｖｉの軸線を鉛直方向上方に向けた状態で、各処理筒２１，３１の下方にそれぞれ配置されている。また、各弁における流入側配管接続口Ｖｉの軸線は、各弁を開閉する弁体の移動軸線と一直線上に位置しており、弁本体部Ｖｂを挟んで流入側配管接続口Ｖｉの反対側には、弁体を開閉駆動するための前記アクチュエータＡｃがそれぞれ設けられている。

このように、処理筒２１，３１の半径が、アクチュエータＡｃを含めた自動弁の大きさと同等の寸法の場合は、各入口側配管や各出口側配管の屈曲部に、ガス流入側配管接続口Ｖｉの軸線に対してガス流出側配管接続口Ｖｏの軸線が直交する形式、すなわち、アングル弁を用いた自動弁を配置することにより、装置幅方向に配置される入口側分岐配管２２，３２や出口側分岐配管２４，３４の直線部に各自動弁が設けられていないことから、これらの配管の直線部を短くすることができ、処理筒２１，３１同士の間隔を狭くすることができる。これにより、図２に示すように、各入口弁２６，３６や各出口弁２７，３７を、処理筒２１，３１の上方又は下方に納めることが可能となり、ガス処理装置１０の設置面積Ｓを、二つの処理筒２１，３１を立設するのに必要な面積にまで小さくすることができ、室内などの狭い場所でもガス処理装置１０を設置することが可能となる。さらに、エルボを省略できるとともに、全体の配管長も短くすることができるので、配管の口径を小さくして初期コストを低減したり、圧縮機の動力費の低減などを図ることができる。

図３及び図４は、本発明のガス処理装置の第２形態例を示している。なお、以下の説明において、前記第１形態例に示したガス処理装置の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本形態例に示すガス処理装置４０は、第１処理筒入口側配管２３及び第２処理筒入口側配管３３を、各処理筒２１，３１の上部から一側方に向けて水平方向かつ平行に設けるとともに、第１処理筒出口側配管２５及び第２処理筒出口側配管３５を、前記入口側配管２３，３３と同様に各処理筒２１，３１の下部から水平方向かつ平行に設けたものであって、第１処理筒入口側分岐配管２２と第１処理筒入口側配管２３とが直角に交わる部分に第１処理筒入口弁２６を、第２処理筒入口側分岐配管３２と第２処理筒入口側配管３３とが直角に交わる部分に第２処理筒入口弁３６を、第１処理筒出口側分岐配管２４と第１処理筒出口側配管２５とが直角に交わる部分に第１処理筒出口弁２７を、第２処理筒出口側分岐配管３４と第２処理筒出口側配管３５とが直角に交わる部分に第２処理筒出口弁３７を、それぞれ設けている。

このように、各入口弁２６，３６及び各出口弁２７，３７を各処理筒２１，３１の一側方に配置することにより、前記第１形態例におけるガス処理装置１０に比べてガス処理装置４０の全高を低く抑えることができ、室内のような高さ制限がある場所でもガス処理装置４０を設置することができる。また、前記第１形態例と同様に、装置幅方向に配置される入口側分岐配管２２，３２や出口側分岐配管２４，３４の直線部を短くできることから、処理筒２１，３１同士の間隔を狭くすることができ、ガス処理装置４０の設置面積Ｓを小さくすることができる。

図５及び図６は、本発明のガス処理装置の第３形態例を示すもので、本形態例に示すガス処理装置５０は、手動弁１１ａ，１２ａをそれぞれ備えた原料ガス導入配管１１及び処理ガス導出配管１２が、共にガス処理装置５０の一側方から上方に向かって設けられている場合の構成例を示している。

第１処理筒入口側配管２３及び第２処理筒入口側配管３３と、第１処理筒出口側配管２５及び第２処理筒出口側配管３５とは、前記第２形態例と同様に、各処理筒２１，３１の上部、下部から一側方に向けて水平方向かつ平行に設けられており、各入口側配管２３，３３は、各入口弁２６，３６のガス流出側配管接続口Ｖｏにそれぞれ直接接続され、各出口側配管２５，３５は、エルボ２５ａ，３５ａによって鉛直方向上方に向きを変えた後、各出口弁２７，３７のガス流入側配管接続口Ｖｉにそれぞれ接続されている。

また、原料ガス導入配管１１からチーズにて水平方向に分岐した各入口側分岐配管２２，３２は、エルボ２２ａ，３２ａによって鉛直方向上方に向きを変えた後、各入口弁２６，３６のガス流入側配管接続口Ｖｉにそれぞれ接続されており、処理ガス導出配管１２から水平方向に分岐した各出口側分岐配管２４，３４は、各出口弁２７，３７のガス流出側配管接続口Ｖｏにそれぞれ直接接続されている。

このように、原料ガス導入配管１１や処理ガス導出配管１２の配置によっては、配管途中にエルボを用いる必要が生じるが、この場合でも、配管の屈曲部に、ガス流入側配管接続口Ｖｉの軸線に対してガス流出側配管接続口Ｖｏの軸線が直交する形式の自動弁を配置することにより、前記両形態例と同様に、装置幅方向に配置される入口側分岐配管２２，３２や出口側分岐配管２４，３４の直線部を短くできるので、処理筒２１，３１同士の間隔を狭くすることができ、ガス処理装置５０の設置面積Ｓを小さくすることができる。

例えば、第３形態例に示す構成のガス処理装置を窒素ガス精製装置に適用した場合、入口側分岐配管２２，３２及び出口側分岐配管２４，３４に自動弁をそれぞれ設け、これらをエルボを介して第１処理筒入口側配管２３及び第２処理筒入口側配管３３や出口側配管２５，３５に接続した従来の窒素ガス精製装置では、窒素ガス量が２０Ｎｍ^３／ｈの場合、設置面積Ａが０．７２ｍ^２であるのに対し、第３形態例に示す構成では、設置面積Ａを０．２４ｍ^２にすることができ、設置面積を６７％減少させることができる。同様に、窒素ガス量が１００Ｎｍ^３／ｈの場合、従来の装置の設置面積Ａが０．９０ｍ^２であるのに対し、第３形態例に示す構成の装置では、設置面積Ａを０．４２ｍ^２にすることができ、設置面積を５３％減少させることができる。

なお、各形態例では、原料ガス及び処理ガスに関係する配管のみを例示したが、再生ガス及び再生排ガスの配管についても同様であり、基本的に、各入口側配管２３，３３にチーズを介して再生排ガスの配管を分岐させ、出口側配管２５，３５にチーズを介して再生ガスの配管を分岐させればよく、必要に応じてエルボを用いることもできる。また、ガス流入側配管接続口Ｖｉの軸線に対してガス流出側配管接続口Ｖｏの軸線が直交する形式の自動弁としては、例えば、特開２０１０−１３８９９３号に記載されているような市販の自動弁を使用することができる。さらに、自動弁ではなく手動で開閉する弁を使用することもできる。

１０，４０，５０…ガス処理装置、１１…原料ガス導入配管、１１ａ…手動弁、１２…処理ガス導出配管、１２ａ…手動弁、２１…第１処理筒、２２…第１処理筒入口側分岐配管、２２ａ…エルボ、２３…第１処理筒入口側配管、２４…第１処理筒出口側分岐配管、２５…第１処理筒出口側配管、２５ａ…エルボ、２６…第１処理筒入口弁、２７…第１処理筒出口弁、３１…第２処理筒、３２…第２処理筒入口側分岐配管、３２ａ…エルボ、３３…第２処理筒入口側配管、３４…第２処理筒出口側分岐配管、３５…第２処理筒出口側配管、３５ａ…エルボ、３６…第２処理筒入口弁、３７…第２処理筒出口弁、Ａｃ…アクチュエータ、Ｓ…設置面積、Ｖｂ…弁本体部、Ｖｉ…ガス流入側配管接続口、Ｖｏ…ガス流出側配管接続口

Claims

ガス処理剤を充填した複数の処理筒と、一つの原料ガス導入配管から分岐して前記複数の処理筒の入口側にそれぞれ接続する入口側配管と、一つの処理ガス導出配管から分岐して前記複数の処理筒の出口側にそれぞれ接続する出口側配管と、入口側配管及び出口側配管のそれぞれに設けられた弁とを備えたガス処理装置において、前記入口側配管及び前記出口側配管の屈曲部に、ガス流入側配管接続口の軸線とガス流出側配管接続口の軸線とが直交するとともに弁本体部内での流れ方向の変化が１回である形式の弁をそれぞれ配置し、
前記処理筒の中心軸と、前記入口側配管のガス流出側配管と、前記出口側配管のガス流入側配管とが直線状に配置されていることを特徴とするガス処理装置。
ガス処理剤を充填した複数の処理筒と、一つの原料ガス導入配管から分岐して前記複数の処理筒の入口側にそれぞれ接続する入口側配管と、一つの処理ガス導出配管から分岐して前記複数の処理筒の出口側にそれぞれ接続する出口側配管と、入口側配管及び出口側配管のそれぞれに設けられた弁とを備えたガス処理装置において、前記入口側配管及び前記出口側配管の屈曲部に、ガス流入側配管接続口の軸線とガス流出側配管接続口の軸線とが直交するとともに弁本体部内での流れ方向の変化が１回である形式の弁をそれぞれ配置し、
前記入口側配管のガス流出側配管は、各処理筒の上部から一側方に向けて水平方向かつ平行に設けられるとともに、
前記出口側配管のガス流入側配管は、各処理筒の下部から前記入口側配管のガス流出側配管と同じ方向に向けて水平方向かつ平行に設けられる
ことを特徴とするガス処理装置。
前記弁は、流入側配管接続口の軸線と弁体の開閉移動方向の軸線とが一直線上に配置され、前記流入側配管接続口の反対側に、弁体を開閉駆動するためのアクチュエータが設けられた自動弁であることを特徴とする請求項１又は２記載のガス処理装置。