KR19980070452A - 산소 농후 가스 제조용 진공 및 압력 요동 흡착 방법 - Google Patents

산소 농후 가스 제조용 진공 및 압력 요동 흡착 방법 Download PDF

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Abstract

더 양호한 가스 및 덜 양호한 가스의 공급 혼합물로부터 더 양호한 가스를 추출하기 위한 진공 및 압력 요동 흡착 방법은 평형 원리에 따라서 더 양호한 가스를 우선적으로 선택 흡착하는 흡착 베드를 사용한다. 방법은 흡착 베드가 더 양호한 가스를 흡착할 수 있도록 공급 혼합물의 흐름으로 중간 압력으로부터 고압에까지 흡착 베드를 가압하는 단계를 포함하고 있다. 가압 단계 동안 베드로부터 나온 보이드 가스는 제 1 저장 탱크로 공급된다. 보이드 가스의 다른 흐름은 흡착 베드를 저압으로 하면서, 흡착 베드로부터 제 2 저장 탱크 내로 공급된다.
저압에서, 보이드 가스가 제 2 저장 탱크로부터 흡착 베드로 공급되는 동안에 더 양호한 가스는 흡착 베드로부터 탈착된다. 탈착된 더 양호한 가스는 최종 제조물을 제공한다. 그 다음에, 보이드 가스는 중간 압력으로 흡착 베드를 가압하도록 제 1 저장 탱크로부터 공급되고, 그러한 공정이 반복된다. 이러한 방법이 산소를 제조하기 위해서 사용되는 경우, 산소 선택성 흡착체를 사용하는 60 kPa 내지 20 kPa의 범위 내의 압력에서, 저순도 산소(30% 내지 60%)의 안정된 스트림을 제조하도록 선택되는 거의 일정한 압력 상태의 탈착 퍼지를 사용하는 것이 중요하다. 본 발명의 또 다른 중요한 특징은 적당한 산소 선택성을 가지고 비율 선택성 대신에 평형 선택성을 기초로 하는 흡착체를 사용하는 것이다.

Description

산소 농후 가스 제조용 진공 및 압력 요동 흡착 방법
본 발명은 더 양호한 가스 및 덜 양호한 가스의 혼합물로부터 더 양호한 가스가 농후한 제조물을 제조하기 위한 VPSA 방법, 특히 평형 상태 하에서 산소-우선 흡착체를 사용하여 공기로부터 산소 농후 제조물을 제조하기 위한 VPSA 방법에 관한 것이다.
VPSA 처리에서, 쉽게 흡착 가능한 요소와 쉽게 흡착되지 않는 요소를 포함하고 있는 공급 가스 혼합물이 높은 흡착 압력에서 쉽게 흡착 가능한 요소를 선택적으로 흡착할 수 있는 흡착 베드로 지나간다. 그 후에, 베드로 추가의 공급 가스 혼합물을 유입하고 다시 가압하기에 앞서, 베드는 쉽게 흡착 가능한 요소를 탈착하기 위해 낮은 흡착 압력으로 감압되며, 이러한 흡착 및 탈착 순환 작업이 베드 내에서 연속해서 이루어진다.
그러한 VPSA 처리는 각각의 베드가 흡착 시스템의 다른 베드 내의 VPSA 처리 순서의 실행과 상호관계를 갖는 순환 원리를 따르는 동일한 VPSA 처리 순서를 이용하는 다중-베드 시스템에서 일반적으로 실행된다. 공기의 분리를 위한 VPSA 시스템에서, 쉽게 흡착되지 않는 요소로 판명된 산소와, 쉽게 흡착되는 요소인 질소를 선택적으로 흡착하는 흡착체가 사용되어 왔다. 공급 단부로부터 제조 단부로 베드 내에서 형성 및 증가하는 선택적으로 흡착된 질소에 대하여 평형 원리에 따라 작동하는 제올라이트 분자체는 상기 타입으로 이루어지며 희망 제조물로서 산소나 질소를 제조하기 위한 VPSA 처리 싸이클에서 사용될 수 있다. 후자의 경우에, 또한 산소 농후 공기 스트림이 회수된다.
공기로부터 안정된 상태에서 저순도 산소를 만들기 위한 저렴한 방법이 필요하다. 유용한 저순도 산소의 한 예는 연소 공정을 위하여 산화제로 사용될 수 있는 40%의 산소를 함유하는 가스 스트림이다. 그러한 가스 스트림은 공기보다 거의 두 배의 산소를 함유하며, 질소 대 산소의 비율은 공기의 절반 이하이다. 소정의 산소로 인해 질소가 적기 때문에, 질소를 가열하는데 드는 연소 에너지 손실이 적다. 또한, 처리되어질 연도 가스가 적으며, 커다란 가열기가 필요없고, 그리고 높은 연소 온도에 도달할 수 있을 것이다.
전형적으로, 저순도 농후 산소는 고순도 산소를 제조한 후에 저순도 산소의 스트림을 제조하도록 공기와 고순도 산소를 혼합하는 두 단계로 제조된다. 알맞은 양의 농후한 저순도 산소를 제조하기 위한 방법은 캠프벨 등의 미국 특허 제 4,867,766호 및 미국 재발행 특허 제 34,434호에 설명되어 있다. 여기에서, 고순도 산소(전형적으로 약 90 내지 95 몰 퍼센트)는 압력 요동 흡착(PSA) 시스템에 의해 제조되고 그러한 고순도 산소는 저순도 산소 스트림을 제조하기 위하여 공기와 혼합된다. 또한, 저순도 산소를 제조하기 위하여 일찍이 사용된 방법은 저순도 산소 스트림을 제조하기 위한 공기와 고순도 산소(전형적으로 적어도 99.5 몰 퍼센트)의 혼합을 포함하는 종래의 기술로서 그 안에 기술되어 있다.
쵸(Choe) 등의 미국 특허 제 5,382,280호에는 공기로부터 질소를 제조하기 위한 공정의 두 번째 단계에서 가스 스트림으로부터 산소를 제거하기 위하여 평형 원리 산소 선택성 흡착체를 사용하는 것을 설명하고 있다. 흡착체는 랭뮤어 타입 1 형상인 무한 선택성을 가지며 공급물 내에 단지 약 1 내지 5 퍼센트의 산소를 허용한다. 쵸 등의 미국 특허는 유니트 내의 남아있을 수 있는 어떠한 산소도 제거하는 퍼지 단계를 또한 설명한다. 그러한 완전한 퍼지는 퍼지 단계의 마지막까지 방출 가스의 산소 함유량의 신속한 감퇴를 가져온다.
루쓰벤 등의 특허에는 헬륨과의 혼합물로부터 수소를 농축시키는 압력 요동 처리 방법이 기술되어 있다. 1994년 1월 화학 공학 과학(옥스퍼드) 제 49권 제 1편인 루쓰벤, 디.엠. 등의 압력 요동 흡착에 의한 미소 성분의 농축을 참조하기 바란다. 사용된 흡착체는 제올라이트 5A이다. 압력 요동 싸이클은 77K에서 진행된다. 수소 등온선은 랭뮤 식에 잘 나타나 있다. 흡착체는 헬륨에 관한 수소를 위해 높은 선택성을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고, 일정 압력 퍼지 단계 동안, 방출물 내의 수소 농축은 빠르게 하락한다.
루쓰벤 등의 특허나 쵸 등의 특허는 보다 강한 흡착 성분의 거의 일정한 농축에 의해 가스의 안정된 스트림을 제조하는 탈착 퍼지 단계를 갖는 압력 요동 싸이클을 실행하지 못한다.
본 발명의 목적은 더 양호한 가스 및 덜 양호한 가스의 혼합물로부터 더 양호한 가스가 농후한 제조물을 제조하고, 고순도 산소를 제일 먼저 제조할 필요 없이 산소가 농후한 제조물을 제조하고, 혼합 엔트로피를 발생시켜 에너지를 낭비하는 혼합 단계를 피하는 처리 방법에 의해 산소가 농후한 제조물을 제조하고, 그리고 하나의 흡착 싸이클 내에서 공기로부터 직접 안정된 제조물 스트림을 제조하고 낮은 압축율로 작동하는 압축기를 사용할 수 있는 처리 방법에 의해 산소가 농후한 제조물을 제조하기 위한 방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 견본 흡착체에서의 흡착량 대 압력을 도시하는 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 VPSA 시스템의 개략 선도.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 두 개의 베드로 실행하는 것을 설명하는 개략도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 12 : 베드 14 : 공기 유입 도관
16 : 압축기 18, 20 : 공급 밸브
22, 24 : 공급 입구부 26, 28 : 배출 밸브
30 : 도관 32 : 진공 펌프
34, 36 : 출구 도관 38, 40, 44, 45 : 밸브
46 : 저압 서지 탱크 48 : 고압 서지 탱크
50 : 폐기 출구 라인
더 양호한 가스 및 덜 양호한 가스의 공급 혼합물로부터 더 양호한 가스가 농후한 가스 혼합물을 추출하기 위한 진공 및 압력 요동 흡착 방법은 평형 원리에 따라 더 양호한 가스를 우선적으로 선택 흡착하는 흡착 베드를 사용한다. 그러한 방법은,
1. 보이드 가스가 베드의 다른 단부로부터 유출되고 그러한 보이드 가스의 일부는 후에 퍼지 및 제조 가압 단계 동안 사용하기 위하여 고압 서지 탱크로 공급되는 동안에 베드가 공급 가스로부터 산소를 흡착하도록 거의 일정한 고 흡착 압력에서 흡착 베드의 공급 단부 내로 공급 가스를 통과시키는 단계와,
2. 처리중 감압 단계 동안, 베드는 베드의 한쪽 또는 양쪽 단부에서 가스를 떠나게 함으로써 감압되고, 베드의 상기 다른 단부에서 떠난 얼마간의 가스가 산소 부족 환류 가스로 사용되기 위하여 저압 서지 탱크로 공급되고, 그 후에 베드의 공급 단부를 떠난 일부 가스는 산소 농후 가스로서 사용되거나 또는 다음 처리 단계 동안에 하나 이상의 베드의 공급 단부로 공급되는 공급 가스에 대한 보충물로서 재가압되고 재순환될 수 있는 단계와,
3. 처리중 탈착 단계 동안, 저압 서지 탱크로부터의 산소 부족 환류 가스는 흡착된 산소의 일부를 외부로 퍼지하도록 베드의 상기 다른 단부 내로 흐르는 동안에, 산소 농후 제조물 가스는 거의 일정하거나 점진적으로 감소하는 저압에서 베드의 공급 단부로부터 떠나도록 허용되는 단계와, 그리고
4. 처리중 재가압 단계 동안, 베드는 베드의 한쪽 또는 양쪽 단부에서 가스가 유입되도록 허용함으로서 재가압되고, 여기서 일부 부족 환류 가스는 고압 서지 탱크로부터 베드의 제조 단부 내로 공급될 수 있고 얼마간의 공급 가스도 베드의 공급 단부 내로 공급될 수 있는 단계를 포함한다.
그러한 처리 공정이 산소를 제조하는데 사용되는 경우, 산소 선택성 흡착체를 사용하는 60 kPa 내지 20 kPa의 범위 내의 압력에서, 저순도 산소(30% 내지 60%)의 안정된 스트림을 제조하도록 선택되는 거의 일정한 압력에서 탈착 퍼지를 사용하는 것이 중요하다. 본 발명의 또 다른 중요한 특징은 적당한 산소 선택성을 가지고 비율 선택성 대신에 평형 선택성을 기초로 하는 흡착체를 사용하는 것이다. 이러한 특징에 의해 저압 비와 낮은 압축 비용이 달성된다. 본 발명의 다른 특징은 하기의 흡착체의 최적화 및 선택의 문단 내에 설명되어 있는 바와 같은 분리 공정의 작동 상태와 바람직하지 않은 방법으로 부합하는 양호한 산소 선택성 흡착체의 성질이다. 거의 일정한이라는 용어는 공급물 흡착 또는 제조물 탈착 시간의 적어도 50%로 일정한 수준을 의미한다.
본 발명은 산소 농후 제조물을 제조하는 O2평형 선택성 흡착체를 사용하는 VPSA 싸이클과 관련된다. O2/N2평형 선택성, 사실상 O2/N2비율 평형 선택성이 없는 흡착체가 사용된다. 견본 O2평형 선택성 흡착체의 흡착 특성은 흡착량 대 압력을 나타내는 도 1에 도시되어 있다. 여기서,
흡착체(A) = BzIm/Co(TpivPP)/SP-SiO2
O2평형 선택성 흡착체(A)는 낮은 N2흡착 능력과 높은 평형 선택성(O2/N2)을 갖고 있다. 흡착체(A)는 1-벤질이미다졸(BzIm)(17%), 코발트(II) 피켓 펜스 포르피린(콜맨의 1977년화학 조사 기술, 제 10권 265쪽에 기술되어 있는), 그리고 약 50 옹스트롬(21 중량 퍼센트)의 입자 크기를 갖는 실리카의 밀집 소립자를 포함하는 지지되는 전이 원소 착화(TEC) 조성물이다. 코팅은 BzIm과 Co(TpivPP)의 용액을 사용하는 불활성 기압 하에서 클로로포름 증발에 의해 실행된다. 다른 O2평형 선택성 흡착체는 아래에서 기술된다. 흡착체(A)의 조성물 범위의 특정 실시예는 본 발명에 참조되며 동일한 양수인에 양도되어 있고 동시 계류중인 미국 특허 출원 제 08/339,872호(변리사 명부 D-20012) 내에 기술되어 있다.
하기의 설명으로부터 이해되어질 바와 같이, 본 발명의 VPSA 싸이클은 두 개 이상의 서지 탱크를 사용하며, 베드-베드 평형 단계를 필요로 하지 않는다. 또한, 환류 가스가 퍼지 처리와 제조 재가압을 위해 사용된다. 본 발명이 탄소 분자체(CMS)와 같은 비율 선택성 흡착체를 사용하지 않고 O2평형 선택성 흡착체를 사용하기 때문에, N2에 대한 O2선택성이 흡착 시간에 의존하지 않는데, 예컨대 이러한 분리는 운동량이 아닌 평형을 토대로 하므로, VPSA 싸이클 내의 CMS-원칙 흡착체의 단점이 발생하지 않는다.
O2평형 선택성 흡착체는 높은 O2농축물에 노출될 수 있는데, 결국 본 발명에 따른 방법은 O2의 벌크식 제거를 위한 CMS 흡착체의 사용을 필요로 하지 않는다. 이는 흡착체 비용을 절감할 목적으로 하나 이상의 흡착체를 사용하고 높은 O2농축물에 O2평형 선택성 흡착체를 노출시키는 것을 피하기 위한 두 단계를 사용하는 종래의 기술과는 상이하다.
이후에 본 발명이 두 개의 베드 VPSA 시스템으로 작동하는 것으로 기술되지만, 하나 또는 둘 이상의 베드가 본 발명에 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. VPSA 싸이클은 도 2 및 도 3과 관련되어 기술될 것이다.
VPSA 시스템(도 2 참조)은 전술한 바와 같은 흡착체(A)로 각각 채워진 두 개의 베드(10, 12)를 포함하고 있다. 공기 유입 도관(14)은 압축 공기를 차례로 공급 밸브(18, 20)와 공급 입구부(22, 24)로 각각 공급하는 압축기(16)로 공급 공기를 제공한다. 한 쌍의 배출 밸브(26, 28)는 진공 펌프(32)에 연결되어 있는 도관(30)에 차례로 공급 입구부(22, 24)를 연결하고 있다. 산소 농후 제조물이 도관(30)을 통해 제공된다.
베드(10, 12)는 밸브(38, 40)를 통해 저압 서지 탱크(46)와 연통하며 또한, 밸브(44, 45)를 통해 고압 서지 탱크(48) 및 폐기 출구 라인(50)과 연통하는 출구 도관(34, 36)을 포함하고 있다. 이러한 도관과 밸브들은 고압 폐기 가스가 어느 한 베드로부터 두 개의 서지 탱크와 폐기 출구 라인(50)으로 흐르는 것을 허용한다. 또한, 이러한 도관과 밸브들은 얼마간의 폐기 가스가 서지 탱크들로부터 저압 환류 가스로서 베드 중의 하나로 역류하는 것을 허용한다. 도 2 내의 모든 밸브들은 컴퓨터 시스템과 프로그램 논리(도시하지 않음)에 의해 전기적으로 작동된다.
도 2의 시스템의 상세한 작동을 기술하기에 앞서, 본 발명과 관련된 VPSA 공정에 대한 개요가 기술될 것이다. 본 발명은 네 개의 처리 단계를 통해 산소 선택성 흡착체인 하나 이상의 고정 베드를 순환함으로써 공기로부터 저순도 산소를 제조한다.
단계 1: 처리중 흡착 단계 동안, 공기는 거의 일정한 고압(바람직하게는 80 kPa 내지 210 kPa의 범위 내, 더 바람직하게는 약 90 kPa 내지 130 kPa의 범위 내)에서 흡착 베드의 공급 단부 내로 통과하고, 동시에 불필요한 가스는 베드의 제조 단부로부터 빠져나간다. 가스가 베드를 통해 공급 단부로부터 제조 단부로 흐름으로써, 산소는 흡착체에 우선적으로 흡착된다. 그러므로, 가스 스트림 내에서 산소는 고갈되고 다른 성분, 주로 질소와 아르곤은 농후하게 된다. 베드의 제조 단부를 떠난 불필요한 가스는 베드의 공급 단부에서 유입된 공기보다 적은 산소를 함유하고 있다. 그러한 불필요한 가스는 후에 퍼지 및 제조 가압 단계 동안 사용되기 위하여 고압 서지 탱크로 공급된다.
단계 2: 처리중 감압 단계 동안, 베드는 베드의 한쪽 또는 양쪽 단부에서 가스가 떠나게 함으로써 감압된다. 얼마간의 가스가 베드의 제조 단부에서 떠나서, 궁극적으로 하나 이상의 베드를 위한 산소 부족 환류 가스로 사용되도록 저압 서지 탱크로 공급된다. 일부 가스는 산소 농후 가스로서 베드의 공급 단부를 떠나게 된다. 이러한 가스의 일부는 다음 처리 단계 동안에 하나 이상의 베드의 제 1 단부로 공급되는 공기에 대한 보충물로서 재가압되고 재순환될 수도 있다. 이러한 가스의 일부는 제 2 제조 가스로서 수용될 수 있으며 처리중 흡착 단계 동안 베드로부터 얻어진 제 1 제조 가스와 결합될 수 있다. 그렇게 사용되지 않은 가스는 폐기물로 받아들여질 수 있다. 감압 단계에서 베드의 공급 단부를 떠난 가스의 일부는 베드의 공급 단부에서 단부 공간으로부터 공기를 쓸어버리는데 사용될 수 있다.
단계 3: 처리중 흡착 단계 동안, 저압 서지 탱크로부터의 산소 부족 환류 가스는 베드의 제조 단부 내로 흐르는 동시에, 제조 가스는 거의 일정하거나 점진적으로 감소하는 저압(즉, 산출물 내의 희망 산소 농도에 따른, 약 0.9 내지 0.2의 흡착 압력과 더 바람직하게는 약 0.7 내지 0.3의 흡착 압력)에서 베드의 공급 단부로부터 떠나도록 허용된다. 가스가 베드를 통해 제조 단부로부터 공급 단부로 역류함으로써, 산소는 베드로부터 가스 스트림으로 탈착된다. 따라서, 가스 스트림은 산소가 농후하며 처리 압력과 다른 상태에 의해 형성되고 산소 선택성 흡착체의 특성에 의해 형성되는 최대 농도에서 떠나게 된다.
처리중 흡착 동안 그리고 선택적으로 처리중 감압 단계의 마지막 부분 동안 베드로부터 떠나는 제조 가스가 거의 일정한 압력에 있기 때문에, 제조 압축기는 거의 일정한 흡입 압력으로 실행될 수 있다. 이것은 어떠한 타입의 압축기에도, 특히 원심성 또는 축성 압축기에도 이롭다.
처리 단계 흡착 동안과 선택적으로 처리 단계 재가압 동안에 제 2 단부에서 베드로 유입되는 저압 가스는 에너지를 회수하도록 익스팬더(expander, 도 2에 도시하지 않음)를 관통할 수도 있다.
단계 4: 처리중 재가압 단계 동안, 베드는 베드의 한쪽 단부 또는 양쪽 단부에서 가스가 유입되도록 허용함으로서 재가압된다. 일부 산소 부족 환류 가스는 고압 서지 탱크로부터 베드의 제조 단부 내로 공급된다. 얼마간의 공급 공기 또한 베드의 공급 단부에서 유입되도록 허용된다. 따라서, 베드는 최종 탈착 압력으로부터 10 kPa에 이르는 탈착 압력 이상과 흡착 압력과 바람직하게는 50 kPa, 그리고 최종적으로는 약 105 kPa의 고압에 이르는 흡착 압력 이하인 10 kPa 범위 내의 중간 압력으로 가압된다.
그러한 공정의 중요한 실행 요건은 최대 산소 농도(MO)가 처리를 위해 선택된 압력 수준에서 충분하게 높아야 한다는 것이다. 바람직한 제 2의 실행 요건은 실제 산소 농도가 높게 유지되는 동시에 다량의 제 1 제조 산소(PPO)가 제1 제조물 내의 흡착 베드의 공급 단부의 외부에서 수용되는 것이다. 다른 바람직한 실행 요건은 유량비(FR)가 바람직하게는 2보다, 더 바람직하게는 1보다 작게되는 것이다. 그러한 유량비(FR)는 처리중 감압 단계 동안 제조 단부에서 베드를 떠난 가스의 양 대 처리중 탈착 단계 동안 퍼지 처리에 필요한 양의 비로서 형성된다. 이러한 세 개의 실행 요건은 최선의 흡착체 특성과 처리 상태를 사용함으로써 동시에 달성된다.
도 3은 본 발명에 따른 두 개의 베드로 진행되는 실시예를 도시하고 있다. 두 개의 베드는 각각의 베드에 의해 실행되는 처리 단계에서 시간의 편차에 의해 동일한 서지 탱크를 분할하는 것이 가능하다. 또한, 서지 탱크는 역류의 목적을 위하여 서지 탱크로부터 불필요한 가스를 공동 사용하는 점에 있어서 베드를 분리한다.
이 실시예에서, 서지 탱크는 처리중 탈착 단계 동안 각각의 베드를 위한 퍼지 가스를 공급한다. 또한 서지 탱크는 처리중 재가압 단계의 시작 부분 동안 각각의 베드를 위한 저압 가압 가스를 공급할 수 있는 동시에, 베드 압력은 여전히 낮다. 서지 탱크는 재가압 단계의 적어도 제 1 부분 동안 각각의 베드로부터 가스를 수용한다. 또한 서지 탱크는 추가 가스가 필요할 경우, 처리중 흡착 단계 동안 각각의 베드로부터 가스를 수용할 수 있다. 서지 탱크로 유입 유출되는 흐름은 반드시 균형 잡혀야 하기 때문에, 처리중 감압 단계 동안 각각의 베드로부터 서지 탱크 내로의 유동은 퍼지에 필요한 가스의 양의 약 두 배보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명은 베드의 수에 상관없이 실시될 수 있다. 산소 농후 제조물의 흐름이 거의 연속적이도록 실시예를 배치하는 것이 유익하다. 이를 위하여 언제나 한번에 제조 가스가 한 개의 베드로 이송되도록 순환 단계를 배치하는 것이 바람직하다. 이는 적어도 두 개의 베드에서 실행될 수 있다.
공기는 물, 탄소 2산화물, 및 탄화수소와 같은 강력한 흡착 불순물을 보통 함유하고 있다. 산소 선택성 흡착체의 작동을 방해하는 그러한 물질은 흡착체에 도달하기 전에 공기 스트림으로부터 제거되어야 한다. 공기 스트림으로부터 불순물을 제거하는 한 방법은 불순물을 선택 흡착하는 흡착체를 기초로 한 압력 요동 흡착성 정화 처리를 사용하는 것이다. 본 발명에 따른 산소 농후 제조물의 일부 또는 전부는 불순물이 제조물 스트림 내에서 허용될 수 있는 경우에는, 압력 요동 흡착성 정화 처리를 위한 백-퍼지로서 사용될 수 있다. 압력 요동 흡착성 정화 처리의 적어도 일부는 불순물을 선택 흡착하는 흡착체의 층을 산소 선택성 흡착 베드 각각의 제 1 단부에 첨가함으로써 본 발명의 공정이 될 수 있다.
도 2 및 도 3에 대해 언급하면, 2 베드 VPSA 공정이 전술한 단계들과 적합하게 설명될 것이다. 설명 내의 모든 밸브는 기술된 유동이 가능하도록 작동되는 것으로 한다.
- 단계 4b : 공급물 가압 단계.
베드(10) : 공급물(공기)은 약 50 kPa 내지 약 105 kPa의 중간 압력으로부터 베드(10)의 가압을 허용하도록 베드의 공급 단부에서 유입된다.
베드(12) : 이 시점에서, 베드(12)는 단계 2b(향류 블로우다운(counter-current blowdown))를 거치며, 공기는 베드 바닥의 보이드 영역으로부터 배출된다.
- 단계 1 : 흡착 단계.
베드(10) : 공급 공기는 베드의 공급 단부에서 연속적으로 유입되고, 베드의 상부로부터의 상부 보이드 가스는 고압 서지 탱크(48)와 폐기 라인(50)으로 공급된다. 산소는 베드(10) 내의 흡착체에 의해 흡착된다. 베드(10) 내의 압력은 본 단계의 전 과정 동안 약 105 kPa로 유지됨으로써, 압축기(16)가 일정한 압력에 대해 작동하는 것이 가능하다.
베드(12) : 이 시점에서, 베드(12)는 제조물이 베드의 바닥으로부터 진공 펌프(32)로 공급됨으로써 퍼지되는 동시에, 보이드 가스의 공급물은 저압 서지 탱크(46)로부터 베드의 상단으로 유입되며 베드의 상단으로부터 제조물을 아래로 가압한다.
- 단계 2a : 병류 블로우다운(cocurrent blowdown) 단계.
베드(10) : 베드(10)의 제조 단부로부터의 보이드 가스는 저압 서지 탱크(46) 내로 흐를 수 있다.
베드(12) : 이 시점에서, 환류 가스는 베드(12)의 제조물 가압을 위하여 고압 서지 탱크(48)로부터 얻어진다.
- 단계 2b : 향류 블로우다운(counter current blowdown) 단계.
베드(10) : 이 시점에서, 가스는 베드(10)의 공급 단부로부터 배출된다.
베드(12) : 공급물(공기)은 약 50 kPa 내지 약 105 kPa의 중간 압력으로부터 베드(12)의 가압을 허용하도록 베드(12)의 공급 단부에서 유입된다.
- 단계 3 : 퍼지 단계.
베드(10) : 이 시점에서, 베드(10)는 제조물이 베드의 바닥으로부터 진공 펌프(32)로 공급됨으로써 퍼지되는 동시에, 보이드 가스의 공급물은 저압 서지 탱크(46)로부터(그리고, 필요시, 또한 고압 서지 탱크(48)로부터) 베드의 상단으로 유입되며 베드의 상단으로부터 탈착된 산소를 아래로 가압한다.
베드(12) : 공급 공기는 베드의 공급 단부에서 연속적으로 유입되고, 베드의 상부로부터의 상부 보이드 가스는 고압 서지 탱크(48)로 공급된다. 산소는 베드(12) 내의 흡착체에 의해 흡착된다. 베드(12) 내의 압력은 본 단계의 전 과정 동안 약 105 kPa로 유지됨으로써, 압축기(16)가 일정한 압력에 대해 작동하는 것이 가능하다.
두 개 이상의 서지 탱크(이 경우에는 46 및 48)를 사용하여 공정 내에 큰 융통성이 생긴다. 예를 들면, 도 3에 도시되어 있는 싸이클 내의 개개의 단계는 고정된 기간을 소비하지 않는다. 따라서, 압력과 조성물과 같은 물리적 변수는 각각의 단계에 할당되는 시간을 결정하는데 사용될 수 있으며, 이에 의해 온도, 압력 및 제조 요구의 변동을 위한 공정을 조절한다. 베드-베드 가스 이송기가 필요하기 때문에, 각 베드가 독립적으로 운용되고 공정을 단일 베드 유닛의 조합으로 여기는 것이 가능하다. 그러나, 압축기와 진공 펌프의 적절한 크기 결정과 분배를 위하여, 다른 베드의 싸이클에 의한 각각의 베드의 전체 싸이클의 일부 동조가 바람직하다. 필요하다면, 두 개 이상의 서지 탱크가 사용될 수 있다.
처리 상태의 최적화
본 발명에 따른 처리중 흡착 단계 내에서 사용되는 고압은 비용을 최소화하는 수준으로 조절되어야 한다. 대부분의 경우에, 흡착 베드와 연결 파이프 내에서의 마찰 압력 강하에 의해 대기압에 가까워진다. 처리중 흡착 단계 내에서 사용되는 최적 압력은 공급 공기가 마찰 압력 강하를 극복하도록 압축된다면 대기압보다 약간 높아질 수 있으며, 폐기물이 마찰 압력 강하를 극복하도록 압축된다면 대기압보다 약간 낮아질 수 있다. 만일 공급 공기가 다른 압력에서 제공된다면, 처리중 흡착 단계의 고압을 위한 공급 압력을 사용하는 것이 통상적으로 최선책이 될 것이다.
대형 베드를 위한 처리중 흡착 단계 내의 임의의 베드의 온도는 공급 공기의 온도 이하의 섭씨 2 내지 5도가 될 것이다.
처리중 흡착 단계 내에서 사용되는 저압은 산소 농후 제조물 내의 희망 산소 농도와 산소 선택성 흡착체의 특성에 의해 조절된다. 공기가 105 kPa에서 흡착될 때, 효과적인 흡착체는 예를 들어,
30 kPa 탈착 압력에서 53%의 산소를,
60 kPa 탈착 압력에서 31%의 산소를 제공할 수 있다.
산소 선택성 흡착체
흡착체의 특성은 흡착 평형 및 열역학, 흡착 탈착 비, 그리고 보이드 공간 및 흡착체 밀도를 포함한다. 흡착체가 상대적 평형 로딩을 기초로 강력하게 산소를 선택하는 것은 기본이다. 비율-선택성에 따른 작동을 기초로 하는 흡착체는 본 발명에 유용하지 않다. 흡착체가 거의 질소를 흡착하지 않는 것 또한 중요하다. 아르곤을 거의 흡착하지 않는 것은 그러한 흡착체에 도움이 된다.
산소를 흡착하는 흡착체가 갖는 강도가 오히려 낮은 특정한 범위를 가져할 필요는 없다. 모델은 바람직하지 않은 방법으로 처리 상태에 일치될 것을 요구하는 산소를 흡착하는 흡착체가 갖는 강도를 나타내었다. 산소를 흡착하는 흡착체가 갖는 강도가 바람직한 범위(후술될 바와 같은) 내에 있을 때, 산소를 위한 흡착체의 최대 용량이 상당히 넓은 범위에 걸쳐 변화될 수 있는 것은 바람직하지 않다.
산소 선택성 흡착체는 높은 MO를 제공하는 성질을 반드시 가져야 하고 소정의 양의 산소 선택성 흡착체를 위한 가능한 높은 PPO를 허용하여야 한다. 이것은 산소 선택성 흡착체가 올바른 형태의 산소 평형 로딩을 갖는 동시에 보이드 대 흡착체 매스의 낮은 비와 낮은 질소 로딩의 중요한 성질을 또한 갖는 것을 가장 필요로 한다.
흡착체 실시예
전술한 바와 같이, 양호한 산소 선택성 흡착체의 실시예는,
실리카(21 중량 퍼센트 실리카)에 BzIm/Co(TpivPP).
랭뮤 등온선은 -13.1 kcal/mol(-54.8 kJ/mol)로서 흡착체의 응차열을 수용함으로써 다른 온도로 연장되는 등식과 소정의 평형 산소 로딩으로 맞추어져 왔다. 산소 선택성 흡착체를 위한 실시예의 결과는 하기의 표 1에 도시되어 있다.
고압(흡착) 105 kPa
저압(탈착) 30 kPa
병류 블로우다운 37.5 kPa
흡착 온도 260 내지 320 K
탈착 열 54.8 kJ/mol
최대 로딩, L0 0.52 mol/kg
벌크 밀도 330 kg/m3
흡착 밀도 1490 kg/m3
공급시 산소의 부분 압력 22.0 kPa
흡착 온도, K MO, 최대 산소 몰 분율 PPO, 제 1 제조물, 몰 산소/m3 FR,유동율
260 0.38 7.3 1.28
265 0.41 8.7 1.21
270 0.44 10.1 1.16
275 0.47 11.5 1.12
280 0.49 12.7 1.09
285 0.51 13.8 1.07
290 0.52 14.5 1.05
295 0.53 14.8 1.05
300 0.53 14.6 1.07
305 0.53 13.9 1.1
310 0.53 28.2 1.16
315 0.514 26.2 1.24
320 0.5 23.8 1.35
흡착 온도는 흡착 단계의 마지막에 가까운 베드의 대부분에서 도달하는 온도이다. 이러한 흡착체를 위하여, 크고 거의 단열적인 흡착 베드 내의 연속적인 순환은 평균 공급 온도 이하의 약 3도 K 만큼에 의해 흡착 온도를 저하시킬 수 있다.
MO는 감압의 결과로서 산소 선택성 흡착 베드 내에서 도달하는 최대 산소 몰분율이다.
PPO는 제 1 제조물 내에 함유된 산소 대 산소 선택성 흡착 베드의 볼륨의 최대 비이다.
FR은 병류 블로우다운 가스 대 필요 퍼지 가스의 최소 비이다.
흡착체의 최적화 및 선택
산소 선택성 흡착체는 랭뮤 등온선에 의해 거의 부합되는 산소 평형을 전형적으로 갖는다. 제한 처리 실행상의 랭뮤 매개변수의 효과는 검토되어 왔다. 임의의 온도를 위해 세 개의 랭뮤 매개 변수가 고려된다.
1. Ph - 유용한 사이트의 반이 소비될 때, 흡착된 산소와 평형을 이루는 산소의 이분의 일 압력 또는 부분 압력.
2. dH - 흡착의 몰 열량.
3. LO - 산소를 위한 최대 용량.
제 1 매개 변수는 산소를 흡착하는 흡착체가 갖는 강도의 측정량이다. 압력이 반 이하보다 낮아질수록 흡착체의 산소 흡착력은 증가된다.
주요 처리 실행 변수는,
1. MO - 감압의 결과로서 산소 선택성 흡착 베드 내에서 도달하는 최대 산소 몰 분율.
2. PPO - 제 1 제조물 내에 함유된 산소 대 산소 선택성 흡착 베드의 볼륨의 최대 비.
3. FR - 병류 블로우다운 가스 대 필요 퍼지 가스의 최소 비.
처리 상태의 임의 조절을 위하여, MO 및 PPO는 가능한 높아야 하지만 FR은 1보다 낮아야 한다. Ph가 공급 가스(22 kPa) 내 산소의 부분 압력에 가깝게 떨어짐으로써, MO는 적어도 0.529인 정점에까지 상승하는 동시에 PPO 값은 흡착 베드의 15 mol/m3이상의 정점까지 상승한다. 동시에, FR 유동율은 1 이하의 최소치까지 떨어진다. 이는 폐기물로서 재압축하는 대신에 퍼지 가스로서 모든 병류 블로우다운 가스를 사용할 수 있게 한다.
Ph를 위한 양호한 범위는 공급 가스 내의 산소의 부분 압력의 약 0.3 내지 0.8배의 범위이다. 가장 바람직한 범위는 공급 가스 내의 산소의 부분 압력의 약 0.4 내지 0.7배의 범위이다. 산소의 부분 압력의 0 감소를 기초로 한, MO를 위한 이론적인 상한치는 0.7329이다.
Ph가 공급 가스 내의 산소의 부분 압력에 가깝게 떨어짐으로써, MO는 약 0.317인 정점에까지 상승하는 동시에, PPO 값은 흡착 베드의 20 mol/m3이상의 정점까지 상승한다. 동시에, FR 유동율은 1 이하의 최소치까지 떨어지고, 다른 두 개의 변수가 도달하는 그들의 정점과 동일점에 가까운 최소치에 도달한다. Ph를 위한 양호한 범위는 공급 가스 내의 산소의 부분 압력의 약 0.3 내지 0.8배의 범위이다. 가장 바람직한 범위는 공급 가스 내의 산소의 부분 압력의 약 0.4 내지 0.7배의 범위이다.
산소의 부분 압력의 0 감소를 기초로 한, MO를 위한 이론적인 상한치는 0.3664이다.
탈착의 큰 열량은 표 2에 도시된 바와 같이 작업을 방해한다. 작업은 표 2에 주어진 상태에서 최선의 Ph 값으로 비교된다. 탈착 열은 흡착 열의 음수이다.
고압(흡착) 105 kPa
저압(탈착) 30 kPa
병류 블로우다운 37.5 kPa
흡착 온도 300 K
최대 로딩, L0 1.5 mol/kg
벌크 밀도 330 kg/m3
흡착 밀도 1490 kg/m3
공급시 산소의 부분 압력 22.0 kPa
dH, 산소 흡착 열, kJ/mol Ph, Pa MO, 최대 산소 몰 분율 PPO,최대 제 1 제조물,몰 산소/m3 FR,유동율
83.7 12.7 E3 0.53 15.2 0.95
124.7 12.7 E3 0.46 9.9 1.07
Ph 값은 흡착 열의 각 수준을 위한 최적치에 가깝게 선택되었다.
산소 탈착 열의 증가는 잘못된 방향으로 세 개의 실행 변소 전부를 이동시켰다. 산소 탈착 열은 처리 단계 2 및 단계 3 동안에 온도를 감소시키도록 작용한다. 이것은 제 1 제조물 스트림 내의 산소를 농축시키려 할 때, 기간동안 산소의 부분 압력 내의 삭감을 증가시킨다. 산소 탈착 열이 약 150 kJ/mol 보다 작아지는 것이 바람직하며, 약 100 kJ/mol 보다 작아지는 것이 더 바람직하다.
최대 로딩(LO)의 증가에 의해 작업 성능이 증가하지만, 기울기는 비선형이다. 표 3 및 표 4는 두 개의 상이한 탈착 압력(각각 30 kPa 및 60 kPa)에서 LO에 의한 기울기를 도시하고 있다.
고압(흡착) 105 kPa
저압(탈착) 30 kPa
병류 블로우다운 37.5 kPa
흡착 온도 300 K
탈착 열 83.7 kJ/mol
벌크 밀도 330 kg/m3
흡착 밀도 1490 kg/m3
공급시 산소의 부분 압력 22.0 kPa
LO,최대 로딩, mol/kg Ph, Pa MO,최대 산소 몰 분율 PPO,최대 제 1 제조물,몰 산소/m3 FR,유동율
0 0.21
0.1 12.7 E3 0.39 5.6 1.68
0.75 12.7 E3 0.51 12.8 1.04
1.5 12.7 E3 0.53 15.2 0.95
3 12.7 E3 0.54 17.9 0.87
Ph 값은 LO의 각 수준을 위한 최적치에 가깝게 선택되었다.
고압(흡착) 105 kPa
저압(탈착) 60 kPa
병류 블로우다운 64.5 kPa
흡착 온도 300 K
탈착 열 83.7 kJ/mol
벌크 밀도 330 kg/m3
흡착 밀도 1490 kg/m3
공급시 산소의 부분 압력 22.0 kPa
LO,최대 로딩, mol/kg Ph, Pa MO,최대 산소 몰 분율 PPO,최대 제 1 제조물,몰 산소/m3 FR,유동율
0 0.21
0.1 12.7 E3 0.27 7.4 0.5
0.75 12.7 E3 0.31 16.9 0.27
1.5 12.7 E3 0.32 20.4 0.24
3 12.7 E3 0.32 24.5 0.2
Ph 값은 LO의 각 수준을 위한 최적치에 가깝게 선택되었다.
작업은 처음에는 빠르게 그러나 높은 값의 LO에서는 보다 느리게 LO를 증가시킴으로써 개선된다. 각각의 표에서, MO 값은 다른 세 단계보다 최초 단계에서 더 증가한다. 0.75 내지 3.0 범위 내의 LO를 위해, MO의 증가는 작다. PPO의 증가는 LO의 범위에 걸쳐 계속되지만 감소비는 LO 까지 이다. 각각의 LO의 증가를 위해, PPO 값 대 LO 값의 비는 매우 작으며, 이는 흡착 사이트당 제 1 제조물 산소의 양이 LO의 증가로 인해 급히 감소함을 의미한다. 산소 선택성 흡착체의 비용은 LO 값에 거의 비례하게 된다.
LO의 바람직한 범위는 약 0.1 내지 3.0 mol/kg 사이이다. 보다 바람직한 범위는 약 0.3 내지 1.5 mol/kg 사이이다.
기대했던 대로, 작업은 벌크 밀도, BDEN의 증가에 의해 증가하지만, 기울기는 바람직하지 않게도 비선형이다. 표 5는 선택된 흡착 압력에서 BDEN에 의한 기울기를 도시하고 있다.
고압(흡착) 105 kPa
저압(탈착) 30 kPa
병류 블로우다운 37.5 kPa
흡착 온도 300 K
탈착 열 83.7 kJ/mol
최대 로딩, LO 1.5 mol/kg
흡착 밀도 1490 kg/m3
공급시 산소의 부분 압력 22.0 kPa
BDEN,벌크 밀도, kg/m3 Ph, Pa MO,최대 산소 몰 분율 PPO,최대 제 1 제조물,몰 산소/m3 FR,유동율
0 0.21
110 12.7 E3 0.39 7.7 1.31
165 12.7 E3 0.44 9.9 1.18
220 12.7 E3 0.48 11.8 1.09
330 12.7 E3 0.53 15.2 0.95
Ph 값은 LO의 각 수준을 위한 최적치에 가깝게 선택되었다.
작업은 처음에는 빠르게 그러나 높은 값의 BDEN에서는 보다 느리게 BDEN을 증가시킴으로써 개선된다. 비선형성은 LO에서 처럼 크지는 않지만 뚜렷하게 나타난다. 각각의 표에서, MO 값은 다른 세 단계보다 최초 단계에서 더 증가한다. PPO의 증가는 BDEN의 범위에 걸쳐 계속되지만 감소비는 BDEN 까지 이다. 각각의 BDEN의 증가를 위해, PPO 값 대 BDEN 값의 비는 매우 작으며, 이는 흡착 사이트당 제 1 제조물 산소의 양이 BDEN의 증가로 인해 급히 감소함을 의미한다. 산소 선택성 흡착체의 비용은 BDEN 값에 거의 비례하게 된다.
BDEN의 바람직한 범위는 약 110 kg/m3이상이며, 보다 바람직한 범위는 약 330 kg/m3이상이다.
흡착 및 탈착 비율과 흡착 제조성을 높게 유지하기 위하여, 바람직하게는 약 2 mm 이하, 더 바람직하게는 약 1 mm 이하의 크기를 갖는 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 동일한 이유로, 바람직하게는 약 60 s 이하, 더 바람직하게는 약 30 s 이하의 공정을 위한 전체 싸이클 시간을 유지하는 것이 바람직하다.
80 kPa 내지 약 210 kPa 범위의 흡착 압력에 의한 작동이 바람직하다. 90 kPa 내지 약 130 kPa 범위의 흡착 압력에 의한 작동이 더 바람직하다. 탈착 압력은 흡착 압력의 약 0.9 내지 0.2 배가 되는 것이 바람직하며, 흡착 압력의 약 0.7 내지 0.3 배가 되는 것이 더 바람직하다.
익스팬더(expander)가 탈착 퍼지 공급물과 베드 재가압 유체로부터 에너지를 회수하기 위해 사용될 수 있다. 선택적으로, 재발생성 섹션이 에너지 회수를 강화하기 위하여 흡착 베드에 포함될 수 있을 것이다.
본 발명에 사용 가능한 O2선택성 흡착체의 두 개의 추가 실시예는,
B) Co(3,5-diButsalDAP)
C) Co{3,5-diButsal/(ETO)(CO2Et)Hmal-DAP} 이다.
전이 원소 착물 B 및 C는 분자내 배위 결합을 하는데 적절한 네 개의 공여체 사이트와 분자 사이에서 작용하도록 제한된 하나의 공여체 사이트를 갖추고 있는 비스(스키프 염기(Schiff base)) 킬레이트화 리간드의 디아니온으로부터 유도된 코발트(II) 착물을 나타낸다. B 및 C의 조성물의 범위에 대한 특정 실시예는 본 발명에 참조되며 동일한 양수인에 양도되어 있고 동시 계류중인 미국 특허 출원 제 호(변리사 명부 D-20299) 내에 기술되어 있다.
Co(3,5-diButsalDAP)의 약기인 착물 B는 3,4-디아미노피리딘(DAP)과 두 개의 등가물인 3,5-디-3차-부틸살리실알레이드(3,5-diButsal)간의 스키프 염기 축합(condensation)으로부터 공식적으로 유도된 킬레이트화 리간드의 디아니온으로 형성된 코발트(II)이다.
Co{3,5-diButsal/(ETO)(CO2Et)Hmal-DAP}의 약기인 착물 C는 3,5-디-3차-부틸살리실알레이드를 갖는 존속 제 1 아민 그룹의 스키프 염기 축합한 후, 에톡시메틸렌 디에틸말로네이트 및 3,4-디아미노피리딘의 1:1 축합에 의해 공식적으로 조성되는 킬레이트화 리간드의 디아니온인 코발트(II) 착물이다.
상기 설명은 본 발명의 단순한 설명임을 이해하여야 한다. 다양한 실시예와 변형예가 본 발명의 범위 내에서 당업자로부터 도출될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구의 범위 내에 있는 그러한 모든 실시예와 변형예를 포함한다.
본 발명에 의해 더 양호한 가스 및 덜 양호한 가스의 혼합물로부터 더 양호한 가스가 농후한 제조물을 제조하고, 고순도 산소를 제일 먼저 제조할 필요 없이 산소가 농후한 제조물을 제조하고, 혼합 엔트로피를 발생시켜 에너지를 낭비하는 혼합 단계를 피하는 처리 방법에 의해 산소가 농후한 제조물을 제조하고, 그리고 하나의 흡착 싸이클 내에서 공기로부터 직접 안정된 제조물 스트림을 제조하고 낮은 압축율로 작동하는 압축기를 사용할 수 있는 처리 방법에 의해 산소가 농후한 제조물을 제조하기 위한 방법이 제공된다.

Claims (10)

  1. 평형 원리에 따라서 더 양호한 가스를 우선 선택 흡착하는 흡착 베드를 사용하여, 더 양호한 가스 및 덜 양호한 가스의 공급 혼합물로부터 상기 더 양호한 가스가 농후한 가스 혼합물을 추출하기 위한 진공 및 압력 요동 흡착 방법에 있어서,
    a) 퍼지 및 제조 가압 단계 동안, 보이드 가스를 흡착 베드의 제 2 단부로부터 유출하고 상기 보이드 가스의 일부를 후에 사용하기 위하여 고압 서지 탱크로 공급하는 동안에 상기 흡착 베드에서 공급 가스 혼합물로부터 더 양호한 가스를 흡착하도록, 거의 일정한 높은 흡착 압력에서 흡착 베드의 공급 단부 내로 공급 가스 혼합물을 통과시키는 단계와,
    b) 감압 단계 동안, 가스의 일부가 흡착 베드의 다른 단부에서 떠나고 산소 부족 환류 가스로 사용되기 위하여 저압 서지 탱크로 공급된 후에, 흡착 베드의 공급 단부를 떠난 가스의 일부가 산소 농후 제조물 가스로서 사용되거나 또는 다음 처리 단계 동안에 하나 이상의 흡착 베드의 공급 단부로 공급되는 공급 가스에 대한 보충물로서 재가압 및 재순환되도록, 흡착 베드의 한쪽 또는 양쪽 단부에서 가스가 떠나도록 허용함으로써 흡착 베드를 감압하는 단계와,
    c) 탈착 단계 동안, 유용한 가스 농후 제조물 가스가 거의 일정하거나 또는 감소하는 저압에서 흡착 베드의 공급 단부로부터 떠나도록 허용되는 동안에, 흡착된 더 양호한 가스의 일부를 외부로 퍼지하도록 저압 서지 탱크로부터 흡착 베드의 상기 다른 단부 내로 산소 부족 환류 가스가 흐르는 단계와, 그리고
    d) 재가압 단계 동안, 더 양호한 가스가 부족한 환류 가스가 고압 서지 탱크로부터 흡착 베드의 제 2 단부 내로 공급되고 일부 공급 가스 혼합물이 흡착 베드의 공급 단부 내로 공급되는 방식으로, 흡착 베드의 한쪽 또는 양쪽 단부에서 가스가 유입되도록 허용함으로써 흡착 베드를 재가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 및 압력 요동 흡착 방법.
  2. 평형 원리에 따라서 더 양호한 가스를 우선 선택 흡착하는 흡착 베드를 사용하여, 더 양호한 가스 및 덜 양호한 가스의 공급 혼합물로부터 상기 더 양호한 가스를 추출하기 위한 진공 및 압력 요동 흡착 방법에 있어서,
    a) 상기 흡착 베드가 상기 더 양호한 가스를 흡착할 수 있도록 상기 공급 혼합물의 흐름으로 중간 압력으로부터 고압에까지 상기 흡착 베드를 가압하고, 상기 가압 단계 동안 상기 베드로부터 제 1 저장 탱크로 보이드 가스를 공급하는 단계와,
    b) 상기 흡착 베드를 저압으로 이끄는 동안에 상기 보이드 가스의 다른 흐름을 상기 베드로부터 제 2 저장 탱크 내로 추출 및 저장하는 단계와,
    c) 상기 보이드 가스인 공급물을 상기 제 2 저장 탱크로부터 상기 흡착 베드로 제공하는 동안에 상기 저압에서, 최종 제조물을 제공하는 상기 유용한 가스를 상기 흡착 베드로부터 탈착하는 단계와, 그리고
    d) 상기 중간 압력으로 상기 흡착 베드를 가압하도록 상기 제 1 저장 탱크로부터 상기 보이드 가스를 공급하는 단계와, 상기 a 단계부터 d 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 및 압력 요동 흡착 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 더 양호한 가스가 산소 농후 제조물인 것을 특징으로 하는 진공 및 압력 요동 흡착 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 고압이 80 kPa 내지 210 kPa의 범위 내에 있으며, 상기 저압이 상기 고압의 0.9 내지 0.2 배의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 진공 및 압력 요동 흡착 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 흡착 베드가
    BzIm/Co(TpivPP)/SP-SiO2와,
    Co(3,5-diButsalDAP)와, 그리고
    Co{3,5-diButsal/(ETO)(CO2Et)Hmal-DAP}를 포함하는 그룹으로부터 선택된 산소 선택성 흡착체로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 및 압력 요동 흡착 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 흡착 베드가 공급 혼합물 내의 산소의 부분 압력의 약 0.3 내지 0.8 배의 Ph를 나타내는 산소 선택성 흡착체로 구성되고, 상기 Ph는 유용한 흡착 사이트가 소비되는 경우, 흡착된 산소와 평형을 이루는 산소의 부분 압력과 같은 것을 특징으로 하는 진공 및 압력 요동 흡착 방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 흡착 베드가 150 kJ/mol 보다 작은 산소 탈착 열을 나타내는 산소 선택성 흡착체로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 및 압력 요동 흡착 방법.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 흡착 베드가 약 0.1 내지 3.0 mol/kg의 산소용 최대 용량을 나타내는 산소 선택성 흡착체로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 및 압력 요동 흡착 방법.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 흡착 베드가 적어도 110 kg/m3의 벌크 밀도를 나타내는 산소 선택성 흡착체로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 및 압력 요동 흡착 방법.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 방법은 두 개의 흡착 베드를 사용하여 실행되며, 상기 두 개의 흡착 베드는 모두 상기 제 1 저장 탱크와 상기 제 2 저장 탱크에 연결되어 있으며, 제 1 흡착 베드가 a, b, c 및 d 단계를 실행하는 동안에 제 2 흡착 베드는 c, d, a 및 b 단계를 동시에 실행하고, a 단계 및 c 단계는 각각 일정한 고압과 저압에서 실행되며, 그리고 상기 더 양호한 가스가 산소 농후 제조물인 것을 특징으로 하는 진공 및 압력 요동 흡착 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100524425B1 (ko) * 1999-05-27 2005-10-28 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 압력 스윙 흡착 방법 및 장치

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2764205B1 (fr) * 1997-06-09 1999-07-16 Air Liquide Dispositif et procede psa de separation d'un melange gazeux
US5961694A (en) * 1997-06-09 1999-10-05 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Apparatus and process for the separation of gas mixtures by pressure swing adsorption
FR2776941B1 (fr) * 1998-04-07 2000-05-05 Air Liquide Procede et unite de production d'oxygene par adsorption avec cycle court
US5997611A (en) * 1998-07-24 1999-12-07 The Boc Group, Inc. Single vessel gas adsorption system and process
US6083299A (en) * 1999-01-21 2000-07-04 The Boc Group, Inc. High pressure purge pressure swing adsorption process
US6436171B1 (en) 1999-07-22 2002-08-20 The Boc Group, Inc. Oxygen-selective adsorbents
US6749405B2 (en) * 2000-06-16 2004-06-15 Stuart Bassine Reversible pivoting vane rotary compressor for a valve-free oxygen concentrator
US6425938B1 (en) * 2000-11-01 2002-07-30 Air Products And Chemicals, Inc. Single bed pressure swing adsorption process
US6500235B2 (en) * 2000-12-29 2002-12-31 Praxair Technology, Inc. Pressure swing adsorption process for high recovery of high purity gas
US6471744B1 (en) * 2001-08-16 2002-10-29 Sequal Technologies, Inc. Vacuum-pressure swing absorption fractionator and method of using the same
JPWO2004007056A1 (ja) * 2002-07-15 2005-11-10 住友精化株式会社 酸素ガス分離方法
US20050061001A1 (en) * 2003-01-29 2005-03-24 Maston Valerie A. Streamlined methane gas generation system
US7114932B1 (en) * 2004-01-22 2006-10-03 Stuart Bassine Valve-free oxygen concentrator featuring reversible compressors
US7329304B2 (en) * 2005-04-05 2008-02-12 Respironics Oxytec, Inc. Portable oxygen concentrator
US7368005B2 (en) * 2005-04-05 2008-05-06 Respironics Oxytec, Inc. Portable oxygen concentrator
US7402193B2 (en) * 2005-04-05 2008-07-22 Respironics Oxytec, Inc. Portable oxygen concentrator
US20060278078A1 (en) * 2005-05-25 2006-12-14 Thorstein Holt Methods and systems for generation of gases
CN107774092A (zh) * 2016-08-26 2018-03-09 四川天采科技有限责任公司 一种吸附萃取分离与净化的方法
US10835856B2 (en) * 2018-08-14 2020-11-17 Air Products And Chemicals, Inc. Carbon molecular sieve adsorbent
US10744450B2 (en) * 2018-08-14 2020-08-18 Air Products And Chemicals, Inc. Multi-bed rapid cycle kinetic PSA

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE589295A (ko) * 1957-11-21
US3788036A (en) * 1972-07-26 1974-01-29 D Stahl Pressure equalization and purging system for heatless adsorption systems
DE2460513C3 (de) * 1974-12-20 1979-01-25 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und Vorrichtung zur Zerlegung von Gasgemischen durch adiabatische Ad- und Desorption
JPS5272841A (en) * 1975-12-16 1977-06-17 Nippon Oxygen Co Ltd Decreasing method of oxygen concentration in atmosphere of sealeddup container
FR2363362A1 (fr) * 1976-09-07 1978-03-31 Air Liquide Procede de traitement, par adsorption, d'un melange gazeux
JPS5813216B2 (ja) * 1979-09-29 1983-03-12 森六株式会社 酸素吸脱着剤
JPS5648244A (en) * 1979-09-29 1981-05-01 Hidetoshi Tsuchida Gas adsorbent
JPS5810132B2 (ja) * 1979-09-29 1983-02-24 森六株式会社 酸素吸脱着剤
US4421531A (en) * 1982-09-13 1983-12-20 Air Products And Chemicals, Inc. Adiabatic pressure swing absorption process for removing low concentrations of oxygen from mixed gas streams
US4421530A (en) * 1982-09-13 1983-12-20 Air Products And Chemicals, Inc. Process for removing oxygen from mixed gas streams using a swing adiabatic absorption-isothermal desorption cycle
US4461630A (en) * 1982-09-30 1984-07-24 Union Carbide Corporation Product recovery in pressure swing adsorption process and system
US4468237A (en) * 1982-10-19 1984-08-28 Union Carbide Corporation Pressure swing adsorption with direct and indirect pressure equalizations
US4482361A (en) * 1983-01-14 1984-11-13 Union Carbide Corporation Pressure swing adsorption process
US4539019A (en) * 1983-09-29 1985-09-03 Air Products & Chemicals, Inc. Control system for air fractionation by selective adsorption
US4654053A (en) * 1984-07-27 1987-03-31 University Patents, Inc. Oxygen sorbent
US4685939A (en) * 1985-03-19 1987-08-11 Air Products And Chemicals, Inc. Production of oxygen enriched air
JPS6261616A (ja) * 1985-09-11 1987-03-18 Nippon Steel Corp 混合ガスから高純度ガスを分離する方法
US4816039A (en) * 1986-02-24 1989-03-28 The Boc Group, Inc. PSA multicomponent separation utilizing tank equalization
US4705541A (en) * 1987-02-12 1987-11-10 Air Products And Chemicals, Inc. Production of mixed gases of controlled composition by pressure swing adsorption
JPS63240914A (ja) * 1987-03-26 1988-10-06 Sumitomo Heavy Ind Ltd 酸素及び窒素を含有する混合ガスから窒素を分離する方法
DE3829584A1 (de) * 1988-09-01 1990-03-08 Bayer Ag Trennung von gasgemischen durch vakuum swing adsorption in einem zwei-adsorber-system
US4867766A (en) * 1988-09-12 1989-09-19 Union Carbide Corporation Oxygen enriched air system
US4931071A (en) * 1989-03-09 1990-06-05 The Boc Group, Inc. Method for densely packing molecular sieve adsorbent beds in a PSA system
US4915711A (en) * 1989-05-18 1990-04-10 Air Products And Chemicals, Inc. Adsorptive process for producing two gas streams from a gas mixture
FR2660210B1 (fr) * 1990-03-27 1992-06-05 Air Liquide Procede d'utilisation de complexes de metaux de transition pour la separation du dioxygene d'un melange de gaz par electrodecomplexation.
US5294418A (en) * 1991-03-19 1994-03-15 Air Products And Chemicals, Inc. Process for reversibly binding oxygen
US5126466A (en) * 1991-03-19 1992-06-30 Air Products And Chemicals, Inc. Cyanocobaltate oxygen adducts
JPH07163826A (ja) * 1993-09-03 1995-06-27 Air Prod And Chem Inc 酸素含有供給材料流れからの酸素除去法
US5370728A (en) * 1993-09-07 1994-12-06 Praxair Technology, Inc. Single bed pressure swing adsorption system and process
US5382280A (en) * 1993-11-16 1995-01-17 Air Products And Chemicals, Inc. Two stage pressure swing adsorption process for producing the less strongly adsorbed component of a feed gas mixture
US5415683A (en) * 1993-11-17 1995-05-16 Praxair Technology, Inc. Vacuum pressure swing adsorption process
US5518526A (en) * 1994-10-07 1996-05-21 Praxair Technology, Inc. Pressure swing adsorption process
KR100228825B1 (ko) * 1994-11-14 1999-11-01 조안 엠. 젤사도로시 엠. 보어 산소-선택적 흡착제
US5565018A (en) * 1995-07-12 1996-10-15 Praxair Technology, Inc. Optimal pressure swing adsorption refluxing
US5620501A (en) * 1995-08-15 1997-04-15 The Boc Group, Inc. Recovery of trace gases from gas streams

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100524425B1 (ko) * 1999-05-27 2005-10-28 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 압력 스윙 흡착 방법 및 장치

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