(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急速サイクル圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスを提供する。【解決手段】  本プロセスは、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５のＯ２／Ｎ２および／またはＯ２／Ａｒ速度選択性、ならびに少なくとも０．２０００のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有する炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤を使用する。【選択図】      図１
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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を分離するための急速サイクル圧力スイング吸着（ＰＳＡ）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５のＯ２／Ｎ２および／またはＯ２／Ａｒ速度選択性、ならびに少なくとも０．２０のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有する炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤を含む複数の吸着層を利用し、前記プロセスは、前記複数の層のそれぞれを、フィード工程、少なくとも１つの減圧工程、パージ工程、および少なくとも１つの再加圧工程を含む急速ＰＳＡサイクルに供することを含み、前記フィード工程の継続時間は６０秒以下である、急速サイクル圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセス。
【請求項２】
前記フィード工程の継続時間が３〜４５秒である、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項３】
前記フィード工程の継続時間が６〜４５秒である、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項４】
前記フィード工程の継続時間が６〜３６秒である、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項５】
前記ＰＳＡサイクルのサイクル時間が１００秒以下である、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項６】
前記ＰＳＡサイクルのサイクル時間が３０〜１００秒である、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項７】
前記ＰＳＡサイクルのサイクル時間が３０〜７０秒である、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項８】
前記プロセスが２〜４個の吸着層を利用する、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項９】
前記プロセスが２個の吸着層を利用する、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項１０】
前記ＣＭＳ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、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項１１】
前記ＣＭＳ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、１０〜２５のＯ２／Ｎ２速度選択性を有する、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項１２】
前記ＣＭＳ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、１５〜２０のＯ２／Ｎ２速度選択性を有する、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項１３】
前記ＣＭＳ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、５〜４０のＯ２／Ａｒ速度選択性を有する、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項１４】
前記吸着剤層が、ランダム充填型のＣＭＳ吸着剤を含む、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項１５】
前記吸着剤が高密度充填されており、透過性ホールドダウンシステムを用いて固定されている、請求項１４に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項１６】
前記フィード工程が、約０°Ｆ〜約１２５°Ｆの温度で実施される、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項１７】
前記フィード工程が、約２０°Ｆ〜約１００°Ｆの温度で実施される、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項１８】
前記フィード工程が、約２０°Ｆ〜約４０°Ｆの温度で実施される、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項１９】
前記プロセスが回転層急速サイクルＰＳＡプロセスである、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項２０】
前記プロセスが回転バルブ急速サイクルＰＳＡプロセスである、請求項１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【請求項２１】
Ｎ２および／またはＡｒからＯ２を分離するための急速サイクル圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスにおける炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤の使用であって、前記ＣＭＳ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および／またはＯ２／Ａｒ速度選択性、ならびに少なくとも０．２０のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有する、使用。
【請求項２２】
前記ＣＭＳ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、請求項１９に記載の使用。
【請求項２３】
前記ＣＭＳ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、１０〜２５のＯ２／Ｎ２速度選択性を有する、請求項１９に記載の使用。
【請求項２４】
前記ＣＭＳ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、１５〜２０のＯ２／Ｎ２速度選択性を有する、請求項１９に記載の使用。
【請求項２５】
前記ＣＭＳ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、５〜４０のＯ２／Ａｒ速度選択性を有する、請求項１９に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤を使用して、Ｎ２および／またはＡｒからＯ２を分離するための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、空気の成分の分離において長い間使用されてきた。様々なガス混合物を分離するための炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤の使用もまた、数十年間知られてきた（Ｗａｌｋｅｒ，Ｊｒ．，Ｐ．Ｌ．，“Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｉｅｖｅｓ”，Ｍｉｎｅｒａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，１９６６））。
【０００３】
炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤は、通常、植物製品（廃木材、ココナッツ殻、クルミ殻、フルーツ核）、鉱物炭、廃鉱油、廃樹脂などのような異なる原材料を様々な方法によって処理することから得られ（米国特許第３，８０１，５１３号、同第４，４５８，０２２号、Ｎａｋａｏ，Ｙ．，“Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏ−ｐｏｒｅｓ  ｏｆ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｉｅｖｉｎｇ  Ｃａｒｂｏｎ  ｂｙ  Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ  ａｎｄ  Ｈｅａｔ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ”，Ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ  ａｔ  ２０ｔｈ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ，１９８７）、ここで、最終的には、細孔は、細孔を狭めるかまたは細孔径分布を変えるかのいずれかである微細炭素粒子で部分的に塞がれ、それによって分子ふるい特性が変わる。初期の微細孔構造および適切な作業パラメータ（結合剤の種類、炭化時間および温度、最終分解のための炭化水素の種類および濃度、分解の時間および温度、冷却中の不活性流の添加など）の維持を提供する適切な原料を選択することは、サイズ選択分離のための適切なＣＭＳ吸着剤を得るための鍵となる要因である。
【０００４】
米国特許第４，７４２，０４０号は、空気からの窒素の分離に適用することができる、改善された能率および選択性を有する炭素分子ふるいを製造するためのいくつかのプロセスを開示している。米国特許第５，０９８，８８０号は、より速い酸素速度論および窒素よりも酸素で高い速度選択性を有する炭素分子ふるいを作製する二段階方法を記載している。米国特許第５，１６４，３５５号は、効率的な酸素選択性炭素分子ふるいを製造するためのさらなる修飾用のホスト材料として使用することができる、高能率、高密度の炭素分子ふるい吸着剤を製造するプロセスを記載している。米国特許第５，９７２，８３４号は、主にハロゲン化および脱ハロゲン化処理と、それに続く、炭化木炭（ヤシ殻またはフェノール樹脂から誘導される）上での熱分解性炭化水素（ベンゼンまたはトルエンから選択される）を使用する孔調整処理とを含む、空気から酸素および窒素を分離するために適した炭素分子ふるいの製造方法を開示している。米国特許第６，９１６，３５８号は、窒素および酸素を含有する混合ガスから窒素を分離するためのいくつかの炭素分子ふるい吸着剤を開示している。
【０００５】
したがって、上記のように、炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤を製造するための、および窒素よりも酸素に対して、またはアルゴンよりも酸素に対して、高い速度選択性を示すようにＣＭＳの特性を「調整する」ための確立された方法論が存在している。選択的な微細孔が吸着剤に導入され、そこで孔口が酸素、窒素またはアルゴンの反応速度を制御する。したがって、この孔口または孔入口は、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るが、これは一般に全体の吸着速度を犠牲にして達成される。それゆえに、ＣＭＳ吸着剤における吸着速度は、速度選択性と逆相関する。この挙動は、ＮｇｕｙｅｎおよびＤｏによって提示されたモデル（Ｎｇｕｙｅｎ，Ｃ．；Ｄｏ，Ｄ．Ｄ．，“Ｄｕａｌ  Ｌａｎｇｍｕｉｒ  ｋｉｎｅｔｉｃ  ｍｏｄｅｌ  ｆｏｒ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｉｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｓｉｅｖｅ”，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，ｖｏｌｕｍｅ  １６，ｐａｇｅｓ  １８６８−１８７３，２０００）によって説明することができる。
【０００６】
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などのサイクルデバイスにおいては、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ための主な手段である。しかし、サイクル時間が短縮されるにつれて、サイクルデバイスは、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。
【０００７】
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複雑な構造の吸着剤を使用することを含む。例えば、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、しかし、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に生成物の回収を害することである。したがって、そのような積層構造の使用を介して得ることができるようなそのような生産性の改善は、やはり生成物回収の減少という犠牲を払うことになると予想される。また、市販の成形ＣＭＳ吸着剤を粉砕して積層構造を作製するための粉末を生成する場合、炭素析出（不均一に分布する）によって導入された選択特性はほとんど失われ、速い反応速度を有する、より低い／非選択的なＣＭＳが残る。それゆえに、ＰＳＡプロセス用のＣＭＳベースの積層形態の構造化充填物を作製することは実用的ではないと思われる。
【０００８】
このように、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ためにとられる工程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、Ｎ２および／またはＡｒからＯ２を分離するための急速サイクル圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスにおいて「速い」速度選択性ＣＭＳ吸着剤を使用すると、驚くべきことに、「より遅い」が、より選択的でありかつより能率が高いＣＭＳ吸着剤を使用したときに得ることができる生産性および回収の比率と比較すると、依然として高い生成物回収を維持しながら、プロセス生産性が向上することを見出した。
【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を分離するための急速サイクル圧力スイング吸着（ＰＳＡ）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５のＯ２／Ｎ２および／またはＯ２／Ａｒ速度選択性、ならびに少なくとも０．２０のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有する炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤を含む複数の吸着層を利用し、上記プロセスは、上記複数の層のそれぞれを、フィード工程、少なくとも１つの減圧工程、パージ工程、および少なくとも１つの再加圧工程を含む急速ＰＳＡサイクルに供することを含み、上記フィード工程の継続時間は６０秒以下である、プロセス。
【００１３】
態様２：上記フィード工程の継続時間が３〜４５秒である、態様１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００１４】
態様３：上記フィード工程の継続時間が６〜４５秒である、態様１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００１５】
態様４：上記フィード工程の継続時間が６〜３６秒である、態様１に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００１６】
態様５：上記ＰＳＡサイクルのサイクル時間が１００秒以下である、態様１〜４のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００１７】
態様６：上記ＰＳＡサイクルのサイクル時間が３０〜１００秒である、態様１〜４のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００１８】
態様７：上記ＰＳＡサイクルのサイクル時間が３０〜７０秒である、態様１〜４のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００１９】
態様８：上記プロセスが２〜４個の吸着層を利用する、態様１〜７のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００２０】
態様９：上記プロセスが２個の吸着層を利用する、態様１〜７のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００２１】
態様１０：上記ＣＭＳ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、態様１〜９のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００２２】
態様１１：上記ＣＭＳ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、１０〜２５のＯ２／Ｎ２速度選択性を有する、態様１〜９のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００２３】
態様１２：上記ＣＭＳ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、１５〜２０のＯ２／Ｎ２速度選択性を有する、態様１〜９のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００２４】
態様１３：上記ＣＭＳ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、５〜４０のＯ２／Ａｒ速度選択性を有する、態様１〜１２のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００２５】
態様１４：上記吸着剤層が、ランダム充填型のＣＭＳ吸着剤を含む、態様１〜１３のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００２６】
態様１５：上記吸着剤が高密度充填されており、透過性ホールドダウンシステムを用いて固定されている、態様１４に記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００２７】
態様１６：上記フィード工程が、０°Ｆ〜約１２５°Ｆの温度で実施される、態様１〜１５のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００２８】
態様１７：上記フィード工程が、２０°Ｆ〜約１００°Ｆの温度で実施される、態様１〜１５のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００２９】
態様１８：上記フィード工程が、２０°Ｆ〜約４０°Ｆの温度で実施される、態様１〜１５のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００３０】
態様１９：回転層急速サイクルＰＳＡプロセスである、態様１〜１８のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００３１】
態様２０：回転バルブ急速サイクルＰＳＡプロセスである、態様１〜１８のいずれか１つに記載の急速サイクルＰＳＡプロセス。
【００３２】
態様２１：Ｎ２および／またはＡｒからＯ２を分離するための急速サイクル圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスにおける炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤の使用であって、上記ＣＭＳ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および／またはＯ２／Ａｒ速度選択性、ならびに少なくとも０．２０のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有する、使用。
【００３３】
態様２２：上記ＣＭＳ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、態様１９に記載の使用。
【００３４】
態様２３：上記ＣＭＳ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、１０〜２５のＯ２／Ｎ２速度選択性を有する、態様１９に記載の使用。
【００３５】
態様２４：上記ＣＭＳ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、１５〜２０のＯ２／Ｎ２速度選択性を有する、態様１９に記載の使用。
【００３６】
態様２５：上記ＣＭＳ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、５〜４０のＯ２／Ａｒ速度選択性を有する、態様１９に記載の使用。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本発明は、添付の図面とあわせて以下に説明され、同様の番号は同様の要素を示す。
【００３８】
【図１】図１は、２層多段階ＰＳＡサイクルの操作を示す。
【００３９】
【図２ａ】図２ａは、７．８０ａｔｍａおよび１００°Ｆで空気からＮ２（４５００ｐｐｍ  Ｏ２を含む）を生成するための、図１に提示した２層多段階サイクルを使用する速いＣＭＳ吸着剤（４１４−０２）および遅いＣＭＳ吸着剤（４１４−０４）についてのサイクル時間の関数としての、フィード対生成物比の観点による正規化プロセス性能を示すグラフである。
【００４０】
【図２ｂ】図２ｂは、７．８０ａｔｍａおよび１００°Ｆで空気からＮ２（４５００ｐｐｍ  Ｏ２を含む）を生成するための、図１に提示した２層多段階サイクルを使用する速いＣＭＳ吸着剤（４１４−０２）および遅いＣＭＳ吸着剤（４１４−０４）についてのサイクル時間の関数としての生産性の観点による正規化プロセス性能を示すグラフである。
【００４１】
【図３ａ】図３ａは、７．８０ａｔｍａおよび１００°Ｆで空気からＮ２（４５，０００ｐｐｍ  Ｏ２を含む）を生成するための、図１に提示した２層多段階サイクルを使用する速いＣＭＳ吸着剤（４１４−０２）および遅いＣＭＳ吸着剤（４１４−０４）についてのサイクル時間の関数としての、フィード対生成物比の観点による正規化プロセス性能を示すグラフである。
【００４２】
【図３ｂ】図３ｂは、７．８０ａｔｍａおよび１００°Ｆで空気からＮ２（４５，０００ｐｐｍ  Ｏ２を含む）を生成するための、図１に提示した２層多段階サイクルを使用する速いＣＭＳ吸着剤（４１４−０２）および遅いＣＭＳ吸着剤（４１４−０４）についてのサイクル時間の関数としての生産性の観点による正規化プロセス性能を示すグラフである。
【００４３】
【図４ａ】図４ａは、７．８０ａｔｍａおよび３０°Ｆで空気からＮ２（４５００ｐｐｍ  Ｏ２を含む）を生成するための、図１に提示した２層多段階サイクルを使用する速いＣＭＳ吸着剤（４１４−０２）および遅いＣＭＳ吸着剤（４１４−０４）についてのサイクル時間の関数としての、フィード対生成物比の観点による正規化プロセス性能を示すグラフである。
【００４４】
【図４ｂ】図４ｂは、７．８０ａｔｍａおよび３０°Ｆで空気からＮ２（４５００ｐｐｍ  Ｏ２を含む）を生成するための、図１に提示した２層多段階サイクルを使用する速いＣＭＳ吸着剤（４１４−０２）および遅いＣＭＳ吸着剤（４１４−０４）についてのサイクル時間の関数としての生産性の観点による正規化プロセス性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
Ｎ２および／またはＡｒからＯ２を分離するための急速サイクル圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスにおける使用のための「速い」速度選択的炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤が、本明細書に開示される。また、前記速い速度選択的ＣＭＳ吸着剤を含む複数の吸着層を利用する、Ｎ２および／またはＡｒからＯ２を分離するための急速サイクル圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスが、本明細書に開示される。
【００５１】
Ｎ２またはＡｒからＯ２を分離するための開示された速いＣＭＳ吸着剤を使用する、本明細書に記載の急速サイクルＰＳＡプロセスは、驚くべきことに、高い生成物回収を維持しながら改善されたプロセス生産性を提供することが見出された。さらに、速いＣＭＳ吸着剤を使用する急速サイクルＰＳＡプロセスは、より少ないパージガスを必要とすることが見出された。
【００５２】
本明細書で使用される場合、「速い」速度選択性ＣＭＳ吸着剤（本明細書では、単に「速い」ＣＭＳ吸着剤とも呼ばれる）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／Ｎ２および／またはＯ２／Ａｒ速度選択性、ならびに少なくとも０．２０のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有するＣＭＳ吸着剤を指す。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０．２９、または少なくとも０．３０のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有する。
【００５３】
本明細書で使用される場合、「遅い」速度選択性ＣＭＳ吸着剤（本明細書では、単に「遅い」ＣＭＳ吸着剤とも呼ばれる）は、Ｏ２について、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および／またはＯ２／Ａｒ速度選択性、ならびに０．２０未満のＯ２吸着速度（１／ｓ）を有するＣＭＳ吸着剤を指す。
【００５４】
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。
【００５５】
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、圧力対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速度選択性は、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】
2020025958.tif 000003
【００５６】
プロセスがＮ２からＯ２を分離するためのものである場合、速いＣＭＳ吸着剤は、好ましくは、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、５〜３０、１０〜２５、または１５〜２０のＯ２／Ｎ２速度選択性を有することができるプロセスがＡｒからＯ２を分離するためのものである場合、速いＣＭＳ吸着剤は、好ましくは、５〜４０のＯ２／Ａｒ速度選択性を有することができる。速いＣＭＳ吸着剤は、任意の適切な吸着能率を有することができる。例えば、１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの標準等温測定によって決定されるように、速いＣＭＳ吸着剤は、０．２〜０．４ｍｍｏｌ／ｇの間の平衡での吸着能率を有することができる。
【００５７】
周知であるように、ＰＳＡプロセスは、プロセスにおいて使用される吸着剤層のそれぞれを、少なくともフィード工程（吸着工程とも呼ばれる）、少なくとも１つの減圧工程、パージ工程、および少なくとも１つの再加圧工程を含むＰＳＡサイクルに供することを含む。フィード工程において、フィードガス流は、フィード工程を受けた層に導入されそこを通過し、フィード流から１種以上の容易に吸着される成分（すなわち、この場合はＯ２）を吸着させ、それによって、吸着成分が枯渇し、残りの成分（すなわち、この場合はＮ２および／またはＡｒ）が富化された層を出る、生成物ガス流を生成する。減圧工程において、層は、より低いパージ圧力に達するまで、フィード工程の間のフィード圧力から減圧され、減圧工程は、典型的には、少なくとも１つの減圧均等化工程（ここでは、層内のガスのいくらかを排出すること、および均等化再加圧工程を受けている別の層に上記ガスを送り、それによって、２つの層間の圧力を少なくとも部分的に均等にすることによって、層を減圧する）、および、典型的には上記減圧均等化工程の後に起こり、より容易に吸着される成分が豊富なガスが（典型的には向流方向に）層から排出される、向流減圧または「ブローダウン」工程、を含む。パージ工程において、残りの吸着成分を除去するために、パージガス（典型的には、吸着工程で生成された生成物ガスのいくらか）が、ここでは前述のパージ圧力にある層に通され（典型的には向流方向に）、このことは、再度、前記成分に富んだガス流が層から排出されることを生じる。最後に、再加圧工程において、層は加圧してフィード圧力まで戻し、この再加圧工程は、典型的には、少なくとも１つの再加圧均等化工程（均等化減圧工程を受けている別の層からガスを受け取ることによって層が加圧される）、および、層がフィードガスまたは生成物ガス（または好ましくは両方）を用いて再加圧される少なくとも１つの工程を含み、フィードガスは、典型的には、並流で導入され、生成物ガスは向流で導入される。既知であるように、サイクルは、上述の工程のうちのいずれかの間に行われる他の工程も含むことができる。
【００５８】
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。
【００５９】
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持続時間が６０秒以下であるＰＳＡサイクルを意味する。好ましくは、サイクルのフィード工程の合計持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６〜４５秒、または６〜３６秒の合計持続時間を有する。
【００６０】
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（すなわち、フィード工程、少なくとも１つの減圧工程、パージ工程、少なくとも１つの再加圧工程、およびサイクル中に存在し得る任意の他の工程）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、３０〜１００秒、または３０〜７０秒のサイクル時間を有する。
【００６１】
急速サイクルＰＳＡプロセスは、各々が急速ＣＭＳ吸着剤を含む複数の吸着層を使用して実行される。任意の適切な数の層を使用することができるが、特定の実施形態において、本プロセスは、２〜４個の吸着層のみを使用するか、または２個の層のみを使用する。これに関して、本明細書で使用される場合、「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つ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。
【００６２】
吸着剤層は、任意の適切な形態で急速ＣＭＳ吸着剤で充填されてもよいが、好ましくは、ランダム充填の形態でＣＭＳ吸着剤を含む。吸着剤は、好ましくは、高密度充填され、ＣＭＣ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。
【００６３】
フィード工程は、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）でプロセスのフィード工程を実施することが、同時に生成物回収を維持または改善する一方で、プロセス生産性を改善し、このことは既知のＰＳＡシステムとは反対であることを見出した。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）、およびフィード工程のために所望の温度まで下げるフィードガスの顕著な冷却は必要とされない場合に、特に有益であり得る。
【００６４】
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。
【００６５】
このプロセスは、急速サイクルＰＳＡ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、本プロセスは、回転層ＰＳＡ装置を使用して実行される回転層急速サイクルＰＳＡ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む、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急速サイクルＰＳＡ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。
【００６６】
単なる一例として、本発明のプロセスと共に使用するのに適した例示的な２層多段階ＰＳＡサイクルを、ここで図１を参照しながら説明する。サイクルスケジュールは図１に表形式で示されている。テーブルグリッドの各行は、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。
【００６７】
図１に示すＰＳＡサイクルは、生成物およびフィードの再加圧工程（Ｆ１／ＲＰ１）、フィード（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）、およびいくつかのアイドル工程（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）を層の上部および底部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。サイクルのこの段階の間、層から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、実質的にそれを破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、層圧力を第一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を受ける層の生成物端部から、ＥＱＲ１を受ける層の生成物端部まで移送され、かくして２つの層の間の圧力を部分的に等しくし、そしてＥＱＤ１を受け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る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送られる。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、この工程は、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、層を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）もまた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。
【実施例】
【００６８】
図１に示されるような２層多段階圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスサイクルは、空気から窒素を分離するために、速い（４１４−０２）炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤および遅い（４１４−０４）炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤を使用して、フィード対生成物比および比生産性に関してプロセス性能指標を評価するために選択した。フィード対生成物比は回収の逆数であり、それゆえに、その比が低いほど回収は良くなり、逆もまた同様である。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。速いＣＭＳ吸着剤（４１４−０２）および遅いＣＭＳ吸着剤（４１４−０４）上での酸素および窒素の速度、速度選択性、および平衡能率、ならびに吸着剤層の特性を表１および２に要約する。酸素取り込み速度は、速いＣＭＳ吸着剤と遅いＣＭＳ吸着剤との間で３０％だけ異なるが、選択性は２倍異なることに留意されたい。
【００６９】
ＰＳＡプロセス性能の結果は、異なるＮ２生成物純度（４５００ｐｐｍおよび４５，０００ｐｐｍのＯ２を含有する）についてのフィード対生成物比および生産性に関して、異なるフィード工程温度（１００°Ｆおよび３０°Ｆ）を使用する場合に、速いＣＭＳ吸着剤（４１４−０２）および遅いＣＭＳ吸着剤（４１４−０４）について、図２（ａおよびｂ）、図３（ａおよびｂ）、および図４（ａおよびｂ）に要約する。これらの図において、フィード対生成物比および生産性は、表３に与えられる条件における４１４−０４の代表値で除算することによって正規化され、これらの正規化された値はサイクル時間の関数としてプロットされている。各吸着剤について、ＰＳＡプロセスパラメータは、これらのプロットを生成するために個別に最適化されている。表３において、サイクル時間は、１００°Ｆ、４５００ｐｐｍの場合については、４１４−０２と４１４−０４の両方について６０秒であり、１００°Ｆ、４５，０００ｐｐｍの場合については５０秒であった。３０°Ｆの比較のために、４１４−０２を９０秒のサイクル時間で実行し、４１４−０４を１９０秒で実行した。全ての場合において、吸着層への入口で測定された場合、フィード工程の間の圧力は、７．８０ａｔｍａであった。
【００７０】
図２〜４に見られるように、速いＣＭＳ（４１４−０２）の最適サイクル時間は、（異なる量のＯ２を含有する）全てのＮ２生成物純度および温度において、遅いＣＭＳ（４１４−０４）のそれと同等またはそれ以上であった。速いＣＭＳ（４１４−０２）に伴う驚くべき特徴は、たとえ速いＣＭＳの速度選択性および平衡能率が、遅いＣＭＳよりも顕著に低いとしても、同様の回収（すなわち、同様のフィード対生成物比）における著しく良好な生産性（１００°Ｆおよび４５００ｐｐｍ  Ｏ２で３４．５％向上、１００°Ｆおよび４５，０００ｐｐｍ  Ｏ２で２３．２％向上、および３０°Ｆおよび４５００ｐｐｍ  Ｏ２で９５．４％向上）が、遅いＣＭＳ（４１４−０４）に対するここで考慮されるすべての生成物純度および温度において維持することができるということである。これは、ＰＳＡプロセスにおいて速い炭素分子ふるいの使用に伴って、層サイズ、したがって、資本コストを減少させることができることを意味する。
【００７１】
速いＣＭＳ（４１４−０２）についての別の驚くべき特徴は、低温操作温度において、依然として同等またはより良好な回収を維持しながら、はるかに高い生産性を得ることができることであった（すなわち、より低いフィード対生成物比）。例えば、生成物流中の７．８０のａｔｍａ層圧力および４５００ｐｐｍのＯ２において、正規化フィード対生成物比および正規化生産性は、３０°Ｆの操作温度および９０秒のサイクル時間において、それぞれ０．９７９および１．９５４である。同じ操作圧力および生成物Ｏ２純度を用いる１００°Ｆおよび６０秒サイクル時間においてさえ、４１４−０２についての正規化フィード対生成物比は、４１４−０４よりも１．６％高いのみであり、４１４−０２についての正規化生産性は、４１４−０４よりもなお３４．５％高かった。遅いＣＭＳ（４１４−０４）は、１００°Ｆから３０°Ｆまでのフィード温度になると、約１２％の回収の増加を伴って、生産性の約２６％の減少を与えた。対照的に、速いＣＭＳ（４１４−０２）は、１００°Ｆから３０°Ｆのフィード温度になると、１６％の回収の増加を伴って、生産性の６．７％の増加を示した。比較結果は、表３ならびに図２（ａおよびｂ）および図４（ａおよびｂ）に見出すことができる。
【００７２】
層を効果的に再生するために必要とされるパージガスの量は、たとえ４１４−０４よりも低い選択性を有するとしても、速いＣＭＳ（４１４−０２）を使用するＰＳＡによる中純度窒素の生成のためには驚くほど少ない。より少ないパージガスを用いてさえ、速いＣＭＳのためのプロセス性能指標は、遅いＣＭＳのものよりも有意に良好である。（ＡＣＦ比に関して）パージ対フィード比の要約を、異なる生成物純度（異なる量のＯ２を含有する）ならびに速いＣＭＳ吸着剤および遅いＣＭＳ吸着剤についての温度について、表３に提供する。速いＣＭＳについては、パージ対フィード比は、遅いＣＭＳ吸着剤に対して、１００°Ｆで約４３％低く、３０°Ｆで約８％低い。より遅い拡散成分（ＣＭＳベースのＰＳＡによる空気分離の場合には窒素）に富んだ一次生成物の一部は、低圧での向流ブローダウン工程（図１に示すようなＣｎＤ１工程およびＣｎＤ２工程）に続いて、向流パージ工程（図１に示すＰＵ１工程およびＰＵ２工程）を実行するために使用される。生成工程中に特定の純度で一次生成物を製造するために、層が十分に清浄であることを確実にするためにパージ工程が必要である。
【００７３】
以前に言及したように、速いＣＭＳ（４１４−０２）上の全ての拡散成分についての取り込み速度は、遅いＣＭＳ（４１４−０４）上のものより速い。これらの研究において考慮された速いＣＭＳ吸着剤は、遅いＣＭＳ吸着剤より約２５％速かったが、遅いＣＭＳ吸着剤よりも５８％選択性が低かった（速度選択性に基づく）（表１）。それにもかかわらず、急速サイクルプロセスにおいて、速いＣＭＳ吸着剤は、表３から見ることができるように、その低い選択性にもかかわらず、（そのより速い取り込み速度の観点から予想され得るように）より高い比生産性を提供するだけでなく、回収の損失なしで／最小限の損失で、これを達成した（すなわち、同様のフィード対生成物比）。
【００７４】
当該技術分野で以前に既知であったものとは逆に、回収の損失がなしで／最小限の損失で、比生産性の向上は非常に驚くべきことである。Ｓｃｈｏｒｋ  ｅｔ  ａｌ．（１９９３）による研究において、取り込み速度が増加するにつれて生産性は増加するが、得られる最大回収は減少すると言及されていた。表４（Ｓｃｈｏｒｋらから得られたデータ）は、この研究からの炭素分子ふるい吸着剤のプロセス性能指標（回収および生産性）に対するＯ２およびＮ２の全体的な速度定数の効果を要約しており、これは、生産性の増加が生成物回収の損失につながることを明確に示している。
【００７５】
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。
【００７６】
表１．１ａｔｍａおよび８６°Ｆでの様々な炭素分子ふるい吸着剤についての線形推進力（ＬＤＦ）モデルに基づくＯ２速度定数およびＯ２対Ｎ２の速度選択性を要約する。
【００７７】
【表１】
2020025958.tif 000004
【００７８】
表２．速い炭素分子ふるい吸着剤（４１４−０２）および遅い炭素分子ふるい吸着剤（４１４−０４）についての吸着剤および層の特性を要約する。
【００７９】
【表２】
2020025958.tif 000005
【００８０】
表３．異なる操作温度および生成物Ｏ２純度における速いＣＭＳ吸着剤（４１４−０２）および遅いＣＭＳ吸着剤（４１４−０４）のパージ要件（パージ対フィード比の観点から）を要約する。フィード対生成物比および生産性の値は、同じ温度、圧力、および生成物Ｏ２の条件についての４１４−０４の値によって正規化されている。吸着剤および層の特性は表２に要約されている。評価には、図１に提示した２層多段階サイクルを使用する。
【００８１】
【表３】
2020025958.tif 000006
【００８２】
表４は、炭素分子ふるい吸着剤のプロセス性能指標（回収および生産性）に対するＯ２およびＮ２の全体的な速度定数の影響を要約している。速度定数には単一の係数が掛けられており、それゆえに、すべての場合において、速度選択性は基本ケースの場合と同じである。結果は、“Ｓｃｈｏｒｋ，Ｊ．Ｍ．；Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ，Ｒ．；Ａｕｖｉｌ，Ｓ．Ｒ．Ｓｈｏｒｔｃｕｔ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ  Ｎａ  ＰＳＡ  Ａｄｓｏｒｂｅｎｔｓ，Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．，１９９３，３２，２２２６−２２３５”から取られている。
【００８３】
【表４】
2020025958.tif 000007
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【外国語明細書】
2020025958000001.pdf