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整合吸附器头以及与其相关的 阀设计和变化吸附法

阅读：512发布：2021-06-14

专利汇可以提供整合吸附器头以及与其相关的阀设计和变化吸附法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且具有最小不连通体积尤其适合于逆向流动应用的吸附器，其包括：a)吸附器主体；b)与所述吸附器主体接合的第一头；c)第一导管，其从所述头的外部延伸以至少部分穿过所述头；和d)与所述第一导管流体连通的第一阀，其控制流体沿着从所述第一阀延伸并且通过所述吸附器主体的流动路径的流动。吸附器尤其适合用于变化吸附分离方法的过程中。，下面是整合吸附器头以及与其相关的阀设计和变化吸附法专利的具体信息内容。

权利要求

1.吸附器，包括：
a).吸附器主体；
b).第一头，其与所述吸附器主体接合；
c).第一导管，其从所述头的外部延伸以至少部分穿过所述头；
d).与所述第一导管流动连通并整合入所述第一头的第一阀，其控制流体沿着从所述第一阀延伸并且通过所述吸附器主体的流动路径的流动；
e)与所述吸附器主体接合的第二头；
f)第二导管，其从所述第一头或所述第二头的外部延伸以至少部分通过所述各自头；
和
g)第二阀，其与所述第二导管流动连通并整合入所述第二头，控制流体沿着包括从所述吸附器主体延伸至所述第二阀的部分的流动路径的流动，
其中当所述流动路径中的流体沿第一流动方向流动时，所述第一阀处于开启位置，并且当所述流动路径中的流体沿第二相反的流动方向流动时，所述第一阀处于闭合位置。
2.权利要求1所述的吸附器，其在所述流动路径的至少一部分的相对两侧上具有包括所述第一阀和所述第二阀的第一阀对，其中当所述流动路径中的流体沿第一流动方向流动时，所述第一阀和第二阀每个为开启位置并且当所述流动路径中的流体沿第二相反的流动方向流动时，所述第一阀和第二阀每个为闭合位置。
3.权利要求2所述的吸附器，进一步包括：
h)第三导管，其从所述第一头或所述第二头的外部延伸以至少部分通过所述各自头；
i)第三阀，其与所述第三导管流动连通，控制流体沿着包括从所述吸附器主体延伸至所述第三阀的部分的流动路径的流动；
j)第四导管，其从所述第一头或所述第二头的外部延伸以至少部分通过所述各自头；
和
k)第四阀，其与所述第四导管流动连通，控制流体沿着包括从所述吸附器主体延伸至所述第四阀的部分的流动路径的流动。
4.权利要求3所述的吸附器，具有包括所述第三阀和所述第四阀的第二阀对在流动路径至少一部分的相对两侧上，控制沿所述第二相反的流动方向的流动，其中当所述流动路径中的所述流体沿所述第一流动方向流动时所述第三阀和所述第四阀每个为闭合位置并且当所述流动路径中的流体沿所述第二相反的流动方向流动时所述第三阀和所述第四阀每个为开启位置。
5.权利要求4所述的吸附器，其中吸附器是非对称的逆流式吸附器。
6.权利要求4所述的吸附器，进一步包括一个或多个另外的阀，每个与所述第一导管、第二导管、第三导管或第四导管的一个经另外的导管流动连通，所述另外的导管延伸至少部分通过所述另外的导管的各自头，所述另外的阀和与所述另外的导管流体连通的任何其他阀同相操作并且控制流体沿着包括从所述吸附器主体延伸至所述各自阀的部分的流动路径的流动。
7.权利要求1所述的吸附器，其中所述吸附器主体包括吸附器床，并且流动路径的体积由下述组成i)所述吸附器床的固体-流体接触部分内的填充流动路径体积和ii)所述第一阀和所述第二阀的一个或多个和所述吸附器床之间的开放流动路径体积、以及所述吸附器床内任何开放流动部分。
8.权利要求7所述的吸附器，其中所述填充流动路径体积包括在离固体-流体接触表面小于2cm的距离处的所述吸附器床中的所有体积。
9.权利要求7所述的吸附器，其中所述吸附器床的所述固体-流体接触部分的潮湿面
2 3
积在吸附器床所述固体-流体接触部分的所有区域中大于0.5cm/cm。
10.权利要求7所述的吸附器，其中所述开放流动路径体积与填充流动路径体积的比小于1。
11.权利要求7所述的吸附器，其中所述开放流动路径体积与填充流动路径体积的比小于0.5。
12.权利要求7所述的吸附器，其中所述吸附器床包括固定床核心，其包括能够热交换的固体材料。
13.权利要求7所述的吸附器，其中所述第一阀和所述第二阀的一个或多个是提升阀，其包括与提升阀杆元件连接的圆盘状元件。
14.权利要求13所述的吸附器，其中所述提升阀圆盘状元件具有与接近的吸附器床表面平行并且面向其的表面。
15.权利要求14所述的吸附器，其中所述提升阀朝向所述吸附器床打开。
16.权利要求14所述的吸附器，其中所述提升阀远离所述吸附器床打开。
17.权利要求14所述的吸附器，其中运转期间在完全开启位置的所述提升阀圆盘状元件平坦表面和所述吸附器床表面之间的距离介于所述圆盘状元件直径的5％和200％之间。
18.权利要求14所述的吸附器，其中运转期间在完全开启位置的所述提升阀圆盘状元件平坦表面和所述吸附器床表面之间的距离介于所述圆盘状元件直径的20％和80％之间。
19.权利要求13所述的吸附器，其中所述提升阀杆元件延伸至所述第一头和所述第二头的一个或多个外部的位置。
20.权利要求1所述的吸附器，其中每个阀与外部可接近的阀座关联，所述阀座安装在其各自至所述吸附器主体的入口内和/或安装在离开吸附器主体的出口内并且密封至所述第一头和所述第二头的一个或多个。
21.权利要求20所述的吸附器，其中所述阀座经可旋转锁定机构、螺旋拧入座和压入座之一附接至所述第一头和所述第二头的一个或多个。
22.权利要求19所述的吸附器，其进一步包括与所述提升阀杆元件关联的阀杆密封。
23.权利要求22所述的吸附器，其中所述阀杆密封是推杆密封环。
24.权利要求13所述的吸附器，其中所述提升阀包括可接合致动器的线性可启动阀杆，以通过施加线性运动而打开和关闭所述第一阀和所述第二阀的一个或多个。
25.权利要求24所述的吸附器，其中所述致动器是气动致动、液压致动和电磁致动的至少一个。
26.权利要求24所述的吸附器，其中所述致动器是凸轮轴致动的。
27.权利要求24所述的吸附器，其中所述提升阀包括具有共同致动器的多个排列的提升阀。
28.权利要求13所述的吸附器，其中所述提升阀是圆形提升阀，其与所述第一头或第二头关联，所述圆形提升阀是大体圆形的、直径一致的并且中心-到-中心间隔开平均提升阀圆盘状元件直径的120％至400％。
29.权利要求13所述的吸附器，其中所述提升阀是圆形提升阀，其与所述第一头或第二头关联，所述圆形提升阀是大体圆形的、直径一致的并且中心-到-中心间隔开平均提升阀圆盘状元件直径的140％至200％。
30.权利要求13所述的吸附器，其提供下述的至少一个：i)随着流体流动通过所述第一阀和所述第二阀的一个或多个，阀压降为所述吸附器内部压降的从1％至100％；ii)入口流和出口流之一的总流提升阀流动面积与吸附器流动面积的比范围为从1％至30％；
iii)提升阀直径在最小值(DPMIN)[英寸]＝0.1484+0.4876*DB[英尺]和最大值(DPMAX)[英寸]＝1.6113+1.8657*DB[英尺]之间，其中DB是以英尺为单位的流动面积直径；iv)LP/DP，(阀升程与提升阀直径的比)范围在3％和25％之间；和v)阀升起时间为至少50毫秒。
31.权利要求13所述的吸附器，其提供下述的至少一个：i)随着流体流动通过所述第一阀和所述第二阀的一个或多个，阀压降为所述吸附器内部压降的从5％至20％；ii)入口流和出口流之一的总流提升阀流动面积与吸附器流动面积的比范围为从2％至20％；iii)提升阀直径在最小值(DPMIN)[英寸]＝0.1484+0.4876*DB[英尺]和最大值(DPMAX)[英寸]＝1.6113+1.8657*DB[英尺]之间，其中DB是以英尺为单位的流动面积直径；iv)LP/DP，(阀升程与提升阀直径的比)范围在5％和20％之间；和v)阀升起时间在100和500毫秒之间。
32.吸附器，包括：
a)吸附器主体，其部分封装包括两个基本上相对的开口端的吸附和/或热交换区域；
b)第一头，其覆盖所述吸附器主体的一端；
c)第二头，其覆盖所述吸附器主体的相对端；
d)固定床，其包括接近所述第一头的区域、接近所述第二头的区域和布置在其间的中央区域，其中固定床布置在所述吸附器主体内并且包括能够促进吸附和/或与气流热交换的固体材料；
e)与所述第一头关联的至少一个气流入口和与所述第二头关联的至少一个气流出口，与所述第一头关联的所述至少一个气流入口打开通过所述第一头并且进入所述吸附器主体的通路，与所述第二头关联的所述至少一个气流出口打开从吸附器主体并且通过第二头的通路；
f)至少一个入口提升阀，其控制所述气流入口并且整合入与所述入口关联的所述第一头，所述入口提升阀包括线性可启动阀杆；
g)至少一个出口提升阀，其控制所述气流出口并且整合入与所述出口关联的所述第二头，所述出口提升阀包括线性可启动阀杆；和
h)可接合f)和/或g)的所述线性可启动阀杆的至少一个致动器，其通过向所述入口提升阀和/或所述出口提升阀施加线性运动使得气体从所述吸附器的外部通过至所述吸附器主体的内部以及从所述吸附器主体的内部通过至所述吸附器外部提供阀打开和关闭，以便提供可改变的流动操作。
33.权利要求32所述的吸附器，其进一步包括i)与所述第二头关联的至少一个气流入口和与所述第一头关联的至少一个气流出口，以及关联的入口提升阀或与f)、g)和h)类似的其他入口流动控制机构、出口提升阀和致动器，与所述第二头关联的所述至少一个气流入口打开通过所述第二头和所述吸附器主体的通路，与所述第一头关联的所述至少一个气流出口打开通过所述吸附器主体和所述第一头的通路。
34.逆流式吸附器中至少两个流的快速流转换的方法，所述逆流式吸附器包括：吸附器主体，其部分封装包括两个基本上相对的开口端的吸附区域和/或热交换区域；第一头，其覆盖所述吸附器主体的一端；第二头，其覆盖所述吸附器主体的相对端；布置在所述吸附器主体内的固定床，其包括能够促进吸附和/或与气流热交换的固体材料，所述方法包括：
i)引导来自一个或多个入口气体源的至少一种第一气流至与所述第一头关联的至少一个气流入口通过所述第一头并且进入所述吸附器主体，以及从所述吸附器主体撤回经处理的第一气流并且通过所述第二头至与所述第二头关联的至少一个气流出口；其中所述引导和撤回分别由位于所述第一头中的至少一个吸入提升阀和位于所述第二头中的至少一个排气提升阀控制；和
ii)引导来自一个或多个入口气体源的至少一种第二气流至与所述第二头关联的至少一个气流入口通过所述第二头并且进入所述吸附器主体，以及从所述吸附器主体撤回经处理的第二气流并且通过所述第一头至与所述第一头关联的至少一个气流出口，其中所述引导和撤回分别由位于所述第二头中的至少一个吸入提升阀或其他吸入流动控制机构和位于所述第一头中的至少一个排气提升阀控制。
35.吸附器，其包括：
a)吸附器主体，其中所述吸附器主体形成所述吸附器主体内的吸附区域；
b)布置在所述吸附区域内的填充物材料；
c)一个或多个提升阀组件，其连接至所述吸附器主体并且与所述吸附区域流动连通和控制所述吸附器主体外部位置和所述吸附区域内之间的流体流动，
其中所述吸附器主体包括头和外壳，其连接在一起形成所述吸附区域；并且其中一个或多个提升阀组件整合入所述头，
其中所述一个或多个提升阀组件包括：
i)第一导管，其从所述头外部延伸，以至少部分通过所述头；和
ii)与所述第一导管流动连通的第一阀，其控制流体沿着从所述第一阀延伸并且通过所述吸附器主体的流动路径的流动，
其中当所述流动路径中的流体沿第一流动方向流动时，所述第一阀处于开启位置并且当所述流动路径中的流体沿第二相反的流动方向流动时，所述第一阀处于闭合位置。
36.权利要求35所述的吸附器，其中所述吸附器是非对称的逆流式吸附器。
37.权利要求35所述的吸附器，其中所述填充物材料是蜂巢填充物材料。

说明书全文

整合吸附器头以及与其相关的 阀设计和变化吸附法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求与2011年3月1日提交的、题目为“整合吸附器头以及与其相关的阀设计和变化吸附法(INTEGRATED ADSORBER HEAD AND VALVE DESIGN AND SWING ADSORPTION METHODS RELATED THERETO)”的美国临时专利申请号61/448,160，和于2010年5月28日提交的、题目为“具有反应器头和整合阀的反应器”的美国临时专利申请号61/349,464，和于2011年5月6日提交的、题目为“具有反应器头和整合阀的反应器”的PCT专利申请号PCT/US2011/035553的权益，其整体通过引用并入本文。

技术领域

[0003] 本发明涉及吸附器，其构造包括与吸附器头相关的阀，其使阀和吸附器床之间的不连通体积(dead volume)最小化并且提供耐用的阀布置。本发明也广泛地涉及使用这种吸附器的方法。

背景技术

[0004] 逆流型反应器(Reverse-flow reactor,RFR)和吸附单元是本领域已知的。典型的RFR包括，例如，伍尔夫热解和再生反应器以及其他再生反应器，其包括再生热氧化剂(RTO)。这些反应器通常用于执行循环的、分批产生的、高温化学。再生反应器循环是对称的(两个方向上相同的化学或反应)或非对称的(循环中随步骤改变的化学或反应)。对称的循环通常用于相对温和的放热化学，例子为再生热氧化(RTO)和自热重整(ATR)。非对称的循环通常用于执行吸热化学，并且期望的吸热化学与放热的不同化学(典型地燃烧)成对，以提供用于吸热反应的反应热。非对称的循环的例子为伍尔夫热解法和变压重整法(PSR)。

[0005] 为了操作RFR，可考虑各种操作特征。例如，RFR的一个特征是气体小时空间速度，其是气体经过给定反应器体积的空间速度。典型地，高的气体小时空间速度(并因此反应器生产力)具有小的反应器循环时间，而低的气体小时空间速度具有较长的反应器循环时间。对于使用RFR的热解方法，需要高的速度以实现促进向优选产物转化的短的停留时间。第二个特征是在一个循环结束时留在RFR中的气体体积(空隙体积)应当被管理，例如，清除，然后开始下一个循环，其气体体积管理可导致低效和另外的成本。第三个特征是提供快速传热(用于陡的热梯度并且产生高效率)需要的床结构(填充物，packing)也导致高的压降。因此，RFR设计应当考虑空间速度、空隙体积和填充物性能以适当管理系统。因此，常规RFR中的某些缺点，比如常规填充物的性能和长的循环时间，已经阻止这些反应器广泛地用在能源和石油化学领域。

[0006] RFR历史上在床结构中利用不同的填充物材料。典型地，这些逆流型反应器利用格子砖、卵石床或其他可用的填充物。该类型的床结构通常具有低的几何表面积(av)，其使每单位反应器长度的压降最小化，但也降低体积的传热速率。非对称的逆流型反应器的一个基本原则是热储存在一个步骤中并且用于完成第二步骤中期望的吸热化学。因此，每体积的反应器可实现的期望的化学的量直接涉及体积的传热速率。较低的传热速率相应地需要较大的反应器体积，以实现相同量的期望的化学产量。较低的传热速率可能不足以捕获来自RFR流的热，导致较大的明显热损失和随后较低的效率。较低的传热速率也可导致较长的循环时间，因为储存的热被更缓慢地使用，并且因此持续更长时间用于给定的床温度规定。具有低av格子砖或卵石床填充物的历史上的RFR是较大的(例如，较长的并且更资金密集的)并且循环时间为两分钟或更长。这样，这些反应器限制反应器效率和实际的反应器尺寸。

[0007] 作为增强，一些RFR在床结构内可利用工程化的填充物。工程化的填充物可包括以具体构造提供的材料，比如蜂巢、多孔陶瓷或类似结构。与其他床结构相比，这些工程化的填充物具有较高的几何表面积(av)。该类型填充物的使用允许较高的气体小时空间速度、较高的体积反应器生产力、较高的热效率，和较小的、更经济的反应器。但是，这些更经济的反应器更快速地使用热并且从而可能需要减少循环时间。变压重整方法(PSR)是这种优选的RFR的例子。

[0008] 进一步，由于使用该类型填充物材料，可减少反应器的尺寸，其提供显著的资金成本节约。但是，调整反应器的填充物材料影响其他操作特征。例如，体积的表面积(av)的增加通常使用较小流动通道完成，较小流动通道导致每单位反应器长度的较高压降。为补偿此，这些增强的RFR配置为具有短的长度。当应用于大的石油化学应用时，增加直径以确保高的生产力，但是长度受压降限制，因此导致高的直径长度比(D/L)。常规反应器设计通常收集出现在床上的流体并且通过管道输送那些流体至一些外部阀。这种提供管道输送的体积与反应器直径有一些成比例，因为通过管道输送需要从整个直径收集气体。因此，对于具有高D/L比的常规反应器，与床的内部体积相比，通过管道输送的体积可以非常大。增强的RFR的常规反应器设计的使用因此导致大的空隙体积(主要在通过管道输送中)，这产生气体体积管理的问题。

[0009] 令人遗憾的是，常规反应器阀系统具有某些限制，其不能适当操作用于增强的、高生产力反应器(例如，采用短的循环时间的紧凑型反应器)。例如，常规反应器阀系统通常不能满足RFR持久性要求并且不可处理短的循环时间。石油化学阀可具有500,000个循环数量级的最大循环寿命，其对应小于一年的操作——对于涉及快速循环时间的石油化学应用是不够的。另外，常规阀放置在反应器外部并且使用歧管装置，以在床和阀之间携带气体，同时提供跨床的均匀的流动分布。给定RFR宽的和短的床，该歧管装置容纳在每次循环改变时必须被管理的大的气体体积。

[0010] 尽管在上述反应器和常规吸附装置之间存在一些相似性，但是吸附单元设计标准通常不同于反应器设计标准。在吸附装置中，可以存在或不存在化学反应。许多吸附方法依赖于不涉及化学反应的物理过程。而且，吸附动力学与反应动力学通常不具有可比性。

[0011] 因此，期望提供下述吸附器，其使它的阀和吸附器床之间的不连通体积最小化，同时在不规则的(rugged)高温条件下在吸附器入口和出口处提供延长的阀寿命至数百万个循环。进一步，需要增强的方法和装置以实施工业规模的吸附器，其具有增强循环时间和管理循环之间流体清除(purge)的阀。本技术提供克服上述一种或多种缺陷的方法和装置。

发明内容

[0012] 提供了吸附器，其包括：a)吸附器主体；b)与吸附器主体接合的第一头；c)第一导管，其从所述头的外部延伸以至少部分穿过所述头；和d)与所述第一导管流体连通的第一阀，其控制流体沿着从第一阀延伸通过吸附器主体的流动路径的流动。对于本目的，“流动路径”可表征为流体通过的总体积，包括开放流动路径。对于本目的，“头”可为中凹(dished)头，意思是它内部基本上为凹形，例如，其可为大体圆形、大体椭圆形，大体准球形，或大体半球形。

[0013] 也提供了吸附器，其包括：a)吸附器主体，其部分封装包括两个基本上相对的开口端的吸附区域；b)第一头，其覆盖吸附器主体的一端；c)第二头，其覆盖吸附器主体的相对端；d)固定床，其包括接近第一头的区域、接近第二头的区域和布置在其间的中央区域，其中固定床布置在吸附器主体内并且包括能够促进气流吸附的固体材料；e)与第一头关联的至少一个气流入口和与第二头关联的至少一个气流出口，与第一头关联的至少一个气流入口打开通过第一头并且进入吸附器主体的路径，与第二头关联的至少一个气流出口打开从吸附器主体通过第二头的路径；f)至少一个入口提升阀，其控制气流入口并且与和入口关联的头整合，入口提升阀包括线性可启动阀杆；g)至少一个出口提升阀，其控制气流出口并且与和出口关联的头整合，出口提升阀包括线性可启动阀杆；和h)可接合f)和/或g)的线性可启动阀杆的至少一个致动器，其通过向提升阀施加线性运动使得气体从吸附器的外部通过至吸附器主体的内部以及从吸附器主体的内部通过至吸附器外部提供阀打开和关闭，以便提供可改变的流动操作。

[0014] 进一步提供逆流式吸附器中至少两个流的快速流转换的方法，所述逆流式吸附器包括：吸附器主体，其部分封装包括两个基本上相对的开口端的吸附区域；第一头，其覆盖吸附器主体的一端；第二头，其覆盖吸附器主体的相对端；布置在吸附器主体内的固定床，其包括能够促进气流吸附的固体材料。方法包括：i)引导来自一个或多个入口气体源的至少一种第一气流至与第一头关联的至少一个气流入口通过第一头并且进入吸附器主体，以及从吸附器主体撤回(withdraw)经处理的第一气流并且通过第二头至与第二头关联的至少一个气流出口；其中所述引导和撤回分别由位于第一头中的至少一个吸入(intake)提升阀和位于第二头中的至少一个排气提升阀控制；和ii)引导来自一个或多个入口气体源的至少一种第二气流至与第二头关联的至少一个气流入口通过第二头并且进入吸附器主体，以及从吸附器主体撤回经处理的第二气流并且通过第一头至与第一头关联的至少一个气流出口，其中所述引导和撤回分别由位于第二头中的至少一个吸入提升阀或其他吸入流动控制机构和位于第一头中的至少一个排气提升阀控制。

[0015] 在一个或多个实施方式中，在允许阀的打开和流重新分配的吸附器床顶部的空间是不连通体积。不连通体积优选地以变化吸附方法清除，以获得较高的产品回收。例如，有益的不连通体积为在每端容器直侧的约0.5–2.0%。床内均匀的流动分布优选提供足够的容量(capacity)使得吸附器经济化。优选地，为通道的流速提供0.5-2.0%的变化系数。

[0016] 附图简述

[0017] 图1是根据本发明的实施方式具有单个头和关联的阀组件的非对称吸附器的图解。

[0018] 图2是根据本发明的实施方式具有相对的平头和关联的阀组件以及歧管的非对称吸附器的图解。

[0019] 图3是根据本发明的实施方式用于吸附器的与平的吸附器头关联的阀组件和歧管的图解。

[0020] 图4是根据本发明的实施方式并入非对称逆流式吸附器的中凹椭圆形头的阀组件和歧管的图解。

[0021] 图5A和5B是示例性提升阀。

[0022] 图6显示示例性提升阀。

[0023] 图7显示示例性提升阀。

[0024] 图8显示示例性提升阀和吸附床。

[0025] 图9显示示例性提升阀。

[0026] 发明详述

[0027] 提供吸附器系统，其在阀和吸附器床之间具有减少的开放流动路径体积，通过基本上将阀整合进入吸附器头的吸附器构造或设计，即使在高温条件下可实现延长的阀寿命。这种设计可确保引入和去除总体大的流动体积，最小的压降和低的不连通体积，以及基本上均匀的流动分布。对于本目的，开放流动路径体积对应吸附器床外部的体积，其影响沿着阀和吸附床之间的流动路径的气体处理。该开放流动路径体积对吸附器中气体的处理贡献较少，但是可保持大量的气体，应当通过相反步骤的产物流中调节(accomodate)气体的一个步骤或通过在相反流动方向的步骤之间提供机构和/或流体以将该气体清除(sweep)出吸附器利用吸附器操作循环中流动方向的每次逆转来管理该大量的气体。本吸附器的设计使用一个或多个阀，例如，提升阀——典型地包括改进由阀控制的开口的圆盘状元件和在其上可操作致动机构的杆元件——用于每个过程流。如可意识到，提升阀可包括对圆盘状元件执行本质上类似功能的其他元件，比如其他几何形状(例如，椭圆形或半球形)或不同外形，这取决于具体构造。每个阀可基本上位于吸附器头内。多个阀可用于在阀外部具有歧管装置的大直径头，以携带进料和产物至阀或从阀携带进料和产物。

[0028] 逆流式吸附器，甚至是再生热交换器，通常对经过的气体进行一些处理。当流动逆转时，接近入口的区域变成接近出口的区域，并且一个步骤的典型的入口条件的气体组份或条件突然接近于并且甚至流入随后步骤的出口。对于非对称的逆流式吸附器，在可选步骤中的气体可能非常不同。一个步骤中的杂质可能不适合下一步。例如，在蒸气重整中，再生流可主要由氮组成，而重整流可主要由氢组成，并且来自再生的残留的氧作为重整产物氢中的污染物可能有问题。在本技术中通过提供在步骤的结束时使吸附器中保留的气体体积最小化的吸附器使该污染问题的程度最小化。可采取另外的步骤以减轻气体夹带(carryover)的程度或影响。吸附器可在一个步骤的结束时净化以消除问题组分。在上面提到的蒸气重整例子中，惰性气体可引入吸附器，以清除残留的氧，然后开始氢制造。净化气体可使用本申请中描述的另外的提升阀组引入，或可通过更常规的机构引入，比如通过头的导管，更常规的过程阀和歧管位于头外部。如本文所描述，实现高度均匀的床速度对于净化流比对于吸附流可能较不重要，因为对于处理这些净化流存在降低的期望值。可选地，在吸附器后处理时可为由于循环出现的污染物作出调节。例如，在蒸气重整步骤之后留在吸附器中的烃可通过催化转化器被管理为燃料气体中的燃烧产物污染物，从而烧掉留下的燃料。吸附器处理后的数量级，和/或净化要求的数量级通过吸附器的使用被最小化，如本文所公开，其使留在吸附器中不需要的气体体积最小化。

[0029] 在一个或多个实施方式中，吸附器包括：a)吸附器主体；b)与吸附器主体接合的第一头；c)第一导管，其从所述头的外部延伸以至少部分穿过所述头；和d)与所述第一导管流体连通的第一阀，其控制流体沿着从第一阀延伸并且通过吸附器主体的流动路径的流动。在某些实施方式中，术语“导管”描述吸附器的下述那些部分，其可以为来自吸附器主体外部位置的流体流动并且通过至少一部分头或与头关联的阀座、朝着吸附器主体提供通路。在一些实施方式中，导管完全延伸通过头并且进入吸附器主体。在某些实施方式中，导管可包括歧管或吸附器的其他部分，其引导流体从吸附器主体外部流向吸附器主体。为了本目的，“流动路径”可表征为吸附器内进料气体和/或产物穿过其流动的空间。流动路径的体积通常由下述组成：i)吸附器床的固体-流体接触部分内的填充的(packed)流动路径体积(下面进一步表征)和ii)阀(一个或多个)和吸附器床之间的开放流动路径体积、以及吸附器床内任何开放流动部分(下面进一步表征)。典型地，产物流体通过控制入口阀流入吸附器并且通过控制出口阀流出吸附器。随着流体穿过入口阀和出口阀之间，其行进通过与吸附器容量(content)(称为填充流动路径体积)充分接触的区域和与吸附器床容量(称为开放流动路径体积)较少接触的区域。当流动的流体从入口阀通过到达出口阀时可接受流动的流体的吸附器体积内的通路的总和本文认为是流体“流动路径”，并且其包括填充和开放吸附器体积二者。典型地，这两个体积总计为在阀之间流动可达的总的吸附器体积，所述阀在流动路径的相对端并且控制流体沿着流动路径的流动。方便地，阀处于闭合位置时测量并且计算这种体积。在吸附器容器周边的绝缘材料体积通常不认为是流动路径体积的一部分，因为不期望任何实质的流动穿过绝缘材料。在体相(bulk)基础上计算体积，以包括吸附器组件内的固体空间和空隙空间，只要固体合理的接近流体流动路径，优选地在离开流体流动路径小于2厘米(cm)的距离。

[0030] 在一些实施方式中，吸附器进一步包括下述中的至少一个：e)与所述吸附器主体结合的第二头；f)第二导管，其从第一头或第二头的外部延伸以至少部分通过所述各个头；和g)第二阀，其与所述第二导管流动连通，控制流体沿着流动路径的流动，所述流动路径包括从吸附器主体延伸至第二阀的部分。

[0031] 在一些实施方式中，当流动路径中的流体沿第一流动方向流动时，第一阀处于基本开启位置，并且当所述流动路径中的流体沿第二相反的流动方向流动时，第一阀处于基本闭合位置。吸附器可在流动路径至少一部分的相对两侧上具有第一阀对，其中当所述流动路径中的流体沿第一流动方向流动时，所述第一阀和第二阀每个为基本开启位置并且当所述流动路径中的流体沿第二、相反的流动方向流动时，所述第一阀和第二阀每个为基本闭合位置。

[0032] 在一些实施方式中，吸附器进一步包括：h)第三导管，其从第一头或第二头的外部延伸以至少部分通过各个头；i)第三阀，其与所述第三导管流动连通，控制流体沿着流动路径的流动，所述流动路径包括从吸附器主体延伸至第三阀的部分；j)第四导管，其从第一头或第二头的外部延伸以至少部分通过各个头；和k)第四阀，其与所述第二导管流动连通，控制流体沿着流动路径的流动，所述流动路径包括从吸附器主体延伸至第四阀的部分。吸附器在流动路径至少一部分的相对两侧上可具有包括所述第三阀和所述第四阀的第二阀对，控制沿第二、相反的流动方向流动，其中当所述流动路径中的流体沿第一流动方向流动时第三阀和第四阀每个为基本闭合位置并且当所述流动路径中的流体沿第二、相反的流动方向流动时第三阀和第四阀每个为基本开启位置。

[0033] 在某些实施方式中，吸附器是能够以再生吸附器循环操作的再生吸附器，所述再生吸附器循环是对称的，即，在两个方向具有相同的吸附动力学。

[0034] 在其他实施方式中，吸附器是能够以非对称再生循环操作的再生吸附器，即，非对称的逆流式吸附器，其中吸附动力学根据循环中的每个步骤、或定向的流动而改变。无论如何，非对称的逆流式吸附器需要结合的正向流动和结合的逆向流动的组份不同。

[0035] 在其他实施方式中，吸附器包括一个或多个另外的阀，每个与所述第一、第二、第三或第四导管之一经另外的导管流动连通，所述另外的导管延伸至少部分通过所述另外的导管的各个头，同相地操作与所述另外的导管流体连通的任何其他阀并且控制流体沿着流动路径的流动，所述流动路径包括从吸附器主体延伸至各个阀的部分。在这些实施方式中，术语“流动连通”或“流体连通”意思是直接流动连通，即，没有意欲阻挡流动的插入的阀或其他封闭物，并且也意味着头或所附歧管内的流动连通，即，不是依靠吸附器流动路径的流体连通。这种实施方式包括携带流体至其关联阀的另外的导管整个位于其头内的那些。例如，导管从头的外部进入(为主导管)并且分枝成一个或多个“另外的导管”(或次导管)，其延伸至不同阀，不同阀控制从导管通过阀流动至引导通过吸附器主体的流动路径。正向和逆向二者中的流动可使用相同的流动路径，方向取决于吸附器中哪个阀被打开并且哪个阀被关闭。对于本目的，取决于具体的吸附器设计，“另外的导管”可以为主导管或次导管。这样，在一些实施方式中，两个相邻阀(通常在同一头内)携带相同的气流并且同相地操作。

[0036] 如这里或遍及本说明书其他地方使用的术语“同相地操作”指两个或更多个入口阀或者两个或更多个出口阀基本上一起打开和关闭，比如，至少80%重叠，比如至少90%重叠(100%重叠为相同或完全同相)。例如，考虑阀处在某些状态即打开或关闭期间的时间间隔，该时间间隔的至少80%，比如至少90%，对于“同相”的所有阀是共同的。在其他实施方式中，对阀定相的公差(tolerance)是较严厉的，以确保阀改变之间较小的时间容限(allowance)。在这种实施方式中，考虑阀在改变状态即打开或关闭期间的时间间隔，时间间隔的至少80%，优选至少90%对于“同相”的所有阀是共同的。在本技术的某些实施方式中，同相的阀可具有从打开到关闭开始进程的时间范围。作为一个例子，第一阀可在时间0开始打开并且为相同相的最后的阀可在将来的一定时间t0(通常阀打开时间的一小部分，或在一些实施方式中的阀打开时间)开始打开并且仍具有相同的流体流动组份和方向。同相的阀可打开或可不打开至相同的升起高度。对于同相的阀，高度从具有最高升起高度的阀至具有最低升起高度的阀，最低升起高度可降至具有最高升起高度的阀的升起高度的20%或甚至50%。

[0037] 第一导管可穿透头的上部外部表面，而“另外的导管”可整个包含在头内，尽管另外的导管的关联阀的致动机构，在一些实施方式中可穿透其所处的头。可选地，该关联的阀可由激活主导管的关联阀的同一机构致动。在操作期间，吸附器的这些实施方式通常包含四个基础主导管：正向流动入口(或吸入)、正向流动出口(或排出)、逆向流动入口(或吸入)，和逆向流动出口(或排出)，至少一个阀与每个相关。在一些实施方式中，不止一个阀可与至少一个基础导管关联。另外的阀增加与其关联的导管的容积。典型地，与具体主导管或其关联的次导管关联的阀基本上同相地一起操作，以提供在沿着特定流动路径的一个方向上的流动。吸附器的某些实施方式仅仅利用主导管，在头的外部延伸，不存在次导管。这改善了关联阀的维修难度，所述关联阀可在吸附器外部可接近。

[0038] 在吸附器的某些实施方式中，吸附器主体包括吸附器床，并且流动路径的体积由下述组成i)吸附器床的固体-流体接触部分内的填充流动路径体积和ii)阀(一个或多个)和吸附器床之间的开放流动路径体积，以及吸附器床内任何开放流动部分。典型地，填充流动路径体积包括吸附器床中在离固体-流体接触表面小于2cm距离、优选地离固体-流体接触表面小于1cm距离的体积。这样定义，填充流动路径体积包括沿着流动路径的固体体积和流体体积二者。典型地，其表示吸附器床的区域的体相体积，所述吸附器床包含床填充物并且流体通过其流动。在吸附器床所述部分的所有区域中，吸附器床的固体-流2 3
体接触部分的潮湿面积通常大于0.5cm/cm。如本文所使用术语“潮湿面积”表示单位体积中流体/固体边界的面积除以该单位体积。如在本公开中所使用，“潮湿”简单地指流体和固体之间的分界面而不意味着暗示用具体的流体比如水接触。潮湿面积在本领域中也称为填充物表面面积，并且有时称为几何表面积，并且在本领域理解为包括与通过床的体相流动相关的通道中的流体/固体边界。这样，潮湿面积通常不包括在可能在填充物或通道壁中任何微孔中的面积。在一些实施方式中，开放流动路径体积与填充流动路径体积的比小于1，优选地，小于0.5。通常通过计算流动路径中的该体积测量填充流动路径体积，其中当流体通过吸附器主体时，发生固体-流体接触。开放流动路径体积构成吸附器主体流动路径中体积的剩余部分并且可不仅仅包括吸附器主体中吸附器床上方和下方的那些空间，而且也包括吸附器床内其中不发生固体-流体接触的区域，例如，吸附器床内的混合区域或任何其他区域，其缺乏提供与沿着流动路径流动的流体紧密固体接触的表面。为方便起见，通常在所有的阀处在它们的闭合位置时计算开放流动路径体积。

[0039] 在一些实施方式中，吸附器床包括固定床核心，其包括能够热交换的固体材料。选择这种固体材料以便可持久抵抗吸附器内的物理和化学条件，并且取决于意图使用的吸附方法，可包括金属、陶瓷或其他。在某些实施方式中，至少一个阀是提升阀，其包括与阀杆元件连接的圆盘状元件。提升阀圆盘状元件通常具有面向接近的吸附器床表面的表面，与在内燃机中遇到的那些相似。圆盘状元件的表面可为大体圆形，用于坐落在大体圆形的孔中。对于本目的，术语“大体圆形”可包括椭圆形，比如在某些高性能引擎中发现的那些。该表面可也为平的或成型的(profiled)。在某些实施方式中，其中提升阀圆盘状元件可具有相对于在孔上操作提升阀圆盘状元件的孔向内或向外成型的表面。

[0040] 在一些实施方式中，提升阀的表面基本上与接近的吸附器表面平行。用于本技术的其他合适的阀是本领域技术人员已知的，并且可包括回转阀、套阀、滑阀，柱塞阀和蝶形阀。阀由合适的材料制造，所述材料可经受，比如吸附器内特定阀位置遇到的温度、压力、吸附器维护计划等的条件。对于极高温条件可使用陶瓷，而金属阀适合低于该温度的大部分应用。取决于吸附器设计，提升阀朝着吸附器床打开或远离吸附器床打开。其中提升阀朝着吸附器床打开的某些实施方式可能是优选的，因为管理流动的方便和管道布置中的压降和/或头设计。其中提升阀远离吸附器床打开的实施方式出于两个原因可能是优选的。第一，为释放过度加压的吸附器的压力，例如，其中压力足以超过由偏置闭合弹簧产生的力。这可排除对单独压力安全阀的需要并且可用于吸附器容易遭受快速压力增加的情况。而且，这种实施方式在吸附器中比提升阀朝着吸附器床打开的那些提供较少的不连通空间(dead space)。流动分配器在这种实施方式中是有用的，以控制所得不同的流动模式并且填充吸附器中另外的不连通空间。

[0041] 在某些其他实施方式中，气体分配器或机构可位于阀和床表面之间。气体分配器机械装置的一个例子描述在美国专利申请公开号2007/0144940中。气体分配器机械装置可起到在床内引导气体选择通道的作用。在优选的实施方式中，基本打开的阀和床表面之间的间距(spacing)，比如圆盘状元件直径的5%至200%，为这种分配器提供足够的空间。但是，这种机械装置以及其他吸附器零件比如床支撑结构的存在，可在优选范围的较高端产生改善的间距和/或产生床-阀间距的选择。

[0042] 典型地，运转期间在完全开启位置的提升阀圆盘状元件平的或成型的表面和吸附器床表面之间的距离为圆盘状元件直径的5%和200%之间，优选地，圆盘状元件直径的20%和80%之间。提升阀典型地包括延伸至其头外部位置的提升阀杆元件或棒。阀杆可由衬套和/或阀导承围绕，其提供阀的支撑同时允许沿着线性路径移动，以引导阀并且在一些情况下在操作期间密封阀。在一些实施方式中，阀杆密封与阀杆例如在往复压缩机中常见的推杆密封环关联。对于本目的，在一些情况下，阀杆密封可与衬套或阀导承相同，尽管单独的阀门密封在使用中较少遭受磨损。

[0043] 在吸附器的某些实施方式中，每个阀与外部可接近的阀座关联，所述阀座安装在至吸附器主体的各个入口内和/或安装在离开吸附器主体的出口内并且通过任何合适的密封机构密封至头，例如，通过将阀组件附接至其各个入口的法兰放置在适当位置的衬垫。可选地，阀组件可通过可旋转锁定机构附接至其各个入口，锁定机构例如转向锁(turn-to-lock)或销钉连接机械装置。在其他实施方式中，可通过使用螺纹拧入或压入座或通过将阀座加工至头本身内将阀座安装在与阀组件分开的头中。

[0044] 在一些实施方式中，提升阀包括可与致动器接合的线性可启动阀杆，以通过向其施加线性运动打开和关闭阀。在至少一个方向上，致动器是气动致动、液压致动和电磁致动的至少一个。在其他实施方式中，在至少一个方向上，致动器可通过凸轮轴致动。在例如具有阀关闭偏置的某些实施方式中，可使用可选的返回机械装置，例如，弹簧。可选致动方法使用在具体的流体流动流共同的线性排列的多个阀上的共同的致动器。

[0045] 提升阀在某些实施方式中可包括与固体圆柱形杆元件连接的圆形圆盘状元件。可横跨圆盘状元件测量提升阀的直径(DP)(下脚“P”用于提升阀)。升程(lift)，(LP)可测量为提升阀转移以为流动形成开放区域的距离。提升阀的组件可也根据阀之间的间距表征。间距(SP)描述中心至中心的间距。这样，如果两个相同直径(DP)阀具有精确等于DP(即
100%的DP)的间距，两个提升阀圆盘状元件可仅在它们周边上彼此轻触。阀间距，或阀之间的间距，可表征为作为阀直径(DP)百分数的阀中心-到-中心测量。随着阀一起更靠近，它们倾向于在吸附器的内部产生流动限制，以及在外部产生可构造性(constructability)问题。而且，大的阀间距产生关于流动面积充足和流动分布进入床的担心。因此，合适的阀间距应当平衡这些相对的因素。阀的间距通常在阀直径的120%和400%之间，优选地，在
140%和200%之间。对于不同直径阀之间的间距，平均直径可用作除数。该优选的间距应用于给定头上的每个相邻阀，无论那些阀是否携带相同的流。不希望每个相邻的阀具有相同的间距，但是优选地每个相邻的阀具有在提供范围内的间距。

[0046] 在某些实施方式中，与具体的头关联的圆形提升阀基本上是圆形的、直径一致的并且中心-到-中心间隔开平均提升阀圆盘状元件直径的120%到400%，优选地，中心-到-中心间隔开平均提升阀圆盘状元件直径的140%到200%圆盘状元件。

[0047] 在一些实施方式中，吸附器提供下述至少一个：i)随着流体流动通过阀，阀压降为吸附器内部压降的从1%至100%；ii)入口流和出口流之一的总流提升阀流动面积与吸附器流动面积的比范围为从1%至30%；iii)提升阀直径在最小的值DPMIN和最大值DPMAX之间，所述最小的值DPMIN在下面的方程1中定义：

[0048] (DPMIN)[英寸]=0.1484+0.4876*DB[英尺], 1

[0049] (DPMIN)[cm]=0.3769+0.0406*DB[cm] 1a

[0050] 其中DB是方括号中指示的单位的流动面积直径，所述最大

[0051] 值DPMAX在下面的方程2中定义：

[0052] (DPMAX)[英寸]=1.6113+1.8657*DB[英尺], 2

[0053] (DPMAX)[cm]=4.0927+0.1555*DB[cm] 2a

[0054] 其中DB是在方括号中指示的单位的流动面积直径；

[0055] iv)LP/D P，(阀升程与提升阀直径的比)范围在3%和25%之间；

[0056] 和v)阀升起时间至少为50毫秒。如可意识到，提升阀流动面积APFI涉及直径、升程和阀的数量，并且由下面的方程3定义：

[0057] APFI=NFI*π*DPFI*LPFI 3

[0058] 其中FI是“正向流动入口”，A是面积，N阀的数量，D是直径，并且L是升程。

[0059] 典型地，吸附器提供下述的至少一个：i)随着流体流动通过阀，阀压降为吸附器内部压降的从5%至20%；ii)入口流和出口流之一的总流提升阀流动面积与吸附器流动面积的比范围为从2%至20%；iii)提升阀直径在最小值(DPMIN)[英寸]=0.1484+0.4876*DB[英尺]和最大值(DPMAX)[英寸]=1.6113+1.8657*DB[英尺]之间，其中DB是以英尺为单位的流动面积直径；iv)LP/DP，(阀升程与提升阀直径的比)范围在5%和20%之间；和v)阀升起时间在100和500毫秒之间。进一步，具体的入口流或出口流的总流提升阀流动面积与吸附器流动面积的比在1%至30%之间，优选地，在2%和20%之间。

[0060] 在某些实施方式中吸附器可也按照在提升阀和床填充物之间形成的距离或间隙(gap)表征。例如，开放间隙(GO)是当阀打开时吸附器床表面和面向接近吸附器床表面的提升阀平的或成型的表面之间的距离，并且当阀闭合时该距离定义为闭合间隙(GC)。在许多实施方式中(比如图3中所图解)这些值之间的差(GC-GO)等于升程，LP。

[0061] 提升阀的使用通过当阀打开时提供的大的流动面积确保高的流动速率。流动面积通常称为阀周长(π*DP)和阀升程(LP)的乘积。在提升阀中，如在其他阀中，存在一些压力的降低(称为压降)，其随着流体流动通过阀发生。类似地，当流体流动通过包括阀之间吸附器内部容量的流动路径时发生压降。阀压降与总吸附器压降的比的合适范围能够平衡相反的因素，低的阀压降优选用于床内的流动分布，并且高的阀压降优选用于高流动速率和较小的/较少的阀。这样，阀压降通常在吸附器内部压降的1%和100%之间，优选地，在吸附器内部压降的5%和20%之间。

[0062] 提升阀逆流式吸附器的许多应用具体在以下方面是有利的，每个流的提升阀流动面积作为吸附器流动面积的百分比，每个流的提升阀流动面积由在该流上的提升阀的数量和特征计算，并且吸附器流动面积计算为接收或排放流动的吸附器床的横截面积。例如，考虑用于正向流动方向的流动入口的流的一组NFI提升阀(其中FI= 正向入口)，总提升阀流动(APFI)面积是NFI*π*DPFI*LPFI。对于典型的圆柱形吸附器，流动沿着圆柱体的轴，DB是床2
直径，并且因此1/4πDB是吸附器流动面积。总流提升阀流动面积与吸附器流动面积的比的典型合适的范围平衡相反的因素，如同压降所做的一样。可为每个具体的入口和出口流选择阀的数量和大小，以提供具体的入口或出口流的提升阀流动面积与吸附器流动面积的比在1%至30%之间，优选地，在2%和20%之间。换句话说，正向流动入口或逆向流动出口的流动通过提升阀的流动面积作为吸附器流动面积的百分数可在1%至30%之间，优选地，在2%和20%之间。在一些实施方式中逆流式吸附器的许多应用具体在具体的提升阀直径和升程方面是有利的。提升阀直径(DP)有利地具体与吸附器流动面积的直径(DB)成比例。
1/2
对于非圆柱形吸附器流动面积，相等的直径可计算为(4A/π) 。合适的直径范围令人满意地平衡了对高流动速率、均匀流动分布和最小复杂性的相反需要。优选的提升阀直径不是简单的直径的分数，但是通常随着床直径的改变而连续变化。提升阀直径的范围可在最小值(DPMIN)和最大值(DPMAX)之间，其中这些最小值和最大值在下列方程中表达为床直径的函数：DPMIN[in]=0.1484+0.4876*DB[ft]和DPMAX[in]＝1.6113+1.8657*DB[ft]。

[0063] 阀升程(LP)与提升阀直径(DP)的比的合适范围平衡阀压降、阀效率、床流动均匀性、和改善的机械复杂性的因素。阀升程比(LP/DP)通常在3%和25%之间，优选地，在5%和20%之间。

[0064] 除了提升阀流动面积、直径和升程的上述尺寸，提升阀流动面积可通过下列几何方程与阀的直径、升程和数量有关：APFI＝NFI*π*DPNI*LPFI(对于一个流的例子；FI下脚表示正向入口)。吸附器中合适的阀的数量是根据为其他参数制作的说明的吸附器设计的结果。根据本文提供的说明的设计产生的阀数量平衡数个相反的目标。较少阀的使用导致那些阀较大以满足流动面积需要。较大的阀需要较大的升程和较大的阀-床间隙(GO)，因此增加吸附器头和吸附器床之间的距离，导致更开放的流动路径体积。过多的阀本身除了需要更复杂的歧管外还增加了吸附器成本。引入这些特征的示例性设计可见实施例1和2，以及图
1和2。

[0065] 在本发明一个或多个实施方式中的吸附器在阀组件和在进入吸附器床的入口之间允许出现不可预料的小间隙。使该间隙最小化有利地使对逆流式吸附器效率有损害的吸附器开放流动路径体积最小化。开放流动路径体积与吸附器床和阀之间的空间相关。开放流动路径体积缺乏任何足够量的填充物，或传热固体，并且因此基本上不对发生在吸附器中的气流处理具有贡献。但是，在开放流动路径体积中的流体仍然在流动路径内，并且因此当流动方向逆转时或者在流动方向逆转之前可能需要净化流体被回收时，流体可从一个步骤转移至下一步骤。本发明的一个或多个实施方式减小开放流动路径体积导致较低的净化需要和/或从一个步骤到下一步骤的较低的产品损失。使用的填充物的临界传热性能是变压重整领域熟知的，并且当如在本发明中指定的使用和定位提升阀时，产生不可预料的流动分布性能。表征为打开提升阀和吸附器床表面之间的高度的分布空间可在吸附器中被最小化。入口阀的床-到-提升阀高度(GO)通常为提升阀直径的从20%至80%。因为好的流动分布是出口或排气阀较少考虑的，最小的床-到-提升阀高度可小于入口或吸入阀的。典型地，出口阀的床-到-提升阀高度(GO)范围为提升阀直径的从5%至80%。这些值表示有吸引力的最小的间隙尺寸。较大的间隙可用于适应其他吸附器内部，比如床支撑或燃料分布系统。

[0066] 工业柴油机代表性例子的阀升起时间为大约0.004秒(4毫秒)。通常这些阀使用凸轮轴打开，并且阀通常以约25度的曲轴旋转从完全闭合到完全打开来打开超过某些曲柄角。在吸附器中使用的阀可使用气动致动器打开并且可保持在完全开启位置一段时间，然后关闭。阀的打开和关闭时间基于吸附器的总循环时间。如在本发明一些实施方式中使用的提升阀具有在提升阀发动机领域不曾预料到的升起时间。阀打开时机是不同的，因为阀打开的速率控制逆向流动床系统中的速度变化，并且这些变化影响床性能和持久性。过快的阀升起时间，比如在引擎中使用的那些，本技术中是不期望的，因为这种时间产生床速度过快的变化。典型地，阀升起时间可大于50毫秒，例如，在50和1000毫秒之间，优选地在100和500毫秒之间。整个循环的持续时间定义为τ，并且阀的总升程定义为λ。典型地，采用吸附器的方法使用两个或更多个吸附器的组，以便一个或多个吸附器在正向方向上操作，同时一个或多个其他吸附器在逆向方向上操作。取决于吸附器的数量和循环的设计，单个吸附器可保持在正向或逆向流动步骤中持续总循环时间(τ)的约15%至约80%。阀的升起时间范围可为从0.01τ到0.05τ。

[0067] 如之前所叙述，在本发明的第二方面涉及吸附器，其包括：a)吸附器主体，其部分封装吸附和/或热交换区域，其包括两个基本上相对的开口端；b)第一头，其覆盖吸附器主体的一端；c)第二头，其覆盖吸附器主体的相对端；d)固定床，其包括接近第一头的区域、接近第二头的区域和布置在其间的中央区域，其中固定床布置在吸附器主体内并且包括能够促进吸附和/或与气流的热交换的固体材料；e)与第一头关联的至少一个气流入口和与第二头关联的至少一个气流出口，与第一头关联的至少一个气流入口打开通过第一头并且进入吸附器主体的通路，与第二头关联的至少一个气流出口打开从吸附器主体并且通过第二头的通路；f)至少一个入口提升阀，其控制气流入口并且与和入口关联的头整合，入口提升阀包括线性可启动阀杆；g)至少一个出口提升阀，其控制气流出口并且与和出口关联的头整合，出口提升阀包括线性可启动阀杆；和h)可接合f)和/或g)的线性可启动阀杆的至少一个致动器，其通过向提升阀施加直线运动使得气体从吸附器的外部通过至吸附器主体的内部和从吸附器主体的内部通过至吸附器外部来提供阀打开和关闭，以便提供可改变的流动操作。

[0068] 在该方面的某些实施方式中，吸附器进一步包括i)与第二头关联的至少一个气流入口和与第一头关联的至少一个气流出口，与第二头关联的至少一个气流入口打开通过第二头和吸附器主体的通路，与第一头关联的至少一个气流出口打开通过吸附器主体和第一头的通路，和关联的入口提升阀(一个或多个)或与f)、g)和h)类似的其他入口流动控制机构、出口提升阀(一个或多个)以及致动器(一个或多个)。

[0069] 之前所叙述的第三方面涉及至少在逆流式吸附器中至少两个流快速流转换的方法，所述逆流式吸附器包括吸附器主体，其部分封装吸附和/或热交换区域，其包括两个基本上相对的开口端，第一头覆盖吸附器主体的一端，第二头覆盖吸附器主体的相对端；布置在吸附器主体内的固定床，其包括能够促进吸附和/或与气流的热交换的固体材料。方法包括：i)引导来自一个或多个入口气体源的至少一个第一气流至与第一头关联的至少一个气流入口通过第一头并且进入吸附器主体以及从吸附器主体撤回经处理的第一气流并且通过第二头至与第二头关联的至少一个气流出口；其中所述引导和撤回分别由位于第一头中的至少一个吸入提升阀和位于第二头中的至少一个排气提升阀控制；和ii)引导来自一个或多个入口气体源的至少一个第二气流至与第二头关联的至少一个气流入口通过第二头并且进入吸附器主体以及从吸附器主体撤回经处理的第二气流并且通过第一头至与第一头关联的至少一个气流出口，其中所述引导和撤回分别由位于第二头中的至少一个吸入提升阀或其他吸入流动控制机构和位于第一头中的至少一个排气提升阀控制。

[0070] 在一个或多个实施方式中，装置以从每分钟0.1至20个循环、优选地每分钟1至15个循环的速率循环，并且在总压力下的变压范围为从0至5000kPa。本发明的吸附器能够可靠地在这些环境中执行。

[0071] 一种示例性实施方式显示在下面图1中。根据本发明的实施方式，图1是具有单个头和关联的阀组件的非对称的逆流式吸附器的图解。吸附器101包括具有吸附器床103的吸附器主体102，吸附器床103具有基本上气体不可渗透隔板(partition)104，其将吸附器床分成左侧吸附器床105和右侧吸附器床106。吸附器床的上部被隔板104延伸至其的单个头107覆盖。头107中的入口开孔108定位在左侧吸附器床105的上方并通过第一导管109进料。导管，比如导管109和115可以是提供为歧管的一部分或从其延伸的部分的管或其他流体输送机构(未显示)。导管，比如导管109和115可从外部头107延伸以至少部分通过所述头。第一导管109可从吸附器主体102外部延伸并且通过头107中的开孔朝向左侧吸附器床105。正向流动入口提升阀110能够坐落在头中，当坐落时接触插入在头中的单独的阀座(未显示)或接触头本身，并且控制来自头外部的流体流动进入高于左侧吸附器床105的左上开放空间111。入口提升阀110在闭合回缩的(retracted)位置向上延伸并且当向下延伸时打开。当入口提升阀110打开时，流体从第一导管109正向流动通过入口提升阀110经开放空间111进入流动路径通过左侧吸附器床105进入吸附器床103下面较低的共同开放空间112并且接着至右侧吸附器床106和右上开放空间113，流动路径从右上开放空间113延伸至正向流动出口提升阀114——其坐落在头107中并且当坐落时接触单独的阀座(未显示)或接触头本身。坐落在头107内的出口提升阀114控制从右上开放空间113至第二导管115的流动，所述第二导管115从出口提升阀114延伸通过头至头外部的位置。与入口提升阀110类似，出口提升阀114在闭合回缩位置向上延伸并且当向下延伸时打开。(可做出可选的布置，在该布置中入口提升阀110和出口提升阀114在闭合位置向下延伸并且在开启位置向上延伸远离吸附器床。)第二导管115可以是提供为歧管的一部分或从歧管延伸的部分的管或其他流体输送机构(未显示))。第二导管115可从吸附器主体102外部延伸并且通过头107中的开孔朝向右侧吸附器床106并且可用于引导来自吸附器床103的产物至吸附器101外部的位置。

[0072] 在操作期间，入口提升阀110和出口提升阀114基本上是同相的，即，它们基本上在相同的时间一起打开和关闭。这样，当打开它们时，允许流体从第一导管109流动至第二导管115。对应组的阀和导管(未显示)可沿着流动路径提供逆向流动在相反的方向上通过吸附器床，逆向流动入口阀在右侧吸附器床106上并且逆向流动出口阀在左侧吸附器床105上。第二组阀也通常基本上彼此同相操作，而与第一组阀以基本上反相操作。这样，第一和第二阀(第一阀对)同时打开，而当在正向方向上(从吸附器的左侧至右侧)流动时第三入口提升阀和第四出口提升阀(第二阀对)关闭。第一阀对的第一和第二阀接着关闭，而第二阀对打开，以允许在相反方向上流动。

[0073] 在可选实施方式中，采用尤其对称的阀模式的优势可要求大于DPMAX的阀直径，不考虑对称将会选择DPMAX。例如，人们可使用与圆柱形吸附器床设计的圆形末端关联的6个或7个阀的六角形模式。如果中心至中心阀间距≥阀直径的120%，那么阀可如反应器直径的27.8%一样大。进一步，当中心到中心阀间距≥阀直径的140%，那么阀可为吸附器直径的23.8%一样大。作为例子，直径为96英寸(2.44米)的吸附器床可受益于直径为22.85或26.7英寸(58或67.8cm)的阀。对于这种实施方式，DPMAX可为吸附器直径的较大比例，如方程(DPMAX)[英寸]=1.6113+2.858*DB[英尺]或(DPMAX)[cm]=4.0927+0.238*DB[cm]给出。如可意识到，在本技术范围内也可想到其他变型。

[0074] 非对称的逆向流动操作通常需要在正向方向上流动的气体的组份不同于在逆向方向上流动的气体的组份。例如，在正向方向上流动通过吸入阀的气体不同于在逆向方向上流动通过吸入阀的气体的组份。

[0075] 本吸附器的示例性实施方式，当应用至具有多个阀和导管的大规模吸附器时，显示在下面图2中。根据本发明的实施方式，图2是具有两个相对头和关联的阀组件的非对称的逆流式吸附器的图解。吸附器200包括描绘在横截面图中的圆柱形壁和圆柱形绝缘层，如左侧壁202、左绝缘层204、右侧壁206和右绝缘层208。吸附器床210包括上吸附器床部分212、下吸附器床部分214，和可包含混合结构的混合区216。吸附器用上部头218和下部头220覆盖，产生上开放区222，和下开放区224，其中开放区域基本上由开放流动路径体积组成。如果未例如通过该循环的这些步骤之间的冲洗进行适当处理，在逆流式吸附器中这种开放流动路径体积包含下述气体：该气体可从循环的正向流动步骤横跨至逆向流动步骤，并且反之亦然。开放流动路径体积的该最小化有利地减少在循环期间被管理的体积，减少循环时间并且提高效率。上部头218和下部头220包含可插入阀结构的开孔。头和吸附器床之间的上部或下部开放流动路径体积可也包含分布线(未显示)，其直接引导用于在吸附器200中燃烧的燃料。

[0076] 上部头218包含各种开孔，比如用于正向流动入口歧管230和逆向流动出口歧管232的示例性开孔226和228(后一开孔描绘为被提升阀占据)。配置通过歧管并且控制开孔的是正向流动入口阀234和逆向流动出口阀236。正向流动入口阀234和逆向流动出口阀236是提升阀，其包括(如在236的情况下所描绘)连接至杆元件240的圆盘状元件
238，其可位于衬套或阀导承241内。杆元件240连接至致动机构242，其向阀施加线性运动。如可意识到，开孔226和228以及相关的歧管230和232可形成导管，其从上部头218的外部延伸，以至少部分通过上部头218，用于流体流动。该示例性实施方式有利地具有与每个阀相关的独立的致动机构，这使致动装置不能致动单个阀的故障问题最小化。可选地，可提供控制多个阀的单个致动机构。一般而言，入口歧管的开孔和入口阀具有比出口歧管的那些小的直径，假设通过入口的气体体积倾向于小于通过出口的产物体积。在图2中，正向入口阀以开启位置描绘，而逆向出口阀以闭合位置描绘。

[0077] 类似的歧管和阀排列与下部头220关联。下部头220包含各种开孔，比如正向流动出口歧管248和逆向流动入口歧管250的示例性开孔244和246。(开孔246部分模糊的，因为逆向流动入口阀254以闭合位置描绘。)246的“标签”是箭头，指向穿过逆向流动入口阀254并进入开孔246。开孔244和246以及关联的歧管248和250可形成导管，其从下部头220外部延伸，以至少部分通过所述下部头220用于流体流动。配置通过歧管并控制开孔的是正向流动出口阀252和逆向流动入口阀254。再一次，正向流动出口阀252和逆向流动入口阀254是提升阀，其包括与杆元件连接的圆盘状元件，其可位于衬套或阀导承内。如为正向流动出口阀252所显示，杆元件连接至致动机构256，其向阀施加线性运动，与上面的讨论相似。实施方式有利地具有与每个阀相关的独立的致动机构，这使致动机构不能致动单个阀的故障问题最小化。可选地，可提供单个致动机构，其控制同相操作的多个阀，优选地，控制一组多个逆向流动入口阀。部分吸附器阀设计包括密封吸附器，尤其围绕阀，以切断产物气体的释放。合适的密封包括推杆密封环，例如，用于杆元件或阀轴的往复压缩机型密封。阀致动器机构提供足够的力和升起时间，并且满足吸附器的寿命的设计。典型地，致动器机构是气动控制的致动器，其是弹簧返回的并且在致动器故障的情况下被偏置以闭合。

[0078] 在图2中，逆向流动出口阀236以闭合位置描绘，而正向流动入口阀234以开启位置描绘。这样，图2描绘气体在正向流动中从上部头218的正向流动入口歧管230，通过吸附器床210并且进入下部头220的正向流动出口244。两个逆向流动阀(逆向流动出口阀236和逆向流动入口阀254)在此时被关闭。在循环的下一阶段沿着上部头218的逆向流动出口阀236正向流动入口阀(234和252)关闭并且下部头的逆向流动入口阀254打开，促进气体的逆向流动从下部头220通过吸附器床210并且离开上部头218。

[0079] 典型地，正向流动阀对——每个阀对由正向流动入口阀和正向流动出口阀组成——与该对的每个元件一起同相操作。正向流动阀对可位于它们各自头上彼此直接相对，杆与吸附器侧平行并且被共同的致动器机构驱动。类似地，逆向流动阀对——每个阀对由逆向流动入口阀和逆向流动出口阀组成——彼此同相操作，并且如果期望可位于它们各自头中，彼此直接相对，它们的杆与吸附器侧平行并且被共同的致动器机构驱动。一般而言，正向流动阀对直接与逆向流动对相反操作，以便当正向流动阀对打开时，逆向流动阀对关闭，并且反之亦然。其中在吸附器上的每个阀具有其自身的致动器机构，如果仅仅单个阀故障，吸附器可继续操作并且允许单个阀的去除和替换而不需要拆开整个吸附器。可选地，控制同一进料/产品流的多个阀可被共同的致动器驱动。

[0080] 吸附器床210包括上吸附器床部分212、下吸附器床部分214、可包含混合结构的混合区216。下吸附器床也可包括支撑床重量的结构(未显示)。典型的吸附器床材料包括蜂巢整体结构，其具有直的通道以使压降最小化并且能够实现更大的吸附器长度。吸附2 2
器中使用的蜂巢整体结构的通道密度通常范围为从约16通道每英寸 (通道/英寸 )至约
2 2
3200通道/英寸 (2.5-500通道/cm)。可选地，用于床212和214的一个或多个部分的填充可更曲折复杂，比如泡沫整体结构和填充床。本技术典型的泡沫整体结构的孔密度范围为从约5ppi(孔每英寸)至约100ppi(即2-40孔/cm)。本技术典型的填充床具有填充物，-1 -1 -1
潮湿表面积范围为从约60每英尺(ft )至约3000ft (即2-100cm )。图2中的总流动路径由开放区222和224的体积以及床212和214和混合器216中的体积表示。开放流动路径体积主要由开放区222和224组成，而填充流动路径体积主要由床和混合结构区212、214和216组成。

[0081] 相对于常规装设阀门，将大的提升阀整合进入吸附器头大大减少吸附器床和阀之间的非生产体积的量。而且，该实施方式容易构建和操作，具有足够数量的阀排列在吸附器头上，以提供足够的流动面积，以允许在期望的压降下操作，通常阀压降在吸附器内部压降的1%和100%之间，优选地，在吸附器内部压降的5%和20%之间。在图2的情况下，吸附器内部压降可包括上开放区222和下开放区224之间的压力差。在图2的情况下，阀压降包括歧管(例如230)和仅仅在开放阀(例如234)之外的开放区(例如222)之间的压力差。如早前叙述，阀压降通常在吸附器内部压降的1%和100%之间，优选地，在吸附器内部压降的5%和20%之间。而且，从阀出现的流动可充分分布在床的整个宽度上。该实施方式可使用吸附器床，其基本上包括在流动方向上的平行通道，如在前述段落中叙述，例如，可消除流的任何径向散布的蜂巢整体结构。高级的逆流式吸附器技术提供高速度均匀性横跨床横截面，例如经速度的标准偏差被量化，以便在通过床的轴向路径的停留时间可以类似。尤其，用于变压重整的逆流式吸附器技术需要在吸附器床填充物外部的开放体积中高程度的流动分布，因为平行通道组成，例如，蜂巢结构中的那些，限制一旦进入床的流动进一步再分配。本技术在提供头-整合的提升阀吸附器方面尤其有用的，该吸附器从整合的提升阀分配流动进入平行通道的蜂巢床填充物。

[0082] 图3图解吸附器上部头300的详细垂直横截面，其显示在吸附器床表面301上方的歧管中合适位置的相关联的整合阀组件。正向流动入口阀组件302包括阀座机构304，其在头和阀组件之间交界并且附接至在头中的开孔中，以提供头中的正向入口开孔。正向流动入口阀组件302进一步包括提升阀306，其具有连接至杆元件310的圆盘状元件308，所述杆元件310被中空圆柱形阀导承元件312部分围绕，从所述中空圆柱形阀导承元件312延伸将阀座机构连接至阀导承机构的支撑臂314。正向流动入口阀组件302延伸通过用作输送管的垂直的歧管管315至打开的阀。垂直的歧管管315与水平歧管管316交叉，入口气体通过其被引导至阀并最终通过其引导至吸附器床301。来自水平歧管管316和垂直歧管管315的流体流动至少部分通过头300中的开孔，其提供导管用于流体从头300外部流动，以至少部分通过所述头，当提升阀306为开启位置时，流动持续经过阀座机构304。导管可包括阀座机构304、中空圆柱形阀导承元件312、垂直歧管管315、水平歧管管316、阀致动元件320和/或用于入口阀组件302的组件的套圈套圈318。垂直歧管管315被阀组件的套圈318覆盖，通过其延伸阀导承元件312和阀杆元件310。在套圈318的顶上是阀致动元件320，其气动控制阀杆元件的线性运动并且因此控制流体通过由阀座机构304环绕的正向流动入口开孔的通道。较大的直径逆向流动出口阀组件322附接在上部头中的逆向流动出口开孔。阀组件324、326和328分别表示另外的阀组件，即，正向流动入口阀组件324、逆向流动出口阀组件326和另一正向流动入口阀组件328。每个另外的阀组件与上述的正向入口阀组件类似。正向流动入口阀组件320、324和328显示它们的阀处于闭合位置，而逆向流动出口阀组件322和326显示阀处于开启位置，显示LP，或升程，GO，或打开间隙，和GC，或闭合间隙。

[0083] 每个阀组件包括阀座、与阀座匹配的盘、附接至盘的杆、杆的导轨、从阀座至导轨的附接结构、线性轴承、密封系统和致动器。阀座可附接至导轨并且装配，然后安装进入头，可被压入或穿入头，或可被机械加工进入头，如在可使用包括歧管和阀的整合头的情况下。盘可以是圆形、椭圆形、半球形或允许附接杆以致动盘的任何期望的形状。圆形或椭圆形盘可以是最有效的形状。阀杆的导轨包括线性轴承和阀杆的密封。致动器可以是电磁致动器、气动致动器、液压致动器或凸轮轴，其以取决于循环时间的方法期望的速率旋转。致动器可同时向数个阀施加运动或可单独向每个阀施加运动。在阀座附接至导轨的情况下，可包括上述组成的阀组件可容易地从吸附器头取出，作为当阀组件有必要更换时有利于维修吸附器的单元。组件可通过在歧管顶部法兰上的螺钉附接进入吸附器头。可选地，插入阀组件并且打开阀组件，直到转向锁型(或销钉连接)系统锁入适当的位置。但是，这对于较大的阀和较高的温度流是较不优选的。

[0084] 在可选实施方式中，每个整合阀组件包括可固定至头中开孔的阀座机构、将阀座机构固定至中空阀导承的支撑臂、阀导承内的阀杆元件，其固定至盘元件并且其线性调整改变流入吸附器的流动、围绕阀导承的套圈，套圈可固定至垂直歧管管的上开孔，在其上安装致动元件，所述致动元件向其可接触的阀杆元件施加线性运动。每个整合阀组件可容易从吸附器头中取出，作为当阀组件有必要更换时有利于维修吸附器的单元。阀座组件通常经在歧管顶部的法兰附接至头，整合组件降低进入通过歧管的位置。该布置需要阀组件在3个位置被密封。法兰用衬垫密封，阀杆使用往复压缩机密封被密封，并且吸附器头的阀座使用唇形密封被密封。将阀组件附接并密封进入吸附器的可选装置可以是转向锁型(或销钉连接)系统，其中组件被插入并且整个组件被转动直到它锁入适当的位置。但是，这对于较大的阀和较高温度的流是较不优选的。在本发明的一些实施方式中，尤其其中阀打开进入歧管而不是进入吸附器，或其中头是可去除的用于安装并且去除阀的情况下，阀座被安装在与阀组件分开的头中，通过使用穿入或压入坐，或通过将阀座机械加工进入头本身。也可以使用非整合阀组件，如在汽车类发动机中的那些。

[0085] 图4描绘盘形、基本上椭圆形的上部头400与在关联的歧管内适当位置的关联的整合阀组件的详细的垂直横截面。头的外部由为大体椭圆形外部壁401限定，其具有足够的厚度以承受在使用期间遇到的操作压力。正向流动入口阀组件402包括阀座机构404，其附接在头平板405的正向入口开孔中，头紧邻吸附器的吸附区并且提供屏障。该平板405提供其上附接阀座机构404的表面，但是不作为压力边界。正向流动入口阀组件402进一步包括提升阀406，其具有连接至杆元件410的圆盘状元件408，杆元件410被中空圆柱形阀导承元件412部分围绕，从其中延伸将阀座机构连接至阀导承元件412的支撑臂414。正向流动入口阀组件402延伸通过作为至平面405中阀开孔的输送管的垂直歧管管415。垂直歧管管415与水平歧管管416相交，入口气体通过其被引导至阀并且通过其最终引导至吸附器床(未显示)。流体从水平歧管管416和垂直歧管管415流动至少部分通过平面405中的开孔，当提升阀406在开启位置时，其提供流体流动通过阀座机构404的导管。该导管从头400外部延伸以至少部分通过所述头，并且可包括入口阀组件402的阀座机构404、阀导承元件412、垂直歧管管415、水平歧管管416、阀致动元件420和/或组件的套圈418的全部或一部分。垂直歧管管415可通过焊接417固定至椭圆形外部壁401并且被阀组件的套圈418覆盖，通过所述阀组件的套圈418延伸阀导承元件412和阀杆元件410。在套圈418的顶部是阀致动元件420，其气动控制阀杆元件410的线性运动并且因此控制流体通过被阀座机构404围绕的正向入口开孔的通路。较大直径的逆向流动出口阀组件422附接在上部头的逆向流动出口开孔处。阀组件424、426和428表示另外的阀组件，即，正向流动入口阀组件424、逆向流动出口阀组件426，和另一正向流动入口阀组件428。每个阀组件与上面详细叙述的正向入口阀组件类似。外部椭圆形壁401和头405的平面之间的开放空间以及垂直歧管管之间的开放空间可用合适的空间填充固体填充，例如，具有足够温度抗性的低孔隙率材料，优选地低孔隙率陶瓷材料，以避免不期望的气体在头本身中积聚，如在430和432所显示。

[0086] 在其他实施方式中，吸附器可包括除了上述头和吸附器主体或外壳的其他构造。例如，吸附器主体可由在吸附器主体内形成吸附区的一个单元或不同部件形成。进一步，一个或多个提升阀组件可直接连接至吸附器主体或可连接至与吸附器主体或头直接连接的其他导管。因此，在一种实施方式中，吸附器可包括吸附器主体，其中吸附器主体在吸附器主体内形成吸附区；布置在吸附区内的填充物材料；和与吸附器主体连接并且与吸附区流体连通并且控制吸附器主体外部位置和吸附区内部之间的流体流动的一个或多个提升阀组件。吸附器主体可以是一个单元、不同部件、或可以是头和外壳构造。吸附器和提升阀组件的操作可如上所讨论进行。

[0087] 填充物材料可包括不同类型的填充物材料，比如卵石或工程化的填充物材料，如上所叙述。如果填充物材料是工程化的填充物材料，它可包括以特定构造，比如蜂巢、多孔陶瓷或类似构造提供的材料。与其他床结构相比，这些工程化的填充物材料具有较高的几何表面积(av)。该类型填充物的使用允许较高的气体小时空间速度、较高的容积吸附器生产力、较高的热效率和较小的、更经济的吸附器。

[0088] 提供的吸附器在用于开发和生产烃，比如气和油加工的吸附动力学分离方法、装置和系统是有用的。尤其，提供的方法、装置和系统对于快速、大规模、有效从气体混合物中分离各种目标气体是有用的。

[0089] 上述提供的吸附器在变化(swing)吸附方法中是有用的。非限制性变化吸附方法包括变压吸附(PSA)、真空变压吸附(VPSA)、变温吸附(TSA)、部分变压吸附(PPSA)、快速循环变压吸附(RCPSA)、快速循环变热吸附(RCTSA)、快速循环部分变压吸附(RCPPSA)，以及这些方法的组合，比如变压/变温吸附。

[0090] PSA方法依赖于下述现象：当气体在压力下，气体更容易被吸收在吸附剂材料的孔结构或自由体积中，即，气压越高，吸收容易吸收的气体的量越大。当压力减少时，释放或解吸所吸收的组分。

[0091] PSA方法可用于分离气体混合物的气体，因为不同气体趋于填充吸附剂的微孔至不同程度。如果气体混合物，比如天然气在压力下通过包含对二氧化碳比对甲烷更具选择性的聚合物或微孔吸附剂的容器，至少一部分二氧化碳将被吸附剂吸收，并且从容器离开的气体将富含甲烷。当吸附剂达到其吸附二氧化碳能力的限度时，其通过降低压力再生，从而释放吸收的二氧化碳。吸附剂通常接着被净化并且再加压以及准备另一吸附循环。

[0092] TSA方法依赖于下述现象：与较高的温度相比，气体在较低的温度下更容易吸收在吸附剂材料的孔结构或自由体积中，即，当吸附剂的温度增加时，释放或解吸所吸收的气体。通过循环改变吸附剂床的温度，当使用对气体混合物的一个或多个组分具有选择性的吸附剂时，TSA方法可用于分离混合物中的气体。

[0093] 通过去除污染物和重烃，即，具有至少两个碳原子的烃，提供的方法、装置和系统可用于制备天然气产物。提供的方法、装置和系统用于在应用中制备气态进料流，包括分离应用，比如露点控制、脱硫/解毒、防腐蚀/控制、脱水、热值、老化和纯化。利用一个或多个分离应用的应用实例包括产生燃料气体、密封气体、非引用水、覆盖气体、仪器用气体和控制气体、制冷剂、惰性气体和烃采收。示例性“不超过”产物(或“目标”)气体说明包括：(a)2vol.%CO2、4ppm H2S、(b)50ppm CO2、4ppm H2S或(c)1.5vol.%CO2、2ppm H2S。

[0094] 提供的方法、装置和系统可用于从烃流去除酸性气体。随着残留气体储层展示较高浓度的酸性气体，即，酸气源，酸性气体去除技术逐渐变得重要。烃进料流的酸性气体量变化宽泛，比如从每百万分之几的酸性气体至90vol.%的酸性气体。来自示例性气体储层的酸性气体浓度的非限制性例子包括至少下列浓度：(a)1vol.%H2S、5vol.%CO2、(b)1vol.%H2S、15vol.%CO2、(c)1vol.%H2S、60vol.%CO2、(d)15vol.%H2S、15vol.%CO2和(e)15vol.%H2S、30vol.%CO2。

[0095] 下列概念A-O的一个或多个可用于上面提供的方法、装置和系统，以制备期望的产品流同时保持高的烃采收：

[0096] 概念A：使用一个或多个动力学变化吸附过程，比如变压吸附(PSA)、变热吸附(TSA)、煅烧和部分变压或替换净化吸附(PPSA)，包括这些方法的组合；每个变化吸附方法可用于快速循环，比如使用一个或多个快速循环变压吸附(RC-PDS)单元，一个或多个快速循环变温吸附(RC-TSA)单元或一个或多个快速循环部分变压吸附(RC-PPSA)单元；示例性动力学变化吸附方法描述在美国专利申请公开号2008/0282892、2008/0282887、
2008/0282886、2008/0282885和2008/0282884中，其每一篇通过引用以其整体并入本文；

[0097] 概念B：用使用高级循环和净化的RC-TSA去除酸性气体，如于2011年3月1日提交的文案号2011EM060的美国专利申请号61/447,848中描述，其通过引用以其整体并入本文；

[0098] 概念C：使用中孔填料以减少在吸附剂中捕获的甲烷的量并且增加总体烃采收，如在美国专利申请公开号2008/0282892、2008/0282885、2008/028286中所描述，其每一篇通过引用以其整体并入本文。在晶体或吸收通道壁内的小孔之间存在的该不可清除的空隙空间通过填充颗粒之间的中间相小孔而减少，以减少开放体积同时允许快速气体运输穿过吸附剂层。期望减少不可清除的空隙空间的该填充至可接受水平量的期望产品，在快速吸附步骤期间的丢失，以及允许在热吸附之后高度的吸附器床纯度。这种中间相小孔填充可以以各种方式实现。例如，聚合物填料可用于H2S和CO2的快速扩散，比如硅橡胶或具有固有孔隙率的聚合物。另一方式可通过用具有中孔率和/或微孔率的热解碳填充空隙空间实现。仍另一方式可通过用越来越小的尺寸的惰性固体填充空隙空间，或通过用可补充的液体填充空隙空间实现，期望的气体通过所述可补充的液体(比如水、溶剂或油)快速扩散。优选地，吸附剂壁内的空隙空间将减少至小于60vol.%，优选地小于70%，和更优选地小于
80%；

[0099] 概念D：选择合适的吸附剂材料以提供高选择性和使甲烷和其他烃的吸附(和损失)最小化，比如在美国专利申请公开号2008/0282887和2009/0211441描述的一种或多种沸石，其每一篇通过引用以其整体并入本文。

[0100] 优选的用于去除酸性气体的吸附剂选自中孔或微孔材料，具有或没有与酸性气体化学反应的官能团。没有官能团的材料的例子包括阳离子沸石和硅酸锡(stannosilicate)。与H2S和CO2化学反应的官能化的材料展示对H2S和CO2相对于烃明显增加的选择性。而且，它们不催化与烃在酸性沸石中可能出现的不期望的反应。官能化的中孔吸附剂也是优选的，其中与未官能化的较小的孔材料，比如沸石相比较，它们对烃的亲和力进一步降低。

[0101] 可选地，通过使用小孔官能化材料，可动力学上抑制重烃的吸附，其中重烃的扩散与H2S和CO2相比是缓慢的。也应当注意减少碳含量等于或大于约4的烃(即，C4+烃)在H2S和CO2选择性吸附剂外表面上的冷凝。

[0102] 合适本文使用的官能团的非限制性例子包括伯、仲、叔或其他非给质子的碱性基团，比如脒，胍和双胍。而且，这些材料可用两种或更多种类型的官能团官能化。为基本上完全去除来自天然气流的H2S和CO2，吸附剂材料优选地对H2S和CO2具有选择性，但是对于甲烷和较重的烃(C2+)具有低的容量。在一个或多个实施方式中，优选使用支撑在二氧化硅基或其他载体上的胺，因为它们对酸性气体种类具有强的吸附等温线。它们也对该种类具有高的容量，并且由于它们吸附的高热，它们具有相对强的温度响应(即当充分加热时它们容易解吸H2S和CO2并因此可使用而没有过多的温度变化)。优选的是在25℃至70℃范围吸附并且在90℃至140℃范围解吸的吸附剂。在为去除CO2和H2S需要不同吸附剂的系统中，可能期望包括用于目标种类的合适的吸附剂的层状床。

[0103] 为了从天然气中去除CO2，优选用具有动力学选择性的特定级别8环沸石材料配制吸附剂。该级别8环沸石材料的动力学选择性允许CO2快速输送进入沸石晶体，同时阻碍甲烷的运输，以便可能选择性从CO2和甲烷的混合物分离CO2。为了从天然气去除CO2，该特定级别的8环沸石材料优选地具有从约1至约25的Si/Al比。在其他优选的实施方式中，沸石材料的Si/Al比从2至约1000，优选地从约10至约500，并且更优选地从约50至约300。应当注意，如本文所使用，术语Si/Al定义为沸石结构中二氧化硅与氧化铝的摩尔比。适合本文使用的该优选级别的8环沸石使得CO2以CO2对甲烷(即，DCO2/DCH4)的单个组分的扩散系数比大于10、优选地大于约50、，和更优选地大于约100和甚至更优选地大于200的方式通过8环窗口到达内部孔结构。

[0104] 在许多情况下，氮也必须从天然气或与油的生产相关的气体中去除，以从含氮气体获得纯化的甲烷产物的高采收。对于从甲烷分离氮，有非常少的具有明显的平衡或动力学选择性的分子筛吸着剂。对于从天然气分离N2，也优选用具有动力学选择性的一个级别的8环沸石材料配制吸附剂。该级别的8环材料动力学选择性使得N2快速转移进入沸石晶体，同时阻止甲烷的运输，以便可能选择性地从N2和甲烷的混合物分离N2。为了从天然气去除N2，该特定级别的8环沸石材料也具有Si/Al比为从约2至约1000，优选地从约10至约500，和更优选地从约50至约300。该优选的适合本文使用的级别的8环沸石使得N2通过
8环窗口以N2与甲烷(即，DN2/DCH4)的单个组分扩散系数比大于5、优选地大于约20、并且更优选地大于约50和甚至更优选地大于100的方式到达内部孔结构。在从天然气中去除N2期间变化吸附方法中的抗污染性是该级别的8环沸石材料提供的另一优点。

[0105] 在其他例子中，也期望从可包含从约0.001%H2S至约70%H2S的天然气去除H2S。在该情况下，可有利地用硅酸锡以及上面提到的具有动力学选择性的级别的8环沸石配制吸附剂。该级别的8环材料的动力学选择性使得H2S快速输送进入沸石晶体同时阻止甲烷的运输，以便可能选择性地从H2S和甲烷的混合物中分离H2S。为了从天然气中去除H2S，该特定级别的8环沸石材料的Si/Al比为从约2至约1000，优选地从约10至约500，和更优选地从约50至约300。该优选级别的适合本文使用的8环沸石使得H2S通过8环窗口以H2S对甲烷(即，DH2S/DCH4)的单个组分扩散系数的比大于5、优选地大于约20、和更优选地大于约50和甚至更优选地大于100的方式到达内部孔结构。DDR、Sigma-1和ZSM-58也适合用于从天然气去除H2S。在一些应用中，H2S必须去除至ppm或亚ppm水平。

[0106] 用于本文实施方式中的优选的选择性吸附剂材料的其他非限制性例子包括微孔材料比如沸石、AlPO、SAPO、MOF (金属有机骨架)、ZIFs (沸石咪唑酯骨架，比如ZIF-7、ZIF-8、ZIF-22等)和碳，以及中孔材料比如胺官能化的MCM材料。对于酸性气体比如通常在天然气流中出现的硫化氢和二氧化碳，也优选吸附剂，比如阳离子沸石，胺官能化的中孔材料、硅酸锡，碳；

[0107] 概念E：将一个或多个RC-PSA单元在多个步骤中减压至中间压力，以便酸性气体排气可以以较高的平均压力捕获，从而减少酸性气体注射需要的压缩；中间减压步骤的压力水平可与酸性气体压缩机的级间压力匹配，以优化总压缩系统；

[0108] 概念F：使用排气或循环流以使加工和烃损失最小化，比如使用来自一个或多个RC-PSA单元的排气流作为燃料气体代替再注入或排出；

[0109] 概念G：在单个床中使用多个吸附剂材料以去除痕量的第一污染物，比如H2S，然后去除第二污染物，比如CO2；这种分段的床用具有最小净化流动速率的RC-PSA单元可提供严格的酸性气体去除下降至ppm水平；

[0110] 概念H：使用进料压缩，然后一个或多个RC-PSA单元实现期望的产物纯度；

[0111] 概念I：同时去除非酸性气体污染物比如硫醇、COS和BTEX；选择方法和材料以将其完成；

[0112] 概念J：使用结构化的吸附剂用于气体-固体接触器以与常规填充床相比使压降最小化；

[0113] 概念K：基于吸附剂材料动力学选择循环时间和循环步骤；和

[0114] 概念L：使用方法和装置，其除了其他设备，使用串联的两个RC-PSA单元，其中第一RC-PSA单元清理进料流下降至期望的产物纯度并且第二RC-PSA单元清理来自第一装置的排气捕获甲烷并且保持高的烃采收；该串联设计的使用可减少对中孔填料的需要；

[0115] 概念M：使用平行通道接触器，其中气体/固体接触发生在相对小直径的吸附剂排列通道中。接触器的该结构将通过将气体薄膜抗性最小化和高的气体固体连通提供快速吸附动力学的好处。优选的吸附剂设计将产生清晰(sharp)的吸附前沿。

[0116] 优选具有非常快速的气体至吸附剂动力学，即通过该动力学目标种类必须扩散以与吸附剂壁接触的长度保持为短的，优选地小于1000微米，更优选地小于200微米，和最优选地小于100微米。有利的吸附剂动力学可通过下述实现：当限定床压降至可接受的值时，利用平行通道接触器，其中进料和净化气体闭合至多个非常窄的(1000至30微米直径)开放通道，其排列至吸附剂材料的有效的厚度。

[0117] 对于大部分应用“有效的厚度”意思是约500微米至30微米的范围。在层状气体流动的大部分限制情况下，非常窄的通道将限制痕迹种类的最大扩散距离不大于通道直径的1/2。即使当在吸附前沿的主要边缘吸收期望种类时，其中它们的浓度将在气相接近零，可通过使用这种小直径平行通道结构的吸附床构造保持清晰的吸附前沿。这种构造可为多个独立平行通道的形式，或为非常宽，非常短的通道形式，如可通过使用螺旋缠绕设计实现。

[0118] 概念N：用于快速加热和冷却吸附剂床结构的机构，以便吸附可在较低的温度下发生并且在较高的温度下解吸。吸附步骤将接着在高压下发生并且在减压下可任选地发生较高的温度解吸步骤，以便增加吸附剂变化容量。根据吸附剂性能，可期望使用适合外部温度控制的或内部温度控制的方案的床构造。

[0119] “内部温度控制”的意思是使用加热和冷却流体介质，气态或液态，优选地液体，其可循环通过相同的用于气态进料流动的吸附剂排列的通道。内部温度控制需要吸附剂材料不被温度控制流体不利影响并且在加热步骤之后，温度控制流体容易从之前吸收的种类(H2S和CO2)中分离。进一步，为了内部温度控制，在气态进料吸附步骤中横跨结构化床每个平行通道的压降优选地足够高，以清理温度控制流体的每个通道(或在螺旋缠绕设计情况下的单个通道)。另外地，内部流体流动温度设计将优选地利用不强烈吸附温度控制流体的吸附剂，以便H2S和CO2可有用地吸附，即使在温度控制流体存在的情况下。

[0120] 这种吸附剂的非限制性例子包括胺官能化的微孔和中孔吸附剂。这种系统的非限制性例子将使用在水稳定载体上的承载的胺，使用热和冷水(加压液体或用作加热的蒸气)用于加热和冷却。而在吸附步骤期间液体水将留在吸附剂壁内，如果吸附剂壁的厚度保持小的(小于1000微米，优选地小于200微米，和最优选地小于100微米)，其将可能用于H2S和CO2在小于1分钟的时间范围内扩散通过液体水，更优选的小于10秒以通过承载的胺被吸附。在吸附步骤之后，H2S和CO2可容易的使用分馏法或本领域技术人员熟知的其他方法分离。

[0121] “外部温度控制”的意思是其中加热和冷却流体与携带气体的吸附剂通道不接触的吸附剂床结构。这种结构可像管和外壳热交换器，盘子和结构热交换器或中空纤维，流体不渗透隔离层在外径上或在内径上，或任何其他适合结构。为了获得快速加热和冷却，热必须通过其从温度控制流体扩散至吸附剂层的距离必须保持最小，理想地小于10,000微米，更优选地小于1000微米，最优选地小于200微米。

[0122] 这种外部温度控制床设计的非限制性例子将是使用流体不渗透隔离层在外径上的中空纤维，其中中空纤维由聚合的和承载的胺吸附剂的混合基体系统组成。进料气体将通过多孔纤维的内径以在较低的温度下被吸附剂吸收，同时冷却的温度控制流体流过纤维外径。通过经热温度控制流体完成解吸，优选地在逆流方向上经过纤维外径，因此加热吸附剂。通过使热温度控制流体与冷流体交换完成循环以使包含吸附剂的纤维返回期望的吸附温度。

[0123] 在优选的实施方式中，系统中热流的速率为这样以便加热和冷却期间在温度控制流体中建立急剧温度梯度，以便系统的显热可在吸附剂床结构中回收(recuperate)。对于这种非限制中空纤维的例子，有用的纤维外径尺寸小于20,000微米，优选地小于2000微米，和最优选地小于1000微米。有用的中空纤维内径(进料气体通道)小于10,000微米，优选地小于1000微米，和最优选地小于500微米如基于期望的吸附和解吸循环时间、进料吸附种类的浓度和吸附剂层对于那些种类的变化容量适合的。

[0124] 在一种实施方式中，吸附剂床中非吸附热质与吸附剂的比保持尽可能低是有利的。该比将优选地小于20，更优选地小于10，和最优选的小于5。以此方式，在每个循环中必须是变化的系统的显热可保持最小。

[0125] 概念O：相对低流动的总进料的约0.01至5%的基本上不含H2S或CO2的清洁气体被用作净化气体。这种气体(即，“清洁气体”)的非限制性例子包括甲烷和氮，其在方法的解吸步骤的至少一部分期间保持在与进料方向逆流的方向流动通过平行通道。优选地，该清洁气体的流动速率足够克服解吸H2S和CO2的天然扩散，以保持吸收通道的产物末端为基本上清洁的状态。解吸期间该逆流净化流动确保每个随后的吸附循环期间目标种类，比如H2S或CO2没有渗出进入产物流。

[0126] 用于本发明实践的优选循环和床设计是，吸附剂通道的产物末端，即与进料气体入口端相对的末端，具有低的或理想地基本上零浓度的吸收的H2S和CO2。以此方式，并且利用上述适合结构的通道，H2S和CO2将被严格地从进料气体流中去除。如所描述，通过保持基本上不含H2S和CO2的清洁流体在进料方向相对的逆流方向上在解吸步骤(一个或多个)期间、或更优选地在循环的所有加热和冷却步骤期间的低流动，床的下游末端可保持清洁。进一步优选地，在吸附步骤期间，循环的吸附部分限于这样的时间，以便负载吸附剂的H2S和CO2前进吸附前沿不到达通道的末端，即在H2S和/或CO2穿过(breakthrough)之前吸附被停止，从而吸附剂通道基本上清洁部分保持基本上不含目标种类。合理地利用清晰吸附前沿，这将允许大于50vol.%、更优选的大于75vol.%、和最优选的大于85vol.%的吸附剂被利用。

[0127] 本文提供的方法、装置和系统用于大气体处理设施，比如下述设施，其处理大于5百万标准立方英尺每天(MSCFD)的天然气，或大于15MSCFD的天然气，或大于25MSCFD的天然气，或大于50MSCFD的天然气，或大于100MSCFD的天然气，或大于500MSCFD的天然气，或大于1,000,000,000标准立方英尺每天(BSCFD)的天然气，或大于2BSCFD(2,000,000,000标准立方英尺每天)的天然气。

[0128] 与常规技术相比较，提供的方法、装置和系统需要较低的资金投资，较低的操作成本，和较少的物理空间，从而能够在离岸和远程位置比如北极环境实施。提供的方法、装置和系统提供前面的好处并同时提供与常规技术相比高的烃采收。

[0129] 其他实施方式包括：

[0130] 1.吸附器包括：

[0131] a)吸附器主体；

[0132] b)与所述吸附器主体接合的第一头；

[0133] c)第一导管，其从所述头的外部延伸以至少部分穿过所述头；和

[0134] d)与所述第一导管流体连通的第一阀，其控制流体沿着从第一阀延伸并且通过吸附器主体的流动路径的流动。

[0135] 2.段落1的吸附器，其进一步包括至少一个：

[0136] e)与所述吸附器主体接合的第二头；

[0137] f)第二导管，其从第一头或第二头的外部延伸以至少部分通过所述各个头；和[0138] g)第二阀，其与所述第二导管流动连通，控制流体沿着包括从吸附器主体延伸至第二阀的部分的流动路径的流动3.段落2的吸附器，其中当所述流动路径中的流体沿第一流动方向流动时，所述第一阀处于基本开启位置并且当所述流动路径中的流体沿第二相反的流动方向流动时，所述第一阀处于基本闭合位置。

[0139] 4.段落3的吸附器，在流动路径至少一部分的相对两侧具有第一阀对，其中当所述流动路径中的流体沿第一流动方向流动时，所述第一阀和第二阀每个为基本开启位置并且当所述流动路径中的流体沿第二相反的流动方向流动时，所述第一阀和第二阀每个为基本闭合位置。

[0140] 5.段落4的吸附器进一步包括：

[0141] h)第三导管，其从第一头或第二头的外部延伸以至少部分通过所述各个头；

[0142] i)第三阀，其与所述第三导管流动连通，控制流体沿着包括从吸附器主体延伸至第三阀的部分的流动路径的流动；

[0143] j)第四导管，其从第一头或第二头的外部延伸以至少部分通过所述各个头；和[0144] k)第四阀，其与所述第二导管流动连通，控制流体沿着包括从吸附器主体延伸至第四阀的部分的流动路径的流动。

[0145] 6.段落5的吸附器，具有包括所述第三阀和所述第四阀的第二阀对在流动路径至少一部分的相对两侧上，控制沿第二、相反的流动方向的流动，其中当所述流动路径中的流体沿第一流动方向流动时第三阀和第四阀每个为基本闭合位置并且当所述流动路径中的流体沿第二、相反的流动方向流动时第三阀和第四阀每个为基本开启位置。

[0146] 7.段落6的吸附器，其中吸附器是非对称的逆流式吸附器。

[0147] 8.段落6的吸附器进一步包括一个或多个另外的阀，每个与所述第一、第二、第三或第四导管之一经另外的导管流动连通，所述另外的导管延伸至少部分通过所述另外的导管的各个头，所述另外的阀同相操作与所述另外的导管流体连通的任何其他阀并且控制流体沿着包括从吸附器主体延伸至各个阀的部分的流动路径的流动。

[0148] 9.段落2的吸附器，其中吸附器主体包括吸附器床，并且流动路径的体积由下述组成i)吸附器床的固体-流体接触部分内的填充流动路径体积和ii)阀(一个或多个)和吸附器床之间的开放流动路径体积、以及吸附器床内任何开放流动部分。

[0149] 10.段落9的吸附器，其中所述填充流动体积包括在离固体-流体接触表面小于2cm的距离处的吸附器床中的所有体积。

[0150] 11.段落9的吸附器，其中所述吸附器床的固体-流体接触部分的潮湿面积在吸附2 3
器床所述部分的所有区域中大于0.5cm/cm。

[0151] 12.段落9的吸附器，其中开放流动路径体积与填充流动路径体积的比小于1。

[0152] 13.段落9的吸附器，其中开放流动路径体积与填充流动路径体积的比小于0.5。

[0153] 14.段落9的吸附器，其中吸附器床包括固定床核心，其包括能够热交换的固体材料。

[0154] 15.段落9的吸附器，其中至少一个所述阀是提升阀，包括与阀杆元件连接的圆盘状元件。

[0155] 16.段落15的吸附器，其中提升阀圆盘状元件具有基本上与接近的吸附器床表面平行并且面向其的表面。

[0156] 17.段落16的吸附器，其中提升阀朝向吸附器床打开。

[0157] 18.段落16的吸附器，其中提升阀远离吸附器床打开。

[0158] 19.段落16的吸附器，其中在运转期间在完全开启位置的提升阀圆盘状元件平坦表面和吸附器床表面之间的距离为圆盘状元件直径的5%和200%之间。

[0159] 20.段落16的吸附器，其中在运转期间在完全开启位置的提升阀圆盘状元件平坦表面和吸附器床表面之间的距离在圆盘状元件直径的20%和80%之间。

[0160] 21.段落15的吸附器，其中所述提升阀杆元件延伸至所述头外部的位置。

[0161] 22.段落2的吸附器，其中每个阀与外部可接近的阀座关联，所述阀座安装在至吸附器主体的其各个入口内和/或安装在离开吸附器主体的出口内并且密封至头。

[0162] 23.段落22的吸附器，其中阀座经可旋转的锁定机构、螺旋拧入座和压入座之一附接至头。

[0163] 24.段落21的吸附器，其进一步包括与所述阀杆关联的阀杆密封。

[0164] 25.段落24的吸附器，其中阀杆密封是推杆密封环。

[0165] 26.段落15的吸附器，其中提升阀包括可接合致动器的线性可启动阀杆，以通过施加线性运动打开和关闭阀。

[0166] 27.段落26的吸附器，其中致动器是气动致动、液压致动和电磁致动的至少一个。

[0167] 28.段落26的吸附器，其中致动器是凸轮轴致动。

[0168] 29.段落26的吸附器，其中共同的致动器控制具体的流体流动流共同的线性排列的多个阀。

[0169] 30.段落15的吸附器，其中与具体的头关联的圆形提升阀是大体圆形的，直径一致的并且中心-到-中心间隔开平均提升阀圆盘状元件直径的120%至400%。

[0170] 31.段落15的吸附器，其中与具体的头关联的圆形提升阀基本上是圆形的，直径一致的并且中心-到-中心间隔开平均提升阀圆盘状元件直径的140%至200%。

[0171] 32.段落15的吸附器，其提供下述的至少一个：i)随着流体流动通过阀，阀压降为吸附器内部压降的从1%至100%；ii)入口流和出口流之一的总流提升阀流动面积与吸附器流动面积的比范围为从1%至30%；iii)提升阀直径在最小值(DPMIN)[英寸]=0.1484+0.4876*DB[英尺]和最大值(DPMAX)[英寸]=1.6113+1.8657*DB[英尺]之间，其中DB是以英尺为单位的流动面积直径；iv)LP/DP，(阀升程与提升阀直径的比)范围在3%和25%之间；和v)阀升起时间为至少50毫秒。

[0172] 33.段落15的吸附器，其提供下述的至少一个：i)随着流体流动通过阀，阀压降为吸附器内部压降的从5%至20%；ii)入口流和出口流之一的总流提升阀流动面积与吸附器流动面积的比范围为从2%至20%；iii)提升阀直径在最小值(DPMIN)[英寸]=0.1484+0.4876*DB[英尺]和最大值(DPMAX)[英寸]=1.6113+1.8657*DB[英尺]之间，其中DB是以英尺为单位的流动面积直径；iv)LP/DP，(阀升程与提升阀直径的比)范围在5%和20%之间；和v)阀升起时间在100和500毫秒之间。

[0173] 34.吸附器包括：

[0174] a)吸附器主体，其部分封装吸附和/或热交换区域，包括两个基本上相对的开口端；

[0175] b)第一头，其覆盖所述吸附器主体的一端；

[0176] c)第二头，其覆盖所述吸附器主体的相对端；

[0177] d)固定床，其包括接近第一头的区域、接近第二头的区域和布置在其间的中央区域，其中固定床布置在吸附器主体内并且包括能够促进吸附和/或与气流的热交换的固体材料；

[0178] e)与第一头关联的至少一个气流入口和与第二头关联的至少一个气流出口，与第一头关联的至少一个气流入口打开通过第一头并且进入吸附器主体的通路，与第二头关联的至少一个气流出口打开从吸附器主体并且通过第二头的通路；

[0179] f)至少一个入口提升阀，其控制气流入口并且与和入口关联的头整合，入口提升阀包括线性可启动阀杆；

[0180] g)至少一个出口提升阀，其控制气流出口并且与和出口关联的头整合，出口提升阀包括线性可启动阀杆；和

[0181] h)可结合f)和/或g)的线性可启动阀杆的至少一个致动器，其通过向提升阀施加线性运动使得气体从吸附器的外部通过至吸附器主体的内部、和从吸附器主体的内部通过至吸附器外部提供阀打开和关闭，以便提供可改变的流动操作。

[0182] 35.段落34的吸附器，其进一步包括i)与第二头关联的至少一个气流入口和与第一头关联的至少一个气流出口，与第二头关联的至少一个气流入口打开通过第二头和吸附器主体的通路，与第一头关联的至少一个气流出口打开通过吸附器主体和第一头的通路，以及关联的入口提升阀(一个或多个)或与f)、g)和h)类似的其他入口流动控制装置、出口提升阀(一个或多个)和致动器(一个或多个)。

[0183] 36.逆流式吸附器中至少两个流的快速流转换的方法，所述逆流式吸附器包括：吸附器主体，其部分封装包括两个基本上相对的开口端的吸附区域和/或热交换区域；第一头，其覆盖吸附器主体的一端；第二头，其覆盖吸附器主体的相对端；布置在吸附器主体内的固定床，其包括能够促进吸附和/或与气流热交换的固体材料，所述方法包括：

[0184] i)引导来自一个或多个入口气体源的至少一种第一气流至与第一头关联的至少一个气流入口通过第一头并且进入吸附器主体，以及从吸附器主体撤回经处理的第一气流并且通过第二头至与第二头关联的至少一个气流出口；其中所述引导和撤回分别由位于第一头中的至少一个吸入提升阀和位于第二头中的至少一个排气提升阀控制；和[0185] ii)引导来自一个或多个入口气体源的至少一种第二气流至与第二头关联的至少一个气流入口通过第二头并且进入吸附器主体，以及从吸附器主体撤回经处理的第二气流并且通过第一头至与第一头关联的至少一个气流出口，其中所述引导和撤回分别由位于第二头中的至少一个吸入提升阀或其他吸入流动控制机构和位于第一头中的至少一个排气提升阀控制。

[0186] 37.吸附器，其包括：

[0187] a)吸附器主体，其中吸附器主体形成吸附器主体内的吸附区域；

[0188] b)布置在吸附区域内的填充物材料；

[0189] c)一个或多个提升阀组件，其连接至吸附器主体并且与吸附区域流动连通和控制吸附器主体外部位置和吸附区域内之间的流体流动。

[0190] 38.段落37的吸附器，其中吸附器主体包括头和外壳，其连接在一起形成吸附区域；并且其中一个或多个提升阀组件连接至头。

[0191] 39.段落38的吸附器，其中一个或多个提升阀组件包括：

[0192] i)第一导管，其从头外部延伸，以至少部分通过头；和

[0193] ii)与第一导管流动连通的第一阀，其控制流体沿着从第一阀延伸并且通过吸附器主体的流动路径的流动。

[0194] 40.段落39的吸附器，其中当所述流动路径中的流体沿第一流动方向流动时，第一阀处于基本开启位置并且当所述流动路径中的流体沿第二相反的流动方向流动时，第一阀处于基本闭合位置。

[0195] 41.计算设备，其包括：

[0196] 处理器；

[0197] 连接处理器的内存；和

[0198] 提供给内存的指令，其中所述指令由处理器执行，以：

[0199] 基于一个或多个提升阀组件产生模型结果，所述一个或多个提升阀组件连接至吸附器主体并与吸附区域流动连通，其中一个或多个提升阀组件控制吸附器主体外部位置和吸附区域内之间的流体流动；

[0200] 存储模型结果。

[0201] 42.段落41的计算设备，其中模型结果基于连接至吸附器主体的一个或多个提升阀组件的间隔。

[0202] 43.段落37的吸附器，其中吸附器是非对称的逆流式吸附器。

[0203] 44.段落37的吸附器，其中填充物材料是蜂巢填充物材料。

[0204] 45前述段落1-44的任一段落的吸附器，其中吸附器包括一个或多个特征，如这里所附的图中所显示。

[0205] 其他实施方式可包括：

[0206] 1A.吸附器，包括：

[0207] a)吸附器主体；

[0208] b)与所述吸附器主体接合的第一头；

[0209] c)第一导管，其从所述头的外部延伸以至少部分穿过所述头；和

[0210] d)与所述第一导管流动连通的第一阀，其控制流体沿着从第一阀延伸并且通过吸附器主体的流动路径的流动。

[0211] 2A.段落2A的吸附器进一步包括至少一个：

[0212] e)与所述吸附器主体接合的第二头；

[0213] f)第二导管，其从第一头或第二头的外部延伸以至少部分通过所述各个头；和[0214] g)第二阀，其与所述第二导管流动连通，控制流体沿着包括从吸附器主体延伸至第二阀的部分的流动路径的流动。

[0215] 3A.前述段落任一段落的吸附器，其中当所述流动路径中的流体沿第一流动方向流动时，所述第一阀处于基本开启位置，并且当所述流动路径中的流体沿第二相反的流动方向流动时，所述第一阀处于基本闭合位置。

[0216] 4A.前述段落2A至3A任一段落的吸附器，在流动路径至少一部分的相对两侧上具有第一阀对，其中当所述流动路径中的流体沿第一流动方向流动时，所述第一阀和第二阀每个为基本开启位置并且当所述流动路径中的流体沿第二相反的流动方向流动时，所述第一阀和第二阀每个为基本闭合位置。

[0217] 5A.前述段落2A至4A任一段落的吸附器进一步包括：h)第三导管，其从第一头或第二头的外部延伸以至少部分通过各个头；i)第三阀，其与所述第三导管流动连通，控制流体沿着包括从吸附器主体延伸至第三阀的部分的流动路径的流动；j)第四导管，其从第一头或第二头的外部延伸以至少部分通过各个头；和k)第四阀，其与所述第二导管流动连通，控制流体沿着包括从吸附器主体延伸至第四阀的部分的流动路径的流动。

[0218] 6A.段落5A的吸附器，具有包括所述第三阀和所述第四阀的第二阀对在流动路径至少一部分的相对两侧上，控制沿第二、相反的流动方向的流动，其中当所述流动路径中的流体沿第一流动方向流动时第三阀和第四阀每个为基本闭合位置并且当所述流动路径中的流体沿第二、相反的流动方向流动时第三阀和第四阀每个为基本开启位置。

[0219] 7A.前述段落任一段落的吸附器，其中吸附器是非对称的逆流式吸附器。

[0220] 8A.前述段落5A和6A任一吸附器，进一步包括一个或多个另外的阀，每个与所述第一、第二、第三或第四导管之一经另外的导管流动连通，所述另外的导管延伸至少部分通过所述另外的导管的各个头，所述另外的阀与所述另外的导管流体连通的任何其他阀同相操作并且控制流体沿着包括从吸附器主体延伸至各个阀的部分的流动路径的流动。

[0221] 9A.前述段落任一段落的吸附器，其中吸附器主体包括吸附器床，和流动路径的体积由下述组成i)吸附器床的固体-流体接触部分内的填充流动路径体积和ii)阀(一个或多个)和吸附器床之间的开放流动路径体积、以及吸附器床内任何开放流动部分。

[0222] 10A.段落9A的吸附器，其中所述填充流动体积包括在离固体-流体接触表面小于2cm距离处吸附器床中的所有体积。

[0223] 11A.段落9A的吸附器，其中所述吸附器床的固体-流体接触部分的潮湿面积在吸2 3
附器床所述部分的所有区域中大于0.5cm/cm。

[0224] 12A.段落9A的吸附器，其中开放流动路径体积与填充流动路径体积的比小于1。

[0225] 13A.段落9A的吸附器，其中开放流动路径体积与填充流动路径体积的比小于0.5。

[0226] 14A.段落9A的吸附器，其中吸附器床包括固定床核心，其包括能够热交换的固体材料。

[0227] 15A.段落9A的吸附器，其中至少一个所述阀是提升阀，包括与阀杆元件连接的圆盘状元件。

[0228] 16A.段落15A的吸附器，其中提升阀圆盘状元件具有基本上与接近的吸附器床表面平行并且面向其的表面。

[0229] 17A.段落15A或16A的吸附器，其中提升阀朝向吸附器床打开。

[0230] 18A.段落15A或16A的吸附器，其中提升阀远离吸附器床打开。

[0231] 19A.段落15A、16A、17A或18A的吸附器，其中在运转期间在完全开启位置提升阀圆盘状元件平坦表面和吸附器床表面之间的距离为圆盘状元件直径的5%和200%之间。

[0232] 20A.段落15A、16A、17A或18A的吸附器，其中在运转期间在完全开启位置的提升阀圆盘状元件平坦表面和吸附器床表面之间的距离在圆盘状元件直径的20%和80%之间。

[0233] 21A.段落15A、16A、17A或18A的吸附器，其中所述提升阀杆元件延伸至所述头外部的位置。

[0234] 22A.前述段落任一段落的吸附器，其中每个阀与外部可接近的阀座关联，所述阀座安装在至吸附器主体的其各个入口内和/或安装在离开吸附器主体的出口内并且密封至头。

[0235] 23A.段落22A的吸附器，其中阀座经可旋转锁定机构、螺旋拧入座和压入座之一附接至头。

[0236] 24A.段落21A的吸附器，其进一步包括与所述阀杆关联的阀杆密封。

[0237] 25A.段落24A的吸附器，其中阀杆密封是推杆密封环。

[0238] 26A.段落15A的吸附器，其中提升阀包括可接合致动器的线性可启动阀杆，以通过施加线性运动打开和关闭阀。

[0239] 27A.段落26A的吸附器，其中致动器是气动致动、液压致动和电磁致动的至少一个。

[0240] 28A.段落26A的吸附器，其中致动器是凸轮轴致动。

[0241] 29A.段落26A的吸附器，其中共同的致动器控制具体的流体流动流共同的线性排列的多个阀。

[0242] 30A.段落15A的吸附器，其中与具体的头关联的圆形提升阀是大体圆形的，直径一致的并且中心-到-中心间隔开平均提升阀圆盘状元件直径的120%至400%。

[0243] 31A.段落15A的吸附器，其中与具体的头关联的圆形提升阀是大体圆形的，直径一致的并且中心-到-中心间隔开平均提升阀圆盘状元件直径的140%至200%。

[0244] 32A.段落15A的吸附器，其提供下述的至少一个：i)随着流体流动通过阀，阀压降为吸附器内部压降的从1%至100%；ii)入口流和出口流之一的总流提升阀流动面积与吸附器流动面积的比范围为从1%至30%；iii)提升阀直径在最小值(DPMIN)[英寸]=0.1484+0.4876*DB[英尺]和最大值(DPMAX)[英寸]=1.6113+1.8657*DB[英尺]之间，其中DB是以英尺为单位的流动面积直径；iv)LP/DP，(阀升程与提升阀直径的比)范围在3%和25%之间；和v)阀升起时间为至少50毫秒。

[0245] 33A.段落15A的吸附器，其提供下述的至少一个：i)随着流体流动通过阀，阀压降为吸附器内部压降的从5%至20%；ii)入口流和出口流之一的总流提升阀流动面积与吸附器流动面积的比范围为从2%至20%；iii)提升阀直径在最小值(DPMIN)[英寸]=0.1484+0.4876*DB[英尺]和最大值(DPMAX)[英寸]=1.6113+1.8657*DB[英尺]之间，其中DB是以英尺为单位的流动面积直径；iv)LP/DP，(阀升程与提升阀直径的比)范围在5%和20%之间；和v)阀升起时间在100和500毫秒之间。

[0246] 34A.前述段落任一段落的吸附器，其是用于下述的吸附器：变压吸附(PSA)、真空变压吸附(VPSA)、变温吸附(TSA)、部分变压吸附(PPSA)、快速循环变压吸附(RCPSA)、快速循环变热吸附(RCTSA)、快速循环部分变压吸附(RCPPSA)，以及这些方法的组合比如变压/变温吸附。

[0247] 41A.吸附器包括：

[0248] a)吸附器主体，其中吸附器主体形成吸附器主体内的吸附区域；

[0249] b)布置在吸附区域内的填充物材料；

[0250] c)一个或多个提升阀组件，其连接至吸附器主体并且与吸附区域流动连通和控制吸附器主体外部位置和吸附区域内之间的流体流动。

[0251] 42A.段落41A的吸附器，其中吸附器主体包括头和外壳，其连接在一起形成吸附区域；并且其中一个或多个提升阀组件连接至头。

[0252] 43A.段落42A的吸附器，其中一个或多个提升阀组件包括：

[0253] i)第一导管，其从头外部延伸，以至少部分通过头；和

[0254] ii)与第一导管流动连通的第一阀，其控制流体沿着从第一阀延伸并且通过吸附器主体的流动路径的流动。

[0255] 44A.段落43A的吸附器，其中当所述流动路径中的流体沿第一流动方向流动时，第一阀处于基本开启位置，并且当所述流动路径中的流体沿第二相反的流动方向流动时，第一阀处于基本闭合位置。

[0256] 45A.计算设备，包括：

[0257] 处理器；

[0258] 与处理器关联的内存；和

[0259] 提供给内存的指令，其中指令由处理器执行以：

[0260] 至少基于一个或多个提升阀组件之间的间隔产生模型结果，所述一个或多个提升阀组件连接至吸附器主体并且与吸附区域流动连通，其中一个或多个提升阀控制吸附器主体外部位置和吸附区域内之间的流体流动；

[0261] 存储模型结果。

[0262] 46A.段落45A的计算设备，其中模型结果基于连接至吸附器主体的一个或多个提升阀组件的间隔。

[0263] 47A.段落41A的吸附器，其中吸附器是非对称的逆流式吸附器。

[0264] 48A.段落41A的吸附器，其中填充物材料是蜂巢填充物材料。

[0265] 49A.段落37A的吸附器，其中乙炔被转化成乙烯。

[0266] 50A.前述段落1A-49A任一段落的吸附器，其中吸附器包括一个或多个特征，如这里所附的图中所显示。

[0267] 如可意识到，在可选实施方式中，段落1-15或1A-15A的任何吸附器可提供至少一个：i)随着流体流动通过阀，阀压降为吸附器内部压降的从5%至20%；ii)入口流和出口流之一的总流提升阀流动面积与吸附器流动面积的比范围为从2%至20%；iii)提升阀直径在最小值(DPMIN)[英寸]=0.1484+0.4876*DB[英尺]和最大值(DPMAX)[英寸]=1.6113+1.8657*DB[英尺]之间，其中DB是以英尺为单位的流动面积直径；iv)LP/DP，(阀升程与提升阀直径的比)范围在5%和20%之间；和v)阀升起时间在100和500毫秒之间。

[0268] 尽管本发明已经在本文详细描述，本领域技术人员将认识到落在权利要求范围内的本发明的其他实施方式。

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