结合的快速循环的变温和变压吸附方法及其相关的装置和系统与流程

相关申请的交叉参考

本申请要求于2015年9月2日提交的题目为"结合的变压和变温吸附方法及其相关的装置和系统"的美国临时申请no.62/213,270的权益，其整体通过参考引入本文。

另外，注意到本申请涉及2015年9月2日提交的题目为"变动吸附方法及其相关的装置与系统"的美国临时申请no.62/213,262；2015年9月2日提交的题目为"变动吸附方法及其相关的装置和系统"的美国临时申请no.62/213,267；2015年9月2日提交的题目为"变动吸附方法及其相关的装置和系统"的美国临时申请no.62/213,273。

本发明的技术涉及与结合的变温吸附(tsa)和变压吸附(psa)方法有关的系统。特别地，该系统包括结合的tsa和psa方法以供处理管线品质的天然气成液化天然气(lng)技术规格(specification)。

背景技术：

气体分离在许多工业中是重要的，并且典型地可通过引导气体的混合物经过优先吸附一种或多种气体组分而不是吸附一种或多种其他气体组分的吸附剂材料来实现。未吸附的组分作为单独的产品回收。

一类特别的气体分离技术是变动吸附，例如变温吸附(tsa)，变压吸附(psa)，变分压吸附(ppsa)，快速循环的变温吸附(rctsa)，快速循环的变压吸附(rcpsa)，快速循环的变分压吸附(rcppsa)，且不限于而且是前面提及的工艺，例如变温和变压吸附的组合。作为一个实例，psa方法依赖于当气体处于压力下时，气体更加容易吸附在吸附剂材料的孔结构或自由体积内的现象。也就是说，气体压力越高，容易吸附的气体吸附量越大。当减压时，所吸附的组分从吸附剂材料中释放或解吸。

可使用变动吸附方法(例如，psa和/或tsa)，分离气体混合物中的气体，因为不同气体倾向于填充吸附剂材料的微孔到不同程度。例如，若气体混合物，例如天然气，在压力下经过含吸附剂材料的容器，所述吸附剂材料对二氧化碳比对甲烷更具选择性，则至少一部分二氧化碳被吸附剂材料选择性吸附，并且离开容器的气体富含甲烷。当吸附剂材料到达其吸附二氧化碳的能力的极限时，其通过降低压力从而释放吸附的二氧化碳进行再生。然后，在启动另一吸附循环之前，吸附剂材料典型地被吹扫和再增压。

变动吸附方法典型地牵涉吸附床单元，所述吸附床单元包括吸附床，所述吸附床布置在外壳内且被构造为在该单元内维持流体在一个循环中不同步骤用的各种压力下。这些吸附床在床结构中利用不同的填充(packing)材料。例如，吸附床利用格子砖、卵石床或其他可获得的填充材料。作为改进，一些吸附床单元在床结构内可利用工程填充材料。工程填充材料可包括以具体构造，例如蜂窝，或陶瓷形式等提供的材料。

进一步地，各种吸附床单元可与导管和阀门一起结合，管理流体通过该循环的流动。精心策划这些吸附床单元牵涉对于每一吸附床单元来说，该循环中的步骤与该系统中其他吸附床单元的配合。完整的循环可从数秒变化到数分钟，当它经过一个或多个吸附床单元转移多种气体物流时。

使用常规方法处理含有co2的含烃物流，制备用于lng技术规格的物流。例如，典型的lng技术规格要求co2含量小于50份/百万摩尔(ppm)。在典型的管线网络内，这一苛刻的技术规格没有应用到天然气物流上。例如，在管线物流内管线气体的co2含量可以高达2％体积。正因为如此，对于使用管线气体作为初始进料的lng设施来说，额外的处理步骤可能是必须的。对于含有小于数百ppmco2的气体来说，可使用常规的变压或变温吸附方法。然而，当气体物流内的co2含量增加时，这一方法变得经济上不可行。对于含有较高量co2的气体来说，常常使用胺-溶剂基分离系统。这种胺-溶剂基分离系统具有大的占地(footprint)和重量，且牵涉大的投资成本。另外，这些系统牵涉使用溶剂，所述溶剂必须作为该方法的一部分补充。此外，该方法要求大的分子筛单元使胺分离系统下游的气体脱水，因为该气体处于水饱和状况下。

遗憾的是，加工lng物流的常规方法具有一些局限性。在采用lng操作的情况下，常规系统的尺寸与重量可能成问题，它进一步复配(compound)漂浮设施。常规系统的过大重量和占地增加漂浮设施的复杂性并增加设施的尺寸。此外，额外的尺寸和复杂性增加资金投资成本以及漂浮设施的操作成本。进一步地，作为使用要求频繁补充溶剂或其他这种材料的常规方法，操作成本和复杂性增加。若漂浮设施位置遥远且难以接近和再补给，则进一步复配(compound)这一方面。

因此，在工业上仍然需要提供对在lng系统内加工进料物流改进的装置，方法和系统。进一步地，仍然需要设施的成本、尺寸和重量减少以供在液化之前处理管线品质的物流，该物流可被提供到必须符合lng技术规格的lng系统中。

发明概述

在一个或多个实施方案中，本发明的技术包括从气态进料物流中除去污染物的方法，该方法包括：a)进行一个或多个吸附步骤，其中一个或多个吸附步骤中的每一个包括使气态进料物流经过具有吸附床的吸附床单元，将一种或多种污染物从气态进料物流中分离，形成产物物流；b)进行一个或多个减压步骤，其中采用每一接续的减压步骤，使在吸附床单元内的压力下降预定量；c)进行加热步骤，其中加热步骤包括在加热温度下使加热物流流动到吸附床单元内，其中相对于进料物流的方向，加热物流以逆流方向流动且加热温度小于500°f(260℃)(例如，它可以加热仅仅床的一部分)；d)进行吹扫步骤，其中吹扫步骤包括使吹扫物流流动到吸附床单元内，其中吹扫物流相对于进料物流的方向以逆流方向流动，和其中在吹扫步骤最后，存在范围为50°f(27.8℃)至400°f(222.2℃)(或范围为100°f(55.6℃)至400°f(222.2℃))的温差，其中该温差是在吸附床的进料端和吸附床的产物端之间的温度差值；和e)重复步骤a)至d)至少一个额外的循环，其中该循环的持续时间是大于1秒并小于600秒的时间段。该温差范围为125°f(69.4℃)至350°f(194.4℃)或范围为175°f(97.2℃)至300°f(166.7℃)。

在再一个实施方案中，描述了从气态进料物流中除去污染物的系统。该系统包括：吸附床单元，液化天然气加工单元，一个或多个吹扫单元和加热机构。构造吸附床单元，将污染物从气态进料物流中分离，并输出产物物流，其中吸附床单元包括吸附床，而液化天然气加工单元与吸附床单元流体连通且被构造为接收产物物流并将产物物流分离成最终的产物物流和闪蒸燃料物流。一个或多个吹扫单元与液化天然气加工单元流体连通，且被构造为提供吹扫物流到吸附床单元中，其中由一部分产物物流，闪蒸燃料物流，沸腾出的气体物流及其任何组合之一提供吹扫物流。加热机构与吸附床单元流体连通且被构造为：在加热温度下使加热物流流动到吸附床单元内，其中构造加热物流以产生范围为50°f(27.8℃)至400°f(222.2℃)的温差，其中该温差是吸附床的进料端和吸附床的产物端之间的温度差值；和结合一部分加热物流与经过吸附床单元的吹扫物流。加热机构可以是加热回路。一个或多个吹扫单元可包括为压缩闪蒸燃料物流，沸腾出的气体物流及其任何组合之一而构造的一个或多个压缩机。

附图简述

一旦回顾了实施方案的非限制性实施例的下述详细说明和附图，本发明公开内容的前述和其他优点将变得显而易见。

图1是根据本发明技术的一个实施方案，具有6个吸附床单元和互连管道的变动吸附系统的三维视图。

图2是根据本发明技术的一个实施方案，具有相关阀门组件和岐管的一部分吸附床单元的示意图。

图3是处理进料物流，形成液化天然气(lng)物流的常规系统的示意图。

图4是根据本发明技术的一个实施方案，处理进料物流，形成lng物流的系统的例举示意图。

图5a，5b，5c，5d和5e是根据本发明技术的一个实施方案，与图4中构造有关的例举示意图。

图6a，6b和6c是根据本发明技术的一个实施方案，与加热回路有关并与吸附床单元有关的例举示意图。

图7是根据本发明技术的一个实施方案，处理进料物流形成lng物流的另一个例举示意图。

图8是根据本发明技术的一个实施方案，处理进料物流形成lng物流的再一个例举示意图。

发明详述

除非另外说明，本文使用的所有技术和科技术语具有如本发明公开内容所属领域普通技术人员通常理解的意思。除非上下文清楚地另外指出，单数"一个(a、an)"和"所述"包括复数指代物。类似地，除非上下文清楚地另外指出，词汇"或"意欲包括"和"。术语"包括"意思是"包含"。本文提到的所有专利和出版物通过参考以它们的整体引入本文，除非另外指出。在术语或短语的含义冲突的情况下，本发明说明书，包括术语的解释占主导。方向术语，比如"上"、"下"、"顶"、"底"、"前"、"后"、"垂直"和"水平"本文用于表达和澄清各种要素之间的关系。应理解这类术语不代表绝对方位(例如，"垂直"组件通过旋转装置可变成水平)。本文引用的材料、方法和实例仅仅是说明性的而不意欲是限制性的。

本文中所使用的"物流"是指通过各种设备导引的流体(例如，固体，液体和/或气体)。该设备可包括导管，容器，岐管，单元或其他合适的装置。

本文中所使用的体积百分比基于标准状况。可归一化方法的标准状况到0℃(例如，32°f)的温度和100千帕(kpa)(1巴)的绝对压力。

本文中所使用的"导管"是指形成某些东西经其传输的通道的管状元件。导管可包括一个或多个的管道，岐管，管状物(tube)或类似物。

可使用本发明技术所提供的方法，装置与系统，从进料物流，例如含烃物流中除去污染物(co2，h2o，和h2s)。可理解且如上所述，含烃进料物流可具有不同的组成。例如，烃进料物流中酸气体的含量宽泛地变化，例如从几份/百万份酸气体到90体积％(vol.％)酸气体。来自例举的气体储藏资源的酸气体浓度的非限制性实例包括大致下述浓度：(a)4ppm的h2s，2vol.％的co2，100ppm的h2o，(b)4ppm的h2s，0.5vol.％的co2，200ppm的h2o，(c)1vol.％的h2s，2vol.％的co2，150ppm的h2o，(d)4ppm的h2s，2vol.％的co2，500ppm的h2o，和(e)1vol.％的h2s，5vol.％的co2，500ppm的h2o。此外，在某些应用中，含烃物流可主要包括烃以及具体量的co2和/或水。例如，含烃物流可具有大于0.00005体积％的co2，基于气态进料物流的总体积，和小于2体积％的co2，基于气态进料物流的总体积；或小于10体积％的co2，基于气态进料物流的总体积。当必须满足某些技术规格时，加工进料物流可能更加具有问题。因此，本发明的技术提供为提高污染物从进料物流中分离，形成符合lng技术规格的液化天然气物流(lng)而采用的构造与方法。例如，用于液化天然气(lng)应用的天然气进料物流对co2含量具有苛刻的技术规格，以确保在低温下避免形成固体co2。lng技术规格可牵涉小于或等于50ppm的co2含量。这一技术规格没有应用到管线网络内的天然气物流上，后者可牵涉最多2vol.％的co2含量，基于气态进料物流的总体积。正因为如此，对于利用管线气体(例如天然气)作为初始进料的lng设施来说，使用额外的处理或加工步骤，以进一步纯化该物流。进一步地，可使用本发明的技术降低物流中的水含量到小于0.1ppm。

产物物流(它可以是lng进料物流)可具有大于98体积％烃，基于产物物流的总体积，同时co2和水含量低于某一阈值。lng技术规格可牵涉co2含量小于或等于100ppm，或优选小于或等于50ppm，同时物流中的水含量可以小于0.1ppm。

在某些实施方案中，该系统利用结合的变动吸附方法，其结合tsa和psa以供处理管线品质的天然气，去除污染物，使物流满足lng技术规格。该方法利用吸附床单元(例如，各自具有平行通道的吸附床)，其中使用在加热温度下的加热回路和在吹扫温度下的吹扫物流以供热辅助的分压解吸，使吸附床单元部分解压并加热。然后，在该循环的吸附步骤期间，使用进料物流，冷却吸附床。特别地，使用快速循环变动吸附方法，处理在管线技术规格下的天然气(例如，主要为烃以及小于或等于2mol％的co2和/或小于或等于4ppm的h2s的进料物流)，形成满足lng技术规格的物流(例如小于100ppm或甚至50ppm的co2和小于约4ppm的h2s)。作为实例，气态进料物流可包括烃和co2，其中co2含量范围为100份/百万体积份且小于或等于约5mol％气态进料物流或范围为200份/百万体积份且小于或等于约2mol％气态进料物流。加热步骤也可通过从吸附床中除去一种或多种污染物，提供一些额外的吹扫。

与常规的胺-溶剂基分离系统相比，本发明的技术提供各种改进。本发明的技术可牵涉进行快速循环的变动吸附(例如，在数分钟内而不是数小时内进行循环)和/或可牵涉使用敞开的平行通道吸附床结构，该结构提供在减少的压降下较高的气体流动机构(例如，在加热和吸附步骤期间提供更加快速的流动)，以提供处理较高水平co2的灵活性。进一步地，吸附床单元可以更加紧凑，因为使用快速循环变动吸附方法。结果，与常规的胺-溶剂基分离系统相比，该构造可减少占地并降低资金投资。因此可以采用更加经济的方式且在与常规的分子筛单元可提供的相比，在更小占地和更小重量下，降低较高的co2浓度到lng目标技术规格。

进一步地，与常规的tsa吸附系统相比，本发明的技术可提供各种改进。例如，本发明技术的改进之一是，它可延伸用于这种气体处理的吸附剂基变温和/或变压吸附工艺的经济上可行的操作包(envelope)。特别地，本发明的技术可延伸到比通过常规tsa吸附系统可处理的更高的co2浓度水平。确实，本发明的技术提供解决常规系统的大尺寸和差经济性的系统。

在一个或多个实施方案中，本发明的技术提供快速循环的变温和变压吸附的独特结合，以提供必需的分离。例如，在吸附或进料步骤中，管线品质的进料气体可作为进料物流引入到含有为优先吸附co2而选择的吸附剂材料的吸附床内。然后，离开吸附床的气体物流(它是产物物流)在lng技术规格下(例如含有小于100ppm的co2或小于50ppm的co2)。当吸附床接近饱和时，进料物流被中断且转向到不同的吸附床中，和当前的吸附床在再生步骤中再生。再生步骤可包括一个或多个减压步骤，例如一个或多个吹扫步骤和/或一个或多个泄料(blowdown)步骤，其中在吸附床的外壳内的压力下降以供每一后续的步骤。再生步骤导致在吸附步骤期间与co2共吸附的一些甲烷气体的解吸。泄料的输出物流典型地具有高纯度且可压缩，以与处于lng技术规格的产物物流混合。或者，若在这一物流内存在较高量co2，则它可被压缩以与进料物流混合。

接下来，在较低压力下对吸附床进行加热步骤。这一加热步骤代表变分压吸附和变温吸附的结合，以促进吸附床的再生。可按照若干方式提供加热步骤，例如在吸附床内电加热金属基底，使加热物流流过吸附床和/或来自气密密封的加热流体的对流加热。当在低压下进行加热步骤时，在这一物流内co2的浓度应当下降，因为它在吸附床内分布。在某些实施方案中，加热步骤可牵涉混合出口吹扫物流(例如吹扫物流的产物)与加热回路物流，然后导引开结合的物理用于燃料。或者，可在高压和高温下，采用主要co2的物流，进行加热回路。在这一构造中，可在常压下进行泄料步骤且泄料物流被导引开用于燃料(非产物)，然后可吹扫吸附床。然而，优选的循环可牵涉加热物流内co2的量(例如到小于约20mol％)。

在某些方面中，进一步如下所述，本发明的技术可牵涉使用高温加热回路，加热吸附床以供结合的变动吸附方法，所述工艺在加热温度和加热压力下进行。加热温度可以小于500°f(260℃)，小于450°f(232.2℃)，或者可以小于400°f(204.4℃)，且可以是进料温度的大于100°f(55.6℃)，进料温度的大于150°f(83.3℃)，或者进料温度的大于200°f(111.1℃)。加热压力范围可以是0.01bara至100bara，1bara至80bara，或2bara至50bara。加热回路可以包括导管和岐管，其提供加热物流经过储存罐，加热单元(炉子和/或换热器)，与一个或多个吸附床流体连通的鼓风机或压缩机的流体路径。加热物流可主要含有甲烷(例如，加热物流)以及co2或其他污染物。当加热吸附床时，在吸附床内吸附的至少一部分co2被释放，并与加热物流混合且从吸附床导引离开进入到加热回路的流体内。这一步骤除去在吸附床内吸附的显著量co2，在一些应用中，可以是最多85mol％全部吸附的co2。进一步地，较低的加热压力还提高从吸附床中除去co2。

加热步骤可以没有加热吸附床的全部长度，以最小化任何污染物透过(breakthrough)。由于吸附床通过某些物流和反应冷却，因此温差可便于在进料端部处(例如在冷却的吸附床的前部)形成吸附波，然后在进料方向上沿着吸附床移动。当在吸附床之前(例如靠近进料端部)形成吸附前沿(adsorptionfront)时，在行进到该点的吸附前沿之前，通过进料冷却吸附床其余部分。这提供在起始几秒左右的进料中，生产lng品质气体的工艺的机构。例如，可构造加热步骤，在吸附床的进料端和产物端之间导致温差。温差是吸附床的进料端和吸附床的产物端之间的温度差值，这可通过从吸附床的进料端处的温度减去吸附床的产物端处的温度来计算。该温度可以是通过热电偶或其他温度测量设备测量的温度。进料端或进料侧是进料物流最初进入的吸附床端部，而产物端是与进料端相对且其中进料物流离开吸附床的吸附床部分。温差范围可以是50°f(27.8℃)至400°f(222.2℃)，范围可以是100°f(55.6℃)至400°f(222.2℃)，范围可以是125°f(69.4℃)至350°f(194.4℃)，或范围可以是175°f(97.2℃)至300°f(166.7℃)。可利用温差，使进料物流从进料端进入吸附床并在暴露于吸附床的较高温度部分之前除去污染物(例如co2和/或水)。吸附床的较低温度部分可以称为加热进料区，处于加热温度的吸附床部分可称为加热产物区，和从加热进料区过渡到加热产物区的吸附床部分(例如，这些区域之间的温差增加的加热前沿部分)可称为加热前沿区。当进行加热步骤且加热步骤最后是最大加热产物区和最小加热进料区时，这些不同区域可以变化。加热进料区可以是从吸附床的进料端到2％床长度，从吸附床的进料端到5％床长度，从吸附床的进料端到10％床长度，或者从吸附床的进料端到20％床长度的吸附床的具体部分。加热产物区可以是从吸附床的产物端到60％床长度，从吸附床的产物端到55％床长度，或者从吸附床的产物端到50％床长度的吸附床的具体部分。进一步地，加热步骤可包括加热从吸附床产物端到的吸附床部分到围绕加热温度的某一范围内(例如，加热温度的10％和/或加热温度的5％以内)。冷却前沿的移动在吸附步骤期间朝向产物端，和在加热步骤期间朝向进料端。

接下来，用在吹扫温度和吹扫压力下提供的吹扫物流吹扫吸附床。吹扫物流可以是高纯甲烷物流，它可由下游的加工设备提供。例如，吹扫物流可以是源自于lng液化工艺的闪蒸燃料气体，它通常是纯化的物流(例如，主要是甲烷，但可包括小于40％的氮气)。可使用这一吹扫物流，除去在吸附床内吸附的至少一部分残留的co2，进而完成吸附床的再生。离开吸附床的吹扫输出物流可与加热回路内的加热物流混合。来自这一加热回路的燃料物流可以从这一加热回路中引出，以维持质量平衡，并从加热物流和工艺中除去一部分co2。

进一步地，本发明的技术可能不除去在再生步骤期间在床内吸附的所有co2，但除去一部分co2，使得吸附床的产物端具有足够低的co2负载，以提供具有小于50ppm的co2的产物物流。因此，吸附床的产物端可以维持几乎不含co2(例如，对于靠近产物端的区域来说，co2负载小于1毫摩尔/克(mmol/g)，小于0.5mmol/g或小于0.1mmol/g)。在吹扫步骤期间，在吸附床的进料侧上co2的负载水平可以较低，但在吹扫步骤期间，含有co2的吸附床的长度减少。例如，进料区可以是从吸附床的进料端到10％床长度，从吸附床的进料端到25％床长度，或从吸附床的进料端到40％床长度的吸附床的具体部分。产品区可以是从吸附床的产物端到10％床长度，从吸附床的产物端到25％床长或从吸附床的产物端到40％床长度的吸附床的具体部分。在吹扫步骤期间向后和在吸附步骤期间向前的co2前沿的移动是该工艺的变动能力的基础。这部分通过在吹扫物流内使用有限的成本合算品质的吹扫气体连同在这一工艺和构造中吸附床的加热来实现。

随后，将吸附床再增压回到进料压力，并重复该循环。可在没有冷却回路情况下使用吸附床的再增压。吹扫步骤和加热步骤可加热吸附床，且可使用吸附步骤，冷却吸附床，这将通过省去单独冷却回路的需求，来提高系统的效率。

本发明的技术可牵涉使用在类似循环上操作的两个或更多个吸附床，所述类似循环进行该循环的不同步骤(例如，彼此不同步)，以维持各种物流(例如，进料物流，产物物流，加热物流和吹扫物流)的流体的稳态流动。

进一步地，在其他实施方案中，可改变不同物流的压力。例如，进料物流可牵涉范围为40巴绝对压力(bara)至150bara，50bara至150bara，或优选50bara至100bara的进料压力，但并不必然限于这一范围。进料温度范围可以是-40°f(-40℃)至200°f(93.3℃)，范围为0°f(-17.8℃)至200°f(93.3℃)，范围为20°f(-6.7℃)至175°f(79.4℃)，或范围为40°f(4.4℃)至150°f(65.6℃)。泄料压力，加热压力和吹扫压力可随该循环而调节，可取决于所使用的吸附剂材料和/或范围可以从真空到进料压力。例如，若吸附剂材料是沸石4a，则泄料压力范围可以是0.01bara至45bara，或更优选范围为1bara至25bara。这一实例可取决于co2的进料浓度。此外，在其他实施方案中，可调节减压步骤，使得分阶段实现压力变动，以改变每一步骤期间甲烷的解吸量，如果有的话。另外，可在各自的步骤中，在与吹扫压力或泄料压力不同的压力下操作加热回路内的加热压力。此外，某些实施方案可包括没有压力变动，但可依赖于温度变动以供再生步骤。类似地，在其他实施方案中，没有进行温度变动，且可通过压力变动进行再生步骤。

在再一个其他实施方案中，本发明的技术可与其他工艺，例如控制冷冻区(cfz)应用，低温天然气液体(ngl)回收应用，和其他这种应用一体化。这些不同应用的每一种可包括在各自工艺中不同技术规格的进料物流。例如，可使用本发明技术的变量，处理与lng技术规格或者管线技术规格相比，含较高或较低量co2的气体。

此外，在某些实施方案中，可使用上述工艺，从进料物流中分离任何两种或更多种污染物(例如处理进料物流(它可以是管线品质气体)到lng技术规格)。例如，若进料物流包括从物流中除去水的额外的设备(例如，脱水吸附单元，例如分子筛吸附单元和/或脱水吸附床单元)，且可与本发明的技术一体化，进一步加工该物流。例如，可在吸附床单元内除去co2的上游，通过脱水设备，例如分子筛或变动吸附方法(例如rcpsa和/或rctsa)，进行脱水工艺。特别地，可使用分子筛单元或第一吸附床单元，除去水，同时可使用第二吸附床单元，除去co2。或者，在另一构造中，可使用一体化的快速循环吸附系统，除去多种污染物(例如水和co2)。可使用合适的吸附剂材料或吸附剂层，提供脱水，所述吸附剂材料或吸附剂层可以与在除去其他污染物，例如co2中所使用的吸附剂材料相同或不同。

而且，本发明的技术可包括具体的工艺流体以除去污染物，例如co2和/或水。例如，该工艺可包括吸附步骤和再生步骤，它们形成循环。吸附步骤可包括使气态进料物流在进料压力和进料温度下经过吸附床单元，将一种或多种污染物从气态进料物流中分离，形成产物物流。进料物流可以以正向(例如从吸附床的进料端到吸附床的产物端)流经吸附床。然后，对于再生步骤来说，可中断气态进料物流的流动。再生步骤可包括一个或多个减压步骤，一个或多个加热步骤和一个或多个吹扫步骤。减压步骤可以是或者包括泄料步骤，它可包括对于每一接续的减压步骤(它可以是单一步骤和/或多个步骤)来说，降低吸附床单元的压力预定量。可在正向上提供减压步骤，或者可优选在逆流方向上(例如从吸附床的产物端到吸附床的进料端)提供减压步骤。加热步骤可包括使加热物流流动到吸附床单元，所述加热物流可以是通过加热回路的循环物流且用于加热吸附剂材料。例如，加热物流(例如回路气体)对进料物流(例如进料气体)之比可以基于吸附剂材料的类型，进料物流内co2的进料浓度，和吸附床的加热频率。离开吸附床的加热回路的温度比加热回路的入口温度低至少50°f(27.8℃)。例如，对于进料物流内低的co2进料浓度来说，吸附步骤的较长持续时间可牵涉较少再次加热吸附床。例如，若该物流在进料物流内具有2mol％的co2，则可在加热物流中使用约50％体积到60％体积的进料物流，而对于进料物流中0.5mol％的co2来说，在加热物流中可使用约15％体积至25％体积的进料物流。

相对于进料物流，可在逆流流动下提供加热物流，所述加热物流可在加热温度和加热压力下提供。吹扫步骤可包括使吹扫物流流动到吸附床单元内，所述吹扫物流可以是一次经过吹扫步骤，和相对于进料物流，以逆流流动提供吹扫物流。可在吹扫温度和吹扫压力下提供吹扫物流，所述吹扫温度和吹扫压力可包括与加热步骤中所使用的加热温度和加热压力类似的吹扫温度和吹扫压力。然后，对于额外的物流，可重复该循环。另外，该工艺可包括在吹扫步骤之后和在解吸步骤之前的一个或多个再增压步骤。可进行一个或多个再增压步骤，其中在采用每一接续的再增压步骤情况下，在吸附床单元内的压力随每一再增压步骤而增加预定量。该循环的持续时间可以是大于1秒并小于600秒的时间段，大于2秒并小于300秒的时间段，大于2秒并小于180秒的时间段或大于5秒并小于90秒的时间段。

在某一个实施方案中，可使用本发明的技术，在变动吸附方法的上游或者在吸附床单元之一的上游冷却气态进料物流。可在吸附床单元的上游进行气态进料物流的冷却以增加吸附剂材料的容量。例如，可使用丙烷骤冷剂，骤冷进料气体物流到-20℃。这可导致吸附剂容量的增加。

在一个或多个实施方案中，变动吸附系统可包括与液化天然气加工单元流体连通的一个或多个吹扫单元。可构造吹扫单元，提供吹扫物流到每一个吸附床单元中，其中由一部分产物物流，闪蒸燃料物流，沸腾出的气体物流及其任何组合之一提供吹扫物流。作为实例，吹扫单元可以是或者包括为压缩闪蒸燃料物流，沸腾出的气体物流及其任何组合之一而构造的一个或多个压缩机。此外，吹扫单元可以是或者包括为使一部分产物物流减压而构造的一个或多个减压器件(例如，膨胀器或阀门)。一部分产物物流可以来自变动吸附系统内的任何一个吸附床单元。

在一个或多个实施方案中，针对任何类型的变动吸附方法，可使用本发明的技术。可使用本发明技术的非限制性变动吸附方法包括变压吸附(psa)，真空变压吸附(vpsa)，变温吸附(tsa)，变分压吸附(ppsa)，快速循环的变压吸附(rcpsa)，快速循环的变温吸附(rctsa)，快速循环的变分压吸附(rcppsa)以及这些工艺的组合。例如，优选的变动吸附方法可包括结合的变压吸附和变温吸附，它可作为快速循环工艺进行。例举的变动吸附方法进一步描述于美国专利申请公布nos.2008/0282892，2008/0282887，2008/0282886，2008/0282885，2008/0282884和20140013955中，其中每一篇在本文中通过参考整体引入。

作为实例，变动吸附方法可包括在进行一个循环内的具体步骤。变动吸附方法可包括为在加热温度下可使加热物流流动到吸附床单元而构造的加热机构，其中构造加热物流，产生范围为50°f(27.8℃)至400°f(222.2℃)的温差，其中该温差是吸附床的进料端和吸附床的产物端之间的温度差值，且可结合一部分加热物流与经过吸附床单元的吹扫物流。加热机构可包括加热回路，所述加热回路包括在使加热物流流动到吸附床单元中之前为将加热物流加热而构造的加热单元。进一步地，加热回路可包括与加热单元流体连通且在使加热物流流动到吸附床单元中之前，为增加加热物流压力而构造的鼓风机。此外，加热机构可包括使吹扫产物物流从第二吸附床单元经过该吸附床单元而构造的一个或多个导管和阀门。

作为第一实例，变动吸附方法可包括(i)使气态进料物流经过吸附床单元并产生产物物流的吸附步骤，(ii)降低吸附床单元内压力和吹扫污染物的泄料步骤，(iii)加热吸附床的加热步骤，该步骤可牵涉加热机构(例如，加热回路，多个加热步骤或加热吸附床的其他合适的方法)；(iv)吹扫步骤，其牵涉使吹扫物流经过吸附床单元，从吸附床单元中除去污染物；(v)任选的再增压步骤，以增加吸附床单元内的压力，然后对于额外的循环来说，可重复该工艺到步骤(i)至(v)。作为第二实例，变动吸附方法可包括用作加热步骤的一个或多个吹扫步骤。特别地，该方法可包括(i)使气态进料物流经过吸附床单元并产生产物物流的吸附步骤，(ii)降低吸附床单元内压力并吹扫污染物的泄料步骤；(iii)在第一吹扫压力和第一吹扫温度下(例如，小于500°f(260℃)或范围为在进料物流以上50°f(27.8℃)至450°f(232.2℃)之间)使第一吹扫物流经过吸附床单元的第一吹扫步骤，以除去污染物(例如，来自另一吸附床吹扫物流的物流，它可在之前加热)，(iv)在第二吹扫压力和第二吹扫温度下(它可以是第一吹扫温度的温度范围内)使第二吹扫物流经过吸附床单元的第二吹扫步骤，以除去污染物(例如，来自另一吸附床吹扫物流的物流)；(v)在第三吹扫压力下使第三吹扫物流经过吸附床单元的第三吹扫步骤，以除去污染物(例如没有经过吸附床的物流)；(vi)任选的再增压步骤，以增加吸附床单元内的压力，然后针对额外的循环，重复该工艺到步骤(i)至(vi)。作为第三实例，变动吸附方法可包括(i)使气态进料物流经过吸附床单元并产生产物物流的吸附步骤，(ii)降低吸附床单元内压力并吹扫污染物的泄料步骤；(iii)在第一吹扫压力下使第一吹扫物流经过吸附床单元的第一吹扫步骤，以除去污染物，(iv)在第二吹扫压力下使第二吹扫物流经过吸附床单元的第二吹扫步骤，以除去污染物，其中第二吹扫压力低于第一吹扫压力；(v)任选的再增压步骤，以增加吸附床单元内的压力，然后针对额外的循环，重复该工艺到步骤(i)至(v)。

仍然进一步地，在一个或多个实施方案中，可使用各种吸附剂材料，提供分离机构。实例包括沸石3a，4a，5a，zk4和mof-74。然而，该工艺并不限于这些吸附剂材料，和同样可使用其他吸附剂材料。

有益地，本发明的技术相对于常规技术提供各种改进。例如，本发明的技术提供模块设计，可构造所述模块设计，减少处理管线气体所使用的系统的占地，重量和投资成本，其中使用所述管线气体，形成符合lng技术规格的lng物流。此外，当这一方法不使用任何水性介质(例如胺洗液)时，将最小化或消除随后的脱水步骤。进一步地，本发明的技术可减少或消除使用将从该工艺中除去的溶剂。而且，与常规方法相比，本发明的技术可包括减少的排放(例如消除胺再生器的排放)。可参看下图1至8，进一步理解本发明的技术。

图1是具有6个吸附床单元和互连管道的变动吸附系统100的三维示意图。尽管这一构造是具体实例，但本发明技术宽泛地涉及可在对称取向或非对称取向和/或多个硬件滑道(skids)的组合中使用的吸附床单元。进一步地，这一具体的构造是为了例举的目的，因为其他构造可包括许多不同数量的吸附床单元。

在这一系统中，可针对从进料物流(例如，流体，气态或液态)中除去污染物的循环变动吸附方法，构造吸附床单元，例如吸附床单元102。例如，吸附床单元102可包括各种导管(例如导管104)以供管理流体流经吸附床单元102内的吸附床，流动到其中或者从中流动。来自吸附床单元102的这些导管可连接到岐管(例如岐管106)上，将流体分布到该组件中，由该组件分布，或者在组件之间分布。在吸附床单元内的吸附床可将一种或多种污染物从进料物流中分离，形成产物物流。可以理解，吸附床单元可包括其他导管，以控制其他流体蒸汽例如吹扫物流，减压物流和类似物作为该工艺的一部分。特别地，吸附床单元可包括加热回路(未示出)，正如以下进一步注意的，其用于从吸附床中除去污染物。进一步地，吸附床单元也可包括一个或多个均衡(equalization)容器，例如均衡容器108，它专用于(bededicatedto)吸附床单元且可专用于变动吸附方法中的一个或多个步骤。

作为在以下图2中进一步讨论的一个实例，吸附床单元102可包括外壳，所述外壳可包括头部分和其他主体部分(它形成实质上不可透气的隔板)，布置在外壳内的吸附床和多个阀门(例如，提升阀)，所述阀门提供流体流动通路经过在外壳的内部区域和外壳内部区域以外的位置之间的外壳内的开口。每一提升阀可包括可坐落在头内部的圆盘元件或者可坐落在头内部插入的单独的阀座(未示出)中的圆盘元件。提升阀的构造可以是提升阀类型的任何各种阀门图案或构造。作为一个实例，吸附床单元可包括一个或多个提升阀，所述提升阀各自与和不同物流有关的不同导管流体连通。提升阀可在吸附床和各导管、岐管或集管之一之间提供流体连通。术语"直接流动连通"或"直接流体连通"是指在没有介入其间的阀门或其他阻碍流动的关闭设备情况下直接流体连通。可以理解，也可在本发明技术的范围内预见到其他变化。

吸附床包括能从进料物流中吸附一种或多种组件的固体吸附剂材料。选择对吸附床单元102内的物理和化学条件具有耐久性的这种固体吸附剂材料，且可包括金属，陶瓷，或其他材料，这取决于吸附过程。以下进一步描述吸附剂材料的进一步的实例。

图2是根据本发明技术的一个实施方案，具有阀门组件和岐管的一部分吸附床单元200的示意图。该部分吸附床单元200(它可以是图1的吸附床单元102的一部分)包括外壳或主体，所述外壳或主体可包括圆柱形壁214和圆柱形绝缘层216以及上封头(upperhead)218和下封头220。吸附床210布置在上封头218和下封头220以及绝缘层216之间，从而导致上部敞开区和下部敞开区，所述敞开区基本上由敞开流动路径体积组成。在吸附床单元内的这种敞开流动路径体积含有必须针对各布置步骤管理的气体。可构造外壳以在内部区域中维持从0bara(巴绝对压力)至150bara的压力。

上封头218和下封头220含有阀结构，例如阀组件222至240(例如提升阀)分别可插入其内的开口。在各自封头218或220和吸附床210之间的上部或下部敞开流动路径体积也可含有直接引入流体到吸附床210内的分布线(未示出)。上封头218含有各种开口(未示出)，以提供经过入口岐管242和244以及出口岐管248，250和252的流动通路，而下封头220含有各种开口(未示出)，以提供经过入口岐管254以及出口岐管256，258和260的流体通路。与各岐管242至260流体连通布置的是阀组件222至240。若阀组件222至240是提升阀，则各自可包括与阀杆元件相连的圆盘元件，所述阀杆元件可位于套管或阀导承内。阀杆元件可连接到驱动装置，例如为赋予各自的阀线性运动到各自的阀杆上而构造的驱动装置(未示出)上。可以理解，驱动装置可在该工艺中针对不同步骤独立地操作，以激活单一阀门或可利用单一驱动装置，控制两个或更多个阀门。进一步地，尽管开口的尺寸可以实质上类似，但用于入口岐管的开口和入口阀门可具有比用于出口岐管的开口小的直径，条件是流经入口的气体体积可倾向于低于流经出口的产物体积。

在变动吸附方法中，该循环牵涉两个或更多个步骤，其中各自具有某一时间间隔，其一起求和为循环时间或循环持续时间。这些步骤包括紧跟在使用各种方法，其中包括变压，变真空，变温，吹扫(借助用于该工艺的合适类型的吹扫流体)及其组合的吸附步骤之后，吸附床的再生。作为一个实例，psa循环可包括吸附，减压，吹扫和再增压步骤。当在高压下进行分离时，可在多个步骤中进行减压和再增压(也称为均衡化)，以减少每一步骤的压力变化并提高效率。在一些变动吸附方法，例如快速循环变动吸附方法中，在吸附床的再生中牵涉显著部分的总循环时间。因此，再生时间量的任何减少导致总循环时间减少。这一减少也可减少变动吸附系统总的尺寸。

如上所述，常规系统包括胺，从液化站的气体处理工艺中除去污染物。作为一个实例，图3是处理进料物流，形成液化天然气(lng)物流的常规系统300的示意图。正如该示意图中所示的，系统300包括为处理物流成导管304内的进料物流，然后为导管316内的lng物流而使用的各种设备，例如单元302，306，308，310，312，314，318，320和322。

该工艺始于汞去除单元302，所述汞去除单元302接收物流并从输入物流中分离汞。来自汞去除单元302的输出物流是借助导管304以到达胺单元306而提供的进料物流。胺单元306用于从进料物流中分离污染物。污染物可包括co2和含硫物种。来自胺单元306的输出物被提供给过滤器308。构造过滤器308，从胺单元306中除去特定的和液体液滴携带物。然后来自过滤器308的输出物被提供给分子筛单元310。构造分子筛单元310，从物流中分离额外的污染物，例如水。来自分子筛单元310的脱水输出物被传输到lng加工单元314中。来自lng加工单元314的液化天然气输出物是可用于销售，运输或储存的终产物。来自lng加工单元314的额外物流可称为闪蒸燃料物流，闪蒸气或闪蒸气/燃料气体或最终闪蒸气，且是较低压力的高纯甲烷侧物流。闪蒸燃料物流被传输到燃料气体压缩机单元318中。在加热单元320中加热燃料气体压缩机单元318的一部分输出物，所述加热单元320或者是炉子或者是换热器，且所得物流(它是吹扫物流)用于使解吸分子筛单元310的温度变动。将吹扫输出物流导引离开分子筛单元310，在换热器单元322中冷却。冷却的吹扫输出物流与来自导管326的燃料气体压缩机单元318的其余部分的输出物结合。所得物流借助导管328导引开以供用作燃料。另外，沸腾出的气体物流可任选地加入到导管326上游的吹扫输出物流中。

如上所述，用于液化天然气(lng)应用的天然气进料物流对co2含量具有苛刻的技术规格，以确保防止在低温下形成固体co2。正因为如此，对于使用管线气体作为初始进料的lng设施来说，可使用额外的处理步骤，例如本发明的技术。例如，本发明的技术可包括接收管线品质进料气体，在引入到吸附床单元内之前，在分子筛单元内处理物流，使物流脱水的构造。吸附床单元可进行快速循环变动吸附方法，从物流中除去co2，以满足lng技术规格，正如图4中所示。此外，在备选的实施方案中，使用快速循环变动吸附方法，使管线气体物流脱水，如图7所示，而另一备选实施方案可牵涉一体化的快速循环变动吸附方法，脱水并从管线气体物流中除去co2，以满足lng技术规格，如图8所示。

图4是根据本发明技术的一个实施方案，处理进料物流形成液化天然气(lng)物流的系统400的例举示意图。该系统包括从为除去co2而构造的吸附床单元406上游除去水而构造的分子筛单元404。可使用吸附床单元406，进行快速循环变动吸附方法，所述工艺可牵涉使各种物流经过吸附床单元406。作为这一工艺的一部分，可使用借助加热回路的加热步骤以及吹扫步骤，从吸附床单元406内的吸附床中除去污染物。可以理解，分子筛脱水单元404和吸附床单元406可包括进行各自工艺的多个单元。进一步地，分子筛脱水单元404和吸附床单元406各自与不同循环一起操作，所述不同循环在各循环中牵涉吸附步骤和再生步骤。此外，当某些设备或单元类似于图3中的那些时，这些单元在这一系统400中用相同的参考数字标记。

在这一系统中，该工艺始于汞去除单元302，所述汞去除单元302接收输入物流并从输入物流中分离汞。来自汞去除单元302的输出物流借助导管304提供给过滤器单元402，构造所述过滤器单元402，从物流中除去任何特定物质。来自过滤器单元402的输出物流是在其吸附步骤期间，到达分子筛脱水单元404的进料物流。分子筛脱水单元404包括外壳，所述外壳具有布置在该外壳内的吸附剂材料。在吸附步骤期间，构造分子筛脱水单元404，通过从物流中吸附水进入到吸附剂材料内和使其余部分物流流动离开吸附剂材料与单元，降低物流中的水含量到小于0.1ppmv。在其吸附步骤期间，将来自分子筛脱水单元404的脱水物流提供给吸附床单元406。吸附床单元406(它可包括以上在图1和2中讨论的一个或多个吸附床单元)可包括外壳与在该外壳内布置的吸附剂材料。可构造吸附床单元406，从脱水物流中除去至少一部分co2(例如，co2含量到小于100ppm或小于50ppm)，形成lng进料物流。

紧跟在单元402，404和406中除去污染物之后，采用与以上图3讨论的类似方式提供lng进料物流用于lng加工。lng进料物流经过换热器312和冷却的lng进料物流被提供给lng加工单元314。来自这一lng加工单元314的液化天然气物流借助导管316提供，并将闪蒸燃料物流提供给燃料气体压缩机单元318。

在这一构造中，该系统包括加热步骤，加热步骤与吹扫步骤结合作为用于吸附床单元406的循环内再生步骤的一部分。由来自燃料气体压缩机单元318的输出物形成吹扫物流，它可与来自导管408的沸腾出的气体物流结合。在吹扫步骤期间将这一吹扫物流流动到吸附床单元406中作为吹扫气体。或者，在其他构造中，一部分产物物流可用作吹扫物流，或者与其他物流结合用作吹扫物流。作为来自吸附床单元406的一部分输出物流，形成加热物流，它在加热回路410内(例如，经过加热设备的流动路径)分离，流经储存单元411，加热单元412和鼓风机414。储存单元411是被构造为储存加热物流的容器且是一部分加热物流的来源，并借助导管或其他设备(未示出)提供一部分加热物流作为燃料气体。加热单元412可以是炉子和/或换热器，它被构造为增加加热物流的温度，并充当加热在加热物流内流体的机构以供再生吸附床单元406，而鼓风机414可以是压缩机或其他设备，它被构造为增加加热物流的压力和/或沿着加热回路410的流动路径传输加热物流。

结合来自吸附床单元406的物流的其余部分和流经吸附床单元406并从中输出的加热部分，并流经调节单元416到达分子筛脱水单元404用于其再生步骤。可使用调节单元416加热合并的物流以供再生分子筛脱水单元404，且也可用于增加合并物流的压力。特别地，调节单元可以是与压缩机(例如，独立的压缩机或在燃料气体压缩机单元318内的一段或多段)连接的换热器或炉子。在使用换热器单元418的输出物，加热并再生分子筛脱水单元404之后，再生物流离开分子筛脱水单元404并流动到换热器单元418中。构造换热器单元418，调节换热器单元418内的物流。作为导管422内工艺燃料气体物流，提供来自换热器单元418的物流。

如上所述，吸附床单元406可代表两个或更多个吸附床单元，它们各自可进行具体的一系列步骤作为各循环的一部分。这些吸附床单元可一起使用，以管理在该工艺的各种物流内的流体流动。这些步骤可包括吸附步骤接着一个或多个泄料步骤，一个或多个加热步骤和一个或多个吹扫步骤，和任选地一个或多个再增压步骤。例如，该循环的持续时间可以是90秒且牵涉下述步骤：第一保持步骤0.25秒，第一泄料步骤7秒，第二保持步骤0.25秒，第二泄料步骤7秒，第三保持步骤0.25秒，加热步骤36秒，吹扫步骤18秒，第四保持步骤0.25秒，再增压步骤3秒，和吸附步骤18秒。可以理解，可在这一构造中选择循环时间，使得吹扫步骤，加热步骤和吸附步骤是连续的。在这种构造中，两个吸附床单元进行加热步骤，一个吸附床单元进行吸附步骤，一个吸附床单元进行吹扫步骤，和一个吸附床单元进行再增压步骤，泄料步骤或保持步骤。

作为一个实例，该工艺可牵涉代表使用五个吸附床单元且包含总计1365千克(kg)沸石4a作为吸附剂材料的吸附床单元406，所述吸附剂材料作为在结构化薄壁金属整片上的涂层分布。在这一实例中，吸附床的典型的热容为2.5焦耳/克吸附剂/开氏度(j/g吸附剂/k)。变动吸附循环可含有表1中列出的各步骤。

如表1所示，使用四个保持步骤(它们均是前和后端)，吸附床同时关闭，以确保在下述后续步骤之前进入和离开阀门完全闭合。在进料吸附步骤期间，相对于物流的流动方向，表明了每一步骤的流动方向。对于每一吸附床来说，使用总计90秒的循环，其中五个吸附床各自在不同步骤下循环，以提供物流几乎连续的流动。

在这一实例中，在表2中描述了各种物流的总流量，压力和温度，以及相对于图4中所示的示意图，各种物流的标识(identification)。应当注意，所指的压力是终压力(例如，在每一步骤最后物流的压力)。因此，例如，吹扫物流可在6bara下进入单元406，横跨吸附床经历压降，并如所指的在5bara下离开该单元。针对进料，炽热吹扫，和回路加热步骤所示的温度是这些物流的起始温度，而针对产物和两个泄料步骤所示的温度是平均气体温度。对于燃料物流来说，所指的温度是在储存单元411内包含的组合的吹扫和炽热回路物流的温度。可压缩将提供到换热器312中的bd1和bd2物流。

在表3中详述了在这一实例中各种物流的组成。正如所示的，进料含有显著量co2和c2⁺重质烃，以及痕量n2和h2s。认为前一分子筛单元降低进料中水含量到0.1ppm，如表3所示。进一步可看出，在单元406中co2浓度从20,000ppm(例如，2％)的进料值下降到显著小于50ppm，这是进入lng装置内的进料所需的。h2s水平也显著下降。浓缩去除的co2，并在燃料物流内从单元406系统中去除。

作为系统400的备选实施方案，可在不同位置处使用过滤器单元402。例如，过滤器单元402可以布置在分子筛脱水单元404的上游。在再一个构造中，过滤器单元可布置在分子筛脱水单元404的上游和分子筛脱水单元404的下游(例如与分子筛脱水单元404流体连通)。在再一个构造中，吹扫物流可以绕过储存罐411并直接进入到单元416中。

图5a，5b，5c，5d和5e是根据本发明技术的一个实施方案，与图4的构造有关的例举示意图500，520，540，560和580。这些示意图500，520，540，560和580进一步描述了与图4的吸附床单元406内吸附床有关的不同的性能和在变动吸附方法的例举循环中各步骤的计时。特别地，图5a是对于循环内各步骤来说，温度应答508和压力应答510的示意图500。图5b，5c，4d和5e是阐述在示意图500的循环内，对于不同时间和不同步骤来说，沿着归一化的床长度，吸附水(h2o)含量，吸附二氧化碳(co2)含量和温度应答的各示意图520，540，560和580。

图5a是相对于时间轴504(单位秒(s))，沿着压力轴502(单位巴)所示的压力应答510，以及相对于时间轴504，沿着温度轴506(单位华氏度(°f))所示的温度应答508的图表500，在这一图表中，针对该循环内的不同步骤示出了应答508和510。对于吸附床单元406来说的例举循环可包括进行吸附步骤和再生步骤，其中再生步骤包括泄料步骤，加热步骤和吹扫步骤。特别地，泄料步骤的时间段从0秒到14秒，加热步骤从14秒到51秒，吹扫步骤从51秒到68秒，和吸附步骤从68秒到90秒。正如该循环期间温度应答508所示的，温度从加热步骤期间约85°f(29.4℃)的进料温度增加到约385°f(196.1℃)的加热温度，加热温度大致为进行吹扫步骤时的温度，和在吸附步骤期间下降到约85°f(29.4℃)的进料温度。类似地，在该循环期间的压力应答510在吸附步骤期间增加到进料压力，并在再生步骤中下降成吹扫压力。

图5b是在该循环内0秒的时间处(例如，在吸附步骤最后处和在泄料步骤之前)沿着床长度所示的co2吸附应答528，水吸附应答530，和温度应答532的图表520。在这一图表520中，相对于床长轴524，在归一化的床长(z/l)中沿着吸附轴522示出了co2吸附应答528和水吸附应答530，单位毫摩尔/克(mmol/g)，和相对于床长轴524，沿着温度轴526，以°f为单位示出了温度应答532。正如co2吸附应答528所示的，靠近吸附床的产物端的产物区(例如，大于0.8归一化床长度的吸附床部分)似乎没有吸附co2，而吸附的水限于靠近进料端的进料区(例如，小于0.1归一化床长度的吸附床部分)。进一步地，沿着吸附床的归一化长度的温度似乎从85°f(29.4℃)变化到105°f(40.6℃)。

图5c是在该循环内14.5秒的时间处(例如，在泄料步骤最后和加热步骤开始时)，沿着床长度所示的co2吸附应答548，水吸附应答550，和温度应答552的图表540。在这一图表540中，相对于床长轴544(z/l)，沿着吸附轴542，以mmol/g单位示出了co2吸附应答548和水吸附应答550，和相对于床长轴544，沿着温度轴546(°f)，示出了温度应答552。正如co2吸附应答548所示的，靠近吸附床的产物端的产物区(例如，大于0.8归一化床长度的吸附床部分)似乎没有吸附co2，而吸附的水限于靠近进料端的进料区(例如，小于0.1归一化床长度的吸附床部分)。进一步地，沿着吸附床的归一化长度的温度似乎从35°f(1.7℃)变化到105°f(40.6℃)。

图5d是在该循环内50.75秒的时间处(例如，在加热步骤最后和吹扫步骤开始时)，沿着床长所示的co2吸附应答568，水吸附应答570和温度应答572的图表560。在这一图表560中，相对于床长轴564(z/l)，沿着吸附轴562，以mmol/g单位示出了co2吸附应答568和水吸附应答570，和相对于床长轴564，沿着温度轴566(°f)，示出了温度应答572。正如co2吸附应答568所示的，在吸附床的进料区内(例如，小于0.4归一化床长度的吸附床部分)，吸附的co2似乎较高，而吸附的水限于靠近进料端的进料区(例如，小于0.1归一化床长度的吸附床部分)。在吸附床的全部长度上，加热步骤似乎增加吸附的co2量。进一步地，沿着吸附床的归一化长度的温度似乎从105°f(40.6℃)变化到410°f(210℃)，这基于吸附床内的位置。

根据这一图表560，温度应答572表明加热步骤没有提高整个吸附床的温度到相同温度。吸附床的产物端处于约410°f(210℃)的温度下，和吸附床的进料端处于约105°f(40.6℃)的温度下。在吸附床的进料端和产物端之间的所得温差为约305°f(169.4℃)(例如，410°f减去105°f(210℃减去40.6℃))。加热进料区是从吸附床的进料端到0.05的归一化床长。加热产物区是从吸附床的产物端到0.4的归一化床长度，和加热前沿区是从0.05的归一化床长到0.4的归一化床长。

图5e是在该循环内68.75秒的时间处(例如，在吹扫步骤最后和吸附步骤开始时)，沿着床长所示的co2吸附应答588，水吸附应答590和温度应答592的图表580。在这一图表580中，相对于床长轴584(z/l)，沿着吸附轴582，以mmol/g单位示出了co2吸附应答588和水吸附应答590，和相对于床长轴584，沿着温度轴586(°f)，示出了温度应答592。正如co2吸附应答588所示的，在吸附床的进料区内(例如，小于0.2归一化床长度的吸附床部分)，吸附的co2似乎较高，而吸附的水限于靠近进料端的进料区(例如，小于0.1归一化床长度的吸附床部分)。进一步地，沿着吸附床的归一化长度的温度似乎从210°f(98.9℃)变化到405°f(207.2℃)。

图6a是根据本发明技术的一个实施方案，形成加热回路以及相关吸附床单元602，603，604，605，和606的加热系统600的例举示意图。可使用这一加热回路，加热各吸附床单元602，603，604，605，和606内的吸附床。在这一循环期间，一个或多个吸附床单元602，603，604，605，和606可提供加热物流，所述加热物流处于加热温度和加热压力下。

为了操作，加热回路可包括储存罐601，加热单元618和鼓风机616，它们用导管和岐管，例如导管610和612连接在一起，以提供经过吸附床单元602，603，604，605，和606的流体流动路径。储存罐601可以是储存容器，其具有形成内部区域的外壳。可构造储存罐601，接收来自吸附床单元的加热流体，容纳用于加热物流的加热流体体积，提供加热流体到加热单元618中并借助导管614提供用于燃料气体的一部分加热流体。加热单元618可以是炉子和/或换热器，它被构造为接收来自储存罐601的加热物流，加热该加热流体，使得加热流体可在加热温度下提供到各自的吸附床单元602，603，604，605，和606中；并输出加热物流到鼓风机616中。鼓风机616可以是压缩机或可传输加热物流经过吸附床单元的其他组件。可构造鼓风机，增加加热物流的压力，使得加热物流可利用压差流经吸附床单元602，603，604，605，和606。

在加热步骤期间，加热物流从储存罐601流动到加热单元618中，以增加加热物流的温度。然后，加热物流从加热单元618流动到鼓风机616中，构造所述鼓风机616，以增加加热物流的压力。来自鼓风机616的加热物流在加热温度下流经导管610到达一个或多个吸附床单元602，603，604，605，和606。该物流从各吸附床单元602，603，604，605，和606借助导管612提供给储存罐601。

在加热步骤期间，加热物流从储存罐601流动到加热单元618中，以增加加热物流的温度。然后，加热物流从加热单元618流动到鼓风机616中，构造所述鼓风机616，以增加加热物流的压力。来自鼓风机616的加热物流在加热温度下流经导管610并借助导管620与吹扫物流结合，之后提供给一个或多个吸附床单元602，603，604，605，和606。该物流从各吸附床单元602，603，604，605，和606借助导管612提供给储存罐601。为了维持加热回路内的质量平衡，来自吸附床单元602，603，604，605，和606的一部分物流流动到燃料销售处。

在备选的构造中，加热步骤可牵涉在吸附床单元内加热一部分吸附床。例如，被加热的一部分吸附床可以是从吸附床的产物端到80％的床长度，从吸附床的产物端到60％的床长或从吸附床的产物端到40％的床长。在这一构造中，可使用电加热单元，加热吸附床内的金属基底，或者可通过加热物流来加热待加热的具体部分的吸附床。在后一构造中，吸附床可包括沿着吸附床的长度，在所需位置(加热位置)处在吸附床单元内的间隙或断点(break)。可使用一个或多个阀门，在加热位置处将加热物流引入到吸附床中，并使加热物流从加热位置流动到吸附床的产物端。

尽管进料物流的co2含量范围可以是20,000ppm至5,000ppm，但如上所述，可在加热回路形式中牵涉单独的加热回路和加热步骤。然而，在低co2浓度下，该构造可牵涉双重吹扫构造的改性加热回路。这一构造可用于具有例如小于2,000ppm或小于400ppm的低co2浓度的进料物流。作为实例，气态进料物流可包括烃和co2，其中co2含量范围为100份/百万体积份且小于或等于约5mol％气态进料物流，或范围为200份/百万体积份且小于或等于约2mol％气态进料物流。通过从吸附床中除去一种或多种污染物，加热步骤也可提供一些额外的吹扫。

图6b是根据本发明技术的一个实施方案，具有改性加热回路的加热系统650的另一例举示意图，所述改性加热回路提供双重吹扫构造用于相关的吸附床单元602，603，604，605，和606。可使用该改性加热回路，在循环内的不同步骤中，在各自的吸附床单元602，603，604，605，和606内加热并吹扫吸附床。

改性加热回路可包括采用该工艺的不同变化，进行双重吹扫。例如，该工艺可包括一个或多个泄料步骤，两个或更多个吹扫步骤(例如可称为加热步骤或者用于加热吸附床)，和再增压步骤。参考图6b示出了具体的实例。在这一示意图650中，吸附床单元602，603，604，605，和606在一个循环内进行不同步骤。吸附床单元602进行吸附步骤，所述吸附步骤牵涉使来自导管652的进料物流经过吸附床单元602内的吸附床到达导管654。这一步骤的操作可以类似于以上前面描述的工艺。通过吸附床单元606，示出了进行泄料步骤，所述吸附床单元606具有流动到导管664内的泄料物流，然后与导管654内的物流混合。然后，可采用吹扫物流进行加热步骤。对于这一双重吹扫构造来说，作为最终的吹扫步骤，吹扫物流经过第一吸附床，然后作为起始吹扫步骤经过第二吸附床。当来自导管656的吹扫物流经过吸附床单元603并流动到压缩机单元658中，然后压缩的物流流动到加热单元660，之后流动到吸附床单元604内的第二吸附床中，然后到达导管662时，示出了这一双重吹扫。具有加热循环吹扫物流(它是起始的吹扫物流)的加热源自于另一吸附床，例如吸附床单元603的出口吹扫物流，且含有从前一吸附床中去除的co2。该物流可以或者可以没有压缩到较高压力和/或加热(例如可绕过压缩机单元658和加热单元660)。此外，若需要额外的热量，则可循环该物流，或者可在吹扫物流内使用额外的加热单元。最终的吹扫物流(例如，来自lng闪蒸气的清洁甲烷物流，其类似于上图4的工艺中的吹扫步骤)可包括小量co2或者不含co2。吸附床单元605可以在保持步骤中。尽管没有示出，但一个额外的步骤可以是在将吸附床置于使用或吸附步骤中牵涉的再增压步骤。进一步地，在某些实施方案中，吹扫产物物流可循环或者可用作另一吸附床的吹扫物流。离开吸附床的加热回路的温度比加热回路起始温度低至少50°f(27.8℃)。

图6c是相对于时间轴676(单位秒(s))，沿着压力轴674(单位巴)所示的压力应答672，以及相对于时间轴676，沿着温度轴680(单位华氏度(°f))所示的温度应答678的图表670。在这一图表中，针对该循环内的不同步骤示出了应答672和678。用于吸附床单元(它可以是图6b的吸附床单元602，603，604，605，和606之一)的例举循环可包括进行吸附步骤和再生步骤，其中再生步骤包括第一泄料步骤，第一吹扫步骤，第二泄料步骤和第二吹扫步骤，在一个循环中进行所述步骤200秒的持续时间。

这一循环用于具有2,000ppm的co2的进料物流。对于这些较低co2浓度来说，可进行吸附步骤较长持续时间，因为较少co2吸附导致更大的吸附能力。当这一构造用于多个吸附床单元时，两个吸附床单元可以同时接收进料物流。较长的吸附步骤可导致不那么频繁地加热吸附床单元，这也导致作为进料百分比，较少的加热气体。在双重吹扫构造中，对每一吸附床单元进行两个吹扫步骤，高压吹扫步骤和低压吹扫步骤。用于高压吹扫步骤的高压吹扫物流获自于较低压力的吹扫步骤的出口吹扫物流(例如排放气体)，结果采用含有约4mol％co2的"脏"气体进行高压吹扫物流。使用高压吹扫步骤，加热吸附床。在高压吹扫步骤之后，在吸附床内的压力进一步下降并进行低压"清洁"吹扫，所述低压"清洁"吹扫来自于lng闪蒸和/或bog气体。低压吹扫再生吸附床作为最终的吹扫物流。有益地，双重吹扫构造可以不牵涉额外的加热器或压缩机。

图7是根据本发明技术的一个实施方案，处理进料物流形成液化天然气(lng)物流的系统700的另一例举示意图。在这一系统700中，可以使用用于脱水的吸附床单元，例如与吸附床单元406流体连通的脱水吸附床单元702，使管线气体物流脱水，其中所述吸附床单元406被构造为除去一部分co2。可使用吸附床单元702和406，进行快速循环变动吸附方法，所述工艺可牵涉使各种物流经过吸附床单元702和406。作为这一工艺的一部分，借助加热回路410的加热步骤可与吹扫步骤一起使用，从各吸附床单元406和702内的吸附床中除去污染物。可以理解，脱水的吸附床单元702和吸附床单元406可包括在各单元内进行该工艺的多个单元。进一步地，脱水吸附床单元702和吸附床单元406各自可在不同循环下操作，所述不同循环在各循环内牵涉吸附步骤和再生步骤。此外，由于某些设备或单元类似于图3和4中的那些，因此，通过在这一系统700内的相同参考标记表示设备和单元。

在这一系统中，该工艺始于汞去除单元302，所述汞去除单元302接收输入物流并从输入物流中分离汞。借助导管304提供来自汞去除单元302的输出物流到过滤器单元402中，构造所述过滤器单元402，从物流中去除任何特定物质。来自过滤器单元402的输出物流是在其吸附步骤期间，到达脱水吸附床单元702的进料物流。脱水吸附床单元702包括外壳，所述外壳具有布置在该外壳内的吸附剂材料，所述脱水吸附床单元702可以是以上在图1和2中描述的吸附床单元之一。在吸附步骤期间，构造脱水吸附床单元702，通过将来自物流中的水吸附到吸附剂材料内并使物流的其余部分离开吸附剂材料和单元，降低物流中水含量到小于0.1ppm水。在其吸附步骤期间，将来自脱水吸附床单元702的脱水物流提供到变动吸附床单元406中，它可以与以上图4中的讨论类似的方式处理。紧跟在单元402，702和406内除去污染物之后，在换热器312，lng处理单元314和燃料气体压缩机单元318中，以与以上图4中讨论类似的方式，对lng进料物流进行lng处理。借助导管316提供在液化天然气物流内的加工结果(results)，并将闪蒸燃料提供给燃料气体压缩机单元318。

在这一构造中，系统700包括吹扫步骤，所述吹扫步骤与加热步骤结合作为吸附床单元406的循环内再生步骤的一部分。由来自燃料气体压缩机单元318的输出物，形成吹扫物流，它可与来自导管408的沸腾出的气体物流结合并在该循环的吹扫步骤期间作为吹扫气体流动到吸附床单元406中。当来自吸附床单元406的一部分输出物流在加热回路410内分离时，形成加热物流，它流经以与上图4中描述的类似方式操作的储存单元411，加热单元412和鼓风机414。来自吸附床单元406的物流的其余部分和流经吸附床单元406并从中输出的加热部分结合并流动到调节单元704中。可使用调节单元704，加热合并的物流以供再生脱水吸附床单元702且也可用于增加合并物流的压力。特别地，调节单元704可以是与压缩机(例如独立的压缩机或在燃料气体压缩机单元318内的一段)相连的换热器或者炉子。来自调节单元704的输出物流动到脱水吸附床单元702中用于其再生步骤。该物流加热脱水吸附床单元702的吸附床，从吸附床中除去水。在吹扫步骤期间，来自脱水吸附床单元702的输出物流离开脱水吸附床单元702并流动到换热器单元418中。换热器单元418调节物流的温度，和所得物流可作为导管422内的加工燃料气体物流提供。

图7是根据本发明技术的一个实施方案，处理进料物流形成液化天然气(lng)物流的系统800的再一例举示意图。在这一系统800中，使用一体化的快速循环变动吸附方法，从管线气体物流中脱水并除去co2，形成符合lng技术规格的物流。特别地，通过使用吸附床单元802，可以使输入物流(例如管线气体物流)脱水并除去co2。可使用吸附床单元802，进行快速循环变动吸附方法，所述工艺可牵涉使各种物流经过吸附床单元802。作为这一工艺的一部分，可使用借助加热回路410的加热步骤连同吹扫步骤，从吸附床单元802内的吸附床中除去污染物。可以理解，吸附床单元802可包括多个单元进行该工艺。进一步地，可采用一个循环操作吸附床单元802，所述循环牵涉吸附步骤和再生步骤。此外，由于某些设备或单元类似于图3和4中的那些，因此在这一系统800中用相同的参考标记表示设备和单元。

在这一系统中，该工艺始于汞去除单元302，所述汞去除单元302接收输入物流并从输入物流中分离汞，和过滤器单元402，所述过滤器单元402借助导管304接收物流并被构造为从该物流中除去任何特定物质。来自过滤器单元402的输出物流是在其吸附步骤期间，到达吸附床单元802的进料物流。吸附床单元802包括外壳，所述外壳具有布置在该外壳内的吸附剂材料，所述吸附床单元802可以是以上在图1和2中描述的吸附床单元之一。吸附床可包括为对水和co2具有较高选择性而构造的吸附剂材料和/或可包括两种或更多种吸附剂材料，其中每一种对水或co2具有较高的选择性。在吸附步骤期间，构造吸附床单元802，通过从进入到吸附剂材料内的物流中吸附水，降低物流中的水含量到小于0.1ppm；通过从进入到吸附床内的物流中吸附co2，降低物流中co2含量到小于50ppm；并将其余部分物流流动离开吸附床和该单元。来自吸附床单元802的脱污染物流以lng进料物流形式提供给换热器312，lng加工单元314和燃料气体压缩机单元318，它们可以与以上图4中讨论的类似的方式操作。借助导管316提供在液化天然气物流内的加工结果，并将水蒸燃料物流给燃料气体压缩机单元318。

在这一构造中，系统800包括吹扫步骤，所述吹扫步骤与加热步骤结合作为用于吸附床单元802的循环内的再生步骤的一部分。由来自燃料气体压缩机单元318的输出物形成吹扫物流，它可与来自导管408的沸腾出的气体物流结合并在吹扫步骤期间作为吹扫气体流动到吸附床单元802中。当来自吸附床单元802的一部分输出物流在加热回路410内分离时，形成加热物流，它流经以与以上图4中描述的类似方式操作的储存单元411，加热单元412和鼓风机414。结合来自吸附床单元802的物流的其余部分和流经吸附床单元802并从中输出的加热部分，并流动到换热器单元418中。换热器单元418调节物流的温度，且所得物流可作为导管422内的加工燃料气体物流形式提供。

在一个或多个实施方案中，材料可包括承载在非吸附剂载体上的吸附剂材料。吸附剂材料可包括氧化铝，微孔沸石，碳，阳离子沸石，高二氧化硅沸石，高度含硅的有序中孔材料，溶胶凝胶材料，铝磷和氧(alpo)材料(主要含铝磷和氧的微孔和中孔材料)，硅铝磷和氧(sapo)材料(主要含硅铝磷和氧的微孔和中孔材料)，金属有机骨架(mof)材料(由金属有机骨架组成的微孔和中孔材料)和沸石咪唑骨架(zif)材料(由沸石咪唑骨架组成的微孔和中孔材料)。其他材料包括用官能团官能化的微孔和中孔吸附剂。官能团的实例包括伯，仲，和叔胺，以及其他非给质子(protogenic)碱性基团，例如脒，胍和双胍。

在一个或多个实施方案中，可使用吸附床单元，从进料物流中分离污染物。该方法可包括使气态进料物流在进料压力下流经具有吸附剂接触器(contactor)的吸附床单元，从气态进料物流中分离一种或多种污染物，形成产物物流，其中该吸附剂接触器具有第一部分和第二部分；中断气态进料物流的流动；进行减压步骤，其中减压步骤降低吸附床单元内的压力；进行加热步骤，其中加热步骤增加吸附床单元的温度，在吸附床的进料端和吸附床的产物端之间形成温差；和进行吹扫步骤，其中吹扫步骤降低吸附床单元内的压力；进行再增压步骤，其中再增压步骤增加吸附床单元内的压力；和重复步骤a)至e)至少一个循环。

进一步地，在一个或多个实施方案中，吸附床单元可包括可从气态混合物中分离目标气体所使用的吸附床。吸附剂通常由在非吸附剂载体或接触器上承载的吸附剂材料组成。这种接触器含有实质上平行的流体通道，其中小于或等于20体积％，优选15体积％接触器的敞开孔体积(不包括流体通道)在大于约20埃的孔内。流体通道被视为气体在其内流动的那部分接触器，若在进料物流进入接触器时的点或位置和产物物流离开接触器时的点或位置之间施加稳态压差的话。在该接触器中，吸附剂被掺入到流体通道的壁内。

在一个或多个实施方案中，当使用rctsa时，总的循环时间典型地小于600秒，优选小于180秒，更优选小于90秒，和甚至更优选小于60秒。在其他实施方案中，快速循环变动吸附方法可具有小于600秒的总循环时间，优选小于180秒，更优选小于90秒和甚至更优选小于60秒。

鉴于所公开的发明的原理可应用到其上的许多可能的实施方案，应当意识到，示意性实施方案仅仅是本发明的优选实例且不应当被视为限制本发明的范围。