[發明專利]氣體凈化器及氣體凈化方法

有效

• 申請號: 200680021966.7
• 申請日: 2006-06-14
• 公開（公告）號: CN101203294A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發明（設計）人: 中村守光;川井雅人
• 申請（專利權）人: 大陽日酸株式會社
• 主分類號: B01D53/04
• 分類號: B01D53/04
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐江華;王珍仙

技術領域

本發明涉及氣體凈化器及使用其的氣體凈化方法，該氣體凈化器用于去除空氣中含有的二氧化碳、高純度氮中含有的一氧化碳等氣體中所含有的雜質，特別涉及去除空氣液化分離的原料空氣中的二氧化碳時所適用的氣體凈化器及氣體凈化方法。另外，能夠實現氣體凈化器的小型化。

本申請主張2005年6月24日于日本申請的特愿2005-185725號的優先權，這里援用其內容。

背景技術

在空氣液化分離時，預先去除原料空氣中的水分、二氧化碳、氮氧化物、烴等多余成分后，進行液化分離。近年，吸附法被用于去除這種多余成分。

該吸附法有變溫吸附法(TSA)和變壓吸附法(PSA)。

變溫吸附法設置2個以上的吸附器，切換進行吸附工序和再生工序并運轉。吸附工序時間與再生工序時間對應，再生工序進一步包括減壓工序、加熱工序、冷卻工序、再加壓工序。

吸附器內，在空氣入口側填充水分吸附劑，在其后段填充二氧化碳吸附劑，交替地切換較低溫度的吸附工序和較高溫度的再生工序，連續去除空氣中的上述多余成分。

而且，水分吸附劑使用活性氧化鋁、硅膠、K-A型沸石、Na-A型沸石等，二氧化碳吸附劑使用Na-X型沸石等。

這樣，對于這種變溫吸附法，若著眼于二氧化碳的吸附，由于吸附塔截面積被確定使得吸附劑層入口的空氣流速為一定范圍，從而確定吸附器內填充的二氧化碳吸附劑的量即吸附劑層的厚度在實用上具有重大意義。

以往，確定吸附劑層的厚度的基本方法如下所示。當空氣流速和吸附塔截面積確定時，通過確定吸附工序時間，來決定流入的原料空氣中的應吸附的雜質量x。確定吸附劑的填充量，使得在吸附平衡部分可吸附的雜質量和在物質移動帶部分可吸附的雜質量的總計等于或者大于雜質量x。

即，吸附劑層的吸附平衡部分的長度和物質移動帶部分的長度之和相當于吸附劑層的厚度(填充高度)。這種設計方法例如記載于《解說化學工學》第190～195頁，竹內等人著，培風館1982年1月25日發行(參考非專利文獻1)。

圖2示出了這種現有方法的設想，表示在吸附劑層內進行的吸附成分的濃度分布的時間推移。該圖2中，縱軸表示原料空氣中的二氧化碳的相對濃度。另外，橫軸表示相對化的吸附劑層的填充高度。

曲線C分別表示物質移動帶，C0表示吸附剛開始后的物質移動帶，C1表示吸附開始后經過了一定時間的時刻的物質移動帶，C2表示進一步經過時間后的物質移動帶。

在吸附二氧化碳時，可知經過一定時間后的物質移動帶C1的形狀與進一步經過時間后的物質移動帶C2的形狀相同，保持定型而進行。

圖2的物質移動帶C2，其前端表示到達吸附劑層的出口端的時刻，從開始將原料空氣供給吸附劑層的時刻直至物質移動帶的前端到達吸附劑層的前端的時刻的時間為吸附工序時間。

圖2中，吸附成分飽和的區域(表示為區域M)是吸附平衡部分，吸附平衡部分的吸附劑量和此時物質移動帶存在的區域(表示為區域N)的吸附劑量的總計量為需要的吸附劑量。

以這種方法確定吸附劑的量的理由是，一般地提高吸附劑的有效利用率η而減少吸附劑的需要量是經濟的。有效利用率η與物質移動帶的關系由下式(2)表示。

η＝1-fZa/H…(2)

f是根據物質移動帶的形狀確定的常數，通常為1/2。H是吸附劑的填充高度。Za是物質移動帶的長度。

由式(2)可以理解，相對于吸附劑的填充高度H，物質移動帶長度Za越小，利用效率越高。

這樣，在去除空氣中的二氧化碳時一般選定0.2m/s左右作為空氣流速。這是由于通過設置較慢的空氣流速，會縮短物質移動帶的長度，增加平衡吸附部分，從而提高前述的吸附劑有效利用率。但是，在空氣流速保持一定的情況下進行按比例放大時，由于“空氣流速＝原料空氣量/吸附塔截面積”的關系，吸附塔截面積會與原料空氣量成比例增加。其結果是，對于大型吸附器，不得不成為塔徑比吸附劑填充高度大的吸附器。

一般地，有必要考慮分散以使原料空氣各部均等地流向吸附劑層，但塔徑比吸附劑的填充高度大的吸附器形狀，難以均等地流過原料空氣。

另外，吸附劑層的截面積變大，導致吸附器的設置面積變大。為了減小設置面積，例如有人提出了徑向流吸附器等。

對于減小吸附器的設置面積的要求，由上述“空氣流速＝原料空氣量/吸附塔截面積”的關系，可以考慮提高原料空氣流速的解決方案。例如，去除空氣中的二氧化碳時將以往常用的空氣流速0.1～0.2m/s(加壓空氣條件下)設為0.2～0.4m/s，則可以使吸附塔截面積縮小1/2。