[发明专利]结构化吸附剂模块的组件

说明书

本发明涉及一种由结构化吸附剂模块的组件构成的吸附剂层、一种包括至少一个上述类型的层的吸附器和一种为了从流体中除去其至少一种杂质的目的而利用上述吸附器的方法。

一般而言，称为吸附方法的方法允许通过利用特定吸附剂或在适当的情况下的若干种吸附剂对不同的气体分子的不同的亲和力(affinity)将一种或多种气体分子从包含有它们的气体混合物中分离出。

吸附剂对气体分子所具有的亲和力取决于吸附剂的结构和成分以及分子的特性，尤其是它的尺寸、它的电子结构和它的多极矩。

吸附剂可例如为沸石、活性炭、活性氧化铝、硅胶、含碳分子筛、金属有机结构、碱金属或碱土氧化物或氢氧化物、或者包含有能够与一种或多种气体分子可逆地反应的物质的多孔结构，例如胺类、物理溶剂、金属螯合剂、金属氧化物或氢氧化物。

常规的吸附材料表现为颗粒的形式并且用在称为“吸附器”的容器(反应器)中。最常见的几何形状的吸附器为具有竖直轴线和水平轴线的圆柱形的吸附器和径向吸附器。

所述标准的吸附器采用如下形式：通常直径为0.5-5mm的珠子的形式、毫米级别(同样测得为0.5-5mm)的压碎的吸附剂的形式、直径为0.5-6mm且长度短于1cm的吸附剂球的形式。还存在有几种具有更复杂的形状的挤压式吸附剂，例如由诸如接合在一起的三个柱体组成的三叶形吸附剂。

将这些吸附剂松散地倒入到吸附器中并且构成(吸附)床。

因此，具有不同性质的若干层吸附剂可一层放置于另一层的上方(或在径向吸附器的情况下，并排地设置)。在运行中，流体通过环绕流过颗粒而穿过这些相继的床并且优选将大多数的可吸附成分阻拦在吸附剂内。

最小颗粒的使用通常使得能够改善吸附动力学特性并且因此改善该方法的效率，但相反地，这些最小颗粒可在流体相中产生较大的压降。

为了抵消上述影响，使用了具有用于流体的大的通路截面的吸附器，例如上文提到的水平轴线式圆柱形吸附器或径向吸附器。

然而，如果力图改善所述压降和/或更进一步地改善动力学特性，此技术会导致在工业上不可行的吸附器的几何形状。

例如，这会在这种情况下发生，即希望在低压下处理大的气体流速的情况(例如在大气压力下从流出物(effluent)中捕获CO₂或在执行快速循环、特别是PSA(变压吸附)循环时)。

为此，近来开发出了结构化吸附剂的构思，因为结构化吸附剂与颗粒状的常规吸附剂不同，其具有尺寸明显大于1cm的更复杂的几何形状并且提供更大的或更简单的通道。与尺寸小于1cm的颗粒状吸附剂(珠状、球状、压碎的吸附剂)——该吸附剂被松散地倒入到吸附器中且伴随有围绕颗粒流通的流体——不同的是，结构化吸附剂为尺寸在几厘米至几米之间的固体材料并且具有透气的通道，例如整料(monolith)、泡沫或布。在F.Rezaei，P.Webley发表在2010年的分离与提纯技术，卷70，第243-256页的文献中特别地描述了此类型的吸附剂。结构化吸附剂(与粒状的吸附剂相比)具有如下特别的特点，即非常好的动力学特性和非常小的压降而没有已知的摩损极限。然而这些结构目前要远贵于粒状吸附剂，如果伴随有在压降方面的相当可观的改善和/或通过减小吸附剂的体积或简化构型而使构造吸附器的成本得以显著减小，这些结构作为粒状床的完全替代物，其经济效益证明是决定性的。

优选使用的结构化吸附器为具有平行的通路的接触器。

具有平行的通路的接触器意为结构化吸附剂的子组，流体沿着通道流入到该子组中，该通道的壁含有吸附剂，这些通道基本上没有障碍物并且允许流体从接触器的入口流通至它的出口。这些通道可为直的、可直接地将接触器的入口连接至出口或者可具有在方向上的改变。

随着流体的流通，所述流体与存在于所述壁上的至少一种吸附剂接触。

图1.1至1.7示意性地且非限制性地示出了接触器的多种类型。事实上，接触器可包括具有不同形状和不同尺寸的通道。因而，作出以下区分：

-具有厚度ep的矩形通道，该厚度ep小于该矩形通道的宽度l，即该矩形通道的l大于10倍的ep(图1.1)；

-基本呈方形或矩形的通道，但该通道的(厚度)ep与宽度l具有相同的数量级(图1.2)；

-具有中间形状(椭圆形、矩形等等)的通道，该中间形状的长尺寸与短尺寸的比为1.5-10；

-布置成圆环形的通道(图1.3)；

-布置成螺旋形的通道(图1.4)；

-圆形通道(图1.5)。