(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第一の流体成分および第二の流体成分を含む流体混合物を分離する温度スイング吸着法であって：
前記流体混合物を、少なくとも１つの並行路吸着剤接触器を具備する吸着分離システムであって、前記並行路吸着剤接触器が、
その入口末端と出口末端の間で第一の軸方向に配向している複数の並行な流体流路；
少なくとも１つの吸着剤材料を具備する前記流体流路の間に位置するセル壁；および
前記軸方向に配向し、かつ前記少なくとも１つの吸着剤材料と直接的に接触している複数の軸方向に連続的な熱伝導性フィラメント
を具備する、吸着分離システムに導入することと；
前記流体混合物を前記並行路吸着剤接触器の前記入口末端に導入して、前記出口末端に向かって前記第一の軸方向に流すことと；
前記第一の流体成分の少なくとも一部を前記少なくとも１つの吸着剤材料に吸着させることと；
前記少なくとも１つの吸着剤材料への前記第一の流体成分の吸着熱に由来する熱を、前記熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って、前記入口末端に向かって第二の軸方向に、かつ前記吸着させる工程における前記第一の軸方向と反対に移動させることと；
前記流体混合物と比べて前記第一の流体成分が減少した第一の生成物流体を前記出口末端から回収することと；
少なくとも１つの前記吸着剤材料を加熱することによって、少なくとも１つの前記吸着剤材料に吸着した前記第一の流体成分の少なくとも一部を脱離させることと；
熱を、前記熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って、前記第一の軸方向または第二の軸方向のどちらかに移動させて、前記脱離させる工程における前記第一の流体成分の脱離熱の少なくとも一部を提供することと；
前記第一の流体成分が濃縮された脱離した第二の生成物流体を前記入口末端および前記出口末端のうちの少なくとも１つから回収することと
を含む、方法。
【請求項２】
再生前流体を前記並行路吸着剤接触器に導入することと、前記第一の生成物流体を回収する前に、前記少なくとも１つの吸着剤材料を再生前温度にまで加熱することによって、前記少なくとも１つの吸着剤材料に共吸着した前記第二の流体成分の少なくとも一部を脱離させることとをさらに含む、請求項１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの吸着剤材料が、前記第一の流体成分に対して速度論的に選択され、かつ前記第二の流体成分の第二の物質移動速度を上回る前記第一の流体成分の第一の物質移動速度を有する、請求項１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項４】
前記流体混合物を導入することが、前記流体混合物を前記並行路吸着剤接触器の前記入口末端に導入して、前記出口末端に向かって前記第一の軸方向に流すことを含み、ここで、前記流体混合物が、前記第二の流体成分の前記第二の物質移動速度を上回り、かつ前記第一の流体成分の前記第一の物質移動速度を下回る空間速度で導入される、請求項３に記載の温度スイング吸着法。
【請求項５】
少なくとも１つの前記吸着剤材料を、前記流体混合物を前記並行路吸着剤接触器に導入する前に、所望の吸着前温度に調節することをさらに含む、請求項１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項６】
前記吸着させることが、前記第一の流体成分の少なくとも一部を、第一の吸着剤材料温度で、前記少なくとも１つの吸着剤材料に吸着させることをさらに含み、かつ前記脱離させることが、前記吸着剤材料を第二の吸着剤材料温度で加熱することによって、前記少なくとも１つの吸着剤材料に吸着した前記第一の流体成分の少なくとも一部を脱離させることをさらに含む、請求項１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項７】
前記第二の吸着剤材料温度が、前記第一の吸着剤材料温度よりも高い、請求項６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項８】
前記再生前温度が、前記第一の吸着温度よりも高く、前記第二の吸着温度よりも低い、請求項２に記載の温度スイング吸着法。
【請求項９】
前記吸着前温度が、前記第一の流体成分の前記吸着における第一の吸着剤材料温度よりも低い、請求項５に記載の温度スイング吸着法。
【請求項１０】
前記吸着前温度が、前記第一の流体成分の前記吸着における第一の吸着剤材料温度よりも高く、前記第一の流体成分の前記脱離における第二の吸着剤材料温度よりも低い、請求項５に記載の温度スイング吸着法。
【請求項１１】
前記並行路吸着剤接触器が、少なくとも第一の吸着剤材料および第二の吸着剤材料を具備し、かつ前記脱離させることが、前記第一の吸着剤材料を前記第二の吸着剤材料とは別々に加熱することによって、前記第一の吸着剤材料に吸着した前記第一の流体成分の少なくとも一部を脱離させることを含む、請求項１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項１２】
前記脱離させることが、パージ流体を前記並行路吸着剤接触器に供給することをさらに含み、かつ前記回収することが、前記第一の流体成分および前記パージ流体を含む脱離した生成物流体を回収することをさらに含む、請求項１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項１３】
前記パージ流体が凝縮可能であり、かつ前記脱離した生成物流体を回収した後に、前記脱離した生成物流体から前記パージ流体を凝縮することをさらに含む、請求項１２に記載の温度スイング吸着法。
【請求項１４】
前記脱離させることが、少なくとも１つの伝熱流体を温度を上昇させて前記並行路吸着剤接触器に供給することによって、少なくとも１つの前記吸着剤材料を加熱することをさらに含む、請求項１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項１５】
前記脱離させることが、熱エネルギーを前記熱伝導性フィラメントに供給して、前記少なくとも１つの吸着剤材料を具備する前記セル壁を直接加熱することによって、少なくとも１つの前記吸着剤材料を直接加熱することをさらに含む、請求項１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項１６】
前記軸方向に連続的な熱伝導性フィラメントが、軸方向に連続的な電気伝導性フィラメントをさらに含み、かつ前記脱離させることが、前記熱伝導性フィラメントおよび電気伝導性フィラメントを電気的に加熱して、前記少なくとも１つの吸着剤材料を具備する前記セル壁を直接加熱することによって、少なくとも１つの前記吸着剤材料を直接加熱することをさらに含む、請求項１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項１７】
前記並行路吸着剤接触器が、第一の吸着剤材料および第二の吸着剤材料を具備する少なくとも第一の軸セグメントおよび第二の軸セグメントを具備し、かつ前記脱離させることが、前記第一の吸着剤材料と接触している前記第一のセグメント中の前記伝導性フィラメントを前記第二の吸着剤材料とは別々に電気的に加熱することによって、前記第一の吸着剤材料に吸着した前記第一の流体成分の少なくとも一部を脱離させることを含む、請求項１６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項１８】
前記並行路吸着剤接触器が、第一の吸着剤材料および第二の吸着剤材料を具備する少なくとも第一の軸セグメントおよび第二の軸セグメントを具備し、かつ前記脱離させることが、前記第一の吸着剤材料と接触している前記第一のセグメント中の前記伝導性フィラメントを電気的に加熱することによって、前記第一の吸着剤材料に吸着した前記第一の流体成分の少なくとも一部を脱離させることと、その後、前記第二の吸着剤材料と接触している前記第二のセグメント中の前記伝導性フィラメントを電気的に加熱することによって、前記第二の吸着剤材料に吸着した流体成分の少なくとも一部を連続的に脱離させることとを含む、請求項１６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項１９】
前記第一のセグメントが、前記並行路接触器の前記出口末端の最も近くに配置され、かつ前記第二のセグメントが、前記第一のセグメントから前記並行路接触器の前記入口末端に向かって配置され、かつ前記回収することが、前記第二の吸着剤材料に吸着した流体成分が濃縮された第二の脱離した生成物流体を前記入口末端および出口末端のうちの少なくとも１つから連続的に回収することをさらに含む、請求項１８に記載の温度スイング吸着法。
【請求項２０】
前記調節することが、少なくとも１つの伝熱流体を前記並行路吸着剤接触器に導入して、少なくとも１つの前記吸着剤材料を前記所望の吸着前温度に調節することをさらに含む、請求項５に記載の温度スイング吸着法。
【請求項２１】
前記調節することが、前記流体混合物を導入する前に、前記少なくとも１つの吸着剤材料の二次パージを提供することをさらに含む、請求項５に記載の温度スイング吸着法。
【請求項２２】
前記熱を、前記吸着させる工程において、前記熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って移動させることが、前記少なくとも１つの吸着剤材料への前記第一の流体成分の前記吸着に付随する前記並行路吸着剤接触器中での熱プロファイルの急上昇を低下させるように作用する、請求項１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの吸着剤材料が、乾燥剤、炭素分子篩、炭素吸着剤、活性アルミナ、分子篩、アルミノリン酸塩、シリコアルミノリン酸塩、ゼオライト吸着剤、イオン交換ゼオライト、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、修飾ゼオライト、天然ゼオライト、フォージャサイト、クリノプチロライト、モルデナイト、金属交換シリコアルミノリン酸塩、芳香族架橋ポリスチレン系マトリクス、臭素化芳香族マトリクス、メタクリル酸エステルコポリマー、黒鉛吸着剤、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、ナノ材料、金属塩吸着剤、過塩素酸塩、シュウ酸塩、アルカリ土類金属粒子、ＥＴＳ、ＣＴＳ、金属酸化物、化学吸着剤、アミン、有機金属反応剤、および金属有機構造体吸着剤、ならびにこれらの組合せ：を含むリストから選択される、請求項１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項２４】
前記第一の生成物流体を導入し、吸着させ、回収し、脱離した第二の生成物流体を脱離させ、かつ回収する工程が、等圧であり、かつ大気圧および大気圧より高い気圧のうちの１つで実施される、請求項１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項２５】
前記第一の生成物流体を導入し、吸着させ、かつ回収することが、大気圧で実施され、かつ前記脱離した第二の生成物流体を脱離させ、かつ回収する工程が、大気圧より高い気圧で実施される、請求項１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項２６】
少なくとも二酸化炭素成分および窒素成分を含む排気ガス供給混合物から二酸化炭素を分離する温度スイング吸着法であって：
前記排気ガス供給混合物を、少なくとも１つの並行路吸着剤接触器を具備する吸着分離システムであって、前記並行路吸着剤接触器が、
その入口末端と出口末端の間で第一の軸方向に配向している複数の並行な流体流路；
少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料を具備する前記流体流路の間に位置するセル壁；および
前記軸方向に配向し、かつ前記少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料と直接的に接触している複数の軸方向に連続的な熱伝導性フィラメント
を具備する、吸着分離システムに導入することと；
前記排気ガスを前記並行路吸着剤接触器の前記入口末端に導入して、前記出口末端に向かって前記第一の軸方向に流すことと；
前記二酸化炭素成分の少なくとも一部を前記少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料に吸着させることと；
前記少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料への二酸化炭素の吸着熱に由来する熱を、前記熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って、前記入口末端に向かって第二の軸方向に、かつ前記吸着させる工程における前記第一の軸方向と反対に移動させることと；
前記排気ガス供給混合物と比べて二酸化炭素が減少した排気ガス生成物ストリームを前記出口末端から回収することと；
少なくとも１つの前記吸着剤材料を加熱することによって、少なくとも１つの前記二酸化炭素吸着剤材料に吸着した前記二酸化炭素の少なくとも一部を脱離させることと；
熱を、前記熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って、前記第一の軸方向または第二の軸方向のどちらかに移動させて、前記脱離させる工程における前記二酸化炭素の脱離熱の少なくとも一部を提供することと；
二酸化炭素が濃縮された脱離した二酸化炭素生成物を前記入口末端および前記出口末端のうちの少なくとも１つから回収することと
を含む、方法。
【請求項２７】
再生前流体を前記並行路吸着剤接触器に導入することと、前記第一の生成物流体を回収する前に、前記少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料を再生前温度にまで加熱することによって、前記少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料に共吸着した前記窒素成分の少なくとも一部を脱離させることとをさらに含む、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料が、前記二酸化炭素成分に対して速度論的に選択され、かつ前記窒素成分の第二の物質移動速度を上回る前記二酸化炭素成分の第一の物質移動速度を有する、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項２９】
前記排気ガスを導入することが、前記排気ガスを前記並行路吸着剤接触器の前記入口末端に導入して、前記出口末端に向かって前記第一の軸方向に流すことを含み、ここで、前記排気ガスが、前記窒素成分の前記第二の物質移動速度を上回り、かつ前記二酸化炭素成分の前記第一の物質移動速度を下回る空間速度で導入される、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項３０】
前記排気ガス供給混合物を前記並行路吸着剤接触器に導入する前に、少なくとも１つの前記吸着剤材料を所望の吸着前温度に調節することをさらに含む、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項３１】
前記吸着させることが、前記二酸化炭素の少なくとも一部を、第一の吸着剤材料温度で、前記少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料に吸着させることをさらに含み、かつ前記脱離させることが、前記吸着剤材料を前記第一の吸着剤材料温度よりも高い第二の吸着剤材料温度で加熱することによって、前記少なくとも１つの吸着剤材料に吸着した前記二酸化炭素の少なくとも一部を脱離させることをさらに含む、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項３２】
前記再生前温度が、前記第一の吸着温度よりも高く、前記第二の吸着温度よりも低い、請求項３１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項３３】
前記吸着前温度が、前記二酸化炭素の前記吸着における第一の吸着剤材料温度および前記二酸化炭素の前記脱離における第二の吸着剤材料温度：のうちの少なくとも１つよりも低い、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項３４】
前記並行路吸着剤接触器が、少なくとも第一の二酸化炭素吸着剤材料および第二の吸着剤材料を具備し、かつ前記脱離させることが、前記第一の吸着剤材料を前記第二の吸着剤材料とは別々に加熱することによって、前記第一の吸着剤材料に吸着した前記二酸化炭素の少なくとも一部を脱離させることを含む、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項３５】
前記脱離させることが、パージガスを前記並行路吸着剤接触器に供給することをさらに含み、かつ前記回収することが、二酸化炭素および前記パージガスを含む二酸化炭素が濃縮された生成物流体を回収することをさらに含む、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項３６】
前記パージガスが凝縮可能であり、かつ前記脱離した生成物流体を回収した後に、前記パージガスを前記脱離した生成物流体から凝縮することをさらに含む、請求項３５に記載の温度スイング吸着法。
【請求項３７】
前記パージガスが、周囲空気、水蒸気、および二酸化炭素が除去された排気ガス生成物ストリーム：のうちの少なくとも１つを含む、請求項３５に記載の温度スイング吸着法。
【請求項３８】
前記脱離させることが、少なくとも１つの伝熱流体を温度を上昇させて前記並行路吸着剤接触器に供給することによって、少なくとも１つの前記吸着剤材料を加熱することと、前記二酸化炭素を前記伝熱流体中に脱離させることとをさらに含む、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項３９】
前記伝熱流体が、周囲空気、水蒸気、二酸化炭素が濃縮された生成物ガス、および二酸化炭素が除去された排気ガス生成物ストリーム：のうちの少なくとも１つを含む、請求項３８に記載の温度スイング吸着法。
【請求項４０】
前記脱離させることが、熱エネルギーを前記熱伝導性フィラメントに供給して、前記少なくとも１つの吸着剤材料を具備する前記セル壁を直接加熱することによって、少なくとも１つの前記二酸化炭素吸着剤材料を直接加熱することをさらに含む、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項４１】
前記軸方向に連続的な熱伝導性フィラメントが、軸方向に連続的な電気伝導性フィラメントをさらに具備し、かつ前記脱離させることが、前記熱伝導性フィラメントおよび電気伝導性フィラメントを電気的に加熱して、前記少なくとも１つの吸着剤材料を具備する前記セル壁を直接加熱することによって、少なくとも１つの前記二酸化炭素吸着剤材料を直接加熱することをさらに含む、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項４２】
前記並行路吸着剤接触器が、それぞれ、第一の二酸化炭素吸着剤材料および第二の吸着剤材料を具備する少なくとも第一の軸セグメントおよび第二の軸セグメントを具備し、かつ前記脱離させることが、前記第一の吸着剤材料と接触している前記第一のセグメント中の前記伝導性フィラメントを前記第二の吸着剤材料とは別々に電気的に加熱することによって、前記第一の吸着剤材料に吸着した前記二酸化炭素の少なくとも一部を脱離させることを含む、請求項４１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項４３】
前記並行路吸着剤接触器が、それぞれ、第一の二酸化炭素吸着剤材料および第二の吸着剤材料を具備する少なくとも第一の軸セグメントおよび第二の軸セグメントを具備し、かつ前記脱離させることが、前記第一の吸着剤材料と接触している前記第一のセグメント中の前記伝導性フィラメントを電気的に加熱することによって、前記第一の吸着剤材料に吸着した前記二酸化炭素の少なくとも一部を脱離させることと、その後、前記第二の吸着剤材料と接触している前記第二のセグメント中の前記伝導性フィラメントを電気的に加熱することによって、前記第二の吸着剤材料に吸着した排気ガスストリーム成分の少なくとも一部を脱離させることとを含む、請求項４１に記載の温度スイング吸着法。
【請求項４４】
前記第一のセグメントが、前記並行路接触器の前記出口末端の最も近くに配置され、かつ前記第二のセグメントが、前記第一のセグメントから前記並行路接触器の前記入口末端に向かって配置され、かつ前記回収することが、前記第二の吸着剤材料に吸着した排気ガス成分が濃縮された第二の脱離した生成物流体を、前記入口末端および出口末端のうちの少なくとも１つから連続的に回収することをさらに含む、請求項４３に記載の温度スイング吸着法。
【請求項４５】
前記調節することが、少なくとも１つの伝熱流体を前記並行路吸着剤接触器に導入して、少なくとも１つの前記吸着剤材料を前記所望の吸着前温度に調節することをさらに含む、請求項３０に記載の温度スイング吸着法。
【請求項４６】
前記調節することが、前記排気ガス供給混合物を導入する前に、前記少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料の二次パージを提供することをさらに含む、請求項３０に記載の温度スイング吸着法。
【請求項４７】
前記熱を、前記吸着させる工程において、前記熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って移動させることが、前記少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料への前記二酸化炭素の吸着に付随する前記並行路吸着剤接触器中での熱プロファイルの急上昇を低下させるように作用する、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項４８】
前記少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料が、活性炭吸着剤、炭素分子篩、アミン含浸吸着剤支持体（シリカ、アルミナ、ゼオライト、ポリマー、およびセラミック支持体を含む）、金属塩、金属水酸化物、金属酸化物、ゼオライト、ハイドロタルサイト、シリカライト、金属有機構造体、ならびにゼオライトイミダゾレートフレームワーク吸着剤材料、ならびにこれらの組合せ：を含むリストから選択される、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項４９】
前記排気ガス生成物ストリームを導入し、吸着させ、回収し、脱離した二酸化炭素生成物を脱離させ、かつ回収する工程が、等圧であり、かつ大気圧および１以上の大気圧より高い気圧のうちの１つで実施される、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項５０】
前記排気ガス生成物ストリームを導入し、吸着させ、かつ回収することが、大気圧で実施され、かつ前記脱離した二酸化炭素生成物を脱離させ、かつ回収する工程が、大気圧より高い気圧で実施される、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項５１】
前記熱を、前記吸着させる工程において、前記熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って移動させることが、前記吸着させる工程から生じる熱波フロントを、前記吸着させる工程の最後に、前記並行路吸着剤接触器内に保持するように作用する、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項５２】
前記並行路吸着剤接触器が、それぞれ、窒素よりも二酸化炭素に対して選択的な第一の吸着剤材料、ならびに二酸化炭素よりも水、窒素酸化物、硫黄酸化物、および重金属のうちの少なくとも１つに対して選択的な第二の吸着剤材料を具備する少なくとも第一の軸セグメントおよび第二の軸セグメントを具備し、かつ前記第二の軸セグメントが、前記接触器の入口末端により近い前記第一の軸セグメントの上流に配置される、請求項２６に記載の温度スイング吸着法。
【請求項５３】
前記並行路吸着剤接触器が、二酸化炭素よりも水、窒素酸化物、硫黄酸化物、および重金属のうちの少なくとも１つに対して選択的な第三の吸着剤材料を具備する少なくとも第三の軸セグメントをさらに具備し、かつ前記第三の軸セグメントが、前記第一の軸セグメントの上流かつ前記第二の軸セグメントの下流に配置される、請求項５２に記載の温度スイング吸着法。
【請求項５４】
二酸化炭素および硫化水素のうちの少なくとも１つを、二酸化炭素成分および硫化水素成分およびメタン成分のうちの少なくとも１つを含む天然ガス供給混合物から分離する温度スイング吸着法であって：
前記天然ガス供給混合物を、少なくとも１つの並行路吸着剤接触器を具備する吸着分離システムであって、前記並行路吸着剤接触器が、
その入口末端と出口末端の間で第一の軸方向に配向している複数の並行な流体流路；
メタンよりも二酸化炭素および硫化水素のうちの少なくとも１つに対して選択的な少なくとも１つの吸着剤材料を具備する前記流体流路の間に位置するセル壁；ならびに
前記軸方向に配向し、かつ前記少なくとも１つの吸着剤材料と直接的に接触している複数の軸方向に連続的な熱伝導性フィラメント
を具備する、吸着分離システムに導入することと；
前記天然ガス供給混合物を前記並行路吸着剤接触器の前記入口末端に導入して、前記出口末端に向かって前記第一の軸方向に流すことと；
前記二酸化炭素成分および硫化水素成分のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を前記少なくとも１つの吸着剤材料に吸着させることと；
前記少なくとも１つの吸着剤材料への吸着熱に由来する熱を、熱伝導性フィラメントの前記少なくとも一部に沿って、前記入口末端に向かって第二の軸方向に、かつ前記吸着させる工程における前記第一の軸方向と反対に移動させることと；
前記天然ガス供給混合物と比べて二酸化炭素および硫化水素のうちの少なくとも１つが減少した天然ガス生成物ストリームを前記出口末端から回収することと；
前記少なくとも１つの吸着剤材料を加熱することによって、少なくとも１つの前記吸着剤材料に吸着した前記二酸化炭素および硫化水素のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を脱離させることと；
熱を、前記熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って、前記第一の軸方向または第二の軸方向のどちらかに移動させて、前記脱離させる工程における前記二酸化炭素または硫化水素の脱離熱の少なくとも一部を提供することと；
二酸化炭素および硫化水素のうちの少なくとも１つが濃縮された脱離した生成物を前記入口末端および前記出口末端のうちの少なくとも１つから回収することと
を含む、方法。
【請求項５５】
前記天然ガス生成物ストリームを導入し、吸着させ、回収し、脱離した生成物を脱離させ、かつ回収する工程が、等圧であり、かつ大気圧より高い気圧で実施される、請求項５４に記載の温度スイング吸着法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、吸着ガス分離の方法およびそのためのシステムに関する。より具体的には、本発明は、熱伝導性並行路流体接触器構造および熱伝導性並行路流体接触器構造を組み込んだシステムにおいて温度スイング吸着プロセスを用いる吸着ガス分離の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多成分流体混合物、および特にガス混合物の吸着分離で使用される温度スイング吸着法は、当技術分野で公知である。多くの従来の温度スイング吸着プロセスは、供給ガス混合物の１つの成分を吸着剤材料に優先的に吸着させて、それを残存する供給ガス成分から分離し、その後、吸着した成分を脱離させるために吸着剤材料を後から再生して、吸着剤材料の循環的再使用を可能にするために使用される。しかしながら、従来の温度スイング吸着法は、一つには、吸着分離システムで使用される吸着剤材料の脱離または再生における熱および／または物質移行現象の限界のために、また、温度スイング吸着プロセスの吸着段階における限界のために、通常、その効率が限られている。
【０００３】
典型的な従来の温度吸着プロセスの１つの欠点は、供給ガス成分の吸着剤材料への非効率的な吸着であり、これは、ガス成分が吸着するときに放出される吸着熱による、吸着剤材料の中を移動するときの吸着フロントの温度の急速な増加によって生じ得る。多くの従来の温度スイング吸着法では、吸着時の吸着剤材料の温度のそのような増加は、吸着剤材料中の「ホットスポット」と関連する吸着剤容量の減少、および対応する温度スイング吸着プロセスの効率の減少をもたらし得る。典型的に従来的な温度スイング吸着法の別の欠点は、吸着剤材料の非効率的な脱離または再生であり、これは、吸着剤材料の均一な加熱が難しいことに起因し得るが、それは、脱離または再生時に、吸着した化合物の脱離熱を満たすために、熱エネルギーが必要となるからである。吸着剤材料の加熱におけるそのような不均一性は、通常、吸着剤材料中の「コールドスポット」と関連するガス成分の吸着の保持をもたらすことがあるか、またはガス成分を十分に脱離させるために、不必要に大きい熱流束の適用を必要とすることがあり、これにより、加熱費用が望ましくない程度に高くなり、また、吸着剤材料が、脱離後に不必要に過熱された状態になることがある。
【０００４】
さらに、従来の温度スイング吸着法では、通常、ガス成分を吸着剤材料と接触させるための吸着剤床などの吸着剤接触器構造が利用される。例示的な公知の吸着剤接触器には、例えば、熱および／または圧力スイング吸着プロセスなどの吸着ガス分離プロセスのための充填ビーズまたは平板吸着剤構造が含まれる。しかしながら、従来技術の吸着剤接触器のうちのいくつかの欠点の中には、接触器構造の流体力学的特性、物質移行特性、および熱的特性の悪さに関連するものがある。そのような場合、熱的特性の悪さは、例えば、構造の所与の温度変化を達成するために望ましくない程度に大きい熱エネルギー束を必要とし得る高い熱質量、および／または構造内の望ましくない程度に大きい温度差をもたらし得る所望未満の熱伝導性のいずれかを望ましくなくもたらす場合がある。従来技術の特定の吸着剤接触器のそのような望ましくない熱的特性は、上記のような従来の温度スイング吸着法の欠点のうちのいくつかの一因となり得る。熱移行限界とは別に、特定の従来の温度スイング吸着構造の流体力学の悪さは、ビーズ状の吸着剤床の場合のように、流動化限界のために、流体処理量を望ましくなく制限することがある。さらに、特定の従来のシステムにおいて、望ましくない程度に低い物質移動速度は、許容サイクル速度を制限し、また、システムの吸着選択性を、所与の流体混合物の分離にとって望ましくない程度に低い可能性がある吸着剤の固有の平衡選択性のみに限定することにより、循環的な吸着−脱離プロセスの動的選択性を低下させることがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従来技術の限界のいくつかに対処する熱スイング吸着分離法を提供することが、本発明の目的である。
【０００６】
従来技術の限界のいくつかに対処する本発明による並行路吸着剤接触器構造を用いて流体混合物の第一の流体成分および第二の流体成分を分離する熱スイング吸着分離法を提供することが、本発明のさらなる目的である。
【０００７】
従来技術の限界のいくつかに対処する本発明による排気ガス供給混合物から二酸化炭素を分離する熱スイング吸着ガス分離プロセスを提供することが、本発明のまたさらなる目的である。
【０００８】
本発明の一実施形態では、少なくとも第一の流体成分および第二の流体成分を含む流体混合物を分離する温度スイング吸着法が提供される。本方法は、流体混合物を、少なくとも１つの並行路吸着剤接触器を具備する吸着分離システムに最初に導入することを含み、ここで、並行路吸着剤接触器は、その入口末端と出口末端の間で第一の軸方向に配向している複数の実質的に並行な流体流路、少なくとも１つの吸着剤材料を具備する流体流路の間に位置するセル壁、および軸方向に配向し、かつ少なくとも１つの吸着剤材料と直接的に接触している複数の軸方向に連続的な熱伝導性フィラメントを具備する。次に、本方法は、流体混合物を並行路吸着剤接触器の入口末端に導入して、出口末端に向かって第一の軸方向に流すことと、第一の流体成分の少なくとも一部を少なくとも１つの吸着剤材料に吸着させることと、少なくとも１つの吸着剤材料への第一の流体成分の吸着熱に由来する熱を、熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って、入口末端に向かって第二の軸方向に、かつ吸着させる工程における第一の軸方向と反対に移動させることとを含む。次に、本方法は、流体混合物と比べて第一の流体成分が激減した第一の生成物流体を出口末端から回収することを含む。これに続いて、本方法は、少なくとも１つの吸着剤材料を加熱することによって、少なくとも１つの吸着剤材料に吸着した第一の流体成分の少なくとも一部を脱離させることと、熱を、熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って、第一の軸方向または第二の軸方向のどちらかに移動させて、脱離させる工程における第一の流体成分の脱離熱の少なくとも一部を提供することとを含む。最後に、本方法は、第一の流体成分が濃縮された脱離した第二の生成物流体を入口末端および出口末端のうちの少なくとも１つから回収することを含む。
【０００９】
本発明の代替の実施形態では、温度スイング吸着法は、再生前流体を該並行路吸着剤接触器に導入することと、該第一の生成物流体を回収する前に、該少なくとも１つの吸着剤材料を再生前温度にまで加熱することによって、該少なくとも１つの吸着剤材料に共吸着した該第二の流体成分の少なくとも一部を脱離させることとをさらに含む。
【００１０】
またさらなる実施形態では、該少なくとも１つの吸着剤材料は、該第一の流体成分に対して速度論的に選択的であり、かつ該第二の流体成分の第二の物質移動速度を上回る該第一の流体成分の第一の物質移動速度を有する。任意のそのような実施形態では、温度スイング吸着は、該流体混合物を、前記第二の流体成分の該第二の物質移動速度を上回り、かつ該第一の流体成分の該第一の物質移動速度を下回る空間速度で、該並行路吸着剤接触器の該入口末端に導入することを含む。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、少なくとも二酸化炭素成分および窒素成分を含む排気ガス供給混合物から二酸化炭素を分離する温度スイング吸着プロセスが提供される。本プロセスは、排気ガス供給混合物を、少なくとも１つの並行路吸着剤接触器を具備する吸着分離システムに最初に導入することを含み、ここで、並行路吸着剤接触器は、その入口末端と出口末端の間で第一の軸方向に配向している複数の実質的に並行な流体流路、少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料を具備する前記流体流路の間に位置するセル壁、および軸方向に配向し、かつ少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料と直接的に接触している複数の軸方向に連続的な熱伝導性フィラメントを具備する。次に、本プロセスは、排気ガスを並行路吸着剤接触器の入口末端に導入して、出口末端に向かって第一の軸方向に流すことと、二酸化炭素成分の少なくとも一部を少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料に吸着させることとを含む。次に、本プロセスは、少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料への二酸化炭素の吸着熱に由来する熱を、熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って、入口末端に向かって第二の軸方向に、かつ吸着させる工程における第一の軸方向と反対に移動させることと、排気ガス供給混合物と比べて二酸化炭素が激減した排気ガス生成物ストリームを出口末端から回収することとを含む。これに続いて、本プロセスは、少なくとも１つの吸着剤材料を加熱することによって、少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料に吸着した二酸化炭素の少なくとも一部を脱離させることと、熱を、熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って、第一の軸方向または第二の軸方向のどちらかに移動させて、脱離させる工程における二酸化炭素の脱離熱の少なくとも一部を提供することとを含む。最後に、本プロセスは、二酸化炭素が濃縮された脱離した二酸化炭素生成物を入口末端および該出口末端のうちの少なくとも１つから回収することを含む。
【００１２】
本発明のまたさらなる実施形態では、二酸化炭素および硫化水素のうちの少なくとも１つを、二酸化炭素成分および硫化水素成分およびメタン成分のうちの少なくとも１つを含む天然ガス供給混合物から分離する温度スイング吸着プロセスが提供される。本プロセスは、天然ガス供給混合物を、少なくとも１つの並行路吸着剤接触器を具備する吸着分離システムに最初に導入することを含み、ここで、並行路吸着剤接触器は、その入口末端と出口末端の間で第一の軸方向に配向している複数の実質的に並行な流体流路、メタンよりも二酸化炭素および硫化水素のうちの少なくとも１つに対して選択的な少なくとも１つの吸着剤材料を具備する流体流路の間に位置するセル壁、ならびに軸方向に配向し、かつ少なくとも１つの吸着剤材料と直接的に接触している複数の軸方向に連続的な熱伝導性フィラメントを具備する。次に、本プロセスは、天然ガス供給混合物を並行路吸着剤接触器の前記入口末端に導入して、出口末端に向かって第一の軸方向に流すことと、二酸化炭素および硫化水素成分のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を少なくとも１つの吸着剤材料に吸着させることと、少なくとも１つの吸着剤材料への吸着熱に由来する熱を、熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って、入口末端に向かって第二の軸方向に、かつ吸着させる工程における第一の軸方向と反対に移動させることとを含む。次に、本プロセスは、天然ガス供給混合物と比べて二酸化炭素および硫化水素のうちの少なくとも１つが激減した天然ガス生成物ストリームを出口末端から回収することを含む。これに続いて、本プロセスは、少なくとも１つの吸着剤材料を加熱することによって、少なくとも１つの吸着剤材料に吸着した二酸化炭素および硫化水素のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を脱離させることと、熱を、熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って、第一の軸方向または第二の軸方向のどちらかに移動させて、脱離させる工程における二酸化炭素または硫化水素の脱離熱の少なくとも一部を提供することと、二酸化炭素および硫化水素のうちの少なくとも１つが濃縮された脱離した生成物を入口末端および出口末端のうちの少なくとも１つから回収することとを含む。
【００１３】
本発明のさらなる利点は、詳細な説明とともに図面を考慮すると明白になるであろう。
次に、本発明の吸着ガス分離の方法を添付の図面を参照しながら説明することにする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態にしたがって使用される並行路吸着剤接触器構造の断面および対応する挿入透視図を示す。
【図２】本発明の実施形態にしたがって使用される図１に示す並行路吸着剤接触器構造の詳細な断面透視図を示す。
【図３】本発明の実施形態による吸着工程の開始時の並行路吸着剤接触器の軸方向熱プロファイルグラフを示す。
【図４】本発明の実施形態による吸着工程の間の並行路吸着剤接触器の軸方向熱プロファイルグラフを示す。
【図５】本発明の実施形態による吸着工程の終了時の並行路吸着剤接触器の軸方向熱プロファイルグラフを示す。
【図６】本発明の実施形態による脱離工程または再生工程の終了時の並行路吸着剤接触器の軸方向熱プロファイルグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面のいくつかの図の全体を通して、同様の参照番号の表示は対応する部分を指す。
【００１６】
本発明の一実施形態では、少なくとも第一の流体成分および第二の流体成分を含む流体混合物を分離する温度スイング吸着（以後、「ＴＳＡ」）法が提供される。そのような実施形態では、ＴＳＡ法は、流体混合物または供給混合物を、少なくとも１つの並行路吸着剤接触器を具備する吸着分離システムに導入する最初の工程を含むことができる。特に、好適なそのような並行路吸着剤接触器は、流体が接触器内を流れるのを可能にするために接触器の入口末端と出口末端の間で第一の軸方向に配向している複数の実質的に並行な流体流路、および流体流路の間に位置して、流体流路を分離している少なくとも１つの吸着剤材料を具備するセル壁を具備することができる。並行路吸着剤接触器は、接触器の軸方向に配向し、かつ接触器のセル壁の中または表面に具備される少なくとも１つの吸着剤材料と直接的に接触している複数の軸方向に連続的な熱伝導性フィラメントも具備することができることが望ましい。その後、流体混合物を、並行路吸着剤接触器の入口末端に導入して、出口末端に向かって接触器の中を第一の軸方向に流すことができ、第一の流体成分の少なくとも一部を、流体混合物の他の成分よりも第一の流体成分を吸着させるのに選択的であり得ることが好ましい少なくとも１つの吸着剤材料に吸着させることができる。本発明の代替の実施形態では、並行路吸着剤接触器は、接触器が、好ましくは軸方向に熱伝導性であるように、少なくとも１つの軸方向熱伝導材を具備することができ、かつ軸方向の熱伝導性が均一であることができるか、または例えば、接触器構造の残部と比べて軸方向の熱伝導性がより高い１以上の軸方向に配向した領域を有することができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態では、並行路吸着剤接触器中に具備される少なくとも１つの吸着剤材料は、動的選択性が、第一の流体成分の選択的吸着による流体混合物の吸着分離を使用可能な程度に提供するほど十分に高いものとなるように、少なくとも１つの他の流体混合物成分よりも第一の流体成分の吸着に対して動的に選択的であり得ることが望ましい。ＴＳＡ分離法のサイクルを通じたそのような動的選択性は、第一の流体成分に対する少なくとも１つの吸着剤材料の平衡選択性、および第一の流体成分に対する少なくとも１つの吸着剤材料の速度論的選択性のうちの少なくとも１つを含むことができる。１つのそのような好ましい実施形態では、吸着工程が、吸着工程における吸着温度での吸着剤材料上の流体成分の物質移動速度に基づく少なくとも速度論的選択性を含むことができるように、供給混合物を、選択的に吸着させるべき第一の流体成分の物質移動速度（１／ｓ）を下回るが、吸着が実質的に妨げられることが望まれる希釈剤であり得る少なくとも１つの第二の流体成分の物質移動速度（１／ｓ）を上回る空間速度（Ｖｇａｓ／Ｖａｄｓ／ｔ）で吸着剤接触器に導入することができる。
【００１８】
本実施形態では、その後、例えば、第一の流体成分の吸着が起こるときの少なくとも１つの吸着剤の温度の急上昇を低下させるために、および任意にまた、吸着熱から放出される熱エネルギーの少なくともかなりの部分を吸着剤接触器内に望ましく保持して、後の吸着剤材料の再生におけるそのような熱エネルギーの回収を可能にするために、少なくとも１つの吸着剤材料への第一の流体成分の吸着熱から放出される熱の少なくとも一部を、接触器構造に沿って軸方向に、例えば、吸着剤材料への第一の成分の吸着時に、吸着剤接触器中の熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って（第一の軸方向とは反対の）第二の軸方向に、接触器の入口末端に向かって接触器を逆に移動させる。その後、供給流体混合物と比べて第一の流体成分が激減した第一の生成物流体を吸着剤接触器の出口末端から回収する。
【００１９】
一実施形態では、中間の再利用工程または再生前工程を、吸着した第一の流体成分とともに少なくとも１つの吸着剤材料に望ましくなく共吸着し得る第二の流体成分または他の希釈剤流体成分のいずれかの少なくとも一部を望ましく脱離させるために実施し（そのような望ましくない第二の流体成分および／または希釈剤流体成分は、前の冷却工程もしくは調節工程において、または例えば、吸着剤材料の不完全な選択性のために供給吸着工程において、吸着剤材料に吸着しているかもしれない）、それにより、第二の流体成分および／または任意の他の希釈剤流体成分からの第一の流体成分の分離プロセスの動的選択性を増大させることができる。そのような中間の再生前工程は、供給流体混合物の第一の流体成分が、例えば、約１０％未満、さらにより好ましくは約５％未満の第一の成分供給濃度などの、比較的低濃度である場合の分離で使用するのに特に望ましい場合がある。そのような中間の再生前工程は、吸着工程または供給工程の温度を上回るが、以後の脱離工程または再生工程の温度を下回る中間の温度で実施することができることが望ましい。１つのそのような実施形態では、例えば、中間の温度でパージ流体を提供すること、および吸着剤接触器中の熱伝導性フィラメントによって吸着剤材料に熱を提供すること：などの１以上の手段によって、そのような再生前工程用の熱を提供することができる。１つの特定のそのような実施形態では、吸着剤材料に吸着した任意の吸着した第二の流体成分または希釈剤流体成分の少なくとも一部が、中間の温度で脱離し、かつ加熱されたパージ流体由来の第一の流体成分の吸着剤材料へのさらなる吸着によって脱着し、その結果、吸着した流体種が、望ましくは、第一の流体成分のみを含むように、第一の成分が濃縮された加熱されたパージ流体を好適なパージ流体として使用することができる。そのような工程に続いて、吸着剤接触器から流出する得られるパージ流体を、例えば、逆流ストリームとして、吸着剤接触器の入口末端または出口末端のいずれかに供給するために再利用することができる（例えば、後続サイクルにおいて、吸着剤接触器の入口末端または重末端に供給される底部から底部へのまたは「重い」逆流ストリームとすることができる）か、あるいは後の供給工程において吸着剤接触器に導入する供給流体に再利用することができる。１つのそのような好ましい実施形態では、パージ流体を、そのような再生前工程において、望ましくない吸着した第二の成分流体または希釈剤成分流体の脱離の物質移動速度（１／ｓ）を上回るが、吸着剤材料に吸着した、吸着した第一の流体成分の脱離の物質移動速度（１／ｓ）を望ましい程度に下回る好適な温度および空間体積（Ｖｇａｓ／Ｖａｄｓ／ｔ）で吸着剤接触器に供給することができる。
【００２０】
第一の生成物流体のそのような回収、および任意にまた、そのような再生前パージ工程に続いて、その後、少なくとも１つの吸着剤材料に吸着した第一の流体成分の少なくとも一部を、少なくとも１つの吸着剤材料を加熱することによって脱離させ、熱を、吸着剤接触器の熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿ってどちらか一方の軸方向に移動させて、脱離工程における少なくとも１つの吸着剤材料からの第一の流体成分の脱離熱（脱離に必要とされるエネルギー）および／または速度論的活性化熱（吸着した第一の成分分子を吸着表面からガス相に移動させるのに必要とされるエネルギー）の少なくとも一部を提供する。吸着剤材料の加熱は、これらに限定するものではないが、加熱された不活性ガス、再利用ガス、および／または水蒸気もしくは溶媒などの凝縮可能なガスを含み得る加熱された脱離流体またはパージ流体を吸着剤接触器に提供することと；例えば、伝導性フィラメントの電気抵抗加熱、または例えば、熱移動媒体を含むそのようなフィラメントもしくは構造材の間接的な加熱によって、吸着剤接触器構造中の熱伝導性フィラメントまたは他の材料を加熱することと：を含め、熱を少なくとも１つの熱源から供給することによって提供することができる。最後に、吸着剤材料から脱離した第一の流体成分が濃縮された脱離した第二の生成物流体を、並行路吸着剤接触器の入口末端および出口末端のうちの少なくとも１つから回収する。凝縮可能なパージ流体を用いて脱離工程における吸着剤材料の加熱の少なくとも一部を提供する本発明の一実施形態では、回収された生成物流体を後に冷却して、脱離した生成物流体から除去される（例えば、水蒸気または溶媒などの）パージ流体を凝縮し、それにより、例えば、脱離した生成物流体の純度を増大させることができる。
【００２１】
その後、上の実施形態による本ＴＳＡ分離法を、並行路吸着剤接触器中で任意に反復して、供給流体混合物から第一の流体成分を分離する連続的または反復的な循環分離法を提供することができる。特に、本ＴＳＡ分離法による操作のための吸着分離システムは、本ＴＳＡ分離法の交互の操作を提供し、かつ供給流体の供給源からの連続的および／または半連続的な吸着分離を可能にするために、２以上のそのような並行路吸着剤接触器を具備することができることが望ましい。特に、吸着分離システムは、第一の生成物流体を１つの接触器から回収することができると同時に、脱離した第二の生成物流体を第二の接触器から回収するように、２以上の並行路吸着剤接触器を具備することができる。任意の好適な機械的配置を、吸着剤材料を含有する１つ、２つ、もしくは３つ、またはそれより多くの吸着装置を具備するシステムとして当技術分野で知られているような、例えば、機械式／空気圧式または他のタイプのバルブまたは他の流量制御装置を用いて、本ＴＳＡ法の工程の流体フローを実装する吸着分離システムなどの、吸着分離システムで実装して、本実施形態のＴＳＡ法の実装に必要とされる流体フローを提供し、それを制御することができる。
【００２２】
本発明の一実施形態では、本発明のＴＳＡ法を実装するのに好適な吸着分離システムは、流体が接触器内を流れるのを可能にするために接触器の入口末端と出口末端の間で第一の軸方向に配向している複数の実質的に並行な流体流路、および流体流路の間に位置し、流体流路を分離している少なくとも１つの吸着剤材料を具備するセル壁を各々具備する、少なくとも１つの並行路吸着剤接触器を具備する。各々の好適なそのような並行路吸着剤接触器は、接触器の軸方向に配向し、かつ接触器のセル壁の中または表面に具備される少なくとも１つの吸着剤材料と直接的に接触している複数の軸方向に連続的な熱伝導性フィラメントをさらに具備する。本発明の実施形態によるＴＳＡ法を実装する際に使用するのに好適であり得る特定のそのような並行路吸着剤接触器構造は、２０１０年２月２６日にＰＣＴ／ＣＡ２０１０／０００２５１号として出願された本出願者らの同時係属のＰＣＴ国際特許出願に記載されており、その内容は、それらが、出願時に本出願の一部を形成していたかのように、参照により本明細書に組み込まれる。本発明の実施形態によるＴＳＡ法の実施に好適な１つの特定の並行路吸着剤接触器形状を図１および２に示し、以下でさらに詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態による本ＴＳＡ法を実装するのに好適な例示的な並行路吸着剤接触器構造を示す。１０２において全体的に示されている例示的な並行路吸着剤接触器構造は、実質的にシリンダー状の外表面１０８によって規定される実質的にシリンダー状の形状を具備している。例示的な接触器構造１０２は、第一および第二の末端１０４および１０６とともに示されており、構造１０２の長さに沿って第一の末端１０４から第二の末端１０６へと軸方向に伸張している多数の実質的に並行な通路１１０を有している。並行路１１０は、構造１０２の長さに沿って連続的であり、かつ通路１１０を通る流体の流れを可能にするように構成されていることが好ましい。並行路１１０は、セル壁１１２によって互いに分離されて、例示的なハチの巣型構造を形成し、ここで、各々の通路１１０は、少なくとも１つのセル壁１１２によって隣接通路１１０から実質的に分離され、このセル壁１１２は、少なくとも１つの吸着剤材料を具備することが望ましい。並行路吸着剤接触器構造１０２に対して少なくとも熱伝導性、および任意にまた、電気伝導性をどちらか一方の軸方向に提供するために、並行路吸着剤接触器構造１０２は、セル壁１１２に埋め込まれているか、または別の方法でセル壁１１２の中に配置されている軸方向に連続的な熱伝導性フィラメント１１４も具備する。一実施形態では、並行路吸着剤接触器構造１０２は、図１に示すように、実質的にハチの巣型構造であってもよく、ここで、セル壁１１２は、図１に示すような長方形格子、あるいは六角形または他の実質的に多角形、円形、もしくは長円形の格子などの、格子状に実質的に配置されている。本説明の目的のために、接触器構造に関する「軸方向の（ａｘｉａｌ）」および「軸方向（ａｘｉａｌ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）」という用語は、接触器構造の第一の末端と第二の末端（または入口末端と出口末端）の間の線に実質的に並行である方向と、例えば、第一の末端と第二の末端の間の線から実質的に４５度未満である方向などの、接触器に対して実質的に軸方向に伸張する任意の方向の両方を包含することが理解されるべきである。
【００２４】
同様に、図２は、本発明の実施形態による本ＴＳＡ法を実装するのに好適な、実質的に長方形の格子ハチの巣型構造を有する、図１に示した並行路吸着剤接触器構造の詳細な断面透視図を示す。図１および２に示したような長方形の格子ハチの巣型構造１０２において、軸方向に連続的で、かつ熱伝導性および／または電気伝導性のフィラメント１１４は、少なくとも１つの吸着剤材料を具備するセル壁１１２と直接的に接触しており、かつ各々の隣接並行路１１０の角と概して一致する、２つのセル壁１１２の交差点で、セル壁１１２に有利に埋め込むか、または別の方法でセル壁１１２の中に位置付けることができる。そのような様式で、フィラメント１１４によって提供される熱伝導性および／または電気伝導性容量が、多数の並行路１１０に、および並行路吸着剤接触器の使用時に、そのような並行路１１０の中に収容されるかまたはその中を通過し得る流体にごく近接するように、軸方向に連続的で、かつ熱伝導性および／または電気伝導性のフィラメント１１４を多数の隣接並行路１１０の近くに有利に配置することができる。代替の実施形態では、例えば、六角形、三角形、または他の多角形格子配置のセル壁を有する、代替の幾何学的配置で配置されたセル壁１１２を有するハチの巣型構造を利用して、実質的に同様の形状の並行流体流路１１０を生じさせることができる。さらに、他の実施形態は、例えば、多角形以外の断面形状、例えば、円形、半円形、長円形、または長楕円形（２つの半円がその末端を接続する平行線によって連結された形状）の断面を有する、並行路１１０を有することができる。また、他の代替の実施形態では、軸方向に連続的な伝導性フィラメント１１４は、セル壁１１２の交差点、もしくは他の場所のいずれかで、セル壁１１２の中に埋め込むか、または別の方法でセル壁１１２の中に、例えば、そのような交差点と交差点の間でセル壁１１２の中に、配置することができる。
【００２５】
図１および２に示したようなハチの巣型並行路吸着剤接触器１０２、および上記のような他の代替の実施形態では、軸方向に連続的で、かつ熱伝導性および／または電気伝導性のフィラメント１１４を用いて、接触器１０２の内外に、または接触器構造１０２のある部分から別の部分へと軸方向に（顕熱エネルギーとしてか、またはフィラメントの電気抵抗加熱によって生じる熱エネルギーとしてかのいずれかで）熱エネルギーを伝導し、その結果、接触器１０２の一部または全体のそれぞれの加熱および／または冷却を提供することができることが望ましい。特に、熱エネルギーを接触器構造１０２の内外に伝導するために、接触器１０２の軸方向に連続的な熱伝導性および／または電気伝導性のフィラメント１１４の少なくとも一部を熱エネルギーの供給源またはシンクに熱的に接続することができることが望ましい。接触器１０２の内外に伝導されるそのような熱エネルギーは、接触器１０２、例えば、少なくとも１つの吸着剤材料を具備するセル壁１１２の温度を望ましく増減させることができ、かつ／または吸着剤接触器構造１０２の通路１１０内の流体の内外に熱エネルギーを移動させることができる。制御可能な熱源および／または熱シンクへの吸着剤接触器構造１０２の熱伝導性および／または電気伝導性フィラメント１１４の接続を具備する例示的な熱回路を利用して、伝導性フィラメント１１４を経由した接触器構造１０２の内および／または外への熱エネルギーの移動による、この構造のセル壁１１２およびその中に具備される吸着剤材料（複数可）の制御可能な加熱および冷却を提供し、接触器１０２、または伝導性フィラメント１１４に接続された例示的な熱回路および／もしくは電気回路を経由して接触器１０２を通過した流体の熱制御を可能にすることができる。さらに、軸方向に連続的な熱伝導性および／または電気伝導性フィラメント１１４は、接触器構造１０２それ自体の中での第一の軸方向または第二の軸方向のどちらかへの、例えば、接触器１０２の第一の末端１０４から第二の末端１０６への、熱エネルギーの移動も提供し、これは、例えば、接触器１０２の軸長に沿った熱プロファイルの制御を提供するために特に望ましい場合がある。そのような様式で、本発明による本ＴＳＡ法の実施形態は、熱エネルギーを軸方向に連続的な伝導性フィラメント１１４を通して接触器構造１０２内部に（および任意にまた、接触器構造１０２の内外に）移動させることによって、並行路吸着剤接触器１０２に沿ってどちらか一方の軸方向に熱を移動させて、接触器構造１０２の内外を流れる流体の温度とは独立している並行路吸着剤接触器１０２内部の熱条件および熱プロファイルを制御することができることが望ましい。
【００２６】
本発明の実施形態による本ＴＳＡ法を実装する際に使用される上記のような並行路吸着剤接触器構造は、この構造の横断方向への熱伝導性と比べた、軸方向に連続的な熱伝導性フィラメントによる軸方向への実質的に増大した熱伝導性の提供のために、横断方向と比べて軸方向に異方性熱伝導性を具備することができる。１つのそのような実施形態では、そのような並行路吸着剤接触器構造は、異方性熱伝導性を具備することができ、その場合、この構造に含まれる軸方向に連続的な熱伝導性フィラメントによって提供される軸方向への熱伝導性容量のために、軸方向への熱伝導性は、この構造の横断方向への熱伝導性の少なくとも１０倍、より具体的には、少なくとも１００倍である。本発明の代替の実施形態では、並行路吸着剤接触器は、接触器が、好ましくは軸方向に熱伝導性であるように、少なくとも１つの軸方向熱伝導材を具備することができ、かつ軸方向の熱伝導性が均一であることができるか、または例えば、個別の伝導性フィラメントを備えていても備えていなくてもよい接触器構造の残部と比べて軸方向の熱伝導性がより高い１以上の軸方向に配向した領域を有することができる。
【００２７】
本ＴＳＡ法を実装するのに好適な特定の実施形態では、並行路吸着剤接触器構造１０２は、並行路吸着剤接触器１０２の通路１１０を通過した流体混合物と相互作用する働きをする吸着剤化合物を具備することができる。例えば、接触器１０２のセル壁１１２は、並行流体流路１１０を通して導入され、かつ接触器のセル壁１１２と接触している流体混合物の第一の流体成分を吸着させるように選択される少なくとも１つの吸着剤化合物を具備することができる。そのような実施形態では、セル壁１１２内の熱伝導性および／または電気伝導性フィラメント１１４は、吸着剤構造１０２の内および／または外に熱エネルギーを移動させることを有利に提供し、例えば、吸着分離システムにおける吸着剤構造１０２の使用を可能にして、本発明のＴＳＡ法を実装し、この方法により、セル壁１１２中の活性吸着剤材料を熱伝導性および／または電気伝導性フィラメント１１４によって加熱して、例えば、脱離工程における吸着剤材料の温度を上昇させ、それにより、吸着した流体成分の少なくとも一部を脱離させることができる。そのような実施形態では、供給流体混合物の所望の第一の成分を吸着させるために選択することができることが望ましい、任意の好適な公知の吸着剤化合物、またはその組合せを、接触器のセル壁１１２の中または表面に具備することができる。
【００２８】
さらなるそのような実施形態では、並行路吸着剤接触器構造１０２の通路１１０を通して導入される供給流体混合物の第一の流体成分の少なくとも一部を吸着させる働きをすることが知られている任意の好適な活性吸着剤化合物は、この構造のセル壁１１２の中または表面に具備されることができる。例示的なそのような公知の吸着剤化合物は、限定するものではないが、乾燥剤、活性炭、炭素分子篩、炭素吸着剤、黒鉛、活性アルミナ、分子篩、アルミノリン酸塩、シリコアルミノリン酸塩、ゼオライト吸着剤、イオン交換ゼオライト、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、修飾ゼオライト、天然ゼオライト、フォージャサイト、クリノプチロライト、モルデナイト、金属交換シリコアルミノリン酸塩、単極樹脂、双極樹脂、芳香族架橋ポリスチレン系マトリクス、臭素化芳香族マトリクス、メタクリル酸エステルコポリマー、黒鉛吸着剤、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、ナノ材料、金属塩吸着剤、過塩素酸塩、シュウ酸塩、アルカリ土類金属粒子、ＥＴＳ、ＣＴＳ、金属酸化物、化学吸着剤、アミン、有機金属反応剤、ハイドロタルサイト、シリカライト、ゼオライトイミダゾレートフレームワーク、および金属有機構造体（ＭＯＦ）吸着剤化合物、ならびにこれらの組合せ：を含むことができる。本発明の好ましい実施形態では、そのような好適な活性吸着剤化合物は、循環ＴＳＡプロセスを通じて、第二の流体成分よりも第一の流体成分に対する十分に高い動的選択性（平衡選択性および／または速度論的選択性のうちの少なくとも１つを含むことができる）を提供するように選択することができることが望ましい。
【００２９】
またさらなる実施形態では、図１に示すハチの巣型並行路吸着剤接触器構造１０２は、成形型からのセラミックまたは他の合成スラリー材料の押出しによって作製し得るような押し出されたハチの巣型構造を具備することができる。そのような場合、並行路流体接触器構造１０２を通って延伸する多数の並行路１１０および隣接する通路１１０を分離するセル壁１１２を、例示的な押出し成形型の形状によって、例えば、セラミックまたは他の合成スラリーを押し出して構造１０２を形成させ得る多数の相隔たる針または棒型の成形型要素を含む押出し成形型によって、形成させることができる。そのような実施形態では、該セラミックまたは他の合成スラリーは、例えば、構造１０２の通路１１０を通過した流体と相互作用する働きをする少なくとも１つの吸着剤材料の他に、例えば、バインダー材などの、少なくとも１つの不活性材または構造材を具備することができる。他の実施形態では、該不活性材または構造材は、粘土、セラミック、コロイド、シリカ、接着剤、樹脂、およびバインダー化合物、またはこれらの組合せのうちの少なくとも１つを具備することができる。
【００３０】
本発明の実施形態によるＴＳＡ法を実装する際に使用するのに好適な実施形態によれば、軸方向に連続的な熱伝導性および／または電気伝導性フィラメント１１４は、引っ張って、成形して、整形して、または別の方法で形を作って、連続フィラメント１１４にし得る任意の好適な公知の熱伝導性および／または電気伝導性材料を具備することができる。好ましい実施形態では、並行路流体接触器構造１０２のセル壁１１２の内もしくは外への、軸方向に接触器１０２の内部への、および／または接触器１０２の通路１１０を通過する流体の内もしくは外への熱エネルギーの効率的な伝導を可能にするために、フィラメント１１４は、望ましい程度に高い熱伝導性を有する１以上の材料を具備することができる。例示的なそのような公知の熱伝導性材料は、アルミニウム、銅、タングステン、銀、金、およびこれらの金属合金、ならびに炭素、ならびにカーボンファイバーおよびナノファイバー材料を含むことができるが、これらに限定されない。有利には、熱エネルギーを接触器構造１０２の中、外、または内部に効率的に伝導することができるフィラメント１１４を提供するために、好適な接触器構造１０２中の軸方向に連続的な伝導性フィラメント１１４を、少なくとも２００Ｗ／ｍＫ、より好ましくは、少なくとも約４００Ｗ／ｍＫの軸方向の熱伝導性を有する好適な公知の材料から形成させることができる。特定の実施形態では、軸方向に連続的な熱伝導性および／または電気伝導性フィラメント１１４は、フェノール樹脂カーボンファイバー、中間相カーボンファイバー、およびカーボンナノチューブ材料のうちの１つまたは複数を具備する熱伝導性炭素材料を具備することができ、ここで、この炭素材料は、少なくとも４００Ｗ／ｍＫ、より好ましくは、少なくとも約５００Ｗ／ｍＫの軸方向の熱伝導性を有する。さらなる実施形態では、軸方向に連続的な熱伝導性および／または電気伝導性フィラメント１１４の材料の種類ならびに相対的な寸法および間隔は、少なくとも０．２５Ｗ／ｍＫ、より具体的には、少なくとも約１Ｗ／ｍＫの並行路吸着剤接触器構造全体のバルクの軸方向の熱伝導性を提供するように選択することができる。またさらなる例示的な実施形態では、軸方向に連続的な熱伝導性および／または電気伝導性フィラメント１１４の材料の種類ならびに相対的な寸法および間隔は、少なくとも約１０Ｗ／ｍＫの並行路流体接触器構造全体のバルクの軸方向の熱伝導性を提供するように選択することができる。並行路吸着剤接触器構造が約３５％のボイド率を含み、かつ約６００Ｗ／ｍＫの軸方向の熱伝導性を有する伝導性フィラメントを具備する１つの例示的な実施形態では、この構造は、例えば、少なくとも約１０Ｗ／ｍＫ、より望ましくは、少なくとも約２０Ｗ／ｍＫのバルクの軸方向の熱伝導性を具備することができることが望ましい。
【００３１】
また別の実施形態では、接触器構造１０２の内部を軸方向に走る軸方向に連続的な熱伝導性フィラメント１１４は、電気伝導性であることもできる。好ましくは、そのような電気伝導性フィラメント１１４は、フィラメント１１４を通して軸方向に電流を通した時に、抵抗性に加熱することができる。それゆえ、例えば、本発明のＴＳＡ法の脱離工程を実装するために、電気伝導性フィラメントを電気回路に接続し、フィラメント中の電流の通過を制御することによって、電気伝導性フィラメントを制御可能に加熱または冷却し、抵抗加熱によりフィラメント１１４の相対温度を増大および／または減少させることができる。さらに、これは、フィラメント１１４と直接的に接触している並行路流体接触器構造１０２のセル壁１１２の加熱および／または冷却の電気制御を提供し、さらに、構造１０２のセル壁１１２の中または表面に具備される１以上の活性吸着剤化合物の加熱および／または冷却の電気制御も提供する。したがって、そのような実施形態では、構造１０２のフィラメント１１４を流れる電流の制御を用いて、構造のセル壁１１２の中または表面の吸着剤材料の加熱および冷却を制御することができる。
【００３２】
さらに、本発明の実施形態によるＴＳＡ法を実装する吸着分離システムで使用される上記の全ての実施形態について、並行流体流路１１０、セル壁１１２、および軸方向に連続的な熱伝導性フィラメント１１４の相対的な寸法を、いくつかある潜在的に望ましい特性の中でも特に、例えば、圧力降下を含む流体流についての望ましい特性、構造１０２の構造完全性および強度、気孔率、ならびに／または空隙率についての特性、この構造の熱容量および／または質量、ならびにフィラメント１１４によって提供される軸方向の熱伝導性などの、任意の望ましい適用または使用についての接触器構造１０２の望ましい特性に合うように適合させることができるということに留意すべきである。
【００３３】
本発明の代替の実施形態では、吸着分離システム中の並行路吸着剤接触器は、軸方向に連続的な熱伝導性フィラメント以外の軸方向に熱伝導性の手段を具備することができる。そのような代替の実施形態では、そのような軸方向に熱伝導性の手段は、例えば、吸着剤接触器構造中で実質的に軸方向に熱を移動させる働きをし得る、不連続的もしくはランダムに配向した熱伝導性要素および／または軸方向に熱伝導性の吸着剤材料を具備することができる。そのような代替の実施形態では、本ＴＳＡ法は、次に、吸着熱に由来する熱を、軸方向に熱伝導性の代替手段の少なくとも一部に沿って、向流的な第二の軸方向に移動させる工程を代わりに含むことができ、この第二の軸方向は、吸着工程における、吸着剤接触器に導入される供給流体の第一の軸方向とは実質的に反対である。ＴＳＡ法のそのような代替の実施形態は、軸方向に熱伝導性の代替手段の少なくとも一部に沿って、実質的にどちらか一方の軸方向に熱を移動させて、例えば、脱離工程における脱離熱の少なくとも一部を提供する工程を含むこともできる。
【００３４】
図３は、温度下限Ｔ１  ３１０から温度上限Ｔ２  ３１２までの吸着剤接触器の温度目盛り３０８に対する、入口末端３０４から出口末端３０６までの並行路吸着剤接触器の軸方向の寸法３０２に沿った吸着剤接触器中の吸着剤材料の温度のプロット３２０を示す、本発明の実施形態による吸着工程の開始時の並行路吸着剤接触器の軸方向熱プロファイルグラフ３００を示す。例示的なプロット３２０において、供給流体混合物は、第一の軸方向３１４に導入され、並行路吸着剤接触器の入口末端３０４から出口末端３０６に向かって流れる。吸着の開始時の並行路吸着剤接触器の温度は、第一の流体成分が、本発明の実施形態による本ＴＳＡ法の吸着工程において、熱フロント（これは、物質移動フロントとともに、吸着フロントを含む）の先端で吸着剤材料に吸着され始めるときに放出される吸着熱のために、入口末端３０４で上昇し始めて、温度３２２に達している。したがって、接触器の最低温度は、入口末端３０４の少し上流の３２８で示される。吸着工程において、接触器のセル壁の中または表面の少なくとも１つの吸着剤材料への第一の流体成分の吸着熱に由来する熱は、並行路吸着剤接触器中の熱の急上昇をもたらし、これは、望ましくないことに、吸着剤材料の温度を上昇させる傾向がある可能性があり、また、吸着容量、したがって、供給流体混合物から第一の流体成分を除去する吸着剤材料の有効性を低下させることができる。第一の流体成分の吸着熱に由来する熱の一部は、接触器に導入され、出口末端３０６に向かって移動する流体混合物の移動による接触器内の対流３１６の効果によって、接触器に沿って出口末端３０６に向かって移動することができる。しかしながら、この対流効果３１６は、流体流３１４の同じ第一の軸方向に熱を移動させる効果しか持たない可能性があり、そのため、出口末端３０６に向かって接触器および吸着剤材料の温度を増大させるようにしか作用しない可能性がある。
【００３５】
したがって、本ＴＳＡ法の実施形態は、接触器の入口末端３０４に向かい、かつ吸着剤接触器を通る供給流体３１４および対応する対流熱移動３１６の流れの第一の軸方向とは反対の、第二の軸方向３１８への、接触器中の熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿った、並行路吸着剤接触器中の吸着剤材料への第一の流体成分の吸着熱に由来する熱の移動を提供する。接触器中の熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿った、かつ接触器を通る供給流体の流れとは反対のまたは向流的な伝導による第二の軸方向３１８へのそのような熱の移動は、吸着フロントが、吸着剤接触器の入口末端３０４から出口末端３０６に向かって第一の軸方向３１４に移動するときに吸着熱によってもたらされる接触器および吸着剤材料の温度の熱による急上昇を有利に低下させ、それにより、吸着容量、したがって、吸着剤材料の有効性を増大させることができることが望ましい。さらに、並行路吸着剤接触器中の熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿った伝導によるそのような向流熱移動３１８は、接触器を通る供給流体３１４の流れとともに対流３１６によって一掃され、第一の生成物流体が接触器の出口末端３０６を離れるときに接触器から取り除かれ得る熱エネルギーまたは熱の量を望ましく低下させることもでき、そうでなければ、そのような熱エネルギーまたは熱は、脱離工程または再生工程における吸着剤材料からの第一の流体成分の脱離に必要とされる所要の熱エネルギーまたは熱（脱離および／または速度論的活性化の熱を含む）を望ましくなく増大させる。
【００３６】
図４は、温度下限Ｔ１  ３１０から温度上限Ｔ２  ３１２までの吸着剤接触器の温度目盛り３０８に対する、入口末端３０４から出口末端３０６までの並行路吸着剤接触器の軸方向の寸法３０２に沿った吸着剤接触器中の吸着剤材料の温度のプロット４２０を示す、本発明の実施形態による吸着工程における並行路吸着剤接触器の軸方向熱プロファイルグラフ４００を示す。例示的なプロット４２０において、供給流体混合物は、接触器に対して第一の軸方向４１４に導入され、並行路吸着剤接触器の入口末端３０４から出口末端３０６に向かって流れて、第一の流体成分が激減した第一の生成物流体として回収されており、吸着フロント４２２の先端は、吸着工程の間に、接触器に沿って軸方向に移動している。吸着熱の一部が、対流４１６の下、供給流体混合物４１４の流れと並流的な第一の軸方向に移動してしまうので、熱フロント４２２（これは、物質移動フロントとともに、吸着時に接触器の中を移動する吸着フロントを含む）の先端での並行路吸着剤接触器の温度は、並行路吸着剤接触器４２６の入口末端でよりも高い。しかしながら、本発明のＴＳＡ法の本実施形態において提供されているように、吸着剤材料への第一の流体成分の吸着熱に由来する熱は、並行路吸着剤接触器構造の熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿った伝導による供給流体混合物の流れ４１４と向流的な第二の軸方向４２４に移動している。伝導によるそのような向流熱移動は、前進する吸着フロントの近くの接触器の入口末端３０４付近の熱４２４の流れ、および接触器の熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿った伝導による接触器４２８の最も冷たい地点に向かう熱４１８の向流的流れにおいて明らかであり、それにより、接触器内の第一の流体成分の吸着熱に由来する熱または熱エネルギーの望ましく改善された保持が提供される。吸着フロントの物質移動フロント成分は、吸着が接触器の中を進むにつれて、通常、熱フロントに後れを取り得るので、接触器の熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿った熱４１８のそのような向流伝導は、有利には、（吸着熱から生じる）熱フロントからの熱を吸着剤接触器内に実質的に保持すると同時に、物質移動フロントがさらに吸着剤接触器の中を出口末端３０６に向かって進むことも可能にすることができ、それゆえ、吸着時の吸着剤接触器の吸着容量の利用を望ましく増大させ、ＴＳＡ法の効率を高めることができる。
【００３７】
図５は、温度下限Ｔ１  ３１０から温度上限Ｔ２  ３１２までの吸着剤接触器の温度目盛り３０８に対する、入口末端３０４から出口末端３０６までの並行路吸着剤接触器の軸方向の寸法３０２に沿った吸着剤接触器中の吸着剤材料の温度のプロット５２０を示す、本発明の実施形態による吸着工程の終了時および脱離工程の開始時の並行路吸着剤接触器の軸方向熱プロファイルグラフ５００を示す。例示的なプロット５２０において、供給流体混合物は、もはや接触器に導入されておらず、第一の流体成分が激減した第一の生成物流体は、もはや出口末端３０６から回収されておらず、今度は、脱離流またはパージ流体流５３０が接触器に導入され、並行路吸着剤接触器の出口末端３０６から入口末端３０４に向かって第二の軸方向に流れる。脱離フロント５２８の先端は、接触器の出口末端３０６に進入しているところであり、脱離工程の間に、入口末端３０４に向かって、接触器に沿って軸方向に移動することになる。並行路吸着剤接触器の最高温度５２０は、出口末端で存在し、脱離工程の間に、吸着剤材料から第一の流体成分を脱離させるのに必要とされる脱離熱のために、脱離フロント５２８の先端に向かって減少する。望ましくは、本ＴＳＡ法の実施形態は、吸着剤材料から第一の流体成分を脱離させるのに必要とされる脱離および／または速度論的活性化の熱の少なくとも一部を提供するために、並行路吸着剤接触器中の軸方向の熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿った伝導による熱の移動を提供する。接触器の伝導性フィラメントに沿った伝導によるそのような熱の移動５１８は、図５において、第二の軸方向に、または接触器の入口末端３０４に向かう脱離もしくはパージ流体５３０の流れと並流的に示されている。脱離フロントは入口末端３０４に向かって接触器を通過するので、吸着剤材料から第一の流体成分を脱離させるのに必要とされる脱離熱の少なくとも一部を提供するために、接触器の熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿った伝導性熱移動を、第一の軸方向または第二の軸方向のどちらか、すなわち、脱離流体またはパージ流体５３０の流れと並流的にまたは向流的に提供することができる。そのような熱移動は、脱離熱による接触器中の吸着剤材料の温度の任意の熱の急降下または急上昇を望ましく低下させ、それにより、吸着剤材料からの脱離の有効性を高め、それに応じて、後続の吸着サイクルのための吸着剤材料の容量を増大させることもできる。上記のような再生前パージ工程を含む代替の実施形態では、そのような再生前工程において吸着剤材料に吸着した望ましくない吸着した第二の流体成分または希釈剤流体成分の脱離および／または速度論的活性化の熱の少なくとも一部は、例えば、接触器の熱伝導性フィラメントに沿った伝導性熱移動によって提供することもできる。
【００３８】
図６は、温度下限Ｔ１  ３１０から温度上限Ｔ２  ３１２までの吸着剤接触器の温度目盛り３０８に対する、入口末端３０４から出口末端３０６までの並行路吸着剤接触器の軸方向の寸法３０２の少なくとも一部に沿った吸着剤接触器中の吸着剤材料の温度のプロット６２０を示す、本発明の実施形態による脱離工程または再生工程の終了時の並行路吸着剤接触器の軸方向熱プロファイルグラフを示す。例示的なプロット６２０において、脱離流体またはパージ流体は、もはや接触器に導入されておらず、第一の流体成分が濃縮された脱離した生成物流体はもはや入口末端３０４から回収されておらず、一実施形態では、接触器は、供給流体混合物を導入し、本ＴＳＡ法の吸着工程を再開し始める準備が整っていてもよい。代替の実施形態では、調節流体流６１４を接触器に導入し、並行路吸着剤接触器の入口末端３０４から出口末端３０６に向かって第一の軸方向に流して、例えば、接触器中の吸着剤材料の温度を変化させるか、または本ＴＳＡ法の吸着工程を開始する前に、他の流体成分を接触器から脱離させるかもしくは一掃することができる。一実施形態では、調節流体流６１４を接触器に導入して、吸着前に吸着剤材料の温度を低下させるか、または除湿するか、または別の方法で吸着剤材料を調節することができる。そのような任意の調節工程において、本ＴＳＡ法の一実施形態は、調節流体６１４の流れと並流的な対流によって、並行路吸着剤接触器に沿った第一の軸方向への熱移動６１６を提供することができる。代替の実施形態では、接触器の熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿った伝導による熱移動を提供することもでき、これにより、第一の軸方向または第二の軸方向のどちらかに熱を移動させ、例えば、吸着前の接触器中の吸着剤材料の温度のばらつきを望ましく低下させることができる。脱離工程または再生工程（または代替の実施形態の場合、調節工程）の終了後、並行路吸着剤接触器の最高温度６２０は、出口末端で存在し、本ＴＳＡ法の吸着工程の再開に備えて、接触器の入口末端３０４の最も近くの最低温度６２８に向かって減少する。
【００３９】
本発明の一実施形態では、少なくとも１つの吸着剤材料への第一の流体成分の吸着は、並行路吸着剤接触器の熱プロファイルを超える第一の吸着剤材料温度または第一の吸着剤材料温度範囲で起こることができ、これは、脱離工程において第一の流体成分の脱離が起こる第二の吸着剤材料温度または吸着剤材料温度範囲とは異なっている。そのような実施形態では、吸着剤材料は、通常、第一の流体成分を脱離させるために加熱することができ、そのため、脱離が起こる第二の温度は、通常、第一の流体成分の吸着が行なわれる第一の温度よりも高くてもよい。ＴＳＡ法が中間の再生前工程を含む本発明の実施形態では、再生前工程は、望ましくなく吸着した第二の流体成分または希釈剤流体成分の少なくとも一部を吸着剤材料から脱離および／または脱着させることを含むことができ、これは、吸着時の第一の吸着剤材料温度と脱離工程における第一の流体成分の再生または脱離時の第二の吸着剤材料温度との間にあることが好ましい別の中間温度または温度範囲で実施されてもよい。ＴＳＡ法が調節工程を含む本発明の実施形態では、調節工程は、吸着のために供給流体混合物を接触器に導入する前に、少なくとも１つの吸着剤材料を所望の吸着前温度に調節することを含むことができる。１つのそのような実施形態では、調節工程は、伝熱流体を含み得る少なくとも１つの調節流体を、並行路吸着剤接触器に導入して、接触器中の吸着剤材料を所望の吸着前温度に調節するために、調節流体および／または伝熱流体を接触器と直接的に接触させることによって吸着剤接触器におよび／または吸着剤接触器から熱を移動させることを含むことができる。例えば、限定するものではないが、空気、水蒸気、水、冷却剤、凝縮可能溶媒、蒸気などの、任意の好適な公知の調節流体および／または伝熱流体をそのような調節前工程で使用することができる。一実施形態では、所望の吸着前温度は、通常、吸着が起こる第一の温度よりも低くてもよいが、代替の実施形態では、吸着前温度は、例えば、第一の吸着温度よりも高いが、第二の脱離温度よりも低くてもよい。さらなる関連実施形態では、脱離工程における第一のパージの後、二次パージ流体ストリームを、接触器の中に通して、それにより、少なくとも１つの吸着剤材料と接触した状態で通過させて、例えば、吸着剤材料を所望の吸着前温度に調節し、かつ／または本ＴＳＡ法の次の吸着工程の再開の前に１以上の流体成分を吸着剤材料からさらに脱離させるかもしくは一掃するように、そのような調節工程は、並行路吸着剤接触器中の吸着剤材料の二次パージを提供することを含むことができることが望ましい。
【００４０】
本発明の別の実施形態では、並行路吸着剤接触器は、少なくとも第一の吸着剤材料および第二の吸着剤材料を具備することができ、ここで、第一の流体成分の少なくとも一部は、吸着工程において、少なくとも第一の吸着剤材料に吸着する。１つの例示的な形状において、第一の吸着剤材料および第二の吸着剤材料は、吸着剤接触器の別々の第一の軸セグメントおよび第二の軸セグメント中に具備されることができ、吸着剤接触器構造中、一方のセグメントは、もう一方のセグメントの上流にある。第一の吸着剤材料が、第一の流体成分の少なくとも一部を供給流体混合物から吸着する１つのそのような実施形態では、本ＴＳＡ法の脱離工程は、第二の吸着剤材料とは別々に、かつ第二の吸着剤材料を実質的に加熱することなく、第一の吸着剤材料を加熱することによって、吸着した第一の流体成分の少なくとも一部を第一の吸着剤材料から脱離させることを提供することができる。１つのそのような実施形態では、吸着剤接触器中の熱伝導性フィラメントは、電気伝導性でもあり得ることが望ましく、また、第二の吸着剤材料を実質的に加熱することなく、第一の吸着剤材料を加熱し、それから第一の流体成分を脱離させるために、脱離工程における第一の吸着剤材料のそのような別々の加熱は、第一の吸着剤材料と接触しているフィラメントのみに電流をかけることによって達成することができる。
【００４１】
別の実施形態では、本ＴＳＡ法の脱離工程は、脱離時に、好適なパージ流体を並行路吸着剤接触器に供給することと、接触器から第一の流体成分とパージ流体の両方を含む吸着した生成物流体を回収することとをさらに含むことができる。１つのそのような実施形態では、パージ流体は、脱離工程において、吸着剤接触器の入口末端および出口末端のうちの少なくとも１つに供給されることができ、かつ少なくとも１つの吸着剤材料からの第一の流体成分の脱離の一部として、吸着剤接触器中の並行路フローチャネルを第一の軸方向および第二の軸方向のうちの少なくとも一方に通過することができる。パージ流体を用いて、本ＴＳＡ法の脱離工程（または代替の実施形態では、中間の再生前工程）において、吸着剤材料を加熱するのに必要とされる熱の少なくとも一部を提供することできる。一態様では、吸着剤材料は、高温で少なくとも１つのパージ流体または伝熱流体を並行路流体接触器に供給することによって、脱離工程において加熱することができる。別の実施形態では、脱離工程は、少なくとも１つの吸着剤材料を直接加熱して、接触器の熱伝導性フィラメントを加熱し、それにより、吸着剤材料を具備する並行路接触器のセル壁を直接加熱することによって第一の流体成分を脱離させることを含むことができる。１つのそのような実施形態では、熱伝導性フィラメントは、顕熱の供給源によって加熱することができるか、あるいは熱伝導性フィラメントが電気伝導性でもある実施形態では、フィラメント、およびその結果、接触器のセル壁中の吸着剤材料は、フィラメントに電流を通すことによって、例えば、フィラメントの電気抵抗加熱またはジュール加熱によって、直接加熱することができる。特定の態様では、脱離時に、吸着剤材料（複数可）を直接的にかつ正確に加熱するための接触器中の伝導性フィラメントの電気抵抗加熱またはジュール加熱の使用は、本発明のＴＳＡ法のサイクル時間の減少を望ましく提供することができ、従来の長い（典型的には、数時間またはそれより長い）サイクル持続時間の、例えば、持続時間が２分未満、好ましくは９０秒未満のＴＳＡ工程（例えば、吸着、脱離など）などの、顕著により短いサイクル持続時間への減少を可能にすることができる。
【００４２】
並行路接触器が、接触器の対応する第一の軸セグメントおよび第二の軸セグメント中に第一の吸着剤材料および第二の吸着剤材料も具備する特定の実施形態では、脱離工程は、接触器の第一の軸セグメント中の伝導性フィラメントを、第二の軸セグメント中の第二の吸着剤材料とは別々に電気的に加熱することによって、吸着した第一の流体成分の少なくとも一部を第一の吸着剤材料から脱離させることを含むことができる。さらなる実施形態では、第一の軸セグメントおよび第二の軸セグメントは、例えば、本ＴＳＡ法の脱離工程における、第一のセグメントおよび第二のセグメントの個々の電気抵抗加熱によって、連続的に加熱することができる。１つのそのような実施形態では、第一の軸セグメントは、接触器の出口末端の最も近くに配置することができ、第二の軸セグメントは、第一のセグメントから接触器の入口末端に向かって配置することができ、第一の軸セグメントおよび第二の軸セグメントの連続的な脱離に対応して、第一の流体成分、および第二の吸着剤材料から脱離した別の流体成分が濃縮された第一の脱離した生成物流体および第二の脱離した生成物流体は、本ＴＳＡ法の回収工程において（脱離時に接触器を通る流体流の方向に応じて）入口末端または出口末端から回収することができる。
【００４３】
本ＴＳＡ法の一実施形態によれば、任意の好適な公知の吸着剤材料、例えば、供給流体混合物の所望の流体成分を吸着させるために使用し得る吸着剤を、並行路吸着剤接触器（複数可）のセル壁の中および／または表面に具備される吸着剤材料（複数可）としてＴＳＡ法と併せて使用することができる。好ましい実施形態では、そのような吸着剤材料は、ＴＳＡサイクルを通じて、供給流体の残存成分と比べて、第一の流体成分の十分に高い動的選択性（例えば、平衡選択性および／または速度論的選択性を具備する）を提供することができることが望ましい。本ＴＳＡ法で利用される接触器（複数可）が、２以上のセグメントまたは部分、例えば、並行路吸着剤接触器の軸方向に間隔が空いた２以上のセグメントを具備する特定の実施形態では、任意の好適な公知の吸着剤材料は、供給流体混合物からの１以上の流体成分の所望の吸着を提供するように、接触器セグメントの各々に実装することができる。１つのそのような実施形態では、吸着剤接触器は、同じ吸着剤材料または吸着剤材料の組合せを具備する多数の別々のセグメントまたは部分を具備することができ、また、別の実施形態では、吸着剤接触器は、例えば、本ＴＳＡ法の吸着工程において、供給流体混合物の異なる流体成分を選択的に吸着させるために、接触器セグメントまたは部分の各々に具備される異なる吸着剤材料（または吸着剤材料の組合せ）を具備することができる。多数の異なる吸着剤材料が吸着剤接触器のセグメントまたは部分に実装される場合、吸着剤材料は、例えば、特定の供給流体成分の吸着のために、かつ意図される吸着および脱離条件で、互いに適合するように選択することができることが望ましい。
【００４４】
本ＴＳＡ法の選択された実施形態で使用するのに好適であり得る例示的な公知の吸着剤材料は、限定するものではないが、乾燥剤、活性炭、炭素吸着剤、黒鉛、炭素分子篩、活性アルミナ、分子篩、アルミノリン酸塩、シリコアルミノリン酸塩、ゼオライト吸着剤、イオン交換ゼオライト、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、修飾ゼオライト、天然ゼオライト、フォージャサイト、クリノプチロライト、モルデナイト、金属交換シリコアルミノリン酸塩、単極樹脂、双極樹脂、芳香族架橋ポリスチレン系マトリクス、臭素化芳香族マトリクス、メタクリル酸エステルコポリマー、黒鉛吸着剤、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、ナノ材料、金属塩吸着剤、過塩素酸塩、シュウ酸塩、アルカリ土類金属粒子、ＥＴＳ、ＣＴＳ、金属酸化物、化学吸着剤、アミン、有機金属反応剤、および金属有機フレームワーク吸着剤材料、ならびにこれらの組合せ：を含むことができる。
【００４５】
本発明のＴＳＡ法の一実施形態では、ＴＳＡ法の工程は、実質的に一定または等圧の圧力条件下で実施することができることが望ましい。特定の実施形態では、吸着剤接触器への供給流体の導入、流体成分の吸着、第一の生成物流体の回収、吸着した成分の脱離、および脱離した第二の生成物流体の回収は全て、例えば、実質的に大気圧下で実施することができる。代替の実施形態では、本ＴＳＡ法のそのような工程は、例えば、等圧の過大気圧条件下などの、実質的に一定の高い圧力で実施することができる。別の代替の実施形態では、本ＴＳＡ法の第一の生成物流体を導入し、吸着させ、かつ回収する工程は、例えば、大気圧下などの、第一の実質的に一定の圧力条件下で実施することができ、一方、脱離した第二の生成物流体を脱離させ、かつ回収する工程は、高い過大気圧などの、高い圧力で実施することができる。１つのそのような実施形態では、吸着剤接触器は、脱離させる工程の前に実質的に密封することができ、吸着させる工程において実施される吸着剤接触器の加熱は、吸着した流体成分が吸着剤材料から脱離し、それにより、接触器の圧力を、例えば、過大気圧レベルにまで上昇させるときに、接触器内の圧力の増大をもたらすことができる。このように、脱離した第二の生成物流体は、特定の用途において望ましい場合がある加圧された第二の生成物流体を提供するために、吸着させる工程が実施された圧力を上回る望ましい程度に高い圧力で任意に回収することができる。
【００４６】
本発明による特定の態様では、特に、二酸化炭素ガスを少なくとも二酸化炭素成分および窒素成分を含む排気ガス供給混合物から分離することに関する温度スイング吸着（ＴＳＡ）プロセスが提供される。二酸化炭素を分離するそのようなＴＳＡプロセスは、特に、例えば、石炭または天然ガス発電所などの、火力発電所の排気ガスまたは排ガスから二酸化炭素の少なくとも一部を除去するように適合させることができる。排気ガス供給混合物からの二酸化炭素の除去に関する一実施形態では、少なくとも二酸化炭素および窒素を含む排気ガス供給流体混合物から少なくとも二酸化炭素成分を分離する温度スイング吸着（ＴＳＡ）プロセスが提供される。そのような実施形態では、ＴＳＡプロセスは、排気ガス供給混合物を、少なくとも１つの並行路吸着剤接触器を具備する吸着分離システムに導入する初期工程を含むことができる。特に、好適なそのような並行路吸着剤接触器は、流体が接触器内を流れるのを可能にするために接触器の入口末端と出口末端の間で第一の軸方向に配向している複数の実質的に並行な流体流路、および流体流路の間に位置し、かつ流体流路を分離している少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料を具備するセル壁を具備することができる。並行路吸着剤接触器は、接触器の軸方向に配向し、かつ接触器のセル壁の中または表面に具備される少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料と直接的に接触している複数の軸方向に連続的な熱伝導性フィラメントも具備することができることが望ましい。その後、排気ガスを、並行路吸着剤接触器の入口末端に導入して、接触器の中を出口末端に向かって第一の軸方向に流すことができ、また、二酸化炭素成分の少なくとも一部を、窒素および／または排気ガス混合物の他の成分よりも二酸化炭素を吸着するのに選択的であり得ることが好ましい少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料に吸着させることができる。
【００４７】
本実施形態では、その後、少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料への二酸化炭素成分の吸着熱から放出される熱を、二酸化炭素吸着剤材料への二酸化炭素の吸着時に、吸着剤接触器中の熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って（第一の軸方向とは反対の）第二の軸方向に、接触器の入口末端に向かって接触器に沿って逆に移動させる。第二の軸方向へのそのような熱の移動は、望ましくは、二酸化炭素の吸着が起こるときの少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤の温度の急上昇を低下させることができ、かつ任意にまた、吸着熱に由来する熱エネルギーの少なくともかなりの部分を吸着剤接触器内に望ましく保持して、後の二酸化炭素吸着剤材料の再生時にそのような熱エネルギーの回収を可能にすることができる。その後、排気ガス供給混合物と比べて二酸化炭素が激減した排気ガス生成物ストリームを吸着剤接触器の出口末端から回収する。火力発電所の排気ガスから二酸化炭素を除去することに関する実施形態では、そのような第一の生成物流体は、実質的に二酸化炭素を含まない排気ガス生成物ストリームを含むことができることが望ましく、これは、その後、大気に放出されるか、または放出する前に、別の方法で処理または加工することができ、かつそれ故に、例えば、大気中の二酸化炭素レベルに対する影響を低下させるのに望ましいように、二酸化炭素の除去のために、炭素排出に対する顕著に軽減された影響を有すると考えることができる。排気ガス生成物ストリームのそのような回収に続いて、その後、少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料に吸着した二酸化炭素の少なくとも一部を、少なくとも１つの吸着剤材料を加熱することによって脱離させ、熱を吸着剤接触器の熱伝導性フィラメントの少なくとも一部に沿って、第一の軸方向または第二の軸方向のどちらかに移動させて、脱離工程において必要とされる吸着剤材料からの二酸化炭素の脱離熱の少なくとも一部を提供する。最後に、二酸化炭素が濃縮された脱離した二酸化炭素生成物は、並行路吸着剤接触器の入口末端および出口末端のうちの少なくとも１つから回収される。
【００４８】
その後、上の実施形態による本ＴＳＡ二酸化炭素分離プロセスを、並行路吸着剤接触器中で任意に反復して、排気ガス供給混合物から二酸化炭素を分離する連続的または反復的な循環分離法を提供することができる。特に、他の実施形態において上で記載されているのと同様に、本ＴＳＡ二酸化炭素分離プロセスによる操作のための吸着分離システムは、本ＴＳＡ分離プロセスの交互の操作を提供し、かつ例えば、火力発電所などの排気ガスの供給源からの連続的および／または半連続的な吸着分離を可能にするために、２以上のそのような並行路吸着剤接触器を具備することができることが望ましい。上記のように、吸着剤材料を含有する１つ、２つ、もしくは３つ、またはそれより多くの吸着装置を具備するシステムとして当技術分野で知られているような、例えば、機械式／空気圧式または他のタイプのバルブまたは他の流量制御装置を用いる任意の好適な公知の吸着分離システムを用いて、本ＴＳＡプロセスの工程のガスフローを実装することができる。
【００４９】
上で記載されているのと同様に、本発明の一実施形態では、二酸化炭素分離プロセスを実施するのに好適な吸着分離システムは、ガスが接触器内を流れるのを可能にするために接触器の入口末端と出口末端の間で第一の軸方向に配向している複数の実質的に並行な流体流路、および流体流路の間に位置し、流体流路を分離している少なくとも１つの二酸化炭素選択的吸着剤材料を具備するセル壁を各々具備する、少なくとも１つの並行路吸着剤接触器を具備する。各々の好適なそのような並行路吸着剤接触器は、接触器の軸方向に配向し、かつ接触器のセル壁の中または表面に具備される少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料と直接的に接触している複数の軸方向に連続的な熱伝導性フィラメントをさらに含む。上記のように、本発明の実施形態によるＴＳＡ二酸化炭素分離プロセスを実装する際に使用するのに好適であり得る特定のそのような並行路吸着剤接触器構造は、ＰＣＴ／ＣＡ２０１０／０００２５１号として出願された本出願者らの同時係属のＰＣＴ国際特許出願に記載されており、その内容は、それらが、出願時に本出願の一部を形成していたかのように、参照により本明細書に組み込まれる。本発明の実施形態によるＴＳＡ二酸化炭素分離プロセスの実施に好適な１つの特定の並行路吸着剤接触器形状は、上記のように図１および２に示されている。
【００５０】
一実施形態では、ＴＳＡ二酸化炭素分離プロセスは、吸着剤接触器（複数可）中の少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤を、排気ガス供給混合物の導入および二酸化炭素の吸着の前に、所望の吸着前温度に調節する調節工程も含むことができる。他の実施形態において上で記載されているのと同様に、そのような調節工程は、少なくとも１つの二酸化炭素吸着剤材料を、例えば、ＴＳＡプロセスの吸着工程における二酸化炭素吸着剤の吸着温度よりも低い温度、または吸着温度よりも高いが、ＴＳＡプロセスの脱離工程における吸着剤の脱離温度よりも低い温度などの、任意の所望のまたは好適な吸着前温度に調節することを含むことができる。また、上で記載されているのと同様に、例えば、吸着剤接触器中の熱伝導性フィラメントの直接的な加熱などによって、吸着剤材料を加熱することによって、吸着剤からの二酸化炭素の脱離を達成し得るように、二酸化炭素吸着剤の吸着温度は、脱離工程において、脱離温度よりも低いものであり得ることが望ましい。
【００５１】
特定の実施形態では、排気ガスから二酸化炭素を望ましい程度に実質的に除去して、二酸化炭素の捕捉を可能にし、それにより、発電所の炭素排出を顕著に減少させるために、ＴＳＡ二酸化炭素分離プロセスを適用して、石炭燃料ボイラー排気ガスなどの火力発電所由来の排気ガスから二酸化炭素を分離することができる。１つのそのような実施形態では、石炭燃料ボイラー排気ガス供給混合物は、約１２％の二酸化炭素、８４％の窒素および酸素、および４％の水蒸気を含むことができ、かつ例えば、およそ大気圧（１０１．３ｋＰａ）および約４０℃の温度で供給することができる。そのような場合、好適な二酸化炭素吸着剤材料を吸着分離システムの並行路吸着剤接触器（複数可）中で用いて、ＴＳＡプロセスの吸着工程における排気ガスから二酸化炭素を実質的に全て吸着させ、かつ実質的に二酸化炭素を含まない排気ガス生成物ストリームを回収することができる。
【００５２】
本発明の好ましい実施形態では、並行路吸着剤接触器中に具備される少なくとも１つの二酸化炭素選択的吸着剤材料は、二酸化炭素の動的選択性が、実質的に完全な二酸化炭素分離を使用可能な程度に提供するほど十分に高いものとなるように、窒素または排気ガス混合物の他の希釈剤成分よりも二酸化炭素の吸着に対して動的に選択的であり得ることが望ましい。ＴＳＡ分離法のサイクルを通じたそのような動的選択性は、二酸化炭素用の少なくとも１つの吸着剤材料の平衡選択性、および二酸化炭素用の少なくとも１つの吸着剤材料の速度論的選択性のうちの少なくとも１つを含むことができる。１つのそのような実施形態では、吸着工程が、吸着工程における吸着温度での吸着剤材料上の二酸化炭素および窒素の物質移動速度に基づく少なくとも速度論的選択性を含むことができるように、排気ガス混合物を、二酸化炭素の物質移動速度（１／ｓ）を下回るが、窒素または他の希釈剤成分の物質移動速度（１／ｓ）を上回る空間速度（Ｖｇａｓ／Ｖａｄｓ／ｔ）で吸着剤接触器に導入することができる。
【００５３】
ＴＳＡプロセスの脱離工程において、水蒸気パージガスを、吸着剤接触器に、例えば、出口末端から、約１３０℃の温度および約１０５ｋＰａの圧力で供給し、接触器中の熱伝導性フィラメントによる吸着剤の加熱とともに脱離を助けることができる。そのような場合、脱離工程において、二酸化炭素を吸着剤材料から脱離させるとき、水蒸気パージガスの一部を吸着剤材料によって吸着させることができ、この吸着剤は、水蒸気の吸着熱のために熱を放出させることができ、この熱は、熱伝導性フィラメントによって接触器に沿って軸方向に移動させることもでき、これは、望ましくは、二酸化炭素の連続した脱離に必要な脱離熱の一部をさらに提供することができる。吸着剤接触器からの回収された二酸化炭素生成物は、例えば、排気ガスから回収された二酸化炭素の圧縮、貯蔵、隔離、または別の工業的用途（例えば、原油の二次回収における注入用途など）を可能にするために、二酸化炭素を高度に濃縮することができることが望ましい。１つのそのような実施形態では、回収された二酸化炭素生成物ストリームの水蒸気成分を、生成物ストリームからそれを除去し、それにより、二酸化炭素生成物の純度を増加させるために、凝縮することができることが望ましい。別の実施形態では、パージガスは、周囲空気、水蒸気、および二酸化炭素が除去された排気ガス生成物ストリームのうちの少なくとも１つも含むことができる。また別の実施形態では、伝熱流体を、脱離工程において、例えば、高温で接触器に導入して、吸着剤材料を加熱することもでき、また、パージガスに加えて、またはパージガスの代わりに使用することができる。そのような伝熱流体は、例えば、周囲空気、水蒸気、二酸化炭素が濃縮された生成物ガス、または二酸化炭素が除去された排気ガス生成物ストリームのうちの少なくとも１つを含むことができる。特定の実施形態では、二酸化炭素吸着剤材料は、例えば、フィラメントに顕熱を加えるか、または電気伝導性フィラメントの場合、電流を流して、電気抵抗加熱もしくはジュール加熱によってフィラメントを直接加熱することによって、吸着剤接触器中の熱伝導性フィラメントを加熱することにより、直接加熱することもできる。
【００５４】
代替の実施形態では、約１０％未満、より具体的には、約５％未満などの、比較的希薄な二酸化炭素濃度を有する排気ガスストリームから二酸化炭素を分離する用途において特に望ましいように、ＴＳＡプロセスは、限られた量の熱を吸着剤材料に提供して、吸着剤材料に共吸着した望ましくない窒素（または他の希釈剤）成分の少なくとも一部を吸着させるのに十分な中間の温度にまで接触器を加熱する中間の再利用工程または再生前工程をさらに含むことができる。そのような場合、吸着剤材料は、任意の好適な手段、例えば、加熱したパージガス、加熱した再利用ガス、もしくは加熱した二酸化炭素生成物ガスを吸着剤接触器に提供すること、および／または吸着剤接触器中の伝導性フィラメントを直接的にもしくは電気的に加熱すること：のうちの１つまたは複数を用いて加熱することができる。その後、そのような工程において吸着剤接触器から出る得られる再利用ストリームを、例えば、別の脱離工程もしくは再生前工程のための熱を提供するためにＴＳＡプロセスの中で再利用し、かつ／または後の吸着工程もしくは供給工程において再導入される供給ストリームに再利用することができる。
【００５５】
二酸化炭素生成物の回収後、本ＴＳＡプロセスは、約４０℃未満および実質的に大気圧（１０１．３ｋＰａ）の周囲空気を接触器の入口末端で導入して、次のサイクルで吸着工程を再開する前に吸着剤材料を調節し得る調節工程を含むこともできる。調節工程は、望ましくは、周囲空気による吸着剤材料からの顕熱の除去によって吸着剤材料を冷却し、また、吸着剤材料に吸着した水の少なくとも一部を水蒸気パージガスから除去し、それにより、次の吸着工程の前に吸着剤材料を乾燥させ、またさらに、乾燥中の吸着剤材料からの水の脱離によって除去される熱のために吸着剤材料を冷却することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、空気を冷却流体として用いるそのような冷却工程は、吸着剤材料への窒素または他の希釈剤の少なくとも一部の吸着をもたらし、それにより、二酸化炭素の炭素隔離、圧縮、および／または原油の二次回収注入の用途に望ましいような、吸着剤接触器の再生時に回収される脱離した二酸化炭素生成物における高純度を保持するために、上記の再生前工程または再利用工程を必然的に伴うことがある。
【００５６】
本ＴＳＡ二酸化炭素分離プロセスの特定の実施形態では、任意の好適な公知の二酸化炭素吸着剤材料を吸着分離システムの並行路吸着剤接触器（複数可）中で用いて、本プロセスの吸着工程において二酸化炭素を吸着させることができる。潜在的に好適なそのような二酸化炭素吸着剤は、限定するものではないが、活性炭吸着剤、アミン含浸吸着剤支持体（シリカ、活性炭、炭素分子篩、アルミナ、ゼオライト、ポリマー、およびセラミック支持体を含む）、金属塩、金属水酸化物、金属酸化物、ゼオライト、ハイドロタルサイト、シリカライト、金属有機構造体、およびゼオライトイミダゾレートフレームワーク吸着剤材料、ならびにこれらの組合せ：を含むことができる。特定の実施形態では、例えば、排気ガス供給混合物の任意の他のガス成分よりも二酸化炭素の吸着に対して選択的でもあり得る好適な二酸化炭素吸着剤材料を選択することができることが望ましい。特定の実施形態では、そのような好適な二酸化炭素選択的吸着剤材料は、窒素よりも二酸化炭素の高い動的選択性に合わせて作ることができることが望ましい。したがって、そのような動的選択性の高い望ましい二酸化炭素吸着剤は、そのような特性を有する吸着剤を選択するか、または並行路接触器の特性を調節し、かつ／もしくは例えば、吸着剤材料の細孔径、細孔のど（ｐｏｒｅ  ｔｈｒｏａｔ）、窪みの大きさなどを修飾することにより、並行路接触器中に具備される吸着剤材料の表面特性を修飾して、例えば、二酸化炭素の平衡選択性および／または速度論的選択性を改善するかのいずれかによって、循環ＴＳＡプロセスにおいて窒素（および／または他の希釈剤流体種）よりも二酸化炭素に対する平衡選択性および／または速度論的選択性を最大化するように選択することができる。
【００５７】
他の実施形態において上で記載されているのと同様に、本ＴＳＡ二酸化炭素分離プロセスの一実施形態では、吸着剤接触器は、少なくとも１つの第一の二酸化炭素吸着剤、およびさらに少なくとも１つの第二の吸着剤材料を具備することができる。そのような第一の吸着剤材料および第二の吸着剤材料は、同様のまたは異なる吸着剤材料を具備することができ、かつ例えば、第一の軸セグメントおよび第二の軸セグメントなどの、吸着剤接触器の第一のセグメントおよび第二のセグメント中に具備されることができる。そのような場合、ＴＳＡ二酸化炭素分離プロセスの脱離工程は、接触器の第一の軸セグメント中の伝導性フィラメントを、第二の軸セグメント中の第二の吸着剤材料とは別々に電気的に加熱することによって、吸着した二酸化炭素の少なくとも一部を第一の吸着剤材料から脱離させることを含むことができる。さらなる実施形態では、第一の軸セグメントおよび第二の軸セグメントは、別々の第一の二酸化炭素が豊富な生成物ガス、および第二の吸着剤材料から脱離した別の排気ガス成分が濃縮された第二の生成物ガスを生成させるように、例えば、本ＴＳＡ法の脱離工程における個々の第一のセグメントおよび第二のセグメントの電気抵抗加熱によって連続的に加熱することができる。１つのそのような実施形態では、第一の軸セグメントは、接触器の出口末端の最も近くに配置することができ、かつ第二の軸セグメントは、第一のセグメントから接触器の入口末端に向かって配置することができ、第一の軸セグメントおよび第二の軸セグメントの連続的な脱離に対応して、二酸化炭素が濃縮された第一の脱離した生成物流体、および第二の吸着剤材料から脱離した別の排気ガス成分が濃縮された第二の脱離した生成物流体は、本ＴＳＡ法の回収工程において（脱離時の接触器を通る流体流の方向に応じて）入口末端または出口末端から回収することができる。別の実施形態では、吸着剤接触器から別々に回収することができる別々の二酸化炭素濃縮生成物ストリームおよび対応する他の生成物ストリームを生成させるために、３以上の軸セグメントおよび対応する吸着剤材料を、第一の二酸化炭素吸着剤を含めて実装することができ、それにより、連続的かつ個別的に脱離させることができる。特定の実施形態では、二酸化炭素よりも、それぞれ、水、窒素酸化物、硫黄酸化物、および重金属のうちの少なくとも１つに選択的な第二の吸着剤材料、ならびに任意にまた、二酸化炭素よりも水、窒素酸化物、硫黄酸化物、および重金属のうちの少なくとも１つに選択的な第三の吸着剤材料は、第二の軸セグメントが、該接触器の入口末端のより近くの該第一の軸セグメントの上流に配置され、かつ該第三の軸セグメントが、該第一の軸セグメントの上流かつ該第二の軸セグメントの下流に配置されるように、接触器の第一の軸セグメント中の二酸化炭素吸着剤に加えて、別々の第二の軸セグメントおよび第三の軸セグメント中に実装することができる。したがって、そのような第二の吸着剤材料および第三の吸着剤材料を用いて、排気ガスストリームから他の夾雑物を望ましく分離することができ、この排気ガスストリームは、二酸化炭素生成物から切り離された格納および／または廃棄のために、別々に脱離させ、回収することができる。
【００５８】
他の実施形態において上で記載されているのと同様に、本ＴＳＡ二酸化炭素分離プロセスの一実施形態では、本ＴＳＡプロセスの工程は、実質的に一定または等圧の条件下で実施することができることが望ましい。特定の実施形態では、排気ガス供給混合物の吸着剤接触器への導入、二酸化炭素の吸着、排気ガス生成物ストリームの回収、二酸化炭素の脱離、および脱離した二酸化炭素ストリームの回収は全て、例えば、実質的に大気圧下で実施することができる。代替の実施形態では、本ＴＳＡプロセスのそのような工程は、例えば、等圧の過大気圧条件下などの、実質的に一定の高い圧力で実施することができる。別の代替の実施形態では、本ＴＳＡプロセスの排気ガス生成物ストリームを導入し、吸着させ、かつ回収する工程は、例えば、大気圧下などの、第一の実質的に一定の圧力条件下で実施することができ、一方、二酸化炭素生成物を脱離させ、かつ回収する工程は、高い過大気圧などの、高い圧力で実施することができる。１つのそのような実施形態では、吸着剤接触器は、脱離させる工程の前に実質的に密封することができ、吸着させる工程において実施される吸着剤接触器の加熱は、吸着した二酸化炭素が吸着剤材料から脱離し、それにより、接触器の圧力を、例えば、過大気圧レベルにまで上昇させるときに、接触器内の圧力の増大をもたらすことができる。このように、脱離した二酸化炭素生成物流体は、加圧された二酸化炭素生成物ストリームを提供するために、吸着させる工程が実施された圧力を上回る望ましい程度に高い圧力で任意に回収することができ、この加圧された二酸化炭素生成物ストリームは、二酸化炭素のさらなる圧縮が、輸送、貯蔵、隔離、または工業的用途に必要とされ得る場合などの、特定の用途に望ましい可能性がある。
【００５９】
本発明の別の態様では、温度スイング吸着（ＴＳＡ）二酸化炭素分離プロセスは、特に、排気ガス供給混合物の代わりに天然ガス供給混合物から二酸化炭素ガスを分離することを対象にすることができる。そのような実施形態では、天然ガス供給混合物は、少なくともメタン成分および二酸化炭素成分を含むことができ、かつ硫化水素または他の夾雑物を含むこともできる。天然ガスから二酸化炭素を分離するそのようなＴＳＡプロセスは、例えば、シェールガス、低濃度天然ガス田、または井戸寿命天然ガス供給源などの用途において見られるように、夾雑した天然ガス供給混合物から二酸化炭素および／または硫化水素の少なくとも一部を除去するように適合させることができる。そのような場合、ＴＳＡ二酸化炭素分離プロセスは、排気ガス分離のプロセスに比較的類似しており、排気ガスの代わりに天然ガス供給ストリームを用いることができる。任意の好適な吸着剤材料は、他の天然ガス成分よりも二酸化炭素および／または硫化水素に対して望ましい程度に選択的であり、かつ好ましくは、循環ＴＳＡプロセスを通じて、メタンよりも二酸化炭素および／または硫化水素（もしくは他の望ましくない希釈剤成分）に対して望ましい程度に動的に選択的である（平衡選択性および／または速度論的選択性を含む）吸着分離システムの吸着剤接触器（複数可）中に実装することができる。特定の実施形態では、そのような好適な二酸化炭素選択的吸着剤材料は、メタンに優る二酸化炭素の高い動的選択性に合わせて作ることができることが望ましい。したがって、そのような動的選択性の高い望ましい二酸化炭素吸着剤は、そのような特性を有する吸着剤を選択するか、または並行路接触器の特性を調節し、かつ／もしくは例えば、吸着剤材料の細孔径、細孔のど、窪みの大きさなどを修飾することにより、並行路接触器中に含まれる吸着剤材料の表面特性を修飾して、例えば、二酸化炭素の平衡選択性および／または速度論的選択性を改善するかのいずれかによって、循環ＴＳＡプロセスにおいてメタンよりも二酸化炭素に対する平衡選択性および速度論的選択性を最大化するように選択することができる。また、そのような天然ガス二酸化炭素分離プロセスは、通常、例えば、井戸および／またはパイプラインなどの加圧された天然ガス供給混合物供給源と関連する等圧の過大気圧で実施することができる。
【００６０】
本明細書に記載の例示的な実施形態は、網羅的であることまたは本発明の範囲を開示された正確な形態に限定することを意図したものではない。それらは、本発明の原理ならびにその用途および実用を説明して、当業者がその教示を理解することができるように選択され、記載されている。
【００６１】
上記の開示に照らして、当業者には明らかであるように、本発明の実施において、その精神又範囲を逸脱することなく、多くの改変および変更が可能である。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定義される内容によって解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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