气体净化装置及气体净化方法制造方法及图纸

本发明专利技术的气体净化装置，包括填充了气体净化剂的净化器，将气体送入所述净化器，通过变温吸附法去除气体中的杂质；确定气体净化剂的量Ａ，使得该气体净化剂的量Ａ的二分之一量所具有的杂质去除量与１个净化工序中应净化气体中的杂质总量相等，填充到所述净化器内的气体净化剂的量为所述量Ａ或者量Ａ以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及气体净化器及使用其的气体净化方法，该气体净化器用于去 除空气中含有的二氧化碳、高纯度氮中含有的 一氧化碳等气体中所含有的杂 质，特别涉及去除空气液化分离的原料空气中的二氧化碳时所适用的气体净 化器及气体净化方法。另外，能够实现气体净化器的小型化。本申请主张2005年6月24日于日本申请的特愿2005 _ 185725号的优 先权，这里援用其内容。
技术介绍
在空气液化分离时，预先去除原料空气中的水分、二氧化碳、氮氧化物、 烃等多余成分后，进行液化分离。近年，吸附法被用于去除这种多余成分。该吸附法有变温吸附法(TSA)和变压吸附法(PSA)。变温吸附法设置2个以上的吸附器，切换进行吸附工序和再生工序并运 转。吸附工序时间与再生工序时间对应，再生工序进一步包括减压工序、加 热工序、冷却工序、再加压工序。吸附器内，在空气入口侧填充水分吸附剂，在其后段填充二氧化碳吸附 剂，交替地切换较低温度的吸附工序和较高温度的再生工序，连续去除空气 中的上述多余成分。而且，水分吸附剂使用活性氧化铝、硅胶、K-A型沸石、Na-A型沸 石等，二氧化碳吸附剂使用Na-X型沸石等。这样，对于这种变温吸附法，若着眼于二氧化碳的吸附，由于吸附塔截 面积被确定使得吸附剂层入口的空气流速为 一定范围，从而确定吸附器内填 充的二氧化碳吸附剂的量即吸附剂层的厚度在实用上具有重大意义。1以往，确定吸附剂层的厚度的基本方法如下所示。当空气流速和吸附塔 截面积确定时，通过确定吸附工序时间，来决定流入的原料空气中的应吸附 的杂质量X。确定吸附剂的填充量，使得在吸附平衡部分可吸附的杂质量和 在物质移动带部分可吸附的杂质量的总计等于或者大于杂质量X。即，吸附剂层的吸附平衡部分的长度和物质移动带部分的长度之和相当 于吸附剂层的厚度(填充高度)。这种设计方法例如记载于《解说化学工学》第190 ~ 195页，竹内等人著，培风馆1982年1月25日发行(参考非专利 文献1 )。图2示出了这种现有方法的设想，表示在吸附剂层内进行的吸附成分的 浓度分布的时间推移。该图2中，纵轴表示原料空气中的二氧化碳的相对浓 度。另外，横轴表示相对化的吸附剂层的填充高度。曲线C分别表示物质移动带，CO表示吸附刚开始后的物质移动带，Cl 表示吸附开始后经过了一定时间的时刻的物质移动带，C2表示进一步经过 时间后的物质移动带。在吸附二氧化碳时，可知经过一定时间后的物质移动带Cl的形状与进 一步经过时间后的物质移动带C2的形状相同，保持定型而进行。图2的物质移动带C2,其前端表示到达吸附剂层的出口端的时刻，从 开始将原料空气供给吸附剂层的时刻直至物质移动带的前端到达吸附剂层 的前端的时刻的时间为吸附工序时间。图2中，吸附成分饱和的区域(表示为区域M)是吸附平衡部分，吸附 平衡部分的吸附剂量和此时物质移动带存在的区域(表示为区域N)的吸附 剂量的总计量为需要的吸附剂量。以这种方法确定吸附剂的量的理由是， 一般地提高吸附剂的有效利用率 ^而减少吸附剂的需要量是经济的。有效利用率，与物质移动带的关系由下 式(2)表示。n=l一fZa/H…(2)f是根据物质移动带的形状确定的常数，通常为1/2。 H是吸附剂的填充高度。Za是物质移动带的长度。由式(2)可以理解，相对于吸附剂的填充高度H,物质移动带长度Za 越小，利用效率越高。这样，在去除空气中的二氧化碳时一般选定0.2m/s左右作为空气流 速。这是由于通过设置较慢的空气流速，会缩短物质移动带的长度，增加平 衡吸附部分，从而提高前述的吸附剂有效利用率。但是，在空气流速保持一 定的情况下进行按比例放大时，由于"空气流速=原料空气量/吸附塔截面 积"的关系，吸附塔截面积会与原料空气量成比例增加。其结果是，对于大 型吸附器，不得不成为塔径比吸附剂填充高度大的吸附器。一般地，有必要考虑分散以使原料空气各部均等地流向吸附剂层，但塔 径比吸附剂的填充高度大的吸附器形状，难以均等地流过原料空气。另外，吸附剂层的截面积变大，导致吸附器的设置面积变大。为了减小 设置面积，例如有人提出了径向流吸附器等。对于减小吸附器的设置面积的要求，由上述"空气流速=原料空气量/ 吸附塔截面积，，的关系，可以考虑提高原料空气流速的解决方案。例如，去 除空气中的二氧化碳时将以往常用的空气流速0.1 ~ 0.2m / s(加压空气条件 下)设为0.2 ~ 0.4m / s，则可以使吸附塔截面积缩小1 / 2。但是，对于现有的吸附器，若这样单纯地提高空气流速，会引起吸附剂 层中吸附剂粒子的流动化，造成不能进行吸附操作的严重问题。称为球粒的球状的吸附剂的情况，可以通过将其直径从以往的1.5 ~ 1.6mm左右扩大到1.7 5mm左右，增加单个粒子的重量来防止这种吸附剂 粒子的流动化。另外，称为柱状颗粒的圓柱状的吸附剂的情况，可以将相当 直径/人以往的1.5 1.6mm左右扩大到1.7 5mm左右。以下将球状的直径 或者柱状的相当直径称为粒径。但是，扩大吸附剂的粒径时，会导致吸附速度降低，物质移动带的长度 延长。因此造成需要的吸附剂层的填充高度增加，吸附剂量也增大。结果判明，根据现有的设计方法，提高流入吸附剂层的原料空气的流速6的方法难以使吸附器小型化。这种问题不仅是去除空气中的二氧化碳，也是去除空气中的挥发性有机 物等整个气体吸附共同的问题。例如使用担载金属镍的无机多孔物质去除高 纯度氮中所含有的 一氧化碳时也被确认。而且，通过铜的氧化还原反应去除惰性气体中的氧时等去除各种气体中 的杂质的情况也被确认。进而，通过将霍加拉特催化剂或者使无机多孔体担 载贵金属的催化剂去除空气中的微量一 氧化碳时也被确认。专利文献l:特开2002 - 346329号公报非专利文献1:《解说化学工学》第190~195页、竹内等人著、培风 馆1982年1月15日发行
技术实现思路
因此，本专利技术的课题在于通过变温吸附法去除空气中的二氧化碳、高纯 度氮中的 一氧化碳等气体中的杂质时，在减少填充到净化器的气体净化剂的 量的同时，使净化器小型化。为了解决上述课题，本专利技术的第1方式是一种气体净化器，包括填充了 气体净化剂的净化器，其中，将气体送入所述净化器，通过变温吸附法去除气体中的杂质；如下所示确定填充到所述净化器内的气体净化剂的量A 。确定量A,使得气体净化剂的量A的二分之一量所具有的杂质去除量这里，应净化气体中的杂质总量是指1个净化工序中送入净化器的杂质总量。换言之，本专利技术的第1方式是一种气体净化器，包括填充了气体净化剂 的净化器，其中，将气体送入所述净化器，通过变温吸附法去除气体中的杂质；确定气体净化剂的量A,使得该气体净化剂的量A的二分之一量所具有的杂质去除量与1个净化工序中应净化气体中的杂质总量相等；填充到所述净化器内的气体净化剂的量为所述量A或者量A以上。 本专利技术的气体净化器优选在所述净化器填充所述气体净化剂量A而形成气体净化剂层；在该气体净化剂层的气体的入口侧或者出口侧，进一步填充不大于0.4A的量的同种气体净化剂。另外，设定净化工序时间为T、气体净化剂层的入口的气体流速为u、气体净化剂的平衡吸附量为q、换算系数为(x时，优选气体净化剂层的填充高度H由下式(1 )确定H≧α T 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体净化器，包括填充了气体净化剂的净化器，其中，将气体送入所述净化器，通过变温吸附法去除气体中的杂质；确定气体净化剂的量Ａ，使得该气体净化剂的量Ａ的二分之一量所具有的杂质去除量与１个净化工序中应净化气体中的杂质总量相等；所述净化器内填充的气体净化剂的量为所述量Ａ或者量Ａ以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村守光，川井雅人，
申请(专利权)人：大阳日酸株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]