(57)【要約】  システムは、第１のチャンバ、第２のチャンバ、紫外光源、およびマイクロ波源を含む。第１のチャンバは入口を含む。第２のチャンバは、第１のチャンバに隣接しており、出口および導波管を含む。紫外光源は、第２のチャンバの導波管内に存在する。関連する器具、システム、技術および物品も記載される。
2020518438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムにおいて、
入口を含む第１のチャンバと、
前記第１のチャンバに隣接する第２のチャンバであって、出口および導波管を含む、第２のチャンバと、
前記第２のチャンバの前記導波管内に存在する紫外光源と、
前記第１のチャンバ内にマイクロ波エネルギーを放射するように構成されたマイクロ波源と、
を含む、システム。
【請求項２】
前記マイクロ波源は、前記マイクロ波エネルギーが前記紫外光源に接触するように前記第２のチャンバの前記導波管内に前記マイクロ波エネルギーを放射するようにさらに構成され、前記紫外光源は、前記マイクロ波エネルギーと接触すると紫外線を発生させる内部ガスを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記導波管は、前記マイクロ波エネルギーが前記導波管内で定常波を形成するように構成された端部を含む、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２のチャンバは、
負電荷を有するように構成された第１の電極と、
正電荷を有するように構成された第２の電極と、
をさらに含み、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記紫外光源の外部にあり、前記導波管の内部にある、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記導波管内に、前記紫外光源を収容する管組立体をさらに含み、前記管組立体の壁は、紫外線およびマイクロ波エネルギーに対して透過性である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のチャンバは、前記マイクロ波エネルギーが前記マイクロ波源によって発生し、前記第１のチャンバを通過して前記第２のチャンバに至るように、前記マイクロ波源と前記第２のチャンバとの間に位置する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のチャンバに隣接する複数の管組立体であって、前記複数の管組立体はそれぞれ、管組立体出口を含み、各管組立体は、紫外線およびマイクロ波エネルギーに対して透過性である壁を含む、複数の管組立体と、
それぞれが前記管組立体のそれぞれの中に存在する複数の紫外光源と、
をさらに含み、
前記マイクロ波源は、前記マイクロ波エネルギーが前記複数の紫外光源と接触するように、前記マイクロ波エネルギーを前記第１のチャンバおよび前記複数の管組立体内に放射するように構成され、前記複数の紫外光源は、前記マイクロ波エネルギーと接触すると紫外線を発生させる前記内部ガスを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記入口に連結された硫化水素源と、
前記出口に連結され、水素ガスから硫黄を分離するように構成された気固分離器と、
をさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記紫外光源は、約２８０ｎｍ〜３００ｎｍの波長範囲を有する前記紫外線を放射する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２のチャンバは、細長く、主軸に沿って延び、前記紫外光源は、前記主軸に沿って細長く、前記主軸に沿って前記第２のチャンバ内に存在し、
前記第２のチャンバは、
負電荷を有するように構成された第１の電極と、
正電荷を有するように構成された第２の電極と、
をさらに含み、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記紫外光源の外部にあり、前記導波管の内部にあり、
前記第１の電極は、前記主軸に沿って細長く、前記紫外光源の上方に配置され、前記第２の電極は、前記主軸に沿って細長く、前記紫外光源の下方に配置されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２のチャンバは、ハイドロサイクロンを形成する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記光源は、前記ハイドロサイクロン内に位置する渦ファインダ上に存在する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
方法において、
第２のチャンバと、第１のチャンバ内にマイクロ波エネルギーを放射するマイクロ波源と、に隣接する前記第１のチャンバ内に硫化水素を供給することと、
マイクロ波源によって発生したマイクロ波エネルギーと前記硫化水素を接触させることと、
前記第２のチャンバに前記硫化水素を供給することであって、前記第２のチャンバは、出口および導波管を含み、紫外光源が前記第２のチャンバの前記導波管内に存在する、ことと、
前記第２のチャンバ内で前記硫化水素を紫外線と接触させることであって、前記紫外線は前記紫外光源によって発生し、前記マイクロ波源は、前記第１のチャンバ内に前記マイクロ波エネルギーを放射するように構成され、前記硫化水素を前記紫外線と接触させると、水素ガスおよび硫黄が生じる、ことと、
を含む、方法。
【請求項１４】
前記マイクロ波源は、前記マイクロ波エネルギーが前記紫外光源に接触するように前記第２のチャンバの前記導波管内に前記マイクロ波エネルギーを放射するようにさらに構成され、前記紫外光源は、前記マイクロ波エネルギーと接触すると前記紫外線を発生させる内部ガスを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記導波管は、前記マイクロ波エネルギーが前記導波管内で定常波を形成するように構成された端部を含む、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のチャンバは、
負電荷を有するように構成された第１の電極と、
正電荷を有するように構成された第２の電極と、
をさらに含み、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記紫外光源の外部にあり、前記導波管の内部にある、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記硫化水素は、前記第１のチャンバに隣接する複数の管組立体に供給され、前記複数の管組立体はそれぞれ、管組立体出口を含み、複数の紫外光源がそれぞれ、前記複数の管組立体のそれぞれの中に存在し、
前記マイクロ波源は、前記マイクロ波エネルギーが前記複数の紫外光源と接触するように、前記マイクロ波エネルギーを前記第１のチャンバおよび前記複数の管組立体内に放射するように構成され、前記複数の紫外光源は、前記マイクロ波エネルギーと接触すると紫外線を発生させる前記内部ガスを含む、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
気固分離器を用いて前記水素ガスから前記硫黄を分離することをさらに含む、請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記紫外光源が、約２８０ｎｍ〜３００ｎｍの波長範囲を有する前記紫外線を放射する、請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２のチャンバは、細長く、主軸に沿って延び、前記紫外光源は、前記主軸に沿って細長く、前記主軸に沿って前記第２のチャンバ内に存在し、前記第２のチャンバは、
負電荷を有するように構成された第１の電極と、
正電荷を有するように構成された第２の電極と、
をさらに含み、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記紫外光源の外部にあり、前記導波管の内部にあり、
前記第１の電極は、前記主軸に沿って細長く、前記紫外光源の上方に配置され、前記第２の電極は、前記主軸に沿って細長く、前記紫外光源の下方に配置されている、請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記硫化水素を分解するための温度が、約０〜１２５℃の温度範囲で行われる、請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記硫化水素が、１０．１３〜１０１３ｋＰａ（０．１〜１０ａｔｍ）の圧力で前記第１のチャンバ内に供給される、請求項１３〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記紫外線および前記マイクロ波エネルギーを、前記硫化水素と約０．０１秒〜１５分間接触させる、請求項１３〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
天然ガスから前記硫化水素を収集すること、または前記硫化水素を発生させるために石油を処理することをさらに含む、請求項１３〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
システムにおいて、
第１の入力部、第２の入力部、第１の出力部、および第２の出力部を含む第１の熱交換器と、
第３の入力部、第４の入力部、第３の出力部、および第４の出力部を含む第２の熱交換器であって、前記第１の出力部は、前記第３の入力部に動作可能に連結されている、第２の熱交換器と、
前記第３の出力部と前記第２の入力部との間に動作可能に連結された第１の分離器と、
第５の入力部、第６の入力部、第５の出力部、および第６の出力部を含む第３の熱交換器であって、前記第５の入力部は、前記第１の分離器に動作可能に連結されている、第３の熱交換器と、
第７の入力部、第８の入力部、第７の出力部、および第８の出力部を含む第４の熱交換器であって、前記第７の入力部は、前記第５の出力部に動作可能に連結されている、第４の熱交換器と、
前記第７の出力部と前記第６の入力部との間、および前記第７の出力部と前記第４の入力部との間に動作可能に連結された第２の分離器と、
を含む、システム。
【請求項２６】
前記第１の熱交換器は、前記第１の入力部に供給される流れと、前記第２の入力部に供給される流れとの間で熱を伝達するように構成され、前記第１の入力部に供給される前記流れは、前記第１の出力部から出て、前記第２の入力部に供給される前記流れは、前記第２の出力部から出て、
前記第２の熱交換器は、前記第３の入力部に供給される流れと、前記第４の入力部に供給される流れとの間で熱を伝達するように構成され、前記第３の入力部に供給される前記流れは、前記第３の出力部から出て、前記第４の入力部に供給される前記流れは、前記第４の出力部から出て、
前記第３の熱交換器は、前記第５の入力部に供給される流れと、前記第６の入力部に供給される流れとの間で熱を伝達するように構成され、前記第５の入力部に供給される前記流れは、前記第５の出力部から出て、前記第６の入力部に供給される前記流れは、前記第６の出力部から出て、
前記第４の熱交換器は、前記第７の入力部に供給される流れと、前記第８の入力部に供給される流れとの間で熱を伝達するように構成され、前記第７の入力部に供給される前記流れは、前記第７の出力部から出て、前記第８の入力部に供給される前記流れは、前記第８の出力部から出る、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第１の分離器は、液体およびガスを分離するように構成され、前記第２の分離器は、液体およびガスを分離するように構成されている、請求項２５または２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第８の入力部および前記第８の出力部に動作可能に連結された冷却ユニットをさらに含む、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２９】
前記第１の入力部に連結され、硫化水素、二酸化炭素およびメタンを含むガスを前記第１の入力部に供給するガス源をさらに含む、請求項２５〜２８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３０】
前記第６の出力部に動作可能に連結されたメタン保持ユニットをさらに含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記第４の出力部に動作可能に連結された二酸化炭素保持ユニットをさらに含む、請求項２９または３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記第２の出力部に動作可能に連結された硫化水素保持ユニットをさらに含む、請求項２９〜３１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３３】
前記第２の熱交換器および前記第１の分離器は、第１の凝縮器を構成する、請求項２５〜３２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３４】
前記第４の熱交換器および前記第２の分離器は、第２の凝縮器を構成する、請求項２５〜３３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３５】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のシステムをさらに含み、前記第２の出力部は、前記第１のチャンバの前記入口に動作可能に連結されている、請求項２５〜３４のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔関連出願の相互参照〕
本出願は、２０１７年４月１８日に出願された「ＳＵＬＦＵＲ  ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ」という名称の米国特許仮出願第６２／４８６，４８９号、および２０１７年６月２０日に出願された「ＳＵＬＦＵＲ  ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ」という名称の米国特許仮出願第６２／５２２，４４６号の優先権を主張し、これらはそれぞれ、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
〔技術分野〕
本明細書に記載される主題は、硫黄化合物から硫黄および／または水素を生成することに関する。
【０００３】
〔背景〕
原油または石油は、一般に、工業的精製所で処理および精製され、アスファルト基油（asphalt base）、燃料油、ディーゼル燃料、ガソリン、灯油および液化石油ガスなどといった精製石油製品は、それらの異なる沸点に基づいて分離することができる。石油製品は、炭素数または構造が異なるさまざまな炭化水素類を主に含有し、酸素化合物、例えばフェノール、ケトン、およびカルボン酸、窒素化合物、例えばインドール、アクリジン、ヒドロキシキノリノ、およびアニリン、硫黄化合物、チオール、硫化物、ジスルフィド、テトラヒドロチフェン（tetrahydrothiphene）、チオフェン、アルキルチオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、アルキルジベンゾチオフェン、ニッケル、バナジウム、モリブデンなどを含有する遷移金属化合物、ならびに無機塩も含有する。
【０００４】
石油中に含有される硫黄化合物は、天然ガス中にも大部分として含まれる硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ）として放出され、硫化水素ガスは、処理され、元素硫黄および水素ガスに変換され、これは「脱硫」として知られる。関連技術のある例では、クラウス法が、燃焼および触媒化学反応によって精製所プロセスから放出される硫化水素ガスから元素硫黄を生成する。
【０００５】
しかしながら、従来の脱硫プロセスでは、大型で複雑な設備が必要であり、脱硫中の化学反応はこれらの設備に対して腐食性である。さらに、脱硫プロセスおよび操作の効率は、生産性をもたらすのに十分ではない。さらにまた、現在の従来の脱硫には他の原料が用いられ得る。
【０００６】
〔概要〕
ある態様では、システムは、第１のチャンバ、第２のチャンバ、紫外光源、およびマイクロ波源を含む。第１のチャンバは入口を含む。第２のチャンバは、第１のチャンバに隣接しており、出口および導波管を含む。紫外光源は、第２のチャンバの導波管内に存在する。
【０００７】
以下の特徴のうちの１つ以上は、任意の実現可能な組み合わせに含めることができる。例えば、マイクロ波源は、マイクロ波エネルギーが紫外光源に接触するように、第１のチャンバおよび第２のチャンバの導波管内にマイクロ波エネルギーを放射するように構成される。紫外光源は、マイクロ波エネルギーと接触すると紫外線を発生させる内部ガスを含む。導波管は、マイクロ波エネルギーが導波管内で定常波を形成するように構成された端部を含むことができる。第２のチャンバは、負電荷を有するように構成された第１の電極と、正電荷を有するように構成された第２の電極と、をさらに含むことができ、第１の電極および第２の電極は、紫外光源の外部にあり、導波管の内部にある。
【０００８】
システムは、導波管内に、紫外光源を収容する管組立体を含むことができ、管組立体の壁は、紫外線およびマイクロ波エネルギーに対して透過性であることができる。第１のチャンバは、マイクロ波エネルギーがマイクロ波源によって発生し、第１のチャンバを通過して第２のチャンバに至るように、マイクロ波源と第２のチャンバとの間に位置することができる。
【０００９】
システムは、第１のチャンバに隣接する複数の管組立体を含むことができ、複数の管組立体はそれぞれ、管組立体出口を含み、各管組立体は、紫外線およびマイクロ波エネルギーに対して透過性である壁を含む。システムは、複数の紫外光源を含むことができ、各紫外光源は、管組立体のそれぞれの中に存在する。マイクロ波源は、マイクロ波エネルギーが複数の紫外光源に接触するように、第１のチャンバおよび複数の管組立体内にマイクロ波エネルギーを放射するように構成することができる。複数の紫外光源は、マイクロ波エネルギーと接触すると紫外線を発生させる内部ガスを含むことができる。
【００１０】
このシステムは、入口に連結された硫化水素源を含むことができる。このシステムは、出口に連結され、かつ水素ガスから硫黄を分離するように構成された気固分離器を含むことができる。
【００１１】
紫外光源は、約２８０ｎｍ〜３００ｎｍの波長範囲を有する紫外線を放射することができる。第２のチャンバは、細長くてよく、主軸に沿って延びることができる。紫外光源は、主軸に沿って細長くてよく、主軸に沿って第２のチャンバ内に存在することができる。第２のチャンバは、負電荷を有するように構成された第１の電極と、正電荷を有するように構成された第２の電極と、を含むことができる。第１の電極および第２の電極は、紫外光源の外部にあり、導波管の内部にあることができる。第１の電極は、主軸に沿って細長くてよく、紫外光源の上方に配置することができる。第２の電極は、主軸に沿って細長くてよく、紫外光源の下方に配置することができる。
【００１２】
第２のチャンバはハイドロサイクロンを形成することができる。光源は、ハイドロサイクロン内に位置する渦ファインダ上に存在することができる。
【００１３】
別の態様では、硫化水素は、第２のチャンバと、第１のチャンバ内にマイクロ波エネルギーを放射するマイクロ波源と、に隣接する第１のチャンバ内に供給される。硫化水素は、マイクロ波源によって発生したマイクロ波エネルギーと接触する。硫化水素は第２のチャンバに供給される。第２のチャンバは、出口および導波管を含む。紫外光源は、第２のチャンバの導波管内に存在する。硫化水素は、第２のチャンバ内で紫外線と接触する。紫外線は、紫外光源によって発生する。マイクロ波源は、マイクロ波エネルギーが紫外光源に接触するように、第１のチャンバおよび第２のチャンバの導波管内にマイクロ波エネルギーを放射するように構成される。紫外光源は、マイクロ波エネルギーと接触すると紫外線を発生させる内部ガスを含む。硫化水素と紫外線とが接触すると、水素ガスおよび硫黄を生じる。
【００１４】
以下の特徴のうちの１つ以上は、任意の実現可能な組み合わせに含めることができる。例えば、導波管は、マイクロ波エネルギーが導波管内で定常波を形成するように構成された端部を含むことができる。第２のチャンバは、負電荷を有するように構成された第１の電極と、正電荷を有するように構成された第２の電極と、を含むことができ、第１の電極および第２の電極は、紫外光源の外部にあり、導波管の内部にある。硫化水素は、第１のチャンバに隣接する複数の管組立体に供給され得、複数の管組立体はそれぞれ、管組立体出口を含み、複数の紫外光源がそれぞれ、複数の管組立体のそれぞれの中に存在する。マイクロ波源は、マイクロ波エネルギーが複数の紫外光源に接触するように、第１のチャンバおよび複数の管組立体内にマイクロ波エネルギーを放射するように構成することができる。複数の紫外光源は、マイクロ波エネルギーと接触すると紫外線を発生させる内部ガスを含むことができる。
【００１５】
硫黄は、気固分離器を使用して、水素ガスから分離することができる。紫外光源は、約２８０ｎｍ〜３００ｎｍの波長範囲を有する紫外線を放射することができる。第２のチャンバは、細長くてよく、主軸に沿って延びることができる。紫外光源は、主軸に沿って細長くてよく、主軸に沿って第２のチャンバ内に存在することができる。第２のチャンバは、負電荷を有するように構成された第１の電極と、正電荷を有するように構成された第２の電極と、を含むことができ、第１の電極および第２の電極は、紫外光源の外部にあり、導波管の内部にある。第１の電極は、主軸に沿って細長くてよく、紫外光源の上方に配置することができる。第２の電極は、主軸に沿って細長くてよく、紫外光源の下方に配置することができる。
【００１６】
硫化水素を分解するための温度は、約０〜１２５℃の温度範囲で行うことができる。硫化水素は、１０．１３〜１０１３ｋＰａ（０．１〜１０ａｔｍ）の圧力で第１のチャンバ内に供給することができる。紫外線およびマイクロ波エネルギーは、約０．０１秒〜１５分間硫化水素と接触させることができる。硫化水素は天然ガスから収集することができ、または石油が処理されて硫化水素を発生させることができる。
【００１７】
さらに別の態様では、システムは、第１の熱交換器、第２の熱交換器、第１の分離器、第３の熱交換器、第４の熱交換器、および第２の分離器を含む。第１の熱交換器は、第１の入力部、第２の入力部、第１の出力部、および第２の出力部を含む。第２の熱交換器は、第３の入力部、第４の入力部、第３の出力部、および第４の出力部を含む。第１の出力部は第３の入力部に動作可能に連結される。第１の分離器は、第３の出力部と第２の入力部との間に動作可能に連結される。第３の熱交換器は、第５の入力部、第６の入力部、第５の出力部、および第６の出力部を含む。第５の入力部は、第１の分離器に動作可能に連結される。第４の熱交換器は、第７の入力部、第８の入力部、第７の出力部、および第８の出力部を含む。第７の入力部は、第５の出力部に動作可能に連結される。第２の分離器は、第７の出力部と第６の入力部との間、および第７の出力部と第４の入力部との間に動作可能に連結される。
【００１８】
以下の特徴のうちの１つ以上は、任意の実現可能な組み合わせに含めることができる。例えば、第１の熱交換器は、第１の入力部に供給される流れと第２の入力部に供給される流れとの間で熱を伝達するように構成することができる。第１の入力部に供給される流れは、第１の出力部から出ることができ、第２の入力部に供給される流れは、第２の出力部から出ることができる。第２の熱交換器は、第３の入力部に供給される流れと第４の入力部に供給される流れとの間で熱を伝達するように構成することができる。第３の入力部に供給される流れは、第３の出力部から出ることができ、第４の入力部に供給される流れは、第４の出力部から出ることができる。第３の熱交換器は、第５の入力部に供給される流れと第６の入力部に供給される流れとの間で熱を伝達するように構成することができる。第５の入力部に供給される流れは、第５の出力部から出ることができ、第６の入力部に供給される流れは、第６の出力部から出ることができる。第４の熱交換器は、第７の入力部に供給される流れと第８の入力部に供給される流れとの間で熱を伝達するように構成することができる。第７の入力部に供給される流れは、第７の出力部から出ることができ、第８の入力部に供給される流れは、第８の出力部から出ることができる。
【００１９】
第１の分離器は、液体とガスを分離するように構成することができ、第２の分離器は、液体とガスを分離するように構成することができる。
【００２０】
システムは、第８の入力部および第８の出力部に動作可能に連結された冷却ユニットを含むことができる。システムは、第１の入力部に連結され、硫化水素、二酸化炭素、およびメタンを含むガスを第１の入力部に供給するガス源を含むことができる。システムは、第６の出力部に動作可能に連結されたメタン保持ユニットを含むことができる。システムは、第４の出力部に動作可能に連結された二酸化炭素保持ユニットを含むことができる。システムは、第２の出力部に動作可能に連結された硫化水素保持ユニットを含むことができる。
【００２１】
第２の熱交換器および第１の分離器は、第１の凝縮器を構成することができる。第４の熱交換器および第２の分離器は、第２の凝縮器を構成することができる。システムは、第２の出力部が第１のチャンバの入口に動作可能に連結される、前述のような光反応器を含むことができる。
【００２２】
本明細書に記載される主題の１つ以上の変形例の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載される。本明細書に記載される主題の他の特徴および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】硫化水素（Ｈ２Ｓ）を水素ガスおよび硫黄に解離させる速度定数のグラフを示す。
【図２】本主題の例示的な実施形態による天然ガスから硫黄を生成する例示的なプロセスを示す。
【図３】本主題の例示的な実施形態によるディーゼル燃料またはディーゼル蒸気から硫黄を生成する例示的なプロセスを示す。
【図４Ａ】本主題の例示的な実施形態による例示的な反応器を示す。
【図４Ｂ】本主題の例示的な実施形態による例示的な反応器を示す。
【図５】実施例を示すブロック図である。
【図６】実施例の写真を示す。
【図７】実施例の写真を示す。
【図８】硫化水素を水素ガスおよび硫黄に分解するための、例としての光反応器の長さ方向断面図である。
【図９】管組立体の断面図である。
【図１０】図８の光反応器を定常波と共に示す。
【図１１】複数の管組立体を有する別の例としての光反応器の断面図である。
【図１２】本主題のいくつかの実施形態による例としての光反応器の図である。
【図１３】本主題のいくつかの実施形態による例としての光反応器の図である。
【図１４】本主題のいくつかの実施形態による例としての光反応器の図である。
【図１５】本主題のいくつかの実施形態による例としての光反応器の図である。
【図１６】本主題のいくつかの実施形態による例としての光反応器の図である。
【図１７】本主題のいくつかの実施形態による例としての光反応器の図である。
【図１８】硫化水素を分解するための例としてのシステムを示す。
【図１９】図１８の例としてのシステムのさまざまな図を示す。
【図２０】図１８の例としてのシステムのさまざまな図を示す。
【図２１】図１８の例としてのシステムのさまざまな図を示す。
【図２２】図１８の例としてのシステムのさまざまな図を示す。
【図２３】図１８の例としてのシステムのさまざまな図を示す。
【図２４】図１８の例としてのシステムのさまざまな図を示す。
【図２５】図１８の例としてのシステムのさまざまな図を示す。
【図２６】例としてのマイクロ波源の図を示す。
【図２７】例としてのマイクロ波源の図を示す。
【図２８】例としてのマイクロ波源の図を示す。
【図２９】例としてのマイクロ波源の図を示す。
【図３０】例としての脱硫処理フローを示すシステムブロック図である。
【図３１】生ガスを処理するためのバイオガス蒸留所の例としてのプロセスのシステムブロック図を示すシステムブロック図である。
【図３２】図３１に示される例としてのプロセスを実施するための例としてのシステムである。
【図３３】例としての気固分離器を示す図である。
【図３４】例としての気固分離器を示す図である。
【図３５】例としての気固分離器を示す図である。
【図３６】光反応器の例としてのアレイのさまざまな図を示す。
【図３７】光反応器の例としてのアレイのさまざまな図を示す。
【図３８】光反応器の例としてのアレイのさまざまな図を示す。
【図３９】光反応器の例としてのアレイのさまざまな図を示す。
【図４０】光反応器の例としてのアレイのさまざまな図を示す。
【図４１】光反応器の例としてのアレイのさまざまな図を示す。
【図４２】本主題の例示的な実施形態による例示的な反応器のさまざまな図を示す。
【図４３】本主題の例示的な実施形態による例示的な反応器のさまざまな図を示す。
【図４４】本主題の例示的な実施形態による例示的な反応器のさまざまな図を示す。
【図４５】本主題の例示的な実施形態による例示的な反応器のさまざまな図を示す。
【図４６】本主題の例示的な実施形態による例示的な反応器のさまざまな図を示す。
【図４７】本主題の例示的な実施形態による例示的な反応器のさまざまな図を示す。
【図４８】本主題の例示的な実施形態による例示的な反応器のさまざまな図を示す。
【００２４】
さまざまな図面における同様の参照記号は、同様の要素を示す。
【００２５】
〔詳細な説明〕
本明細書で使用される「反応器」という用語は、化学反応が起こり得るチャンバまたは容器を指す。反応器は、反応のための特定の容積を維持するために提供されてもよく、さらに、反応の温度および／または圧力を制御する機能を備えてもよい。
【００２６】
本明細書で使用される「硫黄」および「硫黄生成物」という用語は、元素硫黄を含む化合物を指す。特定の実施形態では、元素硫黄は、通常の状態で、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９またはＳ１２、Ｓ１８などの固体多原子分子で存在し得る。
【００２７】
「解離」という用語は、少なくとも２つの原子間の結合切断を指す。
【００２８】
「結合解離エネルギー」という用語は、少なくとも２つの原子間の結合を切断するのに必要なエネルギー量を指す。
【００２９】
「放射（radiating）」という用語は、光または熱の形態のエネルギーを物体に放出することを指す。
【００３０】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、主題を限定することを意図していない。本明細書で使用されるように、単数形「１つの（a）」、「１つの（an）」および「その（the）」は、文脈で別段明確に指示しない限り、複数形も含むことを意図する。さらに、本明細書で使用される場合、用語「含む（comprises）」および／もしくは「含む（comprising）」または「含む（includes）」および／もしくは「含む（including）」は、述べられた特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素および／または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素、構成要素および／またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことが理解されるであろう。
【００３１】
特に言及されない限り、または文脈から明らかでない限り、本明細書で使用される用語「約」は、当技術分野における通常の許容誤差の範囲以内、例えば平均から２標準偏差以内、と理解される。「約」は、記載された値の１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、１％、０．５％、０．１％、０．０５％または０．０１％以内と理解することができる。文脈から特に明確でない限り、本明細書で提供されるすべての数値は、「約」という用語によって修飾される。
【００３２】
本主題は、実質的に均質な元素硫黄を含む硫黄または硫黄生成物を生成することを含むことができる。元素硫黄は、脱硫プロセスから、例えば、天然ガス、石炭、原油または石油から硫黄含有化合物を除去し、除去された硫黄含有化合物を元素硫黄に変換することによって、得ることができる。本主題は、燃料を処理することに限定されず、大量の硫化水素および廃棄物処理施設からのバイオガスを含むことができる糖蜜処理施設内での脱硫などの他の用途にも及ぶことができる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、脱硫は、硫化水素を水素および元素硫黄に分解するために、硫化水素にマイクロ波およびＵＶ光を放射することによって実施することができる。マイクロ波は、硫化水素を熱的に励起し、それによって結合振動を有益に引き起こし、結合長を増加させるのに役立ち得、ＵＶ光は結合解離を引き起こすことができる。結果として、本システムおよび方法は、イオン化を伴わず、むしろ硫化水素結合を開裂することを伴う。硫化水素の熱的励起は、有利には、硫化水素がＵＶ光を吸収する能力を増大させ、その結果、結合解離がより大きくなり、その結果、元素硫黄を生成する。さらに、硫化水素の熱的励起は、より大きい結合浸透力を有する、より高いＵＶ波長を使用して結合解離をもたらす能力を提供し、したがって、そうでなければより低いＵＶ波長では起こらない、水素結合のより効果的な開裂をもたらす。
【００３４】
さらに、いくつかの実施形態では、マイクロ波は定常波を形成することができ、これは、硫化水素の極性のため、硫化水素の分子位置を調整することができ、それによって有効ＵＶ吸収面積を増大させ、それによって、定常波が使用されない場合と比較して、元素硫黄生成を増大させる。無電極ＵＶランプをＵＶ光源として使用することができ、ＵＶランプは、硫化水素も放射しているマイクロ波源によって駆動することができる。
【００３５】
硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスは、精油所の処理中に豊富に生成され得るか、または天然ガスの成分として収集され得る。したがって、硫化水素は、硫黄生成のための有用な資源を提供することができる。硫化水素は、本システムおよび方法を使用して水素ガスおよび元素硫黄に分解され得、従来のシステムおよび方法と比較して、より高い収率を生じる。これは、従来のシステムおよび方法と比較して、本システムおよび方法は、より速い速度でＳ−Ｈ結合を解離させ、それによって保持時間を減少させ、より少ない量のエネルギーを使用してＳ−Ｈ結合を解離させることができるためである。その結果、結合解離中の他の種の形成を低減させるか、または最小限に抑えることができる。
【００３６】
硫化水素は、エネルギー入力時に解離することができる２つのＳ−Ｈ結合を含む。Ｈ２Ｓ中の硫化水素結合は、連続的に切断または解離され得る。例えば、第１の結合は、第１の結合解離エネルギーよりも大きい十分なエネルギー、例えば２９８Ｋで３８１ＫＪ／ｍｏｌ、が印加されると切断され得、第２の結合は、第２の結合解離エネルギーよりも大きいエネルギー、例えば２９８Ｋで３４４ＫＪ／ｍｏｌ、が印加されると切断され得る。
Ｈ２Ｓ（ｇ）→Ｓ（ｓ）＋Ｈ２（ｇ）          （１）
Ｈ２Ｓ→Ｈ＋ＳＨ  ３８１ＫＪ／ｍｏｌ        （２）第１のＳ−Ｈ結合切断
（２９８Ｋの温度で）
Ｈ−Ｓ→Ｈ＋Ｓ    ３４４ＫＪ／ｍｏｌ        （３）第２のＳ−Ｈ結合切断
（２９８Ｋの温度で）
【００３７】
図１において、反応（１）の理論速度定数はさまざまな温度範囲内で示されている。例えば、速度定数は、特定の温度条件での硫化水素の分解反応のための活性化エネルギーによって決定され得る。
【００３８】
しかしながら、理論に束縛されることを望むものではないが、硫化水素結合の第１および第２の解離は、硫化水素反応体分子に十分なエネルギーを供給することによって開始され、実行され得る。硫化水素のＳ−Ｈ結合を解離させるためのエネルギーは、光を放射することにより供給され得る。例えば、光放射は、紫外線範囲内であってよい。以下の表１は、さまざまな波長におけるＵＶ光のエネルギーを列挙する。
【表１】
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【００３９】
硫化水素光の第１および第２のＳ−Ｈ結合を切断するのに十分なエネルギーを有するＵＶ光は、硫黄を生成する所望の量または収率が得られるまで、適切な時間照射され得る。例えば、ＵＶ放射は、約０．０１秒〜１５分、約１秒〜３０秒、または約０．０１秒〜１５秒の間実行され得る。ＵＶ放射は、これらの列挙された範囲のいずれからも外れない時間にわたって実行され得ることも企図される。
【００４０】
さらに、Ｓ−Ｈ結合の各解離は、さまざまな温度範囲で開始され、実行され得る。好ましくは、温度は約２７℃〜３５℃、約２０℃〜４０℃、または約０℃〜１２５℃の範囲であり得る。例えば、硫化水素の結合解離エネルギーまたは反応を開始させるための活性化エネルギーは、種々の温度範囲で異なっていてよく、反応（１）〜（３）に必要なエネルギーは、反応温度に基づいて適宜決定され得る。また、温度は、これらの列挙された範囲のいずれからも外れないことが企図される。
【００４１】
硫黄を生成するための硫化水素は、約８０体積％、８５体積％、９０体積％、９５体積％、または９９体積％を超える実質的に均質な均質性であり得る。いくつかの実施形態において、硫化水素は、約０．１ＭＰａ〜２０ＭＰａ（約１バール〜２００バール）の圧力を有するように圧縮され得る。特定の実施形態では、硫化水素は、約１０．１３ｋＰａ〜１０１３ｋＰａ（約０．１ａｔｍ〜１０ａｔｍ）、約１０．１３ｋＰａ〜１０１．３ｋＰａ（約０．１ａｔｍ〜１ａｔｍ）、または約１０．１３ｋＰａ〜５０．６６ｋＰａ（約０．１ａｔｍ〜０．５ａｔｍ）の圧力を有するように圧縮される。また、圧力は、これらの列挙された範囲のいずれからも外れないことが企図される。
【００４２】
いくつかの実施形態では、硫化水素は、システム内への硫化水素の供給温度に少なくとも部分的に依存して、（マイクロ波を介して生成される）高温ガスの形態で加熱または供給されてもよい。特定の実施形態では、硫化水素は、約２５℃〜２００℃、約８０℃〜１２０℃、約１００℃の温度で高温ガスとして加熱または供給される。また、温度は、これらの列挙された範囲のいずれからも外れないことが企図される。温度は、これらの列挙された値のいずれかの間であり得ることがさらに企図される。
【００４３】
他の実施形態では、水素は、蒸気の形態で加熱または供給され得る。
【００４４】
分解された硫化水素は、水素ガスおよび元素硫黄を生成する。硫黄生成物は、反応が完了した後、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９またはＳ１２、Ｓ１８などの分子式を有する固体形態で得ることができる。硫黄生成物は、実質的に均質であり、約８０原子％、８５原子％、９０原子％、９５原子％、または９９原子％を超える均質性を含むことができる。好ましくは、硫黄生成物は、約５ｍｍ未満、約１ｍｍ未満、約９００μｍ未満、約８００μｍ未満、約７００μｍ未満、約６００μｍ未満、約５００μｍ未満、または約１００μｍ〜５００μｍの平均直径を有する粒子の形態であり得る。加えて、水素ガスは、硫黄生成物から分離されるものとして収集されてもよく、約８０体積％、８５体積％、９０体積％、９５体積％、または９９体積％を超える均質性を有し得る。いくつかの実施形態では、硫黄は非晶質であり得る。
【００４５】
本主題は、脱硫プロセスによって硫黄または元素硫黄を生成する方法を含むことができる。この方法は、硫化水素を反応器内に供給することと、硫化水素を分解することと、を含むことができる。
【００４６】
硫化水素は連続的に供給され得る。いくつかの実施形態では、硫化水素ガスは、反応器内で、約１０．１３ｋＰａ〜１０１３ｋＰａ（約０．１ａｔｍ〜１０ａｔｍ）、約１０．１３ｋＰａ〜１０１．３ｋＰａ（約０．１ａｔｍ〜１ａｔｍ）、または約１０．１３ｋＰａ〜５０．６６ｋＰａ（約０．１ａｔｍ〜０．５ａｔｍ）の分圧を維持するように供給または提供され得る。また、圧力は、これらの列挙された範囲のいずれからも外れないことが企図される。
【００４７】
あるいは、反応器中の硫化水素の初期圧力は、約１０．１３ｋＰａ〜１０１３ｋＰａ（約０．１ａｔｍ〜１０ａｔｍ）、約１０．１３ｋＰａ〜１０１．３ｋＰａ（約０．１ａｔｍ〜１ａｔｍ）、約１０．１３ｋＰａ〜５０．６６ｋＰａ（約０．１ａｔｍ〜０．５ａｔｍ）であってよい。また、初期圧力は、これらの列挙された範囲のいずれからも外れないことが企図される。初期圧力は、これらの列挙された値のいずれかの間であり得ることがさらに企図される。
【００４８】
反応器は、約２７℃〜３５℃、２０℃〜４０℃、または約０℃〜約１２５℃の温度範囲を有してよく、あるいは代わりに、硫化水素の分解は、２７℃〜３５℃、２０℃〜４０℃、または約０℃〜約１２５℃の温度範囲で実行されてもよい。例えば、反応器は、火炎、電気炉、空気流などを使用して加熱され得る。一実施形態では、硫化水素の分解は、ほぼ周囲温度で実行され得る。また、温度は、これらの列挙された範囲のいずれからも外れないことが企図される。他の実施形態では、温度は、これらの列挙された値のいずれかの間であり得る。
【００４９】
反応器中の硫化水素を分解するためにエネルギーを供給することができる。硫化水素を分解または解離させるためのエネルギー源は、ＵＶ光であってよい。ＵＶ光は、約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍ、約２８０ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約２９０ｎｍ〜約３００ｎｍの範囲の波長を有することができる。ＵＶ光は、約０．０１秒〜１５分間、約１秒〜３０秒間、または約０．０１秒〜１５秒間放射され得る。ＵＶ光は、これらの列挙された時間範囲のいずれからも外れない期間にわたって放射され得ることも企図される。ＵＶ光は、これらの列挙された値のいずれかの間の期間にわたって放射され得ることがさらに企図される。
【００５０】
本主題の例示的な実施形態では、天然ガスから硫黄を生成する方法が提供される。図２に示すように、大量の硫化水素（Ｈ２Ｓ）または他の硫黄化合物を含有する天然ガス（例えばメタン混合物）を脱硫することができる。脱硫方法は、特に限定されるものではなく、製油所で一般的に使用されている方法であれば、特に限定されずに使用することができる。
【００５１】
天然ガスは、水または水蒸気（Ｈ２Ｏ）を除去するために処理、例えば乾燥され、硫化水素および二酸化炭素（ＣＯ２）を分離するためにさらに処理され得る。必須ではないが、この水蒸気および二酸化炭素からの硫化水素の分離は、本脱硫プロセス中の酸素の存在を最小限にする点で有益であることが分かっている。単一の理論に束縛されることを望むものではないが、脱硫プロセス中の酸素の存在は、本脱硫プロセスの効率に悪影響を与えると考えられる。分離された硫化水素は、分解反応が起こり得る反応チャンバに移送され得る。硫化水素は、その制御された温度および分圧または内圧において、高温蒸気または気相中に存在し得る。分解は、所望の生成物収率が得られるまでＵＶ光を放射することによって実行され得る。
【００５２】
本主題の例示的な実施形態では、ディーゼル燃料（石油）から硫黄を生成する方法が提供される。図３に示されるように、硫黄化合物を含有するディーゼル油は、前述したように脱硫され得る。例えば、ディーゼル燃料を気化させることができ、水素ガスを添加することにより、ディーゼル蒸気中の硫黄化合物から硫化水素を生成することができ、続いて硫化水素ガスを分離することができる。分離された硫化水素は、硫黄生成物を生成するための反応器に移すことができる。硫化水素は、その制御された温度および分圧または内圧において、高温蒸気または気相中に存在し得る。分解は、所望の生成物収率が得られるまでＵＶ光を放射することによって実行され得る。
【００５３】
硫化水素ガスを分解するためのＵＶ光放射はまた、初期反応条件、例えば、初期反応ガス（硫化水素）の温度および圧力に基づいて、または生成物収率を監視することによって、連続的に制御され得る。ＵＶ光放射装置は、時間、強度、または波長などのパラメータを調節することによって連続的に制御することができる。
【００５４】
硫黄を生成する方法は、結合解離後に水素ガスから硫黄生成物を分離し、収集することを含み得る。水素ガスは、例えば反応器の出口を介して換気され得、または水素ガスは、ガス透過性膜を使用して濾過され得る。いくつかの実施形態では、水素ガスは、別個に収集され、再循環され得る。
【００５５】
硫黄を生成する方法は、硫黄生成物を冷却することをさらに含み得る。冷却された硫黄生成物は、安定化され、粒子化され得る。例えば、このようにして生成された硫黄は、前述したような粒子、例えば微粒子中に形成され得、処理された硫黄生成物は、さまざまな化学反応およびプロセスのための原料として使用され得る。
【００５６】
図８は、硫化水素を水素ガスおよび硫黄に分解するための、例としての光反応器８００の長さ方向断面図である。光反応器８００は、（例えば、炭化水素処理設備内にある）硫化水素源に連結され、かつ／または水素ガスから硫黄を分離するために気固分離器に連結され得る。光反応器８００は、マイクロ波源８０５、第１のチャンバ８１０、第２のチャンバ８１５、および第３のチャンバ８３５を含むことができる。光反応器８００は、ほぼ円筒形状（例えば、管）に形成することができる。
【００５７】
第１のチャンバ８１０は、硫化水素を含む入力流を受け入れるための入口８１２を含むことができる。第１のチャンバ８１０は、第２のチャンバ８１５に隣接することができ、入力流は、硫化水素を含むことができ、第１のチャンバ８１０から開口部８１４を通って第２のチャンバ８１５内に流れることができる。第１のチャンバ８１０は、ステンレス鋼など、石油処理に適した材料で形成することができる。
【００５８】
第２のチャンバ８１５は、主軸に沿って細長く円筒形であり得る。第２のチャンバ８１５は、示された実施例では第２のチャンバ８１５の壁によって形成される、導波管８２０を含むことができる。したがって、第２のチャンバ８１５は、ステンレス鋼などの適切な導電性材料で形成される。いくつかの実施形態では、導波管８２０は、別の構造によって形成されてもよい。導波管８２０は、第１のチャンバ８１０に隣接していない第２のチャンバ８１５の端部にある第１の導波管端部８２２と、第１のチャンバ８１０に隣接する第２の導波管端部８２４と、を含む。図８に示すように、第１の導波管端部８２２は、第２のチャンバ８１５の端部と一体化されている。第２のチャンバ８１５は、第１のチャンバ８１０に隣接していない出口８２６を含むことができる。
【００５９】
管組立体８３０は、第２のチャンバ８１５内に存在することができ、第２のチャンバ８１５の主軸に沿って延びることができる。紫外光源８２５もまた、管組立体８３０内に存在し得る。さらに、紫外光源８２５、負電極８２７および陽電子８２９は、管組立体８３０内に存在することができる。負電極８２７および正電極８２９は、紫外光源８２５の外部にあり、導波管８２０の内部にあることができる。負電極８２７および正電極８２９は、板状であることができる。負電極８２７は、紫外光源８２５の上方に位置するか、または配置され得、正電極８２９は、紫外光源８２５の下方に位置するか、または配置され得る。図９は、管組立体８３０の断面図である。図９に示される断面図は、図８の断面図に垂直である。
【００６０】
他の実施形態では、紫外光源８２５に加えて、プロトン交換膜が管組立体８３０内に存在し得る。
【００６１】
いくつかの実施形態では、管組立体８３０の壁８３２は、紫外線およびマイクロ波エネルギーの両方に対して透過性である。壁８３２は、石英などの適切に透過性の材料で形成され得る。いくつかの実施形態では、壁８３２は、内面から導波管８２０まで延びる。石英または他の適切な材料（例えば、ガラス）は、構造的支持を提供し得、紫外線およびマイクロ波エネルギーに対して透過性であり得る。
【００６２】
紫外光源８２５は、無電極ランプを含むことができ、無電極ランプは、光を発生させるのに必要な電力が電場または磁場を介してランプの外部から内部のガスに伝達される、ガス放電ランプを含むことができる。これは、ランプを通過する導体によって電源に接続される内部電極を使用するガス放電ランプとは対照的である。無電極ランプには、電極は故障する可能性があるためランプ寿命が延びること、および電極と接触した場合に反応するであろうより高い効率の内部ガスを使用することができるため電力が節約できることを含む、いくつかの利点があり得る。
【００６３】
さらに、当業者は、本明細書に提示されるシステムおよび方法において、プラズマとは対照的に、無電極ランプの使用が利点を有し得ることを理解するであろう。例えば、プラズマと比較して、無電極ランプを使用することの１つの利点は、プラズマが電気に大きく依存し、したがって、かなりの量の電気を消費するため、コストが節約されることである。別の利点としては、プラズマと比べて無電極ランプの寿命が延びることが含まれ得る。残念ながら、プラズマアークによって発生し得る高温、アーク移動度の低下（decreased arc mobility）などのために、電極は、使用中に時期尚早に故障するか、または腐食する可能性があり、それによって電極寿命が短くなる。さらに、放射源としてプラズマを使用することは、点火、持続可能性、および閉じ込めなど、それ自体の欠点を有する可能性がある。
【００６４】
紫外光源８２５は、例えば、１００ｕｍ〜３００ｕｍ、２８０ｕｍ〜３００ｕｍなどの波長範囲内の光を発生させることができる。ランプに含まれるガスは、アルゴン、水銀、およびヨウ素を含むことができる。いくつかの実施形態では、ランプは、２５ＫＰａのアルゴンおよび２０ｍｇの水銀を含むことができる。他のガス、量、および圧力も可能である。
【００６５】
第２のチャンバ８１５、紫外光源８２５、負電極８２７、および正電極８２９は、細長く、第２のチャンバ８１５の主軸に沿って延びることができる。
【００６６】
第３のチャンバ８３５は、第２のチャンバ８１５に隣接することができ、２つの出口（第１の出口８３７および第２の出口８３９）を含むことができる。第３のチャンバ８３５は、第１の出口８３７を通じて水素ガスを抽出し、第２の出口８３９を通じて硫黄および存在する任意の他の材料を抽出するための初期分離空間として機能することができる。いくつかの実施形態では、第３のチャンバ８３５は、サイクロンなどの気固分離器を含むことができ、第２のチャンバ８１５と一体である必要はない。
【００６７】
マイクロ波源８０５は、第１のチャンバ８１０に隣接することができ、マイクロ波エネルギーを放射するためのエミッタ８０７を含むことができる。マイクロ波源８０５は、２００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの周波数（対応する波長１００ｃｍ〜０．１ｃｍ）で電磁エネルギーを放出することができる。一実施形態では、マイクロ波源８０５は、約９００ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚの周波数で電磁エネルギーを放出する。いくつかの実施形態では、マイクロ波源８０５は、約２．４５ＧＨｚの周波数で電磁エネルギーを放出する。本マイクロ波源は、これらの列挙された値のいずれかの間の周波数でマイクロ波を放出し得ることも企図される。
【００６８】
マイクロ波源８０５は、第１のチャンバ８１０および第２のチャンバ８１５の導波管８２０内にマイクロ波エネルギーを放射し、紫外光源８２５に接触するように配置することができる。マイクロ波エネルギーが紫外光源８２５に接触すると、紫外光源８２５は紫外線を発生させることができる。いくつかの実施形態では、マイクロ波源８０５は、マイクロ波エネルギーが第１のチャンバ８１０を通過して第２のチャンバ８１５に到達するように、マイクロ波エネルギーを放射するように配置することができる。マイクロ波源８０５によって生成されるマイクロ波エネルギーは、第１のチャンバ８１０内に存在する硫化水素を熱的に励起し、同時に紫外光源８２５を駆動／励起することができる。そのような配置は、硫化水素を熱的に励起すること、および紫外線を発生させることの両方に役立つことができ、その両方が結合解離に寄与する（例えば、硫化水素から水素ガスおよび元素硫黄を生成する）ので、放射エネルギーがほとんど失われないという点で効率的となり得る。さらに、この配置は、不要な熱加熱にエネルギーがほとんど浪費されずに、結合解離に必要なエネルギー量のみがシステムに入力されるように、マイクロ波源の調整を可能にすることができる。
【００６９】
第１の導波管端部８２２および第２の導波管端部８２４は、第２のチャンバ８１５内に放射されたマイクロ波エネルギーが反射されるので、第２のチャンバ８１５および／または導波管８２０が共振器として機能するように、形成することができる。この配置は、第２のチャンバ８１５および／または導波管８２０内で前後に反射された波の間の干渉の結果として、第２のチャンバ内に定常波の形成をもたらすことができる。定常波（定在波とも呼ばれる）は、波の軸上の各点が関連する一定の振幅を有する波を含むことができる。例えば、図１０は、定常波１００５が示された図８の光反応器８００を示す。振幅が最小となる位置を節と呼び、振幅が最大となる位置を腹と呼ぶ。光反応器８００は、定常波の正の振幅値が正電極８２９に位置し、定常波の負の振幅値が負電極８２７に位置するように設計／制御することができる。
【００７０】
動作中、硫化水素ガスの流れは、ある圧力および温度下で入口８１２に導入される。硫化水素ガスは、マイクロ波源８０５によって放射されるマイクロ波の形態のマイクロ波エネルギーと接触する。マイクロ波エネルギーと接触すると、硫化水素は熱的に励起される。熱的に励起された硫化水素は、管組立体８３０の内部を含む第２のチャンバ８１５内に流入する。熱的に励起された硫化水素は、定常波と接触する。硫化水素は、分子が電子の不均一な分布を有する点で極性であるため、分子は正に帯電した側と、負に帯電した側と、を有する。定常波の存在下での硫化水素は、それ自体を定常波と整列させる（例えば、配向させる）。これは、紫外線吸収のための分子の有効断面積を増加させる。その結果、定常波および紫外線に曝露された硫化水素は、定常波の存在下にない硫化水素よりも、紫外線から多くのエネルギーを吸収する。
【００７１】
紫外線に曝露された、熱的に励起された硫化水素は、結合解離ならびに水素イオン（Ｈ＋）および硫黄イオン（Ｓ２−）の生成をもたらし得る。水素は負電極８２７に引き付けられ得、硫黄は正電極８２９に引き付けられ得る。これは、水素および硫黄を物理的に分離させ、これによって、これらのラジカルが反応して硫化水素を形成する量および可能性を低減する。これは、一種のクエンチング（例えば、逆反応を停止または減少させる）として作用し得る。負電極８２７は、水素が硫黄よりも軽い（したがって、硫黄が重力によって下方に引っ張られる）ため、正電極８２９の上方に配置することができる。あるいは、正電極８２９および負電極８２７は、一種のクエンチングとして作用し得るプロトン交換膜と置き換えられ得る。
【００７２】
第２のチャンバ８１５内の硫化水素の滞留時間は、第２のチャンバ８１５の長さおよび光反応器８００内への硫化水素の流量を制御することによって制御することができる。さらに、マイクロ波源８０５および紫外光源８２５によって硫化水素に付与されるエネルギーは、必要な滞留時間に影響を及ぼし得る。
【００７３】
水素および硫黄は、第２のチャンバ出口８２３を通って第２のチャンバ８１５から出ることができ、より軽い水素は、第１の出口８３７を通って出ることができ、より重い硫黄は、第２の出口８３９を通って出ることができる。いくつかの実施形態では、サイクロンなどの気固分離器を使用することができる。
【００７４】
前述した例としての動作は、光反応器８００への入力として提供される純粋な硫化水素を用いて記載されているが、汚染物質も含まれ得る。一般的な汚染物質としては、二酸化炭素、メタン、および他の炭化水素が含まれ得る。これらの汚染物質は、硫黄と共に第２の出口８３９を通って光反応器８００から出ることができる。汚染物質がマイクロ波エネルギーおよび紫外線に曝露されると、より多くのエネルギーが消費されるので、硫化水素中の汚染物質の量を減少させることによって、システム中のエネルギー効率が改善される。
【００７５】
さらに、紫外光源８２５によって発生する紫外線の周波数／波長は、マイクロ波源８０５を制御および／または修正することによって変化させることができる。マイクロ波エネルギーの周波数／波長を変化させることによって、紫外光源８２５によって発生する光の周波数を変化させることができる。紫外線の周波数／波長を変化させることにより、操作者は、効率を改善するために、入力流中の予想される汚染物質に基づいて光反応器８００を調整することができる。紫外線の周波数／波長は、硫化水素がより高い吸収係数を有し、汚染物質がより低い吸収係数を有する周波数／波長に同調させることができる。したがって、光反応器８００のいくつかの実施形態は、各適用に合わせて再設計される必要はない。
【００７６】
いくつかの実施形態は、平行に配置された複数の管組立体８３０を含むことができる。例えば、図１１は、複数の管組立体８３０を有する別の例としての第２のチャンバ８１５の断面図である。図１１に示される断面図は、図８の断面図に垂直である。管組立体８３０は、第２のチャンバ８１５内に配置され、それぞれ、それ自体の紫外光源８２５、負電極８２７、および正電極８２９を有することができる。管組立体間の領域１１０５は、石英などの、紫外線およびマイクロ波エネルギーの両方に対して透過性である材料から形成され得る。図１１の配置は、１つの紫外光源８２５から放出された光が、その管組立体８３０内の硫化水素を照射するだけでなく、その他の管組立体８３０内の硫化水素も照射することを可能にする。複数の紫外光源８２５は、共通のマイクロ波源８０５によって励起／駆動され、共通の導波管内に存在することができる。いくつかの実施形態では、各管組立体８３０は、それぞれの導波管８２０を含む。
【００７７】
図１２〜図１７は、本主題のいくつかの実施形態による例としての光反応器８００の図である。
【００７８】
図１８は、硫化水素を分解するための例としてのシステム１８００を示す。システム１８００は、光反応器８００、硫化水素源１８０５、および気固分離器１８１０を含む。図１９〜図２５は、例としてのシステム１８００のさまざまな図を示す。
【００７９】
図２６〜図２９は、例としてのマイクロ波源８０５の図を示す。示される実施例では、マイクロ波源８０５は、マグネトロンである。
【００８０】
図３０は、例としての脱硫処理フロー３０００を示すシステムブロック図である。３０１０において、硫化水素が供給される。３２０において、硫化水素は、プロセスチューブ（例えば、第１のチャンバ８１０）内に存在する。３０３０において、硫化水素は、光分解を用いて（例えば、第２のチャンバ８１５内で）分解される。３０４０において、分離器（例えば、サイクロン）３０４０が、分解された硫化水素を水素ガス３０５０と硫黄３０６０とに分離する。
【００８１】
図３１は、生ガスを処理するための廃棄物蒸留所のための例としてのシステム３１００を示すシステムブロック図である。生ガスは、硫化水素、二酸化炭素、およびメタンを含むことができる。生ガスは、例えば、動物の排泄物から生成することができる。システム３１００は、生ガスから硫化水素、二酸化炭素およびメタンを除去し、さらに硫化水素を水素ガスおよび硫黄に分解することができる。システム３１００は、さらなる処理のために入力流を冷却するために、プロセス中のさらなる下流から低温流をフィードバックする１つ以上のエネルギー再循環回路を含むことができる。このアプローチは、エネルギーを再循環させ、冷却ユニットへの負荷を低減する。
【００８２】
システム３１００は、生ガス受容ユニット３１０５、生ガス予冷器３１１０、硫化水素凝縮器３１１５、二酸化炭素過冷却器３１２０、二酸化炭素凝縮器３１２５、および後置冷却器タンク３１３０を含む。
【００８３】
生ガス受容ユニット３１０５は、硫化水素、二酸化炭素、およびメタンなどの炭化水素を含む生ガスを受け取る。生ガスは、生ガス予冷器３１１０で予冷され、これにより生ガスの温度が低下する。生ガス予冷器３１１０は、硫化水素出力流３１１２と熱交換する（例えば、原料ガス流の温度を低下させながら、硫化水素出力流３１１２の温度を上昇させる、入力流間で熱交換する）熱交換器を含むことができる。冷却された生ガスは硫化水素凝縮器３１１５で凝縮させることができる。硫化水素凝縮器３１１５は、生ガスから硫化水素を分離し、それによって硫化水素出力流３１１２および脱硫された生ガス流３１１７を生成することができる。硫化水素出力流３１１２は、液体とすることができ、前述したように生ガス予冷器３１１０を通して再循環させることができる。
【００８４】
脱硫された生ガス３１１７は、気相の二酸化炭素およびメタンを含み、その後、二酸化炭素過冷却器３１２０で冷却される。二酸化炭素過冷却器３１２０は、脱硫された生ガス３１１７を高温入力流として取り込み、冷却されたメタン流３１３２を低温入力流としてさらに取り込む、熱交換器を含むことができる。二酸化炭素過冷却器３１２０は、脱硫された生ガス３１１７の温度を低下させながら、冷却されたメタン流３１３２の温度を上昇させる。二酸化炭素凝縮器３１２５は、脱硫された生ガス３１１７から二酸化炭素を凝縮することができる。二酸化炭素凝縮器３１２５は、二酸化炭素およびメタンを分離し、それによって二酸化炭素出力流３１２２およびメタン流３１２７を生成することができる。二酸化炭素出力流３１２２は、硫化水素凝縮器３１１５を通して、熱交換器への低温入力流として再循環させることができる。同様に、メタン流３１２７は、後置冷却器タンク３１３０に貯蔵することができ、その出力はメタン流３１３２とすることができ、これは、二酸化炭素過冷却器３１２０の熱交換器への低温入力流として使用することができる。冷却されたメタン流３１３７は貯蔵タンク３１４０に貯蔵することができる。
【００８５】
二酸化炭素凝縮器３１２５は、二酸化炭素およびメタンを凝縮／分離するために二酸化炭素凝縮器３１２５によって使用される、液体を冷却するための回路を含む、二酸化炭素熱電気冷却要素３１４５によって駆動することができる。二酸化炭素凝縮器３１２５は、熱電気冷却要素３１４５からの冷却された流れと、二酸化炭素過冷却器３１２０から受け取った比較的温かい二酸化炭素およびメタンガスとの間で熱を交換するための熱交換器を含むことができる。この実施例は熱電気冷却要素を示すが、他の冷却要素も可能である。
【００８６】
システム３１００は、プロセスのより早い段階で冷却を行うために、出力流３１１２、３１２２、および３１３２を再循環させるので、二酸化炭素熱電気冷却要素に対する必要な冷却負荷が低減される。
【００８７】
硫化水素凝縮器３１１５に入るときに液体であり得る二酸化炭素出力流３１２２が加温されると、これは出力ガス３１４７として提供され得る。同様に、生ガス予冷器３１１０に入るときに液体であり得る硫化水素出力流３１１２が加温されると、これは出力ガス３１５０として提供され得る。
【００８８】
いくつかの実施形態では、出力硫化水素ガス３１５０は、図８に関して前述したような光反応器８００および気固分離器１８１０を使用して、硫黄３１５５および水素３１６０に分解され得る。
【００８９】
３１２０において、生ガスは、炭化水素（メタンなど）および他の汚染物質（二酸化炭素など）から硫化水素を分離するために冷却される。３１３０において、除去された硫化水素は、例えば、図３０に記載されるプロセスを使用して、硫黄および水素ガスを生成するように処理され得る。３１４０において、硫化水素を含まない炭化水素および他の汚染物質が処理され得る。
【００９０】
図３２は、図３１に示される例としてのシステム３１００の変形例のシステムブロック図である。
【００９１】
図３３〜図３５は、サイクロンの形態の、例としての気固分離器１８１０を示す図である。
【００９２】
いくつかの実施形態では、任意のプロセスをスケーリングするために、光反応器のアレイを並行して使用することができる。例えば、図３６〜図４１は、光反応器の例としてのアレイのさまざまな図を示す。各光反応器は、硫化水素が通過することができるチャンバを含む。チャンバ内には、硫化水素を照射し、硫化水素を水素および硫化物に分解するための少なくとも１つの紫外光源がある。図３６において、反応器のアレイは、９つの反応器（３×３のアレイ）を含み、これは、入力流を９つの別個の流れに分割し、それぞれの流れを独立してかつ並行して処理し得る。９つの出力流は、さらなる処理のために再結合することができ、または別個の流れとして維持することができる。他の実施形態も可能であり、例えば、図４１は５つの紫外線チャンバを示す。光反応器の別の例示的なアレイが図４８に示され、ここでは、光反応器２０００のアレイは、４つの光反応器２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃ、および２０００ｄを含む。
【００９３】
本主題による別の例としてのシステムまたは器具は、電子モジュール、ランプモジュール、マイクロ波モジュール、反応器モジュール、センサモジュール、抽出モジュール、取り付け構造体、パイプ／取付具、制御モジュール、送風機モジュール、分離器／回収モジュール、および安全モジュールを含むことができる。電子モジュールは、マイクロコントローラおよび電力コントローラを含むことができる。ランプモジュールは、無電極ランプおよびランプマウントを含むことができる。マイクロ波モジュールは、マグネトロン、電力ユニット、および導波管を含むことができる。反応器モジュールは、連続撹拌反応器（ＣＳＴＲ）、マウント、センサのポート（熱、圧力、流量、ＵＶ、Ｈ２センサ、Ｈ２Ｓセンサ、マルチガスセンサなど）、および配線ハーネス／導管を含むことができる。センサモジュールは、温度、圧力、ＵＶ、流量、バルブ／アクチュエータ位置、およびガスセンサ（Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯ２など）を含むことができる。抽出モジュールは、サイクロン、冷却コイル、熱電冷却器、ラジカルを回収するための電極（例えば、プレート）、およびゲート／バルブアクチュエータを含むことができる。取り付け構造体は、管、サイクロン、マイクロ波モジュール、センサモジュール、電子モジュール、フレーム、および（角度、チャネル、ビームなど）を含むことができる。配管および取付具は、パイプ、エルボー、径違い継手、Ｔ字管、プラグ、およびバルブを含むことができる。コマンドおよび制御モジュールは、コンピュータおよびデータ収集ボードを含むことができる。安全モジュールは、安全（圧力）解放システム、水素制御システム、環境監視システム、および偶発的なＵＶ曝露保護システムを含むことができる。送風機モジュールは、タイプ：遠心機；スクリューなど；容量（サイズ）：ＣＦＭの流量、吐出圧力、および制御装置を含むことができる。分離器および回収モジュールは、供給材料からＣＯ２および他のガスを回収するためのＣＯ２液化システム、水素処理システム、ＣＯ２処理システム、および硫黄処理システムを含むことができる。
【００９４】
いくつかの実施形態では、本システムは、これと連結され、かつこれと流体連通している、少なくとも２つのチャンバを含むことができる。第１のチャンバは、硫化水素の少なくとも一部を含む投入された供給材料を受け取り、熱的に励起するように構成することができる。第２のチャンバは、熱的に励起された供給材料を受け取り、供給材料内の硫化水素を分解して水素および元素硫黄が生じるようにし、水素および元素硫黄、ならびに投入された供給材料中に存在し得る任意の他の成分を分離するように構成され得る。
【００９５】
以下でより詳細に論じるように、第１のチャンバは、第１のチャンバ内および第１のチャンバを通って流れている、投入された供給材料を、マイクロ波エネルギーに曝露するように構成され得る、マイクロ波源を含むことができる。この曝露は、硫化水素がＵＶ光などのエネルギーを吸収する能力を増大させることができ、これは光分解脱硫の有効性を高めることができる。さらに、いくつかの実施形態では、第１のチャンバは、定常波の形成を容易にするように構成することができ、定常波は、前述のように、硫化水素がそれ自体を整列させることを可能にし、それによって、ＵＶ光吸収のためのその有効断面積を増大させる。
【００９６】
さらに、以下でより詳細に論じるように、第２のチャンバは、水素―硫化物結合の開裂、したがって水素および元素硫黄の形成をもたらすことができる有効量の電磁エネルギーに、熱的に励起された供給材料を曝露するように構成された、ＵＶ光源などの光源を含むことができる。第２のチャンバは、元素硫黄を隔離するために分離器に連結され得るが、いくつかの実施形態では、第２のチャンバは、第２のチャンバ内に存在する残りの供給材料成分から元素硫黄を隔離するように構成され得る。第２のチャンバはまた、開裂した水素を残りの供給材料成分から分離するように構成することができる。
【００９７】
図４Ｂは脱硫システム４００の例示的な実施形態を示す。図示されるように、システム４００は、互いに連結され、流体連通している２つのチャンバ４０２、４０４を含む。第１のチャンバ４０２は、投入された供給材料（図示せず）を受け取る入口４０６を含む。投入された供給材料は、少なくとも硫化水素を含む組成構成を有する未加工のまたは加工された供給材料であってよい。いくつかの実施形態では、投入された供給材料は、ガスの蒸気の形態であり得る。
【００９８】
入口４０６は、システムの実施形態に応じて変化することができる一定の流量で、投入された供給材料を供給することができる。入口４０６は、投入された供給材料の流量を制御するためのゲージまたはバルブを含むことができる。あるいは、投入された供給材料の流量を連続的に変化させて、例えば、生成物収率（例えば、元素硫黄）を減少、増加、または維持することができる。
【００９９】
第１のチャンバ４０２はまた、入口４０６に近接して（例えば、第１のチャンバ４０２の遠位端部４０２ｄに）位置付けられたマイクロ波源４０８を含むことができる。マイクロ波源４０８は、投入された供給材料中に存在する硫化水素が、第１のチャンバ４０２に流入し、それを通って流れる際に、その硫化水素を熱的に励起するように、マイクロ波エネルギーを放出する。図示のように、第１のチャンバ４０２は、主軸に沿って細長く、円筒形（例えば、管状構成）とすることができる。本明細書では、第１のチャンバ４０２が他の構成を有し得ることも企図されている。さらに、第１のチャンバ４０２は、図８に示される光反応器８００と同様の光反応器、または図４８に示されるアレイ２０００と同様の光反応器のアレイであってよいことも企図される。
【０１００】
第１のチャンバ４０２は、第１のチャンバを通して（例えば、遠位端部４０２ｄから、近位端部４０４ｐがある第１のチャンバ４０２の近位端部４０２ｐまで）マイクロ波エネルギーを案内するように構成された導波管を含むことができる。いくつかの実施形態では、導波管は、第１のチャンバ４０２の壁によって形成することができる。そのような場合、第１のチャンバ４０２は、ステンレス鋼などの適切に反射性の材料で形成することができる。さらに、壁の内面の少なくとも一部を、反射のための所望の領域において組成物でコーティングすることができる。代わりに、またはそれに加えて、第１のチャンバ４０２は、別個の導波管（例えば、第１のチャンバの壁によって形成されない導波管）を含むことができる。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、第１のチャンバは、図４Ｂに示すような第１のチャンバ４０２と同様に構成されたサブチャンバのアレイを含み得ることに留意されたい。サブチャンバは、直列または並列に配置することができる。
【０１０２】
図４Ｂに示すように、第１のチャンバ４０２の近位端部４０２ｐは、第２のチャンバ４０４に連結される。第２のチャンバ４０４は光源４１０を含む。したがって、第２のチャンバ４０４は、光反応器として機能することができる。光源４１０は、さまざまなタイプの光を放出するように構成することができるが、いくつかの実施形態では、光源４１０はＵＶ光を放出する。一実施形態では、光源４１０は、約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍ、約２８０ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約２９０ｎｍ〜約３００ｎｍの波長範囲を有するＵＶ光を放射する。図示されるように、光源４１０は、第２のチャンバ４０４の内面の少なくとも一部に取り付けることができる。一実施形態では、光源４１０は、内面全体に連結され得る。本明細書では、光源４１０は、以下でより詳細に説明するように、図４２の渦ファインダ１０２２の周りなど、他の領域に位置付けられ得、または第２のチャンバ４０４の構成要素に連結され得ることが企図される。
【０１０３】
第２のチャンバ４０４内で放出される光の放射時間および／または強度は、光源４１０のパラメータを修正することによって適切に調整することができる。光源４１０は、特定の範囲の波長を増強することができる放射装置から適切に選択することができる。例示的な光源は、ＬＥＤ光、レーザなどを含むことができる。
【０１０４】
使用時には、投入された供給材料が第１のチャンバ４０２から第２のチャンバ４０４に流入すると、光源４１０によって放出されたＵＶ光は、硫化水素によって少なくとも部分的に吸収される。その結果、結合解離が起こり、それによって水素ガスと元素硫黄が生成される。第２のチャンバ４０４はさまざまな形状を有することができるが、図４Ｂに示されるように、第２のチャンバ４０４はサイクロンの形態をとり、したがって、結果として生じる水素ガスは、第２のチャンバ４０４から、その上部に配置された第１の出口４１２を通して換気される。さらに、得られた元素硫黄は、第２のチャンバの底部に配置された第２の出口４１４を通って第２のチャンバ４０４から出る。さらに、第２のチャンバ４０４内に存在する供給材料の残りの成分は、第１の出口４１２を通る水素ガスで、または第２の出口４１４を通る元素硫黄で換気することができる。あるいは、またはそれに加えて、残りの成分は、第２のチャンバ４０４から第３の出口４１６を通して換気することができる。第２のチャンバ４０４の任意の出口は、それぞれの成分の退出速度（exit rate）を制御するためのゲージまたはバルブを含むことができる。
【０１０５】
さらに、図４Ｂに示すように、第２のチャンバ４０４は、供給材料の残りの成分および／または元素硫黄から水素ガスを分離するように構成することができるガス透過性膜４１８（例えば、プロトン交換膜）を含むことができる。図示のように、ガス透過性膜４１８は、水素ガスが第１の出口４１２を通って換気でき、残りの供給材料成分が第３の出口４１６を通って換気できるように、水素ガスを実質的に分離する。さらに、反応ガスが第２のチャンバ４０４内に存在するいくつかの実施態様では、ガス透過性膜４１８は、水素ガスを反応ガスから分離するように構成することもできる。いくつかの実施形態では、ガス透過性膜４１８は触媒を含むことができる。
【０１０６】
図４Ｂに示すように、第２のチャンバ４０４は冷却要素４２０を含むことができる。冷却要素４２０は、元素硫黄の温度を制御または変化させ、例えば、温度を低下させ、それによって元素硫黄を微粒子化するように構成することができる。図示されるように、冷却要素４２０は、第２のチャンバ４０４の内面に連結することができる。他の実施形態では、冷却要素４２０は、ジャケット付きの第２のチャンバを形成するように、第２のチャンバ４０４の壁内に組み込まれるか、またはその外面に連結され得る。別の実施形態では、第２のチャンバを冷却装置（例えば、熱交換器）に接続することができる。適切な冷却要素の非限定的な例には、適切な温度の空気、水などが含まれる。
【０１０７】
さらに、第２のチャンバ４０４は、加熱装置を含むか、または加熱装置に接続され得る。加熱装置は、分解反応の開始時または分解反応中に反応温度を制御するように構成することができる。適切な加熱装置の非限定的な例としては、火炎、電気炉、ホットプレート、および空気流が挙げられる。あるいは、またはそれに加えて、加熱要素は、第２のチャンバ４０４の壁内に組み込まれるか、またはその外面に連結され得る。適切な加熱要素の非限定的な例には、適切な温度の空気、水などが含まれる。
【０１０８】
いくつかの実施形態では、システム４００は、コントローラを含むことができ、またはコントローラと有線もしくは無線通信することができる。コントローラは、メモリおよびプロセッサを含むことができるハードウェアデバイスを指す。メモリは、モジュールを格納するように構成され、プロセッサは、特に、１つ以上のプロセスを実行するために前記モジュールを実行するように構成される。本主題の制御ロジックは、プロセッサ、コントローラ／制御ユニットなどによって実行される実行可能プログラム命令を含むコンピュータ可読媒体上の非一時的なコンピュータ可読媒体として具現化され得る。コンピュータ可読媒体の例には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、コンパクトディスク（ＣＤ）−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピーディスク、フラッシュドライブ、スマートカード、および光データ記憶装置が含まれるが、これらに限定されない。また、コンピュータ可読記録媒体は、例えばテレマティクスサーバまたはコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）によって、コンピュータ可読媒体が分散方式で格納され実行されるように、ネットワーク連結されたコンピュータシステムにおいて分散されてもよい。コントローラは、システムの少なくとも１つの構成要素、例えば、入口、出口、第１のチャンバ、第２のチャンバ、マイクロ波源、および光源に適切に接続され、反応（分解条件）を制御することができる。コントローラは、システムの状態を適切に調整することができる制御アルゴリズムを有することができる。
【０１０９】
図４２〜図４７は、脱硫システム１０００の別の例示的な実施形態を示す。以下に詳細に説明される相違点を除いて、システム１０００は、図４Ｂに示されるシステム４００に類似していてよく、したがって、本明細書では詳細に説明しない。さらに、簡潔にするために、システム１０００の特定の構成要素は、図４２〜図４７には示されていない。
【０１１０】
図４２および図４４〜図４５に示されるように、システム１０００は、第１のチャンバ１００２と、それに連結された第２のチャンバ１００４と、を含む。第１のチャンバ１００２は、図８に示す光反応器８００のような光反応器、または図４８に示すアレイ２０００のような光反応器のアレイとすることができる。いくつかの実施形態では、第１のチャンバ１００２は、図４２および図４４〜図４５に示されるように、第２のチャンバに直接連結される。他の実施形態では、追加のチャンバまたは他の構成要素を、第１のチャンバ１００２と第２のチャンバ１００４との間に位置付けることができる。
【０１１１】
図４２に示されるように、第２のチャンバは、第２のチャンバ１００４内の渦ファインダ１０２２の周りに位置付けられた光源１０１０を含むことができる。光源１０１０は、図４２および図４５〜図４７に示すように、さまざまな構成を有することができるが、光源１０１０は、渦ファインダ１０２２の外面の周りに巻かれた螺旋構成を有する。使用時には、マイクロ波源（図示せず）は、マイクロ波エネルギーが光源１０１０に接触するように、マイクロ波エネルギーを第２のチャンバ１００４内に放射することができる。いくつかの実施形態では、光源１０１０は、マイクロ波エネルギーと接触すると紫外線を発生させる内部ガスを含むことができる。
【０１１２】
さらに、図４２および図４５〜図４７に示されるように、第２のチャンバ１００４は、図４Ｂに示されるガス透過性膜４１８のような２つのガス透過性膜１０１８と、第２のガス透過性膜１０２４と、を含む。第２のガス透過性膜は、渦ファインダ１０２２の遠位端部１０２２ｄに位置付けられる。第２のガス透過性膜１０２４（例えば、プロトン交換膜）は、ガス透過性膜４１８と同様に構成することができ、したがって、ここでは詳細に論じない。
【０１１３】
本主題は、本明細書に記載するような脱硫システムを含む製油所システムを含み得る。本主題は、本明細書に記載するような反応器を含む脱硫システムを含むことができる。特に、脱硫システムは、反応器から生成された水素ガスを、入力として水素を利用する燃料処理システムの別の段階に導入するための再循環ユニットを含み得る。
【０１１４】
硫黄の存在を確認するために第１の実験を実施し、硫化水素から硫黄を抽出した。
【０１１５】
図５は、試験装備５００を示すブロック図であり、図６および図７は、試験装備の写真を示す。試験装備は、ＵＶ−Ｃランプを含む反応チャンバの入口に硫化水素を導入するように配置された硫化水素源を含んでいた。ＵＶ−Ｃランプ（水銀ベース）は、反応チャンバ内部でガスを照射することができる。ＵＶ−Ｃランプ（反応チャンバ）の出口は、水を収容する収集容器に接続される。反応チャンバの長さは約１１５ｃｍであった。ＵＶ−Ｃランプを２３４ボルトおよび０．００２アンペアで駆動した。
【０１１６】
１０１．３ｋＰａ（１ａｔｍ）で、反応チャンバの開始温度は２７℃である。硫化ナトリウムおよび塩酸を用いて硫化水素をランプに導入した。ＵＶ−Ｃランプの出力を、収集容器中の純水（Ｈ２Ｏ）に通してバブリングした。硫化水素は、１５分間ＵＶランプを通って流れるようにされた。図７の左側に示すように、収集容器に収容されるＨ２Ｏは乳白色に変わり、硫黄が反応チャンバの出力流中に存在したことを示した。１５分後、反応チャンバ温度は３５℃であった。
【０１１７】
いくつかの変形例を詳細に前述してきたが、他の修正または追加が可能である。例えば、紫外線反応器は、硫化水素以外の材料（例えば、適切な結合解離エネルギーを有する他の二元および三元分子）の結合を開裂させるため、消毒のために使用され得る。
【０１１８】
本明細書で説明される主題の１つ以上の態様または特徴は、デジタル電子回路、集積回路、特別に設計された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、および／またはそれらの組み合わせで実現することができる。これらのさまざまな態様または特徴は、記憶システム、少なくとも１つの入力デバイス、および少なくとも１つの出力デバイスからデータおよび命令を受信し、それらにデータおよび命令を送信するように連結された、専用または汎用とすることができる、少なくとも１つのプログラマブルプロセッサを含むプログラマブルシステム上で実行可能および／または解釈可能な１つ以上のコンピュータプログラムにおける実装を含むことができる。プログラマブルシステムまたはコンピューティングシステムは、クライアントおよびサーバを含むことができる。クライアントおよびサーバは、一般に、互いにリモートであり、典型的には、通信ネットワークを介して対話する。クライアントとサーバとの関係は、それぞれのコンピュータ上で実行され、互いにクライアント−サーバ関係を有するコンピュータプログラムによって生じる。
【０１１９】
これらのコンピュータプログラムは、プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、アプリケーション、コンポーネント、またはコードと呼ぶこともでき、プログラマブルプロセッサのための機械命令を含み、高水準手続き言語、オブジェクト指向プログラミング言語、機能プログラミング言語、論理プログラミング言語、および／またはアセンブリ／機械言語で実装することができる。本明細書で使用される「機械可読媒体」という用語は、機械可読信号として機械命令を受信する機械可読媒体を含む、機械命令および／またはデータをプログラマブルプロセッサに提供するために使用される、例えば磁気ディスク、光ディスク、メモリ、およびプログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）などの任意のコンピュータプログラム製品、器具、および／またはデバイスを指す。「機械可読信号」という用語は、機械命令および／またはデータをプログラマブルプロセッサに提供するために使用される任意の信号を指す。機械可読媒体は、例えば、非一時的ソリッドステートメモリ、または磁気ハードドライブ、または任意の同等の記憶媒体のように、そのような機械命令を非一時的に記憶することができる。機械可読媒体は、代替的にまたは追加的に、例えば、１つ以上の物理プロセッサコアに関連するプロセッサキャッシュまたは他のランダムアクセスメモリのように、一時的にそのような機械命令を記憶することができる。
【０１２０】
ユーザとの対話を提供するために、本明細書で説明される主題の１つ以上の態様または特徴は、ユーザに情報を表示するための、例えば陰極線管（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）モニタなどのディスプレイデバイスと、ユーザがコンピュータに入力を提供することができる、例えばマウスまたはトラックボールなどのキーボードおよびポインティングデバイスと、を有するコンピュータ上で実装することができる。他の種類のデバイスも、ユーザとの対話を提供するために使用することができる。例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、または触覚フィードバックなどの任意の形態の感覚フィードバックとすることができ、ユーザからの入力は、音響、音声、または触覚入力を含む任意の形態で受信することができる。他の可能な入力デバイスには、タッチスクリーン、または単点もしくは多点抵抗性もしくは容量性トラックパッド、音声認識ハードウェアおよびソフトウェア、光学スキャナ、光学ポインタ、デジタル画像キャプチャデバイスおよび関連する解釈ソフトウェアなどといった、他のタッチ感応デバイスが含まれる。
【０１２１】
前述した説明および特許請求の範囲では、「のうちの少なくとも１つ」または「のうちの１つ以上」などの語句に続いて、要素または特徴の結合的リストが存在し得る。用語「および／または」も、２つ以上の要素または特徴のリスト中に存在し得る。そのような語句は、それが使用される文脈によって暗示的または明示的に矛盾しない限り、列挙された要素もしくは特徴のいずれかを個別に、または列挙された要素もしくは特徴のいずれかをその他の列挙された要素もしくは特徴のいずれかと組み合わせたものを、意味することが意図される。例えば、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」、「ＡおよびＢのうちの１つ以上」、ならびに「Ａおよび／またはＢ」という語句は、それぞれ、「Ａ単独、Ｂ単独、またはＡおよびＢを共に」を意味することが意図される。３つ以上の項目を含むリストについても同様の解釈が意図される。例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの１つ以上」、ならびに「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」という語句は、それぞれ、「Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、またはＡおよびＢおよびＣを共に」を意味することを意図している。さらに、上記および特許請求の範囲における「基づく」という用語の使用は、記載されていない特徴または要素も許容されるように、「少なくとも部分的に基づく」ことを意味することを意図している。
【０１２２】
本明細書で説明される主題は、所望の構成に応じて、システム、器具、方法、および／または物品において具現化することができる。前述の説明に記載された実施形態は、本明細書に記載された主題と一致するすべての実施形態を表すわけではない。代わりに、それらは、説明された主題に関連する態様と一致するいくつかの実施例にすぎない。いくつかの変形例を詳細に前述してきたが、他の修正または追加が可能である。特に、さらなる特徴および／または変形例が、本明細書中に記載されるものに加えて提供され得る。例えば、前述した実施形態は、開示された特徴のさまざまな組み合わせおよびサブコンビネーション、ならびに／または前記に開示したいくつかのさらなる特徴の組み合わせおよびサブコンビネーションを対象とすることができる。さらに、添付の図面に描かれ、かつ／または本明細書で説明される論理フローは、所望の結果を達成するために、必ずしも示される特定の順序、または順番を必要としない。他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内に含まれ得る。
【０１２３】
〔実施の態様〕
（１）  システムにおいて、
入口を含む第１のチャンバと、
前記第１のチャンバに隣接する第２のチャンバであって、出口および導波管を含む、第２のチャンバと、
前記第２のチャンバの前記導波管内に存在する紫外光源と、
前記第１のチャンバ内にマイクロ波エネルギーを放射するように構成されたマイクロ波源と、
を含む、システム。
（２）  前記マイクロ波源は、前記マイクロ波エネルギーが前記紫外光源に接触するように前記第２のチャンバの前記導波管内に前記マイクロ波エネルギーを放射するようにさらに構成され、前記紫外光源は、前記マイクロ波エネルギーと接触すると紫外線を発生させる内部ガスを含む、実施態様１に記載のシステム。
（３）  前記導波管は、前記マイクロ波エネルギーが前記導波管内で定常波を形成するように構成された端部を含む、実施態様１または２に記載のシステム。
（４）  前記第２のチャンバは、
負電荷を有するように構成された第１の電極と、
正電荷を有するように構成された第２の電極と、
をさらに含み、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記紫外光源の外部にあり、前記導波管の内部にある、実施態様１〜３のいずれかに記載のシステム。
（５）  前記導波管内に、前記紫外光源を収容する管組立体をさらに含み、前記管組立体の壁は、紫外線およびマイクロ波エネルギーに対して透過性である、実施態様１〜４のいずれかに記載のシステム。
【０１２４】
（６）  前記第１のチャンバは、前記マイクロ波エネルギーが前記マイクロ波源によって発生し、前記第１のチャンバを通過して前記第２のチャンバに至るように、前記マイクロ波源と前記第２のチャンバとの間に位置する、実施態様１〜５のいずれかに記載のシステム。
（７）  前記第１のチャンバに隣接する複数の管組立体であって、前記複数の管組立体はそれぞれ、管組立体出口を含み、各管組立体は、紫外線およびマイクロ波エネルギーに対して透過性である壁を含む、複数の管組立体と、
それぞれが前記管組立体のそれぞれの中に存在する複数の紫外光源と、
をさらに含み、
前記マイクロ波源は、前記マイクロ波エネルギーが前記複数の紫外光源と接触するように、前記マイクロ波エネルギーを前記第１のチャンバおよび前記複数の管組立体内に放射するように構成され、前記複数の紫外光源は、前記マイクロ波エネルギーと接触すると紫外線を発生させる前記内部ガスを含む、実施態様１〜６のいずれかに記載のシステム。
（８）  前記入口に連結された硫化水素源と、
前記出口に連結され、水素ガスから硫黄を分離するように構成された気固分離器と、
をさらに含む、実施態様１〜７のいずれかに記載のシステム。
（９）  前記紫外光源は、約２８０ｎｍ〜３００ｎｍの波長範囲を有する前記紫外線を放射する、実施態様１〜８のいずれかに記載のシステム。
（１０）  前記第２のチャンバは、細長く、主軸に沿って延び、前記紫外光源は、前記主軸に沿って細長く、前記主軸に沿って前記第２のチャンバ内に存在し、
前記第２のチャンバは、
負電荷を有するように構成された第１の電極と、
正電荷を有するように構成された第２の電極と、
をさらに含み、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記紫外光源の外部にあり、前記導波管の内部にあり、
前記第１の電極は、前記主軸に沿って細長く、前記紫外光源の上方に配置され、前記第２の電極は、前記主軸に沿って細長く、前記紫外光源の下方に配置されている、実施態様１〜９のいずれかに記載のシステム。
【０１２５】
（１１）  前記第２のチャンバは、ハイドロサイクロンを形成する、実施態様１〜１０のいずれかに記載のシステム。
（１２）  前記光源は、前記ハイドロサイクロン内に位置する渦ファインダ上に存在する、実施態様１１に記載のシステム。
（１３）  方法において、
第２のチャンバと、第１のチャンバ内にマイクロ波エネルギーを放射するマイクロ波源と、に隣接する前記第１のチャンバ内に硫化水素を供給することと、
マイクロ波源によって発生したマイクロ波エネルギーと前記硫化水素を接触させることと、
前記第２のチャンバに前記硫化水素を供給することであって、前記第２のチャンバは、出口および導波管を含み、紫外光源が前記第２のチャンバの前記導波管内に存在する、ことと、
前記第２のチャンバ内で前記硫化水素を紫外線と接触させることであって、前記紫外線は前記紫外光源によって発生し、前記マイクロ波源は、前記第１のチャンバ内に前記マイクロ波エネルギーを放射するように構成され、前記硫化水素を前記紫外線と接触させると、水素ガスおよび硫黄が生じる、ことと、
を含む、方法。
（１４）  前記マイクロ波源は、前記マイクロ波エネルギーが前記紫外光源に接触するように前記第２のチャンバの前記導波管内に前記マイクロ波エネルギーを放射するようにさらに構成され、前記紫外光源は、前記マイクロ波エネルギーと接触すると前記紫外線を発生させる内部ガスを含む、実施態様１３に記載の方法。
（１５）  前記導波管は、前記マイクロ波エネルギーが前記導波管内で定常波を形成するように構成された端部を含む、実施態様１３または１４に記載の方法。
【０１２６】
（１６）  前記第２のチャンバは、
負電荷を有するように構成された第１の電極と、
正電荷を有するように構成された第２の電極と、
をさらに含み、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記紫外光源の外部にあり、前記導波管の内部にある、実施態様１３〜１５のいずれかに記載の方法。
（１７）  前記硫化水素は、前記第１のチャンバに隣接する複数の管組立体に供給され、前記複数の管組立体はそれぞれ、管組立体出口を含み、複数の紫外光源がそれぞれ、前記複数の管組立体のそれぞれの中に存在し、
前記マイクロ波源は、前記マイクロ波エネルギーが前記複数の紫外光源と接触するように、前記マイクロ波エネルギーを前記第１のチャンバおよび前記複数の管組立体内に放射するように構成され、前記複数の紫外光源は、前記マイクロ波エネルギーと接触すると紫外線を発生させる前記内部ガスを含む、実施態様１３〜１６のいずれかに記載の方法。
（１８）  気固分離器を用いて前記水素ガスから前記硫黄を分離することをさらに含む、実施態様１３〜１７のいずれかに記載の方法。
（１９）  前記紫外光源が、約２８０ｎｍ〜３００ｎｍの波長範囲を有する前記紫外線を放射する、実施態様１３〜１８のいずれかに記載の方法。
（２０）  前記第２のチャンバは、細長く、主軸に沿って延び、前記紫外光源は、前記主軸に沿って細長く、前記主軸に沿って前記第２のチャンバ内に存在し、前記第２のチャンバは、
負電荷を有するように構成された第１の電極と、
正電荷を有するように構成された第２の電極と、
をさらに含み、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記紫外光源の外部にあり、前記導波管の内部にあり、
前記第１の電極は、前記主軸に沿って細長く、前記紫外光源の上方に配置され、前記第２の電極は、前記主軸に沿って細長く、前記紫外光源の下方に配置されている、実施態様１３〜１９のいずれかに記載の方法。
【０１２７】
（２１）  前記硫化水素を分解するための温度が、約０〜１２５℃の温度範囲で行われる、実施態様１３〜２０のいずれかに記載の方法。
（２２）  前記硫化水素が、１０．１３〜１０１３ｋＰａ（０．１〜１０ａｔｍ）の圧力で前記第１のチャンバ内に供給される、実施態様１３〜２１のいずれかに記載の方法。
（２３）  前記紫外線および前記マイクロ波エネルギーを、前記硫化水素と約０．０１秒〜１５分間接触させる、実施態様１３〜２２のいずれかに記載の方法。
（２４）  天然ガスから前記硫化水素を収集すること、または前記硫化水素を発生させるために石油を処理することをさらに含む、実施態様１３〜２３のいずれかに記載の方法。
（２５）  システムにおいて、
第１の入力部、第２の入力部、第１の出力部、および第２の出力部を含む第１の熱交換器と、
第３の入力部、第４の入力部、第３の出力部、および第４の出力部を含む第２の熱交換器であって、前記第１の出力部は、前記第３の入力部に動作可能に連結されている、第２の熱交換器と、
前記第３の出力部と前記第２の入力部との間に動作可能に連結された第１の分離器と、
第５の入力部、第６の入力部、第５の出力部、および第６の出力部を含む第３の熱交換器であって、前記第５の入力部は、前記第１の分離器に動作可能に連結されている、第３の熱交換器と、
第７の入力部、第８の入力部、第７の出力部、および第８の出力部を含む第４の熱交換器であって、前記第７の入力部は、前記第５の出力部に動作可能に連結されている、第４の熱交換器と、
前記第７の出力部と前記第６の入力部との間、および前記第７の出力部と前記第４の入力部との間に動作可能に連結された第２の分離器と、
を含む、システム。
【０１２８】
（２６）  前記第１の熱交換器は、前記第１の入力部に供給される流れと、前記第２の入力部に供給される流れとの間で熱を伝達するように構成され、前記第１の入力部に供給される前記流れは、前記第１の出力部から出て、前記第２の入力部に供給される前記流れは、前記第２の出力部から出て、
前記第２の熱交換器は、前記第３の入力部に供給される流れと、前記第４の入力部に供給される流れとの間で熱を伝達するように構成され、前記第３の入力部に供給される前記流れは、前記第３の出力部から出て、前記第４の入力部に供給される前記流れは、前記第４の出力部から出て、
前記第３の熱交換器は、前記第５の入力部に供給される流れと、前記第６の入力部に供給される流れとの間で熱を伝達するように構成され、前記第５の入力部に供給される前記流れは、前記第５の出力部から出て、前記第６の入力部に供給される前記流れは、前記第６の出力部から出て、
前記第４の熱交換器は、前記第７の入力部に供給される流れと、前記第８の入力部に供給される流れとの間で熱を伝達するように構成され、前記第７の入力部に供給される前記流れは、前記第７の出力部から出て、前記第８の入力部に供給される前記流れは、前記第８の出力部から出る、実施態様２５に記載のシステム。
（２７）  前記第１の分離器は、液体およびガスを分離するように構成され、前記第２の分離器は、液体およびガスを分離するように構成されている、実施態様２５または２６に記載のシステム。
（２８）  前記第８の入力部および前記第８の出力部に動作可能に連結された冷却ユニットをさらに含む、実施態様２５〜２７のいずれかに記載のシステム。
（２９）  前記第１の入力部に連結され、硫化水素、二酸化炭素およびメタンを含むガスを前記第１の入力部に供給するガス源をさらに含む、実施態様２５〜２８のいずれかに記載のシステム。
（３０）  前記第６の出力部に動作可能に連結されたメタン保持ユニットをさらに含む、実施態様２９に記載のシステム。
【０１２９】
（３１）  前記第４の出力部に動作可能に連結された二酸化炭素保持ユニットをさらに含む、実施態様２９または３０に記載のシステム。
（３２）  前記第２の出力部に動作可能に連結された硫化水素保持ユニットをさらに含む、実施態様２９〜３１のいずれかに記載のシステム。
（３３）  前記第２の熱交換器および前記第１の分離器は、第１の凝縮器を構成する、実施態様２５〜３２のいずれかに記載のシステム。
（３４）  前記第４の熱交換器および前記第２の分離器は、第２の凝縮器を構成する、実施態様２５〜３３のいずれかに記載のシステム。
（３５）  実施態様１〜１２のいずれかに記載のシステムをさらに含み、前記第２の出力部は、前記第１のチャンバの前記入口に動作可能に連結されている、実施態様２５〜３４のいずれかに記載のシステム。
【０１３０】
（３６）  本明細書に記載または図示される器具、物品、システム、および方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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１５】
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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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【国際調査報告】
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