VPSA及びPSA酸素生成における不均一な空気分配の影響とは？

吸着塔内の空気分配の均一性は酸素プラントの性能に大きな影響を与えるため、空気分配器の設計が極めて重要となる。空気分配が不均一であると、必然的に一部の箇所で気流速度が高くなり、他の箇所で低くなる。速度が高い場所では気流が大きく、窒素が早期に通過して「チャネリング」現象を引き起こし、吸着剤の効率に影響を与え、VPSAおよびPSA酸素ユニットの酸素容量と純度の確保が困難になる。さらに、気流速度が大きい箇所では、分子篩に対する気流の洗浄効果が強まり、分子篩の流動化や破砕を引き起こす可能性がある。吸着塔の空気分配設計が不適切で、設計気流速度が高すぎる場合、不均一な空気分配による問題はさらに深刻化し、あるいは VPSAおよびPSA酸素発生装置が 正常に運転できなくなる可能性がある。

PKU Pioneerの酸素生成プラントは、放射流式吸着塔を採用しており、空気は吸着塔の外部から内部へと放射状に流れる。これにより、空気流が吸着塔に入り吸着剤層を通過する際、均等な分配と一定の流速を確保できる。同時に、放射流式塔は、圧力損失が小さく、抵抗が低く、吸着剤利用率が高く、死容積が小さく、処理空気量が多く、サイクルが短く、容量拡張が容易であるという利点もあり、軸流式吸着塔の構造よりも合理的である。単一の二塔式VPSA酸素ユニットの容量は2倍にでき、酸素生成の単位エネルギー消費量は少なくとも10%削減できる。