TW201801784A - 濃縮之目標氣體的製造方法 - Google Patents

Abstract

揭示從包含目標氣體及不要氣體之混合氣體，根據PSA法製造目標氣體被濃縮之製品氣體的方法。該方法係包含：步驟1，係將混合氣體供給至吸附塔(10A)且從吸附塔(10B)排出氣體，並使兩吸附塔連通；步驟2，係從吸附塔(10A)排出氣體且將混合氣體供給至吸附塔(10B)，並使兩吸附塔連通；步驟3，係從吸附塔10A排出氣體且將混合氣體供給至吸附塔10B，並從吸附塔10B回收製品氣體；步驟4，係將混合氣體供給至吸附塔10B且從吸附塔10A排出氣體，並使兩吸附塔連通；步驟5，係從吸附塔10B排出氣體且將混合氣體供給至吸附塔10A，並使兩吸附塔連通；以及步驟6，係從吸附塔10B排出氣體且將混合氣體供給至吸附塔10A，並從吸附塔10A回收製品氣體。

Description

濃縮之目標氣體的製造方法

本發明係有關於一種用以從包含目標氣體及不要氣體之混合氣體，根據壓力變動吸附法製造目標氣體被濃縮之製品氣體的方法。

作為從包含空氣等之氧氣(目標氣體)及氮氣(不要氣體)之混合氣體對作為目標氣體之氧氣進行分離回收的方法，已知壓力變動吸附法(PSA法)。根據PSA法所得之濃縮氧氣(製品氣體)係例如除了在電爐製鋼、非鐵金屬之精鍊、垃圾焚燒、製紙、水處理設施之氧氣曝氣、臭氧產生裝置等之大量消耗氧氣的領域所使用以外，小型者亦作為在家醫療用所使用。

作為根據PSA法對氧氣進行濃縮回收的技術，已知下工夫成利用複數座(例如2~4)吸附塔，藉由在各吸附塔重複例如包含吸附、降壓、脫附、升壓的循環，而以高回收率得到濃縮氧氣。在吸附及升壓之操作時，藉鼓風機向吸附塔供給混合氣體，而在降壓及脫附之操作時，藉真空泵對吸附塔的內部降壓。在使用複數座吸附塔所進行的PSA法中，亦在使用2座吸附塔的情況，嘗試對耗電速率(每單位氧氣產生量之氣體分離操作的耗電力)或裝置製造費用等進行各種的改良，從降低耗電速率之觀點，自以前提議高效率地使用鼓風機與真空泵 的方法。

具體而言，在2塔式之PSA法，在連續地供給混合氣體，且連續地使用真空泵進行吸入排氣的系統，已知使用成為製品之濃縮氧氣來洗淨吸附劑的系統(例如參照專利文獻1)、或使用吸附塔內之殘留濃縮氧氣來洗淨吸附劑的系統(例如參照專利文獻2之第3實施例)。

一般，PSA氣體分離裝置係不是在數年內就變成無法使用者，而以10年以上之長期使用為前提。因此，耗電速率之減少與裝置製造費用的降低係都有用，尤其強烈地要求減少耗電速率。在專利文獻1所揭示之技術，一直投入混合氣體且使真空泵連續地運轉，嘗試減少耗電速率，但是因為使用成為製品之濃縮氧氣來洗淨，所以浪費了濃縮氧氣，而具有氧氣之回收率降低的問題。

又，在專利文獻2之第3實施例的技術，一直投入混合氣體且使真空泵連續地運轉，使用吸附塔內之殘留濃縮氧氣來洗淨。可是，在真空泵風量與鼓風機風量相同的條件下，濃縮氧氣產生量比不進行洗淨之該文獻的第1實施例更少，而有無法高效率地得到濃縮氧氣的問題。

作為如上述所示無法高效率地產生濃縮氧氣之問題的原因，若一直投入混合氣體且使真空泵連續地運轉，將殘留濃縮氧氣供給至吸附塔內，則因為濃縮氧氣低的混合氣體與殘留濃縮氧氣混合，所以認為洗淨氣體之濃縮氧氣變低，而藉洗淨之吸附劑的再生效果就降低。

又，是專利文獻2的技術之一直投入混合氣體且 使真空泵連續地運轉，並以吸附塔內之殘留濃縮氧氣實施洗淨的系統係因為使用鼓風機將混合氣體供給至具有高壓力的吸附塔，所以在鼓風機，承受負載，認為從減少耗電速率之觀點係不佳。

【先行專利文獻】

【專利文獻】

[專利文獻1]日本特開平11-179133號公報

[專利文獻2]日本特開平2-119915號公報

本發明係在這種情況下而想出來的，其主要課題在於提供一種從包含目標氣體及不要氣體之混合氣體，根據PSA法製造目標氣體被濃縮之製品氣體時，適合一面抑制目標氣體之回收效率的降低，一面減少耗電速率的方法。

本發明之實施形態之目標氣體的製造方法係在從包含目標氣體及不要氣體之混合氣體，根據使用被填充選擇性地吸附該不要氣體之吸附劑的塔第1吸附塔及第2吸附塔所進行的壓力變動吸附法，製造該目標氣體被濃縮之製品氣體時，解決該課題。該方法係重複地進行包含以下之步驟的循環：步驟1，係在使該第1吸附塔與第2吸附塔連通之狀態，將該混合氣體供給至該第1吸附塔，另一方面，從該第2吸附塔進行塔內之氣體的排氣；步驟2，係在使該第1吸附塔與該第2吸 附塔連通之狀態，從該第1吸附塔進行塔內之氣體的排氣，另一方面，將該混合氣體供給至該第2吸附塔；步驟3，係在使該第1吸附塔與該第2吸附塔不連通之狀態，從該第1吸附塔進行塔內之氣體的排氣，另一方面，將該混合氣體供給至該第2吸附塔，並在至少一部分之時間進行來自該第2吸附塔之製品氣體的回收；步驟4，係在使該第1吸附塔與第2吸附塔連通之狀態，將該混合氣體供給至該第2吸附塔，另一方面，從該第1吸附塔進行塔內之氣體的排氣；步驟5，係在使該第1吸附塔與第2吸附塔連通之狀態，從該第2吸附塔進行塔內之氣體的排氣，另一方面，將該混合氣體供給至該第1吸附塔；以及步驟6，係在使該第1吸附塔與第2吸附塔不連通之狀態，從該第2吸附塔進行塔內之氣體的排氣，另一方面，將該混合氣體供給至該第1吸附塔，並在至少一部分之時間進行來自該第1吸附塔之製品氣體的回收。

對該第1吸附塔及第2吸附塔之該混合氣體的供給之至少一部分係使用渦輪鼓風機進行較佳。

在該步驟1及該步驟4之各步驟，該步驟之開始時與結束時之是該混合氣體導入側之該吸附塔的壓力降低被設定成經由該步驟1至步驟6之該吸附塔的最高壓力與最低壓力之壓力差之-5~25%，尤其0~15%的範圍較佳。

該步驟1及該步驟4之各步驟對由該步驟1~6所構成之一個循環的時間所佔的時間百分比係2~18%，尤其6~14%較佳。

在該步驟2及該步驟5之各步驟的結束時，該第1 吸附塔與該第2吸附塔之壓力差係5kPa以內較佳。

在該步驟3及該步驟6之各步驟從該吸附塔所導出之該製品氣體係被暫時貯存於貯存槽較佳。

該步驟3及該步驟6之各步驟係包含升壓操作，該操作在該各步驟之初期，使導入該混合氣體之吸附塔與該貯存槽連通，藉由不僅該混合氣體之導入，而且將該貯存槽內之該製品氣體送至該吸附塔，進行升壓較佳。

該步驟3及該步驟6之各步驟係包含升壓操作，該操作在該各步驟之初期，不使導入該混合氣體之吸附塔與該貯存槽連通，而僅藉該混合氣體之導入進行該吸附塔之升壓較佳。

因應於該混合氣體之溫度，算出最適合進行該步驟3及該步驟6之繼續時間，並更新該步驟3及該步驟6之各步驟的繼續時間較佳。

該目標氣體係氧氣，該不要氣體係氮氣較佳。

使該渦輪鼓風機之排出壓力比大氣壓更高較佳。

若依據本發明之製品氣體的製造方法，在一直投入混合氣體且使真空泵連續地運轉的情況，亦可有效地進行使用吸附塔內之殘留濃縮氧氣(含有很多製品氣體的氣體)的洗淨，又，在該洗淨中之相對地高壓供給混合氣體，亦可減少耗電速率。

本發明之其他的特徵及優點係根據參照附加之圖面在以下所進行之詳細的說明，將更明白。

X1‧‧‧製品氣體製造裝置

10A、10B‧‧‧吸附塔

11‧‧‧氣體通過口

12‧‧‧氣體通過口

21‧‧‧渦輪鼓風機

22‧‧‧真空泵

23‧‧‧貯存槽

31‧‧‧配管

31A、31B‧‧‧分支管線

32‧‧‧配管

32A、32B‧‧‧分支管線

33‧‧‧配管

33A、33B‧‧‧分支管線

34‧‧‧配管

31a、31b‧‧‧自動閥

32a、32b‧‧‧自動閥

33a、33b‧‧‧自動閥

34a‧‧‧自動閥

34b‧‧‧流量調整閥

35‧‧‧配管

36‧‧‧配管

37‧‧‧配管

37a‧‧‧流量調整閥

40‧‧‧溫度計

第1圖係用以實現本發明的實施形態之製品氣體的製造方法之製品氣體製造裝置的示意構成圖。

第2圖係與本發明的實施形態之製品氣體的製造方法之各步驟對應之氣體的流程圖。

第3圖係與本發明之其他的實施形態之製品氣體的製造方法之各步驟對應之氣體的流程圖。

第4圖係與本發明的比較例之製品氣體的製造方法之各步驟對應之氣體的流程圖。

第5圖係與本發明之其他的比較例之製品氣體的製造方法之各步驟對應之氣體的流程圖。

以下，作為本發明之較佳的實施形態，參照圖面，具體地說明從包含作為目標氣體之氧氣與作為不要氣體之氮氣的混合氣體製造濃縮氧氣(製品氧氣)的方法。

第1圖表示可用以執行本發明的實施形態之濃縮氧氣的製造方法之製品氣體製造裝置X1的示意構成。

製品氣體製造裝置X1包含2座吸附塔10A、10B、渦輪鼓風機21、真空泵22、貯存槽23以及配管31~37。製品氣體製造裝置X1構成為利用壓力變動吸附法(PSA法)，可從包含氧氣及氮氣之混合氣體(一般係空氣)對氧氣進行濃縮分離。

吸附塔10A、10B之各個係在兩端具有氣體通過口 11、12，並在氣體通過口11、12之間填充用以選擇性地吸附混合氣體所含之氮氣的填充劑。作為該吸附劑，列舉例如LiX型沸石、CaA型沸石以及CaX型沸石，這些係單獨使用或併用複數種都可。

渦輪鼓風機21係用以將混合氣體送出至吸附塔10A、10B。真空泵22係用以對吸附塔10A、10B的內部降壓。作為真空泵22，例如使用魯式(Roots)泵。貯存槽23係用以暫時貯存從吸附塔10A、10B所導出之氣體(後述之製品氧氣)的空容器。

配管31具有：主幹管線31’，係具有混合氣體導入端E1；及分支管線31A、31B，係各自與吸附塔10A、10B之各氣體通過口11側連接。在主幹管線31’，設置渦輪鼓風機21及自動閥31c。在分支管線31A、31B，附設可切換打開狀態與關閉狀態之間的自動閥31a、31b。細節將後述，在本實施形態，在配管31的主幹管線31’被安裝溫度計40。

配管32具有：主幹管線32’，係具有氣體排出端E2；及分支管線32A、32B，係各自與吸附塔10A、10B之各氣體通過口11側連接。在主幹管線32’，設置真空泵22。在分支管線32A、32B，附設可切換打開狀態與關閉狀態之間的自動閥32a、32b。

配管33具有：主幹管線33’，係具有貯存槽連接端E3；及分支管線33A、33B，係各自與吸附塔10A、10B之各氣體通過口12側連接。在分支管線33A、33B，附設可切換打開狀態與關閉狀態之間的自動閥33a、33b。

配管34係架橋狀地與配管33之分支管線33A、33B連接。藉此，吸附塔10A、10B各自的氣體通過口12係經由配管34連通。在配管34，設置可切換打開狀態與關閉狀態之間的自動閥34a、與流量調整閥34b(流量調整手段)。

配管35係一端與貯存槽23連接，且在另一端具有製品氣體取出端E4。藉此，經由配管35將貯存槽23內所暫時貯存之製品氧氣取出至外。

配管36係兩端與配管31之主幹管線31’連接。更具體而言，配管36的一端在渦輪鼓風機21之吸入口的上游與主幹管線31’連接，另一端在渦輪鼓風機21之排出口的下游與主幹管線31’連接。配管36係作用為使主幹管線31’所導入之混合氣體迂迴成不通渦輪鼓風機21，並用以向吸附塔10A、10B供給的旁通管線。

配管37係一端分枝狀與配管31之主幹管線31’連接，另一端開放於大氣中。具體而言，配管37的一端係對主幹管線31’在渦輪鼓風機21的排出口側與在配管36之往主幹管線31’的下游側連接端之間連接。在配管37，設置流量調整閥37a。又，設置於主幹管線31’之自動閥31c位於對主幹管線31’之配管37的連接端、與在配管36之往主幹管線31’的下游側連接端之間。

使用具有如以上所示之構成的製品氣體製造裝置X1，可執行本發明之實施形態之製品氣體的製造方法。在製品氣體製造裝置X1運轉時，藉由適當地切換自動閥31a、31b、31c、32a、32b、33a、33b、34a、36a以及流量調整閥34b， 在裝置內實現所要之氣體的流動狀態，並可重複由以下之步驟1~6所構成之一個循環。第2圖係在模式上表示在步驟1~6之在製品氣體製造裝置X1之氣體的流動狀態。細節將後述，步驟3包含子步驟3-1及子步驟3-2，步驟6包含子步驟6-1及子步驟6-2。

在步驟1，自動閥31a、31b、34a以及流量調整閥34b被打開，而達成如第2圖(a)所示之氣體流動狀態。在吸附塔10A，從氣體通過口11經由配管31供給混合氣體。關於吸附塔10A，因為先進行吸附(AS)(參照第2圖(h)所示的子步驟6-2)，所以在步驟1之開始時相對地位於高壓狀態，而含有很多製品氧氣的氣體殘留於塔內。此外，在進行吸附的子步驟6-2之吸附塔10A之內部的最高壓力係例如是5~40kPaG(表壓力，以下一樣)，係10~30kPaG較佳。

另一方面，在吸附塔10B，先進行脫附(DS)(參照第2圖(h)所示的子步驟6-2)，接著，藉真空泵22將塔內之氣體作為廢氣，經由氣體通過口11向搭外導出。該廢氣係經由分支管線32B、主幹管線32’向系統外被排出。此外，在進行脫附的子步驟6-2之吸附塔10B之內部的最低壓力係例如是-80~-45kPaG，係-75~-55kPaG較佳。

又，在步驟1，吸附塔10A、10B各自的氣體通過口12經由配管34彼此連通。步驟1之開始時之吸附塔10A的內部壓力係與先進行吸附之子步驟6-2的最高壓力實質上相同。在步驟1之開始時，在吸附塔10A，一面伴隨來自氣體通過口12之殘留濃縮氧氣(含有很多製品氧氣之氣體)的放出一 面降壓，另一方面，在吸附塔10B，自氣體通過口12導入從吸附塔10A所放出之殘留濃縮氧氣，進行具有洗淨效果之升壓、洗淨(PR/RS)。

在步驟1，吸附塔10A的內部壓力係例如藉由適當地調整流量調整閥34b或調整步驟1之繼續時間所控制。吸附塔10A的內部壓力係在步驟1之結束時，比開始時更降低的情況(降壓：DP)、與開始時實質上相同的情況(保持壓力：PK)、或比開始時更上升的情況(升壓：PR)之任一種都可能發生。在步驟1的結束時之吸附塔10A的內部壓力係例如是5~40kPaG。從步驟1的開始時至結束時之是混合氣體導入端側之吸附塔10A的壓力變化係對吸附塔10A之最高壓力與最低壓力的壓力差，例如是-5~25%的比例，是0~15%較佳。此外，在步驟1之結束時，吸附塔10A的內部壓力係比吸附塔10B的內部壓力更高。該步驟1係例如繼續4秒鐘。

在貯存槽23，被填充製品氧氣(濃縮氧氣)。在後述之子步驟3-1，從吸附塔10B所導出之製品氧氣被送出至貯存槽23，在後述之子步驟6-1，從吸附塔10A所導出之製品氧氣被送出至貯存槽23。貯存槽23內的製品氧氣係在被進行流量調整後經由配管35被取出並使用。此外，在包含步驟1之全部的步驟1~6，從貯存槽23以固定流量連續地取得製品氧氣。

在步驟2，自動閥31b、32a、34a以及流量調整閥34b被打開，而達成如第2圖(b)所示之氣體流動狀態。在吸附塔10A，藉真空泵22對塔內降壓，從吸附劑對氮氣進行脫附(降 壓/脫附：DP/DS)，塔內之氣體作為廢氣，經由氣體通過口11往塔外被導出。該廢氣係經由分支管線32A、主幹管線32’往系統外被排出。另一方面，在吸附塔10B，從氣體通過口11經由配管31供給混合氣體。

又，在步驟2，接著步驟1，吸附塔10A、10B各自的氣體通過口12、12經由配管34連通。在步驟2之開始時，吸附塔10A係與吸附塔10B相比，處於相對地高壓狀態。

在步驟2之開始後，在吸附塔10A，殘留於氣體通過口12附近的濃縮氧氣一面從氣體通過口12被放出一面降壓。另一方面，在吸附塔10B，自氣體通過口12導入接著步驟1從吸附塔10A所放出之殘留濃縮氧氣，進行升壓、回收(PR/RC)。

在步驟2，將流量調整閥34b的開口大小調整成吸附塔10A與吸附塔10B的壓力差成為既定範圍。在步驟2之結束時，吸附塔10A的內部壓力及吸附塔10B的內部壓力係近似或是等壓。例如在步驟2的結束時之吸附塔10A與吸附塔10B的壓力差係5kPaG以內。此外，在步驟2之結束時，吸附塔10B的內部壓力係比貯存槽23的內部壓力更低。該步驟2係例如繼續4秒鐘。

在本實施形態，步驟3係包含從該步驟3之開始時(步驟2剛結束後)繼續至經過既定時間時的子步驟3-1、與在子步驟3-1之後所進行的子步驟3-2。

在子步驟3-1，自動閥31b、32a、33b被打開，而達成如第2圖(c)所示之氣體流動狀態。在吸附塔10A，接著步 驟2藉真空泵22對塔內降壓，從吸附劑對氮氣進行脫附(DS)，塔內之氣體作為廢氣，經由氣體通過口11往塔外被導出。該廢氣係往系統外被排出。另一方面，在吸附塔10B，接著步驟2從氣體通過口11經由配管31供給混合氣體。

又，在子步驟3-1，切斷吸附塔10A、10B之連通，另一方面，吸附塔10B之氣體通過口12與貯存槽23經由主幹管線33’、分支管線33B連通。在子步驟3-1之開始時，吸附塔10B係與貯存槽23相比，處於相對地低壓狀態。因此，在子步驟3-1之開始後，將貯存槽23內的製品氧氣放出至主幹管線33’。另一方面，在吸附塔10B，自氣體通過口12導入從貯存槽23所放出之製品氧氣，並進行升壓(PR)。在子步驟3-1之結束時，吸附塔10B的內部壓力與貯存槽23的內部壓力係實質上等壓。該子步驟3-1係例如繼續2秒鐘。

在子步驟3-2，接著自動閥31b、32a、33b被打開，而達成如第2圖(d)所示之氣體流動狀態。在吸附塔10A，接著子步驟3-1藉真空泵22對塔內降壓，從吸附劑對氮氣進行脫附(DS)，塔內之氣體作為廢氣，經由氣體通過口11往塔外被導出。該廢氣係往系統外被排出。另一方面，在吸附塔10B，接著子步驟3-1從氣體通過口11經由配管31供給混合氣體。在進行脫附之吸附塔10A，內部壓力繼續降低，在子步驟3-2之結束時，吸附塔10A的內部到達最低壓力。該最低壓力係例如是-80~-45kPaG，是-75~-55kPaG較佳。

又，在子步驟3-2，接著子步驟3-1，吸附塔10B與貯存槽23經由主幹管線33’、分支管線33B連通。在子步驟 3-2之開始時，吸附塔10B與貯存槽23係實質上等壓。在子步驟3-2之開始後，因向吸附塔10B供給混合氣體而該吸附塔10B的內部壓力上升，另一方面，因從貯存槽23經由配管35取出製品氧氣而該貯存槽23的內部壓力降低。因此，從吸附塔10B朝向貯存槽23產生氣體的流動。在吸附塔10B係內部壓力上升，並藉吸附劑吸附(AD)混合氣體所含的氮氣。然後，從氣體通過口12導出氧氣被濃縮的製品氧氣。該製品氧氣係經由分支管線33B及主幹管線33’被送出至貯存槽23。在子步驟3-2，吸附塔10B的內部壓力繼續上升，在子步驟3-2之結束時，吸附塔10B的內部達到最高壓力。該最高壓力係例如是5~40kPaG，是10~30kPaG較佳。該子步驟3-2係例如繼續15秒鐘。

在以後之步驟4~6，如第2圖(e)~(h)所示，對吸附塔10B進行在步驟1~3對吸附塔10A所進行的操作，對吸附塔10A進行對吸附塔10B所進行的操作。

在步驟4，自動閥31b、32a、34a以及流量調整閥34b被打開，而達成如第2圖(e)所示之氣體流動狀態。在步驟5，自動閥31a、32b、34a以及流量調整閥34b被打開，而達成如第2圖(f)所示之氣體流動狀態。在子步驟6-1，自動閥31a、32b、33a被打開，而達成如第2圖(g)所示之氣體流動狀態。在子步驟6-2，接著自動閥31a、32b、33a被打開，而達成如第2圖(h)所示之氣體流動狀態。詳細之說明係省略，在步驟4、5以及子步驟6-1、6-2，吸附塔10B成為與在步驟1、2以及子步驟3-1、3-2之吸附塔10A相同之狀態，吸附塔10A 成為與在步驟1、2以及子步驟3-1、3-2之吸附塔10B相同之狀態。

然後，藉由在各吸附塔10A、10B重複地進行由以上之步驟1~6所構成的循環，連續地取得從混合氣體特意地除去氮氣的製品氧氣。此外，步驟1~6之一個循環的時間(循環時間)係50秒鐘。

在本實施形態之製品氧氣的製造，藉由減少或取消利用貯存槽23內之製品氧氣的洗淨，可提高製品氧氣之回收率。又，對吸附塔10A、10b之混合氣體的供給係使用渦輪鼓風機21來進行。渦輪鼓風機21係在排出壓比大氣壓更高之狀態時耗電力變小。因此，藉由在該混合氣體的供給使用渦輪鼓風機21，在使用吸附塔10A、10B內之殘留濃縮氧氣的洗淨中之相對高的壓力狀態時供給混合氣體(參照步驟1、4)，亦不僅可高效率地供給混合氣體，而且可高效率地減少耗電力。

在本實施形態，在該步驟1及步驟4之各個步驟，在從該步驟之開始時至結束時之間，即使在是混合氣體導入端之吸附塔10A、10B的壓力降低的情況，亦作成將其降低的比例抑制成在各吸附塔之最高壓力與最低壓力之壓力差的25%以下，抑制成15%以下較佳。依此方式，在使用吸附塔10A、10B內之殘留濃縮氧氣的洗淨，藉由抑制混合氣體供給側吸附塔的壓力變化，抑制洗淨氣體之氧氣濃度降低，而可高效率地進行吸附劑的再生。

在本實施形態，對步驟1~6之一個循環的時間(50秒鐘)，該步驟1及該步驟4之各步驟所佔的時間百分比係例如 設定為2~18%，設定為6~14%較佳。又，在步驟2與步驟5之結束時，10A吸附塔與吸附塔10B之壓力差係5kPaG以內。

為了在取得製品氧氣時降低耗電速率(electric power consumption rate)，亦有藉由提高吸附塔內之最低壓力而使真空泵之負載變少的方法等，但是在此方法係因為吸附與脫附之壓力範圍(擺動範圍)變小，所以氮氣吸附量減少，而需要之吸附劑增加。依此方式，耗電速率與需要之吸附劑量係一般位於權衡(trade off)關係。相對地，該步驟1及該步驟4之所佔的時間百分比設定為該步驟1~6之循環時間2~18%，設定為6~14%較佳，在該步驟2與步驟5之結束時，若將流量調整閥34b的開口大小調整成吸附塔10A、10B之壓力差成為5kPaG以內，就可高效率地回收製品氧氣(濃縮氧氣)，而可在降低耗電速率下減少需要之吸附劑量。

亦可在該步驟1~6之進行中，因應於外氣溫度，算出最適合進行該步驟3與步驟6的繼續時間，並在重複該製造循環的過程，更新該步驟3與步驟6的繼續時間。主要在作為包含氮氣及氧氣的混合氣體，使用空氣來製造製品氧氣(濃縮氧氣)的情況，根據氣溫的變化，每單位容積之含氧量相異。又，根據氣溫的變化，吸附劑之氮氣吸附容量變化。因此，為了將製品氧氣之氧氣濃度與製品流量維持於設定值，需要氣溫變高時使循環時間變短，而氣溫變低時使循環時間變長。在本實施形態，在用以對吸附塔10A、10B供給混合氣體之配管31的主幹管線31’，設置溫度計40(溫度測量手段)。而且，因應於藉溫度計40所測量之混合氣體的溫度，最適合進行該步驟3 與步驟6的繼續時間，並更新該步驟3與步驟6的繼續時間，藉此，可自動地將氧氣濃度與製品流量維持於設定值。

又，在該步驟3之子步驟3-1係在貯存槽23的內部壓力比吸附塔10B的內部壓力更高之間打開自動閥33b，使吸附塔10B與貯存槽23連通，藉此，作成以成為製品之貯存槽23內的富氧氣化氣體進行吸附塔10B升壓。可是，亦可省略子步驟3-1，而在子步驟3-2使打開自動閥33b而使吸附塔10B與貯存槽23連通的時序延遲，不以成為製品的富氧氣化氣體進行吸附塔10B的升壓。在此情況，先行之步驟2係繼續至吸附塔10B的內部壓力成為與貯存槽23的內部壓力相等，然後，進行步驟3(子步驟3-2)。即，亦可在步驟3之子步驟3-1係省略。一樣地，亦可在步驟6之子步驟6-1亦省略。

在本實施形態，使渦輪鼓風機21的排出壓力總是比大氣壓更高。在該混合氣體之供給，在對是未滿大氣壓之吸附塔10A、10B供給混合氣體的情況，自迂迴渦輪鼓風機21之旁通用之配管36，利用混合氣體本身的供給壓力，可供給混合氣體。又，亦可替代旁通用之配管36，採用另外利用混合氣體本身之供給壓力來供給混合氣體的手段。在依此方式利用混合氣體本身之供給壓力來供給混合氣體時，渦輪鼓風機21成為空運轉狀態。此處，因為在渦輪鼓風機21係排出壓力比大氣壓更高之狀態時耗電力變小，所以藉由在渦輪鼓風機21空運轉時將渦輪鼓風機21的排出壓力調整至對降低耗電力有效的排出壓力(比大氣壓更高之排出壓力)，可降低耗電速率。渦輪鼓風機21之排出壓力的調整係例如關閉位於渦輪鼓風機21 之下游側的自動閥31c且調整設置於配管37之流量調整閥37a的開口大小，藉此，可進行。

若依據本實施形態之製品氧氣的製造，即使在總是投入混合氣體且連續地使用真空泵22的情況，亦可有效地進行使用吸附塔10A、10B內之殘留濃縮氧氣的洗淨。又，藉由限制洗淨中之混合氣體供給側之吸附塔(在步驟1之吸附塔10A與在步驟4之吸附塔10B)的壓力降低，抑制洗淨氣體之氧氣濃度的降低，而可高效率地進行吸附劑的再生。這在以高濃度且高回收率回收製品氧氣上亦較佳。

第3圖表示在重複由步驟1~6所構成之一個循環之構成的製品氣體製造方法，步驟之一部分的構成與參照第2圖所上述的情況相異之其他的例子。

在由第3圖所示之步驟1~6所構成的循環，子步驟3-1、子步驟6-1的構成與第2圖所示的情況相異。因為子步驟3-1、6-1以外之其他的步驟1、2、3-2、4、5、6-2的構成係與第2圖所示的情況實質上相同，所以適當地省略其說明。

在第3圖所示之實施形態，在子步驟3-1，自動閥31b、32a被打開，而達成如第3圖(c)所示之氣體流動狀態。在吸附塔10A，接著步驟2藉真空泵22對塔內降壓，從吸附劑對氮氣進行脫附，塔內之氣體作為廢氣，經由氣體通過口11往塔外被導出。該廢氣係往系統外被排出。另一方面，在吸附塔10B，接著步驟2從氣體通過口11經由配管31供給混合氣體。又，在本實施形態的情況，在子步驟3-1，切斷吸附塔10A、 10B之連通，且對吸附塔10B之氣體通過口12與貯存槽23的連通亦切斷(自動閥33b關閉)。因此，在吸附塔10B，僅利用混合氣體之供給來升壓，藉製品氧氣之升壓係不進行。此外，在子步驟3-1之結束時，吸附塔10B的內部壓力係與貯存槽23的內部壓力實質上等壓，或者比貯存槽23的內部壓力更高。此子步驟3-1係例如繼續4秒鐘。

在子步驟3-2，自動閥31b、32a、33b被打開，而達成如第3圖(d)所示之氣體流動狀態。在吸附塔10A，接著子步驟3-1藉真空泵22對塔內降壓，從吸附劑對氮氣進行脫附，塔內之氣體作為廢氣，經由氣體通過口11往塔外被導出。該廢氣係往系統外被排出。另一方面，在吸附塔10B，接著子步驟3-1從氣體通過口11經由配管31供給混合氣體。在進行脫附之吸附塔10A，內部壓力繼續降低，在子步驟3-2之結束時，吸附塔10A的內部到達最低壓力。該最低壓力係例如是-80~-45kPaG，是-75~-55kPaG較佳。

又，在子步驟3-2，與子步驟3-1相異，吸附塔10B與貯存槽23經由主幹管線33’、分支管線33B連通。在子步驟3-2之開始時，吸附塔10B的內部壓力係與貯存槽23的內部壓力實質上相同，或比貯存槽23的內部壓力更高。在子步驟3-2之開始後，因向吸附塔10B供給混合氣體而該吸附塔10B的內部壓力上升，另一方面，因從貯存槽23經由配管35取出製品氧氣而該貯存槽23的內部壓力降低。因此，從吸附塔10B朝向貯存槽23產生氣體的流動。在吸附塔10B係內部壓力上升，並藉吸附劑吸附混合氣體所含的氮氣。然後，從氣體通過口12 導出氧氣被濃縮的製品氧氣。該製品氧氣係經由分支管線33B及主幹管線33’被送出至貯存槽23。在子步驟3-2，吸附塔10B的內部壓力繼續上升，在子步驟3-2之結束時，吸附塔10B的內部達到最高壓力。該最高壓力係例如是5~40kPaG，是10~30kPaG較佳。該子步驟3-2係例如繼續13秒鐘。

在以後的步驟4~6，如第3圖(e)~(h)所示，對吸附塔10B進行在步驟1~3對吸附塔10A所進行的操作，對吸附塔10A進行對吸附塔10B所進行的操作。

然後，藉由在各吸附塔10A、10B重複地進行由以上之步驟1~6所構成的循環，連續地取得從混合氣體特意地除去氮氣的製品氧氣。此外，步驟1~6之一個循環的時間(循環時間)係50秒鐘。

在第3圖所示之本實施形態之製品氧氣的製造，亦可具有與第2圖所示之該實施形態的情況相同之效果。

又，在本實施形態，在子步驟3-1及子步驟6-1，切斷貯存槽23與吸附塔10A、10B之連通。藉此，吸附塔10A、10B係僅利用混合氣體之供給來升壓，藉製品氧氣之升壓係不進行。而且，在本實施形態之子步驟3-1及6-1，切換成下一個子步驟3-2及6-2的時序係比第2圖所示的情況延遲2秒鐘(相對第2圖所示之子步驟3-1、6-1係2秒鐘，第3圖所示之子步驟3-1、6-1係4秒鐘)，下一個子步驟3-2及6-2的繼續時間短了2秒鐘。

以上，說明了本發明之實施形態，但是本發明的範圍係不是被限定為上述之實施形態。例如，關於根據PSA 法在各吸附塔10A、10B重複地進行之由複數個步驟所構成之循環，不被限定為上述之實施形態。

又，本發明之製品氣體的製造方法係不限定為對將如該實施形態之氧氣進行濃縮分離之氧氣PSA的應用，亦可應用於根據將其他的氣體成分作為目標氣體之PSA法的氣體分離。

[實施例]

其次，根據實施例及比較例，說明本發明之有用性。

[第1實施例]

在本實施例，使用第1圖所示之製品氣體製造裝置X1，根據參照第2圖所說明之由各步驟所構成之製品氧氣的製造方法，在以下所示之條件下，從作為混合氣體之空氣，取得作為製品氣體之濃縮氧氣。

作為吸附塔10A、10B。使用容量約2L(2dm³)之圓筒型者，並在各吸附塔10A、10B，作為吸附劑，填充1.2kg之LiX型沸石。此外，在後述之其他的實施例及比較例，亦使用與在本實施例所使用之吸附塔10A、10B及吸附劑相同者。

各步驟之繼續時間係步驟1為4秒鐘，步驟2為4秒鐘，子步驟3-1為2秒鐘，子步驟3-2為15秒鐘，步驟4為4秒鐘，步驟5為4秒鐘，子步驟6-1為2秒鐘，子步驟6-2為15秒鐘，由步驟1~6所構成之一個循環的循環時間係採用50秒鐘。在子步驟3-2、6-2，將吸附操作時之吸附塔10A、10B 內部的最高壓力設定為20kPaG，將脫附操作時之吸附塔10A、10B內部的最低壓力設定為-65kPaG。又，在步驟1、4之結束時，將流量調整閥34b調整成是混合氣體供給側之吸附塔10A、10B的內部壓力成為15kPaG。在此時，在步驟2、5之結束時之吸附塔10A、10B的內部壓力成為相同。

在本實施例，在步驟1、4的開始時與結束時之是混合氣體導入側之吸附塔10A、10B的壓力降低係對吸附塔10A、10B之最高壓力(20kPaG)與最低壓力(-65kPaG)的壓力差(85kPa)是5.9%。

在本實施例，在所取得之製品氧氣的平均濃度為93%之條件時，混合氣體供給量是827NL/h(N係表示標準狀態，以下亦相同)，製品氧氣流量是102NL/h。又，在氧氣取得量以100%濃度換算而設想1000Nm³/h的情況，真空泵22之需要風量成為16372m³/h，渦輪鼓風機21之需要風量成為8887Nm³/h。

使用作為真空泵22之大晃機械工業股份有限公司(日本山口縣熊毛郡，URL：http：//www.taiko-kk.com/)製魯式真空泵(型號：TLIF-400WP)、與作為渦輪鼓風機21之虹技股份有限公司(日本兵庫縣姬路市，URL：http：//www.kogi.co.jp/)製渦輪式鼓風機(型號：12A112X-Y)的性能曲線，將真空泵22之馬達效率當作定值95%，且將渦輪鼓風機21之馬達效率當作定值65%，算出耗電速率。又，在將混合氣體供給至未滿大氣壓之吸附塔的情況，設想迂迴渦輪鼓風機21，來自旁通用之配管36之混合氣體的供給，將渦輪鼓風機21的排出壓力當 作0kPaG，算出耗電速率。結果，每1Nm³之氧氣的耗電力(耗電速率)成為0.286kWh。

[第2實施例]

在本實施例，使用第1圖所示之製品氣體製造裝置X1，根據參照第3圖所說明之由各步驟所構成之製品氧氣的製造方法，在以下所示之條件下，從作為混合氣體之空氣，取得作為製品氣體之濃縮氧氣。

在本實施例，各步驟之繼續時間係步驟1為4秒鐘，步驟2為4秒鐘，子步驟3-1為4秒鐘，子步驟3-2為13秒鐘，步驟4為4秒鐘，步驟5為4秒鐘，子步驟6-1為4秒鐘，子步驟6-2為13秒鐘，由步驟1~6所構成之一個循環的循環時間係採用50秒鐘。在子步驟3-1、6-1，使用貯存槽23內之製品氧氣之吸附塔10A、10B的升壓係不進行。在子步驟3-2、6-2，將吸附操作時之吸附塔10A、10B內部的最高壓力設定為20kPaG，將脫附操作時之吸附塔10A、10B內部的最低壓力設定為-65kPaG。又，在步驟1、4之結束時，將流量調整閥34b調整成是混合氣體供給側之吸附塔10A、10B的內部壓力成為15kPaG。在此時，在步驟2、5之結束時之吸附塔10A、10B的內部壓力成為相同。

在本實施例，在所取得之製品氧氣的平均濃度為93%之條件時，混合氣體供給量是824NL/h，製品氧氣流量是99NL/h。又，在氧氣取得量以100%濃度換算而設想1000Nm³/h的情況，真空泵22之需要風量成為16582m³/h，渦輪鼓風機21之需要風量成為8987Nm³/h。

而且，對真空泵22及渦輪鼓風機21在與該第1實施例相同之運轉條件，算出耗電速率。結果，每1Nm³之氧氣的耗電力(耗電速率)成為0.290kWh。

[第3實施例]

在本實施例，使用第1圖所示之製品氣體製造裝置X1，根據參照第2圖所說明之由各步驟所構成之製品氧氣的製造方法，在以下所示之條件下，從作為混合氣體之空氣，取得作為製品氣體之濃縮氧氣。

在本實施例，在步驟1、4之結束時，將流量調整閥34b調整成是混合氣體供給側之吸附塔10A、10B的內部壓力成為20kPaG。

在本實施例，在步驟1、4的開始時與結束時之是混合氣體導入側之吸附塔10A、10B的壓力降低係對吸附塔10A、10B之最高壓力(20kPaG)與最低壓力(-65kPaG)的壓力差(85kPa)是0%。其他的操作條件係當作與上述之第1實施例一樣。

在本實施例，在所取得之製品氧氣的平均濃度為93%之條件時，混合氣體供給量是882NL/h，製品氧氣流量是102NL/h。又，在氧氣取得量以100%濃度換算而設想1000Nm³/h的情況，真空泵22之需要風量成為16963m³/h，渦輪鼓風機21之需要風量成為9269Nm³/h。

而且，對真空泵22及渦輪鼓風機21在與該第1實施例相同之運轉條件，算出耗電速率。結果，每1Nm³之氧氣的耗電力(耗電速率)成為0.296kWh。

[第4實施例]

在本實施例，使用第1圖所示之製品氣體製造裝置X1，根據參照第2圖所說明之由各步驟所構成之製品氧氣的製造方法，在以下所示之條件下，從作為混合氣體之空氣，取得作為製品氣體之濃縮氧氣。

在本實施例，在步驟1、4之結束時，將流量調整閥34b調整成是混合氣體供給側之吸附塔10A、10B的內部壓力成為10kPaG。在本實施例，在步驟1、4的開始時與結束時之是混合氣體導入側之吸附塔10A、10B的壓力降低係對吸附塔10A、10B之最高壓力(20kPaG)與最低壓力(-65kPaG)的壓力差(85kPa)是11.8%。其他的操作條件係當作與上述之第1實施例一樣。

在本實施例，在所取得之製品氧氣的平均濃度為93%之條件時，混合氣體供給量是788NL/h，製品氧氣流量是97NL/h。又，在氧氣取得量以100%濃度換算而設想1000Nm³/h的情況，真空泵22之需要風量成為16324m³/h，渦輪鼓風機21之需要風量成為8756Nm³/h。

而且，對真空泵22及渦輪鼓風機21在與該第1實施例相同之運轉條件，算出耗電速率。結果，每1Nm³之氧氣的耗電力(耗電速率)成為0.289kWh。

[第5實施例]

在本實施例，使用第1圖所示之製品氣體製造裝置X1，根據參照第2圖所說明之由各步驟所構成之製品氧氣的製造方法，在以下所示之條件下，從作為混合氣體之空氣， 取得作為製品氣體之濃縮氧氣。

在本實施例，各步驟之繼續時間係步驟1為6秒鐘，步驟2為4秒鐘，子步驟3-1為2秒鐘，子步驟3-2為13秒鐘，步驟4為6秒鐘，步驟5為4秒鐘，子步驟6-1為2秒鐘，子步驟6-2為13秒鐘，由步驟1~6所構成之一個循環的循環時間係採用50秒鐘。其他的操作條件係當作與上述之第1實施例一樣。

在本實施例，在所取得之製品氧氣的平均濃度為93%之條件時，混合氣體供給量是923NL/h，製品氧氣流量是110NL/h。又，在氧氣取得量以100%濃度換算而設想1000Nm³/h的情況，真空泵22之需要風量成為16862m³/h，渦輪鼓風機21之需要風量成為9016Nm³/h。

而且，對真空泵22及渦輪鼓風機21在與該第1實施例相同之運轉條件，算出耗電速率。結果，每1Nm³之氧氣的耗電力(耗電速率)成為0.296kWh。

[第6實施例]

在本實施例，使用第1圖所示之製品氣體製造裝置X1，根據參照第2圖所說明之由各步驟所構成之製品氧氣的製造方法，在以下所示之條件下，從作為混合氣體之空氣，取得作為製品氣體之濃縮氧氣。

在本實施例，各步驟之繼續時間係步驟1為2秒鐘，步驟2為4秒鐘，子步驟3-1為2秒鐘，子步驟3-2為17秒鐘，步驟4為2秒鐘，步驟5為4秒鐘，子步驟6-1為2秒鐘，子步驟6-2為17秒鐘，由步驟1~6所構成之一個循環的 循環時間係採用50秒鐘。其他的操作條件係當作與上述之第1實施例一樣。

在本實施例，在所取得之製品氧氣的平均濃度為93%之條件時，混合氣體供給量是750NL/h，製品氧氣流量是90NL/h。又，在氧氣取得量以100%濃度換算而設想1000Nm³/h的情況，真空泵22之需要風量成為16749m³/h，渦輪鼓風機21之需要風量成為9146Nm³/h。

而且，對真空泵22及渦輪鼓風機21在與該第1實施例相同之運轉條件，算出耗電速率。結果，每1Nm³之氧氣的耗電力(耗電速率)成為0.293kWh。

[第7實施例]

在本實施例，使用第1圖所示之製品氣體製造裝置X1，根據參照第2圖所說明之由各步驟所構成之製品氧氣的製造方法，從作為混合氣體之空氣，取得作為製品氣體之濃縮氧氣。在本實施例，在將混合氣體供給至未滿大氣壓之吸附塔的情況，設想以配管37的流量調整閥37a調整渦輪鼓風機21的流量，而提高排出壓力，將渦輪鼓風機21的排出壓力當作20kPaG，算出耗電速率。除此以外之各步驟的操作條件係當作與上述之第1實施例一樣，又，對真空泵22及渦輪鼓風機21在與該第1實施例相同之運轉條件，算出耗電速率。結果，每1Nm³之氧氣的耗電力(耗電速率)成為0.278kWh。

[第1比較例]

在本比較例，使用第1圖所示之製品氣體製造裝置X1，儘量使條件與本發明之實施例一致下進行在日本特開 平11-179133號公報(該專利文獻1)所揭示之方法。在本比較例，重複由第4圖所示之各步驟所構成之循環，在以下所示之條件下，從作為混合氣體之空氣，取得濃縮氧氣。

在本比較例，重複地進行由步驟1’~6’所構成之一個循環。在步驟1’，自動閥31b、32a、34a以及流量調整閥34b被打開，而達成如第4圖(a)所示之氣體流動狀態。在吸附塔10A，藉真空泵22對塔內進行降壓，從吸附劑對氮氣進行脫附(DS)，塔內之氣體作為廢氣，經由氣體通過口11往塔外被導出。該廢氣係往系統外被排出。另一方面，在吸附塔10B，從氣體通過口11經由配管31供給混合氣體。

又，在步驟1’，吸附塔10A、10B各自的氣體通過口12經由配管34連通。在步驟1’之開始後，在吸附塔10A，殘留於氣體通過口12附近之濃縮氧氣一面從氣體通過口12被放出一面降壓(DP)。另一方面，在吸附塔10B，自氣體通過口12導入從吸附塔10A所放出之殘留濃縮氧氣，進行升壓/回收(PR/RC)。

在步驟2’，自動閥31b、32a、33b被打開，而達成如第4圖(b)所示之氣體流動狀態。在吸附塔10A，接著步驟1’，藉真空泵22對塔內降壓，從吸附劑對氮氣進行脫附(DS)，塔內之氣體作為廢氣，經由氣體通過口11往塔外被導出。該廢氣係往系統外被排出。另一方面，在吸附塔10B，接著步驟1’，從氣體通過口11經由配管31供給混合氣體。

又，在步驟2’，關閉吸附塔10A、10B之連通，另一方面，吸附塔10B之氣體通過口12與貯存槽23經由主幹 管線33’、分支管線33B連通。在步驟2’之開始時，吸附塔10B係與貯存槽23相比，處於相對地低壓狀態。因此，在步驟2’之開始後，貯存槽23內之製品氧氣被放出至主幹管線33。另一方面，在吸附塔10B，自氣體通過口12導入從貯存槽23所放出之製品氧氣，進行升壓(PR)。在步驟2’之結束時，吸附塔10B的內部壓力與貯存槽23的內部壓力係實質上等壓。

在本比較例，步驟3’係包含從該步驟3’之開始時(步驟2’剛結束後)繼續至經過既定時間時的子步驟3-1’、與在子步驟3-1’之後所進行的子步驟3-2’。

在子步驟3-1’，接著自動閥31b、32a、33b被打開，而達成如第4圖(c)所示之氣體流動狀態。在吸附塔10A，接著步驟2’藉真空泵22對塔內降壓，從吸附劑對氮氣進行脫附(DS)，塔內之氣體作為廢氣，經由氣體通過口11往塔外被導出。該廢氣係往系統外被排出。另一方面，在吸附塔10B，接著步驟2’從氣體通過口11經由配管31供給混合氣體。在進行脫附之吸附塔10A係內部壓力繼續降低，在子步驟3-1’之結束時，吸附塔10A的內部到達最低壓力。

又，在子步驟3-1’，接著步驟2’，吸附塔10B與貯存槽23經由主幹管線33’、分支管線33B連通。在子步驟3-1’之開始時，吸附塔10B與貯存槽23係實質上等壓。在子步驟3-1’之開始後，因向吸附塔10B供給混合氣體而該吸附塔10B的內部壓力上升，另一方面，因從貯存槽23經由配管35取出製品氧氣而該貯存槽23的內部壓力係降低。因此，從吸附塔10B向貯存槽23產生氣體的流動。在吸附塔10B，內部 壓力上升，混合氣體所含的氮氣被吸附劑吸附(AS)。然後，從氣體通過口12導出氧氣被濃縮的製品氧氣。該製品氧氣係經由分支管線33B及主幹管線33’被送出至貯存槽23。

在子步驟3-2’，自動閥31b、32a、33b、34a以及流量調整閥34b被打開，而達成如第4圖(d)所示之氣體流動狀態。在吸附塔10B，接著子步驟3-1’從氣體通過口11經由配管31供給混合氣體。在吸附塔10B，內部壓力升壓，混合氣體所含的氮氣被吸附劑吸附(AS)。然後，從氣體通過口12導出氧氣被濃縮的製品氧氣。該製品氧氣係經由分支管線33B及主幹管線33’被送出至貯存槽23。在子步驟3-2’，吸附塔10B的內部壓力繼續上升，在子步驟3-2’之結束時，吸附塔10B的內部到達最高壓力。

又，在子步驟3-2’，從吸附塔10B所導出之製品氧氣的一部分作為洗淨氣體，經由配管34被導入吸附塔10A，吸附塔10A之吸附劑被洗淨(RS)。同時，在吸附塔10A，藉真空泵22對塔內降壓，塔內之氣體往塔外被排出。

在以後之步驟4’~6’，如第4圖(e)~(h)所示，對吸附塔10B進行在步驟1’~3’對吸附塔10A所進行的操作，對吸附塔10A進行對吸附塔10B所進行的操作。然後，藉由在各吸附塔10A、10B重複地進行由以上之步驟1’~6’所構成的循環，連續地取得從混合氣體特意地除去氮氣的製品氧氣。

在本比較例，各步驟之繼續時間係步驟1’為4秒鐘，步驟2’為2秒鐘，子步驟3-1’為12秒鐘，子步驟3-2’為7秒鐘，步驟4’為4秒鐘，步驟5’為2秒鐘，子步驟6-1’為12 秒鐘，子步驟6-2’為7秒鐘，由步驟1’~6’所構成之一個循環的循環時間係採用50秒鐘。在子步驟3-2’、6-2’，將吸附操作時之吸附塔10B、10A內部的最高壓力設定為20kPaG，在子步驟3-1’、6-1’，將脫附操作時之吸附塔10A、10B內部的最低壓力設定為-65kPaG。在步驟1’、4’之結束時，將流量調整閥34b調整成是混合氣體供給側之吸附塔10B、10A的內部壓力成為相同。又，在子步驟3-2’、6-2’，作為洗淨氣體所使用之製品氧氣的量係採用180NL/h。

在本比較例，在所取得之製品氧氣的平均濃度為93%之條件時，混合氣體供給量是807NL/h，製品氧氣流量是95NL/h。又，在氧氣取得量以100%濃度換算而設想1000Nm³/h的情況，真空泵22之需要風量成為17283m³/h，渦輪鼓風機21之需要風量成為8964Nm³/h。

而且，對真空泵22及渦輪鼓風機21在與該第1實施例相同之運轉條件，算出耗電速率。結果，每1Nm³之氧氣的耗電力(耗電速率)成為0.308kWh。

[第2比較例]

在本比較例，使用第1圖所示之製品氣體製造裝置X1，儘量使條件與本發明之實施例一致下進行在日本特開平2-119915號公報(該專利文獻2)之第3實施例所揭示之方法。在本比較例，重複由第5圖所示之各步驟所構成之循環，在以下所示之條件下，從作為混合氣體之空氣，取得濃縮氧氣。

在本比較例，重複地進行由步驟1”~6”所構成之一 個循環。在步驟1”，自動閥31a、32b、34a以及流量調整閥34b被打開，而達成如第5圖(a)所示之氣體流動狀態。在吸附塔10A，從氣體通過口11經由配管31供給混合氣體。關於吸附塔10A，因為先進行吸附(參照第5圖(f)所示之步驟6”)，在步驟1”之開始時處於相對地高壓狀態，含有很多製品氧氣之氣體殘留於塔內。另一方面，在吸附塔10B，先進行脫附(參照第5圖(f)所示之步驟6”)，接著藉真空泵22，塔內之氣體作為廢氣，經由氣體通過口11往塔外被導出。該廢氣係經由分支管線32B、主幹管線32’往系統外被排出。

又，在步驟1”，吸附塔10A、10B各自的氣體通過口12、12經由配管34連通。在步驟1”之開始後，在吸附塔10A，一面伴隨來自氣體通過口12之殘留濃縮氧氣(含有很多製品氧氣之氣體)的放出一面降壓(DP)，另一方面，在吸附塔10B，自氣體通過口12導入從吸附塔10A所放出之殘留濃縮氧氣，進行具有洗淨效果之升壓/回收(PR/RC)。

在步驟2”，自動閥31b、32a、33b被打開，而達成如第5圖(b)所示之氣體流動狀態。在吸附塔10A，藉真空泵22對塔內降壓，從吸附劑對氮氣進行脫附(DS)，塔內之氣體作為廢氣，經由氣體通過口11往塔外被導出。該廢氣係往系統外被排出。另一方面，在吸附塔10B，從氣體通過口11經由配管31供給混合氣體。

又，在步驟2”，關閉吸附塔10A、10B之連通，另一方面，吸附塔10B之氣體通過口12與貯存槽23經由主幹管線33’、分支管線33B連通。在步驟2”之開始時，吸附塔10B 係與貯存槽23相比，處於相對地低壓狀態。因此，在步驟2”之開始後，貯存槽23內之製品氧氣被放出至主幹管線33。另一方面，在吸附塔10B，自氣體通過口12導入從貯存槽23所放出之製品氧氣，進行升壓(PR)。在步驟2”之結束時，吸附塔10B的內部壓力與貯存槽23的內部壓力係實質上等壓。

在步驟3”，接著自動閥31b、32a、33b被打開，而達成如第5圖(c)所示之氣體流動狀態。在吸附塔10A，接著步驟2”藉真空泵22對塔內降壓，從吸附劑對氮氣進行脫附(DS)，塔內之氣體作為廢氣，經由氣體通過口11往塔外被導出。該廢氣係往系統外被排出。另一方面，在吸附塔10B，接著步驟2”從氣體通過口11經由配管31供給混合氣體。混合氣體所含的氮氣被吸附(AS)。在進行脫附之吸附塔10A係內部壓力繼續降低，在子步驟3”之結束時，吸附塔10A的內部到達最低壓力。

又，在步驟3”，接著步驟2”，吸附塔10B與貯存槽23經由主幹管線33’、分支管線33B連通。在步驟3”之開始時，吸附塔10B與貯存槽23係實質上等壓。在步驟3”之開始後，因向吸附塔10B供給混合氣體而該吸附塔10B的內部壓力上升，另一方面，因從貯存槽23經由配管35取出製品氧氣而該貯存槽23的內部壓力係降低。因此，從吸附塔10B向貯存槽23產生氣體的流動。在吸附塔10B，內部壓力上升，混合氣體所含的氮氣被吸附劑吸附。然後，從氣體通過口12導出氧氣被濃縮的製品氧氣。該製品氧氣係經由分支管線33B及主幹管線33’被送出至貯存槽23。在步驟3”，吸附塔10B的內 部壓力繼續上升，在步驟3”之結束時，吸附塔10B的內部到達最高壓力。

在以後之步驟4”~6”，如第5圖(d)~(f)所示，對吸附塔10B進行在步驟1”~3”對吸附塔10A所進行的操作，對吸附塔10A進行對吸附塔10B所進行的操作。然後，藉由在各吸附塔10A、10B重複地進行由以上之步驟1”~6”所構成的循環，連續地取得從混合氣體特意地除去氮氣的製品氧氣。

在本比較例，各步驟之繼續時間係步驟1”為4秒鐘，步驟2”為2秒鐘，步驟3”為19秒鐘，步驟4”為4秒鐘，步驟5”為2秒鐘，步驟6”為19秒鐘，由步驟1”~6”所構成之一個循環的循環時間係採用50秒鐘。在步驟3”、6”，將吸附操作時之吸附塔10B、10A內部的最高壓力設定為20kPaG，將脫附操作時之吸附塔10A、10B內部的最低壓力設定為-65kPaG。又，在步驟1”、4”之結束時，將流量調整閥34b調整成是混合氣體供給側之吸附塔10B、10A的內部壓力成為1kPaG。

在本比較例，在所取得之製品氧氣的平均濃度為93%之條件時，混合氣體供給量是814NL/h，製品氧氣流量是90NL/h。又，在氧氣取得量以100%濃度換算而設想1000Nm³/h的情況，真空泵22之需要風量成為18047m³/h，渦輪鼓風機21之需要風量成為9677Nm³/h。

而且，對真空泵22及渦輪鼓風機21在與該第1實施例相同之運轉條件，算出耗電速率。結果，每1Nm³之氧氣的耗電力(耗電速率)成為0.318kWh。

關於上述之實施例及上述之比較例，在第1表表 示每單位時間之製品氧氣產生量(製品氧氣流量)與耗電速率的關係。

其次，設想流量5000Nm³/h(100%氧氣濃度換算)的裝置，在第2表表示在將電力價格當作15日圓/kWh、將一年之裝置運轉時間當作8000小時、將吸附劑價格當作1700日圓/kg的情況之一年電費與所使用之吸附劑之價格的一覽表。

從第1表得知，若依據本發明之製品氧氣(製品氣體)的製造方法，可降低耗電速率(約未滿0.3kWh/Nm³)。

又，藉由將使用吸附塔內之殘留濃縮氧氣的洗淨時間(在上述之第1~第4實施例的步驟1及步驟4之各步驟的時間)設定成循環時間的6~14%，可實現高的氧氣產生量，而 減少所需之吸附劑量。因此，在降低耗電速率下亦可降低裝置製造費用。

10A、10B‧‧‧吸附塔

22‧‧‧真空泵

23‧‧‧貯存槽

31‧‧‧配管

31A、31B‧‧‧分支管線

32‧‧‧配管

32A、32B‧‧‧分支管線

33‧‧‧配管

33A、33B‧‧‧分支管線

34‧‧‧配管

Claims (13)

1. 一種製品氣體的製造方法，係從包含目標氣體及不要氣體之混合氣體，根據使用被填充選擇性地吸附該不要氣體之吸附劑的第1吸附塔及第2吸附塔所進行的壓力變動吸附法，製造該目標氣體被濃縮之製品氣體的方法，其重複地進行包含以下之步驟的循環：步驟1，係在使該第1吸附塔與第2吸附塔連通之狀態，將該混合氣體供給至該第1吸附塔，另一方面，從該第2吸附塔進行塔內之氣體的排氣；步驟2，係在使該第1吸附塔與該第2吸附塔連通之狀態，從該第1吸附塔進行塔內之氣體的排氣，另一方面，將該混合氣體供給至該第2吸附塔；步驟3，係在使該第1吸附塔與該第2吸附塔不連通之狀態，從該第1吸附塔進行塔內之氣體的排氣，另一方面，將該混合氣體供給至該第2吸附塔，並在至少一部分之時間進行來自該第2吸附塔之製品氣體的回收；步驟4，係在使該第1吸附塔與第2吸附塔連通之狀態，將該混合氣體供給至該第2吸附塔，另一方面，從該第1吸附塔進行塔內之氣體的排氣；步驟5，係在使該第1吸附塔與第2吸附塔連通之狀態，從該第2吸附塔進行塔內之氣體的排氣，另一方面，將該混合氣體供給至該第1吸附塔；以及步驟6，係在使該第1吸附塔與第2吸附塔不連通之狀態，從該第2吸附塔進行塔內之氣體的排氣，另一方面，將該 混合氣體供給至該第1吸附塔，並在至少一部分之時間進行來自該第1吸附塔之製品氣體的回收。
2. 如申請專利範圍第1項之製品氣體的製造方法，其中對該第1吸附塔及第2吸附塔之該混合氣體的供給之至少一部分係使用渦輪鼓風機進行。
3. 如申請專利範圍第1或2項之製品氣體的製造方法，其中在該步驟1及該步驟4之各步驟，該步驟之開始時與結束時之是該混合氣體導入側之該吸附塔的壓力降低被設定成經由該步驟1至步驟6之該吸附塔的最高壓力與最低壓力之壓力差之-5~25%的範圍。
4. 如申請專利範圍第3項之製品氣體的製造方法，其中在該步驟1及該步驟4之各步驟，該步驟之開始時與結束時之是該混合氣體導入側之該吸附塔的壓力降低被設定成經由該步驟1至步驟6之該吸附塔的最高壓力與最低壓力之壓力差之0~15%的範圍。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之製品氣體的製造方法，其中該步驟1及該步驟4之各步驟對由該步驟1~6所構成之一個循環的時間所佔的時間百分比係2~18%。
6. 如申請專利範圍第5項之製品氣體的製造方法，其中該步驟1及該步驟4之各步驟對由該步驟1~6所構成之一個循環的時間所佔的時間百分比係6~14%。
7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之製品氣體的製造方法，其中在該步驟2及該步驟5之各步驟的結束時，該第1吸附塔與該第2吸附塔之壓力差係5kPa以內。
8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之製品氣體的製造方法，其中在該步驟3及該步驟6之各步驟從該吸附塔所導出之該製品氣體係被暫時貯存於貯存槽。
9. 如申請專利範圍第8項之製品氣體的製造方法，其中該步驟3及該步驟6之各步驟係包含升壓操作，該操作在該各步驟之初期，使導入該混合氣體之吸附塔與該貯存槽連通，藉由不僅該混合氣體之導入，而且將該貯存槽內之該製品氣體送至該吸附塔，進行升壓。
10. 如申請專利範圍第8項之製品氣體的製造方法，其中該步驟3及該步驟6之各步驟係包含升壓操作，該操作在該各步驟之初期，不使導入該混合氣體之吸附塔與該貯存槽連通，而僅藉該混合氣體之導入進行該吸附塔之升壓。
11. 如申請專利範圍第1至10項中任一項之製品氣體的製造方法，其中因應於該混合氣體之溫度，算出最適合進行該步驟3及該步驟6之繼續時間，並更新該步驟3及該步驟6之各步驟的繼續時間。
12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項之製品氣體的製造方法，其中該目標氣體係氧氣，該不要氣體係氮氣。
13. 如申請專利範圍第2項之製品氣體的製造方法，其中使該渦輪鼓風機之排出壓力比大氣壓更高。