(57)【要約】【課題】  Ｎ２および／またはＡｒからＯ２を分離するための新規な多層急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）プロセスが提供される。【解決手段】  このプロセスは、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、少なくとも０．２０のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有するＯ２に対する速度選択的吸着剤をそれぞれ含む少なくとも５個の吸着層を利用する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ２および／またはＡｒからＯ２を分離するための多層急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）プロセスであって、前記プロセスは、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、少なくとも０．２０のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有するＯ２に対する速度選択的吸着剤をそれぞれ含む少なくとも５個の吸着層を利用し、前記ＲＣＰＳＡプロセスは、前記吸着層のそれぞれを、以下の順序で実行される以下の工程を含む急速ＰＳＡサイクルに供することを含み：
ｉ）フィード
ｉｉ）第１の均等化減圧
ｉｉｉ）第２の均等化減圧
ｉｖ）向流減圧
ｖ）向流パージ
ｖｉ）第１の均等化再加圧
ｖｉｉ）第２の均等化再加圧
ｖｉｉｉ）生成物および／またはフィードの再加圧
吸着剤層が均等化減圧工程ｉｉ）を受けているとき、前記吸着剤層は、同時に均等化再加圧工程ｖｉｉ）を受けている他の吸着剤層のうちの１つと接続され、かつそこに再加圧流を供給し、
吸着剤層が均等化減圧工程ｉｉｉ）を受けているとき、前記吸着剤層は、同時に均等化再加圧工程ｖｉ）を受けている他の吸着剤層のうちの別の１つと接続され、かつそこに再加圧流を供給する、多層急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）プロセス。
【請求項２】
工程ｉｉｉ）が二重均等化減圧工程であり、工程ｖｉ）が二重均等化再加圧工程である、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項３】
工程ｖｉｉｉ）が生成物およびフィードの再加圧工程である、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項４】
工程ｉｉ）が並流均等化減圧工程であり、工程ｖｉｉ）が向流均等化再加圧工程である、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項５】
前記プロセスが５〜１８個の吸着層を利用する、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項６】
前記プロセスが７〜９個の吸着層を利用する、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項７】
前記プロセスが７個または９個の吸着層を利用する、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項８】
前記フィード工程の継続時間が３〜４５秒である、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項９】
前記均等化減圧工程および均等化再加圧工程の各々の継続時間が１〜５秒である、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項１０】
前記急速ＰＳＡサイクルのサイクル時間が１００秒以下である、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項１１】
前記フィード工程が０°Ｆ〜１２５°Ｆの温度で実施される、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項１２】
前記フィード工程が２０°Ｆ〜１００°Ｆの温度で実施される、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項１３】
前記フィード工程が２０°Ｆ〜４０°Ｆの温度で実施される、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項１４】
前記フィード工程のすべてまたは一部の間に、リサイクルガスが、前記フィード工程を受けている層に並流で導入され、前記リサイクルガスが、前記工程を受けている層から前記向流減圧工程および／またはパージ工程の間に得られたガスを含む、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項１５】
均等化減圧工程ｉｉ）のすべてまたは一部の間に、リサイクルガスが、前記工程を受けている層に並流で導入され、前記リサイクルガスが、前記工程を受けている層から前記向流減圧工程および／またはパージ工程の間に得られたガスを含む、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項１６】
前記速度選択的吸着剤が、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、少なくとも５のＯ２／Ｎ２速度選択性、ならびに／あるいは、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、少なくとも５のＯ２／Ａｒ速度選択性を有する、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項１７】
前記速度選択的吸着剤がゼオライトまたは炭素分子ふるいである、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項１８】
前記プロセスがＡｒからＯ２を分離するためのものであり、前記速度選択的吸着剤が、３．２〜４．５のＳｉ／Ａｌ比を有し、かつ非プロトン性骨格外カチオンを含有するＲＨＯゼオライトである、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセスであって、前記ゼオライトは、単位セルあたり最大で１個のプロトンを含有し、前記ゼオライト中に存在する前記骨格外カチオンのサイズ、数および電荷は、８環部位を占めるために単位セルあたり１個以下の非プロトン性骨格外カチオンが必要とされるようなものである、プロセス。
【請求項１９】
前記プロセスがＮ２からＯ２を分離するためのものであり、前記速度選択的吸着剤が、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、５〜３０のＯ２／Ｎ２速度選択性を有する炭素分子ふるい（ＣＭＳ）である、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項２０】
前記プロセスが回転層ＲＣＰＳＡプロセスである、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項２１】
前記プロセスが回転バルブＲＣＰＳＡプロセスである、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項２２】
各吸着剤層が、３％〜１５％の層容量に対する空隙容量を有する、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項２３】
前記プロセスは７個の吸着層を利用し、前記ＲＣＰＳＡプロセスは、前記層のそれぞれを、以下の順序で実行される以下の工程を含む急速ＰＳＡサイクルに供することを含み：
フィード（Ｆ）；
並流均等化減圧（ＥＱＤ１）；
二重均等化減圧（ＤＥＱＤ２）；
向流減圧（ＣｎＤ）；
向流パージ（ＰＵ）；
二重均等化再加圧（ＤＥＱＲ２）；
向流均等化再加圧（ＥＱＲ１）；ならびに
生成物およびフィードの再加圧（ＲＰ／Ｆ）；
吸着剤層が並流均等化減圧（ＥＱＤ１）工程を受けているとき、前記吸着剤層は、同時に向流均等化再加圧（ＥＱＲ１）工程を受けている他の吸着剤層のうちの１つと接続され、かつそこに向流再加圧流を供給し、
吸着剤層が二重均等化減圧（ＤＥＱＤ２）工程を受けているとき、前記吸着剤層は、同時に二重均等化再加圧（ＤＥＱＲ２）工程を受けている他の吸着剤層のうちの別の１つと接続され、かつそこに並流再加圧流および向流再加圧流を供給する、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【請求項２４】
前記プロセスは９個の吸着層を利用し、前記ＲＣＰＳＡプロセスは、前記層のそれぞれを、以下の順序で実行される以下の工程を含む急速ＰＳＡサイクルに供することを含み：
フィード（Ｆ）；
並流均等化減圧（ＥＱＤ１）；
第１の二重均等化減圧（ＤＥＱＤ２）；
第２の二重均等化減圧（ＤＥＱＤ３）；
向流減圧（ＣｎＤ）；
向流パージ（ＰＵ）；
第１の二重均等化再加圧（ＤＥＱＲ３）；
第２の二重均等化再加圧（ＤＥＱＲ２）；
向流均等化再加圧（ＥＱＲ１）；ならびに
生成物およびフィードの再加圧（ＲＰ／Ｆ）；
吸着剤層が並流均等化減圧（ＥＱＤ１）工程を受けているとき、前記吸着剤層は、同時に向流均等化再加圧（ＥＱＲ１）工程を受けている他の吸着剤層のうちの１つと接続され、かつそこに向流再加圧流を供給し、
吸着剤層が第１の二重均等化減圧（ＤＥＱＤ２）工程を受けているとき、前記吸着剤層は、同時に第２の二重均等化再加圧（ＤＥＱＲ２）工程を受けている吸着剤層のうちの別の１つと接続され、かつそこに並流再加圧流および向流再加圧流を供給し、
吸着剤層が第２の二重均等化減圧（ＤＥＱＤ３）工程を受けているとき、前記吸着剤層は、同時に第１の二重均等化再加圧（ＤＥＱＲ３）工程を受けている吸着剤層のうちのさらに別の１つと接続され、かつそこに並流再加圧流および向流再加圧流を供給する、請求項１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎ２および／またはＡｒからＯ２を分離するための多層急速サイクル圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＳＡプロセスは、空気の成分の分離のために長い間使用されてきた。より最近では、分離プロセスの強化にかなりの関心が寄せられている。ＰＳＡおよびＴＳＡなどのサイクルプロセスにおいては、サイクル時間を短縮することが、所定量の材料からより多くの生産を達成する主な手段である。しかし、サイクル時間が短縮されるにつれて、サイクルプロセスは、通常、目的の成分についてのサイクル当たりの作業能率を減少させ、生成物の回収を減少させ、そして圧力降下を増大させるという問題に直面する。
【０００３】
ＰＳＡプロセスにおける最近の発展は、生産性を増加させるために、比較的速い速度選択的な積層吸着剤構造のような、より速い吸着速度を有する吸着剤を使用することを含む。しかし、そのような生産性の向上は、一般的に選択性の低下を犠牲にして、生成物回収の低下をもたらす。他の発展には、プロセスの全体的な生成物回収を改善するために、比較的遅い吸着速度を有する吸着剤の使用が含まれる。しかし、生成物回収の向上は、一般的にプロセス生産性の低下という犠牲を払う。
【０００４】
米国特許第７，６４５，３２４号は、気体の反応速度的分離のために積層吸着剤を使用する回転ＰＳＡプロセスを開示している。米国特許第７，６４５，３２４号は、速度選択的な積層体の使用が生産性の増加を可能にできるが、マクロ孔の物質移動抵抗による速度選択性のマスキングを回避するために、吸着剤層内のマクロ孔構造は可能な限り開いているべきであり、すなわち、マクロ孔空隙比は比較的高くあるべきであることを教示している。しかし、この点における問題は、高い空隙容量を有することが一般的に生成物の回収を害することである。
【０００５】
米国特許第９，８９５，６４６号は、フィードガス流から化合物Ｘに富むガス流を生成するための多層ＰＳＡプロセスを開示している。米国特許第９，８９５，６４６号は、ＰＳＡプロセスに圧力均等化工程を導入することが生成物回収を改善するが、そうすることはプロセスの比生産性にとって一般的に有害であると述べている。１の均等化から３の均等化への移行は、効率に関して２．５％増加を得ることを可能にするが、（より多くの吸着剤層が必要とされるために）吸着剤の体積が４０％増加するという害があることに留意されたい。したがって、吸着剤層の数を増加させることは（より多くの圧力均等化工程を実施することができるので）、生成物の回収を増加させることを可能にするが、これはまた、プロセスの比生産性（システム内の吸着剤の総量で割った生成物の標準体積流量）の低下ももたらす。
【０００６】
国際公開第２０１５／１９９２２７号は、バイオガスからメタンを分離するための多層（３層以上）のＰＳＡプロセスを開示している。このプロセスは、吸着塔内を中圧状態にするために、吸着プロセスが終了し高圧状態にある吸着塔内のガスを、低圧状態にある別の吸着塔に移送する圧力均等化プロセス、および、減圧プロセス終了後に、吸着塔内部を中圧状態にするために、より高圧状態である別の吸着塔からのガスを受容する圧力均等化プロセスを実施する。これは、吸着塔内の増圧および減圧に必要とされるエネルギーの効率を改善し、精製されるガスの純度を改善しながら、精製されるガスの回収率も改善すると言われている。しかし、圧力均等化工程を追加してもプロセスの比生産性は改善しなかった。使用される吸着剤についての速度情報は提供されていないが、長い圧力移動工程（６秒）の要件は、遅い速度吸着剤が使用されたことを示している。
【０００７】
上記を要約すると、比較的速い吸着速度を有する吸着剤は、プロセス生産性を増加させることができるが、これは、一般的に、より高い空隙容量および／または低下した選択性レベルのために、より低い生成物回収という犠牲を払う。より多くの吸着剤層および圧力均等化工程を、上記吸着剤を使用するプロセスに導入することは、理論的には、その低い生成物回収率を改善することができるが、そうすることは、最初の段階でより速い吸着剤を使用することによって得られることが意図される生産性の改善を相殺するという犠牲を払うことになる。あるいは、より遅い、より選択的な反応速度的吸着剤を使用して、良好な生成物回収を伴う高純度生成物を得ることができるが、これはまた、プロセスの全体的な生産性を低下させるという犠牲を払う。
【０００８】
それゆえに、生成物回収とプロセス生産性との間には二律背反があり、生成物回収を増加させるプロセス改変は一般的にプロセス生産性にとって有害であり、またその逆も同様であることが先行技術から明らかである。
【０００９】
したがって、高い生成物回収を維持しながら高いプロセス生産性を有するＰＳＡプロセスについての必要性が依然として存在している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）を介して、Ｎ２またはＡｒからＯ２を分離するために「より遅い」速度吸着剤を使用する場合、２層ＰＳＡプロセスから５以上の吸着剤層を用いるＰＳＡプロセスに切り替えると比生産性が低下し、回収への影響はほとんどなかったことを見出した。しかし、驚くべきことに、急速ＰＳＡサイクルにおいて「より速い」速度吸着剤を使用するとき、２層から５層以上のＰＳＡプロセスに変更して、少なくとも２個の「真の」圧力均等化減圧工程および圧力均等化再加圧工程をプロセスに組み込む（すなわち、第１の圧力均等化減圧工程および第１の圧力均等化再加圧工程に関与する層の対が、第２の圧力均等化減圧工程および第２の圧力均等化再加圧工程に関与する層の対とは異なる）ときに、生成物の回収を維持しながら、より高い比生産性を達成することができた。したがって、ここで本発明者らは、優れた生成物回収およびプロセス生産性を有する、Ｎ２またはＡｒからＯ２を分離するための多層急速サイクルＰＳＡプロセスを開発した。
【００１１】
本発明に従うプロセスのいくつかの好ましい態様を以下に概説する。
【００１２】
態様１：Ｎ２および／またはＡｒからＯ２を分離するための多層急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）プロセスであって、上記プロセスは、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、少なくとも０．２０のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有するＯ２に対する速度選択的吸着剤をそれぞれ含む少なくとも５個の吸着層を利用し、上記ＲＣＰＳＡプロセスは、上記吸着層のそれぞれを、以下の順序で実行される以下の工程を含む急速ＰＳＡサイクルに供することを含み：
ｉ）フィード
ｉｉ）第１の均等化減圧
ｉｉｉ）第２の均等化減圧
ｉｖ）向流減圧
ｖ）向流パージ
ｖｉ）第１の均等化再加圧
ｖｉｉ）第２の均等化再加圧
ｖｉｉｉ）生成物および／またはフィードの再加圧
吸着剤層が均等化減圧工程ｉｉ）を受けているとき、上記吸着剤層は、同時に均等化再加圧工程ｖｉｉ）を受けている他の吸着剤層のうちの１つと接続され、かつそこに再加圧流を供給し、
吸着剤層が均等化減圧工程ｉｉｉ）を受けているとき、上記吸着剤層は、同時に均等化再加圧工程ｖｉ）を受けている他の吸着剤層のうちの別の１つと接続され、かつそこ再加圧流を供給する、多層急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）プロセス。
【００１３】
態様２：工程ｉｉｉ）が二重均等化減圧工程であり、工程ｖｉ）が二重均等化再加圧工程である、態様１に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００１４】
態様３：工程ｖｉｉｉ）が生成物およびフィードの再加圧工程である、態様１または２に記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００１５】
態様４：工程ｉｉ）が並流均等化減圧工程であり、工程ｖｉｉ）が向流均等化再加圧工程である、態様１〜３のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００１６】
態様５：上記プロセスが５〜１８個の吸着層を利用する、態様１〜４のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００１７】
態様６：上記プロセスが７〜９個の吸着層を利用する、態様１〜４のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００１８】
態様７：上記プロセスが７個または９個の吸着層を利用する、態様１〜４のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００１９】
態様８：上記フィード工程の継続時間が３〜４５秒である、態様１〜７のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００２０】
態様９：上記均等化減圧工程および均等化再加圧工程の各々の継続時間が１〜５秒である、態様１〜８のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００２１】
態様１０：上記急速ＰＳＡサイクルのサイクル時間が１００秒以下である、態様１〜９のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００２２】
態様１１：上記フィード工程が０°Ｆ〜１２５°Ｆの温度で実施される、態様１〜１０のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００２３】
態様１２：上記フィード工程が２０°Ｆ〜１００°Ｆの温度で実施される、態様１〜１０のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００２４】
態様１３：上記フィード工程が２０°Ｆ〜４０°Ｆの温度で実施される、態様１〜１０のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００２５】
態様１４：上記フィード工程のすべてまたは一部の間に、リサイクルガスが、上記フィード工程を受けている層に並流で導入され、上記リサイクルガスが、上記工程を受けている層から上記向流減圧工程および／またはパージ工程の間に得られたガスを含む、態様１〜１３のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００２６】
態様１５：均等化減圧工程ｉｉ）のすべてまたは一部の間に、リサイクルガスが、上記工程を受けている層に並流で導入され、上記リサイクルガスが、上記工程を受けている層から上記向流減圧工程および／またはパージ工程の間に得られたガスを含む、態様１〜１４のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００２７】
態様１６：上記速度選択的吸着剤が、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、少なくとも５のＯ２／Ｎ２速度選択性、ならびに／または、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、少なくとも５のＯ２／Ａｒ速度選択性を有する、態様１〜１５のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００２８】
態様１７：上記速度選択的吸着剤がゼオライトまたは炭素分子ふるいである、態様１〜１６のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００２９】
態様１８：上記プロセスがＡｒからＯ２を分離するためのものであり、上記速度選択的吸着剤が、３．２〜４．５のＳｉ／Ａｌ比を有し、かつ非プロトン性骨格外カチオンを含有するＲＨＯゼオライトであり、上記ゼオライトは、上記ゼオライト中に存在する上記骨格外カチオンのサイズ、数、および電荷は、８環部位を占めるために単位セルあたり１個以下の非プロトン性骨格外カチオンが必要とされるようなものである、態様１〜１７のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００３０】
態様１９：上記プロセスがＮ２からＯ２を分離するためのものであり、上記速度選択的吸着剤が、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、５〜３０のＯ２／Ｎ２速度選択性を有する炭素分子ふるい（ＣＭＳ）である、態様１〜１７のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００３１】
態様２０：上記プロセスが回転層ＲＣＰＳＡプロセスである、態様１〜１９のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００３２】
態様２１：上記プロセスが回転バルブＲＣＰＳＡプロセスである、態様１〜１９のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００３３】
態様２２：各吸着剤層が、３％〜１５％の層容量に対する空隙容量を有する、態様１〜２１のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００３４】
態様２３：上記プロセスは７個の吸着層を利用し、上記ＲＣＰＳＡプロセスは、上記層のそれぞれを、以下の順序で実行される以下の工程を含む急速ＰＳＡサイクルに供することを含み：
フィード（Ｆ）；
並流均等化減圧（ＥＱＤ１）；
二重均等化減圧（ＤＥＱＤ２）；
向流減圧（ＣｎＤ）；
向流パージ（ＰＵ）；
二重均等化再加圧（ＤＥＱＲ２）；
向流均等化再加圧（ＥＱＲ１）；ならびに
生成物およびフィード再加圧（ＲＰ／Ｆ）；
吸着剤層が並流均等化減圧（ＥＱＤ１）工程を受けているとき、上記吸着剤層は、同時に向流均等化再加圧（ＥＱＲ１）工程を受けている他の吸着剤層のうちの１つと接続され、かつそこに向流再加圧流を供給し、
吸着剤層が二重均等化減圧（ＤＥＱＤ２）工程を受けているとき、上記吸着剤層は、同時に二重均等化再加圧（ＤＥＱＲ２）工程を受けている他の吸着剤層のうちの別の１つと接続され、かつそこに並流再加圧流および向流再加圧流を供給する、態様１〜２２のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【００３５】
態様２４：上記プロセスは９個の吸着層を利用し、上記ＲＣＰＳＡプロセスは、上記吸着層のそれぞれを、以下の順序で実行される以下の工程を含む急速ＰＳＡサイクルに供し：
フィード（Ｆ）；
並流均等化減圧（ＥＱＤ１）；
第１の二重均等化減圧（ＤＥＱＤ２）；
第２の二重均等化減圧（ＤＥＱＤ３）；
向流減圧（ＣｎＤ）；
向流パージ（ＰＵ）；
第１の二重均等化再加圧（ＤＥＱＲ３）；
第２の二重均等化再加圧（ＤＥＱＲ２）；
向流均等化再加圧（ＥＱＲ１）；ならびに
生成物およびフィード再加圧（ＲＰ／Ｆ）；
吸着剤層が並流均等化減圧（ＥＱＤ１）工程を受けているとき、上記吸着剤層は、同時に向流均等化再加圧（ＥＱＲ１）工程を受けている他の吸着剤層のうちの１つと接続され、かつそこに向流再加圧流を供給し、
吸着剤層が第１の二重均等化減圧（ＤＥＱＤ２）工程を受けているとき、上記吸着剤層は、同時に第２の二重均等化再加圧（ＤＥＱＲ２）工程を受けている吸着剤層のうちの別の１つと接続され、かつそこに並流再加圧流および向流再加圧流を供給し、
吸着剤層が第２の二重均等化減圧（ＤＥＱＤ３）工程を受けているとき、上記吸着剤層は、同時に第１の二重均等化再加圧（ＤＥＱＲ３）工程を受けている吸着剤層のうちのさらに別の１つと接続され、かつそこに並流再加圧流および向流再加圧流を供給する、態様１〜２２のいずれか１つに記載のＲＣＰＳＡプロセス。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、２層多段階ＰＳＡサイクルの操作を示す。
【００３７】
【図２】図２は、９層多段階ＰＳＡサイクルの操作を示す。
【００３８】
【図３】図３は、７層多段階ＰＳＡサイクルの操作を示す。
【００３９】
【図４】図４は、４層多段階ＰＳＡサイクルの操作を示す。
【００４０】
【図５】図５は、１８層多段階ＰＳＡサイクルの操作を示す。
【００４１】
【図６】図６は、ＰＳＡフィード工程へのベントガスリサイクルを伴う９層多段階ＰＳＡサイクルの操作を示す。
【００４２】
【図７】図７は、ＰＳＡ均等化工程へのベントガスリサイクルを伴う９層多段階ＰＳＡサイクルの操作を示す。
【００４３】
【図８】図８は、ＰＳＡ均等化工程へのベントガスリサイクルを伴う９層多段階ＰＳＡサイクルの操作を示す。
【００４４】
【図９ａ】図９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、および９ｆは、空気から窒素を生成するために様々な炭素分子ふるい吸着剤（４１４−０１吸着剤、４１４−０２吸着剤、および４１４−０３吸着剤）を使用する、２層多段階工程ＰＳＡサイクル（図１に提示するサイクル）および９層多段階工程ＰＳＡサイクル（図２に提示するサイクル）のプロセス性能の比較（サイクル時間の関数としての「生産性」および「フィード対生成物比」の観点による）を示すグラフである。
【図９ｂ】図９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、および９ｆは、空気から窒素を生成するために様々な炭素分子ふるい吸着剤（４１４−０１吸着剤、４１４−０２吸着剤、および４１４−０３吸着剤）を使用する、２層多段階工程ＰＳＡサイクル（図１に提示するサイクル）および９層多段階工程ＰＳＡサイクル（図２に提示するサイクル）のプロセス性能の比較（サイクル時間の関数としての「生産性」および「フィード対生成物比」の観点による）を示すグラフである。
【図９ｃ】図９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、および９ｆは、空気から窒素を生成するために様々な炭素分子ふるい吸着剤（４１４−０１吸着剤、４１４−０２吸着剤、および４１４−０３吸着剤）を使用する、２層多段階工程ＰＳＡサイクル（図１に提示するサイクル）および９層多段階工程ＰＳＡサイクル（図２に提示するサイクル）のプロセス性能の比較（サイクル時間の関数としての「生産性」および「フィード対生成物比」の観点による）を示すグラフである。
【図９ｄ】図９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、および９ｆは、空気から窒素を生成するために様々な炭素分子ふるい吸着剤（４１４−０１吸着剤、４１４−０２吸着剤、および４１４−０３吸着剤）を使用する、２層多段階工程ＰＳＡサイクル（図１に提示するサイクル）および９層多段階工程ＰＳＡサイクル（図２に提示するサイクル）のプロセス性能の比較（サイクル時間の関数としての「生産性」および「フィード対生成物比」の観点による）を示すグラフである。
【図９ｅ】図９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、および９ｆは、空気から窒素を生成するために様々な炭素分子ふるい吸着剤（４１４−０１吸着剤、４１４−０２吸着剤、および４１４−０３吸着剤）を使用する、２層多段階工程ＰＳＡサイクル（図１に提示するサイクル）および９層多段階工程ＰＳＡサイクル（図２に提示するサイクル）のプロセス性能の比較（サイクル時間の関数としての「生産性」および「フィード対生成物比」の観点による）を示すグラフである。
【図９ｆ】図９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、および９ｆは、空気から窒素を生成するために様々な炭素分子ふるい吸着剤（４１４−０１吸着剤、４１４−０２吸着剤、および４１４−０３吸着剤）を使用する、２層多段階工程ＰＳＡサイクル（図１に提示するサイクル）および９層多段階工程ＰＳＡサイクル（図２に提示するサイクル）のプロセス性能の比較（サイクル時間の関数としての「生産性」および「フィード対生成物比」の観点による）を示すグラフである。
【００４５】
【図１０】図１０は、炭素分子ふるい吸着剤４１４−０２、および図２に提示する９層ＰＳＡプロセスサイクルを使用して、１００°Ｆおよび７．８０ａｔｍａで様々な量の酸素を含有する窒素生成物を生成するためのパージ要件を示すグラフである。
【００４６】
【図１１ａ】図１１ａおよび１１ｂは、炭素分子ふるい吸着剤４１４−０２および図２に示す９層ＰＳＡプロセスサイクルを使用する、１００°Ｆおよび７．８０ａｔｍａで４５００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物を生成するためのプロセス性能（「生産性」および「フィード対生成物比」の観点による）に対する空隙容量の影響を示すグラフである。
【図１１ｂ】図１１ａおよび１１ｂは、炭素分子ふるい吸着剤４１４−０２および図２に示す９層ＰＳＡプロセスサイクルを使用する、１００°Ｆおよび７．８０ａｔｍａで４５００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物を生成するためのプロセス性能（「生産性」および「フィード対生成物比」の観点による）に対する空隙容量の影響を示すグラフである。
【００４７】
【図１２ａ】図１２ａおよび１２ｂは、９層パイロットユニット（層長＝４０インチ、層ＩＤ＝４．０インチ）からの４１４−０５および４１４−０６の「速い」炭素分子ふるい吸着剤についての、６９．８°Ｆおよび７．８０ａｔｍａでの正規化性能（「生産性」および「フィード対生成物比」の観点による）を示すグラフである。２層ＰＳＡサイクル（層長＝１２０インチおよび層ＩＤ＝１．９０８インチ）からの「遅い」炭素分子ふるい吸着剤、４１４−０４についての性能もまた含まれる。
【図１２ｂ】図１２ａおよび１２ｂは、９層パイロットユニット（層長＝４０インチ、層ＩＤ＝４．０インチ）からの４１４−０５および４１４−０６の「速い」炭素分子ふるい吸着剤についての、６９．８°Ｆおよび７．８０ａｔｍａでの正規化性能（「生産性」および「フィード対生成物比」の観点による）を示すグラフである。２層ＰＳＡサイクル（層長＝１２０インチおよび層ＩＤ＝１．９０８インチ）からの「遅い」炭素分子ふるい吸着剤、４１４−０４についての性能もまた含まれる。
【００４８】
【図１３ａ】図１３ａおよび１３ｂは、９層パイロットユニット（層長＝４０インチおよび層ＩＤ＝４．０インチ）からの４１４−０５および４１４−０６の炭素分子ふるい吸着剤を使用する、４５，０００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物を生成する６９．８°Ｆおよび７．８０ａｔｍａにおける性能（正規化された「生産性」および正規化された「フィード対生成物比」の観点による）に対する層圧力の影響を示すグラフである。２層ＰＳＡサイクル（層長＝１２０インチおよび層ＩＤ＝１．９０８インチ）からの同じ条件における４５，０００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物を生成する従来の炭素分子ふるい吸着剤、４１４−０４についての性能もまた含まれ、データのすべてを正規化するために使用される。
【図１３ｂ】図１３ａおよび１３ｂは、９層パイロットユニット（層長＝４０インチおよび層ＩＤ＝４．０インチ）からの４１４−０５および４１４−０６の炭素分子ふるい吸着剤を使用する、４５，０００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物を生成する６９．８°Ｆおよび７．８０ａｔｍａにおける性能（正規化された「生産性」および正規化された「フィード対生成物比」の観点による）に対する層圧力の影響を示すグラフである。２層ＰＳＡサイクル（層長＝１２０インチおよび層ＩＤ＝１．９０８インチ）からの同じ条件における４５，０００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物を生成する従来の炭素分子ふるい吸着剤、４１４−０４についての性能もまた含まれ、データのすべてを正規化するために使用される。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下の詳細な説明は、好ましい例示的な実施形態のみを提供し、本発明の範囲、適用性、または構成を限定することを意図しない。むしろ、以下の好ましい例示的実施形態の詳細な説明は、本発明の好ましい例示的実施形態を実施するための実施可能な説明を当業者に提供する。添付の特許請求の範囲に記載されているように、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置において様々な変更を行うことができる。
【００５０】
本明細書で使用される場合、冠詞「ａ」および「ａｎ」は、本明細書および特許請求の範囲に記載される本発明の実施形態における何らかの任意の特徴に適用されるとき、１つ以上を意味する。「ａ」および「ａｎ」の使用は、意味を単一の特徴に制限することが具体的に述べられていない限り、そのように意味を制限しない。単数形または複数形の名詞または名詞句に先行する冠詞「ｔｈｅ」は、１つの特定の詳細な特徴または複数の特定の詳細な特徴を示し、それが使用される文脈に応じて単数または複数の含意を有する可能性がある。
【００５１】
本明細書で使用される場合、「第１の」、「第２の」、「第３の」などは、複数の工程および／または特徴の中から区別するために使用され、総数、または時間および／もしくは空間における相対位置を示すことが明示的に述べられていない限り、そのようなことを示すものではない。
【００５２】
本明細書で使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）または含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）を意味する。
【００５３】
本明細書で使用される場合、第１の実体と第２の実体との間に配置される「および／または」という成句は、（１）第１の実体のみの意味、（２）第２の実体のみの意味、ならびに（３）第１の実体および第２の実体の意味、のいずれかを含む。３つ以上の実体のリストの最後の２つの実体の間に配置される「および／または」という用語は、このリストにおける実体の任意の特定の組み合わせを含む、リストにおける実体のうちの少なくとも１つを意味する。例えば、「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」は「Ａおよび／またはＢおよび／またはＣ」と同じ意味を有し、Ａ、Ｂ、およびＣの以下の組み合わせを含む：（１）Ａのみ、（２）Ｂのみ、（３）Ｃのみ、（４）ＡおよびＢであって、Ｃではない、（５）ＡおよびＣであって、Ｂではない、（６）ＢおよびＣであって、Ａではない、ならびに（７）ＡおよびＢおよびＣ。
【００５４】
Ｎ２および／またはＡｒからＯ２を分離するための多層急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）プロセスが本明細書に開示されおり、このプロセスは、Ｏ２についての「速い」速度選択吸着剤をそれぞれ含む少なくとも５個の吸着層を利用し、このＰＳＡサイクルは、少なくとも２つの「真の」圧力均等化減圧工程および２つの「真の」圧力均一化再加圧工程を含む。このようなプロセスは、良好な生成物回収と良好なプロセス生産性の両方を提供することが見出された。
【００５５】
本明細書で使用される場合、Ｏ２についての「速い」速度選択性吸着剤という用語は、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、少なくとも０．２０のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有するＯ２についての速度選択性吸着剤を意味する。より好ましくは、速いＣＭＳ吸着剤は、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、少なくとも０．２１、少なくとも０．２２、少なくとも０．２３、少なくとも０．２４、少なくとも０．２５、少なくとも０．２６、少なくとも０．２７、少なくとも０．２８、少なくとも０．２８、少なくとも０．２９、または少なくとも０．３０のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有する。
【００５６】
本明細書で使用される場合、Ｏ２についての「遅い」速度選択的吸着剤という用語は、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、０．２０００未満のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有するＯ２についての速度選択性吸着剤を意味する。
【００５７】
線形推進力（ＬＤＦ）モデルは、実験的取り込み曲線から吸着速度を決定するための周知のモデルであり、特定の吸着剤に対する特定の吸着質の吸着速度と、特定の吸着質の組み合わせに対する吸着剤の得られる速度選択性の両方を計算するために使用できる。
【００５８】
より具体的には、吸着剤への吸着質（例えば、Ｏ２、Ｎ２、またはＡｒ）の吸着速度は、標準容量吸着装置を使用して評価される。実験は、最初は真空で３０３Ｋ（８６°Ｆ）である吸着剤サンプルを、１ａｔｍａ（７６０Ｔｏｒｒ／１０１ｋＰａ）で同じ温度である測定量の吸着質にさらすことからなる。圧力の変化は時間の関数として記録される。次いで、吸着剤サンプルの代わりに同じ重量の石英ビーズを使用した同様の圧力履歴から、圧力時間のデータを差し引いて、取り込み曲線としても知られる、時間の関数としての吸着されたガスの量のプロットを得る。次いで、ＬＤＦモデルを使用して、取り込み曲線から逆時間（１／ｓ）の単位で吸着質の吸着速度を抽出する。特定の吸着質の組み合わせについての吸着剤の選択性は、次に、計算された吸着速度の比から、２つの吸着質について個々に決定することができる。モデルの分析形式は、（Ｓｉｒｃａｒ，Ｓ．ａｎｄ  Ｈｕｆｔｏｎ，Ｊ．Ｒ．，“Ｗｈｙ  Ｄｏｅｓ  ｔｈｅ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｏｄｅｌ  ｆｏｒ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｋｉｎｅｔｉｃｓ  Ｗｏｒｋ？”，Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  ２０００，６  １３７−１４７による文献の表１にも示されているように）次式によって与えられ、ここで、ｆ（ｔ）は分画取り込み、ｋはＬＤＦ物質移動係数、αは定容実験の補正係数、そしてｔは時間である。
【数１】
2020025957.tif 000003
【００５９】
上記に指摘されるように、本明細書において、２つの「真の」圧力均等化減圧工程および２つの「真の」圧力均等化再加圧工程への言及は、第１の圧力均等化減圧工程および第１の圧力均等化再加圧工程に含まれる層の対が、第２の圧力均等化減圧工程および第２の圧力均等化再加圧工程に含まれる層の対とは異なることを意味する。例えば、層「Ａ」における第１の圧力均等化減圧工程が、層「Ｂ」を用いる上記層均等化圧力によって行われる場合（したがって、これは第１の圧力均等化再加圧工程を受けている）、第２の圧力均等化減圧工程を「真の」第２の圧力均等化減圧工程にするために、層「Ａ」における上記第２の圧力均等化減圧は、層「Ｂ」ではなく、第３の層である層「Ｃ」を用いる上記層均等化圧力によって行わなければならない（したがって、層「Ｃ」は第２の圧力均等化再加圧工程を受けている）。
【００６０】
ＲＣＰＳＡプロセスは、以下の順序で実行される少なくとも以下の工程を含む急速ＰＳＡサイクルに各吸着層を供することを含む：ｉ）フィード；ｉｉ）第１の均等化減圧；ｉｉｉ）第２の均等化減圧；ｉｖ）向流減圧；ｖ）向流パージ；ｖｉ）第１の均等化再加圧；ｖｉｉ）第２の均等化再加圧；ｖｉｉｉ）生成物および／またはフィード再加圧。サイクルは、上記に列挙された工程のいずれかの前、その後、またはその間に行われる他の工程も含み得ることに留意されたい。吸着剤層が第１の均等化減圧工程ｉｉ）を受けているとき、この吸着剤層は、第２の均等化再加圧工程ｖｉｉ）を同時に受けている他の吸着剤層のうちの１つに接続され、そこに再加圧流を供給し、吸着剤層が第２の均等化減圧工程ｉｉｉ）を受けているとき、この吸着剤層は、第１の均等化再加圧工程ｖｉ）を同時に受けている他の吸着剤層のうちの別の１つに接続され、かつそこに再加圧流を供給する。本明細書における吸着剤層の「別の１つ」の言及は、サイクルを受けている層が、工程ｉｉｉ）を受けているときに、工程ｉｉ）を受けているときにそれが以前に接続されていた層とは異なる層に接続されることを示す。言い換えれば、工程ｉｉ）およびｉｉｉ）は、２つの「真の」圧力均等化減圧工程を表し、工程ｖｉ）およびｖｉｉ）は２つの「真の」圧力均等化再加圧工程を表す。
【００６１】
本明細書で使用される場合、「速い」ＰＳＡサイクルという用語は、サイクルのフィード工程の合計継続時間が、好ましくは、４５秒以下であることを意味し、このフィード工程（一般的に吸着工程とも呼ばれる）は、当該技術分野において周知であるように、吸着剤層が（プロセスの工程中の層内の圧力に対して）高められた圧力にあるサイクルの工程であり、フィード流は、層に導入され、それを通過してフィード流から１種以上の成分を吸着して、吸着成分中で（フィード流の組成に対して）枯渇した層を出る生成物流を生成する。好ましくは、サイクルのフィード工程の合計継続時間は少なくとも３秒である。好ましくは、フィード工程は、３〜４５秒または３〜１６秒の合計継続時間を有する。
【００６２】
急速ＰＳＡサイクルはまた、好ましくは、１００秒以下のサイクル時間を有し、サイクル時間は、ＰＳＡサイクルの一連の工程の１つのフルセットを完了するためにかかる時間の長さである。より好ましくは、ＰＳＡサイクルは、６０秒以下、５０秒以下、または４０秒以下のサイクル時間を有する。好ましくは、ＰＳＡサイクルは、少なくとも１５秒のサイクル時間を有する。
【００６３】
均等化減圧工程および均等化再加圧工程のそれぞれが１〜５秒の継続時間を有することもまた好ましいことが見出された。これより速いと（すなわち＜１秒）、システムの効率が低下する可能性があり、これより遅いと（すなわち＞５秒）サイクル時間が増加し、全体的な生産性が低下する可能性がある。したがって、工程ｉｉ）、ｉｉｉ）、ｖｉ）、およびｖｉｉ）のそれぞれは、好ましくは１〜５秒の継続時間を有する。さらに、工程ｉｉ）およびｖｉｉ）が連結され、工程ｉｉｉ）およびｖｉ）が連結されるので（工程ｉｉ）およびｖｉｉ）が異なる層において同時に行われ、それらの層間で圧力均等化が行われており、同様に、工程ｉｉｉ）およびｖｉ）が異なる層において同時に行われ、それらの層間で圧力均等化が行われている）、工程ｉｉ）およびｖｉｉ）は同じ継続時間であり、工程ｉｉｉ）およびｖｉ）は同じ継続時間であることが理解される（したがって、工程ｉｉ）が、例えば、４秒の継続時間を有する場合、工程ｖｉ）は同様に４秒の継続時間を有する）。
【００６４】
ＰＳＡサイクルに関して本明細書で使用される場合、「並流」工程とは、この工程を受けている層に、および／または／この層から、フィード工程の間のガスの流れの方向と同じ方向で、ガスが流れる工程を指す。同様に、「向流」工程は、この工程を受けている層に、および／またはこの層から、フィード工程の間のガスの流れの方向とは反対の方向で、ガスが流れる工程を指す。同様に、本明細書で使用される場合、層の「入口」または「入口」端とは、フィード工程の間にフィードガスがそこを通して入る層の入口または端部を指し、層の「出口」または「出口」端とは、フィード工程の間に生成物ガスがそこを通して出る層の出口または端部を指す。
【００６５】
「二重」工程は、ガスが両端から層を出ていること、または両端から層に入っていることを示す。したがって、二重再加圧工程では、ガスは両端から層に入っており、二重減圧工程では、ガスは両端から層を出ている。
【００６６】
フィード工程ｉ）は、典型的には、約０°Ｆ〜約１２５°Ｆの温度、より好ましくは、約２０°Ｆ〜約１００°Ｆ、または約２０°Ｆ〜約４０°Ｆの温度で実施される。本明細書において使用される場合、フィード工程が実施される温度は、吸着層への入口で測定されるように、吸着層に導入されるフィードガスの温度を意味する。驚くべきことに、本発明者らは、本明細書に記載され開示されたプロセスにおいて、より低い温度（例えば、約３０°Ｆ）でフィード工程のプロセスを実施することが、プロセス生産性および生成物回収をさらに増加させることを見出し、このことは、温度を低下させることが、プロセス生産性の低下を犠牲にして生成物回収を改善する、既知のＰＳＡシステムとは反対である。このようなより低い温度でフィード工程を実施することは、フィードガスが周囲温度以下ですでに利用可能である場合（例えば、プロセスが、蒸留塔から得られた粗アルゴン流から酸素および／または窒素を分離するために使用されている場合など）には特に有益であり得、その結果、フィード工程における使用用のより低温のフィードガス流を得るために、フィードガスの顕著な冷却は必要とされない。
【００６７】
フィード工程の間に、任意の適切なフィード圧力を使用することができる。例えば、吸着層への入口で測定される場合、フィード工程の間の圧力は、約５〜約１２絶対気圧であり得る。
【００６８】
本発明に従うプロセスにおいて使用される速度選択的吸着剤は、プロセスがＮ２からＯ２を分離するためであるならば、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、好ましくは、少なくとも５のＯ２／Ｎ２速度選択性を有する。同様に、本発明に従うプロセスにおいて使用される速度選択的吸着剤は、プロセスがＡｒからＯ２を分離するためであるならば、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの線形推進力モデルによって決定される場合、好ましくは、少なくとも５のＯ２／Ａｒ速度選択性を有する。ＬＤＦモデルを介する速度選択性の決定は上記の通りである。
【００６９】
吸着剤は、任意の適切な種類の材料であり得る。適切な吸着剤には、炭素分子ふるい（ＣＭＳ）、およびＲＳ−１０、ＲＨＯ、または菱沸石ゼオライトなどの（しかしこれらに限定されない）急速な取り込み速度を有する任意の小孔ゼオライトベースの速度吸着剤が挙げられる。必要とされる「速い」速度吸着剤特性を有する吸着剤をどのように生成するかは当該技術分野において既知である。
【００７０】
例えば、窒素よりも酸素について、またはアルゴンよりも酸素について、高い速度選択性を示すＣＭＳ吸着剤を生成するための確立された方法論が存在している。これを達成するために、選択的な微細孔が吸着剤に導入され、そこでは孔口直径が、酸素、窒素またはアルゴンの速度選択性を制御し、したがって、これは拡散のための限界寸法とみなされる。そのような微細孔は非常に高い選択性を示すことができ、一般的に全体の吸着速度を犠牲にして達成される。一方、吸着速度は選択性を犠牲にして増加させることができる。本発明のＲＣＰＳＡプロセスにおける使用のために適切なＣＭＳ吸着剤は、例えば、５〜３０、１０〜２５、もしくは１５〜２０のＯ２／Ｎ２速度選択性、および／または５〜４０のＯ２／Ａｒ速度選択性を有することができる。ＣＭＳは、任意の適切な吸着能率を有することができる。例えば、それは、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの標準等温測定により決定される場合、０．２〜０．４ｍｍｏｌ／ｇの間の平衡状態における吸着能率を有することができる。
【００７１】
本発明のＲＣＰＳＡプロセスにおける使用のために適切なゼオライトは、３．２〜４．５のＳｉ／Ａｌ比を有し、かつ非プロトン性の骨格外カチオンを含有するＲＨＯゼオライトであってもよく、ここで、このゼオライトは、単位セルあたり最大で１個のプロトンを含有し、ゼオライト中に存在する前記骨格外カチオンのサイズ、数および電荷は、８環部位を占めるために単位セルあたり１個以下の非プロトン性骨格外カチオンが必要とされるようなものである。このようなＲＨＯゼオライトは、２０１７年９月２８日に出願された米国特許出願第ＵＳＳＮ１５／７１８，４６７号および同第ＵＳＳＮ１５／７１８，６２０号に開示されており、それらの内容はそれらの全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【００７２】
適切な菱沸石吸着剤は、米国特許第９，６６９，３４９号および米国特許第９，９２５，５１４号に開示されており、それらの内容はそれらの全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【００７３】
吸着剤層は、任意の適切な形態で吸着剤を充填することができるが、好ましくは、ランダム充填の形態で吸着剤を含む。吸着剤は、好ましくは、高密度ローディングされ、ＣＭＳを封じ込めるためにＣＭＳに面しており、バネなどによって下向きの圧力が適用される、ワイヤメッシュを伴う多孔板などの透過性ホールドダウンシステムを用いて固定されるべきである。高密度ローディングは、バネを外す追加の沈降を防ぐ。高密度ローディングは、降雪型ローディングのような当該技術分野で既知の方法によって達成することができる。
【００７４】
好ましくは、このプロセスにおいて使用される各吸着剤層は、総層容量に対して約３％〜約１５％の空隙容量を有する。最も好ましくは、このプロセスにおいて使用される各吸着剤層は、総層容量に対して約５％〜約１３％、約７％〜約１２％、または約１０％の空隙容量を有する。本明細書で使用される場合、「総層容量に対する空隙容量」とは、追加のカラム空隙を層の総容量で割ったものを指す。
【００７５】
このプロセスは、ＲＣＰＳＡを実行するための任意の適切な装置を使用して実施することができる。伝統的なスイッチバルブは、ある程度機能する。しかし、好ましくは、本発明のＲＣＰＳＡプロセスは、回転層ＰＳＡ装置を使用して実行される回転層ＲＣＰＳＡプロセス（サイクルのＰＳＡ工程間で層を切り替えるためのバルブプレートとして機能するステータプレートをそれぞれ含有する、フィードステータアセンブリと生成物ステータアセンブリとの間に配置され、それらに対して回転するロータに、吸着層が取り付けられている場合）、または、回転バルブＰＳＡ装置を使用して実行される回転バルブＲＣＰＳＡプロセス（逆に、吸着層が固定層アセンブリ内に配置されており、当該技術分野で既知である回転フィードバルブおよび生成物バルブによってＰＳＡ工程間で切り替えられる場合）である。
【００７６】
ここで、いくつかの多層多段階ＰＳＡサイクルを、図１〜図８を参照して説明し、ここで、図１および４は、５層未満で実行されかつ本発明に従っていない比較ＰＳＡサイクルを示し、図２、３、および５〜８は、本発明に従う使用のために適切である５個以上の層を利用する例示的なＰＳＡサイクルを示す。この点に関して、本明細書で使用される場合の「吸着層」または「層」という用語は、それぞれＰＳＡサイクルの各工程を同時に受けている１つ以上の吸着剤の容器を指すことに留意するべきである。したがって、２個の層を使用するプロセスは、ＰＳＡサイクルの各工程をすべて同時に受けている第１の容器または容器のセット（これは層のうちの１つを表す）を有し、ＰＳＡサイクルの各工程をすべて同時に受けている第２の容器または容器のセット（これは層のうちの他のものを表す）を有し、しかし、第１の容器または容器のセットにおけるＰＳＡサイクルの各工程が、第２の容器または容器のセットにおけるＰＳＡサイクルの対応する工程の開始および終了と同時に開始および終了しないように、第１の容器または容器のセットにおけるＰＳＡサイクルのタイミングは、第２の容器または容器のセットにおけるＰＳＡサイクルのタイミングからずらされている。サイクルスケジュールは、すべてのこれらの設計を伴って表形式で組み入れられている。これらのスケジュールにおいて、グリッドの各行は、全体のサイクルにわたって特定の層が受けるすべての異なるサイクル工程を表すのに対して、グリッドの列は、特定の単位時間工程において、どのサイクル工程が、どの層によって実行されているかを表す。合計サイクル時間は、特定の行のすべての個々の単位時間工程の合計である。サイクルスケジュールにおいて、典型的には「単位ブロック」と呼ばれる強調表示されたセクションがあり、このブロック内ですべての工程が多層の１つによって実行されていることに留意されたい（Ｍｅｈｒｏｔｒａ  ｅｔ  ａｌ．，２０１１）。繰り返し単位ブロックの数は、層の数と同じである。典型的なサイクルスケジュール制定方法論は、文献：“Ｍｅｈｒｏｔｒａ，Ａ．；Ｅｂｎｅｒ，Ａ．Ｄ．；Ｒｉｔｔｅｒ，Ｊ．Ａ．Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｆｏｒ  Ｃｏｍｐｌｅｘ  ＰＳＡ  Ｃｙｃｌｅ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，２０１１，１７  ３３７−３４５”に見出すことができる。図１〜８に提示した全てのサイクル設計の顕著な特徴を以下に要約する。
２層サイクル（図１）
【００７７】
図１は、比較目的のために含まれる、本発明に従わない２層ＰＳＡサイクルを示す。このサイクルは、生成物およびフィードの再加圧工程（ＲＰ１／Ｆ１）、フィード工程（Ｆ２、Ｆ３）、並流減圧工程（ＣｏＤ）、並流および二重均等化減圧工程（ＥＱＤ１、ＤＥＱＤ２、ＤＥＱＤ３）、向流減圧工程（ＣｎＤ１、ＣｎＤ２）、生成物パージ工程（ＰＵ１、ＰＵ２）、生成物再加圧工程（ＲＰ２、ＲＰ３）、向流および二重均等化再加圧工程（ＥＱＲ１、ＤＥＱＲ２、ＤＥＱＲ３）、および様々なアイドル工程（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）を含む。生成物およびフィードの再加圧（Ｆ１／ＲＰ１）工程において、一次生成物（例えば、濃縮されたＮ２）およびフィードガス（例えば、空気）を層の上端および下端からそれぞれ添加しながら、層をサイクルの最高圧力レベルまで加圧する。サイクルのこの工程の間、生成物は引き出されない。次に、フィード工程（Ｆ２およびＦ３は同じフィード工程のフェーズを表す）において、優先的に吸着された成分（すなわち、Ｏ２）の物質移動ゾーンが、それを通して実質的に壊れることなく層の出口端に達するまで、フィードガスの導入を続け、そして、吸着されなかったガス（例えば、精製Ｎ２）は、一次生成物として層の出口端から排出される。次いで、並流減圧工程（ＣｏＤ）において、フィード流を停止し、層の上端から生成物を抜き出すことを通して、層圧力を第１の中間レベルまで低下させる。次いで、並流均等化減圧工程（ＥＱＤ１）において、層を、向流均等化再加圧工程（ＥＱＲ１）を受けている層と接続し、そして空隙ガスならびに脱着ガスの一部は、ＥＱＤ１を受けている層の生成物端から、ＥＱＲ１を受けている層の生成物端まで移送され、かくして２個の層の間の圧力を部分的に等しくし、そしてＥＱＤ１を受けている層における層圧力を、この工程の最後に第２の中間レベルまで低下させる。次に、二重末端均等化減圧工程（ＤＥＱＤ２）において、より多くの共吸着ガスならびに空隙ガスが上記工程を受けている第１の層の頂部および底部から引き出され、上記層内の圧力を第３の中間レベルに下げ、層の頂部および底部から引き出されたガスは、二重均等化再加圧工程（ＤＥＱＲ２）を受ける層の頂部および底部にそれぞれ設定される。次に、工程（ＤＥＱＤ３／ＣｎＤ１）において、二重末端均等化減圧が継続されるが、しかし、別の層を再加圧するために使用されるのではなく、向流で引き出される減圧工程の一部が二次生成物（すなわち、Ｏ２富化ガス）として取られ、これは、層の圧力を第４の中間レベルまでさらに低下させる。次いで、層を向流減圧工程（ＣｎＤ２）において最低操作圧力まで向流減圧し、パージ工程（ＰＵ１およびＰＵ２）においてサイクルの最低操作圧力でパージし、さらなる二次生成物を生成する。その後、向流再加圧工程（ＲＰ２およびＲＰ３）において、層を一次生成物ガスを用いて向流で再加圧する。再加圧工程（ＲＰ２およびＲＰ３）に続いて、カラムを、圧力均等化再加圧工程（ＥＱＲ１、ＤＥＱＲ２、およびＤＥＱＲ３）を通してさらに加圧して、サイクルの開始および繰り返しのための圧力レベルに戻す。３つのアイドリング工程（Ｉ１、Ｉ２、およびＩ３）はサイクルスケジュールに組み込まれており、その間、アイドリング工程を受けている層は隔離され、それを導くバルブは閉鎖位置にあることに留意されたい。
【００７８】
上記では３つの別々の均等化減圧工程および３つの別々の均等化再加圧工程であるとして列挙したが、このサイクルにおける３つのすべての均等化減圧工程（ＥＱＤ１、ＤＥＱＤ２、ＤＥＱＤ３）および均等化再加圧工程（ＥＱＲ１、ＤＥＱＲ２、ＤＥＱＲ３）は、同じ２個の層の間で起こることが留意されるべきである（サイクルは２層サイクルであり、したがって、２個の層しか存在しないのでこれは避けられない）。したがって、本願の文脈において、このプロセスは、１つの「真の」均等化減圧工程および１つの「真の」均等化再加圧のみを有し、工程ＥＱＤ１、ＤＥＱＤ２、ＤＥＱＤ３は同じ圧力均等化減圧工程のフェーズを表し、工程ＥＱＲ１、ＤＥＱＲ２、ＤＥＱＲ３は同じ均等化再加圧工程のフェーズを表す。
９層サイクル（図２）
【００７９】
図２は、本発明の一実施形態に従う使用のために適切である９層ＰＳＡプロセスを示す。このプロセスは、フィード（Ｆ１〜Ｆ４）工程、並流均等化減圧１（ＥＱＤ１）工程、二重均等化減圧２（ＤＥＱＤ２）工程、二重均等化減圧３（ＤＥＱＤ３）工程、向流減圧（ＣｎＤ１〜ＣｎＤ３）工程、向流生成物パージ（ＰＵ１〜ＰＵ４）工程、二重均等化再加圧３（ＤＥＱＲ３）工程、二重均等化再加圧２（ＤＥＱＲ２）工程、向流均等化再加圧１（ＥＱＲ１）工程、ならびに生成物およびフィード再加圧（ＲＰ／Ｆ５）工程を含む。各工程について、以下に詳細に説明する。
ｉ）フィード工程（Ｆ１〜Ｆ４）：層がサイクルの最高圧力レベルまで予め加圧されていると仮定すると、フィードガス混合物は層の入口端に導入され、未吸着ガスは層の出口端から排出される。フィード工程は、優先的に吸着された成分の物質移動ゾーン（ＭＴＺ）が、層の出口端に達するまで、それを通して実質的に壊れることなく、継続される。
ｉｉ）並流均等化減圧１（ＥＱＤ１）：フィード工程の終了時に、層はＥＱＲ１工程（後述）において別の層と連結される。空隙ガスならびに脱着ガスの一部は、ＥＱＤ１における層の生成物（出口）端からＥＱＲ１における別の層の生成物（出口）端まで移送され、それによって、ＥＱＤ１における層圧力を第１の中間レベルまで低下させる。
ｉｉｉ）二重均等化減圧２（ＤＥＱＤ２）：ＥＱＤ１に続いて、層は、ＤＥＱＲ２工程（後述）において、これを他の層と接続することによって、第２の中間圧力レベルまで減圧される。空隙ガスならびに脱着ガスを含有する流出物は、フィード（入口）端および生成物（出口）端を通して、ＤＥＱＤ２中の層からＤＥＱＲ２中の別の層に移送される。
ｉｖ）二重均等化減圧３（ＤＥＱＤ３）：ＤＥＱＤ２に続いて、層内の圧力は、ＤＥＱＲ３工程（後述）において空隙ガスおよび脱着ガスを別の層に移送することによって、さらに第３の中間レベルまで低下される。圧力伝達は、再度、層のフィード（入口）端ならびに生成物（出口）端を通して行われる。
ｖ）向流減圧（ＣｎＤ１〜ＣｎＤ３）：ＤＥＱＤ３に続いて、層は、フィード（入口）端を通して向流で、周囲圧力レベルまたはそれに近い圧力まで減圧される。より選択的に吸着された種を含有する流出物は、二次生成物として引き出される。
ｖｉ）向流生成物パージ（ＰＵ１〜ＰＵ４）：向流減圧工程の終了時に、パージガスを層の生成物（出口）端に導入し、流出物を層のフィード（入口）端から二次生成物として収集する。
ｖｉｉ）二重均等化再加圧３（ＤＥＱＲ３）：パージ工程に続いて、ＤＥＱＤ３を受けている別の層からの空隙ガスならびに脱着ガスを導入することにより、層圧力を大気圧から第３の中間レベル（ＤＥＱＤ３工程で記載されているようなもの）に戻す。ガスはカラムの両端を通って移送されることに留意されたい。
ｖｉｉｉ）二重均等化再加圧２（ＤＥＱＲ２）：ＤＥＱＲ３に続いて、ＤＥＱＤ２を受けている別の層からの空隙ガスならびに脱着ガスを導入することによって、層圧力を第２の中間レベル（ＤＥＱＤ２工程で記載したようなもの）に戻す。これは、再度、二重端部圧力移送工程である。
ｉｘ）向流均等化再加圧１（ＥＱＲ１）：ＤＥＱＲ２に続いて、ＥＱＤ１を受けている別の層からの空隙ガスならびに脱着ガスを導入することによって、層圧力を第１の中間レベル（ＥＱＤ１工程で記載したようなもの）に戻す。ガスがカラムの生成物（出口）端を通って移送されることに留意のこと。
ｘ）生成物およびフィード再加圧（ＲＰ／Ｆ５）：最後に、開始のために、層圧力をフィードまたはサイクルの最高圧力レベルに戻し、そしてサイクルを繰り返す。この工程は、それぞれフィード（入口）端および生成物（出口）端からフィードおよび一次生成物ガスの一部を導入することを通して開始される。
【００８０】
このプロセスサイクルにおいて、２個の層が連続的にフィードされ、それゆえに生成物の引き出しは連続的である。フィード流および生成物流における流れ変動は、このプロセスの多層特性のために、減少／排除することができる。圧力均等化の最後のフェーズの間、主に一次生成物を含有するほぼ純粋な空隙ガスを使用して、工程ＥＱＲ１の間に層を加圧する。したがって、圧力均等化は、図１に提示される従来の２層速度的ＰＳＡプロセスサイクルよりも効率的である。
７層サイクル（図３）
【００８１】
図３は、本発明の別の実施形態に従う使用のために適切である７層ＰＳＡプロセスを示す。このプロセスは、フィード（Ｆ１〜Ｆ４）工程、並流均等化減圧１（ＥＱＤ１）工程、二重均等化減圧２（ＤＥＱＤ２）工程、向流減圧（ＣｎＤ１およびＣｎＤ２）工程、向流生成物パージ（ＰＵ１〜ＰＵ３）工程、二重均等化再加圧２（ＤＥＱＲ２）工程、向流均等化再加圧１（ＥＱＲ１）工程、ならびに生成物およびフィード再加圧（ＲＰ／Ｆ５）工程を含む。各工程について、以下に詳細に説明する。
ｉ）フィード工程（Ｆ１〜Ｆ４）：層がサイクルの最高圧力レベルまで予め加圧されていると仮定すると、フィードガス混合物は層の入口端に導入され、未吸着ガスは層の出口端から排出される。フィード工程は、優先的に吸着された成分の物質移動ゾーン（ＭＴＺ）が、層の出口端に達するまで、それを通して実質的に壊れることなく、継続される。
ｉｉ）並流均等化減圧１（ＥＱＤ１）：フィード工程の終了時に、層は、工程ＥＱＲ１（後述）を受けている別の層と連結される。空隙ガスならびに脱着ガスの一部は、ＥＱＤ１工程における層の生成物（出口）端からＥＱＲ１工程における別の層の生成物（出口）端まで移送され、それによって、ＥＱＤ１の層圧力を第１の中間レベルまで低下させる。
ｉｉｉ）二重均等化減圧２（ＤＥＱＤ２）：ＥＱＤ１に続いて、層は、これを、工程ＤＥＱＲ２（後述）を受けている他の層と接続することによって、第２の中間圧力レベルまで減圧される。空隙ガスならびに脱着ガスを含有する流出物は、フィード（入口）端および生成物（出口）端を通して、ＤＥＱＤ２中の層からＤＥＱＲ２中の別の層に移送される。
ｉｖ）向流減圧（ＣｎＤ１およびＣｎＤ２）：ＤＥＱＤ２に続いて、層は、フィード（入口）端を通して向流で、周囲圧力レベルまたはそれに近い圧力まで減圧される。より選択的に吸着された種を含有する流出物は、二次生成物として引き出される。
ｖ）向流生成物パージ（ＰＵ１〜ＰＵ３）：向流減圧工程の終了時に、パージガスを層の生成物（出口）端に導入し、流出物を層のフィード（入口）端から二次生成物として収集する。
ｖｉ）二重均等化再加圧２（ＤＥＱＲ２）：パージ工程に続いて、ＤＥＱＤ２を受けている別の層からの空隙ガスならびに脱着ガスを導入することにより、層圧力を第２の中間レベル（ＤＥＱＤ２工程で記載されているようなもの）に戻す。これは、再度、二重端部圧力移送モードである。
ｖｉｉ）向流均等化再加圧１（ＥＱＲ１）：ＤＥＱＲ２に続いて、ＥＱＤ１を受けている別の層からの空隙ガスならびに脱着ガスを導入することによって、層圧力を第１の中間レベル（ＥＱＤ１工程で記載したようなもの）に戻す。ガスがカラムの生成物（出口）端を通って移送されることに留意のこと。
ｖｉｉｉ）生成物およびフィード再加圧（ＲＰ／Ｆ５）：最後に、開始のために、層圧力をフィードまたはサイクルの最高圧力レベルに戻し、そしてサイクルを繰り返す。この工程は、それぞれフィード（入口）端および生成物（出口）端からフィードガスおよび一次生成物ガスの一部を導入することを通して開始される。
【００８２】
このプロセスサイクルにおいて、２個の層が連続的にフィードされ、それゆえに生成物の引き出しは連続的である。フィード流および生成物流における流れ変動は、このプロセスの多層特性のために、減少／排除することができる。圧力均等化の最後のフェーズの間、主に一次生成物を含有するほぼ純粋な空隙ガスを使用して、工程ＥＱＲ１の間に層を加圧する。したがって、圧力均等化は、図１に提示される従来の２層反応速度的ＰＳＡプロセスサイクルよりも効率的である。
４層サイクル（図４）
【００８３】
図４は、比較目的のために含まれる、本発明に従わない４層ＰＳＡプロセスを示す。このプロセスは、フィード（Ｆ１およびＦ２）工程、並流均等化減圧（ＥＱＤ）工程、向流減圧（ＣｎＤ）工程、向流生成物パージ（ＰＵ１およびＰＵ２）工程、向流均等化再加圧１（ＥＱＲ）工程、ならびに生成物およびフィード再加圧（ＲＰ／Ｆ３）工程を含む。各工程について、以下に詳細に説明する。
ｉ）フィード工程（Ｆ１およびＦ２）：層がサイクルの最高圧力レベルまで予め加圧されていると仮定すると、フィードガス混合物は層の入口端に導入され、未吸着ガスは層の出口端から排出される。フィード工程は、優先的に吸着された成分の物質移動ゾーン（ＭＴＺ）が、層の出口端に達するまで、それを通して実質的に壊れることなく、継続される。
ｉｉ）並流均等化減圧（ＥＱＤ）：フィード工程の終了時に、層は、工程ＥＱＲ（後述）を受けている別の層と連結される。空隙ガスならびに脱着ガスの一部は、ＥＱＤにおける層の生成物（出口）端からＥＱＲにおける別の層の生成物（出口）端まで移送され、それによって、ＥＱＤの層圧力を中間レベルまで低下させる。
ｉｉｉ）向流減圧（ＣｎＤ）：ＥＱＲに続いて、層は、フィード（入口）端を通して向流で、周囲圧力レベルまたはそれに近い圧力まで減圧される。より選択的に吸着された種を含有する流出物は、二次生成物として引き出される。
ｉｖ）向流生成物パージ（ＰＵ１およびＰＵ２）：向流減圧工程の終了時に、パージガスを層の生成物（出口）端に導入し、流出物を層のフィード（入口）端から二次生成物として収集する。
ｖ）向流均等化再加圧（ＥＱＲ）：パージ工程に続いて、ＥＱＤを受けている別の層からの空隙ガスならびに脱着ガスを導入することによって、層圧力を中間レベル（ＥＱＤ工程で記載したようなもの）に戻す。ガスが、層の生成物（出口）端を通って移送されることに留意のこと。
ｖｉ）生成物およびフィード再加圧（ＲＰ／Ｆ３）：最後に、開始のために、層圧力をフィードまたはサイクルの最高圧力レベルに戻し、そして上述の工程の繰り返しを行う。この工程は、それぞれフィード（入口）端および生成物（出口）端からフィードガスならびに一次生成物ガスの一部を導入することを通して開始される。
１８層サイクル（図５）
【００８４】
図５は、本発明の別の実施形態に従う使用のために適切である１８層ＰＳＡプロセスを示す。このプロセスは、フィード（Ｆ１〜Ｆ４）工程、並流均等化減圧１（ＥＱＤ１）工程、二重均等化減圧２（ＤＥＱＤ２）工程、二重均等化減圧３（ＤＥＱＤ３）工程、向流減圧（ＣｎＤ１〜ＣｎＤ４）工程、向流生成物パージ（ＰＵ１〜ＰＵ３）工程、二重均等化再加圧３（ＤＥＱＲ３）工程、二重均等化再加圧２（ＤＥＱＲ２）工程、向流均等化再加圧１（ＥＱＲ１）工程、ならびに生成物およびフィード再加圧（ＲＰ／Ｆ５）工程を含む。各工程について、以下に詳細に説明する。
ｉ）フィード工程（Ｆ１〜Ｆ４）：層がサイクルの最高圧力レベルまで予め加圧されていると仮定すると、フィードガス混合物は層の入口端に導入され、未吸着ガスは層の出口端から排出される。フィード工程は、優先的に吸着された成分の物質移動ゾーン（ＭＴＺ）が、層の出口端に達するまで、それを通して実質的に壊れることなく、継続される。
ｉｉ）並流均等化減圧１（ＥＱＤ１）：フィード工程の終了時に、層はＥＱＲ１工程（後述）における別の層と連結される。空隙ガスならびに脱着ガスの一部は、ＥＱＤ１の層の生成物（出口）端からＥＱＲ１の別の層の生成物（出口）端まで移送され、それによって、ＥＱＤ１の層圧力を第１の中間レベルまで低下させる。
ｉｉｉ）二重均等化減圧２（ＤＥＱＤ２）：ＥＱＤ１に続いて、層は、ＤＥＱＲ２工程（後述）において、これを別の層と接続することによって、第２の中間圧力レベルまで減圧される。空隙ガスならびに脱着ガスを含有する流出物は、フィード（入口）端および生成物（出口）端を通して、ＤＥＱＤ２の層からＤＥＱＲ２の別の層に移送される。
ｉｖ）二重均等化減圧３（ＤＥＱＤ３）：ＤＥＱＤ２に続いて、層内の圧力は、ＤＥＱＲ３工程（後述）における空隙ガスおよび脱着ガスを他の層に移送することによって、第３の中間レベルまでさらに低下される。圧力伝達は、再度、層のフィード（入口）端ならびに生成物（出口）端を通して行われる。
ｖ）向流減圧（ＣｎＤ１〜ＣｎＤ４）：ＤＥＱＤ３に続いて、層は、フィード（入口）端を通して向流で、周囲圧力レベルまたはそれに近い圧力まで減圧される。より選択的に吸着された種を含有する流出物は、二次生成物として引き出される。
ｖｉ）向流生成物パージ（ＰＵ１〜ＰＵ３）：向流減圧工程の終了時に、パージガスを層の生成物（出口）端に導入し、流出物を層のフィード（入口）端から二次生成物として収集する。
ｖｉｉ）二重均等化再加圧３（ＤＥＱＲ３）：パージ工程に続いて、ＤＥＱＤ３を受けている別の層からの空隙ガスならびに脱着ガスを導入することにより、層圧力を大気圧から第３の中間レベル（ＤＥＱＤ３工程で記載するようなもの）に戻す。ガスはカラムの両端を通って移送されることに留意されたい。
ｖｉｉｉ）二重均等化再加圧２（ＤＥＱＲ２）：ＤＥＱＲ３に続いて、ＤＥＱＤ２を受けている別の層からの空隙ガスならびに脱着ガスを導入することによって、層圧力を第２の中間レベル（ＤＥＱＤ２工程で記載するようなもの）に戻す。これは、再度、二重端部圧力移送工程である。
ｉｘ）向流均等化再加圧１（ＥＱＲ１）：ＤＥＱＲ２に続いて、ＥＱＤ１を受けている別の層からの空隙ガスならびに脱着ガスを導入することによって、層圧力を第１の中間レベル（ＥＱＤ１工程で記載するようなもの）に戻す。ガスがカラムの生成物（出口）端を通って移送されることに留意のこと。
ｘ）生成物およびフィード再加圧（ＲＰ／Ｆ５）：最後に、開始のために、層圧力をフィードまたはサイクルの最高圧力レベルに戻し、そしてサイクルを繰り返す。この工程は、それぞれフィード（入口）端および生成物（出口）端からフィードおよび一次生成物ガスの一部を導入することを通して開始される。
【００８５】
このプロセスサイクルにおいて、７個の層が連続的にフィードされ、それゆえに生成物の引き出しは連続的である。フィード流および生成物流における流れ変動は、このプロセスの多層特性のために、減少／排除することができる。圧力均等化の最後のフェーズの間、主に一次生成物を含有するほぼ純粋な空隙ガスを使用して、工程ＥＱＲ１の間に層を加圧する。したがって、圧力均等化は、図１に提示される従来の２層反応速度的ＰＳＡプロセスサイクルよりも効率的である。スペースに限りがあるため、サイクルスケジュールには１つの「単位ブロック」しか表示されないことに留意されたい。残りのブロックは、文献（Ｍｅｈｒｏｔｒａ  ｅｔ  ａｌ．，２０１１）に記載されているアプローチに従って埋めることができる。
９層サイクル（図６）
【００８６】
図６は、本発明の別の実施形態に従う使用のために適切である追加のリサイクル工程を伴う９層ＰＳＡプロセスを示す。図２に提示されるような９層１８工程サイクルについて記載されるような全ての特徴は、この実施態様のために適用可能である。唯一の例外は、このサイクルでリサイクルスキームが導入されていることである。リサイクルガスは、向流減圧（ＣｎＤ１〜ＣｎＤ３）工程および生成物パージ（ＰＵ１〜ＰＵ４）工程の間に生成された二次生成物ガスから取り出される。次いで、リサイクルガスは、新鮮なフィードと混合される。ベントガスは大気圧または大気圧近くにあるため、リサイクルガスを別々に（フィード圧力レベルまで）加圧し、その後新鮮なフィード（図６に示す）と混合するか、または低圧ベントガスを新鮮なフィードと混合でき、次いで、合わせた蒸気を加圧し（図示せず）、フィードとして層に送ることができる。ベントガスが別々に加圧されるか、またはより大きな圧縮機が複合加圧オプションのために必要とされる場合、別々のリサイクル圧縮機が必要とされる。このサイクルは、一次生成物ガスの回収を強化するように設計されている。
９層サイクル（図７）
【００８７】
図７は、本発明の別の実施形態に従う使用のために適切である追加のリサイクル工程を伴う別の９層ＰＳＡプロセスを示す。再度、リサイクル工程を含めることは、一次生成物ガスの回収を強化することである。以下の例外を伴う、図２に提示された９層１８工程サイクルについて記載された特徴は、この実施形態に適用可能である：
ｉ）並流均等化減圧工程ＥＱＤ１を受けている層のフィード（入口）端にリサイクル流を加える。リサイクル流は、リサイクル圧縮機によって加圧された、向流減圧（ＣｎＤ１〜ＣｎＤ３）工程および生成物パージ（ＰＵ１〜ＰＵ４）工程の間に生成される二次生成物ガスである。層の生成物（出口）端からのＥＱＤ１／ＲＣ１工程から発生するガスは、図７に示すように、層の生成物（出口）端を通して均等化再加圧（ＥＱＲ１）工程を受けている別の層を再加圧するために使用される。このオプションには別のリサイクル圧縮機が必要とされる。
ｉｉ）二重均等化減圧２（ＤＥＱＤ２）工程は、並流の単一末端均等化減圧工程ＥＱＤ２に変換され、リサイクル流は層のフィード（入口）端に導入される。リサイクル流は、リサイクル圧縮機によって加圧された、向流減圧（ＣｎＤ１〜ＣｎＤ３）工程および生成物パージ（ＰＵ１〜ＰＵ４）工程の間に生成される二次生成物ガスである。層の生成物（出口）端から（図７に示すように）ＥＱＤ２／ＲＣ２工程から発生するガスは、層の生成物（出口）端を通して向流均等化再加圧工程ＥＱＲ２を受けている別の層を再加圧するために使用される。前述のように、これには別のリサイクル圧縮機が必要である。
９層サイクル（図８）
【００８８】
図８は、本発明の別の実施形態に従う使用のために適切である追加のリサイクル工程を伴う別の９層ＰＳＡプロセスを示し、これは、図７に示す９層サイクルの変更版である。図７との唯一の違いは、このプロセスにおいては、図８に示すように、層の生成物（出口）端からのＥＱＤ２／ＲＣ２工程から発生するガスを使用して、並流均等化再加圧工程（ＥＱＲ２Ｂ）を受けている別の層を、層のフィード（入口）端を通して再加圧することである。
【実施例】
【００８９】
２層多段階（図１に示す）および９層多段階（図２に示す）圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスサイクルを使用して、いくつかの炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤を使用して空気から窒素を分離するためのフィード対生成物比および比生産性の観点から、プロセス性能指標を評価した。各ＣＭＳ吸着剤についての酸素、窒素およびアルゴン吸着速度ならびに酸素対窒素の速度選択性の要約を表１に提示する。４１４−０１（「遅い」）ＣＭＳ吸着剤および４１４−０２（「速い」）ＣＭＳ吸着剤の酸素対窒素の速度選択性は同じであるが、４１４−０２  ＣＭＳ吸着剤の酸素速度は４１４−０１  ＣＭＳ吸着剤よりも２倍高いことに留意されたい。一方、４１４−０２および４１４−０３（「速い」）ＣＭＳ吸着剤の酸素速度は同じであるが、４１４−０２  ＣＭＳ吸着剤の速度選択性（酸素対窒素）は４１４−０３吸着剤の２倍高い。層形状、操作条件、および生成物酸素濃度も、同様に表１に要約する。フィード対生成物比は、回収の逆数であり、それゆえに、この比が低いほど回収率が良くなり、逆もまた同様であることにも留意されたい。言い換えれば、より低いフィード対生成物比は、圧縮機に対するより低い動力要件を意味する。
【００９０】
上記ＣＭＳ吸着剤についての２層および９層ＰＳＡプロセス性能を図９（９ａ〜９ｆ）に要約する。評価の結論を以下に要約する。
【００９１】
「遅い」ＣＭＳ吸着剤（４１４−０１）が使用されるとき、２層から９層多段階ＲＣＰＳＡプロセスに変更しても、プロセス性能の改善は観察されない。例えば、４１４−０１  ＣＭＳ吸着剤を使用する９層プロセスを用いると、図９ａから見ることができるように、最大生産性は４０秒サイクル時間で１４６．９８ｓｃｆｈ６０Ｆ／ｆｔ３であり、対応するフィード対生成物比は２．５３である（図９ｂから見ることができる）。一方、２層多段階プロセスについては、最大生産性および対応するフィード対生成物比は、それぞれ１５１．３８ｓｃｆｈ  ６０Ｆ／ｆｔ３および２．３０であり、ここでサイクル時間は１００秒である（図９ａおよび９ｂから見ることができる）。これらのプロセスの両方について、ＰＳＡプロセス性能は、１００°Ｆの温度および７．８０ａｔｍａの層圧力で、４５００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物について評価される。
【００９２】
「遅い」（４１４−０１）ＣＭＳと同様の速度選択性を有する「速い」ＣＭＳ吸着剤（４１４−０２）を使用する、２層および９層多段階プロセス性能の比較を図９ｃおよび９ｄに要約する。再度、プロセス性能は、１００°Ｆの温度および７．８０ａｔｍａの層圧力で４５００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物について評価される。層の形状および他のパラメータは表１に要約されている。
【００９３】
図９ｃおよび９ｄは、多層多段階プロセスと組み合わせたときのより速い速度のＣＭＳ吸着剤（４１４−０２  ＣＭＳ）が、たとえ両方のＣＭＳ吸着剤について速度選択性（この場合、酸素対窒素）が同様であっても（表１から見ることができる）、より遅い速度のＣＭＳ（４１４−０１  ＣＭＳ）よりもはるかに性能が優れていることを明確に示す。上述のように、４１４−０１  ＣＭＳは、２層多段階プロセスと組み合わせたときに許容可能に機能する（すなわち、９層プロセスに変更しても利点は得られない）。このように、遅い４１４−０１  ＣＭＳ吸着剤を利用する２層プロセスからの性能は、速い４１４−０２  ＣＭＳを利用する９層プロセス性能を比較するために使用される。例えば、４１４−０１  ＣＭＳを使用する２層プロセスを用いると、１００秒のサイクルタイムでの生産性およびフィード対生産物比は、それぞれ、１５１．３８ｓｃｆｈ６０Ｆ／ｆｔ３および２．３０である。４１４−０２  ＣＭＳ吸着剤を使用する９層多段階プロセスを用いると、生産性およびフィード対生成物比は、５０秒のサイクルタイムで、それぞれ、２４０．９２ｓｃｆｈ６０Ｆ／ｆｔ３および２．２９である。これは、より速いＣＭＳ吸着剤が多層プロセスと組み合わされたとき、比生産性の少なくとも５９％の改善が、同様のフィード対生成物比（または回収）で達成できることを意味する。
【００９４】
９層多段階ＲＣＰＳＡプロセスはまた、比較し得る生成物回収を伴って、２層プロセスに対して高い比生産性を維持している。図９ｃから見ることができるように、速いＣＭＳを使用する９層プロセスの比生産性は、サイクル時間が５０秒から２０秒に減少したときに、２４０．９２から２６５．３５ｓｃｆｈ６０Ｆ／ｆｔ３に増加する。この時間の間、フィード対生成物比は、２．２９から２．９３へと緩やかに増加するだけである（図９ｄを参照のこと）。より速いＣＭＳ吸着剤（４１４−０２）を使用する２層プロセスは、「遅い」ＣＭＳ（４１４−０１）２層プロセスよりも性能が優れているが、より速いサイクル時間（２０秒対５０秒）で操作した場合には、図９ｃおよび９ｄから見ることができるように、９層プロセスに対してより低い比生産性および回収を実証する。
【００９５】
同様の速度であるがより選択性の低いＣＭＳ吸着剤（４１４−０３  ＣＭＳ）を使用する２層および９層多段階プロセス性能を図９ｅおよび９ｆに要約する。再度、プロセス性能は、１００°Ｆの温度および７．８０ａｔｍａの層圧力で、４５００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物について評価される。層の形状および他のパラメータは表１に要約されている。
【００９６】
９層プロセスは、再度、２層多段階プロセスよりも性能が優れている。比生産性および回収の損失は、２層サイクルがより速いサイクル時間を使用して操作される場合に重大である。４１４−０３  ＣＭＳの酸素対窒素の速度選択性がより低いことに起因して、図９ｄから見ることができるように、フィード対生成物比は、４１４−０２を用いるものに対してより高い（図９ｆから見ることができる）。しかし、９層プロセスを用いる４１４−０３  ＣＭＳプロセスにおける生成物回収は、２層の遅いＣＭＳプロセスに対するなお有意な改善であり、生産性は９層の４１４−０３  ＣＭＳプロセスについてはるかに優れている。
【００９７】
多層多段階ＲＣＰＳＡプロセスと組み合わせた速いＣＭＳ吸着剤のさらなる有利な特徴は、より速い脱着成分（ＣＭＳベースのＰＳＡプロセスによる空気分離の場合には酸素）を層の空隙から効果的に押し出すために必要なパージガスの量が、空気からの高純度窒素の生成のためには驚くほど少ないことである。図１０は、４１４−０２  ＣＭＳ吸着剤および図２に提示する９層ＲＣＰＳＡプロセスサイクルを使用して、１００°Ｆおよび７．８０ａｔｍａで様々な量の酸素（９ｐｐｍ、９０ｐｐｍ、および４５００ｐｐｍ）を含有する生成物窒素を生成するためのパージガス要件の概要を提供する。この評価のために、４０インチの層長、４インチの内径（ＩＤ）を使用した。
【００９８】
図１０に示すように、一次生成物ガス中の酸素含量が４５００ｐｐｍから９０ｐｐｍまで減少するとき、約７５％少ないパージが必要とされる。一次生成物が９ｐｐｍの酸素を含有するとき、さらに少ないパージが必要とされる。効率的な多層多段階プロセスサイクルと組み合わせた、速いＣＭＳ吸着剤のより速い酸素速度による層の効率的な再生は、高純度の一次生成物を生成するためのパージ要件が少ないことの主な要因として同定される。全てのＲＣＰＳＡプロセスパラメータ（サイクル時間、全ての均等化バルブ定数、フィードおよび生成物再加圧バルブ定数、ならびにパージ流量）が、図１０に報告された３つのパージ要求の場合について個別に最適化されることに言及することは注目すべきことである。
【００９９】
伝統的なバルブを利用する従来のＰＳＡプロセスにおける余分なカラムの空隙は、回転バルブ技術を利用するＰＳＡプロセスよりも大きい。余分なカラムの空隙は、ｉ）吸着剤を含有しないフィード（入口）または生成物（出口）端での層内のあらゆるデッドボリューム、ｉｉ）回転バルブＰＳＡプロセスにおいて、それぞれの層を各バルブポートに接続する層に関連するプロセスガス移送ライン、およびｉｉｉ）プロセスガス移送ラインに連結された任意の調整または制御バルブまたはメータからなる。空隙容量はプロセス性能を大きく低下させる。
【０１００】
プロセス性能に対する空隙容量の影響は、回転バルブ技術を利用する多層多段階ＲＣＰＳＡプロセスを使用して研究した。図１１ａおよび１１ｂは、図２に提示する４１４−０２炭素分子ふるい吸着剤および９層多段階ＲＣＰＳＡプロセスサイクルを使用して１００°Ｆおよび７．８０ａｔｍａで４５００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物を生成するための「生産性」および「フィード対生成物比」の観点からプロセス性能に対する空隙容量の影響を示す。４１４−０２  ＣＭＳの吸着剤特性を表１に要約する。この評価のために使用された層長および内径（ＩＤ）は、それぞれ４０インチおよび４インチである。フィードまたは生成物端の空隙容量は、研究の間、同じ割合で増加し、１層容量に対するパーセンテージとして提示されることに留意されたい。
【０１０１】
図１１ｂに示されるように、空隙容量が増加するにつれて、フィード対生成物比は増加する（または回収が減少する）。しかし、驚くべき発見は、特定の空隙容量（図１１ａから見ることができるように、層容量に対して約１０％の空隙容量）で最大の生産性があり、その後生産性が低下し始めることである。
【０１０２】
回転バルブ技術を利用する９層多段階ＲＣＰＳＡプロセス（図２に提示するサイクル順序を有する）を、様々なＣＭＳ吸着剤を使用してプロセス性能指標を評価するために構築した。ＲＣＰＳＡプロセスの各層は、高さ４０インチ、内径（ＩＤ）４インチである。６９．８°Ｆおよび７．８０ａｔｍａの層圧力の空気から様々な純度の窒素（または様々な量の酸素を含有する窒素）を生成するための性能評価のために、様々な酸素速度、酸素対窒素の速度選択性、および平衡容量の３つのＣＭＳ吸着剤（４１４−０４、４１４−０５、および４１４−０６）（表２に示す）を選択した。４１４−０５および４１４−０６  ＣＭＳ吸着剤を、９層多段階ＲＣＰＳＡプロセスユニット（図２に示すサイクル順序）を使用して評価し、これらのＣＭＳ吸着剤を使用する性能を、４１４−０４ＣＭＳ吸着剤を使用して生成された２層多段階従来型プロセス（図１）のデータと比較した。評価のために使用された２層プロセスの層高さおよび内径（ＩＤ）は、それぞれ１２０インチおよび１．９０８インチであることに留意されたい。
【０１０３】
サイクル時間または回転速度、頂部および底部の均等化バルブ係数、フィードおよび生成物の再加圧バルブ係数およびパージ流量などのＲＣＰＳＡプロセスパラメータは、各純度、温度および層圧力で各吸着剤について個別に最適化された。フィードおよび生成物の引き出しが連続しているため、ＲＣＰＳＡユニットに伴うフィードタンクおよび生成物タンクは存在しないことに留意されたい。２層多段階プロセスパラメータもまた、ＲＣＰＳＡプロセスと同じ様式で最適化した。
【０１０４】
４１４−０４、４１４−０５、および４１４−０６  ＣＭＳ吸着剤についての正規化生産性および正規化フィード対生成物比の観点からのプロセス性能指標を図１２ａおよび１２ｂに要約する。９５〜９９．９％の窒素（または様々な量の酸素）を含むすべての生成物純度において、速いＣＭＳ吸着剤（４１４−０５および４１４−０６）を含有する９層多段階プロセスからの正規化生産性は、従来の２層プロセスと組み合わせた遅いＣＭＳ吸着剤（４１４−０４）よりも有意に良好である。前述の生成物純度範囲を有するフィード対生成物比は、速いＣＭＳ吸着剤を含有する９層プロセスについて、同様であるかまたはそれより低い。
【０１０５】
ここで考慮されるＣＭＳ吸着剤についての正規化生産性は、図１２ａから見ることができるように、４１４−０６＞４１４−０５＞４１４−０４の順序で減少する。これは、表２から見ることができるように、取り込み速度の順序（減少する順に）：４１４−０６＞４１４−０５＞４１４−０４と一致する。驚くべき特徴は、４１４−０５および４１４−０６  ＣＭＳ吸着剤が、４１４−０４  ＣＭＳに対してより低い酸素対窒素速度選択性を有しているにもかかわらず、フィード対生成物比が同様かまたはより低いことである。多層多段階プロセスのより高い効率のために、より低い速度選択性を有するＣＭＳ吸着剤を用いて同等以上の回収（より低いフィード対生成物比）を維持することが可能である。
【０１０６】
プロセス性能に対する層圧力の影響を、４１４−０５および４１４−０６炭素分子ふるい吸着剤、および上記の９層多段階ＲＣＰＳＡユニットを使用して、４５，０００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物を生成する、６９．８°Ｆにおける正規化された比生産性およびフィード対生成物比に関して、図１３ａおよび１３ｂにおいて要約する。従来の２層ＰＳＡプロセスユニット（層長＝１２０インチおよび層ＩＤ＝１．９０８インチ）から同じ条件で４５，０００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物を生成する「遅い」炭素分子ふるい吸着剤の性能もまた含まれる。２層プロセスおよび９層プロセスのサイクル構成を、図１および２にそれぞれ提示する。
【０１０７】
図１３ａおよび１３ｂは、より高い酸素取り込み速度のために、速い４１４−０６  ＣＭＳの比生産性がすべての圧力範囲でより高いことを示す。４１４−０６  ＣＭＳに伴う興味深い特徴は、それがわずかに低い酸素対窒素選択性を有するにもかかわらず、フィード対生成物比が４１４−０５  ＣＭＳ吸着剤よりも低いことである。プロセスの間の、より高い平衡容量（表２から見ることができるように、４１４−０５  ＣＭＳに対して１８．５％高い）および低減された圧力降下（より大きな吸着剤粒子の使用による：４１４−０６  ＣＭＳの粒径＝０．０７１９インチおよび４１４−０５  ＣＭＳの粒径＝０．０５６８インチ）が、観察された傾向の主な理由であると同定される４１４−０４  ＣＭＳを使用する２層プロセスは、より遅い酸素速度および非効率的なプロセスのため、性能が劣る。
【０１０８】
異なる圧力、温度、および層長対直径比（またはアスペクト比）での、様々な純度の（または様々な量の酸素を含有する）窒素の生成について、速いＣＭＳ吸着剤４１４−０２を使用して、図２、図３、図４、および図５にそれぞれ提示した、９層、７層、４層、および１８層の多段階サイクル設計を使用して、プロセス性能評価研究を行った。吸着剤の特性を表１に要約する。操作条件ならびに層特性を表３に提示する。サイクル時間、頂部および底部均等化バルブ係数、フィードおよび生成物再加圧バルブ係数、パージ流量などのＲＣＰＳＡプロセスパラメータは、異なる温度、圧力、および生成物酸素純度で操作するために適用される各サイクル設計について個別に最適化したことに留意されたい。表３からの評価概要を以下に提示する。
【０１０９】
７．８０ａｔｍａで４５００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物を生成する９層多段階サイクルについて、温度を１００°Ｆから３０°Ｆに変更すると、フィード対生成物比は２．３２から２．０５に変化する（ケース８、ケース２、およびケース１）。対応する比生産性は、２６０．４２から２４２．１０ｓｃｆｈ６０Ｆ／ｆｔ３まで減少する。この評価のために使用される長さ対内径比（またはアスペクト比）は、１０であることに留意されたい。
【０１１０】
表３のケース２７〜２９から見ることができるように、同じ操作条件、同じ生成物仕様、および同じ層アスペクト比を用いると、１８層多段階プロセスは、９層多段階ＲＣＰＳＡプロセスよりも性能が優れている。
【０１１１】
７．８０ａｔｍａおよび１００°Ｆにおいて９０ｐｐｍの酸素を含有する窒素を生成する９層多段階サイクルについては、層のアスペクト比（または長さ対内径比）は２から１８まで変動する（ケース４〜７）。フィード対生成物比および比生産性は、９０ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物について、１８の層アスペクト比で最適である。４５００ｐｐｍの酸素を含有する窒素生成物（ケース８〜１３）については、表３のケース８から見ることができるように、最適な層アスペクト比は１０である。
【０１１２】
７層多段階サイクルは、１００°Ｆおよび１１．２１ａｔｍａで４５，０００ｐｐｍの酸素を含有する窒素の生成について、９層多段階サイクルよりも性能が優れている（ケース１５および２２）。同様のフィード対生成物比においては、７層プロセスを用いて、比生産性の約１３％の改善を達成することができる。表３のケース１３および１６から見ることができるように、１００°Ｆおよび７．８０ａｔｍａにおいて、４５００ｐｐｍの酸素を含有する窒素の生成についてでさえ、７層多段階サイクルを用いて、より低いフィード対生成物比（またはより高い回収）において、約１４％良好な生産性が達成できる。
【０１１３】
７層多段階サイクルはまた、１００°Ｆおよび７．８０ａｔｍａにおいて、４５００ｐｐｍの酸素を含有する窒素の生成について、４層多段階サイクルよりも性能が優れている（ケース１６および２５）。
【０１１４】
７層多段階プロセスを使用して、４１４−０２  ＣＭＳ吸着剤を使用して１００°Ｆおよび１１．２１ａｔｍａにおいて４５，０００ｐｐｍの酸素を含有する窒素を生成するためにターンダウン研究が行われている。生産性の需要が必要以上に低い場合はターンダウンが要求される。速度プロセスについては、プロセスが効率的ではない場合、所要の動力（またはフィード／生成物比）はターンダウンモードを用いて高くなり得る。ターンダウン評価研究の要約（ケース３１〜４１）を、最適なケース（ケース３０）とともに表４に提示する。
【０１１５】
表４は、生産性が最適の場合の約７０％まで低下したときに、フィード対生成物比の約２１．９％の増加のみが観察されることを示す（ケース３７）。ターンダウンは、表４から見ることができるように、サイクル時間とともに操作パラメータを変更することを通して行われる。
【０１１６】
図２、図６、図７、および図８に提示する９層多段階ＲＣＰＳＡサイクル設計を使用して、ＲＨＯベースのゼオライト吸着剤を使用するアルゴン／酸素／窒素混合物からの純粋なアルゴンの生成のためのプロセス性能を評価した。これらのサイクル設計について、性能評価のために、７．８０ａｔｍａの高圧、１．０５ａｔｍａの低圧、および１００°Ｆの温度を使用する。フィードガス混合物は、２０モル％のＯ２、０．０５モル％のＮ２、およびリマインダーＡｒを含有し、そして最終アルゴン生成物は、不純物として２ｐｐｍのＯ２を含有した。層および吸着剤の特性、ならびにプロセス性能を評価するために使用される操作条件の要約は、表５に含まれる。Ａｒ回収および比生産性の観点でのプロセス性能指標もまた、この表に追加されている。各サイクル設計について、サイクル時間、頂部および底部の均等化バルブ係数、フィードおよび生成物再加圧バルブ係数、パージ流などのＲＣＰＳＡプロセスパラメータが個別に最適化されることに留意されたい。
【０１１７】
表５は、全てのリサイクル設計（図６〜図８に提示されるサイクル）が、図２に提示されるリサイクルなしのサイクル設計よりも性能が優れていることを実証する。リサイクルの選択肢の間で、図６に提示される新鮮なフィード設計へのリサイクルは、以下のように好ましい選択肢である：ｉ）４４．５７％のみのベントガスリサイクルを用いて、７５％超のＡｒ回収が、図７および８に提示される他の設計に対して、同様のまたはより良好な比生産性を達成することができ、ｉｉ）ベントガスを低圧粗アルゴンフィードと混合することができ、次いで、合わせたフィードを単一の圧縮機によって再圧縮することができ、それゆえに、追加の機械は不要であり、そしてｉｉｉ）簡単な制御スキームを実施することが可能であり、なぜなら、フィード工程は、一定の圧力で操作されるが、図７および８におけるサイクル設計については、ベントガスは圧力変更工程にリサイクルされて戻され、これらはいくらかの制御の複雑さを加える可能性があるからである。
【０１１８】
本発明の原理を好ましい実施形態に関連して上記に説明してきたが、この説明は例示としてのみなされたものであり、本発明の範囲を限定するものではないことが明確に理解される。
表１．４１４−０１、４１４−０２、および４１４−０３炭素分子ふるい吸着剤について、吸着剤および層の特性ならびに操作条件の要約。
【０１１９】
【表１】
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【０１２０】
表２．１ａｔｍａおよび８６°Ｆにおける４１４−０４、４１４−０５、および４１４−０６炭素分子ふるい吸着剤上での線形推進力（ＬＤＦ）モデルベースのＯ２速度定数、Ｏ２対Ｎ２選択性、およびＯ２の平衡容量の要約。
【０１２１】
【表２】
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【０１２２】
表３．４層（図４に提示する）、７層（図３に提示する）、９層（図２に提示する）、および１８層（図５に提示する）のＰＳＡプロセスサイクルを使用する、４１４−０２炭素分子ふるい吸着剤についての様々な生成物酸素不純物における性能（「生産性」および「フィード対生成物比」の観点による）の要約。
【０１２３】
【表３】
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【０１２４】
表４．１００°Ｆおよび１１．２１ａｔｍａにおいて、４５，０００ｐｐｍ酸素を含有する窒素生成物を生成するために、４１４−０２炭素分子ふるい吸着剤を使用して、７層プロセスサイクル（図３に提示する）についての「生産性」および「フィード対生成物比」の観点からの最適性能（ケース３０）およびターンダウン性能（ケース３１〜４１）の要約。
【０１２５】
【表４】
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【０１２６】
表５．図２、図６、図７および図８に示す９層多段階プロセスサイクルを使用する、Ｏ２／Ｎ２／Ａｒ混合物からのＡｒの分離のためのＲＨＯベースの吸着剤特性、層特性、操作条件、およびプロセス性能（「生産性」および「Ａｒ回収」の観点による）の要約。
【０１２７】
【表５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図９ｅ】
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【図９ｆ】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【外国語明細書】
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