KR102056604B1 - 관련된 고속 순환 스윙 흡착 공정을 위한 장치 및 시스템 - Google Patents

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브루스 티. 켈리
러쎌 에이치. 오엘프케
슈웨타 램쿠마르
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엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니
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Abstract

스윙 흡착 공정을 수행하기 위한 장치 및 시스템이 제공된다. 이러한 스윙 흡착 공정은 스트림으로부터 수분과 같은 오염물을 제거하기 위해 흡착제 베드 유닛을 통해 스트림을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 공정의 일부로서, 흡착제 베드 유닛은 450℉(232.2℃) 미만의 온도에서 제공되는 퍼지 스트림으로 정제된다. 탈오염 스트림은 액화 천연 가스(LNG) 플랜트 또는 탈오염 스트림을 필요로 하는 다른 후속 공정과 함께 사용될 수 있다. 스윙 흡착 공정은 공급 스트림으로부터 오염물을 제거하는데 사용되는 결합된 TSA 및 PSA 공정을 포함할 수 있다.

Description

관련된 고속 순환 스윙 흡착 공정을 위한 장치 및 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 9월 2일자로 출원된, 발명의 명칭이 "스윙 흡착을 위한 장치와 시스템 및 그와 관련된 공정들"인 미국 가출원 제62/213,262호의 이익을 청구하며, 그 전체는 참고를 위해 본원에 합체된다.
또한, 본 출원은 2015년 9월 2일자로 출원된, 발명의 명칭이 "스윙 흡착을 위한 장치와 시스템 및 그와 관련된 공정"인 미국 가출원 제62/213,267호, 2015년 9월 2일자로 출원된, 발명의 명칭이 "온도 및 압력 결합형 스윙 흡착을 위한 장치와 시스템 및 그와 관련된 공정"인 미국 가출원 제62/213,270호, 및 2015년 9월 2일자로 출원된, 발명의 명칭이 "스윙 흡착을 위한 장치와 시스템 및 그와 관련된 공정"인 미국 가출원 제62/213,273호와 관련된다는 사실에 주목한다.
본 기술은 개선된 스윙 흡착 공정과 관련된 시스템에 관한 것이다. 특히, 이 시스템은 고속 순환 흡착제 베드를 사용하여 천연 가스의 탈수와 같은 공급 스트림으로부터 오염물을 제거하는 스윙 흡착 공정에 관한 것이다. 이 시스템은 LNG 플랜트에 대한 액화 천연 가스(LNG) 사양 및/또는 다른 플랜트에 대한 사양을 충족시키기 위해 공급 스트림을 탈수하는데 사용될 수 있다.
가스 분리는 많은 산업 분야에서 유용하며, 일반적으로 하나 이상의 가스 성분들을 우선적으로 흡착하는 반면, 하나 이상의 다른 가스 성분들은 흡착하지 못하는 흡착제 물질 위로 가스 혼합물을 유동시킴으로써 수행될 수 있다. 이와 같은 비 흡착된 성분들은 별도의 생성물로서 회수된다.
가스 분리 기술에 대한 하나의 특정 타입으로는 온도 스윙 흡착(TSA), 압력 스윙 흡착(PSA), 부분 압력 스윙 흡착(PPSA), 고속 순환 압력 스윙 흡착(RCPSA), 고속 순환 부분 압력 스윙 흡착(RCPPSA) 및 비제한적으로 예를 들면 압력 및 온도 스위 흡착과 같은 상술된 공정들의 결합과 같은 스윙 흡착을 들 수 있다. 예로서, PSA 공정들은 가스가 압력을 받고 있을 때 흡착제 물질의 용적에 관계없이 또는 기공 구조 내에 더욱 신속하게 흡착되는 가스 현상에 기초한다. 즉, 가스 압력이 높으면 높을수록, 신속 흡착되는 가스의 양이 더욱 많아진다. 압력이 감소할 때, 흡착된 성분이 해제되거나 또는 상기 흡착제 물질로부터 제거된다.
상기 스윙 흡착 공정(예를 들면, PSA 및/또는 TSA)은 상이한 가스들이 상기 흡착제 물질의 미세 기공을 상이한 크기로 충전시키는 경향을 갖기 때문에 가스 혼합물의 가스들을 분리시기키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 만약 천연 가스와 같은 가스 혼합물이 메탄보다 CO2에 대해 보다 선택적인 흡착제 물질을 함유하는 용기를 통해 압력하에 통과될 경우, 상기 CO2의 적어도 일부는 상기 흡착제 물질에 의해 선택적으로 흡착되고, 상기 용기에 존재하는 가스는 메탄으로 풍부하게 된다. 상기 흡착제 물질이 CO2를 흡착하기 위해 그 용량의 극한에 도달하였을 때, 그것은 압력을 감소시키고 그에 따라 흡착된 CO2를 방출시킴으로써 재생된다. 다음에, 상기 흡착제 물질은 일반적으로 퍼지되고 재압축된다. 다음에, 상기 흡착제 물질은 다른 흡착 주기를 위해 준비된다.
상기 스윙 흡착 공정들은 일반적으로 흡착제 베드 유닛들을 포함하며, 상기 흡착제 베드 유닛들은 상기 유닛 내의 흡착 주기에 있어서 상이한 단계들을 위한 다양한 압력하에 유체들을 지속시키는 것으로 구성된 하우징 내에 배치되는 흡착제 베드들을 포함한다. 이와 같은 흡착제 베드 유닛들은 상기 베드 구조체들에서 상이한 포장 재료를 사용한다. 예를 들어, 상기 상기 흡착제 유닛들은 체커 브릭(checker brick), 페블 베드(pebble bed) 또는 다른 사용 가능한 포장물을 사용한다. 강화 기능으로서, 일부 흡착제 베드 유닛들은 베드 구조체 내에 엔지니어 포장물을 사용할 수 있다. 이와 같은 엔지니어 포장물은 벌집 형상, 세라믹 형상 등과 같은 특정 구성에 제공되는 물질을 포함할 수 있다.
또한, 다양한 흡착제 베드 유닛들은 유체들의 유동을 관리하기 위해 도관들 및 밸브들과 함께 결합될 수 있다. 이들 흡착제 베드 유닛들을 조절하는 공정은 각각의 흡착제 베드 유닛들에 대한 주기들을 시스템 내의 다른 흡착제 베드 유닛들과 조정시키는 공정을 포함한다. 완전한 주기는 복수의 가스 스트림들을 하나 이상의 흡착제 베드 유닛들을 통해 이동시킴에 따라 수초에서 수분까지 변할 수 있다.
불행하게도, 천연 가스 스트림의 탈수를 위한 통상적인 공정은 전형적으로 서멀 스윙 주기가 긴 시간인 대형 몰레큘러 시브(molecular sieve) 흡착제 베드를 사용하여 수행된다. 이러한 종래의 공정은 크고 고가의 고압 흡착제 베드, 흡착제 물질의 많은 목록을 필요로 하며, 가스 노에 대한 큰 풋프린트(footprint) 및 중량, 자본 투자 및 연료 사용을 수반한다. 실제로, 이러한 공정에서, 흡착 전면은 대부분의 흡착제 베드 길이를 통해 진행하고, 탈착은 발화 노에 의해서 가열되는, 500℉(260℃) 위로 가열된 건조 가스를 사용하여 수행된다. 기존 TSA 몰레큘러 시브 공정은 고온 퍼지 가스[예: 500℉(260℃) 이상]를 사용하여 각 주기 동안 흡착제 베드를 완전히 탈수한다. 고온 퍼지 가스는 기존의 TSA 몰레큘러 시브 공정에서 사용되어서 필요한 재생 가스의 용적을 최소화한다. 이 공정은 (예: 재순환 압축 또는 임의의 다른 방법을 통해) 재생 가스 용적을 취급하는 것이 재생 가스를 단순히 고온으로 가열하는 것보다 비용이 많이 들기 때문에 경제적 및 비용을 고려하여 진행된다. 따라서, 재생 가스 온도는 몰레큘러 시브 열화를 방지하기 위해 약 500℉(260℃)로 제한된다. 그러나, 재생 가스를 500℉(260℃)로 제한하더라도, 고온 퍼지 가스는 흡착제 입자의 열수 분해 및 흡착제 베드 내의 코크스 형성과 같은 문제로 인해 비활성화 및 관련 정지 시간을 초래한다. 또한, 천연 가스 플랜트에서 연소로를 사용하는 것은 추가적인 안전 대책을 수반하는 안전 문제이다.
또한, 부유 작동의 경우 기존 TSA 몰레큘러 시브 공정의 크기와 중량이 안정성과 부력 고려 사항에 문제가 있다. 특히, 종래의 시스템에 대한 과도한 중량 및 풋프린트는 부유 설비의 복잡성을 추가하고 설비의 크기를 증가시킨다. 또한, 부유 설비는 원격 위치에 있을 수 있으며 설비와 연료를 액세스하고 재공급하기가 어려울 수 있다. 또한, 추가 크기 및 복잡성은 부유 설비의 운영 비용과 함께 자본 투자 비용을 증가시킨다. 또한, 상술한 바와 같이, 연소로의 사용은 제한된 공간으로 인해 더욱 복잡해진다.
따라서, LNG 공급 스트림으로의 액화 전에 천연 가스 스트림을 처리하는 것과 같이 오염물을 제거하기 위한 스트림의 처리를 향상시키는 장치, 방법 및 시스템이 산업계에서 필요하다. 본 기술은 액화 전에 천연 가스 탈수 설비의 비용, 크기 및 중량을 감소시킨다. 또한, 500℉(260℃) 위로 가열된 퍼지 가스를 사용하지 않고 발화 히터를 사용하지 않는 탈수 공정이 필요하다.
하나 이상의 실시예에서, 본 기술은 가스 공급 스트림으로부터 오염물을 제거하는 공정을 포함한다. 상기 공정은: a) 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 흡착 단계 각각은 생성물 스트림을 형성하기 위해 공급 압력 및 공급 온도에서 흡착제 베드 유닛을 통해 가스 공급 스트림을 통과시켜 상기 가스 공급 스트림으로부터 하나 이상의 오염물을 분리시키는, 상기 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계; b) 하나 이상의 감압 단계를 수행하는 단계로서, 상기 흡착제 베드 유닛의 압력이 각각의 연속 감압 단계에 따라 미리 결정된 양만큼 감소되는, 상기 하나 이상의 감압 단계를 수행하는 단계; c) 하나 이상의 퍼지 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 퍼지 단계 각각은 퍼지 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 퍼지 스트림은 상기 공급 스트림의 방향과 역류로 흐르고, 상기 퍼지 스트림은 공급 온도보다 적어도 50℉ 높고[또는 공급 온도보다 적어도 100℉ 높고] 그리고 450℉(232.2℃) 미만인 온도에서 제공되고 상기 퍼지 스트림 유량이 상기 공급 스트림 유량의 20 몰% 이하[예: 상기 퍼지 스트림은 상기 공급 스트림에서 메탄과 같은 탄화수소의 20 몰% 이하 또는 바람직하게는, 상기 공급 스트림에서 메탄과 같은 탄화수소의 10 몰% 이하]를 수용하는, 상기 하나 이상의 퍼지 단계를 수행하는 단계; d) 하나 이상의 재압축 단계를 수행하는 단계로서, 상기 흡착제 베드 유닛 내의 압력이 각각의 연속 재압축 단계에 따라 미리 결정된 양만큼 각각의 재압축 단계에 의해서 증가하는, 상기 하나 이상의 재압축 단계를 수행하는 단계; 그리고 e) 적어도 하나의 추가 주기 동안 a) 내지 d) 단계들을 반복하는 단계로서, 상기 주기 지속시간은 1 초 초과 및 600 초 미만, 바람직하게는 2 초 초과 및 300 초 미만 또는 바람직하게는 1 초 초과 및 90 초 미만인 상기 반복 단계를 포함한다. 상기 퍼지 스트림은 200℉(93.3℃) 내지 450℉(232.2℃)의 범위 또는 250℉(121.1℃) 내지 380℉(193.3℃)의 범위에서 제공될 수 있다.
다른 실시예에서, 가스 공급 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 시스템이 설명된다. 이 시스템은: 흡착제 베드 유닛, 액화 천연 가스 처리 유닛 및 하나 이상의 퍼지 유닛을 포함한다. 흡착제 베드 유닛은 가스 공급 스트림으로부터 오염물을 분리시키고 생성물 스트림을 출력하도록 구성되며, 가스 공급 스트림은 공급 온도에서 제공된다. 액화 천연 가스 처리 유닛은 생성물 스트림을 수용하고 생성물 스트림을 최종 생성물 스트림 및 플래시 연료 스트림으로 분리시키도록 구성된다. 하나 이상의 퍼지 유닛은 흡착제 베드 유닛에 퍼지 스트림을 제공하도록 구성되며, 퍼지 스트림은 생성물 스트림의 일부, 플래시 연료 스트림, 비등 가스 스트림 및 이들의 임의의 조합 중 하나로부터 제공된다; 상기 퍼지 스트림은 공급 온도보다 적어도 50℉ 높고 그리고 450℉(232.2℃) 미만인 온도에서 제공되고, 상기 퍼지 스트림은 상기 가스 공급 스트림에서20 몰% 이하의 탄화수소를 함유한다. 퍼지 스트림은 공급 온도보다 적어도 100℉ 초과의 온도에서 흡착제 베드 유닛을 통과할 수 있고, 퍼지 스트림은 공급 스트림에서 메탄의 20 몰% 이하 또는 바람직하게는 공급 스트림에서 메탄의 10 몰% 이하를 함유할 수 있다. 하나 이상의 퍼지 유닛은 플래시 연료 스트림, 비등 가스 스트림 및 이들의 임의의 조합 중 하나를 압축하도록 구성된 하나 이상의 압축기를 포함할 수 있다.
본 발명의 상술한 장점들 및 다른 장점들은 비-제한적 실시예의 다음의 상세한 설명 및 도면들을 검토할 때 명백해질 수 있다.
도 1은 본 기술의 실시예에 따른 6개의 흡착제 베드 유닛들 및 상호 연결 배관을 구비한 스윙 흡착 시스템의 3차원 다이아그램.
도 2는 본 기술의 실시예에 따른 관련 밸브 조립체들 및 매니폴드들을 구비한 흡착제 베드 유닛의 일부를 도시한 다이아그램.
도 3은 액화 천연 가스(LNG) 스트림을 형성하도록 공급 스트림의 탈수를 위한 종래 시스템의 다이아그램이다.
도 4는 본 기술의 일 실시예에 따른 액화 천연 가스(LNG) 스트림을 형성하도록 공급 스트림의 탈수를 위한 예시적인 도면이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 기술의 일 실시예에 따른 도 4의 구성과 관련된 예시적인 다이아그램이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 기술의 일 실시예에 따른 도 4의 구성과 관련된 예시적인 다이아그램이다.
달리 설명하지 않는 한, 본 발명에 사용된 모든 기술 및 과학적 개념들은 본 기술이 포함하고 있는 기술 분야의 당업자들에게는 공통으로 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 단일 용어들인 관사(a, an 및 the)는 그 내용이 명확하게 달리 명기하지 않는 한 복수의 지시 대상들을 포함한다. 마찬가지로, 용어 "또는"은 그 내용이 명확하게 달리 명기하지 않는 한 "및"을 포함하도록 의도된다. 용어 "포함하는"은 "구비하는"을 의미한다. 본원에 언급된 모든 특허 및 공보들은 달리 지시하지 않는 한 참고를 위해 그 전체가 본원에 합체된다. 용어나 구문의 의미와 상충되는 경우, 개념들의 설명을 포함하는 본 명세서는 조절된다. 본원에서 "상부", "하부", "상위부", "저부", "전방", "후방", "수직" 및 "수평"과 같은 방향을 나타내는 개념들은 다양한 요소들 사이의 관계를 표시하고 명료화하기 위해 사용된다. 이와 같은 용어들은 절대적인 배향을 의미하지 않는다는 사실을 이해해야 한다(예를 들면, "수직" 성분은 디바이스를 회전시킴으로써 수평으로될 수 있다). 본원에 인용된 물질들, 공정들 및 예들은 오직 설명을 위한 것이며 제한을 목적으로 의도되지 않는다.
본원에 사용된 바와 같은, "스트림"은 다양한 설비를 통해 안내되는 유체(예를 들면, 고체, 액체 및/또는 가스)와 관련된다. 상기 설비는 도관, 혈관, 매니폴드, 유닛 또는 기타 적합한 디바이스를 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은 용적%는 표준 환경에 기초한다. 표준 환경은 0℃(예를 들면, 32℉)의 온도 및 100kPa(1 bar)의 절대 온도로 표준화될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은 "도관"은 임의의 것이 운반되는 채널을 형성하는 관형 부재와 관련된다. 이와 같은 도관은 하나 이상의 파이프, 매니폴드, 튜브 등을 포함할 수 있다.
본 기술은 고속 순환 흡착제 베드를 사용하여 공급 스트림(예, 천연 가스)의 탈수를 위한 스윙 흡착 공정(예: 고속 순환 공정)에 관한 것이다. 이 공정은 열적으로 보조된 부분 압력 퍼지 탈착되는 완만한 고온의 건조 생성물 가스의 역류 가스 유동(예: 퍼지 스트림)에 의해 부분적으로 감압 및 가열되는 흡착제 베드를 포함할 수 있다. 종래의 접근법과는 대조적으로, 본 기술은 흡착제 베드를 완전히 탈수시킬 수 없는 저온 퍼지 스트림을 사용한다. 결과적으로, 퍼지 스트림 내의 온도는 단지 압축에 의해서와 같이 가스 노보다 다른 수단에 의해 발생될 수 있다. 퍼지 스트림의 온도가 낮을수록 운영상의 향상과 함께 비용 및 안전상의 이점을 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 낮은 온도는 흡착제의 열수 분해를 감소시키고 코크스 형성을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 기술은 종래의 TSA 몰레큘러 시브 시스템에 비하여 저렴할 수 있고 종래의 TSA 몰레큘러 시브 탈수보다 많이 흡착제 베드를 사용함으로써 작은 풋프린트를 가질 수 있다.
하나의 강화 구성으로서, 본 기술은 종래의 접근법보다 낮은 온도(예: 450℉(232.2℃) 미만)를 갖는 퍼지 스트림을 사용한다. 퍼지 스트림은 450℉(232.2℃) 미만, 바람직하게는 360℉(182.2℃) 미만일 수 있다. 예를 들어, 퍼지 스트림의 온도는 공급 온도보다 약 50℉ 높고 그리고 450℉(232.2℃) 온도 범위, 공급 온도보다 약 100℉ 높고 그리고 450℉(232.2℃) 온도 범위, 200℉(93.3℃) 내지 450℉(232.2℃)의 범위, 250℉(121.1℃) 내지 380℉(193.3℃)의 범위, 및/또는 280℉(137.8℃) 내지 360℉(182.2℃)의 범위일 수 있다. 퍼지 스트림은 또한, 탈착 동안 흡착제 베드를 가열하기 위해 사용되는 건조 퍼지 가스일 수 있다. 저온은 흡착제 물질의 열수 분해를 감소시키고 코크스의 형성을 감소시킬 수 있다. 또한, 저온 퍼지 스트림은 이 퍼지 가스에 대한 열원일 수 있는 압축의 사용으로부터 발생될 수 있다. 일부 실시예에서, 저온 퍼지 가스는 압축에 의해서만 가열될 수 있으므로, 발화된 히터가 제거되어 자본 투자가 감소되고 안전성이 향상된다.
또한, 본 기술은 또한, 공급 스트림 및 퍼지 스트림에 대한 다양한 압력을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공급 스트림의 공급 압력은 400 psia(pounds per square inch absolute) 내지 1,400 psia의 범위, 600 psia 내지 1,200 psig의 범위일 수 있는, 바람직한 흡착 공급 압력에 기초할 수 있다. 또한, 퍼지 스트림의 퍼지 압력은 200 psi 내지 800 psia의 범위, 400 psia 내지 600 psia 범위일 수 있는 바람직한 흡착제 퍼지 압력에 기초할 수 있다.
또한, 또다른 강화 구성은 퍼지 스트림이 공급 스트림의 일부를 함유한다는 것이다. 예로서, 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 20 몰 퍼센트(%) 이하일 수 있고; 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 15 몰% 이하일 수 있고; 또는 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 10 몰% 이하일 수 있다. 또한, 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 1 몰% 이상일 수 있고; 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 3 몰% 이상일 수 있고; 또는 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 5 몰% 이상일 수 있다. 또다른 예로서, 퍼지 스트림은 공급 스트림에서 20 몰% 이하의 메탄과 같은 탄화수소를 함유할 수 있고; 또는 바람직하게는 공급 스트림에서 10 몰% 이하의 메탄과 같은 탄화수소를 함유할 수 있다. 또한, 퍼지 스트림은 공급 스트림에서 1 몰% 이상의 메탄과 같은 탄화수소를 함유할 수 있으며; 바람직하게는 공급 스트림에서 3 몰% 이상의 메탄과 같은 탄화수소 또는 바람직하게는 공급 스트림에서 5 몰% 이상의 메탄과 같은 탄화수소를 함유할 수 있다. 특정 예로서, 공급 스트림으로부터의 메탄의 일부분을 포함하는 퍼지 스트림은 공급 스트림에서 메탄의 20 몰% 이하, 공급 스트림에서 메탄의 15 몰% 이하, 공급 스트림에서 메탄의 10 몰% 이하, 또는 공급 스트림에서 메탄의 7 몰% 이하를 포함할 수 있다.
또한, 퍼지 스트림은 공급 스트림의 일부를 포함할 수 있다. 예로서, 퍼지 스트림 내의 메탄의 부분은 공급 스트림에서 메탄의 1 몰% 이상일 수 있고; 또는 바람직하게는 공급 스트림에서 메탄의 3 몰% 이상일 수 있고; 또는 바람직하게는 공급 스트림에서 메탄의 5 몰% 이상일 수 있다. 또한, 퍼지 스트림 내의 탄화수소 부분은 공급 스트림에서 탄화수소의 1 몰% 이상일 수 있고; 또는 바람직하게는 공급 스트림에서 탄화수소의 3 몰% 이상일 수 있고; 또는 바람직하게는 공급 스트림에서 탄화수소의 5 몰% 이상일 수 있다. 또다른 예로서, 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 1 몰 퍼센트(%) 이상일 수 있고; 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 3 몰% 이상일 수 있고; 또는 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 5 몰% 이상일 수 있다.
다른 강화 구성으로서, 본 기술은 TSA 공정과 같은 고속 순환 스윙 흡착 공정의 사용을 통해 탈수를 제공할 수 있다. 흡착제 베드의 질량당 스윙 용량은 (예: 공급 용적 당 흡착제의 양을 필요한 것보다 크게 방향성있게 하는) 흡착제 베드의 완전한 건조에 대한 요구없이, 종래의 TSA 몰레큘러 시브 탈수보다 적을 수 있지만, 고속 순환을 사용하면, 고속 종래의 TSA 몰레큘러 시브 탈수에 비하여 흡착제의 양을 줄이면 필요한 흡착제의 양이 특정 형태에 따라 달라지는 종래의 TSA 몰레큘러 시브 탈수보다 10 배 내지 100 배보다 작다는 점에서 종래의 TSA 몰레큘러 시브 탈수와 비교되는 흡착제 양을 감소시킬 수 있다. 또한, 흡착제 베드 가열의 낮은 온도는 흡착제 베드의 요구되는 완전한 건조없이 사용될 수 있다. 따라서, 본 기술의 퍼지 단계에서 퍼지 스트림의 낮은 온도는 압축만으로 가열되어 값비싼 열교환기 또는 발화된 히터를 줄이거나 없앨 수 있다. 또한, 본 기술은 서멀 스윙 흡착과 압력 스윙 흡착을 결합하여 공정을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 기술에 있어서, 상기 흡착제 베드의 생성물 단부는 거의 건조 상태로 지속되나(예: 상기 생성물 단부 근방의 영역에 대한 수분 부하(water loading)는 1 mol/kg 미만, 0.5 mol/kg 미만, 또는 0.1 mol/kg 미만이다), 이는 상기 흡착제 베드의 자유 단부를 완전히 건조시키기 위해 필요하지 않을 수 있다. 상기 자유 단부 또는 공급 측면은 상기 공급 스트림이 최초 진입하는 흡착제 베드의 단부인 반면, 상기 생성물 단부는 상기 공급 스트림이 상기 흡착제 베드를 빠져나가는, 상기 자유 단부 반대편의 흡착제 베드의 단부이다. 수분의 부하 수준은 상기 퍼지 단계 동안 상기 흡착제 베드의 자유 측면 상에서 낮아질 수 있으나, 수분을 함유하는 흡착제 베드의 길이는 상기 퍼지 단계 동안 감소될 수 있다. 예를 들어, 흡착제 부하 영역은 상기 흡착제 베드의 자유 단부로부터 상기 베드 길이의 10%까지, 상기 흡착제 베드의 자유 단부로부터 상기 베드 길이의 40%까지, 또는 상기 흡착제 베드의 자유 단부로부터 상기 베드 길이의 75%까지인, 상기 흡착제 베드의 특정 부분일 수 있다. 생성물 영역은 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 베드 길이의 10%, 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 베드 길이의 25%, 또는 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 베드 길이의 40%까지 흡착제 베드의 특정 부분일 수 있다. 오직 상기 베드 길이의 일부를 사용함으로써, 상기 흡착제 베드의 생성물 단부를 엄밀하게 건조된 상태로 유지시키고 극단적으로 낮은 생성물의 수분 농도를 유지하게 한다. 또한, 상기 흡착제 베드의 생성물 단부의 중요 부분을 건조 상태로 유지시킴으로써, 실시예에서 가스 통로 채널의 불균일성에 대한 가요성을 제공하며, 여기서 모노리스(monolith)와 같은 구조화된 흡착제는 흡착 구조체 또는 흡착제 베드에 사용된다. 퍼지 단계 동안 습식 전후 및 흡착 단계 동안 전방의 이동은 공정의 스윙 용량의 기초이다. 부분적으로, 이는 이 공정 및 구성에서 퍼지 증기에서 제한적이고 비용 효과적인 양의 퍼지 가스를 사용함으로써 달성된다.
또한, 본 기술은 추가적인 기능을 제공하기 위해 다양한 구성으로 통합될 수 있다. 예를 들어, 본 기술은 액화 천연 가스(LNG) 플랜트 전에 스트림의 탈수를 위해 사용되지만 이에 국한되지 않고 액화 천연 가스(LNG) 플랜트와 통합될 수 있고, 이는 LNG 사양으로의 오염물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 통합은 극저온 천연 가스 액화 회수 플랜트, 제어 냉동 구역 플랜트 또는 다른 그러한 플랜트를 포함할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 기술은 LNG 사양에 대해 약 500 ppm(parts per million molar)만큼 높은 CO2 수준에 대해서 크거나 또는 적은 양의 물을 함유하는 가스를 처리하는데 사용될 수 있다. 본 기술은 또한 극저온 천연 가스 액화 회수 플랜트 등을 위한 극저온 천연 가스 액화 사양과 같은 다른 사양으로 오염물을 제거하는데 사용될 수 있다. 고속 순환과 결합된 퍼지 단계 동안 열파를 사용하여 흡착제 베드를 부분적으로 가열하는 공정은 경제적인 개선과 같은 개선을 당업자에게 공지된 다른 서멀 스윙 흡착 분리에 제공한다.
유리하게도, 본 기술은 다양한 이점을 제공한다. 예를 들어, 본 기술은 모듈식 설계를 제공하고 고속 순환 흡착제 베드를 사용하여 공급 스트림(예, 천연 가스)의 탈수를 처리하기 위한 공정의 풋프린트, 중량 및 자본 비용을 감소시키도록 구성될 수 있다. 본 기술은 액화 천연 가스(LNG) 플랜트 및 다른 적합한 플랜트에 사용될 수 있다. 또한, 이 공정은 연소로의 사용을 포함하지 않기 때문에, 본 기술은 공정으로부터 연소로 또는 고온 열교환기의 사용을 제거할 수 있다. 이러한 설비의 제거는 관련 설비와 함께 화염을 제거하기 때문에 본질적으로 안전하며 노에서의 연소 부족으로 인한 연료 소비 및 온실 가스(GHG) 배출을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 기술은 공정에 사용되는 흡착제 물질의 선택에 관한 융통성을 증가시킬 수 있고, 단일체 흡착제 베드 설계로 인한 분진 형성을 감소시킬 수 있고, 보다 낮은 흡착제 양으로 인한 고형 폐기물 생성을 감소시킬 수 있고 및/또는 흡착제 양으로 인한 중질 탄화수소(예: C2 +)의 흡착을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 기술은 고속 순환 TSA 설비의 모듈형 구성으로 인해 흡착제 베드를 전환할 때 하류 처리 설비에 대한 충격을 감소시켜 흡착제 베드의 일부가 대체되거나 오프라인으로 재생되도록 하고 흡착제 베드 유닛의 나머지는 하류 설비(예: LNG 또는 극저온 분리 플랜트)에 건조 생성물을 계속 제공한다.
하나 이상의 실시예에서, 스윙 흡착 시스템은 액화 천연 가스 처리 유닛과 유체 교통하는 하나 이상의 퍼지 유닛을 포함할 수 있다. 퍼지 유닛은 각각의 흡착제 베드 유닛에 퍼지 스트림을 제공하도록 구성될 수 있으며, 퍼지 스트림은 생성물 스트림의 일부, 플래시 연료 스트림, 비등 가스 스트림 및 이들의 임의의 조합 중 하나로부터 제공된다. 예로서, 퍼지 유닛은 플래시 연료 스트림, 비등 가스 스트림 및 이들의 임의의 조합 중 하나를 압축하도록 구성된 하나 이상의 압축기일 수 있거나 상기 하나 이상의 압축기를 포함할 수 있다. 또한, 퍼지 유닛은 생성물 스트림의 일부분을 감압하도록 구성된 하나 이상의 감압 장치(예: 팽창기 또는 밸브)일 수 있거나 포함할 수 있다. 생성물 스트림의 일부는 스윙 흡착 시스템 내의 흡착제 베드 유닛 중 임의의 것에서 유래할 수 있다.
또한, 하나 이상의 실시예들에 있어서, 본 기술들은 어떠한 타입의 스윙 흡착 공정을 위해서도 사용될 수 있다. 본 기술을 위한 스윙 흡착 공정으로는, 비제한적으로, 압력 스윙 흡착(PSA), 진공 압력 스윙 흡착(VPSA), 온도 스윙 흡착(TSA), 부분 압력 스윙 흡착(PPSA), 고속 순환 압력 스윙 흡착(RCPSA), 고속 순환 서멀 스윙 흡착(RCTSA), 고속 순환 부분 압력 스윙 흡착(RCPPSA), 뿐만 아니라 압력/온도 스윙 흡착과 같은 상기 공정들의 혼합을 포함할 수 있다. 예시적인 동력학적 스윙 흡착 공정들에 대하여는 미국 특허출원 공보 제2008/0282892호, 제2008/0282887호, 제2008/0282886호, 제2008/0282885호, 제2008/0282884호 및 제2014/0013955호에 개시되어 있으며, 이들 각각은 전체로서 참고를 위해 본원에 합체되었다.
상술된 바와 같이, 흡착 분리 공정들, 장치들 및 시스템들은 가스 및 오일 처리와 같은 탄화수소의 성장 및 생성에 유용하다. 특히, 제공된 공정들, 장치들, 및 시스템들은 가스 혼합물로부터 다양한 목표 가스를 신속하고, 대규모로, 효율적으로 분리시키는데 유용하다. 특히, 상기 공정들, 장치들, 및 시스템들은 오염물[예를 들어, CO2, H2O 및 중탄화수소(즉, 적어도 2개의 탄소 원자들을 갖는 탄화수소)]를 제거함으로써 공급 생성물들(예를 들면, 천연 가스 생성물들)을 준비하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같이 제공된 공정들, 장치들, 및 시스템들은 분리 용례들을 포함하는, 유틸리티들에서 사용하기 위한 가스 공급 스트림들을 제조하는데 유용하다. 상기 분리 용례들은 노점 제어; 스위트닝 및/또는 해독; 부식 방지 및/또는 제어; 탈수; 발열량; 조화; 및/또는 정제를 포함할 수 있다. 하나 이상의 분리 용례들을 사용하는 유틸리티의 예로서는 연료 가스의 생성; 밀봉 가스; 비-식용수; 블랭킷 가스; 기구 및 제어 가스; 냉각제; 불활성 가스; 및/또는 탄화수소 회수를 포함한다.
특정 실시예들에 있어서, 본 기술들은, 탄화수소 스트림으로부터의 산성 가스와 같은, 공급 스트림으로부터의 오염물을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 산 가스 제거 기술은 가스 저장 물질이 고 농도의 산성 가스[예를 들면, 사워 가스원(sour gas resources)]를 나타낼 때 유용할 수 있다. 탄화수소 공급 스트림들에서는, 몇 ppm의 산성 가스로부터 90 용적%의 산성 가스에 이르기까지, 산성 가스의 양이 매우 폭넓게 변화한다. 예시적인 가스 저장 물질로부터의 산성 가스 농도의 예는 비제한적으로 적어도 다음과 같은 농도를 포함한다:(a) 1 용적% H2S, 5 용적% CO2,(b) 1 용적% H2S, 15 용적% CO2,(c) 1 용적% H2S, 60 용적% CO2,(d) 15 용적% H2S, 15 용적% CO2, 및(e) 15 용적% H2S, 30 용적% CO2. 따라서, 본 기술들은 H2S 및 CO2 같은, 다양한 오염물을 원하는 수준으로 제거하기 위한 설비를 포함할 수 있다. 특히, 상기 H2S는 4 ppm 미만의 수준으로 낮아질 수 있는 반면, 상기 CO2는 100 ppm 또는 50 ppm 미만의 수준으로 낮아질 수 있다.
다른 실시예에서, 본 기술은 스윙 흡착 공정에 의해 스트림의 수분 함량을 특정 수준으로 감소시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 공급 스트림의 수분 함량은 스트림에서 수 ppm 내지 포화 수준의 범위일 수 있다. 특히, 수분 함량은 공급 압력에 따라 100ppm 내지 1,500ppm 또는 공급 압력에 따라 500ppm 내지 1,500ppm과 같이 수 백 ppm 내지 포화 수준의 범위일 수 있다. 스윙 흡착 공정으로부터의 생성물 스트림의 특정 수분 수준은 원하는 출력 생성물의 이슬점(예: 수분 함량의 이슬점은 액화와 같은 후속 공정에서 스트림의 최저 온도보다 낮아야 하고 공급 압력 및 공급 조성과 관련됨)과 관련될 수 있다. LNG 적용의 경우, 수분 함량은 이슬점이 -260℉(-162.2℃)일 때, 0.1ppm 미만일 수 있다. 극저온 천연 가스 액체(NGL) 회수 응용 프로그램의 경우, 수분 함량은 이슬점이 약 -150℉(-101.1℃)일 때, 1ppm 미만일 수 있다. 제어된 냉동 영역(CFZ) 적용의 경우, 수분 함량은 이슬점이 약 -60℉(51.1℃)일 때 10ppm 미만일 수 있다. 생성물 스트림의 수분 함량은 0.1 ppm 용적(ppmv) 미만(<), < 10 ppmv, < l ppmv 또는 < 0.1 ppmv일 수 있다. 예를 들어, 가스 공급 스트림은 탄화수소 및 H2O를 포함할 수 있으며, 여기서 H2O는 가스 공급 스트림에서 0.2 ppmv 내지 포화 수준 범위이거나 H2O는 100 ppmv 내지 1500 ppmv 범위일 수 있다.
특정 실시예에서, 스윙 흡착 공정 또는 흡착제 베드 유닛 중 하나에 진입하는 가스 공급 스트림은 포핏 밸브를 통과하는 압력 강하 문제를 해결하도록 조절될 수 있다. 포핏 밸브로부터의 이러한 압력 강하는 결과적으로 흡착제 베드 내에서 액체가 빠지게 할 수 있다. 액체가 빠지는 것을 방지하기 위해, 가스 공급 스트림을 가열하여 액체 이탈을 감소시키거나 제거할 수 있다. 예를 들어, 가스 공급 스트림은 히터 또는 열교환기를 통과하여 액체 공급 스트림의 온도를 증가시켜 액체 이탈을 감소시키거나 제거할 수 있다. 가스 공급 스트림은 적어도 2℉(1.1℃), 적어도 5℉(2.8℃) 또는 적어도 20℉(11.1℃) 만큼 증가한 온도를 가질 수 있다.
또한, 하나 이상의 실시예들에 있어서, 본 기술들은 수분과 같은 오염물을 제거하기 위한 특정 공정 유동을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 공정은 주기를 형성하는 흡착 단계 및 재생 단계를 포함할 수 있다. 상기 흡착 단계는 상기 가스 공급 스트림으로부터 하나 이상의 오염물을 분리시켜 생성물 스트림을 형성하기 위해 가스 공급 스트림을 공급 압력 및 공급 온도 하에 흡착제 베드 유닛을 통해 통과시키는 단계를 포함한다. 상기 공급 스트림은 상기 흡착제 베드를 통해 전방 방향으로(예를 들면, 상기 흡착제 베드의 공급 단부로부터 상기 흡착제 베드의 생성물 단부로) 통과될 수 있다. 다음에, 상기 가스 공급 스트림의 유동은 재생 단계를 위해 중단될 수 있다. 상기 재생 단계는 하나 이상의 감압 단계, 퍼지 단계 및 하나 이상의 재압축 단계를 포함할 수 있다. 상기 감압 단계는 각각의 연속 감압 단계를 위해 미리 결정된 양만큼 상기 흡착제 베드 유닛의 압력을 감소시키는 단계를 포함할 수 있으며, 이는 단일 단계일 수 있거나 그리고/또는 다중 단계 및 하나 이상의 블로다운 단계들일 수 있다. 상기 감압 단계는 전방 방향으로 제공될 수 있거나 또는 바람직하게는 역방향으로(예를 들면, 상기 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 상기 흡착물 베드의 자유 단부로) 제공될 수 있다. 상기 퍼지 단계는 퍼지 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛 내로 전달시키는 단계를 포함할 수 있으며, 이는 일회의 퍼지 단계일 수 있고, 상기 퍼지 스트림은 상기 공급 스트림에 대해 역방향 유동으로 제공될 수 있다.
퍼지 스트림은 상술한 바와 같이 온도 범위, 유량에서 제공될 수 있고 조성을 가질 수 있다. 예를 들어, 공급 스트림 내의 메탄의 일부를 포함할 수 있는 퍼지 스트림은 공급 스트림 내의 20 몰% 이하; 또는 공급 스트림에서 메탄의 10 몰% 이하를 포함할 수 있다. 또한, 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 20 몰 퍼센트(%) 이하일 수 있다; 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 15 몰% 이하일 수 있거나; 또는 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 10 몰% 이하일 수 있다. 또한, 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 1 몰% 이상일 수 있고; 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 3 몰% 이상일 수 있고; 또는 퍼지 스트림 유량이 공급 스트림 유량의 5 몰% 이상이다. 또다른 예로서, 퍼지 스트림은 공급 스트림에서 20 몰% 이하의 메탄과 같은 탄화수소; 또는 바람직하게는 10 몰% 이하의 메탄과 같은 탄화수소를 함유할 수 있다. 또한, 퍼지 스트림은 공급 스트림에서 1 몰% 이상의 메탄과 같은 탄화수소; 바람직하게는 공급 스트림에서 3 몰% 이상의 메탄과 같은 탄화수소 또는 바람직하게는 5 몰% 이상의 메탄과 같은 탄화수소를 함유할 수 있다. 특정 예로서, 공급 스트림으로부터의 메탄의 일부분을 포함하는 퍼지 스트림은 공급 스트림에서 메탄의 20 몰% 이하, 공급 스트림에서 메탄의 15 몰% 이하, 공급 스트림에서 메탄의 10 몰% 이하 또는 공급 스트림에서 메탄의 7 몰% 이하를 포함할 수 있다. 퍼지 스트림 내의 메탄의 부분은 공급 스트림 내의 메탄의 1 몰% 이상; 또는 바람직하게는 공급 스트림에서 메탄의 3 몰% 이상; 또는 바람직하게는 공급 스트림에서 메탄의 5 몰% 이상일 수 있다.
퍼지 단계의 출력 스트림은 LNG 플랜트와 같은 다른 설비의 연료를 위해 멀리 안내될 수 있다. 그 다음, 하나 이상의 재압축 단계가 수행될 수 있으며, 흡착제 베드 유닛 내의 압력은 각 연속 재압축 단계에 따라 미리 결정된 양만큼 각각의 재압축 단계마다 증가된다. 그 다음, 주기가 추가 스트림에 대해 반복될 수 있다. 주기 지속시간은 1초 초과 600초 미만, 2초 초과 300초 미만, 2초 초과 200초 미만, 1 초 또는 2초 초과 90초 미만, 또는 2초 초과 60초 미만일 수 있다. 본 기술은 아래의 도 1 내지 도 6c를 참조하여 더 이해될 수 있다.
도 1은 6개의 흡착제 베드 유닛들과 상호연결 배관을 갖는 스윙 흡착 시스템(100)의 3차원 다이아그램이다. 이와 같은 구성은 특별한 예이나, 본 기술들은 포괄적으로 대칭 배향, 또는 비대칭 배향 및/또는 복수의 하드웨어 스키드(hardware skid)들의 결합으로 채택될 수 있는 흡착제 베드 유닛들에 관한 것이다. 또한, 이와 같은 특정 구성은 예시적인 목적을 위한 것이며, 다른 구성들은 상이한 수의 흡착제 베드 유닛들을 포함할 수 있다.
이와 같은 시스템에 있어서, 흡착제 베드 유닛(102)과 같은 흡착제 베드 유닛들은 공급 스트림들(예를 들면, 유체, 가스, 액체)로부터 오염물을 제거하기 위한 순환적 스윙 흡착 공정을 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 흡착제 베드 유닛(102)은 상기 흡착제 베드 유닛(102) 내의 흡착제 베드를 통해, 흡착제 베드로 또는 흡착제 베드로부터의 유체 유동을 다루기 위한 다양한 도관들(예를 들면, 도관(104))을 포함할 수 있다. 상기 흡착제 베드 유닛들(102)로부터의 도관들은 상기 스트림의 유동을 구성 요소들에, 구성 요소들로부터 또는 구성 요소들 사이로 분배하기 위한 매니폴드(예를 들면, 매니폴드(106))에 결합될 수 있다. 흡착제 베드 유닛 내의 상기 흡착제 베드는 생성물 스트림을 형성하기 위해 하나 이상의 오염물을 공급 스트림으로부터 분리시킬 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 상기 흡착제 베드 유닛들은, 퍼지 스트림, 감압 스트림 등과 같은, 공정의 일부로서의 다른 유체 스트림들을 제어하기 위한 다른 도관들을 포함할 수 있다. 더불어, 상기 흡착제 베드 유닛은 또한, 균등화 용기(108)와 같은 하나 이상의 균등화 용기들을 포함할 수 있으며, 상기 흡착제 베드 유닛 전용이며 또한, 상기 스윙 흡착 공정에서 하나 이상의 단계들에 전용될 수 있다.
예로서, 또한, 아래의 도 2에에서 설명되는 바와 같이, 상기 흡찹 베드 유닛(102)은 헤드부 및 다른 몸체부들을 포함할 수 있고, 실제로 가스 불투과성 파티션을 형성하는 하우징, 상기 하우징 내에 배치되는 흡착 배드, 및 상기 하우징의 내부 영역과 상기 하우징의 내부 영역의 외부 위치들 사이에서 상기 하우징 내의 개구부들을 통한 유체 유동을 제공하는 복수의 밸브들(예를 들면, 포핏 밸브들)을 포함할 수 있다. 상기 포핏 밸브들 각각은 상기 헤드 내에 안착하는 디스크 요소 또는 상기 헤드(미도시) 내로 삽입되는 별도의 밸브 시트 내에 안착하는 디스크 요소를 포함할 수 있다. 이와 같은 포핏 밸브들의 구성은 임의의 다양한 밸브 패턴을 가질 수 있거나 또는 다양한 타입의 포핏 밸브들을 구성할 수 있다. 예로서, 상기 흡착제 베드 유닛은 하나 이상의 포핏 밸브들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 상이한 스트림들과 관련된 상이한 도관과 유체 교통한다. 상기 포핏 밸브들은 각각의 도관들, 매니폴드들 또는 헤더들 중 하나와 상기 흡착제 베드 사이에 유체 교통을 제공할 수 있다. "유체 교통 방향으로" 또는 "직접 유체 교통으로"라는 개념은 밸브들이나 또는 유동을 방해하기 위한 다른 폐쇄 수단을 갖지 않는 직접 유동 연통을 의미한다. 알 수 있는 바와 같이, 다른 변형들도 본 기술들의 범위 내에서 가능할 수 있다.
상기 흡착제 베드는 상기 공급 스트림으로부터 하나 이상의 성분들을 흡착할 수 있는 고형 흡착 물질을 포함한다. 그와 같은 고형 흡착 물질들은 상기 흡착제 베드 유닛(102) 내의 물리적 및 화학적 조건들에 대해 내구성을 갖도록 선택되며, 흡착 공정에 기초하여 금속, 세라믹, 또는 기타 물질들을 포함할 수 있다. 흡착 물질들의 추가의 예들은 다음에 추가로 언급된다.
도 2는 본 기술의 실시예에 따른 밸브 조립체들 및 매니폴드들을 갖는 흡착제 베드 유닛(200)의 일부에 대한 다이아그램이다. 도 1의 흡착제 베드 유닛(102)의 부분일 수 있는 상기 흡착제 베드 유닛(200)의 일부는 상부 헤드(218)와 하부 헤드(200)와 함께 원통형 절연층(216) 및 원통형 벽(214)을 포함할 수 있는 하우징 또는 몸체를 포함한다. 흡착제 베드(210)는 상부 헤드(218)와 하부 헤드(220) 및 절연층(216) 사이에 배치되어, 상부 개방 구역 및 하부 개방 구역을 초래하며, 상기 개방 구역들은 실제로 개방 유동 경로 용적부로 구성된다. 그와 같은 흡착제 베드 유닛의 개방 유동 경로 용적부는 다양한 단계들을 위해 다루어져야 하는 가스를 포함한다. 상기 하우징은 상기 내부 영역 내의 압력을 0 bara(bar absolute) 또는 0.1 bara와 100 bara 사이에서 압력을 유지하도록 구성될 수 있다.
상기 상부 헤드(218)와 하부 헤드(220)는 각각 밸브 조립체들(222 내지 240)(예를 들면, 포핏 밸브들)과 같은 밸브 구조체들이 삽입될 수 있는 개구부들을 포함한다. 상기 각각의 헤드(218 또는 220)와 흡착제 베드(210) 사이의 상기 상부 또는 하부 개방 유동 경로 용적부는 또한, 유체들을 상기 흡착제 베드(210) 내로 직접 도입시키는 분배 라인들(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 상부 헤드(218)는 입구 매니폴드(242 및 244)와 출구 매니폴드(248, 250 및 252)를 통한 유동을 제공하기 위한 다양한 개구부들(미도시)을 포함하는 반면, 상기 하부 헤드(220)는 상기 입구 매니폴드(254)와 출구 매니폴드들(256, 258 및 260)을 통한 유동을 제공하기 위한 다양한 개구부들(미도시)을 포함한다. 상기 밸브 조립체들(222 내지 240)은 각각의 매니몰드(242 내지 260)와 유체 교통 방식으로 배치된다. 만약 상기 밸브 조립체들(222 내지 240)이 포핏 밸브들인 경우, 각각은 부싱 또는 밸브 가이드 내에 위치될 수 있는 스템 요소에 연결되는 디스크 요소를 포함할 수 있다. 상기 스템 요소는, 각각의 밸브가 각각의 스템에 선형 운동을 부여하도록 구성된 작동 수단(미도시)과 같은, 작동 수단에 연결될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 상기 작동 수단은 단일 밸브를 작동시키기 위한 공정에서 상이한 단계들을 위해 독립적으로 작동될 수 있거나 또는 단일 작동 수단이 2개 이상의 밸브들을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 개구부들은 대체로 유사한 크기를 가질 수 있으나, 입구 매니폴드들을 위한 입구 밸브들 및 개구부들은 출구 매니폴드들을 위한 입구 밸브들 및 개구부들보다 작은 직경을 가질 수 있으며, 상기 입구들을 통과하는 가스 용적들은 상기 출구들을 통과하는 생성물 용적들보다 작아지는 경향을 가질 수 있다.
스윙 흡착 공정들에 있어서, 상기 주기는 각각 특정 시간 간격을 갖는 2개 이상의 단계들을 포함하며, 함께 합산되어 주기 시간이 된다. 이들 단계들은, 압축 스윙, 진공 스윙, 온도 스윙, (상기 공정을 위한 임의의 적합한 퍼지 유체의 타입을 통한) 퍼징, 및 그들의 결합을 포함하는, 다양한 공정들을 사용하는 흡착 단계에 이어 상기 흡착제 베드의 재생 단계를 포함한다. 예로서, PSA 주기는 공급 또는 흡착, 감압,(예: 블로우다운), 퍼징, 및 재압축 단계들을 포함할 수 있다. 고압 하에서 분리가 수행될 때,(균등화로서 언급될 수 있는) 감압 및 재압축은 각각의 단계에 대한 압력 변화를 감소시키고 효율을 강화하기 위해 다중 단계들로 수행될 수 있다. 고속 순환 스윙 흡착 공정들과 같은, 일부 스윙 흡착 공정들에 있어서, 전체 순환 시간의 대부분은 상기 흡착제 베드의 재생에 포함된다. 따라서, 재생을 위한 시간의 감소는 전체 순환 시간 또는 순환 지속시간의 감소를 초래한다. 이와 같은 감소는 또한, 상기 스윙 흡착 시스템의 전체 크기를 감소시킬 수 있다.
상술된 바와 같이, 탈수를 위한 종래의 시스템들은 일반적으로 TSA 및 PSA 공정을 사용하여 수행된다. 상기 종래의 시스템들은 흡착된 종들(예를 들면, 수분)로 채우고 또한, 탈착을 위해 가열하도록 몰레큘러 시브 유닛을 위한 많은 작동 시간을 필요로 한다. 결과적으로, 상기 몰레큘러 시브 유닛은 매우 크다(예를 들면, 본 기술들보다 더 큰 공간 및 더 많은 흡착제를 포함한다). 요구되는 재생 가스 용적을 최소화하고 또한, 베드 용량을 최대화하기 위하여, 상기 몰레큘러 시브 유닛의 흡착제 베드들은 완전히 건조되며(예: 원하는 생성물 수분 활성도 아래로), 약 500℉(260℃)에서 퍼지 가스를 사용한다. 또한, 종래의 접근 공정은 좁은 질량 전달 구역 또는 예리한 흡착제 전면을 유지하여 베드 활용을 최대화하는 반면, 철저한 탈수는 유지한다. LNG 플랜트 내에 합체되는 개략적인 종래의 공정은 아래의 도 3에 도시된다.
예로서, 도 3은 액화 천연 가스(LNG) 스트림을 형성하도록 공급 스트림의 탈수를 위한 종래 시스템(300)의 다이아그램이다. 다이아그램(300)에 도시된 바와 같이, 유닛(302,306,308,310,312,314,318,320,322)과 같은 다양한 설비가 도관(304) 내의 공급 스트림을 처리하여 도관(316) 내의 LNG 스트림과 같은 출력 스트림을 생성한다.
공정은 오염물 제거 유닛(302)에서 시작하며, 오염물 제거 유닛(302)은 입력 스트림을 수용하고 입력 스트림으로부터 수은, 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S)의 적어도 일부를 분리한다. 오염물 제거 유닛(302)으로부터의 출력 스트림은 도관(304)을 통해 열교환기(306)에 제공되는 공급 스트림이다. 열교환기(306)는 공급 스트림의 온도를 조정하는데 사용되며, 또한 스트림에서 물의 일부를 제거하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 열교환기는 공급 스트림의 온도를 낮추어 결과적으로 응축을 일으키고, 스트림에서 멀리 안내된다. 열교환기(306)로부터의 출력은 필터(308)에 제공된다. 필터(308)는 온도 조절된 공급 스트림으로부터 미립자 및 액체 방울을 제거하도록 구성된다. 그 다음, 필터(308)로부터의 출력은 몰레큘러 시브 유닛(310)에 제공된다. 몰레큘러 시브 유닛(310)은 물과 같은 추가적인 오염물을 스트림으로부터 분리시키도록 구성된다. 몰레큘러 시브 유닛(310)으로부터의 탈수된 출력은 LNG 처리 유닛(314)으로 전달되기 전에 스트림의 온도를 조절하는 열교환기(312)로 운반된다. LNG 처리 유닛(314)으로부터의 출력 스트림은 판매, 저장 및/또는 선적을 위해 운반된 최종 생성물이다.
LNG 처리 유닛(314)으로부터의 추가 스트림은 공정 내에서 사용되는 플래시 연료 스트림일 수 있다. 예를 들어, LNG 처리 유닛(314)으로부터의 추가 스트림은 저압 고순도 메탄 측면 스트림이고, 이는 연료 가스 압축기 유닛(318)에 제공될 수 있다. 추가 스트림은 플래시 연료 스트림, 플래시 가스, 플래시/연료 가스, 또는 최종 플래시 가스로 지칭될 수 있다. 연료 가스 압축기 유닛(318)으로부터 압축된 연료 출력 스트림의 일부는 노 또는 열교환기 유닛일 수 있는 가열 유닛(320)에서 가열되고, 몰레큘러 시브 유닛(310)의 탈착을 위한 온도를 열적으로 스윙하도록 구성된다. 이 스트림은 몰레큘러 시브 유닛(310)으로부터 출력되고 열교환기 유닛(322)을 통과하여 스트림을 냉각(예: 스트림의 온도를 낮춤)하고 스트림으로부터 물의 일부를 제거하도록 구성될 수 있다. 이 가열된 스트림은 도관(328) 내에 연료 스트림을 형성하도록 도관(326)의 연료 가스 압축기 유닛(318)의 임의의 나머지 출력 및 도관(324)으로부터의 비등 가스와 조합될 수 있다.
상기 구성은 몰레큘러 시브 유닛(310)을 위한 퍼지 스트림으로서 연료 가스를 사용하는 단계를 포함한다. 대안적으로, 종래의 접근법은 온도 스윙 흡착 공정을 포함할 수 있고 재생을 위해 건조 가스를 사용하고 습식 재생 가스를 압축기에서 공급 가스로 재순환하도록 구성될 수 있다. 그러나, 이러한 접근법은 운전 비용 및 높은 재생 고온 가스 유량[예: 500℉(260℃) 이상의 가스 온도]을 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 공급 스트림은 약 86℉(30℃)의 온도 및 약 1,175 psia 압력에서 750 MSCFD(million standard cubic feet per day)의 유량으로 제공될 수 있다. 공급 스트림은 주로 다른 중질 탄화수소 및 오염물과 함께 메탄을 포함할 수 있다. 특히, 메탄(C1)은 약 92 용적 퍼센트(용적%)일 수 있고, 다른 탄화수소(C2+)는 약 8 용적%일 수 있고, 황화수소(H2S)는 약 4ppm일 수 있고, 이산화탄소는 약 50ppm의 CO2일 수 있고, 물은 약 34 lb/MSCF의 H2O일 수 있다. 열교환기(306)는 공급 스트림의 온도를 약 86℉에서 약 68℉(20℃)로 조절할 수 있으며, 이는 또한, 물을 19lb/MSCF로 감소시킬 수 있다. 열교환기(312)를 통해 운반되는 몰레큘러 시브 유닛(310)으로부터 LNG 처리 유닛(314)으로 통과하는 스트림은 68℉(20℃)의 온도 및 1,150 psia의 압력에서 750 MSCFD의 유량을 가질 수 있다. 이 스트림은 약 0.1ppm 미만의 물을 포함할 수 있다. 그 다음, 도관(316)으로부터의 출력 스트림은 5.2 MTA(million ton per annum)일 수 있다.
연료 가스 압축기 유닛(318)에 제공되는 플래시 연료 스트림은 LNG 처리 유닛(314)에 제공되는 스트림의 약 7 용적%일 수 있는 52 MCSFD의 유량으로 제공될 수 있다. 연료 가스 압축 유닛(318)으로부터, 도관(326) 내의 추가 연료 스트림은 27 MSCF[예: LNG 처리 유닛(314)에 제공된 스트림의 4 용적%]일 수 있고, 열교환기(320)를 통해 몰레큘러 시브 유닛(310)으로 통과하는 스트림이 25 MSCFD[LNG 처리 유닛(314)에 제공되는 스트림의 3 용적%]일 수 있다. 몰레큘러 시브 유닛(310)으로의 스트림은 550℉(287.8℃)의 온도 및 665 psia의 압력에 있을 수 있다. 몰레큘러 시브 유닛(310)으로부터, 열교환기(322)로 운반되는 스트림은 600psia의 압력에서 25 MSCF[예: LNG 처리 유닛(314)에 제공되는 스트림의 3 용적%] 의 유량으로 제공될 수 있다. 또한, 도관(324)에서의 비등 가스 스트림은 19 MSCGD[예: LNG 처리 유닛(314)에 제공되는 스트림의 2.5 용적%]의 유량으로 제공될 수 있다.
이 예에서 언급된 바와 같이, 연료 가스 압축기 유닛(318)으로부터의 퍼지 스트림은 550℉(287.8℃)의 상승 온도에서 제공된다. 이러한 고온 퍼지 스트림은 흡착제 입자의 수열 분해 및 흡착제 베드 내의 코크스 형성을 초래하여 비활성화 및 연관된 정지 시간을 초래할 수 있다.
또한, 이 구성에서, 퍼지 스트림은 공급 스트림의 일부를 함유한다. 예를 들어, 공급량이 몰레큘러 시브 유닛(310)에 대해 750 MSCFD인 경우, 퍼지 스트림은 25 MSCFD에서 플래시 가스이다. 모든 스트림의 조성이 실질적으로 유사하기 때문에(예: 수분 함량의 일부가 없음), 퍼지 스트림에 사용된 공급 스트림의 질량은 몰레큘러 시브 공정에 대한 공급물의 질량의 약 3.3%(예: 25 MSCFD/750 MSCFD)로 추정될 수 있다. 이 계산에서 H2S, CO2 및 H2O의 농도는 고려되지 않는다.
강화 구성으로서, 도 4는 본 기술의 실시예에 따른 액화 천연 가스(LNG) 스트림을 형성하기 위한 공급 스트림의 탈수를 위한 예시적인 다이아그램(400)이다. 흡착제 물질의 양이 주기 시간에 따라 선형적으로 변함에 따라, 본 기술은 흡착제 베드 유닛 및 도 3에 나타낸 구성과 같은 종래의 시스템과 비교하여 더 작은 풋프린트를 포함하는 구성 요소를 제공한다. 또한, 특정 유닛이 위에서 언급한 것과 유사한 방식으로 사용될 수 있지만, 이러한 구성은 몰레큘러 시브 유닛 대신 공급 스트림의 오염을 줄이는데 사용되는 필터(404) 및 흡착제 베드 유닛(406)을 포함한다.
도 3의 공정과 유사한, 상기 공정은 스트림을 수용하고 입력 스트림으로부터 수은, 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S)를 분리시키는 오염물 제거 유닛(302)에서 시작된다. 오염물 제거 시스템은 스윙 흡착 공정, 컴팩트 접촉 공정 또는 다른 적합한 공정을 사용할 수 있다. 컴팩트 접촉 공정은 미국 특허 출원 공보 제 20110168019; 20120238793; 20140123620; 20140331862; 20140335002; 및 20150352463 및 미국 특허 출원 일련 번호 14/948422; 제 15/004348 및 제 15/009936에 기재되어 있으며, 이들 각각은 그 전체가 참고 문헌으로 포함된다. 오염물 제거 유닛(302)으로부터의 출력 스트림은 도관(304)을 통해 액체 수분 제거(306)를 제공하는 열교환기로 제공되는 공급 스트림이다. 열교환기(306)는 공급 스트림의 온도를 조절하고 원하는 공급 온도보다 약간 낮은 상태에서 물을 포화 상태로 제거하는데 사용된다. 열교환기 유닛(306)으로부터의 출력은 제 2 열교환기일 수 있는 열교환기(402)로 전달되며, 이 열교환기는 습도 퍼센트를 100% 미만으로 감소시키고 스윙 흡착 및 탈착 공정 동안 물의 응축 위험을 감소시키기 위해 스트림을 미리 결정된 양(예: 적어도 몇도)으로 가열하도록 구성된다. 열교환기(402)로부터의 출력은 필터 유닛(404)으로 전달된다. 필터 유닛(404)은 스트림으로부터 미립자 및/또는 액체 방울을 제거하도록 구성된다. 필터(404)로부터의 출력은 오염물을 스트림으로부터 제거하도록 구성된 하나 이상의 흡착제 베드 유닛을 포함할 수 있는 흡착제 베드 유닛(406)으로 운반된다. 흡착제 베드 유닛(406)은 고속 순환 스윙 흡착 공정을 작동시키도록 구성될 수 있다. 흡착제 베드 유닛(406)은 0.1ppm 미만과 같이 스트림으로부터 충분한 양의 H2O를 제거하도록 구성될 수 있다. 흡착제 베드 유닛(406) 다음에, 흡착제 베드 유닛(406)의 생성물 출력은 열교환기 유닛(312)에서 냉각되고, 이어서 LNG 처리 유닛(314)으로 공급된다.
이 구성에서, 플래시 연료 스트림은 연료 가스 압축기 유닛(318)에 제공된다. 연료 가스 압축기 유닛(318)은 저압 고순도 메탄 스트림을 압축하여 결과적 스트림의 압력을 증가시킨다. 그 후, 연료 가스 압축기 유닛(318)의 출력은 도관(408)을 통해 제공된 비등 가스 스트림과 결합되어 퍼지 스트림을 형성한다. 퍼지 스트림은 스윙 흡착 공정에서 퍼지 가스로서 흡착제 베드 유닛(406)에 제공된다. 퍼지 스트림은 흡착제 베드 유닛(406) 내의 오염물(예: 물)과 결합하여 출력 퍼지 스트림을 형성한다. 출력 퍼지 스트림은 흡착제 베드 유닛(406)으로부터 열교환기(415)를 향해 안내될 수 있다. 열교환기(415)는 스트림의 온도를 조절하도록 구성되며 또한, 스트림으로부터 물의 일부를 제거하도록 구성될 수 있다. 그 다음, 조절된 스트림은 도관(416)을 통해 공정 연료 가스 스트림으로서 제공된다.
이러한 구성은 종래의 몰레큘러 시브 접근법에 비해 낮은 온도의 퍼지 스트림을 사용한다. 일례로서, 상기 구성은 4 개의 흡착제 베드 유닛을 사용하는 습식 공급물의 750 MSCFD를 처리하는데 사용될 수 있다. 흡착제 베드 유닛(406)으로 대표되는 이들 흡착제 베드 유닛 각각은 0.25 미터(m)의 직경을 가질 수 있고 길이가 0.6 m일 수 있다. 이 예에서, 각 베드는 50 마이크론 강철 벽에 의해 분리되고 60 마이크론의 다공성 흡착제 층으로 코팅된 직경 500 x 500 마이크론의 평행 채널로 구성된다. 이 예에서, 흡착기 베드의 통상적인 열용량은 켈빈 온도 당 흡착제 1g 당 3.0 줄(J/g 흡착제/K)이다. 각 베드는 전체 공정에 필요한 총 88.4kg에 대해서 총 22.1kg의 흡착제를 함유한다. 또한, 본 기술은 좁은 질량 전달 구역을 필요로 하지 않으므로, 광범위한 흡착제가 엄격한 수분 제거를 위해 사용될 수 있다. 이들은 실리카 겔, 제올라이트 3A, 4A 및 5A를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
예로서, 공급 스트림은 750 MSCFD, 약 86℉ 단위의 온도 및 약 1,175 psia의 압력에서 제공될 수 있다. 공급 스트림은 다른 탄화수소 및 오염물과 함께 주로 메탄을 포함할 수 있다. 특히, 메탄(Ci)은 약 92 용적%일 수 있고, 다른 탄화수소(C2+)는 약 8 용적%일 수 있고, 황화수소 H2S는 약 4ppm일 수 있고, CO2는 약 50ppm의 CO2일 수 있고, 물은 약 34 lb/MSCF의 H2O일 수 있다. 열교환기(306)는 공급 스트림의 온도를 약 86℉(30℃)에서 약 68℉(20℃)로 조절할 수 있으며, 이는 또한, 물을 19lb/MSCF로 감소시킬 수 있다. 그 후, 스트림은 제 2 열교환기를 통과하여 온도를 73℉(22.8℃)로 조절하고, 이어서 필터(404) 및 흡착제 베드 유닛(406)으로 통과된다. 그 다음, 흡착제 베드 유닛(406)으로부터의 출력은 열교환기(312)를 통해 LNG 처리 유닛(314)으로 보내진다. 이 스트림은 68℉(20℃)의 온도 및 1,150 psia의 압력에서 750 MSCFD의 유량을 가질 수 있다. 이 스트림은 약 0.1ppm 미만의 물을 포함할 수 있다. 그 다음, 도관(316)으로부터의 출력 스트림은 5.2 MTA에 있을 수 있다.
연료 가스 압축기 유닛(318)에 제공된 플래시 연료 스트림은 LNG 처리 유닛(314)에 제공되는 스트림의 약 6.7 용적%일 수 있는 50 MCSFD의 유량으로 제공될 수 있다. 연료 가스 압축 유닛(318)으로부터의 출력은 비등 가스[예: 11 MSCFD, 이는 LNG 처리 유닛(314)에 제공된 스트림의 1.5 용적%]와 조합되어 퍼지 스트림으로서 흡착제 베드 유닛(406)에 제공될 수 있다. 퍼지 스트림은 336℉(168.9℃)의 온도 및 622 psia의 압력에서 61 MSCFD[예: LNG 공정 유닛(314)에 제공된 스트림의 3 용적%]의 유량으로 제공될 수 있다. . 흡착제 베드 유닛(406)으로부터, 퍼지 출력 스트림은 열교환기(415)(예: 퍼지 열교환기)로 운반되고, 약 240℉(115.6℃)의 온도 및 600 psia의 압력에서 63 MSCFD의 유량[예: LNG 공정 유닛(314)에 제공되는 스트림의 8.4 용적%]일 수 있다.
이 구성에서, 퍼지 스트림은 공급 스트림의 일부를 함유한다. 예를 들어, 공급량이 흡착제 베드 유닛(406)에 대해 750 MSCFD인 경우, 퍼지 스트림은 50 MSCFD에서의 플래시 가스 및 11 MSCFD에서의 비등 가스의 조합이다. 모든 스트림의 조성이 실질적으로 유사하기 때문에(예: 수분 함량의 일부가 없음), 퍼지 스트림에 사용되는 공급 스트림의 질량은 스윙 흡착 공정에 대한 약 8.1%(예: 61MSCFD/750MSCFD)의 공급물의 질량으로 추정될 수 있다. 이 계산에서, H2S, CO2 및 H2O의 농도는 고려되지 않는다.
예를 들어, 퍼지 스트림은 공급 스트림에서 메탄과 같은 탄화수소의 20 몰% 이하, 공급 스트림에서 메탄과 같은 탄화수소의 15 몰% 이하, 공급 스트림에서 메탄과 같은 탄화수소의 10 몰% 이하, 또는 공급 스트림에서 메탄과 같은 탄화수소의 7 몰% 이하를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 퍼지 스트림은 공급 스트림의 20 용적% 이하, 공급 스트림의 15 용적% 이하, 공급 스트림의 10 용적% 이하, 또는 공급 스트림의 7 용적% 이하를 포함한다. 다른 구성에서, 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 20 몰 퍼센트(%) 이하일 수 있다; 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 15 몰% 이하일 수 있다; 또는 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 10 몰% 이하일 수 있다.
또한, 퍼지 스트림은 공급 스트림의 일부를 포함할 수 있다. 예로서, 퍼지 스트림 내의 메탄의 부분은 공급 스트림에서 메탄의 1 몰% 이상일 수 있고; 또는 바람직하게는 공급 스트림에서 메탄의 3 몰% 이상일 수 있고; 바람직하게는 공급 스트림에서 메탄의 5 몰% 이상일 수 있다. 또한, 퍼지 스트림 내의 탄화수소 부분은 공급 스트림에서 탄화수소의 1 몰% 이상일 수 있고; 또는 바람직하게는 공급 스트림에서 탄화수소의 3 몰% 이상일 수 있고; 또는 바람직하게는 공급 스트림에서 탄화수소의 5 몰% 이상일 수 있다. 또다른 예로서, 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 1 몰 퍼센트(%) 이상일 수 있고; 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 3 몰% 이상일 수 있고; 또는 퍼지 스트림 유량은 공급 스트림 유량의 5 몰% 이상일 수 있다.
이 다이아그램(400)에서, 고속 순환 흡착제 베드는 압축에 의해서만 가열되는 퍼지 스트림으로 퍼지 단계를 통해 재생된다. 이 구성은 퍼지 스트림 공정 유동에서 임의의 열교환기 또는 노를 제거할 수 있다. 또한, 이러한 구성에서, 퍼지 스트림은 LNG 저장 탱크(도시되지 않음)로부터의 도관(408) 내의 압축된 플래시 연료 스트림(예: LNG 플래시 가스) 및 비등 가스(BOG)의 조합에 의해 제공된다. 퍼지 스트림이 낮은 온도에 있기 때문에, 도 3의 종래의 공정에서의 재생 스트림보다 적은 열을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 필터(404)는 냉각 열교환기(306)의 하류에 있지만 과열 열교환기(402)의 상류에 있는 두 열교환기(306 및 402) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 액체 방울 운반체가 과열 열교환기(402) 안으로 유입될 가능성을 감소시킬 수 있다. 과열 열교환기(402)의 목적은 흡착제 베드에 공급되는 공급물을 조정하여 상대 습도가 100% 미만(<)이고 과열 열교환기로의 물방울의 운반이 이 목적을 방해할 수 있다.
본 기술의 개선은 두 공정을 비교함으로써 추가로 기술된다. 예를 들어, 공급 스트림의 동일한 탈수를 수행한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 통상적인 TSA 몰레큘러 시브 공정에서의 공정은 총 114,306 kg의 흡착제에 대해서 38,102 kg의 제올라이트 4A 흡착제를 각각 함유하는 3 개의 몰레큘러 시브 베드 유닛을 포함한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 기술에서의 공정은 총 88.4 kg의 흡착제에 대해 22.1 kg의 제올라이트 5A 흡착제를 각각 함유하는 4 개의 흡착제 베드 유닛을 포함한다. 종래 공정에서 사용된 흡착제의 양은 도 4의 구성에 요구되는 흡착제의 양보다 큰 1,293 의 팩터이다. 또한, 종래의 TSA 몰레큘러 시브 공정에 대한 유닛들은 약 1.41 미터(m)의 직경 및 약 6.7 m의 길이를 가지며, 본 기술에서의 흡착제 베드 유닛은 약 0.25 m의 직경 및 0.6 m의 길이를 갖는다. 따라서, 본 기술의 풋프린트는 종래의 TSA 몰레큘러 시브 공정보다 현저히 적다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 기술의 일 실시예에 따른 도 4의 구성과 관련된 예시적인 다이아그램(500, 520 및 540)을 포함한다. 이들 다이아그램(500, 520 및 540)은 스윙 흡착 공정의 예시적인 주기에 대한 타이밍 및 단계를 설명한다. 다이아그램(500)에서, 베드 압력 반응(502) 및 베드 온도 반응(504)은 psia 단위로 예시적 주기에서 단계들에 대한 초(들)의 주기 시간축(510)에 대한 압력축(506), 화씨(℉) 의 온도축(508)을 따라 도시된다. 예로서,도 5a, 도 5b 및 도 5c의 주기는 2초 동안 유지 단계, 6초 동안 블로우다운 단계, 12초 동안 퍼지 단계, 2초 동안 제 2 유지 단계, 2초 동안 재가압 단계, 그 다음 24초 동안 흡착 단계를 포함할 수 있다. 이 구성에서 단일 주기의 최종 지속시간은 48 초이다.
다이아그램(520 및 540)에서, 베드 가스 조성의 수분 농도는 베드 길이에 대해 도시되어 있다. 이들 다이아그램들(520, 540)에 대한 반응은 가스상의 수분 농도이며 고체 흡착제에 흡착된 수분의 양을 포함하지 않는다. 특히, 다이아그램(520)은 다이아그램(500)에서 수행된 퍼지 단계의 확대도이다. 이 다이아그램(520)에서, 반응(522, 524, 526 및 528)은 베드 길이[예: 표준화된 베드 길이(z/L)]에 따른 표준화된 위치의 베드 길이축(532) 및 ppm 단위의 수분 농도축(530)을 따라 도시된다. 퍼지 단계에 대한 스트림의 유동은 화살표(534)를 따른다. 반응(522)은 주기에서 8 초를 나타내고, 반응(524)은 주기에서 12 초를 나타내고, 반응(526)은 주기에서 16 초를 나타내고, 반응(528)은 주기에서 20 초를 나타낸다. 이러한 반응은 퍼지 단계 동안 베드로부터 물이 제거되는 과정을 나타낸다. 또한, 다이아그램(540)은 다이아그램(500)에서 수행된 흡착 단계의 확대도이다. 이 다이아그램(540)에서, 반응(542, 544, 546 및 548)은 ppm 단위의 수분 농도축(550)을 따라 그리고 표준화된 베드 길이(z/L)의 베드 길이축(552)을 따라 도시된다. 퍼지 단계에 대한 스트림의 유동은 화살표(554)를 따른다. 반응(542)은 주기에서 24 초를 나타내고, 반응(544)은 주기에서 32 초를 나타내고, 반응(546)은 주기에서 40 초를 나타내고, 반응(548)은 주기에서 48 초를 나타낸다. 또한, 다이아그램(540)은 평균적으로 사용 가능한 베드 길이의 약 80%만이 흡착에 사용된다는 것을 나타낸다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 기술의 일 실시예에 따른 도 4의 구성과 관련된 예시적인 다이아그램(600, 620, 640)이다. 특히, 이들 다이아그램은 다이아그램(500)에서 설명된 주기 타이밍과 관련된다. 이들 다이아그램(600 및 620)은 베드의 수분 부하를 추가로 기술하고, 다이아그램(640)은 스윙 흡착 공정의 예시적인 주기에서의 단계들의 타이밍에 대한 베드의 온도 프로파일을 기술한다. 다이아그램(600)에서, 수분 부하 반응들(602, 604, 606 및 608)은 표준화된 베드 길이(z/L)에서 베드 길이축(612)에 대한 킬로그램 당 몰의 수분 부하축(610)을 따라 도시된다. 반응(602)은 주기에서 24 초를 나타내고, 반응(604)은 주기에서 32 초를 나타내며, 반응(606)은 주기에서 40 초를 나타내고, 반응(608)은 주기에서 20 초를 나타낸다. 이들 반응들(602, 604, 606 및 608) 각각은 흡착 단계 동안 다양한 시간에서의 수분 부하이다. 각 반응(602, 604, 606 및 608)에 대한 흡착 전면의 선단 에지는 흡착제 베드의 후자 영역에서 증가하지 않는다. 특히, 이 예에서, 흡착제 베드의 생성물 영역은 생성물 단부로부터 흡착제 베드의 생성물 단부로부터의 베드 길이의 약 25%까지의 흡수제 베드의 부분이고, 약 1 mol/kg 미만의 생성물 단부에 대한 수분 부하로 유지된다.
다이아그램(620)에서, 수분 부하 반응(622, 624, 626 및 628)은 z/L의 베드 길이축(632)에 대해 mol/kg의 수분 부하축(630)을 따라 도시된다. 반응(622)은 8 초를 나타내고, 반응(624)은 12 초를 나타내며, 반응(626)은 16 초를 나타내고, 반응(628)은 20 초를 나타내며, 퍼지 단계 동안 흡착제 베드로부터의 수분 부하의 진행을 나타낸다. 이 다이아그램(620)에 도시된 바와 같이, 퍼지 단계가 8 초의 초기 시간(예: 반응(622))에서 20 초의 시간(예: 반응(628))에서 퍼지 단계의 종료까지 계속되면 수분 부하량은 감소한다. 이 퍼지 단계의 지속시간 동안, 도 6a에 규정된 바와 같이, 생성물 영역에 대한 수분 부하는 약 1 mol/kg 미만이다.
이러한 구성에서, 퍼지 단계는 흡착제 베드로부터 수분을 제거한다. 예를 들어, 가장 높은 수분 함량은 흡착 단계의 종료[예: 반응(608)]에 있고, 가장 낮은 수분 함량은 퍼지 단계의 종료[예: 반응(628)]에 있다. 이와 같이, 흡착제 베드의 공급 단부에 흡착된 수분의 농도는 흡착제 베드의 공급 단부에서의 반응(608)과 상기 반응(608)에 의해서 나누어진 흡착제 베드의 공급 단부에서의 반응(628) 사이의 차이이고, 이는 약 40%[예; (15 mol/kg - 9 mol/kg)을 15 mol/kg으로 나눈 값]이다. 따라서, 흡착제 베드 상에 흡착된 흡착제 베드의 공급 단부에서의 수분 농도는 흡착 단계의 지속시간의 종료시에 흡착제 베드의 공급 단부 상에 흡착된 수분 농도의 적어도 40%일 수 있으며; 흡착 단계의 지속시간의 종료시에 흡착제 베드의 공급 단부에 흡착된 수분 농도의 30% 이상일 수 있거나 또는 흡착 단계의 지속시간의 종료시에 흡착제 베드의 공급 단부에 흡착된 수분 농도의 20% 이상일 수 있다.
다이아그램(640)에서, 수분 부하 반응(642, 644, 646 및 648)은 z/L의 베드 길이축(652)에 대해 ℉ 단위의 온도축(650)을 따라 도시된다. 반응(642)은 주기에서 8 초를 나타내고, 반응(644)은 주기에서 12 초를 나타내고, 반응(646)은 주기에서 16 초를 나타내고, 반응(648)은 주기에서 20 초를 나타낸다. 이러한 반응은 퍼지 단계 동안 흡착제 베드의 온도의 진행을 나타낸다. 이 다이아그램(640)에 도시된 바와 같이, 흡착제 베드의 온도는 퍼지 단계가 8 초의 초기 시간[예: 반응(642)]으로부터 20 초의 시간[예: 반응(648)]까지 계속됨에 따라 증가된다.
또한, 또다른 예에서, 상기 구성은 천연 가스로부터 벌크 CO2 제거를 위한 제어된 냉동 영역(CFZ) 공정과의 통합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 출원 제 2009/0266107 호 및 2010/0018248 호를 참조한다. 극저온 제어된 냉동 영역은 다량의 CO2를 함유하는 가스 스트림으로부터 메탄을 분리시키는 극저온 증류 공정이다. 상기 시스템은 당업계의 숙련자에게 공지된 바와 같이 CO2의 냉동 및 재용해를 용이하게 하기 위해 중간에 냉동 영역을 갖는 환류형 디메타나이저를 포함한다. 최종 생성물 스트림(예: 고압 산성 액체 생성물)이 저부 생성물로서 획득되는 동안, 디메타나이저 오버헤드 스트림(예: 깨끗한 증기 메탄 스트림)이 CFZ 공정의 디메타나이저로부터 상위 생성물로서 얻어진다. CFZ 회수 시스템에 공급되는 임의의 중질 탄화수소도 모두 저부 생성물로 제거된다. 이 공정에 대하여, 극저온 설비에서 수화물이 생성되지 않도록 하기 위해 극저온 CFZ 회수 시스템의 상류에 탈수가 필요하다.
극저온 CFZ 회수 시스템을 위한 공급 스트림의 탈수는 고속 순환 스윙 흡착 공정 및 이 스트림을 탈수하는 유닛을 사용할 수 있다. 극저온 제어된 냉동 영역 회수 시스템에서, 스트림을 탈수시키기 위해 다양한 단계가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 단계들은 도 4의 구성에서 사용된 단계들과 유사할 수 있다. 도 4에 대해 상술한 바와 같이, 퍼지 스트림은 특정 온도 범위 내에 제공될 수 있으며, 특정 온도 범위는 증기 메탄 스트림과 같은 CFZ 공정으로부터의 스트림들 중 하나의 일부일 수 있다. 이 퍼지 스트림은 450 psia 내지 650 psia 범위의 압력에서 제공될 수 있다. 탈수 공정 단계의 예로서, 흡착제 베드 유닛을 초기에 재압축한 다음 공급 스트림을 흡착 단계에서 탈수시킨다. 흡착 단계 다음에, 흡착제 베드는 다양한 재생 단계를 거친다. 재생 단계는 흡착제 베드 유닛 내의 압력을 각각 감소시킬 수 있는 하나 이상의 블로우다운 단계를 포함하며, 최종 압력은 퍼지 압력보다 약간 낮을 수 있다. 블로우다운 단계 후에, 하나 이상의 퍼지 단계가 수행될 수 있으며, 여기서 각각의 퍼지 단계는 공급 스트림 유동 방향에 대해 반대 방향으로 제공될 수 있다. 일차적으로 메탄 스트림일 수 있는 퍼지 스트림은 흡착제 베드로부터 오염물을 제거할 수 있다. 특정 구성에서는 열을 공정에 추가하여 공정을 더욱 향상시킬 수도 있다.
하나 이상의 실시예들에 있어서, 상기 물질은 비-흡착제 지지부 상에서 지지되는 흡착제 물질을 포함할 수 있다. 흡착제 물질들의 비제한적인 예들로서는 알루미나, 미세 다공성 제올라이트, 탄소, 양이온성 제올라이트, 고규산 제올라이트, 고규산 주문형 메조포러스 물질, 졸 겔 물질, 알루미늄인 및 산소(ALPO) 물질(알루미늄인 및 산소를 주로 함유하는 미세 다공성 및 메조포러스 물질), 실리콘 알루미늄인 및 산소(SAPO) 물질(주로 실리콘 알루미늄인 및 산소를 함유하는 미세 다공성 및 메조포러스 물질), 금속 유기 프레임워크(MOF) 물질(금속 유기 프레임워크로 구성된 미세 다공성 및 메조포러스 물질) 및 제올라이트성 이미다졸레이트 프레임워크(ZIF) 물질(제올라이트성 이미다졸레이트 프레임워크로 구성된 미세 다공섬 및 메조포러스 물질)을 포함할 수 있다. 다른 물질들은 작용기로 기능화된 미세 다공성 및 중공 극성 흡착제를 포함한다. CO2 제거를 위해 사용될 수 있는 작용기들의 예로서는 1차, 2차, 3차 아민, 및 아미딘, 구아니딘 및 비구아나이드와 같은 다른 비 양자성 기본 그룹들을 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시예들에 있어서, 상기 흡착제 베드 유닛은 공급 스트림으로부터의 오염들을 분리하기 위해 사용될 수 있다. 상기 공정은 생성물 스트림을 형성하기 위해 가스 공급 스트림으로부터 하나 이상의 오염물을 분리시키기 위한 흡착제 접촉기를 갖는 흡착제 베드 유닛을 통해 공급 압력에서 가스 공급 스트림을 전달하는 단계로서, 상기 흡착제 접촉기는 제 1 부분 및 제 2 부분을 갖는, 상기 전달 단계; 상기 가스 공급 스트림의 유동을 중단시키는 단계; 감압화 단계를 수행하는 단계로서, 상기 감압화 단계는 상기 흡착제 베드 유닛 내의 압력을 감소시키는, 상기 감압화 단계를 수행하는 단계; 퍼지 단계를 수행하는 단계로서, 상기 퍼지 단계는 상기 흡착제 베드 유닛 내의 흡착제의 부분 압력을 감소시키고 또한, 상기 퍼지 단계는 상기 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 중간 퍼지 분배 구역으로 퍼지 스트림을 전달시키는 단계를 포함하는, 상기 퍼지 단계를 수행하는 단계; 재압축 단계를 수행하는 단계로서, 상기 재압축 단계는 상기 흡착제 베드 유닛 내의 압력을 증가시키는, 상기 재압축 단계를 수행하는 단계; 및 적어도 하나의 추가적인 주기를 위해 상기 a) 내지 e) 단계들을 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 하나 이상의 실시예들에 있어서, 상기 흡착제 베드 유닛은 가스 혼합물로부터 목표 가스의 분리를 위해 사용될 수 있는 흡착제를 포함할 수 있다. 상기 흡착제는 일반적으로 비-흡착제 지지부, 또는 접촉기 상에서 지지되는 흡착제 물질로 구성된다. 그와 같은 접촉기는 대체로 평행한 유동 채널들을 포함하며, 상기 유동 채널들을 제외한, 상기 접촉기의 개방 공극 용적의 20 용적%, 적합하게는 15 용적% 또는 그 이하가 약 20 옹스트롬보다 큰 공극들 내에 존재한다. 만약 정상 상태의 압력차가 공급 스트림이 상기 접촉기로 들어가는 지점 또는 장소와 생성물 스트림이 상기 접촉기로 들어가는 지점 또는 장소 사이에 인가되면, 유동 채널은 가스가 유동하는 상기 접촉기의 해당 부분이 되도록 취해진다. 상기 접촉기에 있어서, 상기 흡착제는 상기 유동 채널의 벽 내에 합체된다.
하나 이상의 실시예들에 있어서, 본 기술들에서의 상기 고속 순환 스윙 흡착 공정은 고속 순환 온도 스윙 흡착(RCTSA) 및 압력 스윙 흡착(PSA)이다. RCTSA 또는 결합된 RCTSA 및 RCPSA에 대해서, 전체 순환 시간은 일반적으로 600초 미만, 300초 미만, 적합하게는 200초 미만, 더욱 적합하게는 100초 미만이며, 가장 적합하게는 60초 미만이다.
개시된 본 발명의 원리들이 제공될 수 있는 많은 가능한 실시예들을 고려하여, 예시적인 실시예들은 오직 본 발명의 적합한 예들에 불과할 뿐이며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 사실이 인정되어야 한다.

Claims (24)

  1. 가스 공급 스트림으로부터 오염물을 제거하는 공정으로서,
    a) 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 흡착 단계 각각은 공급 압력 및 공급 온도에서 가스 공급 스트림을 흡착제 베드 유닛을 통해 통과시켜서, 상기 가스 공급 스트림으로부터 하나 이상의 오염물을 분리시키고 생성물 스트림을 형성하는 단계를 포함하는, 상기 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계;
    b) 하나 이상의 감압 단계를 수행하는 단계로서, 상기 흡착제 베드 유닛의 압력은 각각 연속 감압 단계에 따라 미리 결정된 양만큼 감소되는, 상기 하나 이상의 감압 단계를 수행하는 단계;
    c) 하나 이상의 퍼지 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 퍼지 단계 각각은 퍼지 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 퍼지 스트림은 상기 공급 스트림의 방향과 역류로 흐르고, 상기 퍼지 스트림은 상기 공급 온도보다 적어도 50℉ 높고 그리고 450℉(232.2℃) 미만인 온도에서 제공되고 상기 퍼지 스트림 유량은 상기 공급 스트림 유량의 20 몰% 이하인, 상기 하나 이상의 퍼지 단계를 수행하는 단계;
    d) 하나 이상의 재압축 단계를 수행하는 단계로서, 상기 흡착제 베드 유닛 내의 압력은 각각 연속 재압축 단계에 따라 미리 결정된 양만큼 각각의 재압축 단계에 의해 증가하는, 상기 하나 이상의 재압축 단계를 수행하는 단계; 그리고
    e) 적어도 하나의 추가 주기 동안 상기 a) 내지 d) 단계들을 반복하는 단계로서, 상기 주기 지속시간은 1 초 초과 및 600 초 미만의 기간인, 상기 a) 내지 d) 단계들을 반복하는 단계;를 포함하는, 오염물을 제거하는 공정.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 퍼지 스트림은 200℉(93.3℃) 내지 450℉(232.2℃)의 범위로 제공되는, 오염물을 제거하는 공정.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 퍼지 스트림은 250℉(121.1℃) 내지 380℉(193.3℃)의 범위로 제공되는, 오염물을 제거하는 공정.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 공급 스트림은 상기 가스 공급 스트림의 총 용적에 기초하여 1 용적% 초과의 탄화수소를 갖는 탄화수소 함유 스트림인, 오염물을 제거하는 공정.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 공급 스트림은 탄화수소 및 H2O를 포함하며, 상기 H2O는 상기 가스 공급 스트림에서 포화 수준에 대해 0.2 ppm 용적의 범위에 있는, 오염물을 제거하는 공정.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 공급 스트림은 탄화수소 및 H2O를 포함하며, 상기 H2O는 100 ppm 용적 내지 1500 ppm 용적의 범위에 있는, 오염물을 제거하는 공정.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 공급 스트림을 형성하기 위해 오염물 제거 유닛을 통해 입력 스트림을 통과시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 오염물 제거 유닛은 이산화탄소(CO2) 수준을 100ppm 미만으로 낮추고 황화수소(H2S) 수준을 4ppm 미만으로 낮추도록 구성되는, 오염물을 제거하는 공정.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 공급 스트림을 물의 이슬점 위로 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물을 제거하는 공정.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 가스 공급 스트림을 물의 이슬점 위로 가열하는 단계는:
    상기 가스 공급 스트림의 온도를 낮추기 위해 상기 가스 공급 스트림을 제 1 열교환기를 통과시키는 단계;
    상기 가스 공급 스트림으로부터 H2O의 일부를 멀리 안내시키는 단계; 및
    상기 가스 공급 스트림의 온도를 증가시키기 위해 상기 가스 공급 스트림을 제 2 열교환기로 통과시키는 단계;를 추가로 포함하는, 오염물을 제거하는 공정.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생성물 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛으로부터 액화 천연 가스(LNG) 처리 유닛으로 통과시키는 단계; 그리고
    상기 퍼지 스트림의 적어도 일부로서 사용되도록 상기 액화 천연 가스(LNG) 처리 유닛으로부터 플래시 연료 스트림을 분리시키는 단계;를 추가로 포함하는, 오염물을 제거하는 공정.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 퍼지 스트림을 형성하기 위해 상기 액화 천연 가스(LNG) 처리 유닛으로부터의 상기 플래시 연료 스트림을 비등 가스 스트림과 결합시키는 단계를 추가로 포함하는, 오염물을 제거하는 공정.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 압력은 400 psia(pounds per square inch absolute) 내지 1,400 psia 범위인, 오염물을 제거하는 공정.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주기 지속시간은 2초 초과 300초 미만인, 오염물을 제거하는 공정.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼지 단계의 지속시간의 종료시에, 상기 흡착제 베드 상에 흡착된 수분의 농도(mol/kg)는 상기 흡착 단계의 지속시간의 종료시에 상기 흡착제 베드 상에 흡착된 수분의 농도(mol/kg)의 적어도 40%인, 오염물을 제거하는 공정.
  15. 제 5 항에 있어서, 상기 흡착제 베드 유닛은 흡착제 베드를 포함하고, 상기 흡착제 베드의 생성물 단부 근처의 생성물 영역에 대한 H2O 부하는 0.5 몰/킬로그램 미만인, 오염물을 제거하는 공정.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 생성물 영역은 상기 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 상기 베드 길이의 25%까지의 상기 흡착제 베드의 특정 부분일 수 있는, 오염물을 제거하는 공정.
  17. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼지 스트림은 상기 공급 스트림에서 메탄의 10 몰% 이하를 포함할 수 있는, 오염물을 제거하는 공정.
  18. 가스 공급 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 시스템으로서,
    가스 공급 스트림으로부터 오염물을 분리시키고 생성물 스트림을 출력하도록 구성되는 흡착제 베드 유닛으로서, 상기 가스 공급 스트림은 공급 온도에서 제공되는, 상기 흡착제 베드 유닛;
    상기 생성물 스트림을 수용하고 상기 생성물 스트림을 최종 생성물 스트림과 플래시 연료 스트림으로 분리시키도록 구성되는 액화 천연 가스(LNG) 처리 유닛; 및
    퍼지 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛에 제공하도록 구성되는 하나 이상의 퍼지 유닛으로서, 상기 퍼지 스트림은 상기 생성물 스트림의 일부, 상기 플래시 연료 스트림, 비등 가스 스트림 및 이들의 임의의 조합 중 하나로부터 제공되고, 상기 퍼지 스트림은 상기 공급 온도보다 적어도 50℉ 높고 그리고 450℉(232.2℃) 미만인 온도에서 제공되고, 상기 퍼지 스트림은 상기 가스 공급 스트림에서 20 몰% 이하의 탄화수소를 함유하는, 상기 하나 이상의 퍼지 유닛;을 포함하는, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 입력 스트림을 수용하여 상기 가스 공급 스트림을 형성하도록 구성되는 오염물 제거 유닛을 추가로 포함하고, 상기 오염물 제거 유닛은 이산화탄소(CO2) 수준을 100ppm 미만으로 낮추고 그리고 황화수소(H2S) 수준을 4ppm 미만으로 낮추도록 구성되는, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 가스 공급 스트림을 수용하고; 상기 가스 공급 스트림의 온도를 낮추고; 그리고 상기 가스 공급 스트림으로부터 H2O의 일부를 멀리 안내하도록 구성되는 제 1 열교환기; 및
    상기 제 1 열교환기로부터의 상기 가스 공급 스트림의 온도를 증가시키는 제 2 열교환기;를 추가로 포함하는, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  21. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 상기 퍼지 스트림을 형성하기 위해 상기 액화 천연 가스(LNG) 처리 유닛으로부터의 상기 플래시 연료 스트림을 비등 가스 스트림과 결합시키도록 구성되는 도관을 추가로 포함하는, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  22. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 퍼지 단계 동안 상기 흡착제 베드 유닛으로부터 퍼지 출력 스트림을 수용하고, 상기 퍼지 출력 스트림의 온도를 낮추고, 그리고 상기 퍼지 출력 스트림으로부터 H2O의 일부를 멀리 안내하도록 구성되는 퍼지 열교환기를 추가로 포함하는, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  23. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 상기 생성물 스트림의 수분 함량이 1 ppm 용적 미만일 수 있는, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  24. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 상기 하나 이상의 퍼지 유닛은 상기 플래시 연료 스트림, 비등 가스 스트림 및 이들의 임의의 조합 중 하나를 압축하도록 구성되는 하나 이상의 압축기들을 포함하는, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
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