KR100515209B1 - 저공극 흡착 시스템 - Google Patents

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제퍼트존 나우오빌스키
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프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 흐름 이동 및 압력 펄스가 동일한 압력 공급원으로부터 영향받는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템으로서, 유입구 헤더(header)에 의해 유입구가 연결되어 있고 배출구 헤더에 의해 배출구가 연결되어 있는 흡착층을 함유하는 하나 이상의 기밀 밀폐된 용기를 포함하는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템에 관한 것이다. 유입구 헤더와 배출구 헤더의 공극 용적은 고압 공급원(들) 및/또는 저압 싱크(들)을 흡착층/용기에 근접하거나 매우 가까이에 설치함으로써 흡착층 용적의 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 가장 바람직하게는 5% 미만으로 제한될 수 있다. 저공극 용적 및 감소된 사이클 시간은 평평한 헤더층, 분할된 층 및 수직층을 포함하여, 모든 층 구성에서 달성될 수 있다. 방사상 층은 유입구 헤더와 배출구 헤더의 공극 용적이 방사상 흡착층 공극 용적의 50% 미만, 바람직하게는 20% 미만, 더욱 바람직하게는 10% 미만으로 되도록 구성될 수 있다.

Description

저공극 흡착 시스템 {LOW VOID ADSORPTION SYSTEMS}
본 발명은 개선된 압력 스윙 흡착 시스템을 제공하고, 더욱 상세하게는 적은 공극 용적, 개선된 흐름 분포 및 개선된 공정 성능을 갖는 빠른 압력 스윙 흡착 시스템을 제공한다.
흡착 공정은 기체의 분리 및 정제에 널리 사용되어왔다. 최근에, 개선된 기체 분리 조작, 특히 공기로부터 산소 및/또는 질소를 생성하는 통상적인 제조 방법을 위하여 진공 PSA (VPSA)를 포함하는 압력 스윙 흡착(PSA) 시스템이 개발되었다. PSA 공정은 흡착-탈착과 같은 기본 단계로 구성된다. 공기 또는 또 다른 기체 혼합물은 하나 이상의 용기(각각 흡착층을 갖는다)를 포함하는 시스템내로 높은 흡착압으로 공급된다. 흡착층(a.k.a. 흡착기)은 공기 또는 기체 혼합물 중 보다 용이하게 흡착가능한 성분(들)을 선택적으로 흡착한다. 보다 흡착성이 낮은 성분(들)은 흡착기를 통과한다. 그후, 용기는 흡착기(들)로부터 보다 용이하게 흡착가능한 성분(들)의 탈착을 위한 낮은 탈착압으로 감압된 후, 높은 흡착압으로 재가압되어, 사이클 조작이 계속된다.
성능을 개선시키기 위해서, 통상의 PSA 시스템은 용기를 압축기 또는 진공 펌프에 교대로 연결시키는 방향성 밸브와 평행한 2개 이상의 용기를 사용하는 것이 보편적이다. 또한, 사용된 흡착 물질을 완전히 이용하기 위해서, PSA 시스템은 PSA 공정 사이클을 통해 흡착 용기(들)을 가로지르는 기체의 균일한 흐름을 필요로 한다. 또한, PSA 용기 유입 및 배출 영역(즉, 유입구와 배출구 및 이와 관련된 헤더(header))에서의 압력 강하 및 공극 용적은 PSA 시스템의 공정 성능에 불리한 영향을 미치며, 실제로 상업적인 조작에서 최소화되어야 한다. 루트벤(Ruthven) 등은 평형 모델을 통해 공극 용적에 의한 효과의 정도를 평가하는 방법에 대해서 기술하였다. 더욱 구체적으로, 이들은 선형 등온선을 갖는 단순한 4 단계 사이클에서 공극 용적의 효과를 조사하였으며, 거대한 공극 용적이 회수율을 상당히 감소시킬 수 있음을 발표하였다. 그러나, 이 연구는 물질 전달 저항, 열효과 및 등온 비선형성을 고려하지 않은 이상적인 상황에만 적용된다. 또한, 단지 생성부의 최종 공극 용적 및 단순한 사이클만이 조사되었다. 루지(Rouge) 등의 미국 특허 5,968,233 호에는 더욱 현실적인 공기 분리 사이클에 대한 유사한 공극 효과가 기술되어 있다. 그러나, 이 특허는 단지 생성부의 최종 공극 용적에만 초점을 맞추고 있다. 더욱 중요한 것은, 이 특허가 최소의 공극 용적 보다는 산소 비용에 대한 최적의 공극 용적을 추구하고 있는 점이다.
공극 용적의 효과는 공극의 위치(흡착제에 대한 위치) 및 사이클의 어떤 단계에서 공극이 고려되는지에 따라 달라진다. 예를 들어, 생성부의 최종 공극 공간에서 경량 생성물 기체가 어느 정도까지는 역류 재생 단계 동안에 퍼지 기체로서 작용하나; 이 퍼지는 저압에서의 조절된 퍼지 보다 덜 효과적이다. 또한, 생성부 및 공급부의 최종 공극 모두에 있어서 기체 및 압축 작업물은 평형화 단계 동안에 부분적으로 회수될 수 있다. 그러나, 압축된 기체 및 재생 동안의 작업물의 손실은 상당할 수 있다. 일반적으로, 낮은 공극 용적 비율은 공정 성능(즉, 흐름 분포 조건 및 제조 비용의 증가를 고려하지 않았을 때 회수율, 전력 소모 등)을 개선시킨다.
PSA 공극 공간을 감소시키고 공정 성능을 개선시키는 통상의 방법은 보편적으로 (a) 개선된 헤더를 갖는 용기 시스템, (b) 단일 용기 시스템, 및 (c) 피스톤 구동된 PSA 시스템으로 분류된다.
용기 시스템의 디자인은 용기 또는 층 자체에만 초점을 두는 전통적인 접근법이다. 용기는 흐름 분포를 개선시키고 용기 단부 (또는 헤더)내에서 기체 유입구(공급 단부) 또는 배출구(생성 단부)와 흡착제 사이의 공극 공간을 최소화시키도록 디자인된다. 방사상 흡착기를 기술하고 있는 스몰라렉(Smolarek) 등의 미국 특허 제 5,759,242호 및 통상적인 수직 흡착기를 기술하고 있는 나우오빌스키(Nowobilski) 등의 미국 특허 제 5,538,544호는 이러한 접근법에 대한 최근의 2가지 실예이다. 그러나, 이러한 용기 디자인 접근법은 공극 공간을 감소시키는데 한계가 있다. 주어진 흐름 분포기를 이용하여, 흐름 분포이상 및 압력 강하가 공정에 허용되는 수준까지만 헤더 공간을 감소시킬 수 있다. 또한, 분포 파이프에서의 공극 공간은 상기 접근법에 의해 해결되지 않는다.
존스(Jones) 등의 미국 특허 제 4,194,892호에 기술된 단일 용기 압력 스윙 흡착 시스템은 급속 압력 스윙 흡착(RPSA) 시스템으로서, 작은 흡착제 입자로 충전된 단일 용기 뿐만 아니라 매우 짧은 사이클 시간(몇초 정도로 짧은 시간)을 이용하는 시스템이다. 미국 특허 제 4,194,892호의 주요 목적은 공극 공간을 감소시키는 것이 아니라, 대신에 사이클 시간 및 흡착제 인벤토리를 감소시키고 다수 용기를 제거하는 점에서 가치가 있다. 그러나, 단일층의 사용은 이론적으로 다수의 용기를 이용한 PSA에서 상이한 용기에 압축기 또는 진공 펌프를 연결시키는 분포관 (및, 이의 공극)을 제거할 수 있다. 단일층 PSA의 단점은 (1) 용기 헤더에서의 공극 공간이 해결되지 않으며, (2) 생성물 회수가 부가의 저장 탱크 및 재순환 성분을 사용하지 않고서는 (다수의 용기를 이용하는 PSA에 비해) 제한되는 점이다.
켈러(Keller) 등의 미국 특허 제 4,354,859호에는 압력 스윙 파라메트릭 펌핑 공정이 교시되어 있다. 피스톤 구동된 PSA 시스템이라고 하는 이 시스템은 동시에 움직이는 2개의 피스톤을 사용하여 흡착층의 중심 근처에 공급되는 단일 흡착기를 가압 및 감압시킨다. 파로크(Farooq) 등은 문헌[Separation and Purification Technology 13 (1998) 181]에서 이러한 접근법을 질소와 이산화탄소 분리를 위한 평행 통과 흡착기에 적용시켰다. 스즈키(Suzuki) 등은 또한 문헌 [Adsorption 2 (1996)]에서 이러한 접근법을 공기로부터 산소를 부화시키는 단일 피스톤 시스템에 이용하였다. 이러한 접근법은 이론적으로 통상의 PSA 시스템과 관련된 헤더 공극 공간을 제거할 수 있다. 또한, 흐름이 피스톤 운동에 의해 조절될 수 있기 때문에 밸브가 불필요하게 된다. 그러나, 피스톤 구동된 PSA 시스템은 규모-확장에 있어서 어려움이 있다. 예를 들어, 매우 대형인 피스톤이 대형 생산 유닛에 일반적으로 요구된다. 이러한 크기의 피스톤은 제조하기가 어렵다. 또한, 단일층 PSA와 유사하게, 피스톤 구동된 PSA는 통상적인 다수의 용기 PSA에 비해서 회수율이 낮다.
예시적으로, 가레트(Garrett) 및 라카바(La Cava)의 유럽 특허 출원 제 0 879 630 A2호는 피스톤 구동된 PSA 개념을 2 세트의 피스톤 또는 격판이 있는 시스템으로 확장시켰다. 제 1 세트의 피스톤 또는 격판은 층의 상부 및 기부에 위치하여 유체 흐름 뿐만 아니라, 흡착기의 측벽에서 제 2 세트의 피스톤 또는 격판에 영향을 미친다. 제 2 세트는 각각 흡착 및 탈착 단계 이전에 층의 압력을 단편적으로 증가시키고 감소시킨다. 가레트 및 라카바의 특허 출원에는 2개의 세트를 사용하는 것이 단지 하나의 세트를 사용하는 것보다 더 효과적임이 교시되어 있다. 그럼에도 불구하고, 가레트 및 라카바에 의해 인정된 바와 같이, 회수율은 낮았다. 또한, 제 2 세트의 피스톤 또는 격판이 공정을 복잡하게 한다.
본 발명은 통상적인 용기 디자인, 단일 용기 PSA 및 피스톤 구동된 PSA 시스템의 한계를 해결한다. 본 발명은 각각의 용기내의 헤더 공극 공간을 최소화할 뿐만 아니라, 압축기/진공 펌프와 용기 사이의 분포 파이프 공극 공간을 개선시킨다. 또한, 본 발명은 다수의 압축기 및/또는 진공 펌프를 사용하여 흐름을 더욱 양호하게 분포시키며, 또한 공극 공간을 감소시킨다.
본 발명은 저공극 용적(또한 "공극 공간"이라고도 한다) 및 빠른 사이클 과정에 충분한 개선된 흐름 분포를 갖는 신규한 PSA 시스템 및 공정을 제공한다. 이 시스템은 절충된 피스톤 구동 및 통상의 다층 PSA 시스템 뿐 아니라 층-대-층 상호작용에 사용하기에 적합할 수 있다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 흐름 이동 및 압력 펄스가 동일한 압력 공급원의 영향을 받는 낮은 압력 스윙 흡착 시스템이 교시된다. 압력 공급원은 고압 공급원 또는 저압 싱크일 수 있다. 이 시스템은 흡착층을 함유하는 하나 이상의 용기를 포함한다. 유입구(공급 단부)는 유입구 헤더에 의해 용기에 연결되고 배출구(생성 단부)는 배출구 헤더에 의해 용기에 연결된다. 각 용기의 유입구 헤더 및 배출구 헤더를 합친 용적은 흡착층 용적의 약 20% 미만이다. 바람직하게는, 이 용적이 10% 미만이고, 가장 바람직하게는 5% 미만으로 제한된다. 각각의 유입구는 고압 공급원 또는 저압 싱크에 연결된다. 이러한 배열이, 하기에 상세히 논의되는 바와 같이, 도 2a 및 2b에 도시되어 있다. 흡착층의 약 20% 미만인 공극 용적은 방사상 층 구성을 제외한 거의 모든 층 구성으로 달성될 수 있음이 주목할만하다. 당업자는 이와 같이 낮은 용적의 공극이 방사상 층 구성에서 용이하게 실현되지 않음을 인지할 것이다. 본 발명은 방사상 층에 대해서 50% 미만의 공극 용적을 달성할 수 있다.
도 2c에 도시된 두번째 구체예에서, 각 용기는 유입구 헤더와 배출구 헤더가 구비된 흡착층을 갖는다. 각 용기는 하나 이상의 배출구 및 하나 보다 많은 유입구를 갖는다. 각각의 유입구에 근접하게 고압 공급원 또는 저압 싱크가 설치된다. 첫번째 구체예에서와 같이, 각 용기의 유입구 및 배출구 헤더의 전체 용적은 이 용기의 흡착층 용적의 약 20% 미만으로 제한된다. 더욱 바람직하게는, 이 용적이 10% 미만이고, 가장 바람직하게는 5% 미만이다.
도 2d에 도시된 세번째 구체예(가장 바람직한 구체예)에서, 각 용기는 흡착층, 배출구 헤더 및 유입구 헤더를 갖는다. 또한, 각 용기는 하나 이상의 배출구 및 하나 보다 많은 유입구를 갖는다. 각 유입구는 상기 용기에 근접하게 설치된 밸브에 연결된다. 모든 밸브는 공통의 고압 공급원 및/또는 저압 싱크를 공유한다. 다시 언급하면, 각 용기의 유입구 및 배출구 헤더의 전체 용적은 이 용기의 흡착층 용적의 약 20% 미만으로 제한된다. 더욱 바람직하게 이 용적이 10% 미만이고, 가장 바람직하게는 5% 미만이다. 이 구체예의 효율을 증가시키기 위해서, 유입 밸브에서 고압 공급원 또는 저압 싱크로 연결된 분포 파이프는 각각 고압 또는 저압에서 유지되어야 한다. 분포 파이프의 전체 용적은 또한 흡착층(들)의 전체 용적의 약 10% 미만으로 제한될 수 있다.
유입구와 압력 공급원 사이에 위치한 모든 공극 용적은 집합적으로 공급 단부 중간 용적으로 언급될 수 있다. 이러한 공급 단부 중간 용적은 도면에서 S1, S1', V5, V5' 및 V4로서 도시되어 있다. 도면에 방음기가 도시되어 있을지라도, 공극 공급원은 모든 시스템 성분 및 유입구와 압력 공급원 사이에 위치하여 압력을 변화시키는 이와 관련된 용적일 수 있다. 이와 같이, 용어 "중간 용적"은 파이프, 방음기, 탱크 또는 이 영역중에 위치하게 되는 기타 공극 공급원을 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 중간 공극 용적은 흡착층(들)의 전체 용적의 15 내지 20% 미만으로 제한될 수 있다.
흡착층(들)은 방사상으로, 수직으로, 또는 가장 바람직하게는 평평한 헤더 층으로서 구성될 수 있다. 또한, 고압 공급원은 당업자에게 공지된 유형 중 어느 하나일 수 있으나, 압축기, 예컨대 통상적인 루트(Root)형 압축기 또는 선형 압축기(즉, 선형 모터에 의해 구동되는 피스톤 압축기)가 바람직하다. 본 발명에서는 하나 보다 많은 피스톤으로 구성된 피스톤 압축기가 사용될 수 있다.
저압 싱크는 앞서 기술된 고압 공급원과 함께, 또는 고압 공급원 대신 사용될 수 있다. 어떠한 저압 싱크도 본 발명의 시스템에 사용될 수 있으나, 진공 펌프가 바람직하다.
본 발명의 목적은 사이클 시간이 감소된 빠른 PSA 공정에 있어서 공급 단부(유입구) 및 생성 단부(배출구) 모두에서 공극 용적을 감소시키는 것이다. 추가로, 본 발명의 목적은 기체 생성이 개선되고 흡착제 이용이 개선된 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 흡착층(들) 용적에 대해 중간 용적이 감소된 시스템을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 단일 또는 다수층 구성 뿐만 아니라 다양한 층 구성에 용이하게 적용할 수 있는 효율적인 저공극 흡착 시스템을 제공한다. 본 발명의 기타 특징 및 장점은 하기의 상세한 설명 및 첨부된 도면의 해석으로부터 자명해질 것이다.
본 발명은 저공극 용적 및 개선된 공정 성능을 갖는 압력 스윙 흡착 시스템(PSA)으로서, 유입구 헤드와 배출구 헤드, 공급 및 진공 분포 파이프 및 방음기 중의 공극 공간이 제한된 PSA 시스템을 제공한다. 기술된 구체예에서, 압력 공급원, 예컨대 고압 공급원 및/또는 저압 싱크는 용기에 근접하거나, 매우 근접하게 설치된다. 본 발명은 다수의 유입구 및/또는 다수의 배출구를 적합하게 사용하여 흐름 분포를 개선시키고 추가로 공극 용적을 감소시킬 수 있다.
본원에 사용된 용어 "유입구"와 "공급 단부"는 상호교환적으로 사용되며, 실질적으로 같은 의미를 갖는 것이다. 유사하게, 용어 "배출구"와 "생성 단부"는 상호교환적으로 사용되며, 실질적으로 같은 의미를 갖도록 의도된다.
본 발명은 흡착을 개선시킬 뿐만 아니라, 통상적인 PSA 시스템의 성능과 비교하여 빠른 사이클 시간을 갖는 시스템을 제공한다. 짧은 사이클 시간을 사용하는 것은 흡착 인벤토리를 감소시킬 수 있으며, PSA 시스템을 보다 간결하게 하고, 생산성을 증가시킨다. 이러한 특징은 산소 농축기와 같은 의학적 적용에서 특히 중요하다. 그러므로, 사이클 시간을 감소시키는 것이 PSA 개발에서 중요한 논지가 되어왔다. 본 발명은 통상의 30초 사이클 시간을 크기 순서로 감소시킨다.
본 발명은 종래에 제시된 시스템과 비교하여 저공극 용적, 흐름 분포 및 공정 성능에 있어서 4가지 이상의 장점을 갖는다. 먼저, 당업자들은 고압 공급원 및/또는 저압 싱크를 용기에 연결하는 분포 파이프(이는 또한 공급 분포 파이프 및 진공 분포 파이프라고 한다)가 전체 공극 공간에 기여함으로써, 시스템의 효율을 감소시키는 것으로 이해한다. 본 발명은 이들 고압 공급원 및/또는 저압 싱크를 용기에 근접하거나, 매우 근접하게 설치할 수 있으므로 공급 및 진공 분포 파이프와 이와 관련된 용적이 필요없게 됨을 기술하고 있다. 유사하게, 전체 공극 공간에 기여하는 방음기가, 본 발명에 기술된 바와 같이 감소되거나 제거되어 공극 공간을 감소시키고 시스템 효율을 개선시킬 수 있다. 이를 기초로 하여, 통상적인 다수층 PSA에 비해서 상당한 공극 용적 감소 및 공정 성능 개선이 달성된다.
둘째로, 하나 보다 많은 고압 공급원 및/또는 저압 싱크는 다수의 유입구 및/또는 배출구를 적당히 사용함으로써 각각의 용기에 근접하거나, 매우 근접하게 설치될 수 있다. 이들 유입구 및 배출구는 흡착층 헤더내의 흐름 분포를 개선시키고 헤더 공극 공간을 감소시킨다. 예를 들어, 공극 공간의 용적 대 흡착층의 용적비가 최소화된다. 생성된 시스템은 종래 기술의 PSA 시스템에 비해 전체 공극 공간이 감소된다.
셋째로, 스즈키 등의 피스톤 구동된 시스템과 관련된 규모-확장의 곤란성을 해소한다. 본 발명에서는, 다수의 공급부를 사용함으로써, 하나의 대형 피스톤을 대체하기 위해 일련의 소형 피스톤을 적합하게 사용할 수 있다.
넷째로, 다층 및 층-대-층 상호작용이 전반적인 성능을 개선시키는데 적합하게 사용될 수 있다.
도 1은 종래에 교시된 것과 동등한 PSA 시스템을 도시한 것이다. 이 시스템은 거대 분포 파이프 용적, 거대 헤더 용적 및 긴 사이클 시간(약 30초)을 갖는 경향이 있다. 2개의 수직 용기(10 및 10')(2개의 용기는 각각 용적 VI 및 VI'를 갖는 흡착층 11 및 11'를 갖는다)를 갖는 구성이 단지 예시 목적으로 선택되며, 이것은 비제한적인 예이다. 도 1의 구성은 또한 유입구 헤더(12 및 12')에 의해 흡착층에 연결된 유입구(13 및 13'), 배출구 헤더(14 및 14')에 의해 흡착층에 연결된 배출구(15 및 15'), 저압 싱크(17) 및 고압 공급원(19)을 포함한다. 유입구 헤더(12 및 12')는 각각 용적(V2 및 V2')을 갖는다. 배출구 헤더(14 및 14')는 용적(V3 및 V3')을 갖는다. 통상적인 시스템은 보편적으로 하기의 공극 공간으로 이루어진다:
1) 헤더 - 유입구 헤더(12 및 12')와 배출구 헤더(14 및 14')는 공극 공간을 나타낸다. 통상적인 수직 흡착층 구성의 경우에, 유입구 헤더 및 배출구 헤더는 흡착층 용적의 약 16 내지 20%에 상응하는 공극 공간을 포함한다. 방사상 층의 경우에, 유입구 및 배출구 헤더는 흡착층 용적의 약 20 내지 60%에 상응하는 공극 공간을 갖는다.
2) 분포 파이프 - 분포 파이프(D1, D2, D3 및 D4)는 흡착층(공급 분포 파이프)에 고압 공급원을 연결하고, 총괄적으로 "공급 단부 파이프 용적"으로 언급되는 흡착층(진공 분포 파이프)에 저압 싱크를 연결한다. 공급 단부(유입구) 파이프의 전체 용적은 V4와 같다. 분포 파이프(D7)는 생성 탱크를 흡착층에 연결한다. 생성 단부(배출구) 분포 파이프(D7)의 용적을 총괄적으로 V7이라고 한다. 이들 파이프는 흡착층 용적의 약 5 내지 10%에 상당하는 공극 공간을 나타낸다.
3) 방음기 - V5의 용적을 갖는 방음기(S1), 예컨대 고압 공급원 또는 저압 싱크와 흡착층 사이에 위치한 탱크가 또한 공극 공간을 나타낸다. 또한, 용적 V8을 갖는 탱크(S2)는 생성 단부에 위치할 수 있다. 보편적으로, 이들 방음기는 흡착층 용적의 약 5 내지 10%에 상당하는 공극 공간을 갖는다.
전체 공극 공간 용적은 이러한 3개의 공극 공간을 합친 것이다. PSA 공정중의 압력 변화로 인해 이들 공극 공간에는 다량의 가역 작업물이 존재하며, 이는 전력 및 공정 성능에 상당한 손실을 초래한다. 이러한 전력 손실은 고압 대 저압의 비가 증가함에 따라 증가한다.
또한, 생성물 기체는 흡착층의 포화시에 이들 공극에 포획되어 유지되고, 흡착층의 재생 동안에 손실된다. 그러므로, 거대 공극 공간은 생성물의 손실을 나타낸다.
본 발명에 따라서, 흡착층을 통과하는 유체 흐름을 갖는 인라인에서 보편적으로 흡착층에 근접하거나, 매우 근접하게 고압 공급원 및/또는 저압 싱크를 설치함으로써 하기의 공극 공간 변수내에서 시스템이 개발될 수 있고, 압력 펄스 및 흐름 이동은 같은 압력 공급원의 영향을 받는다.
본 발명은 또한 방음기, 탱크, 파이프, 및 유입구와 압력 공급원 사이에 위치한 공극 공간의 기타 여러가지 공급원의 전체 공극 공간이 유사하게 흡착층 용적의 약 20%로 제한될 수 있음을 기술하고 있다.
방사상 층 구성의 경우에, 헤더 공극 공간이 일반적으로 커지는 경향이 있음을 주지한다. 그러므로, 방사상 층에 있어서, 방정식(1)은 다음과 같이 변형될 수 있다:
용기에 근접하거나, 매우 근접하게 고압 공급원과 저압 싱크를 설치하는 것은 분포 파이프 용적을 적게 허용함으로써, 전체 공극 공간을 감소시킨다.
통상적인 시스템에서, 층 유동화, 압력 강하 및 압축기 용량은 보편적으로 유동 속도를 제한한다. 생산성을 증가시키는 한 가지 통상적인 방법은 층 길이를 감소시키고 층의 단면적을 증가시키는 것을 포함한다. 그러나, 짧은 층 길이 및 큰 층의 직경은 종종 흡착층 용적에 대한 공극 용적의 비를 더 증가시킨다. 예를 들어, 통상적인 축상 층 PSA 시스템의 전체 공극 용적비는 약 30% 이며, 공정 사이클 시간은 약 30초이다. 층 길이를 50%까지 절단함으로써 사이클 시간을 50%까지 감소(즉, 30초에서 15초로 감소)시키는 것은 전체 공극 용적비를 거의 2배(즉, 30%에서 60%)로 만드는데, 이것은 유입구(공급 단부) 및 배출구(생성 단부)의 공극 용적이 동일하게 유지되기 때문이다. 증가된 공극 용적비는 공정 성능을 급격하게 감소시킨다. 그러므로, 공극 용적의 감소는 빠른 PSA 시스템 개발에 있어서 중요하다.
도 2a는 단일 수직층을 사용하는 본 발명의 한 가지 비제한적인 구체예를 예시한 것이다. 용기(20)는 유입구 헤더(22)(용적 V2를 가짐)에 의해 연결된 유입구(23)를 갖는 흡착층(21)(용적 V1을 가짐)을 갖는다. 유입구(23)는 정제 또는 다른 처리를 위해서 공급 기체 또는 공급 기체 혼합물을 흡착층(21)으로 유도한다. 유사하게, 배출구(25)는 배출구 헤더(24)(용적 V3를 가짐)에 의해 상기 흡착층(21)에 연결된다. 배출구(25)는 처리된 기체를 제공하며, 이 기체를 또한 생성물 기체라고 언급한다. 유입구 헤더를 통해 각각의 용기에 연결되는 것이 고압 공급원(27) 또는 저압 싱크(29)이다. 이들 공급원(27) 또는 싱크(29)는 다양한 방식으로 용기(20)에 연결될 수 있으나, 도 2a에서는 용기(20)에 공급원(27) 또는 싱크(29)를 연결하는 밸브(30 및 31)를 도시하고 있다. 도 2a가 고압 공급원(27) 및 저압 싱크(29)를 모두 도시하고 있을지라도, 이들 공급원 및 싱크는 선택적으로 또는 동시에 사용될 수 있다.
용기는 보편적으로 원하는 생성물에 적합한 흡착제, 예컨대 산소를 생성할 수 있는 질소 선택적인 흡착제로 충전된다. 고압 공급원은 모든 유형의 압축기일 수 있으며, 예컨대 통상적인 루트형 또는 선형 압축기일 수 있다. 선형 압축기는 선형 모터에 의해 구동되는 피스톤 압축기이다. 이러한 유형의 선형 압축기는 높은 효율 및 개선된 성능을 갖는다. 또한, 피스톤 압축기를 이용하여 용량 또는 흐름을 조절하는 것이 용이하며, 이러한 특징은 의학적 농축기에서 매우 유용하다. 또한, 선형 압축기는 진공 펌프로서 작동하도록 변형될 수 있다. 저압 싱크는 시스템에 적합한 여하한 구성일 수 있으나, 진공 펌프인 것이 바람직하다. 고압 공급원 및 저압 싱크는 선택적으로 또는 동시에 사용될 수 있다.
도 2b는 본 발명의 2층 구체예를 도시한 것이다. 이 구체예는 흡착층(21 및 21')(각각 용적 V1 및 V1'를 가짐), 유입구 헤더(22 및 22')(각각 용적 V2 및 V2'를 가짐), 유입구(23 및 23'), 배출구 헤더(24 및 24')(각각 용적 V3 및 V3'를 가짐), 배출구(25 및 25'), 및 고압 공급원(27 및 27') 또는 저압 싱크(29 및 29')를 각각 갖는 2개의 용기(20 및 20')를 포함한다. 고압 공급원 및 저압 싱크는 선택적으로 또는 동시에 사용될 수 있다. 파이프(D5)(용적 V4를 가짐) 및 밸브(32)가 필요한 경우, 2개의 용기 사이에서 유입-유입 평형을 위해 사용됨을 주지한다. 시스템의 생성 (배출구) 단부상의 분포 파이프(D7)는 V7의 용적을 갖는다. 고압 공급원(들) 또는 저압 싱크(들)의 여하한 조합 또는 혼합이 허용된다. 또한, 2개의 층/용기가 제시되어 있을지라도, 어떠한 수의 층/용기든지 적합하게 사용될 수 있다.
도 2b에 도시된 것은 방음기(S1, S1' 및 S2)이며, 이들은 각각 용적 V5, V5' 및 V8을 갖는다. 이들 방음기는 유입구와 압력 공급원 사이의 모든 공극 공급원, 예컨대 방음기, 탱크, 파이프 등을 나타내는 것이다. 당업자는 단지 방음기만이 아니라, 다양한 공극 공급원이 시스템에 존재할 수 있음을 인지할 것이다. 이들 방음기 용적(V5, V5' 및 V8), 분포 파이프 용적(V4 및 V7) 및 다른 공극 용적 공급원(V6;도시되지 않음)이 총괄적으로 중간 용적(V10;도시되지 않음)으로 언급되며, 본 발명에 따라 제한될 수 있다. 이들 용적은 전체 흡착층 용적의 약 15 내지 20% 미만으로 제한될 수 있다.
도 2c는 근접하게 설치된 압축기 및/또는 진공 펌프를 갖는 평평한 헤더층을 사용하는 본 발명의 또 다른 비제한적인 구체예이다. 이 구체예에서, 고압 공급원(들)(27) 및 저압 싱크(들)(29)는 흡착층(21)의 유입구 헤더(22)에 바로 근접하게 설치된다. 이러한 구성에서, 하나 이상의 배출구(25)는 용기(20)의 배출구 헤더(24)에 연결된다.
PSA 공정에서의 분리 작업은 단지 흡착층에서만 수행되기 때문에, 나머지 공극(즉, 비흡착제) 용적, 예컨대 분포 파이프 및 흡착기 헤더는 개선된 공정 성능을 위해 최소화되어야 한다. 통상적인 층 헤더에서, 단일 유입구 또는 배출구가 일반적으로 사용된다. 흡착제의 양호한 이용 및 더 나은 공정 성능을 위해, 유입구 또는 배출구에서 흡착제로 균일하게 기체 흐름을 분포시키는 특정 용적이 요구된다. 다수의 유입구 또는 배출구가 양호한 흐름 분포를 제공하며 더 적은 헤더 용적을 필요로 한다. 유입구 또는 배출구의 수는 여러가지 인자, 예를 들어 생성물 흐름, 흡착층의 직경/크기, 고압 공급원/저압 싱크 용량 등에 좌우된다. 충분한 유입구 또는 배출구가 제공되는 경우에, 흐름 분포 헤더 용적은 실질적으로 제거될 수 있으며, 유사한 평평한 헤더가 도 2c에 예시된 바와 같이 수득될 수 있다. 통상적인 헤더와 비교하여, 평평한 헤더 디자인은 150 TDP 산소 플랜트의 수직층 구성 용적의 15 내지 20%( 및 예를 들어, 5 내지 10%)를 절감할 수 있고, 방사상 층에 있어서는 약 20 내지 60%(일부 경우에는 10 내지 20%)가 절감될 수 있다.
도 2d는 2개의 평평한 헤더 흡착층(21 및 21')(각각 용적 V1 및 V1'를 가짐)을 사용하는 본 발명의 추가의 비제한적인 구체예이며, 상기 흡착층들은 분포 밸브에 의해 공통의 고압 공급원(27)(즉, 압축기) 및/또는 저압 싱크(29)(예를 들어, 진공 펌프)에 연결된다. 밸브(36, 36', 37 및 37')는 유입구를 나타내며, 유입구 헤더(22 및 22')(각각 용적 V2 및 V2'를 가짐)에 바로 근접하게 설치될 수 있다. 유사하게, 밸브(33 및 33')는 배출구를 나타내며, 배출구 헤더(24 및 24')(각각 용적 V3 및 V3'를 가짐)에 근접하게 연결될 수 있다. 밸브(36 및 36')는 공통의 분포 파이프(D6)에 연결되며 저압 싱크(29)를 공유한다. 밸브(37 및 37')는 공통의 분포 파이프에 연결되며 고압 공급원(27)을 공유한다. 도 2d의 구체예에서처럼, 분포 파이프(D5 및 D6)는 용기에 연결되는 것이 각각 고압 공급원인지 저압 싱크인지에 따라 고압 또는 저압에서 이상적으로 유지되어야 한다. 밸브는 평평한 헤더에 의해 요구되는 다수의 흐름 유입구 및 배출구를 제공함으로써, 헤더 공극 용적을 감소시킬 수 있다. 3가지 방식의 비부하 밸브(38와 39) 및 분포 밸브는, 예를 들어 사용하지 않는 동안 분포 파이프의 압력 변화를 차단하도록 적합하게 사용되며, 고압 또는 저압을 유지할 수 있다. 그러므로, 분포 파이프 용적(V4 및 V7)은 전력 손실 및 전체 공극 용적에 전혀 기여하지 않거나, 거의 기여하지 않는다. 이 구체예에서, 하나의 고압 공급원 및/또는 하나의 저압 싱크가 전체 시스템을 위해 충분할 수 있다. 대안적으로, 다수의 고압 공급원 및/또는 저압 싱크를 사용할 수 있다.
도 2d에는 또한 방음기(S1, S1' 및 S2)(각각 용적 V5, V5' 및 V8을 가짐)가 도시되어 있다. 이들 방음기는 분포 파이프 용적(V4 및 V7)과 함께 중간 용적(V10;도시되지 않음), 및 다른 여러가지 용적(V6;도시되지 않음)에 기여한다. 앞서 논의된 바와 같이, V6는 단지 방음기만이 아닌, 모든 용적을 포함하며, 이것은 유입구 및 압력 공급원(들) 또는 생성(배출구) 단부 사이에 위치할 수 있다. 본 발명에 따라서, 이들 공극 공급원은 전체 흡착층 용적의 15 내지 20% 미만으로 제한될 수 있다. 도 3a 및 3b는 본 발명에 적합한 방사상 층 구성을 도시한 것이다. 도 3a는 방사상 층의 평면도를 도시한 것이고, 도 3b는 측면도를 도시한 것이다. 도 3b는 고압 공급원 및/또는 저압 싱크, 및 밸브가 층의 경계를 따라 분포되어 있는 방사상 구성을 도시한 것이다. 또한, 방사상 층은 도 4에 도시된 바와 같이, 분할(또는 분리, 구조화)될 수 있다. 도 4는 분할된 수직 흡착기 구성을 도시한 것으로, 여기에서 각각의 구획은 개개의 흡착층으로서 작용한다. 또한, 흡착층들은 매우 얕게 평행 구성으로 배열될 수 있으며, 2개의 이웃하는 층 (또는 구획)은 공통의 공급부, 배기부 또는 생성물 배출부를 공유한다. 또한 이 시스템은 도 5에 도시된 바와 같이 수직 층일 수 있다.
기본적인 흡착 및 탈착 단계를 갖는다면 어느 공정의 사이클이든지 본원에 기술된 구성을 적합하게 적용시켜 공극 용적 및 효율을 개선시킬 수 있다. 2개의 흡착기를 사용하는 대표적인 PSA 사이클이 도 6에 도시된 바와 같이 예시 목적으로 선택된다. 사이클은 하기의 단계들로 이루어진다:
동시에 수행되는 공급 및 생성 가압화 (FP/PP)
흡착 및 퍼지 (AD/PG)
배기 (EV)
배기 및 퍼지 (EV)
평형화 (EQ/FP)
3가지의 중복 단계, 동시적인 공급 및 생성(FP/PP), 이중 최종 평형화(EQ), 및 동시적인 이중 최종 평형 및 공급이 이 사이클에서 사용된다. 이러한 중복 단계가 지속적인 공급을 초래하므로 사이클 시간이 단축된다. 도 6의 공정 사이클 및 도 2b에서 2층 시스템으로 도시된 단계 1(FP/PP) 동안, 산소와 질소를 함유하는 공기가 압축되어 밸브(30)를 통해 층(21)으로 보내어진다. 동시에, 고압 산소 생성물은 밸브(33, 34 및 35)를 통해 층(21)으로 동시에 도입된다. 층내의 압력이 흡착 수준에 도달했을 때, 단계 2(Ad/PG)가 개시된다. 산소의 일부가 층(21)에서 밸브(33, 34 및 35)를 통해 흐르기 시작하고 생성물로서 수집된다. 이러한 모든 단계 동안에, 층(21')은 밸브(31')을 통해 2개의 배기 단계(단계 4 및 5, EV)를 진행한다. 층(21)을 이탈하는 산소 농축물이 더 이상 허용되지 않는 경우에, 밸브(34)가 닫힌다. 또한 밸브(31')가 닫히는 한편, 밸브(30' 및 32)는 개방되고 단계 3(EQ)이 층(21)에서 개시되는 한편, 층(21')은 단계 6(EQ/FP)을 진행한다. 2개의 층간 압력이 거의 동일한 경우에, 평형 단계(EQ 및 EQ/FP)가 중단되고 사이클의 제 2 절반이 발생하며, 이때 상기 단계들이 반복된다. 예를 들어, 시간 밸브(33')가 앞서 밸브(33)에 의해 수행된 것과 동일한 기능을 수행하고, 밸브(30')가 앞서 밸브(30)에 의해 수행된 것과 동일한 기능을 수행하며, 밸브(31')가 앞서 밸브(31)에 의해 수행된 것과 동일한 기능을 수행하는 동안 층(21')은 공기를 처리하는 한편, 층(21)은 재충전된다.
감소된 공극 용적의 결과로서 수득되는 개선된 공정 성능이 도 7에 예시되어 있다. 본 발명의 목적을 위해 상이한 공극 용적을 갖는 단순한 공기 분리 공정을 시뮬레이션한다. 고도로 교환된 LiX 제올라이트(약 2.0 내지 2.5의 SiO2/Al2O3 비)가 흡착을 위해서 선택된다. 흡착제 입자 크기는 비교를 위해 일정하게 유지된다. 조작 압력비(흡착/탈착)는 약 5 이다. 공정 성능은 산소 회수율을 기준으로 하며, 산소 생성물 순도는 약 90%로 유지된다. 산소 회수율은 공급물중의 산소에 대한 생성물중의 산소의 비로서 정의된다.
도 7은 빠른 사이클 공정의 성능에 대한 공극 용적의 영향을 예시한 것이다. 예를 들어, 약 10초의 사이클 시간과 약 14%의 공극 용적을 갖는 통상적인 축상 층 PSA 시스템(도 1에 도시됨)이 주어진다. 사이클 시간을 2초까지 감소시키기 위해서, 층 길이는 본래 크기의 1/5로 감소되어야 한다. 층 길이의 이러한 감소는 약 70%의 공극 용적의 증가에 상응한다. 이러한 거대 공극 용적에 있어서, 도 7의 A 경우에 나타난 바와 같이 산소 회수율은 약 20%로 감소할 것이다. 그러므로, 통상적인 층 구성은 생성물 회수율을 크게 떨어뜨리지 않고서는 빠른 사이클 시간을 달성할 수 없다.
반대로, 본 발명에 기술된 구성을 사용하는 경우, 분포 파이프가 도 2b에서와 같이 회피될 수 있으며, 이것은 공극 용적을 약 50%까지 감소시킨다. 이러한 감소는 도 7의 B의 경우에 제시된 바와 같이 회수율을 약 25%까지 증가시킨다. 또한, 본 발명에 있어서, 2개의 평평한 헤더가 도 2c 및 도 2d에 제시된 바와 같이 사용되는 경우, 공극 용적은 흡착층의 수 %로 감소될 수 있으며, 도 4의 C 경우에 제시된 바와 같이, 50%를 초과하는 회수율이 얻어진다. 이와 같이, 본 발명은 사이클 시간을 감소시키면서 회수율을 상당히 개선시킨다.
유사하게, 공극 용적은 빠른 사이클 공정에 있어서 전력 소모에 대해 매우 중요한 효과를 갖는데, 그 이유는 대량의 전력이 일반적으로 공극 중에서 손실되기 때문이다. 시뮬레이션 결과, A 경우 70%의 공극을 갖는 것에 비해, 본 발명은 B 경우에 분포 공극을 제거함으로써 전력을 16%까지 감소시키고, C 경우에는 평평한 헤더를 사용하여 전력을 50% 미만으로 감소시킬 수 있음을 나타낸다.
상기의 상세한 설명은 본 발명을 단지 예시하는 것으로 이해되어야 한다. 다양한 대체 및 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 당업자에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위내에서 모든 대체, 변형 및 변화가 포함되는 것으로 고려된다. 더욱 상세하게, 본 발명의 시스템은 본원에서 하나 또는 2개의 층을 갖는 것으로 제시되었더라도, 더 많은 층으로 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 단일 흡착제로 제한되지 않는다. 다수의 흡착제가 사용될 수 있다. 또한, 흡착제는 층 내부에서 적층되거나 혼합될 수 있다. 흡착제는 앞서 언급된 질소 선택적인 흡착제로 제한되지 않아야 하며, 다른 흡착제가 또한 사용될 수 있다. 본 발명의 공정은 대기압 및 주위 온도에 가깝게 조작되는 것이 바람직하나, 모든 범위의 공정 조건, 예를 들어 압력, 온도, 및 유동 속도 등에 적용될 수 있다.
또한, 층-대-층 평형 또는 상호작용은 본 발명에 기술된 것으로 제한되지 않는다. 다른 배열이 사용될 수 있다. 층이 한번 분할되는 경우, 평형은 구획 사이에서 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명은 본원에 기술된 구체예에 제한되지 않으며, 다른 다양한 구성이 적합하게 사용될 수 있다. 부가적으로, 선형 압축기는 앞서 언급된대로 선형 모터에 의해 구동되는 피스톤 압축기로 제한되지 않는다. 이것은 전기력, 자기력 또는 가청력(audio force) 중 어느 것으로나 구동되는 압축기일 수 있다. 실시예에서 공기 분리 시스템을 제공하였으나, 본 발명을 이원 공기 분리로 제한하려는 의도가 아니다. 본 발명의 원리는 여하한 분리, 정제 및 회수 시스템에 적용될 수 있다.
본 발명에 따라 사이클 시간이 감소된 빠른 PSA 공정에 있어서 공급 단부(유입구) 및 생성 단부(배출구) 모두에서 공극 용적을 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래의 PSA를 도시한 개략도이다.
도 2a는 저공극의 단일층 시스템을 도시한 개략도이다. 이 개략도는 층에 연결되어 있는 고압 공급원과 저압 싱크가 구비된 단일층을 도시하고 있다.
도 2b는 저공극의 2층 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2c는 압축기 및/또는 진공 펌프가 근접하게 설치되어 있는 평평한 헤더층을 도시한 개략도이다.
도 2d는 유입 밸브가 유입구 헤더에 근접하게 설치되어 있는 평평한 헤더층을 도시한 개략도이다. 이들 유입 밸브는 공통의 고압 공급원 또는 저압 싱크를 공유한다.
도 3은 방사상 층을 도시한 개략도이다. 도 3a는 이 방사상 층의 평면도이고, 도 3b는 방사상 층의 측면도이다.
도 4는 분할된 수직층의 상부를 도시한 개략도이며, 개개의 섹션은 흡착, 탈착 및 평형 등과 같은 상이한 PSA 공정 단계를 거치는 분리기에 의해 구별된다.
도 5는 수직 플레이트 층을 도시한 개략도이다.
도 6은 대표적인 공정 사이클을 도시한 개략도이다.
도 7은 회수 및 전력에 대한 공극 영향을 도시한 그래프이다. A의 경우는 종래 기술(도 1에 도시됨)에 관한 것이나, 빠른 사이클 시간(약 2초), 낮은 회수율 및 높은 전력을 갖는다. B의 경우는 도 2b에 도시된 바와 같이 분포된 파이프 공극 용적이 감소된 본 발명에 관한 것이다. C의 경우는 도 2d에 도시된 평평한 헤더를 갖는 본 발명에 관한 것이다. 2층 시스템은 1.5bar에 균등한 고압력 및 0.3bar에 균등한 저압력, 90%에 균등한 O2 순도 및 약 1 내지 2초에 균등한 사이클 시간을 갖는다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
10, 10', 20, 20' : 용기 11, 11', 21, 21' : 흡착층
12. 12', 22, 22' : 유입구 헤더 13, 13', 23, 23' : 유입구
14, 14', 24, 24' : 배출구 헤더 15, 15', 25, 25' : 배출구
17, 27, 27' : 저압 싱크 19, 29, 29' : 고압 공급원
30, 30', 31, 31', 32, 33, 33', 34, 35, 36, 36', 37, 37', 38, 39 : 밸브

Claims (10)

  1. 흐름 이동 및 압력 펄스가 동일한 압력 공급원의 영향을 받는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템으로서,
    (a) 유입구 헤더(header)에 의해 하나 이상의 유입구가 흡착층에 연결되어 있고 배출구 헤더에 의해 하나 이상의 배출구가 흡착층에 연결되어 있는 흡착층을 포함하는 하나 이상의 기밀 밀폐된 용기를 포함하고;
    (b) 각 용기의 유입구 헤더와 배출구 헤더를 합친 용적이 상기 용기의 흡착층 용적의 20% 미만이고;
    (c) 각 유입구가 하나 이상의 압력 공급원에 연결되어 있는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 각 용기의 유입구 헤더와 배출구 헤더를 합친 용적이 상기 용기의 흡착층 용적의 10% 미만임을 특징으로 하는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 각 용기의 유입구 헤더와 배출구 헤더를 합친 용적이 상기 용기의 흡착층 용적의 5% 미만임을 특징으로 하는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 흡착층이 평평한 헤더층, 분할된 층, 및 수직층으로 이루어진 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템.
  5. 흐름 이동 및 압력 펄스가 동일한 압력 공급원의 영향을 받는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템으로서,
    (a) 유입구 헤더에 의해 하나 보다 많은 유입구가 방사상 흡착층에 연결되어 있고 배출구 헤더에 의해 하나 이상의 배출구가 방사상 흡착층에 연결되어 있는 방사상 흡착층을 포함하는 하나 이상의 기밀 밀폐된 용기를 포함하고;
    (b) 각 용기의 유입구 헤더와 배출구 헤더를 합친 용적이 상기 용기의 방사상 흡착층 용적의 50% 미만이고;
    (c) 하나 이상의 압력 공급원이 각각의 유입구에 근접하게 설치되어 있는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 각 용기의 유입구 헤더와 배출구 헤더를 합친 용적이 각 용기의 방사상 흡착층 용적의 20% 미만임을 특징으로 하는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템.
  7. 흐름 이동 및 압력 펄스가 동일한 압력 공급원의 영향을 받는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템으로서,
    (a) 유입구 헤더에 의해 하나 이상의 유입구가 흡착층에 연결되어 있고 배출구 헤더에 의해 하나 이상의 배출구가 흡착층에 연결되어 있는 흡착층을 포함하는 하나 이상의 기밀 밀폐된 용기를 포함하고;
    (b) 각 용기의 유입구 헤더와 배출구 헤더를 합친 용적이 상기 용기의 흡착층 용적의 50% 미만이고;
    (c) 각 유입구가 상기 용기에 근접하게 설치된 밸브를 가지며,
    (d) 각 밸브가 공통의 압력 공급원을 공유하는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 각 용기의 유입구 헤더와 배출구 헤더를 합친 용적이 각 용기의 흡착층 용적의 20% 미만임을 특징으로 하는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템.
  9. 제 7항에 있어서, 흡착층이 평평한 헤더층, 분할된 층, 수직층 및 방사상 층으로 이루어진 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템.
  10. 제 7항에 있어서, 중간 용적(intermediary volumes)이 압력 공급원과 유입구 사이에 정위되어 있고, 흡착층 전체 용적의 15% 미만의 총 용적을 가짐을 특징으로 하는 저공극 압력 스윙 흡착 시스템.
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