KR102272441B1 - 개선된 탄소 분자체 흡착제 - Google Patents

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Abstract

본원에는 N2 및/또는 Ar로부터 O2를 분리하기 위한 급속 사이클 압력 스윙 흡착 (PSA) 공정이 개시되어 있다. 상기 공정은 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 적어도 5의 O2/N2 및/또는 O2/Ar 동적 선택성 및 적어도 0.2000의 O2 흡착 속도 (1/s)를 갖는 탄소 분자체 (CMS) 흡착제를 사용한다.

Description

개선된 탄소 분자체 흡착제{IMPROVED CARBON MOLECULAR SIEVE ADSORBENT}
본 발명은 탄소 분자체 (CMS) 흡착제를 사용하여 N2 및/또는 Ar로부터 O2를 분리하기 위한 급속 사이클 압력 스윙 흡착 (PSA) 공정에 관한 것이다.
PSA 공정은 오랫동안 공기 성분의 분리에 사용되어 왔다. 다양한 가스 혼합물을 분리하기 위한 탄소 분자체 (CMS) 흡착제의 사용이 또한 수십 년 동안 알려져 왔다 (Walker, Jr., P. L., "Molecular Sieves", Mineral Industries, 1966).
탄소 분자체 (CMS) 흡착제는 통상적으로 식물성 제품 (목재 폐기물, 코코넛 껍질, 호두 껍질, 과일 커널), 미네랄 석탄, 폐기 광유, 폐기물 수지 등과 같은 독특한 원료를 다양한 방법으로 가공하여 유도되며 (미국 특허 제3,801,513호; 미국 특허 제4,458,022호; Nakao , Y., "Control of Micro-pores of Molecular Sieving Carbon by Impregnation of Hydrocarbons and Heat Treatment", Presented at 20 th Spring Chemical Industrial Convention, 1987), 여기서 궁극적으로 미세-기공은 기공을 좁히거나 기공 크기 분포를 변화시키는 미세한 탄소 입자로 부분적으로 차단되며, 이에 의해 분자 체질 특성을 변화시킨다. 초기 미세-기공 구조를 제공하는 적절한 원료를 선택하고 적절한 작업 파라미터 (결합제 유형, 탄화 시간 및 온도, 최종 균열을 위한 탄화수소 유형 및 농도, 균열 시간 및 온도, 냉각 동안의 불활성 유동의 추가 등)를 유지하는 것이 크기 선택적 분리에 적합한 CMS 흡착제를 얻는 주요 요소이다.
US 제4,742,040호는 공기로부터의 질소의 분리에 적용될 수 있는 개선된 용량 및 선택성을 갖는 탄소 분자체를 제조하기 위한 몇 가지 공정을 개시한다. US 제5,098,880호는 질소 동적 선택성을 능가하는 보다 빠른 산소 동력학 및 높은 산소를 갖는 탄소 분자체를 제조하는 2단계 공정을 기술한다. US 제5,164,355호는 효율적인 산소 선택적 탄소 분자체를 제조하기 위한 추가의 개질을 위한 호스트 재료로서 사용될 수 있는 고용량, 고밀도 탄소 분자체 흡착제의 제조방법을 기술한다. US 제5,972,834호는 주로 할로겐화 및 탈할로겐화 처리에 이은 (코코넛 껍질 또는 페놀 수지로부터 유도된) 탄화 숯 상의 (벤젠 또는 톨루엔으로부터 선택된) 열 분해성 탄화수소를 사용하는 기공 조절 처리를 수반하는, 공기로부터 산소 및 질소를 분리하는데 적합한 탄소 분자체를 제조하는 방법을 개시한다. US 제6,916,358호는 질소와 산소를 함유하는 혼합 가스로부터 질소를 분리하기 위한 몇 가지 탄소 분자체 흡착제를 개시한다.
따라서, 위에 설명된 바와 같이, 탄소 분자체 (CMS) 흡착제를 제조하고, 질소를 능가하여 산소에 대해 또는 아르곤을 능가하여 산소에 대해 높은 동적 선택성을 보이도록 CMS의 특성을 "조율"하기 위한 방법들이 확립되어 있다. 선택적 미세-기공이 흡착제에 도입되고, 여기서 기공 입구가 산소, 질소 또는 아르곤의 동력학을 조절한다. 따라서, 이러한 기공 입구 또는 기공 유입구가 확산의 임계 치수로 간주된다. 이러한 미세-기공은 매우 높은 선택성을 나타낼 수 있지만, 이것은 일반적으로 전반적인 흡착 속도를 희생시키면서 달성된다. 따라서, CMS 흡착제의 흡착 속도는 동적 선택성과 역의 상관 관계가 있다. 이러한 거동은 Nguyen 및 Do에 의해 제시된 모델에 의해 설명될 수 있다 (Nguyen , C.; Do, D. D., "Dual Langmuir kinetic model for adsorption in carbon molecular sieve", Langmuir , volume 16, pages 1868-1873, 2000).
보다 최근에는, 분리 공정의 강화에 상당한 관심이 있어 왔다. PSA 및 TSA와 같은 순환성 장치에서는, 사이클 시간을 줄이는 것이 주어진 양의 재료로부터 더 많은 생산을 달성하는 주요 수단이다. 그러나, 사이클 시간이 감소됨에 따라, 순환성 장치는 통상적으로 관심 부품에 대한 사이클 당 작업 용량 감소, 제품 회수 감소 및 압력 강하 증가의 문제에 직면한다.
PSA 공정의 최근 개발은 생산성을 증가시키기 위해 상대적으로 빠른 동역학적으로 선택적인 라미네이트 흡착제 구조와 같은 복잡한 구조의 흡착제를 사용하는 것을 포함한다. 예를 들면, US 제7,645,324호는 가스의 동적 분리를 위해 적층된 흡착제를 사용하는 회전식 PSA 공정을 개시한다. US 제7,645,324호는 동역학적으로 선택적인 라미네이트의 사용이 생산성을 증가시킬 수 있지만, 매크로기공 물질 전달 저항에 의한 동적 선택성의 마스킹을 피하기 위해서는, 흡착제 층 내의 매크로기공 구조는 가능한 한 개방되어야 함; 즉, 매크로기공 공극률은 비교적 높아야 함을 교시한다. 그러나, 이러한 관점에서의 문제점은 높은 공극 부피를 갖는 것이 일반적으로 제품 회수에 해를 끼친다는 것이다. 따라서, 이러한 라미네이트 구조의 사용을 통해 얻어질 수 있는 이러한 생산성의 향상은 감소된 제품 회수를 희생하면서 다시 한번 일어날 것으로 예상된다. 또한, 상업적으로 이용 가능하게 형성된 CMS 흡착제를 분쇄하여 라미네이트 구조를 생산하기 위한 분말을 생성할 때, (불균일하게 분포된) 탄소 증착에 의해 도입된 선택적 특성은 대부분 상실되어, 보다 빠른 동역학을 갖는 더 낮은/비선택적인 CMS가 남게 된다. 따라서, PSA 공정을 위한 구조화된 충전의 CMS 기반 라미네이트 형태를 제조하는 것은 비실용적인 것으로 보인다.
따라서, 제품 회수와 공정 생산성 간에는 트레이드-오프(trade-off)가 있음이 종래 기술로부터 자명하며; 제품 회수를 증가시키기 위해 취해지는 조치들은 일반적으로 공정 생산성에 유해하며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
따라서, 높은 제품 회수를 유지하면서 높은 공정 생산성을 갖는 PSA 공정이 여전히 필요하다.
본 발명자들은 N2 및/또는 Ar로부터 O2를 분리하기 위한 급속 사이클 압력 스윙 흡착 (PSA) 공정에서 "고속" 동역학적으로 선택적인 CMS 흡착제를 사용하는 것이 놀랍게도, "보다 저속의" 더욱 선택적인 고 용량 CMS 흡착제를 사용할 때에 수득 가능한 생산성 및 회수율에 비해, 높은 제품 회수를 유지하면서 개선된 공정 생산성을 야기함을 밝혀내었다.
본 발명에 따르는 공정의 몇 가지 바람직한 측면들이 하기에 요약되어 있다.
측면 1: 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 적어도 5의 O2/N2 및/또는 O2/Ar 동적 선택성 및 적어도 0.20의 O2 흡착 속도 (1/s)를 갖는 탄소 분자체 (CMS) 흡착제를 포함하는 다수의 흡착 베드(adsorption bed)를 사용하고, 공급 단계, 적어도 하나의 감압 단계, 퍼지 단계, 및 적어도 하나의 재가압 단계를 포함하는 급속 PSA 사이클에 다수의 베드 각각을 적용함을 포함하며, 공급 단계의 지속 시간이 60초 이하인, N2 및/또는 Ar로부터 O2를 분리하기 위한 급속 사이클 압력 스윙 흡착 (PSA) 공정.
측면 2: 공급 단계의 지속 시간이 3 내지 45초인, 측면 1의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 3: 공급 단계의 지속 시간이 6 내지 45초인, 측면 1의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 4: 공급 단계의 지속 시간이 6 내지 36초인, 측면 1의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 5: PSA 사이클의 사이클 시간이 100초 이하인, 측면 1 내지 4 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 6: PSA 사이클의 사이클 시간이 30 내지 100초인, 측면 1 내지 4 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 7: PSA 사이클의 사이클 시간이 30 내지 70초인, 측면 1 내지 4 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 8: 공정이 2 내지 4개의 흡착 베드를 사용하는, 측면 1 내지 7 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 9: 공정이 2개의 흡착 베드를 사용하는, 측면 1 내지 7 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 10: CMS가 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 5 내지 30의 O2/N2 동적 선택성을 갖는, 측면 1 내지 9 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 11: CMS가 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 10 내지 25의 O2/N2 동적 선택성을 갖는, 측면 1 내지 9 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 12: CMS가 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 15 내지 20의 O2/N2 동적 선택성을 갖는, 측면 1 내지 9 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 13: CMS가 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 5 내지 40의 O2/Ar 동적 선택성을 갖는, 측면 1 내지 12 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 14: 흡착제 베드가 무작위 충전(random packing)의 형태로 CMS 흡착제를 포함하는, 측면 1 내지 13 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 15: 흡착제가 조밀하게 부하되고 투과성 홀드 다운 시스템으로 제 위치에 고정되는, 측면 14의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 16: 공급 단계가 약 0℉ 내지 약 125℉의 온도에서 수행되는, 측면 1 내지 15 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 17: 공급 단계가 약 20℉ 내지 약 100℉의 온도에서 수행되는, 측면 1 내지 15 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 18: 공급 단계가 약 20℉ 내지 약 40℉의 온도에서 수행되는, 측면 1 내지 15 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 19: 공정이 회전 베드 급속 사이클 PSA 공정인, 측면 1 내지 18 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 20: 공정이 회전 밸브 급속 사이클 PSA 공정인, 측면 1 내지 18 중의 어느 하나의 급속 사이클 PSA 공정.
측면 21: N2 및/또는 Ar로부터 O2를 분리하기 위한 급속 사이클 압력 스윙 흡착 (PSA) 공정에서의 탄소 분자체 (CMS) 흡착제(여기서, CMS는 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 적어도 5의 O2/N2 및/또는 O2/Ar 동적 선택성 및 적어도 0.20의 O2 흡착 속도 (1/s)를 갖는다)의 용도.
측면 22: CMS가 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 5 내지 30의 O2/N2 동적 선택성을 갖는, 측면 19의 용도.
측면 23: CMS가 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 10 내지 25의 O2/N2 동적 선택성을 갖는, 측면 19의 용도.
측면 24: CMS가 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 15 내지 20의 O2/N2 동적 선택성을 갖는, 측면 19의 용도.
측면 25: CMS가 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 5 내지 40의 O2/Ar 동적 선택성을 갖는, 측면 19의 용도.
본 발명은 이하에서 첨부된 도면과 함께 설명될 것이며, 여기서 같은 번호는 같은 요소를 나타낸다:
도 1은 2-베드 다단계 PSA 사이클의 작동을 보여준다.
도 2a는 7.80 atma 및 100℉에서 공기로부터 (4500 ppm O2를 함유하는) N2를 생산하기 위한 도 1에 제시된 2-베드 다단계 사이클을 사용한 고속 (414-02) 및 저속 (414-04) CMS 흡착제에 대한 사이클 시간의 함수로서 공급물 대 생성물 비의 측면에서의 표준화된 공정 성능을 보여주는 그래프이다.
도 2b는 7.80 atma 및 100℉에서 공기로부터 (4500 ppm O2를 함유하는) N2를 생산하기 위한 도 1에 제시된 2-베드 다단계 사이클을 사용한 고속 (414-02) 및 저속 (414-04) CMS 흡착제에 대한 사이클 시간의 함수로서 생산성 측면에서의 표준화된 공정 성능을 보여주는 그래프이다.
도 3a는 7.80 atma 및 100℉에서 공기로부터 (45,000 ppm O2를 함유하는) N2를 생산하기 위한 도 1에 제시된 2-베드 다단계 사이클을 사용한 고속 (414-02) 및 저속 (414-04) CMS 흡착제에 대한 사이클 시간의 함수로서 공급물 대 생성물 비의 측면에서의 표준화된 공정 성능을 보여주는 그래프이다.
도 3b는 7.80 atma 및 100℉에서 공기로부터 (45,000 ppm O2를 함유하는) N2를 생산하기 위한 도 1에 제시된 2-베드 다단계 사이클을 사용한 고속 (414-02) 및 저속 (414-04) CMS 흡착제에 대한 사이클 시간의 함수로서 생산성 측면에서의 표준화된 공정 성능을 보여주는 그래프이다.
도 4a는 7.80 atma 및 30℉에서 공기로부터 (4500 ppm O2를 함유하는) N2를 생산하기 위한 도 1에 제시된 2-베드 다단계 사이클을 사용한 고속 (414-02) 및 저속 (414-04) CMS 흡착제에 대한 사이클 시간의 함수로서 공급물 대 생성물 비의 측면에서의 표준화된 공정 성능을 보여주는 그래프이다.
도 4b는 7.80 atma 및 30℉에서 공기로부터 (4500 ppm O2를 함유하는) N2를 생산하기 위한 도 1에 제시된 2-베드 다단계 사이클을 사용한 고속 (414-02) 및 저속 (414-04) CMS 흡착제에 대한 사이클 시간의 함수로서 생산성 측면에서의 표준화된 공정 성능을 보여주는 그래프이다.
하기 상세한 설명은 바람직한 예시적인 양태만을 제공하며, 본 발명의 범위, 적용, 또는 구성을 제한하려는 것은 아니다. 오히려, 바람직한 예시적인 양태들의 하기 상세한 설명은 당업계의 숙련가들에게 본 발명의 바람직한 예시적인 양태들을 구현하기 위한 합법화하는 설명을 제공할 것이다. 첨부된 청구항에 제시된 바와 같이, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않으면서 요소들의 기능 및 배열에 다양한 변경이 이루어질 수 있다.
본원에서 사용되는 관사 "a" 및 "an"은 명세서 및 청구항에 기술된 본 발명의 양태에서 임의의 특징에 적용될 때 하나 이상을 의미한다. "a" 및 "an"의 사용은 이러한 제한이 구체적으로 명시되지 않는 한 단일 특징의 의미를 제한하지 않는다. 단수 또는 복수 명사 또는 명사구 앞의 관사 "the"는 특정의 명시된 특징 또는 특정의 명시된 특징들을 나타내며, 이것은 사용되는 문맥에 따라 단수 또는 복수의 의미를 가질 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "제1(first)", "제2(second)", "제3(third)" 등은 복수의 단계들 및/또는 특징들 중에서 구별하기 위해 사용되며, 이와 같이 명백히 명시되지 않는 한, 시간 및/또는 공간의 총 수, 또는 상대적 위치를 나타내지는 않는다.
본원에서 사용되는 용어 "포함하는(comprising)"은 로 이루어진(consisting of) 또는 포함하는(including)을 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 제1 엔티티와 제2 엔티티 사이에 배치된 어구 "및/또는"은 (1) 제1 엔티티 단독, (2) 제2 엔티티 단독, 및 (3) 제1 엔티티와 제2 엔티티의 의미 중의 어느 것을 포함한다. 3개 이상의 엔티티 목록의 마지막 두 개의 엔티티 사이에 배치된 용어 "및/또는"은 이 목록의 엔티티의 임의의 특정 조합을 포함하여 목록의 엔티티 중 적어도 하나를 의미한다. 예를 들면, "A, B 및/또는 C"는 "A 및/또는 B 및/또는 C"와 동일한 의미를 가지며 A, B 및 C의 다음의 조합을 포함한다: (1) A 단독, (2) B 단독, (3) C 단독, (4) C는 아니고 A와 B, (5) B는 아니고 A와 C, (6) A는 아니고, B와 C, 및 (7) A와 B와 C.
본원에는 N2 및/또는 Ar로부터 O2를 분리하기 위한 급속 사이클 압력 스윙 흡착 (PSA) 공정에서 사용하기 위한 "고속" 동력학적으로 선택적인 탄소 분자체 (CMS) 흡착제가 개시된다. 또한, 본원에는 상기 고속 동력학적으로 선택적인 CMS 흡착제를 포함하는 다수의 흡착 베드를 사용하는, N2 및/또는 Ar로부터 O2를 분리하기 위한 급속 사이클 압력 스윙 흡착 (PSA) 공정이 개시된다.
N2 또는 Ar로부터 O2를 분리하기 위해 개시된 고속 CMS 흡착제를 사용하는 본원에 기술된 급속 사이클 PSA 공정이, 놀랍게도, 높은 제품 회수를 유지하면서 개선된 공정 생산성을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 고속 CMS 흡착제를 사용하는 급속 사이클 PSA 공정이 보다 적은 퍼지 가스를 필요로 하는 것으로 밝혀졌다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "고속" 동력학적으로 선택적인 CMS 흡착제 (본원에서는 간단히 "고속" CMS 흡착제라고 함)는 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 적어도 5의 O2/N2 및/또는 O2/Ar 동적 선택성 및 적어도 0.20의 O2 흡착 속도 (1/s)를 갖는 CMS 흡착제를 가리킨다. 보다 바람직하게는, 고속 CMS 흡착제는 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 적어도 0.21, 적어도 0.22, 적어도 0.23, 적어도 0.24, 적어도 0.25, 적어도 0.26, 적어도 0.27, 적어도 0.28, 적어도 0.29, 또는 적어도 0.30의 O2 흡착 속도 (1/s)를 갖는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "저속" 동력학적으로 선택적인 CMS 흡착제 (본원에서는 간단히 "저속" CMS 흡착제라고 함)는 O2에 대해 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 적어도 5의 O2/N2 및/또는 O2/Ar 동적 선택성 및 적어도 0.20의 O2 흡착 속도 (1/s)를 갖는 CMS 흡착제를 가리킨다.
선형 구동력 (LDF) 모델은 실험적 흡수 곡선으로부터 흡착 속도를 결정하기 위한 잘 알려진 모델이며, 특정 흡착제에 대한 특정 흡착질의 흡착 속도, 및 이에 따른 특정 흡착질 쌍에 대한 흡착제의 동적 선택성 둘 다를 계산하는데 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 흡착제에 대한 흡착질 (예를 들어, O2, N2, 또는 Ar)의 흡착 속도는 표준 체적 흡착 장치를 사용하여 평가된다. 실험은 동일한 온도에서 1 atma (760 Torr/101 kPa)에서 측정된 양의 흡착질에 초기에 진공 및 303 K (86℉)에 있는 흡착제 샘플을 노출시키는 것으로 구성된다. 압력의 변화는 시간의 함수로서 기록된다. 그후, 흡착제 샘플 대신 동일한 중량의 석영 비드를 사용하여 유사한 압력 이력으로부터 압력 대 시간 데이터를 공제하여, 흡착 곡선으로도 알려진 시간의 함수로서의 흡착된 가스의 양의 플롯을 수득한다. 그후, LDF 모델을 사용하여 흡수 곡선으로부터 역 시간 (1/s) 단위로 흡착질의 흡착 속도를 추출한다. 특정 흡착질 쌍을 위한 흡착제의 동적 선택성은 두 개의 흡착질에 대한 계산된 흡착 속도의 비로부터 개별적으로 결정될 수 있다. 모델의 분석적 형태는 다음 방정식에 의해 제공되며 (문헌[Sircar , S. and Hufton , J. R., "Why Does the 선형 구동력 모델 for Adsorption Kinetics Work?", Adsorption 2000, 6, 137- 147]의 표 1에 제시된 바와도 같음), 여기서 f(t)는 분획 흡수(fractional uptake)이고, k는 LDF 물질 전달 계수이고, α는 일정한 부피 실험을 위한 보정 계수이고, t는 시간이다.
Figure 112019081881415-pat00001
공정이 N2로부터 O2를 분리하기 위한 것인 경우, 고속 CMS 흡착제는 바람직하게는 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 5 내지 30, 10 내지 25, 또는 15 내지 20의 O2/N2 동적 선택성을 가질 수 있다. 공정이 Ar로부터 O2를 분리하기 위한 것인 경우, 고속 CMS 흡착제는 바람직하게는 5 내지 40의 O2/Ar 동적 선택성을 가질 수 있다. 고속 CMS 흡착제는 임의의 적당한 흡착 용량을 가질 수 있다. 예를 들면 이것은 1 atma 및 86oF에서 표준 등온선 측정에 의해 결정되는 바와 같이 0.2 내지 0.4 mmol/g의 평형에서의 흡착 용량을 가질 수 있다.
잘 알려진 바와 같이, PSA 공정은 공정에 사용된 흡착제 베드 각각을 공급 단계(흡착 단계라고도 함), 적어도 하나의 감압 단계, 퍼지 단계, 및 적어도 하나의 재가압 단계를 포함하는 PSA 사이클에 적용함을 포함한다. 공급 단계에서, 공급물 가스 스트림은 공급 단계를 거치는 베드에 도입되고 이를 통과하여 공급물 스트림으로부터 하나 이상의 흡착되기 쉬운 성분 (즉, 이 경우에는 O2)을 흡착시킴으로써 흡착된 성분은 고갈되고 남은 성분 (즉, 이 경우에는 N2 및/또는 Ar)은 풍부한 베드를 빠져 나가는 생성물 가스 스트림을 생성한다. 감압 단계에서, 베드를 더 낮은 퍼지 압력에 도달할 때까지 공급 단계 동안의 공급 압력으로부터 감압시키며, 감압 단계는 전형적으로 적어도 하나의 감압 균등화 단계 (여기서는 베드의 가스의 일부를 배출하고 균등화 재가압 단계를 거치는 다른 베드로 상기 가스를 보냄으로써 두 베드 사이의 압력을 적어도 부분적으로 균등화시킴으로써 베드에서 압력이 감소된다) 및 보다 쉽게 흡착되는 성분이 풍부한 가스가 베드로부터 전형적으로 역류 방향으로) 배출되는, 전형적으로 상기 감압 균등화 단계 후 일어나는 역류 감압 또는 "블로우다운(blowdown)" 단계를 포함한다. 퍼지 단계에서, 퍼지 가스 (전형적으로 흡착 단계에서 생성된 생성물 가스의 일부)를, 남아있는 흡착된 성분을 제거하기 위해, 상기 퍼지 압력에 있는 베드를 통해 (전형적으로 역류 방향으로) 통과시키며, 이것이 다시 베드로부터 배출되는 상기 성분이 풍부한 가스 스트림을 야기한다. 마지막으로, 재가압 단계에서 베드를 공급 압력까지 다시 가압시키며, 재가압 단계는 전형적으로 적어도 하나의 재가압 균등화 단계 (여기서는 균등화 감압 단계를 거치는 또 다른 베드로부터 가스를 수용함으로써 베드에서 압력을 증가시킨다), 및 베드를 공급물 가스 또는 생성물 가스 (또는 바람직하게는 둘 다)로 재가압시키는 적어도 하나의 단계를 포함하며, 상기 공급물 가스는 전형적으로 병류식으로 도입되고 생성물 가스는 역류식으로 도입된다. 알려진 바와 같이, 사이클은 상기한 임의의 단계들 사이에서 발생하는 다른 단계들을 포함할 수 있다.
PSA 사이클과 관련하여 본원에서 사용되는 바와 같이, "병류(co-current)" 단계는 가스가 공급 단계 동안의 가스의 유동 방향과 동일한 방향으로 단계를 거치는 베드 안 및/또는 밖으로 유동하는 단계를 가리킨다. 마찬가지로, "역류(counter-current)" 단계는 가스가 공급 단계 동안의 가스의 유동 방향과 반대 방향으로 단계를 거치는 베드 안 및/또는 밖으로 유동하는 단계를 가리킨다. 유사하게, 본원에 사용되는 바와 같이, 베드의 "유입구" 또는 "유입구" 말단은 공급 단계 동안 공급 가스가 들어가는 베드의 유입구 또는 말단을 가리키고, 베드의 "유출구" 또는 "유출구" 말단은 공급 단계 동안 생성물 가스가 배출되는 베드의 유출구 또는 말단을 가리킨다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "고속" PSA 사이클은 사이클의 공급 단계의 총 지속 시간이 60초 이하인 PSA 사이클을 의미한다. 바람직하게는 사이클의 공급 단계의 총 지속 시간은 적어도 3초이다. 바람직하게는 공급 단계는 3 내지 45초, 또는 6 내지 45초, 또는 6 내지 36초의 총 지속 시간을 갖는다.
급속 PSA 사이클은 바람직하게는 또한 100초 이하의 사이클 시간을 가지며, 사이클 시간은 PSA 사이클의 단계의 하나의 전체 세트 (즉, 공급 단계, 적어도 하나의 감압 단계, 퍼지 단계, 적어도 하나의 재가압 단계, 및 사이클에 존재할 수 있는 임의의 다른 단계)를 완료하는데 소요되는 시간의 양이다. 보다 바람직하게는 PSA 사이클은 30 내지 100초, 또는 30 내지 70초의 사이클 시간을 갖는다.
급속 사이클 PSA 공정은 각각 고속 CMS 흡착제를 포함하는 다수의 흡착 베드를 사용하여 수행된다. 임의의 적합한 수의 베드가 사용될 수 있지만, 특정 양태에서, 공정은 2 내지 4개의 흡착 베드 만을 사용하거나, 2개의 베드 만을 사용한다. 이와 관련하여, 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "흡착 베드" 또는 "베드"는 동시에 PSA 사이클의 각 단계를 각각 거치는 흡착제의 하나 이상의 용기를 가리킨다는 것을 주지해야 한다. 따라서, 2개의 베드를 사용하는 공정은, PSA 사이클의 각 단계를 동시에 모두 거치는 제1 용기 또는 용기 세트 (이것은 베드 중 하나를 나타낸다)를 갖고, PSA 사이클의 각 단계를 동시에 모두 거치는 제2 용기 또는 용기 세트 (이것은 베드 중 다른 하나를 나타낸다)를 갖지만, 제1 용기 또는 용기 세트에서의 PSA 사이클의 타이밍은 제1 용기 또는 용기 세트에서의 PSA 사이클의 각 단계가 제2 용기 또는 용기 세트에서의 PSA 사이클의 상응하는 단계의 시작 및 종료와 동시에 시작 및 종료하지 않도록 제2 용기 또는 용기 세트에서의 PSA 사이클의 타이밍과는 시차를 둔다.
흡착제 베드는 임의의 적합한 형태의 고속 CMS 흡착제로 충전될 수 있지만, 바람직하게는 무작위 충전 형태의 CMS 흡착제를 포함한다. 흡착제는 바람직하게는 조밀하게 부하되고 이를 함유하는 CMS와 대향하며 스프링에 의해서와 같이 하향 압력이 가해지는 와이어 메쉬를 갖는 천공된 판과 같은 투과성 홀드 다운 시스템으로 제 위치에 고정되어야 한다. 조밀한 부하는 스프링을 내리게 하는 추가의 침강(settling)을 방지한다. 조밀한 부하는 강설형 부하와 같은 당업계에 공지된 방법에 의해 달성될 수 있다.
공급 단계는 전형적으로 약 0℉ 내지 약 125℉의 온도, 및 보다 바람직하게는 약 20℉ 내지 약 100℉ 또는 약 20℉ 내지 약 40℉의 온도에서 수행된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 공급 단계가 수행되는 온도는 흡착 베드의 유입구에서 측정되는 바와 같이 흡착 베드로 도입되는 공급 가스의 온도를 의미한다. 놀랍게도, 본 발명자들은 본원에 기술되고 개시된 공정에서 공정의 공급 단계를 보다 낮은 온도 (예를 들어 약 30℉)에서 수행하는 것이 공정 생산성을 개선하는 동시에 제품 회수를 유지 또는 개선시킨다는 것을 밝혀내었으며, 이것은 알려진 PSA 시스템과는 반대이다. 공급 단계를 이러한 보다 낮은 온도에서 수행하는 것은 공급 가스가 대기 온도 이하에서 이미 이용 가능한 경우 (예를 들면, 공정이 증류 컬럼으로부터 수득된 조 아르곤 스트림으로부터 산소 및/또는 질소를 분리하는데 사용되는 경우와 같이) 및 공급 단계를 위해 원하는 온도까지 공급 가스를 상당히 냉각시키는 것이 필요하지 않은 경우에 특히 유익할 수 있다.
임의의 적합한 공급 압력이 공급 단계 동안 사용될 수 있다. 예를 들면, 공급 단계 동안의 압력은, 흡착 베드의 유입구에서 측정되는 바와 같이, 약 5 내지 약 12 절대 기압일 수 있다.
공정은 급속 사이클 PSA를 수행하기 위한 임의의 적합한 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 종래의 스위치 밸브가 어느 정도까지는 작동할 것이다. 그러나, 바람직하게는, 공정은 회전 베드 PSA 장치를 사용하여 수행되는 회전 베드 급속 사이클 PSA 공정 (여기서는, 사이클의 PSA 단계 사이에서 베드를 스위칭하기 위한 밸브 플레이트로서 기능하는 고정자 플레이트를 각각 함유하는 공급물 및 생성물 고정자 어셈블리 사이에 위치하여 이를 기준으로 회전하는 회전자에 흡착 베드가 장착된다)이거나, 회전 밸브 PSA 장치를 사용하여 수행되는 회전 밸브 급속 사이클 PSA 공정 (여기서는, 반대로 흡착 베드가 고정 베드 조립체에 위치하며 당업계에 공지된 회전 공급물 및 생성물 밸브에 의해 PSA 단계들 사이에서 스위칭된다)이다.
단지 예시로서, 본 발명의 공정에 사용하기에 적합한 예시적인 2-베드 다단계 PSA 사이클이 도 1을 참고하여 이하에서 설명될 것이다. 사이클 스케줄은 도 1에 표 형태로 도시되어 있다. 표 그리드의 각 행은 주어진 베드가 전체 사이클을 거치는 모든 상이한 사이클 단계를 나타내는 반면 그리드의 열은 어떤 사이클 단계가 특정 단위 시간 단계에서 어떤 베드에 의해 실행되는지를 나타낸다. 총 사이클 시간은 특정 행의 모든 개별 단위 시간 단계의 합계이다. 사이클 스케줄에는, 전형적으로 "단위 블록"이라고 하는 강조표시된 섹션이 있고 이 블록 내에서 모든 단계가 다중-베드 중 하나에 의해 실행되고 있음을 주지한다 (Mehrotra et al., 2011). 반복 단위 블록의 수는 베드의 수와 동일하다. 전형적인 사이클 스케줄 형성 방법론은 문헌에서 찾을 수 있다: "Mehrotra, A.; Ebner, A. D.; Ritter, J. A. Simplified Graphical Approach for Complex PSA Cycle Scheduling, Adsorption, 2011, 17 337-345". 도 1에 제시된 모든 사이클 설계의 두드러진 특징이 아래에 요약되어 있다.
도 1에 도시된 PSA 사이클은 생성물 및 공급물 재가압 단계 (F1/RP1), 공급 (F2, F3), 병류 감압 단계 (CoD), 병류 이중 균등화 감압 단계 (EQD1, DEQD2, DEQD3), 역류 감압 단계 (CnD1, CnD2), 생성물 퍼지 단계 (PU1, PU2), 생성물 재가압 단계 (RP2, RP3), 역류 이중 균등화 재가압 단계 (EQR1, DEQR2, DEQR3), 및 몇 가지 유휴 단계 (I1, I2, I3)를 포함한다. 생성물 및 공급물 재가압 (F1/RP1) 단계에서, 베드는 각각 베드의 상부 및 하부 말단으로부터 1차 생성물 (예를 들어, 농축된 N2) 및 공급 가스 (예를 들어, 공기)의 첨가로 사이클의 최고-압력 수준으로 가압된다. 어떠한 생성물도 사이클의 이 단계 동안 베드로부터 인출되지 않는다. 다음으로, 공급 단계 (F2 및 F3은 동일한 공급 단계의 시기를 나타낸다)에서 공급 가스의 도입은 우선적으로 흡착된 성분 (즉, O2)의 물질 전달 구역이 실질적으로 그것을 돌파하지 않으면서 베드의 출구 말단에 도달할 때까지 계속되며, 흡착되지 않은 가스 (예를 들어, 정제된 N2)는 1차 생성물로서 베드의 유출구 말단으로부터 방출된다. 그후, 병류 감압 단계 (CoD)에서, 공급 흐름은 정지되고 베드 압력은 베드의 상부 말단으로부터 생성물을 추출함으로써 제1 중간 수준으로 감소된다. 그후, 병류 균등화 감압 단계 (EQD1)에서, 베드는 역류 균등화 재가압 단계 (EQR1)를 거친 베드와 연결되고, 공극 및 탈착된 가스의 일부는 EQD1을 거친 베드의 생성물 말단으로부터 EQR1을 거친 베드의 생성물 말단으로 전달되어 두 베드 사이의 압력을 부분적으로 균등화하고 EQD1을 거친 베드에서 베드 압력을 이 단계의 말기에 제2 중간 수준으로 낮춘다. 다음으로, 이중 말단 균등화 감압 단계 (DEQD2)에서, 보다 많은 공동-흡착된 가스 및 공극 가스가 상기 단계를 거친 베드의 상부 및 하부로부터 배출되어, 상기 베드의 압력을 제3 중간 수준으로 가져오고, 베드의 상부 및 하부로부터 배출된 가스는 각각 이중 균등화 재가압 단계 (DEQR2)를 거친 베드의 상부 및 하부로 보내진다. 그후, 이중 말단 균등화 감압은 단계 (DEQD3/CnD1)에서 계속되지만, 역류 배출된 감압 단계의 일부는 다른 베드를 재가압하는데 사용되기 보다는 2차 생성물 (즉, O2가 풍부한 가스)로서 취해지며, 이 단계가 베드의 압력을 제4 중간 수준으로 더욱 감소시킨다. 베드는 그후 역류 감압 단계 (CnD2)에서 최저 작동 압력 아래로 역류식으로 감압되며, 퍼지 단계 (PU1 및 PU2)에서 최저 작동 압력으로 퍼지되어 추가의 2차 생성물을 생산한다. 그후, 베드는 역류 재가압 단계 (RP2 및 RP3)에서 1차 생성물 가스와 역방향으로 재가압된다. 재가압 단계 (RP2 및 RP3) 후, 컬럼은 압력 균등화 재가압 단계 (EQR1, DEQR2 및 DEQR3)를 통해 더욱 가압되어 베드를 사이클의 개시 및 반복을 위한 압력 수준으로 되돌린다. 3개의 유휴 단계 (I1, I2 및 I3)가 또한 사이클 스케줄에 통합되며, 그 동안 유휴 단계를 거치는 베드가 분리되고 밸브가 닫힌 위치에 있게 된다는 것을 주지한다.
실시예
도 1에 나타낸 바와 같은 2-베드 다단계 압력 스윙 흡착 (PSA) 공정 사이클을, 공기로부터 질소를 분리하기 위한 고속 (414-02) 및 저속 (414-04) 탄소 분자체 (CMS) 흡착제를 사용하여 공급물 대 생성물 비 및 특정 생산성 측면에서 공정 성능 지표를 평가하기 위해 선택하였다. 따라서, 공급물 대 생성물 비는 회수율의 역수이므로 비가 낮을수록 회수율이 양호하며, 그 반대도 마찬가지이다. 즉, 더 낮은 공급물 대 생성물 비는 압축기의 전력 요구량이 더 낮음을 의미한다. 고속 (414-02) 및 저속 (414-04) CMS 흡착제에 대한 속도, 동적 선택성, 및 산소 및 질소의 평형 용량 및 흡착제 베드의 특징이 표 1 및 2에 요약되어 있다. 산소 흡수율은 고속 및 저속 CMS 흡착제 간에 단지 30%까지 상이하지만, 선택성은 2배까지 상이하다.
(4500 ppm 및 45,000 ppm O2를 함유하는) 상이한 N2 생성물 순도에 대한 및 상이한 공급 단계 온도 (100℉ 및 30℉)를 사용할 때 공급물 대 생성물 비 및 생산성 측면에서의 PSA 공정 성능 결과가 고속 (414-02) 및 저속 (414-04) CMS 흡착제에 대해 도 2 (a 및 b), 도 3 (a 및 b) 및 도 4 (a 및 b)에 요약되어 있다. 이들 도면에서, 공급물 대 생성물 비 및 생산성은 표 3에 주어진 조건에서 414-04에 대한 대표 값으로 나눔으로써 표준화되었으며, 이러한 표준화된 값이 사이클 시간의 함수로서 플롯팅된다. 각 흡착제에 대해 PSA 공정 파라미터를 이러한 플롯을 생성하기 위해 개별적으로 최적화하였다. 표 3에서, 사이클 시간은 100℉, 4500 ppm 경우에는 414-02 및 414-04 둘 다에 대해 60초이었고, 100℉, 45,000 ppm 경우에는 50초이었다. 30℉ 비교를 위해, 414-02는 90초 사이클 시간으로 가동시키고 414-04는 190초로 가동시켰다. 모든 경우에 흡착 베드의 유입구에서 측정되는 바와 같이 공급 단계 동안의 압력은 7.80 atma이었다.
도 2 내지 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 고속 CMS (414-02)의 최적 사이클 시간은 모든 N2 생성물 순도 (상이한 양의 O2 함유) 및 온도에서 저속 CMS (414-04)의 경우와 같거나 더 빨랐다. 고속 CMS (414-02)의 놀라운 특징은, 유사한 회수율 (즉, 공급물 대 생성물 비)에서 상당히 더 양호한 생산성 (100℉ 및 4500 ppm O2에서 34.5% 더 양호, 100℉ 및 45,000 ppm O2에서 23.2% 더 양호, 30℉ 및 4500 ppm O2에서 95.4% 더 양호)이 저속 CMS (414-04)에 비해 여기서 고려되는 모든 생성물 순도 및 온도에서 유지될 수 있지만, 고속 CMS의 동적 선택성 및 평형 용량은 저속 CMS보다 상당히 더 낮다는 것이다. 이것은 베드 크기, 및 이에 따른 자본 비용이 PSA 공정에서 고속 탄소 분자체의 사용으로 감소될 수 있음을 의미한다.
고속 CMS (414-02)에 대한 또 다른 놀라운 특징은, 저온 작동 온도에서, 유사하거나 더 나은 회수율 (즉, 보다 낮은 공급물 대 생성물 비)을 여전히 유지하면서 훨씬 더 높은 생산성이 수득될 수 있다는 것이었다. 예를 들면, 생성물 스트림에서 7.80 atma 베드 압력과 4500 ppm O2에서, 표준화된 공급물 대 생성물 비 및 표준화된 생산성은 30℉ 작동 온도 및 90초 사이클 시간에서 각각 0.979 및 1.954이다. 동일한 작동 압력 및 생성물 O2 순도로 100℉ 및 60초 사이클 시간에서도, 414-02에 대한 표준화된 공급물 대 생성물 비는 414-04보다 단지 1.6% 더 높았으며 414-02에 대한 표준화된 생산성은 414-04보다 여전히 34.5% 더 높았다. 저속 CMS (414-04)는 100℉에서 30℉ 공급 온도로 갈수록 약 12%의 회수율 증가와 약 26%의 생산성 감소를 제공하였다. 이와 달리, 고속 CMS (414-02)는 100℉에서 30℉ 공급 온도로 갈수록 16%의 회수율 증가와 6.7%의 생산성 증가를 나타내었다. 비교 결과는 표 3 뿐만 아니라 도 2 (a 및 b) 및 4 (a 및 b)에서 찾아볼 수 있다.
베드를 효과적으로 재생시키는데 필요한 퍼지 가스의 양은 고속 CMS (414-02)를 사용하는 PSA에 의한 중간 순도의 질소의 생산의 경우 놀라울 정도로 낮지만, 이것은 414-04보다 더 낮은 선택성을 갖는다. 퍼지 가스가 낮더라도, 고속 CMS에 대한 공정 성능 지표는 저속 CMS의 공정 성능 지표보다 상당히 더 양호하다. 고속 및 저속 CMS 흡착제에 대한 상이한 생성물 순도 (상이한 양의 O2를 함유 함) 및 온도에 대해 퍼지 대 공급물 비 (ACF 비 측면에서)의 요약이 표 3에 제공되어 있다. 급속 CMS의 경우, 퍼지 대 공급물 비는 저속 CMS 흡착제에 비해 100℉에서 약 43% 더 낮고 30℉에서 약 8% 더 낮다. 더 느리게 확산하는 성분 (CMS 기반 PSA에 의한 공기 분리의 경우에 질소)이 풍부한 1차 생성물의 일부가 저압에서 역류 블로우다운 단계 (도 1에 도시된 바와 같은 CnD1 및 CnD2 단계) 후 역류 퍼지 단계 (도 1에 도시된 바와 같은 PU1 및 PU2 단계)를 실행하는데 사용된다는 것을 주지한다. 퍼지 단계는 생산 단계 동안 특정 순도의 1차 생성물을 생산하기 위해 베드가 충분히 깨끗하도록 보장하는데 필요하다.
앞서 언급한 바와 같이, 고속 CMS (414-02)에서 모든 확산하는 성분에 대한 흡수 속도는 저속 CMS (414-04)에서보다 빠르다. 이들 연구에서 고려되는 고속 CMS 흡착제는 저속 CMS 흡착제보다 대략 25% 빠르지만, 저속 CMS 흡착제보다 (동적 선택성을 기준으로 하여) 58% 덜 선택적이다 (표 1). 그럼에도 불구하고, 급속 사이클 공정에서 고속 CMS 흡착제는 (이의 보다 빠른 흡수 속도의 측면에서 예상될 수 있는 바와 같이) 보다 높은 특정 생산성을 제공할 뿐만 아니라 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이 이의 보다 낮은 선택성에도 불구하고 회수율의 손실 없이/회수율의 손실을 최소한으로 하면서 달성되었다 (즉, 유사한 공급물 대 생성물 비).
회수율의 손실 없이/회수율의 손실을 최소한으로 하면서 특정 생산성을 증진시키는 것은 당업계에 이전에 공지된 것과는 달리 실행되기 때문에 매우 놀랍다. 쇼크 등(Schork et al.)(1993)에 의한 연구에서, 흡수 속도가 증가함에 따라 생산성은 증가하지만, 수득할 수 있는 최대 회수율은 감소할 것이라고 언급되었다. 표 4 (쇼크 등으로부터 입수된 데이터)는 이 연구로부터의 탄소 분자체 흡착제에 대한 공정 성능 지표 (회수율 및 생산성)에 대한 O2 및 N2의 전반적인 속도 상수의 영향을 요약하며, 이것은 생산성 증가가 생성물 회수율을 저해한다는 것을 분명히 보여준다.
본 발명의 원리가 바람직한 양태와 관련하여 상기 기술되었지만, 이러한 설명은 단지 예로서 이루어지고 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니라는 것을 명확히 이해해야 한다.
표 1. 1atma 및 86℉에서 상이한 탄소 분자체 흡수제에 대한 선형 구동력 (LDF) 모델 기반 O2 속도 상수 및 N2를 능가하는 O2 동적 선택성을 요약한다.
Figure 112019081881415-pat00002
표 2. 고속 (414-02) 및 저속 (414-04) 탄소 분자체 흡착제에 대한 흡착제 및 베드 특성을 요약한다.
Figure 112019081881415-pat00003
표 3. 상이한 작동 온도 및 생성물 O2 순도에서 고속 (414-02) 및 저속 (414-04) CMS 흡착제에 대한 (퍼지 대 공급물 비의 측면에서) 퍼지 요건을 요약한다. 공급물 대 생성물 비 및 생산성 값은 동일한 온도, 압력 및 생성물 O2 조건에 대해 414-04 값에 의해 표준화되었습니다. 흡착제 및 베드 특성이 표 2에 요약되어 있다. 도 1에 나타낸 2-베드 다단계 사이클은 평가를 위해 사용된다.
Figure 112019081881415-pat00004
표 4는 탄소 분자체 흡착제의 공정 성능 지표 (회수율 및 생산성)에 대한 O2 및 N2의 전반적인 속도 상수의 영향을 요약한다. 속도 상수는 단일 계수와 곱하며, 이에 따라 모든 경우에, 동적 선택성은 기본 경우와 동일하다. 결과는 문헌["Schork, J. M.; Srinivasan, R.; Auvil, S. R. Shortcut Computational Method for Designing Na PSA Adsorbents, Ind . Eng . Chem . Res., 1993, 32, 2226-2235"]으로부터 취해진다.
Figure 112019081881415-pat00005

Claims (20)

1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 적어도 5의 O2/N2 및/또는 O2/Ar 동적 선택성 및 적어도 0.20의 O2 흡착 속도 (1/s)를 갖는 탄소 분자체 (CMS) 흡착제를 포함하는 다수의 흡착 베드(adsorption bed)를 사용하고, 공급 단계, 적어도 하나의 감압 단계, 퍼지 단계, 및 적어도 하나의 재가압 단계를 포함하는 급속 PSA 사이클에 다수의 베드 각각을 적용함을 포함하며, 공급 단계의 지속 시간이 60초 이하인, N2 및/또는 Ar로부터 O2를 분리하기 위한 급속 사이클 압력 스윙 흡착 (PSA) 공정.
청구항 1에 있어서, 공급 단계의 지속 시간이 3 내지 45초인 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, 공급 단계의 지속 시간이 6 내지 45초인 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, 공급 단계의 지속 시간이 6 내지 36초인 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, PSA 사이클의 사이클 시간이 100초 이하인 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, PSA 사이클의 사이클 시간이 30 내지 100초인 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, PSA 사이클의 사이클 시간이 30 내지 70초인 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, 공정이 2 내지 4개의 흡착 베드를 사용하는 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, 공정이 2개의 흡착 베드를 사용하는 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, CMS가 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 5 내지 30의 O2/N2 동적 선택성을 갖는 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, CMS가 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 10 내지 25의 O2/N2 동적 선택성을 갖는 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, CMS가 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 15 내지 20의 O2/N2 동적 선택성을 갖는 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, CMS가 1 atma 및 86℉에서 선형 구동력 모델에 의해 결정되는 바와 같이 5 내지 40의 O2/Ar 동적 선택성을 갖는 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, 흡착제 베드가 무작위 충전(random packing)의 형태로 CMS 흡착제를 포함하는 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 14에 있어서, 흡착제가 조밀하게 부하되고 투과성 홀드 다운 시스템으로 제 위치에 고정되는 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, 공급 단계가 0℉ 내지 125℉의 온도에서 수행되는 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, 공급 단계가 20℉ 내지 100℉의 온도에서 수행되는 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, 공급 단계가 20℉ 내지 40℉의 온도에서 수행되는 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, 공정이 회전 베드 급속 사이클 PSA 공정인 급속 사이클 PSA 공정.
청구항 1에 있어서, 공정이 회전 밸브 급속 사이클 PSA 공정인 급속 사이클 PSA 공정.
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