Способ удаления целевого газа из смеси газов с помощью адсорбции за счет термического перепада

СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ЦЕЛЕВОГО ГАЗА ИЗ СМЕСИ ГАЗОВ С ПОМОЩЬЮ АДСОРБЦИИ ЗА СЧЕТ ТЕРМИЧЕСКОГО ПЕРЕПАДА Предложен способ выделения целевого газа из смеси газов с использованием процесса адсорбции за счет термического перепада, где используется тепловая волна, главным образом, на стадии десорбции. Способ настоящего изобретения дает возможность отдельно удалять множество загрязнителей из перерабатываемого газообразного потока.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ЭКСОНМОБИЛ РИСЕРЧ ЭНД ИНДЖИНИРИНГ КОМПАНИ (US) 016546 Область техники Настоящее изобретение относится к выделению целевого газа из смеси газов с использованием процесса адсорбции за счет термического перепада, где создают и используют тепловую волну, преимущественно на стадии десорбции. Способ настоящего изобретения дает возможность отдельно удалять множество загрязнителей из перерабатываемого газообразного потока при применении единственного контактора адсорбента с получением множества потоков продуктов. Уровень техники Разделение газов имеет большое значение в различных областях промышленности, особенно при производстве топлива, химических продуктов, нефтехимических продуктов и специальных продуктов. Разделение газов может быть осуществлено с помощью ряда способов, в которых при содействии тепла,твердых веществ или других средств, как правило, используется разница в физических и/или химических свойствах компонентов, которые должны быть разделены. Например, разделение газов может быть достигнуто путем частичного сжижения или за счет использования материала твердого адсорбента, который преимущественно удерживает или адсорбирует более легко адсорбируемый компонент относительно менее легко адсорбируемого компонента газовой смеси, или с помощью некоторых других методик разделения газа, известных в промышленности. Одним из таких используемых в промышленности процессов разделения газа является адсорбция за счет термического перепада (TSA). TSA неизменно является значимой технологией для очистки газов с тех пор, как Джозеф Пристли отделил кислород от воздуха на оксиде ртути с использованием солнечной энергии. Адсорбция температурным слоем за счет перепада представляет собой процесс, где слой адсорбента используют, чтобы собрать один или несколько образцов из потока материала, а затем слой адсорбента регенерируют (высвобождая адсорбированные образцы) за счет повышения температуры слоя.TSA имеет преимущество в том, что за счет перепада температуры газовой смеси, вместо давления,можно исключить затраты на сжатие. Другое преимущество TSA состоит в том, что температура сильно влияет на изотермы адсорбции. Следовательно, продукты с очень высокой чистотой могут быть получены путем адсорбирования примесей при низкой температуре (где адсорбция является сильной) с высвобождением сильно удерживаемых образцов примесей, что является возможным за счет высокой температуры для десорбции. Однако TSA имеет несколько недостатков. Например, время для перепада слоев адсорбента по температурному интервалу, достаточному, чтобы повлиять на разделение, может быть относительно продолжительным, что означает, что оборудование должно быть очень большим и, следовательно, экономически непривлекательным. Кроме того, тепловая интеграция цикла TSA, сбои находящегося ниже по технологическому потоку оборудования и разбавление продукта большим количеством газа, используемого для повышения температуры слоя, являются дополнительными недостатками процессов TSA. Предложены различные способы подачи тепла к адсорбенту для регенерации. Такие способы включают микроволновую энергию (патент США 4312641), установку электрических нагревателей внутри уплотненного слоя адсорбента в адсорбере (патент США 4269611) и прямое подведение электрического тока к адсорберу для электроосаждения (патент США 4094652). Патент США 5669962 раскрывает сушилку, состоящую из кожухотрубных адсорберов-теплообменников, где внутренняя поверхность трубок покрыта тонкими частицами адсорбента для воды. Сушилка может быть использована в процессе короткоциклового термического перепада. Адсорбент нагревают или охлаждают опосредованно за счет пропускания горячего или холодного сырьевого газа к процессу разделения через межтрубные проходы теплообменника. Сырьевой газ действует вначале как холодный межтрубный газ в первом абсорбере-теплообменнике, затем его нагревают, чтобы он действовал как горячий межтрубный газ во втором абсорбере-теплообменнике, находящемся на регенерации, а затем он проходит через трубное пространство первого абсорбера-теплообменника, где подвергается сушке. Часть высушенного газа используют в качестве продувочного газа для трубного пространства второго абсорбера-теплообменника. Чередование функций двух адсорберов-теплообменников периодически меняет направление цикла. Чередование может иметь место с интервалами от 30 с до 3 мин. Многие процессы TSA имеют время цикла,значительно продолжительнее, чем этот, часто до 12 ч. Несколько способов используется для того, чтобы преодолеть один или несколько из упомянутых выше недостатков. Например, один из способов состоит в объединении теплообменника с материалом сорбента. Опубликованная патентная заявка СШАUS 003/0037672 А 1 раскрывает способ быстрой адсорбции за счет термического перепада, где отделение загрязнителей, таких как вода, от газового потока, такого как воздух, проводится с использованием адсорбента, набитого в проходы трубного пространства кожухотрубного теплообменника-адсорбера. После периода адсорбции во время регенерации нагревающую текучую среду пропускают через проходы межтрубного пространства адсорбера и при выходе из адсорбера рециркулируют через нагреватель назад в межтрубное пространство адсорбера. Во время фазы охлаждения при регенерации охлаждающую текучую среду пропускают через проходы межтрубного пространства адсорбера. В патенте США 6293998 описан модуль со спиральной намоткой для процессов адсорбции за счет перепада давления и температуры. Модуль со спиральной намоткой обеспечивает высокоэффектив-1 016546 ное разделение газов за счет снижения перепада давления, требуемого между давлением адсорбции и давлением десорбции. Устройство включает зону адсорбции, содержащую по меньшей мере один слой адсорбирующей бумаги, содержащей селективный адсорбент, и разделитель адсорбента, намотанный по спирали вокруг полого сердечника и в близком термическом контакте с зоной теплопередачи. Хотя в области способов TSA предпринимались попытки создать процесс без недостатков, упомянутых ранее, ни одна из них не была успешной при разработке процесса TSA, который является достаточно надежным, чтобы сделать процесс TSA промышленно более значимым, чем процессы обычнойTSA. Таким образом, все еще остается потребность в усовершенствованиях процесса TSA, которые смогут преодолеть некоторые экономические и технические трудности обычной технологии. В варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ селективного удаления компонента первого целевого газа из газовой смеси, содержащей указанный компонент первого целевого газа и компонент продукта, содержащего газ, причем указанный способ включает:a) создание установки разделения газов адсорбцией за счет перепада температуры, содержащей по меньшей мере один контактор адсорбента при начальной температуре, где контактор адсорбента состоит из множества, по существу, параллельных открытых проточных каналов и где поверхность канала по меньшей мере части указанных проточных каналов состоит из материала адсорбента, который имеет селективность для указанного компонента первого целевого газа в сравнении с указанным компонентом продукта, содержащего газ больше чем 1;b) пропускание указанной газовой смеси по меньшей мере через часть указанных проточных каналов, что приводит к адсорбции по меньшей мере части указанного компонента первого целевого газа из газовой смеси на указанный материал адсорбента, в результате чего получают поток первого продукта,содержащего газ, который имеет более низкий мол.% компонента первого целевого газа, чем указанная газовая смесь;c) сбор указанного потока продукта, содержащего газ;d) нагревание указанного по меньшей мере одного контактора адсорбента, имеющего указанный компонент первого целевого газа, адсорбированный на нем, с помощью теплопередающей текучей среды до эффективной температуры, которая будет приводить к десорбции по меньшей мере части указанного компонента первого целевого газа из указанного материала адсорбента, в результате чего получают поток первого отходящего газа, который имеет более высокую концентрацию в мол.% компонента первого целевого газа, чем указанная газовая смесь;e) сбор указанного потока первого отходящего газа иf) охлаждение указанного по меньшей мере одного контактора адсорбента до начальной температуры; где в контакторе адсорбента на стадии десорбции d) вызывают тепловую волну, создавая в результате температурный градиент тепловой волны, и этот температурный градиент тепловой волны продвигается вдоль длины по меньшей мере одного контактора адсорбента; и этот контактор адсорбента имеетTнт в интервале приблизительно от 0 до 50C, где Tнт=H/h, где Tнт представляет собой разность температур при теплопередаче, h равно коэффициенту теплопередачи и H представляет собой требуемую тепловую мощностью. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения газовая смесь состоит из топочного газа, а компонент первого целевого газа представляет собой CO2. 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 - изображение поперечного сечения вдоль продольной оси монолита фиг. 1; фиг. 3 - изображение увеличенного участка поперечного сечения монолита фиг. 2, показывающее детализированную структуру слоя адсорбента вместе с блокирующим агентом, занимающим некоторые мезо- и макропоры; фиг. 4 - 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. Данный чертеж показывает отдельные ряды сырьевых каналов и отдельные ряды нагревающих/охлаждающих каналов; фиг. 5 - еще одно изображение контактора с параллельными каналами настоящего изобретения, но в форме половолоконного контактора для применения в TSA; фиг. 6 - другое изображение половолоконного контактора для применения в TSA, представленного на фиг. 5, но с внешними поверхностями корпуса для контактора, выполненными прозрачными. Пунктирные линии использованы, чтобы показать края внешней поверхности; фиг. 7 - вид в разрезе контактора с поперечным потоком, который имеет сегменты, расположенные стопкой так, что средний поток текучей среды во время регенерации протекает противотоком к направлению потока во время стадии адсорбции; фиг. 8 иллюстрирует использование тепловой волны, чтобы передать тепло от одного контактора с внутренним нагревом, который был регенерирован, ко второму контактору, который закончил стадию-2 016546 адсорбции и нагревается для регенерации; фиг. 9 иллюстрирует систему настоящего изобретения, где один контактор находится на стадии адсорбции, тогда как другой контактор находится на стадии десорбции; фиг. 10(a)-10(e) схематично показывает модель распределения осажденных адсорбатов по длине слоя адсорбента в конце стадии адсорбции для многокомпонентного сырья. Сильно адсорбированные образцы заштрихованы более темным серым цветом, чем менее сильно адсорбированные образцы; фиг. 11 - иллюстрация установки с тремя контакторами с параллельными каналами, которая может быть использована в данном случае. Подробное описание изобретения Настоящее изобретение относится к процессу улучшенной TSA, в котором используют образование тепловых волн во время стадий адсорбции и десорбции, чтобы улучшить выделение одного или нескольких компонентов газообразных загрязнителей из газовой смеси. Как упоминалось ранее, TSA представляет собой процесс, где используют слой адсорбента, чтобы адсорбировать один или несколько образцов из потока текучей среды, как правило, газообразного потока. Слой адсорбента регенерируют путем повышения температуры слоя. В процессе TSA материал адсорбента используют так, что при используемых условиях адсорбции материал адсорбента селективно адсорбирует более одного компонента из молекулярных компонентов сырья (называемых далее целевым газом, компонентом целевого газа или сильно адсорбированным компонентом) относительно второго молекулярного компонента (называемого далее продуктом, содержащим газ, компонентом продукта, содержащего газ или слабо адсорбированным компонентом). Например, в варианте настоящего изобретения сырье для контактора адсорбента представляет собой газовую смесь, состоящую из топочного газа (или газообразных продуктов сгорания), которая содержит компонент A, CO2 (компонент целевого газа) и компонент B, N2 (компонент продукта, содержащего газ),где используют материал адсорбента, который имеет селективность для CO2 в сравнении с N2 больше чем 1. 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 композиции потока сырья. Для сырья,содержащего компонент A, компонент B, а также дополнительные компоненты, адсорбент, который имеет более высокую селективность для компонента A, чем для компонента B, будет иметь в конце стадии адсорбции технологического цикла адсорбции за счет перепада отношениеUB = (суммарное число молей B в адсорбенте)/(мольная концентрация B в сырье),где UA представляет собой адсорбционное поглощение компонента A и UB представляет собой адсорбционное поглощение компонента B. Следовательно, для адсорбента, имеющего селективность для компонента A в сравнении с компонентом B, которая больше единицы Селективность = UA/UB (где UAUB). В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения используют материал адсорбента, который имеет селективность по меньшей мере для одного компонента A в сравнении с компонентом B больше чем приблизительно 5, предпочтительно больше чем приблизительно 10. В наиболее предпочтительном варианте осуществления используют материал адсорбента, который имеет селективность по меньшей мере для одного компонента A в сравнении с компонентом B больше чем приблизительно 15. Однако TSA, которую обычно используют на практике, имеет несколько недостатков. В процессахTSA прямого нагрева горячую текучую среду, как правило, пропускают через адсорбционный слой, чтобы повысить температуру адсорбента. Чем больше повышение температуры, тем больше требуется текучей среды. Десорбированные примеси, таким образом, становятся распределенными в большом объеме нагревающей текучей среды, а большое количество тепла, которое используют для повышения температуры адсорбента, часто не выделяют. В некоторых случаях тепло не выделяют, так как многие системыTSA прямого нагрева работают при продолжительном времени адсорбции (дни) и намного более коротком времени регенерации. Кроме того, редкая и постепенная регенерация вызывает колебания концентрации и потока в находящемся ниже по технологической линии оборудовании, которыми трудно управлять в технологической установке, при других обстоятельствах работающей в стационарном режиме. В системах TSA непрямого нагрева тепло может быть подано с помощью теплообменника, что, таким образом, исключает разбавление нагретым продувочным газом. Однако управление теплом и циклическая природа процессов TSA непрямого нагрева часто преподносят трудности. Настоящее изобретение предлагает систему TSA, которая не разбавляет десорбированные материалы в нагревающей среде, и предлагает систему TSA, которая использует короткие (минуты) циклы и-3 016546 обеспечивает относительно непрерывные потоки продуктов, которые не вызывают сбоя технологического оборудования, находящегося ниже по технологической линии. Настоящее изобретение также предлагает систему TSA, которая интегрирована по теплу таким образом, что основная часть энергии температурного перепада снова улавливается и используется повторно. В соответствии с настоящим изобретением также предложена система TSA, которая способна обеспечивать хроматографическое (многокомпонентное) разделение большого числа различных образцов в потоке сырья. Способ настоящего изобретения называют в данном случае Адсорбцией тепловой волной (TWA),которая не предлагалась предшествующим уровнем техники. Настоящее изобретение в его наиболее простом и предпочтительном варианте осуществления объединяет материал адсорбента с теплообменным устройством (или просто теплообменником). Теплообменник, как правило, содержит два набора каналов, каждый из которых соединен с разными контурами текучей среды, и эти наборы находятся в термическом взаимодействии друг с другом так, что тепло может быть легко передано от одного набора каналов к другому набору каналов. В предпочтительном варианте TWA адсорбент помещают в один набор каналов теплообменника, тогда как другой набор каналов используют, чтобы подвести тепло и забрать тепло устройства адсорбента. В этом случае настоящее изобретение достигает одного из своих объектов, который состоит в исключении разбавления десорбированных материалов в нагревающей среде. Настоящее изобретение также предлагает средства для быстрого изменения температуры контактора без значительных потерь тепла или длительного времени нагревания и охлаждения. Хорошо известно, что эффективные адсорбционные соли конструируют при тщательном рассмотрении коэффициентов переноса массы так, чтобы концентрационные градиенты слоя в слое были относительно острыми. Острые концентрационные градиенты предпочтительны, так как они дают возможность подавать сырье через слой в течение длительного времени до проскока адсорбата. В начале процесса адсорбат находится в высокой концентрации внутри адсорбента в части слоя, расположенной в начале потока, и в низких концентрациях в части слоя, расположенной в конце потока. По мере протекания процесса разделяющая линия между зонами высокой концентрации и низкой концентрации постепенно перемещается в направлении выхода из слоя, при этом адсорбат накапливается на слое адсорбента. Градиент будет плоским, если перенос массы является неадекватным. Такие условия приводят к тому,что адсорбат начинает покидать слой задолго до того, как способность слоя адсорбировать будет хорошо использована. На практике высокий перенос массы достигается за счет создания относительно небольших каналов для сырьевых текучих сред, через которые сырье проходит. Это реализуется, наряду с другими способами, за счет использования слоев небольших частиц адсорбента или за счет использования монолитных адсорбентов с небольшими размерами каналов. Так как предпочтительно, чтобы такие правила переноса массы удовлетворялись, чтобы реализовать настоящее изобретение, нельзя просто нанести некоторое количество адсорбента на стенки промышленного трубчатого теплообменника с большим диаметром трубок (например, с ВД (ID) 2 дюйма). Теплообменный контактор адсорбента настоящего изобретения выполнен с адсорбентом, помещенным в один набор теплообменных каналов. Адсорбент, помещенный в каналы, должен следовать правилам адсорбции, в частности, он должен обеспечивать перенос массы, достаточный, чтобы давать острые температурные градиенты. На практике это означает использование плотноупакованных адсорбентов, очень тонких слоев типа washcoat, пеллет или монолитов. Предпочтительно содержащие адсорбент теплообменные каналы будут иметь характеристический гидравлический радиус для потока текучей среды, который составляет менее чем 1 дюйм (2,54 см), предпочтительно менее чем 0,25 дюйма (0,64 см) и более предпочтительно менее чем приблизительно 0,1 дюйма (0,254 см). В предпочтительном варианте тепловую волну используют, чтобы пропустить тепло через контактор при его переходах i) от адсорбции к стадии регенерации; ii) при переходе от регенерации к стадии адсорбции; iii) по меньшей мере на части стадии регенерации или iv) по меньшей мере на части стадии адсорбции. Для целей настоящего изобретения тепловая волна представляет собой острый температурный градиент, который перемещается линейно (т.е. приблизительно водном направлении в пределах контактора) во время одной стадии цикла (адсорбция тепловой волной)/десорбция. Скорость, при которой двигается тепловой фронт (т.е. область с острым температурным градиентом), называют скоростью тепловой волны. Скорость волны не должна быть постоянной и направление волны меняется и не должно быть одинаковым на стадиях адсорбции и регенерации. Например, между стадиями адсорбции и регенерации волна может двигаться прямотоком, противотоком или поперечным потоком. Также в рамках настоящего изобретения находится то, что сильная тепловая волна не присутствует на стадии адсорбции,тогда как на стадии регенерации имеет место сильная тепловая волна. Присутствие тепловой волны по меньшей мере в части цикла (адсорбция за счет термического перепада)/регенерация дает возможность системе достигать одного из объектов настоящего изобретения, который состоит в значительной рекуперации и выделении тепла, требуемого для температурного переключения слоя. Это, в свою очередь,улучшает эффективность процесса. Также это дает возможность использовать очень высокие температуры десорбции, которые обычно не могли рассматриваться в случае операций TSA. Тепловую волну создают внутри теплообменного материала, когда текучая среда протекает через-4 016546 материал при температуре более высокой или более низкой, чем начальная температура теплообменного материала. Такое явление хорошо известно в данной области техники, и иногда его называют регенеративным теплообменом. Например, когда горячая текучая среда проходит через холодный теплообменный материал, текучая среда охлаждается, а материал нагревается. Когда параметры теплопереноса являются адекватно высокими, большая часть теплопередачи происходит в узкой области в пределах материала, и эта область со временем продвигается через материал. Эта узкая область и составляет тепловую волну, в которой (в данном примере) температура текучей среды переходит от горячей к холодной. Скорость, при которой тепловая волна продвигается через теплообменный материал, медленнее, чем скорость текучей среды через теплообменный материал, что определяется относительно высокими теплоемкостями текучей среды относительно теплообменного материала. Пока горячую текучую среду продолжают вводить в один конец теплообменного материала, холодная текучая среда выходит с другого конца до тех пор, пока тепловая волна полностью не пройдет через теплообменный материал. В таком варианте применения текучие среды, которые используют в нагревающих или охлаждающих каналах адсорбера с тепловой волной, называют горячей текучей средой, охлажденной или холодной текучей средой,или в общем случае термической текучей средой. В некоторых вариантах осуществления технологические текучие среды, которые используют в каналах адсорбции, также могут быть использованы в качестве термической текучей среды. Определение канальная система используется, чтобы определить ту часть контактора, которая непосредственно вовлечена в передачу тепла между термической текучей средой и адсорбентом. Система,как правило, включает термические и технологические текучие среды, а также адсорбент и любые компоненты канала, через которые передается тепло. То есть из канальной системы исключены компоненты контактора, непосредственно не вовлеченные в теплопередачу, в том числе, например, трубопроводы,которые доставляют текучую среду в контактор или выводят ее из контактора, или кожух контактора. Канальную систему с тепловой волной настоящего изобретения выбирают так, чтобы ее характеристики теплопередачи могли быть способны обеспечить желаемое короткое время цикла. В данной области техники известно, что система теплопередачи может быть охарактеризована с помощью коэффициента теплопередачи (h) между двумя потоками текучей среды. Корреляции для коэффициента теплопередачи,основанные на свойствах текучей среды и теплообмена, хорошо известны. Коэффициенты теплопередачи наиболее часто определяют на основе площади поверхности теплопередачи, которая разделяет два потока. Коэффициент теплопередачи Требуемая величина коэффициента теплопередачи рассматривается с точки зрения требования степени нагревания или охлаждения системы. Потребление тепловой мощности (H) для системы определяется как изменение энтальпии во время технологической стадии (например, регенерации), поделенное на время стадии и площадь теплопереноса канальной системы. Изменение энтальпии (H) рассчитывают в виде энтальпии канальной системы с текучими средами в конце цикла минус энтальпия канальной системы с текучими средами в начале цикла. При времени стадиии площади теплопередачи канальной системы ac потребление тепловой мощности (H) стадий может быть рассчитано как Разность температур теплопередачи Tнт также используют для характеристики системы TWA, рассматриваемой в описании. Tнт определяют как отношение потребления тепловой мощности к коэффициенту теплопередачи. Характеристичная разность температур теплопередачиTнт=H/h (3). Такая характеристичная Tнт описывает равновесие между подачей и потреблением при теплопередаче. Как используется в данном случае, Tнт рассчитывают с использованием коэффициентов теплопередачи, исходя из условий различных стадий (адсорбции, регенерации, охлаждения). ХарактеристичнаяTнт представляет собой проектный параметр настоящего изобретения. Размеры и материалы каналов, а также расходы текучей жидкости выбирают так, чтобы удовлетворить требованиям характеристичнойTнт настоящего изобретения. Значение Tнт настоящего изобретения находится в интервале приблизительно от 0 до 500C. Более предпочтительно характеристичная Т находится в интервале приблизительно от 0 до 50C. Более предпочтительно характеристичная Tнт находится в интервале приблизительно от 0 до 10C.-5 016546 Чтобы эффективно использовать тепловую волну для выделения тепла, термическую текучую среду, выходящую из одного контактора, направляют к другому. Путь потока термической текучей среды между контакторами определяется вентилями, которые рассчитаны по времени так, чтобы направлять термическую текучую среду между контакторами в соответствующих точках в полном цикле адсорбции за счет перепада. Когда термическая текучая среда проходит между контакторами, она также может проходить через теплообменник, который подводит или отводит тепло от протекающей термической текучей среды. Текучая среда также может проходить через устройство, такое как компрессор, нанос или воздуходувка, которые повышают ее давление так, чтобы она могла проходить через контактор при желаемой скорости. Аккумулирующая тепло среда может быть выполнена так, что энергия от тепловой волны, продвигающейся через один контактор, накапливается перед тем, как ее подают ко второму контактору. Неограничивающим примером аккумулирующей среды является теплообменник со слоем насадки, который работает циклически. В теплообменнике со слоем насадки энергия накапливается за счет теплоемкости слоя. Тепловая волна продвигается через слой, пока энергия накапливается, а также когда его охлаждают. Время, в течение которого тепловая волна проходит через этот теплообменник, дает возможность регулировать распределение по времени технологического пути тепловой энергии между контакторами. С другой стороны, энергию можно накапливать в теплообменнике со структурированным поглощающим тепло материалом, таким как монолит. Применение тепловой волны для передачи тепла от одного контактора к другому представлено на фиг. 8. Контакторы, показанные на фиг. 8, представляют собой монолитные контакторы с внешним нагревом, типа представленных на фиг. 4. Температура контакторов на фиг. 8 обозначена на контакторе с помощью полупрозрачного серого цвета. Фиг. 8a показывает горячий контактор 801 в конце стадии регенерации и более холодный контактор 803, который закончил стадию адсорбции. Более темный серый цвет, которым заштрихован контактор 801, указывает на более высокую температуру (например, свыше приблизительно 95C), а более легкое серое окрашивание на контакторе 803 указывает на более холодную температуру (например, менее чем приблизительно 40C). Фиг. 8b показывает начальную ступень охлаждения контактора 801 и нагревания контактора 803. Чтобы охладить контактор 801, холодную текучую среду 833 пропускают через нагревающие/охлаждающие каналы контактора. По мере продвижения теплового фронта через контактор температура конца около входа 805 достигает температуры охлаждающей текучей среды 833, тогда как температура дальнего конца контактора 809 остается близкой к начальной температуре после регенерации. Острый фронт 807 с большим температурным градиентом отделяет горячую и более холодную секции контактора. Горячая текучая жидкость, вытесненная из контактора, собирается с образованием потока 811, который проходит к холодному второму контактору 803. Поток проходит через избирательный по потоку клапан и/или запорный клапан 813, который может быть использован, чтобы остановить движение или изменить технологический путь термических текучих сред между разными контакторами. Необязательно, поток 811 пропускают через теплообменник 815, чтобы подвести тепло к потоку 819, направляемому к холодному контактору 803. Необязательный поток 817 пропускают через теплообменник, чтобы запасти тепло, переданное теплообменником 815. В одном из вариантов осуществления поток 817 получают от тепла технологических отходов. Когда настоящее изобретение используют для захвата CO2 из топочного газа, в предпочтительном варианте поток 817 поступает из промежуточных охладителей каскада компрессоров (не показан), используемых для сжатия CO2 до давления больше чем приблизительно 1000 фунт/кв.дюйм (6894 кПа) для подачи по трубопроводу к участку захоронения. Горячий поток 821 с температурой, близкой или выше температуры контактора после регенерации, подают в холодный контактор. Этот поток 821 переносит тепловой фронт через контактор, а температура конца около входа 823 почти равна температуре горячей текучей среды 821, тогда как температура дальнего конца контактора 829 остается близкой к начальной температуре после регенерации. Другой острый фронт 825 с большим температурным градиентом разделяет горячую и более холодную секции контактора. Холодная текучая среда выталкивается из контактора и собирается с образованием потока 831. Такая термическая текучая среда может быть использована, чтобы ограничить повышение температуры в контакторе, который адсорбирует целевые компоненты (например, СО 2 и воду из топочного газа), или может быть использована для охлаждения другого контактора. В одном из вариантов осуществления холодную текучую среду в потоке 831 подают назад с образованием потока 833. Необязательно поток 831 охлаждают посредством теплообмена, перед тем как направить назад с образованием потока 833. Как показано на фиг. 8, изменения в горячей и холодной секциях контакторов 801 и 803 не находятся в одинаковом соотношении. Это происходит частично вследствие того факта, что, так как молекулы десорбируются, некоторое количество тепла, передаваемого к контактору 803, забирается за счет теплоты десорбции. Если теплообменник 815 используется для подачи тепла, можно получить тепловые волны в двух контакторах (801 и 803), перемещающиеся при одинаковой скорости. Фиг. 8c показывает продвижение тепловых волн через контакторы (801 и 803) при продолжении процесса. Холодная текучая среда 873 продолжает проходить через нагревающие/охлаждающие каналы контактора 801. Тепловой фронт прошел через контактор дальше. Температура первых двух третей контактора 845 почти равна температуре охлаждающей текучей среды 873, а температура дальнего конца-6 016546 контактора 849 остается близкой к начальной температуре после регенерации. Острый фронт 847 с большим температурным градиентом все еще разделяет более горячую и более холодную секции контактора. Горячая текучая жидкость, вытесненная из контактора, собирается с образованием потока 851, который входит во второй контактор 803. Горячий поток 861 при температуре, близкой или выше температуры контактора после регенерации, проходит во второй контактор и продолжает продвигать тепловой фронт через второй контактор. Температура в первой половине 863 второго контактора почти равна температуре горячей текучей среды 861, тогда как температура дальнего конца контактора 869 остается близкой к начальной температуре после адсорбции. Острый фронт 865 с большим температурным градиентом снова разделяет более горячую и более холодную секции контактора. Этот фронт продвинулся приблизительно только на одну половину пути по контактору, тогда как фронт в другом контакторе продвинулся приблизительно на две трети пути вдоль контактора. Эта разница в скоростях двух тепловых фронтов частично обусловлена теплотой десорбции. Холодная текучая среда, вытесненная из контактора, собирается с образованием потока 871, который остается для использования в других контакторах. Неограничивающими примерами других интеграций термического процесса, которые могут быть использованы при реализации настоящего изобретения, являются перемещение туда и обратно тепла между одним или несколькими контакторами, находящимися на стадии адсорбции, и одним или несколькими контакторами, находящимися на стадии регенерации. В одном из вариантов осуществления система адсорбции тепловой волной может работать с двумя контакторами, один из которых подвергается регенерации и нагреванию, тогда как другой подвергается адсорбции и охлаждению. Этот вариант осуществления показан схематично на фиг. 9, и в любое конкретное время, по существу, одинаковый поток теплопередающей среды будет проходить между контакторами для нагревания и охлаждения. Пример, показанный на фиг. 9, включает контактор 1903, который нагревают, тогда как другой контактор 1901 охлаждают. Из-за температурного градиента, который создан за счет прохождения теплопередающей среды через контактор, нагревание (и охлаждение) осуществляют с помощью больших количеств тепла (или холода), поглощенных внутри контактора. Во время нагревания горячую текучую среду 1905 вводят в первый контактор 1903, и она выходит из нагревающих/охлаждающих проходов 1907 в холодном состоянии 1906 до того момента, когда происходит проскок температуры, и, по существу, весь контактор нагревается. Одновременно охлажденную теплопередающую среду 1910 вводят в нагревающие/охлаждающие каналы 1911 второго контактора 1901. Перемещение вправо-влево протекающей охлаждающей среды 1910 создает тепловую волну так, что блок контактора 1901 охлаждается, тогда как теплопередающая среда снова нагревается. Снова нагретую теплопередающую среду 1913 затем рециркулируют назад, чтобы нагреть блок первого контактора 1903. На практике из-за потерь тепла (например, из-за десорбированного материала, покидающего систему горячим) некоторое количество тепла должно быть подведено, чтобы повысить температуру горячей теплопередающей среды до ее начальной температуры в потоке 1905. На фиг. 9 такое дополнительное тепло подводят к потоку 1913 за счет пропускания через теплообменник 1917. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения тепло отводят от теплопередающей среды, чтобы удержать ее при предопределенной температуре, несмотря на температурный проскок из блока контактора. Как правило, охлажденная термическая текучая среда (выходящая со стадии охлаждения) будет находиться при температуре, которая приближается к температуре разделяемого сырья. Охлаждение с помощью теплообменника 1915 также может быть предусмотрено, чтобы понизить температуру охлаждающей текучей среды до температуры ниже, чем температура прибывающего потока топочного газа 1919, таким образом, предварительно охлаждая адсорбент до температуры ниже температуры прибывающего на разделение сырья. Смесь технологических газов (например, топочный газ) 1919 пропускают в каналы, выстланные адсорбентом 1923, у холодного конца контактора 1901. Расход смеси технологических газов таков, что целевые компоненты (например, CO2 и необязательно вода, SOx и NOx) адсорбируются до достижения теплового фронта. Перемещение теплового фронта (или волны) через контактор 1901 на фиг. 9 нанесено схематично 1921. Во время адсорбции наиболее сильно адсорбирующиеся компоненты будут присоединяться к контактору адсорбента наиболее сильно и будут наименее подвижны. Такие компоненты будут занимать области адсорбента, наиболее близкие к входу, и будут вытеснять слабо адсорбированные материалы из этой области. За период адсорбции адсорбаты будут сами располагаться в порядке от наиболее сильного до наиболее слабого вдоль контактора адсорбента от входа до выхода адсорбирующих каналов контактора. Когда смесь технологического газа представляет собой топочный газ, вода является наиболее сильно адсорбированным компонентом для большинства материалов адсорбента. Во всех случаях острый концентрационный фронт продвигается через контактор, и положение этого фронта всегда остается позади теплового фронта. То есть целевой компонент (например, CO2) всегда адсорбирован в холодной секции контактора 1901. Поток 1925 выходит из выстланных адсорбентом каналов 1923, причем большая часть целевого компонента (например, CO2) удалена и необязательно также удалена большая часть других целевых компонентов (таких как вода, SOx и NOx). В предпочтительном варианте осуществления композиция потока 1925 такова, что более чем приблизительно 80%, предпочтительно более чем приблизительно 95% целевого компонента (например, CO2), присутствующего в смеси технологического газа(например, в топочном газе) 1919, входящей в адсорбирующий канал 1923, удалено. На фиг. 9 ориентация контактора 1903 во время предыдущей стадии адсорбции такова, что наиболее слабо адсорбированные образцы находятся наиболее близко к концу, где вводят горячую текучую среду 1905. Движение теплового фронта (или волны) через контактор 1931 нанесено схематично на фиг. 9. Видно, что тепловые волны (1931 и 1921) двигаются через контакторы в противоположных направлениях. В зависимости от детальной природы сорбента и сорбируемых молекул может быть предпочтительным монтировать трубопровод между контакторами так, чтобы тепловые волны проходили через контакторы прямотоком. Когда тепловые волны 1931 и 1921 перемещаются через контактор противотоком, область контактора, содержащая наиболее слабо удерживаемые адсорбаты, будет нагреваться первой, потом идут следующие наиболее слабо удерживаемые, и следующие до тех пор, пока в конце не нагреют наиболее сильно адсорбированные материалы. Порядок, в котором такие адсорбаты высвобождаются в выстланный адсорбентом проточный канал 1933, соответствует порядку, в котором они нагреваются. Если трубопровод смонтирован так, что тепловые волны перемещаются через контактор прямотоком, область контактора, содержащая наиболее сильно удерживаемые адсорбаты, будет нагреваться первой, затем идет следующий наиболее сильно удерживаемый, и следующий, до тех пор, пока в конце не нагреют наиболее слабо адсорбированные материалы. В зависимости от свойств адсорбента может быть предпочтительным соединять контакторы трубопроводом так, чтобы тепловые волны двигались прямотоком. В любом случае отдельные потоки адсорбентов могут быть собраны в разные линии или сосуды, чтобы получить многокомпонентное адсорбционное (известное также как хроматографическое) разделение. Адсорбаты могут вытекать из регенерируемого контактора прямотоком или противотоком к тепловой волне, проходящей через контактор. В данном примере десорбированные образцы выходят в потоке 1935 из выстланных адсорбентом каналов 1933 контактора 1903 противотоком к направлению тепловой волны. Также можно получить непрерывное многокомпонентное адсорбционное (известное также как хроматографическое) разделение за счет десорбции прямотоком. В таком альтернативном варианте осуществления поток десорбции имеет противоположное направление к направлению, которое показано на фиг. 9, так что более слабо адсорбирующиеся компоненты должны протекать обратно относительно более сильно адсорбирующихся компонентов на пути из слоя. Такой прием может обеспечить более чистые условия выхода слоя со стадии адсорбции, что приводит к более высоко чистому выходящему потоку во время стадии адсорбции. Также при некоторых условиях это может привести к более высокой степени разделения адсорбатов в выходящем потоке адсорбатов. В необязательной схеме десорбции используют очищающую или продувочную текучую среду 1939, чтобы содействовать процессу десорбции. Когда десорбцию проводят прямотоком с тепловой волной, предпочтительный вариант осуществления такой необязательной схемы вводит очистку со скоростью, которая близко соответствует скорости тепловой волны, продвигающейся вдоль слоя. Может быть желательным работать с множеством контакторных блоков таким образом, что несколько блоков соединены в операции нагревания и охлаждения, тогда как другие блоки вовлечены в адсорбцию (и/или десорбцию). При такой работе контактор может быть, по существу, охлажден с помощью циркулирующей теплопередающей среды до того, как его переключат на обслуживание адсорбции. Преимущество такой работы состоит в том, что тепло, используемое для перепада слоя, удерживается в теплообменной среде. Если бы адсорбция должна была проходить одновременно с охлаждением, то значительная часть тепла в слое могла бы быть потеряна в не содержащее адсорбат сырье, и была бы необходима более высокая тепловая нагрузка, чтобы восстановить высокую температуру теплопроводящей среды. Кроме того, во многих случаях (особенно при удалении примесей) время, требуемое для регенерации адсорбента, может быть короче, чем время, требуемое для того, чтобы адсорбционная емкость контакторов была использована полностью. В таких случаях может быть желательным иметь несколько контакторов в адсорбирующей фазе, при этом два спаренных контактора находятся в фазе нагревания/регенерации и в фазе повторного охлаждения. В предпочтительном варианте осуществления несколько контакторов, задействованных при адсорбции, соединяют по последовательной схеме так, что регенерированный самым последним контакторный блок является последним слоем в технологической линии, а первый блок на линии будет следующим в очереди на регенерацию. В другом предпочтительном варианте осуществления адсорбирующие блоки соединяют параллельно так, что каждый адсорбер перерабатывает часть от всего потока. В еще одном варианте осуществления используются устройства аккумулирования тепловой волны, чтобы накопить тепло и обеспечить соответствующее распределение циклов по времени. Когда контакторы используют по такой схеме, допустимо, чтобы каждый контакторный блок был ориентирован прямотоком, противотоком, с поперечным потоком или в любой другой приемлемой конфигурации потока. Однако в предпочтительном варианте осуществления контакторы используются с ориентацией прямотоком и/или противотоком. Физическая архитектура контакторов, используемых в практике настоящего изобретения, зависит от того, является ли контактор во время регенерации контактором с внешним или внутренним нагревом. В случае контакторов с внутренним нагревом газ или текучая среда, используемые для нагревания кон-8 016546 тактора, непосредственно контактируют с материалом адсорбента. Следовательно, в контакторах с внутренним нагревом, используемых в настоящем изобретении, коэффициент теплопередачи (h) определяется как коэффициент теплопередачи от текучей среды к твердому веществу. То есть газ или текучая среда,используемые для нагревания контактора во время регенерации, проходят через тот же самый объем макропор, что и топочный газ во время стадии адсорбции. Газ или текучая среда, используемые для нагревания и регенерации адсорбента, могут протекать прямотоком, противотоком или ортогонально (т.е. в поперечном направлении) к направлению, в котором проходит топочный газ. Для таких контакторов с внутренним нагревом целевые компоненты, высвобожденные во время стадии термической регенерации,смешиваются с газом или текучей средой, которые используют для регенерации контактора. В случае разделения топочного газа целевые компоненты будут представлять собой такие образцы, как CO2 и любая вода, которая присутствует в топочном газе. Предпочтительно, чтобы целевые компоненты были отделены от газа или текучей среды, используемых для регенерации контактора с внутренним нагревом. Контакторы с внешним нагревом имеют отдельный набор каналов, чтобы переносить газы или текучие среды, используемые для нагревания и охлаждения контактора. Таким образом, в контакторах с внешним нагревом, используемых в настоящем изобретении, коэффициент теплопередачи (h) определяют для переноса тепла от нагревающих/охлаждающих каналов к/от технологических каналов. Также предпочтительно, чтобы отдельный набор каналов был изолирован так, что газы, используемые для нагревания и охлаждения контактора, не смешиваются с целевыми компонентами, высвобожденными во время стадии регенерации. Неограничивающими примерами контакторов с внутренним нагревом являются: слой, плотно заполненный пеллетами, содержащими селективный адсорбент, по меньшей мере, для целевого компонента; слой бисерного селективного адсорбента; слой, плотно заполненный волокнами или волокнистым матом, которые содержат селективный адсорбент по меньшей мере для одного целевого компонента; структурированные контакторы адсорбента и контакторы с параллельными каналами. Контакторы структурированного адсорбента содержат множество проточных каналов, которые дают возможность газу или текучей среде физически проходить через контактор. Проточный канал представляет собой ту часть контактора, в которой газ протекает, если прикладывается установившаяся разница давления между точками или местом, в которых сырье входит в контактор, и точкой или местом, в которых поток продуктов покидает контактор. Проточный канал не считается частью объема открытых мезопор или макропор контактора. Контакторы с параллельными каналами образуют предпочтительную подгруппу контакторов структурированного адсорбента. В контакторах с параллельными каналами существует по меньшей мере один набор каналов, которые, по существу, параллельны друг к другу. Тепло должно легко передаваться от нагревающих/охлаждающих каналов к адсорбционной среде в каналах контактора, чтобы он работал как контактор с внешним нагревом. Предпочтительно контакторы с внешним нагревом, приемлемые для применения в настоящем изобретении, будут иметь высокие коэффициенты теплопередачи. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения теплообменные каналы характеризуются в значениях границы между содержащими сырье каналами и каналами,содержащими нагревающую/охлаждающую среду. Такая граница может быть охарактеризована как имеющая площадь поперечного сечения (A) и периметр (P). Параметр D может быть рассчитан как 4A/P. Например, для цилиндрических трубок, набитых пеллетами адсорбента, параметр D будет равен диаметру трубки. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения параметр D для теплообменных каналов, которые содержат адсорбент, составляет менее чем приблизительно 1 дюйм (2,54 см),и более предпочтительно D составляет менее чем приблизительно 0,5 дюйма (1,27 см). Подводящие/отводящие тепло каналы также сконструированы таким образом, чтобы давать острый температурный градиент или поведение тепловой волны. Температурные градиенты могут быть связаны с концентрационными градиентами. Однако главным контролирующим параметром является коэффициент теплопередачи между термической текучей средой и массой теплообменника. Когда система теплообменник-адсорбер выполнена при соответствующих параметрах теплообмена и проводимости, во время стадий нагревания и охлаждения будет возникать температурная волна. Такие условия дают возможность системе, по существу, рекуперировать и выделять тепло, необходимое, чтобы получить температурный перепад слоя. Это, в свою очередь, обеспечивает возможность применения очень высоких температур десорбции, которые обычно не могли быть рассмотрены для операций TSA. Одна из схем интегрированного по теплу процесса адсорбции тепловой волной обсуждена выше и представлена на фиг. 9. Работа контакторов с внешним или внутренним нагревом с тепловой волной, которая проходит через контактор, обеспечивает значительные преимущества над предыдущими обычными способами разделения газов, такими как сосуды, содержащие бусинки адсорбента или экструдированные частицы адсорбента. Такие технологии 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 в виде компонента, содержащего продукт, технологической газовой смеси за счет использования настоящего изобретения. Легкий компонент, как принято, представляет собой образцы, или молекулярный компонент, или компоненты, которые преимущественно не поглощаются адсорбентом на стадии адсорбции процесса. С-9 016546 контакторами настоящего изобретения неожиданно установлено, что суммарное извлечение легкого компонента, достигаемое в способе адсорбции за счет перепада, может составлять больше чем приблизительно 80 мол.%, более предпочтительно больше чем приблизительно 85 мол.% и даже более предпочтительно больше чем приблизительно 90 мол.% и наиболее предпочтительно больше чем приблизительно 95 мол.% 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, тяжелый компонент, как принято, представляет собой образец, или молекулярный компонент,или компоненты, которые преимущественно забираются адсорбентом на стадии адсорбции процесса. Такие тяжелые компоненты также называют целевыми компонентами. Степень извлечения тяжелого компонента определяют как усредненный по времени мольный расход тяжелого компонента в потоке продукта, поделенный на усредненный по времени мольный расход тяжелого компонента в потоке сырья. В предпочтительном варианте осуществления степень извлечения легкого компонента увеличивается за счет использования контакторов структурированного адсорбента, которые содержат 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 . Макропоры определяют как поры с размерами больше чем приблизительно 500 и меньше чем приблизительно 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. Способы определения объемной доли открытых мезопор и макропор могут быть найдены в находящейся на одновременном рассмотрении патентной заявке США 60/930827, направленной на рассмотрение 18 мая 2007 г., которая включена в качестве ссылки. Контакторы, имеющие низкую объемную долю открытых мезопор и макропор, могут быть использованы как в контролируемых равновесием, так и кинетически контролируемых процессах адсорбции за счет перепада, чтобы улучшить степень извлечения продукта легкого компонента. Контакторы адсорбента предшествующего уровня техники содержат значительные уровни мезопор и макропор. В конце стадии адсорбции мезопоры и макропоры таких контакторов, которые являются неселективными, будут содержать значительные количества легких компонентов, так как перенос в мезопоры и макропоры является неселективным. Это составляет особенно важную проблему в процессах высокого давления с тепловой волной, поскольку в конце стадии адсорбции число молекул в пространстве мезопор и макропор может быть сравнимо с числом молекул, селективно адсорбированных в 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 и способы настоящего изобретения могут значительно улучшить такое извлечение легких продуктов, когда их производят с пониженной объемной долей пространства открытых мезопор и макропор. 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 (тяжелые компоненты) и обогащенный метаном продукт (легкий компонент) 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 мол.%, более предпочтительно больше чем приблизительно 85 мол.%, даже более предпочтительно больше чем приблизительно 90 мол.% и наиболее предпочтительно больше чем приблизительно 95 мол.%, даже когда природный газ подают при высоком давлении, таком как давление больше чем приблизительно 50 фунт/кв.дюйм (344,7 кПа), или даже при давлении больше чем приблизительно 150 фунт/кв.дюйм (1034 кПа), или даже при давлении больше чем приблизительно 450 или 1200 фунт/кв.дюйм (3103 или 8274 кПа). Настоящее изобретение может быть использовано, даже когда поток газа находится при исключительно высоком давлении 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 иH2S, 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- 10016546 часть молекул в добытом газе. Например, для некоторых месторождений природного газа не является необычным содержание приблизительно от 5 до 90 мол.% CO2, более обычно приблизительно от 10 до 70 мол.% CO2. В одном из вариантов применения настоящего изобретения, в котором CO2 извлекают из природного газа в процессах адсорбции за счет перепада, предпочтительно готовить адсорбент со специфическим классом цеолитных материалов с 8-членными кольцами, которые имеют высокую 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 CO2 и метана. В случае удаления CO2 из природного газа такой специфический класс цеолитных материалов с 8-членными кольцами имеет мольное отношение Si/Al приблизительно от 2 до 1000, предпочтительно от приблизительно 10 до 500 и более предпочтительно приблизительно от 50 до 300. Следует отметить, что, как используется в данном случае, определениеSi/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 CO2 достигать внутренней пористой структуры через окна 8-членных колец таким образом, что отношение однокомпонентных коэффициентов диффузии CO2 и метана (т.е.DCO2/DCH4) составляет больше чем приблизительно 10, предпочтительно больше чем приблизительно 50,более предпочтительно больше чем приблизительно 100 и даже более предпочтительно больше чем 200. Методы определения кинетической селективности, изотерм адсорбции и коэффициентов диффузии могут быть найдены в находящейся на одновременном рассмотрении патентной заявке США 60/930827,направленной на рассмотрение 18 мая 2007 г., которая включена в качестве ссылки. 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%) 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, который имеет высокую кинетическую селективность. Кинетическая селективность этого класса материалов с 8-членными кольцами обеспечивает возможность быстрого переноса N2 в кристаллы цеолита, при этом задерживает перенос 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 мольное отношение Si/Al приблизительно от 2 до 1000, предпочтительно приблизительно от 10 до 500 и более предпочтительно приблизительно от 50 до 300. Этот предпочтительный класс цеолитов с 8-членными кольцами, который приемлем для применения в данном случае, дает возможность N2 достигать внутренней пористой структуры через окна 8-членных колец таким образом, что отношение однокомпонентных коэффициентов диффузии N2 и метана (т.е. 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 мол.% 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 материалов 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 мольное отношение Si/Al приблизительно от 2 до 1000, предпочтительно приблизительно от 10 до 500 и более предпочтительно приблизительно от 50 до 300. Такой предпочтительный класс цеолитов с 8-членными кольцами, который приемлем для применения в данном случае, дает возможность H2S достигать внутренней пористой структуры через окна 8-членных колец 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. DDR, Sigma-1 и ZSM-58 также приемлемы для удаления H2S из природного газа. В некоторых вариантах осуществления H2S необходимо удалять до уровня, измеряемо- 11016546 го в ч./млн или суб-(ч./млн). Для достижения такого исчерпывающего удаления H2S может быть полезным использование процесса разделения тепловой волной. 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 CO2 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 . Неограничивающими примерами цеолитов, имеющих поры в таком размерном интервале, являются MFI, MTW, фауджазит, МСМ-41 и Beta. Предпочтительно, чтобы мольное 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 . Неограничивающими примерами цеолитов, имеющих поры в таком размерном интервале, являются MFI, фауджазит, МСМ-41 и Beta. В таких вариантах применения мольное отношение Si/Al цеолита может составлять приблизительно от 1 до 1000. 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 точной композиции синтетического газа, требуемого для процесса. После производства синтез-газ содержит, по меньшей мере, CO иH2. Другими молекулярными компонентами могут быть CH4, 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 H2/CO 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 H2 и CO2, и во многих таких вариантах применения желательно удалять CO2. Повышение температуры должно быть ограничено во время стадии адсорбции в случае контакторов или с внутренним нагревом, или с внешним нагревом. Например, теплота адсорбции для CO2 в катионных цеолитах находится в интервале приблизительно от 15 до 40 кДж на 1 моль адсорбированногоCO2. Адиабатическое повышение температуры для адсорбента, загруженного 1 ммоль CO2 на 1 г катионного цеолитного адсорбента, при такой теплоте адсорбции будет находиться в интервале приблизительно от 20 до 50C. В случае контакторов с внутренним нагревом предпочтительно ограничивать повышение температуры во время стадии абсорбции до менее чем приблизительно 20C за счет введения термальной массы. Любой подходящий материал может быть использован в качестве термальной массы при реализации настоящего изобретения. Неограничивающими примерами таких материалов являются металлы,керамика и полимеры. Неограничивающими примерами предпочтительных металлов являются стальные сплавы и алюминий. Неограничивающими примерами предпочтительной керамики являются диоксид кремния, оксид алюминия и оксид циркония. Полиамиды являются предпочтительными полимерами, которые могут быть использованы в качестве термальных масс при реализации настоящего изобретения. В зависимости от степени, до которой повышение температуры должно быть ограничено во время стадии адсорбции,- 12016546 количество материала термальной массы может находиться в интервале приблизительно от 0,1 до 25 ч. от массы микропористого адсорбента контактора. Предпочтительным интервалом для количества термальной массы в контакторе является интервал приблизительно от 0,1 до 5 ч. от массы микропористого адсорбента контактора. Более предпочтительный интервал для количества материала термальной массы будет составлять приблизительно от 0,1 до 2 ч. от массы материала микропористого адсорбента, наиболее предпочтительно приблизительно от 0,1 до 1 ч. от массы микропористого материала контактора. В случае контакторов с внешним нагревом повышение температуры во время стадии адсорбции предпочтительно ограничивать приблизительно менее чем до 20C за счет прокачивания охлаждающей текучей среды через нагревающие/охлаждающие каналы или проходы в контакторе. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения охлаждающей текучей средой является вода. В таком случае тепловая энергия, принятая потоком воды, использованной для охлаждения контактора,может быть рассеяна с использованием градирни. В другом варианте осуществления охлаждающая текучая среда представляет собой текучую среду (газ или жидкость), которая проходит через холодильный цикл. В еще одном варианте осуществления контактор охлаждают с помощью выходящего потока продуктов, из которого извлечены целевые компоненты. Например, при разделении топочного газа такой выходящий поток продуктов представляет собой газ, который прошел через контактор, который удаляет целевые компоненты, такие как CO2 и необязательно вода. В таком случае выходящий поток пропускают через нагревающие/охлаждающие каналы контактора в направлении, которое находится в противотоке к направлению потока топочного газа, который подвергается переработке для удаления CO2. В случае контакторов с внешним нагревом также можно использовать термальную массу, чтобы ограничить повышение температуры во время стадии адсорбции менее чем до 20C. Если в контакторах с внешним нагревом используют термальную массу, отношение термальной массы к массе адсорбента может находиться в интервале приблизительно от 0,02 до 2 и предпочтительно в интервале приблизительно от 0,1 до 1. 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 TSA или в процессе адсорбции за счет перепада тепловой волны. Неограничивающими примерами геометрических форм являются различные формованные монолиты, имеющие 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 такие формы могут быть получены непосредственно из материала адсорбента. Примером геометрической формы, полученной непосредственно из адсорбента, может быть продукт экструзии композита цеолит/полимер в монолит. 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 включена в описание в качестве ссылки. По существу, параллельные каналы в контакторах с параллельными каналами с внутренним нагревом иногда называют проточными каналами или газовыми проточными каналами. Как правило, проточные каналы обеспечивают относительно низкое жидкостное сопротивление в сочетании с относительно высокой площадью поверхности. Каналы предпочтительно выполнены так, чтобы минимизировать падение давления в каналах. Во многих вариантах осуществления фракция потока текучей среды,входящая в канал у входного конца контактора, не взаимодействует с какой-либо другой фракцией текучей среды, входящей в другой канал у его входного конца, до тех пор, пока фракции не объединяются снова после выхода из выходного 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. Если существует чрезмерное непостоянство, будут страдать производительность и чистота газа. Если один проточный канал больше, чем соседний проточный канал, может возникнуть преждевременный проскок продукта, что может привести к снижению чистоты целевого продукта, содержащего газ. Более того, устройства, работающие при периодичности циклов больше чем приблизительно 0,1 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 достигается с трудом. Размеры проточных каналов могут быть рассчитаны из анализа падения 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 правило, длина проточного канала нахо- 13016546 дится в интервале приблизительно от 0,5 см до 30 м, более типично приблизительно от 10 см до 10 м, и проточные каналы имеют просветы каналов приблизительно от 50 до 250 мкм. Каналы могут содержать разделитель или сетку, которая действует как разделитель. 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 поперечном 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 (т.е. 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 каналы могут быть получены, когда листы адсорбента ламинируют вместе. 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. В контакторе структурированного адсорбента большая часть селективного для CO2 адсорбента и необязательно селективного для воды материала адсорбента введена в виде части стенки проточного канала. Контакторы структурированного адсорбента необязательно могут содержать термальную массу,чтобы контролировать нагревание во время стадии адсорбции в процессе адсорбции за счет перепада. Нагревание во время стадии адсорбции вызвано теплотой адсорбции молекул, входящих в адсорбент. Термальная масса, которая ограничивает повышение температуры во время стадии адсорбции, может быть введена в проточный канал контактора или введена в стенку вместе с селективным для CO2 или необязательным селективным для воды адсорбентом. Когда термальная масса введена в стенку, она может представлять собой твердый материал, распределенный по всему слою адсорбента, или может быть введена в виде отдельного слоя. 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 (т.е. 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 мезо- 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 переноса массы тяжелого компонента и временем стадий адсорбции и десорбции процесса. Однородность толщины может быть оценена по измерениям толщины адсорбента или по способу, которым он был изготовлен. Предпочтительно, чтобы однородность адсорбента была такой, чтобы стандартное отклонение его толщины составляло 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. Критерий качества переноса массы через слой адсорбента представляет собой временную константуa для переноса тяжелого компонента, рассчитанную в каждой точке в адсорбенте. Для плоского листа адсорбента с толщиной в x направлении и y и z направлениях, находящихся в плоскости листа, временная константа a тяжелого компонента составляетa[x,y,z] = минимум [Lпути 2/Dпути] (в с),где Dпути представляет собой средний коэффициент диффузионного переноса тяжелого компонента вдоль пути от сырьевого канала до точки (x,y,z), а Lпути 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 (Lпути 2/Dпути) вдоль всех возможных путей от сырьевого канала до точки (x,y,z) в адсорбенте. Это также включает пути через- 14016546 мезо- 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, Dпути, 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, Dпути, 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 приблизительно 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 приблизительно для 75% точек (или объема) в адсорбенте, который не является плотным твердым веществом, составляет менее чем приблизительно 25% от времени цикла процесса. С контакторами, которые имеют хорошие характеристики переноса массы и имеют средства для ограничения повышения температуры, когда адсорбируют целевой компонент, острый концентрационный фронт адсорбированного целевого компонента продвигается вдоль длины контактора во время стадии адсорбции цикла TSA. Незадолго до начала стадии адсорбции технологический газ (например, топочный газ) начинает проходить через контактор, и целевой компонент (например, CO2 в случае разделения топочного газа) адсорбируется в материал адсорбента наиболее близко к входу контактора. Это уменьшает количество целевого компонента (например, CO2) в протекающем газовом потоке, который проходит вдоль длины контактора. Концентрация адсорбированного целевого компонента падает резко в некоторой точке вдоль контактора приблизительно до уровня, оставшегося в конце стадии регенерации. Положение, при котором падает концентрация адсорбированного целевого компонента, продвигается вдоль длины контактора в направлении выхода, по мере того как стадия адсорбции продолжается. Это движение называют волной адсорбированной концентрации, которая перемещается вдоль длины контактора. Острый концентрационный фронт или градиент в адсорбированной концентрации вдоль длины контактора предпочтителен, так как дает возможность сырью проходить через контактор в течение относительно длительного времени до того, как произойдет проскок адсорбата. Если перенос массы не является адекватным, то градиент будет плоским. Такие условия приводят к тому, что адсорбат начинает покидать контактор задолго до того, как способность контактора адсорбировать будет хорошо использована. На практике высокий перенос массы достигается с помощью создания относительно небольших каналов для сырьевых текучих сред, проходящих через них. Это может быть выполнено с использованием контакторов с небольшими проточными проходами или каналами для газового потока. Когда адсорбционный фронт, или волна, проскакивает (или до проскока) у выхода контактора, стадию адсорбции останавливают и начинают регенерацию. Чтобы регенерировать контактор, адсорбент нагревают. В предпочтительном варианте осуществления для разделения топочного газа часть тепла,используемого для регенерации адсорбента, поступает от промежуточного охлаждения компрессоров,используемых для сжатия захваченного CO2 до давления больше чем приблизительно 1000 фунт/кв.дюйм(6894 кПа) для передачи по трубопроводу или на захоронение. Другой источник тепла, который может быть использован для регенерации контактора, представляет собой тепло технологических отходов низкого и среднего качества, которые часто в промышленности выбрасывают. Тепло для регенерации контактора подают путем пропускания горячей текучей среды (газа или жидкости) противотоком, прямотоком или поперечным потоком к направлению, в котором технологический газ проходит во время стадии адсорбции. В одном из вариантов осуществления отдельные сегменты контактора с поперечным потоком собраны в стопку или смонтированы так, что средний поток термической текучей среды (или теплопередающей текучей среды) во время стадии регенерации проходит противотоком или прямотоком к среднему направлению движения технологического газа (например, топочного газа) во время стадии адсорбции. Так как путь изотермы меняется, когда адсорбент нагревается, целевой компонент (например, CO2 в случае разделения топочного газа) высвобождается и адсорбент регенерируется. Предпочтительно охлаждать контактор, который был регенерирован, в конце стадии регенерации и передавать по возможности больше тепла от контактора, который завершил регенерацию, для нагревания другого контактора, чтобы он мог быть регенерирован. Это осуществляется за счет направления термической текучей среды (газа или жидкости), которая прошла через регенерированный контактор, в контактор, в котором начинается- 15016546 стадия регенерации. Чтобы охладить контактор, который был регенерирован, термическую текучую среду вводят в регенерированный контактор при температуре по меньшей мере приблизительно на 25C ниже, чем средняя температура контактора в конце стадии регенерации, и предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 50C ниже, чем средняя температура контактора в конце стадии регенерации. Такая термическая текучая среда нагревается, пока она проходит через контактор, и такую нагретую термическую текучую среду (или теплообменную текучую среду) затем направляют, чтобы передать тепло другому контактору. В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере приблизительно 20% теплосодержания, освобожденного при охлаждении контактора для перехода от конца стадии регенерации к началу стадии адсорбции, передается в процессе к другому контактору адсорбента; и в более предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере приблизительно 50% теплосодержания, освобожденного при охлаждении контактора для перехода от конца стадии регенерации к началу стадии адсорбции, передается в процессе к другому контактору адсорбента. Во время процесса регенерации предпочтительно нагревать контактор прямотоком или противотоком к направлению топочного газа, проходящего во время стадии адсорбции. Нагревание проводят за счет пропускания горячей текучей среды (или теплопередающей среды) через контактор. В случае контактора прямого нагрева теплопередающая текучая среда проходит через те же проточные каналы, которые были использованы в процессе адсорбции. Такая теплопередающая текучая среда может быть или газом, или жидкостью. Предпочтительными жидкостями являются вода и пар, которые могут быть отделены от целевых компонентов путем конденсации. Предпочтительная теплопередающая текучая среда состоит из рециркулированных целевых компонентов, которые нагревают за счет пропускания через теплообменник или другой горячий контактор перед их введением в регенерируемый контактор. Теплообменник, используемый для нагревания рециркулированных целевых компонентов, может представлять собой теплообменник непрямого нагрева, такой как кожухотрубный теплообменник, или теплообменник прямого нагрева, такой как циклический насадочный теплообменник. В случае контактора непрямого нагрева теплопередающая текучая среда проходит через проточные каналы, отличные от каналов, используемых на стадии адсорбции процесса. Такие нагревающие/охлаждающие каналы в контакторах непрямого нагрева изолированы от каналов, используемых для подачи топочного газа к адсорбенту. В случае контакторов непрямого нагрева теплопередающая текучая среда, проходящая через нагревающие/охлаждающие каналы, может представлять собой или газ, такой как аммиак, фторуглерод или рециркулированный или подогретый целевой компонент, или жидкость, такую как вода или масло. Во всех случаях желательно, чтобы температура теплопередающей текучей среды, используемой для нагревания контактора, была по меньшей мере приблизительно на 25C выше, чем средняя температура контактора адсорбента во время стадии адсорбции; и предпочтительно температура теплопередающей текучей среды по меньшей мере приблизительно на 50C выше, чем средняя температура контактора адсорбента во время стадии адсорбции. Предпочтительные варианты осуществления контакторов адсорбента, используемых в настоящем изобретении, могут быть лучше поняты при рассмотрении чертежей. Фиг. 1 представляет собой изображение контактора с параллельными каналами настоящего изобретения в форме монолита, образованного непосредственно из микропористого адсорбента плюс связующее вещество и содержащего множество параллельных проточных каналов. Широкий ряд монолитных форм 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 5 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 монолитного контактора с параллельными каналами фиг. 1, который нагревается изнутри во время стадии регенерации, предпочтительно, чтобы эффективная толщина адсорбента составляла приблизительно 1,5 диаметра сырьевого канала. Фиг. 2 представляет собой поперечное сечение вдоль продольной оси контактора фиг. 1, показывающее сырьевые каналы 3, простирающиеся через длину монолита со стенками проточных каналов, образованными полностью из адсорбента 5. Схематичный чертеж, увеличивающий небольшое поперечное сечение слоя абсорбента 5, представлен на фиг. 3. Слой адсорбента 5 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 приблизитель- 16016546 но 60 об.% слоя адсорбента, а твердые частицы 9 занимают приблизительно 5 об.%. При такой композиции пустотность (проточные каналы) составляет приблизительно 55 об.%, занимаемого микропористым адсорбентом или полимерными частицами. Объем микропористого адсорбента 5 или полимерных частиц 7 может находиться в интервале приблизительно от 25 до 98 об.% слоя адсорбента. На практике объемная доля твердых частиц 9, используемых для контроля тепла, будет находиться в интервале приблизительно от 0 до 75 об.% слоя адсорбента. В предпочтительном варианте осуществления суммарный объем мезопор и макропор в контакторе минимизирован. Один из методов минимизации суммарного объема мезопор и макропор состоит в использовании блокирующего агента 13, который 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 разделении (преимущественно контролируемом диффузией), предпочтительно, чтобы микропористый адсорбент или полимерные частицы 7 были, по существу, одинакового размера. Предпочтительно, чтобы в случае кинетически контролируемых процессов стандартное отклонение объема отдельных частиц микропористого адсорбента или полимерных частиц 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 полимерных частиц в процессах разделения, контролируемых равновесием. Существует несколько способов, которыми монолиты могут быть получены напрямую из структурированного микропористого адсорбента. Такие способы описаны в находящейся на одновременном рассмотрении предварительной патентной заявке США 60/930827, направленной на рассмотрение 18 мая 2007 г., которая включена в качестве ссылки. Неограничивающий пример контактора с параллельными каналами, который имеет внешний нагрев во время стадии регенерации, представлен на фиг. 4. Фиг. 4 представляет собой изображение контактора с параллельными каналами настоящего изобретения в форме покрытого монолита 201, который нагревается снаружи во время регенерации, где слой адсорбента нанесен на канал предварительно полученного монолита, состоящего из материала неадсорбента. В этом примере используют процесс экструзии, чтобы получить монолит из подходящего неадсорбирующего материала, включающего металл, такой как сталь,или керамику, такую как кордиерит, цеолит или уголь. Наносят керамическую или металлическую глазурь или золь-гелевое покрытие 219, чтобы изолировать стенки канала монолита. 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. 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 с внешним нагревом, чередующиеся ряды каналов изолируют на концах 215. На противоположном конце монолита также изолируют те же самые ряды каналов. На обоих концах монолита вырезают прорези (223 и 225), чтобы обеспечить доступ потока в такие изолированные ряды 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 выведения 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, и существуют различные другие направления, по которым могут быть изготовлены или скомпонованы теплообменники. Неограничивающими примерами таких других направлений являются кожухотрубные теплообменники, теплообменники с пленкой волокнистого материала и теплообменники с печатной схемой, которые все хорошо известны в данной области техники. За счет нанесения слоя адсорбента на одну сторону теплообменника его можно использовать в соответствии с настоящим изобретением. В предпочтительном варианте осуществления слой адсорбента имеет низкую объемную долю мезо- и макропор. То есть этот пример иллюстрирует, как монолитные теплообменные структуры могут быть преобразованы в- 17016546 модули, приемлемые для операций TSA с внешним нагревом. Сырьевые каналы 203 могут иметь диаметры (просветы канала) и толщину слоя абсорбента, которые ранее упоминались при рассмотрении фиг. 1. Слой адсорбента 205 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 негидротермального нанесения покрытия, покрывающие растворы должны включать, по меньшей мере, микропористый адсорбент или полимерные частицы, регулирующий вязкость агент, такой как поливиниловый спирт, теплопередающие твердые вещества и необязательно связующее вещество. Теплопередающее твердое вещество может не быть необходимым, так как корпус монолита 201 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 205 и в корпус монолита. 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. Чтобы уменьшить объем макропор и мезопор, в отдельном процессе нанесения покрытия может быть нанесен блокирующий агент. Когда способы образования гидротермальной пленки выбраны для нанесения слоя адсорбента, используемые методики нанесения покрытия могут быть очень похожи 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. Фиг. 5 и 6 представляют собой изображения структуры другого контактора с параллельными каналами настоящего изобретения, который нагревается снаружи во время стадии регенерации. В таком контакторе для процесса TSA с внешним нагревом слой адсорбента 405 составляет часть стенки полого волокна 415. На фиг. 6 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 или на наружной поверхности 440, или на внутренней поверхности 450. Если диффузионный барьер находится на внутренней поверхности 450, то нагревающая и охлаждающая текучая среда проходит через полую сердцевину 403 волокон 415, собранных так,чтобы получить контактор. Если диффузионный барьер находится на наружной поверхности 440, то через полую сердцевину 403 подают топочный или технологический газ. Много других способов может быть использовано для получения в волокне слоя адсорбента 405. Некоторые такие способы описаны в находящейся на одновременном рассмотрении предварительной патентной заявке США 60/930827, направленной на рассмотрение 18 мая 2007 г., которая включена в качестве ссылки. Чтобы сделать волокно приемлемым для использования в процессе TSA с внешним нагревом, диффузионный барьер наносят на внутреннюю поверхность 450 или внешнюю поверхность 440 волокна. Неограничивающими примерами материалов, которые могут действовать в качестве диффузионных барьеров, 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(т.е. короткоцикловую операцию). После получения подходящих волокон или контактора с внешним нагревом волокна собирают в пучок и концы пучка волокон заливают или заделывают в материал матрицы 417. Это фиксирует волокна, по существу, в параллельный массив. Один из способов сделать это состоит в процессе заделки или заливки, при котором концы волокон окружают материалом матрицы 417. Чтобы визуализировать залитый массив волокон, на фиг. 5 показан контактор с параллельными каналами волокон с материалом матрицы 417, выполненными прозрачными вместе с трубчатым корпусом 401.- 18016546 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 423 и 425,чтобы обеспечить прохождение нагревающей и охлаждающей текучих сред и/или технологических и продуктовых газов. Если диффузионный барьер находится на внутренней поверхности 450, топочный или технологический газ проходит через прорези 423 и 425. Если диффузионный барьер находится на внешней поверхности 440, то нагревающая и охлаждающая текучая среда проходит через прорези 423 и 425. При работе трубчатый корпус устанавливают в модуле TSA или RCTSA (короткоцикловая адсорбция за счет термического перепада) таким способом, при котором герметично закрываются концы каналов, а также середина монолита. Как обсуждалось ранее, любая подходящая методика изолирования может быть использована. В конкретном примере 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. В предпочтительном варианте осуществления волокна имеют слой адсорбента 405 с низкой объемной долей мезопор и макропор. Может быть создано несколько смешанных процессов, которые объединяют процесс с тепловой волной или с процессом за счет перепада давления, или с процессом со сдвигом парциального давления. Процесс с тепловой волной может быть объединен за счет перепада давления, чтобы создать смешанный процесс тепловая волна/перепад давления, который дает многокомпонентное разделение и при этом облегчает десорбцию сильно удерживаемых образцов. Процесс с тепловой волной может быть объединен с процессом со сдвигом парциального давления, чтобы получить смешанный процесс тепловая волна/сдвиг парциального давления, который может работать с жидким сырьем. Настоящее изобретение может быть лучше понято со ссылкой на следующие примеры, которые представлены с целью иллюстрации и не рассматриваются как ограничивающие изобретение. Пример 1. На практике TSA имеет несколько недостатков. В процессах TSA прямого нагрева горячая текучая среда, как правило, протекает через адсорбционный слой, чтобы повысить температуру адсорбента. Чем выше повышение температуры, тем больше текучей среды необходимо. Десорбированные примеси, таким образом, становятся распределенными в большом объеме нагревающей текучей среды, а большое количество тепла, которое используется для повышения температуры адсорбента, часто не выделяют. В некоторых случаях тепло не выделяют, так как системы TSA прямого нагрева работают при продолжительном времени адсорбции, иногда в течение 24 ч, и намного более коротком времени регенерации. И,наконец, редкая и постепенная регенерация вызывает колебания концентрации и потока в оборудовании,находящемся ниже по технологическому потоку, которыми трудно управлять в технологической установке, при других обстоятельствах работающей в стационарном режиме. В системах TSA непрямого нагрева тепло может подаваться с помощью теплообменника, что исключает разбавление продукта нагретым продувочным газом. Однако управление теплом и циклическая природа процессов TSA непрямого нагрева часто преподносят трудности. Данный пример иллюстрирует систему TSA, которая способна обеспечивать разделение, подобное хроматографическому разделению многокомпонентного сырья на несколько потоков, каждый из которых концентрирует различные образцы. Такое подобное хроматографическому разделение называют Адсорбцией температурной волной (TWA). Процесс TWA, как раскрыто и заявлено в описании, представляет собой специфический тип процесса TSA, в котором используют непрямое нагревание (т.е. он не разбавляет десорбированные материалы в нагревающей среде). В его наиболее простом варианте осуществления один комплект каналов в контакторе содержит адсорбент, а другой комплект каналов используют для подведения тепла в контактор и отведения тепла от контактора. В предпочтительном варианте осуществления подающие/отводящие тепло каналы сконструированы таким образом, чтобы получить тепловую волну, перемещающуюся вдоль длины каналов на стадиях нагревания и охлаждения процесса TSA. Фиг. 4, 5, 6 и 7 показывают конфигурации двух контакторов с параллельными каналами, которые приемлемы для использования в таком предпочтительном варианте осуществления TWA. На фиг. 4 каналы 223 и 225 действуют как нагревающие/охлаждающие каналы, а каналы 203 действуют как каналы адсорбции. На фиг. 5 и 6 каналы 423 и 425 действуют как нагревающие/охлаждающие каналы, а каналы 403 действуют как каналы адсорбции. На фиг. 7 каналы, соединенные с помощью 735 и 745, действуют как нагревающие/охлаждающие каналы, а каналы, соединенные с помощью 705, 715 и 725, действуют как каналы адсорбции. Скорость тепловой волны и остроту теплового фронта можно определить, записывая зависимую от времени температуру термической текучей среды, выходящей из нагревающих/охлаждающих каналов.- 19016546 Время задержки перед тем, как температура начинает меняться, обеспечивает измерение скорости тепловой волны, а скорость, с которой температура меняется, обеспечивает измерение остроты фронта. Необходимые данные могут быть получены с помощью термопары, помещенной в поток, выходящий из теплообменных каналов. Один из способов определения скорости теплового фронта состоит в измеренииtзадержки, которое определяют в данном случае как время от момента, когда термическая текучая среда начинает проходить при установившейся скорости, до точки, когда температура на выходе повышается до 25% от ее конечного устойчивого значения. Скорость повышения может быть охарактеризована за счет измерения tповышения, которое определяют в данном случае как время, необходимое для повышения температуры на выходе от 25 до 75% от ее конечного стабильного значения. Предпочтительно, чтобы отношение tзадержки/tповышения было больше чем 2, предпочтительно больше чем 5, предпочтительно больше чем 10 и даже более предпочтительно больше чем 50. Отношение tзадержки/tповышения может быть определено с помощью термопары, помещенной в один из термических каналов на некотором расстоянии x1 вдоль длины контактора, пока x1 находится достаточно далеко от входа, чтобы температурный профиль имел шанс стать развитым, как правило, больше чем 10% или предпочтительно больше чем 20% от полной длины контактора. В любом таком месте x1 будет существовать локальное значение параметра tзадержки и tповышения, основанное на локальном изменении температуры во времени. Для любого из таких мест измерения предпочтительно, чтобы локальное отношение tзадержки/tповышения было больше чем 2, предпочтительно больше чем 5, более предпочтительно больше чем 10 и даже более предпочтительно больше чем 50. Параметр tзадержки/tповышения представляет собой меру остроты тепловой волны или термического градиента и непосредственно связан с Tнт.Чем меньше Tнт, тем больше будет отношение tзадержки/tповышения. В целом предпочтительно, чтобы отношение tзадержки/tповышения было таким высоким, какое может быть достигнуто в пределах ограничивающих условий практических конструктивных решений. Это делает значение Тнт таким маленьким, какое может быть достигнуто в пределах ограничивающих условий практических конструктивных решений. Также можно сказать что, если рассматривать только градиенты(то есть без ограничивающих условий практических конструктивных решений), то не существует минимума для значения Тнт и значение Тнт может быть очень близким к нулю. Однако более низкое значение Тнт, как правило, достигается за счет использования более мелких каналов, которые дают более высокое падение давления и создают другие производственные помехи. То есть рассмотрение практических аспектов, таких как стоимость конструкции, расчетная проектная мощность, свойства сырья и продукта и другие конструкционные параметры, будет диктовать, насколько маленьким значение Тнт могло бы быть в данном варианте применения (равнозначно, насколько большим может быть отношениеtзадержки/tповышения). Более короткое время цикла обеспечивает наиболее компактное и продуктивное использование адсорбента, но также требует наиболее высоких коэффициентов теплопередачи. Способы достижения высоких коэффициентов теплопередачи хорошо известны в данной области техники. В настоящем изобретении до начала стадии десорбции молекулы главным образом адсорбированы в микропорах или в свободном объеме абсорбента внутри каналов адсорбента. Такие молекулы преимущественно поглощены на стадии абсорбции, где многокомпонентное сырье проходит через относительно холодный канал адсорбента. Температура канала на этом этапе значительно ниже температуры, которая будет использоваться для регенерации адсорбента. Предпочтительно, чтобы каналы адсорбции контактора с параллельными каналами были сконструированы так, чтобы концентрационные градиенты вдоль длины канала, полученные во время стадии адсорбции, были относительно острыми. Острые градиенты предпочтительны, так как они дают возможность сырью проходить через слой в течение длительного времени до проскока адсорбата. Если перенос массы не является адекватным, то градиент будет плоским. Такие условия приводят к тому, что адсорбат начинает покидать слой задолго до того, как способность слоя адсорбировать будет использована в достаточной степени. На практике высокий перенос массы достигается за счет создания относительно небольших каналов для сырьевых текучих сред, проходящих через них. Это реализуется путем использования слоев небольших частиц адсорбента или с использованием контакторов с параллельными каналами с небольшими размерами каналов. В предпочтительном варианте осуществления плотно упакованный адсорбент покрывает стенки каналов адсорбента в контакторе с параллельными каналами, оставляя гидравлический радиус для потока текучей среды, который составляет менее чем приблизительно 1 дюйм (2,54 см), предпочтительно менее чем приблизительно 0,25 дюйма (0,635 см) и наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 0,1 дюйма (0,254 см). Разделение тепловой волной может быть обеспечено с помощью контакторов адсорбента, которые не имеют низкую мезопористость и макропористость, но для получения наиболее возможной высокой степени извлечения и чистоты предпочтительно использовать контактор адсорбента с низкой мезопористостью и макропористостью, как описано в данном случае. То есть структурированный адсорбент содержит 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 его пор в открытых порах в мезопорах и в более крупных порах.- 20016546 Когда сырье входит в канал адсорбента при запуске стадии адсорбции, адсорбент является относительно холодным, и молекулы забираются адсорбентом около точки, у которой вводят сырье. Концентрация адсорбата является высокой в начальной части слоя, и адсорбат находится при низкой концентрации в части слоя далее по ходу потока. Идеально, когда существует острый градиент концентрации адсорбата вдоль длины канала адсорбента. По мере протекания операции такой концентрационный фронт продвигается вдоль длины канала адсорбента. Разделяющая линия между зонами с высокой концентрацией и низкой концентрацией постепенно перемещается в направлении выхода из слоя, пока адсорбат накапливается в слое адсорбента. В настоящем изобретении, что касается сырья, в случае которого много различных компонентов селективно поглощается адсорбентом, то можно иметь множество концентрационных фронтов, продвигающихся вдоль длины адсорбента во время адсорбции. Вследствие или прочности адсорбции, или разности в коэффициентах диффузии между различными образцами в сырье адсорбент будет избирательно поглощать различные компоненты сырья вдоль длины адсорбента. Наиболее предпочтительные компоненты будут называться наиболее сильно адсорбирующимися компонентами. Менее предпочтительные компоненты будут называться слабо адсорбируемыми компонентами. Во время адсорбции наиболее сильно адсорбирующиеся компоненты будут занимать области адсорбента, наиболее близкие к входу, и будут вытеснять из этой области слабо адсорбированные материалы. В период адсорбции адсорбаты будут сами располагаться в порядке от наиболее сильного до наиболее слабого вдоль адсорбента от входа к выходу каналов адсорбции. Этот тип локализации может иметь место в случае газообразного сырья, а также жидкого сырья, и процессы TWA могут быть спроектированы для работы с любым типом сырья. В данном примере будет рассмотрено газообразное сырье. Фиг. 10(a) схематично показывает локализацию адсорбатов, осажденных вдоль длины слоя адсорбента 1019 в конце стадии адсорбции в случае многокомпонентного сырья. Сырье в этом примере характеризуется как содержащее образцы с четырьмя различными прочностями адсорбции, которые представляют собой наиболее слабо, слабо, менее сильно и наиболее сильно адсорбированные образцы в порядке возрастания прочности адсорбции. Сильно адсорбированные образцы заштрихованы более темным серым цветом, чем менее сильно адсорбированные образцы. Слой 1019 будет соответствовать слою 205 на фиг. 4 и слою 405 на фиг. 6. Диффузионный барьер 1017 действует как стенка, разделяющая молекулы в сырьевом канале 1007 от молекул в нагревающем/охлаждающем канале 1011. Стенка, разделяющая сырьевой и нагревающий/охлаждающий канал, 1017, будет соответствовать позиции 219 на фиг. 4 и 415 на фиг. 6. Канал адсорбента 1007 будет соответствовать каналу 203 на фиг. 4 и 403 на фиг. 6. Нагревающий/охлаждающий канал 1011 будет соответствовать каналам 223-225 на фиг. 4 и 423-425 на фиг. 6. На стадии адсорбции сырье проходит в направлении от конца контактора 1013 к концу 1015. То есть сильно адсорбированные образцы оседают наиболее близко к концу 1013. Более слабо адсорбированные образцы оседают ближе к концу 1015. В этом примере поток горячей текучей среды при десорбции проходит в том же направлении, что и сырье, которое проходило во время стадии адсорбции. Это называется проведением адсорбции и десорбции в режиме прямотока. Следует отметить, что процессTWA также может быть выполнен со стадиями адсорбции и десорбции, осуществляемыми в режиме противотока. Фиг. 10(b) показывает состояние каналов в начале стадии десорбции настоящего изобретения. На этом этапе со временем горячая текучая среда начинает проходить в нагревающий/охлаждающий канал,причем горячий поток втекает из 1023, и более холодный поток 1025 вытекает. Тепловая волна 1071 начинает продвигаться вдоль контактора. В этом примере в контакторе есть очень хорошая удельная теплопроводность. Температура слоя адсорбента близко следует за температурой нагревающего/охлаждающего канала. В этом примере в канале адсорбента 1007 отсутствует прикладываемый извне поток газа. Поток газа необязательно может быть добавлен в любой точке на стадии десорбции, чтобы содействовать удалению молекул из канала адсорбента 1007. На этой ранней стадии большая часть адсорбата удалена из слоя адсорбента в слабо заштрихованной области, обозначенной 1081. Молекулы высвобождены из области слоя адсорбента 1081, так как ее температура повысилась, а температура сильно влияет на изотермы адсорбции. Входной конец проточного канала адсорбции перекрывают вентилем, и десорбированные молекулы двигаются далее по каналу адсорбции с образованием потока 1027, который вытекает из контактора. То есть сильно адсорбированные образцы двигаются далее по каналу адсорбции 1007 в направлении конца 1015. По мере того как они перемещаются далее по каналу, они снова адсорбируются в слой адсорбента (в некоторых случаях вытесняя наиболее слабо, слабо и менее сильно адсорбированные образцы). Концентрация сильно адсорбированных образцов в заштрихованной области адсорбента 1029, таким образом, повышается. Газ, который вытеснен в поток 1027, вытекающий из канала 1007, на этом этапе преимущественно обогащен наиболее слабо адсорбированными образцами. Этот поток первого десорбированного газа 1027 может быть, таким образом, отделен от потоков газа, которые выделяются на более поздних ступенях стадии десорбции, за счет использования в варианте осуществления настоящего изобретения срабатываемого по времени вентиля, чтобы получить множество потоков продуктов с различными композициями из одного контактора адсорбента. Фиг. 10(c) показывает состояние каналов на более поздней ступени стадии десорбции. На этом эта- 21016546 пе со временем через нагревающие/охлаждающие каналы прошло больше горячей текучей среды. Горячий поток продолжает втекать из 1023, а более холодный поток 1061 вытекает из контактора. Температура потока 1061 незначительно отличается от температуры потока 1025, который вытекал из контактора в более раннее время, показанное на фиг. 10(b). На этой ступени процесса тепловая волна 1073 продвинулась дальше вдоль контактора. Большее количество сильно адсорбированных молекул вытеснено из слоя адсорбента 1083, так как его температура выросла за более длинное расстояние. Входной конец проточного канала адсорбции остается перекрытым вентилем, и десорбированные молекулы двигаются далее по каналу адсорбции с образованием потока 1031, который вытекает из контактора. По мере того как сильно адсорбированные образцы перемещаются далее по каналу, они продолжают повторно адсорбироваться в более холодной области слоя адсорбента 1033, и в некоторых случаях вытесняют наиболее слабо, слабо и менее сильно адсорбированные образцы. Концентрация сильно адсорбированных образцов в заштрихованной более холодной области адсорбента 1033, таким образом, повышается. Газ, который вытеснен в поток 1033, вытекающий из канала, преимущественно обогащен слабо адсорбированными образцами. Как и на стадии 10(b), с помощью срабатываемого по времени вентиля этот поток второго десорбированного газа 1033 может быть отделен от потоков продукта, содержащего газ, которые выделяются на более поздних ступенях стадии десорбции. Фиг. 10(d) показывает состояние каналов на еще более поздней ступени стадии десорбции. На этом этапе со временем через нагревающие/охлаждающие каналы прошло еще больше горячей текучей среды. Горячий поток продолжает втекать из 1023, и более холодный поток 1063 вытекает из контактора. Температура потока 1063 незначительно отличается от температуры потока 1061, который вытекал из контактора на более раннем по времени этапе, показанном на фиг. 10(c). На этой ступени процесса тепловая волна 1075 продвинулась дальше вдоль контактора, и больше сильно связанных молекул удалено из слоя адсорбента, и, как можно увидеть на фиг. 10(d), легко заштрихованная область, обозначенная 1085, выросла относительно области 1083 на более раннем по времени этапе, показанном на фиг. 10(c). Более сильно связанные молекулы вытеснены из слоя адсорбента в области 1085, так как его температура повысилась за более длинное расстояние. Входной конец проточного канала адсорбции остается перекрытым вентилем, и десорбированные молекулы двигаются далее по каналу адсорбции. По мере того как сильно связанные молекулы продвигаются далее по каналу, они продолжают повторно адсорбироваться в более холодной области слоя адсорбента 1043 и в некоторых случаях вытесняют оставшиеся наиболее слабо или слабо адсорбированные образцы, а также менее сильно адсорбированные образцы. Концентрация сильно адсорбированных образцов в заштрихованной более холодной области адсорбента 1043,таким образом, повышается. Газ, который вытеснен в поток 1041, вытекающий из канала, преимущественно обогащен менее сильно адсорбированными образцами. Как и на ступенях 10(b) и 10(c), с помощью срабатываемого по времени вентиля этот поток третьего десорбированного газа 1041 может быть отделен от потоков продукта, содержащего газ, которые выделяются на более поздних ступенях стадии десорбции. Фиг. 10(e) показывает состояние каналов на еще более поздней ступени стадии десорбции. На этом этапе со временем через нагревающие/охлаждающие каналы прошло еще больше горячей текучей среды. Горячий поток продолжает втекать из 1023, а более холодный поток 1065 вытекает из контактора. Температура этого потока 1065 незначительно выше температуры потока 1063, который вытекал из контактора на более раннем по времени этапе, показанном на фиг. 10(d). На этой ступени процесса тепловая волна 1077 продвинулась дальше вдоль контактора, и большее количество сильно связанных молекул удалено из слоя адсорбента, и легко заштрихованная область, обозначенная 1087, выросла относительно области 1085 на более раннем по времени этапе, показанном на фиг. 10(d). Более сильно связанные молекулы вытеснены из слоя адсорбента в области 1087, так как его температура повысилась за более длинное расстояние. Входной конец проточного канала адсорбции остается перекрытым вентилем, и десорбированные молекулы двигаются далее по каналу адсорбции. По мере того как сильно связанные молекулы продвигаются далее по каналу, они продолжают повторно адсорбироваться в более холодной области слоя адсорбента 1053 и в некоторых случаях вытесняют оставшиеся наиболее слабо, слабо или менее сильно адсорбированные образцы. Концентрация сильно адсорбированных образцов в заштрихованной более холодной области адсорбента 1053, таким образом, повышается. На стадии 10(e) поток четвертого десорбированного газа 1051 преимущественно обогащен наиболее сильно адсорбированными образцами. Как и на ступенях 10(b), 10(c) и 10(d), с помощью срабатываемого по времени вентиля этот поток четвертого десорбированного газа 1051 может быть отделен от потоков продукта, содержащего газ, которые выделяются на более поздних ступенях стадии десорбции. На этом этапе примера, стадию десорбции заканчивают около того момента (т.е. до или после), когда тепловой фронт проскочит через конец контактора. Однако, как можно увидеть, настоящее изобретение дает множество потоков продукта, содержащего газ, из одной стадии десорбции контактора адсорбента при использовании процесса с тепловой волной с помощью комбинированной синхронизированной системы вентилей. Хотя приведенный выше пример иллюстрирует процесс генерирования потоков четырех десорбированных продуктов, специалисту в данной области техники понятно, что способ настоящего изобретения может быть использован для получения любого числа потоков десорбированных- 22016546 продуктов. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения процесс с тепловой волной используют для получения по меньшей мере двух потоков десорбированных продуктов. В более предпочтительном варианте настоящего изобретения процесс с тепловой волной используют для получения по меньшей мере трех потоков десорбированных продуктов и даже более предпочтительно процесс с тепловой волной используют для получения по меньшей мере четырех потоков десорбированных продуктов. Также следует отметить, в предпочтительном варианте осуществления произведенные потоки десорбированных продуктов имеют разный физический состав. Предпочтительно, чтобы стадии адсорбции, десорбции и охлаждения в процессе TWA проводились последовательно. Преимущество такой работы состоит в том, что тепло, используемое для переключения контактора, остается в теплопередающей среде. Если адсорбцию проводить одновременно с охлаждением, то значительная часть тепла в слое будет бесполезно попадать к не содержащему адсорбат сырью, и будет необходима более высокая тепловая нагрузка для восстановления высокой температуры теплопередающей среды. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения процесс с тепловой волной,описанный в этом примере, может быть использован для отделения и улавливания CO2 из топочного газа. Пример 2. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения используют каскад контакторов с поперечным потоком, чтобы создать контактор с параллельными каналами, который имеет отдельные и параллельные адсорбционные и нагревающие каналы. В таком варианте осуществления отдельные сегменты контактора с поперечным потоком собраны в стопку или размещены так, что средний поток текучей среды во время регенерации протекает противотоком или прямотоком к среднему направлению движения топочного газа во время стадии адсорбции. Один из способов создания контактора с поперечным потоком состоит в нанесении адсорбента на один набор каналов теплообменника с поперечным потоком. Теплообменники с поперечным потоком представляют собой удобную конструкцию для использования в настоящем изобретении, так как их компактная конструкция достигается за счет высоких коэффициентов теплопередачи. Однако когда перенос тепла и массы конструируют, чтобы получить температурные градиенты в одном наборе каналов и концентрационные градиенты в другом, один теплообменник с поперечным потоком некоторые пути адсорбции будет нагревать (или охлаждать) раньше, чем другие. Это будет приводить к неровному режиму работы, за исключением случаев, в которых стадии нагревания и охлаждения проводят отдельно от стадий адсорбции и регенерации. Фиг. 7 показывает вид в разрезе контактора с поперечным потоком, который имеет сегменты, расположенные стопкой так, что средний поток текучей среды во время регенерации находится в противотоке к направлению потока во время стадии адсорбции. Контактор с поперченным потоком выполнен из теплообменника с поперечным потоком, который имеет непроницаемые стенки, разделяющие два набора проточных каналов. Стенка 701 может состоять из материала, выбранного из группы, включающей металлы, керамику и полимеры с низкой проницаемостью для газов. Проточные каналы 709, 711 и 702 выстланы слоем 703, содержащим адсорбент. Фиг. 7 показывает проточные каналы, выстланные слоями одинакового адсорбента 703, но необязательно можно использовать слои разных адсорбентов, чтобы выстлать каждый из выстланных адсорбентом проточных каналов 709, 711 и 702. Технологические и произведенные газы проходят через выстланные адсорбентом каналы 709, 711 и 702. Слой 703 содержит по меньшей мере один адсорбент, селективный для одного или нескольких компонентов из числа CO2,воды, SOx или NOx. Слой 703 также может содержать микропоры, мезопоры, материал наполнителя, такой как полимер, материал связующего вещества и теплоаккумулирующий материал. Во время стадии адсорбции топочный газ пропускают через выстланные адсорбентом проточные каналы 702, 709 и 711 и последовательно подают (от 705 к 715 к 725) от выстланных адсорбентом каналов в одном противоточном сегменте к другому (т.е. от 711 к 709 к 702). Во время стадии десорбции горячую текучую среду (газ или жидкость) пропускают через нагревающие/охлаждающие каналы 708, 710 и 712 в контакторе, которые выстланы материалом 701, использованным для получения теплообменника с поперечным потоком. Во время стадии десорбции текучая среда, протекающая в нагревающих/охлаждающих каналах 708, 710 и 712, проходит противотоком (735 к 745) к среднему направлению потока во время стадии адсорбции (705 к 715 к 725). В схеме расположения, показанной на фиг. 7, сегменты контактора с поперечным потоком собраны в стопку, причем как нагревающие/охлаждающие каналы, так и каналы адсорбции соединены последовательно. На фиг. 7 текучая среда (термическая или технологическая) протекает последовательно через каждый чередующийся канал в модуле с поперечным потоком. Например, технологическая текучая среда вначале протекает через 1-й (самый нижний) канал, затем через 3-й канал, затем 5-й и т.д. В одном из вариантов настоящего изобретения каждая пара каналов на фиг. 7 замещена единым модулем, включающим много каналов параллельно протекающей технологической текучей среды, которые находятся в теплообмене со многими каналами протекающей параллельно термической текучей среды. В таком варианте осуществления потоки 705 и 745 соединяют единые модули теплообмена с поперечным потоком,а не одиночные каналы. Даже если каждый отдельный модуль с поперечным потоком не действует по прямоточной или противоточной схеме, комбинация нескольких модулей в каскаде будет выполняться- 23016546 по прямоточной или противоточной схеме. Это аналогично соединению вместе ряда непрерывных реакторов с перемешиванием (CSTR), чтобы смоделировать реактор с поршневым потоком. Одно из преимуществ такого расположения состоит в том, что осевая проводимость всей многомодульной схемы расположения является очень низкой. Это облегчает использование металла в теплообменных частях без ухудшения температурных градиентов, которые проходят через модуль во время регенерации. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контакторы с сегментированным поперечным потоком получают с разными адсорбентами, чтобы создать постепенный переход адсорбента во всем контактирующем блоке. Такое расположение может облегчить многокомпонентную адсорбцию, которая может быть важной или из-за разных компонентов, которые должны быть извлечены отдельно, или из-за того, что первый удаленный компонент может вмешиваться в работу адсорбента, находящегося ниже по потоку (например, удаление H2O до адсорбента CO2). В другом варианте осуществления настоящего изобретения модули соединены трубопроводом так, что десорбированный материал может быть собран отдельно из одного или нескольких модулей по мере перемещения через них температурной волны. То есть адсорбирующая канальная система модулей может быть соединена последовательно для проведения адсорбции, но параллельно для проведения регенерации. Такое конструктивное приближение канальной системы с поршневым потоком может быть приблизительно получено за счет последовательного соединения большого числа контакторов с поперечным потоком (или хорошо перемешиваемых контакторов). Установлено, что канальная система с поршневым потоком, которая находится в параллельной ориентации со второй канальной системой с поршневым потоком, может быть приближенно получена за счет использования каскада теплообменных контакторов с поперечным потоком. Контакторы с поперечным потоком имеют два набора каналов, причем каждый набор каналов имеет поток текучей среды, ориентированный под углом 90 к другому набору. Теплообменник с поперечным потоком может иметь много высоко проводящих (обычно металлических) пластин, которые собраны в стопку с просветом между одной пластиной и следующей. Серия пластин определяет серию просветов 707, 709, 711, 708, 710 и 712. В теплообменнике с поперечным потоком просветы с нечетным номером (707, 709 и 711) будут составлять один набор каналов и будут переносить текучую среду, проходящую в одном направлении. Просветы с четным номером (708, 710 и 712) будут составлять второй набор каналов и будут переносить другую текучую среду, проходящую в направлении под 90 от первой текучей среды. Такая схема расположения с поперечным потоком является удобной для изготовления. В данном варианте осуществления контактор с параллельными каналами создан при использовании ряда контакторов с поперечным потоком за счет соединения первого набора каналов каждого контактора по последовательной схеме и за счет соединения второго набора каналов каждого контактора в таком же последовательном порядке. Соединенные по такой схеме две полученные канальные системы могут быть ориентированы прямотоком или противотоком. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения адсорбент наносят на один или оба набора каналов каскада теплообменников с поперечным потоком. В предпочтительном варианте осуществления адсорбент имеет низкий объем мезопор и макропор. Когда адсорбент наносят на один набор каналов теплообменных элементов, последовательное соединение таково, что нагревание или охлаждение в одном из наборов каналов сопровождается адсорбцией или десорбцией в другом наборе каналов. Система теплообменников с поперечным потоком, соединенных последовательно, приблизительно моделирует поведение контактора с параллельными каналами и может быть использована аналогичным образом. Когда нагревающие/охлаждающие каналы используют по схеме, которая создает тепловую волну, только небольшая часть этой волны будет проявлять себя в каком-то одном контакторе с поперечным потоком. Так как теплообменники соединены последовательно, тепловая волна может распространяться вдоль каскада теплообменников (или батареи теплообменников). Пример 3. Данный пример иллюстрирует применение параллельного контактора при разделении, при котором удаляют CO2 из топочного газа в процессе адсорбции за счет термического перепада. Топочный газ или дымовой газ выделяется в большом числе промышленных процессов. Давление топочного газа, как правило, немного выше атмосферного давления и обычно составляет менее двух атмосфер. Температура топочного газа, как правило, находится в интервале приблизительно от 150 до 250C. Основными компонентами в газе обычно являются N2, O2, CO2 и H2O. Часто присутствуют небольшие количества загрязнителей, таких как NOx и SOx. Концентрация CO2 в газе обычно находится в интервале от 3 до 15 мол.%, и концентрация H2O в газе, как правило, находится в интервале от 0,1 до 15 мол.%. Суммарная мольная концентрация CO2+H2O обычно составляет приблизительно меньше чем 25%, когда топочный газ получен при стехиометрическом сжигании, и обычно составляет приблизительно менее чем 15 мол.%, когда в процессе используют разбавление или избыток воздуха, чтобы ограничить температуру в более высокотемпературной части процесса. Например, газовые турбины используют разбавленный воздух, чтобы ограничить температуру сжигания газа до того, как он достигнет лопастей силовой турбины. Способ адсорбции тепловой волной используют для удаления CO2 из горячего дымового газа. В способе адсорбции тепловой волной используют контактор с параллельными каналами для удаления- 24016546 приблизительно более чем 70 мол.%. CO2 из дымового газа, предпочтительно приблизительно более чем 80 мол.% CO2 из дымового газа, даже более предпочтительно приблизительно более чем 90 мол.% CO2 из дымового газа и наиболее предпочтительно приблизительно более чем 95 мол.% CO2 из дымового газа. В данном способе получают по меньшей мере один CO2-обогащенный поток с такой чистотой, что он содержит приблизительно более чем 70 мол.% CO2, предпочтительно приблизительно более чем 80 мол.%CO2, даже более предпочтительно приблизительно более чем 90 мол.% CO2 и наиболее предпочтительно приблизительно более чем 95 мол.% CO2. Данный пример иллюстрирует процесс адсорбции тепловой волной с последовательными стадиями адсорбции, десорбции и охлаждения при работе с тремя блоками параллельных контакторов. Специалист в данной области техники может сконструировать несколько других возможных вариантов процесса с тепловой волной для удаления CO2 из топочного газа с использованием данного примера. Большое число таких вариантов осуществления включает использование для разработки способа другого числа контакторов. При работе с тремя блоками данного примера один контактор подвергается стадии адсорбции, пока другой контактор подвергается стадии десорбции, а еще один контактор охлаждается. Схема трехблочного процесса представлена на фиг. 11. Фиг. 11(a) показывает потоки, проходящие в контактор и из контактора 941(a) во время стадии адсорбции. Фиг. 11(b) показывает потоки, проходящие в контактор и из контактора 941(b) во время стадии десорбции/регенерации. Фиг. 11(c) показывает потоки, проходящие в контактор и из контактора 941(c) во время стадии охлаждения контактора. Контакторы 941(a), 941(b) и 941(c) являются, по существу, одинаковыми. Характеристики контакторов аналогичны характеристикам контактора, рассмотренного в случае фиг. 8, причем каждый контактор имеет массив нагревающих/охлаждающих каналов 943 и каналов адсорбента 945. В данном примере адсорбент содержит микропористый материал. Микропористый материал выбирают так, чтобы при температуре стадии адсорбции в процессе он адсорбировал приблизительно более чем 0,25 ммоль CO2 на 1 см 3 адсорбента из смеси атмосферного газа, содержащего приблизительно 90 мол.% N2 и приблизительно 10 мол.% CO2. В предпочтительном варианте осуществления адсорбент, по меньшей мере, содержит микропористый материал так, что при температуре стадии адсорбции процесса он будет адсорбировать приблизительно более чем 0,75 ммоль CO2 на 1 см 3 адсорбента из смеси атмосферного газа, содержащего 90 мол.% N2 и 10 мол.% CO2. В более предпочтительном варианте осуществления адсорбент, по меньшей мере, содержит микропористый материал так, что при температуре стадии адсорбции процесса он будет адсорбировать приблизительно более чем 1,5 ммоль CO2 на 1 см 3 адсорбента из смеси атмосферного газа, содержащего 90 мол.% N2 и 10 мол.% CO2. В зависимости от исполнения стадия адсорбции может быть проведена в температурном интервале приблизительно от 2 до 60C, предпочтительно в температурном интервале приблизительно от 5 до 45C и более предпочтительно в интервале приблизительно от 5 до 35C. В зависимости от исполнения стадия адсорбции может быть проведена в температурном интервале приблизительно от 5 до 60C, предпочтительно в температурном интервале приблизительно от 5 до 45C и более предпочтительно в интервале приблизительно от 5 до 35C. Микропористый материал может представлять собой цеолит 4A, 5A, 13X, NaX и NaY. Также в рамках объема настоящего изобретения находится использование гидротальцита в качестве микропористого материала для обработки потока топочного газа. Также можно, чтобы микропористый материал был изготовлен из решетки, содержащей элементы, отличные от Si или Al, например P. Другим потенциальным материалом адсорбента является микропористый уголь. Также потенциальными микропористыми материалами могут быть материалы,образованные из микропористого золь-геля, и диоксиды кремния. Такие материалы могут быть использованы по отдельности или в комбинации с другими материалами. Предпочтительно, чтобы адсорбент в контакторе имел низкую мезопористость и макропористость. То есть структурированный адсорбент содержит 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 его объема пор в открытых порах в мезопорах и порах большего размера. Как описывалось ранее, низко мезопористый и макропористый адсорбент может содержать блокирующий агент. Регенерацию адсорбента проводят с помощью тепла, содержащегося в дымовом газе, и фиг. 11(b) показывает движение потока в контактор и из контактора, который подвергается регенерации, 941(b). Дымовой газ 911 входит в нагревающий/охлаждающий канал (в отличие от канала адсорбента) при температуре, при которой он произведен, которая находится в интервале приблизительно от 150 до 250C. Когда процесс регенерации начинается, температура контактора 941(b) находится в интервале приблизительно от 2 до 35C. Перед тем как дымовой газ 911 входит в контактор 941(b), поток 911 необязательно может быть подан через технологический блок 913, который удаляет материалы в виде частиц. Несколько различных способов удаления материалов в виде частиц может быть использовано, в том числе фильтрование с помощью керамических фильтров в форме свечи, монолитных неорганических(металлических или керамических) фильтров, трубчатых металлических фильтров, полимерных или рукавных фильтров. С другой стороны, для удаления материалов в виде частиц может быть использован- 25016546 электростатический осадитель. Поток 915, который находится почти при температуре дымового газа 911,выходит из необязательного технологического блока 913 и входит в нагревающие/охлаждающие каналы 943(b) контактора с параллельными каналами 941(b). В начале стадии десорбции материал микропористого адсорбента в контакторе содержит адсорбированный CO2. Предпочтительно, чтобы при запуске стадии регенерации (т.е. после завершения стадии адсорбции) усредненная по объему загрузка CO2 в адсорбенте была больше чем приблизительно 0,25 ммоль на 1 см 3 материала адсорбента. Конкретный пример загрузки в наиболее предпочтительном интервале будет представлять собой среднюю загрузку CO2 1,7 ммоль на 1 см 3 материала микропористого адсорбента. Как только поток 915 начинает протекать в контактор 941(b), газ начинает вытекать из адсорбирующих/охлаждающих каналов 943(b), образуя поток 981. Когда процесс начинается, поток 981 находится при начальной температуре контактора. По мере того как тепловая волна, описанная в данном изобретении, продвигается через контактор, температура потока 981 незначительно повышается. Температура потока 981 повышается резко, когда тепловая волна двигается через контактор. Предпочтительно не останавливать стадию десорбции, прежде чем тепловая волна не пройдет через контактор. Если тепловая волна проскакивает через контактор до того, как завершат стадию адсорбции (фиг. 11(a, то может быть использован дополнительный термальный слой 983(b), чтобы поглощать тепло до тех пор, пока не настанет время остановить стадии адсорбции, десорбции/регенерации и охлаждения контактора. Термальный слой 983(b) может представлять собой уплотненный слой твердых частиц, через которые также проходит тепловая волна. Если термальная масса представляет собой уплотненный слой твердых частиц, то ее температура при запуске процесса регенерации находится близко к температуре слоя адсорбента. Предпочтительно, чтобы стадии регенерации и охлаждения были закончены, чтобы тепловой фронт проскочил через контактор до стадии адсорбции. Чтобы гарантировать, что тепловой фронт проскочил через контактор, суммарная масса слоя адсорбента и защитной стенки между каналом адсорбции и нагревающим/охлаждающим каналом должна составлять менее чем приблизительно 10 ч. от массы материалов адсорбента, предпочтительно менее чем приблизительно 5 ч. от массы материалов адсорбента,даже более предпочтительно менее чем приблизительно 2 ч. от массы материалов адсорбента и наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 1,5 ч. от массы материалов адсорбента. По мере того как тепловая волна перемещается через контактор 941(b), который подвергается регенерации, из газового потока конденсируется вода. Конденсация происходит вследствие того, что температура газа падает, пока он проходит вдоль контактора. Концентрация паров воды в потоке газа 981, выходящего из нагревающих/охлаждающих каналов 943(b), находится близко к концентрации насыщенного газа при температуре потока 981, которая может быть более чем приблизительно на 100C ниже, чем температура потока 911, входящего в регенератор. Так как жидкая вода выпадает из потока 915, проходящего через контактор 941(b), который подвергается регенерации, может быть полезным располагать контактор так, чтобы газ протекал нисходящим потоком, и жидкость текла под действием силы тяжести прямотоком с газом к нижней части контактора. Может быть предусмотрен необязательный способ, чтобы удалять сконденсированную воду из контактора с образованием потока воды 967. Необязательно может быть предусмотрен водный сепаратор 991 для удаления любого потока тумана жидкой воды, выходящего из контактора. Предпочтительно, чтобы не было значительного количества жидкофазной воды,протекающей вместе с потоком охлажденного частично дегидратированного топочного газа 961. В данном примере газ, проходящий через нагревающие/охлаждающие каналы контактора 943(b),перемещается в том же направлении, что и газ, проходящий через каналы адсорбции 945(b) во время стадии адсорбции (т.е. прямотоком). Такой тип прямоточной тепловой волны процесса десорбции описан подробно в примере 17. Элементы 920 и 925, которые показаны на фиг. 11, представляют собой впускной конец и выпускной конец каналов адсорбции соответственно. В этом примере микропористый адсорбент выбран так, чтобы H2O представляла собой сильно адсорбированные образцы, CO2 адсорбировался в некоторой степени менее сильно, и N2 и O2 адсорбировались слабо. Примерами микропористых материалов, которые имеют такой порядок адсорбции, являются цеолиты, такие как 4A, 5A, 13X, NaX и NaY. Следовые материалы, такие как SOx и NOx, могут быть адсорбированы очень сильно. Приведенное ниже описание работы регенератора будет применимо к контакторам, которые сконструированы и работают,чтобы удалять большую часть CO2 из топочного газа, и описание будет сфокусировано на основных компонентах топочного газа. Описанный способ будет улавливать большую часть SOx и NOx из газового потока. Следует отметить, что можно использовать принципы, описанные в этом примере, для удаления из газовых потоков SOx и NOx в процессах, которые улавливают меньшее количество CO2. В процессе десорбции прямоточной тепловой волной, по меньшей мере, сильно адсорбированные образцы N2 и O2 вытекают из контактора в начальной фазе процесса десорбции, образуя поток 997. Может быть полезным делить поток 997, выходящий из контактора, на потоки, выходящие в более раннее время относительно более позднего времени, так как потоки, выходящие в разное время, будут иметь разные концентрации CO2 и H2O и, следовательно, предпочтительно могут быть переработаны в разных отделениях. В необязательном варианте осуществления технологический вентиль 931 открывают при запуске стадии регенерации, давая возможность протекать потоку 997 и образовывать поток 971. Поток 971, выделенный при регенерации раньше, имеет очень низкую концентрацию CO2. В способе, показан- 26016546 ном на фиг. 11, этот поток объединяют с потоком 963, который, в конечном счете, стравливают через вытяжную трубу. Со временем концентрация CO2 в потоке 971 начинает расти, и вентиль 941 закрывают,чтобы остановит движение в потоке 971. В таком необязательном варианте осуществления вентиль 933 одновременно открывают, чтобы начать движение в потоке 973. Время, при котором эти вентили приводят в действие, устанавливает чистоту CO2 в потоке 973. С другой стороны, вентиль 933 открывают при запуске процесса регенерации, давая возможность потоку 997 двигаться и образовывать поток 973. Поток 973 содержит основную часть CO2, который изначально находился в дымовом газе. Концентрация CO2 в потоке 973 является достаточно высокой, чтобы его можно было направить на процесс утилизации при незначительной или без дополнительной переработки. В данном примере поток получают при атмосферном или немного более высоком давлении, чем атмосферное давление. Можно сконструировать процессы, производящие поток 973 при давлении в интервале от вакуума до нескольких (приблизительно 3) атмосфер. Менее желательно производить поток 973 при субатмосферном давлении, так как это увеличивает затраты на сжатие в процессах захоронения CO2. Поток 973 может быть направлен на различные способы захоронения CO2. Неограничивающими примерами являются подача CO2 в подземные пласты, такие как водоносные слои с верхним изолирующим слоем, который предупреждает значительные потери введенных компонентов кислого газа, в нефтяные продуктивные пласты, газовые продуктивные пласты, обедненные нефтью продуктивные пласты и обедненные газом продуктивные пласты. Глубокое открытое хранение также является потенциальной утилизацией в случае CO2, хотя требования по чистоте, как можно предполагать, являются более строгими. Как правило, для введения в такие типы подземных пластов отделенные CO2 и H2S должны быть сжаты до давления больше чем 2000 фунт/кв.дюйм (13740 кПа) и часто до давления больше чем 5000 фунт/кв.дюйм (34470 кПа). Некоторые свойства потока 973 делают его приемлемым для сжатия в процессе утилизации. Такие свойства включают тот факт, что его температура значительно ниже температуры дымового газа и он является высококонцентрированным по CO2. В некоторых случаях перед захоронением потока 973 необходима дополнительная переработка. Неограничивающим примером стадии дополнительной переработки может быть более жесткая дегидратация потока, чтобы уменьшить потенциальную коррозию в трубах и компрессорах, используемых в процессах захоронения. По направлению к окончанию процесса регенерации концентрация H2O в потоке 973 повышается. Чтобы минимизировать проблемы потенциальной коррозии оборудования, используемого для захоронения CO2, может быть полезным отделять поток, проходящий в направлении окончания процесса и обрабатывать этот поток отдельно. В необязательном варианте осуществления, когда концентрация H2O в потоке 973 повышается свыше желаемого порога, вентиль 933 закрывают, а открывают вентиль 935. Это останавливает движение потока 973 и запускает движение потока 975, который имеет более высокую концентрацию воды. Поток 975 затем может быть дегидратирован отдельно и снова объединен с потоком 971. Поток холодного частично дегидратированного топочного газа 961, выходящий из контактора, который подвергается регенерации, 941(b), направляют в контактор 941(a), который находится в стадии адсорбции. Поток 961 подают через каналы адсорбции 945(a) контактора, где микропористый адсорбент преимущественно удаляет CO2 и H2O. Контактор 941(a) необязательно может быть выполнен с несколькими разными микропористыми адсорбентами вдоль длины каналов 945(a). В одном из вариантов осуществления, где различные микропористые адсорбенты размещены вдоль длины каналов 945(a), адсорбент, который является наиболее селективным для H2O, размещают в начале каналов. При таком способе парциальное давление паров воды в потоке может быть уменьшено, что позволяет адсорбентам по направлению к концу канала работать более эффективно при удалении CO2. Цеолиты с большими концентрациями катионов, такие как 4A, 5A, NaX, являются примерами микропористых адсорбентов, которые работают более эффективно, когда они сухие. Причина этого состоит в том, что изотерма адсорбции CO2 цеолитов с большими концентрациями катионов имеет тенденцию расти, когда цеолит является сухим(то есть, CO2 изотерма сухого катионного цеолита обычно лежит выше изотермы влажного цеолита). Материалы, которые могут быть использованы для удаления воды, включают диоксид кремния, оксид алюминия, угли и цеолиты. В данном примере каналы адсорбента 945(a) выстилает один тип микропористого адсорбента. При запуске процесса адсорбции температура контактора 941(a) является такой же, что и температура, полученная в конце стадии охлаждения на фиг. 11(c). Эта температура немного выше температуры окружающего воздуха. Как только стадия адсорбции начинается, CO2 и H2O селективно забираются адсорбентом около переднего конца 920 контактора. Концентрация CO2 и H2O в оставшейся части адсорбента является низкой и почти равна концентрации в конце стадии регенерации на фиг. 11(b), а концентрация CO2 в потоке газа 963, выходящего из контактора 941(a), составляет менее чем 5% от концентрации CO2 в потоке топочного газа 911. В этом примере микропористый адсорбент имеет свойство, в соответствии с которым H2O адсорбируется сильнее, чем CO2. Примером микропористого цеолитного адсорбента с таким свойством является цеолит 5A. Для этого цеолита, а также любого другого микропористого адсорбента, температура повышается, когда молекулы адсорбируются. Повышение температуры определяется теплотой адсорбции сорбированных образцов, адсорбированным количеством, теплопроводностью в контакторе и термаль- 27016546 ной массой контактора. Необязательный поток 919 может протекать через контактор, чтобы ограничить повышение температуры в контакторе. Поток 919 получают из окружающего воздуха и продувают через нагревающие/охлаждающие каналы 943(a) контактора. В варианте осуществления, показанном на фиг. 11(a), этот поток перемещается противотоком к потоку 961, который протекает через каналы адсорбции. Поток 919 отводит тепло, генерируемое за счет теплоты адсорбции, и образует поток 921, выходящий из контактора, который уносит большую часть этого тепла. В различных вариантах этот необязательный поток 919 может двигаться прямотоком к потоку 961. По мере продолжения стадии адсорбции относительно острые концентрационные фронты в концентрации адсорбированной фазы (то есть, адсорбатов в микропористом материале, выстилающем канал) перемещаются вдоль длины контактора. Концентрационный фронт для H2O находится ближе к входу канала адсорбера, чем для CO2. Путь, по которому они перемещаются со временем далее по длине канала адсорбента, называется концентрационными волнами. Со временем такие волны или фронты продвигаются вдоль длины канала адсорбции. По мере продвижения этих волн концентрация CO2 в выходящем потоке 963 остается низкой, пока фронт CO2 не достигнет конца контактора 925. На этом этапе со временем концентрация CO2 в выходящем потоке 963 начинает повышаться и стадию адсорбции останавливают. Холодный поток 963 (из которого удален CO2) направляют к контактору 941(c), который был регенерирован и находится на стадии охлаждения. Дополнительный холодный газ, полученный в процессе регенерации (поток 971), необязательно может быть добавлен к потоку 963 с образованием потока 995. Этот поток 995 вводят в нагревающие/охлаждающие каналы контактора 941(c). При запуске стадии охлаждения контактор 941(c) находится близко к температуре потока топочного газа 911. Как только поток 995 начинает проходить через контактор, развивается охлаждающая тепловая волна. Эта охлаждающая волна такова, что температура контактора около стороны ввода 920 является низкой, а у острого фронта,расположенного дальше вдоль длины контактора, температура повышается скачком. Газ, выходящий из контактора, 985, остается горячим, пока тепловая волна пересекает контактор. Если необязательная термальная масса 983 используется на стадии регенерации, то поток газа 985 также может проходить через термальную массу 983(c). Когда в процессе используется термальная масса, тепловая волна проскакивает через конец контактора и охлаждает термальную массу до окончания процесса охлаждения. В таком необязательном варианте осуществления газовый поток, выходящий из термальной массы 965, остается горячим в течение большей части стадии охлаждения. Поток горячего газа 965, по существу, не содержит CO2 и может быть стравлен в атмосферу или направлен в дымовую трубу. Стадию охлаждения завершают одновременно со стадиями адсорбции и регенерации. На всем протяжении стадии охлаждения отсутствует поток из каналов адсорбции 945(c). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ селективного удаления компонента первого целевого газа из газовой смеси, содержащей указанный компонент первого целевогогаза и компонент продукта, содержащего газ, и указанный способ включает:a) использование установки разделения газов адсорбцией за счет термического перепада, содержащей по меньшей мере один контактор адсорбента при начальной температуре; где контактор адсорбента состоит из множества, по существу, параллельных открытых каналов и где поверхность канала по меньшей мере части указанных проточных каналов состоит из материала адсорбента, который имеет селективность для указанного компонента первого целевого газа в сравнении с указанным компонентом продукта, содержащего газ, больше чем 1;b) пропускание указанной газовой смеси по меньшей мере через часть указанных проточных каналов, что приводит к адсорбции по меньшей мере части указанного компонента первого целевого газа из газовой смеси на указанный материал адсорбента, в результате чего получают поток первого продукта,содержащего газ, который имеет более низкий мол.% компонента первого целевого газа, чем указанная газовая смесь;c) сбор указанного потока продукта, содержащего газ;d) нагревание указанного по меньшей мере одного контактора адсорбента, имеющего указанный компонент первого целевого газа, адсорбированный на нем, с помощью теплопередающей текучей среды до эффективной температуры, что будет приводить к десорбции по меньшей мере части указанного компонента первого целевого газа из указанного материала адсорбента, в результате чего получают поток первого отходящего газа, который имеет более высокую концентрацию в мол.% компонента первого целевого газа, чем указанная газовая смесь;e) сбор указанного потока первого отходящего газа иf) охлаждение указанного по меньшей мере одного контактора адсорбента до начальной температуры; где в контакторе адсорбента на стадии десорбции d) вызывают тепловую волну, создавая в результате температурный градиент тепловой волны, и этот контактор адсорбента имеет Тнт в интервале приблизительно от 0 до 50C, где Тнт=H/h, где Тнт представляет собой разность температур теплопереда- 28016546 чи, h равно коэффициенту теплопередачи и H представляет собой требуемую тепловую мощность. 2. Способ по п.1, где десорбцию проводят путем пропускания теплопередающей текучей среды при температуре эффективной десорбции через те же самые проточные каналы, что и указанную газовую смесь, в результате чего по меньшей мере часть компонента первого целевого газа десорбируется в указанную теплопередающую текучую среду. 3. Способ по п.2, где теплопередающая текучая среда состоит из пара. 4. Способ по п.1, где газовая смесь состоит из топочного газа и компонент первого целевого газа представляет собой CO2. 5. Способ по п.2, где газовая смесь состоит из топочного газа, компонент первого целевого газа представляет собой CO2 и по меньшей мере часть CO2 отделяют от теплопередающей текучей среды после десорбции. 6. Способ по п.1, где во время стадии охлаждения f) создают температурный градиент тепловой волны, и этот температурный градиент тепловой волны перемещается вдоль длины по меньшей мере одного контактора адсорбента. 7. Способ по п.1, где контактор адсорбента имеет менее чем приблизительно 20 об.% объема его открытых пор в порах больше чем 20 . 8. Способ по п.1, где материал адсорбента состоит из цеолита с 8-членными кольцами. 9. Способ по п.1, где газовая смесь также содержит компонент второго целевого газа, где после стадии e) и перед стадией f) способ включает стадии:e1) нагревания указанного по меньшей мере одного контактора адсорбента, имеющего указанный компонент первого целевого газа и указанный компонент второго целевого газа, абсорбированные на нем, с помощью теплопередающей текучей среды до эффективной температуры, обеспечивающей десорбцию по меньшей мере части указанного компонента второго целевого газа из указанного материала адсорбента, в результате чего получается поток второго отходящего газа, который имеет более высокую концентрацию в мол.% указанного компонента второго целевого газа, чем указанная газовая смесь; иe2) сбора указанного потока второго отходящего газа. 10. Способ по п.9, где указанный поток первого отходящего газа имеет более высокий мол.% указанного компонента первого целевого газа, чем указанный поток второго отходящего газа. 11. Способ по п.9, где указанный поток второго отходящего газа имеет более высокий мол.% указанного компонента второго целевого газа, чем указанный поток первого отходящего газа. 12. Способ по п.1, где множество, по существу, параллельных открытых проточных каналов разделено на первую часть проточных каналов и вторую часть проточных каналов, где указанные первая часть и вторая часть находятся в термическом взаимодействии друг с другом, но не в жидкостном взаимодействии; и указанную газовую смесь на стадии b) пропускают через указанную первую часть множества, по существу, параллельных открытых проточных каналов, имеющих поверхности канала, состоящие из указанного материала адсорбента; и указанную теплопередающую текучую среду на стадии d) пропускают через вторую часть множества, по существу, параллельных открытых проточных каналов. 13. Способ по п.12, где газовая смесь состоит из топочного газа и компонент первого целевого газа представляет собой CO2. 14. Способ по п.13, где топочный газ содержит N2 и указанный материал адсорбента имеет селективность для CO2 в сравнении с N2 больше чем 5. 15. Способ по п.12, где контактор адсорбента имеет менее чем 20% объема его открытых пор в порах больше чем 20 . 16. Способ по п.12, где адсорбент состоит из цеолита с 8-членными кольцами. 17. Способ по п.16, где цеолит выбран из DDR, Sigma-1 и ZSM-58. 18. Способ по п.1, где контактор адсорбента также включает второй набор проточных каналов, которые, по существу, не параллельны указанным, по существу, параллельным открытым проточным каналам, где указанная газовая смесь проходит через указанные, по существу, параллельные открытые проточные каналы, а указанная теплопередающая текучая среда проходит через указанный второй набор проточных каналов. 19. Способ по п.18, где направление потока указанной газовой смеси в указанных, по существу, параллельных открытых проточных каналах находится, по существу, под углом 90 к направлению потока указанной теплопередающей текучей среды в указанном втором наборе проточных каналов. 20. Способ по п.1, где указанный материал адсорбента расположен на внутренней поверхности указанных, по существу, параллельных открытых проточных каналов. 21. Способ по п.1, где указанный материал адсорбента расположен на внешней поверхности указанных, по существу, параллельных открытых проточных каналов. 22. Способ по п.1, где контактор адсорбента состоит из материала первого адсорбента и материала второго адсорбента, где указанный материал первого адсорбента имеет селективность больше чем 5 для указанного компонента первого целевого газа в сравнении с указанным компонентом продукта, содержащего газ, и указанный материал второго адсорбента имеет селективность больше чем 5 для указанного компонента второго целевого газа в сравнении с указанным компонентом продукта, содержащего газ.