BR112018002572B1 - Artigo de armazenamento de gás - Google Patents

Artigo de armazenamento de gás Download PDF

Info

Publication number
BR112018002572B1
BR112018002572B1 BR112018002572-0A BR112018002572A BR112018002572B1 BR 112018002572 B1 BR112018002572 B1 BR 112018002572B1 BR 112018002572 A BR112018002572 A BR 112018002572A BR 112018002572 B1 BR112018002572 B1 BR 112018002572B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
gas storage
weight
percent
storage article
activated carbon
Prior art date
Application number
BR112018002572-0A
Other languages
English (en)
Other versions
BR112018002572A2 (pt
Inventor
Sean M. Stabler
Roderick Reber Iii
Original Assignee
Arkema Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Arkema Inc. filed Critical Arkema Inc.
Publication of BR112018002572A2 publication Critical patent/BR112018002572A2/pt
Publication of BR112018002572B1 publication Critical patent/BR112018002572B1/pt

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
    • B01J20/261—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon to carbon unsaturated bonds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/2803—Sorbents comprising a binder, e.g. for forming aggregated, agglomerated or granulated products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28042—Shaped bodies; Monolithic structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3007—Moulding, shaping or extruding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3035—Compressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/102—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/116—Molecular sieves other than zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/20—Organic adsorbents
    • B01D2253/204—Metal organic frameworks (MOF's)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/30—Physical properties of adsorbents
    • B01D2253/302—Dimensions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/30—Physical properties of adsorbents
    • B01D2253/302—Dimensions
    • B01D2253/306—Surface area, e.g. BET-specific surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/30—Physical properties of adsorbents
    • B01D2253/34—Specific shapes
    • B01D2253/342—Monoliths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/24—Hydrocarbons
    • B01D2256/245—Methane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Abstract

aglutinante de sorção de alto desempenho para dispositivos de armazenamento de fase gasosa. a presente invenção refere-se ao uso de um material aglutinante de polímero termoplástico de alto desempenho para imobilizar materiais adsorventes, tais como carbono ativado, em dispositivos de armazenamento de gás. o uso destes aglutinantes, especialmente aglutinantes de poliamida ou de fluoreto de polivinilideno, tal como a resina kyblock ™, provê uma alta densidade de embalagem de adsorvente, estrutura sólida de baixa incrustação que maximiza o volume de gás para o volume do espaço de armazenamento.

Description

CAMPO DE INVENÇÃO
[0001] A invenção refere-se ao uso de materiais aglutinantes de polímeros termoplásticos de alto desempenho para imobilização de materiais adsorventes para dispositivos de armazenamento de gás. O uso destes novos aglutinantes, especialmente fluoropolímeros ou aglutinantes de poliamida, provê um sólido poroso com alta densidade de embalagem de adsorvente, baixa incrustação de aglutinante do adsorvente e maximiza o volume de gás para o volume do espaço de armazenamento.
FUNDAMENTO DA INVENÇÃO
[0002] O armazenamento de gás adsorvido provê um avanço no armazenamento temporário de materiais gasosos que superam obstáculos relacionados a sistemas de alta pressão comercialmente utilizados hoje para comprimir gases.
[0003] Gases como gases nobres, O2, N2, hidrocarbonetos e outras pequenas moléculas de gases são usados em muitos mercados, incluindo, mas não limitados a produtos industriais, automotivos, farmacêuticos, alimentícios, bebidas, eletrônicos, etc. As aplicações específicas incluem o oxigênio médico concentrado, dessecantes industriais, gás de petróleo liquefeito portátil e residencial (LPG), flamas de gás encalhado, queimadores de querosene, fogões de cozinha, gás natural comprimido (GNC) e muitos outros.
[0004] O armazenamento e o transporte dos referidos gases são tipicamente em vasos em que são utilizadas altas pressões para condensar ou mesmo liquefazer o gás para utilizar a maior concentração possível com segurança em um volume ocupado. O processo de pressurização resulta em custos indesejados e excessivos devido aos requisitos de energia e infraestrutura. Além disso, há uma limitação na geometria de contenção de armazenamento para armazenar e transportar com segurança o gás; resultando em limitações de projetos de armazenamento.
[0005] A tecnologia para converter pó de sorvente de baixa densidade aparente em um bloco imobilizado de densidade maior usando um aglutinante termoplástico é bem conhecida para aplicações de filtração. É amplamente acreditado que os materiais de sorção de área de superfície elevada formados em estruturas compactadas de alta densidade podem atingir o volume de armazenamento econômico necessário para os gases. O uso de materiais aglutinante desenvolvidos leva ainda mais a tecnologia de imobilização, provendo maiores densidades de embalagem e melhor produtividade de fabricação, mantendo os sorventes mais elevados. Os dispositivos resultantes feitos a partir da combinação do bloco imobilizado fabricado por formulações específicas de aglutinante termoplástico e meios de adsorção permitem o armazenamento de volume muito alto de gás por volume de dispositivo, mas a uma pressão muito menor necessária em comparação às tecnologias de liquefação e gás comprimido amplamente utilizadas hoje.
[0006] O documento US 4,999,330 descreve as necessidades e desafios para o adsorvente de alta densidade utilizado nos sistemas ANG. A eficiência do sistema depende do nível de área de superfície do adsorvente, da densidade de embalagem do sorvente, da estabilidade física da estrutura 3-D e do nível de incrustação do adsorvente.
[0007] Para uma determinada massa de um sólido, a adsorção é proporcional à área de superfície do sólido. Isso geralmente é maximizado utilizando um adsorvente contendo macro, micro e nano-poros, conforme descrito frequentemente para carbonos ativados. O carbono ativado de superfície elevada é o adsorvente tipicamente utilizado em estruturas adsorventes de alta densidade.
[0008] A densidade de embalagem também é muito importante. Quanto mais adsorvente em um determinado volume, mais gás pode ser adsorvido e armazenado. Uma desvantagem de carbono solto embalado em um tanque de armazenamento é que ele produz um alto nível de espaço vazio. O material adsorvente que é pressionado em menos espaço (conhecido como densificado) provê mais potencial adsorvente.
[0009] O carbono solto também tem uma desvantagem uma vez que ele pode se mover e se instalar por vibração de um sistema de armazenamento de adsorção durante o uso, produzindo poeira e redução do volume adsorvente.
[0010] A referência US 4,999,330 resolve as limitações acima, formando uma solução de solvente aglutinante de metil celulose ou álcool polivinílico, revestindo partículas de carbono de alta área de superfície com a solução aglutinante, seguida de remoção do solvente e compressão das partículas revestidas com aglutinante para provocar uma redução do volume bruto de 50 a 200 %. O sistema '330 sofre de sua complexidade e muitas etapas. Ele também envolve o revestimento de todas as partículas de carbono ativado - o que bloqueia muitos dos microporos - essa incrustação reduzindo a quantidade de área disponível para a adsorção. Alguns dos poros podem ser pré-cheios com solvente, que podem ser removidos posteriormente por calor para desbloquear muitos dos poros, no entanto, o efeito líquido de um revestimento completo é uma grande redução na área de superfície ativa.
[0011] Os filtros de bloco de carbono são descritos em US 5,019,311, US 5,147,722 e US 5,331,037, que utilizam um processo de extrusão para produzir um artigo poroso contendo partículas ativas ligadas, tais como carbono ativado, ligados por um aglutinante termoplástico. O filtro de bloco de carbono é projetado para remover contaminantes de uma corrente de fluido - tal como na purificação de água. O aglutinante de polímero, que geralmente é um polietileno, é usado em um nível alto.
[0012] O documento US 6,395,190 descreve filtros de carbono e um método para fazer com que eles tenham de 15 a 25 por cento em peso de um aglutinante termoplástico. O problema com o polietileno e outros aglutinantes típicos é que são necessárias altas porcentagens de carga para manter adequadamente os materiais adsorventes em conjunto. A fraca resistência à incrustação também é um problema.
[0013] O poli (fluoreto de vinilideno) como um aglutinante para um artigo de bloco poroso, foi encontrado para melhorar o desempenho do artigo de bloco de carbono, provendo uma ligação eficaz a uma carga mais baixa - o que, por sua vez, abre mais da área de superfície do agente sorvente ativo e provê eficiência ainda maior.
[0014] Exemplos de tais artigos sólidos porosos compostos, bem como métodos para a sua produção, são descritos, por exemplo, em WO 2014/055473 e WO 2014/182861, as descrições inteiras de cada uma das quais são aqui incorporadas por referência para todos os fins. Estes artigos utilizam aglutinantes de fluoreto de polivinilideno ou de poliamida, em vez dos aglutinantes de polietileno anteriormente utilizados para artigos de filtração de blocos de carbono.
[0015] Existe a necessidade de melhorar o volume de gás que pode ser armazenado em um determinado volume de espaço do recipiente (v/vo), para melhorar a economia desta tecnologia.
[0016] Surpreendentemente, descobriu-se agora que um v / vo elevado pode ser obtido em um artigo de armazenamento de gás usando baixos níveis de aglutinantes de fluoreto de polivinilideno ou de poliamida com carbono ativado ou fibras de carbono ativo, formados por uma extrusão de processo de moldagem por compressão. Os baixos níveis de aglutinante utilizados têm pouco efeito negativo na proporção do volume de adsorvente ativado para o volume do recipiente. Além disso, o baixo volume do aglutinante conduz a uma permeabilidade melhorada em comparação com aglutinantes de menor densidade. A permeabilidade melhorada aumenta a taxa de adsorção e dessorção do gás armazenado a partir do artigo de armazenamento sólido poroso. Além de prover um artigo de adsorção sólido com uma embalagem de alta densidade, baixo nível de volume de aglutinante, a estrutura adsorvente porosa sólida da invenção também mostra uma excelente resistência à incrustação da área de superfície adsorvente. Por fim, os aglutinantes de fluoreto de polivinilideno ou de poliamida também proveem excelente resistência química ao ambiente de armazenamento de gás. Além disso, o alto índice térmico relativo destes polímeros é útil para a faixa de temperatura que um monólito de armazenamento adsortivo encontrou durante o ciclo de vida do produto.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0017] A invenção refere-se a um artigo de armazenamento de gás que compreende um meio adsorvente poroso sólido, denso, ligado entre 0,5 a 30 por cento em peso de partículas aglutinantes termoplásticas, em que as referidas partículas aglutinantes têm um tamanho discreto de partícula entre 5 e 700 nanômetros e aglomerados entre 5 e 150 micrômetros
[0018] A invenção também se refere a um recipiente selado contendo o artigo de bloco de armazenamento de gás, possuindo pelo menos uma abertura de válvula para carregar e descarregar um gás, o recipiente capaz de manter um gás pressurizado.
[0019] A invenção também se refere a um recipiente de armazenamento de gás, que contém o adsorvente sólido e contém gás natural (metano).
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0020] Figura 1: É uma vista em corte transversal de um artigo de armazenamento de gás sólido da invenção.
[0021] Figura 2: É uma vista em corte transversal de um artigo de armazenamento de gás sólido da invenção extrudado como uma haste central e um cilindro oco e, em seguida, aninhados em conjunto para formar um bloco sólido concêntrico de tamanho semelhante de um diâmetro semelhante à figura 1.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0022] Todas as referências listadas neste pedido são aqui incorporadas por referência. Todas as porcentagens em uma composição são percentuais em peso, a menos que indicado de outra forma, e todos os pesos moleculares são dados como peso molecular médio, a menos que seja indicado o contrário. As combinações de diferentes elementos aqui descritos são também consideradas como parte da invenção.
[0023] "Interconectividade", tal como aqui utilizado, significa que as partículas ou fibras ativas são permanentemente ligadas entre si pelas partículas aglutinantes de polímero sem revestir completamente as partículas primárias e secundárias ativas ou partículas ou fibras funcionais. O aglutinante adere o sorvente em pontos discretos específicos para produzir uma estrutura organizada, porosa. A estrutura porosa permite que um gás passe através das partículas ou fibras interligadas e o gás é exposto diretamente à (s) superfície (s) das partículas ou fibras sorventes, favorecendo a adsorção do gás sobre o material adsorvente. Uma vez que o aglutinante de polímero adere às partículas adsorventes em apenas pontos discretos, é usado menos aglutinante para conectividade total em comparação com um aglutinante que é revestido no adsorvente.
[0024] A invenção refere-se a um artigo de armazenamento de gás poroso sólido feito de carbono ativado ou outro gás absorvente, sendo o material adsorvente ligado entre si por meio de pequenas partículas aglutinantes de polímero termoplástico discreto para prover interconectividade. O artigo poroso sólido é geralmente presente dentro de um recipiente fechado, capaz de conter um gás pressurizado. O adsorvente e o aglutinante são combinados sob pressão para produzir uma estrutura adsorvente - gás sólido poroso denso.
Aglutinante
[0025] As partículas de polímero do compósito da invenção são partículas de polímero termoplástico na gama submicrométrica. O tamanho médio de partícula em peso é inferior a 150 micrômetros, de preferência inferior a 10 micrômetros, mais preferencialmente inferior a 1 micrômetro, de preferência inferior a 500 nm, de preferência inferior a 400 nm, e mais preferencialmente inferior a 300 nm. O tamanho médio de partícula em peso é geralmente pelo menos 20 nm e de preferência pelo menos 50 nm.
[0026] Os polímeros úteis incluem, mas não estão limitados a fluoropolímeros, borrachas de butadieno estireno (SBR), etileno acetato de vinila (EVA), polímeros acrílicos, polímeros e copolímeros de metacrilato de polimetila, poliuretanos, polímeros estirênicos, poliamidas, poliolefinas, polietileno e seus copolímeros, polipropileno e seus copolímeros, poliésteres, tereftalato de polietileno, cloretos de polivinil, policarbonato e poliuretano termoplástico (TPU). A fim de obter partícula de polímero de tamanho pequeno útil na invenção, é preferido que os polímeros termoplásticos sejam feitos por polimerização em emulsão (ou em emulsão inversa).
[0027] Os polímeros preferidos são as poliamidas e os fluoropolímeros, sendo especialmente úteis os homopolímeros e copolímeros de fluoreto de polivinilideno.
[0028] De preferência, o aglutinante é um fluoropolímero. Os fluoropolímeros úteis são homopolímeros e copolímeros termoplásticos que possuem mais de 50 por cento em peso de unidades de fluoromonômero em peso, de preferência mais de 65 por cento em peso, mais preferencialmente superior a 75 por cento em peso e mais preferencialmente maior que 90 por cento em peso de um ou mais fluoromonômeros. Os fluoromonômeros úteis para formar o fluoropolímero incluem, mas não estão limitados a: fluoreto de vinilideno (VDF ou VF2), tetrafluoroetileno (TFE), trifluoroetileno (TrFE), clorotrifluoroetileno (CTFE), hexafluoropropeno (HFP), fluoreto de vinila (VF), hexafluoroisobutileno (HFIB ), perfluorobutiltiletileno (PFBE), pentafluoropropeno, 3,3,3-trifluoro-1-propeno, 2-trifluorometil-3,3,3-trifluoropropeno, vinil éter fluorado incluindo éter perfluorometílico (PMVE), éter perfluoroetilvinílico (PEVE), éter perfluoropropilvinil (PPVE), éter perfluorobutilvinílico (PBVE), vinil éter perfluorado de cadeia longa, dioxoles fluorados, alfa-olefinas parcialmente ou per-fluoradas de C4 e superiores, alcenos cíclicos superiores ou parcialmente fluorados de C3 e superiores e suas combinações.
[0029] Os fluoropolímeros especialmente preferidos são homopolímeros e copolímeros de fluoreto polivinilideno (PVDF) e copolímeros e homopolímeros de politetrafluoroetileno (PTFE). Embora a invenção se aplique a todos os polímeros termoplásticos, e em particular a todos os fluoropolímeros e copolímeros e poliamidas, serão utilizados polímeros de fluoreto de vinilideno para ilustrar a invenção e são os polímeros preferidos. Um versado na técnica irá compreender e poderá aplicar as referências específicas ao PVDF a estes outros polímeros termoplásticos, que são considerados como estando dentro do domínio e incorporados na invenção.
[0030] Em uma modalidade, os copolímeros de fluoreto de vinilideno são preferidos, devido à sua menor cristalinidade (ou sem cristalinidade), tornando-os mais flexíveis do que os homopolímeros de PVDF semicristalinos. A flexibilidade do aglutinante permite que ele resista melhor ao processo de fabricação, bem como a maior força de tração e melhores propriedades de adesão. os copolímeros preferidos incluem aqueles que contêm pelo menos 50 por cento em mol, de preferência pelo menos 75 % em mol, mais preferencialmente pelo menos 80 % em mol, e ainda mais preferencialmente pelo menos 85 % em mol de fluoreto de vinilideno copolimerizado com um ou mais comonômeros selecionados do grupo que consiste em tetrafluoroetileno, trifluoroetileno, clorotrifluoroetileno, hexafluoropropeno, fluoreto de vinila, pentafluoropropeno, tetrafluoropropeno, trifluoropropeno, vinil éter de perfluorometil, vinil éter de perfluoropropil e qualquer outro monômero que facilmente copolimerize com fluoreto de vinilideno.
[0031] Em uma modalidade, até 30 %, de preferência até 25 % e mais preferencialmente até 15 % em peso de unidades de hexafluoropropeno (HFP) e 70 % ou mais, de preferência 75 % ou mais, mais preferencialmente 85 % ou mais em peso ou mais de unidades VDF estão presentes no polímero de fluoreto de vinilideno. É desejável que as unidades de HFP sejam distribuídas de forma homogênea quanto possível para prover copolímero de PVDF-HFP com excelente estabilidade dimensional no ambiente de uso final.
[0032] O PVDF utilizado na invenção é geralmente preparado por meios conhecidos na técnica, utilizando polimerização aquosa de emulsão de radicais livres - embora também possam ser utilizados processos de suspensão, solução e polimerização supercrítica de CO2. Em um processo de polimerização em emulsão geral, um reator é carregado com água deionizada, tensoativo solúvel em água capaz de emulsionar a massa reagente durante a polimerização e anti-incrustantes de parafina opcional. A mistura é agitada e desoxigenada. Uma quantidade predeterminada de agente de transferência de cadeia, CTA, é então introduzida no reator, a temperatura do reator elevada ao nível desejado e o fluoreto de vinilideno (e possivelmente um ou mais comonômeros) são introduzidos no reator. Uma vez que a carga inicial de fluoreto de vinilideno é introduzida e a pressão no reator tiver atingido o nível desejado, uma emulsão ou solução inicial é introduzida para iniciar a reação de polimerização. A temperatura da reação pode variar dependendo das características do iniciador usado e um versado na técnica saberá como fazê-lo. Tipicamente, a temperatura será de cerca de 30 ° a 150 ° C, de preferência de cerca de 60 ° a 120 ° C. Uma vez que a quantidade desejada de polímero tiver sido atingida no reator, a alimentação do monômero será interrompida, mas a alimentação do iniciador é opcionalmente continuada para consumir o monômero residual. Os gases residuais (contendo monômeros que não reagiram) são ventilados e o látex recuperado do reator.
[0033] O tensoativo utilizado na polimerização pode ser qualquer tensoativo conhecido na técnica para ser útil na polimerização em emulsão de PVDF, incluindo tensoativos perfluorados, parcialmente fluorados e não fluorados. De preferência, a emulsão de PVDF da invenção é isenta de fluorotensoativo, sem utilização de agentes tensoativos fluorados em qualquer parte da polimerização. Os tensoativos não fluorados úteis na polimerização de PVDF podem ser de natureza iônica e não iônica, incluindo, mas não estão limitados a sal de ácido 3-aliloxi-2-hidroxi-1-propano sulfônico, ácido polivinilfosfônico, ácidos poliacrílicos, ácido polivinilsulfônico e seus sais, polietileno glicol e / ou polipropileno glicol e seus copolímeros de bloco, alquil fosfonatos e tensoativos à base de siloxano.
[0034] A polimerização de PVDF resulta em um látex geralmente com um nível de sólidos de 10 a 60 por cento em peso, de preferência 10 a 50 por cento.
[0035] O aglutinante de látex é geralmente reduzido a uma forma de pó por secagem por pulverização, coagulação ou outro processo conhecido, para produzir um pó seco.
[0036] As partículas aglutinantes são geralmente de tamanho de 5 a 700 nm, de preferência de 50 a 500 nm, e mais preferencialmente de 100 a 300 nm como um tamanho de partícula médio. Em alguns casos, as partículas de polímero podem aglomerar em aglomerados de 1 a 150 micrômetros, 3 a 50 micrômetros, 5 a 15 micrômetros e, de preferência, 6 a 8 micrômetros, mas verificou-se que estes aglomerados geralmente se dividem em partículas individuais durante o processamento para um artigo. As partículas aglutinantes são partículas discretas e permanecem como partículas discretas no artigo adsorvente poroso sólido formado. Durante o processamento em artigos, as partículas que começam essencialmente esféricas são deformadas por pressão em partículas oblongas finas que se unem ao material adsorvente adjacente e provê interconectividade.
[0037] É importante que quanto menos aglutinante for usado como necessário para manter os materiais absorventes juntos, menos se permite que mais área de superfície seja exposta e seja ativa na absorção de gás. Uma vantagem dos aglutinantes de PVDF é que eles têm uma densidade muito alta de cerca de 1,78 g / cc. Assim, a baixa porcentagem em peso de aglutinante necessária representa uma porcentagem de volume ainda menor.
[0038] O tamanho de partícula do aglutinante desempenha um papel na % em menor peso de cargas necessárias para fazer um bloco médio poroso sólido imobilizado.
[0039] Além disso, a reologia da resina de PVDF com base nos pesos moleculares mais elevados de preferência de 200.000 a 1.250.000 g / mol e, de preferência, 300.000 a 900.000 g / mol, ajuda o aglutinante a não fluir para o carbono e na incrustação da área de superfície elevada do meio de sorção de carbono ativado. Adsorvente
[0040] Os adsorventes da invenção são aqueles capazes de adsorver e dessorver moléculas de gás específicas. Em uma modalidade importante da invenção, o carbono ativado é utilizado para adsorver gás natural (metano), no entanto, outros adsorventes com especificidade de adsorção para outros gases também são contemplados por esta invenção. O carbono ativado, as fibras de carbono e as peneiras moleculares são especialmente adsorventes úteis da invenção. O carbono ativado com um grande nível de área de superfície é especialmente preferido, assim como as fibras de nano carbono, de modo a maximizar a área de superfície do absorvente. Outros adsorventes úteis incluem, mas não estão limitados a: peneiras moleculares de carbono, peneiras moleculares, sílica gel, estrutura orgânica metálica, etc. têm afinidade especial para adsorção específica de gás.
[0041] As partículas ativas primárias da invenção estão geralmente na gama de tamanhos de 0,1 a 3000 micrômetros e, de preferência, de 1 a 500 micrômetros de diâmetro e fibras de 0,1 a 250 micrômetros de diâmetro em uma relação de comprimento para largura essencialmente ilimitada. As fibras são, de preferência, picadas a um comprimento não superior a 5 mm. As fibras ou pós adsorventes devem ter uma condutividade térmica suficiente para permitir o aquecimento das misturas de pó. Além disso, em um processo de extrusão, as partículas e fibras devem ter pontos de fusão suficientemente acima do ponto de fusão da resina aglutinante de fluoropolímero para evitar que ambas as substâncias se fundam e produzam uma fase fundida contínua em vez do sistema de multifase normalmente desejado.
[0042] Existem muitas fontes de carbono ativado e várias técnicas para diferenciar o desempenho de cada carbono ativado por aplicação. Fontes de carbono ativado incluem, mas não estão limitadas a casca de coco, betume, carvão, grama, polímeros orgânicos, madeira dura e madeira macia. Cada produto tem suas próprias características que podem afetar a produção de sorção e dessorção de gás. Sabe-se que, para a sorção de gás em carbono ativado, depende da proximidade com o contato da área de superfície acoplado às forças de Van der Waal para atrair moléculas de gás e armazená-las temporariamente até ocorrer a dessorção. As principais características do carbono ativado que afetam o volume de sorção de gás é a macro, micro-, meso-porosidade da área de superfície de carbono. A porosidade é ainda caracterizada pelas curvas da área de superfície de N2 BET. Em geral, é preferida uma área de superfície de N2 BET elevada por volume de massa, mas nem sempre é prática para a fabricação. Uma propriedade chave relacionada à fabricação com métodos de extrusão ou compressão de estado sólido é a densidade aparente, medida pela ASTM D2854, para transporte de material e a dureza, medida pela ASTM D3802, ao densificar.
[0043] Verificou-se que um carbono duro é preferido para fabricar economicamente um bloco densificado com a fabricação conhecida do estado da técnica. No entanto, os carbonos duros com uma baixa área de superfície BET não são preferidos para desempenho de sorção de gás, mas é preferido um carbono macio com área de superfície BET elevada. Um carbono macio não pode ser altamente densificado ou fabricado a uma taxa econômica usando extrusão de estado sólido ou moldagem por compressão. Surpreendentemente, descobriu-se que misturas únicas de carbono macio e carbono duro podem atingir um processo de fabricação econômico e também obter características de sorção de gás de alto desempenho.
[0044] Para o processo de extrusão em estado sólido, é utilizado um mínimo de 5 por cento em peso, de preferência 10 por cento em peso, e de preferência na gama de 10 a 60 por cento em peso de carbono duro para resistir à pressão do extrusor e extrudar uma estrutura de bloco. Um nível mais alto de carbono duro, até 100 por cento em peso produzirá um bloco extrudado de estado sólido bem formado, no entanto, o custo mais alto e a área de superfície BET mais baixa do carbono duro reduzem o desempenho e a economia. Os blocos preparados contendo carbonos inteiramente macios são possíveis, mas a velocidade de extrusão pode ser limitada devido à sua compressibilidade. Os blocos que contêm carbonos inteiramente macios podem ser produzidos por um processo de moldagem por compressão.
[0045] Os carbonos duros são considerados aqueles com uma dureza de recipiente em esfera por ASTM D 3802 para ser superior a 80 % e os carbonos macios são considerados quando medidos pelo mesmo método que são inferiores ou iguais a 80 %. A área de superfície baixa N2 BET é considerada inferior a 1400 m2/ g. enquanto a área alta N2 BET é considerada maior ou igual a 1400 m2/ g.
Processo
[0046] O aglutinante e as partículas absorventes podem ser misturados e processados por vários métodos. As partículas aglutinantes estão geralmente em uma forma de pó, que podem ser misturadas a seco com os materiais sorventes. Solventes ou misturas aquosas também podem ser formadas por meios conhecidos. De preferência, 0,3 a 30, de preferência 0,5 a 25, e mais preferencialmente 1 a 16 por cento em peso de aglutinante é utilizado para cada 84 a 99,5 por cento em peso de material absorvente. De preferência, o nível de aglutinante é de 4 a 12 por cento em peso, e ainda mais preferencialmente de cerca de 5 a 10 por cento em peso.
[0047] Existem geralmente três métodos para formar um artigo absorvente poroso sólido a partir de uma mistura homogênea do adsorvente e do aglutinante: 1) misturas homogêneas em pó seco que são moldadas por compressão, 2) misturas homogêneas em pó seco que são extrudadas e 3) solventes ou misturas aquosas que são moldados e secos. Uma vez que é desejável um artigo absorvente sólido muito denso, pode-se usar moldagem por compressão e processamento de extrusão em pressões mais elevadas. Os processos de moldagem por compressão e extrusão são praticados de uma maneira que provoca um amolecimento das partículas aglutinantes de polímero, mas não faz com que elas derretam e fluam até o ponto em que contatam outras partículas de polímero e formam aglomerados ou uma camada contínua. Para ser eficaz nas utilizações finais contempladas, o aglutinante de polímero permanece como partícula de polímero discreta que liga os materiais adsorventes a uma teia interligada, para uma boa permeabilidade. Em um sistema solvente, partículas de polímero individuais não existem mais, à medida que são dissolvidas e formam um revestimento contínuo sobre as partículas adsorventes. O revestimento contínuo reduz a quantidade de área de superfície ativada disponível para adsorção nas partículas e pode reduzir sua eficácia geral.
[0048] A solução mais econômica para alta qualidade e alta capacidade de saída está utilizando o processo de extrusão que torna o meio poroso imobilizado uniforme e altamente embalado.
[0049] Uma vantagem da extrusão é que a densidade absorvente é bastante constante ao longo do artigo, enquanto um artigo moldado por compressão tende a mostrar um gradiente de densidade. É cada vez mais difícil ter um gradiente de densidade de embalagem uniforme em um artigo moldado por compressão, especialmente porque a relação de aspecto (relação comprimento / diâmetro) aumenta. Uma vantagem de um processo moldado por compressão é que está disponível uma grande variedade de formas.
[0050] As partículas aglutinantes de polímero podem ser formadas em um artigo de bloco poroso em um processo de extrusão, tal como o descrito em US 5,331,037. O material compósito de polímero / material de material adsorvente da invenção é misturado a seco, opcionalmente com outros aditivos, tais como auxiliares de processamento, e extrudados, moldados ou formados em artigos. A extrusão contínua sob o calor, pressão e cisalhamento pode produzir uma estrutura de perfil de multifase tridimensional de comprimento infinito. Para formar a teia contínua de ligação de ligação em ponto forçada de aglutinante aos materiais adsorventes, é utilizada uma combinação crítica de pressão aplicada, temperatura e cisalhamento. A mistura de compósitos é levada a uma temperatura acima da temperatura de amolecimento, mas abaixo do ponto de fusão, pressão significativa aplicada para consolidar os materiais e cisalhamento suficiente para espalhar o aglutinante e formar uma teia contínua.
[0051] O processo de extrusão pode produzir uma estrutura de bloco contínua em qualquer diâmetro e comprimento desejado. São possíveis comprimentos de 1 cm a centenas de metros com o equipamento de fabricação correto. O bloco sólido contínuo pode então ser cortado nos comprimentos finais desejados. Os diâmetros típicos dos blocos sólidos seriam de 15 cm ou menos, e mais preferencialmente de 15 cm ou menos - embora com o tamanho adequado das matrizes (s) tenham sido produzidas estruturas maiores de diâmetro até 1,5 metros maiores.
[0052] Uma alternativa a uma estrutura única e sólida, está formando duas ou mais estruturas - uma haste sólida e um ou mais cilindros de bloco oco projetados para aninhar em conjunto para formar a estrutura maior. Uma vez que cada componente de bloco anelar ou em forma de haste é formado, os componentes podem ser aninhados em conjunto para criar uma estrutura maior. Este processo pode prover várias vantagens sobre a extrusão de uma única estrutura grande. Os blocos com menor diâmetro transversal podem ser produzidos a uma velocidade mais rápida do que produzir um bloco grande, sólido e de passagem única. O perfil de arrefecimento pode ser melhor controlado para cada uma das peças em corte transversal menor. Outra vantagem deste conceito pode ser a redução dos comprimentos do percurso de difusão de gás através dos monólitos, pois o espaçamento entre os blocos concêntricos pode servir como canais para o fluxo rápido de gás.
Propriedades
[0053] Os artigos formados pela invenção são artigos sólidos de alta densidade, sólidos que maximizam o volume do adsorvente para o volume da proporção do recipiente.
[0054] Os artigos formados são utilizados dentro de um recipiente fechado capaz de manter um gás pressurizado de até 5000 psi. O artigo composto adsorvente deve caber com uma tolerância estreita dentro do recipiente, para maximizar a quantidade de adsorvente por volume do recipiente. O recipiente terá uma entrada que será usada para encher o recipiente com gás (metano) e terá uma extremidade de descarga onde o gás pode deixar o recipiente. O material adsorvente não se instala ou se move durante o uso, de modo a alimentar um veículo, uma vez que é interconectado pelas partículas aglutinantes. O gás é provido no recipiente sob pressão e é adsorvido e armazenado pelo material sorvente. Quando a pressão é liberada e o recipiente aberto para um ambiente de pressão mais baixa, o gás se desossará do material adsorvente e será usado na aplicação.
[0055] O artigo de armazenamento de gás tem uma densidade imobilizada maior que 1,1 vezes e, de preferência, superior a 1,5 vezes a da densidade aparente do meio de sorção. A densificação permite mais capacidade de armazenamento por unidade de volume, aumentando assim o possível v / vo em um determinado artigo de armazenamento de gás.
[0056] Em uma modalidade, o recipiente que contém o artigo adsorvente sólido composto é utilizado para alimentar um veículo. Outras modalidades, o recipiente que contém o compósito é para fins de armazenamento para fornecer combustível para queimar e queimadores de fogões, refrigeradores, freezers, fornos, geradores, equipamentos de emergência, etc.
EXEMPLOS EXEMPLO 1:
[0057] As misturas de pó seco são formadas por mistura seca de 15 % em peso de aglutinante de homopolímero de fluoreto de polivinilideno Kyblock™ FG-81 de Arkema e 85 % em peso de carbono ativado por casca de coco Oxbow 8325C-AW / 70. O carbono ativado é um carbono nominalmente de 80 x 325 malhas, mas também inclui partículas menores que 325 malhas (44 micrômetros) e maiores que 80 (177 micrômetros) com uma distribuição de tamanho de partícula projetada para maximizar a densidade da embalagem de partículas. Os dois materiais em pó secos são misturados até serem uma mistura homogênea. A mistura é então forçada a uma matriz que é aquecida a um mínimo de 180 °C sob pressões superiores a 100 psi, formando uma estrutura porosa e autoportante. A estrutura é então arrefecida até a temperatura ambiente. A densidade do carbono ativado é inicialmente de 0,49 g / cc e esta densidade é aumentada para 0,71 g / cc quando combinada com o aglutinante e extrudada. Sob maiores cargas de pressão de estimulação, a densidade pode ser aumentada ainda mais.
EXEMPLO 2:
[0058] O mesmo carbono ativado utilizado no exemplo 1 é combinado com 16 % em peso de aglutinante linear de polietileno de baixa densidade (PE) MICROTENO FN510-00 (LyondellBassell). Um bloco da mesma densidade é preparado por um processo de extrusão de estado sólido comparável.
EXEMPLO 3:
[0059] Uma mistura em pó seco de 14 % em peso de copolímero de fluoreto de polivinilideno KYBLOCK® FG-42 e 86 % em peso do mesmo carbono ativado no EXEMPLO 1 foi preparada e cheia em um molde anelar de aço de 10" com um diâmetro externo de 2,5" e um diâmetro interno de 1,25". O molde contendo o pó foi aquecido a 400 °F durante uma hora e comprimido com um cilindro hidráulico para atingir uma densidade de bloco de 0,7 g / cc.
EXEMPLO 4:
[0060] Uma mistura de pó seco de 30 % em peso de Microthene FN510-00 e 70 % em peso do mesmo carbono ativado no EXEMPLO 1 foi moldada por compressão em um monólito anelar das mesmas dimensões e densidade que no EXEMPLO 3. O nível mais elevado de aglutinante Microthene FN510-00 foi necessário para produzir um bloco com resistência adequada por moldagem por compressão.
[0061] As amostras extrudadas produzidas no EXEMPLO 1 e EXEMPLO 2 foram analisadas utilizando o método de adsorção de nitrogênio Brunauer-Emmett-Teller (BET) para caracterizar a área de superfície utilizável do meio de sorção de carbono. O pó de carbono puro tem uma superfície BET (m A 2 / g) de 1150. O Kyblock™ de 15,5 % em peso de FG-81 tem uma superfície BET de 973 m2/ g e as amostras de PE tem 674 m2/ g de superfície BET. Após a normalização em porcentagem em peso, o Kyblock™ FG-81 é responsável por 0,37 % de incrustação da superfície de carbono ativado. O PE é responsável por 30,17 % de incrustação da superfície de carbono ativado. A amostra de resina Kyblock™ é maior que 80x mais resistente à incrustação que a amostra de PE. O aglutinante de polietileno tem duas desvantagens: 1) volume alto ocupado e 2) alto nível de incrustação. A resina Kyblock™ FG-81 exibe volume de aglutinante ocupado em um bloco de carbono de 1 kg de 84,18 enquanto que o volume do aglutinante PE ocupa 173,14 cc de espaço dentro de um bloco da mesma massa. O aglutinante Kyblock™ tem mais de 2 vezes o volume ocupado com os monólitos compósitos.
[0062] As amostras moldadas por compressão produzidas no EXEMPLO 3 e EXEMPLO 4 também foram analisadas utilizando o método BET. O monólito produzido no EXEMPLO 3 tinha uma área de superfície BET de 953 m2/ g, enquanto que o monólito do EXEMPLO 4 possui uma área de superfície BET de 600 m2/ g. Quando normalizados para os diferentes conteúdos do aglutinante, o bloco no EXEMPLO 3 teve uma redução da superfície de 3,6 %, enquanto o bloco no EXEMPLO 4 tem uma redução de 24,5 %. Um monólito de carbono ativado de resistência comparável pode ter uma área de superfície adsortiva de pelo menos 150 % de um bloco produzido com aglutinantes convencionais.
EXEMPLO 5:
[0063] Um monólito extrudado sólido de 10 cm de diâmetro externo foi produzido usando a composição no EXEMPLO 1. A temperatura de processamento foi ajustada para 250 °C. A velocidade de saída foi limitada a 1 cm por minuto devido ao tempo necessário para elevar o núcleo do monólito acima da temperatura de fusão do aglutinante Kyblock®. Referência figura 1.
EXEMPLO 6:
[0064] Um monólito equivalente ao produzido no EXEMPLO 5 foi produzido com dois extrusores, produzindo um anel com um diâmetro externo de 10 cm e um diâmetro interno de 5 cm, o outro produzindo uma haste sólida com um diâmetro externo de 4,9 cm. Uma vez formada, a haste foi colocada dentro do anel, formando monólitos concêntricos. A taxa de saída de cada um desses extrusores é de aproximadamente 5 cm / min, mais que dobrando a taxa de produção de aproximadamente o mesmo volume de monólito. Este conceito poderia ser estendido com vários blocos concêntricos de nidificação para produzir um monólito sólido equivalente de qualquer diâmetro desejado. Outra vantagem deste conceito pode ser a redução dos comprimentos do percurso de difusão de gás através dos monólitos, pois o espaçamento entre os blocos concêntricos pode servir como canais para o fluxo rápido de gás. Referência figura 2
EXEMPLO 7:
[0065] Um monólito anelar extrudado foi produzido pela primeira preparação de uma mistura de pó seco contendo 20 % em peso de carbono à base de madeira FX1184 (Jacobi Carbons) com área de superfície de 1400 m2/ g de solo e peneirada para -120 malhas (125 micrômetros), 70 % em peso do carbono de 80 x 325 malhas descrito no EXEMPLO 1 e 10 % em peso de aglutinante Kyblock® FG-81. Um diâmetro externo de 1,9" por 1,19" de diâmetro do diâmetro interno foi extrudado usando uma temperatura de processamento de 230 °C a uma taxa de 2 cm / min. A densidade do bloco resultante foi de 0,62 g / cc. A área de superfície BET do bloco extrudado foi de 1176 m2/ g
EXEMPLO 8:
[0066] Uma mistura seca de 90 % em peso de FX1184 (Jacobi Carbons) e 10 % em peso de Kyblock® FG-42 foi preparada e tentou se formar em um anel idêntico como no EXEMPLO 7. As forças de atrito devido à compressibilidade extrema do material adsorvente, foi impossível produzir um bloco através da extrusão de estado sólido convencional.
[0067] Dentro desta especificação, as modalidades foram descritas de uma maneira que permite que uma especificação clara e concisa seja escrita, mas se destina e será apreciado que as modalidades podem ser várias vezes combinadas ou separadas sem separação da invenção. Por exemplo, será apreciado que todas as características preferidas aqui descritas sejam aplicáveis a todos os aspectos da invenção aqui descritos.
Aspectos da invenção:
[0068] 1. Um artigo de armazenamento de gás que compreende um meio adsorvente sólido, denso e poroso ligado entre 0,3 a 30 por cento em peso e, de preferência, de 0,5 a 16 por cento em peso de partículas aglutinantes termoplásticas, em que as referidas partículas aglutinantes têm um tamanho discreto de partícula entre 5 nm e 150 micrômetros, de preferência entre 50 nm e 500 nm, e aglomerados entre 5 e 50 micrômetros.
[0069] 2. O artigo de armazenamento de gás do aspecto 1, em que o referido aglutinante termoplástico é selecionado a partir do grupo que consiste em fluoropolímeros, borrachas de butadieno estireno (SBR), etileno acetato de vinila (EVA), polímeros acrílicos, polímeros e copolímeros de metacrilato de polimetila, poliuretanos, polímeros estirênicos, poliamidas, poliolefinas, polietileno e seus copolímeros, polipropileno e seus copolímeros, poliésteres, tereftalato de polietileno, cloretos de polivinil, policarbonato e poliuretano termoplástico (TPU).
[0070] 3. O artigo de armazenamento de gás dos aspectos 1 ou 2, em que o referido aglutinante termoplástico é selecionado a partir de homopolímero e copolímero de fluoreto de polivinilideno e de poliamidas.
[0071] 4. O artigo de armazenamento de gás de qualquer dos aspectos 1 a 3, em que o referido artigo de armazenamento de gás está presente dentro de um recipiente capaz de manter um gás pressurizado a pressões até 5000 psi.
[0072] 5. O artigo de armazenamento de gás de qualquer dos aspectos 1 a 4, em que o referido artigo é formado por um processo de extrusão ou um processo de moldagem por compressão.
[0073] 6. O artigo de armazenamento de gás de qualquer dos aspectos 1 a 5, em que o aglutinante compreende de 4 a 12 por cento em peso do referido artigo, e o referido adsorvente compõe de 88 a 96 por cento em peso.
[0074] 7. O artigo de armazenamento de gás de qualquer dos aspectos 1 a 6, em que o referido adsorvente é selecionado a partir do grupo que consiste em carbono ativado, fibras de carbono, peneiras moleculares, peneiras moleculares de carbono, peneiras moleculares, sílica gel e estrutura orgânica metálica.
[0075] 8. O artigo de armazenamento de gás de qualquer dos aspectos 1 a 7, em que o referido adsorvente é carbono ativado ou fibras de carbono.
[0076] 9. O artigo de armazenamento de gás de qualquer dos aspectos 1 a 8, em que o referido dispositivo de armazenamento de gás compreende ainda gases nobres adsorvidos, CO2, N2 ou gases de hidrocarbonetos.
[0077] 10. O artigo de armazenamento de gás de qualquer dos aspectos 1 a 9 possuindo uma densidade imobilizada superior a 1,1 vezes a da densidade aparente do meio de sorção.
[0078] 11. O artigo de armazenamento de gás de qualquer dos aspectos 1 a 10, em que o referido artigo compreende adicionalmente água a 0,001 a 40 % em peso, em adição ao meio adsorvente e às partículas aglutinantes.
[0079] 12. O artigo de armazenamento de gás do aspecto 8, em que o referido carbono ativado tem uma área de superfície N2 BET média superior a 1000 m2/ g, de preferência maior que 1400 m2/ g, e mais preferencialmente maior que 2000 m2/ g.
[0080] 13. Um artigo de bloco sólido que compreende um meio de carbono ativado ligado entre 0,3 a 30 por cento em peso de partículas aglutinantes termoplásticas, em que as referidas partículas aglutinantes têm um tamanho de partícula discreto entre 5nm e 150 micrômetros e aglomerados entre 5 e 50 micrômetros, em que o referido artigo compreende dois ou mais anéis de aninhamento concêntricos produzidos por extrusão em estado sólido ou moldagem por compressão.
[0081] 14. Um artigo de bloco sólido que compreende um meio de carbono ativado ligado entre 0,3 a 30 por cento em peso de partículas aglutinantes termoplásticas, em que as referidas partículas aglutinantes têm um tamanho de partícula discreto entre 5 nm e 150 micrômetros e aglomerados entre 5 e 50 micrômetros, em que o referido carbono ativado é uma mistura compreendendo 10 a 95 por cento em peso de um ou mais carbonos macios ativados com uma dureza de recipiente em esfera igual ou igual a 85 por cento, mais preferencialmente inferior ou igual a 80 por cento, e 5 a 90 por cento em peso de uma ou mais dureza possuindo uma dureza de recipiente em esfera de carbono ativado superior a 85 por cento, mais preferido maior ou igual a 90 por cento (carbono duro).
[0082] 15. O artigo de bloco sólido do aspecto 14, em que a referida mistura contém menos de 40 % em peso e, de preferência, menos de 20 por cento em peso, e mais preferencialmente menos de 0,1 por cento em peso de baixa área de superfície de N2 BET de menos de 1400m2/ g de carbono ativado duro e superior a 60 por cento em peso, e de preferência superior a 80 % em peso, e mais preferencialmente superior a 99,9 % por cento em peso de alta área de superfície N2 BET superior a 1400 m2/ g de carbono ativado macio.

Claims (15)

1. Artigo de armazenamento de gás caracterizado pelo fato de que compreende um meio adsorvente poroso sólido, ligado junto por partículas aglutinantes termoplásticas, em que as referidas partículas aglutinantes têm um tamanho de partícula discreto médio de entre 5nm e 1 micrômetro, em que as partículas aglutinantes termoplásticas compreendem de 0,3 a 30 por cento em peso do artigo de armazenamento de gás, e em que a densidade aparente imobilizada do artigo de armazenamento de gás é maior do que 1,1 vezes aquela da densidade aparente do sorvente, em que o referido aglutinante termoplástico é selecionado a partir de homopolímero e copolímero de fluoreto de polivinilideno e poliamidas.
2. Artigo de armazenamento de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido artigo de armazenamento de gás está presente dentro de um recipiente capaz de manter um gás pressurizado a pressões de até 5000 psi.
3. Artigo de armazenamento de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as referidas partículas aglutinantes têm um tamanho de partícula médio de 50 a 500 nm.
4. Artigo de armazenamento de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido meio adsorvente poroso é ligado junto por 0,5 a 16 por cento em peso de aglutinante termoplástico.
5. Artigo de armazenamento de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido artigo é formado por um processo de extrusão.
6. Artigo de armazenamento de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido artigo é formado por um processo de moldagem por compressão.
7. Artigo de armazenamento de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido aglutinante compõe de 4 a 12 por cento em peso do referido artigo, e o referido adsorvente compõe de 88 a 96 por cento em peso.
8. Artigo de armazenamento de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido adsorvente é selecionado a partir do grupo que consiste em carbono ativado, fibras de carbono, peneiras moleculares, peneiras moleculares de carbono, peneiras moleculares, sílica gel e estrutura orgânica metálica.
9. Artigo de armazenamento de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido adsorvente é carbono ativado ou fibras de carbono.
10. Artigo de armazenamento de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido dispositivo de armazenamento de gás compreende ainda gases nobres adsorvidos, CO2, N2 ou gases de hidrocarbonetos.
11. Artigo de armazenamento de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido artigo compreende ainda água a 0,001 a 40 % em peso, em adição ao meio adsorvente e às partículas aglutinantes.
12. Artigo de armazenamento de gás, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o referido carbono ativado tem uma área de superfície média de N2 BET superior a 1000 m2/ g, de preferência maior que 1400 m2/ g, e mais preferencialmente maior que 2000 m2/ g.
13. Artigo de armazenamento de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio adsorvente compreende um meio de carbono ativado e em que o referido artigo compreende dois ou mais anéis de aninhamento concêntricos produzidos tanto por extrusão em estado sólido ou por moldagem por compressão.
14. Artigo de armazenamento de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio adsorvente compreende um meio de carbono ativado em que o referido carbono ativado é uma mistura que compreende 10 a 95 por cento em peso de um ou mais carbonos macios ativados com uma dureza de recipiente em esfera inferior ou igual a 85 por cento, mais preferencialmente inferior ou igual a 80 por cento, e 5 a 90 por cento em peso de um ou mais carbono ativado duro possuindo um carbono ativado de dureza de recipiente de esfera superior a 85 por cento, mais preferido superior ou igual a 90 por cento (carbono duro).
15. Artigo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a referida mistura contém menos de 40 % em peso e, de preferência, menos de 20 % em peso e mais preferencialmente menos de 0,1 por cento em peso de baixa área de superfície de N2 BET de menos de 1400 m2/ g de carbono ativado duro e superior a 60 por cento em peso, e de preferência superior a 80 % em peso e mais preferencialmente superior a 99,9 por cento em peso de alta área de superfície N2 BET superior a 1400 m2/ g de carbono ativado macio.
BR112018002572-0A 2015-08-20 2016-08-18 Artigo de armazenamento de gás BR112018002572B1 (pt)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562207401P 2015-08-20 2015-08-20
US62/207,401 2015-08-20
PCT/US2016/047445 WO2017031260A1 (en) 2015-08-20 2016-08-18 High performance sorption binder for gas phase storage devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR112018002572A2 BR112018002572A2 (pt) 2018-10-02
BR112018002572B1 true BR112018002572B1 (pt) 2021-10-19

Family

ID=58051387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112018002572-0A BR112018002572B1 (pt) 2015-08-20 2016-08-18 Artigo de armazenamento de gás

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20180297008A1 (pt)
EP (1) EP3337607B1 (pt)
JP (1) JP7058593B2 (pt)
KR (1) KR102666616B1 (pt)
CN (1) CN107921412A (pt)
BR (1) BR112018002572B1 (pt)
WO (1) WO2017031260A1 (pt)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230056052A (ko) 2016-07-01 2023-04-26 인제비티 사우스 캐롤라이나, 엘엘씨 가스 저장 및 방출 시스템에서의 체적 용량의 증대 방법
JP6978783B2 (ja) * 2016-07-22 2021-12-08 国立研究開発法人科学技術振興機構 金属有機構造体ナノシートおよびその製造方法
DE102018117691B4 (de) * 2018-07-23 2022-04-28 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Filtereinrichtung
BR112021012033A2 (pt) * 2018-12-19 2021-09-21 Arkema Inc. Dispositivo de controle de perda evaporativa
JP2022529478A (ja) * 2019-04-17 2022-06-22 シーエスピー テクノロジーズ，インコーポレイティド ホルムアルデヒド収着のための活性炭を含むポリマー組成物
CN110270312B (zh) * 2019-06-21 2022-07-15 四川农业大学 一种金属有机骨架材料-活性炭复合纤维膜及其制备方法
WO2020263808A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-30 Arkema Inc. Crosslinked binder composition
KR20220034837A (ko) 2019-07-12 2022-03-18 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 고 패킹 복합 흡착제 베드의 제조 방법, 이를 포함하는 흡착기, 및 흡착기를 사용한 흡착 기반 가스 분리
WO2021258289A1 (zh) * 2020-06-23 2021-12-30 西门子股份公司 气体的固态存储装置及其制造方法
CN111992195B (zh) * 2020-07-09 2023-02-28 中山大学 一种新型固相微萃取涂层粘结剂及其制备的探针涂层
CN116622074A (zh) * 2023-07-25 2023-08-22 齐河力厚化工有限公司 一种改性MOFs及其制备方法和应用

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4999330A (en) 1988-03-22 1991-03-12 Universite Du Quebec A Trois-Rivieres High-density adsorbent and method of producing same
US5019311A (en) 1989-02-23 1991-05-28 Koslow Technologies Corporation Process for the production of materials characterized by a continuous web matrix or force point bonding
US5249948A (en) 1991-04-08 1993-10-05 Koslow Technologies Corporation Apparatus for the continuous extrusion of solid articles
DE69412398T2 (de) * 1993-09-14 1999-04-15 Kuraray Chemical Kk Metalloxyd tragendes, Aktivkohle enthaltendes, Deodorant
JP3446339B2 (ja) * 1994-10-18 2003-09-16 三菱化学株式会社 活性炭の製造方法
IL119663A (en) * 1996-02-26 2000-06-29 Kx Industries Lp Thin-walled extruded activated carbon filter
US6395190B1 (en) * 1996-02-26 2002-05-28 Kx Industries, L.P. Process employing thin-walled, extruded activated carbon filter
KR100270100B1 (ko) * 1996-12-23 2000-10-16 이구택 활성탄소섬유를 이용한 이산화탄소의 흡착.분리공정
US20020172633A1 (en) * 2001-03-06 2002-11-21 Koermer Gerald S. Vehicular atmosphere cleansing system
JP2003038953A (ja) * 2001-07-31 2003-02-12 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 水素吸蔵体および水素吸蔵装置
US7169466B2 (en) * 2004-05-21 2007-01-30 The Clorox Company Multiple-component binder systems for porous composite blocks
US7186474B2 (en) * 2004-08-03 2007-03-06 Nanotek Instruments, Inc. Nanocomposite compositions for hydrogen storage and methods for supplying hydrogen to fuel cells
JP2007000724A (ja) * 2005-06-22 2007-01-11 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 酸素吸収剤成形体およびその製造法
WO2014055473A2 (en) * 2012-10-04 2014-04-10 Arkema Inc. Porous separation article
CN103021671A (zh) * 2012-11-28 2013-04-03 惠州亿纬锂能股份有限公司 锂离子电池电容器
CN102983355A (zh) * 2012-12-25 2013-03-20 天津市捷威动力工业有限公司 一种可大倍率充放电的锂离子电池及其制备方法
EP2994212A4 (en) 2013-05-10 2017-01-25 Arkema Inc. Block products incorporating small particle thermoplastic binders and methods of making same

Also Published As

Publication number Publication date
JP7058593B2 (ja) 2022-04-22
KR20180042339A (ko) 2018-04-25
BR112018002572A2 (pt) 2018-10-02
EP3337607B1 (en) 2023-01-04
EP3337607A4 (en) 2019-01-16
JP2018527172A (ja) 2018-09-20
CN107921412A (zh) 2018-04-17
EP3337607A1 (en) 2018-06-27
KR102666616B1 (ko) 2024-05-20
US20180297008A1 (en) 2018-10-18
WO2017031260A1 (en) 2017-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BR112018002572B1 (pt) Artigo de armazenamento de gás
US10532340B2 (en) High performance sorption binder for gas phase storage devices
EP2903714B1 (en) Porous separation article
Johnson et al. Effect of micropore topology on the structure and properties of zeolite polymer replicas
Yu et al. High porosity supermacroporous polystyrene materials with excellent oil–water separation and gas permeability properties
JP4609424B2 (ja) ガス吸着蓄積装置
Pan et al. Facile fabrication of hydrophobic and underwater superoleophilic elastic and mechanical robust graphene/PDMS sponge for oil/water separation
Yang et al. Adsorption and diffusion of carbon dioxide, methane, and their mixture in carbon nanotubes in the presence of water
Yanagita et al. Kinetics of water vapor adsorption and desorption in MIL-101 metal–organic frameworks
CN107108405A (zh) 利用变压吸附的乙烯分离
Xiong et al. Direct silanization of polyurethane foams for efficient selective absorption of oil from water
Cai et al. Thermo‐controlled, self‐released smart wood tailored by nanotechnology for fast clean‐up of highly viscous liquids
US20220062853A1 (en) Evaporative loss control device
US10434478B2 (en) Porous separation article and separation method
EP1237643B1 (en) Gas storage using fullerene based adsorbents
JP2022539549A (ja) 架橋バインダー組成物
US20210101129A1 (en) Immobilized media device with a thermoplastic polymer binder system
EP3037473B1 (en) Compositions comprising vinylidene fluoride polymers and adsorbent carbon materials
Wu et al. Strength improvement via coating of a cylindrical hole by layer-by-layer assembled polymer particles
Park Adsorption Cellular Automata for Phase Transition in Nanopores
CN105381683A (zh) 气态烃吸附装置

Legal Events

Date Code Title Description
B06U Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette]
B06A Patent application procedure suspended [chapter 6.1 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 18/08/2016, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS.