(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄ガス混合物からキセノンを回収するための方法であって、該方法は、
（ａ）操作設備において、キセノン及び１種以上の非所望成分を含む廃棄ガスを、キセノンに選択的な吸着材料を含む吸着容器中に導入し、該吸着容器中でキセノンの少なくとも一部分を吸着し、そしてキセノンが減損された流出物ガスをそこから抜き取ること、
（ｂ）前記吸着容器中への廃棄ガスの流れを停止すること、及び、
（ｃ）前記吸着容器を分離し、該吸着容器を中央処理設備に輸送し、該吸着容器からキセノンが濃縮された中間体ガスを抜き取り、そして該中間体ガスからキセノンを分離して、キセノンがさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供することによりキセノンを回収しそして濃縮することを含み、工程（ａ）において吸着容器中でキセノンを吸着させる前に、少なくとも１つの他の成分を吸着材料上に吸着させることをさらに含み、ここで、キセノンは前記他の成分よりも吸着材料によって強く吸着され、前記他の成分の吸着は中央処理設備で行い、該他の成分を吸着している吸着材料を含む吸着容器を提供し、該吸着容器を操作設備の１つへと輸送し、そして廃棄ガスを工程（ａ）において吸着容器中に導入する、方法。
【請求項２】
前記操作設備は複数の操作設備の１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記他の成分は非所望成分の１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記他の成分の吸着は選択された圧力以下で行い、そしてキセノンの吸着は選択された圧力以上の圧力で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記他の成分の吸着は選択された圧力で行い、そしてキセノンの吸着は選択された圧力未満の圧力で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
キセノンが濃縮された中間体ガスの抜き取りは脱圧、排気、加熱、パージング又はそれらの任意の組み合わせを用いて吸着材料を再生することにより行う、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記廃棄ガスの吸着容器中への流れはキセノンのブレークスルーで停止される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
キセノンが減損された流出物ガスをキセノンに選択的な吸着材料を含む追加の吸着容器中に導入し、吸着容器中への廃棄ガスの流れを、キセノンのブレークスルーの時点とキセノンによる吸着材料の飽和の時点とを含む両時点の間の時点で停止し、吸着容器中への廃棄ガスの流れを停止し、追加の吸着容器中への廃棄ガスの流れを開始し、そしてキセノンが減損された流出物ガスをそこから抜き取る、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記吸着容器を中央処理設備に輸送し、キセノンが濃縮された中間体ガスを吸着容器から抜き取り、そしてキセノンを中間体ガスから分離して、キセノンがさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
吸着容器中への導入前の廃棄ガスの冷却、吸着容器の外部冷却、及び、吸着容器の内部冷却からなる群より選ばれる１つ以上の冷却工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記１種以上の非所望成分は窒素、酸素、水素、ヘリウム、クリプトン及びアルゴンからなる群より選ばれる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
非所望成分は窒素である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
キセノンがさらに濃縮された濃縮生成物ガスを中央処理設備で提供するための中間体ガスからのキセノンの分離は深冷蒸留により行う、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
廃棄ガス混合物からキセノンを回収するための方法であって、該方法は、
（ａ）操作設備において、吸着を基礎とする回収装置を提供すること、ここで、該装置はキセノン及び１種以上の非所望成分を含む廃棄ガスからキセノンを回収するようになっており、該キセノンは輸送可能な容器中に回収されそして濃縮される、
（ｂ）前記輸送可能な容器を受け入れ、そこからキセノンが濃縮された中間体ガスを抜き取り、そして該中間体ガスからキセノンを分離して、キセノンがさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供するようになっている中央処理設備を提供すること、
（ｃ）前記操作設備において、吸着を基礎とする回収装置中に前記廃棄ガスを導入し、前記輸送可能な容器中にキセノンを回収しそして濃縮すること、
（ｄ）前記輸送可能な容器を前記中央処理設備に輸送すること、及び、
（ｅ）前記中間体ガスからキセノンを分離しそしてキセノンがさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供することを含み、前記操作設備において、
（１）廃棄ガスを、キセノンに選択的な吸着材料を含む吸着容器中に導入し、該キセノンの少なくとも一部分を吸着容器中で吸着させ、そして該キセノンが減損された流出物ガスをそこから抜き取る、
（２）前記吸着容器中への廃棄ガスの流れを停止する、そして、
（３）前記吸着容器を分離し、該吸着容器を前記中央処理設備に輸送し、キセノンが濃縮された中間体ガスを前記吸着容器から抜き取り、そしてキセノンを中間体ガスから分離して、キセノンがさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供し、
前記吸着容器からの中間体ガスの抜き取りの後に、少なくとも１つの他の成分を含むガスで吸着容器を加圧し、ここで、キセノンは前記他の成分よりも吸着材料によって強く吸着され、そして吸着容器を分離しそして工程（１）における使用のための操作設備の１つに輸送する、方法。
【請求項１５】
廃棄ガス混合物からキセノンを回収するための装置であって、
（ａ）キセノン及び１種以上の非所望成分を含む廃棄ガスからキセノンを回収しそして濃縮して、濃縮量のキセノンを提供するようになっている、操作設備における、吸着を基礎とする回収装置、
（ｂ）濃縮量のキセノンを含み、そして前記操作設備から中央処理設備へと輸送するようになっている輸送可能な容器、ここで、該輸送可能な容器は、キセノンの少なくとも一部分を吸着状態で含むようになっている吸着材料であって、キセノンを吸着させる前に少なくとも１つの他の成分が吸着された吸着材料で充填されている圧力容器を含む、
（ｃ）中央処理設備においてキセノンのさらなる回収及び濃縮を行い、キセノンがさらに濃縮された濃縮圧縮生成物ガスを提供するようになっている最終回収及び濃縮装置、
を含む、装置。
【請求項１６】
前記回収及び濃縮装置は深冷蒸留を含む、請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は２０１２年１月２６日に出願された米国出願第１３／３５９，０５３号及び２０１１年２月７日に出願された米国仮出願第６１／４４０，１７６号の優先権を主張し、それらの出願の両方の全体を参照により本明細書中に取り込む。
【背景技術】
【０００２】
高価値成分を含むガス混合物は半導体集積回路、液晶パネル、太陽光バッテリー、ソーラパネル及び磁気ディスクの製造、ならびに、航空宇宙装置及び照明構成要素の製造などの多様な用途において使用されている。高価値ガス成分は、また、医学分野で種々の用途に使用されている。これらの高価値ガス成分の使用は高価値ガスを含む流出物もしくは廃棄ガス、及び、ある場合には、副生成物成分を発生することがあり、そしてこれらの成分は、しばしば、ガスストリーム中で比較的に低い濃度で存在し、該ガスストリームは、典型的には、不活性ガスを含む。
【０００３】
これらの成分が高コストであるために、また、これらの成分の幾つかは毒性があるために、処分又は再使用のために成分を回収することが望ましい。高価値成分の例としては、例えば、キセノン、クリプトン、アルゴン及びヘリウムなどの不活性希ガス、及び、ヒ化水素、水素、重水素、ホスフィン、ゲルマン、ＳＦ6、ＨＦ、ＮＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6及びＣ3Ｆ8などの反応性成分が挙げられる。
【０００４】
プロセスガス流出物もしくは廃棄ガス混合物からのこのような成分の分離及び回収のための吸着法はよく知られている。この目的での代表的な吸着法は、例えば、米国特許第６，６０５，１３４号、同第７，２５８，７２５号、同第７，２６１，７６３号及び同第７，２８５，１５４号明細書に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの高価値成分を回収する経済的報奨は重要であり、毒性高価値成分の排出に対する厳格な環境規制は継続するものと期待される。幅広い範囲の用途において、これらの高価値成分を回収しそして再使用するための吸着を基礎とする方法の改良が当該技術分野において必要とされている。この要求は下記に記載されそして続く特許請求の範囲により規定される本発明の態様により取り組まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様は、廃棄ガス混合物から所望成分を回収するための方法に関し、該方法は、
（ａ）操作設備において、所望成分及び１種以上の非所望成分を含む廃棄ガスを、所望成分に選択的な吸着材料を含む吸着容器中に導入し、該吸着容器中で所望成分の少なくとも一部分を吸着し、そして所望成分が減損された流出物ガスをそこから抜き取ること、
（ｂ）前記吸着容器中への廃棄ガスの流れを停止すること、及び、
（ｃ）（１）前記吸着容器を分離し、該吸着容器を中央処理設備に輸送し、該吸着容器から所望成分が濃縮された中間体ガスを抜き取り、そして該中間体ガスから所望成分を分離して、所望成分がさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供すること、又は、
（２）前記吸着容器から所望成分が濃縮された中間体ガスを抜き取り、該中間体ガスを圧縮し、圧力容器に貯蔵し、該圧力容器を分離し、該圧力容器を中央処理設備に輸送し、該圧力容器から該中間体ガスを抜き取り、そして該中間体ガスから所望成分を分離して、所望成分がさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供すること、
のいずれかにより所望成分を回収しそして濃縮することを含む。
【０００７】
操作設備は複数の操作設備の１つであることができる。本方法は、工程（ａ）において吸着容器中で所望成分を吸着させる前に、少なくとも１つの他の成分を吸着材料上に吸着させることを含むことができ、ここで、所望成分は上記の他の成分よりも吸着材料によって、強く吸着される。上記の他の成分は非所望成分の１つであることができる。
【０００８】
上記の他の成分の吸着は選択された圧力以下で行うことができ、そして所望成分の吸着は選択された圧力以上で行うことができる。あるいは、上記の他の成分の吸着は選択された圧力で行うことができ、そして所望成分の吸着は選択された圧力未満で行うことができる。
【０００９】
他の成分の吸着は中央処理設備で行い、該他の成分を吸着している吸着材料を含む吸着容器を提供し、該吸着容器を操作設備の１つへと輸送し、そして廃棄ガスを工程（ａ）において吸着容器中に導入しうる。
【００１０】
所望成分が濃縮された中間体ガスの抜き取りは脱圧、排気、加熱、パージング又はそれらの任意の組み合わせを用いて吸着材料を再生することにより行うことができる。廃棄ガスの吸着容器中への流れは所望成分のブレークスルーで停止されうる。
【００１１】
所望成分が減損された流出物ガスを所望成分に選択的な吸着材料を含む追加の吸着容器中に導入でき、吸着容器中への廃棄ガスの流れを、所望材料のブレークスルーと所望成分による吸着材料の飽和との間（両端を含む）の時点で停止でき、吸着容器中への廃棄ガスの流れを停止でき、追加の吸着容器中への廃棄ガスの流れを開始でき、そして所望成分が減損された流出物ガスを抜き取ることができる。吸着容器を中央処理設備に輸送し、所望成分が濃縮された中間体ガスを吸着容器から抜き取り、そして所望成分を中間体ガスから分離して、所望成分がさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供することができる。
【００１２】
本方法は吸着容器中への導入前の廃棄ガスの冷却、吸着容器の外部冷却、及び、吸着容器の内部冷却からなる群より選ばれる１つ以上の冷却工程を含むことができる。
【００１３】
所望成分は、キセノン、クリプトン、アルゴン、ヘリウム、水素、重水素、ヒ化水素、ホスフィン、ゲルマン、ＳＦ6、ＳｉＨ4、Ｈ2Ｓｅ、ＨＦ、ＮＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8及びフローセンからなる群より選ばれることができる。１つ以上の非所望成分は窒素、酸素、水素、ヘリウム、クリプトン及びアルゴンからなる群より選ばれることができる。所望成分はキセノンであることができ、非所望成分は窒素であることができる。
【００１４】
所望成分がさらに濃縮された濃縮生成物ガスを中央処理設備で提供するための中間体ガスからの所望成分の分離は深冷蒸留により行うことができる。
【００１５】
本発明の別の態様は廃棄ガス混合物から所望成分を回収するために方法に関し、該方法は、
（ａ）操作設備において、吸着を基礎とする回収装置を提供すること、ここで、該装置は所望成分及び１種以上の非所望成分を含む廃棄ガスから所望成分を回収するようになっており、該所望成分は輸送可能な容器中に回収されそして濃縮される、
（ｂ）前記輸送可能な容器を受け入れ、そこから所望成分が濃縮された中間体ガスを抜き取り、そして該中間体ガスから所望成分を分離して、所望成分がさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供するようになっている中央処理設備を提供すること、
（ｃ）前記操作設備において、吸着を基礎とする回収装置中に前記廃棄ガスを導入し、前記輸送可能な容器中で所望成分を回収しそして濃縮すること、
（ｄ）前記輸送可能な容器を前記中央処理設備に輸送すること、及び、
（ｅ）前記中間体ガスから所望成分を分離しそして所望成分がさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供することを含む。
【００１６】
操作設備は複数の操作設備の１つであることができる。操作設備において、本方法は、
（１）廃棄ガスを、所望成分に選択的な吸着材料を含む吸着容器中に導入し、該所望成分の少なくとも一部分を吸着容器中で吸着させ、そして該所望成分が減損された流出物ガスをそこから抜き取ること、
（２）前記吸着容器中への廃棄ガスの流れを停止すること、及び、
（３）前記吸着容器を分離し、該吸着容器を前記中央処理設備に輸送し、所望成分が濃縮された中間体ガスを前記吸着容器から抜き取り、そして所望成分を中間体ガスから分離して、所望成分がさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供すること、
の工程で行うことができる。
【００１７】
吸着容器からの中間体ガスの抜き取りの後に、少なくとも１つの他の成分を含むガスで吸着容器を加圧することができ、ここで、所望成分は上記の他の成分よりも吸着材料によって強く吸着され、そして吸着容器を分離しそして工程（１）における使用のための操作設備の１つに輸送することができる。
【００１８】
上記の少なくとも１つの他の成分は非所望成分の１つであることができる。濃縮生成物ガスを圧力容器中に導入し、廃棄ガスを生成するプロセスでの再使用のために複数の操作設備の１つに輸送することができる。
【００１９】
操作設備において、該方法は
（１）廃棄ガスを、所望成分に選択的な吸着材料を含む吸着容器中に導入し、該所望成分の少なくとも一部分を吸着容器中で吸着させ、そして該所望成分が減損された流出物ガスをそこから抜き取ること、
（２）前記吸着容器中への廃棄ガスの流れを停止すること、及び、
（３）前記所望成分が濃縮された中間体ガスを前記吸着容器から抜き取り、そして該中間体ガスを圧縮しそして圧力容器中に貯蔵し、そして該圧力容器を分離すること、及び、
（４）前記圧力容器を前記中央処理設備に輸送し、前記中間体ガスを前記圧力容器から抜き取り、前記所望成分を前記中間体ガスから分離し、所望成分がさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供すること、
の工程により行うことができる。
【００２０】
本発明のさらなる態様は、廃棄ガス混合物から所望成分を回収するための装置に関する。この装置は、操作設備において、吸着を基礎とする回収装置を含み、該吸着を基礎とする回収装置は所望成分及び１種以上の非所望成分を含む廃棄ガスから所望成分を回収しそして濃縮して、濃縮量の所望成分を提供するようになっている。装置は、また、濃縮量の所望成分を含み、そして前記操作設備から中央処理設備へと輸送するようになっている輸送可能な容器を含み、ここで、該輸送可能な容器は（１）濃縮量の所望成分を圧縮ガスとして受け入れそして含むようになっている圧力容器、又は、（２）濃縮量の所望成分の少なくとも一部分を吸着状態で含むようになっている、吸着材料で充填されている圧力容器のいずれかを含むことができる。さらに、装置は中央処理設備において所望成分の回収及び濃縮をさらに行い、所望成分がさらに濃縮された濃縮圧縮生成物ガスを提供するようになっている最終回収及び濃縮装置を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】０℃でのＡｇＬｉＬＳＸゼオライト上でのキセノン及び窒素の吸着の吸着等温線を示す。
【図２】３０℃での炭素系吸着材上でのキセノン及び窒素の吸着の吸着等温線を示す。
【図３】本発明の態様により廃棄ガス混合物から１種以上の所望成分を回収しそして濃縮するようになっている吸着装置のための模式フローダイアグラムを示す。
【図４】例２において窒素中に０．５vol％のキセノンを含む廃棄ガス混合物からのキセノンの吸着のブレークスルー曲線である。
【図５】例２の吸着材床再生の間の流出物ガス中のキセノン濃度ｖｓ．時間のプロットである。
【図６】本発明の態様により廃棄ガス混合物から１種以上の所望成分を回収しそして濃縮するようになっている回収装置の１つの実施形態の一部模式ダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
流出物もしくは廃棄ガス混合物からの高価値の所望成分の回収は下記の方法により行うことができ、ここで、該高価値の所望成分を吸着を基礎とする方法により回収しそして濃縮する。最初の工程は高価値の所望成分を使用しそしてプロセスオフガスストリームとして流出物もしくは廃棄ガス混合物を生じるプロセス操作を有する操作設備で行われ、ここで、高価値の成分は選択的吸着により流出物もしくは廃棄ガス混合物から取り出される。吸着が完了した後に、吸着した成分を含む吸着容器を分離し、そしてさらなる濃縮及び回収のために中央処理設備に輸送することができる。あるいは、吸着容器は既知の再生方法により再生でき、脱着した成分を抜き取り、圧縮しそして輸送可能なガス貯蔵容器中に貯蔵する。その後、容器を中央処理設備に輸送し、高価値の所望成分のさらなる濃縮及び回収を行うことができる。あるいは、吸着容器から抜き取った脱着した成分を圧縮し、第二の吸着容器にフィードし、回収された高価値の所望成分の第二の濃縮を行い、回収後に材料を輸送するコストをさらに低減させることができる。このようにして、濃縮されたフィードガスを用いた吸着床は、濃縮されていないフィードガスストリームと比較して高価値の所望成分をさらに濃縮するであろう。ある場合において、さらに濃縮された生成物を、再使用のためのプロセス操作に即座にリサイクルすることができる。
【００２３】
中央処理設備での高価値の所望成分の最終的な回収及び濃縮の後に、再生された吸着容器又は空のガス貯蔵容器を操作設備での再使用のために戻し、又は、別の同様の操作設備での使用のために輸送することができる。さらに、回収された高価値の所望成分を操作設備又は別の同様の操作での再使用のために輸送することができる。この回収方法はプロセス流出物ガス混合物を発生しそして中央処理設備との組み合わせで操作する複数の操作設備を用い、ここで、吸着容器及びガス貯蔵容器を操作設備に必要に応じて戻す。
【００２４】
本発明の別の態様は、操作設備での使用のために吸着容器を戻す前に、中央処理設備での再生の後に、吸着材料上に少なくとも１つの他の成分を吸着させることである。あるいは、吸着材料上に少なくとも１つの他の成分を吸着させることは高価値の所望成分の回収前に操作設備で行うことができる。下記に詳細に説明するとおり、本発明のこの態様は新たに再生された吸着容器の使用と比較したときに、高価値の所望成分を含むガス混合物が吸着容器を通過するときの吸着熱を低減するという利点を有する。
【００２５】
用語「成分」は、本明細書中に使用されるときに、ガス又はガス混合物中に含まれる要素又は化合物である。所望成分はプロセスからのプロセス流出物ガス、プロセスオフガス又は廃棄ガス混合物から回収される高価値の高価な又は毒性の成分である。回収される所望成分の回収はプロセス流出物、プロセスオフガス又は廃棄ガスを発生するプロセスで再使用されうる。非所望成分は所望成分以外のすべての成分である。１種以上の所望成分は本明細書中に記載される方法を使用してプロセス内で回収されうる。
【００２６】
操作設備は高価値の成分を含むプロセス流出物ガス、プロセスオフガス又は廃棄ガス混合物を発生するプロセス及びプロセス装置を利用する場所である。操作設備は複数の操作設備の１つであることができ、ここで、各操作設備は同一の所望成分又は異なる所望成分を含むプロセス流出物ガス、プロセスオフガス又は廃棄ガス混合物を発生する。用語「中央処理設備」とは所望成分及び１種以上の非所望成分を含む中間体ガスから所望成分を回収しそして濃縮するようになっている最終の回収及び濃縮装置を含むプロセス装置として定義される。操作設備は中央処理設備から様々な距離に位置することができる。
【００２７】
中間体ガスは、高価値の所望成分を含むプロセス流出物ガス、プロセスオフガス又は廃棄ガス混合物の吸着処理により得られる、所望成分が濃縮されたガス混合物として定義される。中間体ガスは吸着された所望成分を含む吸着容器の再生により得られる。圧縮ガスは大気圧よりも高い圧力で気体状態の１つの成分もしくは成分の混合物、又は、１つの成分もしくは成分の混合物の臨界圧力を超える圧力で圧縮流体状態の１つの成分もしくは成分の混合物として定義される。
【００２８】
用語「濃縮量」とは、所望成分及び１種以上の非所望成分の初期混合物中の所望成分の濃度よりも高い体積濃度で存在している所望成分の量として定義される。濃縮量の所望成分は圧縮ガス、吸着ガス又は圧縮ガス及び吸着ガスの組み合わせとして存在することができる。
【００２９】
より強く吸着される成分は、より低い強さで吸着材料上に吸着される別の成分と比較して、吸着材料により選択的に吸着される成分である。吸着を基礎とする回収装置は所望の材料を選択的に吸着することができる吸着材料を含む吸着容器を少なくとも含む、所望成分の回収のための装置として定義される。吸着を基礎とする回収装置は、また、所望成分が吸着された後に吸着容器を再生し、再生後に所望成分が濃縮された中間体ガスを回収しそして中間体ガスを圧縮するようになっている他のプロセス装置を含むこともできる。輸送可能な容器はトラック、列車、飛行機、船又はバージにより合法的に輸送されうる任意の容器である。
【００３０】
用語「ブレークスルー」は吸着工程の間の吸着器流出物ガス中の所望成分の濃度に関係し、この濃度が所定の値に達する時点である。用語「飽和」とは容器へのフィードガス及び容器からの流出物ガス中の所望成分の濃度が等しい吸着容器の状態を指す。
【００３１】
本明細書中に使用される不定冠詞"a"及び"an"は明細書及び特許請求の範囲中に記載される本発明の態様のいずれかの構成に適用されるときに、１又はそれ以上を意味する。"a"及び"an"の使用は単一の構成という限定が特に示されていない限り、単一の構成に意味を限定しない。単数又は複数の名詞又は名詞句の前の定冠詞"the"は特定の指定された構成（単数）又は特定の指定された構成（複数）を意味し、使用される文脈によって単数又は複数の意味を有することができる。形容詞「任意又はいずれか」（"any"）は量がどのようであっても１つ、幾つか又はすべての無作為的なものであること意味する。第一の存在物と第二の存在物との間に配置される用語「及び／又は("and/or")」は（１）第一の存在物、（２）第二の存在物及び（３）第一の存在物及び第二の存在物のいずれかを意味する。
【００３２】
操作設備で所望成分を回収するための装置は圧力容器、配管、弁、マニホールド、圧力指示器、流量制御器及びコンプレッサー及び／又は真空ポンプを含む標準的なプロセス装置を用いる。装置は、また、ガスストリーム、圧力容器の外側又は圧力容器の内側を加熱して、再生を促進するようになっている加熱装置を含むことができる。吸着容器として使用される圧力容器はペレット、ビーズ、押出成形物、形成されたモノリス又は任意の他の所望のタイプの吸着材構造の形態で吸着材料を含み、吸着材料は当該技術分野で知られている任意の方法により容器内に装填されそして閉じ込められる。吸着材料は廃棄ガス中の非所望成分よりも所望成分の吸着に選択的であり、そして活性炭、ゼオライト、活性アルミナ及びシリカゲルなどのガス吸着に適合された任意の材料であることができる。装置の部品は後述するとおりの吸着工程の後の吸着容器の再生に適合されうる。
【００３３】
吸着容器は各末端にポート又は開口部を有し、その一方は吸着器インレットを提供し、もう一方は吸着器アウトレットを提供する水平又は垂直の圧力容器であることができる。あるいは、吸着容器はシリンダーの片側末端にのみポート又は開口部を有する典型的な圧縮ガスシリンダーであることができる。この場合には、弁及びディップチューブアセンブリを当該技術分野において知られているとおりに使用してよく（米国特許第５，９８５，００８号明細書に開示されているものと同様）、ここで、フィードガスはディップチューブを通してシリンダーの底に流れ、ガスは吸着材料を通して流れ、そして流出物ガスはシリンダーの頂部を流れ出る。向流方向を使用することができ、ここで、フィードガスはディップチューブアセンブリ中で環状空間の頂部を通して入り、そして流出物ガスをディップチューブを介してシリンダーの底部から抜き取る。あるいは、吸着容器はドラム又は他のタイプのシールされた容器であることができる。容器はスチール、アルミニウム、ポリマー材料又は複合材料から作られていてよい。
【００３４】
廃棄ガスを発生するプロセスから廃棄ガスの流れを干渉する吸着容器の上流に回収容器を配置することが有利であることができる。コンプレッサーは回収容器からの廃棄ガスの吸着容器への流れを加圧しそして安定化させるために利用できる。回収容器はガス圧力及び流速の変動を低減し、それが吸着プロセスの効率を妥協することがある。
【００３５】
吸着容器は閉じ込められる吸着材の量を最大化し、それにより、デッドボリュームを最小限にするように設計されるべきである。容器は充填吸着材床の１つの末端中に廃棄ガスを導入し、そして充填吸着材床の他方の末端からベントガス又は流出物ガスを抜き取るようになっているべきである。容器は操作設備と中央処理設備との間の便利で、安全でかつ合法的な輸送となるように設計されるべきである。吸着材容器は単一の輸送可能な容器であっても、又は、輸送可能なスキッド中に設置された複数の容器の１つであってもよい。吸着容器設計は輸送規制、所望のフィル圧力、所望成分及び非所望部分に関する危険規制及び容器の製造コストに適合すべきである。
【００３６】
吸着容器の操作は吸着の通常の工程を含み、ここで、廃棄ガスを吸収材料をとおして通過させ、所望成分を吸収材により選択的に吸収し、そして所望成分が減損された流出物ガスを容器から抜き取る。この流出物ガスをベントし、さらに処理し、及び／又は、別のプロセスで再使用することができる。吸着工程は、所定の経過時間で停止し、又は、所望成分の所定の濃度が吸着容器からの流出物ガス中で観測されたときに停止する。この濃度はブレークスルーが起こったことを示す低い濃度であっても、又は、別には、所望成分による吸着材の飽和を迎えることを示す、吸着容器への廃棄ガスフィード中の濃度に近接する、より高い濃度であってもよい。吸着容器は所望成分による完全な飽和まで操作してよい。所望成分の少なくとも一部分は吸着容器内で吸着状態となるであろう。通常、所望成分のほとんどは吸着状態で存在し、少量の所望成分は吸着材床の介在体積中及び吸着容器中のデッドボリューム中ならびに関連配管中に気体又は流体状態で存在する。
【００３７】
吸収工程の停止後の吸着容器の再生は脱圧、排気、加熱、パージ又はそれらの組み合わせを含む既知の任意の再生法により行うことができる。再生の間に抜き取られるガスは所望成分が濃縮されており、そしてそれは中間体ガスと考えられ、その中間体ガスは分離されて、所望成分がさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供することができる。
【００３８】
本発明の１つの態様において、再生は操作設備で行なわれ、再生の間に抜き取られたガスは圧縮され、上記の輸送可能な形態の圧力容器中に貯蔵される。容器は中央処理設備に輸送され、中間体ガスは圧力容器から抜き出され、そして所望成分は中間体ガスから分離されて、所望成分がさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供する。この分離は蒸留、圧力又は真空スイング吸着、膜透過、又は、他の任意の適切な分離方法により行うことができる。所望成分を含む濃縮生成物ガスは圧縮され、容器中に貯蔵され、そして廃棄ガスを発生するプロセス中での再使用のためにいずれかの操作設備に輸送されることができる。あるいは、中間体ガスは別の吸着容器へのフィードとして使用されてもよい。このガスは高価値成分が濃縮されているので、フィードガス中に濃縮高価値成分を含む吸着容器の後続の再生はさらに濃縮された脱着ガスを生じるであろう。このようなさらなる濃縮は第二の吸着容器を用いることで行うことができる。このことは輸送コストを低減し、そして中央処理設備での純粋な生成物への品質向上を容易にすることができる。
【００３９】
本発明の別の態様において、吸着容器はブレークスルーで分離され、そして再生のために中央処理設備に輸送される。吸着容器から抜き取られるガスは所望成分が濃縮された中間体ガスであり、このガスはさらなる分離に付されて、所望成分がさらに濃縮された濃縮生成物ガスを提供する。この分離は蒸留（深冷であってよい）、圧力又は真空スイング吸着、膜透過又は他の任意の適切な分離方法により行うことができる。濃縮された所望成分は圧縮され、輸送可能な圧力容器中に貯蔵され、そして廃棄ガスを発生するプロセス中での再使用のためのいずれかの操作設備に輸送される。さらに、再生された吸着容器は廃棄ガスから所望成分を回収する吸着プロセスでの再使用のためのいずれかの操作設備に輸送されうる。
【００４０】
ガス混合物を完全に再生された吸着材料と吸着容器中で接触させる吸着工程では有意な吸着熱を発生することがある。このことがもし起こるならば、回収工程の効率は低減されうる。というのは、吸着されるガスの量が温度の上昇とともに減少するからである。吸着熱の小部分は所望の高価値成分の吸着により生じる。というのは、所望の高価値成分は、通常、低濃度で存在するからである。吸着熱のほとんどは事前に再生された吸着材上へのガス混合物中の残りの非所望成分の共吸着により発生する。
【００４１】
プロセス性能に対する吸着熱の悪影響はフィードガス予備冷却、吸着容器の外部冷却、容器内の熱交換による内部冷却などの種々の熱管理工程により低減され又は排除されうる。しかしながら、このような熱管理工程を操作設備で提供することは様々な理由から望ましくないことがある。本発明の１つの態様は中央処理設備において行うことができる追加のプロセス工程を使用することでこの問題に取り組む。事前処理又は前吸着工程として定義されうるこの工程において、操作設備において吸着容器中で所望成分を吸着する前に吸着材料上に少なくとも１つの他の成分を吸着させる。この少なくとも１つの他の成分は所望成分よりも低い強さで吸着材料に吸着され、すなわち、吸着材は他の成分よりも所望成分に選択的である。この少なくとも１つの他の成分は離れたオンサイト設備で発生したガス混合物中の非所望成分のうちの１つであることができ、及び／又は、高価値の所望成分よりも低い強さで吸着される追加の成分を含むことができる。例えば、前吸着工程で吸着材料上に吸着される非所望成分は窒素、酸素、ヘリウム、アルゴン、空気又は上記のガスの混合物から選択されうる。ある方法では、窒素、アルゴン又はヘリウムなどの不活性ガスは好ましい。容器は、操作設備において使用される期待吸着圧力よりも低い、それと等しい又はそれよりも高い圧力に前吸着工程で加圧されうる。期待吸着圧力よりも有意に高い圧力に初期的に容器を加圧することが望ましいことがある。その後、廃棄ガスから所望成分を回収する吸着工程での再使用のために操作設備へと所望の圧力で吸着容器を輸送する。
【００４２】
この前吸着工程を中央処理設備で行うことは望ましいけれども、前吸着工程を操作設備で好ましくは行う場合がある。この場合には、操作設備又は中央処理設備のいずれかでの再生の後の吸着容器は、さらなる加圧の前に、不活性ガス又は非所望成分含有ガスで大気圧に又は大気圧よりも若干高い圧力に加圧されうる。
【００４３】
本発明の別の態様において、第一の吸着容器中で廃棄ガスから所望成分を回収する吸着工程は吸着材料の使用を最大化するためにブレークスルーを超えて操作することができる。再生され、そして場合により、上記のように前吸着工程に付された第二の吸着容器をブレークスルーの前の時点で第一の吸着器のアウトレットに連結し、所望成分が減損された流出物ガスを第二の吸着容器中に導入する。ブレークスルー後に、第一の吸着器の流出物中の所望成分を第二の吸着器中で吸着し、直列の２つの吸着器の操作を、第一の吸着器中の吸着材が廃棄ガスフィード中の所望成分に関して飽和されるまで続ける。この時点で、廃棄ガスストリームを第二の吸着器のインレットにスイッチし、第一の吸着器を分離し、そして分離された第一の吸着器を操作設備で再生するか、又は、上記のとおりの再生のために中央処理設備に輸送される。第三の再生済み吸着器を第二の吸着器と直列に連結し、それにより、第二の吸着器からの流出物ガスを第三の吸着器にフィードし、そしてこの直列操作を循環的に続ける。
【００４４】
上記の本発明の態様は、限定するわけではないが、キセノン、クリプトン、アルゴン及びヘリウムなどの不活性希ガス、及び、ヒ化水素、ホスフィン、ゲルマン、ＳＦ6、ＨＦ、ＮＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、ＳｉＨ4、Ｈ2Ｓｅ、Ｈ2、Ｄ2及びＮＨ3などの反応性成分、ならびに、フローセンなどの麻酔性ガスから選択される１種以上の高価値の所望成分の回収に応用されうる。廃棄ガス又はプロセス流出物ガスストリーム中の非所望成分は以下の成分、窒素、酸素、水素、ヘリウム、アルゴン及び空気のいずれかを含むことができる。これらの廃棄ガス又はプロセス流出物ガスストリームは半導体集積回路、液晶パネル、太陽光バッテリー、ソーラパネル及び磁気ディスクの製造、ならびに、航空宇宙装置及び照明構成要素の製造において生じうる。これらの流出物ガスストリームは、また、医学分野での様々な用途でも生じうる。
【００４５】
上記の方法を、窒素が非所望成分である、キセノン及び窒素の混合物から所望成分としてキセノンを回収することにより下記に例示する。
【００４６】
集積回路の製造（異方性エッチング）、航空宇宙産業（衛星用イオン推進エンジン）、種々の照明用途（ヘッドライト）、及び、フラットパネルディスプレイの製造においてキセノンを使用する。神経保護物質及び麻酔性ガスとして医学分野で使用し、また、断層写真術（器官スペクトロスコピー）においても使用する。これらの用途でキセノンを使用している間に、流出物ガス、プロセスオフガス又は廃棄ガスストリームは操作設備において発生することができ、それは窒素などの不活性ガス中のキセノン希釈混合物（例えば、＜２体積％）を含む。この廃棄ガスストリームは様々な流速で間欠的に発生することがあるので、しばしば、キセノン回収の前にこのガスを保持タンク又は容器に回収することが望ましい。
【００４７】
大規模プロセスでは、廃棄ガスストリームが発生する操作設備において、これらの廃棄ガスストリームからキセノンを回収することが可能である。しかしながら、多くの場合には、キセノンをオンサイトで操作設備において精製することは現実的でないことがある。というのは、回収されうるキセノンの量はオンサイト回収装置のコストを正当化せず、そのため、廃棄ガス中のキセノンは本発明により濃縮され、そして中央処理設備に輸送され、そこで、キセノン及び窒素は蒸留又はその他の精製方法により分離されることができる。この例示では、希釈キセノン／窒素プロセス流出物又は廃棄ガスを２０〜１８００ｐｓｉａの吸着圧力に圧縮し、そして周囲温度でゼオライトＡｇＬｉＬＳＸを含む吸着容器にフィードする。あるいは、吸着工程は廃棄ガスストリームを冷却し、及び／又は吸着材料又は吸着容器を冷却することにより低温で行うことができる。キセノンは吸着材上に選択的に吸着され、窒素の一部も吸着され、そして未吸着の窒素は吸着容器からベントされる。窒素に対するキセノンのＡｇＬｉＬＳＸの選択性を図１に例示し、ここで、キセノン及び窒素の０℃での吸着等温線を示す。操作設備から輸送されるガスの体積を低減するために、吸着容器又は第二の吸着容器を使用し、回収された高価値成分をより高い濃度にさらに濃縮することが有利でありうる。
【００４８】
廃棄ガスの流れをキセノンのブレークスルーがベントガス中に起こるまで続け、吸着容器を分離しそして外し、そして廃棄ガスの流れを、別の事前に再生された吸着容器にスイッチする。分離された吸着容器を中央分離設備に輸送し、そして再生して、中間体キセノン−窒素ストリームを提供し、そしてこの中間体ストリームを深冷蒸留により処理して、キセノン／窒素混合物からキセノンを回収する。キセノンを中央分離設備で少なくとも９８体積％で、１００体積％までの純度で回収する。
【００４９】
ゼオライト吸着材ＡｇＬｉＬＳＸを上記の例示のとおりに使用しているが、活性カーボン、シリカゲル及び活性アルミナなどの代わりのキセノン選択性吸着材を使用することができる。サラン誘導活性カーボン及びココナッツシェル活性カーボン上のＸｅ及びＮ2の吸着等温線は図２に示している。これらの等温線はＸｅはＮ2よりもサランをベースとする炭素上で強く吸着されており、サランをベースとする炭素は、それゆえ、本明細書中で記載された方法に有用な吸着材である。吸着材粒子のサイズは０．１〜３ｍｍの範囲であることができ、粒子サイズ分布は吸着材充填密度を最大化するためにできるかぎり狭くすべきである。球形吸着材粒子を使用して吸着材充填密度を最大化することができる。吸着容器内部体積の少なくとも９０％は吸着材で充填されるべきである。
【００５０】
吸着材は吸着容器中に直接的に配置されるか、又は、好ましくは、当該技術分野で知られているとおりのスクリーン支持体により一方の末端又は両方の末端で支持されることができる。吸着材は所望成分のための吸着容器の貯蔵容量を最大化することができるようにできるかぎり密に充填されるべきである。スノーフォール装填技術は吸着容器を密充填するために一般的に使用されており、そして上記の用途で有利である。
【００５１】
吸着材は所望成分を回収する吸着工程の前に活性状態とされなければならない。このことは、グローブボックスアセンブリー中で又は容器を通した連続不活性ガスパージなどで、不活性ガス雰囲気下に吸着容器中に、事前に再生された吸着材を充填することにより行うことができる。再生された吸着材は使用済み吸着材を不活性ガスストリームの流れの中で少なくとも４時間少なくとも１２０℃に加熱することにより提供されうる。又は、吸着容器中に吸着材を装填しそしてその場で再生することも可能である。このことは、容器を低圧に排気し、及び／又は不活性ガスでパージしながら、吸着容器を外部加熱することにより行うことができる。また、熱不活性ガスでパージすることにより容器を加熱することもできる。
【００５２】
脱着工程の間に中央処理設備に導入されうる不純物を排除するために、吸着材装填の前に通常のクーリング液で吸着容器の内部表面をクリーニングすることができる。一旦、吸着容器が活性状態の吸着材で充填されたら、廃棄ガスの処理の前に、容器を予備処理して、脱着の間に中間体ガスを汚染することがあるあらゆる不純物をガスボイドから除去することができる。予備処理プロセスは非常に低い圧力へ初期排気すること、及び、１種以上の非所望ガス成分又は不活性ガスでパージして、残留している不純物ガスを有効に置換することを含むことができる。吸着容器は非所望ガス成分又は不活性ガスで正圧（すなわち、大気圧より高い）に充填し、空気の侵入及び容器の貯蔵及び輸送の間の可能な汚染を防止することができる。
【００５３】
上記で議論したとおり、廃棄ガスからキセノンを選択的に吸着するために吸着容器中に使用される吸着圧力以上の高圧に非所望成分（単数又は複数）を含むガスで中央処理設備にて容器を加圧することは有利である。この例示では、窒素を非所望成分として使用している。非所望ガスがこの加圧工程の間に吸着するときには、熱が発生し、そして吸着材の温度が上昇するであろう。容器を所定の高圧まで非所望成分（単数又は複数）で上記のとおりの前工程にてオーバーフィルしてよく、この圧力は容器を周囲温度に冷却したときに吸着圧力へと減圧されるであろう。あるいは、容器を流体浴に入れて、熱を除去し、そして加圧プロセスの間に吸着材温度を周囲条件に維持するのを助けることができる。冷却流体を含む内部配管又は外部配管により、容器内部で又は容器の外側と接触して吸着材を冷却することも可能である。この予備処理又は前吸着工程の後に、吸着容器を分離し、そして別のキセノン回収工程での使用のために操作設備の１つに輸送する。
【００５４】
容器のインレット取り付け部に廃棄ガス配管を接続し、容器のアウトレット取り付け部にベントガス配管を接続することにより、吸着材を充填した容器を操作設備にて設置する。廃棄ガス配管における不活性ガス供給及びベントラインは装置中への空気の侵入を防止するために吸着容器に廃棄ガス流を開始する前に不活性ガスで配管をフラッシュするのに有利である。廃棄ガスが吸着圧力以上の圧力で利用可能であるならば、ガスを吸着容器に直接的にフィードすることができる。もしより低い圧力で利用可能であるならば、廃棄ガスの圧力を吸着圧力に上げるためにコンプレッサー又はブロアを必要とするであろう。
【００５５】
吸着容器をプロセスベントと直列で連結することができる。これにより、吸着容器を交換又は保全のためにオフラインとしている間に、廃棄ガスを発生する上流プロセスが操作を続けることが可能になる。これにより、回収のために所望の濃度よりも低いキセノン濃度を有する廃棄ガスを上流プロセスが発生している間は廃棄ガスの向きをベントに向けることも可能である。これにより、改良された操作性が得られ、そして吸着容器中に回収されうるキセノンの量が増加する。
【００５６】
ベントガス配管は吸着容器から非所望ガス成分をベントするための装置を含むべきである。これは蓄積ガスをベントするために必要なときに周期的に開くブロック弁であることができ、又は、非所望ガスを連続的に抜き取りそして吸着容器内で要求される圧力レベルを維持するために調節されうる手動もしくは自動制御弁であることができる。有利には、装置は背圧が所望の吸着圧設定点を超えるときに非所望ガスを自動的にベントする単純な背圧調節器を使用することができる。吸着容器を交換するときにベントガス配管の脱圧を可能とするベントラインは提供されうる。
【００５７】
本明細書中に記載される方法での使用のための例示の回収装置のプロセスフローダイアグラムを図３に示している。図３に示している実施形態は操作設備に配置されうる回収装置の部分であることができる。装置は廃棄ガスフィードインレットライン１、インレット弁３、安全解放弁７を備えたガスブロア又はコンプレッサー５、ディスチャージ弁９及び圧縮フィードインレットマニホールド１１を含む。もし廃棄ガスフィードが高圧で利用可能であるならば、ガスブロア又はコンプレッサー５は必要ない場合がある。インレットマニホールド１１は廃棄ガスフィードから回収される所望成分（単数又は複数）の吸着に選択的な吸着材料を含む吸着容器１３のインレットに連結される。インレットマニホールド１１は容器１３の１つの側にある２つの弁２０及び２１とともに示しており、容器１３の他方の側のライン１４に２つの弁１５及び１６があり、それらの弁は容器１３の設置及び取り外しに有用であることができる。弁１５と弁１６との間及び弁２０と弁２１との間には取り外し可能な配管接続がある（図示せず）。吸着容器アウトレット弁１５、１６は非所望ガスをベントしうる流量制御弁１９を有するディスチャージマニホールド１７に連結されている。マニホールド１７は、また、ベント又は排気弁２２をも含み、ガスはその弁を通して吸着材再生及び／又は所望成分（単数又は複数）の回収プロセス工程の間に吸着容器１３からベント又は排気により抜き出されることができる。弁２３及びライン２５を介して、吸着材再生及び／又は所望成分（単数又は複数）の回収プロセス工程の間にパージのために不活性ガスをマニホールド１１に提供できる。さらに、吸着材再生及び／又は所望成分（単数又は複数）の回収の間に弁２７及びライン２９を介してガスをベントし又は排気することができる。
【００５８】
１つの実施形態において、回収工程は廃棄ガスを吸着容器１３中に約１０ｃｃ／分〜約１００ｃｃ／分の流速で、２０〜１８００ｐｓｉａの吸着圧力で通過させることにより開始される。吸着容器は、初期的には、所望の吸着圧力よりも低い圧力で非所望ガスを含むことができる。この場合、廃棄ガス流は吸着圧力まで吸着容器をゆっくりと加圧し、この圧力は背圧調節器により制御されるであろう。所望ガス成分及び非所望ガス成分の吸着により、このゆっくりとした加圧工程の間に熱が発生するであろう。吸着容器内の温度は廃棄ガスフィードの速度、吸着容器の幾何学形状及び吸着容器壁からの熱伝達有効速度に大きく依存するであろう。必要ならば、上記の熱管理アプローチはこの工程の間に実施されうる。
【００５９】
吸着熱の所望されない効果は、上記のとおりであり、また、図６を参照して本発明の一実施形態について下記に記載するとおりである前吸着工程において、吸着圧力で窒素などの非所望成分（単数又は複数）により吸着容器１３を初期的に充填することによって軽減されうる。その後、廃棄ガスフィードを同一の圧力で吸着容器にフィードし、そして圧力を背圧調節器により吸着圧力に維持する。この選択肢では、吸着材は吸着された非所望成分で事前に飽和されており、そして所望ガス成分は優先的に吸着し、そして吸着された非所望成分の一部を置換するであろう。非所望成分の脱着の吸熱は所望成分の吸着の発熱を相殺し、それにより、非常に低いレベルの熱放出となり、そして本質的に吸着容器の等温操作となる。このことで回収装置を非常に単純化することができる。というのは、操作設備での熱管理装置が不必要になるか、又は、たとえあったとしても、それに対する熱負荷は低減されるであろう。
【００６０】
吸着容器１３は吸着工程の前及び／又はその間に容器を冷却するために浴（図示せず）又は機械デバイス（図示せず）中に配置されうる。廃棄ガスは、また、吸着容器に入る前に冷却されうる。この方法は図１に示すとおりのこの例示において０℃で行われるが、温度は室温から−１００℃、又は、より詳細には１０℃〜−２０℃の範囲であることができる。周囲温度よりも低い温度を使用することの利点は吸着材上へのキセノン装填量が増加し、そして可能にはキセノン吸着選択性がより高くなることである。これにより、廃棄ガスから吸着されるキセノンの分率が増加し、それで、中央処理設備で処理される脱着中間体ガス中のキセノンレベルが高くなる。有利なアプローチは冷却された吸着容器を、周囲温度で吸着容器中の最大許容圧力よりも低い圧力で廃棄ガスによって飽和することである。容器が周囲温度に温まったときに、容器中の圧力が最大許容容器圧力よりも低く維持するように初期圧力を選択すべきである。
【００６１】
吸着容器１３中の吸着材のキセノン容量が近づいてきたときに、キセノンのブレークスルーが起こるであろう。ブレークスルーを規定するキセノンの濃度はキセノン回収の所望の程度、廃棄ガス中のキセノンの濃度、及び、操作設備での吸着容器の特定の配列によって変化する。規定されるブレークスルー濃度は１ｐｐｍｖ〜１体積％の範囲であり得る。この時点で、廃棄ガス流を別の新鮮な吸着容器（図示せず）にスイッチし、そして吸着容器１３を分離し、弁２０と２１及び弁１５と１６の間で装置から取り外し、そして中央処理設備へと輸送される。
【００６２】
任意の応用可能なタイプのガスアナライザーを用いて、吸着器流出物又はベントガスストリーム中のキセノンの濃度を時間の関数として決定することができる。例えば、質量分析計、ガスクロマトグラフ又は超音波をベースとするアナライザーを用いて、吸着器流出物中のキセノン濃度を測定することができる。
【００６３】
２つの吸着容器を直列に連結した（図示せず）別のアプローチはキセノンの回収を最大にする可能性がある。キセノンブレークスルーが第一の吸着容器において開始したとき又は開始する前に、第一の吸着容器からのベントガスを第二の再生済み吸着容器にフィードする。第一の吸着容器からの流出物中のキセノンを第二の吸着容器で吸着させ、第一の吸着容器の操作を吸着材の全体積が吸着器条件でキセノンにより完全に飽和されるまで継続する。このことは容器中で吸着されるキセノンの有効量を最大化し、キセノン回収プロセスの効率を上げる。第一の容器が一旦飽和されると、それを取り外し、分離し、そして輸送の準備をする。廃棄ガスフィードを第二の容器に直接的に送り、第三の吸着容器を第二の吸着容器と直列に連結する。適切な弁及び配管マニホールドアセンブリを利用して、上記の一連の操作を行う。
【００６４】
図６は、吸着キセノンを含む、分離された吸着容器１３であって、中央処理設備６０にトラック７０により輸送される吸着容器１３を示している。中央処理設備において、容器を受け入れマニホールド装置６２に連結する。吸着容器の再生の前に、受け入れマニホールド装置６２をパージしそしてベントして、脱着ガスから空気をベースとする汚染物を排除する。キセノンを装填した吸着容器１３は他の操作設備から到着することもでき、容器を一度に１つずつプロセスマニホールド６２に付けることができ、又は、複数の容器をマニホールド装置に付けそして同時に再生することができる。
【００６５】
吸着された成分は容器１３中のガス圧を減圧することにより脱着でき、ここで、ガスは、脱圧として通常に記載される工程で、容器の内部と、ガスを回収する中央処理設備６０にあるレシーバー（図示せず）との間の差圧により吐出される。＜１００トル、及び、可能には＜２０トルの容器圧力に減じるように真空装置６３により再生の間にガスを抜き取ることもできる。より低い圧力は抜き取りガス中で回収される所望成分の濃度を増加させるであろう。排気工程の間に低い流速の非所望ガスで吸収材体積をパージすること（図示せず）が有利であり、この排気工程は所望成分の脱着を促進し、そして回収率を増加する。排気工程及びパージング工程の間に容器中の吸着材の温度を上げることも有利である。このことは、容器の外側表面を加熱すること、高温パージガスを使用すること、容器内に内部加熱コイルを使用すること、又は、加熱浴を介すること、あるいはそれらの組み合わせにより行うことができる。図６において、プロセスマニホールド６２に取り付けている間の脱着工程の際の容器１３は加熱浴６５中に示されている。再生及び脱着プロセスは排気、パージ及び加熱の任意の組み合わせが関与しうる。
【００６６】
脱着ガス中のキセノンの濃度を増加させるために、脱着プロセスの間のこのガスの一部を除くことが望ましいことがある。例えば、１ａｔｍへの初期脱圧の間に得られるガスは主に非所望成分からなるであろう。というのは、吸着材は所望ガス成分を選択的に吸着しそして保持するからである。この脱着ガスの初期部分は有意なキセノンの損失なしにベントでき、又は、追加のキセノンの捕獲のために別の吸着器へのフィードガスとしてリサイクルされうる。排気及び／パージング工程の間に得られる残りのガスはより高いキセノン濃度を有し、そしてさらなるキセノン分離及び濃縮のために回収されるストリームである。
【００６７】
所望成分がすでに脱着された吸着容器１３中で１種以上の非所望成分の前吸着工程（任意工程）を行うために使用することができる装置の一実施形態も図６に示す。図示のとおり、前吸着工程は、脱着工程において１種以上の所望成分の回収を完了し後に、トラック７１により操作設備に吸着容器１３を輸送する前に、中央処理設備６０にて行う。図示のとおり、コンプレッサー６７は、非所望成分が吸着容器１３中にマニホールド６９を介して導入される圧力まで、供給源（図示せず）からの非所望ガス成分を圧縮するであろう。図６に示す実施形態において、容器１３を冷却浴６８中に配置し、それにより、前吸着工程の間に吸着容器１３中に加圧非所望ガスを導入している間に発生した熱を除去するのを促進する。前吸着工程が完了した後に、非所望成分含有吸着容器１３をトラック７１に載せ、そして操作設備（図示せず）に戻し、廃棄ガス混合物からの所望成分の吸着及び所望成分の回収のための残りの工程を繰り返す。図示していない別の実施形態において、脱着装置を、中央処理設備６０での脱着及び前吸着工程の両方に使用するように変更することができ、それにより、これらの工程のために２つの別個の装置を必要としなくなる。
【００６８】
以下の実施例は上記の態様を例示するが、これらの方法を下記のいずれの特定の詳細にも限定しない。
【実施例】
【００６９】
［例１］
方法の１つの態様は、操作設備又は分散したプラントエリアからＸｅ含有容器を中央処理設備に輸送することを含む。有意なコストは容器の輸送に関連するものである。従来の加圧シリンダー（「空シリンダー」と呼ぶ）、又は、吸着材が吸着Ｘｅを含む吸着材充填容器中でのＸｅの輸送を比較する評価を行った。
【００７０】
吸着材を充填した吸着容器１３中に有効に装填されうるＸｅの量を評価するために企業内シミュレーションソフトウエアを用いて計算を行った。計算では、容器は市販の炭素(PSC, Calgon Corporation)を含むものと仮定した。Ｘｅ及びＮ2のための等温線データを測定し、そして多成分吸着等温モデルにフィッティングさせ、炭素上の吸着の程度を記載した。Ｎ2中に１０００ｐｐｍｖのＸｅからなるフィードガスを計算に使用した。「空シリンダー」のベースケースはフィードガスを７０°Ｆで２０００ｐｓｉｇに単純に圧縮し、そし中央処理設備への輸送のための高圧ガスシリンダー中にそれを貯蔵することからなった。第二のケースは２０００ｐｓｉｇ及び７０°Ｆで初期的にＮ2により飽和した炭素充填ガスシリンダー（同一のサイズ）を使用した。その後、フィードガスを圧縮し、そして２０００ｐｓｉｇ及び７０°Ｆで吸着材充填吸着容器１３にフィードし、そして廃棄ガスを図３に示す流量制御弁１９を通して除いた。流出物ガス中でＸｅがブレークスルーを開始したときに、フィードガスを停止した。これらの条件下で、充填プロセスを通して吸着器床を初期温度７０°Ｆに維持した。
【００７１】
結果は、空シリンダーが１シリンダーあたり０．０８ｌｂのＸｅを貯蔵することができ、一方、吸着材充填吸着容器１３は１シリンダーあたり１．７ｌｂのＸｅを貯蔵することができることを示した。それゆえ、吸着材充填容器は吸着材を含まない圧力シリンダー２１個分と同等である。このことはＸｅを中央処理設備に輸送するのに必要とされる容器の数が本明細書に記載される方法を用いて２１分の１と劇的に低減することができることを意味する。
【００７２】
［例２］
吸着材充填容器が一旦Ｘｅにより装填されると、吸着されたＸｅを回収するために最終的に処理されなければならない。本方法では、このことは中央処理設備において、又は、代わりに、操作設備又は分散したプラントにおいて行い、それにより、中央処理設備に続いて輸送するためのＸｅリッチガスを発生することができる。吸着材からいかに有効にＸｅを脱着でき、そしていかなるレベルのＸｅを製造することができるかを決定する実験を行った。
【００７３】
活性炭吸着材で充填された１．７７インチ直径×１２インチ長さの容器中で実験を行った。この容器は外部冷却及び加熱を備えており、それにより、Ｘｅフィード工程を低温（約０℃）で行うことができ、一方、再生をより高い温度（約１００℃）で行うことができた。２標準リットル／分（slpm)の、Ｎ2中０．５体積％Ｘｅからなるフィードガスを９０ｐｓｉｇ及び０℃で吸着床にフィードした。流出物ガス中のＸｅのレベルを四重極質量分析（ＱＭＳ）によりモニターしそして図４中にプロットした。Ｘｅは炭素吸着材により除去され、そして、操作の約６００分（１０時間）後に吸着床をブレークスルーし始めた。
【００７４】
その後、吸着床を分離し、そして再生工程に付して、Ｘｅを回収した。再生工程は、１）１ａｔｍへの脱圧、２）＜１０トルまでの排気、３）圧力を＜１０トルに維持しながら１００℃への外部加熱、及び、温度を１００℃及び圧力を＜１０トルに維持しながら２００ｓｃｃｍのＮ2で最終的にパージ、からなった。これらの工程の間の流出物ストリームの組成をキセノンセンサーを用いてモニターし、そして図５にプロットした。結果は再生の間、特に加熱及びパージ工程の間に高濃度のＸｅが生じたことを示す。再生工程の間に生じたすべてのガスを回収し、そしてそのサンプル中のＸｅの平均濃度は４０体積％であった。それは０．５体積％であるフィードガスよりも８０倍高かった。再生工程の間に回収されるＸｅの合計量はフィード工程の間に容器にフィードされたＸｅの９８％であった。この例は、吸着材充填容器を用いて、非常に高いＸｅ回収率で非常にＸｅリッチの再生ガスを発生することができることを示す。このガスは中央処理設備において、高純度のＸｅへと効率的に分離されうる。
【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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