(57)【要約】開示された実施例は圧力スイング吸着装置の作動において、汚染物が無い望ましい生成物流体の生産を行っている間に生ずる汚染物管理の課題を解決し、更に、圧力スイング吸着装置の間欠作動において生ずる一層重要な課題を解決する。一実施例は汚染物感応吸着剤を有する吸着体の供給端に流体流通可能に連結されたブレーザを有する。生産中は閉じ、休止中は開いている遮断弁を介して、このブレーザを供給端に連結することができる。他の実施例は汚染物の進入に対する装置の付加的なシ−ルのため、又は少なくともそのシ−ルの構成部分のための特殊なシール対策を使用する。例えば、吸着体についての圧力スイング吸着プロセスによって生産される生成物ガスの汚染物蒸気含有量と、ほぼ同一の、又はより少ない汚染物蒸気含有量を有する緩衝ガスを受け取る緩衝シ−ルである。第２の例としては、装置を休止している時、通常、掛合している休止シ−ルを使用することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
生産中、閉じ、停止中、開いている遮断弁を通じて、ブレーザに流体流通可能に連結された供給端を有し、汚染物感応吸着剤を有する吸着体を具えることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項２】
前記圧力スイング吸着装置が早いサイクルの装置である請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記圧力スイング吸着装置が毎分、少なくとも３０サイクルのサイクル周期数で作動する装置である請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記汚染物が水である請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ブレーザがガード材料を有している請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記供給端が供給プレナム、又は排出プレナム、又はこれ等の両方を有している請求項１に記載の装置。
【請求項７】
排出プレナムを層として有する供給プレナムを具える請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記吸着体は前記汚染物を吸着する第１材料と、生成物を生産する第２吸着剤材料とを具える請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１材料が複数の材料の混合物から成る請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の材料の混合物が第２材料と異なる第１乾燥剤を有する請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記吸着体が平行な通路の一体構造である請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記吸着体が積層体である請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
供給方向に沿って、前記乾燥剤が第１帯域内にあり、前記吸着剤が第２帯域内にある請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置は乾燥剤を有する第１乾燥剤帯域と、水に対し敏感な吸着剤を有する吸着剤帯域とを有し、前記装置が停止している時、前記第１乾燥剤帯域と前記吸着剤帯域との間のラインの遮断弁によって、前記第１乾燥剤帯域が前記吸着剤帯域から分離している請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記乾燥剤を収容している第１モジュールと、前記吸着剤を収容している第２モジュールとを有し、前記第１モジュールは前記第２モジュールから分離しているが、前記第１モジュールと第２モジュールとを連結する流体導管の遮断弁を介して前記第１モジュールは前記第２モジュールに流体流通可能に連結している請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
生成物の水蒸気含有量にほぼ等しいか、又は一層少ない水蒸気含有量を有する緩衝ガスを受け取る生成物送出隔室を更に有する請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記緩衝ガスは前記吸着体についての圧力スイング吸着により生産した生成物ガスである請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
回転圧力スイング吸着装置から成る請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
汚染物感応吸着剤を有する吸着体を具え、前記吸着体についての圧力スイング吸着により発生した生成物ガスの水蒸気含有量にほぼ等しいか、又は一層少ない水蒸気含有量を有する流動緩衝ガスを受け取る緩衝室に、前記吸着体の生成物端を流体流通可能に連結したことを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項２０】
前記緩衝ガスが周囲の圧力より高い圧力まで、生成物送出隔室を加圧する請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
毎分、少なくとも３０サイクルのサイクル周期数で作動する請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記緩衝ガスが前記生成物ガスである請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
前記緩衝室をほぼ流体に対しシ−ルするための少なくとも１個の緩衝室シ−ルを更に具える請求項１９に記載の装置。
【請求項２４】
前記吸着体の供給端をブレーザに流体流通可能に連結した請求項１９に記載の装置。
【請求項２５】
前記ブレーザがガード材料を有している請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
更に、前記ブレーザと前記吸着体との間の供給ガス路に分離弁を有している請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
汚染物を分離する第１材料と、流体混合物から生成物流体を分離する第２材料とを有する積層体から前記吸着体が成る請求項１９に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１材料が複数の材料の混合物であるか、前記第２材料が複数の材料の混合物であるか、又は前記第１材料、及び第２材料が共に複数の材料の混合物である請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記汚染物が流体供給方向に沿う第１ガード層内の第１材料によって吸着される水である請求項１９に記載の装置。
【請求項３０】
前記帯域が分離されている請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記装置を停止した際、前記第１材料は前記第２材料から流体流通できないように分離されている請求項１９に記載の装置。
【請求項３２】
前記第１帯域と第２帯域との間の流路に遮断弁を有している請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記第２材料を収容する第２モジュールから分離した第１モジュール内に前記第１材料を収容し、前記装置が更にこれ等第１モジュールと第２モジュールとの間の流路に分離弁を有する請求項３０に記載の装置。
【請求項３４】
更に休止シ−ルを具える請求項１９に記載の装置。
【請求項３５】
少なくとも１個の汚染物感応吸着剤を有する吸着体を具え、この吸着体はブレーザに流体流通可能に連結された供給端と、前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって発生した希望する生成物が濃縮された生成物ガスを送出するための生成物送出ラインに流体流通可能に連結された生成物送出隔室に更に流体流通可能に連結された生成物端とを有し、前記生成物送出隔室は前記生成物ガスの水蒸気含有量にほぼ等しいか、又は一層少ない水蒸気含有量を有する緩衝ガスを受け取るよう構成されていることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項３６】
前記圧力スイング吸着装置が早いサイクルの回転圧力スイング吸着装置である請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記圧力スイング吸着装置が毎分、少なくとも３サイクルのサイクル周期数で作動する請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記汚染物が水であり、前記ブレーザがガード材料を有している請求項２８に記載の装置。
【請求項３９】
前記供給端は排出プレナムを層として有する供給プレナムを有している請求項２５に記載の装置。
【請求項４０】
前記吸着体は水を吸着するガード材料として作用する第１材料と、生成物ガスを発生する第２吸着剤材料とを有する積層体である請求項３５に記載の装置。
【請求項４１】
前記汚染物は水であり、前記吸着体は第１帯域内の前記水を吸着するための乾燥剤として作用する第１材料を有しており、第２材料を有している前記吸着体は供給方向に沿う第２帯域にある請求項３５に記載の装置。
【請求項４２】
毎分、少なくとも３サイクルのサイクル速度で作動する圧力スイング吸着装置において、
ブレーザと、
ガード材料を有する少なくとも１個のガード層と、生成物流体を生産する吸着剤を有する少なくとも第２汚染物感応吸着剤帯域とを有する吸着体とを具え、
前記吸着体の供給端は前記ブレーザに流体流通可能に連結されており、前記吸着体の生成物端は前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって生産される希望する生成物が濃縮された生成物ガスを送出するための生成物送出ラインに流体流通可能に連結された生成物送出隔室に更に流体流通可能に連結されており、前記生成物送出隔室は前記生成物ガスの汚染物蒸気含有量にほぼ等しいか、又は一層少ない汚染物蒸気含有量を有する緩衝ガスを受け取るよう構成されていることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項４３】
前記ガード層と吸着剤帯域との間の流体路に分離弁を有している請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記ブレーザと前記吸着体の供給端との間の流体路に分離弁を有している請求項４２に記載の装置。
【請求項４５】
前記吸着剤を収容する第２モジュールから分離した第１モジュール内に前記ガード材料を収容し、前記第１モジュールと第２モジュールとの間の流路に分離弁を前記装置が更に有する請求項４２に記載の装置。
【請求項４６】
早いサイクルの回転圧力スイング吸着装置において、
供給プレナムに流体流通可能に連結されたブレーザと、
毎分、少なくとも３０サイクルのような早い正常プロセス回転速度で、前記供給プレナムから供給流体を受け取るため、吸着体を収容し、この吸着体を回転させる回転子と、
前記供給プレナムから供給流体を受け取る第１端と、圧力スイング吸着プロセスによって発生した生成物ガスを生成物送出隔室に送出するよう位置する第２端とを有し、前記回転子内に収容される複数個の吸着体であって、汚染物を除去する第１材料と、生成物流体を発生するための第２材料とを少なくとも有する複数個の吸着体と、
前記生成物ガスの汚染物蒸気含有量に等しいか、又は一層少ない汚染物蒸気含有量を有するガスを受け取る緩衝室であって、前記軽生成物送出隔室の周りにある緩衝室をシ−ルするシ−ルと、
希望する生成物ガスを送出する生成物送出導管と、
生成物ガスの一部を還流ガスとして送出する軽還流導管と、
前記生成物送出導管、又は軽還流導管内の少なくとも１個のガードトラップとを具えることを特徴とする回転圧力スイング吸着装置。
【請求項４７】
前記汚染物が水である請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記ブレーザは水を除去するための乾燥剤として作用する少なくとも１個の材料を有する請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記供給プレナムは排出プレナムを層として有している請求項４６に記載の装置。
【請求項５０】
前記第１材料を収容する第１隔室と、前記第２材料を収容する第２隔室とを具え、前記第１隔室を前記第２隔室から流体流通できないように分離するよう前記第１隔室と第２隔室との間の流通路に分離弁を設けた請求項４６に記載の装置。
【請求項５１】
前記第２隔室のためのハウジングから分離しているが、流体流通可能に連結している第１ハウジング内に前記第１隔室を収容した請求項４９に記載の装置。
【請求項５２】
生成物ガスを受け取り、この生成物ガスの少なくとも一部を前記緩衝室に送出するため、前記吸着体の生成物端に流体流通可能に連結された生成物流体ラインを有する請求項４６に記載の装置。
【請求項５３】
少なくとも１個の弁、又は少なくとも１個のポートに隣接して乾燥剤を設置するため乾燥剤隔室を更に具える請求項４６に記載の装置。
【請求項５４】
前記生成物送出導管は前記生成物ガスの湿分含有量よりも一層高い湿分含有量を有する第２ガスの前記生成物送出導管内への逆拡散、又は混入を減少させる分離弁を有する請求項４６に記載の装置。
【請求項５５】
生成物ガス送出導管に流体流通可能に連結された補助ガードトラップを更に具え、正常作動中、前記補助ガードトラップを再生する請求項４６に記載の装置。
【請求項５６】
乾燥生成物スイング、及び熱スイングのうちの少なくとも一方によって、前記ガードトラップを再生する請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
吸着された汚染物蒸気を吸着剤ガード層から補助乾燥剤ベッドに移送するため、置換パージによって、前記吸着体ガード層のほぼ完全な再生を達成する請求項４６に記載の装置。
【請求項５８】
前記汚染物が水であり、前記装置は前記第１材料から吸着されたほぼ全ての水蒸気を吸着するのに十分な水蒸気容量を有する補助乾燥剤ベッドを更に有する請求項４６に記載の装置。
【請求項５９】
排出流体を大気に排出するため、正常作動中、開いている排出パージ弁と、生成物ガスの向流再生流れのための補助乾燥剤ベッドを分離させる乾燥剤ベッド分離弁と、前記補助乾燥剤ベッドを通ずる向流再生中、生成物ガス還流を分離するための生成物還流弁とを有する請求項４６に記載の装置。
【請求項６０】
前記装置は前記補助乾燥剤ベッドからの水蒸気を検知する湿度センサを更に有する請求項５５に記載の装置。
【請求項６１】
前記第１材料を加熱するための加熱手段を更に具える請求項４６に記載の装置。
【請求項６２】
前記吸着体は複数個の汚染物吸着剤帯域か、流体生成物を生産するための複数個の吸着剤帯域か、又はこれ等の両方を有している請求項４６に記載の装置。
【請求項６３】
休止シ−ルを更に具える請求項４６に記載の装置。
【請求項６４】
圧力スイング吸着モジュールの正常作動中を除き、前記第１材料を有する帯域から、前記第２材料を有する帯域への前方への流れを防止する逆止弁を具え、前記逆止弁をアクチュエータによって作動させるようにした請求項４０に記載の装置。
【請求項６５】
前記吸着体の前記供給端への流れを防止するため、前記ブレーザ導管と、前記吸着体との間の流体路に分離弁を設けた請求項４６に記載の装置。
【請求項６６】
前記ブレーザが膨張した袋ダイアフラムである請求項４６に記載の装置。
【請求項６７】
前記ブレーザは前記圧力スイング吸着モジュールの外の補助乾燥剤ベッドに流体流通可能に連結している請求項４６に記載の装置。
【請求項６８】
ヒータに連結された請求項６７に記載の補助乾燥剤ベッド。
【請求項６９】
前記生成物送出導管内に湿気トラップを更に具える請求項４６に記載の装置。
【請求項７０】
少なくとも１個の生成物還流送出導管に湿気トラップを更に具える請求項４６に記載の装置。
【請求項７１】
前記生成物による置換パージ再生のため、前記生成物還流ラインと前記生成物ラインとの間の乾燥剤トラップを回転させる手段を更に具える請求項７０に記載の装置。
【請求項７２】
前記回転させる手段は前記生成物に流体流通可能に連結されている時、乾燥剤ベッドを各数個の生成物還流ループからの湿気吸着から再生に切り換えるよう、別個の時間間隔で、別個の端数回転により回転する回転吸着モジュールを具える請求項６２に記載の装置。
【請求項７３】
圧力スイング吸着プロセスにおいて、生成物ガスを生産している間、湿気吸着による吸着剤の劣化を減少させるに当たり、
分離弁を通じて、流体流通可能にブレーザに連結された供給端を有し、汚染物感応吸着剤を有する吸着体を具える圧力スイング吸着装置を設け、
ガスを生産するのに前記圧力スイング吸着装置を使用することを特徴とする吸着剤の劣化を減少させる方法。
【請求項７４】
前記汚染物が水である請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記圧力スイング吸着装置が早いサイクルの装置である請求項７３に記載の方法。
【請求項７６】
前記圧力スイング吸着装置が毎分、少なくとも３０サイクルのサイクル周期数で作動する回転装置である請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記吸着体が水を吸着する乾燥剤として作用する第１材料と、圧力スイングにより、生成物流体を生産する第２材料とを具える請求項７４に記載の方法。
【請求項７８】
前記第１材料を有する第１帯域を有し、前記乾燥剤の乾燥剤帯域と、水に敏感な前記第２材料を有する吸着剤帯域との間の流体路の分離弁によって、装置の休止中、前記乾燥剤帯域を前記吸着剤帯域から分離している請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記吸着体についての圧力スイング吸着によって生産される生成物ガスを生成物送出隔室に導入する工程を更に具える請求項７３に記載の方法。
【請求項８０】
圧力スイング吸着プロセスにおいて、生成物ガスを生産している間、吸着剤の劣化を減少させるに当たり、
汚染物感応吸着剤を有する吸着体を具え、この吸着体についての圧力スイング吸着プロセスによって生産される生成物ガスが有する水蒸気含有量に、ほぼ等しいか、又は一層少ない水蒸気含有量を有する緩衝ガスを受け取る生成物送出隔室に、流体流通可能に連結された生成物端を前記吸着体が有している早いサイクルの圧力スイング吸着装置を設け、
前記圧力スイング吸着装置を使用することを特徴とする吸着剤の劣化を減少させる方法。
【請求項８１】
前記圧力スイング吸着装置は更にブレーザを具え、このブレーザと前記吸着体との間の流体路の分離弁を通じて、前記ブレーザが流体流通可能に供給端に連結されている請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
圧力スイング吸着プロセスにおいて、生成物ガスを生産している間、吸着剤の劣化を減少させるに当たり、
供給プレナムに流体流通可能に連結されたブレーザと、毎分、少なくとも３０サイクルのような高い正常プロセス回転速度で、前記プレナムから供給流体を受け取るため吸着体を収容し、この吸着体を回転する回転子と、この回転子に収容され、前記供給プレナムから供給流体を受け取る第１端、及び圧力スイング吸着プロセスによって生産された生成物ガスを生成物送出隔室に送出するよう位置する第２端を有し、少なくとも第１乾燥剤帯域、及び第２吸着剤帯域を具える複数個の吸着体と、前記軽生成物送出隔室の周りにある緩衝室であって、前記生成物ガスの水蒸気含有量と同一、又は一層少ない水蒸気含有量を有するガスを受け取る緩衝室をシ−ルするシ−ルと、希望する生成物ガスを送出する生成物送出導管とを具える圧力スイング吸着装置を設け、
前記圧力スイング吸着装置を使用することを特徴とする吸着剤の劣化を減少させる方法。
【請求項８３】
停止シーケンスにより、圧力スイング吸着装置を停止させるに当たり、
汚染物を吸着するための第１材料と、圧力スイング吸着により生成物流体を生産するための少なくとも１個の汚染物感応吸着剤とを有する吸着体の第１端に流体流通可能に連結された供給端を有する回転圧力スイング吸着装置であって、生成物流体を送出するため、前記吸着体の第２端に連結された生成物端を更に有する圧力スイング吸着装置を作動させ、
生成物流体の送出を中止し、
供給ガスを排出し、
前記圧力スイング吸着装置の供給端にブランケットガスを導入し、
前記供給端への流体供給混合物の送給を中止し、
パージ流体により前記吸着体のパージを行うことを特徴とする圧力スイング吸着装置の停止方法。
【請求項８４】
上昇した圧力で装置を休止させるための準備を行う工程を有し、前記方法が排出ポートを閉じる工程と、周囲の圧力より高い圧力まで前記装置を加圧するため、前記供給端にブランケットガスを導入する工程とを有する請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
周囲の圧力より少なくとも０．５ バール高い休止圧力まで、前記装置を加圧する請求項８４に記載の方法。
【請求項８６】
回転子の回転を中止し、いずれの休止シ−ルをも掛合させることを行う請求項８３に記載の方法。
【請求項８７】
吸着された汚染物の脱着を容易にするため、前記第１材料を加熱することを更に含む請求項８３に記載の方法。
【請求項８８】
前記汚染物が水である請求項８３に記載の方法。
【請求項８９】
パージ後、前記乾燥剤を冷却することを更に有する請求項８７に記載の方法。
【請求項９０】
デルタＸを増大するため、供給ガスを排出することを使用する請求項８３に記載の方法。
【請求項９１】
前記汚染物が水であり、前記吸着体についての圧力スイング吸着によって生産された生成物ガスの水蒸気含有量にほぼ等しい水蒸気含有量を有するパージガスを使用して、前記吸着体をパージする請求項８３に記載の方法。
【請求項９２】
停止シーケンスにより、圧力スイング吸着装置を停止させるに当たり、
水を吸着する乾燥剤として作用する吸着剤材料、及び少なくとも１個の水感応吸着剤を有する吸着体の第１端に流体流通可能に連結された供給端と、生成物ガスを送出するため前記吸着体の第２端に連結された生成物端とを有する回転圧力スイング吸着装置を作動させ、
生成物流体の送出を中止し、
デルタＸを増大するため供給ガスを排出し、
前記圧力スイング吸着装置の供給端にブランケットガスを導入し、
吸着された水の脱着を容易にするため、前記乾燥剤を加熱し、
前記供給端への流体供給混合物の送給を中止し、
前記吸着体についての圧力スイング吸着プロセスによって生産された生成物ガスの水蒸気含有量にほぼ等しい水蒸気含有量を有するパージ流体によって、前記吸着体をパージし、
全てのパージ操作を停止し、
排出ポートを閉じ、周囲の圧力より高い圧力まで、前記装置を加圧するため、前記供給端に第２ブランケットガスを導入し、
回転子の回転を中止し、
いずれの休止シ−ルをも掛合させることを特徴とする圧力スイング吸着装置の停止方法。
【請求項９３】
前記吸着体パージ流体を前記吸着体より一層高い温度にし、この吸着体パージ流体が前記吸着体を加熱することにより、前記吸着体をパージする請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
前記吸着体パージ流体が生成物流体である請求項９２に記載の方法。
【請求項９５】
加熱手段によって、前記乾燥剤を加熱することを更に有する請求項９２に記載の方法。
【請求項９６】
前記加熱手段がマイクロ波放射、又は赤外線放射を使用することから成る請求項９５に記載の方法。
【請求項９７】
前記吸着体をパージする前に、補助乾燥剤ベッドを通じて、前記生成物流体を再循環させる請求項９２に記載の方法。
【請求項９８】
早いサイクルの回転圧力スイング吸着装置に必要な停止前の作動時間を増大する方法において、
圧力スイング吸着ユニットの供給端の上流の供給空気乾燥機と、吸着体の前記吸着端に乾燥剤層を持つ吸着体とを有する圧力スイング吸着ユニットを設け、
生成物流体を生産するために有効な正常な作動条件下に前記圧力スイング吸着ユニットを作動させることを特徴とする圧力スイング吸着装置の停止前の作動時間を増大する方法。
【請求項９９】
前記吸着体を広い表面積の積層吸着体として設け、スペーサによって分離された薄い吸着剤シート内に前記吸着体を支持し、隣接するシート間に流動チャネルを画成する請求項９８に記載の方法。
【請求項１００】
前記積層吸着体は前記シートの供給端の水を吸着するための乾燥剤層を有する請求項９９に記載の方法。
【請求項１０１】
前記乾燥剤はアルミナ、アルミノ珪酸塩ゲル、シリカゲル、ゼオライトＹ材料のようなゼオライト、活性炭素、炭素分子シーブ、及びこれ等の材料の組合せから成る群から選択されたものである請求項９９に記載の方法。
【請求項１０２】
複数個の前記吸着体の生成物端に連通する複数個の弁の内部作動帯域間に、正の圧力に加圧され、乾燥流体でフラッシュされた帯域である緩衝空間を設ける請求項９８に記載の方法。
【請求項１０３】
前記緩衝室は送出された生成物の流れによって生じたフラッシュ循環を有している請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０４】
前記圧力スイング吸着装置の少なくとも１個の軽還流ラインに汚染物トラップを設置する請求項９８に記載の方法。
【請求項１０５】
前記汚染物トラップは水を吸着するものである請求項１０４に記載の方法。
【請求項１０６】
前記汚染物トラップの活性をその周期的な再生、又は交換によって維持する請求項１０４に記載の方法。
【請求項１０７】
更に、前記生成物ラインに乾燥剤トラップを設置することを有する請求項９８に記載の方法。
【請求項１０８】
生成物端における目標水蒸気圧力はほぼ前記生成物端における選択された吸着剤材料の水蒸気圧力である請求項９６に記載の方法。
【請求項１０９】
前記水蒸気圧力は３０℃において、約０．００５Ｐａ から約０．０１Ｐａまでの範囲である請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１０】
早いサイクルの回転圧力スイング吸着装置に、正圧休止モードを生ぜしめる方法において、
乾燥剤の水含有量を減少させるため、回転圧力スイング吸着システムを運転停止させ、
周囲の圧力より高い休止圧力になるよう前記装置の供給端に流体を導入し、
全てのポートを閉じ、回転子の回転を中止し、
休止シ−ルを掛合させることを特徴とする回転圧力スイング吸着装置に正圧休止モードを生ぜしめる方法。
【請求項１１１】
汚染物吸着材料を有する吸着体を具え、これ等吸着体は流体供給路に沿って、第１に位置するガード層と、流体供給路に沿って、第２に位置する汚染物感応吸着剤とを具えることを特徴とする早いサイクルの回転圧力スイング吸着装置。
【請求項１１２】
前記ガード層が前記汚染物感応吸着剤から分離している請求項１１１に記載の装置。
【請求項１１３】
前記ガード層と前記汚染物感応吸着剤との間の流体流路に、分離弁を更に有する請求項１１１に記載の装置。
【請求項１１４】
前記汚染物が水であり、前記ガード層が乾燥剤を有している請求項１１１に記載の装置。
【請求項１１５】
前記装置が毎分、１０サイクルより多い回転サイクル速度で作動する請求項１１１に記載の装置。
【請求項１１６】
前記装置が毎分、３０サイクルより多い回転サイクル速度で作動する請求項１１１に記載の装置。
【請求項１１７】
前記装置は流体生成物ライン、又は流体還流ライン、又はこれ等ラインの両方を有し、更に、前記流体生成物ライン内、又は前記流体還流ライン内、又はこれ等ラインの両方内の少なくとも１個の汚染物トラップを有している請求項１１１に記載の装置。
【請求項１１８】
更に、複数個の汚染物トラップを有している請求項１１７に記載の装置。
【請求項１１９】
前記汚染物トラップが乾燥剤を有する水トラップである請求項１１７に記載の装置。
【請求項１２０】
前記汚染物トラップを再生するため、前記汚染物トラップを流体流通可能に流体の流れに連結するよう構成した請求項１１９に記載の装置。
【請求項１２１】
吸着された汚染物を脱着するのを容易にするため、汚染物トラップを加熱するよう、この汚染物トラップを加熱手段に連結した請求項１２０に記載の装置。
【請求項１２２】
停止シーケンスにより、圧力スイング吸着装置を停止させるに当たり、
ガード層、及び少なくとも１個の汚染物感応吸着剤を有する吸着体の第１端に流体流通可能に連結された供給端と、生成物流体を送出するため前記吸着体の第２端に連結された生成物端とを有する圧力スイング吸着装置を作動させ、
生成物流体の送出を停止し、
生成物の流れを使用して、吸着体をパージし、
前記ガード層を加熱することを特徴とする圧力スイング吸着装置の停止方法。
【請求項１２３】
前記吸着体を冷却することを更に有する請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２４】
前記ガード層を加熱する工程において、加熱手段を使用して、前記ガード層を直接加熱する請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２５】
前記加熱手段として、抵抗加熱、マイクロ波加熱、赤外線加熱、シ−ル摩擦、冷却負荷の減少、及びこれ等の組合せを有する請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２６】
前記ガード層を流体の流れによって加熱する請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２７】
圧縮機の作用、抵抗加熱、上流のガードトラップの吸着加熱、熱交換器の使用、及びこれ等の組合せによって、前記ガード層を加熱する請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２８】
圧力スイング吸着装置において、
少なくとも１個の汚染物感応吸着剤を有し、更に供給端と、前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって生産される希望する生成物が濃縮された生成物ガスを送出する生成物端とを有する少なくとも１個の吸着体と、
前記生成物端に隣接するプロセス収容シ−ルであって、このプロセス収容シ−ルの第１側部の第１流体をこのプロセス収容シ−ルの第２側部の第２流体から分離するためのプロセス収容シ−ルであり、前記プロセス収容シ−ルと、前記圧力スイング吸着装置の第２構成部分との間が間欠的、又は連続的相対運動を行うようにした少なくとも１個のプロセス収容シ−ルと、
少なくとも１個の緩衝シ−ルであって、この緩衝シ−ルと、前記装置の第２構成部分との間に間欠的、又は連続的相対運動がある場合、前記緩衝シ−ルは汚染物から分離するのが望ましい第２流体から、前記緩衝シ−ルの第１側部の第１汚染物含有流体を分離することを意図しており、更に、入口孔と、前記プロセス収容シ−ルから、前記緩衝シ−ルの方向に、緩衝流体を流す出口孔とを有する少なくとも１個の緩衝室を具える緩衝空間を前記プロセス収容シ−ルと共に画成している少なくとも１個の緩衝シ−ルとを具えることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項１２９】
前記装置の前記第２構成部分が前記プロセス収容シ−ル、又は前記緩衝シ−ルの相手構成部分である請求項１２８に記載の装置。
【請求項１３０】
前記汚染物が水である請求項１２８に記載の装置。
【請求項１３１】
回転ベッド圧力スイング吸着装置において、
少なくとも１個の汚染物感応吸着剤を有し、更に供給端と、前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって生産される希望する生成物が濃縮された生成物ガスを送出する生成物端とを有し、固定子に対し相対的に、回転子によって回転される少なくとも１個の吸着体と、
前記生成物端に隣接するプロセス収容シ−ルであって、このプロセス収容シ−ルの第１側部の第１流体をこのプロセス収容シ−ルの第２側部の第２流体から分離するためのプロセス収容シ−ルであり、前記プロセス収容シ−ルと、前記圧力スイング吸着装置の第２構成部分との間が間欠的、又は連続的相対運動を行うようにした少なくとも１個のプロセス収容シ−ルと、
少なくとも１個の緩衝シ−ルであって、この緩衝シ−ルと、前記装置の第２構成部分との間に間欠的、又は連続的相対運動がある場合、前記緩衝シ−ルは汚染物から分離するのが望ましい第２流体から、前記緩衝シ−ルの第１側部の第１汚染物含有流体を分離することを意図しており、更に、少なくとも１個の緩衝室を具える緩衝空間を前記プロセス収容シ−ルと共に前記緩衝シ−ルが画成しており、前記緩衝室は入口孔ポートと、前記緩衝室に通る緩衝流体を流すための出口孔とを有するよう構成されている前記緩衝室の少なくとも１個の緩衝シ−ルとを具えることを特徴とする回転ベッド圧力スイング吸着装置。
【請求項１３２】
前記緩衝流体を流す出口孔を横切って圧力差を生ずるように構成されている請求項１３１に記載の装置。
【請求項１３３】
毎分、２０サイクル、又はそれ以上のサイクル数の圧力スイング吸着サイクル周期数で作動する圧力スイング吸着装置において、
少なくとも１個の汚染物感応吸着剤を有し、更に供給端と、前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって生産される希望する生成物が濃縮された生成物ガスを送出する生成物端とを有する少なくとも１個の吸着体と、
前記生成物端に隣接するプロセス収容シ−ルであって、このプロセス収容シ−ルの第１側部の第１流体をこのプロセス収容シ−ルの第２側部の第２流体から分離するためのプロセス収容シ−ルであり、前記プロセス収容シ−ルと、前記圧力スイング吸着装置の第２構成部分との間が間欠的、又は連続的相対運動を行うようにした少なくとも１個のプロセス収容シ−ルと、
少なくとも１個の緩衝シ−ルであって、この緩衝シ−ルと、前記装置の第２構成部分との間に間欠的、又は連続的相対運動がある場合、前記緩衝シ−ルは汚染物から分離するのが望ましい第２流体から、前記緩衝シ−ルの第１側部の第１汚染物含有流体を分離することを意図しており、更に、少なくとも１個の緩衝室を具える緩衝空間を前記プロセス収容シ−ルと共に画成している少なくとも１個の緩衝シ−ルとを具えることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項１３４】
複数個のプロセス収容シ−ルを具え、更に、前記複数個のプロセス収容シ−ルのそれぞれのため前記吸着体の前記生成物端に向かう汚染物の流れを最少にする緩衝室を更に具える請求項３に記載の装置。
【請求項１３５】
複数個のプロセス収容シ−ルを具え、更に、前記複数個のプロセス収容シ−ルの少なくとも２個のため、前記吸着体の前記生成物端に向かう汚染物の流れを最少にする緩衝室を更に具える請求項３に記載の装置。
【請求項１３６】
圧力スイング吸着装置において、
少なくとも１個の汚染物感応吸着剤を有し、更に供給端と、前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって生産される希望する生成物が濃縮された生成物ガスを送出する生成物端とを有する少なくとも１個の吸着体と、
前記生成物端に隣接するプロセス収容シ−ルであって、このプロセス収容シ−ルの第１側部の第１流体をこのプロセス収容シ−ルの第２側部の第２流体から分離するためのプロセス収容シ−ルであり、前記プロセス収容シ−ルと、前記圧力スイング吸着装置の第２構成部分との間が間欠的、又は連続的相対運動を行うようにした少なくとも１個のプロセス収容シ−ルと、
少なくとも１個の緩衝シ−ルであって、この緩衝シ−ルと、前記装置の第２構成部分との間に間欠的、又は連続的相対運動がある場合、前記緩衝シ−ルは汚染物から分離するのが望ましい第２流体から、前記緩衝シ−ルの第１側部の第１汚染物含有流体を分離することを意図しており、更に、前記プロセス収容シ−ルと、前記緩衝シ−ルとの間の汚染物の流れを最少にするための複数個の動的シ−ルによって画成された複数個の緩衝室を具える緩衝空間を前記プロセス収容シ−ルと共に前記緩衝シ−ルが画成しており、前記プロセス収容シ−ルに密接する前記緩衝室以外の緩衝室が複数個の緩衝室に流体を流す第１孔、及び第２孔を有している前記緩衝室の少なくとも１個の緩衝シ−ルとを具えることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項１３７】
前記プロセス収容シ−ルに密接する前記緩衝室以外の複数個の緩衝室が前記複数個の緩衝室に流体を流す第１孔、及び第２孔を有している請求項１３６に記載の装置。
【請求項１３８】
圧力スイング吸着装置において、
少なくとも１個の汚染物感応吸着剤を有し、更に供給端と、前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって生産される希望する生成物が濃縮された生成物ガスを送出する生成物端とを有する少なくとも１個の吸着体と、
前記生成物端に隣接するプロセス収容シ−ルであって、このプロセス収容シ−ルの第１側部の第１流体をこのプロセス収容シ−ルの第２側部の第２流体から分離するためのプロセス収容シ−ルであり、前記プロセス収容シ−ルと、前記圧力スイング吸着装置の第２構成部分との間が間欠的、又は連続的相対運動を行うようにした少なくとも１個のプロセス収容シ−ルと、
少なくとも１個の緩衝シ−ルであって、この緩衝シ−ルと、前記装置の第２構成部分との間に間欠的、又は連続的相対運動がある場合、前記緩衝シ−ルは汚染物から分離するのが望ましい第２流体から、前記緩衝シ−ルの第１側部の第１汚染物含有流体を分離することを意図しており、更に、前記プロセス収容シールと前記緩衝シールとの間の２個の流体を区分するための複数個の動的シ−ルによって画成され、前記汚染物含有流体より一層低い圧力である少なくとも１個の緩衝室を具える緩衝空間を前記プロセス収容シ−ルと共に画成している少なくとも１個の緩衝シ−ルとを具えることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項１３９】
流体ポンプを使用して、前記汚染物含有流体に対し、前記緩衝室の圧力を減少させる構成を更に具える請求項１３８に記載の装置。
【請求項１４０】
前記緩衝室から排出器までの導管を更に具える請求項１３８に記載の装置。
【請求項１４１】
前記緩衝室から大気への導管を更に具える請求項１３８に記載の装置。
【請求項１４２】
圧力スイング吸着装置において、
少なくとも１個の汚染物感応吸着剤を有し、更に供給端と、前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって生産される希望する生成物が濃縮された生成物ガスを送出する生成物端とを有する少なくとも１個の吸着体と、
前記生成物端に隣接するプロセス収容シ−ルであって、このプロセス収容シ−ルの第１側部の第１流体をこのプロセス収容シ−ルの第２側部の第２流体から分離するためのプロセス収容シ−ルであり、前記プロセス収容シ−ルと、前記圧力スイング吸着装置の第２構成部分との間が間欠的、又は連続的相対運動を行うようにした少なくとも１個のプロセス収容シ−ルと、
少なくとも１個の緩衝シ−ルであって、この緩衝シ−ルと、前記装置の第２構成部分との間に間欠的、又は連続的相対運動がある場合、前記緩衝シ−ルは汚染物から分離するのが望ましい第２流体から、前記緩衝シ−ルの第１側部の第１汚染物含有流体を分離することを意図しており、更に、ガードトラップを有する少なくとも１個の緩衝室を具える緩衝空間を前記プロセス収容シ−ルと共に画成している少なくとも１個の緩衝シ−ルとを具えることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項１４３】
回転圧力スイング吸着装置において、
少なくとも１個のガード層、及び少なくとも１個の汚染物感応吸着剤を有し、更に供給端と、前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって生産される希望する生成物が濃縮された生成物ガスを送出する生成物端とを有する少なくとも１個の吸着体と、
前記生成物端に隣接するプロセス収容シ−ルであって、このプロセス収容シ−ルの第１側部の第１流体をこのプロセス収容シ−ルの第２側部の第２流体から分離するためのプロセス収容シ−ルであり、前記プロセス収容シ−ルと、前記圧力スイング吸着装置の第２構成部分との間が間欠的、又は連続的相対運動を行うようにした少なくとも１個のプロセス収容シ−ルと、
少なくとも１個の緩衝シ−ルであって、この緩衝シ−ルと、前記装置の第２構成部分との間に間欠的、又は連続的相対運動がある場合、前記緩衝シ−ルは汚染物から分離するのが望ましい第２流体から、前記緩衝シ−ルの第１側部の第１汚染物含有流体を分離することを意図しており、更に、少なくとも１個の緩衝室を具える緩衝空間を前記プロセス収容シ−ルと共に画成している少なくとも１個の緩衝シ−ルとを具えることを特徴とする回転圧力スイング吸着装置。
【請求項１４４】
毎分２０サイクル、又はそれ以上のサイクル周期数で作動する圧力スイング吸着装置において、
少なくとも１個のガード層、及び少なくとも１個の汚染物感応吸着剤を有し、更に吸着端と、前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって生産される希望する生成物が濃縮された生成物ガスを送出する生成物端とを有する少なくとも１個の吸着体と、
前記生成物端に隣接するプロセス収容シ−ルであって、このプロセス収容シ−ルの第１側部の第１流体をこのプロセス収容シ−ルの第２側部の第２流体から分離するためのプロセス収容シ−ルであり、前記プロセス収容シ−ルと、前記圧力スイング吸着装置の第２構成部分との間が間欠的、又は連続的相対運動を行うようにした少なくとも１個のプロセス収容シ−ルと、
少なくとも１個の緩衝シ−ルであって、この緩衝シ−ルと、前記装置の第２構成部分との間に間欠的、又は連続的相対運動がある場合、前記緩衝シ−ルは汚染物から分離するのが望ましい第２流体から、前記緩衝シ−ルの第１側部の第１汚染物含有流体を分離することを意図しており、更に、少なくとも１個の緩衝室を具える緩衝空間を前記プロセス収容シ−ルと共に画成している少なくとも１個の緩衝シ−ルとを具えることを特徴とする回転圧力スイング吸着装置。
【請求項１４５】
圧力スイング吸着装置において、
空気ブレーザと、
少なくとも１個の汚染物感応吸着剤を有し、更に前記空気ブレーザに流体流通可能に連結された供給端と、前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって生産される希望する生成物が濃縮された生成物ガスを送出する生成物端とを有する少なくとも１個の吸着体と、
前記生成物端に隣接するプロセス収容シ−ルであって、このプロセス収容シ−ルの第１側部の第１流体をこのプロセス収容シ−ルの第２側部の第２流体から分離するためのプロセス収容シ−ルであり、前記プロセス収容シ−ルと、前記圧力スイング吸着装置の第２構成部分との間が間欠的、又は連続的相対運動を行うようにした少なくとも１個のプロセス収容シ−ルと、
少なくとも１個の緩衝シ−ルであって、この緩衝シ−ルと、前記装置の第２構成部分との間に間欠的、又は連続的相対運動がある場合、前記緩衝シ−ルは汚染物から分離するのが望ましい第２流体から、前記緩衝シ−ルの第１側部の第１汚染物含有流体を分離することを意図しており、更に、少なくとも１個の緩衝室を具える緩衝空間を前記プロセス収容シ−ルと共に画成している少なくとも１個の緩衝シ−ルとを具えることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項１４６】
圧力スイング吸着装置において、
少なくとも１個の汚染物感応吸着剤を有し、更に供給端と、前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって生産される希望する生成物が濃縮された生成物ガスを送出する生成物端とを有する少なくとも１個の吸着体と、
前記生成物端に隣接するプロセス収容シ−ルであって、このプロセス収容シ−ルの第１側部の第１流体をこのプロセス収容シ−ルの第２側部の第２流体から分離するためのプロセス収容シ−ルであり、前記プロセス収容シ−ルと、前記圧力スイング吸着装置の第２構成部分との間が間欠的、又は連続的相対運動を行うようにした少なくとも１個のプロセス収容シ−ルと、
少なくとも１個の緩衝シ−ルであって、この緩衝シ−ルと、前記装置の第２構成部分との間に間欠的、又は連続的相対運動がある場合、前記緩衝シ−ルは汚染物から分離するのが望ましい第２流体から、前記緩衝シ−ルの第１側部の第１汚染物含有流体を分離することを意図しており、更に、少なくとも１個の緩衝室を具える緩衝空間を前記プロセス収容シ−ルと共に画成している少なくとも１個の緩衝シ−ルと、
少なくとも１個の休止シ−ルとを具えることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項１４７】
圧力スイング吸着装置において、
少なくとも１個の汚染物感応吸着剤を有し、更に供給端と、前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって生産される希望する生成物が濃縮された生成物ガスを生成物送出導管を通じて送出する生成物端とを有する少なくとも１個の吸着体と、
前記吸着体に還流ガスを送給する少なくとも１個の還流ラインと、
前記生成物端に隣接するプロセス収容シ−ルであって、このプロセス収容シ−ルの第１側部の第１流体をこのプロセス収容シ−ルの第２側部の第２流体から分離するためのプロセス収容シ−ルであり、前記プロセス収容シ−ルと、前記圧力スイング吸着装置の第２構成部分との間が間欠的、又は連続的相対運動を行うようにした少なくとも１個のプロセス収容シ−ルと、
前記生成物送出導管内、又は前記還流ライン内、又はこれ等の両方の中の少なくとも１個のガードトラップとを具えることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項１４８】
複数個のガードトラップを具える請求項１４７に記載の装置。
【請求項１４９】
少なくとも１個のガード層と、少なくとも１個の汚染物感応吸着剤とを有する少なくとも１個の吸着体を具え、前記吸着体は供給端と、前記吸着剤についての圧力スイング吸着によって生産された希望する生成物が濃縮された生成物流体を送出する生成物端とを有し、前記ガード層からの流体の汚染物としての水の濃度が前記汚染物感応吸着剤からの流体内の汚染物濃度より多くないことを確実にするのに前記ガード層が有効であることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項１５０】
圧力スイング吸着プロセスにおいて生成物ガスを生産している間、湿気の吸着による吸着剤の劣化を減少させるに当たり、
第１汚染物除去層に接触する供給流体を受け取る第２汚染物感応吸着体材料を有する吸着体を具える圧力スイング吸着装置であって、第２材料生成物流体を通じて前記汚染物が分解し、平衡に達した時、主要な分離を遂行する前記吸着体材料が限定され、制御されたレベルの不活性化を受けるように設計された圧力スイング吸着装置を設け、
ガスを生産するのに前記圧力スイング吸着装置を使用することを特徴とする湿気の吸着による吸着剤の劣化を減少させる方法。
【請求項１５１】
前記汚染物が水である請求項１５０に記載の方法。
【請求項１５２】
前記圧力スイング吸着装置が早いサイクルの装置である請求項１５０に記載の方法。
【請求項１５３】
前記圧力スイング吸着装置が毎分少なくとも３サイクルのサイクル周期数で作動する回転装置である請求項１５２に記載の方法。
【請求項１５４】
前記吸着体が水を吸着する乾燥剤として作用する第１材料と、圧力スイングによって生成物流体を生産する第２材料とを具える請求項１５１に記載の方法。
【請求項１５５】
前記生産層の許容される不活性化が５％、又はそれ以下である請求項１５４に記載の方法。
【請求項１５６】
前記生産層の許容される不活性化が１０％、又はそれ以下である請求項１５４に記載の方法。
【請求項１５７】
前記生産層の許容される不活性化が２０％、又はそれ以下である請求項１５４に記載の方法。
【請求項１５８】
前記生産層の許容される不活性化が５０％、又はそれ以下である請求項１５４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願のクロス・リファレンス
本出願は本明細中に援用する２０００年１２月１１日に出願した係属中のカナダ特許出願第２３２９４７５ 号に基づく優先権を主張する特許出願である。
【０００２】
発明の分野
開示される実施例は大気中の湿気によって、奪活（不活性化）するように、汚染物による不活性化に敏感な吸着剤を使用するガス分離に関する。また、特に、開示される実施例は周期的な吸着プロセス、例えば、積層シート、又はその他の平行路支持体の形状のような吸着剤を有する少なくとも１個の吸着体を具えるシステム内で、実施される真空スイング吸着（ＶＳＡ）、又は圧力スイング吸着（ＰＳＡ）に関する。一例の圧力スイング吸着の実施例は活性状態で親水性である窒素選択吸着剤を使用する空気の酸素濃縮である。
【０００３】
発明の背景
圧力スイング吸着によるガス分離は吸着体において、同期された圧力を周期的に変動させ、流れを反転させることにより、供給ガス混合物の吸着されにくい成分に対し、一層容易に吸着される成分を優先的に吸着体が吸着することによって達成される。吸着体の第１端（供給端）から、吸着体の第２端（生成物端）まで、吸着体に通過する第１方向の流れの時間の間に、全体の圧力を上昇させ、逆方向の流れの時間の間に、圧力を減少させる。このサイクルを繰り返すと、吸着されにくい成分が第１方向に集中し、吸着され易い成分が反対方向に集中する。
【０００４】
少なくとも１個の吸着され易い成分が涸渇し、少なくとも１個の吸着されにくい成分が濃縮された「軽」生成物は次に、吸着体の第２端から送出される。一層強力に吸着される成分が濃縮された「重」生成物は吸着体の第１端から排出される。窒素選択ゼオライト吸着剤についての酸素の分離、及び水素の精製の重要な例におけるように、通常、軽生成物は精製すべき希望する生成物であり、重生成物は廃棄生成物であることが多い。しかし、窒素選択ゼオライト吸着剤についての窒素分離の例では、重生成物が希望する生成物である。通常は供給流体を吸着体の第１端に入れ、吸着体内の圧力が一層高い作動圧力まで上昇した時、吸着体の第２端から、軽生成物を送出する。一層低い作動圧力で、吸着体の第１端から、重生成物を排出する。一層高い純度の軽生成物を得るため、例えばパージ、又は等圧化、又は再加圧の工程を行うための圧力降下の後、軽生成物の一部、又は吸着されにくい成分に濃縮されたガスの一部を戻して、「軽還流」ガスとして、吸着体に再循環させる。
【０００５】
圧力スイング吸着プロセスの第１の機能は酸素のような少なくとも１個の吸着されにくい成分から、窒素のような少なくとも１個の優先的に吸着される成分を分離することであり、通常、供給混合物としての空気から、希望する生成物としての酸素を濃縮させることである。本発明は非常に強力な吸着で、或る時は殆ど非可逆的な吸着によって、吸着剤を不活性化し、即ち無効にし、第１の分離機能のための能力、及び選択性を劣化させる周囲の水蒸気、又はその他の水蒸気汚染物のような周囲の大気圧中、又はプロセスガス中の他の優先的に吸着される成分によって、引き起こされる問題を解決するものである。
【０００６】
多数の圧力容器により、上述の吸着現象を使用する多数の市販される工業用プロセスがある。真空スイング吸着プロセスでは、大気圧以下の圧力で、吸着剤を少なくとも一部、再生するが、多くの圧力スイング吸着プロセスでは、大気圧に近い圧力で、吸着剤を再生する。また、多くのプロセスでは、大気圧より、かなり高い圧力で、吸着剤を再生する。また、種々の圧力スイング吸着プロセスも記載されている限りでは差異は認められない。「圧力スイング吸着」とは脱着圧力、又は再生圧力より一層高い圧力で吸着工程を実施することを意味する。脱着とは、一旦、吸着した物質が再び離れることを言う。
【０００７】
動力消費を減少させ、生成物の回収と純度とを向上させ、生成物の流速を増大させるため、この単純なサイクルの計画に対し多くのプロセスの改良が行われた。その改良とは、多数ベッドプロセス、単一コラム迅速圧力スイング吸着があり、特に最近では、ピストン被動迅速圧力スイング吸着、及び回転弁圧力スイング吸着（回転圧力スイング吸着）がある。通常の弁、及び粒状吸着剤を使用するサイクル周期数をあまり増大することができず、従って、吸着剤の残存量、即ちプロセスの途中にある吸着剤の量が多くなる。一層短いサイクル時間に向けての趨勢は資本コストを低くし、動力を低下させ、装置をコンパクトに、一層軽量にして、プロセスを一層コンパクトにしようという希望によって推進されている。
【０００８】
少なくとも１個のマルチポート、マルチ流体分散弁、及び採用されることが多い相対回転する構成部分を使用する圧力スイング吸着プロセス、及び装置をここでは回転圧力スイングと定義する。これ等の装置は動的シ−ル面を必要としており、動的シ−ル面の若干はプロセスガスシステムの閉塞部の境界、或る時には周囲の包囲部の境界を画成している。動的シ−ルの移動面は相対運動をするから、緊密なシールは実際的でなく、周囲のガス、又は他のプロセスガス中の成分の若干の量が軽生成物ガス中に、流入する可能性があり、たとえ、動的シ−ルを横切るガスの流れに逆らう圧力勾配があっても、流入する可能性がある。
【０００９】
現在、大部分の市販される吸着プロセスは、ビード状、又はペレット状の固定吸着剤を採用している。代表的には、これ等のビード、又はペレットの寸法の範囲は１．５ｍｍ 〜４ｍｍ である。
【００１０】
圧力スイング吸着空気分離装置のためのゼオライト吸着剤の平行路押出一体構造はＤａｖｉｄｓｏｎ等の米国特許第４７５８２５３ 号に開示されている。米国特許第４９６８３２９ 号、Ｋｅｅｆｅｒの米国特許第５０８２４７３ 号、及び、ここに援用するＪａｉｎ等の米国特許第６２３１６４４ 号は圧力スイング吸着装置に使用するための層状構造（積層体、又は一体構造）に使用する１ｍｍ、又はそれ以下の厚さの螺旋状に巻いた吸着剤シートを開示しており、通常の４５秒サイクル時間とは異なる０．５ 秒〜約５秒までのサイクル時間より、短い範囲の一層高い周期数での作動を達成すると共に、低圧力降下、及び低動力消費を保持している。隣接するシート間に流動チャネルを画成するため、スペーサによって分離された薄いシート内に支持された吸着剤を有する広い表面積の、積層吸着体であって、唯１個の移動部を有する圧力スイング吸着プロセス弁理論が成立するように、回転子に取り付けられた吸着体は、ここに援用するＫｅｅｆｅｒ等の米国特許第６０５１０５０ 号、及びＫｅｅｆｅｒ等の米国特許出願第６０／２８５５２７ 号に開示されたような非常にコンパクトな装置で、遂行することができる高周期数の圧力スイング吸着サイクルを容易にする。
【００１１】
ここに使用するように、早いサイクルの圧力スイング吸着、又は高周期数圧力スイング吸着、又は高速圧力スイング吸着は約１分の全サイクル時間より短い時間で、作動する圧力スイング吸着プロセス、及び装置と称する。非従来型の圧力スイング吸着は早いサイクルの圧力スイング吸着、又は回転圧力スイング吸着、又はその両方と称する。
【００１２】
一つの因子は汚染物に対する高い性能の吸着剤の高い感応性である。酸素の生産のため、シリカ対アルミナ比が小さいゼオライト（窒素に対して高い選択性を呈するカルシウム、又はリチウムのような陽イオンで置換している）を使用することによって、このようなゼオライトは若干の作用位置において、一層、強力に水を吸着する傾向があるため、水による不活性化に対して、一層、敏感な材料となる。
【００１３】
従来の圧力スイング吸着、及び隔膜分離ユニットは凝集を生ずる冷却、隔膜分離、又は吸着のように、水を除去する多様な方法を使用する傾向がある。水を除去するための吸着プロセスは２個の主要な成分を分離する必要があり、しかもガス混合物内に数％の湿度がある圧力スイング吸着プロセス、又は真空スイング吸着プロセスにおいて、まさに共通である。
【００１４】
特許文献には水を除去するための複雑なプロセスの例を開示している。富山等は米国特許第３５９４９８４ 号（１９７１年）において、水と二酸化炭素とを別個の容器内で除去し、次に、窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した容器に、精製した空気を供給するシステムを開示している。Ｓｍｉｔｈ 等は英国特許第２０４２３６５ 号（１９８０年）、及びＡｒｍｏｎｄ等は米国特許第４１４４０３７ 号（１９７９年）において、それぞれ圧力スイング吸着容器内に複式層システムを使用している。第１層は乾燥性吸着剤である。第２層は混合物中のあまり希望しない成分を優先的に吸着する。一層複雑な提案において、必要になる余分な容器、弁、及び配管の費用を避けることができるので、複式層のこの概念は非常に良く知られている。
【００１５】
時々、使用される他の提案は吸着剤（例えば、ゼオライト）の単一の層を設けることである。このゼオライトベッドの第１の部分はゼオライトベッドの残りの部分のための乾燥性ベッドとして作用する。この概念は適当に大きなスケールのプラント（毎日、４０トン）における周期数が小さい圧力スイング吸着において、好結果を得て使用されている。
【００１６】
吸着体の生成物端内への湿気の漏洩は吸着体の生成物端に連通する内部流通路を外部の周囲の大気から分離するように、弁システム、又は回転子シ−ルの構成を注意深く設計することによって、最少にすることができることが認められている。従って、Ｋｅｅｆｅｒ等は米国特許第６０６３１６１ 号において、回転子、及び生成物端回転ディストリビュータ弁の軸の多段シ−ルを開示しており、これ等シ−ルの間の室を通じて、生成物ガスを送出している。また、回転圧力スイング吸着装置用の同様の生成物端シ−ルの構成はＫｅｅｆｅｒ等によって国際公開第ＷＯ９９／２８０１３号に開示されている。Ｍｏｎｅｒｅａｕ等（ヨーロッパ特許公開第１０９５６８９Ａ１ ）も圧力スイング吸着用の吸着体の生成物端への湿気の進入を防止する改良した弁ステム用シ−ル構造を開示している。
【００１７】
上述の湿気に対して、ゼオライトを防護する全ての方法はプラントの寿命内では良く作用する。これ等の方法がプラントの寿命を越える時間にわたって、吸着剤分離層を防護するのに不十分であったとしても、従来のケースの場合には、そのことは重要なことでない。それはプラントの寿命内で防護が行われれば十分なためである。
【００１８】
産業用の圧力スイング吸着システム、及び真空渦スイング吸着システムは大量の残存量の吸着剤、即ち大量のプロセスの途中の吸着剤を使用して、（代表的プロセスで約１分から１０分の範囲のサイクル時間のように）低いサイクル周期数で作動する。これ等の産業用のプロセスは次のような理由により、汚染物による僅かな汚染には比較的鈍感である。その理由は（１）比較的大きな寸法の吸着体を横切って、汚染の拡散が発生すること、（２）実際に行われるサイクルの累積数に応じて、劣化の速度が遅いこと、（３）大量のプロセスの途中の吸着剤の僅かな一部の不活性化に対しては、比較的鈍感なこと、（４）プロセスガスを外気状態、又は供給ガス状態から分離して、維持する静的シ−ルは比較的緊密な流体シ−ルが行えることである。従って、従来のシステムであれば、気が付く程の劣化を生ぜず、長年にわたり、作動することができる。
【００１９】
しかし、従来の産業用圧力スイング吸着プロセスに比較し、２つのオーダーで一層早い周期数で作動する非従来型圧力スイング吸着システムが開発された。従って、吸着剤の残存量、即ちプロセスの途中の吸着剤の量は２つのオーダーまでの同一のファクタで少なくなり、汚染の拡散が起きる吸着体の寸法も一層大きなファクタで減少している。
【００２０】
要約
本願の発明者等は非従来型の圧力スイング吸着装置が正常の連続作動中に生ずる汚染物管理の課題の解決策を決定し、更に、非従来型の圧力スイング吸着装置の間欠的な作動に生ずる課題を解決することを目指した。圧力スイング吸着ユニットを休止すると、吸着体の一部に吸着された汚染物は活性化された吸着体の帯域内に有害にも拡散し、吸着体を不活性化し、即ち無能にしてしまう。更に、周囲の大気温度、及び大気圧の通常の変動は周囲の大気中、又は供給ガス導管内に混合している汚染物を休止している圧力スイング吸着ユニットに取り入れさせてしまう。従って、本発明は非従来型の圧力スイング吸着ユニットを保管し、使用しない時、又は休止中に、ユニット内への汚染物の進入を許さず、又は最少にするための停止手順、及び起動手順、及び補助装置を求めるものである。
【００２１】
高い周期数の圧力スイング吸着、及び真空スイング吸着が湿気に対する高い感応性の発見は最初は実験的になされた。高い周期数のプロセスは分離すべきガスに比較し、少ない残存量の吸着剤で済むから、即ちプロセスの途中にある吸着剤が少なくて済むから、同一レベルの不純物に関して、無効になり易く、不活性化し易い吸着剤も少なくて済む。真空スイング吸着によって、酸素の生産を行う従来のプロセスは９０秒から１２０秒の間のサイクル時間で作動し、一方、高い周期数のプロセスは通常、１秒のサイクル時間で作動することができることを考えると、単位量当たりのガスの割合はこの高い周期数の吸着剤の場合、約１００倍も多い。湿気を不活性化する容積も僅かな量で済むから、性能を低下させる吸着剤の量も少なくて済む。
【００２２】
質量の輸送（流体の移動を言う）の制約に打ち勝つため、高い周期数の圧力スイング吸着用吸着体は広い表面積を有していなければならず、従って、薄い吸着剤層、及び流動チャネルの狭い水力半径を有していなければならない。狭い流動チャネルの場合、希望するように、圧力降下を少なく維持するために、流動チャネルの長さを減少させる必要がある。高い周期数の吸着体の不活性化に対する脆弱性は吸着体の長さが短いことによって、著しく悪化する。これは、拡散による移送による湿気の移送のための時間の長さは吸着体の長さの平方に反比例する関係にあるからである。
【００２３】
本発明の実施例は圧力スイング吸着装置、特に非従来型の早いサイクルの圧力スイング吸着装置の作動中に、汚染物のない希望する生成物流体の生産中に生ずる汚染物管理の対策を目指す。更に、開示される本発明の実施例は周囲の温度、湿度の多様な気候条件下で、圧力スイング吸着装置を間欠的に作動させた時、発生する一層重要な課題の解決を目指す。圧力スイング吸着ユニットを停止させた時、吸着体の一部に吸着されていた汚染物は活性化している吸着剤の汚染物感応帯域内に悪いことには拡散し、吸着剤を不活性化する。更に、周囲温度、及び大気圧の通常の変動は休止している圧力スイング吸着ユニットをして、ブレーザポートを通じて、又は不完全に閉じている弁、シ−ル、及び圧縮機の漏洩路を通じて、汚染物含有空気を取り入れさせてしまう。従って、また、開示される実施例は汚染物に対し安全な始動、正常な生産作動、停止、及び休止の手順を目指している。また、保管している時、停止、又は「休止」の状態での、早いサイクルの圧力スイング吸着ユニット内への汚染物の進入を防止し、減少させる補助装置について説明する。
【００２４】
圧力スイング吸着装置の開示された実施例は毎分、少なくとも３サイクル、更に、毎分５サイクル、毎分１０サイクル、好適には毎分２０サイクル、又はそれ以上の正常作動サイクル周期数で作動するように、基本的に意図している。このような圧力スイング吸着装置の開示された一実施例は汚染物感応吸着剤によって、吸着体の供給端に流体流通可能に連結されたブレーザを有する。このブレーザは生産中、閉じており、休止中、開いている遮断弁を通じて、供給端に結合することができる。
【００２５】
圧力スイング吸着装置の他の開示される実施例は汚染物の進入に対する装置の付加的シ−ル、又は少なくともその構成部分に対する特殊なシ−ルの対策を使用する。例えば、一実施例は緩衝シ−ルを有する生成物送出隔室に、流体流通可能に連結された生成物端を具え、吸着体についての圧力スイング吸着プロセスにより生産された生成物ガスの汚染物蒸気含有量にほぼ等しいか、又は一層少ない汚染物蒸気含有量を有する緩衝ガスをこの生成物送出隔室に収容する。緩衝シ−ルを使用する実施例としては、緩衝空間は正圧に加圧される乾燥流体フラッシ帯域にすることができる。例えば、この緩衝室は送出された生成物の流れによって、生じたフラッシ循環を有し、進入する汚染物が緩衝シ−ルから拡散する方向に対し、向流するようにこの循環の方向が指向する。この隔室は周囲の大気圧より、０．５ バール、又はそれ以上高い圧力のように、緩衝ガスによって、大気圧以上の圧力まで加圧することができる。
【００２６】
シ−ルの対策の第２例として、休止シ−ルを使用することができる。通常、装置が休止している時、休止シ−ルは掛合している。休止シ−ルのみを使用することもでき、他の汚染物管理手段と、組み合わせて使用してもよい。
【００２７】
開示した要旨を例示的に組み合わせることにより、ブレーザに、ガードトラップを設け、又はブレーザを補助ガードトラップに、流体流通可能に連結してもよい。ブレーザを種々の構造にすることができるが、管状構造のような比較的長い構造の隔室にすることができ、又は膨張した袋ダイアフラムにすることもできる。ブレーザを供給プレナムによって、吸着体の供給端に、連結してもよい。供給プレナムと、排出プレナムとの両方を使用することができ、両方を使用する場合には、回転軸線の周りに、同心に位置し、一方が他方の上に層状になったプレナムのような層状プレナムを使用することができる。
【００２８】
また、実施例は供給路に沿う第１帯域内のガード層と、供給路に沿う第２帯域内の吸着剤とを有する積層体を吸着体が具えている場合のように、ガード層と、吸着剤とを具える吸着体を有する。従って、供給流体内の汚染物は吸着剤に接触する前に、ガード層によって、除去される。更に、休止する時、ガード層と、吸着剤帯域との間のラインの遮断弁のような分離弁によって、ガード層は吸着剤帯域から分離することができる。一例は、吸着剤を収容する第２モジュールから分離しているが、第２モジュールに流体流通可能に連結された第１モジュール内に、ガード材料を収容することである。第１モジュールと、第２モジュールとを連結する流体導管の分離弁を通じて、第１モジュールと、第２モジュールとを流体流通可能に連結する。
【００２９】
この装置の説明した実施例には更に、希望する生成物ガスを送出する生成物送出導管と、還流ガスとして、生成物ガスの一部を送出する軽還流導管と、汚染物を捕捉するためのガード材料を具える少なくとも１個のトラップとを有する。このようなトラップは生成物還流ラインと、生成物流体による置換パージ再生のための生成物ラインとの間で、回転させることができる。例えば、遅い回転速度で、連続的に回転する回転吸着モジュール内に、複数個のガードトラップを取り付けることができる。この回転吸着モジュールは別個の時間間隔で、別個の端数回転で回転し、生成物を送出するように、流体連結可能に連結された時、ガードトラップを数個の生成物還流ループのおのおのからの汚染物吸着から、再生に切り換える。
【００３０】
補助ガードトラップは種々の実施例に使用されている。このような補助ガードトラップを生成物ガス送出導管に、流体流通可能に連結して、正常作動中、補助ガードトラップを再生することができる。ガード材料の再生は乾燥生成物パージ、又は熱スイングの少なくとも一方を使用して成し遂げることができる。吸着体のガード層のほぼ完全な再生は吸着体の汚染物吸着帯域から、吸着された汚染物を補助ガードトラップに移送するよう、置換パージを使用することによって、成し遂げることができる。その結果、吸着体の単数のガード層、又は複数のガード層から、吸着される可能性があるほぼ全部の汚染物蒸気を吸着するのに十分な汚染物蒸気容量を補助ガードトラップが有するのが好適である。補助ガードトラップを吸着体から分離し得る状態にある補助ガードトラップから、汚染物蒸気が戻って流れるのを検知するため、湿度センサのようなセンサを使用することができる。
【００３１】
補助ヒータを使用して、ガード材料を加熱し、汚染物の吸着を容易にすることができる。例えば、第１ガード層、補助ガードトラップ、ブレーザに使用するガードトラップ等を加熱するのにヒータを使用することができる。ガード材料を加熱するのに、普通のヒータ、マイクロ波放射、赤外線放射を使用することができる。
【００３２】
分離弁のみを使用することもあり、又は他の汚染物管理手段と組み合わせて使用することもできる。数個の実施例では、分離弁を使用し、吸着剤を具える若干の汚染物感応帯域をガード層から分離する。分離弁を逆止弁にすることができ、これにより、圧力スイング吸着モジュールの正常作動中を除いて、吸着体の第１ガード層から、第２吸着剤帯域への前方への流れを防止する。必要に応じ、アクチュエータにより、逆止弁を作動させることができる。また、ブレーザ導管と、吸着体との間の流体路に分離弁を設置し、吸着体の供給端への流れを防止することもできる。
【００３３】
生成物ガスを生産している間、汚染物の吸着による吸着剤の劣化を減少させる方法の実施例も、説明した実施例の圧力スイング吸着装置、又はシステムを設け、生成物ガスを生産するため、このような圧力スイング吸着装置、又はシステムを作動させることから成ることを説明する。正常の生成物の送出、停止、休止、及び始動のそれぞれのモード中の圧力スイング吸着装置、及びシステムを作動させるための種々の実施例を説明する。例えば、停止手順に従って、圧力スイング吸着装置を停止させるための一実施例は次の要旨を有する。生成物の送出を停止させると共に、圧力スイング吸着プロセスを通じて、送給ガスを継続して流し、汚染物フロントを吸着体の供給端に向け戻して押圧する。ブランケットガスを圧力スイング吸着装置の供給端内に導入し、ガード材料を加熱し、吸着された汚染物の吸着を容易にする。次に、流体供給混合物の供給端への送給を停止し、次に、吸着体についての圧力スイング吸着プロセスによって、生産された生成物ガスの汚染物蒸気含有量にほぼ等しいか、又は一層少ない汚染物蒸気含有量を有するパージ流体によって、吸着体をパージする。パージガスは吸着体についての圧力スイング吸着プロセスによって、生産された生成物ガスであることが多い。更に、吸着体をパージする前に、補助ガードトラップに通して、乾燥生成物パージガスを再循環させる。吸着体より一層高い温度で、このパージ流体を使用する。吸着体を吸着体パージ流体で、パージすることによって、吸着体を加熱し、これにより、汚染物の吸着を容易にする。全てのパージ操作を停止し、排出ポートを閉じる。次に、第１ブランケットガスと同一の、又は異なる第２ブランケットガスを供給端に供給し、大気圧より高い圧力まで、この装置を加圧する。この装置の回転を停止し、次に、いずれの休止シ−ルをも掛合させる。この方法では、種々の工程、付加的工程、これ等の工程の組合せ、及びこれ等の工程の異なるシーケンスを使用することができる。
【００３４】
また、有効な作動時間を増大する方法、特に早いサイクルの圧力スイング吸着装置を説明する。この方法の実施例は圧力スイング吸着ユニットの供給端の上流にガードトラップを有し、吸着体の供給端にガード層を有する吸着体を有する圧力スイング吸着ユニットを設ける。この圧力スイング吸着ユニットを正常作動条件下で作動させ、生成物流体を生産する。吸着体は広い表面積の積層吸着体として設けるのが好適であり、スペーサによって分離される薄い吸着剤シート内に吸着剤を支持し、隣接するシート間に流動チャネルを画成する。このような実施例の場合、積層吸着体は通常、吸着剤シートの供給端に、少なくとも１個のガード材料を有するガード層を有する。このガード材料はアルミナ、シリカゲル、及びＮａ−Ｙ、又はＮａ−Ｘのような穏やかな親水性のゼオライトを含む有効なガード材料から成る群から選択する。
【００３５】
或る実施例では、汚染物は水であり、生成物端における目標水蒸気圧力はほぼ生成物端における選択された吸着剤材料の水蒸気圧力である。通常、この水蒸気圧力は３０℃において、約０．００５Ｐａ 〜約０．１Ｐａ の範囲内にある。
【００３６】
また、回転圧力スイング吸着装置内に正圧の休止モードを生ぜしめるのに有効な説明された方法の実施例を説明する。この実施例はガード材料に汚染物が入るのを減少させるように、回転圧力スイング吸着装置を停止させることから成る。装置の供給端に、軽乾燥ブランケットガスを導入し、大気圧より高い休止圧力を発生させる。全てのポートを閉じ、回転子の回転を停止し、休止シ−ルを掛合させる。
【００３７】
詳細な説明
Ｉ．  定義
次の定義は読者の理解を助けるために、記載するものであり、通常の知識を有する当業者によって理解されるものよりも、定義された語を狭い範囲に、限定しようとするものでない。
【００３８】
「吸着体材料」とは、一般に、流体を選択的に、吸着するため、単独で、又は組み合わせて使用することができる材料を意味する。圧力スイング吸着分離機能を遂行するため、吸着体材料は選択的な吸着性を有する必要がある。
【００３９】
「補助加熱」とは、吸着体、エアブレーザ内、又はガードトラップ内の乾燥剤のようなガード材料を加熱して、汚染物質の脱着（一旦、吸着された物質が離れること）を増大するための加熱である。ガード材料を加熱するためにはいかなる有効な加熱源も使用することができ、必ずしもこれに限定されないが、補助抵抗ヒータ、マイクロ波放射ヒータ、赤外線放射ヒータ、シ−ルの摩擦等がある。また、ガード材料は直接加熱することができ、その方法は必ずしもこれに限定されないが、流体に作用させる真空ポンプ、又は圧縮機により、又は熱交換器の操作により、又はガードトラップでの吸着による熱により、ガード材料に入る流体を加熱する方法がある。
【００４０】
「バックパージ」とは、吸着体のような物体に、生成物ガス、パージガス、又はブランケットガスのようなガスを向流するように供給する方法である。
【００４１】
「ブランケット流体」とは、汚染含有物が相当に減少している流体を言う。このブランケット流体を使用して、吸着体内、及びその関連する導管内のプロセス流体、パージ流体、又はその他の流体を移動させ、及び／又は吸着体内に、正常作動時の低い圧力より一層高い全圧を発生させる。
【００４２】
「ブレーザ」とは、休止中、及び外部流体と圧力平衡状態に吸着体を維持している間、吸着体内に汚染物が進入するのを遅らせるのに有効なガードトラップがある場合でも、無い場合でも、比較的長い管、又はブラダのような室を言う。ブレーザ、特に空気ブレーザ（外部の空気に連通しているブレーザ）は熱循環中、汚染物の進入による吸着剤の奪活（即ち不活性化）の速度、即ち吸着性の喪失速度を顕著に減少させる。例えば、特殊なゼオライトの場合、空気ブレーザが無くて使用される同一の吸着体、及びゼオライトについての不活性化はサイクル当たりのＮ２ 吸着容量の減少が０．１３５ ％であったのに対し、空気ブレーザを有するベッドの場合の不活性化はサイクル当たりのＮ２ 吸着容量の減少が約０．００５ ％の減少に過ぎなかった。ブレーザは吸着体のいずれかの端部、又は両端に設置することができる。作動の一理論に限定されることなく、圧力吸着スイング装置を休止させている間、空気ブレーザは汚染物含有空気から、吸着剤ベッドの供給端への汚染物の物質の流れを明らかに減少させる。
【００４３】
「緩衝室」とは、緩衝空間内に２個の密接する動的シ−ルによって区切られた容積である。緩衝空間内の緩衝シ−ルの数によって、緩衝空間内に１個、又はそれ以上の個数の緩衝室を設けることができる。また、緩衝室内には１個、又はそれ以上の個数の休止シ−ル、即ち装置を休止している時に必要なシール、及び室の内外に流体を流す手段も設けることができる。静的緩衝室は動的シ−ルと静的シ−ルとの間の容積によって画成されている。
【００４４】
「緩衝シ−ル」とは、緩衝空間内に設置された動的シ−ルである。緩衝空間内には多数の緩衝シ−ルを設けることができる。
【００４５】
「緩衝空間」とは、プロセス収容シ−ルと一次シ−ルとによって区切られた空間である。緩衝空間は緩衝シ−ルが無い場合、即ち零の場合を含めて、空間内に任意の数の緩衝シ−ルを有することができる。
【００４６】
「汚染物」、即ち、制限なく汚染物、及び汚染物流体とは周囲の大気、及び圧力スイング吸着装置内、又は供給ガス混合物内の流体であって、吸着体の第２端において、供給ガスの意図した一層強力に吸収させようとする全ての成分の吸着、及び脱着プロセスを妨げる流体である。サイクルのこの部分の意図した時間に、意図した再生圧力で、吸着剤から脱着しないガスに特別な注意が払われている。最も普通の汚染物は供給ガス混合物、及び周囲の大気中に存在することが多い水である。汚染物の他の例は炭化水素、及び硫化水素ガスである。汚染物が空気の成分である場合には、職員の呼吸する空気から汚染物を除去するための装置として、圧力スイング吸着装置を使用してもよい。他の例としては、乾燥空気中の二酸化炭素含有物は本発明の開示した実施例では考慮していない実験室用の酸素圧力スイング吸着装置の吸着剤を汚染することが実験的に確かめられた。窒素選択吸着剤の湿気による劣化を防止するため、湿気を外部から十分に除去したにも関わらず、その空気中に残存する二酸化炭素からも、吸着剤の顕著な可逆的な劣化が生じていた。汚染物の濃度は有効寿命中、意図した目的のために、吸着剤が機能するようなレベルにすべきである。汚染物の定義は吸着剤、その処理、処理温度、周囲温度、又はその両方、及び組合せによって定まることもあり得る。
【００４７】
「動的シ−ル」とは、流体シ−ルとして作用するようにした装置であり、間欠的に、又は連続的に相対移動する少なくとも２個の構成部分を有する。一般に、この構成部分の一方をシ−ル材料と称し、他方をシ−ル座と称する。動的シ−ルの構成部分の相互作用は直接接触することから成るか、又はクリアランスシ−ルと称する密接して位置することから成る。一般に、動的シ−ルは流体に対する緊密なシ−ルではなく、それは相対運動によって、境界を通じて、若干の量の流れを生ずるからである。或る動的シ−ルは或る量の流体を一側から他の一側に移送するように意図されており、汚染物質が流れる予定の方向の反対方向に流体を移送することによって、汚染物質の流れを減少させるように意図している。
【００４８】
「置換パージ」とは、汚染物濃度が減少している流体を圧力スイング、又は熱スイングの増大を行わず、ガード材料に流すことによって、ガード材料の再生を行うことである。
【００４９】
「ガード層」とは、一般に、ガード材料、又はガード材料の混合物から成る吸着体の領域を言う。ガード層は供給端で始まり、勾配に沿い、供給方向に沿って第２端で、完全に吸着剤になる勾配を有するように、不連続の、及び連続の境界により、吸着剤材料に隣接して位置していてもよい。また、ガード層は吸着剤を有する隔室、又は支持体に、流体流通可能に結合していてもよい。特殊な実施例としては、支持体に加えるガード材料の領域、又は積層を形成するよう、第２支持体に加えた第１支持体上のガード材料の領域を有する。ガード層には乾燥剤を含んでいてもよい。水を強力に吸着する乾燥剤であって（従って、水をそれ程吸着しない乾燥剤から成る層に比較し、この層は短い）、作動範囲にわたり、適度に直線性（再生が容易で、吸着された水の残存の可能性は最も少ない）を示す水の等温線を有する乾燥剤が好適である。望ましい作動のための特定の吸着剤は特殊な圧力スイング吸着作用にとって「最善」の性質を有すると共に、停止工程の際に、吸着された水の残留量を減少させるか、好適にはほぼ消滅させるように、熱スイングによるように、再生のための「良好」な性質を有するように、選択することができる。求める特徴としては層の幅、蓄積され、吸着された水のプロファイルの定常状態、有効拡散速度、代わりの乾燥剤のための再生の容易さである。
【００５０】
「ガード材料」とは、ガード材料に接触する流体の汚染物含有量を減少させるのに有効な任意の材料であり、一般に、水蒸気のような汚染物を吸着する任意の材料を言う。ガード層としては、ガード材料が可逆的に汚染物を吸着するのが好適であり、ガード材料に吸着されたいずれの汚染物も加熱、及び／又は汚染物の無い流体によるパージを含む希望するプロセス、又はプロセスの組合せによって脱着することができる。ガード材料は供給ガスの分圧、又は周囲の大気圧で汚染物を吸着すると共に、ガード材料の再生に使用することができる任意のパージガスの分圧で、汚染物を脱着するように選択する。或る種のゼオライトは有効なガード材料であるが、実質的に連続する圧力スイング吸着プロセスにおける再生の場合に、容易に除くことができない水蒸気のような若干の汚染物を保持する。現在、好適な一次ガード層材料としてはこれ等に限定されないが、活性アルミナ、アルミノ珪酸塩ゲル、シリカゲル、ゼオライトＹ材料のようなゼオライト、活性炭素、炭素分子シーブ、及びこれ等の材料の組合せがある。これ等の材料は特に有用であり、それはこれ等の材料は汚染物の分圧の広い範囲にわたり、比較的直線的な等温線を有し、汚染物吸着のための容量が大きく、低い相対分圧でも若干の汚染物を吸着する能力を有しているためである。複数の適切なガード材料も使用することができる。有効なガード材料の組合せの一例は５Ａ、及び／又は１３Ｘのようなゼオライトに、組み合わせた活性アルミナがある。多くのゼオライトは低い汚染物分圧の場合のみ、比較的直線的な等温線を呈するから、他のガード材料に組み合わせて使用すべきである。ガードトラップについては、有効な可逆吸着を考慮することは重要でなく、他の材料が一層適している。
【００５１】
「ガードトラップ」とは、生成物送給ライン、生成物還流ライン等に、インラインに位置している汚染物を吸着するため、流体に接触するように、位置している多くのガード材料を言う。ガードトラップは特別な用途によって、決定されるように収容することができ、又は、流体の流れのため設けた導管の内面に加えるように、できるだけ汚染物が無い、望ましい流体に接触する装置の構造に加えることができる。ガードトラップは互いに相対運動をする少なくとも２個の構成部分として、又は静的構造としての形態を有することができる。ガードトラップは置換することができ、再生することができる。
【００５２】
「分離弁」とは、汚染物に特に敏感な領域（吸着剤、及び生成物ライン、還流ライン等）と、汚染物の潜在的な発生源との間に位置する弁である。通常、分離弁はこれにより、緊密な流体シ−ルを生ずることが必要である。
【００５３】
「正常作動」とは、生成物流体の代表的な再生、及び再生プロセスのための装置の作動、及び圧力スイング吸着プロセスの作動を言う。圧力スイング吸着回転システムについては、正常操作は生成物送出のため、基準作動速度の範囲内の速度で、単数のロータ、叉は複数個のロータが回転している時の作動を言う。
【００５４】
「休止」とは、圧力スイング吸着プロセスが実質的に停止していて、回転圧力スイング吸着システムに関しては、相対回転運動が停止しているか、又は正常作動中より著しく遅い回転サイクル速度で間欠的にのみ回転している場合である。圧力スイング吸着装置は、次のものに限定されないが、通常、正圧の許で、全てのポートが閉じているか、大気圧の許で、生成物端部ポートのような或るポートのみがシ−ルされていると言うような多数の異なる条件下で休止することができる。また、休止条件（休止モードとも言う）は種々の用途によって変化する。例えば、水素の生産、及び、空気に接しない方が好適な他の流体の生産のための作動例において、正圧での休止を使用することができる。大気圧での休止は、例えば流体と空気との混合プロセスが有害な混合物を発生しない場合に、使用することができる。
【００５５】
「休止シ−ル」とは、緊密な流体シ−ルを得るため、有効な緩衝室内に設置されたシ−ルである。若干の実施例では、休止シ−ルは動的シ−ルの１個に組み合わせて用い、休止モード中に掛合させる。
【００５６】
「部分シ−ル運転停止」とは、生成物ポートを緊密にシ−ルし、供給ポートを比較的緊密にシ−ルしての運転停止を言う。次の運転停止に必要な圧力調整を行うため、逃し弁を設けてもよい。
【００５７】
「一次シ−ル」とは、シ−ル境界の一側に汚染物含有流体を有している動的シ−ルを言う。この一次シ−ルは装置内の緩衝空間の境界として作用する。
【００５８】
「プロセス収容シ−ル」とは、シ−ル境界の一側に圧力スイング吸着プロセス流体、又は軽生成物を有している動的シ−ルを言う。軽生成物とは必ずしもこれに限定されないが、生成物流体、軽還流流体、パージ流体、又はブランケット流体である。プロセス収容シ−ルは装置内の緩衝空間の境界として作用する。
【００５９】
「圧力スイング吸着装置」とは、プロセス流体と、少なくとも１個の吸着体材料とを有し、プロセス流体、及び少なくとも１個の吸着体について、圧力スイング吸着プロセスを行わせることができる装置を言う。
【００６０】
「パージ流体」とは、一般に、吸着体材料、又はガード材料、又はその両方を再生させるのに使用され、汚染物含有量が著しく減少している流体を言う。
【００６１】
「再循環パージ」とは、標準作動中、生成物パージにより、及び／又は熱スイングにより、再生されたパージガスを補助ガードベッドに通して、再循環させることを言う。
【００６２】
「運転停止」とは、圧力スイング吸着プロセス、及び装置の正常作動から、休止状態に移ることを言う。或る装置、又は種々の運転停止状態にある特定の装置を運転停止するため、特別な工程を実施してもよい。
【００６３】
「始動」とは、圧力スイング吸着プロセス、及び装置の休止状態から正常作動への遷移を言う。この始動のシーケンスにおける或る工程は汚染物が吸着体内に導入されないようにするため必要である。
【００６４】
「静的シ−ル」とは、一般に、２個の表面の間に相対運動が無い２個、又はそれ以上の個数の表面間のシ−ルである。静的シ−ルとしては、必ずしもこれに限定されないが、適切に設計され、緊密な流体シ−ルが達成されるガスケット、圧縮材料、休止シ−ル等がある。
【００６５】
「緊密シ−ル」とは、緊密シ−ル、緊密遮断シ−ル、緊密流体シ−ル等であって、ユニットの寿命中にシ−ルが有効である全時間にわたり、シ−ル境界を横切る全汚染物質が重量で計算して、吸着体材料の重量の約 ０．１％より少ない流体シ−ルを意味する。
【００６６】
ＩＩ．   始動、正常作動、運転停止、及び休止の各モードの説明
供給端と、生成物端との間に空間を画成している吸着剤ベッドの壁がいかなる汚染物に対しても、比較的不透質である場合でも、供給端、又は生成物端を通して、汚染物が吸着剤ベッドに進入することが起こり得る。一般に、これ等の壁は多孔質でない金属のような材料で造られており、水のような汚染物を透過させない。
【００６７】
Ａ．正常作動
既知の圧力スイング吸着ユニットの正常作動においては、次の（１）〜（３）の手段の少なくとも１つを、又は任意に組み合わせて使用することによって、供給流体から供給端に入る汚染物の移動を減少させ、好適にはほぼ防止している。その手段とは（１）圧力スイング吸着ユニットの上流に、供給汚染物除去処理ユニットを使用すること、（２）吸着体の供給端にガード層を使用すること、（３）吸着体の供給端に隣接する水感応吸着剤の「犠牲」層を不活性化させ、その間、ガードとして有効に機能させることである。通常、ガスがゼオライト吸着剤に接触する前に、吸着体の５〜１０％は層の形で使用されているアルミナ、シリカゲル、又は活性炭素のようなガード材料である。汚染物が水である場合には、ゼオライト吸着剤層に接触する前に、このガスは水蒸気の約１０〜２０ｐｐｍ まで乾燥する。
【００６８】
或る開示された実施例においては、吸着体は広い表面積を有する積層吸着体であり、スペーサによって分離された薄い吸着剤シート内に支持された吸着剤を有し、隣接するシート間に流路を画成している。また、ほぼ平行な流動チャネルと一体構造にする数個の他の方法も可能である。ガード層を吸着剤シートの供給端に設けてもよい。アルミナのような適切なガード層を支持シートの先端縁にコーティングすることによって、ガード層を有する積層吸着体を造ることができる。代案として、ガード材料を有する一体部分、又は別個の積層体を感応性のよい吸着剤の吸着剤帯域の供給側に設置してもよい。或る実施例では、ビード状にしたガード材料も考えられる。例えば、好適な窒素感応ゼオライトの湿気による不活性化の機構はこれ等の親水性材料に作用する極端に強力な非直線的な吸着に関係している。一定速度の状態の吸着性のフロントウェーブの伝播速度はその吸着性による吸着のためのヘンリーの法則の係数（又は低負荷の際の等温線の傾斜）に反比例する。適切に交換されたＬＳＸ ゼオライトにおける水吸着の場合、ヘンリーの法則の係数は極端に大きく、しかも吸着性物質の濃度によって、非常に大きく変化する（図１７、及び図１８参照）。供給されるガス内の不純物の濃度が高い（ヘンリーの法則の係数が低い）時、このフロントウェーブは一層早く動こうとし、不純物の濃度が低い時、再生工程中、一層遅く動く。
【００６９】
この機構を明らかにするため、次の例を考慮されたい。これ等の例は以前のプロセスの或る要旨、及び本発明の或る要旨を例証するために設けたものである。しかし、本発明の範囲は例示のこれ等の要旨に限定されない。
【００７０】
比較例１
この例は本発明より以前の既知のプロセスの要旨を示している。産業用酸素真空スイング吸着ユニットは通常のサイクル周期数（９２秒の全サイクル時間）の許で、ゼオライトの立方メートル当たり、毎時、４０ｎｍ（ナノメートル）の割合で、酸素を生産するように作動する。吸着剤層は高さが１．２５ｍ であり、その下に活性アルミナの乾燥剤層があり、乾燥剤層を去る空気が水の湿度で１０ｐｐｍ であるように設計されている。吸着剤の密度は６３０ｋｇ／ｍ３ である。このプロセスは上限圧力１．７ バールで作動し、到達する真空レベルは３００ミリバールである。生成物端におけるパージ比はパージ速度が生成物速度の１．１５ 倍であるように定める。
【００７１】
この速度フロントについて行われた計算はフロントは吸着体の全長にわたり移動するのに、１０年程度を要することを示している。酸素真空スイング吸着プラントの寿命は１０年以上はめったにないから、湿気による不活性化の現象はプラントの作動を通じて注目されないと思われる。
【００７２】
上述の例において、そのサイクルの進行は遅く、生産比は低く、比較的長さが長い吸着体に組み合わせた吸着剤をフロント不活性化させるのが非常に遅い正味速度で行われる事実は湿気に対するプロセスの低い感応性を生み出している。この現象はあるものの、従来のプラントの普通の寿命内では、余りにも遅過ぎて、注目されない。
【００７３】
比較例２
この例は高速真空スイング吸着の例を述べていて、この例は圧力スイング吸着プロセス内の吸着剤材料の不活性化を制限するために、本発明の開示された実施例を使用していない。高速技術を使用する圧力スイング吸着ユニットは４３０ｋｇ／ｍ３ の吸着剤密度で、０．１２５ｍの長さの積層モジュールを使用し、吸着剤の立方メートル当たり、毎時、初期生産として８８０ｍ３ の生成物ガスを発生し、約２秒の全サイクル時間で作動する。吸着剤はスペーサで分離した積層形状に形成されたリチウム含有ＬＳＸ ゼオライトである。ここでは、同一の吸着剤は乾燥剤として、また空気の分離を行うものとして両方の作用を行うように期待されている。供給材料は相対湿度９０％で大気圧の空気から成る。５０日の連続作動中、吸着体の容積（４３％不活性化）の立方メートル当たり、５００ｍ３の生成物酸素までの吸着剤の生産性が降下し、急速な衰退が続いた。この時点で実験を終了した。
【００７４】
速度フロントについて行ったコンピュータ計算は湿度１０ｐｐｍ のフロントは吸着剤を不活性化するのに約５０日を要する。作動している酸素圧力スイング吸着プラントの寿命は数年でなければならないから、不活性化の現象は非常に早く気が付き易い。
【００７５】
上記の両方の例において、湿気による不活性化、一層早いサイクル、吸着体の減少した長さ、一層高い生産速度の組合せは好ましくないことにはプラント寿命を短くする。開示される本発明の実施例はこの問題の解決を目指している。
【００７６】
生ずる全体の不活性化を適切な範囲内に維持するレベルに、供給流体から汚染物を除去するようにガード層を設計する。このようにして、たとえ水フロントがゼオライト吸着剤層を通じて完全に移動しても、プラントの残留容量はそのような残留容量で無限に作動し得るものである。次の例はこれに続く方法を示す。
【００７７】
比較例３
この例は高速の実施例に関する。高速圧力スイング吸着は４３０ｋｇ／ｍ３ の吸着剤密度で、０．１２５ｍの長さの積層吸着体を使用し、吸着剤の立方メートル当たり、毎時、６５０ｍ３ の生成物ガスを生産し、２秒の全サイクル時間で作動する。生産の終わりには、パージ速度対生産速度の比は１．１５である。積層ガード層を使用し、０．０７ｐｐｍ の湿度まで、空気から水を除去する。このプロセスは１．５ バールの高圧で、及び５００ミリバールの負圧レベルで作動する。
【００７８】
速度フロントについて行った計算はフロントが吸着剤を通って動くのに約１００日を要することを示している。計算とコンピュータシミュレーション（図１９、及び図２０参照）は吸着剤の能力のロスはベッドを通じて、水フロントが移行する前の最初の能力の１０％より少ないことを示している。毎時、吸着剤の体積立方メートル当たり、約６００ｍ３ の生成物ガスの生産性を無限に持続する。
【００７９】
表Ｉはコンピュータシミュレーションによって得られたような吸着体の全長の数分の幾つかの種々の長さの乾燥剤層を使用して、達成し得る湿度のレベルを示している。上に示した例については、乾燥剤層は吸着体の全長の２０％より僅かに長いようにすべきである。この予定した方法を使用すればこのプラントが耐えられる最大不活性化はせいぜい許容されるレベルに限定することができる。
【００８０】
表    Ｉ
アルミニウム層の設計
酸素生成吸着体内のＬｉ−ＬＳＸ層とアルミナ乾燥剤と
の間の境界に達成される代表的な湿度レベル
2004515349.tif 000002
【００８１】
前の数個の例は汚染物として水を論じているが、供給ガス混合物、特に、炭化水素混合物内のいずれの汚染物についても、同様の計算、及び実験を行った。周囲の大気内に含まれる汚染物による供給端の汚染も、ガード材料層を設計する時、考慮する必要がある。
【００８２】
使用するいずれのガード層の長さも変化させることができる。空気から濃縮酸素を製造するための積層吸着体の作動実施例は吸着体の長さの約１０％から、約４０％までの長さの乾燥剤層、好適には吸着体の長さの約１５％から約２５％までの長さの乾燥剤層を有する。
【００８３】
生成物端からの吸着体の汚染の機構は戻すように駆動される汚染物フロントが吸着体の供給端に向かう（供給流れに対し向流方向に向かう）パラメトリックポンプ作用として理解される。汚染物は再生工程中、吸着体内に入り、フロントは吸着体内に戻るように動く。供給工程、及び生産工程中、フロントは前方へ動こうとするが、汚染物を推進させようとする作用は不完全であるに過ぎない。この場合の正味の移動は後方への移動であり、それは再生中、高濃度のフロントのヘンリー法則の係数が低いことに一部起因し、再生工程中、使用されるガスの速度が高いことに一部起因している。生成物端は汚染物に一層敏感であり、即ち弱い。これは無効にし、即ち不活性化する割合を停止させ、又は減少させるガード材料層の仕組みが無いからである。
【００８４】
生成物端からの湿気の貫入速度は以下の例で示されるように、通常の圧力スイング吸着では非常に遅い。
【００８５】
比較例４
この例は現在既知のプロセスを記載している。産業用酸素真空スイング吸着ユニットはゼオライトの体積、立方メートル当たり、毎時、４５ｎｍ３ の生成物を発生する割合で、酸素を生産し、通常のサイクル周期数（８２全サイクル時間）で作動する。吸着剤層は高さが１．８０ ｍで、その下に活性アルミナの乾燥剤層がある。吸着剤の密度は６７０ｋｇ／ｍ３ である。圧力の上限は１．３４バールでこのプロセスを作動させ、到達した負圧レベルは３９５ミリバールである。生成物端でのパージ比はパージ速度が生成物生成速度の１．１３２ 倍になるようにされる。湿気のインリークは再生に使用されるパージガスが水の１０ｐｐｍ を含むようにされる。
【００８６】
後方への速度フロントについて行われた計算はこのフロントが吸着剤を不活性化させるのに、１１年程度を要することを示している。作動中の酸素真空スイング吸着プラントの寿命は１０年を越えるのは稀であるから、湿気による不活性化の現象はプラントの作動を通じて注目されない傾向がある。
【００８７】
また、この場合でも、従来の圧力スイング吸着はこの生成物端のインリークに対し、敏感でない。しかし、作動の周期数が増大すると、状態は劇的に変化することがあり得る。
【００８８】
比較例５
この例は高速作動に関する。高速酸素圧力スイング吸着ユニットはゼオライトの容積立方メートル当たり、毎時、１０００ｎｍ２ の生成物を生産する速度で、酸素を発生し、１．３ 秒の全サイクル時間で作動する、積層吸着体は０．２５ｍの長さである。吸着体の密度は４８０ｋｇ／ｍ３ である。このプロセスは上限の圧力が１．３４バールで作動し、到達する負圧レベルは３９５ミリバールである。生成物端におけるパージ比はパージ速度が生成物生産速度の１．１８８ 倍であるようになっている。湿気のインリークは再生に使用されるパージガスが１０ｐｐｍ の水を含むようにされる。
【００８９】
後方速度フロントについての行われた計算はこのフロントは吸着剤を不活性化するのに４ヶ月程度を要することを示している。このような短い作動寿命は圧力スイング吸着プラントには受け入れられない。
【００９０】
比較例６
リチウム含有ＬＳＸ ゼオライトで造られた高速圧力スイング吸着は真空スイング吸着の条件下に、１．２ 秒のサイクル時間で作動した。供給空気は活性アルミナの大きなベッドに通すことによって乾燥し、１ｐｐｍ より低い湿度になるまで、湿気を除去した。生成物端における通常の漏洩により、生成物の酸素ガスは２０ｐｐｍ の湿度を含んでいた。操作の始めに当たり、このモジュールの生産は吸着体の容積立方メートル当たり、１０５０ｎｍ３ の酸素であった。作動の３３０時間（１４日）後、生産性は吸着剤の立方メートル当たり、９１０ｎｍ３ の酸素まで低下した。この段階で、この実験を中止した。
【００９１】
上記の複数の例において、水蒸気フロントは吸着体を通じて、迅速に、移動した。その他の汚染物は大部分がＬＳＸ ゼオライトよりも小さいヘンリーの規則の係数を有し、同一の汚染物レベルで、一層少ない時間で吸着体を通じて動く。この現象は従来の圧力スイング吸着でも存在するが、高速圧力スイング吸着、及び回転圧力スイング吸着は吸着体の生成物端の汚染に起因する有効寿命の減少に敏感である。本発明の技術と装置とを使用することによって、従来の圧力スイング吸着でも（ａ）吸着体の有効寿命を延長できること、（ｂ）静的シ−ル、又は動的シ−ルの漏洩、又は破損に起因する予期せぬ中毒の危険を減少させることができる利益がある。
【００９２】
この目的は全ての通路から吸着体の生成物端内への汚染物の進入を防止することである。生成物弁、及びライン、即ち管への汚染物の漏洩は最少にせねばならず、好適には実質的に消滅させる必要がある。従って、下流側の生成物ライン、弁、及び受け器からの境界層逆拡散、及び表面拡散を最少にする工程を行う必要があり、ユニットを運転停止した時、生成物送出ラインを閉じるために緊密な遮断弁を有することが必要である。
【００９３】
一つの選択肢は吸着体の全軽生成物端、及び静的シ−ル、及び非透過材料のみを使用する緊密流体シ−ル容器内の関連する導管、及び弁を完全にシ−ルすることである。これを行う一つの方法はベロー弁、又は磁力で作動する完全に流体を収容した弁を使用するようにして、供給ガス、又は周囲の大気の汚染物に露出している全ての動的シ−ルを無くすることである。他の方法は全ての弁を金属、又はその他の（汚染物に対して）非透過性材料製の容器内に収容することである。付加的な保護法としては生成物ガスの使用が好適な選択肢である場合に、容器の内側に緩衝流体を使用することが含まれる。この緩衝流体を循環させ、リフレッシュすれば汚染物の進入に対する保護の他の層を加えることになる。
【００９４】
生成物端への汚染物の進入路内に多数の抵抗体を設ける方針は好適である。方向弁のいかなる形式のアクチュエータパッキングでも、汚染物の進入の潜在的な通路を生ずるとは言え、汚染物漏洩の防止は比較的大きな直径の回転多数ポート分配弁の円周のシ−ルに関し、特に困難である。流体の力に加えて、又は流体の力に拘らず、拡散力は通常、予想もしない場合に、汚染物の進入を生ずることがしばしばある。この進入に備えるための一つの手段としては、吸着体の生成物端に連通するプロセス収容シ−ルと、いずれの汚染物含有流体にも連通する一次シ−ルとの間に緩衝空間を設けることである。緩衝空間の実施例は図面を参照して、以後説明する。緩衝空間は送給された生成物の流れによって、好都合に設けられたフラッシング循環で、フラッシングさせた乾燥生成物フラッシュ帯域のような乾燥流体帯域、叉は正圧帯域、又はその両方、叉は排気帯域にすることができる。緩衝空間内のどの流体のリフレッシュメント（フラッシング）もポートを通じて、及び／又は動的シ−ルの漏洩を使用することによって行うことができる。付加的実施例は汚染物の進入路の反対方向に、循環流を指向させるのが好適である。また、緩衝空間は汚染物の進入に対する少なくとも１個以上の抵抗を生ずるように、緩衝シ−ルによって、２個、又はそれ以上の個数の緩衝室に、分割するのが好適である。緩衝シ−ルはシ−ル長さが短いか、又は円形であれば直径が小さいのが好適である。緩衝空間に導入されたガスを循環させ、緩衝空間の流体内の汚染物レベルを最小にするのが好適である。
【００９５】
多数の抵抗を使用する選択肢を使用しない場合には、プロセス収容シ−ル、及び一次シ−ルは全く同一のものであり、緩衝スペースは存在しない。この場合、生成物ガスの流れが汚染物の進入を減少させるから、軽生成物端が汚染物含有流体より一層高圧であれば、間隙形の動的シ−ルの使用が好適である。生成物ガス流が流れるように、又は傍らを流れるようにガードトラップを加えることも好適な選択肢である。生成物流体が汚染物含有流体より一層低い圧力である時は、交換できるのが好適なガードトラップに、結合された動的シ−ルを使用するのが好適である。
【００９６】
吸着体が周期的な再生、又は交換によって、維持されている場合のシステムは他の選択肢である。
【００９７】
開示されたシステム、及び方法の実施例は少なくとも１個、通常は複数個、潜在的には全部の軽還流ライン（及び方向弁の緩衝室間）内にガードトラップを設置することを含んでおり、これにより、最初の始動、又は圧力スイング吸着ユニット内に湿った空気、又はその他の汚染物が導入された場合の保守のための中断の後の始動の際のように、移動する汚染物を捕捉することができる。このようなガードトラップの能力、及び選択は周期的な再生、又は交換によって維持することができる。軽還流ライン内のガードトラップはサージ吸着体室、又は平衡緩衝タンクとして有効に作用する。
【００９８】
これ等のガードトラップの１個が生成物ライン内にあれば、その定常状態湿度レベルは乾燥送出生成物の湿度レベルにほぼ、相当している。生成物送出導管、ライン、又は室を包囲している区域内におけるような、生成物端における水蒸気圧力は目標として、この例では、通常、３０℃で約０．００５ｐａ から約０．１ｐａ の範囲内にある選択された吸着剤材料の圧力に、ほぼ等しくあるべきである。もし前もって水を含んでいるガードトラップを軽生成物に、流体流通可能に連結すれば、生成ガスの置換パージによって、再生させることができる。補助弁装置を使用して、置換パージのために、軽還流ラインと、生成物ラインとの間にスイッチガードトラップを回転させることができる。（１）吸着体のフロント端におけるガード層を再生するための汚染物シンクとして、又は（２）ユニットを運転停止した時のブレーザラインのためのガードトラップとして、使用されるいずれのガードトラップをも再生するために、生成物流体を使用してもよい。
【００９９】
Ｂ．運転停止の手順
吸着体のガード層内に予め吸着された汚染物の前方拡散は圧力スイング吸着ユニットが運転停止している時は、汚染物感受吸着剤を徐々に非活性化する。前方拡散に対処するための代案の開示された対策としては（１）分離弁、（２）ガード層の汚染物含有量を減少させるため、運転停止中のパージ、（３）ガード層内の汚染物の定常状態含有量を減少させるため、正常作動における比較的高い温度での作動、（４）休止モード中のガード層の冷却、（５）休止モード中の間欠的な、又は連続的なパージの実施、及び（６）汚染物感受吸着体材料の汚染を防止するため、拡散をフロントから戻して駆動するよう、休止モード中、間欠的な始動操作手順、及び／又は正常作動の手順を実施、及び（１）〜（６）の全ての可能な組合せがある。これ等の代案は圧力スイング吸着プラントの全ての吸着体に対して使用する。
【０１００】
ガード層は層内の吸着された汚染物の若干を、好ましくは大部分を消滅させるため、再生させることができる。最初のガード層再生は運転停止した時の生成物ガスのような貯えられた乾燥流体による自動的なバックパージによって、行うことができる。ガード層のほぼ完全な再生を達成するために、大量の貯えられたパージガスが必要であるから、真空ポンプの助けを借りて、パージ流の速度を上昇させ、バックパージにより、有効な再生を増大する。
【０１０１】
パージ流は供給ガスを使用することによって導入することもできる。供給ガスとして出発する通常の再生ガスはガード層を通じて、両方向に通る。正常の作動にわたり、再生作用を増大させるため、供給ガスがガード層に到達する前に、供給ガスを予め洗浄することができ、又は生成物の流れを、又は両方の流れを実質的に減少させることによって、前方への流れを減少させることができる。次に開示するところはこの要旨に関するものである。
【０１０２】
運転停止中、及び真空による補助作用があっても、無くても、バックパージが行われている間、ガード層の補助的加熱によって、ガード層の再生を著しく増大することができる。代案としての熱源としては補助抵抗ヒータ、（例えば、吸着剤シート内の金網、又は箔の）誘導渦電流加熱、又はマイクロ波放射がある。
【０１０３】
マイクロ波の助けを借りる脱着も使用することができる。例えば、マイクロ波を使用して、吸着剤からガスを脱着することができる。ＮａＸ ゼオライトのような特殊な吸着剤はマイクロ波を強力に吸収する。従って、マイクロ波を吸着する能力に関して、特別なゼオライトを選択し、吸着されたガスを脱着することができる。更に、金属構造のような構造を設け、乾燥剤の区域、及び／又は吸着剤の区域のような希望する区域にマイクロ波を閉じ込めることもできる。例えば、金属セグメントセパレータを有するガス洗浄「ホイール」を使用する回転圧力スイング吸着モジュールにマイクロ波エネルギーを送給し、このモジュールの特定のセグメントにマイクロ波を閉じ込めることができる。
【０１０４】
水、及びその他の吸着された材料を脱着するため、マイクロ波を使用することはＭｅｚｅｙ 等に与えられた米国特許第４３２２３９４ 号、小林等に与えられた米国特許第５２２７５９８ 号、及び第５２８２８８６ 号、Ｂｏｔｉｃｈに与えられた米国特許第５４２９６６５ 号、Ｏｐｐｅｒｍａｎ等に与えられた米国特許第５５０９９５６ 号、Ａｃｋｌｅｙ等に与えられた米国特許第５７６６３１１ 号、及びＥｒｔｌ等に与えられた米国特許第６０２２３９９ 号を含む特許文献において、既知である。
【０１０５】
代案として、パージ流体の慎重に増大された熱によって、真空ポンプ、及び再循環ガス流によって、作動する圧縮機により、又はパージガスに流体接触する熱交換器によって、ガード層に熱を与えることができる。この圧力スイング吸着供給圧縮機は加熱された流体を供給することができ、例えば、運転停止中に、通常の圧力比より一層高い圧力比で作動し、供給ガスの熱を増大し、パージ機能をも増大することができる。ガード層を加熱する直接の方法は弁面の機械的負荷を増大することによって増大する回転弁シ−ル摩擦による。
【０１０６】
圧力スイング吸着の作動温度を上昇させる時、ガード層の汚染物の減少が可能である。このことはガード層を洗浄するのに必要な時間の長さ、及び必要なパージガスの容積を減少させるのを助ける。
【０１０７】
複数個のガード層を使用して、汚染物の前方拡散を減少させることができる。第１ガード材料を少なくとも第２ガード材料から、分離することができ、これ等ガード材料は当接していてもよく、又は少なくとも第１ガード材料と、第２ガード材料とが配合物であってもよい。供給端から吸着剤までの流路に沿い、流体の流れに関して第２ガード材料は第１ガード材料よりも汚染物に関して、一層大きな容量、及び類似性を有していて、前方拡散速度を減少させることができる。
【０１０８】
真空による補助作用、及びガード層の補助加熱を行っても、後方パージのために必要なパージガスの容積は不当に大きい。従って、本発明の他の要旨はガードトラップに通る生成物ガスによる再循環パージのため、真空ポンプを使用する後方パージを拡大し、このガードトラップに通る生成物の流れにより、及び／又は熱スイング加熱により、正常作動中に、ガードトラップを再生する。
【０１０９】
一旦、完了すると、又はガード層内の汚染物量を減少させることと相まって、上昇している休止中の圧力に備えるため、ブランケットガスを導入することができ、システム内の全ての漏洩物を外方に指向させ、及び／又は吸着体、及び関連する流通路内に存在する流体を排除する。
【０１１０】
Ｃ．休止モード
適正な運転停止は汚染物感応吸着剤の帯域を不活性化から防護する。ガード層と、各吸着体内の汚染物感応吸着剤との間に分離弁を設けてもよい。これ等の弁はユニットが作動している時はいつでも開いているが、ユニットが停止すれば自動的に閉じる。分離弁は通常、閉じており、次に、大気圧以上に加圧されている供給ガスの収容により、又は好適な実施例の回転圧力スイング吸着モジュールの回転により、又は電気的、又は空気の信号により、開く。分離弁は周囲の温度の変動に起因するいかなる圧力変動にも抵抗するよう緊密な流体シ−ルとなり、この弁を横切る汚染物質の流れを最少にするので好適である。
【０１１１】
或る変形では、休止モードにおける汚染物拡が駆動される運動に対する対抗を正常モードにおいて、圧力スイング吸着を周期的に再始動させることによって助け、ガード層の供給端に向け、汚染物フロントを再設定する。代わりに、間欠的、又は連続的なパージガス、又はブランケットガスを吸着体内に送り込み、汚染物の拡散物質を相殺させることができる。
【０１１２】
運転停止の手順は汚染物安全休止状態に、圧力スイング吸着ユニットを置くように計画し、この汚染物安全休止状態において、吸着ユニットを置くように計画し、この汚染物安全休止状態において、吸着体の生成物端への汚染物漏洩を適切な緊密シ−ル遮断弁、及び／又は逆止弁によって、最少にし、好ましくは実質的に消滅させる。正常作動中、いかなる動的シ−ルも低摩擦で、寿命が長いように設計すべきである。運転停止中、シ−ルの緊密性は一層、重要となり、正常の作用に必要な動的シ−ルを横切る汚染物のいかなる直接の進入をも最少にし、好ましくはほぼ消滅させる。緩衝室の緊密なシ−ルは休止シ−ルを掛合させることによって増大する。汚染物の進入に対する他の抵抗は、交換、又は再生に対する備えが行われれば好適であるが、緩衝室内にガードトラップを使用することである。また、緩衝室、又はプロセス収容シール帯域の外側に、一次シ−ルの周りに、ガードトラップを設置することができる。
【０１１３】
温度の上下の変動が吸着体の吸着される容量を減少させ、増大させる場合には、吸着流体に対する吸着体の容量は温度変化によって、影響を受ける。圧力スイング吸着の注意深い管理が無いと、圧力スイング吸着ユニットを休止させた時、このユニットは湿った空気のような汚染物含有大気に外部露出しており、又は汚染物含有供給ガスに露出しており、日中の温度、及び気圧の通常の変動を受け易いので、汚染物質の進入の可能性がある。次に、本発明はこの「熱サイクリング」に起因する圧力スイング吸着ユニットの吸着体の内外への「通気」を防止し、即ち管理するための課題を解決することを目指す。
【０１１４】
数個の実施例を有する本発明の一態様においては、休止中、圧力スイング吸着ユニットの汚染物感応帯域を全部、又は少なくとも一部シ−ルする。上述したように、ガード層に残っているいずれの汚染物をも最少にする工程を行い、又は汚染物感応帯域内への拡散速度を減少させ、又は最少にする方法を使用する。温度変動に起因する流体圧力の内部の増大、又は減少を最少にするため、圧力スイング吸着ユニットを完全に絶縁するか、エアコンディショニング室のような調整された大気、又は一定温度に調整した連続、又は間欠の循環ブランケットガスを吸着体に設けるのが選択肢である。また一つの選択肢は正常作動中、生成物流体によって再充填し得るガードトラップを通じて、連続的に洗浄される再循環調整ブランケットガスを設けることである。
【０１１５】
完全にシ−ルされた運転停止中、運転停止した後、圧力スイング吸着ユニット（又はその汚染物感応帯域）を全てのポートについて緊密にシ−ルする。このユニットはその正常作動温度（ここでは平素の大気温度より若干高いものと仮定している）から冷却するから、強力な真空を作用させることができ、吸着された成分が拡散によって、再配置する間、その真空は一層、強力になる。正圧のブランケット流体は緊密に遮断された吸着体、及び連結された流体通路を常時、大気圧以上に維持することができる。圧力調整器、又は逃し弁をブランケットガス供給位置の下流に設置し、或るケースにおいて１００ｋＰａ のように大気圧に対し最小圧力差を確実にする。内方への遅い漏洩の結果、又はユニットの不注意の加熱の結果として、圧力が一層高い圧力まで循環を始めると、過剰な流体を排出するため、逃し弁を設けることができる。
【０１１６】
他の開示された実施例では、圧力スイング吸着ユニットを全ての供給端ポート、排出端ポート、及びシ−ルにおいて緊密にシ−ルするが、大気温度、及び大気圧の変化に応動するブレーズイング、即ち通気ができるように、生成物端をブランケットガス供給位置に連結する。
【０１１７】
他の開示された実施例では、圧力スイング吸着ユニットを全ての生成物端ポート、及びシ−ルにおいて緊密にシ−ルするが、大気温度、及び大気圧の変化に応動する制限されたブレーズイング、即ち通気ができるように、供給ポートを部分的にのみシ−ルする。ユニットを構造的に過負荷にするか、又は全ての注意にも拘らず、湿った空気を生成物端に吹き込むことが生ずる危険がある過大な圧力、又は真空差を防止するのに必要な程度だけの限定された供給端ブレーズイング、即ち通気ができるよう、低クラッキング圧力設定のクロスオーバ逃し弁を設けることができる。
【０１１８】
或る実施例では、（プロセスガスを空気と混合しても有害でなく、危険でない場合には）周囲の空気の代わりに、又は任意他の汚染物含有流体の代わりに、供給端ブランケットガスを使用することができ、このような汚染物含有流体の圧力スイング吸着ユニットの供給端への通気は吸着体の供給端のガード層を通じて行われる。ブレーザは圧力スイング吸着ユニットの供給端に、連通する供給ポート、又は排出ポートに設けることができる。更に、吸着体によって吸い込まれ、追い出された流体がガードトラップに通る場合には、ブレーザをガードトラップに連結することができる。
【０１１９】
空気分離圧力スイング吸着のため、更なる改善は圧力スイング吸着モジュールに組み合わせた空気ブレーザガードトラップ、及び空気ブレーザの熱的な設計であり、周囲温度のスイングは空気ブレーザに関連するガードトラップに迅速に貫入し、圧力スイング吸着モジュールに一層遅く貫入する。この場合、空気ブレーザガードトラップ内の温度スイングと、このガードトラップに通る空気の流れの温度スイングとの間に位相のずれが確立される。これは、これ等の空気の流れは圧力スイング吸着ユニットの吸着体内の遅れた温度変化の割合に同相であるためである。空気ブレーザガードトラップが既に冷却して、湿気を強力に吸着するようになった後、圧力スイング吸着ユニットは冷却しつつあるので、このユニット内への空気の流れが発生する。空気ブレーザガードトラップが既に暖まっていて、吸着した水蒸気を放出するようになった後は、圧力スイング吸着ユニットは暖まっているので、このユニットの外への空気の流れが発生する。
【０１２０】
従って、空気ブレーザガードトラップ内に熱スイング吸着プロセスが確立され、２４時間の正常サイクルで、圧力スイング吸着ユニットの外に、水を緩やかに放出するように作動する。この補助的な熱スイング吸着湿気放出プロセスは余分な熱スイングのため、受動的な増大する太陽熱を有することができる。吸着体内の酸素に窒素が混合する割合を最少にするため、この空気ブレーザガードトラップは大きな容積と、長い流路とを有するように設計されている。上述の装置、及び方法は使用される供給ガス、及びブランケットガスの含有量に基づいて、他の流体、及び汚染物についても使用することができる。
【０１２１】
ブレーザは（ガードトラップがあっても、無くても）長い管として設けられ、汚染物含有ブランケットガス、及び吸着体内の乾燥生成物ガスのバルク混合を遅らせる。この実施例のテストの結果、（周期的な周囲の温度の変動による強制による）空気の通気による吸着剤の不活性化の速度はブレーザによって著しく遅くなることが明らかになっており、このブレーザの内部容積は吸着され、脱着される容積よりも著しく少ない。
【０１２２】
本発明の更に他の態様は大気圧力にほぼ平衡している膨張させた袋ダイアフラムのような空気ブレーザを設け、湿った外部の空気が吸着体内の乾燥酸素にバルク混合するのを防止する。
【０１２３】
不均一な吸着剤の劣化は圧力スイング吸着ユニットが休止している時に起こり得るもので、これは吸着体は種々の運転停止循環パターン、及び汚染物への露出を受けるためである。この危険は次の手段のいずれかによって対応することができ、その手段は（１）運転停止の際、汚染物を非常に厳密に除去すること、（２）運転停止中、回転子を周期的に回転すること、及び（３）運転停止中、弁面を弁座から離し、全ての吸着体に共に通気することである。
【０１２４】
Ｄ．始動の手順
休止モードから圧力スイング吸着を始動するにはガード層を過負荷にしないように、汚染物含有流体が吸着体に入るように注意することが必要である。ガード層が正常な作動温度より相対的に低温であれば、供給ガス汚染物がガード層に添加される量を減少させるには次の方法で達成することができる。即ち、（１）絞り、又は圧力スイングを減少させることにより、供給流、又は生成物流を減少させること、（２）正常作動よりも高くサイクル速度を上昇させること、及び（３）供給導管内にガードトラップを使用することである。できるだけ迅速に、正常作動温度に達せしめ、ガード層が吸着剤帯域より、実質的に早く温度上昇しないようにするのが好適である。
【０１２５】
生成物端に汚染物が進入する危険を減少させるため、いかなる休止シ−ルも開く前に、いずれの緩衝空間にも、フラッシングを行うのが好適であり、休止シ−ルを外す前に、いかなる緩衝ガスも作動圧力にあって、確実に流動させるのが好適である。汚染物の進入に抵抗するために使用する他のシステムは圧力スイング吸着プロセスを開始する前に、動的シ−ルを作動させる前に、準備ができた状態にすべきである。
【０１２６】
ＩＩＩ．  図面を参照する例示の圧力スイング吸着システムの説明
それぞれの作動に関して説明する装置、システム、及び方法の実施例はこれに限定されないが、静止ベッド、回転ベッド、及び回転弁システムを一般に有する圧力スイング吸着システムに関する。しかし、図面に示す実施例は特に、毎分約１０サイクル、又はそれ以上、また特に毎分約３０サイクル、又はそれ以上のような装置の回転サイクル速度が比較的高く、軸線方向に流体を流す場合、及び半径方向に流体を流す場合の両方の回転圧力スイング吸着システムに関する。
【０１２７】
Ａ．図１〜図６
図１は小規模の酸素発生に特に適している回転軸流圧力スイング吸着モジュール１の一実施例を示す。軸流システムを参照して説明する水分管理の要旨は一般に半径流の実施例にも適用可能である。半径流圧力スイング吸着モジュールの一実施例は図６を参照して説明する。前に説明したように、水の汚染と、酸素分離圧力スイング吸着に関しては水とは限定されず、吸着体に有害で、吸着体を不活性化させる全ての汚染物を含む。
【０１２８】
図１を参照して、モジュール１は吸着体ハウジング体４の内部に「Ｎ個」の吸着体３を有する。各吸着体は第１端５と、第２端６とを有し、これ等の間の流路は窒素選択吸着剤に接触する。各吸着体はその第１端に隣接する第１帯域３Ａと、第２端まで延びる第２帯域３Ｂとを有する。第１帯域３Ａではガード層は活性アルミナ、又はゼオライト吸着剤のようなガード材料を有し、第２帯域３Ｂは更に以下に説明するような水感応窒素選択吸着剤を有する。通常、帯域３Ａは第１端と第２端との間の吸着体長さの約２０％にわたり延在しており、帯域３Ｂ（この帯域３Ｂは種々の吸着剤を含む複数個の帯域に細分されている）は残りの８０％である。これ等吸着体は吸着体ハウジング体の軸線７の周りに、軸線に関し対称な群に展開している。ハウジング体４は軸線７の周りに、第１弁体８、及び第２弁体９に対し、相対回転運動する。ハウジング体４は第１弁面１０を横切って、第１弁体８に掛合し、第１弁体８に供給空気を供給し、この第１弁体８から重生成物として、窒素濃縮空気を引っ張る。更に、ハウジング体４は第２弁面１１を横切って、第２弁体９に掛合し、第２弁体９から軽生成物として、酸素濃縮空気を引っ張る。
【０１２９】
或る実施例（図１６、及び図１７に一部を示す）では、吸着体ハウジング体を静止し、第１弁体、及び第２弁体を回転させる。図１〜図１５に特に示したこれ等の好適な実施例では、吸着体ハウジング４は回転し、以後、この吸着体ハウジングを吸着体回転子４と呼ぶ。一方、第１弁体、及び第２弁体は静止していて、モジュールの固定子組立体１２を構成している。第１弁体は以後、第１弁固定子８と呼び、第２弁体は以後、第２弁固定子９と呼ぶ。固定子１２と吸着体回転子４とによって画成された環状空間は回転間隙として必要であり、以後、間隙ギャップ１３と称する。
【０１３０】
図１〜図１５の実施例では、吸着体に通る流路は軸線７に平行であるから、流体の流れの方向は軸線方向であり、第１弁面、及び第２弁面は軸線７に垂直な平坦環状ディスクとして示されている。しかし、一層一般的には吸着体内の流れの方向は軸線方向、又は半径方向、又はその間の或る角度であってもよく、第１弁面、及び第２弁面は軸線７に中心を占める任意の回転図形であてもよい。図６の実施例では、吸着体に通る流路は軸線７に垂直、即ち横方向であり、流体の流れは半径方向である。吸着体内の半径方向の流れの方向、又は軸線方向の（又は若干の角度をなす）流れの方向に関係なく、プロセスの工程、及び画成すべき機能隔室は同一の角度関係にある。
【０１３１】
図２〜図５は矢印１４−１５、１６−１７、及び１８−１９によって画成された平面内のモジュール１の横断面である。各断面内の矢印２０は回転子４の回転方向を示している。
【０１３２】
図２は吸着体回転子に交差する図１を横切る断面１８−１９を示す。この場合の「Ｎ」は７２である。吸着体３は吸着体回転子４の内壁２２と外壁２１との間に取り付けられている。この図面では、各吸着体は吸着体シート２３の長方形の平坦パック３を備え、これ等のシートの間にスペーサ２４を有し、この場合、スペーサ２４によって、軸線方向の流路を画成している。吸着体の間にセパレータ２５を設け、空隙空間を充填し、吸着体間の漏洩を防止する。
【０１３３】
吸着体シートは好適な実施例では、ガラス繊維、金属箔、又は金網である補強材を具え、適切な結合剤によって、この補強材に吸着剤材料を取り付けている。濃縮酸素を発生するための空気分離には、第２帯域３Ｂ内の代表的な吸着剤はＸ型、Ａ型、又は斜方沸石型のゼオライトであり、通常はリチウム、カルシウム、ストロンチュウム、マグネシウム、及び／又はその他の陽イオンで置換したものであり、また、この分野で既知の最適化した珪素対アルミニウム比を有するものである。ゼオライト結晶は吸着剤シートマトリックス内に、シリカ、粘土、及びその他の結合剤によって、又は自己結合によって結合している。
【０１３４】
満足な吸着剤シートは結合剤成分を有するゼオライト結晶のスラリーを補強材にコーティングすることによって造られており、成功した例としては不織ガラス繊維スクリム、織物金属繊維、及び膨張アルミニウム箔を含む。隆起したパターンにプリントし、又はエンボス加工により、又は吸着剤シートの隣接する対の間に加工スペーサを設置することによって、スペーサを設ける。代案としての満足なスペーサはフォトリソグラフパターンに流路をエッチングして設けた金属箔、不織ガラス繊維スクリム、及び織物金網として設けている。
【０１３５】
代表的な実験的なシート厚さは１５０ミクロンであり、スペーサの高さは１００〜１５０ミクロンの範囲であり、吸着体の流路の長さは約２０ｃｍである。Ｘ型ゼオライトを使用すれば、毎分２０〜３００サイクルの範囲の圧力スイング吸着サイクル周波数で、空気から酸素を分離するのに優れた性能を達成することができる。所要に応じ、生成物流体を発生するのに、一層低いサイクル速度を使用することができる。
【０１３６】
図３は矢印１４−１５、及び１６−１７によって画成された平面内のそれぞれの第１回転弁面、及び第２回転弁面の回転子４のポートを示す。吸着体ポート３０は各吸着体の第１端５、又は第２端６から、それぞれ第１ロータ弁面、又は第２ロータ弁面に直接流体連通を生ぜしめる。
【０１３７】
図４Ａは矢印１４−１５によって画成された平面内の第１弁面１０の第１固定子８の第１固定子弁面１００を示す。導入口フィルタ１０２から供給空気を導入する供給圧縮機１０１への流体連結と、第２生成物送出導管１０４に窒素濃縮第２生成物を送出する排出器１０３への流体連結とを示す。圧縮機１０１、及び排出器１０３を駆動モータ１０５に結合して示す。
【０１３８】
矢印２０は吸着体回転子による回転方向を示す。シ−ル１０６と１０７との間の環状弁面において、供給隔室、及び排出隔室に開口する第１固定子弁面１００の開放区域は白い部分である角セグメント１１１〜１１６によって示されており、この角セグメントは同じ符号１１１〜１１６で示した機能隔室に直接連通する第１機能ポートに対応している。機能隔室間の弁面１００の実質的に閉じた区域はハッチを付した扇形部１１８、１１９によって示されており、この扇形部は過大な漏洩が無く、摩擦、及び摩耗を減少させるような零間隙、叉は好適には狭い間隙のスリッパである。代表的な閉じた扇形部１１８は吸着体が隔室１１４に開放するのと、隔室１１５に開放するのとの間の遷移を示している。徐々の開放はスリッパとシ−ル面との間のテーパのある間隙路によって生ずることができ、新たな隔室に開きつつある吸着体の緩やかな圧力平衡を達成する。非常に幅の広い閉じた扇形部（例えば１１９）を設け、吸着体の他端からの加圧、又はブローダウンが行われている時、吸着体の一端への流れ、又は一端からの流れを実質的に閉じる。
【０１３９】
この実施例における供給圧縮機は供給加圧隔室１１１、１１２に、及び供給生産隔室１１３に供給空気を供給する。導管１８１を通じて、隔室１１３を圧縮機１０１に連結する。隔室１１３が圧力スイング吸着サイクルの一層高い作動圧力にある間、隔室１１１、１１２は順次増大する作動圧力を有する。従って、圧縮機１０１は各隔室に供給流の適切な容積を送給する分割流圧縮機システム、又は多段圧縮機システムであって、隔室１１１、１１２の中間圧力レベルを通じて吸着体の加圧を達成し、隔室１１３を通じて最終加圧、及び生産を達成する。分割流圧縮機システムには多段圧縮機と同様に、シリーズで相互段送給ポートを設けることができ、又は複数個の圧縮機、又は平行な圧縮機シリンダを設け、それぞれが隔室１１０〜１１３の作動圧力まで供給空気を送給するようにしてもよい。代案として、圧縮機１０１によって、一層高い圧力まで、供給空気を送給し、供給空気の若干を絞り、それぞれの中間圧力で加圧隔室１１１、１１２に供給空気を供給する。若干の好適な実施例（図示せず）では、圧力スイング吸着装置は大部分の水素分離装置におけるように、圧縮機に直接連結せず、又は供給源からの供給ガスのいかなる圧縮をも必要としない。
【０１４０】
同様に、排出器１０３は向流ブローダウン隔室１１４、１１５から、これ等の隔室の順次、減少する作動圧力で、最後にはサイクルの圧力が一層低い排出隔室１１６から、濃縮窒素ガスのような重生物成ガスを排出する。圧縮機１０１と同様、排出器１０３は多段機械、又は分割流機械のように、シリーズに、又は並列に段を設け、一層低い圧力に低下する適切な中間圧力で各流れを受け入れる。
【０１４１】
図４Ａの例示の実施例においては、一層低い圧力は周囲圧力であり、従って、排出隔室１１６は重生成物送出導管１０４に直接、排出を行う。従って、排出器１０３は向流ブローダウン隔室１１４、１１５からエネルギー回収を伴う圧力降下を生じ、このエネルギー回収はモータ１０５を助ける。簡明のため、排出器１０３の代わりに、隔室１１４、１１５から向流ブローダウン圧力降下手段として、絞りオリフィスを用いてもよい。
【０１４２】
或る好適な実施例では、圧力スイング吸着サイクルの一層低い圧力は大気圧以下である。その場合、図４Ｂに示すように、真空ポンプとして、排出器１０３を設ける。ここでも、真空ポンプを多段真空ポンプ、又は分割流真空ポンプにしてもよく、シリーズの、又は並列の別個の段を設け、最も真空度の高い負圧である圧力より一層高い作動圧力でそれぞれの隔室から出る向流ブローダウン流を受け入れるようにする。図４Ｂにおいて、隔室１１４からの初期の向流ブローダウン流を大気圧で、重生成物送出導管１０４に直接、解放する。簡略の目的で、単一段真空ポンプを使用するとすれば、隔室１１５からの向流ブローダウン流はオリフィスを経て、一層低い圧力まで抑圧下降させ、真空ポンプの導入口で、隔室１１６からの流れに合流させる。
【０１４３】
図５Ａは図１の矢印１６−１７によって画成された平面内の第２弁面１１内の第２固定子９の第２固定子弁面１２０を示す。この弁面の開いているポートは第２弁面機能ポートであって、軽生成物送給隔室１２１に、多数の軽還流退出隔室１２２、１２３、１２４、１２５に、及び第２固定子内の同一数の軽還流復帰隔室１２６、１２７、１２８、１２９に直接連通する。第２弁機能ポートは円周シ−ル１３１、１３２によって、画成される環状リング内にある。軽還流退出隔室、及び軽還流復帰隔室の各対はバックフィル圧力等化、全圧力等化、又は部分圧力等化への供給、及びパージのためのコーカレントブローダウンの圧力スイング吸着プロセス機能のため、それぞれ軽還流圧力降下の段を提供している。流体をパージするための軽還流は軽還流ポート１２２、１２３、１２４、又は１２５のいずれかから引き出すことができる。この実施例はポート１２４からポート１２６までの供給パージループを示している。一方弁１４１を使用して、汚染物を含有している可能性がある流れが逆流しないようにする。この要旨は圧力降下手段、及び各軽還流段のためのプロセス制御手段としての一連の絞りオリフィス１５０を使用する一層簡単な代案を示している。
【０１４４】
ガードトラップ（この例では乾燥剤トラップ）１３５、１３６はそれぞれ軽生成物送出導管１４７、及び導管１３４のような各軽還流ループ導管の中に設置することができる。連続使用によって、トラップが汚染物で飽和し、汚染物を放出する可能性があるので、ガードトラップは交換し、又は再生することができることが必要である。後の部分で、若干の実施例を説明する。
【０１４５】
図５Ｂは分割流軽還流エキスパンダ１４０を設けて、エネルギー回収を伴う４個の軽還流段の圧力降下を行う場合、エネルギー回収を伴う軽還流圧力降下の選択肢を示す。また、図５Ｂはパージ流体としての生成物ガスを用いる選択肢を示す。４個の軽還流段が図示のように軽還流退出隔室１２２と、軽還流復帰隔室１２９との間、軽還流退出隔室１２３と軽還流復帰隔室１２８との間、軽還流退出隔室１２４と軽還流復帰隔室１２７との間、軽還流退出隔室１２１と軽還流復帰隔室１２６との間にそれぞれ軽還流ループ導管１３４を有する場合、軽還流エキスパンダは各４個の軽還流段のための圧力降下手段として作用する。
【０１４６】
軽還流エキスパンダ１４０を駆動軸１４６によって、軽生成物圧力ブースタ圧縮機１４５に結合する。圧縮機１４５はポート１２１から軽生成物を受け取り、（圧力スイング吸着サイクルの一層高い圧力より高い送給圧力まで圧縮されている）この軽生成物を送出導管１４７に送出する。窒素選択ゼオライトについての酸素濃縮のためには、軽還流、及び軽生成物は共に、ほぼ同一純度の濃縮酸素流である。その結果、エキスパンダ１４０、及び軽生成物圧縮機１４５は単一のハウジング内に、ほぼ密封されており、これ等は図１に示すように第２固定子についての制御に便利に統合されている。別個の駆動モータを有しない「ターボ圧縮機」酸素ブースタのこの形態は有利であり、これは、外部のモータ、及び対応する軸シ−ルが無くて、生成物酸素の有効な圧力増大を達成でき、軸速度が非常に高速になるよう設計した時、この圧力増大は非常にコンパクトに行えるからである。
【０１４７】
図１に戻り、矢印３５によって示すように、比較的高い圧力の供給空気を隔室１１３に供給すると共に、矢印３６によって示すように、比較的低い圧力で、窒素濃縮重生成物を隔室１１７から排出する。第１弁固定子、及び第２弁固定子と共に一体に組み立てた第１固定子８内に、回転子駆動軸１６２に軸シ−ル１６１を有する軸受１６０によって、回転子を支持する。モータ１６３によって、吸着体回転子を駆動する。
【０１４８】
この実施例では、円周シ−ル１０５、１０６、及び軸シ−ル１６１は上に定義した一次シ−ルである。プロセス収容シ−ルは円周シ−ル１３１、１３２である。緩衝空間はシ−ル１０６、間隙ギャップ１３、空間１７１、及びシ−ル１３１によって画成されている。緩衝シ−ル１７０は２個の緩衝室、間隙ギャップ１３、及び緩衝室１７１のために設けている。緩衝室１７１には図面に示すように、生成物流体が好適な汚染物が無い流体を充填することができる。室１７１には大気圧より約２０ｋＰａ 、叉はそれ以上高い、即ち大気圧より確実に高い緩衝圧力までガスを充填することができる。好適な実施例は緩衝室内にいかなる汚染物をも捕集しないようにするため、流動緩衝ガスを収容できる緩衝室１７１を設計する。シ−ル１３１に密接しているのが好適なチャネル１７６は全ての生成物の流れがほぼ圧力降下なく、通過することができ、室１７１に通ることができる寸法にする。また、好適な実施例は矢印１７７によって示すように、緩衝ガスの正味の流れが潜在的な汚染物漏洩の反対方向になるように、流動緩衝ガス路を設計することである。それ故、乾燥酸素の外方への僅かな漏洩を生じても、湿った空気は緩衝室内に漏洩しない。漏洩を更に最少にすると共に、シ−ルの摩擦トルクを減少させるため、緩衝シ−ル１７０が比較的小さな直径でシ−ル面１７２にシ−ルするようにして、緩衝シ−ル１７０の円周長さが最小になるようにする。緩衝シ−ル１７０は吸着体回転子４の回転子延長部１７５と、第２弁固定子９上のシ−ル面１７２との間をシ−ルし、第２弁固定子９の後部を回転子延長部１７５によって包み込み、緩衝室１７１を形成する。圧力スイング吸着ユニットが回転、及び加圧の正常作動状態下にある間は緩衝シ−ル１７０が比較的軽く掛合して、低摩擦、低摩耗になるように設計し、圧力スイング吸着ユニットが運転停止時には、緩衝シ−ル１７０が休止シ−ルとしてシ−ル面に緊密に掛合するように設計する。
【０１４９】
別個のシ−ル素子として、別個の休止シ−ル１９０をも設け、運転停止中のみ掛合するようにしてもよい。図１は掛合していない、即ち正常作動中の休止シ−ル１９０を示す。流体圧力、又は電気的作動を停止させた時、信号が消滅したことを検出した時、休止シ−ル１９０を作動させ、ばねによってシ−ルを閉じる。休止シ−ルが間隙ギャップ１３と緩衝シ−ル１７０との間を緊密に流体シ−ルする能力を有していてもよく、これにより、汚染物が緩衝室１７１内に、次に吸着体内に通らないようにする。休止シ−ルは掛合時に吸着体回転子４と、固定子組立体１２との両方に接触する。軽生成物機能隔室１２１からの生成物酸素をチャネル１７６によって、緩衝室１７１内に送出し、更に、室１７１を通じて循環した後、この生成物酸素を導管１７７によって、生成物ブースタ圧縮機１４５に送出するか、直接、生成物送出導管１４７に送出する。第１弁固定子８と第２弁固定子９との間の構造的連結として、固定子ハウジング部材１８０を設ける。
【０１５０】
図１Ａ〜図１Ｄは種々の汚染物進入抵抗案を明示するため使用する簡単化した図面である。これ等の図面は圧力スイング吸着装置の残部の完全な機能を示すものでない。
【０１５１】
図１Ａは図１に対する緩衝シ−ルの設置の変形を示す。この場合、矢印３５のように、供給ガスは吸着体３の第１端５に入り、矢印３７のように、生成物は端部６から出ると共に、排出ガスは矢印３６の方向に引き出される。緩衝シ−ル１７０″は一次シ−ル（外周シ−ル）１０６の周りに同心に設置され、ここでは間の空間は緩衝通気口１７９を通じて排出される。生成物はプロセス収容シ−ル１３１、１３２を通じて、吸着体の端部６から出て、間隙ギャップ１３″を通じて、逆止弁１８１、弁２０２を経て、生成物導管１４７に流体流通可能に取り付けられた生成物送出ポートまで移動する。生成物の流れの方向は汚染物の予想される方向に対し、ここでも反対方向である。この実施例において、間隙ギャップが狭ければ、生成物の流れの方向は比較的高速である。間隙ギャップは汚染物に対する連続ガードトラップ１７８として作用するガード材料で裏打ちすると共に、非常に清潔な生成物ガスによって絶えず再生する。
【０１５２】
図１Ｂは回転ベッドシステムのための動的シ−ルの構成の他の変形を示す。ここでは矢印３５に示すように供給ガスは吸着体３の第１端５に入り、矢印３７に示すように、生成物は端部６から出る。ギャップ１９５を通じて、間隙ギャップ１３を大気状態まで開放すると、プロセス収容シ−ル１３１も一次シ−ルとして作用する。（緩衝空間が無い場合の）この形態に関する好適な実施例はプロセス収容シ−ルまでの汚染物含有流体の通路内にガードトラップ１７８を使用することである。
【０１５３】
図１Ｂに示す他の変形はギャップ１９５を連続ハウジング１９６で置き換えた場合である。この構成では、シ−ル１３１はプロセス収容シ−ルであり、一次シ−ルはシ−ル１０６であり、これ等２個のシ−ルは緩衝空間、及び緩衝室１３を画成している。優先的に、等圧化ポート１９７を設置し、周囲の圧力との圧力差を制限する。ブレーザ１９８を通じて、好ましくはブレーザ１９８、及びガードトラップ１９９を通じて、ポート１９７を周囲に連通させることができる。
【０１５４】
図１Ｃは静止ベッドシステムを示しており、吸着体３の供給端において、回転弁を使用し、流れを同期させる。圧力スイング吸着プロセスに影響を与える目的で、軽生成物端において、若干の弁の切り換えを使用する。供給ガスは導管１１３を通じて、動的シ−ル６０を通じて、更にモータ６３によって軸線６２の周りに回転する回転子体６１を経て、ヘビース弁６７に送られる。供給流体はシ−ル６４に指向し、固定子ハウジング６５を通じて、吸着体３に達する。排出ガスは吸着体３から、固定子ハウジング６５、シ−ル６４、及び回転子体６１を通じて指向する。これ等の流体は固定子ハウジング６５に統合された第２固定子ハウジング６６によって収容され、導管１１７を経て、引き出される。
【０１５５】
吸着体３の軽生成物端は方向弁６８を有する通常の導管として示されており、この導管は供給端弁６７、及び吸着体３に統合して、繰り返される同期圧力、及び同期流れを生ぜしめるのに使用されており、生成物流体は生成物導管１４７によって送出される。この図面は単に最も簡単な２個の吸着体による圧力吸着スイングを示しており、更に、軽生成物端の流体のための通常の弁、及び回転供給弁の構成配置を有する全圧力スイング吸着の形態を示していることに注意すべきである。軽生成物端システムは不透過性容器７０内に完全に包まれており、全境界部を横切り緊密なシ−ルが達成されている。この選択肢において、大気に生ずる汚染物はプロセス収容シ−ルである弁ステムアクチュエータを横切って、プロセス内に進入することはできない。静的緩衝空間（静的シ−ルによって区切られた弁の周りの空間）はポート７１まで延びる緩衝流体供給部によって導入される緩衝流体で充填されるのが好適である。周囲の圧力を越える正圧勾配は好適な選択肢である。この緩衝流体も循環されるのが好適であり、緩衝流体をポート７２によって引き出すことにより、緩衝流体はリフレッシュさせる。
【０１５６】
一方弁６９を使用して、下流側の装置、又はプロセスからの逆流するいかなる汚染物をも最少にすることができ、弁７４を閉じることにより緩衝流体として生成物ガスを使用すること、弁７３を通じて生成物流体を容器７０に入れること、及び生成物導管７５を通じて生成物を容器７３から引き出すことのような好適な選択肢を行うことができる。
【０１５７】
図１Ｄも回転圧力スイング吸着システムを示しており、吸着体３の軽生成物端は多数ポート回転ディストリビュータ弁を使用して、圧力サイクル、及び流れのサイクルを同期させる。軽生成物弁７８はモータ８０によって回転する回転子７９を含んでおり、動的シ−ル８１は周期的に吸着体３に連通する。供給ガスは導管１１３内を１組の方向弁７６に達し、次に、吸着体３の１個に指向し、ここで生成物ガスはシ−ル８１を経て、更に軽生成物回転子７９を経て、引き出され、動的シ−ル８２、及び生成物ポート８３を経て、生成物導管１４７内に入る。動的シ−ル８１、８２はプロセス収容シ−ルであり、軽生成物弁ハウジング８４がシ−ルされていない形態では、これ等のシ−ルはまた一次シ−ルであり、周囲の大気からの汚染物の進入に対しては最少量の抵抗を有する。一つの選択肢では、上述したように、保護することができる静的緩衝空間を発生するため、ハウジング８４をシ−ルすることができる。他の選択肢は、ブランケットガス供給源８６に結合されたブレーザ８５を通じて、静的緩衝室を通気し得るようにすることである。他の好適な選択肢は、ブレーザ８７を通じて、好適にはガードトラップ８８を通じて、静的緩衝室を通気し得るようにすることである。方向弁７６を経て、導管１１７を通じて、排出ガスを吸着体３から引き出す。
【０１５８】
吸着体３に、更に軽生成物弁７８に結合されたヘビース弁６７のように、図１Ｃと図１Ｄとに示す装置の組合せも回転圧力スイング吸着と考えられ、本発明から利益を受けることができる。吸着体３、及び第１端弁７８と共に、関連する導管を有する軽生成物端弁６８から成るシステムと、関連する導管とは通常の圧力スイング吸着から成り、本発明から利益を受けることができる。
【０１５９】
図６は大規模な酸素生産モジュールに適する回転半径流圧力スイング吸着装置を示しており、上述したように、回転軸流圧力スイング吸着システムの上述した要旨は半径流システムに適用することができる。図６において、モジュール１′は同一の角度位置に設置され、並列に協働する「Ｍ」個の吸着素子２′を有し、吸着体ハウジング体４′内に「Ｎ」個の吸着体を形成している。この実施例では、Ｍ／Ｎ＝２であり、モジュール１′の横断面に２個の素子が見えている。各吸着体素子２′は第１端５′、及び第２端６′を有し、これ等の間に窒素選択吸着剤に接触する流路を有する。各吸着体素子は第１端５′、及び第２端６′があるところを除いて、吸着体素子を包囲する不透過性表面を有する。素子シ−ル３１′によって、各素子を吸着体ハウジング体４′にシ−ルし、プロセス流体がそれぞれ第１端５′、及び第２端６′によって画成した流路をバイパスできないようにする。各吸着体はその第１端に隣接する第１帯域２Ａ′と、第２端まで延びる第２帯域２Ｂ′とを有する。第１帯域２Ａ′は活性アルミナ、活性炭素、又はゼオライト吸着剤のようなガード層を含み、第２帯域２Ｂ′はここに説明したような汚染物感応吸着剤を含んでいる。通常、第１帯域２Ａ′は第１端と第２端との間の吸着体長さの約２０％にわたり延在し、第２帯域２Ｂ′（この帯域は種々の吸着剤を含む複数個の帯域に細分されている）は残りの８０％である。
【０１６０】
吸着体は第１弁体８′、及び第２弁体９′に対し、軸線７′の周りに、相対回転運動をする吸着体ハウジング体４′の周りに展開している。この実施例では、吸着体ハウジング体４′は軸受１６０′、１６４′によって支持され、軸１６２′を介して、モータ１６３′によって駆動され、第２弁体９′の周りに回転する。軸シ−ル１６１′を使用している。
【０１６１】
ハウジング体４′は第１弁面１０′を介して、第１弁体８′に掛合しており、この第１弁面に供給空気を供給し、第１弁面から重生成物を引き出す。矢印３５′の方向に、導管１１３′によって、供給流体を供給し、矢印３６′の方向に、導管１１７′によって、排出ガスを引き出す。これ等の流体は第１外周シ−ル１０５′、及び第２外周シ−ル１０６′によってそれぞれ保持される。
【０１６２】
更に、ハウジング体４′は第２弁面１１′を介して、第２弁体９′に掛合しており、第２弁面から、酸素濃縮流体のような流体を軽生成物として引き出す。プロセス流体は第１内周シ−ル１３１′、及び第２内周シ−ル１３２′によってそれぞれ保持される。
【０１６３】
生成物圧縮機に結合されたエネルギー回収を伴う軽還流圧力降下の選択肢を示せば、駆動軸１４６′によって、分割流軽還流エキスパンダ１４０′を軽生成物圧力ブースタ圧縮機１４５′に結合する。圧縮機１４５′は軽生成物を受け取り、（圧力スイング吸着サイクルの一層高い圧力より、更に高い送出圧力まで圧縮された）この軽生成物を送出導管１４７に送出する。
【０１６４】
この実施例において、外壁２１′、及び内壁２２′の中に吸着体素子を収容する。ポート３０′はこれ等の壁を貫通していて、吸着体素子端に流体連通している。生成物は或るポート３０′を経て、生成物室３２′内に送出され、生成物圧縮機１４５′によって捕集される。残りの軽還流ラインは生成物流体によって浸漬されているのが好適である。これにより、いかなる汚染物も軽還流導管内に入ることができない。
【０１６５】
圧縮された生成物の一部はライン、即ち管１４２′によってライン、即ち管１４７′から取り出され、内壁２１′、及び外壁２２′によって区切られた区域内への貫通ポートであるポート１４３′に送出される。弁１７９′を使用して、ライン１４２′、１４７′間の流れの混合を調整する。汚染物がない生成物流体を吸着体素子間の容積に通して循環させ、素子のシ−ルをバイパスできるいかなる汚染物も捕集し、次にポート１４４′を通じて、緩衝室１７１′内に送出する。間隙型の動的シ−ルである緩衝シ−ル１７０′によって、この緩衝室は区切られている。次に、緩衝室に入ったこの緩衝流体は、軸の周りに緩衝流体が掃過するように設計された室１７４′に入り、第２緩衝シ−ルであるシ−ル１７３′を通じて出る。更に、このガスは軸の周りの流体を一掃するため、第３緩衝室に送られ、管１４７′内の残りの生成物流体と結合する。シ−ル１７３′及び一次シ−ル（第２外周シ−ル）１３２′は（更に、吸着体ハウジング４′、及び第２弁体９′もこれに加わって）第４緩衝室を画成する。
【０１６６】
以前の実施例におけるように、ここで緩衝シ−ル１７０′の方向に向かう潜在的な汚染物の流れの方向と反対方向に、汚染物が集まるのを避けるため、緩衝ガスを平滑な流れとして指向させるように、緩衝室を設計する。この実施例の緩衝室は早い流速になるよう、比較的小さな直径の周りの狭い間隙として、設計されている。この細いギャップを通じて、流すよう、生成物の若干、又は全てを運ぶようにしてある。この細いギャップによって、高速ガス速度が得られ、汚染物が反対方向に移動する可能性を最小にする。次に、この流れは、最終的な送出のため、生成物管１４７′に戻される。
【０１６７】
ユニットが休止している間に、緩衝室をシ−ルするため、休止シ−ル１９０′を利用する。この休止シ−ルを緩衝シ−ル１７３′と一次シ−ル１３２′との間に設置する。
【０１６８】
Ｂ．  図７〜図１６
ここに開示する次の図面においては、簡単化した略線図によって上述の例示の圧力スイング吸着装置を示している。これ等の非常に簡単化した図面は第１弁面１０への単一供給導管１８１、及び第１弁面１０からの単一重生成物導管１８２、供給導管１００を有する単一圧縮機１０１、送出導管１０４を有する単一排出器１０３、これ等の圧縮機の少なくとも１個を作動させるのに必要な装置、軽生成物送出導管１４７、及び第２弁面１１に連通する圧力降下手段を有する代表的な単一軽還流段１８４を示している。図７〜図１６は回転吸着体を有する圧力スイング吸着の実施例、回転ディストリビュータ弁、及び静止吸着体を有する圧力スイング吸着の実施例、及び最大の一般性としてのいずれかの形式の一方弁機構、及び任意多数の静止、又は移動吸着体を有する他の圧力スイング吸着装置を含んでいる。
【０１６９】
（ガード層３Ａ、及び吸着剤層３Ｂと共に）吸着体３は軸線７の周りに回転するように示した（図７〜図１６では破線で示した）吸着体隔室２００内に収容する。以下に開示する若干の実施例では、隔室２００の熱の管理は重要である。また、吸着体隔室２００は圧力スイング吸着プロセスの弁操作、及びプロセス理論の若干、又は全てを包含しており、この場合、吸着体を表示するのに、どのような機械的表示を用いてもよい。隔室２００は単に、或る程度、外部の環境から分離された所定の熱管理の許にある区域であり、即ち、流体の通路による汚染物の進入に対して、圧力スイング吸着システムを防護する一般対策として、外部汚染物含有雰囲気から分離するように、隔室２００は物理的に収容されている。
【０１７０】
次の実施例は圧力スイング吸着ユニットの正常作動、始動、運転停止の手順、及び休止状態下にある敏感な吸着剤についての汚染物管理に関する解決策を提供する。この説明は特に水に敏感な窒素選択吸着剤についての酸素濃縮への重要な適用に焦点を合わせているが、プロセスに伴う、やむを得ないものの一部として、圧力スイング吸着ユニット内に導入され汚染物に接触するか、圧力スイング吸着ユニットに外部から接触することによって、不活性化し、又は劣化する吸着剤から、ガス混合物を除去する（又はガス成分を精製する）圧力スイング吸着装置、及びプロセスに、本発明の要旨は広く適用することができることは明らかである。
【０１７１】
図７は生成物送出導管１４７内にシリーズに展開した逆止弁２０１、及び遮断弁２０２を示し、圧力スイング吸着ユニットを運転停止した時、生成物受納部側、又は消費部側から、水が戻るように移動するのを確実に防止する。
【０１７２】
図７は軽生成物保管容器、又はサージ室２０３を更に示し、この室２０３は導管１４７に連通しており、圧力スイング吸着ユニットの低圧化、及び運転停止の際、乾燥剤吸着体帯域の一部再生のための停止パージガスとしての或る容積の乾燥軽生成物ガスをこの室２０３は提供する。パージ中、回転子、又は回転弁を回転維持し、全ての吸着体を等しくパージするのが最も望ましい。受納部２０３からの限定された量のパージガスによって、達成され得る乾燥剤帯域３Ａの再生の程度を増大するように、真空ポンプ１０３を作動させる。
【０１７３】
また、図７は絶縁ユニットとしての隔室２００を示し、この隔室２００を使用して、装置内の熱的変化を最少にし、吸着体が通気する傾向を減少させることができる。また、或る実施例では圧力スイング吸着のためのブランケット流体を発生させるのにパージ容器２０３を使用し、生成物端のブレーザのための流体源として、パージ容器２０３を使用することができ、更に、吸着体内の温度変化を減少させるブランケット流体を生ずるように、パージ容器をコンディショニングすることができる。
【０１７４】
また、図７はガード層ヒータ装置２１０を示し、サージ室２０３から運転停止中のパージを行っている間の再生を増大するため、ガード層３Ａを加熱するのにヒータ装置２１０を使用する。一般に、局部的な加熱のため、このヒータ装置２１０は任意の技術を使用する。代案としての適切なヒータ装置としては吸着体帯域３Ａに埋設された電気抵抗ヒータ、又は赤外線放射、又はマイクロ波放射に基づくものがある。吸着剤積層体の若干の好適な実施例は吸着剤シート支持体として金網、又は金属箔を使用し、誘導渦電流加熱も本発明の範囲内にある実行可能な加熱装置の提案である。弁面１０における回転弁シ−ル上の負荷を増大することによって、局部的な加熱も達成することができる。吸着体を加熱するよう、再循環モードで、真空ポンプ、及び／又は圧縮機を作動させることにより、パージガスを加熱することによって、又は熱交換器（図示せず）を通じて、パージガスを加熱することによって、加熱を行うことができる。
【０１７５】
図８Ａは乾燥生成物、及び／又は熱スイングによる次の正常作動で再生されるガードトラップを通じて、（軽生成物によるのが好適な）再循環パージのため真空ポンプ１０３を使用することによる乾燥剤の延長されたバックパージの実施例を示す。この実施例の作動原理は吸着された汚染物をガード層からガードトラップ２０４に移送するため置換パージによって、ガード層３Ａのほぼ完全な再生を達成することである。生成物端からの水感応吸着体帯域３Ｂを汚染する水蒸気のいかなる漏出も無く、吸着されたほぼ全ての汚染物をガード層から吸着する十分大きな汚染物容量をガードトラップ２０４が有することが必要である。補助方向弁２１１、２１２、２１３を設け、運転停止再生手順を行えるようにする。正常作動中、弁２１３を開き、弁２１１、２１２を閉じ、従って、真空ポンプは大気に排気すると共に、乾燥酸素濃縮生成物ガスは向流するように、ガードトラップ２０４に通り、ガードトラップを再生する。運転停止再生工程中、弁２１１、２１２を開いた状態で弁２１３を閉じ、真空ポンプは弁２１１を通じて、同一方向の流れになるよう、ガードトラップ２０４を通じ、パージガスを再循環し、次に弁２１２を通じて、パージガスを戻し、生成物端から向流するように吸着体３をパージする。再生の位相中、上述したように、加熱方法を行うのが好適である。安全装置として、汚染物センサ２１５を設け、吸着体帯域３Ｂを不活性化するいかなる汚染物漏出をも警告し、望ましくは弁２１２を閉じ、排出器１０３を停止させることにより、自動的な運転停止を行う。
【０１７６】
図８Ｂは図８Ａに示すプロセスの変形を示す。正常作動の状態で、補助方向弁２１４、２０２、２１７を開くと共に、補助方向弁２１６、２１８を閉じる。導管１８１を経て、弁２１４を通じて、供給ガスを送給し、生成物ガスをガードトラップ２０４を通じて、向流するように通し、ガードトラップ２０４を再生する。運転停止再生工程中、弁２１４、２０２、２１７を閉じると共に、弁２１６、２１８を開き、圧縮機は弁２１６を経て、ガードトラップ２０４を通じて、同一方向に、パージガスを供給し、次に、弁２１８を通じて、戻し、供給端から同一方向にガード層３Ａをパージする。生成物の流れを停止させるから、供給ガスの大部分は導管１８２を経て、低い再生圧力で、排出器１０３を通じて出る。流れは２方向であるが、圧力差によって、サイクル毎に、置換パージ作用を生ずる。このパージ方法は圧縮作用により、更にガードトラップ２０４内の吸着の熱により、ガスを加熱する追加の利点があり、更に、その熱をガード層に直接送給すること、及び敏感な吸着剤帯域３Ｂに通すことなく、パージガスを安全に導入する追加の利点がある。
【０１７７】
図８Ｂの変形は事実上、２個の段に分割することができる。第１段においては、生成物分離弁２０２を閉じ、弁２１４を開いたままにする。この作動により、湿ったパージガスをガード層に供給するが、生成物を吸引していないので、比較的大量の供給汚染物を排出し、ガード層が部分的に再生される。この操作が部分再生の真価を発揮し終わった時、供給パージガスに沿っているガードトラップを有する第２段で、完全な再生が行われる。機能のこの分割によって、一掃すべき供給ガスの流れが少ないため、ガードトラップを相当小さくすることができ、これにより、正常作動中、一層早く再生を行うことができる。図８Ａに示すシステムにおけるように、ヒータ２１０による付加的加熱は選択肢であり、導管１８１内のガスの流れに熱を送給するため、インライン熱交換器を使用することも選択肢である。
【０１７８】
図９〜図１１は乾燥剤と水感応吸着体帯域３Ａ、３Ｂとの間の分離弁２２０を示す。これ等の弁は軽生成物端休止シ−ルと共に、絶対的に緊密でなければならず、温度変化に起因する最高圧力に抵抗し得ることが必要であり、そうでないと、周囲の湿気を吸着体内に、強制的に進入させる。図９は各吸着体の帯域３Ａ、３Ｂの間の２方向弁２２０を示し、圧力スイング吸着ユニットを停止させている時は、この弁２２０を閉じる。弁２２０は通常、閉じており、回転圧力スイング吸着モジュールの回転によって開くか、又は代わりに、圧縮機１０１からの正圧の発生によって開くか、又はこのシステムが作動しているという電気、又は空気圧による信号によって開く。
【０１７９】
図１０は逆止弁としてのそれぞれの弁２２０を示す。弁の回転により、又は圧縮機による加圧により、又はシステムが作動中であることを示す信号により付勢されるアクチュエータ２２５によって、逆止弁２２０が弁座から離れて開いている時の、圧力スイング吸着モジュールの意図する正常な作動中を除き、この弁２２０は各吸着体の帯域３Ａから、帯域３Ｂへの前方への流れを防止する。
【０１８０】
図１１は分離弁の構想を示しており、運転停止中に閉じた状態にあるべき段の間の分離弁２２０によって、圧力スイング吸着モジュールは２つの段に分割されている。この場合、第２段は汚染物感応吸着剤を含む吸着体３Ｂに協働する第２弁１１、及び第１弁１０′を有する圧力スイング吸着モジュールである。単一の圧力スイング吸着装置、又は全体の圧力スイング吸着システムの個々の構成部分のためのハウジングは運転停止中、確実に加圧し、及び／又はこのハウジングは補助乾燥流体、又は圧力スイング吸着装置の生成物のような生成された乾燥生成物流体によって生ずる比較的乾燥した流体の環境、即ち雰囲気を有する。
【０１８１】
第１段はガード層モジュールであり、このガード層モジュールは圧力スイング吸着サイクル（第２段の圧力スイング吸着モジュールにおけるのと同一のサイクル周期数、又は異なるサイクル周期数）で作動するか、又は代わりに、熱スイング吸着（ＴＳＡ）サイクルで作動する。第１段モジュールはガード材料層３Ａに協働する第２弁１１′、及び第１弁１０を有する。
【０１８２】
図９〜図１１の各実施例における水感応吸着体帯域３Ｂは運転停止中は水蒸気の進入を防止するため、大気から分離していなければならない。
【０１８３】
図１２〜図１４は外部の環境と、圧力スイング吸着ユニットの内部作用空間との間にほぼ圧力平衡を生ぜしめる空気ブレーザ装置を示す。これ等の装置はプロセスガスに、外側の大気が混合する危険が無い時に使用することができる。一般に、これには空気の分離が含まれるが、炭化水素と水素との分離のプロセスは行わない。大きな圧力差が生ずるのを避けることによって、更に、緊密な流体シールである休止シールを利用することによって、吸着体の生成物端に湿気が進入する危険を減少させる。従って、この空気ブレーザ装置は吸着体の供給端に連通するのが好適である。この奏功する空気ブレーザ装置は吸着体内に大気の水蒸気が貫入するのを防止する。
【０１８４】
図１２は吸着体内の乾燥酸素に湿った外部空気がバルク混合するのを遅らせるため、乾燥剤を使用しない長い管２３０として、設けた空気ブレーザを示す。空気ブレーザ２３０は遮断弁２３１を通じて、平行な全ての吸着体の供給端付近に連結される。正常作動中は弁２３１を閉じているが、運転停止中は弁２３１を開く。所要に応じ、弁２３１の寸法を意図的に小さな寸法にし、ブレーザ２３０に通るガスの流れを厳しく制限してもよい。
【０１８５】
図１３は遮断弁２３１を通じて、吸着体の供給端に連通する膨張した袋状ダイアフラム２３５として設けた空気ブレーザを示す。ダイアフラム２３５は吸着体の内部作動空間の圧力を大気圧にほぼ平衡させることができ、吸着体内の乾燥した酸素に湿った外部の空気がバルク混合するのをほぼ防止する。
【０１８６】
また、図１３は部分シ−ル運転停止を示している。この圧力スイング吸着モジュールは酸素ポートを緊密にシ−ルし、供給ポートを完全に緊密にシ−ルしている。クラッキング圧力を低く設定したクロスオーバ逃し弁を設け、過剰な圧力の発生、又は過剰な負圧の発生を防止するのに必要とする程度に、供給端の通気を限定する。逃し弁２４０は超過圧力を逃がすように外部に通気することができ、逃し弁２４１は内部に通気でき、構造的な限界値を越える可能性がある過大な内部負圧を防止するか、又は僅かな漏洩路を通じて、吸着体の生成物端内に水蒸気が進入する危険を少なくとも増大させる過大な内部負圧を防止する。
【０１８７】
図１４は弁２３１、及び／又は弁２３２を通じて、排出隔室まで、外部的には圧力スイング吸着モジュールまで、空気ブレーザ２３０内に展開しているガードトラップ２５付き空気ブレーザを示す。この圧力スイング吸着モジュールはガードトラップよりも外部の環境（又は著しく大きな熱慣性）に熱的に接触することが比較的少ない比較的熱的に一層分離した分離帯域１８４、又は隔室２００内にあり、従って、周囲の物質が空気ブレーザに関連するガードトラップ２５０に非常に迅速に貫入し、圧力スイング吸着ユニットには一層遅く貫入する。ガードトラップ２５０は全長に沿って、ガード材料を有する連続トラップとしての形態を有するか、又は連続導管内のガード材料の１組の別個の部分としての形態を有するか、又は大気への別個の開口を有し、ブレーザ２３０に流体流通可能に連結された多数ガードトラップとしての形態を有する。ガードトラップ２５０は隔室２００の一部の周りに巻き付けられており、又は周囲の太陽放射熱によって、加熱されるように配置されており、ガードトラップ２５０の迅速な温度上昇を生ぜしめ、隔室２００内の一層遅い温度上昇を維持すると共に、隔室２００に比較し、ガードトラップ２５０が一層早く冷却されるようにする。
【０１８８】
従って、空気ブレーザガードトラップの温度スイングと、吸着体への気流の温度スイングとの間に位相のずれを確立する。これ等の気流は圧力スイング吸着ユニットの吸着体内の遅延した温度変化の割合の相内にある。空気ブレーザガードトラップが既に冷却され終わっていて、一層強力に湿気を吸着するようになった後、圧力スイング吸着ユニットが冷却される際、圧力スイング吸着ユニット内への気流が発生する。空気ブレーザガードトラップが既に温められていて、吸着された水蒸気を放出するようになった後、圧力スイング吸着ユニットが温められると、圧力スイング吸着ユニットから外への気流が発生する。
【０１８９】
従って、２４時間の称呼サイクルで、圧力スイング吸着ユニットから、緩やかに水を追放するように作動している空気ブレーザ乾燥剤ベッド内に熱スイング吸着（ＴＳＡ）プロセスが発生する。この補助熱スイング吸着湿気排出プロセスはトラップ２５０の余分な熱スイングのため、受動的な太陽熱の増大を招く可能性がある。空気ブレーザガードトラップは吸着体内の酸素に窒素が混合する割合を最少にするため、大容積で、長い流路を有するように設計される。
【０１９０】
他の選択肢（図示せず）は導管１８１、１８２にガードトラップ２５０としての形態を有せしめ、これにより、熱スイング吸着プロセスをそれぞれ、圧縮ユニット１０１、又は１０３まで可能にすることができる。
【０１９１】
図５Ａ、及び図５Ｂと同様に、図１５は生成物ライン１４７内のガードトラップ１３５、及び軽還流ループ１８４内の他のガードトラップ１３６を示す。図１６も生成物ライン１４７、及び軽還流ループ１８４内に、それぞれ配置されたガードトラップ１３５、及び１３６を示し、これ等軽還流ライン間の乾燥剤ベッドの周期的な回転を可能にする方向弁理論の更なる要旨を有する。この場合、水が蓄積するか、さもなければ吸着体の生成物端内に最終的に戻り、更に始動後、最初の脱湿が行われると、乾燥生成物による連続再生が行われる生成物ラインに水が入り込む。更に、流動混合物（図示せず）を生成物ラインに含ましめることができ、これにより、ラインに入る水の後方拡散を防止する。
【０１９２】
図１６に示すように、生成物による置換パージ再生のため、軽還流ラインと生成物ラインとの間にガードトラップの形態を有せしめるように補助方向弁の構成を使用する。例として、回転軸線１６３を有する第１回転弁１６１、及び第２回転弁１６２を有する回転吸着モジュール１６０内に複数個のガードトラップ（例えば１３５、１３６）を取り付ける。回転吸着モジュール１６０を非常に遅い回転速度で連続的に回転させるか、又は好適には、回転吸着モジュール１６０を別々の時間間隔で、別々の端数の回転で、回転し、数個の軽還流ループのおのおのからの汚染物吸着から、生成物ライン１４７に連結された時の再生位置まで、ガードトラップを切り換える。生成物ライン１４７に連結されたガードトラップの再生はその位置の補助ヒータによって助けられる。これは再生中に移動する汚染物は生成物ガスによって除去され、感応吸着体帯域３Ｂの生成物端内に再循環しないためである。
【０１９３】
ガード層を再生するための汚染物シンク（１）として、又はユニットが休止モードにある時、ブレーザラインのための分離ガードトラップ（２）として、使用される補助ガードトラップを再生するために、（選択肢として、補助ヒータにより支援を受けた）正常に非常に乾燥した清潔な生成物ガスを使用することができる。
【０１９４】
開示された特定の実施例を参照して、本発明を説明した。本発明の範囲は本発明を示すため、例として使用したこれ等の特定の例に限定されず、本発明の範囲は特許請求の範囲に記載したとおりである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】回転軸流圧力スイング吸着モジュールの線図的横断面図である。
【図１Ｂ】他の実施例の回転軸流圧力スイング吸着モジュールの線図的横断面図である。
【図１Ｃ】静止ベッド回転圧力スイング吸着モジュールの線図的横断面図である。
【図１Ｄ】静止ベッド回転圧力スイング吸着モジュールの線図的横断面図である。
【図２】図１のモジュールの横断面を示す。
【図３】第１回転弁面、及び第２回転弁面の回転子のポートを示す。
【図４Ａ】第１弁面の第１固定子の第１固定子弁面を示す。
【図４Ｂ】真空ポンプとして排出器を設けた場合を示す。
【図５Ａ】第２弁面の第２固定子の第２固定子弁面を示す。
【図５Ｂ】エネルギー回収を伴う圧力降下を行う場合の軽還流圧力降下の選択肢を示す。
【図６】回転半径流圧力スイング吸着モジュールの線図的横断面図である。
【図７】水感応吸着剤帯域の不活性化を防止する装置を有する早いサイクルの圧力スイング吸着モジュールの簡単化した線図である。
【図８Ａ】ガードトラップを通じて、再循環パージのため真空ポンプを使用して、乾燥剤のバックパージを行う実施例を示す線図である。
【図８Ｂ】図８Ａのプロセスの変形を示す線図である。
【図９】各吸着体の帯域の間の２方向弁を示す線図である。
【図１０】逆止弁としての弁を示す線図である。
【図１１】分離弁の構想を示す線図である。
【図１２】吸着体内の乾燥酸素に湿った空気が混合するのを防止するため、長い管として設けた空気ブレーザを示す線図である。
【図１３】遮断弁を通じて、吸着体の供給端に連通する膨張袋状ダイアフラムとして設けた空気ブレーザを示す線図である。
【図１４】空気ブレーザ内に設けたガードトラップ付き空気ブレーザを示す線図である。
【図１５】生成物ライン内のガードトラップ、及び軽還流ループ内の他のガードトラップを示す線図である。
【図１６】生成物による置換パージ再生のため、軽還流ラインと、生成物ラインとの間にガードトラップの形態を設けた線図である。
【図１７】２５℃の空気のような供給ガス中の１０ｐｐｍ の水に関する窒素選択吸着剤についての水蒸気の等温線のグラフである。
【図１８】図１７の等温線についてヘンリーの法則の定数の範囲の変化を示す生成物水分濃度（ｐｐｍ） 対ヘンリーの法則の定数のグラフである。
【図１９】２５℃の空気のような供給ガス中の０．２ ｐｐｍ の水に関する窒素選択吸着剤についての水蒸気の等温線のグラフである。
【図２０】２秒のサイクル周期の酸素圧力スイング吸着プロセスの性能に関し、比生産性と生産高（一部回収）に及ぼす作用を示すグラフであって、ゼオライトの湿度と、毎分、３０サイクルでの比生産性とのグラフである。
【図１７】
2004515349.tif 000003
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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