(57)【要約】  天然ガスストリームなどのガス混合物から酸性ガスなどの標的種を除去するための温度スイング吸着方法。本発明において、新規な複数ステップ温度スイング／圧力スイング吸着を使用して運転しながら、生成物ストリームからの汚染物質除去が非常に高純度のレベルで維持される。本発明の方法は、比較的高い吸着圧力（たとえば、少なくとも５００ｐｓｉｇ）で天然ガスからＣＯ２および／またはＨ２Ｓなどの汚染物質を除去して、非常に高純度（すなわち、非常に低い汚染物質レベル）の生成物ストリームを得ることに関して特に有効で有益である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的種を含有する供給ガス混合物から前記標的種を分離するための温度スイング吸着方法であって：
ａ）前記標的種の吸着のために選択的な吸着材料で構成される吸着床の供給流入端に、前記供給ガス混合物を導入することによって、前記標的種を含有する前記供給ガス混合物の吸着ステップを行うステップであって、
吸着床は、供給流入端および生成物流出端を有し、
吸着床は、第１の圧力および第１の温度で運転され、
前記供給ガス混合物中の前記標的種の少なくとも一部は、前記吸着床によって吸着され、
前記供給ガス混合物よりも低いｍｏｌ％の前記標的種を含有するガス生成物ストリームが、前記吸着床の前記生成物流出端を出るステップ；
ｂ）前記吸着床の前記生成物流出端からの前記標的種の破過点の前で、前記供給ガス混合物の前記吸着床への導入を停止するステップ；
ｃ）ステップａ）における前記供給ガス混合物の流れに対して向流となる流れを前記吸着床中に誘導する方法で、前記吸着床中の圧力を第２の圧力まで低下させるステップ；
ｄ）前記第１の温度よりも高い第２の温度まで前記吸着床を外部から加熱すると同時に、ステップａ）における前記供給ガス混合物の流れの方向に対して向流で、標的種を実質的に含まないパージガスを流し、それによって、脱着及び脱着した標的種の少なくとも一部の回収を行い、その結果前記吸着床の前記生成物出口端の前記標的種の量を減少させるステップ；
ｅ）前記吸着床の少なくとも一部を、ステップｄ）で使用した前記第２の温度よりも低い第３の温度まで冷却するステップ；及び
ｆ）前記吸着床中の圧力を第３の圧力まで上昇させるステップ
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１の温度が−１９５℃〜３００℃（たとえば、２０℃〜１５０℃）であり、前記第１の圧力が１ｂａｒａ〜６００ｂａｒａ（たとえば、２ｂａｒａ〜２００ｂａｒａ）であり、前記第２の温度が１０℃〜３００℃（たとえば、２０℃〜２００℃）であり、および／または前記第３の温度が−１９５℃〜３００℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記供給ガス混合物が天然ガスストリームであり、及び／又は前記標的種が、ＣＯ２、Ｈ２Ｓ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記標的種がＨ２Ｓを含み、前記吸着床の前記生成物出口端が４ｖｐｐｍ以下のＨ２Ｓを含有し、前記供給ガス混合物が６ｖｐｐｍ〜１０，０００ｖｐｐｍの間のＨ２Ｓを含有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記吸着床の前記生成物出口端が前記標的種を実質的に有さない（たとえば、前記標的種濃度が２ｖｐｐｍ未満、または１ｖｐｐｍ未満である）、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記吸着床が、その全長の全体にわたって開放フローチャネルを有し、その中を前記供給ガス混合物が通過する、および／または前記吸着床が平行チャネル接触器である、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
ステップｃ）の圧力低下が２つ以上のステップで行われ、各ステップで、１つ前のステップよりも低い圧力に前記吸着床の圧力が低下する、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
ステップｄ）の前記外部加熱が、前記吸着床を通過するガス流の方向に対して並流、または前記吸着床を通過するガス流の方向に対して向流で行われる、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記吸着材料が、約５００を超えるＳｉ／Ａｌ比を有する８員環ゼオライトであり、たとえば、ＤＤＲ、Ｓｉｇｍａ−１、Ｚｅｏｌｉｔｅ−５８、ならびにそれらの組み合わせおよび連晶からなる群から選択される、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
熱波が前記吸着床に沿って移動する、たとえば、前記吸着床を通過するガス流の方向に対して並流で移動するような方法で、ステップｄ）の前記加熱が行われる、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）が、前記吸着床の長さの最大５０％にわたって生じるように、Ｔ９０およびＴ１０を第２の温度および第１の温度に対して定義することができる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記熱波が、１０未満の最大ペクレ数Ｐｅを示し、ここでＰｅ＝（Ｕ＊Ｌ）／αであり、式中、Ｕは、熱交換流体の速度を表し、Ｌは、流体流に対してほぼ垂直な方向で熱が輸送される特性距離を表し、αは、前記距離Ｌにわたる前記接触器の有効熱拡散率を表し、Ｕは約０．０１ｍ／ｓ〜約１００ｍ／ｓであり、Ｌは０．１メートル未満である、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記吸着床の開放細孔の約４０％未満が、約２０オングストロームを超え約１ミクロン未満の直径を有する、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記第３の圧力が、前記供給ガス混合物の絶対圧の９０％〜１００％の間である、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガスストリームなどのガス混合物から、酸性ガスなどの標的種を除去するための温度スイング吸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスの分離は、多くの産業において重要であり、混合物のより容易に吸着される成分を、あまり容易に吸着されない成分に対して優先的に吸着する吸着剤上にガス混合物を流すことによって通常は行うことができる。より重要な種類のガス分離技術の１つが、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）などのスイング吸着である。ＰＳＡプロセスは、加圧下でガスが、ミクロ多孔性吸着材料の細孔構造中、またはポリマー材料の自由体積中に吸着されやすいことを利用している。圧力が高いほど、多くの量の標的ガス成分が吸着される。圧力を低下させると、吸着した標的成分が放出され、すなわち脱着される。ガスが異なると吸着剤のミクロ孔または自由体積を満たす傾向も異なるため、ＰＳＡプロセスを用いてガス混合物のガスを分離することができる。
【０００３】
もう１つの重要なガス分離技術は温度スイング吸着（ＴＳＡ）である。ＴＳＡプロセスでも、加圧下でガスが、ミクロ多孔性吸着材料の細孔構造中、またはポリマー材料の自由体積中に吸着されやすいことを利用している。吸着剤の温度を上昇させると、吸着したガスが放出され、すなわち脱着される。吸着床の温度を周期的に変化させることで、ガス混合物中の１種類以上の成分に選択的な吸着剤を用いた場合に、ＴＳＡプロセスを用いて混合物中のガスを分離することができる。
【０００４】
再生サイクルのために吸着剤に熱を供給する種々の方法が提案されている。このようなものとしては、マイクロ波エネルギー（特許文献１）、吸着器の充填吸着床の内側への電気ヒーターの取り付け（特許文献２）、および電気収着のための吸着器への電流の直接使用（特許文献３）が挙げられる。しかし、従来の多くのＴＳＡプロセスは、サイクル時間が非常に長く、多くの場合１２時間の長さとなり、そのため系全体の吸着能力および処理能力が低下する。
【０００５】
従来実施されているようなＴＳＡは、いくつかの欠点を有する。たとえば、直接加熱ＴＳＡプロセスでは、吸着剤温度を上昇させるために、通常は高温流体が吸着床に流される。温度を上昇させるほど、より多くの流体が必要になる。したがって、脱着した不純物は最後には、大量の加熱用流体中に分散し、吸着剤温度を上昇させるために使用される大量の熱は、多くの場合回収できない。場合によっては、多くの直接加熱ＴＳＡシステムは、長い吸着時間（数日）およびはるかに短い再生時間で運転されるため、熱は回収されない。また、不定期および段階的な吸着および再生サイクルによって、下流装置中で濃度および流動の変化が生じ、これらは別の定常状態の加工プラント中での管理が困難となりうる。吸着床の不適切または不十分な再生によって、吸着プロセスから得られる生成物ストリームの全体の純度に大きな影響が生じることもある。ＴＳＡプロセスの熱管理およびサイクル特性は、システム全体の能力および生成物純度にも影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，３１２，６４１号明細書
【特許文献２】米国特許第４，２６９，６１１号明細書
【特許文献３】米国特許第４，０９４，６５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの問題の少なくとも一部を克服することができ、より速いサイクル時間を有することで、より高いシステム能力が得られ、特に温度スイング吸着方法に関して最終生成物ストリームの純度を維持または改善することができる温度スイング吸着方法が当技術分野において必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の好ましい一実施形態によると、標的種を含有する供給ガス混合物から前記標的種を分離するための温度スイング（swing：変化又は振動）吸着方法であって：
ａ）前記標的種の吸着をするために選択的である吸着材料で構成される吸着床の供給流入端に、供給ガス混合物を導入する（又は入れる）ことによって、前記標的種を含有する前記供給ガス混合物の吸着ステップを行うステップであって、
吸着床は、供給流入端および生成物流出端を有し、
吸着床は、第１の圧力および第１の温度で運転され、
供給ガス混合物中の前記標的種の少なくとも一部は、吸着床によって吸着され、
前記供給ガス混合物よりも低いｍｏｌ％の前記標的種を含有するガス生成物ストリームが、前記吸着床の生成物流出端を出るステップ；
ｂ）前記吸着床の生成物流出端からの前記標的種の破過点（又は破過）の前に、前記供給ガス混合物の前記吸着床への導入を停止するステップ；
ｃ）ステップａ）における供給ガス混合物の流れに対して向流となる流れを吸着床中に誘導（又は発生）させる方法で、前記吸着床中の圧力を第２の圧力まで低下させるステップ；
ｄ）前記第１の温度よりも高い第２の温度まで前記吸着床を外部から加熱し、同時に、ステップａ）における供給ガス混合物の流れの方向に対して向流で、標的種を実質的に含まないパージガスを流し、それによって、脱着及び脱着した標的種の少なくとも一部の回収を行い、その結果、前記吸着床の生成物出口端の標的種の量を減少させるステップと；
ｅ）前記吸着床の少なくとも一部を、ステップｄ）で使用した前記第２の温度よりも低い第３の温度まで冷却するステップと；
ｆ）前記吸着床中の圧力を第３の圧力まで上昇させるステップ
を含む、方法が提供される。
【０００９】
好ましい実施形態においては、第１の温度は−１９５℃〜３００℃であってよく、第１の圧力は１ｂａｒａ〜６００ｂａｒａであってよい。さらに、またはこれとは別に、第２の温度は１０℃〜３００℃であってよい。
【００１０】
さらに、またはこれとは別に、供給ガス混合物は天然ガスストリームであってよく、および／または標的種はＣＯ２およびＨ２Ｓから選択することができる。
【００１１】
さらに、以下は、本出願に関連し、それらの関連する開示であるため、それらの全体が参照により本明細書に援用される：それぞれ２０１１年３月１日に出願された、米国特許出願第６１／４４７，８０６号明細書、米国特許出願第６１／４４７，８１２号明細書、米国特許出願第６１／４４７，８２４号明細書、米国特許出願第６１／４４７，８３５号明細書、米国特許出願第６１／４４７，８４８号明細書、米国特許出願第６１／４４７，８６９号明細書、および米国特許出願第６１／４４７，８７７号明細書、ならびにそれらに対する優先権を主張して出願された７件の米国非仮特許出願。さらに、以下は、本出願に関連し、それらの関連する開示であるため、それらの全体が参照により本明細書に援用される：それぞれ２０１１年３月１日に出願された、米国特許出願第６１／４４８，１１７号明細書、米国特許出願第６１／４４８，１２０号明細書、米国特許出願第６１／４４８，１２１号明細書、米国特許出願第６１／４４８，１２３号明細書、および米国特許出願第６１／４４８，１２５号明細書、２０１２年２月３日に出願された米国特許出願第６１／５９４，８２４号明細書、およびＲｏｂｅｒｔ  Ｆ．Ｔａｍｍｅｒａらによる本出願と同日に出願された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｒｏｔａｒｙ  Ｖａｌｖｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ａｎｄ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｈｅｒｅｔｏ」と題される出願、ならびにそれらに対する優先権を主張して出願されたあらゆるＰＣＴ出願および米国非仮特許出願。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書における詳細な説明および特許請求の範囲におけるすべての数値は、記載の値が「約」または「おおよそ」で修飾され、当業者によって予想される実験誤差およびばらつきが考慮される。
【００１３】
本発明は、酸性ガス、たとえば主としてＣＯ２および／またはＨ２Ｓなどの標的種を天然ガスストリームから捕捉できる熱スイング吸着プロセスに関する。熱スイング吸着（ＴＳＡ：Thermal  Swing  Adsorption）プロセス（又は方法）は、吸着ステップと、熱によって補助される再生ステップとの少なくとも２つのステップ（工程又は段階）を介して繰り返しサイクル（又は循環）される吸着剤接触器を使用する。接触器の再生は、吸着剤からの標的成分の脱着に有効な温度まで接触器を加熱することで実現することができる。次に接触器を冷却することができ、それによってもう１つの吸着ステップを完了することができる。好ましい一実施形態においては、熱スイング吸着プロセスは、急速サイクルで行うことができ、その場合、それらは急速サイクル熱スイング吸着（ＲＣＴＳＡ：Rapid  Cycle   Thermal  Swing  Adsorption）と呼ばれる。急速サイクル熱スイング吸着プロセスは、連続する吸着ステップの間のサイクル時間が約１０分未満、好ましくは約２分未満、たとえば約１分未満であるプロセスとして定義される。ＲＣ−ＴＳＡプロセスは、９０体積％を超え、たとえば９５体積％を超え、場合によっては９８体積％を超える非常に高い生成物回収率を得るために使用することができる。本明細書において使用される用語「吸着」は、固体支持体上への物理吸着、化学吸着、および凝縮、固体に支持された液体中への吸収、固体に支持された液体中への化学吸着、ならびにそれらの組み合わせを含んでいる。
【００１４】
より高い圧力で酸性ガスを回収することが望ましい場合が多い。たとえばＣＯ２封鎖が計画される場合は、より高圧の酸性ガスの回収が望ましくなりうる。そのような場合、ＴＳＡによる脱着が、圧力スイング吸着よりも好ましい場合がある。本発明は、大きな熱損失、長い加熱および冷却時間、および／または吸着質の希釈が生じることなく、接触器温度を急速に変化させる手段を提供する。温度スイング吸着は、固定平行チャネル接触器および関連する弁を用いて、ユングストローム（Ljungstrom）熱交換器の方法に従った回転式平行チャネル接触器によって実施することができる。
【００１５】
急速サイクルＴＳＡ作業は、平行チャネル接触器の使用によって、たとえば、吸着剤が小型熱交換構造の表面上にある場合に有用となりうる。加熱および冷却は、吸着剤から分離したチャネル中で行うことができる。そのような構成の場合、吸着ステップ中に熱波（thermal wave）を接触器中で移動させることができ、それによって、吸着したガス成分をより十分な分離が可能になる。場合によっては、クロマトグラフィーのような分離を実現することができる（キャリアガスによる希釈はない）。この種類の平行チャネル接触器配列は、エネルギー効率を良くすることができる。スイング吸着プロセス中に使用される熱エネルギーは、容易に回収し再利用することができる。エネルギー効率のため、より大きな度合いの熱スイングを利用することができる。
【００１６】
ある実施形態においては、接触器は、好ましくは、開放細孔容積の大部分がミクロ多孔性細孔直径に起因する接触器であってよく、たとえば、その開放細孔容積の４０％未満、より好ましくは２０％未満、たとえば１０％未満が、２０オングストロームを超え約１ミクロン未満の細孔直径（すなわち、メソ多孔性およびマクロ多孔性の細孔直径）によって生じうる。本明細書において「開放細孔容積」は、吸着材料によって取り囲まれる容積中の占有されないすべての開放細孔空間を意味する。開放細孔容積としては、吸着材料によって取り囲まれる容積中のすべての開放空間、たとえば限定するものではないが、吸着材料自体の中のすべての容積、たとえば構造化材料または非晶質材料中の細孔容積、ならびに吸着材料を含有する床の一部の構造中のあらゆる間隙の開放容積が挙げられる。本明細書において使用される場合、開放細孔容積は、吸着材料を伴わない空間、たとえばガスの流入、流出、または分散のための容器中の開放容積（ノズルまたはディストリビューターの領域など）、開放流チャネル、および／または、フィラー材料および／または固体熱吸着材料によって占有される容積は含まない。好ましい実施形態においては、吸着剤は平行チャネル接触器中に組み込むことができる。「平行チャネル接触器」は、実質的に平行なフローチャネルが吸着剤構造中に組み込まれる構造化（設計された）吸着剤を含む吸着剤接触器の部分集合として本明細書では定義される。平行なフローチャネルは、たとえば、米国特許出願公開第２００８／０２８２８９２号明細書および米国特許出願公開第２００８／０２８２８８６号明細書に詳細に記載されており、これら両方は参照により本明細書に援用される。これらのフローチャネルは、種々の方法で形成することができ、吸着材料に加えて、吸着剤接触器構造は、限定するものではないが支持材料、ヒートシンク材料、空隙軽減成分、および加熱／冷却用通路などの項目を含むことができる。
【００１７】
本発明の実施において、いくつかのユニットが加熱／冷却動作（操作又は運転）で連結され、他のユニットが吸着（および／または脱着）に関与するような形で、複数の接触器ユニットで運転すると望ましいことがある。そのような運転においては、吸着への使用に切り替えられる前に、接触器は、伝熱媒体を循環させることによって実質的に冷却することができる。床のスイングに使用される熱エネルギーが伝熱媒体中に保持されることが、このような運転の利点の１つとなりうる。吸着が冷却と同時に進行する場合、床の熱のかなりの部分が吸着質を含有しない供給材料に失われ、伝熱媒体の高温を回復するために、より高い熱負荷が必要となりうる。
【００１８】
本発明は、吸着ステップであって、供給混合物の優先的吸着成分（標的種）が、吸着床中の吸着剤によって吸着され、優先性の低い吸着成分は吸着床の生成物端においてプロセス圧力で回収される吸着ステップを好都合には含むことができる。プロセス圧力は、接触器の出口端の圧力であり、好ましくは供給圧力（吸着床への入口で測定される）よりも８ｂａｒａ以下だけ低く、たとえば４ｂａｒａ以下だけ低く、または１ｂａｒａ以下だけ低くなるように管理することができる。本発明の吸着ステップは、好ましくは−１９５℃〜３００℃の範囲、好ましくは２０℃〜１５０℃の範囲、または３０℃〜１２０℃の範囲の第１の温度で行うことができる。吸着ステップ中の絶対圧は、好ましくは１ｂａｒａ〜６００ｂａｒａの範囲内、たとえば、２ｂａｒａ〜２００ｂａｒａの範囲内、または１０ｂａｒａ〜１５０ｂａｒａの範囲内であってよい。吸着ステップ中に吸着熱による温度上昇を管理することが好ましい場合がある。本明細書に記載のシステムは、吸着熱が５〜１５０ｋＪ／（モル吸着分子のモル数）の範囲内となるように設計することができる。吸着熱を管理する方法の１つは、吸着ステップ中に生じる温度上昇を緩和するために、吸着床への熱質量の混入を含むことができる。吸着熱による温度上昇は、吸着床の外部の通路（すなわち、接触器の加熱および冷却に使用される通路）に冷却用液体を流すことなどの種々の方法で管理することができる。
【００１９】
これに加えて、またはこれとは別に、吸着床の外部の通路には、吸着プロセス中に流れない流体を満たすことができる。この場合、流体の熱容量が、吸着床中の温度上昇を緩和する機能を果たすことができる。これらの熱管理計画の一部またはすべての組み合わせを使用することができる。これらの熱管理計画を使用しても、このステップ中、床の最終温度は、典型的には供給入口温度よりもわずかに高くなりうる。好ましくは、接触器中のあらゆる場所での最高温度上昇を、４０℃未満、たとえば２０℃未満、１０℃未満、または５℃未満とすることができる。吸着中、最強吸着成分は、吸着剤に最も強く結合しやすい場合があり、したがって最も移動しなくなりうる。したがってこのような最強吸着成分は、入口に最も近い吸着剤の領域を占有しやすい場合があり、一般に、弱く吸着した成分をそれらの領域から移動させることがある。
【００２０】
吸着期間にわたって、吸着質は、接触器の吸着チャネルの入口から出口に向かって、最強から最弱の順序に配列する傾向が生じうる。好ましい実施形態においては、供給ガス速度は、比較的鋭い濃度フロントが接触器中を移動するように選択することができ、すなわち、それによって吸着質の濃度勾配が比較的短距離にわたって延在し、勾配の絶対振幅が考慮される。
【００２１】
吸着ステップは、吸着床の生成物流出端を吸着フロントが通過する前のあらかじめ決定された時点で停止することができる。ある好ましい実施形態においては、吸着ステップを停止する前に吸着フロントは、床からの経路（又は道のり）の少なくとも３０％、たとえば、少なくとも５０％、または少なくとも８０％離れて移動することができる。これに加えて、またはこれとは別に、吸着ステップは、供給流量および吸着能力によって設定される一定期間の間で行うことができる。さらにこれに加えて、またはこれとは別に、吸着ステップは、６００秒未満、好ましくは１２０秒未満、たとえば、４０秒未満、または１０秒未満の時間で行うことができる。場合によっては、吸着フロントは、短時間（たとえば、最大で数秒）でのみ出口を通過することができるが、通常は好ましくは、吸着フロントは通過することができない。
【００２２】
用語「破過点（break-through）」は、吸着床を離れる生成物ガスが汚染物質成分の目標基準を超える点として本明細書において定義される。破過点において、吸着床は「消費された」と見なすことができ、そのため消費された吸着床のみを使用したあらゆる有意なさらなる作業では、基準を外れた生成物ガスが得られる。本明細書において使用される場合、「破過点」は、一般に「吸着フロント」と同時に生じることができ、すなわち、吸着床出口で破過点が検出された時点で、一般に吸着フロントは吸着床の末端に位置する。
【００２３】
次に、吸着床の圧力を低下させることができ、好ましくは、ガスが並流方向または向流に流れる一連のブローダウンステップによって行うことができ、これはパージガスストリームを使用して、または使用せずに、最終標的ガス回収圧力まで行うことができる。圧力低下は、典型的には８ステップ以下、たとえば４ステップ以下で行うことができ、任意選択的に、好ましくは標的種が各ステップで回収される。特定の実施形態においては、好都合には圧力を各ステップで約３分の１に低下させることができる。これに加えて、またはこれとは別に、減圧は、向流的に行うことができるし、および／または、減圧ステップ中、吸着床にパージガスを向流で（生成物端から供給端に）流すことができる。パージガスが使用される実施形態においては、パージガスは、好ましくは、いわゆる「クリーンガス」であってよく、これは標的ガス成分を実質的に含有しないガスである。たとえば、標的ガスがＨ２ＳおよびＣＯ２などの酸性ガスである場合、クリーンガスは、そのような酸性ガスを実質的に含有しないストリームであってよい。これに加えて、またはこれとは別に、クリーンガスは、Ｈ２ＳおよびＣＯ２の総量が５ｍｏｌ％未満、たとえば１ｍｏｌ％未満となりうる。クリーンガスの一例は、生成物ガス自体であってよい。本発明が、天然ガスストリームからの酸性ガスの除去に利用される場合、クリーンガスは、炭化水素生成物ストリームの少なくとも１つで構成されることができ、Ｃ３−炭化水素で構成されることができ、メタンで構成されることができ、および／または窒素で構成されることができる。
【００２４】
クリーンガスが使用される、ある好ましい実施形態においては、吸着ステップ以外の任意のステップにおいて、床の端部が標的種を実質的に含有しないことを確実にするために、クリーンガスを向流的に吸着床に流すことができる。これに加えて、またはこれとは別に、脱着ステップの少なくとも一部（たとえば、すべて）において、クリーンガスを向流的に吸着床に流すことができる。有効量の向流で流れるクリーンガスは、床の生成物端が標的種を実質的に含有しない状態に維持されるように質量拡散を克服するために、これらのステップ中に必要となりうる。
【００２５】
ブローダウンステップ後、吸着床は、所望の減圧であってよく、したがって、希望するなら外部から加熱することができる。「外部からの加熱」は、供給ガス混合物が流れて標的ガス成分が脱着するフローチャネルを介して吸着床に熱が直接加わらないことを意味する。この熱は、好ましくは、吸着剤の供給ガス流チャネルと流体連通していない複数の加熱／冷却用チャネルを介して吸着床に送り出すことができる。吸着床は、供給ガス混合物の流れに関して、その長さに沿って並流的または向流的に外部から加熱することができるし、並流および向流の組み合わせの加熱ステップで加熱することもできる。接触器の入口端付近に非常に強く吸着する種が存在する場合、最初に入口端を加熱し、次に接触器の残りの部分を向流的に加熱することが好ましいことがある。脱着ステップが向流的に行われる場合、接触器の残りの部分から脱着される種は、入口端付近で吸着される種の残留量の脱着を促進することができる。ほとんどの他の実施形態においては、接触器（または床）の生成物端における再生を改善するために、吸着床を向流的に加熱することが好ましい場合がある。加熱および冷却用流体を運ぶフローチャネルは、好ましくは、伝熱を向上させるために吸着床と物理的に接触させることができる。吸着床は、吸着ステップ中に使用される第１の温度よりも高い第２の温度に加熱することができ、第２の温度は、好ましくは１０℃〜３００℃、たとえば、２０℃〜２００℃、または４０℃〜１２０℃である。クリーンガスのパージストリームは、床の生成物端が標的種を実質的に有さずに維持するための加熱中に、吸着床に向流的に流すことができる。パージストリームは、好ましくは、吸着床の圧力よりも高い圧力で導入することができる。これに加えて、またはこれとは別に、導入されるパージガスの全モル数は、接触器に吸着される分子のモル数の５倍未満、たとえば、３倍未満、または０．１倍未満とすることができる。標的種は、加熱ステップの任意の部分の間で回収することができる。
【００２６】
吸着ステップから再生ステップへの変わり目、再生から吸着ステップへの変わり目、再生ステップの少なくとも一部、および／または吸着ステップの少なくとも一部において、接触器に熱を送るために熱波が使用されるように、外部加熱を行うことができる。同様に、冷却ステップ中に熱波を利用することが望ましい場合がある。温度スイング吸着における熱波の使用は、米国特許出願公開第２００８／０３１４２４５号明細書（参照により本明細書に援用される）に詳細に開示されている。熱波は、比較的鮮明な温度勾配またはフロントであり、熱スイング吸着／脱着サイクルの少なくとも１つのステップ中に直線的に（すなわち、接触器中のほぼ１つの方向で）移動することができる。熱フロント（すなわち、鮮明な温度勾配の領域）が移動できる速度を、熱波速度と呼ぶ。熱波速度は一定である必要はなく、熱波方向は吸着および再生ステップの両方と同じである必要はない。たとえば、熱波は、吸着および／または再生ステップにおいて並流的、向流的、またはクロスフローで移動することができる。吸着ステップでは有意な熱波は存在しないが、再生ステップでは有意な熱波が存在するプロセスを設計することもできる。熱スイング吸着／再生サイクルの少なくとも一部で熱波が存在することで、吸着床の温度スイングに必要な熱の実質的な回復および回収の目標をシステム全体で実現することが可能となる。さらに、これによって、プロセス効率を改善することができ、および／またはＴＳＡの動作では通常は考慮されない高い脱着温度の使用が可能となる。
【００２７】
本発明の好ましい一実施形態においては、熱波を生成できる方法で接触器と吸着剤とを組み合わせることで熱交換構造が得られる。熱波吸着（ＴＷＡ：Thermal Wave Adsorption）においては、吸着剤をある組の熱交換器チャネル中に配置することができ、一方、別の組のチャネルは、吸着装置に熱を送り込むおよび／または吸着装置から熱を取り出すために使用することができる。吸着剤および加熱／冷却用チャネルの中を流れる複数の流体および／またはガスは、一般に互いに接触しない。好ましくは、サイクル中の加熱および冷却ステップ中の吸着剤と、加熱および冷却用流体との両方に比較的鮮明な温度波が得られるように、加熱／熱除去チャネルを設計し動作させることができる。比較的鮮明な熱波を生成できる接触器の一例は、本発明による接触器である。
【００２８】
吸着ステップにおける供給流の方向に対して並流または向流で加熱および冷却用流体が流される場合に、このような接触器中で熱波を生成することができる。多くの場合、吸着ステップ中に加熱または冷却用流体の有意な流れを有さないことが好ましくなりうる。熱波吸着（ＴＷＡ）および他の適切な接触器構造のより包括的な説明は、たとえば、米国特許第７，９３８，８８６号明細書（参照により本明細書に援用される）に見ることができる。この参考文献は、熱波の鋭さおよび性質を制御するための、接触器の設計および操作の方法を示している。重要な操作パラメータとしては、接触器中の流体速度を挙げることができる。重要な設計パラメータとしては、接触器の質量、ならびに接触器の形成に使用される材料および伝熱流体の熱容量および熱伝導率を挙げることができる。接触器のさらなる重要な設計の目的として、熱が伝達される距離を短縮／最小限にする１つ以上の方法を見いだすことを挙げることができ、これが比較的鮮明な熱波が望ましくなりうる理由である。
【００２９】
好ましい一実施形態においては、加熱ステップ中、生成される接触器の端部よりも１０℃以下で高い温度の流体の体積は、加熱のため接触器中に導入される流体の体積の少なくとも２５％（たとえば、少なくとも５０％または少なくとも７５％）となることができる。同様に、熱波を得るために本発明が実施される場合、冷却ステップ中、低温流体（加圧水など）を接触器中に流すことができ、回収ステップの終了時に接触器の温度付近の高温流体を接触器から流し出すことができると好ましくなりうる。大部分の回収ステップは、接触器が加熱された後で一般に行うことができる。したがって、これに加えて、またはこれとは別に、冷却ステップ中、生成される接触器の端部よりも１０℃以下で低い温度の流体の体積は、冷却のため接触器中に導入される流体の体積の少なくとも２５％（たとえば、少なくとも５０％または少なくとも７５％）となることができる。
【００３０】
本発明による装置中で熱波を効率的に利用するための方法の１つは、熱回収の方法であってよい。回収したエネルギーは、接触器の加熱および冷却のため、連続プロセスに必要な多数の接触器の異なる（又は種々の）接触器のため、および／または他のあらゆる目的のためのエネルギー要求を減少させるために使用することができる。より具体的には、冷却ステップ中に接触器を出る高温ストリーム中に含まれるエネルギーは、加熱ステップ中に供給する必要があるエネルギーを減少させるために利用することができる。同様に、加熱ステップ中に接触器を出る低温ストリームは、冷却ステップ中に接触器に供給される低温流体に供給する必要があるエネルギーを減少させるために利用することができる。エネルギーを取り戻す方法は多数存在する。たとえば、１つの接触器から流出した高温熱流体を別の接触器に送って、それらの加熱を調節することができ、および／または１つの接触器から流出した低温流体を別の接触器に送って、それらの間の加熱を調節することができる。接触器間の熱流体の流路は、全体のスイング吸着サイクルの適切な時点で接触器間の熱流体の経路を決めるために調節される弁によって決定することができる。熱流体が接触器の間で流れる実施形態においては、熱流体は、流れる熱流体に熱を加える、または熱流体から熱を除去する熱交換器に流すこともできるし、および／または所望の速度で接触器に流すことができるように加圧するコンプレッサ、ポンプ、および／またはブロアなどの装置に流すこともできる。１つの接触器を移動する熱波からのエネルギーを貯蔵できるように蓄熱媒体を構成することができる。非限定的な例は、高温流体および低温流体を別々に貯蔵するタンクシステムであり、これによって、各流体を生成した接触器に戻したり、および／または別の接触器に供給したりすることができる。多くの実施形態においては、接触器を通過する流体の全体的な流れの方向での流体の混合を最小限にし、温度波の鋭さに対する流体の熱伝導率の影響を最小限にするように、接触器を通過する熱流体の流れを配置することができる。
【００３１】
エネルギーが回収される場合、接触器の加熱および冷却のために供給する必要がある顕熱の量を減少させるために、回収されたエネルギーが使用されることが好ましい場合がある。顕熱は、接触器の熱容量および温度上昇（または低下）によって測定される。ある好ましい実施形態においては、接触器の加熱に必要な顕熱の少なくとも６０％（たとえば、少なくとも８０％または少なくとも９５％）が取り戻され、および／または、接触器の冷却に必要な顕熱の少なくとも６０％（たとえば、少なくとも８０％または少なくとも９５％）が取り戻される。
【００３２】
標的ガスが回収された後、吸着床は冷却し再加圧することができる。再加圧の前に床を冷却することが一般に好ましくなりうる。吸着床は、好ましくは、供給ガス混合物の温度より４０℃以下だけ高い、たとえば、２０℃以下だけ高い、または１０℃以下だけ高い温度に冷却することができる。これに加えて、またはこれとは別に、吸着床は、並流または向流で外部冷却によって冷却することができ、それによって熱波を床に通すことができる。一部のこのような実施形態においては、吸着床の一部を最初に冷却し、次に再加圧することが好ましくなりうる。それらの実施形態において、吸着床の長さの９０％未満、たとえば５０％未満を冷却することができる。これに加えて、またはこれとは別に、吸着床は、冷却中にクリーンガスをパージすることができる。
【００３３】
本明細書において使用される場合、比較的鮮明な熱波は、装置中の質量移動／熱伝達流の長さに対する距離にわたる標準温度差で表すことができる。質量移動／熱伝達に関して、本発明者らは、最高温度Ｔｍａｘ、および最低温度Ｔｍｉｎ、ならびにＴｍｉｎより約１０％高い温度（Ｔ１０）とＴｍａｘより約１０％低い温度（Ｔ９０）との好都合な温度を定義することができる。少なくとも（Ｔ９０−Ｔ１０）の温度差が、質量移動／熱伝達に関与する装置の長さ最大５０％（たとえば、最大４０％、最大３０％、または最大２５％）にわたって生じる場合に、熱波が比較的鮮明であると言うことができる。これに加えて、またはこれとは別に、比較的鮮明な熱波は、最大ペクレ数Ｐｅで表すことができ、これは、流体流の方向に対してほぼ垂直の拡散伝熱に対して加熱／冷却用流体の軸流速度を比較するために定義される。Ｐｅは、（Ｕ＊Ｌ）／αで定義することができ、式中、Ｕは、加熱／冷却用流体の速度（単位ｍ／ｓ）を表し、Ｌは、流体流に対してほぼ垂直な方向で熱が輸送される（吸着剤の加温／冷却のため）特性距離を表し、αは、距離Ｌにわたる接触器の有効熱拡散率（単位ｍ２／ｓ）を表す。長さにわたる温度差に加えて、またはこれとは別に、熱波は、Ｐｅが１０未満、たとえば１未満、または０．１未満の場合に比較的鮮明であると言うことができる。フローチャネルの損傷がわずかまたは損傷が起こらずに、接触器の加熱／冷却の時間を最小限にするために、Ｕが約０．０１ｍ／ｓ〜約１００ｍ／ｓの範囲内、たとえば約０．１ｍ／ｓ〜約５０ｍ／ｓの範囲内、または約１ｍ／ｓ〜約４０ｍ／ｓの範囲内となることが好ましい場合がある。これに加えて、またはこれとは別に、サイズおよびエネルギーの要求を最小限にするために、Ｌが０．１メートル未満、たとえば０．０１メートル未満、または０．００１メートル未満となることが好ましい場合がある。
【００３４】
次に、冷却ステップの間および／または後に、たとえば、生成物クリーンガスを用いて、または第１段階の再加圧後の別の床からのブローダウンガスを用いて向流的に、吸着床を再加圧することができる。再加圧ステップの最終圧力は、好ましくは、流入する供給ガス混合物の圧力と実質的に等しくてよい。
【００３５】
好ましい一実施形態においては、本発明の方法は、天然ガスストリームから酸性ガスを分離するために使用することができる。本発明の急速サイクルスイング吸着の手法は、天然ガス処理のための従来のアミン洗浄の代わりに使用することができる。ＴＳＡで酸性ガス、特にＨ２Ｓを、１０００ｐｐｍを超える濃度で、天然ガスストリームからより経済的な方法で除去するために、本発明の方法は、以下の項目の１つ以上を好都合に含むことができる。
【００３６】
Ｉ．酸性ガスの除去に好ましい吸着剤は、メソ多孔性および／またはミクロ多孔性の材料から選択することができ、酸性ガスとの化学反応に対する官能性を有する場合も有さない場合もある。官能性を有さない材料の例としては、高シリカゼオライト類、カチオンゼオライト類、スタノシリケート類など、およびそれらの組み合わせを挙げることができる。Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２と化学的に反応する官能化材料は、メタンなどの天然ガス中の炭化水素よりもＨ２Ｓおよび／またはＣＯ２に対して非常に高い選択性を示すことができ、典型的には酸性ゼオライト類で生じうる炭化水素との望ましくない反応を触媒できず好都合である。官能化メソ多孔性吸着剤は、ゼオライト類などの非官能化でより小さい細孔の材料と比較して、炭化水素に対して低い親和性となる傾向を有することがある。にもかかわらず、重質炭化水素の吸着は、より小さな細孔の官能化材料を用いると速度論的に抑制されることがあり、重質炭化水素の拡散は、Ｈ２ＳおよびＣＯ２と比較して遅い。ある実施形態においては、Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２選択的吸着剤の外面上でのＣ４＋炭化水素を含む炭化水素の凝縮を減少させることが重要となりうる。本発明での使用に適した官能基の非限定的な例としては、第一級、第二級、および第三級のアミン類、ならびにアミジン類、グアニジン類、およびビグアニド類などの他の非プロトジェニック塩基性基、ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。ある実施形態においては、官能化材料は、２種類以上の官能基で官能化することができる。
【００３７】
天然ガスストリームからＨ２Ｓおよび／またはＣＯ２を実質的に完全に除去するために、吸着材料は、理想的にはＨ２Ｓおよび／またはＣＯ２に対する選択性を有することができるが、メタンおよびより重質な炭化水素（Ｃ２＋）の両方に対しては比較的低い能力を有することができる。選択性を得るための方法として、シリカ系または他の担体上に担持されたアミン類の使用を挙げることができ、その理由は、それらは、酸性ガス種に対する強い吸着等温線を有し、そのような化学種に対して比較的高い吸着能力を有し、比較的大きい吸着熱の結果として、比較的強い温度応答を有するからである（すなわち、十分に加熱すると、Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２を容易に脱着することができ、過度な温度スイングなしに使用することができる）。好ましい吸着剤は、２５℃〜７０℃の範囲内で効率的に吸着することができ、９０℃〜１４０℃の範囲内で効率的に脱着することができる。
【００３８】
ＣＯ２および／またはＨ２Ｓの除去のために複数の異なる吸着剤が必要なシステムにおいては、標的種に好適な吸着剤を含む層状床が望ましい場合がある。後述の中間相フィラーは、利用可能な表面積の減少において有効となり得る。
【００３９】
ＩＩ．平行チャネル接触器を使用でき、それによって比較的小さい直径の、吸着剤がライニングされたチャネル中で気体／固体の接触が生じることができる。この構造の接触器は、気体膜抵抗の減少／最小化、および比較的高い気体−固体連通による迅速な吸着の速度論の利点の少なくとも一部を得ることができる。好ましい吸着器設計は、比較的鮮明な吸着フロントを形成する能力を有することができる。実質的に０ガス濃度まで微量成分を吸着するのに重要なこととしては、非常に迅速なガスと吸着剤との速度論を挙げることができ、すなわち、吸着剤壁と接触するために標的種が拡散する必要がある距離を短く維持し、好ましくは１０００ミクロン未満、たとえば２００ミクロン未満または１００ミクロン未満に維持することである。この要求を実現するためには、床の圧力低下が許容値まで制限しながら、平行チャネル接触器を使用して、吸着材料の有効厚さまでライニングされた複数の非常に狭い（直径１０００ミクロン〜３０ミクロン）開放チャネルに供給ガスおよびパージガスを閉じ込めることである。有効厚さは、ほとんどの用途の場合で約５００ミクロン〜３０ミクロンの範囲を意味する。層流のガス流の最も限定された場合では、非常に狭いチャネルは、微量種の最大拡散距離を、チャネル直径の１／２以下に制限することができる。吸着フロント（前面又は前部）の最先端で所望の種を吸着する場合でさえも、気相中のそれらの濃度が０に近づくことができる場合、比較的鮮明な吸着フロントは、このような小さな直径の平行チャネル構造の吸着床構成を用いて維持することができる。このような構成は、複数の独立した平行チャネルの形態であってよいし、螺旋巻き設計を用いて実現できるような非常に幅広で非常に短いチャネルの形態でもあってよい。
【００４０】
ＩＩＩ．吸着床構造の急速な加熱および冷却のための手段が、より低温で吸着を行い、より高温で脱着を行うために重要となりうる。次に、吸着ステップは高い相対圧力で行うことができ、より高温の脱着ステップは、任意選択的に、吸着剤スイング能力を増加させるために減圧で行うことができる。吸着剤の性質に依存するが、外部温度制御御計画または内部温度制御計画のいずれかに適した床構造を使用することが望ましいことがある。「内部温度制御」は、ガス供給流に使用するものと同じチャネルである、吸着剤がライニングされたチャネルを通って循環することができる流体媒体、気体、および／または液体（好ましくは液体を含む）の加熱および冷却の使用を意味する。内部温度制御には、温度制御流体による顕著な悪影響が吸着材料に生じないことと、加熱ステップ後に温度制御流体が、先に吸着した種（Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２）から容易に分離されることとが必要となりうる。さらに、内部温度制御では、気体供給吸着ステップ中の構造化床の各平行チャネルの圧力低下は、通常、温度制御流体の各チャネル（または、螺旋巻き設計の場合は１つのチャネル）をクリーンにするために十分大きくてよい。さらに、内部流体流温度設計では、好ましくは、温度制御流体を強く吸着しない吸着剤を利用することができ、それによって、温度制御流体の存在下でさえもＨ２Ｓおよび／またはＣＯ２を有効に吸着することができる。このような吸着剤の非限定的な例としては、アミン官能化ミクロ多孔性および／またはメソ多孔性吸着剤を挙げることができる。
【００４１】
このような系の非限定的な例としては、加熱および冷却のための高温および低温の水（加圧液体、または加熱用の蒸気として使用される）の使用を伴う水安定性担体上に担持されたアミン類を挙げることができる。一方、吸着ステップ中に液体の水は吸着剤壁の中に残ることができ、吸着剤壁の厚さが十分小さく（たとえば、１０００ミクロン未満、２００ミクロン未満、または１００ミクロン未満）維持される場合に、Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２は、１分未満、たとえば１０秒未満の時間スケールで、液体の水を介して好都合に拡散して、担持されたアミンによって吸着されることができる。脱着ステップ後、Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２は、分留および／または当業者に周知の他の方法によって容易に分離することができる。
【００４２】
「外部温度制御」は、加熱および冷却用流体と、ガスを運ぶ吸着剤チャネルが接触しないようにされることを意味する。このような構造は、チューブ・シェル型熱交換器、プレート・フレーム型熱交換器、外径または内径上に流体不浸透性障壁層を有する中空繊維、またはその他のあらゆる好適な構造に類似していてよい。迅速な加熱および冷却を行うために、熱が温度制御流体から吸着剤層まで拡散する必要がある距離を、好都合には最小限にすることができ、理想的には１０，０００ミクロン未満、たとえば、１０００ミクロン未満または２００ミクロン未満にすることができる。
【００４３】
外部温度制御床設計の非限定的な例としては、流体不浸透性障壁層を外径上に有する中空繊維を挙げることができ、この中空繊維は、ポリマーと担持されたアミン吸着剤との混合マトリックス系で構成される。供給ガスは、多孔質繊維の内径を通過して、より低い温度で吸着剤によって吸着されることができ、一方、低温制御流体は、繊維の外径上を流れることができる。脱着は、高温制御流体を、好ましくは繊維外径上の向流方向に流し、それによって吸着剤を加熱することによって行うことができる。サイクルは、高温制御流体を低温流体と交換して、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成することができる。好ましい一実施形態においては、系中の熱流量は、温度制御流体中で比較的鮮明な温度勾配を、加熱および冷却中に形成することができ、それによってできるだけ多くの系の顕熱を、加熱および冷却用流体から取り戻すことができるような、熱流量とすることができる。このような非限定的な中空繊維の例の場合、有用な繊維外径の寸法は２０，０００ミクロン未満、好ましくは２０００ミクロン未満、たとえば１０００ミクロン未満であってよい。有用な中空繊維内径（供給ガスチャネル）は、所望の吸着および脱着サイクル時間、供給吸着種濃度、およびそれらの種のための吸着剤層スイング能力に基づくと適切となる、１０，０００ミクロン未満、たとえば、１０００ミクロン未満、または５００ミクロン未満であってよい。
【００４４】
すべての場合で、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維持することが好都合となりうる。この比は、２０未満、たとえば１０未満、または５未満とすることができる。このように、各サイクルでスイングさせる必要がある系の顕熱を減少させ／最小限にすることができる。
【００４５】
ＩＶ．Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２を実質的に含有しないクリーンガスの比較的少ない流量（全供給流の約０．０１％〜約５％）をパージガスとして利用することができる。このようなクリーンガス流の非限定的な例としては、プロセスの脱着ステップの少なくとも一部の間に、供給方向に対して向流の方向で平行チャネルに流れるよう維持されるメタンおよび窒素を挙げることができる。好都合には、このクリーンガスの流量は、実質的にクリーンな状態に吸着チャネルの生成物端を維持するために、脱着するＨ２Ｓおよび／またはＣＯ２の自然拡散に打ち勝つのに十分な流量であってよい。脱着中のこの向流パージ流によって、引き続く各吸着サイクルにおいて、Ｈ２ＳまたはＣＯ２などの標的種が、生成物ストリーム中に実質的に浸入しないようにすることができる。
【００４６】
前述したように、本発明の実施に好ましいサイクルおよび床の設計は、吸着剤チャネルの生成物端（すなわち、供給ガスが入る端部とは反対側の端部）で、吸着したＨ２Ｓおよび／またはＣＯ２の濃度が非常に低く、または理想的には実質的に０となるようにすることである。このように、前述の好適な構造化チャネルを用いて、Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２は、供給ガスストリームから厳格に除去することができる。たとえば、Ｈ２Ｓに関しては、生成ガスが、４ｖｐｐｍ以下のＨ２Ｓ（たとえば、３ｖｐｐｍ以下、２ｖｐｐｍ以下、または１ｖｐｐｍ以下）を含有し、流入ガス供給ストリームが、６ｖｐｐｍ〜１０，０００ｖｐｐｍの間のＨ２Ｓ（たとえば、８ｖｐｐｍ〜１０，０００ｖｐｐｍ、１０ｖｐｐｍ〜１０，０００ｖｐｐｍ、１５ｖｐｐｍ〜１０，０００ｖｐｐｍ、２０ｖｐｐｍ〜１０，０００ｖｐｐｍ、３０ｖｐｐｍ〜１０，０００ｖｐｐｍ、５０ｖｐｐｍ〜１０，０００ｖｐｐｍ、１００ｖｐｐｍ〜１０，０００ｖｐｐｍ、６ｖｐｐｍ〜５０００ｖｐｐｍ、８ｖｐｐｍ〜５０００ｖｐｐｍ、１０ｖｐｐｍ〜５０００ｖｐｐｍ、１５ｖｐｐｍ〜５０００ｖｐｐｍ、２０ｖｐｐｍ〜５０００ｖｐｐｍ、３０ｖｐｐｍ〜５０００ｖｐｐｍ、５０ｖｐｐｍ〜５０００ｖｐｐｍ、１００ｖｐｐｍ〜５０００ｖｐｐｍ、６ｖｐｐｍ〜２０００ｖｐｐｍ、８ｖｐｐｍ〜２０００ｖｐｐｍ、１０ｖｐｐｍ〜２０００ｖｐｐｍ、１５ｖｐｐｍ〜２０００ｖｐｐｍ、２０ｖｐｐｍ〜２０００ｖｐｐｍ、３０ｖｐｐｍ〜２０００ｖｐｐｍ、５０ｖｐｐｍ〜２０００ｖｐｐｍ、１００ｖｐｐｍ〜２０００ｖｐｐｍ、６ｖｐｐｍ〜１０００ｖｐｐｍ、８ｖｐｐｍ〜１０００ｖｐｐｍ、１０ｖｐｐｍ〜１０００ｖｐｐｍ、１５ｖｐｐｍ〜１０００ｖｐｐｍ、２０ｖｐｐｍ〜１０００ｖｐｐｍ、３０ｖｐｐｍ〜１０００ｖｐｐｍ、５０ｖｐｐｍ〜１０００ｖｐｐｍ、または１００ｖｐｐｍ〜１０００ｖｐｐｍ）を含有する場合に、吸着プロセスでの厳格な分離が起こっている。
【００４７】
床の下流端は、脱着ステップ中、より好ましくはサイクルのすべての加熱および冷却ステップ中に、供給方向に対して向流方向で、Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２を実質的に有さないクリーン流体の比較的少量の流れを維持することによって、記載のようにクリーンに維持することができる。ある実施形態においては、吸着ステップ中、サイクルの吸着部分は、Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２が充填された吸着剤の吸着フロントの進行が、チャネル末端まで到達しない、すなわち、Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２の破過点の前で吸着が停止するように時間が制限され、それによって、吸着剤チャネルの実質的にクリーンな区画を、標的種を実質的に含有せずに維持することができる。適度に明確な吸着フロントを有することで、５０体積％を超える吸着剤を利用でき、たとえば、７５体積％を超え、または８５体積％を超えて利用できる。
【００４８】
Ｖ．任意選択的に、中間相フィラーを使用することができる。すなわち、結晶の間の流動不可能な空隙、および／または吸着チャネル壁中の細孔は、粒子間の中間相細孔を充填して開放容積を減少させることによって減少させることができ、同時に、吸着剤層全体で比較的迅速にガスを輸送することができる。この流動不可能な空隙の充填は、急速脱着ステップで失われる所望の生成物の量の許容レベルを下げるため、および熱脱着後の吸着器の床を高純度にするために、望ましい場合がある。このような中間相細孔の充填は、種々の方法で実現することができる。たとえば、ケイ素ゴムまたは固有の多孔度を有するポリマーなどのポリマーフィラーを、Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２の急速拡散に使用することができる。これに加えて、またはこれとは別に、空隙には、メソ多孔性および／またはミクロ多孔性を有する熱分解性炭素、より小さいサイズの不活性固体、および／または所望のガスが容易に拡散できる再充填可能な液体（水、溶媒、油など）を充填することができる。いずれの方法でも、吸着剤壁中の空隙は、好都合には６０体積％未満、たとえば７０％未満、または８０％未満まで減少させることができる。
【００４９】
これに加えて、またはこれとは別に、標的ガス成分を比較的（実質的に）含まない床の生成物端を維持するために、加熱中に、パージガスストリームを吸着床に流すことができる。特定の好ましい実施形態においては、パージガスストリームは、供給ガス混合物よりも実質的に低い含有量の標的ガス成分を有することができ、たとえば、パージガスストリームは、供給ガス混合物中の標的ガス成分の１０ｍｏｌ％未満、たとえば５ｍｏｌ％未満の含有量を有することができる。
【００５０】
本発明の接触器の好ましい用途においては、スイング吸着プロセスにおいて天然ガスからＣＯ２を除去することができる。この場合、速度論的選択性を有するある特定の種類の８員環ゼオライト材料を用いて吸着剤を配合することが好ましい場合があるが、平衡に基づく吸着が代替法となりうる。この種類の８員環ゼオライト材料の速度論的選択性によって、ＣＯ２をゼオライト結晶中に迅速に移動させながら、メタンの輸送は妨害することができ、そのため、ＣＯ２およびメタンの混合物からＣＯ２を選択的に分離することが可能となる。天然ガスからのＣＯ２の除去の場合、この特定の種類の８員環ゼオライト材料は、Ｓｉ／Ａｌ比が約１〜約２５、または２〜約１０００、約１０〜約５００、または約５０〜約３００となることができる。本明細書において使用される場合、Ｓｉ／Ａｌ比は、ゼオライト構造のシリカ対アルミナのモル比として定義される。この種類の８員環ゼオライトでは、ＣＯ２のメタンに対する単成分拡散係数の比（すなわち、ＤＣＯ２／ＤＣＨ４）が、１０を超え、好ましくは約５０を超え、約１００を超え、または約２００を超えうるような方法で、ＣＯ２は８員環ウィンドウを通って内部細孔構造に到達することができる。
【００５１】
これに加えて、またはこれとは別に、多くの場合、窒素含有ガスから精製メタン生成物を高回収率で得るために、天然ガスまたは石油生産に関連するガスから窒素を除去することが望ましい場合がある。メタンからの窒素の分離に関して顕著な平衡または速度論的選択性を有するモレキュラーシーブ収着剤は非常にわずかしか存在していない。天然ガスからＮ２を分離する場合は、ＣＯ２の場合と同様に、速度論的選択性を有するある種類の８員環ゼオライト材料を用いて吸着剤を配合することが好ましくなりうる。この種類の８員環材料の速度論的選択性によって、Ｎ２はゼオライト結晶中に迅速に移動することができ、一方、メタンの輸送は妨害され、それによって、Ｎ２およびメタンの混合物からＮ２を選択的に分離することが可能となる。天然ガスからＮ２を除去する場合、この特定の種類の８員環ゼオライト材料は、Ｓｉ／Ａｌ比が約２〜約１０００、たとえば約１０〜約５００、または約５０〜約３００となることができる。この種類の８員環ゼオライトでは、Ｎ２のメタンに対する単成分拡散係数の比（すなわち、ＤＮ２／ＤＣＨ４）が、５を超え、好ましくは約２０を超え、約５０を超え、または１００を超えうるような方法で、Ｎ２は８員環ウィンドウを通って内部細孔構造に到達することができる。天然ガスからＮ２の除去中のスイング吸着プロセスにおける汚れ抵抗性は、この種類の８員環ゼオライト材料によって得られる利点の１つとなりうる。
【００５２】
ＣＯ２に加えて、またはこれとは別に、約０．００１体積％のＨ２Ｓ〜約７０体積％のＨ２Ｓ（たとえば、約０．００１体積％〜約３０体積％、約０．００１体積％〜約１０体積％、約０．００１体積％〜約５体積％、約０．００１体積％〜約１体積％、約０．００１体積％〜約０．５体積％、または約０．００１体積％〜約０．１体積％）を含有することがある天然ガスからＨ２Ｓを除去することが望ましい場合がある。この場合、スタノシリケート、および速度論的選択性を有することができる前述の種類の８員環ゼオライトを用いて吸着剤を配合すると好都合となりうる。この種類の８員環材料の速度論的選択性によって、Ｈ２Ｓはゼオライト結晶中に迅速に移動することができ、一方、メタンの輸送は妨害され、それによって、Ｈ２Ｓおよびメタンの混合物からＨ２Ｓを選択的に分離することが可能となる。天然ガスからＨ２Ｓを除去する場合、この特定の種類の８員環ゼオライト材料は、Ｓｉ／Ａｌ比が約２〜約１０００、たとえば約１０〜約５００、または約５０〜約３００となることができる。この種類の８員環ゼオライトでは、Ｈ２Ｓのメタンに対する単成分拡散係数の比（すなわち、ＤＨ２Ｓ／ＤＣＨ４）が５を超え、好ましくは約２０を超え、約５０を超え、または１００を超えうるような方法で、Ｈ２Ｓは８員環ウィンドウを通って内部細孔構造に到達することができる。ＤＤＲ、Ｓｉｇｍａ−１、および／またはＺＳＭ−５８が、天然ガスからＨ２Ｓを除去するのに好適な材料の例である。ある用途では、Ｈ２Ｓをｐｐｍレベルまたはｐｐｂレベルまで除去することが望ましい場合がある。
【００５３】
本発明の実施形態において使用される選択的吸着材料の他の非限定的な例としては、ミクロ多孔性材料、たとえばゼオライト、ＡｌＰＯ、ＳＡＰＯ、ＭＯＦ（金属有機骨格）、ＺＩＦ（ゼオライト型イミダゾレート骨格、たとえばＺＩＦ−７、ＺＩＦ−８、ＺＩＦ−２２など）、および炭素類、ならびにアミン官能化ＭＣＭ材料などのメソ多孔性材料など、ならびにそれらの組み合わせおよびそれらの反応生成物を挙げることができる。天然ガスストリーム中に典型的に見られる硫化水素および二酸化炭素などの酸性ガスの場合、カチオンゼオライト類、アミン官能化メソ多孔性材料、スタノシリケート類、炭素類、およびそれらの組み合わせなどの吸着剤が、特定の実施形態において好ましくなる場合がある。
【００５４】
前述の吸着的速度論的分離の方法、装置、およびシステムは、ガスおよび油の処理などの炭化水素の開発および生成に有用である。特に、提供される方法、装置、およびシステムは、ガス混合物から種々の標的ガスを迅速に大規模で効率的に分離するために有用となりうる。
【００５５】
提供される方法、装置、およびシステムは、汚染物質を除去することによって天然ガス生成物を製造するために使用することができる。提供される方法、装置、およびシステムは、露点制御、スイートニング／無毒化、腐食防止／制御、脱水、発熱量、コンディショニング、および精製などの分離用途などのユーティリティで使用するためのガス供給ストリームの製造に有用となりうる。１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、非飲料水、ブランケットガス、インストルメントおよびコントロールガス、冷媒、不活性ガスの生成、および炭化水素の回収を挙げることができる。代表的な「限度を超えない」生成物（または「標的」）酸性ガス除去の仕様としては：（ａ）２体積％のＣＯ２、４ｐｐｍのＨ２Ｓ；（ｂ）５０ｐｐｍのＣＯ２、４ｐｐｍのＨ２Ｓ；または（ｃ）１．５体積％のＣＯ２、２ｐｐｍのＨ２Ｓを挙げることができる。
【００５６】
提供される方法、装置、およびシステムは、炭化水素ストリームから酸性ガスを除去するために使用することができる。残存するガス埋蔵量が、より高い濃度の酸性（サワー）ガス資源を示しているため、酸性ガス除去技術は、ますます重要となっている。炭化水素供給ストリームは、酸性ガスの量が広範囲で変動することがあり、たとえば数ｐｐｍから９０体積％まで変動しうる。代表的なガス埋蔵量から得られる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％のＨ２Ｓ、５体積％のＣＯ２；（ｂ）１体積％のＨ２Ｓ、１５体積％のＣＯ２；（ｃ）１体積％のＨ２Ｓ、６０体積％のＣＯ２；（ｄ）１５体積％のＨ２Ｓ、１５体積％のＣＯ２；または（ｅ）１５体積％のＨ２Ｓ、３０体積％のＣＯ２の濃度を挙げることができる。
【００５７】
所望の生成物ストリームを得ながら、比較的高い炭化水素回収率を維持するために、本明細書で提供される方法、装置、およびシステムとともに以下の１つ以上を利用することができる：
（ａ）１つ以上の速度論的スイング吸着プロセス、たとえば圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、熱スイング吸着（ＴＳＡ）、ならびに分圧スイングまたは置換パージ吸着（ＰＰＳＡ）、たとえばこれらのプロセスの組み合わせの使用；各スイング吸着プロセスは、１つ以上の急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣ−ＰＤＳ）ユニットの使用、１つ以上の急速サイクル温度スイング吸着（ＲＣ−ＴＳＡ）ユニットの使用、または１つ以上の急速サイクル分圧スイング吸着（ＲＣ−ＰＰＳＡ）ユニットの使用など急速サイクルで利用することができ；代表的な速度論的スイング吸着プロセスは、米国特許出願公開第２００８／０２８２８９２号明細書、米国特許出願公開第２００８／０２８２８８７号明細書、米国特許出願公開第２００８／０２８２８８６号明細書、米国特許出願公開第２００８／０２８２８８５号明細書、および米国特許出願公開第２００８／０２８２８８４号明細書（それぞれの全体が参照により本明細書に援用される）に記載されている；
（ｂ）２０１１年３月１日に出願された米国仮特許出願第６１／４４７，８５８号明細書、およびその優先権を主張し整理番号２０１１ＥＭ０６０−ＵＳ２を有する米国特許出願（どちらも、その全体が参照により本明細書に援用される）に記載されるような改良されたサイクルおよびパージを使用したＲＣ−ＴＳＡを用いた酸性ガスの除去；
（ｃ）米国特許出願公開第２００８／０２８２８９２号明細書、米国特許出願公開第２００８／０２８２８８５号明細書、および米国特許出願公開第２００８／０２８２８６号明細書（それぞれの全体が参照により本明細書に援用される）に記載されるような、吸着剤中に捕捉されるメタン量を減少させ、全体の炭化水素回収量を増加させるためのメソ多孔性フィラーの使用；
（ｄ）米国特許出願公開第２００８／０２８２８８７号明細書および米国特許出願公開第２００９／０２１１４４１号明細書（それぞれの全体が参照により本明細書に援用される）に記載される１種類以上のゼオライトなどの、高い選択性が得られ、メタンおよび他の炭化水素の吸着（および損失）を減少させ／最小限にするために適切な吸着材料の選択；
（ｅ）酸性ガス排出物をより高い平均圧力で捕捉することができるような、複数のステップにおける１つ以上ＲＣ−ＴＳＡユニットの中間圧力までの減圧によって、酸性ガス注入に必要な圧縮を減少することができ；中間減圧ステップの圧力レベルを、酸性ガス圧縮器の段間圧力に合わせることで、圧縮システム全体を最適化することができる；
（ｆ）排出または再循環ストリームを使用して、処理および炭化水素損失を最小限にする、たとえば１つ以上のＲＣ−ＴＳＡユニットからの排出ストリームを、再注入またはガス抜きの代わりに燃料ガスとして使用する；
（ｇ）単一床内に複数の吸着材料を用いて、微量の第１の汚染要因物、たとえばＨ２Ｓを除去し、その後第２の汚染要因物、たとえばＣＯ２を除去する；このようなセグメント化床は、最小限のパージ流量によりＲＣ−ＴＳＡユニットでｐｐｍレベルまで厳格に酸性ガスを除去することができる；
（ｈ）１つ以上のＲＣ−ＴＳＡユニットの前に供給物の圧縮を使用して、所望の生成物純度を達成する；
（ｊ）非酸性ガス汚染物質、たとえばメルカプタン類、ＣＯＳ、およびＢＴＥＸの同時除去；それを達成するための方法および材料の選択；
（ｋ）気体−固体接触器用に構造化吸着剤を使用して、従来の充填床と比較して圧力低下を最小限にする；
（ｌ）吸着材料の速度論に基づいたサイクル時間およびサイクルステップの選択；ならびに
（ｍ）特に装置の中で、２つのＲＣ−ＴＳＡユニットを直列に使用する方法および装置を使用し、第１のＲＣ−ＴＳＡユニットは供給ストリームを所望の生成物純度まで浄化し、第２のＲＣ−ＴＳＡユニットは、メタンを捕捉し高い炭化水素回収率を維持するために第１のユニットからの排出物を浄化する；この直列設計の使用は、メソ多孔質フィラーの必要性を減少させることができる。
【００５８】
本明細書で提供される方法、装置、およびシステムは、５百万標準立方フィート／日（ＭＳＣＦＤ）を超える天然ガス、たとえば１５ＭＳＣＦＤを超える、２５ＭＳＣＦＤを超える、５０ＭＳＣＦＤを超える、１００ＭＳＣＦＤを超える、５００ＭＳＣＦＤを超える、１０億標準立方フィート／日（ＢＳＣＦＤ）を超える、または２ＢＳＣＦＤを超える量を処理する施設などの大型ガス処理施設において有用となりうる。
【００５９】
従来技術と比較して、提供される方法、装置、およびシステムは、より少ない資本投資、より少ない運転費、および／またはより少ない物理的空間しか必要とせず、それによって、沖合、および北極環境などの遠隔地での実施が可能となる。提供される方法、装置、およびシステムは、前述の利益を得ながら、従来技術と比較して高い炭化水素回収率を得ることができる。
【００６０】
これに加えて、またはこれとは別に、本発明は、以下の実施形態の１つ以上を含むことができる。
【００６１】
実施形態１。標的種を含有する供給ガス混合物から前記標的種を分離するための温度スイング吸着方法であって：ａ）前記標的種の吸着に対して選択的な吸着材料で構成される吸着床の供給流入端に、供給ガス混合物を導入することによって、前記標的種を含有する前記供給ガス混合物の吸着ステップを行うステップであって、吸着床は、供給流入端および生成物流出端を有し、吸着床は、第１の圧力および第１の温度で運転され、供給ガス混合物中の前記標的種の少なくとも一部は吸着床によって吸着され、前記供給ガス混合物よりも低いｍｏｌ％の前記標的種を含有するガス生成物ストリームが、前記吸着床の生成物流出端を出るステップと；ｂ）前記吸着床の生成物流出端からの前記標的種の破過点の前で、前記供給ガス混合物の前記吸着床への導入を停止するステップと；ｃ）ステップａ）における供給ガス混合物の流れに対して向流となる流れを吸着床中に発生させる方法で、前記吸着床中の圧力を第２の圧力まで低下させるステップと；ｄ）前記第１の温度よりも高い第２の温度まで前記吸着床を外部から加熱し、同時に、ステップａ）における供給ガス混合物の流れの方向に対して向流で、標的種を実質的に含まないパージガスを流し、それによって、脱着した標的種の少なくとも一部の脱着および回収を行い、その結果、前記吸着床の生成物出口端の標的種の量を減少させるステップと；ｅ）前記吸着床の少なくとも一部を、ステップｄ）で使用した前記第２の温度よりも低い第３の温度まで冷却するステップと；ｆ）前記吸着床中の圧力を第３の圧力まで上昇させるステップとを含む、方法。
【００６２】
実施形態２。第１の温度が−１９５℃〜３００℃（たとえば、２０℃〜１５０℃）である、第１の圧力が１ｂａｒａ〜６００ｂａｒａ（たとえば、２ｂａｒａ〜２００ｂａｒａ）である、第２の温度が１０℃〜３００℃（たとえば、２０℃〜２００℃）である、および／または第３の温度が−１９５℃〜３００℃である、実施形態１の方法。
【００６３】
実施形態３。供給ガス混合物が天然ガスストリームである、および／または標的種が、ＣＯ２、Ｈ２Ｓ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、実施形態１または実施形態２の方法。
【００６４】
実施形態４。標的種がＨ２Ｓを含み、前記吸着床の生成物出口端が４ｖｐｐｍ以下のＨ２Ｓを含有し、供給ガス混合物が６ｖｐｐｍ〜１０，０００ｖｐｐｍの間のＨ２Ｓを含有する、実施形態３の方法。
【００６５】
実施形態５。前記吸着床の生成物出口端が標的種を実質的に有さない（たとえば、標的種濃度が２ｖｐｐｍ未満、または１ｖｐｐｍ未満である）、先行する実施形態のいずれか１つの方法。
【００６６】
実施形態６。吸着床が、その全長の全体にわたって開放フローチャネルを有し、その中を供給ガス混合物が通過する、および／または吸着床が平行チャネル接触器である、先行する実施形態のいずれか１つの方法。
【００６７】
実施形態７。ステップｃ）の圧力低下が２つ以上のステップで行われ、各ステップで、１つ前のステップよりも低い圧力に吸着床の圧力が低下する、先行する実施形態のいずれか１つの方法。
【００６８】
実施形態８。ステップｄ）の外部加熱が、吸着床を通過するガス流の方向に対して並流、または吸着床を通過するガス流の方向に対して向流で行われる、先行する実施形態のいずれか１つの方法。
【００６９】
実施形態９。吸着材料が、約５００を超えるＳｉ／Ａｌ比を有する８員環ゼオライトであり、たとえば、ＤＤＲ、Ｓｉｇｍａ−１、Ｚｅｏｌｉｔｅ−５８、ならびにそれらの組み合わせおよび連晶（intergrowth）からなる群から選択される、先行する実施形態のいずれか１つの方法。
【００７０】
実施形態１０。熱波が吸着床に沿って移動する、たとえば、吸着床を通過するガス流の方向に対して並流で移動するような方法で、ステップｄ）の加熱が行われる、先行する実施形態のいずれか１つの方法。
【００７１】
実施形態１１。温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）が、吸着床の長さの最大５０％にわたって生じるように、Ｔ９０およびＴ１０を第２の温度および第１の温度に対して定義することができる、実施形態１０の方法。
【００７２】
実施形態１２。熱波が、１０未満の最大ペクレ数Ｐｅを示し、ここでＰｅ＝（Ｕ＊L）／αであり、式中、Ｕは、熱交換流体の速度を表し、Ｌは、流体流に対してほぼ垂直な方向で熱が輸送される特性距離を表し、αは、距離Ｌにわたる接触器の有効熱拡散率を表し、Ｕは約０．０１ｍ／ｓ〜約１００ｍ／ｓであり、Ｌは０．１メートル未満である、実施形態１０または実施形態１１の方法。
【００７３】
実施形態１３。吸着床の開放細孔の約４０％未満が、約２０オングストロームを超え約１ミクロン未満の直径を有する、先行する実施形態のいずれか１つの方法。
【００７４】
実施形態１４。前記第３の圧力が、供給ガス混合物の絶対圧の９０％〜１００％の間である、先行する実施形態のいずれか１つの方法。
【００７５】
以下の概念例は、本発明の実施形態を説明するために提供され、請求される発明の範囲の限定を必ずしも意味しない。
【実施例】
【００７６】
Ｈ２ＳおよびＣＯ２を除去するための予想実施例
厳格なＨ２ＳおよびＣＯ２除去の場合の予想実施例として、天然ガス浄化計画について質量およびエネルギーの収支を計算した：
ａ．供給量は、約８１０ｐｓｉａの供給圧力で約６９０百万標準立方フィート／日（約６９０ＭＳＣＦＤ）。
ｂ．約２．１モルパーセントのＨ２Ｓ濃度。
ｃ．約０．３２モルパーセントのＣＯ２濃度。
ｄ．モノリス構造上に担持された選択的吸着剤が使用され：
ｉ．ウォッシュコーティング前は正方形のチャネル開口部が存在し、一方の側に約４５０ミクロンの吸着剤を有する。
ｉｉ．約２５％のチャネルは、防水処理され、伝熱流体としての加圧水を運ぶために使用される。
ｉｉｉ．約７５％のガス運搬チャネルは、プロセス条件で約３．０モル／ｋｇ（Ｈ２Ｓ＋ＣＯ２の場合）の容量を有する吸着材料がウォッシュコートされる。
ｉｖ．吸着剤層は、中間相充填成分としてのケイ素ゴムをさらに含み、それによって、ウォッシュコートされた層の約２／３は吸着剤であり、残りの約１／３は中間相フィラーとなる。
ｖ．最終ガス運搬チャネルは、直径約１５０ミクロンであり、断面は略円形である。
ｅ．システム全体では、前述の約２４個の構造化吸着床が使用され、直径約３６インチ、長さ約３６インチの寸法の円筒形である。これらは８個からなる組にグループ分けされ、それによって常に、８つの床が吸着し、８つが熱脱着し、８つが冷却される。（この簡略化された例では、中間圧力ブローダウンおよび圧力の平衡化に関する時間および床の要求は無視される。）
ｆ．全体のサイクル時間は約６０秒であり、吸着、加熱、および冷却ステップにほぼ等しく割り当てられる。
ｇ．床の後端（下流端）をクリーンに維持するために、床容量、すなわち吸着チャネルから下の長さの約７５％のみが利用されると仮定する。
ｈ．Ｎ２パージストリーム（クリーンガス）の逆流が利用され、その流量は、供給ガス流量の約０．０５％である。
ｉ．吸着ステップ中に約５ｂａｒの床の圧力低下が存在する。
ｊ．排出されるＨ２ＳおよびＣＯ２は約３ｂａｒで回収される。
【００７７】
この実施例の上記予想システムの質量収支およびエネルギー収支のまとめを以下の表１に示す。
【００７８】
【表１】
2014509555.tif 000002
【国際調査報告】
2014509555.tif 000003
2014509555.tif 000004
2014509555.tif 000005