[发明专利]用于流体储存/分配的碳质材料及利用其的装置和方法

说明书

本申请是申请日为2007年1月29日的题为“用于流体储存/分配的碳质材料及利用其的装置和方法”的中国专利申请No.200780009910.4的分案申请。 

技术领域

本发明涉及具有流体储存/分配及脱硫应用用途的碳质材料，并涉及利用其的装置和方法。 

背景技术

碳质材料在许多应用中被用作流体吸附介质(media)，包括流体净化、流体储存和分配、及流体过滤。 

商业化意义上的一种具体的应用是流体储存和分配系统，其中配置有碳质吸附材料以便吸着地(sorptively)使流体保持处于被吸附的状态，并在适当分配条件下释放该流体而用于分配，诸如加热以影响流体的热脱附的应用、减小压力条件以影响流体脱附的应用，和/或例如通过使与其上吸附有流体的吸附剂相接触的载气流动以引起流体的脱附以及在载流中夹带该流体的浓度梯度的应用。 

2004年6月1号公布(issue)的美国专利第6,743,278号以J.Donald Carruthers的名义披露了一种流体储存和分配系统，题为“具有整块式碳吸附剂的气体储存和分配系统(Gas storage and  dispensing system with monolithic carbon adsorbent)”，为了所有的目的，该披露内容全文引用于此以供参考。这项专利描述了其特征为下列特性之一的整块式碳物理吸附剂：(a)在25℃和650托的压力下测量的砷化氢气体的填充密度大于每升吸附剂400克砷化氢；(b)吸附剂的至少30％的总孔隙包含具有尺寸范围为约0.3纳米至约0.72纳米的缝隙状孔，以及至少20％的总孔隙包含直径＜2纳米的微孔；以及(c)通过在低于1000℃的温度下的热解和可选的活化而形成，且具有从约0.80至约2.0克每立方厘米的体积密度。 

在一种实施方式中，该整块式碳吸附剂是以圆盘状(puck)或盘状(disc)的形式，在通过阀头或其他闭合部件关闭的密封容器中，将多个这种部件设置成堆(stack)的形式来使用的。盘状或圆盘状块(block)碳吸附剂材料的堆叠作为各种流体的吸着性基体是有效的，例如，用于半导体器件制造的流体，但是存在这样的缺点，即堆中的单个块体会发生位置的移动，并造成与密封容器的内壁表面和/或相互间的撞击或摩擦，其响应于容器的运动或其上的震动或撞击，例如，在容器从制造工厂运输至流体填充或终端使用设备的过程中。 

除造成不受欢迎的噪音之外，这种整块式部件(block)的撞击和/或摩擦会损坏部件，并致使其产生碳粉尘或细粉。这种粉尘或细粉在分配的流体流中被运送(carried)，并对下游的泵、压缩机、阀和利用流体的加工设备造成不利影响。 

与基于低压吸附剂的流体储存和将流体分配至真空或低压环境的分配容器的应用相关的另一个问题是，随着容器中流体的存量降至剩余水平，脱附和分配流体变得更加困难。事实上，从容器至下游设备或流动线路的压力降会变得太低以至于无法支持分配，结果，当分配不再进行时，大量的流体仍然是容器中吸附剂上的所谓 的“后跟(或拖尾，heels)”。这些后跟部分作为“不可移动的”流体而被丢弃。 

因此，可将其中仍有大量流体的流体储存和分配容器从设施中取出。这种情况导致气体利用效率降低。为了改进流体利用，可对容器进行外部加热，以使更多流体从吸附剂分离(drive off)。然而，这种方法在许多的流体分配应用中并不实用，因为相关的加工设备并不适用于这种外部加热。 

因此需要一种在基于低压吸附剂的流体储存和分配容器的使用中使流体利用最大化的改进方法，从而将流体分配至低压应用中。 

发明内容

本发明涉及具有流体储存/分配及脱硫应用用途的碳质材料，并涉及利用其的装置和方法。 

一方面，本发明涉及流体储存和分配装置，包括具有其中装有多孔碳吸附剂制品(article)的设置(arrangement，或布置)的内部容积的容器，及用来将多孔碳吸附剂制品的设置保持在限制该制品运动的预设位置的位置稳定化结构。 

本发明的另一方面还涉及适用于从包含此化合物的烃类混合物中除去难熔的芳香族含硫分子的脱硫系统，这种系统包含纳米多孔碳(设置该纳米多孔碳是为了与烃类混合物接触)，并适用于从烃类混合物中除去这些化合物而达到小于按重量计1ppm的水平。