(57)【要約】  高圧回転式吸着剤ホイールを用い、最終的な精製の前に、水などの不純物を濃縮し、凝縮して排出して、高価な圧縮されたガス供給原料を精製することができる。システムからのガスを消費してしまうのではなく、高価ガス供給原料の凝縮の前の点で流出物を供給原料に戻し、それによって、高価なガス供給原料のいずれも排出流として流出することなしに全供給原料が精製される。この圧縮ガス供給原料は回転式吸着剤ホイール（２６）の再生セクターを通じ流され、凝縮装置（２８）内で冷却され、そこから（水などの）凝縮物が除去される。そして、そのガスは回転式吸着剤ホイール（２６）の吸着セクターを通される。吸着剤ホイールシステムは少なくとも１つの再生セクター、少なくとも１つの吸着セクター、そして少なくとも１つの冷却セクターを含む。【選択図】  図２
2007517663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
精製圧縮ガスを生成する方法において、
a)  ガス供給原料を圧縮して圧縮ガス供給原料を生成し、
b)  上記圧縮ガス供給原料を、圧縮ガスを通過させて不純物を取り除くための複数の通路を有するタイプで、少なくとも１つの回転式吸着装置の第１の再生セクターに送り、前記回転式吸着装置が上記圧縮ガスから不純物を吸着する能力を有しており、さらにその回転式吸着装置が回転すると連続的に再生される能力を有しているものであり、
c)  上記圧縮ガス供給原料を、上記回転式吸着装置の再生セクターを通過させて、不純物を取り除き、不純物を含む圧縮ガスの汚染されたストリームをつくりだし、
d)  上記圧縮ガスの汚染されたストリームを冷却して、凝縮装置内で圧縮ガスの上記汚染されたストリームから凝縮可能な不純物を凝縮し、上記凝縮装置から一定量の凝縮された不純物を取り除いて、その凝縮装置から圧縮ガスの冷却されたストリームをつくりだし、そして
e)  上記圧縮ガスの冷却されたストリームを上記回転式吸着装置の吸着セクターを通過させて、その内部で、さらに一定量の不純物を上記圧縮ガスから取り除いて、精製された圧縮ガス生成物をつくりだす
ことを特徴とする精製圧縮ガスを生成する方法。
【請求項２】
上記精製された圧縮ガス生成物が、上に述べたタイプの少なくとも２つの回転式吸着装置を用いてつくりだされ、上記圧縮ガス供給原料が第１の回転式吸着装置の吸着セクターを通過し、上記精製された圧縮ガス生成物が第２の回転式吸着装置の吸着セクターに送られて、その内部で、上記第２の回転式吸着装置の吸着セクターが残りの凝縮可能な不純物の大部分を除去して、最終的な生成物ガスストリームをつくりだし、その最終的生成物ガスストリームの小部分を循環ストリームに分流させると共に、その循環ストリームの少なくとも一部を第２の回転式吸着装置の再生セクターを通過させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記循環ストリームを、第２の回転式吸着装置の再生セクターに送る前に少なくとも２つの画分に分けて、上記の画分のうち第１のものを加熱した後、上記第２の回転式吸着装置の再生セクターを通じて循環ストリームの上記一部として送り、その画分のうちの第２のものを冷却して第２の回転式吸着装置の冷却セクターに送り、上記第２の回転式吸着装置のセクターのうちの少なくとも１つを通過させた後、少なくとも１つの画分の少なくとも一部を第１の回転式吸着装置の吸着セクターに送られる上記圧縮ガス供給原料又は圧縮ガスの冷却されたストリームに再導入することを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
上記第１及び第２の画分の少なくとも一部が再導入前に混合ストリーム内に合流され、上記混合ストリームの少なくとも一部が上記少なくとも２つの回転式吸着装置のうちの第１のものの冷却セクターを通じて送られることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
上記圧縮ガス供給原料が望ましい温度に加熱されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
上記圧縮ガスの汚染されたストリームの流出ガスが、冷却前に上記圧縮ガス供給原料と熱交換されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
上記精製された圧縮ガス生成物が、望ましい温度に冷却されて、冷却された精製圧縮ガス生成物をつくりだすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
上記精製された圧縮ガス生成物の体積で３〜１５％に相当する小部分が、上記回転式吸着装置に送られて冷却セクターを冷却することを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
冷却された圧縮精製ガスの小部分あるいは少なくとも１つの回転式吸着装置のうちの第１のものの冷却セクターからの混合ストリームが、加圧されて、圧縮ガス供給原料が回転式吸着装置の再生セクターに送られる前に、この圧縮ガス供給原料と混合されることを特徴とする請求項４又は８記載の方法。
【請求項１０】
上記ガス供給原料が空気か炭化水素であり、上記不純物が、水、塩酸、フッ化炭素、及びヒイドロフルオロカーボンで構成される群から選択される請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
上記ガスがエチレン及び天然ガスで構成される群から選択される請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
各回転式吸着装置内で、再生セクターを通じてのガス流が吸着セクターを通じてのガス流に対して向流であり、すべての冷却セクターを通じて流れるガス流が吸着セクターを通じてのガス流と並流であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
上記供給原料ガスが空気からなり、上記方法が、
空気をコンプレッサーに送って、圧縮ガス供給原料としての加熱、圧縮された空気のストリームをつくりだし、上記再生セクター内で水分を除去して、上記圧縮ガスの汚染されたストリームとしての冷却された、湿った圧縮空気のストリームをつくりだし、上記圧縮ガスの冷却された、湿った空気のストリームを第１の熱交換器を通過させて凝縮装置に送り込み、水分を凝縮不純物として除去し、上記圧縮ガスの冷却されたストリームとして圧縮空気のより冷たいストリームをつくりだし、上記圧縮空気のより冷たいストリームを前記回転式吸着装置の吸着セクターに送って水分を吸着し、精製された圧縮ガス生成物としての乾燥された圧縮空気生成物ストリームをつくりだし、そして、上記乾燥された圧縮空気生成物ストリームガスを第２の熱交換器内で望ましい温度に冷却し、上記第２の熱交換器からの冷却された乾燥圧縮空気の小部分を上記回転式吸着装置の冷却セクターに送ることによって、
乾燥した圧縮空気をつくりだすことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
上記精製された圧縮ガス生成物が、１０〜２５０ｐｐｍの水分を有していることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜４のいずれか１項による方法において、上記回転式吸着装置の吸着セクターがガス流を連続的に通過させるための１〜Ｎで示されるＮ個の吸着ゾーンを有しており、Ｎは２〜１０の整数であり、各吸着ゾーンが１つの吸着ゾーン取入れ口と１つの吸着ゾーン取出し口を有しており、回転式吸着装置の上記再生セクターが１〜Ｍで示されるＭ個の再生ゾーンを有しており、Ｍは２〜１０の整数であり、そして各再生ゾーンが１つの再生ゾーン取入れ口と１つの再生ゾーン取出し口を有しており、
さらにオプションとして、上記回転式吸着装置が、ガス流を連続的に通過させるための１〜Ｐで示されるＰ個の冷却ゾーンを有する冷却セクターを有しており、Ｐは１〜５の整数であり、そして、各冷却ゾーンが１つの冷却ゾーン取入れ口と１つの冷却ゾーン取出し口を有しており、
上記回転式吸着装置が上記吸着、再生、そしてオプションとしての冷却ゾーンの各取入れ口及び取出し口に対して、すべての吸着ゾーン、そしてすべての再生ゾーンそして、冷却ゾーンが存在している場合はその冷却ゾーンを通じて、さらに吸着ゾーン１に戻るように回転して、吸着、再生、及びオプションとしての冷却の連続サイクルを実現することを特徴とする方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの吸着セクターと、少なくとも１つの再生セクター及び少なくとも１つの冷却セクターを含んでいる吸着剤ホイールシステムにおいて、上記吸着剤ホイールシステムが１つ以上の吸着剤ホイールを含んでおり、それら吸着剤ホイールのそれぞれが２つの平らで、上記吸着剤ホイールの直径に平行な側面及び上記吸着剤ホイールの回転軸に平行な連続周縁を有しており、処理される圧縮ガスのフローが先ず上記再生セクターを通じて送られ、その後、圧縮ガスのフローが凝縮装置を通過させられてそのガス内の不純物を凝縮、除去し、そして、上記冷却セクターに送られて上記吸着剤ホイールを冷却し、さらに上記吸着セクターに送られてそのガスストリームから少なくとも１つの不純物を除去することを特徴とする吸着剤ホイールシステム。
【請求項１７】
請求項１６記載の吸着剤ホイールシステムにおいて、上記システムが少なくとも２つの吸着剤ホイールを有していて、低水分ガスストリームを生成するための２段階乾燥装置を備えており、さらに上記システムが、
a)  複数の通路を有する第１及び第２の回転式接触装置を備えている第１及び第２の吸着剤ホイールであって、それを通じて圧縮ガスが流れ、そのガスストリームから不純物としての水分を吸着すると同時にそのホイールが回転すると連続的に再生される第１及び第２の吸着剤ホイールと、
b)  上記２つの回転式接触装置のうちの第１のものの再生セクターへの水分を含んだガスの圧縮フローを受け入れるための少なくとも１つの取入れ口と、
c)  水分を含んだガスの圧縮フローを上記再生セクターから凝縮装置に送り、そこで、凝縮された水を不純物として取り除き、乾燥したガスフローをつくりだす手段と、
d)  上記ガスの乾燥されたフローを上記第１の回転式接触装置の吸着ゾーンを通じて送るための第１の通路と、
e)  上記第１の回転式接触装置の吸着ゾーンからの上記ガスの乾燥されたフローを、乾燥ガス生成物ストリームを生成するための上記第２の回転式接触装置の吸着ゾーンを通じて送るための第２の通路と、
f)  生成物として用いるために上記非常に乾燥したガスストリームの過半数部分を回収するための取出し口と、
g)  上記非常に乾燥したガスストリームの第１の小部分を加熱器を通じて送りその非常に乾燥したガスストリームを加熱し、さらにその加熱された第１の小部分を上記第２の回転式接触装置の再生ゾーンに送るための第３の通路と、そして
h)  上記非常に乾燥したガスストリームの第２の小部分をその第２の小部分を冷却するための冷却器に送り、さらにその冷却された第２の小部分を上記第２の回転式接触装置の冷却ゾーンに送るための第４の通路と
を含んでいることを特徴とする吸着剤ホイールシステム。
【請求項１８】
第５の通路が、圧力ブースターを通じて、上記第１及び第２の小部分のうちの少なくとも１つを送り、そして上記水分含有ガス内に送ることを特徴とする請求項１７記載の吸着剤ホイールシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス精製のプロセスと装置に関するものであり、更に詳しくは、ガス精製方法と吸着剤ホイール(adsorbent wheel)としても知られている連続回転式接触装置を用いた装置に関するものである。更に詳しくは、本発明は、ガス供給ストリームを圧縮した後にガス供給ストリームから不純物を取り除く連続回転式接触装置の利用に関するものである。本発明の好適な実施の形態において、本発明は、連続回転式接触装置を用いることでガス供給ストリームの圧力低下を最小限に抑えて不純物を除去する。
【背景技術】
【０００２】
プロセスストリームは、しばしば、例えば水のような凝縮性不純物を取り除く必要がある。ストリームそのものは、化学的価値、または圧縮のようなストリームに対する仕事をする上で消費されるエネルギーの価値故に有益である。不純物はしばしば吸着することで除去され得る。コストと利便性により、吸着剤が再生され、再利用されるようにシステムを設計する必要がある。しばしば、より価値の低いストリームが再生に利用される。例えば、天然ガスを再生する際には、再生ストリームとして窒素を使う。しかしながら、この再生ストリームを提供するには依然として莫大なコストがかかる。
【０００３】
圧縮・処理されたガスの重要な利用法の１つは、乾燥した空気中で装置や機械で利用することである。現在の方法では、まず空気を圧縮してから吸着床を利用して水やその他の汚染蒸気やガスを除去する。この方法においては、適切な吸着剤を含む乾燥装置が空気圧縮機の下流ストリームに置かれ、圧縮された空気の一部が乾燥装置の再生媒体として利用される。熱スイング吸着（ＴＳＡ）乾燥では、生産ガスの一部が加熱されてから再生媒体として利用される。同様に、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）装置では、生産ガスの一部は吸着床により、より減圧状態に開放され、膨張したガスが汚染物質を運び去る。両方のタイプのシステムにおいて、ガスの一部を圧縮するために利用されるエネルギーは、ガスのその部分が装置や機械で利用される圧縮された空気の大部分と共に留まらずに再生に利用されて消費される。高圧ガスを保有するシステムでは莫大なエネルギー節約ができる。
【０００４】
回転式吸着剤接触装置(rotary adsorbent contactor)は、加熱及び空調装置を含む様々なアプリケーションのため、及びそれらが破壊される前にＶＯＣを濃縮するために開発されてきた。吸着剤ホイールとも呼ばれるこの回転式接触装置は、除湿又は乾燥ホイール、エンタルピー制御ホイール及び開放サイクル乾燥冷却システムで使われてきた。しかしながら、本発明以前は、吸収ホイールシステムに様々な他のアプリケーションで利用される可能性があることは認識されていなかった。とりわけ、高圧システムで回転式接触装置を使ってガスストリームを高純度まで精製することができるとは認識されてこなかった。
【０００５】
乾燥ホイール技術の利用のほとんどは、特に暖房及び空調装置の分野で、飽和に近い状態から取り込んだ空気の湿度が約１／２に下がる際の空気の大量乾燥に重点を置いてきた。含水量が１／２から１／３に削減されることで、室温で約８０％の相対湿度は下がる。このような大量乾燥装置においては、結果として、基本的には断熱乾燥装置を通る空気による顕熱が必然的に増え、温度上昇が更に生産ストリームの相対湿度を下げることになる。しかしながら、本発明以前は、乾燥剤ホイールは、空気の予備的な清浄化や器具空気乾燥など、非常に乾燥した純粋な空気を必要とするアプリケーションでは使用されていなかった。
【発明の開示】
【０００６】
本発明では、先行技術でこのような乾燥剤ホイールを利用していたときと比較してけた違いに含水量やその他の不純物を減少させる。含水量は、特殊設定や純化のための特殊なニーズに基づいて、１００万分の数千というレベルから１けたレベルに減らすことが可能である。本発明は、空気乾燥のみならず、乾燥又はその他の方法で純化する必要のある圧縮ガスが存在するその他のアプリケーションに適用可能である。これらのガスには、天然ガスやその他の炭化水素アプリケーションが含まれる。
【０００７】
本発明において、ガスは圧縮器を出た後、乾燥又はその他の方法で回転式吸着剤接触装置を使って高圧で処理される。このプロセスは、吸着床を使う場合よりもずっと圧縮ステップで使用されるエネルギーを節約する。このプロセスでは、現在の圧縮空気乾燥装置の能力に見合うかそれを凌ぐ凝固点で、より低いコストで空気を生成する。
また、地球のオゾン層にダメージを与えるフロンガス冷却剤を使った冷却型圧縮空気乾燥機をなくすことで、環境的利点も実現される。
【本発明の概要】
【０００８】
本発明は、高圧ガスストリーム（１５ｐｓｉａ超）を純化する少なくとも１つの回転式吸着剤接触装置からなる。回転式吸着剤接触装置の数は、必要なガスの純度を決める個々のアプリケーションの必要性に基づいている。追加の不純物を取り除くようなある種のアプリケーションにおいて、または非常に低い不純物レベルが要求される場合に、少なくとも１つの回転式吸着剤接触装置が、必要に応じて追加される他の回転式吸着剤接触装置と共に利用される。
【０００９】
本発明は、加熱圧縮ガスを生成するためにガス圧縮機に最初にガス供給原料を送るステップを含む純化圧縮ガス生成プロセスを内容としている。その後、加熱圧縮ガスは、回転式吸着装置の再生セクターを通して送られ、回転式吸着装置の再生セクターから不純物を取り除き、これらの不純物を含む圧縮ガスストリームをつくりだす。その次に、圧縮ガスの汚染されたストリームが、汚染物質の一部分が圧縮ガスの汚染されたストリームから凝縮される凝縮装置（コンデンサ）内で冷却される。汚染物質のこの部分はこの時点でプロセスから取り除かれ、残りのストリームが圧縮ガスの冷却されたストリームとなる。圧縮ガスのこの冷却されたストリームが前記の回転式吸着装置の吸着セクターに受け渡され、そこで更にある一定量の汚染物質が前記の圧縮ガスから取り除かれて、純化圧縮ガス生成物をつくりだす。その後、純化圧縮ガス生成物は望ましい温度にされ、冷却された圧縮純化ガスのより小さい部分が純化圧縮ガス生成物から取り除かれて、前記回転式吸着装置の冷却セクターに送られ、前記冷却セクターを冷却する。
【００１０】
加熱圧縮ガスは、回転式吸着装置の再生セクターを通される前に、より熱いガス又は液体と熱交換などの何らかの外部手段によって更に加熱することができる。
【００１１】
ガス供給原料は、天然ガス井などの何らかの天然手段によって圧縮される。このガスは、仮に天然のままでは再生に十分なほどには熱くない場合には、回転式吸着装置の再生セクターを通じて送られる前に加熱される。
【００１２】
最初に空気ストリームを少なくとも１つの空気圧縮機に送って加熱圧縮された空気のストリームをつくりだすステップを含む乾燥圧縮空気生成プロセスが提供される。その次に、加熱圧縮空気ストリームは回転式吸着装置の再生セクターを通して送られ、その再生セクターから水分を取り除き、冷却された水分の多い圧縮空気ストリームをつくりだす。その後、圧縮ガスの冷却された水分の多いストリームは熱交換器を通じて送られ、圧縮ガスの冷却されたストリームをつくりだし、冷却された水分の多いストリームから一部の水分を凝縮して取り除く。水分の一部分が取り除かれた後、圧縮空気のより冷たいストリームは、更に多量の水分が圧縮空気のより冷たいストリームから取り除かれて乾燥した圧縮空気生成ストリームをつくりだし、吸着セクターが圧縮空気のより冷たいストリームから水分を吸着する前記回転式吸着装置の吸着セクターに送られる。純化圧縮ガス生成物は第２熱交換器を通じて送られ、純化圧縮ガス生成物を望ましい温度まで冷却し、冷却された純化圧縮ガスのより少ない部分が冷却された純化圧縮ガス生成物から取り除かれ、回転式吸着装置の冷却セクターに送られて冷却セクターを冷却する。
【００１３】
２段階純化装置は、低不純物ガスストリームをつくりだすのに使われる。少なくとも２台の回転式接触装置が使われ、それぞれの回転式接触装置に、不純物を吸着するために圧縮ガスが流れる数多くの通路を備えている。回転式接触装置は、前記圧縮ガスから不純物を吸着し、ホイールの回転に伴って連続して再生することが可能である。各回転式接触装置（吸着剤ホイールとも呼ばれる）は、少なくとも１つの吸着セクター、再生セクターと冷却セクターからなる。湿気を含んだ圧縮ガスフローを２台ある回転式接触装置の第１の装置の再生セクターに提供する接続手段と、凝縮された不純物を取り除く凝縮手段に湿気を含んだガスの圧縮された流れを送り、そこで凝縮された不純物を取り除いて乾燥したガスフローをつくりだす接続手段がある。前記第１回転式接触装置の吸着ゾーンを通じて前記の純化されたガスの流れを送る接続手段と、非常に純粋なガス生成物ストリームを提供するために前記第２回転式接触装置の吸着ゾーンを通じて前記第１回転式接触装置の前記吸着ゾーンから前記の純化されたガスの流れを送る接続手段と、生成物として利用される前記の非常に純粋なガスの流れの大部分を送る接続手段がある。前記の非常に純粋なガスストリームの２つのより少ない部分を送る手段で、前記の第１小部分は、最初に望ましい温度まで加熱されてから前記の第２回転式接触装置の再生ゾーンに送られ、前記の第２小部分は、望ましい温度まで冷却されてから前記の回転式接触装置の冷却ゾーンに送られる。これらの２つのストリームは、必要とあれば、いかなる圧力低下も補うべく更に圧縮可能で、圧縮ステップで不純物が取り除かれるようにする点、すなわち、最初の供給原料を圧縮する前か、第１回転式吸着装置の再生セクターを導入する前か、凝縮手段に送る前か、前記の第１回転式接触装置の吸着ゾーンに送る前に、圧縮ガスの本流に再導入される。
【００１４】
吸着剤ホイールは、下記の一連の要因に代表されるような様々な吸着装置、再生装置と冷却ゾーンを含む。本発明は、Ｎが２から１０までの整数である１からＮで指定されるＮ吸着ゾーンを通じて回転式吸着装置のセクターを回転させ、Ｍが２から１０までの整数である１からＭで指定されるＭ再生ゾーンを通じて前記の回転式吸着装置の前記セクターを回転させ、Ｐが０から５までの整数で、０はいかなる冷却装置も存在しないことを表し、Ｐが０より大きい時、吸着ゾーンが冷却ゾーン１からＰまで回転して吸着ゾーン１に戻り、連続的な吸着・再生と冷却のサイクルを作るＰ冷却ゾーンを通じて前記の回転式吸着装置の前記セクターを状況に応じて回転させる純化圧縮ガスをつくりだすプロセスである。圧縮ガス供給原料ストリームは、再生ゾーンＭを通じて送られ、前記の再生ゾーンから少なくとも１つの不純物を取り除き、不純物が濃縮された流出物を提供する。次は、Ｈが整数で、各ステップでＭから２まで漸減する再生ゾーンＨから再生ゾーンＨ−１に流出物を送り込み、前記の再生ゾーンから少なくとも１つの不純物を取り除き、不純物内で高められた流出物を提供するＭ−１ステップである。その後、再生ゾーン１からの流出物ストリームを冷却し、不純物の一部分を濃縮し、不純物を取り除くことで圧縮ガスの冷却されたストリームを提供する。次のステップでは、圧縮ガスの冷却されたストリームは回転式吸着装置の吸着ゾーンＮを通じて送られ、吸着装置上の少なくとも１つの不純物を吸着し、少なくとも１つの不純物内で使い尽くされる流出物ストリームを提供する。Ｋが整数で、各ステップでＮから２までをデクリメントする吸着ゾーンＫから吸着ゾーンＫ−１に流出物ストリームを送り、吸着装置上の少なくとも１つの不純物を吸着し、少なくとも１つの不純物内で使い尽くされる流出物ストリームを提供するＮ−１ステップが続き、ステップＮ−１からの流出物は、純化生成物ストリームである。冷却ステップが存在するようにＰが０より大きい場合は、純化生成物ストリームの少なくとも一部分は冷却され、冷却ゾーンＰを通じて送られ、吸着装置を冷却し、より大きなエンタルピーを有する流出物ストリームを提供する。Ｐが１より大きい場合は、Ｌが整数で、Ｐから２まで減少する冷却ゾーンＬから冷却ゾーンＬ−１に流出物を送って吸着装置を冷却し、より大きなエンタルピーを伴った流出物ストリームを提供するＰ−１ステップが続くが、Ｐが１である場合にはこのステップはスキップする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
回転式吸着装置（吸着剤ホイール）は、熱スィング吸着（ＴＳＡ）工程で、ストリームから所定量の不純物を取り除くために必要な吸着剤の量を減らすのに非常に効率的な方法である。その理由は、ホイールには固定床吸着装置が必要とするような大掛かりな平衡ゾーンが必要ないことである。バルブ、吸着剤容器壁、ヘッド、吸着剤のすべてを吸着／再生サイクル中に加熱・冷却する必要があるため、実質的な平衡ゾーンは固定床吸着剤において有益である。実質的な平衡ゾーンがなければ、エネルギー消費量のより大部分が、吸着剤と比較して補助的な構成要素の加熱に用いられる。回転ホイールの場合、床とホイール支柱構造に関連する小さな熱物質だけが加熱される。再生セクターを取り囲むホイール・ハウジングは比較的一定の高温に留まり、いかなる温度循環も受けない。
【００１６】
また、ホイールシステムにおいては、物質移動は、固定床吸着装置よりも著しく高い。その理由は、ホイールが一般的に吸着剤のより薄い層を利用し、そのことによりガス相供給原料から平均的な吸熱サイトへの距離がかなり短くなるからである。固定床吸着装置は、圧力低下を減らすため、比較的大粒の吸着剤粒子を取り入れなければならない。一体的なホイール構造でガスにおいて起きるが圧力低下は、一体構造の高空隙率とその結果である流れに対する大きな水力直径のお蔭で、ホイールと比べて著しく低い。
【００１７】
ホイールシステムは、例えば、空気ストリームから水分を取り除く場合に用いられる。図１、図２に示されているように、熱い圧縮供給原料は直接、ホイールの再生ゾーンに向かう。大抵の状況下では、このストリームは近飽和状態で再生ゾーンを離れる。飽和の程度は、ストリームの湿度、再生エネルギー供給、そして再生ゾーンの相対的サイズによる。この近飽和ストリームはその後冷却され、凝縮されて、システムから水分が取り除かれる。この冷却された水分を含むストリームは、再生フローの方向とは逆方向でホイールの吸着ゾーンに送られる。この乾燥生成物ストリームは分割され、その中には、吸着の方向とは逆行して、ホイールの冷却ゾーンに戻るものもある。冷却流出物ストリームもまた水との飽和状態に近く、冷却や凝縮する前に再生流出物ストリームと結合される。
【００１８】
このプロセスで、ホイールは、ホイールの所定のセクターが、最初に吸着ゾーンとして機能し、その後回転して再生フローに接触し、ガスの冷却フローに接触し、そして再びサイクルを開始するようにまた吸着ゾーンに戻って接触するように回転する。一般的に、吸着ゾーンは、ホイール表面の約１／２を占め、再生ゾーンと冷却ゾーンはそれぞれホイール表面の約１／４を占めている。これらの割合は、ホイールのアプリケーションやホイール上に置かれた特定の負荷によって変化する。
【００１９】
本発明のこのプロセスは、圧縮乾燥機の熱で現在使われているプロセスを大きく改良した。それらの乾燥機は、吸着剤固定床を利用している。熱い圧縮供給材料は、固定床を再生するために供給される。その結果として生じる水蒸気で飽和されたストリームは、冷却されて、水分の多くを凝縮して取り除く。この冷却されたストリームは、逆流して、熱い再生吸着床に送られる。吸着剤ホイールを利用する本発明において、冷却ステップを付け加えることで、システムのエンタルピーのほとんどが生産ストリームに残らなくなる。したがって、より低温で吸着床と平衡状態になるので、冷却されたストリームはより乾燥する。先行技術の、このようなプロセス構成のホイールを含まない固定床の場合では、冷却された床を得るために、第３の吸着床又は弁制御及びサイクルを一層複雑にしなければならない。このような変更にはコストがかかる。吸着剤ホイールでは、ホイールを３つのゾーン、すなわち、再生、冷却、吸着に分けさえすればよい。吸着剤ホイールを操作する場合、効果的に操作して高圧ガス流から不純物を取り除くためには、冷却ゾーンの吸気口の圧力が再生ゾーンの吸気口の圧力より高くなるようにするために、吸着ゾーンに向かうストリームは吸着剤ホイールに接触する前に圧縮される必要がある。
【００２０】
アプリケーションによっては、ガス圧縮の前に凝縮装置を配置することもある。この圧縮が、再生又は冷却流出物上の凝縮に先立って行われるかその後に行われるかは、プロセスストリームの詳細に関わる事柄である。凝縮に先立って圧縮する場合は、高圧で圧縮する必要があり、再生／冷却流出物内の水分の圧縮を必要とするが、冷却ガスを吸着ゾーンに流れ込ませることができるので、より露点が低い生成物が可能になる。凝縮した後に圧縮すると、ガスを圧縮する量は減り、より低い圧力が必要となるが、高温供給原料を吸着ゾーンに送り込まなければならない。ある種の高純化アプリケーションでは、圧縮してから更に冷却することでより経済的になるという効果が得られる。生成物の極く一部を圧縮して、吸着セクターに送られる供給原料の圧力に加えて、ホイールのリムやハブに加圧し、供給原料がリムやハブに入り込んだり、生成物内でからみついてしまうのを防ぐ。
【００２１】
本発明で使用される回転式接触装置には、いくつか異なるタイプがある。１つの型の回転式接触装置又はホイールは中心ハブとケーシングを備えている。ハブとケーシングの間には、再生可能な媒体又は工程の空気ストリームから湿気を取り除くために内部に乾燥剤を分散してある板紙が備えられている。
【００２２】
回転式吸着装置は、１つのストリームから別のストリームへの漏出が性能に対し決定的に重要な意味を持つわけではないＨＶＡＣ型エンタルピー回収装置のような非要求型アプリケーションで使われることが多い。これらの高圧アプリケーションでは、高圧であるために漏出の可能性はより大きくなり、供給原料に比較して生成物が高純度である必要がある場合に、漏出の影響が大きくなる。
【００２３】
したがって、先行技術で知られているような回転式吸着装置の周りの密封がプロセスの機能にとって重要になる。本明細書にその全体が組み入れられる米国特許第６，４０６，５２３号明細書には、圧力回転再生を利用した吸着分離をするために使われる回転式吸着装置が開示されている。回転する表面の密封が適切である場合には、その他の回転式吸着装置の使用が可能になる。先行技術で知られている密封には多くの型があり、複数の密封面を提供して移動面での漏出を最小限に抑えることも多い。
【００２４】
本発明のその他の実施の形態では、媒体は、空気を通すため、回転軸に平行な多数の開口式通路を提供するように位置づけられた平らで波形の板紙でできた交代層が加工、提供されている。一般的に、媒体は、ハブの周りにある波形板紙（板紙の平らなシートは片側に糊付けされている）のウェブを巻き上げて形成され、外側のケーシングに向かって延びる多層型媒体が作り上げられる。片側が平らな波形板紙は、板紙の平らなストリップを板紙の波形のストリップの上に糊付けして位置づけてつくる。ストリップの幅でホイールの幅が決まり、板紙の縁でホイールの表面が作られる。なお、通路を形成するその他の加工技術も使われる。
【００２５】
ホイール用媒体又は板紙は、連続したプロセス空気のような空気ストリームから湿気を取り除くように作用する繊維性の物質と任意の物質からなる。ホイールは、耐熱性微小繊維性合成有機繊維又は耐熱性微小繊維性合成無機繊維からなる板紙と特定のアプリケーション用に選ばれた吸着物質で形成される。ガスから水分を取り除くアプリケーションでは、吸着剤は、シリカゲル及び／又は擬似ベーマイトアルミナと結合したＸ型ゼオライト、または化学修飾したＹ型ゼオライトのいずれかである。本発明において、吸着剤は、ゼオライト、またはこれらのゼオライトの混合物であると想定される。アプリケーションによっては、吸着剤は、アルミナ、シリカゲルそしてゼオライトの混合物からなる。
【００２６】
微小繊維性有機繊維は、その強さと連結能力ゆえ、全乾燥板紙の１５重量％という低い水準で適切な補強をする。複数の異なる有機繊維物質ならびに無機繊維物質が、乾燥ホイールを再生する温度に応じて、乾燥ホイール用乾燥紙として使われる。例えば、極細繊維ガラス、ミネラルウール、その他セラミック製品のような無機繊維が採用される。このような繊維は幅広い範囲の温度で安定しているが、紙を波型にする段階でひび割れに悩む。綿のような天然有機繊維も利用されるが、再生温度に制限がある。本発明で有益な合成有機繊維は、高密度ポリエチレン、高密度ポリプロピレン、芳香族ポリアミド（すなわちアラミド）、ポリスチレン、脂肪族ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリアクリル酸、アクリロニトリルホモポリマー、ハロゲン化モノマーとのコポリマー、スチレンコポリマーそしてポリマーの混合物（例えば、ポリプロピレンと低密度ポリエチレンの混合物や高密度ポリエチレンとポリスチレンの混合物）からなる合成有機繊維である。
【００２７】
しかしながら、その強さと軽重量、そして温度に対する抵抗性ゆえ、本発明の乾燥ホイール用に好適な有機繊維は、アラミドから選ばれる。アラミドは、繊維形成物質が、アミド（−ＣＯ−ＮＨ−）結合の少なくとも８５％が直接２つの芳香環につながっている長連鎖合成ポリアミドである。このようなアラミド繊維は、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）という商標でデュポン社から販売されている。ＫＥＶＬＡＲは、ＫＥＶＬＡＲ３０３のように、紙形成を目的として設計された精製パルプとして市販されている。精製の過程で、ＫＥＶＬＡＲ繊維軸は高せん断力を適用すると端々で微小繊維(fibril)に分割され、ツリー状構造をつくる。板紙を製造する際には、微小繊維が連結して板紙の強度を高めることが発見されている。ＫＥＶＬＡＲは４５０℃になるまで酸化性雰囲気中でも安定である。デュポン社から販売されているＮＯＭＥＸ（登録商標）など、他に高温に抵抗力のあるアラミドも本発明で板紙を形成するのに適している。しかし、これらの繊維は、同様の方法で、微細化又は繊維化することが好ましい。
【００２８】
製造の１つの工程で、本発明で使われているような吸着剤ホイール、すなわち、ＫＥＶＬＡＲ３０３パルプは、直径がおよそ１２ｍμで、長さも最大で４ｍｍしかない繊維軸を持っているため、最初に分散されて水性スラリーを形成する。その後、スラリーはディスクその他の高せん断精製機に送り込まれる。それは微小繊維性繊維軸を更に分割して追加の微小繊維にする上で効果的である。微小化ステップの後、ＫＥＶＬＡＲ３０３繊維軸は長さが１ｍｍから４ｍｍの範囲になり、微小繊維は直径が１ｍμから３ｍμに達する。
【００２９】
吸着剤ホイールは、上記の物質を用いて製造され、外気に含まれる湿気を直ちに吸着して、短期間の再生サイクル中にホイールから出る湿気を脱着させるホイール又はボディを提供する。本発明によれば、(アプリケーションによっては吸着剤ホイール又は乾燥ホイールとしても知られている)連続回転式接触装置を採用することで、圧縮ガスストリームを乾燥させたりその他の方法で純化させたりする。したがって、圧縮されたガスストリームを純化する目的で連続システムが提供され、その目的とするアプリケーションで採用されている。
【００３０】
その他、吸着剤ホイールは、結合材マトリクス（一般的な塗り厚は、片側約１ミル）で両側に微粒子乾燥剤を塗布した薄い基板（例えば、１．３から２ミル厚のアルミ箔）で作られる。吸着剤ホイールは、また、固体吸着剤又は融解性吸着剤を塗布又は含浸しているその他の金属箔、ポリマー膜又は紙基板から作られる。更に、ホイールが回転する速度とホイールの質量は、熱と質量を１つの空気ストリームから他方の空気ストリームに移動させる割合を高めるようにするために、ホイールが回転する速度とホイールの質量は、処理されるガス流の質量と比較して高いことが望ましい。
【００３１】
別の実施の形態では、吸着剤ホイールは、回転式で、乾燥剤を塗布したアルミニウム製脱湿ホイールである。乾燥が重要な役割を果たすアプリケーション中の好適な乾燥剤ベースの乾燥ホイールは、稼動状態で稼動した時、最大限の脱湿を行うよう最適化された乾燥剤被膜を利用する。
【００３２】
脱湿ホイールは、好適には主として脱湿に利用され、全エネルギー回収に使われるわけではないので、一般的に、基板質量は比較的少なく（３０〜５０％）、乾燥剤質量は比較的多い（５０〜７０％）。このようなホイールに使用する乾燥剤は、できるだけ高い水分吸着能力を備え、技術的・経済的制約と両立するような、できるだけ多くの乾燥剤質量をホイール上に持ち合わせていることが望ましい。更に、非乾燥質量が乾燥物質を運んで担持することが要求されるが、このような質量はホイールの脱湿効率を低めてしまうため、ホイールはできるだけ非乾燥質量を保持しないことが好ましい。
【００３３】
乾燥剤ベースの脱湿ホイールを取り入れた実施の形態で使われる乾燥物質は、例えば、Ａ型、Ｘ型、Ｙ型の分子篩、その他のゼオライト、活性アルミナ、塩化リチウムその他の融解性の塩、疎水性ポリマー又は空気ストリームから水蒸気を吸着、吸収可能なその他の物質からなる。
【００３４】
本発明で使用可能なその他のタイプの吸着剤ホイールは、ここでその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，６８３，５３２号明細書に記載された物質からなる。前記特許では、効率よく他の活性ガスを脱湿、吸着し、狭い通路内でガスの通過抵抗を比較的小さく抑える活性シリカゲルハニカム吸着ボディの製造方法を開示している。回転部の狭い通路の大きさ、シリカゲルの微小孔の大きさや表面積などによって条件は変わる。湿気に対して高い吸着率を誇り、狭い通路内でガスを通過させる際の抵抗が小さく、１００％の相対湿度を持つ大気中で使用可能な活性シリカゲルハニカム吸着ボディは、片面波形シートの波長をおよそ２．５から６．５ｍｍミリに制限し、波高をおよそ１．３から４．０ｍｍ、活性シリカゲルの量を無機繊維紙の重量のおよそ０．５から３．０倍、生成されたシリカゲルの微小孔径の主な分布領域がおよそ２００オングストローム以下、微小孔の所定の表面積を３００から６００ｍ２／ｇに抑えることで得られる。本発明の吸着ボディは、７０％以下の相対湿度を持つ不活性ガスから、湿気だけでなく匂い物質を吸着して取り除くことも可能である。本発明の吸着ボディは、無機繊維で作られるハニカム型のマトリックス上でシリカゲルを合成して得られる吸着ボディである。吸着ボディはシリカゲルの微小孔中で優先的に湿気を吸着し、相対湿度が低い大気中でその他のにおいガスを吸着する。吸着ボディの微小孔が湿気その他の活性ガスで飽和すると、装置はそれ以上の吸着物の吸着が不可能になる。したがって、吸着ボディは、相対湿度１００％の大気中で稼動可能である。
【００３５】
吸着剤ホイールの回転速度は、どの程度の純度や再加熱効率が求められているかに応じて調整される。
【００３６】
図１は、本発明の基本プロセスの簡単な説明を示すものである。吸着剤ホイール２の再生セクター３内で吸着剤ホイール２と接触するライン１を流れる熱い圧縮ガスストリームが示されている。矢印は、吸着剤ホイール２の回転方向を示す。システムの設計によって、吸着剤ホイールは、時計回り又は反時計回りに回転する。吸着剤ホイール２を通過してほぼ飽和状態になったライン７を流れるガスストリームは図に示すとおりである。ライン７を流れるガスストリームは、湿気の大部分を凝縮するまでライン７を流れるガスストリームを充分冷却するコンデンサ８に進み、ライン１０を流れる復水となってシステムを出て行く。ライン９を流れる冷却された飽和ガスストリームの流れは、コンデンサ８から吸着剤ホイール２の吸着セクター５に進み、そこで、ライン９を流れるガスストリームから残留水分又はその他の不純物のほとんどを取り除く。その結果として得られるライン１２を流れる、乾いたガスの流れの大部分が、生成ガスを継続して構成する。この生成ガスの湿度は大変低く、吸着プロセスの影響を受けるため、吸入ガスより温度が高い。結果として得られる、乾いたガスの流れの小部分がライン１１に示されており、冷却セクター４で吸着剤ホイール２に送り返される。通常、この少ない方は、結果として得られる、乾いたガスの流れのおよそ２から６％を構成する。したがって、吸着剤ホイール２は、望ましいレベルまで冷却された後、サイクル内の吸着・再生部分でより高温のガスの流れに接触する。吸着剤ホイールの冷却セクターを冷却してから、このガスの流れは、ライン６を流れて凝縮前のガスの流れに戻り、ライン７を流れるガス流となる。冷却作業を行うこの流れをシステムで使い果たしてしまうことも可能であるが、本発明ではガスが吸着剤ホイールシステムを流れる際に圧力低下が最小限に抑えられるので、ガスストリームを保存する方がずっと好適である。
【００３７】
図２は、本発明による高圧空気乾燥機の概略図である。ライン２０を流れる圧縮された空気の流れは、コンプレッサー２１に進み、圧縮の結果として更に圧縮、過熱される。ライン２２を流れるガスストリームとして、フランジ４１内のチューブ（図示せず）を通って圧力器２３に高温の再生ガスが入るところが示されている。ライン２２を流れるガスストリームは、熱交換器２４を通って更に加熱される。ガスストリームは、分配板４５のような分配手段を通じて流動方向が決められ、乾燥ホイール２６の再生セクターを通過する。ライン２７を流れるガスストリームは、コンデンサ２８に進んで冷却され、水分は除去される。ライン２９を流れる冷却水の流れは、コンデンサ２８に入り、ライン３０から出る。凝縮物はライン３１から出る。ライン３２を流れるガスストリーム供給原料は、フランジ３３を通って分配板３４に入ってから乾燥ホイール２６の吸着セクターに入り、更にガスストリームを乾燥させる。乾燥ホイール２６の吸着セクターから出る乾燥した空気は、熱交換器３９で更に冷却され、この冷却された乾燥した空気は、ライン３６を流れる乾燥空気正味生成物（圧力器２３を出るところを図示）である過半数部分と、ライン３７を流れる冷却部分である少数部分に分割される。ライン３７を流れる冷却部分は、分配板３８を通過した後、乾燥ホイール２６の冷却セクターを通る。冷却セクターを通過した後、冷却部分は、コンプレッサー２１につながる弁４０を通ってライン２０を流れる吸入ストリームに再循環するライン４３を流れるガスストリームになる。一般的なアプリケーションでは、コンプレッサー２１は、第３段階コンプレッサーである。第１段階及び第２段階のコンプレッサーは図には示されていない。
【００３８】
図３は、ハブ５１を備えた吸着剤ホイール５０を示す図である。吸着セクター５２、再生セクター５４と冷却セクター５６の３つのセクターが図示されている。ガスフローは、図面上で、吸着セクター５２に入り、冷却セクター５６及び再生セクター５４から出ていく。矢印５８で示されるように、ホイールは時計回りに回転する。バルブシール６０は、吸着剤ホイール５０とシール６２用溶接ストリップの各セクションを分割する。一般的な吸着剤ホイールでは、吸着セクターが最大のセクションで、再生セクターは冷却セクターより幾分大きい。破線５７は、吸着セクター５２、再生セクター５４、冷却セクター５６が、ガスフローから追加の不純物を取り除くべく、それぞれ２つから３つのセクターに分割されていることを示している。
【００３９】
図４は、並行の冷却ステップを備えた本発明の別の実施の形態を示す。ガス供給原料はコンプレッサー７０で圧縮され、ライン７１を流れるガスストリームとなる。天然ガス井から出る天然ガスのようにガス供給原料が自然に圧縮されるアプリケーションでは、コンプレッサーは必ずしも必要ではない。ライン７１を流れる圧縮ガス供給原料は、熱交換器９０を通って望ましい再生温度までライン７１を流れる圧縮ガス供給原料を加熱し、吸着剤ホイール７２の再生セクター７３に流れ込む。圧縮されたガスは、再生セクター７３から不純物を取り除き、ライン７４を流れる不純物を含んだガスや汚染物質を含んだガス熱交換器７５に進んでガスを冷却し、ガスに含まれる凝縮可能な不純物を凝縮して取り除くコンデンサ７６に入る。結果として得られる冷却されたガスは、ライン７８を流れる純化ガス生成物をつくりだす吸着剤ホイールの吸着媒体に残留不純物のほとんどを吸着させる吸着剤ホイール７２の吸着セクター７７に進む。図４に示されるように、ライン７８を流れる純化ガス生成物の一部分は、ライン７９を通って吸着剤ホイール７２の冷却セクター８０に迂回させられる。ライン７９を流れる純化ガス生成物部分は、吸着セクター７７のガスフローの方向に並行する方向で吸着剤ホイール７２の冷却セクター８０に入る。吸着剤ホイール７２を冷却した後、ガスフローのこの部分は、ライン７１を流れる吸入ガスストリームの圧力と一致するまでガス圧を高めるブーストブロワー８２を通ってライン８１を流れるガスストリームとなる。ライン８１を流れるガスストリームの温度は熱交換器８３で高められ、ライン８１を流れるガスストリームはライン７１を流れる再生ガスストリームと合流する。
【００４０】
図５は、ガスストリームの再圧縮に使われる電力消費量を最小限に抑えるシステム内の少なくとも１つの場所にブーストブロワーを設置した逆流冷却装置を備えた本発明の実施の形態を示す。図５に３台のコンプレッサー１００が示され、ライン１０１を流れる圧縮ガスストリームが、そこから、ライン１２５、１２６で表される方向に回転する吸着剤ホイール１０２の再生セクター１０４に流れる。熱交換器その他の加熱手段（図示せず）で状況に応じて加熱されるライン１０１を流れる圧縮ガスストリームは、ライン１０５を流れるストリームとして熱交換器１０６に流れ込んで冷却され、その後コンデンサ１０８に流れ込んで凝縮可能な不純物がガスストリームから凝縮され、ライン１０９で取り除かれる。ライン１１２を流れるガスストリームは吸着剤ホイール１０２の吸着セクター１１０に進み、吸着剤ホイール１０２ではガスストリームから大量の残留不純物を取り除くが、ガスストリームは吸着セクター１１０を通過した後にライン１１３を流れる純化ガス生成物になり、ライン１１３を流れる純化生成ガスは必要に応じて使用される。ライン１１３を流れる純化ガス生成物の一部分はライン１１４を通って迂回させられ、冷却水のような冷却手段を用いて熱交換器１１６で冷却される。冷却された純化ガス生成物の圧力は、ガスストリームの圧力を維持し、ガスストリームを圧縮前のガスストリームと合流させる必要をなくすため、ブーストブロワー１１８によって押し上げられる。また、ブーストブロワーはライン１１９を流れるストリームの圧力を上げるため、図のようにブーストブロワー１２４の位置に設置される。アプリケーションによってはブーストブロワーを１１８又は１２４の位置に設置することが望ましいが、アプリケーションによっては両方の位置にブーストブロワーを設置することも可能である。いずれの場合も、ライン１１９の圧力は、ライン１０５の圧力以上まで高める必要がある。冷却されたガスストリームは、吸着剤ホイール１０２の冷却セクター１２０に進んで吸着剤ホイール１０２の表面を冷却する。ガスストリームは前述のようにブーストブロワー１２４を用いて圧力が押し上げられ、ここに示されているように再生セクター１０４を通り抜けてライン１０５を流れるガスフローと合流する、ガスストリームと合流する。
【００４１】
図６は、２つの吸着剤ホイールを備えた２段階乾燥機を示す。吸着剤ホイールは、圧力器１９０内に含まれるように描かれている。このタイプの乾燥機は、例えば天然ガスを乾燥させてＬＰＧ仕様にしたり、水分含有量１ｐｐｍ以下の水準まで空気を乾燥させるなど、特別な乾燥ガスを生成するのに効果的である。図６では、ライン１４０を流れる空気ストリームがコンプレッサー１４２を通過するところが描かれている。圧縮熱で加熱された結果としての圧縮ストリームは、吸着剤ホイール１４６の再生セクター１４４に進む。再生ステップでの効果を高めるため、再生セクター１４４に接触する前のストリームに図のように熱交換器１４３で追加熱が加えられる。図６には、流入再生ストリームと流出再生ストリームの間にある最適の熱交換器が示されている。ストリームが吸着剤ホイール１４６の再生セクター１４４を通過する際に再生セクター１４４から不純物が取り除かれる。ライン１４８を流れるガス流は図のように熱交換器１５０その他の冷却手段で冷却され、ガス流は、ストリーム中の凝縮可能な不純物をライン１５３内の廃棄物ストリーム中でコンデンサ１５２を用いて凝縮、除去するのに充分な温度まで更に冷却される。ライン１５４を流れる冷却された飽和ガスストリームは、吸着剤ホイール１４６の吸着セクター１５６に進み、そこで不純物はガスストリームから除去されて吸着剤ホイールに吸着する。最終的にホイールは、不純物がその後再生セクター１４４で除去されるように回転する。吸着セクター１５６を離れた後、ライン１５５を流れるガスストリームは、必要に応じて第２吸着剤ホイール１６０内の吸着セクター１５８に進み、使用された特定の吸着剤にしたがって他の不純物と共に残留水の残りがガスストリームから取り除かれる。結果として得られるライン１６２を流れる生成物ストリームの湿度は非常に低い。ライン１６２を流れる生成物ストリームのごく一部がライン１６４を通って迂回させられ、ライン１６７と１６５で、それぞれが第２吸着剤ホイール１６０の再生セクターならびに冷却セクターを処理するために２つの部分に分割される。生成物ストリームのうちライン１６５を流れる冷却ガス部分は、熱交換器１６８で冷却され、更に第２吸着剤ホイール１６０の冷却セクター１７０を冷却する。ライン１６７を流れる再生ガス部分は、熱交換器１７４で加熱され、更に吸着剤ホイール１６０の再生セクター１７６を通過して吸着剤ホイールから不純物を取り除く。ライン１７２を流れる冷却ガス部分とライン１６６を流れる再生ガス部分が合体してライン１７８を流れる単一のガス流となり、ブーストブロワー１８０を通過して、結果として得られるライン１８２を流れるガス流の圧力を高め、ライン１８２を流れるガス流は吸着剤ホイール１４６の冷却セクター１８４を冷却するのに充分な温度にまで冷却される。ブーストブロワー（図示せず）は再生セクター１４４に流れ込む再生ガス流と合流するライン１８６を流れる冷却セクターガス流の圧力を上げる。
【００４２】
図に示されているように本発明の実施例では、圧縮の各段階の合間に中間冷却しながら、圧縮の３段階で１００ｐｓｉｇまで外気を圧縮する。第１・第２段階の中間冷却機で大量の水分が除去される。この外気は圧縮されて第３段階で最終圧力６９０ｋＰａ（１００ｐｓｉｇ）まで圧縮され、その時点で外気温度は１４９℃（３００°Ｆ）に達する。この外気は、吸着剤ホイール乾燥機システムを内蔵する圧力器に供給される。この外気は、補助水蒸気を用いて更に１８０℃（３５６°Ｆ）まで加熱される。この外気は、ホイールを再生し、一般的にホイール面積の１／３を占めるホイールの再生セクターを通過する。外気は、給水柱の直径ピッチがおよそ５ｃｍ（２インチ）の圧力低下が非常に少ないひれ付き管型熱交換器に送られ、また３２℃（９０°Ｆ）まで冷却される。そのプロセスで水は凝縮物として取り除かれ、冷気はホイールの吸着セクターに供給され、含水量２７ｐｐｍまで乾燥させられる。この乾燥した空気のごく一部（６％未満）がホイールの冷却に使用され、再圧縮の目的で第３段階に送り返されるか、または、空気流に戻されて吸着剤ホイールの吸着セクターで乾燥した冷却済み供給原料となる。乾燥した空気の大半を占める残留部分は、乾燥空気純生成物としてプロセスに供給される。
【００４３】
以下の実施例は、本発明の高圧深部乾燥ホイールの効率を示す。
【実施例１】
【００４４】
外径１０３．６ｃｍ（３．４フィート）、ハブ径１１．４３ｃｍ（４．５インチ）、表面積０．８３３２ｍ2（８．９６９ft2）のホイールが使用される。吸着剤ホイールは、活性媒体体積０．４１６６ｍ3（１４．７１３ft3）、ホイール空隙率０．７３、回転率がサイクル当たり３６０秒で、１時間に１０回転、ゼオライト比０．７、ホイール空隙率０．７３、紙密度が１立方センチメートル当たり０．８３ｇ、媒体質量が９３．３ｋｇ（２０５．７ポンド）の紙。以下のプロセス条件が使われる。供給原料中の水分レベルは、７２７０ｐｐｍから２７ｐｐｍ（ｖ／ｖ）に減らされる。吸着圧力は７．８０ＡＴＭ（ａｂｓ）である。
【表１】
2007517663.tif 000003
【００４５】
生成物ガスはおよそ６７２１ＳＣＦＭで、ガス内の水分のモル比率は体積ベースで２７．２ｐｐｍである。
【実施例２】
【００４６】
本実施例では、本発明による吸着剤ホイールを使って天然ガスから不純物を取り除く目的で用いられている標準吸着床間の比較をする。吸着剤ホイールを連続で稼動し、技術システムの現状で必要とされる複数の吸着床に比べて単一の吸着剤ホイールで稼動可能なため、要求される吸着剤の量を大幅に減らすことができる。一般的な３床システムでは、３つの床用として７２，０００ｋｇ（１５０，０００ポンド）超の吸着剤が必要とされるが、同じ天然ガス流を処理する吸着剤ホイールシステムでは、たった１５００ｋｇ（３４００ポンド）の吸着剤しか必要ではない。
2007517663.tif 000004
【実施例３】
【００４７】
本実施例では、空気ロスのない２段階高圧ホイールシステムが示されている。不純物（水分）はすべて凝縮して取り除かれている。
【００４８】
中程度から高圧（約７．８絶対気圧）で、ガス乾燥機は１対の吸着剤ホイールからなる。熱い圧縮ガスは、１５０℃でコンプレッサーの最終段階を出る。２段階高圧ホイールシステムに入る前の水分含有量は２３，０００ｐｐｍ(ｖ)（体積ベースで湿潤空気の100万分率）である。湿潤空気の流速は、３．１６２ｍ3/秒（６７００ＳＣＦＭ）［標準状態を１０１．４ｋＰａ（１４．７ｐｓｉａ）、２１℃（７０°Ｆ）とした標準立方フィート量／分］である。
【００４９】
熱い圧縮ガスが第１ホイールを再生する。この熱い湿潤空気は、２つのホイールのうち第１ホイールの再生部分を通って流動方向が決められる。第１ホイールの再生セクターを通過する際に、湿潤空気は更に多くの水分を吸収する。この空気の流出条件は、水分含有量２９，０００ｐｐｍ（ｖ）である。この空気は３０℃で冷却され、１２０℃で再生部分を出る。
【００５０】
次のステップでは、ガス流を冷却して不純物を凝縮し、コンデンサのような位相分離機で取り除く。第１ホイールの再生セクターを出て行くガスは、いくつかの段階で冷却される。流出ガスの凝固点以上の場合には、熱が有効で、第２ホイールの再生セクターに受け渡される。
【００５１】
第１の再生流出ガスのすべてを、利用可能な冷却水供給によって限定される温度にまで冷却しなければならない。気相水が空気と共に分離機からのオーバーヘッドストリームから排出され、一方凝縮された水分が位相分離機の下部から排出される。
【００５２】
第１ホイールの冷却排ガスからなるストリームは、再生流出物、オーバーヘッドストリーム又はノックアウトと混合される。冷却ガスストリームがオーバーヘッドストリームの飽和レベルを超えている場合は、このストリームは再生流出物と混合される。もし、第１ホイールの冷却流出ガスがノックアウトオーバーヘッドの飽和レベル未満の場合、ガスはノックアウトオーバーヘッドと混合される。この冷却ガスストリームの量はＸであるが、Ｘは第２ホイールに必要とされる再生・冷却ストリームで決まる。
【００５３】
流れは、再生セクターと逆行する第１ホイールの吸着セクターに向かう。第１ホイールの吸着セクターに向かうガスストリームの量は６７００＋ＸＳＣＦＭである。このガスストリームは、冷却水温度の時、または冷却水温度に近い時に飽和状態に近くなる。この実施例のシミュレーションで、温度を３３．３℃、水分含有量を体積当たり６４００ｐｐｍとした。ガスストリーム中の水分のほとんどは吸着剤で除去され、吸着剤ホイールの固体部分に濃縮されている。ガスの温度は、第１ホイールの吸着ゾーンを通過する際に１３℃まで上昇する。４６℃になると１８０ｐｐｍ（ｖ）でガスは吸着剤を離れる。
【００５４】
その後、そのガス流は第２ホイールの吸着セクターに向かう。第１吸着セクターを出た生成物ストリームはすべて、第２ホイールの吸着ゾーンに供給される。一般的に、このガスを利用可能な冷却水で限定される温度にまで冷却することが有効である。ガスストリームは更に１ｐｐｍ(ｖ)未満のレベルまで乾燥される。温度はごくわずか上昇する。乾燥プロセスのこの時点で、第２ホイールの純生産物は２つのストリームに分割されるが、両ストリームとも非常に乾燥した状態である。６７００ＳＣＦＭのコンプレッサー供給原料率に匹敵する名目流速で、大部分が純生産物として取り出される。
【００５５】
残留物Ｘ ＳＣＦＭは、２つの異なるストリームに分割される。一方は第２ホイール再生用に加熱され、他方は第２ホイール用冷却ガスとして利用される。これらのガスストリームはそれぞれ第２ホイールの吸着方向と逆方向に送られる。
【００５６】
第２ホイールを出る再生部分及び冷却部分は、混合、再加圧、冷却されて、第１ホイール用の逆流冷却剤となり、冷却して水分を凝縮する以前の主な流れか、もしくは第１ホイールの吸着ゾーンに向かう供給原料に再導入される。
【００５７】
この実施例の目的で、供給原料の圧力は絶対圧力７．８とした。コンプレッサーの送り速度は常に６７００ＳＣＦＭに維持され、再生ストリームはそれぞれ１５０℃に固定された。冷却ストリームは３３．３℃とし、第１ホイール冷却ストリームの大きさＸは１０００ＳＣＦＭから１５００ＳＣＦＭの間で変化する。第１ホイールの回転率は３０回転／時間に保たれるが、この条件は各Ｘ値の最適率に近いことが分かっている。
【００５８】
シミュレーションの結果は以下の表２に示すとおりである。
【表２】
2007517663.tif 000005
【００５９】
３３．３℃でノックアウトオーバーヘッドを出る飽和ストリームは、水分を６４００ｐｐｍ（ｖ）含む。したがって、Ｘ値＝１５００ＳＣＦＭで第１ホイールの冷却ストリーム流出物内で混合をするのに最適な場所は、ノックアウトの出口である。Ｘ値＝１２５０ＳＣＦＭではほとんど差がないが、Ｘ値＝１０００ＳＣＦＭで冷却流出物ストリームを置くのに最適な場所は、冷却して水分をノックアウトするステップの前である。
【００６０】
下流ホイールの詳細は、第２ホイールに送り込まれる低い水分レベルのホイールを設計することは比較的容易であるため省略した。
【００６１】
本発明の例示的な実施の形態はここに述べたが、本発明がこれらのここに開示された実施の形態に限定されるものでなく、本発明の範囲や精神から逸脱することなく様々な変更や修正を技術者が行い得る。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の方法を簡略に示す図である。
【図２】高圧乾燥ホイール空気乾燥機システムを示す図である。
【図３】３つの主要なセクターを伴った吸着剤ホイールを示す図である。
【図４】並流冷却ステップを伴った高圧吸着剤ホイールシステムを示す図である。
【図５】電力消費量を最小限に抑えるブーストブロワーを伴った高圧吸着剤ホイールシステムを示す図である。
【図６】非常に乾燥したガスストリームを提供する２段階吸着剤ホイールシステムを示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
２、２６、５０、７２、１０２、１４６、１６０  吸着剤ホイール
３、５４、７３、１０４、１４４、１７６  再生セクター
４、５６、８０、１２０、１８４、１７０  冷却セクター
５、５２、７７、１１０、１５６、１５８  吸着セクター
８、２８、７６、１０８、１５２  凝縮装置（コンデンサ）
【図１】
2007517663.tif 000006
【図２】
2007517663.tif 000007
【図３】
2007517663.tif 000008
【図４】
2007517663.tif 000009
【図５】
2007517663.tif 000010
【図６】
2007517663.tif 000011
【国際調査報告】
2007517663.tif 000012
2007517663.tif 000013
2007517663.tif 000014