Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7784285B2 - Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7784285B2 - Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device - Google Patents

Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device

Info

Publication number
JP7784285B2
JP7784285B2 JP2021203256A JP2021203256A JP7784285B2 JP 7784285 B2 JP7784285 B2 JP 7784285B2 JP 2021203256 A JP2021203256 A JP 2021203256A JP 2021203256 A JP2021203256 A JP 2021203256A JP 7784285 B2 JP7784285 B2 JP 7784285B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
adsorption
gas
temperature
desorption
cleaning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021203256A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023088489A (en
Inventor
拓人 中島
牧治 小林
晃一 杉本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuraray Co Ltd filed Critical Kuraray Co Ltd
Priority to JP2021203256A priority Critical patent/JP7784285B2/en
Publication of JP2023088489A publication Critical patent/JP2023088489A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7784285B2 publication Critical patent/JP7784285B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Description

本発明は、窒素ガス分離方法及び窒素ガス分離装置に関する。 The present invention relates to a nitrogen gas separation method and a nitrogen gas separation device.

近年、窒素ガスは金属の熱処理、半導体の製造、化学プラントの防爆シール等に用いる工業用ガスから食品保存用の充填ガスに至るまで多岐にわたる分野で使用されている。窒素ガスの製造方法としては、吸着剤を充填した吸着塔に原料ガスである高圧の空気を送入し、前記吸着剤に酸素ガスを吸着させて窒素ガスを製品ガスとして分離するいわゆる圧力変動吸着(Pressure Swing Adsorption:PSA)式の製造方法が用いられている。このようなPSA方式による窒素ガス分離方法を適用した装置としては、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。 In recent years, nitrogen gas has been used in a wide variety of fields, from industrial gases used in metal heat treatment, semiconductor manufacturing, and explosion-proof sealing in chemical plants, to filler gas for food preservation. Nitrogen gas is produced using the so-called pressure swing adsorption (PSA) method, in which high-pressure air (raw material) is fed into an adsorption tower filled with an adsorbent, and oxygen gas is adsorbed onto the adsorbent, resulting in nitrogen gas being separated as a product gas. An example of an apparatus that uses this PSA nitrogen gas separation method is described in Patent Document 1.

特許文献1に記載された装置では、製品窒素ガス流量に対応する数値の吸着工程開始時からの積算値の合計が予め決められた一定値を超えると吸着工程を終了する。 In the device described in Patent Document 1, the adsorption process is terminated when the total integrated value of the numerical value corresponding to the product nitrogen gas flow rate from the start of the adsorption process exceeds a predetermined value.

特許第5559755号公報Patent No. 5559755

特許文献1の技術では、製品窒素ガス流量が減少することに応じて、各吸着塔が吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間が延長される。吸脱着時間が延長されると脱着工程における単位時間当たりの排気回数が減ることで排気量が減るので、原料ガスの消費量が減り、省エネルギー化が図られる。しかしながら、製品窒素ガス流量のみに着目して吸脱着時間を設定するだけでは、省エネルギー化が十分に図られているとは言えない。 In the technology of Patent Document 1, the adsorption/desorption time during which each adsorption tower performs the adsorption process and desorption process is extended in response to a decrease in the product nitrogen gas flow rate. When the adsorption/desorption time is extended, the number of exhausts per unit time in the desorption process decreases, thereby reducing the amount of exhaust, thereby reducing the consumption of raw gas and achieving energy savings. However, simply setting the adsorption/desorption time based solely on the product nitrogen gas flow rate does not necessarily result in sufficient energy savings.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、窒素ガスをより省エネルギーで取得することのできる窒素ガス分離方法及び窒素ガス分離装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in light of these circumstances, and aims to provide a nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device that can obtain nitrogen gas with greater energy savings.

本発明者らが鋭意研究した結果、吸着塔に充填される吸着剤の吸脱着特性が吸着剤の温度の変化に応じて変化することに着目し、吸着剤の温度に影響し得る特定温度の変化に応じて吸脱着時間を変化させることにより、窒素ガスをより省エネルギーで取得することが可能であることを見出して本発明を完成させた。 After extensive research, the inventors noticed that the adsorption and desorption characteristics of the adsorbent packed into the adsorption tower change in response to changes in the adsorbent's temperature. They discovered that by changing the adsorption and desorption time in response to changes in specific temperatures that can affect the adsorbent's temperature, it is possible to obtain nitrogen gas with less energy, leading to the completion of this invention.

したがって、上記課題を解決するため、本発明は以下の方法及び装置を有する。 Therefore, to solve the above problems, the present invention provides the following method and apparatus.

本発明に係る窒素ガス分離方法は、吸着剤が充填された2基以上の吸着塔に窒素ガスと酸素ガスとを含む原料ガスを圧縮機により加圧下で供給し、各吸着塔が吸着工程、均圧工程、脱着工程、均圧工程を繰り返し行うことにより原料ガスから窒素ガスを製品ガスとして分離し、当該製品ガスを製品槽に導入する窒素ガス分離方法である。この窒素ガス分離方法では、前記製品槽から流出される前記製品ガスの流量が基準流量よりも減少することに応じて、前記各吸着塔が吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を基準の吸脱着時間に対して延長する。この際、前記圧縮機により供給される前記原料ガスの温度で示され前記吸着剤の温度に影響し得る特定温度が第1温度のときに前記基準の吸脱着時間よりも長い第1吸脱着時間とする一方、前記特定温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記第1吸脱着時間よりも長い第2吸脱着時間とするとともに、前記特定温度の前記第1温度から前記第2温度への低下に応じて前記圧縮機からの前記原料ガスの供給量を減少させる A nitrogen gas separation method according to the present invention includes supplying a feed gas containing nitrogen gas and oxygen gas under pressure by a compressor to two or more adsorption towers filled with an adsorbent, and each adsorption tower repeatedly performs an adsorption step, a pressure equalization step, a desorption step, and a pressure equalization step to separate nitrogen gas from the feed gas as a product gas and introduce the product gas into a product tank. In this nitrogen gas separation method, the adsorption and desorption times during which each adsorption tower performs the adsorption and desorption steps are extended relative to a reference adsorption and desorption time in response to a decrease in the flow rate of the product gas flowing out of the product tank below a reference flow rate. When a specific temperature, which is indicated by the temperature of the feed gas supplied by the compressor and which may affect the temperature of the adsorbent, is a first temperature, a first adsorption and desorption time is set longer than the reference adsorption and desorption time. When the specific temperature is a second temperature lower than the first temperature, a second adsorption and desorption time is set longer than the first adsorption and desorption time. The feed gas supply rate from the compressor is reduced as the specific temperature decreases from the first temperature to the second temperature .

この窒素ガス分離方法によれば、製品槽から流出される前記製品ガスの流量が基準流量よりも減少することに応じて、各吸着塔が吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を基準の吸脱着時間に対して延長する。製品槽からの製品ガスの流出流量が基準流量よりも減少すると、吸着塔において得られる窒素ガスの純度が必要以上に高くなる。そこで、製品槽からの製品ガスの流出流量の減少に応じて、各吸着塔が吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を延長する。これにより、吸着工程に付されている吸着塔においては、吸着剤に吸着された酸素ガスの一部が脱着されて、製品槽からの製品ガスの流出流量の減少に伴って必要以上に高められた窒素ガスの純度を低下させる機能を果たす。このため、吸着工程に付されている吸着塔において得られる窒素ガスの純度の過度な上昇を抑制できる。しかも、脱着工程に付されている吸着塔においては、吸脱着時間の延長に伴って単位時間当たりの排気回数が減ることで排気量が減るので、原料ガスの供給量を少なくすることができる。したがって、所望の純度の窒素ガスを省エネルギーで取得することができる。 According to this nitrogen gas separation method, the adsorption/desorption time during which each adsorption tower performs the adsorption and desorption processes is extended relative to the standard adsorption/desorption time in response to a decrease in the flow rate of the product gas flowing out of the product tank below the standard flow rate. When the flow rate of the product gas flowing out of the product tank decreases below the standard flow rate, the purity of the nitrogen gas obtained in the adsorption tower becomes higher than necessary. Therefore, the adsorption/desorption time during which each adsorption tower performs the adsorption and desorption processes is extended in response to a decrease in the flow rate of the product gas flowing out of the product tank. This allows a portion of the oxygen gas adsorbed by the adsorbent in the adsorption tower performing the adsorption process to be desorbed, thereby reducing the purity of the nitrogen gas, which had been increased more than necessary due to a decrease in the flow rate of the product gas flowing out of the product tank. This prevents an excessive increase in the purity of the nitrogen gas obtained in the adsorption tower performing the adsorption process. Furthermore, in the adsorption tower performing the desorption process, the number of exhausts per unit time decreases as the adsorption/desorption time is extended, thereby reducing the amount of exhaust, and therefore the supply amount of raw gas can be reduced. Therefore, nitrogen gas of the desired purity can be obtained with reduced energy consumption.

ここで、吸着塔に充填される吸着剤の吸脱着特性は、吸着剤の温度の変化に応じて変化する。吸着剤の温度に影響し得る特定温度が低いほど吸着剤の分子運動が鈍くなるため、吸着剤に吸着された酸素ガスが脱着され難い。このような吸着剤の吸脱着特性に着目し、特定温度が第1温度のときに基準の吸脱着時間よりも長い第1吸脱着時間とする一方、特定温度が第1温度よりも低い第2温度では第1吸脱着時間よりも長い第2吸脱着時間とする。これにより、特定温度の低下に応じて吸着剤が酸素ガスを脱着させ難い特性を示す場合には、吸着工程に付されている吸着塔において、吸脱着時間を長くすることによって吸着剤からの酸素ガスの脱着の機会を増やし、得られる窒素ガスの純度の過度な上昇を抑制できる。しかも、特定温度の低下に応じて吸脱着時間を長くすることにより、脱着工程に付されている吸着塔における単位時間当たりの排気回数が更に減ることで排気量が減るので、原料ガスの供給量をより少なくすることができる。したがって、製品槽から流出される製品ガスの流量が減少した場合に、特定温度の低下に応じて所望の純度の窒素ガスをより省エネルギーで取得することができる。 The adsorption/desorption characteristics of the adsorbent filled in the adsorption tower change with changes in the adsorbent temperature. The lower the specific temperature that can affect the adsorbent temperature, the slower the adsorbent's molecular motion, making it more difficult for oxygen gas adsorbed by the adsorbent to desorb. Focusing on these adsorption/desorption characteristics of the adsorbent, a first adsorption/desorption time longer than the reference adsorption/desorption time is set when the specific temperature is a first temperature, while a second adsorption/desorption time longer than the first adsorption/desorption time is set when the specific temperature is a second temperature lower than the first temperature. In this way, if the adsorbent exhibits characteristics that make it difficult to desorb oxygen gas as the specific temperature decreases, the adsorption/desorption time in the adsorption tower used in the adsorption process can be extended to increase the opportunities for oxygen gas to desorb from the adsorbent and prevent an excessive increase in the purity of the resulting nitrogen gas. Furthermore, by extending the adsorption/desorption time as the specific temperature decreases, the number of exhausts per unit time in the adsorption tower used in the desorption process is further reduced, thereby reducing the exhaust volume and enabling a smaller supply of raw gas. Therefore, when the flow rate of the product gas flowing out of the product tank decreases, nitrogen gas of the desired purity can be obtained with less energy in response to the decrease in the specific temperature.

本発明に係る窒素ガス分離方法は、吸着剤が充填された2基以上の吸着塔に窒素ガスと酸素ガスとを含む原料ガスを圧縮機により加圧下で供給し、各吸着塔が吸着工程、均圧工程、脱着工程、均圧工程を繰り返し行うことにより原料ガスから窒素ガスを製品ガスとして分離する窒素ガス分離方法である。この窒素ガス分離方法では、前記圧縮機により供給される前記原料ガスの温度で示され前記吸着剤の温度に影響し得る特定温度が第1温度のときに前記各吸着塔が吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を第1吸脱着時間とする一方、前記特定温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記第1吸脱着時間よりも長い第2吸脱着時間とするとともに、前記特定温度の前記第1温度から前記第2温度への低下に応じて前記圧縮機からの前記原料ガスの供給量を減少させる A nitrogen gas separation method according to the present invention comprises supplying a feed gas containing nitrogen gas and oxygen gas under pressure by a compressor to two or more adsorption towers filled with an adsorbent, and each adsorption tower repeatedly performing an adsorption step, a pressure equalization step, a desorption step, and a pressure equalization step to separate nitrogen gas from the feed gas as a product gas. In this nitrogen gas separation method, a first adsorption/desorption time is defined as an adsorption/desorption time during which each adsorption tower performs the adsorption step and the desorption step when a specific temperature indicated by the temperature of the feed gas supplied by the compressor and which may affect the temperature of the adsorbent is a first temperature, and a second adsorption/desorption time is defined as a second adsorption/desorption time longer than the first adsorption/desorption time when the specific temperature is a second temperature lower than the first temperature, and the amount of the feed gas supplied from the compressor is reduced as the specific temperature decreases from the first temperature to the second temperature .

この窒素ガス分離方法によれば、吸着塔に充填される吸着剤の吸脱着特性が吸着剤の温度の変化に応じて変化することに着目し、吸着剤の温度に影響し得る特定温度が第1温度のときに各吸着塔が吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を第1吸脱着時間とする一方、特定温度が第1温度よりも低い第2温度では第1吸脱着時間よりも長い第2吸脱着時間とする。これにより、特定温度の低下に応じて吸着剤が酸素ガスを脱着させ難い特性を示す場合には、吸着工程に付されている吸着塔において、吸脱着時間を長くすることによって吸着剤からの酸素ガスの脱着の機会を増やし、得られる窒素ガスの純度の過度な上昇を抑制できる。しかも、特定温度の低下に応じて吸脱着時間を長くすることにより、脱着工程に付されている吸着塔における単位時間当たりの排気回数が減ることで排気量が減るので、原料ガスの供給量を少なくすることができる。したがって、特定温度の低下に応じて所望の純度の窒素ガスを省エネルギーで取得することができる。 This nitrogen gas separation method focuses on the fact that the adsorption and desorption characteristics of the adsorbent filled in the adsorption tower change with changes in the adsorbent temperature. When a specific temperature that can affect the adsorbent temperature is a first temperature, the adsorption and desorption time during which each adsorption tower performs the adsorption and desorption processes is designated as a first adsorption and desorption time. When the specific temperature is a second temperature lower than the first temperature, the second adsorption and desorption time is set to be longer than the first adsorption and desorption time. As a result, if the adsorbent exhibits characteristics that make it difficult to desorb oxygen gas as the specific temperature decreases, the adsorption and desorption time in the adsorption tower performing the adsorption process is extended to increase the opportunities for oxygen gas to desorb from the adsorbent, thereby preventing an excessive increase in the purity of the resulting nitrogen gas. Furthermore, by extending the adsorption and desorption time as the specific temperature decreases, the number of exhausts per unit time in the adsorption tower performing the desorption process is reduced, thereby reducing the amount of exhaust, and therefore the amount of raw gas supplied. Therefore, nitrogen gas of the desired purity can be obtained with reduced energy as the specific temperature decreases.

上記の窒素ガス分離方法において、前記第2吸脱着時間は、前記第1吸脱着時間よりも長く、且つ、前記第1吸脱着時間の3倍以下の時間としてもよい。 In the above nitrogen gas separation method, the second adsorption/desorption time may be longer than the first adsorption/desorption time, but may be no longer than three times the first adsorption/desorption time.

この態様では、特定温度が第1温度よりも低い第2温度に低下した場合に、第1吸脱着時間よりも長く、且つ、第1吸脱着時間の3倍以下の第2吸脱着時間で各吸着塔が吸着工程と脱着工程を行う。これにより、特定温度の低下に応じて所望の純度の窒素ガスを省エネルギーで取得する効果を維持しつつ、吸脱着時間が必要以上に長くなり過ぎるのを抑制できる。 In this aspect, when the specific temperature drops to a second temperature lower than the first temperature, each adsorption tower performs the adsorption and desorption processes for a second adsorption/desorption time that is longer than the first adsorption/desorption time but no more than three times the first adsorption/desorption time. This prevents the adsorption/desorption time from becoming unnecessarily long while maintaining the effect of obtaining nitrogen gas of the desired purity in an energy-saving manner in response to a drop in the specific temperature.

上記の窒素ガス分離方法では、吸着工程に付されている吸着塔において得られた前記製品ガスの一部を洗浄ガスとして脱着工程に付されている吸着塔へ流出させる場合、前記特定温度が前記第1温度のときに前記第1吸脱着時間と同一の第1洗浄時間において前記洗浄ガスを第1流量で流出させる一方、前記特定温度が前記第2温度では前記第2吸脱着時間と同一の第2洗浄時間において前記洗浄ガスを前記第1流量よりも小さい第2流量で流出させるようにしてもよい。 In the above-described nitrogen gas separation method, when a portion of the product gas obtained in an adsorption tower undergoing the adsorption process is discharged as cleaning gas to an adsorption tower undergoing the desorption process, the cleaning gas may be discharged at a first flow rate for a first cleaning time that is the same as the first adsorption/desorption time when the specific temperature is the first temperature, and the cleaning gas may be discharged at a second flow rate that is smaller than the first flow rate for a second cleaning time that is the same as the second adsorption/desorption time when the specific temperature is the second temperature.

この態様では、吸着工程に付されている吸着塔において得られた製品ガスの一部を洗浄ガスとして脱着工程に付されている吸着塔へ流出させる。洗浄ガスは、脱着工程に付されている吸着塔内に残存するガスの排出を促進する。吸脱着時間と同一の洗浄時間において一定の流量で洗浄ガスを流出させると、製品ガスが必要以上に洗浄ガスとして消費されてしまう虞がある。更に、特定温度の低下に応じて吸脱着時間を長くすることによる原料ガスの供給量の低減効果が、製品ガスの洗浄ガスとしての消費に伴って低下してしまう。 In this embodiment, a portion of the product gas obtained in the adsorption tower undergoing the adsorption process is discharged as cleaning gas to the adsorption tower undergoing the desorption process. The cleaning gas promotes the discharge of gas remaining in the adsorption tower undergoing the desorption process. If cleaning gas is discharged at a constant flow rate for a cleaning time that is the same as the adsorption/desorption time, there is a risk that more product gas than necessary will be consumed as cleaning gas. Furthermore, the effect of reducing the supply amount of raw material gas by extending the adsorption/desorption time in response to a decrease in the specific temperature will be reduced as the product gas is consumed as cleaning gas.

そこで、特定温度が第1温度のときに第1吸脱着時間と同一の第1洗浄時間において洗浄ガスを第1流量で流出させる一方、特定温度が第2温度では第2吸脱着時間と同一の第2洗浄時間において洗浄ガスを第1流量よりも小さい第2流量で流出させる。これにより、洗浄ガスの流出による吸着塔内に残存するガスの排出を促進する効果を維持しつつ、製品ガスが必要以上に洗浄ガスとして消費されるのを抑制できる。しかも、製品ガスの洗浄ガスとしての消費の抑制に伴って、原料ガスの供給量を少なくすることができる。したがって、製品ガスの一部を洗浄ガスとして流出させる場合において、所望の純度の窒素ガスを省エネルギーで取得することができる。 When the specific temperature is the first temperature, the cleaning gas is discharged at a first flow rate for a first cleaning time that is the same as the first adsorption/desorption time, while when the specific temperature is the second temperature, the cleaning gas is discharged at a second flow rate that is smaller than the first flow rate for a second cleaning time that is the same as the second adsorption/desorption time. This prevents the product gas from being consumed as cleaning gas more than necessary while maintaining the effect of promoting the discharge of gas remaining in the adsorption tower by the discharge of cleaning gas. Furthermore, by reducing the consumption of product gas as cleaning gas, the supply amount of raw gas can be reduced. Therefore, when a portion of the product gas is discharged as cleaning gas, nitrogen gas of the desired purity can be obtained with reduced energy.

上記の窒素ガス分離方法では、吸着工程に付されている吸着塔において得られた前記製品ガスの一部を洗浄ガスとして脱着工程に付されている吸着塔へ流出させる場合、前記特定温度が前記第1温度のときに前記第1吸脱着時間よりも短い第1洗浄時間で前記洗浄ガスを流出させる一方、前記特定温度が前記第2温度では前記第2吸脱着時間よりも短い第2洗浄時間で前記洗浄ガスを流出させるようにしてもよい。 In the above-described nitrogen gas separation method, when a portion of the product gas obtained in an adsorption tower undergoing an adsorption process is discharged as cleaning gas to an adsorption tower undergoing a desorption process, the cleaning gas may be discharged in a first cleaning time that is shorter than the first adsorption/desorption time when the specific temperature is the first temperature, and the cleaning gas may be discharged in a second cleaning time that is shorter than the second adsorption/desorption time when the specific temperature is the second temperature.

この態様では、製品ガスの一部を洗浄ガスとして流出させる場合において、特定温度が第1温度のときに第1吸脱着時間よりも短い第1洗浄時間で洗浄ガスを流出させる一方、特定温度が第2温度では第2吸脱着時間よりも短い第2洗浄時間で洗浄ガスを流出させる。これにより、洗浄ガスの流出による吸着塔内に残存するガスの排出を促進する効果を維持しつつ、製品ガスが必要以上に洗浄ガスとして消費されるのを抑制できる。しかも、製品ガスの洗浄ガスとしての消費の抑制に伴って、原料ガスの供給量を少なくすることができる。したがって、製品ガスの一部を洗浄ガスとして流出させる場合において、所望の純度の窒素ガスを省エネルギーで取得することができる。 In this aspect, when a portion of the product gas is discharged as cleaning gas, the cleaning gas is discharged for a first cleaning time that is shorter than the first adsorption/desorption time when the specific temperature is the first temperature, and the cleaning gas is discharged for a second cleaning time that is shorter than the second adsorption/desorption time when the specific temperature is the second temperature. This prevents the product gas from being consumed as cleaning gas more than necessary while maintaining the effect of promoting the discharge of gas remaining in the adsorption tower by the discharge of cleaning gas. Furthermore, by reducing the consumption of product gas as cleaning gas, the supply amount of raw gas can be reduced. Therefore, when a portion of the product gas is discharged as cleaning gas, nitrogen gas of the desired purity can be obtained with reduced energy.

本発明に係る窒素ガス分離装置は、吸着剤が充填され、窒素ガスと酸素ガスとを含む原料ガスの圧縮機による加圧下での供給に応じて当該原料ガスから窒素ガスを製品ガスとして分離する2基以上の吸着塔と、前記各吸着塔において得られた前記製品ガスが導入される製品槽と、前記製品槽から流出される前記製品ガスの流量を計測する流量計と、前記圧縮機により供給される前記原料ガスの温度で示され前記吸着剤の温度に影響し得る特定温度を計測する温度計と、前記各吸着塔において前記製品ガスが得られるように吸着工程、均圧工程、脱着工程、均圧工程を繰り返し行うための制御を行う制御部と、を備える。前記制御部は、前記流量計による計測流量が基準流量よりも減少することに応じて、前記各吸着塔が吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を基準の吸脱着時間に対して延長する吸脱着制御を行う。前記制御部は、前記吸脱着制御では、前記温度計による計測温度が第1温度のときに前記基準の吸脱着時間よりも長い第1吸脱着時間とする一方、前記計測温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記第1吸脱着時間よりも長い第2吸脱着時間とする制御を行うとともに、前記計測温度の前記第1温度から前記第2温度への低下に応じて前記圧縮機からの前記原料ガスの供給量を減少させる The nitrogen gas separation apparatus according to the present invention comprises two or more adsorption towers filled with an adsorbent and configured to separate nitrogen gas as a product gas from a feed gas containing nitrogen gas and oxygen gas supplied under pressure by a compressor , a product tank into which the product gas obtained in each of the adsorption towers is introduced, a flowmeter for measuring the flow rate of the product gas flowing out of the product tank, a thermometer for measuring a specific temperature indicated by the temperature of the feed gas supplied by the compressor and which may affect the temperature of the adsorbent, and a control unit for controlling the repeated execution of an adsorption process, a pressure equalization process, a desorption process, and a pressure equalization process so as to obtain the product gas in each of the adsorption towers. The control unit performs adsorption/desorption control by extending the adsorption/desorption time during which each of the adsorption towers performs the adsorption and desorption processes relative to the standard adsorption/desorption time when the flow rate measured by the flowmeter decreases below a standard flow rate. In the adsorption/desorption control, the control unit performs control to set a first adsorption/desorption time that is longer than the reference adsorption/desorption time when the temperature measured by the thermometer is a first temperature, and to set a second adsorption/desorption time that is longer than the first adsorption/desorption time when the measured temperature is a second temperature that is lower than the first temperature, and reduces the amount of the raw material gas supplied from the compressor as the measured temperature decreases from the first temperature to the second temperature .

本発明に係る窒素ガス分離装置は、吸着剤が充填され、窒素ガスと酸素ガスとを含む原料ガスの圧縮機による加圧下での供給に応じて当該原料ガスから窒素ガスを製品ガスとして分離する2基以上の吸着塔と、前記圧縮機により供給される前記原料ガスの温度で示され前記吸着剤の温度に影響し得る特定温度を計測する温度計と、前記各吸着塔において前記製品ガスが得られるように吸着工程、均圧工程、脱着工程、均圧工程を繰り返し行うための制御を行う制御部と、を備える。前記制御部は、前記温度計による計測温度が第1温度のときに前記各吸着塔が吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を第1吸脱着時間とする一方、前記計測温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記第1吸脱着時間よりも長い第2吸脱着時間とする制御を行うとともに、前記計測温度の前記第1温度から前記第2温度への低下に応じて前記圧縮機からの前記原料ガスの供給量を減少させる The nitrogen gas separation apparatus according to the present invention comprises two or more adsorption towers filled with an adsorbent and configured to separate nitrogen gas as a product gas from a feed gas containing nitrogen gas and oxygen gas supplied under pressure by a compressor , a thermometer configured to measure a specific temperature indicated by the temperature of the feed gas supplied by the compressor and capable of affecting the temperature of the adsorbent, and a control unit configured to control each of the adsorption towers to repeatedly perform an adsorption process, a pressure equalization process, a desorption process, and a pressure equalization process so as to obtain the product gas. The control unit controls each of the adsorption towers to perform the adsorption and desorption processes in a manner that a first adsorption/desorption time is set as an adsorption/desorption time when the temperature measured by the thermometer is a first temperature, and a second adsorption/desorption time is set as an adsorption/desorption time longer than the first adsorption/desorption time when the measured temperature is a second temperature lower than the first temperature, and reduces the amount of the feed gas supplied from the compressor as the measured temperature decreases from the first temperature to the second temperature .

上記の窒素ガス分離装置において、前記制御部は、前記第2吸脱着時間を、前記第1吸脱着時間よりも長く、且つ、前記第1吸脱着時間の3倍以下の時間とする制御を行うようにしてもよい。 In the above-mentioned nitrogen gas separation device, the control unit may be configured to control the second adsorption/desorption time to be longer than the first adsorption/desorption time, but not longer than three times the first adsorption/desorption time.

上記の窒素ガス分離装置は、吸着工程に付されている吸着塔において得られた前記製品ガスの一部を洗浄ガスとして脱着工程に付されている吸着塔へ流出させるための洗浄ガス流出ラインと、前記洗浄ガス流出ラインを流れる前記洗浄ガスの流量を調整する流量調整部と、を更に備える構成であってもよい。この場合、前記制御部は、前記計測温度が前記第1温度のときに前記第1吸脱着時間と同一の第1洗浄時間において前記洗浄ガスが前記洗浄ガス流出ラインを第1流量で流出する一方、前記計測温度が前記第2温度では前記第2吸脱着時間と同一の第2洗浄時間において前記洗浄ガスが前記洗浄ガス流出ラインを前記第1流量よりも小さい第2流量で流出するように、前記流量調整部を制御する。 The nitrogen gas separation apparatus may further include a cleaning gas outlet line for discharging a portion of the product gas obtained in the adsorption tower undergoing the adsorption process as cleaning gas to the adsorption tower undergoing the desorption process, and a flow rate adjustment unit for adjusting the flow rate of the cleaning gas flowing through the cleaning gas outlet line. In this case, the control unit controls the flow rate adjustment unit so that when the measured temperature is the first temperature, the cleaning gas flows out of the cleaning gas outlet line at a first flow rate for a first cleaning time that is the same as the first adsorption/desorption time, and so that when the measured temperature is the second temperature, the cleaning gas flows out of the cleaning gas outlet line at a second flow rate that is smaller than the first flow rate for a second cleaning time that is the same as the second adsorption/desorption time.

上記の窒素ガス分離装置は、吸着工程に付されている吸着塔において得られた前記製品ガスの一部を洗浄ガスとして脱着工程に付されている吸着塔へ流出させるための洗浄ガス流出ラインと、前記洗浄ガス流出ラインの流路を開閉する流路開閉部と、を、更に備える構成であってもよい。この場合、前記制御部は、前記計測温度が前記第1温度のときに前記第1吸脱着時間よりも短い第1洗浄時間で前記洗浄ガスが前記洗浄ガス流出ラインを流出する一方、前記計測温度が前記第2温度では前記第2吸脱着時間よりも短い第2洗浄時間で前記洗浄ガスが前記洗浄ガス流出ラインを流出するように、前記流路開閉部を制御する。 The nitrogen gas separation apparatus may further include a cleaning gas outlet line for discharging a portion of the product gas obtained in the adsorption tower undergoing the adsorption process as cleaning gas to the adsorption tower undergoing the desorption process, and a flow path opening/closing unit for opening and closing the flow path of the cleaning gas outlet line. In this case, the control unit controls the flow path opening/closing unit so that when the measured temperature is the first temperature, the cleaning gas flows out of the cleaning gas outlet line in a first cleaning time that is shorter than the first adsorption/desorption time, and so that when the measured temperature is the second temperature, the cleaning gas flows out of the cleaning gas outlet line in a second cleaning time that is shorter than the second adsorption/desorption time.

以上説明したように、本発明によれば、窒素ガスをより省エネルギーで取得することができる。 As explained above, according to the present invention, nitrogen gas can be obtained with greater energy savings.

本発明の一実施形態に係る窒素ガス分離装置の構成を示す図である。1 is a diagram showing the configuration of a nitrogen gas separation device according to one embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態に係る窒素ガス分離方法及び窒素ガス分離装置について、図面を参照しながら説明する。 The nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1に示される窒素ガス分離装置1は、窒素ガスと酸素ガスとを含む原料ガスから窒素ガスを分離して、窒素ガスを含む製品ガスを得る装置である。原料ガスとしては、例えば、空気を使用することができるが、これに限定されるものではなく、少なくとも窒素ガスと酸素ガスとを含むガスであればよい。 The nitrogen gas separation device 1 shown in Figure 1 is a device that separates nitrogen gas from a raw material gas containing nitrogen gas and oxygen gas to obtain a product gas containing nitrogen gas. The raw material gas can be, for example, air, but is not limited to this, and can be any gas that contains at least nitrogen gas and oxygen gas.

窒素ガス分離装置1は、2基以上の吸着塔を構成する第1吸着塔1A及び第2吸着塔1Bと、製品槽2と、制御部20と、温度計23と、を備える。また、窒素ガス分離装置1には、圧縮機3が接続される。 The nitrogen gas separation device 1 includes a first adsorption tower 1A and a second adsorption tower 1B, which constitute two or more adsorption towers, a product tank 2, a control unit 20, and a thermometer 23. A compressor 3 is also connected to the nitrogen gas separation device 1.

圧縮機3は、原料ガスを吸入口から吸い込み、吸い込んだ原料ガスを加圧して吐出口から吐出する。圧縮機3は、吐出圧力が一定となるように原料ガスを吐出する。圧縮機3の吐出口には原料ガス供給ラインL1が接続される。原料ガス供給ラインL1は、第1吸着塔1Aの入口と第1吸着塔入口ラインL1Aを介して接続されるとともに、第2吸着塔1Bの入口と第2吸着塔入口ラインL1Bを介して接続される。圧縮機3は、原料ガス供給ラインL1と第1及び第2吸着塔入口ラインL1A,L1Bとを介して第1及び第2吸着塔1A,1Bに所定圧力の原料ガスを供給する。なお、原料ガスとして空気が使用される場合は、圧縮機3は、大気から空気を吸い込む。空気以外のガスを原料ガスとする場合は、圧縮機3は、例えば、原料ガスを容器に入れた原料ガス源に接続される。 The compressor 3 draws in raw gas through an inlet, pressurizes the drawn-in raw gas, and discharges it from an outlet. The compressor 3 discharges the raw gas so that the discharge pressure is constant. A raw gas supply line L1 is connected to the discharge port of the compressor 3. The raw gas supply line L1 is connected to the inlet of the first adsorption tower 1A via the first adsorption tower inlet line L1A, and to the inlet of the second adsorption tower 1B via the second adsorption tower inlet line L1B. The compressor 3 supplies raw gas at a predetermined pressure to the first and second adsorption towers 1A and 1B via the raw gas supply line L1 and the first and second adsorption tower inlet lines L1A and L1B. When air is used as the raw gas, the compressor 3 draws air from the atmosphere. When a gas other than air is used as the raw gas, the compressor 3 is connected to a raw gas source, for example, a container containing the raw gas.

第1吸着塔入口ラインL1Aには、第1吸気バルブCV1が設けられている。第2吸着塔入口ラインL1Bには、第2吸気バルブCV3が設けられている。更に、第1吸着塔入口ラインL1Aと第2吸着塔入口ラインL1Bとを接続する第1均圧ラインL8が設けられている。第1均圧ラインL8には、第1均圧バルブCV8が設けられている。なお、第1吸気バルブCV1、第2吸気バルブCV3及び第1均圧バルブCV8は、開閉切り換え可能な弁によって構成されている。 A first intake valve CV1 is provided in the first adsorption tower inlet line L1A. A second intake valve CV3 is provided in the second adsorption tower inlet line L1B. Furthermore, a first pressure equalization line L8 is provided connecting the first adsorption tower inlet line L1A and the second adsorption tower inlet line L1B. A first pressure equalization valve CV8 is provided in the first pressure equalization line L8. The first intake valve CV1, second intake valve CV3, and first pressure equalization valve CV8 are configured as valves that can be switched between open and closed states.

第1及び第2吸着塔入口ラインL1A,L1Bには、ガス排出ラインL2が接続されている。ガス排出ラインL2は、第1吸着塔入口ラインL1A上における第1吸気バルブCV1の下流側に接続された第1排出ラインL2Aと、第2吸着塔入口ラインL1B上における第2吸気バルブCV3の下流側に接続された第2排出ラインL2Bと、第1排出ラインL2Aと第2排出ラインL2Bとの合流点に接続された排出合流ラインL2Cと、を有する。第1排出ラインL2Aには、第1排出バルブCV2が設けられている。第2排出ラインL2Bには、第2排出バルブCV4が設けられている。なお、第1排出バルブCV2及び第2排出バルブCV4は、開閉切り換え可能な弁によって構成されている。 A gas discharge line L2 is connected to the first and second adsorption tower inlet lines L1A and L1B. The gas discharge line L2 includes a first discharge line L2A connected to the first adsorption tower inlet line L1A downstream of the first intake valve CV1, a second discharge line L2B connected to the second adsorption tower inlet line L1B downstream of the second intake valve CV3, and a discharge junction line L2C connected to the junction of the first discharge line L2A and the second discharge line L2B. A first discharge valve CV2 is provided on the first discharge line L2A. A second discharge valve CV4 is provided on the second discharge line L2B. The first discharge valve CV2 and the second discharge valve CV4 are configured as valves that can be switched on and off.

第1吸着塔1A及び第2吸着塔1Bは、酸素ガスを吸着する吸着剤が充填されている。第1吸着塔1A及び第2吸着塔1Bは、圧縮機3から原料ガスが供給されると、原料ガス中の酸素ガスを吸着剤にて吸着することにより原料ガスから窒素ガスを分離して、窒素ガスを高濃度に含む製品ガスを生成する。第1及び第2吸着塔1A,1B内に充填される吸着剤としては、酸素ガスを吸着できるものであればいずれのものでもよく、例えば、分子篩炭素を使用することができる。 The first adsorption tower 1A and the second adsorption tower 1B are filled with an adsorbent that adsorbs oxygen gas. When raw gas is supplied from the compressor 3, the first adsorption tower 1A and the second adsorption tower 1B separate nitrogen gas from the raw gas by adsorbing the oxygen gas in the raw gas with the adsorbent, and produce a product gas containing a high concentration of nitrogen gas. The adsorbent filled in the first and second adsorption towers 1A and 1B may be any material that can adsorb oxygen gas, such as molecular sieve carbon.

分子篩炭素とは、多数の細孔を備える木炭、石炭、コークス、やし殻、樹脂、ピッチなどの原料を高温で炭化し、細孔径を約3~5オングストロームに調整した木質系、石炭系、樹脂系、ピッチ系などの吸着剤である。このような分子篩炭素は、窒素ガスよりも酸素ガスを吸着しやすい性質を有しており、空気等の窒素ガスと酸素ガスとを含む混合気体から、酸素ガスを選択的に吸着する性質を有する。また、分子篩炭素は、高圧条件下において酸素ガスの吸着能が増大する。そのため、分子篩炭素は、第1及び第2吸着塔1A,1B内を加圧することにより酸素ガスを多く吸着することができ、その後、第1及び第2吸着塔1A,1B内を減圧することにより酸素ガスを脱着させることができる。 Molecular sieve carbon is a wood-, coal-, resin-, or pitch-based adsorbent made by carbonizing pores at high temperatures from materials with numerous pores, such as charcoal, coal, coke, coconut shells, resin, and pitch, to adjust the pore size to approximately 3 to 5 angstroms. Such molecular sieve carbon has the property of adsorbing oxygen gas more easily than nitrogen gas, and is capable of selectively adsorbing oxygen gas from mixed gases containing nitrogen gas and oxygen gas, such as air. Furthermore, molecular sieve carbon's oxygen gas adsorption capacity increases under high-pressure conditions. Therefore, molecular sieve carbon can adsorb large amounts of oxygen gas by pressurizing the first and second adsorption towers 1A and 1B, and then desorb the oxygen gas by depressurizing the first and second adsorption towers 1A and 1B.

第1及び第2吸着塔1A,1Bにおいて生成された製品ガスは、製品ガス取り出しラインL3を流通して製品槽2に導入される。製品ガス取り出しラインL3は、第1吸着塔1Aの出口に接続された第1吸着塔出口ラインL3Aと、第2吸着塔1Bの出口に接続された第2吸着塔出口ラインL3Bと、第1吸着塔出口ラインL3Aと第2吸着塔出口ラインL3Bとが合流し製品槽2に接続された製品ガス合流ラインL3Cと、を有する。 The product gas produced in the first and second adsorption towers 1A and 1B flows through the product gas withdrawal line L3 and is introduced into the product tank 2. The product gas withdrawal line L3 includes a first adsorption tower outlet line L3A connected to the outlet of the first adsorption tower 1A, a second adsorption tower outlet line L3B connected to the outlet of the second adsorption tower 1B, and a product gas confluence line L3C where the first adsorption tower outlet line L3A and the second adsorption tower outlet line L3B join and are connected to the product tank 2.

第1吸着塔出口ラインL3Aには、第1取出バルブCV5が設けられている。第2吸着塔出口ラインL3Bには、第2取出バルブCV6が設けられている。更に、第1吸着塔出口ラインL3Aにおける第1取出バルブCV5の上流側と、第2吸着塔出口ラインL3Bにおける第2取出バルブCV6の上流側と、を接続する第2均圧ラインL7が設けられている。第2均圧ラインL7には、第2均圧バルブCV7が設けられている。なお、第1取出バルブCV5、第2取出バルブCV6及び第2均圧バルブCV7は、開閉切り換え可能な弁によって構成されている。 A first extraction valve CV5 is provided in the first adsorption tower outlet line L3A. A second extraction valve CV6 is provided in the second adsorption tower outlet line L3B. Furthermore, a second equalization line L7 is provided, connecting the upstream side of the first extraction valve CV5 in the first adsorption tower outlet line L3A to the upstream side of the second extraction valve CV6 in the second adsorption tower outlet line L3B. A second equalization valve CV7 is provided in the second equalization line L7. The first extraction valve CV5, second extraction valve CV6, and second equalization valve CV7 are each composed of valves that can be switched on and off.

第2均圧ラインL7には、第2均圧ラインL7における第2均圧バルブCV7を迂回するように洗浄ガス流出ラインL9が接続されている。洗浄ガス流出ラインL9は、第2均圧ラインL7よりも管径が小さくなるように構成されている。すなわち、洗浄ガス流出ラインL9は洗浄ガス用のラインなので、製品ガスの一部として流す洗浄ガスの流量は、第2均圧ラインL7を流れる製品ガスの流量よりも小さくなるようにしている。 A cleaning gas outflow line L9 is connected to the second equalizing line L7 so as to bypass the second equalizing valve CV7 on the second equalizing line L7. The cleaning gas outflow line L9 is configured to have a smaller pipe diameter than the second equalizing line L7. In other words, because the cleaning gas outflow line L9 is a line for cleaning gas, the flow rate of the cleaning gas flowing as part of the product gas is set to be smaller than the flow rate of the product gas flowing through the second equalizing line L7.

洗浄ガス流出ラインL9には、洗浄ガス流量調整バルブCV9が設けられている。洗浄ガス流量調整バルブCV9は、吸着工程に付されている吸着塔から脱着工程に付されている吸着塔へ製品ガスの一部を洗浄ガスとして送り、脱着工程に付されている吸着塔内に残存する原料ガスの排出を促進するために設けられている。洗浄ガス流量調整バルブCV9は、後述の制御部20の制御により洗浄ガス流出ラインL9の開度を調整可能に構成されている。洗浄ガス流量調整バルブCV9は、洗浄ガス流出ラインL9の開度を調整することにより、洗浄ガス流出ラインL9を流れる洗浄ガスの流量を調整する流量調整部として機能する。また、洗浄ガス流量調整バルブCV9は、洗浄ガス流出ラインL9の流路を開閉する流路開閉部としての機能も有する。 A cleaning gas flow rate adjustment valve CV9 is provided in the cleaning gas outlet line L9. The cleaning gas flow rate adjustment valve CV9 is provided to send a portion of the product gas as cleaning gas from the adsorption tower undergoing the adsorption process to the adsorption tower undergoing the desorption process, thereby facilitating the discharge of raw material gas remaining in the adsorption tower undergoing the desorption process. The cleaning gas flow rate adjustment valve CV9 is configured to adjust the aperture of the cleaning gas outlet line L9 under the control of the control unit 20, described below. The cleaning gas flow rate adjustment valve CV9 functions as a flow rate adjustment unit that adjusts the flow rate of the cleaning gas flowing through the cleaning gas outlet line L9 by adjusting the aperture of the cleaning gas outlet line L9. The cleaning gas flow rate adjustment valve CV9 also functions as a flow path opening/closing unit that opens and closes the flow path of the cleaning gas outlet line L9.

製品槽2は、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおいて得られた製品ガスが製品ガス合流ラインL3Cを介して導入される。製品槽2は、導入された製品ガスを適宜貯留する一時貯留空間を有する容器によって構成されており、製品槽2内に貯留された製品ガス中の窒素ガス濃度を平準化する。製品槽2には、製品ガス流出ラインL10が接続されている。製品槽2に貯留された製品ガスは、製品ガス流出ラインL10を通して製品槽2から流出される。製品槽2から流出された製品ガスは、ユーザーによって使用される。 The product gas obtained in the first and second adsorption towers 1A and 1B is introduced into the product tank 2 via the product gas merging line L3C. The product tank 2 is composed of a container with a temporary storage space that appropriately stores the introduced product gas, and equalizes the nitrogen gas concentration in the product gas stored in the product tank 2. A product gas outlet line L10 is connected to the product tank 2. The product gas stored in the product tank 2 is discharged from the product tank 2 through the product gas outlet line L10. The product gas discharged from the product tank 2 is used by the user.

製品ガス流出ラインL10には、酸素濃度計21と、流量計22と、製品ガス流出バルブ10とが設けられている。 The product gas outflow line L10 is equipped with an oxygen concentration meter 21, a flow meter 22, and a product gas outflow valve 10.

酸素濃度計21は、製品槽2から流出する製品ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する。後述の制御部20は、酸素濃度計21により計測された酸素ガス濃度に基づいて製品ガス中の窒素ガスの濃度を算出し、その算出結果に基づいて製品ガスの窒素純度を算出する。酸素濃度計21は、製品ガス流出ラインL10上における製品槽2の下流側に配置されている。 The oxygen concentration meter 21 measures the concentration of oxygen gas contained in the product gas flowing out from the product tank 2. The control unit 20, described below, calculates the concentration of nitrogen gas in the product gas based on the oxygen gas concentration measured by the oxygen concentration meter 21, and calculates the nitrogen purity of the product gas based on the calculation result. The oxygen concentration meter 21 is located downstream of the product tank 2 on the product gas outflow line L10.

流量計22は、製品槽2から流出する製品ガスの流量を計測する。流量計22は、製品ガス流出ラインL10上における酸素濃度計21と製品ガス流出バルブ10との間に配置されている。なお、流量計22は、製品ガス流出ラインL10上における製品槽2と酸素濃度計21との間に配置されてもよい。 The flow meter 22 measures the flow rate of the product gas flowing out from the product tank 2. The flow meter 22 is disposed on the product gas outflow line L10 between the oxygen concentration meter 21 and the product gas outflow valve 10. The flow meter 22 may also be disposed on the product gas outflow line L10 between the product tank 2 and the oxygen concentration meter 21.

製品ガス流出バルブ10は、製品槽2に貯留された製品ガスを当該製品槽2から流出させるためのバルブである。製品ガス流出バルブ10は、開閉切り換え可能な弁によって構成されている。 The product gas outlet valve 10 is a valve for discharging the product gas stored in the product tank 2 from the product tank 2. The product gas outlet valve 10 is composed of a valve that can be switched between open and closed.

温度計23は、第1及び第2吸着塔1A,1Bに充填された吸着剤の温度に影響し得る特定温度を計測する。特定温度は、例えば、窒素ガス分離装置1の周囲温度、圧縮機3の周囲温度、第1及び第2吸着塔1A,1B内の温度、圧縮機3が供給する原料ガスの温度などで示される。窒素ガス分離装置1の設置される空間内に温度計23が設けられた場合、温度計23は、窒素ガス分離装置1の周囲温度を特定温度として計測する。圧縮機3の設置される空間内に温度計23が設けられた場合、温度計23は、圧縮機3の周囲温度を特定温度として計測する。第1及び第2吸着塔1A,1B内に測温部が挿入されるように温度計23が設けられた場合、温度計23は、第1及び第2吸着塔1A,1B内の温度を特定温度として計測する。圧縮機3の吸入口又は吐出口の近傍に温度計23が設けられた場合、温度計23は、圧縮機3が供給する原料ガスの温度を特定温度として計測する。 The thermometer 23 measures a specific temperature that may affect the temperature of the adsorbent filled in the first and second adsorption towers 1A and 1B. The specific temperature may be, for example, the ambient temperature of the nitrogen gas separation apparatus 1, the ambient temperature of the compressor 3, the temperature inside the first and second adsorption towers 1A and 1B, or the temperature of the raw gas supplied by the compressor 3. If the thermometer 23 is installed in the space where the nitrogen gas separation apparatus 1 is installed, the thermometer 23 measures the ambient temperature of the nitrogen gas separation apparatus 1 as the specific temperature. If the thermometer 23 is installed in the space where the compressor 3 is installed, the thermometer 23 measures the ambient temperature of the compressor 3 as the specific temperature. If the thermometer 23 is installed so that its temperature measuring section is inserted into the first and second adsorption towers 1A and 1B, the thermometer 23 measures the temperature inside the first and second adsorption towers 1A and 1B as the specific temperature. If a thermometer 23 is installed near the intake or discharge port of the compressor 3, the thermometer 23 measures the temperature of the raw material gas supplied by the compressor 3 as a specific temperature.

なお、特定温度の変化範囲は、窒素ガス分離装置1が設置される環境を想定し、夏場の環境温度(例えば40℃程度)から寒冷地の冬場の環境温度(例えば氷点下の温度)までの温度範囲を想定している。 The range of change in the specific temperature assumes the environment in which the nitrogen gas separation device 1 is installed, ranging from the summer ambient temperature (e.g., approximately 40°C) to the winter ambient temperature in cold regions (e.g., temperatures below freezing).

制御部20は、バルブCV1~CV9、及び製品ガス流出バルブ10に電気的に接続されている。制御部20は、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおいて吸着工程、均圧工程、脱着工程および均圧工程を繰り返し行うことができるように、製品ガス流出バルブ10の開閉に応じてバルブCV1~CV9の開閉を制御する。 The control unit 20 is electrically connected to the valves CV1 to CV9 and the product gas outlet valve 10. The control unit 20 controls the opening and closing of the valves CV1 to CV9 in response to the opening and closing of the product gas outlet valve 10 so that the adsorption process, pressure equalization process, desorption process, and pressure equalization process can be repeatedly performed in the first and second adsorption towers 1A and 1B.

具体的には、制御部20は、第1吸着塔1Aを吸着工程に、第2吸着塔1Bを脱着工程に付すときには、第1吸気バルブCV1と第1取出バルブCV5と第2排出バルブCV4とを開くとともに、第2吸気バルブCV3と第2取出バルブCV6と第1排出バルブCV2と第1均圧バルブCV8と第2均圧バルブCV7とを閉じる。 Specifically, when the first adsorption tower 1A is put into the adsorption process and the second adsorption tower 1B is put into the desorption process, the control unit 20 opens the first intake valve CV1, the first extraction valve CV5, and the second discharge valve CV4, and closes the second intake valve CV3, the second extraction valve CV6, the first discharge valve CV2, the first equalizing valve CV8, and the second equalizing valve CV7.

制御部20は、第1吸着塔1Aを脱着工程に、第2吸着塔1Bを吸着工程に付すときには、第1吸気バルブCV1と第1取出バルブCV5と第2排出バルブCV4と第1均圧バルブCV8と第2均圧バルブCV7とを閉じるとともに、第2吸気バルブCV3と第2取出バルブCV6と第1排出バルブCV2とを開く。 When the first adsorption tower 1A is put into the desorption process and the second adsorption tower 1B is put into the adsorption process, the control unit 20 closes the first intake valve CV1, the first extraction valve CV5, the second discharge valve CV4, the first equalizing valve CV8, and the second equalizing valve CV7, and opens the second intake valve CV3, the second extraction valve CV6, and the first discharge valve CV2.

制御部20は、第1及び第2吸着塔1A,1Bを均圧工程に付すときには、第1吸気バルブCV1と第2吸気バルブCV3と第1排出バルブCV2と第2排出バルブCV4と第1取出バルブCV5と第2取出バルブCV6とを閉じるとともに、第1均圧バルブCV8と第2均圧バルブCV7とを開く。 When subjecting the first and second adsorption towers 1A and 1B to the pressure equalization process, the control unit 20 closes the first intake valve CV1, the second intake valve CV3, the first discharge valve CV2, the second discharge valve CV4, the first extraction valve CV5, and the second extraction valve CV6, and opens the first equalization valve CV8 and the second equalization valve CV7.

制御部20は、バルブCV1~CV8の開閉を制御することによって、第1及び第2吸着塔1A,1Bが吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を制御するとともに、第1及び第2吸着塔1A,1Bが均圧工程を行う均圧時間を制御する。また、制御部20は、脱着工程において洗浄ガス流量調整バルブCV9を制御することによって、洗浄ガスの流出流量を調整するとともに、洗浄ガスの流出に応じた洗浄時間を制御する。 By controlling the opening and closing of valves CV1 to CV8, the control unit 20 controls the adsorption and desorption times during which the first and second adsorption towers 1A, 1B perform the adsorption and desorption processes, as well as the pressure equalization time during which the first and second adsorption towers 1A, 1B perform the pressure equalization process. Furthermore, by controlling the cleaning gas flow rate adjustment valve CV9 during the desorption process, the control unit 20 adjusts the outflow flow rate of the cleaning gas and controls the cleaning time according to the outflow of the cleaning gas.

制御部20は、製品ガス流出バルブ10の開閉に応じて流量計22により計測された製品槽2からの製品ガスの流出流量と、温度計23により計測された吸着剤の温度に影響し得る特定温度とに基づいて、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおける吸脱着時間を制御するとともに、洗浄ガスの流出流量又は洗浄時間を制御する。 The control unit 20 controls the adsorption/desorption time in the first and second adsorption towers 1A and 1B, as well as the outflow flow rate of the cleaning gas or the cleaning time, based on the outflow flow rate of the product gas from the product tank 2 measured by the flow meter 22 in response to the opening and closing of the product gas outflow valve 10, and a specific temperature measured by the thermometer 23 that may affect the temperature of the adsorbent.

次に、上記のように構成された窒素ガス分離装置1を使用した窒素ガス分離方法について説明する。 Next, we will explain the nitrogen gas separation method using the nitrogen gas separation device 1 configured as described above.

第1吸着塔1Aにおいて吸着工程を行うときには、第2吸着塔1Bにおいて脱着工程が行われる。吸着工程は、原料ガスから窒素ガスを分離して窒素ガスを含む製品ガスを生成する工程である。脱着工程は、吸着剤に吸着している酸素ガスを吸着剤から脱着することによって吸着剤を再生する工程である。 When the adsorption process is performed in the first adsorption tower 1A, the desorption process is performed in the second adsorption tower 1B. The adsorption process is a process in which nitrogen gas is separated from the feed gas to produce a product gas containing nitrogen gas. The desorption process is a process in which the adsorbent is regenerated by desorbing the oxygen gas adsorbed on the adsorbent from the adsorbent.

第1吸着塔1Aの吸着工程と第2吸着塔1Bの脱着工程は、第1吸気バルブCV1と第1取出バルブCV5と第2排出バルブCV4と洗浄ガス流量調整バルブCV9とを開き、第1排出バルブCV2と第2吸気バルブCV3と第2取出バルブCV6と第1及び第2均圧バルブCV8,CV7とを閉じることによって開始される。 The adsorption process in the first adsorption tower 1A and the desorption process in the second adsorption tower 1B are initiated by opening the first intake valve CV1, the first extraction valve CV5, the second discharge valve CV4, and the cleaning gas flow control valve CV9, and closing the first exhaust valve CV2, the second intake valve CV3, the second extraction valve CV6, and the first and second equalizing valves CV8 and CV7.

第1吸着塔1Aの吸着工程では、まず、圧縮機3から原料ガス供給ラインL1及び第1吸着塔入口ラインL1Aを通して第1吸着塔1Aに原料ガスが供給される。第1吸着塔1Aに供給された原料ガスは、原料ガス中の酸素ガスが吸着剤に吸着されることにより、原料ガスから窒素ガスが分離して窒素ガスを含む製品ガスが生成される。第1吸着塔1Aにおいて生成された製品ガスは、第1吸着塔出口ラインL3A及び製品ガス合流ラインL3Cを通して製品槽2に導入される。製品槽2に導入された製品ガスは、製品ガス流出バルブ10が開かれることによって製品槽2から製品ガス流出ラインL10を通して流出される。第1吸着塔1Aにおいて生成された製品ガスの一部は、洗浄ガスとして洗浄ガス流出ラインL9を介して第2吸着塔1Bへ送られる。 In the adsorption process of the first adsorption tower 1A, raw material gas is first supplied from the compressor 3 to the first adsorption tower 1A via the raw material gas supply line L1 and the first adsorption tower inlet line L1A. The oxygen gas in the raw material gas supplied to the first adsorption tower 1A is adsorbed by the adsorbent, causing nitrogen gas to be separated from the raw material gas and producing a product gas containing nitrogen gas. The product gas produced in the first adsorption tower 1A is introduced into the product tank 2 via the first adsorption tower outlet line L3A and the product gas merging line L3C. The product gas introduced into the product tank 2 is discharged from the product tank 2 through the product gas outlet line L10 by opening the product gas outlet valve 10. A portion of the product gas produced in the first adsorption tower 1A is sent as cleaning gas to the second adsorption tower 1B via the cleaning gas outlet line L9.

一方、第2吸着塔1Bの脱着工程では、第2吸着塔入口ラインL1B、第2排出ラインL2B、及び排出合流ラインL2Cを介して第2吸着塔1B内のガスが洗浄ガスとともに第2吸着塔1B内の圧力よりも低い外部へ圧力差によって排出される。これにより、第2吸着塔1B内の圧力が減圧され、吸着剤に吸着していた酸素ガスが吸着剤から脱着する。脱着した酸素ガスは、洗浄ガスとともに第2吸着塔1Bから排出される。これにより、第2吸着塔1B内の吸着剤が再生される。 Meanwhile, during the desorption process in the second adsorption tower 1B, the gas inside the second adsorption tower 1B, along with the cleaning gas, is discharged via the second adsorption tower inlet line L1B, the second discharge line L2B, and the discharge junction line L2C to the outside at a pressure lower than the pressure inside the second adsorption tower 1B due to the pressure difference. This reduces the pressure inside the second adsorption tower 1B, and the oxygen gas adsorbed on the adsorbent is desorbed from the adsorbent. The desorbed oxygen gas is discharged from the second adsorption tower 1B together with the cleaning gas. This regenerates the adsorbent inside the second adsorption tower 1B.

吸着工程及び脱着工程が終了すると、第1吸着塔1A内のガスを第2吸着塔1Bへ移動させる均圧工程が開始される。均圧工程は、第1吸気バルブCV1と第1取出バルブCV5と第2排出バルブCV4とを閉じ、第1及び第2均圧バルブCV8,CV7を開くことによって開始される。 Once the adsorption and desorption processes are completed, the pressure equalization process begins, which transfers the gas in the first adsorption tower 1A to the second adsorption tower 1B. The pressure equalization process begins by closing the first intake valve CV1, the first extraction valve CV5, and the second exhaust valve CV4, and opening the first and second equalization valves CV8 and CV7.

均圧工程では、第1吸着塔1A内に充満していたガスが第1均圧ラインL8及び第2均圧ラインL7を通して第2吸着塔1Bに移動する。 During the pressure equalization process, the gas that filled the first adsorption tower 1A moves to the second adsorption tower 1B through the first pressure equalization line L8 and the second pressure equalization line L7.

均圧工程が終了すると、第1吸着塔1Aの脱着工程と第2吸着塔1Bの吸着工程が行われる。第1吸着塔1Aの脱着工程と第2吸着塔1Bの吸着工程は、第1排出バルブCV2と第2吸気バルブCV3と第2取出バルブCV6と洗浄ガス流量調整バルブCV9とを開き、第1及び第2均圧バルブCV8,CV7を閉じることによって開始される。 Once the pressure equalization process is complete, the desorption process in the first adsorption tower 1A and the adsorption process in the second adsorption tower 1B begin. The desorption process in the first adsorption tower 1A and the adsorption process in the second adsorption tower 1B begin by opening the first exhaust valve CV2, second intake valve CV3, second extraction valve CV6, and cleaning gas flow control valve CV9, and closing the first and second pressure equalization valves CV8 and CV7.

第2吸着塔1Bの吸着工程では、圧縮機3から原料ガス供給ラインL1及び第2吸着塔入口ラインL1Bを通して原料ガスが第2吸着塔1Bに供給される。このとき、原料ガス中の酸素ガスが吸着剤に吸着し、原料ガスから窒素ガスが分離して窒素ガスを含む製品ガスが生成される。第2吸着塔1Bにおいて生成された製品ガスは、第2吸着塔出口ラインL3Bと製品ガス合流ラインL3Cとを通して製品槽2に導入される。製品槽2に導入された製品ガスは、製品ガス流出バルブ10が開かれることによって製品槽2から製品ガス流出ラインL10を通して流出される。第2吸着塔1Bにおいて生成された製品ガスの一部は、洗浄ガスとして洗浄ガス流出ラインL9を介して第1吸着塔1Aへ送られる。 During the adsorption process in the second adsorption tower 1B, the raw material gas is supplied from the compressor 3 to the second adsorption tower 1B via the raw material gas supply line L1 and the second adsorption tower inlet line L1B. At this time, oxygen gas in the raw material gas is adsorbed by the adsorbent, and nitrogen gas is separated from the raw material gas to produce a product gas containing nitrogen gas. The product gas produced in the second adsorption tower 1B is introduced into the product tank 2 via the second adsorption tower outlet line L3B and the product gas merging line L3C. The product gas introduced into the product tank 2 is discharged from the product tank 2 through the product gas outlet line L10 by opening the product gas outlet valve 10. A portion of the product gas produced in the second adsorption tower 1B is sent to the first adsorption tower 1A as cleaning gas via the cleaning gas outlet line L9.

一方、第1吸着塔1Aの脱着工程では、第1吸着塔入口ラインL1A、第1排出ラインL2A、及び排出合流ラインL2Cを通して第1吸着塔1A内のガスが洗浄ガスとともに第1吸着塔1A内の圧力よりも低い外部へ圧力差によって排出される。これにより、第1吸着塔1A内の圧力が減圧され、吸着剤に吸着していた酸素ガスが吸着剤から脱着する。脱着した酸素ガスは、洗浄ガスとともに第1吸着塔1Aから排出される。これにより、第1吸着塔1A内の吸着剤が再生される。 Meanwhile, during the desorption process in the first adsorption tower 1A, the gas inside the first adsorption tower 1A, along with the cleaning gas, is discharged to the outside at a pressure lower than the pressure inside the first adsorption tower 1A via the first adsorption tower inlet line L1A, the first discharge line L2A, and the discharge junction line L2C due to the pressure difference. This reduces the pressure inside the first adsorption tower 1A, and the oxygen gas adsorbed on the adsorbent is desorbed from the adsorbent. The desorbed oxygen gas is discharged from the first adsorption tower 1A together with the cleaning gas. This regenerates the adsorbent inside the first adsorption tower 1A.

第1吸着塔1Aの脱着工程及び第2吸着塔1Bの吸着工程が終了すると、第2吸着塔1B内のガスを第1吸着塔1Aに移動させる均圧工程が行われる。 Once the desorption process in the first adsorption tower 1A and the adsorption process in the second adsorption tower 1B are completed, a pressure equalization process is carried out to transfer the gas in the second adsorption tower 1B to the first adsorption tower 1A.

均圧工程が終了すると、第1吸着塔1Aの吸着工程と第2吸着塔1Bの脱着工程が行われる。以後、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおいて上記のサイクルが繰り返される。 Once the pressure equalization process is complete, the adsorption process in the first adsorption tower 1A and the desorption process in the second adsorption tower 1B are carried out. The above cycle is then repeated in the first and second adsorption towers 1A and 1B.

ここで、圧縮機3は、圧縮機3の周囲温度を含む特定温度の低下に応じて原料ガスの生成効率が向上する特性を有している。このため、特定温度の低下に応じて圧縮機3における原料ガスの発生量に余力が出てくるので、圧縮機3から原料ガスが供給される第1及び第2吸着塔1A,1B内の圧力が上昇し易くなる。第1及び第2吸着塔1A,1B内の圧力が上昇すると、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおいて得られる窒素ガスの純度が必要以上に高くなる場合がある。 Here, compressor 3 has the characteristic that the efficiency of raw material gas production improves as a specific temperature, including the ambient temperature of compressor 3, decreases. Therefore, as the specific temperature decreases, compressor 3 generates more raw material gas, which makes it easier for the pressure in first and second adsorption towers 1A, 1B, to which raw material gas is supplied from compressor 3, to increase. If the pressure in first and second adsorption towers 1A, 1B increases, the purity of the nitrogen gas obtained in first and second adsorption towers 1A, 1B may become higher than necessary.

また、第1及び第2吸着塔1A,1Bに充填される吸着剤の吸脱着特性は、吸着剤の温度の変化に応じて変化する。吸着剤の温度に影響し得る特定温度が低いほど吸着剤の分子運動が鈍くなるため、吸着剤に吸着された酸素ガスが脱着され難い。本実施形態に係る窒素ガス分離装置1では、上記のような吸着剤の吸脱着特性に着目し、温度計23により計測された特定温度の変化に応じて第1及び第2吸着塔1A,1Bにおける吸脱着時間を変化させる。この場合、流量計22により計測された製品槽2からの製品ガスの流出流量に関わらず、温度計23により計測された特定温度の変化に応じて第1及び第2吸着塔1A,1Bにおける吸脱着時間を変化させる。このため、流量計22の設置を省略しても構わない。 Furthermore, the adsorption and desorption characteristics of the adsorbent filled in the first and second adsorption towers 1A and 1B change in response to changes in the adsorbent temperature. The lower the specific temperature that can affect the adsorbent temperature, the slower the adsorbent's molecular motion, making it more difficult for oxygen gas adsorbed by the adsorbent to be desorbed. The nitrogen gas separation device 1 of this embodiment focuses on the adsorption and desorption characteristics of the adsorbent as described above, and changes the adsorption and desorption time in the first and second adsorption towers 1A and 1B in response to changes in the specific temperature measured by the thermometer 23. In this case, regardless of the product gas outflow flow rate from the product tank 2 measured by the flowmeter 22, the adsorption and desorption time in the first and second adsorption towers 1A and 1B is changed in response to changes in the specific temperature measured by the thermometer 23. Therefore, the installation of the flowmeter 22 may be omitted.

具体的には、制御部20は、温度計23により計測された特定温度が第1温度のときに第1及び第2吸着塔1A,1Bにおける吸脱着時間を第1吸脱着時間とする一方、特定温度が第1温度よりも低い第2温度では第1吸脱着時間よりも長い第2吸脱着時間とする制御を行う。これにより、特定温度の低下に応じて吸着剤が酸素ガスを脱着させ難い特性を示す場合には、吸着工程に付されている吸着塔において、吸脱着時間を長くすることによって吸着剤からの酸素ガスの脱着の機会を増やし、得られる窒素ガスの純度の過度な上昇を抑制できる。しかも、特定温度の低下に応じて吸脱着時間を長くすることにより、脱着工程に付されている吸着塔における単位時間当たりの排気回数が減ることで排気量が減るので、圧縮機3からの原料ガスの供給量を少なくすることができる。したがって、特定温度の低下に応じて所望の純度の窒素ガスを省エネルギーで取得することができる。 Specifically, the control unit 20 controls the adsorption/desorption time in the first and second adsorption towers 1A and 1B to be the first adsorption/desorption time when the specific temperature measured by the thermometer 23 is the first temperature, and to be the second adsorption/desorption time, which is longer than the first adsorption/desorption time, when the specific temperature is the second temperature, which is lower than the first temperature. As a result, if the adsorbent exhibits characteristics that make it difficult to desorb oxygen gas as the specific temperature decreases, the adsorption/desorption time in the adsorption towers performing the adsorption process is extended to increase the opportunities for oxygen gas to desorb from the adsorbent, thereby preventing an excessive increase in the purity of the resulting nitrogen gas. Furthermore, by extending the adsorption/desorption time as the specific temperature decreases, the number of exhausts per unit time in the adsorption towers performing the desorption process is reduced, thereby reducing the amount of exhaust, and therefore the amount of raw gas supplied from the compressor 3. Therefore, nitrogen gas of the desired purity can be obtained with reduced energy as the specific temperature decreases.

また、窒素ガス分離装置1においては、製品槽2から流出される製品ガスの流量が基準流量よりも減少すると、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおいて得られる窒素ガスの純度が必要以上に高くなる。 Furthermore, in the nitrogen gas separation apparatus 1, if the flow rate of the product gas flowing out of the product tank 2 decreases below the reference flow rate, the purity of the nitrogen gas obtained in the first and second adsorption towers 1A and 1B will be higher than necessary.

そこで、本実施形態に係る窒素ガス分離装置1では、流量計22により計測された製品槽2からの製品ガスの流出流量と、温度計23により計測された吸着剤の温度に影響し得る特定温度とに基づいて、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおける吸脱着時間を制御する。 Therefore, in the nitrogen gas separation apparatus 1 according to this embodiment, the adsorption and desorption times in the first and second adsorption towers 1A and 1B are controlled based on the outflow flow rate of the product gas from the product tank 2 measured by the flow meter 22 and a specific temperature that may affect the temperature of the adsorbent measured by the thermometer 23.

具体的には、制御部20は、流量計22により計測された製品槽2からの製品ガスの流出流量が基準流量よりも減少することに応じて、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおける吸脱着時間を基準の吸脱着時間に対して延長する吸脱着制御を行う。これにより、吸着工程に付されている吸着塔においては、吸着剤に吸着された酸素ガスの一部が脱着されて、製品槽2からの製品ガスの流出流量の減少に伴って必要以上に高められた窒素ガスの純度を低下させる機能を果たす。このため、吸着工程に付されている吸着塔において得られる窒素ガスの純度の過度な上昇を抑制できる。しかも、脱着工程に付されている吸着塔においては、吸脱着時間の延長に伴って単位時間当たりの排気回数が減ることで排気量が減るので、圧縮機3による原料ガスの供給量を少なくすることができる。したがって、所望の純度の窒素ガスを省エネルギーで取得することができる。 Specifically, the control unit 20 performs adsorption/desorption control to extend the adsorption/desorption time in the first and second adsorption towers 1A and 1B relative to the reference adsorption/desorption time in response to a decrease in the product gas outflow rate from the product tank 2 measured by the flowmeter 22 compared to the reference flow rate. As a result, in the adsorption towers performing the adsorption process, a portion of the oxygen gas adsorbed by the adsorbent is desorbed, thereby reducing the purity of the nitrogen gas, which was increased more than necessary due to the decrease in the product gas outflow rate from the product tank 2. This prevents excessive increases in the purity of the nitrogen gas obtained in the adsorption towers performing the adsorption process. Furthermore, in the adsorption towers performing the desorption process, the number of exhausts per unit time decreases as the adsorption/desorption time increases, thereby reducing the exhaust volume, allowing the amount of raw gas supplied by the compressor 3 to be reduced. Therefore, nitrogen gas of the desired purity can be obtained with reduced energy consumption.

更に、吸脱着制御において制御部20は、温度計23により計測された特定温度が第1温度のときに基準の吸脱着時間よりも長い第1吸脱着時間とする一方、特定温度が第1温度よりも低い第2温度では第1吸脱着時間よりも長い第2吸脱着時間とする制御を行う。これにより、特定温度の低下に応じて吸着剤が酸素ガスを脱着させ難い特性を示す場合には、吸着工程に付されている吸着塔において、吸脱着時間を長くすることによって吸着剤からの酸素ガスの脱着の機会を増やし、得られる窒素ガスの純度の過度な上昇を抑制できる。しかも、特定温度の低下に応じて吸脱着時間を長くすることにより、脱着工程に付されている吸着塔における単位時間当たりの排気回数が更に減ることで排気量が減るので、圧縮機3による原料ガスの供給量をより少なくすることができる。したがって、製品槽2から流出される製品ガスの流量が減少した場合に、特定温度の低下に応じて所望の純度の窒素ガスをより省エネルギーで取得することができる。 Furthermore, during adsorption/desorption control, the control unit 20 sets a first adsorption/desorption time longer than the reference adsorption/desorption time when the specific temperature measured by the thermometer 23 is a first temperature, and sets a second adsorption/desorption time longer than the first adsorption/desorption time when the specific temperature is a second temperature lower than the first temperature. As a result, if the adsorbent exhibits characteristics that make it difficult to desorb oxygen gas as the specific temperature decreases, the adsorption/desorption time in the adsorption tower used in the adsorption process is lengthened to increase the opportunities for oxygen gas to desorb from the adsorbent, thereby preventing an excessive increase in the purity of the resulting nitrogen gas. Furthermore, by lengthening the adsorption/desorption time as the specific temperature decreases, the number of exhausts per unit time in the adsorption tower used in the desorption process is further reduced, thereby reducing the amount of exhaust, and thereby reducing the amount of raw gas supplied by the compressor 3. Therefore, when the flow rate of product gas flowing out of the product tank 2 decreases, nitrogen gas of the desired purity can be obtained with greater energy savings as the specific temperature decreases.

また、吸脱着制御において制御部20は、第2吸脱着時間を、第1吸脱着時間よりも長く、且つ、第1吸脱着時間の3倍以下の時間とする制御を行う。この場合、温度計23により計測された特定温度が第1温度よりも低い第2温度に低下したときに、第1吸脱着時間よりも長く、且つ、第1吸脱着時間の3倍以下の第2吸脱着時間で第1及び第2吸着塔1A,1Bが吸着工程と脱着工程を行う。これにより、特定温度の低下に応じて所望の純度の窒素ガスを省エネルギーで取得する効果を維持しつつ、吸脱着時間が必要以上に長くなり過ぎるのを抑制できる。 Furthermore, during adsorption/desorption control, the control unit 20 controls the second adsorption/desorption time to be longer than the first adsorption/desorption time but not more than three times the first adsorption/desorption time. In this case, when the specific temperature measured by the thermometer 23 drops to a second temperature lower than the first temperature, the first and second adsorption towers 1A, 1B perform the adsorption and desorption processes for a second adsorption/desorption time that is longer than the first adsorption/desorption time but not more than three times the first adsorption/desorption time. This prevents the adsorption/desorption time from becoming unnecessarily long while maintaining the effect of obtaining nitrogen gas of the desired purity in an energy-saving manner in response to a drop in the specific temperature.

また、本実施形態に係る窒素ガス分離装置1では、吸着工程に付されている吸着塔において得られた製品ガスの一部を洗浄ガスとして、洗浄ガス流出ラインL9を介して脱着工程に付されている吸着塔へ流出させる。洗浄ガスは、脱着工程に付されている吸着塔内に残存するガスの排出を促進する。 In addition, in the nitrogen gas separation apparatus 1 according to this embodiment, a portion of the product gas obtained in the adsorption tower undergoing the adsorption process is discharged as cleaning gas via the cleaning gas outlet line L9 to the adsorption tower undergoing the desorption process. The cleaning gas promotes the discharge of gas remaining in the adsorption tower undergoing the desorption process.

吸脱着時間と同一の洗浄時間において一定の流量で洗浄ガスを流出させると、製品ガスが必要以上に洗浄ガスとして消費されてしまう虞がある。更に、温度計23により計測された特定温度の低下に応じて吸脱着時間を長くすることによる原料ガスの供給量の低減効果が、製品ガスの洗浄ガスとしての消費に伴って低下してしまう。 If the cleaning gas is discharged at a constant flow rate for a cleaning time that is the same as the adsorption/desorption time, there is a risk that more product gas than necessary will be consumed as cleaning gas. Furthermore, the effect of reducing the amount of raw material gas supplied by lengthening the adsorption/desorption time in response to a decrease in the specific temperature measured by the thermometer 23 will be reduced as the product gas is consumed as cleaning gas.

そこで、制御部20は、温度計23により計測された特定温度が第1温度のときに第1吸脱着時間と同一の第1洗浄時間において洗浄ガスが洗浄ガス流出ラインL9を第1流量で流出する一方、特定温度が第2温度では第2吸脱着時間と同一の第2洗浄時間において洗浄ガスが洗浄ガス流出ラインL9を第1流量よりも小さい第2流量で流出するように、洗浄ガス流量調整バルブCV9を制御する。これにより、脱着工程に付されている吸着塔への洗浄ガスの流出による吸着塔内に残存するガスの排出を促進する効果を維持しつつ、製品ガスが必要以上に洗浄ガスとして消費されるのを抑制できる。しかも、製品ガスの洗浄ガスとしての消費の抑制に伴って、圧縮機3による原料ガスの供給量を少なくすることができる。したがって、製品ガスの一部を洗浄ガスとして流出させる場合において、所望の純度の窒素ガスを省エネルギーで取得することができる。 Therefore, the control unit 20 controls the cleaning gas flow rate adjustment valve CV9 so that when the specific temperature measured by the thermometer 23 is the first temperature, the cleaning gas flows out of the cleaning gas outlet line L9 at a first flow rate during the first cleaning time, which is the same as the first adsorption/desorption time. When the specific temperature is the second temperature, the cleaning gas flows out of the cleaning gas outlet line L9 at a second flow rate, which is smaller than the first flow rate, during the second cleaning time, which is the same as the second adsorption/desorption time. This prevents the product gas from being consumed more than necessary as cleaning gas, while maintaining the effect of promoting the discharge of gas remaining in the adsorption tower by the flow of cleaning gas into the adsorption tower undergoing the desorption process. Furthermore, by reducing the consumption of product gas as cleaning gas, the amount of raw gas supplied by the compressor 3 can be reduced. Therefore, when a portion of the product gas is discharged as cleaning gas, nitrogen gas of the desired purity can be obtained with reduced energy consumption.

この際、制御部20は、温度計23により計測された特定温度が第1温度のときに第1吸脱着時間よりも短い第1洗浄時間で洗浄ガスが洗浄ガス流出ラインL9を流出する一方、特定温度が第2温度では第2吸脱着時間よりも短い第2洗浄時間で洗浄ガスが洗浄ガス流出ラインL9を流出するように、洗浄ガス流量調整バルブCV9を制御してもよい。この場合、洗浄ガス流出ラインL9における洗浄ガスの流出流量は、基準の吸脱着時間に対応して設定される基準の洗浄ガス流量で一定に維持される。また、第1洗浄時間と第2洗浄時間とは同一の時間であってもよいし、第1洗浄時間よりも第2洗浄時間が短くてもよい。洗浄ガスの流出流量を一定に維持した状態で吸脱着時間よりも洗浄時間を短くすることにより、脱着工程に付されている吸着塔への洗浄ガスの流出による吸着塔内に残存するガスの排出を促進する効果を維持しつつ、製品ガスが必要以上に洗浄ガスとして消費されるのを抑制できる。しかも、製品ガスの洗浄ガスとしての消費の抑制に伴って、圧縮機3による原料ガスの供給量を少なくすることができる。したがって、製品ガスの一部を洗浄ガスとして流出させる場合において、所望の純度の窒素ガスを省エネルギーで取得することができる。 In this case, the control unit 20 may control the cleaning gas flow control valve CV9 so that when the specific temperature measured by the thermometer 23 is the first temperature, the cleaning gas flows out of the cleaning gas outlet line L9 for a first cleaning time shorter than the first adsorption/desorption time, and when the specific temperature is the second temperature, the cleaning gas flows out of the cleaning gas outlet line L9 for a second cleaning time shorter than the second adsorption/desorption time. In this case, the outflow flow rate of the cleaning gas in the cleaning gas outlet line L9 is maintained constant at a reference cleaning gas flow rate set corresponding to the reference adsorption/desorption time. The first and second cleaning times may be the same, or the second cleaning time may be shorter than the first cleaning time. By shortening the cleaning time compared to the adsorption/desorption time while maintaining a constant outflow flow rate of the cleaning gas, the effect of promoting the discharge of gas remaining in the adsorption tower by the outflow of cleaning gas into the adsorption tower undergoing the desorption process can be maintained, while suppressing the unnecessary consumption of product gas as cleaning gas. Furthermore, by reducing the consumption of product gas as cleaning gas, the amount of raw gas supplied by compressor 3 can be reduced. Therefore, when a portion of the product gas is discharged as cleaning gas, nitrogen gas of the desired purity can be obtained with less energy.

以下、図1に示される窒素ガス分離装置1を用いて具体的に実施した例について説明する。 Below, we will explain a specific example implemented using the nitrogen gas separation device 1 shown in Figure 1.

(実施例1)
実施例1では、下記の表1に示されるように、製品槽2から流出される製品ガスの流量が基準流量の20Nm/hである場合には、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおける吸脱着時間を基準の吸脱着時間の40secとし、洗浄ガスの流量を基準の洗浄ガス流量の4.0Nm/hとし、洗浄ガスによる洗浄時間を基準の洗浄時間の40secとした。そして、製品槽2から流出れる製品ガスの流量が基準流量の20Nm/hに対して15Nm/h、10Nm/h、7Nm/hと減少することに応じて、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおける吸脱着時間を基準の吸脱着時間の40secに対して延長させ、洗浄ガスの流量については基準の洗浄ガス流量で一定に維持し、洗浄時間については延長された吸脱着時間と同一にした。更に、製品槽2から流出れる製品ガスの流量が基準流量に対して減少した場合においては、温度計23により計測された特定温度が35℃、20℃、5℃と低くなるように変化することに応じて、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおける吸脱着時間が長くなるように変化させた。
Example 1
In Example 1, as shown in Table 1 below, when the flow rate of the product gas flowing out of product tank 2 was the standard flow rate of 20 Nm 3 /h, the adsorption/desorption time in the first and second adsorption towers 1A and 1B was set to the standard adsorption/desorption time of 40 seconds, the flow rate of the cleaning gas was set to the standard cleaning gas flow rate of 4.0 Nm 3 /h, and the cleaning time with the cleaning gas was set to the standard cleaning time of 40 seconds. Then, as the flow rate of the product gas flowing out of product tank 2 decreased from the standard flow rate of 20 Nm 3 /h to 15 Nm 3 /h, 10 Nm 3 /h, and 7 Nm 3 /h, the adsorption/desorption time in the first and second adsorption towers 1A and 1B was extended from the standard adsorption/desorption time of 40 seconds, the flow rate of the cleaning gas was maintained constant at the standard cleaning gas flow rate, and the cleaning time was set to the same as the extended adsorption/desorption time. Furthermore, when the flow rate of the product gas flowing out of the product tank 2 decreased relative to the reference flow rate, the adsorption/desorption time in the first and second adsorption towers 1A and 1B was lengthened in accordance with the specific temperature measured by the thermometer 23 decreasing to 35°C, 20°C, and 5°C.

(比較例1)
比較例1では、下記の表2に示されるように、製品槽2から流出れる製品ガスの流量が基準流量に対して減少した場合において、温度計23により計測された特定温度が35℃、20℃、5℃と低くなるように変化しても、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおける吸脱着時間を一定に維持した点で実施例1と相違している。このこと以外は、実施例1と同様にした。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, as shown in Table 2 below, when the flow rate of the product gas flowing out of product tank 2 decreased relative to the reference flow rate, the adsorption and desorption times in first and second adsorption towers 1A and 1B were maintained constant even when the specific temperature measured by thermometer 23 decreased to 35° C., 20° C., and 5° C. Comparative Example 1 differs from Example 1 in that, except for this, the same procedures were followed as in Example 1.

表1及び表2には、圧縮機3による原料ガスの供給量を示す原料ガス量と、酸素濃度計21により計測された酸素ガス濃度から算出された製品ガスの窒素純度を示す製品ガス窒素濃度とが示されている。表1と表2との対比から明らかなように、比較例1に対して実施例1では、製品槽2から流出される製品ガスの流量が減少した場合において、製品ガスの窒素純度を所望の純度(99.99%)に維持しつつ、圧縮機3による原料ガスの供給量が少ないことが分かる。このことから、実施例1では、製品槽2から流出される製品ガスの流量が減少した場合に、特定温度の低下に応じて所望の純度の窒素ガスをより省エネルギーで取得できることが分かる。 Tables 1 and 2 show the raw gas volume, which indicates the amount of raw gas supplied by compressor 3, and the product gas nitrogen concentration, which indicates the nitrogen purity of the product gas, calculated from the oxygen gas concentration measured by oxygen concentration meter 21. A comparison of Tables 1 and 2 reveals that in Example 1, compared to Comparative Example 1, when the flow rate of product gas flowing out of product tank 2 decreases, the amount of raw gas supplied by compressor 3 is smaller while maintaining the nitrogen purity of the product gas at the desired purity (99.99%). This shows that in Example 1, when the flow rate of product gas flowing out of product tank 2 decreases, nitrogen gas of the desired purity can be obtained with less energy in accordance with a decrease in the specific temperature.

(実施例2)
実施例2では、下記の表3に示されるように、製品槽2から流出れる製品ガスの流量が基準流量の20Nm/hに対して15Nm/hと減少した場合において、温度計23により計測された特定温度が35℃、20℃、5℃と低くなるように変化することに応じて、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおける吸脱着時間が長くなるように変化させるとともに、洗浄ガスによる洗浄時間を吸脱着時間と同一にした状態で洗浄ガスの流量が小さくなるように変化させた。このこと以外は、実施例1と同様にした。
Example 2
In Example 2, as shown in Table 3 below, when the flow rate of the product gas flowing out of product tank 2 decreased to 15 Nm 3 /h from the reference flow rate of 20 Nm 3 /h, the adsorption/desorption times in first and second adsorption towers 1A and 1B were increased in response to the specific temperature measured by thermometer 23 decreasing to 35°C, 20°C, and 5°C, and the flow rate of the cleaning gas was decreased while keeping the cleaning time with the cleaning gas the same as the adsorption/desorption time.

表3には、表1と同様に、圧縮機3による原料ガスの供給量を示す原料ガス量と、酸素濃度計21により計測された酸素ガス濃度から算出された製品ガスの窒素純度を示す製品ガス窒素濃度とが示されている。表1と表3との対比から明らかなように、実施例2では、製品ガスの一部を洗浄ガスとして流出させる場合において、製品槽2から流出される製品ガスの流量が減少したときに、特定温度の低下に応じて洗浄ガスの流量を小さくすることによって、製品ガスの窒素純度を所望の純度(99.99%)に維持しつつ、圧縮機3による原料ガスの供給量を少なくできることが分かる。このことから、実施例2では、製品ガスの一部を洗浄ガスとして流出させる場合において、所望の純度の窒素ガスを省エネルギーで取得できることが分かる。 As with Table 1, Table 3 shows the raw gas volume, which indicates the amount of raw gas supplied by compressor 3, and the product gas nitrogen concentration, which indicates the nitrogen purity of the product gas, calculated from the oxygen gas concentration measured by oxygen concentration meter 21. As is clear from a comparison of Tables 1 and 3, in Example 2, when a portion of the product gas is discharged as cleaning gas, if the flow rate of the product gas discharged from product tank 2 decreases, the flow rate of the cleaning gas can be reduced in accordance with the decrease in the specific temperature, thereby reducing the amount of raw gas supplied by compressor 3 while maintaining the nitrogen purity of the product gas at the desired purity (99.99%). This shows that in Example 2, when a portion of the product gas is discharged as cleaning gas, nitrogen gas of the desired purity can be obtained with reduced energy.

(実施例3)
実施例3では、下記の表4に示されるように、製品槽2から流出れる製品ガスの流量が基準流量の20Nm/hに対して15Nm/hと減少した場合において、温度計23により計測された特定温度が35℃、20℃、5℃と低くなるように変化することに応じて、第1及び第2吸着塔1A,1Bにおける吸脱着時間が長くなるように変化させるとともに、洗浄ガスの流量を基準の洗浄ガス流量の4.0Nm/hで一定に維持した状態で洗浄ガスによる洗浄時間を吸脱着時間よりも短くした。このこと以外は、実施例1と同様にした。
Example 3
In Example 3, as shown in Table 4 below, when the flow rate of the product gas flowing out of product tank 2 decreased to 15 Nm 3 /h from the reference flow rate of 20 Nm 3 /h, the adsorption/desorption times in first and second adsorption towers 1A, 1B were changed to be longer in response to the specific temperature measured by thermometer 23 decreasing to 35°C, 20°C, and 5°C, and the cleaning time using the cleaning gas was made shorter than the adsorption/desorption time while the flow rate of the cleaning gas was maintained constant at the reference cleaning gas flow rate of 4.0 Nm 3 /h. Other than this, the same procedure as in Example 1 was followed.

表4には、表1と同様に、圧縮機3による原料ガスの供給量を示す原料ガス量と、酸素濃度計21により計測された酸素ガス濃度から算出された製品ガスの窒素純度を示す製品ガス窒素濃度とが示されている。表1と表4との対比から明らかなように、実施例3では、製品ガスの一部を洗浄ガスとして流出させる場合において、製品槽2から流出される製品ガスの流量が減少したときに、洗浄ガスによる洗浄時間を吸脱着時間よりも短くすることによって、製品ガスの窒素純度を所望の純度(99.99%)に維持しつつ、圧縮機3による原料ガスの供給量を少なくできることが分かる。このことから、実施例3では、製品ガスの一部を洗浄ガスとして流出させる場合において、所望の純度の窒素ガスを省エネルギーで取得できることが分かる。 As with Table 1, Table 4 shows the raw gas volume, which indicates the amount of raw gas supplied by compressor 3, and the product gas nitrogen concentration, which indicates the nitrogen purity of the product gas, calculated from the oxygen gas concentration measured by oxygen concentration meter 21. As is clear from a comparison of Tables 1 and 4, in Example 3, when a portion of the product gas is discharged as cleaning gas, if the flow rate of the product gas discharged from product tank 2 decreases, the amount of raw gas supplied by compressor 3 can be reduced while maintaining the nitrogen purity of the product gas at the desired purity (99.99%) by shortening the cleaning time with cleaning gas compared to the adsorption/desorption time. This shows that in Example 3, when a portion of the product gas is discharged as cleaning gas, nitrogen gas of the desired purity can be obtained with reduced energy.

1 窒素ガス分離装置
1A 第1吸着塔
1B 第2吸着塔
2 製品槽
20 制御部
22 流量計
23 温度計
CV9 洗浄ガス流量調整バルブ(流量調整部、流路開閉部)
L9 洗浄ガス流出ライン
1 Nitrogen gas separation apparatus 1A First adsorption tower 1B Second adsorption tower 2 Product tank 20 Control unit 22 Flow meter 23 Thermometer CV9 Cleaning gas flow rate adjustment valve (flow rate adjustment unit, flow path opening/closing unit)
L9 Cleaning gas outflow line

Claims (10)

吸着剤が充填された2基以上の吸着塔に窒素ガスと酸素ガスとを含む原料ガスを圧縮機により加圧下で供給し、各吸着塔が吸着工程、均圧工程、脱着工程、均圧工程を繰り返し行うことにより原料ガスから窒素ガスを製品ガスとして分離し、当該製品ガスを製品槽に導入する窒素ガス分離方法であって、
前記製品槽から流出される前記製品ガスの流量が基準流量よりも減少することに応じて、前記各吸着塔が吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を基準の吸脱着時間に対して延長し、
前記圧縮機により供給される前記原料ガスの温度で示され前記吸着剤の温度に影響し得る特定温度が第1温度のときに前記基準の吸脱着時間よりも長い第1吸脱着時間とする一方、前記特定温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記第1吸脱着時間よりも長い第2吸脱着時間とするとともに、前記特定温度の前記第1温度から前記第2温度への低下に応じて前記圧縮機からの前記原料ガスの供給量を減少させる、窒素ガス分離方法。
A nitrogen gas separation method comprising: supplying a feed gas containing nitrogen gas and oxygen gas under pressure by a compressor to two or more adsorption towers filled with an adsorbent; separating nitrogen gas from the feed gas as a product gas by repeatedly performing an adsorption step, a pressure equalization step, a desorption step, and a pressure equalization step in each adsorption tower; and introducing the product gas into a product tank,
an adsorption/desorption time during which each of the adsorption towers performs an adsorption step and a desorption step is extended relative to the standard adsorption/desorption time in response to a decrease in the flow rate of the product gas flowing out of the product tank compared to a standard flow rate;
a first adsorption/desorption time longer than the reference adsorption/desorption time when a specific temperature , which is indicated by the temperature of the raw material gas supplied by the compressor and which may affect the temperature of the adsorbent, is a first temperature; a second adsorption/desorption time longer than the first adsorption/desorption time when the specific temperature is a second temperature lower than the first temperature; and an amount of the raw material gas supplied from the compressor is reduced as the specific temperature decreases from the first temperature to the second temperature .
吸着剤が充填された2基以上の吸着塔に窒素ガスと酸素ガスとを含む原料ガスを圧縮機により加圧下で供給し、各吸着塔が吸着工程、均圧工程、脱着工程、均圧工程を繰り返し行うことにより原料ガスから窒素ガスを製品ガスとして分離する窒素ガス分離方法であって、
前記圧縮機により供給される前記原料ガスの温度で示され前記吸着剤の温度に影響し得る特定温度が第1温度のときに前記各吸着塔が吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を第1吸脱着時間とする一方、前記特定温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記第1吸脱着時間よりも長い第2吸脱着時間とするとともに、前記特定温度の前記第1温度から前記第2温度への低下に応じて前記圧縮機からの前記原料ガスの供給量を減少させる、窒素ガス分離方法。
A nitrogen gas separation method comprising: supplying a feed gas containing nitrogen gas and oxygen gas under pressure by a compressor to two or more adsorption towers filled with an adsorbent; and separating nitrogen gas from the feed gas as a product gas by repeatedly performing an adsorption step, a pressure equalization step, a desorption step, and a pressure equalization step in each adsorption tower;
a first adsorption/desorption time is an adsorption/desorption time during which each adsorption tower performs an adsorption process and a desorption process when a specific temperature , which is indicated by the temperature of the raw material gas supplied by the compressor and which may affect the temperature of the adsorbent, is a first temperature; and a second adsorption/desorption time is a second adsorption/desorption time that is longer than the first adsorption/desorption time when the specific temperature is a second temperature that is lower than the first temperature, and the amount of the raw material gas supplied from the compressor is reduced as the specific temperature decreases from the first temperature to the second temperature .
前記第2吸脱着時間は、前記第1吸脱着時間よりも長く、且つ、前記第1吸脱着時間の3倍以下の時間とする、請求項1又は2に記載の窒素ガス分離方法。 The nitrogen gas separation method described in claim 1 or 2, wherein the second adsorption/desorption time is longer than the first adsorption/desorption time and is no more than three times the first adsorption/desorption time. 吸着工程に付されている吸着塔において得られた前記製品ガスの一部を洗浄ガスとして脱着工程に付されている吸着塔へ流出させる場合、前記特定温度が前記第1温度のときに前記第1吸脱着時間と同一の第1洗浄時間において前記洗浄ガスを第1流量で流出させる一方、前記特定温度が前記第2温度では前記第2吸脱着時間と同一の第2洗浄時間において前記洗浄ガスを前記第1流量よりも小さい第2流量で流出させる、請求項1~3のいずれか1項に記載の窒素ガス分離方法。 The nitrogen gas separation method according to any one of claims 1 to 3, wherein when a portion of the product gas obtained in an adsorption tower undergoing an adsorption step is discharged as cleaning gas to an adsorption tower undergoing a desorption step, the cleaning gas is discharged at a first flow rate for a first cleaning time that is the same as the first adsorption/desorption time when the specific temperature is the first temperature, and the cleaning gas is discharged at a second flow rate that is smaller than the first flow rate for a second cleaning time that is the same as the second adsorption/desorption time when the specific temperature is the second temperature. 吸着工程に付されている吸着塔において得られた前記製品ガスの一部を洗浄ガスとして脱着工程に付されている吸着塔へ流出させる場合、前記特定温度が前記第1温度のときに前記第1吸脱着時間よりも短い第1洗浄時間で前記洗浄ガスを流出させる一方、前記特定温度が前記第2温度では前記第2吸脱着時間よりも短い第2洗浄時間で前記洗浄ガスを流出させる、請求項1~3のいずれか1項に記載の窒素ガス分離方法。 The nitrogen gas separation method according to any one of claims 1 to 3, wherein when a portion of the product gas obtained in an adsorption tower undergoing an adsorption step is discharged as cleaning gas to an adsorption tower undergoing a desorption step, the cleaning gas is discharged for a first cleaning time shorter than the first adsorption/desorption time when the specific temperature is the first temperature, and the cleaning gas is discharged for a second cleaning time shorter than the second adsorption/desorption time when the specific temperature is the second temperature. 吸着剤が充填され、窒素ガスと酸素ガスとを含む原料ガスの圧縮機による加圧下での供給に応じて当該原料ガスから窒素ガスを製品ガスとして分離する2基以上の吸着塔と、
前記各吸着塔において得られた前記製品ガスが導入される製品槽と、
前記製品槽から流出される前記製品ガスの流量を計測する流量計と、
前記圧縮機により供給される前記原料ガスの温度で示され前記吸着剤の温度に影響し得る特定温度を計測する温度計と、
前記各吸着塔において前記製品ガスが得られるように吸着工程、均圧工程、脱着工程、均圧工程を繰り返し行うための制御を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記流量計による計測流量が基準流量よりも減少することに応じて、前記各吸着塔が吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を基準の吸脱着時間に対して延長する吸脱着制御を行い、
前記吸脱着制御では、前記温度計による計測温度が第1温度のときに前記基準の吸脱着時間よりも長い第1吸脱着時間とする一方、前記計測温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記第1吸脱着時間よりも長い第2吸脱着時間とする制御を行うとともに、前記計測温度の前記第1温度から前記第2温度への低下に応じて前記圧縮機からの前記原料ガスの供給量を減少させる、窒素ガス分離装置。
two or more adsorption towers filled with an adsorbent, each of which separates nitrogen gas as a product gas from a raw material gas containing nitrogen gas and oxygen gas in response to the raw material gas being supplied under pressure by a compressor ;
a product tank into which the product gas obtained in each of the adsorption towers is introduced;
a flow meter that measures the flow rate of the product gas flowing out of the product tank;
a thermometer for measuring a specific temperature indicated by the temperature of the raw material gas supplied by the compressor and which may affect the temperature of the adsorbent;
a control unit that controls the adsorption step, the pressure equalization step, the desorption step, and the pressure equalization step to be repeatedly performed in each of the adsorption towers so as to obtain the product gas,
The control unit
In response to the flow rate measured by the flow meter decreasing below the reference flow rate, an adsorption/desorption control is performed to extend the adsorption/desorption time during which each of the adsorption towers performs the adsorption step and the desorption step relative to the reference adsorption/desorption time;
The adsorption/desorption control is performed by setting a first adsorption/desorption time that is longer than the reference adsorption/desorption time when the temperature measured by the thermometer is a first temperature, and setting a second adsorption/desorption time that is longer than the first adsorption/desorption time when the measured temperature is a second temperature that is lower than the first temperature, and by reducing the amount of the raw material gas supplied from the compressor as the measured temperature decreases from the first temperature to the second temperature .
吸着剤が充填され、窒素ガスと酸素ガスとを含む原料ガスの圧縮機による加圧下での供給に応じて当該原料ガスから窒素ガスを製品ガスとして分離する2基以上の吸着塔と、
前記圧縮機により供給される前記原料ガスの温度で示され前記吸着剤の温度に影響し得る特定温度を計測する温度計と、
前記各吸着塔において前記製品ガスが得られるように吸着工程、均圧工程、脱着工程、均圧工程を繰り返し行うための制御を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、前記温度計による計測温度が第1温度のときに前記各吸着塔が吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を第1吸脱着時間とする一方、前記計測温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記第1吸脱着時間よりも長い第2吸脱着時間とする制御を行うとともに、前記計測温度の前記第1温度から前記第2温度への低下に応じて前記圧縮機からの前記原料ガスの供給量を減少させる、窒素ガス分離装置。
two or more adsorption towers filled with an adsorbent, each of which separates nitrogen gas as a product gas from a raw material gas containing nitrogen gas and oxygen gas in response to the raw material gas being supplied under pressure by a compressor ;
a thermometer for measuring a specific temperature indicated by the temperature of the raw material gas supplied by the compressor and which may affect the temperature of the adsorbent;
a control unit that controls the adsorption step, the pressure equalization step, the desorption step, and the pressure equalization step to be repeatedly performed in each of the adsorption towers so as to obtain the product gas,
The control unit controls the adsorption/desorption time, during which each adsorption tower performs the adsorption process and the desorption process, to be a first adsorption/desorption time when the temperature measured by the thermometer is a first temperature, and to be a second adsorption/desorption time that is longer than the first adsorption/desorption time when the measured temperature is a second temperature that is lower than the first temperature, and reduces the amount of the raw material gas supplied from the compressor as the measured temperature decreases from the first temperature to the second temperature .
前記制御部は、前記第2吸脱着時間を、前記第1吸脱着時間よりも長く、且つ、前記第1吸脱着時間の3倍以下の時間とする制御を行う、請求項6又は7に記載の窒素ガス分離装置。 The nitrogen gas separation apparatus according to claim 6 or 7, wherein the control unit controls the second adsorption/desorption time to be longer than the first adsorption/desorption time and not more than three times the first adsorption/desorption time. 吸着工程に付されている吸着塔において得られた前記製品ガスの一部を洗浄ガスとして脱着工程に付されている吸着塔へ流出させるための洗浄ガス流出ラインと、
前記洗浄ガス流出ラインを流れる前記洗浄ガスの流量を調整する流量調整部と、を更に備え、
前記制御部は、前記計測温度が前記第1温度のときに前記第1吸脱着時間と同一の第1洗浄時間において前記洗浄ガスが前記洗浄ガス流出ラインを第1流量で流出する一方、前記計測温度が前記第2温度では前記第2吸脱着時間と同一の第2洗浄時間において前記洗浄ガスが前記洗浄ガス流出ラインを前記第1流量よりも小さい第2流量で流出するように、前記流量調整部を制御する、請求項6~8のいずれか1項に記載の窒素ガス分離装置。
a cleaning gas outflow line for allowing a portion of the product gas obtained in the adsorption tower subjected to the adsorption step to flow as cleaning gas to the adsorption tower subjected to the desorption step;
a flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the cleaning gas flowing through the cleaning gas outflow line,
The nitrogen gas separation apparatus according to any one of claims 6 to 8, wherein the control unit controls the flow rate adjustment unit so that the cleaning gas flows out of the cleaning gas outflow line at a first flow rate during a first cleaning time that is the same as the first adsorption/desorption time when the measured temperature is the first temperature, and so that the cleaning gas flows out of the cleaning gas outflow line at a second flow rate that is smaller than the first flow rate during a second cleaning time that is the same as the second adsorption/desorption time when the measured temperature is the second temperature.
吸着工程に付されている吸着塔において得られた前記製品ガスの一部を洗浄ガスとして脱着工程に付されている吸着塔へ流出させるための洗浄ガス流出ラインと、
前記洗浄ガス流出ラインの流路を開閉する流路開閉部と、を、更に備え、
前記制御部は、前記計測温度が前記第1温度のときに前記第1吸脱着時間よりも短い第1洗浄時間で前記洗浄ガスが前記洗浄ガス流出ラインを流出する一方、前記計測温度が前記第2温度では前記第2吸脱着時間よりも短い第2洗浄時間で前記洗浄ガスが前記洗浄ガス流出ラインを流出するように、前記流路開閉部を制御する、請求項6~8のいずれか1項に記載の窒素ガス分離装置。
a cleaning gas outflow line for allowing a portion of the product gas obtained in the adsorption tower subjected to the adsorption step to flow as cleaning gas to the adsorption tower subjected to the desorption step;
a flow path opening/closing unit that opens and closes a flow path of the cleaning gas outflow line,
The nitrogen gas separation apparatus according to any one of claims 6 to 8, wherein the control unit controls the flow path opening and closing unit so that the cleaning gas flows out of the cleaning gas outflow line in a first cleaning time that is shorter than the first adsorption/desorption time when the measured temperature is the first temperature, and so that the cleaning gas flows out of the cleaning gas outflow line in a second cleaning time that is shorter than the second adsorption/desorption time when the measured temperature is the second temperature.
JP2021203256A 2021-12-15 2021-12-15 Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device Active JP7784285B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021203256A JP7784285B2 (en) 2021-12-15 2021-12-15 Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021203256A JP7784285B2 (en) 2021-12-15 2021-12-15 Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023088489A JP2023088489A (en) 2023-06-27
JP7784285B2 true JP7784285B2 (en) 2025-12-11

Family

ID=86935482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021203256A Active JP7784285B2 (en) 2021-12-15 2021-12-15 Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7784285B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008307504A (en) 2007-06-18 2008-12-25 Hitachi Ltd Gas separation device
JP2010207750A (en) 2009-03-11 2010-09-24 Advan Riken:Kk Pressure-swing adsorption type gas generation apparatus
JP2018043906A (en) 2016-09-14 2018-03-22 株式会社クラレ Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device
JP2021107058A (en) 2019-12-27 2021-07-29 株式会社クラレ Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008307504A (en) 2007-06-18 2008-12-25 Hitachi Ltd Gas separation device
JP2010207750A (en) 2009-03-11 2010-09-24 Advan Riken:Kk Pressure-swing adsorption type gas generation apparatus
JP2018043906A (en) 2016-09-14 2018-03-22 株式会社クラレ Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device
JP2021107058A (en) 2019-12-27 2021-07-29 株式会社クラレ Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023088489A (en) 2023-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101534928B (en) Oxygen concentration system
CN104066493B (en) Nitrogen-rich gas preparation method, gas separating method and nitrogen-rich gas preparation facilities
CN101410165B (en) Compressed air production method and production equipment
CN103101891B (en) Nitrogen preparation method, gas separating method and nitrogen preparation device
CN102989262B (en) Ozone gas method for concentration
CN108619859A (en) A kind of manifold type pressure-variable adsorption gas system and method
CN112004774B (en) Method for producing oxygen by adopting pressure swing adsorption technology
JP6422684B2 (en) Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device
TWI414479B (en) Argon refining method and argon refining device
JP7530282B2 (en) Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device
TWI569864B (en) Argon purification method and purification device
JP7784285B2 (en) Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device
JP7482627B2 (en) Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device
CN102190290A (en) Refining method of argon gas and refining device
JPWO2015146213A1 (en) Carbon dioxide purification method and purification system
CN107438474B (en) Process for producing oxygen by VPSA comprising four adsorbers
AU2022298220B2 (en) Gas separation facility and gas separation method
JP2022054755A (en) Pressure swing adsorption device
WO2013114707A1 (en) Product gas supply method and product gas supply system
JP6811572B2 (en) Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device
CN216367311U (en) Molecular sieve switching regeneration system for high-purity argon production
JP7808966B2 (en) Method for operating nitrogen gas production equipment
JP2025006527A (en) Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device
JP7454100B2 (en) Oxygen concentrator, control method and control program
JP4908997B2 (en) Pressure fluctuation adsorption gas separation method and separation apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20241001

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250514

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250603

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250730

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20251104

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20251201

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7784285

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150