(57)【要約】  スイング吸着プロセスを実行するための装置及びシステムが提供される。このスイング吸着プロセスは、ストリームを吸着床ユニットに送って、水などの汚染物質をストリームから除去するステップを含むことができる。このプロセスの一部として、吸着床ユニットは、１又は２以上の弁、導管及びマニホールドを取り外す必要なく、吸着床ユニット内の吸着材料へのアクセスを可能にすることができる。【選択図】図４Ａ
2019508245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状供給ストリームから汚染物質を除去するためのサイクル式スイング吸着床ユニットであって、
内部領域を形成するハウジングであって、第１のヘッドと第２のヘッドとの間に固定された本体部分を有するハウジングと、
前記内部領域内に配置された吸着床と、
前記ハウジングに固定された複数の第１の弁と、を備え、
前記複数の第１の弁の各々は、前記ハウジングの外部位置から導管を通って前記吸着床まで延びる流路に沿った流体流れを制御するように構成され、前記複数の第１の弁の各々は、前記吸着床の境界面断面領域の外側に配置された弁断面領域を有している、
ことを特徴とするサイクル式スイング吸着床ユニット。
【請求項２】
前記第２のヘッドに固定された複数の第２の弁を更に備え、
前記複数の第２の弁の各々は、前記ハウジングの外部位置から導管を通って前記吸着床まで延びる流路に沿った流体流れを制御するように構成され、前記複数の第２の弁の各々は、少なくとも部分的に前記吸着床の前記境界面断面領域内に配置された弁断面領域を有している、
請求項１に記載のサイクル式スイング吸着床ユニット。
【請求項３】
前記吸着床の前記内部領域にデブリフォイルを通すように構成された保守ポートを含むキャッチ機構を更に備え、
前記キャッチ機構は、前記複数の第２の弁のうちの１つからデブリを逸らすように構成されている、
請求項２に記載のサイクル式スイング吸着床ユニット。
【請求項４】
前記吸着床ユニットは、前記吸着床と前記複数の第１の弁との間に配置された流れ分配器を更に備えている、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のサイクル式スイング吸着床ユニット。
【請求項５】
前記ハウジングは、５ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）〜１，４００ｐｓｉａの圧力を維持するように構成されている、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のサイクル式スイング吸着床ユニット。
【請求項６】
前記複数の第１の弁は各々、能動制御型弁である、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のサイクル式スイング吸着床ユニット。
【請求項７】
前記複数の第１の弁は各々、マニホールドが配管される向きに配置された前記複数のマニホールドのうちの１つと流体連通する、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のサイクル式スイング吸着床ユニット。
【請求項８】
前記吸着床と前記ハウジングとの間に配置されて、前記ハウジングと前記吸着床との間の流体流れを妨げるように構成されたバイパスシールを更に備えている、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のサイクル式スイング吸着床ユニット。
【請求項９】
前記吸着床と前記ハウジングとの間に配置されて、前記吸着床を前記吸着床ユニット内に整列させるように構成された熱膨張リングを更に備えている、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のサイクル式スイング吸着床ユニット。
【請求項１０】
前記熱膨張リングが前記吸着床に溶接される、
請求項９に記載のサイクル式スイング吸着床ユニット。
【請求項１１】
前記第１のヘッド内に配置され、前記流体流を前記導管から前記吸着床に分配するように構成されたフローベーンを更に備えている、
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のサイクル式スイング吸着床ユニット。
【請求項１２】
前記導管は、前記導管を通じて近プラグ流状態を維持するように前記導管を通る流れを導く１又は２以上の構造要素を備える、
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のサイクル式スイング吸着床ユニット。
【請求項１３】
供給ストリームから汚染物質を除去するための方法であって、
（ａ）吸着床ユニットにおいて１又は２以上の吸着ステップを実行するステップを含み、前記１又は２以上の吸着ステップの各々は、
（ｉ）供給入口導管から、前記吸着床ユニットのハウジングの内部領域に配置された吸着床へガス状供給ストリームを送るために少なくとも１つの第１のポペット弁を開くステップであって、前記少なくとも１つの第１のポペット弁は、前記供給入口導管と直接的に流れ連通して、前記ハウジングの外部位置から前記供給入口導管を通って前記吸着床に延びる流路に沿って流体流れを制御するように構成されるようにし、前記少なくとも１つの第１のポペット弁は、前記吸着床の境界面断面領域の外側に配置された第１の弁断面領域を有するようにするステップと、
（ｉｉ）前記ガス状供給ストリームを前記吸着床に曝して前記ガス状供給ストリームから１又は２以上の汚染物質を分離して、生成物ストリームを形成するステップと、
（ｉｉｉ）前記生成物ストリームを前記ハウジング内の前記内部領域から離れて生成物導管に導くように１又は２以上の生成物ポペット弁を開くステップと、を含み、
更に、
（ｂ）１又は２以上のパージステップを実行するステップであって、１又は２以上のパージステップの各々が、パージストリームを前記吸着床ユニットに送って、パージ出力ストリーム中の前記１又は２以上の汚染物質の少なくとも一部を分離して導き、前記パージ出力ストリームが少なくとも１つの第２のポペット弁に通され、前記少なくとも１つの第２のポペット弁は、前記吸着床の境界面断面領域の外側に配置された第２の弁断面領域を有するステップと、
（ｃ）少なくとも１つの追加サイクルにおいて前記ステップ（ａ）から（ｂ）を繰り返すステップであって、サイクル持続時間が１秒を超えて６００秒未満の期間であるステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの第１のポペット弁及び前記少なくとも１つの第２のポペット弁は、導管を介して前記吸着床と直接的に流体連通する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの第１のポペット弁は、第１の導管及び前記少なくとも１つの第２のポペット弁を介して前記吸着床と直接的に流体連通し、前記少なくとも１つの第２のポペット弁は、第２の導管を介して前記吸着床と直接的に流体連通する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の供給ポペット弁を前記開くステップは、前記吸着床と前記少なくとも１つの第１のポペット弁との間に配置された分流器を介して前記吸着床に前記ガス状供給ストリームを分配するステップを更に備える、
請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの第１のポペット弁を開くステップは、少なくとも１つの弁ステムを第１の作動機構と共に直線的に動かして、前記少なくとも１つの弁ステムに結合されたディスク要素と前記吸着床ユニットの一部分に固定された弁座との間に開口部を提供するステップを更に備える、
請求項１３ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記サイクルを中断するステップと、
前記内部領域への開口部を露出させるために、前記少なくとも１つの第１のポペット弁及び前記少なくとも１つの第２のポペット弁の近くで前記吸着床ユニットからヘッドを取り外すステップと
前記内部領域から前記吸着床を取り外すステップと、を更に備え、
前記少なくとも１つの第１のポペット弁及び前記少なくとも１つの第２のポペット弁は、前記吸着床に結合されている、
請求項１３ないし１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
第２の吸着床を前記内部領域に配置するステップと、
前記ヘッドを前記吸着床ユニットに固定するステップと、
前記方法に関する前記サイクルを再開するステップと、
を更に備える、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
熱膨張リングを用いて前記内部領域内に前記吸着床ユニットを案内するステップを更に備える、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ヘッドを取り外す前にデブリフォイルをポートに挿入するステップを更に備える、
請求項１８ないし２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記吸着床を前記内部領域から取り外すステップは、前記少なくとも１つの第１のポペット弁、前記少なくとも１つの第２のポペット弁、又はいずれかの関係する導管のうちの１又は２以上を前記吸着床から取り外すステップを必要としない、
請求項１８ないし２１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年３月１８日に出願された「スイング吸着プロセス用の装置及びシステム」と題された米国特許仮出願第６２／３１０，２８９号の利益を主張し、その全体が引用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本発明の技術は、強化されたスイング吸着プロセスに関連するシステム及び方法に関する。詳細には、本システムは、吸着床ユニットを利用して供給ストリームから汚染物質を除去するスイング吸着プロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
ガス分離は、多くの産業において有用であり、典型的には、供給ストリーム中の１又は２以上のガス成分を優先的に吸着する一方で、１又は２以上の他のガス成分を吸着しない吸着材料上にガスの混合物を流すことによって達成することができる。非吸着成分は、別個の生成物として回収される。吸着によるガス成分の分離は、様々な手法で行われる従来的手法である。例えば、吸着分離は、様々なガス成分の平衡親和力の差異（例えば、平衡分離）又はガス成分の吸着動力学の差異（例えば動的分離）に基づくことができる。
【０００４】
１つの特定タイプのガス分離技術は、温度スイング吸着（ＴＳＡ）、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、分圧スイング吸着（ＰＰＳＡ）、急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）、急速サイクル分圧スイング吸着（ＲＣＰＰＳＡ）などのスイング吸着、並びに限定ではないが、圧力及び温度スイング吸着などの前述のプロセスの組合せである。一例として、ＰＳＡプロセスは、特定のガス成分が加圧状態であるときに、該ガス成分が細孔構造又は吸着材料の自由体積内で吸着され易いという現象に依存する。すなわち、ガス圧が高いほど、吸着される易吸着性ガスの量が多くなる。圧力が低下すると、吸着されたガス成分は、吸着材料から放出又は脱離される。
【０００５】
異なるガス成分は、吸着材料の微細孔を異なる範囲に充填する傾向があるので、スイング吸着プロセス（例えば、ＰＳＡ及びＴＳＡ）を用いて、ガス混合物のガス成分を分離することができる。例えば、天然ガスなどのガス混合物が、圧力下で、メタンに対するよりも二酸化炭素に対してより選択的である吸着材料を含有する吸着床ユニット（吸着床ユニット又は容器とも呼ばれる場合がある）を通過した場合、二酸化炭素の少なくとも一部が吸着材料によって選択的に吸着され、吸着床ユニットから出るガスは、メタンが富化されている。吸着材料が二酸化炭素を吸着する容量の限度に達すると、圧力が低下し、これにより吸着された二酸化炭素を放出することにより、吸着材料が再生される。次いで、吸着材料は、通常はパージされて、再加圧される。その結果、吸着材料は、別の吸着サイクルの準備が整う。
【０００６】
スイング吸着プロセスは通常、幾つかの吸着床ユニットを必要とし、該吸着床ユニットは、吸着床ユニットのハウジング内に配置された吸着材料を含む。これらの吸着床ユニットは、吸着床構造において種々の充填材料を利用する。例えば、吸着床ユニットは、チェッカー煉瓦、ペブルベッド、又は他の利用可能な充填物を利用する。機能強化手法として、一部の吸着床ユニットは、吸着床構造内で特別設計の充填物を利用することができる。特別設計の充填物は、ハニカム、セラミックフォーム又は同様のものなどの特定構成で提供される材料を含むことができる。特別設計の充填物は、吸着材料から形成することができ、或いは、構造体又は支持体上のコーティングとすることができる。
【０００７】
更に、様々な吸着床ユニットは、導管、マニホールド及び弁と連結させて、流体の流れを管理することができる。これらの吸着床ユニットを編成するステップは、吸着床ユニットの各々に対するサイクルをシステムの他の吸着床ユニットと協働させるステップを含む。完全なサイクルは、吸着床ユニットの１又は２以上を通して複数のガスストリームを移送するときに数秒から数分まで変わる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許仮出願第６２／３１０，２８９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０２８２８９２号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／０２８２８８７号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００８／０２８２８８６号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００８／０２８２８８５号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００８／０２８２８８４号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１４／００１３９５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、スイング吸着プロセスは、急速サイクル吸着プロセスなどの幾つかの厳しい技術的要因に起因して特定の課題を提示する。これらの要因は、吸着床を通じた低い圧力降下の維持、吸着床に対する及びその内部での良好な流れ分布、及び吸着床における濃度フロントの最小分散（例えば、軸方向の広がり）を含むことができる。また、別の要因は、高速作動及び低デッドボリュームの弁を必要とする急速サイクル時間を含むことができる。最後に、別の要因は、吸着床ユニットを特定の圧力で収容し、高速作動弁を支持し且つ吸着床ユニット内のデッドボリュームを最小限にするように吸着床ユニット構成する必要があるものとすることができる。
【００１０】
これらの課題は、吸着床ユニットの保守では更に複雑になる。従来の急速サイクル吸着床ユニットは、デッドボリュームを最小限に抑えるために平坦なエンドプレート（ヘッド）を備えた垂直円筒体として構成される。流れは、吸着材料に隣接する平坦なヘッド上に取り付けられた高速作動弁を通って吸着床ユニットに流入及び流出する。ヘッド上の弁の位置は、吸着床の交換に関して重要な課題をもたらす。例えば、従来の吸着床構成では、吸着床の一端にある弁は、吸着床へのアクセスできるようにするために、いずれかの関連のマニホールド及び／又は導管と共に取り外す必要がある。弁、マニホールド及び導管の取外しは、大きな労力及び時間を要し、システムの運用コストを増加させる。このように、ユニット内の吸着床の交換は問題がある。
【００１１】
従って、吸着床への流体の流れを管理するための機能強化を提供する装置、方法、及びシステムに対する業界の要求が依然として存在する。本発明の技術は、ヘッドを通じた吸着床ユニット内の吸着材料へのアクセスを可能にすることにより、従来のスイング吸着手法の欠点を克服する。本発明の技術は、従来の手法及びシステムと比較して、保守停止時間を短縮し、吸着床ユニットに対する保守に関連する労力及びコストを低減する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施形態において、本発明の技術は、ガス状供給ストリームから汚染物質を除去するためのサイクル式スイング吸着床ユニットを記載する。サイクル式スイング吸着床ユニットは、ガス状供給ストリームから汚染物質を除去するように構成することができる。吸着床ユニットは、内部領域を形成するハウジングであって、該ハウジングは第１のヘッドと第２のヘッドとの間に固定された本体部分を含むハウジングと、内部領域内に配置された吸着床と、ハウジングに固定された複数の第１の弁とを備え、該複数の第１の弁の各々は、ハウジングの外部位置から導管を通って吸着床に延びる流路に沿って流体流れを制御するように構成され、複数の第１の弁の内の各々は、吸着床の境界面断面領域の外側に配置された弁断面領域を有する。
【００１３】
更に別の実施形態において、供給ストリームから汚染物質を除去するための方法が記載される。本方法は、ａ）吸着床ユニットにおいて１又は２以上の吸着ステップを実行するステップを含み、１又は２以上の吸着ステップの各々は、（ｉ）供給入口導管から、吸着床ユニットのハウジングの内部領域に配置された吸着床へガス状供給ストリームを送るために少なくとも１つの第１のポペット弁を開くステップであって、少なくとも１つの第１のポペット弁は、供給入口導管と直接的に流れ連通して、ハウジングの外部の位置から供給入口導管を通って吸着床に延びる流路に沿って流体流れを制御するように構成されるようにし、少なくとも１つの第１のポペット弁は、吸着床の境界面断面領域の外側に配置された第１の弁断面領域を有するようにするステップと、（ｉｉ）ガス状供給ストリームを吸着床に曝してガス状供給ストリームから１又は２以上の汚染物質を分離して、生成物ストリームを形成するステップと、（ｉｉｉ）生成物ストリームをハウジング内の内部領域から離れて生成物導管に導くように１又は２以上の生成物ポペット弁を開くステップと、を含むステップと、を含み、本方法が更に、ｂ）１又は２以上のパージステップを実行するステップであって、１又は２以上のパージステップの各々が、パージストリームを吸着床ユニットに送って、パージ出力ストリーム中の１又は２以上の汚染物質の少なくとも一部を分離して導き、パージ出力ストリームが少なくとも１つの第２のポペット弁に通され、該少なくとも１つの第２のポペット弁は、吸着床の境界面断面領域の外側に配置された第２の弁断面領域を有するステップと、ｃ）少なくとも１つの追加サイクルにおいてステップａ）からｂ）を繰り返すステップであって、サイクル持続時間が１秒を超えて６００秒未満の期間であるステップと、を含む。本方法は、サイクルを中断するステップと、内部領域への開口部を露出させるために、少なくとも１つの第１のポペット弁及び少なくとも１つの第２のポペット弁の近くで吸着床ユニットからヘッドを取り外すステップと、内部領域から吸着床を取り外すステップとを含むことができ、少なくとも１つの第１のポペット弁及び少なくとも１つの第２のポペット弁は、吸着床ユニットに連結される。本方法は、第２の吸着床を内部領域に配置するステップと、ヘッドを吸着床ユニットに固定するステップと、本方法に関するサイクルを再開するステップとを更に含むことができる。更に、本方法は、熱膨張リングを用いて内部領域内に吸着床ユニットを案内するステップを含むことができる。
【００１４】
本開示の前述の利点並びに他の利点は、実施形態の非限定的な実施例の以下の詳細な説明及び図面を検討することによって明らかにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】６個の従来の吸着床ユニットと相互接続配管とを有するスイング吸着システムの３次元概略図である。
【図２】従来の吸着床ユニットの部分概略図である。
【図３】吸着床のそれぞれの端部における過剰デッドボリュームの悪影響の差のグラフである。
【図４Ａ】本発明の技術の別の実施形態による、関連の弁組立体を有する吸着床ユニットの一部分の概略図である。
【図４Ｂ】本発明の技術の別の実施形態による、関連の弁組立体を有する吸着床ユニットの一部分の概略図である。
【図５Ａ】本発明の技術の別の実施形態による、関連の弁組立体を有する吸着床ユニットの一部分の追加の概略図である。
【図５Ｂ】本発明の技術の別の実施形態による、関連の弁組立体を有する吸着床ユニットの一部分の追加の概略図である。
【図５Ｃ】本発明の技術の別の実施形態による、関連の弁組立体を有する吸着床ユニットの一部分の追加の概略図である。
【図５Ｄ】本発明の技術の別の実施形態による、関連の弁組立体を有する吸着床ユニットの一部分の追加の概略図である。
【図６Ａ】本発明の技術の一実施形態による、様々な構造要素を備えた導管の図である。
【図６Ｂ】本発明の技術の一実施形態による、様々な構造要素を備えた導管の図である。
【図６Ｃ】本発明の技術の一実施形態による、様々な構造要素を備えた導管の図である。
【図６Ｄ】本発明の技術の一実施形態による、様々な構造要素を備えた導管の図である。
【図６Ｅ】本発明の技術の一実施形態による、様々な構造要素を備えた導管の図である。
【図７Ａ】本発明の技術の一実施形態による、例示的な吸着床ユニットの概略図である。
【図７Ｂ】本発明の技術の一実施形態による、例示的な吸着床ユニットの概略図である。
【図７Ｃ】本発明の技術の一実施形態による、例示的な吸着床ユニットの概略図である。
【図７Ｄ】本発明の技術の一実施形態による、例示的な吸着床ユニットの概略図である。
【図７Ｅ】本発明の技術の一実施形態による、例示的な吸着床ユニットの概略図である。
【図７Ｆ】本発明の技術の一実施形態による、例示的な吸着床ユニットの概略図である。
【図８Ａ】本発明の技術の一実施形態による、吸着床ユニットの一部分及び関連の熱膨張リングの概略図である。
【図８Ｂ】本発明の技術の一実施形態による、吸着床ユニットの一部分及び関連の熱膨張リングの概略図である。
【図８Ｃ】本発明の技術の一実施形態による、吸着床ユニットの一部分及び関連の熱膨張リングの概略図である。
【図９Ａ】本発明の技術の一実施形態によるキャッチ機構の概略図である。
【図９Ｂ】本発明の技術の一実施形態によるキャッチ機構の概略図である。
【図９Ｃ】本発明の技術の一実施形態によるキャッチ機構の概略図である。
【図９Ｄ】本発明の技術の一実施形態によるキャッチ機構の概略図である。
【図９Ｅ】本発明の技術の一実施形態によるキャッチ機構の概略図である。
【図１０Ａ】本発明の技術の一実施形態による、４つの吸着床ユニット及び相互接続配管を有するスイング吸着システムの３次元概略図である。
【図１０Ｂ】本発明の技術の一実施形態による、４つの吸着床ユニット及び相互接続配管を有するスイング吸着システムの３次元概略図である。
【図１０Ｃ】本発明の技術の一実施形態による、４つの吸着床ユニット及び相互接続配管を有するスイング吸着システムの３次元概略図である。
【図１１Ａ】本発明の技術の一実施形態による、代替の吸着床ユニット構成の概略図である。
【図１１Ｂ】本発明の技術の一実施形態による、代替の吸着床ユニット構成の概略図である。
【図１１Ｃ】本発明の技術の一実施形態による、代替の吸着床ユニット構成の概略図である。
【図１１Ｄ】本発明の技術の一実施形態による、代替の吸着床ユニット構成の概略図である。
【図１１Ｅ】本発明の技術の一実施形態による、代替の吸着床ユニット構成の概略図である。
【図１１Ｆ】本発明の技術の一実施形態による、代替の吸着床ユニット構成の概略図である。
【図１２】本発明の技術の一実施形態による、音響減衰システムに配置された吸着床ユニットの三次元概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
別途説明のない限り、本明細書において使用される全ての技術用語及び科学用語は、本開示が関係する当業者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。単数形の用語は、文脈上明確に他を意味しない限り、複数の指示対象を含む。同様に、「又は」という用語は、文脈上明確に他を意味しない限り、「及び」を含むものとする。用語「含む」は、「備える」を意味する。本明細書で言及する全ての特許及び刊行物は、特に指示のない限り、その全体が参照により組み込まれる。用語又は語句の意味に関して矛盾が生じた場合、用語の説明を含めて、本明細書が統制する。本明細書において、「上側」、「下側」、「頂部」、「底部」、「前部」、「後部」、「垂直」、及び「水平」などの方向性の用語は、様々な要素間の関係性を表現し明確にするために使用される。このような用語は、絶対的な向きを示すものではない点を理解されたい（例えば、「垂直の」要素は、装置を回転させることによって水平になることができる）。本明細書で記載される材料、方法及び実施例は、例証に過ぎず、限定を意図するものではない。
【００１７】
本明細書で使用する「ストリーム」は、様々な機器を通って導かれる流体（例えば、固体、液体及び／又は気体）を指す。機器は、導管、容器、マニホールド、ユニット又は他の好適な装置を含むことができる。
【００１８】
本明細書で使用する「導管」は、何かが運ばれる流路を形成する管状部材を指す。導管は、パイプ、マニホールド、チューブ又は同様のもののうちの１又は２以上を含むことができる。
【００１９】
用語「直接的に流れ連通する」又は「直接的に流体連通する」は、流れを遮るための介在する弁又は他の閉鎖手段なしで、直接的に流れ連通することを意味する。しかしながら、用語「直接的に流れ連通する」は、流路に沿って流れを分配するための分配器又は他の分配機構を含むことができる。理解されるように、本発明の技術の範囲内で他の変形形態も想定することができる。
【００２０】
「境界面断面領域」という用語は、ストリームが吸着床に出入りする吸着床の端部の断面領域を意味する。例えば、供給ストリームが第１の端部にて吸着床に流入する場合、第１の端部の断面領域が境界面断面領域である。理解されるように、本発明の技術の範囲内で他の変形形態も想定することができる。
【００２１】
「弁断面領域」という用語は、ストリームが弁に出入りする弁の端部に対する弁の断面領域を意味する。例えば、弁開口部が弁断面領域とすることができる。詳細には、ポペット弁については、開位置にあるときに、ディスク要素は、該ディスク要素の周りに流路を提供するように移動する。従って、ディスク要素が弁座から離れて移動することによって形成される弁開口部を利用して、ポペット弁に対する弁断面領域を決定し、これがディスク要素の断面領域とすることができる。理解されるように、本発明の技術の範囲内で他の変形形態も想定することができる。
【００２２】
用語「境界面断面領域内に少なくとも部分的に配置された弁断面領域」とは、主要流路に沿って吸着床を直接通る軸線に沿って見たときに、弁断面領域が境界面断面領域内に少なくとも部分的にあることを意味する。例えば、吸着床は、流れが吸着床に出入りする一方の端部に境界面を有する。この境界面は、長さ及び幅を有し、深さは、吸着床を通る主流路に沿ったストリームの流れ方向である。
【００２３】
用語「境界面断面領域の外側に配置された弁断面領域」とは、主要流路に沿って吸着床を直接通る軸線に沿って見たときに、弁断面領域が境界面断面領域の外側にある、又は境界面断面領域を超えて広がることを意味する。例えば、吸着床は、流れが吸着床に出入りする一方の端部に境界面を有する。この境界面は、長さ及び幅を有し、深さは吸着床を通る主流路に沿ったストリームの流れ方向である。
【００２４】
用語「境界面断面領域内に配置された弁断面領域」とは、主要流路に沿って吸着床を直接通る軸線に沿って見たときに、弁断面領域が境界面断面領域の内部にある、又は境界面断面領域にあることを意味する。
【００２５】
本発明の技術は、急速サイクル式吸着床を利用して供給ストリーム（例えば、天然ガス）から汚染物質を除去するためのスイング吸着プロセス（例えば、急速サイクルプロセス）に関する。本発明の技術は、吸着床ユニット内のデッドボリュームと、吸着床ユニットに関連する保守及び運用性とのバランスを保つ。多くの構成では、スイング吸着プロセスのデッドボリュームを低減するために、吸着床ユニットのヘッドに弁が配置される。しかしながら、吸着材料は、定期的に（例えば、１年に１回、又は２年毎に）交換しなければならないので、吸着材料へのアクセスには通常、弁、関連する導管及び関連するマニホールドを取り外して吸着材料にアクセスできるようにすることが必要とされる。この機器の取外しは、大きな労力を要し、システムに不具合点を持ち込み、吸着床ユニットの保守のための時間期間を延ばす。従って、本発明の技術は、付加的なデッドボリュームによる性能の問題を軽減するために吸着床ユニットのデッドボリュームを特定の構成で管理しながら、吸着材料への必要なアクセスに対応する吸着床ユニットを提供する。この構成では、ヘッドの１つに対する弁は、境界面断面領域の外側に又は境界面断面領域を超えて配置された弁断面領域を有する（例えば、断面領域は吸着床に対する境界面によって定められる）。
【００２６】
従来の手法とは対照的に、本発明の技術は、境界面断面領域の外側に（例えば、ヘッド断面領域の外側に）配置された弁を有することによって、吸着床ユニットの保守に対応するため吸着材料へのアクセスを可能にする。従来の構成では、吸着床は、該吸着床に直接隣接して境界面断面領域内に配置され、吸着床と直接流れ連通する弁を備えた境界面断面領域を有する。本発明の技術では、ヘッドの１つに対する弁は、吸着床の境界面断面領域の外側に、及び吸着床ユニットのヘッド断面領域の外側にでも配置される。詳細には、ヘッドの１つに対する弁は、吸着床ユニットヘッドの外周の外側に配置される。従って、本発明の技術は、吸着床ユニットに関連する他の機器を取り外す必要なく（例えば、弁、導管又はマニホールドを取り外す必要なしに）、単一ヘッドを介した吸着材料へのアクセスを可能にし、これにより、保守コスト、保守時間及び機器への損傷を低減し、デッドボリュームを許容可能なレベルに管理して、吸着床に対する許容可能な流れ分布を提供する。
【００２７】
１又は２以上の実施形態では、吸着床ユニットは、吸着床ユニットの１つのヘッドに対する流動弁を吸着床の境界面断面領域内に配置されないように、又は吸着床の境界面断面領域内に部分的にも配置されないように構成された改良垂直円筒形吸着床ユニットとすることができる。例えば、１つのヘッドに対する流動弁は、吸着床に直接隣接する吸着床ユニットのヘッドに（例えば、境界面断面領域内に又は境界面断面領域内に部分的に）配置することができ、第２のヘッドに対する流動弁は、中心から離れた位置に配置される（例えば、境界面断面領域の外側に配置される）ように構成される。この構成は、吸着床に対する保守アクセスを提供する。中心から離れた弁取付け位置は、ユニットのヘッドと一体的に形成することができ、或いは、ユニットのフランジとユニットのヘッドとの間に位置する別個のプレートにおいて形成することができる。単一の弁を異なる位置に配置することができるが、特定用途の要件に応じて、複数の弁を使用することもできる。また、弁は、能動制御型弁及び／又は受動制御型弁とすることができる。受動制御型弁は、移動要素（例えば、ディスク要素）を別途作動させる必要もなく、その移動要素にわたって作用する差圧によって開くことができる。
【００２８】
特定の実施形態では、吸着床ユニットを更に強化するために、様々な特徴を設けることができる。例えば、吸着床と吸着床ユニットヘッドの１つ（例えば、境界面断面領域内に又は部分的に境界面断面領域内に配置された弁を有するヘッド）との間に熱膨張リングを配置することができる。熱膨張リングは、吸着床を案内し、吸着床を吸着床ユニット内に整列させ、熱膨張を調整し、吸着床ユニットへの挿入時に吸着床を案内するように構成することができる。更に、吸着床ユニットは、一時的デブリフォイルを含むこともできる。デブリフォイルは、吸着材料（例えば、吸着床）の交換時に吸着床ユニットに落ちるあらゆるデブリを回収するために保守時に使用することができ、吸着床とその端部の一方の近傍（例えば、ヘッドのうちの１つのヘッドの近傍）にある弁との間に配置することができる。例えば、吸着床が垂直に向けられた構成である場合、吸着床の除去が始まる前に、デブリフォイルを下部弁と吸着床との間の偏向ポートに挿入することができる。次に、あらゆるデブリはデブリフォイルに落下し、吸着床ユニットから除去することができる。吸着床ユニットを挿入した後に、デブリフォイルを取り外すことができ、運転のために偏向ポートを差し込むことができる。
【００２９】
本発明の技術を用いてスイング吸着プロセスを強化することができる。例えば、スイング吸着プロセスのサイクルは、各々が特定の時間間隔を有する２又は３以上のステップを伴うことができ、これらが合計されてサイクル時間となる。これらのステップは、圧力スイング、真空スイング、温度スイング、パージ（プロセスに対して何らかの好適なタイプのパージ流体による）、及びこれらの組合せを含む、様々な方法を使用した吸着ステップの後に、吸着床の再生を含む。一例として、スイング吸着サイクルは、吸着、減圧、パージ及び再加圧のステップを含むことができる。高圧で分離を実行するときには、減圧と再加圧（均一化ステップと呼ぶことがある）は、複数のステップで実施され、各ステップの圧力変化を低減して効率を上げるようにする。急速サイクルスイング吸着プロセスなど、一部のスイング吸着プロセスにおいて、総サイクル時間のかなりの部分が、吸着床の再生に関連する。従って、再生時間のあらゆる削減が、総サイクル時間の削減をもたらす。この削減により、スイング吸着システムの全体のサイズも縮小することができる。
【００３０】
理解されるように、本発明の技術は、供給ストリーム及びパージストリームに対する様々な圧力を含むことができる。結果として、吸着床ユニットは、５ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）から１，４００ｐｓｉａの圧力範囲で動作することができる。例えば、供給圧力は、好ましい吸着供給圧力に基づくことができ、該吸着供給圧力は、４００ｐｓｉａ〜１，４００ｐｓｉａの範囲、又は６００ｐｓｉａ〜１，２００ｐｓｉａの範囲とすることができる。また、パージ圧力は、好ましい吸着剤パージ供給圧力に基づくことができ、該吸着剤パージ供給圧力は、５０ｐｓｉａ〜８００ｐｓｉａの範囲、又は４００ｐｓｉａ〜６００ｐｓｉａの範囲とすることができる。
【００３１】
本発明の技術は、様々な構成に統合することができる。例えば、吸着床ユニットは、構造化又は非構造化吸着床を含むことができ、吸着床ユニットはまた、整流及び流れ分布を容易にする追加の特徴を含むこともできる。また、本発明の技術は、限定ではないが、極低温処理の供給ガスの規格に合わせて汚染物質の除去を必要とする場合がある、極低温天然ガス液体（ＮＧＬ）回収の前で該回収と統合された脱水に利用することができる。他の統合は、液化天然ガス（ＬＮＧ）プラント又は他のそのようなプラントを含むことができる。いずれにしても、本発明の技術を用いて、水及びＣＯ2などの過剰な量の汚染物質を含有する供給ストリームを処理することができる。また、本発明の技術を用いて、極低温天然ガス液化回収プラント向けの極低温天然ガス液化規格など、他の規格に合わせて汚染物質を除去することができる。
【００３２】
１又は２以上の実施形態において、本発明の技術は、あらゆるタイプのスイング吸着プロセスに使用することができる。本発明の技術が挙げることができる非限定的なスイング吸着プロセスには、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）、温度スイング吸着（ＴＳＡ）、分圧スイング吸着（ＰＰＳＡ）、急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）、急速サイクル熱スイング吸着（ＲＣＴＳＡ）、急速サイクル分圧スイング吸着（ＲＣＰＰＳＡ）、並びに圧力／温度スイング吸着などのこれらのプロセスの組合せがある。例示的な動力学的スイング吸着プロセスは、米国特許出願公開第２００８／０２８２８９２号、２００８／０２８２８８７号、２００８／０２８２８８６号、２００８／０２８２８８５号、２００８／０２８２８８４号、及び２０１４／００１３９５５号に記載され、これらはそれぞれ、その内容全体が引用により本明細書に組み込まれる。
【００３３】
特定の実施形態において、吸着床ユニットは、実質的にガス不透過性の隔壁を形成する、ヘッド部分及び他の本体部分を含むことができるハウジングと、ハウジング内に配置された吸着床と、ハウジングの内部領域とハウジングの内部領域の外部にある位置との間でハウジング内の開口部を通る流体流路を提供する複数の弁（例えば、ポペット弁）と、を含むことができる。ポペット弁の各々は、ヘッド内に着座可能なディスク要素、又はヘッド内に挿入された別個の弁座内に着座可能なディスク要素を含むことができる。ポペット弁の構成は、いずれかの様々な弁パターン又はポペット弁の幾つかのタイプの構成とすることができる。一例として、吸着床ユニットは、各々が異なるストリームに関連する異なる導管と流れ連通した１又は２以上のポペット弁を含むことができる。ポペット弁は、吸着床とそれぞれの導管、マニホールド又はヘッダのうちの１つとの間に流体連通を提供することができる。
【００３４】
上述のような吸着分離の方法、装置、及びシステムは、ガス及びオイル処理などの炭化水素類の開発並びに産出に有用である。詳細には、提供される方法、装置、及びシステムは、ガス混合物からの様々な標的ガスを迅速に大規模且つ効率的に分離するのに役立つ。特に、本方法、装置及びシステムを用いて、汚染物質及び重質炭化水素（例えば、少なくとも２個の炭素原子を有する炭化水素）を除去することにより、供給生成物（例えば、天然ガス生成物）を調製することができる。提供される方法、装置、及びシステムは、分離用途を含めて、ユーティリティで使用するガス状供給ストリームを調製するのに有用である。分離用途には、露点制御、スイートニング及び／又は無毒化、腐食の防止及び／又は制御、脱水、発熱量、調整、及び／又は精製を含むことができる。１又は２以上の分離用途を利用するユーティリティの実施例としては、燃料ガス、シールガス、非飲用水、ブランケットガス、計装及び制御ガス、冷媒、不活性ガス、及び／又は炭化水素の回収が挙げられる。
【００３５】
別の実施形態において、本発明の技術を用いて、スイング吸着プロセスによりストリームの汚染物質を特定のレベルまで減少させることができる。従って、本発明の技術は、弁を吸着床の境界面断面領域の外側に配置することによって、ポペット弁などの弁に対して追加のスペースを提供する（例えば、弁は、吸着床ユニットヘッドの１つに対して吸着床の境界面断面領域の外側に配置された弁断面領域を有する）。本発明の技術は、以下の図１〜８Ｃを参照して更に理解することができる。
【００３６】
図１は、６個の従来の吸着床ユニットと相互接続配管とを有するスイング吸着システム１００の３次元概略図である。この構成は、従来型スキッドの特定の例であるが、他の構成では異なる数の吸着床ユニットを含むことができるので、この特定の構成は例示の目的のものである。
【００３７】
このシステムにおいて、吸着床ユニット１０２などの吸着床ユニットは、供給ストリーム（例えば、流体、気体又は液体）から汚染物質を除去するためのサイクル式スイング吸着プロセス用に構成することができる。例えば、吸着床ユニット１０２は、吸着床ユニット１０２内の吸着床を通る、又は吸着床への、もしくは吸着床からの流体の流れを管理するための様々な導管（例えば、導管１０４）を含むことができる。吸着床１０２からのこれら導管は、構成要素へ、構成要素から、又は構成要素間でストリームの流れを分配するためのマニホールド（例えば、マニホールド１０６）に連結することができる。吸着床ユニット内の吸着床は、供給ストリームから１又は２以上の汚染物質を分離して生成物ストリームを形成することができる。理解されるように、吸着床ユニットは、パージストリーム、減圧ストリーム及び同様のものなど、プロセスの一部として他の流体ストリームを制御するために他の導管を含むことができる。更に、吸着床ユニットはまた、１又は２以上の等化容器（等化容器１０８など）を含むことができ、該等化容器は、吸着床ユニットに専用であり、スイング吸着プロセスにおける１又は２以上のステップに専用とすることができる。
【００３８】
一例として、以下で更に検討するが、吸着床ユニット１０２は、実質的にガス不透過性の隔壁を形成するヘッド部分及び他の本体部分を含むことができるハウジングと、ハウジング内に配置された吸着床と、ハウジングの内部領域とハウジングの内部領域の外部にある部位との間でハウジング内の開口部を通る流体流路を提供する複数の弁と、を含むことができる。吸着床は、供給ストリームから１又は２以上の成分を吸着することができる固体吸着剤材料を含むことができる。このような固体吸着材料は、吸着床ユニット１０２内の物理的及び化学な条件に対して耐久性があるように選択され、吸着プロセスに応じて、金属、セラミック又は他の材料を含むことができる。吸着材料の別の例は、以下で更に記載される。
【００３９】
特定の実施例として、図２は、従来の吸着床ユニット２００の部分概略図を示す。吸着床ユニット２００は、弁孔又は弁ポート２０４を備えた平坦ヘッド２０２を含む。平坦ヘッド２０２は、この部分図では切頭されているボルト２０８を介してフランジ付き円筒形ユニット又は本体２０６に接続される。この概略図では、弁（図示せず）が弁ポート２０４に配置される。これらの弁ポートは、直径２１０及び周縁２１２に基づく吸着床の界面断面内にある。
【００４０】
この従来の吸着床ユニット２００において示されるように、弁ポート２０４に配置される弁は、周縁２１２内で（例えば、境界面断面領域内で）吸着床の真上に位置決めされる。しかしながら、吸着床ユニット２００内の吸着材料へのアクセスを可能にする平坦ヘッド２０２の取外しには、アクセスを可能にするための弁、関連する導管及び関連するマニホールドの取外しを必要とする。
【００４１】
大部分の急速サイクルスイング吸着プロセスでは、デッドボリュームを最小限に抑える必要がある。例として、ＬＮＧ用途の脱水サイクルを考察することができる。このようなプロセスでは、サイクルは、供給ストリームから汚染物質を吸着する供給ステップと、吸着床にパージストリームを通すことによって汚染物質を除去する再生ステップとを含むことができ、該再生ステップは１又は２以上のパージステップとすることができる。このようなプロセスに対するプロセスインベントリ（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）は少なく、過剰なデッドボリュームが、規格外のプロセス動作をもたらす場合がある。この課題は、プロセスの一部として温度スイングを伴うプロセスにおいて特に有害であり、過剰デッドボリュームでの熱損失に起因して加熱流体の温度が低下する。
【００４２】
更に、過剰なデッドボリュームは、プロセスの一端でより問題となる場合がある。例えば、生成物側又は生成物端での過剰なデッドボリュームは、供給側又は供給端での過剰デッドボリュームよりも有害である場合がある。これは、生成物端での過剰なデッドボリュームが、パージステップの開始前に過剰デッドボリューム内に低温ガスを有することの結果である。パージが始まると、パージストリーム中の高温パージガスは、過剰デッドボリューム内の低温ガスと混合して、吸着床に送られるときにパージガスが冷却される結果になる。残念ながら、低温のパージストリームは、より高温のパージストリームほど効率的には吸着床を再生しない。更に、付加的なヘッダボリュームは、高温パージガスが接触する表面領域及び熱質量を増加させる可能性がある。これにより、パージガスから周囲（例えば、吸着床の上流側の吸着床ユニット内の領域）までの熱損失が増加し、吸着床の再生効率も低下する。
【００４３】
図３には、吸着床のそれぞれの端部における過剰デッドボリュームの悪影響が示されている。図３は、吸着床のそれぞれの端部における過剰デッドボリュームの悪影響の差のグラフ３００である。グラフ３００は、応答３０６、３０８及び３１０を含み、これらは、長さ軸３０２に沿った吸着床の正規化長さ（ｚ／Ｌ）に対する、吸着軸３０４に沿ったミリモル／グラム（ｍｍｏｌ／ｇ）単位でのＨ2Ｏ吸着のモデル化された値である。このグラフ３００では、パージガスと過剰デッドボリュームの金属表面との間の熱伝達の影響が、様々な応答３０６、３０８及び３１０を通じて示されている。応答３０６は、デッドボリュームを１．６Ｌにまで最小化したモデル化応答（例えば、実線）であり、応答３０８は、デッドボリュームを１９．２Ｌにまで増加させたモデル化応答（例えば、破線）であり、応答３１０は、デッドボリュームを増加させたが、上記第１の影響だけが考慮されたモデル化応答（例えば、四角）である。このグラフ３００に示すように、生成物側のデッドボリュームを増加させることに対する主要な問題は、周囲への熱損失の増加であり、その結果、再生温度が低下することになる。そのため、デッドボリュームの付加が必要とされる場合には、パージガスと、該パージガスが接触するあらゆる金属との間の熱伝達を減少させるために措置を講じる必要がある。
【００４４】
上述のように、吸着床ユニットの従来の構成は、図２に示すように、境界面断面領域内に少なくとも部分的に配置される弁断面領域の内部への弁の配置を伴うことができる。例えば、吸着床は、両端にフランジ付き平坦ヘッドを備えた垂直円筒体の内部に設置することができる。ポペット弁は、吸着床と外部位置との間の流れを促進するのに使用することができ、平坦ヘッドの頂部に直接設置することができ、これにより吸着床ユニットのデッドボリュームが最小限に抑えられる。混合ゾーンは、吸着床ユニットのそれぞれの端部における吸着床とバルブとの間の領域である。通常運転中、供給ストリームは上部ヘッド上の弁の１つを通して導入され、下部ヘッドの弁の１つを通って処理された生成物として取り出される。同様に、再生ステップ中、パージストリームは、下部ヘッド上の弁の１つを通して導入され、上部ヘッド上の弁の１つから取り出される。特定のプロセスに応じて、他のストリームを吸着床ユニットに導入することができる。更に、単一のサービスに対して２以上の弁を使用してもよく、複数のサービスに対して単一の弁を使用してもよい。
【００４５】
例として、上記のような構成の場合、プロセスに関して４つのサービスだけを考慮することができる。従って、この構成は、頂部平坦ヘッド上の供給入口及びパージ出口と、底部平坦ヘッド上の生成物出口及びパージ入口とを含むことができる。各サービスは、単一の弁を使用することができるが、別の構成ではデュアルサービス弁を含むことができる。また、弁は、能動制御型弁及び／又は受動制御型弁とすることができることに留意されたい。この構成では、ポペット弁と吸着床との間の領域がデッドボリュームである。これらのデッドボリュームは、混合ゾーンであり、容器の両側の２つのサービスからの流体ストリームが混合し、周囲金属への熱伝達が存在する。理解されるように、効率的なプロセス運転のために、混合ゾーンは、好ましくは最小限に抑えられる。しかしながら、この構成のために、吸着床などの吸着材料へのアクセスは、弁組立体全体を取り外さなければならないので困難になる。弁組立体の取外しは、様々な液圧接続部（例えば、各弁組立体に対して３〜７箇所）の取外しを含む場合があるので、大きな労力を要し、機器のライフサイクルを縮める可能性がある。
【００４６】
本発明の技術は、吸着床ユニット内の吸着材料へのアクセスに関する制限を解消する実施形態を提供する。例えば、図４Ａ及び４Ｂは、本発明の技術の別の実施形態による、関連の弁組立体を有する吸着床ユニットの一部分の概略図４００及び４２０である。概略図４００及び４２０の各々に関して、図１と同様のマルチ吸着床構成で使用することができる吸着床ユニットの部分は、本体又はハウジングを含み、本体又はハウジングは、上部ヘッド４０６及び下部ヘッド４０８と共に円筒壁及び円筒形断熱層４０４の内部に配置された吸着床４０２を含むことができる。
【００４７】
上部ヘッド４０６及び下部ヘッド４０８は、ヘッド４０６又は４０８のうちの１つが吸着床４０２へのアクセスを可能にするような、異なる構成を有することができる。吸着床ユニットは、異なるマニホールド（図示せず）に結合されて、吸着床に流体を供給して離れるように導く。図４００及び４２０では、上部ヘッド４０６は弁を含まないが、下部ヘッド４０８は、それぞれ弁組立体４１２及び４１４（例えば、ポペット弁）などの弁組立体を包含する。吸着床の上部領域では、流体は、異なる導管構成を介して接続された弁４１６及び４１８などの弁構造体を介して、ヘッド４０６と吸着床４０２との間の上部開放流路ボリュームに対して流入及び流出する。これらの導管構成については、それぞれの概略図４００及び４２０において更に以下で検討する。それぞれのヘッド４０６又は４０８と吸着床４０２との間の上部又は下部の開放流路ボリュームは、流体を吸着床４０２に均一に直接導入する流れ分配器（図示せず）を包含することもできる。流れ分配器は、流れを吸着床上に分配する有孔プレート、円形プレート又は他のデバイスを含むことができる。
【００４８】
弁組立体４１２、４１４、４１６及び４１８がポペット弁である場合、各々は、ブッシュ又は弁ガイド内に位置決めすることができるステム要素に接続されたディスク要素を含むことができる。ステム要素は、それぞれの弁がそれぞれのステムに直線運動を与えるように構成された作動手段（図示せず）などの作動手段に接続することができる。理解されるように、作動手段は、本方法における異なるステップで独立して動作させ、単一の弁を作動させることができ、或いは、単一の作動手段を利用して２又は３以上の弁を制御することができる。更に、開口部はそのサイズが実質的に同様とすることができるが、入口を通過するガス体積が出口を通過する生成物体積よりも小さくなる傾向があるという状況から、入口マニホールドに対する開口部及び入口弁は、出口に対するものよりも小さい直径を有することができる。
【００４９】
この構成において、境界面は、ヘッド４０６及び４０８に隣接する吸着床４０２の端部である。境界面断面領域は、ヘッド４０６及び４０８近傍のそれぞれの端部における吸着床４０２の断面領域である。この構成では、弁４１２及び４１４は境界面断面領域の内部に又は部分的に内部に配置されるが、弁４１６及び４１８は、吸着床４０２によって定められる境界面断面領域の外側に又はそれを超えて配置される。更に、弁に関する弁断面領域は、吸着床４０２に隣接する弁の形状（又は境界面断面領域の外側にある弁に関して吸着床に向かって最も近い面）によって定められ、境界面断面領域は、吸着床４０２の形状によって定められる。この構成において、弁４１２及び４１４は、導管と直接流れ連通しており、ハウジングの外部の位置から導管を通って吸着床４０２に延びる流路に沿って流体流れを制御するように構成され、弁４１２及び４１４は、少なくとも部分的に吸着床４０２の境界面断面領域内に配置された弁断面領域を有し、弁４１６及び４１８は、吸着床４０２の境界面断面領域の外側に弁断面領域を有する。
【００５０】
上述のように、弁４１６及び４１８は、ヘッド周縁の外側にある（例えば、吸着床４０２の境界面断面領域の外側に弁断面領域を有する）。概略図４００及び４２０では、吸着床４０２に送られ吸着床４０２から離れるように導かれる流体に対して異なる流路を備えた異なる構成が提示されている。概略図４００では、弁４１６及び４１８は、これら弁の間で共有される導管４１７を通る流路を提供する。これらの弁４１６及び４１８からの流体の流れは、吸着床を通る主流路を辿るように方向転換される必要がある。この構成では、導管４１７は、ヘッド４０６（例えば、頂部平坦ヘッド）に接続された９０度エルボである。このエルボの他端には、２つの弁４１６及び４１８が設置されている。この導管には、弁４１６及び４１８の弁組立体を取り外す必要なく、フランジを取り外すことによってヘッド４０６及び吸着床４０２に容易にアクセスできるように、フランジを付けることができる。この構成では、導管４１７は、導管４１７を通ってそれぞれの弁４１６及び４１８に流れる温かいガスストリーム及び低温のガスストリームに交互に曝される。その結果として、この構成には大きな熱伝達損失が存在する可能性がある。
【００５１】
概略図４２０では、弁４１６及び４１８は、導管４２２及び４２４それぞれを通る流路を提供する。これらの導管４２２及び４２４は、主流路と実質的に反対の方向からの湾曲した流路を提供する。そのため、これらの弁４１６及び４１８からの流体の流れは、吸着床４０２を通る主流路を辿るように方向転換される必要がある。これらの導管４２２及び４２４は、ヘッド４０６に接続されたＵ字管に曲げられ、各弁４１６及び４１８は、これらのＵ字管の他端に取り付けられる。このＵ字管には、それぞれの弁４１６及び４１８を取り外す必要なく、フランジを取り外すことによってヘッド４０６及び吸着床４０２に容易にアクセスできるように、フランジを付けることができる。この構成では、各導管４２２及び４２４は、ほぼ一定の温度の移動流体に曝されるので、プロセス全体を通してほぼ同じ温度のままである。例えば、生成物弁が開いているときには、この弁に接続される導管を通って低温ガスが流れ、他の導管は、ほぼデッドレグ（ｄｅａｄ−ｌｅｇ）として動作する。同様に、パージ入口弁が開いているときには、この弁に接続される導管を通って高温パージガスが流れ、他の導管は、ほぼデッドレグとして動作する。従って、このパージガス流からの熱損失は最小限である。混合ゾーンもまた、ヘッド４０６と吸着床４０２との間の狭い領域に大きく制限される。少量の混合が導管４２２及び４２４に生じる可能性があるが、性能に対して悪影響があるとは予想されない。
【００５２】
別の機能強化として、吸着床ユニットの構成に対する付加的な改良を実施することができる。例えば、吸着床ユニットは、ハウジングと一体式の固定導管を有する垂直軸平面に配向され、該固定導管は、一連の高速作動式プロセスストリーム弁に更に取り付けられる。これらの弁は、一連のプロセス供給ヘッダ及び生成物ヘッダに結合することができる。吸着床ユニットの最上限は、吸着床などの吸着床ユニットの内部にアクセスするのに使用されるボルト締めカバー（例えば、ヘッド）で終端することができ、一体形状のフローベーン又は分流器を機械的に支持する。更に、フローベーンはプロセスストリーム弁と整列させることができ、これにより、ガス状ストリーム経路を吸着床との間で分配する機構が提供される。加えて、吸着床ユニットの最下限は、一連の高速作動プロセスストリーム弁を更に取り付けるマニホールドで終端することができる。最下部のマニホールドは、上部領域と同様の目的を有する同様のフローベーンを支持する。
【００５３】
吸着床ユニットは、円形、正方形、長方形又は他の多角形の断面形状を有することができる吸着床を含み、該吸着床は、吸着床ユニットの垂直軸と軸方向に整列している。吸着床は、吸着床の終端部の両方に位置する一体式流れ分配ハードウェアを有するモノリシックシェル又はライナに収容することができる。吸着床は、同心円状に支持され、複数の固定具によって上部吸着床終端と整列させることができる。支持接触面は、同心のシールリングと一体とすることができ、これにより、バイパスガスストリームが吸着床を通過する以外に進むのが阻止される。下部吸着床は、いずれの軸方向にも熱的床膨張を可能にする（例えば、熱膨張リングを用いて）一連の等間隔配置の金属製プロングと同心状に整列するように終端することができる。プロングは、水平面内での吸着床の移動を制限することができる。
【００５４】
更に、本発明の技術は、柔軟性のあるプロセス弁構成を提供することができる。例えば、本発明の技術は、最上限の弁をハウジング周縁の周りにいずれかの所望の角度で配置することができるなど、代替のプロセス弁位置を含むことができる。また、弁の配置を利用して、対向する弁が望ましくないときに、吸着床へのプロセスストリーム流の整列を向上させることができる。本発明の技術は更に、所望のデッドボリューム基準に適合するようにいずれかの望ましい垂直配向で配置することができる最下限の弁など、代替のプロセス弁配置を提供する。
【００５５】
更に、本発明の技術を利用して、定期修理及び吸着床ユニットの保守容易性を強化することができる。例えば、本発明の技術は、複雑な又は機械化された装置を用いることなく、内部の吸着床にアクセスし、除去し、及び交換する簡単な方法を提供する。主支持体のボルトが外されると、吸着床組立体は、垂直平面内の吸着床ユニットから引き上げられる。交換用吸着床組立体は、逆の順序で設置される。加えて、吸着床の真下に位置するプロセスストリーム弁は、キャッチ機構（例えば、一時的なデブリフォイル）で保護することができる。デブリフォイルは、取外し可能なカバープレートを介して取り付けることができる。保護用デブリフォイルは、ユニットの定期修理及び保守作業時に異物による弁の目詰まりを軽減又は回避することができる。更に、別の利点として、プロセス導管、関連するプロセス弁及びこれらの液圧ユーティリティサービスシステムを解体することを必要とせずに、吸着床組立体の取外し及び交換により、保守の作業及びコストが低減される。
【００５６】
更に、本発明の技術は、従来の吸着床ユニットと比較して、様々なコスト節減の誘因を提供する。例えば、カスタムメイドの突出面溶接ネックフランジで終端する容器閉鎖部を有する、同様のサービスを備えた従来の吸着床ユニットは、弁の動的負荷及び各プロセス弁間の最小限度の材料繋がりに起因する垂直方向の撓みに打ち勝つ有意に厚い平坦な閉鎖カバー上に全てのプロセス弁を設置する。これと比較して、本発明の技術は、提案する構成において最小限度の材料厚さを有する簡単な閉鎖カバープレートを利用することができる。従って、従来の吸着床ユニットの吸着床を保守整備するためには、閉鎖カバー及び全てのプロセス弁、並びに隣接する導管を取り外し、内部にアクセスする必要がある。しかしながら、本発明の技術は、吸着床ユニットの内部へのアクセスの際に、プロセスストリーム弁又は隣接する導管の必須の解体を必要としない。更に、従来の吸着床ユニットはまた、大口径プロセス配管に統合される全てのプロセスストリーム弁との間で導管の複雑な配置を必要とする場合がある。これと比較して、本発明の技術は、単純でコンパクトな配管を使用する。上記で概説された材料の体積及びコンパクトな配管構成とを合わせた節減は、初期製作、将来の保守及び長期にわたるユニットの作動コストに関連する直接的な金銭的節減である。
【００５７】
本発明の技術は、吸着床ユニット内の吸着材料へのアクセスに関する制限を解消する実施形態を提供する。例えば、図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄは、本発明の技術の別の実施形態による、関連の弁組立体を有する吸着床ユニットの一部分の追加の概略図５００、５２０、５４０及び５６０である。概略図５００、５２０、５４０及び５６０の各々において、図１と同様の構成で使用することができる吸着床ユニットの部分は、上部ヘッド５０６及び下部ヘッド５０８と共に円筒壁５０２及び円筒形断熱層５０４を含むことができるハウジング又は本体を含む。吸着床５１０は、上部ヘッド５０６及び下部ヘッド５０８と断熱層５０４との間に配置され、上部開放ゾーンと下部開放ゾーンをもたらし、これら開放ゾーンは実質的に開放流路ボリュームから構成される。吸着床ユニットにおける開放流路ボリュームは、様々なステップに対して管理される必要のあるガスを含有する。ハウジングは、例えば、内部領域内で０．１ｂａｒａ〜１００ｂａｒａの圧力を維持するように構成することができる。
【００５８】
上部ヘッド５０６及び下部ヘッド５０８は、ヘッド５０６又は５０８のうちの１つが吸着床５１０へのアクセスを可能にすることができるように、異なる構成を有することができる。吸着床ユニットは、異なるマニホールド（図示せず）に結合されて、吸着床に流体を供給して離れるように導く。概略図５００、５２０、５４０及び５６０では、上部ヘッド５０６は弁を含まないが、下部ヘッド５０８は、それぞれ弁組立体５１２及び５１４（例えば、ポペット弁）などの弁構造体を挿入することができる開口部を含む。吸着床の上部領域では、流体は、異なる導管構成を介して接続された弁５１６及び５１８などの弁構造体を介して、ヘッド５０６と吸着床５１０との間の上部開放流路ボリュームに対して流入及び流出する。これらの導管構成は、それぞれの概略図５００、５２０、５４０及び５６０において以下で更に検討される。それぞれのヘッド５０６又は５０８と吸着床５１０との間の上部又は下部の開放流路ボリュームはまた、流体を吸着床５１０内に均一に直接導入する流れ分配器（図示せず）を含有することができる。流れ分配器は、流れを吸着床上に分配する有孔プレート、円形プレート又は他のデバイスを含むことができる。
【００５９】
弁組立体５１２、５１４、５１６及び５１８がポペット弁である場合、各ポペット弁は、ブッシュ又は弁ガイド内に位置決めすることができるステム要素に接続されたディスク要素を含むことができる。ステム要素は、それぞれの弁がそれぞれのステムに対して直線運動を与えるように構成された作動手段（図示せず）などの作動手段に接続することができる。理解されるように、作動手段は、本方法における異なるステップで独立して動作させ、単一の弁を作動させることができ、或いは、単一の作動手段を利用して２又は３以上の弁を制御することができる。更に、開口部はそのサイズが実質的に同様とすることができるが、入口を通過するガス体積が出口を通過する生成物体積よりも小さくなる傾向があるという状況から、入口マニホールドに対する開口部及び入口弁は、出口に対するものらよりも小さい直径を有することができる。
【００６０】
この構成では、境界面は、ヘッド５０６及び５０８に隣接する吸着床５１０の端部である。境界面断面領域は、ヘッド５０６及び５０８近傍のそれぞれの端部における吸着床５１０の断面領域である。この構成では、弁５１２及び５１４は、境界面断面領域内に又は境界面断面領域内に部分的に配置されるが、弁５１６及び５１８は、吸着床５１０によって定められる境界面断面領域の外側に又はそれを超えて配置される。更に、弁に関する弁断面領域は、吸着床５１０に隣接する弁の形状（又は境界面断面領域の外側にある弁に関して吸着床に向かって最も近い面）によって定められ、境界面断面領域は、吸着床５１０の形状によって定められる。概略図５００の一例として、弁５１２が円形ディスク要素を有するポペット弁であり、吸着床５１０が円柱形状を有する場合、弁５１２に対する弁断面領域は、直径５０５を有する円の領域であるが、吸着床５１０の境界面断面領域は直径５０７を有する円の領域である。同様に、弁５１６が円形ディスク要素を有するポペット弁である場合、弁５１６に対する弁断面領域は、直径５０９を有する円の領域である。この構成において、弁５１２及び５１４は、導管と直接流れ連通しており、ハウジングの外部の位置から導管を通って吸着床５１０に延びる流路に沿って流体流れを制御するように構成されようにし、弁５１２は吸着床５１０の境界面断面領域内に配置された弁断面領域を有し、弁５１６は吸着床５１０の境界面断面領域の外側に弁断面領域を有する。別の構成では、弁５１２及び５１４は、少なくとも部分的に吸着床５１０の境界面断面領域内に配置された弁断面領域を有する。
【００６１】
上述のように、弁５１６及び５１８は、ヘッド周縁の外側にある（例えば、吸着床５１０の境界面断面領域の外側に弁断面領域を有する）。概略図５００、５２０、５４０及び５６０では、吸着床５１０に送られ吸着床５１０から離れるように導かれる流体に対して異なる流路を備えた異なる構成が提示されている。概略図５００では、弁５１６及び５１８は、導管５１７及び５１９をそれぞれに通る流路を提供する。これらの弁５１６及び５１８からの流体の流れは、吸着床を通る主流路を辿るように方向転換される必要がある。図５２０では、弁５１６及び５１８は、導管５２２及び５２４それぞれを通る流路を提供する。これらの導管５２２及び５２４は、主流路と実質的に反対の方向から湾曲した流路を提供する。そのため、これらの弁５１６及び５１８からの流体の流れは、吸着床５１０を通る主流路を辿るように方向転換される必要がある。図５４０では、弁５１６及び５１８は、導管５４２及び５４４それぞれを通る流路を提供する。これらの導管５４２及び５４４は、主流路と実質的に一致する方向からある角度に曲げられた流路を提供する。そのため、これらの弁５１６及び５１８からの流体の流れは、圧力降下をあまり生じない可能性があるが、吸着床５１０を通る主流路を辿るように方向転換される必要がある。図５６０では、弁５１６及び５１８は、導管５６２及び５６４それぞれを通る流路を提供する。これらの導管５６２及び５６４は、主流路と実質的に一致する方向から湾曲した流路を提供する。そのため、これらの弁５１６及び５１８からの流体の流れは、圧力降下をそれほど生じない可能性があるが、吸着床５１０を通る主流路を辿るように方向転換される必要がある。
【００６２】
構成を更に機能強化するために、構造要素を弁からの通路に使用して、弁に対する導管又はハウジング通路に近プラグ流を提供することができる。これにより、混合量と対応する熱損失とをある程度まで低減することができる。これらの構成は、ストリームが吸着剤床の内外に移動する際に温度フロントを管理するための角度付き流路を含むことができる。従って、吸着床への流れに対する導管又はハウジング内の角度及び曲がりは、湾曲部を通じて近プラグ流の状態を維持する必要がある。従って、湾曲部を形成する導管又はハウジングは、プラグ流の平衡を保つ圧力降下と熱交換に関与する熱質量とを提供するために、様々な構造要素を含むことができる。例えば、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ及び６Ｅは、本発明の技術の一実施形態による、様々な構造要素を備えた導管を提供する。図６Ａでは、構造要素６０２、６０３、６０４及び６０５を備えた導管の図６００が示されており、これらは、内部通路を９つの別個の通路に分割するのに使用される。更に、図６Ｂは、通路を２つの別個の通路に分割する単一の構造要素６１２に関する断面の図６１０を提供する。図６Ｃは、通路を３つの別個の通路に分割する２つの実質的に平行な構造要素６２２及び６２４に関する断面の図６２０を提供する。図６Ｄは、通路を４つの別個の通路に分割する２つの交差する構造要素６３２及び６３４（例えば、互いに垂直）に関する断面の図６３０を提供する。図６Ｅは、通路を６つの別個の通路に分割するように構成された、２つの平行な構造要素６４２及び６４４とその２つの平行な構造要素に対して垂直な１つの構造要素６４６とに関する断面の図６４０を提供する。
【００６３】
更に、吸着床の外側の領域については、追加の充填要素又は構造を用いてデッドボリュームを減少させることができる。充填構造は、充填材、チャネル及び／又はバッフルを含むことができ、これらを利用して、流路を管理し、吸着床ユニット内のデッドボリュームを減少させることができる。また、弁組立体などの弁は、異なるストリームに対して、リフトプレート又は他の作動機構などの共通の作動機構を介して動作する（例えば、開閉する）ように構成することができる。
【００６４】
有利なことに、本発明の技術は、様々な機能強化を提供する。１つの機能強化は、弁、導管又はマニホールドを取り外すことなく吸着床を変更する機能である。別の機能強化は、デッドボリュームを許容可能なレベルに制限して、許容可能なサイクル性能を達成することである。更に別の機能強化は、吸着床入口への許容可能な流れ分配を維持することである。
【００６５】
有利なことに、本発明の技術は、様々な機能強化を提供する。１つの機能強化は、弁、導管又はマニホールドを取り外すことなく吸着床を変更する機能である。別の機能強化は、デッドボリュームを許容可能なレベルに制限して、許容可能なサイクル性能を達成することである。更に別の強化は、吸着床入口への許容可能な流れ分配を維持することである。
【００６６】
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ，７Ｄ、７Ｅ及び７Ｆは、本発明の技術の一実施形態による例示的な吸着床ユニットの概略図７００、７２０、７４０、７５０、７６０及び７７０である。これらの概略図７００、７２０、７４０、７５０、７６０及び７７０は、図５Ｄの概略図５６０における吸着床ユニットの実施形態である。概略図７００、７２０、７４０、７５０、７６０及び７７０では、ハウジング７０２は、弁開口部７０４、７０６、７０８及び７１０、上部ヘッド７１２及び下部ヘッド７１４を有して示されている。弁開口部７０８、７１０は、それぞれの湾曲した本体部分７０９及び７１１に沿ってハウジングの内部領域への流路を提供し、本体部分７０９及び７１１は、ハウジングの別個の導管又は製作された部分とすることができる。更に、構造要素７１６を利用して、運転時に吸着床ユニットを支持し安定化することができる。この構成では、弁開口部７０４及び７０６は、弁開口部７０４及び７０６に取り付けられたいずれかの弁が、境界面断面領域内に少なくとも部分的に配置された弁断面領域を有するように、ヘッド７１４の周縁内に配置される。弁開口部７０８及び７１０は、弁開口部７０８及び７１０に取り付けられたいずれかの弁が境界面断面領域の外側に配置された弁断面領域を有するように、ヘッド７１２の周縁の外側に配置される。
【００６７】
図７Ａは、吸着床ユニットの正面概略図７００である。図７Ｂは、吸着床ユニットの破断概略図７２０である。この概略図７２０では、吸着床７２２がハウジング７０２内に配置されている。更に、ヘッド７１２は、閉鎖カバー７２４、供給分流器７２６、及びガスケット７２８を含み、下部ヘッド７１４は、生成物分流器７３０を含む。閉鎖カバー７２４は、デッドボリュームを減らして、ヘッド７１２に向かう流体流れを妨げ、供給ストリーム分流器７２６は、供給ストリームを湾曲した本体部分７０９又は７１１から吸着床７２２に配向し、ガスケット７２８は、ヘッド７１２から外部位置への流れを妨げるためのシール機構を提供する。生成物分流器７３０は、生成物ストリームを吸着床７２２から弁開口部７０４又は７０６のうちの１つに配向する。図７Ｃは、図７Ａの吸着床ユニットの分解概略図７４０である。この概略図７４０には、吸着床７２２及びヘッド７１２の様々な構成要素が示されている。例えば、内部シール７４２が吸着床７２２とハウジング７０２との間に配置されて、あらゆる流体の流れを妨げ、流体が吸着床７２２をバイパスするのを軽減又は防止する。更に、床固定要素７４４を利用して、吸着床７２２をハウジング７０２に固定し、固定要素７４６を利用してヘッド７１２をハウジング７０２に固定する。図７Ｄは、図７Ａの吸着床ユニットの上部の破断概略図７５０であり、図７Ｅは、図７Ａの吸着床ユニットの上部の別の破断概略図７６０である。図７Ｆは、吸着床ユニット７Ａの下部の破断概略図７７０である。この概略図７７０では、熱膨張リング７７２が吸着床７２２とヘッド７１４との間に配置されている。熱膨張リング７７２は、吸着床７２２を同心円状に固定し、吸着床７２２の軸方向熱膨張を実現する引張リングとすることができる。
【００６８】
概略図７００、７２０、７４０、７５０、７６０及び７７０における吸着床ユニットを用いて、スイング吸着プロセスを実施することができる。例えば、スイング吸着プロセスは、サイクルを形成する供給ステップ及び再生ステップ（例えば、パージステップ）を伴う。供給ステップは、供給ストリームを弁開口部７０８を介して吸着床７２２に送るステップと、生成物ストリームを弁開口部７０４に通すステップと、を含むことができる。供給ストリームが中断されると、再生ステップは、１又は２以上の減圧ステップ及び／又は１又は２以上のパージステップを実行するステップを含むことができる。減圧ステップは、吸着床７２２から弁開口部７１０を介して流体を流すステップを含むことができ、パージステップは、弁開口部７０６を介して吸着床７２２にパージストリームを送るステップと、吸着床７２２から弁開口部７１０を介してパージ排気ストリームを送るステップと、を含むことができる。理解されるように、別の実施形態では、付加的なプロセスストリームを付加的な弁と共にプロセスに含めることができる。
【００６９】
理解されるように、ヘッドのいずれかに対するフローベーン又は分流器は、吸着床を通る又は吸着床からの流体の流れを管理するように構成することができる。例えば、概略図７Ｂに示すように、供給分流器７２６（例えば、ヘッド７１２におけるベーン）の角度は、それぞれの湾曲本体部分７０９又は７１１（例えば、弁導管）が内部領域に入る角度とほぼ等しくすることができ、この角度は、導管及び／又はベーンの最内面が吸着床７２２の対向縁部に直線的に突出して、これによって吸着床７２２全体にわたって流れを分配するように選択することができる。異なる構成では、湾曲した本体部分７０９又は７１１などの弁導管は、主吸着床の流れ方向に対して実質的に垂直とすることができ、互いに対して正反対にすることができる（例えば、図５Ａに示すように）。このような構成では、分流器又はベーンは、流体流路を偏向させて、一方の導管からの流れが対向する導管に直接的に配向されて流入するのを防止することができる。湾曲した導管又は本体部分は、流体が導管と吸着床との間を通過するときに圧力降下を軽減する。また、圧力降下の軽減を超えて、弁導管又は本体部分の湾曲形状を用いて、弁の垂直配向を維持することができ、これにより弁構成要素の不均一な重量に起因する弁（例えば、弁ステム）の摩耗を軽減することができる。
【００７０】
図８Ａ、８Ｂ及び８Ｃは、本発明の技術の一実施形態による、吸着床ユニット及び関連の熱膨張リングの一部分の概略図８００、８２０及び８４０である。概略図８００、８２０及び８４０は、吸着床８０２と熱膨張リング８０４の一部分とを異なる構成で含む。
【００７１】
例えば、図８Ａは、吸着床８０２の一部分及び熱膨張リング８０４の一部分の例示的な実施形態の部分破断概略図８００である。無負荷又は膨張状態にある熱膨張リング８０４は、吸着床８０２と吸着床ユニットのハウジング又はヘッド（図示せず）との間に配置される。図８Ｂは、吸着床ユニットのハウジング８２４内の吸着床８０２及び熱膨張リング８０４の一部分の分解部分破断概略図８２０である。この概略図８２０では、熱膨張リング８０４が吸着床８０２とヘッド８２２との間に配置されているが、無負荷状態又は膨張状態のままである。図８Ｃは、吸着床ユニットのハウジング８２４内の吸着床８０２及び熱膨張リング８０４の一部分の分解部分破断概略図８２０である。この概略図８４０では、熱膨張リング８０４は、吸着床８０２とヘッド８２２との間に配置され、圧縮状態にある。熱膨張リング８０４は、負荷状態又は圧縮状態において可撓性を与えるために、様々なノッチ８４２を含む。
【００７２】
理解されるように、熱膨張リング８０４は、吸着床８０２を支持するための異なる機能強化を有する。例えば、熱膨張リングの湾曲は、無負荷状態から圧縮状態に撓むように構成される。更に、熱膨張リング８０４内のノッチ８４２を用いて、熱膨張リング８０４の疲労を軽減することができる。また、熱膨張リング８０４は、鋼鉄などの材料から製作することができる。
【００７３】
図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ，９Ｄ及び９Ｅは、本発明の技術の一実施形態によるキャッチ機構の概略図９００、９２０、９４０、９６０及び９７０である。これらのキャッチ機構は、吸着床の交換などの保守作業中に吸着床の内部領域に落下する可能性のある異物を逸らすのに用いることができる。キャッチ機構は、吸着床ユニットの下部ヘッド又は一部分内の材料に対する経路及びアクセスを可能にすることができる。
【００７４】
例えば、図９Ａ及び９Ｂは、吸着床ユニット用のキャッチ機構の例示的な実施形態である。これらの概略図９００及び９２０において、図４Ａ〜４Ｂ、図５Ａ〜５Ｄ又は図７Ａ〜７Ｆにおける吸着床ユニットの１つとすることができる吸着床ユニットの一部分が示されている。これらの概略図９００及び９２０では、吸着床ユニットの一部分は、本体部分又はハウジング９０４及びヘッド９０６内に配置された吸着床９０２を含む。弁９０８及び９１０などの弁はヘッド９０６に取り付けられて、吸着床９０２と外部位置との間に流体流路を提供する。
【００７５】
保守時に吸着床ユニット内のデブリを逸らすために、キャッチ機構を利用してスイング吸着動作時にシールを提供し、吸着床ユニットの内部領域からデブリを除去することができる。キャッチ機構は、保守ポート９１２及びデブリフォイル９１４を含むことができる。概略図９００では、デブリフォイル９１４は、保守ポート９１２を介して配置され、内部領域に入ってヘッド９０６に向かって移動するあらゆるデブリが、キャッチプレート９１４によって弁９０８及び９１０から遮断されるように角度が付けられる。概略図９２０では、デブリフォイル９１４は取り外されて、プラグ（図示せず）が保守ポート９１２内に取り付けられている。このプラグは、ポートを密閉し、並びに保守ポート９１２と吸着床ユニットの内部領域に対する外部位置との間であらゆる流体流れを妨げるのに使用することができる。
【００７６】
別の例として、図９Ｃ、９Ｄ及び９Ｅは、吸着床ユニット用のキャッチ機構の例示的な実施形態である。これらの概略図９４０、９６０及び９７０には、吸着床ユニットの一部分が示されており、下側の弁配置及び関連するヘッドを除けば、図４Ａ〜４Ｂ、図５Ａ〜５Ｄ又は図７Ａ〜７Ｆにおける吸着床ユニットと同様とすることができる。これらの概略図９４０、９６０及び９７０では、吸着床ユニットの一部分は、本体部分又はハウジング９４４及びヘッド９４６内に配置された吸着床９４２を含む。弁９４８及び９５０などの弁はヘッド９４６に取り付けられて、吸着床９４２と外部位置との間に流体流路を提供する。
【００７７】
上記の構成と同様に、キャッチ機構を利用してスイング吸着動作時にシールを提供し、吸着床ユニットの内部領域からデブリを除去することができる。キャッチ機構は、保守ポート９５２、デブリフォイル９５４及びキャッチプラグ９５６を含むことができる。図９の概略図９４０では、デブリフォイル９５４は、保守ポート９５２を介して配置され、内部領域に入ってヘッド９５６に向かって移動するあらゆるデブリが、デブリフォイル９５４によって弁９４８及び９５０から遮断されるように角度が付けられる。また、キャッチプラグ９５６は、保守ポート９５２及び吸着床ユニットのこの部分内のデブリフォイル９５４に対するアクセスを可能にするために、保守ポート９５２から分離される。図９Ｄの概略図９６０では、デブリフォイル９５４が取り外されて、キャッチプラグ（図示せず）が保守ポート９１２内に固定具で取り付けられている。キャッチプラグ９５６は、ポートを密閉し、並びに保守ポート９５２と吸着床ユニットの内部領域に対する外部位置との間であらゆる流体流れを妨げるために使用することができる。図９Ｅの概略図９７０には、図９Ｃ及び９Ｄの吸着床ユニットの一部の上面図が示されている。
【００７８】
図１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃは、本発明の技術の一実施形態による、４個の吸着床ユニットと相互接続配管とを有するスイング吸着システムの３次元概略図１０００、１０２０及び１０４０である。この構成はスキッドの特定の実施例であるが、この特定構成は例示目的であり、別の構成では異なる数の吸着剤床ユニットを含むことができる。
【００７９】
このシステムでは、吸着床ユニット１００２などの吸着床ユニットは、供給ストリーム（例えば、流体、気体又は液体）から汚染物質を除去するためのサイクル式スイング吸着プロセス用として構成することができる。例えば、吸着床ユニット１００２は、吸着床ユニット１００２内の吸着床を通る、又は吸着床への、もしくは吸着床からの流体の流れを管理するための様々な導管（例えば、導管１００４）を含むことができる。吸着床１００２からのこれら導管は、構成要素へ、構成要素から、又は構成要素間でストリームの流れを分配するためのマニホールド（例えば、マニホールド１００６）に結合することができる。吸着床ユニット内の吸着床は、供給ストリームから１又は２以上の汚染物質を分離して生成物ストリームを形成することができる。理解されるように、吸着床ユニットは、パージストリーム、減圧ストリーム及び同様のものなど、プロセスの一部として他の流体ストリームを制御するために他の導管を含むことができる。
【００８０】
スイング吸着システムのこの構成は、プロセスの動作に対する様々な機能強化を提供する。例えば、このシステムは、外周側の位置に（例えば、ヘッド１００８及び吸着床（図示せず）の境界面断面領域の周縁の外側に）配置された、上部又は第１のヘッド１００８などのヘッドの１つに対する弁を含む。ヘッド１０１０などの下部又は第２のヘッドに対する別の弁は、少なくとも部分的に第２のヘッド又は吸着床の境界面断面領域の周縁内に配置される。このようにして、吸着床ユニット内の吸着床には、弁、導管及び／又はマニホールドを取り外す必要なくアクセスすることができる。
【００８１】
図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ，１１Ｄ、１１Ｅ及び１１Ｆは、本発明の技術の一実施形態による、代替的な弁組立体を有する吸着床ユニットの部分の概略図１１００、１１１０、１１２０、１１３０、１１４０及び１１５０である。代替的な弁構成を用いて、スキッド上の機器の分配を管理することができる。
【００８２】
例えば、図１１Ａ及び１１Ｂは、吸着床ユニットの一部分に対する第１の代替実施形態の例示的な実施形態である。これらの概略図１１００及び１１１０には、図４Ａ〜４Ｂ、図５Ａ〜５Ｄ又は図７Ａ〜７Ｆにおける吸着床ユニットの１つとすることができる吸着床ユニットの一部分が示されている。これらの概略図１１００及び１１１０は、吸着床ユニットの一部分は、本体部分又はハウジング１１０４及びヘッド１１０６内に配置された吸着床を収容するための内部領域１１０２を含む。弁１１０７及び１１０８などの弁はヘッド１１０６に取り付けられて、吸着床と外部位置との間に流体流路を提供する。この構成における弁は、同じ動作平面上で非対向の弁として位置決めされる。概略図１１００は吸着床ユニットの一部分の上面図であり、図１１Ｂの概略図１１１０は吸着床ユニットの一部分の側面図である。この概略図１１１０では、キャッチ機構１１１２がヘッド１１０６の下部に配置されており、これは、図９Ａ〜９Ｅを参照して上述のように動作することができる。
【００８３】
別の例として、図１１Ｃ及び１１Ｄは、吸着床ユニットの一部分に対する第２の代替実施形態の例示的な実施形態である。これらの概略図１１２０及び１１３０には、図４Ａ〜４Ｂ、図５Ａ〜５Ｄ、図７Ａ〜７Ｆ又は図８Ｃ〜８Ｅにおける吸着床ユニットの１つとすることができる吸着床ユニットの一部分が示されている。これらの概略図１１２０及び１１３０では、吸着床ユニットの一部分は、本体部分又はハウジング１１２４及びヘッド１１２６内に配置された吸着床１１２２を含む。ポペット弁１１２７及び１１２８などの弁はヘッド１１２６に取り付けられて、吸着床と外部位置との間に流体流路を提供する。この構成における弁は、反対方向の代替的弁配置として位置決めされる。概略図１１２０は吸着床ユニットの一部分の上面図であり、概略図１１３０は吸着床ユニットの一部分の側面図である。この概略図１１３０では、キャッチ機構１１３２がヘッド１１２６の下部に配置されており、これは、図９Ｃ〜９Ｅを参照して上述したとおりに動作することができる。
【００８４】
別の例として、図１１Ｅ及び１１Ｆは、吸着床ユニットの一部分に対する第３の代替実施形態の例示的な実施形態である。これらの概略図１１４０及び１１５０には、図４Ａ〜４Ｂ、図５Ａ〜５Ｄ又は図７Ａ〜７Ｆにおける吸着床ユニットの１つとすることができる吸着床ユニットの一部分が示されている。これらの概略図１１４０及び１１５０では、吸着床ユニットの一部分は、本体部分又はハウジング１１４４及びヘッド１１４６内に配置された吸着床１１４２を含む。ポペット弁１１４７及び１１４８などの弁はヘッド１１４６に取り付けられて、吸着床と外部位置との間に流体流路を提供する。この構成における弁は、同じ動作平面上に代替的な配置として位置決めされる。概略図１１４０は吸着床ユニットの一部分の上面図であり、概略図１１５０は吸着床ユニットの一部分の側面図である。 
【００８５】
更に別の構成において、図１２は、本発明の技術の一実施形態による、音響減衰システムに配置された吸着床ユニット１２０２の三次元概略図１２００である。この構成では、吸着床ユニット１２０２は、弁１２０４、１２０５、１２０６及び１２０７などの様々なポペット弁を含む。急速スイング吸着プロセス用のこれらポペット弁の動作は、大量の音響ノイズを生じる場合がある。従って、音響減衰システムを利用して、吸着床ユニット１２０２から生成される音を抑えることができる。音響減衰システムは、吸着床ユニット１２０２の周囲に配置された様々な音響パネル１２１０、１２１２、１２１４、１２１６、１２１８及び１２２０を含むことができる。これらの音響パネル１２１０、１２１２、１２１４、１２１６、１２１８及び１２２０は、音響減衰システム内の音響波を反射するように構成することができ、或いは吸着床ユニットによって生成された音響波の一部を吸収するように構成することができる。
【００８６】
理解されるように、音響減衰システムは更に、様々な機能強化を含むことができる。例えば、付加的なパネルを設けて、第１の音響減衰層（例えば、音響パネル１２１０、１２１２、１２１４、１２１６、１２１８及び１２２０）の周りに第２の音響減衰層を形成することによって、第１の音響減衰層１２１０、１２１２、１２１４、１２１６、１２１８及び１２２０を取り囲むことができる。更に、別の例として、弁１２０４、１２０５、１２０６及び１２０７を取り囲んで、１又は２以上の包囲体を配置することができる。
【００８７】
理解されるように、本発明の技術を利用して、スイング吸着プロセスを強化することができる。例証として、供給ストリームから汚染物質を除去する方法は、１又は２以上の吸着ステップ及び１又は２以上のパージステップを実行するステップを含むことができる。吸着床ユニットにおいて１又は２以上の吸着ステップを実行するステップでは、吸着ステップの各々は、（ｉ）供給入口導管から吸着床ユニットのハウジングの内部領域に配置された吸着床へガス状供給ストリームを送るための複数の供給ポペット弁を開くステップと、（ｉｉ）ガス状供給ストリームを吸着床に曝してガス状供給ストリームから１又は２以上の汚染物質を分離して、生成物ストリームを形成するステップと、（ｉｉｉ）生成物ストリームをハウジング内の内部領域から離れて生成物導管に導くように１又は２以上の生成物ポペット弁を開くステップと、を含むことができる。複数の供給ポペット弁の各々は、供給入口導管と直接的に流れ連通することができ、ハウジングの外部の位置から供給入口導管を通って吸着床に延びる流路に沿って流体流れを制御するように構成することができる。更に、吸着床の一方の端部に対する複数のポペット弁のうちの少なくとも１つは、吸着床の境界面断面領域の外側に配置された弁断面領域を有する。他方又は第２の端部では、吸着床の他方の端部に対する複数のポペット弁のうちの少なくとも１つは、少なくとも部分的に吸着床の境界面断面領域内に配置された弁断面領域を有する。加えて、１又は２以上のパージステップを実行するステップでは、１又は２以上のパージステップの各々は、パージストリームを吸着床ユニットに送り、パージ出力ストリームにおける１又は２以上の汚染物質の少なくとも一部を分離して導くステップを含むことができる。次いで、少なくとも１つの追加のサイクルにおいて、吸着ステップ及びパージステップを繰り返すことができ、サイクル持続時間は１秒を超えて６００秒未満の期間である。
【００８８】
更に、本方法は、他の機能強化を含むことができる。例えば、本方法は、共通の作動機構を移動させて複数の弁を開くステップと、吸着床に隣接して配置された充填材料の周りの流路にガス状供給ストリームを送るステップと、吸着床と複数の供給ポペット弁との間に配置された流れ分布器を介して吸着床にガス状供給ストリームを分配するステップと、及び／又は少なくとも１つの供給弁ステムに結合された供給ディスク要素と吸着床ユニットのハウジングに固定された供給弁座との間に供給開口部を設けるように、少なくとも１つの供給弁ステムを供給作動機構と共に直線的に移動させるステップと、を含むことができる。加えて、本方法は、ガス状供給ストリームから１又は２以上の汚染物質を分離して生成物ストリームを形成するように、サイクル持続時間が１秒を超えて９０秒未満の期間であること、供給ストリームの全体積に基づいて１体積％を超える炭化水素を有する炭化水素含有ストリームであるガス状供給ストリームを供給すること、及び／又は吸着ステップ中の供給圧力を４００ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）〜１、４００ｐｓｉａの範囲に維持することを含むことができる。
【００８９】
システム及び／又は吸着床ユニットを製造するために、様々な製造技術を利用することができる。一例として、サイクル式スイング吸着床ユニットを製造する方法は、内部領域を有するハウジングを形成するステップであって、ハウジングが本体部分、第１のヘッド及び第２のヘッドを備えるステップと、ハウジングの内部領域内に吸着床を配置するステップと、複数の第１の弁を第１のヘッド内に固定するステップと、複数の第２の弁を第２のヘッド近傍の端部でハウジングに固定するステップであって、第２のヘッドが弁を有していないステップと、を含むことができ、複数の第１及び第２の弁の各々は、ハウジングの外部位置から吸着床に至る流路に沿って流体流れを制御するように構成され、複数の第１の弁のうちの少なくとも１つは、少なくとも部分的に吸着床の境界面断面領域内に配置される弁断面領域を有し、並びに複数の第２の弁の各々は、吸着床の境界面断面領域又は第２のヘッドの断面領域の外側に配置された弁断面領域を有する。
【００９０】
１又は２以上の実施形態において、材料は、非吸着性支持体上に支持された吸着材料を含むことができる。吸着材料の非限定的な例には、アルミナ、微孔質ゼオライト、カーボン、カチオン性ゼオライト、高シリカゼオライト、高ケイ酸秩序のメソ多孔質材料、ゾルゲル材料、アルミニウムリン酸素（ＡＬＰＯ）材料（主成分としてアルミニウム、リン及び酸素を含有する微孔質及びメソ多孔質材料）、ケイ素アルミニウムリン酸素（ＳＡＰＯ）材料（主成分としてケイ素、アルミニウム、リン及び酸素を含有する微孔質及びメソ多孔質材料）、金属有機骨格体（ＭＯＦ）材料（金属有機骨格から成る微孔質及びメソ多孔質材料）、及びゼオライト様イミダゾレート骨格体（ＺＩＦ）材料（ゼオライト様イミダゾレート骨格から成る微孔質及びメソ多孔質材料）を挙げることができる。他の材料には、官能基で官能化した微孔質及びメソ多孔質の吸着剤が挙げられる。ＣＯ2除去のために使用可能な官能基の例には、アミジン、グアニジン及びビグアナイドなどの第一級、第二級、第三級及び他の非プロトン供与性の塩基性基を挙げることができる。
【００９１】
１又は２以上の実施形態において、吸着床ユニットを利用して、供給ストリームから汚染物質を分離することができる。本方法は、ガス状供給ストリームから１又は２以上の汚染物質を分離して生成物ストリームを形成するために、ある供給圧のガス状供給ストリームを第１の部分及び第２の部分を有する吸着剤接触器を有する吸着床ユニットに通過させるステップと、吸着床ユニット内の圧力を減少させる減圧ステップを実行するステップと、パージステップを実行するステップであって、パージステップが吸着床ユニット内の圧力を減少させ、パージステップが第１の部分と第２の部分との間の中間パージ分配ゾーンにパージストリームを送るステップを含むステップと、再加圧ステップを実行するステップであって、再加圧ステップが吸着床ユニット内の圧力を増加させるステップと、ステップａ）〜ｅ）を少なくとも１つの追加のサイクルにおいて繰り返すステップと、を含むことができる。
【００９２】
更に、１又は２以上の実施形態において、吸着床ユニットは、ガス混合物から標的ガスを分離するのに使用することができる吸着床を含むことができる。吸着剤は通常、非吸着性支持体又は接触器上に支持された吸着材料から成る。このような接触器は、実質的に平行なフローチャネルを含み、フローチャネルを除き、接触器の開孔ボリュームの２０容量％、好ましくは１５容量％以下が、約２０Åを超える細孔に存在する。供給ストリームが接触器に入る点又は箇所と生成物ストリームが接触器から出る点又は箇所との間に定常状態の圧力差が加わる場合、フローチャネルは、ガスが流れる接触器の部分であると見なされる。接触器では、吸着剤は、フローチャネルの壁に組み込まれる。
【００９３】
更に別の実施形態において、ガス状供給ストリームら汚染物質を除去するためのサイクル式スイング吸着床ユニットが記載される。吸着床ユニットは、内部領域を形成するハウジングと、内部領域内に配置された吸着床と、ハウジングに固定された複数の弁と、を備え、複数の弁の各々は、ハウジングの外部の位置から導管を通って吸着床まで延びる流路に沿って流体流れを制御するように構成されるようにし、ヘッドのうちの１つには、ヘッドの周縁内又はヘッド断面領域内に弁が配置されない。
【００９４】
更に、吸着床ユニットは、能動制御型ポペット弁及び受動制御型弁を含むことができる。能動制御型ポペット弁は、能動制御型ポペット弁組立体と呼ばれる場合もあり、各々が、ヘッド内に着座可能なディスク要素又はヘッド内に挿入された別個の弁座内に着座可能なディスク要素に固定されるステム要素を含むことができる。ステム要素は、それぞれの弁がそれぞれのステム要素に直線運動を与えるように構成された、電気液圧式又は電気空気圧式作動機構などの作動機構に接続することができる。理解されるように、作動機構は、本方法における異なるステップに対して独立して動作させて単一の弁を作動させることができ、或いは単一の作動機構を利用して２又は３以上の弁を制御することができる。一例として、能動制御型ポペット弁を開くステップは、少なくとも１つの弁ステムに結合されたディスク要素と吸着床ユニットのハウジングに固定された弁座との間に開口部を提供するために、少なくとも１つの弁ステムを作動機構と共に直線的に移動させるステップを含むことができる。別の例として、能動制御型ポペット弁を開くステップは、開口部を提供するために作動機構を用いて弁ステムに固定されたリフトプレートを直線的に移動させるステップを含むことができ、弁ステムの各々はディスク要素に固定され、開口部の各々はディスク要素と吸着床ユニットのハウジングに固定された関連する弁座との間に間隙又は流路を形成する。
【００９５】
受動制御型弁には、受動制御型のポペット弁、受動制御型の逆止弁、受動制御型のリード弁、及び他の好適な受動制御型弁を挙げることができる。例えば、受動制御型のポペット弁は、受動制御型のポペット弁組立体と呼ばれる場合があり、各々が、ヘッド内に着座可能なディスク要素又はヘッド内に挿入された別個の弁座内に着座可能なディスク要素に固定されたステム要素を含むことができる。ステム要素は、それぞれの弁がそれぞれのステム要素に直線運動を与えるように構成された、バネ又は他の付勢機構などの付勢構に接続することができる。理解されるように、付勢機構は、本方法における異なるステップに対して独立して動作させることができ、差圧に基づいて作動させて単一の弁或いは２又は３以上の弁を作動させることができる。受動制御型ポペット弁の１つの構成には、バネ付勢式の受動制御型ポペット弁を挙げることができる。このバネ付勢構成において、ディスク要素は、中空ステム要素内に少なくとも部分的に配置されたバネを有する中空ステム要素と一体の構成要素とすることができる。一例として、受動制御型ポペット弁を開くステップは、少なくとも１つの製品弁ステムに結合された製品ディスク要素と吸着床ユニットのハウジングに固定された製品弁座との間に製品開口部を提供するために、製品付勢機構と共に少なくとも１つの製品弁ステムを直線的に移動させるステップを含むことができる。製品付勢機構は、内部領域と生成物導管との間の圧力差が特定の閾値を超えることに基づいて直線的に移動するように構成することができる。他の構成において、圧力差に基づく直線的な動きは、同相で動作する様々なバルブで異なる場合がある。例えば、同相で動作する受動制御型弁は、２５％未満、２０％未満又は１０％未満の範囲又は差分ウィンドウを含むことができる（例えば、差分ウィンドウは、最高圧力差から最低圧力差を差し引き、その差を最高圧力差で除算したものとして計算することができる）。別の例として、受動制御型弁はまた、一端上に係止されて受動的に制御された流れ領域を開放するように曲がる、金属又は複合材料の可撓性ストリップから成るリード弁として構成することができる。受動制御型リード弁を利用して、所与の占有面積において所与の差圧にてより多くの流れを提供することができる。
【００９６】
１又は２以上の実施形態において、本発明の技術における急速サイクルスイング吸着プロセスは、急速サイクル温度スイング吸着（ＲＣＴＳＡ）及び圧力スイング吸着（ＰＳＡ）である。ＲＣＴＳＡの場合、総サイクル時間は、一般的には６００秒未満、好ましくは２００秒未満、より好ましくは２００秒未満、更により好ましくは６０秒未満である。
【００９７】
開示された本発明の原理を適用できる多くの実施可能な実施形態を鑑みると、例示的な実施形態は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない点を認識されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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