(57)【要約】  吸着天然ガス（ＡＮＧ）は、ＮＧを室温および低圧で貯蔵するエネルギー効率の高い技術ある。ＡＮＧ技術は、ＮＧ産業のいくつかの場面に応用可能である。吸着剤を天然ガスの貯蔵および輸送に用いると、所定の圧力におけるＮＧの貯蔵密度を上げ、所定のガス密度におけるガス状燃料の圧力を下げる効果がある。そのような吸着剤は、比較的緩やかな圧力で、相当な量の天然ガスを貯槽することができることを示した。同程度のサイズの高圧容器に比較して、低圧容器はより安価であるため、ＡＮＧを用いれば、種々の応用分野における天然ガスの貯蔵コストを削減することができる【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤を製造する方法であって、
第１の重量および／または体積当たりの表面積を有する活性炭材料を得る工程と、
前記第１の重量および／または体積当たりの表面積よりも大きい第２の重量および／または体積あたりの表面積を前記活性炭材料に構築するよう、前記活性炭材料を賦活する二次賦活処理を実施する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の重量および／または体積当たりの表面積が、１グラム当たり約１２００平方メートルより小さい、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２の重量および／または体積当たりの表面積が、１グラム当たり約３０００平方メートルより大きい、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第２の表面積が、前記第１の重量および／または体積当たりの表面積の２倍より大きい、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記二次賦活処理が、制御酸化を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記二次賦活処理が、薬品賦活、物理賦活、制御酸化、紫外線オゾンエッチング、プラズマエッチングまたは炭化のうちの複数のものの組み合わせを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第２の重量および／または体積あたりの表面積より大きな第３の重量および／または体積当たりの表面積を前記活性炭材料に構築するよう、前記活性炭材料に三次賦活処理を実施する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記二次賦活処理に用いた賦活剤を後の賦活処理のために再利用する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
請求項１記載の工程を含む方法によって製造された、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤。
【請求項１０】
炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤をリグノセルロース材料から製造する方法であって、
リグノセルロース材料を得る工程と、
炭化水素ガス混合物の吸着に好適な重量および／または体積当たりの表面積を前記リグノセルロース材料に構築するように前記リグノセルロース材料を賦活する処理を実施することによって、前記吸着剤を製造する工程であって、前期賦活処理が炭素の消費量と前記リグノセルロース材料の炭素格子へのインターカレーションを制御して定量的に細孔体積を選択する工程を含む、工程と、
を含む方法。
【請求項１１】
前記リグノセルロース材料が、トウモロコシの穂軸材料およびココナッツの殻材料の一方または両方を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記賦活処理に用いた賦活剤を後の賦活処理のために再利用する工程を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
請求項１０記載の工程を含む方法によって製造された、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤。
【請求項１４】
炭素系ナノ材料から炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤を製造する方法であって、
炭素系ナノ材料を得る工程と、
炭化水素ガス混合物を吸着するのに好適な重量および／または体積当たりの表面積を前記炭素系ナノ材料に構築するように前記炭素系ナノ材料を賦活する処理を実施することによって、前記吸着剤を製造する工程と、
を含む方法。
【請求項１５】
前記炭素系ナノ材料が、フラーレン、ナノホーン、グラフェンのうちの１または複数を含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記賦活処理が、薬品賦活、物理賦活、制御酸化、または炭化のうちの１または複数を含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
請求項１４記載の工程を含む方法によって製造された、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤。
【請求項１８】
炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤を炭素材料から製造する方法であって、
炭素材料を得る工程と、
炭化水素ガス混合物を吸着するのに好適な重量および／または体積当たりの表面積を前記炭素材料に構築するように前記炭素材料を賦活する処理を実施することによって、前記吸着剤を製造する工程と、
を含む方法。
【請求項１９】
前記炭素材料が、カーボンブラック、表面増強黒鉛、ナノグラファイト、膨張黒鉛、またはピッチコークスのうちの１または複数を含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記賦活処理が、薬品賦活、物理賦活、制御酸化、または炭化のうちの１または複数を含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記賦活処理が、炭素の消費量と前記炭素質材料の炭素格子へのインターカレーションを制御して定量的に細孔体積を選択する工程を含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
請求項１８記載の工程を含む方法によって製造された、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤。
【請求項２３】
炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤をポリマー材料から製造する方法であって、
ポリマー材料を得る工程と、
炭化水素ガス混合物の吸着に好適な重量および／または体積当たりの表面積を前記ポリマー材料に構築するように前記ポリマー材料を賦活する処理を実施することによって、前記吸着剤を製造する工程と、
を含む方法。
【請求項２４】
前記ポリマー材料が、ポリ塩化ビニリデン、またはポリビニルアルコールの一方または両方を含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記賦活処理が、薬品賦活、物理賦活、制御酸化、または炭化のうちの１または複数を含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
前記賦活処理が、炭素の消費量と前記ポリマー材料の炭素格子へのインターカレーションを制御して定量的に細孔体積を選択する工程を含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２７】
重量および／または体積あたりの増大した表面積を前記吸着剤に構築するよう、前記吸着剤に二次賦活処理を実施する工程さらにを含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２８】
請求項２３記載の工程を含む方法によって製造された、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤。
【請求項２９】
炭化水素ガス混合物を吸着するように構成された吸着剤を製造するために、紫外線誘発オゾンエッチングを用いて炭素系材料を賦活する方法であって、
前記炭素系材料の表面に近接して分子状酸素を供給する工程と、
前記炭素系材料を第１の波長の紫外線で照射して前記分子状酸素を原子状酸素に解離し、前記原子状酸素を前記炭素系材料の炭素原子と反応させ、前記原子状酸素と前記炭素原子との間の前記反応が前記炭素系材料から前記炭素原子を引き抜き、前記炭素系材料に細孔を生成、または前記炭素系材料の多孔率を高めて、当該多孔性の炭素系材料が炭化水素ガス混合物を吸着するように構成された吸着剤となる工程と、
を含む方法。
【請求項３０】
前記炭素系材料の表面に近接して分子状酸素を供給する工程が、前記炭素系材料に第２の波長の紫外線を照射して前記分子状酸素としてオゾンを生成させる工程を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記第２の波長が約１８５ｎｍである、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記重量および／または体積当たりの表面積または細孔容積の一方または両方が、第１の波長の紫外線の照射時間、第２の波長の紫外線の照射時間、炭素系材料の近傍の酸素濃度、または炭素系材料の近傍の周囲温度のうちの１または複数により制御される、請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
前記第１の波長が、約２５４ｎｍである、請求項２９記載の方法。
【請求項３４】
前記炭素系材料の表面に近接して分子状酸素を供給する工程が、前記炭素系材料の表面への前記分子状酸素の化学吸着、または物理吸着の一方または両方を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３５】
前記炭素系材料の表面に近接して前記分子状酸素を供給する工程は、前記炭素系材料を酸素プラズマエッチングする工程を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３６】
１または複数の工程が室温で行われる、請求項２９記載の方法。
【請求項３７】
前記炭素系材料が炭素材料またはリグノセルロース材料の一方または両方を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３８】
前記炭素系材料が活性炭材料を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３９】
請求項２９記載の工程を含む方法によって製造された、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤。
【請求項４０】
炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤を製造するために、制御酸化を用いて炭素系材料を賦活する方法であって、
前記炭素系材料を一連の高温負荷サイクルに曝露する工程と、
前記負荷サイクルの間、前記炭素系材料が着火・燃焼するのを防ぐために、酸素を脱気する工程と、
を含む方法。
【請求項４１】
前記高温負荷サイクルの温度が６００℃以上である、請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
請求項４０記載の工程を含む方法によって製造された、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤。
【請求項４３】
炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤の表面を増強する方法であって、
メタン分子と前記吸着剤表面の結合エネルギーを増加させるために、１または複数の非炭素元素を前記吸着剤の表面に導入する工程
を含む方法。
【請求項４４】
前記１または複数の非炭素元素が、鉄、リチウム、マグネシウム、クロム、アルミニウム、ナトリウム、またはホウ素のうちの１または複数を含む、請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
請求項４３記載の工程を含む方法で製造された、表面が増強され炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤。
【請求項４６】
炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤の細孔内に水和物を生成する方法であって、
前記吸着材の細孔にメタンと水を導入し、前記細孔内にメタンハイドレートを生成する工程
を含む方法。
【請求項４７】
前記メタンを導入する前に、前記水を蒸気として導入する、請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
前記メタンを導入すると同時に、前記水を蒸気として導入する、請求項４６記載の方法。
【請求項４９】
前記水を蒸気として導入する前に、前記メタンを導入する、請求項４６記載の方法。
【請求項５０】
請求項４６記載の工程を含む方法によって製造された、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤。
【請求項５１】
炭素系吸着剤の細孔体積を調節する方法であって、
前記吸着剤を製造あるいは増強するために用いられる賦活剤の濃度を調節する工程であって、当該賦活剤が、水酸化カリウムを含む工程と、
賦活温度を調節する工程と、
を含み、
吸着剤のスープラナノメーターの細孔体積は（１）前記賦活温度と（２）前記水酸化カリウムと炭素の重量比に比例する、方法。
【請求項５２】
賦活前処理、賦活法、賦活剤、混合、賦活容器、均一化、賦活時間、加熱速度、冷却速度、賦活雰囲気、ガス流速、インレットガス温度、洗浄、または賦活後処理のうちの１または複数を調節する工程をさらに含む、請求項５１記載の方法。
【請求項５３】
炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤を再生する方法であって、
前記吸着剤を真空に曝露する工程、
前記吸着剤を高温に曝露する工程、
前記吸着剤に熱いガスを流通させる工程、又は
前記吸着剤に冷たいガスを流通させる工程、
のうちの１または複数を実行することによって前記吸着剤から汚染物質を除去する工程を含む、方法。
【請求項５４】
炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤モノリスを製造する方法であって、
粉体、粒体、砂状体、またはペレットのうちの１または複数を含む緩い形態の吸着剤を得る工程と、
粉体、粒体、砂状体、またはペレットのうちの１または複数を含む緩い形態のバインダーに前記緩い形態の吸着剤を分散させることによって、緩い形態の吸着剤とバインダーの混合物を得る工程と、
緩い形態の吸着剤とバインダーの混合物を、素地を形成するために圧縮する工程と、
前記素地を加熱して前記バインダー剤を熱分解し、前記吸着剤モノリスを製造する工程と、
を含む方法。
【請求項５５】
前記緩い形態の吸着剤とバインダーの混合物を真空中で圧縮する、請求項５４記載の方法。
【請求項５６】
熱分解前に前記素地の細孔をガスあるいは液体で満たす工程をさらに含む、請求項５４記載の方法。
【請求項５７】
前記ガスあるいは液体が、水蒸気、窒素、メタン、または水素のうちの１または複数を含む、請求項５６記載の方法。
【請求項５８】
前記吸着剤モノリスの形状がレンガ状である、請求項５４記載の方法。
【請求項５９】
前記吸着剤モノリスが、１または複数の９０度の角度をもつ縁部を有する、請求項５４記載の方法。
【請求項６０】
前記緩い形態の吸着剤が、異なるサイズの粉末、粒体、砂状体、ペレットのうちの１または複数を含む、請求項５４記載の方法。
【請求項６１】
炭化水素ガス混合物を貯蔵する方法であって、
炭化水素混合物を吸着により受容するよう構成された吸着剤を含んだタンクを炭化水素ガス混合物で少なくとも部分的に充填する工程と、
前記吸着剤から前記炭化水素ガス混合物を脱着させることによって少なくとも一部の前記炭化水素ガス混合物を前記タンクから取りだす工程と、
充填／取り出しを繰り返す工程であって、連続する充填／取り出しの組み合わせの各々が、充填／取り出しサイクルから成る工程と、
少なくとも吸着能力を部分的に回復するために吸着剤を再生する工程であって、
当該再生が少なくとも５００充填／取り出しサイクル毎に行われる工程と、
を含む方法。
【請求項６２】
前記再生が、少なくとも２０充填／取り出しサイクル毎に行われる、請求項６１記載の方法。
【請求項６３】
前記再生が、少なくとも１０充填／取り出しサイクル毎に行われる、請求項６１記載の方法。
【請求項６４】
前記再生が、少なくとも５充填／取り出しサイクル毎に行われる、請求項６３記載の方法。
【請求項６５】
前記タンクは炭化水素ガス混合物を収容する能力を有し、
少なくともガスがタンクから５，０００回流出するごとに再生サイクルを行う、
請求項６１に記載の方法。
【請求項６６】
少なくともガスが１０回流出する毎に再生サイクルを行う、請求項６５記載の方法。
【請求項６７】
前記吸着剤の再生が、
前記吸着剤を真空に曝露する工程、
前記吸着剤を高温に曝露する工程、又は
前記吸着剤をパージガスに曝露する工程
のうちの１または複数を含む、請求項６１記載の方法。
【請求項６８】
前記吸着剤の再生が、前記吸着剤をパージガスにさらす工程を含み、当該パージガスが不活性ガスを含む、請求項６１記載の方法。
【請求項６９】
前記不活性ガスが窒素あるいはアルゴンを含む、請求項６８記載の方法。
【請求項７０】
前記真空が１０-1ないし１０-5ｔｏｒｒの圧力を有する、請求項６７記載の方法。
【請求項７１】
前記高温が５０ないし６００℃である、請求項６７記載の方法。
【請求項７２】
前記高温が少なくとも１００℃である、請求項７１記載の方法。
【請求項７３】
前記吸着剤が、再生の間に０．２５ないし１２０時間真空に曝露される、請求項６７記載の方法。
【請求項７４】
前記真空に曝露される時間が０．５ないし４時間である、請求項６７記載の方法。
【請求項７５】
前記吸着剤が、再生の間に０．５ないし１２０時間高温に曝露される、請求項６７記載の方法。
【請求項７６】
前記高温に曝露する時間が、０．５ないし４時間である、請求項６７記載の方法。
【請求項７７】
炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤を少なくとも吸着能力を部分的に回復するために再生する方法であって、前記吸着剤が２つのタンクの内部容積に収容され、前記方法は、
前記タンクの一方に炭化水素ガス混合物を貯蔵している間、他方のタンクに含まれる吸着剤を再生する工程であって、当該他方のタンクには、実質的に炭化水素ガス混合物が入っていない工程と、
前記２つのタンクの間で前記炭化水素ガス混合物の貯蔵と前記吸着剤の再生を交互に行い、いつでも少なくとも１つのタンクを炭化水素ガス混合物の貯蔵に使用する工程と、
を含む方法。
【請求項７８】
前記２つのタンクが第１のタンクと第２のタンクからなり、
前記第１のタンクに炭化水素ガス混合物を少なくとも部分的に充填し、熱を発生する工程と、
前記第２のタンクの中の前記吸着剤を再生する時に、再生を補助するために前記熱の少なくとも一部を前記第２のタンクに伝達する工程と、
をさらに含む請求項７７記載の方法。
【請求項７９】
炭化水素ガス混合物を貯蔵するシステムであって、
内部容積を有するタンクであって、少なくともその一部は炭化水素混合物により充填されるように構成され、前記炭化水素ガス混合物を吸着により受容するよう構成された吸着剤を内部容積に含むみ、前記吸着剤から脱着させることよって前記炭化水素ガス混合物の少なくとも一部を取り出せるように構成され、充填と取り出しの組み合わせが、充填／取り出しサイクルからなるタンクと、
前記吸着剤の吸着能力を少なくとも部分的に回復するために前記吸着剤を再生する手段であって、少なくとも５００充填／取り出しサイクル毎に当該再生を行う手段と、
を有するシステム。
【請求項８０】
前記タンクは炭化水素ガス混合物を収容する能力をもち、
前記再生を実施する手段は少なくともガスがタンクから５０００回流出するごとに前記再生サイクルを行う手段を含む、
請求項７９記載のシステム。
【請求項８１】
前記再生を実施する手段が、
前記吸着剤を真空に曝露するように構成された前記タンクの前記内部容積と流体連通する真空源と、
前記吸着剤をパージガスに曝露するように構成された前記タンクの前記内部容積と流体連通するパージガス源と、
前記吸着剤を高温に曝露するよう構成された前記タンクの前記内部容積と流体連通する熱源と、
を含む、請求項７９記載のシステム。
【請求項８２】
前記再生を実施する手段が、前記吸着剤を真空に曝露するように構成された前記タンクの前記内部容積と流体連通する真空源を含み、当該真空源がポンプである、請求項７９記載のシステム。
【請求項８３】
前記再生を実施する手段が、前記吸着剤を高温に曝露するよう構成された前記タンクの前記内部容積と流体連通する熱源を含み、当該熱源がヒーターである、請求項７９記載のシステム。
【請求項８４】
前記再生を実施する手段が、前記吸着剤をパージガスに曝露するように構成された前記タンクの前記内部容積と流体連通するパージガス源を含む、請求項７９記載のシステム。
【請求項８５】
前記パージガスが不活性ガスを含む請求項８４記載のシステム。
【請求項８６】
前記タンクが第１のタンクを含み、
前記システムが、炭化水素混合物を吸着により受容するよう構成された吸着剤を含む内部容積を有する第２のタンクをさらに含み、
前記システムが、第１および第２の作動モードを有し、
前記第１の作動モードは、前記第１のタンクを前記炭化水素ガス混合物の貯蔵、供給に使用する間、前記第２のタンク内の前記吸着剤を再生するモードを含み、
前記第２の作動モードは、前記第２のタンクを前記炭化水素ガス混合物の貯蔵、供給に使用する間、前記第１のタンク内の前記吸着剤を再生するモードを含む、
請求項７９に記載のシステム。
【請求項８７】
前記タンクに接続されたコントローラーをさらに含み、当該コントローラーが第１または第２の作動モードを選択してシステムを動作させるよう構成された、請求項８６記載のシステム。
【請求項８８】
熱伝達システムをさらに含む、請求項８６記載のシステムであって、
前記第１の作動モードにおいて、前記第２のタンク内の前記吸着剤の再生を行っている間、当該吸着剤の再生を補助するよう、前記熱伝達システムが前記第１のタンクの熱を前記け第２のタンクへ伝達し、
前記第２の作動モードにおいて、前記第１のタンク内の前記吸着剤の再生を行っている間、当該吸着剤の再生を補助するよう、前記熱伝達システムが前記第２のタンクの熱を前記第１のタンクへ伝達する、
システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年３月１５日に出願された米国仮出願第６１／７８７，５０３号（発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄｓ，  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓｅｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  Ｗｉｔｈ  Ａｄｓｏｒｂｉｎｇ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｇａｓ  Ｍｉｘｔｕｒｅｓ（炭化水素ガス混合物の吸着に関連する方法、材料ならびに装置）」に基づく優先権を主張し、その内容は、参照により全体としてここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は、炭化水素ガス混合物の吸着に関連する方法、材料ならびに装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
天然ガス（ＮＧ）は、自然に発生する炭化水素ガスの混合物で主として、メタンとその他炭化水素、二酸化炭素、窒素、そして硫化水素を含む。天然ガスは、暖房、調理、発電などによく使われるエネルギー源である。また、自動車用燃料、ならびに合成樹脂製品やその他商業的に重要な有機化学物質を製造するための化学原料としても用いられる。
【０００４】
ＮＧは、現在、世界のエネルギーの２３％を供給しており、ＮＧの確定埋蔵量は、新しい探知や抽出技術により増加している。例えば、現在、シェールロック（頁岩）層からＮＧを抽出するために用いられている水圧破砕法は、世界のエネルギー供給に劇的なインパクトを与えている。エネルギー情報局は、米国は国内に技術的に回収可能な２５４３兆立方フィートの天然ガスを有すると推定している。海底の堆積層下に見いだされるメタンハイドレート層は、現在知られているＮＧ埋蔵量の２〜１０倍量のＮＧを含んでいる。ガソリン価格の高騰は、ここ数年、あるいは数十年にわたり、ＮＧがエネルギー業界で重要な位置づけとなることを推し進める可能性があり、ＮＧはまさに自動車業界及びエネルギー業界の強力な候補資源である。
【０００５】
圧縮天然ガス（ＣＮＧ）や液化天然ガス（ＬＮＧ）は、現在、ＮＧを貯蔵したり輸送したりするために昨今確立された技術である。しかしながら、これら双方の技術には短所も存在し、それは、ＣＮＧやＬＮＧを貯蔵するために必要なタンクだけでなく圧縮や液化に伴うコストである。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一つの態様は、炭化水素ガス混合物を吸着する材料を製造する方法に関するものである。その方法は、第１の表面積（重量および／または体積当たりの）を有する活性炭材料を得る工程であり、その活性炭材料が、第２の重量当たりの表面積（例えばｍ2／ｇ）又は体積当たりの表面積（例えばｍ2／ｃｍ2）を構築するために活性炭材料を賦活する第二の工程を含む。第２の重量あるいは体積あたりの表面積は、第１の重量あるいは体積あたりの表面積より大きい。この実施形態は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を含み、その吸着剤は、前述の手順からなるプロセスにより調製されたものである。
【０００７】
もう一つの態様は、吸着剤をリグノセルロース材料から製造する方法に関するものであり、その吸着剤は炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成されたものである。その方法は、リグノセルロース材料を得る工程で、リグノセルロース材料が炭化水素ガス混合物に適した重量および／または体積当たりの表面積をもつように賦活するプロセスを実施して吸着剤を製造する工程、および前述の賦活工程は炭素の消費量とリグノセルロース材料の炭素格子へのインターカレーションを制御して定量的に細孔容積を選択する工程を含む。この態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を含んでおり、その吸着剤は、前述の手順からなるプロセスにより調製されるものである。
【０００８】
本発明のもう一つの態様は、吸着剤を炭素を主としたナノ材料から製造する方法に関するものであり、その吸着剤は炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成されたものである。その方法は、炭素を主としたナノ材料を得る工程で、炭素を主としたナノ材料が炭化水素ガス混合物に適した重量および／または体積当たりの表面積をもつように賦活するプロセスを実施し、吸着剤を製造する工程を含む。この態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を含んでおり、その吸着剤は、前述の手順からなるプロセスにより調製されたものである。
【０００９】
本発明のもう一つの態様は、吸着剤を炭素材料から製造する方法に関するものであり、その吸着剤は炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成されたものである。その方法は、炭素材料を得る工程で、炭素材料が炭化水素ガス混合物に適した重量および／または体積当たりの表面積をもつように賦活するプロセスを実施し、吸着剤を製造する工程を含む。この態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を含んでおり、その吸着剤は、前述の手順からなるプロセスにより調製されたものである。
【００１０】
本発明のもう一つの態様は、吸着剤をポリマー材料から製造する方法に関するものであり、その吸着剤は炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成されたものである。その方法は、ポリマー材料を得る工程で、ポリマー材料が炭化水素ガス混合物に適した重量および／または体積当たりの表面積をもつように賦活するプロセスを実施し、吸着剤を製造する工程を含む。この態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を含んでおり、その吸着剤は、前述の手順からなるプロセスにより調製されたものである。
【００１１】
本発明のもう一つの態様は、紫外線誘発オゾンエッチングあるいはプラズマエッチングを用いて炭素を主とした材料を賦活し、炭化水素ガス混合物を吸着する吸着剤を製造する方法に関するものである。その方法は、炭素を主とした材料の表面の最も近くに分子状酸素を供給する工程で、炭素を主とした材料を第１の波長の紫外線を照射して酸素分子を酸素原子に解離させ、炭素を主とした材料の炭素原子と酸素原子が反応し、また、その結果炭素を主とした材料から炭素原子が取り除かれ、さらには炭素を主とした材料に細孔を生成あるいは炭素を主とした材料の多孔性を高め、炭化水素ガス混合物が吸着するようにする工程から成る。この態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を含んでおり、その吸着剤は、前述の手順からなるプロセスにより調製されたものである。
【００１２】
本発明のもう一つの態様は、酸化反応を制御して炭素を主とした材料をを賦活し、炭化水素ガス混合物を吸着する吸着剤を製造する方法に関するものである。その方法は、炭素を主とした材料を一連の高温負荷サイクルにさらす工程で、炭素を主とした材料が着火したり、燃えたりすることを防止するため、負荷サイクルの間に脱酸素を行う工程を含む。この態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を含んでおり、その吸着剤は、前述の手順からなるプロセスにより調製されたものである。
【００１３】
本発明のもう一つの態様は、吸着剤の表面を強化し、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成する方法に関するものである。その方法は、メタン分子と吸着剤表面の結合エネルギーを増加させるために、１あるいは複数の非炭素元素を吸着剤の表面に導入する工程を含む。この態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を含んでおり、その吸着剤は、前述の手順からなるプロセスにより調製されたものである。
【００１４】
本発明のもう一つの態様は、吸着剤の細孔内に水和物を生成し、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成する方法に関するものである。その方法は、細孔内でメタンハイドレートを生成するために、吸着剤の細孔にメタンと水を導入する工程を含む。この態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を含んでおり、その吸着剤は、前述の手順からなるプロセスにより調製されたものである。
【００１５】
本発明のもう一つの態様は、炭素を主とした材料の細孔容積を最適化する方法に関するものである。その方法は、吸着剤を製造あるいは強化するために用いる賦活剤の濃度を調節する工程（ここで賦活剤は水酸化カリウムを含む）、賦活温度を調節する工程、および吸着剤のナノメーターを超える細孔の容積が（１）賦活温度と（２）水酸化カリウムと炭素の重量比に比例するようにする工程を含む。
【００１６】
本発明のもう一つの態様は、吸着剤に吸着した天然ガス中の汚染物質を除去して、吸着剤を再生し、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成する方法に関するものである。その方法は、次の一つあるいは複数の工程を実施して汚染物質を除去する工程を含む。吸着剤を真空にさらす工程、吸着剤を高温にさらす工程、高温のガスを吸着剤に流通させる工程、あるいは低温のガスを吸着剤に流通させる工程を含む。
【００１７】
本発明のもう一つの態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成したモノリス吸着剤を製造する方法に関するものである。その方法は、１あるいは複数の粉体、粒体、砂状体、ペレットからなる無秩序な形態の吸着剤を得る工程、粗い状態の吸着剤を１あるいは複数の粉体、粒体、砂状体、ペレットからなる粗い状態のバインダーに分散させ、粗い状態の吸着剤とバインダーの混合物を得る工程、および粗い状態の吸着剤とバインダーの混合物を圧縮し、素地を形成する工程；素地を加熱してバインダーを熱分解し、モノリス吸着剤を製造する工程を含む。
【００１８】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭化水素ガス混合物を吸着する材料を構成した吸着剤を次の方法で製造する方法を提供する。その方法は、第１の表面積（重量および／または体積当たりの）を有する活性炭材料を得る工程、および活性炭材料が第２の表面積（重量および／または体積当たりの）を構築するよう賦活する第２の工程を含む。ここで、第２の表面積（重量あるいは体積あたりの）は第１の表面積（重量あるいは体積あたりの）より大きい。
【００１９】
本発明の１あるいは複数の態様において、第１の重量および／または体積当たりの表面積は、１グラム当たり約１２００平方メートルより小さい。
【００２０】
本発明の１あるいは複数の態様において、第２の重量および／または体積当たりの表面積は、１グラム当たり約３０００平方メートルより大きい。
【００２１】
本発明の１あるいは複数の複数の態様において、第２の表面積は、第１の重量および／または体積当たりの表面積の２倍以上である。
【００２２】
本発明の１あるいは複数の態様において、第２工程の賦活プロセスは、酸化反応の制御を含む。
【００２３】
本発明の１あるいは複数の態様において、第２工程の賦活プロセスは、２あるいは複数の薬品賦活、ガス賦活、酸化反応の制御、紫外線‐オゾンエッチング、プラズマエッチングあるいは炭化の組み合わせを含む。
【００２４】
本発明の１あるいは複数の態様において、活性炭材料に活性炭材料が、第３の重量当たりおよび／または体積当たりの表面積を構築するよう、第３工程で賦活プロセスを実施する工程を含む。ここで、第３の重量あるいは体積あたりの表面積は第２の重量あるいは体積あたりの表面積より大きい。
【００２５】
本発明の１あるいは複数の態様において、その方法は第２工程の賦活プロセスに用いた賦活剤を後の賦活プロセスのために再利用する工程を含む。
【００２６】
本発明の１あるいは複数の態様は、リグノセルロース材料から炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤を製造する方法を提供する。その方法は、リグノセルロース材料を得る工程；炭化水素ガス混合物を吸着するよう、リグノセルロース材料を賦活して重量および／または体積当たりの表面積を構築し、吸着剤を製造する工程を含む。ここで賦活プロセスは、炭素の消費量とリグノセルロース材料の炭素格子へのインターカレーションを制御して定量的に細孔容積を選択する工程を含む。
【００２７】
本発明の１あるいは複数の態様において、リグノセルロース材料は、１あるいは複数のトウモロコシの穂軸あるいはココナツの殻を含む。
【００２８】
本発明の１あるいは複数の態様において、その方法は賦活プロセスに用いた賦活剤を後の賦活プロセスのために再利用する方法を含む。
【００２９】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭素を主としたナノ材料から炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成された吸着剤を製造する方法を含む。その方法は、炭素を主としたナノ材料を得る工程、炭化水素ガス混合物を吸着する重量当たりのおよび／または体積当たりの表面積を構築するよう、炭素を主としたナノ材料を賦活するプロセスを実施して吸着剤を製造する工程を含む。
【００３０】
本発明の１あるいは複数の態様において、炭素を主としたナノ材料は、１あるいは複数のフラーレン、ナノホーン、グラフェンを含む。
【００３１】
本発明の１あるいは複数の態様において、賦活プロセスは、１あるいは複数の薬品賦活、ガス賦活、酸化反応の制御、あるいは炭化の組み合わせを含む。
【００３２】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を炭素材料から製造する方法を提供する。その方法は、炭素材料を得る工程、炭化水素ガス混合物を吸着する重量当たりのおよび／または体積当たりの表面積を構築するよう、炭素材料を賦活するプロセスを実施して吸着剤を製造する工程を含む。
【００３３】
本発明の１あるいは複数の態様において、炭素材料は、１あるいは複数ののカーボンブラック、表面増強黒煙、ナノグラファイト、膨張黒煙、あるいは、ピッチコークスを含む。
【００３４】
本発明の１あるいは複数の態様において、賦活プロセスは、１あるいは複数の薬品賦活、ガス賦活、酸化反応の制御、あるいは炭化の組み合わせを含む。
【００３５】
本発明の１あるいは複数の態様において、賦活プロセスは、炭素の消費量と炭素格子へのインターカレーションを制御して定量的に細孔容積を選択する工程を含む。
【００３６】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤をポリマー材料から製造する方法を提供する。その方法は、ポリマー材料を得る工程、炭化水素ガス混合物を吸着する重量当たりのおよび／または体積当たりの表面積を構築するよう、ポリマー材料を賦活するプロセスを実施して吸着剤を製造する工程を含む。
【００３７】
本発明の１あるいは複数の態様において、ポリマー材料は、１あるいは双方のポリ塩化ビニリデンあるいはポリビニルアルコールを含む。
【００３８】
本発明の１あるいは複数の態様において、賦活プロセスは、１あるいは複数の薬品賦活、ガス賦活、酸化反応の制御、あるいは炭化の組み合わせを含む。
【００３９】
本発明の１あるいは複数の態様において、賦活プロセスは、炭素の消費量とリグノセルロース格子へのインターカレーションを制御して定量的に細孔容積を選択する工程を含む。
【００４０】
本発明の１あるいは複数の態様において、その方法は、吸着剤に重量あるいは体積あたりの表面積を構築するよう第２工程で賦活プロセスを実施する工程を含む。
【００４１】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭化水素ガス混合物を吸着する吸着剤を製造するために、紫外線誘発オゾンエッチングを用いて、炭素を主とした材料を賦活する方法を提供する。その方法は、炭素を主とした材料表面の最も近くに分子状酸素を供給する工程、炭素を主とした材料に第１の波長の紫外線を照射し、酸素分子を酸素原子に解離させ、酸素原子を炭素を主とした材料の炭素原子と反応させる工程を含む。ここで、酸素原子と炭素原子の反応は炭素を主とした材料から炭素原子を取り除き、炭素を主とした材料に細孔を生成あるいは炭素を主とした材料の多孔性を高め、その結果、炭素を主とした材料は炭化水素ガス混合物を吸着する吸着剤となる。
【００４２】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭素を主とした材料表面の最も近くに分子状酸素を供給する工程は、第２の波長の紫外線を炭素を主とした材料に照射し、分子状酸素からオゾンを生成する工程を含む。
【００４３】
本発明の１あるいは複数の態様において、第２の波長は、約１８５  ｎｍである。
【００４４】
本発明の１あるいは複数の態様において、１あるいは双方の重量および／または体積当たりの表面積、あるいは細孔容積は、１あるいは複数の第１の波長の紫外線照射時間、第２の波長の紫外線照射時間、炭素を主とした材料極表面の酸素濃度、あるいは炭素を主とした材料近傍の室温により制御される。
【００４５】
本発明の１あるいは複数の態様において、第１の波長は、約２５４ｎｍである。
【００４６】
本発明の１あるいは複数の態様において、炭素を主とした材料表面の最も近くに分子状酸素を供給する工程は、１あるいは複数の炭素を主とした材料表面への分子状酸素の化学吸着、物理吸着を含む。
【００４７】
本発明の１あるいは複数の態様において、炭素を主とした材料表面の最も近くに分子状酸素を供給する工程は、炭素を主とした材料に酸素プラズマエッチングを施す工程を含む。
【００４８】
本発明の１あるいは複数の態様において、１あるいは複数の工程は室温で行われる。
【００４９】
本発明の１あるいは複数の態様において、炭素を主とした材料は、１あるいは双方の炭素材料あるいはリグノセルロース材料を含む。
【００５０】
本発明の１あるいは複数の態様において、炭素を主とした材料は、活性炭材料を含む。
【００５１】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を製造するために酸化反応を制御した方法で炭素を主とした材料を賦活する方法を提供する。その方法は、炭素を主とした材料を一連の高温負荷サイクルにさらす工程、炭素を主とした材料が着火したり、燃えたりすることを防止するために、負荷サイクルの間に酸素を脱気する工程を含む。
【００５２】
本発明の１あるいは複数の態様において、高温負荷サイクルの温度は、約６００℃か、それを超える温度である。
【００５３】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう吸着剤の表面を増強する方法を提供する。その方法は、メタン分子と吸着剤表面の結合エネルギーを増加させるために、１あるいは複数の非炭素元素を吸着剤の表面に導入する工程を含む。
【００５４】
本発明の１あるいは複数の態様において、１あるいは複数の非炭素元素は、１あるいは複数の鉄、リチウム、マグネシウム、クロム、アルミニウム、ナトリウムあるいはホウ素を含む。
【００５５】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤の細孔の中に水和物を生成する方法を提供する。その方法は、細孔内でメタンハイドレートを生成させるために、吸着剤の細孔にメタンと水を導入する工程を含む。
【００５６】
本発明の１あるいは複数の態様において、水はメタンを導入する前に、水蒸気として導入される。
【００５７】
本発明の１あるいは複数の態様において、水はメタンを導入するのと同時に、水蒸気として導入される。
【００５８】
本発明の１あるいは複数の態様において、メタンは水を水蒸気として導入する前に、導入される。
【００５９】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭素を主とした材料の細孔容積を最適化する方法を提供する。その方法は、吸着剤を製造あるいは強化するために用いる賦活剤の濃度を調節する工程（ここで賦活剤は、水酸化カリウムを含む）、および賦活温度を調節する工程を含む。吸着剤中にあるナノメーターを超える細孔の容積は（１）賦活温度と（２）水酸化カリウムと炭素の重量比に比例する。
【００６０】
本発明の１あるいは複数の態様において、その方法は、１あるいは複数の賦活前処理、賦活法、賦活剤、混合法、賦活容器、均一化、賦活時間、加熱速度、冷却速度、賦活ガス、ガス流量、入口のガス温度、洗浄法、あるいは賦活後処理を調整する工程を含む。
【００６１】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を再生する方法を提供する。その方法は、１あるいは複数の次に示す工程を実施し、吸着剤から汚染物質を除去する工程を含む。１あるいは複数の工程とは、吸着剤を真空にさらす工程、吸着剤を昇温にさらす工程、吸着剤に高温のガスを流す工程、あるいは吸着剤に低温のガスを流す工程である。
【００６２】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤モノリスを製造する方法を提供する。その方法は、１あるいは複数の粉体、粒体、砂状体、ペレットを含む粗い状態の吸着剤を得る工程、粗い状態の吸着剤を１あるいは複数の粉体、粒体、砂状体、ペレットからなる粗い状態のバインダーに分散させ、粗い状態の吸着剤とバインダーの混合物を得る工程、粗い状態の吸着剤とバインダーの混合物を圧縮し、素地を形成する工程、あるいは素地を加熱してバインダーを熱分解し、モノリス吸着剤を製造する工程を含む。
【００６３】
本発明の１あるいは複数の態様において、粗い状態の吸着剤とバインダーの混合物は真空中で圧縮される。
【００６４】
本発明の１あるいは複数の態様において、その方法は、焼成前に素地の細孔をガスあるいは液体で満たす工程を含む。
【００６５】
本発明の１あるいは複数の態様において、そのガスあるいは液体は、１あるいは複数の水蒸気、窒素、メタン、あるいは水素を含む。
【００６６】
本発明の１あるいは複数の態様において、吸着剤モノリスは、練炭の形をしている。
【００６７】
本発明の１あるいは複数の態様において、吸着剤モノリスは、１あるいは複数の９０度の角度をもつ角を有している。
【００６８】
本発明の１あるいは複数の態様において、粗い状態の吸着剤は異なる大きさの１あるいは複数の粉体、粒体、砂状体、あるいはペレットを含む。
【００６９】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭化水素ガス混合物を貯蔵する方法を提供する。その方法は、炭化水素混合物を吸着により受容するよう構成された吸着剤を含むタンクを少なくとも部分的に炭化水素ガス混合物が満たす工程；吸着剤から炭化水素ガス混合物が脱着することにより、少なくとも部分的に炭化水素ガス混合物がタンクから空になる工程、充填と取り出しを繰り返す工程（ここで充填と取り出しの一連の組み合わせは充填／取り出しサイクルを含む）、少なくとも部分的にその貯蔵能を回復させるために吸着剤を再生する工程（ここで再生サイクルは、少なくとも５００充填／取り出しサイクルに一度行う）を含む。
【００７０】
本発明の種々の態様において、再生は少なくとも４００、３００、２００、１００、９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０、２０、１５、１０、９、８、７、６、５、４、３、２、および／または１充填／取り出しサイクルにつき１回行われる。
【００７１】
本発明の１あるいは複数の態様において、タンクは炭化水素ガス混合物を収容する容量をもつ；再生サイクルは少なくとも５０００回タンクからガスを取り出すごとに行われる。
【００７２】
本発明の１あるいは複数の態様において、再生サイクルは少なくとも１０回タンクからガスを取り出すごとに行われる。
【００７３】
本発明の１あるいは複数の態様において、吸着剤の再生は、１あるいは複数の：吸着剤を真空にさらす工程；あるいは吸着剤を昇温にさらす工程；あるいは吸着剤をパージガスにさらす工程を含む。
【００７４】
本発明の１あるいは複数の態様において、吸着剤の再生は、パージガスに吸着剤をさらす工程を含む。パージガスは、窒素、アルゴン、その他の不活性ガス、あるいはその他適切なガスから成っても良い。
【００７５】
本発明の１あるいは複数の態様において、真空は、１０-1ｔｏｒｒ〜１０-5ｔｏｒｒの間の圧力を指す。
【００７６】
本発明の１あるいは複数の態様において、高温（昇温）とは、５０℃〜６００℃の温度で、少なくとも１００℃あることが好ましい。
【００７７】
本発明の１あるいは複数の態様において、再生の間吸着剤を真空にさらす時間は０．２５時間〜１２０時間であることが好ましい。
【００７８】
本発明の１あるいは複数の態様において、吸着剤を真空にさらす時間は、０．５〜４時間であることが好ましい。
【００７９】
本発明の１あるいは複数の態様において、再生の間吸着剤を昇温にさらす時間は０．５時間〜１２０時間であることが好ましい。
【００８０】
本発明の１あるいは複数の態様において、高温（昇温）にさらす継続時間は、０．５〜４．０時間であることが好ましい。
【００８１】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を少なくとも吸着能力を部分的に回復するよう再生する方法を提供する。（ここで吸着剤は、２つのタンクの内容量に含まれる）。その方法は、２つのうちの１のタンクに含まれる吸着剤を再生して空の状態にする間に、もう一方のタンクに炭化水素ガス混合物を貯蔵する工程；いつでも少なくとも一方のタンクに炭化水素ガス混合物を貯蔵できるように、２つのタンクの間で、交互に炭化水素ガス混合物の貯蔵と吸着剤の再生行う工程を含む。
【００８２】
本発明の１あるいは複数の態様において、２つのタンクは、第１タンクと第２タンクから成り、その詳細な方法は、第１タンクを炭化水素ガス混合物で少なくとも部分的に満たす、発熱を伴う工程；第２タンク内の吸着剤の再生を行う間、吸着剤の再生を補助するために、その熱の少なくとも一部を第２タンクに伝達する工程を含む。
【００８３】
本発明の１あるいは複数の態様は、炭化水素ガス混合物を貯蔵するシステムを提供する。そのシステムは、内容量をもち、少なくとも部分的に炭化水素ガス混合物を充填するよう構成されているタンク、その内容量は炭化水素ガス混合物を吸着により受容するよう構成された吸着剤を含むタンク（ここでタンクは吸着剤から脱着させることによりタンクから炭化水素ガス混合物を取り出せるよう構成されたものであり、また、ここで充填と取り出しの組み合わせは、充填／取り出しサイクルからなる）；少なくとも吸着能力を部分的に回復するよう吸着剤を再生する方法（ここで再生は、少なくとも５００充填／取り出しサイクルごとに一度行う）を含む。
【００８４】
本発明の１あるいは複数の態様において、タンクは炭化水素ガス混合物を収容する容量をもち、再生方法は、ガスが少なくとも５０００回タンクから取り出されるごとに再生サイクルを行う方法を含む。
【００８５】
本発明の１あるいは複数の態様において、再生の手段は、吸着剤を真空にさらすよう構成されたタンクの内容積をもつ流体連結回路内にある真空源；吸着剤をパージガスにさらすよう構成されたタンクの内容積をもつ流体連結回路内にあるパージガス源；あるいは吸着剤をパージガスにさらすよう構成されたタンクの内容積をもつ流体連結回路内にある吸着剤を昇温にさらすよう構成された熱源を含む。
【００８６】
本発明の１あるいは複数の態様において、再生の手段は、吸着剤を真空にさらすよう構成されたタンクの内容積をもつ流体連結回路内にある真空源を含む。真空源は、ポンプであってもよい。
【００８７】
本発明の１あるいは複数の態様において、再生の手段は、吸着剤を昇温にさらすよう構成されたタンクの内容積をもつ流体連結回路内にある熱源を含む。熱源は、ヒーターであっても良い。
【００８８】
本発明の１あるいは複数の態様において、再生の手段は、吸着剤をパージガスにさらすよう構成されたタンクの内容積をもつ流体連結回路内にあるパージガス源を含む。
【００８９】
本発明の１あるいは複数の態様において、タンクは第１タンク；炭化水素ガス混合物を吸着により受容するよう構成された吸着剤を含む内容積をもつ第２タンクを含む。そのシステムは第１ならびに第２の操作モードをもち、第１操作モードは、第２タンク内の吸着剤が再生を行っている間に、第１タンクが炭化水素ガス混合物を貯蔵・供給するために使用されるモード、第２操作モードは、第１タンク内の吸着剤が再生を行っている間に、第２タンクが炭化水素ガス混合物を貯蔵・供給するために使用されるモードである。
【００９０】
本発明の１あるいは複数の態様において、そのシステムは、タンクに接続されたコントローラーを含み、コントローラーは、システムの第１あるいは第２操作モードを選択して操作できるよう構成されている。
【００９１】
本発明の１あるいは複数の態様において、そのシステムは、熱伝達システムを含む。熱伝達システムは、第１操作モードでは、第２タンク内の吸着剤の再生を行っている間、第２タンク内の吸着剤の再生を補助するよう、第１タンクの熱を第２タンクへ伝達し、第２操作モードでは、第２タンク内の吸着剤の再生を行っている間、第２タンク内の吸着剤の再生を補助するように第２タンクの熱を第１タンクへ伝達する。
【００９２】
本発明の１あるいは複数の態様において、吸着剤は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成され、ここで吸着剤は、本明細書で論じられている１あるいは複数の方法で調製される。本発明の１あるいは複数の態様において、吸着剤は、増強された表面をもつ。
【００９３】
これらのまたその他の特徴と本発明に関わる技術の特徴、その操作方法および構造の要素に関連した機能、ならびに部分の組合せおよび製造の経済性については、以下の説明および特許請求の範囲、添付の図面の記載を参照することによりいっそう明らかになるであろう。それらはすべてこの明細書の一部を形成するものであり、同じ引用符号は様々な図の中で同じ部分を示すものとする。しかしながら、図面は、図示と説明を示す目的のためのみに示されたものであり、本発明の範囲を限定するものではないことを、明確に理解されたい。明細書と特許請求の範囲で使用されているように、単数形の「ａ」、「ａｎ」、ならびに「ｔｈｅ」は、文脈において明確な指示がない限り、複数形の対象物を含む。
【００９４】
ここに開示した、すべての両端が閉じた範囲（例えば、ＡとＢの間）、ならびに一端が開いた範囲（例えば、Ｃより大きい）の値はすべて、すべての範囲を含む。つまり、その範囲に入る（ｆａｌｌ）、あるいは、その範囲に入る（ｎｅｓｔ）ものである。例えば、開示された範囲１〜１０は、その他の開示された範囲、２〜１０、１〜９、３〜９なども開示したと同様であると理解される。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を製造する方法を示したものである。
【００９６】
【図２】１あるいは複数の実施例に基づき、リグノセルロース材料から吸着剤を製造する方法を示したものである。
【００９７】
【図３】１あるいは複数の実施例に基づき、炭素を主としたナノ材料から吸着剤を製造する方法を示したものである。
【００９８】
【図４】１あるいは複数の実施例に基づき、炭素材料から吸着剤を製造する方法を示したものである。
【００９９】
【図５】１あるいは複数の実施例に基づき、ポリマー材料から吸着剤を製造する方法を示したものである。
【０１００】
【図６】１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を製造するために、紫外線誘発オゾンエッチングを用いて炭素を主とした材料を賦活する方法を示したものである。
【０１０１】
【図７】１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を製造するために、酸化反応を制御して、炭素を主とした材料を賦活する方法を示したものである。
【０１０２】
【図８】１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤の表面を増強する方法を示したものである。
【０１０３】
【図９】１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤の細孔内に水和物を生成する方法を示したものである。
【０１０４】
【図１０】１あるいは複数の実施例に基づき、細孔構造がメタン吸着に及ぼす効果の代表例を簡単に示したものである。
【０１０５】
【図１０Ｂ】１あるいは複数の実施例に基づき、炭素を主とした吸着剤の細孔容積を調整する方法を示したものである。
【０１０６】
【図１１】１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を再生する方法を示したものである。
【０１０７】
【図１２】１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤モノリスを製造する方法を示したものである。
【０１０８】
【図１３Ａ】１あるいは複数の実施例に基づき、吸着剤とバインダーの混合物を例示したものである。
【０１０９】
【図１３Ｂ】１あるいは複数の実施例に基づき、吸着剤とバインダーの混合物の圧縮法を例示したものである。
【０１１０】
【図１３Ｃ】１あるいは複数の実施例に基づき、熱分解の結果を例示したものである。
【０１１１】
【図１４】１あるいは複数の実施例に基づき、緩い状態の吸着剤とバインダーの混合物を圧縮して素地を得るシステムを示したものである。
【０１１２】
【図１５】１あるいは複数の実施例に基づき、アポロニアン充填の結果を例示したものである。
【０１１３】
【図１６】１あるいは複数の実施例に基づき、素地の細孔をガスあるいは液体で満たすように構成されたシステムを示したものである。
【０１１４】
【図１７】１あるいは複数の実施例に基づき、径方向の充填を容易にするために成形した吸着剤モノリスを示したものである。
【０１１５】
【図１８】１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を製造するために炭素を主とした材料を賦活する方法を示したものである。
【０１１６】
【図１９】１あるいは複数の実施例に基づき、図１８の方法を実施するために用いたパラメータを示したものである。
【０１１７】
【図２０】図１８に示した方法の１あるいは複数の実施例に基づき、前駆体として用いられる無煙炭（ＡＣ５）の組成を示したものである。
【０１１８】
【図２１】図１８に示した方法の１あるいは複数の実施例に基づき、前駆体として用いられる焼成石油コークス（ＣＦ７０Ｗ）の組成を示したものである。
【０１１９】
【図２２】図１８に示した方法の１あるいは複数の実施例に基づき、前駆体として用いられる焼成ピッチコークス（４８７６）の組成を示したものである。
【０１２０】
【図２３】図１８に示した方法の１あるいは複数の実施例に基づき、前駆体として用いられる焼成石油（４４５６）の組成を示したものである。
【０１２１】
【図２４】図１８に示した方法の１あるいは複数の実施例に基づき、前駆体として用いられる表面増強鱗状黒鉛（３８０７）の組成を示したものである。
【０１２２】
【図２５】図１８に示した方法の１あるいは複数の実施例に基づき、１あるいは複数の様々な前駆体を用いたとき結果として得られた重量過剰吸着量を示したものである。揮発性成分、灰分、酸素含有量が比較的多い方が、賦活には最適であることがわかる。
【０１２３】
【図２６】１あるいは複数の実施例に基づき、重量過剰吸着量に対する水の含量効果をプロットしたものである。
【０１２４】
【図２７】１あるいは複数の実施例に基づき、重量過剰吸着量に対する混合時間の効果をプロットしたものである。
【０１２５】
【図２８】１あるいは複数の実施例に基づき、重量過剰吸着量に対する混合温度の効果をプロットしたものである。
【０１２６】
【図２９】１あるいは複数の実施例に基づき、重量過剰吸着量に対する窒素流量の効果を評価するシステムを示したものである。
【０１２７】
【図３０】図２９に示したシステムを用いて重量過剰吸着量に対する窒素流量の効果をプロットしたものである。
【０１２８】
【図３１】１あるいは複数の実施例に基づき、圧力の関数としての種々の吸着剤の重量過剰吸着量をサンプル測定した結果をプロットしたものである。
【０１２９】
【図３２】１あるいは複数の実施例に基づき、圧力の関数としての種々の吸着剤の重量貯蔵容量をサンプル測定した結果をプロットしたものである。
【０１３０】
【図３３】１あるいは複数の実施例に基づき、圧力の関数としての種々の吸着剤の体積貯蔵容量をサンプル測定した結果をプロットしたものである。
【０１３１】
【図３４】炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤から、天然ガスの汚染物質を除去し、吸着剤を再生するシステムを示したものである。
【０１３２】
【図３５】１あるいは複数の実施例に基づき、図３４に示したシステムを用いた再生サイクルの関数としてメタンと天然ガスの重量過剰吸着量をプロットしたものである。
【０１３３】
【図３６】再生前の天然ガスの初期組成を示したものである。
【０１３４】
【図３７】１あるいは複数の実施例に基づき、再生サイクルの関数として天然ガスの重量過剰吸着量をプロットしたものである。
【０１３５】
【図３８】１あるいは複数の実施例に基づき、再生サイクルの関数として天然ガスの重量吸着容量をプロットしたものである。
【０１３６】
【図３９】１あるいは複数の実施例に基づき、再生サイクルの関数として天然ガスの体積吸着容量をプロットしたものである。
【０１３７】
【図４０】１００サイクル後の天然ガスの組成を示したものである。
【０１３８】
【図４１】５００サイクル後の天然ガスの組成を示したものである。
【０１３９】
【図４２】１あるいは複数の実施例に基づき、再生サイクル回数と天然ガスの重量過剰吸着量をプロットしたものである。
【０１４０】
【図４３】対応する再生技術を用いたときの再生率を調査した結果を示したものである。
【０１４１】
【図４４】は、対応する再生技術を用いたときの効率の低下を調査した結果を示した表である。
【０１４２】
【図４５】１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤モノリスを製造する方法を示したものである。
【０１４３】
【図４６】１あるいは複数の実施例に基づき、図４５の方法を実施するために用いたパラメータを示したものである。
【０１４４】
【図４７】１あるいは複数の実施例に基づき、体積貯蔵量に対するバインダー材料の効果を示したものである。
【０１４５】
【図４８】１あるいは複数の実施例に基づき、体積貯蔵量に対する前駆体の効果を示したものである。
【０１４６】
【図４９】１あるいは複数の実施例に基づき、ＰＶＡバインダーを用いたときの体積貯蔵量に対するバインダー濃度の効果を示したものである。
【０１４７】
【図５０】１あるいは複数の実施例に基づき、ＥＮＧバインダーを用いたときの体積貯蔵量に対するバインダー濃度の効果を示したものである。
【０１４８】
【図５１】１あるいは複数の実施例に基づき、体積貯蔵量に対する圧縮圧力の効果を示したものである。
【０１４９】
【図５２】１あるいは複数の実施例に基づき、体積吸着量に対する圧力の効果をサンプル測定した結果を示したものである。
【０１５０】
【図５３】１あるいは複数の実施例に基づき、吸着剤タンクの一端から冷却したメタンを注入して充填する試験のモデルを示したものである。
【０１５１】
【図５４】１あるいは複数の実施例に基づき、種々の時間間隔で吸着剤タンク内のすべての距離の関数として温度をプロットしたものである。
【０１５２】
【図５５】１あるいは複数の実施例に基づき、時間に対して、吸着剤タンク内の一定の距離における吸着剤の温度変化をプロットしたものである。
【０１５３】
【図５６】１あるいは複数の実施例に基づき、種々の時間間隔で吸着剤タンク内のすべての距離の関数として吸着剤の温度をプロットしたものである。
【０１５４】
【図５７】１あるいは複数の実施例に基づき、吸着剤タンクの両端から冷却したメタンを注入して充填する試験のモデルを示したものである。
【０１５５】
【図５８】１あるいは複数の実施例に基づき、種々の時間間隔で吸着剤タンク内のすべての距離の関数として温度をプロットしたものである。
【０１５６】
【図５９】１あるいは複数の実施例に基づき、種々の時間間隔で吸着剤タンク内のすべての距離の関数として吸着剤の温度をプロットしたものである。
【０１５７】
【図６０】１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を貯蔵する方法を示したものである。
【０１５８】
【図６１】炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を、少なくとも吸着能力を部分的に回復するために再生する方法を示したものである。ここで吸着剤はタンク内に入っている。
【０１５９】
【図６２】炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を少なくとも吸着能力を部分的に回復するために再生する方法を示したものである。ここで、吸着剤は２つのタンク内に入っている。
【０１６０】
【図６３】１あるいは複数の実施例に基づき、少なくとも吸着能力を部分的に回復するために１あるいは複数の再生技術を含む、炭化水素ガス混合物を貯蔵するシングルタンクシステムを示したものである。
【０１６１】
【図６４】１あるいは複数の実施例に基づき、少なくとも吸着能力を部分的に回復するために１あるいは複数の再生技術を含む、炭化水素ガス混合物を貯蔵するデュアルタンクシステムを示したものである。
【発明を実施するための形態】
【０１６２】
吸着天然ガス（ＡＮＧ）技術は、ＮＧを室温および低圧で貯蔵するエネルギー効率の高い方法である。ＡＮＧ技術は、ＮＧ産業のいくつかの側面で応用可能である。天然ガスの貯蔵と輸送において吸着剤を用いることにより、所定の圧力におけるＮＧの貯蔵密度を上げることや、所定のガス密度においてガス状燃料の圧力を下げることができるなどの利点が期待できる可能性がある。そのような吸着剤は、比較的緩やかな圧力で、相当な量の天然ガスを貯蔵できることが示されてきた。例えば、いくつかの実施例において、ＣＮＧ容器でははるかに高い圧力（例えば、３，６００ＰＩＳＧ）でしか貯蔵できない天然ガス容量と同じ量を、吸着剤を含む容器では比較的低い圧力（例えば、５００ＰＳＩＧ）で貯蔵することができる。同程度のサイズの容器なら、高圧容器よりも低圧容器の方がはるかに低価格なので、ＡＮＧ技術を用いれば、種々の応用分野における天然ガスの貯蔵コストを削減することができる。ＡＮＧにおける低圧（例えば、１００〜２５０ｐｓｉｇ、２５０〜７５０ｐｓｉｇ）は、安価で薄壁のタンクを使用することを可能とし、タンクの形状を適合させ易くする可能性がある。さらに、低い圧力は、多段階圧縮を不要とする。
【０１６３】
種々の実施例によると、吸着剤は、多孔質材料を含む。多孔質材料は、重量および／または体積当たりの表面積が大きく、かなり大きな吸着容量を有する。非限定的な例として、吸着剤は、１あるいは複数の金属有機構造体、共有結合性有機構造、ナノホーン、多孔性グラフェン、化学物質―水素化物相互作用、架橋ポリマーおよび／またはゲル、および／またはその他の多孔質材料を含む。吸着剤には、相当な吸着容量をもつ活性炭、金属有機構造体、および／またはゼオライトを含むが、これらに限定されるものではない。いくつかの吸着剤は、粉末、粒体、砂状体、あるいはペレットなど緩い形態で製造されている。そのように緩い形態は、製造や運転の間には、織物あるいは織物ではない繊維容器（例えば、袋など）を含む多孔性の容器、あるいはその他の多孔質構造体あるいは材料あるいは膜など取り扱いが容易なものに入れられるが、これらに限定されるものではない。これらは同時に吸着剤のフィルターとしてはたらき、吸着剤が飛んだり、飛んだ吸着剤が下流で装置を詰まらせたり傷めたりするのを防ぐはたらきもしている。
【０１６４】
吸着剤は、典型的には、温度が上昇すると、その吸着能は低下する。したがって、所定の圧力および温度で吸着剤の入った容器は、圧力が同じで温度が低いときよりもガス状燃料の貯蔵量は少なくなる。吸着剤の入った容器は、通常、吸着熱により、充填に際して熱くなる。充填された容器が室温に戻ると、その圧力は上昇する。この効果を避けるため、そして、所定の圧力と室温において最大の貯蔵量を達成するため、ガス状燃料は、（１あるいは複数の）吸着剤を含む容器に導入する前に、予備冷却してもよい。例えば、冷却充填技術はＰＣＴ公開番号ＷＯ２０１４／０３１９９９、出願日２０１３年８月２３日、公開日２０１４年２月２７日、発明の名称「ＶＩＲＴＵＡＬ  ＧＡＳＥＯＵＳ  ＦＵＥＬ  ＰＩＰＥＬＩＮＥ（仮想ガス状燃料パイプライン）」を用いてもよい。全内容は、その全体がこの参照により本明細書に組み込まれている。適切な制御により、ガス状燃料は十分に予備冷却されれば、ガス状燃料の熱容量は、充填中に発生する吸着熱により放出された熱の全部または一部を相殺する。場合によっては、ＡＮＧを含む容器の一方からガス状燃料を導入し、もう一方から少量のガス状燃料を抜くことにより、ガス状燃料が吸着剤を通り抜けるので、充填と冷却を同時に行うことが可能になる。これが、冷却効果を高め、冷却容器全体を一様に冷却する効果を導く。抜き出されたガス状燃料は、適切に再圧縮されて、注入ラインに再導入することができる。そのように再循環されたガス状燃料は、冷却効果を高めるため積極的に冷却されることもある。
【０１６５】
逆もまた起こり、それはユーザーの現場で取り出される時、ＡＮＧを含む容器が冷却されるときにおこる。これは、最低操作圧力に制限された時、容器の圧力の低下と取り出しを停止させる効果をもつ。この効果は、熱を吸着剤に戻す方法をとることにより、全体的にあるいは部分的に相殺することができる。この方法には、ヒートパイプ、熱交換器（受動的あるいは能動的な）、あるいはその他の方法を含めることができる。いくつかの場合、ガス状燃料は、上述の冷却再循環と同様な容器を通して再循環してもよい。いくつかの場合、そのように再循環されたガス状燃料は、周囲からの熱により受動的に加熱してもよい。あるいは他の場合では、再循環のループ経路の中の熱交換器を用いて能動的に加熱してもよい。そのような熱は、バーナーによる直接の熱や、あるいは間接的熱源に加熱された第２の操作流体に輸送された熱など、どんな熱源から来ることもあるが、これらに限定されるものではない。このような直接的および間接的熱源は、ユーザーの現場の廃熱を含んでもよい。ＰＣＴ公開番号ＷＯ２０１４／０３１９９９に取り出しの間に熱を容器と吸着剤へ導入するための種々の適切な技術が記述されている。この参照により本明細書に組み込まれる。これら１あるいは複数の技術は、どれでもこの明細書に記載の種々の実施形態で用いることができる。
これら１あるいは複数の技術は、どれでもこの明細書に記載の種々の実施形態で用いることができる。
【０１６６】
ＡＮＧ貯蔵は、室温あるいは、室温以下で保存することができる。もし、ＡＮＧ容器が少し低い温度（例えば、−２０℃）で保存されている場合、これらの貯蔵密度は、ＣＮＣと競争し得る。ある場合には、ＬＮＧの密度に近づく。ここで用いられている通り、低温という用語は、−２０oＦを意味する。
【０１６７】
ある場合には、吸着剤を含むタンクから能動的にポンプでガス状燃料をシステムの高い圧力を必要とする他の部分に移送することが望ましいこともある。この操作は、取り出しサイクルの間、より多くのガス状燃料を抜き出すことにより、普通に抜くより、容器を含めた吸着剤の利用を高める効果がある。差圧を生み出すことのできるどんな種類のポンプ装置でも用いることができる。例えば、コンプレッサー、ブローワー、ダイアフラムポンプ、ターボポンプなどがある。そのようなポンプは、上述のように加熱および／または冷却と組み合わせて用いられる。
【０１６８】
吸着剤で満たされた容器に熱を加えると、吸着剤は熱くなり、ガスを放出して、吸着しなくなるため、その容器の圧力は上昇する。よって、「吸着圧縮」が生じるのである。
【０１６９】
いくつかの実施形態では、静置貯蔵のために高圧ＣＮＧタンクから取り出しを行うときに静置型のＡＮＧ貯蔵タンクが用いられる。例えば、３６００ｐｓｉのＣＮＧタンクから５００ｐｓｉのＡＮＧタンクへの圧力差は、高圧ＣＮＧタンクから空の容器に移送するより有利な点がいくつかある。
【０１７０】
いくつかの実施形態では、静置型ＡＮＧ貯蔵タンクは、低消費量がピーク間はＮＧを貯蔵したり、高消費量がピークの間は天然ガスを供給したりすることによって、パイプラインの流れを調整および／または制御するために用いられる。
【０１７１】
天然ガスの長距離の輸送には、比較的高い圧力（１５〜１００ｂａｒ）のパイプラインが用いられる。ゲートステーションでは、ガス圧は、分配のため、分配システムによって１〜１５ｂａｒに間で下げられる。減圧は、絞り弁によって実施される。ほとんどの気体は、膨張している間、温度降下を示す（例えば、ジュール・トムソン効果により）。天然ガスの場合、温度降下は、ガスの組成と状態にもよるが、１０ｂａｒで約４．５〜６℃である。
【０１７２】
タンクへの充填時に放出される熱は（吸着熱と断熱圧縮による熱）所定の圧力において天然ガス貯蔵量が少なくなる原因となる。さらに、タンクからの取り出しの間は、脱着熱が原因となり、減圧下で相当量のガスがタンクに残る。
【０１７３】
冷却ガスを充填すると、冷たいガスが入口からタンク中に行きわたる。天然ガスの冷却技術は、天然ガスから水を取り除くために用いられる。天然ガスは、パイプラインで輸送する前に乾燥させる必要があるからである（たとえばパイプラインの腐食、流れ抵抗、圧力降下、および／またはその他の可能性を考慮して）。ターボ膨張器とジュール・トンプソンバルブが天然ガスの冷却に用いられる。同様の技術は、天然ガス液化に用いられる。
【０１７４】
エネルギー、運動量、連続の方程式を適切なシステム境界条件で有限要素法と最新のモデリングソフトウェアを用いて解くことは、吸着タンクへの冷却天然ガスの充填をシミュレーションするのに適切な方法である。三次元システムを解くことにより、温度、圧力、ガスの速度を空間と時間の関数として決定することができる。
【０１７５】
この方法は、いくつかの仮定の上に成り立っている（例えば、ガスの流れが一定であること、タンクの壁を通じた熱損失がないこと、および／またはその他の仮定である）。コークスの冷却における熱伝達係数ｋ（ｃａｌ／ｓ．ＫあるいはＪ／ｓ．Ｋ）は、熱取得速度をガス流と固体の温度差で割ったものである。その式は次のように表される：
【数１】
2016520412.tif 000002
【数２】
2016520412.tif 000003
【数３】
2016520412.tif 000004
【０１７６】
以下の式の数値解は、Ｔs（ｘ，ｔ）を決定するために用いられる：
【数４】
2016520412.tif 000005
【０１７７】
上の式は、次の測定単位に従うことにより、明らかにすることができる。
【表１】
2016520412.tif 000006
【０１７８】
図５３に示した、モデルは、冷却されたメタンを３ｍの吸着タンクの一端から充填する時の伝播の様子を示しており、次のパラメータが用いられている。
【表２】
2016520412.tif 000007
【０１７９】
上に示したパラメータと式を用いて、モデルタンクを通した距離と吸着温度をプロットしたものが図５４、図５５、及び図５６である。
【０１８０】
図５７は、３ｍの吸着タンクの両端から冷却メタンを通した時の伝播を示したモデルを示したものである。モデルタンクを通した距離と温度をプロットした結果が図５８及び図５９である。
【０１８１】
種々の実施形態では、１あるいは複数の冷却（ｃｏｏｌｅｄおよび／またはｃｈｉｌｌｅｄ）充填法、構造、ＰＣＴ公開番号ＷＯ２０１４／０３１９９９で開示されたシステム（この参照により本明細書に組み込まれる）は、どれでも本明細書に記載のタンクの充填に用いることができる。
【０１８２】
図１は、１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を製造する方法１００を示したものである。次に示す方法１００の手順は、より詳しく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法１００は、ここでは述べない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／またはここで説明した１あるいは複数の手順を用いないことによって達成される。さらに、方法１００の手順の順序を図１に示す。次に示す説明はそれらに限定するものではない。
【０１８３】
手順１０２は、第１の重量および／または体積当たりの表面積を有する活性炭材料を得る工程である。ここでは、あまり表面積が大きくなく（例えば、＜１２００ｍ2／ｇ）、メタンの吸着量が少ない既存の安価な活性炭を用いても良い。
【０１８４】
手順１０４は、活性炭材料に第２の重量および／または体積当たりの表面積を構築するための、第２工程の賦活プロセスである。第２の重量および／または体積あたりの表面積は第１の重量および／または体積あたりの表面積より大きい。第２の表面積は第１の重量および／または体積あたりの表面積より２倍以上大きい。いくつかの実施形態によれば、第１の重量および／または体積当たりの表面積は、１グラム当たり約１２００平方メートルより小さく、および／または、第２の重量および／または体積当たりの表面積は、１グラム当たり約３０００平方メートルより大きい。
【０１８５】
第２工程の賦活プロセスは、種々の手順を含む。いくつかの実施形態において、第２工程の賦活プロセスは、ここでさらに説明する酸化反応の制御を含む。いくつかの実施形態において、第２工程の賦活プロセスは、２あるいは複数の薬品賦活、ガス賦活、酸化反応の制御、炭化、紫外線オゾンエッチング、プラズマエッチング、および／またはその他のプロセスの組み合わせを含む。薬品賦活は、ＫＯＨ、Ｈ3ＰＯ4、ＺｎＣｌ2、ＮＡＯＨ、および／またはその他の化合物を使用してもよい。ガス賦活は、ＣＯ2、Ｈ2０（蒸気）、および／またはその他の化合物を使用してもよい。
【０１８６】
手順１０６は、活性炭材料に第３の重量および／または体積当たりの表面積構築するための、第３工程の賦活プロセスである。第３の重量および／または体積当たり表面積は第２の重量および／または体積当たりの表面積より大きい。第３工程の賦活プロセスは、第２工程の賦活プロセスに関連して記述した１あるいは複数の手順および／またはプロセスを含む。
【０１８７】
手順１０８は、第２（および／または第３）工程の賦活プロセスで用いられた賦活剤を後の賦活プロセスに再利用するプロセスである。
【０１８８】
図２は、１あるいは複数の実施例に基づき、リグノセルロース材料から吸着剤を製造する方法２００を示したものである。１あるいは複数の実施例に基づき、吸着剤を、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成する。次に示す方法２００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態では、方法２００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／またはここで示した１あるいは複数の手順を実施しないことによって達成できる。さらに、方法２００の手順の順序を図２に示す。次に示す内容はそれらに限定されるものではない。
【０１８９】
手順２０２は、リグノセルロース材料を得る工程である。非限定的な例として、リグノセルロース材料は、１あるいは複数のトウモロコシの穂軸、ココナッツの殻、あるいはその他の材料を含んでもよい。
【０１９０】
手順２０４は、リグノセルロース材料が炭化水素ガス混合物を吸着するよう、重量および／または体積当たりの表面積を構築するために賦活プロセスを実施し、吸着剤を製造するプロセスである。賦活プロセスは、リン酸、ＫＯＨ、および／またはその他の化合物の使用を含む。いくつかの実施形態において、賦活プロセスは、炭素の消費量とリグノセルロース格子へのインターカレーションを制御して定量的に細孔容積を選択する工程を含む。
【０１９１】
手順２０６は、賦活プロセスで用いられた賦活剤を後の賦活プロセスに再利用するプロセスである。
【０１９２】
図３は、１あるいは複数の実施例に基づき、炭素を主としてナノ材料から吸着剤を製造する方法３００を示したものである。吸着剤を、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成する。次に示す方法３００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法３００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／またはここに示した１あるいは複数の手順を行わないことによって達成できる。さらに、方法３００の手順の順序を図３に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。
【０１９３】
手順３０２は、炭素を主としたナノ材料を得るプロセスである。非限定的な例として、炭素を主としたナノ材料は、１あるは複数のフラーレン、ナノホーン、グラフェン、あるいはその他のナノ材料を含む。
【０１９４】
手順３０４は、炭素を主としたナノ材料が炭化水素ガスを吸着するよう、重量および／または体積当たりの表面積を構築するために、炭素を主としたナノ材料を賦活し、吸着剤を製造するプロセスである。いくつかの実施形態において、賦活プロセスは、１あるいは複数の薬品賦活、ガス賦活、酸化反応の制御、炭化、および／またはその他のプロセスを含む。
【０１９５】
図４は、１あるいは複数の実施例に基づき、炭素材料から吸着剤を製造する方法４００を示したものである。吸着剤を、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成する。次に示す方法４００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法４００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／または、１あるいは複数のここに示した手順を行わないことによって達成できる。さらに、方法４００の手順の順序を図４に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。
【０１９６】
手順４０２は、炭素材料を得るプロセスである。非限定的な例として、炭素材料は、１あるいは複数のカーボンブラック、表面増強黒鉛、ナノグラファイト、膨張黒鉛、ピッチコークス、あるいはその他の炭素材料を含んでもよい。
【０１９７】
手順４０４は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう、炭素材料に重量および／または体積当たりの表面積を構築するために、炭素材料を賦活し、吸着剤を製造するプロセスである。いくつかの実施形態において、賦活プロセスは、１あるいは複数の薬品賦活（例えば、ＫＯＨを用いた）、ガス賦活、酸化反応の制御、炭化、紫外線オゾンエッチング、プラズマエッチング、および／またはその他の手順、および／またはプロセスを含んでもよい。賦活プロセスは、炭素の消費量と炭素材料格子へのインターカレーションを制御して定量的に細孔容積を選択する工程を含んでもよい。
【０１９８】
図５は、１あるいは複数の実施例に基づき、ポリマー材料から吸着剤を製造する方法５００を示したものである。吸着剤を、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成する。次に示す方法５００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法５００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／または、ここに示した１あるいは複数の手順を行わないことによって達成できる。さらに、方法５００の手順の順序を図５に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。
【０１９９】
手順５０２は、ポリマー材料を得るプロセスである。非限定的な例として、ポリマー材料は、１あるいは複数のポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、および／またはその他のポリマー材料を含んでもよい。
【０２００】
手順５０４は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう、ポリマー材料に重量および／または体積当たりの表面積を構築するために、ポリマー材料を賦活し、吸着剤を製造するプロセスである。いくつかの実施形態において、賦活プロセスは、１あるいは複数の薬品賦活、ガス賦活、酸化反応の制御、炭化、および／またはその他の手順、および／またはプロセスを含む。賦活プロセスは、炭素の消費量とリグノセルロース材料の炭素格子へのインターカレーションを制御して定量的に細孔容積を選択する工程を含んでもよい。
【０２０１】
手順５０６は、吸着剤が重量および／または体積当たりの表面積を構築するよう賦活する、第２工程の賦活プロセスである。第２工程の賦活プロセスは、１あるいは複数の手順５０４に関連した手順および／またはプロセスを含んでもよい。
【０２０２】
図６は、１あるいは複数の実施例に基づき、プラズマエッチングあるいは紫外線誘導オゾンエッチングを用いて炭素を主とした材料を賦活し、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を製造する方法６００を示したものである。次に示す方法６００の手順は、わかりやすく説明するためものである。いくつかの実施形態において、方法６００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／または、ここに示した１あるいは複数の手順を行わないことによって、達成できる。さらに、方法６００の手順の順序を図６に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。
【０２０３】
手順６０２は、炭素を主とした材料表面の最も近くに分子状酸素を供給するプロセスである。非限定的な例として、炭素を主とした材料は、１あるいは複数の炭素材料、リグノセルロース材料、活性炭材料、あるいはその他の炭素を主とした材料を含む。いくつかの実施形態において、炭素を主とした材料表面の最も近くに分子状酸素を供給する工程は、第２の波長の紫外線を、炭素を主とした材料に照射し、分子状酸素からオゾンを生成する工程を含む。第２の波長は、約１８５ｎｍである。いくつかの実施形態において、炭素を主とした材料表面の最も近くに分子状酸素を供給する工程は、１あるいは双方の分子状酸素を、炭素を主とした材料表面に化学吸着、あるいは物理吸着する工程を含む。いくつかの実施形態において、炭素を主とした材料表面の最も近くに分子状酸素を供給する工程は、炭素を主とした材料を酸素プラズマエッチングにさらす工程を含む。
【０２０４】
手順６０４は、炭素を主とした材料に第１の波長の紫外線を照射し、分子状酸素を酸素原子に解離するプロセスである。第１の波長は、約２５４ｎｍである。原子状態の酸素は、炭素を主とした材料中の炭素原子と反応する。原子状酸素と炭素原子の反応は、炭素を主とした材料から炭素原子を引き抜き、炭素を主とした材料に細孔を生成あるいは炭素を主とした材料の多孔性を高め、得られた吸着剤は炭化水素ガス混合物を吸着するようになる。
【０２０５】
いくつかの実施形態おいて、１あるいは双方の重量および／または体積当たりの表面積、あるいは細孔容積は、１あるいは複数の、第１の波長の紫外線照射時間、第２の波長の紫外線照射時間、炭素を主とした材料極表面の酸素濃度、炭素を主とした材料近傍の室温により制御される（あるいはそれに依存する）。方法６００の１あるいは複数の手順は、室温付近で実施される。
【０２０６】
図７は、１あるいは複数の実施例に基づき、酸化反応の制御を用いて炭素を主とした材料を賦活し、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を製造する方法７００を示したものである。次に示す方法７００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法７００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／または、ここに示した１あるいは複数の手順を行わないことによって達成できる。さらに、方法７００の手順の順序を図７に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。
【０２０７】
酸素は通常、賦活剤として用いない。なぜなら炭素−酸素反応は発熱性が非常に高く、このため反応を制御するのが難しいからである。その結果、大気圧での分子状酸素は（あるいは空気でさえ）、着火や燃焼し、時には炎を伴って燃焼することによりに炭素を消費するだけである。これは、表面の外側から起こり、炭素の内部には侵入しない。その結果、多孔率の向上は見られない。しかし、低い分圧と反応温度（例えば約６００℃）で酸化反応を制御すると、二酸化炭素を生成し易くなり、反応温度を高めに制御すると（例えば、＞９００℃）、ＣＯを生成し易くなる。炭素原子は、酸素分子との反応に利用可能でなければならない（表面の錯体と結合していない必要がある）：２Ｃ＋Ｏ2＝２ＣＯならびにＣ＋Ｏ2＝ＣＯ2。
【０２０８】
手順７０２は、炭素を主とした材料を一連の高温負荷サイクルにさらすプロセスである。いくつかの実施形態において、高温負荷サイクルは約６００℃あるいはそれ以上の温度である。
【０２０９】
手順７０４は、負荷サイクルの間、炭素を主とした材料が着火および燃焼するのを防ぐために、脱気するプロセスである。
【０２１０】
図８は、１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤の表面を増強する方法８００を示したものである。次に示す方法８００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法８００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／または、ここに示した１あるいは複数の手順を行わないことによって、達成できる。さらに、方法８００の手順の順序を図８に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。
【０２１１】
手順８０２は、メタン分子と吸着剤表面の結合エネルギーを高めるために、１あるいは複数の非炭素元素を吸着剤の表面に導入するプロセスである。結合エネルギーが高くなると、メタンの吸着量が増加する。非限定的な例として、所定の非炭素元素は、鉄、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、クロム、ナトリウム、ホウ素、あるいはその他の非炭素元素を含んでもよい。
【０２１２】
図９は、１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤の細孔内に水和物を生成する方法９００を示したものである。次に示す方法９００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法９００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／または、ここに示した１あるいは複数の手順を行わないことによって達成できる。さらに、方法９００の手順の順序を図９に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。
【０２１３】
手順９０２は、細孔内にメタンハイドレートを生成するために、吸着剤の細孔にメタンと水を導入するプロセスである。いくつかの実施形態において、水はメタンを導入する前に、水蒸気として導入される。いくつかの実施形態において、水はメタンを導入するのと同時に、水蒸気として導入される。いくつかの実施形態において、メタンは蒸気として水を導入される前に、導入される。
【０２１４】
サブナノメーターの細孔は、深いポテンシャル井戸（すなわち、表面の結合エネルギーが高い吸着サイト）を提供し、それは、気体分子を高密度流体として吸着する。スープラナノメーターの細孔は、結合エネルギーが低いが、多層吸着のスペースを提供する。サブナノメーター／スープラナノメーターの細孔が、低／高い多孔率を与え、したがって、高い体積／重量エネルギー密度を与える。
【０２１５】
高性能の炭素は、一般的に高い重量過剰吸着（ｇＣＨ4／ｇｃａｒｂｏｎ）で定義されるカーブに沿っている。重量過剰吸着は、吸着剤の１あるいは複数の表面積、いかに強く表面がメタンを吸着するか（すなわち、ＣＨ4の結合エネルギー）、および／または１あるいは複数のメタン層が吸着されるかに依存している。１あるいは複数の表面積、結合エネルギー、あるいは吸着層を増やすと、炭素の性能は高くなる。ひとたび、過剰吸着に達したら、全体の体積エネルギー密度は、高密度化により調節される。
【０２１６】
メタンは球状の分子で、強いファンデルワース力により、分子直径程度の細孔内に高密度流体として吸着される。図１０は、１あるいは複数の実施例に基づき、メタン吸着における細孔構造の効果を簡単に示したものである。この簡単な表現は、Ｓｔｅｅｌｅのポテンシャル関数によるスリット状のミクロ細孔におけるメタン−炭素相互作用に基づく。
【数５】
2016520412.tif 000008
ここで、Ａ＝１６．６９ｋＪ／ｍｏｌ（２００８Ｋ）ならびにσ＿（Ｃ−ＣＨ＿４）＝３．６１Aは、ポテンシャルがゼロ、そして、総ポテンシャルは、各々の幅Ｈのスリット状の細孔の壁が重なり合ったポテンシャルの合計である。
【数６】
2016520412.tif 000009
【０２１７】
より小さな細孔では、壁の反対側のポテンシャルが重なり合う。その結果、メタンの貯蔵密度（ｇ  ＣＨ4／Ｌ  ｃａｒｂｏｎ）は高くなる。しかし、炭素の質量は増加し、重量貯蔵容量  （ｇ  ＣＨ4／Ｋｇ  ｃａｒｂｏｎ）は減少する。より大きな細孔では、逆の状況になり、体積貯蔵密度は低く、重量貯蔵容量は大きくなる。
【０２１８】
最適化プロセスでは、いくつかのパラメータを考慮しなければならない。例えば、サブナノメーター（１＜ｎｍ）の細孔におけるメタンの結合エネルギーは、スープラナノメーター（１〜５ｎｍ）の細孔よりも高い。なぜなら、ポテンシャルが重なり合っているからである。その結果、最適サンプルは、大きなサブナノメーター（＜１ｎｍ）の細孔からなる細孔容積を必要とする。他の例では、比表面積は、Ｃｈａｈｉｎｅの法則として知られる関係にしたがって、メタンの過剰吸着を増加させる。
【０２１９】
図１０Ｂは、１あるいは複数の実施例に基づき、炭素を主とした吸着剤の細孔容積を調節する方法１０００を示したものである。次に示す方法１０００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法１０００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／または、ここに示した１あるいは複数の手順を行わないことによって達成できる。さらに、方法１０００の手順の順序を図１に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。
【０２２０】
手順１００２は、吸着剤を製造あるいは高性能化するために用いる賦活剤の濃度を調節するプロセスである。いくつかの実施形態において、賦活剤は、水酸化カリウムを含む。
【０２２１】
手順１００４は、賦活温度を調節するプロセスである。いくつかの実施形態において、スープラナノメーターの細孔の体積は（１）賦活温度と（２）水酸化カリウムと炭素の重量比に比例する。スープラナノメーターの細孔は、１あるいは複数のマノメーターの幅をもつ。いくつかの実施形態において、スープラナノメーターの細孔は、約１〜５ｎｍの幅をもつ。吸着剤の細孔サイズは、吸着剤の用途に基づき、適合させてもよい。
【０２２２】
種々の実施形態では、方法１０００は、１あるいは複数の賦活前処理、賦活法、賦活剤、混合手順、賦活容器、均一化、賦活時間、加熱速度、冷却速度、賦活雰囲気、ガス流速、入口のガス温度、洗浄手順、あるいは賦活後処理を含んでも良い。
【０２２３】
図１１は、１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を再生する方法１１００を示したものである。次に示す方法１１００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法１１００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／または、ここに示した１あるいは複数の手順を行わないことによって達成できる。さらに、方法１１００の手順の順序を図１１に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。天然ガスの品質によるが、吸着剤は、大きな炭化水素、オイル、および／または、その他の汚染物質で汚染される。
【０２２４】
手順１１０２は、１あるいは複数の吸着剤を真空にさらす工程、昇温にさらす工程、高温のガスを吸着剤に流通させる工程、あるいは低温のガスを吸着剤に流通させる工程を実施することによって、吸着剤から汚染物質を除去するプロセスである。
【０２２５】
いくつかの吸着剤は、緩い状態の粉体、粒体、砂状体、ペレット、あるいはその他の緩い形状物質として製造される。粉体を用いたプロセスによる炭素モノリスの製造は、粉体を焼結することから始める。さらに、バインダー（ならびに潤滑剤、分散剤、界面活性剤、および／または可塑剤を加えてもよい）を、粉体に混ぜ込む。ひとたび、混合されると、混合物は「素地」になる。素地は、取り扱いに十分な機械的強度を有しているが、まだ、焼結されていないのでバインダーの力だけで形を保っている。素地は、温度変化が制御された炉の中に入れられ、熱的に処理され、最終的な形となる。
【０２２６】
炭素は、非常に扱いにくい材料であるので、炭素だけでは、焼結できない。代わりに、バインダーを還元条件下で熱分解し、有機物成分を分解する。バインダーのほとんどは、素地から蒸気となって抜ける。しかし、バインダー由来の炭素の一部は、元々の炭素粒子同士を架橋するために残る。バインダーは、適当な取り扱い強度を与え、同時に活性炭粒子の機能低下を最小限に留めるように処方する。
【０２２７】
バインダーの処方と単軸圧縮を用いた圧縮プロセスにより、機械的に強固な素地を迅速に製造することができる。いくつかの実施形態において、バインダーは、粒子に噴霧乾燥される。
【０２２８】
その後の取り扱いと熱分解までその密度を維持できるように、粉体は、高密度に圧縮されて素地となる。それにより、高密度、高表面積のモノリスとなる。炭素は強い材料なので、その粉体を圧縮するのは難しい。なぜなら、それらは非常に高い圧力で圧縮された後でも、低い密度に押し戻される傾向があるからである。多様な粒子サイズの混合物は、この問題を緩和するのに役立つ。
【０２２９】
ひとたび、十分な密度の素地が圧縮されると、熱分解のために炉の中に入れられる。炉のプロセスボリューム当たりの資本コストは、スケールを上げるほど減少する傾向がある。いくつかの実施形態において、多数の素地は（ボートとして知られている）セラミックのトレーの上に１つのバッチとして集められて大きな炉のなかで焼かれる。非常に量が多い時には、連続ベルト焼成炉を用いても良い。
【０２３０】
図１２は、１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤モノリスを製造する方法１２００を示したものである。次に示す方法１２００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法１２００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／または、ここに示した１あるいは複数の手順を行わないことによって達成できる。さらに、方法１２００の手順の順序を図１２に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。
【０２３１】
手順１２０２は、緩い状態の吸着剤を得るプロセスである。非限定的な例として、得られた吸着剤は、１あるいは複数の粉末、粒体、砂状体、ペレット、あるいはその他の緩い形状のものを含む。いくつかの実施形態において、炭素を主としたナノ材料は、緩い状態の吸着剤は大きさの異なる１あるいは複数の粉末、粒体、砂状体、ペレットを含んでもよい。充填特性により、異なるサイズを選んでよい。
【０２３２】
手順１２０４は、１あるいは複数の粉体、粒体、砂状体、あるいはペレットからなるバインダーで吸着剤を分散させることにより、緩い形の吸着剤とバインダーの混合物を得るプロセスである。図１３Ａは、１あるいは複数の実施例に基づき、吸着剤とバインダーの混合物を例示したものである。
【０２３３】
手順１２０６は、緩い形状の吸着剤とバインダーの混合物を圧縮して素地を形成するプロセスである。図１３Ｂは、１あるいは複数の実施例に基づき、吸着剤とバインダーの混合物の圧縮を例示したものである。いくつかの実施形態において、緩い状態の吸着剤とバインダーの混合物は真空中で圧縮される。図１４は、１あるいは複数の実施例に基づき、素地を形成するために緩い状態の吸着剤とバインダーの混合物を圧縮するよう構成されたシステム１４００を示したものである。
【０２３４】
いくつかの実施形態によれば、粒径分布の広いものに対して、適切な混合順序と振動（バインダーと圧力がある場合とない場合を含む）を与えることによりアポロニアン充填が行われる。図１５は、１あるいは複数の実施例に基づき、アポロニアン充填の結果を示したものである。
【０２３５】
手順１２０８は、素地の細孔を、ガスあるいは液体で満たすプロセスである。図１６は、１あるいは複数の実施例に基づき、素地の細孔をガスあるいは液体で満たすように構成されたシステム１６００を示したものである。非限定的な例として、ガスあるいは液体は、１あるいは複数の水蒸気、窒素、メタン、水素、および／または、その他のガス、および／または液体を含んでもよい。
【０２３６】
手順１２１０は、素地を加熱したバインダー剤を熱分解し、吸着剤モノリスを製造するプロセスである。図１３Ｃは、１あるいは複数の実施例に基づき、熱分解の結果を示したものである。吸着剤モノリスは、いかなる数の形状を有してもよい。いくつかの実施形態において、例えば、吸着剤モノリスはレンガの形に成形される。他の例として、いくつかの実施形態において、吸着剤モノリスは、１あるいは複数の９０度の角度をもつ角を有する。図１７は、１あるいは複数の実施例に基づき、径方向の充填を容易にするために成形した吸着剤モノリスを示したものである。
【０２３７】
図１８は、１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を製造するために炭素を主とした材料を賦活する方法１８００を示したものである。次に示す方法１８００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法１８００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／または、ここに示した１あるいは複数の手順を行わないことによって達成できる。わかりやすくするために、図１９に、方法１８００の手順に基づき、そこで用いられる１あるいは複数のパラメータを示す。さらに、方法１８００の手順の順序を図１８に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。
【０２３８】
手順１８０２は、炭素を主とした前駆体を得るプロセスである。非限定的な例として、得られた前駆体は、１あるいは複数の粉体、粒体、砂状体、ペレット、あるいはその他の緩い形状のものを含む。賦活に適した前駆体は、図２０、図２１、図２２、図２３、及び図２４に示した１あるいは複数の材料の中から選択される。図では示されていないが、Ｎｏｒｉｔの活性炭（０４６０−８）も考慮すると良い。図２５は、各々の前駆体が達成した重量過剰吸着をプロットしたものである。揮発性物質、灰分、酸素を比較的多く含む炭素を主とした前駆体が、賦活には最適であることがわかる。
【０２３９】
図１８に戻り、手順１８０４は、混合工程である。混合工程は、混合時間、温度、水分量、ならびに乾燥工程（例えば、図１９の概説を参照）からなる。図２６、図２７、及び図２８は、重量過剰吸着におよぼす、水分量、混合時間、混合温度の効果を示したものである。
【０２４０】
図２６は、水分量の重量過剰吸着に対する影響をプロットしたものである。図２６では、前駆体としてＡＣ５を用い、水なしでＫＯＨを用いた場合に、最も高い過剰吸着を示すことがわかる。
【０２４１】
図２７は、混合時間の重量過剰吸着に対する影響をプロットしたものである。混合時間は重量過剰吸着量に対してあまり影響がないことがわかる。
【０２４２】
図２８は、混合温度の重量過剰吸着に対する影響をプロットしたものである。重量過剰吸着量は混合温度２５℃（あるいは、およそ室温）で、最も高い値を示すことがわかる。
【０２４３】
図１８に戻り、手順１８０６では、賦活プロセスを実施してもよい。賦活プロセスは図１９に概説した１あるいは複数のパラメータを用いて実施される。１あるいは複数の実施例に基づき、賦活中の窒素流速の効果について説明する。図２９は、窒素流速の効果を評価する標準フローシステムと直接フローシステムを示したものである。図３０は、図２９に示したシステムを用いて窒素流速が重量過剰吸着におよぼす影響を検討した結果である。賦活中に直接フローシステムを通じて導入された窒素分子は、金属カリウムがグラファイト格子に挿入することに役立ち、重量過剰吸着を最も高くする。
【０２４４】
図１８に戻り、手順１８０８は、賦活後混合工程である。賦活後混合工程は、図１９に概説した１あるいは複数のパラメータを用いて実施される。
【０２４５】
図３１、図３２、及び図３３は、本明細書で説明した１あるいは複数の実施例により製造された吸着剤をサンプル測定した結果を示したものである。サンプルは、室温における０〜３５ｂａｒのメタンの等温線を示し、３５ｂａｒにおいてデータポイントがあった。試料は、重量法と体積法、初期真空がある条件とない条件（標準）で測定された。本明細書で記載した１あるいは複数の実施例に基づき、図３１、３２、３３を参照すると、試料ＭＳＣ−３０は、ＢＥＴ表面積３１２０ｍ2／ｇ、見かけの密度０．３ｇ／ｃｃ；試料ＦＡＲ０２は、ＢＥＴ表面積１８５０ｍ2／ｇ、見かけの密度０．３１ｇ／ｃｃ；試料ＭＳＰ−２０は、ＢＥＴ表面積２３５０ｍ2／ｇ、見かけの密度０．２７ｇ／ｃｃ；試料Ａ１０５は、最も流通している石炭から製造した一段階賦活活性炭である。
【０２４６】
図３４は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤から、天然ガスの汚染物質を除去し、吸着剤を再生するシステム３４００を示したものである。システム３４００は、炭化水素ガス混合物を吸着剤を含む貯蔵タンクに出入りさせるサイクルと、そのようなサイクルを何度も行った後の吸着剤の再生効果を検証するための装置である。図３５〜４２はその検証結果であり、５、１０、２０、４０、６０、８０、１００、１５０、２００、３００、４００、５００サイクル後の吸着剤の重量過剰吸着、重量貯蔵容量、体積貯蔵容量を示している。天然ガスの組成は、初期（図３６）、１００サイクル後（図４０）、５００サイクル後（図４１）のものを測定した。
【０２４７】
図４３及び図４４は、炭化水素ガス混合物の貯蔵および／または輸送に用いられる吸着剤の吸着容量を少なくとも部分的に回復するために用いられる種々の技術（例えば、図３４のシステム３４００を使って）を検討した結果を示したものである（例えば、充填と取り出しサイクルを実施した後に行った）。吸着剤を含むタンクから炭化水素ガス混合物を繰返し充填して取り出すプロセスは、吸着剤の吸着能力の劣化につながる。本明細書に記載される１あるいは複数の実施例に従い、種々の再生技術が評価された。炭化水素ガス混合物の貯蔵および／または輸送に伴い、タンクの充填と取り出しをたくさん繰り返すと、吸着剤の吸着能力は少なくとも部分的に回復し、そのようなガスの貯蔵および／または輸送の寿命とコスト効率を最適化することができる。
【０２４８】
図６０は、１あるいは複数の実施例に基づき、少なくとも吸着能力を部分的に回復するために、１あるいは複数の再生技術を用いる、炭化水素ガス混合物を貯蔵する方法６０００を示したものである。方法６０００は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法６０００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることによって、および／またはここで示した１あるいは複数の手順を実施しないことによって達成できる。さらに、方法６０００の手順の順序を図６０に示す。次に示す内容はこれらを限定するものではない。
【０２４９】
手順６００２は、タンクに炭化水素ガス混合物を充填するプロセスである。タンクは、炭化水素混合物を吸着により受容するよう構成された吸着剤を含む。吸着剤は、本明細書に記載された１あるいは複数の実施形態にしたがったものである。充填プロセスでは、タンクを完全に、あるいは部分的に満たす。
【０２５０】
手順６００４は、炭化水素ガス混合物を吸着剤から脱着することによってタンクから取り出すプロセスである。ここで用いられているように、取り出しプロセスは、完全にあるいは部分的、段階的（例えば、部分的に取り出した後、一時的に休止した後、追加的に取り出す）に行われる。
【０２５１】
手順６００６は、タンクの充填と取り出しが何サイクルも繰り返されるプロセスである。種々の実施形態において、各充填／取り出しサイクルは、少なくとも部分的な充填に続く少なくとも部分的な取り出しからなる。したがって、充填／取り出しサイクルは、７０％から８０％に充填した後、８０％から６５％まで取り出すプロセスを含む。その後の充填／取り出しサイクルは、その量が異なってもよい。
【０２５２】
手順６００８は、何度も充填、取り出しサイクルを行った後に、少なくとも部分的に吸着能力を回復するため、吸着剤を再生するプロセスである。いくつかの実施形態においては、再生は、少なくとも１サイクルの後に実施される。いくつかの実施形態においては、再生は、少なくとも２サイクルの後に実施される。いくつかの実施形態においては、再生は、少なくとも５００サイクルの後（あるいはもっと後）に実施される。例えば、図４３と４４は、１００回目の充填／取り出しサイクルの後に再生を実施した結果である。いくつかの実施形態において、再生は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、３００、３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０、３７０、３８０、３９０、４００、４１０、４２０、４３０、４４０、４５０、４６０、４７０、４８０、４９０、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、２０００、３０００、４０００、あるいは５０００充填／取り出しサイクル毎に行われる。
【０２５３】
種々の実施形態において、再生サイクルは、異なる頻度で行ってもよい。例えば、再生の間の充填／取り出しサイクルの周期は、タンクの年数、および／または充填／取り出しサイクルの回数が増えるに伴って、短くなる。
【０２５４】
種々の実施形態において、再生頻度は、種々のあるいは他の基準に基づき、追加される、および／または、それに代わる。例えば、１あるいは複数の実施形態において、各々の再生サイクルの周期は、タンクに流通したガスの量に基づく。例えば、所定の圧力（例えば、５００ｐｓｉｇ、１０００ｐｓｉ、２０００ｐｓｉｇ、２５００ｐｓｉｇ、３０００ｐｓｉｇ、および／または２６００ｐｓｉｇ）、温度（例えば、室温、２５℃）で、ある種のガス（例えば、天然ガス、メタンなど）を収容する能力をもつタンクは、予め決められた容量がタンクを流通した後、再生サイクルを行う。種々の実施形態において、ガスの収容能力は、吸着剤が新しい時の（使用前の）あるいは再生サイクル直後のタンクの容量に基づいている。あるいは、もしタンクに吸着剤が入っていなかったら、タンクのガス収容能力は、その圧力、温度におけるタンクのガス収容能力である。このようなガス流量は、タンクに流入するガスの量、あるいはタンクから流出するガスの量で測定される。このようなガス流量は、質量流量計、および／または他のタイプの流量計（例えば、体積流量計、流速計など）を用いて計算してもよい。種々の実施形態において、再生サイクルは、ある量のガスがタンクに５０００、４０００、３０００、２０００、１０００、９００、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２００、１００、９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０、２５、２０、１５、１０、９、８、７、６、５、４、３、２、および／または１回、流出入する毎に行われる。
【０２５５】
あるいは、再生頻度は、充填／取り出しサイクルの回数とタンクに流出入したガス量の両方が関係するアルゴリズムに基づいて決定してもよい。例えば、再生サイクルの周期は、タンクを経た流量、ガス収容能力に（Ｙ−Ｚ）／ＹをＸ回乗じた値に設定してもよい。ここで、Ｙは予め設定した充填／取り出しサイクル数、Ｚは最後に再生した後の充填／取り出しサイクル数である。種々の実施形態において、Ｘは、上述のどんなガス収容能力の倍数でもよく、Ｙは上述の実施形態で用いる再生間のどんな充填／取り出しサイクル数でもよい。
【０２５６】
種々の実施形態において、異なる再生サイクルは変動することもある。例えば、部分的な再生サイクル（例えば、時間、真空度、あるいは温度を制限した再生）を、より完全な再生サイクル（例えば、より長い時間、高い真空度、あるいは、より高い温度条件で行う再生が５回毎に）よりも頻繁に（例えば、５回の再生サイクルの内、４回）、行ってもよい。
【０２５７】
吸着剤の再生は、図４３及び図４４に概説した１あるいは複数の技術にしたがって実施してもよい。一般的に、手順６００８における吸着剤の再生は、１あるいは双方の、ここで詳述する吸着剤を真空あるいは昇温にさらす工程を含む。
【０２５８】
いくつかの実施形態において真空は、１０-1〜１０-5ｔｏｒｒの間である。例えば、図４３及び図４４に、吸着剤を１０-4の真空にさらして再生した検討結果を示す。いくつかの実施形態において、吸着剤を真空にさらす工程は、（ａ）１０-1ｔｏｒｒ、５．５ｘ１０-2ｔｏｒｒ、１０-2 ｔｏｒｒ、５．５ｘ１０-3ｔｏｒｒ、１０-3ｔｏｒｒ、５．５ｘ１０-4ｔｏｒｒ、１０-4ｔｏｒｒ、５．５ｘ１０-5ｔｏｒｒおよび／または１０-5ｔｏｒｒより低い圧力、（ｂ）１０-1ｔｏｒｒ、５．５ｘ１０-2ｔｏｒｒ、１０-2ｔｏｒｒ、５．５ｘ１０-3ｔｏｒｒ、１０-3ｔｏｒｒ、５．５ｘ１０-4ｔｏｒｒ、１０-4ｔｏｒｒ、５．５ｘ１０-5ｔｏｒｒおよび／または、１０-5ｔｏｒｒより大きい圧力、および／または（ｃ）上記、上限と下限の間にある圧力の真空にさらす工程を含む。
【０２５９】
いくつかの実施形態において吸着剤は、再生中、０．５〜１２０時間、真空にさらされる。例えば、図４３及び図４４に、吸着剤を真空に２時間さらして再生した検討結果を示す。いくつかの実施形態において吸着剤は、再生の間、０．２５〜１２０時間、０．５〜１２時間、０．５〜６時間、あるいは０．５〜４時間、真空にさらされる。種々の実施形態において、継続時間は、少なくとも０．１、０．２５、０．５、１、１．２５、１．５、１．７５、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２４、３６、４８、７２、９６、および／または１２０時間である。種々の実施形態において、継続時間は、１４４、１２０、９６、７２、４８、３６、２４、２２、２０、１８、１６、１４、１２、１０、９、７、６、５、４、３、２、１．７５、１．５、１．２５、１．０、０．７５、および／または０．５時間より短い。種々の実施形態において、継続時間は、これらの上限と下限の組み合わせの間でもよい。
【０２６０】
いくつかの実施形態において、吸着剤をさらす温度は、５０〜４００℃の間の温度が好ましい。例えば、図４３及び図４４に、吸着剤を温度５０℃、１００℃、２００℃と４００℃にさらして再生した検討結果を示す。いくつかの実施形態において、温度は少なくとも５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃、２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、３００℃、３２５℃、３５０℃、３７５℃、４００℃、５００℃、６００℃である。いくつかの実施形態においては、温度は、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃、２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、３００℃、３２５℃、３５０℃、３７５℃、４００℃、５００℃、６００℃未満である。種々の実施形態において温度は、これらの上限と下限の組み合わせの間でもよい。
【０２６１】
いくつかの実施形態において吸着剤は、再生の間、０．５〜４時間高温にさらされる。いくつかの実施形態において吸着剤は、再生の間、０．５、０．７５、１．０、１．２５、１．５、１．７５、２．０、２．２５、２．５、２．７５、３．０、３．２５、３．５、３．７５、４．０時間からなるグループから選択された継続時間、高温にさらされる。
【０２６２】
いくつかの実施形態において、手順６００８における吸着剤の再生は、吸着物をパージするために、ガスを吸着剤に流入させる工程を含む。ガスは窒素であってもよい。例えば図４３は、吸着剤を０．５時間、１時間、２時間、窒素ガスにさらして再生した検討結果を示す。いくつかの実施形態において吸着剤は、再生の間、０．５、０．７５、１．０、１．２５、１．５、１．７５、２．０、２．２５、２．５、２．７５、３．０、３．２５、３．５、３．７５、４．０時間からなるグループから選択された継続時間、ガス流にさらされる。
【０２６３】
図６３は、１あるいは複数の実施例に基づき、混合ガスを貯蔵するために用いた吸着剤の吸着能力を少なくとも部分的に回復するよう構成された、炭化水素ガス混合物を貯蔵するための１個のタンクからなるシステム６３００を示したものである。次に示すシステム６３００の説明は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、システム６３００は、ここでは述べていない１あるいは複数の構成要素を含んでもよいし、および／または、ここで述べた１あるいは複数の構成要素を含まなくてもよい。さらに、システム６３００の種々の構成要素の配置（ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）および／または配列（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を図６３に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。
【０２６４】
いくつかの実施形態においてシステム６３００は、炭化水素ガス混合物を貯蔵するよう構成されたタンク６３０２からなる。タンク６３０２は、炭化水素ガス混合物の流れを受容するよう構成されている。炭化水素ガス混合物は、炭化水素ガス混合物源６３０４からタンク６３０２の内部につながっている。いくつかの実施形態において、炭化水素ガス混合物源６３０４はタンク６３０２へのガスの流れを調節するように構成されている。いくつかの実施形態において、タンク６３０２は、炭化水素ガス混合物源６３０４からのガス流を調節するため１つあるいは複数の構成要素を含む。
【０２６５】
いくつかの実施形態において、充填プロセスは、タンク６３０２を完全に、あるいは部分的に満たす。タンク６３０２は、炭化水素ガス混合物を吸着により受容するよう構成された吸着剤を含む。吸着剤は、本明細書に記載されている１あるいは複数のどの実施形態にしたがったものでもよい。
【０２６６】
タンク６３０２は、吸着剤からの脱着により炭化水素ガス混合物をタンク６３０２のバルブ付き出口６３１４から取り出せるよう構成されている。取り出しプロセスは、完全あるいは部分的であり、段階が生じてもよい（例えば、部分的に取り出した後、一時的に休止し、追加的に取り出す）。
【０２６７】
種々の実施形態において、タンク６３０２の２あるいはそれより多数の入口および／または出口のポートは、合流させた後に分岐してもよい。例えば、種々の置き換え可能な実施形態によれば、ガスの出口６３１４とガス供給源６３０４から伸びたタンク６３０２へのガスの入口は接続してもよい。そうすると、ガス供給源６３０４とガスの出口バルブへつながる分岐した共通のポートを通して、タンク６３０２への充填と取り出しが行われるようになる。
【０２６８】
タンク６３０２は、上で記載してきた通り、充填と取り出しを周期的に行う。
【０２６９】
いくつかの実施形態において、システム６３００はタンク６３０２の内部に含まれる吸着剤の再生を促進したり、自動化したりしてもよい。例えば、上述のように、システム６３００は、吸着剤の再生を充填／取り出しサイクルの回数、あるいはタンク６３０２を流通したガスの量に基づく頻度で行う。あるいは、システム６３００は、本発明の範囲から逸脱しない、他の再生方法を用いてもよい。
【０２７０】
吸着剤の再生は、１あるいは複数の技術、例えば方法６０００に概説した１あるいは複数の手順にしたがって実施してもよい。一般的に、吸着剤の再生は、真空ポンプ６３０８などの真空源をタンク６３０２の内部に接続して、吸着剤を真空にさらしやすくしたり、および／または、ヒーター６３１０などの熱源をタンク６３０２の内部に接続して、吸着剤を高熱にさらしやすくしたりすることからなる。いくつかの実施形態において、パージガス源６３０８からパージガスをタンク６３０２の内部に流通させ吸着物をパージすることにより、吸着剤の再生を容易にする。いくつかの実施形態において、パージガスは、窒素ガス、アルゴンガス、および／またはその他のガスを含む。種々の実施形態によれば、パージガスは、少なくとも５０、６０、７０、８０、および／または９０重量あるいは体積パーセントの窒素、アルゴン、および／またはその他の不活性ガスを含む。
【０２７１】
いくつかの実施形態において、真空や高温で吸着剤から脱着しやすいガスは、タンク６３０２からバルブ付きガス排出口６３１２を通して、排出してもよい。
【０２７２】
もう一つの実施形態において、パージガスはタンク６３０２に供給される、および／または、パージガスはタンク６３０２にある他のポートを通じてタンク６３０２から排出される。例えば、１あるいは複数の向流型の実施形態において、ガスの出口６３１４は、パージガス供給源６３０６に接続される。そうすると、パージガスがタンク６３０２にアウトレット６３１４を通して注入するようになる。そのような実施形態において、パージガスは、炭化水素ガス供給源６３０２から炭化水素ガスをタンク６３０２へ供給する入口を通して排出される。そのような実施形態において、パージガスは、炭化水素ガス（例えば、天然ガス）がタンク６３０２に流れ込む方向に対して、逆方向に流れる。このような向流パージガスは大きな炭化水素分子および／またはその他の分子、汚染物質をタンク６３０２から逆洗の要領で流し出し、タンク６３０２内の吸着剤の再生を促進する。
【０２７３】
いくつかの実施形態において、１あるいは複数の充填、取り出しおよび／または吸着剤の再生の手順は、１あるいは複数の炭化水素ガス混合物供給源６３０２、パージガス源６３０６、真空ポンプ６３０８、ヒーター６３１０、バルブ付き出口６３１２、６３１４（システム６３００の他の制御構成要素も含め）と通信するコントローラー６３１６により制御される。コントローラー６３１６は、ここに記述した１あるいは複数の運転を実行するために、コンピュータが読むことができる１あるいは複数の命令で構成した物理的プロセスを含む。例えば、コントローラー６３１６は、方法６０００に記述した１あるいは複数の手順にしたがい、充填、取り出し、および／または吸着剤の再生を行うための、コンピュータが読むことができる命令で構成されている。
【０２７４】
図６１は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を、少なくとも吸着能力を部分的に回復するために再生する方法６１００を示したものである。吸着剤がタンクの内部に含まれてもよい。次に示す方法６１００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法６１００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることにより、および／または、ここに示した１あるいは複数の手順を行わないことにより達成できる。さらに、方法６１００の手順を図６１に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。
【０２７５】
手順６１０２において、吸着剤は、少なくとも１回の部分的充填と少なくとも１回の取り出しを含むサイクルを何回か行った後、真空と昇温さらされる。
【０２７６】
いくつかの実施形態において、真空は、１０-1〜１０-5ｔｏｒｒである。いくつかの実施形態において、吸着剤を真空にさらす、とは、真空圧力１０-1ｔｏｒｒ、５．５ｘ１０-2ｔｏｒｒ、１０-2ｔｏｒｒ、５．５ｘ１０-3ｔｏｒｒ、１０-3ｔｏｒｒ、５．５ｘ１０-4ｔｏｒｒ、１０-4ｔｏｒｒ、５．５ｘ１０-5ｔｏｒｒ、１０-5ｔｏｒｒのグループから選んだ真空圧力の真空に吸着剤をさらすことを指す。
【０２７７】
いくつかの実施形態において、吸着剤は、再生の間、０．２５〜１２０時間、０．５〜１２時間、０．５〜６時間、あるいは０．５〜４時間、真空にさらされる。種々の実施形態において、継続時間は少なくとも、０．１、０．２５、０．５、１、１．２５、１．５、１．７５、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２４、３６、４８、７２、９６、および／または１２０時間である。種々の実施形態において、継続時間は、１４４、１２０、９６、７２、４８、３６、２４、２２、２０、１８、１６、１４、１２、１０、９、７、６、５、４、３、２、１．７５、１．５、１．２５、１．０、０．７５、および／または０．５時間より短い。種々の実施形態において、継続時間はこれらの上限と下限の組み合わせの間でもよい。
【０２７８】
いくつかの実施形態において、吸着剤をさらす温度は、５０〜６００℃、および／または５０〜４００℃である。いくつかの実施形態において、温度は少なくとも５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃、２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、３００℃、３２５℃、３５０℃、３７５℃、４００℃、５００℃、および／または６００℃である。いくつかの実施形態において、温度は、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃、２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、３００℃、３２５℃、３５０℃、３７５℃、４００℃、５００℃、および／または、６００℃より低い。種々の実施形態において、温度はこれらの上限と下限の組み合わせの間でもよい。
【０２７９】
いくつかの実施形態において、吸着剤は、再生の間、０．２５〜１２０時間、０．５〜１２時間、０．５〜６時間、あるいは０．５〜４時間、高温にさらされる。種々の実施形態において、継続時間は少なくとも、０．１、０．２５、０．５、１、１．２５、１．５、１．７５、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２４、３６、４８、７２、９６、および／または１２０時間である。種々の実施形態において、継続時間は、１４４、１２０、９６、７２、４８、３６、２４、２２、２０、１８、１６、１４、１２、１０、９、７、６、５、４、３、２、１．７５、１．５、１．２５、１．０、０．７５、および／または０．５時間より短い。種々の実施形態において、継続時間はこれらの上限と下限の組み合わせの間でもよい。
【０２８０】
手順６１０４では、真空や高温で吸着剤から脱着しやすいガスを、タンクから排出してもよい。
【０２８１】
図６２は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を少なくとも吸着能力を部分的に回復するために再生する方法６２００を示したものである。次に示す方法６２００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法６２００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることにより、および／または、ここで述べている１あるいは複数の手順を行わないことにより達成できる。さらに、方法６２００の手順を図６２に示す。次に示す内容はそれを限定するものではない。いくつかの実施形態において、方法６２００は吸着剤の入った２つのタンクを用いて行われる。
【０２８２】
手順６２０２において、炭化水素ガス混合物は、２つのタンクの内の１つに貯蔵されている。その間、もう一方のタンクに含まれる吸着剤が再生される。再生の間、一方のタンクには実質的に、炭化水素ガス混合物は入っていない。例えば、タンクシステムは第１タンクと第２タンクを含み、双方とも内部に吸着剤を含む。第１タンクは、炭化水素ガス混合物を貯蔵する。第２タンクは、タンク内の吸着剤を再生する。再生の間、第２タンクには、実質的に、炭化水素ガス混合物は入っていない。手順６２０４では、炭化水素ガス混合物の貯蔵と吸着剤の再生が、２つのタンクの間で交互に行われる。いつでも、少なくとも１つのタンクは炭化水素ガス混合物を貯蔵していて、もう一方のタンクは吸着剤を再生している。例えば、第１タンクと第２タンクにおける炭化水素ガス混合物の貯蔵と吸着剤の再生は、交互に行われる。第１タンクに、実質的に、炭化水素ガス混合物が入っていない状態になったら、第１タンク内の吸着剤が再生される。第２タンクは、炭化水素ガス混合物で充填（例えば、貯蔵）される。（２０２）図６４は、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤を少なくとも吸着能力を部分的に回復するために再生するシステム６４００を示したものである。次に示すシステム６４００の説明は、わかりやすくするためのものである。いくつかの実施形態において、システム６４００は、ここでは述べていない１あるいは複数の構成要素を含んでもよいし、および／または、ここで述べた１あるいは複数の構成要素を含んでいなくてもよい。さらに、システム６４００の種々の構成要素の配置（ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）および／または配列（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を図６４に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。いくつかの実施形態においては、システム６４００は、炭化水素ガス混合物を吸着により受容するよう構成された吸着剤を含む内容積をもつ第１タンク６４０２と、炭化水素ガス混合物を吸着により受容するよう構成された吸着剤を含む内容積をもつ第２タンク６４０４からなる。いくつかの実施形態において、炭化水素ガス混合物は、第１タンク６４０２に貯蔵され、その間に、第２タンク６４０４に含まれる吸着剤が再生される。再生の間、第２タンク６４０４には、実質的に、炭化水素ガス混合物は入っていない。第１タンク６４０２と第２タンク６４０４のガス混合物の貯蔵と吸着剤の再生は、上述の方法６２００の手順と同じあるいはそれと似た手順により、交互に行うことができる。
【０２８３】
いくつかの実施形態において、第１タンク６４０２、および／または第２タンク６４０４の充填は、流体連結経路内の炭化水素ガス混合物源６４０６により促進される。いくつかの実施形態において、炭化水素ガス混合物源６４０６は第１タンク６４０２、および／または、第２タンク６４０４へのガスの流れを調節するように構成されている。いくつかの実施形態において、第１タンク６４０２と第２タンク６４０４は、炭化水素ガス混合物源６４０４からの流れを調節するため１あるいは複数の構成要素を含む。
【０２８４】
炭化水素ガス混合物を吸着剤から脱着させ、第１タンク６４０２、および／または第２タンク６４０４から取り出すには、それぞれバルブ付きガス出口６４１８、６４２０が役立つ。いくつかの実施形態において、バルブ付きガス出口６４１８、６４２０は、図６４に示すように、共に接続して炭化水素ガス混合物を取り出す共通の出口ポートとしてもよい。しかし、その他の実施形態において、バルブ付き出口６４１８、６４２０は、分離した個別の出口ポートを通してガスを取り出してもよい。
【０２８５】
いくつかの実施形態において、第１タンク６４０２および／または第２タンク６４０４内の吸着剤の再生は、第１タンク６４０２および／または第２タンク６４０４に接続した、真空ポンプ６４１０のような真空源を利用して吸着剤を真空にさらす工程、および／または、吸着剤を昇温にさらす工程からなる。いくつかの実施形態において、吸着剤を高温にさらす工程は、第１タンク６４０２と第２タンク６４０４の間にある熱伝達部６４１２（例えば、能動的あるいは受動的ヒートポンプ）によって促進される。熱伝達部６４１２は、タンク６４０２、６４０４のどちらかに充填している間に発生した熱（例えば、炭化水素ガス混合物の圧縮と吸着により発生する）を捕まえ、充填していないタンクに伝達し、吸着剤を熱にさらす工程を促進している。
【０２８６】
いくつかの実施形態において、吸着剤の再生は、パージガス源６４０８からパージガスを第１タンク６４０２および／または第２タンク６４０４の内部に流通させ吸着物をパージすることにより促進される。パージガスは、上述のパージガス（例えば、システム６３００に関連して記述されたもの）および／または他のガス（複数）でもよい。種々の他の実施形態によれば、パージガスは、上述のシステム６３００と同じあるいは類似の方法で、タンク６４０２、６４０４に向流方向に流通させてもよい。
【０２８７】
いくつかの実施形態において、真空や高温で吸着剤から脱着しやすいガスを、第１タンク６４０２および／または第２タンク６４０４からバルブ付きガス出口６４１４、６４１６から排出してもよい。
【０２８８】
いくつかの実施形態において、１あるいは複数の充填、取り出しおよび／または吸着剤の再生の手順は、コントローラー６４２２により促進される。コントローラー６４２２は、１あるいは複数の、炭化水素ガス混合物供給源６４０６、パージガス源６４０８、真空ポンプ６４１０、ヒーター６４１２、バルブ付き出口６４１４、６４１６、６４１８、６４２０、および／または他のシステム６４００の制御構成要素（例えば、必要な流量を得るためのバルブ）と通信するものである。例えば、コントローラー６４２２は、本明細書に記載してあるように、充填、取り出し、再生のため、バルブ付き出口６４１４、６４１６、６４１８、６４２０の開閉サイクルを制御する。コントローラー６４２２は、ここに記述した１あるいは複数の運転を実行するために、１あるいは複数のコンピュータが読むことができる命令で構成した物理的プロセスを含む。例えば、コントローラー６４２２は、方法６２００に記述された１あるいは複数の手順にしたがい、および／または、そのような手順を切り替えることにより、充填、取り出し、および／または吸着剤の再生を行う内容の、コンピュータが読むことができる命令で構成されている。種々の実施形態において、コントローラー６４２２は、自動的に、あるいはユーザーの入力にしたがって、異なる作動モード間を切り換えられる（例えば、再生サイクルに入る、出るなど）。
【０２８９】
種々の実施形態において、タンク６４０２および／またはタンク６４０４の２あるいはそれより多数の入口ポートおよび／または出口ポートは、システム６３００に関連して上に述べた方法、あるいはそれと似た方法で、合流させ、その後分岐してもよい。
【０２９０】
炭化水素ガス混合物（例えば、天然ガス）を吸着するように構成された吸着剤（吸着剤を再生するものあるいは再生しないものでも）を含む貯蔵タンクに炭化水素ガス混合物を貯蔵する本明細書に記載の１あるいは複数の技術は、炭化水素ガス混合物の貯蔵および／または輸送の種々の応用に適している。いくつかの実施形態において、炭化水素ガス混合物の貯蔵および／または輸送に用いるタンクは、静置型タンクであり、例えば、ＰＣＴ公開番号ＷＯ２０１４／０３１９９９に記述した静置型貯蔵タンク（例、容器１４１、１４３、２４１、４４１ｉ、４４２ｉ、６４３、配送センター１９１０、親あるいは子ステーション）の１あるいは複数のどの静置型タンクを用いてもよい。種々の実施形態において、いくつかの実施形態によれば、吸着剤を入れたタンクは重量の観点から、特に静置型ガス貯蔵に特に適している。いくつかの実施形態において、炭化水素ガス混合物の貯蔵および／または輸送に用いられるタンクは、移動型貯蔵タンクとして用いてもよい。例えば：鉄道で天然ガスのようなガスを輸送するために、貯蔵タンクを列車に積載したり、あるいは列車に組み込んだりできる；水上（例えば、湖、河川、湾、海、大洋）で天然ガスのようなガスを輸送するために、貯蔵タンクを船に積載したり、あるいは大型の船や小型の船に組み込んだりできる；陸上輸送では、車輪付き車体（例えば、トレーラー、トラックなど）に貯蔵タンクを積載して、天然ガスのようなガスを道路で輸送する（例えば、ＰＣＴ公開番号  ＷＯ２０１４／０３１９９９に記述された移動型貯蔵容器１２２、１４２、６２２）。種々の実施形態において、そのような移動型貯蔵タンクと方法は、天然ガスを液化することが妥当ではない距離を輸送するのに適している。いくつかの実施形態において、タンクや方法は、ガスエネルギーを利用する車両（例えば、自家用、商業用、工業用、建設用車両、あるいは、社用車、社用トラック、および／またはその他の自動車用）の燃料タンクを含む。これらの燃料タンクとして利用する実施形態は、燃料タンクがより多くの燃料を充填するように、物理的により小さくなるように、および／または、従来の燃料タンクより低圧で作動できるようにするのを促進する。これらの静置型あるいは移動型貯蔵容器は、本明細書で開示されたどの実施形態の特徴（例えば、吸着剤、再生、繰り返し再生など）を取り入れてもよい。
【０２９１】
図４５は、１あるいは複数の実施例に基づき、炭化水素ガス混合物を吸着するよう構成した吸着剤モノリスを製造する方法を示したものである。次に示す方法４５００の手順は、わかりやすく説明するためのものである。いくつかの実施形態において、方法４５００は、ここでは述べていない１あるいは複数の手順を加えることにより、および／または、ここで述べた１あるいは複数の手順を行わないことにより達成できる。わかりやすく説明するために、図４６に、方法４５００の手順に用いる１あるいは複数のパラメータを示す。さらに、方法４５００の手順を図４５に示す。次に示す内容はそれらを限定するものではない。
【０２９２】
手順４５０２は、粉体の前駆体を得る工程である。材料は、図４６に挙げた１あるいは複数の材料であってもよい。図４８に、ＰＶＡバインダーを用いた３種類の前駆体の体積貯蔵容量におよぼす影響を示す。前駆体の選択は体積貯蔵容量に対して、あまり効果がないことがわかった。しかし、密度ならびに重量貯蔵容量は、前駆体に大きく依存する。
【０２９３】
手順４５０４は、バインダー混合物を得る工程である。図４７に、体積貯蔵容量に対する、バインダーの効果を示す。ＰＶＡ、メチルセルロース、フミン酸８２、天然膨張黒鉛（ＥＮＧ）について評価を行った。ＰＶＡバインダーが最も高い体積貯蔵容量を示したが、合成手順は複雑であった。メチルセルロースは、圧縮時に熱を必要としなかった。天然膨張黒鉛バインダーは、熱伝導率を上昇させた。
【０２９４】
図４９と５０は、バインダー濃度（ＰＶＡ（図４９）、ＥＮＧ（図５０））の体積貯蔵容量に対する効果を検討した結果を示したものである。ＥＮＧは、バインダーと炭素の比率５５：４５の時、最も体積貯蔵容量が高くなった。しかし、ＰＶＡについては、バインダー濃度は体積貯蔵容量にあまり影響しなかった。これは、体積貯蔵容量が密度と重量過剰吸着の双方に依存している事実から説明することができた。
【０２９５】
図５１は、体積貯蔵容量に対する圧縮圧力の効果をプロットしたものである。圧縮圧力が体積貯蔵容量に対してあまり影響しなかった。例えば、圧縮圧力を上昇させるとペレットの密度は上がる。しかし、過剰吸着量は減少する。
【０２９６】
各々のペレットについて他の多くのパラメータ（例えば、昇圧速度や昇温速度、冷却手順、熱分解条件など）を個別に調査した。測定した各ペレットは、室温、０〜３５ｂａｒでのメタンの等温線（体積法を用いた）と、３５ｂａｒ（重量法を用いた）でのデータポイントを有した。ここで得られた結果は、図５２にまとめてある。塗りつぶしたデータポイントは、本明細書に記述した１あるいは複数の方法で生成したものを表す。
【０２９７】
なにが最も実用的で好ましい形態であるかに基づき、本発明の技術を詳細に説明してきたが、それらに限定されるものではない。しかし、ここに添付した請求項の精神と範囲にある改良や同等の仕組みをカバーするために記載している。例えば、本発明の技術は、可能な限りの範囲で、１あるいは複数の実施形態を、他の１あるいは複数の実施形態と組み合わせてもよい
【図１５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【国際調査報告】
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