具有活性层的平行通道接触器的制作方法

本发明公开的实施例总体涉及平行通道接触器，更具体地说，涉及具有活性层的平行通道接触器，该活性层有吸附剂和/或催化剂，还涉及这种平行通道接触器在吸附气体分离和/或催化反应中的使用方法。

背景技术：

1、吸附气体分离技术可以用于从多组分流体混合物中分离一种或多种组分。示例应用能够包括从各种流体(例如空气流、燃烧气流或处理流)中分离二氧化碳组分，所有这些都用于减少释放至大气中的二氧化碳的量和/或用于供给二氧化碳以便在更下游的处理或下游的产物中使用。

2、使用具有横过分离器的减小压力降或减小流体阻力的吸附气体分离器可能很有利。在一些应用中，一个或多个流体流(例如供给气体流、再生流体流或调节流体流)可以在低压(例如等于或小于比环境压力高大约1巴)下获得。在其它实例中，与增加穿过分离器的任何一个流体流的压力相关联的成本可能很昂贵或者禁止。在一些应用中，希望在流体和吸附剂之间的较短接触时间来用于从供给气体流中浓缩或除去稀释的组分。

3、具有固定固体吸附剂的吸附气体分离器通常设置有填充吸附床或平行通道接触器。平行通道接触器通常相对于填充吸附床具有更低压力降，因此更适合流体流供给的压力有限或接触时间较短(通常小于1秒)的应用。平行通道接触器能够有在吸附剂支承结构内和/或吸附剂支承结构上的一种或多种吸附剂材料，该吸附剂支承结构例如单块或层状支承件，成活性层或板材的形式。

4、单块通常由陶瓷材料制造，并有高热容，这对于吸附气体分离处理来说可能并不希望，在吸附气体分离处理中，需要快速摇摆的温度，例如小于5分钟的吸附解吸循环。而且，单块通常通过挤出浆料通过具有紧密公差的模具而生产，且适于处理大容积气体的大单块的生产可能具有挑战性或很昂贵。

5、由吸附剂材料的多层活性层或板材制造的结构化吸附剂已经在很多应用中研究作为平行通道接触器。在美国专利no.4234326中提供了一个早期实例，其中，平行流过滤器的结构包括炭布和透气间隔的交替层。在很多专利中介绍了用于使用快速psa(压力摇摆吸附)进行氢气纯化的层状结构吸附剂的进一步发展，包括美国专利no.5082473、6451095和6692626，它们介绍了平衡控制的psa方法，该psa方法可以通过将吸附器设置为层状吸附剂层压活性层或板材平行通道接触器结构来增强，其中，吸附剂材料形成吸附剂活性层，有或没有包含在这些活性层中的合适增强材料。这些结构的动力学选择的具体益处在美国专利no.7645324中详细介绍，其中，小孔吸附剂与吸附剂活性层、活性层或板材一起使用。

6、接触器可以设置有一个在另一个顶上堆叠或层叠的多个支承件，这些支承件通过用于保持在支承件之间的距离和流动槽道的间隔件而分离。对于希望采用具有低热容的平行通道接触器的快速摇摆处理，支承件可以由具有低热容和薄活性层或板材的材料来生产。

7、美国专利no.6406523公开了适用于高频操作的高表面积平行通道吸附器。该吸附器包括用于支承吸附剂的薄活性层或板材的分层，在各活性层之间有间隔件，以便建立流动槽道。吸附剂活性层包括与增强材料连接的吸附剂材料，例如矿物纤维基质(例如玻璃纤维基质)、金属丝基质(例如金属丝网筛)或金属箔(例如铝箔)，它们能够阳极化。玻璃纤维基质的实例包括编织和无纺玻璃纤维稀松布。间隔件通过在各吸附剂活性板材上印刷或压花投影图案或者通过将制造的间隔件布置在相邻的多对吸附剂活性层之间来提供。

8、美国专利申请公开no.2002/0170436a1公开了吸附剂层压件和用于制造吸附剂层压件的方法、间隔件以及吸附剂结构的尺寸。典型的公开吸附剂层压件具有大约1厘米至大约1米的流动槽道长度、50至250微米的槽道间隙高度、以及在活性层的一侧或两侧的50至300微米的吸附剂涂层厚度。基体加上施加的吸附剂或其它材料(例如干燥剂、催化剂等)的厚度通常在大约10微米至大约500微米的范围内。

9、美国专利申请公开no.2002/0170436a1还公开了厚度在大约50至大约400微米范围内的吸附剂板材，在相邻吸附剂板材之间的槽道高度在吸附剂板材厚度的大约25％至大约200％范围内，间隔件具有大约10至250微米的厚度或高度，且间隔件的宽度或直径在毫米范围内，例如大约1至10毫米。

10、美国专利申请公开号2004/0118287a1公开了一种具有吸附剂板材的平行通道接触器元件，各板材的板材表面积与总板材体积的比率在200至2500m2/cm3的范围内，且板材厚度在50至1000微米的范围内。

11、使用常规的平行通道接触器来用于从大体积的气体流中分离稀释组分(例如小于大约20体积％)受到限制，因为高于所希望的资金和操作成本。用于保持在支承结构、板材或活性层之间的分离的间隔件可以增加平行通道接触器的机械强度，但也可能增加横过接触器的压力降。增加支承件或活性层的厚度结构可以增加平行通道接触器的机械强度，但可能不希望地增加接触器的热容和体积。

12、需要一种新颖的平行通道接触器，它具有低压力降、低热容和高机械强度，同时能够大量地制造大型接触器。

技术实现思路

1、堆叠的平行通道接触器结构的实施例能够包括多个活性层，这些活性层上有吸附剂，一个堆叠在另一个顶上，且该多个活性层的每个通过间隔件而分离。

2、在广义实施例中，平行通道接触器包括一个堆叠在另一个顶上的多个活性层和布置在该多个活性层的每个的表面上的多个间隔件，用于产生在两个相邻堆叠活性层之间的槽道，并产生用于允许流体流过接触器的多个槽道。在实施例中，各槽道确定槽道长度、槽道宽度和槽道高度，其中，在所述多个活性层各自之间的槽道长度和槽道高度的比率为100至10000，且在所述多个活性层各自之间的槽道宽度和槽道高度的比率为50至10000。

3、在另一广义实施例中，用于平行通道接触器的堆叠包括：一个堆叠在另一个顶上的多个活性层；以及

4、多个间隔件，这些间隔件布置在该多个层各自的表面上，用于产生在两个相邻堆叠活性层之间的槽道，并产生用于允许流体流过该堆叠的多个槽道，

5、其中，各槽道由槽道长度、槽道宽度和槽道高度来确定，

6、所述堆叠在层流状态下具有2000至40000darcy的渗透率值或低于1000的平均雷诺数，且由所述多个间隔件引起的所述堆叠的流阻等于或小于所述堆叠的总流阻的20％。

技术特征：

1.一种平行通道接触器包括：

2.根据权利要求1所述的接触器，还包括：在层流状态下或在低于1000的平均雷诺数下的2000至40000darcy的渗透率值，且由所述多个间隔件引起的所述堆叠的流阻等于或小于所述堆叠的总流阻的20％。

3.根据权利要求1或2所述的接触器，还包括：基体，所述基体的热容小于布置于其上的吸附活性组分的热容。

4.根据权利要求1、2或3所述的接触器，还包括：在所述槽道高度的10倍至90倍的范围内的间隔件距离。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的接触器，其中：所述多个间隔件在所述活性层的平面的区域内设置成周期性阵列。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的接触器，其中：所述多个间隔件能够具有不同的尺寸或形状。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的接触器，其中：所述多个间隔件的每个为拉长形状，具有2至6的纵横比。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的接触器，其中：所述多个活性层各自的所述间隔件投影区域与所述多个活性层的另一个的所述间隔件投影区域交叠至少10％。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的接触器，其中：所述间隔件覆盖密度还包括在所述活性层上的多个间隔件覆盖密度。

10.根据权利要求9所述的接触器，其中：在一个区域处的间隔件的间隔件覆盖密度能够比不同区域的间隔件覆盖密度大20％至200％。

11.根据权利要求1至10中任意一项所述的接触器，还包括：用于沿与所述活性层或所述多个活性层的平面基本平行的方向向所述活性层或所述多个活性层施加拉伸力的装置。

12.根据权利要求1至11中任意一项所述的接触器，其中：所述多个间隔件的每一个能够还包括施加于其上的粘接剂。

13.根据权利要求1至12中任意一项所述的接触器，其中：所述多个所述活性层还包括与第二活性层相邻的第一活性层，具有第一所述多个间隔件的第一活性区域具有细长形状，并沿与所述第一活性层垂直的方向形成第一间隔件投影区域，具有第二所述多个间隔件的所述第二活性区域具有细长形状，并沿与所述第二活性层基本垂直的方向形成第二间隔件投影区域，其中，所述第一间隔件投影区域和所述第二间隔件投影区域部分地交叠，且投影区域交叠的间隔件的细长轴线并不共线。

14.根据权利要求1至13中任意一项所述的接触器，其中：所述多个所述活性层为至少20层。

15.根据权利要求1至14中任意一项所述的接触器，其中：所述多个所述槽道具有在1％至15％之间的范围内的槽道高度变化系数。

16.根据权利要求1至15中任意一项所述的接触器，其中：所述多个槽道还包括两个不同的槽道高度，其中槽道高度的差值在10％至70％之间的范围内。

17.根据权利要求1至16中任意一项所述的接触器，其中：当施加5kpa的负载时，所述槽道高度保持所述槽道高度的96％或更大。

18.一种平行通道接触器，包括：

19.根据权利要求18所述的接触器，还包括：基体，该基体的热容小于布置在所述堆叠中的吸附剂活性成分的热容。

20.根据权利要求18或19所述的接触器，其中：当施加5kpa的负载时，所述堆叠的槽道高度保持所述槽道高度的96％或更大。

21.一种用于从多组分气体流中分离第一组分的吸附方法，所述吸附方法包括：

22.根据权利要求21所述的方法，其中：所述解吸还包括通过温度摇摆机构、压力摇摆机构和分压摇摆机构中的至少一种来进行解吸。

23.根据权利要求21或22所述的吸附气体分离方法，还包括：使得蒸汽流进入所述接触器，用于在所述解吸步骤中解吸所述第一组分；以及回收相对于所述供给流富含所述第一组分的第二产物流。

24.根据权利要求21、22或23所述的方法，其中：所述第一组分还包括二氧化碳，所述第二组分还包括氮气。

25.一种用于催化来自流体流的至少第一组分的催化方法，包括：

26.一种用于催化来自流体流的至少第一组分的催化和吸附方法，包括：

技术总结
本发明通常涉及具有活性层的平行通道接触器以及它的使用方法。特别是，本发明涉及具有活性层的平行通道接触器，该活性层具有吸附剂和/或催化剂，还涉及在吸附气体分离和/或催化反应中的使用方法。

技术研发人员：乔尔·西泽龙,杰弗里·埃韦吉,凯文·韦·基特·莱昂,萨贝尔·礼萨伊,皮埃尔·霍温顿
受保护的技术使用者：斯万特有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13