KR102066408B1 - 조합된 고속 순환 온도 및 압력에 대한 장치 및 시스템과 그와 관련된 스윙 흡착 공정 - Google Patents

조합된 고속 순환 온도 및 압력에 대한 장치 및 시스템과 그와 관련된 스윙 흡착 공정 Download PDF

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Abstract

스윙 흡착 공정을 수행하기 위한 장치 및 시스템이 제공된다. 이러한 스윙 흡착 공정은 파이프라인 품질의 천연 가스를 처리하여 액화 천연 가스(LNG) 사양을 따르는 스트림을 형성하기 위해 흡착제 베드 유닛을 통해 스트림을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 공정은 공급 스트림에서 오염물을 제거하는데 사용되는 결합된 TSA 및 PSA 공정을 포함할 수 있다.

Description

조합된 고속 순환 온도 및 압력에 대한 장치 및 시스템과 그와 관련된 스윙 흡착 공정
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 9월 2일자로 출원된, 발명의 명칭이 "조합된 고속 순환 온도 및 압력에 대한 장치 및 시스템과 그와 관련된 스윙 흡착 공정"인 미국 가출원 제62/213,270호의 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 제62/213,262호, 2015년 9월 2일자로 출원된, 발명의 명칭이 "스윙 흡착을 위한 장치와 시스템 및 그와 관련된 공정"인 미국 가출원 제62/213,267호, 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 조합된 온도 스윙 흡착(TSA) 및 압력 스윙 흡착(PSA) 공정과 연계된 시스템에 관한 것이다. 특히 상기 시스템은 파이프라인 품질 천연 가스를 액화 천연 가스(LNG) 사양으로 처리하기 위한 결합된 TSA 및 PSA 공정을 포함한다.
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 온도 스윙 흡착(RCTSA), 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 예를 들면 압력을 감소시키고 그에 따라 흡착된 CO2를 방출시킴으로써 재생된다. 다음에, 상기 흡착제 물질은 다른 흡착 주기를 개시하기 전에 일반적으로 퍼지되고 재압축된다.
상기 스윙 흡착 공정들은 일반적으로 흡착제 베드 유닛들을 포함하며, 상기 흡착제 베드 유닛들은 상기 유닛 내의 주기에 있어서 상이한 단계들을 위한 다양한 압력하에 유체들을 지속시키도록 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 이용 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 주기를 통해서 유체들의 유동을 관리하기 위해 도관들 및 밸브들과 함께 결합될 수 있다. 이들 흡착제 베드 유닛들을 조절하는 공정은 각각의 상기 흡착제 베드 유닛들에 대한 주기 내의 단계들을 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.
종래의 공정은 CO2를 함유하는 탄화수소 함유 스트림을 처리하여 LNG 사양을 위한 스트림을 제조하는데 사용된다. 예를 들어, 전형적인 LNG 사양은 CO2 함량이 50ppm몰(parts per million molar) 미만을 요구한다. 이러한 엄격한 사양은 일반적인 파이프라인 네트워크의 천연 가스 스트림에는 적용되지 않는다. 예를 들어, 파이프라인 스트림에서 파이프라인 가스의 CO2 함량은 2 용적%만큼 높을 수 있다. 여기서, 원료 공급으로서 파이프라인 가스를 사용하는 LNG 설비에 대한 추가 처리 단계가 필요할 수 있다. 수백 ppm 미만의 CO2를 함유하는 가스의 경우, 종래의 압력 또는 온도 스윙 흡착 공정이 사용될 수 있다. 그러나, 가스 스트림의 CO2 함량이 증가할 때, 이 공정은 경제적으로 불가능해진다. 보다 많은 양의 CO2를 함유하는 가스의 경우, 아민 용매 기반 분리 시스템이 일반적으로 사용된다. 이러한 아민 용매 기반 분리 시스템은 큰 풋프린트와 중량을 가지며, 많은 자본 투자를 필요로 한다. 또한, 이러한 시스템은 공정의 일부로 보충되어야 하는 용매의 사용을 포함한다. 또한, 상기 공정은 가스가 수분 포화 상태에 있기 때문에, 아민 분리 시스템의 하류에서 가스를 탈수시키는 대형 몰레큘러 시브 유닛을 필요로 한다.
불행히도, LNG 스트림을 처리하기 위한 종래의 공정에는 특정 제한이 있다. LNG 설비의 경우, 기존 시스템의 크기와 중량이 문제가 될 수 있으며, 이는 부유 설비를 위해 더 화합된다. 종래의 시스템에 대한 과도한 중량 및 풋프린트는 부유 설비의 복잡성을 추가하고 설비의 크기를 증가시킨다. 또한, 추가 크기 및 복잡성은 부유 설비의 운영 비용과 함께 자본 투자 비용을 증가시킨다. 또한, 통상적인 공정은 잦은 보충을 필요로 하는 용매 또는 다른 물질을 사용하기 때문에, 조작 비용 및 복잡성이 증가된다. 부유 설비가 원격 위치에 있고 접근 및 재보급이 어려울 경우 이러한 측면은 더욱 복잡해진다.
따라서, LNG 시스템으로의 공급 스트림의 처리를 향상시킨 장치, 방법 및 시스템에 대한 업계의 요구가 여전히 남아있다. 또한, LNG 사양을 준수해야 하는 LNG 시스템에 제공될 수 있는 액화 전에 파이프라인 품질 스트림을 처리하기 위한 설비의 비용, 크기 및 중량을 줄이는 것이 필요하다.
하나 이상의 실시예에서, 본 기술은 가스 공급 스트림으로부터 오염물을 제거하는 공정을 포함하고, 상기 공정은: a) 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 흡착 단계 각각은 생성물 스트림을 형성하기 위해 흡착제 베드를 갖는 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 유닛 내의 압력은 각각의 연속 감압 단계에 따라 미리 결정된 양만큼 감소되는, 상기 하나 이상의 감압 단계를 수행하는 단계; c) 가열 단계를 수행하는 단계로서, 상기 가열 단계는 가열 온도에서 가열 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 가열 스트림은 상기 공급 스트림의 방향에 대해 반대 방향으로 통과되고 상기 가열 온도는 500℉(260℃) 미만인(예: 이는 베드의 단지 일부만을 가열할 수 있다), 상기 가열 단계를 수행하는 단계; d) 퍼지 단계를 수행하는 단계로서, 상기 퍼지 단계는 퍼지 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 퍼지 스트림은 상기 공급 스트림의 방향에 대해 반대 방향으로 통과하고 상기 퍼지 단계의 종료시에서 50℉ 내지 400℉ 범위[또는 100℉ 내지 400℉ 범위]의 온도차가 존재하고, 상기 온도차는 상기 흡착제 베드의 공급 단부와 상기 흡착제 베드의 생성물 단부 사이의 온도차인, 상기 퍼지 단계를 수행하는 단계; 및 e) 적어도 하나의 추가 주기 동안 a) 내지 d) 단계들을 반복하는 단계로서, 상기 주기 지속시간은 1 초보다 길고 600 초보다 작은 기간 동안인, 상기 반복 단계를 포함한다. 상기 온도차는 125℉ 내지 350℉ 범위 또는 175℉ 내지 300℉) 범위에 있다.
또다른 실시예에서, 가스 공급 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 시스템이 기술된다. 상기 시스템은 흡착제 베드 유닛, 액화 천연 가스 처리 유닛, 하나 이상의 퍼지 유닛 및 가열 기구를 포함한다. 상기 흡착제 베드 유닛은 가스 공급 스트림으로부터 오염물을 분리시키고 생성물 스트림을 출력하도록 구성된 흡착제 베드 유닛으로서, 흡착제 베드를 포함하고, 상기 액화 천연 가스 처리 유닛은 상기 흡착제 베드 유닛과 유체 교통하고 상기 생성물 스트림을 수용하고 상기 생성물 스트림을 최종 생성물 스트림과 플래쉬 연료 스트림으로 분리시키도록 구성된다. 상기 하나 이상의 퍼지 유닛은 상기 액화 천연 가스 처리 유닛과 유체 교통하고 상기 흡착제 베드 유닛에 퍼지 스트림을 제공하도록 구성된 하나 이상의 퍼지 유닛으로서, 상기 퍼지 스트림은 상기 생성물 스트림의 일부, 상기 플래시 연료 스트림, 비등 가스 스트림 및 이들의 임의의 조합으로부터 제공된다. 상기 가열 기구는 상기 흡착제 베드 유닛과 유체 교통하고 상기 가열 기구는: 가열 스트림을 가열 온도로 상기 흡착제 베드 유닛 안으로 통과시키고, 상기 가열 스트림은 50℉와 400℉ 사이의 온도차를 생성하도록 구성되고, 상기 온도차는 상기 흡착제 베드의 공급 단부와 상기 흡착제 베드의 생성물 단부 사이의 온도차가 되도록; 그리고 상기 가열 스트림의 일부를 상기 흡착제 베드 유닛을 통과하는 상기 퍼지 스트림과 조합시키도록 구성된다. 상기 가열 기구는 가열 루프일 수 있다. 상기 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 공급 스트림을 처리하여 액화 천연 가스(LNG) 스트림을 형성하기 위한 종래의 시스템의 다이아그램이다.
도 4는 본 기술의 실시예에 따라 공급 스트림을 처리하여 LNG 스트림을 형성하는 시스템의 예시적인 다이아그램이다.
도 5a, 도 5b,도 5c, 도 5d 및 도 5e는 본 기술의 일 실시예에 따른 도 4의 구성과 관련된 예시적인 다이아그램이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 기술의 일 실시예에 따른 가열 루프 및 관련된 흡착제 베드 유닛과 관련된 예시적인 다이아그램이다.
도 7은 본 기술의 실시예에 따라 공급 스트림을 처리하여 LNG 스트림을 형성하는 시스템의 또다른 예시적인 다이아그램이다.
도 8은 본 기술의 실시예에 따라 공급 스트림을 처리하여 LNG 스트림을 형성하는 시스템의 또다른 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 부피%는 표준 환경에 기초한다. 공정을 위한 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 기술의 제공된 공정, 장치 및 시스템은 탄화수소 함유 스트림과 같은 공급 스트림으로부터 오염물(CO2, H2O 및 H2S)을 제거하는데 사용될 수 있다. 이해될 수 있고 위에서 언급한 바와 같이, 탄화수소를 함유하는 공급 스트림은 상이한 조성을 가질 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 공급 스트림은 산성 가스의 양이 수 ppm의 산성 가스 내지 90 부피%(vol%)의 산성 가스와 같이 광범위하게 변한다. 예시적인 가스 저장 소스로부터 산성 가스 농도의 비-제한적인 예는 대략 다음과 같은 농도를 포함한다: (a) 4ppm의 H2S, 2 부피%의 CO2, 100ppm의 H20 (b) 4ppm의 H2S, 0.5 부피%의 CO2, 200ppm의 H2O, (c) 1 부피%의 H2S, 2 부피%의 CO2, 150ppm의 H2O, (d) 4 ppm의 H2S, 2 부피%의 CO2, 500 ppm의 H2O, 그리고 (e) 1 부피%의 H2S, 5 부피%의 CO2, 500 ppm의 H2O. 또한, 특정 적용에서, 탄화수소 함유 스트림은 특정 양의 CO2 및/또는 물을 함유한 탄화수소를 주로 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 함유 스트림은 가스 공급 스트림의 총 부피에 기초하여 0.00005 부피% 초과의 CO2 및 가스 공급 스트림의 총 부피에 기초하여 2 부피% 미만의 CO2 또는 가스 공급 스트림의 총 부피에 기초하여 10 부피% 미만의 CO2를 가질 수 있다. 공급 스트림의 처리는 특정 사양을 만족시켜야할 때 더 문제가 될 수 있다. 따라서, 본 기술은 LNG 사양을 따르는 액화 천연 가스(LNG) 스트림을 형성하기 위해 공급 스트림으로부터 오염물의 분리를 향상시키기 위해 이용되는 구성 및 공정을 제공한다. 예를 들어, 액화 천연 가스(LNG) 적용을 위한 천연 가스 공급 스트림은 극저온에서 고체 CO2의 형성을 막기 위해 CO2 함량에 대한 엄격한 사양을 가지고 있다. LNG 사양은 CO2 함량이 50ppm 이하이어야 한다. 이러한 사양은 파이프라인 네트워크의 천연 가스 스트림에는 적용되지 않으며, 이는 가스 공급 스트림의 총 부피에 기초하여 2 부피%까지의 CO2 함량을 포함할 수 있다. 이와 같이, 원료 공급물로서 파이프라인 가스(예: 천연 가스)를 사용하는 LNG 설비의 경우, 추가적인 처리 또는 가공 단계가 스트림을 추가로 정제하기 위해 이용된다. 또한, 본 기술은 스트림의 수분 함량을 0.1ppm 미만으로 낮추기 위해 사용될 수 있다.
LNG 공급 스트림일 수 있는 생성물 스트림은 전체 생성물 스트림에 기초하여 98 부피% 초과의 탄화수소를 함유할 수 있지만, CO2 및 수분 함량은 특정 임계치 미만이다. LNG 사양은 CO2 함량이 100ppm 이하 또는 바람직하게는 50ppm 이하인 것을 포함할 수 있지만, 스트림의 수분 함량은 0.1ppm 미만일 수 있다.
특정 실시예에서, 시스템은 파이프라인 품질의 천연 가스를 처리하여 스트림에 대한 오염물을 제거하여 LNG 사양을 충족시키는 TSA 및 PSA를 결합한 결합된 스윙 흡착 공정을 이용한다. 이 공정은 흡착제 베드 유닛(예: 각각 평행 채널 흡착제 베드를 갖는)을 사용하며, 흡착제 베드 유닛은 부분적으로 감압되고, 열 보조 압력 탈착을 위한 퍼지 온도에서 퍼지 스트림을 사용하고 가열 온도에서 가열 루프를 사용하여 가열된다. 그 다음, 공급 스트림은 주기의 흡착 단계 동안 흡착제 베드를 냉각시키는데 사용된다. 특히, 고속 순환 스윙 흡착 공정은 파이프라인 사양(예: 약 2 몰% 이하의 CO2 및/또는 4 ppm 이하의 H2S와 함께 주로 탄화수소의 공급 스트림)의 천연 가스를 처리하여 LNG 사양(예: 100ppm 미만 또는 심지어 50ppm의 CO2 및 약 4ppm 미만의 H2S)을 충족시키는 스트림을 형성하는데 사용된다. 예를 들어, 가스 공급 스트림은 탄화수소 및 CO2를 포함할 수 있으며, CO2 함량은 가스 공급 스트림에서 100 ppm 용적 및 상기 가스 공급 스트림의 약 5 몰% 이하의 범위 또는 200 ppm 용적 및 상기 가스 공급 스트림의 약 2 몰% 이하의 범위에 있다. 가열 단계는 또한 흡착제 베드로부터 하나 이상의 오염물을 제거함으로써 약간의 추가 퍼지를 제공할 수 있다.
본 발명의 기술은 종래의 아민 용매 기반 분리 시스템과 비교하여 다양한 개선점을 제공한다. 본 기술은 고속 순환 스윙 흡착(예: 시간 대신에 분으로 주기를 수행)을 수행할 수 있고 및/또는 보다 높은 수준의 CO2를 처리할 수 있는 가요성을 제공하기 위해 감소된 압력 강하에서 (예: 가열 및 흡착 단계에서 더 빠른 유동을 제공하는) 더 큰 가스 유동을 위한 기구를 제공하는 개방된 평행 채널 흡착제 베드 구조의 사용을 포함할 수 있다. 또한, 흡착제 베드 유닛은 고속 순환 스윙 흡착 공정의 사용으로 인해 보다 콤팩트할 수 있다. 결과적으로, 상기 구성은 종래의 아민 용매 기반 분리 시스템과 비교하여 풋프린트를 줄이고 자본 투자를 감소시킬 수 있다. 따라서,보다 높은 CO2 농도는 보다 경제적인 방식으로 LNG 목표 사양으로 감소될 수 있고, 종래의 몰레큘러 시브 유닛이 제공할 수 있는 것보다 작은 풋프린트 및 적은 중량으로 감소될 수 있다.
또한, 종래의 TSA 흡착 시스템과 비교하여, 본 기술은 다양한 개선점을 제공한다. 예를 들어, 본 기술의 개선점중 하나는 이러한 가스 처리를 위한 흡착제 기반의 온도 및/또는 압력 스윙 흡착 공정의 경제적으로 실행 가능한 작동 범위를 연장시킬 수 있다는 것이다. 특히, 본 기술은 종래의 TSA 흡착 시스템에 의해 처리될 수 있는 것보다 더 높은 수준의 CO2 농도로 확장될 수 있다. 실제로, 본 기술은 종래의 시스템의 큰 크기 및 불량한 경제성을 처리하는 시스템을 제공한다.
하나 이상의 실시예에서, 본 기술은 필요한 분리를 제공하기 위해 고속 순환 온도와 압력 스윙 흡착의 독특한 결합을 제공한다. 예를 들어, 흡착 또는 공급 단계에서, 파이프라인 품질 공급 가스는 공급 스트림으로서 CO2를 우선적으로 흡착하도록 선택된 흡착제 물질을 함유하는 흡착제 베드 내로 도입될 수 있다. 그 다음, 생성물 스트림인 흡착제 베드를 나가는 가스 스트림은 LNG 사양(예: 100ppm 미만의 CO2 또는 50ppm 미만의 CO2를 함유함)에 있다. 흡착제 베드가 포화에 가까워짐에 따라, 공급 스트림은 차단되어 다른 흡착제 베드로 전환되고, 현재의 흡착제 베드는 재생 단계에서 재생된다. 재생 단계는 하나 이상의 퍼지 단계 및/또는 하나 이상의 블로우다운 단계와 같은 하나 이상의 감압 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 흡착제 베드의 하우징 내의 압력은 각 후속 단계마다 감소된다. 재생 단계는 흡착 단계 동안 CO2와 함께 흡착된 일부 메탄 가스의 탈착을 초래한다. 블로우다운 출력 스트림은 전형적으로 고순도이며 LNG 사양의 생성물 스트림과 혼합되도록 압축될 수 있다. 대안으로, 이 스트림에 더 많은 양의 CO2가 있으면, 압축하여 공급 스트림과 혼합할 수 있다.
다음으로, 흡착제 베드는 저압에서 가열 단계를 거친다. 이 가열 단계는 부분 압력 스윙 흡착과 온도 스윙 흡착을 결합하여 흡착제 베드의 재생을 촉진한다. 가열 단계는 흡착제 베드에서의 금속 기재의 전기 가열, 흡착제 베드를 통한 가열 스트림의 전달 및/또는 밀폐된 가열 유체로부터의 대류 가열과 같은 여러 방식으로 제공될 수 있다. 가열 단계가 저압에서 수행될 때, 이 스트림 내의 CO2 농도는 흡착제 베드 상에 분포되기 때문에 감소되어야 한다. 특정 실시예에서, 가열 단계는 출구 퍼지 스트림(예: 퍼지 스트림의 생성물)을 가열 루프 스트림과 혼합한 다음 연료용으로 결합된 스트림을 안내하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 가열 루프는 주로 CO2의 스트림으로 고압 및 고온에서 수행될 수 있다. 이러한 구성에서, 블로우다운 단계는 대기압에서 블로우다운 스트림이 연료(생성물이 아닌)에 대해 안내된 상태에서 수행될 수 있고, 그 다음에 흡착제 베드가 퍼지될 수 있다. 그러나, 바람직한 주기는 가열 스트림에서 CO2 양을 (예: 약 20 몰% 미만으로) 제한하는 단계를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 하기에 더 기술되는 바와 같이, 본 기술은 가열 온도 및 가열 압력에서 수행되는 결합된 스윙 흡착 공정을 위한 흡착제 베드를 가열하기 위한 고온 가열 루프를 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 가열 온도는 500℉(260℃) 미만이거나, 450℉(232.2℃) 미만이거나, 또는 400℉(204.4℃) 미만일 수 있으며, 공급 온도의 100℉ 초과, 공급 온도의 150℉(83.3℃) 초과, 또는 공급 온도의 200℉(111.1℃) 초과일 수 있다. 가열 압력은 0.01 bara 내지 100 bara 범위, 1 bara 내지 80 bara 범위, 또는 2 bara 내지 50 bara 범위일 수 있다. 가열 루프는 저장 탱크, 가열 유닛(노 및/또는 열교환기), 및 하나 이상의 흡착제 베드와 유체 교통하기 위한 송풍기 또는 압축기를 통해 가열 스트림을 위한 유체 경로를 제공하는 도관 및 매니폴드를 포함할 수 있다. 가열 스트림은 CO2 또는 다른 오염물과 함께 메탄(예: 가열 스트림)을 주로 함유할 수 있다. 흡착제 베드가 가열됨에 따라, 흡착제 베드에 흡착된 CO2의 적어도 일부가 방출되고, 이는 가열 스트림과 혼합되고 흡착제 베드로부터 가열 루프의 유동으로 안내된다. 이 단계는 흡착제 베드에 흡착되는 상당량의 CO2를 제거하며 일부 응용 분야에서는 흡착된 CO2 총량의 85 몰%까지일 수 있다. 또한, 가열 압력이 낮으면 흡착제 베드로부터의 CO2의 제거도 향상된다.
가열 단계는 어떠한 오염물의 돌파를 최소화하기 위해 흡착제 베드의 전체 길이를 가열하지 않을 수 있다. 흡착제 베드는 특정 스트림 및 반응에 의해 냉각되기 때문에, 온도차는 공급 단부(예: 냉각된 흡착제 베드의 전방)에서 형성되는 흡착 파(adsorption wave)를 제공할 수 있고 흡착제 베드를 따라 공급 방향으로 이동한다. 흡착 전면이 흡착제 베드의 전방(예: 공급 단부 근처)에서 형성됨에 따라, 흡착제 베드의 나머지는 흡착 전면이 그 지점으로 진행하기 전에 공급물에 의해 냉각된다. 이것은 공급물의 초기초 정도에 LNG 품질 가스를 생산하는 공정을 위한 기구를 제공한다. 예를 들어, 가열 단계는 흡착제 베드의 공급 단부와 생성물 단부 사이의 온도차를 야기하도록 구성될 수 있다. 온도차는 흡착제 베드의 공급 단부와 흡착제 베드의 생성물 단부 사이의 온도 차이이며, 이는 흡착제 베드의 생성물 단부의 온도를 흡착제 베드의 공급 단부의 온도로부터 감산함으로써 계산될 수 있다. 상기 온도는 열전쌍 또는 다른 온도 측정 장치에 의해 측정된 온도일 수 있다. 공급 단부 또는 공급 측은 공급 스트림이 초기에 유입되는 흡착제 베드의 단부인 반면, 생성물 단부는 공급 단부 반대편의 흡착제 베드 부분이고 공급 스트림이 흡착제 베드를 빠져 나가는 부분이다. 온도차는 50℉ 내지 400℉ 범위, 100℉ 내지 400℉ 범위, 125℉ 내지 350℉ 또는 175℉ 내지 300℉의 범위일 수 있다. 온도차는 공급 스트림이 공급 단부로부터 흡착제 베드로 들어가고 흡착제 베드의 고온 부분에 노출되기 전에 오염물(예: CO2 및/또는 물)을 제거하는데 이용될 수 있다. 흡착제 베드의 저온 부분은 가열 공급 영역으로 지칭될 수 있고, 가열 온도에 있는 흡착제 베드의 부분은 가열 생성 영역으로 지칭될 수 있으며, 가열 공급 영역으로부터 가열 생성 영역으로 변이되는 흡착제 베드의 부분(예: 이들 영역들의 온도차 사이에서 증가하는 가열 전면을 갖는 부분)을 가열 전방 영역으로 지칭할 수 있다. 이들 상이한 영역은 가열 단계가 가열 단계의 끝에서 수행될 때 최대 가열 생성 영역 및 최소 가열 공급 영역인 상태로 변화할 수 있다. 가열 공급 영역은 흡착제 베드의 공급 단부로부터 베드 길이의 2%까지, 흡착제 베드의 공급 단부로부터 베드 길이의 5%까지, 흡착제 베드의 공급 단부로부터 베드 길이의 10%까지 또는 흡착제 베드의 공급 단부로부터 베드 길이의 20%까지의 흡착제 베드의 특정 부분일 수 있다. 가열 생성 영역은 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 베드 길이의 60%까지, 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 베드 길이의 55%까지 또는 흡착제 베드의 생성물 단부으로부터 베드 길이의 50%까지의 흡착제 베드의 특정 부분일 수 있다. 또한, 가열 단계는 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 흡착제 베드의 일부분을 가열 온도 부근의 특정 범위(예: 가열 온도의 10% 및/또는 가열 온도의 5% 이내) 내로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 냉각 정면의 이동은 흡착 단계 동안 생성물 단부쪽으로 그리고 가열 단계 동안 공급 단부쪽으로 향한다.
다음으로, 흡착제 베드는 퍼지 온도 및 퍼지 압력에서 제공된 퍼지 스트림으로 정제된다. 퍼지 스트림은 고순도 메탄 스트림일 수 있으며, 이는 하류스트림 처리 설비로부터 제공될 수 있다. 예를 들어, 퍼지 스트림은 일반적으로 정제된 스트림(예: 주로 메탄이지만, 40% 미만의 질소를 포함할 수 있음)인 LNG 액화 공정으로부터 공급된 플래시 연료 가스일 수 있다. 이 퍼지 스트림은 흡착제 베드에 흡착된 나머지 CO2의 적어도 일부를 제거하여 흡착제 베드의 재생을 완료하는데 사용될 수 있다. 흡착제 베드를 빠져 나가는 퍼지 출력 스트림은 가열 루프 내의 가열 스트림과 혼합될 수 있다. 이러한 가열 루프로부터, 연료 스트림은 질량 균형을 유지하고 가열 스트림 및 공정으로부터 CO2의 일부를 제거하기 위해 상기 가열 루프로부터 인출될 수 있다.
또한, 본 기술은 재생 단계 동안 베드에 흡착된 CO2의 전부를 제거하지 않고, 흡착제 베드의 생성물 단부가 생성물 스트림에 50ppm CO2 미만의 CO2를 제공하기에 충분히 낮은 CO2 부하를 갖도록 CO2의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 따라서, 흡착제 베드의 생성물 단부는 CO2가 거의 없도록(예: 생성물 단부 부근의 영역에 대한 CO2 부하가 1 밀리몰/그램(mmol/g) 미만, 0.5 mmol/g 미만 또는 0.1 mmol/g보다 작아지게) 유지될 수 있다. CO2의 부하 수준은 퍼지 단계 동안 흡착제 베드의 공급측에서 더 낮을 수 있지만, CO2를 함유하는 흡착제 베드의 길이는 퍼지 단계 동안 감소된다. 예를 들어, 공급 영역은 흡착제 베드의 공급 단부로부터 베드 길이의 10%까지, 흡착제 베드의 공급 단부로부터 베드 길이의 25%까지 또는 공급 단부로부터 베드 길이의 40%까지 흡착제 베드의 특정 부분일 수 있다. 생성 영역은 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 베드 길이의 10%까지, 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 베드 길이의 25%까지 또는 흡착제 베드의 생성물 단부으로부터 베드 길이의 40%까지의 흡착제 베드의 특정 부분일 수 있다. 퍼지 단계 동안 전방 후방 및 흡착 단계 동안 전방으로의 CO2의 이동은 공정의 스윙 용량(swing capacity)의 기초이다. 부분적으로, 이는 본 공정 및 구성에서 흡착제 베드의 가열과 함께 퍼지 스트림에서 제한적이고 비용 효과적인 양의 퍼지 가스를 사용함으로써 달성된다.
이어서, 흡착제 베드는 공급 압력으로 다시 재압축되고 주기는 반복된다. 흡착제 베드의 재압축은 냉각 루프없이 사용될 수 있다. 퍼지 단계 및 가열 단계는 흡착제 베드를 가열할 수 있고, 흡착 단계는 흡착제 베드를 냉각시키는데 사용될 수 있으며, 이는 별도의 냉각 루프에 대한 필요성을 제거함으로써 시스템의 효율을 향상시킨다.
본 기술은 여러 스트림(예: 공급 스트림, 생성물 스트림, 가열 스트림 및 퍼지 스트림)에 대해 유체의 안정된 유동을 유지하기 위해 주기의 상이한 단계(예: 서로 동기화되지 않음)를 수행하는 유사한 주기로 작동되는 2 개 이상의 흡착제 베드를 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 다른 실시예에서, 상이한 스트림의 압력은 변화될 수 있다. 예를 들어, 공급 스트림은 40 bara 내지 150 bara, 50 bara 내지 150 bara, 또는 바람직하게는 50 bara 내지 100 bara 범위의 공급 압력을 포함할 수 있지만, 반드시 이 범위로 제한되지는 않는다. 공급 온도는 -40℉(-40℃) 내지 200℉(93.3℃)의 범위, 0℉(-17.8℃) 내지 200℉(93.3℃)의 범위, 20℉(-6.7℃) 내지 175℉(79.4℃)의 범위 또는 40℉(4.4℃) 내지 150℉(65.6℃)의 범위일 수 있다. 블로우다운 압력, 가열 압력 및 퍼지 압력은 주기에 따라 조정될 수 있고, 사용되는 흡착제 물질에 따라 의존될 수 있고 및/또는 진공에서 공급 압력 범위일 수 있다. 예를 들어, 흡착제 물질이 제올라이트 4A인 경우, 블로우다운 압력 범위는 0.01 bara 내지 45 bara, 보다 바람직하게는 1 bara 내지 25 bara 범위일 수 있다. 이 예는 CO2의 공급 농도에 의존할 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 감압 단계는 압력 스윙이 단계적으로 달성되어 각각의 단계 동안 메탄 탈착 량을 변화시킬 수 있도록 조절될 수 있다. 또한, 가열 루프 내의 가열 압력은 각 단계에서 퍼지 압력 또는 블로우다운 압력과 상이한 압력에서 작동될 수 있다. 또한, 특정 실시예는 압력 스윙을 포함하지 않을 수 있지만, 재생 단계에 대한 온도 스윙에 의존할 수 있다. 유사하게, 다른 실시예들에서, 온도 스윙은 수행될 수 없고 재생 단계는 압력 스윙에 의해 수행될 수 있다.
또다른 실시예에서, 본 기술은 제어 냉동 영역(CFZ) 적용, 극저온 천연 가스 액체(NGL) 회수 적용 및 다른 그러한 적용과 같은 다른 공정과 통합될 수 있다. 각각의 이들 상이한 적용들은 각각의 공정에서 공급 스트림에 대해 상이한 사양을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 기술의 변형은 LNG 사양 또는 파이프라인 사양과 비교하여 더 높거나 더 적은 양의 CO2를 함유하는 가스를 처리하는데 사용될 수 있다.
또한, 특정 실시예에서, 상기 공정은 공급 스트림으로부터 임의의 둘 이상의 오염물을 분리시키는데(예: 파이프라인 품질 가스일 수 있는 공급 스트림을 LNG 사양으로 처리하는데) 사용될 수 있다. 예를 들어, 공급 스트림이 스트림으로부터 물을 제거하기 위한 추가적인 설비(예: 몰레큘러 시브 흡착 유닛 및/또는 탈수 흡착제 베드 유닛과 같은 탈수 흡착 유닛)를 포함하고, 스트림을 추가 처리하기 위해 본 기술과 통합될 수 있다. 예를 들어, 탈수 공정은 몰레큘러 시브 또는 스윙 흡착 공정(예: RCPSA 및/또는 RCTSA)과 같은 탈수 설비에 의해 흡착제 베드 유닛에서 CO2 제거의 상류에서 수행될 수 있다. 특히, 몰레큘러 시브 유닛 또는 제 1 흡착제 베드 유닛은 물을 제거하는데 사용될 수 있는 반면, 제 2 흡착제 베드 유닛은 CO2를 제거하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 다른 구성에서, 통합된 고속 순환 흡착 시스템은 다수의 오염물(예: 물 및 CO2)을 제거하기 위해 이용될 수 있다. 적합한 흡착제 물질 또는 흡착제 층은 CO2와 같은 다른 오염물의 제거에 사용된 흡착제 물질과 동일하거나 상이할 수 있는 탈수를 제공하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 기술들은 CO2 및/또는 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, 하나 이상의 가열 단계 및 하나 이상의 퍼지 단계를 포함할 수 있다. 블로우다운 단계이거나 또는 블로우다운 단계를 포함할 수 있는, 상기 감압 단계는 각각의 연속 감압 단계를 따라 미리 결정된 양만큼 상기 흡착제 베드 유닛의 압력을 감소시키는 단계를 포함할 수 있으며, 이는 단일 단계일 수 있거나 그리고/또는 다중 단계일 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. 가열 단계는 가열 루프를 통해 재순환된 스트림일 수 있고 흡착제 물질을 가열하기 위해 사용되는 흡착제 베드 유닛 내로 가열 스트림을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공급 스트림(예: 공급 가스)에 대한 가열 스트림(예: 루프 가스)의 비율은 흡착제 물질의 유형, 공급 스트림의 CO2 공급 농도 및 흡착제 베드의 가열 주파수에 기초할 수 있다. 흡착제 베드를 떠나는 가열 루프의 온도는 가열 루프 입구 온도보다 적어도 50℉ 만큼 낮다. 공급 스트림에서 CO2의 낮은 공급 농도의 경우, 흡착 단계의 지속시간이 길어질수록 흡착제 베드의 재가열이 줄어들 수 있다. 예를 들어, 스트림이 공급 스트림에서 2 몰% CO2를 갖는 경우, 공급 스트림의 약 50 부피% 내지 60 부피%가 가열 스트림에서 사용될 수 있는 반면, 공급 스트림에서 0.5 몰% CO2에 대해 공급 스트림의 약 15 부피% 내지 25 부피%가 가열 스트림에서 사용될 수 있다.
가열 온도 및 가열 압력에서 제공될 수 있는 가열 스트림은 공급 스트림에 대해 반대 유동으로 제공될 수 있다. 퍼지 단계는 퍼지 스트림을 흡착제 베드 유닛으로 통과시키는 단계를 포함할 수 있으며, 이는 한번 통과하는 퍼지 단계일 수 있고 퍼지 스트림은 공급 스트림에 대해 반대 유동으로 제공될 수 있다. 퍼지 스트림은 퍼지 온도 및 퍼지 압력으로 제공될 수 있으며, 이는 가열 단계에서 사용된 가열 온도 및 가열 압력과 유사한 퍼지 온도 및 퍼지 압력을 포함할 수 있다. 그런 다음, 주기가 추가 스트림에 대해 반복될 수 있다. 또한, 상기 공정은 퍼지 단계 이후 및 흡착 단계 이전에 하나 이상의 재압축 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 재압축 단계가 수행될 수 있으며, 흡착제 베드 유닛 내의 압력은 각각의 연속 재압축 단계마다 미리 결정된 양만큼 각각의 재압축 단계에 의해 증가된다. 주기 지속시간은 1초 초과 600초 미만, 2초 초과 300초 미만, 2초 초과 180초 미만 또는 5 초과 90초 미만일 수 있다.
특정 실시예에서, 본 발명의 기술에서, 가스 공급 스트림은 스윙 흡착 공정의 상류 또는 흡착제 베드 유닛 중 하나의 상류에서 냉각될 수 있다. 가스 공급 스트림의 냉각은 흡착제 물질의 용량을 증가시키기 위해 흡착제 베드 유닛의 상류에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 프로판 칠러를 사용하여 공급 가스 스트림을 -20℃로 냉각시킬 수 있다. 이는 흡착제의 용량을 증가시킬 수 있다.
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 스트림, 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 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.
하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 기술은 임의의 유형의 스윙 흡착 공정에 사용될 수 있다. 본 기술이 사용될 수 있는 비-제한적인 스윙 흡착 공정은 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) 및 이들 공정의 결합을 포함한다. 예를 들어, 바람직한 스윙 흡착 공정은 고속 순환 공정으로서 수행될 수 있는 결합된 압력 스윙 흡착 및 온도 스윙 흡착을 포함할 수 있다. 예시적인 스윙 흡착 공정은 미국 특허 출원 공보 제 2008/0282892 호, 제 2008/0282887 호, 제 2008/0282886 호, 제 2008/0282885 호, 제 2008/0282884 호 및 제 20140013955 호에 더 기술되어 있으며, 이들 각각은 전체가 본원에 참고로 인용된다.
예로서, 스윙 흡착 공정은 주기를 수행하는 특정 단계를 포함할 수 있다. 스윙 흡착 공정은 가열 온도에서 가열 스트림을 흡착제 베드 유닛 내로 통과시키도록 구성될 수 있는 가열 기구를 포함할 수 있으며, 가열 스트림은 50℉ 내지 400℉ 범위의 온도차를 생성하도록 구성되고, 상기 온도차는 흡착제 베드의 공급 단부와 흡착제 베드의 생성물 단부 사이의 온도 차이이며; 가열 스트림의 일부를 흡착제 베드 유닛을 통과하는 퍼지 스트림과 조합할 수 있다. 가열 기구는 가열 스트림을 흡착제 베드 유닛에 전달하기 전에 가열 스트림을 가열하도록 구성된 가열 유닛을 포함하는 가열 루프를 포함할 수 있다. 또한, 가열 루프는 가열 유닛과 유체 교통하며, 가열 스트림을 흡착제 베드 유닛에 전달하기 전에 가열 스트림의 압력을 증가시키도록 구성된 송풍기를 포함할 수 있다. 또한, 가열 기구는 제 2 흡착제 베드 유닛으로부터 흡착제 베드 유닛을 통해 퍼지 생성물 스트림을 통과시키도록 구성된 하나 이상의 도관 및 밸브를 포함할 수 있다.
제 1 예로서, 스윙 흡착 공정은 (i) 가스 공급 스트림을 흡착제 베드 유닛을 통과시켜 생성물 스트림을 생성시키는 흡착 단계; (ii) 흡착제 베드 유닛 내의 압력을 낮추고 오염물을 정제하기 위한 블로우다운 단계; (iii) 가열 기구(예: 가열 루프, 다중 퍼지 단계 또는 흡착제 베드를 가열하기 위한 다른 적절한 방법)를 포함할 수 있는 흡착제 베드를 가열하기 위한 가열 단계; (iv) 흡착제 베드 유닛으로부터 오염물을 제거하기 위한 흡착제 베드 유닛을 통고하는 단계를 포함하는 퍼지 단계; (ⅴ) 흡착제 베드 유닛 내의 압력을 증가시키기 위한 선택형 재압축 단계 및 이어서 상기 공정은 추가 주기에 대한 단계(i) 내지(v)를 반복할 수 있는 단계를 포함할 수 있다. 제 2 예로서, 스윙 흡착 공정은 가열 단계로서 사용되는 하나 이상의 퍼지 단계를 포함할 수 있다. 특히, 상기 방법은 (i) 가스 공급 스트림을 흡착제 베드 유닛을 통과시키고 생성물 스트림을 생성하는 흡착 단계; (ii) 흡착제 베드 유닛 내의 압력을 낮추고 오염물을 정제시키기 위한 블로우다운 단계; (iii) 오염물(예: 가열되기 전에 가열될 수 있는 다른 흡착제 베드 퍼지 스트림으로부터의 스트림)을 제거하기 위해 제 1 퍼지 압력 및 제 1 퍼지 온도[예: 500℉(260℃) 미만 또는 공급 스트림 위의 50℉ 내지 450℉ 범위]에서 흡착제 베드 유닛을 통해 제 1 퍼지 스트림을 통과시키는 제 1 퍼지 단계; 오염물(예: 다른 흡착제 베드 퍼지 스트림으로부터의 스트림)을 제거하기 위해 제 2 퍼지 압력 및 제 2 퍼지 온도(제 1 퍼지 온도의 온도 범위 내에 있을 수 있음)에서 흡착제 베드 유닛을 통해 제 2 퍼지 스트림을 통과시키는 제 2 퍼지 단계; (v) 오염물(예: 흡착제 베드를 통과하지 못한 스트림)을 제거하기 위해 제 3 퍼지 압력에서 흡착제 베드 유닛을 통해 제 3 퍼지 스트림을 통과시키는 제 3 퍼지 단계; (vi) 흡착제 베드 유닛 내의 압력을 증가시키기 위한 선택형 재압축 단계를 거친 다음, 공정은 추가 주기에 대해서 단계(i) 내지(vi)까지 반복할 수 있다. 제 3 예로서, 스윙 흡착 공정은 (i) 가스 공급 스트림을 흡착제 베드 유닛을 통과시켜 생성물 스트림을 생성시키는 흡착 단계; (ii) 흡착제 베드 유닛 내의 압력을 낮추고 오염물을 정제하는 블로우다운 단계; (iii) 오염물을 제거하기 위해 제 1 퍼지 압력에서 흡착제 베드 유닛을 통해 제 1 퍼지 스트림을 통과시키는 제 1 퍼지 단계; (iv) 오염물을 제거하기 위해 제 2 퍼지 압력에서 흡착제 베드 유닛을 통해 제 2 퍼지 스트림을 통과시키는 제 2 퍼지 단계로서, 상기 제 2 퍼지 압력이 상기 제 1 퍼지 압력보다 낮은, 상기 제 2 퍼지 단계; (v) 흡착제 베드 유닛 내의 압력을 증가시키기 위한 선택형 재압축 단계를 거친 다음, 상기 공정은 추가적인 주기에 대해 단계(i) 내지(v)까지 반복할 수 있다.
또한, 하나 이상의 실시예에서, 다양한 흡착제 물질이 분리를 위한 기구를 제공하는데 사용될 수 있다. 예들은 제올라이트 3A, 4A, 5A, ZK4 및 MOF-74를 포함한다. 그러나, 상기 공정은 이러한 흡착제에 한정되지 않고 다른 흡착제를 사용할 수도 있다.
유익하게도, 본 기술은 종래 기술에 비해 다양한 개선을 제공한다. 예를 들어, 본 기술은 LNG 사양을 따르는 LNG 스트림을 형성하는데 사용되는 파이프라인 가스를 처리하는데 사용되는 시스템의 풋프린트, 중량 및 자본 비용을 감소시키도록 구성될 수 있는 모듈식 디자인을 제공한다. 또한, 이 공정은 임의의 수성 매체(예: 아민 세척)을 사용하지 않기 때문에, 후속하는 탈수 단계가 최소화되거나 제거된다. 또한, 본 기술은 용매의 사용을 줄이거나 없앨 수 있고, 이는 공정에서 용매를 제거한다. 또한, 본 기술은 통상적인 공정과 비교하여 감소된 배출물(예: 아민 재생기 배출을 제거함)을 포함할 수 있다. 본 기술은 하기의 도 1 내지 도 8을 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, 유체들, 가스들, 액체들)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. 특히, 흡착제 베드 유닛들은 하기에 추가로 기술된 바와 같이, 상기 흡착제 베드로부터 오염물을 제거하는데 사용되는 가열 루프를 포함한다. 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 2에서 설명될, 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 유동울 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 유닛의 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, 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) 내지 150 bara의 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 가스용적들은 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 시간 또는 주기 지속시간이 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 흡착, 감압, 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 수행된다. 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 시간의 감소를 초래한다. 이와 같은 감소는 또한, 상기 스윙 흡착 시스템의 전체 크기를 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 시스템은 액화 트레인에서 가스 처리 공정으로부터 오염물을 제거하기 위한 아민을 포함한다. 예로서, 도 3은 공급 스트림을 처리하여 액화 천연 가스(LNG) 스트림을 형성하기 위한 종래 시스템(300)의 다이아그램이다. 도면에 도시된 바와 같이, 시스템(300)은 도관(304)에서 스트림을 공급 스트림으로 그 다음 도관(316)에서 LNG 스트림으로 처리하기 위해 사용되는 유닛(302, 306, 308, 310, 312, 314, 318, 320 및 322)과 같은 여러 설비를 포함한다.
공정은 스트림을 수용하고 입력 스트림으로부터 수은을 분리시키는 수은 제거 유닛(302)에서 시작한다. 수은 제거 유닛(302)으로부터의 출력 스트림은 도관(304)을 통해 아민 유닛(306)에 공급되는 공급 스트림이다. 아민 유닛(306)은 공급 스트림으로부터 오염물을 분리시키는데 이용된다. 오염물은 CO2 및 황 함유 종을 포함할 수 있다. 아민 유닛(306)으로부터의 출력은 필터(308)에 제공된다. 필터(308)는 아민 유닛(306)으로부터 특정 및 액체 방울 운반체(carryover)를 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)으로부터 탈수된 출력은 LNG 처리 유닛(314)으로 운반된다. LNG 처리 유닛(314)으로부터 출력된 액화 천연 가스는 판매, 선적 또는 저장을 위해 사용될 수 있는 최종 생성물이다. LNG 처리 유닛(314)으로부터의 추가 스트림은 플래시 연료 스트림, 플래시 가스 또는 플래시/연료 가스 또는 엔드 플래시 가스로 지칭될 수 있으며, 저압 고순도 메탄 측부 스트림이다. 플래시 연료 스트림은 연료 가스 압축기 유닛(318)으로 운반된다. 연료 가스 압축기 유닛(318)의 출력의 일부는 노 또는 열교환기인 가열 유닛(320)에서 가열되고, 퍼지 스트림인 결과적 스트림은 몰레큘러 시브 유닛(310)의 탈착을 위해 온도를 열적으로 스윙하기 위해 사용된다. 퍼지 출력 스트림은 몰레큘러 시브 유닛(310)으로부터 멀리 안내되고, 열교환기 유닛(322)에서 냉각된다. 냉각된 퍼지 출력 스트림은 연료 가스 압축기 유닛(318)의 출력의 나머지 부분을 도관(326)으로부터 제거한다. 결과적 스트림은 도관(328)을 통해 연료로서 사용하기 위해 멀리 안내된다. 또한, 비등 가스 스트림은 선택적으로 도관(326)의 퍼지 출력 스트림에 첨가될 수 있다.
상술한 바와 같이, 액화 천연 가스(LNG) 적용을 위한 천연 가스 공급 스트림은 극저온에서 고체 CO2의 형성을 방지하기 위해 CO2 함량에 대한 엄격한 사양을 갖는다. 이와 같이, 원료 공급물로서 파이프라인 가스를 사용하는 LNG 설비의 경우, 본 발명의 기술과 같은 추가적인 처리 단계가 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 기술은 파이프라인 품질 공급 가스를 수용하고 흡착제 베드 유닛으로 도입되기 전에 스트림을 탈수시키기 위해 몰레큘러 시브 유닛에서 스트림을 처리하는 구성을 포함할 수 있다. 흡착제 베드 유닛은 도 4에 도시된 바와 같이 LNG 사양을 만족시키기 위해 스트림으로부터 CO2를 제거하도록 고속 순환 스윙 흡착 공정을 수행할 수 있다. 또한, 대안적인 실시예에서, 파이프라인 가스 스트림은 도 7에 도시된 바와 같이, 고속 순환 스윙 흡착 공정을 사용하여 탈수되고, 다른 대안적인 실시예는 도 8에 도시된 바와 같이 LNG 사양을 만족시키기 위해 파이프라인 가스 스트림으로부터 CO2를 탈수 및 제거하기 위한 통합된 고속 순환 스윙 흡착 공정을 포함할 수 있다.
도 4는 본 기술의 실시예에 따라 공급 스트림을 처리하여 액화 천연 가스(LNG) 스트림을 형성하는 시스템(400)의 예시적인 다이아그램이다. 상기 시스템은 CO2를 제거하도록 구성된 흡착제 베드 유닛(406)의 상류의 물을 제거하도록 구성된 몰레큘러 시브 유닛(404)을 포함한다. 흡착제 베드 유닛(406)은 다양한 스트림을 흡착제 베드 유닛(406)을 통과시키는 단계를 포함할 수 있는 고속 순환 스윙 흡착 공정을 수행하는데 사용될 수 있다. 이 공정의 일부로서, 가열 루프를 통한 가열 단계가 흡착제 베드 유닛(406) 내의 흡착제 베드로부터 오염물을 제거하기 위해 퍼지 단계와 함께 사용될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404) 및 흡착제 베드 유닛(406)은 각각의 공정을 수행하기 위한 다수의 유닛을 포함할 수 있다. 또한, 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404) 및 흡착제 베드 유닛(406)은 각각 상이한 주기로 작동할 수 있으며, 이는 각각의 주기에서 흡착 단계 및 재생 단계를 포함한다. 또한, 특정 설비 또는 유닛이 도 3의 것들과 유사하기 때문에, 이들 유닛은 이 시스템(400)에서 동일한 참조 문자에 의해 참조된다.
이 시스템에서, 공정은 입력 스트림을 수용하고 입력 스트림으로부터 수은을 분리시키는 수은 제거 유닛(302)에서 시작한다. 수은 제거 유닛(302)으로부터의 출력 스트림은 도관(304)을 통해 스트림으로부터 임의의 특정 물질을 제거하도록 구성된 필터 유닛(402)에 제공된다. 필터 유닛(402)으로부터의 출력 스트림은 흡착 단계 동안 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404)으로의 공급 스트림이다. 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404)은 하우징 내에 배치된 흡착제 물질을 갖는 하우징을 포함한다. 흡착 단계 동안, 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404)은 스트림으로부터 흡착제 물질로 물을 흡착시키고 스트림의 나머지 부분을 흡착제 물질 및 유닛 밖으로 통과시킴으로써 스트림의 수분 함량을 0.1ppmv 미만으로 낮추도록 구성된다. 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404)으로부터 탈수된 스트림은 흡착 단계 동안 흡착제 베드 유닛(406)에 제공된다. 도 1 및 2에서 상술한 하나 이상의 흡착제 베드 유닛을 포함할 수 있는 흡착제 베드 유닛(406)은 하우징 내에 배치된 흡착제 물질을 갖는 하우징을 포함할 수 있다. 흡착제 베드 유닛(406)은 LNG 공급 스트림을 형성하기 위해 탈수 스트림(예: CO2 함량이 100ppm 미만 또는 50ppm 미만)으로부터 CO2의 적어도 일부분을 제거하도록 구성될 수 있다.
유닛(402, 404, 406)에서의 오염물의 제거에 이어서, LNG 공급 스트림이 상기 도 3의 논의와 유사한 방식으로 LNG 처리를 위해 제공된다. LNG 공급 스트림은 열교환기(312)를 통과하고, 냉각된 LNG 공급 스트림은 LNG 처리 유닛(314)에 제공된다. 이 LNG 처리 유닛(314)으로부터 액화 천연 가스 스트림이 도관(316)을 통해 제공되고, 플래시 연료 스트림이 연료 가스 압축기 유닛(318)에 제공된다.
이러한 구성에서, 시스템은 흡착제 베드 유닛(406)을 위한 순환에서 재생 단계의 일부로서 퍼지 단계와 결합되는 가열 단계를 포함한다. 퍼지 스트림은 연료 가스 압축기 유닛(318)으로부터의 출력으로부터 형성되고, 이는 도관(408)으로부터의 비등 가스 스트림과 조합될 수 있다. 이 퍼지 스트림은 퍼지 단계 동안 퍼지 가스로서 흡착제 베드 유닛(406)으로 통과된다. 대안적으로, 다른 구성에서, 생성물 스트림의 일부는 퍼지 스트림으로 사용되거나 퍼지 스트림으로 사용될 다른 스트림과 조합될 수 있다. 가열 스트림은 저장 유닛(411), 가열 유닛(412) 및 송풍기(414)를 통과하는 가열 루프(410)(예: 가열 장치를 통한 유로)로 분리된 흡착제 베드 유닛(406)으로부터의 출력 스트림의 일부로서 형성된다. 저장 유닛(411)은 가열 스트림을 저장하고 가열 스트림의 일부의 소스가 되도록, 그리고 가열 스트림의 일부를 도관 또는 기타 설비(미도시)를 통해 연료 가스로서 제공하도록 구성된 용기이다. 가열 유닛(412)은 가열 스트림의 온도를 증가시키도록 구성된 노 및/또는 열교환기일 수 있으며, 흡착제 베드 유닛(406)의 재생을 위해 가열 스트림 내의 유체를 가열하는 기구로서 작용하며, 송풍기(414)는 가열 스트림의 압력을 증가시키도록 및/또는 가열 루프(410)의 유동 경로를 따라 가열 스트림을 전달하도록 구성된 압축기 또는 다른 설비일 수 있다.
흡착제 베드 유닛(406)으로부터의 스트림의 나머지 부분 및 흡착제 베드 유닛(406)을 통해 통과되어 나온 가열된 부분은 재생 단계를 위해 조절 유닛(416)을 통해 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404)으로 통과된다. 조절 유닛(416)은 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404)의 재생을 위해 결합된 스트림을 가열하는데 사용될 수 있으며, 또한, 결합된 스트림의 압력을 증가시키는데 이용될 수 있다. 특히, 조절 유닛은 압축기(예: 독립형 압축기 또는 연료 가스 압축기 유닛(318)의 하나 이상의 스테이지)와 결합된 열교환기 또는 노일 수 있다. 열교환기 유닛(418)의 출력이 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404)을 가열 및 재생시키는데 사용된 후에, 재생 스트림은 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404)을 나가 열교환기 유닛(418)으로 전달된다. 그때, 열교환기 유닛(418)은 열교환기 유닛(418) 내의 스트림을 조절하도록 구성된다. 열교환기 유닛(418)으로부터의 스트림은 도관(422) 내의 공정 연료 가스 스트림으로서 제공된다.
상술한 바와 같이, 흡착제 베드 유닛(406)은 각각의 주기의 일부로서 특정 단계 시퀀스를 수행할 수 있는, 2 개 이상의 흡착제 베드 유닛을 나타낼 수 있다. 이러한 흡착제 베드 유닛은 공정에서 다양한 스트림 내의 유체의 유동을 관리하기 위해 함께 사용될 수 있다. 이들 단계는 흡착 단계, 및 후속하는 하나 이상의 블로우다운 단계, 하나 이상의 가열 단계 및 하나 이상의 퍼지 단계, 및 선택적으로 하나 이상의 재압축 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 주기는 90 초의 지속시간을 가질 수 있으며 다음 단계들 즉, 0.25초 동안 제 1 유지 단계, 7초 동안 제 1 블로우다운 단계, 0.25초 동안 제 2 유지 단계, 7초 동안 제 2 블로우다운 단계, 0.25 초의 제 3 유지 단계, 36 초의 가열 단계, 18 초의 퍼지 단계, 0.25 초의 제 4 유지 단계, 3 초의 재압축 단계 및 18초 동안의 흡착 단계를 포함한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 주기 시간은 퍼지 단계, 가열 단계 및 흡착 단계가 연속적인 구성으로 선택될 수 있다. 이러한 구성에서, 2 개의 흡착제 베드 유닛은 가열 단계를 수행하고, 하나의 흡착제 베드 유닛은 흡착 단계를 수행하고, 하나의 흡착제 베드 유닛은 퍼지 단계를 수행하고, 하나의 흡착제 베드 유닛은 재압축 단계, 블로우다운 단계 또는 단계들 사이의 유지를 수행한다.
예로서, 상기 공정은 5 개의 흡착제 베드 유닛의 사용을 나타내고 구조화된 박형 금속 모노리스 상에 코팅으로서 분포된 흡착제 물질로서 총 1365 킬로그램(㎏)의 제올라이트 4A를 함유할 수 있는 흡착제 베드 유닛(406)을 포함할 수 있다. 이 예에서, 흡착기 베드의 통상적인 열 용량은 켈빈 당 흡착제 1g 당 2.5 줄(J/g 흡착제/K)이었다. 스윙 흡착 주기는 표 1에 기재된 바와 같은 다양한 단계를 포함할 수 있다.
Figure 112018032074492-pct00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 4 개의 유지 단계가 이용되며, 이는 전방 단부 및 후방 단부 양자 모두이며 흡착제 베드는 동시에 후속하는 단계에 진입 및 출구 밸브의 완전 폐쇄를 보장하도록 폐쇄된다. 각 단계의 유동의 방향은 공급 흡착 단계 동안 스트림의 유동 방향에 상대적으로 표시된다. 총 90 초의 주기가 각각의 흡착제 베드에 대해 이용되며, 5 개의 흡착제 베드는 스트림의 거의 연속적인 유동을 제공하기 위해 상이한 단계에서 각각 순환된다.
이 예에서, 다양한 스트림의 전체 유량, 압력 및 온도는 도 4에 도시된 다이아그램에 대한 다양한 스트림의 식별뿐만 아니라 표 2에 기재되어 있다. 표시된 압력은 최종 압력(예: 각 단계의 끝에서의 스트림의 압력)이라는 것을 주목해야 한다. 따라서, 예를 들어, 퍼지 스트림은 6 bara에서 유닛(406)에 진입할 수 있고, 흡착제 베드를 가로질러 압력 강하를 겪고, 지시된 바와 같이 5 bara에서 유닛을 빠져 나올 수 있다. 공급, 고온 퍼지 및 루프 가열 단계에 표시된 온도는 이들 스트림의 초기 온도이며 생성물 및 2개의 블로우단계에 표시된 온도는 평균 가스 온도이다. 연료 스트림에 대해, 표시된 온도는 저장 유닛(411)에 포함된 바와 같이 결합된 퍼지 및 고온 루프 스트림의 온도이다. BD1 및 BD2 스트림은 압축되어 열교환기(312)에 제공될 수 있다.
Figure 112018032074492-pct00002
이 예의 여러 스트림들의 조성들은 표 3에 상세히 기재되어 있다. 도시된 바와 같이, 공급물은 상당량의 CO2 및 C2 + 중질 탄화수소 뿐 아니라 미량의 N2 및 H2S를 함유한다. 선행 몰레큘러 시브 유닛은 표 3에 나타낸 바와 같이 공급물 중의 수위가 0.1 ppm으로 감소한 것으로 가정되었다. CO2 농도는 20,000 ppm의 공급물 값(예: 2%)에서 LNG 플랜트로의 공급에 바람직한 50ppm보다 현저히 낮게 감소된다. H2S 수준도 상당히 감소한다. 제거된 CO2는 농축되어 연료 스트림 내의 유닛(406) 시스템으로부터 제거된다.
Figure 112018032074492-pct00003
시스템(400)의 다른 실시예로서, 필터 유닛(402)은 상이한 위치들에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 필터 유닛(402)은 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404)의 상류에 배치될 수 있다. 또다른 구성에서, 필터 유닛은 [예를 들어, 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404)과 유동 교통하게] 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404)의 상류 및 몰레큘러 시브 탈수 유닛(404)의 하류에 배치될 수 있다. 또다른 구성에서, 퍼지 스트림은 저장 탱크(411)를 우회하여 유닛(416)으로 직접 이동할 수 있다.
도 5a, 도 5b,도 5c, 도 5d 및 도 5e는 본 기술의 일 실시예에 따른 도 4의 구성과 관련된 예시적인 다이아그램(500, 520, 540, 560 및 580)이다. 이들 다이아그램(500, 520, 540, 560 및 580)은 도 4의 흡착제 베드 유닛(406)의 흡착제 베드와 관련된 상이한 특성 및 스윙 흡착 공정의 예시적인 주기에서의 단계의 타이밍을 추가로 기술한다. 특히, 도 5a는 주기 내의 다양한 단계에 대한 온도 반응(508) 및 압력 반응(510)의 다이아그램(500)이다. 도 5b, 도 5c, 도 5d 및 도 5e는 다이아그램(500)의 주기에서 상이한 시간 및 상이한 단계에 대한 표준화된 베드 길이를 따른 흡착수(H2O) 함량, 흡착 이산화탄소(CO2) 함량 및 온도 반응을 도시하는 각각의 다이아그램(520, 540, 560 및 580)이다.
도 5a는 초(들) 단위로 시간축(504)에 대한 바아들에서 압력축(502)을 따라 제시된 압력 반응(510) 및 시간축(504)에 대한 온도(℉)의 온도축(506)을 따라 도시된 온도 반응(508)의 다이아 그램(500)이다. 이 다이아그램에서, 반응(508 및 510)은 주기의 상이한 단계에 대해 도시된다. 흡착제 베드 유닛(406)을 위한 예시적인 주기는 흡착 단계 및 재생 단계를 수행하는 단계를 포함할 수 있으며, 재생 단계는 블로우다운 단계, 가열 단계 및 퍼지 단계를 포함한다. 특히, 블로우다운 단계는 0초 내지 14 초이고, 가열 단계는 14초 내지 51 초이며, 퍼지 단계는 51초 내지 68 초이며, 흡착 단계는 68초 내지 90 초이다. 주기 동안 온도 반응(508)에 의해 도시된 바와 같이, 온도는 가열 단계 동안 약 85℉(29.4℃)의 공급 온도로부터 약 385℉(196.1℃)의 가열 온도로 증가하는데, 이는 약 퍼지 단계가 수행되는 온도, 및 흡착 단계 동안 약 85℉(29.4℃)의 공급 온도로 감소한다. 유사하게, 주기 동안의 압력 반응(510)은 흡착 단계 동안 공급 압력으로 증가하고, 재생 단계에서 퍼지 압력으로 감소한다.
도 5b는 (예: 흡착 단계의 끝 및 블로우다운 단계 전에) 0 초에서 주기로 베드 길이를 따라 도시된 CO2 흡착 반응(528), 수분 흡착 반응(530) 및 온도 반응(532)의 다이아그램(520)이다. 이 다이아그램(520)에서, CO2 흡착 반응(528) 및 수분 흡착 반응(530)은 표준화 베드 길이(z/L)에서 베드 길이축(524)에 대하여 밀리몰/그램(mmol/g) 단위로 흡착축(512)을 따라 제시되고 온도 반응(532)은 베드 길이축(524)에 대하여 ℉로 온도축(526)을 따라 제시된다. CO2 흡착 반응(528)에 의해 제시된 바와 같이, 흡착제 베드의 생성물 단부 근처의 생성 영역(예: 흡착제 베드의 부분은 표준화된 베드 길이의 0.8보다 큰 흡착제 베드의 일부)은 CO2를 흡착하지 않은 것처럼 보이지만, 흡착된 수분은 공급 단부 근처의 공급 영역(예: 표준화 베드 길이의 0.1 미만의 흡착제 베드 부분)으로 제한된다. 또한, 흡착제 베드의 표준 길이를 따르는 온도는 85℉(29.4℃)에서 105℉(40.6℃)으로 변화된다.
도 5c는 (예: 블로우다운 단계의 끝 및 가열 단계의 시작에서) 14.5 초의 시간에서 주기로 베드 길이를 따라 도시된 CO2 흡착 반응(548), 수분 흡착 반응(550) 및 온도 반응(552)의 다이아그램(540)이다. 이 다이아그램(540)에서, CO2 흡착 반응(548) 및 수분 흡착 반응(550)은 z/L의 베드 길이축(544)에 대한 mmol/g 단위의 흡착축(542)을 따라 도시되고 온도 반응(552)은 베드 길이축(544)에 대한 ℉의 온도축(546)을 따라 도시된다. CO2 흡착 반응(548)에 의해 도시된 바와 같이, 흡착제 베드의 생성물 단부 근처의 생성 영역(예: 표준화 베드 길이의 0.8 초과의 흡착제 베드 부분)은 흡착된 CO2를 갖는 것으로 보이지 않으며, 반면 흡착 수분은 공급 단부 근처의 공급 영역(예: 표준화된 베드 길이의 0.1 미만의 흡착제 베드 부분)으로 제한된다. 또한, 흡착제 베드의 표준 길이를 따르는 온도는 35℉(1.7℃)에서 105℉(40.6℃)으로 변화된다.
도 5d는 (예: 가열 단계의 끝 및 퍼지 단계에서) 50.75 초의 시간에서 주기로 베드 길이를 따라 도시된 CO2 흡착 반응(568), 수분 흡착 반응(570) 및 온도 반응(572)의 다이아그램(560)이다. 이 다이아그램(560)에서, CO2 흡착 반응(568) 및 수분 흡착 반응(570)은 z/L의 베드 길이축(564)에 대한 mmol/g 단위의 흡착축(562)을 따라 도시되고 온도 반응(572)은 베드 길이축(564)에 대한 ℉의 온도축(566)을 따라 도시된다. CO2 흡착 반응(568)에 의해 도시된 바와 같이, 흡착된 CO2는 흡착제 베드의 공급 영역(예: 표준화된 베드 길이의 0.4 미만으로부터의 흡착제 베드의 일부)에서 높게 보이고, 반면 흡착된 수분은 공급 단부 근처의 공급 영역(예: 표준화 베드 길이의 0.1 미만의 흡착제 베드 부분)으로 제한된다. 가열 단계는 흡착제 베드의 전체 길이에 걸쳐 흡착된 CO2의 양을 증가시킨 것으로 보인다. 또한, 흡착제 베드의 표준화 길이를 따른 온도는 흡착제 베드 내의 위치에 기초하여 105℉(40.6℃)에서 410℉(210℃)으로 변화되는 것으로 보인다.
이 다이아그램(560)으로부터, 온도 반응(572)은 가열 단계가 전체 흡착제 베드의 온도를 동일한 온도로 상승시키지 않음을 나타낸다. 흡착제 베드의 생성물 단부는 약 410℉(210℃)의 온도에 있고 흡착제 베드의 공급 단부는 약 105℉(40.6℃)의 온도에 있다. 흡착제 베드의 공급 단부와 생성물 단부 사이의 결과적인 온도차는 약 305℉(169.4℃)[예: 410℉에서 105℉를 뺀 것(210℃에서 40.6℃를 뺀 것)]이다. 가열 공급 영역은 흡착제 베드의 공급 단부로부터 0.05의 표준화된 베드 길이까지이며, 가열 생성 영역은 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 0.4의 표준화된 베드 길이까지이며, 가열 전방 영역은 0.05의 표준화된 베드 길이로부터 0.4의 표준화된 베드 길이까지이다.
도 5e는 (예: 퍼지 단계의 끝 및 흡착 단계의 시작에서) 68.75 초의 시간에서 주기로 베드 길이를 따라 도시된 CO2 흡착 반응(588), 수분 흡착 반응(590) 및 온도 반응(592)의 다이아그램(580)이다. 이 다이아그램(580)에서, CO2 흡착 반응(588) 및 수분 흡착 반응(590)은 z/L의 베드 길이축(584)에 대한 mmol/g 단위의 흡착축(582)을 따라 도시되고 온도 반응(592)은 베드 길이축(584)에 대한 ℉의 온도축(586)을 따라 도시된다. CO2 흡착 반응(588)에 의해 도시된 바와 같이, 흡착된 CO2는 흡착제 베드의 공급 영역(예: 표준화된 베드 길이의 0.2 미만인 흡착제 베드의 부분)에서 높아질 것으로 보이고, 흡착된 수분은 공급 단부 부근의 공급 영역(예: 표준화된 베드 길이의 0.1 미만의 흡착제 베드 부분)으로 제한된다. 또한, 흡착제 베드의 표준화된 길이를 따른 온도는 210℉(98.9℃)에서 405℉(207.2℃)으로 변화되는 것으로 보인다.
도 6a는 본 기술의 실시예에 따라 가열 루프 및 관련 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605 및 606)을 형성하는 가열 시스템(600)의 예시적인 다이아그램이다. 이러한 가열 루프는 각각의 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605 및 606) 내의 흡착제 베드를 가열하는데 사용될 수 있다. 이 주기 동안, 하나 이상의 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605 및 606)에는 가열 온도 및 가열 압력에 있는 가열 스트림이 제공될 수 있다.
작동을 위해, 가열 루프는 도관(610 및 612)과 같은 도관 및 매니폴드와 함께 연결되어 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605, 및 606)을 통해 유체 유동 경로를 제공하는 저장 탱크(601), 가열 유닛(618) 및 송풍기(616)를 포함할 수 있다. 저장 탱크(601)는 내부 영역을 형성하는 하우징을 갖는 저장 용기일 수 있다. 저장 탱크(601)는 흡착제 베드 유닛으로부터 가열 유체를 수용하고 가열 스트림용 가열 유체의 용적을 수용하고 가열 유체를 가열 유닛(618)에 제공하고, 가열 유체의 일부를 도관(614)을 통해서 연료 가스용으로 제공하도록 구성될 수 있다. 가열 유닛(618)은 저장 탱크(601)로부터 가열 스트림을 수용하여 가열 유체를 가열하도록 구성되는 노 및/또는 열교환기일 수 있어, 가열 유체가 가열 온도에서 각각의 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605, 606)에 제공될 수 있고; 가열 스트림을 송풍기(616)로 출력할 수 있다. 송풍기(616)는 흡착제 베드 유닛을 통해 가열 스트림을 전달할 수 있는 압축기 또는 다른 구성 요소일 수 있다. 송풍기는 가열 스트림의 압력을 증가시키도록 구성되어, 가열 스트림이 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605 및 606)을 통과하기 위해 압력차를 이용할 수 있다.
가열 단계 동안, 가열 스트림은 저장 탱크(601)로부터 가열 유닛(618)으로 통과되어 가열 스트림의 온도를 증가시킨다. 그 다음, 가열된 스트림은 가열 유닛(618)으로부터 가열 스트림의 압력을 증가시키도록 구성된 송풍기(616)로 통과된다. 송풍기(616)로부터, 가열 스트림은 가열 온도에서 도관(610)을 통해 하나 이상의 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605, 606)으로 통과한다. 각각의 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605, 606)으로부터, 스트림은 도관(612)을 통해 저장 탱크(601)에 제공된다.
가열 단계 동안, 가열 스트림은 저장 탱크(601)로부터 가열 유닛(618)으로 통과되어 가열 스트림의 온도를 증가시킨다. 그 다음, 가열된 스트림은 가열 유닛(618)으로부터 가열 스트림의 압력을 증가시키도록 구성된 송풍기(616)로 통과된다. 송풍기(616)로부터 가열 스트림은 도관(610)을 통과하고 가열 온도에서 하나 이상의 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605, 606)에 제공되기 전에 도관(620)을 통해 퍼지 스트림과 조합된다 . 각각의 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605 및 606)으로부터 스트림은 도관(612)을 통해 저장 탱크(601)에 제공된다. 가열 루프에서 질량 균형을 유지하기 위해, 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605, 606)으로부터의 스트림의 일부가 연료 판매용으로 전달된다.
다른 구성에서, 가열 단계는 흡착제 베드 유닛 내의 흡착제 베드의 일부를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가열되는 흡착제 베드 부분은 흡착제 베드의 생성물 단부에서부터 베드 길이의 80%까지, 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 베드 길이의 60%까지 또는 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 베드 길이의 40%까지 감소시킨다. 이러한 구성에서, 전기 가열 유닛은 흡착제 베드에서 금속 기질을 가열하는데 사용될 수 있거나 또는 가열될 흡착제 베드의 특정 부분이 가열 스트림에 의해 가열될 수 있다. 후속 구성에서, 흡착제 베드는 흡착제 베드 길이를 따라 원하는 위치(가열 위치)에서 흡착제 베드 유닛에 갭 또는 파단을 포함할 수 있다. 하나 이상의 밸브가 가열 위치에서 흡착제 베드에 가열 스트림을 도입하고 가열 스트림을 가열 위치로부터 흡착제 베드의 생성물 단부로 가열 스트림을 통과시키는데 사용될 수 있다.
CO2 함량을 갖는 공급 스트림은 20,000ppm 및 5,000ppm의 범위일 수 있지만, 별도의 가열 루프 및 가열 단계는 상술한 바와 같이 가열 루프의 형태로 포함될 수 있다. 그러나, 낮은 CO2 농도에서, 상기 구성은 이중 퍼지 구성인 변형된 가열 루프를 포함할 수 있다. 이러한 구성은 예를 들어, 2,000ppm 미만 또는 400ppm 미만의 낮은 CO2 농도를 갖는 공급 스트림에 유용할 수 있다. 예로서, 가스 공급 스트림은 탄화수소 및 CO2를 포함할 수 있으며, 여기서 CO2 함량은 100 ppm 용적 및 가스 공급 스트림의 약 5 몰% 이하 또는 200 ppm 용적 및 약 2 몰% 이하의 가스 공급 스트림을 포함한다. 가열 단계는 또한, 흡착제 베드로부터 하나 이상의 오염물을 제거함으로써 약간의 추가 퍼지를 제공할 수 있다.
도 6b는 본 기술의 실시예에 따라 관련된 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605, 606)에 대한 이중 퍼지 구성을 제공하는 변형된 가열 루프를 갖는 가열 시스템(650)의 다른 예시적 다이아그램이다. 변형된 가열 루프는 주기에서 상이한 단계로 각각의 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605 및 606) 내의 흡착제 베드를 가열 및 정제하는데 사용될 수 있다.
변형된 가열 루프는 공정에 대한 상이한 변화들로 이중 퍼지를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 공정은 하나 이상의 블로우다운 단계, 둘 이상의 퍼지 단계(예: 가열 단계로 지칭되거나 또는 흡착제 베드를 가열하기 위해 사용될 수 있음) 및 재압축 단계일 수 있다. 특정 예는 도 6b를 참조하여 도시된다. 이 다이아그램(650)에서, 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605, 606)은 주기에서 상이한 단계를 수행한다. 흡착제 베드 유닛(602)은 흡착제 베드 유닛(602)의 흡착제 베드를 통해 도관(652)으로부터 도관(654)으로 공급 스트림을 통과시키는 단계를 포함하는 흡착 단계를 수행하고 있다. 이 단계의 작동은 상술한 바와 같은 이전의 공정과 유사할 수 있다. 블로우다운 단계의 성능은 도관(664)으로 통과되고 그 다음 도관(654)의 스트림과 혼합된 블로우다운 스트림을 갖는 흡착제 베드 유닛(606)에 의해 도시된다. 이어서, 가열 단계는 퍼지 스트림으로 수행될 수 있다. 이 이중 퍼지 구성의 경우, 퍼지 스트림은 최종 퍼지 단계로서 제 1 흡착제 베드를 통과한 후 초기 퍼지 단계로서 제 2 흡착제 베드를 통과한다. 이 이중 퍼지는 퍼지 스트림이 흡착제 베드 유닛(603)을 통해서 도관(656)으로부터 압축기 유닛(658)으로 통과하고 압축된 스트림이 흡착제 베드 유닛(604)의 제 2 흡착제 베드로 통과하기 전에 가열 유닛(660)으로, 그 다음 도관(662)으로 통과된다. 초기 퍼지 스트림인 가열된 재순환된 퍼지 스트림에 의한 가열은 흡착제 베드 유닛(603)과 같은 다른 흡착제 베드의 출구 퍼지 스트림으로부터 공급되고 이전의 흡착제 베드로부터 제거된 CO2를 함유한다. 스트림은 더 높은 압력으로 압축되거나 가열되지 않을 수 있다(예: 압축기 유닛(658) 및 가열 유닛(660)을 우회할 수 있음). 또한, 추가의 열이 필요하면, 스트림이 재순환되거나 추가의 가열 유닛이 퍼지 스트림 내에서 이용될 수 있다. 최종 퍼지 스트림(예: 도 4의 위 공정에서 퍼지 단계와 유사한 LNG 플래시 가스로부터의 깨끗한 메탄 스트림)은 CO2를 소량 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있다. 흡착제 베드 유닛(605)은 유지 단계일 수 있다. 도시되지는 않았지만, 하나의 추가 단계는 흡착제 베드를 사용 또는 흡착 단계에 배치하는 것과 관련된 재압축 단계일 수 있다. 또한, 특정 실시예에서, 퍼지 생성물 스트림은 재순환되거나 다른 흡착제 베드를 위한 퍼지 스트림으로서 사용될 수 있다. 흡착제 베드를 떠나는 가열 루프의 온도는 가열 루프 입구 온도보다 적어도 50℉ 낮다.
도 6c는 초(들) 단위의 시간축(676)에 대한 바아의 압력축(674)을 따라 도시된 압력 반응(672) 및 시간축(676)에 대한 ℉의 온도축(680)을 따라 도시된 온도 반응(678)의 다이아그램(670)이다. 이 다이아그램에서, 반응(672 및 678)은 주기의 상이한 단계에 대해 도시된다. 도 6b의 흡착제 베드 유닛(602, 603, 604, 605 및 606) 중 하나일 수 있는 흡착제 베드 유닛의 예시적인 주기는 흡착 단계 및 재생 단계를 수행하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 재생 단계는 제 1 블로우다운 단계, 제 1 퍼지 단계, 제 2 블로우다운 단계 및 제 2 퍼지 단계를 포함하며, 이들은 200 초의 지속시간을 갖는 주기로 수행된다.
이 주기는 2,000 ppm CO2를 갖는 공급 스트림에 대한 것이다. 이들의 낮은 CO2 농도의 경우, 흡착 단계는 더 적게 흡착되는 CO2로 인하여 더 많은 흡착제 용량으로 인해 더 긴 지속시간 동안 수행될 수 있다. 이러한 구성은 다수의 흡착제 베드 유닛에 대한 것이기 때문에, 2 개의 흡착제 베드 유닛들이 동시에 공급 스트림을 수용할 수 있다. 더 긴 흡착 단계는 흡착제 베드 유닛의 가열 빈도를 감소시킬 수 있으며, 이는 또한, 공급물의 백분율로서의 가열 가스를 감소시킨다. 이중 퍼지 구성에서, 각각의 흡착제 베드 유닛은 고압 퍼지 단계 및 저압 퍼지 단계인 2 개의 퍼지 단계를 거친다. 고압 퍼지 단계를 위한 고압 퍼지 스트림은 저압 퍼지 단계의 출력 퍼지 스트림(예: 배출 가스)으로부터 얻어지므로, 고압 퍼지 스트림은 약 4 몰% CO2를 함유할 수 있는 "더러운(dirty)" 가스로 수행된다. 고압 퍼지 단계는 흡착제 베드를 가열하기 위해 이용된다. 고압 퍼지 단계 후, 흡착제 베드의 압력은 더 감소되어 LNG 플래시 및/또는 BOG 가스로부터 발생하는 저압 "깨끗한" 퍼지를 거친다. 저압 퍼지는 최종 퍼지 스트림으로서 흡착제 베드를 재생한다. 유익하게도, 이중 퍼지 구성에는 추가 히터 또는 압축기를 포함하지 않을 수 있다.
도 7은 본 기술의 실시예에 따라 공급 스트림을 처리하여 액화 천연 가스(LNG) 스트림을 형성하는 시스템(700)의 다른 예시적인 다이아그램이다. 이 시스템(700)에서, 파이프라인 가스 스트림은 흡착제 베드 유닛(406)과 유체 교통하는 탈수 흡착제 베드 유닛(702)과 같은 탈수용 흡착제 베드 유닛을 사용하여 탈수될 수 있으며, 상기 탈수 흡착제 베드 유닛은 CO2의 일부를 제거하도록 구성된다. 흡착제 베드 유닛(702 및 406)은 다양한 스트림을 흡착제 베드 유닛(702 및 406)을 통과시키는 단계를 포함할 수 있는 고속 순환 스윙 흡착 공정을 수행하는데 사용될 수 있다. 이 공정의 일부로서, 가열 루프(410)를 통한 가열 단계가 퍼지 단계와 함께 사용되어서 각각의 흡착제 베드 유닛(702 및 406) 내의 흡착제 베드로부터 오염물을 제거하는데 사용될 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 탈수 흡착제 베드 유닛(702) 및 흡착제 베드 유닛(406)은 각각의 유닛에서의 공정을 수행하기 위한 다수의 유닛을 포함할 수 있다 . 또한, 탈수 흡착제 베드 유닛(702) 및 흡착제 베드 유닛(406)은 각각 상이한 주기로 작동할 수 있으며, 이는 각각의 주기에서 흡착 단계 및 재생 단계를 포함한다. 또한, 특정 설비 또는 유닛은 도 3 및 도 4의 설비 또는 유닛과 유사하므로, 이 시스템(700)에서 설비 및 유닛은 동일한 참조 문자로 참조된다.
이 시스템에서, 공정은 입력 스트림을 수신하고 입력 스트림으로부터 수은을 분리시키는 수은 제거 유닛(302)에서 시작한다. 수은 제거 유닛(302)으로부터의 출력 스트림은 도관(304)을 통해 스트림으로부터 임의의 특정 물질을 제거하도록 구성된 필터 유닛(402)에 제공된다. 필터 유닛(402)으로부터의 출력 스트림은 그 흡착 단계 동안 탈수 흡착제 베드 유닛(702)으로의 공급 스트림이다. 탈수 흡착제 베드 유닛(702)은 도 1 및 도 2에서 상기 언급된 흡착제 베드 유닛 중 하나일 수 있는 하우징 내에 배치된 흡착제 물질을 갖는 하우징을 포함한다. 흡착 단계 동안, 탈수 흡착제 베드 유닛(702)은 스트림으로부터 흡착제 물질로 물을 흡착시키고 스트림의 나머지 부분을 흡착제 물질 및 유닛 밖으로 통과시킴으로써 스트림의 수분 함량을 0.1ppm 미만으로 감소시키도록 구성된다. 탈수 흡착제 베드 유닛(702)으로부터의 탈수된 스트림은 흡착 단계 동안 스윙 흡착제 베드 유닛(406)에 제공되며, 이는 도 4의 논의에서 상술한 것과 유사한 방식으로 처리될 수 있다. 유닛(402, 702 및 406)에서 오염물의 제거 후에, LNG 공급 스트림은 상기 도 4의 설명과 유사한 방식으로 열교환기(312), LNG 처리 유닛(314) 및 연료 가스 압축 유닛(318)에서 LNG 처리된다. 액화 천연 가스 스트림에서 처리 결과는 도관(316)을 통해 제공되고, 플래시 연료 스트림은 연료 가스 압축기 유닛(318)에 제공된다.
이 구성에서, 시스템(700)은 흡착제 베드 유닛(406)을 위한 주기 내의 재생 단계의 일부로서 가열 단계와 결합되는 퍼지 단계를 포함한다. 퍼지 스트림은 연료 가스 압축기 유닛(318)으로부터의 출력에서 형성되고, 이는 도관(408)으로부터의 비등 가스 스트림과 조합될 수 있고 퍼지 가스로서 주기의 퍼지 단계 동안 흡착제 베드 유닛(406)으로 전달될 수 있다. 가열 스트림은 흡착제 베드 유닛(406)으로부터의 출력 스트림의 일부가 저장 유닛(411), 가열 유닛(412) 및 송풍기(414)를 통과하는 가열 루프(410)로 분리될 때 형성되고, 상기 가열 루프는 위의 도 4에 설명된 것과 유사한 방식으로 작동한다. 흡착제 베드 유닛(406)으로부터의 스트림의 나머지 부분과 흡착제 베드 유닛(406)을 통과하여 출력되는 가열된 부분은 결합되어 조절 유닛(704)으로 전달된다. 조절 유닛(704)은 탈수 흡착제 베드 유닛(702)의 재생을 위해 결합된 스트림을 가열하는데 사용될 수 있고 또한, 결합된 스트림의 압력을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 특히, 조절 유닛(704)은 압축기[예: 독립형 압축기 또는 연료 가스 압축기 유닛(318)의 하나의 스테이지)와 결합된 열교환기 또는 노일 수 있다. 조절 유닛(704)으로부터의 출력은 재생 단계를 위해 탈수 흡착제 베드 유닛(702)으로 전달된다. 스트림은 탈수 흡착제 베드 유닛(702)의 흡착제 베드를 가열하여 흡착제 베드로부터 물을 제거한다. 퍼지 단계 동안 탈수 흡착제 베드 유닛(702)으로부터의 출력 스트림은 탈수 흡착제 베드 유닛(702)을 빠져 나와 열교환기 유닛(418)으로 전달된다. 열교환기 유닛(418)은 스트림의 온도를 조절하고, 결과 스트림은 도관(422) 내의 처리 연료 가스 스트림으로서 제공될 수 있다.
도 7은 본 기술의 실시예에 따라 공급 스트림을 처리하여 액화 천연 가스(LNG) 스트림을 형성하는 시스템(800)의 또다른 예시적인 다이아그램이다. 이 시스템(800)에서, 통합 고속 순환 스윙 흡착 공정은 파이프라인 가스 스트림으로부터 CO2를 탈수 및 제거하여 LNG 사양을 따르는 스트림을 형성하는데 사용된다. 특히, 입력 스트림(예: 파이프라인 가스 스트림)은 탈수되고 흡착제 베드 유닛(802)을 사용하여 CO2를 제거할 수 있다. 흡착제 베드 유닛(802)은 여러 스트림들을 흡착제 베드 유닛(802)을 통과시키는 단계를 포함할 수 있는 고속 순환 스윙 흡착 공정을 수행하는데 사용될 수 있다. 이 공정의 일부로서, 가열 루프(410)를 통한 가열 단계가 흡착제 베드 유닛(802) 내의 흡착제 베드로부터 오염물을 제거하기 위한 퍼지 단계와 함께 사용될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 흡착제 베드 유닛(802)은 공정을 수행하기 위한 다수의 유닛을 포함할 수 있다. 또한, 흡착제 베드 유닛(802)은 흡착 단계 및 재생 단계를 포함하는 주기로 작동할 수 있다. 또한, 특정 설비 또는 유닛은 도 3 및 도 4의 설비 또는 유닛과 유사하므로, 이 시스템(800)에서 설비 및 유닛은 동일한 참조 문자에 의해 참조된다.
이 시스템에서, 공정은 입력 스트림을 수신하고 입력 스트림으로부터 수은을 분리시키는 수은 제거 유닛(302) 및 도관(304)을 통해 스트림을 수용하고 임의의 특정 물질을 스트림으로부터 제거하도록 구성된 필터 유닛(402)에서 시작한다. 필터 유닛(402)으로부터의 출력 스트림은 흡착 단계 동안 흡착제 베드 유닛(802)으로의 공급 스트림이다. 흡착제 베드 유닛(802)은 도 1 및 2에서 상기 언급된 흡착제 베드 유닛 중 하나일 수 있는 하우징 내에 배치된 흡착제 물질을 갖는 하우징을 포함한다. 흡착제 베드는 물 및 CO2에 대한 보다 높은 선택성을 갖도록 구성된 흡착제 물질을 포함할 수 있고 및/또는 물 및 CO2에 대한 보다 높은 선택성을 갖는 둘 이상의 흡착제 물질을 포함할 수 있다. 흡착 단계 동안, 흡착제 베드 유닛(802)은 스트림으로부터 흡착제 베드 내로 물을 흡착시킴으로써 스트림의 수분 함량을 물 0.1ppm 미만으로 낮추도록; 스트림으로부터 CO2를 흡착제 베드 내로 흡착시킴으로써 스트림의 CO2 함량을 50ppm 미만으로 낮추도록; 그리고 스트림의 나머지 부분을 흡착제 베드 및 유닛 밖으로 통과시키도록 구성된다. 흡착제 베드 유닛(802)으로부터 오염 제거된 스트림은 상기 도 4의 논의와 유사한 방식으로 작동할 수 있는 열교환기(312), LNG 처리 유닛(314) 및 연료 가스 압축 유닛(318)에 공급되는 LNG 공급 스트림으로서 제공된다. 액화 천연 가스 스트림에서의 처리 결과는 도관(316)을 통해 제공되고, 플래시 연료 스트림은 연료 가스 압축기 유닛(318)에 제공된다.
이 구성에서, 시스템(800)은 흡착제 베드 유닛(802)에 대한 주기 내의 재생 단계의 일부로서 가열 단계와 결합되는 퍼지 단계를 포함한다. 퍼지 스트림은 연료 가스 압축기 유닛(318)로부터의 출력으로부터 형성되고, 이는 도관(408)으로부터의 비등 가스 스트림과 조합될 수 있고 퍼지 가스로서 주기의 퍼지 단계 동안 흡착제 베드 유닛(802)으로 전달될 수 있다. 가열 스트림은 흡착제 베드 유닛(802)으로부터의 출력 스트림의 일부가 위의 도 4에 설명된 것과 유사한 방식으로 작동하는 저장 유닛(411), 가열 유닛(412) 및 송풍기(414)를 통과하는 가열 루프(410)로 분리될 때 형성된다. 흡착제 베드 유닛(802)으로부터의 스트림의 나머지 부분과 흡착제 베드 유닛(802)을 통과하여 출력되는 가열된 부분은 결합되어 열교환기 유닛(418)으로 전달된다. 열교환기 유닛(418)은 스트림의 온도를 조절하고 결과적 스트림은 도관(422) 내의 처리 연료 가스 스트림으로서 제공될 수 있다.
하나 이상의 실시예들에 있어서, 상기 물질은 비-흡착제 지지부 상에서 지지되는 흡착제 물질을 포함할 수 있다. 흡착제 물질들은 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. 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 방법은 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; 가열 단계를 수행하는 단계로서, 상기 가열 단계는 흡착제 베드의 공급 단부 및 흡착제 베드의 생성물 단부 사이의 온도차를 형성하기 위하여 흡착제 베드 유닛의 온도를 증가시키는, 상기 가열 단계를 수행하는 단계; 그리고 퍼지 단계를 수행하는 단계로서, 상기 퍼지 단계는 상기 흡착제 베드 유닛 내의 압력을 감소시키는, 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, RCTSA를 사용할 때, 총 주기 시간은 일반적으로 600초 미만, 바람직하게는 180초 미만, 보다 바람직하게는 90초 미만, 및 더욱 더 바람직하게는 60초 미만이다. 다른 실시예에서, 고속 순환 스윙 흡착 공정은 총 주기 시간이 600초 미만, 바람직하게는 180초 미만, 보다 바람직하게는 90초 미만, 보다 더 바람직하게는 60초 미만일 수 있다.
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 (27)

  1. 가스 공급 스트림으로부터 오염물을 제거하는 공정으로서,
    a) 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 흡착 단계 각각은 가스 공급 스트림을 흡착제 베드를 갖는 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 유닛 내의 압력은 각각의 연속 감압 단계에 따라 미리 결정된 양만큼 감소되는, 상기 하나 이상의 감압 단계를 수행하는 단계;
    c) 가열 단계를 수행하는 단계로서, 상기 가열 단계는 가열 스트림을 가열 온도에서 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 가열 스트림은 상기 가스 공급 스트림의 방향에 대해 반대 방향으로 통과하고 상기 가열 온도는 500℉(260℃) 미만인, 상기 가열 단계를 수행하는 단계;
    d) 퍼지 단계를 수행하는 단계로서, 상기 퍼지 단계는 퍼지 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 퍼지 스트림은 상기 가스 공급 스트림의 방향에 대해 반대 방향으로 통과하고 상기 퍼지 단계의 종료시에 50℉와 400℉ 사이의 범위에 온도차가 존재하고, 상기 온도차는 상기 흡착제 베드의 공급 단부와 상기 흡착제 베드의 생성물 단부 사이의 온도차인, 상기 퍼지 단계를 수행하는 단계; 및
    e) 적어도 하나의 추가 주기 동안 상기 a) 내지 d) 단계들을 반복하는 단계로서, 상기 주기 지속시간은 1 초보다 길고 600 초보다 작은 기간인, 상기 a) 내지 d) 단계들을 반복하는 단계;를 포함하고,
    또한, 상기 생성물 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛으로부터 액화 천연 가스(LNG) 처리 유닛으로 통과시키는 단계; 및
    플래시 연료 스트림을 상기 LNG 처리 유닛으로부터 분리시켜서 상기 퍼지 스트림의 적어도 일부로서 사용되게 하는 단계;를 추가로 포함하는, 오염물을 제거하는 공정.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도차는 125℉ 내지 350℉ 범위인, 오염물을 제거하는 공정.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 온도차는 175℉ 내지 300℉ 범위인, 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 부피에 기초하여 1 부피% 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 CO2를 포함하며, 상기 CO2 함량은 100 ppm 부피 및 상기 가스 공급 스트림의 5 부피% 이하의 범위인, 오염물을 제거하는 공정.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착제 베드 유닛은 이산화탄소(CO2) 수준을 50ppm 미만으로 낮추도록 구성되는, 오염물을 제거하는 공정.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 공급 스트림은 50 bara(bar absolute) 내지 150 bara 범위의 공급 압력 및 -40℉ 내지 200℉ 범위의 공급 온도로 제공되는, 오염물을 제거하는 공정.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 스트림을 통과시키는 단계는 상기 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 상기 베드 길이의 40%까지의 상기 흡착제 베드의 일부를 상기 가열 온도의 10% 이내로 가열하는 단계를 포함하는, 오염물을 제거하는 공정.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 스트림을 통과시키는 단계는 상기 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 상기 베드 길이의 10%까지의 상기 흡착제 베드의 일부를 상기 가열 온도와 상기 온도차 사이의 온도 차이로 가열하는 단계를 포함하는, 오염물을 제거하는 공정.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    입력 스트림을 탈수 흡착 유닛으로 통과시키는 단계;
    흡착 단계 동안 H2O의 일부를 상기 입력 스트림으로부터 흡착시키는 단계로서, 상기 입력 스트림의 나머지 부분은 상기 가스 공급 스트림인, 상기 흡착 단계; 및
    재생 단계 동안 상기 H2O의 일부를 상기 탈수 흡착 유닛으로부터 멀리 안내하는 단계;를 추가로 포함하는, 오염물을 제거하는 공정.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 액화 천연 가스(LNG) 처리 유닛으로부터의 상기 플래시 연료 스트림을 비등 가스 스트림과 조합하여 상기 퍼지 스트림을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 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 가열 스트림을 상기 가열 온도에서 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키는 단계는 상기 가열 스트림을 가열 루프를 경유하여 상기 흡착제 베드를 통해 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 오염물을 제거하는 공정.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 가열 스트림을 상기 가열 온도에서 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키기 전에 상기 가열 스트림을 가열 유닛으로 통과시켜서 상기 가열 스트림의 온도를 증가시키는 단계를 추가로 포함하는, 오염물을 제거하는 공정.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 가열 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키기 전에 상기 가열 스트림을 송풍기로부터 상기 가열 유닛으로 통과시켜서 상기 가열 스트림의 압력을 증가시키는 단계를 추가로 포함하는, 오염물을 제거하는 공정.
  17. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼지 단계 이전에 제 2 퍼지 단계를 수행하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 퍼지 단계는 제 2 퍼지 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시켜서 상기 흡착제 베드 유닛으로부터 오염물을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 퍼지 스트림은 다른 흡착제 베드 유닛으로부터의 출력 퍼지 생성물 스트림인, 오염물을 제거하는 공정.
  18. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 스트림을 상기 가열 온도에서 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키는 단계는 출력 퍼지 스트림을 다른 흡착제 베드 유닛으로부터 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 오염물을 제거하는 공정.
  19. 가스 공급 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 시스템으로서,
    가스 공급 스트림으로부터 오염물을 분리시키고 생성물 스트림을 출력하도록 구성되는 흡착제 베드 유닛으로서, 상기 흡착제 베드 유닛은 흡착제 베드를 포함하는, 상기 흡착제 베드 유닛;
    상기 흡착제 베드 유닛과 유체 교통하고, 상기 생성물 스트림을 수용하고 상기 생성물 스트림을 최종 생성물 스트림과 플래시 연료 스트림으로 분리시키도록 구성되는 액화 천연 가스(LNG) 처리 유닛;
    상기 액화 천연 가스(LNG) 처리 유닛과 유체 교통하고, 퍼지 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛에 제공하도록 구성되는 하나 이상의 퍼지 유닛으로서, 상기 퍼지 스트림은 상기 생성물 스트림의 일부, 상기 플래시 연료 스트림 및 이들의 임의의 조합 중 하나로부터 제공되는, 상기 하나 이상의 퍼지 유닛; 및
    상기 흡착제 베드 유닛과 유체 교통하는 가열 기구;를 포함하고
    상기 가열 기구는:
    가열 스트림을 가열 온도에서 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키되, 상기 가열 스트림은 50℉와 400℉ 사이의 온도차를 생성하도록 구성되고, 상기 온도차는 상기 흡착제 베드의 공급 단부와 상기 흡착제 베드의 생성물 단부 사이의 온도차가 되도록; 그리고
    상기 가열 스트림의 일부를 상기 흡착제 베드 유닛을 통과하는 상기 퍼지 스트림과 조합시키도록 구성되는, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 흡착제 베드 유닛과 유체 교통하고 입력 스트림을 수용하여 상기 가스 공급 스트림을 형성하도록 구성되는 탈수 흡착 유닛을 추가로 포함하고, 상기 탈수 흡착 유닛은 흡착 단계 동안 상기 입력 스트림으로부터 H2O의 일부를 흡착하도록 구성되고, 상기 입력 스트림의 나머지 부분은 상기 가스 공급 스트림이고; 또한 상기 탈수 흡착 유닛은 재생 단계 동안 상기 H2O의 일부를 상기 탈수 흡착 유닛으로부터 멀리 안내하도록 구성되는, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 탈수 흡착 유닛은 몰레큘러 시브(molecular sieve) 흡착 유닛인, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 탈수 흡착 유닛은 고속 순환 서멀 스윙 흡착 공정을 수행하도록 구성되는 흡착제 베드 유닛인, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  23. 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 기구는 상기 가열 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키기 전에 상기 가열 스트림을 가열하도록 구성되는 가열 유닛을 포함하는 가열 루프인, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 가열 루프는 상기 가열 유닛과 유체 교통하고 상기 가열 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키기 전에 상기 가열 스트림의 압력을 증가시키도록 구성되는 송풍기를 포함하는, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  25. 제 19 항에 있어서, 상기 가스 공급 스트림으로부터 오염물을 분리시키고 상기 생성물 스트림을 출력하도록 구성되는 제 2 흡착제 베드 유닛을 추가로 포함하며, 상기 제 2 흡착제 베드 유닛은 제 2 흡착제 베드를 포함하고, 상기 제 2 흡착제 베드 유닛은 상기 제 2 흡착제 베드 유닛으로부터 상기 가열 스트림으로서 출력 퍼지 스트림을 통과시키도록 구성되는, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  26. 제 19 항에 있어서, 상기 가열 기구는 퍼지 생성물 스트림을 제 2 흡착제 베드 유닛으로부터 상기 흡착제 베드 유닛을 통해 통과시키도록 구성되는 하나 이상의 도관 및 밸브를 포함하는, 오염물을 제거하기 위한 시스템.
  27. 제 19 항 내지 제 22 항, 제 25 항 및 제 26 항 중 어느 한 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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