JP6615373B2 - 能動制御型供給ポペット弁及び受動制御型生成物弁を有するスイング吸着プロセス用の装置及びシステム - Google Patents

Description

（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６２／２４６，９２２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。

（技術分野）
本技術は、スイング吸着プロセスに関連するシステムに関する。詳細には、本システムは、ストリームを処理してその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を含む。

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。

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）、急速サイクル温度スイング吸着（ＲＣＴＳＡ）、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み合わせである。一例として、ＰＳＡプロセスは、ガス成分が圧力下にあるときに、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。詳細には、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。

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／又は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又は容器を通過した場合、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、容器から出るストリームは、メタンが富化されている。吸着床上の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、別の吸着サイクルを開始する前に、吸着材料は通常パージされて再加圧される。

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、ハウジング内に配置されてそのユニット内での種々のステップに対して様々な圧力に流体を維持するように構成された吸着床を含む。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。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、構造化床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。

更に、様々な吸着床ユニットは、導管及び弁と連結させて、サイクルを通し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の編成は、吸着床ユニットの各々に対するサイクル内のステップをシステム内の他の吸着床ユニットと協働させることを含む。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状ストリームを移送するときに、数秒から数分まで様々となる可能性がある。

米国特許仮出願第６２／２４６，９２２号明細書 米国特許出願公開第２００８／０２８２８９２号明細書 米国特許出願公開第２００８／０２８２８８７号明細書 米国特許出願公開第２００８／０２８２８８６号明細書 米国特許出願公開第２００８／０２８２８８５号明細書 米国特許出願公開第２００８／０２８２８８４号明細書 米国特許出願公開第２０１４／００１３９５５号明細書

急速サイクルスイング吸着プロセスは、吸着床の利用可能な界面断面領域に対して弁用に相当な占有面積又はレイアウト面積を必要とする。占有面積に関するこの制約は、圧力降下が最小限になる場合でも、後続の極低温プロセス用の脱水などの処理操作によって更に複雑になる。最適な配置がなければ、必要とされる弁の占有面積により、弁が吸着床ユニットのサイズを占めるようになる可能性があり、構成が実用的でなく高価なものになる。ポペット弁などの特定タイプの弁において弁開口部の周囲に流れが生じるので、大型の弁は、典型的には、弁の占有領域（例えば、弁断面領域）を使用する上であまり有効ではない。これにより、吸着床の界面にわたって均一な流れの分布が悪くなる場合がある。また、大型のポペット弁は、弁開口部の外形に関して制限があり、これにより生成可能な流れのプロファイルが制限される。

スイング吸着プロセスのサイクルタイミングを最適化するために、能動制御型弁アクチュエータが必要とされる。適切に封止するには、弁を着座面に押し付けなければならない。従来のスイング吸着処理圧力では、弁アクチュエータは、圧力に抗して弁を開き、弁をその弁座に接して閉じるためにかなりの力を必要とする場合がある。これらの弁調整を取り扱うのに必要な機構は、嵩（例えば、支持する機器の占有面積）及び弁占有面積及びガス圧力に比例するコストの一因となり、このことは、高圧で更に複雑になる。例えば、圧力スイングプロセスは、吸着床ユニット内に閉じ込められたガスの体積を移動させるために様々なステップ（例えば、供給ステップ又は吸着ステップ及びパージステップ）間で圧力変化を伴う。スイング吸着プロセスに使用される差圧により、様々なステップに対する流れが弁座を横切って音速に達することがある。

従って、ガス処理システムにおける供給ストリームの処理に対する機能強化を提供する装置、方法、及びシステムの必要性が業界において依然として存在する。更に、ガスストリームの処理に関する設備のコスト、サイズ、及び重量の削減に対する要求があり、これにより、スイング吸着プロセスにおける弁開口部に由来する圧力スイング中の問題も最小限に抑えることができる。

１又は２以上の実施形態において、本技術は、供給ストリームから汚染物質を除去する方法を含む。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施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以上の能動制御型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以上の受動制御型の生成物弁（ポペット弁、逆止弁又はリード弁など）を開くステップであって、１又は２以上の受動制御型の生成物弁の各々は、１又は２以上の能動制御型の供給ポペット弁のうちの少なくとも１つと同相で動作するようにするステップと、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は、パージストリームを吸着床ユニットに通して、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秒より長く６００秒未満の期間であるステップと、を含む。

更に別の実施形態において、ガス状供給ストリームから汚染物質を除去するためのスイング吸着システムが記載される。本システムは、スイング吸着プロセスにおい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出力するように構成された吸着床ユニットを備え、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、１又は２以上の能動制御型ポペット弁であって、１又は２以上の能動制御型ポペット弁の各々は、内部領域とその内部領域の外部にある第１の位置との間で能動制御型ポペット弁を介してハウジング内の開口部を通る第１の流体流路を提供するように構成された、１又は２以上の能動制御型ポペット弁と、１又は２以上の受動制御型弁であって、１又は２以上の受動制御型弁の各々は、内部領域とその内部領域外部にある第２の位置との間で受動制御型弁を介してハウジング内の開口部を通る第２の流体流路を提供するように構成され、１又は２以上の受動制御型弁の各々は、１又は２以上の能動制御型ポペット弁のうちの少なくとも１つと同相で動作する、受動制御型弁と、を備える。

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。

本技術の一実施形態による、６個の吸着床ユニットと相互接続配管とを有するスイング吸着システムの３次元概略図である。 本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。 本技術の一実施形態による、ポペット弁構成を備えた例示的な吸着床ユニットの断面図である。 本技術の一実施形態による、図３の構成における吸着床ユニット内の圧力の例示的な概略図である。 本技術の一実施形態による、生成物排出口端部から見た吸着床ユニット用の例示的なヘッドの断面図である。 本技術の一実施形態による、吸着床ユニット用の例示的なヘッドの例示的な断面図である。 本技術の一実施形態による、吸着床ユニット用の例示的なヘッドの例示的な断面図である。 本技術の一実施形態による、吸着床ユニット用の別の例示的なヘッドの例示的な断面図である。

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のに使用される。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。

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。

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。理解されるように、本技術の範囲内で他の変形形態も想定することができる。

「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界面断面領域である。理解されるように、本技術の範囲内で他の変形形態も想定することができる。

本明細書で使用する「導管」は、流体など何かが運ばれる流路を形成する管状部材を指す。導管には、パイプ、マニホールド、チューブなどのうちの１又は２以上を含めることができる。

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。理解されるように、本技術の範囲内で他の変形形態も想定することができる。

「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界面断面領域である。理解されるように、本技術の範囲内で他の変形形態も想定することができる。

用語「同相で動作する」とは、２又は３以上の入口弁又は２又は３以上の出口弁などの２又は３以上の弁が、少なくとも８０％の重なり、又は好ましくは少なくとも９０％の重なりで（１００％の重なりが一致又は完全に同相である）実質的に共に開閉することを意味する。例えば、弁が特定の状態（例えば、開又は閉）にある時間間隔を考えると、この時間間隔の少なくとも８０％又は少なくとも９０％は、「同相」にある全ての弁に共通である。別の例として、２つの弁が１０秒間開いている場合、弁が両方とも同時に少なくとも８秒間開いているならば、それらの弁は少なくとも８０％重なっている。本技術の特定の実施形態において、同相にある弁は、開から閉への移行を開始するのにある時間範囲を有することができる。一例として、第１の弁が時間０で開き始め、同じ位相にある最後の弁は、その後のある時点ｔ₀（典型的には、弁開放時、又は一部の実施形態では弁が開いている時間の僅かな部分）で開き始めることができ、依然として同じ流体流れの構成及び方向を有する。同相にある弁は、同じリフト高さまで開く場合もあり、そうでない場合もある。同相にある弁において、最大リフト高さを有する弁から最小リフト高さを有する弁にわたる高さまで開く場合があり、最小リフト高さは、最大リフト高さを有する弁のリフト高さの２０％又は５０％まで下がる可能性がある。

ポペット弁の使用は、吸着床ユニットに有利であるが、これは、弁が既知の構成を含み、密封を与え、サイクルの柔軟なタイミングを提供することに起因する。スイング吸着プロセスの場合、柔軟なタイミングは、電気液圧式又は電気空気圧式の機構によって制御されるブローダウンステップ及び再加圧ステップを管理するのに有用とすることができる。しかしながら、上述のように、スイング吸着プロセスに関係する圧力及び流量は、ある占有面積を有するポペット弁を必要とする場合があり、この占有面積により、ポペット弁が吸着床ユニットのサイズを決定付ける結果となる。加えて、ポペット弁の周囲に流れが生じると、ポペット弁のサイズにより、吸着床の界面にわたって均一に流れを分布することが困難になる可能性がある。また、大型のポペット弁は、弁開口部の外形に関して制限され、これにより生成可能な流れのプロファイルが制限される。

サイクルタイミングを最適化するために、吸着床ユニットにおける弁は、能動制御型弁アクチュエータを有し、これは、能動制御型ポペット弁と呼ばれる場合がある。しかしながら、本技術は、吸着床を通るストリームの流れを管理するために、能動制御型ポペット弁と、ポペット弁、逆止弁又はリード弁とすることができる１又は２以上の受動制御型弁との組み合わせを含む。受動制御型弁は、圧力差に依存して開く及び／又は閉じることができる。例証として、受動作動型弁がポペット弁である場合、ポペット弁は、それぞれの着座面に押し付けられて、流体流れを閉鎖又は阻止する。受動制御型のポペット弁は、支援機器が弁の位置（例えば、開又は閉）を管理するための機構を軽減することができる。更に、受動制御型弁の使用により、従来の吸着床ユニットと比較して占有面積が低減され、設備投資を削減することができる。

本技術は、吸着床ユニットを通る流体の流れを管理するために、１又は２以上の受動制御型弁と１又は２以上の能動制御型弁とを有する１又は２以上の吸着床ユニットを備えたスイング吸着システムを含む。吸着床ユニットは、ヘッド部分及び他の本体部分を含むことができ、実質的にガス不透過性の隔壁を形成するハウジングを含むことができる。吸着床は、ハウジングの内部領域とハウジング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、受動制御型弁及び／又は能動制御型ポペット弁）に隣接してハウジング内に配置される。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、１又は２以上のポペット弁を含むことができ、その各々が、異なるストリームに関連する異なる導管と流れ連通している。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。

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、電気液圧式又は電気空気圧式の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、本方法の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。直線運動は、直線経路に沿うことができるが、異なる構成に対して比例する場合もあり、又は比例しない場合もある。別の例として、能動制御型ポペット弁を開くステップは、開口部を設け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。

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設けるために、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する、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。受動制御型の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でより多くの流れを提供することができる。

受動制御型弁及び／又は能動制御型ポペット弁の構成は、異なるストリームに対して異なるように動作することができる。例えば、受動制御型弁及び／又は能動制御型ポペット弁を開くステップは、供給ディスク要素を吸着床から離れるように移動させて、ディスク要素と弁座との間に間隙を形成するステップを含むことができる。この構成は、１又は２以上のステップを実行する間に、１又は２以上の受動制御型弁からの漏れを阻止するために、内部領域とそれぞれの導管との間の圧力差に基づいて１又は２以上の受動制御型弁の各々に対するディスク要素に圧力を加えるステップを含むことができる。一例として、供給ポペット弁は、吸着床から離れる方向に移動し、供給導管内の圧力を利用して、弁をそれぞれの供給弁座に維持することができる。

更に、受動制御型弁及び／又は能動制御型ポペット弁の組は、スイング吸着プロセスにおいて同相で動作することができる。例証として、スイング吸着プロセスサイクルは、各々が特定の時間間隔を有する２又は３以上のステップを伴うことができ、これらの時間間隔を合計してサイクル時間となる。これらのステップは、吸着ステップの後に再生ステップを含み、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って）、及びこれらの組み合わせを含むステップにおいて様々な方法を使用することができる。一例として、スイング吸着プロセスは、吸着、減圧、パージ及び再加圧など、１又は２以上のステップを伴うサイクルを含むことができる。高圧で分離を行う際には、各ステップの圧力変化を低減して効率を上げるために、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行される。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。本技術は、サイクルにおけるスイング吸着ステップの１又は２以上に対して、少なくとも１つの受動制御型弁を少なくとも１つの能動制御型ポペット弁と組み合わせるステップを含むことができる。一例として、供給又は吸着ステップは、吸着床ユニットの供給入口側に能動制御型ポペット弁と、吸着床ユニットの生成物排出口側に受動制御型弁とを含むことができ、受動制御型弁は、ポペット弁、逆止弁又はリード弁とすることができる。別の例として、パージステップは、吸着床ユニットのパージ排出口側に能動制御型ポペット弁と、吸着床ユニットのパージ入口側に受動制御型弁とを含むことができる。

１又は２以上の実施形態において、本技術は、１又は２以上の吸着床ユニットを備えたスイング吸着システムを含む。１又は２以上の吸着床ユニットの各々は、第１の端部及び第２の端部と、内部領域において第１の端部と第２の端部との間の吸着床ユニットのハウジング内に配置され、供給ストリームから少なくとも１つのガス成分を除去するのに使用される吸着床と、吸着床ユニットの第１の端部にて少なくとも１つの能動作動型供給ポペット弁と、少なくとも１つの能動作動型供給ポペット弁を開閉するための供給入口ポペット弁作動システムとを備える供給入口制御装置と、ａ）少なくとも１つの能動作動型供給ポペット弁を開くタイミング、ｂ）少なくとも１つの能動作動型供給ポペット弁の開放持続時間、ｃ）少なくとも１つの能動作動型供給ポペット弁の開放速度、及びｄ）少なくとも１つの能動作動型供給ポペット弁の閉鎖速度のうちの少なくとも２つを制御するための供給制御モジュールと、吸着容器の第１の端部にて少なくとも１つの能動作動型パージポペット弁を備えるパージ排出口制御装置と、少なくとも１つの能動作動型パージポペット弁を開閉するためのパージ排出口ポペット弁作動システムと、ａ）少なくとも１つの能動作動型パージポペット弁を開くタイミング、ｂ）少なくとも１つの能動作動型パージポペット弁の開放持続時間、ｃ）少なくとも１つの能動作動型パージポペット弁の開放速度、及びｄ）少なくとも１つの能動作動型パージポペット弁の閉鎖速度のうちの少なくとも２つを制御するためのパージ制御モジュールと、吸着容器の第２の端部にて少なくとも１つの受動作動型生成物弁を備える生成物排出口制御装置であって、内部領域と生成物排出口導管との間の圧力差が少なくとも１つの受動作動型生成物弁の開閉を制御する生成物排出口制御装置と、吸着床ユニットの第２の端部にて少なくとも１つの受動作動型パージ弁を備えるパージ供給制御装置であって、内部領域とパージ導管との間の圧力差が少なくとも１つの受動作動型生成物パージ弁の開閉を制御するパージ供給制御装置と、を有する。

別の実施形態において、スイング吸着システムは、様々な機能強化を含むことができる。例えば、少なくとも１つの能動作動型供給ポペット弁は、逆方向作動ポペット弁とすることができ、これはまた、複数の能動作動型供給ポペット弁、及び／又は１又は２以上の能動作動型供給ポペット弁と１又は２以上の受動作動型生成物排出口弁との組み合わせを含むことができる。更に、少なくとも１つの能動作動型パージポペット弁は、順方向作動ポペット弁とすることができる。能動作動型供給ポペット弁及び／又は能動作動型パージポペット弁はまた、共通の作動システムを含むことができ、この共通作動システムは、リフトプレートを組み込むことができ、或いは個々の能動作動型供給ポペット弁が様々な寸法の弁ラッシュ（隙間）を有して能動作動型供給ポペット弁の連続的な開放を促進することができる。加えて、受動作動型生成物ポペット弁及び／又は受動作動型パージポペット弁は、それぞれのポペット弁を閉状態に保持し、それぞれのポペット弁を所望の圧力差で開くように構成されたバネ状装置を組み込むことができる。更に、供給制御モジュール及び／又はパージ制御モジュールは、プロセッサと、メモリと、メモリに記憶された命令セットとを含むことができ、また、例えば能動作動型の供給ポペット弁及び／又は能動作動型のパージポペット弁など、それぞれの能動作動型ポペット弁の開放順序、開放時間、開放速度及び／又は閉鎖速度を決定する数値計算を実行するよう構成することができる。

更にまた、別の実施形態において、スイング吸着システムは、追加の機能強化を含むことができる。例えば、本システムは、ポペット弁用の空気／ガスバネを備えたコンピュータ制御の電気液圧アクチュエータを含むことができ、供給ポペット弁に対する逆方向作動ポペット弁及び／又は順方向作動ポペット弁のうちの１又は２以上を使用することができ、好ましい複数個の供給弁を使用することができ、及び／又はプロセスストリームを使用してポペット弁（例えば、受動制御型ポペット弁）を作動させることができる。別の例として、本システムは、環状アクチュエータピストンを使用してポペット弁に関係するリフトプレートを案内し、ポペット弁に関係する環状ピストン上で２又は３以上のリフトストップを使用し、ポペット弁に関係するリフトストップ上でテーパ付きダンパを使用し、選択されたラッシュ調整を用いて、１又は２以上のポペット弁を開いた後に他のポペット弁バルブを開いて、流れのプロファイルを調整することができる。加えて、更に別の例として、本システムは、吸着床ユニットの底部に受動作動型の弁と、吸着床ユニットの頂部に能動作動型のポペット弁（例えば、関係する作動機構を有する）とを配置すること、気密封止された区画又は吸着床ユニット内に能動作動型ポペット弁のうちの１又は２以上に対して作動機構を配置して、プロセスフランジからの外部漏れを制限すること、及び／又は吸着床ユニットのヘッドの半径方向又は円周方向の分割を用いて、ポペット弁の様々な組によって供給される流れストリームに対する接続数を増加させること、を含むことができる。

本技術は、２又は３以上の吸着床の使用を伴うことができ、これらは、複数サイクル（例えば、互いに同期していない）の異なるステップを実行している同様のサイクルで操作されて、様々なストリーム（例えば、供給ストリーム、生成物ストリーム、加熱ストリーム、及びパージストリーム）に対して流体の安定した流れを維持する。

更に、別の実施形態において、種々のストリームの圧力は、変化させることができる。例えば、供給ストリームは、５０ｂａｒ絶対圧（ｂａｒａ）〜１５０ｂａｒａ、４０ｂａｒａ〜１５０ｂａｒａ、又は好ましくは５０ｂａｒａ〜１００ｂａｒａの範囲にわたる供給圧力を伴うことができるが、必ずしもこの範囲に限定されない。供給温度は、０°Ｆ〜２００°Ｆの範囲、２０°Ｆ〜１７５°Ｆの範囲、又は４０°Ｆ〜１５０°Ｆの範囲とすることができる。ブローダウン圧力、加熱圧力、及びパージ圧力は、サイクルに応じて調整することができ、利用する吸着材料に依存することができ、及び／又は真空から供給圧力までの範囲とすることができる。例えば、吸着材料がゼオライト４Ａの場合、ブローダウン圧力の範囲は、０．０１ｂａｒａ〜４０ｂａｒａ、又はより好ましくは１ｂａｒａ〜３０ｂａｒａの範囲とすることができる。この実施例では、ＣＯ₂及び／又は水などの汚染物質の供給濃度に依存することができる。また、別の実施形態において、圧力スイングが段階的に達成されて存在する場合に各ステップ中のメタン脱離量を変えるように、減圧ステップを調整することができる。

更に別の実施形態において、本技術は、液化天然ガス（ＬＮＧ）用途、凍結域制御（ＣＦＺ）用途、天然ガス液（ＮＧＬ）回収用途、並びに脱水といった他のこのような用途など、他の方法と統合することができる。これら種々の用途の各々は、それぞれのプロセスにおける供給ストリームに対して異なる規格を含むことができる。例えば、本技術の変形形態を用いて、ＬＮＧ規格又はパイプライン規格と比較して、より高い又はより低い量のＣＯ₂を含有するガスを処理することができる。

１又は２以上の実施形態において、本技術は、何れのタイプのスイング吸着プロセスにも使用することができる。本技術を用い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）、並びにこれらのプロセスの組み合わせが挙げられる。例えば、好ましいスイング吸着プロセスには、圧力スイング吸着を挙げることができるが、圧力スイング吸着と温度スイング吸着の組み合わせも含むことができ、これらは急速サイクルプロセスとして実施することができる。例示的な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。

更にまた、１又は２以上の実施形態において、様々な吸着材料を用いて、分離用機構を提供することができる。実施例には、ゼオライト３Ａ、４Ａ、５Ａ、ＺＫ４及びＭＯＦ−７４が挙げられる。しかしながら、本プロセスは、これらの吸着材料に限定されず、他の材料も用いることができる。

有利なことに、本技術は、従来技術に優る様々な機能強化を提供する。例えば、受動制御型弁を利用することにより、吸着床ユニットは、吸着床ユニットを操作するのに必要な重量及び占有面積を低減することができる。更に、本技術は、供給ストリームを処理して１又は２以上のガス汚染物質を除去するのに使用される吸着床ユニットの占有面積、重量、並びに資本経費を低減するように構成可能なモジュール設計を提供することができる。加えて、吸着床ユニット上での受動制御型弁の使用により、構成に柔軟性を与えることができ、保守及び補修を向上させることができる。本技術は、以下の図１〜７を参照するとより理解することができる。

図１は、６個の吸着床ユニットと相互接続配管とを有するスイング吸着システム１００の３次元概略図である。この構成は、特定の実施例であるが、本技術は、対称的な向きで、又は非対称の向きで及び／又は複数のハードウェアスキッドの組み合わせで配置することができる吸着床ユニットに広く関連する。更に、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、この特定構成は例証の目的であり、ここでは、吸着床ユニットのうちの少なくとも１つは、吸着床ユニットを通る流体の流れを管理するために、同相で動作可能な１又は２以上の受動制御型のポペット弁と１又は２以上の能動制御型ポペット弁とを有する。

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（例えば、ブローダウンストリーム）及び同様のものなど、本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。特定の構成において、吸着床ユニットはまた、吸着床から汚染物質の除去を強化するのに使用される加熱ループ（図示せず）を含むことができる。更に、吸着床ユニットはまた、等化容器１０８などの１又は２以上の等化容器を含むことができ、これらは、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。

図２において以下で更に説明される一例として、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、又は逆方向作動ポペット弁及び／又は順方向作動ポペット弁に加えて受動制御型のポペット弁及び／又は能動制御型ポペット弁などの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。逆方向作動ポペット弁は、吸着床から離れる方向に開くが、順方向作動ポペット弁は、吸着床に向かって開く。一例として、吸着床ユニットは、１又は２以上のポペット弁を含むことができ、各々が異なるストリームに関係する異なる導管と流れ連通している。ポペット弁は、吸着床とそれぞれの導管、マニホールド又はヘッダのうちの１つとの間に流体連通を提供することができる。

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材料を含む。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的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。吸着材料の別の例が、以下で更に示される。

図２は、本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２００の一部の概略図である。図１の吸着床ユニット１０２の一部とすることができる吸着床ユニット２００の部分は、上部ヘッド２１８及び下部ヘッド２２０と共に円筒壁２１４及び円筒形断熱層２１６を含むことができるハウジング又は本体を含む。吸着床２１０は、上部ヘッド２１８及び下部ヘッド２２０と断熱層２１６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、実質的に開放流路容積から構成される。吸着床ユニット内のこのような開放流路容積は、様々なステップに対して管理される必要があるガスを含む。ハウジングは、内部領域内で０ｂａｒａ（ｂａｒ絶対圧）〜１５０ｂａｒａの圧力を維持するように構成することができる。

上部ヘッド２１８及び下部ヘッド２２０は、弁組立体２２２〜２４０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２１８又は２２０と吸着床２１０との間の上部又は下部の開放流路容積はまた、流体を吸着床２１０に直接導入する流れ分配ライン（図示せず）を収容することができる。上部ヘッド２１８は、入口マニホールド２４２及び２４４並びに出口マニホールド２４８、２５０及び２５２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２２０は、入口マニホールド２５４並びに出口マニホールド２５６、２５８及び２６０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２２２〜２４０が、それぞれのマニホールド２４２〜２６０と流体連通して配置される。弁組立体２２２〜２４０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。更に、それぞれのディスク要素は、吸着床２１０に隣接することができ、これにより内部領域のデッドボリュームを減少させることができる。ステム要素は、それぞれの弁がそれぞれのステム要素に対して直線運動を与えるように構成された、作動機構又は付勢機構に接続することができる。理解されるように、作動機構又は付勢機構は、種々のポペット弁タイプに使用され、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、２又は３以上の弁を作動させることができる。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、出口マニホールドに対するものよりも小さい直径を有するとすることができる。

スイング吸着プロセスにおいて、サイクルは、各々が特定の時間間隔を有する２又は３以上のステップを伴い、これら時間間隔が合計されてサイクル時間又はサイクル持続時間となる。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を介して）、及びこれらの組み合わ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、ＰＳＡ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。高圧で分離を行う際には、各ステップの圧力変化を低減して効率を上げるために、減圧と再加圧（均一化と呼ばれる場合がある）を複数のステップで実行することができる。

流体の流れを管理するために、本技術は、吸着床ユニット２００内に１又は２以上の受動制御型弁と１又は２以上の能動制御型弁とを備えたスイング吸着システムを含む。一例として、受動制御型のポペット弁及び能動制御型ポペット弁は、各ストリームに対してペアにされ、互いに同相で動作することができる。例証として、弁組立体２２２、２２４及び２３２などの入口ポペット弁は、能動制御型のポペット弁とすることができ、弁組立体２２６、２２８、２３０、２３４、２３６、２３８及び２４０は、受動制御型のポペット弁とすることができる。この構成において、それぞれの能動制御型ポペット弁の各々を使用して、内部領域内の吸着床２１０に供給されるストリームを制御することができ、それぞれの受動制御型のポペット弁の各々は、それぞれの能動制御型ポペット弁に基づいて作動させることができる。このように、能動制御型ポペット弁は、内部領域内の圧力又は温度などの動作条件を調整するために使用されて、受動制御型のポペット弁のうちの１又は２以上と共に動作又は同相で動作することができる。能動制御型ポペット弁及び／又は受動制御型のポペット弁は、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。

吸着床ユニットに対するポペット弁の配置は、その構成を制限する特定の制約を有する。例えば、吸着床ユニットのヘッドの直径は、吸着床自体の体積の外側の内部領域における過剰なデッドボリュームを回避するために、吸着床の直径によって制限される。結果として、複数の供給入口ポペット弁を用いて、吸着床ユニットのヘッド上で利用可能な流動面積を最大にすることができる。例えば、特定の構成において、供給入口ポペット弁の数は、単一のパージ排気口弁の周りの単一ピッチ円上に配置された５、６、７又は９とすることができる。他の構成は、２つの円に配置された１２又は１８を含むことができる。

吸着床ユニットの例示的な構成として、図３は、本技術の一実施形態による、ポペット弁構成を備えた吸着床ユニットの概略断面図３００である。この概略図３００において、パージ排気口ポペット弁３０２及び供給入口ポペット弁３１０などの様々な能動制御型ポペット弁は、第１のヘッド３１３内に配置され、他方、様々な受動制御型のポペット弁（図示せず）は、第２のヘッド３３０上に配置される。本体部分３３２は、２つのヘッド３１３及び３３０間に配置され、吸着床３０４を取り囲む。

パージ排出口ポペット弁３０２は、吸着床ユニットの中心線上に取り付けられた単一の能動制御型ポペット弁である。パージ排出口ポペット弁３０２は、順作動方向の吸着床３０４に向かって開く。アクチュエータ（図示せず）は、パージ排出口ポペット弁３０２の上方に取り付けることができ、ピストンの背後の加圧空気（「空気バネ」）を用いて閉鎖力を提供する電気液圧式アクチュエータとすることができる。順方向作動ポペット弁のタイプを吸着ステップの間に供給圧力で利用して、空気バネがパージ排出口ポペット弁３０２を閉鎖し、パージ排出口導管３０６及びパージ排出口ヘッダ（図示せず）内への漏れに抗して閉鎖状態に維持するのを助けることができる。パージストリームは、矢印３０７で示されるように吸着床３０４に流入し、矢印３０８で示される方向にパージ出力ストリームとして導かれて、吸着床３０４から除くことができる。

加えて、概略図３００は、各々が能動制御型ポペット弁である複数の供給入口ポペット弁３１０を有する。複数の供給入口ポペット弁３１０は、矢印３１５で示されるように、ヘッド３１３の一部に連結させることができる供給導管（図示せず）から提供される供給ストリームの流れを管理する。供給ストリームは、吸着床３０４に送られ、矢印３１７で示されるように生成物ストリームとして導かれる。供給入口ポペット弁３１０は、逆方向作動ポペット弁として吸着床３０４から離れる方向に開くように構成することができる。複数の供給入口ポペット弁３１０を用いて、吸着床ユニットのヘッド３１３上で利用可能な流動面積を最大にすることができる。供給入口ポペット弁３１０は、リフトプレート３１４と呼ばれる環状要素によって持ち上げられる。リフトプレート３１４は、可撓性金属ダイアフラムピストン３１６と呼ばれる環状アクチュエータピストンによって案内される。或いは、摺動液圧シールを備えた剛性環状ピストンを使用することもできる。持ち上げ全体は、リフトストップ３１８などのリフトストップによって設定され、該リフトストップは、環状ピストンをヘッドに平行な平面に拘束して、供給入口ポペット弁３１０の各々に対して開いたときに同じ持ち上げを提供する。リフトストップは、環状ピストン内の円筒形凹部（図示せず）に入るテーパ付き金属プラグ（図示せず）を用いて、リフトストップに接近するにつれて、リフトプレートの動きを減衰させるようにすることができる。供給入口ポペット弁３１０は、ディスク要素が適切に着座することを確実にするため、固定ガイドプレート３２０におけるブッシュによって案内される。１Ｇ（例えば、９．８メートル/秒²）未満の閉鎖加速度では、吸着床のシリンダ軸が垂直な場合、供給入口ポペット弁３１０は、バネなしで用いることができる。供給入口ポペット弁３１０は、圧力（例えば、圧力差）によって強固な着座接触状態で保持されて、パージステップの間で封止することができる。更に、弁ラッシュ３２２及び３２３などの弁ラッシュは、リフトプレート３１４とジャムナット３２４及び３２６との間の距離である。弁ラッシュ３２２は、１又は２以上の供給入口ポペット弁３１０を優先的に開いた後、ポペットの残りがリフトプレート３１４により作動されるように調整することができる。例えば、弁ラッシュ３２２は長さが１ミリメートルとすることができ、他方、弁ラッシュ３２３は、長さが１０ミリメートルとすることができる。このようにして、弁ラッシュ３２２に関係する供給入口ポペット弁３１０は、弁ラッシュ３２３に関係する供給入口ポペット弁３１０より先に開くことができる。

一例として、本技術は、吸着ステップ及びパージステップを含むスイング吸着サイクルを含むことができる。この例では、吸着床ユニットは、４つのストリームを含むことができ、これらは、供給入口（例えば、供給入口ポペット弁３１０）によって供給される供給ストリーム、生成物排出口（例えば、生成物排出口ポペット弁）を介して供給される生成物ストリーム、パージ入口（例えば、パージ入口ポペット弁）によって供給されるパージストリーム、並びにパージ排出口（例えば、パージ排出口ポペット弁３０２）を介して供給されるパージ出力ストリームである。入口及び排出口は各々、当該ストリーム用の特定の導管（例えば、マニホールド又は他の管状部材）に連結されたそれぞれのポペット弁と関連付けることができる。加えて、能動制御型の供給ポペット弁を開くステップはまた、異なる弁ラッシュを用いて、第１の開口部を通るガス状供給ストリームに第１の流路を提供した後、第２の開口部を通る第２の流路を提供するステップを含むことができる。例示的なスイング吸着サイクルが図４に示される。

図４は、本技術の一実施形態による、図３の構成に対する、吸着床ユニット内の圧力の例示的な概略図４００である。この概略図４００において、圧力応答４１０は、秒（ｓ）単位の時間軸４０４に対してメガパスカル（ＭＰａ）単位で圧力軸４０２に沿って示されている。この概略図４００において、圧力応答４１０は、サイクル内の異なるステップについての吸着床ユニットの内部領域内の圧力変化を示す。吸着床ユニットに対する例示的なサイクルは、吸着ステップ及び再生ステップを実行するステップを含むことができ、再生ステップはパージステップを含む。パージステップを用いて、吸着床３０４から水分を除去することができる。供給ストリームは、８．１ＭＰａで供給される水分を有する天然ガスストリームであり、供給入口ポペット弁３１０から供給することができる。詳細には、前の吸着ステップの終わりは、ゼロ秒から４秒までの時間（例えば、ステップマーカ４０５によって示される）により示される。

パージステップは、ステップマーカ４０５からステップマーカ４０６までである４秒から４０秒までの時間期間の間に実行される。パージステップの間、圧力応答４１０に示されるように、吸着床ユニットの内部領域内の圧力は、８．１ＭＰａから２．９ＭＰａに低下する。パージ排出口ポペット弁３０２は、４秒にて開き、３６秒にて閉じる。次いで、パージ排出口ポペット弁３０２と同時にパージ供給ポペット弁が開閉する。パージステップの間、供給入口ポペット弁３１０が閉じられ、パージ排出口ポペット弁が開かれる。内部領域内の圧力は、供給導管内の圧力よりも低く、これにより、供給入口ポペット弁３１０のディスク要素（例えば、供給ディスク要素）をそれぞれの弁座に維持するための追加の支持を提供して、これらポペット弁を通る何らかの流路を封止する。

パージステップに続いて、吸着ステップが、ステップマーカ４０６からステップマーカ４０７までである４０秒から７２秒までの時間期間の間実行される。圧力応答４１０に示されるように、吸着ステップは、このステップの一部として圧力を２．９ＭＰａから８．１ＭＰａに増大させる。吸着ステップの間、供給入口ポペット弁３１０が開かれ、パージ排出口ポペット弁が閉じられる。内部領域内の圧力は、パージ導管内の圧力よりも高く、これにより、パージ排出口ポペット弁３０２のディスク要素（例えば、パージ排出口ディスク要素）をそれぞれの弁座に維持するための追加の支持を提供して、これらポペット弁を通る何らかの流路を封止する。その結果として、吸着ステップ中の供給圧力により、空気バネがパージ排出口ヘッド内に漏れないようにパージ排出口ポペット弁を閉じるのを助ける。

理解されるように、吸着床ユニット用の適切な流動面積の寸法は、種々の処理操作に合わせて調整することができる。例えば、この寸法は、脱水などの処理プロセスのタイプ、様々なストリームの供給量などのプロセス条件、ストリーム及び／又は実行されるステップの圧力、及び／又はストリームの温度に合わせて調整することができる。

図５は、本技術の一実施形態による、生成物排出口端部から見た、吸着床ユニット用の例示的なヘッドの概略断面図５００である。この概略図５００において、生成物ストリーム及びパージ供給ストリームに対して２つの別個の接続部が示されている。ヘッド５１０は、生成物排出口ポペット弁５０２及びパージ供給ポペット弁５０４などの様々なポペット弁を含み、これらはヘッド５１０上に位置決めされる。生成物排出口ポペット弁５０２などの生成物排出口ポペット弁は、ヘッド５１０の外側部分に位置決めされ、他方、パージ供給ポペット弁５０４などのパージ供給ポペット弁は、ヘッド５１０の内側部分に位置決めされる。ヘッドの内側部分と外側部分は、封止要素５１２によって分離される。ヘッド５１０は、半径５０６を有する実質的に円形形状を有する。ヘッド５１０はまた、キャップネジ５０８などの様々なキャップネジ（例えば、６個のキャップネジ）を含む。

この構成において、吸着床ユニットの供給端上に配置される供給入口ポペット弁（図示せず）及びパージ排出口ポペット弁（図示せず）は、能動作動型ポペット弁とすることができ、これらは、コンピュータ制御の電気液圧アクチュエータを含むことができる。吸着床ユニットの内部領域における圧力バランスは、供給入口ポペット弁及びパージ排出口ポペット弁によって制御することができるので、生成物排出口ポペット弁５０２及びパージ供給ポペット弁５０４は、受動作動型ポペット弁とすることができる。生成物排出口ポペット弁５０２及びパージ供給ポペット弁５０４は、それぞれのポペット弁の両端の圧力差に基づいて適切な順序で開閉するように構成することができる。

パージ供給ポペット弁及び生成物排出口ポペット弁は、プロセスガスサービスにおいて往復動式圧縮機のシリンダ弁で使用されるように、２分割弁本体に取り付けることができる。２つの別個の接続部はまた、２分割弁本体に接してクランプされたガスケットによって２分割弁本体にて封止することができる。この継ぎ手での封止は、パージ導管への生成物ストリームの漏れを防止し、これにより、生成物ストリームの何らかの損失を軽減することができる。しかしながら、この継ぎ手での漏れは、封じ込めの喪失をもたらすことはない。パージ供給ポペット弁の数は、供給入口ポペット弁について上述したものと同じ好ましい構成に従うことができる。

有利なことに、これらポペット弁の自動開放は、これらポペット弁用の別個のアクチュエータを排除することによって、吸着床ユニットの嵩及びコストを低減する。更に、吸着床ユニットの向きにより、吸着床ユニットの底部に受動作動型のポペット弁を位置決めして、吸着床ユニット支持体の高さを地表面より上に制限し、保守の問題を軽減することができる。別の構成において、吸着床ユニットの向きにより、吸着床ユニットの頂部に受動作動型ポペット弁を位置決めし、導管及び機器をより高い位置に制限することができる。

特定の実施形態において、ポペット弁を往復動圧縮機の弁本体に設置することができる。ポペット弁は、閉鎖を確実にするための耐腐食性のコイルバネを備えて、繊維強化熱可塑性材料から製造することができる。往復動式圧縮機で使用されるようなリード弁、逆止弁又はプレート弁など他タイプの受動作動型弁も使用することができる。

図３のヘッド３１３と共に使用することができる、吸着床ユニットの供給入口端部上の例示的なヘッドについて、供給ストリーム及びパージ出力ストリームを含む２つの別個の接続部を設けることができる。この供給入口ヘッド構成において、ヘッドは、供給入口ポペット弁及びパージ排出口ポペット弁など、ヘッド上に位置決めされた様々なポペット弁を含むことができる。例えば、図３について上述したように、パージ排出口ポペット弁は、ヘッドの中心に位置決めすることができ、他方、供給入口ポペット弁は、ヘッドの外側部分の周りに配置することができる。供給入口ポペット弁及びパージ排出口ポペット弁の各々は、能動制御型ポペット弁を動作させるために１又は２以上のそれぞれの作動機構を含むことができる。供給アクチュエータは、上述のように動作することができる。加えて、ヘッド又は封止要素を用いて、パージ排出口ストリームをヘッドの異なる区画における供給ストリームから隔離することができる。

より多くのストリームを受け入れるために、供給入口端部上のヘッドは、様々な区画に分割することができる。例えば、急速サイクルスイング吸着プロセスは、供給ストリームを処理するために５つ以上の接続部を含むこができる。従って、吸着床ユニットの供給入口端部上のヘッドを分割又は区分化して、種々のストリームに対するアクセスを提供することができる。例証として、図６Ａ及び６Ｂは、ヘッドにストリーム接続部を提供するための半径方向分割を示し、一方、図７は、ヘッドに２つの接続を提供するための円周方向分割を示している。

図６Ａ及び６Ｂは、本技術の一実施形態による、吸着床ユニット用の例示的なヘッドから見た概略図６００及び６２０である。概略図６００は、様々なストリームに対して別個の接続部を有するヘッドの断面図であり、供給ストリーム、減圧ストリーム、生成物ストリーム、パージストリーム及びパージ出力ストリームを含むことができる。詳細には、ヘッド６１０は、７つの異なる区画に分けられ、これらは、中央ポート６０４を形成する中央円形構造要素から半径方向に延びる構造要素６１２によって分割されている。従って、ポペット弁６０２などの様々なポペット弁をアクチュエータ６１６などの作動機構と共に異なる区画内に分配して、異なる区画内のそれぞれのポペット弁を通る流体の流れを制御することができる。

例えば、ヘッドは、吸着床ユニットに対して供給入口端部上に位置決めすることができる。ヘッド６１０は、ポペット弁６０２など、ヘッド６１０上に位置決めされた様々なポペット弁を含み、これらは供給入口ポペット弁とすることができる。更に、中央ポート６０４は、パージ排出口導管（図示せず）と流体連通しているヘッド６１０のパージ排出口部として使用することができる。パージ排出口ポペット弁（図示せず）は、中央ポート６０４と流体連通し、ヘッド６１０に固定される。ポペット弁６０２などのポペット弁は、ヘッド６１０の構造要素又は壁６１２によって形成される異なる区画内に位置決めされる。異なる区画を用いて、ヘッド６１０の入口ポート部６１４などのそれぞれの入口ポートを通る異なる導管からの流れを分離及び隔離することができる。ヘッド６１０は、実質的に円形形状を有し、これにより実質的に三角形状の区画を提供する。加えて、アクチュエータ６１６などの作動機構は、この図６００に重畳されて、１つのアクチュエータが３つのポペット弁と関連付けられることを示している。アクチュエータは、上述のように動作することができる。

概略図６２０において、ヘッド６１０の入口ポート部６１４は、ポペット弁６０２へのアクセスを提供するように示されている。リフトプレート６２２は、アクチュエータ６１６によって案内されて、ヘッドの部分６２４内に着座するポペット弁６０２を開閉する。断面線６Ａは、図６Ａの概略図６００と図６Ｂの概略図６２０との間の関係を示し、ここで概略図６００は、断面線６２０に沿った概略図６２０から見た断面図である。

代替の実施形態として、図７は、本技術の一実施形態による、吸着床ユニット用の例示的なヘッドから見た概略断面図７００である。概略図７００において、円形構造要素７０６を有するヘッド７１０において、供給ストリーム及びパージ出力ストリームなどの別個の接続部が示されている。円形構造要素７０６を用いて２つの区画にヘッドを分割することができ、この区画には、異なる区画に異なるポペット弁を配置させる。例えば、ポペット弁７０２は、外側区画に配置することができ、他方、ポペット弁７０４は、内側区画に配置することができる。

一例として、ヘッド７１０は、吸着床ユニットに対して供給入口端部上に位置決めすることができる。このような構成において、ポペット弁７０２は、供給入口ポペット弁とすることができ、一方、ポペット弁７０５は、パージ排出口ポペット弁、ポペット弁７０４はブローダウンポペット弁とすることができる。パージ排出口ポペット弁７０５は、パージ排出口導管（図示せず）と流体連通して、ヘッド７１０に固定することができ、一方、供給入口ポペット弁７０２は、供給入口導管（図示せず）と流体連通して、ヘッド７１０に固定される。同様に、ブローダウンポペット弁７０４は、ブローダウン導管（図示せず）と流体連通してヘッド７１０に固定することができる。ヘッド７１０の構造要素又は壁７０６を用いて、パージ出力ストリーム及びブローダウンストリームから供給ストリームを隔離することができる。異なる区画を用いて、供給入口導管及びパージ排出口導管などの異なる導管から流れを分離及び隔離することができる。ヘッド７１０及び構造要素７０６は、実質的に円形形状を有する。加えて、供給アクチュエータ（図示せず）及びパージ排出口アクチュエータなどのアクチュエータを利用して、供給入口ポペット弁７０２及びパージ排出口弁７０５などの能動制御型ポペット弁を動作させることができる。供給アクチュエータは、上述のように動作することができる。

１又は２以上の実施形態において、本技術は、供給ストリームからガス成分の必要な分離を提供するために、急速サイクル温度及び／又は圧力スイング吸着の固有な組み合わせを提供する。例えば、吸着又は供給ステップにおいて、優先的にＣＯ₂を吸着するように選択された吸着材料を含有する吸着床に、パイプライン品質の供給ガスを供給ストリームとして導入することができる。次いで、生成物ストリームである吸着床から出るガスストリームは、ＬＮＧ規格（例えば、５０ｐｐｍ未満のＣＯ₂を含有する）である。吸着床が飽和に近づくにつれて、供給ストリームは中断され、異なる吸着床に迂回されて、現行の吸着床は、再生ステップで再生される。再生ステップは、１又は２以上のパージステップ及び／又は１又は２以上のブローダウンステップなど、１又は２以上の減圧ステップを含むことができ、ここで吸着床のハウジング内の圧力は、その後の各ステップで低減される。再生ステップは、吸着ステップ中にＣＯ₂と共吸着されたメタンガスの一部を脱離させる。ブローダウン出力ストリームは通常高純度であり、圧縮されてＬＮＧ規格の生成物ストリームと混合することができる。

特定の実施形態において、吸着床は、より低い圧力で加熱ステップを受けることができる。この加熱ステップは、吸着床の再生を促進するために、分圧スイング吸着と温度スイング吸着の組み合わせを表している。加熱ステップは、吸着床における金属基材の電気加熱、加熱ストリームを吸着床に通過させること、及び／又は気密封止された加熱流体からの対流加熱など、幾つかの方法で提供することができる。加熱ステップが低圧で実行される場合、ＣＯ₂が吸着床にわたって分布するので、このストリーム中のＣＯ₂濃度が低減されるはずである。特定の実施形態において、加熱ステップは、出口パージストリーム（例えば、パージストリームの生成物）を加熱ループストリームと混合し、次に燃料用の複合ストリームから離れて導くステップを含むことができる。或いは、加熱ループは、主成分としてＣＯ₂のストリームを用いて高圧及び高温で実行することができる。このような構成において、ブローダウンステップは、大気圧で、燃料（生成物ではない）から離れるように導かれたブローダウンストリームを用いて実行することができ、その後、吸着床をパージすることができる。しかしなら、好ましいサイクルは、加熱ストリーム中のＣＯ₂量を（例えば、約２０％未満に）制限するステップを伴うことができる。

加熱ステップは、何らかの汚染物質の漏出を最小限に抑えるために、吸着床の長さ全体を加熱しない場合がある。吸着床は、特定のストリーム及び反応によって冷却されるので、温度差は、吸着波が供給端（例えば、冷却された吸着床の前部）にて形成されるようにし、次いで吸着床に沿って供給方向に移動することができる。吸着フロントが吸着床の前部（例えば、供給端付近）にて生じているので、吸着床の残りの部分は、吸着フロントが当該箇所まで前進してくるより前に供給物によって冷却される。これにより、最初の１秒程度の供給でＬＮＧ品質のガスを生成する方法に対する機構が提供される。例えば、加熱ステップは、供給端と吸着床の生成物端との間に温度差をもたらすように構成することができる。温度差は、吸着床の供給端と吸着床の生成物端との間の温度の差であり、これは、吸着床の供給端の温度から吸着床の生成物端の温度を差し引くことによって計算することができる。温度は、熱電対又は他の温度測定装置によって測定された温度とすることができる。供給端又は供給側は、供給ストリームが最初に流入する吸着床の端であるのに対して、生成物端は、供給端とは反対側の吸着床の部分であり、供給ストリームが吸着床から流出する所である。温度差は、１００°Ｆ〜４００°Ｆの範囲、１２５°Ｆ〜３５０°Ｆの範囲、又は１７５°Ｆ〜３００°Ｆの範囲とすることができる。温度差を利用して、供給ストリームを供給端から吸着床剤に流入させ、吸着床のより高温部分に曝される前に、汚染物質（例えば、ＣＯ₂及び／又は水）を除去することができる。吸着床の低温部分は、加熱供給領域と呼ばれる場合があり、加熱温度にある吸着床の部分は、加熱生成物領域と呼ばれる場合があり、また、加熱供給領域から加熱生成物領域に移行する吸着床の部分（例えば、これらの領域の温度差の間で上昇する加熱フロントを有する部分）を加熱フロント領域と呼ばれる場合がある。これらの異なる領域は、加熱ステップが実行されているときに変わる場合があり、加熱ステップの終了時には、最大加熱生成物領域及び最小加熱供給領域がある。加熱供給領域は、吸着床の供給端から吸着床長さの２％まで、吸着床の供給端から吸着床長さの５％まで、吸着床の供給端から吸着床長さの１０％まで、又は吸着床の供給端から吸着床長さの２０％までの吸着床の特定部分とすることができる。加熱生成物領域は、吸着床の生成物端から吸着床長さの６０％まで、吸着床の生成物端から吸着床長さの５５％まで、又は吸着床の生成物端から吸着床長さの５０％までの吸着床の特定部分とすることができる。更に、加熱ステップは、加熱温度付近の特定範囲内（例えば、加熱温度の１０％及び／又は加熱温度の５％以内）になるまで吸着床の生成物端からの吸着床の一部分を加熱するステップを含むことができる。冷却フロントの移動は、吸着ステップ中は生成物端に向かい、加熱ステップ中は供給端に向かう。

更に、特定の実施形態において、上記方法を用いて、供給ストリームから２又は３以上のあらゆる汚染物質を分離する（例えば、パイプライン品質のガスとすることができる供給ストリームをＬＮＧ規格に処理する）ことができる。例えば、供給ストリームが、該ストリームから水を除去するために追加の機器（例えば、分子篩吸着ユニット及び／又は脱水吸着床ユニットなどの脱水吸着ユニット）を含む場合、本技術と統合して更にそのストリームを処理することができる。例えば、脱水プロセスは、分子篩又はスイング吸着プロセス（例えば、ＲＣＰＳＡ及び／又はＲＣＴＳＡ）などの脱水機器によって吸着床ユニット内のＣＯ₂除去部の上流側で実施することができる。詳細には、分子篩ユニット又は第１の吸着床ユニットを用いて水を除去することができ、一方で、第２の吸着床ユニットを用いてＣＯ₂を除去することができる。或いは、別の構成では、統合された急速サイクル吸着システムを利用して、複数の汚染物質（例えば、水及びＣＯ₂）を除去することができる。好適な吸着材料又は吸着層を利用して脱水を行うことができ、これらは、ＣＯ₂などの他の汚染物質の除去に使用される吸着材料と同じでも異なっていてもよい。

更に、本技術は、ＣＯ₂及び／又は水などの汚染物質を除去するために特定の方法（プロセス）のフローを含むことができる。例えば、本方法は、サイクルを形成する吸着ステップ及び再生ステップを含むことができる。吸着ステップは、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、吸着床ユニットにある供給圧及び供給温度でガス状供給ストリームを通過させるステップを含むことができる。供給ストリームは、順方向（例えば、吸着床の供給端から吸着床の生成物端へ）で吸着床に通過することができる。次いで、ガス状供給ストリームの流れは、再生ステップのために中断される場合がある。再生ステップは、１又は２以上のブローダウンステップ、１又は２以上の加熱ステップ及び１又は２以上のパージステップを含むことができる。ブローダウンステップであるか又はブローダウンステップを含むことができる減圧ステップは、吸着床ユニットの圧力を連続した減圧ステップ毎に所定量だけ減少させるステップを含むことができ、これは単一のステップ及び／又は複数ステップとすることができる。減圧ステップは、順方向に提供することができ、又は、好ましくは逆流方向に（例えば、吸着床の生成物端から吸着床の供給端へ）提供することができる。加熱ステップは、加熱ストリームを吸着床ユニットに通すステップを含むことができ、これは、加熱ループを通るリサイクルストリームとすることができ、吸着材料を加熱するのに使用される。例えば、供給ストリーム（例えば、供給ガス）に対する加熱ストリーム（例えば、ループガス）の比は、吸着材料のタイプ、供給ストリーム中のＣＯ₂供給濃度、及び吸着床の加熱頻度に基づくことができる。供給ストリーム中のＣＯ₂供給濃度が低い場合、吸着ステップの持続時間が長いほど、吸着床の再加熱を少なくすることができる。例えば、ストリームが供給ストリーム中に２％のＣＯ₂を有する場合、供給ストリームの約５０〜６０％を加熱ストリームで使用することができ、供給ストリーム中に０．５％のＣＯ₂の場合には、供給ストリームの約１５〜２５％を加熱ストリームで使用することができる。

ある加熱温度及び加熱圧力で供給することができる加熱ストリームは、供給ストリームに対して逆流で提供することができる。パージステップは、パージストリームを吸着床ユニットに通すステップを含むことができ、これは１回通過のパージステップとすることができ、パージストリームは、供給ストリームに対して逆流で提供することができる。パージストリームは、あるパージ温度及びパージ圧力で提供することができ、この温度及びパージ圧力は、加熱ステップで使用される加熱温度及び加熱圧力と同様のパージ温度及びパージ圧力を含むことができる。次いで、追加のストリームに対してサイクルを繰り返すことができる。加えて、本方法は、パージステップの後で吸着ステップの前に、１又は２以上の再加圧ステップを含むことができる。１又は２以上の再加圧ステップを実施することができ、吸着床ユニット内の圧力は、連続する再加圧ステップ毎に所定量だけ増加させる。サイクル持続時間は、１秒をより長く６００秒未満の期間、２秒より長く１８０秒未満の期間、又は５秒より長く９０秒未満の期間とすることができる。

特定の実施形態において、本システムは、ストリームがＬＮＧ規格を満たすように汚染物質を除去するパイプライン品質の天然ガスの処理のために、ＴＳＡとＰＳＡを組み合わせた複合型スイング吸着プロセスを利用する。このプロセスは、吸着床（例えば、各々が平行チャネル吸着床を有する）を利用し、吸着床ユニットは、熱的に支援される分圧脱離のために、ある加熱温度の加熱ループとあるパージ温度のパージストリームとを用いて部分的に減圧及び加熱される。次いで、供給ストリームを用いて、サイクルの吸着ステップの間、吸着床を冷却する。詳細には、急速サイクルスイング吸着プロセスを用いて、パイプライン規格の天然ガス（例えば、約２体積％以下のＣＯ₂及び／又は４ｐｐｍ以下のＨ₂Ｓと共に主成分が炭化水素類である供給ストリーム）を処理して、ＬＮＧ規格（例えば、５０ｐｐｍ未満のＣＯ₂と約４ｐｐｍ未満のＨ₂Ｓ）を満たすストリームを形成する。

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、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。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、第三級のアミン及び他の非プロトン供与性の塩基性基を挙げられる。

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成分を分離するのに用いることができる吸着床を含むことができる。吸着床は通常、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。このような吸着床は、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。供給ストリームが吸着床に入る点又は箇所と生成物ストリームが吸着床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、ガスが流れる吸着床の部分であると見なされる。吸着床では、吸着剤は、フローチャネルの壁に組み込まれる。

１又は２以上の実施形態において、ＲＣＴＳＡ又はＲＣＰＳＡを使用する場合、総サイクル時間は、典型的には６００秒未満、好ましくは１８０秒未満、より好ましくは９０秒未満、更により好ましくは６０秒未満である。

当該技術分野における当業者は、開示する方法の実際の用途においては、コンピュータ、典型的には適切にプログラムされたデジタルコンピュータで部分的に実行できることを容易に認識するであろう。また、以下の詳細な説明のうちの一部は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する演算の手順、ステップ、論理ブロック、処理及び他の記号表現の観点から提示される。これらの記述及び表現は、データ処理技術分野の当業者がその作業の内容を他の当業者に最も効果的に伝えるために使用される手段である。本出願では、手順、ステップ、論理ブロック、処理又は同様のものなどは、所望の結果をもたらすステップ又は命令の自己矛盾のないシーケンスであると考えられる。これらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。典型的には、必須ではないが、これらの物理量は、コンピュータシステムにおいて格納、転送、結合、比較、及び他の方法で操作することができる電気信号又は磁気信号の形態をとる。

しかしながら、これら及び類似の用語の全ては、適切な物理量に関連付けられ、これらの量に適用される便宜的なラベルに過ぎない点に留意すべきである。以下の説明から明らかなように、特に具体的に明記しない限り、本出願を通じて、「処理する」又は「演算する」、「計算する」、「比較する」、「決定する」、「表示する」、「コピーする」、「生成する」、「格納する」、「加える」、「適用する」、「実行する」、「維持する」、「更新する」、「作成する」、「構築する」、「発生する」などの用語を利用する説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的（電子的）量として表されるデータを操作し、コンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のそのような情報記憶装置、伝送又は表示装置内の物理量として同様に表される別のデータに変換するコンピュータシステム又は同様の電子計算装置の動作又は処理を指す。

本技術の実施形態はまた、本明細書での演算を実行するための装置に関する。この装置は、必要とされる目的のために特別に構成することができ、或いは、コンピュータに格納されたコンピュータプログラム（例えば、１又は２以上の命令セット）によって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを備えることができる。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体に格納することができる。コンピュータ可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって読み取り可能な形式で情報を格納又は送信するための何らかの機構を含む。例えば、限定ではないが、コンピュータ可読（例えば、機械可読）媒体には、機械（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体（例えば、読出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリ装置など）、並びに機械（例えば、コンピュータ）可読伝送媒体（電気的、光学的、音響的又は他の形式の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号など）が挙げられる。

更に、当業者には明らかなように、本モジュール、特徴、属性、方法、及び他の態様は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はこれら３つの何れかの組み合わせとして実施することができる。当然ながら、本発明の構成要素がソフトウェアとして実施される場合は常に、その構成要素は、独立型プログラムとして、より大きなプログラムの一部として、複数の別個のプログラムとして、静的又は動的にリンクされるライブラリとして、カーネル・ローダブル・モジュールとして、デバイスドライバとして、及び／又はコンピュータプログラミングの技術分野の当業者には現在又は将来既知となる何らかの他の方法で実施することができる。加えて、本発明は、どのような特定のオペレーティングシステム又は環境における実施にも限定されるものではない。

更に、１又は２以上の実施形態は、プロセスの様々なステップでモデリング機能強化を実行するために、１又は２以上の命令セットを実行することによって実施される方法を含むことができる。例えば、本方法は、モジュール、構成要素及び／又はセンサ間でデータを送信するステップに加えて、閾値の現在の状態又は指標間の比較を行うために１又は２以上の命令セットを実行するステップを含むことができる。例証として、コンピュータシステムは、炭化水素処理の管理に対する段階的手法に従うように構成することができる。例えば、プラント又は施設の運転は、プラントを通ってプラント内でストリームを処理する１又は２以上のプロセスへのストリームの流れを管理するように構成されたプラント制御システムを含むことができる。プラント制御システムは、特定のプロセスの各々に対するプロセス制御システム、特定のプロセス内の各ユニットに対するユニット制御システム、並びにプラントの安全を管理するよう構成された安全システムを含むことができる。ユニット制御システム内では、様々なストリーム制御モジュールを用いて、ユニットに対する特定のストリーム用の弁及び機器を管理することができる。例証として、ユニット制御システムは、供給制御モジュール及び／又はパージ制御モジュールを含むことができる。これらのモジュールは、プロセッサと、プロセッサと通信するメモリと、メモリに格納されてプロセッサによってアクセス可能な命令セットとを含むことができ、命令セットは、実行時には、例えば能動作動型の供給ポペット弁及び／又は能動作動型のパージポペット弁など、それぞれの能動作動型ポペット弁の開放順序、開放時間、開放速度及び／又は閉鎖速度を決定する数値計算を行うように構成することができる。

一例として、吸着床ユニットに供給されるストリームに対してプロセス制御を実施するために、コンピュータシステムを利用し構成することができる。コンピュータシステムは、プロセッサと、プロセッサと通信するメモリと、メモリ上に格納されてプロセッサによりアクセス可能な命令セットと、を含むことができ、命令セットは、実行時に、能動制御型の供給ポペット弁又は能動制御型のパージポペット弁などの１又は２以上の能動制御型ポペット弁に信号を送信するように構成される。送信された信号は、ポペット弁を開閉するためのものとすることができる。具体的には、送信された信号により能動制御型の供給ポペット弁が開かれて、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にガス状供給ストリームを通すことができる。また、送信された信号により能動制御型の供給ポペット弁が閉じられて、ガス状供給ストリームが吸着床に流入するのを妨げる又は防止することができる。別の例として、送信された信号により能動制御型のパージポペット弁が開かれて、パージ出力ストリームを吸着床からパージ排出口導管に通すことができる。更に、送信された信号により能動制御型のパージポペット弁が閉じられて、パージ出力ストリームが吸着床から流出するのを妨げる又は防止することができる。

本明細書で開示する方法の何れかを実行するのに使用することができるコンピュータシステムの例を挙げる。中央処理装置（ＣＰＵ）はシステムバスに接続される。ＣＰＵは、何れかの汎用ＣＰＵとすることができるが、ＣＰＵ（及びシステムの他の構成要素）が本明細書に記載する本操作をサポートする限り、ＣＰＵ（又は例示的なシステムの他の構成要素）の他タイプのアーキテクチャを使用することができる。ＣＰＵは、開示される態様及び方法に応じて様々な論理命令を実行することができる。例えば、ＣＰＵは、本明細書に開示する態様及び方法に従って処理を実行するための機械レベルの命令を実行することができる。

コンピュータシステムはまた、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ又は同様のものとすることができるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ構成要素を含むことができる。コンピュータシステムはまた、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又は同様のものとすることができる読出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含むことができる。ＲＡＭ及びＲＯＭは、本技術分野で既知のように、ユーザデータ、システムデータ及びプログラムを保持する。コンピュータシステムはまた、入出力（Ｉ／Ｏ）アダプタ、通信アダプタ、ユーザインタフェースアダプタ、及びディスプレイアダプタを含むことができる。Ｉ／Ｏアダプタ、ユーザインタフェースアダプタ、及び／又は通信アダプタは、特定の態様及び技術において、ユーザがコンピュータシステムと対話して情報を入力することを可能にする。

Ｉ／Ｏアダプタは、好ましくは、ハードドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブ、フロッピーディスクドライブ、テープドライブなどのうちの１又は２以上などの記憶装置をコンピュータシステムに接続する。記憶装置は、本技術の実施形態の操作用のデータを格納するステップに関連したメモリ要件に対してＲＡＭが不十分であるときに使用することができる。コンピュータシステムのデータ記憶装置は、本明細書に開示するように使用又は生成された情報及び／又は他のデータを格納するのに使用することができる。通信アダプタはコンピュータシステムをネットワーク（図示せず）に結合することができ、これによって、ネットワーク（例えば、ワイドエリアネットワーク、ローカルエリアネットワーク、無線ネットワーク、これらの何れかの組み合わせ）を介して、情報をシステムへ入力する及び／又はシステムから出力することを可能にすることができる。ユーザインタフェースアダプタは、キーボード、ポインティング装置などのユーザ入力装置をコンピュータシステムに結合する。ディスプレイアダプタは、ＣＰＵによって駆動され、ディスプレイドライバを介してディスプレイ装置上の表示を制御する。開示する態様及び方法に従って、１又は２以上の２Ｄキャンバス及び１又は２以上の３Ｄウィンドウの情報及び／又は表現を表示することができる。

コンピュータシステムのアーキテクチャは、必要に応じて変更することができる。例えば、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、コンピュータワークステーション、及びマルチプロセッササーバを非限定的に含む、何れかの適切なプロセッサベースの装置を使用することができる。更に、実施形態は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又は超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）上で実施することができる。実際に、当業者は、本実施形態に従って論理演算を実行することができる何れかの数の適切な構成を使用することができる。

開示した発明の原理が適用できる多くの実施可能な実施形態を参酌すると、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ということを認識されたい。

Claims (28)

1. 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、前記方法は、
   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、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以上の能動制御型供給ポペット弁を開くステップと、
   （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以上の受動制御型生成物弁を開くステップであって、前記１又は２以上の受動制御型の生成物弁の各々は、前記１又は２以上の能動制御型供給ポペット弁のうちの少なくとも１つと同相で動作するようにするステップと、を含み、
   前記方法が更に、
   ｂ）１又は２以上の減圧ステップを実行するステップであって、前記１又は２以上の減圧ステップの各々は、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秒より長く６００秒未満の期間であるステップと、を含み、
   前記１又は２以上の能動制御型供給ポペット弁を開くステップは、複数の供給開口部を設けるために、供給作動機構を用いて複数の供給弁ステムに固定された供給リフトプレートを直線的に移動させるステップを更に含み、前記複数の供給弁ステムの各々は供給ディスク要素に固定され、前記複数の供給開口部の各々は、前記供給ディスク要素と前記吸着床ユニットのハウジングに固定された関連する供給弁座との間に間隙を形成する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記１又は２以上の能動制御型供給ポペット弁を開くステップは、前記複数の供給開口部のうちの第１の供給開口部を通る前記ガス状供給ストリームのための第１の供給流路を提供した後、前記複数の供給開口部のうちの第２の開口部を通る第２の供給流路を提供するステップを更に含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記１又は２以上の能動制御型供給ポペット弁を開くステップは、前記供給ディスク要素を前記吸着床から離れるように移動させて、前記供給ディスク要素と前記関連する供給弁座との間に間隙を形成するステップを更に含む、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記１又は２以上の減圧ステップを実行する間に前記１又は２以上の能動制御型供給ポペット弁からの漏れを阻止するために、前記供給入口導管と前記内部領域との間の圧力差に基づいて前記１又は２以上の能動制御型供給ポペット弁の各々に対する前記供給ディスク要素に圧力を加えるステップを更に含む、
   請求項１〜３のうちの何れか１項に記載の方法。
5. 前記１又は２以上の受動制御型生成物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前記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設けるために、生成物付勢機構と共に前記少なくとも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更に含む、
   請求項１〜４のうちの何れか１項に記載の方法。
6. 前記生成物付勢機構は、前記内部領域と前記生成物導管との間の圧力差が特定の閾値を超えたことに基づいて、直線的に移動するように構成される、
   請求項５に記載の方法。
7. 前記１又は２以上の受動制御型生成物弁を開くステップは、前記生成物ディスク要素を前記吸着床から離れるように移動させて、前記生成物ディスク要素と前記生成物弁座との間に間隙を形成するステップを更に含む、
   請求項５〜６のうちの何れか１項に記載の方法。
8. 前記１又は２以上の減圧ステップを実行する間に前記１又は２以上の受動制御型生成物弁からの漏れを阻止するために、前記内部領域と前記生成物導管との間の生成物圧力差によって前記１又は２以上の受動制御型生成物弁の各々に対する前記生成物ディスク要素に圧力を加えるステップを更に含む、
   請求項５〜７のうちの何れか１項に記載の方法。
9. 前記１又は２以上の受動制御型生成物弁を開くステップは、可撓性ストリップを移動させて金属ストリップと生成物弁座との間に開口部を設けるステップを更に含む、
   請求項１〜４のうちの何れか１項に記載の方法。
10. 前記１又は２以上の減圧ステップを実行するステップは、１又は２以上のパージステップを含み、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通して、パージ出力ストリームにおける前記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、
    請求項１〜９のうちの何れか１項に記載の方法。
11. 前記１又は２以上のパージステップの各々は、（ｉ）１又は２以上の能動制御型パージ排出口ポペット弁を開いて、前記パージ出力ストリームを前記吸着床から離れるように導くステップと、（ｉｉ）前記パージストリームを前記吸着床ユニットに曝して、前記１又は２以上の汚染物質の少なくとも一部を前記吸着床から分離して前記パージ出力ストリームを形成するステップと、（ｉｉｉ）１又は２以上の受動制御型パージポペット弁を開いて、前記パージストリームをパージ導管から前記内部領域へ送るステップと、を含む、
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記１又は２以上の受動制御型生成物弁を開くステップは、前記１又は２以上の能動制御型供給ポペット弁を開くステップにおける前記時間間隔の少なくとも８０％以内である、
    請求項１〜１１のうちの何れか１項に記載の方法。
13. 前記１又は２以上の吸着ステップを実行した後に１又は２以上の加熱ステップを実行するステップを更に含み、前記１又は２以上の加熱ステップの各々は、ある加熱温度の加熱ストリームを前記吸着床に通すステップを含む、
    請求項１〜１２のうちの何れか１項に記載の方法。
14. 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％を超える炭化水素類を有する炭化水素含有ストリームである、
    請求項１〜１３のうちの何れか１項に記載の方法。
15. 前記ガス状供給ストリームは、５０ｂａｒ絶対圧（ｂａｒａ）〜１５０ｂａｒａの範囲にある供給圧力と０°Ｆ〜２００°Ｆの範囲にある供給温度とで供給される、
    請求項１〜１４のうちの何れか１項に記載の方法。
16. 前記サイクルの持続時間は、２秒より長く１８０秒未満である、
    請求項１〜１５のうちの何れか１項に記載の方法。
17. ガス状供給ストリームから汚染物質を除去するためのスイング吸着システムであって、前記スイング吸着システムは、
    スイング吸着プロセスにおいてガス状供給ストリームから汚染物質を分離して、生成物ストリームを出力するように構成された吸着床ユニットを備え、
    前記吸着床ユニットは、
    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、
    １又は２以上の能動制御型ポペット弁であって、前記１又は２以上の能動制御型ポペット弁の各々は、前記内部領域と前記内部領域の外部にある第１の位置との間で前記能動制御型ポペット弁を介して前記ハウジング内の開口部を通る第１の流体流路を提供するように構成された、１又は２以上の能動制御型ポペット弁と、
    １又は２以上の受動制御型弁であって、前記１又は２以上の受動制御型弁の各々は、前記内部領域と前記内部領域の外部にある第２の位置との間で前記受動制御型弁を介して前記ハウジング内の開口部を通る第２の流体流路を提供するように構成され、前記１又は２以上の受動制御型弁の各々は、前記１又は２以上の能動制御型ポペット弁のうちの少なくとも１つと同相で動作する、１又は２以上の受動制御型弁と、を備えており、
    前記１又は２以上の能動制御型ポペット弁の各々が、能動型ディスク要素に連結された能動型弁ステムを含み、
    前記能動型弁ステムに固定されたリフトプレートと、
    前記リフトプレートに連結された作動機構であって、前記作動機構は、複数の能動型開口部を設けるように構成され、前記複数の能動型開口部の各々は、前記能動型ディスク要素と前記吸着床ユニットのハウジングに固定された関連する能動型弁座との間に能動型間隙を形成する作動機構と、を更に備えている、
    スイング吸着システム。
18. 前記１又は２以上の能動制御型ポペット弁の各々は、前記吸着床に直接隣接し且つ前記界面断面領域内に配置される、
    請求項１７に記載のスイング吸着システム。
19. 前記１又は２以上の能動制御型ポペット弁は、第１の能動制御型ポペット弁と第２の能動制御型ポペット弁とを含み、前記第１の能動制御型ポペット弁は、第１の能動型開口部を通るストリームのための第１の供給流路を提供した後に、前記第２の能動制御型ポペット弁と関連する第２の開口部を通る第２の流路を提供する、
    請求項１７に記載のスイング吸着システム。
20. 前記１又は２以上の能動制御型ポペット弁は、前記能動型ディスク要素を前記吸着床から離れるように移動させて、前記能動型ディスク要素と前記関連する能動型弁座との間に間隙を形成するように構成される、
    請求項１９に記載のスイング吸着システム。
21. 前記１又は２以上の受動制御型弁の各々は、少なくとも１つの受動型弁ステムと関連付けられて、前記少なくとも１つの受動型弁ステムと前記吸着床ユニットのハウジングに固定された受動型弁座との間に受動型開口部を設けるように構成された付勢機構を更に含む、
    請求項２０に記載のスイング吸着システム。
22. 前記付勢機構は、前記内部領域と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される、
    請求項２１に記載のスイング吸着システム。
23. 前記１又は２以上の受動制御型弁は、前記受動型ディスク要素を前記吸着床から離れるように移動させて、前記受動型ディスク要素と前記受動型弁座との間に間隙を形成するように構成されている、
    請求項２１〜２２のうちの何れか１項に記載のスイング吸着システム。
24. 前記１又は２以上の受動制御型弁は、リード弁を含む、
    請求項１７〜１９のうちの何れか１項に記載のスイング吸着システム。
25. 前記ハウジングは、本体部分に固定された第１のヘッド及び第２のヘッドを含み、１又は２以上の能動制御型ポペット弁及び前記１又は２以上の受動制御型弁は、前記第１のヘッドと前記第２のヘッドのうちの一方に固定される、
    請求項１７〜２４のうちの何れか１項に記載のスイング吸着システム。
26. 前記第１のヘッドは、構造要素によって形成された複数の区画を有し、前記異なる区画内の流体を他の区画から隔離するようにする、
    請求項２５に記載のスイング吸着システム。
27. 前記構造要素は、前記第１のヘッドを貫通して半径方向に形成される、
    請求項２６に記載のスイング吸着システム。
28. 前記構造要素は、前記第１のヘッドを貫通して環状に形成される、
    請求項２６に記載のスイング吸着システム。

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