(57)【要約】本発明は、ａ）所定の純度を有するガス源（２８）と、ｂ）前記ガスを使用し、前記ガスに汚染物を加える用途システム（６）と、ｃ）前記汚染物を前記ガスから除去して精製されたガス及び廃棄ガスを製造する吸着システム（１）と、ｄ）前記廃棄ガス中の前記汚染物の量を測定するガス純度分析器（１００）と、ｅ）ガス源（４）を前記用途システム（６）に接続し、前記用途システム（６）を前記吸着システムに接続する導管（５）、（８）、（９）、（１３）、及び（１５）とを含むガス再生システムを含む。
2004536702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）所定の純度を有するガス源（２８）と、
ｂ）前記ガスを使用し、前記ガスに汚染物を加える用途システム（６）と、
ｃ）前記汚染物を前記ガスから除去して精製されたガス及び廃棄ガスを製造する吸着システム（１）と、
ｄ）前記廃棄ガス中の前記汚染物の量を測定するガス純度分析器（１００）と、
ｅ）ガス源（４）を前記用途システム（６）に接続し、前記用途システム（６）を前記吸着システムに接続する導管（５）、（８）、（９）、（１３）、及び（１５）とを含むガス再生システム。
【請求項２】
膜（２４）をさらに含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記廃棄ガスが前記膜（２４）を通過して低減された汚染物量を有するガス及びより高い汚染物濃度を有するガスを製造するように、膜（２４）が前記吸着システム（１）に接続されている請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
低減された汚染物量を有する前記ガスを前記吸着システム（１）に供給する導管（２５）をさらに含む請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
所定の純度を有する前記ガス源（２８）が、低減された汚染物を有する前記ガスを前記吸着システムへの導入口に供給するために導管（１３）に接続される請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記用途システムへのガスの供給圧力を制御するための送達圧力制御（２００）をさらに含む請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記用途システム（６）へのガスの供給圧を制御するための送達圧力制御（２００）をさらに含む請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記精製されたガスの純度を測定する第２ガス純度分析器（２００）をさらに含む請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記用途システムへ前記吸着システムを接続する導管（２、５）を前記第２ガス純度分析器（２５０）からの信号によって閉じる制御をさらに含む請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記用途システム（６）からの汚染されたガスの純度を測定する第３のガス純度測定器（３００）をさらに含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記用途システム（６）からの汚染されたガスを排出するための導管（７）をさらに含み、前記排出導管が前記第３のガス分析器（３００）からの信号を受けて開かれる請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ガスがヘリウムである請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記吸着システム（１）が、圧力スイング吸着システム、温度スイング吸着システム、又はその組み合わせである請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
ａ）所定の純度を有するガス源を提供すること、
ｂ）前記ガスを使用して前記ガスに汚染物を加える用途システムに前記ガスを提供すること、
ｃ）前記ガスから前記汚染物を除去するために汚染されたガスを吸着システム（１）に通過させ、精製されたガス、及び廃棄ガスを製造すること、
ｄ）前記廃棄ガス中の前記汚染物の量を測定すること、
ｅ）ガス純度分析器（１００）からの信号によって前記廃棄ガスを前記システムの外へ排出することとを含む、ガスを精製及び再生する方法。
【請求項１５】
前記廃棄ガスを膜（２４）に通過させて低減された汚染物量を有するガス及びより高い汚染物濃度を有するガスを製造する追加のステップを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
低減された汚染物を有する前記ガスを前記吸着システム（１）に通過させることをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
排出された廃棄ガスを補償するために、所定の純度を有する前記ガス源（２０）からの追加のガスを、低減された汚染物を有する前記ガスに加えるステップを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記用途システム（６）へのガスの供給圧力を制御するための送達圧力制御を使用することをさらに含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記精製されたガスの純度を測定して、それが所定の純度を有する前記ガスの純度と実質上同じであることを確実にすることをさらに含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
第３の純度分析器からの信号を受けて、前記用途システム（１）からの汚染されたガスを排出するステップをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ガスがヘリウムである請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記吸着システムが、圧力スイング吸着システム、温度スイング吸着システム、又はその組み合わせである請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業用途のガス流の再生及び精製に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘリウム・ガスには広範囲の製造用途に使用される可能性がある。金属噴霧化プロセス、冷噴霧形成、冷却、及び遮蔽ガスの用途は多かれ少なかれ全てヘリウムの物理特性（高い熱伝導性と高い音速を有する不活性ガス）から恩恵を受けている。しかし、主要な欠点はそのコストである。前述の用途の大部分は多量のガスを使用する。ヘリウムを使用するコストは使用されたガスのなんらかの形態の再生システムなしには極めて高いものである。一体化した透過膜システムを備える、又は備えないへリウム再生システムは、文献でよく報じられている。これらのシステムは、プロセスによって使用されたヘリウムの９５％を超える回収と再生を行うように構成することができる。このことは、多くの用途で、顧客に使用されるガスの量に大きな自由度を与える。ある顧客にとって、ガスの流量は大きいことが好ましいが、ガス製品のコストのため、経済的に実現性がない。これらのシステムの回収率は高いので、付随するヘリウムのコストはより低い。より大きな流量が顧客のプロセスに利益をもたらす場合には、他のガスに存在する経済的な制約なしに運転を最適化するか、又はいったんヘリウム・システムを通すかの選択肢がある。
【０００３】
これらのシステムの多くに伴う問題は、これらが主として定常的なシステムで動作するように設計されていたことである。大部分、再生システムに導入される不純物レベルは予測することができ、設計に組み込むことができる。同様に顧客の使用パターンも、大概は使用量を予測できる定常的なものである。
【０００４】
しかし、顧客の使用パターンが、再生流中のプロセス不純物のレベルが変動する一時的な使用パターンである場合、システムは、システムが最適に動作し続け、システムを経済的に実現可能とするために必要な高い回収レベルを達成する、複雑な制御機構を必要とする。製品供給を顧客の使用パターンに合わせて変動させるには、より厳密なシステム設計が用意される。吸着容器、モレキュラー・シーブ、バルブや配管（ｌｉｎｅ）のサイズ、バラストやサージ・タンクのサイズなど、システムのお金のかかる部分は、顧客の引き抜きが少ないときにシステムを減速して稼動させ、需要が高いときには加速させることによって最小にすることができる。さらに、透過性膜システムは、複雑な制御手順を用いることによって、その最も効率的な領域で運転することができる。このことは、より広い運転パラメータにわたって９５％を超える回収率を可能にする。
【０００５】
非膜分離技術と膜を一体化することは従来技術によく知られている。
【０００６】
米国特許第４，２３８，２０４号は、収集する軽量ガスを選択的に透過する膜透過ユニットを用いて、水素又はヘリウムなどの軽量ガスを原料ガス混合物から回収する、改善された選択的吸着プロセスの概要を示している。この特許は、記載した発明を原料流組成物と顧客の使用パターンが変動する場合の一時的な用途に使用することには触れていない。
【０００７】
米国特許第４，７１７，４０７号は、透過性膜分離を「非膜」分離技術と一体化することによる改善された回収システムを提案している。特許は「非膜」分離運転の１つの可能性としてＰＳＡ用途に言及している。
【０００８】
米国特許第５，００４，４８２号は、膜分離ユニットを窒素又は酸素の選択的ＰＳＡシステムの製品流に使用する。膜ユニットは、より高価な乾燥用途の代りに製品流のガス乾燥機として働く。本発明では、ＰＳＡ廃棄ガス又は代替の製品ガスの画分は、膜境界を透過するＨ２Ｏの透過効率を高めるために、膜の透過性側を未透過流の流れの向流方向に通過させる。
【０００９】
米国特許第５，２０７，８０６号は、ＰＳＡシステムを膜と一体化することによって副産物（ｃｏ−ｐｒｏｄｕｃｔ）を発生させる方法を開示している。
【００１０】
米国特許第５，３５４，５４７号は、膜とＰＳＡシステムの組み合わせを使用して、蒸気−メタン改質装置によって発生したものなどの流れから水素を回収するプロセスを開示している。
【００１１】
米国特許第５，６３２，８０３号は、０．５〜５．０％近辺のヘリウムを含む原料材から、９８．０％を超える純度でヘリウム製品流を製造する方法を詳述している。この方法は、第１段分離としてヘリウムに透過性の高い膜分離ユニットを用いる。次いで、ヘリウム含量の高い透過流は、さらに精製するために第２及び第３段のＰＳＡユニットに送られる。第２段ＰＳＡユニットからの廃棄ガスは、任意に膜ユニットへ原料流に再循環して戻すことができ、又は第１段のＰＳＡ分離ユニットの導入口へ再循環して戻すことができる。
【００１２】
米国特許第５，０７７，０２９号は、高純度の窒素を製造するために、膜／脱酸素制御システム及びプロセスを用いる。原料空気は膜（又は代わりにＰＳＡ）分離ユニットで処理される。このユニットからの粗窒素流は約１〜３％の酸素を含むであろう。その脱酸素ユニットへの途中で、この粗流に水素ガスが導入される。
【００１３】
ＰＳＡ／膜一体化システムは多段ガス分離用途として文献によく報じられてきたが、広範囲の入力及び出力パラメータにシステム運転を最適化する制御機構の主題について刊行されたものは少ない。システムは、予測可能ないかなるシステムへの要求をも満たす十分過剰な能力を備え、余分な能力が必要でない時は「減速（ｔｕｒｎ−ｄｏｗｎ）」モードで運転するように設計することができる。しかし、大きすぎるシステムを作るために必要な過剰の資本は、この選択肢を実現性の少ないものにする。システムの最適な効率はシステムの全ての部品が特定の点で設計され運転されるときにのみ実現することができる。他方、金属噴霧化又はプラズマ炉などの用途からの消費されたガス流を再生する一体化システムは、一般に設計点が浮動している。このことは、それらが、広範囲にわたる供給量と再生された流れの不純物レベルにおいて同じように良好に作動しなければならないことを意味する。設計条件を一定の流れ状態にした場合には、常に高い回収率で動作するシステムを設計することは困難である。時間で変化する顧客のヘリウム消費、及び独自の個々のバッチ・プロセスは、どちらも再生ヘリウム流に大きく異なる量の不純物流を導入することが予測できる。システムがそれらを取り扱うように設計されていない場合には、これらの変動によって、たちまち仕様外の製品が作られてしまうことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明の目的は、用途によって汚染されたガスを、そのガスの回収が５５％以上、好ましくは９５％以上であるように回収するガス再生回収システムの制御システムを提供することである。ガスがヘリウムである場合、本発明の方法及びシステムは上記回収率で９９．９９９体積％の純度にヘリウムを精製することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、ヘリウム・ガスを顧客のプロセスから回収し、プロセスの汚染物を除去し、回収したヘリウムを顧客の供給ラインに５５％以上、好ましくは９５％の回収率で戻すシステムに関する。これは顧客にヘリウム・ガス使用量のより大きな自由度を与え、それらのプロセスに使用する極めて高いヘリウムのコストを劇的に低減する。
【００１６】
本発明の一実施形態では、ガス再生システムは、
ａ）所定の純度の所望の成分を有するガス源と、
ｂ）前記ガスを使用し、前記ガスに汚染物を加える用途システムと、
ｃ）前記汚染物を前記ガスから除去して前記所望の成分の精製されたガス及び廃棄ガス（所望の成分を含む）を製造する吸着システムであって、前記吸着システムが吸着剤床と、原料ガス導入口、前記精製ガスのための製品ガス導出口、及び前記廃棄ガスのための廃棄ガス導出口とを含む吸着システムと、
ｄ）前記廃棄ガス導出口に隣接する、前記廃棄ガス中の汚染物及び／又は所望の成分の量を測定するためのガス純度分析器と、
ｅ）ガス源を前記用途システムへ、前記用途システムを前記吸着システムへ、前記導出口を前記用途システムへ、前記第２導出口を前記原料ガス導入口へ接続するガス導管とを含む。
【００１７】
他の実施形態では、システムは吸着システムの廃棄ガス導出口に接続された膜をさらに含む。
【００１８】
他の実施形態では、前記廃棄ガスが前記膜を通過して、低減された汚染物量を有するガス及びより高い汚染物濃度を有するガスを製造するように、膜の原料導入口は廃棄ガスの第２導出口に接続される。
【００１９】
他の実施形態では、低減された汚染物量を有する前記ガスを前記吸着システムへの導入口へ供給するための導管が提供される。
【００２０】
他の実施形態では、所定の純度を有するガス源が、低減された汚染物（及び所望の成分）を有するガスを吸着システムへの導入口へ供給するための導管に接続される。
【００２１】
他の実施形態では、前記用途システムへのガスの供給圧力を制御するための送達圧力制御が提供される。
【００２２】
他の実施形態では、前記精製されたガスの純度を測定する第２ガス純度分析器が提供される。
【００２３】
他の実施形態では、前記第２ガス純度分析器からの信号によって、前記吸着システムを前記用途システムに接続している導管を閉じる制御が提供される。
【００２４】
他の実施形態では、前記用途システムからの汚染されたガスの純度を測定する第３ガス純度分析器が提供される。
【００２５】
他の実施形態では、汚染されたガスを前記用途システムから排出するための導管が提供され、排出導管は前記第３ガス純度分析器の信号を受けて開かれる。
【００２６】
吸着システムは、圧力スイング吸着システム、温度スイング吸着システム、又はその組み合わせであることができる。
【００２７】
他の実施形態では、ガスを精製し再生する方法が開示され、前記方法は、
ａ）所定の純度の所望の成分を有するガス源を提供すること、
ｂ）前記ガスを、前記ガスを使用し前記ガスに汚染物を加える用途システムに提供すること、
ｃ）前記汚染物を前記ガスから除去するために、吸着システムに汚染されたガスを通して、所望の成分を有する精製されたガス、及び廃棄ガス（所望の成分を有する）を製造すること、ここで、前記吸着システムは、吸着床、原料ガス導入口、前記精製ガスのための導出口、及び前記廃棄ガスの第２導出口を含み、
ｄ）前記廃棄ガス中の前記汚染物の量を測定すること、
ｅ）ガス純度分析器からの信号によって、前記廃棄ガスを前記システムの外に排出することとを含む。
【００２８】
他の実施形態では、廃棄ガスは膜を通過し、汚染物の量が低減されたガス、及びより高い汚染物濃度を有するガスを製造する。
【００２９】
他の実施形態では、プロセスは低減された汚染物量を有する前記ガスを前記吸着システムに通すことをさらに含む。
【００３０】
他の実施形態では、所定の純度を有する前記ガス源からの追加のガスが、排出された廃棄ガスを補償するために、低減された汚染物を有する前記ガスに加えられる。
【００３１】
他の実施形態では、前記精製されたガスの純度を、それが所定の純度を有する前記ガスと実質上同じ純度を有することを確実にするために、監視する。
【００３２】
他の実施形態では、前記用途システムからの汚染されたガスは、前記用途システムの導出口に隣接する第３ガス純度分析器からの信号を受信すると排出される。
【００３３】
本明細書に使用される用語「用途（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）」は、ヘリウム又は再生が必要な他のガスを使用するいかなる工業プロセスをも意味する。それらのガスは、二酸化炭素、水素、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、メタン、同様に酸素や窒素など空気の成分を含むが制限はされない。一般に、本発明の制御方法は、吸着及び／又は膜技術を用いるいかなるガス精製、回収／再生の方法にも使用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
当業者には、以下の１つ又は複数の好ましい実施形態の説明及び付随する図面から、他の目的、特徴及び利点が想起されよう。
【００３５】
ＰＳＡ及び選択性膜システムを使用する既存の再生システムの制約は、膜への原料流中の純度が低下すると膜の機能が低下することである。この不純物濃度が低下すると、より多くの必要な流れの構成成分（一般に膜が透過する）が、未透過流と共に廃棄物として排出される。これは、システムの性能全体に、一体化されたシステムの回収率などに及ぼす有害な影響を与える。しかし、これは特殊なガス（例えばヘリウム）のために高い割合が必要な場合大きな問題である。
【００３６】
本発明は、顧客の要求及びプロセス条件による常に最適な点で膜分離ユニットを動作させることによって、高い、維持可能なヘリウムの回収を得る。これはＰＳＡ廃棄ガス流中の酸素濃度を連続的に監視することによって達成される。
【００３７】
ＰＳＡ廃棄物流の不純物濃度が最適点（例えば＜２．５モル％のＯ２）以下であると、廃棄物流全体はさらなる精製（最大の減速での膜への最小流量よりいくらか少ない）のためにＰＳＡ原料圧縮機に再循環して戻される。システムから離脱する製品ガスは用途の漏れによるものだけなので、この間に製品ガス（ヘリウム）の回収は９５％（１００％に近い）を超える。不運にも、この再生モードは、それらが吸着床を破壊して製品流に流れ込まないように、蓄積された汚染物をＰＳＡシステムから除去しなければならないので、製品純度の損失を受けずにいつまでも継続することはできない。吸着システムからの汚染物の除去は製品の損失を伴い、結果として回収率を低下させる。
【００３８】
本発明によれば、再生ループ中の不純物レベルが所定の設定点（これは膜ユニットの最適機能動作点であり、吸着床の設計された負荷である）に達すると、制御ロジックが最大の処理量で処理を開始するように膜ユニットに信号を送る。
【００３９】
透過性ガス選択膜は、プロセス中に排出されて失われるヘリウムの量を最小にしながら、大量の汚染物を除去する能力がある。透過流（ヘリウム）はさらなる精製のために原料圧縮機の吸入口へ再循環して戻すことができ、少量のヘリウムを有する、主として酸素と窒素の未透過流は廃棄物として排出される。本発明のプロセスに従うことによって、より多くのヘリウムがシステムに保持され、システムの回収率が高くなる。
【００４０】
膜は、用途が不純物を加えるよりも速く、システムから不純物を除去できるように設計すべきである。したがって、プロセスが精製のためにガスを再循環してシステムに戻し続ける間でさえも、膜はシステム中の全体の不純物レベルを減少する。ＰＳＡ廃棄物流の分析器が、不純物の濃度が低い設定点に低下したことを示すと、制御は膜の処理量を下げ、大部分の廃棄物流は、ＰＳＡへ供給するために再びＰＳＡ原料圧縮機に直接再循環される。
【００４１】
この制御手順がＰＳＡ廃棄物流を監視している間、別の分析器は仕様外条件のＰＳＡ製品流を監視する。「仕様外」はガスが顧客の要求する仕様を満足しないことを意味する。
【００４２】
本発明によれば、システム制御はそれらの仕様外条件への応答を開始することによって、顧客のプロセスの統合性を保護するように設計される。製品の不純物が、ある上方の設定点を超えると、製品ガスの分析器からの信号がＰＳＡ廃棄ガス流の分析器の信号に優先し、膜ユニットに最大の処理量を送る応答を開始する。この行為はＰＳＡに入る原料流の不純物を大きく低減し、それによって製品流の不純物を大きく低減する。低い製品不純物レベルの設定点に達すると、膜ループの制御は再びＰＳＡ廃棄ガス流の分析器に戻る。任意選択的に、ＰＳＡが「自己浄化」するために、システムはある期間最大の膜処理量の形態で運転を継続することができる。仕様外条件が検出された場合、吸着床の上方レベルが汚染されたことが想定できる。本質的に純粋なヘリウムでシステムを運転し続けることによって、システムがサイクル手順を進むにつれて、吸着床の上方に達した汚染物は効率的に除去されるであろう。ある期間の後、システム制御はＰＳＡ廃棄物流の分析器に復帰することができる。
【００４３】
このように、本発明は、システムの運転を連続的に監視し調節する複雑な制御方法を用いて、再生システムの性能を用途の要求に厳密に合致させる。組み合わせたシステムの高い回収率が以下の運転パラメータを監視及び／又は調節することによって達成される。図１は以下に示す図２のシステムの簡略化した概観図であることに留意されたい。図１と図２の共通の要素は共通の番号で識別される。
Ａ）図１を参照すれば、圧力モニタ（５０）によって求められるＰＳＡ原料圧縮機（１６）の導入口圧力。用途の製品流の要求は、ＰＳＡ原料圧縮機の能力を、用途から再循環される「使用された」ガス流を満足するように調節することによって満たされる。
Ｂ）ガス分析器（１００）によって求められるＰＳＡの廃棄流の酸素濃度。システムはある最大レベルの不純物を取り扱う基準になっている。不純物のレベルは、膜がシステムから不純物を除去するために使用される前にこの閾値まで増加することができる。したがって、膜（２４）は最適な拒絶率で運転することができる。
Ｃ）モニタ（１５０）によって測定される膜圧縮処理量。膜圧縮機（２２）は、再循環されたＰＳＡ廃棄流の不純物レベルが膜分離ユニットの最適拒絶率に正確に合致するとき、運転するように指示を受ける。膜システム（４００）で加工されたＰＳＡ廃棄流ガスの量は、膜原料圧縮機（２２）の能力を調整することによって制御される。これは、膜未透過流の（背）圧を調整することによって、又は膜圧縮機の処理量を直接調整することのいずれかによって遂行される。両方とも最終的に同じ効果を有する。
Ｄ）モニタ（２００）によって測定される用途への製品送達圧力。用途の漏れと排出によるヘリウムの損失は、ＰＳＡ原料圧縮機（１６）へ補充ガスを加えることによって修正される。
Ｅ）ガス分析器（２５０）によって測定される、製品を送達したＰＳＡ／膜システムの酸素濃度。これはシステムの統合性を補償する安全装置である。高い設定点に達すると、早急に製品を仕様内にするために制御が起動される。
Ｆ）「使用された」ガス流のいくらかの部分を排出口（７）を経由して排出すること。
以下の議論の例のようにこのパラメータの制御はプリセット・タイマーによるか、又は回収流を分析器（３００）によってオンラインで監視するかのいずれかで行うことができる。
【００４４】
図３で与えられるロジック・フロー図は、上記で参照した制御パラメータが制御機構においていかに処理されるかを視覚的に表すものである。図４は設定点及び関連する制御応答の非制限的な例の概要を示す。これらの設定点及び制御応答は制御されるプロセスに依存することを特記する。
【００４５】
以下の制御方法の説明は７つの主要な装置、
１．ＰＳＡ吸着システム
２．膜システム（原料圧縮機と分離膜を含む）
３．ＰＳＡ原料圧縮機
４．製品バラスト・タンク
５．廃棄物サージ・タンク
６．補充ヘリウム供給物
７．用途
の運転を統合するものである。
【００４６】
システムには、特に以下に説明する、組み合わせたシステムで運転可能な５つの異なる好ましいモードを含めて、いくつかの運転モードがある。以下の文字表示Ａ〜Ｆは異なる制御ループを表す。５つのシステム運転の好ましいモード（図１を参照して）は、複雑さが増加する順序に、
１．Ａ＋Ｂ：
運転の最も簡単なモードでは、システムはＰＳＡ廃棄流分析器（１００）と結合したＰＳＡ原料圧縮機導入口圧力分析器（５０）制御ループで運転することができよう。ＰＳＡ廃棄流の不純物レベルが所定の上方設定点に達すると、流れは排出口（２９）を経由して大気に排出するように切り替えられる。これによって蓄積された不純物は膜システムを必要とせずにシステムから除去される。この実施形態を用いる運転では、システム回収率は最適値よりも低い。
２．Ａ＋Ｂ＋Ｃ：
次いで、次のモードは（「１００」）で表されるような膜システムの使用を含む。これは９０％よりも高い回収レベルをもたらす最も基本的なシステム形態である。これは、蓄積された不純物を排出して除去するのではなく、ＰＳＡ廃棄物流を膜システム（４００）に通すことを含む。このモードでは、蓄積された不純物をパージする間に失われるプロセス・ガス（例えばヘリウム）の量が大きく低減する。
３．Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ：
この形態では、製品送達圧力制御が使用される。前述の形態はある固定された送達圧力で運転されるであろう。製品送達圧力制御（２００）を組み込むことによって、顧客は異なる用途のガス圧力要求を考慮する選択肢を有する。要求があれば、この制御方法はより高い圧力のガス供給を用途へ送達する選択肢を提供する。
４．Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ：
この運転モードには再生システムの製品送達ライン（２）に分析器（２５０）が加わる。これは用途の安全装置として機能する。この運転方法では、再生システム自身が仕様外製品ガスに対する監視を行う。このようにして高い設定点を警報として用いることができる。この高い設定点は、用途が許容できる最高の不純物レベルである必要はない。この高い設定点に達すると、システムは用途への製品供給を中断することなく製品を仕様内に戻す清浄化手順を開始する。
５．Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｆ：
この最も好ましい運転モードは、最高の製品回収率、柔軟性、及び運転の容易さを備える再生システムを作り上げるために、全ての制御の構成を含む。この実施形態では、用途からの再循環ガス流のいくらかの部分は再生システムに再循環して戻すことなく、ライン（７）を経由して排出することができる。この排出は２つの機能の役割をする。第１に、始動の間のシステムからのグレードの低いガスをパージする手段が準備される。このガスは再生システムの能力を超えた不純物レベルを含むであろう。第２に、これによって同じシステムを広範囲の用途に使用することが可能になる。特別の用途が、運転のある部分で再生ガス流の中に多量の不純物を有する場合、この排出ラインの制御を用いて再生システムへ導く図のバルブ（Ｖ４）を閉じ、ライン（７）を経由する排出口（Ｖ３）へのバルブを開ける。大きく汚染されたガスの塊が排出された後、バルブを元に切り替え、「使用された」ガス流を再生システムへ戻すのを再開できる。この制御方法は、以下に論じるように、始動作業の間に予備設定されるタイマーを用いる。いつ不純物の高いガスが用途を出るかが容易に判るので、これが可能である。このシステムは、追加の制御フィードバック・ループを提供して高度に不純なガスを、それが最初に検出されたときに自動的に排出する回収流の分析器（２００）を別法として使用できることが認識される。これは予測の困難な「使用された」ガス流中の不純物レベルが広範囲に変動する用途に有用であろう。
【００４７】
要素Ａ〜Ｆの他の組み合わせも可能であることが特記される。例えば１個又は複数の任意のＤ〜Ｆの要素を、Ｃを省いてＡ＋Ｂの組み合わせに加える（例えばＡ＋Ｂ＋Ｄ、又はＡ＋Ｂ＋Ｄ＋Ｆなど）ことができる。別法として、１個又は複数の任意のＤ〜Ｆの要素を、Ｃと共に用いる（例えばＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｆ、又はＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｅなど）ことができる。
【００４８】
以下に続く討議は上の制御方法＃５に基づく。これは図１に示されるように、ヘリウム回収システムを制御する好ましい手段の概要を提供する。
【００４９】
図１を参照すれば、ヘリウム・ガスは製品バラスト・タンク４から導管（５）を経由して用途６に供給される。元のガス（例えばヘリウム）供給は供給（２８）から導管（３１）を経由して提供されることに留意されたい。用途は変動する量の流れ不純物をヘリウムに導入するであろう。この汚染されたヘリウムは「使用された」ガス流として用途から除去される。使用されたガスは、必要であれば導管（８）及び（９）を経由して任意選択的な水素除去システム（３０）に導かれる。原料ガスは任意選択的な水素除去システム（３０）の中で、酸素の存在下で触媒（例えばパラジウム・モノリス）上を通り、水を作る。ガスはライン（１３）を経由してＰＳＡ原料圧縮機（１６）を通り、再使用のために製品バラスト・タンクへ送る前に清浄化のための再生システムへ再循環される。使用された用途からのある種のガスは再生システムで取り扱うには不純物があまりにも多く、したがって、再循環よりも廃棄物として導管（７）を経由して排出しなければならない。この排出ステップで失われたガスは、導管（１０）を経由して供給（２８）からのヘリウムと入れ替えられる。
【００５０】
定期的にＰＳＡ吸着床は再生する必要がある。この再生プロセスはヘリウムに富む廃棄物流を発生する。
【００５１】
不純物レベルが低い場合には、より高い回収を行うために、ＰＳＡ廃棄物流は導管（８）及び任意選択的なサージ・タンク１９を経由し、ライン（２０、１４、及び１５）を経由して直接ＰＳＡ原料圧縮機（１６）へ再循環して戻される。ＰＳＡ廃棄ガスの再循環は、連続的なサイクル中にこの再循環流中の不純物の濃度を蓄積させる。ある点でこれらの不純物はＰＳＡ吸着容器の能力を超える濃度に達するであろう。ガス純度分析器（１００）はこの上限の廃棄物流を監視する。この上方の設定点に達すると、ＰＳＡ廃棄ガス流の大部分は、ライン（２１）の圧縮機（２２）を経由して膜（２４）へ導かれる。膜は急速にＰＳＡ廃棄物流の不純物をライン（２６）を経由して除去及び拒絶し、再生されたガス（例えばヘリウム）中の再生された廃棄物流（２５）を豊富にする。分析器（１００）が低い不純物レベルに達したことを示すと、膜圧縮機（２２）の能力は低くなり、大部分のＰＳＡ廃棄ガス流は再びライン（２０、１４、及び１５）及び他の導管を経由してＰＳＡ原料圧縮機（１６）の吸引側へ導かれる。
【００５２】
システムは分析器（１００）でＰＳＡ原料圧縮機吸引圧力を監視することによって、用途の要求に見合う速度を保つ。用途の使用量が多いと、ＰＳＡ圧縮機（２２）導入口のヘリウム使用量が多くなる。これによって導入口の圧力が高くなる。より高い導入口の圧力は、導入圧力を低下させるべく圧縮機の能力を増加させるであろう。これによって用途への追加のヘリウムが発生する。吸引圧力の低下は圧縮機の能力を減少させる働きをし、したがって、入手可能なヘリウム製品に逆の影響を与える。圧縮機の処理量を増加させても圧力モニタ（２００）で測定されたバラスト・タンク（４）の送達圧力設定点を維持する十分なヘリウムが提供されない場合には、システムは自動的に供給（２８）からの補充ガスをライン（１０、１３、及び１５）を経由してＰＳＡ原料圧縮機に加えるであろう。ガスの追加は導入口の圧力をさらに増加させる働きをし、したがって、圧縮機にその能力をさらに増加させ、バラスト・タンク（４）への追加の製品が入手可能になる。システムの統合性はガス純度分析器（２５０）によって製品の純度を監視することによって確実になる。運転の好ましい詳細説明は以下の通りである。これは以下にリストされた設計パラメータに基づく。
【表１】
2004536702.tif 000003
【００５３】
これらの設計パラメータは再循環されるガスとプロセス条件によって変動することを特記したい。
【００５４】
以下の詳細な制御プロセスの議論は、図２に示された装置と流れの番号を参照する。図１と共通の要素は同じ参照番号を用いる。用語「ＡＩＣ」は「分析器指示コントローラ」を意味し、用語「Ｃ」は制御ロジック・ループ（比較機能）を意味し、「ＦＥ」は「流れ要素（Ｆｌｏｗ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）」を意味し、「ＦＩＣ」は「流量指示コントローラ」を意味し、「ＰＩＣ」は「圧力指示コントローラ」を意味し、「ＰＴ」は「圧力トランスミッタ」を意味し、「ＰＶ」は「プロセス・バルブ」を意味することを特記したい。
【００５５】
ＰＳＡユニット（１）は１７０．０ｐｓｉｇの、純度９９．９９９％を超えるヘリウム・ガスを製造する。製品は導管（２）を経由してＰＶ１へ流れる。ここでＰＩＣ１はＰＴ１の入力及びＰＶ１の調整によって吸着設定点を維持している。ＰＩＣ５はＰＴ１で監視することによって高圧条件によるシステムの高圧化を保護する。高い設定に達すると、ＰＩＣ５からの入力がＣ１へのＰＩＣ６に優先し、圧縮機の能力はＰＴ１で指示された圧力が正しい運転範囲に戻るまで戻される。分析器（２５０）は連続的に製品の純度を監視する。制御方法は後でより詳細に議論する。ＰＶ１から製品ガスは流れ要素ＦＥ１を通って動き、導管（３）を経由して製品バラスト・タンク（４）に送達される。ＦＩＣ１はＦＥ１からの入力を読み取り、必要なときにＰＶ４を調整して、確実にいくらかの最小量のガスが常にシステムを通って流れているようにする。これは分析器（２５０）で新鮮な製品サンプルを確保するために行われる。ＦＥ１が最小流量の要件が満たされていることを示すと、ＰＶ４は閉じられ、製品の再循環はない。
【００５６】
ＰＩＣ３はＣ３によって製品バラスト・タンク（４）（バラスト・タンク）の圧力を顧客の定めた設定点に制御する。ＰＩＣ３は要求に応じてＰＶ３を調整し、システムにヘリウムの補充を加える。圧力トランスミッタ（２００）で示されるバラスト・タンクの圧力が設定点以下に低下すると、供給（２８）から導管（１０）を経由してガスがシステムに加えられる。圧縮機（１６）導入口へのこのガスの導入は導入口の圧力を高める。この動作は圧縮機（１６）にその処理量（能力）を増加するように信号を出し、それによってライン（２）を経由してバラスト・タンク（４）に追加の製品を送達する。バラスト・タンクの圧力が設定点に戻ると、補充ガスの流れは完了する。これは全て比例積分導関数（ＰＩＤ）ループを用いることによって連続的に遂行される。製品ガスは導管（５）を経由してバラスト・タンク（４）を出て、用途（６）へ送達され、特定の要求に従って減圧調節される。用途によって使用されたガス（「使用された」ガス）は、今度はライン（８、９、１３、及び１５）を経由して再生システムへ戻され、精製され再使用される。
【００５７】
所定の用途内のある種のプロセスは、他よりも高いレベルの不純物を導入するであろう。ライン（７）のバルブＶ３はそれらの不純なガスを、それが回収システムに到達する前にパージするのに使用することができる。この運転はプリセット・タイマーによって制御され、用途のプロセス・データに基づいている。一例では、製品ヘリウムの流れを開始することのできるボタンが用途で押された後、バルブを５．０秒間開いたままに保って、「使用された」ガスを排出することができる。
【００５８】
再生すべき使用されたガスは導管（８）、（９）、（１１）、（１３）、及び（１５）を経由してＰＳＡ原料圧縮機（１６）の吸引側へ移動する。その途中、膜ユニットからの透過（ヘリウムに富む）ガスは導管（２５）に入り、必要ないかなる補充ガスも供給（２８）から提供されて（１０）を経由して入り、再生されたＰＳＡ廃棄ガスは（１４）から入る。圧縮機の導入口は用途からのヘリウムの再循環を容易にするために低圧に維持されなければならない。ＰＴ４は導入口の圧力を監視し、ＰＳＡ原料圧縮機（１６）の能力を調整することによってこの条件を維持する。ＰＩＣ６はＰＴ４からの信号を処理し、Ｃ１を経由する圧縮機の処理量を増減する。前に論じたように、ＰＳＡの過剰圧力条件はＰＩＣ５からのＣ１への入力によって防止される。過剰圧力条件の場合、この信号はＰＩＣ６のそれを優先し、条件が修正されるまで圧縮機の処理量を自動的に減少する。原料圧縮機（１６）は回収されたガスを必要な吸着圧力に上昇し、それを導管（１７）を経由してＰＳＡユニット（１）へ移す。この「使用された」ガスは、変動する不純物レベルを含み、これは顧客によって再使用される前にＰＳＡによって取り除かなければならない。
【００５９】
吸着ステップが完了すると、ＰＳＡユニット（１）は濃縮されたレベルの原料ガスの汚染物を含む廃棄物流を発生する。この廃棄物流は導管（１８）を経由してサージ・タンク（１９）へ移動する。サージ・タンク（１９）は廃棄物流を混合してさらに均質な不純物プロファイルを作る。タンク（１９）を使用することによって、膜（２４）への連続的なガス流も提供される。導管（２０）は一般に１．０から２．５％の不純物濃度のガス流を含む。
【００６０】
分析器ＡＥ２はこの流れを監視し、不純物のレベルをＡＩＣ２を経由して制御ロジックで設定点と比較する。例えば、不純物レベルが２．５％以下であると、廃棄物流の大部分は導管（１４）を経由してＰＳＡ原料圧縮機（１６）の吸引側に直接再循環して戻される。流れの少量％は導管（２１）を経由して膜圧縮機（２２）へ移動する。この最小の流れは完全に減速した膜圧縮機（２２）への処理量を表す。
【００６１】
システムの運転中にはいつでも、膜ユニットを待機状態に留めるために圧縮機（２２）を通る僅かなガスの流れが維持されなければならない。不純物濃度レベルが低いときは、未透過流に失われたと考えられるヘリウムの量は、膜圧縮機の減速した処理量が最高能力の約２０％であるので、僅かである。得られるヘリウムに富む透過流（２５）は、廃棄物流の中の汚染物を希釈することによってシステムの性能を促進する。
【００６２】
ＰＳＡシステム（１）が廃棄ガスをＰＳＡ原料圧縮機（１６）へ連続的に再循環して戻すと、流れの不純物は蓄積する。不純物レベルは定期的に上方の設定点に達し、この点でこれらの蓄積された不純物はＰＳＡシステムから取り除くことが必要である。分析器（１００）が、ＰＳＡ廃棄物流の汚染物が高設定点（例えば２．５％）に達した又は超えたことを示すと、ＡＩＣ２はＣ２を経由して新しい設定点をＰＩＣ２に送る。この設定点は、分析器（２５０）で示される製品の純度が要求される仕様を満たすならば、Ｃ２への他の全ての入力に優先する。ＰＩＣ２はここでＰＶ２を調整して、膜システムの背圧をより低い圧力、約１６５．０ｐｓｉｇに維持する。この設定で膜圧縮機（２２）は最高の能力にある。この能力は導管（２０）からのＰＳＡ廃棄物流の大部分に割り当てられ、残るガスは導管（１４）を経由して原料圧縮機（１６）に直接再循環して戻され続ける。膜は全てのＰＳＡ廃棄物流を処理する能力はないであろうが、顧客のプロセスがそれに加える速度よりも多量に流れの不純物を除去するように設計されるべきである。膜圧縮機（２２）はガスを約１６５．０ｐｓｉｇで導管（２３）を経由して膜ユニット（２４）に移動する。膜（２４）は酸素と窒素を空気中に見られる比率と等しい比率で拒絶するような基準であることが好ましい。拒絶された量の総計は原料流濃度の関数である。未透過流は導管（２６）を経由してバルブＰＶ２へ移動する。ＰＶ２は膜の処理量を調整する機構を提供することによって膜システムの背圧を制御する。未透過流は導管（２７）を経由して大気に排出される。
【００６３】
ヘリウムが豊富になった低圧の透過流は、導管（２５）を経由してＰＳＡ原料圧縮機（１６）に再循環して戻される。このガスは、導管（１５）を経由してＰＳＡ圧縮機（１６）に戻る前に、用途（６）からの導管（８）の中で回収された使用済みガスと混合される。ＰＳＡ廃棄物流再循環ループ（２０）中の不純物レベルは不感帯領域を通り、分析器（１００）で示される低設定点（例えば１．０％）まで低下する。この点でＡＩＣ２はＰＩＣ２の設定点を１７５．０ｐｓｉｇ（完全な減速）に再設定する。導管（２０）中の廃棄物流の大部分は、再び膜ユニットを迂回し、導管（１４）を経由してＰＳＡ原料圧縮機（１６）へ再循環して戻る。
【００６４】
前に論じたように、システムは自己制御する。膜システムを通って導管（２７）を経由して失われたガスは圧縮機（１６）でガスの不足を生じる。用途（６）内の他の運転もヘリウムを「消費」する。用途のプロセスからの漏洩、及び導管（７）を経由したＶ３でのいくらかの高不純物の「廃棄」ガスの排出はその２つの損失である。結果としてガス不足によってＰＳＡ原料圧縮機（１６）の導入口での低圧条件が起きる。この不足は圧力モニタ（５０）で示され、ＰＩＣ６はＰＳＡ原料圧縮機の能力を低下させることを開始し、吸引圧力を設定点に戻す。製品バラスト・タンク（４）がその設定点の圧力、例えば１４５．０ｐｓｉｇでなお運転している限り、プロセス制御はガスの損失が供給源（２８）から補充を加えることを認めるには十分ではないと判定する。ＰＩＣ６は単純にＰＳＡ原料圧縮機の処理量をこの低い能力で維持し、吸引設定点を維持する。次いで生成される製品の量も減少する。用途が追加の製品を必要とするならば、これは圧力モニタ（２００）で指示されるバラスト・タンク圧力を通じてシステムに信号が送られる。タンク圧力が設定点以下に低下すると、補充ガスの必要性が認識され、ＰＩＣ３は要求に応えるためにＰＶ３の調整を始める。このガスの追加で、ＰＳＡ原料圧縮機導入口圧力はその設定点以上に上昇し、ＰＩＣ６は補償のために圧縮機の能力を上げる。追加の製品が用途で入手可能となる。ＰＩＣ３はＰＶ３を連続的に調整して設定点の圧力で連続的な製品供給を提供する。
【００６５】
システムの統合性は製品流の純度を連続的に監視することによって維持される。通常の運転において、ＡＩＣ２からの入力、及び導管（２０）中のＰＳＡ廃棄物流の不純物レベルを監視する分析器（１００）は、仕様外の条件が発生するのを防止しなければならない。しかし、長期間には、吸着床における吸着前線のクリーピングなどの事態、又はシステムの能力を超える不純物の導入を招く運転者のエラーがあり得ることが認められる。ＡＩＣ１は分析器（２５０）からの出力を低い設定点及び高い設定点の値と比較する。流れが高設定点以下で運転しているときは、ＰＶ２は「通常」モードで運転可能である。ＰＳＡ廃棄物流の不純物のプロファイルが、膜によって処理されたＰＳＡ廃棄ガスの量を制御している。ＡＩＣ１によって仕様外条件、例えば製品の純度レベルがヘリウム９８．５％まで低下したことが検出されると、ＡＩＣ１はＡＩＣ２からの入力をＣ２に入れ替えることによって応答する。ＰＩＣ２の設定点は約１０．０ｐｓｉｇから１６５．０ｐｓｉｇに下げられ、膜ユニットは最高の処理量の処理を開始する。ＰＳＡ廃棄物流ガスの処理、及びＰＳＡシステムにさらに純粋なヘリウムを通過させることによって、製品中の不純物レベルが迅速に確認される。分析器（２５０）によって不純物が低い設定点に達する、又はそれ以下に低下したことを示されると、膜の制御はＡＩＣ２に戻る。背圧の設定は１７５．０ｐｓｉｇに変更して戻され、ユニットは再び減速モードで運転する。
【００６６】
この制御方法はヘリウム・ガスの再生に制限されない。この方法は、水素、酸素、窒素、二酸化炭素、又は他の任意のガスにも容易に用いることができる。
【００６７】
本明細書に概要を示した制御方法を用いる再生システムから恩恵を受けることのできるであろう他のヘリウムの用途は、表２を含む。
【００６８】
【表２】
2004536702.tif 000004
【００６９】
ＰＴ１で示され、ＰＩＣ５によって制御される吸着圧力の高設定点は任意の値であることができ、運転基準に応じて当業者によって決定することができよう。
【００７０】
モニタ（２００）で示される製品送達圧力は任意の値であることができる。この設定点は顧客の特定の要求に従って制御されよう。
【００７１】
また、モニタ（２００）で示される製品送達圧力の設定点は、浮動点又は許容可能な圧力の「不感帯」範囲であることもできよう。これは、システムに目標とする運転点を連続的にオーバーシュート及び／又はアンダーシュートさせる入力と応答間の時間遅れの問題を回避して、システムのさらに円滑な動作を可能にする。
【００７２】
モニタ（５０）で示されるＰＳＡの吸着圧力設定点は任意の値であることができ、運転基準に応じて当業者によって決定することができよう。
【００７３】
ガス分析器（２５０）で示される警報の高い及び低い設定点は顧客の特定の要求によって設定することができよう。
【００７４】
ＦＥ１で示され、ＦＩＣ１によって制御される、再循環される製品流の量は任意の値であることができ、運転基準に応じて当業者によって決定することができよう。この製品の再循環ループは、極めて多量のヘリウム製品を再循環することによって、再生システムの減速した能力を補うために用いることができよう。
【００７５】
ＰＳＡ原料圧縮機の導入口で維持すべき、モニタ（５０）で示される運転圧力レベルは、任意の値であることができ、運転基準に応じて当業者によって決定することができよう。さらに、ＰＩＣ４で制御される低圧警報は任意の値であることができ、運転基準に応じて当業者によって決定することができよう。
【００７６】
再循環される処理ガスの若干量を排出するバルブＶ３のタイミングは、タイマー又は分析器の入力からのいずれかで制御することができる。再循環されるガス流の不純物が許容可能な最低の不純物レベルを超えているかぎり、バルブは開かれたまま維持され、「使用された」ガスは排出されるであろう。
【００７７】
ＡＥ２で示される高い又は低い不純物の設定点は任意の値であることができ、運転基準に応じて当業者によって決定することができ、サイクルタイム、吸着床の負荷、及び膜ユニットの設計仕様による。
【００７８】
ＰＩＣ２で制御される膜の減速制御は、任意の差圧範囲を用いて、ユニットの最高及び最低の処理量を制御することができる。この設定点は膜の設計詳細と同様にプロセスによるもので、運転基準に応じて当業者によって決定することができよう。
【００７９】
膜分離ユニットの透過側の背圧は、透過物の純度を制御するのに使用することができよう。
【００８０】
製品純度の高い警報設定点は顧客特有のものであって、顧客の許容できる最高の純度レベルである必要はない。このようにして、顧客への製品供給を中断することなく、システムは仕様外条件に対する応答を開始することができる。最初の処置で製品を仕様に戻すことに失敗した場合、第２の高設定点が用いられ、最初に顧客に状況を警告し、次いで条件へのより劇的な応答を開始する。顧客のプロセスからの再循環ガスは導管（７）を経由してバルブＶ３を通して排出することができる。その結果、モニタ（５０）は原料圧縮機の吸引圧力の低下を示し、ＰＩＣ６はＰＳＡ原料圧縮機（１６）の処理量を減少することで応答する。機械の減速はバラスト・タンク（４）の圧力を低下させ、ＰＴ３はこれを製品の不足と認識し、ＰＩＣ３によってモニタ（２００）を開く制御応答を開始し、より多くの補充ガスをシステムに送入させる。この時点で、全てのプロセス・ガスは予備タンク（２８）から導管（１０）を経由して顧客へ供給される。顧客はこの状況の警告を受け、システムを停止するか、運転を継続するかの選択肢が与えられる。２段階の高い警告の目的は、顧客がヘリウムの予備ガスを急速に消耗する望ましくない状況を回避することである。
【００８１】
最初の（最初の高い警告）応答が開始される所定の時間内で、追加の制御を数回繰り返して用いることができよう。回数がある最大限度を超えると、システムは所定の時間、ユニットが最大の膜処理量で運転する清浄化課程を開始することができよう。この時間内にＰＳＡは非常に低い不純物レベルで原料材を処理するであろう。この清浄なガスは、ＰＳＡ吸着床を清浄化する働きをし、吸着床に蓄積された高レベルの汚染物を除去する。清浄化課程の時間が終わった後、膜の制御は再びＡＩＣ２に戻る。
【００８２】
ＰＳＡ／膜システム設計に最大の柔軟性を与えるために、膜システム（２４）（図１参照）は、システムが最大能力モードで連続的に運転する（すなわち、膜の背圧の増加又は膜圧縮機の処理量の減少を招く減速制御がない）ように運転することができよう。このようにして、標準的な膜システムを、より大規模に拡大するＰＳＡ／膜のヘリウム再生組み合わせシステムに用いることができよう。
【００８３】
【表３】
2004536702.tif 000005
【００８４】
表３に示したように、用途のサイズが大きくなるほど再生されたヘリウム流も多くなる。これに伴って排除される不純物レベルも比例して増加する。増加する不純物レベルをＰＳＡ廃棄物流から排除するためには、膜が所定の任意の時間内でより長時間運転されることが必要である。したがって、組み合わせたＰＳＡ／膜再生システムには、同じサイズの膜をその特定の膜ユニットの限界まで使用することができる。例えば、上記の例で使用される膜システムの最大排除量が４５１．０ｌｂ／ｈｒであるならば、それは約２０００ｓｃｆｍのヘリウムを使用する用途に用いることができ、それは連続的に運転すべきであろう。
【００８５】
また、組み合わせたＰＳＡ／膜システムの代替の運転モードは、膜システムをある程度処理量を減少させた（減速）モードで連続的に運転することも含む（すなわち、処理量が運転中常に一定に保たれる）。これは設計の柔軟性を可能にし、この運転モードの恩恵を受ける任意の特定の用途を満足することができよう。ＰＳＡの替わりに、熱スイング吸着（ＴＳＡ）システム、ＰＳＡ／ＴＳＡシステム膜組み合わせなど、他の吸着又は精製システムを用いることができる。吸着プロセスは、大気圧以下（ｓｕｂａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ）（ＶＳＡ）、大気圧範囲（ｔｒａｎｓａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ）（ＶＰＳＡ）、又は大気圧以上（ｓｕｐｅｒａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ）（ＰＳＡ）サイクルで運転する１つ又は複数の床を用いるプロセスを含む。
【００８６】
最も好ましい例に用いられる制御方法は、膜圧縮機の処理量を膜分離ユニットの背圧を調整することによって制御する。圧縮機は、設計された圧力でガスを膜ユニットに供給するように設計される。圧縮機はそれ自身の放出からの圧力信号をその能力調整の手段として用いる。それは自動的にその処理量を調節し、設定点の放出圧力を維持する。この放出圧力制御は膜未透過流のバルブ制御を使用することによって停止することができる。圧縮機は１６５．０ｐｓｉａでガスを膜に送達するように設計される。放出圧力を１７５．０ｐｓｉｇにすることによって、圧縮機は、この圧力が設計点の１６５．０ｐｓｉｇに戻るように、その能力を可能な限り戻す。圧力がその制御外の手段で制御されているので、それを実行することができない。結果として、その圧縮機の放出が１７５．０ｐｓｉｇであるかぎり、圧縮機はこの減速モードで運転を続けるであろう。
【００８７】
圧縮機の処理量は、ＰＳＡ原料圧縮機を制御するのと同じように圧縮機のスライド・バルブに直接信号を送ることによって制御することが可能である。この運転モードでは、（制御バルブを備えるＰＩＤループ、背圧調節器、又は他の）何らかの他の手段によって一定の膜ユニット背圧を維持することができ、膜システムの処理量は、膜圧縮機の能力を直接増加又は減少させることによって調整されるであろう。
【００８８】
用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書では「含むが制限しない」 の意味で使用され、すなわち、請求項中で参照される記載された特徴、整数、ステップ又は要素の存在を明記するが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、要素、又はその群の存在又は追加を排除しない。
【００８９】
本発明の特定の特徴は便宜上１つ又は複数の図面で示され、各特徴は本発明による他の特徴と組み合わせることができる。代替の実施形態が当業者には認められるであろうが、これらは請求項の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】水素除去ユニット、ＰＳＡシステム、及び膜ユニットを使用する本発明の実施形態のプロセス・フロー図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態のプロセス・フロー図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態のロジック・フロー図である
【図４】本発明に使用可能な制御点／応答マトリックスの例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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