Способ удаления целевого газа из смеси газов с помощью адсорбции за счет перепада давления или температуры

Есть еще 22 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ удаления компонента целевого газа, выбранного из группы, включающей CO2, H2S и N2, из газовой смеси, содержащей синтез-газ СО, Н2 и, по меньшей мере, другой газовый компонент, выбранный из группы, состоящей из CO2, H2S, N2 или СН4, и этот способ включает:

a) подачу указанной газовой смеси на установку разделения газов адсорбцией за счет термического перепада (TSA), и/или за счет перепада давления (PSA), и/или перепада парциального давления (PPSA), и/или короткоцикловой адсорбции за счет термического перепада (RCTSA), и/или короткоцикловой адсорбции за счет перепада давления (RCPSA), и/или короткоцикловой адсорбции за счет перепада парциального давления (RCPPSA), или их комбинации,

где конец для входа газа и конец для выхода газа находятся в жидкостном соединении с помощью множества открытых проточных каналов, где поверхности открытых проточных каналов состоят из материала адсорбента, который имеет селективность для указанного компонента целевого газа в сравнении с указанным компонентом второго газа больше чем 5, где контактор имеет приблизительно 20% или менее его объема открытых пор в порах с диаметром приблизительно 20 ангстрем или более чем и приблизительно 1 мкм или менее, и где по меньшей мере часть указанного компонента целевого газа адсорбируется в указанный материал адсорбента, в результате чего получают поток продуктов, обедненный указанным компонентом целевого газа;

b) сбор указанного потока продуктов;

c) десорбирование адсорбированных газов из указанного материала адсорбента, в результате чего получают поток отходящего газа, обогащенный указанным компонентом целевого газа; и

d) сбор указанного потока отходящего газа.

2. Способ по п.1, где материал адсорбента состоит из структурированного материала адсорбента, выбранного из группы, включающей цеолиты, титаносиликаты, ферросиликаты, станносиликаты, алюмонофосфатные молекулярные сита (AlPO), силикоалюминофосфатные молекулярные сита (SAPO) и углеродные молекулярные сита.

3. Способ по любому из предыдущих пунктов, где материал адсорбента состоит из цеолита с 8-членными кольцами, который имеет отношение Si к Al приблизительно от 1:1 до 1000:1.

4. Способ по п.3, где цеолит с 8-членными кольцами представляет собой DDR.

5. Способ по п.3, где цеолит с 8-членными кольцами выбран из Sigma-1 и ZSM-58.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, где материал адсорбента состоит из цеолита, выбранного из группы, включающей MFI, фауджазит, МСМ-41 и Beta.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, где контактор адсорбента состоит из первой зоны адсорбции, содержащей материал первого адсорбента, которая находится в жидкостном контакте со второй зоной адсорбции, содержащей материал второго адсорбента, где состав материала первого адсорбента отличается от состава материала второго адсорбента.

8. Способ по п.7, где материал первого адсорбента имеет селективность для компонента целевого газа газовой смеси в сравнении с компонентом второго газа больше чем 5; материал второго адсорбента имеет селективность для компонента третьего газа в сравнении с компонентом второго газа больше чем 5; и материал второго адсорбента имеет более высокое адсорбционное поглощение для компонента третьего газа, чем материал первого адсорбента.

9. Способ по любому из пп.7 и 8, где компонент целевого газа представляет собой CO2, компонент второго газа представляет собой СН4 и компонент третьего газа представляет собой H2S.

10. Способ по любому из пп.8 и 9, где компонент целевого газа представляет собой N2, компонент второго газа представляет собой СН4 и компонент третьего газа представляет собой H2S.

11. Способ по любому из предыдущих пунктов, где контактор адсорбента имеет приблизительно 15% или менее объема его открытых пор в порах с диаметром более чем приблизительно 20 ангстрем и менее чем приблизительно 1 мкм.

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, где контактор адсорбента содержит эффективное количество материала термальной массы, имеющего более высокую способность поглощать тепло, чем материал адсорбента.

13. Способ по любому из предыдущих пунктов, где контактор адсорбента имеет как мезопоры, так и макропоры и где, по меньшей мере, некоторое количество мезопор и макропор занято блокирующим агентом эффективного размера, который является достаточно небольшим, чтобы плотно входить в мезопоры, но слишком большим, чтобы плотно входить в микропоры материала адсорбента.

14. Способ по п.13, где блокирующий агент выбран из группы, включающей полимеры, микропористые материалы, твердые углеводороды и жидкости.

15. Способ по любому из предыдущих пунктов, где контактор адсорбента представляет собой контактор с параллельными каналами.

16. Способ по любому из предыдущих пунктов, где компонент целевого газа представляет собой H2S и материал адсорбента состоит из станносиликата.

17. Способ по любому из предыдущих пунктов, где контактор адсорбента состоит из первой зоны адсорбции, содержащей материал первого адсорбента, которая находится в жидкостном контакте со второй зоной адсорбции, содержащей материал второго адсорбента, где состав материала первого адсорбента отличается от состава материала второго адсорбента.

18. Способ по п.17, где материал первого адсорбента имеет селективность для компонента целевого газа газовой смеси в сравнении с компонентом второго газа больше чем 5; материал второго адсорбента имеет селективность для компонента третьего газа в сравнении с компонентом второго газа больше чем 5; и материал второго адсорбента имеет более высокое адсорбционное поглощение для компонента третьего газа, чем материал первого адсорбента.

19. Способ по п.18, где компонент целевого газа представляет собой CO2, компонент второго газа представляет собой СН4 и компонент третьего газа представляет собой H2S.

20. Способ по п.18, где компонент целевого газа представляет собой N2, компонент второго газа представляет собой СН4 и компонент третьего газа представляет собой H2S.

21. Способ по любому из пп.15-20, где контактор с параллельными каналами находится в форме, выбранной из а) монолита, состоящего из микропористого адсорбента; b) монолита, полученного из материала не адсорбента, но каналы которого выстланы микропористым адсорбентом; с) массива полых волокон, состоящих из микропористого адсорбента; и d) ламинированных листов, имеющих верхнюю и нижнюю лицевые поверхности, которые состоят из микропористого адсорбента.

22. Способ по любому из пп.15-21, где просвет канала открытых проточных каналов составляет приблизительно от 5 до 1000 мкм.

23. Способ по любому из пп.15-22, где отношение объема адсорбента к объему открытых проточных каналов составляет приблизительно от 0,5:1 до 100:1.

Текст

Смотреть все

СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ЦЕЛЕВОГО ГАЗА ИЗ СМЕСИ ГАЗОВ С ПОМОЩЬЮ АДСОРБЦИИ ЗА СЧЕТ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ ИЛИ ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к отделению целевого газа от смеси газов за счет использования сконструированных структурированных контакторов адсорбента в процессах адсорбции за счет перепада давления и адсорбции за счет перепада температур. Предпочтительно контакторы содержат сконструированные и, по существу, параллельные проточные каналы, где 20 об.% или менее объема открытых пор контактора, исключая проточные каналы, находится в интервале мезопор и макропор.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ЭКСОНМОБИЛ РИСЕРЧ ЭНД ИНДЖИНИРИНГ КОМПАНИ (US) Изобретение относится к отделению целевого газа от смеси газов с использованием установки процесса адсорбции за счет перепада. Контакторы установки процесса адсорбции за счет перепада представляют собой искусственные структурированные контакторы адсорбента, имеющие множество проточных каналов, и где 20 об.% или менее объема открытых пор контакторов, исключая проточные каналы, находится в интервале мезопор и макропор. Уровень техники Разделение газов имеет большое значение в различных областях промышленности и, как правило,может быть осуществлено за счет протекания смеси газов над адсорбентом, который преимущественно адсорбирует более легко адсорбируемый компонент относительно менее легко адсорбируемого компонента смеси. Одной из более важных методик разделения газов является адсорбция за счет перепада давления (PSA). Процессы PSA основаны на том факте, что под давлением газы имеют тенденцию адсорбироваться внутри пористой структуры материала микропористого адсорбента или внутри свободного объема полимерного материала. Чем выше давление, тем больше газа адсорбируется. Когда давление понижают, газ высвобождается или десорбируется. Процессы PSA могут быть использованы для разделения газов в смеси, так как различные газы имеют тенденцию заполнять микропоры или свободный объем адсорбента в различной степени. Если газовую смесь, такую как природный газ, например, пропускают под давлением через реактор, содержащий полимерный или микропористый адсорбент, который в большей степени заполняется азотом, чем метаном, часть или весь азот будет оставаться в слое сорбента, а газ, выходящий из реактора, будет обогащен метаном. Когда слой достигает предела своей способности адсорбировать азот, он может быть регенерирован путем снижения давления, в результате чего высвобождается адсорбированный азот. После чего адсорбент готов для другого цикла. Другой важной методикой разделения газов является адсорбция за счет перепада температур (TSA). Процессы TSA также основаны на том факте, что под давлением газы имеют тенденцию адсорбироваться внутри пористой структуры материалов микропористого адсорбента или внутри свободного объема полимерного материала. Когда температура адсорбента повышается, газ высвобождается или десорбируется. За счет циклически изменяющейся температуры слоев адсорбента процессы TSA могут быть использованы для разделения газов в смеси, когда используется адсорбент, который селективно собирает один или несколько компонентов в газовой смеси. Адсорбенты для систем PSA обычно являются очень пористыми материалами, выбранными из-за их большой площади поверхности. Типичными адсорбентами являются активированные угли, силикагели, оксиды алюминия и цеолиты. В некоторых случаях в качестве материала адсорбента может быть использован полимерный материал. Хотя газ, адсорбированный на внутренних поверхностях микропористых материалов, может состоять из слоя толщиной только из одной или, самое большее, из нескольких молекул, площади поверхности в несколько сотен квадратных метров на грамм обеспечивают в газе возможность адсорбции для значительной части массы адсорбента. Различные молекулы могут иметь различное сродство для адсорбции в пористую структуру или открытый объем адсорбента. Это создает механизм, по которому адсорбент различает разные газы. Помимо сродства к различным газам цеолиты и некоторые типы активированных углей, называемых углеродными молекулярными ситами, могут использовать их характеристики молекулярных сит, чтобы исключить или замедлить диффузию молекул некоторых газов в их структуру. Это создает механизм для селективной адсорбции, основанный на размере молекул, и обычно ограничивает способность более крупных молекул к адсорбции. Любой из этих механизмов может быть применен, чтобы селективно заполнять микропористую структуру адсорбента одним или несколькими образцами из многокомпонентной газовой смеси. Молекулярные образцы, которые селективно заполняют микропоры или открытый объем адсорбента, как правило, называют "тяжелыми" компонентами, и молекулярные образцы, которые не заполняют селективно микропоры или открытый объем адсорбента, обычно называют "легкими" компонентами. Первое указание на процесс PSA, имеющий многослойную систему, приведено в патенте США 3430418, где описана система, имеющая по меньшей мере четыре слоя. В этом патенте '418 описана технологическая последовательность циклической PSA, которая в каждом слое включает: (1) адсорбцию при более высоком давлении с высвобождением выходящего потока продуктов из конца слоя продуктов;(2) прямоточный сброс давления до промежуточного давления с высвобождением газа свободного пространства из конца продуктов; (3) противоточный сброс давления до более низкого давления; (4) продувку; и (5) повторное повышение давления. Газ свободного пространства, высвобожденный во время стадии прямоточного сброса давления, обычно используют для целей уравновешивания давления и чтобы подать продувочный газ к слою при его более низком давлении десорбции. Другие обычные способыPSA с использованием трех слоев сорбента раскрыты в патенте США 3738087. Обычные способыPSA, как правило, дают возможность выделять с высокой чистотой только один из ключевых компонентов (то есть легкий или тяжелый) и не способны проводить полное разделение и отделять оба компонента с высокой степенью извлечения. Легкий компонент обычно имеет низкий коэффициент извлечения. Извлечение легкого компонента падает еще ниже, когда сырьевой газ вводят при более высоких давлениях (то есть при давлениях свыше 500 фунт/кв.дюйм) (3447 кПа). Для извлечения очищенного сильно адсорбированного "тяжелого" компонента обычно необходима дополнительная стадия, а именно: промывка слоя тяжелым компонентом, чтобы вытеснить легкий компонент из слоя перед понижением давления. Стадия промывки хорошо известна в данной области техники. Проблемы, связанные с такими процессами, заключаются в следующем: (а) если промывка закончена и легкий компонент полностью вытеснен из слоя, то может быть получен, по существу, чистый тяжелый компонент, но адсорбционный фронт тяжелого компонента проскакивает через легкий компонент, и последний не может быть извлечен с высокой чистотой; (b) если вытеснение легкого компонента является неполным, типичный концентрационный профиль тяжелого компонента в слое не является оптимальным, и, так как давление в слое снижается противотоком для выделения тяжелого ключевого компонента у сырьевого конца, легкий компонент, все еще присутствующий в слое, обогащает сырьевой конец очень быстро и чистота тяжелого компонента падает. Таким образом, в предшествующем уровне техники не реализовано получение обоих ключевых компонентов с высокой чистотой на одной установке PSA. Чем быстрее слои исполняют стадии для завершения цикла, тем меньше могут быть слои при использовании для переработки данной часовой подачи газового потока. Появилось несколько других методик уменьшения времени цикла в способах PSA, в которых используют технологии поворотного клапана, описанные в патентах США 4801308, 4816121, 4968329, 5082473, 5256172, 6051050, 605680,6063161, 6406523, 6629525, 6651658 и 6691702. Используют контактор с параллельными каналами (или параллельными проходами) со структурированным адсорбентом, чтобы обеспечить эффективный перенос массы в таких способах короткоцикловой адсорбции за счет перепада давления. Методики конструирования контакторов с параллельными проходами с помощью структурированных адсорбентов описаны в публикациях US 20060169142 A1, US 20060048648 A1, WO 2006074343 А 2, WO 2006017940 A1, WO 2005070518 А 1 и WO 2005032694 А 1. В контакторе с параллельными каналами адсорбент выстилает стенку проточного канала, который может быть образован пространством между параллельными пластинами или открытым проходом через туннель или трубку. Когда используют параллельные пластины, чтобы получить параллельный канал, в пространстве параллельного канала может присутствовать разделитель. Пример контактора с параллельным проходом без разделителя приведен в публикации US 20040197596 А 1, и пример контактора с параллельным проходом со структурой высоко плотного абсорбента приведен в публикации US 20050129952 А 1. Во всех случаях адсорбент, используемый для облицовки параллельного канала, содержит как мезопоры, так и макропоры. Мезопоры и макропоры, как известно в данной области техники, улучшают характеристики переноса массы адсорбентов, используемых или в контакторе с параллельными каналами или в обычных контакторах с уплотненным слоем. Улучшения в характеристиках массового переноса из-за присутствия мезопор и макропор в обычных контакторах с уплотненным слоем широко обсуждалось. См., например,патенты США 6436171 и 6284021. Улучшения в характеристиках переноса массы из-за присутствия мезопор и макропор в контакторах с параллельными каналами обсуждаются в публикации ЕР 1413348 А 1. То есть предшествующий уровень техники указывает, что необходимо большое число мезопор и макропор в частице адсорбента или в слое адсорбента, чтобы получить характеристики массопереноса,достаточно хорошие для работы цикла адсорбции за счет перепада давления. Заявители неожиданно обнаружили, что адекватные характеристики массопереноса могут быть достигнуты без значительного количества мезопор и/или макропор при условии легкого доступа к микропористой структуре в адсорбенте,где происходит селективное разделение. Хотя в данной области техники существуют различные указания относительно новых материалов адсорбента, новых и улучшенных контакторов с параллельными каналами и усовершенствованному оборудованию короткоцикловой PSA, ни одно из них сегодня не дает приемлемого решения проблемы получения хорошего извлечения легкого компонента и чистоты, когда сырьевой газ находится при очень высоком давлении. Это является критическим вопросом, так как природный газ часто добывают при высоких давлениях (500-7000 фунт/кв.дюйм) (3447-48260 кПа), а метан действует как легкий компонент в процессе адсорбции. Многие месторождения газа также содержат значительные количества Н 2 О, H2S,СО 2, N2, меркаптанов и/или тяжелых углеводородов, которые должны быть удалены в различной степени до того, как газ может быть транспортирован на рынок. Предпочтительно, чтобы кислые газы H2S и СО 2 были удалены из природного газа настолько, насколько это возможно. При всех разделениях природного газа метан является высоко ценным компонентом и выполняет функцию легкого компонента в способах адсорбции за счет перепада. Небольшие повышения в степени извлечения такого легкого компонента могут привести к значительным улучшениям экономики процесса, а также служат для предупреждения нежелательных потерь. Желательно при удалении вредных примесей извлекать более 80 об.%, предпочтительно более 90 об.% метана. Хотя существуют различные способы удаления СО 2, H2S и N2 из природного газа, остается потребность в способах и материалах, которые будут осуществлять подобное извлечение более эффективно при более низких затратах и при более высоких выходах углеводородов, особенно при более высоких выходах метана. Аналогично, для других потоков газообразного сырья предшествующий уровень техники описывает несколько методов извлечения высоких количеств тяжелых компонентов в обогащенном тяжелым компонентом "выбрасываемом" потоке, но которые не могут обеспечить высокую степень извлечения легких компонентов в потоке продукта, обогащенного легким компонентом. Такое различие в степенях извлечения становится больше с ростом давления сырья. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предложен способ удаления компонента целевого газа из газовой смеси, содержащей указанный газ и компонент второго газа, и этот способ включает: а) подачу указанной газовой смеси на установку разделения газов адсорбцией за счет перепада, где установка разделения газов содержит по меньшей мере один контактор адсорбента, имеющий конец для входа газа и конец для выхода газа; где конец для входа газа и конец для выхода газа находятся в жидкостном соединении с помощью множества открытых проточных каналов, где поверхности открытых проточных каналов состоят из материала адсорбента, который имеет селективность для указанного компонента целевого газа в сравнении с указанным компонентом второго газа больше чем 5; где контактор имеет приблизительно менее чем 20% его объема открытых пор в порах с диаметром больше чем приблизительно 20 ангстрем и меньше чем приблизительно 1 мкм; и где по меньшей мере часть указанного компонента целевого газа адсорбируется в указанный материал адсорбента, в результате чего получают поток продуктов, обедненный указанным компонентом целевого газа;b) сбор указанного потока продуктов;c) десорбирование адсорбированных газов из указанного материала адсорбента, в результате чего получают поток отходящего газа, обогащенный указанным компонентом целевого газа; иd) сбор указанного потока отходящего газа. В предпочтительном варианте осуществления материал адсорбента состоит из материала, выбранного из группы, включающей цеолиты, титаносиликаты, ферросиликаты, станносиликаты, алюмонофосфатные молекулярные сита (AlPOs), силикоалюминофосфатные молекулярные сита (SAPOs) и углеродные молекулярные сита. В другом предпочтительном варианте осуществления материал адсорбента состоит из цеолита с 8 членными кольцами, который имеет отношение Si к Al приблизительно от 1:1 до 1000:1. В другом предпочтительном варианте цеолит с 8-членными кольцами представляет собой DDR. В еще одном предпочтительном варианте осуществления цеолит с 8-членными кольцами выбран из Sigma-1 и ZSM-58. В предпочтительном варианте осуществления контактор адсорбента представляет собой контактор с параллельными каналами, содержащий структурированные (искусственные) адсорбенты, в котором, по существу, параллельные проточные каналы введены в структуру адсорбента. В другом варианте осуществления просвет канала открытых проточных каналов составляет приблизительно от 5 до 1000 мкм. Краткое описание чертежей Фиг. 1 представляет собой изображение одного варианта осуществления контактора с параллельными каналами настоящего изобретения в форме монолита, непосредственно полученного из микропористого адсорбента настоящего изобретения и содержащего множество параллельных каналов. Фиг. 2 представляет собой изображение поперечного сечения вдоль продольной оси монолита фиг. 1. Фиг. 3 представляет собой изображение увеличенного участка поперечного сечения монолита фиг. 2, показывающее детализированную структуру слоя адсорбента вместе с блокирующим агентом, занимающим некоторые мезопоры и макропоры. Фиг. 4 представляет собой еще одно изображение варианта осуществления контактора с параллельными каналами настоящего изобретения в форме покрытого монолита, где слой адсорбента нанесен на стенки канала. Фиг. 5 представляет собой электронную микрофотографию поверхности пленки DDR, которая приемлема, чтобы функционировать в качестве слоя адсорбента контакторов настоящего изобретения с объемной долей открытых мезопор и микропор, которая составляет менее чем приблизительно 7%. Фиг. 6 представляет собой электронную микрофотографию поверхности пленки MFI, которая также приемлема, чтобы функционировать в качестве слоя адсорбента контакторов настоящего изобретения с объемной долей открытых мезопор и микропор, которая составляет менее чем приблизительно 7%. Фиг. 7 показывает еще один вариант осуществления настоящего изобретения, в котором контактор с параллельными каналами находится в форме покрытого монолита для применения в TSA, где слой адсорбента нанесен на стенки каналов заранее приготовленного монолита. Фиг. 8 представляет собой изображение контактора с параллельными каналами настоящего изобретения в форме массива полых волокон. Фиг. 9 представляет собой еще одно изображение контактора с параллельными каналами настоящего изобретения, но в форме контактора с полыми волокнами для применения в TSA. Фиг. 10 представляет собой другое изображение контактора с полыми волокнами для TSA, представленного на фиг. 9, но с внешними поверхностями корпуса для контактора, выполненными прозрачными. Пунктирные линии использованы, чтобы показать края внешней поверхности. Фиг. 11 представляет собой изображение варианта осуществления настоящего изобретения, где па-3 017814 раллельный контактор является ламинатом. Фиг. 12 представляет собой схематичный чертеж предпочтительного пятистадийного способаPSA/RCPSA для обработки потока, содержащего приблизительно 20 об.% СО 2 и приблизительно 80 об.% СН 4. Фиг. 13 представляет собой схематичный чертеж предпочтительного пятистадийного способаPSA/RCPSA для обработки потока, содержащего приблизительно 2 об.% N2 и приблизительно 98 об.% СН 4. Фиг. 14 представляет собой схематичный чертеж объединенного способа, в котором используют турбоэкспандер и процесс PSA настоящего изобретения. Фиг. 15 представляет собой схематичное изображение предпочтительной методики измерения объемной доли мезопор и макропор контакторов адсорбента настоящего изобретения. Подробное описание изобретения Настоящее изобретение относится к контакторам абсорбента для использования в процессах адсорбции за счет перепада, и такие контакторы адсорбента содержат множество проточных каналов и такие контакторы содержат 20 об.% или менее, предпочтительно 15 об.% или менее, более предпочтительно 10 об.% или менее и наиболее предпочтительно 5 об.% или менее объема их открытых пор в порах в интервале размеров мезопор и макропор. Определение "контактор адсорбента", которое используется в данном случае, включает контакторы как структурированного, так и неструктурированного адсорбента. Предпочтительные контакторы настоящего изобретения представляют собой тип контакторов структурированного адсорбента, называемых в описании "контакторами с параллельными каналами", для применения в способах адсорбции за счет термического перепада (TSA) и различного типа способах адсорбции за счет перепада давления, включающим обычную адсорбцию за счет перепада давления (PSA) и технологии адсорбции за счет перепада парциального давления или сдвигающей парциальное давление продувкой (PPSA). Такие способы адсорбции за счет перепада могут быть проведены с помощью коротких циклов, и в этом случае их называют способами короткоцикловой адсорбции за счет термического перепада (RCTSA), короткоцикловой адсорбции за счет перепада давления (RCPSA) и короткоцикловой адсорбции за счет перепада парциального давления или сдвигающей парциальное давление продувкой(RCPPSA). Определение "процессы адсорбции за счет перепада", как принято, включает все такие процессы (то есть, TSA, PSA, PPSA, RCTSA, RCPSA и RCPPSA), включая и комбинации этих процессов. Такие процессы требуют эффективного контакта газовой смеси с материалом твердого адсорбента. Также следует отметить, что, если не оговорено особо в описании или с помощью ссылки на определенные"геометрические формы" (и в этом случае необходимо применять только к контакторам структурированного абсорбента), то все предпочтительные варианты осуществления, которые описаны в данной заявке,например, но без ограничения ими, пористость контактора, компоненты и эффективность разделения,рабочие условия, предпочтительные материалы и др., применимы к контакторам как структурированного, так и неструктурированного адсорбента настоящего изобретения, которые описаны в заявке. Структура контакторов с параллельными каналами, включая неподвижные поверхности, на которых удерживается адсорбент или другой активный материал, обеспечивает значительные преимущества над предыдущими обычными методами разделения газов, такими как реакторы, содержащие бусинки адсорбента или экструдированные частицы адсорбента. "Контакторы с параллельными каналами" определены в данном случае как подгруппа контакторов адсорбента, содержащих структурированные (сконструированные) адсорбенты, в которых, по существу, параллельные проточные каналы введены в структуру адсорбента. Такие проточные каналы могут быть образованы с помощью ряда средств, многие из которых описаны в данном случае, и помимо материала адсорбента структура адсорбента может содержать элементы, такие как, но без ограничения ими, поддерживающие материалы, теплоотводящие материалы, уменьшающие пустоты компоненты и т.д., которые в описании представлены более полно. Способы адсорбции за счет перепада хорошо известны специалистам в данной области техники, и они могут быть применены для удаления ряда целевых газов из широкого разнообразия газовых смесей. Можно значительно улучшить процент извлечения легкого компонента газовой смеси за счет использования настоящего изобретения. "Легкий компонент", как это используется в данном случае, как принято,представляет собой образцы, или молекулярный компонент, или компоненты, которые преимущественно не поглощаются адсорбентом на стадии адсорбции процесса. Наоборот, "тяжелый компонент", как это используется в данном случае, как принято, представляет собой образец, или молекулярный компонент,или компоненты, которые преимущественно забираются адсорбентом на стадии адсорбции процесса. С контакторами настоящего изобретения неожиданно установлено, что суммарное извлечение легкого компонента, достигаемое в способе адсорбции за счет перепада, может составлять больше чем приблизительно 80 об.%, более предпочтительно больше чем приблизительно 85 об.%, и даже более предпочтительно больше чем приблизительно 90 об.%, и наиболее предпочтительно больше чем приблизительно 95 об.% из расчета на содержание легкого компонента, введенного в процесс. Степень извлечения легкого компонента определяют как усредненный по времени мольный расход легкого компонента в потоке продукта, поделенный на усредненный по времени мольный расход легкого компонента в потоке сырья. Аналогично, степень извлечения тяжелого компонента определяют как усредненный по времени моль-4 017814 ный расход тяжелого компонента в потоке продукта, поделенный на усредненный по времени мольный расход тяжелого компонента в потоке сырья. Контакторы структурированного адсорбента настоящего изобретения содержат очень низкую объемную долю открытых мезопор и макропор. То есть контакторы со структурированным слоем адсорбента настоящего изобретения содержат менее чем приблизительно 20 об.%, предпочтительно менее чем приблизительно 15 об.%, более предпочтительно менее чем приблизительно 10 об.% и наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 5 об.% от объема их пор в открытых порах в размерном интервале мезопор и макропор. Мезопоры, по определению IUPAC, представляют собой поры с размерами в интервале от 20 до 500 ангстрем. Макропоры определяют как поры с размерами больше чем 500 ангстрем и меньше чем 1 мкм. Так как проточные каналы по размеру больше чем 1 мкм, они не должны рассматриваться как часть объема макропор. Под открытыми порами понимаются мезопоры и макропоры, которые не заняты блокирующим агентом и которые способны быть заняты, особенно неселективно, компонентами газовой смеси. Различные методы испытаний, которые описаны ниже, необходимо использовать для измерения объемной доли открытых пор в контакторе в зависимости от структуры контактора. Объем открытых пор (в процентах или объемных процентах) определяют в данном случае как объем пор в адсорбенте, которые имеют в диаметре от 20 до 10000 ангстрем (1 мкм), поделенный на суммарный объем контактора, который занят материалом адсорбента, включая сопутствующие мезопоры и макропоры в структуре адсорбента. "Рабочие объемы", такие как сконструированные проточные каналы,а также объем, занятый любым материалом, не являющимся адсорбентом, например, но без ограничения,поддерживающими материалами, блокирующими агентами, термальными массами и др., не включают в объем, занимаемый материалом адсорбента. Предпочтительный тест для определения объемной доли открытых мезопор и макропор контактора описывается следующим образом и включает анализ изотермы конденсируемого пара, адсорбированного контактором. Жидкость, которая имеет давление паров больше чем 0,1 торр (0,1 мм. рт.ст.) при температуре испытания, является подходящим материалом, который может быть использован для получения конденсируемого пара. При 20 С вода, гексан, триметилбензол, толуол, ксилолы и изооктан имеют достаточно высокие давления паров, поэтому они могут быть использованы в качестве конденсируемых паров. В фазе адсорбции изотермы (полученной за счет повышения давления конденсируемого пара) капиллярная конденсация заполняет жидкостью пустые микропоры, мезопоры и большую часть объема пустых макропор. В фазе десорбции микропоры, мезопоры и макропоры, заполненные жидкостью, освобождаются. Хорошо известно, что существует гистерезис между фазами адсорбции и десорбции изотермы. Подробный анализ изотермы адсорбции частично основан на уравнении Кельвина, которое хорошо известно специалистам в данной области. Подробный анализ обеспечивает измерение объемной доли мезопор и макропор в структурированном адсорбенте. Предпочтительная методика измерения, описанная в следующих абзацах, исходит из этих принципов. Если жидкий блокирующий агент не используется в контакторе, методику, описанную в общих чертах в этом абзаце, используют для измерения объема открытых мезопор и макропор рассматриваемого контактора. Такое измерение проводят или на целом контакторе или на представительной части контактора. Представительная часть контактора содержит, по меньшей мере, целое поперечное сечение контактора и имеет массу от 10 до 100% от массы контактора. Кроме того, масса контактора, используемого для такого измерения, должна быть больше чем 50 г. Предпочтительная методика представлена на фиг. 15, где начальные стадии методики включают размещение контактора 1101 или представительной части контактора в герметично закрываемый непроницаемый вакуумный контейнер 1103 и вакуумирование контейнера. Камера 1103 выполнена так, что объем, определяемый наружной поверхностью контактора 1101, составляет по меньшей мере 50% от внутреннего объема камеры. Непроницаемый вакуумный контейнер оборудован датчиком давления 1173 и кабелем 1171 для приведения в движение датчика и передачи генерированного сигнала. Датчик выбирают так, чтобы он мог измерять давление с точностью 0,01 мм рт.ст. Подходящим датчиком для такого измерения является емкостный манометр. Непроницаемый вакуумный сосуд 1103 и все оборудование, используемое для создания вакуума в сосуде и заполнения сосуда известными количествами конденсируемого пара, расположены в изотермической камере 1191. Изотермическая камера 1191 удерживается при температуре 30,000,01 С. Чтобы гарантировать, что непроницаемый вакуумный сосуд 1103 и сосуды 1125 и 1141 находятся при постоянной температуре до и после каждой стадии, используемой для дозированной подачи гексана в контактор,их температуру проверяют с помощью термопар 1195, 1197 и 1199, которые могут давать показания с точностью 0,01 С. Показания термопар могут отличаться на небольшую величину, так как точность показаний термопары обычно составляет 0,2 С. Важно, чтобы до и после каждой стадии дозированной подачи гексана показания термопар 1195, 1197 и 1199 оставались постоянными в пределах 0,01 С. Вначале все вентили (1113, 1127, 1149, 1151, 1153 и 1165) в системе закрыты. Предпочтительно, чтобы вентили представляли собой вентили, приводимые в действие воздухом, (вместо активируемых соленоидом) с тем, чтобы не нагревать газ или трубопровод, когда они открыты. До начала измерения оборудование,используемое для заполнения парами гексана (выбранного в качестве примера конденсируемого пара при 30 С) сосуда 1103, должно быть проверено на утечку. Проверку проводят путем открывания венти-5 017814 лей 1127, 1151 и 1153, позволяя линии 1119, которая присоединена к вакуумному насосу, вакуумировать сосуды 1125 и 1141. Давление в этих сосудах измеряют с помощью датчиков 1163 и 1143, которые имеют кабели 1161 и 1145, соответственно, чтобы приводить их в движение и передавать генерированный сигнал. Датчики выбраны так, чтобы они могли измерять давление с точностью 0,01 торр (0,01 мм рт.ст.), и подходящими датчиками являются емкостные манометры. Сосуды 1125 и 1141 вакуумируют так, чтобы датчики 1163 и 1143 показывали давление менее чем 0,03 мм рт.ст. Вентиль 1127 затем закрывают, и система считается устойчивой к протечкам, если давление, показываемое датчиками 1163 и 1143, повышается не более чем на 0,02 мм рт.ст. в течение трехчасового периода. На этом этапе вентили 1153 и 1151 закрывают, и вакуумированный сосуд 1141 заполняют гексаном через линию 1147, открыв вентиль 1149. Линию 1147 вначале заполняют жидким гексаном. Для остановки заполнения резервуара 1141 вентиль 1149 закрывают. Затем начинают операцию по удалению любых примесных газов, которые могут быть внесены в сосуд 1141 во время стадии заполнения гексаном. Газы удаляют, открывая вентиль 1127 и затем, открывая вентиль 1151, в течение периода 2 минутного падения давления в сосуде 1141, давая, таким образом, гексану возможность вскипать. Такую методику дегазации повторяют пять раз, прежде чем гексан в сосуде 1141 может быть использован. На этом этапе вентиль 1153 закрывают и вентиль 1127 открывают, вакуумируя в результате линию 1129. Вентиль 1153 затем открывают, распространяя вакуум на сосуд 1125. Адсорбированные молекулы в контакторе или представительном образце контактора 1101 в камере 1103 затем удаляют, открывая вентиль 1113. Это дает возможность линии 1115, которая присоединена к вакуумному насосу, вакуумировать камеру 1103. Операцию вакуумирования продолжают до тех пор, пока давление в сосуде 1103 не упадет до значения ниже 0,03 мм рт.ст. На этом этапе вентиль 1113 закрывают и давлением в камере контролируют в течение часа. Если в течение этого периода времени давление в камере поднимается более чем на 0,02 мм рт.ст., то операцию вакуумирования повторяют. Если операция вакуумирования была повторена более десяти раз, то следует использовать другие средства удаления молекул из контактора 1101 (такие как нагревание контактора). После успешного удаления из контактора адсорбированных молекул, вентили 1127 и 1153 закрывают. Затем вентиль 1151 открывают, заполняя линию 1129 парами гексана. При условиях испытания это будет соответствовать парам гексана приблизительно при 187 мм рт.ст. Вентиль 1151 затем закрывают, а вентиль 1153 открывают, давая возможность парам в линии распространяться в сосуд 1125. Из-за разницы в объеме между линией 1129 и сосудом 1125, давление, измеренное датчиком 1163, будет составлять менее чем 5 мм рт.ст. Вентиль 1153 затем закрывают, и данную операцию заполнения повторяют до тех пор, пока давление в сосуде 1125 не составит приблизительно 5 мм рт.ст. На этом этапе вентиль 1165 открывают, чтобы дозировать контактор 1101 парами гексана. Давление в сосуде 1125 падает вследствие расширения газа в камеру 1103 и возможной адсорбции молекул гексана в микропоры контактора. После того как давление в сосуде 1125 перестанет падать и стабилизируется, записывают величину давления, а число молей гексана, перенесенного в камеру 1103, рассчитывают из уравнения состояния идеального газа. Для этого необходимо знать (предшествующее измерение) внутренний объем сосуда 1125 и связанного с ним трубопровода. Моли газа, перенесенного в сосуд 1103, которые будут необходимы для заполнения пространства для газа внутри него, рассчитывают с использованием уравнения состояния идеального газа с давлением,измеренным датчиком 1173. И, снова, для расчета необходимо знать доступное для газа пространство в камере 1103. Внутренний объем камеры 1103 известен (предварительные измерения) и доступный для газа объем рассчитывают путем вычитания из внутреннего объема сосуда 1103 внешнего объема контактора и прибавления объема проточных каналов в контакторе. Ошибки в данных по внешнему объему контактора или объему проточных каналов будут незначительно влиять на измерение суммарных объемов открытых мезопор и макропор. Величину, которая составляет разницу между внешним объемом контактора и объемом проточных каналов, надо знать с точностью только 20%. Моли газа, адсорбированного контактором, таким образом, представляют собой разность между молями перенесенного газа и молями газа, необходимыми для заполнения доступного для газа пространства в сосуде 1103 и связанного с ним трубопровода. После завершения этой стадии дозирования и оценки молей газа, адсорбированного в контакторе 1101, вентиль 1165 закрывают, и давление в сосуде 1125 повышают до 5 мм рт.ст. путем повторения операции, первоначально использованной для заполнения сосуда парами гексана. Затем повторяют стадию дозирования, чтобы адсорбировать в контактор больше молекул. Стадии заполнения и дозирования продолжают повторять до тех пор, пока давление в сосуде 1125 в конце стадии дозирования не будет находиться в пределах 2,5 мм рт.ст. от 15% значения давления датчика 1143. Этот интервал, как ожидают, находится между 25,5 и 30,5 м .рт.ст. От этого этапа далее в операции рассматривают дополнительные моли гексана, которые адсорбированы в контакторе, чтобы заполнить мезопоры и макропоры. Стадии дозирования и заполнения продолжают до тех пор, пока давление в камере 1103, в которой находится контактор, не превысит 95% от давления, показываемого датчиком 1143. Стадии заполнения и дозирования продолжают таким образом, чтобы давление в сосуде 1125 по-6 017814 вышалось только на 1 мм рт.ст. на каждой стадии заполнения. Когда давление, показываемое датчиком 1173 в конце стадии дозирования, превышает 98,5% от давления, показываемого датчиком 1143, повышение давления в сосуде 1125 во время стадии заполнения снижают до 0,5 мм рт.ст. Когда давление, показываемое датчиком 1173 в конце стадии дозирования, превышает 99,25%, от давления, показываемого датчиком 1143, повышение давления в сосуде 1125 во время стадии заполнения снижают до 0,05 мм.рт.ст. Стадии заполнения и дозирования затем продолжают до тех пор, пока давление, показываемое датчиком 1173 в конце стадии дозирования, не превысит 99,6% от давления, показываемого датчиком 1143. Давление, при котором опыт заканчивают, как ожидают, составляет приблизительно 186,4 мм рт.ст. Суммарное число молей, адсорбированных контактором от точки, при которой в конце стадии дозирования датчик 1161 имеет значения в интервале 2,5 мм рт.ст. от 15% показания датчика давления 1143, до точки, при которой давление, показываемое датчиком 1173 в конце стадии дозирования, превышает 99,6% от давления, показываемого датчиком 1143, представляет собой суммарное число молей гексана, адсорбированное в объеме мезопор и макропор контактора. Объем открытых мезопор и макропор в контакторе затем определяют путем умножения этого числа молей на мольный объем гексана. Объем открытых пор, выраженный в мольной доле, как это используют в данном случае, затем определяют путем деления объема открытых мезопор и макропор, определенного с помощью данного испытания, на общий объем контактора, который занят материалом адсорбентом, определенный ранее. Хотя объем открытых пор для контактора определяют с помощью методики испытания, описанной выше, может быть использована сканирующая электронная микроскопия, чтобы дополнительно подтвердить относительный объем мезопор и макропор в образце. При использовании сканирующей электронной микроскопии поверхность, а также поперечное сечение контактора должны быть визуализированы. Если жидкий материал используется в качестве блокирующего агента в рецептуре контактора и контактор работает в условиях, когда поры остаются, по существу, полностью заполненными жидкостью, никакого анализа, описанного выше, не требуется для определения объема открытых пор контактора. В такой конфигурации контактора мезопоры и макропоры контактора будут оставаться заполненными жидкостью, пока жидкость остается способной к конденсации при рабочей температуре контактора, а сырье, протекающее в контактор, полностью насыщено парами жидкости при температуре и давлении ввода. В этом случае объема открытых мезопор или макропор в контакторе нет, так как он весь заполнен конденсируемым паром. Если при рабочих условиях (то есть температуре и давлении ввода) сырье, протекающее в контактор, только частично насыщено парами жидкости, то некоторая доля мезопор или макропор остается открытой. Степень насыщения характеризуется активностью жидкости (ажидкости),которая представляет собой отношение парциального давления паров жидкости в протекающем потоке газа к давлению насыщенных паров жидкости при температуре контактора (то есть Pi/Psat). Величина объема открытых мезопор и макропор повышается по мере снижения парциального давления конденсируемой жидкости в сырье. Для определения объема мезопор и макропор при рабочих условиях жидкий материал, используемый в рецептуре контактора, удаляют из мезопор и макропор контактора путем сушки. Жидкость в мезопорах и макропорах контактора может быть удалена сушкой путем его нагревания в герметично закрытом контейнере при просасывании вакуума или путем нагревания его при пропускании над контактором, по существу, чистого продувочного газа, такого как Не. После удаления жидкости из мезопор и макропор контактора можно проводить ранее описанный анализ. В этом анализе количество газа, адсорбированного контактором, наносят на график относительно активности гексана (агексана ), которая представляет собой давление гексана в конце стадии адсорбции, поделенное на давление насыщенных паров гексана. Количество открытых мезопор и макропор, которое можно ожидать, определяют из кумулятивного числа молей гексана, адсорбированного между точкой, при которой активность гексана превышает ажидкости, и точкой, при которой опыт заканчивают (то есть, когда давление, показываемое датчиком 1173 в конце стадии дозирования, превышает 99,6% от давления, показываемого датчиком 1143). И, снова, используют мольный объем гексана, чтобы рассчитать фактический объем открытых мезопор и макропор. Объем открытых пор, выраженный в объемной доле, используемый в данном случае, затем получают путем деления объема открытых мезопор и макропор, определенного с помощью данного испытания, на суммарный объем контактора, который занят материалом адсорбента, определенный ранее. В контролируемых равновесием процессах адсорбции за счет перепада большая часть селективности обеспечивается характеристиками равновесной адсорбции адсорбента, и изотерма конкурентной адсорбции легкого продукта в мезопорах или свободном объеме адсорбента не является предпочтительной. В кинетически контролируемых процессах адсорбции за счет перепада большая часть селективности обеспечивается диффузионными свойствами адсорбента, а коэффициент диффузионного переноса в микропоры и свободный объем адсорбента легких образцов меньше, чем коэффициент диффузионного переноса более тяжелых образцов. Кроме того, в кинетически контролируемых процессах адсорбции за счет перепада с микропористыми адсорбентами диффузионная селективность может быть повышена из разности диффузии в микропорах адсорбента или из селективного диффузионного поверхностного сопротивления в кристаллах или частицах, которые образуют адсорбент. Следует понимать, что определение PSA, если ему не предшествует определение "обычная" или"короткоцикловая", в целом относится ко всем процессам адсорбции за счет перепада давления, включая обычные PSA, RCPSA и PPSA. В процессах PSA газообразную смесь подают под давлением в течение некоторого периода времени над первым слоем твердого сорбента, который является селективным или относительно селективным для одного или нескольких компонентов, обычно расцениваемых как загрязнители, которые должны быть удалены из газообразной смеси. Компоненты, которые адсорбируются селективно, называют тяжелым компонентом, а слабо адсорбируемые компоненты, которые проходят через слой, называют легкими компонентами. Может быть удалено два или более загрязнителя одновременно, но для удобства компонент или компоненты, которые должны быть удалены с помощью селективной адсорбции, будут указываться в форме единственного числа и называться загрязнителем или тяжелым компонентом. Если не оговорено особо, определение "селективность", используемое в данном случае, основано на бинарном (парном) сравнении мольной концентрации компонентов в потоке сырья и суммарного числа молей этих компонентов, адсорбированных конкретным адсорбентом во время, стадии адсорбции технологического цикла при определенных рабочих условиях системы и составы потока сырья. Для сырья,содержащего компонент А, компонент В, а также дополнительные компоненты, адсорбент, который имеет более высокую "селективность" для компонента А, чем для компонента В, будет иметь в конце стадии адсорбции технологического цикла адсорбции за счет перепада отношение:UB = (суммарное число молей В в адсорбенте)/(мольная концентрация В в сырье), где UA представляет собой "адсорбционное поглощение компонента А" и UB представляет собой "адсорбционное поглощение компонента В". Следовательно, для адсорбента, имеющего селективность для компонента А в сравнении с компонентом В, которая больше единицы: Селективность = UA/UB (где UAUB). Из сравнения различных компонентов в сырье компонент с наиболее низким отношением суммарного числа молей, собранных в адсорбенте, к его мольной концентрации в сырье, представляет собой наиболее легкий компонент в процессе адсорбции за счет перепада. Это означает, что мольная концентрация наиболее легкого компонента в потоке, выходящем во время стадии адсорбции, больше, чем мольная концентрация такого наиболее легкого компонента в сырье. Контакторы адсорбента настоящего изобретения имеют селективность для первого компонента (например, компонента А) в сравнении со вторым компонентом (например, компонентом В) по меньшей мере 5, более предпочтительно селективность для первого компонента в сравнении со вторым компонентом составляет по меньшей мере 10 и наиболее предпочтительно селективность для первого компонента в сравнении со вторым компонентом составляет по меньшей мере 25. Примерами таких компонентов являются молекулы, такие как молекулярный азот, N2, или соединения, такие как диоксид углерода, CO2, и метан, СН 4. В предпочтительном варианте настоящего изобретения контактор адсорбента имеет селективность для CO2 в сравнении с СН 4 по меньшей мере 5, более предпочтительно селективность для CO2, в сравнении с СН 4 по меньшей мере 10 и наиболее предпочтительно селективность для CO2 в сравнении с СН 4 по меньшей мере 25. В другом предпочтительном варианте настоящего изобретения контактор адсорбента имеет селективность для N2 в сравнении с СН 4 по меньшей мере 5, более предпочтительно селективность для N2 в сравнении с СН 4 составляет по меньшей мере 10 и наиболее предпочтительно селективность для N2 в сравнении с СН 4, оставляет по меньшей мере 25. В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения контактор адсорбента имеет селективность для H2S в сравнении с СН 4 по меньшей мере 5, более предпочтительно селективность для H2S в сравнении с CH4 составляет по меньшей мере 10 и наиболее предпочтительно селективность для H2S в сравнении с CH4 составляет по меньшей мере 25. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения адсорбент имеет "кинетическую селективность" для двух или более компонентов газа. Как используется в данном случае, "кинетическая селективность" определяется как отношение однокомпонентных коэффициентов диффузии, D (в м 2/с) для двух различных образцов. Такие однокомпонентные коэффициенты диффузии также известны как коэффициенты диффузионного переноса Стефана-Максвелла, которые измеряют для данного адсорбента для данного чистого компонента газа. Следовательно, например, кинетическая селективность для компонента А относительно компонента В будет равна DA/DB. Однокомпонентные коэффициенты диффузии для материала могут быть определены с помощью испытаний, хорошо известных в области адсорбционных материалов. Предпочтительный способ измерения коэффициента кинетической диффузии состоит в методике частотной характеристики, описанной Reyes et al., в публикации "Frequency Modulation Methods for Diffusion and Adsorption Measurements in Porous Solids", J.Phys.Chem.B., 101, pp. 614-622,1997. При кинетически контролируемом разделении предпочтительно, чтобы кинетическая селективность (то есть, DA/DB) выбранного адсорбента для первого компонента (например, компонента А) относительно второго компонента (например, компонента В) была больше чем 5, более предпочтительно больше чем 20, даже более предпочтительно больше чем 50. В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения адсорбент имеет"равновесную селективность" для двух или более компонентов газа. Как используется в данном случае,понятие "равновесная селективность" определяется в значениях наклона графика поглощения одного компонента в адсорбент (в мкмоль/г) относительно давления (в торр (мм рт.ст. в линейной части, или в области "закона Генри", изотермы поглощения для данного адсорбента для данного чистого компонента. Наклон этой линии называют в данном случае константой Генри или "наклоном равновесного поглощения", или "Н". "Равновесную селективность" определяют в значениях бинарного (или парного) сравнения констант Генри различных компонентов в сырье для конкретного адсорбента. Следовательно, например,равновесная селективность для конкретного адсорбента для компонента А относительно компонента В будет составлять НА/НВ. Предпочтительно, чтобы при контролируемом равновесием разделении равновесная селективность (то есть, НА/НВ) выбранного адсорбента для первого компонента (например, компонента А) относительно второго компонента (например, компонента В) была больше чем 5, более предпочтительно больше чем 20, даже более предпочтительно больше чем 50. В процессе PSA газообразную смесь пропускают над первым адсорбционным слоем в первый сосуд, и обогащенный легким компонентом поток продукта выходит из слоя, обедненным по загрязнителю,или тяжелому компоненту, который остается сорбированным в слое. После заранее определенного времени, или, с другой стороны, когда наблюдается проскок загрязнителя или тяжелого компонента, поток газообразной смеси переключают на второй адсорбционный слой во втором сосуде, чтобы продолжить очистку. Пока второй слой находится в работе по адсорбции, сорбированный загрязнитель, или тяжелый компонент, удаляют из первого адсорбционного слоя путем снижения давления. В некоторых вариантах снижение давления осуществляется с помощью обратного потока газа, чтобы содействовать десорбции тяжелого компонента. По мере снижения давления в сосудах, тяжелый компонент, ранее адсорбированный в слой, постепенно десорбируется в обогащенный тяжелым компонентом поток продуктов. По завершении десорбции слой сорбента может быть продут потоком инертного газа, например азотом или очищенным потоком технологического газа. Продувку также можно ускорить за счет использования потока продувочного газа с более высокой температурой. После регенерации первого слоя так, чтобы он снова был готов для работы при адсорбции, поток газообразной смеси переключают от второго слоя на первый слой, а второй слой регенерируют. Суммарное время цикла представляет собой продолжительность времени от момента, когда газообразную смесь первый раз подают к первому слою в первом цикле, до момента, когда газообразную смесь первый раз подают к первому слою на незамедлительно следующий цикл, то есть после однократной регенерации первого слоя. Использование третьего, четвертого, пятого и т.д. сосудов помимо второго сосуда может служить для увеличения времени цикла, когда для слоя время адсорбционного цикла короче, чем время цикла для циклов десорбции и продувки. Обычные способы PSA имеют несколько присущих им недостатков. Например, обычные установкиPSA, как правило, более дорогие при сооружении и работе и значительно больше по размерам для такого же количества целевого газа, которое необходимо извлечь из содержащего целевой газ потока, такого как природный газ, при сравнении с RCPSA. Кроме того, обычная установка PSA, как правило, будет иметь время цикла свыше одной минуты, как правило, свыше 2-4 мин, из-за временных ограничений, необходимых, чтобы обеспечить диффузию компонентов через более крупные слои, применяемые в обычнойPSA, и конфигурации введенного оборудования. Напротив, RCPSA обычно имеет суммарное время цикла меньше одной минуты. Суммарное время цикла RCPSA может составлять менее чем 30 с, предпочтительно менее чем 15 с, более предпочтительно менее чем 10 с, даже более предпочтительно менее чем 5 с и даже более предпочтительно менее чем 1 с. Кроме того, установки короткоцикловой адсорбции за счет перепада давления могут обеспечить применение по существу разных сорбентов, например, но без ограничения, структурированных материалов, таких как монолиты, ламинаты и полые волокна. Способ RCPSA может обеспечить значительное повышение при интенсификации процесса (например, более высокую рабочую периодичность и более высокие скорости потока газа) в сравнении с обычным способом PSA. RCPSA, как правило, использует поворотную клапанную систему, чтобы подавать поток газа через модуль вращающегося адсорбера, который содержит ряд отсеков или "трубок" отдельных слоев адсорбента, каждый из которых последовательно совершает цикл через стадии сорбции и десорбции по мере того, как вращающийся модуль завершает цикл операций. Модуль вращающегося сорбера обычно состоит из множества трубок, удерживаемых между двумя уплотнительными пластинами на любом конце модуля вращающегося сорбера, где уплотнительные пластины находятся в контакте со статором, состоящим из отдельных гребенок, где вход для газа подведен к трубкам RCPSA, a переработанный очищенный продукт, содержащий газ, и хвостовой газ, выходящие из трубок RCPSA, выводятся из модуля вращающегося сорбера. За счет соответствующего расположения уплотнительных пластин и гребенок, ряд отдельных отсеков или трубок может проходить через характерные стадии полного цикла в любое конкретное время. В сравнении с обычным способом PSA колебания потока и давления, необходимые для цикла сорбции/десорбции RCPSA, меняются в ряде отдельных увеличений на порядок в несколько секунд на цикл, что сглаживает пульсации давления и скорости потока, которые имеют место изза компрессии и клапанного оборудования. В такой форме модуль RCPSA включает клапанные элемен-9 017814 ты, расположенные с промежутками по диагонали вокруг кругового пути, производимого модулем вращающегося сорбера так, что каждый отсек последовательно проходит к траектории газового потока в соответствующем направлении и при соответствующем давлении, чтобы достичь одной из ступеней увеличенного давления/направления потока в полном цикле RCPSA. Одним из ключевых преимуществ технологии RCPSA является значительно более эффективное использование материала адсорбента. Количество адсорбента, необходимое при технологии RCPSA, может составлять только часть от количества адсорбента, требуемого для технологии обычной PSA, чтобы обеспечить такое же количество и качество разделения. В результате зона обслуживания, инвестиции и количество активного адсорбента, требуемого для RCPSA, как правило, значительно ниже, чем в случае установки обычной PSA, перерабатывающей эквивалентное количество газа. Настоящее изобретение может быть использовано в процессах PPSA, RCPSA или смешанных процессах PPSA или RCPPSA, в которых через слой продувают газ или жидкость, чтобы способствовать десорбции молекул. В способе PPSA десорбцию адсорбированных образцов проводят путем пропускания газа или жидкости через контактор, чтобы десорбировать молекулы, поглощенные во время стадии адсорбции. Примером газа, который может быть использован, является пар. В смешанных процессах PPSA десорбцию молекул из контактора проводят с использованием термического перепада или перепада давления, а часть десорбции проводят с помощью продувки. Улучшения в извлечении легкого компонента особенно важны для процессов, используемых для удаления примесей из потоков природного газа, особенно из потоков природного газа высокого давления. Желательно извлекать примеси, также называемые "тяжелым(и) компонентом(и)", и обогащенный метаном продукт, также называемый "легким компонентом", при таком высоком давлении, которое является простым и удобным при переработке природного газа. Как упоминалось ранее, настоящее изобретение может быть использовано, чтобы получить степень извлечения метана больше чем приблизительно 80 об.%, более предпочтительно больше чем приблизительно 85 об.%, даже более предпочтительно больше чем приблизительно 90 об.% и наиболее предпочтительно больше чем приблизительно 95 об.%,даже когда природный газ подают при высоком давлении, таком как давление на входе больше чем приблизительно 50 фунт/кв.дюйм (344,7 кПа), предпочтительно при давлении на входе приблизительно 150 фунт/кв.дюйм (1034 кПа), более предпочтительно при давлении на входе больше чем приблизительно 450 фунт/кв.дюйм (3103 кПа), даже более предпочтительно при давлении на входе больше чем приблизительно 600 фунт/кв.дюйм (4137 кПа) и наиболее предпочтительно при давлении на входе больше чем приблизительно 1200 фунт/кв.дюйм (8274 кПа). Настоящее изобретение может быть использовано, даже когда поток газа находится при исключительно высоком давлении на входе приблизительно до 7000 фунт/кв.дюйм (48260 кПа). Состав потоков природного газа непосредственно из подземных месторождений (сырой природный газ) будет меняться от месторождения к месторождению. Неограничивающими примерами компонентов, которые содержит сырой природный газ, являются вода, конденсаты (более высокомолекулярные органические соединения), метан, этан, пропан, бутан, CO2, N2, He, H2S, Hg и меркаптаны. Воду и конденсаты обычно удаляют, и конденсаты направляют на нефтеочистительный завод. Чтобы получить газ, который может быть введен в трубопровод для продажи на рынке бытового и промышленного топлива, загрязнители, такие как N2, Hg, меркаптаны и кислые газы CO2 и H2S, должны быть удалены до приемлемых уровней. Уровни и типы примесей меняются от одного месторождения газа к другому месторождению газа, и в некоторых случаях могут составлять большую часть молекул в добытом газе. Например, для некоторых месторождений природного газа не является необычным содержание приблизительно от 0 до 90 об.% CO2, более обычно приблизительно от 10 до 70 об.% CO2. Изобретение также предлагает способ для повышения степени извлечения легкого компонента путем кондиционирования температуры и давления газа, подаваемого к контактору. Этот способ может быть использован с контактором или без контактора, который имеет низкую объемную долю мезопор и макропор. Во время стадии адсорбции хорошо спланированных процессов кинетически контролируемой адсорбции за счет перепада количество тяжелого компонента в микропорах или свободном объеме приблизительно может быть рассчитано из изотермы адсорбции тяжелого компонента в равновесии с концентрацией его локальной газовой фазы в контакторе. В хорошо спланированных процессах контролируемой равновесием адсорбции за счет перепада количество тяжелого компонента в микропорах или свободном объеме приблизительно может быть рассчитано из изотермы конкурентной адсорбции тяжелого и легкого компонентов в равновесии с концентрацией их локальной газовой фазы в контакторе. Эти приближения допустимы, так как в хорошо спланированных процессах адсорбции за счет перепада контактор обеспечивает хорошие характеристики переноса массы между газовой фазой и адсорбированной фазой в микропорах или в свободном объеме контактора. Максимально достижимую загрузку тяжелого компонента в микропоры или в свободный объем контактора называют qs (единицами измерения для qs являются миллимоль/м 3 микропористого или полимерного материала). При низких давлениях изотерма адсорбции для тяжелого компонента обычно подчиняется закону Генри, и количество адсорбированного тяжелого компонента, qHeavy, в микропорах или полимерном материале составляет: где KHeavy представляет собой константу Генри и PHeavy представляет собой парциальное давление тяжелого компонента. Константа Генри KHeavy зависит от температуры и обычно меняется в соответствии с уравнением: где K0 представляет собой предэкспоненциальный множитель и Н представляет собой теплоту адсорбции (в Джоуль/моль). Чтобы улучшить селективность и степень извлечения в случае процессов или кинетически или равновесно контролируемой адсорбции за счет перепада, температуру и давление на входе следует выбирать так, чтобы в конце стадии адсорбции загрузка тяжелого компонента в микропоры или свободный объем рядом с точкой, при которой сырье вводят в контактор, составляла больше чем 0,15qs, предпочтительно больше чем 0,3qs и даже более предпочтительно больше чем 0,6qs. Это требование накладывает нижнюю границу на давление на входе и максимальную границу на температуру на входе. С повышением загрузки тяжелого компонента в микропоры или свободный объем адсорбента количество материала, которое селективно адсорбировано в контактор, повышается, и количество материала, которое может быть селективно высвобождено на стадии десорбции, растет. Такое увеличение снижает потери легкого компонента, который неселективно адсорбирован в мезопоры и макропоры. Повышение загрузки значительно за пределы этого интервала снижает выделение легкого компонента, так как наклон изотермы адсорбции имеет тенденцию падать с повышением давления. Чтобы максимально повысить извлечение легкого компонента также предпочтительно, чтобы около точки, при которой сырье вводят в контактор, наклон изотермы адсорбции для тяжелого компонента был достаточно большим так, чтобы: где =1/50, более предпочтительно =1/25 и даже более предпочтительно =1/8. Это неравенство накладывает максимальную границу на давление на входе и минимальную границу на температуру на входе. То есть, такие требования определяют технологическое окно (то есть, максимум и минимум) для давления и температуры сырья, при которых извлечение легкого компонента является оптимальным. Обычно предпочтительно эксплуатировать процесс адсорбции за счет перепада при наиболее низком давлении в пределах технологического окна, которое является практичным. По мере снижения давления сырья концентрация молекул в мезопорах и макропорах контактора падает. Более низкие концентрации молекул, неселективно адсорбированных в мезопорах и макропорах, приводят к более низким потерям легкого компонента в процессе адсорбции за счет перепада. Такое технологическое окно особенно важно при разделении природного газа, так как природный газ обычно добывают при давлении в интервале от 1500 до 7000 фунт/кв.дюйм (10340-48260 кПа). Такое давление сырья обычно слишком велико, чтобы попадать в пределы технологического окна оптимального извлечения для метана, который при разделении адсорбцией за счет перепада действует как легкий компонент. Можно снижать давление сырья с помощью простого расширяющегося сопла, однако такая технология означает потерю энергии. Также можно получить технологическое окно оптимального извлечения легкого компонента для отделения большинства тяжелых компонентов (например, СО 2, N2,H2S, тяжелых углеводородов и меркаптанов) путем предварительного кондиционирования природного газа с помощью турбоэкспандера, который извлекает энергию от расширения газа. Энергия, полученная от расширения газа, затем может быть использована для генерирования энергии или для содействия повторной компрессии отделенных кислых компонентов газа (например, CO2 или H2S) с тем, чтобы они могли быть утилизированы в подземных пластах. Подземные пласты, которые приемлемы для утилизации/захоронения CO2 и H2S, включают водоносные слои, которые имеют верхний изолирующий слой,предупреждающий значительные потери вводимых кислых компонентов газа, нефтяные продуктивные слои, газовые продуктивные слои, обедненные нефтью продуктивные слои и обедненные газом продуктивные слои. Как правило, отделенные СО 2 и H2S должны быть повторно сжаты до давления больше чем 2000 фунт/кв.дюйм (13788 кПа) и часто до давления больше чем 5000 фунт/кв.дюйм (34470 кПа), чтобы их можно было ввести в такие типы подземных пластов. Следовательно, важно иметь возможность повторно использовать энергию, полученную от турбоэкспандера, для рекомпрессии. Стоимость турбоэкспандера также меньше, чем стоимость газовой отопительной турбины, производящей такое же количество энергии. То есть экономически выгодно использовать турбоэкспандер, чтобы забрать энергию от расширения газа, которое было использовано для доведения природного газа до технологического окна оптимального извлечения метана. Когда используют турбоэкспандер, энергия может быть выделена или с помощью соединенного через вал электрического генератора или с помощью соединенного через вал компрессора. Может быть полезным пропускать газ, выходящий из турбоэкспандера, через теплообменник перед введением его в процесс адсорбции за счет перепада, чтобы достичь рабочего технологического окна, которое максимально увеличивает степень извлечения метана. Газ, выходящий из турбоэкспан- 11017814 дера, может быть слишком холодным, чтобы находиться в технологическом окне оптимального извлечения, поэтому работу проводят при изэнтропическом расширении. Как правило, теплообменник будет работать так, чтобы повышать температуру газа перед его поступлением в процесс адсорбции за счет перепада. Такой анализ особенно важен, когда адсорбция за счет перепада представляет собой процессPSA или RCPSA. В вариантах применения, где CO2 извлекают из природного газа в процессах адсорбции за счет перепада, предпочтительно готовить адсорбент со специальным классом цеолитных материалов с 8 членными кольцами, которые имеют кинетическую селективность. Кинетическая селективность такого класса цеолитных материалов с 8-членными кольцами обеспечивает быстрый перенос CO2 в кристаллы цеолита, при этом затрудняет перенос метана так, что можно селективно отделять CO2 от смеси СО 2 и метана. В случае удаления СО 2 из природного газа такой специфический класс цеолитных материалов с 8-членными кольцами имеет отношение Si/Al приблизительно от 1:1 до 1000:1, предпочтительно от 10:1 до 500:1 и более предпочтительно приблизительно от 50:1 до 300:1. Следует отметить, что, как используется в данном случае, определение Si/Al описывается как мольное отношение диоксида кремния к оксиду алюминия структуры цеолита. Такой предпочтительный класс цеолитов с 8-членными кольцами, который приемлем для применения в данном случае, дает возможность СО 2 достигать внутренней пористой структуры через окна 8-членных колец таким образом, что отношение однокомпонентных коэффициентов диффузии СО 2 и метана (то есть DCO2/DCH4) составляет больше чем 10, предпочтительно больше чем приблизительно 50, более предпочтительно больше чем приблизительно 100 и даже более предпочтительно больше чем 200. Однокомпонентные коэффициенты диффузии, как принято, представляют собой коэффициенты диффузионного переноса, измеренные для чистого газа в режиме закона Генри изотермы адсорбции. Загрузка молекул в цеолит в режиме закона Генри является низкой, и в таком режиме коэффициенты диффузии Фика и Стефана-Максвелла почти равны. Диффузионную способность пористого кристаллического материала для конкретного сорбата обычно измеряют в значениях его временной константы диффузии, D/r2, где D представляет собой коэффициент диффузии по Фику (м 2/с) и значение "r" представляет собой радиус кристаллитов (м), характеризующий расстояние диффузии. В ситуациях, когда кристаллы являются неоднородными по размеру и геометрии, "r" представляет собой средний радиус, отображающий их соответствующие распределения. Один из методов измерения временной константы и коэффициента диффузии состоит в анализе кинетики стандартной адсорбции (то есть, гравиметрического поглощения) с использованием способа, описанного в публикации J. Crank, "The Mathematics ofDiffusion", 2-nd Ed., Oxford University Press, Great Britain, 1975. Другой метод измерения временной константы и коэффициента диффузии состоит в анализе данных хроматографии нулевого отрезка, который описан в публикациях D.M. Rutheven "Principles of Adsorption and Adsorption Processes", John Wiley, NY,(1984), и J. Karger, D.M. Rutheven "Diffusion in Zeolites and Other Microporous Solids", John Wiley, NY,(1992). Предпочтительный способ измерения временной константы и коэффициента диффузии представляет собой способ с помощью методики частотной характеристики, описанный в публикации Reyes et al.,"Frequency Modulation Methods for Diffusion and Adsorption Measurements in Porous Solids", J. Phys. Chem.B. 101, pp. 614-622, 1997. Примером цеолита с 8-членными кольцами в этом классе материалов, который является предпочтительным в процессах адсорбции за счет перепада в случае удаления СО 2 из природного газа, является цеолит DDR. Другими предпочтительными цеолитами с 8-членными кольцами являются Sigma-1 и ZSM-58, которые являются изотипическими каркасу структуры DDR. При температурах ниже 100 С однокомпонентный коэффициент диффузии СО 2, как установлено, более чем в сто раз выше,чем однокомпонентный коэффициент диффузии метана. Из измеренных энергий активации коэффициентов диффузии при температурах приблизительно до 300 С коэффициент диффузии СО 2, как рассчитано,более чем в пять раз выше коэффициента диффузии метана. Устойчивость к загрязнению в процессах адсорбции за счет перепада, в которых удаляют CO2 из природного газа, является еще одним преимуществом, обеспечиваемым таким классом цеолитных материалов с 8-членными кольцами. Во многих случаях из природного газа или газа, сопутствующего добыче нефти, также должен быть извлечен азот. В некоторых случаях это вызвано высокими уровнями азота (2% об.) в добытом газе, а в некоторых случаях удаление азота необходимо для того, чтобы произвести сжижение природного газа. Также может быть полезным отделять азот от мгновенно выделяющегося газа, который встречается при производстве СПГ (LNG) с тем, чтобы метан и углеводородные продукты могли быть использованы в качестве топлива. Другой вариант применения представляет собой очистку газа от выкипающего СПГ с тем, чтобы метан и углеводородные продукты могли быть извлечены или использованы в качестве топлива. При извлечении может быть полезным повторно сжижать метан и углеводород и возвращать их снова в СПГ. Во всех таких вариантах применения желательно селективно адсорбировать азот, чтобы получить высокое извлечение очищенного метанового продукта из газа, содержащего азот. Существует очень немного сорбентов на основе молекулярных сит со значительной равновесной или кинетической селективностью для отделения азота от метана. В случае отделения N2 от природного газа также предпочтительно получать адсорбент с помощью класса цеолитных материалов с 8-членными кольцами, которые имеют кинетическую селективность. Кинетическая селективность этого класса материалов с 8 членными кольцами обеспечивает возможность быстрого переноса N2 в кристаллы цеолита, при задер- 12017814 живании переноса метана так, что можно селективно отделять N2 от смеси N2 и метана. В случае удаления N2 из природного газа такой специфический класс цеолитных материалов с 8-членными кольцами также имеет отношение Si/Al приблизительно от 1:1 до 1000:1, предпочтительно приблизительно от 10:1 до 500:1 и более предпочтительно от 50:1 до 300:1. Этот предпочтительный класс цеолитов с 8-членными кольцами, который приемлем для применения в данном случае, дает возможность N2 достигать внутренней пористой структуры через 8-кольцевые окна таким образом, что отношение однокомпонентных коэффициентов диффузии N2 и метана (то есть DN2/DCH4) составляет больше чем 5, предпочтительно больше чем приблизительно 20, более предпочтительно больше чем приблизительно 50 и даже более предпочтительно больше чем 100. Устойчивость к загрязнению в процессах адсорбции за счет перепада во время удаления N2 из природного газа является еще одним преимуществом, обеспечиваемым таким классом цеолитных материалов с 8-членными кольцами. В других случаях также желательно удалять H2S из природного газа, который может содержать приблизительно от 0,001 до 70% об. H2S. В этом случае может быть предпочтительным готовить адсорбент со станносиликатами, а также с упомянутым выше классом цеолитов с 8-членными кольцами, который имеет кинетическую селективность. Кинетическая селективность такого класса цеолитов с 8 членными кольцами обеспечивает быстрый перенос H2S в кристаллы цеолита, при этом затрудняет перенос метана, поэтому возможно селективно отделять H2S от смеси H2S и метана. В случае удаления H2S из природного газа такой специфический класс цеолитных материалов с 8-членными кольцами имеет отношение Si/Al приблизительно от 1:1 до 1000:1, предпочтительно приблизительно от 10:1 до 500:1, и более предпочтительно приблизительно от 50:1 до 300:1. Такой предпочтительный класс цеолитов с 8 членными кольцами, который приемлем для применения в данном случае, дает возможность H2S достигать внутренней пористой структуры через 8-кольцевые окна таким образом, что отношение однокомпонентных коэффициентов диффузии H2S и метана (например, DH2S/DCH4) составляет больше чем 5, предпочтительно больше чем приблизительно 20, более предпочтительно больше чем приблизительно 50 и даже более предпочтительно больше чем 100. Цеолиты с каркасом DDR, такие как Sigma-1 и ZSM-58,также приемлемы для удаления H2S из природного газа. В некоторых вариантах осуществления H2S необходимо удалять до уровня, измеряемого в ч./млн или суб-(ч./млн). Для достижения такого исчерпывающего удаления H2S может быть полезным использование процесса PPSA или RCPPSA. Иногда из природного газа или газа, сопутствующего добыче нефти, необходимо удалять тяжелые углеводороды, которые определены ранее. Удаление тяжелых углеводородов может быть необходимым для кондиционирования точки росы перед подачей природного газа через трубопровод или для доведения природного газа до необходимого состояния перед его сжижением. В других случаях может быть полезным выделять тяжелые углеводороды из добытого газа при добыче с искусственным изменением физико-химических свойств нефти (EOR), в которых используют СО 2 и азот. В других случаях может быть полезным выделять тяжелые углеводороды из сопутствующего газа, который возвращают назад в нефтяной продуктивный пласт во время некоторых видов добычи нефти. Во многих случаях, в которых желательно извлечение тяжелых углеводородов, газ может находиться при давлении свыше 1000 фунт/кв.дюйм (6894 кПа) и в некоторых случаях давление газа может превышать 5000 фунт/кв.дюйм(34470 кПа), даже иногда превышает приблизительно 7000 фунт/кв.дюйм (48260 кПа). Предпочтительно при таких вариантах осуществления использовать адсорбент, полученный с помощью цеолита, имеющего размер пор приблизительно от 5 до 20 ангстрем. Неограничивающими примерами цеолитов, имеющих поры в таком размерном интервале, являются MFI, фауджазит, МСМ-41 и Beta. Предпочтительно, чтобы отношение Si/Al цеолитов, используемых в вариантах осуществления процесса настоящего изобретения для удаления тяжелых углеводородов, составляло приблизительно от 20 до 1000, предпочтительно приблизительно от 200 до 1000, чтобы предупредить избыточное загрязнение адсорбента. В некоторых случаях природный газ добывают вместе с присутствующими меркаптанами, и предпочтительно использовать процессы адсорбции, чтобы способствовать их отделению. Потоки, содержащие меркаптаны, и компоненты, найденные в природном газе, представлены в некоторых процессах,которые были разработаны для очистки природного газа. С использованием контакторов настоящего изобретения можно с большей селективностью отделять меркаптаны от природного газа или компонентов природного газа и повышать степень извлечения ценных компонентов (таких как метан). В таких вариантах применения также полезно использование адсорбента, приготовленного с цеолитом, имеющим размер пор приблизительно от 5 до 20 ангстрем. Неограничивающими примерами цеолитов, имеющих поры в таком размерном интервале, являются MFI, фауджазит, МСМ-41 и Beta. В таких вариантах применения отношение Si/Al цеолита может составлять приблизительно от 1 до 1000. Адсорбент с низким содержанием мезопор и макропор представляет собой неотъемлемый компонент контакторов настоящего изобретения, которые могут быть использованы как в контролируемых равновесием, так и в кинетически контролируемых способах адсорбции за счет перепада, чтобы улучшить степень извлечения легкого компонента. Контакторы адсорбентов предшествующего уровня техники имеют значительные уровни мезопор и макропор. В конце стадии адсорбции мезопоры и макропоры, которые являются неселективными, будут содержать значительные количества легких компонентов,так как перенос в мезопоры и макропоры является неселективным. Это составляет особенно важную про- 13017814 блему в процессах RCPSA, PSA, TSA и PPSA высокого давления, поскольку в конце стадии адсорбции число молекул в пространстве мезопор и макропор может быть сравнимо с числом молекул, селективно адсорбированных с микропоры адсорбента. На стадии десорбции большая часть легких компонентов,находящихся в мезопорах и макропорах, нежелательно теряется в поток продуктов тяжелого компонента. То есть, такие легкие молекулы не извлекают, как хотелось бы, с легким продуктом. Это может привести к значительной потере ценного легкого продукта. Контакторы адсорбента настоящего изобретения могут значительно улучшить такое извлечение легких продуктов за счет снижения объемной доли пространства открытых мезопор и макропор. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения стенки открытых проточных параллельных каналов состоят из адсорбента. Адсорбент предпочтительно представляет собой микропористый адсорбент или полимер, который селективно адсорбирует тяжелые компоненты. Неограничивающими примерами микропористых адсорбентов являются цеолиты с 8-членными кольцами, титаносиликаты,ферросиликаты, станносиликаты, алюминофосфаты (AlPOs), силикоалюминофосфаты (SAPOs) и углеродные молекулярные сита. В других предпочтительных вариантах осуществления материал адсорбента состоит из микропористого адсорбента, выбранного из группы, включающей титаносиликаты и станносиликаты. В других предпочтительных вариантах материал адсорбента состоит из микропористого адсорбента, выбранного из группы, включающей алюминофосфаты (AlPOs), силикоалюминофосфаты(SAPOs) и углеродные молекулярные сита. Для удаления CO2, N2 и H2S предпочтительными являются цеолиты, причем станносиликаты являются более предпочтительными для удаления H2S. В других предпочтительных вариантах осуществления материал адсорбента состоит из цеолита, выбранного из группы,включающей MFI, фауджазит, МСМ-41 и Beta. Неограничивающими примерами полимеров, которые могут быть использованы в качестве селективных адсорбентов, являются полиимиды, полисульфоны и функционализированные полимеры, такие как полимеры, функционализированные амином. Контакторы адсорбента настоящего изобретения необязательно могут содержать материал термальной (теплопередающей) массы, чтобы помогать регулировать нагревание и охлаждение адсорбента в контакторе как на стадии адсорбции, так и на стадии десорбции процесса адсорбции за счет перепада давления. Нагревание во время адсорбции вызвано теплотой адсорбции молекул, входящих в адсорбент. Необязательный материал термальной массы также помогает регулировать охлаждение контактора во время стадии десорбции. Термальная масса может быть введена в проточные каналы контактора, может быть введена в сам адсорбент или введена в виде части стенки проточных каналов. Когда термальную массу вводят в адсорбент, она может представлять собой твердый материал, распределенный по всему слою адсорбента, или она может быть включена в виде слоя внутри адсорбента. Когда термальную массу вводят в виде части стенки проточного канала, адсорбент осаждают или формируют на стенке. Любой подходящий материал может быть использован в качестве материала термальной массы при реализации настоящего изобретения. Неограничивающими примерами таких материалов являются металлы, керамика и полимеры. Неограничивающими примерами предпочтительных металлов являются сталь, медь и алюминиевые сплавы. Неограничивающими примерами предпочтительной керамики являются диоксид кремния, оксид алюминия и оксид циркония. Примером предпочтительного полимера, который может быть использован при реализации настоящего изобретения, является полиимид. В зависимости от степени, до которой повышение температуры должно быть ограничено во время стадии адсорбции, количество материала термальной массы может находиться в интервале приблизительно от 0 до 25 частей от массы микропористого адсорбента контактора. Предпочтительным интервалом для количества термальной массы в контакторе является интервал приблизительно от 0 до 5 частей от массы материала микропористого адсорбента. Более предпочтительный интервал для количества материала термальной массы будет составлять приблизительно от 0 до 2 частей от массы материала микропористого адсорбента, наиболее предпочтительно приблизительно от 0 до 1 части от массы микропористого материала контактора. В предпочтительном варианте осуществления в контактор вводят эффективное количество термальной массы. Эффективное количество термальной массы представляет собой количество, достаточное, чтобы удержать термический подъем адсорбента во время стадии адсорбции до менее чем приблизительно 100 С. В предпочтительном варианте количество термальной массы, введенное в контактор, представляет собой количество, достаточное, чтобы удержать термический подъем адсорбента во время стадии адсорбции до менее чем приблизительно 50 С и более предпочтительно до менее чем приблизительно 10 С. Объем открытых мезопор и макропор включает объемную долю всех мезопор и макропор, которая не заполнена блокирующим агентом и которая является неселективной, и, следовательно, способной быть занятой, по существу, всеми компонентами газовой смеси. Неограничивающими примерами блокирующих агентов, которые могут быть использованы при реализации настоящего изобретения, являются полимеры, микропористые материалы, твердые углеводороды и жидкости, которые могут плотно заполнять пространство открытых мезопор и макропор, но все еще давать возможность молекулам переходить в микропоры в селективном адсорбенте. Когда блокирующим агентом является полимер или жидкость,предпочтительно, чтобы размер молекулы блокирующего агента был достаточно большим с тем, чтобы сильно не вторгаться в микропоры адсорбента, но не таким большим, чтобы не заполнять мезопоры и макропоры. Когда используют твердые блокирующие агенты, размер частиц твердого вещества больше,чем любые селективные микропоры в адсорбенте, но меньше, чем мезопоры и макропоры. То есть блокирующий агент может плотно входить в мезопоры и макропоры, не занимая или не заполняя в значительной степени микропоры, которые могут присутствовать в адсорбенте. Блокирующий агент заполняет открытые мезопоры и макропоры адсорбента в такой степени, что объемная доля открытых мезопор и макропор адсорбента соответствует упомянутым выше требованиям. Неограничивающими примерами полимеров, которые могут быть использованы в качестве блокирующих агентов, являются полиимиды, полисульфоны и силиконовые каучуки. Неограничивающими примерами жидкостей, которые могут быть использованы в качестве блокирующих агентов, являются амины,ароматические соединения, такие как 1,3,5-триметилбензол, и разветвленные насыщенные углеводороды, такие как гептаметилнонан, а также жидкие углеводороды, имеющие углеродные числа в интервале приблизительно от 5 до 60. Когда используют жидкий блокирующий агент, полезно насыщать или почти насыщать сырьевой газ жидким блокирующим агентом. Неограничивающими примерами твердых блокирующих агентов являются углеводороды, такие как воски, и углеводороды, имеющие углеродные числа в интервале 10-1000. Неограничивающими примерами микропористых материалов, которые могут быть использованы при реализации настоящего изобретения, являются микропористые угли и цеолиты,имеющие размер пор больше, чем размер пор селективного структурированного адсорбента настоящего изобретения. Примером адсорбента, приготовленного с блокирующим агентом, является диоксид кремния или оксид алюминия, связанный со слоем цеолита, имеющего приблизительно 30% объема мезопор и макропор в пустотах между частицами цеолита, которые заполнены жидкостью так, что, по существу,все пустоты заполнены жидкостью (то есть полученная суммарная макро- и мезопористость в слое составляет менее чем приблизительно 20%). В некоторых случаях блокирующий агент образует непрерывную сетку, а адсорбент представляет собой композитную структуру с микропористым материалом, заделанным в блокирующем агенте. Неограничивающим примером такой структуры является композит цеолит/полимер, где полимер является сплошным, и композит имеет менее чем приблизительно 20 об.% в открытых мезо- или макропорах. Также можно получать адсорбент с использованием мезопористого материала, который плотно заполняет макропоры, чтобы уменьшить весь свободный или открытый объем. Примером такой структуры может быть адсорбент, имеющий приблизительно 30 об.% макропор, которые плотно заполнены мезопористым золь-гелем так, что полученный объем мезопор и макропор составляет менее чем приблизительно 20%. Каналы, также иногда называемые "проточными каналами" или "газовыми проточными каналами",представляют собой проходы в контакторе, которые дают возможность газу проходить через него. Как правило, проточные каналы обеспечивают относительно низкое жидкостное сопротивление в сочетании с относительно высокой площадью поверхности. Длина проточного канала должна быть достаточной,чтобы обеспечить зону переноса массы, который является, по меньшей мере, функцией скорости текучей среды, и отношение площади поверхности к объему канала. Каналы предпочтительно выполнены так,чтобы минимизировать падение давления в каналах. Во многих вариантах осуществления фракция потока текучей среды, входящая в канал у первого конца контактора, не взаимодействует с какой-либо другой фракцией текучей среды, входящей в другой канал у первого конца, до тех пор, пока фракции не объединяются снова после выхода из второго конца. Важно, чтобы каналы были однородными, чтобы гарантировать, что, по существу, все каналы используются полностью и что зона переноса массы является, по существу, одинаково ограниченной. Как продуктивность, так и чистота газа будут страдать, если существует сильное непостоянство между каналами. Если один проточный канал больше, чем соседний проточный канал, может возникнуть преждевременный проскок продукта, что приведет к снижению чистоты продукта, содержащего газ, до неприемлемых уровней чистоты. Более того, устройства, работающие при периодичности циклов больше чем приблизительно 50 циклов в минуту (ц/мин), требуют большей однородности проточных каналов и меньшего падения давления, чем устройства, работающие при более низком числе циклов в минуту. Кроме того, если по слою имеет место слишком большое падение давления, то более высокая периодичность циклов, например, порядка больше 100 ц/мин, достигается с трудом. Размеры и геометрические формы контакторов с параллельными каналами настоящего изобретения могут иметь любой размер или представлять собой любую геометрическую форму, которые приемлемы для использования в технологическом оборудовании адсорбции за счет перепада. Неограничивающими примерами геометрических форм являются формы различных монолитов, имеющих множество, по существу, параллельных каналов, простирающихся от одного конца монолита к другому концу; множество трубчатых элементов; сложенные стопкой слои листов адсорбента с разделителями или без разделителей между каждым листом; многослойные спиральные валики; пучки полых волокон, а также пучки, по существу, параллельных твердых волокон. Адсорбент может быть нанесен на такие геометрические формы, или во многих случаях такие формы могут быть получены непосредственно из материала адсорбента с подходящим связующим веществом. Примером геометрической формы, полученной непосредственно из адсорбента/связующего вещества, может быть продукт экструзии композита цеолит/полимер в моно- 15017814 лит. Другим примером геометрической формы, полученной непосредственно из абсорбента, могут быть экструдированные или пряденые полые волокна, изготовленные из композита цеолит/полимер. Примером геометрической формы, которая покрыта абсорбентом, может быть тонкий плоский стальной лист,который покрыт пленкой микропористого адсорбента с низким содержанием мезопор, такой как цеолитная пленка. Полученный напрямую или нанесенный в виде покрытия слой адсорбента сам по себе может быть структурирован во множество слоев или одного и того же или разных материалов адсорбента. Листовые структуры многослойного адсорбента представлены в патентной заявке США 2006/0169142,которая полностью включена в описание в качестве ссылки. Размеры проточных каналов могут быть рассчитаны из анализа перепада давления вдоль проточного канала. Предпочтительно, чтобы проточные каналы имели просвет канала приблизительно от 5 до 1000 мкм, предпочтительно приблизительно от 50 до 250 мкм. Как используется в данном случае, "просвет канала" проточного канала определяется как протяженность линии поперек минимального размера проточного канала в прямоугольной проекции к пути потока. Например, если проточный канал является круговым в поперченном сечении, то просвет канала представляет собой внутренний диаметр круга. Однако если просвет канала является прямоугольным в поперечном сечении, то просвет потока представляет собой протяженность линии, перпендикулярной и соединяющей две наиболее длинные стороны прямоугольника (то есть, длину наиболее короткой стороны прямоугольника). Следует также отметить, что проточные каналы могут иметь любую конфигурацию поперечного сечения. Предпочтительные варианты осуществления представляют собой варианты, где конфигурация поперечного сечения проточного канала представляет собой или круг, или прямоугольник, или квадрат. Однако любая геометрическая конфигурация поперечного сечения может быть использована, например, но без ограничения, элипсы,овалы, треугольники или различные многоугольные формы. В других предпочтительных вариантах осуществления отношение объема адсорбента к объему проточных каналов в контакторе адсорбента составляет приблизительно от 0,5:1 до 100:1 и более предпочтительно приблизительно от 1:1 до 50:1. В некоторых вариантах применения RCPSA проточные каналы образуются, когда листы адсорбента ламинируют вместе. Как правило, ламинаты адсорбента для вариантов применения RCPSA, имеют длины проточных каналов приблизительно от 0,5 см до 10 м, более типично длины проточных каналов составляют приблизительно от 10 см до 1 м, а просвет канала составляет приблизительно от 50 до 250 мкм. Каналы могут содержать разделитель или сетку, которая действует как разделитель. В случае ламинированных адсорбентов могут быть использованы разделители, которые представляют собой структуры или материал, которые определяют расстояние между ламинатами адсорбента. Неограничивающими примерами типа разделителей, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, являются разделители, состоящие из калиброванных по размеру: пластиковой, металлической, стеклянной или углеродной сетки; пластиковой пленки или металлической фольги; пластиковых, металлических, стеклянных, керамических или углеродных волокон и нитей; керамических столбиков; пластиковых, стеклянных, керамических или металлических сфер или дисков; или их комбинаций. Ламинаты адсорбента используют в устройствах, работающих при периодичности цикла PSA по меньшей мере приблизительно до 150 ц/мин. Длину проточного канала можно коррелировать со скоростью цикла. При более низких скоростях цикла,например, приблизительно от 20 до 40 ц/мин, длина проточного канала может достигать одного метра или быть длиннее одного метра и даже достигать приблизительно 10 м. Для скоростей цикла больше чем 40 ц/мин длина проточных каналов, как правило, уменьшается и может меняться в интервале приблизительно от 10 см до 1 м. Более длинные проточные каналы могут быть использованы в случае процессовPSA с более медленным циклом. Процессы короткоцикловой TSA имеют тенденцию быть более медленными, чем процессы короткоцикловой PSA, и, следовательно, более длинные проточные каналы также могут быть использованы в процессах TSA. Общая скорость адсорбции в способах адсорбции за счет перепада характеризуется скоростью переноса массы от проточного канала в адсорбент. Желательно иметь скорость переноса массы удаляемых образцов (то есть тяжелого компонента) достаточно высокой, чтобы в процессе была задействована большая часть объема адсорбента. Так как адсорбент селективно удаляет тяжелый компонент из газового потока, неэффективное использование слоя адсорбента может понизить извлечение легкого компонента и/или понизить чистоту потока легкого продукта. При использовании настоящего изобретения можно готовить адсорбент с низкой объемной долей мезопор и макропор так, что большая часть объема адсорбента, которая будет находиться в микропористом интервале, эффективно используется при адсорбции и десорбции тяжелого компонента. Один из способов достижения этого результата состоит в том, чтобы иметь адсорбент, по существу, равномерной толщины, где толщина слоя адсорбента определяется коэффициентами массового переноса тяжелого компонента и временем стадий адсорбции и десорбции процесса. Равномерность толщины может быть оценена по измерениям толщины адсорбента или по способу,которым он был изготовлен. Предпочтительно, чтобы однородность адсорбента была такой, что стандартное отклонение его толщины составляет менее чем приблизительно 25% от средней толщины. Более предпочтительно стандартное отклонение толщины адсорбента составляет менее чем приблизительно 15% от средней толщины. Даже более предпочтительно, чтобы стандартное отклонение толщины адсорбента составляло менее чем приблизительно 5% от средней толщины. Расчет таких констант скоростей переноса массы хорошо известен специалистам в данной области техники, а также может быть получен специалистом, имеющим обычную квалификацию в области стандартной оценки данных. В публикации D.M. Ruthven, С. Thaeron, Performance of Parallel Passage Absorbent Contactor, Separation and Purification Technology 12 (1997) 43-69, которая включена в описание в качестве ссылки, пояснены многие аспекты того, как на перенос массы влияет толщина адсорбента, просвет канала и время цикла процесса. Кроме того, в патенте США 6607584 (Moreau et al.), который также включен в качестве ссылки, описаны подробности расчета таких скоростей переноса и соответствующих коэффициентов для данного адсорбента и стандартных испытуемых составов, который используют для обычного способа PSA. Критерий качества переноса массы через слой адсорбента представляет собой временную константу, а, для переноса тяжелого компонента, рассчитанную в каждой точке в адсорбенте. Для плоского листа адсорбента с толщиной в х направлении, и у и z направлениях, находящихся в плоскости листа, временная константа, а, тяжелого компонента составляет: где D пути представляет собой средний коэффициент диффузионного переноса тяжелого компонента вдоль пути от сырьевого канала до точки (x, y, z), а L пути представляет собой расстояние вдоль пути. Существует много возможных траекторий или путей от сырьевого канала к каждой точке (x, y, z) в адсорбенте. Временная константа представляет собой минимум из возможных временных констант(L пути 2/D пути) вдоль всех возможных путей от сырьевого канала до точки (x, y, z) в адсорбенте. Это также включает пути через мезопоры и макропоры. Если в адсорбенте есть твердый материал (например, материал, который может быть включен в регулирование тепла) , в нем не будет переноса и точки (x, y, z) в его границах в расчеты не включают. Коэффициент диффузионного переноса каждого образца, как принято, представляет собой однокомпонентный коэффициент диффузии Стефана-Максвелла для каждого из образцов. Средний коэффициент диффузионного переноса вдоль пути, D пути, представляет собой линейно усредненный коэффициент диффузии вдоль пути. Линейное усреднение является достаточным,чтобы получить коэффициент диффузии, характеризующий путь. Когда тяжелый компонент содержит много образцов, коэффициент диффузии, D пути, также усредняют композиционно. Коэффициент диффузии зависит от температуры и также может зависеть от давления. В пределах, в которых коэффициент диффузии меняется, он должен быть усреднен в случае изменений температуры и давления, имеющих место во время цикла. Чтобы адсорбент был эффективен, усредненную толщину слоя адсорбента предпочтительно выбирают так, чтобы временная константа, по меньшей мере, для половины точек (или объема) в адсорбенте, который не является плотным твердым веществом, была меньше чем время цикла процесса. Более предпочтительно среднюю толщину слоя адсорбента выбирают так, чтобы временная константа по меньшей мере для 75% точек (или объема) в адсорбенте, который не является плотным твердым веществом, была меньше, чем время цикла процесса. Даже более предпочтительно среднюю толщину слоя адсорбента выбирают так, что временная константа по меньшей мере для 75% точек (или объема) в адсорбенте, который не является плотным твердым веществом, составляет менее чем приблизительно 25% от времени цикла процесса. Настоящее изобретение может быть применено для улучшения отделения молекулярных образцов от синтез-газа. Синтез-газ может быть произведен с помощью широкого спектра способов, включая реформинг углеводородов паром, термическое или каталитическое частичное окисление углеводородов и много других процессов и их комбинаций, известных в данной области техники. Синтез-газ используют в большом числе вариантов применения в качестве топлива и для вариантов химического применения, а также в силовых вариантах применения, таких как интегрированный газифицированный объединенный цикл (IGCC). Все такие варианты применения имеют техническое описание точных составов синтетического газа, требуемого для процесса. После производства синтез-газ содержит по меньшей мере СО и Н 2. Другими молекулярными компонентами могут быть СН 4, CO2, H2S, H2O и N2. Меньшую часть (или следовые количества) компонентов газа могут составлять углеводороды, NH3 и NOX. Почти во всех вариантах применения H2S должен быть удален из синтез-газа перед тем, как его можно будет использовать во многих вариантах применения, и во многих случаях желательно удалять большую часть CO2. В вариантах применения, где синтез-газ используют в качестве сырья для процесса химического синтеза, как правило, желательно доводить отношение Н 2/СО до значения, которое является оптимальным для процесса. В некоторых вариантах топливного применения может быть использована сдвиговая реакция вода-газ,чтобы сместить синтетический газ почти полностью до Н 2 и CO2, и во многих таких вариантах применения желательно удалять CO2. Настоящее изобретение предлагает способ повышения степени извлечения ценных молекулярных компонентов из синтез-газа. В большинстве вариантов применения ценными компонентами являются СО и Н 2. При удалении множества образцов из синтез-газа могут быть использованы отдельные контакторы,каждый из которых оптимизирован для удаления конкретного компонента. Множество контакторов может быть использовано, так как изобретение предлагает средства быстрого изменения давления в контакторе, обеспечивающие возможность применения быстроцикловой операции и, соответственно, оборудо- 17017814 вания небольшого размера. С другой стороны, в один контактор может быть введено несколько разных адсорбентов. Это обеспечивает средства для селективного удаления нескольких образцов с помощью одного контактора. Может быть желательным извлекать отделенные кислые газы, такие как H2S и/или СО 2, при более высоком давлении. Извлечение при более высоком давлении кислых газов может быть желательно, например, когда планируется захоронение СО 2. В этих случаях адсорбция за счет перепада температур(TSA) может быть предпочтительной в сравнении с адсорбцией за счет перепада давления. Изобретение предлагает средства быстрого измерения температуры контактора без больших тепловых потерь, длительного времени нагревания и охлаждения или разбавления адсорбата. Адсорбция за счет перепада температур может быть осуществлена с помощью неподвижных контакторов с параллельными каналами и соответствующих вентилей, или с помощью контактора с параллельными каналами на вращающейся основе, следуя принципу теплообменника Люнгстрема. Короткоцикловая операция TSA легко реализуется с помощью контактора с параллельными каналами, где адсорбент находится на одной поверхности компактной теплообменной структуры. Нагревание и охлаждение будет иметь место в канале, изолированном от адсорбирующего и десорбирующего материала. В такой конфигурации может быть получена тепловая волна для перемещения через контактор во время стадии адсорбции, обеспечивающая более хорошее разделение абсорбированных компонентов. В некоторых случаях может быть достигнуто разделение, подобное хроматографическому разделению (без разбавления газом-носителем). Такой тип монтажа контактора с параллельными каналами может быть исключительно энергетически эффективным. Тепловая энергия, используемая в способе адсорбции за счет перепада, может быть легко выделена и использована повторно. Благодаря эффективности расходования энергии может быть использована более высокая степень термического перепада. Контакторы настоящего изобретения можно лучше понять при рассмотрении чертежей. Фиг. 1 представляет собой изображение контактора с параллельными каналами настоящего изобретения в форме монолита, образованного непосредственно из микропористого адсорбента со связующим веществом,и содержащего множество параллельных проточных каналов. Широкий ряд форм монолита может быть получен напрямую с помощью процессов экструзии. Пример цилиндрического монолита 1 схематично представлен на фиг. 1. Цилиндрический монолит 1 содержит множество параллельных проточных каналов 3. Такие проточные каналы 3 могут иметь просветы канала приблизительно от 5 до 1000 мкм, предпочтительно приблизительно от 50 до 250 мкм, пока все каналы данного контактора имеют, по существу,одинаковый размер просвета канала. Могут быть образованы каналы, имеющие ряд форм, в том числе,но без ограничения, круглую, квадратную, треугольную и шестиугольную. Пространство между каналами занято адсорбентом 5. Как показано, каналы 3 занимают приблизительно 25% от объема монолита, и адсорбент занимает приблизительно 75% от объема монолита. Адсорбент 5 может занимать приблизительно от 50 до 98% от объема монолита. Эффективная толщина адсорбента может быть определена из объемных долей, занятых адсорбентом 5 и канальной структурой, следующим образом: В случае монолита фиг. 1 эффективная толщина адсорбента будет составлять приблизительно 1,5 диаметра сырьевого канала. Когда диаметр канала находится в интервале приблизительно от 50 до 250 мкм, предпочтительно, чтобы толщина слоя адсорбента в случае, где весь контактор не состоит из адсорбента, находилась в интервале приблизительно от 25 до 2500 мкм. Для диаметра канала 50 мкм предпочтительный интервал толщины для слоя адсорбента составляет приблизительно от 25 до 300 мкм, более предпочтительный интервал составляет приблизительно от 50 до 250 мкм. Фиг. 2 представляет собой поперечное сечение вдоль продольной оси, показывающее сырьевые каналы 3, простирающиеся через длину монолита со стенками проточных каналов, образованными полностью из адсорбента 5 плюс связующее вещество. Схематичный чертеж, увеличивающий небольшое поперечное сечение сырьевых каналов 3 и слоя абсорбента 5 фиг. 2, представлен на фиг. 3. Слой адсорбента состоит из микропористого адсорбента или полимерных частиц 7; твердых частиц (термальная масса) 9; которые действуют как теплоотводы; блокирующего агента 13 и открытых мезопор и микропор 11. Как показано, микропористый адсорбент или полимерные частицы 7 занимают приблизительно 60% от объема слоя адсорбента, а частицы термальной массы 9 занимают приблизительно 5% от объема. При таких составах пустотность(проточные каналы) составляет приблизительно 55% от объема, занимаемого микропористым адсорбентом или полимерными частицами. Объем микропористого адсорбента 5 или полимерных частиц 7 может находиться в интервале приблизительно от 25 до 98% от объема слоя адсорбента. На практике объемная доля твердых частиц 9, используемых для контроля тепла, будет находиться в интервале приблизительно от 0 до 75%, предпочтительно приблизительно от 5 до 75% и более предпочтительно приблизительно от 10 до 60% от объема слоя адсорбента. Блокирующий агент 13 плотно заполняет желаемое количество пространства или пустот, оставшихся между частицами так, что объемная доля открытых мезопор и макропор 11 в слое адсорбента 5 составляет менее чем приблизительно 20%. При использовании монолита в процессе разделения газов, который основан на кинетическом раз- 18017814 делении (преимущественно контролируемом диффузией), предпочтительно, чтобы частицы микропористого адсорбента или полимера 7 были, по существу, одинакового размера. Предпочтительно, чтобы в случае кинетически контролируемых процессов стандартное отклонение объема отдельных частиц микропористого адсорбента или полимера 7 составляло менее чем 100% от среднего объема частиц. В более предпочтительном варианте осуществления стандартное отклонение объема отдельных частиц микропористого адсорбента или полимерных частиц 7 составляет менее чем 50% от среднего объема частиц. Распределение частиц по размерам для цеолитных адсорбентов можно контролировать способом, используемым для синтеза частиц. Также можно разделять частицы предварительно синтезированного микропористого адсорбента по размерам с использованием способов, таких как колонка гравитационного осаждения. Также может быть предпочтительным использование одинаковых по размерам частиц микропористого адсорбента или полимера в процессах разделения, контролируемых равновесием. Существует несколько способов, которыми монолиты могут быть получены напрямую из структурированного микропористого адсорбента. Например, когда микропористый адсорбент представляет собой цеолит, монолит может быть получен путем экструдирования водной смеси, содержащей эффективные количества твердого связующего вещества, цеолита и адсорбента, твердых контролирующих тепло частиц и полимера. Твердое связующее вещество может представлять собой отсортированный по размерам коллоидальный диоксид кремния или оксид алюминия, который используют для соединения вместе цеолита и твердых контролирующих тепло частиц. Эффективное количество твердого связующего вещества, как правило, будет находиться в интервале приблизительно от 0,5 до 50% от объема цеолита и твердых контролирующих тепло частиц, используемых в смеси. Если желательно, то материалы связующего вещества на основе диоксида кремния могут быть превращены на стадии последующей переработки в цеолиты с использованием технологий гидротермального синтеза, и как таковые они не всегда присутствуют в законченном монолите. К смеси необязательно добавляют полимер для контроля реологии и чтобы получить когезионную прочность экструдата. Экструдированный монолит отверждают путем его прокаливания в печи для отжига, где вода испаряется, а полимер выгорает, что приводит к монолиту желаемого состава. После отверждения монолита слой адсорбента 5 будет иметь приблизительно от 20 до 40 об.% мезопор и макропор. Заранее определенное количество таких пор может быть заполнено блокирующим агентом 13, как описано ранее, на последующей стадии, такой как вакуумная пропитка. Другой способ, которым монолит может быть получен непосредственно из микропористого адсорбента, состоит в экструдировании смеси полимера и микропористого адсорбента. Предпочтительными микропористыми адсорбентами для применения в процессе экструзии являются углеродные молекулярные сита и цеолиты. Неограничивающими примерами полимеров, приемлемых для процесса экструзии,являются эпоксиды, термопластики и способные к отверждению полимеры, такие как силиконовые каучуки, которые могут быть экструдированы без добавления растворителя. Когда эти полимеры используют в процессе экструзии, полученный продукт будет предпочтительно иметь низкую мольную долю мезопор и макропор в слое адсорбента. Фиг. 4 представляет собой изображение контактора с параллельными каналами 101 настоящего изобретения в форме покрытого монолита, где слой адсорбента нанесен на стенки проточных каналов предварительно полученного монолита. В случае контакторов с параллельными каналами данного чертежа используют процесс экструзии, чтобы получить монолит из подходящего материала твердого неадсорбента, предпочтительно металла, такого как сталь, керамики, такой как кордиерит, или углеродного материала. Под определением "материал твердого неадсорбента" подразумевается твердый материал,который не используют в качестве селективного адсорбента для контактора с параллельными каналами. Предпочтительно наносят эффективное количество и эффективную толщину керамической или металлической глазури или золь-гелевого покрытия 119, чтобы эффективно изолировать стенки канала монолита. Такие глазури могут быть нанесены путем нанесения покрытия из суспензии на стенки канала с помощью любого подходящего средства, после чего следует прокаливание монолита в печи для отжига. Другая методика состоит в нанесении золь-геля на стенки канала, после чего следует прокаливание в условиях, которые приводят к уплотнению покрытия. Также возможно использование методик вакуумной пропитки или пропитки под давлением, чтобы нанести глазурь или золь-гель на стенки каналов. В таком случае глазурь или золь-гель будет проникать в пористую структуру монолита 117. Во всех случаях глазурь изолирует стенку канала, так что газ, проходящий через канал, плохо переносится в корпус монолита. Слой адсорбента 105 затем равномерно наносят на изолированные стенки каналов. Слой адсорбента 105 уменьшает отверстие или ствол каналов; следовательно, проточный канал 103, используемый в процессе адсорбции за счет перепада, представляет собой открытый канал, оставшийся внутри покрытия. Такие проточные каналы 103 могут иметь просветы каналов, определенные ранее. Слой адсорбента 105 может быть нанесен в виде покрытия, или слоя, на стенки проточных каналов с помощью любого подходящего способа. Неограничивающими примерами таких способов являются методики нанесения текучей фазы, такие как нанесение покрытия из суспензии, нанесение покрытия скольжением,образование гидротермальной пленки, конверсия гидротермального покрытия и гидротермальный рост. Когда используют методики гидротермального нанесения покрытия, покрывающие растворы должны включать, по меньшей мере, микропористый адсорбент или полимерные частицы, регулирующий вяз- 19017814 кость агент, такой как поливиниловый спирт, теплопередающие (термальная масса) твердые вещества и необязательно связующее вещество. Теплопередающее твердое вещество может не быть необходимым,так как корпус монолита 101 может действовать как его собственное теплопередающее твердое вещество за счет накопления и высвобождения теплоты на различных стадиях технологического цикла разделения. В таком случае тепло диффундирует через слой адсорбента 105 и в корпус монолита 101. Если используют регулирующий вязкость агент, такой как поливиниловый спирт, то он обычно выгорает, когда покрытие прокаливают в печи для отжига. Может быть полезным использование связующего вещества,такого как коллоидальный диоксид кремния или оксид алюминия, чтобы повысить механическую прочность прокаленного покрытия. Мезопоры или макропоры, как правило, будут занимать приблизительно от 20 до 40% объема отвержденного покрытия. Наносят эффективное количество блокирующего агента,чтобы подготовить слой адсорбента для применения. Под эффективным количеством блокирующего агента подразумевается количество, необходимое для того, чтобы занять достаточно мезопор и макропор так, чтобы полученное покрытие содержало менее чем приблизительно 20% от его объема пор в открытых мезопорах и макропорах. Если используют способ образования гидротермальной пленки, то применяемая методика нанесения покрытия может быть очень похожей на способ, которым получают цеолитные мембраны. Пример способа выращивания цеолитного слоя представлен в патенте США 7049259, который введен в описание в качестве ссылки. Цеолитные слои, выращенные за счет гидротермального синтеза на подложках,часто имеют трещины и межзеренные границы, которые по размерам представляют собой мезопоры и макропоры. Объем этих пор часто составляет менее чем приблизительно 10 об.% от толщины пленки и часто существует характерное расстояние, или просвет, между трещинами. Таким образом, сразу после выращивания пленки часто могут быть использованы непосредственно в качестве слоя адсорбента без необходимости использовать блокирующий агент. Примеры трещин и межзеренных границ в пленках сразу после выращивания представлены на микрофотографиях в сканирующем электронном микроскопе высокого разрешения на фиг. 5 и 6. Цеолитная пленка фиг. 5 состоит из цеолита Sigma-1, который имеет каркас структуры, изотипический с DDR. Пленка имеет толщину приблизительно 25 мкм с трещинами 151, которые составляют по ширине приблизительно от 100 до 300 ангстрем, и эти трещины легко заметны на поверхности пленки. Цеолитная пленка на фиг. 6 представляет собой MFI пленку, которая произведена путем нанесения слоя покрытия толщиной приблизительно 0,5 мкм с использованием зерен коллоидального ZSM-5 на подложку и затем помещением покрытой зернами подложки в раствор гидротермального синтеза. Зерна коллоидального ZSM-5 служат центром роста пленки MFI толщиной приблизительно 15 мкм на стадии гидротермального синтеза. Отношение Si/Al нанесенной пленки составляет больше чем приблизительно 100. Трещины размерами несколько десятков ангстрем 153 и просветы 155 между кристаллами цеолита MFI заметны на микрофотографии. Помимо трещин и просветов существуют межзеренные границы между кристаллами. Такие межзеренные границы могут соединяться со структурой трещин и содействовать переносу молекул к кристаллам цеолита, которые находятся в пленке глубже. Многие межзеренные границы имеют размеры в интервале микропор, а некоторые имеют размеры в интервале мезопор. Из микрофотографий фиг. 5 и 6 видно, что открытые мезопоры и макропоры занимают очень небольшое количество от общего объема у поверхности пленки. Изображения поперечного сечения таких пленок подтверждают, что открытые мезопоры и макропоры в сущности действительно занимают менее чем приблизительно 7% от объема пленок. Фиг. 7 представляет собой изображение контактора с параллельными каналами настоящего изобретения в форме покрытого монолита 201 для применения в способах TSA, где слой адсорбента нанесен на канал предварительно полученного монолита, состоящего из материала не-адсорбента. При проведении процессов TSA или RCTSA контактор предпочтительно будет иметь проходы, или отдельные каналы,которые могут быть использованы для нагревания и охлаждения адсорбента. В случае процессов TSA или RCTSA контактор с параллельными каналами может быть выполнен в конфигурации, аналогичной кожухотрубчатому теплообменнику с адсорбентом, нанесенным на стенки; трубок теплообменника. На рассматриваемом чертеже использован процесс экструзии для формирования монолита из подходящего неадсорбирующего материала, включающего металл, такой как сталь, или керамику, такую как кордиерит, или уголь. Наносят керамическую или металлическую глазурь или золь-гелевое покрытие 219, чтобы изолировать стенки канала монолита. Как упоминалось ранее, такая глазурь может быть нанесена с помощью нанесения покрытия из суспензии на стенки каналов, после чего следует отверждение прокаливанием. Золь-гель также может быть нанесен на стенки каналов и затем прокален в условиях, при которых покрытие уплотняется. Как указывалось выше, также можно использовать методики пропитки в вакууме или пропитки под давлением, чтобы нанести глазурь или золь-гель. В этом случае глазурь или золь-гель будут проникать в пористую структуру монолита 217. Во всех случаях глазурь изолирует стенку канала так, что газ, проходящий через канал, плохо переносится в корпус монолита. Также перед изолированием стенок канала может быть желательным пропитывать пористую структуру монолита 217 твердым материалом. Чтобы обеспечить операцию TSA, чередующиеся ряды каналов изолируют на концах 215. На противоположном конце монолита также изолируют те же самые ряды каналов. На обоих концах в монолите вырезают прорези (223 и 225), чтобы обеспечить доступ потока в изолированные ря- 20017814 ды каналов 215. Изолирующие поверхности 219 выполнены на обоих концах монолита, а также в середине монолита (221). При работе монолит будут устанавливать в модуле так, чтобы герметично закрыть концы каналов, а также середину монолита. Любая подходящая технология может быть использована,чтобы закрыть концы каналов, включая металлическую сварку, облицовку материалами, такими как каучук или угли, и использование клеев, таких как неорганические цементы и эпоксиды. Модуль выполнен так, что нагревающая или охлаждающая текучая среда может протекать через каналы, изолированные на концах 215, за счет введения ее через прорези 223 и удаления через прорези 225. Нагревающая и охлаждающая текучая среда будет подвергаться тепловому обмену с текучей средой, протекающей через каналы, которые открыты на концах модуля. Такие преобразования монолита превращают его в теплообменник. Следует понимать, что существуют различные методы, по которым могут быть получены или скомпонованы теплообменники. Неограничивающими примерами таких других способов являются кожухотрубчатые теплообменники, теплообменники с пленкой волокнистого материала и теплообменники с печатной схемой, которые все хорошо известны в данной области техники. За счет нанесения слоя адсорбента с низкой объемной долей мезопор и макропор на одну сторону теплообменника его можно использовать в соответствии с настоящим изобретением. То есть этот пример иллюстрирует, как теплообменники могут быть преобразованы в модули, приемлемые для TSA со слоем адсорбента, имеющим низкую объемную долю мезопор и макропор. Сырьевые каналы 203 могут иметь просветы каналов приблизительно от 5 до 1000 мкм, предпочтительно приблизительно от 50 до 250 мкм. Когда просвет канала 203 находится в интервале приблизительно от 50 до 250 мкм, предпочтительно чтобы толщина слоя адсорбента 205 находилась в интервале приблизительно от 25 до 2500 мкм. В случае сырьевого канала 203 с диаметром 50 мкм предпочтительный интервал толщины для слоя адсорбента составляет от 25 до 300 мкм и более предпочтительно от 50 до 250 мкм. Методики, описанные выше, могут быть использованы, чтобы нанести слой адсорбента в монолите. Фиг. 8 представляет собой схематичное изображение контактора с параллельными каналами настоящего изобретения в форме, по существу, параллельного массива полых волокон, заделанных в материале матрицы 331. Широкое разнообразие полых волокон может быть получено с использованием обычных процессов вытягивания нитей и экструзии. Контактор фиг. 8 образован из массива полых волокон 301. Отверстия 303 волокон используются в качестве проточных каналов. Такие проточные каналы 303 также могут иметь просвет канала приблизительно от 5 до 1000 мкм, предпочтительно приблизительно от 50 до 250 мкм, как упоминалось выше. Кроме того, как упоминалось выше, стенки волокон содержат слой адсорбента 305. Когда просвет канала 303 находится в интервале от 50 до приблизительно 250 мкм, предпочтительно, чтобы толщина слоя адсорбента 305 находилась в интервале приблизительно от 25 до 2500 мкм. Некоторые другие способы, известные в данной области техники, могут быть использованы для получения в волокне слоя адсорбента 305. Например, полые полимерные волокна с низкой мезопористостью могут быть экструдированы. Некоторые методики вытягивания нитей также можно использовать для производства волокон с мезопорами и макропорами, которые могут быть удалены при последующих обработках, таких как термический отжиг, нанесение полимера, нанесение оксида или заполнение блокирующим агентом. Полые волокна, которые представляют собой композиты полимеров и адсорбентов,могут быть образованы как в процессе вытягивания нитей, так и при экструзии. В таких способах волокно часто формуют из прядильного раствора, содержащего полимер, частицы адсорбента и часто растворитель. В некоторых случаях поверхность частиц адсорбента функционализируют, чтобы стимулировать адгезию между полимерной матрицей и частицей адсорбента. Когда объемная доля мезопор и микропор слишком высока, ее можно уменьшить с помощью последующей обработки с использованием термического отжига или путем заполнения эффективного количества мезопор и макропор блокирующим агентом. Также можно производить полые волокна цеолитов с помощью экструзии. В таких способах цеолит смешивают с полимерным или олигомерным регулирующим вязкость агентом, таким как низкомолекулярный поливиниловый спирт. Необязательно растворитель, такой как вода, спирт или жидкий углеводород, может быть добавлен к прядильному раствору. Также необязательно использование связующего материала, такого как коллоидальный диоксид кремния или коллоидальный оксид алюминия, которые могут быть добавлены к такому прядильному раствору. Частицы твердого вещества, такого как оксид алюминия или алюминий, также могут быть добавлены к прядильному раствору. Затем прядильный раствор экструдируют и из сырого состояния получают конечный керамический элемент. Такое волокно в сыром состоянии затем может быть помещено в печь для отжига, чтобы получить конечное волокно, состоящее из цеолита и необязательно связующего вещества и частиц твердого вещества. С другой стороны, волокно в сыром состоянии может быть помещено в реактор гидротермального синтеза, чтобы получить конечное волокно, состоящее из цеолита и необязательно связующего вещества и частиц твердой термальной массы. Другой способ производства цеолитного волокна представлен гидротермическим выращиванием цеолитного покрытия на твердом полимерном волокне, которое выгорает во время стадии прокаливания. Во всех случаях на следующей стадии мезопористость и макропористость в волокне может быть уменьшена до пределов целевого интервала путем заполнения блокирующим агентом. Волокна могут быть сформованы, по существу, в параллельный массив с образованием контактора настоящего изобретения. Один из способов осуществления такого варианта представляет собой способ заделки или заливки, при котором всю длину волокон окружают материалом матрицы 325. Чтобы визуализировать массив, представленный на фиг. 8, конец материала матрицы 351 показан прозрачным вместе с лицевой поверхностью 321 заделанного пучка полых волокон. Во многих случаях может быть полезным покрывать наружную поверхность волокна материалом, который действует как диффузионный барьер 315. Неограничивающими примерами материалов, которые могут действовать как диффузионные барьеры, являются осажденные методом напыления металлические и керамические пленки, напыленные в вакууме металлические и керамические пленки, металлические и керамические пленки, образованные путем химического осаждения паров, покрытые композиты полимеров и твердых веществ (например,глин) и покрытия из полимеров, которые имеют низкие коэффициенты диффузии. Чтобы покрытие действовало как диффузионный барьер, его коэффициент эффективной диффузии должен составлять менее чем приблизительно 1/10 среднего коэффициента диффузии в слое адсорбента и предпочтительно менее чем приблизительно 1/1000 среднего коэффициента диффузии в слое адсорбента. Когда диффузионный барьер используется, газ в сырьевом канале эффективно удерживается в сырьевом канале и слое адсорбента. Это может исключить необходимость в поддерживающей матрице вокруг волокон, снижая, таким образом, массу контактора, и в некоторых случаях обеспечивая уменьшение времени цикла в процессе(то есть короткоцикловую операцию). Другой способ производства, приемлемый для применения в данном случае, состоит в нанесении покрытия из адсорбента внутри предварительно изготовленного волокна, такого как полое стекловолокно, полое кварцевое волокно или полое полимерное волокно. Методы нанесения, описанные ранее, могут быть использованы, чтобы получить слой адсорбента внутри предварительно изготовленного волокна. Когда предварительно изготовленное волокно сделано из стекла или диоксида кремния, конечный продукт встроен в диффузионный барьер 315. Когда диффузионный барьер на волокне отсутствует, предпочтительно, чтобы материал матрицы содержал адсорбент, имеющий низкую объемную долю мезопор и макропор. В этом случае предпочтительно размещать волокна с небольшим промежутком близко друг к другу с расстоянием между соседними волокнами менее чем приблизительно 5 диаметров волокна, предпочтительно менее чем приблизительно 1,5 диаметра волокна. Когда существует диффузионный барьер на внешней поверхности волокон,может быть предпочтительным заделывать в материал матрицы только концы 351 и 353 пучка волокон. В этом случае материал матрицы должен только поддерживать волокна, и значительного потока газа через материал нет. Этот материал может состоять из полимера, металла или керамики, или их комбинаций. Предпочтительно, чтобы матрица была непористой, и требования иметь адсорбент в материале матрицы может быть смягчено или исключено. Требования по размещению с промежутками между волокнами может быть менее критическим, чем в случае, когда вся длина волокна залита или заделана. Материал матрицы может быть нанесен селективно на концы пучков волокон с помощью любого подходящего способа, известного в данной области техники. Неограничивающими примерами таких способов являются заливка, заделка, литье, процессы нанесения гальванического покрытия или нанесения покрытия методом химического восстановления. Чтобы исключить закупорку конца волокон, конец волокон может быть заполнен материалом, который может быть легко удален после нанесения матрицы. Неограничивающими примерами материалов, которые могут быть легко удалены, являются полимеры, металлы, соли и неорганические вещества, которые могут быть легко растворены или вытравлены после нанесения материала матрицы. Методы измельчения, механической обработки и полировки также могут быть использованы, чтобы открыть концы волокон. Другие способы заливки или заделки концов волокон аналогичны способам, используемым для получения половолоконных мембранных модулей. Когда концы пучка волокон залиты материалом матрицы, полезно помещать контактор в рабочие модули PSA, RCPSA,RCPPSA или PPSA так, чтобы большая часть сырьевого газа протекала через отверстие волокна. Один из методов, который гарантирует прохождение потока через отверстие волокна, состоит в размещении волокнистой насадки, или inram, между материалом матрицы на концах 351 и 353 и внутренней частью модуля PSA, RCPSA, RCPPSA или PPSA. Другой способ состоит в соединении концов контактора с внутренней частью модуля адсорбции за счет перепада давления. Фиг. 9 и 10 представляют собой изображения контактора с параллельными каналами настоящего изобретения в форме контактора с полыми волокнами для способа TSA, где слой адсорбента 405 включает часть стенки волокна с центральным сырьевым каналом 403. На фиг. 10 внешние поверхности корпуса для контактора 401 выполнены прозрачными только одними пунктирными линиями, показывающими края внешней поверхности. Полые волокна, используемые в этом примере, имеют диффузионный барьер 415 на их наружной поверхности и могут быть изготовлены с использованием технологий, описанных для фиг. 4. Концы пучка волокон залиты или заделаны в материал матрицы 417. Такой залитый массив затем герметично закрывают в трубчатом корпусе 401. На концах трубчатого корпуса 401 предусмотрены изолирующие поверхности 419. Изолирующая поверхность 421 также предусмотрена в середине корпуса. В стенке около концов трубчатого корпуса вырезаны прорези 42 3 и 425, чтобы обеспечить прохождение нагревающей и охлаждающей текучих сред. При работе трубчатый корпус устанавливают в модуле TSA или RCTSA таким способом, при котором герметично закрываются концы каналов, а также середина монолита. Любая подходящая методика изолирования может быть использована. Неограничивающие примеры методик изолирования, которые могут быть использованы при реализации настоящего изобретения, включают металлическую сварку,обшивку материалами, такими как каучук или угли, и использование клеев, таких как неорганические цементы или эпоксиды. Модуль выполнен так, чтобы нагревающая или охлаждающая текучая среда могла проходить внутри полого трубчатого корпуса 401 за счет введения ее через прорези 403 и выведения ее через прорези 425. Нагревающая и охлаждающая текучая среда будет подвергаться тепловому обмену с текучей средой, протекающей через полые волокна, которые открыты на конце модуля. С помощью таких схем расположения изоляции, трубчатый корпус 401, содержащий параллельный массив полых волокон, становится теплообменником, подходящим для использования в способах TSA. Волокна имеют слой адсорбента 405 с низкой объемной долей микропор и макропор. Фиг. 11 представляет собой изображение контактора с параллельными каналами настоящего изобретения, в котором параллельные каналы образованы из ламинированных листов, содержащих материал адсорбента. Ламинаты, ламинаты листов или ламинаты рифленых листов могут быть использованы в способах PSA, RCPSA, PPSA или RCPPSA. Ламинаты листов известны в данной области техники и описаны в патентных заявках США US20060169142 А 1 и US7094275 В 2, которые включены в описание в качестве ссылки. Когда адсорбент нанесен на геометрическую структуру или компоненты геометрической структуры, которые ламинированы вместе, адсорбент может быть нанесен с использованием любой подходящей методики жидкофазного нанесения покрытия. Неограничивающими примерами методик жидкофазного нанесения покрытия, которые могут быть использованы при реализации на практике настоящего изобретения, являются нанесение покрытия из суспензии, нанесение покрытия окунанием, нанесение покрытия скольжением, нанесение покрытия методом центрифугирования, образование гидротермальной пленки и гидротермальный рост. Когда геометрическая структура образована из ламината, ламинат может быть получен из любого материала, на который может быть нанесен адсорбент настоящего изобретения. Нанесение покрытия может быть проведено до или после ламинирования материала. Во всех случаях адсорбент наносят на материал, который использован для геометрической формы контактора. Неограничивающими примерами таких материалов являются стекловолокна, измельченное стекловолокно, стеклоткань, сетка под штукатурку из стекловолокна, керамические волокна, тканая металлическая проволочная сетка, металлическая сетка под штукатурку, тисненый металл, поверхностно обработанные материалы, включая поверхностно обработанные металлы, металлическая фольга, металлическая сетка, углеродное волокно, целлюлозные материалы,полимерные материалы, полые волокна, теплообменные поверхности и комбинации этих материалов. Покрытые подложки, как правило, имеют две основные противоположные поверхности, и одна или обе из этих поверхностей могут быть покрыты материалом адсорбента. Когда покрытая подложка состоит из полых волокон, покрытие простирается по окружности волокна. Другие поддерживающие листы могут представлять собой отдельные, отобранные по размерам листы, или они могут быть изготовлены из непрерывного листа материала. Толщина основы с нанесенным адсорбентом или другими материалами(такими как осушитель, катализатор и др.), как правило, находится в интервале приблизительно от 10 до 2000 мкм, более обычно приблизительно от 150 до 300 мкм. Подложки из металлической сетки могут обеспечить желаемые термические характеристики высокой теплоемкости и проводимости, которые "изотермализируют" цикл PSA, RCPSA, PPSA или RCPPSA,чтобы понизить температурные колебания, которые ухудшают процесс при проведении в более адиабатических условиях. Кроме того, металлическую фольгу производят при контроле толщины с высокой точностью. Металлическая фольга может состоять, но без ограничения, из алюминия, стали, никеля, нержавеющей стали или их сплавов. Следовательно, существует необходимость в способе нанесения на металлическую фольгу тонкого слоя адсорбента точно контролируемой толщины и обязательно с хорошей адгезией. Одним из способов является гидротермический синтез. Используемые методики нанесения покрытия могут быть очень похожими на способ, которым получают цеолитные мембраны, как обсуждалось выше. Слои цеолита, выращенные с помощью гидротермального синтеза на подложках, часто имеют трещины, которые представляют собой мезопоры и микропоры. Примеры таких трещин показаны на фиг. 5 и 6. Объем таких пор часто составляет менее чем приблизительно 10 об.% от толщины пленки, и часто существует характерное расстояние между трещинами. Другой способ нанесения покрытия на металлическую фольгу состоит в нанесении толстой пленки покрытия путем нанесения покрытия скольжением или ракельным ножом. Водную суспензию предварительно изготовленных частиц цеолита, связующего вещества (например, коллоидального диоксида кремния или оксида алюминия), регулирующего вязкость агента, такого как полимер типа поливинилового спирта, например, выливают на металлическую фольгу и прокаливают для удаления полимера и отверждения связующего вещества и цеолита. Продукт после прокаливания представляет собой связанную цеолитную пленку на металлической фольге, содержащую, как правило, приблизительно от 30 до 40 об.% пустот. Чтобы получить подходящий слой адсорбента, пустоты на следующей стадии заполняют путем нанесения на связанную цеолитную пленку полимера или путем введения жидкости в пустоты связанной цеолитной пленки. Конечный про- 23017814 дукт после заполнения пустот полимером или жидкостью будет представлять собой слой адсорбента,соответствующий требованиям низкой мезопористости и макропористости настоящего изобретения. Другой способ нанесения покрытия на металлическую фольгу с помощью предварительно изготовленных кристаллов цеолита или микропористых частиц представляет собой электрофоретическое осаждение (ЭФО EPD). ЭФО представляет собой методику нанесения высококачественных покрытий одинаковой толщины на металлические основы. Способ может быть использован, чтобы нанести покрытия из органического и неорганического материала в виде частиц на электропроводящие основы. Суспензионные составы, содержащие предварительно изготовленные цеолиты или микропористые частицы, могут быть электрофоретически нанесены на материал жесткой подложки, например, путем использования метода, описанного в предварительной патентной заявке Канады 2306311 (Bowie Keefer et al.) под названием "Adsorbent Laminate Structure", которая включена в описание в качестве ссылки. Некоторые геометрические формы контактора требуют, чтобы адсорбент был нанесен на поверхность канала в виде слоя с использованием материала коллоидального связующего вещества или чтобы вся геометрическая форма состояла из адсорбента с коллоидальным связующим веществом и содержала множество параллельных каналов. При использовании коллоидального связующего вещества выбор коллоидального материала зависит от конкретного используемого адсорбента. Предпочтительными являются коллоидальные материалы, способные функционировать в качестве связующего вещества, и/или материалы, которые образуют гель. Такие коллоидальные материалы включают, но без ограничения, связующие вещества на основе коллоидального диоксида кремния, коллоидальный оксид алюминия, коллоидальный оксид циркония и смеси коллоидальных материалов. Определение "коллоидальный диоксид кремния" относится к стабильной дисперсии дискретных частиц аморфного диоксида кремния, имеющих размер частиц в интервале приблизительно от 1 до 100 нм. Подходящие коллоидальные диоксиды кремния также могут быть поверхностно модифицированы, например, путем поверхностной модификации оксидом алюминия. Другой тип коллоидального связующего вещества, приемлемый для использования в данном случае, представляет собой глинистые материалы, такие как палигорскит (также известный как аттапульгит), которые представляют собой гидратированные алюмосиликаты магния. Кроме того, неорганические связующие вещества могут быть инертными; однако некоторые неорганические связующие вещества, например глины, используемые с цеолитными адсорбентами, могут быть превращены in-situ из каолиновых связующих веществ в цеолит с тем, чтобы цеолит был сам связан с минимальным количеством инертного материала. В таких связанных структурах пустоты между коллоидальными частицами образуют мезопоры, и пустоты между частицами адсорбента образуют мезопоры и/или макропоры. Может быть нанесен блокирующий агент, чтобы заполнить большую часть мезопор и макропор в таких связанных слоях с тем, чтобы адсорбент удовлетворял требованию настоящего изобретения по объему открытых пор. Органические связующие вещества, используемые для соединения макрочастиц активированного угля в ламинированных структурах, могут быть пиролизованы с образованием полезного углеродистого адсорбента. Фиг. 11 иллюстрирует перспективное изображение с пространственным разделением деталей варианта осуществления настоящего изобретения, где пленка микропористого адсорбента 505, предпочтительно содержащего DDR, гидротермально выращена на каждой из двух лицевых поверхностей листов плоской металлической фольги 509, которая предпочтительно изготовлена из коррозионностойкого металла, такого как нержавеющая сталь. Готовят отдельные листы металлической фольги 509 с пленками адсорбента 505, чтобы получить контактор с параллельными каналами 501. Разделители соответствующего размера могут быть помещены между листами металлической фольги во время изготовления контактора, чтобы просвет канала 503 имел предопределенный размер. Предпочтительно приблизительно половина объема сырьевого канала 503 заполнена разделителем, который удерживает листы, по существу, на одинаковом расстоянии друг от друга. Теплоемкость металлической фольги 509 ограничивает термические колебания в процессе. Когда СО 2 адсорбируется в адсорбент, тепло высвобождается в количестве теплоты адсорбции. Это приводит к нагреванию пленок адсорбента, и по мере того, как пленка нагревается, ее температура повышается выше температуры металлической фольги и тепло распространяется в металлическую фольгу, где оно накапливается. Десорбция СО 2 из адсорбента представляет собой эндотермический процесс и тепло должно подаваться в количестве, равном теплоте адсорбции. Когда CO2 десорбируется, температура пленки падает ниже температуры металлической фольги, и теплота, накопленная в металлической фольге, стекает в пленки. Термические отклонения пленки адсорбента составляют менее чем 10 С для размеров контактора и способа, которые описаны в примере 1. Пленка адсорбента состоит из отдельных кристаллов адсорбента, мезопор (включая межзеренные границы) и макропор. В этом примере кристаллы в пленке, по существу, имеют одинаковый размер. Большая часть открытого объема в пленке состоит из мезопористых трещин с характерной шириной приблизительно 200 ангстрем. Такие мезопористые трещины, по существу, равномерно распределены по всей пленке. Суммарный объем мезопор и макропор составляет приблизительно 5 об.% от суммарного объема пленки адсорбента. Настоящее изобретение может быть лучше понято при рассмотрении приведенных ниже примеров,- 24017814 которые предоставлены с иллюстративными целями и не считаются ограничивающими изобретение. Пример 1. С помощью контактора с параллельными каналами из ламинированных листов, который описан в случае фиг. 11, работают в цикле PSA/RCPSA с пятью стадиями, получают поток продуктов,содержащий приблизительно 20 об.% СО 2 и приблизительно 80 об.% СН 4. Суммарное извлечение метана для цикла PSA/RCPSA, по расчетам, составляет приблизительно 95 об.%. Фиг. 12 представляет собой схематичный чертеж пяти различных стадий в предпочтительном цикле PSA/RCPSA, приемлемом для использования в данном изобретении. На первой стадии 611 в контакторе с параллельными каналами цикла PSA/RCPSA создают повышенное давление с помощью продукта, содержащего газ высокого давления 687. Такое повышение давления повышает давление в контакторе с параллельными каналами и наполняет контактор очищенным продуктом, содержащим приблизительно 20 об.% СО 2 и приблизительно 80 об.% СН 4. На второй стадии 621 сырьевой газ высокого давления (51 атмосфера, атм (5001 кПа 671 подают через контактор с параллельными каналами. Во время этой стадии 621 слой адсорбента DDR адсорбирует СО 2 из протекающего сырьевого газа 671. Очищенный продукт 625 вытекает из конца контактора. Сырьевой газ 671 протекает при такой скорости, что в виде продукта 625 выходит из контактора с параллельными каналами, по мере того как концентрационный фронт перемещается через контактор. Впереди фронта газ имеет везде состав, близкий к составу продукта 625. Позади фронта газ имеет состав,близкий к составу сырья 671. Вторую стадию 621 останавливают до того, как этот фронт полностью проскочит конец контактора. Количество сырья, которое выходит из контактора до того, как эту стадию остановят, частично определяет чистоту продукта. На этом этапе начинают третью стадию цикла 631, которая служит для продувки контактора от сырьевого газа, захваченного в каналах контактора. Третья стадия 631 также действует, частично, как сдвигающая парциальное давление продувка контактора. Открывают вентили верхней части и нижней части контактора. Сжатый СО 2-обогащенный поток 633 протекает в верхнюю часть модуля, и газ, изначально находящийся в проточном канале 503 структурированного контактора с параллельными каналами, вытекает 639. Газ, подаваемый в верхнюю часть модуля 633, представляет собой CO2-обогащенный газ, полученный на более поздних стадиях 4 и 5, который был сжат (675) до давления, немного больше чем давление сырья (51 атм, 5001 кПа). Состав газа, подаваемого в верхнюю часть контактора, по существу одинаковый с составом СО 2-выводящего потока 681, содержащего 97,5% об. CO2 и 2,5% об. СН 4. Газ, выходящий из нижней части контактора, имеет состав, близкий к составу сырьевого газа 671 (70% об. СО 2 и 30% об. СН 4) . По мере того как поток газа, входящий в модуль 633, замещает газ в проточных каналах, композиционный фронт двигается от нижней части к верхней части модуля. Третью стадию 631 останавливают и начинают четвертую стадию 641 до или через короткий промежуток после того, как этот фронт проскочит через нижнюю часть модуля. Четвертая стадия 641 дает возможность понижать давление контактора до промежуточного давления и извлекать некоторое количество CO2 для повторного сжатия. В схеме,обсуждаемой в данном примере, промежуточное давление составляет приблизительно 22 атм (2157 кПа). На четвертой стадии CO2-обогащенный поток 649 выходит из модуля при давлении приблизительно 22 атм (2157 кПа). Этот поток разделяют на два потока 679 и 681. Поток 679 подают на компрессор 675, и поток 681 выводят из процесса при давлении приблизительно 22 атм (2157 кПа). Поток 633, который используют для промывки контактора на третьей стадии процесса 631, состоит из потока газа 679, который выходит из компрессора 675. Так как давление в контакторе падает в направлении давления на выходе приблизительно 22 атм (2157 кПа), расход в потоках 679 и 681 снижается. Когда расход в этих потоках снижается приблизительно до 1/4 от начального значения, стадию 4 останавливают и начинают стадию 5. На пятой стадии процесса 651 давление модуля опускают приблизительно до 5 атм (490,3 кПа) и выделяют СО 2-обогащенный поток 685. Этот поток 685 необязательно может быть подан через компрессор 677, который повышает давление потока приблизительно до 22 атм (2157 кПа). Затем поток объединяют с потоком 681, и СО 2-обогащенный поток 683 выводят из процесса при давлении приблизительно 22 атм (2157 кПа). Чтобы усовершенствовать работу процесса, а также давление, при котором извлекают СО 2, на пятой стадии 651 газ может быть извлечен с использованием многоступенчатого процесса, в котором давление контактора снижают на серии ступеней выравнивания давления. Газ с таких ступеней выравнивания давления может быть выделен в виде отдельных потоков газа и повторно сжат. В примере с двумя ступенями выравнивания давления одну часть CO2-обогащенного газа извлекают при давлении приблизительно 12 атм (1177 кПа), тогда как остальную часть извлекают приблизительно при 5 атм (4 90,3 кПа). Также можно снижать давление модуля на четвертой стадии 641 с использованием серии ступеней выравнивания давления. И, снова, каждая ступень выравнивания давления может быть использована для получения потока газа, который может быть или выведен из процесса в потоке 683 или повторно сжат с получением потока 633. Если используют ступени выравнивания давления, то полезно конструировать их так, чтобы максимально повысить давление, при котором улавливаются СО 2-выводящие потоки. При моделировании, используемом для прогноза свойств контактора с параллельными каналами,используют изотермы для СО 2 и СН 4, которые получены с помощью хорошо известных методов гравиметрического поглощения, методов ДОТ (PVT, давление, объем, температура) и с помощью анализа дан- 25017814 ных переноса однокомпонентного газа в мембранах DDR. Форма статистической изотермы, как установлено, лучше всего описывает однокомпонентные изотермы для CO2 и СН 4. Наиболее хорошие приближения к измеренным изотермам для СО 2 и СН 4 дают емкости насыщения 6 и 5 молекул на полость, соответственно, в каркасе DDR цеолита. Такие значения соответствуют максимальной загрузке 5 млмоль/г(DDR) для CO2 и 4,16 млмоль/г (DDR) для СН 4. Такие емкости насыщения согласуются с ожидаемым физическим результатом, что максимально возможная загрузка будет соответствовать СО 2 и СН 4, заполняющим поры при плотности жидкости. Унифицированный параметр K, который аналогичен константе Генри в изотерме Ленгмюра, описывает форму статистической изотермы. Значения K, используемые для моделирования, представляют собой: где R представляет собой молярную газовую постоянную, и Т представляет собой температуру в градусах Кельвина. В пределах широкого интервала условий (менее чем приблизительно 50% от загрузки емкости насыщения) форма статистической изотермы и изотермы Ленгмюра очень похожи. Для простого моделирования процесса, приведенного в данном примере, статистическая изотерма может быть вытеснена эквивалентной изотермой Ленгмюра. Для моделирования эффектов конкурентной адсорбции могут быть получены изотермы конкурентной адсорбции из однокомпонентных статистических изотерм с использованием хорошо известных методик. Однокомпонентные коэффициенты диффузионного переноса Стефана-Максвелла для CO2 и СН 4,используемые при моделировании, представляют собой: где R представляет собой молярную газовую постоянную, и Т представляет собой температуру в градусах Кельвина. Видно, что имеет место большое различие в коэффициентах диффузии CO2 и СН 4, и меньшее различие в изотермах, когда такие параметры переноса оценивают при данной температуре. Из молярной смеси 50/50 СО 2 и СН 4 изотермы незначительно отдают предпочтение адсорбции CO2 и решительно поддерживают диффузионный перенос СО 2 в кристаллы DDR. За счет регулирования временной шкалы стадии адсорбции 621 и стадии сдвигающей продувки 631 можно получить преимущество от такой разницы в коэффициентах диффузии и улучшить селективность процесса. За счет регулирования времени этих стадий может быть достигнуто кинетическое разделение СО 2 и СН 4, которое использует преимущество разницы в диффузионных свойствах этих молекул. Класс цеолитов с 8-членными кольцами, предпочтительный для удаления СО 2 из природного газа, будет иметь большое различие в коэффициентах диффузии CO2 и СН 4. Этот пример иллюстрирует конкретный цикл RCPSA, который может быть отрегулирован для достижения кинетического разделения CO2 и СН 4, однако возможны и другие циклы адсорбции за счет перепада. Параметр, который может быть использован для оценки способности данного материала обеспечивать кинетическое разделение, представляет собой отношение коэффициентов диффузии для компонентов, которые должны быть разделены, и коэффициенты диффузии оценивают при температуре и давлении предполагаемого процесса: Предпочтительно, чтобы выбранный материал при рабочей температуре имел значение к для разделения CO2 и метана больше чем 10. Более предпочтительно материал выбирают так, чтобы при рабочей температуре он имел значениебольше чем 25. Более предпочтительно материал выбирают так, чтобы при рабочей температуре он имел значениебольше чем 50. Чтобы получить выгоду от свойственной предпочтительному классу цеолитных материалов с 8 членными кольцами кинетической селективности в случае удаления СО 2 из природного газа, кристаллы,образующие контактор, должны быть, по существу, одного и того же размера. Если они сильно отличаются размерами, то некоторые из них будут, по существу, заполнены СН 4 во время стадии адсорбции 621, что приводит к повышенным потерям метана во время стадии десорбции 651. Поэтому предпочти- 26017814 тельно, чтобы стандартное отклонение объема отдельных кристаллитов в пленке DDR, образующей слой адсорбента 505 (который показан на фиг. 11), составляло менее чем 100% от объема среднего кристаллита, чтобы повышать извлечение метана в процессе. В более предпочтительном варианте осуществления стандартное отклонение объема кристаллитов в пленке DDR, образующей слой адсорбента 505, составляет менее чем 50% от объема среднего кристаллита. В наиболее предпочтительном варианте осуществления стандартное отклонение объема кристаллитов в пленке DDR, образующей слой адсорбента 505,составляет менее чем 10% от объема среднего кристаллита. Наиболее предпочтительный вариант выбран для моделирования цикла PSA, описанного в этом примере. С таким типом адсорбента время стадий 621 и 631 устанавливают по размеру среднего кристалла в адсорбенте. Предпочтительно, чтобы время стадии было выбрано так, чтобы адсорбированный в DDR СО 2 имел время для уравновешивания с газообразным СО 2 в сырьевом канале 503, но метан не имел времени для уравновешивания. Время, в течение которого СО 2 достигает 90% приближения к равновесию (следуя изменению поверхностной концентрации) в внутри одного DDR кристалла, который имеет быстрый диффузионный путь для газа в контакторе, составляет: где r представляет собой средний радиус кристалла DDR и DCO2 представляет собой коэффициент диффузии СО 2 при рабочей температуре. Предпочтительно, чтобы время для стадий 621 и 631 находилось в интервале от 0,590 до 1090/ и более предпочтительно, чтобы время для стадий 621 и 631 находилось в интервале от 190 до 590. При моделировании для стадий 621 и 631 выбрано время стадии 1,590. Затем численное значение времени стадии устанавливают по размеру кристалла. Предпочтительно, чтобы средний размер кристалла DDR находился в интервале приблизительно от 0,005 до 100 мкм. Более предпочтительно, чтобы средний размер кристалла DDR находился в интервале приблизительно от 0,5 до 50 мкм, и наиболее предпочтительно, чтобы средний размер кристалла DDR находился в интервале приблизительно от 1 до 10 мкм. Для моделирования использован средний размер кристалла DDR 1 мкм. Разработано несколько различных трактовок молекулярного переноса в слой и из слоя адсорбента и проведено сравнение результатов различных моделирующих приближений. Наиболее точная трактовка решает фундаментальные уравнения зависимого от времени многокомпонентного переноса в слой и из слоя DDR цеолита на всех точках вдоль сырьевого канала для каждой временной ступени в процессе. Для такой модели пленку DDR идеализируют в виде пластин вдоль стороны канала с просветами между пластинами 200 ангстрем. Мезопоры, образованные такими просветами в 200 ангстрем, занимают 5% объема слоя адсорбента. На координационной сетке, охватывающей 500000 точек, для такой геометрии решены фундаментальные уравнения зависимого от времени переноса. Для моделирования процесса на стадии продувки 651 используются три ступени выравнивания давления. Используют выравнивание давления при 15, 10 и 5 атм (1471, 980,7 и 490,3 кПа). Установлено, что термическое отклонение на стадии адсорбции составляет 10 С. Извлечение метана рассчитывают в виде отношения мольного расхода метана в потоке очищенного продукта 625 к мольному расходу метана в потоке сырья 671, поступающего в процесс. Модель, использующая наиболее точную трактовку переноса, показывает степень извлечения метана 96%. Среднее давление, при котором молекулы извлекают в потоках 681 и 685, как установлено,составляет 12,5 атм (1226 кПа). Такая методика моделирования обеспечивает намного более точное решение, чем модели линейного вытеснения (LDF), которые обычно используют при моделировании процессов PSA. Используя данные наиболее точного решения, можно построить более простую модель, которая может быть легко использована специалистом в области расчета степеней извлечения метана. На стадии адсорбции 621 простая модель отдельно обрабатывает уравновешивание CO2 и CH4 в сырьевом канале внутри кристалловDDR, образующих слой адсорбента. Количество CO2, адсорбированного в кристаллах DDR, как принято,составляет 80% от количества, которое можно было бы ожидать, если бы СО 2, адсорбированный в DDR,был полностью уравновешен с газообразным сырьем, поступающим в процесс 671, при температуре,которая на 10 С выше, чем температура сырья. Количество СН 4, адсорбированного в кристаллах DDR,составляет 1% от количества, которое можно было бы ожидать, если бы СН 4, адсорбированный в DDR,был полностью уравновешен с газообразным сырьем, поступающим в процесс 671, при температуре,которая на 10 С выше, чем температура сырья. В простой модели газ, плотно заполняющий мезопоры и макропоры в ламинате в конце стадии адсорбции 621, не извлекают. В случае простой модели продувка СО 2, используемая на стадии 631, вытесняет весь метан, оставшийся в сырьевом канале, в поток 639. При таких допущениях степень извлечения метана из процесса по прогнозам должна быть 95%. Это близко согласуется с точной моделью, и такая модель предлагает специалисту в данной области простую модель для оценки влияния изменения объема мезопор и макропор адсорбента. Необязательно, когда СО 2-выводящий поток 683 передают на захоронение, предпочтительно захватывать CO2 при давлении, которое составляет более чем 1/10 от парциального давления СО 2 в сырье. Более предпочтительно захватывать CO2 при давлении, которое составляет более чем 1/4 от парциального давления CO2 в сырье. Пример 2. Процедуру примера 1 повторяют за исключением того, что технические характеристики сырья и продукта оставляют неизменными, а объемную долю мезопор и макропор в адсорбенте увеличивают от 5 до 10%. Прогнозируемая степень извлечения метана, как установлено, падает от 95% (пример 1) до 92%. Пример 3. Процедуру примера 1 повторяют за исключением того, что технические характеристики сырья и продукта оставляют неизменными, а объемную долю мезопор и макропор в адсорбенте увеличивают от 5 до 15%. Прогнозируемая степень извлечения метана, как установлено, падает от 95% (пример 1) до 88%. Пример 4. Процедуру примера 1 повторяют за исключением того, что технические характеристики сырья и продукта оставляют неизменными, а объемную долю мезопор и макропор в адсорбенте увеличивают от 5 до 20%. Прогнозируемая степень извлечения метана, как установлено, падает от 95% (пример 1) до 85%. Пример 5. Процедуру примера 1 повторяют за исключением того, что технические характеристики сырья и продукта оставляют неизменными, а объемную долю мезопор и макропор в адсорбенте увеличивают от 5 до 25%. Прогнозируемая степень извлечения метана, как установлено, падает от 95% (пример 1) до 81%. Пример 6. Процедуру примера 1 повторяют за исключением того, что технические характеристики сырья и продукта оставляют неизменными, а объемную долю мезопор и макропор в адсорбенте увеличивают от 5 до 30%. Прогнозируемая степень извлечения метана, как установлено, падает от 95% (пример 1) до 77%. Пример 7. Процедуру примера 1 повторяют за исключением того, что технические характеристики сырья и продукта оставляют неизменными, а объемную долю мезопор и макропор в адсорбенте увеличивают от 5 до 35%. Прогнозируемая степень извлечения метана, как установлено, падает от 95% (пример 1) до 73%. Пример 8. Процедуру примера 1 повторяют за исключением того, что технические характеристики сырья и продукта оставляют неизменными, а объемную долю мезопор и макропор в адсорбенте снижают от 5 до 2,5%. Прогнозируемая степень извлечения метана, как установлено, повышается с 95% (пример 1) до 97%. Пример 9. Процедуру примера 1 повторяют, но технические характеристики сырья оставляют неизменными, а чистоту метана в потоке продуктов 625 повышают от 80% СН 4/20% CO2 до 90% СН 4/10%CO2. Это получают за счет изменения расходов сырья и степени, до которой композиционному фронту позволяют проскочить перед тем, как остановить стадии 621 и 631. При объемной доле мезопор и макропор в адсорбенте 5% прогнозируемая степень извлечения метана составляет 94%. Пример 10. Следуют процедуре примера 1, но технические характеристики сырья оставляют неизменными, а чистоту метана в потоке продуктов 625 повышают от 80% СН 4/20% CO2 до 90% СН 4/10%CO2. Это получают за счет изменения расходов сырья и степени, до которой композиционному фронту позволяют проскочить перед тем, как остановить стадии 621 и 631. При объемной доле мезопор и макропор в адсорбенте 10% прогнозируемая степень извлечения метана составляет 90%. Пример 11. Данный пример иллюстрирует применение параллельного контактора настоящего изобретения в процессе разделения, который производит продукты относительно высокого давления и обеспечивает высокие степени извлечения метана из потока N2-содержащего природного газа. При переработке природного газа количество N2, которое должно быть удалено, зависит от концентрации в месторождении и способа, по которому газ транспортируется на рынок (то есть сжиженный природный газ относительно газа, подаваемого по трубам). В этом примере будет рассмотрен поток природного газа,содержащий небольшое количество (5%) примесей (например, H2O и соединения ртути), отличных отN2. Такие примеси удаляют на начальных технологических стадиях с использованием обычных методик отделения. Поток газа, подаваемый на параллельный контактор настоящего изобретения, имеет состав 70% СН 4 и 30% N2. Поток протекающего газа подают на контактор при давлении 100 атм (9800,7 кПа) и при температуре 50 С. Контактор состоит из ламинированных плоских листов, типа описанных выше, и схематичный чертеж листа, используемого в данном примере, показан на фиг. 11. С использованием методов, описанных выше, на каждой из двух лицевых поверхностей плоской металлической фольги 509 толщиной 100 мкм(например, из нержавеющей стали) гидротермически выращивают пленку DDR 505 толщиной 50 мкм с соотношением Si/Al больше чем 100. Металлическую фольгу 509 с пленками DDR 505 ламинируют вместе (501) с получение контактора с параллельными каналами. Во время ламинирования между металлической фольгой размещают разделители с тем, чтобы просвет канала 503 в ширину составлял 50 мкм. Приблизительно половину объема сырьевых каналов 503 заполняют разделителями, чтобы удерживать листы по существу равномерно на расстоянии 50 мкм. Теплоемкость металлической фольги 509 ограничивает термические колебания в процессе. КогдаN2 адсорбируется в DDR, он высвобождает тепло в количестве теплоты адсорбции. Это приводит к нагреванию пленки DDR. Пленка DDR нагревается до температуры, выше температуры металлической фольги, и тепло распространяется в металлическую фольгу, где оно накапливается. Десорбция N2 изDDR представляет собой эндотермический процесс, и тепло должно подаваться в количестве, равном теплоте адсорбции. Когда N2 десорбируется, температура пленки DDR падает ниже температуры металлической фольги, и теплота, накопленная в металлической фольге, стекает в пленку DDR. При размерах контактора и в процессе, описанных в примере, термические колебания пленки DDR, как ожидается, составляют менее чем 5 С. Из-за меньшей теплоты адсорбции для N2 (в сравнении с CO2) это повышение температуры ниже, чем повышение температуры, описанное выше в примере 1. Пленка DDR состоит из отдельных кристаллов DDR, мезопор (включая межзеренные границы) и макропор. В этом примере кристаллы в пленке DDR имеют, по существу, одинаковый размер. Большая часть открытого объема в пленке состоит из мезопористых трещин с характерной шириной приблизительно 200 ангстрем. Такие мезопористые трещины, по существу, равномерно распределены по всей пленке. Суммарный объем мезопор и макропор составляет приблизительно 2,5 об.% от суммарного объема пленки DDR. При использовании такого контактора с параллельными каналами работают в цикле PSA/RCPSA с пятью стадиями, получают поток продуктов, содержащий 2% N2 и 98% СН 4. Суммарное извлечение метана для цикла PSA/RCPSA по расчетам составляет 91%. Фиг. 13 представляет собой схематичный чертеж пяти различных стадий в цикле PSA/RCPSA. На первой стадии 711 в контакторе с параллельными каналами цикла PSA/RCPSA создают повышенное давление с помощью продукта содержащего газ высокого давления 787. Такое повышение давления увеличивает давление в контакторе с параллельными каналами и заполняет контактор очищенным продуктом, содержащим 2% N2 и 98% СН 4. На второй стадии 721 сырьевой газ высокого давления (100 атм, 9807 кПа) 771 проходит через контактор. Во время этой стадии 721 слой адсорбента DDR удаляет N2 из протекающего сырьевого газа 771. Очищенный продукт 725 вытекает из конца контактора. Сырьевой газ 771 протекает при такой скорости, что в виде продукта 725 выходит из контактора по мере того, как концентрационный фронт продвигается через контактор. Впереди фронта газ имеет состав, близкий к составу продукта 725. Позади фронта газ имеет состав,близкий к составу сырья 771. Вторую стадию 721 останавливают до того, как этот фронт полностью проскочит конец контактора. Количество сырья, которое выходит из контактора до того, как эту стадию остановят, частично определяет чистоту продукта. На этом этапе начинают третью стадию цикла 731, которая служит для продувки контактора от сырьевого газа, захваченного в каналах контактора. Третья стадия 731 также действует, частично, как сдвигающая парциальное давление продувка контактора. Открывают вентили на верхней части и нижней части контактора. Сжатый N2-обогащенный поток 733 протекает в верхнюю часть модуля, и газ, изначально находящийся в проточном канале 503 (фиг. 11) структурированного контактора с параллельными каналами, вытекает 739. Газ, подаваемый в верхнюю часть модуля 733, представляет собой N2 обогащенный газ, полученный на более поздних стадиях (4 и 5), который сжат (775) до давления, немного больше чем давление сырья (100 атм, 9807 кПа). Состав газа, подаваемого через верхнюю часть контактора, по существу близок к составу N2-выводящего потока 781. Газ, выходящий из нижней части контактора, имеет состав, близкий к составу сырьевого газа 771 (30% N2 и 70% СН 4). По мере того как поток газа, входящий в модуль 733, замещает газ в сырьевом канале, композиционный фронт двигается от верхней части к нижней части модуля. Третью стадию 731 останавливают и начинают четвертую стадию 741 до или через короткий промежуток после того, как этот фронт проскочит через нижнюю часть модуля. Четвертая стадия 741 дает возможность понижать давление контактора до промежуточного давления и извлекать некоторое количество N2 для повторного сжатия. В схеме, обсуждаемой в данном примере, промежуточное давление составляет 30 атм (2942 кПа). На четвертой стадии N2-обогащенный поток 74 9 выходит из модуля при давлении 30 атм (2942 кПа). Этот поток разделяют на два потока 779 и 781. Газ в потоке 779 подают на компрессор 775, и газ в потоке 781 выводят из процесса при давлении 30 атм (2942 кПа). При оптимизации этого процесса давление на стадии 741 выбирают так, чтобы свести до минимума количество газа, протекающего в потоке 781. Поток 733, который используют для промывки контактора на третьей стадии процесса 731, состоит из потока газа 779, который выходит из компрессора 775. Так как давление в контакторе падает в направлении давления на выходе 30 атм (2942 кПа), расход в потоках 779 и 781 снижается. Когда расход в этих потоках снижается приблизительно до 1/4 от начального значения, четвертую стадию останавливают и начинают пятую стадию. На пятой стадии процесса 751 давление модуля опускают приблизительно до 1,2 атм (117,7 кПа) и выделяют N2-обогащенный поток 785. Чтобы усовершенствовать работу процесса, а также давление, при котором извлекают N2, на пятой стадии 751 газ может быть извлечен с использованием многоступенчатого процесса, в котором давление контактора снижают в серии ступеней выравнивания давления. В примере с двумя ступенями выравнивания давления одну часть N2-обогащенного газа выделяют при давлении 12 атм (1177 кПа), тогда как остальную часть выделяют при давлении 1,2 атм (117,7 кПа). Также можно снижать давление модуля на четвертой стадии 741 с помощью серии ступеней выравнивания давления. И, снова, каждая ступень выравнивания давления может быть использована для получения потока газа, который может быть или выведен из процесса в потоке 783 или повторно сжат с получением потока 733. Если используют ступени выравнивания давления, то полезно конструировать их так,чтобы максимально повысить давление, при котором улавливаются N2-выводящие потоки.

МПК / Метки

МПК: C10L 3/10, B01D 53/04

Метки: газа, перепада, удаления, помощью, счет, адсорбции, способ, смеси, температуры, газов, давления, целевого

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/30-17814-sposob-udaleniya-celevogo-gaza-iz-smesi-gazov-s-pomoshhyu-adsorbcii-za-schet-perepada-davleniya-ili-temperatury.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ удаления целевого газа из смеси газов с помощью адсорбции за счет перепада давления или температуры</a>

Похожие патенты