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KR100515703B1 - 내부 감압 흐름의 제어를 이용한 압력 스윙 흡착 방법 - Google Patents

내부 감압 흐름의 제어를 이용한 압력 스윙 흡착 방법 Download PDF

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KR100515703B1
KR100515703B1 KR10-2003-0020679A KR20030020679A KR100515703B1 KR 100515703 B1 KR100515703 B1 KR 100515703B1 KR 20030020679 A KR20030020679 A KR 20030020679A KR 100515703 B1 KR100515703 B1 KR 100515703B1
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이상국
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에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

본 발명은 각각 원료측 단부와 생성물측 단부를 갖는 복수의 평행한 흡착 베드를 활용하는 압력 스윙 흡착 공정 사이클의 가스 운반 세그먼트(segment)를 제공하며, 이 가스 운반 세그먼트는 가스를 고압의 베드로부터 저압의 다른 베드로 운반하는 것과, 이어서 가스를 고압의 베드로부터 저압의 다른 베드로 운반하면서 베드의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 인출하는 것을 포함한다.

Description

내부 감압 흐름의 제어를 이용한 압력 스윙 흡착 방법{PRESSURE SWING ADSORPTION PROCESS WITH CONTROLLED INTERNAL DEPRESSURIZATION FLOW}
압력 스윙 흡착은 공정 및 제조 산업에 널리 사용되는 중요한 가스 분리 방법이다. 압력 스윙 흡착(PSA)은 예컨대 수소 생산 시에 미가공의 공정 가스 스트림으로부터 고순도의 가스 생성물을 회수하는 데 사용되거나, 대기의 가스 생성물을 견인하는 공정 또는 현장의 극저온 공기 분리 공정의 대안으로서 사용된다. PSA 공정은, 예컨대 산소 및 질소 생성물을 제공하기 위한 공기의 분리를 비롯한 매우 다양한 가스 혼합물의 분리를 위해 많이 발전되어 왔다. 공기 분리 용례에서 생성물 용적이 보다 작은 경우에, PSA 공정은 단일의 흡착 베드와 하나 이상의 가스 저장 탱크를 사용하여, 일정한 생성물 흐름 뿐 아니라 재가압 및 퍼지용 가스를 제공할 수 있다. 생성물 용적이 보다 큰 경우에는, 중복되는 사이클과 병렬로 작동하는 다수의 흡착 베드가 사용되어, 일정한 생성물 가스 흐름을 발생시킬 뿐 아니라 감압 및 퍼지용 가스를 제공한다.
압력 스윙 흡착(PSA) 사이클에서의 각각의 흡착 베드는 공급 또는 흡착 단계로 시작되는 일련의 단계를 진행하며, 이 단계에서는 가압 원료 가스 혼합물이 흡착 베드를 통과하고, 이 흡착 베드는 혼합된 원료 가스의 성분 중 하나 이상을 흡착한다. 적절한 순도로 원하는 성분을 함유하는 생성물 가스는 흡착 단계가 예정된 시간에 종료될 때까지 베드로부터 인출된다.
흡착 단계의 종료 후에, 베드 내의 압력은, 가스를 감소된 압력으로 하나 이상의 다른 베드로 운반하여 그들 베드에 가압 가스를 제공하는 하나 이상의 단계에서 감소된다. 최종의 감압은 통상적으로 최종의 폐기 감압 또는 배출(blowdown) 단계에서 폐기 가스를 인출함으로써 완료된다. 그 후, 가압 베드는 다른 베드로부터 제공된 운반 가스 또는 생성물 가스로 퍼지되고, 이에 의하여 추가의 흡착된 성분과 빈 공간(void space)의 가스를 베드로부터 인출한다.
퍼지 단계의 종료 시에, 베드는 가스가 다른 베드로부터 운반되는 하나 이상의 가압 단계에 의하여 중간 압력으로 재가압되고, 그 후 베드는 원료 및/또는 생성물 가스에 의해 공급 압력으로 더욱 가압된다. 이 단계는 주기적인 방식으로 반복된다.
감소하는 압력의 베드로부터 증가하는 압력의 다른 베드로 가스를 운반하는 것은 많은 PSA 사이클의 중요하고 고도로 발전된 특징이다. 이러한 베드로부터 베드로의 가스 운반 공정에서는, 생성물 품질 이하이지만 여전히 상당한 농도의 최종 생성물 성분을 함유하는 가스를 베드의 생성물측 단부로부터 다른 베드의 생성물측 단부로 운반한다. 이 중요한 단계는 생성물 회수를 현저하게 증가시키지만, 요구되는 생성물 순도를 만족시키기 위하여 세심하게 제어되어야 한다. 선택적으로, 낮은 품질의 가스는 베드의 원료측 단부로부터 다른 베드의 원료측 단부로 운반될 수 있다.
베드로부터 베드로의 가스 운반 공정에서의 추가의 정제는 생성물 회수 및 생성물 순도에 있어서의 필요한 개선을 보장하고, 또한 PSA 공정에서의 생산성 증가를 보장한다. 특히, 가스 운반 공정 중에 가스가 인출되는 베드 내에서의 가스 흐름에 대한 제어를 개선할 필요가 있다. 이러한 요구는 이하에 설명하고 뒤따르는 청구범위에 의해 정해지는 바와 같은 본 발명에 의해 해소된다.
본 발명은 각각 원료측 단부와 생성물측 단부를 갖는 복수의 평행한 흡착 베드를 활용하는 압력 스윙 흡착 공정 사이클의 가스 운반 세그먼트(segment)에 관한 것으로, 상기 가스 운반 세그먼트는 가스를 고압의 베드로부터 저압의 다른 베드로 운반하는 것과, 이어서 가스를 고압의 베드로부터 저압의 다른 베드로 운반하면서 베드의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 인출하는 것을 포함한다.
본 발명은 흡착성이 보다 약한 하나 이상의 성분과 흡착성이 보다 강한 하나 이상의 성분을 포함하는 원료 가스 혼합물로부터 흡착성이 보다 약한 성분을 회수하는 압력 스윙 흡착 방법을 포함한다. 이 방법은 복수의 흡착 베드에서 사이클 공정 단계를 수행하는 것을 포함하며, 각각의 흡착 베드는 원료측 단부와 생성물측 단부를 갖고, 흡착성이 보다 강한 성분을 선택적으로 흡착하는 흡착 물질을 함유하고 있으며, 각각의 베드는 주기적인 공정 세그먼트를 진행하고, 이 공정 세그먼트는 흡착-생성물 제조 세그먼트와, 초기에 고압인 베드로부터 초기에 저압인 하나 이상의 다른 베드로 가스를 흐르게 하는 제1 가스 운반 세그먼트와, 재생 세그먼트와, 초기에 고압인 하나 이상의 다른 베드로부터 초기에 저압인 베드로 가스를 흐르게 하는 제2 가스 운반 세그먼트와, 최종의 재가압 세그먼트를 포함한다. 가스 운반 세그먼트는 (1) 가스를 베드의 생성물측 단부로부터 다른 베드의 생성물측 단부로 운반하는 것과, (2) 가스를 베드의 생성물측 단부로부터 다른 베드의 생성물측 단부로 계속 운반하면서 베드의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 인출하는 것을 포함한다.
상기 단계 (1) 중에 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적 대 상기 단계 (2) 중에 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 3 내지 약 20 사이일 수 있다. 상기 단계 (2) 중에 베드의 원료측 단부로부터 인출된 폐기 감압 가스의 용적 대 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 0.1 내지 약 0.6 사이일 수 있다.
상기 원료 가스 혼합물은 공기일 수 있으며, 상기 흡착성이 보다 강한 성분은 산소이고, 상기 흡착성이 보다 약한 성분은 질소이다. 상기 흡착 물질은 질소보다 산소를 보다 활발하게 선택하여 흡착하는 탄소 분자 흡착제(CMS: carbon molecular sieve)를 포함할 수 있다.
상기 단계 (1)과 (2) 중 하나 이상의 도중에, 압력 스윙 흡착 방법은 베드의 원료측 단부로부터 하나 이상의 다른 베드의 원료측 단부로 가스를 운반하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 이 방법은, 상기 단계 (1) 이전에, 고압 베드의 생성물측 단부로부터 저압의 다른 베드의 생성물측 단부로 가스를 운반하는 추가의 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 단계 (1) 중에 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적 대 상기 단계 (2) 중에 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 3 내지 약 20 사이일 수 있다. 상기 단계 (2) 중에, 베드의 원료측 단부로부터 인출된 폐기 감압 가스의 용적 대 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 0.1 내지 약 0.6 사이일 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명의 압력 스윙 흡착 방법은, 상기 단계 (1)과 (2) 중 하나 이상의 도중에, 베드의 원료측 단부와 생성물측 단부의 중간 지점으로부터 하나 이상의 다른 베드의 원료측 단부로 가스를 운반하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은, 상기 단계 (1) 이전에, 고압 베드의 생성물측 단부로부터 저압의 다른 베드의 생성물측 단부로 가스를 운반하는 추가의 단계를 더 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 상기 단계 (1) 중에 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적 대 상기 단계 (2) 중에 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 3 내지 약 20 사이일 수 있다. 상기 단계 (2) 중에, 베드의 원료측 단부로부터 인출된 폐기 감압 가스의 용적 대 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 0.1 내지 약 0.6 사이일 수 있다.
본 발명은 흡착성이 보다 약한 하나 이상의 성분과 흡착성이 보다 강한 하나 이상의 성분을 포함하는 가압 원료 가스로부터 흡착성이 보다 약한 성분을 회수하는 압력 스윙 흡착 방법을 또한 포함하며, 이 방법은 2개의 평행한 흡착기에서의 사이클 공정 단계를 수행하는 것을 포함하고, 각각의 흡착기는 원료측 단부와 생성물측 단부를 갖고, 흡착성이 보다 강한 성분을 선택적으로 흡착하는 흡착 물질을 함유한다. 상기 사이클 공정 단계는
(a) 초대기압의 가압 원료 가스를 공급하고, 가압된 원료 가스를 제1 흡착기의 원료측 단부 내로 도입하고, 흡착성이 보다 강한 성분의 일부를 흡착 물질 상에 선택적으로 흡착하고, 흡착성이 보다 약한 성분이 농후한 생성물 가스를 제1 흡착기의 생성물측 단부로부터 인출하는 단계와,
(b) (1) 제1 흡착기의 생성물측 단부에 있는 출구로부터 제2 흡착기의 생성물측 단부로 가스를 운반하고, (2) 제1 흡착기의 생성물측 단부로부터 간격을 두고 배치된 추가의 출구를 통하여 가스를 인출하고 이 가스를 제2 흡착기의 원료측 단부 내로 운반함으로써 제1 흡착기를 감압하는 단계와,
(c) 제1 흡착기의 생성물측 단부에 있는 출구로부터 제2 흡착기의 생성물 측 단부 내로, 그리고 제1 흡착기의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 인출하는 동시에 제1 흡착기의 추가의 출구로부터 제2 흡착기의 원료측 단부 내로 가스를 계속적으로 운반하는 단계와,
(d) 제1 흡착기의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 계속적으로 인출하면서 제1 흡착기로부터 제2 흡착기로의 모든 가스 운반을 종료하는 단계와,
(e) 제1 흡착기의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 계속적으로 인출하면서 제1 흡착기의 생성물측 단부 내로 생성물 가스를 도입하는 단계와,
(f) (1) 제2 흡착기의 생성물측 단부에 있는 출구로부터 제1 흡착기의 생성물측 단부로 가스를 운반하고, (2) 제2 흡착기의 생성물측 단부로부터 간격을 두고 배치된 추가의 출구를 통하여 가스를 인출하고 이 가스를 제1 흡착기의 원료측 단부 내로 운반함으로써 제1 흡착기를 가압하는 단계로서, 상기 제2 흡착기는 초기에 제1 흡착기보다 고압으로 있는 것인 단계와,
(g) 제2 흡착기의 생성물측 단부로부터 제1 흡착기의 생성물측 단부로, 그리고 제2 흡착기의 추가의 출구로부터 제1 흡착기의 원료측 단부로 가스를 운반하고, 제2 흡착기의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 인출함으로써 제1 흡착기를 더 가압하는 단계와,
(h) 제2 흡착기로부터 제1 흡착기로의 모든 가스 운반을 종료하고, 생성물 가스를 제1 흡착기의 생성물측 단부로 도입하는 단계와, 가압 원료 가스 혼합물을 제1 흡착기의 원료측 단부로 도입하는 단계와, 가압 원료 가스를 제1 흡착기의 원료측 단부로 도입하면서 생성물 가스를 제1 흡착기의 생성물측 단부로 도입하는 단계로 이루어진 군 중 선택된 하나 이상의 단계에 의하여 제1 흡착기를 더 가압하는 단계와,
(i) 단계 (a) 내지 단계 (h)를 주기적인 방식으로 반복하는 단계를 포함한다.
상기 단계 (b) 및 (c)에서 제1 흡착기의 추가의 출구는 제1 흡착기의 원료측 단부에 있을 수 있고, 상기 단계 (f) 및 (g)에서 제2 흡착기의 추가의 출구는 제2 흡착기의 원료측 단부에 있을 수 있다. 선택적으로, 상기 단계 (b) 및 (c)에서 제1 흡착기의 추가 출구는 제1 흡착기의 원료측 단부와 생성물측 단부의 중간에 있을 수 있고, 상기 단계 (f) 및 (g)에서 제2 흡착기의 추가의 출구는 제2 흡착기의 원료측 단부와 생성물측 단부의 중간에 있을 수 있다.
본 발명의 방법은, 단계 (a)와 단계 (b)의 사이에서, 제1 흡착기의 생성물측 단부로부터 제2 흡착기의 생성물측 단부로 가스를 운반하는 단계로서, 상기 제2 흡착기가 상기 제1 흡착기보다 저압으로 있는 것인 단계와; 단계 (e)와 단계 (f)의 사이에서, 제2 흡착기의 생성물측 단부로부터 제1 흡착기의 생성물측 단부로 가스를 운반함으로써 제1 흡착기를 더 가압하는 단계로서, 상기 제2 흡착기가 상기 제1 흡착기보다 고압으로 있는 것인 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 방법은, 단계 (e)와 단계 (f)의 사이에서, 제1 흡착기의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 인출하는 것을 종료하는 단계와, 제1 흡착기의 생성물측 단부 내로 생성물 가스를 계속적으로 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 본 발명의 방법은, 단계 (a) 후에, 흡착성이 보다 약한 성분이 농후한 생성물 가스를 제1 흡착기의 생성물측 단부로부터 계속적으로 인출하면서 제1 흡착기의 원료측 단부 내로 가압 원료 가스를 도입하는 것을 종료하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 가스를 고압의 베드로부터 저압의 다른 베드로 운반하는 가스 운반 단계의 개선된 측면을 특히 강조하는 개선된 압력 스윙 흡착 방법에 관한 것이다. 다음의 설명에서는, PSA 사이클을 일련의 공정 세그먼트로서 규정하며, 각각의 공정 세그먼트는 하나 이상의 개별적인 공정 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 각각의 PSA 사이클은 5개의 공정 세그먼트로 분리되어 있고, 각각의 공정 세그먼트는 하나 이상의 개별적인 공정 단계를 포함하며, 이들 중 일부 공정 단계는 선택 사항이다. 각각의 개별적인 흡착 베드에 대하여 후술하는 바와 같은 공정 세그먼트는 (1) 흡착/생성물 제조 세그먼트, (2) 제1 가스 운반 세그먼트, (3) 베드 재생 세그먼트, (4) 제2 가스 운반 세그먼트, 및 (5) 베드 재가압 세그먼트이다.
흡착/생성물 제조 세그먼트는 흡착 베드로부터 생성물 가스의 인출로서 규정되며, 이 동안에 원료 가스가 세그먼트의 적어도 일부 동안에 베드 내로 도입된다. 흡착성이 보다 강한 성분(성분들)은 이 세그먼트 중에 흡착 물질에 의해 선택적으로 흡착된다. 제1 가스 운반 세그먼트는 가스를 고압의 베드로부터 저압의 하나 이상의 다른 베드로 운반하는 하나 이상의 단계로서 규정된다. 재생 세그먼트는 베드로부터 흡착된 성분과 빈 공간 가스(void space gas)를 탈착 및 인출하는 것으로서 규정되며, 이 중 한 단계는 베드 내의 압력이 낮아지는 때에 빈 공간 가스 및 탈착 가스가 베드의 원료측 단부로부터 방출되는 폐기 감압으로서 규정된다. 그 결과 형성되는 폐기 감압 가스는 통상적으로 폐기 스팀으로서 PSA 공정으로부터 직접 방출된다. 제2 가스 운반 세그먼트는 가스를 하나 이상의 다른 고압 베드로부터 저압의 베드로 운반하는 하나 이상의 단계로서 규정된다. 베드 재가압 세그먼트는, 생성물 가스를 제1 베드의 생성물측 단부로 도입하는 단계와, 가압 원료 가스 혼합물을 제1 베드의 원료측 단부로 도입하는 단계와, 가압 원료 가스를 제1 베드의 원료측 단부로 도입하면서 생성물 가스를 제1 베드의 생성물측 단부로 도입하는 단계로 이루어진 군 중 선택된 하나 이상의 단계에 의하여 제1 베드를 가압하는 단계로서 규정된다.
"가스 운반 세그먼트(gas transfer segment)"라는 일반적 용어는 전술한 제1 가스 운반 세그먼트와 제2 가스 운반 세그먼트 모두를 포함하는 것으로 규정되므로, 임의의 베드와 하나 이상의 다른 베드 사이의 가스 운반을 정의하는 것을 포함한다.
후술하는 바와 같은 본 발명의 모든 실시예에서, 가스 운반 세그먼트는 부분적으로 재생 세그먼트와 중첩되고, 그 결과 (1) 가스는 고압의 베드로부터 저압의 다른 베드로 운반되고, 그 후 (2) 폐기 감압 가스는 베드의 원료측 단부로부터 인출되는 동시에, 가스는 고압의 베드로부터 저압의 다른 베드로 운반된다. 공기가 분리될 원료 가스인 경우에, 폐기 감압은 베드 압력과 대기압 사이의 압력차에 의해 추진될 수 있으며, 폐기 감압 가스는 대기로 직접 방출될 수 있다. 선택적으로, 폐기 감압 가스는 초기에는 베드 압력보다 낮은 압력으로 있는 용기 또는 저장조로 방출될 수 있으며, 방출된 가스는 흡착성이 보다 강한 성분이 농후한 2차 가스 생성물로서 활용될 수 있다.
본 발명은 복수의 평행한 흡착 베드를 이용하는 공정 사이클에 활용될 수 있으며, 2개의 평행한 베드에 사용하기에 특히 적합하게 되어 있다. 2개의 평행한 베드를 사용하는 일실시예에서, 가스는 제1 가스 운반 세그먼트의 초반부 중에 제1 베드의 생성물측 단부로부터 제2 베드의 생성물측 단부로 운반된다. 그 후, 제1 가스 운반 세그먼트의 후반부 중에는, 제1 베드의 생성물측 단부로부터 제2 베드의 생성물측 단부로 가스가 계속 운반되면서, 폐기 감압 가스는 제1 베드의 원료측 단부로부터 인출된다. 폐기 감압 가스는 베드와 저압 영역 사이의 압력차의 결과로서 베드의 원료측 단부로부터 흐른다.
제2 실시예에서, 추가의 가스는 제1 가스 운반 세그먼트의 양 단계 동안에 제1 베드의 원료측 단부로부터 제2 베드의 원료측 단부로 운반된다. 제3 실시예에서, 추가의 가스는 가스 운반 세그먼트의 양 단계 동안에 제1 베드의 원료측 단부와 생성물측 단부의 중간 지점으로부터 제2 베드의 원료측 단부로 운반된다. 제2 실시예 또는 제3 실시예의 변형예에서, 추가의 가스 운반 단계는 제1 가스 운반 세그먼트가 3개의 가스 운반 단계를 포함하도록 가스 운반 세그먼트의 초기에 사용될 수 있다. 이러한 추가의 가스 운반 단계는 가스를 제1 베드의 생성물측 단부로부터 제2 베드의 생성물측 단부로 운반하는 것을 수반한다. 따라서, 본 발명의 이러한 변형예는, 가스를 제1 베드의 생성물측 단부로부터 제2 베드의 생성물측 단부로 운반하는 제1 단계와, 제1 베드와 제2 베드의 생성물측 단부 사이에서 가스를 계속적으로 운반하면서, 추가의 가스를 베드의 원료측 단부 사이에서 또는 제2 베드의 원료측 단부와 제1 베드의 중간 지점 사이에서 운반하는 제2 단계와, 원료측 및 생성물측 단부에서 가스 운반을 계속하면서 폐기 감압 가스를 제1 베드의 원료측 단부로부터 인출하는 제3 단계를 포함하는 가스 운반 세그먼트를 포함한다.
본 발명의 특징은 둘 이상의 흡착 베드를 활용하는 공정 사이클에 적용될 수 있으며, 베드 내의 흡착 물질이 용이하게 흡착할 수 있는 성분과 용이하게 흡착하지 못하는 다른 성분을 함유하는 임의의 가스 혼합물을 분리하는 데 일반적으로 사용될 수 있다. 본 발명은 공기로부터 고순도 질소를 회수하는 데 특히 유용하며, 2개의 흡착 베드에 의해 경제적으로 작동될 수 있다.
도 1은 본 발명의 PSA 공정의 작동에 활용할 수 있는 종래 기술에 알려진 통상적인 두 베드식 PSA 시스템에 대한 개략적인 흐름도이다. 본 발명은 공기로부터 질소를 회수하는 것과 관련하여 이하에 예시되어 있지만, 이 특정 시스템을 이용한 작업으로 한정되는 것은 아니다. 당업계에 알려져 있는 적절한 타입의 PSA 시스템을 본 발명에 활용할 수 있다. 도 1의 시스템은 공기 압축기(1), 원료 유량 제어 밸브(3), 및 원료 밸브(9, 11)를 각각 갖춘 매니폴드(5, 7)를 포함한다. 매니폴드(13)가 매니폴드(5, 7)에 접속되어 있고, 밸브(15, 17)를 포함한다. 밸브(19)와 제어 밸브(21)는 매니폴드(13)를 폐기물 방출 라인(23)에 연결시킨다. 매니폴드(5, 7)는 흡착 베드(25, 27)의 원료측 단부에 연결되어 있고, 이들 베드는 질소에 비해 산소를 우선적으로 흡착하는 탄소 분자 시브 흡착제로 충전될 수 있다. 당업계에 알려져 있는 다른 흡착제도 필요에 따라 사용할 수 있다.
후술하는 본 발명의 일실시예에서는, 중간 지점의 가스 운반 매니폴드(29, 31, 33)를 밸브(35, 37), 제어 밸브(39) 및 체크 밸브(41, 43)와 함께 활용할 수 있다. 가스 인출 조립체(45, 47)는 베드의 중간 위치로부터 가스를 인출하도록 되어 있다.
생성물 가스 매니폴드(49, 51)는 흡착 베드(25, 27)의 생성물측 단부 및 밸브(53, 57)에 연결되어 있으며, 이들 밸브는 매니폴드를 생성물 라인(59)에 연결시킨다. 유량 제어 밸브(61)가 생성물 라인(59)을 생성물 탱크(63)와 연결시키고, 생성물 라인(65)이 최종의 생성물 가스를 하류의 사용자에게 운반한다.
유량 제어 밸브(69)를 갖춘 퍼지 라인(67)이 생성물 매니폴드(49, 51)에 연결되어 있다. 또한, 밸브(73) 및 제어 밸브(75)를 갖춘 가스 운반 매니폴드(71)가 생성물 매니폴드(49, 51)에 연결되어 있다.
본 발명의 제1 실시예는 도 1의 개략적인 흐름도와, 한 공정 사이클에 걸쳐 소정 베드에 대한 단계 순서를 개략적으로 도시하고 있는 도 2의 베드 단계 다이어그램을 참고로 공기로부터 질소를 회수하는 것과 관련하여 이하에 예시되어 있다. 이 실시예에서, 중간 지점의 가스 운반 매니폴드(29, 31, 33), 밸브(35, 37), 제어 밸브(39), 체크 밸브(41, 43) 및 가스 인출 조립체(45, 47)는 필요하지 않으며, 작동 시스템에 존재하지 않는다. 이 제1 실시예를 위한 사이클이 전술한 사이클 세그먼트의 각 단계에 대하여 후술되어 있다. 이것은 예시적인 사이클이며, 본 발명은 후술하는 임의의 특정 단계(들)로 한정되지 않는다.
1. 흡착/생성물 제조 세그먼트
단계 (1a) : 원료 공기를 압축기(1)에서 110-130 psig의 통상 압력으로 압축하고, 유량 제어 밸브(3), 제어 밸브(9) 및 매니폴드(5)를 통하여 흡착 베드(25)로 통과시킨다. 먼저 산소가 내부에서 흡착되고, 95 내지 99.9995 용적%의 질소를 함유할 수 있는 고순도 질소 생성물이 매니폴드(49), 밸브(53), 라인(59), 제어 밸브(61)를 통하여 생성물 탱크(63)로 흐른다. 최종의 생성물 질소가 라인(65)을 통하여 사용자에게 인출된다. 이 단계의 지속 시간은 통상적으로 60 내지 180 초이고, 단계 종료 시의 압력은 100 내지 120 psig의 범위로 있을 수 있다. 이 단계와 다음 단계에서, 제어 밸브는 통상적으로 가스 스트림의 온-오프 제어(on-off control)에 사용되고, 유량 제어 밸브는 가스 유량을 예정된 값으로 제어하도록 설정된다. 일부 용례에서는, 오리피스 판을 유량 제어 밸브 대신에 사용할 수 있다.
단계 (1b)(옵션) : 이 선택적인 생성물 제조 단계에서, 흡착 베드(25)로의 원료 흐름은 밸브(9)를 폐쇄함으로써 종결되고, 생성물 가스는 생성물 매니폴드(49)를 통하여 계속해서 흐른다. 이러한 선택적인 단계는 0.5 내지 2.0초 동안 계속될 수 있으며, 밸브(53)를 폐쇄함으로써 종결된다. 단계 종료 시의 통상 압력은 98 내지 118 psig이다.
2. 제1 가스 운반 세그먼트
단계 (2a) : 밸브(9, 17, 53, 69)를 폐쇄하고, 밸브(73, 75)를 개방하고, 가스를 베드(25)로부터 매니폴드(49, 71, 51)를 통하여 베드(27)로 제어된 속도로 운반한다. 이 단계는 1 내지 10초 동안 계속될 수 있으며, 베드(25, 27) 사이의 압력차가 5 내지 25 psi인 때에 종료될 수 있다.
단계 (2b) : 단계 (2a)의 생성물측 단부로부터 생성물측 단부로의 가스 운반을 계속하면서, 밸브(15, 21)를 개방하고, 폐기 감압 가스를 베드(25)의 원료측 단부로부터 매니폴드(5), 매니폴드(13), 폐기물 방출 라인(23)을 통하여 제어된 속도로 흐르게 한다. 이 단계는 0.5 내지 3초 동안 계속될 수 있으며, 통상적으로 베드(25, 27) 사이의 압력차가 2 내지 10 psi의 범위 내에 있는 때에 종결된다. 단계 (2b)의 종료 시에 베드(25) 내의 압력은 40 내지 60 psig의 범위에 있을 수 있다. 단계 (2a) 중에 베드(25)의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적 대 단계 (2b) 중에 베드(25)의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 3 내지 약 20 사이일 수 있다. 단계 (2b) 중에 베드(25)의 원료측 단부로부터 인출된 폐기 감압 가스의 용적 대 단계 (2b) 중에 베드(25)의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 0.1 내지 약 0.6 사이일 수 있다.
3. 재생 세그먼트
단계 (3a) : 밸브(73, 75)를 폐쇄하고, 밸브(19)를 개방하여 베드(25)로부터 폐기 감압 가스의 방출 속도를 증가시킨다. 단계 (3a)는 통상적으로 4 내지 5초 동안 지속되며, 베드(25) 내의 압력이 0 내지 10 psig의 범위에 있는 경우에 종료될 수 있다.
단계 (3b) : 밸브(69)를 개방하고, 생성물 퍼지 가스를 매니폴드(67, 49)를 통하여 베드(25)의 생성물측 단부로 흐르게 하고, 폐기 가스를 매니폴드(5), 매니폴드(13), 밸브(15, 19) 및 폐기물 방출 라인(23)을 통해서 계속해서 흐르게 한다. 선택적으로, 퍼지를 위한 생성물 가스는 라인(59) 및 밸브(53)를 통해서 생성물 탱크(63)로부터 얻을 수 있다. 단계 (3b)는 통상적으로 60 내지 180초 동안 지속되고, 0 psig에 근접하는 압력에서 수행될 수 있다.
단계 (3c) : 밸브(15, 19)를 폐쇄하고, 적은 유량의 생성물 가스를 밸브(69) 및 매니폴드(67)를 통하여 베드(25)의 생성물측 단부로 계속해서 흐르게 한다. 이는 전방의 탈착 산소를 다음의 재가압 단계를 위해 준비된 베드로 복귀시킨다. 선택적으로, 이 목적을 위한 생성물 가스는 라인(59) 및 밸브(53)를 통하여 생성물 탱크(63)로부터 얻을 수 있다. 단계 (3c)는 통상적으로 2 내지 20초 동안 지속되고, 베드(25) 내의 단계 종료 시의 압력은 2 내지 8 psig 일 수 있다. 이것은 선택적인 단계이다.
4. 제2 가스 운반 세그먼트
단계 (4a) : 밸브(69)를 폐쇄하고 밸브(73, 75)를 개방하여, 베드(27)로부터 베드(25)로 가스를 운반하기 시작하는데, 이는 흡착/생성물 제조 단계(1a) 또는 선택적으로 생성물 제조 단계(1b)의 종료 직후이다. 밸브(7, 57)는 폐쇄되어 있다. 이 단계는 1 내지 10초 동안 계속될 수 있고, 통상적으로 베드(25, 27) 사이의 압력차가 5 내지 25 psi인 경우에 종료된다.
단계 (4b) : 생성물측 단부에서 생성물측 단부로의 가스 운반 단계 (4a)를 계속하면서, 밸브(17, 21)를 개방하고, 폐기 감압 가스를 베드(27)의 원료측 단부로부터 매니폴드(7), 매니폴드(13) 및 폐기물 방출 라인(23)을 통하여 제어된 속도로 흐르게 한다. 이 단계는 0.5 내지 3초 동안 계속될 수 있으며, 통상적으로 베드(25, 27) 사이의 압력차가 2 내지 10 psi인 때에 종료된다. 통상적으로, 단계 (4b)의 종료 시에 베드(25) 내의 압력은 35 내지 60 psig 이다. 단계 (4a) 중에 베드(27)의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적 대 단계 (4b) 중에 베드(27)의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 3 내지 약 20인 것이 바람직하다. 단계 (4b) 중에 베드(27)의 원료측 단부로부터 인출된 폐기 감압 가스의 용적 대 단계 (4b) 중에 베드(27)의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 0.1 내지 약 0.6인 것이 바람직하다.
5. 재가압 세그먼트
베드(27)가 단계 (3a)로 진행하는 동안 베드(25)의 재가압을 시작한다. 밸브(53) 및 매니폴드(49)를 통한 생성물 가스 및/또는 밸브(3, 9) 및 매니폴드(5)를 통한 원료 가스의 임의의 원하는 조합에 의해 베드(25)를 재가압할 수 있다. 이 단계는 3 내지 5초 동안 계속될 수 있으며, 단계 (5)의 종료 시에 베드(25) 내의 압력이 90 내지 110 psig인 경우에 종료될 수 있다.
전술한 공정은 여러 옵션 및/또는 후술하는 추가의 단계와 함께 작업될 수 있다.
옵션 A : 원료측 단부에서 원료측 단부로의 추가의 가스 운반
이 옵션에서는, 단계 (2a) 및 (2b) 중에 베드(25)의 원료측 단부로부터 매니폴드(5, 13), 밸브(15, 17) 및 매니폴드(7)를 통하여 베드(27)의 원료측 단부로 추가의 가스를 운반한다. 밸브(19, 21)는 단계 (2a) 중에 폐쇄되어 있다. 또한, 단계 (4a) 및 (4b) 중에 베드(27)의 원료측 단부로부터 매니폴드(7, 13), 밸브(15, 17) 및 매니폴드(5)를 통하여 베드(25)의 원료측 단부로 추가의 가스를 운반한다. 이 옵션은 도 3의 베드 단계 다이어그램에 예시되어 있다.
옵션 B : 베드의 중간에서 원료측 단부로의 가스 운반
이 옵션은 도 1을 참고로 하여 이미 설명한 바와 같이 밸브(35, 37), 제어 밸브(39), 체크 밸브(41, 43) 및 가스 인출 조립체(45, 47)와 함께 중간 지점의 가스 운반 매니폴드(29, 31, 33)를 사용한다. 이 옵션에서는, 가스 인출 조립체(45)로부터 매니폴드(29), 밸브(35), 매니폴드(31), 제어 밸브(39), 매니폴드(33), 체크 밸브(43), 매니폴드(7)를 통하여 베드(27)의 원료측 단부로 추가의 가스를 운반한다. 단계 (4a) 및 (4b) 중에, 가스 인출 조립체(47)로부터, 매니폴드(29), 밸브(37), 매니폴드(31), 제어 밸브(39), 매니폴드(33), 체크 밸브(41) 및 매니폴드(5)를 통하여 베드(25)의 원료측 단부로 추가의 가스를 운반한다. 이 옵션은 도 4의 베드 단계 다이어그램에 예시되어 있다.
옵션 C : 중간 지점에서 중간 지점으로의 가스 운반
이 옵션에서는, 단계 (2a) 및 (2b) 중에 가스 인출 조립체(45)로부터 추가의 가스를 운반하고, 상기 조립체는 베드(25)의 원료측 단부와 생성물측 단부 사이의 임의의 원하는 지점(도시 생략)에 위치될 수 있다. 가스를 변형된 매니폴드(도시 생략)를 통하여 베드(27)의 원료측 단부와 생성물측 단부 사이의 가스 도입 지점으로 운반한다. 가스 인출 조립체(45)와 베드(25)의 원료측 단부 사이의 거리는 베드(27)의 원료측 단부와 가스 도입 지점 사이의 거리보다 크다. 또한, 단계 (4a) 및 단계(4b) 중에 가스 인출 조립체(47)로부터 추가의 가스를 운반하며, 상기 조립체는 베드(27)의 원료측 단부와 생성물측 단부 사이의 임의의 편리한 지점(도시 생략)에 위치될 수 있다. 변형된 매니폴드(도시 생략)를 통하여 베드(25)의 원료측 단부와 생성물측 단부 사이의 가스 도입 지점으로 가스를 운반한다. 가스 인출 조립체(47)와 베드(27)의 원료측 단부 사이의 거리는 가스 도입 지점과 베드(25)의 원료측 단부 사이의 거리보다 크다.
옵션 D : 생성물측 단부로부터 생성물측 단부로의 추가의 가스 운반
이 옵션은 전술한 옵션 A, B, C 중 임의의 것에 사용될 수 있다. 베드(25, 27)의 생성물측 단부 사이에서의 추가의 가스 운반 단계는 도 3 및 도 4의 베드 단계 다이어그램에 도시된 바와 같이 추가된다. 전술한 밸브와 매니폴드에 의하여 베드(25)의 원료측 단부로부터 베드(27)의 원료측 단부로 가스를 운반하는 추가의 단계 (2)가 단계 (2a) 이전에 추가된다. 전술한 밸브 및 매니폴드에 의하여 베드(27)의 원료측 단부로부터 베드(25)의 원료측 단부로 가스를 운반하는 상응하는 단계 (4)가 단계 (4a) 이전에 추가된다.
옵션 E : 재생 세그먼트를 위한 선택적인 단계
전술한 옵션 중 어떤 것에서 재생 세그먼트를 위한 선택적인 단계를 사용할 수 있다. 한 재생 옵션에서는, 폐기물 재가압 단계 (3a)가 사용되지 않으며, 단계 (3b) 및 (3c)를 전술한 바와 같이 사용한다. 다른 재생 옵션에서, 퍼지 단계 (3a)가 전술한 바와 같이 사용되고, 퍼지 단계 (3b)는 사용되지 않으며, 생성물 가스는 단계 (3c) 중에 베드의 생성물측 단부 내로 도입되지 않는다. 이들 재생 옵션은 도 1 내지 도 4의 베드 단계 다이어그램에 의해 예시되어 있다.
전술한 설명은 베드(27)에서 일어나는 특정의 단계를 일부 참고하여 베드(25)에 대한 단계의 사이클을 강조한다. 베드(27)는 베드(25)에 대하여 전술한 동일 사이클 단계를 통하여 진행하지만, 두 사이클은 180°의 위상차가 있다. 주요 요구 사항은 베드(25)에서의 가스 운반 단계 (2a) 및 (2b)가 베드(27)에서의 가스 운반 단계 (4a) 및 (4b)와 각각 일치해야 한다는 것이다. 또한, 베드(27)에서의 가스 운반 단계 (2a) 및 (2b)가 베드(25)에서의 가스 운반 단계 (4a) 및 (4b)와 각각 일치해야 한다.
예
옵션 B 및 D를 포함한 전술한 사이클 세그먼트 1 내지 5를 활용하는 두 베드식 PSA 공정은 도 1의 공정 흐름도와 도 4의 사이클 단계 다이어그램에 따라 작동한다. 단계 (3a)는 사용되지 않는다. 공정은 700 SCFM의 유량과 125 psig의 압력으로 공급된 원료 공기를 분리하여, 99.99 용적%의 질소를 함유하는 고순도 질소 생성물을 170 SCFM의 유량으로 생산한다. 흡착 베드(25, 27)는 각각 직경이 4.5 피트이고 베드 깊이가 8 피트이며, Takeda Chemical Industries, Ltd가 공급하는 탄소 분자 흡착제를 함유한다. 사이클 타임과 단계 종료 시의 압력이 표 1에서 공정에 대해 요약되어 있으며, 두 베드에서의 사이클 단계의 관계는 표 2에 표시되어 있다. 전체 사이클 타임은 240초이다.
표 1
각각의 베드에 대한 사이클 타임과 압력
예 1
사이클 세그먼트 단계 지속 시간 (초) 단계 종료 시의 압력 (psig)
흡착/생성물 제조 1a 107 112
1b 2 110
제1 가스 운반 2 1 105.5
2a 5.5 65
2b 0.5 58.5
재생 3b 95 0
3c 18 8
제2 가스 운반 4 1 12.5
4a 5.5 53
4b 0.5 56
재가압 5 4 100
표 2
베드(25, 27)에 대한 사이클 단계 및 타임
예 1
지속 시간(초) 4 91 16 2 1 5.5 0.5 4 91 16 2 1 5.5 0.5
단계 종료시간 (초) 4 95 111 113 114 119.5 120 124 215 231 233 234 239.5 240
사이클 단계 베드 25 5 1a 1b 2 2a 2b 3b 3c 4 4a 4b
사이클 단계 베드 27 3b 3c 4 4a 4b 5 1a 1b 2 2a 2b
따라서, 본 발명은 가스 운반 공정 중에 가스 인출을 행하는 베드 내에서의 가스 흐름의 제어를 개선하는 PSA 사이클을 제공한다. 베드의 생성물측 단부에서, 그리고 베드의 중간 위치 및/또는 원료측 단부로부터의 가스 운반을 주의깊게 제어하고 타이밍을 맞추면 여러 장점이 제공된다. 흡착/생성물 제조 세그먼트의 종료 시에, 베드 내의 빈 공간은, 베드의 생성물측 단부에서의 생성물 품질에서 베드의 원료측 단부에서의 보다 낮은 품질에 이르는 순도 범위를 갖는 고압의 가스를 수용한다. 제1 가스 운반 세그먼트에서, 상기 빈 공간 가스 내의 압력 에너지는 부분적으로 회복되어 다른 베드로 전달된다. 전술한 바와 같이, 운반된 가스는 생성물측 단부, 원료측 단부 또는 이들 단부의 중간 지점으로부터 인출될 수 있다.
고압 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스는 베드의 중간 또는 원료측 단부로부터의 가스보다 순도가 높으므로, 이 가스는 보다 저압인 다른 베드의 생성물측 단부로 운반되는 것이 바람직하다. 생성물측 단부로부터의 가스 운반이 악영향을 끼칠 가능성이 있는데, 이는 상기 가스 운반의 장점을 제한할 수도 있다. 가스 운반이 진행됨에 따라, 베드 내의 가스는 베드의 생성물측 단부를 향하여 흐르고, 공급 원료의 원치 않는 성분은 생성물측 단부를 향하여 과도하게 흡입될 수 있으므로, 베드의 세정 시에 순차적인 재생 단계의 효율을 저하시킨다. 또한, 원치 않는 성분의 운반은 수용 베드를 오염시킬 수도 있다.
이들 해로운 영향은 베드의 중간과 같이 고압 베드의 원료측 단부에 보다 인접한 보조 출구, 또는 원료측 단부 자체로부터 가스 운반의 일부를 수행함으로써 감소될 수 있다. 이 보조 출구로부터의 가스 운반으로 인하여, 내부 가스 흐름이 베드의 생성물측 단부로부터 멀어지게 되며, 이는 원치 않는 성분이 베드의 그 단부를 향하여 이동하는 것을 줄인다. 그러나, 베드의 원료측 단부를 향하여 충분한 양의 내부 흐름을 제공하고 베드의 생성물측 단부로부터의 가스 운반에 기인한 내부 흐름을 보상하기 위하여, 보조 출구로부터 운반된 가스의 양은 수용 베드에 낮은 순도의 가스가 과도하게 운반되는 것을 방지하도록 신중하게 제어되어야 한다.
본 발명은 저압 베드로의 가스 운반 중에 고압 베드에서의 내부 가스 흐름을 최적화하는 수단을 제공한다. 가스 운반 세그먼트의 후반부 도중에 베드의 원료측 단부로부터 주의 깊게 제어된 폐기 감압을 활용함으로써, 추가의 내부 가스 흐름은 생성물측 단부로부터의 가스 운반에 기인한 흐름과 반대로 되도록 원료측 단부를 향해 발생되고, 이는 베드의 생성물측 단부로부터의 압력 전달의 잠재적으로 해로운 영향을 최소화하면서, 운반될 수 있는 가스의 양을 최대화한다. 또한, 제1 가스 운반 세그먼트의 후반부 도중에 폐기 감압 단계를 개시함으로써, 재생 세그먼트는 효과적으로 길어지고, 베드의 재생은 보다 완전하게 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 공정 사이클에 사용될 수 있는 PSA 시스템의 개략적인 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 흡착 베드에 대한 공정 단계를 예시하는 베드 단계(bed step)의 다이어그램이고,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 흡착 베드에 대한 공정 단계를 예시하는 베드 단계의 다이어그램이고,
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 흡착 베드에 대한 공정 단계를 예시하는 베드 단계의 다이어그램이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 압축기
3 : 원료 유량 제어 밸브
5, 7 : 매니폴드
25, 27 : 흡착 베드
41, 43 : 체크 밸브
63 : 생성물 탱크
67 : 퍼지 라인

Claims (21)

  1. 흡착성이 보다 약한 하나 이상의 성분과 흡착성이 보다 강한 하나 이상의 성분을 포함하는 원료 가스 혼합물로부터 흡착성이 보다 약한 성분을 회수하는 압력 스윙 흡착 방법으로서,
    이 방법은 복수의 흡착 베드에서 사이클 공정 단계를 수행하는 것을 포함하며, 각각의 흡착 베드는 원료측 단부와 생성물측 단부를 갖고, 흡착성이 보다 강한 성분을 선택적으로 흡착하는 흡착 물질을 함유하고 있으며, 각각의 베드는 주기적인 공정 세그먼트를 진행하고, 이 공정 세그먼트는 흡착-생성물 제조 세그먼트와, 초기에 고압인 베드로부터 초기에 저압인 하나 이상의 다른 베드로 가스를 흐르게 하는 제1 가스 운반 세그먼트와, 재생 세그먼트와, 초기에 고압인 하나 이상의 다른 베드로부터 초기에 저압인 베드로 가스를 흐르게 하는 제2 가스 운반 세그먼트와, 최종의 재가압 세그먼트를 포함하며, 상기 가스 운반 세그먼트는,
    (1) 가스를 베드의 생성물측 단부로부터 다른 베드의 생성물측 단부로 운반하는 단계와,
    (2) 가스를 베드의 생성물측 단부로부터 다른 베드의 생성물측 단부로 계속 운반하면서 베드의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 인출하는 단계와,
    (3) 상기 단계 (1)과 (2) 중 하나 이상의 도중에, 베드의 원료측 단부로부터 하나 이상의 다른 베드의 원료측 단부로 가스를 운반하는 단계 및
    (4) 상기 단계 (1) 이전에, 고압 베드의 생성물측 단부로부터 저압의 다른 베드의 생성물측 단부로 가스를 운반하는 단계를 포함하는 것인 압력 스윙 흡착 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (1) 중에 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적 대 상기 단계 (2) 중에 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 3 내지 약 20 사이인 것인 압력 스윙 흡착 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (2) 중에 베드의 원료측 단부로부터 인출된 폐기 감압 가스의 용적 대 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 0.1 내지 약 0.6 사이인 것인 압력 스윙 흡착 방법.
  4. 흡착성이 보다 약한 하나 이상의 성분과 흡착성이 보다 강한 하나 이상의 성분을 포함하는 원료 가스 혼합물로부터 흡착성이 보다 약한 성분을 회수하는 압력 스윙 흡착 방법으로서,
    이 방법은 복수의 흡착 베드에서 사이클 공정 단계를 수행하는 것을 포함하며, 각각의 흡착 베드는 원료측 단부와 생성물측 단부를 갖고, 흡착성이 보다 강한 성분을 선택적으로 흡착하는 흡착 물질을 함유하고 있으며, 각각의 베드는 주기적인 공정 세그먼트를 진행하고, 이 공정 세그먼트는 흡착-생성물 제조 세그먼트와, 초기에 고압인 베드로부터 초기에 저압인 하나 이상의 다른 베드로 가스를 흐르게 하는 제1 가스 운반 세그먼트와, 재생 세그먼트와, 초기에 고압인 하나 이상의 다른 베드로부터 초기에 저압인 베드로 가스를 흐르게 하는 제2 가스 운반 세그먼트와, 최종의 재가압 세그먼트를 포함하며, 상기 가스 운반 세그먼트는,
    (1) 가스를 베드의 생성물측 단부로부터 다른 베드의 생성물측 단부로 운반하는 단계와,
    (2) 가스를 베드의 생성물측 단부로부터 다른 베드의 생성물측 단부로 계속 운반하면서 베드의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 인출하는 단계와,
    (3) 상기 단계 (1)과 (2) 중 하나 이상의 도중에, 베드의 원료측 단부와 생성물측 단부의 중간 지점으로부터 하나 이상의 다른 베드의 원료측 단부로 가스를 운반하는 단계와,
    (4) 상기 단계 (1) 이전에, 고압 베드의 생성물측 단부로부터 저압의 다른 베드의 생성물측 단부로 가스를 운반하는 단계를 포함하는 것인 압력 스윙 흡착 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 단계 (1) 중에 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적 대 상기 단계 (2) 중에 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 3 내지 약 20 사이인 것인 압력 스윙 흡착 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 단계 (2) 중에 베드의 원료측 단부로부터 인출된 폐기 감압 가스의 용적 대 베드의 생성물측 단부로부터 운반된 가스의 용적의 비는 약 0.1 내지 약 0.6 사이인 것인 압력 스윙 흡착 방법.
  7. 흡착성이 보다 약한 하나 이상의 성분과 흡착성이 보다 강한 하나 이상의 성분을 포함하는 가압 원료 가스로부터 흡착성이 보다 약한 성분을 회수하는 압력 스윙 흡착 방법으로서,
    이 방법은 2개의 평행한 흡착기에서의 사이클 공정 단계를 수행하는 것을 포함하며, 각각의 흡착기는 원료측 단부와 생성물측 단부를 갖고, 흡착성이 보다 강한 성분을 선택적으로 흡착하는 흡착 물질을 함유하며,
    상기 사이클 공정 단계는
    (a) 초대기압의 가압 원료 가스를 공급하고, 가압된 원료 가스를 제1 흡착기의 원료측 단부 내로 도입하고, 흡착성이 보다 강한 성분의 일부를 흡착 물질 상에 선택적으로 흡착하고, 흡착성이 보다 약한 성분이 농후한 생성물 가스를 제1 흡착기의 생성물측 단부로부터 인출하는 단계와,
    (b) (1) 제1 흡착기의 생성물측 단부에 있는 출구로부터 제2 흡착기의 생성물측 단부로 가스를 운반하고, (2) 제1 흡착기의 생성물측 단부로부터 간격을 두고 배치된 추가의 출구를 통하여 가스를 인출하고 이 가스를 제2 흡착기의 원료측 단부 내로 운반함으로써 제1 흡착기를 감압하는 단계와,
    (c) 제1 흡착기의 생성물측 단부에 있는 출구로부터 제2 흡착기의 생성물 측 단부 내로, 그리고 제1 흡착기의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 인출하는 동시에 제1 흡착기의 추가의 출구로부터 제2 흡착기의 원료측 단부 내로 가스를 계속적으로 운반하는 단계와,
    (d) 제1 흡착기의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 계속적으로 인출하면서 제1 흡착기로부터 제2 흡착기로의 모든 가스 운반을 종료하는 단계와,
    (e) 제1 흡착기의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 계속적으로 인출하면서 제1 흡착기의 생성물측 단부 내로 생성물 가스를 도입하는 단계와,
    (f) (1) 제2 흡착기의 생성물측 단부에 있는 출구로부터 제1 흡착기의 생성물측 단부로 가스를 운반하고, (2) 제2 흡착기의 생성물측 단부로부터 간격을 두고 배치된 추가의 출구를 통하여 가스를 인출하고 이 가스를 제1 흡착기의 원료측 단부 내로 운반함으로써 제1 흡착기를 가압하는 단계로서, 상기 제2 흡착기는 초기에 제1 흡착기보다 고압으로 있는 것인 단계와,
    (g) 제2 흡착기의 생성물측 단부로부터 제1 흡착기의 생성물측 단부로, 그리고 제2 흡착기의 추가의 출구로부터 제1 흡착기의 원료측 단부로 가스를 운반하고, 제2 흡착기의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 인출함으로써 제1 흡착기를 더 가압하는 단계와,
    (h) 제2 흡착기로부터 제1 흡착기로의 모든 가스 운반을 종료하고, 생성물 가스를 제1 흡착기의 생성물측 단부로 도입하는 단계와, 가압 원료 가스 혼합물을 제1 흡착기의 원료측 단부로 도입하는 단계와, 가압 원료 가스를 제1 흡착기의 원료측 단부로 도입하면서 생성물 가스를 제1 흡착기의 생성물측 단부로 도입하는 단계로 이루어진 군 중 선택된 하나 이상의 단계에 의하여 제1 흡착기를 더 가압하는 단계와,
    (i) 단계 (a) 내지 단계 (h)를 주기적인 방식으로 반복하는 단계
    를 포함하는 것인 압력 스윙 흡착 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 단계 (b) 및 (c)에서 제1 흡착기의 추가의 출구는 제1 흡착기의 원료측 단부에 있고, 상기 단계 (f) 및 (g)에서 제2 흡착기의 추가의 출구는 제2 흡착기의 원료측 단부에 있는 것인 압력 스윙 흡착 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 단계 (b) 및 (c)에서 제1 흡착기의 추가 출구는 제1 흡착기의 원료측 단부와 생성물측 단부의 중간에 있고, 상기 단계 (f) 및 (g)에서 제2 흡착기의 추가의 출구는 제2 흡착기의 원료측 단부와 생성물측 단부의 중간에 있는 것인 압력 스윙 흡착 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    단계 (a)와 단계 (b)의 사이에서, 제1 흡착기의 생성물측 단부로부터 제2 흡착기의 생성물측 단부로 가스를 운반하는 단계로서, 상기 제2 흡착기가 상기 제1 흡착기보다 저압으로 있는 것인 단계와,
    단계 (e)와 단계 (f)의 사이에서, 제2 흡착기의 생성물측 단부로부터 제1 흡착기의 생성물측 단부로 가스를 운반함으로써 제1 흡착기를 더 가압하는 단계로서, 상기 제2 흡착기가 상기 제1 흡착기보다 고압으로 있는 것인 단계
    를 더 포함하는 것인 압력 스윙 흡착 방법.
  11. 제7항에 있어서, 단계 (e)와 단계 (f)의 사이에서, 제1 흡착기의 원료측 단부로부터 폐기 감압 가스를 인출하는 것을 종료하는 단계와, 제1 흡착기의 생성물측 단부 내로 생성물 가스를 계속적으로 도입하는 단계를 더 포함하는 것인 압력 스윙 흡착 방법.
  12. 제7항에 있어서, 단계 (a) 후에, 흡착성이 보다 약한 성분이 농후한 생성물 가스를 제1 흡착기의 생성물측 단부로부터 계속적으로 인출하면서 제1 흡착기의 원료측 단부 내로 가압 원료 가스를 도입하는 것을 종료하는 단계를 더 포함하는 것인 압력 스윙 흡착 방법.
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