(57)【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管状のハウジングと、
前記ハウジングの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弁と、を備え、
前記複数の弁の各々は、導管と流れ連通して、前記ハウジングの外部の位置から前記導管を通って前記弁を介し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、
前記複数の弁の各々は、前記吸着床の境界面断面領域内に弁断面領域を有し、
前記境界面断面領域のアスペクト比が２よりも大きく、
前記吸着床は、前記管状のハウジング内に配置された取り外し可能なモジュール直方体形吸着床ユニットであり、前記管状のハウジングと前記直方体形吸着床ユニットとの間の境界は、封止要素を含む、
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】
前記封止要素は、前記直方体形吸着床ユニットの一部である、
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】
前記封止要素は、ガスケット又は結合剤である、
請求項１又は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】
前記封止要素は空気圧式又は膨張式ベローズ型ガスケットであり、前記封止要素は、当該封止要素を膨張させることにより作動する、
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５】
前記境界面断面領域のアスペクト比が３〜１２の範囲である、
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６】
前記境界面断面領域のアスペクト比が３〜７の範囲である、
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７】
前記複数の弁の各々が断面領域を有し、前記複数の弁の断面領域が、前記境界面断面領域内にある、
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】
前記ハウジングは、前記ハウジングを形成するために本体部分に連結されたヘッドを備え、前記複数の弁は前記ヘッドに固定されており、前記本体部分は筒状であり、前記ヘッドは前記筒状の本体部分の端部を閉鎖する部材である、
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】
前記ハウジングは、前記ハウジングを形成するために本体部分に連結されたヘッドを備え、前記複数の弁は前記本体部分に固定されており、前記本体部分は筒状であり、前記ヘッドは前記筒状の本体部分の端部を閉鎖する部材である、
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１０】
前記複数の弁のうちの２又は３以上は、共通の作動機構を介して操作される、
請求項１ないし９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１１】
前記ハウジングは、３４．４７ｋｐａ（５ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ））ないし９．６５Ｍｐａ（１，４００ｐｓｉａ）の圧力を維持するように構成される、
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】
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管状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複数の供給ポペット弁を開くステップであって、前記複数の供給ポペット弁の各々は、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の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、前記複数の供給ポペット弁の各々は、前記吸着床の境界面断面領域内に弁断面領域を有し、前記境界面断面領域のアスペクト比が２よりも大きいようにし、前記吸着床は、前記管状のハウジング内に配置された取り外し可能なモジュール直方体形吸着床ユニットであり、前記管状のハウジングと前記直方体形吸着床ユニットとの間の境界は、封止要素を含む、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）前記ハウジング内の前記内部領域から離れて生成物導管に生成物ストリームを導くように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、
前記方法は、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、前記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前記吸着床ユニットに送り、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くステップを含むステップと、
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、前記追加サイクルの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１３】
前記境界面断面領域のアスペクト比が３ないし１２の範囲である、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記境界面断面領域のアスペクト比が３ないし７の範囲である、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の供給ポペット弁の各々が断面領域を有し、前記複数の弁の断面領域が、前記境界面断面領域内にある、
請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の供給ポペット弁を開くステップは、共通の作動機構を移動させて前記複数の弁を開くステップを更に含む、
請求項１２ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数の供給ポペット弁を開くステップは、少なくとも１つの供給弁ステムに連結された供給ディスク要素と前記吸着床ユニットの前記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ために、前記少なくとも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を更に含む、
請求項１２ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
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前記生成物ストリームを形成するように、前記サイクル持続時間が１秒を超えて３００秒未満の期間である、  請求項１２ないし１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記ガス状供給ストリームは、前記ガス状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、
請求項１２ないし１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ガス状供給ストリームの供給圧力は、２．７６Ｍｐａ（４００ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ））〜９．６５Ｍｐａ（１，４００ｐｓｉａ）の範囲である、
請求項１２ないし１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記１又は２以上の吸着ステップを実行するステップは、二酸化炭素（ＣＯ2）レベルを体積比１００万分の５０未満にまで低下させるように構成される、
請求項１２ないし２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記１又は２以上の吸着ステップを実行するステップは、水（Ｈ2Ｏ）レベルを体積比１００万分の１０５未満にまで低下させるように構成される、
請求項１２ないし２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
サイクル式スイング吸着床ユニットを製造する方法であって、
内部領域を有する管状のハウジングを形成するステップと、
複数の弁ポートをハウジング内に生成するステップと、
前記複数の弁ポートの各々において前記ハウジングに弁を固定して複数の弁を形成するステップと、
前記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、を含み、
前記複数の弁の各々は、前記ハウジングの外部の位置から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、前記複数の弁の各々は、前記吸着床の境界面断面領域内に弁断面領域を有し、前記境界面断面領域のアスペクト比が２よりも大きく、
前記吸着床は、前記管状のハウジング内に配置された取り外し可能なモジュール直方体形吸着床ユニットであり、前記管状のハウジングと前記直方体形吸着床ユニットとの間の境界は、封止要素を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記複数の弁ポートを前記ハウジング内に生成するステップは、
ヘッドを形成するステップと、
前記複数の弁ポートを前記ヘッド内に生成するステップと、
前記ヘッドを本体部分に固定して前記ハウジングを形成するステップと、を含み、
前記本体部分は筒状であり、前記ヘッドは前記筒状の本体部分の端部を閉鎖する部材である、
請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記複数の弁ポートを前記ハウジング内に生成するステップは、
ヘッドを形成するステップと、
本体部分を形成するステップと、
前記本体部分内に前記複数の弁ポートを生成するステップと、
前記複数の弁ポートを前記本体部分内に固定するステップと、
前記ヘッドを前記本体部分に固定して前記ハウジングを形成するステップと、を含み、
前記本体部分は筒状であり、前記ヘッドは前記筒状の本体部分の端部を閉鎖する部材である、
請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
共通の作動機構を前記複数の弁に固定するステップを更に含み、前記共通の作動機構は、前記複数の弁を開閉するように構成される、
請求項２３ないし２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
吸着床を前記ハウジングの内部領域内に配置する前に、前記吸着床の周りに封止要素を配置するステップを更に含む、
請求項２３ないし２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記封止要素は空気圧式又は膨張式ベローズ型ガスケットであり、前記吸着床を前記ハウジングの内部領域内に配置した後に前記封止要素を膨張させることにより前記封止要素を機械的に作動させて、前記ハウジングと前記吸着床との間に圧力境界を形成するステップを更に含む、
請求項２７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、２０１５年１０月２７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６２／２４６，９２０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、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、従来的な手法である。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成分の量が多くなる。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有する吸着床を含む。これらの吸着床ユニットは、床構造において種々の充填材を利用する。例えば、吸着床ユニットには、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ことができる。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。
【０００７】
更に、様々な吸着床ユニットは、導管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異なる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許仮出願第６２／２４６，９２０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、吸着床内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、更に別の要因は、吸着床ユニットを様々な圧力で収容し、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構成する必要があることを含むことができる。
【００１０】
これらの課題は、体積流量が極めて高いプロセス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。平坦なヘッド及び高い設計圧力に対する要件は、吸着床の直径に実際的制限をもたらす。例えば、最大動作圧力８５バール絶対圧（ｂａｒａ）の場合、実際の最大吸着床ユニットの内径は約１．４メートル（ｍ）であり、対応する平坦なヘッドの厚さは約３５５ミリメートル（ｍｍ）〜３８０ｍｍである。ヘッドの疲労寿命及び周期的歪みは、弁のヘッドを貫通する孔の数及びサイズに強い影響を受ける。従って、ヘッドを貫通する孔の数及びサイズは、吸着床ユニットの設計における制限要因である。
【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、特大のヘッドを用いてガス体積用の流路を提供することにより、従来の吸着手法の欠点を克服する。本発明の技術は、従来のガス調整プロセスと比較して、より少ない設備投資、遙かに小さな機器占有面積、及び低い炭化水素損失を提供する。
【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。吸着床ユニットは、内部領域を形成するハウジングと、ハウジングの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、導管と流れ連通して、ハウジングの外部の位置から導管を通って弁を介し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、複数の弁の各々は、吸着床の境界面断面領域内に断面領域を有し、境界面断面領域のアスペクト比は２よりも大きい。また、境界面断面領域のアスペクト比は、３〜１２又は３〜７の範囲とすることができる。
【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提供される。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複数の供給ポペット弁を開くステップであって、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、複数の供給ポペット弁の各々は、吸着床の境界面断面領域内に弁断面領域があり、境界面断面領域のアスペクト比が２よりも大きい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）ハウジング内の内部領域から離れて生成物導管に生成物ストリームを導くように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、上記方法が更に、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くステップを含むステップと、ｃ）少なくとも１つの追加サイクルについてステップ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。
【００１４】
更に別の実施形態において、サイクル式スイング吸着床ユニットを製造する方法が提供される。本方法は、内部領域を有するハウジングを形成するステップと、複数の弁ポートをハウジング内に生成するステップと、複数の弁ポートの各々においてハウジングに弁を固定して複数の弁を形成するステップと、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、を含み、複数の弁の各々は、ハウジングの外部の位置から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、複数の弁の各々は、吸着床の境界面断面領域内に弁断面領域を有し、境界面断面領域のアスペクト比が２よりも大きい。本方法は、ハウジングの内部領域内に吸着床を配置する前に吸着床の周りに封止要素を配置するステップと、吸着床がハウジングの内部領域内に配置された後に封止要素を膨張させるなどの機械的に作動させて、ハウジングと吸着床との間に圧力境界を形成するステップと、を更に含むことができる。
【００１５】
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】
【００１６】
【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】本発明の技術の一実施形態による、関連する弁組立体及びマニホールドを有する吸着床ユニットの一部分の概略図である。
【図４】本発明の技術の一実施形態による、直方体形吸着床ユニット構成を利用する代替の吸着床ユニットの例示的な概略図である。
【図５】本発明の技術の一実施形態による直方体形吸着床ユニット構成の断面図の例示的な概略図である。
【図６】本発明の技術の一実施形態による直方体形吸着床ユニット構成の別の代替図の例示的な概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」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。
【００１８】
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。
【００１９】
本明細書で使用する「アスペクト比」は、吸着床の境界面断面領域によって定められる、吸着床の長さを吸着床の幅で除算した比を指す。アスペクト比の決定に関して、長さと幅が同じ値でない場合、長さは幅と比較してより大きな数値である。例えば、円柱形状の吸着床ユニットは、アスペクト比１を有し、ここで長さ及び幅が吸着床の境界面断面領域の直径（例えば、円形断面領域）であり、直方体形状の吸着床ユニットは、アスペクト比２を有することができ、ここで吸着床の境界面断面領域（例えば矩形断面領域）において長さが幅の２倍である。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
「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。
【００２３】
「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である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。
【００２４】
用語「境界面断面領域内の弁断面領域」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側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。
【００２５】
本明細書で使用する体積パーセントは、標準状態に基づいている。標準状態は、温度０℃（例えば、３２°Ｆ）及び絶対圧力１００キロパスカル（ｋＰａ）（１ｂａｒ）に標準化される。
【００２６】
本発明の技術を用いて、ストリームの汚染物質を特定レベルまで低減することができる。上記のように、従来の手法は、吸着床の真上で境界面断面領域内に弁を有する。しかしながら、吸着床へのストリームの流れを制御するのに必要な弁が、吸着床の上方で利用可能な占有面積よりも大きい（例えば、境界面断面領域にわたって利用可能なスペースを超える）場合には、代替の構成が必要である。本発明の技術は、この制限事項を克服するために以下に示される様々な実施形態を含む。
【００２７】
本発明の技術は、吸着床を通る急速サイクルストリーム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、体積スループットを最大限にしながら、吸着床ユニットの境界面断面領域を最小限にするようにバランスさせる。関連する高い体積スループットには、より大きなサイズの弁（例えば、より大きな弁断面領域を有する弁）及び／又はより多くの数の弁を必要とする傾向がある。多くの従来の構成において、吸着床ユニットのヘッドの表面積は、必要な数の弁及び関連する弁サイズに対して不十分なスペース（例えば、平坦ヘッド上で十分には利用可能ではない）しか提供しない。その結果、本発明の技術は、吸着床剤ユニット内の弁の数を吸着床の境界面断面領域とバランスさせる吸着床ユニットを提供する。更に、この構成は、所与の用途で利用される吸着床ユニットの数を最小限にすることができる。例証として、この構成は、幅に比べて横方向の長さを増大させる、吸着床の形状（例えば、矩形）を調整する、及び／又は弁を収容するための占有面積（例えば、弁に使用される表面積）のアスペクト比を変更するために変えることができる。
【００２８】
従来技術の手法とは対照的に、本発明の技術は、境界面断面領域のアスペクト比を増大させる異なる構成（例えば、直方体形構成及び／又は境界面断面領域に関して異なる形状を有する構成）で利用される吸着床を有することによって、吸着床への流体流れに対して追加のスペースを提供する。例えば、従来の構成において、吸着床は、吸着床と直接的に流れ連通し且つ吸着床に直接隣接して境界面断面領域内に配置される弁を有する、通常は円形である境界面断面領域を有する。本発明の技術では、本構成は、従来の円柱形吸着床構成と比較して、吸着床に隣接して且つ境界面断面領域内に弁を配置するためにより多くのスペースを提供するアスペクト比を含む。本発明の技術は、吸着床のより長い長さ部分に沿って配置された弁を提供することができ、これには、従来利用されているものとは異なる形状に吸着床を形成することが必要となる場合がある。このような構成において、境界面断面領域の幅に対する長さの比又はアスペクト比は、１．１より大きく、２より大きく、３より大きく、及び／又は４よりも大きく、境界面断面領域の幅に対する長さの比又はアスペクト比は、１２未満、７未満、又は５未満である。例えば、アスペクト比は、２〜１２の範囲、３〜１２の範囲、３〜９の範囲、３〜７の範囲、又は４〜５の範囲とすることができる。
【００２９】
１又は２以上の実施形態において、吸着床ユニットは、吸着床ユニットの直方体形構成とすることができる。この構成において、吸着床ユニットは、水平方向に配向することができ、鍛造、鋳造又は他の好適な方法によりパイプから形成することができる。吸着床は、吸着床ユニット内に長手方向に設置することができ、弁は、吸着床ユニットの頂部及び底部に沿って設置され、長手方向の流れを促進することができる。この構成において、弁は、吸着床ユニットの両側（例えば、頂部及び底部）に配置することができ、吸着床は、弁の間に取り付けることができる。ハウジングと吸着床との間の間隙を封止して、吸着床周りを迂回する流れを阻止することができる。吸着床ユニットにおける流れの全体的な方向は、一方の組の弁から他方の組の弁へ吸着床を通過することができるが、吸着床の境界面を横切る局所的な流れも生じて、流れの分配を促進することができる。
【００３０】
別の実施形態において、本発明の技術は、直方体形吸着床ユニットの組立構想を含むことができる。この構成において、弁は、薄壁型吸着床ユニット用の溶接取付ボス上に取り付けられ、又は厚壁型吸着床ユニット用の機械加工取り付け面上に取り付けることができる。また、この構成において、吸着床は、吸着床ユニットの非境界面端部の一方から設置することができ、これにより、溶接によって固定される可能性がある弁又はプロセス配管を解体することなく、吸収床を取り外して再設置する機能が提供される。従って、吸着床ユニットの非境界面端部は、平坦ヘッド、楕円形ヘッド及び／又は半球状ヘッドを有するフランジ付きにすることができ、これは壁厚を低減するのに役立つことができる。この直方体形吸着床ユニット構成は、低デッドボリュームを必要とし、吸着床の流動長が比較的短い用途に好適とすることができる。吸着床ユニットの内径は、吸着床の対角寸法に比例する。吸着床流動長が増大すると、吸着床ユニットの内径も必然的に増大する。従って、本構成は、吸着床ユニットの直径が約１メートル以下であるものに対してより有利とすることができるが、このことは、用途特有のものとすることができる。
【００３１】
有利なことに、本発明の技術は、従来の構成と比較して様々な機能強化を含む。例えば、本構成は、必要に応じて、比較的容易に長さを増大させ、異なる吸着床体積及び／又はより多くの弁を収容することができる。更に、モジュール設計は、ユニット流量に合わせて構築され、これらのモジュールを複製することによって所望の流量に調整することができる。別の機能強化には、単一の吸着床ユニット上での様々なサービスのために多数の弁を収容する能力を含めることができ、これにより、ある内径を有する吸着床ユニットの従来の構成によって課される制限を克服することが可能となる。更に、本発明の技術は、吸着床ユニット用としてより薄いハウジング又は壁を用いる能力に起因して、より軽量の吸着床ユニットを提供することができると同時に、弁が吸着床に隣接し且つ境界面断面領域内にあるのでデッドボリュームを少なく維持することができる。また、端部の一方を介したアクセスにより、本構成は、吸着床内部の補修及び保守のために容易にアクセスすることができる。
【００３２】
また、本発明の技術は、供給ストリーム及びパージストリームなどのストリームに対する様々な圧力を含むことができる。例えば、ハウジング内の圧力は、５ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）から１，４００ｐｓｉａの圧力範囲とすることができる。更に、供給圧力は、好ましい吸着供給圧力に基づくことができ、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、５０ｐｓｉａ〜８００ｐｓｉａの範囲、又は４００ｐｓｉａ〜６００ｐｓｉａの範囲とすることができる。
【００３３】
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の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。何れにしても、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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の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、又はヘッド又はハウジング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、様々な弁パターン又はポペット弁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、マニホールド及び／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。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。
【００３６】
上記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、不活性ガスの生成、及び／又は炭化水素の回収が挙げられる。本発明の技術は、以下の図１〜６を参照してより理解することができる。
【００３７】
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。
【００３８】
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、方法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、スイング吸着方法における１又は２以上のステップに専用とすることができる。
【００３９】
一例として、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、弁孔又は弁開口部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ハウジング２０６に接続される。この図では、弁（図示せず）が弁開口部２０４に配置されている。これらの弁開口部は、吸着床の境界面断面領域内にあり、この境界面断面領域は、直径２１０及び破線２１２に基づく円形面積であってアスペクト比１を有する。
【００４０】
この概略図において示されるように、弁開口部２０４に配置される弁は、境界面断面領域内にある吸着床の真上に配置される。しかしながら、吸着床への流れを制御するのに必要な弁が吸着床の上方で利用可能な占有面積よりも大きい場合、この構成では流体の流れは維持されない。
【００４１】
本発明の技術は、従来の構成と比較してより多くの弁を支持するために、より多くのスペース又は占有面積を提供する異なる構成を含む。例えば、本発明の技術は、１．１より大きい、２よりも大きい、３より大きい、及び／又は４よりも大きいアスペクト比を有する、吸着床ユニットの境界面断面領域内で吸着床ユニットの部分上に弁を配置するステップを含むことができ、境界面断面領域の幅に対する長さの比又はアスペクト比は、１２未満、７未満、又は５未満である。例えば、アスペクト比は、２〜１２の範囲、３〜１２の範囲、３〜９の範囲、３〜７の範囲、又は４〜５の範囲とすることができる。更に、本発明の技術は、直方体又は他の好適な柱状形態など、種々の形態の吸着床を形成するステップを含むことができる。有利なことに、本発明の技術は、吸着床のアスペクト比を調整し、従来の円柱状構成と比較して、その占有面積がより大型の弁及び／又はより多くの弁を収容するよう構成されるようになる。
【００４２】
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、ハウジング内に着座可能なディスク要素又はハウジング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（図示せず）。ポペット弁の構成は、何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する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、マニホールド及び／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。
【００４３】
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。このような固体吸着材料は、吸着床ユニット内の物理的及び化学的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。
【００４４】
一例として、図３は、本発明の技術の一実施形態による、弁組立体及びマニホールドを有する吸着床ユニットの一部の概略図３００である。図１の吸着床ユニット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３１８及び下部ヘッド３２０と共に、壁３１４及び断熱層３１６を含むことができるハウジング又は本体を含む。吸着床３１０は、上部ヘッド３１８及び下部ヘッド３２０と断熱層３１６との間に配置されて、上部開放ゾーン及び下部開放ゾーンをもたらし、これら開放ゾーンは、実質的に開放流路空間から構成される。吸着床ユニット内のこのような開放流路空間は、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む。ハウジングは、内部領域内で０ｂａｒａ（ｂａｒ絶対圧）又は０．１ｂａｒａ〜１００ｂａｒａの圧力を維持するように構成することができる。
【００４５】
上部ヘッド３１８及び下部ヘッド３２０は、弁組立体３２２〜３４０など（例えば、ポペット弁）の弁構造をそれぞれに挿入することができる開口部を含む。それぞれのヘッド３１８又は３２０と吸着床３１０との間の上部又は下部の開放流路空間はまた、流体を吸着床３１０内に実質的に均一に直接導入する流れ分布器（図示せず）を含むことができる。流れ分布器は、有孔プレート、円形プレート又は吸着床にわたって流れを分配する他の装置を含むことができる。上部ヘッド３１８は、入口マニホールド３４２及び３４４並びに出口マニホールド３４８、３５０及び３５２を通る流路を提供するために様々な開口部（図示せず）を含み、一方、下部ヘッド３２０は、入口マニホールド３５４並びに出口マニホールド３５６、３５８及び３６０を通る流路を提供するために様々な開口部を含む。弁組立体３２２〜３４０が、それぞれのマニホールド３４２〜３６０と流体連通して配置される。弁組立体３２２〜３４０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、作動機構は、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。
【００４６】
この構成において、吸着床は、吸着床深さ３７０、吸着床長さ３７２及び吸着床幅（図示せず）を有する直方体とすることができる。吸着床深さ３７０は、吸着床３１０との境界面（例えば、流体が出入りする吸着床３１０のそれぞれの端部）間の吸着床３１０を通過する距離である。吸着床長さ３７２は、吸着床の非境界面端部（例えば、吸着床を通る流路に沿っていない又は吸着床の境界面を通る流路に対して垂直である、吸着床ユニットのそれぞれの端部）に沿って吸着床の一方の端部から吸着床の他方の端部までの距離である。吸着床幅は、長さの端部とは異なる端部である、端部吸着床の他の非境界面端部（例えば、吸着床長さを測定するのに使用される吸着床の端部に対して垂直である、吸着床ユニットのそれぞれの端部）に沿った吸着床の一方の端部から吸着床の他方の端部までの距離である。吸着床の長さ及び吸着床の幅は、この構成における吸着床の境界面断面領域である。更に、弁組立体３２２〜３４０は、吸着床長さ３７２に沿って延びる吸着床３１０の一部分に沿って配置され、弁断面領域は、吸着床３１０によって定められる境界面断面領域内にある。
【００４７】
弁組立体３２２〜３４０に対して追加のスペースを提供するために、吸着床の長さ３７２は、吸着床の幅よりも大きいように拡大することができる。例えば、吸着床の幅に対する吸着床の長さの比は、１．１より大きい、２よりも大きい、３より大きい、及び／又は４よりも大きく、境界面断面領域の幅に対する長さの比又はアスペクト比は、１２未満、７未満、又は５未満である。例えば、アスペクト比は、２〜１２の範囲、３〜１２の範囲、３〜９の範囲、３〜７の範囲、又は４〜５の範囲とすることができる。
【００４８】
スイング吸着プロセスにおいて、サイクルは、特定の時間間隔を各々が有する１又は２以上のステップを伴い、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（本プロセスに対して何れ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て、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ばれる場合がある）が複数のステップで実施され、各ステップでの圧力変化を低減して効率を向上させるようにする。急速サイクルスイング吸着方法など、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、吸着床の再生に関係する。従って、再生の時間量の何らかの削減は、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。
【００４９】
更に、他の実施形態において、弁組立体は、ハウジングの本体部分に設置することができ、一方、ヘッドは、何らかの弁組立体を含まない場合がある。例えば、壁３１４とヘッド３１８を逆にすることができる。この構成において、壁３１４は、本体部分に取り付けられるヘッドとして構成され、ヘッド３１８及び３２０は、ハウジングの本体部分とすることができる。この構成において、吸着床３１０は、吸着床ユニットの側面上のヘッドのうちの１又は２以上を介して断熱層３１６と共に取り外され、それぞれのマニホールド３４２〜３６０及び弁組立体３２２〜３４０の破断を低減することができる。
【００５０】
更に別の実施形態において、別の構成は、デッドボリュームの変化を減少させる調整を含むことができる。例えば、図４は、本発明の技術の一実施形態による、改良された垂直円筒形吸着床ユニットの例示的な概略図４００である。この概略図４００において、吸着床ユニットのハウジング４０２上の一次弁４０４などの一次弁は、吸着床４０８の周縁又は境界面断面領域内に配置され、一方、二次弁４０６などの二次弁は、吸着床４０８の反対側の端部の境界面周縁又は境界面断面領域内に配置される。詳細には、一次弁４０４及び二次弁４０６に対するそれぞれの弁断面領域は、吸着床４０８のそれぞれの端部に対する境界面断面領域内に配置される。吸着床は、吸着床長さ４１２、吸着床幅４１１及び吸着床深さ４１０を有する。この構成において、アスペクト比は、吸着床４０８についての吸着床長さ４１２を吸着床幅４１１で除算したものである。
【００５１】
この構成において、吸着床ユニットは、水平方向に配向され、パイプ、鍛造、鋳造、又は他の方法で作製することができる。また、この構成は、弁位置に柔軟性を提供し、ヘッド上に直接設置可能な数よりも多くの弁を用いることができるようになるが、それでも尚、吸着床に隣接して吸着床の境界面周縁又は境界面断面領域内に弁を維持することができる。吸着床は、吸着床ユニット内に長手方向に設置され、弁は、吸着床ユニットの頂部及び底部に沿って設置されて、長手方向の流れを促進する。有利なことに、この構成は、平坦ヘッド及び円形の境界面断面領域を有する従来の円柱上の利用可能なスペースにおいて実施可能な数よりも多くの弁又はより大型の弁を設置する能力を提供する。
【００５２】
図５は、本発明の技術の一実施形態による、図４の吸着床ユニット構成の断面図の例示的な概略図５００である。この概略図５００は、図４の構成の一実施形態とすることができる吸着床ユニットの端面図である。この概略図において、吸着床５０８は、吸着床深さ５１０、吸着床幅５１２、及び吸着床長さ（図示せず）を有する。弁５０６及び５１４は、距離５０４及び５１６だけ離隔されたヘッド５０２及び５１８に連結されるボルトによって吸着床ユニットの頂部及び底部に取り付けられる。吸着床５０８は、弁５０６と５１４の間でハウジング５０３内に取り付けられる。ハウジング５０３と吸着床５０８との間の境界面を封止して（図示せず）、吸着床５０８周りを迂回する流れを阻止することができる。吸着床ユニットにおける流れの方向は、弁５０６などの一方の組の弁から弁５１４などの他方の組の弁へ吸着床５０８を通過する。また、吸着床５０８の頂部及び底部の境界面を横切る局所的な流れは、流れ分配を促進することができる（例えば、弁５０６及び５１４に近い吸着床５０８のそれぞれの端部）。
【００５３】
更に、弁断面領域のアスペクト比は、境界面断面領域の寸法のうちの１つ（例えば、吸着床長さ又は吸着床幅）にほぼ等しいとすることができる。この構成において、各々が弁断面領域を有するポペット弁は、矩形の境界面断面領域を有することができる吸着床の長さに沿って一列で形成することができる。ポペット弁の過剰領域（例えば、ポペット弁ハウジングによって占有される）は、吸着床の境界面断面領域の外側にある。その結果、利用可能な表面積又は占有面積は、円形の境界面断面領域を有する吸着床と比較して、より効率的に利用される。
【００５４】
図６は、本発明の技術の一実施形態による、直方体形吸着床ユニット構成の別の代替図の例示的な概略図６００である。この概略図６００において、本体部分６０４は、本体部分内に形成された様々な弁開口部６０６を有する管状部材から形成される。弁開口部のうちの１つにおいて、弁組立体６０８が挿入されて、本体部分６０４の外部にある位置から本体部分６０４内に配置された吸着床６１０までの流路を提供する。吸着床６１０は、矢印６１２で示される方向に本体６０４内に挿入され、流れが吸着床６１０周りを迂回又は流動しないように封止要素６１４を含むことができる。この構成において、吸着床６１０の非界面端部は、弁及び関連する導管を破断させることなくアクセスを可能にするためにヘッド（図示せず）に隣接している。吸着床の保守用のアクセスは、フランジ付き端部を介して提供することができる。
【００５５】
理解されるように、直方体吸着床ユニットは、種々の構成で様々な方法によって製作することができる。例えば、弁は、薄壁型吸着床ユニット用の溶接取付ボス上に取り付けられ、又は厚壁型吸着床ユニット用の機械加工取り付け面上に取り付けることができる。吸着床は、吸着床ユニットの一方の端部から設置することができ、吸着床ユニットの他方の端部は、中実体部分、固定されたヘッドとすることができ、或いは、追加の流路用の１又は２以上の弁を含むことができる。更に、封止要素は、ガスケット及び／又は結合剤とすることができる。更なる機能強化として、封止要素は、圧力境界を解消することなく格納可能な封止要素を提供する、空気圧式又は膨張式ベローズ型ガスケットとすることができる。従って、吸着床がハウジングの内部領域内に配置された後、封止要素を機械的に作動させて（例えば、膨張させて）ハウジングと吸着床との間に圧力境界を形成することができ、或いは、吸収床がハウジングの内部領域内に配置された後に封止要素を機械的に作動させて、ハウジングと吸収床との間に圧力境界を形成することができる。
【００５６】
有利なことに、本構成は、従来のシステムと比較して機能強化を提供する。例えば、弁又はプロセス配管を解体することなく吸着床を取り外して再設置することができる。更に、吸着床ユニットの端部は、平坦ヘッド又は楕円形もしくは半球状のヘッドを有するフランジ付きにすることができ、これは壁厚さを低減するのに役立ち、吸着床ユニットのコスト及び重量を低減する。更に、吸着床ユニットの一方の端部は、溶接閉鎖部及び／又は本体部分の一部とし、不良箇所を更に低減することができる。また、この構成は、低デッドボリュームを必要として吸着床深さが比較的短い（例えば、１メートル以下）用途に有用である。更に、必要に応じて、吸着床長さを増大させて、より大きな吸着床体積及び／又はより多数の弁を収容することができ、これによりユニット流量に合わせて構築され、これらのモジュールを複製することによって所望の流量に調整することができる。
【００５７】
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）、ケイ素含有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。
【００５８】
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と、複数の弁ポートをハウジング内に生成するステップと、複数の弁ポートの各々においてハウジングに弁を固定して複数の弁を形成するステップと、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、を含むことができ、複数の弁の各々は、ハウジングの外部の位置から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、複数の弁断面領域の各々が吸着床の境界面断面領域内にあり、境界面断面領域のアスペクト比が２よりも大きい。本方法はまた、複数の弁ポートをハウジング内に生成するステップが、ヘッドを形成するステップと、複数の弁ポートをヘッド内に生成するステップと、ヘッドを本体部分に固定してハウジングを形成するステップとを含み、或いは、ヘッドを形成するステップと、本体部分を形成するステップと、複数の弁ポートをヘッド内に生成するステップと、複数の弁ポートを本体部分内に固定するステップと、ヘッドを本体部分に固定してハウジングを形成するステップとを含む、ことを含むことができる。加えて、本方法は更に、複数の弁に共通の作動機構を固定するステップであって、共通の作動機構は複数の弁を開閉するように構成されるステップ、吸着床をハウジングの内部領域内に配置する前に、吸着床の周りに封止要素を配置するステップ、及び／又は吸着床がハウジングの内部領域内に配置された後に封止要素を機械的に作動又は膨張させて、ハウジングと吸着床との間に圧力境界を形成するステップを含むことができる。
【００５９】
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、ガス状ストリームの流れを遮るステップと、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大させるステップと、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。
【００６０】
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いて、接触器の開放細孔容積の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。
【００６１】
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つの弁ステムに連結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設けるために、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。
【００６２】
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ぶ場合があり、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機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つの生成物弁ステムに連結された生成物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生成物弁座との間に生成物開口部を提供するために、生成物付勢機構と共に少なくとも１つの生成物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。生成物付勢機構は、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、一方の端部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。
【００６３】
特定の実施形態において、スイング吸着システムは、供給ストリームから汚染物質を除去するのに用いることができる。一例として、汚染物質はＣＯ2を含むことができる。従って、本システム及び方法を用いて、供給ストリーム中のＣＯ2レベルを生成物ストリームにおける所定の規格を下回る（例えば、体積比１００万分の５０（ｐｐｍｖ）以下のＣＯ2）まで低下させることができる。別の例として、汚染物質はＨ2Ｏを含むことができる。本システム及び方法は、供給ストリーム中のＨ2Ｏレベルを生成物ストリームにおける所定の規格を下回る（例えば、Ｈ2Ｏの１５０ｐｐｍｖ未満、Ｈ2Ｏの１０５ｐｐｍｖ未満、Ｈ２Ｏの３０ｐｐｍｖ未満、Ｈ2Ｏの１０ｐｐｍｖ未満、Ｈ2Ｏの１ｐｐｍｖ未満又はＨ2Ｏの０．１ｐｐｍｖ未満）まで低下させることができる。
【００６４】
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）及び急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）である。例えば、総サイクル時間は、１秒より長い、又は２秒より長いとすることができ、６００秒未満とすることができ、３００秒未満、好ましくは２００秒未満、より好ましくは１００秒未満とすることができ、９０秒未満、又はより一層好ましくは６０秒未満とすることができる。一例として、サイクル持続時間は１秒より長く６００秒未満の期間であり、サイクル持続時間は１秒より長く３００秒未満の期間であり、又はサイクル持続時間は１秒より長く２００秒未満の期間とすることができる。
【００６５】
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】
0006616011.tif 000002
【図２】
0006616011.tif 000003
【図３】
0006616011.tif 000004
【図４】
0006616011.tif 000005
【図５】
0006616011.tif 000006
【図６】
0006616011.tif 000007