(57)【要約】高圧空間１０から膜２０を通り低圧空間３０内への有効混合物の少なくとも有効材料成分の透過を実施するための方法であって、高圧空間１０が、膜２０を介して低圧空間３０との間において質量移動連通状態に配設される方法が提供される。少なくとも分圧差に応答して、および高圧空間１０に配置された有効材料成分の透過部分が、より高い分圧差を下回る低下した分圧差に少なくとも応答して膜２０を透過しており、低圧空間３０内に収集されている間に、高圧空間１０内に配置された有効材料成分の透過部分を高圧空間１０から膜２０を通り低圧空間３０内へと透過させることにより実施される低下を含む、高圧空間内の有効材料成分の分圧と低圧空間内の有効材料成分の分圧との間の分圧差のより高い分圧差からの低下が、実施された後に、低圧空間からの低圧空間内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施する。低圧空間内の有効材料成分の分圧の低下は、予備排出圧力からの低下である。
2015508020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧空間から膜を通り低圧空間内への有効混合物の少なくとも有効材料成分の透過を実施するための方法であって、前記高圧空間は、前記膜を介して前記低圧空間との間において質量移動連通状態に配設される、方法において、
前記高圧空間内の有効材料成分の分圧と前記低圧空間内の前記有効材料成分の分圧との間の分圧差をより高い分圧差から低下させることであって、前記分圧差の前記低下は、少なくとも前記分圧差に応答して、および前記高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分が、前記より高い分圧差を下回る低下した分圧差に少なくとも応答して前記膜を透過しており、前記低圧空間内に収集されている間に、前記高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分を前記高圧空間から前記膜を通り前記低圧空間内へと透過させることにより実施される低下を含む、前記低下が実施された後に、
前記低圧空間からの前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施するステップであって、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下は、予備排出圧力からの低下である、ステップ
を含み、
前記低圧空間の容積に対する前記高圧空間の容積の比率は、１超であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記高圧空間からの前記有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前に、前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下が、前記高圧空間内に配置された前記有効材料成分の前記透過部分の前記透過により実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記低圧空間からの前記有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前に、前記高圧空間内の前記圧力の低下が、前記高圧空間内に配置された前記有効材料成分の前記透過部分の前記透過により実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記低圧空間から前記有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前に、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇が、前記高圧空間内に配置された前記有効材料成分の前記透過部分の前記透過により実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記低圧空間からの前記有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前に、前記より低圧の前記圧力の上昇が、前記高圧空間内に配置された前記有効材料成分の前記透過部分の前記透過により実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記高圧空間内に配置された前記有効材料成分の前記透過部分の前記透過は、少なくとも１つの低速透過材料成分が、前記高圧空間から前記膜を通り前記低圧空間内に透過している間に、実施され、前記より低速で透過する成分のそれぞれについて、前記高圧空間内の前記より低速で透過する成分のモル分率に対する前記より低速で透過する成分の透過のモル透過率の比率が、前記高圧空間内の前記有効材料成分のモル分率に対する前記有効材料成分のモル透過率の比率未満であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記高圧空間内に配置された有効材料成分は、前記高圧空間内に配置された有効材料混合物内に含まれ、
前記高圧空間内に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過は、少なくとも１つの低速透過材料成分が高圧空間から膜を通り透過している間に、実施され、前記より低速で透過する成分のそれぞれについて、前記高圧空間内の前記より低速で透過する成分のモル分率に対する前記より低速で透過する成分の透過のモル透過率の比率が、前記高圧空間内の前記有効材料成分のモル分率に対する前記有効材料成分のモル透過率の比率未満であることにより、前記有効材料混合物からの有効材料を多く含む分離生成物の分離が、実施され、前記有効材料を多く含む分離生成物は、前記低圧空間内に配置され、前記有効材料成分の前記モル濃度は、前記有効材料混合物内よりも前記有効材料を多く含む分離生成物内においてより高いことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記分圧差の低下の前記実施は、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記分圧差の低下の前記実施は、前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前記ステップは、第１の透過有効材料成分低透過率示唆の感知に応答して実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の透過有効材料成分低透過率示唆は、前記低圧空間内の高有効材料成分分圧示唆であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記低圧空間内の前記高有効材料成分分圧示唆は、前記低圧空間内の所定の最大圧力を超過する圧力であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記所定の最大圧力は、１気圧以上であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記高圧空間に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過が実施されている間に、材料混合物源から前記高圧空間へ材料混合供給物を供給するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記材料混合供給物を供給する前記ステップは、原動機により実施されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記材料混合供給物は、前記有効材料成分を含み、前記材料混合供給物を供給する前記ステップは、前記高圧空間内の前記有効材料成分の補給を実施することを特徴とする請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前記ステップの前に、前記材料混合供給物を供給する前記ステップを少なくとも一時的に停止するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記材料混合供給物を供給する前記ステップを停止する前記ステップは、第１の透過有効材料成分低透過率示唆の感知に応答して実施されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記低圧空間から前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前記ステップは、下流空間との間に流体連通を実現するステップを含み、前記下流空間内の下流空間圧力が、前記低圧空間内の低圧空間圧力未満であり、前記渦流空間圧力は、前記材料混合供給物を供給する前記ステップを停止する前記ステップの前に、前記高圧空間内に前記材料混合供給物を供給する前記ステップを実施しているものと同一の前記原動機により生成されることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記低圧空間から前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前記ステップは、前記低圧空間から前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施するステップを含むことを特徴とする請求項１または請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記低圧空間から前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前記ステップは、下流空間との間に流体連通を実現するステップを含み、前記下流空間内の前記有効材料成分の分圧が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧未満であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記低圧空間から前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前記ステップは、前記下流空間との間に流体連通を実現するステップを含み、前記下流空間内の下流空間圧力が、前記低圧空間の低圧空間圧力未満であることを特徴とする請求項１または請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記渦流空間圧力は、１気圧未満であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記渦流空間圧力は、原動機により生成されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記排出は、原動機により実施されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前記ステップは、前記低圧空間内の前記圧力の大気圧未満への低下を実現することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前記ステップは、前記分圧差の上昇を実現し、これにより、前記高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分の透過が前記膜を通り前記低圧空間内へと実施されている際のモル率の上昇が実現されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記予備排出圧力からの前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下が、実施された後に、前記高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に、実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記材料混合供給物を供給する前記ステップが、少なくとも一時的に停止される後に、および前記予備排出圧力からの前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下が、実施された後に、前記高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に、実施されることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記予備排出圧力からの前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下が、実施された後に、および前記高圧空間内に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれている間に、実施されている間に、前記低圧空間から前記低圧空間内の前記有効材料成分の有効材料成分排出部分を排出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２８または２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記予備排出圧力からの前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下が、実施された後に、および前記高圧空間内に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に、実施されている間に、前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下が、実施されることを特徴とする請求項２８または２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記予備排出圧力からの前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下が、実施された後に、および前記高圧空間内に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に、実施される、前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下は、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下が前記予備排出圧力未満におかれる間に実施される前記高圧空間内に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過に少なくとも応答して実施されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記予備排出圧力からの前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下が、実施された後に、および前記高圧空間内に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に、実施されている間に、および前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下が、前記低圧空間内の前記より低圧の有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に実施される前記高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分の前記透過に少なくとも応答して実施されている間に、前記低圧空間から前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分の有効材料成分排出部分を排出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記予備排出圧力からの前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下が、実施された後に、および前記高圧空間内に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に、膜を通り前記低圧空間内へと実施されている間に、前記高圧空間から前記膜を通り前記低圧空間内への少なくとも１つのより低速で透過する材料の透過を実施するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２８または２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に実施された前記高圧空間に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過に応答して実施された後に、予備圧力上昇圧力からの前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施するステップをさらに含み、これにより、前記高圧空間内に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過が前記膜を通り前記低圧空間内へと実施されている際のモル率の上昇が実現されることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記上昇が、前記材料混合供給物の供給により実施されることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記材料混合供給物の前記供給は、原動機により実施されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】
前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に実施された前記高圧空間に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過に応答して実施された後に、前記材料混合供給物の前記供給を再開するステップをさらに含み、それにより、前記高圧空間内の前記有効材料成分の分圧の上昇が、予備圧力上昇圧力から実施され、それにより、高圧空間内に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過が前記膜を通り前記低圧空間内へと実施されている際の前記モル率の上昇が実現されることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記材料混合供給物の前記供給は、原動機により実施されることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記上昇の前記実施のための前記材料混合供給物の前記供給は、第２の有効材料成分低透過率指標の感知に応答して実施されることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記材料混合供給物の前記供給を再開する前記ステップは、第２の有効材料成分低透過率指標の感知に応答して実施されることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記第２の有効材料成分低透過率指標は、低い高圧空間内に配置された有効材料成分分圧示唆であることを特徴とする請求項４０または４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記低い高圧空間内に配置された有効材料成分分圧示唆は、前記高圧空間内の所定の最低圧力未満の圧力であることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施するための前記材料混合供給物の前記供給の前に、前記高圧空間内に残留する材料の少なくとも一部分を排出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
前記高圧空間内に残留する前記材料は、前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に、および前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分の有効材料成分排出部分の前記排出が実施されている間に、実施される、前記高圧空間に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過に応答して実施された後に、前記高圧空間内に残留する材料であることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記高圧空間内に残留する材料の少なくとも一部分を排出する前記ステップと、その後の前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施するために前記材料混合供給物を供給する前記ステップとの組合せが、第２の有効材料成分低透過率指標の感知に応答して実施されることを特徴とする請求項４４または４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記高圧空間内に残留する材料の少なくとも一部分を排出する前記ステップは、前記高圧空間内において感知される標的材料濃度指標に応答して実施されることを特徴とする請求項４４または４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施するために前記材料混合供給物の前記供給を再開する前記ステップの前に、前記高圧空間内に残留する材料の少なくとも一部分が排出されることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４９】
前記高圧空間内に残留する前記材料は、前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に、および前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分の有効材料成分排出部分の前記排出が実施されている間に、実施される、前記高圧空間に配置された前記有効材料成分の前記透過部分の前記透過に応答して実施された後に、前記高圧空間内に残留する材料であることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記高圧空間内に残留する材料の少なくとも一部分を排出する前記ステップと、その後の前記材料混合供給物の前記供給を再開する前記ステップとの組合せが、第２の有効材料成分低透過率指標の感知に応答して実施されることを特徴とする請求項４８または４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記高圧空間内に残留する材料の少なくとも一部分を排出する前記ステップは、前記高圧空間内において感知される標的材料濃度指標に応答して実施されることを特徴とする請求項４８または４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施するための前記材料混合供給物の前記供給は、前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分の有効材料成分排出部分の前記排出が少なくとも一時的に停止された後に、実施されることを特徴とする請求項３６、３７、４４、または４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施するための前記材料混合供給物の前記供給は、前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分の有効材料成分排出部分の前記排出を実施していた前記低圧空間と前記下流空間との間の流体連通の封止後に実施されることを特徴とする請求項３６、３７、４４、または４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記材料混合供給物の前記供給を再開する前記ステップは、前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分の有効材料成分排出部分の前記排出が少なくとも一時的に停止された後に、実施されることを特徴とする請求項３８、３９、４８、または４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記材料混合供給物の前記供給を再開する前記ステップは、前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分の有効材料成分排出部分の前記排出を実施していた前記低圧空間と前記下流空間との間の流体連通の封止後に実施されることを特徴とする請求項３８、３９、４８、または４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記下流空間の下流空間圧力が、前記材料混合供給物の前記供給を実施するのと同一の前記原動機である原動機の吸引により規定されることを特徴とする請求項５３または５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記予備圧力上昇圧力からの前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施する前記ステップの後に、および前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備圧力上昇圧力超におかれる間に、膜を通り前記低圧空間内への前記高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、実施されることを特徴とする請求項３６、３７、４４、４５、または５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
前記予備圧力上昇圧力からの前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施するステップの後に、および前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備圧力上昇圧力超におかれる間に、膜を通り前記低圧空間内への前記高圧空間に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過は、前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧と前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧との間の第２のサイクル分圧差に少なくとも応答して実施されることを特徴とする請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記材料混合供給物の前記供給を再開する前記ステップの後に、および前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備圧力上昇圧力超におかれる間に、膜を通り前記低圧空間内への前記高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、実施されることを特徴とする請求項３８、３９、４８、４９、または５５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６０】
前記材料混合供給物の前記供給を再開する前記ステップの後に、および前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備圧力上昇圧力超におかれる間に、膜を通り前記低圧空間内への前記高圧空間に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過は、前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧と前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧との間の第２のサイクル分圧差に少なくとも応答して実施されることを特徴とする請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記予備圧力上昇圧力からの前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施する前記ステップの後に、および前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備圧力上昇圧力超におかれる間に、膜を通り前記低圧空間内への前記高圧空間に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過の前記実施は、プロセスサイクルの完了を規定し、前記プロセスサイクルは、少なくとも１度繰り返されることを特徴とする請求項５７に記載の方法。
【請求項６２】
前記材料混合供給物の前記供給を再開する前記ステップの後に、および前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記圧力上昇圧力超におかれる間に、膜を通り前記低圧空間内への前記高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の前記透過の前記実施は、プロセスサイクルの完了を規定し、前記プロセスサイクルは、少なくとも１度繰り返されることを特徴とする請求項５９に記載の方法。
【請求項６３】
前記低圧空間の容積に対する前記高圧空間の容積の比率が、４超であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６４】
高圧空間から膜を通り低圧空間内への有効混合物の少なくとも有効材料成分の透過を実施するための方法であって、前記高圧空間は、前記膜を介して前記低圧空間との間において質量移動連通状態に配設される、方法において、
前記高圧空間内の有効材料成分の分圧と前記低圧空間内の前記有効材料成分の分圧との間の分圧差をより高い分圧差から低下させることであって、前記高圧空間は、膜を介して低圧空間との間において質量移動連通状態におかれ、前記分圧差の前記低下は、大気圧超への前記低圧空間内の圧力の上昇が前記高圧空間内に配置された前記有効材料成分の透過部分の透過により実施されるように、少なくとも前記分圧差に応答して、および前記高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分が、前記より高い分圧差を下回る低下した分圧差に少なくとも応答して前記膜を透過しており、前記低圧空間内に収集されている間に、前記高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分を前記高圧空間から前記膜を通り前記低圧空間内へと透過させることによって実施される低下を含む、前記低下が実施された後に、
前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分からの有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施するステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６５】
前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前記ステップは、大気圧を超過する前記低圧空間内の圧力の感知に応答して実施されることを特徴とする請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
高圧空間から膜を通り低圧空間内への有効混合物の少なくとも有効材料成分の透過を実施するための方法であって、前記高圧空間は、前記膜を介して前記低圧空間との間において質量移動連通状態に配設される、方法において、
前記高圧空間内の有効材料成分の分圧と前記低圧空間内の前記有効材料成分の分圧との間の分圧差をより高い分圧差から低下させることであって、前記高圧空間は、膜を介して低圧空間との間において質量移動連通状態におかれ、前記分圧差の前記低下は、少なくとも前記分圧差に応答して、および前記高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分が、前記より高い分圧差を下回る低下した分圧差に少なくとも応答して前記膜を透過しており、前記低圧空間内に収集されている間に、前記高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分を前記高圧空間から前記膜を通り前記低圧空間内へと透過させることによって実施される低下を含む、前記低下が実施された後に、
前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分からの有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施するステップであって、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下は、予備排出圧力からの低下である、ステップ
を含み、
材料混合供給物が、前記高圧空間に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過が実施されている間に、材料混合物源から前記高圧空間へと供給され、前記材料混合供給物の前記供給は、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前記ステップの前に、少なくとも一時的に停止され、
前記材料混合供給の前記供給が、少なくとも一時的に停止された後に、および前記予備排出圧力からの前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下が、実施された後に、前記高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に、および、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に前記高圧空間内に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過が実施されている間に、実施され、前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に実施される前記高圧空間に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過に少なくとも応答して実施され、
前記方法は、前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に実施される前記高圧空間内に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過に応答して実施された後に、予備圧力上昇圧力から高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施するステップであって、これにより、前記高圧空間内に配置された有効材料成分の前記透過部分の前記透過が前記膜を通り前記低圧空間内へと実施されている際のモル率の上昇が実現され、前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記上昇は、前記材料混合供給物の供給により実施される、ステップと、
前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施するための前記材料混合供給物の前記供給の前に、前記高圧空間内に残留する材料の少なくとも一部分を排出するステップと
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項６７】
前記材料混合供給物は、前記有効材料成分を含み、前記材料混合供給物の前記供給は、前記高圧空間内の前記有効材料成分の補給を実施することを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施する前記ステップのための前記材料混合供給物の前記供給は、有効材料成分低透過率指標の感知に応答して実施されることを特徴とする請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記有効材料成分低透過率指標は、低い高圧空間内に配置された有効材料成分分圧示唆であることを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記低い高圧空間内に配置された有効材料成分分圧示唆は、前記高圧空間内の所定の最低圧力未満の圧力であることを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記高圧空間内に残留する前記材料は、前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の前記低下が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧が前記予備排出圧力未満におかれる間に、および前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分の有効材料成分排出部分の前記排出が実施されている間に、実施される、前記高圧空間に配置された前記有効材料成分の前記透過部分の前記透過に応答して実施された後に、前記高圧空間内に残留する材料であることを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項７２】
前記高圧空間内に残留する材料の少なくとも一部分を排出する前記ステップと、その後の前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施するために前記材料混合供給物を供給する前記ステップとの組合せが、第２の有効材料成分低透過率指標の感知に応答して実施されることを特徴とする請求項６６または７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記高圧空間内に残留する材料の少なくとも一部分を排出する前記ステップは、前記高圧空間内において感知される標的材料濃度指標に応答して実施されることを特徴とする請求項６６または７１に記載の方法。
【請求項７４】
前記低圧空間から前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の低下を実施する前記ステップは、下流空間との間に流体連通を実現するステップを含み、前記下流空間内の前記有効材料成分の分圧が、前記低圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧未満であり、
前記高圧空間内の前記有効材料成分の前記分圧の上昇を実施するための前記材料混合供給物の前記供給は、前記低圧空間内に配置された前記有効材料成分の有効材料成分排出部分の前記排出を実施していた前記低圧空間と前記下流空間との間の流体連通の封止後に実施されることを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガス透過プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
膜式分離は、特に中程度の純度が必要とされるにすぎない用途の場合には、空気からの酸素富化を行うための有効な技術であることが判明している。酸素富化空気の典型的な用途には、燃焼、オゾン発生、好気性排水処理、医療呼吸、ダイビング、および高空飛行呼吸が含まれる。所与の膜について、分離性能は、プロセス設計およびプロセス構成により影響される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｆｅｎｇ  Ｘ，Ｐａｎ  ＣＹ  ａｎｄ  Ｉｖｏｒｙ  Ｊ．  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ：Ｎｏｖｅｌ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｇａｓ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．ＡＩＣｈＥ  Ｊ．  ４６，７２４−７３３（２０００）
【非特許文献２】Ｌｉｕ  Ｌ，Ｃｈａｋｍａ  Ａ  ａｎｄ  Ｆｅｎｇ  Ｘ．Ｃ０２／Ｎ２  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｐｏｌｙ（Ｅｔｈｅｒ  Ｂｌｏｃｋ  Ａｍｉｄｅ）Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｈｏｌｌｏｗ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．４４，  ６８７４−６８８２（２００５）
【非特許文献３】Ｌｉ  Ｙ，Ｃｈｕｎｇ  Ｔ−Ｓ  ａｎｄ  Ｘｉａｏ  Ｙ．Ｓｕｐｅｒｉｏｒ  ｇａｓ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ｄｕａｌ−ｌａｙｅｒ  ｈｏｌｌｏｗ  ｆｉｂｅｒ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ  ｗｉｔｈ  ａｎ  ｕｌｔｒａｔｈｉｎ  ｄｅｎｓｅ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｙｅｒ．Ｊ．Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｃｉ．３２５，２３−２７（２００８）；Ｈｏｓｓｅｉｎｉ  ＳＳ，Ｌｉ  Ｙ，Ｃｈｕｎｇ  Ｔ−Ｓ  ａｎｄ  Ｌｉｕ  Ｙ．  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｇａｓ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ＭｇＯ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，Ｊ．  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｃｉ．３０２，２０７−２１７（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の膜ガス分離は、定常状態方式において実施され、供給圧力および透過圧力は共に、一定レベルに維持される。膜間差圧が、透過の駆動力であるため、透過性を向上させるための最も効率的な方法は、膜間の差圧を上昇させることである。これは、２つの方法、すなわち供給加圧および透過排出において実施され得る。しかし、現行の技術は、実際に採用することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様においては、高圧空間から膜を通り、低圧空間内への有効混合物の少なくとも有効材料成分の透過を実施するための方法であって、高圧空間が、膜を介して低圧空間との間において質量移動連通状態に配設される方法が提供される。本方法は、少なくとも分圧差に応答し、および高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分が、より高い分圧差を下回る低下した分圧差に少なくとも応答して膜を透過しており、低圧空間内に収集されている間に、高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分を高圧空間から膜を通り、低圧空間内へと透過させることにより実施される低下を含む、高圧空間内の有効材料成分の分圧と低圧空間内の有効材料成分の分圧との間の分圧差のより高い分圧差からの低下が、実施された後に、低圧空間からの低圧空間内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施することによって、低圧空間内の有効材料成分の分圧の低下を実施するステップを含み、低圧空間内の有効材料成分の分圧の低下は、予備排出圧力からの低下である。低圧空間の容積に対する前記高圧空間の容積の比率は、１超である。
【０００６】
別の態様においては、高圧空間から膜を通り低圧空間内への有効混合物の少なくとも有効材料成分の透過を実施するための方法であって、高圧空間が、膜を介して低圧空間との間において質量移動連通状態に配設される方法が提供される。本方法は、高圧空間が、膜を介して低圧空間と質量移動連通状態におかれ、大気圧超への低圧空間内の圧力の上昇が高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分の透過により実施されるように、少なくとも分圧差に応答して、および高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分が、より高い分圧差を下回る低下した分圧差に少なくとも応答して膜を透過しており、低圧空間内に収集されている間に、高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分を高圧空間から膜を通り低圧空間内へと透過させることによって実施される低下を含む、高圧空間内の有効材料成分の分圧と低圧空間内の有効材料成分の分圧との間の分圧差のより高い分圧差からの低下が実施された後に、低圧空間内に配置された有効材料成分からの有効材料成分排出部分の排出を実施することによって、低圧空間内の有効材料成分の分圧の低下を実施するステップを含む。
【０００７】
別の態様においては、高圧空間から膜を通り低圧空間内への有効混合物の少なくとも有効材料成分の透過を実施するための方法であって、高圧空間が、膜を介して低圧空間との間において質量移動連通状態に配設される方法が提供される。本方法は、高圧空間が、膜を介して低圧空間と質量移動連通状態におかれ、少なくとも分圧差に応答して、および高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分が、より高い分圧差を下回る低下した分圧差に少なくとも応答して膜を透過しており、低圧空間内に収集されている間に、高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分を高圧空間から膜を通り低圧空間内へと透過させることによって実施される低下を含む、高圧空間内の有効材料成分の分圧と低圧空間内の有効材料成分の分圧との間の分圧差のより高い分圧差からの低下が実施された後に、低圧空間内に配置された有効材料成分からの有効材料成分排出部分の排出を実施することによって低圧空間内の有効材料成分の分圧の低下を実施するステップであって、低圧空間内の有効材料成分の分圧の低下が予備排出圧力からの低下である、ステップを含む。材料混合供給物が、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が実施されている間に、材料混合物源から高圧空間へと供給され、材料混合供給物の供給は、低圧空間内の有効材料成分の分圧の低下を実施するステップの前に、少なくとも一時的に停止される。材料混合供給の供給が、少なくとも一時的に停止された後に、および予備排出圧力からの低圧空間内の有効材料成分の分圧の低下が、実施された後に、高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、低圧空間内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に、および、低圧空間内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分の透過が実施されている間に、実施され、高圧空間内の有効材料成分の分圧の低下が、低圧空間内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に実施される高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過に少なくとも応答して実施される。高圧空間内の有効材料成分の分圧の低下が、低圧空間内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に実施される高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分の透過に応答して実施された後に、予備圧力上昇圧力から高圧空間内の有効材料成分の分圧の上昇を実施するステップであって、これにより、高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分の透過が膜を通り低圧空間内へと実施されている際のモル率の上昇が実現され、高圧空間内の有効材料成分の分圧の上昇は、材料混合供給物の供給により実施されるステップを含む。高圧空間内の有効材料成分の分圧の上昇を実施するための材料混合供給物の供給の前に、高圧空間内に残留する材料の少なくとも一部分を排出するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
以下、添付の図面を参照として好ましい実施形態のプロセスを説明する。
【図１】プロセスの一実施形態を実施するためのシステムを示す図である。
【図２Ａ】プロセスの別の実施形態を実施するためのシステムの概略図であり、特にプロセス実施形態の供給加圧ステップ時のシステムの構成を示す図である。
【図２Ｂ】図１Ａのシステムの概略図であり、特に図１Ａのプロセス実施形態の透過排出ステップ時のシステムの構成を示す図である。
【図２Ｃ】図１Ａのシステムの概略図であり、特に図１Ａのプロセス実施形態の残留物ベントステップ時のシステムの構成を示す図である。
【図３】図２Ａのプロセス実施形態の全サイクルにわたる、高圧の（供給物側）空間および低圧の（透過物側）空間の圧力プロファイルの概略図である。
【図４】一定供給圧力および変動透過圧力を伴う透過システムの概略図である。
【図５Ａ】ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、ＶＦ＝ＶＭ＝Ｖ、および（Ａ／Ｖ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４のシステムにおいて実施の圧力−真空スイング透過プロセスのステップ２に関する、時間に対する差圧Ｐ１における残留Ｏ２濃度を示すグラフである。
【図５Ｂ】ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、ＶＦ＝ＶＭ＝Ｖ、および（Ａ／Ｖ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４のシステムにおいて実施の圧力−真空スイング透過プロセスのステップ２に関する、時間に対する差圧Ｐ１における透過Ｏ２バルク濃度を示すグラフである。
【図５Ｃ】ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、ＶＦ＝ＶＭ＝Ｖ、および（Ａ／Ｖ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４のシステムにおいて実施の圧力−真空スイング透過プロセスのステップ２に関する、時間に対する差圧Ｐ１における透過圧力を示すグラフである。
【図６Ａ】ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、Ｐ１＝７ａｔｍ、およびＶＦ＝ＶＭ＝Ｖの場合の、図４のシステムにおいて実施の圧力−真空スイング透過プロセスのステップ２に関する、時間に対する差異（Ａ／Ｖ）値における残留Ｏ２濃度を示すグラフである。
【図６Ｂ】ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、Ｐ１＝７ａｔｍ、およびＶＦ＝ＶＭ＝Ｖの場合の、図４のシステムにおいて実施の圧力−真空スイング透過プロセスのステップ２に関する、時間に対する差異（Ａ／Ｖ）値における透過Ｏ２バルク濃度を示すグラフである。
【図６Ｃ】ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、Ｐ１＝７ａｔｍ、およびＶＦ＝ＶＭ＝Ｖの場合の、図４のシステムにおいて実施の圧力−真空スイング透過プロセスのステップ２に関する、時間に対する差異（Ａ／Ｖ）値における透過圧力を示すグラフである。
【図７Ａ】Ｐ１＝７ａｔｍ、ＶＦ＝ＶＭ＝Ｖ、および（Ａ／Ｖ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４のシステムにおいて実施の圧力−真空スイング透過プロセスのステップ２に関する、時間に対する差異ｐｖ値における残留Ｏ２濃度を示すグラフである。
【図７Ｂ】Ｐ１＝７ａｔｍ、ＶＦ＝ＶＭ＝Ｖ、および（Ａ／Ｖ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４のシステムにおいて実施の圧力−真空スイング透過プロセスのステップ２に関する、時間に対する差異ｐｖ値における透過Ｏ２バルク濃度を示すグラフである。
【図７Ｃ】Ｐ１＝７ａｔｍ、ＶＦ＝ＶＭ＝Ｖ、および（Ａ／Ｖ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４のシステムにおいて実施の圧力−真空スイング透過プロセスのステップ２に関する、時間に対する差異ｐｖ値における透過圧力を示すグラフである。
【図８Ａ】Ｐ１＝７ａｔｍ、ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、および（Ａ／ＶＭ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４のシステムにおいて実施の圧力−真空スイング透過プロセスのステップ２に関する、時間に対する差異（ＶＦ／ＶＭ）値における残留Ｏ２濃度を示すグラフである。
【図８Ｂ】Ｐ１＝７ａｔｍ、ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、および（Ａ／ＶＭ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４のシステムにおいて実施の圧力−真空スイング透過プロセスのステップ２に関する、時間に対する差異（ＶＦ／ＶＭ）値における透過Ｏ２濃度を示すグラフである。
【図８Ｃ】Ｐ１＝７ａｔｍ、ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、および（Ａ／ＶＭ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４のシステムにおいて実施の圧力−真空スイング透過プロセスのステップ２に関する、時間に対する差異（ＶＦ／ＶＭ）値における透過圧力を示すグラフである。
【図９】Ｐ１＝７ａｔｍ、ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、および（Ａ／ＶＭ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４のシステムにおいて実施の圧力−真空スイング透過プロセスのステップ２の際の、透過物中の酸素および窒素の量対時間を示すグラフである。
【図１０】透過排出ステップ時に動作中の、図４に示す透過システムの概略図である。
【図１１Ａ】Ｐ１＝７ａｔｍ、ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、および（Ａ／ＶＭ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４（または図１０）のシステムにおいて実施されるプロセスのステップ４の際の、残留Ｏ２濃度に対する（ＶＦ／ＶＭ）の影響を示すグラフである。
【図１１Ｂ】Ｐ１＝７ａｔｍ、ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、および（Ａ／ＶＭ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４（または図１０）のシステムにおいて実施されるプロセスのステップ４の際の、透過Ｏ２濃度に対する（ＶＦ／ＶＭ）の影響を示すグラフである。
【図１１Ｃ】Ｐ１＝７ａｔｍ、ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、および（Ａ／ＶＭ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４（または図１０）のシステムにおいて実施されるプロセスのステップ４の際の、透過圧力に対する（ＶＦ／ＶＭ）の影響を示すグラフである。
【図１２】Ｐ１＝７ａｔｍ、ｐｖ＝１０ｍｍＨｇ、および（Ａ／ＶＭ）＝１０，０００ｍ２／ｍ３の場合の、図４（または図１０）のシステムにおいて実施されるプロセスのステップ４の際の、透過物中の酸素および窒素の量対時間を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１を参照すると、高圧空間１０から膜２０を通り低圧空間３０内への、有効混合物内に配置された少なくとも有効材料成分の透過を実施するためのプロセスが提供される。有効混合物は、有効材料成分および少なくとも別の成分を含む。高圧空間１０は、コンパートメント１２内に画成され、低圧空間３０は、コンパートメント３２内に画成される。高圧空間１０は、膜２０を介して低圧空間３０と質量移動連通状態におかれる。高圧空間内の有効材料成分の分圧と低圧空間内の有効材料成分の分圧との間に、分圧差が設けられる。この分圧差の低下は、高圧空間１０内に配置された有効材料成分の透過部分が、高圧空間１０から膜２０を通り、低圧空間３０内へ透過することによって実施される。透過部分の透過は、少なくとも分圧差に応答して達成される。
【００１０】
例えば、いくつかの実施形態においては、有効混合物、有効材料成分、および少なくとも別の成分のいずれもが、ガス状である。
【００１１】
より高い分圧差からの分圧差の低下が、実施された後に、および高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分が、膜２０を通り透過しており、低圧空間３０内に収集されている間に、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下が、実現される。高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の膜の透過は、より高い分圧差の分圧差の低下未満である低下した分圧差に少なくとも応答して達成される。低圧空間内の有効材料成分の分圧の低下は、低圧空間３０からの低圧空間３０内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施することにより実施される。低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下は、予備排出圧力からの低下となる。
【００１２】
一態様においては、低圧空間２０の容積に対する高圧空間１０の容積の比率は、１超となる。例えば、いくつかの実施形態においては、この比率は、４超となる。例えば、いくつかの実施形態においては、この比率は、８超となる。この比率を設けることにより、有効材料成分の透過が、低圧空間内において実施される減圧の実施までに、さらに長時間にわたって継続することが可能となる。
【００１３】
例えば、いくつかの実施形態においては、低圧空間３０からの有効材料成分排出部分の排出を実施することによって、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下を実施する前に、高圧空間１０内における有効材料成分の分圧の低下が、高圧空間１０内に配置された有効材料成分の透過部分の透過によって実施される。
【００１４】
例えば、いくつかの実施形態においては、低圧空間３０から有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下を実施する前に、高圧空間内の圧力の低下が、高圧空間１０内に配置された有効材料成分の透過部分の透過によって実施される。
【００１５】
例えば、いくつかの実施形態においては、低圧空間３０からの有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下を実施する前に、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の上昇が、高圧空間１０内に配置された有効材料成分の透過部分の透過によって実現される。
【００１６】
例えば、いくつかの実施形態においては、低圧空間３０からの有効材料成分排出部分の排出を実施することにより、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下を実施する前に、低圧空間内の圧力の上昇が、高圧空間１０内に配置された有効材料成分の透過部分の透過によって実現される。
【００１７】
例えば、いくつかの実施形態においては、高圧空間１０内に配置された有効材料成分の透過部分の透過は、少なくとも１つの低速透過材料成分が、高圧空間１０から膜２０を通り低圧空間３０内へと透過している間に実施される。低速で透過する成分のいずれについても、高圧空間内の低速で透過する成分のモル分率に対する、低速で透過する成分のモル透過率の比率は、高圧空間内の有効材料成分のモル分率に対する有効材料成分のモル透過率の比率未満である。
【００１８】
例えば、いくつかの実施形態においては、高圧空間内に配置された有効材料成分と、低速透過材料成分のそれぞれとが、高圧空間１０内に配置された有効材料混合物内に含まれる。高圧空間内に配置された有効材料成分の透過部分の透過は、少なくとも１つの低速透過材料成分が、高圧空間１０から膜２０を通り低圧空間内に透過しつつある間に、実施される。低速で透過する成分のいずれについても、高圧空間内の低速で透過する成分のモル分率に対する、低速で透過する成分のモル透過率の比率は、高圧空間内の有効材料成分のモル分率に対する有効材料成分のモル透過率の比率未満となり、それにより、有効材料混合物からの有効材料を多く含む分離生成物の分離が、実現される。有効材料を多く含む分離生成物は、低圧空間３０内に配置され、有効材料成分のモル濃度は、有効材料混合物内よりも、有効材料を多く含む分離生成物内においてより高くなる。
【００１９】
低速透過材料成分は、有効材料成分よりも低い膜透過性を特徴とする材料成分である。かかる低速透過性は、膜内における比較的低い拡散性、膜内における比較的低い可溶性、またはそれらの両方に由来するものであってもよい。
【００２０】
例えば、いくつかの実施形態においては、有効材料混合物は、ガス状である。
【００２１】
例えば、いくつかの実施形態においては、分圧差の低下の達成は、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の上昇を達成することを含む。
【００２２】
例えば、いくつかの実施形態においては、分圧差の低下の達成は、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の低下を達成することを含む。
【００２３】
例えば、いくつかの実施形態においては、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下の実施は、第１の透過有効材料成分低透過率示唆の感知に応答して実施される。
【００２４】
例えば、いくつかの実施形態においては、第１の透過有効材料成分低透過率示唆は、低圧空間３０内の高い有効材料成分分圧示唆である。
【００２５】
例えば、いくつかの実施形態においては、低圧空間内の高い有効材料成分分圧示唆は、低圧空間３０内の所定の最大圧力を超過する圧力である。
【００２６】
例えば、いくつかの実施形態においては、所定の最大圧力は、１気圧以上である。
【００２７】
例えば、いくつかの実施形態においては、所定の最大圧力は、大気圧以上である。
【００２８】
例えば、いくつかの実施形態においては、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下の実施は、低圧空間３０の圧力を大気圧未満まで低下させることを実施する。
【００２９】
例えば、いくつかの実施形態においては、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下の実施は、分圧差の上昇を実現し、それにより、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、膜２０を通り低圧空間３０内へと実施されている際のモル率の上昇を実現する。
【００３０】
例えば、いくつかの実施形態においては、本プロセスは、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が実施されている間に、材料混合物源から高圧空間１０への材料混合供給物の供給を行うことをさらに含む。例えば、これらの実施形態のいくつかの実施形態においては、材料混合供給物は、有効材料成分を含み、材料混合供給物の供給は、高圧空間内における有効材料成分の補給を実施する。
【００３１】
例えば、いくつかの実施形態においては、本プロセスは、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下を実施する前に、材料混合供給物の供給を少なくとも一時的に停止することをさらに含む。例えば、これらの実施形態のいくつかの実施形態においては、材料混合供給物の供給の停止は、第１の透過有効材料成分低透過率示唆の感知に応答して実施される。
【００３２】
例えば、いくつかの実施形態においては、低圧空間３０からの低圧空間３０内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施することによって、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下の実施が、コンパートメント４２により画成された下流空間４０との間における流体連通を生じさせることを含み、下流空間４０内の下流空間圧力は、低圧空間の低圧空間圧力未満となる。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、下流空間圧力は、大気圧未満である。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、下流空間圧力は、１気圧未満である。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、下流空間圧力は、原動機により原動機の吸引時に生成される。材料混合供給物が、原動機により供給されつつあり、材料混合供給物の供給が、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下の実施前に少なくとも一時的に停止される、実施形態に関しては、例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、下流空間圧力は、材料混合供給物の供給の停止前に、高圧空間１０への材料混合供給物の供給を実施していたものと同一の先行の原動機により実施されることによって、生成される。
【００３３】
例えば、いくつかの実施形態においては、低圧空間３０から低圧空間３０内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施することによる、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下の実施が、低圧空間３０からの低圧空間３０内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出の実施を含む。例えば、いくつかの実施形態においては、排出は、原動機により実施される。
【００３４】
例えば、いくつかの実施形態においては、原動機は、ポンプである。他の適切な原動機には、真空ポンプおよび容積式ブロワが含まれる。
【００３５】
例えば、いくつかの実施形態においては、低圧空間３０からの低圧空間３０内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施することによる、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下の実施が、下流空間３０との間において流体連通を実現することを含み、下流空間４０内の有効材料成分の分圧は、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧未満である。
【００３６】
例えば、いくつかの実施形態においては、予備排出圧力からの低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下が、実施された後に、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が、予備排出圧力未満におかれる間に、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、実施される。例えば、いくつかの実施形態においては、予備排出圧力からの低圧空間内の有効材料成分の分圧の低下が、実施された後に、および、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が、予備排出圧力未満におかれる間に、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、膜２０を通り低圧空間３０内へと実施されている間に、高圧空間１０から膜２０を通り低圧空間３０内への少なくとも１つの低速透過材料の透過が生じる。
【００３７】
高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、実施されている間に、材料混合供給物が、材料混合物源から高圧空間１０へと供給される、実施形態に関して、例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、材料混合供給物の供給が、少なくとも一時的に停止された後に、そして予備排出圧力からの低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下が実施された後に、本プロセスは、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が、予備排出圧力未満におかれる間に、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過を実施することをさらに含む。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、予備排出圧力からの低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下が、実施された後に、および、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が、予備排出圧力未満におかれる間に、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、膜２０を通り低圧空間３０内へと実施されている間に、本プロセスは、高圧空間１０から膜２０を通り低圧空間３０内へと少なくとも１つのより低速で透過する材料の透過を実施することをさらに含む。
【００３８】
例えば、いくつかの実施形態においては、予備排出圧力からの低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下が、実施された後に、および、低圧空間内の有効材料成分の分圧が、予備排出圧力未満におかれる間に、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、実施されている間に、本プロセスは、さらに、低圧空間３０から低圧空間３０内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施することを含む。
【００３９】
例えば、いくつかの実施形態においては、予備排出圧力からの低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下が、実施された後に、および、低圧空間内の有効材料成分の分圧が、予備排出圧力未満におかれる間に、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、実施されている間に、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の低下が、実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、予備排出圧力からの低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下が、実施された後に、および、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が、予備排出圧力未満におかれる間に、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、実施されている間に、実施される、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の低下は、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に実施される、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過に少なくとも応答して実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、予備排出圧力からの低圧空間３０内の有効材料成分の分圧の低下が、実施された後に、および、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が、予備排出圧力未満におかれる間に、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、実施されている間に、および、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の低下が、低圧空間内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に実施される高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過に少なくとも応答するなど、実施されている間に、本プロセスは、低圧空間３０からの低圧空間３０内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施することをさらに含む。
【００４０】
高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の低下が、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に実施された、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過に応答して実施されている実施形態においては、例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧のかかる低下後に、本プロセスは、予備圧力上昇圧力からの高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇を実施することをさらに含み、これにより、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が膜２０を通り低圧空間３０内へと実施されている際のモル率の上昇が実現される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇は、材料混合供給物の供給により実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、材料混合供給物の供給は、原動機により実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇を実現するための材料混合供給物の供給は、第２の有効材料成分低透過率指標の感知に応答して実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、第２の有効材料成分低透過率指標は、低い高圧空間に配置された有効材料成分分圧示唆である。
【００４１】
例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、低い高圧空間に配置された有効材料成分分圧示唆は、高圧空間１０内の所定の最低圧力未満の圧力である。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、予備圧力上昇圧力からの高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇の実施後に、および高圧空間１０内の有効材料成分の分圧が、予備圧力上昇圧力超におかれる間に、膜２０を通り低圧空間３０内への、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、予備圧力上昇圧力からの高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇の実施後に、および高圧空間１０内の有効材料成分の分圧が予備圧力上昇圧力超におかれる間に、膜２０を通り低圧空間３０内への高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧と低圧空間３０内の有効材料成分の分圧との間の第２のサイクル分圧差に少なくとも応答して実施される。
【００４２】
高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の低下が、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に実施される、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過に応答して実施された実施形態においては、例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧のかかる低下後に、本プロセスは、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇が予備圧力上昇圧力から実施されるように、材料混合供給物の供給の再開を実施することをさらに含み、これにより、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が膜２０を通り、低圧空間３０内へと実施されている際のモル率の上昇が実現される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、材料混合供給物の供給は、原動機により実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、材料混合供給物の供給の再開は、第２の有効材料成分の透過部分の低透過率指標の感知に応答して実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、第２の有効材料成分の低透過率指標は、低い高圧空間に配置された有効材料成分分圧示唆である。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、低い高圧空間に配置された有効材料成分分圧示唆は、高圧空間１０内の所定の最低圧力未満の圧力である。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、材料混合供給物の供給の再開後に、および高圧空間１０内の有効材料成分の分圧が予備圧力上昇圧力超におかれる間に、膜２０を通り低圧空間３０内への高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、材料混合供給物の供給の再開後に、および高圧空間１０内の有効材料成分の分圧が予備圧力上昇圧力超におかれる間に、膜２０を通り低圧空間３０内への高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過が、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧と低圧空間３０内の有効材料成分の分圧との間の第２のサイクル分圧差に少なくとも応答して実施される。
【００４３】
例えば、いくつかの実施形態においては、原動機は、ポンプである。他の適切な原動機には、真空ポンプおよび容積式ブロワが含まれる。
【００４４】
高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の低下が、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に実施された高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過に応答して実施された後に、予備圧力上昇圧力からの高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇が実施された、実施形態のいくつかにおいては、例えば、別の態様において、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇を実施するために材料混合供給物の供給を行う前に、本プロセスは、高圧空間１０内に残留する材料の少なくとも一部分の排出の実施をさらに含む。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、高圧空間１０内に残留する材料は、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に、および低圧空間３０内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出が実施されている間に、実施される、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過に応答して高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の低下が実施された後に、高圧空間１０内に残留する材料である。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、高圧空間１０内に残留する材料の少なくとも一部分の排出と、その後の高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇を実施するための材料混合供給物の供給との組合せが、第２の有効材料成分の分圧の低透過率指標の感知に応答して実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、高圧空間１０内に残留する材料の少なくとも一部分の排出は、高圧空間１０内において感知される標的材料濃度指標に応答して実施される。この点に関して、例えば、いくつかの実施形態においては、標的材料は、有効材料混合物内の他の材料に対してより低速な透過特徴を有することにより、高圧空間１０内に残留する材料の少なくとも一部分を排出する前に、高圧空間１０内において上昇されているモル濃度を有する、低圧透過材料となる。
【００４５】
低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に実施された高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過に応答して、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の低下が実施された後に、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇が予備圧力上昇圧力から実施されているように、材料混合供給物の供給の再開が実施されている実施形態のいくつかにおいては、例えば、別の態様において、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇を実現するための材料混合供給物の供給の再開前に、高圧空間１０内に残留する材料の少なくとも一部分が、排出される。例えば、いくつかの実施形態においては、高圧空間１０内に残留する材料は、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の低下が、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に、および低圧空間３０内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出が実施されている間に、実施される、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過に応答して実施された後に、高圧空間１０内に残留する材料である。例えば、いくつかの実施形態においては、高圧空間１０内に残留する材料の少なくとも一部分の排出と、その後の材料混合供給物の供給の再開との組合せが、第２の有効材料成分の分圧の低透過率指標の感知に応答して実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、高圧空間内に残留する材料の少なくとも一部分の排出は、高圧空間１０内において感知される標的材料濃度指標に応答して実施される。この点に関して、例えば、いくつかの実施形態においては、標的材料は、有効材料混合物内の他の材料に対してより低速な透過特徴を有することにより、高圧空間１０内に残留する材料の少なくとも一部分を排出する前に、高圧空間１０内において上昇されているモル濃度を有する、より低圧で透過する材料である材料となる。
【００４６】
また、予備圧力上昇圧力からの高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇が、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に実施された、高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過に応答して、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の低下が実施された後に実現された、実施形態のいくつかにおいては、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇を実現するための材料混合供給物の供給は、低圧空間３０内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出が少なくとも一時的に停止された後に、実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇を実施するための材料混合供給物の供給は、低圧空間３０内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実現していた低圧空間３０と下流空間４０との間の流体連通の封止後に、実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、下流空間４０の下流空間圧力は、材料混合供給物の供給を実施しているものと同一の原動機である原動機の吸引によって規定される。
【００４７】
また、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の低下が、低圧空間３０内の有効材料成分の分圧が予備排出圧力未満におかれる間に実施された高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過に応答して実施された後に、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇が予備圧力上昇圧力から実施されているような、材料混合供給物の供給の再開が実施された、実施形態のいくつかにおいては、例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、材料混合供給物の供給の再開は、低圧空間３０内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出が少なくとも一時的に停止された後に、実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇を実現するための材料混合供給物の供給は、低圧空間３０内に配置された有効材料成分における有効材料成分排出部分の排出を実施していた低圧空間３０と下流空間４０との間の流体連通の封止後に、実施される。例えば、これらの実施形態のいくつかにおいては、下流空間４０の下流空間圧力は、材料混合供給物の供給を実施しているものと同一の原動機である原動機の吸引によりおよび吸引時に生成される。
【００４８】
別の態様においては、予備圧力上昇圧力からの高圧空間１０内の有効材料成分の分圧の上昇の実施後に、および高圧空間１０内の有効材料成分の分圧が予備圧力上昇圧力超におかれる間に、膜２０を通り低圧空間３０内への高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過を実施することより、プロセスサイクルの完了が規定され、このプロセスサイクルは、少なくとも１度繰り返される。
【００４９】
さらなる一態様においては、材料混合供給物の供給の再開後に、および高圧空間１０内の有効材料成分の分圧が予備圧力上昇圧力超におかれる間に、膜２０を通り低圧空間３０内への高圧空間に配置された有効材料成分の透過部分の透過を実施することにより、プロセスサイクルの完了が規定され、このプロセスサイクルは、少なくとも１度繰り返される。
【００５０】
例えば、いくつかの実施形態においては、透過プロセスは、有効混合物が空気となるように、空気からの酸素を多く含む分離部分の分離を実施するためのものである。この有効材料成分は、二原子酸素であり（Ｏ２）、少なくとも別の材料成分の中の１つが、二原子窒素（Ｎ２）である。例えば、他の実施形態においては、透過プロセスは、燃焼プロセスから排出されたガス状流出物からＣＯ２を多く含む分離部分の分離を行うためのものであり、有効混合物は、ガス状流出物であり、有効材料成分は、二酸化炭素（ＣＯ２）であり、少なくとも別の成分の中の１つが、二原子酸素（Ｏ２）である。
【００５１】
例えば、いくつかの実施形態においては、ならびに図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃを参照すると、本プロセスは、供給加圧（図２Ａを参照）と、供給物進入／透過と、供給物進入から排出への切替えと、透過／透過排出（図２Ｂを参照）と、残留物ベント（図２Ｃを参照）との一連のステップを含む。この一連のステップは、本方法が複数のサイクルを含み、各サイクルがこの一連のステップにより規定されるように、連続的に繰り返され得る。例えば、いくつかの実施形態においては、本プロセスは、膜モジュール２００および圧力スイングサブシステム３００を備える、システム１００において実施される。
【００５２】
膜モジュール２００は、高圧空間２０２および低圧空間２０４を備える。高圧空間２０２（または「供給物側」）は、膜２０６を介して低圧空間２０４（または「透過物側」）と質量移動連通状態に配設される。
【００５３】
高圧空間２０２は、一定の容積ＶＦを画成する。低圧空間２０４は、一定の容積ＶＭを画成する。膜モジュール２００は、高圧空間２０２への材料混合供給物の供給を実施するための入口２０８と、低圧空間２０４からの材料の排出を実施するための出口２１０とをさらに備える。
【００５４】
圧力スイングサブシステム３００は、ポンプ３０２を備える。本プロセスの一部時間の最中に、ポンプ３０２は、高圧空間２０２への材料混合供給物の供給を実施し、したがって高圧空間２０２の加圧を実施するように動作する。本方法の別の一部時間の最中には、ポンプは、低圧空間２０４内に配置された材料の排出を実施するように動作する。この点に関して、サブシステム３００は、ポンプと材料混合供給物の源４００との間の流体連通を選択的に妨害するための弁３０４と、さらにポンプ３０２と高圧空間２０２との間の流体連通を選択的に妨害するための弁３０６とを備える。弁３０４および弁３０６は、組合せにおいて、高圧空間２０２への材料混合供給物の供給を調整する。また、サブシステム３００は、低圧空間２０４とポンプ３０２との間の流体連通を選択的に妨害するための弁３０８と、ポンプ３０２と生成物出口４０２との間の流体連通を選択的に妨害するための弁３１０とを備える。弁３０８、３１０は、組合せにおいて、本プロセスによる低圧空間２０４からの材料の排出を調整する。サブシステムは、高圧空間２０２と第２の生成物出口４０４との間の流体連通を選択的に妨害するための弁３１２をさらに備え、これにより、本プロセスによる高圧空間からの材料の排出を調整する。
【００５５】
全サイクルにわたる透過物側２０４および供給物側２０２の圧力プロファイルが、図３に概略的に示される。「供給加圧」とも呼ばれるステップ１（時間ｔ８から時間ｔ１）においては、供給物側２０２（容積ｖｆ）は、圧力Ｐ１＝Ｐｈに到達するようにポンプ３０２（圧縮機として機能する）を使用することにより加圧ガスで迅速に充填され、透過が、膜間差圧下で生じ始める。図２Ａを参照すると、供給物投下時に、弁３０４および３０６は、開かれ、弁３０８、３１０、および３１２は、閉じられる。透過が、時間の経過と共に進行すると共に、供給物は、継続的に供給されて、一定の圧力Ｐｈを維持するが、透過物側２０４の圧力は、透過物の蓄積により徐々に増加する。「供給物進入／透過」ステップ（ステップ２）とも呼ばれるこの期間（時間ｔ１から時間ｔ２）の間に、透過のための駆動力が、時間の経過と共に低下する。このステップは、透過物圧力が時間ｔ２においてある所定の最大値（１気圧など）に達すると、終了する。この時点で、供給物進入は、停止され、次いでポンプは、真空ポンプとして機能するように切り替えられて、透過物側２０４内に蓄積した透過物の排出を実施する。これに応答して、透過物圧力は、より低いレベルへと急速に低下する。このステップ（時間ｔ２から時間ｔ３）は、圧縮モードから真空モードへのポンプ３０２の切替えを特徴とし、これにより膜間差圧を増大させる。ステップ３は、Ｐ３≒Ｐ２となるように迅速に行われる。圧縮モードから排出モードへのポンプ３０２の切替え時には、この切替え時に弁３０６が閉じられ弁３０８、３１０が開かれることにより、出口４０２を介した透過物の排出が実施される（図２Ｂを参照）ため、生成物が汚染される可能性が存在する。その後、透過排出は、低圧Ｐｖを維持しつつ継続され、透過物は、継続的に引き込まれ収集される。「透過／透過排出」ステップと呼ばれるこのステップ（ステップ４、時間ｔ３から時間ｔ４）の間に、供給物側２０２に対する圧力は、この透過によって低下し始める。供給物側２０２に対する圧力が、透過がガス分離にとってもはや有効ではなくなるまで低くなる時点である、または残留物の濃度が、残留生成物に必要とされる目標値に到達した時点である時間ｔ４において、残留物は、圧力Ｐ０にてベントおよび収集される。時間ｔ４から時間ｔ５のこのステップは、「残留物ベント」（ステップ５）と呼ばれる。図２Ｃを参照すると、残留物ベント時に、弁３０８、３１０、および３１２は、開いた状態に留まり、弁３０４および３０６は、閉じた状態に留まる。圧力−真空スイング透過の１つのサイクルに相当するこれらの一連の動作ステップが、繰り返されることにより、ガス分離が継続的にかつ循環的に実施される。ステップ２および４は、分離に関与し、他のステップは、非常に迅速に完了され得るが、単純化を目的として、これらのステップの持続時間は、以下に説明するパラメータ研究においては無視されている。
【００５６】
本プロセス中に供給加圧および透過排出を活用することにより、膜間の比較的高い差圧（Ｐ−ｐ）が達成される。この強化された膜間差圧により、透過のための比較的高い駆動力による生産性の上昇が得られることとなる。さらに、ガス分離における富化度が、供給物／透過物圧力比と相関関係にある点と、透過排出および供給加圧の両方を使用することにより得られる高（Ｐ／ｐ）圧力比（単一のポンプの使用により達成され得る）が、ガス分離を向上させる点とが、周知である。これは、以下の例により説明され得る。供給物側が大気圧にあり、透過物がブロワの使用により０．１気圧に維持される、空気からの酸素富化を行うための従来の膜プロセスを考慮すると、膜間の差圧および供給物／透過物圧力比は、それぞれ０．９気圧および１０気圧である。圧力−真空スイング透過が、利用される場合に、平均供給物圧力が、４気圧まで上昇され得る場合には、膜間差圧および供給物／透過物圧力比は、数個の切換弁を除き追加の設備を使用せずに、４の複数倍だけ上昇され得る。単一のポンプに関連する圧力−真空スイング透過においては、膜ポンプまたは他の一般的に使用される容積式ポンプが、圧縮および排出の両方を処理するのに好ましいと指摘することができる。例えば、いくつかの実施形態においては、ここで提案されるスイング透過プロセスは、酸素富化のための空気分離またはＣＯ２捕獲のための煙道ガス分離などの、好ましくは中度の供給圧力にて実施される用途にとって適していることが考えられる。
【００５７】
次に、本プロセスのこの例示の実施形態の透過挙動の分析を、空気分離に適用されるものとして論じる。
【００５８】
パラメータ解析用の数学的方程式を公式化するために、以下の仮説を設定する。
（１）等温実施。プロセス中に温度変化はない。
（２）理想的なガス挙動。
（３）膜を通したガス分子の過渡的透過による透過のタイムラグ。したがって、透過物は、透過が行われるや否や透過物側に受けられると仮定する。
（４）膜の選択透過性は、ガス組成およびガス圧力とは無関係である。
（５）循環動作時の膜の透過性は、一定状態に等しい。
（６）供給物側のガスは、完全に混合される。すなわち、膜表面上における濃度は、供給物のバルク濃度と同一である。
（７）透過物側において、バルク透過物から膜表面への逆拡散は存在しない。
【００５９】
パラメータ研究を目的として、酸素富化用の空気分離は、圧力−真空スイング透過の有効性の実証を行うためのモデルシステムとしてここでは見なされる。例えば、膜による空気分離の場合には、これは、通常は、比較的低い供給圧力にて実施される。
【００６０】
ステップ１：供給加圧
供給加圧ステップは、通常は非常に短く、透過は、無視し得るわずかなものと見なすことができる。濃度ＸＦ（速い成分すなわち空気分離における酸素のモル分率）を有する供給ガスは、Ｐ１の全厚に達するまで膜システム（ＶＦの容積を有する）の供給物側に急速に進入する。供給物側は、初めに、前回の動作サイクルにより残された残留ガスの一部分（Ｐ０の圧力とＸ０の濃度とを有する）を含む。時間ｔ１における供給物側のガス混合物の濃度は、マテリアルバランスに基づき、
【００６１】
【数１】
2015508020.tif 000003
【００６２】
により求められる。ここで、Ｘ０＝Ｘ４である。空気分離に関しては、残留物ベントが、大気圧にて行われるため好都合であり、したがって、Ｐ０＝１０１ｋＰａが、本研究において使用される。
【００６３】
ステップ２：供給物進入／透過
図４に示す、サイクル圧力−真空スイングプロセスの本ステップ（時間ｔ１から時間ｔ２）に関連する透過システムを考察する。供給ガスは、継続的に供給されることにより、供給物側のいかなる残余分も除去することなくＰ１＝Ｐｈの一定圧力を維持する。透過は、「デッドエンド」透過と同様の方式で実施され、透過物は、透過物側に蓄積される。２成分混合ガスを分離するためには、所与の瞬間における透過率は、
【００６４】
【数２】
2015508020.tif 000004
【００６５】
【数３】
2015508020.tif 000005
【００６６】
として記述し得る。ここで、Ｑは、透過物の量であり、Ｊは、膜のガス透過性であり、Ａは、透過用の膜面積である。下付き文字ＡおよびＢは、それぞれ２成分混合ガスの高速（例えば酸素）および低速（例えば窒素）の透過成分である。Ｘは、供給物側のガス濃度であり、Ｙは、膜表面上の透過物の濃度である。両量は、高速透過成分のモル分率の観点から表示される。膜表面を去る透過物の局所濃度は、２つの透過成分の相対透過率により決定される。これは、特に、微孔性基板により局所混合が妨げられる非対称膜の場合に当てはまる。したがって、Ｙは、
【００６７】
【数４】
2015508020.tif 000006
【００６８】
により算出され得る。
【００６９】
一定の圧力が、供給物側において維持され、残留物が、透過時に全く引き込まれないため、透過装置の供給物側へと供給されるガスのモル流量は、モル透過率に等しい。マテリアルバランスに基づき、所与の瞬間における供給物側のガス濃度Ｘは、
【００７０】
【数５】
2015508020.tif 000007
【００７１】
により、Ｘ１およびＸＦに相関づけられる。
【００７２】
透過物のバルク濃度ＹＭは、蓄積されるガスの総量により決定され、
【００７３】
【数６】
2015508020.tif 000008
【００７４】
により求められる。ここで、ＶＭは、透過物側の容積であり、ＰＶは、透過物側が排出を受ける場合の透過物圧力であり、ＹＭ１は、前のステップから維持される残留透過物の濃度（ＹＭ１＝ＹＭ０＝ＹＭ４）である。真空レベルが、十分な高さにある場合には、前のステップから残された残留透過物の量は、無視し得るわずかなものとなり、したがって、ＹＭは、
【００７５】
【数７】
2015508020.tif 000009
【００７６】
として簡素化され得る。
【００７７】
透過物側における時間の経過につれた圧力変化は、
【００７８】
【数８】
2015508020.tif 000010
【００７９】
により透過率に相関づけられる。
【００８０】
方程式（２）〜（７）は、初期値の問題をもたらす。任意の瞬間における量ｐ、Ｘ、Ｙ、ＱＡ、ＱＢ、およびＹＭは、所与の初期条件セットに対するこれらの方程式を解くことにより決定され得る。パラメータ解析を目的として、膜特性および動作条件に対する以下の数値を、これらの計算において選択した。
酸素透過性：ＪＡ＝１×１０−５ｃｍ３（ＳＴＰ）／（ｃｍ２．ｓ．ｃｍＨｇ）
Ｏ２／Ｎ２選択性：ＪＡ／ＪＢ＝６
膜面積：Ａ＝１００ｃｍ２
透過物により占められる透過物容積：ＶＭ＝０．００５、０．０１、および０．０２ｍ３
Ｏ２生成物濃度の目標値：ＹＭ４＝０．４５
温度：Ｔ＝２９８Ｋ
【００８１】
膜面積および透過物容積の上記の数値は、中空繊維モジュールの典型的な膜面積パッキング密度に基づき選択した。典型的な繊維寸法の場合に、モジュール容積あたりの膜面積は、６，０００から１３，０００ｍ２／ｍ３の範囲となる。さらに、シェル側空隙容量は、チューブ側空隙容量に近く（非特許文献１参照）、すなわちＶＭ≒ＶＦである。しかし、中空遷移モジュールが使用される場合には、追加の外部容器が、ガス貯蔵のための供給物側または透過物側のいずれかにおいて使用されることにより、供給物側における酸素の減少を減速させ得る、または透過物側における圧力上昇を減速させ得る。別様のことが指定されない限り、均等な容積のＶＭおよびＶＦが、これらの計算において使用される。３つの重要な量の値、すなわち透過物の圧力、透過物中のＯ２濃度、および残留物中のＮ２濃度が、求められることとなる。以下においては、時間の経過と共にどのように変化するかに関する算出結果が示され論じられる。
【００８２】
図５は、それぞれ異なる供給圧力（Ｐ１）における瞬間透過物圧力、透過物組成、および残留物組成を示す。予期されるように、時間の経過につれた透過の進行により、残留物は、酸素が徐々に減少し、透過物圧力は、上昇する。興味深いことに、透過物中の酸素濃度は、初めに上昇し、次いで低下する。これは、透過物を受けるための空間が、より低い濃度である前のステップから残された残留透過物で、初めに充填されることによるものである。より高い濃度にある「新たに」生成されたばかりの透過物の蓄積は、透過物濃度全体の上昇をもたらすことになる。しかし、透過が継続すると、膜間差圧が、透過物圧力の上昇により次第に低下し、酸素透過のための駆動力の低下が、窒素透過のための駆動力の低下よりもさらに著しいものとなる。その結果、膜表面を去る透過物中の酸素濃度は、時間の経過と共に徐々に低下して、透過物中の酸素バルク濃度の低下を引き起こす。また、図５は、供給圧力Ｐ１の上昇が透過物中の酸素濃度を上昇させる傾向となることを示し、これは、より高い供給圧力が酸素富化にとって有利となることを示唆する。他方において、モル透過率は、透過の過程における供給速度に等しい。その結果、透過することとなる酸素富化空気の所与の量に対して、均一のモル数の空気が、供給物側にて供給される。そのため、より高速の透過を引き起こすより高い供給圧力が、結果として残留物中により高い酸素濃度をもたらすこととなり（図５に示すように）、これにより、純度の観点からは窒素生成にはあまり好ましいものではなくなる。従来の空気分離の場合には、７００〜１０００ｋＰａの供給圧力が、供給加圧と共にしばしば使用され、透過排出が利用される場合には、１０〜２５ｋＰａの透過物圧力が、一般的に使用される。ここで考察される状況の場合に、４００から８００ｋＰａの供給圧力Ｐ１の変動は、残留物および透過物の組成に対して劇的な影響を及ぼさないものと考えられる。以下の研究においては、Ｐ１＝７１０ｋＰａを使用した。
【００８３】
図６は、分離性能が量（Ａ／Ｖ）によりどのような影響を被るかを示す。ここで、Ａは、膜面積であり、Ｖは、供給物または透過物の「貯蔵」のための透過装置の容積である（ＶＦおよびＶＭはＶと同一であり等しいものとする）。パラメータＡおよびＶは、独立したものであるが、それらは、それらの比率（Ａ／Ｖ）が一定に維持される限りにおいては、分離挙動に影響を及ぼさない。したがって、（Ａ／Ｖ）比率は、ここでは、分離性能に関するそれらの結合された効果を示すための単一の変数として使用される。他の動作条件が同一である場合には、（Ａ／Ｖ）比率の上昇により、より高い透過物圧力が生じることとなるが、透過時間が十分な長さの場合には酸素濃度の低下という犠牲を払うこととなる。しかし、透過物濃度は、初めは（Ａ／Ｖ）の上昇と共に上昇する。これは、供給圧力Ｐ１の効果に関するさらに以前の所見と一致する。（Ａ／Ｖ）の上昇は、膜面積パッキング密度の上昇を意味し、これにより、透過率全体が上昇する。透過が進行するにつれて、（Ａ／Ｖ）値が、より高いほど、透過物酸素濃度の最大値は、より速く達成されることとなることが考えられる。残念ながら、最大透過物酸素濃度は、わずかに数秒以内に達成される。最大透過物濃度が達成される時にこのステップを終了することは、適当ではないことになる。なぜならば、圧力−真空スイングプロセスは、実用するには過度に高速のサイクル周期にて動作されることが必要となるからである。しかし、所与の膜モジュールに関して、（Ａ／Ｖ）比率が、透過装置の内部空間に基づき過度に高い場合には、外部ガスタンクが、適切な（Ａ／Ｖ）値を達成するために使用され得る。また、他方において、図６のデータは、分離の主要な目的が、窒素生成のために空気からＯ２を除去することである場合には、より高い（Ａ／Ｖ）値を使用して残留物中により高い純度の窒素を生成することがより有利となることを示唆する。
【００８４】
図７は、透過物側が排出を受ける場合の透過物圧力であるｐＶが、透過が１０秒超にわたり継続され得る場合に、このプロセスステップ中の分離性能に対して殆ど影響を及ぼさないことを示す。これは、通常使用されるダイヤフラム真空／圧力ポンプが、圧力−真空スイング透過プロセスにとって十分なものとなることを意味する。なぜならば、中程度の真空レベルが十分なものとなるからである。したがって、以下においては、２８ｋＰａのｐＶ値が、従来のケースを表すために使用される。
【００８５】
図８は、１２０秒の期間にわたる透過についての種々の（ＶＦ／ＶＭ）値と共に算出された結果を示す。比率（ＶＦ／ＶＭ）は、供給物および透過物により占められる相対容積を表す。このステップの間に、透過物圧力は、１気圧の上限に設定される。なぜならば、かかる圧力の透過物は、逆止め弁を通したベントにより容易に放出され得るからである。これは、膜間差圧を最大化させる。予期されるように、所与の時間において、（ＶＦ／ＶＭ）の上昇は、残留物および透過物の両方において酸素濃度を上昇させることになる。比較的大きなＶＦは、供給ガスの貯蔵用の大きなリザーバを意味し、したがって、供給物側のガス組成は、膜を透過するガスの量に対する供給ガスの量が多いことにより、大幅には変化しないことになる。したがって、透過のための比較的高い駆動力が、より長い期間にわたり持続され得ることになり、これは、透過物中の酸素濃度にとっては有利となる。他方において、透過物圧力は、（ＶＦ／ＶＭ）の上昇により非常にわずかに上昇し、これもまた、酸素富化にとっては有利となる。さらに、これは、時間に対する透過物中の酸素および窒素の量を示す図９により実証され得る。（ＶＦ／ＶＭ）の上昇により、酸素量は増加するが、窒素量は減少する。また、これらの結果は、高い（ＶＦ／ＶＭ）値が、残留物中の窒素濃度にとっては不利となることを示す（図８を参照）。同様に、供給ガス容積に比べて透過物に対して大きな容積を使用することが、窒素生成に利益をもたらすことが予想される。
【００８６】
計算において、Ｘ１およびＹＭ１の初期値は、前のステップからの透過物中に残留するガスを考慮に入れたマテリアルバランスに基づき算出されるものとする点を述べることができる。この計算は、全てのプロセスステップに対する反復を伴うことになる。しかし、このステップの完了時の残留物側および透過物側の両方における算出されるガス組成（すなわちＸ２およびＹＭ２）は、調査した動作条件下においては、多用な最終生成物濃度（すなわち３５〜４５ｍｏｌ％の酸素である透過物および９０〜９９ｍｏｌ％の窒素である残留物）について非常にわずかに変化する（＜３〜４％）ことが判明した。これは、主に、前のステップから残されたガスの量がわずかであることによる。したがって、初期値は、面倒な反復計算を実施することなく、生成物濃度に基づき推定され得る。
【００８７】
ステップ３：圧縮から排出へのポンプ機能切替え
ポンプモードは、供給加圧から透過排出へと切り替えられることにより、透過物側における圧力は、ｐＶへと急速に低下する。このステップのための時間は、非常に短く、透過は、この期間においては無視される。
【００８８】
ステップ４：透過および透過排出
このステップの間に（時間ｔ３から時間ｔ４）、供給物進入が、停止され、透過物は、継続的に排出される。その結果として、残留物側の圧力は、膜を通したガス透過により徐々に低下し、透過物側は、ｐＶの一定圧力を維持する。図１０に示す透過システムを考察すると、供給物側の圧力変化は、
【００８９】
【数９】
2015508020.tif 000011
【００９０】
により透過率に対して相関づけられる。ここで、透過率ｄＱＡ／ｄｔおよびｄＱＢ／ｄｔは、それぞれ方程式（２）および（３）により記述され得る。透過中に、残留物が全く引き込まれず、新たな供給物が全く供給されないため、供給物側における各ガス成分の量は、各ガス成分が膜を透過する割合と同一の割合にて減少する。さらに、透過装置からの透過物の除去率は、透過率全体と同一である。マテリアルバランスに基づき、以下の方程式が得られる。
【００９１】
【数１０】
2015508020.tif 000012
【００９２】
【数１１】
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【００９３】
【数１２】
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【００９４】
【数１３】
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【００９５】
【数１４】
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【００９６】
ここで、ＱＰは、このステップの間に引き込まれ収集される透過物の量を表し、Ｙｐは、膜の透過物側から去る透過物の瞬間濃度である。Ｘ３およびＹＭ３の値は、それぞれ、ステップ２において算出されたＸ２およびＹＭ２の値に等しいものと仮定する。計算のために、１５秒の時間間隔をステップ２に対して選択した。算出された結果は、分離性能に対するパラメータＰ１、（Ａ／Ｖ）、およびｐＶの影響についての一般的傾向は、ステップ２に示したものと非常に類似することを示した。なぜならば、これらの２つのステップは、基本的に同一であるからである。しかし、強調すべき点として、膜間のより高い差圧が、ステップ４においては達成され得るため、相対容積（ＶＦ／ＶＭ）は、分離性能に対してさらに大幅な影響を及ぼす。図１１に示すように、高濃度のＯ２は、大きなＶＦが使用される場合には、長時間にわたるｐＶにて得ることができるが、これは、供給物側におけるＯ２濃度が高い状態に留まることによる低回収の犠牲を伴う。幸いなことに、空気分離については、供給空気は、自由であり、回収速度は、しばしば決定的因子にはならない。また、さらに、供給物側における圧力の低速の低下が、比較的長期間にわたる高い駆動力の維持を助ける。ステップ時間の増大は、交互の圧縮および排出のためのポンプ切替え頻度を減少させることとなり、これは、プロセス制御および動作に関する応用的観点から望ましい。しかし、時間の進行につれて、酸素透過率が低下する点にも留意されたい。すなわち、酸素生産性が、図１２に示すように徐々に低下することとなる。酸素生産性の低下率は、より低い（ＶＦ／ＶＭ）値においてはさらに顕著となる。自明ではあるが、ステップ時間は、生産率および生成物純度の両方を考慮して適切に選択されるべきである。高い（ＶＦ／ＶＭ）比率（＞１）が、透過物の酸素富化には有利である一方で、それとは逆のことが、残留物が標的生成物となる窒素生成にとってはより適する。
【００９７】
ステップ５：残留物ベント
このステップにおいて、窒素富化された残留物側のガスは、放出のためにベントされ、その圧力は、急速に低下する。酸素富化については、ベント圧力は、好ましくは大気圧であり、残留物流が、一時生成物である場合には、より高圧が、窒素生成物に対して使用され得る。
【００９８】
上述のパラメータ解析は、膜選択透過性が一般的に低い場合には、圧力−真空スイング透過が実施可能である点と、膜間の上昇が分離性能に対して著しい影響を有することになる点とを示唆する。
【００９９】
データによる裏付けのない実施例
システム１００において実施される圧力−真空スイング透過の分離性能全体を、を使用して、４０ｍｏｌ％酸素および４５ｍｏｌ％酸素での酸素富化空気の生成について、以下の量、すなわち、膜面積Ａ＝１００ｍ２、圧縮による供給圧力Ｐ１＝７気圧（または７０９ｋＰａ）、排出下における透過物圧力ｐＶ＝１０ｍｍＨｇ（または１．３３ｋＰａ）を使用して評価した。他の膜および動作パラメータを、ステップ２およびステップ４に関する上述の計算に基づき選択した。以下の表１においてこれらの結果の概要を示す。この計算においては、ステップ２のための時間は、このステップの終了時に透過物圧力が大気圧に達するように決定し、ステップ４のための時間は、蓄積された透過性生物中の酸素濃度全体が所望の目標純度に達するように決定した。収着取り込み速度または脱着減衰速度の差異に基づく過渡的透過プロセスと比較すると、本プロセスは、膜の選択透過性に基づき、はるかにより長いサイクル時間が、利用され得る。サイクル時間は、ステップ２の時間を引き延ばすことによりさらに増大され得ることは自明である。しかし、大幅に延長された期間は、供給物圧力および透過物圧力がＰｈおよびＰ０となる従来の安定状態透過と同様の透過をもたらすこととなり、これにより、透過用の駆動力を強化するためにスイングプロセスを利用する利点が失われる。
【０１００】
表１のデータは、透過生成物中において所与の酸素濃度を達成するために、（ＶＦ／ＶＭ）の上昇により、酸素回収が向上する一方で、生産性（すなわち、膜面積当たりの酸素富化生成物の平均流量）が低下することを示す。これは、高回収が所与の生成物純度についてより低い生産性をしばしば伴うという、従来の膜ガス分離における通常の所見と一致する（非特許文献２参照）。同様の傾向が、透過の圧力−真空スイングモードにおいても該当する。興味深い点として、大きな（ＶＦ／ＶＭ）値の使用により、より長いサイクル時間を圧力−真空スイング透過に対して使用することが可能となる点を指摘しておく。また、これは、低頻度の弁切替えがプロセス制御および動作にとって有利であるため、実施の観点から望ましい。他方において、所与の（ＶＦ／ＶＭ）値について、圧力−真空スイングプロセスは、より高い生成物濃度に対してより高い生産性を有するが、回収は、減少することになる。（ＶＦ／ＶＭ）値が、供給物側における瞬間酸素濃度を決定するため、それ未満では酸素富化空気中の目標酸素濃度を達成することが不可能となる下限が、（ＶＦ／ＶＭ）には存在する点に留意されたい。同様に、空気からの窒素（低速ガス）富化について、それを上回ると窒素富化空気中の目標窒素濃度を達成することが不可能となる上限が、（ＶＦ／ＶＭ）に存在する。
【０１０１】
圧力−真空スイング透過を利用する利点は、従来の安定状態動作を伴い得られる分離性能との比較により説明され得る。以下で、表２は、（１）透過物が大気圧にて引き込まれる一方で、７０９ｋＰａの一定の供給圧力を供給するために単一の圧縮機を、または（２）供給空気が大気圧にある一方で、１．３３ｋＰａの一定の透過物圧力を維持するために単一の真空ポンプを使用して、向流供給物／透過物流構成を伴う安定状態透過での同一の酸素濃度（すなわち４０％酸素および４５％酸素）についての生産性および回収率を示す。この計算は、透過物側の透過物圧力の上昇を無視しつつ、同一の透過性および選択性を利用して実施した。所与の生成物酸素濃度に対して、ケース（２）における生産性は、ケース（１）における生産性よりもはるかに低いが、ケース（２）は、より高い回収率を有する傾向にあることが示される。これらの両ケース（１）および（２）における分離性能は、圧力−真空スイング透過プロセスを利用して達成される分離よりも劣る。（ＶＦ／ＶＭ）が０．５から８の広範な範囲にわたり変化する場合に、圧力−真空スイング透過を利用して４０％酸素富化空気を生成するためには、生産性および回収率は、大幅には変化せず、それらは、それぞれ１．６１〜１．８８ｍｏｌ／（ｍ２．ｈ）および９３．１〜９７．１％の範囲内となる。ケース（１）における安定状態プロセスは、同等の生産性（すなわち１．８４ｍｏｌ／ｍ２．ｈ）をもたらすこととなるが、酸素回収率は、大幅により低いものとなる（すなわち７５．６％）。自明ではあるが、循環的に供給物の圧縮と透過物の評価とを交互に行うために単一のポンプを使用する圧力−真空スイングプロセスは、分離効率を向上させる。分離の向上は、選択透過性のより高い膜が、膜材料科学および作製技術の進歩により得られる場合には、より大きなものとなることが予想される（非特許文献３参照）。
【０１０２】
【表１】
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【０１０３】
【表２】
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【０１０４】
上述の説明においては、説明を目的として、数的詳細が、本開示の完全な理解を促すために支援される。しかし、当業者には理解されるように、これらの具体的詳細は、本開示の実施のために必要とはされない。特定の寸法および材料が、開示される例の実施形態の実装のために説明されるが、他の適切な寸法および／または材料が、本開示の範囲内において使用され得る。全ての適切な技術上の現時点のおよび将来の変更を含む、全てのかかる修正および変形が、本開示の領域及び範囲内に含まれると考える。既述の全ての参考文献が、それらの全体において参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2015508020.tif 000025
【図５Ｂ】
2015508020.tif 000026
【図５Ｃ】
2015508020.tif 000027
【図６Ａ】
2015508020.tif 000028
【図６Ｂ】
2015508020.tif 000029
【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
2015508020.tif 000031
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2015508020.tif 000035
【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
2015508020.tif 000040
【図１１Ｃ】
2015508020.tif 000041
【図１２】
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【国際調査報告】
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