JP2012254459A - Ｐｓａフロー変動の改良された制御のための方法と装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＰＳＡフロー変動の改良された制御のための方法と装置を提供することである。
【解決手段】 少なくとも１つのガスコンポーネントを複数の容器の各々の容器の中に提供された吸着体マスに吸収することによってガス混合を分離する工程を含んでいる圧力スイング吸着プロセス。分離する工程は、単一の均圧サイクルを有する。分離する工程は、複数の容器の容器あたりに、４つのバルブだけで好ましくは実行される。加えて、本発明の圧力スイング吸着システムは、少なくとも１つのガスコンポーネントを前記吸着体マスに吸収することによってガス混合を分離するように構成された吸着体マスを各々含む複数の容器を具備する。
【選択図】 図１

Description

本出願は、２００５年１月１２日に提出された発明の名称「ＰＳＡフロー変動の改良された制御のための方法と装置」である仮出願番号６０／６４２，９８９に関連がある。この出願の内容は、参照によってここに引用したものとする。

圧力スイング吸着（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｗｉｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＰＳＡ）は、ガスの精製のために一般的に用いられる処理（プロセス）である。典型的なアプリケーションは、ガス混合からの水素の分離、天然ガスからのヘリウムの分離、埋め立て地ガス（ｌａｎｄｆｉｌｌ ｇａｓ）の精製、並びに、酸素、窒素および／またはアルゴンの製造のための大気分離を含む。

関連技術のＰＳＡシステムは、それらの非常に大きなプロダクト、および、ラフィネート（ｒａｆｆｉｎａｔｅ）ガスフローの揺らぎによって制限される。これらの揺らぎは、ＰＳＡシステムに接続された下流側プロセス装置の固有関数（ｐｒｏｐｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を許容するフロー揺らぎを十分に弱めるため、相当の蓄積またはサージタンクを必要とする。

工業規模のガス分離は、伝統的に、与えられた純度の加圧されたプロダクトの部分的な回収（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ）を促進するために少なくとも１つの圧力平衡（ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｅｑｕａｌｉｚｉｎｇ）ステップを備えているＰＳＡサイクルを使用して実行された。増加された部分的な回収は、ラフィネートサージタンクに受け付けられないガスの量を減少させ、加圧されたプロダクトガスのより近い連続フローを確実にする。３つ以上の平衡（ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）を有するサイクルは、知られている。

関連技術のフロー脈動（ｐｕｌｓａｔｉｏｎ）を減少するためにとられる別のステップは、単一のプロセスのつながり（ｔｒａｉｎ）において、多くの平衡および多くの容器を有するサイクルを運転することである。多くの容器および多くの平衡ステップを有するＰＳＡシステムの実施例は、Ｆｕｄｅｒｅｒその他に対する米国特許第３，９８６，８４９号であり、それは、１０個もの吸着体容器、および５５個のバルブを所有しているプロセスつながりを記載する。工業用途において、回収可能なプロダクトの損失に対する高いエネルギーコストおよび運転コストは、通常、大きいプラントを除いて、１つ以上の均圧を有するより複雑なＰＳＡサイクルに対する複雑さのかなりの増加によって、より重要になる。したがって、大部分のプラントは、加圧されたプロダクトおよびラフィネートガスの両方に対し極めて大きいサージタンクを使用する。

全てのタイプのＰＳＡシステム関連技術は、特に多重の平衡（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎｓ）を有するそれらを除いて、それらの非常に高い複雑さおよび付随する多くの部品点数による厳しい制限も受ける。この非常な複雑さは、部品故障の確率を増加させるだけでなく、システムの大きさ、組立時間および材料費用を増加させる。大部分の関連技術ＰＳＡシステムは、単一障害点システム（ｓｉｎｇｌｅ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍｓ）である。顕著な例外は、デマイヤーその他（Ｄｅ Ｍｅｙｅｒ ｅｔ ａｌ．）に対する米国特許第４，２３４，３２２号、およびローマクス（Ｌｏｍａｘ）による米国特許第６，６９９，３０７号にて明らかにされたプロセスである。典型的な関連技術プロセスでさえ、ＰＳＡプラントは、結局、不完全な部品のメインテナンスを実行することを停止（シャットダウン）しなければならない。このようなシャットダウンは、それらが全体のプロセス設備に対する失われた生産時間の重要な量を負うので、極めて好ましくない。更に、ＰＳＡが高温プロセス、例えば炭化水素蒸気改質装置（ｒｅｆｏｒｍｅｒ）、自己熱交換式改質装置、部分酸化改質装置、アンモニア合成プラントまたはエチレンクラッカに接続されるときに、接続されたプロセス装置の寿命はシャットダウンおよびリスタートイベントの間に受ける高い機械的応力のために非常に短くなり得る。

Ｋｅｅｆｅｒその他は、より高い全体システム容量を達成するために多重の回転ＰＳＡモジュール（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｒｏｔａｒｙ ＰＳＡ ｍｏｄｕｌｅｓ）を並列に用いたシステムを米国特許第６，０５１，０５０号に記載するが、故障の場合にはこれらのモジュールを運転する方法または戦略を開示していない。Ｋｅｅｆｅｒその他の回転モジュールは、産業プラクティスにおいて受け入れられるそれらとは全く異なっており、バルブで調節されたＰＳＡ装置（ｖａｌｖｅｄ ＰＳＡ ａｐｐａｒａｔｕｓ）と同様の単一点のバルブ障害を受けるものではない。障害のそれらのモードは、段階的なシール障害を介するものである。Ｋｅｅｆｅｒのモジュールもアクティブベッドの極めて多数を有し、それらはしたがって、プロダクトおよびラフィネートガス流量脈動の変動に関してはより少ない。Ｋｅｅｆｅｒその他の低脈動回転モジュールおよびヒルその他（Ｈｉｌｌ ｅｔ ａｌ．）に対する米国特許第５，１１２，３６７号、米国特許第５，２６８，０２１号、および、米国特許第５，３６６，５４１号の同様の発明は、摺動シールのそれらの使用による不可避のリークに苦しむ。制限されたシール寿命によるメインテナンス問題と同様に、このリークは、純度減少、および、プロダクトリカバリーをもたらす。高圧は、これらの問題を悪化させ、関連技術で受け入れられるバルブで調節されたＰＳＡ装置よりも、産業的に重要なセパレーションに対して望ましくない回転モジュールにさせる。

関連技術のバルブで調節されたＰＳＡシステムの極めて大きいサイズ、および、それらの非常に高いコストのため、プロセスシャットダウンを防止するためにバックアップのＰＳＡ容量を提供することは、特に均圧（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎｓ）および多数の吸着ベッドを有するバルブで調節されたＰＳＡシステムのために、それらの付随する高複雑さを伴っており、極めて好ましくないままであった。

本発明の発明者は、米国特許第６，７５５，８９５号（今後、８９５特許）にて、均圧を使用しているＰＳＡ装置の複雑さを大幅に減少する先進のＰＳＡシステムの改良装置を以前に開発した。我々は、また、米国特許第６，６９９，３０７号（今後、３０７特許）にてＰＳＡサイクルを実行するのに必要とするバルブの数を激減させるＰＳＡサイクルを実行する新しい方法を開発した。我々は、また、出願中の米出願シリアル番号１０／４５３，６０１号（今後、６０１出願）にてパージおよび平衡ガスのフローの制御を改良された方法を、同じく、出願中の米出願シリアル番号１０／６１５，２４４号（今後、２４４出願）の、より高度なＰＳＡ装置並びにフローの変動性、製造コストを減少し、サービスおよび障害許容の容易さを提供するモジュール式のＰＳＡ装置の多重使用による新規なアプローチを開発した。これらの引用の全ては、それらの全体において本願明細書に引用したものとする。これらの発明は、全ての関連技術のＰＳＡの欠点を対象にするが、改良の更なる余地は残っている。

３０７特許の新規なＰＳＡサイクルは、多重の均圧から利益を得る分離（セパレーション）に向けられる。そして、それは通常、平衡分離のための最適のＰＳＡプロダクトリカバリーを得る際に有益である。しかしながら、特定の状況の下で、単一の均圧は、性能を最大にすることが好まれ得る。実施例は、パージガスの異常に高い量が、吸着体マスのボイドフラクションが低いところであるか作動圧力が低いところである吸着体表面から、吸着された不純物を取り除くのに必要とされる場合を含む。精製されたプロダクトの経済的な価値が低いときに、同じ状況は生じ得て、ＰＳＡに対する許される資本費は、非常に低い。

２４４出願のモジュール式のＰＳＡの方法と装置は、ＰＳＡプラントの流量変動を非常に減少し、それは、この変動を緩衝するためにガスストレージタンクの必要ボリュームを潜在的に減少し、配管およびバルブ類の必要サイズを減少し、ＰＳＡプラントのトータル設置面積を減少する。しかしながら、配管コネクション、構造的支持体などの数を不利に増加させる。

したがって、本発明は、有利に、容器あたりに単に４つのバルブを使用して単一の均圧を有する圧力スイング吸着システムを提供する。

本発明は、更に有利に、少なくとも２つの独立した圧力スイング吸着サイクルが単一の機械的なアセンブリに提供される圧力スイング吸着装置を提供する。

本発明も、有利に、排ガス流量の変動を減少する並列して運転される２つの単一の平衡ＰＳＡサイクルを使用する圧力スイング吸着プロセスを提供する。

さらにまた、本発明は、有利に、独立してまたは同時にプロダクトおよび排ガス流量の変動を最少にするために圧力スイング吸着サイクルを最適化する方法を提供する。

これらの、および他の目的は、図を参照することによって、より明白になる。

単一の均圧ＰＳＡサイクルを実行することが可能な４つの容器のＰＳＡシステムを示しているプロセス図である。 図１の単一の平衡ＰＳＡシステムに対するバルブタイミング図である。 並列に運転している２つの単一の平衡ＰＳＡシステムを有するＰＳＡを示すプロセス図である。 図３の並列の単一の平衡ＰＳＡシステムに対するバルブタイミング図の第１の実施形態を示す図である。 図３の並列の単一の平衡ＰＳＡシステムに対するバルブタイミング図の第２の実施形態を示す図である。 図３のプロセスを実行するＰＳＡ装置の等角投影図である。 本発明によるスロット調整しているアセンブリの前平面図である。 図７Ａのスロット調整しているアセンブリの側面図である。 図７ＡのラインＶＩＩＣ――ＶＩＩＣに沿って取られたスロット調整しているアセンブリの側断面図である。

図１は、吸着体容器１０、２０、３０、および、４０を有するＰＳＡシステム１００を示す。これらの吸着体容器は、３０７特許のプラクティスにより、４つの並列流れマニホールド、すなわちフィードマニホールド１、プロダクトマニホールド２、排ガスマニホールド３、並びに、平衡およびパージマニホールド４に接続される。容器は、対応する生ガスフィードバルブ１１、２１、３１および４１、プロダクトバルブ１２、２２、３２および４２、排気バルブ１３、２３、３３および４３、並びに、平衡およびパージバルブ１４、２４、３４および４４を付けられている。この機械的な配置は、したがって、各々４つのバルブを有する４つの容器を有する。

本装置は、３０７特許のバルブタイミングサイクルまたは図２のバルブタイミングサイクルのいずれかを実行するために有利に用いることができる。図２は、８つの時間セグメントに分けられたバルブタイミングサイクルを示す。ここで、時間ステップは、フィードマニホールド１に提供される混合フィードガスから並列のプロダクトマニホールド２に供給される所望のプロダクトガスの連続精製を遂行するために繰り返される。図２は各々の容器が互いに対して適時にシフトされる同一のプロセスステップを実行することを示すので、容器１０に対するステップについてだけは、詳細に説明される。第１の時間ステップの間、容器１０は、吸着ステップ（ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｔｅｐ：Ａ）にあり、そこにおいて混合フィードガスバルブ１１がオープンであり、プロダクトバルブ１２も、オープンである。バルブ１３および１４は、閉である。汚いフィードガスは、ペレットまたは押出し物のベッドとして、固体のモノリシックマスとして、圧延布または紙として、パウダーとして、またはいかなる公知技術の他のよく知られている吸着体手段によって提供される容器１０の吸着体マスを介して伝播する。吸着体マスの選択は、セパレーションの化学作用によって決定され、従来技術において一般に公知である。吸着体マスの選択は、本発明のプラクティスに影響を及ぼさない。

第１の時間ステップの後、吸着は、前記フィードガスバルブ１１およびプロダクトバルブ１２を閉じることによって止められる。不純物が吸着体容器１０のプロダクト側に到達する前に、実質的に純粋なプロダクトガスの製造において、吸着ステップは止められる。この点で、吸着体マスのボイドスペースは、価値ある純粋なプロダクトガスでなお満たされる。この残渣の純粋なプロダクトが、それで、容器４０に再加圧するために、第２の時間ステップで使われる。吸着体容器１０に対する第２の時間ステップは、均圧ステップ（ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｔｅｐ：Ｅｄ）と称し、ここで、容器１０は、フィードガス圧の近傍の第１の最高圧力から第２の低圧力に減圧され、容器４０は、第３の低圧力から基本的に同じ第２の圧力まで加圧される。この時間ステップの間、平衡およびパージバルブ１４および４４がオープンである一方、容器１０のフィードプロダクトおよび排気バルブ１１および４１、１２および４２、および、１３および４３、並びに、容器４０は、閉位置にある。

吸着体容器１０に対する第３の時間ステップにおいて、容器１０は、そのボイドスペースが実質的に純粋なプロダクトガスによってなお満たされる第２の中間圧力でプロセスを開始する。このガスは、吸着された不純物の容器２０をパージするために用いられる。容器２０は、この時間ステップの間の第３の低圧力にあり、容器１０と容器２０との間の流量は、６０１出願のフロー制御方法によって、オリフィスプレートの使用により、または所望のフロー制御に影響を及ぼす最適に制限的なオリフィスを有するバルブ１４および２４の供給によって制御されることができる。この時間ステップの間、バルブ１４および２４は、パージガスを容器２０に移すためにオープンであり、排気バルブ２３は、パージガスおよびパージされた不純物を排気マニホールド３へと流すことができるようにオープンである。これらの２つの容器に対する他の全てのバルブは、容器１０に対する時間ステップ３の提供パージステップ（ｐｒｏｖｉｄｅ ｐｕｒｇｅ ｓｔｅｐ：ｐｐ）の間、閉である。

時間ステップ３の提供パージステップの後、容器１０は、第２の圧力と、最も低い第３の圧力との間の第４の中間圧力にある。ボイドスペースのガスは、未だ実質的に純粋である。容器１０に対する他の全てのバルブがブローダウンステップ（ｂｌｏｗｄｏｗｎ ｓｔｅｐ：ＢＤ）と称する容器１０に対する第４のステップで閉じられる一方、このガスは、バルブ１３を開くことによって排気マニホールド３に解放される。このステップは、第３の最も低圧力を、又はその近くの圧力を容器１０にもたらす。第４の時間ステップ終了後、パージガスは、バルブ３４および１４を介して容器３０から容器１０へと提供され、容器１０に対するパージステップ（ｐｕｒｇｅ ｓｔｅｐ：Ｐ）を提供するためにバルブ１３によってパージされた不純物ガスと一緒になって排気マニホールドに運ばれる。時間ステップ５の終了後、容器１０は、不純物のパージがされて、そして第３の最も低圧力になる。

時間ステップ６の間、容器４０からの純粋なガスは、均圧ステップ（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｔｅｐ：ＥＰ）の容器１０に再加圧するために用いられる。この場合、バルブ１４および４４は、オープンであり、これらの容器に対する他のバルブは、閉である。このステップは、容器１０に第２の中間圧力をもたらす。

吸着が再び開始する前に、プロダクトガスマニホールドからの純粋なプロダクトガスを使用して容器１０の最終的な再加圧（ｆｉｎａｌ ｒｅｐｒｅｓｓｕｒｉｚａｔｉｏｎ：ＦＰ）のステップを実行することは、望まれ得る。容器１０に対する他の全てのバルブが閉じる一方、これは、プロダクトバルブ１２を開くことによって時間ステップ７で起こる。混合フィードガスによるいくつかの再加圧が使われるところで、これの変動は、可能である。フィードガスによる加圧の使用は、本発明のプラクティスに影響を及ぼさない。

第８の時間ステップの吸着（ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ：Ａ）は、バルブ１１を介して混合フィードガスを受け入れ、バルブ１２を介してプロダクトを供給することによって、再び開始される。ステージ間の正確な圧力レベルが公知技術のプラクティスにより調整されることができることは、先の考察から明白である。更に、同じ装置を使用して３０７のサイクルに係る２つの均圧ＰＳＡサイクルを実行することは、また、可能である。

図３は、図１のＰＳＡシステム１００を使用し、第２の同一のＰＳＡ１０１と結合している改良されたＰＳＡシステムを示す。

ＰＳＡサイクル１０１の容器は、５０、６０、７０、および、８０と表示し、それらのそれぞれのバルブは、ＰＳＡ１００に対したされたのと同様な番号をつけられる。２つのＰＳＡのものが共通のフィードマニホールド１、プロダクトマニホールド２、および排気マニホールド３を介して接続されることは、注目すべきことであるが、しかし、平衡およびパージマニホールド４および５を分離する。したがって、２４４出願の方法に係るＰＳＡモジュールを分離するように、これらの２つのＰＳＡ１００および１０１は、操作されることができる。しかしながら、本発明で、それらは、単一の機械的なアセンブリ１０２に結合される。このアセンブリは、図６に示される。少なくとも２つのＰＳＡモジュールを単一の機械的なアセンブリ１０２に結合することによって、フィッティングおよびパイプの数は、有利に減少する。更に、これらの部品を受け入れる機械加工、または形成された形態の数は、同様に減少する。更に、その機械的強度が増加し、機械的な支持構造物のその必要性は有利に減少すると共に、組み合わされた装置の必要とされるサイズおよび重量は有利に減少する。

図４は、図３の２−モジュールＰＳＡを使用するバルブタイミングサイクルの実施形態を示す。図２の時間ステップの各々が図４における２つの時間ステップをもたらすように、このバルブタイミング図は、１６個の時間ステップに更に分けられる。したがって、提供パージステップが、ＰＰ１およびＰＰ２になり、最終的な加圧ステップは、ＦＰ１およびＦＰ２になる。図４において、ＰＳＡ１０１に対するＰＳＡサイクルは、２つの時間ステップによってＰＳＡサイクル１００からオフセットされる。そして、それは図２の８−ステップサイクルの１つの時間ステップによるオフセットと同一である。フロー変動の相対的減少をより理解するために、我々は、排ガス流量値の行と、吸着し得る吸着体容器の最大数とを図４に付け加えた。排ガス流量に対して、我々は、排ガスを発生する各々のステップに対して次の流量を有する実施例ＰＳＡを仮定する。ＰＰ１はガスの２．１ユニットを提供し、ＰＰ２はガスの１．４ユニットを提供し、ＢＤ１はガスの２．８ユニットを提供し、ＢＤ２はガスの０．７ユニットを提供する。各々の時間ステップに対して解放された排ガスの合計は、そのバルブサイクルに対して図４に示される。最終的な加圧がいくつかの条件下で非常に急速になされ得るように、吸着体容器の最大数はＦＰ２の間の吸着を含み、および、時間ＦＰ２は吸着に利用可能であり得る。したがって、流量を減少し、混合フィードガスの所望されないコンポーネントから所望のプロダクトを分離することを改良する。吸着ステップとしてのＦＰ２の使用は、まったく任意であり、本発明のプラクティスに影響を及ぼさない。

別のバルブタイミングサイクルの実施形態は、図５に示される。そして、それはまた、排ガス流量および吸着する容器の数を示している。ＰＳＡ１００に対する時間サイクルは、図５の実施形態のＰＳＡ１００に対して、ＰＳＡサイクルから１６個の時間ステップの１つによってオフセットされる。上でリストされた実施例ＰＳＡの排ガスフローに対して、下の表は、図４、図５の実施形態と、両方のＰＳＡサイクルが同時に操作される場合との間の排ガスフローの変動性をまとめたものである。この表は、図４の実施形態が、２４４出願のように同期をとって両方のＰＳＡモジュールを操作することと比較してピークの排ガス流量および排ガス流量の変動性の両方とも減少していることを示す。更に、最少流量も、同期運転と比較して有利に増加する。この利点は、２４４出願の教示から予想され、および、ここで組み合わされる２台の単一の平衡モジュールを有する具体例に対して有効である。

表は、図５のタイミングサイクルのように、多くの区別可能な時間ステップとしてバルブタイミングを２倍に分け、単一の時間ステップによってサイクルをオフセットすることによって、変動性が実質的なマージンによって更に減少することを示す。これは、更に最大の排ガス流量の実質的な減少および最少の排ガス流量の増加を伴う。対応して、これらの変化は、流量および／またはフローの圧力変動を減少するためのバッファーストレージリザーバー容量（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｃａｐａｃｉｔｙ）を提供することの必要性を減らす。それらは、また、有利に、排ガスマニホールドおよびバルブオリフィスが同じ許容されるピーク圧力損失に対してサイズを減少することを許容する。

時間ステップの期間は、等しくまたは不等であることができる。これは、時間ステップの流量を１６個の等しい時間ステップに基づく実施例において使用されるそれらから変えることができる。実際、ＰＳＡバルブタイミングサイクルは、最適化を導入するために、時間ステップのより多くの数に分けられることができる。加えて、バルブタイミングは、排ガス流量の代わりに排ガス組成に対して最適化されることがあり得て、または事実、プロダクト流量に対し代わりに最適化されることがあり得た。さらに一般的にいえば、別々のバルブタイミングサイクルは、排ガスフロー、種の排ガス濃度、プロダクトガス流量などのような各々のＰＳＡ変数に対して時間関数を生じる。これらの時間関数は、イベントを開閉している非常に近いバルブを除き基本的に連続的である。これらの関数は、標準数学関数（ｎｏｒｍａｌ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ）を使用して、積分される（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）ことができ、および、微分される（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ）ことができる。これらの関数に対して、極座標のＰＳＡサイクルのトータル期間を２πラジアン、すなわち全サイクルまたは円と考えることは、有効である。したがって、図５の等しい時間ステップを有する１６個の時間ステップＰＳＡサイクルにおいて、容器１０は、サイクルの位置πラジアンでパージステップを開始する。

したがって、我々は、少なくとも２つのＰＳＡサイクルの組合せがそれらのバルブタイミングの間の位相角によって操作されることができることを発見した。サイクルにおいて１６個の等しい時間ステップ、および、２つのステップの位相角を有する図４の実施例において、この位相角は、π／４の極座標の値を有する。１６個の等しい時間ステップを有する図５の実施形態において、この位相角は、π／８の値を有する。実施例のＰＳＡにおいて、π／８の値を有する図５の位相角が、図４において２倍大きい位相角を有する実施形態より排ガス流量の低い変動性を与えることが、表から示すことができる。排ガス流量のこの変動性は、時間領域（ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ）において、若しくは上で議論された極座標において、ＰＳＡサイクルに対する排ガス流量関数の合計から生じる連続関数の振幅として表されることができる。このような数学関数の組合せの振幅を最小にする数学的技術は、公知技術である。

更に、２つの間の位相角または同時に関連する複数の変数を最小にするＰＳＡサイクルを選ぶことは、可能である。たとえば、排ガスの流量およびプロダクトガスの流量、または、いくつかの排ガス種の組成およびトータル排ガス流量である。直接、第２のプロダクトとしての種、または次の精製のための種のより多いかより少ない量を取り込むために、発明の方法を使用して、いくつかの変数の、例えばいくつかの排ガス種の濃度の変動を最大にすることは、また、可能である。これらの多様な目的は、基本的なＰＳＡ装置に実質的な変更をさせることなく、または逆に複雑さに影響を与えることなく遂げられることができる。

図６は、図３のプロセス図を実行するＰＳＡ装置を示す。アセンブリ２１０は、、プロダクトマニホールド２、並びに、平衡およびパージマニホールド４および５に接続するために、またはそれらを収容するために用いられる。アセンブリ２２０は、フィードマニホールド１、および、排気マニホールド３に接続するために、またはそれらを収容するために用いられる。アセンブリ２１０およびアセンブリ２２０は、示すように共に複数のロッドで好ましくはつながれる。

本発明は、有利にフロー変動抑制の態様を提供する。ＰＳＡの容器の異なるペアーの間のフローは、同じサイクルステップの実行のために、好ましくは等しい。したがって、提供パージ１ステップ、ＰＰ１は、本発明の装置の容器の８個の区別可能なペアリングの間で実行される。これらの８個のペアリングの間の流量特性の不一致は、さまざまな容器が吸着された不純物種の中でパージされる程度の変動を生じる。これは、ＰＳＡから純粋なプロダクトガスの部分的なリカバリの好ましくない減少（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）をもたらすことができる。不必要なフロー変動を最少にするために、図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃにて図示するように、スロット調整オリフィス３１０を含むスロット調整アセンブリ３００は、たとえば、平衡およびパージマニホールド４および５に沿って、もしくは他のマニホールドの容器の間の位置に提供されることができできる。１つの実施形態において、スロット調整アセンブリが、米国特許第６，８８７，３０１号に記載されている多孔質金属フリットの代わりに使われることができる。このようなオリフィスは、有利に変動性の最少を伴って、所定の、所望の流量特性を提供する。残念なことに、製造の変動性がスロット調整のオリフィスの流量特性の実質的な違いを生じ得ることが分かっている。

たとえば、単一のオリフィスで、約０．００３インチの標準偏差を有する０．０９５インチの平均オリフィス径をを各々有するスロット調整アセンブリのグループにおいて、フローの標準偏差は、大きくなることがわかった。しかしながら、単一のオリフィスで、０．００１インチの標準偏差を有する０．０９５インチのオリフィス径を各々有するスロット調整アセンブリのグループにおいて、フローの標準偏差は、第１のオリフィスの実施例の約半分であった。標準偏差のこの種の減少は、製造のより高い注意を介して、例えば穿設されたオリフィスの慎重なリーミングおよびばり取り、オリフィスの精密穿孔またはワイヤカット放電加工法（ｗｉｒｅ ＥＤＭ）または他の同様の精密穴あけ技術の使用で、得られることができる。このような技術は、オリフィス径の標準偏差をわずか０．０００１に限定するために有利に用いられることができる。したがって、本発明は、各々のオリフィスの直径の標準偏差が平均オリフィス径の２％未満で維持されるスロット調整アセンブリを、および、圧力スイング吸着システムにインストールされたオリフィスのアレイのオリフィス径の標準偏差が平均オリフィス径の２％未満であるスロット調整アセンブリを好ましくは含む。

さらにまた、３つのオリフィスのアレイを各々有し、各々のオリフィスが０．００１インチの標準偏差を有する０．０５５インチの直径を有するものであるスロット調整アセンブリのグループにおいて、フローの標準偏差は、第１のオリフィスの実施例の約４分の１であった。特に、この更なる減少は、オリフィスを製造する精度の増加なしで得られた。かくして、必要な所定のフロー限定に対して、等しい製作公差のために、少なくとも２つの分離したオリフィスを有するオリフィスアセンブリは、単一のオリフィスを有するものより好まれる。

本発明の好ましい実施態様を説明するためにここで例示的実施形態が示され、記載されているが、それが本願明細書にいかなる形であれ請求項の範囲を制限するはずでない点に留意する必要がある。

本発明の多数の修正および変更形態は、上記の教示を考慮して可能である。従って、添付の請求の範囲で、本発明が、ここで特に記載されているより他の形態で実施されることができるものであると理解され得る。

本発明、および、それの多数の効果のより完全な理解は、上記の詳細な説明によって、特に添付の図面とともに考慮されるときに、直ちに明らかになる。

Claims (56)

1. 少なくとも１つのガスコンポーネントを複数の容器の各々の容器内に提供された吸着体マスに吸収することによってガス混合を分離する工程を具備し、
   前記分離する工程は、単一の均圧サイクルを有する圧力スイング吸着プロセス方法。
2. 前記分離する工程は、前記複数の容器の各容器あたり単に４つのバルブによって実行される請求項１に記載のプロセス方法。
3. ４つの容器を使用して実行される請求項１に記載のプロセス方法。
4. 前記複数の容器の各々の容器は、フィードマニホールド、プロダクトマニホールド、排ガスマニホールド、および平衡およびパージマニホールドを具備する４つの並列フローマニホールドに接続されている請求項１に記載のプロセス方法。
5. 単一のバルブは、前記複数の容器の各々個別の容器に、前記４つの並列フローマニホールドの各々のマニホールドを接続する導管に沿って提供されている請求項４に記載のプロセス方法。
6. 前記分離する工程は、少なくとも２つの独立した圧力スイング吸着サイクルを実行することを具備し、
   前記独立した圧力スイング吸着サイクルは、前記複数の容器の各々の一組の容器に各々実行される請求項１に記載のプロセス方法。
7. 前記複数の容器の各々の容器は、共通のフィードマニホールド、共通のプロダクトマニホールド、および、共通の排ガスマニホールドに接続され、
   各々の一組の容器は、個別の一組の容器内の各々の容器に接続された分離した平衡およびパージマニホールドに接続される請求項６に記載のプロセス方法。
8. 前記各々の一組の容器は、互いに同じである請求項６に記載のプロセス方法。
9. 前記一組の容器の全ては、単一の機械的なアセンブリ内に提供されている請求項６に記載のプロセス方法。
10. 前記少なくとも２つの独立した圧力スイング吸着サイクルの各々は、同じ一連の工程を実行し、
    前記サイクルのタイミングは、所定の位相角によってオフセットされている請求項６に記載のプロセス方法。
11. 前記所定の位相角は、排ガスのトータル流量、排ガス種の組成、および、プロダクトガスのトータル流量のうちの少なくとも１つを含む所定の変数を最少にするように変化される請求項１０に記載のプロセス方法。
12. 前記所定の位相角は、同時に複数の所定の変数を最少にするように変化される請求項１１に記載のプロセス方法。
13. 前記所定の位相角は、排ガス種の濃度を含む所定の変数を最大にするように変化される請求項１０に記載のプロセス方法。
14. 前記一連の工程の工程時間は、等しい請求項１０に記載のプロセス方法。
15. 前記一連の工程の工程時間は、等しくない請求項１０に記載のプロセス方法。
16. 圧力スイング吸着システムであって、
    少なくとも１つのガスコンポーネントを吸着体マスに吸収することによってガス混合を分離するように構成された前記吸着体マスを各々含んでいる複数の容器を具備し、
    前記システムは、単一の均圧サイクルを使用してガス混合を分離するように構成され、
    前記システムは、前記複数の容器の容器あたりに単に４つのバルブを含んでいる圧力スイング吸着システム。
17. 前記システムは、４つの容器を含んでいる請求項１６に記載のシステム。
18. 前記システムは、８つの容器を含んでいる請求項１６に記載のシステム。
19. フィードマニホールド、プロダクトマニホールド、排ガスマニホールド、並びに、平衡およびパージマニホールドを含む４つの並列フローマニホールドを更に具備し、
    前記複数の容器の各々の容器は、前記４つの並列フローマニホールドの各々に接続されている請求項１６に記載のシステム。
20. 単一のバルブは、前記複数の容器の各々の個別の容器に前記４つの並列フローマニホールドの各々のマニホールドを接続する導管に沿って提供されている請求項１９に記載のシステム。
21. 前記システムは、少なくとも２つの独立した圧力スイング吸着サイクルを使用して前記ガス混合を分離するように構成され、
    前記独立した圧力スイング吸着サイクルは、前記複数の容器の個別の一組の容器において、各々実行される請求項１６に記載のシステム。
22. 前記複数の容器の各々の容器は、共通のフィードマニホールド、共通のプロダクトマニホールド、および、共通の排ガスマニホールドに接続され、
    各々の一組の容器は、個別の一組の容器内の各々の容器に接続された分離した平衡およびパージマニホールドに接続される請求項２１に記載のシステム。
23. 前記各々の一組の容器は、互いに同じである請求項２１に記載のシステム。
24. 前記一組の容器の全ては、単一の機械的なアセンブリ内に提供されている請求項２１に記載のシステム。
25. 前記各々の一組の容器は、少なくとも２つの独立した圧力スイング吸着サイクルの同じ一連の工程を実行するように構成され、
    前記サイクルのタイミングは、所定の位相角によってオフセットされている請求項２１に記載のシステム。
26. 前記所定の位相角は、排ガスのトータル流量、排ガス種の組成、および、プロダクトガスのトータル流量のうちの少なくとも１つを含む所定の変数を最少にするように変化される請求項２５に記載のシステム。
27. 前記所定の位相角は、同時に複数の所定の変数を最少にするように変化される請求項２６に記載のシステム。
28. 前記所定の位相角は、排ガス種の濃度を含む所定の変数を最大にするように変化される請求項２５に記載のシステム。
29. 前記一連の工程の工程時間は、等しい請求項２５に記載のシステム。
30. 前記一連の工程の工程時間は、等しくない請求項２５に記載のシステム。
31. 排ガスのトータル流量、排ガス種の組成、および、プロダクトガスのトータル流量のうちの少なくとも１つを含む所定の変数を最少にするための手段を更に具備する請求項２１に記載のシステム。
32. 前記最少にするための手段は、同時に複数の所定の変数を最少にするための手段を含んでいる請求項３１に記載のシステム。
33. 排ガス種の濃度を含む所定の変数を最大にするための手段を更に具備する請求項３１に記載のシステム。
34. 独立して、プロダクトガス流量、および、排ガス流量の変動を最少にするための手段を更に具備する請求項２１に記載のシステム。
35. 同時に、プロダクトガス流量、および、排ガス流量の変動を最少にするための手段を更に具備する請求項２１に記載のシステム。
36. 圧力スイング吸着システムであって、
    少なくとも１つのガスコンポーネントを吸着体マスに吸収することによってガス混合を分離するように構成された前記吸着体マスを各々含んでいる複数の容器を具備し、
    前記システムは、少なくとも２つの独立した圧力スイング吸着サイクルを使用して前記ガス混合を分離するように構成され、
    前記少なくとも２つの独立した圧力スイング吸着サイクルは、前記複数の容器の各々の一組の容器に各々実行される圧力スイング吸着システム。
37. 前記システムは、複数の容器の各容器あたり単に４つのバルブを含んでいる請求項３６に記載のシステム。
38. 前記複数の容器の各々の容器は、共通のフィードマニホールド、共通のプロダクトマニホールド、および、共通の排ガスマニホールドに接続され、
    各々の一組の容器は、個別の一組の容器内の各々の容器に接続された分離した平衡およびパージマニホールドに接続される請求項３６に記載のシステム。
39. 前記各々の一組の容器は、互いに同じである請求項３６に記載のシステム。
40. 前記一組の容器の全ては、単一の機械的なアセンブリ内に提供されている請求項３６に記載のシステム。
41. 前記各々の一組の容器は、前記少なくとも２つの独立した圧力スイング吸着サイクルの同じ一連の工程を実行するように構成され、
    前記サイクルのタイミングは、所定の位相角によってオフセットされている請求項３６に記載のシステム。
42. 前記所定の位相角は、排ガスのトータル流量、排ガス種の組成、および、プロダクトガスのトータル流量のうちの少なくとも１つを含む所定の変数を最少にするように変化される請求項４１に記載のシステム。
43. 前記所定の位相角は、同時に複数の所定の変数を最少にするように変化される請求項４２に記載のシステム。
44. 前記所定の位相角は、排ガス種の濃度を含む所定の変数を最大にするように変化される請求項４１に記載のシステム。
45. 前記一連の工程の工程時間は、等しい請求項４１に記載のシステム。
46. 前記一連の工程の工程時間は、等しくない請求項４１に記載のシステム。
47. 排ガスのトータル流量、排ガス種の組成、および、プロダクトガスのトータル流量のうちの少なくとも１つを含む所定の変数を最少にするための手段を更に具備する請求項３６に記載のシステム。
48. 前記最少にするための手段は、同時に複数の所定の変数を最少にするための手段を含んでいる請求項４７に記載のシステム。
49. 排ガス種の濃度を含む所定の変数を最大にするための手段を更に具備する請求項４７に記載のシステム。
50. 独立して、プロダクトガス流量、および、排ガス流量の変動を最少にするための手段を更に具備する請求項３６に記載のシステム。
51. 同時に、プロダクトガス流量、および、排ガス流量の変動を最少にするための手段を更に具備する請求項３６に記載のシステム。
52. 圧力スイング吸着プロセス方法であって、
    少なくとも１つのガスコンポーネントを複数の容器の各々の容器内に提供された吸着体マスに吸収することによってガス混合を分離する工程を具備し、
    前記分離する工程は、少なくとも２つの独立した圧力スイング吸着サイクルを使用して前記ガス混合を分離し、
    前記少なくとも２つの独立した圧力スイング吸着サイクルは、前記複数の容器の個別の一組の容器において、各々実行される圧力スイング吸着プロセス方法。
53. 圧力スイング吸着システムのためのスロット調整アセンブリであって、
    少なくとも１つのガスコンポーネントを吸着体マスに吸収することによってガス混合を分離するように構成された前記吸着体マスを各々含む少なくとも２つの容器と、
    前記少なくとも２つの容器の間のフローを調整するように構成された少なくとも２つのスロット調整オリフィスとを具備するスロット調整アセンブリ。
54. 前記オリフィスの各々の直径の標準偏差は、平均オリフィス径の２％未満で維持される請求項５３のスロット調整アセンブリ。
55. 前記圧力スイング吸着システムにインストールされたオリフィスのアレイのオリフィス径の標準偏差は、平均オリフィス径の２％未満である請求項５３のスロット調整アセンブリ。
56. 圧力スイング吸着装置であって、
    流体が連通する少なくとも容器の２つのペアーを具備し、
    少なくとも１つのスロット調整アセンブリは、前記容器のペアーの各々の間の流体経路に配置され、
    前記スロット調整アセンブリは、少なくとも２つのオリフィスを含んでいる圧力スイング吸着装置。

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