(57)【要約】フィードガスを精製するための圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システムを提供する。ＰＳＡシステムは、フィードポート、生成物ポート、並びにフィードガスからの１種又はそれより多くの不純物を吸着して生成物ガスを生産するように設計された吸着材料をそれぞれ有する第１の吸着床及び第２の吸着床を有していてもよい。ＰＳＡシステムはまた、フィードガスを吸着床のフィードポートへと導くように設計され、生成物ガスを、吸着床の生成物ポートへと、また生成物ポートから外へと導くように設計された配管ネットワークを有していてもよい。配管ネットワークはまた、圧力均等化工程及びパージ工程中に、第１の吸着床と第２の吸着床との間でガスを移動させるように設計されていてもよい。ＰＳＡシステムはまた、フィードガス及び生成物ガスの流れを配管ネットワークへと導くように設計された第１の弁を有していてもよい。ＰＳＡシステムはさらに、圧力均等化工程およびパージ工程の少なくとも１つの間に、第１の吸着床と第２の吸着床との間のガスの流速を規制するように設計された第１のオリフィスを有していてもよい。【選択図】図１
2018521843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィードガスを精製するための圧力スイング吸着システムであって、
フィードポート、生成物ポート、および該フィードガスからの１種またはそれより多くの不純物を吸着して生成物ガスを生産するように設計された吸着材料をそれぞれ有する、第１の吸着床および第２の吸着床、
該フィードガスを該吸着床の該フィードポートへと導くように設計され、該生成物ガスを、該吸着床の該生成物ポートへと、および該吸着床の該生成物ポートから外へと導くように設計され、圧力均等化工程およびパージ工程中に、第１の吸着床と第２の吸着床との間でガスを移動させるように設計された、配管ネットワーク、
該フィードガスおよび該生成物ガスの流れを該配管ネットワークへと導くように設計された第１の弁アセンブリ、ならびに
圧力均等化工程およびパージ工程の少なくとも１つの間に、第１の吸着床と第２の吸着床との間でガスの流速を規制するように設計された第１のオリフィス
を含む、圧力スイング吸着システム。
【請求項２】
前記圧力均等化工程および前記パージ工程の少なくとも１つの間に、第１の吸着床と第２の吸着床との間でガスの流速を規制するように設計された第２のオリフィスをさらに含む、請求項１に記載の圧力スイング吸着システム。
【請求項３】
第１のオリフィスが、固定された流量制限となるように設計されている、請求項１に記載の圧力スイング吸着システム。
【請求項４】
第１のオリフィスの穴のサイズが、システム工学の設計計算に基づき試運転前に決定される、請求項１に記載の圧力スイング吸着システム。
【請求項５】
第１の弁が、回転弁である、請求項１に記載の圧力スイング吸着システム。
【請求項６】
第１のオリフィスが、第１の弁に統合されている、請求項５に記載の圧力スイング吸着システム。
【請求項７】
前記第１及び第２の吸着床が、定置型である、請求項１に記載の圧力スイング吸着システム。
【請求項８】
前記均等化工程および前記パージ工程の少なくとも１つの間における第１の吸着床と第２の吸着床との間の前記ガスの流速を調整することができない、請求項１に記載の圧力スイング吸着システム。
【請求項９】
制御器をさらに含み、該制御器は、第１の弁と連通し、第１の弁の位置を調整するように設計されている、請求項１に記載の圧力スイング吸着システム。
【請求項１０】
フィードガスを精製するための圧力スイング吸着システムであって、
フィードポート、生成物ポート、および該フィードガスからの１種またはそれより多くの不純物を吸着して生成物ガスを生産するように設計された吸着材料をそれぞれ有する、第１の吸着床および第２の吸着床、
該フィードガスを該吸着床の該フィードポートへと導くように設計され、該生成物ガスを、該吸着床の該生成物ポートへと、および該吸着床の該生成物ポートから外へと導くように設計され、均等化工程およびパージ工程中に、第１の吸着床と第２の吸着床との間でガスを移動させるように設計された、配管ネットワーク、
該フィードガス流および生成物ガス流の流れを該配管ネットワークへと導くように設計された第１の弁、
該フィードガス流および生成物ガス流の流れを該配管ネットワークへと導くように設計された第２の弁、ならびに
均等化工程およびパージ工程の少なくとも１つの間に、第１の吸着床と第２の吸着床との間のガスの流速を規制するように設計された第１のオリフィス
を含む、圧力スイング吸着システム。
【請求項１１】
前記均等化工程および前記パージ工程の少なくとも１つの間に、第１の吸着床と第２の吸着床との間のガスの流速を規制するように設計された第２のオリフィスをさらに含む、請求項１０に記載の圧力スイング吸着システム。
【請求項１２】
第１の弁および第２の弁が、それぞれローターおよびステーターを有する回転弁であり、第１の吸着床および第２の吸着床が、第１の弁および第２の弁のローターと共に回転する、請求項１０に記載の圧力スイング吸着システム。
【請求項１３】
フィードガス流を精製するための、第１の吸着床および第２の吸着床を有する圧力スイング吸着システムを作動させる方法であって、
第１の吸着床および第２の吸着床の少なくとも一方を吸着モードで作動させること；
第１の吸着床および第２の吸着床の少なくとも一方を再生モードで作動させること；および
均等化工程の間に、第１の吸着床と第２の吸着床との間でガスを移動させること
を含み、ここで該ガスの流速は、第１のオリフィスを通じて規制される、方法。
【請求項１４】
パージ工程中に、第１の吸着床および第２の吸着床の少なくとも一方へと生成物ガスを導くことをさらに含み、該生成物ガスの流速は、第２のオリフィスを通じて規制される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１の吸着床または第２の吸着床の少なくとも一方へと導かれる前記生成物ガスが、他方の吸着床によって供給される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記均等化工程中に、第１の吸着床と第２の吸着床との間を移動する前記ガスの流速を、調整することができない、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記パージ工程中に、第１の吸着床および第２の吸着床の少なくとも一方へと導かれる前記生成物ガスの流速を、調整することができない、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記フィードガスが、不純物を含有する水素である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
パージ工程の間に、第１の吸着床と第２の吸着床との間に前記ガスを移動させることをさらに包含し、前記ガスの流速は、オリフィスを介して調節される、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記パージ工程中に、第１の吸着床と第２の吸着床との間を移動する前記ガスが、回転弁を通じて経路付けられ、前記オリフィスが、該回転弁の通路に統合されている、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[001]本出願は、参照によりその全体が開示に組み入れられる２０１５年７月１３日付けで出願された米国仮出願第６２／１９１，８０２号の利益を主張する。
[002]本発明の開示は、圧力スイング吸着器の流れを調節すること、より特定には、圧力スイング吸着器の均等化（equalization）およびパージ工程の流れを調節するシステムおよび方法に向けられる。
【背景技術】
【０００２】
[003]圧力スイング吸着法（ＰＳＡ）は、画分の分子的な特徴および吸着材料に対する親和性に基づいて、加圧下でガスの混合物から一部のガス画分を分離するのに使用される技術である。圧力スイング吸着法の分離プロセスは、不純物種を含有するガス流を、上昇した圧力で、吸着時間として公知の持続時間にわたり吸着床に通過させることを包含する。不純物の分圧を上昇させることにより、吸着床内の吸着材料上への不純物の吸着を生じさせ得る。吸着時間に達した後、吸着床を減圧し、パージすることにより、不純物を除去して、吸着材料の再生を起こすことができる。
【０００３】
[004]少なくとも２つの吸着床を使用する圧力スイング吸着システム（ＰＳＡ）は、生成物ガスがほぼ連続的に生産されるように設計されていてもよく、加えて、少なくとも２つの吸着床の使用は、吸着床間の均等化工程を許容し、この均等化工程において、吸着床を出た減圧されたガスは、第２の吸着床を部分的に加圧するのに使用することができる。この均等化工程によって、エネルギーを節約することができる。
【０００４】
[005]従来のＰＳＡでは、可変流れ抵抗弁（variable flow resistance valve）（例えば、ニードル弁）が、均等化中に吸着床間のガス流速を調整するのに使用される。可変流れ抵抗弁は、均等化に足りないこと（すなわち、吸着床が理想的な最終圧力に達しないこと）および均等化を超えること（すなわち、均等化があまりにも急速に起こるために、吸着床中のガス分布が崩壊すること）が回避されるように調整することができる。可変流れ抵抗弁はまた、パージ工程の間にガス流速を制御するためにも一般的に使用されており、その場合、生成物ガスは、脱着させた不純物を吸着床から吹き飛ばすのに使用される。パージ工程中の過剰なガス流は、生成物ガスの浪費になる可能性があり、一部のケースでは吸着床の汚染を引き起こす可能性がある。可変流れ抵抗弁のチューニングは一般的に、ＰＳＡシステムの組み立ておよび／または試運転（commissioning）中になされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[006]可変流れ抵抗弁を均等化およびパージ中にガス流速を制御するのに使用することは、それほど最適ではない。弁それ自体がＰＳＡシステムのコストと複雑さを増大させ、必要となる最初のチューニングが試運転時間とコストを増大させる。したがって、本発明の開示は、上記で明示された問題の１つまたはそれより多くを克服することに向けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[007]一形態において、本発明の開示は、フィードガスを精製するための圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システムに向けられる。ＰＳＡシステムは、それぞれフィードポート、生成物ポート、および吸着材料を有し、フィードガスからの１種またはそれより多くの不純物を吸着して生成物ガスを生産するように設計された第１の吸着床および第２の吸着床を包含していてもよい。ＰＳＡシステムはまた、フィードガスを吸着床のフィードポートに方向付けるように設計された配管ネットワークを包含していてもよい。配管ネットワークはまた、生成物ガスを、吸着床の生成物ポートへと、また生成物ポートから外へ、方向付けるように設計されていてもよい。配管ネットワークはさらに、圧力均等化工程およびパージ工程の間に、第１の吸着床と第２の吸着床との間にガスを移動させるように設計されていてもよい。ＰＳＡシステムはまた、フィードガスおよび生成物ガスの流れを配管ネットワークへと方向付けるように設計された第１の弁を包含していてもよい。ＰＳＡシステムは、圧力均等化工程およびパージ工程の少なくとも１つの間に、第１の吸着床と第２の吸着床との間でガスの流速を調節するように設計された、第１のオリフィスをさらに包含していてもよい。
【０００７】
[008]別の形態において、本発明の開示は、フィードガスを精製するための圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システムに向けられる。ＰＳＡシステムは、それぞれフィードポート、生成物ポート、および吸着材料を有し、フィードガスからの１種またはそれより多くの不純物を吸着して生成物ガスを生産するように設計された第１の吸着床および第２の吸着床を包含していてもよい。ＰＳＡシステムはまた、フィードガスを吸着床のフィードポートに方向付けるように設計され、生成物ガスを、吸着床の生成物ポートに、また、生成物ポートから外へと方向付けるように設計された、配管ネットワークを包含していてもよい。配管ネットワークはまた、均等化工程およびパージ工程の間に、第１の吸着床と第２の吸着床との間にガスを移動させるように設計されていてもよい。ＰＳＡシステムはまた、フィードガス流および生成物ガス流の流れを配管ネットワークを通じて制御するように設計された第１の弁を包含していてもよい。ＰＳＡシステムは、フィードガス流および生成物ガス流の流れを配管ネットワークへと方向付けるように設計された第２の弁をさらに包含していてもよい。ＰＳＡシステムはまた、均等化工程およびパージ工程の少なくとも１つの間に、第１の吸着床と第２の吸着床との間でガスの流速を調節するように設計された、第１のオリフィスを包含していてもよい。
【０００８】
[009]別の形態において、本発明の開示は、フィードガス流を精製するための、第１の吸着床および第２の吸着床を有する圧力スイング吸着システムを作動させる方法に向けられる。本方法は、第１の吸着床および第２の吸着床の少なくとも一方を吸着モードで作動させることを包含していてもよい。本方法はまた、第１の吸着床および第２の吸着床の少なくとも一方を再生モードで作動させることを包含していてもよい。本方法は、均等化工程の間に、第１の吸着床と第２の吸着床との間にガスを移動させることをさらに包含していてもよく、ガスの流速は、第１のオリフィスを介して調節される。
【０００９】
[010]別の形態において、本発明の開示は、フィードガス流を精製するための、第１の吸着床および第２の吸着床を有する圧力スイング吸着システムを作動させる方法に向けられる。本方法は、第１の吸着床および第２の吸着床の少なくとも一方を吸着モードで作動させることを包含していてもよい。本方法はまた、第１の吸着床および第２の吸着床の少なくとも一方を再生モードで作動させることを包含していてもよい。本方法は、パージ工程の間に第１の吸着床と第２の吸着床との間にガスを移動させることをさらに包含していてもよく、ガスの流速は、オリフィスを介して調節される。
【００１０】
[011]前述の一般的な説明と以下の詳細な説明はいずれも単に典型的で説明的なものにすぎず、特許請求された本発明の開示を限定しないと理解されるべきである。
[012]添付の図面は、本明細書に取り入れられ本明細書の一部を構成するが、本発明の開示の数々の実施態様を例示し、その記載と共に本発明の開示の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】[013]図１は、例示的な定置型のＰＳＡ床を有する圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システムのフローの略図であり、第１の吸着床は、吸着モードに設定されており、第２の吸着床は、再生モードに設定されている。
【図２】[014]図２は、図１の例示的なＰＳＡシステムのフローの略図であり、ＰＳＡは、第１の床と第２の床との間の圧力均等化工程のに設定されており、第１の床は、減圧されている。
【図３】[015]図３は、図１の例示的なＰＳＡシステムのフローの略図であり、ＰＳＡシステムの第１の床は、パージ工程に設定されている。
【図４】[016]図４は、図１の例示的なＰＳＡシステムのフローの略図であり、ＰＳＡは、第１の床と第２の床との間の圧力均等化工程に設定されており、第１の床は、加圧されている。
【図５】[017]図５は、弁のローターと共に回転するＰＳＡ床を有する別の例示的なＰＳＡシステムのフローの略図であり、第１の吸着床は、吸着モードに設定されており、第２の吸着床は、再生モードに設定されている。
【図６】[018]図６は、図５の例示的なＰＳＡシステムのフローの略図であり、ＰＳＡは、第１の床と第２の床との間の圧力均等化工程に設定されており、第１の床は、減圧されている。
【図７】[019]図７は、図５の例示的なＰＳＡシステムのフローの略図であり、ＰＳＡシステムの第１の床は、パージ工程に設定されている。
【図８】[020]図８は、図５の例示的なＰＳＡシステムのフローの略図であり、ＰＳＡは、第１の床と第２の床との間の圧力均等化工程に設定されており、第１の床は、加圧されている。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[021]本発明の開示は、水素ガス精製のための圧力スイング吸着法に基づいた精製デバイスの例示的な実施態様を参照しながら本明細書に記載されるが、本発明の開示のシステムおよび方法は、様々な種類の圧力スイング吸着法に採用できることが理解される。さらに、本発明の開示は主として、２つの吸着床を有する圧力スイング吸着システムの例示的な実施態様を参照しながら本明細書において説明されるが、本発明の開示のシステムおよび方法は、２つより多くの（例えば、３、４、５、６、７、８、９、１０個、またはそれより多くの）吸着床を有する圧力スイング吸着システムに採用され得ることが理解される。当業界において通常の技術を有し本明細書で示された教示を利用する者であれば、追加の改変、適用、実施態様、および等価体の置換は全て本開示の範囲内であると理解するだろう。したがって、本開示は、前述のまたは以下の記載によって限定されると考えるべきではない。
【００１３】
[022]本発明の開示の他の特徴および利点ならびに可能性のある使用は、以下に示す添付の図面を参照した本開示の説明から当業者に明らかになるであろう。
[023]図１は、例示的な実施態様に係る圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム１０のフローの略図を描写する。ＰＳＡシステム１０は、数ある中でも、第１の吸着床１２、第２の吸着床１４、複数の接続を有する第１の弁アセンブリ１６、第１の弁アセンブリ１６と連携し得る制御器１８、ならびに、第１の吸着床１２、第２の吸着床１４、および第１の弁アセンブリ１６が相互接続するように設計された配管ネットワーク２０を包含していてもよい。ＰＳＡシステム１０はまた、制御器１８と連携していてもよい複数の送信器、スイッチ、および他の弁（示されていない）を包含していてもよい。一部の実施態様において、床（すなわち、第１の吸着床１２および第２の吸着床１４）は、定置型（stationary）であってもよい。
【００１４】
[024]図１で示されるように、配管ネットワーク２０は、第１の弁アセンブリ１６にフィードガス２４を供給するように設計された入口管２２を包含していてもよい。第１の弁アセンブリ１６の位置に応じて、フィードガス２４は、第１の吸着床１２の第１のフィードポート２６へと、および／または第２の吸着床１４の第２のフィードポート２８へと、経路が定められる。第１の吸着床１２および第２の吸着床１４はまた、図１に示されるような第１の生成物ポート３０および第２の生成物ポート３２を有していてもよい。第１の生成物ポート３０および第２の生成物ポート３２は、第１の弁アセンブリ１６と流体連通していてもよい。一部の実施態様において、第１の生成物ポート３０および第２の生成物ポート３２はまた、他の弁または接続（示されていない）、例えば大気に向けられた通気孔とも流体連通していてもよい。
【００１５】
[025]第１の弁アセンブリ１６は、例えばマルチポート回転弁であり得る。第１の弁アセンブリ１６は、ローターが回転してガス流を方向付けるように異なる位置に並べられた複数の内部通路および／またはポートをそれぞれ有する、１つまたはそれより多くのローターおよびステーターを包含していてもよい。ローターおよびステーターは、それらの表面間で連続的な滑り接触が生じて漏れを防ぐガスシールが形成されるように高度にポリッシングされた表面を有していてもよい。第１の弁アセンブリ１６の位置は、制御器１８によって制御されていてもよい。
【００１６】
[026]ＰＳＡシステム１０は、全体的に一定温度で作動するように設計されていてもよく、吸着モード２００と再生モード３００との間で第１の吸着床１２と第２の吸着床１４とを交互に入れ替えるために、圧力および分圧を交互に入れ替える作用を使用してもよい。フィードガス２４は、１つまたはそれより多くの様々な種類のガス、例えば水素ガスであってもよく、このようなガスは、不純物（例えば、水蒸気、二酸化炭素、一酸化炭素、または他の不純物）を包含していてもよい。
【００１７】
[027]ＰＳＡシステム１０および第１の弁アセンブリ１６は、第１の吸着床１２が吸着モード２００で作動しているときフィードガス２４を第１のフィードポート２６へと導くように設計されていてもよい。フィードガス２４は、第１の吸着床１２を通じて、例えば第１のフィードポート２６から第１の生成物ポート３０へと上方向に、圧力勾配を確立することができる。圧力は、フィードガス２４の圧力によって決定され得る。
【００１８】
[028]第１の吸着床１２および第２の吸着床１４は、吸着材料３４を含有していてもよい。例えば水、重質炭化水素、軽質炭化水素、ＣＯ２、ＣＯ、および窒素などの不純物が吸着材料３４の表面に選択的に吸着するように、吸着材料３４は、それらへの親和性を有していてもよい。非限定的な例として、吸着材料３４は、乾燥剤、例えばシリカ、炭素またはケイ素ナノ粒子、表面処置した粒子、酸化アルミニウム、およびゼオライトの１つまたはそれより多くを含んでいてもよい。
【００１９】
[029]フィードガス２４の圧力によって、第１の吸着床１２が吸着モード２００で作動している場合、第１の吸着床１２中の吸着材料３４は、フィードガス２４からの不純物の画分を吸着することができ、それによりフィードガス２４がより高い純度になる。このより高い純度のガスは、生成物ガス３６と表されることがある。生成物ガス３６は、第１の吸着床１２が吸着モード２００で作動している場合、第１の生成物ポート３０を通って、第１の吸着床１２の上部で、またはその近くで排出させることができ、さらに、第１の弁アセンブリ１６を通って生成物ガス貯蔵部３８に方向付けることもできる。一部の実施態様において、生成物ガス３６は、さらなるプロセシングのために分配システムまたは別のシステムに方向付けることもできる。
【００２０】
[030]第１の吸着床１２は、所定時間にわたり、または吸着材料３４の飽和または平衡ローディングが達成されるまで吸着モード２００で作動することができ、飽和または平衡ローディングが達成された時点で、ＰＳＡシステム１０は、第１の吸着床１２について吸着モード２００を終了させ、再生モード３００を開始させるように設計されていてもよい。ＰＳＡシステム１０は、同時に第２の吸着床１４が再生モード３００から吸着モード２００にスイッチできるように設計されていてもよい。
【００２１】
[031]第１の吸着床１２についての再生モード３００は、例えば、床内の圧力を低くすることを含んでいてもよく、その結果として、それぞれの平衡ローディングの減少が起こり、吸着材料３４上に吸着した不純物が脱着され、それによって吸着材料３４が再生される。次いで脱着された不純物は、第１の吸着床１２から排出されてもよい。
【００２２】
[032]再生モード３００は、少なくとも圧力均等化工程３０２およびパージ工程３０４で構成されていてもよい。図２に示されるように、ＰＳＡシステム１０は、圧力均等化工程３０２が、第１の吸着床１２に含有されるガス（例えば、残留フィードガス２４または生成物ガス３６）を、第２の吸着床１４に移動させることを含み得るように設計されていてもよく、ここで第１の吸着床１２は、吸着モード２００の作動後に減圧していてもよいし、第２の吸着床１４は、再生モード３００後に、吸着モード２００開始の一部として再加圧を受けていてもよい。圧力均等化工程３０２中における第１の吸着床１２の減圧は、例えば、底部から上部に（すなわち、第１のフィードポート２６から第１の生成物ポート３０に）並流方向でなされてもよい。圧力均等化工程３０２中、吸着材料３４の空隙中になお貯蔵されたままのフィードガス２４は、第１の弁アセンブリ１６を通って第２の吸着床１４に流れ、吸着床の加圧を助けることができる。圧力均等化工程３０２は、設定された持続時間にわたり行ってもよいし、および／または２つの吸着床間（例えば、第１の吸着床１２と第２の吸着床１４との間）で圧力の均等化が起こるまで行ってもよい。圧力均等化工程３０２は、フィードガス２４損失の最小化とＰＳＡシステム１０の回収率の増加を促進するように設計されていてもよい。
【００２３】
[033]圧力均等化工程３０２の後、ＰＳＡシステム１０は、パージ工程３０４に進むことができる。一部の実施態様において、パージ工程３０４は、排気または排出工程と表される場合もある。パージ工程３０４のための、またはパージ工程３０４の一部としての準備において、再生を受けている吸着床は、例えば、第１のフィードポート２６（示されていない）への接続を通じて大気圧へと排気することによって、残った圧力を放出することができる。第１の吸着床１２における圧力を放出することにより、吸着材料３４が吸着した不純物を脱着させることができる。圧力は、向流方向に（すなわち、第１の生成物ポート３０から第１のフィードポート２６に）放出することができ、それによって不純物が第１の吸着床１２の上部を突破することを防ぐ。ローターおよびステーターが第１のフィードポート２６およびベントガス出口４０を接続するように適切に並べられている場合、不純物を、第１のフィードポート２６から、例えば第１の弁アセンブリ１６およびベントガス出口４０を介して流すことができる。ベントガス出口４０は、排ガスを、例えば除去、貯蔵、またはさらなる処理のために方向付けたりすることができる。例えば、不純物をテールガスシステム（示されていない）に流すことができる。
【００２４】
[034]第１の吸着床１２からの圧力放出の後、ＰＳＡシステム１０は、パージ工程３０４に進むように設計されていてもよい。図３に示されるように、パージ工程３０４は、吸着材料３４および第１の吸着床１２から、残存する脱着させた不純物を「パージ」するために、高純度のガスを第１の吸着床１２へと（例えば、向流で）方向付けることを包含していてもよい。残存する不純物を除去することによって、吸着材料３４上の残留物量を最小に低減することができ、それによってより高い効率が達成される。図３に示されるように、ＰＳＡシステム１０は、パージ工程３０４に使用される高純度のガスが、ＰＳＡシステム１０によって生産される生成物ガス３６であり得るように設計されていてもよい。例えば、第１の吸着床１２がパージ工程３０４を実行しているとき、同時に、第２の吸着床１４は、生成物ガス３６を生産する吸着モード２００で作動していてもよい。それゆえに、第２の吸着床１４によって生産される生成物ガス３６は、第１の生成物ポート３０において第１の吸着床１２に供給されてもよい。生成物ガス３６は、第２の吸着床１４から、第１の弁アセンブリ１６および対応する配管ネットワークを介して、第１の吸着床１２に供給されてもよい。
【００２５】
[035]一部の実施態様において、パージ工程３０４に利用される高度に精製されたガスは、別の源からでもよい。例えば、生成物ガス３６は、生成物ガス貯蔵部３８によって供給されてもよい。別の例において、生成物ガス３６以外の代替ガスをパージ工程３０４に利用してもよいし、代替ガスは第１の弁アセンブリ１６を通って第１の生成物ポート３０へと経路付けられてもよい。
【００２６】
[036]第１の吸着床１２でのパージ工程３０４が完了した後、ＰＳＡシステム１０は、第１の吸着床１２を再生モード３００から吸着モード２００に移行させ、第１の吸着床１２の再加圧を開始させるように設計されていてもよい。図４に示されるように、ＰＳＡシステム１０は、第１の吸着床１２の再加圧が第２の吸着床１４の圧力均等化と同時に起こり得るように設計されていてもよい。それゆえに、第１の吸着床１２は、第２の吸着床１４に含有されるガスを第１の吸着床１２に方向付けることによって再加圧されてもよい。吸着モード２００の最終圧力は、圧力均等化のみによって達成されなくてもよく、吸着モード２００の圧力への再加圧は、フィードガス２４を第１の吸着床１２に導入することによって達成してもよい。
【００２７】
[037]再加圧は、本明細書に記載されるように吸着モード２００の一部として記載されるが、再加圧は、再生モード３００の一部とみなされる場合もあることが意図されている。また、吸着モード２００および再生モード３００は、本明細書で論じられていない追加の工程または下位工程を包含し得ることも意図されている。
【００２８】
[038]本明細書に記載されるように、ＰＳＡシステム１０は、第１の吸着床１２および第２の吸着床１４が、吸着モード２００と再生モード３００の間の協調的な作動で交互に切り替わるように設計されていてもよく、それによって生成物ガス３６のほぼ連続的な生産が可能になる。協調的な作動は、他の構成要素のなかでも、制御器１８によって制御され、第１の弁アセンブリ１６を調整することによって行われてもよい。一部の実施態様において、ＰＳＡシステム１０は、少なくとも１つまたはそれより多くの吸着床からの連続的な生産を可能にする協調的な作動を可能にする対応するバルブおよび配管接続を備えた追加の吸着床（例えば、第３、第４、第５、第６、またはそれより高次の）を有していてもよい。
【００２９】
[039]図５は、例示的な実施態様に係る圧力スイング吸着システム（ＰＳＡ）５１０の第２の実施態様を示す。ＰＳＡシステム５１０は、第１の弁５１６および第２の弁５１７を包含し得ること以外はＰＳＡシステム１０に類似していてもよく、第１の弁５１６および第２の弁５１７はＰＳＡシステム１０の第１の弁アセンブリ１６の役割を果たす。第１の弁５１６および第２の弁５１７は、例えば本明細書に記載されるような回転弁であり得る。図５に示されるように、第１の弁５１６および第２の弁５１７は、ローターの作動を協調させるように設定された連結によって相互接続されていてもよい。いくつかの他の実施態様において、第１の弁アセンブリ１６、第１の弁３１６、および第２の弁３１７は、駆動された遮断弁または制御弁のネットワークで置き換えられていてもよく、このようなネットワークは、ガス流を、第１の吸着床１２および第２の吸着床１４へ方向付けたり、第１の吸着床１２および第２の吸着床１４から外へ方向付けたりするように設計される。一部の実施態様において、床（すなわち、第１の吸着床１２および第２の吸着床１４）は、弁５１６および５１７のローターと共に回転するように設計されていてもよい。
【００３０】
[040]図６に示されるように、ＰＳＡシステム１０に類似するＰＳＡシステム５１０は、圧力均等化工程３０２が、第１の吸着床１２に含有されるガス（例えば、残留フィードガス２４または生成物ガス３６）を、第２の吸着床１４に移動させることを含み得るように設計されていてもよく、ここで第１の吸着床１２は、吸着モード２００の作動後に減圧していてもよいし、第２の吸着床１４は、再生モード３００後に、吸着モード２００開始の一部として再加圧を受けていてもよい。圧力均等化工程３０２の後、ＰＳＡシステム１０は、パージ工程３０４に進むことができる。図７に示されるように、ＰＳＡシステム５１０のパージ工程３０４は、ＰＳＡシステム１０に類似しており、吸着材料３４および第１の吸着床１２から残存する脱着させた不純物を「パージ」するために、高純度のガスを第１の吸着床１２を通じて（例えば、向流で）方向付けることを包含していてもよい。図７に示されるように、ＰＳＡシステム５１０は、パージ工程３０４に使用される高純度のガスが、ＰＳＡシステム５１０によって生産される生成物ガス３６であり得るように設計されていてもよい。第１の吸着床１２でのパージ工程３０４が完了した後、ＰＳＡシステム５１０は、第１の吸着床１２を再生モード３００から吸着モード２００に移行させ、第１の吸着床１２の再加圧を開始させるように設計されていてもよい。図８に示されるように、ＰＳＡシステム１０は、第１の吸着床１２の再加圧が第２の吸着床１４の圧力均等化と同時に起こり得るように設計されていてもよい。それゆえに、第２の吸着床１４に含有されるガスを第１の吸着床１２へと方向付けることによって、第１の吸着床１２を再加圧させてもよい。
【００３１】
[041]本明細書で論じられるように、従来のＰＳＡシステムにおいて、可変流れ抵抗弁は、圧力均等化工程３０２中にガスの流速を調整するのに使用されることが多い。流れ抵抗弁は、均等化に足りない（すなわち、床が理想的な最終圧力に達しないことを意味する）か、または均等化を超える（すなわち、均等化があまりにも急速に起こるために、吸着床中のガス分配が崩壊することを意味する）ように調整され得る。可変流れ抵抗弁の調整およびチューニングは、試運転中になされることが多く、コストの増加および試運転時間の増加をもたらす可能性がある。加えて、試運転後に可変流れ抵抗弁を不注意にまたは不適切に調整する可能性があり、ＰＳＡシステムの持続可能な性能についての懸念が生じ得る。
【００３２】
[042]対照的に、本明細書に記載されるＰＳＡシステム１０または５１０は、図２に示されるように、圧力均等化工程３０２中に第１の吸着床１２と第２の吸着床１４との間でガス流を調節するように設計された、第１のオリフィス４２を包含していてもよい。第１のオリフィス４２は、固定流量制限（a fixed flow restriction）を有していてもよく、この固定流量制限は、試運転前に、例えばシステム工学の段階中に実行される計算に基づき決定されてもよい。圧力均等化工程３０２中にガス流を調節するのに第１のオリフィス４２を利用することにより、コストと従来のＰＳＡシステムでしばしば見出される可変流れ抵抗弁の複雑さの増大を削減することができ、さらに、圧力均等化工程３０２中にガスの流速に影響を与える可能性がある試運転後後の不正も防ぐことができる。言い換えれば、ＰＳＡシステム１０／５１０は、圧力均等化工程３０２中に第１の吸着床１２と第２の吸着床１４との間を移動するガスの流速が調整できないように設計されていてもよい。さらに、第１のオリフィス４２を利用することにより、ＰＳＡシステム１０／５１０からＰＳＡシステム１０／５１０へのＰＳＡシステム１０／５１０の性能の再現性を増加させる。
【００３３】
[043]ＰＳＡシステム１０／５１０における第１のオリフィス４２の位置は、変更可能である。例えば、第１のオリフィス４２は、第１の弁アセンブリ１６または第１の弁５１６に取り込まれていてもよく、第１の生成物ポート３０および第２のフィードポート２８あるいは第２の生成物ポート３２および第１のフィードポート２６が第１の弁アセンブリ１６または第１の弁５１６を介して連通するときに、第１のオリフィス４２を格納する第１の弁アセンブリ１６または第１の弁５１６の通路を通るように流れが方向付けられる。一部の実施態様において、第１のオリフィス４２は、第１の吸着床１２と第１の弁アセンブリ１６または第１の弁５１６との間のライン上に位置していてもよい。一部の実施態様において、第１のオリフィス４２は、第２の吸着床１４と第１の弁アセンブリ１６または第１の弁５１６との間のライン上に位置していてもよい。
【００３４】
[044]本明細書で論じられるように、従来のＰＳＡシステムにおいて、可変流れ抵抗弁は、パージ工程３０４中にガスの流速を調整するのに使用されることが多い。可変流れ抵抗弁は、妥当な流速の生成物ガス３６をパージ中の吸着床へと送達するように調整され得る。パージ流を制御するための可変流れ抵抗弁の使用は、圧力均等化流を制御するための流れ抵抗弁の使用と同じ欠点および不利益を有する。例えば、可変流れ抵抗弁の調整およびチューニングは、試運転中になされることが多く、コストの増加および試運転時間の増加をもたらす可能性がある。加えて、試運転後に可変流れ抵抗弁を不注意にまたは不適切に調整する可能性は、ＰＳＡシステムの持続可能な性能に対して懸念を生じさせる。
【００３５】
[045]対照的に、本明細書に記載されるＰＳＡシステム１０または５１０はまた、パージ工程３０４中に生成物ガス３６の流速を調節するように設計された第２のオリフィス４４を包含していてもよい。第２のオリフィス４４は、固定流量制限を有していてもよく、この固定流量制限は、試運転前に、例えばシステム工学の段階中に実行される計算に基づき決定されてもよい。パージ工程３０４中に生成物ガス３６の流速を調節するために第２のオリフィス４４を利用することにより、コストと可変流れ抵抗弁の複雑さの増大を削減することができ、さらに試運転後の不正を防ぐことができる。言い換えれば、ＰＳＡシステム１０／５１０は、パージ工程３０４中に第１の吸着床１２と第２の吸着床１４との間を移動する生成物ガス３６の流速が調整できないように設計されていてもよい。さらに、第２のオリフィス４４を利用することにより、ＰＳＡシステム１０／５１０からＰＳＡシステム１０／５１０へのＰＳＡシステム１０／５１０の性能の再現性を増加させることができる。一部の実施態様において、第１のオリフィス４２および第２のオリフィス４４は、同じオリフィスであってもよく、均等化およびパージの両方を規制するのに使用することができる。
【００３６】
[046]第２のオリフィス４４は、過剰な生成物ガス３６が再生中の床を通じてパージされないように、第１の吸着床１２と第２の吸着床１４との間で生成物ガス３６の流速を規制するように設計されていてもよい。パージのために過剰な生成物ガス３６を使用することは、無駄になり得ることから、ＰＳＡシステム１０／５１０の回収率を低下させ、一部のケースでは第１の吸着床１２および／または第２の吸着床１４の汚染を引き起こす可能性がある。
【００３７】
[047]ＰＳＡシステム１０／５１０における第２のオリフィス４４の位置は、変更可能である。例えば、図１〜８に示されるように、第２のオリフィス４４は、第１の弁アセンブリ１６または第１の弁５１６に取り込まれてもよく、それにより第１の生成物ポート３０および第２の生成物ポート３２が、第１の弁アセンブリ１６または第１の弁５１６を介して第１の弁アセンブリ１６または第１の弁５１６を介して連通するときに、流れは、第２のオリフィス４４を格納する第１の弁アセンブリ１６または第１の弁５１６の通路を通って方向付けられる。他の実施態様において、第２のオリフィス４４は、第１の吸着床１２と第１の弁アセンブリ１６または第１の弁５１６との間で、配管ネットワーク２０のライン上に位置していてもよいし、または第２のオリフィス４４は、第２の吸着床１４と第１の弁アセンブリ１６または第１の弁５１６との間のライン上に位置していてもよい。一部の実施態様において、第１のオリフィス４２と同様の第２のオリフィス４４は、図１〜８において第１の弁アセンブリ１６の外側に示されているが、第１の弁アセンブリ１６の内側に配置されていてもよい。
【００３８】
[048]一部の実施態様において、第１のオリフィス４２および第２のオリフィス４４は、サイズが同じオリフィスであってもよく、これは、ＰＳＡシステム１０／５１０の場合、圧力均等化工程３０２およびパージ工程３０４中に流れを規制するように設計されていてもよい。
【００３９】
[049]本明細書に記載されるように、ＰＳＡシステム１０／５１０は、第１のオリフィス４２および／または第２のオリフィス４４を利用して、圧力均等化工程３０２および／またはパージ工程３０４中に流れを規制することができる。そのようにすることによって、ＰＳＡシステム１０／５１０は、（１）ＰＳＡシステムの試運転時間を減少させることができ；（２）ＰＳＡシステムの性能の一貫性を増加させることができ；（３）ＰＳＡシステムの弁調整の不利益または不正を防ぐことができ；（４）固定された回転式のシールに関して以前のＰＳＡシステムとは異なりうる。
【００４０】
[050]当業者であれば、様々な改変およびバリエーションが開示されたシステムおよび方法になされ得ることは明らかであると予想される。例えば、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、あらゆる数の吸着床を有する圧力スイング吸着システムに利用され得る。他の実施態様は、開示されたシステムおよび方法の詳細と実施の考察から当業者には明らかであると予想される。明細書および実施例は単なる例示とみなされ、真の範囲は以下の特許請求の範囲およびそれらと等価なものによって示されることが意図される。
【符号の説明】
【００４１】
１０  圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム
１２  第１の吸着床
１４  第２の吸着床
１６  第１の弁アセンブリ
１８  制御器
２０  配管ネットワーク
２２  入口管
２４  フィードガス
２６  第１のフィードポート
２８  第２のフィードポート
３０  第１の生成物ポート
３２  第２の生成物ポート
３４  吸着材料
３６  生成物ガス
３８  生成物ガス貯蔵部
４０  ベントガス出口
４２  第１のオリフィス
４４  第２のオリフィス
２００  吸着モード
３００  再生モード
３０２  圧力均等化工程
３０４  パージ工程
３１６  第１の弁
３１７  第２の弁
５１０  圧力スイング吸着システム（ＰＳＡ）
５１６  第１の弁
５１７  第２の弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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