JP4619107B2

JP4619107B2 - 圧力スイング吸着システムのための指標付け回転式デュアルバルブ

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Publication number: JP4619107B2
Application number: JP2004370662A
Authority: JP
Inventors: サファドアリーバクシュモハメッド; エス．マニングマイケル; シー．ロジンスキーアンドリュー; スモラレックジェイムズ; ビー．スチュワートアラン; トーマスネウバーナード
Original assignee: プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: US7276107B2; US20050132881A1; JP2005199270A

Description

本発明は、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム、特にＰＳＡシステムで使用するための指標付け回転式デュアルバルブ（ｉｎｄｅｘｉｎｇｒｏｔａｒｙｄｕａｌｖａｌｖｅ）に関する。

高純度（＞９９．９％）水素の必要性は、化学処理工業、例えば、鋼アニーリング、シリコン製造、脂肪及び油の水素添加、ガラス製造、水素化分解、メタノール製造、オキソ・アルコールの製造、及び異性体化プロセスで増加している。この増加する要求は、様々な供給混合物からＨ_２生産のための高効率の分離プロセスの開発を必要とする。高効率のＰＳＡ分離プロセスを得るために、ＰＳＡシステムの資本及び操作コストの両方が、低減されなければならない。

ＰＳＡシステム・コストを低減する１つの方法は、ＰＳＡプロセスにおける吸着剤量及びベッド数を低減することである。加えて、さらなる改善は、ＰＳＡプロセスにおける改善されたサイクル及び吸着剤を使用して可能でありえる。しかしながら、Ｈ_２供給ガスは、いくつかの汚染物を含み、例えば、供給流は、ＣＯ_２（２０％から２５％）、及びわずかな量のＨ_２Ｏ（＜０．５％）、ＣＨ_４（＜３％）、ＣＯ（＜１％）、及びＮ_２（＜１％）を含むことがある。そのように広範に変化する組成での吸着物質のそのような組み合わせは、効率的なＨ_２−ＰＳＡプロセスを得るために、有効な吸着剤の選択、吸着装置における吸着剤構成、及び個別の吸着剤層及び複数の吸着剤ベッド・システムの選択に対する重要な問題を呈する。

さらに、より少ない値及びより速いＰＳＡサイクルを使用することによって、すなわちより短いサイクル・タイムは、吸着剤量及びＰＳＡシステム・コストの著しい低減を導く。回転式バルブは、理想的には高速なＰＳＡシステム及び小型のＰＳＡシステムに適している。ＰＳＡシステムでの回転式バルブの適用において、回転式バルブ・デバイスは、ＰＳＡシステムの供給入口端部と製品出口端部との間の連通を収容し、並びにプロセスの圧力等化ステップ中にベッド間の流れを可能にしなければならない。圧力等化は、通常、その吸着ステップをちょうど完了したあるベッドから、その吸着剤の再生ステップがちょうど完了した排出ベッドへガスを移送することによって生じる。

ＰＳＡシステムに関連する従来技術は、すべて参照によって本明細書に組み込まれる以下の特許に見出されることができる。

米国特許第６５１４３１９号明細書は、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）によるガス分離を開示し、供給ガス混合物のより強くなく吸着された部分の精製された製品ガスを得るために、真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）が、複数の吸着装置を有する装置で実行される。吸着装置は、ロータリＰＳＡモジュールにおける第１及び第２のバルブと協働し、ＰＳＡサイクルは、ＰＳＡサイクルのより高い圧力とより低い圧力との間の複数の中間圧力レベルを特徴とする。ガス流れは、実質的に一定の流れ及び圧力状態の下で、中間の圧力レベルでかつより高い及びより低い圧力レベルで、ＰＳＡモジュールに入り又は出る。ＰＳＡモジュールは、積層されたシート吸着装置を含み、かつステータ内で回転するロータを備え、ロータ内の吸着装置に入る又は出る流れのタイミングを制御するために、ロータとステータとの間にポートが設けられたバルブ面を有する。

米国特許第６４５７４８５号明細書は、圧力スイング吸着システムのための回転式バルブ・アセンブリを開示する。回転式バルブ・アセンブリは、回転の共通の中心の周りを相対的に回転可能である第１のバルブ部材及び第２のバルブ部材を含み、それらを通る流体の選択的な移送のためのバルブ作動を提供する。第２のバルブ部材は、それを通る第１の圧力及び組成の第１の流体を移送するように構成された少なくとも１つの孔を有する第１の流体区間と、それを通る第２の圧力及び組成の第２の流体を移送するように構成された少なくとも１つの孔を有する第２の流体区間とを有する。第１のバルブ部材は、バルブ・アセンブリに第１の流体を移送するための少なくとも１つの通路を有する第１の流体区間と、バルブ・アセンブリに第２の流体を移送するための少なくとも１つの通路を有する第２の流体区間とを有する。排出口が、バルブ・アセンブリの第１の流体区間と第２の流体区間との間に配置され、バルブ・アセンブリのいずれかの区間からの漏洩を排出するように、第１及び第２の流体の圧力より低い圧力に排出される。回転式バルブ・アセンブリは、さらに、第１のバルブ部材及び第２のバルブ部材の相対的な回転を作用させる手段を含む。

米国特許第５８２０６５６号明細書は、それぞれ平坦面を備えるバルブ部品を有する一対のバルブ・アセンブリを含む、回転式バルブ・システムを開示し、平坦面は、ともに加圧されかつ回転されたとき、各アセンブリの１つのバルブ部品に組み込まれた異なるポート間のバルブ作用を提供する。各アセンブリの第１のバルブ部品は、それぞれ導管に接続された貫通開口の円形アレイを含む。各アセンブリの第２のバルブ部品は、いくつかの通路を含み、通路は、第１のバルブ部品の様々な開口と各アセンブリの第２のバルブ部品に配置されるバルブ孔との間の連通を提供する。１つのアセンブリの第２のバルブ部品は、開口のあるアレイ又は他のアレイの部材間の連通を提供する１つ以上の通路も含む。バルブ・システムは、２つ以上の吸着容器を備えるガス又は液体吸着システムの動作を自動操作するために有効に使用されることができ、容器の数は、いずれかのアレイにおける開口の全数に等しい。吸着システムにおけるバルブ・アセンブリの使用は、従来の複数容器の吸着システムで必要な多数のバルブの必要性を排除する。

米国特許第６１４３０５６号明細書は、周辺開口を有する回転可能ドラムを備えるデュアル・チャンバの４つのポートが設けられた回転式バルブを開示し、別個のバルブを置き換え、かつ低減されたパワー、増大した信頼性、並びに低減した複雑性及びコストによって、低コストの濃縮された酸素を生成するために、真空、及び／又は空気源、及び２ベッドのＶＰＳＡシステムにおける吸着チャンバに対する排出口に選択的に接続するために使用される。

米国特許第５２５６１７１号明細書は、２つの吸着容器と切換バルブとを含む圧力スイング吸着タイプのガス分離システムを開示し、切換バルブは、加圧された吸着プロセスと低減された圧力での脱着プロセスが、各容器内で順次実行されるように、各吸着容器を生ガス源及び排気ガス・ラインと交互に連通させる。切換バルブは、吸着容器、生ガス源、及び排気ガス・ラインに接続された４個のポートを有する４ポート・ロータリ・バルブであり、かつ回転駆動装置によって駆動される。好ましくは、回転駆動装置は、生ガス・ラインに提供された加圧ポンプのための駆動モータであり、４ポート回転式バルブは、速度低減器を介して駆動モータに接続される。

米国特許第６５０３２９９号明細書は、主成分及び１つ以上の不純物を含む供給ガスから、９９％を超える純度で主ガス状成分を回収するための２ベッド圧力スイング吸着プロセスを開示する。従来、そのようなプロセスは、（ａ）供給ガスを、１つ以上の不純物を取り除くために第１の吸着ベッドを通過させるステップと、（ｂ）第１の吸着ベッドにおいて圧力スイング吸着サイクルを行うステップと、（ｃ）第１の吸着ベッドから以降のベッドのパージ及び加圧のために少なくとも２つの別個のタンクに、別々に排出ガスを通過させるステップと、（ｄ）ガス混合物を、第２のタンクにおけるガス混合物の主成分の濃度より高い濃度で、主成分を含む第１のタンクに格納するステップと、（ｅ）第１の吸着ベッド内の第２のタンクから、その再生ステップの間に主成分の混合物を還流させるステップと、（ｆ）第１の吸着ベッド内の第１のタンクから、その再生ステップの間に主成分の混合物を還流させるステップと、（ｇ）第２のベッドにおいてステップ（ａ）から（ｆ）を同時にかつ一致させないで実行するステップと、（ｈ）製品ガス流を回収するステップとを含んでいる。

米国特許第６３４９３８２号明細書は、６０から９０モル％の水素、並びにＣＯ_２、ＣＨ_４、Ｎ_２、及びＣＯなどの不純物を含む合成ガス流れを精製するための圧力スイング吸着プロセスを開示する。その発明のＰＳＡプロセスは、さらに、供給ガス流れから実質的にすべての窒素及び他の汚染物を吸着する方法を提供し、供給流れは、超気圧で複数の吸着ベッドを通過され、各吸着ベッドは、ＣａＸ、ＬｉＡ、ＬｉＸ、又は２．０〜２．５のモル比のＳｉＯ_２／Ａｌ_２／Ｏ_３を有する混合されたカチオン・ゼオライトを含むカルシウムを少なくとも含む。そのようなプロセスは、製品水素を有する吸着ベッドを順次加圧し、浄化し、かつ再加圧し、かつベッドから９９．９％以上の純度の製品水素を回収することを含む。

本発明の目的は、ＰＳＡシステムのための指標付け回転式デュアルバルブを提供することであり、ＰＳＡシステムが、製品ガスを流すステップ、容器を浄化するステップ、及び／又は再充填される製品ガスを含む圧力等化ステップを含む吸着プロセスとともに動作することを可能にする。

本発明の他の目的は、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ、ＣＨ_４、ＣＯ、Ｎ_２などの不純物、及びアルゴンなどの不活性ガスを含む供給ガスから水素を製造するための、指標付け回転式バルブを使用する低コストＨ_２ＰＳＡを提供することである。

本発明の他の目的は、システム構成部品を接続する過剰な配管を排除するＨ_２ＰＳＡプロセスを提供することである。

本発明の他の目的は、指標付け回転式バルブの使用及びＰＳＡサイクルにおける個別のステップ・タイムの制御を介して、改善されたＰＳＡサイクル及び有効性のＨ_２ＰＳＡプロセスを提供することである。

本発明の他の目的は、新規なＰＳＡサイクルを提供することであり、可変のベッド入口流量は、質量移送ゾーンの広がりを制御するために使用され、それによって、従来技術のＨ_２ＰＳＡプロセスを超える改善されたＰＳＡプロセス性能を達成する。

本発明は、ＰＳＡサイクルにおける複数のステップで動作する少なくとも２つのベッドを有する、圧力スイング吸着システム（ＰＳＡ）で使用するための指標付け回転式デュアルバルブに関し、
各孔（ａｐｅｒｔｕｒｅ）がＰＳＡベッドから異なるガス供給ラインを収容するように構成された孔を有する第１の静止区間と、事前選択された弓形の角度設定で分離された少なくとも２つの離間された開口、及びＰＳＡベッド間のガスの加圧の調整を提供するように構成された少なくとも１つの開口に接続された第１のバルブ区間に配置された少なくとも１つのチャネルを有する第１の回転可能なバルブ区間と、第２の静止区間とを備え、そのすべての区間が、ガス製品を出すように構成されたガス出力開口を有する第１のバルブ・アセンブリと、
第３の静止区間と、事前選択された弓形の角度設定で分離された少なくとも２つの離間された開口を有する第２の回転可能なバルブ区間と、各アパーチャがＰＳＡベッドから異なるガス供給ラインを収容するように構成されたアパーチャを有する第４の静止区間とを備え、そのすべての区間が、供給ガスを受けるように構成されたガス入力開口を有し、かつＰＳＡベッド間の一定の等しい又は等しくない供給流量を提供する第２のバルブ・アセンブリと、
事前設定されたインデックス設定を提供し、かつＰＳＡサイクルにおける各ステップの間隔を制御することができるように構成されたインデックシング駆動機構と、
第１のバルブ・アセンブリに固定された頂部部分、第２のバルブ・アセンブリに固定された底部部分、及びシャフトに固定されかつ２つのバルブ・アセンブリ間に配置されたインデックシング駆動機構を有する回転可能なシャフトと、を備える。

本発明は、指標付け回転式バルブを使用する、不純物を含む供給ガスから高純度のガス製品を回収するためのＰＳＡサイクルにおける複数のステップで動作する少なくとも２つのベッドを有する圧力スイング吸着プロセス（ＰＳＡ）に関し、
ａ）供給ガス源、吸い込み力の源、複数ベッド・システム、及び指標付け回転式バルブを提供するステップと、
ｂ）高純度のガス製品出力及び浄化ガス（ｐｕｒｇｅｇａｓ）を増大するために、１つのベッドで等化を降下しかつ他方のベッドで等化を上昇するように変えることによって、減圧を制御するためにＰＳＡベッド間の一定の等しい又は等しくない供給流量を提供するために、選択された圧力下の選択された吸着装置を使用しかつ指標付け回転式バルブを使用して、前記供給ガスから望ましくない成分を選択的に取り除くために、ベッドに指標付け回転式バルブを介して前記供給ガスを送るステップと、
ｃ）ＰＳＡサイクルにおける各ステップの間隔を制御する供給ガスを受けかつ拒否するために、浄化ガスを受けかつ拒否するために、かつ高純度ガス製品を受けかつしたがって収集しかつ分与するために指標付け回転式バルブを使用するステップとを含む。

本発明は、高い回収率で、ハロゲン、ヘリウム、メタン、又は天然ガスなどの高純度ガスの製造のために、２つの指標付け回転式バルブを使用する小型のＰＳＡプロセスを開示する。重要な特徴は、各ベッドに対する可変の入口供給流量を含む（すなわち、１つのベッドが、吸着ステップで所定の回数の間にすべての供給を受け、吸着ステップの開始時に及び吸着ステップの終了近くに、２つのベッドが供給を受ける）。さらに、新規の流れチャネル又は流路が、ＰＳＡサイクルにおけるステップを実行するために、上方及び下方回転式バルブで使用される。上方及び下方回転式バルブはステッピング・デバイスによって駆動される。ステッピング・デバイスは、一定の回転数で連続して回転しない。したがって、ＰＳＡサイクルでの各ステップの持続期間は、従来技術のＰＳＡプロセスを超える改善されたＰＳＡプロセス性能を達成するために制御されることができる。結果として、新規な指標付け回転式デュアルバルブ制御は、本発明のＰＳＡシステムを使用して達成される水素回収において達成される、少なくとも２０％の投資コストの低減、及び８％以上の水素回収における改善を提供する。

新規であると考えられる本発明の特徴、及び本発明の特徴的な要素は、特に添付の請求項に示される。図面は、例示目的だけのものであり、かつ同じ縮尺で描かれていない。しかしながら、本発明自体は、構成及び動作方法の両方に関して、添付の図面に関連して以下になされる詳細な記載を参照して最も良く理解されるであろう。

本発明の他の態様は、水素ガスなどの高純度なガスを回収するためのＰＳＡ装置であり、以下の重要な特徴を有する、すなわち
ａ）図２に示されるＰＳＡ装置（共通指標付け機構によって駆動される供給及び製品回転式バルブ）は、新規なポート及び流路を有する回転式製品及び供給バルブ（図４）、すなわち製品バルブ（上方静止ディスク、回転ディスク、下方静止ディスク）及び供給バルブ（上方静止ディスク、回転ディスク、下方静止ディスク）を備える。
１）吸着ステップの間にすべての供給ガスを単一の吸着容器に送る、図３の４ベッド１２ステップＰＳＡサイクル（表１）に関して、
供給バルブ−図６及び図７
製品バルブ−図５及び図７
ステップ１流路−図７及び図８
ステップ２流路−図９
ステップ３流路−図１０
指標付け機構−図１１及び図１２
２）供給ガスを複数の等しくない部分に分割し、吸着ステップの開始及び停止段階の間にそれを１つ以上の吸着容器に送るが、吸着ステップの残りの間に、ガスのすべてを単一の吸着容器だけに送る、図１３の４ベッド１２ステップＰＳＡサイクル（表２）に関して、
供給バルブ−図１５、オリフィスは、吸着ステップの間に様々な時間に吸着容器に全供給ガスの１／３、２／３、１、２／３、及び１／３を流すような寸法にされる。
製品バルブ−図１４
指標付け機構−図１１及び図１２
３）供給ガスを複数の等しくない部分に分割し、吸着ステップの開始及び停止段階の間にそれを１つ以上の吸着容器に送るが、吸着ステップの残りの間に、ガスのすべてを単一の吸着容器だけに送る、図１６の６ベッド１２ステップＰＳＡサイクル（表５）に関して、
供給バルブ−図１８、オリフィスは、吸着容器に全供給ガスの２／３、１、及び１／３を流すような寸法にされる。
製品バルブ−図１７
指標付け機構−図１１及び図１２
ｂ）図１９に示されるＰＳＡ装置（別個の分離された指標付け機構によって駆動される供給及び製品回転式バルブ）
１）吸着ステップの間にすべての供給ガスを単一の吸着容器に送る、図３の４ベッド１２ステップＰＳＡサイクル（表１）に関して、
供給バルブ−図２０
製品バルブ−図５と同じ
ステップ１流路−図２１
ステップ２流路−図２２
ステップ３流路−図２３
指標付け機構−図２４

本発明の他の態様は、Ｈ_２、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ_２、炭化水素、窒素を含む供給ガスから高純度の水素を回収するためのＰＳＡプロセスであり、
ａ）複数ベッド、マルチ・ステップのＰＳＡサイクル
１）吸着ステップの間にすべての供給ガスを単一の吸着容器に送る、図３の４ベッド１２ステップＰＳＡサイクル（表１）、
２）供給ガスを複数の等しくない部分に分割し、吸着ステップの開始及び停止段階の間にそれを１つ以上の吸着容器に送るが、吸着ステップの残りの間に、ガスのすべてを単一の吸着容器だけに送る、図１３の４ベッド１２ステップＰＳＡサイクル（表２）、
３）供給ガスを複数の等しくない部分に分割し、吸着ステップの開始及び停止段階の間にそれを１つ以上の吸着容器に送るが、吸着ステップの残りの間に、ガスのすべてを単一の吸着容器だけに送る、図１６の６ベッド１２ステップＰＳＡサイクル（表５）、
ｂ）ベッドが供給ガス源と連通する時間の間に、任意のある吸着容器への供給ガス流が、ゼロから最大限の流れまでの範囲に及ぶことができるＰＳＡプロセス、
ｃ）各ステップの持続期間が、最適な性能のために選択されるＰＳＡプロセス。

本発明は、図２〜図１５を参照して詳細に記載される。図２は、ＰＳＡプロセスの詳細を示す。図２を参照すると、圧力スイング吸着システムは、吸着剤を含む４つの吸着容器（１）と、回転式供給マルチポート・バルブ（２）と、回転式製品マルチポート・バルブ（３）と、ピストン（５）によって線形作動される、ラチェットが設けられた指標付け駆動機構（４）と、共通シャフト（６）とを備える。各吸着容器１の底部は、供給ライン７によってロータリ供給マルチポート・バルブ２に接続され、かつ各吸着容器１の頂部は、製品ライン８によって回転式製品マルチポート・バルブ３に接続される。供給ガスは、回転式供給バルブ２の接続９を介してシステムに入り、排出ガスは、回転式供給バルブ２の接続１０を介してシステムを出て、かつ製品ガスは、回転式製品バルブ３の接続１１を介してシステムを出る。図２に関するベッド１の配置は任意である。どのベッドがベッド１として選択されても、ベッド２は、ベッド１に対して反時計方向に配置された次のベッドであり、ベッド３は、ベッド２に対して反時計方向に配置された次のベッドなどである。上述されたように、ロータリ供給マルチポート・バルブ２及びロータリ製品マルチポート・バルブ３は、単一の孔が設けられた指標付け駆動機構４によって共通シャフト６で駆動される。

図１３及び表２のＰＳＡサイクルにおける所定の時間での動作の好ましいモードにおいて、２つのベッドは同時に供給ガスを受け、かつ他の時間に、ただ１つのベッドがすべての供給ガスを受ける。好ましいモードのＰＳＡサイクルは、以降可変のベッド入口流量の場合を参照する。簡略化しかつ明瞭化するために、図２〜図１２を使用して、図３のＰＳＡサイクルで示される一定のベッド入口流量を用いる、本発明の装置／システム特徴を示す。次に、好ましいモードのＰＳＡプロセスの重要な特徴（可変のベッド入口流量）は、図１３及び表２のＰＳＡサイクルを実行するために必要な修正を明瞭に述べることによって開示される。

図２〜図１２を参照して、一定のベッド入口流量を有する１２ステップの４ベッドＰＳＡサイクルが、以下に記載される。

ステップ１（図３及び図８）：ベッド１は、第１の吸着ステップにあり製品ガスを高圧にし、一方ベッド３は、逆流ブローダウンを受け、ベッド４は、第１の等化降下ステップを受け、かつベッド２は、第２の圧力等化上昇ステップを受ける。

ステップ２（図３及び図９）：ベッド１は、第２の吸着ステップにあり製品ガスを作り、第１の製品加圧ステップを受けるベッド２へ製品ガスの後流（ｓｌｉｐｓｔｒｅａｍ）も供給する。同じ時間の間に、ベッド２、３、及び４は、それぞれ第１の製品加圧、浄化、及びベッド３に浄化ガスを提供するために同方向流減圧を受ける。

ステップ３（図３及び図１０）：ベッド１は、第３の吸着ステップにあり製品ガスを作り、第２の製品加圧ステップを受けるベッド２へ製品ガスの後流も供給する。同じ時間の期間の間に、ベッド２、３、及び４は、それぞれ第２の製品加圧、第１の等化上昇ステップ、及び第２の等化降下を受ける。

ステップ４（図３）：ベッド１は、第１の等化降下ステップを受け、一方ベッド３は、ベッド１からのガスを受け、かつ第２の等化上昇ステップを受ける。ベッド２及び４は、それぞれ今や第１の吸着ステップ及びブローダウンを受ける。

ステップ５（図３）：ベッド１は、浄化ガスをベッド４に提供するために同方向流減圧ステップを受け、一方ベッド２及び３は、それぞれ第２の吸着ステップ及び第１の製品加圧を受ける。

ステップ６（図３）：ベッド１は、第１の等化上昇ステップを受けるベッド４へ、低圧等化ガスを送ることによって第２の等化降下ステップを受ける。ベッド２及び３は、それぞれ第３の吸着ステップ及び第２の製品加圧を受ける。

ステップ７（図３）：ベッド１及び３は、それぞれ逆流ブローダウン及び第１の吸着ステップを受ける。同じ時間の間、ベッド２及び４は、それぞれベッド間等化ステップ、すなわちベッド２及び４は、第１の等化降下ステップを受け、及び第２の等化上昇ステップを受ける。

ステップ８（図３）：ベッド１は、今やベッド２からパージ・ガスを受け、ベッド３及び４は、それぞれ第２の吸着ステップ及び第１の製品加圧ステップを受ける。

ステップ９（図３）：ベッド１は、第２の等化降下ステップを受けるベッド２から低圧等化ガスを受けることによって、第１の等化上昇ステップを受ける。同じ時間の間、ベッド３及び４は、それぞれ第３の吸着ステップ及び第２の製品加圧を受ける。

ステップ１０（図３）：ベッド１は、第１の等化降下ステップを受けるベッド３から高圧等化ガスを受けることによって、第２の等化上昇ステップを受ける。同じ時間の間、ベッド２及び４は、それぞれ同方向流ブローダウン及び第１の吸着ステップを受ける。

ステップ１１（図３）：ベッド１は、第２の吸着ステップにもあるベッド４から第１の製品加圧ガスを受け、一方ベッド３は、ベッド２にパージ・ガスを提供するために、同方向流減圧ステップを受ける。

ステップ１２（図３）：ベッド１は、第３の吸着ステップにもあるベッド４から第２の製品加圧ガスを受ける。同じ時間の間、ベッド３は、第１の等化上昇ステップを受けるベッド２に、低圧等化降下ガスを送ることによって第２の等化降下ステップを受ける。

表１は、図３の１つの完全なＰＳＡサイクルの間に、各ベッドに対する全供給流の部分の概要を与える。

表１を参照して、図３のＰＳＡサイクルにおける任意の時間に、ただ１つのベッドが、供給ガスを受け、他のベッドは、再生（例えば、ブローダウン、浄化、等化、及び製品加圧）を受けることはまったく明らかである。動作の好ましいモードにおいて（図１３及び表２）、ＰＳＡサイクルにおける所定の時間に、２つのベッドは供給ガスを受け、他の回数で、ただ１つのベッドがすべての供給ガスを受ける。

図４は、製品バルブ及び供給バルブの両方の拡大図である。各バルブは、上方及び下方静止ディスク間に挟まれる回転ディスクからなる。示されるように、３０は、製品バルブ上方静止ディスクであり、３２は、製品バルブ回転可能ディスクであり、３４は、製品バルブ下方静止ディスクであり、３６は、インデックシング駆動機構であり、３８は、供給バルブ静止ディスクであり、４０は、供給バルブ回転可能ディスクであり、４２は、供給バルブ静止ディスクであり、４４は、回転可能シャフトである。これらの構成部品は他の図面で示され、それらの参照符号は同一のままである。

図３のＰＳＡサイクルを使用して、製品側方ロータリ・バルブの特徴が図５に示されている。図５を参照して、製品バルブ回転ディスク１２は、いくつかの流れチャネルで作られる。ディスクが３０°の増分で回転すると、所定のサイクル・ステップに関する製品流ストリームが確立される。スルーホール１３は、製品生成ガスが、ベッドの頂部からバルブ・ディスクを通り最終的にシステムから出て流れることを可能にするために使用される。チャネル１４及び１５は、製品加圧ガスを提供しかつ受けるために使用され、チャネル１６は、等化１下降及び等化２上昇ガスのために使用され、チャネル１７は、等化２下降及び等化１上昇ガスのために使用され、チャネル１８は、浄化ガスを提供しかつ受けるために使用される。流れ調整バルブ１９は、所定のサイクル・ステップに関して各ベッドにおける流れ及び最終的な圧力プロファイルを調整するために、各チャネルに構築される。これらのバルブは、固定オリフィス又は外部で調整可能であることができる。

同様に、供給バルブ回転ディスク２０Ａは、図６に示されるように、いくつかの流れチャネルで作られる。ディスクが３０°の増分で回転すると、所定のサイクル・ステップに関する供給流ストリームが確立される。スルーホール２１Ａは、供給ガスが、システムの外側からバルブ・ディスクを通り最終的にベッドの底部内へ流れることを可能にするために使用される。チャネル２２Ａは、廃棄ガスが、ベッドの底部からバルブ・ディスクを通り最終的にシステムから出て流れることを可能にするために使用される。図７は、上部及び下部バルブ・ポートが、図３に示されるＰＳＡサイクルのステップ１の間に、吸着容器／ベッドとどのように接続するかを示す。図８は、図３に示されるＰＳＡサイクルのステップ１の間に、ベッドなしの図７の特徴を示す。図８〜図１０は、それぞれ、そのようなロータリ・バルブが、図３のＰＳＡサイクルを使用する各吸着容器とどのように相互作用するかを示す、ＰＳＡステップ１〜３のより詳細な記載である。ロータリ供給バルブ及びロータリ製品バルブを通る特定の流路が、図８〜１０に示され、この場合、共通シャフトによって接続され、かつ共通ラチェット付き指標付け機構によって駆動される。

本発明のＰＳＡプロセスは、断続運動を使用して供給及び製品マルチポート・ロータリ・バルブを回転するために、ラチェット指標付け駆動機構を使用する。断続運動機構は、連続運動を断続運動に変換するリンク装置である。開始及び終了時にゼロ速度を有する特定の角度を介して、それは、回転するシャフト手段を指標付けする。そのような手段のさらなる詳細は、Ｍａｒｔｉｎ，ＧｅｏｒｇｅＨによる「ＫｉｎｅｍａｔｉｃｅｓａｎｄＤｙｎａｍｉｃｓｏｆＭａｃｈｉｎｅｓ」２^ｎｄｅｄ、１９８２年のＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇにおけるＭｃＧｒａｗＨｉｌｌＳｅｒｉｅｓによって与えられる。

ラチェット機構は、回転又は並進運動を、断続回転又は並進に変換するために使用され、したがって特定角度を介してＰＳＡ回転式バルブを回転するための非常に柔軟性のあるアプローチを示す。図１１において、つめは、歯付きホイールを前進させるために使用される。つめレバーが振動されると、歯付きホイールは、図１２に示されるように断続運動で反時計方向に３０°回転する。任意の保持つめは、歯付きホイールが逆転することを防ぎかつ位置の繰り返し性を確実にするために使用されることができる。本発明の記載される例において、つめレバーは、振動する線形運動の使用によって振動される。

好ましいモード（可変ベッド入口流量の場合）において、図１３の４ベッドＰＳＡサイクルは、図３の代わりに使用され、図５及び図６に示されるマルチポートは、図１４及び図１５によって置き換えられる。

製品バルブ回転ディスク２５のチャネルは、図１３のＰＳＡサイクルで使用するための図１４に示されるように修正されることができる。スルーホール２６は、製品生成ガスが、ベッドの頂部からバルブ・ディスクを通り最終的にシステムから出て流れることを可能にするために使用される。チャネル２７及び２８は、製品加圧ガスを提供しかつ受けるために使用され、チャネル２９は、浄化ガスを提供しかつ受けるために使用され、チャネル３０は、等化下降及び等化上昇ガスのために使用される。流れ調整バルブ３１は、所定のサイクル・ステップに関して各ベッドにおける流れ及び最終的な圧力プロファイルを調整するために、各チャネルで構築される。これらのバルブは、固定オリフィス又は外部で調整可能であることができる。

図１５において、示されるように修正されることができる可変ベッド速度を有する、１２ステップの４ベッドＰＳＡサイクルのための供給バルブ回転ディスク３２チャネルは、図１３のＰＳＡサイクルで使用される。スルーホール３３、３４、及び３５は、供給ガスが、システムの外側からバルブ・ディスクを通り最終的にベッドの底部内へ流れることを可能にするために、それぞれ１／３、２／３、及び完全な流れを可能にするように使用される。チャネル３６は、廃棄ガスが、ベッドの底部からバルブ・ディスクを通り最終的にシステムから出て流れることを可能にするために使用される。

図１３〜図１５を参照して、可変入口供給流量を有する１２ステップの４ベッドＰＳＡサイクルが、以下のように記載されることができる。

ステップ１：ベッド１は、製品ガスを生成する２／３供給流での第２の吸着ステップであり、また、第１の製品加圧ステップを受けるベッド２に製品ガスのスリップ・ストリームを供給する。ベッド３は、逆流ブローダウンを受けるが、ベッド４は、１／３の供給流での第５の吸着ステップを受け、また高圧での製品ガスを生成し、かつベッド２に対して製品ガスの後流を供給する。

ステップ２：ベッド１は、製品ガスを生成する完全な供給流での第３の吸着ステップであり、また、第２の製品加圧ステップを受けるベッド２に製品ガスの後流を供給する。同じ時間の間に、ベッド４は、ベッド３にパージ・ガスを提供することによって同方向流減圧を受ける。

ステップ３：ベッド１は、２／３供給流での第４の吸着ステップであり、製品ガスを生成する。ベッド２は、１／３供給流での第１の吸着ステップであり、同様に製品ガスを生成する。同じ時間の期間の間に、ベッド３及び４は、それぞれ等化上昇ステップ及び等化降下ステップを受ける。

ステップ４：ベッド１は、１／３供給流での第５の吸着ステップであり、製品ガスを生成し、かつ第１の製品加圧ステップを受けるベッド３に製品ガスのスリップ・ストリームも供給する。ベッド２は、２／３供給流での第２の吸着ステップであり、製品ガスを生成し、かつベッド３に製品ガスの後流も供給する。ベッド４は、今やブローダウンを受ける。

ステップ５：ベッド１は、ベッド４に浄化ガスを提供することによって同方向流減圧ステップを受ける。ベッド２は、完全な供給流での第３の吸着ステップであり、製品ガスを生成し、かつ第２の製品加圧を受けるベッド３に製品ガスの後流も供給する。

ステップ６：ベッド１は、等化上昇ステップを受けるベッド４に低圧等化ガスを送ることによって等化降下ステップを受ける。ベッド２及び３は、それぞれ、２／３供給流での第４の吸着ステップ及び１／３供給流での第１の吸着ステップを受ける。ベッド２及び３は、両方とも製品ガスを生成する。

ステップ７：ベッド１は、逆流ブローダウンを受ける。同じ時間の間に、ベッド２及び３は、それぞれ、１／３供給流での第５の吸着ステップ及び２／３供給流での第２の吸着ステップを受ける。ベッド２及び３は、両方とも製品ガスを生成し、かつ第１の製品加圧を受けるベッド４に製品ガスの後流を供給する。

ステップ８：ベッド１は、今やベッド２から浄化ガスを受け、ベッド３及び４は、それぞれ、完全な供給流での第３の吸着ステップ及び第２の製品加圧ステップを受ける。

ステップ９：ベッド１は、ベッド２から等化ガスを受けることによる等化上昇ステップを受ける。同じ時間の間、ベッド３及び４は、それぞれ、２／３供給流での第４の吸着ステップ及び１／３供給流での第１の吸着ステップを受ける。

ステップ１０：ベッド１は、ベッド３及び４から第１の製品加圧を受ける。同じ時間の間、ベッド２は、逆流ブローダウンを受け、ベッド３及び４は、それぞれ、１／３供給流での第５の吸着ステップ及び２／３供給流での第２の吸着ステップを受ける。

ステップ１１：ベッド１は、また、完全な供給流での第３の吸着ステップであるベッド４から第２の製品加圧ガスを受け、一方ベッド３は、ベッド２に浄化ガスを提供する同方向流減圧ステップを受ける。

ステップ１２：ベッド１は、１／３供給流での第１の吸着ステップにあり、製品を生成する。同じ時間の間、ベッド３は、等化上昇ステップを受けるベッド２へ等化ガスを送ることによる等化降下ステップを受ける。ベッド４は、２／３供給流での第４の吸着ステップを受け、同様に製品ガスを生成する。

サイクル・ステップ間のこれら修正されたバルブの指標付け運動は、本質的に図８〜図１０に示された運動と同一である。

表２は、図１３の１つの完全なＰＳＡサイクルの間の各ベッドへの全供給流の部分の概要を与える。

図２〜図１２のＰＳＡプロセス及び表１を使用する４ベッドＰＳＡプロセス性能の例が、表３及び表４に与えられる。表３において、より低い圧力及び供給流量は、表４で示される圧力及び供給流量に対して使用される。表において、記号は、以下の意味を有する。ＴＰＤ＝水素の１日あたりのトン（２０００ｌｂ）、ｋＰａ＝１０００Ｐａ＝Ｓ．Ｉ．、圧力の単位（１．０ａｔｍ＝１．０１３２５ｂａｒｓ＝１０１．３２５ｋＰａ）、ｓ＝秒を単位とする時間単位。

上に示される結果は、乾燥主成分での供給混合物を使用するＰＳＡパイロット・プラントから得られ、７７．８５％のＨ_２、１８．６０％のＣＯ_２、０．６６％のＣＯ、２．３０％のＣＨ_４、及び０．６０％のＮ_２である。また表において、全ベッド・サイズ係数は、製造されるＨ_２の１日あたりのトンによる吸着剤の全量である。ベッドの内径は、２．１５７５インチ（０．０５４８ｍ）である

上に示される結果は、乾燥主成分での供給混合物を使用するＰＳＡパイロット・プラントから得られ、７７．５３％のＨ_２、１８．８８％のＣＯ_２、０．７４％のＣＯ、２．２５％のＣＨ_４、及び０．６０％のＮ_２である。また表において、全ベッド・サイズ係数は、製造されるＨ_２の１日あたりのトンによる吸着剤の全量である。ベッドの内径は、２．１５７５インチ（０．０５４８ｍ）である。

上述のＰＳＡプロセスは、Ｈ_２製造に関して議論されたが、上述の重要な特徴は、他の分離プロセス、例えば、ヘリウム精製、空気分離、天然ガス品質向上、合成ガス又は原料におけるＣＯ_２を含む他の源からのＣＯ_２製造、又はＨ_２及びＣＯの同時製造のための他のＰＳＡプロセスにおけるＣＯ_２製造に拡張されることもできる。

また、異なるバルク密度を有する活性炭素、及びＬｉ−Ｘゼオライト、ＣａＸ（２．０）など他のゼオライト材料を含む他の吸着剤が、本発明の範囲から逸脱することなくＰＳＡ分離プロセスで使用されることができる。例えば、ＣａＸ（２．０）など他のゼオライト、及びカバサイト、エリオナイト、及びフォージャサイトなどの自然発生の結晶ゼオライト分子シーブは、本発明のＰＳＡプロセスで使用されることができる。さらに、リチウム／アルカリ土類金属Ａ及びＸゼオライトを含むゼオライト（Ｃｈａｏなど、米国特許第５４１３６２５号明細書、米国特許第５１７４９７９号明細書、米国特許第５６９８０１３号明細書、米国特許第５４５４８５７号明細書、及び米国特許第４８５９２１７号明細書）は、本発明に使用されることができる。

また、各ＰＳＡベッドにおける各層状にされた吸着剤ゾーンは、同一のタイプの吸着剤の層と置き換えられることができる。例えば、各ベッドにおけるゼオライトの単一の層は、異なる吸着剤の複数層と置き換えられることができる（例えば、ＶＳＡ６は、頂部にＶＳＡ６を有する１３Ｘの第１の層と置き換えられることができる）。さらに、ゼオライト層は、温度条件が、各ゾーンにおける適用可能な処理条件の下で特定の吸着剤材料の吸着性能が有利である、別個のゾーンに配置された異なる吸着剤材料を含む複合吸着剤層によって代えられることができる。複合吸着材層設計のさらなる詳細は、Ｎｏｔａｒｏなどの米国特許第５６７４３１１号明細書によって与えられる。

可変ベッド入口流量ＰＳＡサイクルが、１／３、２／３、又は完全な流れである流れに関して記載されるが、全流量の他の部分が、本発明の範囲から逸脱することなく使用されることができる。さらに、４個より少ない又は４個より多いベッドは、図５及び図６、又は図１４及び図１５のマルチポート・プレートを修正することによって本発明で使用されることができる。

１２ステップの６ベッドＰＳＡプロセスにおいて、可変ベッド入口流量の特徴が、図１６のＰＳＡサイクルを使用していかに作用するかが以下に議論される。図１６の１２ステップの６ベッドＰＳＡプロセスで使用するための製品バルブは、図１７に示される。スルーホール３８は、製品生成ガスが、ベッド頂部からバルブ・ディスクを通り最終的にシステムから出て流れることを可能にするために使用される。チャネル３９及び４０は、製品加圧ガスを提供しかつ受けるために使用され、チャネル４１は、等化１降下及び等化２上昇ガスのために使用され、チャネル４２は、等化２降下及び等化１上昇ガスのために使用され、かつチャネル４３は、浄化ガスを提供しかつ受けるために使用される。流れ調整バルブ４４は、所定のサイクル・ステップに関して各ベッドにおける流れ及び最終的な圧力プロファイルを調整するために、各チャネルに構築される。これらのバルブは、固定されたオリフィス又は外部で調整可能であることができる。また、図１８は、図１６の１２ステップの６ベッドＰＳＡプロセスで使用するための供給バルブを示す。スルーホール４６、４７、及び４８は、それぞれ供給ガスの２／３、完全な流れ、及び１／３が、システムの外側からバルブ・ディスクを通り、最終的にベッドの底部内へ流れることを可能にするために使用される。チャネル４９は、廃棄ガスが、ベッド底部からバルブ・ディスクを通り、最終的にシステムから出て流れることを可能にするために使用される。サイクル・ステップの間のこれら修正されたバルブの指標付け運動は、図８〜図１０に示されるものと本質的に同一である。

図１６〜図１８を参照して、可変ベッド速度を有する１２ステップの６ベッドＰＳＡサイクルが、以下のように記載されることができる。

ステップ１：ベッド１は、２／３供給流での第１の吸着ステップであり、製品ガスを生成し、かつ第１の製品加圧ステップを受けるベッド２に製品ガスの後流も供給する。一方ベッド３は、第２の等化降下を受けるベッド５からガスを受ける第１の等化上昇を受ける。ベッド４は、逆流ブローダウンを受ける。ベッド６は、１／３の供給流での第３の吸着ステップを受け、製品ガスを生成し、かつベッド２に対して製品ガスの後流も供給する。

ステップ２：ベッド１は、完全な供給流での第２の吸着ステップであり、製品ガスを生成し、かつ第２の製品加圧ステップを受けるベッド２に製品ガスの後流も供給する。同じ時間の間に、ベッド３は、第１の等化降下を受けるベッド６からガスを受ける第２の等化上昇を受ける。ベッド５は、ベッド４に浄化ガスを提供することによって同方向流減圧を受ける。

ステップ３：ベッド１は、１／３供給流での第３の吸着ステップであり、製品ガスを生成し、かつ第１の製品加圧ステップを受けるベッド３に製品ガスの後流も供給する。ベッド２は、２／３供給流での第１の吸着ステップであり、製品ガスを生成し、かつベッド３に製品ガスのスリップ・ストリームも供給する。同じ時間の期間の間に、ベッド４及び６は、それぞれ第１の等化上昇ステップ及び第２の等化降下ステップを受ける。ベッド５は、逆流ブローダウンを受ける。

ステップ４：ベッド１は、第２の等化上昇ステップを受けるベッド４にガスを提供する、第１の等化降下ステップである。ベッド２は、完全な供給流での第２の吸着ステップであり、製品ガスを生成し、かつ第２の製品加圧ステップを受けるベッド３に製品ガスのスリップ・ストリームも供給する。ベッド６は、ベッド５にパージ・ガスを提供することによって同方向流減圧を受ける。

ステップ５：ベッド１は、第１の等化上昇ステップを受けるベッド５にガスを提供する、第２の等化降下ステップを受ける。ベッド２は、１／３供給流での第３の吸着ステップを受け、製品ガスを生成し、かつ第１の製品加圧ステップを受けるベッド４に製品ガスのスリップ・ストリームを供給する。ベッド３は、２／３供給流での第１の吸着ステップであり、また製品ガスを生成し、かつベッド４に製品ガスのスリップ・ストリームも供給する。ベッド６は、今や逆流ブローダウンを受ける。

ステップ６：ベッド１は、ベッド６に浄化ガスを提供することによって同方向流減圧ステップを受ける。同じ時間の期間の間に、ベッド２及び５は、それぞれ第１の等化降下ステップ及び第２の等化上昇ステップを受ける。ベッド３は、完全な供給流での第２の吸着ステップであり、製品ガスを生成し、かつ第２の製品加圧ステップを受けるベッド４に製品ガスの後流も供給する。

ステップ７：ベッド１は、逆流ブローダウンを受ける。同じ時間の間に、ベッド２及び６は、それぞれ第２の等化降下ステップ及び第１の等化上昇ステップを受ける。ベッド３は、１／３供給流での第３の吸着ステップを受け、製品ガスを生成し、かつ第１の製品加圧を受けるベッド５に製品ガスのスリップ・ストリームを供給する。ベッド４は、２／３供給流での第１の吸着ステップであり、製品ガスを生成し、かつベッド５に製品ガスのスリップ・ストリームも供給する。

ステップ８：ベッド１は、今やベッド２にパージ・ガスを受ける。同じ時間の間に、ベッド３及び６は、それぞれ第１の等化降下ステップ及び第２の等化上昇ステップを受ける。ベッド４は、完全な供給流での第２の吸着ステップであり、製品ガスを生成し、かつ第２の製品加圧ステップを受けるベッド５に製品ガスの後流も供給する。

ステップ９：ベッド１は、第２の等化降下ステップを受けるベッド３から等化ガスを受けることによって第１の等化上昇ステップを受ける。ベッド２は、今や逆流ブローダウンを受ける。同じ時間の間に、ベッド４及び５は、それぞれ１／３供給流での第３の吸着ステップ及び２／３供給流での第１の吸着ステップを受け、ベッド６に製品加圧ステップを提供する。

ステップ１０：ベッド１は、第１の等化降下ステップを受けるベッド４から等化ガスを受けることによって第２の等化上昇ステップを受ける。ベッド３は、ベッド２に浄化ガスを提供することによって同方向流減圧ステップを受ける。ベッド５は、完全な供給流での第２の吸着ステップであり、製品ガスを生成し、かつ第２の製品加圧ステップを受けるベッド６に製品ガスの後流も供給する。

ステップ１１：ベッド１は、ベッド５及び６から第１の製品加圧を受ける。同じ時間の間、ベッド２及び４は、それぞれ第１の等化上昇ステップ及び第２の等化降下ステップを受ける。ベッド３は、今や逆流ブローダウンを受け、ベッド５及び６は、それぞれ、１／３供給流での第３の吸着ステップ及び２／３供給流での第１の吸着ステップを受ける。

ステップ１２：ベッド１は、また、完全な供給流での第２の吸着ステップでありかつ製品を生成するベッド６から第２の製品加圧ガスを受ける。同じ時間の間、ベッド２及び５は、それぞれ第２の等化上昇ステップ及び第１の等化降下ステップを受け、一方ベッド４は、ベッド３に浄化ガスを提供する同方向流減圧ステップを受ける。

表５は、図１６の１つの完全なＰＳＡサイクルの間の各ベッドに対する全供給流量の部分の概要を与える。

代わりに、別個の駆動装置が、供給及び製品回転式バルブのために使用されることができる。図２を参照すると、回転式供給マルチポート・バルブ２及び回転式製品マルチポート・バルブ３は、単一のラチェットが設けられた指標付け駆動機構４によって、共通シャフト６上で駆動される。このアプローチの変更は、図１９に示されるように個別のシャフト６Ａ及び６Ｂに接続され、ピストン５Ａ及び５Ｂによって線形作動される、別個のラチェットが設けられた指標付け駆動機構４Ａ及び４Ｂで、各回転式マルチポート・バルブを駆動することである。共通シャフトに接続される共通のラチェットが設けられた機構を有する回転式バルブを駆動することは、より少ないサイクル柔軟性を提供し、かつバルブ・ポーティングに対するさらなる複雑性を加える。製品バルブから供給バルブを分離することは、最大のサイクル柔軟性を提供し、バルブ・ポーティングを単純化し、ＰＳＡプロセスにおけるユニット製品コストを低下するが、更なる部品を追加する。いずれの場合においても、従来技術の回転マルチポート・バルブより、このＰＳＡ装置により大きな柔軟性がある。

図８〜図１０において、供給及び製品側の両方でのバルブ位置は、図１１に示されるように共通のラチェットが設けられた駆動機構の使用による３０°増分に基づく。任意の妥当な角度を使用することができる。共通の駆動装置及びバルブ・シャフトを使用することによって、供給バルブの過剰なポーティングが必要である。なぜなら共通シャフトのまさに特性によって、それは、各ステップで回転する。本発明において記載される４ベッドＰＳＡサイクルの特性は、ステップ１〜２、４〜５、７〜８、及び１０〜１１から始まるとき、供給バルブを回転する必要がない。一例として、図６は、３個のスルーホール２１Ａ及び２個の廃棄流チャネル２２Ａの使用を示し、供給及び廃棄流は、ステップ１〜２、４〜５、７〜８、及び１０〜１１から始まるとき遮断されない。供給及び廃棄流におけるわずかな遮断は、バルブが位置を変えるときに発生することがあるが、バルブ・ポーティングにスロットが設けられた孔を追加することによって、又は供給緩衝器及び廃棄緩衝タンクを設置することによって最小化されることができる。

図２１〜図２３は、またＰＳＡステップ１〜３の詳細な記載であるが、この場合、ロータリ供給及びロータリ製品バルブは、別個のラチェットが設けられた指標付け機構によって分離されかつ駆動される。いずれの場合におけるシステムの固有の対称性のために、ステップ１〜３の詳細な記載だけが、図３のステップ４〜６、７〜９、及び１０〜１２をさらに記載するために必要である。

ステップ１（図３及び図２１）：ベッド１は、第１の吸着ステップにあり高圧で製品ガスを生成し、一方ベッド３は、逆流ブローダウンを受け、ベッド４は、第１の等化降下ステップを受け、かつベッド２は、第２の圧力等化上昇ステップを受ける。

ステップ２（図３及び図２２）：ベッド１は、第２の吸着ステップにあり、製品ガスを作り、第１の製品加圧ステップを受けるベッド２へ製品ガスの後流も供給する。同じ時間の間に、ベッド２、３、及び４は、それぞれ第１の製品加圧、浄化、及びベッド３に浄化ガスを提供するために同方向流減圧を受ける。

ステップ３（図３及び図２３）：ベッド１は、第３の吸着ステップにあり、製品ガスを作り、第２の製品加圧ステップを受けるベッド２へ製品ガスの後流も供給する。同じ時間の期間の間に、ベッド２、３、及び４は、それぞれ第２の製品加圧、第１の等化上昇ステップ、及び第２の等化降下を受ける。

図２１〜図２３において、製品バルブは、３０°増分（３６）に基づき、別個のラチェットが設けられた駆動ラチェット３６及びラチェット３６Ａを使用することによって、供給バルブは、４５°増分（３６Ａ）で回転するように単純化されることができる。再び、任意の妥当な角度を用いることができる。この場合、製品バルブは、図１１に示されるように１２個歯のラチェットが設けられた機構によって駆動され、供給バルブは、図２４に示されるように８個歯のラチェットが設けられた機構によって駆動される。バルブを分離することによって、４５°供給バルブのポーティングは、図２０に示されるようにより簡単になる。ただ２個のスルーホール２１Ｂ及び１つの廃棄流チャネル２２Ｂは、ステップ１〜２、４〜５、７〜８、及び１０〜１１から始まるとき、バルブは静止したままであり、一方製品バルブは回転するので、今や必要である。したがって、４５°指標付け供給バルブは、あまり頻繁には移動せず、ステップ１〜２、４〜５、７〜８、及び１０〜１１間の供給及び廃棄流におけるわずかな遮断は、バルブが位置を変えるときに完全に排除される。最終的に、この構成は、ベッドの頂部及び底部間の重なるステップのタイミング及び持続期間におけるより大きなサイクル柔軟性も可能にする。

図１１は、ピボットでの単一の作動空気シリンダを使用するこの振動線形運動を示しているが、当業者は、同じ線形運動を作るためのピボットでの線形モータ又はソレノイド・プランジャを使用することができる。駆動シリンダは、電気的、空圧的、又は流体圧であることができる。

本発明の好ましい実施形態が開示されたが、本明細書で開示される原理を実行する様々なモードは、添付の特許項の範囲内にあることが考えられる。したがって、本発明の範囲は、請求項に示される範囲を除いては制限されない。

従来技術の回転式バルブＰＳＡプロセスで使用されるＧｅｎｅｖａ機構の概略を示す図である。本発明による共通源によって駆動される回転式指標付けバルブ列を使用する４ベッドＰＳＡプロセスを示す図である。一定の入口流量を有する４ベッドＰＳＡカラム・サイクルの概略を示す図である。一定の入口流量を有する４ベッドＰＳＡカラム・サイクルの概略を示す図である。製品及び供給バルブの拡大図である。各ベッドにおける一定供給流量を使用する４ベッド１２ステップＰＳＡサイクルのための、ロータリ製品マルチポート・バルブの３０°指標付けディスク部分における流路の概略を示す図である。各ベッドにおける一定供給流量を使用する４ベッド１２ステップＰＳＡサイクルのための、ロータリ供給マルチポート・バルブの３０°指標付けディスク部分における流路の概略を示す図である。図３に示されるＰＳＡサイクルのステップ１の間の流路（及びベッド接続）、並びに図５及び図６に示されるマルチポートの概略を示す図である。図３に示されるＰＳＡサイクルのステップ１の間の流路、並びに図５及び図６に示されるマルチポートの概略を示す図である。図３に示されるＰＳＡサイクルのステップ２の間の流路、並びに図５及び図６に示されるマルチポートの概略を示す図である。図３に示されるＰＳＡサイクルのステップ３の間の流路、並びに図５及び図６に示されるマルチポートの概略を示す図である。空気シリンダによって線形作動されるラチェット３０°指標付け機構の概略を示す図である。ラチェット指標付け機構の１つの完全な３０°移動の概略を示す図である。可変入口流量を有する４ベッドＰＳＡカラム・サイクルを示す図である。可変入口流量を有する４ベッドＰＳＡカラム・サイクルを示す図である。各ベッドにおける可変供給流量を使用する４ベッド１２ステップＰＳＡサイクルのための、ロータリ製品マルチポート・バルブの３０°指標付けディスク部分における流路の概略を示す図である。各ベッドにおける可変供給流量を使用する４ベッド１２ステップＰＳＡサイクルのための、ロータリ供給マルチポート・バルブの３０°指標付けディスク部分における流路の概略を示す図である。可変入口流量を有する６ベッドＰＳＡカラム・サイクルである。可変入口流量を有する６ベッドＰＳＡカラム・サイクルを示す図である。可変入口流量を有する６ベッドＰＳＡカラム・サイクルを示す図である。可変入口流量を有する６ベッドＰＳＡカラム・サイクルを示す図である。各ベッドにおける可変供給流量を使用する６ベッド１２ステップＰＳＡサイクルのための、ロータリ製品マルチポート・バルブの３０°指標付けディスク部分における流路の概略を示す図である。各ベッドにおける可変供給流量を使用する６ベッド１２ステップＰＳＡサイクルのための、ロータリ供給マルチポート・バルブの３０°指標付けディスク部分における流路の概略を示す図である。本発明による別個の源によって駆動される別個の回転式指標付けバルブ列を使用する４ベッドＰＳＡプロセスを示す図である。別個の源によって駆動される２つの回転式指標付けバルブ列を使用する４ベッド１２ステップＰＳＡサイクルのための、回転式供給マルチポート・バルブの４５°指標付けディスク部分における流路の概略を示す図である。図５の３０°製品バルブ駆動機構及び図２０の４５°供給バルブ駆動機構を使用する、図３に示されるＰＳＡサイクルのステップ１の間の流路の概略を示す図である。図５の３０°製品バルブ駆動機構及び図２０の４５°供給バルブ駆動機構を使用する、図３に示されるＰＳＡサイクルのステップ２の間の流路の概略を示す図である。図５の３０°製品バルブ駆動機構及び図２０の４５°供給バルブ駆動機構を使用する、図３に示されるＰＳＡサイクルのステップ３の間の流路の概略を示す図である。空気シリンダによって線形作動されるラチェット４５°指標付け機構の概略を示す図である。

符号の説明

１吸着容器
２ロータリ原料マルチポート・バルブ
３ロータリ製品マルチポート・バルブ
４、４Ａ、４Ｂ指標付け駆動機構
５、５Ａ、５Ｂピストン
６共通シャフト
６Ａ、６Ｂ個別のシャフト
７原料ライン
８製品ライン
９、１０、１１接続
１２製品バルブ回転ディスク
１３、２１Ａ、２１Ｂ、２６スルーホール
１４、１５、１６、１７、１８、２２Ａ、２２Ｂ、２７、２８、２９、３０、３６チャネル
１９、３１流れ調整バルブ
２０Ａ原料バルブ回転ディスク
２５製品バルブ回転ディスク
３０製品バルブ上方静止ディスク
３２製品バルブ回転可能ディスク
３４製品バルブ下方静止ディスク
３６指標付け駆動機構
３８原料バルブ静止ディスク
４０原料バルブ回転可能ディスク
４２原料バルブ下方静止ディスク
４４回転可能シャフト

Claims

ＰＳＡサイクルにおける複数のステップで動作する少なくとも２つのベッドを有する、圧力スイング吸着システム（ＰＳＡ）で使用するための、断続的に回転駆動されるデュアルバルブであって、
各孔がＰＳＡベッドからの異なるガス供給ラインを収容するように構成された孔を有する第１の静止区間と、事前選択された角度設定で分離された少なくとも２つの離間された開口、及びＰＳＡベッド間のガスの加圧を調整するように構成された少なくとも１つの前記開口に接続された第１のバルブ区間に配置された少なくとも１つのチャネルを有する第１の回転可能なバルブ区間と、第２の静止区間とを備え、そのすべての区間が、ガス製品を出すように構成されたガス出力開口を有する第１のバルブ・アセンブリと、
第３の静止区間と、事前選択された角度設定で分離された少なくとも２つの離間された開口を有する第２の回転可能なバルブ区間と、各孔がＰＳＡベッドからの異なるガス供給ラインを収容するように構成された孔を有する第４の静止区間とを備え、そのすべての区間が、供給ガスを受けるように構成されたガス入力開口を有し、かつＰＳＡベッド間の一定の等しい又は等しくない供給流量を提供する第２のバルブ・アセンブリと、
事前設定された断続的回転設定を提供し、かつＰＳＡサイクルにおける各ステップの間隔を制御することができるように構成された断続的回転駆動機構と、
第１のバルブ・アセンブリに固定された頂部部分、第２のバルブ・アセンブリに固定された底部部分を有する回転可能なシャフトとを備え、前記断続的回転駆動機構が、シャフトに固定されかつ２つのバルブ・アセンブリ間に配置された、断続的に回転駆動されるデュアルバルブ。
ＰＳＡサイクルにおける複数のステップで動作する少なくとも２つのベッドを有する、圧力スイング吸着システム（ＰＳＡ）で使用するための、断続的に回転駆動されるデュアルバルブであって、
各孔がＰＳＡベッドからの異なるガス供給ラインを収容するように構成された孔を有する第１の静止区間と、事前選択された角度設定で分離された少なくとも２つの離間された開口、及びＰＳＡベッドからのガスの加圧を調整するように構成された少なくとも１つの前記開口に接続された第１のバルブ区間に配置された少なくとも１つのチャネルを有する第１の回転可能なバルブ区間と、第２の静止区間とを備え、そのすべての区間が構成し、ガス製品を出すようにされたガス出力開口を有する第１のバルブ・アセンブリと、
事前設定された断続的回転設定を提供し、かつＰＳＡサイクルにおける各ステップの間隔を制御することができるように構成された断続的回転駆動機構と、
前記第１のバルブ・アセンブリを有し、かつ第１の回転可能なシャフトから離間されかつ第１の回転可能なシャフトに固定された第１の断続的回転駆動機構を有する第１の回転可能なシャフトと、
第３の静止区間と、事前選択された角度設定で分離された少なくとも２つの離間された開口を有する第２の回転可能なバルブ区間と、各孔がＰＳＡベッドからの異なるガス供給ラインを収容するように構成された孔を有する第４の静止区間とを備え、そのすべての区間が、供給ガスを受けるように構成されたガス入力開口を有し、かつＰＳＡベッド間の一定の等しい又は等しくない供給流量を提供する第２のバルブ・アセンブリと、
選択された断続的回転設定を提供し、かつＰＳＡサイクルにおける各ステップの間隔を制御することができるように構成された第２の断続的回転駆動機構と、
前記第２のバルブ・アセンブリを有し、かつ第２の回転可能なシャフトから離間されかつ第２の回転可能なシャフトに固定された前記第２の断続的回転駆動機構を有する第２の回転可能なシャフトとを備える、断続的に回転駆動されるデュアルバルブ。
断続的に回転駆動されるバルブを使用する、不純物を含む供給ガスから高純度のガス製品を回収するためのＰＳＡサイクルにおける複数のステップで動作する少なくとも２つのベッドを有する圧力スイング吸着プロセス（ＰＳＡ）であって、
ａ）供給ガス源、吸い込み力の源、複数ベッド・システム、及び断続的に回転駆動されるバルブを提供するステップと、
ｂ）選択された圧力下の選択された吸着装置を使用して前記供給ガスから望ましくない成分を選択的に取り除くために、ベッドに前記バルブを介して前記供給ガスを送り、
ＰＳＡベッド間に一定の等しい又は等しくない供給流量を提供する前記バルブを使用して、高純度のガス製品出力及び浄化ガスを増大させるために１つのベッドで均圧降下をしかつ他方のベッドで均圧上昇をするように変えることによって減圧を制御するステップと、
ｃ）ＰＳＡサイクルにおける各ステップの間隔を制御する供給ガスを受けかつ拒否するために、浄化ガスを受けかつ拒否するために、かつ高純度ガス製品を受けかつしたがって収集しかつ分与するために前記バルブを使用するステップであって、前記バルブは、事前選択された角度設定で分離された少なくとも２つの離間された開口、及びＰＳＡベッド間のガスの加圧を調整するように構成された少なくとも１つの前記開口に接続された少なくとも１つのチャネルを有する、前記バルブを使用するステップと
を含む圧力スイング吸着プロセス。