KR101068184B1 - 복잡도가 감소한 하이 리커버리 ｐｓａ 사이클 및 장치 - Google Patents

복잡도가 감소한 하이 리커버리 ｐｓａ 사이클 및 장치 Download PDF

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Abstract

압력 변동 흡착 방법은 용기 내에 마련된 흡착성 베드에서 가스 성분을 흡착하여 가스 혼합물을 분리하는 단계를 포함하며, 여기서 분리 단계는 적어도 2단 압력 등화를 갖고 복수의 용기당 최대 5개의 용기를 사용하여 수행된다. 이 방법은 흡착 단계, 적어도 2단을 갖고 압력을 저감하는 제1 압력 등화 단계, 퍼지 단계, 및 적어도 2단을 갖고 압력을 증가시키는 제2 압력 등화 단계를 포함한다. 압력 변동 흡착 장치에는, 제1 밸브를 통해 소스 매니폴드에 연결되고 제2 밸브를 통해 폐기물 매니폴드에 연결되는 제1 개구와, 제3 밸브를 통해 생성물 매니폴드에 연결되고 제4 밸브 및 제5 밸브를 통해 등화 도관에 연결되는 제2 개구를 각각 구비하는 용기가 마련된다.

Description

복잡도가 감소한 하이 리커버리 ＰＳＡ 사이클 및 장치{HIGH RECOVERY PSA CYCLES AND APPARATUS WITH REDUCED COMPLEXITY}
본 발명은 압력 변동 흡착을 실행하는 압력 변동 흡착 장치 및 방법에 관한 것이다.
압력 변동 흡착(PSA)은 가스 혼합물을 화학 분별하여 적어도 하나의 정제된 생성물 가스와 라피네이트 부산 혼합물(raffinate byproduct mixture)을 제공하는데 사용되는 기술이다. PSA는, 특히, 다른 가스로부터 수소를, 공기로부터 산소 및 질소를, 천연 가스로부터 헬륨을 분리하는데 성공적으로 사용되어 왔다.
초기 PSA 장치는 병렬 동작하는 4개의 흡착 용기를 통상 사용하였다. 이의 한 가지 예는 Wagner에게 허여된 미국 특허 제3,430,418호이다. Wagner의 방법에 대한 추후 개선에서는, 추가적인 압력 등화 단계를 추가하면서 4개의 흡착성 베드를 유지하고(예컨대, Batta에게 허여된 미국 특허 제3,564,816호), 더 나아가 Fuderer 등에게 허여된 미국 특허 제3,986,849호에서는 7개 이상의 베드에 더 많은 압력 등화 단계를 추가한다. 이러한 압력 등화의 개수 및 흡착성 용기의 개수의 증가는 생성물 회수 및 흡착 생산성을 증가시키도록 구현되었다. 불행히도, Wagner 방법의 경우에 31개가 필요하던 밸브의 개수를 Batta 방법의 경우에 33개로, Fuderer 등의 방법의 경우에 최소 44개로 증가시키는 것에 의해, 성능의 향상이 달성되었다.
PSA 사이클의 성능은 대개 여러 기준에 기초하여 측정된다. 제1 측정은 소정 불순물 레벨에서의 생성물 회수로서, 정제된 생성물로서 전달된 전체 이송 스트림에서 생성물 종류의 비율이다. 제2 측정은 생성물이 전달되는 PSA 사이클의 전체 사이클 길이에 대한 비율과 관련된, 흡착 생산성이다. 고정된 공급물 조성에서 상기 두 파라미터 중 하나 또는 양자 모두를 최대화하기 위해서, 여러 기법이 다른 장치에서 기술되어 있다.
Wagner의 특허는 가압 베드에 저장된 가스를 사용하여 퍼지(purge)된 하나의 다른 용기를 다시 가압한 후, 제1 용기의 압력이 고갈되기 전에 다른 용기를 퍼지하는 것을 설명한다. 다음으로, Batta의 특허는 제2 압력 등화가 제1 압력 등화에 추가될 수 있으며 이에 의해 회수가 현저히 개선됨을 설명한다. Batta는 그 사이클에서 퍼지 가스의 제공을 유지한다. Fuderer 등의 특허는 상기 기법을 제3 압력 등화까지 확장하며, 베드로부터 인출된 가장 순수한 가스가 항상 재가압된 임의의 다른 베드에 들어가는 가장 마지막 가스가 되어야 함을 교시한다. Batta의 제4 용기 사이클은 순수 가스가 가압된 용기에 실제 바람직한 것보다 적게 들어가도록 구성된다. 또한, Fuderer 등의 발명은 이전 사이클을 사용하여 달성가능한 것보다 높은 흡착 생산성을 달성할 수 있게 하는데, 이는 흡착에 할당된 사이클의 시간 비율이 밸브 스위칭 로직의 세부사항으로 인해 더 크기 때문이다.
이들 방법은 탁월한 생성물 회수 및 흡착 생산성을 조장하지만, 이는 고도의 복잡성에 의해 얻어지는 것이다. Wagner의 원래 방법은 4개의 용기와 31개의 밸브를 사용하여 하나의 압력 등화를 조장하고 다른 하나의 용기를 퍼지한다. Batta는 2개의 압력 등화를 사용하는 그의 사이클에서 밸브를 총 33개로 용기를 4개로 증대시켰다. 이들 4개의 베드 사이클 모두는 25퍼센트의 시간에 소정 용기로부터 가스를 생성한다. 또한, Batta는 43개의 밸브를 갖는 5개의 용기 장치를 제공하여, 가스의 순도가 연속적으로 증대하는 상태로 바람직하게 재가압하도록 압력 등화를 재정렬한다. 이러한 사이클은 단지 20퍼센트의 시간에 소정 용기로부터 가스를 생성한다. Fuderer 등의 가장 단순한 사이클은 9개 용기와 55개 밸브가 필요한 3개의 압력 등화와 퍼지 단계를 제공한다. 이 사이클은 33퍼센트의 시간에 Batta 및 Wagner의 사이클에 대하여 상당히 향상을 이룬다. 이들 사이클은 회수 및 생산성의 주요 영역을 개선하지만, 이러한 개선은 상당히 증가된 기계적 복잡도에 의해 얻어진다. 이러한 복잡성 증가는 장치 체적, 질량, 조립 시간 및 자본 비용의 증가를 수반한다. 또한, 시간 대 밸브 개수의 커다란 증가는 PSA 장치의 신뢰성을 상당히 감소시키는 데, 이는 PSA 장치는 한 밸브에서 장애가 발생하더라도 셧다운되어야 하는 단일 장애 지점(single point of failure) 장치이기 때문이다.
이 문제를 해결하기 위해서 복잡성을 감소시키는 노력이 행해졌다. 스퇴커에게 허여된 미국 특허 제4,761,165호는 4개의 용기와 18개의 밸브를 사용하여 Wagner의 방법을 실시하며, 상기 밸브 중 4개가 비례 제어 밸브일 수 있다. Duhayer 등에 허여된 미국 특허 제6,146,450호에서는 파이프 피팅을 최적으로 배치하여 복잡도를 저감하는 수단을 설명하지만, 이러한 기법은 밸브 또는 용기 개수와 관련하여 PSA 사이클을 실질적으로 변경하지 않는다. 보다 극적인 기계적 단순화는, 2002년 4월 9일에 "IMPROVED METHOD AND APPARATUS FOR PRESSURE SWING ADSORPTION"이란 명칭으로 출원된 미국 가출원 제60/370,702호와, 이와 동시 출원된 Franklin D. Lomax, Jr. 등의 "METHOD AND APPARATUS FOR PRESSURE SWING ADSORPTION"란 명칭의 출원에 기술되어 있다.
스퇴커의 방법은 바그너의 방법에 비해 사용된 밸브의 개수를 현저히 간략화하지만, 제2 또는 제3 압력 등화를 실시하여 회수를 증대시키는 수단이 나타나 있지 있으며, 흡착 생산성의 증대도 나타나 있지 않다. Duhayer 등의 특허와 Lomax 등의 출원에 있어서의 기계적 단순화는 사실상 임의의 PSA 사이클에 대하여 이점을 제공하고, Batta의 특허, Fuderer 등의 특허 및 그 밖의 특허에 교시된 밸브 및 용기의 사용 증가 없이 회수 증대 또는 흡착 생산성 개선을 달성하기 위한 고유의 밸브 개수 감소 또는 사이클의 변동을 구체적으로 교시하지 않는다. 또한, 이들 개선안 중 어느 것도 PSA 사이클의 신뢰도를 근본적으로 변경하지 못하는 데, 이는 기본 사이클이 단일 장애 지점 장치를 유지하기 때문이다.
본 발명은 PSA 장비의 복잡성을 저감하는 개선된 PSA 운영 사이클을 제공하는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 PSA 사이클을 단순화하여 생성물 회수 및 흡착 생산성을 최적화하면서, 병렬의 등화 유체 도관을 사용하여 기계적 복잡성을 동시에 저감하는 방법을 제공하는 이점이 있다.
본 발명은 단일 밸브 장애가 장치 셧다운을 요구하지 않는 장애 허용 방식으로 개선된 PSA 사이클을 동작하는 방법을 제공하는 이점이 있다.
본 발명은 복수의 용기 내에 마련된 흡착성 베드에서 적어도 하나의 가스 성분을 흡착하여 가스 혼합물을 분리하는 단계 등의 압력 변동 흡착 방법을 제공하는 것으로, 여기서 분리 단계는 2단 압력 등화를 포함하고 복수의 용기에 있어서 용기당 최대 5개 밸브를 사용하여 수행된다.
또한, 본 발명은 복수의 용기 내에 마련된 흡착성 베드에서 적어도 하나의 가스 성분을 흡착하여 가스 혼합물을 분리하는 압력 변동 흡착 방법을 제공하는 것으로서, 복수의 용기는 주기적으로 동작한다. 이 방법은 흡착 단계, 압력을 감소시키는 적어도 2개의 단을 갖는 제1 압력 등화 단계, 퍼지 단계, 및 압력을 증가시키는 적어도 2개의 단을 갖는 제2 압력 등화 단계를 포함한다. 이 방법은 복수의 용기에 있어서 용기당 최대 5개의 밸브를 사용하여 수행된다.
또한, 본 발명은 복수의 용기를 포함하는 압력 변동 흡착 장치를 유익하게 제공하는 것으로, 각각의 용기는 제1 밸브를 통해 소스 입구 매니폴드(source inlet manifold)에 연결되고 제2 밸브를 통해 폐기물 출구 매니폴드에 연결되는 제1 개구와, 제3 밸브를 통해 생성물 출구 매니폴드에 연결되고 제4 밸브 및 제5 밸브를 통해 등화 도관에 연결되는 제2 개구를 구비한다. 등화 도관은 복수의 용기 각각에 연결된다.
또한, 본 발명은 복수의 용기를 포함하는 압력 변동 흡착 장치를 유익하게 제공하는 것으로, 각각의 용기는 제1 밸브를 통해 소스 입구 매니폴드에 연결되고 제2 밸브를 통해 폐기물 출구 매니폴드에 연결되는 제1 개구와, 제3 밸브를 통해 생성물 출구 매니폴드에 연결되고 제4 및 제5 밸브를 통해 등화 도관에 연결되는 제2 개구를 구비한다. 등화 도관은 복수의 용기 각각에 연결된다. 제4 밸브는 개방 상태일 때 제1 예정된 유량을 제공하며, 제5 밸브는 개방 상태일 때 제2 예정된 유량을 제공한다.
본 발명의 보다 완전한 이해 및 이의 많은 이점은 첨부 도면과 함께 후술하는 상세한 설명을 참조하여 보다 명확해질 것이다.
도 1은 2단 압력 등화를 포함하는 4 용기 압력 변동 흡착(PSA) 사이클에 대한 사이클 다이어그램.
도 2는 도 1의 4 용기 PSA 사이클을 실행하는 개선된 PSA 장치의 밸브 다이어그램.
도 3은 2단 압력 등화를 포함하는 5 용기 PSA 사이클에 대한 사이클 다이어그램.
도 4는 도 3의 5 용기 PSA 사이클을 실행하는 개선된 PSA 장치의 밸브 다이어그램.
도 5는 3단 압력 등화를 포함하는 6 용기 PSA 사이클에 대한 사이클 다이어그램.
도 6은 도 5의 6 용기 PSA 사이클을 실행하는 개선된 PSA 장치의 밸브 다이어그램.
도 7은 3단 압력 등화를 포함하는 7 용기 PSA 사이클에 대한 사이클 다이어그램.
도 8은 도 7의 7 용기 PSA 사이클을 실행하는 개선된 PSA 장치의 밸브 다이어그램.
도 9는 숨겨진 부분을 점선으로 표시한 본 발명에 사용되는 밸브 매니폴드을 나타내는 도면.
본 발명의 실시예는 첨부 도면을 참조하여 후술한다. 후술하는 설명에서, 실질적으로 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소는 동일 참조 부호로 나타내며, 중복 설명은 필요시에만 행해질 것이다.
도 1은 2단 압력 등화를 포함하는 4 용기 압력 변동 흡착(PSA) 사이클에 대한 사이클 다이어그램이다. 도 2는 도 1에 도시된 4 용기 PSA 사이클을 실행하는데 사용될 수 있는 개선된 PSA 장치(1A)의 밸브 다이어그램이다.
도 2는 제1 용기(10), 제2 용기(20), 제3 용기(30) 및 제4 용기(40)를 포함하는 PSA 장치(1A)를 나타낸다. 각각의 용기는 통상 흡착재의 베드를 포함한다. 용기(10, 20, 30 및 40)는 공급 가스 혼합물을 공급하는 소스 매니폴드와 흡착되지 않은 생성물 유출 가스에 대한 출구를 제공하는 생성물 매니폴드(102) 사이에서 병류 관계로 연결된다. 또한, 용기(10, 20, 30 및 40)는 흡착 성분에 대한 출구를 제공하는 폐기물 매니폴드(104)에 연결된다.
용기(10, 20, 30 및 40) 각각은 그 하부 단에 하부 개구(12, 22, 32 및 42)가 각각 마련되어 있다. 하부 개부(12, 22, 32 및 42)는 각각 도관(11, 21, 31 및 41)을 통해 소스 매니폴드(100)에 연결된다. 도관(11, 21, 31 및 41)은 소스 매니폴드(100)와 각각의 용기(10, 20, 30 및 40) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(10A, 20A, 30A 및 40A)를 각각 갖는다. 하부 개구(12, 22, 32 및 42)는 각각 도관(13, 23, 33 및 43)을 통해 폐기물 매니폴드(104)에 연결된다. 도관(13, 23, 33, 및 43)은 폐기물 매니폴드(104)와 각각의 용기(10, 20, 30 및 40) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(10E, 20E, 30E 및 40E)를 각각 갖는다.
또한, 용기(10, 20, 30 및 40) 각각은 그 상부 단에 상부 개구(14, 24, 34 및 44)가 각각 마련되어 있다. 상부 개구(14, 24, 34 및 44)는 도관(15, 25, 35 및 45)을 통해 각각 생성물 매니폴드(102)에 연결된다. 도관(15, 25, 35 및 45)은 생성물 매니폴드(102)와 각각의 용기(10, 20, 30 및 40) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(10B, 20B, 30B 및 40B)를 각각 갖는다.
상부 개구(14, 24, 34 및 44)는 하나 이상의 도관에 의해 등화 도관(106)에 연결될 수 있으며, 각 도관은 그 내부에 밸브를 갖는다. 용기(10)의 상부 개구(14)는 제1 도관(16)과 제2 도관(18)을 통해 등화 도관(106)에 연결되는 것이 바람직하다. 도관(16 및 18)은 등화 도관(106)과 용기(10) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(10C 및 10D)를 각각 갖는다. 밸브(10C 및 10D)는 개방 상태일 때 예정된 유량을 제공하도록 구성되고, 밸브(10C 및 10D)는 상이한 예정된 유량을 제공하도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 유체가 등화 도관(106)으로부터 [다른 용기(20, 30 및 40) 중 하나로부터] 용기(10)에 흐르는 2단 압력 등화 동안에, 밸브 중 하나는 제1단 동안에 바람직한 등화를 달성하기에 적절한 제1 예정된 유량에서 개방하도록 구성될 수 있고, 그 후 큰 압력차 및 큰 유량 변화가 장치 내에서 발생하는 경우, 다른 밸브(다른 밸브 폐쇄 또는 양 밸브 개방)는 제2단 동안에 용기 및 장치 내의 유해한 유체 충격없이 바람직한 등화를 달성하기에 적절한 제2 예정된 유량에서 개방하도록 구성될 수 있다. 별법으로서, 본 발명의 PSA 장치는 각 용기를 등화 도관(106)에 연결하는 단일 도관 및 밸브를 포함할 수도 있고, PSA 장치의 바람직한 유동 특성에 따라 각 용기를 등화 도관(106)에 연결하는데 3개 이상의 도관 및 밸브가 사용될 수도 있다. PSA 장치(1A)의 밸브는 소정의 압력 레벨 또는 몇가지 그 조합 등과 같은 동작 조건에 기초하여 수동 제어될 수도 있고, 제어 장치에 의해 자동 제어될 수도 있고, 자동 구동될 수도 있다. 이들 밸브는 필요에 따라 가변 유량 밸브일 수 있다.
용기(20, 30 및 40)의 상부 개구(24, 34, 및 44)는 용기(10)의 상부 개구(14)에 대하여 전술한 바와 유사한 방식으로 등화 도관(106)에 연결된다. 보다 구체적으로는, 용기(20)의 상부 개구(24)는 제1 도관(26) 및 제2 도관(28)을 통해 등화 도관(106)에 연결되고, 도관(26 및 28)은 등화 도관(106)과 용기(20) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(20C 및 20D)를 각각 갖는다. 또한, 용기(30)의 상부 개구(34)는 제1 도관(36)과 제2 도관(38)을 통해 등화 도관(106)에 연결되고, 도관(36 및 38)은 등화 도관(106)과 용기(30) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(30C 및 30D)를 각각 갖는다. 또한, 용기(40)의 상부 개구(44)는 제1 도관(46) 및 제2 도관(48)을 통해 등화 도관(106)에 연결되고, 도관(46 및 48)은 등화 도관(106) 및 용기(40) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(40C 및 40D)를 각각 갖는다.
용기(10C, 10D, 20C, 20D, 30C, 30D, 40C 및 40D)는 등화 도관(106)을 따른 흐름을 방해하지 않는 것이 바람직하다.
도 1은 도 2에 도시된 PSA 장치(1A)에 의해 실행될 수 있는 2단 압력 등화를 포함하는 4 용기 압력 변동 흡착(PSA) 사이클에 대한 사이클 다이어그램이다. 도 1에 도시된 PSA 사이클은 설명을 간단하게 하기 위해 24개의 시간단위로 분할되어 있다. 4개의 흡착 용기(10, 20, 30 및 40) 각각은 동일한 단계의 흐름을 따르지만, 각 용기에 있어서의 단계의 흐름은 다른 용기와 오프셋되어 있다. 이하, 흡착 용기(10)의 사이클을 설명한다.
시간 단위 1 동안, 흡착 용기(10)는 밸브(10A 및 10B)가 개방 상태이고 밸브(10C, 10D, 10E, 20A, 30A, 40A, 20B, 30B 및 40B)가 폐쇄 상태인 흡착 프로세스(A)를 수행하고 있다. 시간 단위 1 동안, 공급 가스 혼합물 유체는 도관(11)을 통해 소스 매니폴드(100)로부터 용기(10)의 개구(12)에 공급되고, 유체는 용기(10) 내의 흡착성 베드를 통해 이동하며, 흡착되지 않은 생성물 유체는 출구 개구(14)에서 나와 도관(15)을 통해 생성물 매니폴드(102)로 이동한다.
시간 단위 2 내지 5 동안, 밸브(10A 및 10B)는 흡착 용기(10)가 흡착 프로세스(A)를 계속 수행하도록 개방 상태로 유지되고, 밸브(40B)는 용기(40)의 최종 생성물 재가압 단계(FP)를 수행하도록 개방 상태로 이동한다. 최종 생성물 재가압 동안, 유체는 도관(45)을 따라 생성물 매니폴드(102)에서 개구(44)를 지나 용기 (40) 안으로 유동한다.
시간 단위 7 동안, 밸브(10A 및 10B) 및 밸브(10C 및 20C)는 개방 상태로 이동하여 용기(10 및 20) 내의 압력이 균일하게 한다. [설명을 간략화하기 위해, 밸브(10C 및 20C)는 압력 등화 단계 동안 사용되는 것으로 기술하지만, 별법으로서 밸브(10D 및 20D), 밸브(10C 및 20D), 또는 밸브(10D 및 20C)가 사용될 수 있다.] 시간 단위 7 동안, 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 감소하는 제1단 압력 등화 단계(E1D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(20)는 용기(20) 내의 압력이 증가하는 제1단 압력 등화 단계(E1P)를 수행한다. 시간 단위 7 동안, 용기(10) 내에서의 유체는 개구(14)에서 나와 도관(16)을 따라 등화 도관(106)으로 흐르고, 그 후 도관(26)을 따라 그리고 개구(24)를 통해 용기(20) 안으로 유동한다.
시간 단위 8 내지 11 동안, 밸브(20C)는 폐쇄 상태로 이동되고 밸브(30C)[또는 밸브(30D)]는 개방 상태로 이동된다. 시간 단위 8 내지 11 동안, 밸브(30E)의 개방에 의해 폐기물을 퍼지(P)하는 퍼지 가스를 용기(30)에 제공하고, 이에 의해 폐기물을 도관(33)을 통해 용기(30)로부터 폐기물 매니폴드(104)로 배출함으로써, 용기(10)는 병류(cocurrent) 감압 단계를 수행한다. 시간 단위 8 내지 11 동안, 용기(10) 내의 유체는 개구(14)에서 나와 도관(16)을 따라 등화 도관(106)으로 유동하고, 그 후 도관(36)을 따라 개구(34)를 통해 용기(30) 안으로 유동한다. 용기(30)는 개구(34)를 통해 빠져나와서 도관(33)을 따라 폐기물 매니폴드(104)로 이동하는 유체에 의해 퍼지된다.
시간 단위 12 동안, 용기(10)는 유체를 용기(30)에 계속 공급하지만, 밸브 (30E)는 폐쇄 상태로 이동되어 용기(10 및 30) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용한다. 시간 단위 12 동안, 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 감소하는 제2단 압력 등화 단계(E2D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(30)는 용기(30) 내의 압력이 증가하는 제2단 압력 등화 단계(E2P)를 수행한다. 시간 단위 12 동안, 제2 압력 등화 단계는 밸브(10D 및 30D)를 사용하여 수행되는데, 이들 밸브는 밸브(10C 및 30C)와는 상이한 유량을 제공할 수 있다. 따라서, 시간 단위 12 동안, 밸브(10C 및 30C)는 폐쇄되고 밸브(10D 및 30D)는 개방 상태로 이동한다. 따라서, 시간 단위 12 동안, 용기(10) 내로부터의 유체는 개구(14)에서 흘러 나와 도관(18)을 따라 등화 도관(106)으로 유동하고, 그 후 도관(38)을 따라 개구(34)를 통해 용기(30) 안으로 유동한다.
시간 단위 13 동안, 밸브(10D)는 폐쇄되고 밸브(10E)는 개방 상태로 이동된다. 시간 단위 13 동안, 용기(10)는 용기(10) 내로부터의 유체가 개구(12)를 통해 빠져나와 도관(13)을 따라 폐기물 매니폴드(104)로 이동하는 향류(countercurrent) 블로우다운 단계(BD)를 수행한다.
시간 단위 14 내지 17 동안, 밸브(10E)는 개방 상태로 남게 되고, 밸브(10D 및 40D)(또는 바람직한 유량에 따라 10C 및 40C)는 개방 상태로 이동되지만, 밸브(20C, 20D, 30C, 및 30D)는 폐쇄된다. 시간 단위 14 내지 17 동안, 밸브(10E)의 개방에 의해 폐기물을 퍼지하는(P) 퍼지 가스를 용기(10)에 제공하고, 이에 의해 폐기물을 도관(13)을 통해 용기(10)로부터 폐기물 매니폴드(104)로 배출함으로써, 용기(40)는 병류 감압(PP)을 수행한다. 시간 단위 14 내지 17 동안, 용기(40) 내 부로부터의 유체는 개구(44) 밖으로 흘러 나와 도관(48)을 따라 등화 도관(106)으로 유동하고, 그 후 도관(18)을 따라 개구(14)를 통해 용기(10) 안으로 유동한다. 용기(10)는 개구(12)를 통해 빠져나와서 도관(13)을 따라 폐기물 매니폴드(104)로 이동하는 유체에 의해 퍼지된다.
시간 단위 18 동안, 용기(40)는 유체를 용기(10)에 계속 공급하지만, 밸브(10E)는 폐쇄 상태로 이동되어 용기(10 및 40) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용한다. 시간 단위 18 동안, 용기(40)는 용기(40) 내의 압력이 감소하는 제2단 압력 등화 단계(E2D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 증가하는 제2단 압력 등화 단계(E2P)를 수행한다. 시간 단위 18 동안, 제2 압력 등화 단계는 밸브(10D 및 40D)를 사용하여 수행된다. 따라서, 시간 단위 18 동안, 밸브(10D 및 40D)는 개방 상태이다. 따라서, 시간 단위 18 동안, 용기(40) 내부로부터의 유체는 개구(44) 밖으로 흘러 나와 도관(48)을 따라 등화 도관(106)으로 유동하고, 그 후 도관(18)을 지나 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다.
시간 단위 19 동안, 밸브(10D 및 40D)는 폐쇄되고 밸브(10C 및 20C)는 개방 상태로 이동되어 밸브(10 및 20) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용한다. 시간 단위 19 동안, 용기(20)는 용기(20) 내의 압력이 감소하는 제1단 압력 등화 단계(E1D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 증가하는 제1단 압력 등화 단계(E1P)를 수행한다. 시간 단위 19 동안, 용기(20) 내부로부터의 유체는 개구(24) 밖으로 흘러 나와 도관(26)을 따라 등화 도관(106)으로 유동하고, 그 후 도관(16)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다.
시간 단위 20 내지 24 동안, 밸브(10C 및 20C)가 폐쇄되고, 밸브(10B)는 개방 상태로 이동되어 용기(10) 내의 최종 생성물 재가압 단계(FP)를 수행한다. 최종 생성물 재가압 단계(FP) 동안, 유체는 흡착 단계를 현재 수행하는 용기(30)로부터 도관(35)을 통해 생성물 매니폴드(102)로 유동한 후, 생성물 매니폴드(102)로부터 도관(15)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다.
나머지 흡착 용기(20, 30, 및 40)는 동일한 단계 흐름을 따르지만, 각 단계의 흐름은 다른 용기와 오프셋되어 있다. 나머지 흡착 용기(20, 30, 및 40) 각각의 프로세스는 용기(10)에 대하여 전술한 것과 유사하지만, 용기들 간의 상호작용을 필요로 하는 여러 단계는 도 1에서 명확하게 설명한 PSA 사이클 다이어그램에서 설명된 바와 같이 다양한 용기를 사용하여 수행될 수 있다.
도 3은 2단 압력 등화를 포함하는 5 용기 압력 변동 흡착(PSA) 사이클에 대한 사이클 다이어그램을 나타낸다. 도 4는 도 3에 도시된 5 용기 PSA 사이클을 실행하는데 사용될 수 있는 개선된 PSA 장치(1B)의 밸브 다이어그램이다.
도 4는 제1 용기(10), 제2 용기(20), 제3 용기(30) 및 제4 용기(40)를 포함하고, 이와 함께 간략화를 위해 다시 상세히 설명하지 않은 4 용기 PSA 장치(1A)에서 전술한 바와 같은 대응 밸브 및 도관을 포함하는 PSA 장치(1B)를 나타낸다. 또한, PSA 장치(1B)는 그 내부에 흡착재의 베드를 포함하는 제5 용기(50)를 포함한다. 용기(10, 20, 30, 40 및 50)는 공급 가스 혼합물을 공급하는 소스 매니폴드(100)와 흡착되지 않은 생성물 유출 가스에 대한 출구를 제공하는 생성물 매니폴드(102) 사이에서 병류 관계로 연결된다. 또한, 용기(10, 20, 30, 40 및 50)는 흡착된 성분에 대한 출구를 제공하는 폐기물 매니폴드(104)에 연결된다.
용기(50)는 그 하부 단 상에 하부 개구(52)가 마련되며, 이 개구는 도관(51)을 통해 소스 매니폴드(100)에 연결된다. 도관(51)은 소스 매니폴드(100)와 용기(50) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(50A)를 구비한다. 하부 개구(52)는 도관(53)을 통해 폐기물 매니폴드(104)에 연결된다. 도관(53)은 폐기물 매니폴드(104)와 용기(50) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(50E)를 구비한다. 또한, 용기(50)는 그 상부 단 상에 상부 개구(54)가 마련되며, 이 개구는 도관(55)을 통해 생성물 매니폴드(102)에 연결된다. 도관(55)은 생성물 매니폴드(102)와 용기(50) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(50B)를 구비한다.
상부 개구(54)는 하나 이상의 도관에 의해 등화 도관(106)에 연결될 수 있으며, 각 도관은 그 내부에 밸브를 구비한다. 용기(50)의 상부 개구(54)는 제1 도관(56)과 제2 도관(58)을 통해 등화 도관(106)에 연결되는 것이 바람직하다. 도관(56 및 58)은 등화 도관(106)과 용기(50) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(50C 및 50D)를 각각 구비한다. 밸브(50C 및 50D)는 4 용기 PSA 장치(1A)와 관련하여 전술한 밸브(10C 및 10C)와 동일한 방식으로 동작하도록 구성된다. 별법으로서, 본 발명의 PSA 장치는, 각 용기를 등화 도관(106)에 연결하는 단일 도관 및 밸브를 포함할 수도 있고, PSA 장치의 바람직한 유동 특성에 따라 각 용기를 등화 도관(106)에 연결하는데 3개 이상의 도관 및 밸브가 사용될 수도 있다.
도 3은 도 4에 도시된 PSA 장치(1B)에 의해 실행될 수 있는 2단 압력 등화를 포함하는 5 용기 압력 변동 흡착(PSA) 사이클에 대한 사이클 다이어그램이다. 도 3에 도시된 PSA 사이클은 설명의 간략화를 위해 20개의 시간 단위로 분할되어 있다. 5개의 흡착 용기(10, 20, 30, 40 및 50) 각각은 동일한 단계 흐름을 따르지만, 각 용기의 단계 흐름은 다른 용기와 오프셋되어 있다.
도 3에 도시된 PSA 사이클은 도 1에 도시된 PSA 사이클에 대해 몇 가지 두드러진 차이점을 갖는다. 예를 들면, 도 3에 도시된 PSA 사이클에서는, 용기 내의 압력이 감소하는 제1단 압력 등화 단계(E1D)와 용기 내의 압력이 감소하는 제2단 압력 등화 단계(E2D) 모두를, 병류 감압 단계(PP) 전에 유리하게 배치한다. 도 1에 도시된 PSA 사이클에서, 병류 감압 단계(PP)는 제1단 압력 등화 단계(E1D) 후에 그리고 제2단 압력 등화 단계(E2D) 전에 수행된다. 또한, 도 3에 도시된 PSA 사이클에서는 유체가 용기 내외로 유동하지 않도록 용기가 폐쇄되는 여러 유지 단계(H)를 포함한다. PSA 사이클에 포함된 유지 상태는, PSA 장치(1B)가 단지 하나의 등화 도관으로 구성되는 것을 허용한다.
하나 이상의 용기 또는 이에 연관된 밸브 중 임의의 것이 도 4에 도시된 PSA 장치(1B)에서 장애를 일으키는 경우, PSA 장치(1B)는 작동되지 않는 용기를 격리함으로써, 도 1에 도시된 PSA 사이클을 사용하는 4 용기 장치인 것처럼 PSA 장치(1B)가 동작할 수 있다. 사실상, PSA 장치는 비록 성능이 감소되기는 하지만 문제가 해결될 때까지 4 용기 PSA 모드로 작동하는 상태로 남을 수 있다. 이로써 보수 작업의 최적 스케줄링과 장치 다운 타임의 최소화가 가능해진다.
도 3에 도시된 PSA 사이클에서의 흡착 용기(10)의 사이클을 후술한다.
시간 단위 1 동안, 용기(10 및 30) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하도 록, 밸브(10A, 10B, 10D 및 10E)가 폐쇄 상태이고 밸브(10C 및 30C)가 개방 상태이다. 시간 단위 1 동안, 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 감소하는 제1단 압력 등화 단계(E1D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(30) 내의 압력이 증가하는 제1단 압력 등화 단계(E1P)를 수행한다. 시간 단위 1 동안, 용기(10) 내로부터의 유체는 개구(14) 밖으로 흘러 나와 도관(16)을 따라 등화 도관(106)으로 유동하고, 그 후 도관(36)을 따라 그리고 개구(34)를 지나 용기(30) 안으로 유동한다.
시간 단위 2 동안, 용기(10 및 40) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하기 위하여, 밸브(10C 및 30C)는 폐쇄 상태이고 밸브(10D 및 40D)는 개방 상태이어서, 용기(10)가 유체를 용기(40)에 공급한다. 시간 단위 2 동안, 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 감소하는 제2단 압력 등화 단계(E2D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(40)는 용기(40) 내의 압력이 증가하는 제2단 압력 등화 단계(E2P)를 수행한다. 시간 단위 2 동안, 제2 압력 등화 단계는 밸브(10C 및 40C)와는 상이한 유량을 제공할 수 있는 밸브(10D 및 40D)를 사용하여 수행된다. 따라서, 시간 단위 2 동안, 용기(10) 내로부터의 유체는 개구(14) 밖으로 흘러 나와 도관(18)을 따라 등화 도관(106)으로 유동하고, 그 후 도관(48)을 따라 그리고 개구(44)를 지나 용기(40) 안으로 유동한다.
시간 단위 3 및 4 동안, 밸브(10D 및 50D)[또는 밸브(50C)]는 개방 상태이다. 시간 단위 3 및 4 동안, 밸브(50E)의 개방에 의해 폐기물을 퍼지하는(P) 퍼지 가스를 용기(50)에 제공하고, 이에 의해 폐기물을 도관(53)을 통해 용기(50)로부터 폐기물 매니폴드(104)로 방출함으로써, 용기(10)는 병류 감압 단계(PP)를 수행한 다. 시간 단위 3 및 4 동안, 용기(10) 내로부터의 유체는 개구(14) 밖으로 흘러 나와 도관(16)을 따라 등화 도관(106)으로 유동하고, 그 후 도관(56)을 따라 그리고 개구(54)를 지나 용기(50) 안으로 유동한다. 용기(50)는 개구(52)를 통해 빠져 나와 도관(53)을 따라 폐기물 매니폴드(104)로 이동하는 유체에 의해 퍼지된다.
시간 단위 5 동안, 밸브(10D)는 폐쇄 상태이고 밸브(10E)는 개방 상태이다. 시간 단위 5 동안, 용기(10)는 용기(10) 내로부터의 유체가 개구(12)를 통해 빠져 나와서 도관(13)을 통해 폐기물 매니폴드(104)로 이동하는 향류 블로우다운 단계(BD)를 수행한다.
시간 단위 6 동안, 용기(10)는 유지 상태이며, 여기서 모든 밸브(10A, 10B, 10C, 10D, 및 10E)는 폐쇄 상태이고 어떤 유체도 개구(12 및 14)를 통해 용기(10) 내외로 이동하지 못한다.
시간 단위 7 및 8 동안, 밸브(10E)는 개방 상태이고 밸브(10D 및 20D)(또는 바람직한 유량에 따라 10C 및 20C)는 개방 상태이다. 시간 단위 7 및 8 동안, 밸브(10E)의 개방에 의해 폐기물을 퍼지하는(P) 퍼지 가스를 용기(10)에 제공하고, 이에 의해 폐기물을 도관(13)을 통해 용기(10)로부터 폐기물 매니폴드(104)로 방출함으로써, 용기(20)는 병류 감압(PP)을 수행한다. 시간 단위 7 및 8 동안, 용기(20) 내로부터의 유체는 개구(24) 밖으로 흘러 나와 도관(28)을 따라 등화 도관(106)으로 유동한 후, 도관(18)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다. 용기(10)는 개구(12)를 통해 빠져 나와서 도관(13)을 따라 폐기물 매니폴드(104)로 이동하는 유체에 의해 퍼지된다.
시간 단위 9 동안, 용기(10)는 유지 상태이며, 여기서 모든 밸브(10A, 10B, 10C, 10D 및 10E)는 폐쇄 상태이고 어떤 유체도 개구(12 및 14)를 통해 용기(10) 내외로 이동하지 못한다.
시간 단위 10 동안, 밸브(10D 및 30D)는 용기(10 및 30) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하도록 개방 상태이다. 시간 단위 10 동안, 용기(30)는 용기(30) 내의 압력이 감소하는 제2단 압력 등화 단계(E2D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 증가하는 제2단 압력 등화 단계(E2P)를 수행한다. 시간 단위 10 동안, 제2 압력 등화 단계는 밸브(10D 및 30D)를 사용하여 수행된다. 따라서, 시간 단위 10 동안, 용기(30) 내로부터의 유체는 개구(34) 밖으로 흘러 나와 도관(38)을 따라 등화 도관(106)으로 유동한 후, 도관(18)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다.
시간 단위 11 및 12 동안, 용기(10)는 유지 상태이고, 여기서 모든 밸브(10A, 10B, 10C, 10D 및 10E)는 폐쇄 상태이며 어떤 유체도 개구(12 및 14)를 통해 용기(10) 내외로 이동하지 못한다.
시간 단위 13 동안, 밸브(10C 및 40C)는 용기(10 및 40) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하도록 개방 상태이다. 시간 단위 13 동안, 용기(40)는 용기(40) 내의 압력이 감소하는 제1단 압력 등화 단계(E1D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 증가하는 제1단 압력 등화 단계(E1P)를 수행한다. 시간 단위 13 동안, 용기(40) 내로부터의 유체는 개구(44) 밖으로 흘러 나와 도관(46)을 따라 등화 도관(106)으로 유동하고, 그 후 도관(16)을 따라 그리고 개구 (14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다.
시간 단위 14 내지 16 동안, 용기(10)에서 최종 생성물 재가압 단계(FP)를 수행하도록, 밸브(10C)는 폐쇄 상태이고 밸브(10B)는 개방 상태이다. 최종 생성물 재가압 단계(FP) 동안, 유체가 흡착 단계를 현재 수행하는 용기(50)로부터 도관을 통해 생성물 매니폴드(102)로 유동한 후, 생성물 매니폴드(102)로부터 도관(15)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다.
시간 단위 17 동안, 흡착 용기(10)는 밸브(10A 및 10B)가 개방 상태이고 밸브(10C, 10D, 10E, 20A, 30A, 40A, 50A, 20B, 30B, 40B 및 50B)가 폐쇄 상태인 흡착 프로세스(A)를 수행한다. 시간 단위 17 동안, 공급 가스 혼합물 유체는 소스 매니폴드(100)로부터 도관(11)을 통해 용기(10)의 개구(12)에 공급되고, 유체는 용기(10) 내의 흡착성 베드를 통해 이동하며, 흡착되지 않은 생성물 유체는 개구(14) 밖으로 흘러 나와 도관(15)을 통해 생성물 매니폴드(102)로 이동한다.
시간 단위 18 내지 20 동안, 밸브(10A 및 10B)는 용기(10)가 흡착 프로세스(A)를 계속 수행하도록 개방 상태로 남게 되고, 밸브(20B)는 개방 상태로 이동되어 용기(20)에서 최종 생성물 재가압 단계(FP)를 수행한다. 최종 생성물 재가압 동안, 유체는 생성물 매니폴드(102)으로부터 도관(25)을 따라 그리고 개구(24)를 지나 용기(20) 안으로 유동한다.
나머지 흡착 용기(20, 30, 40 및 50)는 동일한 단계 흐름을 따르지만, 각 단계의 흐름은 다른 용기로부터 오프셋되어 있다. 나머지 흡착 용기(20, 30, 40 및 50) 각각에 대한 프로세스는 용기(10)와 관련하여 전술한 바와 유사하지만, 이들 용기 간의 상호작용을 필요로 하는 여러 단계가 도 3에서 명확하게 설명한 PSA 사이클 다이어그램에서 설명된 바와 같이 다양한 용기를 사용하여 수행될 수 있다.
도 5는 3단 압력 등화를 포함하는 6 용기 압력 변동 흡착(PSA) 사이클에 대한 사이클 다이어그램이다. 도 6은 도 5에 도시된 6 용기 PSA 사이클을 시행하는데 사용될 수 있는 개선된 PSA 장치(1C)의 밸브 다이어그램이다.
도 6은 제1 용기(10), 제2 용기(20), 제3 용기(30), 제4 용기(40) 및 제5 용기(50)를 포함하고, 이와 함께 설명의 간략화를 위해 다시 상세히 설명하지 않는 전술한 바와 유사한 대응 밸브 및 도관을 포함하는 PSA 장치(1C)를 나타낸다. 또한, PSA 장치(1C)는 그 내부에 흡착재의 베드를 포함하는 제6 용기(60)를 포함한다. 용기(10, 20, 30, 40, 50 및 60)는 공급 가스 혼합물을 공급하는 소스 매니폴드(100)와 흡착되지 않은 생성물 유출 가스에 대한 출구를 제공하는 생성물 매니폴드(102) 사이에서 병류 관계로 연결된다. 또한, 용기(10, 20, 30, 40, 50, 및 60)는 흡착 성분에 대한 출구를 제공하는 폐기물 매니폴드(104)에 연결된다.
용기(60)는 그 하단 부 상에 하부 개구(62)가 마련되며, 이 개구는 도관(61)을 통해 소스 매니폴드(100)에 연결된다. 도관(61)은 소스 매니폴드(100)와 용기(60) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(60A)를 구비한다. 하부 개구(62)는 도관(63)을 통해 폐기물 매니폴드(104)에 연결된다. 도관(63)은 폐기물 매니폴드(104)와 용기(60) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(60E)를 구비한다. 또한, 용기(60)는 그 상부 단 상에 상부 개구(64)가 마련되며, 이 개구는 도관(65)을 통해 생성물 매니폴드(102)에 연결된다. 도관(65)은 생성물 매니폴드(102)와 용기(60) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(60B)를 구비한다.
상부 개구(64)는 하나 이상의 도관에 의해 등화 도관(106)에 연결될 수 있으며, 각 도관은 그 내부에 밸브를 갖는다. 도 6에 도시된 6 용기 PSA 장치(1C)에서, 각 상부 개구(14, 24, 34, 44, 54 및 64)는 도관(18, 28, 38, 48, 58 및 68)을 통해 각각 등화 도관(106)에 연결된다. 도관(18, 28, 38, 48, 58 및 68)은 등화 도관(106)과 용기(10, 20, 30, 40, 50 및 60) 사이의 유체 유동을 각각 제어하는 밸브(10D, 20D, 30D, 40D, 50D 및 60D)를 각각 구비한다. 밸브(10D, 20D, 30D, 40D, 50D 및 60D)는 4 용기 PSA 장치(1A)와 관련하여 설명한 밸브(10C 및 10D)와 동일한 방식으로 동작하도록 구성된다. 별법으로서, 본 발명의 PSA 장치는 PSA 장치에서 필요로 하는 유동 특성에 따라 각 용기를 등화 도관(106)에 연결하는데 사용될 수 있는 복수의 도관 및 밸브를 포함할 수 있다.
도 5는 도 6에 도시된 PSA 장치(1C)에 의해 실행될 수 있는 3단 압력 등화를 포함하는 6 용기 압력 변동 흡착(PSA) 사이클에 대한 사이클 다이어그램이다. 도 5에 도시된 PSA 사이클은 설명의 간략화를 위해 24개의 시간 단위로 분할되어 있다. 6개의 흡착 용기(10, 20, 30, 40, 50, 및 60) 각각은 동일한 단계 흐름을 따르지만, 각 용기의 단계 흐름은 다른 용기로부터 오프셋되어 있다.
도 5에 도시된 PSA 사이클은 도 3에 도시된 PSA 사이클에 대해 몇 가지 두드러진 차이점을 갖는다. 보다 구체적으로, 도 5에 도시된 PSA 사이클은 통상 장치 내의, 그리고 구체적으로는 흡착성 베드의 유체 충격을 최소화하기 위해 3단 압력 등화를 사용하여 흡착재의 수명을 증대시키는 것이 유익하다. 도 5의 PSA 사이클에 기초하면, 각 용기를 등화 도관(106)에 연결하는 2 밸브를 포함할 필요는 없고, 그 결과 PSA 장치(1C)의 복잡도를 더 감소시킨다. PSA 사이클에 포함된 유지 상태는 PSA 장치(1C)가 단지 하나의 등화 도관으로 구성되는 것을 허용한다.
하나 이상의 용기 또는 이에 연관된 밸브 중 임의의 것이 도 6에 도시된 PSA 장치에 장애를 일으키는 경우, PSA 장치(1C)는 비작동 용기(들)를 격리함으로써, 도 1에 도시된 PSA 사이클을 사용하는 4 용기 장치인 것처럼 또는 도 3에 도시된 PSA 사이클을 사용하는 5 용기 장치인 것처럼 동작할 수 있다. 사실상, 그 후, PSA 장치는 이 문제가 해결될 수 있을 때까지 4 용기 PSA 모드 또는 5 용기 PSA 모드로 작동하는 상태로 남을 수 있다. 그러나, 도 1 및 도 3의 PSA 사이클을 가장 효율적으로 수행하기 위해서, PSA 장치(1C)에는 용기(10, 20, 30, 40, 50 및 60)를 등화 도관(106)에 각각 연결하는 추가 밸브(10C, 20C, 30C, 40C, 50C 및 60C)가 마련되어야 할 것이다. 별법으로서, 도 1 및 도 3의 PSA 사이클은 단지 기존 밸브(10D, 20D, 30D, 40D, 50D, 및 60D)를 통해 모든 등화 단계를 수행함으로써 PSA 장치(1C)으로 수행될 수 있다.
도 5에 도시된 PSA 사이클에서 흡착 용기(10)의 사이클을 후술한다.
시간 단위 1 내지 3 동안, 흡착 용기(10)는 밸브(10A 및 10B)가 개방 상태이고 밸브(10D, 10E, 20A, 30A, 40A, 50A, 60A, 20B, 30B, 40B, 50B 및 60B)가 폐쇄 상태인 흡착 프로세스(A)를 수행한다. 시간 단위 1 내지 3 동안, 공급 가스 혼합물 유체는 도관(11)을 통해 소스 매니폴드(100)로부터 용기(10)의 개구(12)에 공급되고, 상기 유체는 용기(10) 내의 흡착성 베드를 통해 이동하며, 흡착되지 않은 생 성물 유체는 개구(14) 밖으로 흘러 나와 도관(15)을 통해 생성물 매니폴드(102)로 이동한다.
시간 단위 4 동안, 밸브(10A 및 10B)는 흡착 용기(10)가 흡착 프로세스(A)를 계속 수행하도록 개방 상태에 남게 되고, 밸브(20B)는 용기(20)에서 최종 생성물 재가압 단계(FP)를 수행하도록 개방 상태로 이동한다. 최종 생성물 재가압 동안, 유체는 생성물 매니폴드(102)로부터 도관(25)을 따라 그리고 개구를 지나 용기(20) 안으로 유동한다.
시간 단위 5 및 6 동안, 흡착 용기(10)는 밸브(10A 및 10B)가 개방 상태인 흡착 프로세스(A)를 계속 수행하고, 밸브(20B)는 폐쇄 상태로 이동한다. 시간 단위 5 및 6 동안, 공급 가스 혼합물 유체는 도관(11)을 통해 소스 매니폴드(100)로부터 용기(10)의 개구(12)에 공급되고, 상기 유체는 용기(10) 내의 흡착성 베드를 통해 이동하며, 흡착되지 않은 생성물 유체는 개구(14) 밖으로 빠져나와서 도관(15)을 통해 생성물 매니폴드(102)로 이동한다.
시간 단위 7 동안, 밸브(10 및 30) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하도록, 밸브(10A, 10B 및 10E)는 폐쇄 상태이고, 밸브(10D 및 30D)는 개방 상태이다. 시간 단위 7 동안, 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 감소하는 제1단 압력 등화 단계(E1D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(30)는 용기(30) 내의 압력이 증가하는 제1단 압력 등화 단계(E1P)를 수행한다. 시간 단위 7 동안, 용기(10) 내로부터의 유체는 개부(14) 밖으로 흘러 나와 도관(18)을 따라 등화 도관(106)으로 유동하고, 그 후 도관(38)을 따라 그리고 개구(34)를 지나 용기(30) 안으로 유동한다.
시간 단위 8 동안, 용기(10 및 40) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하기 위하여, 밸브(30D)가 폐쇄 상태이고 밸브(10D 및 40D)는 개방 상태이어서, 용기(10)가 유체를 용기(40)에 공급한다. 시간 단위 8 동안, 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 감소하는 제2단 압력 등화 단계(E2D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(40)는 용기(40) 내의 압력이 증가하는 제2단 압력 등화 단계(E2P)를 수행한다. 따라서, 시간 단위 8 동안, 용기(10) 내로부터의 유체가 개구(14) 밖으로 흘러 나와 도관(18)을 따라 등화 도관(106)으로 유동한 후, 도관(48)을 따라 그리고 개구(44)를 지나 용기(40) 안으로 유동한다.
시간 단위 9 동안, 용기(10 내의 50) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하기 위하여, 밸브(40D)는 폐쇄 상태이고 밸브(10D 및 50D)는 개방 상태이어서, 용기(10)는 용기(50)에 유체를 공급한다. 시간 단위 9 동안, 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 감소하는 제3단 압력 등화 단계(E3D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(50)는 용기(50) 내의 압력이 증가하는 제3단 압력 등화 단계(E3P)를 수행한다. 따라서, 시간 단위 9 동안, 용기(10) 내로부터의 유체는 개구(14) 밖으로 흘러 나와 도관(18)을 따라 등화 도관(106)으로 유동한 후, 도관(58)을 따라 그리고 개구(54)를 지나 용기(50) 안으로 유동한다.
시간 단위 10 동안, 밸브(50D)는 폐쇄 상태이고 밸브(10D 및 60D)는 개방 상태이다. 시간 단위 10 동안, 밸브(60E)의 개방에 의해 폐기물을 퍼지하는(P) 퍼지 가스를 용기(60)에 제공하고, 이에 의해 폐기물을 도관(63)을 통해 용기(60)로부터 폐기물 매니폴드(104)로 방출함으로써, 용기(10)는 병류 감압 단계(PP)를 수행한 다. 시간 단위 10 동안, 용기(10) 내로부터의 유체는 개구(14) 밖으로 흘러 나와 도관(18)을 따라 등화 도관(106)으로 유동한 후, 도관(68)을 따라 그리고 개구(64)를 지나 용기(40) 안으로 유동한다. 용기(60)는 개구(62)를 통해 밖으로 빠져 나와서 도관(63)을 따라 폐기물 매니폴드(104)로 이동하는 유체에 의해 퍼지된다.
시간 단위 11 동안, 밸브(10D)는 폐쇄 상태이고 밸브(10E)는 개방 상태이다. 시간 단위 11 동안, 용기(10)는 용기(10) 내부로터의 유체가 개구(12)를 통해 빠져 나와서 도관(13)을 따라 폐기물 매니폴드(104)로 이동하는 향류 블로우다운 단계(BD)를 수행한다.
시간 단위 12 및 13 동안, 용기(10)는 유지 상태이고, 여기서 모든 밸브(10A, 10B, 10D 및 10E)는 폐쇄 상태이며 어떤 유체도 개구(12 및 14)를 통해 용기(10) 내외로 이동하지 못한다.
시간 단위 14 동안, 용기(10E)는 개방 상태이고 밸브(10D 및 20D)는 개방 상태이다. 시간 단위 14 동안, 밸브(10E)의 개방에 의해 폐기물을 퍼지하는(P) 퍼지 가스를 용기(10)에 제공하고, 이에 의해 폐기물을 도관(13)을 통해 용기(10)로부터 폐기물 매니폴드(104)로 방출함으로써, 용기(20)는 병류 감압(PP)을 수행한다. 시간 단위 14 동안, 용기(20) 내로부터의 유체는 개구(24) 밖으로 흘러 나와 도관(28)을 따라 등화 도관(106)으로 유동한 후, 도관(18)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다. 용기(10)는 개구(12)를 통해 밖으로 빠져 나와서 도관(13)을 따라 폐기물 매니폴드(104)로 이동하는 유체에 의해 퍼지된다.
시간 단위 15 및 16 동안, 용기(10)는 유지 상태이고, 여기서 모든 밸브 (10A, 10B, 10D 및 10E)는 폐쇄 상태이며, 어떤 유체도 개구(12 및 14)를 통해 용기(10) 내외로 이동하지 못한다.
시간 단위 17 동안, 용기(10 및 30) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하도록, 밸브(10D 및 30D)는 개방 상태이다. 시간 단위 17 동안, 용기(30)는 용기(30) 내의 압력이 감소하는 제3단 압력 등화 단계(E3D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 증가하는 제3단 압력 등화 단계(E3P)를 수행한다. 시간 단위 17 동안, 제3 압력 등화 단계는 밸브(10D 및 30D)를 사용하여 수행된다. 따라서, 시간 단위 17 동안, 용기(30) 내로부터의 유체는 개구(34) 밖으로 흘러 나와 도관(38)을 통해 등화 도관(106)으로 유동한 후, 도관(18)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다.
시간 단위 18 및 19 동안, 용기(10)는 유지 상태이고, 모든 밸브(10A, 10B, 10C, 10D 및 10E)는 폐쇄 상태이며, 어떤 유체도 개구(12 및 14)를 통해 용기(10) 내외로 이동하지 못한다.
시간 단위 20 동안, 용기(10 및 40) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하기 위하여, 밸브(10D 및 40D)는 개방 상태이다. 시간 단위 20 동안, 용기(40)는 용기(40) 내의 압력이 감소하는 제2단 압력 등화 단계(E2D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 증가하는 제2단 압력 등화 단계(E2P)를 수행한다. 시간 단위 20 동안, 제2 압력 등화 단계는 밸브(10D 및 40D)를 사용하여 수행된다. 따라서, 시간 단위 10 동안, 용기(40) 내로부터의 유체는 개구(44) 밖으로 흘러 나와 도관(48)을 따라 등화 도관(106)으로 유동한 후, 도관(18)을 따라 그리 고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다.
시간 단위 21 및 22 동안, 용기(10)는 유지 상태이고, 여기서 모든 밸브(10A, 10B, 10D, 및 10E)는 폐쇄 상태이며, 어떤 유체도 개구(12 및 14)를 통해 용기(10) 내외로 이동하지 못한다.
시간 단위 23 동안, 용기(10 및 50) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하도록, 밸브(10D 및 50D)는 개방 상태이다. 시간 단위 23 동안, 용기(50)는 용기(50) 내의 압력이 감소하는 제1단 압력 등화 단계(E1D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 증가하는 제1단 압력 등화 단계(E1P)를 수행한다. 시간 단위 23 동안, 용기(50) 내로부터의 유체는 개구(54) 밖으로 흘러 나와 도관(58)을 따라 등화 도관(106)으로 유동한 후, 도관(18)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다.
시간 단위 24 동안, 용기(10)에서 최종 생성물 재가압 단계(FP)를 수행하도록, 밸브(10D)는 폐쇄 상태이고, 밸브(10B)는 개방 상태이다. 최종 생성물 재가압 단계(FP) 동안, 유체는 현재 흡착 단계를 수행하는 용기(60)로부터 도관을 통해 생성물 매니폴드(102)로 유동한 후, 생성물 매니폴드(102)로부터 도관(15)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다.
나머지 흡착 용기(20, 30, 40, 50, 및 60)는 동일한 단계 흐름을 따르지만, 각 단계 흐름은 다른 용기로부터 오프셋되어 있다. 나머지 흡착 용기(20, 30, 40, 50 및 60) 각각에 대한 프로세스는 용기(10)와 관련하여 전술한 바와 유사하지만, 이들 용기 간의 상호작용을 필요로 하는 여러 단계 도 5에서 명확하게 설명한 PSA 사이클 다이어그램에서 설명된 바와 같이 다양한 용기를 사용하여 수행될 수 있다.
도 7은 3단 압력 등화를 포함하는 7 용기 압력 변동 흡착(PSA) 사이클에 대한 사이클 다이어그램이다. 도 8은 도 7에 도시된 7 용기 PSA 사이클을 실행하는데 사용될 수 있는 개선된 PSA 장치(1D)의 밸브 다이어그램이다.
도 8은 제1 용기(10), 제2 용기(20), 제3 용기(30), 제4 용기(40), 제5 용기(50) 및 제6 용기(60)를 포함하는 PSA 장치(ID)를 도시하며, 간략화를 위해서 다시 상세히 설명하지는 않는다. 또한, PSA 장치(1D)는 그 내부에 흡착재의 베드를 포함하는 제7 용기(70)를 포함한다. 용기(10, 20, 30, 40, 50, 60 및 70)는 공급 가스 혼합물을 공급하는 소스 매니폴드(100)와, 흡착되지 않은 생성물 유출 가스에 대한 출구를 제공하는 생성물 매니폴드(102) 사이에서 병류 관계로 연결된다. 또한, 용기(10, 20, 30, 40, 50, 60 및 70)는 흡착된 성분에 대한 출구를 제공하는 폐기물 매니폴드(104)에 연결된다.
용기(70)는 그 하부 단 상에 하부 개구(72)가 마련되는데, 이 개구는 도관(71)을 통해 소스 매니폴드(100)에 연결된다. 도관(71)은 소스 매니폴드(100)와 용기(70) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(70A)를 구비한다. 하부 개구(72)는 도관(73)을 통해 폐기물 매니폴드(104)에 연결된다. 도관(73)은 폐기물 매니폴드(104)와 용기(70) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(70E)를 구비한다. 또한, 용기(70)는 그 상부 단 상에 상부 개구(74)가 마련되는데, 이 개구는 도관(75)을 통해 생성물 매니폴드(102)에 연결된다. 도관(75)은 생성물 매니폴드(102)와 용기(70) 사이의 유체 유동을 제어하는 밸브(70B)를 구비한다.
7 용기 PSA 장치(ID)의 바람직한 실시예는 제1 등화 도관(108)과 제2 등화 도관(110)을 포함한다. 상부 개구(14, 24, 34, 44, 54, 64, 및 74)는 하나 이상의 도관에 의해 각각의 등화 도관(108 및 110)에 연결될 수 있으며, 각 도관은 그 내부에 밸브를 구비한다. 상부 개구(14, 24, 34, 44, 54, 64 및 74)는 제1 도관(16, 26, 36, 46, 56, 66 및 76)을 통해 각각 제1 등화 도관(108)에 연결되는 것이 바람직하다. 제1 도관(16, 26, 36, 46, 56, 66 및 76)은 제1 등화 도관(108)과 용기(10, 20, 30, 40, 50, 60 및 70) 사이의 유체 유동을 각각 제어하는 밸브(10C, 20C, 30C, 40C, 50C, 60C 및 70C)를 각각 구비한다. 상부 개구(14, 24, 34, 44, 54, 64 및 74)는 제2 도관(18, 28, 38, 48, 58, 68 및 78)을 통해 각각 제2 등화 도관(110)에 연결된다. 제2 도관(18, 28, 38, 48, 58, 68 및 78)은 제2 등화 도관(110)과 용기(10, 20, 30, 40, 50, 60 및 70) 사이의 유체 유동을 각각 제어하는 밸브(10D, 20D, 30D, 40D, 50D, 60D 및 70D)를 각각 구비한다. 밸브(70C 및 70D)는 4 용기 PSA 장치(1A)와 관련하여 전술한 밸브(10C 및 10D)와 동일한 방식으로 동작하도록 구성된다. 별법으로서, 본 발명의 PSA 장치는, PSA 장치에 바람직한 유동 특성에 따라, 각 용기를 각 등화 도관(108 및 110)을 연결하는 복수의 도관 및 밸브를 포함할 수 있다.
도 7은 도 8에 도시된 PSA 장치(1D)에 의해 실행될 수 있는 3단 압력 등화를 포함하는 7 용기 압력 변동 흡착(PSA)에 대한 사이클 다이어그램이다. 도 7에 도시된 PSA 사이클은 설명의 간략화를 위해서 21개의 시간 단위로 분할되어 있다. 7개의 흡착 용기(10, 20, 30, 40, 50, 60 및 70) 각각은 동일한 단계 흐름을 따르지만, 각 용기의 단계 흐름은 다른 용기로부터 오프셋되어 있다.
도 7에 도시된 PSA 사이클은 통상 장치 내의, 구체적으로는 흡착성 베드 내의 유체 충격을 최소화하기 위해서 3단 압력 등화를 사용함으로써, 흡착재의 수명을 증가시키는 이점이 있다. 도 7의 PSA 사이클에 기초하면, 각 용기를 등화 도관에 연결하는 제7 밸브를 포함할 필요가 없으며, 이는 PSA 장치(1D)의 복잡도를 저감한다. PSA 장치(1D)는 2개의 개별 등화 도관(108 및 110)을 포함하여, 도 7의 PSA 사이클이 어떤 유지 상태도 포함하지 않고 각 용기 내의 흡착 단계에 할당된 시간을 전반적으로 증대시키는 것을 허용한다.
하나 이상의 용기 또는 이에 연관된 밸브 중 임의의 것이 도 8에 도시된 PSA 장치(1D)에서 장애를 일으키는 경우, PSA 장치(1D)는 작동되지 않는 용기를 격리함으로써, 도 1에 도시된 PSA 사이클을 사용하는 4 용기 장치, 도 3에 도시된 PSA 사이클을 사용하는 5 용기 장치, 또는 도 5에 도시된 PSA 사이클을 사용하는 6 용기 장치인 것처럼 동작할 수 있다. 사실상, PSA 장치는 문제가 해결될 때까지, 4 용기 PSA 모드, 5 용기 PSA 모드, 또는 6 용기 PSA 모드로 작동하는 상태로 남을 수 있다.
도 7에 도시된 PSA 사이클 내의 흡착 용기(10)의 사이클을 후술한다.
시간 단위 1 동안, 흡착 용기(10)는 밸브(10A 및 10B)가 개방 상태이고 밸브(10C, 10D, 10E, 20A, 30A, 40A, 50A, 60A, 20B, 30B, 40B, 50B 및 60B)가 폐쇄 상태인 흡착 프로세스(A)를 수행한다. 시간 단위 1 동안, 공급 가스 혼합물 유체는 도관(11)을 통해 소스 매니폴드(100)로부터 용기(10)의 개구(12)로 공급되고, 상기 유체는 용기(10) 내의 흡착성 베드를 통해 이동하며, 흡착되지 않은 생성물 유체는 개구(14) 밖으로 빠져 나와서 도관(15)을 통해 생성물 매니폴드(102)로 이동한다. 또한, 용기(70)는 이 때 흡착 단계를 수행하고 밸브(70A 및 70B)는 개방되어 있다는 점을 유의하라.
시간 단위 2 및 3 동안, 밸브(10A, 10B, 70A 및 70B)는 흡착 용기(10 및 70)가 흡착 프로세스(A)를 계속 수행하도록 개방 상태로 남고, 밸브(20B)는 용기(20)에서 최종 생성물 재가압 단계(FP)를 수행하도록 개방 상태로 이동한다. 최종 생성물 재가압 동안, 유체는 생성물 매니폴드(102)로부터 도관(25)을 따라, 그리고 개구(24)를 지나 용기(20) 안으로 유동한다.
시간 단위 4 내지 6 동안, 흡착 용기(10)는 밸브(10A 및 10B)가 개방 상태인 흡착 프로세스(A)를 계속 수행하며, 밸브(20B)는 폐쇄 상태로 이동한다. 용기(70)는 그 흡착 단계를 중지하고 밸브(70A 및 70B)는 폐쇄된다. 시간 단위 5 및 6 동안, 공급 가스 혼합물 유체는 소스 매니폴드(100)로부터 도관(11)을 통해 용기(10)의 개구(12)로 공급되고, 상기 유체는 용기(10) 내의 흡착성 베드를 통해 이동하며, 흡착되지 않은 생성물 유체는 개구(14) 밖으로 빠져 나와 도관(15)을 통해 생성물 매니폴드(102)로 이동한다.
시간 단위 7 동안, 용기(10 및 40) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하도록, 밸브(10A, 10B, 10D, 및 10E)는 폐쇄 상태이고 밸브(10C 및 40C)는 개방 상태이다. 시간 단위 7 동안, 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 감소하는 제1단 압력 등화 단계(E1D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(40)는 용기(40) 내의 압력이 감소하 는 제1단 압력 등화 단계(E1P)를 수행한다. 시간 단위 7 동안, 용기(10) 내로부터의 유체는 개구(14) 밖으로 흘러 나와 도관(16)을 따라 등화 도관(108)으로 유동한 후, 도관(46)을 따라 그리고 개구(44)를 지나 용기(40) 안으로 유동한다. 별법으로서, 이 단계는 필요에 따라 밸브(10D 및 40D)를 사용하여 등화 도관(110)을 따라 수행될 수 있다는 것을 유의하라.
시간 단위 8 및 9 동안, 용기(10 및 50) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하기 위하여, 밸브(40C)는 폐쇄 상태이고 밸브(10C 및 50C)는 개방 상태이어서, 용기(10)가 용기(50)에 유체를 공급한다. 시간 단위 8 및 9 동안, 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 감소하는 제2단 압력 등화 단계(E2D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(50)는 용기(50) 내의 압력이 증가하는 제2단 압력 등화 단계(E2P)를 수행한다. 따라서, 시간 단위 8 및 9 동안, 용기(10) 내로부터의 유체는 개구(14) 밖으로 흘러 나와 도관(16)을 따라 등화 도관(108)으로 유동한 후, 도관(56)을 따라 그리고 개구(54)를 지나 용기(50) 안으로 유동한다. 별법으로서, 이 단계는 필요에 따라 밸브(10D 및 50D)를 사용하여 등화 도관(110)을 따라 수행될 수 있다는 것을 유의하라.
시간 단위 10 동안, 용기(10 및 60) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하도록, 밸브(10C)는 폐쇄 상태이고 밸브(10D 및 60D)는 개방 상태이어서, 용기(10)는 용기(60)에 유체를 공급한다. 시간 단위 10 동안, 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 감소하는 제3단 압력 등화 단계(E3D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(60)는 용기(60) 내의 압력이 증가하는 제3단 압력 등화 단계(E3P)를 수행한다. 따라서, 시간 단위 10 동안, 용기(10) 내로부터의 유체는 개구(14) 밖으로 흘러 나와 도관(18)을 따라 등화 도관(110)으로 유동한 후, 도관(68)을 따라 그리고 개구(64)를 지나 용기(60) 안으로 유동한다. 별법으로서, 이 단계는 필요에 따라 밸브(10C 및 60C)를 사용하여 등화 도관(108)을 따라 수행될 수 있다는 것을 유의하라.
시간 단위 11 및 12 동안, 밸브(60D)는 폐쇄 상태이고 밸브(10D 및 70D)는 개방 상태이다. 시간 단위 11 및 12 동안, 밸브(70E)의 개방에 의해 폐기물을 퍼지하는(P) 퍼지 가스를 용기(70)에 제공하고, 이에 의해 폐기물을 도관(73)을 통해 용기(70)로부터 폐기물 매니폴드(104)로 방출함으로써, 용기(10)는 병류 감압 단계(PP)를 수행한다. 시간 단위 11 및 12 동안, 용기(10) 내로부터의 유체는 개구(14) 밖으로 흘러 나와 도관(18)을 따라 등화 도관(110)으로 유동한 후, 도관(78)을 따라 그리고 개구(74)를 지나 용기(70) 안으로 유동한다. 용기(70)는 개구(72) 밖으로 빠져 나와서 도관(73)을 따라 폐기물 매니폴드(104)로 이동하는 유체에 의해 퍼지된다. 별법으로서, 이 단계는 필요에 따라 밸브(10C 및 70C)를 사용하여 등화 도관(108)를 따라 수행될 수 있다는 것을 유의하라.
시간 단위 13 동안, 밸브(10D)는 폐쇄 상태이고 밸브(10E)는 개방 상태이다. 시간 단위 13 동안, 용기(10)는 용기(10) 내로부터의 유체가 개구(12)를 통해 밖으로 빠져 나와서 도관(13)을 따라 폐기물 매니폴드(104)로 이동하는 향류 블로우다운 단계(BD)를 수행한다.
시간 단위 14 및 15 동안, 밸브(10E)는 개방 상태이고 밸브(10D 및 20D)는 개방 상태이다. 시간 단위 14 및 15 동안, 밸브(10E)의 개방에 의해 폐기물을 퍼 지하는(P) 퍼지 가스를 용기(10)에 제공하고, 이에 의해 폐기물을 용기(10)로부터 도관(13)을 통해 폐기물 매니폴드(104)로 방출함으로써, 용기(20)는 병류 감압(PP)을 수행한다. 시간 단위 14 및 15 동안, 용기(20) 내로부터의 유체는 개구(24) 밖으로 흘러 나와 도관(28)을 따라 등화 도관(110)으로 유동한 후, 도관(18)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다. 용기(10)는 개구(12)를 통해 밖으로 빠져 나와서 도관(13)을 따라 폐기물 매니폴드(104)로 이동하는 유체에 의해 퍼지된다. 별법으로서, 이 단계는 필요에 따라 밸브(10C 및 20C)를 사용하여 등화 도관(108)를 따라 수행될 수 있다.
시간 단위 16 동안, 용기(10 및 30) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하도록, 밸브(10D 및 30D)는 개방 상태이다. 시간 단위 16 동안, 용기(30)는 용기(30) 내의 압력이 감소하는 제3단 압력 등화 단계(E3D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(10)는 용기(10)의 압력이 증가하는 제3단 압력 등화 단계(E3P)를 수행한다. 시간 단위 16 동안, 제3 압력 등화 단계는 밸브(10D 및 30D)를 사용하여 수행된다. 따라서, 시간 단위 16 동안, 용기(30) 내로부터의 유체는 개구(34) 밖으로 흘러 나와 도관(38)을 따라 등화 도관(110)으로 유동한 후, 도관(18)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다. 별법으로서, 이 단계는 필요에 따라 밸브(10C 및 30C)를 사용하여 등화 도관(108)을 따라 수행될 수 있다는 것을 유의하라.
시간 단위 17 및 18 동안, 용기(10 및 40) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하기 위하여, 밸브(10D)는 폐쇄 상태이고 밸브(10C 및 40C)는 개방 상태이다. 시간 단위 17 및 18 동안, 용기(40)는 용기(40) 내의 압력이 감소하는 제2단 압력 등화 단계(E2D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 증가하는 제2단 압력 등화 단계(E2P)를 수행한다. 시간 단위 17 및 18 동안, 제2 압력 등화 단계는 밸브(10C 및 40C)를 사용하여 수행된다. 따라서, 시간 단위 17 및 18 동안, 용기(40) 내로부터의 유체는 개구(44) 밖으로 흘러 나와 도관(46)을 따라 등화 도관(108)으로 유동한 후, 도관(16)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다. 별법으로서, 이 단계는 필요에 따라 밸브(10D 및 40D)를 사용하여 등화 도관(110)을 따라 수행될 수 있다는 것을 유의하라.
시간 단위 19 동안, 용기(10 및 50) 내의 압력이 동일해지는 것을 허용하도록, 밸브(40C)는 폐쇄 상태이고 밸브(10C 및 50C)는 개방 상태이다. 시간 단위 19 동안, 용기(50)는 용기(50) 내의 압력이 감소하는 제1단 압력 등화 단계(E1D)를 수행하고, 이와 동시에 용기(10)는 용기(10) 내의 압력이 증가하는 제1단 압력 등화 단계(E1P)를 수행한다. 시간 단위 19 동안, 용기(50) 내로부터의 유체는 개구(54) 밖으로 흘러 나와 도관(56)을 따라 등화 도관(108)으로 유동한 후, 도관(108)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다. 별법으로서, 이 단계는 필요에 따라 밸브(10D 및 50D)를 사용하여 등화 도관(110)을 따라 수행될 수 있다는 것을 유의하라.
시간 단위 20 및 21 동안, 용기(10)에서 최종 생성물 재가압 단계(FP)를 수행하도록, 밸브(10C 및 50C)는 폐쇄 상태이고 밸브(10B)는 개방 상태이다. 최종 생성물 재가압 단계(FP) 동안, 유체는 현재 흡착 단계를 수행하고 있는 용기(60 및 70)로부터 도관(65 및 75)을 통해 생성물 매니폴드(102)로 유동한 후, 생성물 매니 폴드(102)로부터 도관(15)을 따라 그리고 개구(14)를 지나 용기(10) 안으로 유동한다.
나머지 흡착 용기(20, 30, 40, 50, 60 및 70)는 동일한 단계 흐름을 따르지만, 각 단계 흐름은 다른 용기로부터 오프셋되어 있다. 나머지 흡착 용기(20, 30, 40, 50, 60 및 70) 각각에 대한 프로세스는 용기(10)와 관련하여 전술한 것과 유사하지만, 이들 용기 간의 상호작용을 필요로 하는 여러 단계는 도 7에서 명확하게 설명한 PSA 사이클 다이어그램에 설명된 바와 다양한 용기를 사용하여 수행될 수 있다.
본 발명은 장치 내의 유체 충격을 저감하기 위해서 복잡하지 않으면서 2 이상의 압력 등화 단계를 수행할 수 있는 구조를 갖는 PSA 장치를 제공하는 이점이 있다. 유체 충격은 흡착성 베드 내의 흡착성 입자가 서로에 대하여 이동 및 마찰하게 하여 상기 흡착성 입자를 보다 작은 미립으로 부수고 흡착성 슬러지(sludge)를 생성함으로써, 흡착제 수명을 감소시킬 수 있다.
PSA 장치(1A, 1B, 1C 및 1D)는 피팅(fitting) 및 밸브의 다양한 구성을 사용하여 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 밸브 매니폴드의 바람직한 구성 중 하나가 도 9에 도시되어 있으며, 이는 "IMPROVED METHOD AND APPARATUS FOR PRESSURE SWING ADSORPTION"란 명칭으로 2002년 4월 9일에 출원된 미국 가출원 제60/370,702호에 기초하여, 이와 동시에 "METHOD AND APPARATUS FOR PRESSURE SWING ADSORPTION"란 명칭으로 Franklin D. Lomax, Jr.에 의해 출원된 출원에 개시되어 있다. 이들 출원의 내용을 참조로 본원에 인용한다.
도 9는 본 발명에서 사용될 수 있는 밸브 매니폴드(12)의 3차원 사시도이다. 도 9에 도시된 밸브 매니폴드(120)는 베이스(122)를 도 2의 용기(10)의 하부 단에 부착하여 사용될 수 있다. 밸브 매니폴드(120)에는 적어도 하나의 공기 공동(130)이 마련되며, 이 공동은 개구(12)를 통해 흡착성 용기(10; 도 2 참조)와 연통하도록 마련될 수 있다. 공기 공동(130)은 도 2에 도시된 도관(11)이다. 유체 채널(140)이 도관을 통해 용기(20, 30 및 40)의 밸브 매니폴드 내의 동일한 부분에 연결되는 경우, 매니폴드(120)에는 소스 매니폴드(100)의 일부를 형성하는 제1 유체 채널(140)이 더 마련된된다. 또한, 유체 채널(160)이 도관을 통해 용기(20, 30 및 40)의 밸브 매니폴드 내의 동일한 부분에 연결되는 경우, 매니폴드(120)는 폐기물 매니폴드(104)의 일부를 형성하는 제2 유체 채널(160)을 포함한다.
공기 공동(130)은 내부 갤러리 또는 유체 통로(152)를 통해 제1 유체 채널(140)과 연통한다. 유체 통로(152)는 도 2에 도시된 도관(11)이다. 밸브[도 9에 도시되어 있지 않지만 도 2에 밸브(10A)로 도시됨]는, 밸브가 유체 통로(152)를 통한 공기 공동(130)으로부터 제1 유체 채널(140)까지의 유체 유동을 제어할 수 있도록, 밸브 시트(154)에 대하여 포트(150) 내에 장착된다. 공기 공동(130)은 내부 갤러리 또는 유체 통로(172)를 통해 제2 유체 채널(160)과 연통한다. 유체 통로(172)는 도 2에 도시된 도관(13)이다. 밸브[도 9에 도시되어 있지 않지만 도 2에서 밸브(10E)로 도시됨]는, 밸브가 유체 통로(172)를 통한 공기 공동(130)으로부터 제2 유체 채널(160)까지의 유체 유동을 제어할 수 있도록, 밸브 시트(174)에 대하여 포트(170) 내에 장착된다.
밸브 매니폴드(120)는 최소 개수의 피팅을 갖고, 그에 따라 PSA 장치의 크기를 감소시키며 누설 가능성를 저감하는 컴팩트한 구조를 제공한다. 밸브 매니폴드에는, 특정 PSA 장치에서 필요한 바와 같이 추가 유체 통로를 통해 공기 공동을 유체 채널에 연결하는 추가 채널 또는 추가 밸브가 마련될 수 있다. 예를 들면, 도 9에 도시된 것과 유사한 밸브 매니폴드는 개구(14)에서 용기(10)의 상부 단 상에 사용될 수 있다. 그러나, 개구(14)가 두개의 도관(16 및 18)을 통해 두개의 밸브(10C 및 10D)에 의해 각각 등화 도관(106)에 연결되기 때문에 추가 밸브에 포트를 제공하기 위해서, 추가 밸브 포트, 밸브 시트 및 유체 통로는 매니폴드 내에 제공되고 유체 채널 중 하나에 연결되어야 할 것이다. 도 8에 도시된 PSA 장치(1D)의 용기(10)의 상부 단에 관하여 살펴보면, 개구(14)는 생성물 매니폴드(102), 등화 도관(108) 및 등화 도관(110)에 연결되기 때문에, 추가 유체 채널이 밸브 매니폴드에 추가될 필요가 있을 수 있다.
본 발명의 밸브는 채널을 따라서의 유동을 제한하지 않고 공동 내의 요동을 제한하지 않도록 구성되어 있음을 유의하라. 밸브는 통로를 통해 단지 캐비티와 채널 사이의의 유체 유동을 제어하도록 구성된다. 따라서, 임의의 소정 밸브가 장애를 일으킨 경우, 채널에 따른 유동과 캐비티 내의 유동은 필요에 따라 유지될 수 있다.
여기서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하며, 임의의 방식으로 청구항의 범위를 한정하려는 것이 아님이 이해되어야 한다.
본 발명의 수많은 변형 및 변경은 상기 교시의 관점에서 가능하다. 따라서, 첨부된 청구항의 범위 내에서, 본 발명은 여기서 구체적으로 설명한 것과 달리 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (54)

  1. 복수의 용기 내에 마련된 흡착성 베드에서 적어도 하나의 가스 성분을 흡착하는 것에 의해 가스 혼합물을 분리하는 분리 단계를 포함하며,
    상기 분리 단계는 적어도 2단 압력 등화(two-stage pressure equalization)와 퍼지 단계를 갖고, 상기 분리 단계는 상기 복수의 용기에 있어서 용기당 최대 5개의 밸브를 사용하여 수행되는 것인 압력 변동 흡착(pressure swing adsorption) 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분리 단계는 상기 복수의 용기에 있어서 용기당 최대 4개의 밸브를 사용하여 수행되는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  3. 제2항에 있어서, 적어도 5개의 용기를 사용하여 수행되는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 분리 단계는 상기 복수의 용기에 있어서 용기당 최대 4개의 밸브를 사용하여 수행되는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분리 단계는 적어도 3단 압력 등화를 갖는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방법은 6개의 용기를 사용하여 수행되고, 상기 분리 단계는 3단 압력 등화를 갖는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 분리 단계는 상기 복수의 용기에 있어서 용기당 최대 4개의 밸브를 사용하여 수행되는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 방법은 7개의 용기를 사용하여 수행되고, 상기 분리 단계는 3단 압력 등화를 갖는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수의 용기 각각을 연결하는 제1 등화 도관을 제공하는 단계를 더 포함하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 2단 압력 등화는 상기 제1 등화 도관을 통해 발생하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 용기 중 제1 용기에 상기 제1 등화 도관을 유체 연결하고, 상기 제1 등화 도관을 따른 상기 복수의 용기 중 임의의 나머지 용기로의 유동을 방해하지 않는 제1 밸브를 제공하는 단계를 더 포함하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복수의 용기 각각을 연결하는 제2 등화 도관을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 2단 압력 등화는 상기 제1 등화 도관과 상기 제2 등화 도관을 통해 발생하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 용기 중 상기 제1 용기에 상기 제2 등화 도관을 유체 연결하고, 상기 제2 등화 도관을 따른 상기 복수의 용기 중 임의의 나머지 용기로의 유동을 방해하지 않는 제2 밸브를 제공하는 단계를 더 포함하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 밸브는 개방 상태인 경우 제1 예정된 유량을 제공하고, 상기 제2 밸브는 개방 상태인 경우 제2 예정된 유량을 제공하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 예정된 유량은 상기 제2 예정된 유량과 상이하고, 상기 제1 밸브는 상기 2단 압력 등화의 제1단 동안 개방 상태이며 상기 제2 밸브는 상기 2단 압력 등화의 제2단 동안 개방 상태인 것인 압력 변동 흡착 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 복수의 용기 각각은, 제1 밸브를 통해 소스 입구 매니폴드에 연결되고 제2 밸브를 통해 폐기물 출구 매니폴드에 연결되는 제1 개구와, 제3 밸브를 통해 생성물 출구 매니폴드에 연결되고 제4 밸브 및 제5 밸브를 통해 등화 도관에 연결되는 제2 개구를 포함하고, 상기 등화 도관은 상기 복수의 용기 각각을 연결하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제4 밸브 및 상기 제5 밸브는 상기 등화 도관을 따른 상기 복수의 용기 중 임의의 다른 용기로의 유동을 방해하지 않는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제4 밸브는 개방 상태인 경우 제1 예정된 유량을 제공하고, 상기 제5 밸브는 개방 상태인 경우 제2 예정된 유량을 제공하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 예정된 유량은 상기 제2 예정된 유량과 상이하고, 상기 제4 밸브는 상기 2단 압력 등화의 제1단 동안 개방 상태이며 상기 제5 밸브는 상기 2단 압력 등화의 제2단 동안 개방 상태인 것인 압력 변동 흡착 방법.
  20. 순환 동작하는 복수의 용기 내에 마련된 흡착성 베드에서 적어도 하나의 가스 성분을 흡착하는 것에 의해 가스 혼합물을 분리하는 압력 변동 흡착 방법으로서,
    흡착 단계와,
    적어도 2개의 단을 갖고 압력을 저감하는 제1 압력 등화 단계와,
    퍼지 단계, 그리고
    적어도 2개의 단을 갖고 압력을 증가시키는 제2 압력 등화 단계
    를 포함하고, 상기 복수의 용기에 있어서 용기당 최대 5개의 밸브를 사용하여 수행되는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 방법은 상기 복수의 용기에 있어서 용기당 최대 4개의 밸브를 사용하여 수행되는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 방법은 적어도 5개의 용기를 사용하여 수행되는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  23. 제20항에 있어서, 상기 제1 압력 등화 단계는 적어도 3개의 단을 갖고, 상기 제2 압력 등화 단계는 적어도 3개의 단을 갖는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  24. 제20항에 있어서, 상기 방법은 6개의 용기를 사용하여 수행되며, 상기 제1 압력 등화 단계는 3개의 단을 갖고, 상기 제2 압력 등화 단계는 3개의 단을 갖는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  25. 제24항에 있어서, 분리 단계가 상기 복수의 용기에 있어서 용기당 최대 4개의 밸브를 사용하여 수행되는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  26. 제20항에 있어서, 상기 방법은 7개의 용기를 사용하여 수행되며, 상기 제1 압력 등화 단계는 3개의 단을 갖고, 상기 제2 압력 등화 단계는 3개의 단을 갖는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  27. 제20항에 있어서, 상기 제1 압력 등화 단계는 적어도 2개의 압력 등화 또는 감압 단과, 퍼지 가스 단계를 제공하는 병류(cocurrent) 감압 단계를 포함하고,
    상기 제2 압력 등화 단계는 적어도 2개의 압력 등화 또는 재가압 단과, 최종 재가압 단계를 포함하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  28. 제27항에 있어서, 제1 압력 등화 단계의 모든 압력 등화 또는 감압 단은 상기 퍼지 가스 단계를 제공하는 병류 감압 단계 이전에 발생하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  29. 제20항에 있어서, 상기 퍼지 단계 이전에 향류 블로우다운 단계를 더 포함하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  30. 제20항에 있어서, 상기 복수의 용기 각각을 연결하는 제1 등화 도관을 제공하는 단계를 더 포함하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제1 압력 등화 단계와 상기 제2 압력 등화 단계는 상기 제1 등화 도관을 통해 발생하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 복수의 용기 중 제1 용기에 상기 제1 등화 도관을 유체 연결하고, 상기 제1 등화 도관을 따른 상기 복수의 용기 중 임의의 나머지 용기로의 유동을 방해하지 않는 제1 밸브를 제공하는 단계를 더 포함하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 복수의 용기 각각을 연결하는 제2 등화 도관을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 압력 등화 단계와 상기 제2 압력 등화 단계는 상기 제1 등화 도관 및 상기 제2 등화 도관을 통해 발생하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 복수의 용기 중 상기 제1 용기에 상기 제2 등화 도관을 유체 연결하고, 상기 제2 등화 도관을 따른 상기 복수의 용기 중 임의의 나머지 용기로의 유동을 방해하지 않는 제2 밸브를 제공하는 단계를 더 포함하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 제1 밸브는 개방 상태인 경우 제1 예정된 유량을 제공하고, 상기 제2 밸브는 개방 상태인 경우 제2 예정된 유량을 제공하며, 상기 제1 예정된 유량은 상기 제2 예정된 유량과 상이한 것인 압력 변동 흡착 방법.
  36. 제30항에 있어서, 상기 복수의 용기 각각을 연결하는 제2 등화 도관을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 압력 등화 단계와 상기 제2 압력 등화 단계는 상기 제1 등화 도관을 통해 발생하며, 제3 압력 등화 단계와 병류 감압 단계는 상기 제2 등화 도관을 통해 발생하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  37. 제20항에 있어서, 상기 복수의 용기 각각은,
    제1 밸브를 통해 소스 입구 매니폴드에 연결되고 제2 밸브를 통해 폐기물 출구 매니폴드에 연결되는 제1 개구와,
    제3 밸브를 통해 생성물 출구 매니폴드에 연결되고 제4 밸브 및 제5 밸브를 통해 등화 도관에 연결되는 제2 개구
    를 포함하고, 상기 등화 도관은 상기 복수의 용기 각각을 연결하는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 제4 밸브와 상기 제5 밸브는 상기 등화 도관을 따른 상기 복수의 용기 중 임의의 다른 용기로의 유동을 방해하지 않는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  39. 제37항에 있어서, 상기 제4 밸브는 개방 상태인 경우 제1 예정된 유량을 제공하고, 상기 제5 밸브는 개방 상태인 경우 제2 예정된 유량을 제공하며, 상기 제1 예정된 유량은 상기 제2 예정된 유량과 상이한 것인 압력 변동 흡착 방법.
  40. 복수의 용기를 포함하는 압력 변동 흡착 장치로서,
    상기 복수의 용기 각각은,
    제1 밸브를 통해 소스 입구 매니폴드에 연결되고 제2 밸브를 통해 폐기물 출구 매니폴드에 연결되는 제1 개구와,
    제3 밸브를 통해 생성물 출구 매니폴드에 연결되고 제4 밸브 및 제5 밸브를 통해 등화 도관에 연결되는 제2 개구
    를 포함하고, 상기 등화 도관은 상기 복수의 용기 각각을 연결하는 것이며, 상기 복수의 용기에 있어서 용기당 최대 5개의 밸브를 포함하는 것인 압력 변동 흡착 장치.
  41. 제40항에 있어서, 상기 제4 밸브 및 상기 제5 밸브는 상기 등화 도관을 따른 상기 복수의 용기 중 임의의 다른 용기로의 유동을 방해하지 않는 것인 압력 변동 흡착 장치.
  42. 제40항에 있어서, 상기 제4 밸브는 개방 상태인 경우 제1 예정된 유량을 제공하고, 상기 제5 밸브는 개방 상태인 경우 제2 예정된 유량을 제공하는 것인 압력 변동 흡착 장치.
  43. 제42항에 있어서, 상기 제1 예정된 유량은 상기 제2 예정된 유량과 상이한 것인 압력 변동 흡착 장치.
  44. 복수의 용기를 포함하는 압력 변동 흡착 장치로서,
    상기 복수의 용기 각각은,
    제1 밸브를 통해 소스 입구 매니폴드에 연결되고 제2 밸브를 통해 폐기물 출구 매니폴드에 연결되는 제1 개구와,
    제3 밸브를 통해 생성물 출구 매니폴드에 연결되고 제4 밸브 및 제5 밸브를 통해 등화 도관에 연결되는 제2 개구
    를 포함하고, 상기 등화 도관은 상기 복수의 용기 각각을 연결하는 것이며, 상기 제4 밸브는 개방 상태인 경우 제1 예정된 유량을 제공하고, 상기 제5 밸브는 개방 상태인 경우 제2 예정된 유량을 제공하는 것인 압력 변동 흡착 장치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 제4 밸브 및 제5 밸브는 상기 등화 도관을 따른 상기 복수의 용기 중 임의의 다른 용기로의 유동을 방해하지 않는 것인 압력 변동 흡착 장치.
  46. 제44항에 있어서, 상기 제1 예정된 유량은 상기 제2 예정된 유량과 상이한 것인 압력 변동 흡착 장치.
  47. 제44항에 있어서, 상기 복수의 용기에 있어서 용기당 최대 5개의 밸브를 포함하는 것인 압력 변동 흡착 장치.
  48. 적어도 5개의 용기를 포함하는 압력 변동 흡착 장치로서,
    상기 용기 각각은,
    제1 밸브를 통해 소스 입구 매니폴드에 연결되고 제2 밸브를 통해 폐기물 출구 매니폴드에 연결되는 제1 개구와,
    제3 밸브를 통해 생성물 출구 매니폴드에 연결되고 제4 밸브를 통해 등화 도관에 연결되는 제2 개구
    를 포함하고, 상기 등화 도관은 각 용기를 연결하는 것이며, 용기당 최대 4개의 밸브를 포함하는 것인 압력 변동 흡착 장치.
  49. 제48항에 있어서, 6개의 용기를 포함하는 것인 압력 변동 흡착 장치.
  50. 제48항에 있어서, 상기 제4 밸브는 상기 등화 도관을 따른 임의의 다른 용기로의 유동을 방해하지 않는 것인 압력 변동 흡착 장치.
  51. 복수의 용기 내에 마련된 흡착성 베드에서 적어도 하나의 가스 성분을 흡착하는 것에 의해 가스 혼합물을 분리하는 분리 단계를 포함하고,
    상기 분리 단계는 적어도 2단 압력 등화 및 퍼지 단계를 가지며,
    상기 분리 단계는 n개의 용기에 대한 압력 변동 흡착 사이클을 사용하여 초기에 수행되며, 여기서 n은 상기 분리 단계를 수행하도록 초기에 동작하는 용기의 수이고,
    적어도 하나의 소정 용기와 이 소정 용기에 직접 관련된 밸브의 고장 시에, 상기 분리 단계는 상기 소정 용기를 우회함으로써 n-1개의 용기에 대한 압력 변동 흡착 사이클을 사용하여 수행되는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  52. 제51항에 있어서, 상기 분리 단계는 용기당 최대 5개의 밸브를 사용하여 수행되는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  53. 순환 동작하는 복수의 용기 내에 마련된 흡착성 베드에서 적어도 하나의 가스 성분을 흡착함으로써 가스 혼합물을 분리하는 압력 변동 흡착 방법으로서,
    흡착 단계와,
    적어도 2개의 단을 갖고 압력을 저감하는 제1 압력 등화 단계와,
    퍼지 단계, 그리고
    적어도 2개의 단을 갖고 압력을 증가시키는 제2 압력 등화 단계
    를 포함하며, 상기 방법은 n개의 용기에 대한 압력 변동 흡착 사이클을 사용하여 초기에 수행되고, 여기서 n은 상기 방법을 수행하도록 초기 동작하는 용기의 수이며,
    적어도 하나의 소정 용기와 이 소정 용기에 직접 관련된 밸브의 고장 시에, 상기 소정 용기를 우회함으로써 n-1개의 용기에 대한 압력 변동 흡착 사이클을 사용하여 수행되는 것인 압력 변동 흡착 방법.
  54. 제53항에 있어서, 용기당 최대 5개의 밸브를 사용하여 수행되는 것인 압력 변동 흡착 방법.
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