特表 2023-515462 吸着材料からのＮＨ３のマイクロ波除去のためのシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-13

(54)【発明の名称】吸着材料からのＮＨ３のマイクロ波除去のためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   B01J 20/34 20060101AFI20230406BHJP

   B01J 20/18 20060101ALI20230406BHJP

   B01D 53/02 20060101ALI20230406BHJP

   C01C 1/12 20060101ALI20230406BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20230406BHJP

【ＦＩ】

B01J20/34 E

B01J20/18 C

B01J20/18 B

B01D53/02

C01C1/12 A

C01C1/12 B

C01B3/56 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022549776

(86)(22)【出願日】2021-02-19

(85)【翻訳文提出日】2022-09-16

(86)【国際出願番号】 US2021018747

(87)【国際公開番号】W WO2021168226

(87)【国際公開日】2021-08-26

(31)【優先権主張番号】62/980,090

(32)【優先日】2020-02-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521338857

【氏名又は名称】スターファイアー エナジー

【氏名又は名称原語表記】ＳＴＡＲＦＩＲＥ ＥＮＥＲＧＹ

【住所又は居所原語表記】４０３ Ｌａｒｅｄｏ Ｓｔ．， Ｕｎｉｔ Ｓ， Ａｕｒｏｒａ， ＣＯ ８００１１ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100132067

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 喜雅

(74)【代理人】

【識別番号】100137903

【弁理士】

【氏名又は名称】菅野 亨

(72)【発明者】

【氏名】ビーチ ジョセフ ディー．

(72)【発明者】

【氏名】ウェルチ アダム ダブリュ．

(72)【発明者】

【氏名】キントナー ジョナサン ディー．

【テーマコード（参考）】

4D012

4G066

4G140

【Ｆターム（参考）】

4D012BA02

4D012CA20

4D012CD06

4D012CG02

4G066AA61B

4G066CA29

4G066DA05

4G066GA18

4G140FA02

4G140FB06

4G140FC09

4G140FE01

(57)【要約】

吸着材料をマイクロ波放射に曝露することによってＮＨ_３吸着材料からＮＨ_３を脱着するための方法およびシステムが記載される。ＮＨ_３クラッカのＮＨ_３利用を増加させ、下流プロセス汚染の可能性を減少させるための方法も記載される。ＮＨ_３から高圧の高純度Ｈ_２を製造する方法も記載される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸着材料からアンモニアを脱着するための方法であって、
アンモニアが吸着されている吸着材料を提供することと、
前記吸着材料からアンモニアを脱着するように、前記吸着材料をマイクロ波放射に曝露することと
を含む、方法。

【請求項2】

前記吸着材料から脱着したアンモニアを除去するように、前記吸着材料にスイープガスを通過させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記吸着材料を真空ポンプにかけることによって前記吸着材料から純粋な脱着アンモニア流を除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記吸着材料は、４Ａゼオライト、５Ａゼオライト、または１３Ｘゼオライトのうちの１つまたは複数である、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記吸着材料からアンモニアを脱着するように、前記吸着材料をマイクロ波放射に曝露することは、
前記吸着材料を、第１の光子エネルギーを有するマイクロ波放射に曝露することと、
前記吸着材料を、前記第１の光子エネルギーよりも大きな第２の光子エネルギーを有するマイクロ波放射に曝露することと
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

アンモニアが吸着されている吸着材料を提供することは、
Ｈ_２、Ｎ_２、およびアンモニアを含むガス混合物に前記吸着材料を通過させることを含み、前記吸着材料は、Ｈ_２およびＮ_２の混合物に前記吸着材料を通過させながら、前記アンモニアを選択的に吸着する、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

電気化学的精製器の出口で高純度Ｈ_２を生成するように、前記吸着材料を通過するＨ_２およびＮ_２の前記混合物を前記電気化学的精製器に導くことと、
前記電気化学的精製器出口の前記出口で高圧の高純度Ｈ_２を生成するように、前記高純度Ｈ_２を電気化学的圧縮器に導くことと
をさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記電気化学的精製器および前記電気化学的圧縮器は、プロトン交換膜デバイスである、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

Ｈ_２、Ｎ_２およびアンモニアを含む前記ガス混合物を形成するように、アンモニアを分解することをさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項10】

前記吸着材料から脱着したアンモニアを除去することと、
ポンプを介して、前記除去されたアンモニアをアンモニアクラッカに導くことと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

アンモニアが吸着されている吸着材料を提供することは、
アンモニアクラッカからの出力流を前記吸着材料に通過させることを含み、前記出力流は残留量の未分解アンモニアを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記吸着材料からアンモニアを脱着するように、前記吸着材料をマイクロ波放射に曝露することは、
前記吸着材料を定期的にマイクロ波放射に曝露することを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

吸着材料からアンモニアを除去するための装置であって、
吸着体容器と、
前記吸着体容器内に配設され、アンモニアが吸着されている吸着材料と、
前記吸着体容器内に配設された前記吸着材料にマイクロ波放射を向けるように構成されたマイクロ波放射器と
を備える、装置。

【請求項14】

前記マイクロ波放射器は、前記吸着体容器の外部に配置される、請求項１３に記載の装置。

【請求項15】

前記吸着体容器は、マイクロ波透過窓をさらに備え、前記マイクロ波放射器は、前記マイクロ波透過窓を通してマイクロ波放射を前記吸着体容器内に向けるように構成される、請求項１４に記載の装置。

【請求項16】

前記装置は、前記吸着体容器から延びる１つまたは複数の傾斜パイプセクションをさらに備え、
マイクロ波放射器は、前記１つまたは複数の傾斜パイプセクションのそれぞれの末端に近接して位置付けられ、
前記１つまたは複数の傾斜パイプセクションの各々は、マイクロ波放射が前記吸着体容器の長さ方向に伝播するように、前記マイクロ波放射を前記吸着体容器内に向けるように構成される、請求項１４に記載の装置。

【請求項17】

前記マイクロ波放射器は、前記吸着体容器内に配設される、請求項１３に記載の装置。

【請求項18】

前記吸着体容器は上部部分および下部部分に区画され、前記マイクロ波放射器は、前記下部部分からマイクロ波が隔離されるように前記上部部分に配設される、請求項１７に記載の装置。

【請求項19】

前記マイクロ波放射器は、複数のマイクロ波放射器を含み、前記複数のマイクロ波放射器は、前記吸着体容器の中心軸に沿って位置付けられる、請求項１７に記載の装置。

【請求項20】

前記複数のマイクロ波放射器の各々に関連付けられたランチャをさらに備え、
前記ランチャは、回転方向、軸方向、または回転方向と軸方向との組み合わせで、前記マイクロ波放射器によって放射されたマイクロ波放射を方向付けるように構成される、請求項１９に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願へのクロスリファレンス］
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる２０２０年２月２１日出願の米国仮特許出願第６２／９８０，０９０号に対する米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく優先権を主張する。

【0002】

本明細書に記載される技術は、一般に、吸着材料をマイクロ波に曝露することによって吸着材料から吸着ＮＨ_３を除去し、放出されたＮＨ_３を回収するためのシステムおよび方法に関する。このようにして回収されたＮＨ_３は、後の使用のために再使用または貯蔵することができる。

【背景技術】

【0003】

二酸化炭素（ＣＯ_２）の人為的な排出は、地球温暖化、気候変動および海洋酸性化を引き起こしている。これらは、人類の継続的な経済発展および安全保障を脅かしている。この脅威に対処するために、ＣＯ_２を実質的に排出しないエネルギー源が、先進国および開発途上国の両方で強く求められている。いくつかのＣＯ_２フリーエネルギー生成の選択肢が広範に開発されてきたが、現在、実用的なＣＯ_２フリー燃料を含むものはない。

【0004】

次の反応式（１）に従って、アンモニア（ＮＨ_３）は燃料として燃焼され得る。
４ＮＨ_３（ｇ）＋３Ｏ_２→２Ｎ_２＋６Ｈ_２０（ｇ）＋熱 （１）

【0005】

ＮＨ_３は無炭素燃料として直接、または水素ガスおよび窒素ガスに改質すれば水素源として利用できる。ＮＨ_３は、ＮＨ_３、Ｈ_２およびＮ_２の混合物中で使用して、その燃焼特性を特定のプロセスまたは装置に適合させることもできる。ガス状水素、液体水素または電池よりもエネルギー密度が高く、貯蔵条件が容易で、長期間の貯蔵および流通が安価である。

【0006】

アンモニア製造のための主要な工業的手順は、次の反応式（２）に示されるハーバー・ボッシュ法である。
Ｎ_２（ｇ）＋３Ｈ_２（ｇ）→２ＮＨ_３（ｇ）（ΔＨ＝－９２．２ｋＪ／ｍｏｌ） （２）

【0007】

２００５年において、ハーバー・ボッシュ式アンモニア合成により、製造されるＮＨ_３１トン当たり平均約２．１トンのＣＯ_２が製造された。ＣＯ_２製造の約３分の２は、水素ガスを製造するための炭化水素を用いた水蒸気改質に由来し、残りの３分の１は合成プラントにエネルギーを供給するための炭化水素燃料の燃焼に由来する。２００５年時点で、ハーバー・ボッシュ式ＮＨ_３プラントの約７５％が原料および燃料として天然ガスを使用し、残りは石炭または石油を使用していた。ハーバー・ボッシュ式ＮＨ_３合成は世界の天然ガス生産量の約３％～５％および世界のエネルギー生産量の約１％～２％を消費した。

【0008】

ハーバー・ボッシュ反応は、一般に、約３００℃～約５５０℃の温度および約９０バール～約１８０バールの圧力にて、鉄酸化物またはルテニウム触媒を含む反応器中で行われる。適当な反応速度を得るためには高温が必要である。ＮＨ_３合成の発熱性質により、高温は反応物質に向かって平衡を駆動するが、これは高圧によって相殺される。

【0009】

アンモニア合成における近年の進歩は、約３００℃～約６００℃の温度ならびに１バールから圧力容器および圧縮器設計の実用限界までの範囲の圧力で動作できる反応器をもたらした。より低い動作圧力のために設計された場合、この新世代の反応器は、設備コストおよびガス圧縮コストを低減することができるが、触媒床を通過する毎にＮＨ_３に変換されるＮ_２およびＨ_２反応物質の割合も低減する。ＮＨ_３を液化して生成物流から除去するのではなく、これらの反応器は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第１０，７８７，３６７号に記載されているように、吸着材料を使用して気相ＮＨ_３除去を行う。

【0010】

反応器生成物流からのＮＨ_３の気相除去は、広範囲の圧力、流れおよび温度で反応器が動作することを可能にするため、非常に有利である。しかしながら、アンモニアは、後の液化および貯蔵のために純粋な形で吸着材料から除去されなければならない。米国特許第１０，７８７，３６７号は、吸着体からＮＨ_３を除去するための熱駆動法を記載している。これは効果的であるが、吸着材料が低い熱伝導率を有するため比較的ゆっくりとしたプロセスとなり得る。より高速のＮＨ_３脱着プロセスは、より小さな吸着床の使用を可能にし、これは資本コストおよび反応器の設置面積を低減することができる。

【0011】

ＮＨ_３は、水素燃料を貯蔵して装置に送達するための費用対効果の高い方法であるが、特定のＮＨ_３を燃料とする装置は９９．９９９％超の水素純度を必要とし、ＮＨ_３不純物に対する許容度が低い。アンモニアの化学的熱力学は、ＮＨ_３を分解することにより、１０～１０００ｐｐｍの残留ＮＨ_３を含むＮ_２＋Ｈ_２＋ＮＨ_３混合物を生成するようなものであり、これは、プロトン交換膜燃料電池および同様のデバイスには高すぎる。残留ＮＨ_３は、ＮＨ_３を吸着するがＮ_２およびＨ_２を通過させる材料製の床を通過することによって、分解ガス流から除去することができる。米国特許第１０，７８７，３６７号は関連プロセスを記載しているが、吸着材料によって捕捉されたＮＨ_３は、吸着床が引き続き使用することができるように定期的に除去されなければならない。従来の熱脱着よりも速いＮＨ_３除去法が望ましい。

【0012】

最近開発されたＮＨ_３燃料用のＮＨ_３合成反応器およびＮＨ_３分解反応器は、当分野における、従来の熱再生よりも迅速でより完全な、吸着材料から吸着ＮＨ_３を除去する方法の必要性を明らかにしている。

【発明の概要】

【0013】

この発明の概要は、以下の発明を実施するための形態においてさらに説明される、単純化された形式で概念の選択を導入するために提供される。本概要および前述の背景技術は、特許請求された主題の主要な態様または本質的な態様を特定することを意図していない。さらに、本概要は、特許請求された主題の範囲を決定する助けとして使用することを意図していない。

【0014】

いくつかの実施形態では、吸着材料からアンモニアを脱着するための方法は、アンモニアが吸着されている吸着材料を提供するステップと、吸着材料からアンモニアを脱着するように、吸着材料をマイクロ波放射に曝露するステップとを含む。いくつかの実施形態では、本方法は、スイープガスまたは真空ポンプの使用などによって、吸着材料から脱着したアンモニアを除去することをさらに含むことができる。マイクロ波放射は、連続的にまたは段階的に吸着材料に向けることができる。マイクロ波放射の光子エネルギーは、吸着材料をマイクロ波放射に曝露するプロセス中に変化させることができる。

【0015】

いくつかの実施形態では、吸着材料からアンモニアを除去するための装置は、吸着体容器と、吸着体容器内に配設されており、アンモニアが吸着されている吸着材料と、吸着体容器内に配設された吸着材料にマイクロ波放射を向けるように構成されたマイクロ波放射器とを備える。マイクロ波放射器は、吸着体容器の内部または外部に配置することができる。いくつかの実施形態では、装置は複数のマイクロ波放射器を備える。マイクロ波放射器は、マイクロ波放射を吸着体容器内の所望の方向に向けるように、それに関連付けられたランチャを有してもよい。

【0016】

好ましい実施形態を含む、開示されたシステムおよび方法の非限定的かつ非網羅的な実施形態は、以下の図を参照して説明される。ここで、特に明記しない限り、同様の参照番号は種々の図面を通して同様の部分を意味する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本明細書に記載される様々な実施形態による、吸着材料からＮＨ_３を除去するためのシステムの側断面概略図である。

【図2】本明細書に記載される様々な実施形態による、吸着材料からＮＨ_３を除去するためのシステムの側断面概略図である。

【図3】本明細書に記載される様々な実施形態による、吸着材料からＮＨ_３を除去するためのシステムの側断面概略図である。

【図4】本明細書に記載される様々な実施形態による、吸着材料からＮＨ_３を除去するためのシステムの側断面概略図である。

【図5】本明細書に記載される様々な実施形態による、吸着材料からＮＨ_３を除去するためのシステムの側断面概略図である。

【図6】本明細書に記載される様々な実施形態による、吸着材料からＮＨ_３を除去するためのシステムの上断面概略図である。

【図7】本明細書に記載される様々な実施形態による、スイープガスによるマイクロ波誘導ＮＨ_３脱着および除去を試験するために構築された「マイクロ波管状炉」の概略ブロック図である。

【図8】図７に示された装置を用いて回収されたＮＨ_３の経時的なグラフである。

【図9】本明細書に記載される様々な実施形態による、真空ポンプによるマイクロ波誘導ＮＨ_３脱着および除去を試験するように変更されたマイクロ波管状炉のブロック図である。

【図10】本明細書に記載される様々な実施形態による、吸着体容器の端部の窓を通るように向けられた外部マイクロ波源によるアンモニアのマイクロ波誘導脱着を試験するために使用される装置の概略ブロック図である。

【図11】本明細書に記載される様々な実施形態による、吸着体容器の端部の窓を通るように向けられた外部マイクロ波源を用いたマイクロ波誘導脱着試験中の時間の関数としての公称マイクロ波出力およびアキュムレータ容器充填率のグラフである。

【図12】本明細書に記載される様々な実施形態による、４５°の角度のアーム上の窓を通るように向けられた外部マイクロ波源によるアンモニアのマイクロ波誘導脱着を試験するために使用される装置の概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

実施形態は、本明細書の一部を形成し、例として特定の例示的実施形態を示す添付図面を参照して、以下により十分に説明される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分に詳細に開示されている。しかしながら、実施形態は多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書に記載された実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。

【0019】

「Ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｇａｓｅｏｕｓ ＮＨ_３ ｆｒｏｍ ａｎ ＮＨ_３ Ｒｅａｃｔｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｓｔｒｅａｍ」と題する米国特許第１０，７８７，３６７号は、とりわけ、吸着材料を用いてＮＨ_３反応器生成物流からガス状ＮＨ_３を回収するための方法の様々な実施形態を記載している。例えば、ＮＨ_３ガスは、Ｈ_２＋Ｎ_２＋ＮＨ_３等の混合ガスを、４Ａ型モレキュラーシーブ、５Ａ型モレキュラーシーブ、または１３Ｘ型モレキュラーシーブなどのＮＨ_３吸着材料から構成される吸着床を通過させることにより、混合ガスから除去することができる。ＮＨ_３は、Ｈ_２およびＮ_２よりも優先してモレキュラーシーブに吸着し、Ｈ_２およびＮ_２は床を通過するが、ＮＨ_３は吸着材料に付着したままであるという正味の効果を有する。

【0020】

米国特許第１０，７８７，３６７号は、熱駆動温度および圧力スイングプロセスを使用して吸着材料から吸着ＮＨ_３を除去することを記載している。対照的に、本出願は、マイクロ波放射（任意選択的に真空ポンプと組み合わせて）を使用して、吸着材料からＮＨ_３を除去することを記載している。

【0021】

マイクロ波放射によるＮＨ_３脱着
本明細書に記載されるいくつかの実施形態では、吸着材料からＮＨ_３を脱着する方法は、一般に、ＮＨ_３を含んだ吸着材料をマイクロ波放射に曝露することを含む。任意の適切な周波数を含む任意の適切なタイプのマイクロ波放射を使用することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法で使用されるマイクロ波放射の周波数は、２．４５ギガヘルツ（ＧＨｚ）（典型的な家庭用電子レンジで使用される周波数）である。しかしながら、工業用電子レンジで使用される周波数９１５ＭＨｚのような他の周波数も、本明細書に記載される方法において使用できることを理解すべきである。

【0022】

吸着ＮＨ_３が付加された吸着材料にマイクロ波放射を向けるか、または全体的に吸着材料をマイクロ波放射に曝露する具体的な方法は、ＮＨ_３が吸着材料から脱着されるように吸着材料がマイクロ波放射に十分に曝露されるものであれば、一般に限定されない。吸着材料の位置に対するマイクロ波放射源の特定の構成は、例えば図１～図６に関して以下でさらに詳細に説明される。吸着材料からのＮＨ_３の除去を改善するために複数の構成を用いることができることも理解すべきである。例えば、方法は、マイクロ波放射を第１の方向、角度、および／または距離から吸着材料に適用し、続いてマイクロ波放射を第１の方向、角度、および／または距離とは異なる第２の方向、角度、および／または距離から吸着材料に適用することを含むことができる。同様に、マイクロ波放射は、異なる方向、角度、および／または距離から吸着材料に同時に適用してもよい。

【0023】

本明細書に記載される方法において、吸着材料がマイクロ波放射に曝露される時間量は、一般に制限されない。いくつかの実施形態では、マイクロ波放射は、吸着材料から一部またはすべてのＮＨ_３を除去する任意の時間、吸着材料に適用されてもよい。

【0024】

１３Ｘ型吸着材料からのＮＨ_３脱着の熱重量分析により、これはある範囲の吸着エネルギーを有することを示す。電子光電子放出に類似したＮＨ_３のマイクロ波脱着の光子モデルを用いて、低エネルギー部位に結合したＮＨ_３は高エネルギー部位に結合したＮＨ_３よりも長波長（低光子エネルギー）のマイクロ波により脱着するはずである。低エネルギー部位からＮＨ_３を脱着するために高エネルギーマイクロ波光子を使用すると、ＮＨ_３加熱が生じるが、これはマイクロ波エネルギーの良好な使用ではない。このように、脱着中の加熱は、最初に低光子エネルギーマイクロ波を使用してＮＨ_３を低エネルギー部位から脱着することによって最小化し、次に高光子エネルギーマイクロ波に進行してＮＨ_３の高エネルギー部位を脱着することができる。これは、固定周波数マイクロ波源のセットまたは可変周波数マイクロ波源のいずれかを用いて行うことができる。

【0025】

ＮＨ_３を含む吸着材料に向けられたときにマイクロ波放射が示す脱着効果についての可能な説明は、吸着ＮＨ_３の双極子モーメントが、吸着結合を破壊して表面から分子を遊離させるのに十分な力またはエネルギーで、マイクロ波が吸着体表面上で分子をねじれまたは回転させることができるほど十分大きいということであるが、この理論に束縛されるという意図ではない。

【0026】

本明細書に記載されるマイクロ波ＮＨ_３脱着法は、吸着材料がマイクロ波を容易に吸収しないため、従来の熱再生よりもはるかに速い吸着体再生時間を提供することができる。マイクロ波はＮＨ_３分子によってのみ吸収され、このことによって、マイクロ波エネルギーを吸着床の全質量に分散させるのではなく、吸着ＮＨ_３に集中させる。ＮＨ_３分子へのエネルギーのこの集中は、熱エネルギーが非常に乏しい熱伝導性を有する吸着床全体を通して伝導しなければならない場合よりも、ＮＨ_３分子を表面からはるかに迅速に脱着する。

【0027】

スイープガスによるマイクロ波脱着ＮＨ_３の除去
吸着材料から一旦脱着されると、本明細書に記載される方法は、脱着ＮＨ_３を吸着材料内から除去するために追加のステップおよび／または処理を必要とすることがある。いくつかの実施形態では、そのような除去は、非反応性スイープガスを使用して達成することができる。より詳細には、マイクロ波によって吸着材料から脱着されたＮＨ_３は、非反応性スイープガスを吸着床に流すことによって吸着床から除去することができる。スイープガスは脱着したＮＨ_３分子を伴って、吸着床から運び出す。そのような実施態様において、脱着されたＮＨ_３は、ＮＨ_３とスイープガスとの混合物として吸着床から除去される。好ましくは、スイープガスはマイクロ波エネルギーを吸収しないため、ＮＨ_３分子によって吸収されるマイクロ波に干渉しない。適切なスイープガスの非限定的な例は、窒素、水素、および空気である。吸着材料にスイープガスを流すことは、マイクロ波放射が吸着材料に向けられている間に、または吸着材料をマイクロ波放射に曝露が終了した後に行うことができる。

【0028】

真空ポンプを用いた純粋なガスとしてのマイクロ波脱着ＮＨ_３の除去
いくつかの実施形態では、ＮＨ_３を純粋なガスとして吸着材料から除去することが望ましい。そのような実施形態では、真空ポンプを使用して、（ａ）マイクロ波曝露前に吸着床から間隙ガスを除去し、（ｂ）マイクロ波によって脱着されたときにＮＨ_３を吸着床から除去することができる。真空ポンプを使用して、吸着材料がマイクロ波に曝露された後、または吸着材料のマイクロ波放射への曝露中および曝露後の両方で、吸着床からＮＨ_３を除去することもできる。いくつかの実施形態では、このようにして吸着床から除去された純粋なＮＨ_３ガスは、アキュムレータ容器またはブラダに向けられ、次いで、ＮＨ_３ガスが圧縮ガス、加圧液体、または冷却液体のいずれかとして貯蔵され得る貯蔵容器にポンプで送られ得る。

【0029】

クラッカ中での回収ＮＨ_３の再利用
いくつかの実施形態では、ＮＨ_３吸着床を使用して、Ｈ_２、Ｎ_２、およびＮＨ_３からなる分解ＮＨ_３ガス流から残留ＮＨ_３を除去する。Ｎ_２およびＨ_２は吸着床を通って下流プロセスに入るが、ＮＨ_３は吸着床に吸着される。そのような実施形態では、吸着床は、純粋なＮＨ_３ガス流を生成し、これを上流のＮＨ_３クラッカに向け得る方法によって再生することができる。これにより、ＮＨ_３の利用が増加し、ＮＨ_３の大気への排気が防止される。

【0030】

加圧された純粋なＨ_２へのＮＨ_３の変換
いくつかの実施形態では、高純度の加圧水素を生成するためにＮＨ_３を使用することが望ましい。いくつかの実施形態では、本明細書中で使用される場合、「高純度」とは、９９．８％超のＨ_２を意味する。そのような実施形態では、ＮＨ_３を分解してＨ_２＋Ｎ_２＋ＮＨ_３混合物を生成することができる。吸着床を使用して、分解ガス流から残留ＮＨ_３を除去し、１０ｐｐｍ未満のＮＨ_３および場合によっては１ｐｐｍ未満のＮＨ_３を含む、Ｎ_２およびＨ_２からなるガス流を提供することができる。Ｎ_２＋Ｈ_２ガス流は、電気化学的精製器および圧縮器に導かれ、高純度の高圧水素を生成することができる。いくつかの実施形態では、圧力は１３，０００ｐｓｉｇの高さであってもよい。電気化学水素精製圧縮装置の例には、ＨｙＥＴ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ社製の装置がある。これらの例では、精製器および圧縮器は共に、入ってくるＮ_２＋Ｈ_２ガス流中のＮＨ_３不純物によって損傷され得るプロトン交換膜材料を使用する。

【0031】

マイクロ波放射を吸着材料に適用するためのシステム
前述したように、本明細書に記載される方法は、一般に、ＮＨ_３が吸着された吸着材料へのマイクロ波放射の適用を含む。このステップを実施するために、種々のシステムおよび装置を提供することができる。以下により詳細に説明される図１～図６は、そのようなシステムおよび装置に対する様々な構成を提示する。

【0032】

吸着床の外部に配置されたマイクロ波源
いくつかの実施形態では、マイクロ波源が吸着床の外部に配置されるシステムが提供される。そのような構成は、例えば、マイクロ波源がＮＨ_３または吸着床を通って流れる他のガスと適合しない材料から構築される場合、またはマイクロ波源が吸着床に存在する圧力と適合しない場合に有用であり得る。

【0033】

図１は、吸着体容器１０２を含む装置１００を示す。吸着体容器１０２は、全体として、吸着材料１０５を位置付けることができる中空内部を有する。図１に示すように、吸着体容器１０２は、吸着体容器１０２の長手方向軸が略垂直に配向された略細長円筒形状を有する。しかし、他の吸着体容器の形状および配向を使用してもよいことを理解すべきである。

【0034】

図１に示す実施形態では、マイクロ波源１０１は、吸着体容器１０２の上端のすぐ外部など、吸着体容器１０２の外部に配置されている。マイクロ波源１０１によって生成されたマイクロ波は、ランチャ１０３によって導かれ、吸着体容器１０２の上部に配置されたマイクロ波透過窓１０４を通過して吸着体容器１０２内に入る。次いで、マイクロ波は、吸着体容器１０２に装填された吸着材料１０５を通って伝播し、吸着材料１０５内に吸着されたアンモニアを脱着する。これは、吸着体容器１０２が真空下にあるか、またはスイープガスに曝露されている場合に起こり得る。

【0035】

いくつかの実施態様では、吸着材料１０５は、吸着体容器１０２内に配置された多孔板１０８によって支持される。板１０８の穿孔により、ガスが板１０８を通って流れることができる。このようにして、吸着材料１０５から除去された脱着ＮＨ_３は、板１０８を通ってガス出口ポート１０７に向かって流れることができる。多孔板１０８の位置は、多孔板１０８に位置付けられた吸着材料１０５がマイクロ波源１０１に接近して、または離れるように移動できるように調整することができる。

【0036】

吸着体容器１０２は、ガスの、吸着体容器１０２への流入および吸着体容器１０２からの流出が可能なように、ガス入口ポート１０６およびガス出口ポート１０７を備えている。前述したように、吸着材料１０５および吸着体容器１０２からの脱着されたＮＨ_３の除去は、例えばスイープガスの使用によって促進することができる。このスイープガスは、入口ポート１０６を介して吸着体容器内に導入することができ、脱着されたＮＨ_３を取り込んだスイープガスは、出口ポート１０７を介して吸着体容器１０２から除去することができる。図１は、吸着体容器の上端に近接して吸着体容器１０２の長手方向軸に垂直に配向された入口ポート１０６と、吸着体容器１０２の長手方向軸に平行に配向され、吸着体容器１０２の下端にある出口ポート１０７とを示すが、これらの入口ポート１０６および出口ポート１０７の位置および配向は限定されないことを理解すべきである。さらに、入口ポート１０６および出口ポート１０７の数は変更してもよい。

【0037】

吸着体容器の一端に配置された単一のマイクロ波源では、吸着体容器の遠端において吸着材料のアンモニアを脱着するのに十分な強度で吸着材料を通って伝播することができないことがある。したがって、いくつかの実施形態は、吸着体容器の長さに沿って配置された複数のマイクロ波源を備え、吸着材料のすべての領域が、アンモニアが脱着するのに十分なマイクロ波曝露を受けることを確実にすることができる。図２は、吸着体容器２０２の長さに沿って位置付けられた傾斜パイプセクション２１０に配置された複数のマイクロ波源２０１を有する装置２００を示す。各マイクロ波源２０１は、マイクロ波源２０１からのマイクロ波が各傾斜パイプセクション２１０に関連するマイクロ波透過窓２０４を通過するように向けられるように対応するランチャ２０３を有する。このようにして、マイクロ波は、傾斜パイプセクション２１０を介して吸着体容器２０２に入り、吸着材料内に位置付けられた吸着材料２０５と相互作用する。

【0038】

傾斜パイプセクション２１０の角度Φによって、マイクロ波は吸着体容器２０２の本体に入り、その長さ方向に伝播し続けることを可能にする。この実施形態は、マイクロ波再生を任意の長さの吸着体容器で使用することを可能にする。角度Φは一般に限定されないが、いくつかの実施形態では、マイクロ波が吸着材料２０５と係合し、吸着材料２０５を通って出口ポート２０７に向かう方向に伝播し続ける可能性を増大させる方向へとマイクロ波が吸着体容器２０２内に伝達されるように、角度Φは９０°未満であることが好ましい。

【0039】

図面に示されていない別の実施形態では、図１および図２に示す構成を組み合わせてもよい。そのような実施形態では、追加のマイクロ波放射器および窓が、図２に示す装置２００の上部フランジ２０９の上に配置され、したがって、第１の傾斜パイプセクション２１０の上に配置された吸着材料が再生され得る。

【0040】

図１に示され、上記により詳細に説明された装置１００と同様に、装置２００の様々な特徴、例えば、入口ポート２０６および出口ポート２０７の位置、配向および数、吸着体容器２０２の形状、サイズおよび配向等、ならびに他の特徴、例えば、傾斜パイプセクション２１０の数、位置および配向を調整することができる。

【0041】

隔離された内部セクションに取り付けられたマイクロ波源
いくつかの実施形態では、マイクロ波源は、吸着体容器内に配置される。これは、マイクロ波源のコンポーネントが銅合金、亜鉛合金、および特定のゴムなど、アンモニアガスに対して感応性がある場合には困難であり得る。したがって、マイクロ波源が吸着体容器内に配置されるいくつかの実施形態では、マイクロ波源は、図３に示すように、吸着体容器内の隔離されたセクション内に配置することができる。

【0042】

図３に示す装置３００では、吸着体容器３０２の上部部分３０２ａは、底部セクション３０２ｂに対する上部セクション３０２ａの小さな過圧（例えば、１～１０ｐｓｉｄ）に耐えることができるマイクロ波透過窓３０４によって、容器３０２の下部部分３０２ｂから分離されている。マイクロ波源３０１は上部セクション３０２ａに配置され、窓３０４によって底部セクション３０２ｂから隔離されている。

【0043】

放射器３０１からのマイクロ波はランチャ３０３によって導かれ、窓３０４を通過し、吸着体容器３０２に装填された吸着材料３０５を通って伝播する。吸着材料３０５は多孔板３０８によって支持されている。差圧調整器３０９は、上部セクション３０２ａにおいて選択された過圧を維持するように設定される。高圧パージガスは、チューブ３１０を介して差圧調整器３０９に供給される。差圧調整器３０９は、その基準ガス線３１２内の圧力に、差圧調整器３０９の製造業者によって提供される様々な手段によって調整可能なプリセット値を加えた値に等しい減圧にて、パージガスを出口管３１１に導く。差圧調整器の原料ガスの組成は、マイクロ波源３０１を損傷せず、少量が窓３０４から底部セクション３０２ｂに漏れた場合にシステムのプロセスを妨げないように選択される。Ｎ_２＋Ｈ_２＋ＮＨ_３の流れを受けるマイクロ波再生吸着体容器については、Ｎ_２もしくはＨ_２のいずれか、またはＮ_２＋Ｈ_２の混合物が適切な過圧ガスの例である。上部セクション３０２ａはまた、流量制限弁またはオリフィス３１４および排気ライン３１５を有するガス出口３１３に接続しており、差圧調整器３０９がガスの流れを停止した場合に上部セクション３０２ａ内の圧力を低下させる。これは、底部セクション３０２ｂの圧力が低下したときに一定の差圧を維持するために必要であり得る。

【0044】

上述した特徴以外は、装置３００の構成は、概ね、図１に示す装置１００と同様または同一である。図１に示され、上記により詳細に説明された装置１００と同様に、装置３００の様々な特徴、例えば入口ポート３０６および出口ポート３０７の位置、配向、および数、吸着体容器３０２の形状、サイズ、および配向等を調整することができる。

【0045】

吸着体容器の中心軸に沿って設置されたマイクロ波源
いくつかの実施形態では、マイクロ波源は、複数のマイクロ波源を吸着材料内に設けることができ、したがって、吸着材料が任意の長さであるにもかかわらず、吸着材料の完全な再生を可能にするように、吸着体容器内で吸着体容器の中心軸に沿って配置される。

【0046】

図４を参照すると、装置４００は、１つまたは複数のマイクロ波放射器４０１が吸着体容器４０２の中心軸に沿って設置されている上記構成を採用している。図４に示す実施形態では、吸着材料４０３は、吸着体容器４０２内でマイクロ波放射器４０１の周辺に装填され、それによって吸着材料４０３の床を形成する。処理ガスは、入口ポート４０６を介して吸着体容器４０２に入り、吸収剤容器４０２内に装填され、多孔板４０５によって支持された吸着材料４０３の床を通って移動し、出口ポート４０７を介して容器４０２を出ることができる。１つまたは複数のマイクロ波放射器４０１が、吸着体容器４０２の中心軸に沿って配置される。マイクロ波放射器４０１は、吸着材料４０３によって囲まれている。マイクロ波放射器４０１によって３６０°放射されるマイクロ波は、吸着材料４０３を通って放射状に伝播し、吸着体容器壁４０４に当たり、反射して放射器４０１に戻る。このようにして、マイクロ波は、吸着材料４０３からＮＨ_３を脱着するように機能することができる。

【0047】

図４に示す構成のいくつかの実施形態では、マイクロ波出力は、最初は比較的高い値に設定することができる。なぜなら、マイクロ波出力は、吸着材料４０３中のアンモニアによって吸収されており、したがって、マイクロ波出力が吸着体容器壁４０４から反射した後に放射器４０１まで完全に戻らないためである。アンモニアが吸着材料４０３から除去され、反射されたマイクロ波出力のかなりの束が放射器４０１に戻ると、マイクロ波出力を低減して、放射器４０１に到達する反射マイクロ波束を所望の限度未満に維持することができる。

【0048】

上述した特徴以外は、装置４００の構成は、概ね、図１に示す装置１００と同様または同一である。図１に示され、上記により詳細に説明された装置１００と同様に、装置４００の様々な特徴、例えば入口ポート４０６および出口ポート４０７の位置、配向、および数、吸着体容器４０２の形状、サイズ、および配向等を調整することができる。さらに、図４は２つの放射器４０１を示しているが、放射器４０１の数は限定されず、放射器４０１は任意の寸法を有してもよいことを理解すべきである。いくつかの実施形態では、装置４００は、容器４０２の中心軸と位置合わせされ、容器４０２の略全長に延びる単一の放射器４０１を備える。

【0049】

図５は、マイクロ波放射器が吸着体容器の中心軸に沿って位置付けられている装置５００の別の実施形態を示す。図５に示すように、吸着体容器５０２は、入口ポート５０６と、多孔板５０５によって支持された吸着材料５０３の床と、出口ポート５０７とを備える。マイクロ波放射器５０１は、吸着体容器５０２の中心軸上に配置される。ランチャ５０８は、放射器５０１に結合されて、マイクロ波を半径方向成分および軸方向成分の両方の伝播によってランチャ５０８から離す。ランチャ５０８は、放射器５０１から任意の方向に放射されたマイクロ波放射がランチャ５０８の方向転換に従うように放射器５０１を全体的に取り囲む。

【0050】

ランチャ５０８は、マイクロ波透過窓に適合して、マイクロ波がランチャ５０８から出ることを可能にする一方で、吸着材料５０３がランチャ５０８に入るのを防止することができる。そのような実施形態では、ランチャ５０８または窓は、ランチャ５０８の内部と吸着材料５０３との間の均圧を可能にするために排気孔を有してもよい。

【0051】

ランチャ５０８をるマイクロ波は、吸着体容器壁５０４で反射し、半径方向成分および軸方向成分の両方で伝播し続けることになる。これにより、マイクロ波束は、吸着体容器５０２を長さ方向に移動することができる。１つの放射器５０１からのマイクロ波束が次のマイクロ波放射器５０１の領域に到達する場合、マイクロ波束は次の放射器のランチャ５０８の外部から反射する。このようにして、放射器５０１は、他の放射器５０１からのマイクロ波出力に曝されない。

【0052】

図６は、マイクロ波放射器６０１が、マイクロ波を「回転」伝播させるランチャ６０５に結合されている装置６００の別の実施形態の上断面図を示す。ランチャ６０５は、マイクロ波透過窓６０６に適合して、マイクロ波がランチャから出ることを可能にする一方で、吸着材料６０３がランチャ６０５に入るのを防止することができる。そのような実施形態では、ランチャ６０５または窓６０６は、ランチャ６０５の内部と吸着材料６０３との間の均圧を可能にするために排気孔を有してもよい。マイクロ波は、半径方向外の角度で半径方向平面内の吸着材料６０３を通って伝播し、半径方向外の角度で容器壁６０４から反射する。マイクロ波が容器６０２の中心へと伝播して戻る場合、マイクロ波は放射器６０１に到達するのではなくランチャ６０５の外面で反射する。このようにして、放射器６０１は反射マイクロ波出力に曝されない。

【0053】

ランチャが回転伝播および軸方向伝播の両方を引き起こすように成形されている場合、マイクロ波経路は、図５および図６に関して上述した特性の組み合わせとなる。この場合、マイクロ波は吸着材料の床を「旋回」する。マイクロ波は依然として吸着体容器壁から反射して、吸着床の長さ方向に伝播する。マイクロ波が吸着床内の次の放射器に到達する場合、マイクロ波はその放射器のランチャから反射し、したがって下流の放射器は上流の放射器のマイクロ波出力から保護される。

【実施例】

【0054】

実施例１
窒素スイープガスを用いた１３Ｘ型吸着ビーズからのＮＨ_３のマイクロ波脱着を実証するために「マイクロ波管状炉」を構築した。マイクロ波管状炉は、１２００ワットの家庭用キッチン電子レンジを横向きに使用して作られた。回転皿（ｃａｒｏｕｓｅｌ）を取り外し、その関連する駆動機構を切断し、２インチの石英管がマイクロ波空洞を通ることができるようにマイクロ波ハウジングの上部および底部に穴を開けることによって、電子レンジを実験室用に変更した。

【0055】

試験装置の図を図７に示す。マイクロ波管状炉は、２インチの石英管７１１が通っている電子レンジ７１０を含む。石英管７１１の各端部は、石英管７１１を１／４インチのガス線に接続することを可能にするために、ステンレス鋼製の２インチのＯリング圧縮部から１／４インチのフェルールまでのフレアレス管継手７１２を有する。石英管７１１の中央部分は、１３Ｘ型モレキュラーシーブビーズ７１４を含む。ビーズ７１４は、多孔質アルミナプラグ７１３によって適所に保持される。電子レンジ７１０の外側に延びる石英管７１１の部分は、マイクロ波が実験室内に漏れるのを防ぐためにアルミホイルで包まれている。

【0056】

ガスは、無水アンモニア７０１および窒素７０３のシリンダによって装置に供給される。各ガスの流れは、流れコントローラ（７０２および７０４）によって調節される。アンモニアおよび窒素の調節された流れが共通の管に供給される。ガス流は、弁７０５、７０６および７０７を適切に構成することによって、石英管７１１またはバイパス７１５のいずれかを通るように導くことができる。これらの経路のいずれかを通過した後、ガスはアンモニア検出器７０８を通って流れ、次いでフレア７０９に向けられ、そこでアンモニアはすべて燃焼して窒素および水蒸気になる。

【0057】

４０００標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）のＮ_２および３００ｓｃｃｍのＮＨ_３の流れを、吸着床７１４に向けた。吸着床７１４を出るガス中のＮＨ_３の濃度を、０～１０００ｐｐｍの赤外吸収検出器７０８によってモニタした。時間の関数としての出口ＮＨ_３濃度を図８に示す。出口ＮＨ_３濃度は実験開始約１７分まで０であったが、当該１７分の時点でＮＨ_３は吸着床７１４を「ブレークスルー」し、検出器７０８の限界である１０００ｐｐｍを超える出口濃度に急速に達した。１８分の時点でＮＨ_３流を止め、Ｎ_２流をオンのままにした。約２３分の時点で、出口ＮＨ_３濃度は１０００ｐｐｍ未満に低下し、Ｎ_２流が床７１４および管７１１から残留ＮＨ_３をパージするにつれて低下し続けた。３２分の時点で、吸着床７１４をバイパス７１５を介して迂回し、純粋なＮ_２をＮＨ_３センサ７０８に直接流し、センサの読み取り値を０ｐｐｍ ＮＨ_３まで低下させ、そのゼロ較正を確認した。３４分の時点で、窒素流を吸着床７１４に戻し、出口ＮＨ_３濃度を約１２０ｐｐｍまで上昇させた。

【0058】

３６分の時点で、マイクロ波７１０のマイクロ波を１０秒間オンにした。これにより、出口ＮＨ_３濃度は急速に７６０ｐｐｍまで上昇し、再び低下し始めた。３８分の時点で、マイクロ波をさらに１０秒間オンにした。これにより、出口ＮＨ_３濃度は１０００ｐｐｍ超まで急速に上昇し、次いで、マイクロ波を実験開始後約５８分まで停止させると低下した。

【0059】

５８分および６４分の時点で、マイクロ波を吸着床７１４に２０秒間適用した。いずれの場合も、マイクロ波は出口ＮＨ_３濃度を１０００ｐｐｍ超まで急激に上昇させ、その後急激に濃度が減少し、次いでゆっくりと濃度が減少した。

【0060】

７４分の時点で、吸着床７１４をバイパス７１５を介して迂回し、純粋なＮ_２をＮＨ_３センサに導き、そのゼロ較正を再確認した。

【0061】

マイクロ波試験の前後に吸着床の熱画像を撮影した。熱画像は、吸着床７１４の不均一な加熱があることを示した。これは、マイクロ波空洞が定在波の形成を防止する「スターラ」を有していないことによるものと推測された。床７１４の最も高温の領域は１００℃未満であった。１３Ｘ型吸着体の熱再生を用いた先行研究は、１００℃未満の温度ではＮＨ_３脱着がほとんど起こらないことを示す。短いマイクロ波曝露後の出口ＮＨ_３濃度の急速な上昇および試験後の吸着床の中程度の温度は、マイクロ波が非熱励起により１３Ｘ表面からＮＨ_３を脱着することを示す。ＮＨ_３濃度の急速な上昇は、マイクロ波によるＮＨ_３脱着が従来の熱脱着プロセスよりもはるかに速くなり得ることを示す。

【0062】

実施例２
実施例１のマイクロ波管状炉を変更して、真空ポンプを用いたマイクロ波によるＮＨ_３脱着および純粋なＮＨ_３の回収を実証した。図９は変更した装置の図を示す。この装置は、２インチの石英管９１２が通っている電子レンジ９１１から構成される。石英管９１２の各端部は、石英管９１２を１／４インチのガス線に接続することを可能にするために、ステンレス鋼製の２インチのＯリング圧縮部から１／４インチのフェルールまでのフレアレス管継手９１３を有する。石英管９１２は、継手９１３が電子レンジ９１１のハウジングと接触することを可能にする長さに切断され、それによって実験室へのマイクロ波の漏れを防止した。石英管９１２の中央部分は、１３Ｘ型モレキュラーシーブビーズ９１５を含む。ビーズ９１５は、多孔質アルミナプラグ９１４によって適所に保持される。

【0063】

ガスは、無水アンモニア９０１および窒素９０３のシリンダによって装置に供給される。各ガスの流れは、流れコントローラ（９０２および９０４）によって調節される。アンモニアおよび窒素の調節された流れが共通の管に供給される。ボール弁９０５を閉じて、石英管９１２を原料ガス９０１／９０３から隔離することができる。石英管９１２からの流出ガスは、ボール弁９０６および９０８を開閉することによってフレア９０７または真空ポンプ９０９のいずれかに向けることができる。真空ポンプ９０９からの排気は、アキュムレータブラダ９１０によって捕捉され、真空ポンプを通って移動したガスの量を測定する。

【0064】

４ｍｍ径の１３Ｘ吸着ビーズ１９５．５グラム（約２５０ｍＬの体積）の塊を石英管の中心に置いた。多孔質アルミナプラグを吸着ビーズの両側に配置して、ビーズをしっかりと固めた状態に保つのを助けた。

【0065】

６００ｓｃｃｍのアンモニアを含有した窒素＋アンモニアガス流を、８分間１３Ｘビーズに通した。この間、ビーズ床からの出力はフレアに向けられた。フレアに流入するガスが燃焼するか否かを確認するために観察した。フレアに流入する窒素は燃焼せずに口火を横に押し出すが、フレアに流入するアンモニア含有ガスは特徴的な橙色のさらなる火炎を生成する。８分間ずっと橙色が観察されなかったことは、吸着床からのアンモニアの漏出がないことを示している。窒素流を維持しながらアンモニア流を停止することによってフレアの口火に影響を及ぼすかどうかを調べるために、アンモニア流を８分間の間に２回遮断した。口火は、アンモニアを遮断することによって乱されなかったが、これは、アンモニアが床から出ておらず、すべて１３Ｘビーズによって吸着されたことを示す。

【0066】

床に６００ｓｃｃｍのアンモニアを８分間付加した後、窒素およびアンモニアの流れを遮断した。アンモニア流に流れ持続時間を乗じたものは、４．８標準リットルのアンモニアが１３Ｘビーズによって吸着されたことを示す。アンモニア吸着は発熱プロセスであり、前述の試験は、このアンモニア吸着量によってビーズ床温度を約５０℃まで上昇させ得ることを示した。このため、床を約３０分間冷却させた。

【0067】

冷却期間後、上流隔離弁９０５を閉じ、管９１２の出口を真空ポンプ９０９に接続し、真空ポンプ９０９を作動させた。真空ポンプ９０９は、残留ガスを管９１２からアキュムレータブラダ９１０に移送した。管９１２内の計算された残留ガスは０．５Ｌであり、これはアキュムレータブラダ９１０に移送されたガスの量と一致していた。アキュムレータブラダ９１０は、残留ガスが管９１２から除去されると充填を停止したが、これは、システムに漏れがなく、吸着アンモニアが真空のみによって１３Ｘビーズから脱着されていなかったことを示す。

【0068】

真空ポンプを作動させたままにし、マイクロ波源９１１を公称１２００Ｗで１分間作動させた。マイクロ波照射の間、アキュムレータブラダ９１０は、視覚的評価で約４Ｌまで膨張した。照射直後に赤外線カメラで石英管９１２を観察した。床の大部分は５０℃で、１箇所のホットスポットは約８５℃であることを示した。

【0069】

真空９０９をオフにし、吸着床９１５を約１０分間冷却させた後、このプロセスをもう一度繰り返した。真空９０９をオンにし、マイクロ波９１１を１２００Ｗで起動させた。アキュムレータブラダ９１０は４０秒後にさらなる膨張を示さず、これはさらにアンモニアが床から除去されていないことを示し、したがってマイクロ波源はその時点で遮断された。２度目の４０秒照射後の赤外線カメラによる観察により、前述の８５℃のホットスポットと同じ位置に１００℃のホットスポットが示された。より高い温度は、マイクロ波サイクル間の１０分間の合間における床の不完全な冷却に起因するようであった。

【0070】

この実験は、１３Ｘ吸着剤のマイクロ波照射がアンモニア脱着時間を劇的に減少できることを示した。本発明者らは、ビーズを８５℃まで加熱した６０秒間のマイクロ波照射により、吸着アンモニアの８０％超が脱着されたと推定する。温度－圧力スイング処理による等価再生は１時間を超える時間および２５０℃超の床温度を必要とする。

【0071】

実施例３
図１０に示すように、アンモニア吸着床を構築した。吸着床は、図１に関して前述した装置１００の全体構成を有していた。吸着体容器本体１０１２は、各端部にフランジを有する４インチのスケジュール４０炭素鋼パイプであった。ホウケイ酸ガラス窓１０１９を有する窓フランジ１０２０を、吸着体容器本体１０１２の上端に取り付けた。ガス入口管１０１３を吸着体容器本体１０１２の上端に溶接した。中心間距離０．０９４インチの六角形パターンの０．０６２５インチの穴を有する穿孔シートメタル板１０１５を吸着体容器本体１０１２の内部に溶接して、吸着ビーズ１０１４を支持した。めくらフランジ１０２１を下部吸着体容器１０１２のフランジに取り付けた。ガス出口管１０１６を、穿孔シートメタル板１０１５の下方の吸着体容器本体１０１２の下端に溶接した。

【0072】

ガスは、無水アンモニア１００１および窒素１００３のシリンダによって装置に供給される。各ガスの流れは、流れコントローラ（１００２および１００４）によって調節される。アンモニアおよび窒素の調節された流れが共通の管に供給される。ボール弁１００５を閉じて、吸着体容器１０１２を原料ガス１００１／１００３から隔離することができる。ガス出口管１０１６を介して吸着体容器１０１２から出るガスは、圧力計１０２２を通過し、次いで隔離弁１００６を通過して真空ポンプ１００７に至る。真空ポンプからの排気は、ボール弁１００８および１０１０を開閉することによってフレア１００９またはアキュムレータブラダ１０１１のいずれかに向けることができる。アキュムレータブラダ１０１１は、真空ポンプを通って移動したガスの量を測定する手段を提供する。

【0073】

吸着体容器１０１２に、２２００ｇ（３．５Ｌ）の４ｍｍ径１３Ｘ型吸着ビーズを装填した。容器１０１２をその原料ガス１００１／１００３から隔離し、その間隙ガスを真空ポンプ１００７で除去し、フレア１００９に排出した。吸着体容器１０１２を真空ポンプ１００７から隔離し、原料ガスマニホールドに再接続した。容器圧力が０ｐｓｉｇ（大気圧）に達するまで、アンモニアガスを吸着体容器１０１２に流入させて、吸着ビーズ１０１４にアンモニアを完全に付加した。間隙アンモニアガスは真空ポンプ１００７で除去し、フレア１００９に排出した。次いで、真空ポンプ１００７の排気は、２９Ｌのガス容量を有すると予め測定されたアキュムレータブラダ１０１１に向けられた。

【0074】

図１１は、３０分間のマイクロ波誘導脱着試験中のアキュムレータ充填率および公称マイクロ波出力を示す。マイクロ波源１０１７は、試験の最初の３分間は停止していた（０ワット）。この間、アキュムレータブラダ１０１１は充填されず、これは、システムに漏れがないこと、及び、アンモニアが真空だけでは除去できないこととを示している。マイクロ波源１０１７を、４～６分間作動させ（１２００Ｗ）、次いで、２分間停止（０Ｗ）して、試験の３分時点から冷却した。アキュムレータブラダ１０１１は、約１１分間のマイクロ波曝露後に充填し始めることが観察された。アンモニアが吸着体容器１０１２から出始めると、マイクロ波源１０１７停止中もアンモニアは出続けた。マイクロ波源の２１分間の作動および９分間の停止からなる３０分間が終了したとき、アキュムレータブラダ１０１１は一杯であった。

【0075】

実施例４
図１２に示すように、アンモニア吸着床を構築した。吸着体容器本体１２１２は、各端部にめくらフランジ１２２１を有する４インチのスケジュール４０炭素鋼パイプであった。ホウケイ酸ガラス窓１２１９を有する窓フランジ１２２０を、４５°の角度で主吸着体容器１２１２本体に接するパイプセクションに取り付けた。ガス入口管１２１３を吸着体容器本体１２１２の上端に溶接した。０．０９４インチの中心間分離を有する０．０６２５インチの六角形パターンの穴を有する穿孔シートメタル板１２１５を吸着体容器本体１２１２の内部に溶接して、吸着ビーズ１２１４を支持した。ガス出口管１２１６を、穿孔シートメタル板１２１５の下方の吸着体容器本体１２１２の下端に溶接した。

【0076】

ガスは、無水アンモニア１２０１および窒素１２０３のシリンダによって装置に供給される。各ガスの流れは、流れコントローラ（１２０２および１２０４）によって調節される。アンモニアおよび窒素の調節された流れが共通の管に供給される。ボール弁１２０５を閉じて、吸着体容器１２１２を原料ガスから隔離することができる。ガス出口管１２１６を介して吸着体容器１２１２から出るガスは、圧力計１２２２を通過し、次いで隔離弁１２０６を通過して真空ポンプ１２０７に至る。真空ポンプからの排気は、ボール弁１２０８および１２１０を開閉することによってフレア１２０９またはアキュムレータブラダ１２１１のいずれかに向けることができる。アキュムレータブラダ１２１１は、真空ポンプを通って移動したガスの量を測定する手段を提供する。

【0077】

吸着体容器１２１２に、２２００ｇ（３．５Ｌ）の４ｍｍ径１３Ｘ型吸着ビーズを装填した。容器１２１２をその原料ガス１２０１／１２０３から隔離し、その間隙ガスを真空ポンプ１２０７で除去し、フレア１２０９に排出した。吸着体容器１２１２を真空ポンプ１２０７から隔離し、原料ガスマニホールドに再接続した。容器圧力が０ｐｓｉｇ（大気圧）に達するまで、アンモニアガスを吸着体容器１２１２に流入させて、吸着ビーズ１２１４にアンモニアを完全に付加した。間隙アンモニアガスは真空ポンプ１２０７で除去し、フレア１２０９に排出した。次いで、真空ポンプ排気は、２９Ｌのガス容量を有するように予め測定されたアキュムレータブラダ１２１１に向けられた。

【0078】

真空ポンプ１２０７が作動している間、１２００Ｗマイクロ波源１２１７を５分間作動させ、３．５分間冷却させた後、５．５分間作動させた。マイクロ波源１２１７の１０．５分間の作動および３．５分間の停止からなる１４分間が終了したとき、アキュムレータブラダ１２１１はアンモニアで一杯であった。この４５°の角度構成は、図１０に示され、実施例３に記載された直線状の構成と比較して、吸着床１２１４から２９Ｌのアンモニアを除去するのに半分の時間を要した。

【0079】

上記より、本発明の特定の実施形態が説明のために本明細書に記載されているが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことができることが理解されよう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲による場合を除いて限定されない。

【0080】

本技術は、特定の構造および材料に特有の言い回しで説明したが、添付の特許請求の範囲に定義される本発明は、説明された特定の構造および材料に必ずしも限定されないことを理解すべきである。むしろ、特定の態様は、特許請求された発明を実施する形態として記載される。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明の多くの実施形態を実施することができるため、本発明は以下に添付する特許請求の範囲に存在する。

【0081】

別段の指示がない限り、本明細書（特許請求の範囲を除く）において使用される、寸法、物理的特性等を表すものなどのすべての数または表現は、どんな場合にも用語「約」によって修飾されたものとして理解される。特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限しようとする試みとしてではなく、少なくとも、明細書または特許請求の範囲に記載された、用語「約」によって修飾された各数値パラメータは、少なくとも、記載された有効数字に照らして、また丸め技術を適用することによって解釈されるべきである。さらに、本明細書に開示されたすべての範囲は、あらゆるサブ範囲またはそこに包含されるあらゆる個々の値を記載する請求項を包含し、その裏付けを提供するものと理解されるべきである。例えば、記載された１～１０の範囲は、１の最小値と１０の最大値との間で、かつ／またはそれらを含むあらゆるサブ範囲または個々の値、すなわち、１以上の最小値で始まり１０以下の最大値で終わるすべてのサブ範囲（例えば、５．５～１０、２．３４～３．５６など）または１～１０の任意の値（例えば、３、５．８、９．９９９４など）を記載する請求項を含み、その裏付けを提供すると考えるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】