JP2024506672A

JP2024506672A - プロセスガスを乾燥させるための方法および装置

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Publication number: JP2024506672A
Application number: JP2023548850A
Authority: JP
Inventors: デイビッドライト，アンドリュー
Original assignee: ハイビュー・エンタープライジーズ・リミテッド
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2022-02-14
Publication date: 2024-02-14
Also published as: EP4294548A1; WO2022175209A1; KR20230157961A; US20240139673A1; AU2022223169A1; GB2603936A; GB202102392D0; CN117136098A

Abstract

本開示は、プロセスガスを乾燥させるための装置（１０）に関する。装置（１０）は、圧縮機からプロセスガスを受け入れるための入口（１４）と、プロセスガスを排出するための出口（１６）とを有する主吸着部（１１）を含む。第１の補助吸着部（１２）は、水分を吸着するための吸着体を有する。第２の補助吸着部（１３）も、水分を吸着するための吸着体を有する。装置（１０）は、主吸着部（１６）の出口を、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部（１２、１３）のうちの少なくとも一方に流体接続するように構成されている。第１および第２の補助吸着部（１２、１３）のうちの少なくとも一方は、主吸着部から排出されるプロセスガスを乾燥させるために水分を吸着するように作動可能である。本開示はまた、プロセスガスを乾燥させる方法、制御部、および非一過性のコンピュータ可読媒体に関する。

Description

本開示は、プロセスガスを乾燥させるための方法および装置に関する。より詳細には、本発明は、プロセスガスの露点を低減するために水分を吸着する方法および装置に関するが、これに限定されるものではない。これに代えて、またはこれに加えて、本方法および装置は、プロセスガスから二酸化炭素（ＣＯ_２）などの汚染物質を吸着してもよい。

所定の工業プロセスでは、空気などのプロセスガスの露点を下げることが望ましい。これは、例えば極低温流体を含む低温プロセスにおいて特に重要である。極低温流体は、例えば廃熱から電気エネルギーを生成する際に使用される。露点が高ければ高いほど、プラントの除霜（霜取り）の頻度が高くなり、プラントの稼働にコストがかかる可能性がある。露点がはるかに低い生成物の流れ（例えば－７０℃未満または－１００℃未満）を生成するように吸着部を構成すると有利である。露点を下げることで、除霜（霜取り）の必要性を低減することができる。これにより、プラントの霜取りと霜取りとの間の、プラントの稼働を延長することができる。吸着部の稼働コストおよび資本コストのうちの少なくともいずれか一方を低減する機会が他にもあるかもしれない。

少なくとも特定の実施形態において、本発明は、従来技術のシステムに関連付けられる制限に対処または克服しようとするものである。

本発明の態様は、添付の特許請求の範囲に記載の装置、方法、および非一過性のコンピュータ可読媒体に関する。

本発明のさらなる態様によれば、プロセスガスを乾燥させるための装置が提供され、この装置は、
圧縮機からプロセスガスを受け入れる入口、およびプロセスガスを排出する出口を有する主吸着部と、
水分を吸着するための吸着体を含む第１の補助吸着部と、水分を吸着するための吸着体を含む第２の補助吸着部と、を備え、装置は、主吸着部の出口を、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの少なくとも一方に流体接続するように構成され、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの少なくとも一方は、主吸着部から排出されたプロセスガスを乾燥させるために水分を吸着するように作動可能である。

圧縮機から供給されるプロセスガスは、比較的高い含水率を有し、湿ったプロセスガスとも呼ぶ。使用時に、主吸着部は圧縮機から供給されるプロセスガスの乾燥を行う。使用時に、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの少なくとも一方は、主吸着部から排出されるプロセスガスから水分を吸着する。これにより、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの少なくとも一方は、プロセスガスの補助乾燥を行う。圧縮機から受け取ったプロセスガスは、ウェットプロセスガスとも呼ぶ。第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの少なくとも一方から排出されるプロセスガスは、乾燥したプロセスガスとも呼ぶ。追加の乾燥は、プロセスガスの露点を下げるために行われる。少なくとも特定の実施形態において、本装置は、露点を以下まで下げるために、プロセスガスに対して乾燥させることができる：－７０℃（－９４°Ｆ）、－８０℃（－１１２°Ｆ）、－９０℃（－１３０°Ｆ）または－１００℃（－１４８°Ｆ）。

第１の補助吸着部および第２の補助吸着部の両者は、主吸着部から排出されるプロセスガスを乾燥させるように作動することができる。例えば、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部の両者は、並列または直列に接続することができる。

これに代えて、本装置は、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの選択された一方を主吸着部の出口に流体接続するように構成することもできる。第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの選択された一方は、プロセスガスを乾燥させ、乾燥したプロセスガスを排出することができる。

少なくとも特定の実施形態では、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの一方は、プロセスガスを乾燥させるように構成され、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方は、再生されるように構成される。装置は、乾燥と再生との間で、対応する第１の補助吸着部および第２の補助吸着部を交互に使用するように再構成することができる。

第１の補助吸着部の１つ以上の吸着体は、多孔質構造を有するモレキュラーシーブ吸着体からなってもよい。モレキュラーシーブ吸着体は、結晶性アルミノケイ酸塩またはゼオライトからなってもよい。複数の吸着体が第１の補助吸着部内に配置されてもよい。吸着体は複数の層を形成することができる。

第２の補助吸着部の１つ以上の吸着体は、多孔質構造を有するモレキュラーシーブ吸着体からなってもよい。モレキュラーシーブ吸着体は、結晶性アルミノケイ酸塩またはゼオライトからなってもよい。各吸着体は、第２の補助吸着部内の層に配置されてもよい。第２の補助吸着部には、複数の吸着体を配置することができる。吸着体は複数の層を形成することができる。

装置は、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方の中に配置された吸着体を再生するために、再生ガスを第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方に供給するように構成されていてもよい。

本装置は、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部の各々を通るプロセスガスの流れを第１の方向に確立するように構成されてもよい。再生ガスは、第１の方向（すなわちプロセスガスと同じ方向）に第１の補助吸着部および第２の補助吸着部を通して供給することができる。これに代えて、再生ガスは、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部を通して第２の方向に供給されてもよい。第２の方向は、第１の方向の反対側であってもよい。

再生ガスは、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの選択された一方から排出される乾燥プロセスガスの少なくとも一部を含んでいてもよい。

装置は、乾燥プロセスガスを第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの選択された一方に供給するための移送導管を含んでいてもよい。第１の補助吸着部と第２の補助吸着部との間の乾燥プロセスガスの供給を制御するために、制御弁を設けることができる。これに代えて、あるいは加えて、移送導管に流量制限器を設けてもよい。流量制限器は、可変流量制限器とすることができる。

再生ガスの流量は、一定でもよいし、変化させてもよい。再生ガスの流量は、時間に対して増減させることができる。例えば、実質的に全ての乾燥プロセスガスを（予め定められた）期間供給することができる。その後、乾燥プロセスガスの流量を低減することができる。

装置は、再生ガスを加熱するための加熱器を備えていてもよい。加熱器は、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの選択された一方から供給される乾燥プロセスガスを、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方に導入するに先だって、加熱するように構成され得る。

再生プロセス中、加熱器は第１の期間活性化され、その後第２の期間非活性化される。再生ガスは、再生プロセスを通じて供給されてもよい。第２の期間は、第１の期間よりも長くてもよい。

装置は、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方に供給された後に、主吸着部に再生ガスを導入して、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方の中に配置された吸着体を再生するように構成することができる。装置は、再生ガスを主吸着部に導入するための戻り導管を備えていてもよい。

装置は、主吸着部に導入するに先だって、再生ガスを冷却するための冷却器を備えていてもよい。冷却器は、適切な冷却装置からなってもよい。

装置は、主吸着部に導入するに先だって再生ガスを圧縮するための圧縮機を備えていてもよい。

本装置は、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの選択された一方を変更し、これにより、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方がプロセスガスを乾燥させるように作動し、乾燥プロセスガスを排出するように構成され得る。

この装置は、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のいずれを再生するかを変更するように構成することもできる。再生ガスは、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方に供給し、その中に配置された吸着体を再生することができる。

本発明のさらなる態様によれば、プロセスガスを乾燥させる方法が提供され、この方法は、
主吸着部からプロセスガスを排出するステップと、
プロセスガスを主吸着部から第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの少なくとも一方に選択的に供給し、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの少なくとも一方が水分を吸着してプロセスガスを乾燥させるステップと、を含む。

本方法は、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの選択された一方を主吸着部に流体接続するステップを含んでもよく、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの選択された一方は、プロセスガスを乾燥させ、乾燥プロセスガスを排出する。

本方法は、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方に再生ガスを供給するステップを含んでもよく、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方の中に配置された吸着体を再生する。再生ガスは、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの選択された一方から排出される乾燥プロセスガスの少なくとも一部を含んでいてもよい。

この方法は、再生ガスを加熱するステップを含んでいてもよい。この方法は、再生プロセス中に、加熱された再生ガスを第１の期間に供給し、非加熱の再生ガスを第２の期間に供給するステップを含んでいてもよい。第２の期間は、第１の期間よりも長くてもよい。

この方法は、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方に供給された後に、再生ガスを主吸着部に導入して、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方の中に配置された吸着体を再生するステップを含んでいてもよい。

この方法は、主吸着部に導入するに先だって再生ガスを冷却するステップを含んでいてもよい。

この方法は、主吸着部に導入するに先だって再生ガスを圧縮するステップを含んでいてもよい。

本方法は、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの選択された一方を変更するステップを含んでいてもよく、これにより、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方がプロセスガスを乾燥させ、乾燥プロセスガスを排出するように作動する。

また、この方法は、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のいずれを再生するかを変更するステップを含んでいてもよい。再生ガスは、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方に供給し、第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方の中に配置された吸着体を再生することができる。

本発明のさらなる態様によれば、プロセスガスを乾燥させるための装置が提供され、この装置は、水分を吸着するための吸着体を含む第１の吸着部と；水分を吸着するための吸着体を含む第２の吸着部と；を備え、この装置は、プロセスガスを第１の吸着部および第２の吸着部のうちの少なくとも一方に供給するように構成され、第１の吸着部および第２の吸着部のうちの少なくとも一方は、プロセスガスを乾燥させるために水分を吸着するように作動可能である。本装置は、乾燥のために、第１の吸着部および第２の吸着部のうちの選択された一方にプロセスガスを供給するように構成されていてもよい。少なくとも特定の実施形態では、第１の吸着部および第２の吸着部のうちの一方は、プロセスガスを乾燥するように構成され、第１の吸着部および第２の吸着部の他方は、再生されるように構成される。装置は、第１の吸着部および第２の吸着部のうちの他方の中に配置された吸着体を再生するために、再生ガスを第１の吸着部および第２の吸着部のうちの他方に供給するように構成されていてもよい。再生ガスは、第１の吸着部および第２の吸着部のうちの選択された一方から排出される乾燥プロセスガスの少なくとも一部を含んでいてもよい。装置は、乾燥と再生との間で、対応する第１の吸着部および第２の吸着部を交互に使用するように再構成することができる。

本発明のさらなる態様によれば、プロセスガスを乾燥させる方法が提供され、この方法は、第１の吸着部および第２の吸着部のうちの少なくとも一方にプロセスガスを選択的に供給するステップを含み、第１の吸着部および第２の吸着部のうちの少なくとも一方は、プロセスガスを乾燥させるために水分を吸着する。本方法は、第１の吸着部および第２の吸着部のうちの選択された一方にプロセスガスを供給するステップを含んでいてもよく、第１の吸着部および第２の吸着部のうちの選択された一方は、プロセスガスを乾燥させる。本方法は、第１の吸着部および第２の吸着部のうちの他方に再生ガスを供給して、第１の吸着部および第２の吸着部のうちの他方の中に配置された吸着体を再生するステップを含んでいてもよい。再生ガスは、第１の吸着部および第２の吸着部のうちの選択された一方から排出される乾燥プロセスガスの少なくとも一部を含んでいてもよい。本方法は、乾燥と再生との間で、対応する第１の吸着部と第２の吸着部とを交互に繰り返すことを含んでいてもよい。

本発明のさらなる態様によれば、実行されるとプロセッサに本明細書に記載の方法を実行させる命令の組をその中に格納した非一過性のコンピュータ可読媒体が提供される。

本発明のさらなる態様によれば、本明細書に記載の装置の作動を制御するための制御部が提供される。制御部は、１つ以上の電子プロセッサおよびメモリシステムからなり得る。制御部は、主吸着部から第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの少なくともいずれか一方へのプロセスガスの供給を制御するために、制御弁の作動を制御するように構成されてもよい。制御部は、加熱器および冷却器のうちの少なくともいずれか一方の作動を制御することもできる。

本明細書に記載される制御部または制御装置は、好適には、１つ以上の電子プロセッサを有する計算装置からなり得る。システムは、１つの制御部または電子制御装置からなってもよいし、あるいは、これに代えて、制御装置の異なる機能が、異なる制御部または制御装置に具現化されてもよいし、あるいは、異なる制御部または制御装置にホストされてもよい。本明細書で使用する場合に、「制御装置」または「制御部」という用語は、任意の制御機能を提供する、１つの制御部または制御装置、および集合的に作動する複数の制御部または制御装置の両者を含むものと理解される。制御装置または制御部を構成するために、実行されると、制御部または計算装置に、本明細書で規定する制御技術を実施させる、適切な命令の組を提供することができる。

命令の組は、好適には、１つ以上の電子プロセッサに埋め込むことができる。これに代えて、命令の組は、計算装置上で実行されるように、制御装置に関連付けられる１つ以上のメモリ上に保存されたソフトウェアとして提供されてもよい。制御部または制御装置は、１つ以上のプロセッサ上で実行されるソフトウェアで実装することができる。１つ以上の他の制御部または制御装置は、１つ以上のプロセッサ、任意選択で第１の制御装置と同じ１つ以上のプロセッサ上で実行されるソフトウェアで実装され得る。他の適切な配置を使用することもできる。

本出願の範囲内において、前の段落、特許請求の範囲、および／または以下の明細書および図面に記載された様々な態様、実施形態、実施例、および代替案、特にその個々の要素は、独立して、または任意の組み合わせで取り得ることが明示的に意図されている。すなわち、すべての実施形態および／または任意の実施形態の要素は、そのような要素が互換性のないものでない限り、任意の方法および／または組み合わせで組み合わせることができる。出願人は、当初提出された請求項を変更する権利、またはそれに応じて新たな請求項を提出する権利を留保し、これには、当初提出された請求項を補正し、当初はそのように請求されていなかったものの、他の請求項の要素に従属し、かつ／または他の請求項の要素を組み込む権利も含まれる。

図１は、第１の構成における本発明の実施形態による装置を示す概略図である。図２は、図１に示す装置の吸着部を示す概略図である。図３は、図１に示す装置を第２の構成で示す概略図である。図４は、本発明の実施形態による装置の作動を表すブロック図である。図５は、図１に示す装置の電子制御部を示す概略図である。

次に、本発明の１つ以上の実施形態について、添付の図面を参照して例示的に説明する。

次に、本発明の一態様によるプロセスガスを乾燥させるための装置１０について、添付の図面を参照して説明する。本実施形態におけるプロセスガスは空気である。装置１０は、プロセスガスの露点を下げるために、プロセスガスを乾燥させて水分を除去するように構成されている。本実施形態の装置１０は、少なくとも露点－７０℃（マイナス７０℃）、好ましくは露点－１００℃（マイナス１００℃）となるようにプロセスガスを乾燥させるように構成されている。露点を低減することで、装置１０の下流にあるプラント機器の除霜（霜取り）の必要性を低減することができる。

図１に示すように、装置１０は、主吸着部１１、第１の吸着部１２および第２の補助吸着部１３からなる。主吸着部１１は、圧縮機（Ｐ）からプロセスガスを受け入れるための供給ライン１５に接続された入口ポート１４と、プロセスガスを排出するための出口ポート１６とからなる。装置１０の作動を制御するための電子制御部（ＥＣＵ）（図５に示す）が設けられている。圧縮機から受け取ったプロセスガスは、比較的高い含水率を有し、湿潤したプロセスガスと呼んでもよい。本実施形態における主吸着部１１は、圧縮機から供給されるプロセスガスを部分的に乾燥させるように構成されている。主吸着部１１から排出されるプロセスガスは、部分的に乾燥したプロセスガスと呼ぶことができる。主吸着部１１は、プロセスガスを処理するための１つ以上の吸着体からなる。主吸着部１１の吸着体は、結晶性アルミノケイ酸塩（ゼオライトとして周知）などのモレキュラーシーブ吸着体からなってもよい。モレキュラーシーブ吸着体は、プロセスガスから水分を吸着するのに適した多孔質構造体を有する。モレキュラーシーブ吸着体は、プロセスガスから二酸化炭素（ＣＯ_２）を吸着することもできる。適切なモレキュラーシーブは、Ｚｅｏｃｈｅｍ（登録商標）から入手可能な１３Ｘ型吸着体である。１３Ｘ型吸着体はゼオライトＸのナトリウム型で、より大きな細孔開口部を有する。カルシウムＸ（ＣａＸ）は、１３Ｘ型ゼオライトのカルシウム交換体である。モレキュラーシーブ吸着体は、プロセスガスから水分を吸着するために、主吸着部１１の１つ以上の床部（図示しない）に配置される。主吸着部１１は、大気圧を超える運転圧力を支持するように構成された圧力容器１７からなる。本実施形態の圧力容器１７は、直径約３．６メートル、長さ約５メートルである。主吸着部１１から排出されるプロセスガスは、時間平均二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度が１ｐｐｍ、露点が約－４０℃（マイナス４０℃）である。

主吸着部１１は、プロセスガスを－７０℃（マイナス７０℃）の目標露点になるように乾燥させるように構成されている。本明細書で説明するように、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３は、－７０℃（マイナス７０℃）以下であり、－１００℃（マイナス１００℃）以下であってもよい露点を達成するように構成される。第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３は、時間平均二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度の低減にも効果的である。少なくとも特定の実施形態において、二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度は、プロセスガス中の１ｐｐｍ（ｐａｒｔｐｅｒｍｉｌｌｉｏｎ）から１００ｐｐｂ（ｐａｒｔｓｐｅｒｂｉｌｌｉｏｎ）まで低減することができる。第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３のうちの少なくともいずれか一方によって乾燥されたプロセスガスは、工業プロセスで使用するために出力される。本装置１０は、廃熱からの発電に使用するプロセスガスの乾燥に特に適している。

第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３は、プロセスガスの補助乾燥を行うように構成されている。第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３はそれぞれ、研磨吸着器または補助吸着器と呼んでもよい。第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３は、互いに実質的に同じ構造体を有する。第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３は、対応する第１の吸着容器１８および第２の吸着容器１９からなる。第１の吸着容器１８および第２の吸着容器１９は、主吸着部１１の圧力容器１７と実質的に同じ直径を有する。本実施形態では、第１の吸着容器１８および第２の吸着容器１９はそれぞれ、直径が約３．６メートル、長さが約１メートルである。第１の吸着容器１８および第２の吸着容器１９は圧力容器とすることもできる。ただし、本実施形態では、第１の吸着容器１８および第２の吸着容器１９は非圧力容器である。第１の吸着容器１８および第２の吸着容器１９は、温度サイクルに耐久するように構成されている。第１の吸着容器１８は、第１のプロセスガス入口２０Ａ、第１のプロセスガス出口２０Ｂ、第１の再生ガス入口２１Ａ、および第１の再生ガス出口２１Ｂからなる。本実施形態において、第１のプロセスガス入口２０Ａおよび第１の再生ガス出口２１Ｂは、第１の吸着容器１８の下部または下部壁に配置され、第１のプロセスガス出口２０Ｂおよび第１の再生ガス入口２１Ｂは、第１の吸着容器１８の上部または上部壁に配置される。第２の吸着容器１９は、第２のプロセスガス入口２３Ａ、第２のプロセスガス出口２３Ｂ、第２の再生ガス入口２４Ａ、および第２の再生ガス入口２４Ｂを備える。本実施形態では、第２のプロセスガス入口２３Ａおよび第２の再生ガス出口２４Ｂは、第２の吸着容器１９の下部または下部壁に配置され、第２のプロセスガス出口２３Ｂおよび第２の再生ガス入口２４Ａは、第２の吸着容器１８の上部または上部壁に配置される。

第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３はそれぞれ、１つ以上の吸着体からなる。または各吸着体は、主吸着部１１から排出されるプロセスガス中に存在する水分を吸着するように設けられる。１つ以上の吸着体は、対応する第１の吸着容器１８および第２の吸着容器１９内で１つ以上の層Ｌ－ｎを形成することができる。使用中、プロセスガスは１つ以上の吸着体を流れて通過する。プロセスガス中の水分は、１つ以上の吸着体によって吸着され、それによってプロセスガスが乾燥される。第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３は、水分を吸着するために定期的に再生プロセスを受ける。

再生プロセスでは、再生ガスが供給され、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３内の吸着体が再生される。本明細書で説明するように、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３のうちの一方が再生され、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３のうちの他方は、主吸着部１１からのプロセスガスの乾燥を継続する。再生ガスは、専用の供給源から供給される乾燥ガスからなる。再生ガスは、例えば、適切な乾燥機または個別の吸着器によって乾燥された空気からなってもよい。本実施形態では、再生ガスは、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３のうちの一方からの乾燥プロセスガスからなる。

本実施形態では、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３は、それぞれ、活性アルミナ（アルミナ乾燥剤）を含むか、または活性アルミナからなる吸着体からなる。プロセスガスから除去する必要のある不純物の量が非常に少ないため、必要な吸着体の量は比較的少なくて済む。実際には、必要な吸着体の深さは、主吸着部１１に配置された吸着体床の深さよりも小さくすることができる。吸着体の深さをより小さくすることで、良好な流量分布が可能になる。活性アルミナは深さ約０．５メートルの吸着体床部を形成する。要求される流量配分を達成するためには、最低１メートルの床深度が適切であろう。活性アルミナは、プロセスガスから水分を吸着し、プロセスガスを乾燥させるように作動可能である。活性アルミナは、プロセスガスから二酸化炭素（ＣＯ_２）を吸着し、これにより洗浄機能を果たすようにさらに作動可能である。第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３の圧力降下は、主吸着部１１の圧力降下の約５分の１、例えば約４０ｍｂａｒとすることができる。これに代えて、または加えて、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３の吸着体は、モレキュラーシーブ吸着体からなってもよい。モレキュラーシーブ吸着体は、主吸着部１１に関して本明細書に記載したタイプのものであってもよい。モレキュラーシーブ吸着体は、吸着体を再生するためにさらに加熱が必要な場合がある。変形例では、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３はそれぞれ、結晶性アルミノケイ酸塩を含むか、または結晶性アルミノケイ酸塩からなる吸着体からなることができる。

図２に示すように、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３はそれぞれ、活性アルミナを含むか、または活性アルミナからなる第１の吸着体層Ｌ－１と、モレキュラーシーブ吸着体を含むか、またはモレキュラーシーブ吸着体からなる第２の吸着体層Ｌ－２とから構成することができる。第１の吸着体層Ｌ－１および第２の吸着体層Ｌ－２は、それぞれ約０．５メートルの深さを有することができる。第１の吸着体層Ｌ－１および第２の吸着体層Ｌ－２の各吸着体は、プロセスガスから必要量の水および二酸化炭素（ＣＯ_２）を除去するのに十分でなければならない。第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３は、プロセスガスが活性アルミナを通って流れ、次に第２の吸着体層Ｌ－２のモレキュラーシーブ吸着体を通って流れるように配置することができる。

活性アルミナの第１の吸着体層Ｌ－１は、吸着容器１８および１９内の対応する第１のプロセスガス入口２０Ａおよび第２のプロセスガス入口２３Ａの近位側に配置される。モレキュラーシーブ吸着体の第２の吸着体層Ｌ－２は、吸着容器１８および１９内の対応する第１の再生ガス入口２１Ａおよび第２の再生ガス入口２４Ａの近位側に配置される。

再生工程では、モレキュラーシーブ吸着材からなる第２の吸着体層Ｌ－２がより高温の再生ガスに曝され、これにより、再生が促進される。これにより、より高い熱損失が発生する可能性のある第１の吸着容器１８および第２の吸着容器１９の壁面近傍であっても、吸着体層全体の再生を確保することができる。この配置におけるモレキュラーシーブ吸着体の第２の吸着体層Ｌ－２は、活性アルミナの第１の吸着体層Ｌ－１の上に設けられる。活性アルミナの第１の吸着体層Ｌ－１は、再生ガス入口２１Ａ、２４Ａから遠位側の位置にある結果として達成されるより低い温度で再生され得る。第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３には、異なる吸着体を使用してもよいことが理解されよう。

装置１０は、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３のうちの一方を、主吸着部１１から排出されたプロセスガスを処理するように構成し、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３のうちの他方を再生のために構成するように、選択的に作動可能である。図１に示す配置では、第１の補助吸着部１２は、主吸着部１１から排出されたプロセスガスを乾燥（または清浄化）するように構成され、第２の補助吸着部１３は、再生するように構成されている。この構成では、乾燥プロセスガスは、第１の補助吸着部１２から排出される。乾燥プロセスガスは、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３のうちの他方を再生するための再生ガスとして使用される。乾燥プロセスガスの少なくとも一部は、再生を実施するために、第１の補助吸着部１２から第２の補助吸着部１３に選択的に供給される。本明細書では、図１に示す構成について装置１０の作動を説明する。図３に示すように、装置１０は、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３の作動を逆にするように再構成することができる。

移送導管２６は、第２の補助吸着部１３の再生のために、第１の補助吸着部１２から第２の補助吸着部１３に乾燥プロセスガスを供給するために設けられる。移送導管２６内の乾燥プロセスガスの供給を制御するために、第１の制御弁２７が設けられている。高圧での活性アルミナの再生は、材料の急速な水熱エイジングをもたらすため、一般に避けられるが、第２の補助吸着部１３に存在する微量の水は、この点で特に問題を引き起こすとは予想されない。流量を制御するために、移送導管２６に流量制限器を任意に設けることができる。加熱器２８は、第２の補助吸着部１３に導入するに先だって乾燥プロセスガスを加熱するために設けられる。加熱器２８は、例えば、１つ以上の発熱体を有する電気加熱器からなる。加熱器２８は、乾燥プロセスガスを、第２の補助吸着部１３内の吸着体の再生に適した再生温度まで加熱するように構成されている。加熱器２８の定格電力は、本実施形態では約１１５ｋＷである。加熱器２８は、乾燥プロセスガスを２００℃以上の温度に加熱するように構成されている。２００℃の再生温度は、活性アルミナが捕捉された水を放出し、これにより、活性アルミナ（およびモレキュラーシーブ吸着体）を再生するのに十分である。加熱時間および２００℃の再生温度により、投入エネルギーは、ＣＯ_２および水を床から除去するために理論的に必要とされるエネルギーよりも相当大きくなる（約２０倍）。変形例では、吸着体を加熱するために、第１の吸着部１２および第２の吸着部１３の内部に加熱器を直接設けてもよい。

再生プロセス中、加熱器２８は最初に活性化（通電）され、第２の補助吸着部１３に供給される乾燥プロセスガスを加熱する。第２の補助吸着部１３に供給される乾燥プロセスガスは、第２の吸着容器１９内の吸着体を、吸着体の再生に適した再生温度まで加熱するのに有効である。その後、加熱器２８は非活性化（非通電）される。乾燥プロセスガスの供給は、吸着体を冷却するために再生プロセスの残りの期間も継続される。再生は、ガスを短時間加熱し、その後、未加熱の再生乾燥プロセスガスを供給してより長く冷却することで、行われる。冷却期間中、熱は床を通して押し出され、水分および微量の二酸化炭素（ＣＯ_２）を取り払う。加熱器２８は、再生プロセス中の第１の期間、例えば１時間の間、加熱を実施するようにアクティブであってもよく、冷却プロセスは第２の期間継続してもよい。第２の期間は、第１の期間よりも長い。例えば、第１の期間は１時間、第２の期間は５時間とする。本実施例では、再生プロセスの合計時間は６時間である。これは、主吸着部１１から排出されたプロセスガスを乾燥させるための第１の補助吸着部１２の運転時間に相当する。

再生ガスを主吸着部１１に戻すための戻り導管３０が設けられている。戻り導管３０は、再生ガスが主吸着部１１に供給されるように、入口ポート１４の上流に接続されている。主吸着部１１に導入するに先だって再生ガスを冷却するために、戻り導管３０に冷却器３１が設けられている。送風機（または圧縮機）３２は、再生ガスの圧力を高めるために戻り導管３０に設けられる。主吸着部１１に供給されるプロセスガスが戻り導管３０に導入されるのを防止するために、一方向弁のような弁を戻り導管３０に設けることができる。主吸着部１１は、再生ガスを処理するように構成されている。本実施形態では、主吸着部１１は、製品ガスから水分を除去するように作動する。再生される吸着部を出た再生ガスは、送風機３２が気体流を主吸着部１１の入口に戻す前に、冷却器３１によって冷却される。したがって、第２の吸着部１３で除去された水および二酸化炭素（ＣＯ_２）は、主吸着部１１を経由して、再びシステムに戻りリサイクルされ、システムから排出される。第１の吸着部１２および第２の吸着部１３が採用する圧力変化工程はない。システムから圧縮空気が正味で失われることはない。

加熱および冷却のステップに使用される気体の流量が一定であると仮定すると、必要な量は１８００Ｎｍ３／ｈ（正規の立方メートル毎時）と計算される。主吸着部１１上の圧力降下を３００ｍｂａｒ、第１の吸着部１２および第２の吸着部１３上の圧力降下を１００ｍｂａｒと仮定すると（供給および再生用の床と加熱器および冷却器を含む）、７０％の効率で２ｋＷの送風機３２の電力が必要となる。したがって、装置２０に必要な総時間平均電力は、僅か２１ｋＷと比較的低い。

第１の吸着部１２および第２の吸着部１３は、露点－２０℃の時間平均２０ｐｐｍまでの二酸化炭素（ＣＯ_２）を含む供給ガス組成で運転できると考えられる（流れの偏在の問題がなく、すべての１つ以上の吸着材が完全に再生されると仮定する）。したがって、本明細書で説明する第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３は、所望の稼働特性を得るために、特大サイズにしてもよいことが理解されよう。第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３の長さは、主吸着部１１の吸着体床のサイズを低減し、より多くの二酸化炭素（ＣＯ_２）を通過させるように長くすることができる。しかしながら、第１の吸着部１２および第２の吸着部１３から再生された二酸化炭素（ＣＯ_２）は、主吸着部１１に送り返され、吸着床に再捕捉される。

送風機３２を第２の吸着部１３に使用することにより、主吸着部１１で実行されるプロセスがオフラインのときに吸着体の再生を完了することができる。加熱時間は１時間のみであるが、熱を容器を通してもう一方の端から押し出すために、５時間を超えて冷却ステップを行う必要がある。この間に主プロセスがシャットダウンされても、送風機でシステム内の流れを循環させ、再生に必要な１８００Ｎｍ３／ｈの流量を維持することが可能である。再生された床は、供給床が６時間の供給ガスを見るまでオフラインに保たれ、その後、切り替えることができる。このオフライン再生が行われる間、システム内の圧力を維持するために少量の外部ガスを供給する必要があるかもしれない。冷却ステップが実施されると、床温度の低減により空気が吸着体に吸着され、システム内の圧力が低減する。これはごく僅かな流量であり、実際には必要ないかもしれない。

第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３は相互に交換可能である。装置１０は、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３の作動を変更（または交換）するように再構成される。特に、装置１０は、第２の補助吸着部１３が主吸着部１１から排出されるプロセスガスの乾燥（および／または洗浄）を行い、第１の補助吸着部１２が再生されるように再構成される。図３にこの構成の装置１０の概略図を示す。この構成では、乾燥プロセスガスは第２の補助吸着部１３から排出される。再生を行うために、乾燥プロセスガスの少なくとも一部を、第２の補助吸着部１３から第１の補助吸着部１２に選択的に供給することができる。装置１０は自動的に、あるいは半自動的に再構成することができる。例えば、主吸着部１１と第１の補助吸着部１２および第２補助吸着部１３の各々との間の流体接続を制御するために、１つ以上の制御弁を設けることができる。制御弁はそれぞれ、開閉を制御するためのソレノイドや電気機械アクチュエータなどのアクチュエータから構成され得る。移送導管２６を通る乾燥プロセスガスの供給は、第１の補助吸着部１２の再生を実施するために逆にしてもよい。加熱器２８は、この構成において、第２の補助吸着部１３から排出される乾燥プロセスガスを加熱するために使用することができる。

次に、図４に示す第１のブロック図１００を参照して、装置１０の作動を説明する。プロセスガスは、圧縮機によって主吸着部１１に供給される（ブロック１０５）。本実施形態におけるプロセスガスは空気からなる。主吸着部１１は、プロセスガスの乾燥を行う（ブロック１１０）。プロセスガスは、主吸着部１１から第１の補助吸着部１２に排出される（ブロック１１５）。第１の補助吸着部１２は、プロセスガスの補助乾燥を行う（ブロック１２０）。乾燥したプロセスガスは、下流で使用するために第１の補助吸着部１２から排出される（ブロック１２５）。乾燥プロセスガスの一部は、第２の補助吸着部１３に移送される（ブロック１３０）。加熱器２８は、加熱段階の間、乾燥プロセスガスを加熱するために作動している（ブロック１３５）。

加熱器２８は、乾燥プロセスガスを予め定められた温度、例えば２００℃に加熱する（ブロック１４０）。加熱された乾燥プロセスガスは、第２の補助吸着部１３に供給され、その中の吸着体を加熱する（ブロック１４５）。加熱された乾燥プロセスガスの供給は、第１の期間、例えば１時間維持される。加熱器２８は作動を休止する（ブロック１５０）。（非加熱の）乾燥プロセスガスは、第２の補助吸着部１３に供給される（ブロック１５５）。（非加熱の）乾燥プロセスガスの供給は、例えば５時間など、第２の期間にわたって維持される。第２の補助吸着部１３からの再生ガスは冷却され、主吸着部１１の入口に戻される（ブロック１６０）。第２の補助吸着部１３の再生が完了すると、装置１０は、第１の補助吸着部１２の再生を行うように再構成される（ブロック１６５）。プロセスガスは、主吸着部１１から第２の補助吸着部１３に供給される（ブロック１７０）。第２の補助吸着部１３は、第１の補助吸着部１２が再生されている間、プロセスガスを乾燥させるように作動する（ブロック１７５）。プロセスは、プロセスガスの効果的な乾燥（および洗浄）を維持するために、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３を異なる機能の間で交互に継続する。

図５にＥＣＵの概略図を示す。ＥＣＵは、少なくとも１つの電子プロセッサ３３およびメモリシステム３４からなる。一組の計算命令３５がメモリシステム３４上に格納されている。電子制御部ＥＣＵは、例えば１つ以上のセンサ（図示しない）から１つ以上の入力信号ＳＩＮ－ｎを受信するための１つ以上の入力３６Ａと、１つ以上の出力信号ＳＯＵＴ－ｎを出力するための１つ以上の出力３６Ｂとを備える。計算命令３５は、実行されると、電子制御部ＥＣＵに本明細書に記載の１つ以上方法を実施させる。電子制御部ＥＣＵは、プロセスガスの再生および乾燥のうちの少なくともいずれか一方を実施するように装置１０を制御する。特に、電子制御部ＥＣＵは、第１の補助吸着部１２または第２の補助吸着部１３のいずれかが主吸着部１１に流体接続されるように装置１０を構成するように作動可能である。電子制御部ＥＣＵは、例えば、制御弁に制御信号ＳＯＵＴ－ｎを出力して装置１０を再構成することができる。電子制御部ＥＣＵは、加熱器２８、冷却器３１、および送風機３２の作動を制御するための制御信号Ｓ－ｎを出力するように構成されている。電子制御部ＥＣＵは、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）３７に接続され、ユーザー入力を受け取ることができる。電子制御部ＥＣＵは、独自のシステムで実装してもよいし、汎用の演算装置で実装してもよい。

添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の１つ以上の実施形態に様々な変更を加えることができることが理解されよう。装置１０は、プロセスガスを乾燥させるために、第１の補助吸着部１２と第２の補助吸着部１３との間を循環する。各吸着部は、乾燥（吸着）と再生とを交互に繰り返す。装置１０は、２つ以上の吸着部、例えば第１の吸着部、第２の吸着部、および第３吸着部を備えてもよいことが理解されよう。装置１０は、第１の吸着部、第２の吸着部、および第３の吸着部の間を循環することができる。

第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３は、対応する第１の容器１８および第２の容器１９内に設けられていると説明されてきた。第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３は、同じ容器内、例えば対応する第１のチャンバーおよび第２のチャンバー内に配置され得ることが理解されよう。さらに、第１の補助吸着部１２および第２の補助吸着部１３は、例えば個別のチャンバーで主吸着部１１と組み合わせることもできる。

Claims

プロセスガスを乾燥させるための装置であって、
圧縮機からプロセスガスを受け入れる入口と、前記プロセスガスを排出する出口とを有する主吸着部と、
水分を吸着するための吸着体を含む第１の補助吸着部と、水分を吸着するための吸着体を含む第２の補助吸着部と、
を備え、
前記装置は、前記主吸着部の前記出口を、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの少なくとも一方に流体接続するように構成され、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの少なくとも一方は、前記主吸着部から排出された前記プロセスガスを乾燥させるために水分を吸着するように作動可能である、プロセスガスを乾燥させるための装置。
前記装置は、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの選択された一方を前記主吸着部の前記出口に流体接続するように構成され、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの選択された一方は、前記プロセスガスを乾燥させ、乾燥プロセスガスを排出する、請求項１に記載の装置。
前記装置が、前記第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方の中に配置された前記吸着体を再生するために、再生ガスを前記第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方に供給するように構成されている、請求項２に記載の装置。
前記再生ガスが、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの選択された一方から排出される乾燥プロセスガスの少なくとも一部を含む、請求項３に記載の装置。
前記乾燥プロセスガスを前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの選択された一方に供給するための移送導管を備える、請求項４に記載の装置。
前記再生ガスを加熱するための加熱器を備える、請求項３、４、または５のうちのいずれか１項に記載の装置。
再生プロセスの間、前記加熱器は、前記再生ガスを加熱するために第１の期間活性化され、次いで第２の期間非活性化され、前記再生ガスは、前記再生プロセスの間中供給される、請求項６に記載の装置。
前記第２の期間は、前記第１の期間よりも長い、請求項７に記載の装置。
前記装置が、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの他方に供給された後に、前記主吸着部に前記再生ガスを導入して、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの他方の中に配置された前記吸着体を再生するように構成されている、請求項３乃至８のうちのいずれか１項に記載の装置。
前記主吸着部への導入に先だって前記再生ガスを冷却するための冷却器を備える、請求項９に記載の装置。
前記主吸着部への導入に先だって前記再生ガスを圧縮するための圧縮機を備える、請求項９または１０に記載の装置。
前記装置が、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの他方が前記プロセスガスを乾燥させるように作動し、乾燥プロセスガスを排出するように、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの選択された一方を変更するように構成されている、請求項２乃至１１のうちのいずれか１項に記載の装置。
プロセスガスを乾燥させる方法であって、
主吸着部から前記プロセスガスを排出するステップと、
前記プロセスガスを前記主吸着部から第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの少なくとも一方に選択的に供給し、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの少なくとも一方が水分を吸着して前記プロセスガスを乾燥させるステップと、
を含む、プロセスガスを乾燥させる方法。
前記方法は、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの選択された一方を前記主吸着部に流体接続するステップを含み、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの選択された一方は、前記プロセスガスを乾燥させ、乾燥プロセスガスを排出する、請求項１３に記載の方法。
前記方法は、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの他方に再生ガスを供給して、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの他方の中に配置された吸着体を再生するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
前記再生ガスが、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの選択された一方から排出される前記乾燥プロセスガスの少なくとも一部を含む、請求項１５に記載の方法。
前記再生ガスを加熱するステップを含む、請求項１５または１６に記載の方法。
再生プロセス中に、加熱された前記再生ガスを第１の期間供給し、非加熱の前記再生ガスを第２の期間供給するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
前記第２の期間は、前記第１の期間よりも長い、請求項１８に記載の方法。
前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの他方に供給された後に、前記主吸着部に前記再生ガスを導入して、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの他方の中に配置された前記吸着体を再生するステップを含む、請求項１５乃至１９のうちのいずれか１項に記載の方法。
前記主吸着部に導入するに先だって前記再生ガスを冷却するステップを含む、請求項２０に記載の方法。
前記主吸着部に導入するに先だって前記再生ガスを圧縮するステップを含む、請求項２０または２１に記載の方法。
前記方法は、前記第１の補助吸着部および前記第２の補助吸着部のうちの選択された一方を、前記第１の補助吸着部および第２の補助吸着部のうちの他方が前記プロセスガスを乾燥させて乾燥プロセスガスを排出するように作動するように、変更するステップを含む、請求項１４乃至２２のうちのいずれか一項に記載の方法。
実行されると、請求項１３乃至２３のうちのいずれか一項に記載の方法をプロセッサに実施させる、その中に記憶された命令の組を有する非一過性のコンピュータ可読媒体。