(57)【要約】  ガス状混合物から標的成分を除去するための温度スイング吸着方法が開示され、上記方法は複数の反応器において実施され、各反応器は、（ａ）標的成分を吸着させることで、充填された吸着剤および廃棄ストリームを提供する、吸着工程と、（ｂ）充填された吸着剤の加熱および標的成分の脱着工程であって、排出ストリームを提供する、工程と、（ｃ）吸着剤の冷却工程とを実施し、上記方法は、加熱（ｂ）前のすすぎ工程（ａ１）であって、充填された吸着剤が、標的成分を含むすすぎストリームと接触させられ、標的成分が除去されたパージストリームが生成させる、すすぎ工程（ａ１）と、冷却（ｃ）前のパージ工程（ｂ１）であって、吸着剤が、すすぎ工程（ａ１）を実行中の別の反応器によって提供されるパージストリームと接触させられ、したがって標的成分を含む排出ストリームが生成される、パージ工程（ｂ１）とを特徴とし、ここで、上記すすぎストリームが、パージ工程（ｂ１）を実行中の別の反応器によって提供される排出ストリームの少なくとも一部を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的成分に加えて少なくとも１つの副成分を含むガス状混合物（１１１）から標的成分を取り除くための温度スイング吸着方法であって、前記方法が、複数の反応器（１０１、１０２、１０３）において行われ、
各反応器（１０１）が以下の工程： 
（ａ）前記ガス状混合物の投入ストリーム（１１１）を固体吸着剤と接触させ、前記投入ストリームから標的成分を吸着させることで、標的成分が充填された吸着剤および標的成分が除去された廃棄ストリーム（１１２）を提供することを含む、吸着工程と；
（ｂ）前記充填された吸着剤を加熱し、標的成分の第１の量を脱着させることで、部分的に再生された吸着剤と、脱着された標的成分を含む第１の排出ストリーム（１１６）とを提供する加熱工程；
（ｃ）少なくとも部分的に再生された吸着剤を冷却する冷却工程
を行い、
各反応器（１０１）の方法が、
前記充填された吸着剤が、標的成分を含むすすぎストリームと接触させられ、前記すすぎストリームに含まれる標的成分のある量が吸着され、標的成分が除去されたパージストリームが生成される、前記吸着工程（ａ）の後かつ前記加熱工程（ｂ）の前のすすぎ工程（ａ１）と；
部分的に再生された吸着剤が、すすぎ工程（ａ１）を実行中の前記複数の反応器のうちの少なくとも１つの他の反応器によって提供されるパージストリームの少なくとも一部と接触させられ、標的成分の第２の量が放出されて標的成分を含有する第２の排出ストリームが提供される、前記冷却工程（ｃ）の前のパージ工程（ｂ１）とを特徴とし、
ここで、前記すすぎ工程（ａ１）で使用されるすすぎストリームが、パージ工程（ｂ１）を実行中の前記複数の反応器のうちの少なくとも１つの他の反応器（１０２）によって提供される第２の排出ストリーム（１２７）の少なくとも一部を含む、方法。
【請求項２】
前記パージストリーム（１３５）の少なくとも一部およびすすぎストリームとして作用する前記第２の排出ストリーム（１２７）の少なくとも一部が、２つの異なる反応器（１０２、１０３）によって提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の反応器（１０１）がパージ工程（ｂ１）を実行して、前記第２の排出ストリーム（１１７）を提供し、第２の反応器（１０３）がすすぎ工程（ａ１）を実行して、前記パージストリーム（１３５）を提供し、ここで、前記第２の排出ストリーム（１１７）の少なくとも一部が、前記第２の反応器（１０３）のすすぎ工程（ａ１）のためのすすぎストリームとして使用され、前記パージストリーム（１３５）の少なくとも一部が、前記第１の反応器（１０１）のパージ工程（ｂ１）に使用され、したがって、前記第１の反応器と前記第２の反応器との間に閉じたループが形成される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
すすぎストリーム（１１７）として使用される前記第２の排出ストリームの少なくとも一部および前記パージストリーム（１３５）の少なくとも一部が、適切な圧縮機に送られ、閉じたループにおけるそれらの循環を確かなものとする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第２の排出ストリーム（１２７）の前記少なくとも一部が、適切なタンクにおける中間貯蔵を伴って、または伴わないで、パージ工程（ｂ１）下の前記少なくとも１つの他の反応器（１０２）からすすぎ工程（ａ１）下の前記反応器（１０１）に受け渡され、パージストリーム（１３５）の前記少なくとも一部が、適切なタンクにおける中間貯蔵を伴って、または伴わないで、すすぎ工程（ａ１）下の前記少なくとも１つの他の反応器（１０３）からパージ工程（ｂ１）下の前記反応器（１０１）に受け渡される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
パージストリーム（１１５、１３５）の前記少なくとも一部が、パージ工程（ｂ１）に付される前に冷却される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
第２の排出ストリーム（１１７、１２７）の前記少なくとも一部が、前記すすぎ工程（ａ１）に付される前に加熱される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記加熱工程（ｂ）が、吸着剤と接触している熱媒体との直接的な熱交換を含み、前記熱媒体が、好ましくは、主に標的成分を含有するストリーム（１１６、１１７、１２７）である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記冷却工程（Ｃ）が、吸着剤と接触している冷却媒体との直接的な熱交換を含み、前記冷却媒体が、好ましくは、標的成分が除去された廃棄ストリーム（１１２、１１５、１１３）である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
冷却工程（ｃ）が、吸着工程（ａ）を実行中の前記複数の反応器のうちの少なくとも１つの他の反応器（１０３）によって提供される廃棄ストリームの少なくとも一部（１３３）との直接的な熱交換を含み、廃棄ストリームの前記少なくとも一部（１３３）が、任意に、冷却工程（ｃ）に付される前に冷却される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
加熱工程（ｂ）および／または冷却工程（ｃ）が間接的な熱交換を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の反応器の各反応器（２０１）が、前記すすぎ工程（ａ１）の後かつ前記本加熱（ｂ）前に予備加熱工程（ａ２）を実施し、ここで前記予備加熱（ａ２）中に、前記少なくとも１つの副成分を含有するガス状生成物（２１９）が、吸着剤から放出され、吸着工程（ａ）またはすすぎ工程（ａ１）下の反応器に再循環される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
予備加熱（ａ２）の持続時間が、すすぎ工程（ａ１）の持続時間の０．１倍から１０倍、好ましくはすすぎ工程（ａ１）の持続時間の６倍である条件、
加熱工程（ｂ）の持続時間が、すすぎ工程（ａ１）の持続時間の１０倍から７０倍である条件、および
冷却工程（ｃ）の持続時間が、パージ工程（ｂ１）の持続時間の１０倍から５０倍である条件、のうちの少なくとも１つが適用される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
加熱工程（ｂ）の温度が、２５０℃以下、好ましくは２００℃以下、さらに好ましくは１７０℃以下である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記標的成分が二酸化炭素である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ガス状混合物が煙道ガスである、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記煙道ガスが、アンモニアプラント、メタノールプラントまたは尿素プラントの煙道ガスである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法によって、ガス状混合物を処理し、前記ガス状混合物から標的成分を取り除くためのプラントであって、プラントが複数の反応器（１０１、１０２、１０３）を含み、各反応器（１０１）が、前記標的成分を選択的に吸着するための吸着床を含み、ここで
各反応器は、吸着床における標的成分の吸着、標的成分を含むストリーム（１２７）による吸着剤のすすぎ、標的成分の脱着のために吸着剤の加熱、標的成分が除去されたストリーム（１３５）による吸着剤のパージ、およびそのようにして得られる再生された吸着剤の冷却を含む、一連の工程を操作し、
反応器は、各反応器（１０１）が、
パージ工程中に、すすぎ工程を実行中の前記複数の反応器のうちの少なくとも１つ他の反応器（１０３）によって提供される標的成分が除去されたストリーム（１３５）の少なくとも一部を受ける、および
すすぎ工程中に、パージ工程を実行中の前記複数の反応器のうちの少なくとも１つの他の反応器（１０２）によって提供される標的成分を含有するストリーム（１２７）の少なくとも一部を受ける、
ように相互接続されている、プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つまたは複数の副成分をも含むガス状混合物から標的成分を分離する、例えば、窒素も含む煙道ガスから二酸化炭素を分離する方法に関する。特に、本発明は、上記標的成分の固体吸着剤への温度スイング吸着を伴う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス状混合物に含まれる標的成分の分離は、いくつかの分野、例えば化学薬品、燃料、食物、電力の生産において非常に重要である。分離は、環境問題のため、および／または工業的なプロセスにおける原料としてのそのような標的成分の使用のために望ましい。
【０００３】
ガス状混合物からの標的成分（例えば、煙道ガスからの二酸化炭素）の分離は、薬品洗浄によって実施することができ、ガス状混合物は、上記標的成分を選択的に取り除くのに適切な化合物を含む溶液と接触させられる。上記の方法は、そこで溶液が標的成分を選択的に吸収する吸収器、および、そこで熱エネルギーを供給することにより溶液が再生される脱着器を必要とする。しかしながら、薬品洗浄で必要とする溶液は、一般的に有毒で、有害で、劣化するという欠点を有する。劣化すると、溶液は取り換えられる必要があり、かなりのコストを伴う。
【０００４】
別の方法は、温度スイング吸着（ＴＳＡ）である。かかる方法は、吸着および再生（脱着）をそれぞれ行うために、固体吸着剤を活用し、固体吸着剤の加熱および冷却の交互の相を要する。
【０００５】
ガス状混合物中の少なくとも１つの副成分から標的成分を分離するためのＴＳＡプロセスは、基本的には、（ａ）標的成分が吸着床上に吸着され、副生成物に富んだストリームが生成される吸着工程と、（ｂ）標的成分が吸着床から放出され、かつ標的成分に富んだストリームが生成される、充填された吸着剤の加熱工程、（ｃ）吸着剤が、吸着温度まで冷却される冷却工程を含む。
【０００６】
ＴＳＡプロセスは、非常に興味深いものではあるが、依然として、いくつかの不利な点を有する。
【０００７】
第１の欠点は、低い分離性能、したがって、標的生成物の低い回収率および低い純度である。標的成分を首尾よく分離するために、新規な吸着剤が試験されてきたが、これまでのところ達成された結果は乏しいものであった。
【０００８】
第２の欠点は、高いエネルギー投入量（回収された標的生成物のＭＪ／ｋｇで評価される）である。かかるエネルギー投入量は、吸着剤を再生し、標的成分を脱着するために必要な熱エネルギーを含む。大抵の場合、ガス状混合物および得られた標的成分はいくらかの水を含み、上記のエネルギー投入量は標的生成物を乾燥させるために必要な熱エネルギーも含む。
【０００９】
上記の２つの欠点は関連している。特に、標的生成物の生産率を向上させるためにはより多くのガスを乾燥させなければならないため、標的生成物の回収率が低いということは、乾燥操作により高いエネルギーを必要とすることを意味している。
【００１０】
さらなる欠点は、標的生成物の低い生産性であり、よって、高い資本コストである。「生産性」という用語は、吸着剤の単位質量当りに生産される標的生成物の質量流量を意味し、吸着剤数トンに対して回収されたＣＯ2のｋｇ／ｈで測定される。
【００１１】
特に二酸化炭素の分離については、高性能、低エネルギー消費および低コストの必要性が強く感じられる。煙道ガスから回収されるＣＯ2は、尿素またはメタノールを生成するための、またはオイルの回収率を高めるための、化学原料として使用することができ；燃焼プロセスの煙（ヒューム）からのＣＯ2捕捉によって、大気中への二酸化炭素の排出量を最小限にし；空気中からのＣＯ2の除去も、多くの工業的な用途に対して魅力的である。
【００１２】
特許文献１は、ＴＳＡシステムおよびそれを使用して流体を精製する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０３２６１３６号明細書
【発明の概要】
【００１４】
本発明は、先行技術の欠点を克服することを目的とする。より詳細には、本発明は、標的成分の高純度および高回収率、低エネルギー消費、高生産性および低資本コストを達成することができる方法を提供することを目的とする。
【００１５】
この目的は、請求項１に記載のガス状混合物から標的成分を除去するための温度スイング吸着方法によって達成される。
【００１６】
上記方法は、複数の反応器において行われ、各反応器は、以下の工程：
（ａ）上記ガス状混合物の投入ストリームを固体吸着剤と接触させ、投入ストリームから標的成分を吸着して、標的成分が充填された吸着剤および標的成分が除去された廃棄ストリームを提供することを含む、吸着工程；
（ｂ）上記充填された吸着剤を加熱し、標的成分の第１の量を脱着させることで、部分的に再生された吸着剤と、脱着された標的成分を含む第１の排出ストリームとを提供する加熱工程；
（ｃ）上記少なくとも部分的に再生された吸着剤を冷却する冷却工程
を行い、
各反応器の方法が、
上記充填された吸着剤が、標的成分を含むすすぎストリームと接触させられ、上記すすぎストリームに含まれる標的成分のある量が吸着され、標的成分が除去されたパージストリームが生成される、上記吸着工程（ａ）の後かつ上記加熱工程（ｂ）の前のすすぎ工程（ａ１）と；
部分的に再生された吸着剤が、すすぎ工程（ａ１）を実行中の前記複数の反応器のうちの少なくとも１つの他の反応器によって提供されるパージストリームの少なくとも一部と接触させられ、標的成分の第２の量が放出されて標的成分を含有する第２の排出ストリームが提供される上記冷却工程（ｃ）の前のパージ工程（ｂ１）とを特徴とし、
ここで、上記すすぎ工程（ａ１）で使用されるすすぎストリームは、パージ工程（ｂ１）を実行中の上記複数の反応器のうちの少なくとも１つの他の反応器によって提供される第２の排出ストリームの少なくとも一部を含む。
【００１７】
冷却工程（ｃ）中に、吸着剤は、サイクルを再び開始することができるように、有利には、固体吸着剤を調整するおよび吸着工程（ａ）を実施するのに適した温度に冷却される。
【００１８】
好ましくは、上記方法は、吸着剤または吸着剤の多層を含む複数の反応器において実施され、各反応器は上述の工程を行う。上記吸着剤は、好ましくは固定床吸着剤である。
【００１９】
吸着工程（ａ）中に、投入ストリーム中に含まれる標的成分の少なくとも一部が吸着される。好ましくは、投入ストリーム中の全量または略全量の標的成分が吸着される。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態によれば、反応器のパージ工程のためのパージストリームおよび同じ反応器のすすぎ工程のためのすすぎストリームは、２つの異なる反応器によって提供される。言い換えれば、好ましい実施形態によれば、上記の一連の工程を行っている間に一般的な反応器は、少なくとも２つの別の反応器とインタフェース接続して、複数のうちの１つの反応器（パージストリームの発生源反応器）からパージストリームを取り出し、別の反応器（すすぎストリームの発生源反応器）からすすぎストリームを取り出す。
【００２１】
好ましくは、上記方法は複数の反応器内で行われ、ここで第１の反応器はパージ工程を行い、したがって標的成分を含む排出ストリームを提供し、第２の反応器はすすぎ工程を行い、したがって標的成分が除去されたパージストリームを提供し、ここで上記排出ストリームの少なくとも一部は、上記第２の反応器のすすぎ工程のためのすすぎストリームとして使用され、上記パージストリームの少なくとも一部は、上記第１の反応器のパージ工程に使用され、したがって上記第１の反応器と上記第２の反応器との間に閉じたループが形成される。好ましくは、上記第１の反応器と上記第２の反応器との間ですすぎストリームおよびパージストリームを循環させ、上記閉じたループを形成するために圧縮機が使用される。
【００２２】
好ましくは、パージ工程下の反応器の排出ストリームは、完全に、またはほぼ完全に、別の反応器のすすぎ工程のためのすすぎストリームとして使用される。好ましくは、すすぎストリームは上記排出ストリームからなる。簡潔には、排出ストリームという用語とすすぎストリームという用語は、以下の説明では区別なく使用される。
【００２３】
好ましくは、すすぎ工程下の反応器のパージストリームは、完全に、またはほぼ完全に、別の反応器のパージ工程に使用される。
【００２４】
本発明のいくつかの実施形態では、上記すすぎストリームは、中間貯蔵を伴わないで、パージ工程下の反応器からすすぎ工程下の別の反応器に受け渡される。このことは、上記すすぎストリームを受け渡す２つの異なる反応器のすすぎ工程およびパージ工程が同期され、１つの反応器がパージ工程を行っている間、他の反応器がすすぎ工程を行うことを意味する。
【００２５】
本発明の他の実施形態では、上記すすぎストリームは、適切なタンクにおける中間貯蔵を伴い、パージ工程下の反応器からすすぎ工程下の別の反応器受け渡される。このことは、上記すすぎストリームを受け渡す２つの異なる反応器のすすぎ工程とパージ工程が同期されていないことを意味する。上記中間貯蔵を伴う実施形態は、２つの反応器のすすぎ工程およびパージ工程の持続時間を異なるものとできるので、より大きな柔軟性を提供する。
【００２６】
同様に、上記で同定されたパージストリームは、適切なタンクにおける中間貯蔵を伴って、または伴わないで、すすぎ工程下の反応器からパージ工程下の別の反応器に受け渡されてもよい。
【００２７】
吸着剤は、好ましくはパージストリームとの接触によって冷却される。いくつかの実施形態では、上記パージストリームは、それぞれの発生源反応器から、何ら熱交換なくパージ工程が行われる反応器に進み、すなわち反応器間に熱交換はない。他の実施形態では、上記パージストリームは、上記パージ工程（ｂ１）に使用される前に冷却される。好ましくは、上記パージストリームは、対応する工程に付される前に外部熱交換器において冷却される。上記外部冷却は、上記工程中に吸着剤の冷却を強化する。
【００２８】
好ましくは、上記パージストリームは、吸着工程（ａ）に付されているガス状混合物の温度より低い温度まで冷却される。好ましくは、上記パージストリームは、５℃から４０℃の範囲の温度まで冷却される。異なる実施形態によれば、上記パージストリームは、周囲温度（例えば２５℃）または周囲温度未満（例えば１０℃）まで冷却することができる。
【００２９】
吸着剤は、好ましくはすすぎストリームとの接触によって加熱される。上記すすぎストリームは、任意に、上記すすぎ工程（ａ１）に付される前に加熱することができる。いくつかの実施形態では、すすぎストリームの発生源反応器とすすぎ工程下の反応器との間に熱交換器はない。他の実施形態では、上記すすぎストリームは外部熱交換器において加熱される。上記外部加熱は、上記工程中に吸着剤の加熱を強化する。
【００３０】
上記パージストリームおよび上記すすぎストリームが、それぞれ、上記パージ工程および上記すすぎ工程の前に冷却および加熱される実施形態は、熱交換の点でより大きな柔軟性を提供する。例えば、上記すすぎストリームを加熱することによって、より大量の熱が加熱工程（ｂ）下の反応器に伝達され得る、および／または加熱工程（ｂ）の持続時間を短縮することができる。
【００３１】
いくつかの実施形態によれば、加熱工程（ｂ）は、吸着剤と接触している熱媒体との直接的な熱交換を含む。したがって、加熱工程（ｂ）で伝達される熱のすべてまたは一部は、直接的な熱交換によって伝達される。好ましくは、上記熱媒体は、主に標的成分を含むストリームである。例えば、上記熱媒体は、パージ工程（ｂ１）下の反応器の上記で同定された排出ストリームおよび加熱工程（ｂ）下の反応器の排出ストリームによって提供される。
【００３２】
同様に、冷却工程（ｃ）は、吸着剤と接触している冷却媒体との直接的な熱交換を含み得る。したがって、冷却工程（ｃ）で伝達される熱のすべてまたは一部は、直接的な熱交換によって伝達される。好ましくは、上記冷却媒体は、標的成分が除去され、好ましくは少なくとも１つの副成分を含むストリームである。例えば、上記冷却媒体は、吸着工程（ａ）下の反応器の上記で同定された廃棄ストリーム、またはすすぎ工程（ａ１）下の反応器の上記で同定されたパージストリームによって提供される。
【００３３】
好ましい実施形態によれば、冷却工程（ｃ）中に、吸着剤は、吸着工程（ａ）を実行中の上記複数の反応器のうちの少なくとも１つの他の反応器によって提供される廃棄ストリーム（またはその一部）と接触させられる。上記廃棄ストリーム（またはその一部）は、任意に上記冷却工程（ｃ）の前に冷却される。
【００３４】
他の実施形態によれば、加熱工程（ｂ）および冷却工程（ｃ）のうちの少なくとも一方は、間接的な熱交換を含む。そのような実施形態では、熱のすべてまたは一部は、間接的な熱交換によって伝達される。
【００３５】
さらなる実施形態は、上記加熱工程（ｂ）および／または上記冷却工程（ｃ）のための直接的な熱交換および間接的な熱交換の両方を含む。したがって、工程（ｂ）および／または（ｃ）で伝達される熱は、直接的な熱交換によって部分的に伝達されてもよいし、間接的な熱交換によって部分的に伝達されてもよい。
【００３６】
間接的な熱交換は、熱交換が吸着剤と熱伝達（熱または冷却）媒体との間の境界面で起こることを示す。いくつかの実施形態では、プレートまたはチューブなどの適切な熱交換体が吸着剤に浸され、そこに上記媒体が供給される。いくつかの実施形態では、吸着剤が充填されたチューブ、およびチューブの外部、例えば、吸着器の外殻側に供給される熱交換媒体が使用される。
【００３７】
直接的な熱交換は、吸着剤が、加熱媒体または冷却媒体に直接接触され、熱交換体の導入が避けられ、それにより、熱慣性が減少し、良好な熱交換が保証されるという利点を有する。他方、間接的な熱交換は、吸着剤と加熱媒体または冷却媒体との間の接触がないことにより吸着剤のより高い作用能力が保証され、熱交換流体の選択のさらなる自由度が提供されるため好ましい。
【００３８】
すすぎ工程（ａ１）には、上記すすぎストリームに含まれる標的成分の一部の吸着が伴い、これにより吸着熱が放出される。したがって、すすぎ工程（ａ１）は、回収した標的成分の純度の増加をもたらす。さらに、出願人は、驚くべきことに、すすぎ工程（ａ１）が、放出される吸着熱により、はるかに速く行われることを見出した。これは、特にサイクルの生産性にとって有益である。
【００３９】
パージ工程（ｂ１）には、パージストリームに含まれる少なくとも１つの副成分による非吸着の標的成分の置換が伴い、加熱工程（ｂ）中に先に脱着されていない量の標的成分の脱着も伴い得る。放出された標的成分は、すすぎ工程（ａ１）下の別の反応器に再循環され、そこで回収される。したがって、パージ工程（ｂ１）は標的成分の回収量の増加をもたらす。さらに、パージ工程（ｂ１）は、吸着熱によって差し引かれたエネルギーにより、はるかに速く行われ、これは、サイクルの生産性にとって有益である。
【００４０】
本発明の重要な態様では、すすぎ工程を行っている反応器とパージ工程を行っている別の反応器との間に「閉じたループ」が形成され得る。言い換えると、すすぎ工程を行っている反応器は、パージ工程を行っている別の反応器から標的成分を含むすすぎストリームを受け、標的成分が除去されたパージストリームをそこに供給する。そのようなループの存在によって、廃棄ストリームとして大気中に排出される代わりに別の反応器におけるパージ工程に付されるパージガスに含まれる標的成分の起こり得る損失が回避される。これによりＣＯ2の回収率が向上する。別の利点は、同期したすすぎ工程（ａ１）およびパージ工程（ｂ１）の場合に、閉じたループの構成によって、スケジューリングの制約を取り除くことが可能になるか、または貯蔵タンクを回避することが可能になる。
【００４１】
いくつかの実施形態によれば、吸着工程（ａ）中に、上記少なくとも１つの副成分の一部が、標的成分とともに不可避的に吸着される。好ましい実施形態によれば、上記すすぎ工程（ａ１）の後かつ上記加熱工程（ｂ）の前に、予備加熱（ａ２）が行われ、その間に、上記少なくとも１つの副成分を含むガス状生成物が吸着剤から放出され、その後、再循環されて、さらなる吸着工程（ａ）またはさらなるすすぎ工程（ａ１）に従う。上記ガス状生成物は、中間貯蔵後に、同じ反応器内で再循環され得るか、または中間貯蔵後に吸着工程（ａ）またはすすぎ工程（ａ１）下の別の反応器内で再循環され得る。明確にするために、加熱工程（ｂ）は主要加熱とも呼ばれる。
【００４２】
予備加熱（ａ２）の持続時間は、好ましくは、すすぎ（ａ１）の持続時間の０．１倍から１０倍、より好ましくは６倍である。さらに、主加熱（ｂ）の持続時間は、好ましくは、すすぎ（ａ１）の持続時間の１０倍から７０倍である。冷却（ｃ）の持続時間は、好ましくは、パージ（ｂ１）の持続時間の１０倍から５０倍である。
【００４３】
上記の持続時間によって、高い値の純度および回収率だけでなく、高生産性および低エネルギー消費の達成が可能になる。
【００４４】
実際に、主加熱（ｂ）または冷却（ｃ）のより短い持続時間は、ＣＯ2純度およびＣＯ2回収率を損なってしまうだろう。一方で、より長い持続時間は、純度および回収率の点で有益であるが、サイクルの生産性にとっては不利益であろう。
【００４５】
すすぎ（ａ１）のより短い持続時間は、代わりにエネルギー消費を減少させ、生産性を向上させるが、ＣＯ2純度を損なわせるだろう。一方で、より長い持続時間は、ＣＯ2純度を高めるが、生産性を悪化させ、エネルギー要求量を増加させるだろう。
【００４６】
したがって、本出願人により見出された持続時間は最適に近い値を表している。
【００４７】
予備加熱（ａ２）中に、標的成分の一部を副成分と一緒に脱着させることができ、これは、上記予備加熱（ａ２）中に放出されるガス状生成物が標的成分の一部も含むことを意味している。予備加熱（ａ２）は、先の吸着工程（ａ）中に吸着される副成分で主に作られたストリームを脱着させるために、および標的成分の脱着を減少させるために制御される。
【００４８】
この目的のために、予備加熱（ａ２）は、適切な低温および／または持続時間で実施される。より詳細には、上記予備加熱（ａ２）は、続く主加熱（ｂ）中に到達される温度よりも低い温度に到達する。好ましくは、予備加熱（ａ２）の温度は、続く主加熱（ｂ）の温度より少なくとも４０℃低い。
【００４９】
したがって、標的成分の大部分は、吸着剤に残り、続く主加熱（ｂ）中に放出され、予備加熱（ａ２）のガス状流出物は、かなりの量の少なくとも１つの副成分を含む。好ましい実施形態では、上記ガス状流出物は、上記少なくとも１つの副成分を主に含む。好ましくは、上記ガス生成物は、２０％以上の副成分、より好ましくは５０％以上の副成分を含む。典型的な実施形態では、上記ガス状生成物は、３０％から８０％、より好ましくは５０％から８０％の副成分を含む。
【００５０】
予備加熱（ａ２）中に脱着された標的成分は、中間貯蔵後に同じ反応器内で回収され得るか、または吸着工程（ａ）またはすすぎ工程（ａ１）下の別の反応器内で回収され得る。ある反応器の予備加熱（ａ２）からのガス状生成物が別の反応器に送られる場合、いくつかの実施形態において適切なタンク内の中間貯蔵も提供され得る。
【００５１】
第１の実施形態によれば、上記予備加熱（ａ２）は間接的な熱交換を含む。第２の実施形態によれば、上記予備加熱（ａ２）は、吸着剤と接触している熱媒体との直接的な熱交換を含み、上記熱媒体は、好ましくは主に標的成分を含むストリームである。
【００５２】
本出願人は、驚くべきことに、閉じたループによる上記すすぎ工程（ａ１）の後かつ上記主加熱（ｂ）の前の上記予備加熱（ａ２）の実施には、低エネルギー消費および高生産性とともに９５％を超える標的成分の高い純度および回収率の達成が伴うことを見出した。
【００５３】
本発明の好ましい適用によれば、標的成分は二酸化炭素である。好ましくは、上記少なくとも１つの副成分は窒素を含む。
【００５４】
ガス状混合物はいくらかの水を含み得る。水は、標的成分の吸着には不利益であり、例えば、多くの吸着剤に対して、吸着中に標的成分と競合する。本発明の方法は、任意に、標的成分の吸着の前にガス状混合物から水を除去する予備工程を含み得るか、または任意に、水に対して選択的な特異的吸着剤を使用し得る。
【００５５】
いくつかの実施形態によれば、吸着剤は、副成分よりも、および、また水よりも、標的成分の吸着に対して選択的である。標的成分が二酸化炭素である場合、ＭＯＦ（金属有機構造体）、米国特許第９，１３８，７１９号明細書に示されているものなどのＭＯＭｓ（金属有機材料）、ＣＰＯ２７、ＵＴＳＡ１６、ＵＩＯ６６、アミンドープＭＯＦｓから選択される化学吸着剤が、その高い容量および水よりも二酸化炭素を吸着する高い選択性のために好ましく用いられる。
【００５６】
さらなる実施形態によれば、吸着剤は、選択的に水を吸着するのに適した第１の材料の第１の層および標的成分（例えば、二酸化炭素）を選択的に吸着するのに適した第２の材料の第２の層を含む。したがって、吸着工程は、第１の層における水の除去および次に第２の層における標的成分の除去を含む。上記材料は、好ましくは同じ温度範囲において再生される。
【００５７】
さらなる実施形態によれば、上記ガス状混合物は、少なくとも部分的に水を除去するために、吸着剤と接触する前に脱水工程に付される。好ましくは、上記脱水工程は、選択的に水を吸着するように適合された吸着材料を用いて実施される。このような材料の例としては、シリカ、活性アルミナ、４Ａゼオライトが挙げられる。標的成分が二酸化炭素で、副成分が窒素である場合、高い容量およびＮ2よりもＣＯ2に対する高い選択性を有するゼオライト１３Ｘ、ゼオライト５Ａ、ゼオライト４Ａ、ゼオライトＺＳＭ５、活性炭などの吸着剤が好ましく用いられる。
【００５８】
本発明のさらなる態様は、主加熱（ｂ）の比較的低い温度、すなわち低い再生温度である。この温度は、好ましくは、２５０℃以下であり、より好ましくは、２００℃以下であり、さらにより好ましくは、１７０℃以下である。低い再生温度は、吸着剤と利用可能な熱源との間のより大きな温度差（デルタ−Ｔ）を伴うか、またはより低温の熱源を使用することができ、再生をより効率的にするので、有利である。
【００５９】
ガス状混合物は、例えば、燃焼プロセスからの、煙道ガスであり得る。上記煙道ガスは、本発明の好ましい適用による発電装置または化学プロセスから来るものであり得る。好ましくは、上記ガス状混合物は、アンモニア、メタノールまたは尿素のプラントの煙道ガスである。回収された標的成分は、場合によって、分画（sequestrate）されるか（例えば、ＣＯ2分画（sequestration））、または別のプロセスで使用され得る。
【００６０】
本発明の目的は、アンモニア、メタノールまたは尿素のプラントの煙道ガスを処理するための上記方法の使用である。メタノールまたは尿素のプラントの場合、いくつかの実施形態は、回収されたＣＯ2の、原料としての使用を含む。
【００６１】
上記の方法を実施するプラントはまた、本発明の対象である。
【００６２】
本発明は、いくつかの反応器を同期的に動作させることが可能であり、異なる反応器の動作サイクルは時間的に適正にシフトされる。これは、連続的な動作が望まれるほとんどの適用で利点がある。
【００６３】
サイクルのスケジューリングは、任意の必要なアイドル時間を含む、サイクルの工程の数、順序、および持続時間、ならびに連続的な動作を実施するために必要とされる反応器の数および接続を決定することにある。これは、単位時間および吸着剤質量当たりの生成される標的化合物の量として定義される、サイクルの有効生産性に対する効果を有する。
【００６４】
スケジュールは、課される制約、例えば、連続的な供給、連続的な生産、すすぎ工程（ａ１）およびパージ工程（ｂ１）の同期に依存する。本発明のＴＳＡサイクルに関して考慮され得るさらなる制約は、別の反応器が主加熱（ｂ）を開始すると同時に冷却工程（ｃ）を開始する反応器を有し、したがって、反応器に存在する高温の熱流体の再利用を可能にして、別の反応器の熱を上昇させること（いわゆる温度均一化）である。
【００６５】
煙道ガスからの連続的なＣＯ2捕捉のために、スケジューリングが、連続的な供給を処理し、常時標的成分のストリームを生成する可能性を確かなものとし、同時にすすぎ工程（ａ１）およびパージ工程（ｂ１）の同期、および加熱工程（ｂ）および冷却工程（ｃ）の同期開始を保証するものとする。
【００６６】
本発明の利点は、好ましい、非限定的な実施形態の下記の記載の助けを借りて説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態による、煙道ガスから二酸化炭素を除去するための温度スイング吸着方法のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による、温度スイング吸着方法のブロック図である。
【図３】本発明の対象ではないＴＳＡプロセスの純度対回収率曲線である。
【図４】本発明の対象ではない別のＴＳＡプロセスの純度対回収率曲線である。
【図５】図３の曲線と比較した、図１の実施形態によるＴＳＡプロセスの純度対回収率曲線を示す。
【図６】図４の曲線と比較した、図２の実施形態によるＴＳＡプロセスの純度対回収率曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
第１の実施形態
図１を参照すると、本発明の方法は、例えば反応器１０１、１０２、１０３を含む複数の反応器において実施される。各反応器１０１〜１０３は、標的成分用の吸着剤、例えばＣＯ2の吸着のためのゼオライト１３Ｘ、の固定床を含む。
【００６９】
各反応器は多くの工程、すなわち、吸着工程（ａ）、すすぎ工程（ａ１）、加熱工程（ｂ）、パージ工程（ｂ１）および冷却工程（ｃ）を行う。反応器は相互接続されており、上記方法の工程のいくつかの間に、反応器は１つまたは複数のストリームを１つまたは複数の他の反応器とやり取りしてもよい。図１において、ブロック（ａ）、（ａ１）、（ｂ）、（ｂ１）、（ｃ）は、該方法の工程を実行中の反応器１０１、１０２、１０３を示している。
【００７０】
吸着工程（ａ）中に、処理されるガス、例えば煙道ガスが反応器に入れられ、標的成分が吸着され、結果として廃棄ストリームが生じ、部分的に吸着剤に標的成分が充填される。すすぎ工程（ａ１）中に、吸着剤が、別の反応器のパージ工程（ｂ１）から生じる標的成分の豊富なストリームとの直接的な接触によってわずかに加熱される。結果として、さらなる量の標的成分を吸着させることができ、１つまたは複数の副成分が排出され、したがってパージストリームが生成される。加熱工程（ｂ）中に、吸着剤が直接的または間接的な熱交換によって加熱され、結果として、標的成分が脱着し、吸着剤が再生する。パージ工程（ｂ１）は、別の反応器のすすぎ工程（ａ１）から得られるパージストリームの助けを得て行われる。工程（ｃ）は冷却工程であり、別の反応器の吸着工程（ａ）から得られる（主に１つまたは複数の副成分を含む）廃棄ストリームの少なくとも一部の助けを得て行われる。上記工程（ｃ）では、工程（ａ）でサイクルを再び開始するために吸着剤を吸着温度に戻す。上記工程および反応器間の上記相互作用は、反応器１０１の作業サイクルを参照してより詳細に説明される。
【００７１】
吸着工程（ａ）
燃焼プロセスから生じ、主に二酸化炭素（ＣＯ2）および窒素（Ｎ2）ならびに任意に水を含む煙道ガス１１１が反応器１０１に供給され、ここでＣＯ2が反応器のゼオライト床上に吸着され、ＣＯ2は窒素と比較して該吸着剤とのより高い親和性を有している。
【００７２】
結果として、工程（ａ）は、ＣＯ2が充填された吸着剤および主にＮ2を含むＣＯ2が除去された流出流１１２を提供する。該流出流１１２の一部１１３は、以下に説明するように、別の反応器の（例えば反応器１０３の）冷却工程（ｃ）に使用することができる。流出流１１２の残りの部分１１４は送出（export）され、換気されてもよく、または適切な場合にはさらなる領域に利用されてもよい。例えば、アンモニアのプラントでは、窒素に富んだ上記ストリーム１１４をアンモニアの合成に使用することができる。
【００７３】
好ましくは、吸着工程（ａ）は、周囲温度、例えば１５℃から３０℃の範囲の温度で行われる。好ましくは、上記工程（ａ）は上向流で実施され、これは、煙道ガス１１１が反応器１０１の底部から供給され、廃棄ストリーム１１２が上部から反応器１０１を出る、ＣＯ2より軽いＮ2であることを意味している。
【００７４】
すすぎ工程（ａ１）
反応器１０１は、パージ工程（ｂ１）を実行中の反応器によって、例えば反応器１０２によって生成されるガス状のＣＯ2に富んだすすぎストリーム１２７を受ける。上記すすぎストリーム１２７は、反応器１０１の底部に供給され、これは、工程（ａ１）が工程（ａ）と同じ上向流の方向で実施されることを意味している。
【００７５】
すすぎストリーム１２７は、任意に、上記反応器１０１に入る前に外部熱交換器１０において加熱される。例えば、すすぎストリーム１２７は、３４３Ｋ（７０℃）の温度に加熱される。
【００７６】
上記工程（ａ１）中に、すすぎストリーム１２７に含まれる二酸化炭素の一部は、先の吸着工程（ａ）の結果として既に部分的にＣＯ2が充填されている吸着床上に吸着され；以下に説明するように、主にＮ2を含む別の廃棄ストリーム１１５が得られ、これは別の反応器（例えば反応器１０２）のパージ工程（ｂ１）に使用される。上記廃棄ストリーム１１５はパージストリームとも呼ばれる。このパージストリームは、しかし、ＣＯ2をいくらか含んでいてもよい。
【００７７】
上記パージストリーム１１５は、任意には、上記反応器１０２に入る前に外部熱交換器２０において冷却される。例えば、パージストリーム１１５は２８３Ｋ（１０℃）の温度に冷却される。
【００７８】
廃棄ストリーム１１２またはその一部１１４に起こることとは対照的に、上記パージストリーム１１５は、プロセスから送出されることも大気中に換気されることもない。これは、ＣＯ2の損失の可能性が回避されるため有利である。
【００７９】
いくつかの実施形態では、反応器１０１のすすぎ工程（ａ１）および反応器１０２のパージ工程（ｂ１）は同期され、これは、反応器１０２を出るすすぎストリーム１２７が中間貯蔵を伴わないで反応器１０１に入ることを意味している。他の実施形態では、反応器１０２のパージ工程（ｂ１）によって生成されるＣＯ2に富んだガス１２７は、発生源反応器１０２の外側の適切なタンク（図示せず）において貯蔵され、続いて、上述のすすぎ工程（ａ１）のために反応器１０１に導入される。中間貯蔵を伴う後者の実施形態は、２つの反応器の工程（ａ１）および（ｂ１）の持続時間を異なるものとできるため、より大きな柔軟性を提供し得る。
【００８０】
同様に、パージストリーム１１５は、適切なタンクにおける中間貯蔵を伴って、または伴わないで、すすぎ工程（ａ１）下の反応器からパージ工程（ｂ１）下の別の反応器に受け渡すこともできる。
【００８１】
加熱工程（ｂ）
ＣＯ2が充填された吸着剤は、例えば４２０Ｋ（１４７℃）に加熱され、結果として、ＣＯ2が脱着されて、高純度のＣＯ2の流れ１１６が生成され、反応器１０１の吸着剤が部分的に再生される。
【００８２】
加熱工程（ｂ）は、間接的な熱交換または直接的な熱交換のいずれかによって行うことができる。
【００８３】
間接的な熱交換の場合、反応器の端部の一方は開いたままで、もう一方は閉じたままであり、これは半開放の加熱工程であることを意味している。
【００８４】
直接的な熱交換の場合、吸着剤との直接的な接触のために反応器に高温の再生媒体が供給される。好ましくは、反応器１０１の両端が開いたままにされ、上記再生媒体が工程（ａ）および（ａ１）に対して反対側に、すなわち上部から底部に流れる。好ましくは、上記再生媒体は、主にＣＯ2（すなわち、標的成分）でできている。
【００８５】
パージ工程（ｂ１）
反応器１０１における吸着剤は、別の反応器、例えば反応器１０３のすすぎ工程（ａ１）から結果として生じるパージストリーム１３５でパージされる。上記ストリーム１３５は、反応器１０１自体において得られた前述のストリーム１１５と組成が類似している。上記パージストリーム１３５は上部から反応器１０１に供給され、これは、工程（ｂ１）が、工程（ａ）および（ａ１）に対して反対の流れ方向で実施されることを意味している。
【００８６】
上記パージストリーム１３５は、任意に、反応器１０１に入る前に外部熱交換器２０’において冷却される。例えば、パージストリーム１３５は２８３Ｋ（１０℃）の温度に冷却される。
【００８７】
上記パージ工程（ｂ１）中に、パージストリーム１３５は、吸着工程（ａ）中により多くのＣＯ2が吸着され、回収率が増強されるように、ＣＯ2に富んだストリーム１１７と置換させることによって吸着剤を「洗浄」する。上記ＣＯ2に富んだストリーム１１７は、有利には、前述したＣＯ2に富んだストリーム１２７と同様に、別の反応器のすすぎ工程（ａ１）に付される。上記ストリーム１１７は、任意に外部熱交換器１０’において加熱される。
【００８８】
パージストリーム１１５、１３５は、それぞれ、パージ工程（ａ１）を行う反応器１０２、１０１に付される前に適切な圧縮機（図示せず）に送られてもよい。
【００８９】
同様に、すすぎストリーム１１７、１２７は、それぞれ、すすぎ工程（ａ１）を行う反応器１０３、１０１に付される前に適切な圧縮機（図示せず）に送られてもよい。
【００９０】
上記圧縮機は、反応器１０２、１０１間の閉じたループ１１５−１２７−１１５および反応器１０１、１０３間の閉じたループ１３５−１１７−１３５におけるガスの循環を確かなものとする。
【００９１】
いくつかの実施形態では、反応器１０３のすすぎ工程（ａ１）および反応器１０１のパージ工程（ｂ１）は同期され、それによって、反応器１０３を出るパージストリーム１３５は、中間貯蔵を伴わないで反応器１０１に通される。他の実施形態では、上記ストリーム１３５用の貯蔵タンクが提供される。
【００９２】
冷却工程（ｃ）
サイクルを再開するために、吸着剤は吸着温度まで冷却される。
【００９３】
冷却工程（ｃ）は、間接的な熱交換または直接的な熱交換のいずれかによって行うことができる。
【００９４】
図面の例によれば、吸着工程（ａ）を実行中の反応器１０３によって提供される廃棄ストリーム１３３が反応器１０１に供給され、ここで廃棄ストリーム１３３は、冷却媒体として作用する吸着剤と直接接触する。したがって、反応器１０１の両端は開いたままであり、廃棄ストリーム１３３は、工程（ａ）および（ａ１）に対して反対側に、すなわち上部から底部に流れ、ストリーム１１８として反応器を出る。代替的に、工程（ｃ）は半開状態であり、廃棄ストリーム１３３は反応器を加圧するだけである。
【００９５】
廃棄ストリーム１３３は、任意に、上記反応器１０１に入る前に外部熱交換器３０において冷却される。
【００９６】
反応器１０２および１０３などの他の反応器も同じ工程を行う。
【００９７】
第２の実施形態
図２を参照すると、本発明の方法は、例えば反応器２０１、２０２、２０３を含む、複数の反応器において実施される。各反応器２０１〜２０３は、標的成分用の吸着剤の、例えば、ＣＯ2の吸着用のゼオライト１３Ｘの固定床を含む。
【００９８】
各反応器は、すすぎ工程（ａ１）の後かつ加熱工程（ｂ）の前の、予備加熱工程（ａ２）の追加とともに、第１の実施形態と同じ一連の工程を実施する。第１の実施形態と共通の工程は簡潔にするために詳細には説明されない。工程（ａ２）を工程（ｂ）と良好に区別するために、工程（ｂ）を主要加熱工程と呼ぶ。
【００９９】
工程（ａ１）および（ｂ１）をさらなる予備加熱工程（ａ２）と組み合わせることによって相乗効果が発揮され、それによって、工程（ａ２）の高い回収率および純度と、工程（ａ１）および（ｂ１）の低エネルギー消費とを得ることができる。
【０１００】
反応器２０１を参照すると、主に二酸化炭素（ＣＯ2）および窒素（Ｎ2）を含むガス混合物２１１が、上記予備加熱工程（ａ２）から得られた、主としてＮ2および少量のＣＯ2を含むガス状生成物２１９と混合され、ガス状の投入ストリーム２２０が提供される。
【０１０１】
上記投入ストリーム２２０は、吸着工程（ａ）のために反応器２０１に供給され、ここで廃棄ストリーム２１２が生成され、吸着剤にはＣＯ2が充填される。廃棄ストリームの一部２１３は、別の反応器を冷却するために使用することができ、残りの部分２１４は送出または換気される。
【０１０２】
その後、反応器２０１は、任意に交換器１０における中間加熱を伴って、パージ工程（ｂ１）下の反応器２０２からのすすぎストリーム２２７の助けを得てすすぎ工程（ａ１）を受ける。
【０１０３】
上記すすぎ工程（ａ１）中に、すすぎストリーム２２７に含まれる二酸化炭素の一部は吸着床上に吸着され、主にＮ2を含むパージストリーム２１５が得られ、これは反応器２０２のパージ工程（ｂ１）に使用される。上記パージストリーム２１５は、任意に、上記反応器２０２に入る前に外部熱交換器２０において冷却される。
【０１０４】
その後、反応器２０１は予備加熱工程（ａ２）を受け、その間に、反応器２０１に含まれるＣＯ2が充填された吸着剤はさらに加熱される。上記予備加熱工程（ａ２）中に吸着剤が到達する温度は、続く主要加熱工程（ｂ）中に到達する温度よりも低い。例えば、吸着剤は、上記予備加熱工程（ａ２）中に３６０Ｋおよび３８０Ｋの間（すなわち８７℃および１０７℃の間）の範囲の温度に加熱される。
【０１０５】
上記工程（ａ２）中に、窒素および少量のＣＯ2が脱着され、ガス状生成物２１９が提供される。上記工程（ａ２）中、圧力は一定に保たれ、反応器の下端のみが開いたままである。
【０１０６】
いくつかの実施形態では、そのようにして得られたガス状生成物２１９は、タンク４０内に貯蔵され、続いて、煙道ガス２１１と混合されて、吸着工程（ａ）に供給するガス状ストリーム２２０を提供し、そこに含まれるＣＯ2を回収する。他の実施形態（図示せず）では、上記ガス状生成物２１９は、別の反応器、例えば反応器２０２または２０３、の煙道ガス供給と混合される。
【０１０７】
予備加熱工程（ａ２）後、反応器２０１は、一連の主加熱（ｂ）、パージ（ｂ１）および冷却（ｃ）を受ける。
【０１０８】
パージ工程（ｂ１）は、任意には熱交換器２０’における中間冷却とともに、反応器２０３から得られるパージストリーム２３５の助けを得て実施され、反応器２０３のすすぎ工程（ａ１）に有利に付されるＣＯ2に富んだストリーム２１７を放出する。上記ストリーム２１７は、任意に外部熱交換器１０’において加熱される。主加熱（ｂ）は、標的成分、この場合ＣＯ2のストリーム２１６を放出する。冷却工程（ｃ）は、冷却媒体として作用し、ストリーム２１８として反応器を出る、吸着工程（ａ）を行う反応器２０３によって提供される廃棄ストリーム２３３の助けを得て実施される。廃棄ストリーム２３３は、任意に、上記反応器１０１に入る前に外部熱交換器３０において冷却される。
【０１０９】
実施形態１と同様に、適切な圧縮機は、反応器２０２、１０１間の閉じたループ２１５−２２７−２１５および反応器２０１、２０３間の閉じたループ２３５−２１７−２３５におけるガスの循環を確かなものとする。
【０１１０】
反応器２０２および２０３などの他の反応器は同じ工程を行う。
【０１１１】
比較の例
例１
モル組成：ＣＯ2＝０．１２、Ｎ2＝０．８８を有する煙道ガスは、複数の相互接続した反応器において実施されるプロセスに付され、各反応器はＣＯ2用の吸着剤の固定床を含む。各反応器は、吸着工程（ａ）、すすぎ工程（ａ１）、加熱工程（ｂ）、パージ工程（ｂ１）および冷却工程（ｃ）を行う。
【０１１２】
吸着工程（ａ）中に、煙道ガスは反応器に入れられ、ＣＯ2は部分的に吸着され、結果として廃棄ストリームとＣＯ2を部分的に充填した吸着剤とがもたらされる。すすぎ工程（ａ１）中に、吸着剤は、別の反応器のパージ工程（ｂ１）から生じるＣＯ2に富んだストリームとの直接的な接触によってわずかに加熱され、さらなる量のＣＯ2が吸着され、Ｎ2が排出され、したがってもう一つの廃棄ストリームが生成される。加熱工程（ｂ）中に、吸着剤は直接的または間接的な熱交換によって加熱され、結果としてＣＯ2が脱着し、吸着剤が再生される。パージ工程（ｂ１）は、別の反応器の吸着工程（ａ）から得られたＮ2含有廃棄ストリームの助けを得て行われる。冷却工程（ｃ）では、工程（ａ）でサイクルを再開するために、吸着剤が吸着温度に戻される。
【０１１３】
吸着（ａ）、すすぎ（ａ１）、加熱（ｂ）、パージ（ｂ１）および冷却（ｃ）の上記の５つの工程の持続時間を変更することによって、図３の曲線はコンピュータシミュレーションを用いて同定されている。
【０１１４】
図３の曲線は、純度対回収率の２次元プロットにおける最大の実行可能なＣＯ2純度およびＣＯ2回収率の範囲を定めている。図３に示すように、最大の実行可能な純度は、９９％よりわずかに高く、ただし８５％の回収率に対してのみ達成可能である。一方で、最大の実行可能な回収率は約９８％であるが、約９８．５％の純度でのみ達成可能である。
【０１１５】
例２
例１のガスと同じ組成を有する燃焼煙道ガスは、複数の相互接続した反応器において実施されるプロセスに付され、各反応器はＣＯ2用の吸着剤の固定床を含む。各反応器は、すすぎ工程（ａ１）の後かつ加熱工程（ｂ）の前に予備加熱工程（ａ２）を加え、例１と同じ順序で一連の工程を実行する。
【０１１６】
予備加熱（ａ２）中に吸着剤が到達した温度は、続く加熱工程（ｂ）中に到達した温度よりも低い。上記工程（ａ２）中に、窒素および少量のＣＯ2が脱着されて、ガス状生成物が提供され、このガス生成物は、続いて吸着工程（ａ）に供給され煙道ガスと混合され、したがってそこに含まれるＣＯ2が回収される。
【０１１７】
吸着（ａ）、すすぎ（ａ１）、予備加熱（ａ２）、加熱（ｂ）、パージ（ｂ１）および冷却（ｃ）の上記の６つの工程の持続時間を変更することによって、図４の曲線がコンピュータシミュレーションを用いて同定されている。
【０１１８】
図４の曲線は、純度対回収率の２次元プロットにおける最大の実行可能なＣＯ2純度およびＣＯ2回収率の範囲を定めている。図４に示すように、最大の実行可能な純度は９４％であり、これは９０％未満の回収率に対して達成可能である。単位回収率に関しては、純度は非常に低く、すなわち９１％未満である。
【０１１９】
例３：本発明の第１の実施形態
前述の例のガスと同じ組成を有する燃焼煙道ガスが、図１によるプロセスに付される。
【０１２０】
図５は、図１のプロセスおよび参照として得られた例１のプロセスに関する実施可能なＣＯ2純度およびＣＯ2回収率の範囲を定める曲線を示している。図１のプロセスは、すすぎ工程（ａ１）を実行している反応器とパージ工程（ｂ１）を実行している別の反応器との間に閉じたループを含むという点で、参照プロセスと実質的に区別される。
【０１２１】
より詳細には、第１の反応器はパージ工程を行い、標的成分を含む排出ストリームを提供し、第２の反応器はすすぎ工程を行い、標的成分が除去されたパージストリームを提供する。上記排出ストリームの少なくとも一部は上記第２の反応器のすすぎ工程のためのすすぎストリームとして使用され、上記パージストリームの少なくとも一部は上記第１の反応器のパージ工程に使用され、したがって、上記第１の反応器と第２の反応器との間に閉じたループが形成される。
【０１２２】
図１の新しいプロセスは、ＣＯ2回収率とＣＯ2純度の点で例１のプロセスを大幅に上回る。
【０１２３】
図５から分かるように、新しいプロセスの「ＣＯ2回収率」対「ＣＯ2純度」曲線は、参照プロセスに対して上方かつ右側にシフトされている。新しいプロセスの改善は閉じたループの存在によるものであり、これによって、生成物の損失が防がれ、時間的な工程を最適化して、参照プロセスよりも優れた分離性能が達成可能になる。
【０１２４】
例えば、ＣＯ2純度が９９％の場合、新しいプロセスによって９８％の回収率を得ることができるが、参照プロセスで得ることができる回収率は９５％である。
【０１２５】
さらに、ＣＯ2回収率が９５％の場合、新しいプロセスによって９９．５％を超える純度を得ることができるが、参照プロセスで得ることができる純度は９９％である。
【０１２６】
実施例４：本発明の第２の実施形態
前述の例のガスと同じ組成を有する燃焼煙道ガスが、図２によるプロセスに付される。
【０１２７】
図６は、図２のプロセスおよび参照として得られた例２のプロセスに関する実行可能なＣＯ2純度およびＣＯ2回収率の範囲を定める曲線を示している。図２のプロセスは、すすぎ工程（ａ１）を行っている反応器とパージ工程（ｂ１）を行っている別の反応器との間に閉じたループを含むという点で、参照プロセスと実質的に区別される。
【０１２８】
図６から明らかに分かるように、図２の新しいプロセスの「ＣＯ2回収率」対「ＣＯ2純度」曲線は、例２の参照プロセスに対して上方かつ右側にシフトされている。新しいプロセスは、ＣＯ2回収率とＣＯ2純度の点で参照プロセスを大幅に上回る。またこの場合、新しいプロセスの改善は閉じたループの存在によるものである。
【０１２９】
例えば、ＣＯ2純度が９３．５％の場合、新しいプロセスによって９８％の回収率を得ることができるが、参照プロセスで得ることができる回収率は９５％である。
【０１３０】
さらに、ＣＯ2回収率が９５％の場合、新しいプロセスによって９４％の純度を得ることができるが、参照プロセスで得ることができる純度は９３．５％である。
【図１】
2020531272.tif 000003
【図２】
2020531272.tif 000004
【図３】
2020531272.tif 000005
【図４】
2020531272.tif 000006
【図５】
2020531272.tif 000007
【図６】
2020531272.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月18日(2019.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的成分に加えて少なくとも１つの副成分を含むガス状混合物（１１１）から標的成分を取り除くための温度スイング吸着方法であって、前記方法が、複数の反応器（１０１、１０２、１０３）において行われ、
各反応器（１０１）が以下の工程：
（ａ）前記ガス状混合物の投入ストリーム（１１１）を固体吸着剤と接触させ、前記投入ストリームから標的成分を吸着させることで、標的成分が充填された吸着剤および標的成分が除去された廃棄ストリーム（１１２）を提供することを含む、吸着工程と；
（ｂ）前記充填された吸着剤を加熱し、標的成分の第１の量を脱着させることで、部分的に再生された吸着剤と、脱着された標的成分を含む第１の排出ストリーム（１１６）とを提供する加熱工程；
（ｃ）少なくとも部分的に再生された吸着剤を冷却する冷却工程
を行い、
各反応器（１０１）の方法が、
前記充填された吸着剤が、標的成分を含むすすぎストリームと接触させられ、前記すすぎストリームに含まれる標的成分のある量が吸着され、標的成分が除去されたパージストリームが生成される、前記吸着工程（ａ）の後かつ前記加熱工程（ｂ）の前のすすぎ工程（ａ１）と；
部分的に再生された吸着剤が、すすぎ工程（ａ１）を実行中の前記複数の反応器のうちの少なくとも１つの他の反応器によって提供されるパージストリームの少なくとも一部と接触させられ、標的成分の第２の量が放出されて標的成分を含有する第２の排出ストリームが提供される、前記冷却工程（ｃ）の前のパージ工程（ｂ１）とを特徴とし、
ここで、前記すすぎ工程（ａ１）で使用されるすすぎストリームが、パージ工程（ｂ１）を実行中の前記複数の反応器のうちの少なくとも１つの他の反応器（１０２）によって提供される第２の排出ストリーム（１２７）の少なくとも一部を含み、
第１の反応器（１０１）がパージ工程（ｂ１）を実行して、前記第２の排出ストリーム（１１７）を提供し、第２の反応器（１０３）がすすぎ工程（ａ１）を実行して、前記パージストリーム（１３５）を提供し、ここで、前記第２の排出ストリーム（１１７）の少なくとも一部が、前記第２の反応器（１０３）のすすぎ工程（ａ１）のためのすすぎストリームとして使用され、前記パージストリーム（１３５）の少なくとも一部が、前記第１の反応器（１０１）のパージ工程（ｂ１）に使用され、したがって、前記第１の反応器と前記第２の反応器との間に閉じたループが形成される、方法。
【請求項２】
すすぎストリームとして作用する、前記パージストリーム（１３５）の少なくとも一部および前記第２の排出ストリーム（１２７）の少なくとも一部が、２つの異なる反応器（１０２、１０３）により提供される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
すすぎストリーム（１１７）として使用される前記第２の排出ストリームの少なくとも一部および前記パージストリーム（１３５）の少なくとも一部が、適切な圧縮機に送られ、閉じたループにおけるそれらの循環を確かなものとする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
第２の排出ストリーム（１２７）の前記少なくとも一部が、適切なタンクにおける中間貯蔵を伴って、または伴わないで、パージ工程（ｂ１）下の前記少なくとも１つの他の反応器（１０２）からすすぎ工程（ａ１）下の前記反応器（１０１）に受け渡され、パージストリーム（１３５）の前記少なくとも一部が、適切なタンクにおける中間貯蔵を伴って、または伴わないで、すすぎ工程（ａ１）下の前記少なくとも１つの他の反応器（１０３）からパージ工程（ｂ１）下の前記反応器（１０１）に受け渡される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
パージストリーム（１１５、１３５）の前記少なくとも一部が、パージ工程（ｂ１）に付される前に冷却される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
第２の排出ストリーム（１１７、１２７）の前記少なくとも一部が、前記すすぎ工程（ａ１）に付される前に加熱される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記加熱工程（ｂ）が、吸着剤と接触している熱媒体との直接的な熱交換を含み、前記熱媒体が、好ましくは、主に標的成分を含有するストリーム（１１６、１１７、１２７）である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記冷却工程（Ｃ）が、吸着剤と接触している冷却媒体との直接的な熱交換を含み、前記冷却媒体が、好ましくは、標的成分が除去された廃棄ストリーム（１１２、１１５、１１３）である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
冷却工程（ｃ）が、吸着工程（ａ）を実行中の前記複数の反応器のうちの少なくとも１つの他の反応器（１０３）によって提供される廃棄ストリームの少なくとも一部（１３３）との直接的な熱交換を含み、廃棄ストリームの前記少なくとも一部（１３３）が、任意に、冷却工程（ｃ）に付される前に冷却される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
加熱工程（ｂ）および／または冷却工程（ｃ）が間接的な熱交換を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の反応器の各反応器（２０１）が、前記すすぎ工程（ａ１）の後かつ前記本加熱（ｂ）前に予備加熱工程（ａ２）を実施し、ここで前記予備加熱（ａ２）中に、前記少なくとも１つの副成分を含有するガス状生成物（２１９）が、吸着剤から放出され、吸着工程（ａ）またはすすぎ工程（ａ１）下の反応器に再循環される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
予備加熱（ａ２）の持続時間が、すすぎ工程（ａ１）の持続時間の０．１倍から１０倍、好ましくはすすぎ工程（ａ１）の持続時間の６倍である条件、
加熱工程（ｂ）の持続時間が、すすぎ工程（ａ１）の持続時間の１０倍から７０倍である条件、および
冷却工程（ｃ）の持続時間が、パージ工程（ｂ１）の持続時間の１０倍から５０倍である条件、のうちの少なくとも１つが適用される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
加熱工程（ｂ）の温度が、２５０℃以下、好ましくは２００℃以下、さらに好ましくは１７０℃以下である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記標的成分が二酸化炭素である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ガス状混合物が煙道ガスである、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記煙道ガスが、アンモニアプラント、メタノールプラントまたは尿素プラントの煙道ガスである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法によって、ガス状混合物を処理し、前記ガス状混合物から標的成分を取り除くためのプラントであって、プラントが複数の反応器（１０１、１０２、１０３）を含み、各反応器（１０１）が、前記標的成分を選択的に吸着するための吸着床を含み、ここで
各反応器は、吸着床における標的成分の吸着、標的成分を含むストリーム（１２７）による吸着剤のすすぎ、標的成分の脱着のために吸着剤の加熱、標的成分が除去されたストリーム（１３５）による吸着剤のパージ、およびそのようにして得られる再生された吸着剤の冷却を含む、一連の工程を操作し、
反応器は、各反応器（１０１）が、
パージ工程中に、すすぎ工程を実行中の前記複数の反応器のうちの少なくとも１つ他の反応器（１０３）によって提供される標的成分が除去されたストリーム（１３５）の少なくとも一部を受ける、および
すすぎ工程中に、パージ工程を実行中の前記複数の反応器のうちの少なくとも１つの他の反応器（１０２）によって提供される標的成分を含有するストリーム（１２７）の少なくとも一部を受ける、
ように相互接続されており、
第１の反応器（１０１）は、排出ストリーム（１１７）を提供するパージ工程（ｂ１）を行い、第２の反応器（１０３）はパージストリーム（１３５）を提供するすすぎ工程（ａ１）を行い、ここで、第１の反応器（１０１）の前記排出ストリーム（１１７）の少なくとも一部は前記第２の反応器（１０３）のすすぎ工程（ａ１）のためのすすぎストリームとして使用され、第２の反応器（１０３）からの前記パージストリーム（１３５）の少なくとも一部は前記第１の反応器（１０１）のパージ工程（ｂ１）のために使用され、それにより前記第１の反応器および前記第２の反応器の間に閉じたループが形成される、プラント。
【国際調査報告】
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