酸素ガス発生装置
大気中の空気から、90%濃度の酸素ガスを製造します。

酸素ガス発生装置(PSA式、PVSA式)

PSA方式 PVSA方式

酸素ガス発生装置(酸素PSA/酸素PVSA)は、吸着剤(合成ゼオライト)の窒素と酸素の平衡吸着量が、加圧下で大きく異なる事を利用し、空気中の窒素を加圧下で吸着除去し、高純度の酸素を効率的に得ることができます。発生量が少ない場合には、純度90〜93%の高濃度酸素を深冷分離式よりも効率的に発生することが出来ます。

93%以上の酸素が必要な場合は、深冷装置となり、〜99.8%純度、300Nm3/Hr〜の酸素の製造が可能です。詳細は、お問い合わせ下さい。

酸素ガス組成例/用途例

酸素ガス組成例は以下の通りです。

酸素90%93% (PVSA特殊設計時)
アルゴン2.8%3.5%
窒素7.2%3.5%
水分-60℃以下露点@大気圧s

用途例

  • オゾン発生器用(水処理、漂泊他)
  • 活魚飼育・輸送関連用
  • バイオ関連・培養・発酵用
  • 各種炉吹込み用<製鋼、非鉄金属溶解他>
  • 金属加工バーナー用
  • 製紙工業用(漂泊)
  • 燃焼装置用
  • 空調、健康用酸素ガス用
  • 水処理用(酸素曝気)
    硫化水素発生抑制用
  • ガラス加工バーナー用
  • 酸化化学反応用
水、液体中にナノサイズの気泡を溶解・溶存させるウルトラファインバブル気液混合装置はこちら

方式

酸素ガスの発生量により、二つの方式を使い分けます。

PSA方式(型式と能力例はこちら)
Pressure Swing Adsorption))
PVSA方式(型式と能力例はこちら)
Pressure Vacuum Swing Adsorption))
小規模用途 〜 100 m3/Hr 中規模〜大規模用途

圧縮機で空気を0.7MPa程度に圧縮し、N2、CO2、H2Oをゼオライトに吸着させ、酸素を製品として供給します。
吸着した窒素等は大気圧への減圧で脱着し、吸着剤を再生します。

ブロワで空気を0.04MPa程度に昇圧し、N2、CO2、H2Oをゼオライトに吸着させ、酸素を製品として供給します。
吸着した窒素等は真空ポンプで200Torr程度迄減圧する事により脱着し、吸着剤を再生します。

消費電力

上記の二つの方式の消費電力の概要を右図に示します。

PSA式は真空ポンプを使用しなく回転機類が一つのため、シンプルな装置になります。空気圧縮機で0.6MPa以上に圧縮する電気代がかかりますが、高圧の酸素ガスが得られます。

PSA式の型式と能力例をこちらに示します。

PVSA式は真空ポンプを使用し、吸着塔内を真空引きすることにより、吸着剤の能力を最大限に引き出し、吸着剤の必要量を低減でき、電力原単位がPSA式よりも大きく改善されます。但し、空気プロワ、真空ポンプと製品酸素ガスを昇圧するブロワが必要なため、設備費は一般的に高くなります。

PVSA式の型式、能力例と設備費と電気代の差によるPVSA式が有利なる運転時間のイメージをこちらに示します。

酸素ガス発生量

PSAの動作

PSA酸素発生装置は、以下の吸着・脱着工程を繰り返す事によって高濃度の酸素ガスを生成します。


圧縮機にて原料の空気を大気から取り込みます。圧縮した空気は除湿機、活性炭槽にて水分、油分等を取り除き吸着塔に送られます。2塔ある吸着塔は、以下に示す工程で、数十秒単位で交互に切り替えられます。

① A塔昇圧
導入された空気は、吸着塔A塔の下部の弁を開にし、吸着塔に送られ、吸着圧力まで昇圧されます。 その間、B塔下部の弁を開にし、大気圧まで減圧して吸着された窒素ガス等を大気に排出します。

② A塔酸素供給
導入された空気は、吸着剤に窒素ガス、炭酸ガス、水分等が吸着され、酸素ガスのみが製品バッファ槽に送られます。 (A塔:吸着工程) その間、B塔は、両塔上部のオリフィスを通ってきたA塔からの酸素ガスで吸着剤が再生されます。(B塔:脱着工程)

③ 塔均圧
A塔の吸着工程、B塔の脱着工程が終わると空気供給用、バッファ槽、排出用への各弁を閉めます。両塔の上下にある両塔間の弁を開けて両塔を均圧します。以後、以下を繰り返します。

④ B塔昇圧 →  ⑤ B塔酸素供給 →  ⑥ 塔均圧 →  ① A塔昇圧

PSAの動作

排ガス中の酸素濃度

上記に示すPSA酸素発生装置のプロセスで、90%酸素ガスを発生する場合の排気ガス中の酸素濃度は、右図のようになります。

即ち、空気中に20.99vol%含まれている酸素をPSAで90%に濃縮すると(例えば32%酸素回収率)、酸素濃度が15.4%の排気ガスが放出されます。弁開閉のサイクルタイム、供給する空気量を変化させずに、酸素ガスの使用量を減らす減量運転を行った場合は、右図のように酸素使用量の減少に伴い、排気ガス中の酸素濃度が徐々に高くなり、最終的に空気組成になります。


減量運転時に高濃度の酸素ガスが排ガスとして排出される事はありません。

酸素ガス使用量

低騒音(60dB(A)以下)・屋外型 酸素ガス発生装置・PSA

騒音規制法の工業地域(第4種区域)の昼間騒音規制基準、兵庫県などの夜間騒音規制基準の60dB(A)以下を実現しました。(騒音規制基準と騒音の距離減衰はここを参照下さい)

人が近くにいる作業場所や敷地境界線の近くに設置しても快適に使用できます。


右写真例:7Nm3/Hr、酸素濃度 90%以上、製品酸素ガス供給圧力0.4MPa以上→8方向騒音 60dB(A)以下

使用例:下水汚水送水管内 硫化水素発生抑制システム用 PSA方式

下水汚水送水管内に微生物の活動によって消費される酸素を注入し、汚水と混合させ補うことで、送水管内が好気的雰囲気になり、硫酸還元菌などの活動を抑制し、硫化物の生成を抑制します。


注入する気体に圧縮空気を利用する「空気注入技術」とPSA装置で高濃度酸素(90%)を注入する2種類の方法があります。

PSA方式は、右図に示すように酸素の溶解量が4倍以上大きいため、注入気体体積を大幅に削減でき、管路のアップダウンが多い等の条件でも圧力損失を抑制できます。このため、既存の汚水圧送ポンプの能力に余裕が少ない場合に特に適しています。


右図は、大気圧下(常圧)での酸素(分圧:0.02MPa-a)大気圧下(常圧)でPSAで90%に濃縮した酸素(分圧:0.09MPa-a)と、加圧下(0.3MPa-g)でPSAで90%に濃縮した酸素(分圧:0.36MPa-a)の水への溶解度を示しています。


硫化水素発生抑制システム(PSA式)は、空気昇圧機/ドライヤ→活性炭槽→PSA式酸素ガス発生機→酸素タンク→注入制御器、動力制御盤からなり、従来は、ユニットが独立していましたが、現地配線工事、配置スペースの削減を目的に各ユニットを同一筐体内にコンパクト収納した新型装置を採用しました。

o2ガス溶解量

使用例:酸素富化燃焼(さんそふかねんしょう)

空気中の酸素濃度は、体積比で約21%しか含まれていなく、残りはほぼ不活性ガスの窒素です。酸素富化燃焼では、この燃焼に寄与しない窒素を減らし、高濃度の酸素含有ガスを使用することにより、以下のような特長が活用できます。

1. 燃焼効率の向上
窒素に持ち去られる熱を減らせるため、排気ガスからの熱損失が抑えられ、燃焼効率の向上が図れる。
2. 排ガス量の低減
窒素が減った分だけ、その分排ガス量も減らすことができる。
3. 火炎温度の向上
窒素に持ち去られる熱が減り、燃焼火炎の温度を上げることができる。
4. 窒素酸化物の低減
起源となる窒素が減少しているため、窒素酸化物の低減性が高くなる。
5. 二酸化炭素の回収
窒素が減った分だけ、燃焼後の排出ガス中の二酸化炭素が高くなり、排出ガスから二酸化炭素を容易に分離・回収することができる。

適用例

製品ガス
30%-酸素、165 Nm3/Hr(50 Nm3/H as 100% O2)、0.3MPa吐出
PSA本体
3,400 x 1,150 x 1,750H (概寸法、メンテナンススペース除く)
適用圧縮機
Kobelion-SG 900 AD、消費電力 約60kW (ドライヤ含む)、2,580 x 1,200 x 1,500H (概寸法、メンテナンススペース除く)

納入実績

酸素ガス発生装置 100台 以上

このページのトップへ