KR100386138B1 - 압력스윙흡착방법 - Google Patents

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허버트 레이몬드 샤우브
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프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 흡착성이 낮은 성분 및 흡착성이 높은 성분을 포함하는 혼합물로 부터 흡착성이 낮은 성분을 분리하는 압력 순환 흡착 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 반복 흡착/탈착 공정을 포함하며, 탈착 단계는 선택된 압력하에서, 선택된 시간 동안 발생하여, 상기 가스를 제거하는데 사용된 감압 장치는 별도의 냉각을 필요로 하지 않는다.

Description

압력 스윙 흡착 방법
본 발명은 압력 스윙 흡착(pressure swing adsorption; PSA)(본원 명세서에서, 또한 진공 압력 스윙 흡착(VPSA) 및 진공 스윙 흡착(VSA)을 포함한다)에 의해 가스를 분리시키는 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 특수한 회전송풍기를 사용하여 PSA 시스템에 소요되는 자본 및 작업 비용을 감소시키는 것에 관한 것이다.
이중층 PSA 산소 공정은 분자체(molecular sieve)로부터 질소를 탈착(desorb)시키는 데에 사용되는 진공 단계를 포함한다. 이러한 진공 단계 동안, 루츠(Roots)형 회전 송풍기가 사용된다. 가스가 비교적 저압의 영역으로부터 비교적 고압의 영역으로 송풍기를 통과하는 경우, 가스가 압축되고, 결과적으로 가열된다.
표 1은 표준 회전 송풍기의 정상 상태 작동과 관련된 전형적인 압축열(heat of compression) 값(△T상승= 송풍기 배출 온도 - 송풍기 유입 온도로서 측정됨)을 나타낸다. 본원에 사용된 용어 "표준 회전 송풍기"는 외부 수단에 의해 냉각될 수 없는 송풍기를 의미한다. 이러한 송풍기의 예로는 드레서 인더스트리스(Dresser Industries, Connorsville, IN.)로부터 구입가능한 RAS-J 위스페어(Whispair)가 있다.
하기의 표 1의 데이터는 14.5 psia의 주위 압력 및 70℉의 주위 온도에서 측정된 값이다. 표는 정상 상태 조건을 나타낸다.
[표 1]
외부 냉각되지 않는 회전식 강제송입 송풍기의 성능 데이터
이로부터 알 수 있는 바와 같이, 송풍기 입구와 출구의 압력 차(△P)가 증가함에 따라, 송풍기 출구에서의 압축열 온도가 증가한다. 이러한 온도의 증가(△T상승)는 압축기 부품의 가열을 초래하며, 과도한 경우 압축기를 파손시킨다. 즉, 루츠형 송풍기가 예를 들어 230℉의 정격 온도 허용치(△T최대)를 갖는 경우, 이러한 정상 상태에서의 △T 값은 정상 상태의 △P가 대략 8 정도 일 때 그 한도를 초과한다.
불운하게도, 하나 이상의 흡착제 층을 갖는 통상적인 PSA 시스템은 △P 값이약 8을 넘어야 작동할 수 있다. 이러한 시스템은 미국 특허 제 5,658,371 호(단일층), 미국 특허 제 5,518,526 호(다중층) 및 미국 특허출원 제 08/611,942 호(다중층)에 기재되어 있으며, 상기 모든 문헌은 본원에 대한 참고 문헌으로 인용된다. 이들 특허 문헌에 기재된 사이클에 대한 통상적인 △P 값은 약 6 내지 12 psia, 바람직하게는 7 내지 11 psia, 가장 바람직하게는 8 내지 10 psia이다. 상기 범위내에서, 이중층 시스템에 대한 △P 값은 단일층 시스템에 대한 △P 값 보다 크다.
과도한 △T의 문제는 공냉식 또는 수냉식 회전 송풍기(예를 들어, 압축기가 외부 유체를 사용하여 냉각될 수 있도록 추가의 수단을 포함하는 송풍기)를 사용하여 가스 배출 온도를 낮춤으로써 처리되어 왔다. 공냉식 송풍기는 통상적으로 단일층 시스템에 사용되어 왔으며, 반면에 다중층 시스템에는 수냉식 송풍기가 필수적이었다. 공냉식 송풍기의 예는 미국 특허 제 5,090,879 호 및 제 4,859,158 호에서 발견될 수 있다. 시판되는 이러한 타입의 송풍기로는 드레서 인더스트리스, 인코포레이티드(Connorsville, IN)로부터 구입가능한 루츠 DVJ 드라이 백큠 위스페어 송풍기(Roots DVJ Dry Vacumm Whispair Blower)가 있다. 회전 송풍기를 냉각시키는 또 다른 방법으로는 방열 핀(heat radiating fins), 히트 싱크(heat sink) 등을 사용하는 것이 있다.
통상적인 공냉식 회전 송풍기에 대한 △P 및 정상 상태 △T상승값은 표 2에 기재되어 있다. 표 2의 데이터는 15 psia의 주위 압력 및 70℉의 주위 온도하에 측정된 값이다. 이 표는 정상 상태 조건을 나타낸다.
표 2: 냉각되는 회전식 강제송입 송풍기의 성능 데이터
이들 값으로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 냉각되는 송풍기는 냉각되지 않는 송풍기 보다 높은 △P에서 작동할 수 있으며; 230℉의 △T최대는 약 10을 초과하는 △P가 달성될 때까지 한도를 넘지 않는다. 따라서, 약 8 내지 10의 △P를 갖는 공정을 수행하고자 하는 경우, 냉각되는 송풍기가 필요할 것으로 여겨진다는 것이 입수한 데이터로부터 명백해 진다.
불운하게도, 이러한 송풍기는 더 많은 작업 비용 및 자본을 필요로 한다. 또한, 수냉식 송풍기는 송풍기 하우징내로 주입되는 물이 이용가능해야 하지만, 많은 경우, 물을 이용하는 것이 쉽지 않다. 또한, 냉각수는 송풍기 경판(end plate) 및로터상에 스케일(scale)을 형성시켜서, 송풍기에 대해 기계적 문제를 야기시킨다.
본 발명의 목적은 VPSA 작업 공정을 결정하여, 냉각되는 회전 송풍기 대신에 표준 회전 송풍기가 사용될 수 있게 하는 데에 있다. 이는 효율을 개선시키고, 자본 비용을 절약시킬 수 있다.
도 1은 통상적인 단일층 VPSA 시스템에 대한 냉각되지 않는 회전식 강제송입 송풍기의 성능을 그래프로 나타낸 도면이다.
도 2는 냉각되지 않은 송풍기의 성능을 개략적으로 그래프로 나타낸 도면으로서, 단일층 VPSA 시스템에 냉각되지 않는 회전식 강제송입 송풍기를 사용하는 경우, 배기 도중의 외삽된 온도와 압력을 나타낸다.
도 3은 통상적인 이중층 VPSA 시스템에 대한 냉각되지 않는 회전식 강제송입 송풍기 성능을 그래프로 나타낸 도면이다.
도 4는 냉각되지 않는 송풍기의 성능을 개략적으로 그래프로 나타낸 도면으로서, 이중층 VPSA 시스템에 냉각되지 않는 회전식 강제송입 송풍기를 사용하는 경우, 배기 도중의 외삽된 온도와 압력을 나타낸다.
본 발명은, 흡착성이 낮은 성분과 흡착성이 높은 성분을 포함하는 혼합물로부터 흡착성이 낮은 성분을 분리시키는 PSA 방법에 관한 것으로서,
a) 흡착성이 높은 성분을 선택적으로 흡착할 수 있는 물질을 함유하는 용기의 공급 단부내로 혼합물을 유입시켜서, 용기내의 압력을 증가시키는 단계;
b) 흡착성이 높은 성분의 적어도 일부를 흡착시키고, 흡착성이 낮은 성분의 적어도 일부를 회수하는 것을 포함하는 흡착 단계;
c) 용기로부터 가스를 배기시킴으로써 흡착제 물질로부터 흡착성이 높은 성분을 탈착(desorb)시키는 것을 포함하는 탈착 단계; 를 반복적으로 수행하는 것을 포함하며,
상기 가스를 배기시키는 데에 사용되는 감압 수단이 외부 냉각을 필요로 하지 않도록 선택된 압력에서 선택된 시간 동안 배기가 일어난다.
바람직한 구체예에서, 감압 수단은 회전식 강제송입 송풍기를 포함한다.
또 다른 바람직한 구체예에서, 배기에 필요한 시간은 60초 미만이다.
또 다른 바람직한 구체예에서, 감압 수단은 특정한 온도 허용치(tolerance)를 가지며, 상기 탈착 단계는 온도 허용치를 초과하지 않게 되도록 하는 압력 및 온도 조건하에서 수행된다.
또 다른 바람직한 구체예에서, 전체 사이클 시간은 10 내지 180 초이며, 압력비는 2:1 내지 6:1이다.
또 다른 바람직한 구체예에서, 탈착 단계는 5 내지 90초 동안 지속된다.
당업자는 본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점을 하기의 바람직한 설명 및 첨부된 도면으로부터 알 수 있을 것이다.
본 발명은 공정에 사용된 회전 송풍기가 외부 냉각을 필요로 하지 않도록 특정한 사이클 시간 및 압력 변수내에서 단일층 또는 이중층 PSA 장치를 작동시킴으로써 달성될 수 있다. 본 발명은 특정 송풍기의 선택이, 공정 사이클에서 열을 발생하는 탈착 또는 배기 단계의 길이 및 압력 범위 대 그 밖의 비발열(non-heat generating)(예를 들어, 흡착) 또는 냉각 단계의 길이 및 압력에 좌우된다는 인식을 기초로 한다.
따라서, 규정된 특정한 흡착 및 탈착 변수의 범위내에서 작동시킴으로써, 공냉식 또는 수냉식 회전 송풍기가 불필요하게 된다. 대신, 표준 비냉각식 회전식 강제송입(예를 들어, 루츠(등록상표. ROOTS)-형) 송풍기가 PSA 공정에 사용되어, 자본 및 작업 비용을 현저하게 절약할 수 있다.
본 발명은 단일층 및 다중층(바람직하게는, 이중층) 시스템에 적용할 수 있다. 본 발명이 일반적으로 흡착 및 탈착 단계에 대해 설명되어 있지만, 당업자는 본 발명이 이들 단계만을 갖는 공정에 국한되지 않는다는 것을 인식할 것이다. 균등화와 같은 다른 단계들이 포함될 수 있으며, 이는 본원에 참고문헌으로 인용된 상기 언급된 특허 및 출원에 일반적으로 설명되어 있다.
상기 언급된 바와 같이, 표준 회전 송풍기를 사용하기 위해, 전체 △T상승(흡입 대 배출 온도)는 기계의 온도 허용 수준(△T최대) 미만으로 유지되어야 한다. 본 발명자들은 이러한 결과가 공급 및 진공 단계에서 송풍기가 작동하는 시간의 크기 및 이들 각각의 단계 도중에 발생하는 송풍기 압력 범위를 조절함으로써 달성될 수 있다는 것을 발견하였다.
단일층 공정(예를 들어, 미국 특허 제 5,658,371호)의 경우, 송풍기는 공급/흡착 단계(들) 도중에 9 내지 14.7 psia, 바람직하게는 약 14 내지 14.5 psia, 가장 바람직하게는 약 14.5 psia의 평균 흡입 압력; 및 약 20 내지 25 psia, 바람직하게는 22 내지 23 psia, 가장 바람직하게는 약 22.7 psia의 최대 배출 압력을 가질 수 있다. 배기/탈착 단계(들)에 관해서는, 최소 흡입 압력은 약 5 내지 9 psia, 바람직하게는 6 내지 7 psia, 가장 바람직하게는 약 6.05 psia일 수 있으며, 반면 평균 배출 압력은 9 내지 15 psia, 바람직하게는 14 내지 15 psia, 가장 바람직하게는 약 14.7 psia일 수 있다.
이중층 시스템(예를 들어, 본원에 참고문헌으로 인용되어 있는 공동 출원된 출원 D-20,335[발명의 명칭: Single Stage Vacuum Pump]에 기재된 시스템)의 경우, 공급 송풍기는 약 14.7 psia의 평균 흡입 압력 및 20 내지 25 psia의 최대 배출 압력을 가질 수 있다. 진공 송풍기는 약 6 내지 12 psia의 최대 흡입 압력 및 약14.7 psia의 평균 배출 압력을 가질 수 있다.
일반적으로, 상기 단일층 및 다중층 PSA 시스템에 대한 전체 흡착/탈착 사이클 시간은 10 내지 180 초일 수 있다. 각각의 공급 단계에 대한 그리고 싸이클 중 배기만에 대한 사이클 시간은 전체 사이클 시간의 약 절반일 수 있으므로, 이들 단계는 전체 90초 미만; 통상적으로 5 내지 90 초, 바람직하게는 10 내지 30 초, 더욱 바람직하게는 17 내지 22 초이다. 이러한 시스템은 2:1 내지 6:1의 흡착/탈착 압력비에서 작동할 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명 이전에, 이러한 공정에 대한 송풍기의 선택은 주어진 공정에 대한 최대 △P의 평가를 기초로 한다. 본 발명자들은 이러한 평가가 부정확하다는 것을 발견하였다. 대신에, 본 발명자들은 전반적인 사이클과 비교하여 실제 배기 또는 탈착 시간과 함께 주어진 공정에 대한 평균 △P를 평가할 필요가 있음을 발견하였다. 이러한 신규한 방법이 어떻게 유도되었는 지를 논의한후, 본 발명자들은 본 발명을 실시하기 위한 지침을 제시할 것이다.
도 1은 특허 '371 호에 따라 실시된 통상적인 단일층 VPSA 사이클과 관련된 온도와 압력의 변화를 나타내고 있다. 설명된 공정에 있어서, 송풍기는 공급 단계동안에 14.5 psia의 평균 흡입 압력 및 약 22.7 psia의 최대 배출 압력을 가지며, 배기 단계 동안에 약 6 psia의 최소 흡입 압력 및 약 14.7 psia의 평균 배출 압력을 갖는다. 상기 공정은 전체 사이클에 걸쳐 약 5의 평균 △P를 가지며, 약 9의 최대 △P를 갖는다. 따라서, 상기 표에 예시된 타입의 회전 송풍기에 있어서, 최대 △P가 주어진다면, 냉각식 송풍기가 필요할 것으로 예상될 것이다.
그러나, 도면에 도시된 바와 같이, 기계에 걸쳐 생성된 최대 온도 상승값(예를 들어, △T상승)은 214℉ - 85℉ = 129℉이며, 이는 상기 논의에서 제시된 230℉의 △T최대보다 훨씬 낮다. 이것에 대한 근거는 두가지가 있다.
첫째, 도면에서와 같이, 배출 온도(따라서, △T상승)는 사이클의 배기 부분 동안에만 이것의 최대 속도로 증가한다(즉, 최대 급경사의 양의 기울기를 갖는다). 사실상, 예시된 사이클에 있어서, 배기 단계 동안의 표준 회전 송풍기에 대한 배출온도의 평균 상승값은 3.0℉/초인 것으로 계산되었다. 또한, 도면의 0 내지 약 30초 구간에서 알 수 있는 바와 같이, 배출 온도는 사이클의 다른(배기 이외의) 단계동안에 이것의 최대 값으로부터 실제로 감소한다.
따라서, 실질적인 사이클 변수의 평가는 공정의 최대 △P와 이와 관련된 △T상승(예를 들어, 표 1로부터) 사이의 직접적인 상호관계를 이용하기 보다는, 배기 동안의 배출 온도의 증가 비율과 함께 배기 시간의 길이 대 전체 사이클 시간을 고려해야 함을 나타낸다.
도 2에 있어서, 송풍기를 배기 단계에서 작동시켜서 기계의 온도 허용치(예를 들어, △T최대= 230℉)를 초과하게 되는 시간을 측정하기 위해, 라인이 송풍기 배출 온도(예를 들어, 3℉/초)의 상기 온도 상승률을 이용하여 외삽되었다. (도 1과 비교할 때, 도 2에서의 시간 = 0초는 도 1에서의 시간 = 20초에 상응한다는 것을 주지하여야 함). 도 2는 상기 설명된 공정에서 230℉ 한계값을 초과하기까지 허용되는 전체 배기 시간이 약 60초임을 나타낸다.
따라서, 5 내지 30초, 바람직하게는 15 내지 25초, 가장 바람직하게는 약 20초의 배기 단계를 갖는, 30 내지 70초, 바람직하게는 약 50 초 미만의 전체 사이클로 수행되는 단일층 PSA 시스템(예를 들어, 미국 특허 제 5,658,371 호에 기술된 시스템)은 표준 회전 송풍기를 사용하여 필요한 진공압 수준을 달성할 수 있는 것으로 예상될 것이다. 실제로, 표준 송풍기의 온도 허용치(△T최대)를 초과하기 전에 이러한 사이클이 약 60초 이하의 배기 단계를 이용할 것으로 예상될 수 있다.
유사한 결과가 이중층 PSA 시스템으로 달성될 수 있다. 도 3은 통상적인 이중층 시스템(예를 들어, D-20,335에 기재된 시스템)과 관련된 △T상승및 △P 곡선을 나타낸다. 상기 시스템에서, 평균 △P은 약 7이며, 최대 △P 값은 약 9이다. 단일층 시스템에서와 같이, 3.0℉/초의 값이 배기 단계 동안의 표준 회전 송풍기에 대한 배출 온도의 평균 상승값으로서 측정되었다.
도 4에서, 송풍기를 배기 단계에서 작동시켜서 송풍기의 온도 허용치(△T최대= 230℉)를 초과하게 되는 시간을 측정하기 위해, 라인이 이러한 온도 상승률을 이용하여 외삽되었다. (도 3과 비교할 때, 도 4에서의 시간 = 0초는 도 3에서의 시간 20초에 상응한다).
도 4는 상기에 언급된 공정에서 230℉ 허용치를 초과하기까지 허용되는 전체 배기 시간은 약 30초임을 나타낸다. 이러한 공정은 5 내지 20초, 바람직하게는 7 내지 18초, 가장 바람직하게는 약 13초의 배기 단계만을 갖는 15 내지 40초, 바람직하게는 약 25초에 걸친 사이클로 수행되는 것이 일반적이다.
따라서, 냉각되지 않는 회전 송풍기(냉각식 송풍기의 반대로서)는 송풍기 온도 허용치를 초과하기 전에 적합한 진공압 수준을 달성하는 데에 이용될 수 있다. 약 14.7 psia 의 최대 압력차의 6-12 psia 압력으로 진공 송풍기 사이클이 20초의 배기에 걸쳐 스윙하기 때문에, 송풍기 흡입 압력의 이러한 사이클 변화는 기계 온도 허용치를 초과할 가능성을 유사하게 낮출 것이다.
따라서, 실제 데이터의 평가로부터, 하기 관계식이 유도되었다. 이러한 방정식은 송풍기에 걸친 평균 사이클 △P를 기초로 하며; 그 사이클은 송풍기 능력을 초과하는 정상 상태 작동 온도를 생성시키는 피크 △P 수준을 포함한다.
수식 1
(TAS+ T최대) -[△T상승+ TAS+ (t가열* △T상승/t)]/(△T상승/t) + t전체= t허용
상기 식에서,
TAS= 주위 흡입 온도(통상적으로 70℉);
T최대= 송풍기의 최대 정격 온도;
t = 초;
△T상승= 주어진 △P에 대한 송풍기의 온도 상승(사이클에 대한 평균 △P);
t가열= 탈착 동안에 가열되는 송풍기의 실제 시간(통상적인 사이클에 있어서, 이것은 전체 사이클 시간의 약 40%임);
t전체= 최초 설계된 사이클에서의 탈착 단계의 전체 시간(예를 들어, 20초);
t허용= 흡착 또는 탈착에 허용되는 실제 전체 시간(예를 들어, t전체+ 사이클 작동과 관련하여 허용되는 추가 시간).
각각의 T최대, △T상승및 △T상숭/t는 선택된 특정 회전 송풍기에 따라 달라질 것이다. 또한, t가열및 t전체는 선택된 특정 사이클에 좌우된다. 각각의 이러한 값의 결정은 충분히 당업자의 능력 내에 있다. 따라서, 상기 식은 하나 이상의 층을 갖는 다른 PSA 시스템에 적용되어, 이러한 시스템에 적용가능한 공정 및 송풍기 한계를 결정할 수 있을 것이다.
하기 표 3은 본 출원에 사용된 상기 식 및 데이터를 이용하여 유도된다. 이는 상기에 언급된 특징을 갖는 표준 회전 송풍기를 사용하는 PSA 공정에 대한 일반적인 지침을 제공하며, t허용이 사이클의 평균 △P에 따라 어떻게 달라지는 지를 보여준다. T최대= 230℉; TAS= 70℉; △T상승는 적당한 평균 사이클 △P를 사용하여 표 1로부터 취한다; △T/t = 3.0℉/초; t전체= 20초 및 t가열= 8초인 것으로 가정된다.
[표 3]
상기에 암시된 바와 같이, 최적의 송풍기 및 작동 조건을 결정하기 위한 상기 방법은 하나 이상의 층을 갖고, 사이클 시간이 10 내지 180초이며, 탈착 단계 시간이 전체 사이클 시간의 약 절반인 다양한 시스템에 적용될 수 있다.
냉각식 송풍기의 반대로서의 표준 회전 송풍기를 VPSA에서 사용하여 많은 이점을 얻을 수 있다. 예를 들어, 단일층 시스템에서, 표준 송풍기는 약 3% 더 높은 산소 생성물 유량(90% O2의 설정 순도(set purity)에서)을 제공한다. 또한, 냉각식 송풍기와 비교하여 표준 회전 송풍기를 이용함으로써 단위 동력의 약 9%가 절약된다. 또한, 표준 회전 송풍기를 이용함으로써, 약 4.5% 더 많은 가스가 약 7% 절약된 마력에서 처리될 수 있다. 마지막으로, 주입구 냉각식 송풍기의 반대로서 표준 회전 송풍기를 이용함으로써, 송풍기의 자본 비용을 약 40% 넘게 절약할 수 있다.
다중층 시스템에서의 물 주입식 단일 스테이지 회전 송풍기의 반대로서 "건조식"(예를 들어, 수냉각되지 않는) 표준 회전 송풍기를 이용함으로써 달성될 수 있는 이점에 관해, 주요 관심은 송풍기 하우징내로 주입되는 물의 유용성이다. 통상적으로, 소비자는 송풍기를 작동시키는 데에 필요한 유량으로 물을 제공하기를주저하거나, VPSA는 물을 쉽게 이용할 수 없는 위치에 배치된다. 이것은 분명히 "건조식" 기기와 관련된 문제점이 아니다. 또한, 냉각수는 송풍기 경판 및 로터상에 스케일을 형성시켜서 송풍기에 기계적 문제를 야기시키지만, 건조식 기계의 경우에 이러한 형태의 문제는 발생하지 않을 것이다.
본 발명은 축방향, 방사상 또는 측방향 흐름 층을 이용하는 PSA 시스템에 적용가능하며, 1 내지 200 TPD 크기의 플랜트에 적용가능하다. 시스템의 PSA 공정 및 장치는 실리카-알루미나, 알루미나, 실리카, 티타늄 실리케이트, 포스페이트 및 이들의 혼합물 뿐만 아니라 A-제올라이트, X-제올라이트, Y-제올라이트, 캐버자이트(chabazite), 모오데나이트(mordenite) 및 이들의 다양한 이온 교환된 형태를 포함하는(이들로 제한되는 것은 아님) 임의의 타입의 평형-선택적 흡착제 물질을 이용할 수 있다. 바람직한 흡착제로는 Al02 사면체 유닛의 88% 이상, 바람직하게는 95% 이상이 리튬 양이온과 결합되어 있는, 2.0 내지 2.5의 SiO2/Al2O3구성비를 갖는 고도로 교환된 소듐 제올라이트 X가 있다. 이중 가장 바람직한 것은 실리카/알루미나 비가 가능한 한 2.0에 근접하고, 리튬 교환율이 가능한 한 높은 것들이다.
본 발명의 특이적 특징은 단지 편의를 위한 하나 이상의 도면에 나타나 있으며, 이러한 특징은 본 발명에 따라 다른 특징과 조합될 수 있다. 대안적인 구체예는 당업자에 의해 인지될 수 있으며, 특허청구범위의 사상 내에 포함되는 것으로 여겨진다.
냉각식 송풍기의 반대로서의 표준 회전 송풍기를 VPSA에서 사용하여 많은 이점을 얻을 수 있다. 예를 들어, 단일층 시스템에서, 표준 송풍기는 약 3% 더 높은 산소 생성물 유량(90% O2의 설정 순도(set purity)에서)을 제공한다. 또한, 냉각식 송풍기와 비교하여 표준 회전 송풍기를 이용함으로써 단위 동력의 약 9%가 절약된다. 또한, 표준 회전 송풍기를 이용함으로써, 약 4.5% 더 많은 가스가 약 7% 절약된 마력에서 처리될 수 있다. 마지막으로, 주입구 냉각식 송풍기의 반대로서 표준 회전 송풍기를 이용함으로써, 송풍기의 자본 비용을 약 40% 넘게 절약할 수 있다. 또한, 냉각수는 송풍기 경판 및 로터상에 스케일을 형성시켜서 송풍기에 기계적 문제를 야기시키는데, 건조식 기기는 이러한 형태의 문제를 발생시키지 않는다.

Claims (6)

  1. 흡착성이 낮은 성분과 흡착성이 높은 성분을 포함하는 혼합물로부터 흡착성이 낮은 성분을 분리시키기 위한 이중층 압력 스윙 흡착 방법으로서:
    a) 상기 흡착성이 높은 성분을 선택적으로 흡착할 수 있는 물질 층을 함유하는 용기의 공급 단부내로 혼합물을 유입시켜, 용기내의 압력을 증가시키는 단계;
    b) 상기 흡착성이 높은 성분의 적어도 일부를 흡착시키고, 흡착성이 낮은 성분의 적어도 일부를 회수하는 것을 포함하는 흡착 단계;
    c) 상기 용기로부터 가스를 배기시킴으로써 흡착제 물질로부터 흡착성이 높은 성분을 탈착시키는 것을 포함하는 탈착 단계; 를 반복적으로 수행하는 것을 포함하며,
    상기 가스를 배기시키는 데에 사용되는 감압 수단이 외부 냉각을 필요로 하지 않도록, 선택된 압력에서 선택된 시간 동안 배기가 일어나는 이중층 압력 스윙 흡착 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 감압 수단은 회전식 강제송입 송풍기를 포함하는 이중층 압력 스윙 흡착 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 배기 단계 시간이 60초 미만인 이중층 압력 스윙 흡착 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 감압 수단이 특정한 온도 허용치를 가지며, 상기 온도 허용치를 초과하지 않도록 하는 압력과 시간 조건하에서 상기 탈착 단계가 수행되는 이중층 압력 스윙 흡착 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 전체 사이클 시간이 10 내지 180초이고, 압력비가 2:1 내지 6:1이며, 가스를 배기시키는 데에 사용되는 감압 수단이 외부 유체를 사용하는 수단에 의해 냉각될 필요가 없는 이중층 압력 스윙 흡착 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 탈착 단계가 5 내지 90초 동안 지속되는 이중층 압력 스윙 흡착 방법.
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