JP2005519731A - 圧力スイング及び置換パージの組合せによるガス分離 - Google Patents

Abstract

この発明は、吸着性ガス分離装置及びシステムに関するものであり、成分Ａ及びＢを含む第１ガス混合物を、分離の第１製品に成分Ａが豊富となるように分離し、一方、成分Ｂが置換パージ流中に含有される第３のガス成分Ｃと混合されて、成分Ｂ及びＣを含む第２のガス混合物を形成し、成分Ａを含有する第１製品中への成分Ｃの交差汚染又は成分Ｃを含有する第２ガス混合物中への成分Ａの交差汚染を防止する対策を有するものである。この発明は、低濃度二酸化炭素（成分Ｂ）を直接大気等に排出し、好ましくは窒素富化空気を残留酸素（成分Ｃ）を含有する置換パージ流とする場合の、合成ガス混合物からの水素（成分Ａ）濃縮に適用することができる。

Description

この発明は、吸着性ガス分離装置及びシステム、特に回転式吸着性ガス分離装置及びシステム、並びに燃料電池用途に関するものであり、さらに米国特許第６，４０６，５２３号、米国特許出願第０９／８０８，７１５号、同第１０／０３９，９４０号、及び同第６０／３５１，７９８号を含むクエストエアーテクノロジーの関連特許及び関連特許出願に関するものである。これらの特許及び特許出願の開示を、参照によりここに取り込む。

従来技術で開示されているように、成分Ａ及びＢを含む原料ガス混合物の成分Ａを富化するために、成分Ｂを吸着しやすく、成分Ａを吸着しにくい吸着材料を設けることができる。吸着材料は、典型的には、吸着器又は吸着床内の流路と接触するように配置される。処理の供給ステップにおいて、ガス混合物が供給圧力及び温度で吸着器の第１の端部に導入されると、成分Ｂが優先的に吸着されて、吸着器が成分Ｂを取り込みながら成分Ａの富化された第１の製品が吸着器の第２の端部から出てくる。次いで、逆向きの流れの中で成分Ｂを脱着させて吸着器を再生し、周期的に処理を繰り返せるようにする。

再生は、圧力スイング、置換パージ、温度パージ、又はこれらの組合せといった代替的方策によって達成することができる。また、いわゆる電気スイング吸着では、電流を加えることによって、吸着したガス（例えば二酸化炭素）を取り込んだ導電性（例えば炭素系）の吸着材料の再生を行うこともできる。

従来技術に従う圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム又は真空圧力スイングシステム（ＶＰＳＡ）では、供給工程に続いて吸着器に接触するガスの全圧を低減（圧力スイング）して、吸着器に接触する成分Ｂの分圧を低減し、既に成分Ａの濃縮された逆流部分をパージすることによって、成分Ｂを脱着して排出する。吸着器内のガス流を第１の端部から第２の端部に向ける際には吸着器内のガス混合物の全圧を上げ、一方、再生工程では、吸着器内のガス流を第２の端部から第１の端部に戻しつつ全圧を下げる。この結果、「軽い」製品（吸着されやすい成分が消耗され、吸着されにくい成分Ａが富化されたガスフラクション）が吸着器の第２の端部から得られ、「重い」製品（強力に吸着される成分Ｂが富化されたガスフラクション）が吸着器の第１の端部から排出される。

あるいは、再生工程で全圧を略一定に保ち、好ましくは吸着されにくい第３の成分Ｃにより成分Ｂを脱着する。この成分Ｃは原料ガス混合物の一部ではなく、吸着器の第２の端部から第１の端部への逆流（置換パージ）に成分Ｃを導入すると、吸着剤に接触する成分Ｂの分圧が低減され、吸着器の第１の端部から置換された成分Ｂが排出される。この結果、第１又は「軽い」製品（吸着されやすい成分Ｂが消耗され、吸着されにくい成分Ａが富化されたガスフラクション）が吸着器の第２の端部から得られ、「重い」製品（強力に吸着される成分Ｂ及び置換された成分Ｃを含むガス混合物）が吸着器の第１の端部から排出される。

また、吸着剤の温度を周期的に上げる（温度スイング）ことにより再生を達成し、全てのガス種に対する吸着親和性を低減して、成分Ｂを脱着し、これを予め富化した成分Ａの還流としてのパージ流、又は成分Ｃの置換パージにより、逆流にパージすることができる。温度スイング吸着（ＴＳＡ）は周期的に吸着剤をバルク加熱又は冷却する必要があり、よって従来技術では比較的低いサイクル頻度に限定されていた。加熱工程は、吸着器の第２の端部に入る前にパージ流を加熱することにより達成される。

圧力スイングと置換パージを組み合わせ、置換パージ再生ステップを、供給圧力よりも低い全圧で達成することができる。同様に、温度スイングを圧力スイング及び／又は置換パージ再生法と組み合わせてもよい。この場合の置換パージ工程の特徴は、置換パージ流が外部的に供給され、分離されるべき原料ガス混合物に含有されていない成分Ｃを含んでいることにあり、これは、典型的には分離される原料ガス混合物のフラクションとして内部的にパージ流が得られる従来のＰＳＡ法やＴＳＡ法とは異なる。

従来、置換パージ法の用途は、成分Ａ、Ｂ及びＣの混和性により制限されていた。全体的に分離が達成されてはいたが、吸着器内の軸線方向分散、ガスキャビティ内に停滞する液体、並びに液体シール及びバルブからの漏れにより、ある程度の内部混合が起きている。成分Ｂ及びＣは、処理の意図する結果物として混合されるので、明らかに混和性でなければならないが、成分ＡとＣの間の交差汚染が発生するので、これらの成分の混和性も同様に必要である。さらに、置換パージ系再生技術を利用して吸着分離を行う公知の吸着性材料の効果的用途は、吸着器又は吸着床内での吸着材料の従来の物理的配置により、これまで限定されており、このため、特に原料ガスが、所望の軽い製品成分に加えて、他の強力に吸着される成分も含んでいる場合には、ある種の一般的な吸着されにくい原料ガス成分の最適でない分離を招く。

ＰＳＡは、（例えば、水性ガスを転換して一酸化炭素濃度を最小限にした後、水蒸気改質又は炭化水素原料のガス化により発生する合成ガスからの）水素の精製に広く利用されており、成分Ａ及びＢは水素及び二酸化炭素を表す。この用途において、空気（又は酸素が成分Ｃとして現れる他の酸素含有ガス）を用いた置換パージは、水素と酸素の交差汚染の危険性があるので、従来技術においては実行不可能、又は少なくとも非実用的であった。

この発明は、吸着されにくい第１の成分（又はフラクション）Ａと吸着されやすい第２の成分（又はフラクション）Ｂを含有する第１のガス混合物の吸着分離、及び置換パージ単体又は圧力スイング若しくは温度スイング再生技術との組合せによる吸着器再生に関する。置換パージ流は、Ｂよりも吸着されにくく、再生工程において成分Ｂと混合される第３の成分（又はフラクション）Ｃを含むことが好ましい。外部に出される又は排出されるガス流中で成分ＡとＣとの間の混合を防止する、又はこれを厳密に最小限にすることが特に必要である。この必要は、成分ＡとＣが非混和性、例えば成分Ａが可燃性燃料であり成分Ｃが酸化剤であるため、成分ＡとＢとが互いに化学的に反応性である場合のように重要な用途において、生じる。また、成分Ｃが下流工程のＡに対するシステムに悪影響を及ぼし得る場合、またはその反対の場合に、他の用途も検討される。

したがって、この発明の一実施態様は、好ましくは、成分Ｃの、成分Ａを含有する第１の製品への交差汚染、又は成分Ａの、成分Ｃを含有する第２のガス混合物への交差汚染を阻止するという条件で、成分Ａ及びＢを含む第１のガス混合物を分離して、分離物の第１の製品が成分Ａを豊富に含み、成分Ｂが、置換パージガス流に含有される第３のガス成分Ｃと混合されて、成分Ｂ及びＣを含む第２のガス混合物を形成する。こうしたガス分離の潜在的用途には、安全上又は他の理由により、交差汚染を防止し、かつ厳密に最小限にすることが必要である。成分Ｃは、置換パージガスの主たる構成要素であってもなくてもよい。

この発明の一実施態様に従う装置は、協動するＮ個（Ｎは２以上の整数である。）の吸着器の組を含み、各吸着器が吸着器の第１の端部と第２の端部の間に流路を有しており、流路が吸着器内の吸着材料と接触しており、成分Ｂが、吸着されにくい成分Ａ及びＣと比較して容易に吸着材料に吸着される。吸着器は、下記の工程を有する周期的な吸着処理に供せられる。この処理は、周期Ｔで、順次ねじれ位相にある周期の工程を、Ｎ個の吸着器に対して順次に行い、これにより処理を実質的に連続とする。

各吸着器に対する処理は、第１のガス混合物を第１の全圧で吸着器の第１の端部に入れ、吸着器内の流路の流導路に接触する吸着材料に成分Ｂが優先的に吸着されるため、成分Ａの豊富な第１のすなわち「軽い」製品ガスを第２の端部から出す、供給工程を含む。この処理は、成分Ｃを含有する置換パージガスを吸着器の一方の端部に入れ、成分Ｂが吸着材料から脱着されるため、第２のガス混合物（すなわち「重い」製品ガス）を第２の全圧で吸着器の他端から出す、置換パージ工程も含む。第１及び第２の圧力は実質的に同一とするか、又は第２の圧力が実質的に第１の圧力よりも小さくして、分離処理に圧力スイング成分を得る。また、成分Ｃを他の成分よりも高温にする等、成分の温度を変動させ、分離処理に温度スイング成分を得ることもできる。第１製品ガス及び第２ガス混合物の圧力及び／又は温度を変動させる場合には、分離処理の全体的な効率を向上するために、これらの変動を採用する。

ガス成分Ａ及びＢが不適合性である実施態様においては、以前の供給工程から吸着器内に残留している、間隙の及び吸着された成分Ａを除去するために、置換パージ工程の直前に、開示の方法において第１の「バッファ」工程を実施して、成分Ａによる第２ガス混合物（成分Ｂ及びＣを含有する。）の汚染が、目前に迫った置換パージ工程で発生しないようにする。同様に、以前のパージ工程から吸着器内に残留している、間隙の及び吸着された成分Ｃを除去するために、置換パージ工程の直後に、開示の方法において第２の「バッファ」工程を実施して、成分Ｃによる第１製品ガスの汚染が、後の供給工程で発生しないようにする。

この実施態様に従うバッファ工程は、バッファ掃引流を導入し、随意に（例えば、穏やかな吸引により）全圧を低下させるか、又は供給ガス若しくはパージガスに対してバッファガスの温度を下げる等してバッファ工程中にバッファ掃引流の温度を変化させることにより補助することによる、置換パージ原理の適用を含む、種々の方法で行うことができる。典型的には、各バッファ工程は排気流を発生し、この排気流中には成分ＡとＣの混合物が幾らか存在するかもしれない。そして、かかるバッファ工程では、処分のために排気流をさらに処理してもよい。バッファ工程における置換パージを達成するためのバッファ掃引ガスは、任意の吸着されにくいガス流として与えられる。第１のバッファ工程のための第１のバッファ掃引ガスは、好ましくは非結合性の成分Ａを含有すべきではなく、第２のバッファ工程のための第２のバッファ掃引ガスは、好ましくは非結合性の成分Ｃを含有すべきではない。第１のバッファ掃引ガスは、成分Ｃを含有する置換パージガスであるか、又はこれを含有することができる。第２のバッファ掃引ガスは、成分Ａを含有する第１のガス混合物であるか、又はこれを含有することができる。

いずれのバッファ工程のためのバッファ掃引ガスとしても不活性ガスを選択することができる。この不活性ガスは、各流れに対する燃焼条件下のバッファ掃引ガスの燃焼から再循環した排気ガスとすることができ、したがって、Ａは第１バッファ工程のための掃引ガスから除去され、Ｃは第２バッファ工程のための掃引ガスから除去される。あるいは、Ａ又はＣを含有していない、任意の他の吸着されにくいガスをバッファ掃引ガスとして用いてもよい。

バッファ工程中に全圧を（例えば、置換パージ工程が行われる第２の圧力未満に）低下させ、パージすべき成分Ａ又はＣの除去を補助するとともに、各バッファ工程の前後の処理工程の間に成分Ａ又はＣの（吸着器の外部への）漏出を防ぐことができる。第１バッファ工程において全圧を低下させることにより、脱着される成分Ｂが、その第１バッファ工程中に成分Ａのパージを補助することができる。したがって、成分Ａの富化を補助するために、より大きな圧力スイングを適用してか否かにかかわらず、第２の圧力が実質的に大気圧である場合に、穏やかな吸引によってバッファ工程中の全圧を低下させるための軽微な圧力スイングを用いて、バッファ工程の信頼性を高めることができる。同様に、バッファ工程中に軽微な温度スイングを行って、関連する成分のパージを保持し、これによりバッファ工程の信頼性を高め、又は後の吸着若しくは脱着工程の効率を高めることができる。

第１の圧力が第２の圧力よりも大幅に大きい場合には、この方法は、供給工程の後で第１バッファ工程の前に吸着器を減圧するため、及び第２バッファ工程の後で次の供給工程の前に吸着器を再加圧するために周知の圧力スイング吸着法が具える付加的な工程を含むことができる。減圧工程は、並流及び／又は対向流排出工程を含むことができる。再加圧工程は、埋戻し及び供給加圧工程を含むことができる。減圧及び再加圧工程は、均圧工程を行う吸着器の第１の端部又は第２の端部の間を液連通させることにより、位相外の吸着器の間で行われる単一又は複数の均圧工程により達成することができる。

この方法において圧力スイングが置換パージと組み合わされる場合には、ＰＳＡ及びＶＰＳＡ法に対して公知の工程を、第１及び第２バッファ工程がそれぞれ置換パージ工程の直前及び直後であることを特徴とするこの方法にも組み入れることができることが最大限の一般化のために理解されるであろう。所望により、軽い製品ガス又は並流排出ガスをパージガスとして用いるパージ工程を、置換パージ工程に加えて（及びこれの前又は後に）行うことができる。同様に、この方法において温度スイングが置換パージと組み合わされる場合には、この方法が第１及び第２バッファ工程がそれぞれ置換パージ工程の直前及び直後であることを特徴とすることを考慮して、ＴＳＡ法に対して公知の工程をこの方法に組み入れることができることが最大限の一般化のために理解されるであろう。

この発明の実施態様によれば、バッファ工程中の成分Ａ及びＣの損失を最小限としてバッファ工程を行うために、成分Ａ及びＣ（及び任意のバッファ掃引成分Ｄ）を弱く吸着させ、吸着器の数Ｎを比較的大きくし、各吸着器が有する吸着材料の保有量を少なくして、バッファ工程がサイクル周期Ｔの小部分しか占有しないようにすることが望ましい。

一実施態様に従う装置は、第１の端部に連通する第１バルブ手段と、各吸着器の第２の端部と連通する第２のバルブ手段を含んでおり、各吸着器に対して、供給工程、減圧工程、第１バッファ工程、置換パージ工程、第２バッファ工程、及び再加圧工程を順に行う。

装置の実施態様において、当業で公知の（例えばＰＳＡシステムで使われているような）多方向バルブ構成を用いて、吸着器への及び吸着器からのガス流れを制御することができる。具体的実施態様において、回転式分配バルブを、第１及び第２バルブ手段として用いることができる。かかる実施態様において、ステーターを有する第１及び第２バルブ面に液密に接触して係合したローター内に、Ｎ個の吸着器を一列に取り付けることが好ましい。以下、かかる実施態様のガス分離装置を、回転式吸着モジュール（ＲＡＭ）と呼ぶ。

このシステム及び方法に用いる回転式吸着モジュール実施態様のローターは、内部に吸着材料を収容する複数の流路を含んでおり、第２ガス成分に比べて流路内の第１ガス成分を優先的に吸着する。また、ガス分離システムは、第１ガス成分を第２ガス成分から分離するために、回転式モジュールに接続された圧縮機構を含み、流路のガス流れを円滑にしてもよい。ステーターは、第１ステーターバルブ面、第２ステーターバルブ面、及びステーターバルブ面に開口する複数の機能区画を含む。機能区画は、ガス供給区画と軽いガス成分の出口区画と、バッファガス区画を含む。「軽いガス」とは、第２の、吸着しやすい成分の豊富な、回収されたガスであり、通常、第２バルブ手段を介して吸着器の第２の端部から回収される。しかし、上記の回転式モジュールの実施態様を実施するのに適合させた方法においては、供給ガスが第２バルブ手段を介して吸着器の第２の端部にある吸着床に入り、軽いガスが第１の端部から回収されてもよい。同様に、かかる方法に組み込まれるバッファ又はパージ工程は、バッファ又はパージガスを吸着器の第１又は第２の端部のいずれかに入れることにより、いずれの方向に行うこともできる。この発明の回転式モジュールが、実質的に圧力スイング成分を含むガス分離法を用いて行われる場合には、置換パージに加えて、機能区画は、さらに軽還流出口及び戻り部又は他の区画を含み、軽還流、放出、加圧、又はガス分離法の圧力スイング成分に関連する、吸着器への又は吸着器からの他のガス流れを行うことができる。また、製品、バッファガス又はパージガスに加えて、かかるガス流れはいずれもある吸着器から他の吸着器へ移送され、第１及び第２ステーターバルブ面に開口するそれぞれの機能区画の間に延在する液連通手段によって、受容吸着器を双方向に流れることもできる。ガス流れのかかる吸着器間移送は、例えば吸着器間でのバッファガス流を再利用させるのに用いられ、バッファ工程の開始時に吸着器から排出される製品流れを捕捉することにより（こうした製品流れを大気に放出する代わりに）、
製品ガス成分（Ａ及びＢ）の回収を効率的に高めることができ、かつバッファ工程を行うのに必要なバッファガスの量を減らすことができる。さらに、この発明の方法のいくつかの実施態様の後続の供給又はパージ工程の開始時に排出されるバッファガス流れの再利用により、製品ガス流れ（製品成分Ａ又はＢを含有する）中に分配される、バッファ工程後に吸着器内に残留する残留バッファガスの低減が可能となり、これにより製品ガス流れの純度が向上し、製品ガス成分が下流のシステム又はプロセスで再利用される場合のバッファガス成分の累積が低減される。

回転式吸着モジュール自体は、加温した作動温度で操作することができる。例えば、吸着器の作動温度は、供給ガス混合物と置換パージ及び／又はバッファ流との間の伝熱式又は再生式熱交換器により促進されるように、略周囲温度から最大で約４５０℃に加熱した温度までの範囲とすることができる。回転式吸着モジュールを運転して、流導路の長さ方向に沿った温度勾配を補助して、例えば、吸着器の第１の端部での温度を吸着器の第２の端部での温度よりも高くする。ここで用いる「吸着器の作動温度」とは、吸着器を流れるガスの温度及び／又は吸着床の温度をいうものとする。

この発明の他の装置の実施態様において、回転式吸着モジュールが設けられており、これは、わずかに吸着される成分Ａと、比較的優勢に吸着される成分Ｂと、成分Ｂと同様又はこれより優勢に吸着される他の成分Ｅと組み合わせて成分Ａを豊富に配送し、かつ成分Ｂを含む製品流から分離することが望まれる場合には、さらに成分Ｅを含有する供給ガス混合物の分離を可能にするように適合されている。回転式吸着モジュールは、前記のモジュールの実施態様と同様に、ローター及びステーター、並びに関連する機能区画を含み、さらには、回転式モジュール内の第２の独立した吸着器の組と、少なくとも供給ガス区画及び製品ガス出口区画を含み、ステーターバルブ面に開口する、関連する第２の機能区画の組とを含む。吸着器の第２の組内の吸着材料は、成分Ａ及びＢに対して成分Ｅを優先的に吸着するように選択されており、成分Ａ、Ｂ及びＥを含有する初期供給ガスを、成分Ｅを分離するために、まず吸着器の第２の組に入れて機能区画の第２の組を通し、実質的に成分Ｅを含まない第２の供給ガス混合物を吸着器の第１の組に供給して機能区画の第１の組に通して、前記の実施態様で説明したように、置換パージガス成分Ｃを用いて成分Ａ及びＢを分離することができる。成分Ａ及びＢの分離に続いて、成分Ａの豊富な得られた製品ガスを、事前に成分Ｅを吸着した吸着器の第２の組に入れ、成分Ｅを脱着して、外部に配分し使用するために、成分Ａ及びＥを豊富に含有する製品流を発生することができる。前記のモジュールの実施態様で説明したように、成分ＡとＣが不適合の場合には、バッファガス成分Ｄを用いて、置換パージ工程の前後に、吸着床の第１の組から成分Ａ及びＣの残留物を掃引することができる。さらに、これも前記したように、第１の組の吸着器間のガス流れを移送するために、前記したような随意の付加的な機能区画を用いて、成分Ａ及びＢの分離に付加的な工程を加えて、分離法に圧力スイング又は温度スイング成分を実施することができる。同様に、分離に圧力又は温度スイング成分を実施するために、供給ガスから成分Ｅを分離するために付加的な工程を加えることができ、第１の組の吸着器間のガス流れを移送するのに必要な付加的機能区画を、ステーターバルブ面に開口する機能区画の第２の組に含むことができる。さらに、前記の実施態様と同様に、吸着器を流れるガス流れはいずれの方向にもすることができ、例えば、バッファガス流れの再利用のために、吸着器の第１の端部と第２の端部の間を移送することもできる。この装置の実施態様において、吸着器の第１及び第２の組、並びに対応する機能区画の組は、前記の吸着器の組の間での必要なガス流れの移送を可能とするのに好適なそれぞれ任意の構成にあるローター及びステーター組み立て体内に離間して配置される。取り得る構成には、吸着器及び機能区画の第１及び第２の組が、共通する中心軸の回りに互いに半径方向に離間した、２つの分離した環状ユニットを形成するような、同心環状配置を含む。

前記の２つの装置の実施態様の例示的用途は、第１のガス混合物としての合成ガス混合物から水素（成分Ａ）を富化することに向けられ、この際、低濃度二酸化炭素（成分Ｂ）が分離され、通常は直接大気に排出され、空気又は好ましくは窒素富化空気を酸素（成分Ｃ）を含有する置換パージ流れとする。この発明の装置は、空気が微量の二酸化炭素しか含んでいないという事実を利用して、空気又は好ましくは窒素富化空気を置換パージ流として用い、低圧の合成ガス流から二酸化炭素を奪い、したがって圧力を上げるために圧縮を行うことなく有用な水素富化を達成可能とする。相当量の水蒸気（成分Ｅ）が供給ガス中に存在し、二酸化炭素及びパージガスとともに排出される同一のパージ流中に水蒸気を配分することが望ましい場合には、１組の吸着器を有する吸着モジュールを用い、吸着器内の吸着材料を、かなりのレベルの水蒸気の存在下で、特には加熱した温度で分離を行う用途において、二酸化炭素を分離するのに有効であるとして当業で公知のものから選択するのが通常である。成分Ａ又はＣを含んでおらず、成分Ａ及びＣと適合性があり、例えば不活性ガスを含む、入手可能な吸着しにくいガスからバッファガス（成分Ｄ）を選択することができる。バッファ工程、及び酸素と、この例示的用途においては水素を含む燃料成分との間の交差汚染を防ぐためのこの発明の装置の他の特徴なしに、空気又は窒素富化空気を用いて水素濃縮吸着器をパージすることは、安全上の問題から通常は考慮されないであろう。水蒸気（成分Ｅ）が相当量存在し、富化された水素製品と組み合わせて水蒸気を配分することが望ましい場合には、２組の吸着器を有する吸着モジュールを用いる。この際、第１の吸着器の組内の吸着剤は、所定の作動温度で水素よりも優先的に二酸化炭素を吸着することが当業で公知のものから選択するのが通常であり、第２の吸着器の組内の吸着剤は、所定の作動温度で、二酸化炭素及び水素の両方と比べて優先的に水蒸気を吸着するものから選択されるのが通常である。

周囲温度付近での合成ガス供給ガス混合物の分離のための上記の例示的用途において、好適な公知の吸着剤は、水蒸気の吸着のために、活性アルミナ、アルミナゲル及びシリカゲルを含み、二酸化炭素の吸着のために、活性炭、親水性ゼオライト（例えばタイプ１３Ｘゼオライト及び当業で公知の多くの他のゼオライト）、及び疎水性ゼオライト（例えばタイプＹゼオライト又はシリカライト）を含む。置換パージ流自体が多湿である場合には、活性炭及びＹ−ゼオライト又はシリカライト等のゼオライト等の比較的疎水性の吸着剤を用いることが有利である。あるいは、回転式吸着モジュール内の吸着剤を、分離すべきガス混合物の特定の成分に対して、加温した作動温度（例えば約２５０℃〜約４００℃）において選択的であるように選んでもよい。例えば、湿り合成ガスを分離する上記の用途において、吸着剤を、水蒸気よりも二酸化炭素に対して選択的であるように選んでもよい。当業で公知の好適なかかる吸着剤は、アルカリ促進（alkali-promoted）材料を含む。例示的なアルカリ促進材料は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ等のアルカリ金属及び／又はＣａ、Ｓｒ及びＢａ当のアルカリ土類金属のカチオンを含有するものを含む。この材料は、典型的には、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、酢酸塩、リン酸塩、硝酸塩、又はアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の有機酸塩化合物として提供される。加温操作用の具体的材料は、当業で開示されているように、炭酸カリウムで含浸したアルミナ及び炭酸カリウムで促進したヒドロタルサイトを含む。

この発明に従う吸着器に用いる吸着剤を従来の顆粒状とすることもできるが、この発明の装置及び方法の実施態様において、吸着材料を表面積の大きな平行路モノリス中に支持させることが有利であることが分かっており、これによって、少量の吸着剤しか含有しておらず、したがって相互に化学的に反応性の成分Ａ及びＢを少量しか含有していない小型装置内において、処理を比較的高いサイクル周波数（例えば約１秒〜約１０秒のサイクル周期）で行うことができる。吸着剤を、薄い基材シート上に、シートを分離し流路を形成するためにシート間に離間手段を用いて、積層シート構造（「吸着剤積層板」）として支持することが特に有利であることが分かっている。好適なかかる吸着剤積層板の選択及び構成に関する更なる詳細は、本願人による同時係属の米国特許出願第１０／０４１，５３６号に見ることができ、この内容を参照によりここに組み入れる。この発明のシステム及び方法（置換パージ系処理によるガス分離）に用いるために、比較的低い空隙率（構造体体積の約１０％〜５０％）を有する吸着剤積層構造体及び比較的低い圧力降下（従来のビーズ状吸着剤を包含する、同様に分粒された吸着剤と比較して）が有利であることが分かっている。空隙率が比較的固定されている（約３３％）従来のビーズ状吸着剤を包含する吸着剤のとは異なり、上記した吸着剤積層構造体の空隙率、吸着剤装填密度及び圧力降下に関する特性は、積層構造体を形成するのに用いられる積層シート及び離間手段の厚さを選択することにより、供給、パージ及びバッファガスの組成、選択した吸着材料、並びに要求される処理に応じて変更することができる。この発明のシステム及び方法に用いるために、特に供給ガス成分Ｂが使用する吸着材料に若干吸着される場合、又はバッファガスを用いて成分ＡとＣが混合されるのを防ぐ場合に、空隙比が約２０〜３０％の範囲にある吸着剤積層構造体及び比較的低い圧力降下が特に有利であることが分かっている。この発明のシステム及び方法に用いるのに好適な吸着剤積層構造体は、例えば約１００〜３００ミクロンの厚さのステンレス鋼メッシュ等の薄い金属基材材料を用いて形成することができ、吸着剤層の間の離間手段として例えば同様の金属メッシュ又は展伸金属ホイルを組み合わせることができる。かかる金属基材及びスペーサー材料から形成された積層構造体は、典型的には比較的高い熱容量をもち、効果的な火炎防止器として有利な機能を提供することができ、装置の機械的又は構造的故障の結果生じ得る相互に反応性の成分Ａ及びＣの間の偶発的反応を抑制することができる。あるいは、この発明のシステム及び方法に用いるのに好適な吸着剤積層構造体を、例えば約１００〜３００ミクロンの厚さのガラス繊維メッシュ又はスクリム等の薄い複合基板材料を用いて形成することができ、これは、吸着剤層の間にセラミック印刷又は非金属離間材料を組み合わせることができる。かかる積層構造体は、典型的には比較的低い熱容量をもち、吸着器内の温度の迅速な変化を促進する。これは、比較的高いサイクル速度で動作する温度スイング成分を有するガス分離法を組み入れた、この発明のシステムにおいては有利である。

固体酸化物燃料電池等の新型発電技術のためのこの発明のシステム及び方法の更なる例示的用途において、二酸化炭素を大気中に希釈しつつ、燃料電池のアノードに対する富化した水素の分離及び再循環を可能とし、したがって、１気圧の基準圧力において配分される二酸化炭素を用いた燃焼法で通常得ることのできる量を超えた追加フリーエネルギーを細くすることができる、この発明のシステム及び方法によって、発電システムの全体的効率を意外にも高めることができたことが理解されるであろう。

前記の特徴及び利点は、添付の図面を参照しつつ説明する、以下の幾つかの実施態様の詳細な説明から、より明確となるであろう。

以下の図面を参照して、幾つかの実施態様を次に説明する。図１は回転式吸着モジュールの軸線方向断面を示しており、図２〜４は図１のモジュールの横断面を示しており、図５〜１２は図１のモジュールの代替的バッファ工程パージ実施態様を示しており、図１３及び１４は吸着器の２つの分離した組を組み入れた回転式吸着モジュールに対するバッファ工程パージ実施態様を示す。

（図１〜４）
置換パージ再生を有する回転式吸着モジュールを、図１〜４とともに以下に説明する。ここで用いる「回転式吸着モジュール」は、吸着器の列が固定されたバルブ面若しくはステーターに対して回転する装置、又はバルブ面若しくはステーターが吸着器の列に対して回転する装置のいずれかを含むものであるが、これに限定されない。図示の実施態様は、ローターに装着された吸着器を有し、固定されたバルブ面を有するステーターであるハウジング内にこのローターがある。

図１は回転式吸着モジュール１を示しており、これはＮ個（Ｎは２以上の整数）の吸着器３又は吸着路３を吸着器筐体４内に含む。各吸着器は、第１の端部５及び第２の端部６を有し、この間に、吸着しにくい成分Ａ及び成分Ｂに比べてガス成分Ｂを吸着しやすい吸着材料と接触する流路を有する。吸着器は、吸着器筐体の軸線７の回りを軸対称に配列されている。筐体４は、第１機能体８及び第２機能体９とともに軸線７の回りを相対回転運動する。筐体４は、第１バルブ面１０を挟んで第１機能体８と係合しており、第１機能体８では、成分Ａ及びＢを含有する第１ガス混合物が第１セクタ内に供給され、成分Ｂ及びＣを含羞スル第２ガス混合物が第２セクタから引き出される。また、筐体４は、第２バルブ面１１を挟んで第２機能体９と係合しており、第２機能体９では、成分Ａを富化した第１又は軽い製品が第１セクタから引き出され、成分Ｃを含有する置換パージガス流が第２セクタに供給される。

特に図１〜５に示す実施態様において、吸着器筐体４は回転し、したがって以下では吸着器ローター４と呼ぶものとする。一方、第１及び第２機能体は静止しており、共にモジュールのステーター組立体を構成し、したがって以下では、第１機能体を第１バルブステーター８と、第２機能体を第２バルブステーター９と呼ぶものとする。他の実施態様において、吸着器筐体４が静止しており、第１及び第２機能体が回転式分配バルブローターであってもよい。

図１〜４に示す実施態様において、第１及び第２バルブ面は軸線７に垂直な平らな環状の円盤として図示されているが、吸着器内の流路は軸線７に平行であり、したがって流れの方向は軸方向である。しかし、吸着器内の流れの方向は、ローターの回転軸腺に対して軸方向若しくは半径方向又はこれらの組合せであり、第１及び第２バルブ面を、平板状、円錐状、円筒状等の、軸線７を軸とする任意の回転形状に従って形成するのがより一般的である。処理工程及び画定すべき機能区画は、吸着器内の流れの方向が半径方向であると軸線方向であるとにかかわらず、同一の角度関係にある。

図２〜４は、矢印１２´−１３´、１４´−１５´及び１６´−１７´で定義される平面におけるモジュール１の断面である。各セクションの矢印２０は、ローター４の回転方向を示す。

図２は図１の断面１２´−１３´を示しており、この断面は吸着器ローターを横切っている。図中、Ｎは７２である。吸着器３は、吸着器ホイール２０８の外壁２１と内壁２２の間に取り付けられている。図示した具体的実施態様の各吸着器は、吸着剤シート２３の長方形の平板パック３と、図では軸線方向に示された流路を画定するためにシート間にあるスペーサー２４とを具える。吸着器間にセパレーター２５を設けて、隙間を埋め、吸着器間の漏れを防ぐ。吸着器パック３は半径方向にテーパー状になっており、吸着剤の充填量を高めてもよい。代替的実施態様において、吸着器は、同軸らせん巻回構成又は他の適当なモノリシック構造に配向された複数層の吸着剤層を含んでもよく、あるいはビーズ状又は他の粒状吸着剤配置を構成してもよい。

図１に示すように、吸着器３は流路の第１端部５と第２端部６との間に複数の別個の区域を含んでもよく、図ではそれぞれ第１端部５に隣接する第１区域２６及び第２端部６に隣接する第２区域２８である２つの区域として示されている。吸着器３の各区域が異なる吸着材料組成物を組み入れてもよい。別個の吸着材料からなる別個の区域に代えて、異なる吸着材料を、ガス流路に沿って吸着材料の濃度勾配が変化する層又は混合物で提供してもよい。ある吸着材料から他の吸着材料への移行は、明確な移行の代わりに、２つの吸着材料の調合混合物としてもよい。さらなる選択肢は、均質又は不均質な異なる吸着材料からなる混合物を供給することである。

Ｈ２吸着セパレーターが最大約２５０℃の周囲温度において動作する場合には、第１区域が、供給ガス混合物の非常に吸着されやすい成分（成分Ｅ）、例えば水蒸気又はメタノール蒸気と、幾らかの二酸化炭素（成分Ｂ）を除去するよう選択された吸着材料又は乾燥材料を含有することができる。第２区域は、典型的には二酸化炭素（成分Ｂ）を多量に分離するよう選択された吸着剤を含有することができる。

Ｈ２ ＰＳＡが約２５０℃〜約５００℃で動作する場合には、第１区域は、上記のように、水蒸気に対してＣＯ２を優先的に吸着する吸着剤を含有することができる。第２区域は、水蒸気に対してＣＯを優先的に吸着する吸着剤（例えばゼオライト、Ｃｕ（Ｉ）含有材料、又はＡｇ（Ｉ）含有材料）を含有することができる。一例として、ＣＯ２選択性吸着剤及びＣＯ選択性吸着剤を、２つの異なる区域の代わりに単一の区域に一緒に含むか又は混合してもよい。

吸着剤シートは、上記して詳細に説明したように、吸着材料が適当なバインダとともに付着した基材（例えばガラス繊維、金属ホイル又は金網）を具える。ゼオライト結晶のスラリーをバインダ構成物質と共に基材にコーティングすることによって良好な吸着剤シートが得られる。基板の成功例には、不織ガラス繊維スクリム、金属織物（金網）、及び展伸金属（アルミニウム等）ホイルを含む。吸着剤シートを隆起したパターンで印刷若しくはエンボス加工することにより、又は隣接する吸着剤シートの間に組立てられたスペーサーを配置することにより、離間手段を設けることができる。良好な代替的スペーサーは、写真平板パターン中にエッチングされた流路を有する金属織物（金網）スクリーン、不織ガラス繊維スクリム、及び金属ホイルとして提供される。平らな若しくは湾曲したシートを積み重ねることにより、又はらせんロールを形成することにより、層状吸着剤シート材料からなる吸着器を形成し、流路をシートの間で吸着器の第１端部から第２端部に延在させることで、所望の形状の吸着器筐体の体積を実質的に埋めることができる。充填、らせん巻回吸着剤を有する方法及び構造の例は、２００２年１月７日に出願された、本願人所有の同時継続米国特許出願第１０／０４１，５３６号に記載されており、その内容を参照により組み入れる。

典型的な実験シートの厚さは約１００〜５００ミクロンの間で変化し、スペーサーの高さは約７５〜３００ミクロンの範囲で変化し、吸着器流路長は約１０ｃｍ〜約６０ｃｍの範囲で変化する。

この発明の他の実施態様において、上記のように、吸着器を、吸着剤シート及びスペーサーのらせんロールの列として設けてもよい。

あるいは、吸着剤シートの単一のらせんロールをローターハブの回りに巻回し、壁２１まで環を埋めることにより、吸着器を形成することができる。隣接する吸着剤シート層間のスペーサーを、シート間に軸線流路を確立し、第１端部５と第２端部６の間に延在する縦スペーサー又は波形により形成することができ、スペーサー又は波形は流路を横切る流れ及び隣接する流路の間の流れを阻止する。したがって、このような流路はそれぞれ、吸着剤塊を通る隣接する流路から隔離されており、小さな独立の吸着器として機能する。このような方法により、独立した吸着器の数Ｎを非常に大きくすることができる。

あるいはまた、モノリス中の流路、例えば、セル壁上にウォッシュコートした吸着材料を有するハニカム・コーディライト押し出し物として吸着器を設けることができる。ローターを、単一の押し出し区域から、又はローターに支持されたかかる区域の列から形成することができる。

いずれの場合においても、吸着器とローターは、協動する液体シール手段と共に組立てられ、吸着器の第１端部と第２端部の間の実質的に全ての液体の流れを吸着器内の流路に流し、バイパス漏れを防いでいる。

図３は、それぞれ矢印１４´−１５´及び１６´−１７´により定義される平面内の第１及び第２バルブ面内のローター４のポートを示す。吸着器ポート３０は、各吸着器の第１又は第２端部からそれぞれ第１又は第２バルブ面へ、直接液連通を与える。かかるポート３０のそれぞれが、各吸着器に対して多数の小ポートにより同等に設けられている。

図４は、第１バルブ面１０内の第１ステーター８の典型的なステーターバルブ面１００を矢印１４´−１５´により定義される面内で示しており、第２バルブ面１１の第２ステーター９のバルブ面１０１を矢印１６´−１７´により定義される面内で示したものと類似している。矢印２０は、吸着器ローターによる回転の方向を示している。円周シール１０６と１０７の間の環状バルブ面内に、外部管路につながる第１ステーターバルブ面１００の開口領域が透明のセクタ１１１〜１１６により示されている。これらは、同一の参照数字１１１〜１１６で示される機能区画に直接連通している第１機能ポートに対応するラジアルシール１１８により分離されている。セクタ１１３を第１バッファ工程に用い、セクタ１１４を第２バッファ工程に用いる。圧力スイングを増加置換パージ再生に用いる場合には、セクタ１１５を加圧工程のために設け、セクタ１１６を減圧工程のために設けることができる。同様に、外部管路につながる第２ステーターバルブ面１０１の開口領域（図５、７及び９に示すように）が透明のセクタ１２１〜１２６により示されている。これらも、同一の参照数字１１１〜１１６により同定される機能区画に直接連通している第１機能ポートに対応するラジアルシール１１８により分離されている。典型的なラジアルシール１１８は、吸着器に対して、隣接するセクタに対して開口している間の移行を提供する。スリッパーとシール面との間のテーパー状間隙路によって緩徐な開口を行うことができ、これにより新たな区画に対して開口した吸着器の穏やかな圧力均等化を達成することができる。加圧又は減圧工程が一方の端部から行われた場合に、より面積の大きな閉じたセクタを与えて、吸着器の他方の端部への又は他方の端部からの流れを実質的に止めることができる。

図１に戻り、第１バルブ面１００内で、供給ガス（成分Ａ及びＢ並びに潜在的にＥを含む第１ガス混合物）を矢印１２５で示されるように第１セクタ１１１に供給し、重い製品（成分Ｂ及びＣを含む第２ガス混合物）を、矢印１２６で示すように第２セクタ１１２から排気する。第２バルブ面１０１内で、第１の又は軽い製品ガス（成分Ａを富化）を、矢印１２７で示すように第１セクタ２１１から分配し、置換パージガス（成分Ｃ）を、矢印１２８で示すように第２セクタ１２２へ供給する。

ローターは、第１セクタ８の回転式駆動軸１６２上に軸シール１６１を有するベアリング１６０により支持されており、これを第１及び第２バルブステーターと共に一体に組立てる。吸着器ローターは、ローター駆動手段の一例であるモーター１６３により駆動される。

（図５及び６）
図５は、第１バッファパージガスとして置換パージガスを、第２バッファガスとして供給又は第１ガス混合物を用いる実施態様の第１及び第２ステーターバルブ面１００及び１０１を示す。図５、図７及び図９において、第１及び第２ステーターバルブ面は、断面矢印１４´−１７´により示される一方向から見たものであり、第１ステーターバルブ面は背面から見たものであり、第２バルブ面は前面から見たものである。図６は、吸着器を流れる流れパターンを示しており、軸線７の回りに０°〜３６０°の角度範囲を含む周方向断面である。図６、８及び１０において、吸着器３を横断する破線は、ガス混合物Ａ及びＢ、Ｂ及びＣ、並びに成分Ａ及びＣの間の濃度前線を示している。具体的には、破線１７５は、サイクル中の二酸化濃度濃度前線の移動を示している。

第１バッファパージガスを、バルブ１８０により、第２バルブ面１０１のセクタ１２３に入れ、第１バルブ面のセクタ１１３から第２処理ユニットへ、この場合には、協動熱再生手段１８３を有するバーナー１８２へガスを置換する。第２バッファパージガスを、バルブ１８５により、第１バルブ面１００のセクタ１１４に入れ、第２バルブ面のセクタ１２３から協動熱再生手段１８３を有するバーナー１８２へガスを置換する。熱再生手段は熱交換器とし、燃料電池又は蒸気発生器又は内燃機関又はガスタービン又はスターリンエンジンに供給される酸化剤及び燃料流を予熱することができる。

（図７及び８）
図７は、再循環燃料ガスを第１及び第２バッファパージガスとした実施態様の第１ステーターバルブ面１００及び第２ステーターバルブ面１０１を示しており、この燃料ガスは、バッファパージガスの燃焼により得られるものであるから、非結合の成分Ｃが第１バッファパージガスから除去され、非結合の成分Ａが第２バッファパージガスから除去される。図８は、吸着器を通る流れのパターンを、軸線７を中心として０〜３６０°の角範囲を含む周方向断面で示している。

バッファガス流は第１バルブ面１００に入り、第１バッファ流はセクタ１１３を通り、第２バッファ流はセクタ１１４を通る。初期に入った置換パージ流により置換した後、第１バッファ流の一部をセクタ１１３´からセクタ１１３に戻して再循環する。

第１バッファ流はブロワ又は真空ポンプ１８７によりセクタ１２３から引き出され、第２バッファ流はブロワ又は真空ポンプ１８７´によりセクタ１２４から引き出される。バッファ流は、協動する熱回収手段１８３を有するバーナー１８２を通過した後、排出導管１９０を介して余剰水を排除するためにコンデンサ１８９に通される。第１及び第２バッファ流の完全分離又は部分分離は、点線の区画１９１及び１９２で示されるバーナー１８２及びコンデンサ１８９を介して維持することができるので、区画１９１の各側における燃焼状態を、第１バッファパージガスから非結合の成分Ｃを除去するために第１バッファ流側において適当に燃料を濃くし、第２パージガスから非結合の成分Ａを除去するために第２バッファ流側において希薄にすることができる。あるいは、第１及び第２バッファ流を単一のブロワ及び／又は真空ポンプ１８７を通して混合し、かつバーナー内を化学量論的燃焼条件に近く維持することによりバーナー及びコンデンサを通して混合するので、非結合の成分Ａ及びＣが共に消失する。全条件下で満足のいく十分な完全燃焼を達成するために、バーナーを触媒燃焼器とすることができる。

（図９及び１０）
図９は、圧力スイングと置換パージ再生を組み合わせ、かつ再循環燃料ガスを第１及び第２バッファパージガスとした実施態様の第１ステーターバルブ面１００及び第２ステーターバルブ面１０１を示している。図１０は、吸着器を通る流れのパターンを、軸線７を中心として０°〜３６０°の角範囲を含む周方向断面で示している。

第１ステーターバルブ面１００において、セクタ１１５を供給加圧工程に用い、供給ガス混合物をオリフィス又は減圧絞り弁１９３を通して導入し、一方、セクタ１１６を対向流排出工程に用いて第１バッファ工程に先立って減圧を行う。第２ステーターバルブ面１０１において、セクタ１２５は、導管１９５及び絞り弁１９６を介したセクタ１２６との軽度の還流（圧力均等化）による再加圧工程を提供し、セクタ１２６は対応する減圧工程を提供する。セクタ１２５´は、導管１９５´及び絞り弁１９６´を介したセクタ１２６´との軽度の還流（圧力均等化）による他の再加圧工程を提供し、セクタ１２６´は対応する減圧工程を提供する。

バルブ面１００の延長閉鎖セクタは、面１０１の軽度の還流セクタ１２５、１２５´、１２６及び１２６´に対向する幅広ラジアルシール（例えば１９７、１９７´）として設けられている。同様に、幅広ラジアルシール（例えば１９８、１９８´）を、面１００の供給加圧セクタ１１５及び対向流排出セクタ１１６に対向するバルブ面１０１の閉鎖セクタに設ける。また、図１０において、ラジアルシール主導セクタ１１１、１１５、１１６、１２５、１２５´、１２６及び１２６´は、ローター面とこれらのセクタに入るそれぞれのシールとの間にテーパー状の隙間（例えば１９９）を有しているので、各吸着器が対応するセクタと位置合わせされた際に、円滑に加圧及び減圧に移行するに留意されたい。

所望により、成分Ｃを含む置換パージ工程に加えて、富化された成分Ｂの軽度の還流を用いたパージ工程を含むことができる。

（図１１及び１２）
図１１は、バッファガス工程を有する実施態様の第１ステーターバルブ面１００及び第２ステーターバルブ面を示している。図１１において、第１及び第２ステーターバルブ面は、先の図面に示したように、一方向から見たものであり、第１ステーターバルブ面は背面から見たものであり、一方第２バルブ面は前面から見たものである。図１２は、吸着器を通る流れのパターンを、軸線７を中心として０°〜３６０°の角度範囲を含む周方向断面で示している。［この装置はＡ、Ｂ、Ｅからなる供給混合物を分離し、Ａは富化されておりかつＢ及びＥから分離されており、Ｂ及びＥはパージガスＣと共に回収される。］

バッファガス流を第１バルブ面１００に入れ、第１バッファ流をセクタ１１３に通し、第２バッファ流をセクタ１１４に通す。初期に入った供給ガス混合流により置換した後、第１バッファ流を第２バルブ面のセクタ１２６からセクタ１１３に戻して再循環する。

第１バッファ流は、第２バルブ面１０１のセクタ１２１を介して富化された成分Ａを置換し、これにより軽い成分Ａの回収を促進する。第２バッファ流１３７はセクタ１２３から引き出され、バッファガスの再生のために適当な二次的処理に送られるか、又は排気スタックに排出される。残留バッファガスはセクタ１１５から引き出され、初期に入った置換パージ流により置換した後、第２バルブ面１０１のセクタ１２４に戻され再循環される。

バッファガス流を第２バルブ面１０１に入れ、第３バッファ流をセクタ１２４に通し、第４バッファ流をセクタ１２５に通す。第３バッファ流を前記のようにして回収する。第３及び第４バッファ流は、バルブ面１００のセクタ１１２を介した成分Ｂの置換パージとして継続し、これにより重い成分Ｂの回収を促進する。残留する間隙バッファガスをセクタ１２６から引き出し、前記のようにして再循環する。

このような手順において、軽い成分及び重い成分の双方の回収の促進を、必要なバッファガスの量の低減と同時に達成することができる。さらに、他の床への再利用のための後続の供給工程の開始の直前に、吸着器内に残留する間隙バッファガスを引き出すと、供給工程中に軽い製品ガスＡと共に配分された少量の残留バッファガスを低減し、従って、軽い製品ガスの純度を高めることができる。吸着器床の数Ｎによって、連続時間は異なる。

（図１３及び１４）
図１３は、バッファパージガスを有する実施態様の第１ステーターバルブ面１００及び第２ステーターバルブ面１０１を示す。図１３において、第１及び第２ステーターバルブ面は、先の図面に示したように、一方向から見たものであり、第１ステーターバルブ面は背面から見たものであり、一方第２バルブ面は前面から見たものである。図１４は、二重同軸環状構成吸着器組を通る流れのパターンを、軸線７を中心として０°〜３６０°の角度範囲を含む周方向断面で示している。

この実施例において、ガス成分Ａ、Ｂ及びＥを含有する供給流は、成分Ａ及びＥが共に回収され、成分ＢがパージガスＣと共に回収されるように分離される。

環状吸着器１は、前記の実施例のように、成分Ａ及びＥの双方よりも成分Ｂをより強力に吸着する吸着剤（例えば、成分Ｂが二酸化炭素であり、成分Ａが水素であり、成分Ｅが水蒸気である場合には活性炭）を含有する。環状吸着器２は、成分Ａ及びＢの双方よりも成分Ｅをより強力に吸着する吸着剤（例えば、前記と同様の例示的場合においては活性アルミナ）を含有する。

成分Ａ、Ｂ及びＥを含有する供給ガス流１３０を、環状吸着器２の１２７を介して第２バルブ面１０１に入れる。ガスは、第１バルブ面１００の１１６を介して出て、次いで第１バルブ面１００の環状吸着器１セクタ１１１に向かって戻る。流れ１３４は、第２バルブ面１０１の１２１を介して、富化したＡの流れとして出て、第１バルブ面１００の環状吸着器２セクタ１１７に向かう。製品流１３２は、富化された製品Ａとして系を出て、回収された成分Ｅが第２バルブ面１０１の１２８から出る。

富化されたＡと共に回収されるＥの量を変更可能にする制御システムを、この装置の運転に用いることができる。流量調節デバイス１３６を用いて、流れ１３０の一部を、流れ１３５を介して、第１バルブ面１００の環状吸着器１のセクタ１１１に回すことができる。流れ１３５を介して移送された成分Ｅの一部は、成分Ｂ及びＣと共に流れ１３１内で回収されるであろう。流れ１３０の残部はセクション１２７に入り、この部分のＥ成分は、前記のように、富化された成分Ａと共に回収される。

幾つかの実施態様を参照しつつ、この発明の原理を例示及び説明してきたが、当業者には、こうした原理を離れることなく、この発明を配置及び細部において変更可能であることを明白である。

回転式吸着モジュールの軸線方向断面図である。 図１のモジュールの横断面図である。 図１のモジュールの横断面図である。 図１のモジュールの横断面図である。 図１のモジュールの代替的バッファ工程パージ実施態様を示す。 図１のモジュールの代替的バッファ工程パージ実施態様を示す。 図１のモジュールの代替的バッファ工程パージ実施態様を示す。 図１のモジュールの代替的バッファ工程パージ実施態様を示す。 図１のモジュールの代替的バッファ工程パージ実施態様を示す。 図１のモジュールの代替的バッファ工程パージ実施態様を示す。 図１のモジュールの代替的バッファ工程パージ実施態様を示す。 図１のモジュールの代替的バッファ工程パージ実施態様を示す。 吸着器の２つの分離した組を組み入れた回転式吸着モジュールに対するバッファ工程パージ実施態様を示す。 吸着器の２つの分離した組を組み入れた回転式吸着モジュールに対するバッファ工程パージ実施態様を示す。

Claims (5)

1. 原料ガス混合物の第１成分を第２成分から分離する置換パージガス分離装置において、第２成分の方が吸着材料に吸着されやすく、該分離装置が、
   第１及び第２の端部を有する複数の吸着器であって、各吸着器が吸着材料を具え、かつ第１の端部と第２の端部の間に吸着材料と接触した流路を画定する吸着器と、
   吸着器の第１及び第２の端部と液連結し、吸着器の第１及び第２端部からガスを供給及び回収する少なくとも１個のバルブ手段と、
   バルブ手段を介して吸着器に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
   吸着された第２成分ガスを吸着材料から脱着する目的で、バルブ手段を介して吸着器にパージガスを供給するパージガス供給手段と、
   バルブ手段を介して吸着器にバッファガスを供給するバッファガス供給手段と、
   バルブ手段を介して、第１成分が富化された製品ガスを吸着器から回収する製品ガス回収手段と、
   第２成分及びパージガスを含むが、第１成分を実質的に消耗したパージ排出ガスを、バルブ手段を介して吸着器から回収する排出ガス回収手段とを具えることを特徴とする置換パージガス分離装置。
2. 原料ガス混合物の第１成分を第２成分から分離する置換パージ回転式吸着モジュールにおいて、第２成分の方が吸着材料に吸着されやすく、該モジュールが、
   第１及び第２の端部を有する複数の吸着器であって、各吸着器が吸着材料を具え、かつ第１の端部と第２の端部の間に吸着材料と接触した流路を画定する吸着器と、
   吸着器の第１及び第２の端部と液連結し、軸の回りを相対的に回転可能なステーター及びローターを有する少なくとも１個の回転式分配バルブと、
   ローターを回転する駆動手段と、
   回転式分配バルブを介して吸着器に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
   吸着された第２成分ガスを吸着材料から脱着する目的で、回転式分配バルブを介して吸着器にパージガスを供給するパージガス供給手段と、
   回転式分配バルブを介して、第１成分が富化された製品ガスを吸着器から回収する製品ガス回収手段と、
   第２成分及びパージガスを含むが、第１成分を実質的に消耗したパージ排出ガスを、回転式分配バルブを介して吸着器から回収する排出ガス回収手段とを具えることを特徴とする置換パージ回転式吸着モジュール。
3. 原料ガス混合物の第１成分を第２成分から分離する置換パージ回転式吸着モジュールにおいて、第２成分の方が吸着材料に吸着されやすく、該モジュールが、
   回転式分配バルブを相互に画定するローター及びステーターを具え、
   該ローターが、第１及び第２の端部を有する複数の吸着器であって、各吸着器が吸着材料を具え、かつ第１の端部と第２の端部の間に吸着材料と接触した流路を画定する吸着器と、吸着器の第１の端部と液連結した第１ローターバルブ面と、吸着器の第２の端部と液連結した第２ローターバルブ面とを具え、
   該ステーターが、第１ローターバルブ面と相対的に回転可能に連通した第１ステーターバルブ面と、第２ローターバルブ面と相対的に回転可能に連通した第２ステーターバルブ面と、ステーターバルブ面に開口する複数の機能区画とを具え、
   該機能区画が、原料ガス混合物を、ステーターバルブ面及びローターバルブ面を介して吸着器に供給する原料ガス機能区画と、パージガスを、ステーターバルブ面及びローターバルブ面を介して吸着器に供給するパージガス機能区画と、バッファガスを、ステーターバルブ面及びローターバルブ面を介して吸着器に供給するバッファガス機能区画とを具えることを特徴とする置換パージ回転式吸着モジュール。
4. 原料ガス混合物の第１成分を第２成分から分離する置換パージガス分離方法において、第２成分の方が吸着材料に吸着されやすく、該方法が、
   複数の吸着器を有する置換パージガス分離装置で、各吸着器が第１の端部と第２の端部の間に吸着材料と接触した流路を有する置換パージガス分離装置を準備し、
   少なくとも第１成分及び第２成分を含む原料ガス混合物を第１吸着器の第１端部に供給し、
   第１成分が富化された製品ガスを第１吸着器の第２端部から回収し、
   実質的に第１成分を含んでいない第１バッファガスを第１吸着器に供給して、第１吸着器の内部空間から残留第１成分を実質的に置換し、
   吸着されにくいパージガスを第１吸着器に供給して、吸着材料から吸着された第２成分を実質的に脱着すること含むことを特徴とする置換パージガス分離方法。
5. 第１バッファガスを第１吸着器に入れながら、第１成分が富化された製品ガスの第２の部分を第１吸着器の内部空間から回収し、
   パージガスを第１吸着器に入れながら、第２吸着器の第１バッファ工程で再利用するために、第１バッファガスを第１吸着器から回収し、
   パージガス及び脱着した第２成分を含む排出ガスを第１吸着器から回収し、
   実質的にパージガス成分を含まない第２バッファガスを第１吸着器に供給して、第１吸着器の内部空間から残留パージガスを実質的に置換し、
   原料ガス混合物を再供給しながら、第２吸着器の第２バッファ工程で再利用するために、第２バッファガスを第１吸着器から回収することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
   
   

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