KR880002615B1 - 선택적 흡착에 의한 공기분류의 제어장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

선택적 흡착에 의한 공기분류의 제어장치
제 1도는 고순도 질소의 최적생산을 수행하기 위한 본 발명시스템의 유통도.
제 2도는 제 1도와 유사하지만 순환시에 배출단계를 종식시키는데 있어서 제 1도와는 다른 배열을 이용하는 유통도.
제 3도는 질소생성기체가 수집저장되는 파동기 및 질소헹굼단계를 제거시킨 도면으로서 산소 농축생성물류의 최적생산을 위한 제 1도의 단순변형 유통도.
제 4도는 제 1도 및 제 2도에 따른 제어 시스템의 자동 작동을 위한 블록(block) 다이아그램.
제 5도는 파동기에 있는 질소의 양에 따라 질소헹굼 단계의 지속을 감소하거나 또는 연장하는 보조적인 블록 다이아그램 프로그램.
제 6도는 제 1도 및 제 2도에 따른 구체적 작동순환 순서도.
제 7도는 제 3도의 공정 순환 순서도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 11 : 흡착탑 12, 13 : 예처리흡착탑
16 : 송풍기 27, 41 : 팽창파동기 또는 저장기
30, 47 : 고도레벨감지기 31, 48 : 압력레벨감지기
52 : 진공펌프 60, 61 : 스위치
71 : 진공감지스위치,
Figure kpo00001
는 밸브 표시이다.
본 발명은 선택적인 흡착에 의해 기체 혼합물을 분류하는 것에 관한 것으로 특히 대기같은 혼합기체류로부터 고순도 질소 생성물을 회수하거나 또는 회수하지 않으면서 산소 농축기체를 회수하는 것에 관한 것이다.
산소 및/또는 질소를 회수하기 위해서 선택적인 흡착에 의해 공기성분을 분리시키는 시스템은 공지되어 있다. 일반적으로, 대부분의 공지된 시스템은 공급기체 또는 원료 기체로부터 선택적으로 질소는 보유하면서 산소 농축 생성물을 1차 용출액으로 수집하는 제올라이트 분자체 흡착제상을 사용한다. 주기적으로, 흡착제상은 흡착된 기체가 예정된 수준까지 도달하면 흡착상은, 온-스트림(on-stream) 공정으로 되돌아가기전에 흡착된 질소를제거키 위해 탈착 및 /또는 세정된다. 흡착-탈착 순환은 주로 공정 순환에서 사용되는 상기 단계들의 압력 수준변화에 의존한다. 또한 공정을 연속 수행하기 위해서 다수의 흡착상이 나란히 작동된다. 즉, 하나의 상이 흡착단계에서 작동되며, 하나 또는 그 이상의 흡착상이 여러 재생단계에서 사용된다.
공지된 시스템에 있어서, 흡착단계시에 공급기체는 초기에 비교적 높은 압력하에서 흡착탑(adsorption column)으로 유입되며, 이후에 탑의 탈착이 일어나도록 탑의 압력은 대기압과 비슷하게 또는 대기압보다 낮게 유지된다. 탈착상은 흡착단계에서 흡착되지 않은 용출액 일부에 의해 세정되고 난후 순환을 반복하기 위해 초기의 고압수준의 압력으로 재가압된다. 공기분류를 수행하는 어떤 시스템에 있어서, 질소 농축 흡착제의 탈착은 진공하에서 행해질 수 있다.
진공스윙흡착(vaccum swing adsorption, VSA)에 의한 공기분류는 미합중국 특허 제3,533,221호, 제3,957,463호, 제4,013,429 및 제4,264,340호에 교시되어 있다. 제4,013,429호에서 작동은 다음과 같은 주요한 4단계로 구성되어 있다.
(1) 유입 기체중에서 질소를 선택적으로 흡착 보유하는 흡착상이 들어있는 연속탑속으로, 예처리한 탑속으로 수분과 이산화탄소를 제거시킨 순환공기를 통과시켜서 흡착되지 않은 산소 농축 생성물 기체를 1차 용출액으로 회수 수집하여 팽창 가능한 수용기 같은 파동기(surge chamber)에 저장된다. 순환공기의 유입은 공기가 산소농축생성물의 적정농도에 따라 처음 공기의 진전이 일어나거나 또는 이보다 약간 적어질때까지 계속된다. 그뒤 상에 대한 공기유입은 중단되었으며, 사전에 재생된 뒤 예정된 온-스트림 압력수준 또는 압력 레벨에 도달한 다른쪽의 상으로 공기유입이 전환된다.
(2) 오프-스트림(off-stream) 흡착상은 1단계에서 수집된 고순도의 질소로 헹구어짐으로 상에 질소가 포화되게 한다.
(3) 질소가 포화된 상은 배출되어 고순도의 질소를 탈착한다. 이 고순도의 질소일부는 헹굼기체(단계 2)로 사용되고 나머지 질소는 바람직한 고순도 질소생성물로서 수집되어 파동기내에 저장된다.
(4) 바람직한 수준까지 상을 배출한뒤 상기 수집된 산소 농축 생성물 기체 일부를 파동기로부터 회수하여 상내로 유입시켜 상을 포화시키고, 순환 공기 유입의 재개시 및 사이클의 반복을 수행하기 위하여 그 상을 바람직한 압력수준으로 되돌아갈 수 있게한다.
비슷한 공정작동이 340특허에 기술되어 있는데 이 특허는 주(主) 질소흡착탑과 예처리탑을 진공탈착하여 회수한 습식 질소류(또는 질소스트림)을 건조시키기 위해서 열스윙장치를 상기 시스템에 부착하여 작동시키는 것이 상기 특허와 다르다.
종래 시스템 공정, 즉 제4,013,429호와 제4,264,340호에서 설명한 것처럼, 순환순서의 각단계의 지속시간은 예정된 프로그램에 의해 정해지며, 또한 여러가지 흐름을 조절해 주는 밸브의 개폐는 순환타이머기의 조절에 의한다.
1982.9.9일 출원된 특허출원 제416,433호는 공기 분류를 위한 VSA 공정에 있어서 흡착단계와 질소 헹굼단계동안 각각 회수된 생성물의 분석조성물의 레벨을 감지하고, 조성물의 예정된 레벨에 도달할 때 흡착 및 헹굼단계를 각각 종식시킴으로서 흡착 및 헹굼단계의 지속시간을 자동적으로 제어하는 프로그램 시스템을 교시하고 있다.
또한 주흡착상과 예처리상의 배출규모는 예정된 진공레벨이 감지될 때 배출이 종식되도록 자동적으로 제어된다는 것도 교시하고 있다. 비슷한 방식으로, 제어시스템은 예정된 압력레벨에 도달할 때에 재가압 단계가 종식되도록 작동한다. 유입하는 대기의 유속은 항상 일정하다.
본 발명에 따르면, 신규의 자동제어시스템은 진공스윙 흡착공정의 조절을 위해 제공된다. 이 공정은공기 유입단계 및/또는 질소 헹굼단계의 생성물이 수집되는 개별적인 파동기내의 산소 및/또는 질소가 수집되는 양(또는 레벨)에 따라 공기 유입단계 및 질소헹굼 단계를 자동적으로 조절하는 공정이다. 산소 및 질소의 수집양은 산소 및 질소 파동기에 결합되어 있는 압력레벨 감지기 또는 고도레벨 감지기에 의해 모니터된다. 이러한 제어장치를 사용하여, 산소 및 질소의 생성속도를 필요한만큼 또는 바람직하게 변화시킬 수 있다.
제 3도의 축소된 실시는 예외로 하고, 본 발명의 실시예 이용되는 주요단계의 작동순서는 제4,013,429호에서 설명한 것과 동일하다.
주단계 : (1) : 흡착단계(또는 공기유입단계), (2) : 질소헹굼단계, (3) : 탈착단계, (4) : 재가압단계이다.
흡착상의 적어도 두가지 트레인(train)이 바람직하게 사용되는데 각 트레인은 예처리상 및 주(主)상을 포함하며, 이들은 교대로 작동함으로서 공기의 유입이 한쪽 트레인으로부터 다른 한쪽의 트레인으로 전환될 수 있게 한다.
제 1도를 살펴보면, 질소 선택 흡착제는 조절된 순서에 의해 교대로 작동하는 두개의 나란한 흡착탑(10)과 (11)에 포함되어 있다. 흡착탑(10)과 (11)의 상부류는 탑(10)과 (11)내로 유입되기 전에 들어오는 공기로부터 수분과 CO2를 제거할 수 있는효과적인 고체 흡착제를 포함하는 흡착상(12)와 (13)이다. 분류되어지는 공기는 라인(15)에서 유입되어 송풍기(16)을 통과한 뒤 라인(17)로 흘러들어간다. 탑(12)와 (10)으로 구성되어 있는 트레인(A)와, 상(13)과 (11)로 구성되는 트레인(B)속으로 교대로 들어가는공기유입은 밸브(18)과 (19)의 개폐에 의해 행해진다. 밸브(18)이 열림위치에 있을 때는 라인(20)을 통하여 트레인(A)의 상(12)에 공기가 유입되고, 밸브(18)이 닫힘위치에 있고 밸브(19)가 열림 위치에 있을 때는 라인(21)을 통하여 트레인(B)의 상(13)으로 공기가 유입된다.
수분과 이산화탄소가 들어 있는 순환공기가 밸브(18)을 통과하여 예처리한 상(12)속으로 유입되는 온-스트림시에 예처리한 상과 주(主)상(10)사이에 있는 라인의 밸브(22)는 열리게 된다. 그러므로 예처리한 상(12)을 통과하여 수분과 이산화탄소가 제거된 공기는 질소상을 선택적으로 흡착하는 상(10)속으로 흘러들어가는데 여기서 흡착되지 않은 산소 농축 용출기체는 라인(23)으로 배출되며, 이때 밸브(24)가 열리고 밸브(25)는닫히게 된다. 라인(23)을 통과한 산소 용출기체는 산소용출기체가 수집되고 일시적으로 저장되는 팽창성 파동기(27)와 통하고 있는 배출라인(26)으로 들어간다(여기서 팽창성 파동기라함은 공기가 용기내에 채워졌을 때는 용기 크기가 증가하고 용기내에 공기가 없을 때에는 용기크기가 감소하는 것을 뜻하는 것으로서 좀더 구체화하면 생성기체를 함유하는 용기내에 가변적인 양이 유입되도록 용기내부에 합성고무로 만들어진 블래더(bladder)가 위치해 있는 용기를 말한다. 이러한 용기의 대표적인 예는 많은 단독 주택의 물을 공급하는 시스템에 사용되는 수압 탱크이다). 저장된 기체는 필요에 따라 라인(29)을 통해 파동기(27)에서 회수된다. 교대로, 고정된 양의 용기가 파동기(27)대신 사용될 수 있다.
지금까지, 상기된 공정은 제4,013,429호의 작용과 다를바 없다. 하지만, 본 발명에 따라 파동기(27)에 들어있는 기체 성분 및/또는 질소가 들어있는 파동기내의 질소의 양 조절은 본 공정의 질소헹굼단계 및/또는 공기 유입 단계를 조정하는데 이용된다. 상기의 파동용기에 들어 있는 기체의 양은 용기에 연결되어 작동하는 압력레벨감지기 및/또는 고도레벨 감지기에 의해 제어된다.
공기가 예처리탑(12)를 통하여 탑(10)의 산소농축 용출물을 파동기(27)내로 계속해서 유입하는 동안 파동기내의 압력은 유입된 산소농축 기체에 의해 증가하게 된다. 파동기(27)에는 파동기내의 블래더(bladder)가 예정고도레벨 즉, 파동기 높이의 50-100%에 도달할 때 작동되는 레벨감지기(30)이 부착되어 있다. 레벨감지기(30)대신 또는 감지기외에 파동기(27)의 양은 압력레벨감지기(31)로도 조절될 수 있다. 감지기(30)과 (31)의 작동은 밸브(14) 및 (24)가 닫히고 밸브(25)가 열렸을 때 바람직하게 이루어지며 이러한 장치들이 자동되면 탑(12)와 (10)을 포함하는트레인내로의 공기 유입이 중단된다. 이때에 또한 밸브(40)이 자동적으로 열리게 되어 탑(12)와 (10)에서의 질소헹굼이 후술되는 것처럼 개시된다.
파동기(27)가 예정된 고도레벨로서 파동기의 50-100%까지 완전히 채워지기전 또는 탑 (10)에서 질소가 유입되기전에 공기 유입단계가 종식된다면 레벨감지기(30) 및/또는 (31)이 작동됨에 따라 고정된 연장시간동안 공기 유입의 지속시간을 연장하기 위한 타이머기가 적합하게 사용될 수 있다.
교대로, 타이머가 용기(41)의 질소 헹굼단계의 양 조절시에 총공기유입단계를 결정짓기 위해 이용될 수 있다.
상(12)와 (10)사이에서의 질소 헹굼은 상기의 공기 유입의 흐름과 동일한 공기의 흐름방향으로 수행된다.
펌프로 작동되는 송풍기(16)에 의해 질소는 파동기(41)에서 회수된 뒤 라인(17)과 열려진 밸브(18)을 통하여 라인(20)으로 들어가며 이후에 질소는 예처리 탑(12)속으로 유입된다. 유입된 질소는 탑(12)과 열린밸브(22)를 통하여 기체가 헹궈지는 탑(10) 속으로 들어간다. 헹굼용출물은 탑(10)을 통하여 열린밸브(25)로 들어간뒤 라인(45)를 통하여 대기중에서 소비된다. 필요하다면 라인(45)를 통해 배출되는 기체를 수집하기 위한 분리된 장치가 사용될 수도 있다.
질소 헹굼단계는 질소파동기(41)내에 있는 기체의 양에 의해 바람직하게 제어된다. 파동기(41)에는 고도레벨 감지기(47) 및/또는 압력 레벨 감지기(48)가 부착되어 있다. 질소가 파동기(41)로 유입될 때, 파동기내의 압력은 압력감지기(48)을 (또는 고도레벨 감지기(47)) 작동시킬 수 있을 정도로 증가하는 압력과 상응하게 증가한다. 감지기의 이러한 작동은 파동기(41)내에 유입되는 질소의 양이 라인(49)을 통해서 회수되는 생성물의 양과 헹굼 단계에서 사용되는 용기로부터 회수된 양과 합쳐진 총양보다 많을 때 개시된다. 감지기(47) 또는 (48)은 타이머와 함께 작동할 수 있으므로 감지기가 작동될 때 타이머에 의해 고정된 연장시간, 즉 0-20초 동안 과량의 질소를 이용하여 연장된 질소헹굼을 일으킴으로서 생성물의 순도를 효과적으로 높일 수 있다. 감지기와 공정시에 작동되지 않는다면 질소헹굼시간은 고정량에 의해 감소된다.
그러므로 파동기(41)의 양이 감지기(47) 또는 (48)을 작동시키기에 충분한 레벨로 증가될 때까지 각각의 연속순환 공정시에 생성된 생성물이 증가함에 따라 질소헹굼시간은 계속해서 감소된다. 질소생성물양의 감소 또는 증가 및, 온도변화로 인해 질소가 결합된 흡착상을 진공탈착시켜 얻은 질소기체양의 증가 또는 감소를 보정하도록 감지기(47) 또는 (48)를 사용하면 질소기체의 유용한 양(질소 헹굼시간의 정도에 따라 결정됨)이 조정된다. 교대로, 상기 설명한 것처럼 타이머가 공기 공급의 양 조절시에 총질소헹굼단계를 결정짓는데 사용될 수 있다. 시간을 연장하거나 또는 연장하지 않은 상태에서 감지기(47) 또는 (48)의 작동은 밸브(48),(25) 및 (40)을 닫게하고 밸브(50)을 열게 함으로서 헹굼단계를 종식시킨뒤 배출단계를 개시케한다. 진공펌프(52)의 작동과 밸브(24) 및 (25)가 닫힌 상태에서, 기체는 탑(10)에 있는 상으로부터 탈착되어 열린 밸브(22)를 지나 예처리 탑(12)속으로 유입된 후, 열린 밸브(50)과 라인(53)을 통과한 뒤 펌프(52)를 거쳐 파동기(41)에서 회수된다.
탑(10)과 (12)의 배출은 바람직한 진공 레벨이 도달하는 예정된 시간 0-20초 동안 계속된다. 예정된 시간이 끝날무렵 탑(10)과 (12)사이에 있는 밸브(22)가 닫히고 탑(12)의 배출이 일정한 시간 0-20초동안 더 계속된다. 연장된 시간은 바람직하게는 트레인 (B)에서 질소헹굼단계의 완결과 일치한다. 탑(10)과 (12)사이의 흐름은 밸브(22)가 닫혀질 때 중단되며 탑(10)의 재가압단계는 밸브(24)의 열림과 동시에 시작된다. 산소농축기체는 파동기(27)로부터 회수되어 라인(26)과 (23)을통해 배출 탑(10)으로 유입된다. 이 공정동안에 예처리 탑(12)의 배출이 계속된다.
고정된 시간 0-20초동안 탑(12)의 계속적인 배출이 완결되었을 때 밸브(50)은 닫혀지고 밸브(22)가 다시 열려 탑(10)의 산소농축 기체가 탑(12)로 흘러 이 탑(12)를 재가압한다. 탑(10)과 (12)가 예정된 압력레벨인 5-50인치의 수탑압(water column pressure)에 도달했을 때 탑(10)과 (12)에 각각 부착되어 있는 한개 또는 두개의 제어스위치(60)과 (61)이 작동 개시되어 트레인(A)에서의 탑의 재가압이 종식되고 공정 순환이 반복되도록 트레인(A)내로의 공기유입이 재개시된다.
트레인(B)는 트레인(A)와 동일한 공정순서를 갖는다. 트레인(A) 탑 (10)과 (12)의 재가압화가 밸브(50)를 닫고 밸브(22)를 열게함으로서 개시될 때(11)과 (13)의 배출이 시작된다. 나란히 작동하는 두개의 트레인을 가진 시스템에서 각 공정 단계시에 트레인(A)와 (B)에 있는 탑들에 부착된 흐름제어 밸브의 위치가 표 1에 나타나 있다. 트레인(B)에 있는 압력제어스위치(67)과 (68)은 트레인(A) 스위치(60) 및 (61)의 기능과 같다.
[표 1]
밸브의 위치
Figure kpo00002
AF = 공기유입
NR = 질소헹굼
E = 주흡착탑 및 예처리탑의 배출
EX = 예처리탑의 배출
R = 재가압화작용
C = 닫힘
O = 열림
제 1도와 동일한 단계의 순서가 제 2도 시스템에 사용된다. 제 2도는 제 1도와 마찬가지로 같은 번호의 구성요소를 지닌다. 배출단계를 종식시키기 위해서 제 1도와는 다른 제어장치가 제 2도에서 사용된다. 제 2도에서 보는 것처럼 주흡착탑(10)과 (11)에는 진공감지 스위치(70)과 (71)가 각각 부착되어 있다.
상기 설명한 것처럼, 질소헹굼 단계의 종식에 따라 트레인(A)의 배출이 시작되며 이 배출은 예정된 진공레벨, 즉 50-100Torr에서 스위치(70)가 작동될 때까지 계속된다. 스위치(70)의 작동은 탑(10)과 (12)사이에 있는 밸브(22)를 닫히게 되며, 트레인(B)의 질소헹굼이 끝날 때까지 예정된 규정시간, 즉 0-20초동안 예처리 탑(12)속에서만 배출을 계속하게 한다. 밸브(22)가 닫힌 상태에서 탑(12)의 배출이 계속되는 동안에 파동기(27)의 산소농축기체는 열린 밸브(24)를 통과하여 탑(10)내로 유입된다.
상기에서 설명된 제 1도 및 2도의 실예의 작동은 VSA 시스템이 고순도의 질소를 최적 생산하기 위해 작동될 때 특히 유리하다. 산소회수가 강조될 때는 제 3도의 간단한 시스템이 사용된다. 제 3도의 변형 시스템은 질소헹굼 단계를 필요로 하지 않기 때문에 질소저장파동기(41)과 질소헹굼라인내의 밸브(40)를 제거시켰다. 따라서 산소회수모드(mode)로 공정이 작동할 때 사이클은 단지 3개의 주요한 단계를 갖는다 :
(1)공기 유입단계, (2) 배출단계, (3) 재가압단계.
트레인(A)나 (B) 어느 것도 공기 유입 단계를 수행하지 않고 질소헹굼단계도 수행하지 않을 때 간헐적 기간동안 송풍기(16)가 계속 작동되기 위해서 송풍기(16)으로부터 연결된 라인내의 밸브(59)가 제공된다. 이러한 배열에 의해 열려진 밸브(14)를 통해 송풍기에 유입되는 공기는 열려진 밸브(59)를 통해 대기중으로 배출된다.
순환공기로부터 수분과 이산화탄소를 제거하기 위해서, 공지된 고체흡착제를 사전처리한 상(12) 및 (13)내에서 사용할 수 있는데, 흡착제란 실리카겔, 산화알루미늄, 활성화된 탄소 또는 소듐모데나이트 같은 천연산이나 인공산의 제올라이트 분자체 또는 상업적으로 시판되는 5A 및 13X 제올라이트등을 포함한다. 주흡착성(10)과 (11)에서 어느 하나의 상은 산소와의 혼합물에서 질소를 흡착하는 바람직한 친화력을 가진 고체 흡착제를 사용할 수 있는데, 이 고체 흡착제는 상업적인 5A분자체(칼슘 제올라이트A) 또는 5 내지 10의 옹스트롬 범위의 세공크기를 갖는 합성 소듐모데나이트 같은 것이다.
대기로부터 질소 및/또는 산소를 회수하기 위한 VSA 시스템 작동시 본 발명의 신규의 제어시스템을 이용하는데 있어서 작동조건은 변화는 없다. 공기 유입 단계는 대기압하에서나 또는 대기압보다 높은 압력 또는 그 이하의 압력 레벨하에서 수행될 수 있다 : 다시 말하면 사전에 회수된산소농축 기체로 탑을 재가압하여 온-스트림 트레인의 압력 레벨을 700 내지 800Torr 범위까지 도달시키는 것이다. 사전에 질소로 헹군 주흡착탑(10)과 (11)의 진공탈착은 이 탑들이 바람직한 범위인 40 내지 200Torr의 증압레벨에 도달할 때 수행된다. 예처리한 상(12)와 (13)의 최종적인 진공탈착은 5 내지 100Torr 범위 속에서 최종 압력 레벨에서 바람직하게 수행된다.
제 6도는 나란한 2개의 흡착트레인(A)와 (B)를 이용하는 본 발명의 제 1도 및 2도에 따른 실예의 작동에 있어서 사용되는 공정시간에 따른 순서를 도시한 것이다. 하기의 표 2는 순환 순서의 각 단계의 평균 지속시간과 표준 순환의 바람직한 각 단계 시간을 나타낸다.
[표 2]
Figure kpo00003
제 4도는 제 1도 및 2에서 설명된 실예에 따라 본 발명을 실시하기 위한 자동공정 시스템을 프로그램화한 순환 순서를 도시하고 있다. 흡착순환이 시작되기 전에 시스템을 세정해 둔다. 작동이 시작되어 트레인(A)가 배출되는 동안에, 재가압된 트레인(B)는 공기 유입을 시작한다. 트레인(B)에서 일어나는 단계 순서는 제 4도의 오른쪽 블럭(block)에 나타나 있다. 트레인(B)의 탑(13)과 (11)에 대한 공기 유입은 감지기(30) 또는 (31)을 작동시킬 수 있는 정도로 파동기(27)를 채울 때까지 계속된다. 다시 말하면, 공기 유입단계 또는 흡착단계로서 산소기체로 파동기(27)을 채우는 것은 고도레벨 감지기(30)가 증가된 팽창성 파동기에 의해 작동되거나 또는 파동기(27)내에 도달된 산소의 높은 압력 레벨에 의해 압력 감지기(31)가 작동될 때까지 공기 유입이 계속된다는 것을 의미한다. 이때 트레인(B)내로의 공기 유입을 제어하는 밸브(14)와 탑(11)로부터 산소농축기체의 배출을 통제하는 밸브(66)는 둘다 닫혀 있다. 또한 이때에 파동기(41)로부터 나온 질소로 탑(13)과 (11)의 헹굼이 개시되도록 밸브(40)은 자동적으로 열린다. 상기 설명된 것처럼 질소헹굼단계의 지속시간은 파동기(41)에 있는 질소양에 따라 짧아지거나 지연될 수 있다. 또한 "트레인(A)의 배출완료시까지 대기"라고 쓰여진 블럭을 리딩하는 점모양의 활선에 의해 나타난 것처럼 트레인(B)의 배출개시는 트레인(A)의 연장된 배출이 고정된 시간(초) 동안에 완전히 끝날 때까지 연기된다.
제 1도의 실예에 따라, 트레인(B)의 배출은순환타이머에 의한 고정된 시간 즉, 0-20초동안 또는 트레인(A)에서 질소헹굼단계가 종식되는 것과 일치되는 연장된 시간동안 계속된다. 대안으로서, 예정된 진공레벨이 탑(11)내에 도달되고 스위치(71)이 작동하여 탑(11)과 (13)사이에 있는 밸브(62)가 닫힐 때까지 제 2도의 실시예에 따라 배출의 지속은 계속된다. 산소 농축 기계를 사용하여 탑(11)의 재가압이 개시되는 동안 예처리 탑(13)의 배출이 계속된다. 고정된 시간 즉 0-20초가 지난후나, 또는 트레인(A)의 질소헹굼단계가 끝날 때까지 탑(13)의 배출은 중단된다. 탑(13)의 배출이 종식될 때, 밸브(62)는 탑(11)에서 탑(13)으로 재가압기체가 흐르도록 하기 위해 다시 열린다. 탑(11)과 (13)이 둘다 작동압력하에 있을 때, 트레인(B)로 공기를 유입함으로서 순환은 다시 반복된다.
트레인(A)(제4도의 왼쪽)는 트레인(B)에서 설명된 것처럼 공급공기가 트레인(B)속으로 유입될 때 트레인(A)가 배출되는 것을 시작으로 하여 동일한 단계의 순서를 갖는다.
파동기(41)에 있는 질소로 질소헹굼단계의 지속을 제어하는 것이 제5도에서 설명하고 있다. 그러므로 트레인(B)의 배출이 계속되는 동안에 탈착된 질소는 파동기(41)속으로 들어간다. 감지기(47) 및/또는 (48)은 파동기(41)가 상기의 예정 고도 또는 압력 레벨까지 채워졌는지 아닌지를 결정짓는다. 파동기(41)가 완전히 채워져 있다면, 시스템은 Y(yes)의 길을 따라 트레인(B)의 질소헹굼시간(BR)을 지연시키고 질소헹굼타이머에 의해 최대수준까지 도달되도록 작동하여 과량의 질소가 질소 헹굼단계에 이용되게 함으로써 생성물의 순도를 높인다.
특정 순환작동시에 감지기(47) 및/또는 (48)을 작동개시시키기에 필요한 양보다 파동기(41)내에 있는 질소의 양이 적다면, 다시 말해, 제 5도에서 N(No)의 길을 따라 간다면, 질소 헹굼 시간은 고정양에 의해 감소된다. 즉, 파동기(41)에 있는 질소의 양이 감지기(47) 및/또는 (48)을 작동시키기에 충분할 때까지 각각의 연속적인 순환시에 양이 증가함에 따라 질소헹굼시간은 감소된다. 그러므로 헹굼의 정도는, 질소생성물의 흐름을 줄이거나 늘이거나, 또는 온도변화나 다른 기타 변동이 일어남으로서 야기된 배출된 기체의 양을 감소시키거나 늘이는데 대한 보정을 위해 조정된다.
제 5도가 트레인(B)에 적용되는 제어시스템에 대해 설명한 것이라면, 동일한 시스템의 공정이 트레인(A)에 동등하게 적용될 수 있다는 것을 알 수 있는 것이다.
제 3도 실예에 따른 작동순환순서가 제 7도의 챠트에 설명되어 있다. 챠트에서 알 수 있는 것처럼, 트레인(A)는 공기 유입이 종식되고 배출이 개시되는 그 사이의 짧은 기간동안 쉰다. 쉬는 시간은 진공 시스템(52)의 용량이 늘어나 배출 및 연장된 배출시간을 감소시키므로 제거될 수 있다. 총 공정진행시에 트레인(A)는 다음과 같은 순서를 갖는다.
재가압(R), 공기유입(AF), 쉼(idle), 이때 트레인(B)는 배출(E) 및 배출의 연장(EX) 등. 교대로 트레인(A)가 배출되는 동안에 트레인(B)는 상기와 동일한 순서를 가진다.
본 발명에 따라 질소 및/또는 산소 파동기(41)과 (27)에 개별적으로 수집된 기체의 양을 제어함으로서, 공기 유입단계를 종식시키는 중요한 제어 때문에 주흡착탑에서 일차용출물의 산소성분의 분석을 이용하는 재래기술의 공기분류시스템은 이제 작동에 있어 어려움을 겪게 되었다. 이런 상기 재래 시스템의 단점 하나는 주위의 온도변화와 시간에 따라 산소분석기의 구경측정이 잘되지 않는 것이다. 또한, 산소 파동기에서 양이 감시되지 않기 때문에 탑을 재가압화 하는데 필요한 충분한 기체가 계속해서 얻어진다는 보장은 없다. 재래기술인 VSA 작동에 있어서 제어시스템은 제일 높은 온도하에서 일정한 생산속도로 작동될 수 있도록 고안 되어 있다. 온도가 떨어지면 질소헹굼의 자동적인 조정장치가 준비되지 않기 때문에, 헹굼의 정도는 생성물의 순도를 개선시킬 수 있도록 이용될 수있었다 ; 대신에 이 질소 생성물은 질소 파동기로부터 배출된 것이어야만했다.
이에 반해서, 질소파동기에 있는 감시 제어되지 않는 양은 필요한 헹굼양보다 너무 적으므로 이러한 유니트의 작동은 하지 않은 것이 필요했다.
본 발명의 제어시스템은 이러한 재래기술시스템의 결점들을 극복했을 뿐 아니라 다양한 생산 속도하에서 질소헹굼 조정설비를 통해 작동되도록 하는 잇점을 가지고 있다. 질소헹굼을 조정함으로서 과량의 질소생성물은 생성물 순도를 최대한도로 얻기 위해 효과적으로 이용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 온-스트림 공기 유입시 유입공기(15)로부터 질소를 흡착탑(10,11)에서 선택적으로 흡착하고 흡착탑(10,11)에서 배출된 흡착되지 않은 산소 농축 기체성 용출물(26)을 파동기(27)에 수집하고 ; 흡착된 질소를 보유하는 탑을 진공(52)하에 탈착하는 단계로 구성되는 공기 분류를 수행하기 위한 공기 분류 순환장치에 있어서,파동기(27)에 결합되어 있으며, 파동기(27)내에 수집된 기체가 파동기 높이의 50-100% 고도레벨이나 5-50인치의 수탑압 레벨에 도달할 때 작동 개시되어 밸브(18,19)가 닫혀지면서 온-스트림 공기의 유입지속을 자동적으로 종식시키는 감지기(30,31)를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기 분류 순환장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 용출물 수집 파동기(27)에 결합된 감지기(30,31)는 작동개시후 0-20초동안 밸브(24,66)의 닫힘을 지연시켜 온-스트림 공기유입을 연장하는 시간지연 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 공기분류 순환장치는 진공탈착단계(52)의 지속제어를 위한 질소 흡착탑(10,11)에 결합된 진공 레벨 감지 스위치(60,67)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
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