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JPS63256503A - Method and equipment for supplying highly concentrated oxygen - Google Patents

Method and equipment for supplying highly concentrated oxygen

Info

Publication number
JPS63256503A
JPS63256503A JP63075816A JP7581688A JPS63256503A JP S63256503 A JPS63256503 A JP S63256503A JP 63075816 A JP63075816 A JP 63075816A JP 7581688 A JP7581688 A JP 7581688A JP S63256503 A JPS63256503 A JP S63256503A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxygen
argon
compressed air
mixture
pressure
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.)
Pending
Application number
JP63075816A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
レイモンド・エイ・スタンフォード
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.)
V B M CORP
Original Assignee
V B M CORP
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Filing date
Publication date
Application filed by V B M CORP filed Critical V B M CORP
Publication of JPS63256503A publication Critical patent/JPS63256503A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気体分離技術に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to gas separation technology.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

大気から実質的に純粋な気体状酸素を分離する例は知ら
れており、そのことに関する文献もある。
Examples of separating substantially pure gaseous oxygen from the atmosphere are known and documented.

しかしながら、本発明は、他の原料からの酸素の精製お
よび他の気体の分離、精製にも応用可能であることが評
価されるべきである。
However, it should be appreciated that the present invention is also applicable to the purification of oxygen from other raw materials and the separation and purification of other gases.

現在まで、酸素は一般に空気中から選択吸着法によって
分離されてきた。大気は、物理的分離材料を充填した一
対の吸着層の1つに、周期的に送入される。5Aゼオラ
イトのような、物理的分離材料は酸素、アルゴンのよう
な吸着力の小さい分子は吸着層を通過させ、窒素、二酸
化炭素、水蒸気などのより強く吸着される分子を捕集し
、保持する。吸着層がその捕集能力、すなわち吸着能力
に達したとき、空気は第2の吸着層に送入され、第1の
吸着層は窒素その他の分子を排出され、清浄化される。
To date, oxygen has generally been separated from air by selective adsorption methods. Atmospheric air is periodically pumped through one of a pair of adsorption beds filled with physical separation material. Physical separation materials, such as 5A zeolite, allow weakly adsorbed molecules such as oxygen and argon to pass through an adsorption layer, while capturing and retaining more strongly adsorbed molecules such as nitrogen, carbon dioxide, and water vapor. . When the adsorption layer reaches its collection or adsorption capacity, air is pumped into the second adsorption layer and the first adsorption layer is purged of nitrogen and other molecules and cleaned.

吸着層間の気体の切替え、および他の操作パラメータを
注意深く調節することにより、吸着層の出口において純
度的95%の酸素を得ることができる。しかしながら、
ある周期の間に過剰の流れがシステムを通った場合、吸
着層はその吸着能力を超え、製品酸素の純度は、純度の
最高限界である95.7%または代表的な濃縮装置の出
口における通常の濃度である95%に達しなくなる。
By carefully adjusting the gas switching between adsorption beds and other operating parameters, 95% pure oxygen can be obtained at the outlet of the adsorption beds. however,
If excess flow passes through the system during a period, the adsorption bed will exceed its adsorption capacity and the purity of the product oxygen will be reduced to the highest purity limit of 95.7% or normal at the outlet of a typical concentrator. The concentration of 95% is no longer reached.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

酸素は大気の約20%を構成し、アルゴンは約1%を構
成している。空気中から窒素、二酸化炭素および他のよ
り大きい分子が除去され、実質的に酸素とアルゴンのみ
が残された場合、分離された気体中のアルゴンと酸素の
百分率は約5倍に増加する。すなわち、たとえ分離装置
が完全に作動して、酸素とアルゴンのみを通過させても
、その結果として生成する製品の気体は4%から5%の
アルゴンと95%から96%の酸素を含むであろう。こ
のように、生成する気体状酸素の純度は、アルゴンの含
有量によって制約される。すなわち、大気中に約1%含
有されるアルゴンが、分離される酸素の純度を最高約9
5%または96%の濃度に制約する。
Oxygen makes up about 20% of the atmosphere and argon makes up about 1%. If nitrogen, carbon dioxide, and other larger molecules are removed from the air, leaving essentially only oxygen and argon, the percentage of argon and oxygen in the separated gas increases by about five times. That is, even if the separator is fully operational and passes only oxygen and argon, the resulting product gas will contain 4% to 5% argon and 95% to 96% oxygen. Dew. Thus, the purity of the gaseous oxygen produced is limited by the argon content. That is, argon, which is present in the atmosphere at about 1%, increases the purity of the separated oxygen to a maximum of about 9%.
Constrain to 5% or 96% concentration.

本発明によれば、分離された酸素中のアルゴン−含有量
を低下し、酸素純度を上昇させ得る方法および装置が提
供される。
According to the present invention, a method and apparatus are provided which are capable of reducing the argon content and increasing the oxygen purity in the separated oxygen.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の一観点によれば、高濃縮酸素を製造する方法が
提供される。酸素およびアルゴンは窒素、二酸化炭素お
よび水蒸気と物理的に分離され、その後、酸素/アルゴ
ン混合物を分離して高濃縮酸素とアルゴンが得られる。
According to one aspect of the present invention, a method of producing highly concentrated oxygen is provided. Oxygen and argon are physically separated from nitrogen, carbon dioxide, and water vapor, and then the oxygen/argon mixture is separated to obtain highly concentrated oxygen and argon.

より限定された観点によれば、主として酸素とアルゴン
を通過させ、窒素、二酸化炭素および水蒸気を含む他の
分子を優先的に吸着する物理的分離媒体を包含する1筒
またはそれ以上の第1吸着層に大気を送入することによ
り、大気から前記酸素とアルゴンの混合物が分離される
。前記第1吸着層からの混合気体は、主として窒素とア
ルゴンを通過させ、酸素を優先的に吸着する第2の物理
的分離材を包含する第2の吸着WIは送入される。
According to a more specific aspect, one or more primary adsorption cylinders containing a physical separation medium that primarily passes oxygen and argon and preferentially adsorbs other molecules, including nitrogen, carbon dioxide, and water vapor. The oxygen and argon mixture is separated from the atmosphere by introducing atmospheric air into the layer. The gas mixture from the first adsorption bed passes primarily nitrogen and argon, and a second adsorption WI containing a second physical separation material that preferentially adsorbs oxygen is introduced.

第2の吸着層に吸着された酸素は回収されて高濃縮酸素
を得る。
The oxygen adsorbed on the second adsorption layer is recovered to obtain highly concentrated oxygen.

本発明の他の観点によれば、高濃縮酸素を製造する装置
が提供される。前記装置は、酸素とアルゴンの気体を通
過させ、少なくとも窒素ガスを吸着する第1の物理的分
離材料を包含する第1の層を包含している。第2の眉は
、少なくとも窒素とアルゴンを通過させ酸素を吸着する
第2の物理的分離材を包含しており、該第2の層は前記
第1の層と連結されて、該第1の層からの酸素/アルゴ
ン混合物を受入れる。
According to another aspect of the invention, an apparatus for producing highly concentrated oxygen is provided. The device includes a first layer containing a first physical separation material that passes oxygen and argon gases and adsorbs at least nitrogen gas. The second eyebrow includes a second physical separator that passes at least nitrogen and argon and adsorbs oxygen, the second layer being coupled to the first layer, and the second layer being coupled to the first layer. Accepts oxygen/argon mixture from the formation.

前記アルゴンおよびもし存在すれば、窒素の混合物は前
記第2の層を通過し、実質的に純粋な高濃度酸素が前記
第2の物理的分離材に吸着される。
The mixture of argon and nitrogen, if present, passes through the second layer and substantially pure concentrated oxygen is adsorbed onto the second physical separation material.

前記第2層から吸着された酸素を放出し、回収する装置
が備えられる。
A device is provided for releasing and recovering adsorbed oxygen from the second layer.

〔実施例〕〔Example〕

第1図において、酸素濃縮装置Aは窒素、二酸化炭素お
よび水蒸気から酸素とアルゴンを選択的に分離する。空
気は第1の入口10に送入され、少なくとも窒素は2次
気体放出口12から系外へ排出される。二酸化炭素およ
び水蒸気は窒素と同様に放出してもよく、また他の装置
により捕集、濃縮または除去することができる。酸素/
アルゴン混合物は第1の主気体出口14を通過する。
In FIG. 1, oxygen concentrator A selectively separates oxygen and argon from nitrogen, carbon dioxide, and water vapor. Air is introduced into the first inlet 10, and at least nitrogen is discharged out of the system through the secondary gas outlet 12. Carbon dioxide and water vapor may be released as well as nitrogen, and may be captured, concentrated or removed by other equipment. oxygen/
The argon mixture passes through the first main gas outlet 14.

少量の窒素を不純物として含有する場合もある酸素/ア
ルゴン混合物は、酸素濃縮装置の主ガス出口14から窒
素濃縮器Bの入口へ供給される。
The oxygen/argon mixture, which may contain small amounts of nitrogen as an impurity, is fed from the main gas outlet 14 of the oxygen concentrator to the inlet of nitrogen concentrator B.

前記窒素濃縮器はアルゴンを主とし、窒素を含むことも
ある気体を選択的に2次気体出口22へ通過させ、アル
ゴンおよび窒素を除去した酸素を最終製品ガス出口24
へ通過させる。第1図の装置は、他の特定の1種またば
それ以上のガス成分を分離するように変更できることを
理解すべきである。
The nitrogen concentrator selectively passes an argon-based, possibly nitrogen-containing gas to a secondary gas outlet 22 and transfers argon and nitrogen-free oxygen to a final product gas outlet 24.
pass to. It should be understood that the apparatus of FIG. 1 can be modified to separate other particular gaseous components or components.

第2図を参照すると、好ましい一実施態様において、前
記酸素濃縮装置Aは、圧縮空気貯槽32の圧力をあらか
じめ選択した範囲に保つ圧縮機30を包含している。圧
縮空気貯槽32をあらかじめ選択された圧力に保つため
、圧力センサー34は前記圧縮機30を調節する。オン
/オフ開閉器36は前記濃縮装置があるモードでは正常
に作動し、他のモードでは前記装置の空気を大気中に排
出する。濾過装置38は油分および水を捕集する。
Referring to FIG. 2, in one preferred embodiment, the oxygen concentrator A includes a compressor 30 that maintains the pressure of the compressed air reservoir 32 within a preselected range. A pressure sensor 34 regulates the compressor 30 to maintain the compressed air reservoir 32 at a preselected pressure. The on/off switch 36 operates normally when the concentrator is in one mode and vents the air from the device to the atmosphere in other modes. Filtration device 38 collects oil and water.

逆止弁40は圧縮空気の流れを単一の方向に限定する。Check valve 40 limits the flow of compressed air to a single direction.

非常用シャットオフ弁42は、前記酸素分離装置の下流
を構成する部分を選択的に大気に開放するように作動す
ることができる。圧力調整器44は切替弁(クロスオー
バー・バルブ)46へ流入する圧縮空気の圧力を制限す
る。第1のモードにおいて、前記切替弁は圧縮空気を第
1の層、すなわち第1の物理的分離材を含む槽48へ導
く。
The emergency shutoff valve 42 can be operated to selectively open the downstream portion of the oxygen separator to the atmosphere. A pressure regulator 44 limits the pressure of compressed air flowing into a crossover valve 46 . In the first mode, the switching valve directs compressed air to the first layer, ie the vessel 48 containing the first physical separation material.

5オングストローム(5A)ゼオライトのような、前記
第1の物理的分離材は窒素と同時に二酸化炭素、水蒸気
を優先的に吸着し、しかも酸素およびアルゴンを優先的
に通過させる。より詳しくは、モレキュラー・シープゼ
オライトを高圧空気にさらすことにより分離が行なわれ
る。このことは、吸着された気体の平衡を阻害し、窒素
および酸素双方の吸着能力を増加する。しかしながら、
5Aゼオライトシーブの場合、窒素の吸着能力は酸素の
吸着能力よりも速く増加し、その結果窒素は優先的に吸
着され、濃縮された酸素の流れは、本質的に吸着されな
いアルゴンとともに前記層を通過する。
The first physical separation material, such as 5 Angstrom (5A) zeolite, preferentially adsorbs carbon dioxide, water vapor as well as nitrogen, while preferentially allowing oxygen and argon to pass through. More specifically, the separation is carried out by exposing the molecular sheep zeolite to high pressure air. This disturbs the adsorbed gas equilibrium and increases the adsorption capacity for both nitrogen and oxygen. however,
In the case of 5A zeolite sieves, the nitrogen adsorption capacity increases faster than the oxygen adsorption capacity, so that nitrogen is preferentially adsorbed and the enriched oxygen stream passes through said layer with essentially unadsorbed argon. do.

前記分離された酸素およびアルゴンは、出口弁50、製
品流量コントロール制限装置52を通って酸素濃縮装置
出口14に到る。別のモードにおいて、前記切替弁46
は前記第1の層、すなわち槽48を前記第1の2次ガス
出口12に接続し、吸着された窒素を前記第1のl’i
!48から放散する。
The separated oxygen and argon pass through outlet valve 50, product flow control and restriction device 52 to oxygen concentrator outlet 14. In another mode, the switching valve 46
connects said first layer, i.e. tank 48, to said first secondary gas outlet 12 and transfers the adsorbed nitrogen to said first l'i
! Dissipates from 48.

窒素を前記第1fflから洗い流すのを補助するため、
前記出口弁50は、制限装置54が前記酸素出口14と
前記第1層48の間に配列されるような位置をとり、少
量の酸素が前記第1の層へ還流して第1の層から窒素を
洗い流す。さらに詳しくは、圧力が初期の値まで低下し
たとき、吸着能力は低下し、前記気体は脱着し、放出さ
れる。前記装置は、完全に再生された状態に戻る。高純
度の製品気体を得るために前記第1の層は製品気体でパ
ージされる。前記装置は、吸着能力を周期的に転換すな
わち変動するために正圧、真空のいずれをも使用するこ
とができる。
to assist in flushing nitrogen from the first ffl;
The outlet valve 50 is positioned such that a restriction device 54 is arranged between the oxygen outlet 14 and the first layer 48 such that a small amount of oxygen is returned to the first layer and removed from the first layer. Flush out nitrogen. More specifically, when the pressure decreases to its initial value, the adsorption capacity decreases and the gas is desorbed and released. The device returns to a fully regenerated state. The first layer is purged with product gas to obtain a high purity product gas. The device can use either positive pressure or vacuum to cycle through or vary adsorption capacity.

前記放出された酸素/アルゴン混合物貯蔵圧力増加装置
は、膨張可能な酸素/アルゴン混合物貯槽60を包含し
ており、前記酸素濃縮装置Aからの気体状酸素およびア
ルゴンを受入れる。さらに詳しくは、前記混合物受槽6
0は可動障壁、すなわち分割体62により酸素/アルゴ
ン混合物受入れ領域64と加圧流体受入れ領域66に分
割される。この実施態様において、前記の可動障壁は可
撓性の浮袋(bladder)、または袋である。
The released oxygen/argon mixture storage pressure increase device includes an expandable oxygen/argon mixture storage tank 60 and receives gaseous oxygen and argon from the oxygen concentrator A. More specifically, the mixture receiving tank 6
0 is divided by a movable barrier or divider 62 into an oxygen/argon mixture receiving area 64 and a pressurized fluid receiving area 66 . In this embodiment, the movable barrier is a flexible bladder, or bladder.

圧力調節器68は、前記回圧用流体受入れ領域の圧力を
層48の圧力より低(保つ。このことにより前記酸素/
アルゴン混合物を受入れることが可能となる。しかし、
この圧力を充分に高く保つとき、この圧力は前記混合物
を第2の層へ駆動または送入するための駆動装置70と
して機能する。
Pressure regulator 68 maintains the pressure in the repressurizing fluid receiving region below the pressure in layer 48, thereby reducing the oxygen/
It becomes possible to accept argon mixtures. but,
When this pressure is kept high enough, it acts as a drive 70 to drive or pump the mixture into the second layer.

図示された実施態様において、前記駆動装置は、調圧槽
74に空気または他の流体を送入するポンプ72を包含
している。前記調圧槽は、圧力調整器68と連結され、
回圧用流体を圧力調整器へ供給する。他の態様として、
コンプレッサ30と前記第1の調圧槽32を前記流体の
圧力源として利用することができる。
In the illustrated embodiment, the drive includes a pump 72 that pumps air or other fluid into a pressure regulating tank 74. The pressure regulating tank is connected to a pressure regulator 68,
Supply recirculation fluid to the pressure regulator. As another aspect,
The compressor 30 and the first pressure regulating tank 32 can be used as pressure sources for the fluid.

前記窒素/アルゴン分離濃縮器Bには、4オングストロ
ーム(4A)ゼオライト酸素を吸着して窒素とアルゴン
を通過する第2の物理的分離材を満たした第2の層、す
なわち槽80が包含される。
The nitrogen/argon separation concentrator B includes a second layer or vessel 80 filled with a 4 angstrom (4A) zeolite that adsorbs oxygen and passes nitrogen and argon through a second physical separation material. .

前記第2の層は、前記混合物を第2人口20から受入れ
窒素とアルゴン混合物を第2出口22へ通過させる。第
1の切替弁82は、前記第2の層20と前記混合物受器
60を相互に連結して、前記第2の層への供給ガス流を
調節する。他の切替弁84は、前記窒素濃縮器の最終製
品出口24に隣接して設けられており、製品ガス流量を
調節する。
The second layer receives the mixture from the second population 20 and passes the nitrogen and argon mixture to the second outlet 22 . A first switching valve 82 interconnects the second layer 20 and the mixture receiver 60 to regulate the flow of feed gas to the second layer. Another switching valve 84 is located adjacent to the final product outlet 24 of the nitrogen concentrator to adjust the product gas flow rate.

弁82と84はともに、前記第2N80の加圧および吐
出の時期を調節する。4A合成ゼオライトモレキュラー
シーブを用いる前記第2段の工程もまた2種の気体の吸
着能力は圧力の上昇に依存している。しかしこの工程に
おいて、ゼオライト分子の大きさがわずかに異なってい
るので、窒素とアルゴンより速い初期速度で酸素分子が
吸着される。特定の時期をとることにより、酸素は優先
的に吸着され、一方窒素とアルゴンは前記層を通過する
。大口弁82を閉じ、山口弁84を開くことにより圧力
が低下するとき、前記吸着能力は低下する。酸素は脱着
され、捕集される。高純度の製品が要求される場合は、
前記層80を製品酸素でパージすることができる。
Valves 82 and 84 together control the timing of pressurization and discharge of the second N80. In the second stage process using the 4A synthetic zeolite molecular sieve, the adsorption capacity of two gases also depends on the increase in pressure. However, in this process, oxygen molecules are adsorbed at a faster initial rate than nitrogen and argon because the zeolite molecules have slightly different sizes. Due to the specific timing, oxygen is preferentially adsorbed while nitrogen and argon pass through the layer. When the pressure is reduced by closing the large mouth valve 82 and opening the Yamaguchi valve 84, the adsorption capacity is reduced. Oxygen is desorbed and collected. If high purity products are required,
The layer 80 can be purged with product oxygen.

前記第2の層80および膨張可能混合物の受槽64の大
きさは、前記第1の層48と比較して、前記混合物受槽
64が、前記第1の層48の1周期を通じて分離された
酸素およびアルゴンの量を保持することができる大きさ
であり、前記第2の層80は、前記第1の層48が、そ
の1周期を通じて分離する酸素を吸着する大きさである
ことが好ましい。しかし、このことは必須ではない。前
記第2の層は、入口および出口配管と間等に長く、直径
は小さい。配管の直径は第2の層の約175が好ましい
。直径3/8吋の配管に対して、直径IA吋×長さ24
吋の層が好ましいことが見出された。
The size of the second layer 80 and expandable mixture reservoir 64 is such that, compared to the first layer 48, the mixture reservoir 64 has a Preferably, the second layer 80 is sized to hold the amount of argon and the second layer 80 is sized to adsorb the oxygen that the first layer 48 separates over one cycle. However, this is not required. The second layer is long, such as between the inlet and outlet piping, and has a small diameter. The diameter of the tubing is preferably about 175 mm in the second layer. For 3/8 inch diameter pipe, IA inch diameter x 24 length
It has been found that a layer of 1.55 is preferred.

濃縮酸素の昇圧手段またはポンプ90は、吸着された酸
素を第2の層80から受けて下流へ供給する。より詳し
くは、前記昇圧装置90は、高濃縮酸素受容領域をその
一方の側に、回圧用流体受容領域96を他の側に分ける
第2の可撓障壁、すなわち分割体92を包含している。
A concentrated oxygen booster or pump 90 receives the adsorbed oxygen from the second layer 80 and supplies it downstream. More specifically, the pressurizer 90 includes a second flexible barrier or divider 92 that separates the highly concentrated oxygen receiving region on one side and the repressurizing fluid receiving region 96 on the other side. .

周期的に作動する弁98は、前記第2の回圧用流体受容
領域96を交互に真空源、例えば空気ポンプ72の吸入
口およびより高い圧力源70と接続する。低圧、真空ま
たは機械手段と接続された場合、前記第2分割体92は
濃縮酸素領域94を膨張するように動き、前記第2の層
80から吸着された酸素を誘導する。加圧下の流体源ま
たは可動障壁92の機械手段と接続した場合、前記膨張
可能な領域94の中の酸素は下流(ダウストリーム)の
機器または貯留槽100へ送入される。膨張可能な酸素
受容領域94は、前記第2の層80が1周期中に吸着可
能な量の酸素を受入れる大きさであることが好ましい。
A cyclically actuated valve 98 connects said second repressurizing fluid receiving region 96 alternately with a vacuum source, such as an inlet of an air pump 72 and a higher pressure source 70 . When connected to low pressure, vacuum or mechanical means, the second segment 92 moves to expand the oxygen enriched region 94 and direct adsorbed oxygen from the second layer 80. When connected to a source of fluid under pressure or mechanical means of a movable barrier 92, oxygen within the inflatable region 94 is delivered to downstream equipment or reservoir 100. The expandable oxygen receiving region 94 is preferably sized to receive an amount of oxygen that the second layer 80 can adsorb during one cycle.

しかし、このことは必須ではない。However, this is not required.

貯留槽100は、その内部を濃縮酸素貯蔵領域104と
回圧用流体受容領域106に分ける可動障壁、すなわち
分割体102を包含している。圧力調整器108は、回
圧用流体受容領域106を調圧槽74と接続する。前記
圧力調整器108または他の好適な装置は、前記貯留槽
100の圧力をポンプ装置90の最高ポンプ圧力よりわ
ずかに低(することにより、前記酸素は逆止弁110を
通って貯留槽100へ送入することができる。前記圧力
調節装置は、吐出逆止弁112を通って下流の機器11
4へ到る濃縮酸素の圧力をも一定に保持する。
Reservoir 100 includes a movable barrier or divider 102 that divides its interior into a concentrated oxygen storage region 104 and a repressurizing fluid receiving region 106 . The pressure regulator 108 connects the repressurizing fluid receiving area 106 to the pressure regulating tank 74 . The pressure regulator 108 or other suitable device lowers the pressure in the reservoir 100 to just below the maximum pump pressure of the pumping device 90 so that the oxygen passes through the check valve 110 to the reservoir 100. The pressure regulating device can pass through the discharge check valve 112 to the downstream equipment 11.
The pressure of concentrated oxygen up to 4 is also kept constant.

制御装置120は、前記切替弁46、前記酸素濃縮器吐
出弁50および周期的に作動する弁82.84および9
8の周期的動作を制御する。図示された実施態様におい
て、各周期は2つの部分を有している。周期の第1の部
分の間、前記調節装置120は前記切替弁46を、圧縮
空気が前記第1の[48へ供給されるように位置させる
。前記吐出弁50は分離された酸素とアルゴンが、混合
気体受容領域64へ供給されるような位置をとる。
The controller 120 controls the switching valve 46, the oxygen concentrator discharge valve 50 and the periodically operated valves 82, 84 and 9.
8 periodic operations. In the illustrated embodiment, each period has two parts. During the first part of the cycle, the regulating device 120 positions the switching valve 46 such that compressed air is supplied to the first [48]. The discharge valve 50 is positioned such that separated oxygen and argon are supplied to the mixed gas receiving region 64.

前記圧力調節器68は、第1の回圧用流体領域66を開
放して、酸素およびアルゴンが容易に受入れられるよう
にする。また、前記第1の周期には、前記の周期的に作
動する弁98は、第2の回圧用流体受入れ領域96を真
空またはより低い圧力源と接続する。前記吐出弁84は
第2のjii80を前記酸素受入れ領域94と接続し、
第2の層80にあらかじめ吸着されていた酸素を濃縮酸
素受入れ領域94に導入する。
The pressure regulator 68 opens the first repressurizing fluid region 66 to readily accept oxygen and argon. Also, during the first cycle, the periodically operated valve 98 connects the second repressurizing fluid receiving region 96 to a vacuum or lower pressure source. the discharge valve 84 connects the second jii 80 with the oxygen receiving area 94;
Oxygen previously adsorbed in second layer 80 is introduced into concentrated oxygen receiving region 94 .

各周期の第2の部分の間、前記調節装置120は前記切
替弁46を、前記第1の層48を大気に開放するように
し、第2の弁50を通じて少量の酸素/アルゴン混合物
が前記第1の層48へ逆流するようにし、第1の層から
窒素などを洗い流すようにする。前記圧力調整器68は
、前記入口弁82が、前記領域64と第2の層80を接
続したときに、第1の回圧用流体受入れ領域66を調圧
槽74により、酸素/アルゴン混合物を該受入れ領域6
4から第2の層80へ送入できる圧力を保持する。前記
混合物が第2層へ注入されたとき、酸素は吸着されアル
ゴンと存在すれば窒素は吐出口22へ通過する。また、
第2周期中には、第2周期的に作動する弁98が第2の
回圧用流体受容領域96を調圧槽74に接続し、以前に
受入れた濃厚酸素が濃厚酸素受入れ領域94から貯槽1
00へ送入されるようにする。
During the second portion of each cycle, the regulator 120 causes the switching valve 46 to open the first layer 48 to the atmosphere, and through a second valve 50 a small amount of the oxygen/argon mixture 1 layer 48 to wash away nitrogen and the like from the first layer. The pressure regulator 68 is configured to supply an oxygen/argon mixture to the first repressurizing fluid receiving region 66 via a pressure regulating tank 74 when the inlet valve 82 connects the region 64 and the second layer 80 . Acceptance area 6
4 to the second layer 80 is maintained. When the mixture is injected into the second layer, oxygen is adsorbed and argon and nitrogen, if present, pass to the outlet 22. Also,
During the second period, a second periodically operated valve 98 connects the second repressurizing fluid receiving region 96 to the pressure regulating reservoir 74 such that previously received enriched oxygen is transferred from the enriched oxygen receiving region 94 to the reservoir 74.
00.

前記貯留槽100は、各周期の第1、第2部分ともに下
流機器114へ濃厚酸素を連続的に供給する。もちろん
、他の操作周期も計画される。例えば、前記酸素/アル
ゴン受入れ領域受槽64を、酸素/アルゴン混合物を第
2のJit80へ供給する前に、弁46および50の数
回の周期(分)の混合物を受入れ得る大きさとしてもよ
い。
The storage tank 100 continuously supplies concentrated oxygen to the downstream equipment 114 during both the first and second portions of each cycle. Of course, other operating cycles are also planned. For example, the oxygen/argon receiving area reservoir 64 may be sized to receive several cycles (minutes) of the mixture of valves 46 and 50 before supplying the oxygen/argon mixture to the second Jit 80.

第3図の実施態様において、第2図の実施態様と類似の
要素には同じ参照番号を付け〔〕を付した。加圧空気は
調圧槽32゛から切替弁46゛へ供給される。前記切替
弁は一対の第1の層48a、48bの1基へ交互に加圧
空気を供給し、第2ガス出口12から窒素を放出する。
In the embodiment of FIG. 3, elements similar to the embodiment of FIG. 2 are given the same reference numerals [ ]. Pressurized air is supplied from the pressure regulating tank 32' to the switching valve 46'. The switching valve alternately supplies pressurized air to one of the pair of first layers 48a, 48b and releases nitrogen from the second gas outlet 12.

酸素とアルゴンの混合物は、逆止弁56aと56bの1
個および制限r552および逆止弁58を通過して、酸
素/アルゴン混合物出口14に到る。前記酸素およびア
ルゴンの一部は放出している層をパージするため、制限
器54aまたは54bを通って流れる。前記酸素および
アルゴン混合物はセンサー122が、受器が充填された
ことを検知するまで、はぼ連続的に酸素/アルゴン混合
物領域64°に受入れられる。図示した実施例において
、前記センサー122は差圧センサーであり、混合物受
入れ領域641の圧力が、大気圧をあらかじめ設定した
量超えた場合を検出する。前記混合物受入れ領域が充填
されたことを検知すると、検知装置」22は周期作動す
る第1の弁68’を作動して、圧縮空気を調圧槽32°
から回圧用流体受入れ領域66°へ供給し、分割体62
°を移動して、酸素とアルゴンの混合気体を窒素分離袋
fi!Bへ送入する。前記酸素/アルゴン混合物出口1
4の圧力があらかじめ設定された最高圧力を超えたとき
、酸素濃縮装置、特に切替弁46°の機能を停止するた
めに高圧検出装置124を用いることができる。これは
、前記酸素濃縮装置の機能を停止するが、酸素およびア
ルゴンの混合物は窒素分離装置へ供給される。
The mixture of oxygen and argon is supplied to one of the check valves 56a and 56b.
552 and check valve 58 to the oxygen/argon mixture outlet 14. A portion of the oxygen and argon flows through restrictor 54a or 54b to purge the emitting layer. The oxygen and argon mixture is admitted into the oxygen/argon mixture region 64° almost continuously until sensor 122 detects that the receiver is full. In the illustrated embodiment, the sensor 122 is a differential pressure sensor that detects when the pressure in the mixture receiving area 641 exceeds atmospheric pressure by a preset amount. Upon detecting that the mixture receiving area is filled, the sensing device 22 activates the first valve 68' which operates periodically to direct the compressed air to the pressure regulating tank 32°.
The fluid is supplied to the recirculation fluid receiving area 66° from the dividing body 62
° and transfer the oxygen and argon mixture to the nitrogen separation bag fi! Send to B. Said oxygen/argon mixture outlet 1
A high pressure detection device 124 can be used to deactivate the oxygen concentrator, in particular the switching valve 46°, when the pressure at 46° exceeds a preset maximum pressure. This stops the oxygen concentrator from functioning, but a mixture of oxygen and argon is fed to the nitrogen separator.

調節装置120′は調節弁86を作動して、加圧された
酸素/アルゴン混合物を第2の物理的分離材の第2の層
80′にあらかじめ選択された持続期間にわたり通過さ
せる。制限弁130は気体の一部を前記第2の層を通過
させ、第2のガス出口22から放出する。あらかじめ選
定された期間の後、前記調節装置120′は入口−出口
弁86を作動し、逆止弁132および134を介して、
前記第2の層を下流の機器90.100および114に
接続する。酸素は吸着され、アルゴンと窒素は通過する
ので、不均衡にアルゴンと窒素に冨む気体が制限弁13
0を通って流れ、N80°にアルゴンの少ない、逆に酸
素濃度の高くなった気体を残す。前記第2層80゛の吸
着能力にほぼ合致した後、前記調節装置120°は入口
−出口弁86の位置を反対にし、制限弁130を閉じる
The regulator 120' operates the regulator valve 86 to pass the pressurized oxygen/argon mixture through the second layer of second physical separation material 80' for a preselected duration. Restriction valve 130 allows a portion of the gas to pass through the second layer and exit through second gas outlet 22 . After a preselected period of time, the regulator 120' operates the inlet-outlet valve 86 and, via the check valves 132 and 134,
Connecting said second layer to downstream equipment 90.100 and 114. Oxygen is adsorbed and argon and nitrogen pass through, so a gas that is disproportionately rich in argon and nitrogen flows into the restriction valve 13.
0, leaving a gas depleted in argon and conversely enriched in oxygen at N80°. After approximately meeting the adsorption capacity of the second layer 80', the regulating device 120' reverses the position of the inlet-outlet valve 86 and closes the restriction valve 130.

吸着された酸素は、下流の機器114′、貯留槽100
′または昇圧装置90’へ流れる。
The adsorbed oxygen is transferred to downstream equipment 114', storage tank 100
' or to the booster 90'.

図示された実施態様において、前記実質的に純粋な酸素
は、濃縮装置90゛へ受入れられる。他の調節弁98°
は、周期的に圧縮空気貯槽32゜から圧縮空気を回圧用
流体受入れ領域96°へ導き、前記濃縮酸素を酸素貯留
槽100°へ送る。
In the illustrated embodiment, the substantially pure oxygen is received into a concentrator 90'. Other control valve 98°
periodically introduces compressed air from the compressed air storage tank 32° to the repressurizing fluid receiving region 96° and sends the concentrated oxygen to the oxygen storage tank 100°.

逆止弁132と134は貯留槽104″と下流機器11
4°への単一方向の流れを確保する。
Check valves 132 and 134 are connected to storage tank 104'' and downstream equipment 11.
Ensure unidirectional flow to 4°.

以上、好ましい実施態様に沿って、本発明を記述してき
た。当業者は、上記の記述を読み、理解することにより
、明らかにその改良および変更を想起するであろう。こ
れらの改良および変更は全てそれらが付随する特許請求
の範囲にあり、またはこれらと均等である限りにおいて
、本発明に包含されると解釈すべきである。
The invention has been described above in terms of preferred embodiments. Obvious improvements and modifications will occur to others upon reading and understanding the above description. It is intended that the present invention include all such modifications and changes insofar as they come within the scope of the appended claims or are equivalent to them.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の第1の利点は、大気から従来の圧力変動型吸着
濃縮装置の性能を超えて濃縮された高濃縮酸素が得られ
ることである。
The first advantage of the present invention is that highly concentrated oxygen can be obtained from the atmosphere, exceeding the performance of conventional pressure swing adsorption concentrators.

本発明の池の利点は、本発明の装置が簡単なことにある
。本発明の装置は、従来技術である圧力変動、吸着型の
酸素濃縮装置と比較して非常にわずかの付加的複雑性、
すなわち部品を付加することによって高濃縮酸素を得る
ことができる。
An advantage of the pond of the invention is that the device of the invention is simple. The device of the invention has very little additional complexity compared to prior art pressure fluctuation, adsorption oxygen concentrators.
That is, highly concentrated oxygen can be obtained by adding parts.

本発明の他の利点は、そのコスト効率がよい点にある。Another advantage of the invention is that it is cost effective.

本発明によれば、本発明の製品よりも低い濃度の酸素を
製造する従来技術の酸素分離装置と比較して、最小のコ
スト差で高濃縮酸素を製造することができる。
According to the present invention, highly concentrated oxygen can be produced with minimal cost difference compared to prior art oxygen separation devices that produce oxygen at lower concentrations than the products of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の高濃縮酸素製造装置の概略説明図、
第2図は、本発明の高濃縮ガス分離装置の他の実施態様
を示す図、第3図は、本発明のさらに他の実施態様を示
す図である。 30.30’・・・空気圧縮装置、・46.46′・・
・第1の周期的供給装置、48.48°・・・第1の分
離装置、52・・・制限弁、58・・・逆止弁、60.
60“・・・酸素/アルゴン混合物受器、80.80゜
・・・第2の分離装置、86・・・第2の周期的作動装
置、90.90’・・・下流用昇圧装置。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of the highly concentrated oxygen production apparatus of the present invention,
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the highly concentrated gas separation apparatus of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing still another embodiment of the present invention. 30.30'...Air compression device, 46.46'...
- First periodic supply device, 48.48°... First separation device, 52... Limiting valve, 58... Check valve, 60.
60"...Oxygen/argon mixture receiver, 80.80°...Second separation device, 86...Second cyclic actuation device, 90.90'...Downstream pressure booster.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、空気を圧縮し、前記圧縮空気から得られる動力によ
り、前記圧縮空気からアルゴンおよび酸素の混合物を分
離し、前記酸素/アルゴン混合物から、前記圧縮空気か
ら得られる動力により酸素を分離する、上記複数の気体
分離工程の動力が単一の空気圧縮工程から供給されるこ
とを特徴とする高濃縮酸素供給方法。 2、前記酸素/アルゴン混合物から酸素を分離する工程
は、圧縮空気から得られる動力により、酸素/アルゴン
混合物の圧力を上昇せしめ、前記酸素/アルゴン混合物
を周期的に、酸素およびアルゴンを選択的に吸着する第
1の選択的吸着層に供給し、前記吸着層から、周期的に
比較的低い圧力で気体状酸素を除去する工程を含むこと
を特徴とする請求項1記載の高濃縮酸素供給方法。 3、前記圧縮空気から導かれた動力により、酸素ガスの
圧力を上昇することをさらに含むことを特徴とする請求
項2記載の高濃縮酸素供給方法。 4、前記圧縮空気からアルゴンと酸素を分離する工程は
、前記圧縮空気を周期的に第2の選択的吸着層に供給し
、前記第2の選択的吸着層から周期的に酸素/アルゴン
混合物を放出する工程を包含し、前記第2の選択的吸着
層への圧縮空気の周期的供給は、第1の選択的吸着層へ
の前記酸素/アルゴン混合物の周期的供給と独立かつ無
関係であり、かくして酸素は、前記酸素/アルゴン混合
物から、該酸素/アルゴン混合物が前記圧縮空気から分
離される周期と独立かつ無関係な周期で分離されること
を特徴とする請求項2記載の高濃縮酸素供給方法。 5、前記酸素/アルゴン混合物から酸素を分離する工程
が、前記酸素/アルゴン混合物を周期的に選択的吸着層
に供給し、前記選択的吸着層から酸素を大気圧より低い
圧力で取出すことを包含する請求項1記載の高濃縮酸素
供給方法。 6、空気を圧縮する空気圧縮装置(30′)と、前記圧
縮空気から導かれる動力により圧縮空気から酸素とアル
ゴンの混合物を分離する第1の分離装置(46′、48
′)と、前記圧縮空気から導かれる動力により、前記酸
素/アルゴン混合物から酸素を分離する第2の分離装置
(80′)とを有し、かかる複数のガス分離装置が単一
の圧縮空気源により駆動されることを特徴とする高濃縮
酸素供給装置。 7、前記第2の分離装置は、前記圧縮空気から導かれた
動力により、前記酸素/アルゴン混合物の圧力を増加す
る第2の加圧装置(60′)と、酸素およびアルゴンの
1種を選択的に吸着し、前記吸着層から比較的低い圧力
で、気体状酸素を周期的に取出す選択的吸着層(80′
)へ前記酸素/アルゴン混合物を周期的に供給する第2
の周期的作動装置(86)を包含していることを特徴と
する請求項6記載の高濃縮酸素供給方法。 8、圧縮空気から導かれる動力により気体状酸素の圧力
を増加する下流昇圧装置(90′)をさらに包含するこ
とを特徴とする請求項7記載の高濃縮酸素供給方法。 9、前記第1の分離装置は、選択的吸着層(48′)に
空気を周期的に供給する第1の周期的供給装置(46′
)と前記選択的吸着層から酸素/アルゴン混合物を放出
する装置(52−58)と第2の周期的作動装置(86
)の周期的作動とは独立して周期的に作動して、前記酸
素/アルゴン混合物が圧縮空気から分離される周期とは
独立した周期で酸素が分離される第1の周期的供給装置
(46′)を包含していることを特徴とする請求項7記
載の高濃縮酸素供給方法。 10、前記第2の分離装置は、酸素/アルゴン混合物を
選択的吸着層に周期的に送入し、前記選択的吸着層から
酸素を大気圧よりも低い圧力で取出す装置(90、72
)を含むことを特徴とする請求項6記載の高濃縮酸素供
給方法。
[Claims] 1. Compressing air, separating a mixture of argon and oxygen from the compressed air using the power obtained from the compressed air, and separating a mixture of argon and oxygen from the oxygen/argon mixture using the power obtained from the compressed air. A method for supplying highly concentrated oxygen, characterized in that the power for the plurality of gas separation processes for separating oxygen is supplied from a single air compression process. 2. In the step of separating oxygen from the oxygen/argon mixture, the pressure of the oxygen/argon mixture is increased by power obtained from compressed air, and the oxygen/argon mixture is selectively separated from oxygen and argon. 2. The highly concentrated oxygen supply method according to claim 1, further comprising the step of supplying oxygen to a first selective adsorption layer, and periodically removing gaseous oxygen from the adsorption layer at a relatively low pressure. . 3. The highly concentrated oxygen supply method according to claim 2, further comprising increasing the pressure of oxygen gas using the power derived from the compressed air. 4. The step of separating argon and oxygen from the compressed air includes periodically supplying the compressed air to a second selective adsorption layer, and periodically removing the oxygen/argon mixture from the second selective adsorption layer. the periodic supply of compressed air to the second selective adsorption layer is independent and unrelated to the periodic supply of the oxygen/argon mixture to the first selective adsorption layer; A highly concentrated oxygen supply method according to claim 2, characterized in that oxygen is thus separated from the oxygen/argon mixture in a period independent and unrelated to the period in which the oxygen/argon mixture is separated from the compressed air. . 5. The step of separating oxygen from the oxygen/argon mixture comprises periodically feeding the oxygen/argon mixture to a selective adsorption bed and removing oxygen from the selective adsorption bed at a pressure below atmospheric pressure. The highly concentrated oxygen supply method according to claim 1. 6. An air compression device (30') that compresses air, and a first separation device (46', 48) that separates a mixture of oxygen and argon from the compressed air using power derived from the compressed air.
′) and a second separation device (80′) for separating oxygen from the oxygen/argon mixture by means of power derived from the compressed air, the plurality of gas separation devices being connected to a single source of compressed air. A highly concentrated oxygen supply device characterized by being driven by. 7. The second separation device includes a second pressurization device (60') that increases the pressure of the oxygen/argon mixture by power derived from the compressed air, and one of oxygen and argon selected. a selective adsorption layer (80'
) of periodically supplying the oxygen/argon mixture to the second
7. A method for supplying highly concentrated oxygen according to claim 6, characterized in that it includes a cyclically actuating device (86). 8. The highly concentrated oxygen supply method according to claim 7, further comprising a downstream pressure booster (90') for increasing the pressure of gaseous oxygen using power derived from compressed air. 9. The first separation device includes a first periodic supply device (46') that periodically supplies air to the selective adsorption layer (48').
), a device (52-58) for releasing an oxygen/argon mixture from said selective adsorption layer, and a second cyclically actuated device (86).
) in which oxygen is separated in a period independent of the period in which said oxygen/argon mixture is separated from compressed air; 8. The method for supplying highly concentrated oxygen according to claim 7, characterized in that the method includes the following steps. 10. The second separation device is a device (90, 72) that periodically feeds the oxygen/argon mixture to the selective adsorption layer and extracts oxygen from the selective adsorption layer at a pressure lower than atmospheric pressure.
) The method for supplying highly concentrated oxygen according to claim 6.
JP63075816A 1987-03-30 1988-03-29 Method and equipment for supplying highly concentrated oxygen Pending JPS63256503A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009538223A (en) * 2006-05-25 2009-11-05 エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド Fluid storage and dispensing system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009538223A (en) * 2006-05-25 2009-11-05 エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド Fluid storage and dispensing system

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