KR20000029194A - 산소-부화 가스의 생성을 위한 압력 순환식 흡착 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공급 공기 스트림으로부터 고순도의 산소를 생성하기 위한 2단 PSA 공정에 관한 것이다. 물, 이산화탄소, 및 질소는 제 1 단에서 제거된다. 산소 선택성 흡착제는 제 2 단에서 산소를 흡착하기 위해 사용된다. 고순도 산소 생성물은 제 2 단 재생시에 회수된다. 중요한 것은, 고순도의 산소 생성물은 공정 사이클의 산소 세정 단계없이 수행된다. 고순도 산소 생성물은 재생중에 제 2 단 유출 스트림의 중간 부분을 수집함으로써 얻어진다.

Description

산소-부화 가스의 생성을 위한 압력 순환식 흡착 방법 {PRESSURE SWING ADSORPTION METHOD FOR PRODUCTION OF AN OXYGEN-ENRICHED GAS}

본 발명은 다수의 가스 혼합물로부터 고 순도 가스를 생성하기 위한 2단 압력 순환식 흡착(PSA:Pressure Swing Adsorption)에 관한 것이며, 특히 공기로부터 고 순도 산소를 생성하기 위한 PSA 공정에 관한 것이다.

공기 스트림으로부터 산소를 발생시키기 위한 종래의 PSA 공정은 공기로부터 질소를 흡수하기에 적합한 흡착제 재료 예를 들어, 제오라이트 등의 고정 베드를 통상적으로 이용하여, 산소 부화 생성물 가스가 고정 베드를 빠져나간다. 이러한 흡착 시스템 내에서의 관련된 분리 원리는 평형 분리 즉, 산소보다 질소를 보다 강력하게 고정하기 위한 흡착제 재료의 성능에 근거한다. PSA 공정에 이용되는 현재의 합성 제오라이트는 질소와 산소 사이의 완전한 분리를 달성할 수 있다. 그러나, 이러한 물질의 산소 및 아르곤의 흡착 등온곡선은 거의 동일하며 제오라이트 베드를 통한 공급 공기의 통과는 일반적으로 대략 21:1인 산소 대 아르곤의 비에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 산소 부화 생성물 스트림 내의 아르곤의 체적당 비율은 모든 질소가 제오라이트에 의해 흡수되는 것을 추정하여, 대략 5%이다. 따라서, 질소 평형 선택성 재료를 이용하는 PSA 공정은 정상적으로 95.0% 이상의 산소 농도를 함유한 생성물 스트림을 발생시킬 수 없다.

산소를 우세하게 흡착하는 재료는 공기 스트림으로부터 산소를 생성하기 위한 PSA 공정 내에서 또한 이용가능하다. 이러한 공정에서, 산소 부화 생성물은 각 주기의 재생 단계중에 흡착제 베드로부터 수집된다. 현재, 가장 통상적으로 사용되는 산소 선택성 흡착제 재료는 탄소 분자 시이브(CMS:Carbon Molecular Sieve)이다. CMS로 달성되는 분리는 질소보다는 산소의 보다 신속한 분리로 인함이며, 동력 선택도로 공지되어 있다. 산소/질소 분리의 관점으로 보아, CMS의 동력 선택도는 제오라이트의 평형 선택도보다 덜 효율적이다. 더욱이, 흡착제 재료로서 CMS를 이용한 공기 공급으로부터 얻어진 산소 생성물은 분리되지 않은 질소의 상당 부분을 포함한다.

실행중에, CMS 상의 질소 및 아르곤의 흡착 비율은 공기 공급의 경우, 산소 생성물의 균형은 그들의 대기압 비 78 : 1가 되도록 거의 동일하다.

요약컨데, 질소 평형 선택성 흡착제를 이용하는 공기로부터 산소를 생성하기 위한 PSA 공정은 전체적으로 아르곤에 의해 가시적으로 나타난 평형인, 대략 95%의 최대 산소 순도를 제공할 수 있다. 흡착제로서 CMS를 이용하는 공기로부터 산소를 생성하기 위한 PSA 공정은 대기압 하의 질소 및 아르곤에 의해 나타난 평형 즉, 대략 19.75%의 질소 및 0.25%의 아르곤을 갖는 대략 80%의 최대 산소 순도를 제공할 수 있다.

그러나, 95.0% 이상의 순도를 갖는 산소는 일부 의학적으로 관련된 적용예에서 뿐만 아니라 용접 및 절단 공정에서 요구된다. 따라서, 공기 공급 스트림으로부터 95.0% 이상의 산소 농도를 함유한 생성물 스트림을 발생시킬 수 있는 PSA 공정을 제공하는 것이 바람직하다.

일부 PSA 시스템은 공기 공급 스트림으로부터 95.0% 이상의 산소 농도를 함유한 생성물 스트림을 발생시킬 수 있는 종래 기술에 공지되어 있다. 이러한 모든 시스템은 2단 PSA 배열을 이용한다. 즉, PSA 공정 내에 두개의 뚜렷한 물질 전달 영역이 존재한다.

공급 공기로부터 고순도 산소를 생성하기 위한 2단 PSA 공정의 일군은 미국 특허 제 4,190,424호(아몬드 등), 미국 특허 제 4,959,083호(가레트), 미국 특허 제 4,973,339(반살), 시맨 등에 의한 출판물(1988. 화학 공학 기술 제 11권, 341쪽) 및 하야시 등에 의한 출판물(1996. 가스 분리 및 정화 제 10권 19쪽)에 의해 나타난다. 제 1단은 질소 및 아르곤과 비교하여 보다 신속하게 산소를 흡착하는 CMS의 하나 이상의 베드(즉, 산소 동력학적 선택성 재료)를 이용한다. 공기 구성요소(즉, 산소, 질소, 및 아르곤)의 공급 스트림은 산소가 질소 및 아르곤보다 고속에서 흡착되는 제 1 단에 전달된다. 흡착된 산소는 연속적으로 탈착되고 산소 및 아르곤보다 우세하게 질소를 흡착하는 하나 이상의 제오라이트 베드(질소 평형-선택성 재료)를 이용하는 제 2 단에 공급된다. 고속의 산소는 제오라이트 베드의 출구에서 수집된다.

이러한 PSA 공정으로부터 얻어진 고순도 산소 생성물에 대한 해결책은 제 2 질소 흡착 제어라이트 단에 산소 부화 공급물을 제공하기 위해 제 1 CMS 단의 능력이 아니다. 보다 상세하게는, 아르곤, 제오라이트가 산소로부터 분리할 수 없는 대기 공기의 주 구성요소내에서 소모된 공급물을 제공하기 위한 CMS 단의 성능이다.

공급 공기로부터 고순도 산소를 생성하기 위한 2단 PSA 공정의 다른 군은 미국 특허 제 5,395,427호(쿠마 등), 미국 특허 제 5,137,549호(스탠포드 등), 및 미국 특허 제 4,190,424호(아몬드 등)에 의해 나타난다. 제 1 단은 두 베드의 제오라이트를 포함하며, 대기 공기로부터 질소, 이산화탄소, 및 수증기를 분리시키며, 산소, 아르곤, 및 잔류 질소가 제 2 단을 통과한다. 제 2 단은 산소를 흡착하고 아르곤 및 잔류 질소를 통과하는 산소 선택성 재료를 함유한 한쌍의 베드를 포함한다. 고순도 산소 생성물은 제 2 단의 감압되자 회수된다.

고순도의 산소 생성물은 감압 단계 이전에 고순도 산소를 함유한 산소 선택성 흡착제를 세척함으로써 얻을 수 있다.

공급 공기로부터 고순도 산소를 생성하기 위한 또 다른 2단 PSA 공정은 미국 특허 제 4,959,083호(가레트)에 기술되어 있다. 제 1 단은 질소 보다 더 신속하게 산소를 흡착하는 CMS일 것이다. 흡착된 산소는 제 1 단으로부터 탈착되며 다른 CMS 베드를 포함함는 제 2 단으로 유동한다. 제 2단의 흡착된 산소는 연속적으로 탈착되어 고순도 산소 생성물로 수집된다.

공급 공기로부터 고순도 산소를 생성하기 위한 2단 PSA 공정의 또 다른 군은 미국 특허 제 5,226,933호(크내벨 등) 및 미국 특허 제 5,470,378호(칸디빈 등)에 의해 나타나 있다. 제 1 단은 질소 평형 선택성 흡착제(제오라이트)를 이용하는 반면에 제 2 단은 아르곤 평형 선택성 흡착제(은 모데나이트)를 이용한다. 흡착제는 독립 베드 또는 단일 베드 내에 위치될 수 있다. 공급 공기가 시스템 내부로 도입될 때, 질소는 제 1단에서 제거되며, 아르곤은 제 2 단에서 제거되며, 고순도 산소는 시스템의 출구에서 생성물로 수집된다.

공급 공기로부터 고순도 산소를 생성하기 위한 종래 기술인 PSA 공정에는 다수의 단점을 갖는다.

1. 종래 기술에서, 단중의 하나의 단이 제오라이트 등의 평형 선택성 흡착제를 이용하고 다른 단이 CMS 등의 동력학적 선택성 흡착제를 이용할 때 단 사이클 시간 사이에 양립성이 없다. 이는 단의 작동을 동시 모드로 유도하며 PSA 사이클을 복잡하게 한다. 또한, 버퍼 탱크는 단 사이에 위치되어야 한다.

2. CMS 작동 모드는 비교적 높은 흡착 압력, 일반적으로 6 atm 내지 10 atm을 요한다. 은 모데나이트에서, 요구되는 흡착 압력은 10 atm 내지 20 atm 보다 더 높다. 이러한 종래 기술인 PSA 시스템은 고 에너지 소모에 의해 특징화된다.

3. 제 2 단에서 산소 선택성 흡착제를 이용하는 종래 기술 PSA 시스템은 고순도의 산소 생성물을 얻기 위해 감압 단계 이전에 항상 산소 세정 단계를 이용한다. 이는 PSA 시스템의 생성율을 감소시키는데, 이는 고순도의 산소 생성물이 세정 가스로 사용되기 대문이다. 또한, 전력 요구량은 증가되는데, 이는 고순도 산소 생성물이 감압 단계중에 저압 상태에서 얻어지고 고순도 산소 생성물의 적어도 일부분이 병류식(공급물에 대해) 고압의 퍼지 가스를 공급하기 위해 높은 흡착 압력에서 다시 재압축되어져야 하기 때문이다.

4. 제 2 단에서 산소 선택성 흡착제를 이용하는 종래 기술 PSA 공정은 제 1단 질소 선택성 베드를 재생하기 위한 제 2 단 산소 선택성 베드로부터 산소 부화 스트림의 사용에 의존하고 있으며, 제 2 단 베드의 생성율의 감소를 초래한다.

따라서, 본 발명의 목적은 고 순도 산소를 제조하기 위한 개선된 이중 단 PSA 공정을 제공하는 것이며, 평형 선택성 흡착제만이 이용되며 단이 동시에 작동된다.

본 발명의 다른 목적은 고 순도 산소의 제조를 위한 개선된 이중 단 PSA 공정을 제공하는 것이며, 적정 흡착 압력을 이용하여 전력 요구량이 감소된다.

본 발명의 또 다른 목적은 고 순도 산소의 제조를 위한 개선된 이중 단 PSA 공정을 제공하는 것이며, 산소 세정 단계를 필요성을 제거시킨다.

본 발명의 또 다른 목적은 고 순도 산소의 제조를 위한 개선된 이중 단 PSA 공정을 제공하는 것이며, 제 2 단 베드의 모든 고 순도 산소 유출물이 생성물로 회수되어 제 2 단의 생성율을 증가시킬 수 있다.

도 1은 연속 베드 및 단일 회수 도관을 이용한 본 발명의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면.

도 2a는 본 발명에 따른 방법의 제 1 사이클 중의 단계를 도시한 도면.

도 2b는 본 발명에 따른 방법의 제 2 사이클 중의 단계를 도시한 도면.

도 3은 연속베드 및 회수 도관을 이용한 본 발명의 제 2 실시예를 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 다수의 베드 층을 갖는 단일 용기를 이용한 본 발명의 제 3 실시예를 개략적으로 도시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11,12, 21,22 : 흡착제 베드

11a,12a,11b,12b :흡착제 층

31 : 공기 압축기

41, 51 : 진공 펌프/압축기

본 발명은 공급 공기 스트림으로부터 고 순도 산소를 제조하기 위한 2단 PSA 공정에 관한 것이다. 물, 이산화탄소, 및 질소는 제 1 단에서 제거된다. 산소 선택성 흡착제는 제 2 단에서 산소를 흡착하기 위해 이용된다. 고 순도 산소 생성물은 제 2 단의 재생 중에 회수된다. 중요한 것은, 고순도의 산소 생성물은 공정 사이클 내에서 산소의 세정 단계를 포함하지 않고 달성된다. 고순도 산소 생성물은 재생 중에 제 2 단 유출물 스트림의 중간 부분을 수집함으로써 얻어질 수 있다.

요약컨데, 본 발명에 따른 방법은

i) 산소 평형 선택성 흡착제를 이용한 고 순도(＞95.5%) 산소를 제조한다.

ii) PSA 사이클 내에 고압의 세정 단계(병류 변위 단계)를 이용하지 않는다.

ⅲ) 상부 및 하부 단이 독립적으로 재생 가능하고 재생중에 단 사이의 상호작용을 방지한다.

ⅳ) 동일한 단계를 이용하여 동시에 작동되어, 단 사이의 버퍼 탱크의 필요성을 없애준다.

본 발명의 PSA 사이클은 산소 부화 생성물을 발생하는 O₂평형 선택성 흡착제를 포함한다. O₂/N₂평형 선택도 및 O₂/N₂속도 선택도를 갖는 흡착제가 이용된다. 바람직한 산소 평형 선택성 흡착제는 IC2로 설계된다. 일반적으로 Co{3,5-diBu^tsal/(Eto)(CO₂Et)Hmal-DAP}로 단축된 IC2로 지정된 화합물은 에톡시-메틸렌 디에틸마로네이트 및 3,4-디아미노 피리딘의 1: 1 응축, 및 그 이후 3,5-di-tert-부티살리실알데히드의 시프 염기 응축에 의해 형식적으로 제조되는 킬레이트 리간드의 디아니온의 코발트(Ⅱ) 복합물이다. 다른 O₂평형 선택성 흡착제가 또한 사용될 수 있다.

질소 평형 선택성 흡착제는 2.3의 SiO₂/Al₂O₃의 몰 비로 교환된 적어도 80% 리튬에서 포자사이트 형(faujasite-type) 제오라이트인 것이 바람직하다. 따라서, 바람직한 질소 평형 선택성 흡착제는 LiX 제오라이트로 지칭된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 도 1, 2A,및 2B 를 참조하여 상세히 기술되어질 것이다. 도 1은 본 발명을 도시한 개략도이다. 이러한 시스템은 두개의 흡착기 트레인을 포함한다. 각각의 트레인은 제 2 단 흡착기와 연속한 제 1단 흡착기를 포함한다. 또한, 각각의 흡착기 트레인은 각각의 사이클 단계를 겪는 반면 서로 평행하게 작동한다. 도 2A는 공정의 제 1 절반 사이클중의 단계를 도시한다. 도 2B는 공정의 제 2 절반 사이클 중의 단계를 도시한다.

도표 1은 하나의 완전한 사이클용 밸브 서열을 요약하고 있는 반면 도표 2는 하나의 완전한 공정 사이클용 시간 간격 및 단계 열을 요약하고 있다. 도표 1 및 2는 각각의 단계에 대한 관련 시간이 명확하게 나타나도록 사이클의 12단계를 커버하기 위한 80 시간 단위를 이용한다.

도표 1. PSA 사이클 중의 밸브 서열

(O = 개방, C = 폐쇄)

밸브번호.

단계 수

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

Ⅵ

Ⅶ

Ⅷ

Ⅸ

Ⅹ

XI

XII

111

O

O

O

O

O

C

C

C

C

C

C

C

112

C

C

C

C

C

C

O

O

O

O

O

C

113

C

C

O

O

O

O

C

C

O

O

O

O

211

C

C

O

O

O

C

C

C

C

C

C

C

212

C

C

C

C

C

C

O

O

O

O

O

C

213

C

C

C

O

O

O

C

C

C

O

O

O

121

C

C

C

C

C

C

O

O

O

O

O

O

122

O

O

O

O

O

C

C

C

C

C

C

C

123

C

C

O

O

O

O

C

C

O

O

O

O

221

C

C

C

C

C

C

C

C

O

O

O

C

222

O

O

O

O

O

C

C

C

C

C

C

C

223

C

C

C

O

O

O

C

C

C

O

O

O

101

C

C

O

O

O

O

C

C

O

O

O

O

201

C

C

C

O

O

O

C

C

C

O

O

O

501

O

C

C

C

O

O

O

C

C

C

O

O

502

C

O

O

O

C

C

C

O

O

O

C

C

601

C

C

C

O

O

C

C

C

C

O

O

C

도표 2. 공정 사이클의 시간 간격 및 단계 서열

RP = 재압축

AD =흡착

EQ = 압력 평형

EV = 진공화

PG =퍼지

ID = 아이들

단계 수	시간 간격	베드 수
		11	12	21	22
I	0-1	RP	EV	ID	EV
II	1-14	RP	EV	ID	EV
III	14-16	AD	PG	RP	EV
IV	16-22	AD	PG	AD	PG
V	22-28	AD	PG	AD	PG
VI	28-40	EQ	EQ	EQ	EQ
VII	40-41	EV	RP	EV	ID
VIII	41-54	EV	RP	EV	ID
IX	54-56	PG	AD	EV	RP
X	56-62	PG	AD	PG	AD
XI	62-68	PG	AD	PG	AD
XII	68-80	EQ	EQ	EQ	EQ

도 1, 2A, 및 2B에 도시된 PSA 공정은 각각 적어도 두개의 흡착제 층으로 채워진 두개의 흡착 베드(11,12)를 포함하는 제 1 단을 갖추고 있다. 공급 공기로부터 이산화탄소 및 물을 제거할 수 있는 적어도 하나의 흡착제 층(11b,12b)에 의해 우선되는 질소 평형 선택성 흡착제의 적어도 하나의 층(11a,12a)이 존재한다.

제 2단은 두개의 다른 흡착 베드(21,22)를 포함하며, 각각 적어도 하나의 산소 평형 선택성 흡착제(21a,22a) 층으로 채워져 있다. 공급 압축기(31)는 압축된 공급 공기를 밸브(111,121)를 통해 베드(11,12)에 각각 제공한다. 베드(11,12)는 밸브(113,123) 및 입구 밸브(211,221)를 통해 각각 베드(21,22)에 연결된다.

진공 펌프/압축기(41)는 진공 목적으로 밸브(112,122)를 통해 베드(11,12)를 제공한다. 펌프(41) 유출물은 대기로 방전된다. 진공 펌프/압축기(51)는 진공 목적으로 밸브(212,222)를 통해 각각 베드(21,22)에 제공된다. 펌프(51) 유출물은 밸브(501)를 통한 저 순도 산소 라인 또는 밸브(502)를 통한 고 순도 산소 생성물 탱크(52)로 방출된다.

베드(11,12)의 상단부는 밸브(101)를 통해 연결되며 베드(21,22)의 상단부는 밸브(201)를 통해 연결된다. 베드(21,22)의 유출물은 밸브(213,223), 밸브(601)를 통해 대기로 각각 방출되거나 또는 아르곤 부화 생성물로 모인다.

도 1에 도시된 모든 밸브는 도시되지 않은 컴퓨터 시스템 프로그램 로직을 거쳐 자동적으로 작동된다. 모든 밸브는 명백히 개방되었음을 나타내지 못하는 경우에는 닫혀있는 것으로 간주된다.

Ⅰ단계 (시간 단위 0 - 1): 베드(11)는 공급 압축기(31)를 거쳐 공급 공기로 압축되며 밸브(111)를 개방한다. 베드(21)는 "아이들(idle)" 위치에 놓여있다. 베드(12)는 개방된 밸브(122) 및 진공 펌프/압축기(41)를 통해 진공화된다. 베드(22)는 베드의 재생 서열의 초기이며 개방된 밸브(222) 및 진공 펌프/압축기(51)를 통해 진공화된다. 고 순도의 베드(22) 유출물은 Ⅰ단계에서 증가되나, 고 순도 산소 생성물로 요구되는 최소 순도보다는 낮다. 결과적으로, 베드(22)의 유출물은 Ⅰ 단계중에 개방된 밸브(222)를 거쳐 저순도 산소 라인으로 방출된다. Ⅰ단계는 베드(22) 유출물이 고순도 산소 생성물로 요구되는 최소 순도에 달할때 종결된다.

Ⅱ 단계 (시간 단위 1- 14): 베드(11)는 압축기(31)를 거쳐 공급 공기로 연속적으로 압축되며 밸브(111)를 개방한다. Ⅱ단계는 베드(11)가 흡착 압력에 달할 때 종결된다. 베드(21)는 여전히 "아이들(idle)" 위치에 놓여있다. 베드(21)는 개방된 밸브(122) 및 진공 펌프(41)를 통해 연속적으로 진공화된다. 베드(22)는 개방된 밸브(222) 및 진공 펌프(51)를 통해 연속적으로 진공화된다.

Ⅱ 단계중에, 고 순도의 베드(22) 유출물은 고 순도 산소 생성물로 요구되는 최소 순도와 동일하거나 더 높은 순도를 갖는다. 따라서, Ⅱ 단계중의 베드(22) 유출물은 개방된 밸브(222), 진공 펌프(51), 및 개방된 밸브(502)를 통해 생성물 탱크(52) 내에 모인다.

Ⅲ 단계(시간 단위 14 -16): 베드(11)는 흡착 상태에 놓여있다. 공급 공기는 공급 압축기(31) 및 개방된 밸브(111)를 통해 베드(11)에 연속적으로 공급된다. 베드(11)의 유출물 스트림은 산소로 부화되는데, 그 이유는 물, 이산화탄소, 및 질소가 베드 내에서 우세하게 흡착되기 때문이다. 산소로 부화된 베드(11) 유출물은 개방된 밸브(113,211)를 통해 베드(21) 내부로 주입되며 베드(21)를 압축하기 위해 이용된다. 베드(11)의 출구가 베드(21)의 입구에 연결됨으로 인해, 베드(11,21)는 일렬로 연결된다.

산소 흡착 베드(21) 내에 개선된 물질 전달 영역(MTZ)은 자체 샤프닝 (self-sharpening) 프론트를 갖는다. 이는 질소 선택성 베드(11)의 출구에서 산소 농도 및 산소 선택성 베드(21)의 입구에서 두 베드 사이의 제 1 연통시 산소 농도의 차이를 발생시킴으로써 달성된다. 산소 선택성 베드(21)내의 자체적으로 뽀족한 물질 전달 영역의 개선에 대한 바람직한 산소 농도 차이는 베드(21)의 압축 개시에 베드(11)로부터 발생하고 베드(21)의 압축에 이용되는 유출 스트림의 산소 순도가 베드(21)의 입구에서 나타나는 가스 상의 산소 순도보다 높을 때 발생된다. 이러한 바람직한 산소 농도 차이는 산소 선택성 베드(21) 내에서 자체적으로 뽀족한 MTZ 를 발생하고 PSA 공정의 적정 작동에 중요한 조건을 구성한다. 만일, 베드(21)의 압축 초기에, 산소 농도 차이가 바람직하지 못하다면, 즉, 베드(11)로부터 발생하고 베드(21)의 압축에 이용되는 유출 스트림의 산소 순도가 베드(21)의 입구에서 나타나는 가스 상의 산소 순도보다 낮을 때, 산소 선택성 베드 내에 형성된 MTZ는 감퇴되며 산소 선택성 흡착제의 이용을 떨어지게 한다. 결과적으로,PSA 공정의 성능이 전체적으로 떨어지게 된다.

Ⅲ 단계는 베드(21)가 흡착 압력에 도달할 때 종결된다. 베드(11)로부터 발생되는 산소 부화 유출물의 일부는 개방된 밸브(101,123)를 거쳐 베드(!2)로 도입되며 베드(12)의 저압 역류 퍼지로 이용된다. 베드(12) 유출물은 개방된 밸브(122) 및 진공 펌프/압축기(41)를 통해 대기로 방출된다. 베드(22)는 개방된 밸브(222) 및 진공 펌프(51)를 거쳐 연속적으로 진공화된다.

Ⅲ 단계중에, 베드(22) 유출물의 산소 순도는 고 순도 산소 생성물로 요구되는 최소 순도와 동일하거나 더 높다. 따라서, Ⅲ 단계중의 베드(22) 유출물은 개방된 밸브(222), 진공 펌프(51), 및 개방된 밸브(502)를 거쳐 생성물 탱크(52) 내에 모인다.

제 1 단 베드(12)의 재생에 필요한 산소 부화 스트림은 흡착 상태에 놓여있는 다른 제 1 단 베드(11)에 의해 제공된다. 따라서, 제 2단 베드(22)로 발생되는 전체 산소 부화 유출물은 생성물로 모여져 공정의 생성물을 증가시킨다.

Ⅳ 단계 (시간 단위 16 -22): 베드(11,21)는 흡착 상태에 놓여있다. 공급 공기는 압축기(31) 및 개방된 밸브(111)를 통해 베드(11)로 주입된다. 산소로 부화된 베드(11) 유출물은 개방된 밸브(113,211)를 통해 베드(21) 내부로 주입된다. 산소는 베드(21) 내에서 우세하게 흡착되고 산소가 소모된 유출물은 폐기물로서 방출되거나 또는 개방된 밸브(213,601)를 거쳐 베드(21)로부터 아르곤 부화 생성물로 모인다.

베드(11)로부터 발생하는 산소 부화 유출물의 일부분은 개방된 밸브(101,123)를 거쳐 베드(12)로 주입되며 베드(12)의 저압 역류 퍼지로 이용된다. 베드(12)의 유출물은 개방된 밸브(122) 및 진공 펌프/압축기(41)를 통해 대기로 방출된다. 베드(21)로부터 발생하는 산소가 소모된 유출물의 일부분은 개방된 밸브(201,223)를 거쳐 베드(22)로 주입되며 베드(22)의 저압 역류 퍼지로 이용된다.

베드(22) 유출물의 산소 순도는 Ⅳ 단계중에 감소되며 고 순도 산소 생성물로 요구되는 최소 순도보다 더 높다. 결과적으로, 베드(22) 유출물은 개방된 밸브(222), 진공 펌프(51), 및 개방된 밸브(502)를 거쳐 생성물 탱크(52) 내에 연속적으로 모인다. Ⅳ단계는 베드(22)의 유출물이 고순도 산소 생성물로 요구되는 최소 순도에 도달할 때 종결된다.

Ⅴ단계 (시간 단위 22-28): 베드(11,21)는 계속해서 흡착 상태에 놓여있다. 공급 공기는 공급 압축기(31) 및 개방된 밸브(111)를 통해 베드(11)로 계속해서 공급된다. 산소로 부화된 베드(11) 유출물은 개방된 밸브(113,211)를 통해 베드 (21) 내부로 주입된다. 산소는 베드(21) 내에서 우세하게 흡착되며 산소가 소모된 유출물은 개방된 밸브(213,601)를 거쳐 베드(21)로부터 방출된다.

베드(11)로 나오는 산소 부화 방출물의 일부분은 개방된 밸브(101,123)를 거쳐 베드(12)로 주입되며 베드(!2)의 저압 역류 퍼지로 이용된다. 베드(12)의 유출물은 개방된 밸브(122) 및 진공 펌프/압축기(41)를 통해 대기로 방출된다.

베드(21)로 나오는 산소가 소모된 유출물의 일부분은 개방된 밸브(201,223)를 거쳐 베드(22)로 주입되며 베드(22)의 저압 역류 퍼지로 이용된다. 베드(22) 유출물의 산소 순도는 Ⅴ단계중에 보다 감소되며 고 순도 산소 생성물로 요구되는 최소 순도 이하가 된다. 결과적으로, 베드(22) 유출물은 Ⅴ단계중에 개방된 밸브(222), 진공 펌프(51), 및 개방된 밸브(501)를 거쳐 저 순도 산소 라인에 방출된다. Ⅴ단계는 베드(11,21) 내의 물질 전달 영역이 베드의 유출물 단부에 도달하여 돌파점에 막 도달할 때 종결된다.

본 발명의 중요한 특성은 베드가 동시에 작동하여 물질 전달 영역이 동시에 베드의 단부에 도달한다. 이러한 동시 발생은 베드 내에서 흡착제 물질의 보다 나은 이용을 초래하고 단 사이의 버퍼 탱크의 필요성을 제거한다.

Ⅵ 단계 (시간 단위 28 -40): 높은 흡착 압력에서의 제 1 단 베드(11) 및 낮은 재생 압력에서의 제 1단(12)는 압력을 균등하게 하기 위해 개방된 밸브(113,101, 123)를 통해 연결된다. 동시에, 높은 흡착 압력에서의 제 2 단(21) 및 낮은 재생 압력에서의 제 2 단 베드(22)는 개방된 밸브(213,201,223)를 통해 압력을 균등화한다.

평형 단계의 말단에서, 베드(22)의 바닥 단부에서 존재하는 가스 상의 산소 순도는 제 1 단 베드(12)로부터 사이클(Ⅸ 단계)내의 베드(22)에 공급되어질 산소 부화 스트림의 산소 순도보다 낮다. 전술한 사항으로 보아, 질소 선택성 베드(12)의 출구에서 산소 농도 및 산소 선택성 베드(22)의 입구에서 두개의 베드 사이의 제 1 연통시에 산소 농도의 바람직한 차이를 발생한다. 이러한 작동은 베드(22) 내의 뽀족한 물질 전달 영역을 초래한다. 또한, 베드(22)를 부분적으로 재압축하기 위해 이용되는 베드(21)에서 나오는 유출물 가스는 산소 내에서 소모되어, 연속적인 흡착 단계중에 제 2 단 내의 물질 전달 영역의 샤프닝을 초래한다.

Ⅶ- XII 단계 (시간 단위 40 - 80): Ⅶ -XII 단계는 공정의 제2 반 사이클를 구성한다. 제 2 반 사이클에서, 베드(11,21)는 베드(12,22)의 단계가 반복되며, 제 1 반 사이클에서는 반대로 작동된다. 제 2 반 사이클의 단계는 도 2b에 도시되어 있다.

도표 3 및 4는 작동 조건 및 하부 및 상부 베드 내에서 각각 질소 및 산소 평형 선택성 흡착제를 이용한 PSA 공정 성능의 실시예를 나타내고 있다. 도표에 표시된 기호는 다음을 의미한다.

TPD = 산소의 1일당 톤(2000 lb), kPa = 1000 Pa = 압력의 S.I. 단위 (1.0 atm. =101.323 kPa, s = 시간 단위(초), kW = 킬로와트). 또한, 도표에서, 질소 평형 선택성 흡착제는 적어도 80% 리튬이 교환된 포자사이트 형태(faujasite-type)이며, 산소 평형 선택성 흡착제는 전술한 바와 같이, IC2이다.

도표 3 : 고순도(＞95%)의 산소를 생성하기 위해 연속으로 두개의 베드의 두개의 트레인을 이용한 실시예를 나타내고 있으며, 각각의 트레인의 하부 베드는 적어도 80% 리튬이 교환된 포자사이트 형태의 제오라이트를 함유하고 있으며, 각각의 트레인의 상부 베드는 IC2를 함유한다. 하기에 도시된 결과는 모든 산소가 PSA 공정의 재생 단계중에 상부 베드로부터 재생되고, 공급 (공기)가 하부 베드를 유입하는 경우의 PSA 시뮬레이션 결과로부터 얻어진 것이다. 이러한 경우에, 탈착 압력은 PSA 공정의 진공화 단계에 대한 단일 단 장치를 이용함으로써 충분히 높아진다.

도표 3 : 본 발명의 PSA 공정을 이용한 실시예이다.

하부 베드 내의 흡착제 : LiX 제오라이트

상부 베드 내의 흡착제 : IC2

공급물 조성 : 79% 질소, 21% 산소

고압 : 160 kPa

저압 : 45 kPa

공급 속도 : 2.15 X 10⁵NCFH

생성된 O₂의 함량 : 15.37 TPD

산소 순도 : 98.10 %

총괄 산소 회수율 : 45.7 %

베드 크기 인자 : 286.5 lb/TPD O₂

동력 : 6.35 KW/TPD

온도 : 300 K

도표 4 : 고순도(＞95%) 산소의 생성을 위해 연속으로 두개의 베드의 두개의 트레인을 이용한 실시예로서, 각각의 트레인의 하부 베드는 적어도 80% 리튬이 교환된 포자사이트 형태의 제오라이트를 함유하고 있으며, 각각의 트레인의 상부 베드는 IC2를 함유한다. 하기에 도시된 결과는 모든 산소가 PSA 공정의 재생 단계중에 상부 베드로부터 재생되고, 공급 (공기)가 하부 베드를 유입하는 경우의 PSA 시뮬레이션 결과로부터 얻어진 것이다. 이러한 경우에, 하부 탈착 압력은 PSA 공정의 진공화 단계에 대한 두개의 단 장치를 이용함으로써 충분히 높아진다.

도표 4 : 본 발명의 PSA 공정을 이용한 또 다른 실시예이다.

하부 베드 내의 흡착제 : LiX 제오라이트

상부 베드 내의 흡착제 : IC2

공급물 조성 : 79% 질소, 21% 산소

고압 : 150 kPa

저압 : 30 kPa

공급 속도 : 2.15 X 10⁵NCFH

생성된 O₂의 함량 : 17.05 TPD

산소 순도 : 98.24 %

총괄 산소 회수율 : 54.3 %

베드 크기 인자 : 287.3 lb/TPD O₂

동력 : 6.96 KW/TPD

온도 : 300 K

도표 5 : 고순도(＞95%) 산소의 생성을 위해 연속으로 두개의 베드의 두개의 트레인을 이용한 실시예로서, 각각의 트레인의 하부 베드는 적어도 80% 리튬이 교환된 포자사이트 형태의 제오라이트를 함유하고 있으며, 각각의 트레인의 상부 베드는 IC2를 함유한다. 하기에 도시된 결과는 모든 산소가 PSA 공정의 재생 단계중에 상부 베드로부터 재생되고, 공급 (공기)가 하부 베드를 유입하는 경우의 PSA 시뮬레이션 결과로부터 얻어진 것이다. 이러한 경우에, 하부 탈착 압력은 PSA 공정의 진공화 단계에 대한 두개의 단 장치를 필요로 한다.

도표 5 : 중간 순도의 산소를 생성하기 위한 실시예이다.

하부 베드 내의 흡착제 : LiX 제오라이트

상부 베드 내의 흡착제 : IC2

공급물 조성 : 79% 질소, 21% 산소

고압 : 150 kPa

저압 : 30 kPa

공급 속도 : 2.15 X 10⁵NCFH

생성된 O₂의 함량 : 23.80 TPD

산소 순도 : 93.65 %

총괄 산소 회수율 : 75.9 %

베드 크기 인자 : 205.6 lb/TPD O₂

동력 : 4.98 KW/TPD

온도 : 300 K

도표 6 : 고순도(＞95%) 산소의 생성을 위해 연속으로 두개의 베드의 두개의 트레인을 이용한 실시예로서, 각각의 트레인의 하부 베드는 적어도 80% 리튬이 교환된 포자사이트 형태의 제오라이트를 함유하고 있으며, 각각의 트레인의 상부 베드는 IC2를 함유한다. 하기에 도시된 결과는 산소의 일부분이 흡착 단계중에 하부 베드로부터 회수되고 , 부가 산소가 PSA 공정의 재생 단계중에 상부 베드로부터 재생되고, 공급 (공기)가 하부 베드를 유입하는 경우의 PSA 시뮬레이션 결과로부터 얻어진 것이다. 이러한 실시예는 생성물의 이중 회수되는 연속 베드에 이용된다.

도표 6 : 중간 순도 산소를 생성하기 위한 또 다른 실시예이다.

하부 베드 내의 흡착제 : LiX 제오라이트

상부 베드 내의 흡착제 : IC2

공급물 조성 : 79% 질소, 21% 산소

고압 : 150 kPa

저압 : 30 kPa

공급 속도 : 2.15 X 10⁵NCFH

생성된 O₂의 함량 : 21.20 TPD

산소 순도(LiX 베드) : 89.81 %

산소 순도(IC2 베드) : 90.7 %

산소 회수율(LiX 베드) : 56.05 %

산소 회수율(IC2 베드) : 86.2 %

총괄 산소 회수율 : 54.39 %

베드 크기 인자(LiX 베드): 251.7 lb/TPD O₂

베드 크기 인자(IC2 베드): 25.20 lb/TPD O₂

동력 : 4.59 KW/TPD

온도 : 300 K

도 3에 도시된 대안의 작동 형태에서, 적정 순도(∼90%)의 산소 생성물은 각각 개방된 밸브(113,701; 123,701)를 거쳐 질소 선택성 베드(11,12)의 유출 스트림으로부터 흡착 초기시에 모인다. 질소 선택성 베드 내의 흡착은 계속해서 산소 순도가 감소하며, 저순도의 베드 유출물은 산소가 진공 펌프(51)를 거쳐 재생되는 산소 선택성 베드를 통과한다. 이러한 형태는 연속 베드 이중 회수(SBDW:Serial Bed Dual Withdrawal) 모드로 지칭되며, 이러한 경우에 대한 PSA 시뮬레이션 결과는 도표 6에 도시되어 있다. 도표 6에 도시된 결과는 사이클을 이용하여 얻어진다. 그러나, 다른 PSA 사이클이 대안의 작동 형태의 영역 즉, 연속 베드, 이중 회수로부터 벗어남이 없이 이용될 수 있다.

도 4에 도시된 또 다른 작동 형태에서, 질소 및 산소 평형 선택성 흡착제는 동일한 베드 내에 위치된다. 이러한 배열에서, 질소 흡착제 층은 공급 단부 부근에 위치되며, 산소 선택성 흡착제 층은 동일 용기 내에서 질소 흡착제 층 위에 위치된다. 이러한 작동 형태에서, 공급 공기는 베드로 유입되며, 고압 흡착 단계중에 Ar 부화 유출물을 생성하기 위해 질소 선택성 층, 산소 선택성 흡착제 층을 통과한다. 소정의 시간이 경과된 후에, 흡착 단계는 종결되며 베드는 재생된다.

재생 단계중에, 산소 선택성 흡착제 베드 내의 흡착된 산소는 베드의 일단(공급 단부는 아님)에서 재생되며, 타단(공급 단부)에서 탈착된 가스는 폐기물로 폐기될 수 있다. 또한, 필요하다면, 부가적인 산소 부화 스트림은 용기의 산소 선택성 섹션에서 사이드 포오트를 통해 용기를 진공화시킴으로써 얻어질 수 있다. 이러한 작동 형태에서, 다른 PSA 사이클은 본 발명의 요지로부터 벗어남없이 이용될 수 있다.

대안의 작동 형태에서, I 단계는 베드(22)의 유출물이 베드(21)를 재압축하기 위해 이용되도록 조정된다. 동일한 작동 모드에서, Ⅶ 단계의 베드(21) 유출 물은 베드(22)를 압축하기 위해 이용된다.

또 다른 대안의 작동 형태에서, I 단계는 베드(22) 유출물이 베드(11)로 재순환되도록 조정된다. 베드(22) 유출물은 베드(11)의 공급측으로 재순환되거나 베드(11)의 중간 지점에서 도입될 수 있는데, 이는 I 단계의 베드(22) 유출물은 물과 이산화탄소가 없으며 산소 내에서 부분적으로 부화되기 때문이다. 동일한 작동 형태에서, Ⅶ단계의 베드(21) 유출물은 베드(12)로 재순환된다.

또 다른 대안의 작동 형태에서, Ⅴ단계는 베드(22)의 유출물이 베드(12)를 퍼지하기 위해 이용되도록 조정될 수 있다. 동일한 작동 형태에서, XI 단계의 베드(21) 유출물은 베드(11)를 퍼지하기 위해 이용된다.

또 다른 작동 형태에서, (i) VI 및 XII 단계는 제 2 단 산소 선택성 베드의 평형이 베드의 상단부를 연결하고 또한 베드의 바닥 단부를 동시에 연결함으로써 수행되며, (ii) 탄소 분자 시이브는 제 2 단에서 산소 선택성 흡착제로서 이용될 수 있다.

바람직하게, 2단 내의 최고 흡착 압력은 1 atm 내지 4 atm의 범위에 놓여 있다.

바람직하게, 2단내의 최저 탈착 압력은 0.02 atm 내지 0.75 atm의 범위에 놓여있다.

바람직하게, 제 1단 내의 산소 부화 스트림의 평균 순도는 35% 산소 내지 85% 산소의 범위 내에 있다.

전술한 모든 PSA 공정에서, 알루미나 층 등의 예비정화기 섹션은 공급 공기로부터 물 및 이산화탄소를 제거하기 위해 제오라이트 베드의 상류 단부에 위치된다.

또 다른 작동 형태에서, 다른 흡착제가 본 발명에 이용될 수 있다. 예를 들어, 5A,13X, 및 혼합 양이온 제오라이트는 하부 베드 내에서 질소 선택성 흡착제로서 이용될 수 있으며, 탄소 분자 시이브, 클리노프틸로라이트(clinoptilolite), 및 모데나이트는 2 단 PSA 공정의 상부 베드 내에서 산소 선택성 흡착제로서 이용될 수 있다.

또 다른 평형 선택성 흡착제는 IC2 대신에 이용될 수 있다. 이러한 산소 평형 선택성 흡착제의 예는 미국 특허 제 5,735,938호에 개시되어 있다. 탄소 분자 시이브 또는 제오라이트 등의 산소 속도 선택성 흡착제(예를 들어, 4A, 클리노프틸로라이트, 모데나이트 등)가 또한 사용될 수 있다.

상기 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 기술 분야의 숙련된 당업자들은 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

고 순도 산소를 제조하기 위한 개선된 이중 단 PSA 공정을 제공하는 본 발명에 따라 산소 세정 단계가 필요없으며, 적정 흡착 압력을 이용하여 전력 요구량이 감소되는 잇점을 갖는다.

Claims (10)

1. 공기로부터 고순도의 산소를 추출하기 위한 압력 순환식 흡착 방법으로서, 제 1 산소 선택성 흡착제 베드에 연속으로 결합된 제 1 질소 선택성 흡착제 베드를 이용하며, 여러 시간 주기에 걸쳐 있는 압력 순환식 흡착 방법에 있어서,

   a) 제 1 및 제 2 주기중에, 상기 제 1 질소 선택성 흡착제 베드 내에서 질소가 흡착되고, 상기 흡착제 베드로부터 산소 부화 스트림이 산출가능하도록 상기 제 1 질소 선택성 흡착제 베드을 압축하기 위해 공기를 공급시키는 단계와,

   b) 제 3 주기중에, 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드를 압축하기 위해 상기 산소 부화 스트림을 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드의 입구에 공급하는 단계로서, 상기 산소 부화 스트림은 상기 제 1 산소 선택 흡착제 베드의 바람직한 산소 농도 차이를 발생시켜 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드 내의 물질 전달 영역을 뚜렷하게 하기 위해 상기 입구에서의 산소 농도보다 더 높은 산소 농도를 갖는 상기 산소 부화 스트림의 공급 단계와,

   c) 제 4 및 제 5 주기중에, 상기 물질 전달 영역이 상기 산소 선택성 흡착제 베드로부터 출구에 이르기까지 돌파되기 직전까지 상기 물질 전달 영역을 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드를 통해 이동시키기 위해 상기 산소 부화 스트림의 흐름을 상기 입구로 계속 공급하는 단계와, 그리고

   d) 계속되는 주기중에, 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드로부터 산소 부화 스트림을 진공화시키는 단계로서, 상기 진공화는 진공 스트림 내의 산소 농도가 소정 한계치 아래로 떨어질 때까지 계속되는 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드의 입구 단부로부터 진공화 단계를 포함하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 제 2 산소 선택성 흡착제 베드에 연속으로 결합된 제 2 질소 선택성 흡착제 베드를 더 이용하며, 상기 제 2 질소 선택성 흡착제 베드 및 상기 제 2 산소 선택성 흡착제 베드는 상기 a)-d) 단계에 놓여 있으나, 상기 a)-d) 단계의 다수의 주기의 적용에 의해 시간내에 상기 제 1 질소 선택성 흡착제 베드 및 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드로 치환되는 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드 및 제 1 질소 선택성 흡착제 베드는 단일 용기 내에 함유되어 있으며, 제 2 산소 선택성 흡착제 베드 및 제 2 질소 선택성 흡착제 베드는 단일 용기 내에 함유되어 있는 방법.
4. 공기로부터 고순도 산소를 추출하기 위한 압력 순환식 흡착 방법으로서, 제 1 산소 선택성 흡착제 베드에 연속으로 결합된 제 1 질소 선택성 흡착제 베드, 및 제 2 산소 선택성 흡착제 베드에 연속으로 결합된 제 2 질소 선택성 흡착제 베드를 이용하는 압력 순환식 흡착 방법에 있어서,

   a) 제 1 주기중에, (i) 상기 제 1 질소 선택성 흡착제 베드내에서 질소를 흡착하도록 상기 제 1 질소 선택성 흡착제 베드를 압축하기 위해 공기를 공급하고, 그리고 (ii) 상기 베드를 진공화시킴으로서 상기 산소 선택성 흡착제의 재생을 개시하는 단계와,

   b) 제 2 주기중에, (i) 상기 제 1 질소 선택성 흡착제를 압축하고 상기 제 1 질소 선택성 흡착제 내에서 질소를 보다 흡착하기 위해 공기 공급을 계속하고, 그리고 (ii) 상기 제 2 산소 선택성 흡착제 베드로부터 산소 생성물을 수집하는 단계와,

   c) 제 3 주기중에, (i) 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드를 압축하기 위해 상기 제 1 질소 선택성 흡착제 베드로부터 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드까지, 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드내의 산소 농도 차이를 발생시키기 위해 상기 입구에서의 산소 농도보다 더 높은 산소 농도를 갖는 상기 산소 부화 스트림의 일부분을 공급하고, (ii) 상기 제 2 산소 선택성 흡착제 베드로부터 산소를 계속해서 수집하고, 그리고 (iii) 상기 제 2 질소 선택성 흡착제 베드용 역류 퍼지로서 상기 제 1 질소 선택성 흡착제 베드로부터 산소 부화 스트림의 일부분을 이용하는 단계와,

   d) 제 4 주기중에, (i) 상기 산소 농도 차이를 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드를 통해 이동시키기 위해 상기 산소 부화 스트림을 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드의 상기 입구로 계속하고, (ii) 상기 제 2 산소 흡착제 베드의 역류 퍼지로서 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드로부터의 유출물을 이용하고, (iii) 상기 제 2 질소 선택성 흡착제 베드용 역류 퍼지로서 상기 제 1 질소 선택성 흡착제 베드로부터 상기 산소 부화 스트림의 일부분을 공급하고, 그리고 (iv) 산소 농도가 소정의 한계치 이하로 떨어질 때까지 상기 제 2 산소 선택성 흡착제로부터 산소 생성물을 계속해서 수집하는 단계와,

   e) 제 5 주기중에, (i) 상기 산소 농도 차이가 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드로부터 출구까지 돌파되기 직전까지 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드를 통해 상기 산소 농도 차이를 이동시키기 위해 상기 산소 부화 스트림의 흐름을 계속하고, (ii) 상기 제 2 산소 선택성 흡착제 베드의 역류 퍼지로서 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드로부터 유출물을 이용하고 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드로부터 산소 생성물의 수집을 종결하고, 그리고 (iii) 상기 제 2 질소 선택성 흡착제 베드용 역류 퍼지로서 상기 제 1 질소 선택성 흡착제 베드로부터 상기 산소 부화 스트림의 일부분을 계속해서 공급하는 단계와,

   f) 제 6 주기중에, 상기 제 1 및 제 2 산소 선택성 흡착제 베드, 및 상기 제 1 및 제 2 질소 선택성 흡착제 베드의 압력을 각각 평형화시키는 단계와, 그리고

   g) 제 7 내지 제 12주기중에, (i) 상기 제 1 산소 선택성 흡착제 베드가 상기 제 2 산소 선택성 흡착제 베드 작동을 반복하고, (ii) 상기 제 1 질소 선택성 흡착제 베드가 상기 제 2 베드의 작동을 반복하게 하고 또한 역으로 반복하게 하는 단계를 포함하는 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 산소 선택성 흡착베 베드의 작동, 및 상기 제 1 및 제 2 질소 선택성 흡착제 베드의 작동은 상기 각각의 주기중에 동시에 발생되는 방법.
6. 제 4항에 있어서, 주기 중에, 상기 산소 부화 스트림이 적어도 하나의 상기 산소 선택성 흡착제 베드로 공급될 때, 상기 산소 부화 스트림의 일부분은 적정 순도의 산소 생성물로 회수되는 방법.
7. 제 4항에 있어서, 상기 베드 내의 최고 흡착 압력은 1atm 내지 4atm의 범위 내에 놓여있는 방법.
8. 제 4항에 있어서, 상기 베드 내의 최저 탈착 압력은 0.02atm 내지 0.75 atm의 범위내에 놓여있는 방법.
9. 제 4항에 있어서, 각각의 상기 질소 선택성 흡착제 베드로부터 상기 산소 부화 스트림의 평균 순도는 35% 내지 85%의 산소 범위 내에 놓여있는 방법,
10. 제 4항에 있어서, 상기 산소 선택성 흡착제는 IC2, 탄소 분자 시이브, 및 제오라이트로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.