Устройство для концентрирования горючего газа и способ концентрирования горючего газа

Устройство для концентрирования горючего газа и способ концентрирования горючего газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к устройству для концентрирования горючего газа и к способу концентрирования горючего газа, в которых неочищенный газ, содержащий горючий газ и воздух, подается в адсорбционную колонну, в которой адсорбируется и концентрируется горючий газ.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для того чтобы эффективно использовать горючий газ в качестве топлива или т.п., необходимо отделить воздух и другие газы от неочищенного газа, который содержит горючий газ, и концентрировать горючий газ до необходимой степени. Предложены различные устройства и способы для концентрирования такого горючего газа, и в Патентном документе 1, например, раскрыта технология, в которой газ (так называемый газ угольных шахт), находящийся в угольной шахте, который содержит газообразный метан в качестве горючего газа, используется как неочищенный газ; от такого неочищенного газа отделяется воздух (включающий главным образом азот, кислород и диоксид углерода) при использовании адсорбента, и метансодержащий газ концентрируется и используется требуемым образом.

Более конкретно. Патентный документ 1 предлагает устройство и способ, посредством которых природный цеолит, чрезвычайно медленно адсорбирующий газообразный метан по сравнению с азотом, используется в качестве адсорбента (другими словами, используется адсорбент, который преимущественно адсорбирует азот, кислород и диоксид углерода, а не газообразный метан), при этом газ угольных шахт вводится при заданном давлении посредством использования компрессора или т.п. в адсорбционную колонну, заполненную адсорбентом, и кислород, азот и диоксид углерода, содержащиеся в газе угольных шахт, адсорбируются первыми в передней части (более низкой части) адсорбционной колонны, газообразный метан, обладающий низкой скоростью адсорбции, адсорбируется во внутренней части (более высокой части) адсорбционной колонны, газообразный метан высвобождается из более высокой части адсорбционной колонны до достижения атмосферного давления, и газообразный метан концентрируется.

Воздух тем самым отделяется от газа угольных шахт, являющегося неочищенным газом, при использовании адсорбента, газообразный метан концентрируется, и концентрированный метансодержащий газ может быть использован в качестве топлива или т.п.

[Патентный документ 1] Выложенная заявка на патент Японии №58-198591.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Горючий газ обычно потенциально взрывоопасен, и считается, что взрыв возможен, когда горючий газ содержится в неочищенном газе или т.п. в заданном интервале концентрации. Этот интервал концентрации зависит от вида горючего газа, однако обычно соответствует содержанию горючего газа в интервале примерно от 5 до 20 об.%. Взрыв считается возможным аналогичным образом в некотором интервале концентрации и в случае газообразного метана, описанного выше.

Считается, что потенциальная возможность взрыва горючего газа присутствует также, когда в неочищенном газе или т.п. содержится в заданной концентрации газообразный кислород в дополнение к заданной концентрации горючего газа. Этот интервал концентрации представляет собой интервал от 10 об.% и выше для содержащегося газообразного кислорода.

Соответственно, адекватное внимание должно быть уделено интервалам концентраций газообразного кислорода и горючего газа, когда имеют дело с газом, содержащим горючий газ. Особенно, когда газ включает горючий газ или газообразный кислород вблизи интервала концентрации, в котором возможен взрыв, важно, чтобы концентрация горючего газа или газообразного кислорода была отрегулирована таким образом, чтобы она не находилась в пределах вышеуказанного интервала концентрации.

В изобретении, раскрытом в Патентном документе 1, хотя концентрированный газообразный метан обладает сравнительно высокой концентрацией (концентрация метана составляет примерно 60 об.%) и находится вне взрывоопасного интервала концентрации, газообразный метан содержится при сравнительно низкой концентрации (концентрация метана составляет 44 об.% или менее) в отходящем газе после извлечения в заданной степени газообразного метана из газа угольных шахт (имеющего концентрацию метана примерно 44 об.% и концентрацию газообразного кислорода примерно 12 об.%), и газообразный кислород также содержится в заданной концентрации (концентрация газообразного кислорода составляет примерно 12 об.% или выше).

Поэтому имеется вероятность нахождения либо газообразного метана, либо газообразного кислорода в пределах взрывоопасного интервала концентрации, и возникают проблемы, связанные с риском взрыва отходящего газа.

Концентрация газообразного метана чрезвычайно высокая (концентрация газообразного метана составляет примерно 99 об.%), когда газ угольных шахт находится в угольной шахте, однако поскольку когда газ угольных шахт вытекает естественным образом или при использовании отсасывающего насоса или т.п. для удаления газа угольных шахт с целью его последующего использования, примешивается воздух, то возникает состояние, в котором концентрация метана низкая (в зависимости от условий, возникает, например, состояние, в котором содержится в среднем примерно от 20 до 40 об.% газообразного метана).

Соответственно, когда газ угольных шахт при концентрации вблизи интервала концентрации, в котором возможен взрыв, вводится в адсорбционную колонну посредством компрессора или т.п., как в изобретении, раскрытом в Патентном документе 1, давление газа угольных шахт увеличивается, и возникают проблемы, связанные с риском взрыва в более широких интервалах концентрации по сравнению с вышеуказанным интервалом концентрации.

А именно концентрирование газообразного метана посредством использования компрессора внутри угольной шахты не всегда целесообразно.

Возможность взрыва устройства для концентрирования газообразного метана в Патентном документе 1 имеет место не только в случае устройства для концентрирования газообразного метана, но также имеет место и в случае устройства для концентрирования других горючих газов.

Данное изобретение было разработано, принимая во внимание вышеописанные проблемы, и задачей данного изобретения является предоставление технологии, способной к выполнению концентрирования до высокой концентрации, наряду с предотвращением нахождения концентрации во взрывоопасном интервале, когда концентрируется горючий газ.

Первая особенность устройства для концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением для достижения вышеуказанных задач заключается в том, что оно содержит адсорбционную колонну, заполненную адсорбентом для адсорбции горючего газа; подающее средство для подачи неочищенного газа, содержащего воздух и горючий газ, в адсорбционную колонну через подающую линию при выпуске отходящего газа, содержащегося в неочищенном газе и не адсорбированного адсорбентом, из адсорбционной колонны через выпускную линию; средство сбора для уменьшения давления в адсорбционной колонне ниже атмосферного давления и десорбции горючего газа, адсорбированного адсорбентом, и отвода горючего газа через линию для сбора; и средство управления для последовательного выполнения стадии адсорбции горючего газа, на которой подают неочищенный газ в адсорбционную колонну и выпускают отходящий газ из адсорбционной колонны подающим средством, и стадии десорбции горючего газа, на которой собирают горючий газ, десорбированным средством сбора.

В соответствии с первой особенностью, описанной выше, стадия адсорбции горючего газа, на которой адсорбируют горючий газ из неочищенного газа, подаваемого в адсорбционную колонну подающим средством, адсорбентом и выпускают отходящий газ, не адсорбированный адсорбентом из неочищенного газа, из адсорбционной колонны, и стадия десорбции горючего газа, на которой уменьшают давление внутри адсорбционной колонны ниже атмосферного давления посредством использования средства сбора, и десорбируют и собирают горючий газ, адсорбированный адсорбентом, выполняются последовательно под управлением средства управления.

На стадии адсорбции горючего газа горючий газ как таковой может быть соответственно адсорбирован адсорбентом, и концентрация горючего газа в отходящем газе может находиться в интервале чрезвычайно низких концентраций, который находится за пределами взрывоопасного интервала.

Поскольку давление адсорбционной колонны уменьшается ниже атмосферного давления и горючий газ десорбируется на стадии десорбции горючего газа, то достигнутая концентрация горючего газа может быть выше взрывоопасного интервала, одновременно может быть уменьшена концентрация кислорода, и концентрация собранного и концентрированного горючего газа может находиться за пределами взрывоопасного интервала, наряду с тем, что степень извлечения горючего газа увеличивается.

Кроме того, поскольку подающее средство одновременно подает неочищенный газ в адсорбционную колонну и выпускает отходящий газ из адсорбционной колонны и используется адсорбент, который обладает высокой способностью к адсорбции горючего газа вблизи атмосферного давления, то неочищенный газ может подаваться в адсорбционную колонну просто лишь вдуванием или т.п. без использования компрессора или т.п., и может быть предотвращено увеличение давления неочищенного газа до концентрации, соответствующей взрывоопасному интервалу, которое может быть в противном случае обусловлено компрессором или т.п. во время подачи неочищенного газа.

Вторая особенность устройства для концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что в устройстве для концентрирования горючего газа в соответствии с первой особенностью адсорбент представляет собой адсорбент для адсорбции газообразного метана в качестве горючего газа и является по меньшей мере одним адсорбентом, выбранным из группы, которая включает активированный уголь, цеолит, силикагель и металлоорганическое комплексное соединение, и имеющим средний диаметр микропор от 4,5 до 15 Å при измерении способом молекулярных проб (МР), для которого величина адсорбции газообразного метана при атмосферном давлении и 298 К составляет 20 норм. куб. см/г или более.

В соответствии со второй особенностью, описанной выше, в качестве адсорбента используется адсорбент метана, способный к селективной адсорбции газообразного метана при атмосферном давлении и 298 К, в соответствии с чем обеспечивается возможность удовлетворительной адсорбции газообразного метана таким адсорбентом даже при атмосферном давлении и 298 К.

Более конкретно, когда адсорбция метана при атмосферном давлении и 298 К составляет менее 20 н.см²/г, эффективность адсорбции метана при низком давлении (особенно при давлении, близком к атмосферному) уменьшается, концентрация метана в концентрированном метансодержащем газе уменьшается, и количество адсорбента должно быть увеличено, и увеличиваются габариты устройства для того, чтобы поддержать требуемую эффективность адсорбции. Верхний предел величины вышеуказанной адсорбции метана не ограничивается особым образом, однако полученная в настоящее время величина адсорбции метана для адсорбента метана составляет примерно 40 н.см³/г или менее.

Если средний диаметр микропор, при его измерении способом молекулярных проб (МР), меньше 4,5 Å, то величина адсорбции газообразного кислорода и газообразного азота увеличивается, концентрация метана в концентрированном метансодержащем газе уменьшается, средний диаметр микропор приближается к диаметру молекул метана, скорость адсорбции уменьшается, эффективность адсорбции метана уменьшается, и адсорбция становится невозможной. С другой стороны, если средний диаметр микропор, при его измерении способом молекулярных проб (МР), больше 15 Å, то эффективность адсорбции метана при низком давлении (особенно при давлении, близком к атмосферному) уменьшается, концентрация метана в концентрированном метансодержащем газе уменьшается, и количество адсорбента должно быть увеличено, и увеличиваются габариты устройства для того, чтобы поддержать требуемую эффективность адсорбции.

Соответственно, адсорбент является предпочтительно по меньшей мере одним адсорбентом, выбранным из группы, которая включает активированный уголь, цеолит, силикагель и металлоорганическое комплексное соединение, и имеющим средний диаметр микропор от 4,5 до 15 Å, при его измерении способом молекулярных проб (МР), для которого величина адсорбции газообразного метана при атмосферном давлении и 298 К составляет 20 н. см³/г или более.

Третья особенность устройства для концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что в устройстве для концентрирования горючего газа в соответствии с первой или второй особенностью адсорбент представляет собой адсорбент для адсорбции газообразного метана в качестве горючего газа, в котором объем микропор, имеющих средний диаметр 10 Å или менее, при измерении способом Хорвата-Кавазое (НК), составляет 50 об.% или более от общего объема микропор.

В соответствии с третьей особенностью, описанной выше, поскольку объем микропор, имеющих средний диаметр 10 Å или менее, при измерении способом Хорвата-Кавазое (НК), составляет 50 об.% или более от общего объема микропор, то количество газообразного метана, которое может быть адсорбировано даже при атмосферном давлении, увеличивается, и газообразный метан может быть адсорбирован удовлетворительным образом. Особо заданный нижний предел для вышеуказанного среднего диаметра микропор отсутствует, и достаточно, чтобы объем микропор, имеющих средний диаметр 10 Å или менее, составлял 50% или более от общего объема микропор.

Четвертая особенность устройства для концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что в устройстве для концентрирования горючего газа в соответствии с первой или второй особенностью адсорбент представляет собой адсорбент для адсорбции газообразного метана в качестве горючего газа, и адсорбция азота при 77 К такова, что адсорбция азота при относительном давлении 0,013, соответствующая среднему диаметру микропор 10 Å, при измерении способом Хорвата-Кавазое (НК), составляет 50 об.% или более от адсорбции азота при относительном давлении 0,99, соответствующей общему объему микропор. Термин «относительное давление» относится к величине давления по отношению к давлению насыщенного пара при температуре измерения.

В соответствии с четвертой особенностью адсорбция азота при низком давлении, которое представляет собой относительное давление 0,013, соответствующая среднему диаметру микропор 10 Å, при измерении способом Хорвата-Кавазое (НК), в качестве адсорбции азота при 77 К устанавливается при 50 об.% или более от адсорбции азота при давлении, близком к давлению насыщенного пара при 77 К, представляющему собой относительное давление 0,99, которая соответствует общему объему микропор.

Адсорбция при относительном давлении 0,99 представляет общий объем микропор, а адсорбция при относительном давлении 0,013 представляет объем микропор, имеющих средний диаметр микропор от 10 Å или менее, и соотношение этих величин указывает что, аналогично тому, как это описано выше, доля микропор, имеющих средний диаметр от 10 Å или менее, выше. В результате этого метансодержащий газ вблизи атмосферного давления может быть сконцентрирован простым и эффективным образом, даже когда в качестве неочищенного газа используется газообразная смесь метана и воздуха.

Пятая особенность устройства для концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что устройство для концентрирования горючего газа в соответствии с любой из особенностей с первой по четвертую содержит узел определения завершения адсорбции, который определяет состояние горючего газа в выпускной линии; в таком устройстве средство управления осуществляет переход от стадии адсорбции горючего газа к стадии десорбции горючего газа на основании результатов определения, выполненного узлом определения завершения адсорбции.

В соответствии с пятой особенностью, описанной выше, средство управления может осуществлять переход от стадии адсорбции горючего газа к стадии десорбции горючего газа на основании результатов определения, выполненного узлом определения завершения адсорбции.

Посредством этого определяется состояние горючего газа в выпускной линии, и когда может быть сделан вывод, что адсорбция горючего газа завершена, возможно выполнение стадии десорбции горючего газа сразу же после стадии адсорбции горючего газа и предотвращение выпуска горючего газа, который не был адсорбирован, в выпускную линию вследствие завершения адсорбции.

Шестая особенность устройства для концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что в устройстве для концентрирования горючего газа в соответствии с любой из особенностей с первой по пятую средство управления выполняет стадию адсорбции горючего газа после подачи воздуха в адсорбционную колонну, в которой завершена стадия десорбции горючего газа.

В соответствии с шестой особенностью, описанной выше, средство управления выполняет стадию адсорбции горючего газа после подачи воздуха в адсорбционную колонну, в которой завершена стадия десорбции горючего газа.

Воздух при сравнительно высоком давлении (вблизи атмосферного давления) подается в адсорбционную колонну, которая находится в состоянии, в котором стадия десорбции горючего газа выполнена, и давление уменьшено ниже атмосферного давления, при этом давление может быть увеличено до давления вблизи атмосферного давления (иногда в дальнейшем в этом документе на это ссылаются как на стадию увеличения давления воздуха), и могут быть созданы условия, при которых горючий газ, являющийся целевым адсорбируемым веществом, легко адсорбируется при выполнении стадии адсорбции горючего газа в адсорбционной колонне.

Седьмая особенность устройства для концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что в устройстве для концентрирования горючего газа в соответствии с шестой особенностью средство управления, кроме того, подает отобранный горючий газ в адсорбционную колонну после подачи в нее воздуха и затем выполняет стадию адсорбции горючего газа.

В соответствии с седьмой особенностью, описанной выше, средство управления может, кроме того, подавать высококонцентрированный горючий газ, отобранный на стадии десорбции горючего газа, в адсорбционную колонну, в которой завершена стадия десорбции горючего газа, после подачи воздуха в адсорбционную колонну и затем выполнять стадию адсорбции горючего газа.

Более конкретно, воздух при сравнительно высоком давлении (вблизи атмосферного давления) подается в адсорбционную колонну, которая находится в состоянии, в котором стадия десорбции горючего газа завершена и давление уменьшено ниже атмосферного давления, при этом давление может быть увеличено до заданной величины, и затем может быть подан высококонцентрированный горючий газ и давление увеличено от заданной величины до давления вблизи атмосферного давления.

Неочищенный газ и горючий газ при более высокой концентрации по сравнению с неочищенным газом могут таким образом подаваться к адсорбенту, когда в адсорбционной колонне выполняется стадия адсорбции горючего газа, и скорость концентрирования горючего газа может быть повышена по сравнению со случаем, в котором подается лишь неочищенный газ. Посредством увеличения давления внутри адсорбционной колонны до давления вблизи атмосферного давления могут быть созданы условия, при которых горючий газ, являющийся целевым адсорбируемым веществом, легко адсорбируется. Также можно не выполнять увеличение давления воздухом для того, чтобы увеличить скорость концентрирования, однако когда лишь высококонцентрированный горючий газ подается в адсорбционную колонну, то только высококонцентрированный горючий газ адсорбируется на стадии адсорбции горючего газа, горючий газ сразу же достигает заданной концентрации и выпускается из выпускной линии, и неочищенный газ не может быть адсорбирован удовлетворительным образом. Поэтому необходимо вводить воздух, чтобы увеличить давление до заданной величины.

Восьмая особенность устройства для концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что устройство для концентрирования горючего газа в соответствии с любой из особенностей с первой по седьмую содержит продувочную линию для соединения адсорбционной колонны и накопительный резервуар для хранения отобранного горючего газа; в таком устройстве средство управления выполняет стадию продувки, на которой часть высококонцентрированного горючего газа из накопительного резервуара подается через продувочную линию в адсорбционную колонну, в которой завершена стадия адсорбции горючего газа, перед стадией десорбции горючего газа.

В соответствии с восьмой особенностью, описанной выше, средство управления выполняет стадию продувки циркуляцией части высококонцентрированного горючего газа, хранящегося в накопительном резервуаре, через продувочную линию, соединяющую накопительный резервуар и адсорбционную колонну, в адсорбционную колонну, в которой завершена стадия адсорбции горючего газа, перед стадией десорбции горючего газа.

В такой конструкции после завершения стадии адсорбции горючего газа и перед инициированием стадии десорбции горючего газа отходящий газ (рассматриваемый как включающий главным образом газообразный азот и газообразный кислород) внутри адсорбционной колонны, в котором практически отсутствует горючий газ, тем самым выводится из адсорбционной колонны и выпускается в выпускную линию высококонцентрированным горючим газом, хранящимся в накопительном резервуаре, посредством выполнения стадии продувки. Поскольку концентрация горючего газа в адсорбционной колонне увеличивается и выполняется продувка высококонцентрированным горючим газом, адсорбция горючего газа увеличивается, предотвращая тем самым уменьшение концентрации горючего газа, собираемого на выполняемой после этого стадии десорбции горючего газа.

Девятая особенность устройства для концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что в устройстве для концентрирования горючего газа в соответствии с восьмой особенностью средство управления выполняет стадию рециркуляции, на которой высококонцентрированный горючий газ рециркулируется в подающую линию через линию возврата продувочного газа, соединяющую выпускную линию и подающую линию, перед стадией десорбции горючего газа и после того как высококонцентрированный горючий газ, циркулируемый в адсорбционную колонну, выпускается в выпускную линию из адсорбционной колонны на стадии продувки.

В соответствии с девятой особенностью, описанной выше, средство управления может выполнять стадию рециркуляции, на которой горючий газ рециркулируется в подающую линию через линию возврата продувочного газа, соединяющую выпускную линию и подающую линию, перед стадией десорбции горючего газа и после того как газ внутри адсорбционной колонны выведен высококонцентрированным горючим газом, поданным в адсорбционную колонну на стадии продувки, и горючий газ выпускается в выпускную линию из адсорбционной колонны.

Высококонцентрированный горючий газ, использованный для вывода газа внутри адсорбционной колонны на стадии продувки, может быть тем самым возвращен в подающую линию и не выпускаться из адсорбционной колонны через выпускную линию, может быть предотвращена потеря горючего газа, сконцентрированного до высокой концентрации, и горючий газ, который сконцентрирован до более высокой концентрации по сравнению с неочищенным газом, может быть дополнительно использован при концентрировании для ускорения концентрирования горючего газа.

Десятая особенность устройства для концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что в устройстве для концентрирования горючего газа в соответствии с любой из особенностей с первой по седьмую адсорбционная колонна образована из двух колонн, и средство управления выполняет стадию адсорбции горючего газа и стадию десорбции горючего газа поочередным образом для двух адсорбционных колонн.

В соответствии с десятой особенностью, описанной выше, средство управления обеспечивает выполнение стадии адсорбции горючего газа и стадии десорбции горючего газа поочередным образом для двух колонн указанной адсорбционной колонны, и концентрированный горючий газ может собираться непрерывно, что улучшает производственные возможности получения горючего газа.

Одиннадцатая особенность устройства для концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что в устройстве для концентрирования горючего газа в соответствии с восьмой или девятой особенностью адсорбционная колонна образована из нескольких колонн, и средство управления последовательно выполняет стадию адсорбции горючего газа, стадию продувки и стадию десорбции горючего газа в данных нескольких адсорбционных колоннах.

В соответствии с одиннадцатой особенностью средство управления обеспечивает последовательное выполнение стадии адсорбции горючего газа, стадии продувки и стадии десорбции горючего газа в нескольких колоннах, составляющих адсорбционную колонну, концентрированный горючий газ может собираться непрерывным образом, и высококонцентрированный горючий газ может быть получен посредством стадии продувки. Тем самым могут быть улучшены производственные возможности получения горючего газа в более высокой концентрации.

Двенадцатая особенность устройства для концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что в устройстве для концентрирования горючего газа в соответствии с десятой или одиннадцатой особенностью средство управления выполняет стадию выравнивания давления между одной адсорбционной колонной, в которой завершена стадия десорбции горючего газа, и другой адсорбционной колонной, в которой завершена стадия адсорбции горючего газа, на которой газ из указанной другой адсорбционной колонны протекает в указанную одну адсорбционную колонну через соединительную линию, соединяющую обе адсорбционные колонны, перед стадией адсорбции горючего газа в указанной одной адсорбционной колонне и перед стадией десорбции горючего газа в указанной другой адсорбционной колонне.

В соответствии с двенадцатой особенностью, описанной выше, средство управления может обеспечивать выполнение стадии выравнивания давления протеканием газа в указанную одну адсорбционную колонну из указанной другой адсорбционной колонны через соединительную линию, связывающую указанную одну адсорбционную колонну и указанную другую адсорбционную колонну, перед стадией адсорбции горючего газа в одной адсорбционной колонне и перед стадией десорбции горючего газа в указанной другой адсорбционной колонне.

Газ в другой адсорбционной колонне таким образом протекает по соединительной линии, соединяющей адсорбционные колонны, из другой адсорбционной колонны, которая находится в состоянии сравнительно высокого давления (вблизи атмосферного давления) перед стадией десорбции горючего газа и после завершения стадии адсорбции горючего газа, в указанную одну адсорбционную колонну, которая находится в состоянии сравнительно низкого давления (от давления, близкого к атмосферному, до состояния, близкого к вакууму) перед стадией адсорбции горючего газа и после завершения стадии десорбции горючего газа; давление внутри обеих адсорбционных колонн может быть уравновешено посредством стадии выравнивания давления; и могут быть созданы условия, при которых горючий газ, являющийся целевым адсорбируемым веществом, легко адсорбируется, когда давление внутри указанной одной адсорбционной колонны увеличивается и стадия адсорбции горючего газа выполняется в данной первой адсорбционной колонне.

Когда высококонцентрированный горючий газ получают на стадии десорбции горючего газа, концентрация полученного газообразного продукта увеличивается при уменьшении давления внутри адсорбционной колонны. Соответственно, давление внутри адсорбционной колонны перед стадией десорбции горючего газа может быть дополнительно уменьшено посредством выполнения стадии выравнивания давления, при этом получают более высокую концентрацию горючего газа по сравнению со случаем, в котором стадия выравнивания давления не выполняется.

Тринадцатая особенность устройства для концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что устройство для концентрирования горючего газа в соответствии с любой из особенностей с первой по двенадцатую содержит линию повторной подачи, соединяющую подающую линию и накопительный резервуар для хранения отобранного горючего газа; при этом средство управления на стадии адсорбции горючего газа смешивает и подает в адсорбционную колонну неочищенный газ, протекающий через подающую линию, и часть высококонцентрированного горючего газа, протекающего через подающую линию из накопительного резервуара и подаваемого через линию повторной подачи.

В соответствии с тринадцатой особенностью, описанной выше, даже в таких случаях, когда концентрация горючего газа в неочищенном газе низкая, неочищенный газ может быть перед поступлением в адсорбционную колонну смешан с высококонцентрированным горючим газом, подаваемым через линию повторной подачи из накопительного резервуара в подающую линию, и может быть подан в адсорбционную колонну после увеличения концентрации неочищенного газа до определенной степени.

Концентрация концентрированного горючего газа, который собирается в накопительном резервуаре, может быть тем самым увеличена до еще более высокой степени, и может быть эффективным образом предотвращено нахождение концентрации неочищенного газа и концентрированного горючего газа во взрывоопасном интервале.

Первая особенность способа концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением для достижения вышеуказанных целей включает выполнение стадии адсорбции горючего газа, на которой неочищенный газ, содержащий воздух и горючий газ, подают через подающую линию в адсорбционную колонну, заполненную адсорбентом для адсорбции горючего газа, и выпускают отходящий газ от неочищенного газа, который не адсорбирован адсорбентом, из адсорбционной колонны через выпускную линию; и последующее выполнение стадии десорбции горючего газа, на которой уменьшают давление в адсорбционной колонне ниже атмосферного давления, десорбируют горючий газ, адсорбированный адсорбентом, и собирают горючий газ через отводящую линию.

В соответствии с первой особенностью, описанной выше, стадия десорбции горючего газа с уменьшением давления внутри адсорбционной колонны ниже атмосферного давления, десорбцией и сбором горючего газа, адсорбированного на адсорбенте, может быть выполнена сразу после выполнения стадии адсорбции горючего газа с адсорбцией горючего газа из неочищенного газа, подаваемого в адсорбционную колонну к адсорбенту, и выпуском отходящего газа от неочищенного газа, который не адсорбирован адсорбентом, из адсорбционной колонны.

Горючий газ как таковой может быть соответственно адсорбирован адсорбентом, и концентрация горючего газа в отходящем газе может находиться в интервале чрезвычайно низких концентраций за пределами взрывоопасного интервала.

Поскольку давление адсорбционной колонны уменьшается ниже атмосферного давления и горючий газ десорбируется, то достигнутая концентрация горючего газа может быть выше взрывоопасного интервала, одновременно может быть уменьшена концентрация кислорода, и концентрация отобранного и концентрированного горючего газа может находиться за пределами взрывоопасного интервала, наряду с тем, что степень извлечения горючего газа увеличивается.

Кроме того, поскольку неочищенный газ подается в адсорбционную колонну одновременно с выпуском отходящего газа из адсорбционной колонны и используется адсорбент, который обладает высокой способностью к адсорбции горючего газа вблизи атмосферного давления, то неочищенный газ может подаваться в адсорбционную колонну просто лишь вдуванием или т.п. без использования компрессора или т.п., и может быть предотвращено увеличение давления неочищенного газа до концентрации, соответствующей взрывоопасному интервалу, которое может быть в противном случае обусловлено компрессором или т.п. во время подачи неочищенного газа.

Вторая особенность способа концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что способ концентрирования горючего газа в соответствии с первой особенностью включает выполнение стадии продувки, на которой часть высококонцентрированного горючего газа, который находится в накопительном резервуаре для хранения отобранного горючего газа, подается через продувочную линию в адсорбционную колонну, в которой завершена стадия адсорбции горючего газа, перед выполнением стадии десорбции горючего газа.

В соответствии со второй особенностью, описанной выше, возможно выполнение стадии продувки подачей части высококонцентрированного горючего газа, хранящегося в накопительном резервуаре, через продувочную линию, соединяющую накопительный резервуар и адсорбционную колонну, в адсорбционную колонну, в которой завершена стадия адсорбции горючего газа, перед выполнением стадией десорбции горючего газа.

В такой конструкции после завершения стадии адсорбции горючего газа и перед инициированием стадии десорбции горючего газа отходящий газ (рассматриваемый как включающий главным образом газообразный азот и газообразный кислород) внутри адсорбционной колонны, в котором практически отсутствует горючий газ, тем самым выводится из адсорбционной колонны и выпускается в выпускную линию высококонцентрированным горючим газом, хранящимся в накопительном резервуаре, посредством выполнения стадии продувки. Поскольку концентрация горючего газа в адсорбционной колонне увеличивается и выполняется продувка высококонцентрированным горючим газом, адсорбция горючего газа увеличивается, предотвращая тем самым уменьшение концентрации горючего газа, собираемого на выполняемой после этого стадии десорбции горючего газа.

Третья особенность способа концентрирования горючего газа в соответствии с данным изобретением заключается в том, что способ концентрирования горючего газа в соответствии с первой особенностью включает выполнение стадии рециркуляции, на которой горючий газ рециркулируется в подающую линию через линию возврата продувочного газа, перед выполнением стадии десорбции горючего газа и после того как горючий газ, поданный в адсорбционную колонну, выпускается в выпускную линию из адсорбционной колонны на стадии продувки.

В соответствии с третьей особенностью, описанной выше, возможно выполнение стадии рециркуляции, на которой горючий газ рециркулируется в подающую линию через линию возврата продувочного газа, соединяющую выпускную линию и подающую линию, перед выполнением стадии десорбции горючего газа и после того как газ внутри адсорбционной колонны выведен высококонцентрированным горючим газом, поданным в адсорбционную колонну на стадии продувки, и горючий газ выпускается в выпускную линию из адсорбционной колонны.

Высоко концентрированный горючий газ, использованный для вывода газа внутри адсорбционной колонны на стадии продувки, может быть тем самым возвращен в подающую линию и не выпускаться из адсорбционной колонны через выпускную линию, может быть предотвращена потеря горючего газа, сконцентрированного до высокой концентрации, и горючий газ, кото