(57)【要約】  多相吸着環境の一部として伝熱流体を使用することで、固体吸着剤を用いたガス成分の分離を改善することができる。伝熱流体は、吸着サイクル中に生じる固体吸着剤の温度上昇を軽減したり、または最小限にしたりすることができる。このような温度上昇を軽減したり、または最小限にしたりすることによって、吸着剤のワーキングキャパシティを向上させることができ、および／または従来の吸着方法を用いた工業規模の吸着では実用的ではない吸着剤の使用が可能となりうる。多相吸着環境は、細流床環境、スラリー環境、または固体吸着剤によるガス吸着中に少なくとも部分的に伝熱流体の液相が存在する別の好都合な環境に対応することができる。
2018534127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス成分の吸着方法であり、
第１のガス成分と伝熱液体とを含む流入流体を吸着剤粒子に曝露するステップであって、前記流入流体よりも低い前記第１のガス成分の濃度を有する吸着流出液を生成するためのステップであり、前記流入流体が、前記吸着剤粒子に接触する前に第１の温度を含み、前記曝露するステップの終了時の前記吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分の充填量が、少なくとも約０．０１モル／ｋｇである、ステップと、
前記第１の温度よりも高い脱着温度で前記第１のガス成分の少なくとも一部を前記吸着剤粒子から脱着させるステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１のガス成分が、ＣＯ２を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記吸着剤粒子が、Ｖ型吸着剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記脱着させるステップ後の前記吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分の充填量が、前記曝露するステップの終了時の前記吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分の充填量の５０％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記脱着温度が、前記第１の温度よりも少なくとも約２５℃高い、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記吸着剤粒子を前記流入流体に前記第１の温度で曝露するステップの前に、前記吸着剤粒子を前記伝熱液体に第２の温度で一定時間にわたって曝露する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の温度が、前記第１の温度とは約１０℃以下異なる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記脱着させるステップ後の前記吸着剤粒子中の前記吸着した第１のガス成分の充填量が、約０．５モル／ｋｇ以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記脱着させるステップ後の前記吸着剤粒子中の前記吸着した第１のガス成分の充填量が、約０．５モル／ｋｇ〜約３．０モル／ｋｇである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記吸着剤粒子が、Ｉ型吸着剤、Ｖ型吸着剤またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記流入流体を前記吸着剤粒子に曝露するステップが、スラリー接触器、流動床接触器、細流床接触器またはそれらの組合せにおける前記吸着剤粒子に前記流入流体を曝露するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記流入流体が、細流床接触器中の前記吸着剤粒子に曝露され、前記第１のガス成分と前記流入流体とが、前記細流床接触器中にそれぞれ別個の流体として導入される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記曝露するステップ中に前記流入流体が可変量の前記伝熱液体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記流入流体が、前記伝熱液体の１つ以上のパルスを含み、１つのパルス中の前記伝熱液体の流量が、前記曝露するステップ中の前記伝熱液体の平均流量よりも少なくとも約２５％大きい、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記吸着剤粒子が、官能化された吸着剤粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記伝熱液体が、前記官能化された吸着剤粒子を実質的に濡らさない、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記吸着した第１のガス成分を脱着させるステップが、少なくとも約９０体積％の前記第１のガス成分を含む脱着流出液を形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記吸着剤粒子が、オムニフォビックコーティングでコーティングされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記吸着剤粒子が、ゼオライト５Ａ、ｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）およびゼオライト１３Ｘの１つを含む、請求項１または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記オムニフォビックコーティングが、化学蒸着および回転化学蒸着の１つによって付与される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記オムニフォビックコーティングが、トリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
ＣＯ２の吸着方法であり、
ＣＯ２と伝熱液体とを含む流入流体を吸着剤粒子に曝露するステップであって、前記流入流体よりも低いＣＯ２濃度を有する吸着流出液を生成するためのステップであり、前記流入流体が、前記吸着剤粒子に接触する前に第１の温度を含み、前記曝露するステップの終了時の前記吸着剤粒子中の吸着したＣＯ２の充填量が、少なくとも約０．０１モル／ｋｇである、ステップと、
前記第１の温度よりも高い脱着温度でＣＯ２を前記吸着剤粒子から脱着させるステップと
を含む、方法。
【請求項２３】
ガス成分の吸着方法であり、
第１のガス成分と伝熱液体とを含む流入流体を、Ｖ型吸着等温線を有する吸着剤粒子に曝露するステップであって、前記流入流体よりも低い前記第１のガス成分の濃度を有する吸着流出液を生成するためのステップであり、前記流入流体が、前記吸着剤粒子に接触する前に第１の温度を含み、前記曝露するステップの終了時の前記吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分の充填量が、少なくとも約０．０１モル／ｋｇである、ステップと、
前記第１の温度よりも高い脱着温度で前記第１のガス成分の少なくとも一部を前記吸着剤粒子から脱着させるステップと
を含む、方法。
【請求項２４】
ガス成分の吸着方法であり、
第１のガス成分と伝熱液体とを含む流入流体を吸着剤粒子に曝露するステップであって、前記流入流体よりも低い前記第１のガス成分の濃度を有する吸着流出液を生成するためのステップであり、前記流入流体が、前記吸着剤粒子に接触する前に第１の温度を含み、前記曝露するステップの終了時の前記吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分の充填量が、少なくとも約０．０１モル／ｋｇである、ステップと、
前記第１のガス成分の少なくとも一部を前記吸着剤粒子から脱着温度で脱着させるステップであって、前記脱着温度と前記第１の温度との差が約１０℃未満である、ステップと
を含む、方法。
【請求項２５】
ガス流からＣＯ２を分離するためのシステムであり、当該システムが、
吸着剤粒子の床を含む接触器であって、前記吸着剤粒子が、吸着剤１キログラム当たり少なくとも約３．０モルのＣＯ２の吸着剤充填量を有するｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）を含む接触器と、
前記接触器と流体接続する伝熱液体と
を含む、システム。
【請求項２６】
前記接触器が細流床接触器を含む、請求項２５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（分野）
スイング吸着プロセス中の吸着剤のワーキングキャパシティを改善するためのシステムおよび方法が提供される。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
ガス分離は、多くの産業において重要であり、典型的には、混合物のあまり容易に吸着されない成分に対して、より容易に吸着される成分を優先的に吸着する吸着剤上にガスの混合物を流すことによって行うことができる。より重要な種類のガス分離技術の１つは、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、圧力下でガスが、微孔質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る傾向にあることに依拠している。圧力が高いほど、標的ガス成分の吸着する量が増加する。圧力が低下すると、吸着した標的成分の放出、すなわち脱着が起こる。異なるガスは吸着剤のマイクロポアまたは自由体積を異なる程度で満たす傾向にあるので、ガス混合物のガスを分離するためにＰＳＡプロセスを使用することができる。
【０００３】
別の重要なガス分離技術の１つは温度スイング吸着（ＴＳＡ）である。ＴＳＡプロセスも、圧力下でガスが、微孔質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る傾向にあることに依拠している。吸着剤の温度が上昇すると、吸着したガスの放出、すなわち脱着が起こる。ガス混合物中の１種類以上の成分に対して選択的である吸着剤とともに使用される場合に、吸着床の温度を周期的にスイングさせることによって、ＴＳＡプロセスを使用して混合物中のガスを分離することができる。
【０００４】
従来の温度スイング吸着（ＴＳＡ）プロセスでは、より低い温度で所望のガス成分が選択的に吸着し、続いてより高い温度でその成分が脱着する固体吸着剤が使用される。従来の固体吸着剤は、モノリス型構造、または固体吸着剤粒子の床に対応しうる。吸着中に気体と液体の両方が存在することは、典型的には回避される。
【０００５】
特許文献１には、並列チャネル接触器として提供される吸着剤などの固体吸着剤を使用する温度および／または圧力スイング吸着プロセスが記載されている。固体吸着剤の温度は、分離のための供給ガスを供給するチャネルと流体連通していない、吸着剤中の加熱用および／または冷却用のチャネルを介して、加熱用および／または冷却用の流体を導入することによって制御することができる。これによって、分離されるガスを流体に曝露せずに、加熱用および／または冷却用の流体の間の物理的接触が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８，７８４，５３３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（要旨）
一態様では、ガス成分の吸着方法が提供され、当該吸着方法は、
第１のガス成分と伝熱流体（heat transfer fluid）とを含む流入流体を吸着剤粒子に曝露するステップ（又は曝露すること、もしくは曝露する工程）であって、流入流体よりも低い第１のガス成分の濃度を有する吸着流出液（adsorbent effluent）を生成するためのステップであり、流入流体が、吸着剤粒子に接触する前に第１の温度を含み、曝露するステップの終了時の吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分の充填量（loading）が、少なくとも約０．０１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．２モル／ｋｇ、または少なくとも約０．５モル／ｋｇ、または少なくとも約１．０モル／ｋｇ、または少なくとも約２．０モル／ｋｇ、または少なくとも約３．０モル／ｋｇである、ステップと、
第１の温度よりも高い脱着温度で第１のガス成分の少なくとも一部を吸着剤粒子から脱着させるステップ（又は脱着させること、もしくは脱着させる工程（desorbing））と
を含む。
本明細書において使用される場合、吸着剤粒子としては、押出物、ペレット、成形およびふるい分けが行われた粉末、ならびにその他のあらゆる成形粉末が挙げられる。前記吸着剤は、１００％純粋である必要はなく、シリカ、アルミナ、およびポリマー材料などの典型的なバインダーを含むことができる。
【０００８】
別の一態様では、ＣＯ２の吸着方法が提供され、当該吸着方法は、
ＣＯ２と伝熱流体とを含む流入流体を吸着剤粒子に曝露するステップ（又は曝露すること、もしくは曝露する工程）であって、流入流体よりも低いＣＯ２濃度を有する吸着流出液を生成するためのステップであって、流入流体が、吸着剤粒子に接触する前に第１の温度を含み、曝露するステップの終了時の吸着剤粒子中の吸着したＣＯ２の充填量が、少なくとも約０．０１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．２モル／ｋｇ、または少なくとも約０．５モル／ｋｇ、または少なくとも約１．０モル／ｋｇ、または少なくとも約２．０モル／ｋｇ、または少なくとも約３．０モル／ｋｇである、ステップと、
第１の温度よりも高い脱着温度でＣＯ２を吸着剤粒子から脱着させるステップ（又は脱着させること、もしくは脱着させる工程）と
を含む。
【０００９】
さらに別の一態様では、ガス成分の吸着方法が提供され、当該吸着方法は、
第１のガス成分と伝熱流体とを含む流入流体を、Ｖ型吸着剤を含む吸着剤粒子に曝露するステップ（又は曝露すること、もしくは曝露する工程）であって、流入流体よりも低い第１のガス成分の濃度を有する吸着流出液を生成するためのステップであり、流入流体が、吸着剤粒子に接触する前に第１の温度を含み、曝露するステップの終了時の吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分の充填量が、少なくとも約０．０１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．２モル／ｋｇ、または少なくとも約０．５モル／ｋｇ、または少なくとも約１．０モル／ｋｇ、または少なくとも約２．０モル／ｋｇ、または少なくとも約３．０モル／ｋｇである、ステップと、
第１の温度よりも高い脱着温度で第１のガス成分の少なくとも一部を吸着剤粒子から脱着させるステップ（又は脱着させること、もしくは脱着させる工程）と
を含む。
【００１０】
さらに別の一態様では、ガス成分の吸着方法が提供され、当該吸着方法は、
第１のガス成分と伝熱流体とを含む流入流体を吸着剤粒子に曝露するステップ（又は曝露すること、もしくは曝露する工程）であって、流入流体よりも低い第１のガス成分の濃度を有する吸着流出液を生成するためのステップであり、流入流体が、吸着剤粒子に接触する前に第１の温度を含み、曝露するステップの終了時の吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分の充填量が、少なくとも約０．０１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．２モル／ｋｇ、または少なくとも約０．５モル／ｋｇ、または少なくとも約１．０モル／ｋｇ、または少なくとも約２．０モル／ｋｇ、または少なくとも約３．０モル／ｋｇである、ステップと、
脱着温度で第１のガス成分の少なくとも一部を吸着剤粒子から脱着させるステップ（又は脱着させること、もしくは脱着させる工程）であって、脱着温度と第１の温度との差が約１０℃未満である、ステップと
を含む。
【００１１】
さらに別の一態様では、ガス流からＣＯ２を分離するための接触器が提供され、当該接触器は、吸着剤粒子の床を含み、かかる吸着剤粒子は、吸着剤１キログラム当たり少なくとも約３．０モルのＣＯ２の吸着剤充填量を有するｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）を含む。場合により、接触器は、細流床接触器であってよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ｉ型吸着剤によるＣＯ２の吸着の場合の吸着等温線（adsorption isotherm）およびありうるワーキングキャパシティの一例を概略的に示している。
【図２】Ｖ型吸着剤によるＣＯ２の吸着の場合の吸着等温線およびありうるワーキングキャパシティの一例を概略的に示している。
【図３】伝熱流体を用いたスイング吸着プロセスの実施に適切なシステムの一例を概略的に示している。
【図４】ポリアルファオレフィン伝熱流体を用いたＩ型吸着剤による吸着の結果を示している。
【図５】吸着剤を含む、または含まない吸着容器の圧力と温度との関係を示している。
【図６】伝熱流体が使用される場合の吸着ステップ中の細流床吸着器の操作の一例を概略的に示している。
【図７】ゼオライト５Ａ対オムニフォビックコーティングを有するゼオライト５ＡのＣＯ２容量の比較プロットを示している。
【図８】ゼオライト５Ａ対オムニフォビックコーティングを有するゼオライト５Ａの、両方を伝熱流体（ＴＭＣ７０４）に曝露した後のＣＯ２容量の比較プロットを示している。
【図９】ゼオライト５Ａ対オムニフォビックコーティングを有するゼオライト５Ａの、両方を伝熱流体（ＴＭＣ７０４）に曝露する前および曝露した後のＣＯ２容量の比較プロットを示している。
【図１０】ゼオライト１３Ｘ対オムニフォビックコーティングを有するゼオライト１３ＸのＣＯ２容量の比較プロットを示している。
【図１１】ゼオライト１３Ｘ対オムニフォビックコーティングを有するゼオライト１３Ｘの、両方を伝熱流体（ＴＭＣ７０４）に曝露した後のＣＯ２容量の比較プロットを示している。
【図１２】ゼオライト１３Ｘ対オムニフォビックコーティングを有するゼオライト１３Ｘの、両方を伝熱流体（ＴＭＣ７０４）に曝露する前および曝露した後のＣＯ２容量の比較プロットを示している。
【図１３】ゼオライト１３Ｘ対オムニフォビックコーティングを有するゼオライト１３Ｘの、両方を伝熱流体（ＰＡＯ）に曝露した後のＣＯ２容量の比較プロットを示している。
【図１４】ゼオライト１３Ｘ対オムニフォビックコーティングを有する１３Ｘの、両方を伝熱流体（ＰＡＯ）に曝露する前および曝露した後のＣＯ２容量の比較プロットを示している。
【図１５Ａ】シリンジによって供給される液体と接触させた後のゼオライト５Ａビーズのぬれ性をビデオ静止画像によって定性的に示している。
【図１５Ｂ】シリンジによって供給される液体と接触させた後のオムニフォビックコーティングで処理したゼオライト５Ａビーズのぬれ性をビデオ静止画像によって定性的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態の詳細な説明）
概要
種々の態様では、固体吸着剤を用いてガス成分の改善された分離を可能とするために、多相吸着環境の一部として伝熱流体を使用することができる。伝熱流体は、吸着サイクル中に生じる固体吸着剤の温度上昇を減少させたり、または最小限にしたりすることができる。このように温度上昇を減少させたり、または最小限にしたりすることで、吸着剤のワーキングキャパシティを向上させることができ、および／または従来の吸着方法を用いる工業規模では実用的ではない吸着剤（Ｖ型吸着剤など）の使用が可能となる。多相吸着環境は、細流床環境、スラリー環境、または固体吸着剤によるガス吸着中に伝熱流体の液相が少なくとも部分的に存在する別の好都合な環境に対応することができる。本発明において使用される伝熱流体としては、液体、気体、および吸着熱に基づいて気化して気体になることができることで蒸発により熱伝達がさらに向上する液体が挙げられる。
【００１４】
一部の態様では、スイング吸着プロセスは、細流床接触器構成の吸着剤粒子の床を用いて行うことができる。これを、熱フロントが吸着フロントよりも速く移動するような相対液体／ガス速度の使用と組み合わせることで、直接熱伝達が可能となりうる。これによって、吸着剤の熱の回復および／または温度管理の改善が可能となりうる。吸着熱による吸着容量のあらゆる低下を減少させたり、または最小限にしたりすることができ、それによって（限定するものではないが）Ｖ型吸着剤などの高容量の吸着剤のより実用的な吸着剤が利用可能になる。
【００１５】
スイング吸着プロセスは、供給混合物（典型的には気相）を、より容易に吸着する成分をあまり容易に吸着しない成分よりも優先的に吸着することができる吸着剤の上に流す、および／またはその吸着剤に曝露する吸着ステップを有することができる。吸着剤の速度論的特性または平衡特性のために、ある成分がより容易に吸着されうる。吸着剤は、典型的には、スイング吸着ユニットの一部である接触器中に収容される。この説明において、接触器は粒子状吸着床を含むことができるし、あるいは粒子状吸着剤を伝熱流体中に懸濁させてスラリーを形成することもできる。スイング吸着ユニット中の別の構成要素は、バルブ、配管、タンク、およびその他の接触器であってよい。一部の態様では、複数の接触器を、スイング吸着システムの一部として使用することができる。これによって、吸着および脱着を連続プロセスとして行うことができ、１つ以上の接触器が吸着のために使用されながら、１つ以上の追加の接触器が脱着のために使用される。接触器が吸着中に最大充填量に到達するとき、および／または脱着条件下で完全な脱着に到達するときには、接触器への流れを吸着と脱着との間で切り換えることができる。脱着ステップ後、吸着剤が実質的な充填量のガス成分を保持しうることに留意されたい。種々の態様では、脱着ステップ終了時の吸着剤の吸着ガス成分の充填量は、少なくとも約０．００１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．０１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．２モル／ｋｇ、または少なくとも約０．５モル／ｋｇ、または少なくとも約１．０モル／ｋｇ、および／または約３．０モル／ｋｇ以下、または約２．５モル／ｋｇ以下、または約２．０モル／ｋｇ以下、または約１．５モル／ｋｇ以下、または約１．０モル／ｋｇ以下、または約０．１モル／ｋｇ以下となりうる。これに加えて、またはこれとは別に、脱着ステップの終了時の充填量は、前の吸着ステップの終了時の充填量を基準として特徴付けることができる。脱着ステップ終了時の吸着剤の吸着ガス成分の充填量は、前の吸着ステップの終了時の吸着剤充填量の少なくとも約０．０１％、または少なくとも約０．１％、または少なくとも約１％、または少なくとも約５％、または少なくとも約１０％、または少なくとも約２０％、または少なくとも約３０％、または少なくとも約５０％、および／または約９０％以下、または約７０％以下、または約５０％以下、または約４０％以下、または約３０％以下、または約２０％以下、または約１０％以下、または約５％以下、または約１％以下、または約０．１％以下であってよい。
【００１６】
吸着剤の再生方法によって、スイング吸着プロセスの種類が指定される。圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスは、圧力下のガスが微孔質吸着材料の細孔構造中に吸着されやすいことに依拠している。圧力が高いほど、吸着される標的ガス成分の量が多くなる。圧力が低下すると、吸着した標的成分は放出され、すなわち脱着する。吸着剤の平衡特性または速度論的特性のいずれかのために、異なるガスは、吸着剤マイクロポアまたは自由体積を異なる程度で満たす傾向にあるので、ガス混合物のガスを分離するためにＰＳＡプロセスを使用することができる。温度スイング吸着（ＴＳＡ）プロセスも、圧力下のガスが微孔質吸着材料の細孔構造中に吸着されることに依拠している。吸着剤の温度が上昇すると、吸着したガスが放出され、すなわち脱着する。吸着床温度の周期的なスイングによって、ガス混合物中の１つ以上の成分に対して選択的な吸着剤とともに使用する場合に、混合物中のガスを分離するためにＴＳＡプロセスを使用することができる。
【００１７】
熱スイング吸着プロセスとも呼ばれる温度スイング吸着（ＴＳＡ）プロセスは、吸着ステップと、熱支援再生ステップとの少なくとも２つのステップにより繰り返しサイクルが行われる吸着剤を使用することができる。吸着剤の再生は、吸着剤から標的成分を脱着させるために、吸着剤を有効温度まで加熱することによって行うことができる。次に、その吸着剤は、別の吸着ステップを完了できるように冷却することができる。ＴＳＡプロセスの連続する吸着ステップ間のサイクル時間は、典型的には約０．２分〜約１２０分以上などの分のオーダーとなりうる。一部の態様では、ＴＳＡプロセスの連続する吸着ステップ間のサイクル時間は、約３０分未満、または約１０分未満、または約２分未満、または約１分未満となりうる。サイクル時間は、細流床接触器の床の深さなどの吸着床の性質によって部分的には決定されうる。ＴＳＡプロセスは、９０体積％を超え、たとえば９５体積％を超え、または場合によっては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場合、「吸着」という用語は、固体支持体上への物理収着、化学収着、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収着、ならびにそれらの組合せを含んでいる。
【００１８】
ＴＳＡサイクルは、典型的には、吸着剤の温度を吸着ステップのための温度から脱着ステップのための温度まで変化させることも含むことができる。吸着ステップは、吸着のための成分を含有する流入ガスのためにガス流が開始する時点と、ガス流が停止する時点とに基づいて画定することができる。脱着ステップは、吸着剤から脱着するガスが収集される時点から収集が停止する時点に基づいて画定することができる。これらのステップの範囲外となるサイクル中のあらゆる時間は、吸着剤温度をさらに調節するために使用することができる。一部の態様では、床の温度を調節するために介在するステップを必ずしも必要とせずに、伝熱流体によって吸着／脱着ステップを開始することができるので、吸着ステップおよび脱着ステップのみに対応するＴＳＡサイクルを行うことが伝熱流体によって可能となりうる。
【００１９】
好都合な圧力において、または好都合な圧力付近の小さい変動で、プロセスの実施が可能なことが、ＴＳＡ分離の可能性のある利点の１つとなりうる。たとえば、ＴＳＡ分離の目標の１つは、吸着し次に脱着するガス成分の実質的に純粋なストリームを形成することであってよい。この種類の態様では、脱着ステップに好都合な圧力は約１ｂａｒ（０．１ＭＰａ）以下の温度であってよい。約０．１ＭＰａを超えるストリームを脱着させようとすると、脱着のために実質的にさらなる温度上昇が必要となりうる。さらに、吸着のためのガス成分を含有する多くのストリームは、低圧となりうる「廃」ガスまたは煙道ガスストリームに対応することができるので、周囲圧力は、吸着ステップでも同様に好都合な圧力となりうる。一部の態様では、吸着ステップと脱着ステップとの間の圧力差は、約１ＭＰａ以下、または約０．２ＭＰａ以下、または約０．１ＭＰａ以下、または約０．０５ＭＰａ以下、または約０．０１ＭＰａ以下となることができる。
【００２０】
温度スイング吸着（ＴＳＡ）を用いてガス流から成分を分離するために、さまざまな種類の固体吸着剤が利用可能である。従来のＴＳＡプロセス中、ガス流中の少なくとも１つの成分は、固体吸着剤に優先的に吸着させることができ、吸着成分の濃度が低下したストリームを得ることができる。次に吸着成分は、固体吸着剤から脱着および／または置換させることができ、場合により、吸着成分の濃度が増加したストリームを形成することができる。
【００２１】
本明細書の記述において、種々の位置で、ガス供給材料からのＣＯ２の吸着、および引き続く実質的に純粋なＣＯ２ストリームの脱着に言及することができる。概念を説明するためにこの例が使用され、説明される一般的原理は、温度スイング吸着を行うためのガス成分と吸着剤とのあらゆる好都合な組合せに適用できることを当業者は理解されよう。この説明的な例では、精製プロセスまたは石炭／ガス発電所から得られる煙道ガスは、約０．１体積％〜約１５体積％のＣＯ２濃度を有することができる。煙道ガスストリームからＣＯ２を吸着し、次にＣＯ２を脱着して、少なくとも９０体積％のＣＯ２、または少なくとも９５体積％、または少なくとも９８体積％を有するストリームなどの濃縮ＣＯ２ストリームを形成できることが望ましい。吸着／脱着サイクルの一部として吸着し次に脱着することができるＣＯ２（または別のガス成分）の量は、ＣＯ２／ガス成分に関する吸着剤のワーキングキャパシティと呼ばれる。
【００２２】
図１は、ゼオライト１３ＸのＣＯ２吸着等温線の一例を示している。ＣＯ２の吸着／脱着のためにゼオライト１３Ｘを使用すると、典型的な煙道ガス中にＨ２Ｏが存在するために、ある種の問題が発生しうることに注目される。しかし、ゼオライト１３Ｘは、吸着／脱着サイクルの概念の説明に適している。図１中、煙道ガス中で生じうるＣＯ２の代表的な希薄濃度として６．８モル％のＣＯ２濃度を選択した。図１中、垂直の点線は、６．８モル％または１００モル％のいずれかの濃度に対応するＣＯ２の分圧（１ｂａｒまたは０．１ＭＰａの全圧における）を示している。図１中に示されるように、この吸着等温線は温度とともに変化し、より低い温度は特定の温度におけるより多い量の吸着ＣＯ２に対応している。
【００２３】
ワーキングキャパシティを求める方法の１つは、ガス成分／固体吸着剤の組合せの吸着等温線に基づいている。吸着等温線を使用し、吸着および脱着中のガス成分の予想濃度に基づくと、ワーキングキャパシティは、吸着および脱着条件下でのガス成分の吸着量の差として計算することができる。図１中に示される値によって、２７℃の吸着温度および１４０℃の脱着温度におけるゼオライト１３ＸによるＣＯ２吸着のワーキングキャパシティを求めることが可能となる。図１の値に基づくと、約０．１ＭＰａの全圧において、図１中の水平線に示されるように、吸着剤のワーキングキャパシティは、吸着剤１キログラム当たり約１．０モルのＣＯ２である。２７℃の等温線と、６．８モル％のＣＯ２に相当する垂直の点線との交点は、０．１ＭＰａおよび２７℃における仮想的な吸着ステップ中のガスストリームからのＣＯ２の吸着のための吸着剤の吸着容量を表しており、その値は約３．５モルＣＯ２／ｋｇである。同様に、１４０℃の等温線と、１００％のＣＯ２に相当する垂直の点線との交点は、１４０℃および０．１ＭＰａにおいて実質的に純粋なＣＯ２ストリームを脱着しようと試みる場合に、吸着剤によって維持されるＣＯ２の予想量を表しており、その値は約２．５モルＣＯ２／ｋｇである。図１中の水平線は、これらの値の差を示しており、約１モルＣＯ２／ｋｇのワーキングキャパシティに相当する。
【００２４】
２７℃の等温線および１４０℃の等温線に基づくワーキングキャパシティの上記計算は、ワーキングキャパシティの理想的な値を表している。残念ながら、サイクルの吸着部分の間の吸着剤の温度上昇のために、吸着剤の実際のワーキングキャパシティは、典型的には理想的な値よりも小さくなる。ガス成分が固体吸着剤に吸着される場合、吸着熱に相当するある量の熱が発生しうる。この発生した熱によって、吸着剤から熱を輸送するためのガス流の熱容量が限定されているため、典型的には吸着剤の温度上昇が起こる。１モル／キログラムにおおよそ対応する吸着量の場合、吸着剤の対応する温度上昇は、数十℃のオーダーとなりうる。図１は、この吸着剤の温度上昇がどのようにワーキングキャパシティに影響を与えうるかの一例を示している。図１に示される例の場合、２７℃から４５℃への吸着剤温度の上昇（吸着剤によるガス成分の吸着に基づいて生じうる代表的な温度上昇）によって等温線が移動しうる。４５℃において、６．８モル％のＣＯ２の垂直線と、吸着等温線との交点から、約２．７５モルＣＯ２／ｋｇの吸着容量が求められる。したがって、図１に示される例では、吸着剤によってＣＯ２が吸着されることによる加熱の結果、ワーキングキャパシティが約１．０モル／キログラムから約０．２５モル／キログラムまで減少しうる。
【００２５】
従来のＴＳＡプロセスの上記の問題は、伝熱流体の存在をも含む多相環境中で吸着を行うことによって軽減したり、または最小限にしたりすることができる。低熱容量および／または低熱伝達速度のため、気相流体は、ＴＳＡサイクルに望ましい時間スケール中での吸着剤からの熱の輸送能力が制限されうる。液体は、典型的には、気体よりも高い熱容量を有することができ、固体への熱伝達／固体からの熱伝達の場合により高い熱伝達速度をも有することができる。吸着環境の一部として伝熱流体を使用することによって、吸着剤の温度を吸着中の所望の温度またはその付近に維持することができる。これによって一部の吸着剤のワーキングキャパシティを改善することができる。これによって、吸着／脱着サイクルの吸着ステップ中に実質的な温度変化が生じる場合の使用に実用的ではないＶ型吸着剤などの吸着剤の使用も可能となる。
【００２６】
種々の態様では、吸着剤と接触することができるＨＴＦの使用の利点の１つは、ＨＴＦは直接熱伝達によって吸着剤温度を調整できることである。これは間接熱伝達とは対照的である。米国特許第８，７８４，５３３号明細書に記載される構成などの並列チャネル接触器は、温度管理に間接熱伝達を使用するスイング吸着接触器の一例である。並列チャネル接触器では、壁を介してユーティリティ流体または別の伝熱流体から吸着剤まで熱を伝導させる必要がある。これは、介在する壁または障壁を介して伝導する必要なしに吸着剤からＨＴＦまで直接熱伝達を行うことができる、本明細書に記載のような吸着剤と直接接触するＨＴＦの使用とは対照的である。
【００２７】
吸着剤と接触可能なＨＴＦの使用によって可能となる直接熱伝達は、間接熱伝達を使用するシステムに対して１つ以上の利点を得ることができる。吸着のためのガス成分を含有するガス流（または流体流）から伝熱流体を分離して維持するシステムの製造の複雑さおよび／またはコストの増加の回避など、一部の利点は実用的となりうる。別の利点は、直接熱伝達機構によって得られる改善された熱伝達効率に関連しうる。たとえば、間接熱伝達は遅く、そのため吸着剤を瞬時または急速に冷却することができないので、吸着ステップ中の吸着熱の放出によって生じる加熱のために、吸着剤の吸着容量が低下したり、または最小限となったりすることがある。このことは、５型吸着プロファイルを有する吸着剤に特に影響を与えうる。間接熱伝達を使用する場合のこの吸着容量の低下によって、吸着のためのガス成分（煙道ガスからのＣＯ２など）の吸着が減少したり、または最小限となったりすることがある。さらに、典型的な工業用容器中のガス流の速度は比較的速い（数ｃｍ／秒）場合があり、間接熱伝達によって得られる遅い熱伝導による吸着剤の冷却を「待つ」ことができない。結果として、吸着のためのガス流が脱着ステップの終了直後に導入される場合、ガス流の実質的な部分が吸着器の生成物端から逃れることができ、ＣＯ２（または吸着のための別の所望のガス成分）の除去の量が減少したり、および／または多くなくなったりすることがある。この問題を克服するためには、間接熱伝達により吸着剤温度の低下が可能となるように、脱着ステップの終了と、次の吸着ステップの開始との間に実質的な遅延を含むことが必要となりうる。
【００２８】
間接熱伝達のみを使用する温度管理の別の選択肢の１つは、並列チャネルモノリスを使用することであってよい。温度管理に間接熱伝達が使用されるこのような並列チャネルモノリスの場合、吸着剤は、チャネル壁にウォッシュコーティングしたり、伝熱流体に曝露しないチャネル中の小さなペレットとして装填したりすることができる。しかし、温度管理のための間接熱伝達に基づくこれらの解決策でも問題が発生しうる。ウォッシュコーティングが使用される場合、吸着剤の体積効率（吸着器の体積当たりの吸着剤の質量）が低くなりうる。これによって、吸着器のサイズが工業的環境で実用的でないほど大きくなりうる。液体に曝露するチャネル中に充填される吸着剤粒子の場合、吸着剤粒子と伝熱流体との間を分離する構造の壁によって、さらなる熱伝達抵抗が生じることがあり、それによって間接熱伝達の速度がさらに低下することがある。
【００２９】
吸着剤は、特定のガス成分に関して吸着剤が有する吸着等温線の種類に基づいて特徴付けることができる。吸着剤は、吸着等温線の１９８５  ＩＵＰＡＣの分類法に基づいて６つの種類に一般に分類することができる。Ｉ型吸着剤は、ガス成分の単層吸着に対応しラングミュア吸着等温線によって一般に表すことができる吸着等温線を有する。Ｉ型等温線の場合、単層は容易に吸着することができるが、圧力を増加させても単層を越えるさらなる吸着はほとんどまたは全くない。ＩＩ型吸着剤は、多層吸着に対応する吸着等温線を有し、単層吸着に対応する中間圧力におけるプラトーを有する。ＩＩＩ型吸着剤は、多層吸着を示すが、単層吸着に対応する中間プラトーは有さない。ＩＶ型およびＶ型吸着剤は、それぞれＩＩ型およびＩＩＩ型吸着剤と類似しているが、毛管凝縮が可能となるマイクロポアおよび／またはメソポアを有する吸着剤に対応する。このため吸着剤挙動にヒステリシスが生じうる。ＶＩ型等温線は、連続二次元相転移が生じうる段階的な吸着プロセスを表している。一部の吸着剤は、等温線の厳密な定義下での吸着等温線を有さない場合があることに留意されたい。これは、たとえば、温度が変化するときに吸着剤中に生じる構造および／または相の変化のためである場合がある。本明細書の議論において、吸着プロファイルの形状が、吸着中の吸着剤の構造変化のために真の「等温線」を示さない場合であっても、吸着剤は、対応するＩＵＰＡＣ分類法に基づいてＩ型〜ＶＩの型吸着剤として定義される。
【００３０】
接触器の構成
種々の態様では、気体−液体−固体の吸着環境の一部として伝熱流体を含むことによって、固体吸着剤の温度にわたる改善された制御を実現することができる。伝熱流体の採用は、吸着環境中の液体の実質的な流れを有することに適合する接触器（吸着器）構成を有することによって促進することができる。従来の接触器構成は、引力の方向とほぼ平行となるガス流の正味の方向を有することが多くなりうる。この種類の構成では、接触器容器中の吸着剤は、粒子の床、複数の並列チャネル上のコーティング、コーティングされたモノリス、または別の従来の構成の形態であってよい。この配向は接触器容器中の流れの方向を反転できる場合に有利となり得るが、液相が存在する場合には、このような配向によって問題が生じることがある。
【００３１】
従来の接触器容器および／または構成を使用する代わりに、ガス、液体、および固相の物理的性質、各相の流量、各相の流れの方向（たとえば、上向きまたは下向き）、接触器容器のサイズおよび形状、ならびに接触器容器中の混合パターンによって決定される多くの異なる構成の多相気体−液体−固体接触器が存在することができる。たとえば、固体吸着剤粒子は、接触器中で静止していてよく、一方、気体および液体は接触器容器を出入りして移動することができる。気体および液体は、同じ方向（並流）または互いに反対方向（向流）で移動することができる。また、流れは外部力場（たとえば重力）の方向またはその反対方向であってよい。
【００３２】
適切な接触器または反応器システムの例としては、スラリー反応システム、上向流固定床反応システム、向流固定床反応システム、および細流床反応システムを挙げることができる。反応器システムのこれらの例は、水素処理および／またはその他の精製プロセスにおける使用が知られているが、接触器としてのこれらの構成の使用は、種々の追加のまたは異なる考慮事項を伴う。各接触器の流れの構成は、摩損に対する固体吸着剤粒子の影響されやすさ、接触器容器を出入りする各相（固体、液体、ガス）の移動の容易さおよび実用性、容器中の圧力低下、ならびに容器中の３つの相がどのように分布するか、および互いにどのように相互作用するかなどのそれ自体の利点および制限を有しうる。吸着するガス（たとえば、煙道ガス中のＣＯ２）と固体吸着剤との間で得ることができる物質移動速度が特に重要となりうる。温度と吸着される特定のガスの量との間の関係のため、容器中の温度分布も重要となりうる。
【００３３】
一部の態様では、細流床接触器の構成を使用することができる。細流床では、固体吸着剤粒子の固定床が使用され、これをガス混合物および伝熱流体（ＨＴＦ）が通過して下方向に流れる。流れるガスは吸着剤粒子の間の空間を満たし、液体は細流および膜としてしたたり落ちる。典型的には、気相は細流床操作中の連続相に相当するが、伝熱流体の流れが十分である場合には、連続液相も存在することができる。細流レジームに加えて、使用可能な別の流動レジームｊとしては、「自然パルシング（ｎａｔｕｒａｌｌｙ  ｐｕｌｓｉｎｇ）レジーム」および／または「噴霧流レジーム」が挙げられる。これらの別の操作方式は、典型的にはあまり魅力的ではないが、本明細書に記載の吸着／脱着プロセスには依然として適切となりうる。
【００３４】
細流操作、および／または気体および液体の並流下降流を伴う別の構成は、種々の利点を得ることができる。ＨＴＦが吸着環境中に存在するが、ガスは典型的には連続流体相として残存することができる。ＨＴＦの量、および吸着剤表面をぬらすＨＴＦの能力に依存するが、吸着剤の表面積の少なくとも一部を、連続気相に直接曝露することができる（すなわち、ガスが液体の膜または層を通過する必要がない）。これに加えて、またはこれとは別に、細流操作中、吸着剤粒子は、床のふくらみまたは流動化に対する影響を受けにくく、吸着剤の摩損に対する影響が非常に低くなりうる。また、細流床は、（後述のように）再使用のためにエネルギーを回復することができる。
【００３５】
細流床操作中、および／または並流下降流のために気体および液体が導入される別の流動レジームにおける操作中、吸着剤粒子に対する伝熱流体のぬれ特性によって、２つの異なる種類の相互作用が生じうる。第１のシナリオでは、吸着剤は、ＨＴＦによってぬれることができる。これによって吸着剤粒子の周囲に膜を形成することができ、多孔質吸着剤粒子の内部の細孔を満たすこともできる。第２のシナリオでは、固液界面における表面エネルギーは、ＨＴＦが湿潤膜を形成しない、および／または固体吸着剤粒子の細孔を満たさないような表面エネルギーである。この第２のシナリオでは、吸着剤粒子に到達するＨＴＦは、粒子表面から転げ落ちる小さな液滴を形成することができる。吸着剤粒子の表面上に液体が存在する程度まで、表面上に吸着（および／または表面から脱着）しようとするあらゆるガスは、液体を介して拡散する必要が生じうる。したがって、吸着環境中にＨＴＦが存在すると、吸着および／または脱着の速度が低下する傾向が生じうる。この低下は、ＨＴＦが吸着剤表面をぬらすことができる場合の吸着剤／ＨＴＦの組合せの場合により大きくなる傾向が生じうる。この減少は、吸着するガスがＨＴＦに対して可溶性でない状況でより大きくなる傾向も生じうる。しかし、吸着するガスのＨＴＦに対する溶解性の要求は、吸着環境中のガスの分圧が増加するとともに、低下したり、または最小限となったりすることがある。
【００３６】
細流床操作中、吸着に適切な操作条件を選択するために、種々の要因を考慮することができる。要因の１つは、床への液体供給に適切な液体流量を有することであってよい。吸着剤粒子の床の単位断面積当たりの液体流量は、下の吸着剤粒子に適切に液体が供給されるのに十分な液体流量であってよい。適切に液体が供給されないと、吸着剤粒子の一部には全く液体が見られないことがあり、したがって、ＨＴＦによる冷却（加熱）が行われない。良好な供給のための液体比率は、密度および粘度などのＨＴＦの物理的性質によって、さらにはガス流量によって決定されうる。一部の態様では、最小流量は少なくとも約１ｋｇＨＴＦ／ｍ２／秒であってよい。
【００３７】
別の要因の１つは、液体供給に適切な液体比率であるが、吸着剤粒子を完全に覆うほど多すぎない液体比率を有することであってよい。吸着されるガス成分（ＣＯ２など）が低い溶解性または最小限の溶解性を有するＨＴＦを使用する場合、多すぎる液体流量では、物質移動を妨害する液膜で吸着剤粒子が覆われることがある。ＨＴＦが操作圧力および温度において吸着されるガス成分に対して高い溶解性を有する場合、この要求は緩和されうる。この場合も、吸着剤粒子を覆う結果となりうるＨＴＦ量は、液体の物理的性質によって決定される。しかし一般に、約４または５ｋｇＨＴＦ／ｍ２／秒を越える液体流量では、吸着剤を覆う液体のこのような問題が発生しうる。
【００３８】
一部の態様では、ＨＴＦのパルスによって、このような問題を軽減したり、または最小限にしたりすることができる。パルス操作中、サイクルのある部分の間、約１ｋｇＨＴＦ／ｍ２／秒〜約３ｋｇＨＴＦ／ｍ２／秒の流量などの第１の流量でＨＴＦを流すことができる。サイクルの別の部分の間、流量を増加させて（少なくとも４または少なくとも５ｋｇＨＴＦ／ｍ２／秒まで）、さらなる熱伝達を可能にすることができる。パルス中の増加した流量によって、パルス中の吸着量が減少することがあるが、パルスを短時間および／またはサイクルの小さい部分に限定することによって、所望の吸着レベルを維持することができる。一部の態様では、流量を増加させるパルスの長さは約３０秒以下、または約１０秒以下であってよい。これに加えて、またはこれとは別に、流量増加のパルスに対応するサイクルのパーセント値は、サイクル時間の２０％以下、またはサイクル時間の１０％以下、またはサイクル時間の５％以下であってよい。これに加えて、またはこれとは別に、増加した流れのパルス中のＨＴＦの流量は、吸着ステップ中の平均流量よりも少なくとも約２５％多くてよいし、または少なくとも約５０％多くてよい。
【００３９】
さらに別の要因の１つは、ガス連続流レジームでの操作を可能にするＨＴＦの流入ガス流に対する適切な比率を有することであってよい。吸着器は、好ましくは、液体連続（気泡）流レジームではなく気体連続流レジームで操作することができる。ガス連続（液体細流）レジームは、最も一般的な流動レジームであり、吸着のためのガス成分（ＣＯ２など）が吸着剤粒子に到達することができる。
【００４０】
さらに別の要因の１つは、吸着剤粒子の床中の熱波速度が吸着波速度よりも速くなるように、ガス流量に対する相対液体流量を選択することであってよい。吸着波速度は、ガス速度および吸着剤の吸着容量によって決定される。この吸着波速度は、ガス速度の増加とともに増加し、吸着容量の増加とともに低下する。熱波速度は、液体速度および熱容量によって決定される。熱波速度は、液体速度および熱容量の増加とともに増加する。相対液体／ガス速度は、熱波が吸着波よりも速く伝播するように選択することができる。種々の態様では、この条件は、液体の熱質量がガスの熱質量よりも大きくなるように、すなわちＣｐ（液体）×質量（液体）＞Ｃｐ（ガス）×質量（ガス）となるように、液体およびガスの流量を選択することによって満たすことができる。
【００４１】
多くの吸着／脱着プロセスでは、吸着床の周期的な冷却／加熱が使用される。これらのプロセスでは、吸着床は、高温再生（脱着）が行われた後は高温であり、吸着ステップが開始可能となる前に冷却する必要がある。従来、この予備冷却ステップは、時間、設備、およびエネルギーが必要とし、無駄が多い。対照的に、本明細書に記載されるような細流床冷却プロセスでは、この予備冷却ステップが不要である。
【００４２】
一例として、煙道ガスからＣＯ２を除去するために細流床吸着器を使用することができる。この例では、ＣＯ２含有煙道ガスは、上部から吸着床に入る。ＣＯ２は最初に床の上層中に吸着される。上層がＣＯ２で飽和すると、吸着は次の下流の層上で起こり、同様のことが続いていく。したがって、床全体がＣＯ２で飽和するまで、上部から底部まで段階的に移動する「吸着波」が形成される。この記述の後の部分で議論される材料などの高容量ＣＯ２吸着剤が使用される場合、この吸着波はゆっくり移動する。
【００４３】
同様の方法で、加熱用（または冷却用）流体が上部から床に入ると、これは最初に上層を加熱（または冷却）し、次に床の連続する下流の層を加熱（または冷却）する。実際には、熱波が上部から底部まで移動する。加熱用流体が液体である場合、その液体は高い熱輸送能力を有するので、熱波は速く移動する。ＨＴＦは、実質的に、吸着が起こる床区域から下流に熱を移動させ、それによって吸着区域が低温に維持される。
【００４４】
熱波および吸着波の相対運動の一例を図６に概略的に示している。図６中、流入流体６０５（吸着温度を得るために混合される流入ガス／流入流体およびＨＴＦの混合物に対応する）は、吸着剤粒子の床６１０の中に導入される。これによって、流入流体からガス成分が吸着して、流入流体よりもガス成分濃度が低下した流出液６１５が得られる。吸着ステップの開始時は、吸着剤粒子の床６１０は脱着ステップに対応してより高温であった。吸着ステップが進行すると、床の第１の部分６７１は、吸着温度となり、所望のガス成分が既に十分に吸着している床の部分に対応する。床の第２の部分６７３は、吸着温度まで冷却されているが、吸着は起こっていないか、または不完全に起こっている部分に対応する。部分６７１および６７３の間の境界は、典型的には明確な境界とはならないことに留意されたい。同様に、床の部分６７３と、ＨＴＦによってまだ冷却されていない部分６７５との間の境界も典型的には明確ではない。
【００４５】
さらに別の要因の１つは、吸着剤粒子の床の間で許容できる圧力低下が得られる流量を選択することであってよい。上記制約の範囲内で、ガスおよび液体の流量は、許容できないほど大きな圧力低下を引き起こすほど高くなるべきではない。このことは、低圧（たとえば１〜２気圧）でガスを処理する場合により問題となる。
【００４６】
伝熱流体とともに使用される細流床接触器の利点の１つは、脱着ステップの終了と、吸着ステップの開始との間の時間を減少させたり、最小限にしたり、またはなくしたりすることであってよいことに留意されたい。従来の温度スイング吸着プロセスでは、脱着ステップ後、吸着剤は、吸着可能となるように十分な時間冷却される。対照的に、ＨＴＦを使用することで、吸着ステップを直ちに開始することができる。熱伝達に液体を使用するため、伝熱流体は、吸着のためのガス成分のほぼ即時の吸着を行うのに十分な吸着床の最初の部分を冷却することができる。上述の要因のもとで、熱波速度は、吸着波速度よりも速くてよい。吸着ステップの開始時に床の中にＨＴＦを導入することで、吸着床の上部の温度を迅速に低下させることができ、それによって床を事前に冷却しない場合でさえも、ほぼすぐに吸着を行うことができる。あるいは、吸着ステップを開始する前に床をある程度冷却できるようにするため、吸着用のガス成分が導入される前にＨＴＦの流れを開始することができる。一部の吸着剤の場合、脱着ステップの長さが対応する吸着ステップの長さよりも短くてよいことに留意されたい。このような態様では、第１の吸着床で吸着ステップが終了しつつある間に、第２の吸着床は脱着ステップを既に完了していてもよい。この種類の状況では、第１の吸着床は依然として吸着ステップを完了しつつあるときに、冷却のためにＨＴＦを第２の吸着床中に導入することができる。これによって、別個のまたは中間の冷却ステップを必要とせずに、吸着前の冷却が可能となる。
【００４７】
細流床構成の代案の１つは、上昇流構成であってよい。上昇流構成の１つでは、固体吸着剤の固定床が使用されるが、気液混合物は下向きではなく上向きに流れる。この気液上向流反応器では、流動するＨＴＦは吸着剤粒子の間の空間を満たし、流動する気泡はその空間を通過する。気液上向流は、床の流動化またはふくらみを引き起こすことがあり、したがって工業的実施において気液下降流または細流床反応器ほど一般ではない。
【００４８】
気液上向流構成では、実質的にすべての触媒粒子がＨＴＦで取り囲まれる。結果として、吸着剤による実質的にすべてのガスの吸着は、ＨＴＦを介したガスの拡散を伴いうる。これによって、細流床反応器構成よりも大きい拡散傾向となる傾向が生じうる。この拡散抵抗は、吸着されるガスがＨＴＦに対して可溶性である場合に軽減されうる。
【００４９】
さらに別の構成の１つは、ＨＴＦのスラリー中に吸着剤粒子が懸濁するスラリー吸着器であってよい。吸着のためのガスは、ＨＴＦを通過して気泡となることができる。気液上向流構成と同様に、ガスの吸着には、ガスが吸着剤粒子に到達する前にＨＴＦを横断して輸送されることが必要となりうる。
【００５０】
一部の態様では、脱着ステップ中に生成する脱着流出液は、吸着ステップ中に吸着したガス成分の少なくとも約５０体積％、または少なくとも約７５体積％、または少なくとも約９０体積％、または少なくとも約９５体積％、または少なくとも約９８体積％を含有することができる。別の態様では、脱着を促進するためのさらなる流体（吸着成分と置換することによるなど）の使用のため、および／または脱着中の接触器中の圧力が脱着温度における吸着圧力よりも高くなるような等温線（isotherm）を有するガス成分のためなどで、純度が低下した脱着流出液が生成されうる。
【００５１】
スイング吸着への伝熱流体の使用
種々の態様では、固体吸着剤粒子および吸着のための少なくとも１種類のガス成分を含有するガスとともに、熱流体（ＨＴＦ）を多相吸着環境中に含むことができる。液体は凝縮相であるので、ＨＴＦは、高い熱質量を有することができ、および／または気体よりも改善された熱伝達を提供することができる。このためＨＴＦは、吸着剤粒子を出入りする熱をより効率的に伝達することができる。結果として、ＨＴＦを使用することで、吸着容器への全流体入力（ＨＴＦ＋流入ガス）の温度と同様の温度でスイング吸着プロセスを実施することができる。ＨＴＦと流入ガスとが別々に導入される状況では、熱力学計算を使用することで、１つにまとめた全流入流体流の予想温度を容易に求めることができる。
【００５２】
ＨＴＦによって、吸着サイクル中に生じる吸着剤の温度上昇を軽減したり、最小限にしたりすることができる。従来の温度スイング吸着プロセスでは、ガス成分の吸着によって放出される熱が原因で、吸着剤の温度が実質的に上昇しうる。ＨＴＦを用いることで、このような温度上昇を減少させたり、最小限にしたりすることができる。可能性のある別の利点の１つは、吸着のためのガス成分を含有する流入ガス（または別の流入流体）の温度を調節するための予熱器または予冷器の必要性が軽減しまたは最小限になることであってよい。ＨＴＦのより大きな熱質量が理由となって、吸着前に流入流体流をＨＴＦと混合することで、別個の加熱器／冷却器を必要としないか、または別個の加熱／冷却の必要性が軽減される、もしくは最小限となるかのいずれかで、流入流体流の温度調節が可能となる。
【００５３】
温度スイング吸着プロセスの吸着ステップ中の温度上昇は、いくつかの方法で特徴付けることができる。選択肢の１つは、サイクル中の吸着ステップの開始時の平均吸着剤温度と、吸着サイクルの終了時の平均吸着剤温度との差を特徴付けることであってよい。この種類の特性決定は、接触器容器中の吸着剤の全質量などの、吸着ステップを行う吸着剤の全質量に対して行うことができる。吸着ステップの終了時に吸着剤が少なくとも約０．０１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．１モル／ｋｇ、または少なくとも約１．０モル／ｋｇ、または少なくとも約１．５モル／ｋｇ、または少なくとも約２．０モル／ｋｇ、または少なくとも約２．５モル／ｋｇ、または少なくとも約３．０モル／ｋｇの平均ガス充填量を有する温度スイング吸着プロセスの場合、吸着ステップの開始温度と終了温度との間の差は、約５０℃以下、または約３５℃以下、または約２５℃以下、または約２０℃以下、または約１５℃以下、または約１０℃以下、または約５℃以下であってよい。
【００５４】
一部の態様では、ＨＴＦの使用は、吸着ステップ中のある時点などのある状況下で、吸着剤粒子の温度低下の原因となりうることに留意されたい。温度低下が場合により生じることがあるので、ある態様では、吸着ステップの開始時の温度変化速度は、規定の速度よりも速い温度低下に相当しうるが、あらゆる前または後の温度上昇は、画定された温度変化速度未満となることができる。
【００５５】
吸着ステップの一部としてのＨＴＦの使用の可能性のある第２の利点は、吸着剤の温度スイングを促進するためにもＨＴＦを使用できることである。温度スイング吸着中、吸着中の温度は脱着中の温度より実質的に低くてよい。温度スイング吸着プロセスのサイクル時間の改善における問題の１つは、サイクルの吸着部分と脱着部分との間の吸着剤温度の変更の困難さであってよい。吸着ステップ中の使用に適合した伝熱流体は、吸着剤の温度変化中に使用することもできる。たとえば、接触器容器の外側の位置でＨＴＦの温度を変更するために別個の加熱器および冷却器を使用することができる。温度を変更したＨＴＦは、次に、吸着剤の温度を所望の値まで上昇または低下させるために接触器容器中に導入することができる。
【００５６】
吸着から脱着および／または脱着から吸着への温度変化中、あらゆる好都合な方法でさらなる加熱および冷却のためにＨＴＦの再循環が可能なことに留意されたい。たとえば、脱着から吸着への移行の開始時に、吸着温度まで冷却するために、吸着温度のＨＴＦを床中に導入することができる。最初にＨＴＦは、床によって脱着温度付近の温度まで加熱される。加熱されたＨＴＦのこの初期部分は、脱着温度まで加熱するために加熱器に方向転換することができる。さらなる冷却の後、床に入るＨＴＦは、より小さい温度上昇を有することができ、そのため、吸着温度まで冷却するための冷却器に、この穏やかに加熱されたＨＴＦを方向転換することがより効率的となりうる。
【００５７】
適切なＨＴＦは、以下の一般的特性の１つ以上を有する液体であってよい。ＨＴＦは、非毒性であり許容できるコストのものであってよい。ＨＴＦは、その蒸発による損失および生成ガスストリームの汚染を最小限にするために低い蒸気圧を有することができる。これに加えて、またはこれとは別に、ＨＴＦは、吸着器の床中の過度の圧力低下を防止するために、１０センチポアズ未満などの低粘度を有することもできる。用途によるが、ＨＴＦは、吸着剤のぬれ、吸着／脱着成分の溶解性、および／または吸着／脱着成分の拡散に関して所望の性質を有することができる。別の一態様では、ＨＴＦは、吸着熱に曝露したときに急速に蒸発して気体になり、それによって蒸発によるさらに大きな熱伝達が行われる液体であってよい。
【００５８】
適切な伝熱流体の例としては、シランおよび／またはシリコーン化合物、たとえば有機置換ポリシランおよび／またはポリシロキサンを挙げることができる。ポリシランおよび／またはポリシロキサンは、１０個以下、または５個以下のケイ素を含有する（シランまたはシロキサン）モノマーに相当する低分子量ポリシランおよび／またはポリシロキサンであってよいことに留意されたい。適切な有機置換ポリシロキサンの一例は、テトラメチルテトラフェニルトリシロキサンである。この種類の有機置換ポリシロキサンは、液体のぬれ性を軽減したり、または最小限にしたりするために官能化される表面などの多くの種類の吸着剤の表面をぬらす伝熱流体の性質を低下させたり、または最小限にしたりするために、十分な数の非極性有機基を有することができる。吸着剤表面をぬらす可能性が低くなりうる伝熱流体の別の例としては、液体水銀および液体インジウム−ガリウム合金が挙げられる。多くの吸着剤の表面をぬらす可能性が高くなりうる伝熱流体の例としては、水、グリコール、および／または炭素原子の酸素に対する比が約４以下であるその他のアルコールを主成分とする伝熱流体が挙げられる。吸着と脱着との間に必要な温度範囲によって決定される伝熱流体のさらに別の選択肢は、ポリアルファオレフィンを主成分とする炭化水素油に対応しうる。
【００５９】
吸着剤粒子のぬれに関して、選択肢の１つは、希望通りに吸着剤粒子をぬらす（またはぬらさない）ことができるＨＴＦを選択することであってよい。あるいは、吸着剤粒子をぬらすこと、またはぬらさないことに関してＨＴＦが所望の挙動を有するように、吸着剤粒子表面の官能化またはその他の改質を行うことができる。たとえば、吸着剤粒子表面は、ＨＴＦが吸着剤表面をぬらさないように官能化することができる。これによって、ＨＴＦは、包み込む膜としてではなく細流および液滴として、吸着剤粒子と相互作用することができる。場合により、細流が周期的に合体し、再び分裂するように吸着剤粒子の表面エネルギーを選択するために官能化を使用することができる。場合により、このような細流のパターンは時間依存性であってよく、それによって流動パターンは固体表面上で変化することができる。これによってＨＴＦは異なる時点で表面の異なる部分に接触することができ、それによってより効率的に熱を除去することができる。
【００６０】
一部の態様では、吸着剤粒子の官能化によって、官能化した吸着剤粒子をＨＴＦが実質的にぬれないようにすることができる。このような態様では、連続気相吸着環境では、官能化した吸着剤粒子は、ＨＴＦが存在する場合の気相吸着環境に露出する表面領域が少なくとも約１０％、または少なくとも約２０％、または少なくとも約３０％となることができる。
【００６１】
別の一例として、吸着されるガス成分に対して高い溶解性および／または高い拡散速度を有するＨＴＦに対して全体的にぬれるように、吸着剤表面を官能化することができる。場合により、ＨＴＦの高い拡散速度は、ＨＴＦ中の添加剤に基づくものであってよい。この添加剤は、ガス成分が膜の一方の側で添加剤と結合または反応し、膜の反対側で解離するように選択することができる。言い換えると、この添加剤は、迅速な方法で液膜を通過するガス成分の移動を促進する機能を果たすことができる。一例として、ＣＯ２の吸着の場合、吸着剤粒子の表面をぬらして、ＣＯ２と反応することで、液膜を通過する移動を促進しながら、固体から液体への高い熱伝達を維持することができる伝熱流体を選択することができる。ＣＯ２に対してこの挙動を有する適切な伝熱流体としては、水および／またはグリコールを挙げることができ、この水および／またはグリコールは、速い化学反応速度を有するアミン添加剤を含有する。このようなアミン添加剤は促進剤と呼ぶことができる。たとえば、水またはグリコール中のメチルエチルアミン（ＭＥＡ）の溶液をＨＴＦとして使用することができ、追加の促進剤アミンのピペラジンを場合により有する。促進剤アミンを用いて促進される移動プロセスは、高圧を必要とせずに実現することができる。液体中へのアミンの拡散は、化学ポテンシャルによって推進することができ、物理的な圧力勾配によって推進されるのとは対照的である。全体的なぬれ性の付与、および移動の促進のためにアミン溶液を使用することで、加熱および／または冷却のための実質的にさらなる熱質量を導入できることに留意されたい。
【００６２】
約１ｂａｒ（１００ｋＰａ）などの低圧条件下でのガス吸着が望ましい態様の場合、ＨＴＦと、ＨＴＦが表面をぬらさないように（場合により官能化された）吸着剤との組合せが望ましい場合がある。より低圧の条件下では、流体層を通過するガスの移動を減少させたり、または最小限にしたりすることができる。吸着剤粒子をぬらさないＨＴＦを有することで、吸着剤粒子の表面の少なくとも一部を露出させることができる。少なくとも約４ＭＰａ、または少なくとも約６ＭＰａの全圧（または場合により吸着のための成分の分圧）などに圧力が増加すると、その増加した圧力によって、ぬれた液体層を通過するガスの拡散を促進することができる。
【００６３】
表面改質または官能化の例としては、疎水性、親水性、疎油性、および／または親油性を部分的または完全に変化させるように設計された化学種による収着剤の化学的処理を挙げることができる。一部の態様では、表面改質および／または官能化は、内部（−ＣＦ２−）または分岐（−ＣＦ３）または末端（−ＣＦ３）フッ素化種を含むことができる直鎖または分岐アルカンのシリル化で吸着剤粒子を処理するステップを含むことができる。この種類の表面改質は、化学蒸着技術を使用して、および／または表面改質に関して参照により本明細書に援用される米国特許第８，８１４，９８６号明細書に記載の溶媒処理などの溶媒処理技術を使用して行うことができる。最終的な吸着剤粒子は、完全または部分的に処理された材料、または処理済みの材料と未処理の材料との混合物から構成されてよい。このような材料の混合物は、処理済みの材料および未処理の材料のそれぞれのビーズまたは同時押出製品のビーズから構成されてよい。
【００６４】
一部の別の態様では、吸着と脱着との間の差が約５０℃以下、または約２５℃以下、または約１０℃以下などの吸着および脱着の温度が類似している場合にＨＴＦを用いたスイング吸着プロセスを行うことができることに留意されたい。脱着温度と吸着温度との間の小さい差または最小限の差は、場合により、吸着または脱着プロセス中の温度をより厳格に制御する性質によって得ることができる。別の可能性は、脱着中にユーティリティ流体および／または置換成分を使用することによって脱着が促進されることであってよい。これによって、１００％未満の純度で吸着成分の脱着が可能となり、これは脱着される成分の性質によっては適切となりうる。
【００６５】
例：高ワーキングキャパシティ吸着剤
種々の態様では、吸着環境の一部としてＨＴＦの使用によって、吸着剤のワーキングキャパシティの改善が可能となる。これに加えて、またはこれとは別に、吸着環境の一部としてのＨＴＦの使用によって、従来のスイング吸着方法における使用が実用的ではない一部の吸着剤の使用が可能となりうる。
【００６６】
図１は、吸着中の温度上昇を軽減するため、または最小限にするためにＨＴＦを使用して実現可能な利点の一例を示している。図１中に示されるように、吸着剤のワーキングキャパシティの理想的な値は、吸着中に吸着剤が加熱されるために、ＨＴＦを使用せずに実現することが困難となりうる。このような理想的な挙動からのずれによって、ワーキングキャパシティが実質的に低下することがある。ＨＴＦの使用によって、所望の温度を吸着中に実質的に維持することができ、それによって、理想的な容量に近いワーキングキャパシティを実現できる。一部の態様では、ＨＴＦの使用によって、流入流のガス成分濃度が少なくとも約０．１体積％、または少なくとも約０．５体積％、または少なくとも約１．０体積％、または少なくとも約２．０体積％である流入流からのガス成分の吸着中に吸着温度を維持することができる。
【００６７】
別の種類の利点は、従来の構成では適していないと通常は見なされるプロファイルを有する吸着剤の使用が可能となることであってよい。図２は、ＣＯ２に対してＶ型吸着剤となる材料のＣＯ２等温線（経験的モデルを用いて計算した）の一例を示している。図２中でモデル化される材料は、ｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）（ここで、ｍｍｅｎはＮ，Ｎ’−ジメチルエチレンジアミンであり、ｄｏｂｐｄｃは４，４’−ジオキシド−３，３’−ビフェニルジカルボキシレートである）である。この材料はＭＯＦ−７４構造を有し、ｍｍｅｎはその構造中の１８．４オングストロームのチャネルの官能化である。この材料に関するさらなる詳細は、たとえば、「ｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）  ａｄｓｏｒｂｅｎｔ」，Ｔｈｏｍａｓ  Ｍ．ＭｃＤｏｎａｌｄ，Ｗｏｏ  Ｒａｍ  Ｌｅｅ，Ｊａｒａｄ  Ａ．Ｍａｓｏｎ，Ｂｒｉａｎ  Ｍ．Ｗｉｅｒｓ，Ｃｈａｎｇ  Ｓｅｏｐ  Ｈｏｎｇ、ａｎｄ  Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｒ．Ｌｏｎｇ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２０１２，１３４，７０５６−７０６５に見ることができる。ｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）のさらなる利点の１つは、これはある圧力においてＣＯ２に対する適切な吸着剤であるが、Ｈ２Ｏに対する強力な吸着剤ではないことであってよい。図２中に示されるように、０．０３ｂａｒの低いＣＯ２分圧において５０℃以下の温度でＣＯ２の顕著な吸着が生じうる。対照的に、水の場合では同様の吸着ステップは約０．５ｂａｒまで起こらない。このため、標準圧力（約１ｂａｒまたは１００ｋＰａ）において水を含有するストリームからＣＯ２を分離するためにｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）吸着剤を使用することができる。
【００６８】
図２中に示されるモデル化された等温線において、ｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）は、ＣＯ２の十分な分圧が達成される場合に、段階的なＶ型等温線の増加を吸着において示す。結果として、ＣＯ２用吸着剤として使用される場合、ｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）は温度上昇に対して非常に敏感となりうる。プロセス制御のために、環境よりも高い初期吸着温度を有することが望ましい場合があり、そのため吸着プロセスは周囲条件とは無関係に繰り返し可能である。しかし伝熱流体を使用しないと、約３モル／ｋｇの容量の吸着剤のＣＯ２吸着中に発生する熱によって、吸着剤の温度が約５０℃上昇しうる。従来の条件下では、このことは低い実際のワーキングキャパシティおよび／または予測できないワーキングキャパシティの原因となりうる。
【００６９】
伝熱流体を使用すると、ｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）によるＣＯ２の吸着中の温度上昇を軽減したり、または最小限にしたりすることができ、それによってこの吸着剤の温度上昇は１０℃以下、または５℃以下、または２℃以下となる。この種類の軽減された、または最小限となった温度上昇の場合、等温線中の吸着の少なくとも十分な段階的増加が可能となる初期吸着温度を選択することができる。
【００７０】
図２中には、０．３４体積％のＣＯ２および６．８体積％のＣＯ２を含有するガスストリームの場合の、約１ｂａｒ（１００ｋＰａ）の全圧において存在するＣＯ２分圧が示されている。前述したように、６．８体積％のＣＯ２は典型的な精製所煙道ガスの代表例となりうる。０．３４体積％のＣＯ２の濃度は、６．８体積％のＣＯ２の初期含有量に対して約９５％のＣＯ２含有量の所望の減少を表すことができる。大規模な初期吸着ステップに基づくと、吸着剤の温度が所望の温度またはその付近に維持できる限りは、ｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）は、場合により、希薄ＣＯ２ストリームからの吸着の場合でさえも有用となりうる。次に、吸着されたＣＯ２は、少なくとも約１５５℃などのより高温で脱着させることができ、その場合約１００ｋＰａの圧力において実質的に純粋なＣＯ２ストリームを脱着させることができる。Ｖ型等温線の段階的な性質のため、ｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）のワーキングキャパシティは、吸着条件における全容量の少なくとも約８０％、または全容量の少なくとも約９０％など、全吸着容量に近づくことができる。これは、ワーキングキャパシティが約１モル／ｋｇ未満である、および／またはワーキングキャパシティが吸着条件における全吸着剤容量の約５０％未満に相等するＩ型等温線を有する多くの典型的な吸着剤のワーキングキャパシティとは対照的である。
【００７１】
ｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）によるＣＯ２の吸着のためのＨＴＦの使用によって、吸着剤充填量を約３．０モル／ｋｇを超える、または約３．５モル／ｋｇを超える値にできることに留意されたい。このような充填量は、伝熱流体が存在しないと吸着中の加熱のために実現が困難となりうる。
【００７２】
物質移動の推進力が現在の実験の場合ほど大きくない用途では、細孔に入らず、したがって吸着剤中へのＣＯ２の拡散を妨害しない適切な液体の使用が有利となりうる。浸透性液体の別の望ましい特性の１つは、液体が吸着剤ペレットを膜で十分には覆わず、それによって、吸着剤ペレット中へのＣＯ２の拡散が遅くなることである。たとえば、好ましい液体の１つは高い界面張力を有し、そのため膜として流れるのではなくビーズを形成する。また、浸透性液体の定常連続流の代わりに、パルス流によって吸着／脱着の反応速度が向上する。パルス液体流システムでは、吸着剤が浸透性液体によって覆われない場合の周期的な時間間隔が存在する。これらの間隔の間、吸着剤は「乾燥」しており、ＣＯ２はより迅速に拡散することができる。
【００７３】
例：別のガスの吸着
ＣＯ２の吸着に加えて、スイング吸着プロセスは、流入流体ストリームからの種々のガス成分の吸着に有用となりうる。一例は、炭素吸着剤を用いた流入ストリームからの水の除去であってよい。炭素吸着剤は、水に関してＶ型等温線を示すことがあり、そのためＨＴＦを使用せずに工業的に実施することは困難である。ＨＴＦの使用によって、吸着剤温度を制御することができ、炭素吸着剤を水の吸着に使用可能となる。ＣＯ２と同様に、別のガスのスイング吸着プロセスの一部としてＨＴＦを使用する場合、吸着剤の改質および／または官能化が有利となる場合がある。さらに、（場合により官能化された）吸着剤をぬらす、またはぬらさない望ましい性質を有するＨＴＦを選択することがさらに有利となりうる。
【００７４】
別の一例は、従来のゼオライト吸着剤を用いた天然ガスストリームの脱水である。温度スイング吸着プロセスを用いて、炭化水素ストリーム（天然ガスストリームなど）からすべての水を実質的に除去し、次に、実質的に純粋な蒸気ストリームとしてか、または窒素などの希釈剤を有するかのいずれかで、水をより高温で脱着させることができる。
【００７５】
さらに別の一例は、オレフィンが吸着剤によって優先的に吸着される場合の、パラフィンからのオレフィンの分離であってよい。ＨＴＦの使用によって、吸着剤の温度を制御することで、所望の吸着選択性を維持することができる。
【００７６】
例：多相吸着に基づく分離のためのシステム構成
図３は、細流床接触器構成を使用する温度スイング吸着プロセスの一部として伝熱流体を使用するためのシステムの一例を概略的に示している。図３中の構成は、精製所または発電所の煙道ガスからのＣＯ２の吸着／脱着のためのプロセスと関連して示されているが、この種類の構成を使用してあらゆる好都合なガス成分の吸着／脱着を行うことが可能なことを理解されたい。図３中、２つの細流床接触器３１０および３２０を連携して使用することができる。第１の細流床接触器３１０は、ＣＯ２（煙道ガス供給材料３０５からなど）を吸着しながら、ＣＯ２の減少した煙道ガス３１７を生成することができる。第２の細流床接触器は、前のサイクルで吸着したＣＯ２を脱着させて、ＣＯ２含有流出液３２７を形成することができる。あるいは、あらゆる別の好都合な種類の接触器（上向流接触器またはスラリー接触器など）を細流床接触器の代わりに使用することができる。
【００７７】
吸着条件に対して第１の床がＣＯ２で飽和（またはほとんど飽和）したとき、および／または脱着条件に対して第２の床中の脱着がほぼ完了したときなどのある時間の後、２つの床を切り換えることができる。切り換え後、第２の細流床接触器３２０はＣＯ２を吸着することができ、一方、第１の細流床接触器３１０はＣＯ２を脱着する。吸着床および脱着床の切り替えは、連続操作を可能にするためにサイクルごとに続けることができる。吸着波よりも速く移動する熱波を提供する能力のために、吸着のためのガスの流れを吸着床中のＨＴＦの流れと実質的に同時に開始できることに留意されたい。
【００７８】
図３に示される例では、ＣＯ２を含有する高温煙道ガス３０５は、低温伝熱流体（ＨＴＦ）と同時に、吸着器として機能する接触器３１０中に供給することができる。ＨＴＦは、煙道ガス３０５の熱を捕捉して、煙道ガスをほぼ所望の吸着温度まで冷却することができる。細流床接触器３１０中の吸着剤を所望の温度または所望の温度範囲におおよそ維持するために、ＨＴＦは、吸着剤上へのＣＯ２の吸着による吸着熱を吸着することもできる。図３は選択肢の１つを示しており、この場合、第１の細流床接触器３１０からの適度な高温または温かいＨＴＦ流出液３１２を、次に、加熱器３４０中でさらに加熱し、脱着器として機能する細流床接触器３２０中の脱着に使用することができる。場合により、蒸気３２９を用いてさらなる熱を細流床接触器３２０中に導入することもでき、それによってＨＴＦを加熱するための別個の加熱器３４０の必要性を軽減したり、または最小限にしたりすることができる。あるいは、その代わりに、第１の細流床接触器３１０からのＨＴＦ流出液３１２を冷却器３３０に戻すことができる（図示せず）。同様に、図３は、ＨＴＦ流出液３２２は、冷却器３３０中に通されるときに第２の（脱着用）細流床接触器３２０中で冷却されて、第１の（吸着用）細流床接触器３１０中で使用するための低温ＨＴＦが形成されることを示している。あるいは、第２の細流床接触器３２０からの流出ＨＴＦ３２２は、加熱器３４０に戻して、高温ＨＴＦを形成することができる。さらに別の選択肢の１つは、ＨＴＦの温度に基づいてＨＴＦ流出液の行き先（加熱器または冷却器）を選択することであってよい。たとえば、サイクルの早期に、第１の床からのＨＴＦ流出液は、加熱器に送るのに十分温かくなることができ、一方サイクルの後期では、ＨＴＦ流出液は低温ＨＴＦの温度により近づくことができ、したがってこれは冷却器に送られる。ＨＴＦ流出液を加熱器または冷却器のいずれに再循環させるかを決定する別の好都合な方法は当業者には明らかであろう。
【００７９】
２つの床の間にある加熱器は、循環するＨＴＦ中の一部の溶解したＣＯ２および水を放出させることがある。このＣＯ２＋Ｈ２Ｏ蒸気は、水およびＣＯ２溶解性の溶解性が低いＨＴＦを選択することによって最小限にすることができる。加熱器中でこのように放出されたＣＯ２＋Ｈ２Ｏ蒸気は、単にパージして廃棄したり、ＣＯ２生成物ストリームに送ったり、および／またはＨＴＦとともに脱着床に送ったりすることができる。
【実施例】
【００８０】
実施例１：ポリアルファオレフィン液体の存在下でゼオライト１３Ｘを用いたＣＯ２吸着
この実施例では、液体が浸透した吸着床の周期的な加熱および冷却を使用して、吸着−脱着によるＣＯ２の分離を行った。吸着床は、１３Ｘゼオライトの吸着剤粒子の高さ１２インチの充填床からなった。吸着剤粒子を支持し床を所定の位置に維持するために、吸着床の両端に直径２ｍｍのガラスビーズを使用した。規定の体積のポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）液体をカラム中に注入した。このＰＡＯ液体は、カラムの底部端のガラスビーズ間の空間と、これらのガラスビーズの下の空間とを満たした。このシステムの空気および水分を排気し、規定の体積のＣＯ２ガスを充填し、両端を封止した。熱電対および圧力変換器によって、吸着床中の温度および圧力を測定することができた。
【００８１】
封止した吸着床によって、カラムからのＣＯ２の流入および流出をなくすことができる。床の底部端が上部荷移動し、上部端が底部に移動するように、吸着床を１８０度回転させることができる。この回転によって、底部の体積のＰＡＯを上部に移動させ、次に細流パターン中の吸着剤粒子を通過して下方に浸透させた。次に、この浸透した液体は底部に蓄積した。カラムを周期的に１８０度回転させることで、周期的な方法での吸着剤粒子のＰＡＯ液体による細流供給が可能となった。
【００８２】
前述したように、吸着床への適切な高温液体の浸透を使用することで、大型の工業サイズの吸着剤の充填床を加熱することができる。同様に、床を冷却するために低温液体の浸透を使用することができる。液体を浸透させることによるこの加熱および冷却は、浸透する液体と吸着剤粒子とが近接し、密接に直接接触するので、効率的となりうる。この実施例では、吸着剤を冷却／加熱のさらなる方法も提供した。このさらなる方法は、所望の吸着剤温度を実現するために高温または低温の空気を中で循環させることができる加熱／冷却ジャケットからなった。パイロット規模のユニット（この実施例で使用されるユニットなど）とは対照的に、工業サイズの吸着床（直径数フィート）は、カラム壁を介した熱伝達がほとんどないほぼ断熱状態となりうることに留意すべきである。パイロットユニットの表面対体積比がより大きいこととは対照的に、工業規模のユニットは比較的小さい表面対体積比を有しうる。このため、工業規模の吸着剤の床では加熱／冷却ジャケットの必要性が回避されることがある。
【００８３】
実験中、吸着床の温度を約４０℃〜約１５０℃の間で周期的にサイクルさせた。この周期的なサイクルによって、吸着床中で大きな圧力変化が生じた。周期的なサイクル中の吸着床中の圧力および温度を図４中に示している。図４中、下の曲線は（目盛なしで）４０℃〜１５０℃の間の温度変化を概略的に示しており、上の曲線は、結果として反応器中に生じる圧力を示しており、これは約２００ｐｓｉｇ（１．４ＭＰａｇ）〜９５０ｐｓｉｇ（６．８ＭＰａｇ）の間のサイクルとなる。高温での圧力上昇の一部は、単に、封止され密閉されたシステム中でＣＯ２が膨張する結果として生じることに留意すべきである。圧力増加の残りの部分は、温度が４０℃から１５０℃まで上昇するときに、１３Ｘ吸着剤から脱着するＣＯ２によって得られる。
【００８４】
図５は、１３Ｘゼオライト吸着剤の床を有するカラム、および吸着剤を有さないカラムの場合の１５０℃および４０℃における圧力の比較を示している。吸着剤（吸着剤を有さない場合と比較して）吸着剤を有する場合に圧力比がはるかに大きいことは、温度が４０℃から１５０℃まで上昇するときに液体が浸透した床中で顕著なＣＯ２の脱着が生じることを示している。この脱着したＣＯ２は、密閉されていないシステムであるが、連続的に煙道ガスを受け入れる工業用吸着床中で分離することができる。
【００８５】
この実施例におけるデータは、液体が浸透した吸着剤の床中の温度サイクルによってＣＯ２を分離できることを示している。このパイロット規模のデータでは、温度サイクルが遅く（約１．５時間／サイクル）、その結果生じる吸着−脱着サイクルも遅い（約１．５時間／サイクル）。しかし、当業者であれば、１サイクルに必要な時間を短縮可能なことを理解されよう。実験室中のこの遅い温度サイクル（およびその結果としての長い吸着−脱着サイクル）は、実験用カラムを単に遅く回転できる（約１５時間で約１０回転）こと、およびジャケットを用いたカラムの加熱／冷却が迅速ではないことを反映しているにすぎない。各サイクル中、温度上昇時の圧力上昇の初期勾配は非常に急勾配であることに留意されたい。この急激な温度上昇は、吸着剤から気相へのＣＯ２の迅速な物質移動を示している。
【００８６】
ＣＯ２が吸着剤ペレットを取り囲むＰＡＯ膜を通過して、次に液体が満たされた細孔を有するペレット中まで移動する必要がある場合でも、ガスと吸着剤との間の適度に迅速なＣＯ２物質移動が起こることに留意されたい。この迅速な物質移動は、物質移動の大きな推進力となるこの実験中の高いＣＯ２圧力によるものである。
【００８７】
実施例２：オムニフォビックコーティング（omniphobic coating）を有する場合および有さない場合の伝熱流体への曝露後の吸着特性
ゼオライト５Ａ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈモレキュラーシーブ５Ａ、８〜１２メッシュ）およびゼオライト１３Ｘ（ＢＡＳＦ  １３ＸＢＦモレキュラーシーブビーズ、８〜１２メッシュ、１．６〜２．５ｍｍ）に対して、オムニフォビックコーティングを有する場合、および有さない場合、ならびに伝熱流体に曝露する前および後の前記ゼオライトの吸着特性を示すための一連の実験を行った。すべての試料の試験をＭｅｔｔｌｅｒ  Ｔｏｌｅｄｏ  ＴＧＡ／ＤＳＣ  １  ＳＴＡＲ  Ｓｙｓｔｅｍ熱重量分析（ＴＧＡ）測定器上で行い、１００％のＣＯ２を用いたサイクルの前に、サンプルチェンジャー上のガス吸着ガスを除去するために、１５０℃で１２時間のＮ２前処理を行った。
【００８８】
試験プログラムの一般的な形式は以下のステップを含んだ：（１）１００％Ｎ２中、５０ｍｌ／分において周囲温度から１５０℃まで１２分間で上昇させ、（２）１００％Ｎ２中、１００ｍｌ／分において１５０℃で１２時間維持し、（３）１００％Ｎ２中、１００ｍｌ／分において５０℃まで５分間で冷却し、（４）１００％Ｎ２中、１００ｍｌ／分において５０℃で１５分間維持して試料温度を安定化させ、（５）１００％ＣＯ２中、１００ｍｌ／分において５０℃で１５分間維持し（ＣＯ２吸着）、（６）１００％Ｎ２中、１００ｍｌ／分において５０℃から１５０℃まで６分４０秒間で上昇させ、１００ｍｌ／分において１５０℃で１５分間維持し（Ｎ２脱着）、（７）１００％Ｎ２中、１００ｍｌ／分において５０℃まで６分４０秒間で冷却し、（８）ステップ４〜７をさらなるサイクルの間繰り返す。
【００８９】
使用した吸着材料は、１２０℃における液体コーティング、８０〜１００℃の範囲の種々の温度における化学蒸着（chemical vapor deposition）、および約１８０℃における回転化学蒸着（rotary chemical vapor deposition）などの種々の方法を用いてコーティングした。このようなコーティング方法は当業者には周知である。すべてのコーティング手順の場合で、他に記載がなければオーブン乾燥させたガラス器具を使用し、ゼオライトビーズはコーティング前に３５０℃で１６時間活性化させた。図１５Ａおよび１５Ｂは、トリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランなどのオムニフォビック化学試薬による材料のコーティングの効果を定性的に示している。図１５Ａは、１滴の１，３，３，５−テトラメチル−１，１，５，５−テトラフェニルトリシロキサン（ＴＭＣ７０４）をコーティングされていない１つのゼオライト５Ａビーズと接触させているところを示すビデオ静止画像を表している。接触直後に（左から３番目の静止画像）、液滴はビーズを完全にぬらしている。図１５Ｂは、１滴のＴＭＣ７０４をコーティングされた１つのゼオライト５Ａビーズと接触させているところを示すビデオ静止画像を表している。液滴はビーズをぬらさない。液滴は変形するまでビーズ中に押し込まれる場合さえある（左から３番目および４番）。シリンジの針を離そうと試みると、液体は落下してゼオライトビーズから転げ落ちる（左から５番目）。
【００９０】
実験に使用した伝熱流体は、０．５Ｔｏｒｒにおいて２１１℃の融点および２５℃において１０−７〜１０−８ｔｏｒｒの蒸気圧を有する１，３，３，５−テトラメチル−１，１，５，５−テトラフェニルトリシロキサン（ＴＭＣ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｉｎｃ．７０４  Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｐｕｍｐ  Ｆｌｕｉｄ）と、１５０℃において１８ｔｏｒｒの蒸気圧を有するポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）（ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ  ＳｐｅｃｔｒａＳｙｎ２）とを含んだ。使用したコーティング剤は、トリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シラン（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ  ９７％）であった。
【００９１】
実施例２Ａ：コーティングされたゼオライト５Ａ対コーティングされていないゼオライト５ＡのＣＯ２吸着容量
この実験では、コーティングされたゼオライト５Ａおよびコーティングされていないゼオライト５Ａの両方に対して、伝熱流体が存在しない場合で前述の試験プログラムを実施した。吸着剤は還流化学蒸着（ＣＶＤ）法によってコーティングした。マイクロ蒸留カラム中、８〜１０個のゼオライトビーズを、窒素下のグラスウール中に浮遊させた。約１０ｍＬのトリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランを入れたフラスコを上記カラムに取り付け、規定のように１００℃まで加熱した。系を穏やかな真空（約２００Ｔｏｒｒ）下に置き、加熱および真空を２時間維持した。ビーズを取り出し、バイアル中で保管した。
【００９２】
図７は、ＴＧＡプロットを表しており、ゼオライト５Ａ（灰色の破線）およびコーティングされたゼオライト５Ａ（黒色の破線）のＴＧＡプログラムサイクルに対する応答を示している。Ｃ１は第１のＮ２冷却サイクルの開始であり、Ａ１は第１のＣＯ２吸着サイクルの開始であり、Ｄ１は第１のＮ２脱着サイクルの開始である。Ｃ２、Ａ２、およびＤ２は、サイクル２に関する同じ場合を示している。ゼロ重量変化点はＡ１の１０秒前として定義される。
【００９３】
図示されるように、還流ＣＶＤ法を用いたトリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランによるゼオライト５Ａの処理によって、材料は飽和時のＣＯ２容量の約３３％の低下を示すが、反応速度の変化は観察されない。
【００９４】
実施例２Ｂ：伝熱流体の存在下でのコーティングされたゼオライト５Ａ対コーティングされていないゼオライト５ＡのＣＯ２吸着容量
この実験では、コーティングされたゼオライト５Ａおよびコーティングされていないゼオライト５Ａの両方に対して、伝熱流体の存在下で前述の試験プログラムを実施した。吸着剤を伝熱流体に曝露するために、ゼオライトビーズ（コーティングされたゼオライト５Ａおよびコーティングされていないゼオライト５Ａの両方）をＴＭＣ７０４中に３０〜６０秒間浸漬し、次にＫｉｍｗｉｐｅに軽く接触させて過剰の液体を除去した後、バイアル中に保管した。
【００９５】
図８は、ＴＧＡプロットを表しており、ゼオライト５Ａ＋ＴＭＣ７０４（灰色の実線）およびコーティングされたゼオライト５Ａ＋ＴＭＣ７０４（黒色の実線）のＴＧＡプログラムサイクルに対する応答を示している。Ｃ１は第１のＮ２冷却サイクルの開始であり、Ａ１は第１のＣＯ２吸着サイクルの開始であり、Ｄ１は第１のＮ２脱着サイクルの開始である。Ｃ２、Ａ２、およびＤ２は、サイクル２に関する同じ場合を示している。ゼロ重量変化点はＡ１の１０秒前として定義される。
【００９６】
図示されるように、還流ＣＶＤ法を用いたトリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランによるゼオライト５Ａの処理によって、ＴＭＣ７０４曝露後に、ＴＭＣ７０４曝露後のコーティングされていないゼオライト５Ａよりも飽和時のＣＯ２容量が２２％高い材料が得られ、コーティングされたゼオライトはより良好な吸着反応速度を示す。
【００９７】
図９は、ゼオライト５Ａ（灰色の破線）、コーティングされたゼオライト５Ａ（黒色の破線）、ゼオライト５Ａ＋ＴＭＣ７０４（灰色の実線）、およびコーティングされたゼオライト５Ａ＋ＴＭＣ７０４（黒色の実線）のＴＧＡプログラムサイクルに対するサイクル１の応答のＴＧＡプロットを表している。Ａ１は第１のＣＯ２吸着サイクルの開始であり、Ａ１＋８０秒はＡ１から８０秒後であり、Ｄ１は第１のＮ２脱着サイクルの開始である。ゼロ重量変化点はＡ１の１０秒前として定義される。図示されるように、還流ＣＶＤ法を用いたトリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランによるゼオライト５Ａの処理によって、ＴＭＣ７０４曝露後、８０秒後に実質的にＣＯ２飽和に到達する材料であって、その時点でＴＭＣ７０４曝露後のコーティングされていないゼオライト５ＡよりもＣＯ２容量が９９％高い材料が得られる。
【００９８】
実施例２Ｃ：コーティングされたゼオライト１３Ｘ対コーティングされていないゼオライト１３ＸのＣＯ２吸着容量
この実験では、コーティングされたゼオライト１３Ｘおよびコーティングされていないゼオライト１３Ｘの両方に対して、伝熱流体が存在しない場合で前述の試験プログラムを行った。吸着剤は回転化学蒸着（ＣＶＤ）法によってコーティングした。ほぼ水平の管の一方の末端上にゼオライトビーズを有する傾斜して回転する（約６０ｒｐｍ）フラスコを用いて装置を作製した。他方の末端上では、窒素を、約１０ｍＬのトリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランが入れられた第２のフラスコ上から、傾斜して回転するフラスコ中およびゼオライトビーズ上にゆっくり流した。外部のヒートガンを用いてゼオライトビーズを１８０℃に維持した。反応を３時間続けた。ビーズを取り出し、バイアル中で保管した。
【００９９】
図１０は、ＴＧＡプロットを表しており、ゼオライト１３Ｘ（灰色の破線）およびコーティングされたゼオライト１３Ｘ（黒色の破線）のＴＧＡプログラムサイクルに対する応答を示している。Ｃ１は第１のＮ２冷却サイクルの開始であり、Ａ１は第１のＣＯ２吸着サイクルの開始であり、Ｄ１は第１のＮ２脱着サイクルの開始である。Ｃ２、Ａ２、およびＤ２は、サイクル２に関する同じ場合を示している。ゼロ重量変化点はＡ１の１０秒前として定義される。
【０１００】
図示されるように、回転ＣＶＤ法を用いたトリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランによるゼオライト１３Ｘの処理によって、飽和時に１％未満でＣＯ２容量が減少し観察される反応速度に変化は見られない材料が得られる。
【０１０１】
実施例２Ｄ：伝熱流体の存在下でのコーティングされたゼオライト１３Ｘ対コーティングされていないゼオライト１３ＸのＣＯ２吸着容量
この実験では、コーティングされたゼオライト１３Ｘおよびコーティングされていないゼオライト１３Ｘの両方に対して、伝熱流体の存在下で前述の試験プログラムを実施した。吸着剤を伝熱流体に曝露するために、ゼオライトビーズ（コーティングされたゼオライト１３Ｘおよびコーティングされていないゼオライト１３Ｘの両方）を最初にオーブン中１５０℃で１６時間乾燥させ、次にＮ２下で冷却した。乾燥させたビーズを次にＴＭＣ７０４中に１０分間浸漬し、次にブフナー漏斗に移し、そこで減圧下でＴＭＣ７０４の排液を行った。ＴＭＣ７０４を完全に排液してから、過剰の液体を除去するため、２分間ビーズをフィルター上に維持し、次にバイアル中で保管した。同じ手順をＰＡＯでも行った。
【０１０２】
図１１は、ＴＧＡプロットを表し、ゼオライト１３Ｘ＋ＴＭＣ７０４（灰色の実線）およびコーティングされたゼオライト１３Ｘ＋ＴＭＣ７０４（黒色の実線）のＴＧＡプログラムサイクルに対する応答を示している。Ｃ１は第１のＮ２冷却サイクルの開始であり、Ａ１は第１のＣＯ２吸着サイクルの開始であり、Ｄ１は第１のＮ２脱着サイクルの開始である。Ｃ２、Ａ２、およびＤ２は、サイクル２に関する同じ場合を示している。ゼロ重量変化点はＡ１の１０秒前として定義される。
【０１０３】
図示されるように、回転ＣＶＤ法を用いたトリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランによるゼオライト１３Ｘの処理によって、ＴＭＣ７０４曝露後に、ＴＭＣ７０４曝露後のコーティングされていないゼオライト１３Ｘ（同じ時点では飽和しなかった）よりも飽和時のＣＯ２容量が４３％高い材料が得られ、コーティングされたゼオライトはより良好な吸着反応速度を示す。
【０１０４】
図１２は、ＴＧＡプロットであり、ゼオライト１３Ｘ（灰色の破線）、コーティングされたゼオライト１３Ｘ（黒色の破線）、ゼオライト１３Ｘ＋ＴＭＣ７０４（灰色の実線）、およびコーティングされたゼオライト１３Ｘ＋ＴＭＣ７０４（黒色の実線）のＴＧＡプログラムサイクルに対するサイクル１の応答を示している。Ａ１は第１のＣＯ２吸着サイクルの開始であり、Ａ１＋３４０秒はＡ１から３４０秒後であり、Ｄ１は第１のＮ２脱着サイクルの開始である。ゼロ重量変化点はＡ１の１０秒前として定義される。
【０１０５】
図示されるように、回転ＣＶＤ法を用いたトリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランによるゼオライト１３Ｘの処理によって、ＴＭＣ７０４曝露後、３４０秒後に実質的にＣＯ２飽和に到達する材料であって、この時点でＴＭＣ７０４曝露後のコーティングされていないゼオライト１３Ｘよりも６６％高いＣＯ２容量を有する材料が得られる。
【０１０６】
図１３は、ＴＧＡプロットを表しており、ゼオライト１３Ｘ＋ＰＡＯ（灰色の実線）およびコーティングされたゼオライト１３Ｘ＋ＰＡＯ（黒色の実線）のＴＧＡプログラムサイクルに対する応答を示している。Ｃ１は第１のＮ２冷却サイクルの開始であり、Ａ１は第１のＣＯ２吸着サイクルの開始であり、Ｄ１は第１のＮ２脱着サイクルの開始である。Ｃ２、Ａ２、およびＤ２は、サイクル２に関する同じ場合を示している。ゼロ重量変化点はＡ１の１０秒前として定義される。
【０１０７】
図示されるように、回転ＣＶＤ法を用いたトリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランによるゼオライト１３Ｘの処理によって、ＰＡＯ曝露後に、ＰＡＯ曝露後のコーティングされていないゼオライト１３Ｘよりも飽和時のＣＯ２容量が４８％高い材料が得られる。
【０１０８】
図１４は、ＴＧＡプロットを表しており、ゼオライト１３Ｘ（灰色の破線）、コーティングされたゼオライト１３Ｘ（黒色の破線）、ゼオライト１３Ｘ＋ＰＡＯ（灰色の実線）、およびコーティングされたゼオライト１３Ｘ＋ＰＡＯ（黒色の実線）のＴＧＡプログラムサイクルに対するサイクル１の応答を示している。Ａ１は第１のＣＯ２吸着サイクルの開始であり、Ａ１＋６０秒はＡ１から６０秒後であり、Ｄ１は第１のＮ２脱着サイクルの開始である。ゼロ重量変化点はＡ１の１０秒前として定義される。
【０１０９】
図示されるように、回転ＣＶＤ法を用いたトリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランによるゼオライト１３Ｘの処理によって、ＰＡＯ曝露後、６０秒後に実質的にＣＯ２飽和に到達する材料であって、この時点でＰＡＯ曝露後のコーティングされていないゼオライト１３Ｘよりも５０％高いＣＯ２容量を有する材料が得られる。
【０１１０】
ＴＭＣ７０４に曝露したコーティングされていないゼオライト１３Ｘは、ＰＡＯに曝露したコーティングされていないゼオライト１３Ｘよりも飽和時に１４４％高いＣＯ２容量を有することも重要である。同様に、ＴＭＣ７０４に曝露したコーティングされたゼオライト１３Ｘは、ＰＡＯに曝露したコーティングされたゼオライト１３Ｘよりも飽和時に１９６％高いＣＯ２容量を有する。
【０１１１】
これらの結果は、吸着剤の選択、ゼオライト吸着剤のコーティングの効果、および伝熱流体の選択がＣＯ２吸着容量および反応速度にどのように影響を与えるかを示しており、これらすべてが調整可能な要因である。
【０１１２】
さらなる実施形態
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。
【０１１３】
実施形態１
ガス成分の吸着方法であり、
第１のガス成分と伝熱流体（heat transfer fluid）とを含む流入流体を吸着剤粒子に曝露するステップであって、流入流体よりも低い第１のガス成分の濃度を有する吸着流出液を生成するためのステップであり、流入流体が、吸着剤粒子に接触する前に第１の温度を含み、曝露するステップの終了時の吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分の充填量が、少なくとも約０．０１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．２モル／ｋｇ、または少なくとも約０．５モル／ｋｇ、または少なくとも約１．０モル／ｋｇ、または少なくとも約２．０モル／ｋｇ、または少なくとも約３．０モル／ｋｇである、ステップと、
第１の温度よりも高い脱着温度で第１のガス成分の少なくとも一部を吸着剤粒子から脱着させるステップと
を含む、方法。
【０１１４】
実施形態２
第１のガス成分が、ＣＯ２を含む、実施形態１の方法。
【０１１５】
実施形態３
吸着剤粒子が、Ｖ型吸着剤を含む、上記実施形態のいずれかの方法。
【０１１６】
実施形態４
ＣＯ２の吸着方法であり、
ＣＯ２と伝熱流体とを含む流入流体を吸着剤粒子に曝露するステップであって、流入流体よりも低いＣＯ２濃度を有する吸着流出液を生成するためのステップであり、流入流体が、吸着剤粒子に接触する前に第１の温度を含み、曝露するステップの終了時の吸着剤粒子中の吸着したＣＯ２の充填量が、少なくとも約０．０１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．２モル／ｋｇ、または少なくとも約０．５モル／ｋｇ、または少なくとも約１．０モル／ｋｇ、または少なくとも約２．０モル／ｋｇ、または少なくとも約３．０モル／ｋｇである、ステップと、
第１の温度よりも高い脱着温度でＣＯ２を吸着剤粒子から脱着させるステップと
を含む、方法。
【０１１７】
実施形態５
ガス成分の吸着方法であり、
第１のガス成分と伝熱流体とを含む流入流体を、Ｖ型吸着剤を含む吸着剤粒子に曝露するステップであって、流入流体よりも低い第１のガス成分の濃度を有する吸着流出液を生成するためのステップであり、流入流体が、吸着剤粒子に接触する前に第１の温度を含み、曝露するステップの終了時の吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分の充填量が、少なくとも約０．０１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．２モル／ｋｇ、または少なくとも約０．５モル／ｋｇ、または少なくとも約１．０モル／ｋｇ、または少なくとも約２．０モル／ｋｇ、または少なくとも約３．０モル／ｋｇである、ステップと、
第１の温度よりも高い脱着温度で第１のガス成分の少なくとも一部を吸着剤粒子から脱着させるステップと
を含む、方法。
【０１１８】
実施形態６
脱着温度が、第１の温度よりも、少なくとも約２５℃だけ、または少なくとも約５０℃だけ、および／または約１５０℃以下だけ、または約１００℃以下だけ、または約７５℃以下だけ、または約５０℃以下だけ高い、上記実施形態のいずれかの方法。
【０１１９】
実施形態７
吸着剤粒子を流入流体に第１の温度で曝露するステップの前に、吸着剤粒子を伝熱流体に第２の温度で一定時間にわたって曝露し、第２の温度が、場合により、第１の温度と約１０℃以下だけ異なる、上記実施形態のいずれかの方法。
【０１２０】
実施形態８
ガス成分の吸着方法であり、
第１のガス成分と伝熱流体とを含む流入流体を吸着剤粒子に曝露するステップであって、流入流体よりも低い第１のガス成分の濃度を有する吸着流出液を生成するためのステップであり、流入流体が、吸着剤粒子に接触する前に第１の温度を含み、曝露するステップの終了時の吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分の充填量が、少なくとも約０．０１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．１モル／ｋｇ、または少なくとも約０．２モル／ｋｇ、または少なくとも約０．５モル／ｋｇ、または少なくとも約１．０モル／ｋｇ、または少なくとも約２．０モル／ｋｇ、または少なくとも約３．０モル／ｋｇである、ステップと、
第１のガス成分の少なくとも一部を吸着剤粒子から脱着温度で脱着させるステップであって、脱着温度と第１の温度との差が約１０℃未満である、ステップと
を含む、方法。
【０１２１】
実施形態９
脱着させるステップ後の吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分または吸着したＣＯ２の充填量が、曝露するステップの終了時の吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分または吸着したＣＯ２の充填量の９０％未満、またはその充填量の７０％未満、またはその充填量の５０％未満、またはその充填量の２５％未満、またはその充填量の１０％未満、またはその充填量の１％未満である、上記実施形態のいずれかの方法。
【０１２２】
実施形態１０
脱着させるステップ後の吸着剤粒子中の吸着した第１のガス成分または吸着したＣＯ２の充填量が、約３．０モル／ｋｇ以下、または約２．５モル／ｋｇ以下、または約２．０モル／ｋｇ以下、または約１．５モル／ｋｇ以下、約１．０モル／ｋｇ以下、または約０．５モル／ｋｇ以下、または約０．１モル／ｋｇ以下、または約０．０１モル／ｋｇ以下、および／または少なくとも約０．５モル／ｋｇ、または少なくとも約１．０モル／ｋｇである、上記実施形態のいずれかの方法。
【０１２３】
実施形態１１
吸着剤粒子が、Ｉ型吸着剤、Ｖ型吸着剤またはそれらの組合せを含む、上記実施形態のいずれかの方法。
【０１２４】
実施形態１２
流入流体を吸着剤粒子に曝露するステップが、スラリー接触器（slurry contactor）、流動床接触器（fluidized bed contactor）、細流床接触器（又はトリクル床接触器（trickle bed contactor））またはそれらの組合せにおける吸着剤粒子に流入流体を曝露するステップを含む、上記実施形態のいずれかの方法。
【０１２５】
実施形態１３
流入流体が、細流床接触器中の吸着剤粒子に曝露され、第１のガス成分と伝熱流体とが、細流床接触器中にそれぞれ別個の流体として導入される、実施形態１２の方法。
【０１２６】
実施形態１４
曝露するステップ中に流入流体が可変量（variable amount）の伝熱流体を含む、上記実施形態のいずれかの方法。
【０１２７】
実施形態１５
流入流体が、伝熱流体の１つ以上のパルス（pulses）を含み、流入流体が、場合により、曝露するステップの時間の約１０％未満、または曝露するステップの時間の約５％未満の間の伝熱流体の１つのパルスを含み、１つのパルス中の伝熱流体の流量（又はフローレート（flow rate））が、場合により、曝露するステップ中の伝熱流体の平均流量（又は平均フローレート）よりも少なくとも約２５％大きく、または少なくとも約５０％大きい、実施形態１４の方法。
【０１２８】
実施形態１６
吸着剤粒子が、官能化された吸着剤粒子を含む、上記実施形態のいずれかの方法。
【０１２９】
実施形態１７
伝熱流体が、官能化された吸着剤粒子を実質的に濡らさない、実施形態１６の方法。
【０１３０】
実施形態１８
吸着した第１のガス成分または吸着したＣＯ２を脱着させるステップが、少なくとも約９０体積％、または少なくとも約９５体積％、または少なくとも約９８体積％の第１のガス成分またはＣＯ２を含む脱着流出液を形成するステップを含む、上記実施形態のいずれかの方法。
【０１３１】
実施形態１９
吸着した第１のガス成分または吸着したＣＯ２を脱着させるステップが、約９０体積％以下、または約７５体積％以下、または約５０体積％以下、および／または少なくとも約１０体積％、または少なくとも約２５体積％の第１のガス成分またはＣＯ２を含む脱着流出液を形成するステップを含む、上記実施形態のいずれかの方法。
【０１３２】
実施形態２０
吸着剤粒子の床を含むガス流からＣＯ２を分離するためのシステムであって、吸着剤粒子が、吸着剤１キログラム当たり少なくとも約３．０モルのＣＯ２の吸着剤充填量を有するｍｍｅｎ−Ｍｇ２（ｄｏｂｐｄｃ）を含み；伝熱液体（heat transfer liquid）が接触器と流体接続する、システム。
【０１３３】
実施形態２１
接触器が、細流床接触器を含む実施形態２０の接触器。
【０１３４】
本発明を特定の実施形態に関して記載してきたが、それらに限定されるものではない。個別の条件下での操作の適切な変更／修正は、当業者には明らかであろう。したがって、以下の請求項が、本発明の真の意図／範囲に収まるそのようなすべての変更／修正に及ぶものとして解釈されることが意図される。
【図１】
2018534127.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【国際調査報告】
2018534127.tif 000019
2018534127.tif 000020
2018534127.tif 000021
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