(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、当該吸着床ユニットのヘッド上の弁のために追加のスペースを含むことができる。【選択図】図３
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【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、前記吸着剤ユニットは、
内部領域を形成するハウジングと、
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弁と、を備え、
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導管を通って前記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、
前記複数の弁のうちの少なくとも１つは、前記吸着床の境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有する、
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であって、前記ヘッドに前記複数の弁のうちの１又は２以上が固定されるヘッドと、
前記ヘッドに隣接するプレートであって、前記プレートに前記複数の弁のうちの前記少なくとも１つが固定されるプレートと、を備える、
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４】
前記ハウジングは、本体部分と係合するヘッドを備え、前記複数の弁が前記本体部分に固定される、
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】
前記ハウジングは、本体部分と係合するヘッドを備え、前記複数の弁が前記本体部分に固定される、
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】
前記本体部分は、第１の内径を有し且つ前記吸着床を取り囲む第１の本体部分と、第２の内径を有し且つ前記第１の本体部分に隣接する第２の本体部分と、を備え、前記第２の内径は前記第１の内径よりも大きい、
請求項２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】
前記複数の弁のうちの少なくとも１つは、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】
前記複数の弁は、共通の作動機構を介して操作される、
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】
前記吸着床ユニットは、前記吸着床に隣接して配置されて前記内部領域内のデッドボリュームを減少させるように構成された充填材を更に備えている、
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】
前記吸着床ユニットは、前記吸着床と前記複数の弁との間に配置された流れ分布器を更に備えている、
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、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構成されるようにし、前記複数の供給ポペット弁のうちの少なくとも１つは、前記吸着床の境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に配置された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、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、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に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の供給ポペット弁を開くステップは、前記吸着床に隣接して配置された充填材の周りの流路に前記ガス状供給ストリームを送るステップを更に含む、
請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の供給ポペット弁を開くステップは、前記吸着床と前記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含む、
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、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ように、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１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
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は、前記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の供給圧力は、４００ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）〜１，４００ｐｓｉａの範囲内である、
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未満に低下させるように構成される、
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、水（Ｈ2Ｏ）レベルを体積比１００万分の１０５未満に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】
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、
内部領域を有するハウジング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、
複数の弁ポートを前記ハウジング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であって、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るようにし、前記複数の弁のうちの少なくとも１つは、前記吸着床の境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有するようにするステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２３】
複数の弁ポートを前記ハウジング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、を含む、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ヘッドを形成するステップと、
プレートを形成するステップと、
前記複数の弁ポートを前記プレートに生成するステップと、
前記プレートを前記ヘッド及び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であって、前記吸着床の境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有する前記複数の弁のうちの少なくとも１つは、前記プレートに固定されるようにするステップと、を更に含む、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
複数の弁ポートを前記ハウジングに生成する前記ステップは、
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、
前記複数の弁ポートを前記本体部分に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、を含む、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記本体部分を形成するステップは、第１の内径を有する第１の本体部分を形成するステップと、第２の内径を有し且つ前記第１の本体部分に隣接した第２の本体部分を形成するステップと、を含み、前記第２の内径は前記第１の内径よりも大きく、前記第１の本体部分は前記吸着床に隣接する、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記本体部分を形成するステップは、第１の内径を有する第１の本体部分を形成するステップと、第２の内径を有し且つ前記第１の本体部分に隣接した第２の本体部分を形成するステップと、を含み、前記第２の内径は前記第１の内径より小さく、前記第１の本体部分は前記吸着床に隣接する、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
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２２ないし２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記内部領域内で前記吸着床に隣接して充填材を配置するステップを更に含み、前記充填材は、前記内部領域内の前記デッドボリュームを減少させるように構成される、
請求項２２ないし２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記吸着床と前記複数の弁との間に流れ分布器を配置するステップを更に含み、前記流れ分布器は前記吸着床に流体を分配するように構成される、
請求項２２ないし２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
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１又は２以上の供給ポペット弁を開くステップであって、前記１又は２以上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、前記１又は２以上のパージステップの各々が、１又は２以上のパージポペット弁を介して前記吸着床ユニットにパージストリームを送り、１又は２以上のパージ出力ポペット弁を介し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、サイクル持続時間が１秒を超えて６００秒未満の期間であり、前記１又は２以上の供給ポペット弁、１又は２以上の生成物ポペット弁、１又は２以上のパージポペット弁或いは１又は２以上のパージ出力ポペット弁のうちの少なくとも１つは、前記吸着床の境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有するようにするステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項３２】
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３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記複数の供給ポペット弁を開くステップは、前記ガス状供給ストリームを前記吸着床に隣接して配置された充填材の周りの流路に送るステップを更に含む、
請求項３１ないし３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
前記複数の供給ポペット弁を開くステップは、前記吸着床と前記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含む、
請求項３１ないし３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
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を更に含む、
請求項３１ないし３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
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３１ないし３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
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３１ないし３６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３８】
前記ガス状供給ストリームの供給圧力は、４００ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）〜１，４００ｐｓｉａの範囲内である、
請求項３１ないし３７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、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６２／２４６，９１６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６２／２４６，９１６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、体積流量が極めて高いプロセスでは更に複雑になる。典型的な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。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】
更に、吸着床に隣接する吸着床ユニットの上部で利用可能な占有面積（例えば、表面積）では、弁を収容することができない。例えば、吸着床は、弁が設置される吸着床ユニットに入るストリームに円形断面を提供するために円筒形状を有することができる。弁自体は、同様の占有面積を有し、円形でもある。このため、これらの弁が密に詰め込まれた場合でも、吸着床上部の占有面積のかなりの量は、弁の設置のためにアクセスすることができない。このように、従来の床構造は、様々な構成に対して弁を収容しない。
【００１２】
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】
【００１３】
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、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、複数の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少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有する。
【００１４】
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るようにし、複数の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少なくとも部分的に外側に配置された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。
【００１５】
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記載される。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、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、複数の弁ポートをハウジング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であって、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るようにし、複数の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少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有するようにするステップと、を含む。
【００１６】
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１又は２以上の供給ポペット弁を開くステップであって、１又は２以上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、１又は２以上のパージポペット弁を介してパージストリームを吸着床ユニットに送り、１又は２以上のパージ出力ポペット弁を介し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秒未満の期間であり、１又は２以上の供給ポペット弁、１又は２以上の生成物ポペット弁、１又は２以上のパージポペット弁及び／又は１又は２以上のパージ出力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少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有するようにするステップと、を含む。
【００１７】
１又は２以上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は、様々な変更形態を含むことができる。例えば、ハウジングは、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であって、複数の弁がヘッドに固定されるヘッド；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であって、複数の弁のうちの１又は２以上がヘッド及びそのヘッドに隣接するプレートに固定され、複数の弁のうちの少なくとも１つがそのプレートに固定されるヘッド；本体部分と係合するヘッドであって、複数の弁が本体部分に固定されるヘッド；本体部分と係合するヘッドであって、複数の弁が本体部分に固定されるヘッドを備えることができる。更に、本体部分は、第１の内径を有する吸着床を取り囲む第１の本体部分と、第２の内径を有し且つ第１の本体部分に隣接する第２の本体部分と、を備えることができ、第２の内径は第１の内径より大きい。
【００１８】
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】
【００１９】
【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、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である。
【図５】本発明の技術の一実施形態による、代替の水平吸着床ユニット構成の例示的な概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
「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積を意味する。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の端部の断面積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。
【００２５】
「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積を意味する。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積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。
【００２６】
用語「境界面断面領域の少なくとも部分的に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少なくとも部分的に外側にあるか、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界面を有する。この界面は、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。
【００２７】
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、体積スループットを最大限にしながら、吸着床ユニットの直径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、より大型及び／又はより多くの弁を必要とする傾向がある。多くの構成において、吸着床ユニットのヘッド表面は、弁を通じた妥当な圧力降下を維持しながら、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、平坦ヘッド上の十分に利用可能でない表面積又は占有面積）しか提供しない。その結果、本発明の技術は、吸着床ユニットの吸着床の直径を維持しながら、必要な弁を収容する吸着床ユニットを提供する。この構成では、弁の少なくとも一部は、境界面断面領域の少なくとも部分的に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、断面積は、吸着床に対する界面によって定められる）。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。
【００２８】
従来の手法とは対照的に、本発明の技術は、弁の一部を境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に配置させることによって、吸着床への流体流れを受け入れる追加のスペース（例えば、占有面積）を提供する。例えば、従来の構成では、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、境界面断面領域を有する。本発明の技術では、弁は、境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に配置される。詳細には、ヘッド内に配置された弁の一部は、吸着床の外周に沿って又はその外側に配置された弁断面領域を有する。従って、本発明の技術は、ストリームが吸着床に出入りする吸着床の界面又は端部に隣接して利用可能な占有面積を増大させる。弁は、各ストリームに対して共通の作動機構（例えば、リフトプレート又は他の作動機構）を介して動作（例えば、開閉）するように構成することができる。
【００２９】
１又は２以上の実施形態において、吸着床ユニットは、流動弁の一部を吸着床に直接隣接して又は吸着床の境界面断面領域内に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、一次流動弁は、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）配置することができ、二次流動弁は、中心から離れた位置に配置されるように構成される（例えば、二次流動弁の少なくとも一部は、境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に配置される）。この構成は、吸着床に直接隣接して設置されるよりも弁に対して追加のスペースを提供する。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。
【００３０】
有利なことに、この実施形態は、プロセスに対して様々な機能強化を提供する。例えば、１つの機能強化は、吸着床の境界面断面領域内の吸着材料の真上にある吸着床ユニットヘッド上の利用可能なスペースに実施可能な数よりも多くの弁を設置する能力である。別の機能強化は、二次弁を支持する別個のプレートを既存のユニットヘッドと一体化する能力である。更に、別の機能強化は、能動制御型弁及び／又は受動制御型弁の両方を支持する能力を提供する。最後に、別の機能強化は、様々なガス処理プロセスと統合する能力である。
【００３１】
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。
【００３２】
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。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。これらのプロセスで利用される圧力及び様々なストリームは、プロセスで利用される弁の数を増大させる。従って、本発明の技術は、弁の幾つか又は一部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、弁のうちの少なくとも１つは、吸着床の境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有する）。
【００３７】
特定の構成において、供給ストリームから汚染物質を除去するための方法又はシステムは、吸着床の境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有する、弁のうちの１つを含むことができる。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、上記１又は２以上の吸着ステップの各々が、（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１又は２以上の供給ポペット弁を開くステップであって、１又は２以上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、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、１又は２以上のパージポペット弁を介してパージストリームを吸着床ユニットに送るステップと、１又は２以上のパージ出力ポペット弁を介して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と、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秒未満の期間であり、１又は２以上の供給ポペット弁、１又は２以上の生成物ポペット弁、１又は２以上のパージポペット弁、又は１及び／又は２以上のパージ出力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少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有するようにするステップと、を含むことができる。本発明の技術は、以下の図１〜５を参照してより理解することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、特定の構成では、弁が吸着床への流体の流れを管理するのに必要な占有面積は、周縁２１２内の吸着床上方で利用可能な占有面積よりも大きい。
【００４３】
本発明の技術は、吸着床ユニット上で利用可能な表面積に関する制限を克服する実施形態を提供する。例えば、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と同様の構成で使用することができる吸着床ユニット３００の部分は、上部ヘッド３１８及び下部ヘッド３２０と共に、円筒壁３１４及び円筒形断熱層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、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０．１ｂａｒａ〜１００ｂａｒａの圧力を維持するように構成することができる。
【００４４】
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開放流路空間はまた、流体を吸着床３１０内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。
【００４５】
この構成において、境界面は、弁組立体３２２〜３４０などの弁に隣接する吸着床３１０の端部である。境界面断面領域は、それぞれの端部における吸着床３１０の断面積である。この構成では、１又は２以上の弁は、吸着床３１０によって定められる境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に又はそれを超えて配置される。詳細には、弁の一部は、吸着床３１０の外周に沿って又は少なくとも部分的にその外側に配置された弁断面領域を有するように、それぞれのヘッド３１８及び３２０に配置される。例えば、ヘッド３２０内の弁３３２、３３４及び３４０並びにヘッド３１８内の弁３２２、３２４及び３３０は、吸着床３１０の境界面断面領域の外側に配置される。
【００４６】
吸着床３１０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３２２〜３４０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。
【００４７】
この概略図３００において、弁に対する弁断面領域は、吸着床３１０に隣接する弁３２６などの弁形状によって定められるが、境界面断面領域は、吸着床３１０の形状によって定められる。一例として、弁３２６が、円形ディスク要素を有するポペット弁であり、吸着床３１０が円柱の形状を有する場合、弁３２６に対する弁断面領域は、直径３７０を有する円の面積であるが、吸着床３１０の境界面断面領域は、直径３７２を有する円の面積である。同様に、弁３２２が、円形ディスク要素を有するポペット弁である場合、弁３２２に対する弁断面領域は、直径３７４を有する円の面積である。この構成において、弁３２２及び３２６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３１０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、弁３２２は、吸着床３１０の境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有する。
【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（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、吸着床の再生に関係する。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。
【００４９】
改良された円筒形吸着床ユニットを図４に示す。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、吸着床ユニットのヘッド４０６上の一次弁４０２などの一次弁は、吸着床４０８の周縁又はその境界面断面領域内に配置される。二次弁４０４などの二次弁は、吸着床４０８の周縁又はその境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に（例えば、外周側又は中心から離れた位置に）配置される。二次弁４０４は、吸着床ユニットの外部の位置と流体連通している流路を吸着床４０８に提供することができる。この構成は、吸着床４０８の周縁又はその境界面断面領域内（例えば、吸着床ユニットの内径）のヘッド上に直接設置可能な数よりも多くの弁を使用できるように、弁の位置づけに柔軟性をもたらす。二次弁４０４の位置など、外寄りの弁取付け部位は、吸着床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、吸着床ユニットのフランジとヘッド４０６との間に配置される別個のプレートに形成することができる。
【００５０】
図４は、盤上及び外寄りの部位にて単一の弁を提供するが、特定の用途に必要とされるスペースに応じて、２又は３以上の弁を使用することができる。また、弁は、図４の上部ヘッド４０６上に示されるような能動制御型弁、又は下部ヘッド４１６に示されるような受動制御型弁４１４などの受動制御型弁とすることができる。吸着床ユニットの軸方向長さは、吸着床の要件を満たすように変更することができる。
【００５１】
この概略図４００において、一次弁４０２に対する弁断面領域は、吸着床４０８に隣接する一次弁４０２のディスク要素の形状によって定められ、二次弁４０４に対する弁断面領域は、ヘッド４０６内の二次弁４０４のディスク要素の形状によって定められる。例えば、一次弁４０２及び二次弁４０４のディスク要素が円形である場合、一次弁４０２の弁断面領域は直径４２０を有する円の面積であり、一方、二次弁４０４の弁断面領域は直径４２２を有する円の面積である。
【００５２】
有利なことに、本実施形態は様々な機能強化を含む。１つの機能強化は、吸着床の真上にある吸着床ユニットヘッド上の境界面断面領域内で利用可能なスペースにおいて可能な数よりも多くの弁を設置する能力である。別の機能強化は、図２に示すような平坦ヘッド構成を含む吸着床ユニットと、二次流動弁を支持する別個のプレートを一体化する能力である。加えて、別の機能強化は、能動制御型弁と受動制御型弁の両方をサポートする能力である。更に、別の機能強化は、様々なガス処理プロセスと統合する能力である。加えて、流路がデッドボリュームにおいて増分的増加であるため、この構成はデッドボリュームが大きく変化することはない。
【００５３】
更に別の構成において、図５は、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５００構成の例示的な概略図である。この構成において、流れの方向は、矢印５０４及び５０６によって示されるように、吸着床ユニットの長さに沿って軸方向であり、異なるストリームに対しては反対方向の場合がある。充填材料を用いて、吸着床ユニットの内径内に吸着床５０８に対する矩形断面積を収容することができる。例えば、内径が円形面積を与え、吸着床の境界面断面領域が矩形面積である場合である。
【００５４】
更に、この構成における供給端部弁５０２及び製品端部弁５０３などの弁は、吸着床５０８の片側にある吸着床ユニット５００の供給端部５１０及び生成物端部５１２などの端部に沿って取り付けられる。供給端部弁５０２及び生成物端部弁５０３などの弁の各々は、異なるストリーム用に利用され、弁が配置された端部とは反対側の端部上にある別の弁とペアにすることができる。例えば、供給端部弁５０２のうちの１つと生成物端部弁５０３のうちの１つとを利用して、供給ストリーム及び生成物ストリームを管理することができ、一方、供給端部弁５０２のうちの１つと生成物端部弁５０３のちの１つとを利用して、パージストリーム及びパージ出力ストリームの流れを管理することができる。
【００５５】
この構成において、吸着床ユニットの端部の１又は２以上における本体部分は、吸着床に隣接する本体部分（例えば、境界面断面領域）よりも大きな直径を有することができる。例えば、供給端部５１０及び／又は生成物端部５１２は、ハウジングの当該本体部分に関して、吸着床に隣接してこれを取り囲む本体部分の内径と比べ、より大きな内径又は断面積を有することができる。供給端部５１０及び／又は生成物端部５１２のより大きな内径を用いて、吸着床ユニット内の吸着床５０８の挿入及び保守を容易にすることができる。
【００５６】
吸着床５００の外側の領域については、追加の充填構造を用いて、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、充填材周りの流路を管理し、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。
【００５７】
図４の構成と同様に、この構成は、境界面断面領域などの吸着床の断面積から弁スペースを分離することによって機能強化を提供する。例えば、この構成により、単一の吸着床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が提供され、吸着床ユニットの内径によって課される制限が取り除かれる。別の機能強化として、本構成は、流動長に関する制限を取り除くと同時に、優れた流れ分布を提供する。更に、上記の検討と同様に、本構成は、ベッド内部の補修及び保守のために与えられるアクセスの機能強化を提供する。この構成は、図４の構成と比較して追加のデッドボリュームを含む場合があるが、吸着床ユニット内のデッドボリュームが限定又は制限されない用途で有用とすることができる。
【００５８】
更にこの構成において、吸着床ユニットの端部の１又は２以上における本体部分は、吸着床に隣接する本体部分（例えば、境界面断面領域）よりも小さな直径を有することができる。例えば、供給端部５１０及び／又は生成物端部５１２は、ハウジングの当該本体部分に関して、吸着床に隣接してこれを取り囲む本体部分の内径と比べて、より小さな内径又は断面積を有することができる。供給端部５１０及び／又は生成物端部５１２のより小さな内径を用いて、吸着床ユニット内の吸着床５０８の挿入及び保守を容易にすることができる。更に、このような構成において、弁のうちの１又は２以上は、吸着床の境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有する。例証として、フランジが吸着床５０８の端部に直接隣接して設けられる場合、供給端部５１０又は生成物端部５１２の内径は、吸着床５０８の集合体を保持する部分の内径よりも小さくすることができる。この構成により、それぞれの端部におけるデッドボリュームを減少させることができる。
【００５９】
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、複数の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少なくとも部分的に外側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。
【００６０】
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連結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。
【００６１】
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、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であって、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るようにし、複数の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少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有するようにするステップと、を含むことができる。追加の変形形態として、本方法は、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、を含むことができる。また、本方法は、ヘッドを形成するステップと、プレートを形成するステップと、複数の弁ポートをプレートに生成するステップと、ヘッド及び本体部分に隣接して又はヘッドと本体部分との間にプレートを固定するステップであって、吸着床の境界面断面領域の少なくとも部分的に外側に配置された弁断面領域を有する複数の弁のうちの少なくとも１つは、プレートに固定されるようにするステップと、を含むことができる。更に、本方法は、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、本体部分内に複数の弁ポートを生成するステップと、複数の弁ポートを本体部分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、を含むことができる。本体部分を形成するために、本方法は、第１の内径を有する第１の本体部分を形成するステップと、第２の内径を有し且つ第１の本体部分に隣接した第２の本体部分を形成するステップと、を含むことができ、第２の内径は第１の内径よりも大きく、第１の本体部分は吸着床に隣接する。更に、本方法は、複数のバルブ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、内部領域内で吸着床に隣接して充填材を配置するステップであって、充填材は内部領域内のデッドボリュームを減少させるように構成されるステップ、及び／又は吸着床と複数の弁との間に流れ分布器を配置するステップであって、流れ分布器は吸着床に流体を分配するように構成されるステップ、を含むことができる。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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、複数の弁のうちの少なくとも１つを通る流路は、該流路に実質的に垂直な方向に沿って吸着床の外縁を超えて配置される。
【００６６】
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。
【００６７】
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連結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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。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。
【００７０】
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４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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