(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス成分を吸着することによりガス混合物を分離する圧力スイング吸着プロセスを提供する。【解決手段】容器１０、２０、３０、４０内に設けられた吸着ベッドにおいてガス成分を吸着することによりガス混合物を分離するステップを含んでいる圧力スイング吸着プロセスであり、この分離するステップは少なくとも２段階圧力等化により行われ、複数の容器の容器当り５個以下のバルブ１０Ａ、２０Ａ、３０Ａ、４０Ａにより行われる。このプロセスは、吸着ステップと、圧力が減少する少なくとも２つの段階を有する第１の等化ステップと、パージステップと、および圧力が増加する少なくとも２つの段階を有する第２の圧力等化ステップとを含んでいる。【選択図】図２
2010137225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の容器内に設けられた吸着ベッドにおいて少なくとも1つのガス成分を吸着することによりガス混合物を分離するステップを含んでおり、
この分離するステップは最初にｎ個の容器に対して圧力スイング吸着サイクルを使用して行われ、ここでｎは前記分離するステップを行うために最初に動作した容器の数に等しく、
１個の特定の容器およびその特定の容器に直接関連した１つのバルブの少なくとも一方が故障したとき、前記分離するステップはその特定の容器をバイパスすることによりｎ−１個の容器に対して圧力スイング吸着サイクルを使用して行われる圧力スイング吸着プロセス。
【請求項２】
分離するステップは少なくとも２段階の圧力等化処理を含んでおり、容器当り５個以下のバルブにより行われる請求項１記載のプロセス。
【請求項３】
循環的に動作される複数の容器内に設けられた吸着ベッドにおいて少なくとも1つのガス成分を吸着することによりガス混合物を分離するステップを含んでいる圧力スイング吸着プロセスにおいて、
吸着ステップと、
少なくとも２つの段階を有し、圧力を減少させる第１の圧力等化ステップと、
パージステップと、
少なくとも２つの段階を有し、圧力を増加させる第２の圧力等化ステップとを含んでおり、
前記プロセスは最初にｎ個の容器に対して圧力スイング吸着サイクルを使用して行われ、ここでｎはこのプロセスを行うために最初に動作した容器の数に等しく、
１個の特定の容器およびその特定の容器に直接関連した１つのバルブの少なくとも一方が故障したとき、前記プロセスはその特定の容器をバイパスすることによりｎ−１個の容器に対して圧力スイング吸着サイクルを使用して行われる圧力スイング吸着プロセス。
【請求項４】
前記プロセスは、容器当り５個以下のバルブにより行われる請求項３記載の圧力スイング吸着プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力スイング吸着システムおよび圧力スイング吸着を行うプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力スイング吸着（ＰＳＡ）は、ガスの混合物を分別して少なくとも１つの純化された生成物ガスとラフィネート副産物混合物とを提供するために使用される技術である。ＰＳＡは、とくに、水素を別のガスから分離し、酸素および窒素を空気から分離し、ヘリウムをから天然ガスから分離するために成功的に使用されている。
【０００３】
初期のＰＳＡシステムは、一般に、並列に動作される４個の吸着容器を使用していた。これの一例は、Wagner氏による米国特許第 3,430,418号明細書に記載されている。Wagner氏のプロセスに対して後に加えられた改良として、４個の吸着ベッドを維持させながら付加的な圧力等化ステップが追加され（たとえば、Batta氏による米国特許第 3,564,816号明細書）、その後、Fuderer氏他による米国特許第 3,986,849号明細書においてさらに多くの圧力等化ステップが７個以上の吸着ベッドに追加された。圧力等化の数および吸着容器の個数のこれら増加は、生成物の回収率および吸着体の生産率を高めるために行われた。残念ながら、性能の増強には、Wagner氏のプロセスに対して３１個必要とされ、Batta氏のプロセスに対して３３個必要とされ、Fuderer氏他のプロセスに対しては最少で４４個必要とされるバルブの数の増加が必要とされた。
【０００４】
ＰＳＡの性能は一般に、いくつかの基準に基づいて測定される。第１のものは、所定の不純物レベルでの生成物の回収率、すなわち、純化された生成物としてデリバーされる全フィードストリーム中の生成物化学種の割合である。第２の尺度は吸着体の生産率であり、これは、生成物がデリバーされる期間中のＰＳＡサイクルをそのサイクルの全長と比較したときの割合に関連している。これらのパラメータの一方または両方を固定されたフィード組成において最大化するために、いくつかの方法が別のシステムにおいて説明されている。
【０００５】
Wagner氏は、加圧されたベッド中に貯蔵されたガスを使用して、パージされていた１つの別の容器を再加圧し、その後第１の容器内の圧力が使い尽くされる前に別の容器をパージするプロセスを記載している。その後、Batta氏は、第２の圧力等化が第１のものに追加されることが可能であったこと、およびこれが回収率を有意義に改善することを説明している。Batta氏はパージガスの供給を彼のサイクル中に存続させた。Fuderer氏他は、この方法を第３の圧力等化に拡大し、１つのベッドから回収された最も純度の高いガスが常に、再加圧されている任意の他のベッドに入れられる最後のガスでなければならないことを教示した。Batta氏の４個の容器サイクルは、真に望ましいものより低い純度のガスが加圧されている容器に入れられるように構成されていた。さらに、Fuderer氏他の発明は、先のサイクルによって達成可能なものより高い吸着体生産率を可能にした。これは、バルブ切替え理論の詳細のために吸着に割当てられたサイクル中の時間の割合が大きくなったためである。
【０００６】
これらの方法によって高い生成物回収率および吸着体生産率が容易になるが、それらは著しい複雑性を伴って実現される。Wagner氏の元のプロセスは４個の容器および３１個のバルブを使用して１つの圧力等化および１つの別の容器のパージを可能にした。Batta氏は２つの等化を伴う彼のサイクルのためにこの合計を３３個のバルブおよび４個の容器に増加させた。これらの４ベッドサイクルは共に、その時間の２５％で１つの所定の容器からガスを生成する。Batta氏はまた、ガスの純度が連続的に増加する所望の再加圧を与えるために等化を再オーダする４３個のバルブを有する５容器システムを提供した。このサイクルは、わずか２０％の時間で１つの所定の容器から生成した。３つの等化および１つのパージステップを提供するFuderer氏他の最も簡単なサイクルには、９個の容器および５５個のバルブが必要とされた。このサイクルはわずか３３％の時間でBatta氏およびWagner氏のサイクルを著しく増加させた。これらのサイクルにより回収率および生産率はその臨界範囲において前進したが、それらを行うために機械的な複雑さが大きく増加した。この複雑さの増加には、システムの容積、質量、組立て時間および主要費用の増加を伴った。さらに、バルブの数を大幅に増加することにより、ＰＳＡシステムの信頼性が時間にわたって著しく低下する。それは、このようなＰＳＡシステムが、１個のバルブが故障した場合でさえ動作を停止しなければならない故障システムの単一のポイントになるためである。
【０００７】
複雑さに付随する問題に対処するためにその複雑さを軽減する努力がなされてきた。シュテッカー氏による米国特許第 4,761,165号明細書においては、Wagner氏のプロセスが４個の容器と、その中の４個が比例的に制御されるバルブであることができる１８個のバルブを使用して実施された。Duhayer氏他による米国特許第 6,146,450号明細書には、パイプ付属部品を最適に構成することにより複雑さを軽減する手段が記載されている。もっとも、この方法は、バルブまたは容器の個数に関してＰＳＡサイクルを材料的に変化させない。はるかに劇的な機械的な簡単化は、発明者であるFranklin D.Lomax,Jr.氏他による特許出願（METHOD AND APPARATUS FOR PRESSURE SWING ADSORPTION）に記載されており、この特許出願は２００２年４月９日に出願された暫定出願第60/370,702号(IMPROVED METHOD AND APPARATUS FOR PRESSURE SWING ADSORPTION)に基づく本出願の同時出願である。
【０００８】
シュテッカー氏のプロセスはWagner氏のプロセスに対して使用されるバルブの数において有意義な簡単化を達成するが、彼は回収率を増加させるための第２または第３の圧力等化を行う手段を示しておらず、吸着体の生産率の増加の説明も行っていない。Duhayer氏他およびLomax氏他の両方の機械的な簡単化は事実上任意のＰＳＡサイクルに対して利点を提供するが、Batta氏、Fuderer氏他およびその他により教示されたバルブおよび容器使用個数の付随的な増加なしに回収率または吸着体生産率を高めるためのバルブ数の固有の減少またはサイクルの変更をとくに教示してはいない。さらに、これらの改善のいずれも基本的にＰＳＡサイクルの信頼性を変化させない。これは、基本サイクルが故障システムの単一ポイントのままであるためである。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、ＰＳＡ装置の複雑さを軽減する改善されたＰＳＡ動作サイクルを有効に提供する。
【００１０】
さらに、本発明は、並列の等化流動体導管を使用することにより機械的複雑さを軽減しながら生成物の回収率および吸着体の生産率を最適化するためにＰＳＡサイクルを簡単化する一般的な方法を有効に提供する。
【００１１】
本発明は、改善されたＰＳＡサイクルを故障許容方式で動作させる方法を有効に提供し、このとき単一のバルブの故障ではシステムの動作を停止させる必要がない。
【００１２】
本発明は、複数の容器内に設けられた吸着ベッドにおいて少なくとも１つのガス成分を吸着することによりガス混合物を分離するステップを含む圧力スイング吸着プロセスを有効に提供し、それにおいて、分離ステップは、少なくとも１つの２段階の圧力等価により行われ、複数の容器の容器当り５個以下のバルブによって行われる。
【００１３】
本発明はさらに、複数の容器内に設けられた吸着ベッドにおいて少なくとも１つのガス成分を吸着することによりガス混合物を分離する圧力スイング吸着プロセスを有効に提供し、それにおいて、複数の容器は循環的に動作される。このプロセスは、吸着ステップと、少なくとも２つの段階を有し、圧力を減少させる第１の圧力等化ステップと、パージステップと、少なくとも２つの段階を有し、圧力を増加させる第２の圧力等化ステップとを含んでいる。このプロセスは、複数の容器の容器当り５個以下のバルブによって行われる。
【００１４】
本発明はまた、第１のバルブを介してソース入口マニフォールドに接続され、第２のバルブを介して廃物出口マニフォールドに接続されている第１の開口と、第３のバルブを介して生成物出口マニフォールドに接続され、第４のバルブおよび第５のバルブを介して１つの等化導管に接続されている第２の開口とを各容器が有している複数の容器を備えた圧力スイング吸着システムを有効に提供する。等化導管は、複数の容器の各容器を接続している。
【００１５】
さらに、本発明は、第１のバルブを介してソース入口マニフォールドに接続され、第２のバルブを介して廃物出口マニフォールドに接続されている第１の開口と、第３のバルブを介して生成物出口マニフォールドに接続され、第４のバルブおよび第５のバルブを介して１つの等化導管に接続されている第２の開口とを各容器が有している複数の容器を備えた圧力スイング吸着システムを提供する。等化導管は複数の容器の各容器を接続している。第４のバルブは開放状態のときに第１の予め定められた流動率を提供し、第５のバルブは開放状態のときに第２の予め定められた流動率を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】２段階圧力等化を含む４容器圧力スイング吸着（ＰＳＡ）サイクルに対するサイクル図である。
【図２】図１の４容器ＰＳＡサイクルを実行する改良されたＰＳＡシステムのバルブ図である。
【図３】２段階圧力等化を含む５容器ＰＳＡサイクルに対するサイクル図である。
【図４】図３の５容器ＰＳＡサイクルを実行する改良されたＰＳＡシステムのバルブ図である。
【図５】３段階圧力等化を含む６容器ＰＳＡサイクルに対するサイクル図である。
【図６】図５の６容器ＰＳＡサイクルを実行する改良されたＰＳＡシステムのバルブ図である。
【図７】３段階圧力等化を含む７容器ＰＳＡサイクルに対するサイクル図である。
【図８】図７の７容器ＰＳＡサイクルを実行する改良されたＰＳＡシステムのバルブ図である。
【図９】破線で示された隠れた特徴を有する本発明より使用されるバルブマニフォールドの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の詳細な説明および添付図面を参照することにより、本発明およびそれに付随する多数の利点が容易にさらによく理解されるであろう。  
以下、添付図面を参照として本発明の実施形態を説明する。以下の説明において、実質的に同じ機能および構成を有する構成要素を同じ参照符号で示し、必要なときにのみその説明を繰返す。
【００１８】
図１は、２段階圧力等化を含む４容器圧力スイング吸着（ＰＳＡ）サイクルに対するサイクル図を示している。図２は、図１に示された４容器ＰＳＡサイクルを行うために使用されることのできる改良されたＰＳＡシステム1Aのバルブ図を示している。
【００１９】
図２は、第１の容器10と、第２の容器20と、第３の容器30と、および第４の容器40とを備えたＰＳＡシステム1Aを示している。各容器は典型的に、吸着材料の１個のベッドを備えている。容器10、20、30および40は、フィードガス混合物を供給するソースマニフォールド100と、吸着されない生成物廃棄ガスに対する出口を提供する生成物マニフォールド102との間において並列流動関係で接続されている。容器10、20、30および40はまた、吸着された成分に対する出口を提供する廃物マニフォールド104に接続されている。
【００２０】
各容器10、20、30および40は、その下端部に下方開口12、22、32および42をそれぞれ有している。下方開口12、22、32および42はそれぞれ導管11、21、31および41を介してソースマニフォールド100に接続されている。導管11、21、31および41はそれぞれバルブ10A、20A、30Aおよび40Aを有しており、それらの各バルブはソースマニフォールド100と各容器10、20、30および40との間における流動体の流れを制御する。下方開口12、22、32および42はそれぞれ導管13、23、33および43を介して廃物マニフォールド104に接続されている。導管13、23、33および43はそれぞれバルブ10E、20E、30Eおよび40Eを有しており、それら各バルブは廃物マニフォールド104と各容器10、20、30および40との間における流動体の流れを制御する。
【００２１】
さらに、各容器10、20、30および40は、その上端部に上方開口14、24、34および44をそれぞれ有している。上方開口14、24、34および44はそれぞれ導管15、25、35および45を介して生成物マニフォールド102に接続されている。導管15、25、35および45はそれぞれバルブ10B、20B、30Bおよび40Bを有しており、それらの各バルブは生成物マニフォールド102と各容器10、20、30および40との間における流動体の流れを制御する。
【００２２】
上方開口14、24、34および44は、各導管が１個のバルブを有する１以上の導管によって等化導管106に接続されることができる。容器10の上方開口14は、第１の導管16および第２の導管18を介して等化導管106に接続されていることが好ましい。導管16および18はそれぞれバルブ10Cおよび10Dを有しており、それらの各バルブは等化導管106と容器10との間における流動体の流れを制御する。バルブ10Cおよび10Dは、開放状態のときに予め定められた流動率を与えるように構成されており、また、バルブ10Cおよび10Dは異なった予め定められた流動率を提供するように構成されていることが好ましい。したがって、流動体が等化導管106（別の容器20、30、40の１つからの）から容器10中に流れている２段階圧力等化期間中、１つのバルブは、第１の段階中に所望の等化を行うのに適した第１の予め定められた流動率で開放するように構成されることが可能であり、その後他方のバルブ（その他方のバルブが閉じているか、あるいは両バルブが開いた状態で）は、大きい圧力差および大きい流動率変化がシステムにおいて発生した場合に生じる可能性のある容器およびシステム内での有害な流動ショックなしに、第２の段階中に所望の等化を行うのに適した第２の予め定められた流動率で開放するように構成されることができる。その代りに、本発明のＰＳＡシステムは、各容器を等化導管106と接続する単一の導管およびバルブを備えることが可能であり、あるいは３以上の導管およびバルブは、ＰＳＡシステムにおいて所望される流動特性に応じて各容器を等化導管106と接続するために使用されることができる。ＰＳＡシステム1Aのバルブは手動的な制御、制御システムによる自動的な制御、予め定められた圧力レベルのような動作状態に基づく自動的な付勢、あるいはその組合せを行うことが可能である。バルブは、所望ならば可変流動率バルブであることができる。
【００２３】
容器20、30および40の上方開口24、34および44は、容器10の上方開口14に対して上述したのと同じ方法で等化導管106に接続されていることが好ましい。とくに、容器20の上方開口24は第１の導管26および第２の導管28を介して等化導管106に接続され、導管26および28はそれぞれバルブ20Cおよび20Dを有しており、各バルブが等化導管106と容器20との間における流動体の流れを制御する。さらに、容器30の上方開口34は第１の導管36および第２の導管38を介して等化導管106に接続され、導管36および38はそれぞれバルブ30Cおよび30Dを有しており、各バルブが等化導管106と容器30との間における流動体の流れを制御する。さらに、容器40の上方開口44は第１の導管46および第２の導管48を介して等化導管106に接続され、導管46および48はそれぞれバルブ40Cおよび40Dを有しており、各バルブが等化導管106と容器40との間における流動体の流れを制御する。
【００２４】
バルブ10C、10D、20C、20D、30C、30D、40C、および40Dは、等化導管106に沿った流動を妨害しないことが好ましい。
【００２５】
図１は、図２に示されている圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム1Aによって行われることのできる２段階圧力等化を含む４容器ＰＳＡサイクルに対するサイクル図を示している。図１に示されているＰＳＡサイクルは、説明を簡単にするために２４の時間単位に分割されている。４個の吸着容器10、20、30および40はそれぞれ同じステップのシーケンスをたどるが、しかしながら、各容器のステップのシーケンスは他の容器のものからずれている。以下、吸着容器10のサイクルを説明する。
【００２６】
時間単位１の期間中、吸着容器10は、開放状態であるバルブ10Aおよび10Bならびに閉鎖状態であるバルブ10C、10D、10E、20A、30A、40A、20B、30Bおよび40Bにより吸着プロセス（Ａ）を行っている。時間単位１の期間中、フィードガス混合物流動体はソースマニフォールド100から導管11を介して容器10の開口12に供給されており、この流動体は容器10内の吸着ベッドを通って進行し、また、吸着されない生成物流動体は開口14を出て、導管15を介して生成物マニフォールド102に進む。
【００２７】
時間単位２乃至６の期間中、バルブ10Aおよび10Bは、吸着容器10が吸着プロセス（Ａ）を続行するように開放状態のままであり、また、バルブ40Bは容器40中において最終的な生成物再加圧ステップ（ＦＰ）を行うために開放状態にされる。最終的な生成物再加圧中に、流動体は生成物マニフォールド102から導管45に沿って開口44を通って容器40中に流入する。
【００２８】
時間単位７の期間中、バルブ10Aおよび10Bは閉鎖し、バルブ10Cおよび20Cは開放状態にされ、それによって容器10および20内の圧力が等しくなることを可能にする。（説明を簡単にするために、ここではバルブ10Cおよび20Cは圧力等化ステップ中に使用されているものとして説明されているが、しかしその代わりにバルブ10Dおよび20D、バルブ10Cおよび20D、またはバルブ10Dおよび20Cが使用されることが可能であることに留意されたい）。時間単位７の期間中、容器10は、容器10中の圧力が減少する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｄ）を行い、同時に容器20は、容器20中の圧力が増加する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｐ）を行う。時間単位７の期間中、容器10内からの流動体は開口14を通って導管16に沿って等化導管106に流れ、その後導管26に沿って開口24を通って容器20中に進む。
【００２９】
時間単位８乃至１１の期間中、バルブ20Cは閉鎖状態にされ、バルブ30C（またはバルブ30D）は開放状態にされる。時間単位８乃至１１の期間中、容器10は容器30にパージガスを供給することによりコカレント（cocurrent）減圧ステップ（ＰＰ）を行い、このステップはバルプ30Eを開放することにより廃物をパージし（Ｐ）、それによってその廃物を容器30から導管33を介して廃物マニフォールド104に排出する。時間単位８乃至１１の期間中、容器10内からの流動体は開口14を通って導管16に沿って等化導管106に流れ、その後導管36に沿って開口34を通って容器30中に進む。容器30は開口32を通過して導管33に沿って廃物マニフォールド104に進行する流動体によって洗い流される。
【００３０】
時間単位１２中、容器10は流動体を容器30に供給し続ける。しかしながら、バルブ30Eは閉鎖状態にされ、それによって容器10および30内の圧力が等しくなることが可能となる。時間単位１２中、容器10は、容器10中の圧力が減少する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｄ）を行い、同時に容器30は、容器30中の圧力が増加する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｐ）を行う。時間単位１２の期間中、第２段階の圧力等化ステップは、バルブ10Cおよび30Cとは異なった流動を提供することのできるバルブ10Dおよび30Dを使用して行われることが可能であることに注意されたい。したがって、時間単位１２の期間中、バルブ10Cおよび30Cは閉鎖され、バルブ10Dおよび30Dは開放状態にされる。それ故、時間単位１２の期間中は、容器10内からの流動体は開口14を通って導管16に沿って等化導管106に流れ、その後導管38に沿って開口34を通って容器30中に進む。
【００３１】
時間単位１３の期間中、バルブ10Dは閉鎖され、バルブ10Eは開放状態にされる。時間単位１３中、容器10は、容器10内からの流動体が開口12を通って導管13に沿って廃物マニフォールド104に進行する対向流ブローダウンステップ（ＢＤ）を行う。
【００３２】
時間単位１４乃至１７の期間中、バルブ10Eは開放状態のままであり、バルブ10Dおよび40D（あるいは所望の流動率に応じて、バルブ10Cおよび40C）は開放状態にされ、一方バルブ20C、20D、30C、および30Dは閉鎖される。時間単位１４乃至１７の期間中、容器40は容器10にパージガスを供給することによりコカレント減圧ステップ（ＰＰ）を行い、このステップはバルプ10Eを開放することにより廃物をパージし（Ｐ）、それによってその廃物を容器10から導管13を介して廃物マニフォールド104に排出する。時間単位１４乃至１７の期間中、容器40内からの流動体は開口44を通って導管48に沿って等化導管106に流れ、その後導管18に沿って開口14を通って容器10中に進む。容器10は開口12を通過して導管13に沿って廃物マニフォールド104に進行する流動体によってパージされる。
【００３３】
時間単位１８中、容器40は流動体を容器10に供給し続ける。しかしながら、バルブ10Eは閉鎖状態にされ、それにより容器10および40内の圧力が等化されることが可能になる。時間単位１８中、容器40は、容器40中の圧力が減少する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｄ）を行い、同時に容器10は、容器10中の圧力が増加する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｐ）を行う。時間単位１８の期間中、第２段階の圧力等化ステップは、バルブ10Dおよび40Dを使用して行われる。したがって、この時間単位１８中、バルブ10Dおよび40Dは開放状態である。それ故、時間単位１８の期間中、容器40内からの流動体は開口44を通って導管48に沿って等化導管106に流れ、その後導管18に沿って開口14を通って容器10中に進む。
【００３４】
時間単位１９の期間中、バルブ10Dおよび40Dは閉鎖され、バルブ10Cおよび20Cは開放状態にされ、それによって容器10および20内の圧力が等しくなることが可能になる。時間単位１９中、容器20は、容器20中の圧力が減少する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｄ）を行い、同時に容器10は、容器10中の圧力が増加する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｐ）を行う。この時間単位１９の期間中、容器20内からの流動体は開口24を通って導管26に沿って等化導管106に流れ、その後導管16に沿って開口14を通って容器10中に進む。
【００３５】
時間単位２０乃至２４の期間中、バルブ10Cおよび20Cは閉鎖され、バルブ10Bは開放状態にされ、それによって容器10において最終的な生成物再加圧ステップ（ＦＰ）を行う。この最終的な生成物再加圧ステップ（ＦＰ）の期間中、流動体は、現在吸着ステップを行っている容器30から導管35を介して生成物マニフォールド102に流れ、その後この生成物マニフォールド102から導管15に沿って開口14を通って容器10に流れる。
【００３６】
残りの吸着容器20、30および40は同じステップのシーケンスをたどるが、しかしながら、各ステップのシーケンスは他の容器のものからずれている。残りの吸着容器20、30および40のそれぞれに対するプロセスは、容器10に関して上述したものに類似している。しかしながら、容器間の相互作用を必要とする種々のステップが、図１中に明確に示されたＰＳＡサイクル図に特定されている別の容器を使用して行われるであろう。
【００３７】
図３は、２段階圧力等化を含む５容器圧力スイング吸着（ＰＳＡ）サイクルに対するサイクル図を示している。図４は、図３に示されている５容器ＰＳＡサイクルを行うために使用されることのできる改良されたＰＳＡシステム1Bのバルブ図を示している。
【００３８】
図４は、４容器ＰＳＡシステム1Aに関して上述された、簡単化のために再度の詳細な説明は行われない対応したバルブおよび導管と共に、第１の容器10と、第２の容器20と、第３の容器30と、および第４の容器40とを備えたＰＳＡシステム1Bを示している。ＰＳＡシステム1Bはまた、吸着材料のベッドを備えた第５の容器50を備えている。容器10、20、30、40および50は、フィードガス混合物を供給するソースマニフォールド100と、吸着されない生成物廃棄ガスに対する出口を提供する生成物マニフォールド102との間において並列流動関係で接続されている。容器10、20、30、40および50はまた、吸着された成分に対する出口を提供する廃物マニフォールド104に接続されている。
【００３９】
容器50は、導管51を介してソースマニフォールド100に接続された下方開口52をその下端部に有している。導管51は、ソースマニフォールド100と容器50との間における流動体の流れを制御するバルブ50Aを有している。下方開口52は導管53を介して廃物マニフォールド104に接続されている。この導管53は、廃物マニフォールド104と容器50との間における流動体の流れを制御するバルブ50Eを有している。さらに、容器50は、導管55を介して生成物マニフォールド102に接続された上方開口54をその上端部に有している。導管55は、生成物マニフォールド102と容器50との間における流動体の流れを制御するバルブ50Bを有している。
【００４０】
上方開口54は、各導管が１個のバルブを有する１以上の導管によって等化導管106に接続されることができる。容器50の上方開口54は、第１の導管56および第２の導管58を介して等化導管106に接続されていることが好ましい。導管56および58はそれぞれバルブ50Cおよび50Dを有しており、それらの各バルブは等化導管106と容器50との間における流動体の流れを制御する。バルブ50Cおよび50Dは、４容器ＰＳＡシステム1Aに関して上述したバルブ10Cおよび10Dと同じ方法で動作するように構成されている。その代わり、本発明のＰＳＡシステムは各容器を等化導管106と接続する単一の導管およびバルブを備えることが可能であり、あるいはＰＳＡシステムにおいて所望される流動特性に応じて３以上の導管およびバルブが各容器を等化導管106と接続するために使用されることができる。
【００４１】
図３は、図４に示されている圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム1Bによって行われることのできる２段階圧力等化を含む５容器ＰＳＡサイクルに対するサイクル図を示している。図３に示されているＰＳＡサイクルは、説明を簡単にするために２０の時間単位に分割されている。５個の吸着容器10、20、30、40および50はそれぞれ同じステップのシーケンスをたどるが、しかしながら、各容器のステップのシーケンスは他の容器のものからずれている。
【００４２】
図３に示されているＰＳＡサイクルは、いくつかの点で図１に示されたＰＳＡサイクルと著しく異なっている。たとえば、図３に示されているＰＳＡサイクルには、容器内の圧力が減少する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｄ）および容器内の圧力が増加する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｄ）の両者をコカレント減圧ステップ（（ＰＰ）の前に配置するという利点がある。図１に示されたＰＳＡサイクルにおいては、コカレント減圧ステップ（ＰＰ）は、第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｄ）の後であるが第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｄ）の前に行われた。さらに、図３に示されているＰＳＡサイクルは、流動体が容器中に流入し、あるいはそこから流出しないように容器が閉鎖されるいくつかの保持ステップ（Ｈ）を含んでいる。ＰＳＡサイクルに組込まれたこの保持状態により、ＰＳＡシステム1Bは１個の等化導管のみで構成されることが可能となる。
【００４３】
図４に示されているＰＳＡシステム1Bにおいて容器またはそれに関連したバルブのいずれか１個が故障した場合、このＰＳＡシステム1Bは、非活動状態の容器を隔離することによりそれがあたかも図１に示されたＰＳＡサイクルを使用する４容器システムであるかのように動作させられることができる。事実、このＰＳＡシステムは、その後、問題が解決されるまで、たとえ低下した性能であるが４容器ＰＳＡモードのまま活動する。これには、保守タスクの最適的なスケジューリングおよびシステムダウン時間の最小化が可能になるという利点がある。
【００４４】
以下、図３に示されたＰＳＡサイクルにおける吸着容器10のサイクルを説明する。
【００４５】
時間単位１の期間中、バルブ10A、10B、10Dおよび10Eは閉鎖状態であり、バルブ10Cおよび30Cは開放状態であり、その結果容器10および30内の圧力は等しくなることが可能となる。この時間単位１の期間中、容器10は、容器10中の圧力が減少する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｄ）を行い、同時に容器30は、容器30中の圧力が増加する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｐ）を行う。時間単位１の期間中、容器10内からの流動体は開口14を通って導管16に沿って等化導管106に流れ、その後導管36に沿って開口34を通って容器30中に進む。
【００４６】
時間単位２の期間中、容器10が容器40に流動体を供給し、それによって容器10および40ないの圧力が等しくなることを可能にするように、バルブ10Cおよび30Cは閉じられ、バルブ10Dおよび40Dは開放状態にされる。この時間単位２の期間中、容器10中の圧力が減少する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｄ）を行い、同時に容器40は、容器40中の圧力が増加する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｐ）を行う。時間単位２の期間中、第２段階の圧力等化ステップは、バルブ10Cおよび40Cとは異なった流動率を提供することのできるバルブ10Dおよび40Dを使用して行われることに注意されたい。したがって、この時間単位２の期間中、容器10内からの流動体は開口14を通って導管18に沿って等化導管106に流れ、その後導管48に沿って開口44を通って容器40中に入る。
【００４７】
時間単位３および４の期間中、バルブ10Dおよび50D（またはバルブ50C）は開放状態である。時間単位３および４の期間中、容器10は、容器50にパージガスを供給することによりコカレント減圧ステップ（ＰＰ）を行い、このステップはバルプ50Eを開放することにより廃物をパージし（Ｐ）、それによってその廃物を容器50から導管53を介して廃物マニフォールド104に排出する。時間単位３および４の期間中、容器10内からの流動体は開口14を通って導管16に沿って等化導管106に流れ、その後導管56に沿って開口54を通って容器50中に進む。容器50は開口52を通過して導管53に沿って廃物マニフォールド104に進行する流動体によってパージされる。
【００４８】
時間単位５の期間中、バルブ10Dは閉鎖状態であり、また、バルブ10Eは開放状態である。この時間単位５の期間中、容器10は、容器10内からの流動体が開口12を通って導管13に沿って廃物マニフォールド104に進行する対向流ブローダウンステップ（ＢＤ）を行う。
【００４９】
時間単位６の期間中、容器10は保持状態であり、このとき、バルブ10A、10B、10C、10Dおよび10Eの全てが閉鎖状態であって流動体が開口12および14を通って容器10中に、あるいはそこから流れない。
【００５０】
時間単位７および８の期間中、バルブ10Eは開放状態であり、バルブ10Dおよび20D（あるいは所望の流動率に応じて、バルブ10Cおよび20C）は開放状態である。この時間単位７および８の期間中、容器20は容器10にパージガスを供給することによりコカレント減圧ステップ（ＰＰ）を行い、このステップはバルプ10Eを開放することにより廃物をパージし（Ｐ）、それによってその廃物を容器10から導管13を介して廃物マニフォールド104に排出する。時間単位７および８の期間中、容器20内からの流動体は開口24を通って導管28に沿って等化導管106に流れ、その後導管18に沿って開口14を通って容器10中に進む。容器10は開口12を通って導管13に沿って廃物マニフォールド104に進行する流動体によってパージされる。
【００５１】
時間単位９の期間中、容器10は保持状態であり、このとき、バルブ10A、10B、10C、10Dおよび10Eの全てが閉鎖状態であって流動体が開口12および14を通って容器10中に、あるいはそこから流れない。
【００５２】
時間単位１０の期間中、バルブ10Dおよび30Dは開放状態であり、それによって容器10および30内の圧力が等しくなることが可能になる。この時間単位１０の期間中、容器30は、容器30中の圧力が減少する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｄ）を行い、同時に容器10は、容器10中の圧力が増加する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｐ）を行う。時間単位１０の期間中、第２段階の圧力等化ステップはバルブ10Dおよび30Dを使用して行われる。したがって、この時間単位１０の期間中、容器30内からの流動体は開口34を通って導管38に沿って等化導管106に流れ、その後導管18に沿って開口14を通って容器10中に流れる。
【００５３】
時間単位１１および１２の期間中、容器10は保持状態であり、このとき、バルブ10A、10B、10C、10Dおよび10Eの全てが閉鎖状態であって流動体が開口12および14を通って容器10に出入りすることはない。
【００５４】
時間単位１３の期間中、バルブ10Cおよび40Cは開放状態であり、それによって容器10および40内の圧力が等しくなることが可能となる。この時間単位１３の期間中、容器40は、容器40中の圧力が減少する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｄ）を行い、同時に容器10は、容器10中の圧力が増加する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｐ）を行う。時間単位１３の期間中、容器40内からの流動体は開口44を通って導管46に沿って等化導管106に流れ、その後導管16に沿って開口14を通って容器10中に流れる。
【００５５】
時間単位１４乃至１６の期間中、バルブ10Cは閉鎖状態であり、バルブ10Bは、容器10において最終的な生成物再加圧ステップ（ＦＰ）を行うために開放状態である。この最終的な生成物再加圧ステップ（ＦＰ）中、流動体は、現在吸着ステップを行っている容器50から導管を介して生成物マニフォールド102に流れ、その後この生成物マニフォールド102から導管15に沿って開口14を通って容器10に流れる。
【００５６】
時間単位１７の期間中、吸着容器10は、開放状態であるバルブ10Aおよび10Bならびに閉鎖状態であるバルブ10C、10D、10E、20A、30A、40A、50A、20B、30B、40Bおよび50Bにより吸着プロセス（Ａ）を行っている。時間単位１７の期間中、フィードガス混合物流動体はソースマニフォールド100から導管11を介して容器10の開口12に供給されており、この流動体は容器10内の吸着ベッドを通って進行し、また、吸着されない流動体は開口14を通って導管15を介して生成物マニフォールド102に進む。
【００５７】
時間単位１８乃至２０の期間中、バルブ10Aおよび10Bは、吸着容器10が吸着プロセス（Ａ）を続行するように開放状態のままであり、また、バルブ20Bは容器20において最終的な生成物再加圧ステップ（ＦＰ）を行うために開放状態にされる。最終的な生成物再加圧中に、流動体は生成物マニフォールド102から導管25に沿って開口24を通って容器20中に流れる。
【００５８】
残りの吸着容器20、30、40および50は同じステップのシーケンスをたどるが、しかしながら、各容器のステップのシーケンスは他の容器のものからずれている。残りの吸着容器20、30、40および50のそれぞれに対するプロセスは、容器10に関して上述したものに類似している。しかしながら、容器間の相互作用を必要とする種々のステップが、図３中に明確に示されたＰＳＡサイクル図に特定されている別の容器を使用して行われるであろう。
【００５９】
図５は、３段階圧力等化を含む６容器圧力スイング吸着（ＰＳＡ）サイクルに対するサイクル図を示している。図６は、図５に示されている６容器ＰＳＡサイクルを行うために使用されることのできる改善されたＰＳＡシステム1Cのバルブ図を示している。
【００６０】
図６は、上述したものに類似しているために簡単化のために再度の詳細な説明は行わないが、対応したバルブおよび導管と共に、第１の容器10と、第２の容器20と、第３の容器30と、第４の容器40と、および第５の容器50とを備えたＰＳＡシステム1Cを示している。このＰＳＡシステム1Cはまた、吸着材料のベッドを備えた第６の容器60を備えている。容器10、20、30、40、50および60は、フィードガス混合物を供給するソースマニフォールド100と、吸着されない生成物廃棄ガスに対する出口を提供する生成物マニフォールド102との間において並列流動関係で接続されている。容器10、20、30、40、50および60はまた、吸着された成分に対する出口を提供する廃物マニフォールド104に接続されている。
【００６１】
容器60は、導管61を介してソースマニフォールド100に接続された下方開口62をその下端部に有している。導管61は、ソースマニフォールド100と容器60との間における流動体の流れを制御するバルブ60Aを有している。下方開口62は導管63を介して廃物マニフォールド104に接続されている。この導管63は、廃物マニフォールド104と容器60との間における流動体の流れを制御するバルブ60Eを有している。さらに、容器60は、導管65を介して生成物マニフォールド102に接続された上方開口64をその上端部に有している。導管65は、生成物マニフォールド102と容器60との間における流動体の流れを制御するバルブ60Bを有している。
【００６２】
上方開口64は、各導管が１個のバルブを有する１以上の導管によって等化導管106に接続されることができる。図６に示されている６容器ＰＳＡシステム1Cにおいては、各上方開口14、24、34、44、54および64はそれぞれ、導管18、28、38、48、58および68を介して等化導管106に接続されていることが好ましい。導管18、28、38、48、58および68はそれぞれバルブ10D、20D、30D、40D、50Dおよび60Dを有しており、それらの各バルブは等化導管106と容器10、20、30、40、50および60のそれぞれとの間における流動体の流れを制御する。バルブ10D、20D、30D、40D、50Dおよび60Dは、４容器ＰＳＡシステム1Aに関して上述したバルブ10Cおよび10Dと同じ方法で動作するように構成されている。その代わり、本発明のＰＳＡシステムは、ＰＳＡシステムにおいて所望される流動特性に応じて、各容器を等化導管106と接続するために使用されることのできる複数の導管およびバルブを備えることが可能である。
【００６３】
図５は、図６に示されている圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム1Cにより行われることのできる３段階圧力等化を含む６容器ＰＳＡサイクルに対するサイクル図を示している。
【００６４】
図５に示されているＰＳＡサイクルは、説明を簡単にするために２４の時間単位に分割されている。６個の吸着容器10、20、30、40、50および60はそれぞれ同じステップのシーケンスをたどるが、しかしながら、各容器のステップのシーケンスは他の容器のものからずれている。
【００６５】
図５に示されているＰＳＡサイクルは、いくつかの点で図３に示されたＰＳＡサイクルと著しく異なっている。とくに、図５に示されているＰＳＡサイクルには、システム内における流動ショックを全体的に最小にするために３段階圧力等化を使用すると共に、とくに吸着ベッドを使用し、それによって吸着材料の寿命を延ばすという利点がある。図５に示されているＰＳＡサイクルに基づいて、各容器を等化導管106に接続する第２のバルブを備える必要がなく、それによってＰＳＡシステム1Cの複雑さがさらに減少する。ＰＳＡサイクルに組込まれた保持状態は、ＰＳＡシステム1Cが１個の等化導管のみで構成されることを可能にする。
【００６６】
図６に示されているＰＳＡシステム1Cにおいて容器またはそれに関連したバルブのいずれの１個以上が故障した場合、このＰＳＡシステム1Cは、非活動状態の容器を隔離することによりそれがあたかも図１に示されたＰＳＡサイクルを使用する４容器システムであるかのように、あるいは図３に示されたＰＳＡサイクルを使用する５容器システムであるかのように動作させられることができる。事実、このＰＳＡシステムは、その後、問題が解決されることができるまで、４容器ＰＳＡモードまたは５容器ＰＳＡモードのままで活動する。しかしながら、図１および３におけるＰＳＡサイクルを最も効率的に行うために、ＰＳＡシステム1Cは容器10、20、30、40、50および60をそれぞれ等化導管106に接続する付加的なバルブ10C、20C、30C、40C、50Cおよび60Cを設けられている必要があることに注意されたい。その代わり、等化ステップの全てを既存のバルブ10D、20D、30D、40D、50Dおよび60Dのみによって行うことにより、図１および３におけるＰＳＡサイクルはＰＳＡシステム1Cにより行われることが可能である。
【００６７】
以下、図５に示されたＰＳＡサイクルにおける吸着容器10のサイクルを説明する。
【００６８】
時間単位１乃至３の期間中、容器10は、開放状態にあるバルブ10Aおよび10Bならびに閉鎖状態であるバルブ10D、10E、20A、30A、40A、50A、60A、20B、30B、40B、50Bおよび60Bにより吸着プロセス（Ａ）を行っている。時間単位１乃至３の期間中、フィードガス混合物流動体はソースマニフォールド100から導管11を介して容器10の開口12に供給されており、この流動体は容器10内の吸着ベッドを通って進行し、また、吸着されない流動体は開口14を出て、導管15を介して生成物マニフォールド102に進む。
【００６９】
時間単位４の期間中、バルブ10Aおよび10Bは、吸着容器10が吸着プロセス（Ａ）を続行するように開放状態のままであり、また、バルブ20Bは容器20において最終的な生成物再加圧ステップ（ＦＰ）を行うために開放状態にされる。最終的な生成物再加圧中に、流動体は生成物マニフォールド102から導管25に沿って開口24を通って容器20中に流れる。
【００７０】
時間単位５および６の期間中、吸着容器10は、開放状態のバルブ10Aおよび10Bにより吸着プロセス（Ａ）を続行し、また、バルブ20Bは閉鎖状態にされる。時間単位５および６の期間中、フィードガス混合物流動体はソースマニフォールド100から導管11を介して容器10の開口12に供給されており、この流動体は容器10内の吸着ベッドを通って進行し、また、吸着されない流動体は開口14を出て、導管15を介して生成物マニフォールド102に進む。
【００７１】
時間単位７の期間中、バルブ10A、10Bおよび10Eは閉鎖状態であり、バルブ10Dおよび30Dは開放状態であり、それによって容器10および30内の圧力が等しくなることが可能となる。時間単位７の期間中、容器10は、容器10中の圧力が減少する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｄ）を行い、同時に容器30は、容器30中の圧力が増加する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｐ）を行う。時間単位７の期間中、容器10内からの流動体は開口14を通って導管18に沿って等化導管106に流れ、その後導管38に沿って開口34を通って容器30中に進む。
【００７２】
時間単位８の期間中、容器10が容器40に流動体を供給し、それによって容器10および40内の圧力が等しくなることが可能となるように、バルブ30Dは閉鎖状態であり、バルブ10Dおよび40Dは開放状態である。この時間単位８の期間中、容器10は、容器10中の圧力が減少する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｄ）を行い、同時に容器40は、容器40中の圧力が増加する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｐ）を行う。したがって、この時間単位８の期間中には、容器10内からの流動体は開口14を通って導管18に沿って等化導管106に流れ、その後導管48に沿って開口44を通って容器40中に進む。
【００７３】
時間単位９の期間中、容器10が流動体を容器50に供給し、それによって容器10および50内の圧力が等しくなることが可能になるように、バルブ40Dは閉鎖状態であり、バルブ10Dおよび50Dは開放状態である。時間単位９の期間中、容器10は、容器10内の圧力が減少する第３段階の圧力等化ステップ（Ｅ３Ｄ）を行い、同時に容器50は、容器50中の圧力が増加する第３段階の圧力等化ステップ（Ｅ３Ｐ）を行う。したがって、この時間単位９の期間中には、容器10内からの流動体は開口14を通って導管18に沿って等化導管106に流れ、その後導管58に沿って開口54を通って容器50中に進む。
【００７４】
時間単位１０の期間中、バルブ50Dは閉鎖状態であり、バルブ10Dおよび60Dは開放状態である。この時間単位１０の期間中、容器10は容器60にパージガスを供給することによりコカレント減圧ステップ（ＰＰ）を行い、このステップはバルプ60Eを開放することにより廃物をパージし（Ｐ）、それによってその廃物を容器60から導管63を介して廃物マニフォールド104に排出する。時間単位１０の期間中、容器10内からの流動体は開口14を通って導管18に沿って等化導管106に流れ、その後導管68に沿って開口64を通って容器60中に進む。容器60は開口62を通っていき導管63に沿って廃物マニフォールド104に進行する流動体によってパージされる。
【００７５】
時間単位１１の期間中、バルブ10Dは閉鎖状態であり、バルブ10Eは開放状態である。この時間単位１１中、容器10は、容器10内からの流動体が開口12を通って導管13に沿って廃物マニフォールド104に進行する対向流ブローダウンステップ（ＢＤ）を行う。
【００７６】
時間単位１２および１３の期間中、容器10は保持状態であり、このとき、バルブ10A、10B、10C、10Dおよび10Eの全てが閉鎖状態であって流動体は開口12および14を通って容器10中に出入りしない。
【００７７】
時間単位１４の期間中、バルブ10Eは開放状態であり、バルブ10Dおよび20Dは開放状態である。この時間単位１４の期間中、容器20は容器10にパージガスを供給することによりコカレント減圧ステップ（ＰＰ）を行い、このステップはバルプ10Eを開放することにより廃物をパージし（Ｐ）、それによってその廃物を容器10から導管13を介して廃物マニフォールド104に排出する。時間単位１４の期間中、容器20内からの流動体は開口24を通って導管28に沿って等化導管106に流れ、その後導管18に沿って開口14を通って容器10中に進む。容器10は開口12を通って導管13に沿って廃物マニフォールド104に進行する流動体によってパージされる。
【００７８】
時間単位１５および１６の期間中、容器10は保持状態であり、このとき、バルブ10A、10B、10C、10Dおよび10Eの全てが閉鎖状態であって流動体は開口12および14を通って容器10中に出入りしない。
【００７９】
時間単位１７の期間中、容器10および30内の圧力が等しくなることが可能になるように、バルブ10Dおよび30Dは開放状態である。時間単位１７の期間中、容器30は、容器30内の圧力が減少する第３段階の圧力等化ステップ（Ｅ３Ｄ）を行い、同時に容器10は、容器10中の圧力が増加する第３段階の圧力等化ステップ（Ｅ３Ｐ）を行う。この時間単位１７の期間中、第３段階の圧力等化はバルブ10Dおよび30Dを使用して行われる。したがって、時間単位１７の期間中には、容器30内からの流動体は開口34を通って導管38に沿って等化導管106に流れ、その後導管18に沿って開口14を通って容器10中に進む。
【００８０】
時間単位１８および１９の期間中、容器10は保持状態であり、このとき、バルブ10A、10B、10C、10Dおよび10Eの全てが閉鎖状態であって流動体は開口12および14を通って容器10中に出入りしない。
【００８１】
時間単位２０の期間中、バルブ10Dおよび40Dは開放状態であり、それによって容器10および40内の圧力が等しくなることが可能になる。時間単位２０の期間中、容器40は、容器40中の圧力が減少する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｄ）を行い、同時に容器10は、容器10中の圧力が増加する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｐ）を行う。この時間単位２０の期間中、第２段階の圧力等化はバルブ10Dおよび40Dを使用して行われる。したがって、時間単位２０の期間中、容器40内からの流動体は開口44を通って導管48に沿って等化導管106に流れ、その後導管18に沿って開口14を通って容器10中に進む。
【００８２】
時間単位２１および２２の期間中、容器10は保持状態であり、このとき、バルブ10A、10B、10C、10Dおよび10Eの全てが閉鎖状態であって流動体は開口12および14を通って容器10中に出入りしない。
【００８３】
時間単位２３の期間中、バルブ10Dおよび50Dは開放状態であり、それによって容器10および50内の圧力が等しくなることが可能になる。時間単位２３の期間中、容器50は、容器50中の圧力が減少する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｄ）を行い、同時に容器10は、容器10中の圧力が増加する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｐ）を行う。この時間単位２３の期間中、容器50内からの流動体は開口54を通って導管58に沿って等化導管106に流れ、その後導管18に沿って開口14を通って容器10中に進む。
【００８４】
時間単位２４の期間中、バルブ10Dは閉鎖状態であり、バルブ10Bは開放状態であり、それによって容器10において最終的な生成物再加圧ステップ（ＦＰ）が行われる。この最終的な生成物再加圧ステップ（ＦＰ）の期間中、流動体は、現在吸着ステップを行っている容器60から導管を介して生成物マニフォールド102に流れ、その後この生成物マニフォールド102から導管15に沿って開口14を通って容器10に流れる。
【００８５】
残りの吸着容器20、30、40、50および60は同じステップのシーケンスをたどるが、しかしながら、各容器のステップのシーケンスは他の容器のものからずれている。残りの吸着容器20、30、40、50および60のそれぞれに対するプロセスは、容器10に関して上述したものに類似している。しかしながら、容器間の相互作用を必要とする種々のステップが、図５中に明確に示されたＰＳＡサイクル図に特定されている別の容器を使用して行われるであろう。
【００８６】
図７は、３段階圧力等化を含む７容器圧力スイング吸着（ＰＳＡ）サイクルに対するサイクル図を示している。図８は、図７に示されている７容器ＰＳＡサイクルを行うために使用されることのできる改良されたＰＳＡシステム1Dのバルブ図を示している。
【００８７】
図８は、上述したので、簡単化のために再度の詳細な説明は行わないが、第１の容器10と、第２の容器20と、第３の容器30と、第４の容器40と、第５の容器50と、および第６の容器60とを備えたＰＳＡシステム1Dを示している。このＰＳＡシステム1Dはまた、吸着材料のベッドを備えた第７の容器70を備えている。容器10、20、30、40、50、60および70は、フィードガス混合物を供給するソースマニフォールド100と、吸着されない生成物廃棄ガスに対する出口を提供する生成物マニフォールド102との間において並列流動関係で接続されている。容器10、20、30、40、50、60および70はまた、吸着された成分に対する出口を提供する廃物マニフォールド104に接続されている。
【００８８】
容器70は、導管71を介してソースマニフォールド100に接続された下方開口72をその下端部に有している。導管71は、ソースマニフォールド100と容器70との間で流動体の流れを制御するバルブ70Aを有している。下方開口72は導管73を介して廃物マニフォールド104に接続されている。この導管73は、廃物マニフォールド104と容器70との間における流動体の流れを制御するバルブ70Eを有している。さらに、容器70は、導管75を介して生成物マニフォールド102に接続された上方開口74をその上端部に有している。導管75は、生成物マニフォールド102と容器70との間における流動体の流れを制御するバルブ70Bを有している。
【００８９】
７容器ＰＳＡシステム1Dの好ましい実施形態は、第１の等化導管108および第２の等化導管110を備えている。上方開口14、24、34、44、54、64および74は、各導管がそれぞれ１個のバルブを有する１以上の導管によって等化導管108および110に接続されることができる。上方開口14、24、34、44、54、64および74はそれぞれ、第１の導管16、26、36、46、56、66および76を介して第１の等化導管108に接続されていることが好ましい。第１の導管16、26、36、46、56、66および76はそれぞれ、バルブ10C、20C、30C、40C、50C、60Cおよび70Cを有しており、それらの各バルブは第１の等化導管108と容器10、20、30、40、50、60および70のそれぞれとの間で流動体の流れを制御する。上方開口14、24、34、44、54、64および74はそれぞれ、第２の導管18、28、38、48、58、68および78を介して第２の等化導管110に接続されていることが好ましい。第２の導管18、28、38、48、58、68および78はそれぞれ、バルブ10D、20D、30D、40D、50D、60Dおよび70Dを有しており、各バルブは第２の等化導管110と容器10、20、30、40、50、60および70のそれぞれとの間で流動体の流れを制御する。バルブ70Cおよび70Dは、４容器ＰＳＡシステム1Aに関して上述したバルブ10Cおよび10Dと同じ方法で動作するように構成されている。その代わり、本発明のＰＳＡシステムは、ＰＳＡシステムにおいて所望される流動特性に応じて、各容器を等化導管108および110と接続する複数の導管およびバルブを備えることが可能である。
【００９０】
図７は、図８に示されている圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム1Dにより行われることのできる３段階圧力等化を含む７容器ＰＳＡサイクルに対するサイクル図を示している。
【００９１】
図７に示されているＰＳＡサイクルは、説明を簡単にするために２１の時間単位に分割されている。７個の吸着容器10、20、30、40、50、60および70はそれぞれ同じステップのシーケンスをたどるが、しかしながら、各容器のステップのシーケンスは他の容器のものからずれている。
【００９２】
図７に示されているＰＳＡサイクルには、システム内における流動ショックをほぼ最小にするために３段階圧力等化を使用すると共に、とくに吸着ベッドを使用し、それによって吸着材料の寿命を延ばすという利点がある。図７に示されているＰＳＡサイクルに基づいて、各容器を等化導管に接続する第２のバルブを備える必要がなく、それによってＰＳＡシステム1Dの複雑さがさらに減少する。ＰＳＡシステム1Dは２個の個々の等化導管108および110を備えており、それによって図７のＰＳＡサイクルは、保持状態を含まないことが可能となると共に、一般に各容器内における吸着ステップに対して割当てられる時間を増やすことが可能となる。
【００９３】
図８に示されているＰＳＡシステム1Dにおいて容器またはそれに関連したバルブのいずれかの１個以上が故障した場合、このＰＳＡシステム1Dは、非活動状態の容器を隔離することによりそれがあたかも図１に示されたＰＳＡサイクルを使用する４容器システムであるかのように、図３に示されたＰＳＡサイクルを使用する５容器システムであるかのように、あるいは図５に示されたＰＳＡサイクルを使用する６容器システムであるかのように動作させることができる。事実、このＰＳＡシステムは、その後、問題が解決されるまで、４容器ＰＳＡモード、５容器ＰＳＡモードまたは６容器ＰＳＡモードのままで活動することができる。
【００９４】
以下、図７に示されたＰＳＡサイクルにおける吸着容器10のサイクルを説明する。
【００９５】
時間単位１の期間中、容器10は、開放状態であるバルブ10Aおよび10Bならびに閉鎖状態であるバルブ10C、10D、10E、20A、30A、40A、50A、60A、20B、30B、40B、50Bおよび60Bにより吸着プロセス（Ａ）を行っている。時間単位１の期間中、フィードガス混合物流動体はソースマニフォールド100から導管11を介して容器10の開口12に供給されており、この流動体は容器10内の吸着ベッドを通って進行し、また、吸着されない流動体は開口14を出て、導管15を介して生成物マニフォールド102に進む。容器70はまたこの時点で吸着ステップを行っており、バルブ70Aおよび70Bもまた開いていることに注意しなければならない。
【００９６】
時間単位２および３の期間中、バルブ10A、10B、70Aおよび70Bは、吸着容器10および70が吸着プロセス（Ａ）を続行するように開放状態のままであり、また、バルブ20Bは容器20において最終的な生成物再加圧ステップ（ＦＰ）を行うために開放状態にされる。この最終的な生成物再加圧中に、流動体は生成物マニフォールド102から導管25に沿って開口24を通って容器20中に流れる。
【００９７】
時間単位４乃至６の期間中、吸着容器10は、開放状態のバルブ10Aおよび10Bにより吸着プロセス（Ａ）を続行し、また、バルブ20Bは閉鎖状態にされる。容器70はその吸着ステップを中止し、バルブ70Aおよび70Bは閉じる。時間単位５および６の期間中、フィードガス混合物流動体はソースマニフォールド100から導管11を介して容器10の開口12に供給されており、この流動体は容器10内の吸着ベッドを通って進行し、また、吸着されない流動体は開口14を出て、導管15を介して生成物マニフォールド102に進む。
【００９８】
時間単位７の期間中、バルブ10A、10Bおよび10D、10Eは閉鎖状態であり、バルブ10Cおよび40Cは開放状態であり、それによって容器10および40内の圧力が等しくなることが可能となる。時間単位７の期間中、容器10は、容器10中の圧力が減少する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｄ）を行い、同時に容器40は、容器40中の圧力が増加する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｐ）を行う。時間単位７の期間中、容器10内からの流動体は開口14を通って導管16に沿って等化導管108に流れ、その後導管46に沿って開口44を通って容器40中に進む。このステップは代りに、もしも所望であればバルブ10Dおよび40Dを使用して等化装置110に沿って行われることができることに注意すべきである。
【００９９】
時間単位８および９の期間中、容器10が容器50に流動体を供給し、それによって容器10および50内の圧力が等しくなることが可能となるように、バルブ40Cは閉鎖状態であり、バルブ10Cおよび50Cは開放状態である。この時間単位８および９の期間中、容器10は、容器10中の圧力が減少する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｄ）を行い、同時に容器50は、容器50中の圧力が増加する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｐ）を行う。したがって、この時間単位８および９の期間中には、容器10内からの流動体は開口14を通って導管16に沿って等化導管108に流れ、その後導管56に沿って開口54を通って容器50中に進む。所望ならば、その代わりに、このステップはバルブ10Dおよび50Dを使用して等化導管110に沿って行われることが可能であることに注意すべきである。
【０１００】
時間単位１０の期間中、容器10が流動体を容器60に供給し、それによって容器10および60内の圧力が等しくなることが可能になるように、バルブ10Cは閉鎖状態であり、バルブ10Dおよび60Dは開放状態である。時間単位１０の期間中、容器10は、容器10内の圧力が減少する第３段階の圧力等化ステップ（Ｅ３Ｄ）を行い、同時に容器60は、容器60中の圧力が増加する第３段階の圧力等化ステップ（Ｅ３Ｐ）を行う。したがって、この時間単位１０の期間中には、容器10内からの流動体は開口14を通って導管18に沿って等化導管110に流れ、その後導管68に沿って開口64を通って容器60中に進む。所望ならば、その代わりに、このステップはバルブ10Cおよび60Cを使用して等化導管108に沿って行われることが可能であることに注意されたい。
【０１０１】
時間単位１１および１２の期間中、バルブ60Dは閉鎖状態であり、バルブ10Dおよび70Dは開放状態である。この時間単位１１および１２の期間中、容器10は容器70にパージガスを供給することによりコカレント減圧ステップ（ＰＰ）を行い、このステップはバルプ70Eを開放することにより廃物をパージし（Ｐ）、それによってその廃物を容器70から導管73を介して廃物マニフォールド104に排出する。時間単位１１および１２の期間中、容器10内からの流動体は開口14を通って導管18に沿って等化導管110に流れ、その後導管78に沿って開口74を通って容器70中に進む。容器70は開口72を通って導管73に沿って廃物マニフォールド104に進行する流動体によってパージされる。所望ならば、その代わりに、このステップはバルブ10Cおよび70Cを使用して等化導管108に沿って行われることが可能であることに注意されたい。
【０１０２】
時間単位１３の期間中、バルブ10Dは閉鎖状態であり、バルブ10Eは開放状態である。この時間単位１３の期間中、容器10は、容器10内からの流動体が開口12を通って導管13に沿って廃物マニフォールド104に進行する対向流ブローダウンステップ（ＢＤ）を行う。
【０１０３】
時間単位１４および１５の期間中、バルブ10Eは開放状態であり、バルブ10Dおよび20Dは開放状態である。この時間単位１４および１５の期間中、容器20は容器10にパージガスを供給することによりコカレント減圧ステップ（ＰＰ）を行い、このステップはバルプ10Eを開放することにより廃物をパージし（Ｐ）、それによってその廃物を容器10から導管13を介して廃物マニフォールド104に排出する。時間単位１４および１５の期間中、容器20内からの流動体は開口24を通って導管28に沿って等化導管110に流れ、その後導管18に沿って開口14を通って容器10中に進む。容器10は開口12を通って導管13に沿って廃物マニフォールド104に進行する流動体によってパージされる。所望ならば、その代わりに、このステップはバルブ10Cおよび20Cを使用して等化導管108に沿って行われることが可能であることに注意されたい。
【０１０４】
時間単位１６の期間中、容器10および30内の圧力が等しくなることが可能になるように、バルブ10Dおよび30Dは開放状態である。時間単位１６の期間中、容器30は、容器30内の圧力が減少する第３段階の圧力等化ステップ（Ｅ３Ｄ）を行い、同時に容器10は、容器10中の圧力が増加する第３段階の圧力等化ステップ（Ｅ３Ｐ）を行う。この時間単位１６の期間中、第３段階の圧力等化ステップはバルブ10Dおよび30Dを使用して行われる。したがって、時間単位１６の期間中には、容器30内からの流動体は開口34を通って導管38に沿って等化導管110に流れ、その後導管18に沿って開口14を通って容器10中に進む。所望ならば、その代わりに、このステップはバルブ10Cおよび30Cを使用して等化導管108に沿って行われることが可能であることに注意されたい。
【０１０５】
時間単位１７および１８の期間中、バルブ10Dは閉鎖状態であり、バルブ10Cおよび40Cは開放状態であり、それによって容器10および40内の圧力が等しくなることが可能になる。時間単位１７および１８の期間中、容器40は、容器40中の圧力が減少する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｄ）を行い、同時に容器10は、容器10中の圧力が増加する第２段階の圧力等化ステップ（Ｅ２Ｐ）を行う。この時間単位１７および１８の期間中、第２段階の圧力等化ステップはバルブ10Cおよび40Cを使用して行われる。したがって、時間単位１７および１８の期間中、容器40内からの流動体は開口44を通って導管46に沿って等化導管108に流れ、その後導管16に沿って開口14を通って容器10中に進む。所望ならば、その代わりに、このステップはバルブ10Dおよび40Dを使用して等化導管110に沿って行われることが可能であることに注意されたい。
【０１０６】
時間単位１９の期間中、バルブ40Cは閉鎖状態であり、バルブ10Cおよび50Cは開放状態であり、それによって容器10および50内の圧力が等しくなることが可能となる。時間単位１９の期間中、容器50は、容器50中の圧力が減少する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｄ）を行い、同時に容器10は、容器10中の圧力が増加する第１段階の圧力等化ステップ（Ｅ１Ｐ）を行う。時間単位１９の期間中、容器50内からの流動体は開口54を通って導管56に沿って等化導管108に流れ、その後導管18に沿って開口14を通って容器10中に進む。所望ならば、その代わりに、このステップはバルブ10Dおよび50Dを使用して等化導管110に沿って行われることが可能であることに注意されたい。
【０１０７】
時間単位２０および２１の期間中、バルブ10Cおよび50Cは閉鎖状態であり、バルブ10Bは開放状態であり、それによって容器10において最終的な生成物再加圧ステップ（ＦＰ）を行う。この最終的な生成物再加圧ステップ（ＦＰ）の期間中、流動体は、現在吸着ステップを行っている容器60および70から導管65および75を介して生成物マニフォールド102に流れ、その後この生成物マニフォールド102から導管15に沿って開口14を通って容器10に流れる。
【０１０８】
残りの吸着容器20、30、40、50、60および70は同じステップのシーケンスをたどるが、しかしながら、各容器のステップのシーケンスは他の容器のものからずれている。残りの吸着容器20、30、40、50、60および70のそれぞれに対するプロセスは、容器10に関して上述したものに類似している。しかしながら、容器間の相互作用を必要とする種々のステップが、図７中に明確に示されたＰＳＡサイクル図に特定されているように別の容器を使用して行われるであろう。
【０１０９】
本発明は、複雑でない構造を有し、また、システム内の流動ショックを軽減するために２、３またはそれより多くの段階の圧力等化を行うことのできるＰＳＡシステムを有効に提供する。流動ショックは、吸着ベッド内の吸着体グレインを移動させて互いに擦れあわせ、それによってそれらグレインが砕けてさらに小さい微粒になり、吸着体スラッジを生じさせることによりその吸着体の寿命を縮める可能性が高い。
【０１１０】
ＰＳＡシステム1A、1B、1Cおよび1Dは、付属部品およびバルブの種々の構造を使用して多数の異なった方式で構成されることができる。図９には、本発明により使用されることのできるバルブマニフォールドの１つの好ましい構成が示されており、これは本出願と同時に出願された発明者であるFranklin D.Lomax,Jr.氏他による出願（METHOD AND APPARATUS FOR PRESSURE SWING ADSORPTION）に開示され、D.Lomax,Jr.氏他による出願は、２００２年４月９日に出願された暫定的な米国特許出願第60/370,702号（IMPROVED METHOD AND APPARATUS FOR PRESSURE SWING ADSORPTION）に基づいている。これらの特許出願の内容はここにおいて参考文献とされている。
【０１１１】
図９は、本発明より使用されることのできるバルブマニフォールド120の３次元の斜視図を示している。図９に示されているバルブマニフォールド120は、ベース122を図２の容器10の下方端部に取付けることによって使用されることができる。このバルブマニフォールド120は、吸着容器10（図２参照）と開口12を介して連通して設けられることが可能な少なくとも１つのプレナム空洞130を備えている。このプレナム空洞130は図２に示されている導管11である。マニフォールド120はさらに第１の流動チャンネル140を備えており、この流動チャンネル140は、それが導管を介して容器20、30および40のバルブマニフォールド中の同じ構造物に接続されたときにソースマニフォールド100の一部を形成する。マニフォールド120はまた第２の流動チャンネル160を備えており、この流動チャンネル160は、それが導管を介して容器20、30および40のバルブマニフォールド中の同じ構造物に接続されたときに廃物マニフォールド104の一部を形成する。
【０１１２】
プレナム空洞130は、内部ギャラリーまたは流動路152を介して第１の流動チャンネル140と連絡している。この流動路152は、図２に示されている導管11である。１個のバルブ（図９には示されていないが、図２においてバルブ10Aとして示されている）は、そのバルブがプレナム空洞130から流動体通路152を介して第１の流動チャンネル140への流動体の流れを制御することができるようにポート150内においてバルブシート154に対して取付けられている。プレナム空洞130は、内部ギャラリーまたは流動路172を介して第２の流動チャンネル160と連絡している。この流動体通路172は、図２に示されている導管13である。１個のバルブ（図９には示されていないが、図２においてバルブ10Eとして示されている）は、そのバルブがプレナム空洞130から流動体通路172を介して第２の流動チャンネル160への流動体の流れを制御することができるようにポート170内においてバルブシート174に対して取付けられる。
【０１１３】
バルブマニフォールド120は最少数の付属部品を有する小型の構造を提供し、それ故ＰＳＡシステムのサイズが減少し、漏洩の機会も少なくなる。バルブマニフォールドは、特定のＰＳＡシステムにおいて必要とされたときにプレナム空洞を付加的な流動路を介して流動チャンネルに接続する付加的な流動チャンネルまたは付加的なバルブを備えることができる。たとえば、図９に示されているものに類似したバルブマニフォールドは、容器10の上端部における開口14で使用されることができる。しかしながら、開口14は２個のバルブ10Cおよび10Dによってそれぞれ２個の導管16および18を介して等化導管106に接続されるため、マニフォールド内に付加的なバルブポート、バルブ、シートおよび流動路が設けられ、付加的にバルブにポートを提供するために流動チャンネルの１つに接続される必要がある。図８におけるＰＳＡシステム1Dにおける容器10の上端部に関しては、開口14は生成物マニフォールド102、等化導管108および等化導管110に接続されるため、付加的な流動チャンネルをバルブマニフォールドに追加する必要がある。
【０１１４】
本発明のバルブは、チャンネルに沿った流動を制限しないように、また空洞内における流動を制限しないように構成されることに注意すべきである。バルブは、空洞とチャンネルとの間における通路を介した流動体の流れを単に制御するように構成されている。したがって、任意の所定のバルブが故障した場合、チャンネルに沿った流動および空洞内における流動は、所望されれば、維持されることができる。
【０１１５】
この明細書において図示され、説明されている例示的な実施形態は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、それは特許請求の範囲の技術的範囲を制限するものではないことに注意すべきである。
【０１１６】
上記の教示を考慮して本発明の種々の修正および変形が可能である。したがって、本発明は添付された特許請求の範囲の技術的範囲内においてこの明細書においてとくに記載された以外の方法で実施されることが可能であることが認識されるであろう。
【図１】
2010137225.tif 000003
【図２】
2010137225.tif 000004
【図３】
2010137225.tif 000005
【図４】
2010137225.tif 000006
【図５】
2010137225.tif 000007
【図６】
2010137225.tif 000008
【図７】
2010137225.tif 000009
【図８】
2010137225.tif 000010
【図９】
2010137225.tif 000011