ПОЛИМЕРНЫЕ ВОЛОКНА С ВНЕДРЕННЫМ АДСОРБЕНТОМ В КОНТАКТОРАХ С УПАКОВАННЫМ СЛОЕМ И ТКАНЕВЫХ КОНТАКТОРАХ И ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ИХ СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА Российский патент 2018 года по МПК B01D53/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Различные варианты осуществления данного изобретения касаются, в основном, полимерных волокон с адсорбентом газа, конструкции плотных слоев и тканых материалов в газовых контакторах, и способов, использующих полимерные волокна с адсорбентом газа в разделении газовых потоков.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Индивидуальные компоненты исходного газового потока могут быть разделены с использованием способов адсорбции переменного давления (АПД) и адсорбции переменной температуры (АПТ). АПД и АПТ способы являются проверенными технологиями для способов очистки природного газа. Эти адсорбционные способы могут повышать извлечение газа и снижать стоимость и территорию установки по извлечению природного газа. Производительность операции АПД и АПТ зависит от количества газа, который может обрабатываться в час и на фунт адсорбента. Диспергирование адсорбента на контактной структуре с большой площадью поверхности может увеличивать производительность АПД и АПТ разделения.

[0003] Для некоторых АПД и АПТ систем может быть желательно разделять комбинации газов, включающих, например, метан и диоксид углерода, используя частицы адсорбента. Чтобы оптимизировать жизнеспособность таких процессов разделения, частицы адсорбента могут быть диспергированы на контактной структуре, которая имеет большую площадь поверхности и газовые каналы надлежащего размера по своей длине, обычно, по меньшей мере, субмиллиметровые. Газовые каналы, которые составляют 100-300 микрон, могут позволять свободную диффузию молекул газа из основной газовой фазы к стенкам каналов, где они могут адсорбироваться частицей адсорбента. Это будет уменьшать время, необходимое для адсорбции, позволяя обрабатывать больше газа за каждый час. Использование структуры с большой площадью поверхности может позволить упаковывать большие количества частиц адсорбента на данной структуре на единицу объема, снижая размер реактора, требуемого для разделений, и территории для данных способов. Контактная структура с большой площадью поверхности и каналами субмиллиметрового размера по своей длине может быть выгодной.

КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Различные варианты осуществления данного изобретения касаются, в основном, слоя адсорбента, слоев адсорбента быстрого цикла, адсорбционных контакторов, слоев адсорбента быстрого цикла и способов их применения.

[0005] Один вариант осуществления изобретения может представлять собой слой адсорбента, имеющий множество волокон и извилистых каналов между волокнами данного множества волокон. Множество волокон может быть невыровненным. Волокна могут включать в себя полимерное волокно и частицы адсорбента, диспергированные в полимерном волокне. Полимерное волокно может быть пористым полимером, и пористый полимер может иметь внутри себя извилистые пути благодаря макропорам, мезопорам и/или микропорам, образованным в пористом полимере. Частицы адсорбента внутри полимера могут быть в проточном сообщении с, по меньшей мере, частью извилистых каналов слоя адсорбента. Множество волокон может быть упаковано случайным образом, спирально скручено или соткано в ткань.

[0006] В некоторых вариантах осуществления содержание адсорбента в волокне может быть, по меньшей мере, 10 масс.%, по меньшей мере, 15 масс.% или, по меньшей мере, 20 масс.%. Волокна могут иметь средний диаметр меньше чем 1000 микрометров, меньше чем 750 микрометров, меньше чем 500 микрометров или меньше чем 400 микрометров. В некоторых вариантах осуществления частицы адсорбента могут иметь средний диаметр, который составляет меньше, чем приблизительно 50% от среднего диаметра волокна или меньше, чем приблизительно 40%, или меньше, чем приблизительно 30%.

[0007] Данные слои адсорбента могут применяться в адсорбционных способах. В одном варианте осуществления слой адсорбента может представлять собой слой для адсорбции с переменой температуры, слой для адсорбции с переменой давления или их комбинацию.

[0008] В некоторых вариантах осуществления множество волокон может быть тканым или не тканым. В некоторых вариантах осуществления множество волокон может быть упаковано случайным образом, спирально скручено или соткано в ткань. Множество волокон может представлять собой нетканый слой из случайно упакованных волокон или может представлять собой слой спирально скрученных волокон. Данный слой может иметь извилистые каналы между волокнами. Множество волокон может также образовывать тканый материал из волокон, где данная ткань имеет основу и уток. Извилистые каналы могут формироваться в пространстве между сотканными волокнами. Подаваемый газ может течь сквозь плоскость ткани или поверх нее. Ткань может быть упакована с образованием контактной структуры. Контактная структура может представлять собой змеевидную структуру или спиральную структуру. Контактная структура может распорки приблизительно от 50 до 500 микрометров.

[0009] Один вариант осуществления данного изобретения может включать адсорбционный контактор. Адсорбционный контактор может включать в себя слой адсорбента, описанный выше, и может проявлять свойства, характерные для данного слоя адсорбента. Адсорбционный контактор может включать в себя камеру, имеющую вход потока подаваемого газа и выход потока подаваемого газа, множество волокон и извилистых каналов между волокнами данного множества волокон. Волокна могут содержать полимерное волокно и частицы адсорбента, диспергированные внутри данного волокна, и частицы адсорбента могут быть в гидравлическом сообщении с, по меньшей мере, частью извилистых каналов между волокнами. Частицы адсорбента могут быть в гидравлическом сообщении в пористом полимере, имеющем извилистые пути внутри пористого полимера.

[0010] В некоторых вариантах осуществления данный контактор может быть адсорбционным контактором для абсорбции при переменной температуре или адсорбционным контактором для абсорбции при переменном давлении. Контактор может включать в себя полые трубы, проходящие сквозь камеру, где данные трубы имеют вход теплопереносящей среды и выход теплопереносящей среды, и теплопереносящую среду в трубах. Также могут применяться твердые трубы, которые могут нагреваться электрически или иным образом.

[0011] Один вариант осуществления данного изобретения может представлять собой способ адсорбции компонента среды. Данный способ может включать в себя слой адсорбента, описанный выше, или адсорбционный контактор, описанный выше, включая характеристики каждого по желанию. Данный способ может включать в себя взаимодействие среды с множеством волокон и извилистых каналов между волокнами и селективную адсорбцию компонента данной среды множеством волокон. Каждое из волокон может включать в себя полимерное волокно и частицы адсорбента, диспергированные внутри данного волокна, и частицы адсорбента могут быть в проточном сообщении с, по меньшей мере, частью извилистых каналов слоя адсорбента. Данный способ может дополнительно включать в себя десорбцию данного компонента среды из множества волокон. Данный способ может также включать в себя повторяющиеся этапы взаимодействия и адсорбции. Данная среда может представлять собой дымовой газ, природный газ, топливный газ, биогаз, бытовой газ, отходящий газ, воду, угольный газ, воздух или среду, содержащую диоксид углерода. Данный компонент может представлять собой СО₂, SОх, NОх, Н₂S или воду.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] Фиг.1 изображает полимерное волокно, содержащее частицы адсорбента, согласно типичному варианту осуществления данного изобретения.

[0013] Фиг.2А-2D изображают слой адсорбента согласно типичному варианту осуществления данного изобретения.

[0014] Фиг.3А-3D изображают слои адсорбента из ориентированных случайным образом или спирально скрученных волокон и контакторы в радиальном расположении согласно типичному варианту осуществления данного изобретения.

[0015] Фиг.4 изображает волокна, сотканные в ткань, согласно типичному варианту осуществления данного изобретения.

[0016] Фиг.5А-5F изображают контактор со слоем адсорбента с тканым материалом согласно типичному варианту осуществления данного изобретения.

[0017] Фиг.6А-6F изображают контактор со слоем адсорбента с тканым материалом согласно типичному варианту осуществления данного изобретения.

[0018] Фиг.7 изображает вид в разрезе волокон основы и утка в ткани согласно типичному варианту осуществления данного изобретения.

[0019] Фиг.8 изображает расчет падения давления по нетканому слою согласно типичному варианту осуществления данного изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0020] Хотя подробно объясняются предпочтительные варианты осуществления данного изобретения, следует понимать, что допустимы другие варианты осуществления. Соответственно, не предполагается, что данное изобретение ограничивается в своем объеме деталями конструкции и расположения компонентов, указанными в последующем описании или изображенными на чертежах. Данное изобретение может иметь другие варианты осуществления и может выполняться или осуществляться иным образом. Также при описании предпочтительных вариантов осуществления будут прибегать к особой терминологии для ясности.

[0021] Следует также отметить, что используемые в данном описании и формуле изобретения формы единственного числа "а", "аn" и "the" включают в себя ссылки на множественное число, если контекст явно не диктует иное.

[0022] Также при описании предпочтительных вариантов осуществления будут прибегать к особой терминологии для ясности. Предполагается, что каждый термин имеет свое самое широкое значение, понимаемое специалистами в данной области техники, и включает в себя все технические эквиваленты, которые работают аналогичным образом для выполнения аналогичной цели.

[0023] Интервалы могут выражаться от "около" или "приблизительно" одного конкретного значения и/или до "около" или "приблизительно" другого конкретного значения. Когда представлен такой интервал, другой вариант осуществления включает в себя от одного конкретного значения и/или до другого конкретного значения.

[0024] Выражение "содержащий" или "включающий в себя" означает, что, по меньшей мере, указанное соединение, элемент, частица или этап способа присутствует в композиции или изделии или способе, но не исключается присутствие других соединений, материалов, частиц, этапов способа, даже если такие соединения, материалы, частицы, этапы способа имеют такую же функцию, как у указанных.

[0025] Следует также понимать, что упоминание одного или нескольких этапов способа не препятствует присутствию дополнительных этапов способа или промежуточных этапов способа между этими, точно указанными этапами. Аналогично, следует также понимать, что упоминание одного или нескольких компонентов в устройстве или системе не препятствует присутствию дополнительных компонентов или промежуточных компонентов между этими, точно указанными компонентами.

[0026] Здесь раскрываются слои адсорбентов, способы и системы. Слой адсорбента предпочтительно может быть слоем адсорбента быстрого цикла. Под "быстрым циклом" обычно понимают адсорбционный способ, который дает последовательность быстрой адсорбции и десорбции. Быстрый цикл может составлять приблизительно 10 минут или меньше до завершения одного цикла, т.е. один полный цикл адсорбции и десорбции. В некоторых вариантах осуществления быстрый цикл может быть приблизительно 8 минут или меньше, приблизительно 5 минут или меньше, приблизительно 4 минуты или меньше, приблизительно 3 минуты или меньше, приблизительно 2 минуты или меньше или приблизительно 1 минута или меньше.

[0027] Слой адсорбента также предпочтительно может быть слоем адсорбента быстрого цикла с кинетическим разделением. Кинетические разделения представляют собой адсорбционные способы, в которых одна частица может предпочтительно адсорбироваться относительно других конкурирующих частиц вследствие разницы скорости, с которой они поступают на адсорбент. Без связи с теорией, эта селективность может создаваться несколькими факторами, включая относительные молекулярные размеры конкурирующих частиц, скорость диффузии в адсорбент и из него и поддерживающая его структура, и размер пор адсорбента. Быстрые частицы будут способны быстро достигать частицы адсорбента, так как имеют короткое расстояние для диффузии в адсорбентсодержащую смесь, достигая частицы адсорбента. Обычно это выполняется с помощью очень маленьких, композитных частиц адсорбента, которые имеют очень высокий перепад давления в упакованном слое, или с помощью тонких покрывающих слоев адсорбента на стенках монолита, что приводит к низкой емкости. Эти вопросы емкости и перепада давления являются существенными преградами для преодоления. Материалы данного изобретения могут достигать быстрой адсорбции с кинетическими разделениями с возможностью лучших емкостей и/или меньших перепадов давления. Адсорбционный/десорбционный цикл в кинетическом разделении может быть меньше, чем приблизительно 1 минута или меньше, чем приблизительно 45 секунд, или меньше, чем приблизительно 30 секунд.

[0028] Раскрывается слой адсорбента, который содержит множество волокон. Волокна могут быть полимерными волокнами, а частицы адсорбента диспергированы в полимерном волокне. Частицы адсорбента могут быть в проточном сообщении с внешним окружением полимерного волокна. Множество волокон может быть соткано в мат или ткань, может быть упаковано случайным образом или может быть спирально скручено в виде части слоя адсорбента. Множество волокон может быть не выровненным, т.е. не параллельным в прямолинейном пучке. Множество волокон может иметь кружные или извилистые каналы между волокнами, сквозь которые может проходить газ, посредством которых частицы адсорбента могут взаимодействовать, будучи в проточном сообщении с внешним окружением полимерного волокна.

[0029] Данное изобретение включает в себя множество волокон. Множество волокон может включать в себя волокно, которое может быть образовано из полимерного волокна и частиц адсорбента, диспергированных внутри полимера. Например, на фигуре 1 показана часть полимерного волокна 101, включающая полимер 102 и частицы адсорбента 103. Частицы адсорбента 103 могут быть в проточном сообщении с внешним окружением полимерного волокна 101.

[0030] Данный полимер может быть любым материалом, подходящим для использования в слое адсорбента с переменой давления или температуры. Некоторые типичные полимеры могут включать полиимиды, полисульфоны, полидиметилсилоксаны, полиэфиримиды, полиэфиркетоны (РЕЕК) или любой другой полимер со способностью формировать пористость во время намотки или вытяжки волокна или путем применения порообразующих агентов, приспособленных создавать пористый полимер. Под пористым полимером понимается полимер, имеющий некоторую величину пористости внутри полимера, который будет иметь меньшую плотность, чем полимер того же типа, который не имеет пористости. Пористый полимер может также описываться как макропористый или мезопористый полимер, или полимер, имеющий поры, макропоры, мезопоры и/или микропоры. Пористый полимер может также описываться как имеющий долю пустот, по меньшей мере, приблизительно 5% объема, по меньшей мере, приблизительно 10% объема, по меньшей мере, приблизительно 15% объема, по меньшей мере, приблизительно 20% объема или, по меньшей мере, приблизительно 25% объема (по сравнению с таким же полимером, который является непористым). Доля пустот полимера может быть приблизительно до 90% объема, приблизительно до 85% объема или приблизительно до 80% объема. В некоторых вариантах осуществления доля пустот пористого полимера может быть приблизительно от 15% до 85% объема, приблизительно от 20% до 80% объема или приблизительно от 25% до 75% объема. Пористый полимер может быть получен с помощью любого способа, применяемого для получения пористости в полимерном материале. В неограничивающем примере, полимерное волокно может быть получено с использованием порогена, который создает поры внутри полимера, где пороген может быть, например, газообразным порогеном, диффундируемым порогеном или извлекаемым порогеном. Пористость также может вводиться во время кручения путем инверсии фаз, когда удаляют растворитель, заставляющий осажденный полимер формироваться с пористостью. Пористость может быть структурированной или случайной.

[0031] Частицы адсорбента в данном изобретении могут быть материалом, подходящим для адсорбции газа в способе разделения или удаления газа. Адсорбент может быть материалом, эффективным в способе адсорбции с переменой давления и способе адсорбции с переменой температуры.

[0032] Разделение среды важно в различных отраслях промышленности, включая производство топлив, химических веществ, нефтехимических продуктов, очищенных газов и качественных продуктов, но не ограничиваясь этим. Термин "среда" применятся здесь для удобства и относится, в общем, к многочисленным текучим средам, жидкостям, газам, растворам, суспензиям, порошкам, гелям, дисперсиям, эмульсиям, парам, текучим материалам, многофазным материалам или их комбинациям. Среда может содержать поток сырья. Среда может содержать смесь множества компонентов. Применяемый здесь термин "множество" означает больше, чем один. Предпочтительно, среда здесь является газом, а адсорбенты применяются в технологиях разделения газов.

[0033] Разделение среды может выполняться с помощью многих способов, которым способствует теплота, давление, твердые вещества, текучие среды или другие средства, обычно использующие различия в физических и/или химических свойствах разделяемых компонентов. Разделение газа может достигаться путем частичного сжижения или путем применения адсорбента, который предпочтительно удерживает или адсорбирует более легко удерживаемый или адсорбируемый компонент относительно менее легко адсорбируемого компонента газовой смеси.

[0034] Адсорбция с переменой давления (АПД) и адсорбция с переменой температуры (АПТ) представляют собой два коммерчески практикуемых способа разделения газа. АПТ содержит способ, в котором слой адсорбента используют, чтобы выделять один или несколько компонентов их потока среды, и затем слой адсорбента можно регенерировать, освобождая адсорбированные компоненты, путем увеличения температуры слоя. АПД аналогично включает в себя слой материала, используемого для отделения одного или нескольких основных компонентов из среды, но слой адсорбента может регенерироваться путем изменения давления в системе.

[0035] И АПТ, и АПД способы могут содержать предпочтительную адсорбцию, по меньшей мере, одного компонента среды с помощью адсорбента относительно второго компонента или других компонентов среды. Полное количество, по меньшей мере, одного компонента, адсорбированного из среды (т.е. адсорбционная емкость адсорбента), и селективность адсорбции одного компонента относительно другого компонента среды часто могут улучшаться путем выполнения способа адсорбции в особых условиях давления и температуры, так как и давление, и температура могут влиять на адсорбционное содержание компонента среды. Адсорбированный компонент может затем десорбироваться из адсорбента.

[0036] Адсорбция и десорбция компонента в АПТ происходят потому, что изотермы адсорбции сильно зависят от температуры. Таким образом, высокая чистота компонента среды может быть получена путем адсорбции при низкой температуре, где адсорбция является прочной, причем освобождение прочно удерживаемого компонента возможно путем десорбции при высокой температуре. В АПТ способах тепло для десорбции может подаваться непосредственно в адсорбент путем пропускания горячей десорбирующей среды через слой, или косвенно в адсорбент посредством нагревающей спирали, электрического источника тепла, теплопереносящей среды или теплообменника, среди прочего, которые находятся в тесном взаимодействии с адсорбентом.

[0037] Адсорбция и десорбция компонента в АПД происходит потому, что адсорбция газов в среде увеличивается при увеличении давления. Разные газы имеют разные коэффициенты адсорбции с разными подложками, поэтому смесь газов может пропускаться сквозь слой при высоком давлении, чтобы селективно адсорбировать, по меньшей мере, один из газов в смеси. Когда слой достигает конца своей емкости, давление может быть снижено, чтобы собирать адсорбированный газ и регенерировать адсорбент.

[0038] Способы АПТ и АПД не содержат исключительно только давление или температуру. Давление в способе АПТ также может меняться во время адсорбции/десорбции, и температура в способе АПД также может меняться во время адсорбции/десорбции. Кроме того, чистые газы и другие средства также могут применяться в сопряжении со способами АПД и/или АПТ.

[0039] В каждом из способов АПТ и АПД природа адсорбента и природа структуры, содержащей адсорбент, могут влиять на тип адсорбции, эффективность адсорбции и емкость по рассматриваемому газу.

[0040] Адсорбентом в данном изобретении может быть материал, подходящий для адсорбции газа в способе разделения или удаления газа. Адсорбент может быть материалом, эффективным в способе адсорбции с переменой давления или способе адсорбции с переменой температуры. В некоторых вариантах осуществления адсорбент может быть материалом, который адсорбирует СО₂ из потока газа. В одном варианте осуществления адсорбент может быть цеолитом, оксидом металла, металлоорганической решеткой, цеолитной имидозолатной решеткой или активированным углем. Предпочтительно, адсорбент может быть цеолитом. Цеолит может быть любым цеолитом, применяемым в адсорбционном способе, включая цеолит А, цеолит Х, цеолит Y, МFI, DDR, ZSМ-58, морденит, силикалит, шабазит, фожазит и вариации этих структур, но не ограничиваясь этим.

[0041] Содержание адсорбента в полимерном волокне может быть любой величиной вплоть до содержания, при котором полимер теряет свою гибкость и/или свою структурную целостность. Способность увеличивать или уменьшать содержание адсорбента в полимере позволяет регулировать емкость полимера и устройства в зависимости от его применения. Содержание адсорбента в волокне может быть, по меньшей мере, приблизительно 5% от массы волокна, т.е. 5% масса адсорбента на массу волокна. Это можно также описать как массовую долю адсорбента в волокне. Содержание адсорбента может быть, по меньшей мере, приблизительно 10 масс.%, по меньшей мере, приблизительно 15 масс.%, по меньшей мере, приблизительно 20 масс.%, по меньшей мере, приблизительно 25 масс.%, по меньшей мере, приблизительно 30 масс.%, по меньшей мере, приблизительно 33 масс.%, по меньшей мере, приблизительно 40 масс.%, по меньшей мере, приблизительно 45 масс.%, по меньшей мере, приблизительно 50 масс.%. Содержание адсорбента может до приблизительно 90 масс.% или до приблизительно 85 масс.%.

[0042] Частицы адсорбента могут, по меньшей мере, частично содержаться внутри полимерного волокна, т.е. внутри диаметра полимера. Полимер может содержать частицы адсорбента по всему полимеру, и адсорбент не обязан находиться на поверхности композита в отличие от других систем, таких как монолиты или покрытые ткани, где адсорбент наносят только на внешние поверхности. Некоторое количество адсорбента может быть внутри полимерного волокна, что означает, что данное количество адсорбента непосредственно не доступно на поверхности композита. В одном варианте осуществления, по меньшей мере, приблизительно 5% адсорбента может содержаться внутри полимерного волокна. Количество адсорбента внутри полимерного волокна может быть, по меньшей мере, приблизительно 10%, по меньшей мере, приблизительно 15% или, по меньшей мере, приблизительно 20%. Количество адсорбента внутри полимерного волокна может быть до приблизительно 100% адсорбента.

[0043] Однако, несмотря на то, что он находится внутри полимерного волокна, данный адсорбент может быть в проточном сообщении с поверхностью полимера, и, таким образом, с пространством вне полимера и между соседними полимерными волокнами в силу пористости полимера. Макропористость и мезопористость полимерного волокна обеспечивает извилистые пути внутри полимера. В результате, адсорбент может быть в проточном сообщении с извилистым каналом слоя. Как дополнительно обсуждается ниже, извилистые каналы, также называемые кружными каналами, представляют собой пути или пространства, которые существуют между волокнами в слое. Напротив, извилистые пути являются частью полимера, образованной из макропор, мезопор и микропор в пористом волокне. Заметим также, что полимер может иметь проницаемость для среды, проходящей сквозь извилистые каналы, которая также может позволять некоторое сообщение адсорбента с извилистыми каналами. В качестве неограничивающего примера, некоторые полимеры могут демонстрировать растворимость/проницаемость в отношении СО₂, поэтому часть СО₂ также может проходить сквозь полимер посредством стандартной диффузии, а не через извилистые пути. Предпочтительно, в одном варианте осуществления частицы адсорбента внутри полимерного волокна могут быть в проточном сообщении с, по меньшей мере, частью извилистых каналов слоя адсорбента.

[0044] Полимерное волокно, используемое для построения слоев адсорбента, может иметь любой размер волокна, который может вмещать частицы адсорбента и поддерживать некоторый уровень гибкости. В некоторых вариантах осуществления полимерное волокно может иметь диаметр от 10 до 1000 микрометров. Диаметр полимерного волокна может описываться как средний диаметр волокна, т.е. поперечный диаметр волокна, как этот термин применяется специалистами в данной области техники. Средний диаметр волокна может быть меньше, чем приблизительно 500 микрометров. Средний диаметр волокна может быть меньше, чем приблизительно 400 микрометров, меньше, чем приблизительно 300 микрометров, меньше, чем приблизительно 250 микрометров, меньше, чем приблизительно 200 микрометров или меньше, чем приблизительно 100 микрометров. Средний диаметр волокна может быть больше, чем приблизительно 10 микрометров, больше, чем приблизительно 20 микрометров или больше, чем приблизительно 40 микрометров.

[0045] В некоторых вариантах осуществления могут применяться волокна более чем одного размера. Например, в некоторых вариантах осуществления множество волокон может быть соткано в ткань, и данная ткань может иметь основу и уток, то есть два набора перпендикулярных волокон. В некоторых вариантах осуществления нити в волокнах основы могут иметь диаметр такой же, как диаметр нитей волокон в утке. Альтернативно, нити в волокнах основы могут иметь диаметр, который отличается от диаметра нитей волокон в утке. Когда используют нити, имеющие разные диаметры. Разница между самым большим средним диаметром нити и самым маленьким средним диаметром нити может быть приблизительно до 10 к 1, приблизительно до 7,5 к 1, приблизительно до 5:1, приблизительно до 3:1.

[0046] Частицы адсорбента могут иметь некоторый средний диаметр, связанный с частицами. Этот средний диаметр может измеряться и описываться с использованием стандартных технологий. Средний диаметр частиц может также определяться как взвешенное по объему среднее распределения набора частиц, имеющих разные диаметры частиц. Частицы адсорбента обычно могут быть меньше по диаметру, чем нить, в которую их внедряют. Средний размер частиц адсорбента обычно меньше, чем приблизительно 40% среднего диаметра нити или меньше, чем приблизительно 30% среднего диаметра нити. В некоторых вариантах осуществления средний размер частиц адсорбента может быть меньше, чем 25% среднего диаметра нити, меньше, чем приблизительно 20% среднего диаметра нити или меньше, чем приблизительно 15% среднего диаметра нити. В некоторых вариантах осуществления частицы адсорбента могут иметь средний диаметр от 1 до 100 мкм или приблизительно от 5 до 50 мкм, или предпочтительно средний диаметр частиц от приблизительно 10 до приблизительно 40 мкм. Меньшие размеры также могут применяться в данной технологии. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления частицы адсорбента могут иметь средний диаметр такой малый, как 0,01 мкм, или такой малый, как 0,1 мкм. Интервал среднего диаметра может быть приблизительно от 0,01 до 100 мкм или приблизительно от 0,1 до 100 мкм. Средний диаметр частиц может быть от приблизительно 1 до приблизительно 10 мкм, от приблизительно 1 до приблизительно 50 мкм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 50 мкм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 40 мкм или от приблизительно 10 мкм до приблизительно 40 мкм.

[0047] Частицы адсорбента могут быть внедрены в волокно с помощью любого способа, применяемого для введения твердого вещества в полимерный материал. В одном варианте осуществления адсорбент может быть диспергирован в полимерной смеси до вытягивания или намотки полимерной смеси. Полимерная смесь может быть расплавленным полимером или раствором полимера в растворителе, как в термопластическом полимере или в растворе термореактивного полимера, до вытягивания или намотки. Адсорбент также может быть взвешенным в полимерном компоненте, таком как компонент термореактивного полимера. Смесь адсорбент/полимер может быть непрерывной пористой полимерной фазой, которая затем может быть экструдирована в твердые нити. Экструдирование может включать в себя любую технологию, применяемую для формирования полимерных нитей, такую как способы наматывания или вытягивания, включая, например, способ вытягивания с обращением фаз. Твердые нити могут быть описаны, как нить, моноволокно или полимерная нить. Предпочтительно, полимерные волокна являются не полыми полимерными волокнами, что означает, что полимер не готовят специально с включением просвета внутри полимерной нити.

[0048] В данном изобретении слой адсорбента может содержать множество волокон и извилистых каналов между волокнами данного множества волокон. В одном варианте осуществления множество волокон может формировать слой тканых или нетканых нитей. В одном варианте осуществления множество волокон может быть нетканым слоем случайно уложенных нитей, и извилистые каналы могут формироваться между нитями. Один типичный вариант осуществления нетканого слоя показан на фигуре 2А (вид сверху) и фигуре 2В (вид сбоку). Показан слой 201 случайно упакованных волокон 202. Случайно упакованные волокна 202 имеют извилистые каналы 203 между ними. Газ может течь в извилистые каналы между случайно упакованными волокнами. В другом варианте осуществления множество волокон может быть свито с образованием слоя или может быть соткано, с образованием ткани.

[0049] Путем диспергирования адсорбента в непрерывной фазе пористого полимера, экструдирования данной смеси в твердые нити и затем организации этих моноволокон в слой можно обеспечивать слой адсорбента, который имеет самоподдерживающуюся контактную структур с большой площадью поверхности. Такая структура может быть легкой в изготовлении. Твердые моноволокна полимер/адсорбент могут давать слой, имеющий в структуре извилистые каналы субмиллиметрового размера. Кроме того, данные слои могут быть разработаны для АПТ или АПБ систем. Например, система на фигурах 2А и 2В может применяться в способе адсорбции с переменой давления, где изменение давления может выполняться в слое. Дополнительные структуры или опоры также могут быть включены в конструкцию слоя. Например, опорные структуры могут добавляться, чтобы поддерживать положение или распределение волокон. Альтернативно, контактный слой может быть построен с использованием полых труб в структуре, как показано на фигуре 2С (вид сверху) и 2D (вид сбоку). Слой 201, содержащий волокно 202 полимер/адсорбент и имеющий извилистые каналы 203, может также включать в себя трубы 204, через которые может проходить теплопереносящая среда, такая как вода. Жидкость может течь сквозь данные трубы, обеспечивая изменение температуры для способов адсорбции с переменой температуры, или трубы могут использоваться, чтобы поддерживать конкретную температуру для способа с переменой давления или регулировать температуру во время него. Газ может течь в извилистые каналы между случайно упакованными волокнами, а теплопереносящая среда может течь через полые трубы, внедренные в слой. Заметим также, что данные трубы не обязаны быть параллельными данному слою, а могут проходить перпендикулярно слою. Вместо труб слой может включать в себя теплопроводящий металл или проволоку, или другие волокна, чтобы регулировать температуру и нагрев слоя. Другие способы нагрева или поддержания температуры также могут применяться, такие как нагрев потоком газа.

[0050] Слои данного изобретения могут включать в себя слой обычной конструкции, такой как показано на фигурах 2А-D, где газ может течь вниз по длине слоя, т.е. параллельно длине слоя. Слои данного изобретения могут также включать в себя другие конструкции слоев, такие как, например, радиальный слой. Один пример радиального контактора показан на фигуре 3А (вид сверху) и 3В (вид сбоку). Контактор 310 содержит слой 301 волокна 302 полимер/адсорбент и имеет извилистые каналы 303. Проток 305 для газового потока может позволять среде течь в слой, и газ может выходить через выходы контактора 306 после прохождения через волокна 302 посредством извилистых каналов 303. Полимерные волокна в таком радиальном слое могут быть случайно упакованы, как показано на фигуре 3А. Полимерные волокна также могут быть спирально свиты, как показано на фигуре 3С (вид сверху) и 3D (вид сбоку). В спирально свитом слое 311 полимерные волокна 302 могут быть свиты вокруг сердечника или структуры, формирующей спирально выровненные волокна. Данный сердечник или структура может быть удален, оставляя проток 305 для среды, подаваемой в слой и затем радиально проходящей сквозь слой 311. Альтернативно, сердечник или структура может оставаться, и газ может проходить в направлении, параллельном длине слоя, а не перпендикулярно слою. Кроме того, в добавление к случайно ориентированным или спирально свитым волокнам, полимерные волокна радиального слоя также могут быть сотканы в ткань, как обсуждает более подробно ниже, и данная ткань может находиться внутри слоя, так что газовый поток может проходить сквозь ткань от внутреннего входа к внешним выходам. Заметим также, что, хотя радиальные контакторы, такие, как показаны на фигурах 3А и 3В, описываются, как содержащие газ, который течет изнутри наружу, контактор может быть сконструирован так, чтобы работать в противоположном направлении, где газ течет снаружи, проходит сквозь множество волокон и собирается в протоке 305.

[0051] В одном варианте осуществления волокна могут быть сотканы в ткань. Множество волокон может образовывать тканый материал из нитей. Ткань будет иметь основу и уток. Извилистые каналы могут быть образованы в пространстве между волокнами тканого материала. Например, моноволокна могут быть сотканы в ткань с получением большой самоподдерживающейся площади поверхности, содержащей структуру, показанную на фигуре 4. Нить 402 может быть соткана со второй нитью 403 с образованием ткани 401. Ткань 401 может иметь извилистые каналы 404 между ними, и размер этих извилистых каналов может регулироваться расстоянием между волокнами в плетении, например расстоянием между нитями основы и утка 405 и 406.

[0052] В зависимости от природы плетения нитей ткань может иметь основу и уток, и ткань может иметь волокна основы и волокна утка. Волокна основы и волокна утка могут иметь одинаковые характеристики, например, одинаковый диаметр и одинаковое содержание адсорбента. Альтернативно, волокна основы могут иметь один диаметр и содержание адсорбента, а волокна утка могут иметь другой диаметр или содержание. Волокна основы обычно бегут параллельно друг другу и могут иметь расстояние между волокнами основы, определенное здесь как расстояние основы. Волокна утка обычно могут бежать параллельно друг другу и могут иметь расстояние между волокнами утка, определенное здесь как расстояние утка. Расстояние основы и расстояние утка могут быть одинаковыми или могут быть разными. В некоторых вариантах осуществления некоторые волокна, бегущие в одном направлении, могут быть заменены альтернативными структурами. Например, часть волокон основы может быть заменена проволокой, которая может помогать теплопереносу или теплоемкости, или обеспечивать структурную опору для ткани. Альтернативно, часть волокон может быть заменена полыми трубами, и теплопереносящая среда может протекать сквозь эти трубы.

[0053] Когда тканый материал создан, материал может упаковываться с образованием контактной структуры или контактора. Например, ткань может скручиваться с образованием спиральной структуры. Альтернативно, ткань может быт согнута с образованием извилистой структуры. В некоторых случаях упакованная структура может быть самоподдерживающейся в силу строения ткани. В некоторых случаях распорки могут быть включены между секциями упакованной ткани. Данные распорки могут регулировать пространство между частями упакованной ткани. Распорки могут быть от приблизительно 50 микрометров до приблизительно 1000 микрометров, от приблизительно 50 микрометров до приблизительно 500 микрометров, от приблизительно 100 микрометров до приблизительно 400 микрометров или от приблизительно 200 микрометров до приблизительно 300 микрометров. Распорки могут быть больше чем 75 микрометров, больше чем 100 микрометров или больше чем 150 микрометров. Распорки могут быть меньше чем приблизительно 500 микрометров, меньше чем приблизительно 450 микрометров, меньше чем приблизительно 400 микрометров, меньше чем приблизительно 350 микрометров или меньше чем приблизительно 300 микрометров. Распорки могут быть твердыми трубами или индивидуальными опорами. Распорки также могут быть полыми трубами, и данные трубы могут содержать теплопереносящую среду, которая может протекать сквозь них.

[0054] Фигуры 5А-F представляют неограничивающий пример контактора, содержащего тканый материал, который скручен в спираль. На фигуре 5А ткань, сотканная из моноволокон, с волокнами утка 501 и волокнами основы 502 показана в виде с поперечным разрезом. Фигура 5В показывает вид сверху тканого материала. Фигуры 5С и 5D демонстрируют включение сердечника, стержня или другой опоры 503 у одного конца ткани и распорки 504, распределенные по ткани. Ткань затем может сворачиваться, как показано в виде с разрезом на фигуре 5Е, с образованием спиральной скрученной структуры, имеющей волокна основы и утка 501 и 502, сердечник 503 и распорки 504. В спирально скрученной структуре можно видеть газовые каналы 505, сквозь которые газ будет протекать и взаимодействовать с множеством волокон в тканом материале. Фигура 5F показывает вид сверху скрученной спиральной структуры. Фигуры 6А-F представляют другой неограничивающий пример контактора, содержащего множество волокон, сотканных в ткань, включающую волокна основы и утка 601 и 602. На фигуре 6С полые трубки 604, имеющие центр внутренней области 606, могут быть использованы вместо распорок. Данная структура может скручиваться с образованием спиральной структуры, показанной на фигуре 6Е, имеющей газовые каналы 605. Полые трубки 604 могут использоваться в качестве структурных опор или также могут использоваться, чтобы регулировать температуру контактора путем пропускания теплопереносящей среды сквозь трубки. Регулирование температуры слоя может быть важным аспектом способа АПТ, где изменение температуры изменяет адсорбционный профиль, но может также применяться, чтобы регулировать или поддерживать температуру слоя в способе АПД.

[0055] Спиральные структуры, показанные на фигурах 5Е и 6Е, могут быть подобны покрытой спиральной скрученной структуре, применяемой в обычных конструкциях монолитов или контакторов, где металлическая сетка или лист спирально скручивается и покрывается адсорбентом. Однако, в отличие от металлических контакторов, процедура покрытия не является необходимой. Адсорбент уже находится в нитях ткани, поэтому можно избежать трудностей, присущих процедурам покрытия.

[0056] Другим преимуществом, уникальным для этой конструкции контактора, может быть размер газовых каналов внутри структуры и содержание адсорбента в структуре, факторы, которые важны для производительности АПД/АПТ. Газовые каналы между слоями ткани могут регулироваться путем выбора надлежащих параметров дизайна ткани. Например, размер газовых каналов в структуре тканевого адсорбента может регулироваться тем, как тесно ткань скручивается в цилиндр после плетения; более тесно скрученная ткань будет иметь меньшие газовые каналы. Газовые каналы могут регулироваться распоркой, помещенной между слоями, или могут быть функцией самой ткани, так как самоподдерживающаяся ткань может поддерживать определенное расстояние между слоями. В одном варианте осуществления газовые каналы могут быть приблизительно от 30 до 500 микрометров. Газовые каналы могут быть от приблизительно 50 микрометров до приблизительно 500 микрометров, от приблизительно 100 микрометров до приблизительно 400 микрометров, от приблизительно 100 микрометров до приблизительно 300 микрометров или от приблизительно 200 микрометров до приблизительно 300 микрометров. Газовые каналы могут быть больше чем 75 микрометров, больше чем 100 микрометров или больше чем 150 микрометров. Газовые каналы могут быть меньше чем приблизительно 500 микрометров, меньше чем приблизительно 450 микрометров, меньше чем приблизительно 400 микрометров, меньше чем приблизительно 350 микрометров или меньше чем приблизительно 300 микрометров.

[0057] Рисунок плетения ткани, который определяется способом пересечения нитей основы (нити в вертикальной оси ткани) и утка (нити в горизонтальной оси ткани), может быть использован, чтобы регулировать плотность твердого вещества в ткани, где плотность твердого вещества в ткани является долей объема нитей относительно полного объема ткани. Например, полотняное переплетение, использующее один тип волокна, может иметь долю твердого вещества в ткани до 78%, тогда как атласное переплетение может иметь долю твердого вещества в ткани до 50%. Кроме того, меняя форму тканых нитей, можно увеличивать долю твердого вещества. Если ткань полотняного плетения ткут с нитями квадратной формы вместо цилиндрических нитей, доля твердого вещества в ткани может быть увеличена от вплоть до 78% до вплоть до 100%. Используя разные волокна в основе и утке, можно также добиваться разной плотности твердого вещества в ткани. Таким образом, в одном варианте осуществления плотность твердого вещества в ткани может быть приблизительно до 50%, приблизительно до 60%, приблизительно до 70%, приблизительно до 75%, приблизительно до 80%, приблизительно до 90% или приблизительно до 100%. Плотность твердого вещества в ткани может быть больше, чем приблизительно 10%, больше, чем приблизительно 25%, больше, чем приблизительно 30% или больше, чем приблизительно 40%.

[0058] Данное изобретение также включает в себя возможность регулировать другие переменные параметры ткани. Например, диаметр нити может быть использован, чтобы задавать толщину адсорбционного слоя в скрученной структуре. Чем больше диаметр нити, тем толще адсорбционный слой, как показано на фигуре 7, где волокна основы 702 и волокно утка 703 образуют ткань 703, и эта ткань имеет ширину сечения W, показанную на фигуре 7. Ширина сечения обычно может составлять от 1 до 5 ширин волокна в зависимости отчасти от того, как тесно натянуты нити. В случае, когда оба волокна имеют приблизительно один диаметр, ширина сечения может составлять 3 диаметра волокна. В других вариантах осуществления ширина сечения может быть от приблизительно 2,5 до приблизительно 3 раз от среднего диаметра волокон. Ширина сечения может составлять приблизительно 1,5 диаметра волокон или приблизительно 2 средних диаметра волокон. Также, содержание цеолита в каждой нити может регулироваться путем изменения количества частиц адсорбента, подмешанных в раствор полимера перед экструзией нитей.

[0059] Несколько преимуществ могут быть достигнуты с помощью настоящего изобретения. Данная структура может функционировать аналогично более традиционным, покрытым монолитным структурам, но процедуры покрытия не будут необходимыми. Не будет необходимо покрывать структуру адсорбентами, так как адсорбенты уже будут в волокнах ткани. Следовательно, можно избежать трудностей, присущих процедурам покрытия, таких как засорение. Другое преимущество, уникальное для этой конструкции контактора, заключается в том, что размер извилистых каналов внутри ткани и содержание адсорбента в структуре, факторы, которые равно важны для производительности АПД и АПТ, можно легко регулировать путем выбора надлежащих параметров дизайна слоя. Например, размер извилистых каналов в структуре тканевого адсорбента можно регулировать с помощью диаметра нитей и плотности упаковки нитей: более плотная упаковка с меньшими волокнами может иметь меньшие извилистые каналы. Способность адсорбентов и волокон быстро адсорбировать и десорбировать можно регулировать, как можно регулировать перепад давления по слою волокна, например, путем регулирования диаметра полимерных нитей и плотности упаковки. Кроме того, меняя количество частиц адсорбента, подмешиваемых в раствор полимера перед экструзией нитей, можно позволять регулировать содержание цеолита в каждом волокне. Другим важным преимущество данного дизайна может быть экономия, связанная с технологией волокна: технология кручения волокна хорошо установлена и понятна. Эти слои могут быть дешевле и проще в сборке, так как потребности возрастают. Кроме того, данная конструкция контактора может быть модифицирована, чтобы соответствовать потребностям и АПТ, и АПД.

[0060] Один вариант осуществления данного изобретения также может включать в себя адсорбционный контактор. Данный контактор может включать в себя вход потока подаваемого газа и выход потока подаваемого газа, множество волокон и извилистые каналы между множеством волокон. Как обсуждается выше, волокна могут быть полимерными нитями или волокнами и содержат частицы адсорбента, диспергированные внутри волокна. Частицы адсорбента могут быть в проточном сообщении с, по меньшей мере, частью извилистых каналов слоя адсорбента посредством извилистых путей полимера. Данный контактор может иметь полые трубки, проходящие сквозь камеру. В адсорбционном контакторе с переменой температуры полые трубки могут иметь вход теплопроводящей текучей среды и выход теплопроводящей текучей среды, и теплопроводящую среду в полых трубках. Примеры контакторов показаны на фигурах 5Е и 6F, и фигурах 6Е и 6F.

[0061] Один вариант осуществления данного изобретения также может включать в себя способы применения данных слоев адсорбентов и контакторов. Слой адсорбента может представлять собой слой адсорбента с переменой температуры или слой адсорбента с переменой давления, или их комбинацию, включая слои адсорбента с переменой температуры в быстром цикле или слои адсорбента с переменой давления в быстром цикле. Данный контактор может быть использован в таких же способах. В одном варианте осуществления данное изобретение может включать в себя способ адсорбции компонента среды. Данный способ может включать в себя взаимодействие среды с множеством волокон и извилистых каналов между волокнами, где каждое из волокон включает в себя полимерную нить и частицы адсорбента, диспергированные внутри нити, и частицы адсорбента находятся в проточном сообщении с, по меньшей мере, частью извилистых каналов слоя адсорбента. Компонент среды может селективно адсорбироваться из среды частицами адсорбента в множестве волокон. Данный способ может также включать в себя дальнейшую десорбцию данного компонента среды на другом этапе. Термин "среда" применяется здесь для удобства и относится, в общем, к текучим средам, жидкостям, газам, растворам, суспензиям, порошкам, гелям, дисперсиям, эмульсиям, парам, текучим материалам, многофазным материалам или их комбинациям. Предпочтительно, среда представляет собой газовую смесь. В некоторых вариантах осуществления среда может быть дымовым газом, природным газом, топливным газом, биогазом, бытовым газом, отходящим газом, водой, угольным газом, воздухом или содержащей диоксид углерода средой. В некоторых вариантах осуществления данный компонент может быть СО₂, SОх, NОх, Н₂S и водой. В предпочтительном варианте осуществления данный компонент представляет собой СО₂.

ПРИМЕРЫ

Пример 1: Газовый поток в контакторе из случайно упакованных волокон

[0062] Может быть создан контактор, содержащий случайно упакованные, адсорбентсодержащие волокна, и могут быть измерены газовые потока сквозь данный контактор. Извилистость газовых каналов в слое случайно упакованных волокон ожидается большой; поэтому можно рассматривать перепад давления по слою. Фигура 8 изображает соотношение между перепадом давления сквозь случайную упаковку нитей и долю твердых веществ в упаковке. Вычисление приведено для азота, текущего со скоростью 20 фут/с (6,1 м/с) при 15 бар и 23°С. В вышеуказанных условиях конструкция типичного монолитного АПД слоя может давать перепад давления 19 фунт/кв.дюйм(ман) (0,133 МПа) при содержании цеолита 28%. В предположении волокон, содержащих 50 об.% цеолита. Фигура 8 показывает, что при 19 фунт/кв.дюйм(ман) (0,133 МПа) слой, состоящий из случайно упакованных волокон диаметром 300 микрон, будет иметь содержание цеолита 22,5%, что аналогично его содержанию в монолитной конструкции.

Пример 2: Дизайн ткани для способа адсорбции с переменой давления.

[0063] Может быть создан контактор, содержащий тканый материал из мононитевых волокон, содержащих адсорбент, и свойства вычисляли для газовых потоков вокруг данной ткани. Ткань в примере 2.1 и 2.2 в таблице 1 может иметь плотно сотканный узор полотняного плетения, в которой нити основы перемежаются над и затем под каждой нитью утка, тогда как пример 2.3 может иметь более свободное плетение с 10 микронным зазором между волокнами.

Таблица 1. Характеристики дизайна ткани для АПД

АПД Характеристики ткани Пример 2.1 Пример 2.2 Пример 2.3 узор плетения полотняный полотняный полотняный форма нити Цилиндр Квадрат Цилиндр Размеры ткани LxWxH (дюйм) 39"x 6" x 0,024" 39"x 6" x 0,024" 39"x 6" x 0,024" Диаметр нити (мкм) 200 200 200 Расстояние между нитями (мкм) 0 0 10 Высота распорки (мкм) 200 200 200 Плотность нитей (нити/дюйм) 127 127 121 Извилистость 0,50 0,50 0,50 Доля твердых веществ в ткани 0,79 1,00 0,75 Содержание цеолита масс.% 51% 65% 49%

Пример 3: Дизайн ткани для способа адсорбции при переменной температуры

[0064] Может быть создан контактор, содержащий тканый материал из мононитевых волокон, содержащих адсорбент, и свойства вычисляли для газовых потоков вокруг данной ткани. Каждый из примеров 3.1 и 3.2, показанных в таблице 2, демонстрирует ткань с плотно сотканным узором полотняного плетения, в котором нити основы перемежаются над и затем под каждой нитью утка. Ткань может иметь распорки или полые трубки, прикрепленные, как на фигурах 5 и 6 выше. В каждом варианте газ может протекать над свернутой тканью, в пустой области, созданной распорками или трубками, но положение потока жидкости меняется. В примере 3.1 часть нитей основы может быть заменена полыми полимерными водонепроницаемыми трубками, сквозь которые может течь жидкость. Нити утка могут быть нитями адсорбент/полимер, причем полимерные волокна составляют так мало, как 50% ткани. В примере 3.2 жидкость течет сквозь полые трубки, которые действуют как распорки, и нити полимер/адсорбент составляют 100% от ткани. Во всех случаях некоторые волокна могут быть заменены теплопроводящими волокнами, чтобы увеличить скорости теплопереноса, если желательно.

Таблица 2. Характеристики дизайна ткани для АПТ

АПТ Характеристики ткани Пример 3.1 Пример 3.2 узор плетения полотняный полотняный форма нити Цилиндр Квадрат Положение потока жидкости основа распорка Размеры ткани LxWxH (дюйм) 39"x 6" x 0,024" 39"x 6" x 0,024" Диаметр нити (мкм) 200 200 Расстояние между нитями (мкм) 0 0 Внутренний диаметр трубки для потока жидкости (мкм) 67 150 Высота распорки (мкм) 200 200 Плотность нитей (нити/дюйм) 127 127 Извилистость 0,50 0,50 Доля твердых веществ в ткани 0,79 1,00 Содержание цеолита масс.% 26% 65%

[0065] Следующие публикации включены сюда во всей своей полноте посредством ссылки в данной заявке, как если бы они были полностью приведены здесь, чтобы более полно описать состояние техники, к которой относится раскрываемая проблема.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0066] Дополнительно или альтернативно, данное изобретение может включать в себя один или несколько из следующих вариантов осуществления.

[0067] Вариант осуществления 1: Слой адсорбента, где данный слой содержит множество волокон и извилистые каналы между волокнами данного множества волокон, где каждое волокно содержит полимерную нить и частицы адсорбента, диспергированные внутри полимера.

[0068] Вариант осуществления 2: Адсорбционный контактор, содержащий камеру, множество волокон и извилистые каналы между волокнами данного множества волокон. Данная камера содержит вход потока подаваемого газа и выход потока подаваемого газа. Каждое из волокон содержит полимерную нить и частицы адсорбента, диспергированные внутри данной нити, и частицы адсорбента находятся в проточном сообщении с, по меньшей мере, частью извилистых каналов данного слоя адсорбента.

[0069] Вариант осуществления 3: Способ адсорбции компонента среды, где данный способ содержит: взаимодействие среды с множеством волокон и извилистых каналов между волокнами и селективную адсорбцию компонента данной среды множеством волокон. Каждое из волокон может включать в себя полимерную нить и частицы адсорбента, диспергированные внутри нити, и частицы адсорбента находятся в проточном сообщении с, по меньшей мере, частью извилистых каналов слоя адсорбента. Данный способ может дополнительно содержать десорбцию данного компонента среды из множества волокон. Данный способ может также включать в себя повторяющиеся этапы адсорбции и десорбции.

[0070] Вариант осуществления 4: Слои адсорбента, адсорбционные контакторы и способы по любому из этих вариантов осуществления, где слой адсорбента, контактор или способ представляет собой слой адсорбента, контактор или способ с быстрым циклом. Слой адсорбента, контактор или способ может представлять собой адсорбент быстрого цикла с кинетическим разделением.

[0071] Вариант осуществления 5: Слои адсорбента, адсорбционные контакторы и способы по любому из этих вариантов осуществления, где слой адсорбента, контактор или способ представляет собой слой адсорбента, контактор или способ с перепадом давления, или слой адсорбента, контактор или способ с перепадом температуры, или их комбинацию. Данный слой или контактор может включать в себя полые трубки, имеющие вход теплопереносящей текучей среды и выход теплопереносящей текучей среды, и теплопереносящую среду.

[0072] Вариант осуществления 6: Слои адсорбента, адсорбционные контакторы и способы по любому из этих вариантов осуществления, где данная полимерная нить содержит пористый полимер или полимерная нить содержит извилистые пути внутри пористого полимера.

[0073] Вариант осуществления 7: Слои адсорбента, адсорбционные контакторы и способы по любому из этих вариантов осуществления, где частицы адсорбента внутри полимера находятся в проточном сообщении с, по меньшей мере, частью извилистых каналов слоя адсорбента. Проточное сообщение может быть посредством извилистых путей пористого полимера.

[0074] Вариант осуществления 8: Слои адсорбента, адсорбционные контакторы и способы по любому из этих вариантов осуществления, где данное множество волокон образует тканый материал или нетканый слой. Множество волокон может быть случайно упакованным, спирально скрученным или сотканным в ткань. Тканый материал может быть тканым материалом из нитей, где ткань имеет нити основы и утка, и тканый материал образует извилистые каналы в пространстве между волокнами.

[0075] Вариант осуществления 9: Слои адсорбента, адсорбционные контакторы и способы по любому из этих вариантов осуществления, где тканый материал из полимерных нитей может быть упакован или сформирован в контактную структуру. Данная контактная структура может иметь спиральную скрученную форму, извилистую форму, круглую форму или произвольную форму.

[0076] Вариант осуществления 10: Слои адсорбента, адсорбционные контакторы и способы по любому из этих вариантов осуществления, где данная контактная структура может включать в себя промежутки от приблизительно 50 микрометров до 500 микрометров или от приблизительно 100 до приблизительно 400 микрометров, или от приблизительно 100 до приблизительно 300 микрометров, или от приблизительно 200 до приблизительно 300 микрометров. Эти промежутки могут быть распорками или трубками на ткани, или могут регулироваться самоподдерживающейся природой ткани.

[0077] Вариант осуществления 11: Слои адсорбента, адсорбционные контакторы и способы по любому из этих вариантов осуществления, где данная среда для адсорбции/десорбции может содержать дымовой газ, природный газ, топливный газ, биогаз, бытовой газ, отходящий газ, воду, угольный газ, воздух или среду, содержащую диоксид углерода, а компонент, адсорбируемый из среды, может быть выбран из СО₂, SОх, NОх, Н₂S и воды.

[0078] Вариант осуществления 12: Слои адсорбента, адсорбционные контакторы и способы по любому из этих вариантов осуществления, где содержание адсорбента в нитях составляет, по меньшей мере, 10 масс.%, по меньшей мере, 15 масс.%, по меньшей мере, 20 масс.%, по меньшей мере, 25 масс.% или, по меньшей мере, 30 масс.%.

[0079] Вариант осуществления 13: Слои адсорбента, адсорбционные контакторы и способы по любому из этих вариантов осуществления, где средний диаметр нитей составляет меньше чем приблизительно 1000 микрометров, меньше чем приблизительно 800 микрометров, меньше чем приблизительно 750 микрометров, меньше чем приблизительно 600 микрометров, меньше чем приблизительно 500 микрометров, меньше чем приблизительно 400 микрометров, меньше чем приблизительно 300 микрометров или меньше чем приблизительно 200 микрометров.

[0080] Вариант осуществления 14: Слои адсорбента, адсорбционные контакторы и способы по любому из этих вариантов осуществления, где размер частиц адсорбента составляет меньше чем приблизительно 30% от среднего диаметра нити или меньше чем приблизительно 25%, или меньше чем приблизительно 20%.

[0081] Вариант осуществления 15: Слои адсорбента, адсорбционные контакторы и способы по любому из этих вариантов осуществления, где частица адсорбента может быть цеолитом, оксидом металла, металлоорганической решеткой, цеолитной имидозолатной решеткой или активированным углем. Предпочтительно, адсорбент может быть цеолитом. Цеолит может быть любым цеолитом, применяемым в адсорбционном способе, включая цеолит А, цеолит Х, цеолит Y, МFI, DDR, ZSМ-58, морденит, силикалит, шабазит, фожазит и вариации этих структур, но не ограничиваясь этим.

[0082] Следует понимать, что раскрытые здесь варианты осуществления и пункты формулы изобретения не ограничиваются в своем применении деталями конструкции и расположения компонентов, установленными в данном описании и изображенными на чертежах. Точнее, данное описание и чертежи обеспечивают примеры предполагаемых вариантов осуществления. Раскрытые здесь варианты осуществления и пункты формулы изобретения дополнительно способны к другим вариантам осуществления и к выполнению или осуществления различными путями. Также следует понимать, что фразеология и терминология, применяемые здесь, даются в целях описания, и их не следует рассматривать как ограничивающие формулу изобретения.

[0083] Соответственно, специалисты в данной области техники будут понимать, что концепция, на которой основаны данное изобретения и формула изобретения, может быть легко использована в качестве основы для разработки других структур, способов и систем для выполнения нескольких задач вариантов осуществления и формулы изобретения, представленных в данной заявке. Поэтому важно, что пункты формулы изобретения рассматриваются как включающие такие эквивалентные конструкции.

Варианты осуществления данного изобретения касаются, в основном, слоев адсорбентов, адсорбционных контакторов и способов их применения. Изобретение включает в себя полимерные нити, которые включают в себя частицу адсорбента, такого как цеолит, оксид металла, металлоорганическая решетка. Множество волокон, образованных из данных полимерных нитей, может быть сформировано в слой адсорбента для использования в способах адсорбции с переменой давления и/или переменой температуры. Данное множество волокон может быть упаковано в слой случайным образом, спирально скручено или соткано в ткань, которая может быть сформирована в контактную структуру. Данная частица адсорбента может содержаться внутри полимерной нити и может взаимодействовать со средой, содержащей компонент для адсорбции, путем того, что она находится в проточном сообщении с данной средой посредством извилистых путей внутри полимера. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 2 табл., 8 ил.

1. Слой адсорбента, содержащий множество волокон и извилистых каналов между волокнами данного множества волокон, где каждое волокно содержит полимерную нить и частицы адсорбента, диспергированные в нити; причём данная полимерная нить содержит пористый полимер с извилистыми каналами внутри пористого полимера, частицы адсорбента внутри полимерной нити находятся в гидравлическом сообщении с по меньшей мере частью извилистых каналов пористого полимера и с по меньшей мере частью извилистых каналов между волокнами слоя адсорбента, и где данное множество волокон упаковано случайным образом, спирально скручено или соткано в ткань.

2. Слой по п. 1, где данный слой представляет собой слой адсорбента для абсорбции быстрого цикла.

3. Слой по п. 1, в котором содержание адсорбента в нитях составляет по меньшей мере 10 мас.%.

4. Слой по п. 1, в котором средний диаметр нитей меньше чем 500 микрометров.

5. Слой по п. 1, в котором средний размер частиц адсорбента составляет меньше чем 30% от среднего диаметра нитей.

6. Слой по п. 1, где данный слой адсорбента содержит слой адсорбента для абсорбции при переменной температуре.

7. Слой по п. 1, где данный слой адсорбента содержит слой адсорбента для абсорбции при переменном давлении.

8. Слой по п. 1, в котором данное множество волокон образует нетканый слой из случайно упакованных нитей.

9. Слой по п. 1, в котором данное множество волокон образует слой из спирально скрученных нитей.

10. Слой по п. 1, в котором данное множество волокон образует тканый материал из нитей, где данная ткань имеет нити основы и утка, и тканый материал образует извилистые каналы в промежутках между нитями.

11. Слой по п. 10, в котором тканый материал упакован с образованием контактной структуры.

12. Слой по п. 11, в котором данная контактная структура включает распорки приблизительно от 50 до 500 микрометров.

13. Адсорбционный контактор, содержащий камеру, содержащую вход потока подаваемого газа и выход потока подаваемого газа; множество волокон и извилистые каналы между волокнами данного множества волокон; где каждое из волокон содержит полимерную нить и частицы адсорбента, диспергированные в нити, полимерная нить содержит пористый полимер, имеющий извилистые каналы внутри пористого полимера, частицы адсорбента находятся в проточном сообщении с по меньшей мере частью извилистых каналов слоя адсорбента, и где данное множество волокон упаковано случайным образом, спирально скручено или соткано в ткань.

14. Контактор по п. 13, где данный адсорбционный контактор представляет собой адсорбционный контактор с быстрым циклом.

15. Контактор по п. 13, где данный контактор представляет собой адсорбционный контактор с переменой температуры и дополнительно содержит полые трубки, проходящие сквозь данную камеру, где трубки имеют вход теплопроводящей текучей среды и выход теплопроводящей текучей среды, и теплопроводящую текучую среду в них.

16. Контактор по п. 13, в котором слой адсорбента представляет слой адсорбента для абсорбции при переменном давлении.

17. Контактор по п. 13, в котором содержание адсорбента в нитях составляет по меньшей мере 10 мас.%.

18. Контактор по п. 13, в котором средний диаметр нитей меньше чем 500 микрометров.

19. Контактор по п. 13, в котором данное множество волокон образует слой из нетканых, случайно упакованных или спирально скрученных нитей, возможно нанесенных на структурные опоры внутри камеры, и извилистые каналы образуются между случайно упакованными нитями.

20. Контактор по п. 13, в котором данное множество волокон образует тканый материал из нитей, где данная ткань имеет нити основы и утка, и тканый материал образует извилистые каналы в промежутках между нитями.

21. Контактор по п. 20, в котором тканый материал упакован с образованием контактной структуры.

22. Контактор по п. 21, в котором контактная ткань включает в себя распорки приблизительно от 50 до 500 микрометров.

23. Способ адсорбции компонента среды, в котором осуществляют взаимодействие среды с множеством волокон и извилистых каналов между волокнами, где каждое из волокон содержит полимерную нить и частицы адсорбента, диспергированные внутри нити, полимерная нить содержит пористый полимер, имеющий извилистые каналы внутри пористого полимера, частицы адсорбента находятся в гидравлическом сообщении с по меньшей мере частью извилистых каналов слоя адсорбента, и данное множество волокон упаковано случайным образом, спирально скручено или соткано в ткань; и селективно адсорбируют компонент среды данным множеством волокон.

24. Способ адсорбции компонента среды по п. 23, в котором дополнительно десорбируют данный компонент среды.

25. Способ адсорбции компонента среды по п. 24, в котором дополнительно повторяют данное взаимодействие и адсорбцию.

26. Способ адсорбции компонента среды по п. 23, в котором данная среда содержит дымовой газ, природный газ, топливный газ, биогаз, бытовой газ, отходящий газ, воду, угольный газ, воздух или среду, содержащую диоксид углерода.

27. Способ адсорбции компонента среды по п. 23, в котором данный компонент выбирают из СО₂, SОх, NОх, Н₂S и воды.

28. Способ адсорбции компонента среды по п. 23, в котором данное множество волокон образует слой из случайно упакованных или спирально скрученных нитей, возможно нанесенных на структурную опору.

29. Способ адсорбции компонента среды по п. 23, в котором данное множество волокон образует тканый материал из нитей, где данная ткань имеет нити основы и утка, и тканый материал образует извилистые каналы в промежутках между нитями.

30. Способ адсорбции компонента среды по п. 23, где данный способ представляет собой способ адсорбции с переменой давления.

31. Способ адсорбции компонента среды по п. 23, где данный способ представляет собой способ адсорбции с переменой температуры.

32. Способ адсорбции компонента среды по п. 23, где данный способ представляет собой способ адсорбции с быстрым циклом.

33. Способ адсорбции компонента среды по п. 23, где данный способ представляет собой способ адсорбции с быстрым циклом с кинетическим разделением.