(57)【要約】  天然ガス混合物からメタンを分離する方法が１つ又は２つ以上の容器内における圧力スイング吸着を採用する。各容器内には、メタンに対する汚染物質に関する動的選択度が５を超える吸着材料が入っている。天然ガス混合物中の汚染物質は、吸着材料内で動的に吸着されたガスになる。容器を圧力下に置いて汚染物質を吸着材料の表面及びミクロ細孔中に吸着する。この方法は、容器に設けられている第１のガス出口から少なくとも９５体積％のメタンを含む生成物流を放出するステップと、容器内の圧力を減少させることによって吸着材料から汚染物質ガスを脱着するステップとを有する。脱着ステップは、熱を容器に加えることなく行われ、それにより少なくとも９５体積％の汚染物質ガスを含む排ガス流を放出する。主フローチャネルと副フローチャネルの両方を有する改良型分留容器も又提供される。
2014500791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガス混合物からメタンを分離する方法であって、
天然ガス混合物をガス分離ユニット中に差し向けるステップであって、前記ガス分離ユニットが少なくとも１つの容器を有し、該少なくとも１つの容器が、
前記天然ガス混合物を受け入れるガス入口と、
第１のガス出口と、
メタンに対する汚染物質に関する動的選択度が５を超える吸着材料であって、その結果、前記汚染物質が前記吸着材料内に動的に吸着されたガスになる吸着材料と、
前記吸着材料を貫通し、前記ガス入口と前記第１のガス出口を流体連通状態にする少なくとも２つの主フローチャネルと、
前記吸着材料を貫通した少なくとも１つの副フローチャネルであって、前記主フローチャネルと流体連通状態にある副フローチャネルと、を有している、差し向けるステップと、
前記少なくとも１つの容器を圧力下に置いて汚染物質を前記吸着材料に吸着するステップと、
前記第１のガス出口から少なくとも９５体積％のメタンを含む生成物流を放出するステップと、
熱を前記少なくとも１つの容器に加えることなく前記少なくとも１つの容器内の圧力を減少させることにより、前記吸着材料から前記汚染物質ガスを脱着し、それにより少なくとも９５体積％の前記汚染物質ガスを含む排ガス流を放出するステップと、を備えている、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
汚染物質は、ＣＯ2、Ｈ2Ｓ、Ｈ2Ｏ、重炭化水素、ＶＯＣ、メルカプタン又はこれらの組み合わせを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの容器は、前記排ガス流を前記ガス入口から放出するよう構成されている、
請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの容器は、前記排ガス流を前記ガス出口から放出するよう構成されている、
請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの吸着容器は、前記ガス入口と前記第１のガス出口との中間に位置する第２のガス出口を更に有し、
前記汚染物質ガスを脱着することにより前記排ガス流の第１の部分を前記第１のガス出口から放出すると共に前記排ガス流の第２の部分を前記第２のガス出口から放出する、
請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記容器は、複数のロッドを更に有し、
前記少なくとも２つの主フローチャネルの各々は、前記複数のロッド相互間に且つ前記複数のロッドの主要軸線に沿って形成され、
前記複数のロッドは、実質的に等距離間隔を置いて配置され、それにより前記主フローチャネルに実質的に一様な容積を提供している、
請求項２記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの主フローチャネルは、前記ロッドのそれぞれに沿って複数の段付き表面によって形成されている、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記複数のロッドの各々にはボアが設けられ、
前記複数のロッドの各々は、前記ボアに沿って配置された強磁性体から成り、
前記方法は、磁界を前記複数のロッドに加えて前記複数のロッドの一様な間隔を生じさせるステップを更に有する、
請求項６記載の方法。
【請求項９】
イオン性流体を吸着剤として選択して前記吸着材料の吸着性を高めるステップと、
前記天然ガス混合物を前記ガス入口に差し向ける前に前記選択したイオン性流体を前記段付き表面上に配置するステップと、を更に有する、
請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの吸着容器は、前記ガス入口と前記第１のガス出口との中間に位置する第２のガス出口を更に有し、
前記少なくとも１つの副フローチャネルは、前記少なくとも２つの主フローチャネルと交差すると共に前記ガス入口と前記第２のガス出口を流体連通状態にするフローチャネルによって形成されている、
請求項６記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの副フローチャネルは、前記少なくとも２つの主フローチャネルに対して横方向である、
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記汚染物質ガスを脱着することにより、前記排ガス流の第１の部分を第１の期間中放出すると共に前記排ガス流の第２の部分を第２の期間中に放出する、
請求項２記載の方法。
【請求項１３】
前記排ガス流の前記第１の部分は、少なくとも９８体積％のＣＯ2を含む、
請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記排ガス流の前記第２の部分は、窒素、水素、メタン、Ｈ2Ｏ又はこれらの組み合わせを含む、
請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記放出ステップ及び前記脱着ステップは、１分未満の複合サイクルで行われる、
請求項２記載の方法。
【請求項１６】
前記吸着材料は、前記少なくとも１つの容器の内周部に沿って設けられた環状リングを更に構成する、
請求項２記載の方法。
【請求項１７】
前記吸着材料は、前記少なくとも２つの主フローチャネルを形成する長手方向貫通開口部を備えた一体形本体を構成する、
請求項２記載の方法。
【請求項１８】
前記天然ガス混合物を前記ガス分離ユニット中に差し向ける前に前記天然ガス混合物を脱水するステップを更に有する、
請求項２記載の方法。
【請求項１９】
天然ガス混合物からメタンを分離する分留容器であって、
ハウジングと、
前記天然ガス混合物を少なくとも１００ｐｓｉｇの圧力で前記ハウジング中に受け入れさせるガス入口と、
前記天然ガス混合物の少なくとも一部分を前記ハウジングから放出する第１のガス出口であって、前記ハウジング内に設けられた吸着材料を有し、前記吸着材料は、メタンに対する汚染物質に関する動的選択度が５を超え、その結果、前記汚染物質は、気相で前記吸着材料内に動的に吸着状態になる、第１のガス出口ハウジングと、
前記吸着材料を貫通している少なくとも２つの主フローチャネルを有し、前記ガス入口と前記第１のガス出口を流体連通状態にする少なくとも２つの主フローチャネルと、
前記吸着材料を貫通した少なくとも１つの副フローチャネルを有し、前記主フローチャネルと流体連通状態にある少なくとも１つの副フローチャネルと、を備えている、
ことを特徴とする分留容器。
【請求項２０】
１分未満の複合サイクルでの順次放出及び脱着段階により前記天然ガス混合物をサイクル動作させるマニホルドを更に有し、前記マニホルドは、弁調節インターフェースを有する、
請求項１９記載の分留容器。
【請求項２１】
前記弁調節インターフェースは、回転弁、非回転弁又はこれらの組み合わせを含む、
請求項２０記載の分留容器。
【請求項２２】
前記弁調節インターフェースは、圧力スイング吸着システムを形成するよう他の分留容器と協働し、前記圧力スイング吸着システムは、
吸着を可能にする少なくとも１つの常用床と、
再生の際、減圧を受ける少なくとも１つの床と、
前記少なくとも１つの常用床が実質的に飽和状態になったときに前記吸着システムで使用可能に取っておかれる少なくとも１つの再生済み床と、を有する、
請求項２０記載の分留容器。
【請求項２３】
前記ガス入口と前記第１のガス出口との中間に設けられていて、前記容器を脱着させるときに排ガス流の一部分を放出する第２のガス出口を更に有する、
請求項１９記載の分留容器。
【請求項２４】
前記第２のガス出口は、前記主フローチャネルに対して実質的に直交している、
請求項２３記載の分留容器。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの副フローチャネルは、前記少なくとも２つの主フローチャネルと交差すると共に前記ガス入口と前記第２のガス出口を流体連通状態にするフローチャネルによって形成されている、
請求項１９記載の分留容器。
【請求項２６】
前記少なくとも２つの主フローチャネルの各々は、前記複数のロッド相互間に且つ前記複数のロッドの主要軸線に沿って形成され、
前記複数のロッドは、実質的に等距離間隔を置いて配置され、それにより前記主フローチャネルに実質的に一様な容積を提供している、
請求項１９記載の分留容器。
【請求項２７】
前記少なくとも２つの副フローチャネルは、前記ロッドのそれぞれに沿って設けられた複数の段付き表面、前記ロッドのそれぞれに沿って設けられた螺旋状表面又はこれら表面の組み合わせによって形成されている、
請求項２６記載の分留容器。
【請求項２８】
前記複数のロッドの各々にはボアが設けられ、
前記複数のロッドの各々は、前記ボアに沿って配置された強磁性体から成る、
請求項２６記載の分留容器。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの副フローチャネルは、前記少なくとも２つの主フローチャネルに対して横方向である、
請求項２８記載の分留容器。
【請求項３０】
前記吸着材料は、前記吸着材料の吸着特性を高めるようイオン性流体で少なくとも部分的に覆われた外面を構成する、
請求項１９記載の分留容器。
【請求項３１】
前記吸着材料は、前記少なくとも１つの容器の内周部に沿って設けられた環状リングを構成する、
請求項１９記載の分留容器。
【請求項３２】
前記吸着材料は、前記少なくとも２つの主フローチャネルを形成する長手方向貫通開口部を備えた一体形本体を構成する、
請求項１９記載の分留容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体分離の分野に関する。本発明は、特に、炭化水素流体流からの二酸化炭素及び他の酸性ガスの分離に関する。
【０００２】
〔関連出願の説明〕
本願は、２０１０年１１月１５日に出願された米国特許仮出願第６１／４１３，８４５号（発明の名称：Kinetic Fractionators, and Cycling Processes for Fractionation of Gas Mixtures ASSET CONTROL AND MANAGEMENT SYSTEM）の権益主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。
【０００３】
本願は、２００８年４月４日に出願され、米国特許出願公開第２００８／０２８２８８７号明細書として公開された係属中の米国特許出願第１２／０８０，７８３号に関する。この米国特許出願の発明の名称は、“Removal of CO2, N2, and H2S from Gas Mixtures Containing Same ”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。この米国特許出願は、２００７年５月１８日に出願された米国特許仮出願第６０／９３０，８２６号の権益主張出願である。
【背景技術】
【０００４】
本項は、本発明の例示の実施形態と関連している場合のある当該技術分野の種々の観点を紹介するものである。この説明は、本発明の特定の観点の良好な理解を容易にする技術内容の枠組みを提供するのを助けるものと考えられる。従って、本項は、このような見方で読まれるべきであり、必ずしも本項の記載内容が先行技術である旨の承認として読まれるべきではないことは理解されるべきである。
【０００５】
貯留層からの炭化水素の産出は、非炭化水素ガスの偶発的な産出を伴う場合が多い。このようなガスは、例えば二酸化炭素（ＣＯ2）、硫化水素（Ｈ2Ｓ）及びメルカプタンのような汚染物質を含む。このような汚染物質が炭化水素ガス流の一部として産出される場合、このようなガス流は、「サワーガス」と呼ばれる場合がある。さらに、サワーガス中のＣＯ2、Ｈ2Ｓ及びメルカプタン成分は、別々に又はまとめて「酸性ガス」と呼ばれる場合がある。
【０００６】
ガス処理施設で酸性ガス成分を分離除去することが望ましい。これは、まず最初に、原料のままのガス流から水の大部分を除去することによって達成できる。水は、典型的には、グリコールを原料のままのガス流中に化学的に混入して水が溶液から逃げ出るようにすることによって除去される。次に、水及びグリコールをボトム水性流中に捕捉する。別個の脱水ガス流を放出する。
【０００７】
脱水ガス流は、サワーガス流であり、サワーガス成分は、脱水後も残存している。したがって、別のガス分離方法を利用する。二酸化炭素成分の含有量が特に高いような場合では、サワーガスは又、フラッシュ冷却のためにジュール‐トンプソン弁を介して取り込まれ、次にＣＯ2の除去のために極低温蒸留塔又はバルク分留ユニット中に運び込まれる場合がある。
【０００８】
他の場合、特に、Ｈ2Ｓ成分又は重炭化水素成分の含有量が高い場合、サワーガス流を吸着床に流通させる場合がある。吸着床は、互いに異なる分子が吸着に関して互いに異なる親和力を有することができるという原理で働く。これにより、吸着剤が互いに異なるガスを識別する仕組みが提供される。
【０００９】
種々の形式の吸着床が知られている。典型的な吸着剤としては、活性炭、シリカゲル、アルミナ及びゼオライトが挙げられる。場合によっては、ポリマー材料を吸着材料として用いることができる。いずれの場合においても、ガス混合物の容易に吸収される訳ではない成分（「軽」ガスと呼ばれる）に対して容易に吸収される成分（「重」ガスと呼ばれる）の方を優先的に吸着する。
【００１０】
分離を達成するため、吸着床は、多孔性の高い微細構造を採用している。ガス又は気体分子は、細孔に沿って提供される表面領域にくっつくようになる。微孔質材料の内面に吸着されたガスは、厚さが分子１つ分だけ又はせいぜい数個分だけの層から成る場合があるが、１ｇ当たり数百平方メートルの表面積がガス中の吸着剤の重量の大部分の吸着を可能にする。かくして、吸着剤床は、有益には、成分分離のために使用できる。
【００１１】
ゼオライト及び幾つかの形式の活性炭（炭素分子シーブと呼ばれる）は、互いに異なるガスに対するこれらの親和力に加えて、これらの構造中への幾つかのガス分子の拡散を阻止し又は遅らせるこれらの分子シーブ特性を利用することができる。これにより、分子のサイズに基づいた選択的吸着の仕組みが提供される。この場合、吸着剤床は、大きな分子の吸着性能を制限し、かくして、ガスは、吸着材料の微孔質構造に多成分ガス混合物からの１種類又は２種類以上の化学種を選択的に充填することができる。
【００１２】
場合によっては、ガス流は、吸着剤床中に通される前においては脱水されない。吸着床の中には、他の汚染物質と共に水分子と優先的に結合し、メタン及び不活性ガス成分、例えば水素や窒素を通過させることができるものがある。しかしながら、水の存在により、後で行われる脱着段階（「再生」と呼ばれる）が困難になる場合がある。この点に関し、吸着剤床のミクロ細孔は、分子汚染物質で充填状態になるので、床の使用を打ち切ってこれを減圧しなければならない。水が相当存在している場合、水の除去には加熱を必要とする場合がある。
【００１３】
ガス分離のための種々の吸着技術が知られている。一吸着技術は、圧力スイング吸着、即ち“ＰＳＡ”である。ＰＳＡプロセスは、圧力下において、ガス状汚染物質が吸着材料の細孔構造内又はポリマー材料の自由体積内に互いに異なる程度まで吸着される傾向があるという事実を利用している。吸着容器内の圧力が高ければ高いほど、ガスがそれだけ一層吸着される。天然ガスの場合、天然ガス混合物を圧力下で吸着容器に通すのが良い。ポリマー又は微孔質吸着剤の細孔は、メタンよりも大きな程度まで硫化水素及び二酸化炭素で満たされた状態になる。かくして、Ｈ2Ｓ及びＣＯ2の大部分又はそれどころか全ては、吸着剤床内に留まることになり、他方、容器から出るガスは、メタンが富化されることになる。残りの水及び重炭化水素（例えば、エタン）も又、保持されることになる。更に、ベンゼン、トルエン又は他の揮発性有機化合物も又保持されることになる。
【００１４】
吸着剤床がその汚染物質吸着能力の終わりに達すると、圧力を減少させることによりこの吸着剤床を再生するのが良い。これにより、容器は、吸着された成分を放出する。かくして、濃縮汚染物質流がメタン流とは別個に放出される。このように、吸着剤床を次の採取のために再生するのが良い。
【００１５】
大抵のＰＳＡの場合、加圧チャンバ内の圧力を最低周囲圧力まで減少させることにより、硫化水素及び他の汚染物質の大部分が吸着剤床から放出されることになる。場合によっては、圧力スイング吸着システムは、周囲圧力以下の圧力を濃縮汚染物質流に加えるよう真空チャンバの使用により支援されるのが良い。低い圧力が存在している場合、亜硫酸成分、二酸化炭素及び重炭化水素は、吸着剤床を構成している中実マトリックスから完全に脱着することになる。
【００１６】
関連のガス分離技術は、温度スイング吸着、即ち“ＴＳＡ”である。ＴＳＡプロセスも又、ガスが微孔質吸着材料の細孔構造内又はポリマー材料の自由体積内に互いに異なる程度まで吸着される傾向があるという事実を利用している。容器内の吸着剤床の温度を高めると、吸着状態のガス分子が放出され又は脱着される。吸着剤床の温度を容器内で周期的にスイングさせることにより、ＴＳＡプロセスは、混合物中のガスを分離するために利用できる。
【００１７】
温度スイング再生と圧力スイング再生の組み合わせを採用することができる。いずれの場合においても、放出されたメタン富化ガスを必要ならば次の冷凍ユニット中に引き込むと、ＣＯ2成分をパイプライン又はＬＮＧ仕様にすることができる。これにより、残りのＣＯ2は、液化してこれを液体酸性ガス流として除去することができる。オプションとして、更にそれ以上の冷却エネルギーを加えると、液化天然ガス、即ちＬＮＧを生じさせることができる。
【００１８】
吸着剤床システムは、並列に配置された複数の床を利用する場合がある。これら床に例えば活性炭又は分子シーブを詰め込むのが良い。第１の床は、吸着のために用いられる。これは、常用床と呼ばれている。第２の床は、例えば減圧により再生を受け、この間、第１の床は、使用中にある。さらに、第３の床が既に再生されており、この第３の床を第１の床が実質的に飽和状態になったときに吸着システムに用いるために取っておく。かくして、最低３つの床が効率的な操作が得られるよう並列に用いるのが良い。
【００１９】
圧力スイング吸着システムは、迅速サイクル圧力スイング吸着システムであるのが良い。所謂「迅速サイクル」プロセスでは、サイクル時間は、数秒という短いものであるのが良い。迅速サイクルＰＳＡ（“ＲＣＰＳＡ”）ユニットは、このようなユニットが通常のＰＳＡ装置に対して極めてコンパクトなので特に有利であると言える。さらに、ＲＣＰＳＡ接触器は、従来型ＰＳＡと比較して、プロセス強化の著しい向上（例えば、高い動作周波数及び高いガス流速）を可能にすることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
既存のＰＳＡ及びＲＣＰＳＡプロセスは、平衡分離又は温度スイング操作に大きく依存している。これら操作により、長いサイクル時間及び大きな機器フットプリントが生じる。したがって、吸着容器の加熱又は温度スイング操作を不要にして高純度産出物分離が得られるよう圧力スイング吸着を採用したプロセスが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
メタンを天然ガス混合物から分離する方法が本明細書において提供される。このような方法は、１つ又は２つ以上の容器で圧力スイング吸着を採用する。各容器は、メタンに対する汚染物質に関する動的選択度が５を超える値を有する吸着材料を収容している。このように、天然ガス混合物中の汚染物質は、吸着材料内で動的に吸着されたガスになる。汚染物質は、ＣＯ2、Ｈ2Ｓ、Ｈ2Ｏ、重炭化水素、ＶＯＣ又はこれらの組み合わせであるのが良い。
【００２２】
各容器は、ガス入口及び第１のガス出口を有する。更に、各容器は、吸着材料を貫通した少なくとも２つの主フローチャネルを有する。主フローチャネルは、ガス入口と第１のガス出口を流体連通状態にする。
【００２３】
本発明によれば、この方法は、天然ガス混合物をガス分離ユニット中に差し向けるステップを更に有する。この方法は、少なくとも１つの容器を圧力下に置いて天然ガス混合物中の汚染物質が吸着材料に吸着されるようにするステップを更に有する。汚染物質は、圧力下において、吸着材料の表面及びミクロ細孔内に滞留する。
【００２４】
この方法は、次に、少なくとも９５体積％のメタンを含む生成物流を放出するステップを有する。生成物流は、容器の第１のガス出口から放出される。生成物流は、水素、窒素又はこれらの組み合わせを更に含む場合がある。この方法は、容器内の圧力を減少させることにより汚染物質ガスを吸着材料から脱着するステップを更に有する。脱着ステップは、熱を容器に加えることなく行われる。それにより、少なくとも９５体積％の汚染物質ガスを含む排ガス流が送り出される。
【００２５】
好ましくは、放出及び脱着ステップは、１分未満の複合サイクルで行われる。
【００２６】
脱着ステップからの排ガス流は、ガス入口から送り出されるのが良い。変形例として、弁装置が排ガス流をガス出口から送り出すよう構成されても良い。一観点では、少なくとも１つの吸着容器は、ガス入口と第１のガス出口との中間に位置する第２のガス出口を更に有する。この場合、汚染物質ガスを脱着することにより排ガス流の第１の部分を第１のガス出口から放出すると共に排ガス流の第２の部分を第２のガス出口から放出する。
【００２７】
追加的に又は代替的に、幾つかの具体化例では、汚染物質ガスの脱着ステップは、排ガス流の第１の部分を第１の期間中放出すると共に排ガス流の第２の部分を第２の期間中に放出するステップを含む。排ガス流の第１の部分は、少なくとも９８体積％のＣＯ2を含むのが良く、排ガス流の第２の部分は、窒素、水素、メタン、Ｈ2Ｏ又はこれらの組み合わせを含むのが良い。かくして、第１の排ガス流部分と第２の排ガス流部分は、互いに異なる組成を有するのが良い。
【００２８】
天然ガス混合物からメタンを分離する分留容器も又、本明細書において提供される。幾つかの実施例では、この分留容器は、ハウジングを有する。分留容器は、天然ガス混合物をハウジング中に受け入れさせるガス入口及び天然ガス混合物の少なくとも一部分をハウジングから放出する第１のガス出口を更に有する。ガス入口は、天然ガス混合物を少なくとも１００ｐｓｉｇの圧力でハウジング中に受け入れさせる。
【００２９】
分留容器は、ハウジング内に設けられた吸着材料を更に有する。吸着材料は、メタンに対する汚染物質に関する動的選択度が５を超える。このようにすると、汚染物質は、気相で吸着材料内に動的に吸着状態になる。
【００３０】
分留容器は、吸着材料を貫通している少なくとも２つの主フローチャネルを更に有する。主フローチャネルは、ガス入口と第１のガス出口を流体連通状態にする。分留容器は、吸着材料を貫通した少なくとも１つの副フローチャネルを更に有する。副フローチャネルは、主フローチャネルと流体連通状態にある。
【００３１】
一観点では、分留容器は、第２のガス出口を更に有する。第２のガス出口は、ガス入口と第１のガス出口との中間に位置する。第２のガス出口は、容器を脱着させるときに排ガス流の一部分を放出する。
【００３２】
幾つかの具体化例では、少なくとも２つの主フローチャネルの各々は、複数のロッド相互間に且つ複数のロッドの主要軸線に沿って形成される。さらに、複数のロッドは、実質的に等距離間隔を置いて配置され、それにより主フローチャネルに実質的に一様な容積を提供している。
【００３３】
一観点では、少なくとも２つの副フローチャネルは、ロッドのそれぞれに沿って設けられた複数の段付き表面によって形成されている。別の観点では、少なくとも２つの副フローチャネルの各々は、少なくとも２つの主フローチャネルと交差すると共にガス入口と第２のガス出口を流体連通状態にするフローチャネルによって形成されている。
【００３４】
本発明を良好に理解できるように、或る特定の図解、図表及び／又はフローチャートが本明細書に添付されている。しかしながら、図面は、本発明の選択された実施形態のみを示しており、従って、本発明の範囲を限定するものと解されてはならないことは注目されるべきである。というのは、本発明は、他の同様に効果的な実施形態及び用途に利用できる余地があるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の方法で用いることができる圧力スイング吸着容器の斜視図であり、この容器が本発明の動的分留器でもある状態を示す図である。
【図２Ａ】図１の圧力スイング吸着容器のための吸着剤床及びフローチャネルの斜視図であり、主フローチャネルが吸着剤床の主要軸線に沿って吸着剤ロッド相互間に見える図である。
【図２Ｂ】図２Ａの吸着剤床の分解組立図であり、オプションとしての第２のガス出口の露出図を提供し、横方向フローチャネルが容器中に延びた状態で示されていて、副フローチャネルとしての役目を果たしている状態を示す図である。
【図２Ｃ】図２ＡのＣ‐Ｃ線に沿った図２Ａの吸着剤床の縦断面図であり、この場合、一連の段付き表面が吸着剤ロッドに沿って見え、これら段付き表面が副フローチャネルとしての役目を果たしている状態を示す図である。
【図３】図１の圧力スイング吸着容器のための吸着剤床及びフローチャネルの斜視図であり、主フローチャネルが吸着剤床の主要軸線に沿って吸着剤ロッド相互間に見え、横方向フローチャネルが吸着剤床の分解分離部分に示され、これら横方向フローチャネルが副フローチャネルとしての役目を果たしている状態を示す図である。
【図４】図１の圧力スイング吸着容器のための吸着剤床及びフローチャネルの断面図であり、主フローチャネルはこの場合も又、吸着剤床の主要軸線に沿って吸着剤ロッド相互間に見え、この場合、主要軸線が曲線である状態を示す図である。
【図５】天然ガス混合物からメタンを分離する方法のステップを示すフローチャートである。
【図６Ａ】本発明の方法で用いることができる圧力スイング吸着容器の一部分を示す図であり、この場合、回転弁装置が天然ガス混合物を迅速にサイクル動作させるために設けられている状態を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の方法で用いることができる圧力スイング吸着容器の一部分を示す図であり、この場合、非回転弁装置が天然ガス混合物を迅速にサイクル動作させるための回転弁装置に加えて設けられている状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
定義
本明細書で用いられる「炭化水素」という用語は、主として元素としての水素及び炭素（これらが全てであるというわけではない）を含む有機化合物を意味している。炭化水素は、一般に、２つの種類、即ち、脂肪族又は直鎖炭化水素及び環状テルペンを含む環状又は閉リング炭化水素に分類される。炭化水素含有物質の例としては、任意形式の天然ガス、石油、石炭及び燃料として使用でき又は燃料にアップグレードできるビチューメンが挙げられる。
【００３７】
本明細書で用いられる「炭化水素流体」という用語は、気体又は液体である炭化水素又は炭化水素の混合物を意味している。例えば、炭化水素流体は、地層条件において、処理条件において又は周囲条件（１５℃及び１気圧）において気体又は液体である炭化水素又は炭化水素の混合物を含むのが良い。炭化水素流体としては、例えば、石油、天然ガス、炭層メタン、頁岩油（シェールオイル）、熱分解油、熱分解ガス、石炭の熱分解生成物及び気体状又は液体状の他の炭化水素が挙げられる。
【００３８】
本明細書で用いられる「流体」という用語は、気体、液体及び気体と液体の組み合わせ並びに気体と固体の組み合わせ及び液体と固体の組み合わせを意味している。
【００３９】
本明細書で用いられる「凝縮性炭化水素」という用語は、約１５℃及び１絶対気圧で凝縮する炭化水素を意味している。凝縮性炭化水素としては、例えば、炭素数が４を超える炭化水素の混合物が挙げられる。
【００４０】
本明細書で用いられる「地下」という用語は、地球の表面の下に存在する地質学的層を意味している。
【００４１】
本明細書で用いられる「圧力スイング吸着」という用語は、パージサイクルのために圧力の変化を採用した方法（例えば、ＰＳＡ、ＰＰＳＡ、ＲＣＰＳＡ及びＲＣＰＰＳＡ）のうちの任意の１つ又は２つ以上を含むものと理解されるべきである。
【００４２】
本明細書で用いられる「ウェルボア」という用語は、掘削又は地下中への導管の挿入により作られた地下の穴を意味している。ウェルボアは、実質的に円形の断面又は他の断面形状を有する場合がある。本明細書で用いられる「坑井」という用語は、地層中の開口部を意味する場合、用語「ウェルボア」と区別なく用いられる場合がある。
【００４３】
本発明を或る特定の実施形態と関連して本明細書において説明する。しかしながら、以下の詳細な説明が特定の実施形態又は特定の使用に特有である程度まで、このような説明は、例示であるに過ぎず、本発明の範囲を限定するものと解されてはならない。
【００４４】
本発明は、炭化水素ガス流からの望ましくないガス成分の除去のための新規な圧力スイング吸着法（本明細書では、「吸着プロセス」とも称し、これらは区別なく用いられる）に関する。このような成分としては、例えば、ＣＯ2、Ｈ2Ｓ、Ｈ2Ｏ、重炭化水素、ＶＯＣ、メルカプタン又はこれらの組み合わせが挙げられる。これら成分は、天然ガス混合物中の汚染物質である。
【００４５】
選択された特定の実施形態の説明
本発明の方法は、添付の図面の図を参照すると良好に理解できる。まず最初に、図１は、圧力スイング吸着容器１００の斜視図である。容器１００は、天然ガス混合物を受け入れ、このような混合物を少なくとも２つの実質的に純粋な成分に分離する目的で働く接触容器又は「接触器」である。これら成分のうちの１つは、ＣＨ4、即ちメタンである。
【００４６】
地下貯留層からの天然ガス流（原料のままの天然ガス）の組成は、産出現場ごとに様々であろう。原料のままの天然ガス流を構成する場合のある成分の非限定的な例としては、水、凝縮物（高分子量有機物）、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ＣＯ2、Ｎ2、Ｈｅ、Ｈ2Ｓ、Ｈｇ及びメルカプタンが挙げられる。水及び凝縮物は、典型的には、天然ガスを容器１００中に差し向ける前に除去され、そして凝縮物は、製油所に送られる。
【００４７】
容器１００は、細長い圧力格納本体を構成する。容器１００は、ハウジング１０５を有している。好ましくは、容器１０５は、鉄又は鋼で作られている。図１の構成では、容器１００は、実質的に水平の向きで示されている。しかしながら、変形例として、容器１００は、垂直の向きで動作可能である。いずれの場合においても、容器１００は、種々の支持脚部又はパッド１１５を有するのが良い。
【００４８】
容器１００は、天然ガスの処理で利用される入口圧力に対応するよう高圧で動作することができる。例えば、各入口圧力は、２００ｐｓｉｇを超える場合があり、より頻繁には、約１，０００ｐｓｉｇを超え又はそれどころか３，０００ｐｓｉｇを超える場合がある。内部圧力をモニタするため、容器１００は、計器又は他の圧力モニタ装置を有する。代表的な計器が図１に符号１５０で示されている。当然のことながら、最新式の圧力モニタ装置は、主として、弁、クロック及び動作制御ソフトウェアと対話するディジタルシステムとして動作することは言うまでもない。
【００４９】
容器１００は、符号１０２で示されている第１の端部及び符号１０４で示されている第２の端部を有する。ガス入口１１０が第１の端部１０２に設けられ、第１のガス出口１３０が第２の端部１０４に設けられている。オプションとして、第２のガス出口１２０が第１の端部１０２と第２の端部１０４との中間又はガス入口１１０と第１のガス出口１３０との中間に設けられている。
【００５０】
動作原理を説明すると、容器１００は、動的分留器又は吸着剤接触器としての役目を果たす。天然ガス混合物又は供給物流がガス入口１１０を通って容器１００中に導入される。矢印“Ｉ”は、容器１００内への流体の流れを表している。天然ガスを容器１００内で吸着剤床（図１には示されていない）に接触させる。吸着剤床は、動的吸着を利用して汚染物質を捕捉する。それと同時に、吸着剤床は、第１のガス出口１３０を通って天然ガス生成物流を放出する。この構成では、生成物流は、少なくとも９５体積％のメタンを含む。容器１００からの天然ガス生成物流の流れは、矢印Ｏ1で示されている。
【００５１】
理解されるように、容器１００は、大型ガス分離ユニット（図示せず）の一部である。ガス分離ユニットは、吸着剤床の再生及び分離されたガス成分の捕捉を実施するよう必要に応じて弁装置、容器及び計器を含む。再生は、圧力スイング吸着を利用して行われる。より好ましくは、再生は、迅速サイクルＰＳＡを利用して行われる。
【００５２】
図６Ａは、迅速サイクルＰＳＡのために本発明の方法において使用できる圧力スイング吸着容器６００Ａの一部分を示している。この場合、回転弁装置が天然ガス混合物を迅速にサイクル動作させるために設けられている。天然ガス混合物は、矢印Ｉで容器６００Ａに流入している状態で示されている。
【００５３】
弁装置は、第１に、回転マニホルド６１０を有する。このマニホルドは、容器６００Ａの第１の端部６０２の近くで回転する。弁装置は、入口フローチャネル６２０を更に有する。この場合、入口フローチャネル６２０は、マニホルド６１０に対して回転する。
【００５４】
図６Ｂは、迅速サイクルＰＳＡのために本発明の方法で利用できる第２の圧力スイング吸着容器６００Ｂの一部分を示している。この場合、非回転弁装置が天然ガス混合物の迅速サイクル動作のために回転弁装置と一緒に設けられている。
【００５５】
弁装置は、この場合も又、回転マニホルド６１０を有する。このマニホルドは、容器６００Ｂの第１の端部６０２の近くで回転する。弁装置は、入口フローチャネル６２０を更に有する。この場合、入口フローチャネル６２０は、マニホルド６１０に対して往復動する。
【００５６】
図６Ａ及び図６Ｂに示されている弁装置インターフェースは、例示である。理解されるように、回転及び非回転パイプ及びマニホルドの種々の組み合わせを採用できる。さらに、弁装置は、サイクル全体を実施するよう多数の容器マニホルドに利用できるよう拡張可能である。
【００５７】
容器１００及び容器６００Ａ，６００Ｂは、微孔質吸着材料の表面上及びこの吸着材料中の細孔空間に沿って存在する汚染物質を捕捉するよう吸着剤床を利用する。図２Ａは、一具体化例としての吸着剤床２００の斜視図である。この場合、図示の吸着剤床２００は、環状吸着剤リング２０５を有している。吸着剤リング２０５は、図１の容器１００のハウジング１０５の内周部に沿って嵌まるよう寸法決めされている。
【００５８】
吸着剤リング２０５内には複数の吸着剤ロッド２１５が設けられている。吸着剤ロッド２１５は、実質的に吸着剤床２００の長さに沿って延びている。このことは、ロッド２１５が本質的に容器１００の第１の端１０２から第２の端１０４まで延びていることを意味している。フローチャネル２１０が吸着剤ロッド２１５相互間に設けられている。
【００５９】
吸着剤リング２０５及び吸着剤ロッド２１５は、望ましくないガスを優先的に吸着する材料で作られている。望ましくないガスは、ＣＯ2、Ｈ2Ｓ、メルカプタン、気相の状態にある重炭化水素又はこれらの組み合わせである場合がある。
【００６０】
吸着材料は、好ましくは、Ｓｉ：Ａｌ比が、約１：１から約１，０００：１まで、又は好ましくは約１０：１から約５００：１まで、又はより好ましくは約５０：１から約３００：１までの８リング型ゼオライト（8-ring zeolite）から選択される。本明細書で用いられる「Ｓｉ：Ａｌ比」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を意味している。サワーガスの捕捉のための好ましい８リング型ゼオライトとしては、ＤＤＲ、Ｓｉｇｍａ‐１及びＺＳＭ‐５８が挙げられる。重炭化水素の除去のための適当な孔径を備えたゼオライト材料としては、ＭＦＩ、ファージャサイト（faujasite）、ＭＣＭ‐４１及びＢｅｔａが挙げられる。重炭化水素除去のために利用されるゼオライトのＳｉ：Ａｌ比は、吸着剤の過度のファウリングを阻止するためには約２０：１から約１，０００：１まで、好ましくは約２００：１から約１，０００：１までであることが好ましい。
【００６１】
脱水供給物流が硫化水素を含んでいる場合、吸着剤をスタノシリケートと調合することが有利な場合がある。具体的に言えば、８リング型ゼオライトは、スタノシリケートを含んだ状態で作られるのが良い。８リング型材料のこのクラスの動的選択度により、Ｈ2Ｓを迅速にゼオライト結晶中に移すことができ、他方、メタンの移動は阻止される。これにより、Ｈ2Ｓとメタンの混合物からのＨ2Ｓの選択的分離が向上する。
【００６２】
ゼオライトは、吸着剤リング２０５及び吸着剤ロッド２１５中に任意適当な形態で存在する場合がある。例えば、ゼオライト材料は、吸着材料を形成するよう詰め込まれたビードの形態をしている場合がある。スイング吸着法のための吸着剤ビード又は凝集体は、当該技術分野において知られており、球形又は不規則形状を含む任意適当な形状のものであって良い。微孔質ゼオライト結晶を結合剤と一緒にくっつけることによって吸着剤凝集体を形成することができる。ミクロ細孔は、ゼオライト、この場合好ましくは８リング型ゼオライトの結晶構造に起因して存在する。結合剤は、代表的には、吸着特性を備えていないが、ゼオライト結晶を結合させるために用いられる高密度材料である。結合剤粒子のサイズは、効率的に機能するためには、個々のゼオライト結晶のサイズよりも小さくなければならない。
【００６３】
圧力スイング吸着法の実施中、供給物流“Ｉ”は、接触器１００内に注入され、そして吸着材料を横切って通される。好ましくは、吸着材料は、８リング型ゼオライト材料である。８リング型ゼオライトにより、ＣＯ2（又は他のサワーガス成分）は、ＣＯ2及びメタンの単一成分拡散係数の比（即ち、ＤCO2／ＤCH4）が５を超え、好ましくは約１０を超え、より好ましくは約５０を超え、更により好ましくは１００を超えるような仕方で８リング型窓を通って内部細孔構造に接近することができる。供給物流がＨ2Ｓを含んでいる場合、８リング型ゼオライトにより、Ｈ2Ｓは、Ｈ2Ｓ及びメタンの単一成分拡散係数の比（即ち、ＤH2S／ＤCH4）が５を超え、好ましくは約２０を超え、より好ましくは約５０を超え、更により好ましくは１００を超えるような仕方で８リング型窓を通って内部細孔構造に接近することができる。
【００６４】
単一成分拡散係数は、吸着等温線に関するヘンリーの法則の形式において純粋ガスについて測定された輸送拡散係数であるとみなされる。ゼオライト中への分子の装填は、ヘンリーの法則の形態では低く、この形態では、フィック及びステファン‐マクスウェル拡散係数がほぼ等しい。拡散係数の分析を裏付ける数学的表現については以下により十分に説明する。
【００６５】
吸着剤床２００の幾つかの具体化例では、磁性材料が吸着剤ロッド２１５中に混ぜ込まれる場合がある。例えば、各ロッド２１５は、内部ボアを有するのが良く、磁性材料が内部ボアに沿って配置されるのが良い。この場合、ロッド２１５は、詰め込み中、磁界又は電磁界を受ける場合がある。磁界により、ロッド２１５は、互いに反発し、それによりロッド２１５相互間に一様な間隔が確保される。ロッド２１５の一様な詰め込みは、動的な且つ迅速サイクル動作の吸着プロセスにとって特に重要であり、その結果、ガス成分が別のフローチャネルよりも或る１つのフローチャネル２１０を通って優先的に駆動されることがないようになっている。
【００６６】
一観点では、磁界又は電磁界が各吸着剤装填サイクル中に加えられる。これは、ロッド２１５の離隔を助ける。さらに、磁界の印加により、ゼオライト材料の均等な配向状態が得られる。オプションとして、磁界をサイクルそれ自体の間に加えても良い。
【００６７】
再び図２Ａを参照すると、環状吸着剤リング２０５内に且つ吸着剤ロッド２１５相互間に複数のフローチャネルが設けられている。フローチャネルは、符号２１０で示されている。フローチャネル２１０は、吸着剤床２００の主要軸線に沿って延びる主要フローチャネルを構成している。
【００６８】
フローチャネル２１０は、「並列チャネル型接触器」と呼ばれる一種の構造化吸着剤接触器を形成する。並列チャネル型接触器は、実質的に平行なフローチャネルが吸着剤構造体中に組み込まれた構造化（工学的に設計された）吸着剤を含む吸着剤接触器のサブセットである。フローチャネル２１０は、種々の手段で形成でき、これらのうちの幾つかは、米国特許出願公開第２００８／０２８２８８７号明細書（発明の名称：Removal of CO2, N2, and H2S from Gas Mixtures Containing Same）に記載されている。
【００６９】
環状リング２０５及びロッド２１５を形成する吸着材料は、２つ又は３つ以上のガス成分に関する「動的選択度」を有している。本明細書で用いられる「動的選択度」という用語は、２つの互いに異なる化学種についての単一成分拡散係数Ｄ（単位は、ｍ2／秒）の比として定義される。単一成分拡散係数は、所与の純粋ガス成分に関する所与の吸着剤について測定されたステファン‐マクスウェル輸送拡散係数としても知られている。したがって、例えば、成分Ｂに対する成分Ａについての特定の吸着剤に関する動的選択度は、ＤA／ＤBに等しい。
【００７０】
材料に関する単一成分拡散係数を吸着材料技術分野において知られている試験によって求めることができる。動的拡散係数を測定する好ましい手法は、レイエス，他（Reyes, et al.），「フリクエンシー・モジュレーション・メソッド・フォア・ディフュージョン・アンド・アドソープション・メジャーメンツ・イン・ポーラス・ソリッズ（Frequency Modulation Methods for Diffusion and Adsorption Measurements in Porous Solids）」，ザ・ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリーＢ１０１（J. Phys. Chem. B１０１），１９９７年，ｐ．６１４‐６２２に記載された周波数応答技術によるものであり、この非特許文献を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。容器１００に関する動的に制御された分離では、第２の成分（例えば、メタン）に対する第１の成分（例えば、ＣＯ2）に関する選択された吸着剤の動的選択度（即ち、ＤA／ＤB）が５を超えることが好ましい。
【００７１】
本明細書で用いられる「選択度」という用語は、供給物流中の成分のモル濃度と特定のシステム動作条件及び供給物流組成のもとでプロセスサイクルの吸着ステップ中に特定の吸着剤により吸着されたこれら成分のモルの総数についての２進比較に基づいている。成分Ａ、成分Ｂ及びオプションとして追加の成分を含む供給物の場合、成分Ｂよりも成分Ａの方が大きな「選択度」を有する吸着剤は、スイング吸着プロセスサイクルの吸着ステップの終わりに、次の比を有することになり、即ち、
ＵA＝（吸着剤中のＡの総モル数）／（供給物中のＡのモル濃度）であり、この比は、
ＵB＝（吸着剤中のＢの総モル数）／（供給物中のＢのモル濃度）という比よりも大きく、
上式において、ＵAは、「成分Ａの吸着量」であり、ＵBは、「成分Ｂの吸着量」である。したがって、成分Ｂに対する成分Ａに関する選択度が１を超える吸着剤の場合、
選択度＝ＵA／ＵB（但し、ＵA＞ＵB）。
【００７２】
天然ガス供給物流中の種々の成分の比較のうちで、吸着剤中にピックアップされた総モル数と供給物流中のそのモル濃度の最も小さな比を備えた成分は、スイング吸着法における最も軽い成分である。軽い成分は、吸着プロセスにおいて吸着剤により優先的に拾い上げられることのない化学種又は分子成分であるとみなされる。これは、吸着ステップ中に出る流れ中の最も軽い成分のモル濃度が供給物流中のその最も軽い成分のモル濃度よりも高いことを意味している。本発明では、吸着剤接触器１００は、第２の成分（例えば、メタン）に対する第１の成分（例えば、ＣＯ2）に関する選択度が少なくとも５であり、より好ましくは、第２の成分に対する第１の成分に関する選択度が少なくとも１０であり、最も好ましくは、第２の成分に対する第１の成分に関する選択度が少なくとも２５である。
【００７３】
注目されるように、２種類又は３種類以上の汚染物質を同時に除去することが可能であるが、便宜上、選択的吸着により除去されるべき１つ又は複数の成分を大抵は本明細書においては単一成分又は重成分と称する。
【００７４】
軽成分の回収率は、相対的流量によっても特徴付けられる。メタンの回収率は、生成物流（第１の入口１３０にＯ1で示されている）中のメタンの時間平均モル流量を供給物流（ガス入口１１０として示されている）中のメタンの時間平均モル流量で除算した値として定義できる。同様に、二酸化炭素及び他の重成分の回収率は、汚染物質流（第２のガス出口１２０にＯ2で示されている）中の重成分の時間平均モル流量を供給物流（ガス入口１１０として示されている）中の重成分の時間平均モル流量で除算した値として定義される。
【００７５】
ガス分離プロセスの効率を高めるため、本発明では、副フローチャネルを容器１００内に提供することが提案される。副フローチャネルは、ロッド２１５に沿う吸着材料の露出表面積を増大させる。
【００７６】
図２Ｂは、図２Ａの吸着剤床２００の分解組立図である。吸着剤床２００は、オプションとしての第２のガス出口１２０を横切って切断されている。この場合も又、吸着剤床２００を貫通して延びる主フローチャネル２１０が見える。更に、横方向フローチャネルが符号２２０で示されている。横方向フローチャネル２２０は、副フローチャネルとしての役目を果たす。フローチャネル２２０は、部分的に吸着剤床２００中に延びた状態で示されている。しかしながら、横方向フローチャネル２２０は、オプションとして、環状吸着剤リング２０５の周囲に沿ってぐるりと大部分にわたって延びるのが良い。
【００７７】
図２Ｂの構成では、単一の副フローチャネル２２０しか示されていない。しかしながら、吸着剤床２００は、複数の副フローチャネル２２０を有することができる。これら副フローチャネルは、オプションとして、第２のガス出口１２０に集まる流れと一緒にマニホルド連結されるのが良い。
【００７８】
図２Ｃは、図２Ａの吸着剤床２００の縦断面図である。この図は、図２ＡのＣ‐Ｃ線に沿った断面である。長手方向吸着剤ロッド２１５が図２Ｃに示されている。更に、主フローチャネル２１０がロッド２１５相互間に見える。
【００７９】
一連の段付き表面２２５が吸着剤ロッド２１５に沿って見える。段付き表面２２５は、副フローチャネルとしての役目も果たす。段付き表面２２５に代えて、表面２２５は、螺旋又は渦巻き状表面であっても良い。いずれの構成においても、段付き表面２２５は、表面積を増大させると共に大型且つ高価な熱伝達ユニットを必要としないで動的選択度を高めるよう横方向フローチャネル２２０に加えて又はこれに代えて用いられるのが良い。
【００８０】
主フローチャネル２１０及び副フローチャネル２２０，２２５は、接触器２００内に設けられていて、ガスを流通させることができる経路を提供する。一般に、フローチャネル２１０，２２０，２２５は、比較的大きな表面積と結合された比較的低い流れ抵抗をもたらす。フローチャネル長さは、所望の物質移動ゾーンを提供するのに十分であるべきであり、このフローチャネル長さは、少なくとも、流体速度及び表面積とチャネル容積の比の関数である。
【００８１】
フローチャネル２１０，２２０，２２５は、好ましくは、容器１００内における圧力降下を最小限に抑えるよう構成されている。かくして、曲がりくねった流路が最小限に抑えられ又は回避されている。床２００前後で生じる圧力降下が大きすぎる場合、高い、例えば１００ｃｐｍを超えるオーダのサイクル周波数が容易には達成されない。更に、ロッド２１５は、或る程度のチャネル一様性を生じさせるよう等間隔を置いて配置されることが好ましい。
【００８２】
一観点では、フローチャネル２１０は、一般に、クロスフローが殆どなく又は全く生じないよう分割される。この場合、チャネル２１０に接触器１００の第１の端部１０２のところで流入する流体フローフラクションは、別のチャネル２１０に第１の端部１０２のところで流入する任意他の流体フラクションとそれほど交わることはなく、最終的には、これらフラクションは、第２の端部１０４のところで出る際に再結合する。この構成では、主フローチャネル２１０の容積は、チャネル２１０の実質的に全てが十分に利用されているようにすると共に接触器容器１００の内容積部により定められる物質移動ゾーンが実質的に等しく収容されるようにするよう実質的に等しい。
【００８３】
フローチャネル２１０の寸法を接触器容器１００に沿う圧力降下を検討することによりコンピュータ計算することができる。フローチャネル２１０は、約５〜約１，０００ミクロン、好ましくは約５０〜約２５０ミクロンのチャネル隙間を有することが好ましい。本明細書で用いられるフローチャネル２１０の「チャネル隙間」という用語は、流路に直角に見てフローチャネル２１０の最小寸法を横切る線の長さとして定義される。例えば、フローチャネル２１０の断面が円形である場合、チャネル隙間は、円の内径である。しかしながら、チャネル隙間の断面が長方形である場合、フロー又はチャネル隙間は、長方形の２つの最も長い辺（長辺）に垂直であり且つこれらを結ぶ線の距離（即ち、長方形の最も短い辺（短辺）の長さ）である。
【００８４】
注目されるべきこととして、主フローチャネル２１０は、任意断面形状又は幾何学的輪郭形状のものであって良い。図２Ａ及び図２Ｂでは、主フローチャネル２１０は、星型である。形状とは無関係に、吸着材料の体積と吸着剤接触器１００内のフローチャネル容積の比は、約０．５：１から約１００：１まで、より好ましくは約１：１から約５０：１までであることが好ましい。
【００８５】
幾つかの圧力スイング用途では、特にＲＣＰＳＡ用途では、フローチャネルは、吸着剤シートが互いに貼り合わされたときに形成される。シート内のフローチャネルは、スペーサ又はスペーサとして働くメッシュを有するであろう。しかしながら、スペーサは、スペースを非常に多く必要とする。したがって、貼り合わせシートは、本発明の接触器１００及び関連の方法では望ましい訳ではない。
【００８６】
貼り合わせシートに代えて、吸着剤ロッドを貫通して複数の小径の横方向副フローチャネルを機械加工により形成するのが良い。図３は、図１の圧力スイング吸着容器用の吸着剤床３００を改造構成で示す斜視図である。吸着剤床３００は、外面３０５を有する。外面３０５は、図１の容器１００のハウジング１０５の内周部に沿って嵌まるよう寸法決めされている。
【００８７】
主フローチャネル３１０が一体形吸着材料３１５中に設けられている。主フローチャネル３１０は、吸着剤床３００の主要軸線に沿って形成されている。しかしながら、吸着剤ロッドに沿う表面積を一段と増大させるため、小径の横方向チャネル３２０が一体形吸着材料３１５を貫通して形成されている。これらチャネルは、副フローチャネル３２０としての役目を果たす。
【００８８】
副フローチャネル３２０は、例えば直径が約２５ミクロン以下の極めて細い管状チャネルであるのが良い。副フローチャネル３２０は、吸着剤ロッド３１５を完全に分断するほど大径ではない。このように、スペーサを支持する必要性が回避される。
【００８９】
副フローチャネル３２０は、主フローチャネル３１０相互間の圧力均衡を容易にする。生産性とガス純度の両方は、過度のチャネル不整合が存在する場合には不利になる場合がある。この点に関し、或る１つのフローチャネルが隣のフローチャネルよりも大径である場合又は別のフローチャネルよりも多くのガス流を受け入れる場合、時期尚早な製品ブレークスルーが起こる場合がある。これにより、製品ガスの純度の低下が受け入れることができないほどの純度レベルになる。さらに、毎分約５０サイクル（ｃｐｍ）以上のサイクル周波数で動作する装置は、これよりも低い毎分のサイクル数で動作する装置よりも高いフローチャネル一様性及び低い圧力降下を必要とする。
【００９０】
次に図１及び図２に戻ってこれらを参照すると、図１の容器１００は、筒体として示されており、この容器内の吸着剤ロッド２１５は、管状部材として示されている。しかしながら、スイング吸着プロセス機器に用いられるのに適した他の形状を採用することができる。容器構成の非限定的な例としては、一端から他端まで延びる複数の実質的に平行なチャネルを備えた種々の形状のモノリス（一体物）、複数の管状部材、間にスペーサを備えた吸着剤シートの積み重ね層、中空ファイバの多層螺旋ロール又は束及び実質的に平行な中実ファイバの束が挙げられる。
【００９１】
図４は、変形構成例としての圧力スイング吸着容器４００の断面図である。この構成では、容器４００は、半円形である。容器４００は、この場合も又、細長い圧力格納本体を構成している。容器４００は、ハウジング４０１を有する。好ましくは、ハウジング４０１は、鉄又は鋼で作られている。
【００９２】
容器４００は、符号４０２で示されている第１の端部及び符号４０４で示されている第２の端部を有する。ガス入口４１０が第１の端部４０２に設けられ、第１のガス出口４３０が第２の端部４０４に設けられている。オプションとして、第２のガス出口４２０が第１の端部４０２と第２の端部４０４との中間又はガス入口４１０と第１のガス出口４３０との中間に設けられている。
【００９３】
複数の吸着剤ロッド４１５が容器４００の主要軸線に沿って設けられている。換言すると、ロッド４１５（又はファイバ）は、容器４００の曲線形状に適合している。好ましくは、吸着剤リング４０５も又、容器４００内に且つその内面に沿って設けられている。吸着剤ロッド４１５相互間には、主フローチャネル４５０が設けられている。脱水状態の原料のままのガス流がガス分離のために主フローチャネル４５０を通って流れる。
【００９４】
図４には、５本の吸着剤ロッド４１５が示されているが、理解されるように、容器４００は、数十本又はそれどころか数百本又はそれどころか数千本の小径ロッド４１５を収容する。ロッド４１５相互間の主フローチャネル４５０は、直径が好ましくは５０〜１００ミクロンである。
【００９５】
理解されるように、図４の構成では、弁装置インターフェース（例えば、回転又は非回転弁装置インターフェース）とインターフェースを取るポートの別々の互いに平行なマニホルドを多数の吸着剤ホルダの両側に配置するのが良く、かくして、死空間（デッドボリューム）を生じさせる空の連結管を用いることなく、サイクルを吸着材料に送ることができる。また、理解されるように、図３に示されているようにフローチャネル４５０及びロッド４１５の配置場所を逆にしても良い。
【００９６】
図４の容器４００では、副フローチャネルも又設けられている。これら副フローチャネルは、図２Ｂの横方向チャネル２２０、図２Ｃの段付き（又は、螺旋状）表面２２５又はこれら両方によるものであるのが良い。これら構成例のいずれにおいても、吸着材料を容器２００／４００及びロッド２１５／４１５に被着させるのが良い。変形例として、ロッド２１５／４１５は、吸着材料から直接適当な結合剤により形成されても良い。吸着剤に結合剤を加えて直接形成される幾何学的形状の一例は、モノリスの状態へのゼオライト／ポリマー複合材の押し出しである。吸着剤から直接形成される幾何学的形状の別の例は、ゼオライト／ポリマー複合材から作られた押し出し又はスパン中空ファイバである。
【００９７】
好ましい圧力スイング吸着法では、ガス状混合物を第１の容器内の第１の吸着床上を通す。軽成分富化生成物流が少なくなった状態で床から出、他方、汚染物質又は重成分は床中に吸着されたままである。所定の時間後又は変形例として汚染物質又は重成分のブレークスルーが観察されると、ガス状混合物の流れを浄化が続くようにするために第２の容器内の第２の吸着床に切り替える。第２の床が吸着使用状態にある間、吸着された汚染物質又は重成分は、減圧によって第１の吸着床から除去される。幾つかの実施形態では、圧力の減少に伴って、重成分を脱着するのを助けるガスの逆流が生じる。容器内の圧力を減少させると、床内に先に吸着された重成分は、順次脱着されて重成分富化生成物流になる。脱着が完了すると、吸着床を不活性ガス流、例えば窒素又はプロセスガスの浄化流でパージするのが良い。
【００９８】
第１の床を再生してこれが再びいつでも吸着使用可能な状態になった後、ガス状混合物の流れを第２の床から第１の床に切り替え、そして第２の床を再生する。全サイクル時間は、ガス状混合物を、まず最初に、第１のサイクルにおいて第１の床に導いた時点からガス状混合物が最初にすぐ次のサイクルにおいて、即ち、第１の床の１回の再生後に第１の床に導いた時点までの長さである。第２の容器に追加して第３、第４、第５等の容器を用いることは、床に関する吸着サイクル時間が床に関する脱着及びパージサイクルのためのサイクル時間よりも短い場合にサイクル時間を長くするのに役立ち得る。
【実施例】
【００９９】
接触器容器１００の使用を説明するため、動的迅速サイクル圧力スイング脱着（ＲＣＰＳＡ）法のモデルに基づいて実施例が提供されている。このモデルは、連続向流定常状態（ＣＣＳ）と呼ばれる。実施例においては、水素、メタン及び二酸化炭素を含む供給物流が仮想容器内に導入される。次に、２つの別々の生成物流が放出され、１つは、吸着剤装填後における生成物流（１）を表し、もう１つは、パージ又はブローダウン後における生成物流（２）を表している。
【０１００】
ＣＣＳモデルは、プロセスがその定期的定常状態に達したときにＲＣＰＳＡユニットを出る分離状態の生成物流の組成の計算に入れている。ＣＣＳ表示は、周期的状態では、ＲＣＰＳＡが製品の一定組成（即ち、純度）を生じさせるという観察結果を利用している。任意の個々のサイクルにわたり、吸着剤床上への付着物（即ち、吸着材料）は、生成物流について２つの固定された極値相互間を揺れ動く。ＣＣＳシミュレーションにより、同時微分方程式の解として周期的状態の軸方向プロフィール及び製品組成を計算する。このモデルは、技術文献、例えばエム・スズキ（M. Suzuki），アメリカン・インスティテュート・オブ・ケミカル・エンジニアズ・シンポジウム・シリーズ８１（AIChE Symposium Ser. 81），（２４２），１９８５年，ｐ．６７、及びファルーク（Farooq），ルスベン（Ruthven），アメリカン・インスティテュート・オブ・ケミカル・エンジニアズ・ジャーナル（AIChE J.），３６（２），１９９０年，ｐ．３１０において議論されている。
【０１０１】
この方式を用いて、成分ガス分離の実施例を実演する。
【０１０２】
（実施例１）
最初に、非温度スイングＰＳＡ（即ち、熱的ステップが行われない）を用いた動的分離が表１に示されている。分離により、ＣＯ2、ＣＨ4及びＨ2を含む供給物流から高純度でＣＯ2及びＣＨ4の回収が可能である。
【０１０３】
この分離では、供給物流は、２５体積％のＣＯ2、７２体積％のＣＨ4及び残りの３．０体積％のＨ2を含んでいる。成分は、吸着材料に対する動的分離、例えば、Ｔａｋｅｄａ３Ａ炭素分子シーブにより分離される。吸着中、二酸化炭素が分子シーブ上に吸着され、他方、メタン及び水素は、第１の生成物として放出される。
【０１０４】
表１で理解できるように、生成物流（１）に示されている第１の生成物は、９５．０％ＣＨ4を含む。これは、高純度の流れを表している。生成物流（２）に示されている第２の生成物は、パージサイクル中回収される。生成物流（２）は、９９．７６体積％のＣＯ2を含む。これも又、高純度の流れを表している。
2014500791.tif 000003
【０１０５】
表１に示されている純度及び回収率は、１９９１年に欧州特許第０４２６９３７号明細書で公開されたウラノ等（Urano, et al.）により意図的に達成された純度及び回収率と同等である。この欧州特許は、サイボ・ガス・カンパニー・リミティッド（Saibo Gas Co., Ltd.）及びミツビシ・ペトロケミカル・エンジニアリング・カンパニー・リミティッド（Mitsubishi Petrochemical Engineering Co., Ltd.）により共有されている。ウラノ等は、以下の分離方式をクレーム請求している。
2014500791.tif 000004
【０１０６】
しかしながら、ウラノ等は、熱的又は温度ステップを利用している。これとは対照的に、本発明の方法は、迅速サイクル運動学を利用して、再生中、温度スイングを用いないで実質的に同一の分離を行うことができる。したがって、ウラノ等が必要としているような熱交換器及び関連機器が不要である。本発明の方法は、機器を少なくした状態で高い物質移動及び動的サイクル動作を利用することができる。
【０１０７】
（実施例２）
本明細書において、ガス成分分離の第２の実施例も又提供される。この追加の実施例では、この場合も又、非温度スイングＰＳＡ（即ち、熱的又は温度ステップなし）を利用した動的分離が提供され、その結果が表３に示されている。このような分離により、ＣＯ2、ＣＨ4及びＨ2を含む供給物流からＣＯ2及びＣＨ4を高純度で回収することができる。
【０１０８】
この分離では、供給物流は、５０．０体積％のＣＯ2、４８．５体積％のＣＨ4、及び残りの１．５体積％のＨ2を含んでいる。この場合、この実施例２における供給物流は、実施例１と比較してＣＯ2の相対量の２倍を含んでいることが注目される。成分は、この場合も又、成分は、吸着材料に対する動的分離、例えば、Ｔａｋｅｄａ３Ａ炭素分子シーブにより分離される。吸着中、二酸化炭素が分子シーブ上に吸着され、他方、メタン及び水素は、第１の生成物として放出される。
【０１０９】
生成物流（１）に示されている第１の生成物は、９６．０４％ＣＨ4を含む。これは、高純度の流れを表している。生成物流（２）に示されている第２の生成物は、パージサイクル中回収される。表２に示されているように、生成物流（２）は、９９．９５体積％のＣＯ2を含んでいる。これは、極めて高い純度の流れを表している。
【０１１０】
この場合も又、表３の純度は、表２に示されているウラノ等により達成された純度とほぼ同じである。しかしながら、開示したプロセスは、迅速サイクル運動学を利用して、ウラノ等の必要とする熱的又は温度ステップ及び関連機器を用いないで同一の分離を行うことができる。
2014500791.tif 000005
【０１１１】
また、成分分離を予測すると共にＰＳＡ接触器を設計する別個のモデルを用いることができる。このモデルは、吸着等温線を利用している。この点に関し、良好に設計された動的に制御されるスイング吸着法の場合、吸着材料のミクロ細孔中の重成分の量を接触器内のその局所気相濃度と平衡状態にある重成分の吸着等温線から近似的にコンピュータ計算することができる。同様に、良好に設計された平衡制御スイング吸着法の場合、ミクロ細孔中の重成分の量を接触器内の重成分及び軽成分の局所気相と平衡状態にある重成分及び軽成分の競合的吸着等温線から近似的にコンピュータ計算することができる。これら近似は、良好に設計されたスイング吸着法では、接触器が接触器のミクロ細孔中の気相と吸着相との間の良好な物質移動特性を提供するので、可能である。
【０１１２】
接触器のマクロ細孔又は自由容積部内の重成分の達成可能な最大装填量は、ｑsと呼ばれる（ｑsについての単位は、微孔質又はポリマー材料のミリモル／ｍ3である）。低圧では、重成分に関する吸着等温線は、通常、ヘンリーの法則に従う。したがって、微孔質又はポリマー材料中に吸着される重成分の量は、次式で表せる。
ｑHeavy＝ＫHeavyＰHeavyｑs（単位は、ミリモル／ｍ3）
上式において、
ＫHeavyは、ヘンリーの定数であり、
ＰHeavyは、重成分の部分圧力である。
ヘンリーの定数（ＫHeavy）は、温度に依存し、通常、次式に従って変化する。
2014500791.tif 000006
上式において、
Ｋ0は、プレエキスポネンシャル（pre-exponential ）であり、
ΔＨは、吸着熱（単位、ジュール／モル）である。
【０１１３】
動的制御式スイング吸着法に関する選択度及び回収率を向上させるため、入口温度及び入口圧力は、吸着ステップの終了時に、供給物流が接触器に導入される箇所の近くにおけるミクロ細孔内への重成分の装填量は、０．１５ｑsを超え、好ましくは０．３ｑsを超え、更により好ましくは０．６ｑsを超えるよう選択されるべきである。この要件により、入口圧力には下限が課され、入口温度には上限が課される。吸着剤のミクロ細孔内への重成分の装填量の増大につれ、接触器内に選択的に吸着される材料の量が増加し、吸着ステップで選択的に放出できる材料の量が増加する。装填量をこの範囲を超えて著しく増大させると、軽成分の回収率が減少する。というのは、吸着等温線の勾配が圧力の増大につれて減少しがちだからである。
【０１１４】
軽成分の回収率を最大にするため、供給物流が接触器に導入される箇所の近くにおいて、重成分に関する吸着等温線の勾配は、次式であるに足るほど大きいことも又好ましい。
2014500791.tif 000007
上式において、α＝１／５０、又はより好ましくはα＝１／２５、又はより好ましくはα＝１／８である。
この不等性により、入口圧力には上限が課され、入口温度には下限が課される。したがって、これら要件は、軽成分の回収率が最適化される供給物流の温度及び圧力に関する窓（即ち、最大及び最小）を定める。この窓は、天然ガス分離において重要である。というのは、幾分かの天然ガスが通常、１，５００〜７，０００ｐｓｉの圧力で産出されるからである。これら供給物圧力は、通常、非常に高いのでスイング吸着分離において軽成分として作用するメタンに関する最適回収率窓内に収まることができない。
【０１１５】
ここで注目されるように、有効拡散率比又は選択度を固有拡散率と平衡等温線の勾配の両方を考慮に入れる仕方で表すことができる。平衡等温線の勾配は、次の通りである。
2014500791.tif 000008
上式において、
Δｑは、成分の装填量の変化であり、
Δｃは、その成分の濃度の変化である。
この勾配は、低成分濃度におけるヘンリーの定数と同一である。
【０１１６】
化学種２に優先する吸着剤による化学種１の有効拡散率比（又は選択度）（この場合、化学種１は「重」、例えば、ＣＯ2であり、化学種２は「軽」、例えばＣＨ4である）を導き出すことができ、その結果は次の通りである。
2014500791.tif 000009
上式において、
Ｄ１は、重化学種の拡散率であり、
Ｄ２は、軽化学種の拡散率であり、
Ｄ１／Ｄ２は、関心のある動的吸着剤に関する取り込み速度の差を評価する固有拡散率比である。この値は、１００〜５００のオーダである場合があり、場合によってはこれよりもはるかに大きい。
Ｓｌｏｐｅ２（勾配２）は、軽化学種の濃度の変化量である。
Ｓｌｏｐｅ１（勾配１）は、重化学種の濃度の変化量である。
【０１１７】
勾配の比
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の控えめな値（典型的なヘンリーの領域を用いる）は、関心のある動的吸着剤について０．３のオーダのものである。したがって、選択度は、１００×０．３×０．３＝９のオーダのものである。注目されるように、軽化学種が吸着傾向が小さくなった場合（即ち、Ｓｌｏｐｅ２が減少した場合）、そのＤ２値も又、取り込みの減少を反映するよう減少する。
【０１１８】
天然ガスをターボ膨張機で事前調整することによって大抵の重成分（例えば、ＣＯ2、Ｎ2及びＨ2Ｓ）分離のために最適軽成分回収窓に接近することが可能である。ターボ膨張機は、ガス膨張からエネルギーを回収する。次に、ガス膨張から回収されたエネルギーを発電のために用いることができ又は分離された酸性ガス成分（例えば、ＣＯ2又はＨ2Ｓ）を再圧縮するのを助けるよう用いることができ、その結果、このような酸性ガス成分を地下地層中に処分することができる。ＣＯ2及びＨ2Ｓの処分／隔離に適した地下地層としては、注入された酸性ガス成分の相当な損失を阻止するトップシールを備えた帯水層、油層、ガス層、劣化油リザーバ及び劣化ガスリザーバが挙げられる。
【０１１９】
代表的には、酸性ガス注入のためには、分離したＣＯ2及びＨ2Ｓを２，０００ｐｓｉを超える圧力、多くの場合、５，０００ｐｓｉを超える圧力まで再圧縮しなければならない。かくして、再圧縮のためにターボ膨張機から回収したエネルギーを再使用できることが有用である。ターボ膨張機のコストは、同じ量の電力を生じさせるガス燃焼タービンよりも少ない。したがって、ターボ膨張機を使用して最適メタン回収窓のために天然ガスを調整するために用いられるガス膨張からエネルギーを捕捉することが経済的に有利である。このエネルギーをシャフト結合発電機かシャフト結合圧縮機かのいずれかによって回収することができる。
【０１２０】
上述の技術及び改良型接触容器１００，６００Ａ，６００Ｂを利用して、本明細書において、天然ガス混合物からメタンを分離する方法５００が提供されている。図５は、天然ガス混合物からメタンを分離する方法５００のステップを示すフローチャートである。この方法５００は、パージサイクル中、容器の熱的加熱を行わないで１つ又は２つ以上の容器内での圧力スイング吸着を採用している。
【０１２１】
このような方法５００で用いられる圧力スイング吸着という用語は、従来型圧力スイング吸着（ＰＳＡ）並びに所謂部分圧力スイング又は置換パージ吸着（ＰＰＳＡ）技術を含む。スイング吸着法は、オプションとして、迅速サイクルで実施されるのが良く、この場合、スイング吸着法は、迅速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）及び迅速サイクル部分圧力スイング又は置換パージ吸着（ＲＣＰＰＳＡ）技術と呼ばれる。
【０１２２】
方法５００は、まず最初に、天然ガス混合物をガス分離ユニット中に差し向けるステップを有する。これは、ボックス５１０に示されている。ガス分離ユニットは、少なくとも１つの圧力スイング吸着容器を有する。容器は、メタンに対する汚染物質に関する動的選択度が５を超える吸着材料を利用している。汚染物質は、ＣＯ2、Ｈ2Ｓ、Ｈ2Ｏ、重炭化水素、ＶＯＣ又はこれらの組み合わせであるのが良い。
【０１２３】
各容器は、ガス入口及び第１のガス出口を有する。更に、各容器は、吸着材料を貫通した少なくとも２つの主フローチャネルを有する。主フローチャネルは、ガス入口と第１のガス出口を流体連通状態にする。
【０１２４】
このような容器は、これらが吸着材料を貫通した少なくとも２つの副フローチャネルを更に有している点で特徴的である。副フローチャネルは、主チャネルと流体連通状態にある。副フローチャネルは、吸着材料の表面積を増大させ、それにより吸着効果が高められている。
【０１２５】
幾つかの具体化例では、少なくとも２つの主フローチャネルの各々は、複数のロッドで形成されると共に／或いはこれら複数のロッドの主要軸線に沿って形成されている。複数のロッドは、実質的に等距離間隔を置いて配置され、それにより主フローチャネルに実質的に一様な容積を提供している。一実施形態では、少なくとも２つの副フローチャネルは、ロッドのそれぞれに沿って設けられた複数の段付き表面又は螺旋状表面によって形成されている。変形例として、少なくとも２つの副フローチャネルの各々は、少なくとも２つの主フローチャネルと交差すると共にガス入口と第２のガス出口を流体連通状態にするフローチャネルによって形成されている。好ましくは、少なくとも２つの副フローチャネルは、少なくとも２つの主フローチャネルに対して横方向である。
【０１２６】
方法５００は、少なくとも１つの容器を圧力下に置いて天然ガス混合物中の汚染物質が吸着材料に吸着されるようにするステップを更に有する。これは、ボックス５２０に示されている。方法５００によれば、天然ガス混合物中の汚染物質は、吸着材料中に気相で動的に吸着状態になる。汚染物質は、圧力下において、吸着材料の表面及びミクロ細孔内に滞留する。
【０１２７】
方法５００は、少なくとも９５体積％のメタンを含む生成物流を容器の第１のガス出口から放出するステップを更に有する。これは、ボックス５３０に示されている。生成物流は主としてメタンを含むが、生成物流は、水素、窒素又はこれらの組み合わせを更に含む場合がある。
【０１２８】
方法５００は、汚染物質ガスを吸着材料から脱着し又はパージするステップを更に有する。これは、容器内の圧力を減少させることにより行われる。脱着ステップは、ボックス５４０に示されている。ボックス５４０の脱着ステップは、熱を容器に加えることなく行われる。ボックス５４０の脱着ステップから、少なくとも９５体積％の１種類又は複数種類の汚染物質ガスを含む排ガス流を送り出す。
【０１２９】
好ましくは、吸着ステップ５２０及び脱着ステップ５４０は、１分未満の複合サイクルで行われる。このように、方法５００は、迅速サイクル圧力スイング吸着法を提供する。ＲＣＰＳＡ接触器は、回転弁装置又は弁調節システムを利用してガス流を回転吸着剤モジュール中に導くことができ、但し、非回転弁装置も又使用可能である。吸着剤モジュールは、円形経路に沿ってぐるりと角度間隔を置いて設けられた弁調節要素を含む。回転吸着剤モジュールは、通常、モジュールの各端部に設けられた２枚のシールプレート相互間に保持された多数の管を更に含む。シールプレートは、別々のマニホルドで構成されたステータと接触状態にあり、入口ガスは、ＲＣＰＳＡ管に導かれ、そして処理されて精製された生成物ガスは、モジュールから導き出される。シールプレート及びマニホルドの適当な配置によって、多くの個々のコンパートメント又は管がサイクルを通過することができる。具体的に説明すると、各管又はコンパートメントは、適正な方向で且つ適正な圧力下でガス流路中に次々に移されてＲＣＰＳＡサイクル全体中の小刻みな圧力／流れ方向ステップのうちの１つを達成する。管又はコンパートメントは、弁調節をもたらすよう動くか静止しているかのいずれかを取るのが良い。
【０１３０】
ＲＣＰＳＡを用いて方法５００を実施することが好ましい。ＲＣＰＳＡでは、管の各々は、回転モジュールが１回の動作サイクルを完了しているときに吸着ステップ５２０及び脱着ステップ５４０を通って次々にサイクル動作される。サイクル動作プロセスにより、ＲＣＳＰＡ技術は、吸着材料の効果的な使用を提供することができる。ＲＣＰＳＡ技術で必要とされる吸着材料の量は、同一の分離量及び品質を達成するのに従来型ＰＳＡ技術に必要な吸着材料の量よりもはるかに少ないと言える。その結果、ＲＣＰＳＡに必要なフットプリント、投資及び活性吸着剤の量は、代表的には、同量のガスを処理する従来型ＰＳＡユニットに必要なフットプリント、投資及び活性吸着剤の量よりも著しく少ない。
【０１３１】
ステップ５４０に戻ってこれを参照すると、二酸化炭素（又は他の汚染物質ガス）を吸着材料から脱着するため、排ガス流をガス入口に送り込むのが良い。変形例として、弁装置が排ガス流を第１のガス出口から送り出すよう構成されるのが良い。一観点では、少なくとも１つの吸着剤容器は、ガス入口と第１のガス出口との中間に位置した第２のガス出口を更に有する。この場合、ボックス５４０に示されているように汚染物質ガスを脱着すると、排ガス流の第１の部分を第１のガス出口から放出すると共に排ガス流の第２の部分を第２のガス出口から放出することができる。
【０１３２】
方法５００の幾つかの具体化例では、汚染物質ガスを脱着するステップ５４０は、排ガス流の第１の部分を第１の期間中放出すると共に排ガス流の第２の部分を第２の期間中に放出するステップを含む。排ガス流の第１の部分は、少なくとも９８体積％のＣＯ2を含むのが良く、排ガス流の第２の部分は、窒素、水素、メタン、Ｈ2Ｏ又はこれらの組み合わせを含むのが良い。注目されるように、特定の排気順序を逆にしても良く又はこれを操作することができる。
【０１３３】
幾つかの具体化例では、方法５００は、イオン性流体を吸着剤として選択するステップを更に有する。これは、ボックス５５０に示されている。イオン性流体は、吸着材料の吸着特性を高めるために用いられる。方法５００は、次に、天然ガス混合物をガス入口中に差し向ける前に選択されたイオン性流体を主フローチャネル及び／又は副フローチャネルに沿って吸着材料の表面上に配置するステップを有する。これは、ボックス５６０に示されている。イオン性流体を陽イオン変換ゼオライトの液相バージョンとみなすことができる。
【０１３４】
別の観点では、方法５００は、磁界を容器内の吸着材料に加えるステップを更に有する。これは、ボックス５７０に示されている。電界は、吸着剤ロッドに沿って配置されるのが良い強磁性体を付勢し、本質的にロッドが互いに反発するようにする。これにより、供給物流について一様なフローチャネルが形成される。
【０１３５】
細長い主フローチャネル軸線を形成する吸着材料を用いることによって、本発明の方法は、天然ガスを高圧で、例えば約５０ｐｓｉｇを超える入口圧力で、好ましくは約１５０ｐｓｉｇを超える入口圧力で、より好ましくは約５００ｐｓｉｇを超える入口圧力で、更により好ましくは約１，０００ｐｓｉｇを超える入口圧力で供給したときであっても、約８０体積％を超え、より好ましくは約８５体積％を超え、更により好ましくは約９０体積％を超え、最も好ましくは約９５体積％を超えるメタン回収率を得ることができる。確かに、本発明の方法は、ガス流が約３，０００ｐｓｉｇという異常に高い圧力状態にある場合であっても利用できる。
【０１３６】
本明細書において説明した本発明は、上述の利益及び利点を達成するよう十分に計算されていることが明らかであるが、本発明の精神から逸脱することなく本発明の改造例、変形例及び変更例を想到できることは理解されよう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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