(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着器であって、
ａ．吸着器本体と、
ｂ．前記吸着器本体に係合した第１のヘッドと、
ｃ．前記ヘッドの外部から前記ヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第１の導管と、
ｄ．複数の弁と、を有し、
前記複数の弁は前記第１の導管と流れ連通状態にある第１の弁を含み、前記第１の弁は、当該第１の弁から前記吸着器本体を通って延びる流路に沿う流体の流れを制御し、
前記複数の弁のうちの少なくとも１つは、弁棒要素に連結されたディスク要素を有するポペット弁であり、作動中において完全開放位置にある前記ポペット弁のディスク要素の平坦な表面と吸着床表面との間の距離は、前記ディスク要素直径の５％〜２００％であり、
前記吸着器は、温度スイング吸着装置又は圧力スイング吸着装置であり、
前記ポペット弁は、線形運動を与えることにより弁を開閉するようアクチュエータと係合可能な直線的に作動可能な弁棒を有し、
前記第１のヘッドと関連した複数の前記ポペット弁のディスク要素は実質的に円形であり、直径が一様であり、隣接するポペット弁の中心間の距離は、前記ポペット弁のディスク要素の平均直径の１２０％〜４００％である、吸着器。
【請求項２】
前記第１の弁は、前記流路中の流体の流れが第１の流れ方向にある場合、実質的に開いた位置を有し、前記流路中の流体の流れが前記第１の流れ方向と反対の第２の流れ方向にある場合、実質的に閉じられた位置を有する、請求項１記載の吸着器。
【請求項３】
前記流路の前記第１のバルブの反対側に第２の弁を有し、前記第１の弁及び第２の弁は各々、前記流路中の流体の流れが第１の流れ方向にある場合、実質的に開いた位置にあり、前記流路中の流体の流れが前記第１の流れ方向と反対の第２の流れ方向にある場合、実質的に閉じられた位置にある、請求項２記載の吸着器。
【請求項４】
前記ポペット弁は、当該ポペット弁が開く際に、前記吸着器本体に向かって開く、請求項１記載の吸着器。
【請求項５】
前記ポペット弁は、当該ポペット弁が開く際に、前記吸着器本体から遠ざかる方向に開く、請求項１記載の吸着器。
【請求項６】
各弁は外部から接近可能な弁座と関連しており、外部から接近可能な弁座は、前記吸着器本体へのそれぞれの入口及び／又は前記吸着器本体からの出口内に嵌まり込んでおり、各弁は、前記ヘッドに密着される、請求項１記載の吸着器。
【請求項７】
前記弁座は、回転可能なロック機構体、ねじ込みシート及び押し込みシートのうちの１つにより前記ヘッドに取り付けられている、請求項６記載の吸着器。
【請求項８】
前記弁棒と関連した弁棒シールを更に有する、請求項１記載の吸着器。
【請求項９】
前記弁棒シールは、往復圧縮機型シールである、請求項８記載の吸着器。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、空気圧作動式、油圧作動式及び電磁作動式のうちの少なくとも１つである、請求項１記載の吸着器。
【請求項１１】
前記アクチュエータは、クランクシャフト作動式である、請求項１記載の吸着器。
【請求項１２】
共通アクチュエータが特定の流体流れに共通の直線状に整列した複数個の弁を制御する、請求項１記載の吸着器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造上、吸着器ヘッドと関連した弁を有し、弁と吸着床との間の死空間を最小限に抑えると共に耐久性のある弁構造体を提供する吸着器に関する。本発明は又、広義には、かかる吸着器を用いる方法に関する。
【０００２】
〔関連出願の説明〕
本願は、２０１１年３月１日に出願された米国特許仮出願第６１／４４８，１６０号（発明の名称：INTEGRATED ADSORBER HEAD AND VALVE DESIGN AND SWING ADSORPTION METHODS RELATED THERETO）、２０１０年５月２８日に出願された米国特許仮出願第６１／３４９，４６４号（発明の名称：REACTOR WITH REACTOR HEAD AND INTEGRATED VALVE）及び２０１１年５月６日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０３５５５３号（発明の名称：REACTOR WITH REACTOR HEAD AND INTEGRATED VALVE）の権益主張出願であり、これら米国特許仮出願及び国際出願を参照により引用し、これらの記載内容全体を本明細書の一部とする。
【背景技術】
【０００３】
当該技術分野において逆流反応器（ＲＦＲ）及び吸着ユニットが知られている。典型的なＲＦＲとして、例えば、ウルフ熱分解（Wulff pyrolysis ）及び再生反応器及び再生熱酸化剤（ＲＴＯ）を含む他の再生反応器が挙げられる。これら反応器は、典型的には、中期的バッチ生成高温化学作用を実施するために用いられる。再生反応器サイクルは、対称（両方向において同一の化学作用又は反応）か非対称（化学作用又は反応がサイクル中、ステップごとに変化する）かのいずれかである。対称サイクルは、典型的には、比較的穏やかな発熱化学作用に用いられ、例は、再生熱酸化（ＲＴＯ）及びオートサーマル改質（ＡＴＲ）である。非対称サイクルは、典型的には、吸熱化学作用の実施のために用いられ、所望の吸熱化学作用は、発熱性（典型的には、燃焼）である別の化学作用と対をなし、それにより吸熱反応のための反応熱が提供される。非対称サイクルの例は、ウルフ熱分解法及び圧力スイング吸着法（ＰＳＲ）である。
【０００４】
例えば、ＲＦＲの一特徴は、気体時空間速度であり、これは、所与の反応器容積当たりの気体の空間速度である。典型的には、高い気体時空間速度（及びそれ故に反応器生産性）は、短い反応器サイクル時間を有し、低い気体時空間速度は、長い反応サイクル時間を有する。ＲＦＲを用いた熱分解法の場合、好ましい生成物への変換を容易にする短い滞留時間を達成するには高い速度が必要である。第２の特徴は、１つのサイクルの終わりにおけるＲＦＲ内に残存する気体の体積（ボイド容積）は、次のサイクルの開始前に管理された、例えばスイープアウトされ又は払い出される必要があり、かかるガス体積管理の結果として、効率が悪くなると共にコストが追加される場合があるということにある。第３の特徴は、迅速な熱伝達をもたらす（急峻な熱勾配を得ると共に結果としての高い効率を得るため）のに必要な床構造（充填）も又その結果として、高い圧力降下が生じるということにある。かくして、ＲＦＲ設計は、システムを正しく管理するために空間速度、ボイド容積及び充填特性を考慮すべきである。したがって、従来型ＲＦＲにおける或る特定の欠点、例えば従来の充填の特性並びに長いサイクル時間は、これら反応器がエネルギー及び石油化学分野において広く用いられるのを妨げている。
【０００５】
ＲＦＲは、歴史的に、床構造体中に異なる充填材料を用いている。典型的には、これら逆流反応器は、チェッカー煉瓦、ペブルベッド又は他の利用可能な充填材を利用している。この種の床構造体は、典型的には、小さい幾何学的表面積（ａv）を有し、これは、反応器の単位長さ当たりの圧力降下を最小限に抑えるが、体積熱伝達率を減少させる。非対称逆流反応器の基本的な原理の１つは、熱を一ステップで蓄え、次のステップでこの熱を用いて所望の吸熱化学作用を達成することである。かくして、反応器の単位容積当たりに達成できる所望の化学作用の量は、体積熱伝達率に直接関連している。それにより、熱伝達率を低くするには、同一の所望の化学生産量を達成するには反応器容積を大きくする必要がある。低い熱伝達率は、ＲＦＲ流から熱を捕捉し、それにより顕熱損失が大きくなり、その結果効率が低くなるので不適切な場合がある。また、低い熱伝達率により、サイクル時間が長くなる場合がある。というのは、蓄熱がゆっくりと用いられ、従って、所与の床温度仕様の場合に長く続くからである。低いａvチェッカー煉瓦又はペブルベッド充填材を用いる歴史的なＲＦＲは、大型であり（例えば、長大であり且つ資本集約度が高い）、２分以上のサイクル時間を有する。したがって、これら反応器は、反応器効率を制限すると共に実用的な反応器サイズを制限する。
【０００６】
改良例として、ＲＦＲの中には、床構造体内に工学的充填材を利用するものがある。工学的充填材は、特定の形態、例えばハニカム、セラミックフォーム等の状態で提供される材料を含む場合がある。これら工学的充填材は、他の床構造体と比較して高い幾何学的表面積（ａv）を有する。この種の充填材の使用により、高い気体時空間速度、高い体積反応器生産性、高い熱効率及び小型のより経済的な反応器が得られる。しかしながら、これら経済的な反応器は、熱を迅速に用い、かくして、減少したサイクル時間を必要とする場合がある。圧力スイング改質法（ＰＳＲ）は、かかる好ましいＲＦＲの一例である。
【０００７】
さらに、この種の充填材の使用の結果として、反応器のサイズを減少させることができ、それにより資本経費の著しい節約が得られる。しかしながら、反応器の充填材を調節すると、他の動作上の特徴に影響が生じる。例えば、体積表面積（ａv）の増大は、典型的には、流れチャネルを細くすることによって達成され、その結果、反応器の単位長さ当たりの圧力降下が高くなる。これを補償するため、これら新型ＲＦＲは、短い長さを有するよう構成されている。大型石油化学用途に利用する場合、高い生産性の実現を可能にするためには直径が大きくされるが、圧力降下によって長さが制限され、かくして、単位長さ当たりの直径（Ｄ／Ｌ）に関して高い比が生じる。従来設計の反応器は、典型的には、床から出た流体を集め、そして流体を或る外部弁まで管で送る。かかる管の容積は、反応器直径と幾分かの比例関係をなす。というのは、管は、反応器直径全体からガスを集める必要があるからである。かくして、高いＤ／Ｌ比を持つ従来型反応器の場合、管の容積は、床内部の容積と比較して極めて大きい場合がある。かくして、新型ＲＦＲのために従来設計の反応器を用いると、その結果として、ボイド容積（主として、管内のボイド容積）が大きくなり、それによりガス体積管理に関して問題が生じる。
【０００８】
残念ながら、従来型反応器弁システムは、新型の生産性の高い反応器（例えば、短いサイクル時間を利用したコンパクトな反応器）については正しく動作しない或る特定の欠点を持っている。例えば、従来型反応器弁システムは、典型的には、ＲＦＲの耐久性要件を満たしておらず、従って、短いサイクル時間を取り扱うことができない場合がある。石油化学用弁は、５００，０００サイクルのオーダの最大サイクル寿命を有する場合があり、これは、１年未満の作動に対応しており、従って、迅速なサイクル時間を必要とする石油化学用には不適切である。加うるに、従来型弁は、反応器の外部に配置され、これら従来型弁は、床と弁との間でガスを運搬するマニホルド方式を用いており、他方、床を横切って一様な流れ分布状態を提供する。ＲＦＲの床が広く且つ短い場合、このマニホルド方式は、サイクル変化ごとに管理しなければならない多大なガス体積を保持する。
【０００９】
上述の反応器と従来型吸着ユニットとの間には幾分かの類似性が存在するが、吸着ユニットの設計基準は、反応器設計基準とは異なる場合が多い。吸着ユニットでは、化学反応が存在する場合があれば存在しない場合もある。多くの吸着プロセスは、化学反応を伴わない物理的プロセスを利用している。さらに、吸着速度は、化学反応速度とは同等でない場合が多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、弁と吸着床との間の死空間を最小限に抑える一方で、吸着器入口及び出口のところでの厳しい高温条件において数百万サイクルまでの弁寿命を延長させることができる吸着器を提供することが望ましい。さらに、サイクル時間を向上させると共にサイクル相互間の流体のパージを管理する弁を有する工業規模の吸着器を実現する新型の方法及び装置が要望されている。本発明は、上述の欠点のうちの１つ又は２つ以上を解決する方法及び装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
吸着器であって、ａ）吸着器本体と、ｂ）吸着器本体に係合した第１のヘッドと、ｃ）ヘッドの外部からヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第１の導管と、ｄ）第１の導管と流れ連通状態にあり、第１の弁から吸着器本体を通って延びる流路に沿う流体の流れを制御する第１の弁とを有することを特徴とする吸着器が提供される。本発明の目的に関し、「流路」という用語は、開放流路を含む流体を通す全容積として特徴付けることができる。本発明の目的に関し、「ヘッド」は、皿形ヘッドであるのが良く、このことは、この内部形状が実質的に凹状であることを意味し、例えば、ヘッドは、実質的に丸形、実質的に楕円形、実質的に皿形球形（torispherical）又は実質的に半球形であるのが良い。
【００１２】
また、吸着器であって、ａ）２つの実質的に互いに反対側に位置する開口端を有する吸着領域を部分的に包囲した吸着器本体を有し、ｂ）吸着器本体の一端を覆っている第１のヘッドを有し、ｃ）吸着器本体の反対側の端を覆っている第２のヘッドを有し、ｄ）第１のヘッドの近位側に位置する領域、第２のヘッドの近位側に位置する領域及び第１のヘッドと第２のヘッドとの間に位置する中央領域を有する固定床を有し、固定床は、吸着器本体内に設けられていて、ガス流の１つ又は２つ以上の成分の吸着を促進することができる固体材料から成り、ｅ）第１のヘッドと関連していて、第１のヘッドを貫通して吸着器本体中への経路を開く少なくとも１つのガス流入口及び第２のヘッドと関連していて、吸着器本体から第２のヘッド中への経路を開く少なくとも１つのガス流出口を有し、ｆ）入口と関連したヘッドと一体化されていて、ガス流入口を制御する少なくとも１つの入口ポペット弁を有し、入口ポペット弁は、直線的に作動可能な弁棒を有し、ｇ）入口と関連したヘッドと一体化されていて、ガス流出口を制御する少なくとも１つの出口ポペット弁を有し、出口ポペット弁は、直線的に作動可能な弁棒を有し、ｈ）上記ｆ）及び／又はｇ）の直線的に作動可能な弁棒と係合可能な少なくとも１つのアクチュエータを有し、アクチュエータは、直線運動をポペット弁に与えてガスが吸着器の外部から吸着器本体の内部に流れたり吸着器本体の内部から吸着器の外部に流れたりして変更可能な流れ操作をもたらすことによって弁の開閉を行うことを特徴とする吸着器が提供される。
【００１３】
さらに、２つの実質的に互いに反対側の開口端を有する吸着領域を部分的に包囲した吸着器本体を有する逆流吸着器内で少なくとも２つの流れの迅速な流れ切り替えを行う方法が提供され、第１のヘッドが吸着器本体の一端を覆い、第２のヘッドが吸着器本体の反対側の端を覆い、吸着器本体内に設けられた固定床がガス流の吸着を促進することができる固体材料から成る。この方法は、ｉ）１つ又は２つ以上の入口ガス源から少なくとも１つの第１のガス流を第１のヘッドを通って第１のヘッドと関連した少なくとも１つのガス流入口まで導入し、そして吸着器本体に導入し、処理された第１のガス流を吸着器本体から取り出し、第２のヘッドを通って第２のヘッドと関連した少なくとも１つのガス流出口に至らせるステップを有し、導入及び取り出しは、それぞれ、第１のヘッド内に設けられた少なくとも１つの吸気ポペット弁及び第２のヘッド内に設けられた少なくとも１つの排気ポペット弁により制御され、ｉｉ）１つ又は２つ以上の入口ガス源から少なくとも１つの第２のガス流を第２のヘッドを通って第２のヘッドと関連した少なくとも１つのガス流入口まで導入し、そして吸着器本体に導入し、処理された第２のガス流を吸着器本体から取り出し、第１のヘッドを通って第１のヘッドと関連した少なくとも１つのガス流出口に至らせるステップを有し、導入及び取り出しは、それぞれ、第２のヘッド内に設けられた少なくとも１つの吸気ポペット弁及び第１のヘッド内に設けられた少なくとも１つの排気ポペット弁により制御される。
【００１４】
１つ又は２つ以上の実施形態では、弁の開放及び流れの再分布を可能にする吸着床の頂部のところの空間は、死空間である。死空間は、好ましくは、高い生成物回収率を得るためにスイング吸着法でスイープされる。例えば、有益な死空間は、各端のところでの容器の真っ直ぐな側部の約０．５〜２．０％である。床中の均一な流れ分布状態が吸着器を経済的にするのに十分な能力を提供する上で好ましい。好ましくは、０．５〜２．０％の変動係数がチャネルの流量について提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態としての単一ヘッド及び関連の弁組立体を備えた非対称吸着器の略図である。
【図２】本発明の実施形態としての互いに反対側の扁平なヘッド及び関連弁組立体を備えた非対称吸着器の略図である。
【図３】本発明の実施形態としての吸着器に用いられる扁平な吸着器ヘッドと関連した弁組立体及びマニホルドの略図である。
【図４】本発明の実施形態に従って非対称逆流吸着器の皿形楕円形ヘッド内に組み込まれた弁組立体及びマニホルドの略図である。
【図５】例示のポペット弁を示す図（Ａ，Ｂ）である。
【図６】例示のポペット弁を示す図である。
【図７】例示のポペット弁を示す図である。
【図８】例示のポペット弁及び吸着床を示す図である。
【図９】例示のポペット弁を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
弁と吸着床との間に減少した開放流路容積部を有する吸着器システムが提供され、高温条件下においても弁寿命の延長が弁を吸着器ヘッド内に実質的に組み込んだ吸着器構成又は設計によって達成できる。かかる設計により、圧力降下を最小限に抑えると共に死空間を少なくした状態で且つ流れ分布状態を実質的に一様にした状態で全体として多くの流量の導入及び除去を可能にすることができる。本発明の目的のため、開放流路容積は、吸着床の外部に位置していて、弁と吸着床との間の流路に沿うガスの処理に影響を及ぼす容積に一致する。この開放流路容積は、吸着器内のガスの処理への寄与の度合いはほんの僅かであるが、一ステップのガスを逆のステップの生成物流で受け入れるか或いは互いに逆の流れ方向相互間でこのガスを吸着器からスイープアウトする手段及び／又は流体を提供するかのいずれかによって吸着器の作動サイクル中の流れ方向の逆転ごとに管理されるべき多量のガスを保持することができる。本発明の吸着器の設計は、典型的には、弁により制御される開放度を変更するディスク要素及び作動手段が各プロセス流について作動手段を各プロセス流について作動させることができる弁棒要素を有する１つ又は２つ以上の弁、例えばポペット弁を用いている。理解できるように、ポペット弁は、ディスク要素と本質的に同じ機能を実行する他の要素を有するのが良く、例えば、他の幾何学的形状（例えば、楕円形又は半球形）又は特定の形態に応じて種々の輪郭形状を有することができる。弁の各々は、実質的に吸着器ヘッド内に設けられるのが良い。供給物及び生成物を弁に供給したりこれから運び出したりするために弁の外部にマニホルド方式を備えた大径ヘッドに多数の弁を用いるのが良い。
【００１７】
逆流吸着器及び再生熱交換器は、典型的には、通過するガスに対して何らかの処理を行う。流れが逆になると、入口の近くの領域は、出口の近くの領域になり、一ステップに関する入口条件に典型的なガス組成及び条件は、次のステップの出口条件に突然近似し、それどころかガスが出口中に流入する。非対称逆流吸着器の場合、交互のステップ内のガスは、極めて異なる場合がある。一ステップ中の不純物は、次のステップにとっては不適切な場合がある。例えば、水蒸気改質では、再生水蒸気は、大部分が、窒素で構成されている場合があり、改質流は、大部分が水素で構成されている場合があり、再生からの残留酸素は、改質生成水素中の汚染要因物として問題になる場合がある。この汚染の問題の程度は、本発明では、ステップの終わりに吸着器内に残っているガスの量を最小限に抑える吸着器を提供することによって最小限に抑えられる。ガスのキャリーオーバの程度又は影響を軽減するために追加のステップが取られる場合がある。吸着器は、問題になる成分をなくすために一ステップの終わりでパージされるのが良い。上述の例としての水蒸気改質では、不活性ガスを吸着器中に導入して残留酸素をスイープアウトし、その後水素製造を開始するのが良い。パージ用ガスを本明細書において説明する追加の組をなすポペット弁の使用により導入しても良く又は従来型手段、例えばヘッドを貫通していて、ヘッドの外部に設けられた従来型のプロセス弁及びマニホルドを備えた導管を介して導入しても良い。本明細書で説明するように床速度の高い一様性を達成することは、吸着流の場合よりもパージ流の場合の方が重要度が低いことがある。というのは、これらパージ用流を処理できる見込みが低いからである。変形例として、サイクル動作に起因して生じる汚染要因物について吸着後処理において堆積が行われる場合がある。例えば、水蒸気改質ステップ後に吸着器内に残っている炭化水素を残存する燃料を燃え尽きさせる煙道ガス中の触媒コンバータによって燃焼生成汚染要因物として管理される場合がある。吸着後処理の規模及び／又はパージ要件の規模は、本明細書において開示する吸着器の使用によって最小限に抑えられ、かかる吸着器は、吸着器内に存在する不必要なガスを最小限に抑える。
【００１８】
１つ又は２つ以上の実施形態では、吸着器は、ａ）吸着器本体と、ｂ）吸着器本体に係合した第１のヘッドと、ｃ）ヘッドの外部からヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第１の導管と、ｄ）第１の導管と流れ連通状態にあり、第１の弁から吸着器本体を通って延びる流路に沿う流体の流れを制御する第１の弁とを有する。或る特定の実施形態では、「導管」という用語は、吸着器本体の外部の場所からヘッドの少なくとも一部分又はヘッドと関連した弁座を通って吸着器本体に向かう流体流れの経路を提供することができる吸着器の部分を意味している。幾つかの実施形態では、導管は、ヘッドを完全に貫通して吸着器本体中に延びる。或る特定の実施形態では、導管は、吸着器本体の外部から吸着器本体に向かう流体流れを案内するマニホルド又は吸着器の他の部分を有するのが良い。本発明の目的に関し、「流路」という用語は、ガス及び／又は生成物流を供給する吸着器内の空間として特徴付けられるのが良い。流路の容積は、代表的には、ｉ）吸着床の固体‐流体接触部分内の充填流路容積（以下に更に特徴付けられる）と、ｉｉ）弁と吸着床との間の開放流路容積（以下に更に特徴付けられる）とから成り、更に吸着床内の任意の開放流れ部分を含む。典型的には、生成物流体は、制御入口弁を通って吸着器中に流入し、そして制御出口弁を通って吸着器から流出する。流体が入口弁と出口弁との間を横切るとき、流体は、吸着器内容物と実質的に接触する領域（充填流路容積部と呼ばれる）及び吸着床内容物とほとんど接触しない領域（開放流路容積部と呼ばれる）を通る。流動中の流体が入口弁から出口弁に至るときに流動中の流体に接近可能な吸着器容積部内の経路の全体が本明細書では流体「流路」と考えられており、かかる流体流路は、充填吸着器容積部と開放吸着器容積部の両方を含む。代表的には、これら２つの容積を合わせると、流路の互いに反対側に位置していて、流路に沿う流体流れを制御している弁相互間に位置する流体に利用可能な全吸着器容積となる。好都合には、かかる容積は、弁が閉鎖位置にある状態で測定されて計算される。吸着器容器の周囲のところの断熱材の体積は、代表的には、いずれの流路容積の一部ともみなされない。というのは、実質的な流れが断熱材を通って流れるとは予想されていないからである。固体が流体流路の適度に近くに位置している限り、好ましくは、流体流路から２センチメートル（ｃｍ）未満の距離のところに位置している限り、吸着器コンポーネント内の固体及びボイド空間を含むよう容積をバルクに基づいてコンピュータ計算する。
【００１９】
幾つかの実施形態では、吸着器は、ｅ）吸着器本体に係合した第２のヘッド、ｆ）第１のヘッド又は第２のヘッドの外部からそれぞれのヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第２の導管及びｇ）第２の導管と流れ連通状態にある第２の弁のうち少なくとも１つを更に有し、第２の弁は、吸着器本体から第２の弁まで延びる一部分を含む流路に沿う流体の流れを制御する。
【００２０】
幾つかの実施例では、第１の弁は、流路中の流体の流れが第１の流れ方向にある場合、実質的に開いた位置を有し、流路中の流体の流れが第２の逆の流れ方向にある場合、実質的に閉じられた位置を有する。吸着器は、流路の少なくとも一部分の互いに反対側に設けられた第１の弁対を有するのが良く、第１の弁及び第２の弁は各々、流路中の流体の流れが第１の流れ方向にある場合、実質的に開いた位置にあり、流路中の流体の流れが第２の逆の流れ方向にある場合、実質的に閉じられた位置にある。
【００２１】
幾つかの実施形態では、吸着器は、ｈ）第１のヘッド又は第２のヘッドの外部からそれぞれのヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第３の導管を更に有し、ｉ）第３の導管と流れ連通状態にある第３の弁を更に有し、第３の弁は、吸着器本体から第３の弁まで延びる一部分を含む流路に沿う流体の流れを制御し、ｊ）第１のヘッド又は第２のヘッドの外部からそれぞれのヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第４の導管を更に有し、ｋ）第２の導管と流れ連通状態にある第４の弁を更に有し、第４の弁は、吸着器本体から第４の弁まで延びる一部分を含む流路に沿う流体の流れを制御する。吸着器は、流路の少なくとも一部分の互いに反対側に設けられていて第２の逆の流れ方向における流れを制御する第３の弁及び第４の弁を含む第２の弁対を有するのが良く、第３の弁及び第４の弁は各々、流路中の流体の流れが第１の流れ方向にある場合、実質的に閉じられた位置にあり、流路中の流体の流れが第２の逆の流れ方向にある場合、実質的に開いた位置にある。
【００２２】
或る特定の実施形態では、吸着器は、対称である再生吸着器サイクルで、即ち、両方向に同一の吸着反応速度で動作することができる再生吸着器である。
【００２３】
他の実施形態では、吸着器は、非対称である再生サイクルで動作することができる再生吸着器、即ち、吸着反応速度がサイクル中の各ステップ又は流れ方向に応じて変化する非対称逆流吸着器である。いずれの場合においても、非対称逆流吸着器では、組み合わせ前方流（前方流れ）と組み合わせ逆流が組成に関して異なることが必要である。
【００２４】
他の実施形態では、吸着器は、１つ又は２つ以上の追加の弁を有し、各弁は、追加の導管のそれぞれのヘッドを少なくとも部分的に貫通して延びる追加の導管を介して第１、第２、第３又は第４の導管のうちの１つと流れ連通状態にあり、追加の導管と流体連通状態にある任意他の導管と同相で動作し、吸着器本体からそれぞれの弁まで延びる一部分を含む流路に沿う流体の流れを制御する。これらの実施形態では、「〜と流れ連通状態にある」又は「〜と流体連通状態にある」という表現は、直接的な流れ連通状態にあることを意味しており、即ち、流れを妨げる介在する弁又は他のクロージャ手段が設けられていないことを意味し、かかる表現は又、ヘッド又は取り付け状態のマニホルド内で流体連通状態にあることを意味し、即ち、吸着器流路によって流体連通状態になっているわけではないことを意味している。かかる実施形態は、流体を関連のある弁に運ぶ追加の導管がそのヘッド内に完全に収納された実施形態を含む。例えば、導管は、ヘッドの外部から（一次導管として）入り、そして１本又は２本以上の「追加の導管」（又は二次導管）に枝分かれし、これら追加の導管は、これら導管から弁を通って、吸着器本体中に差し向けられた流路までの流れを制御する互いに異なる弁まで延びている。同一の流路は、前方方向と逆方向の両方において流れによって利用でき、方向は、吸着器内のどの弁が開き、どの弁が閉じられているかに応じる。本発明の目的に関し、「追加の導管」は、特定の吸着器設計に応じて、一次導管である場合があれば二次導管である場合もある。かくして、幾つかの実施形態では、２つの隣り合う弁（代表的には、同一のヘッド内に設けられている）は、同一のガス流を運び、同相で動作する。
【００２５】
ここで用いられており、又本明細書全体を通じてどこか他の場所で用いられている「同相で動作する」という表現は、実質的に一緒に、即ち、少なくとも８０％のオーバーラップ状態で、例えば少なくとも９０％のオーバーラップ状態で（１００％のオーバーラップ状態は、同一又は完全に同相である）開閉する２つ若しくは３つ以上の入口弁又は２つ若しくは３つ以上の出口弁に関する。例えば、弁が或る特定の状態、即ち開き状態又は閉じ状態にある時間間隔について考察すると、かかる時間間隔の少なくとも８０％、例えば少なくとも９０％は、「同相」にある全ての弁に共通である。他の実施形態では、弁の位相調整に関する公差は、弁変化相互間の時間が少ないことを許容するために厳しい。かかる実施形態では、弁が状態を変化させ、即ち開閉する時間間隔を考察すると、かかる時間間隔の少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％が「同相」にある弁全てに共通である。本発明の或る特定の実施形態では、同相にある弁は、開放から閉鎖に移行し始める時間の範囲を有するのが良い。一例として、第１の弁は、時刻０での開放を始め、同じ相の状態にある最終の弁は、将来の或る時点ｔ0での開放を始める場合があり（典型的には、弁開放時間又は幾つかの実施形態では弁開放中の時間のほんの何分の一か）、更に、同一の流体流れ組成及び方向を有する。同相にある弁は、同一のリフト高さまで開いても良く又はそうでなくても良い。同相にある弁に関し、最も高いリフト高さにある弁から最も低いリフト高さにある弁までの高さに関し、最も低いリフト高さは、リフト高さの最も高い弁のリフト高さの２０％以上又はそれどころか５０％以上であるのが良い。
【００２６】
第１の導管は、ヘッドの上側外面を突き通すのが良く、「追加の導管」は、ヘッド内に完全に収納されるのが良く、但し、追加の導管の関連の弁の作動機構体は、幾つかの実施形態では、この弁が納まっているヘッドを突き通すのが良い。変形例として、この関連の弁は、一次導管の関連の弁を作動させるのと同一の機構体によって作動されるのが良い。動作中、吸着器のこれら実施形態は、代表的には、前方流れ入口（又は吸気部）、前方流れ出口（又は排気部）、逆流入口（又は吸気部）及び逆流出口（又は排気部）のための４本の基本的な主要導管を有し、少なくとも１つの弁が各導管と関連している。幾つかの実施形態では、２つ以上の弁が基本導管のうちの少なくとも１つと関連しているのが良い。追加の弁は、これが関連している導管の容量を増大させる。代表的には、特定の一次導管又はその関連の二次導管と関連した弁を実質的に同相で一緒に作動させて特定の流路に沿う一方向の流れを生じさせる。吸着器の或る特定の実施形態は、二次導管が存在しない状態でヘッドの外部に延びる一次導管だけを利用する。これにより、吸着器の外部から接近可能な関連の弁の点検整備の容易性を向上させる。
【００２７】
吸着器の或る特定の実施形態では、吸着器本体は、吸着床を有し、流路の容積は、ｉ）吸着床の固体‐流体接触部分内の充填流路容積と、ｉｉ）弁と吸着床との間の開放流路容積とから成り、更に吸着床内の任意の開放流れ部分を含む。代表的には、充填流路容積は、個体‐流体接触面から２ｃｍ未満の距離、好ましくは個体‐流体接触面から１ｃｍ未満の距離のところに位置する吸着床内の容積部から成る。このように定義した場合、充填流路容積は、流路に沿う個体体積と流体体積の両方を含む。代表的には、充填流路容積は、床充填材を収容していて、流体を流通させる吸着床の領域の嵩容積を表している。吸着床の固体‐流体接触部分は、吸着床の上述の部分の全ての領域に０．５ｃｍ2／ｃｍ3を超える濡れ面積を有する。本明細書において用いる「濡れ面積」という用語は、単位体積内の流体／固体境界部の面積を単位体積で除算して得られる値を表している。本明細書において用いる「濡れ」という用語は、流体と固体との間のインターフェースを意味するに過ぎず、特定の流体、例えば水との接触を意味するものではない。濡れ面積は、当該技術分野においては、充填材表面積、場合によっては幾何学的表面積とも呼ばれており、かかる濡れ面積は、当該技術分野においては、床を通るバルク流れに関連したチャネル内の流体／固体境界部を含むものと理解される。したがって、濡れ領域は、代表的には、充填材又はチャネル壁内に存在している場合のあるミクロ細孔内に面積を含むことはない。幾つかの実施形態では、開放流路容積と充填流路容積の比は、１未満、好ましくは０．５未満である。充填流路容積は、代表的には、流体が吸着器本体を通って流れるときに固体‐流体接触が起こる流路中の容積を計算することによって測定される。開放流路容積は、吸着器本体の流路中の容積の残部を構成し、かかる開放流路容積は、吸着床の上下に位置する吸着器本体内の空間だけでなく固体‐流体接触が起こらない吸着床内の領域、例えば、流路に沿って流れている流体との密な固体接触を提供する表面のない吸着床内の混合ゾーン又は任意他のゾーンを含むのが良い。便宜上、開放流路容積は、代表的には、全ての弁がこれらの閉鎖位置にある状態でコンピュータ計算される。
【００２８】
幾つかの実施形態では、吸着床は、熱交換を行うことができる固体材料から成る固定床コアを有する。かかる固体材料は、吸着器内の物理的及び化学的条件に対して耐久性があるように選択され、かかる固体材料は、意図した吸着プロセスに応じて金属、セラミックその他を含む場合がある。或る特定の実施形態では、弁のうちの少なくとも１つは、弁棒要素に連結されたディスク要素を有するポペット弁である。ポペット弁ディスク要素は、代表的には、内燃エンジンで遭遇する近位吸着床表面に類似した近位吸着床表面に向いた表面を有する。ディスク要素の表面は、実質的に丸形の開口部内に嵌まり込むことができるよう実質的に丸形であるのが良い。本発明の目的に関し、「実質的に丸形」という表現は、楕円形状、例えば、或る特定の構成のエンジンで見受けられる楕円形を含むのが良い。この表面は、平坦であっても良く又は異形であっても良い。或る特定の実施形態では、ポペット弁ディスク要素は、これが動作する開口部に対して内方又は外方に異形に作られても良い。
【００２９】
幾つかの実施形態では、ポペット弁の表面は、近位吸着器表面に実質的に平行である。本発明に適した他の弁は、当業者に知られており、かかる弁としては、回転弁、スリーブ弁、滑り弁、プランジャ弁及び蝶弁が挙げられる。これら弁は、例えば吸着器内の特定の弁場所に関して遭遇する条件、例えば温度、圧力、吸着器保守スケジュールに耐えることができる適当な材料で作られる。極端に高い温度条件の場合、セラミックが用いられ、この温度よりも低い大抵の用途については金属性の弁が適している。吸着器設計に応じて、ポペット弁は、吸着床に向かって開き又は吸着床から遠ざかる方向に開く。ポペット弁が吸着床に向かって開く或る特定の実施形態は、管及び／又はヘッド設計内の流れ及び圧力降下を管理しやすいので好ましい場合がある。ポペット弁が吸着床から遠ざかる方向に開く或る特定の実施形態は、２つの理由で好ましい場合がある。第１に、過剰に加圧された吸着器内の圧力を逃がすため、例えば、圧力は、付勢クロージャばねにより生じる力に打ち勝つのに十分である。これは、別個の圧力逃がし弁の必要性をなくすことができ、しかも、吸着器が迅速な圧力上昇の影響を受けやすい場合に有用なことがある。さらに、かかる実施形態は、ポペット弁が吸着床に向かって開く実施形態よりも吸着器内に生じさせる死空間が少ない。かかる実施形態では、結果的に生じる互いに異なるフローパターンを制御するためには流れディストリビュータが有用であり、この流れディストリビュータは、吸着器内の追加の死空間を満たす。
【００３０】
或る特定の他の実施形態では、弁と床表面との間にガスディストリビュータ機構体が設けられるのが良い。一例としてのガスディストリビュータ機構体が米国特許出願公開第２００７／０１４４９４０号明細書に記載されている。ガスディストリビュータ機構体は、ガスを差し向けて床内のチャネルを選択するよう機能することができる。好ましい実施形態では、完全開放弁と床表面との間の間隔、例えば、ディスク要素直径の５〜２００％は、かかるディストリビュータに十分なスペースを提供する。しかしながら、かかる機構体が設けられていると共に他の吸着器特徴、例えば床支持構造体が存在している結果として、間隔が変更されると共に／或いは床‐弁間隔が好ましい範囲の高い方の端に選択される場合がある。
【００３１】
代表的には、作動中において完全開放位置にあるポペット弁ディスク要素の平坦な表面と吸着床表面との間の距離は、ディスク要素直径の５％〜２００％、好ましくはディスク要素直径の２０％〜８０％である。ポペット弁は、代表的には、そのヘッドの外部の場所まで延びるポペット弁棒要素又はロッドを有する。弁棒は、案内するのに直線経路に沿う運動を可能にしながら弁の支持体となるブッシュ及び／又は弁要素によって包囲されるのが良く、幾つかの場合においては、動作中、弁を封止する。幾つかの実施形態では、弁棒シールが弁棒、例えば典型的には往復圧縮機で見られるロッド充填材と関連している。本発明の目的に関し、幾つかの場合において、弁棒シールは、ブッシュ又は弁案内と同一であるのが良い。ただし、別個の弁シールは、使用中における摩耗の影響を受けにくい。
【００３２】
吸着器の或る特定の実施形態では、各弁は、吸着器本体とそのそれぞれの入口及び／又は吸着器本体からの出口内に嵌まり込んでいる外部から接近可能な弁座と関連しており、各弁は、任意適当な封止手段によって、例えば、弁組立体をそのそれぞれの入口に取り付けるフランジによって定位置に包囲されたガスケットによってヘッドに密着される。変形例として、弁組立体を回転可能なロック機構体、例えばターン・トゥ・ロック（turn-to-lock）又はバヨネット機構体によりそのそれぞれの入口に取り付けられても良い。他の実施形態では、弁座は、ねじ込み若しくは押し込みシートの使用により又はヘッドそれ自体への弁座の機械加工によって弁組立体とは別個にヘッドに設けられるのが良い。
【００３３】
幾つかの実施形態では、ポペット弁は、作動可能な弁棒を有し、かかる弁棒は、線形運動をこの弁棒に与えることにより弁を開閉するようアクチュエータと係合可能である。アクチュエータは、少なくとも一方向への空気圧作動式、油圧作動式及び電磁作動式のうちの少なくとも１つである。他の実施形態では、アクチュエータは、少なくとも一方向にカムシャフトによって作動されるのが良い。変形例としての戻し機構体、例えば或る特定の実施形態では、弁閉鎖付勢力を発揮するばねを用いても良い。変形例としての作動方式は、特定の流体流れに共通の直線状に整列した複数個の弁に設けられた共通のアクチュエータを採用する。
【００３４】
ポペット弁は、或る特定の実施形態では、中実の円筒形弁棒要素に連結された円形のディスク要素を有するのが良い。ポペットの直径（ＤP）（添え字“Ｐ”は、ポペット弁に関することを意味している）をディスク要素の横断方向に測定するのが良い。リフト（ＬP）をポペット弁が流れを得るために開放領域を作るために並進した距離として測定されるのが良い。ポペット弁の組立体は又、弁相互間の間隔の面で特徴付け可能である。間隔（ＳP）は、中心間間隔を意味している。かくして、直径（ＤP）の等しい２つの弁が正確にＤPに等しい（即ち、ＤPの１００％である）間隔を有する場合、２つのポペットディスク要素は、これらの周囲が互いにちょうど触れることができる。弁間隔、即ち、弁相互間の間隔は、弁直径（ＤP）の百分率として弁の中心間測定値として特徴付けることができる。弁が互いに近寄ると、弁は、吸着器の内側に流れ絞り部を作ると共に外部に対する構築性の問題を生じさせる傾向がある。さらに、大きな弁間隔は、流れ面積が十分であるかどうかということ及び床中への流れ分布状態が一様であるかどうかに関する懸念を生じさせる。したがって、適当な弁間隔は、これら互いに相反する要因のバランスを取るべきである。弁の間隔は、代表的には、弁直径の１２０％〜４００％、好ましくは１４０％〜２００％である。直径が互いに異なる弁相互間の間隔の場合、平均直径を約数として用いるのが良い。この好ましい間隔は、所与のヘッドに設けられている隣り合う弁が同一の流れを運んでいるかどうかとは関係なく、これら隣り合う弁の各々に当てはまる。隣り合う弁の各々が同一の間隔を有することは期待されないが、隣り合う弁の各々が提供された範囲内の間隔を有することが好ましい。
【００３５】
或る特定の実施形態では、特定のヘッドと関連した円形ポペット弁は、実質的に円形であり、直径が一様であり、中心間間隔が平均ポペット弁ディスク要素直径の１２０％〜４００％であり、好ましくは、中心間間隔が平均ポペット弁ディスク要素直径の１４０％〜２００％である。
【００３６】
幾つかの実施形態では、吸着器は、ｉ）流体が弁を通っているときの弁圧力降下が吸着器内部圧力降下の１％〜１００％であること、ｉｉ）入口流及び出口流のうちの一方に関する全流れポペット弁流れ面積と吸着器流れ面積の比が１％〜３０％であること、ｉｉｉ）ポペット弁直径が、以下の方程式１で定義される最小値ＤPMINと以下の方程式２で定義される最大値ＤPMAXとの間であること、
【数１】
0005889288.tif 000002
【数２】
0005889288.tif 000003
上式において、ＤBは、大括弧に入れて示された単位の流れ面積直径であり、
【数３】
0005889288.tif 000004
【数４】
0005889288.tif 000005
上式において、ＤBは、大括弧に入れて示された単位の流れ面積直径であり、ｉｖ）ＬP／ＤP（弁リフトとポペット直径の比）が３％〜２５％であること、及びｖ）弁リフト時間が少なくとも５０ミリ秒であることのうちの少なくとも１つを提供する。理解できるように、ポペット流れ面積ＡPFIは、弁の直径、リフト及び個数に関連しており、以下の方程式３により定義される。
【数５】
0005889288.tif 000006
上式において、ＦＩは、「前方流れ入口」であり、Ａは、面積であり、Ｎは、弁の個数であり、Ｄは、直径であり、Ｌは、リフトである。
【００３７】
代表的には、吸着器は、ｉ）流体が弁を通っているときの弁圧力降下が吸着器内部圧力降下の５％〜２０％であること、ｉｉ）入口流及び出口流のうちの一方に関する全流れポペット弁流れ面積と吸着器流れ面積の比が２％〜２０％であること、ｉｉｉ）ポペット弁直径が、最小値ＤPMIN［インチ］＝０．１４８４＋０．４８７６・ＤB［フィート］と最大値ＤPMAX［インチ］＝１．６１１３＋１．８６５７・ＤB［フィート］との間であること、ｉｖ）ＬP／ＤP（弁リフトとポペット直径の比）が５％〜２０％であること、及びｖ）弁リフト時間が１００ミリ秒〜５００ミリ秒であることのうちの少なくとも１つを提供する。さらに、特定の入口流又は出口流に関する全流れポペット弁流れ面積と吸着器流れ面積の比は、１％〜３０％、好ましくは２％〜２０％である。
【００３８】
吸着器は、或る特定の実施形態では、ポペットと床充填材との間に作られる距離又は隙間の面で特徴付けることも可能である。例えば、開放隙間（ＧO）は、吸着床表面と弁が開いているときに近位吸着床表面に向いているポペットの平坦な又は異形表面との間の距離であり、閉鎖隙間（ＧC）は、弁が閉じられているときの距離として定義される。多くの実施形態（例えば、図３に示されている）では、これらの値の差（ＧC−ＧO）は、リフトＬPに等しい。
【００３９】
ポペット弁の使用により、弁が開かれているときに提供される広い流れ面積によって高い流量の実現が可能である。流れ面積は、一般に、弁周長（π・ＤP）と弁リフト（ＬP）の積として知られている。ポペット弁では、他の弁の場合と同様、流体が弁を通って流れているときに生じる圧力の幾分かの減少が生じる（圧力降下と呼ばれている）。同様に、流体が弁相互間に吸着器内容物を有する流路を通って流れているときに生じる圧力降下が存在する。弁圧力降下と全吸着器圧力降下の比に関して適当な範囲により、互いに相反する要因のバランスを取ることができ、低い弁圧力降下は床内の流れ分布に好ましく、高い弁圧力降下は、高い流量及び小型／少ない弁に好ましい。かくして、弁圧力降下は、代表的には、吸着器内部圧力降下の１％〜１００％であり、好ましくは吸着器内部圧力降下の５％〜２０％である。
【００４０】
ポペット弁逆流吸着器の多くの用途は、有利には、吸着器流れ面積の百分率としての各流れについてのポペット弁流れ面積の面で指定され、各流れのポペット弁流れ面積は、その流れに関するポペット弁の個数及び性質から計算され、吸着器流れ面積は、流れを受け入れ又は放出している吸着床の断面積として計算される。例えば、前方流れ方向について流れ入口である流れを受け持っている一組のＮFI個のポペット弁（この場合、ＦＩ＝前方入口）を考察すると、全ポペット弁流れ（ＡPFI）面積は、ＮFI・π・ＤPFI・ＬPFIである。流れが筒体の軸線に沿う代表的な円筒形吸着器の場合、ＤBは、床直径であり、その結果、１／４πＤB2は、吸着器流れ面積である。全流れポペット弁流れ面積と吸着器流れ面積の比に関して代表的な適当な範囲は、圧力降下の場合と同様互いに相反する要因のバランスを取る。各特定の入口又は出口流に関する弁の個数及びサイズは、特定の入口又は出口流に関するポペット弁流れ面積と吸着器流れ面積の比が１％〜３０％、好ましくは２％〜２０％であるように選択されるのが良い。換言すると、前方流れ入口又は逆流れ出口に関してポペット弁流れ面積を通る流れは、吸着器流れ面積の百分率として１％〜３０％であり、好ましくは２％〜２０％であるのが良い。逆流吸着器の多くの用途は、実施形態の幾つかにおいて、有利には、特定のポペット弁直径及びリフトの面で指定される。ポペット弁直径（ＤP）は、有利には、吸着器流れ面積の直径（ＤB）に比例して指定される。非円筒形吸着器流れ面積の場合、等価直径を（４Ａ／π）1/2とコンピュータ計算することができる。直径の適当な範囲は、満足のいくこととして、高い流量、一様な流れ分布状態及び最小限の複雑さに関する互いに相反する要望のバランスをとる。好ましいポペット直径は、単純に直径の何分の一というわけではなく、代表的には、床直径が変化するにつれて連続的に変化する。ポペット弁直径の範囲は、最小値（ＤPMIN）と最大値（ＤPMAX）との間であるのが良く、この場合、これら最小値及び最大値は、次の方程式、即ち、ＤPMIN［インチ］＝０．１４８４＋０．４８７６・ＤB［フィート］とＤPMAX［インチ］＝１．６１１３＋１．８６５７・ＤB［フィート］において床直径の関数として表される。
【００４１】
弁リフト（ＬP）とポペット直径（ＤP）の比に関する適当な範囲は、弁の圧力降下、弁の効率、床流れ一様性及び機械的複雑さの向上に関する要因のバランスを取る。弁リフト比（ＬP／ＤP）は、代表的には、３％〜２５％、好ましくは５％〜２０％である。
【００４２】
ポペット流れ面積、直径及びリフトに関する上述の寸法に加えて、ポペット流れ面積を、以下の幾何学的方程式、即ち、ＡPFI＝ＮFI・π・ＤPFI・ＬPFI（１つの流れに関する例、添え字ＦＩは、前方入口を表している）によって弁の直径、リフト及び個数に関連付けることができる。吸着器内に設けるのに適した弁の個数は、他のパラメータについて作成される仕様に従って吸着器設計の結果である。本明細書において提供される仕様による設計の結果として、弁の個数は、幾つかの互いに相反する目的のバランスを取る。使用する弁の数を少なくすると、これら弁は、流れ面積に関する要件を満たすために大型になる。大型の弁を用いると、大きなリフト及び大きな弁‐床隙間（ＧO）が必要になり、かくして、吸着器ヘッドと吸着床との間の距離が増大し、その結果、開放流路容積が大きくなる。多すぎるほどの弁を用いると、これら自体により複雑なマニホルドの必要性に加えて、吸着器コストが増大する。これら特徴を組み込んだ例示の設計例を実施例１及び実施例２並びに図１及び図２に見ることができる。
【００４３】
本発明の１つ又は２つ以上の実施形態の吸着器により、予期せぬこととして、弁組立体と吸着床の入口との間の隙間を僅かにすることができる。この隙間を最小限にすることにより、有利には、逆流吸着器の効率にとって悪影響を及ぼす吸着器開放流路容積が最小限に抑えられる。開放流路容積は、吸着床と弁との間の空間と関連している。開放流路容積部には、相当な量の充填材又は熱伝達固体がなく、かくして、吸着器内で生じるガス流取り扱いへの貢献は本質的に生じない。しかしながら、開放流路容積部内の流体は、依然として流路内に存在し、かくして、かかる流体を流れ方向が逆にされたときに一ステップから次のステップに移送することができ或いは流れ方向を逆にする前にパージ用流体を回収することが必要になる場合がある。本発明の１つ又は２つ以上の実施形態は、開放流路容積を減少させ、その結果、パージ要件を軽くすると共に／或いは一ステップから次のステップへの生成物の損失が減少する。用いられる充填材の臨界熱伝達特性は、圧力スイング改質法では周知であり、その結果、ポペット弁が用いられて本発明で指定されたとおりに位置決めされると、予期しない流れ分布特性が得られる。開放状態のポペット弁と吸着床表面との間の距離又は高さとして特徴付けられる分布空間を吸着器内で最小限に抑えることができる。入口弁に関する床とポペットとの間の高さ（ＧO）は、典型的には、ポペットの直径の２０％〜８０％である。良好な流れ分布が出口又は排気弁にとって関心の低いものなので、最小限の床とポペットとの間の高さは、入口又は吸気弁に関する場合よりも低いといって良い。代表的には、出口弁に関する床とポペットとの間の距離（ＧO）は、ポペット直径の５％〜８０％である。これらの値は、魅力のある最小隙間寸法を表している。大きな隙間を用いると、他の吸着器内部構成要素、例えば床支持体又は燃料分布システムに対応することができる。
【００４４】
産業用ディーゼルエンジンの代表的な例における弁リフト時間は、約０．００４秒（４ミリ秒）である。代表的には、これら弁は、カムシャフトを利用して開かれ、弁は、或る特定のクランク角で開き、代表的には、約２５°のクランクシャフト回転で完全閉鎖状態から完全開放状態になる。吸着器に用いられる弁は、空気圧アクチュエータを利用して開放可能であり、これら弁を閉鎖前に所与の期間にわたり完全開放位置に保持することができる。弁に関する開閉時間は、吸着器の全サイクル時間に基づいている。本発明の実施形態のうちの幾つかで用いられるポペット弁は、ポペット弁エンジン技術では予期されていないリフト時間を有する。弁開閉時期は、区別される。というのは、弁開閉速度が逆流床システム内の速度変化を制御し、これら変化が床性能及び耐久性に影響を及ぼすからである。例えばエンジンで用いられている速すぎる弁リフト時間は、本発明では望ましくない。というのは、かかる時間の結果として、床速度の迅速すぎる変化が生じるからである。代表的には、弁のリフト時間は、５０ミリ秒を超えるのが良く、例えば、５０〜１０００ミリ秒であり、好ましくは１００〜５００ミリ秒である。サイクル１回の持続時間は、τとして定義され、弁の全リフトは、λとして定義される。代表的には、吸着器を採用するプロセスは、一組の２つ又は３つ以上の吸着器を使用し、従って、１つ又は２つ以上の吸着器は、前方方向に作動し、１つ又は２つ以上の他の吸着器は、逆方向に作動する。単一の吸着器は、吸着器の個数及びサイクルの設計に応じて、全サイクル時間（τ）の約１５％〜約８０％の持続時間の間、前方又は逆方向流れステップのままであるのが良い。弁のリフト時間は、０．０１τ〜０．０５τであるのが良い。
【００４５】
上述したように、第２の観点では、本発明は、吸着器であって、ａ）２つの実質的に互いに反対側に位置する開口端を有する吸着領域を部分的に包囲した吸着器本体を有し、ｂ）吸着器本体の一端を覆っている第１のヘッドを有し、ｃ）吸着器本体の反対側の端を覆っている第２のヘッドを有し、ｄ）第１のヘッドの近位側に位置する領域、第２のヘッドの近位側に位置する領域及び第１のヘッドと第２のヘッドとの間に位置する中央領域を有する固定床を有し、固定床は、吸着器本体内に設けられていて、ガス流の１つ又は２つ以上の成分の吸着を促進することができる固体材料から成り、ｅ）第１のヘッドと関連していて、第１のヘッドを貫通して吸着器本体中への経路を開く少なくとも１つのガス流入口及び第２のヘッドと関連していて、吸着器本体から第２のヘッド中への経路を開く少なくとも１つのガス流出口を有し、ｆ）入口と関連したヘッドと一体化されていて、ガス流入口を制御する少なくとも１つの入口ポペット弁を有し、入口ポペット弁は、直線的に作動可能な弁棒を有し、ｇ）入口と関連したヘッドと一体化されていて、ガス流出口を制御する少なくとも１つの出口ポペット弁を有し、出口ポペット弁は、直線的に作動可能な弁棒を有し、ｈ）上記ｆ）及び／又はｇ）の直線的に作動可能な弁棒と係合可能な少なくとも１つのアクチュエータを有し、アクチュエータは、直線運動をポペット弁に与えてガスが吸着器の外部から吸着器本体の内部に流れたり吸着器本体の内部から吸着器の外部に流れたりして変更可能な流れ操作をもたらすことによって弁の開閉を行うことを特徴とする吸着器に関する。
【００４６】
この観点の或る特定の実施形態では、吸着器は、ｉ）第２のヘッドと関連していて、第２のヘッド及び吸着器本体を通る経路を開く少なくとも１つのガス流入口及び第１のヘッドと関連していて、吸着器本体及び第１のヘッドを通る経路を開く少なくとも１つのガス流出口を更に有し、上記ｆ）、ｇ）及びｈ）に類似した関連の入口ポペット弁又は他の入口流れ制御手段、出口ポペット弁及びアクチュエータが設けられている。
【００４７】
第３の観点は、上述したように、２つの実質的に互いに反対側の開口端を有する吸着領域を部分的に包囲した吸着器本体を有する逆流吸着器内で少なくとも２つの流れの迅速な流れ切り替えを行う方法が提供され、第１のヘッドが吸着器本体の一端を覆い、第２のヘッドが吸着器本体の反対側の端を覆い、吸着器本体内に設けられた固定床がガス流の吸着を促進することができる固体材料から成る。この方法は、ｉ）１つ又は２つ以上の入口ガス源から少なくとも第１のガス流を第１のヘッドを通って第１のヘッドと関連した少なくとも１つのガス流入口まで導入し、そして吸着器本体に導入し、処理された第１のガス流を吸着器本体から取り出し、第２のヘッドを通って第２のヘッドと関連した少なくとも１つのガス流出口に至らせるステップを有し、導入及び取り出しは、それぞれ、第１のヘッド内に設けられた少なくとも１つの吸気ポペット弁及び第２のヘッド内に設けられた少なくとも１つの排気ポペット弁により制御され、ｉｉ）１つ又は２つ以上の入口ガス源から少なくとも第２のガス流を第２のヘッドを通って第２のヘッドと関連した少なくとも１つのガス流入口まで導入し、そして吸着器本体に導入し、処理された第２のガス流を吸着器本体から取り出し、第１のヘッドを通って第１のヘッドと関連した少なくとも１つのガス流出口に至らせるステップを有し、導入及び取り出しは、それぞれ、第２のヘッド内に設けられた少なくとも１つの吸気ポペット弁及び第１のヘッド内に設けられた少なくとも１つの排気ポペット弁により制御される。
【００４８】
１つ又は２つ以上の実施形態では、器具は、毎分０．１〜２０回の速度、好ましくは毎分１〜１５回の速度でサイクル動作し、圧力は、０〜５０００ｋＰａの全圧力でスイングする。本発明の吸着器は、これらの環境において確実に働くことができる。
【００４９】
例示の実施形態が以下の図１に示されている。図１は、本発明の実施形態に従って単一ヘッド及び関連弁組立体を備えた非対称逆流吸着器の略図である。吸着器１０１は、吸着床１０３を備えた吸着器本体１０２を有し、吸着床１０３は、吸着床を左側吸着床１０５及び右側吸着床１０６に分割した実質的にガス不透過性仕切り１０４を備えている。吸着床の上側部分は、単一のヘッド１０７によって覆われており、仕切り１０４は、この単一ヘッドまで延びている。ヘッド１０７に設けられた入口開口部１０８が左側吸着床１０５の上方に位置決めされていて、第１の導管１０９による供給を受ける。導管、例えば導管１０９，１１５がマニホルド（図示せず）の一部分として又はこれからの延長部として提供された管又は他の流体運搬手段であるのが良い。導管、例えば導管１０９，１１５は、ヘッド１０７の外部からこのヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びるのが良い。第１の導管１０９は、吸着器本体１０２の外部からヘッド１０７に設けられた開口部を通って左側吸着床１０５に向かって延びるのが良い。前方流れ入口ポペット弁１１０がヘッド内に着座可能であり、着座すると、ヘッド（図示せず）内に挿入された別個の弁座又はヘッドそれ自体に接触し、又、ヘッドの外部から左側吸着床１０５の上方の左上開放空間１１１内への流体の流れを制御する。入口ポペット弁１１０は、閉鎖引っ込み位置では上方に伸長され、下方に伸長されると開く。入口ポペット弁１１０が開かれると、流体は、第１の導管１０９から入口ポペット弁１１０を通って前方に流れ、開放空間１１１を経て流路に入り、そして左側吸着床１０５を通って吸着床１０３の下の下側共通開放空間１１２に流入し、次に右側吸着床１０６及び右上開放空間１１３に至り、この右上開放空間から流路は、前方流れ出口ポペット弁まで延び、この前方流れ出口ポペット弁１１４は、ヘッド１０７内に着座可能であり、着座すると、別個の弁座（図示せず）又はヘッドそれ自体に接触する。ヘッド１０７内に着座した出口ポペット弁１１４は、右上開放空間１１３から、出口ポペット弁１１４からヘッドを通ってヘッドの外部の場所まで延びる第２の導管１１５への流れを制御する。入口ポペット弁１１０と同様、出口ポペット弁１１４は、閉鎖引っ込み位置では上方に伸長され、下方に伸長されると開く。（入口ポペット弁１１０及び出口ポペット弁１１４が閉鎖位置では下方に伸長され、開放位置では吸着床から遠ざかって上方に延びる別の構成を取ることができる）。第２の導管１１５は、マニホルド（図示せず）の一部分として又はこのマニホルドからの延長部として提供される管又は他の流体運搬手段であるのが良い。第２の導管１１５は、吸着器本体１０２の外部からヘッド１０７に設けられた開口部を通って右側吸着床１０６に向かって延びるのが良く、そしてかかる第２の導管を用いて生成物を吸着床１０３から吸着器１０１の外部の場所まで導くのが良い。
【００５０】
作動中、入口ポペット弁１１０と出口ポペット弁１１４は、実質的に同相の状態にあり、即ち、これらポペット弁は、実質的に同時に互いに開閉する。かくして、開放時、これらポペット弁は、第１の導管１０９から第２の導管１１５への流体の流れを可能にする。対応の組をなす弁及び導管（図示せず）が流路に沿い吸着床を通る逆方向の逆流を提供することができ、逆流入口弁が右側吸着床１０６上に位置し、逆流出口弁が左側吸着床１０５上に位置している。第２の組をなす弁は又、代表的には、互いに実質的に同相で動作し、他方、第１の組をなす弁とは実質的に逆の相で動作する。かくして、第１の弁及び第２の弁（第１の弁対）は、同時に開き、これに対し、第３の入口ポペット弁及び第４の出口ポペット弁（第２の弁対）は、流れが前方方向（吸着器の左側から右側の方向）にあるときには閉じられる。この場合、第１の弁対に属する第１の弁及び第２の弁は、閉じられ、これに対し、第２の弁対は、逆方向の流れを可能にするよう開く。
【００５１】
変形実施形態では、特に対称の弁パターンを採用した場合の利点としては、弁直径が対称性を考慮することなく選択されるＤＰＭＡＸよりも大きいということが挙げられる。例えば、円筒形吸着床設計の円形の端と関連した６個又は７個の弁の六角形パターンを用いることができる。中心間弁間隔が弁直径の１２０％以上である場合、弁は、吸着器直径の２７．８％という大きな直径である。さらに、中心間弁間隔が弁直径の１４０％以上である場合、弁は、吸着器直径の２３．８％という大きな直径である場合がある。一例として、直径が９６インチ（２．４４メートル）の吸着床は、直径が２２．８５又は２６．７インチ（５８又は６７．８ｃｍ）の弁から恩恵を受けることができる。かかる実施形態の場合、ＤＰＭＡＸは、方程式（ＤＰＭＡＸ）［インチ］＝１．６１１３＋２．８５８・ＤＢ［フィート］又は（ＤＰＭＡＸ）［ｃｍ］＝４．０９２７＋０．２３８・ＤＢ［ｃｍ］によって与えられる吸着器直径の大きな割合であるのが良い。理解できるように、他の変形例も又、本発明の範囲に含まれる。
【００５２】
非対称逆流作動では、代表的には、前方方向に流れるガスの組成が逆方向に流れるガスの組成とは異なっていることが必要である。例えば、吸気弁を前方方向に通って流れるガスは、吸気弁を通って逆方向に流れるガスの組成とは異なる。
【００５３】
多数の弁及び導管を有する大規模吸着器に利用された場合の本発明の吸着器の例示の実施形態が以下の図２に示されている。図２は、本発明の実施形態に従って２つの反対側に位置するヘッド及び関連弁組立体を備えた非対称逆流吸着器の略図である。吸着器２００は、断面図において左側壁２０２、左断熱層２０４、右側壁２０６及び右断熱層２０８として示された円筒形の壁及び円筒形の断熱層を有している。吸着床２１０が上側吸着床部分２１２、下側吸着床部分２１４及び混合構造体を収容するのが良い混合ゾーン２１６を有している。吸着器は、上側ヘッド２１８及び下側ヘッド２２０で覆われており、その結果、上側開放ゾーン２２２及び下側開放ゾーン２２４が形成されており、これら開放ゾーンは、実質的に開放流路容積部で構成されている。逆流吸着器内のかかる開放流路容積部は、サイクルの前方流れステップから逆流れステップまで横切り、適切に管理されていなければ、例えば、これらサイクルステップ相互間でフラッシすることによって逆の方向に流れることができるガスを収容する。開放流路容積部を最小限に抑えることにより、有利には、サイクル中に管理されるべき量が減少し、サイクル時間が減少すると共に効率が増大する。上側ヘッド２１８及び下側ヘッド２２０は、弁構造体を挿入することができる開口部を有する。ヘッドと吸着床との間の上側又は下側開放流路容積部は又、吸着器２００内で燃焼可能な燃料を直接導入する分配ライン（図示せず）を更に収納するのが良い。
【００５４】
上側ヘッド２１８は、前方流れ入口マニホルド２３０及び逆流出口マニホルド２３２のための種々の開口部、例えば例示の開口部２２６，２２８（後者の開口部は、ポペット弁で占有された状態で示されている）を有する。マニホルドを貫通すると共に開口部を制御する状態で前方流れ入口弁２３４及び逆流出口弁２３６が設けられている。前方流れ入口弁２３４及び逆流出口弁２３６は、ブッシュ又は弁案内２４１内に位置決め可能な弁棒要素２４０に連結されているディスク要素２３８を有する（符号２３６の場合に示されている）ポペット弁である。弁棒要素２４０は、作動手段２４２に連結され、この作動手段は、直線運動を弁に与える。理解できるように、開口部２２６，２２８及び関連マニホルド２３０，２３２は、流体の流れのために上側ヘッド２１８の外部から上側ヘッド２１８を少なくとも部分的に貫通したところまで延びる導管を形成するのが良い。この例示の実施形態は、有利には、各弁と関連した独立作動手段を有し、それにより、作動手段の故障をたった１つの弁だけにとどめている。変形例として、複数個の弁を制御する単一の作動手段が設けられても良い。一般に、入口マニホルドのための開口部及び入口弁は、出口マニホルドのための開口部及び入口弁よりも小径のものである。ただし、入口を通過するガスの量が出口を通過する生成物流よりも少ない傾向があることを条件とする。図２では、前方流れ入口弁が開放位置で示され、逆流出口弁が閉鎖位置で示されている。
【００５５】
類似のマニホルド及び弁構成が下側ヘッド２２０と関連している。下側ヘッド２２０は、前方流れ出口マニホルド２４８及び逆流入口マニホルド２５０のための種々の開口部、例えば例示の開口部２４４，２４６を有している。（開口部２４６は、逆流入口弁２５４が閉鎖位置で示されている限り、部分的に覆い隠されている。）符号２４６の「タグ」は、矢印であり、逆流入口弁２５４を通って開口部２４６に向いている。開口部２４４，２４６及び関連マニホルド２４８，２５０は、流体流れのために下側ヘッド２２０の外部から下側ヘッド２２０を少なくとも部分的に貫通したところまで延びる導管を形成するのが良い。マニホルドを貫通すると共に開口部を制御する状態で前方流れ出口弁２５２及び逆流入口弁２５４が設けられている。この場合も又、前方流れ出口弁２５２及び逆流入口弁２５４は、ブッシュ又は弁案内内に位置決め可能な弁棒要素に連結されているディスク要素を有する。前方流れ出口弁２５２について図示したように、弁棒要素は、作動手段２５６に連結され、この作動手段は、上述したのと同様に直線運動を弁に与える。この例示の実施形態は、有利には、各弁と関連した独立作動手段を有し、それにより、作動手段の故障をたった１つの弁だけにとどめている。変形例として、同相で動作している複数個の弁、好ましくは一群の複数個の逆流入口弁を制御する単一の制御手段が設けられても良い。吸着器弁設計の一部は、生成ガスの放出をなくすために具体的には弁の周りの吸着器の封止を含む。適当なシールとしては、ロッド充填材、例えば弁の弁棒要素又はシャフト用の往復圧縮機型シールが挙げられる。弁アクチュエータ手段は、適当な力及びリフト回数を提供し、吸着器の設計寿命に合っている。代表的には、アクチュエータ手段は、空気圧制御式アクチュエータであり、かかる空気圧制御式アクチュエータは、ばね力で戻され、アクチュエータ破損の場合には閉鎖状態に付勢される。
【００５６】
図２では、逆流出口弁２３６は、閉鎖状態で示され、前方流れ入口弁２３４は、開放位置で示されている。かくして、図２は、ガスを上側ヘッド２１８の前方流れ入口マニホルド２３０から吸着床２１０を通って下側ヘッド２２０の前方流れ出口２４４内への前方流の状態で示している。両方の逆流弁（逆流出口弁２３６及び逆流入口弁２５４）は、この時点では閉じられている。サイクルの次の段階では、前方流れ入口弁（２３４，２５２）が閉じ、下側ヘッドの逆流入口弁２５４が上側ヘッド２１８の逆流出口弁２３６と一緒に開き、それにより、下側ヘッド２２０から吸着床２１０を通って上側ヘッド２１８から出るガスの逆流を促進する。
【００５７】
典型的には、各弁対が前方流れ入口弁及び前方流れ出口弁から成る複数の前方流弁対は、各対の各部材と同相で一緒に動作する。前方流弁対が互いに真向かいに位置したこれらのそれぞれのヘッドに設けられるのが良く、弁棒は、吸着器側部に平行であり共通のアクチュエータ手段によって駆動される。同様に、各弁対が逆流入口弁及び逆流出口弁から成る複数の逆流弁対が互いに同相で動作し、所望ならば、これら逆流弁対を互いに真向かいに位置するこれらのそれぞれのヘッド内に設けられるのが良く、これらの弁棒は、吸着器側部に平行であり、共通のアクチュエータ手段によって駆動される。一般に、前方流弁対は、逆流弁対と正反対に動作し、その結果、前方流弁対が開かれているとき、逆流弁対は閉じられ、又この逆の関係が成り立つ。吸着器に設けられている各弁がそれ自体のアクチュエータ手段を有する場合、吸着器は、弁が１つだけ故障した場合でも動作し続けることができ、それにより、吸着器全体を分解する必要なく、単一の弁の取り外し及び交換が可能である。変形例として、同一の供給／生成物流を制御する複数個の弁を共通のアクチュエータによって駆動しても良い。
【００５８】
吸着床２１０は、上側吸着床部分２１２、下側吸着床部分２１４及び混合構造体を収容することができる混合ゾーン２１６を有している。下側吸着床は、床（図示せず）の重量を支持する構造体を更に有するのが良い。代表的な吸着床材料は、圧力降下を最小限に抑えると共に長い吸着器長さを可能にする真っ直ぐなチャネルを有するハニカムモノリス（一体品）を含む。吸着器に用いられるハニカムモノリスは、代表的には、１平方インチ当たり約１６本のチャネル（チャネル／ｉｎ2）〜約３２００チャネル／ｉｎ2（２．５〜５００チャネル／ｃｍ2）のチャネル密度を有する。変形例として、床２１２，２１４のうちの１つ又は２つ以上の部分の充填材は、曲がりくねっており、例えばフォームモノリス及び充填床であって良い。本発明のための代表的なフォームモノリスは、約５ｐｐｉ（１インチ当たりの細孔の数）〜１００ｐｐｉ（即ち、２〜４０個の細孔／ｃｍ）の細孔密度を有する。本発明のための代表的な充填床は、１フィート当たり（ｆｔ-1）約６０〜約３０００ｆｔ-1（即ち、２〜１００ｃｍ-1）の濡れ表面積を備えた充填材を有する。図２の全流路は、開放ゾーン２２２，２２４内の容積部並びに床２１２，２１４及びミキサ２１６内の容積部によって表されている。開放流路容積部は、大部分が開放ゾーン２２２，２２４で構成され、充填流路容積部は、大部分が床及びミキサゾーン２１２，２１４，２１６で構成されている。
【００５９】
吸着器のヘッド内への大型ポペット弁の組み込みにより、従来型弁装置と比較して、吸着床と弁との間の非生産的容積部の量（容積）が大幅に減少する。さらに、この実施形態は、所望の圧力降下、代表的には吸着器内部圧力降下の１％〜１００％、好ましくは吸着器内部圧力降下の５％〜２０％の弁圧力降下での作動を可能にするよう十分な流れ面積を提供するために十分な数の弁を吸着器ヘッドに設けた状態で容易に構成されると共に作動される。図２との関連において吸着器内部圧力降下は、上側開放ゾーン２２２と下側開放ゾーン２２４との間の圧力差を含む場合がある。図２との関連において弁圧力降下は、マニホルド（例えば、２３０）と開いた弁（例えば、２３４）をちょうど越えたところの開放ゾーン（例えば、２２２）との間の圧力差を含む。上述したように、弁圧力降下は、代表的には、吸着器内部圧力降下の１％〜１００％であり、好ましくは吸着器内部圧力降下の５％〜２０％である。さらに、弁から出た流れは、床の幅全体にわたって適当に分布されるのが良い。この実施形態は、実質的に先の段落に記載したように流れ方向に互いに平行なチャネルを有する吸着床、例えば、流れの半径方向分散をなくすことができるハニカムモノリスに使用されるのが良い。新型の逆流吸着器技術により、例えば側部の標準偏差により定量化される床断面を横切る高い速度一様性が得られ、従って、床を通る軸方向経路内の滞留時間がほぼ同じになることができる。特に、圧力スイング改質に用いられる逆流吸着器技術では、吸着床充填材の外部の開放容積部内に高度の流れ分布状態が必要である。というのは、例えばハニカム構造体内における互いに平行なチャネルコンポーネントが床内部の流れのそれ以上の再分布を制限するからである。これら技術は、一体型ポペット弁からの流れを平衡チャネルハニカム床充填材中に分布させるヘッド一体型ポペット弁吸着器を提供する際に特に有用である。
【００６０】
図３は、吸着器上側ヘッド３００の詳細縦断面図であり、吸着床表面３０１の上方のマニホルド内の定位置にある関連の一体型弁組立体を示している。前方流れ入口弁組立体３０２が弁着座手段３０４を有し、この弁着座手段は、ヘッドと弁組立体との間のインターフェースを取り、この弁着座手段は、ヘッド内に設けられた開口部内に取り付けられ、それによりヘッド内に前方入口開口部が形成される。前方流れ入口弁組立体３０２は、弁棒要素３１０に連結されているディスク要素３０８を備えたポペット弁３０６を更に有し、弁棒要素３１０は、部分的に中空円筒形弁案内部材３１２によって包囲され、支持アーム３１４がこの案内部材３１２から延びており、支持アーム３１４は、弁着座手段を弁案内手段に連結している。前方流れ入口弁組立体３０２は、送り出し管として働く垂直マニホルド管３１５を通って弁開口部まで延びている。垂直マニホルド管３１５は、水平マニホルド管３１６と交差し、入口ガスがこの水平マニホルド管を通って弁に導かれ、そしてこれを通って最終的には吸着床３０１に導入される。流体は、水平マニホルド管３１６及び垂直マニホルド管３１５からヘッド３００の開口部を少なくとも部分的に通って流れ、この開口部は、ヘッド３００の外部からヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまでの流体の流れを可能にする導管となり、流れは、ポペット弁３０６が開放位置にあるとき、引き続き弁着座手段３０４を通過し続ける。この導管は、弁着座手段３０４、中空円筒形弁案内部材３１２、垂直マニホルド管３１５、水平マニホルド管３１６、弁作動部材３２０及び／又は入口弁組立体３０２のための組立体のカラー３１８を有するのが良い。垂直マニホルド管３１５は、弁組立体のカラー３１８により覆われており、弁案内部材３１２及び弁棒部材３１０がこの弁組立体カラーを貫通して延びている。カラー３１８の頂部には、弁作動部材３２０が設けられ、この弁作動部材は、弁棒要素の直線運動及びかくして弁着座手段３０４により包囲された前方流れ入口開口部を通る流体の通過を空気圧の作用で制御する。大径逆流出口弁組立体３２２が上側ヘッドに設けられた逆流出口開口部のところに取り付けられている。弁組立体３２４，３２６，３２８は、追加の弁組立体、即ち、前方流れ入口弁組立体３２４、逆流出口弁組立体３２６及び別の前方流れ入口弁組立体３２８をそれぞれ表している。各追加の弁組立体は、上述の前方入口弁組立体と類似している。前方流れ入口弁組立体３２０，３２４，３２８は、これらの弁が閉鎖位置にある状態で示されており、逆流出口弁組立体３２２，３２６は、弁が開放位置にある状態で示されており、ＬP即ちリフト、ＧO即ち開放隙間及びＧC即ち閉鎖隙間が示されている。
【００６１】
各弁組立体は、弁座、弁座と合致するディスク、ディスクに取り付けられた弁棒、弁棒のための案内、弁座から案内までの取り付け構造体、直線軸受、シールシステム及びアクチュエータを含む。弁座は、案内に取り付けられるのが良く、そしてヘッドへの組み込みに先立って組み立てられても良く、又、ヘッドに押し込まれ又はねじ込まれても良く、或いはマニホルド及び弁を含む一体型ヘッドを利用できる場合のようにヘッド内に機械加工により設けられても良い。ディスクは、円形、楕円形、半球形又はディスクを作動させるために弁棒を取り付けることができる任意所望の形状であって良い。円形又は楕円形ディスクは、最も効率の良い形状であると言える。弁棒の案内は、弁棒のための直線軸受及びシールを有する。アクチュエータは、電磁アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ又はサイクル時間に依存するプロセスに望ましい速度で回転するカムシャフトであるのが良い。アクチュエータは、運動を数個の弁に同時に与えることができ又は運動を各弁に個々に与えることができる。弁座が案内に取り付けられる場合、上述のコンポーネントを含むのが良い弁組立体は、ユニットとして吸着器ヘッドから容易に取り外せ、それにより、もし万が一弁組立体の交換が必要になった場合には吸着器の補修が容易になる。この組立体は、マニホルドの頂部に設けられたフランジに取り付けられているボルトによって吸着器ヘッド内に取り付けられるのが良い。変形例として、弁組立体が挿入され、そして弁組立体が回されてついにはこれが定位置にロックするようになるターン・トゥ・ロック（turn-tu-lock）（又はバヨネット）型システムを利用しても良い。しかしながら、これは、大型弁及び高い温度流の場合には好ましさの度合いが低い。
【００６２】
変形実施形態では、各一体型弁組立体は、ヘッドの開口部に固定可能な弁着座手段、弁着座手段を中空弁案内に固定する支持アーム、線形調節が吸着器内への流量を変化させるディスク部材に固定された弁案内内の弁棒要素、弁案内を包囲していて、垂直マニホルド管の上方開口部に固定可能なカラーを含み、垂直マニホルド管の上方には、アクチュエータ部材が位置決めされ、このアクチュエータ部材は、これが連結されている弁棒要素に直線運動を与える。各一体型弁組立体は、ユニットとして吸着器ヘッドから容易に取り外せ、それにより、もし万が一弁組立体の交換が必要になった場合には吸着器の補修が容易になる。弁座組立体は、代表的には、マニホルドの頂部のところに設けられたフランジを介してヘッドに取り付けられ、一体型組立体は、マニホルドを通って定位置に下げられる。この構成では、弁組立体を３つの場所で封止する必要がある。フランジは、ガスケットで封止され、弁棒は、往復圧縮機シールを用いて封止され、吸着器のヘッドの弁座は、リップシールを用いて封止される。弁組立体を吸着器内に取り付けてこれを封止するための別の手段は、弁組立体が挿入され、そして弁組立体全体が回されてついにはこれが定位置にロックするようになるターン・トゥ・ロック（又はバヨネット）型システムを利用しても良い。しかしながら、これは、大型弁及び高い温度流の場合には好ましさの度合いが低い。本発明の幾つかの実施形態では、特に弁が吸着器内にではなくマニホルド内に開口している場合又はヘッドが弁の取り付け取り外しのために取り外し可能である場合、弁座は、ねじ込み若しくは押し込みシートの使用により又はヘッドそれ自体への弁座の機械加工によって弁組立体とは別個にヘッドに設けられる。自動車型エンジンの非一体型弁組立体と同様な非一体型弁組立体を用いても良い。
【００６３】
図４は、関連マニホルド内の定位置に位置する関連一体型弁組立体と共に皿状で実質的に楕円形の上側ヘッド４００の詳細縦断面図である。ヘッドの外部は、実質的に楕円形の外壁４０１により構成され、この外壁は、使用中に受ける動作圧力を封じ込めるのに十分な厚さのものである。前方流れ入口弁組立体４０２は、弁着座手段４０４を有し、この弁着座手段は、吸着器の吸着ゾーンに当接してバリヤとなるヘッドの平坦なフロア４０５に設けられた前方入口開口部のところに取り付けられている。この平坦なフロア４０５は、弁着座手段４０４が取り付けられる表面を提供するが、この表面は、圧力バウンダリとしては作用しない。前方流れ入口弁組立体４０２は、弁棒要素４１０に連結されているディスク要素４０８を備えたポペット弁４０６を更に有し、弁棒要素４１０は、部分的に中空円筒形弁案内部材４１２によって包囲され、支持アーム４１４がこの案内部材４１２から延びており、支持アーム４１４は、弁着座手段を弁案内部材４１２に連結している。前方流れ入口弁組立体４０２は、送り出し管として働く垂直マニホルド管４１５を通って弁開口部まで延びている。垂直マニホルド管４１５は、水平マニホルド管４１６と交差し、入口ガスがこの水平マニホルド管を通って弁に導かれ、そしてこれを通って最終的には吸着床（図示せず）に導入される。流体は、水平マニホルド管４１６及び垂直マニホルド管４１５からヘッド４００の開口部を少なくとも部分的に通って流れ、この開口部は、ヘッド４００の外部からヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまでの流体の流れを可能にする導管となり、流れは、ポペット弁４０６が開放位置にあるとき、引き続き弁着座手段４０４を通過し続ける。この導管は、ヘッド４００の外部からヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延び、この導管は、弁着座手段４０４、弁案内部材４１２、垂直マニホルド管４１５、水平マニホルド管４１６、弁作動部材４２０及び／又は入口弁組立体４０２のための組立体のカラー４１８のうちの全て又はこれらを部分的に含むのが良い。垂直マニホルド管４１５は、溶接部４１７によって楕円形外壁４０１に固定されるのが良く、垂直マニホルド管４１５は、弁組立体のカラー４１８により覆われており、弁案内部材４１２及び弁棒部材４１０がこの弁組立体カラーを貫通して延びている。カラー４１８の頂部には、弁作動部材４２０が設けられ、この弁作動部材は、弁棒要素の直線運動及びかくして弁着座手段４０４により包囲された前方流れ入口開口部を通る流体の通過を空気圧の作用で制御する。大径逆流出口弁組立体４２２が上側ヘッドに設けられた逆流出口開口部のところに取り付けられている。弁組立体４２４，４２６，４２８は、追加の弁組立体、即ち、前方流れ入口弁組立体４２４、逆流出口弁組立体４２６及び別の前方流れ入口弁組立体４２８をそれぞれ表している。各弁組立体は、詳細に上述したように前方入口弁組立体と類似している。外部楕円形壁４０１とヘッドの平坦なフロア４０５との間及び垂直マニホルド管相互間の開放空間は、符号４３０，４３２で示されているようにヘッドそれ自体内におけるガスの望ましくない堆積を回避するために、適当な空間充填固体、例えば適当な耐熱性を備えた低多孔率材料、好ましくは低多孔率セラミック材料で満たされるのが良い。
【００６４】
他の実施形態では、吸着器は、上述のヘッド及び吸着器本体又はシェルに加えて、他の形態を有していても良い。例えば、吸着器本体は、吸着器本体内に吸着ゾーンを形成する１つのユニット又は別々のコンポーネントで形成されても良い。さらに、１つ又は２つ以上のポペット弁組立体は、吸着器本体に直接結合されても良く、或いは、吸着器本体又はヘッドに直接結合された他の導管に結合されても良い。したがって、一実施形態では、吸着器は、吸着器本体を有するのが良く、吸着器本体は、吸着器本体内に吸着ゾーンを形成し、吸着器は、吸着ゾーン内に設けられた充填材及び吸着器本体に結合された１つ又は２つ以上のポペット弁組立体を更に有するのが良く、かかるポペット弁組立体は、吸着ゾーンと流れ連通状態にあると共に吸着器本体の外部の場所と吸着ゾーン内の場所との間での流体の流れを制御する。吸着器本体は、一ユニットであっても良く、別々のコンポーネントであっても良く、或いはヘッド及びシェル構成のものであっても良い。吸着器及びポペット弁組立体は、上述したように作動するのが良い。
【００６５】
充填材としては、上述したように、互いに異なる形式の充填材、例えばペブル又は工学的充填材が挙げられる。充填材が工学的充填材である場合、かかる充填材は、特定の形態、例えばハニカム、セラミックフォーム等の状態で提供される材料を含むのが良い。これら工学的充填材は、他の床構造体と比較して高い幾何学的表面積（ａv）を有する。この種の充填材の使用により、高い気体時空間速度、高い体積吸着器生産性、高い熱効率及び小型で経済的な吸着器が得られる。
【００６６】
提供される吸着器は、炭化水素、例えば天然ガス及び石油処理の開発及び生産のための吸着化学反応速度分離法、装置及びシステムに有用である。特に、提供される方法、装置及びシステムは、ガス混合物からの種々の標的ガスの迅速で大規模な効率的分離に有用である。
【００６７】
上述の提供される吸着器は、スイング吸着プロセス（法）に有用である。非限定的なスイング吸着プロセスとしては、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）、温度スイング吸着（ＴＳＡ）、分圧スイング吸着（ＰＰＳＡ）、迅速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）、迅速サイクル温度スイング吸着（ＲＣＴＳＡ）、迅速サイクル分圧スイング吸着（ＲＣＰＰＳＡ）並びにこれらプロセス、例えば圧力／温度スイング吸着の組み合わせが挙げられる。
【００６８】
ＰＳＡ法は、気体が圧力下にあるとき、ガスが吸着材料の細孔構造又は自由体積内に容易に吸着されるという現象を利用しており、即ち、ガス圧力が高ければ高いほど、容易に吸着される気体の吸着量がそれだけ一層多くなる。圧力を減少させると、吸着成分が放出され又は脱着される。
【００６９】
ＰＳＡ法は、気体混合物の気体を分離するために使用されるのが良く、その理由は、互いに異なる気体が吸着材のミクロ細孔を互いに異なる程度まで充填する傾向があるからである。気体混合物、例えば天然ガスがメタンの場合よりも二酸化炭素の方に選択性を示すポリマー又は微孔性吸着材を使用した容器を通って圧力下で流される場合、二酸化炭素の少なくとも一部分は、吸着材によって選択的に吸着され、容器を出た気体は、メタンが富化されている。吸着材が二酸化炭素を吸収するその能力の限界に達した場合、吸着材は、圧力を減少させることにより再生され、それにより吸着状態の二酸化炭素が放出される。次に、吸着材を典型的にはパージし、そして再加圧し、それにより新たな吸着サイクルの準備ができる。
【００７０】
ＴＳＡ法は、ガスが低温状態において高温と比較して吸着材料の細孔構造又は自由体積内に容易に吸着されるという現象を利用しており、即ち、吸着材の温度を増大させると、吸着状態の気体が放出され又は脱着される。吸着材床の温度を周期的にスイングさせることにより、ＴＳＡ法を利用すると、気体混合物の成分のうちの１つ又は２つ以上に選択性を示す吸着材に利用された場合に混合物中の気体を分離することができる。
【００７１】
提供される方法、装置及びシステムは、汚染要因物及び重炭化水素、即ち少なくとも２つの炭素原子を含む炭化水素を除去することによって天然ガス生成物を調製することができる。提供される方法、装置及びシステムは、ユーティリティに使用される気体供給物流を調製するのに有用であり、ユーティリティとしては、分離用途、例えば露点制御、スイートニング／解毒、腐食防止／制御、脱水、発熱量、状態調整（コンディショニング）及び浄化が挙げられる。１つ又は２つ以上の分離用途を利用するユーティリティの例としては、燃料ガス、シールガス、雑用水、ブランケットガス、インストルメント及びコントロールガス、冷媒、不活性ガス及び炭化水素回収が挙げられる。例示の「限度を超えない」生成物（又は「標的」）ガス仕様としては、（ａ）２体積％ＣＯ2、４ｐｐｍＨ2Ｓ、（ｂ）５０ｐｐｍＣＯ2、４ｐｐｍＨ2Ｓ又は（ｃ）１．５体積％ＣＯ2、２ｐｐｍＨ2Ｓが挙げられる。
【００７２】
提供される方法、装置及びシステムを用いると、炭化水素流から酸性ガスを除去することができる。酸性ガス除去技術は、可採鉱量としての天然ガスが高い濃度の酸性ガスを示し、即ち、サワーガス資源を示しているのでますます重要になっている。炭化水素供給流は、酸性ガスの量に大幅なばらつきがあり、例えば、数ｐｐｍ酸性ガスから９０体積％酸性ガスまで様々である。例示の可採鉱量としてのガスからの酸性ガス濃度の非限定的な例としては、少なくとも、（ａ）１体積％Ｈ2Ｓ、５体積％ＣＯ2、（ｂ）１体積％Ｈ2Ｓ、１５体積％ＣＯ2、（ｃ）１体積％Ｈ2Ｓ、６０体積％ＣＯ2、（ｄ）１５体積％Ｈ2Ｓ、１５体積％ＣＯ2及び（ｅ）１５体積％Ｈ2Ｓ、３０体積％ＣＯ2の濃度が挙げられる。
【００７３】
以下の技術的思想Ａ〜Ｏのうちの１つ又は２つ以上を上記において提供された方法、装置及びシステムに利用することができ、それにより高い炭化水素回収率を維持しながら望ましい生成物流を調製することができる。
【００７４】
技術的思想Ａ：１つ又は２つ以上の速度論的スイング吸着法、例えば圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、温度スイング吸着（ＴＳＡ）、仮焼及び分圧スイング又は置換パージ吸着（ＰＰＳＡ）及びこれら方法の組み合わせを含む吸着法を用いることであり、各スイング吸着法を迅速なサイクルに利用することができ、例えば、１つ又は２つ以上の迅速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣ‐ＰＤＳ）ユニットを用い、１つ又は２つ以上の迅速サイクル温度スイング吸着（ＲＣ‐ＴＳＡ）ユニット又は１つ又は２つ以上の迅速サイクル分圧スイング吸着（ＲＣ‐ＰＰＳＡ）ユニットを用いること、例示の速度論的スイング吸着法は、米国特許出願公開第２００８／０２８２８９２号明細書、同第２００８／０２８２８８７号明細書、同第２００８／０２８２８８６号明細書、同第２００８／０２８２８８５号明細書及び同第２００８／０２８２８８４号明細書に記載されており、これら米国特許出願公開の各々を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
【００７５】
技術的思想Ｂ：２０１１年３月１日に出願された米国特許出願第６１／４４７，８４８号明細書（代理人事件番号：２０１１ＥＭ０６０）に記載されている新型サイクル及びパージを用いたＲＣ‐ＴＳＡにより酸性ガスを除去することであり、この米国特許出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
【００７６】
技術的思想Ｃ：米国特許出願公開第２００８／０２８２８９２号明細書、同第２００８／０２８２８８５号明細書、同第２００８／０２８２８８６号明細書に記載されているようにメソ細孔充填材を用いて吸着剤中の捕捉メタンの量を減少させると共に全体的炭化水素回収率を増大させること。粒子相互間のメソフェーズ細孔を充填することにより吸着チャネル壁内の結晶又は細孔相互間に存在する非スイープ可能ボイド空間を減少させ、それにより吸着剤層を通る迅速な気体輸送を可能にしながら開放体積部を減少させる。非スイープ可能ボイド空間のこの充填は、迅速な脱着ステップ中に失われる所望の生成物の量を許容可能なレベルに減少させると共に温度脱着に続く高い吸着床純度の実現を可能にするのに望ましい。かかるメソフェーズ細孔充填を種々の仕方で達成することができる。例えば、ポリマー充填材、例えば固有の多孔性を有するシリコーンゴム又はポリマーをＨ2Ｓ及びＣＯ2の迅速な拡散と共に使用するのが良い。メソ多孔性及び／又はミクロ多孔性を有する熱分解炭素でボイド空間を充填することにより別の仕方で実施することができる。非常に小さいサイズの不活性固体でボイド空間を充填することにより又は所望のガスを迅速に通して拡散させる補充可能な液体（例えば、水、溶剤又は油）でボイド空間を充填することにより更に別の仕方で実施することができる。好ましくは、吸着剤壁内のボイド空間を６０体積％未満、好ましくは７０体積％未満、より好ましくは８０体積％未満に減少させる。
【００７７】
技術的思想Ｄ：適当な吸着材料、例えば米国特許出願公開第２００８／０２８２８８７号明細書及び同第２００９／０２１１４４１号明細書に記載されたゼオライトのうちの１つ又は２つ以上を選択して高い選択性を提供してメタン及び他の炭化水素の吸着（及び損失）を最小限に抑えること。
【００７８】
酸性ガスの除去に好ましい吸着剤は、酸性ガスとの化学反応を可能にする官能性のあるなしを問わずメソ細孔又はミクロ細孔材料から成る群から選択させる。官能性のない材料の例としては、陽イオン性ゼオライトやスタノシリケートが挙げられる。Ｈ2Ｓ及びＣＯ2と化学反応する官能化材料は、炭化水素よりもＨ2Ｓ及びＣＯ2の方に著しく強い選択性を示す。さらに、これらは、酸性ゼオライト上に生じる炭化水素との望ましくない反応を触媒しない。官能化メソ細孔吸着剤も又好ましく、炭化水素に対するこれらの親和性は、非官能化された小さな細孔の材料、例えばゼオライトと比較して、一段と減少する。
【００７９】
変形例として、重炭化水素の吸着は、重炭化水素の拡散がＨ2Ｓ及びＣＯ2と比較してゆっくりとしている小さな細孔の官能化材料を用いることにより速度論的に抑制されても良い。また、Ｈ2Ｓ及びＣＯ2選択性吸着剤の外面上の約４に等しく又はこれを超える炭素含有量を有する炭化水素（即ち、Ｃ4＋炭化水素）の凝縮を減少させるのに注意を払う必要がある。
【００８０】
本発明に使用するのに適した官能基の非限定的な例としては、一次、二次、三次及び他の非プロトジェニック塩基性基、例えばアミジン、グアニジン及びビグアニドが挙げられる。さらに、これら材料は、２つ又は３つ以上の種類の官能基で官能化されるのが良い。天然ガス流からのＨ2Ｓ及びＣＯ2の実質的に完全な除去を行うために、吸着材料は、好ましくは、Ｈ2Ｓ及びＣＯ2については選択性であるが、メタンと重炭化水素（Ｃ2＋）の両方についての容量が低い。１つ又は２つ以上の実施形態では、基剤としてのシリカ又は他の支持体上に支持されるアミンを用いることが好ましい。というのは、アミンは、酸性ガス種については強力な吸着等温線を有するからである。アミンは又、かかる種について高い容量を有し、これらの高い吸着熱の結果として、比較的強い温度反応性を有する（即ち、十分に加熱されると、アミンは、Ｈ2Ｓ及びＣＯ2を容易に脱着し、かくして、過度の温度スイングなしで使用できる）。２５℃〜７０℃の範囲で吸着を行い、９０℃〜１４０℃の範囲で脱着を行う吸着剤が好ましい。ＣＯ2及びＨ2Ｓ除去のために互いに異なる吸着剤を必要とするシステムでは、標的種に適した吸着剤を有する層状床が望ましい場合がある。
【００８１】
天然ガスからのＣＯ2除去の場合、速度論的選択性を有する８リングゼオライト材料の特定の等級を含む吸着剤を処方することが好ましい。８リングゼオライト材料のこの等級の速度論的選択性により、ＣＯ2をゼオライト結晶中に迅速に送ることができ、他方、メタンの輸送を阻止し、その結果、ＣＯ2とメタンの混合物からＣＯ2を選択的に分離することが可能である。天然ガスからのＣＯ2の除去のため、８リングゼオライト材料のこの特定の等級は、好ましくは、約１から約２５までのＳｉ／Ａｌ比を有する。他の好ましい実施形態では、ゼオライト材料のＳｉ／Ａｌ比は、２から約１０００であり、好ましくは約１０から約５００までであり、より好ましくは約５０から約３００までである。注目されるべきこととして、本明細書で用いるＳｉ／Ａｌという用語は、ゼオライト構造のシリカとアルミナのモル比として定義される。本明細書で用いるのに適したこの好ましい等級の８リングゼオライトにより、ＣＯ2は、メタンと比較されるＣＯ2に関する単一成分拡散係数の比（即ち、ＤＣＯ2／ＤＣＨ4）が１０よりも大きく、好ましくは約５０よりも大きく、より好ましくは約１００よりも大きく、更により好ましくは２００よりも大きいような仕方で８リング窓を通って内部細孔構造に接近することができる。
多くの場合、窒素含有ガスからの精製メタン生成物の高い回収率を得るためには、窒素も又、石油の産出と関連したガスから除去されなければならない。メタンからの窒素分離のための有効な平衡状態又は化学論的選択性を備えた分子ふるい吸着剤はほんの僅かしか存在しない。天然ガスからのＮ2分離のためには、化学論的選択性を有する８リングゼオライト材料の等級を有する吸着剤を処方することも又好ましい。この等級の８リングゼオライト材料の速度論的反応性により、Ｎ2をゼオライト結晶中に迅速に送ることができ、他方、メタンの輸送を阻止し、その結果、Ｎ2とメタンの混合物からＮ2を選択的に分離することが可能である。天然ガスからのＮ2の除去のため、８リングゼオライト材料のこの特定の等級は、好ましくは、約２から約１０００まで、好ましくは約１０から約５００まで、より好ましくは約５０から約３００までのＳｉ／Ａｌ比を有する。本明細書で用いるのに適したこの好ましい等級の８リングゼオライトにより、Ｎ2は、メタンと比較されるＮ2に関する単一成分拡散係数の比（即ち、ＤＮ2／ＤＣＨ4）が５よりも大きく、好ましくは約２０よりも大きく、より好ましくは約５０よりも大きく、更により好ましくは１００よりも大きいような仕方で８リング窓を通って内部細孔構造に接近することができる。天然ガスからのＮ2の除去中のスイング吸着法における耐ファウリング性は、この等級の８リングゼオライト材料により提供される別の利点である。
【００８２】
他の場合、約０．００１％〜約７０％Ｈ2Ｓを含む場合のある天然ガスからＨ2Ｓを除去することが望ましい場合もある。この場合、スタノシリケート並びに速度論的選択性を有する８リングゼオライトの上述の等級を含む吸着剤を処方することが有利な場合がある。この等級の８リングゼオライト材料の速度論的反応性により、Ｈ2Ｓをゼオライト結晶中に迅速に送ることができ、他方、メタンの輸送を阻止し、その結果、Ｈ2Ｓとメタンの混合物からＨ2Ｓを選択的に分離することが可能である。天然ガスからのＨ2Ｓの除去のため、８リングゼオライト材料のこの特定の等級は、好ましくは、約２から約１０００まで、好ましくは約１０から約５００まで、より好ましくは約５０から約３００までのＳｉ／Ａｌ比を有する。本明細書で用いるのに適したこの好ましい等級の８リングゼオライトにより、Ｈ2Ｓは、メタンと比較されるＨ2Ｓに関する単一成分拡散係数の比（即ち、ＤＨ2Ｓ／ＤＣＨ4）が５よりも大きく、好ましくは約２０よりも大きく、より好ましくは約５０よりも大きく、更により好ましくは１００よりも大きいような仕方で８リング窓を通って内部細孔構造に接近することができる。ＤＤＲ、シグマ‐１及びＺＳＭ‐５８も又、天然ガスからのＨ2Ｓの除去に適している。幾つかの用途では、Ｈ2Ｓは、ｐｐｍ又はサブｐｐｍレベルまで除去されなければならない。
【００８３】
本発明の実施形態に用いられる好ましい選択的吸着材料の他の非限定的な例としては、ミクロ細孔材料、例えばゼオライト、ＡｌＰＯ、ＳＡＰＯ、ＭＯＦ（金属有機構成組織）、ＺＩＦ（ゼオライトイミダゾレート構成組織、例えばＺＩＦ‐７、ＺＩＦ‐８、ＺＩＦ‐２２等）及び炭素並びにメソ細孔材料、例えばアミン官能化ＭＣＭ材料が挙げられる。一般に天然ガス流中に見受けられる酸性ガス、例えば硫化水素や二酸化炭素の場合、例えば陽イオン性ゼオライト、アミン官能化メソ細孔材料、スタノシリケート、炭素のような吸着剤も又好ましい。
【００８４】
技術的思想Ｅ：多数のステップで１つ又は２つ以上のＲＣ‐ＰＳＡユニットを中間圧力まで減圧し、酸性ガス排出物を高い平均圧力で捕捉することができるようにし、それにより酸性ガス注入に必要な圧縮度を減少させ、中間減圧ステップのための圧力レベルを酸性ガス圧縮器の段間圧力に合わせて全体的圧縮システムを最適化するのが良い。
【００８５】
技術的思想Ｆ：排出又は再循環流を用いて処理及び炭化水素損失を最小限に抑え、例えば、１つ又は２つ以上のＲＣ‐ＰＳＡユニットからの排出流を再注入又はガス抜きに代えて燃料ガスとして用いる。
【００８６】
技術的思想Ｇ：単一床内に多数の吸着材料を用いて微量の第１の汚染要因物、例えばＨ2Ｓを除去し、その後第２の汚染要因物、例えばＣＯ2を除去し、かかるセグメント化床は、最小限のパージ流量によりＲＣ‐ＰＳＡユニットでｐｐｍレベルまで活発な酸性ガス除去を提供することができる。
【００８７】
技術的思想Ｈ：１つ又は２つ以上のＲＣ‐ＰＳＡユニットの前に供給物圧縮を用いて所望の生成物純度を達成すること。
【００８８】
技術的思想Ｉ：非酸性ガス汚染要因物、例えばメルカプタン、ＣＯＳ及びＢＴＥＸの同時除去を行い、これを達成するために選択方法及び材料を用いること。
【００８９】
技術的思想Ｊ：気体‐固体接触器のために構造化吸着剤を用いて従来型充填床と比較して圧力降下を最小限に抑える。
【００９０】
技術的思想Ｋ：吸着材料の反応速度に基づいてサイクル時間及びサイクルステップを選択すること。
【００９１】
技術的思想Ｌ：機器の中で２つのＲＣ‐ＰＳＡユニットを直列に用いる方法及び装置を使用し、第１のＲＣ‐ＰＳＡユニットは、供給流を所望の生成物純度まで浄化し、第２のＲＣ‐ＰＳＡユニットは、第１のユニットからの排出物を浄化してメタンを捕捉し、高い炭化水素回収率を維持し、この直列設計の仕様は、メソ細孔充填材の必要性を減少させることができる。
【００９２】
技術的思想Ｍ：並列チャネル接触器を用い、気体‐固体接触が比較的小径の吸着剤内張りチャネル内で起こる。接触器のこの構造は、気体膜抵抗を最小限に抑えると共に高い気体‐固体連通により迅速な吸着反応速度の利点を提供する。好ましい吸着器設計は、鮮明な吸着フロントを生じさせる。
【００９３】
極めて迅速な気体‐吸着剤反応速度を提供することが好ましく、即ち、標的種が拡散して吸着剤壁に接触しなければならない距離、長さが短く保たれ、好ましくは１０００ミクロン未満、より好ましくは２００ミクロン未満、最も好ましくは１００ミクロン未満に保たれる。望ましい吸着剤反応速度は、床圧力降下を許容可能な値に制限した状態で、並列チャネル接触器を利用することによって実現でき、この場合、供給ガス及びパージガスは、吸着材料の有効厚さまで内張りされている複数本の極めて細い（１０００〜３０ミクロン直径）の開放チャネルに封じ込められる。
【００９４】
「有効厚さ」という用語は、たいていの用途に関し、約５００ミクロン〜３０ミクロンまでの範囲を意味している。層状ガス流の最も限定的な場合、極めて細いチャネルは、微量種に関する最大拡散距離をチャネルの直径の１／２以下に制限する。吸着フロントの先導縁のところで所望の種を吸着した場合であっても、これらの濃度が気相中でゼロに近づく場合、かかる小径並列チャネル構造化吸着床形態を用いることにより鮮明な吸着フロントを維持することができる。かかる構成は、多数本の独立並列チャネルの形態をしていても良く又は螺旋巻き設計を用いることによって達成できる極めて太く且つ極めて短いチャネルの形態をしていても良い。
【００９５】
技術的思想Ｎ：吸着床構造体を迅速に加熱したり冷却したりして吸着が低い温度で生じ、脱着が高い温度で生じるようにする手段。この場合、吸着ステップは、高い圧力で生じ、高い温度での脱着ステップは、オプションとして、吸着剤スイング容量を増大させるために減圧状態で生じるのが良い。吸着剤特性に応じて、外部温度制御か内部温度制御方式かのいずれかに適した床アーキテクチャを用いることが望ましい場合がある。
【００９６】
「内部温度制御」という表現は、気体供給流に利用される同一の吸着剤内張りチャネルを通って再循環させることができる気体か液体かのいずれかの流体媒体、好ましくは液体の加熱及び冷却の使用を意味している。内部温度制御では、吸着材料は、温度制御流体によって悪影響を受けず、温度制御流体を加熱ステップ後に従来吸着された種（Ｈ2Ｓ及びＣＯ2）から容易に分離する必要がある。さらに、内部温度制御のためには、気体供給物吸着ステップ中に構造化床中の並列チャネルの各々前後の圧力降下は、好ましくは、温度制御流体の各チャネル（又は螺旋巻き設計の場合には単一のチャネル）を通過するのに十分高い。加うるに、内部流体流れ温度設計は、好ましくは、温度制御流体を強く吸着することはない吸着剤を利用し、従って、Ｈ2Ｓ及びＣＯ2が温度制御流体の存在下にあっても有効に吸着できるようにする。
【００９７】
かかる吸着剤の非限定的な例としては、アミン官能化ミクロ細孔及びメソ細孔吸着剤が挙げられる。かかるシステムの非限定的な例は、加熱及び冷却のための高温及び低温水（加圧液体又は加熱のための蒸気として用いられる）の使用による支持アミン又は水安定性支持体の使用である。液体としての水が吸着ステップ中、吸着剤壁内に残されるが、吸着剤壁の厚さが小さく（１０００ミクロン未満、好ましくは２００ミクロン未満、最も好ましくは１００ミクロン未満）に保たれている場合、Ｈ2Ｓ及びＣＯ2は、１分未満、より好ましくは１０秒未満の時間尺度で液体としての水を通って拡散して支持アミンにより吸着状態になることが可能である。脱着ステップに続き、分留又は当業者に知られている他の方法を用いてＨ2Ｓ及びＣＯ2を容易に分離することができる。
【００９８】
「外部温度制御」という表現は、加熱及び冷却用流体が気体運搬吸着剤チャネルと接触しないように保たれる吸着床構造を意味している。かかる構造は、多管式熱交換器、プレートチャネル式熱交換器若しくは外周部又は内周部に流体不浸透性バリヤ層を備えた中空ファイバ又は任意他の適当な構造に似ていると言える。迅速な加熱及び冷却を行うためには、熱が温度制御流体から吸着剤層に拡散しなければならない距離が最小限に、理想的には、１０，０００ミクロン未満、より好ましくは１０００ミクロン未満、最も好ましくは２００ミクロン未満に保たれなければならない。
【００９９】
かかる外部温度制御床設計の非限定的な例は、外周部に流体不浸透性バリヤ層を備えた中空ファイバの使用であり、この場合、中空ファイバは、ポリマー及び支持アミン吸着剤の混合マトリックス系で構成される。供給ガスは、多孔質ファイバの内周部中に通されて低温で吸着剤により吸着され、他方、低温温度制御流体は、ファイバの外周部上でこれに沿って流れる。脱着は、高温制御流体を好ましくはファイバの外周部上でこれに沿って向流方向に流すことによって達成され、かくして、吸着剤が加熱される。サイクルは、高温制御流体を低温流体で交換して吸着剤を含む繊維を所望の吸着温度に戻すことによって完了する。
【０１００】
好ましい実施形態では、系中の熱流速度は、温度制御流体中の急な温度勾配が加熱及び冷却中に生じ、その結果、系の顕熱を吸着床構造内で回収することができるようにする。かかる非限定的な中空ファイバ例の場合、有効ファイバ外径寸法は、２０，０００ミクロン未満、好ましくは２０００ミクロン未満、最も好ましくは１０００ミクロン未満である。有効中空ファイバ内径（供給ガスチャネル）は、所望の吸着及び脱着サイクル時間、供給物吸着種濃度及びこれら種のための吸着剤層スイング容量に基づいて適当な直径として１０，０００ミクロン未満、好ましくは１０００ミクロン未満、最も好ましくは５００ミクロン未満である。
【０１０１】
１つ又は２つ以上の実施形態では、吸着床中の非吸着熱質量と吸着剤の比をできるだけ低く保つことが有利である。この比は、好ましくは、２０未満、より好ましくは１０未満、最も好ましくは５未満であろう。このように、各サイクルでスイングさせなければならない系の顕熱を最小限に保つことができる。
【０１０２】
技術的思想Ｏ：全供給物の約０．０１〜５％の比較的低い流量の、実質的にＨ2Ｓ又はＣＯ2のないクリーンガスがパージガスとして利用される。かかるガス（即ち、「クリーンガス」）の非限定的な例としては、プロセスのうちの脱着ステップの少なくとも一部分の間、供給方向に対して反対の方向（向流）に並列チャネルを通って流れる状態で維持されるメタン及び窒素が挙げられる。このクリーンガスの流量は、吸着チャネルの生成物側端部を実質的にクリーンな状態に保つために脱着Ｈ2Ｓ及びＣＯ2の自然な拡散に打ち勝つのに十分であることが好ましい。次の各脱着サイクル時に、生成物流中への標的種、例えばＨ2Ｓ又はＣＯ2の破過（bleed-through）が生じないようにするのは、脱着中におけるこの向流パージ流である。
【０１０３】
本発明の実施に好ましいサイクル及び床設計は、吸着剤チャネルの生成物側端部、即ち、供給ガスが流入する端部と反対側の端部が吸着状態のＨ2Ｓ及びＣＯ2の低い又は理想的には本質的にゼロの濃度を有することである。このように、上述したように適当な構造化チャネルにより、Ｈ2Ｓ及びＣＯ2は、供給ガス流から活発に除去される。床の下流側端部は、実質的にＨ2Ｓ及びＣＯ2のないクリーンガスの低い流量を脱着ステップ中、より好ましくはサイクル中のあらゆる加熱及び冷却ステップ中、供給方向に対して向流方向に維持することによって上述したようにクリーンに維持できる。さらに、吸着ステップ中、サイクルの吸着部分は、Ｈ2Ｓ及びＣＯ2を含んだ吸着剤の前進吸着フロントがチャネルの端部に到達せず、即ち、Ｈ2Ｓ及び／又はＣＯ2破過に先立って止められるような時間に制限され、その結果、吸着剤チャネルの実質的にクリーンな区分に実質的に標的種がないままであるようにすることが好ましい。適度に鮮明な吸着フロントを用いると、これにより、吸着剤の５０体積％を超える量、より好ましくは７５体積％を超える量、最も好ましくは８５体積％を超える量を利用することができる。
【０１０４】
本明細書において提供されている方法、装置及びシステムは、一日あたり５００万標準立方フィート（ＭＳＣＦＤ）の天然ガス又は１５ＭＳＣＦＤを超える天然ガス又は２５ＭＳＣＦＤを超える天然ガス、５０ＭＳＣＦＤを超える天然ガス、１００ＭＳＣＦＤを超える天然ガス、５００ＭＳＣＦＤを超える天然ガス又は、一日あたり１０億標準立方フィート（ＢＳＣＦＤ）を超える天然ガス、２ＢＳＣＦＤを超える天然ガスを処理する施設で有用である。
【０１０５】
従来技術と比較して、本願において提供されている方法、装置及びシステムの必要とする設備投資は低く、運転費は、低く、物理的空間は少なく、それにより、沖合及び遠隔場所、例えば北極環境での具体化が可能である。提供されている方法、装置及びシステムは、従来技術と比較して高い炭化水素回収率を提供しながら上述の利点をもたらす。
【０１０６】
他の実施態様としては、次が挙げられる。
［実施態様項１］
吸着器であって、
ａ．吸着器本体と、
ｂ．前記吸着器本体に係合した第１のヘッドと、
ｃ．前記ヘッドの外部から前記ヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第１の導管と、
ｄ．前記第１の導管と流れ連通状態にあり、前記第１の弁から前記吸着器本体を通って延びる流路に沿う流体の流れを制御する第１の弁とを有する、吸着器。
［実施態様項２］
ｅ）前記吸着器本体に係合した第２のヘッド、
ｆ）前記第１のヘッド又は前記第２のヘッドの外部からそれぞれのヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第２の導管、及び
ｇ）前記第２の導管と流れ連通状態にある第２の弁のうち少なくとも１つを更に有する、実施態様項１記載の吸着器。
［実施態様項３］
前記第１の弁は、前記流路中の流体の流れが第１の流れ方向にある場合、実質的に開いた位置を有し、前記流路中の流体の流れが第２の逆の流れ方向にある場合、実質的に閉じられた位置を有する、実施態様項２記載の吸着器。
［実施態様項４］
前記流路の少なくとも一部分の互いに反対側に設けられた第１の弁対を有し、前記第１の弁及び第２の弁は各々、前記流路中の流体の流れが第１の流れ方向にある場合、実質的に開いた位置にあり、前記流路中の流体の流れが第２の逆の流れ方向にある場合、実質的に閉じられた位置にある、実施態様項３記載の吸着器。
［実施態様項５］
ｈ）前記第１のヘッド又は前記第２のヘッドの外部からそれぞれのヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第３の導管を更に有し、
ｉ）前記第３の導管と流れ連通状態にある第３の弁を更に有し、前記第３の弁は、前記吸着器本体から前記第３の弁まで延びる一部分を含む流路に沿う流体の流れを制御し、
ｊ）前記第１のヘッド又は前記第２のヘッドの外部からそれぞれのヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第４の導管を更に有し、
ｋ）前記第２の導管と流れ連通状態にある第４の弁を更に有し、前記第４の弁は、前記吸着器本体から前記第４の弁まで延びる一部分を含む流路に沿う流体の流れを制御する、実施態様項４記載の吸着器。
［実施態様項６］
前記流路の少なくとも一部分の互いに反対側に設けられていて前記第２の逆の流れ方向における流れを制御する前記第３の弁及び前記第４の弁を含む第２の弁対を有し、前記第３の弁及び前記第４の弁は各々、前記流路中の流体の流れが前記第１の流れ方向にある場合、実質的に閉じられた位置にあり、前記流路中の流体の流れが前記第２の逆の流れ方向にある場合、実質的に開いた位置にある、実施態様項５記載の吸着器。
［実施態様項７］
前記吸着器は、非対称逆流吸着器である、実施態様項６記載の吸着器。
［実施態様項８］
１つ又は２つ以上の追加の弁を有し、各弁は、追加の導管のそれぞれのヘッドを少なくとも部分的に貫通して延びる追加の導管を介して第１、第２、第３又は第４の導管のうちの１つと流れ連通状態にあり、前記追加の導管と流体連通状態にある任意他の導管と同相で動作し、前記吸着器本体からそれぞれの弁まで延びる一部分を含む流路に沿う流体の流れを制御する、実施態様項６記載の吸着器。
［実施態様項９］
前記吸着器本体は、吸着床を有し、前記流路の容積は、ｉ）前記吸着床の固体‐流体接触部分内の充填流路容積と、ｉｉ）前記弁と前記吸着床との間の開放流路容積とから成り、更に前記吸着床内の任意の開放流れ部分を含む、実施態様項２記載の吸着器。
［実施態様項１０］
前記充填流容積部は、個体‐流体接触面から２ｃｍ未満の距離を置いたところに位置する吸着床中の全ての体積部を含む、実施態様項９記載の吸着器。
［実施態様項１１］
前記吸着床の前記固体‐流体接触部分は、前記吸着床の前記部分のあらゆる領域に０．５ｃｍ2／ｃｍ3を超える濡れ面積を有する、実施態様項９記載の吸着器。
［実施態様項１２］
開放流路容積と充填流路容積の比は、１未満である、実施態様項９記載の吸着器。
［実施態様項１３］
開放流路容積と充填流路容積の比は、０．５未満である、実施態様項９記載の吸着器。
［実施態様項１４］
吸着床は、熱交換を行うことができる個体材料から成る固定床コアを有する、実施態様項９記載の吸着器。
［実施態様項１５］
前記弁のうちの少なくとも１つは、弁棒要素に連結されたディスク要素を有するポペット弁である、実施態様項９記載の吸着器。
［実施態様項１６］
前記ポペット弁ディスク要素は、近位側吸着床表面に実質的に平行であり且つこれに向いた表面を有する、実施態様項１５記載の吸着器。
［実施態様項１７］
前記ポペット弁は、吸着床に向かって開く、実施態様項１６記載の吸着器。
［実施態様項１８］
前記ポペット弁は、前記吸着床から遠ざかる方向に開く、実施態様項１６記載の吸着器。
［実施態様項１９］
作動中において完全開放位置にある前記ポペット弁ディスク要素の平坦な表面と前記吸着床表面との間の距離は、前記ディスク要素直径の５％〜２００％である、実施態様項１６記載の吸着器。
［実施態様項２０］
動作中における完全開放位置にあるポペット弁ディスク要素の平坦な表面と吸着床表面との間の距離は、ディスク要素直径の２０％〜８０％である、実施態様項１６記載の吸着器。
［実施態様項２１］
前記ポペット弁棒要素は、前記ヘッドの外部の場所まで延びている、実施態様項１５記載の吸着器。
［実施態様項２２］
各弁は、前記吸着器本体とそのそれぞれの入口及び／又は前記吸着器本体からの出口内に嵌まり込んでいる外部から接近可能な弁座と関連しており、各弁は、前記ヘッドに密着される、実施態様項２記載の吸着器。
［実施態様項２３］
前記弁座は、回転可能なロック機構体、ねじ込みシート及び押し込みシートのうちの１つにより前記ヘッドに取り付けられている、実施態様項２２記載の吸着器。
［実施態様項２４］
前記弁棒と関連した弁棒シールを更に有する、実施態様項２１記載の吸着器。
［実施態様項２５］
前記弁棒シールは、ロッド充填材である、実施態様項２４記載の吸着器。
［実施態様項２６］
ポペット弁は、直線運動を与えることにより前記弁を開閉するアクチュエータと係合可能な直線作動可能な弁棒を有する、実施態様項１５記載の吸着器。
［実施態様項２７］
前記アクチュエータは、空気圧作動式、油圧作動式及び電磁作動式のうちの少なくとも１つである、実施態様項２６記載の吸着器。
［実施態様項２８］
前記アクチュエータは、クランクシャフト作動式である、実施態様項２６記載の吸着器。
［実施態様項２９］
共通アクチュエータが特定の流体流れに共通の直線状に整列した複数個の弁を制御する、実施態様項２６記載の吸着器。
［実施態様項３０］
特定のヘッドと関連した円形ポペット弁が実質的に円形であり、直径が一様であり、中心間間隔が平均ポペットディスク要素直径の１２０％〜４００％である、実施態様項１５記載の吸着器。
［実施態様項３１］
特定のヘッドと関連した円形ポペット弁が実質的に円形であり、直径が一様であり、中心間間隔が平均ポペットディスク要素直径の１４０％〜２００％である、実施態様項１５記載の吸着器。
［実施態様項３２］
ｉ）流体が弁を通っているときの弁圧力降下が吸着器内部圧力降下の１％〜１００％であること、ｉｉ）入口流及び出口流のうちの一方に関する全流れポペット弁流れ面積と吸着器流れ面積の比が１％〜３０％であること、ｉｉｉ）ポペット弁直径が、最小値ＤPMIN［インチ］＝０．１４８４＋０．４８７６・ＤB［フィート］（ＤBは、フィートで表された流れ領域直径である）と最大値ＤPMAX［インチ］＝１．６１１３＋１．８６５７・ＤB［フィート］との間であること（ＤBは、フィートで表された流れ領域直径である）、ｉｖ）ＬP／ＤP（弁リフトとポペット直径の比）が３％〜２５％であること及びｖ）弁リフト時間が少なくとも５０ミリ秒であることのうちの少なくとも１つを提供する、実施態様項１５記載の吸着器。
［実施態様項３３］
ｉ）流体が弁を通っているときの弁圧力降下が吸着器内部圧力降下の５％〜２０％であること、ｉｉ）入口流及び出口流のうちの一方に関する全流れポペット弁流れ面積と吸着器流れ面積の比が２％〜２０％であること、ｉｉｉ）ポペット弁直径が、最小値ＤPMIN［インチ］＝０．１４８４＋０．４８７６・ＤB［フィート］（ＤBは、フィートで表された流れ領域直径である）と最大値ＤPMAX［インチ］＝１．６１１３＋１．８６５７・ＤB［フィート］との間であること（ＤBは、フィートで表された流れ領域直径である）、ｉｖ）ＬP／ＤP（弁リフトとポペット直径の比）が５％〜２０％であること、及びｖ）弁リフト時間が１００ミリ秒〜５００ミリ秒であることのうちの少なくとも１つを提供する、実施態様項１５記載の吸着器。
［実施態様項３４］
吸着器であって、
ａ）２つの実質的に互いに反対側に位置する開口端を有する吸着領域を部分的に包囲した吸着器本体を有し、
ｂ）前記吸着器本体の一端を覆っている第１のヘッドを有し、
ｃ）前記吸着器本体の反対側の端を覆っている第２のヘッドを有し、
ｄ）前記第１のヘッドの近位側に位置する領域、前記第２のヘッドの近位側に位置する領域及び前記第１のヘッドと前記第２のヘッドとの間に位置する中央領域を有する固定床を有し、前記固定床は、前記吸着器本体内に設けられていて、ガス流の１つ又は２つ以上の成分の吸着を促進することができる固体材料から成り、
ｅ）前記第１のヘッドと関連していて、前記第１のヘッドを貫通して前記吸着器本体中への経路を開く少なくとも１つのガス流入口及び前記第２のヘッドと関連していて、前記吸着器本体から前記第２のヘッド中への経路を開く少なくとも１つのガス流出口を有し、
ｆ）前記入口と関連したヘッドと一体化されていて、前記ガス流入口を制御する少なくとも１つの入口ポペット弁を有し、前記入口ポペット弁は、直線的に作動可能な弁棒を有し、
ｇ）前記入口と関連した前記ヘッドと一体化されていて、前記ガス流出口を制御する少なくとも１つの出口ポペット弁を有し、前記出口ポペット弁は、直線的に作動可能な弁棒を有し、
ｈ）前記ｆ）及び／又は前記ｇ）の前記直線的に作動可能な弁棒と係合可能な少なくとも１つのアクチュエータを有し、前記アクチュエータは、直線運動を前記ポペット弁に与えてガスが前記吸着器の外部から前記吸着器本体の内部に流れたり前記吸着器本体の内部から前記吸着器の外部に流れたりして変更可能な流れ操作をもたらすことによって弁の開閉を行う、吸着器。
［実施態様項３５］
ｉ）前記第２のヘッドと関連していて、前記第２のヘッド及び前記吸着器本体を通る経路を開く少なくとも１つのガス流入口及び前記第１のヘッドと関連していて、前記吸着器本体及び前記第１のヘッドを通る経路を開く少なくとも１つのガス流出口を更に有し、前記ｆ）、前記ｇ）及び前記ｈ）に類似した関連の入口ポペット弁又は他の入口流れ制御手段、出口ポペット弁及びアクチュエータが設けられている、実施態様項３４記載の吸着器。
［実施態様項３６］
２つの実質的に互いに反対側の開口端を有する吸着領域を部分的に包囲した吸着器本体を有する逆流吸着器内で少なくとも２つの流れの迅速な流れ切り替えを行う方法であって、第１のヘッドが吸着器本体の一端を覆い、第２のヘッドが前記吸着器本体の反対側の端を覆い、前記吸着器本体内に設けられた固定床がガス流の吸着を促進することができる固体材料から成り、前記方法は、
ｉ）１つ又は２つ以上の入口ガス源から少なくとも１つの第１のガス流を前記第１のヘッドを通って前記第１のヘッドと関連した少なくとも１つのガス流入口まで導入し、そして前記吸着器本体に導入し、処理された前記第１のガス流を前記吸着器本体から取り出し、前記第２のヘッドを通って前記第２のヘッドと関連した少なくとも１つのガス流出口に至らせるステップを有し、前記導入及び前記取り出しは、それぞれ、前記第１のヘッド内に設けられた少なくとも１つの吸気ポペット弁及び前記第２のヘッド内に設けられた少なくとも１つの排気ポペット弁により制御され、
ｉｉ）１つ又は２つ以上の入口ガス源から少なくとも１つの第２のガス流を前記第２のヘッドを通って前記第２のヘッドと関連した少なくとも１つのガス流入口まで導入し、そして前記吸着器本体に導入し、処理された前記第２のガス流を前記吸着器本体から取り出し、前記第１のヘッドを通って前記第１のヘッドと関連した少なくとも１つのガス流出口に至らせるステップを有し、前記導入及び前記取り出しは、それぞれ、前記第２のヘッド内に設けられた少なくとも１つの吸気ポペット弁及び前記第１のヘッド内に設けられた少なくとも１つの排気ポペット弁により制御される、方法。
［実施態様項３７］
吸着器であって、
ａ）吸着器本体を有し、前記吸着器本体は、前記吸着器本体内に吸着ゾーンを形成し、
ｂ）前記吸着ゾーン内に設けられた充填材料を有し、
ｃ）前記吸着器本体に結合された１つ又は２つ以上のポペット弁組立体を有し、前記ポペット弁組立体は、前記吸着ゾーンと流れ連通状態にあると共に前記吸着器本体の外部の場所と前記吸着ゾーン内の場所との間の流体の流れを制御する、吸着器。
［実施態様項３８］
前記吸着器本体は、前記吸着ゾーンを形成するよう互いに結合されたヘッドとシェルを有し、前記１つ又は２つ以上のポペット弁組立体は、前記ヘッドに結合されている、実施態様項３７記載の吸着器。
［実施態様項３９］
前記１つ又は２つ以上のポペット弁組立体は、
ｉ）前記ヘッドの外部から前記ヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第１の導管と、
ｉｉ）前記第１の導管と流れ連通状態にあり、前記第１の弁から前記吸着器本体を通って延びる流路に沿う流体の流れを制御する第１の弁とを有する、実施態様項３８記載の吸着器。
［実施態様項４０］
前記第１の弁は、前記流路内の流体の流れが第１の流れ方向にあるときに実質的に開放位置を有すると共に前記流路内の流体の流れが第２の逆の流れ方向にあるときには実質的に閉鎖位置を有する、実施態様項３９記載の吸着器。
［実施態様項４１］
コンピュータ計算装置であって、プロセッサと前記プロセッサに結合されたメモリと、前記メモリに提供される命令とを有し、前記命令は、
吸着器本体に結合されると共に吸着ゾーンと流れ連通状態にある１つ又は２つ以上のポペット弁組立体に基づいてモデル結果を生じさせ、前記１つ又は２つ以上のポペット弁組立体は、前記吸着器本体の外部の場所と前記吸着ゾーン内の場所との間の流体の流れを制御し、
前記モデル結果を記憶するよう前記プロセッサによって実行可能である、コンピュータ計算装置。
［実施態様項４２］
前記モデル結果は、吸着器本体に結合された前記１つ又は２つ以上のポペット弁組立体の間隔に基づいている、実施態様項４１記載のコンピュータ計算装置。
［実施態様項４３］
前記吸着器は、非対称逆流吸着器である、実施態様項３７記載の吸着器。
［実施態様項４４］
前記充填材料は、ハニカム充填材料である、実施態様項３７記載の吸着器。
［実施態様項４５］
前記吸着器は、添付の図面に示されている１つ又は２つ以上の特徴を有する、実施態様項１〜４４のうちいずれか一に記載の吸着器。
【０１０７】
他の実施態様項としては、次が挙げられる。
［実施態様項１Ａ］
吸着器であって、
ａ．吸着器本体と、
ｂ．前記吸着器本体に係合した第１のヘッドと、
ｃ．前記ヘッドの外部から前記ヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第１の導管と、
ｄ．前記第１の導管と流れ連通状態にあり、前記第１の弁から前記吸着器本体を通って延びる流路に沿う流体の流れを制御する第１の弁とを有する、吸着器。
［実施態様項２Ａ］
ｅ）前記吸着器本体に係合した第２のヘッド、
ｆ）前記第１のヘッド又は前記第２のヘッドの外部からそれぞれのヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第２の導管、及び
ｇ）前記第２の導管と流れ連通状態にある第２の弁のうち少なくとも１つを更に有する、実施態様項１Ａ記載の吸着器。
［実施態様項３Ａ］
前記第１の弁は、前記流路中の流体の流れが第１の流れ方向にある場合、実質的に開いた位置を有し、前記流路中の流体の流れが第２の逆の流れ方向にある場合、実質的に閉じられた位置を有する、実施態様項２Ａ記載の吸着器。
［実施態様項４Ａ］
前記流路の少なくとも一部分の互いに反対側に設けられた第１の弁対を有し、前記第１の弁及び第２の弁は各々、前記流路中の流体の流れが第１の流れ方向にある場合、実質的に開いた位置にあり、前記流路中の流体の流れが第２の逆の流れ方向にある場合、実質的に閉じられた位置にある、実施態様項３Ａ記載の吸着器。
［実施態様項５Ａ］
ｈ）前記第１のヘッド又は前記第２のヘッドの外部からそれぞれのヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第３の導管を更に有し、
ｉ）前記第３の導管と流れ連通状態にある第３の弁を更に有し、前記第３の弁は、前記吸着器本体から前記第３の弁まで延びる一部分を含む流路に沿う流体の流れを制御し、
ｊ）前記第１のヘッド又は前記第２のヘッドの外部からそれぞれのヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第４の導管を更に有し、
ｋ）前記第２の導管と流れ連通状態にある第４の弁を更に有し、前記第４の弁は、前記吸着器本体から前記第４の弁まで延びる一部分を含む流路に沿う流体の流れを制御する、実施態様項４Ａ記載の吸着器。
［実施態様項６Ａ］
前記流路の少なくとも一部分の互いに反対側に設けられていて前記第２の逆の流れ方向における流れを制御する前記第３の弁及び前記第４の弁を含む第２の弁対を有し、前記第３の弁及び前記第４の弁は各々、前記流路中の流体の流れが前記第１の流れ方向にある場合、実質的に閉じられた位置にあり、前記流路中の流体の流れが前記第２の逆の流れ方向にある場合、実質的に開いた位置にある、実施態様項５Ａ記載の吸着器。
［実施態様項７Ａ］
前記吸着器は、非対称逆流吸着器である、実施態様項６Ａ記載の吸着器。
［実施態様項８Ａ］
１つ又は２つ以上の追加の弁を有し、各弁は、追加の導管のそれぞれのヘッドを少なくとも部分的に貫通して延びる追加の導管を介して第１、第２、第３又は第４の導管のうちの１つと流れ連通状態にあり、前記追加の導管と流体連通状態にある任意他の導管と同相で動作し、前記吸着器本体からそれぞれの弁まで延びる一部分を含む流路に沿う流体の流れを制御する、実施態様項６Ａ記載の吸着器。
［実施態様項９Ａ］
前記吸着器本体は、吸着床を有し、前記流路の容積は、ｉ）前記吸着床の固体‐流体接触部分内の充填流路容積と、ｉｉ）前記弁と前記吸着床との間の開放流路容積とから成り、更に前記吸着床内の任意の開放流れ部分を含む、実施態様項２Ａ記載の吸着器。
［実施態様項１０Ａ］
前記充填流容積部は、個体‐流体接触面から２ｃｍ未満の距離を置いたところに位置する吸着床中の全ての体積部を含む、実施態様項９Ａ記載の吸着器。
［実施態様項１１Ａ］
前記吸着床の前記固体‐流体接触部分は、前記吸着床の前記部分のあらゆる領域に０．５ｃｍ2／ｃｍ3を超える濡れ面積を有する、実施態様項９Ａ記載の吸着器。
［実施態様項１２Ａ］
開放流路容積と充填流路容積の比は、１未満である、実施態様項９Ａ記載の吸着器。
［実施態様項１３Ａ］
開放流路容積と充填流路容積の比は、０．５未満である、実施態様項９Ａ記載の吸着器。
［実施態様項１４Ａ］
吸着床は、熱交換を行うことができる個体材料から成る固定床コアを有する、実施態様項９Ａ記載の吸着器。
［実施態様項１５Ａ］
前記弁のうちの少なくとも１つは、弁棒要素に連結されたディスク要素を有するポペット弁である、実施態様項９Ａ記載の吸着器。
［実施態様項１６Ａ］
前記ポペット弁ディスク要素は、近位側吸着床表面に実質的に平行であり且つこれに向いた表面を有する、実施態様項１５Ａ記載の吸着器。
［実施態様項１７Ａ］
前記ポペット弁は、吸着床に向かって開く、実施態様項１６Ａ記載の吸着器。
［実施態様項１８Ａ］
前記ポペット弁は、前記吸着床から遠ざかる方向に開く、実施態様項１６Ａ記載の吸着器。
［実施態様項１９Ａ］
作動中において完全開放位置にある前記ポペット弁ディスク要素の平坦な表面と前記吸着床表面との間の距離は、前記ディスク要素直径の５％〜２００％である、実施態様項１６Ａ記載の吸着器。
［実施態様項２０Ａ］
動作中における完全開放位置にあるポペット弁ディスク要素の平坦な表面と吸着床表面との間の距離は、ディスク要素直径の２０％〜８０％である、実施態様項１６Ａ記載の吸着器。
［実施態様項２１Ａ］
前記ポペット弁棒要素は、前記ヘッドの外部の場所まで延びている、実施態様項１５記載の吸着器。
［実施態様項２２Ａ］
各弁は、前記吸着器本体とそのそれぞれの入口及び／又は前記吸着器本体からの出口内に嵌まり込んでいる外部から接近可能な弁座と関連しており、各弁は、前記ヘッドに密着される、実施態様項２Ａ記載の吸着器。
［実施態様項２３Ａ］
前記弁座は、回転可能なロック機構体、ねじ込みシート及び押し込みシートのうちの１つにより前記ヘッドに取り付けられている、実施態様項２２Ａ記載の吸着器。
［実施態様項２４Ａ］
前記弁棒と関連した弁棒シールを更に有する、実施態様項２１Ａ記載の吸着器。
［実施態様項２５Ａ］
前記弁棒シールは、ロッド充填材である、実施態様項２４Ａ記載の吸着器。
［実施態様項２６Ａ］
ポペット弁は、直線運動を与えることにより前記弁を開閉するアクチュエータと係合可能な直線作動可能な弁棒を有する、実施態様項１５Ａ記載の吸着器。
［実施態様項２７Ａ］
前記アクチュエータは、空気圧作動式、油圧作動式及び電磁作動式のうちの少なくとも１つである、実施態様項２６Ａ記載の吸着器。
［実施態様項２８Ａ］
前記アクチュエータは、クランクシャフト作動式である、実施態様項２６Ａ記載の吸着器。
［実施態様項２９Ａ］
共通アクチュエータが特定の流体流れに共通の直線状に整列した複数個の弁を制御する、実施態様項２６Ａ記載の吸着器。
［実施態様項３０Ａ］
特定のヘッドと関連した円形ポペット弁が実質的に円形であり、直径が一様であり、中心間間隔が平均ポペットディスク要素直径の１２０％〜４００％である、実施態様項１５Ａ記載の吸着器。
［実施態様項３１Ａ］
特定のヘッドと関連した円形ポペット弁が実質的に円形であり、直径が一様であり、中心間間隔が平均ポペットディスク要素直径の１４０％〜２００％である、実施態様項１５Ａ記載の吸着器。
［実施態様項３２Ａ］
ｉ）流体が弁を通っているときの弁圧力降下が吸着器内部圧力降下の１％〜１００％であること、ｉｉ）入口流及び出口流のうちの一方に関する全流れポペット弁流れ面積と吸着器流れ面積の比が１％〜３０％であること、ｉｉｉ）ポペット弁直径が、最小値ＤPMIN［インチ］＝０．１４８４＋０．４８７６・ＤB［フィート］（ＤBは、フィートで表された流れ領域直径である）と最大値ＤPMAX［インチ］＝１．６１１３＋１．８６５７・ＤB［フィート］との間であること（ＤBは、フィートで表された流れ領域直径である）、ｉｖ）ＬP／ＤP（弁リフトとポペット直径の比）が３％〜２５％であること及びｖ）弁リフト時間が少なくとも５０ミリ秒であることのうちの少なくとも１つを提供する、実施態様項１５Ａ記載の吸着器。
［実施態様項３３Ａ］
ｉ）流体が弁を通っているときの弁圧力降下が吸着器内部圧力降下の５％〜２０％であること、ｉｉ）入口流及び出口流のうちの一方に関する全流れポペット弁流れ面積と吸着器流れ面積の比が２％〜２０％であること、ｉｉｉ）ポペット弁直径が、最小値ＤPMIN［インチ］＝０．１４８４＋０．４８７６・ＤB［フィート］（ＤBは、フィートで表された流れ領域直径である）と最大値ＤPMAX［インチ］＝１．６１１３＋１．８６５７・ＤB［フィート］との間であること（ＤBは、フィートで表された流れ領域直径である）、ｉｖ）ＬP／ＤP（弁リフトとポペット直径の比）が５％〜２０％であること、及びｖ）弁リフト時間が１００ミリ秒〜５００ミリ秒であることのうちの少なくとも１つを提供する、実施態様項１５Ａ記載の吸着器。
［実施態様項３４Ａ］
前記吸着器は、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）、温度スイング吸着（ＴＳＡ）、分圧スイング吸着（ＰＰＳＡ）、迅速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）、迅速サイクル温度スイング吸着（ＲＣＴＳＡ）、迅速サイクル分圧スイング吸着（ＲＣＰＰＳＡ）並びにこれらプロセス、例えば圧力／温度スイング吸着の組み合わせのために用いられる吸着器である、実施態様項１Ａ〜３３Ａ記載の吸着器。
［実施態様項４１Ａ］
吸着器であって、
ａ）吸着器本体を有し、前記吸着器本体は、前記吸着器本体内に吸着ゾーンを形成し、
ｂ）前記吸着ゾーン内に設けられた充填材料を有し、
ｃ）前記吸着器本体に結合された１つ又は２つ以上のポペット弁組立体を有し、前記ポペット弁組立体は、前記吸着ゾーンと流れ連通状態にあると共に前記吸着器本体の外部の場所と前記吸着ゾーン内の場所との間の流体の流れを制御する、吸着器。
［実施態様項４２Ａ］
前記吸着器本体は、前記吸着ゾーンを形成するよう互いに結合されたヘッドとシェルを有し、前記１つ又は２つ以上のポペット弁組立体は、前記ヘッドに結合されている、実施態様項４１Ａ記載の吸着器。
［実施態様項４３Ａ］
前記１つ又は２つ以上のポペット弁組立体は、
ｉ）前記ヘッドの外部から前記ヘッドを少なくとも部分的に貫通したところまで延びる第１の導管と、
ｉｉ）前記第１の導管と流れ連通状態にあり、前記第１の弁から前記吸着器本体を通って延びる流路に沿う流体の流れを制御する第１の弁とを有する、実施態様項４２Ａ記載の吸着器。
［実施態様項４４Ａ］
前記第１の弁は、前記流路内の流体の流れが第１の流れ方向にあるときに実質的に開放位置を有すると共に前記流路内の流体の流れが第２の逆の流れ方向にあるときには実質的に閉鎖位置を有する、実施態様項４３Ａ記載の吸着器。
［実施態様項４５Ａ］
コンピュータ計算装置であって、プロセッサと前記プロセッサに結合されたメモリと、前記メモリに提供される命令とを有し、前記命令は、
吸着器本体に結合されると共に吸着ゾーンと流れ連通状態にある１つ又は２つ以上のポペット弁組立体に基づいてモデル結果を生じさせ、前記１つ又は２つ以上のポペット弁組立体は、前記吸着器本体の外部の場所と前記吸着ゾーン内の場所との間の流体の流れを制御し、
前記モデル結果を記憶するよう前記プロセッサによって実行可能である、コンピュータ計算装置。
［実施態様項４６Ａ］
前記モデル結果は、吸着器本体に結合された前記１つ又は２つ以上のポペット弁組立体の間隔に基づいている、実施態様項４５Ａ記載のコンピュータ計算装置。
［実施態様項４７Ａ］
前記吸着器は、非対称逆流吸着器である、実施態様項４１Ａ記載の吸着器。
［実施態様項４８Ａ］
前記充填材料は、ハニカム充填材料である、実施態様項４１Ａ記載の吸着器。
［実施態様項４９Ａ］
前記充填材料は、エチレンに変換される、実施態様項３７Ａ記載の吸着器。
［実施態様項５０Ａ］
前記吸着器は、添付の図面に示されている１つ又は２つ以上の特徴を有する、実施態様項１Ａ〜４９Ａのうちいずれか一に記載の吸着器。
【０１０８】
理解できるように、変形実施形態では、実施態様項１〜１５又は実施態様項１Ａ〜１５Ａのうちいずれか一に記載の吸着器は、ｉ）流体が弁を通っているときの弁圧力降下が吸着器内部圧力降下の５％〜２０％であること、ｉｉ）入口流及び出口流のうちの一方に関する全流れポペット弁流れ面積と吸着器流れ面積の比が２％〜２０％であること、ｉｉｉ）ポペット弁直径が、最小値ＤPMIN［インチ］＝０．１４８４＋０．４８７６・ＤB［フィート］（ＤBは、フィートで表された流れ領域直径である）と最大値ＤPMAX［インチ］＝１．６１１３＋１．８６５７・ＤB［フィート］との間であること（ＤBは、フィートで表された流れ領域直径である）、ｉｖ）ＬP／ＤP（弁リフトとポペット直径の比）が３％〜２５％であること、及びｖ）弁リフト時間が少なくとも５０ミリ秒であることのうちの少なくとも１つを提供するのが良い。
【０１０９】
本発明を本明細書において詳細に説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれる他の実施形態を想到することができよう。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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