JP2015514011A - Impervious polymer coatings on selected honeycomb channel surfaces - Google Patents
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Abstract
CO2回収のための吸着剤構造体は隔壁を有するハニカム基板を有し、隔壁はハニカム基板を貫通する。隔壁は複数本の反応チャネル及び複数本の熱交換チャネルを含む複数本の個別チャネルを定めるチャネル面を有する。反応チャネルと熱交換チャネルは個々の反応チャネルと個々熱交換チャネルの間で熱が伝わるように配置される。反応チャネル面の表面は吸着剤材料を含み、熱交換チャネル面の表面は被覆層を有する。被覆層はポリマー材料で形成された不透水性層を含む。不透水性層のポリマー材料は隔壁または反応チャネル面の吸着剤材料内に実質的に浸入しない。吸着剤構造体を形成する方法は水性ポリマーエマルジョンのような液体組成物を用いて熱交換チャネルの表面をポリマー材料で被覆する工程を含む。The adsorbent structure for CO2 recovery has a honeycomb substrate having partition walls, and the partition walls penetrate the honeycomb substrate. The partition wall has a channel surface that defines a plurality of individual channels including a plurality of reaction channels and a plurality of heat exchange channels. The reaction channels and heat exchange channels are arranged to transfer heat between the individual reaction channels and the individual heat exchange channels. The surface of the reaction channel surface includes an adsorbent material, and the surface of the heat exchange channel surface has a coating layer. The covering layer includes an impermeable layer formed of a polymer material. The polymer material of the impermeable layer does not substantially penetrate into the adsorbent material of the partition walls or reaction channel surfaces. The method of forming the adsorbent structure includes coating the surface of the heat exchange channel with a polymeric material using a liquid composition such as an aqueous polymer emulsion.
Description
本出願は2012年4月5日に出願された米国仮特許出願第61/620673号の米国特許法第119条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記仮特許出願の明細書の内容に依存し、上記仮特許出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。 This application claims the benefit of priority under 35 USC 119 of US Provisional Patent Application No. 61/620673, filed April 5, 2012. The present specification depends on the content of the specification of the provisional patent application, and the content of the specification of the provisional patent application is incorporated herein by reference in its entirety.
本明細書は全般にはガス流から二酸化炭素(CO2)を回収するための吸着剤構造体に関し、さらに詳しくは、吸着剤表面をもつ指定された反応流チャネル及び不透水性障壁層をもつ指定された熱交換チャネルを有する吸着剤構造体に関する。 The present specification relates generally to an adsorbent structure for recovering carbon dioxide (CO 2 ) from a gas stream, and more particularly with a designated reaction flow channel having an adsorbent surface and an impermeable barrier layer. It relates to an adsorbent structure having designated heat exchange channels.
二酸化炭素は地球温暖化に関連付けられる温室効果ガスである。二酸化炭素は、例えば、化石燃料の燃焼、天然ガスの精製及び油分回収システムのような、様々な消費者プロセス及び産業プロセスの副産物であることが多い。経済的観点からは、炭素排出量取引並びに将来の燃焼排ガス及びその他のCO2点源からの炭素排出規制がCO2回収技術の開発を鼓舞している。 Carbon dioxide is a greenhouse gas associated with global warming. Carbon dioxide is often a byproduct of various consumer and industrial processes, such as fossil fuel combustion, natural gas refining and oil recovery systems. From an economic point of view, carbon emissions trading and future emission regulations and carbon emission regulations from other CO 2 point sources inspire the development of CO 2 capture technology.
固体吸着剤による二酸化炭素回収は、温度スイング吸着法、圧力スイング吸着法または真空スイング吸着法のようなプロセスによって実現することができる。例えば、温度スイング吸着法においては、プロセスガスからのCO2が低温において固体吸着剤上に吸着され、次いで吸着剤を高温に加熱することによって吸着剤から放出されて排出ガス流になる。CO2が吸着剤から放出されると、新しい吸着サイクルを開始するため、吸着剤は再び冷却されなければならない。温度スイングプロセスをともなう大規模利用においては、大量の固体吸着剤にわたって迅速かつ一様に温度サイクルを実施する必要が技術上の課題として残っている。 Carbon dioxide recovery by a solid adsorbent can be realized by a process such as a temperature swing adsorption method, a pressure swing adsorption method, or a vacuum swing adsorption method. For example, in a temperature swing adsorption process, CO 2 from a process gas is adsorbed on a solid adsorbent at a low temperature and then released from the adsorbent by heating the adsorbent to a high temperature to become an exhaust gas stream. When CO 2 is released from the adsorbent, to start a new adsorption cycle, the sorbent must be cooled again. In large scale applications with temperature swing processes, the technical challenge remains to perform temperature cycling quickly and uniformly over large amounts of solid adsorbent.
したがって、プロセスガス流からCO2を回収するための、温度スイング吸着プロセスに用いられ得る、代わりの方法及び装置が依然として必要とされている。 Accordingly, there remains a need for alternative methods and apparatus that can be used in a temperature swing adsorption process to recover CO 2 from a process gas stream.
様々な実施形態にしたがえば、CO2回収のための吸着剤構造体が提供される。吸着剤構造体はハニカム基板を含み、ハニカム基板はハニカム基板の流入面から流入面の反対側のハニカム基板の流出面まで軸方向にハニカム基板を貫通する隔壁を有する。隔壁は複数本の個別チャネルを定めるチャネル面を有する。複数本の個別チャネルは複数本の反応チャネル及び複数本の熱交換チャネルを含み、よって、反応チャネルのチャネル面は反応チャネル面であり、熱交換チャネルのチャネル面は交換チャネル面である。反応チャネルと熱交換チャネルは個々の反応チャネルと個々の熱交換チャネルの間で熱が伝わるように配置される。反応チャネル面は吸着剤材料を含み、熱交換チャネル面は少なくとも1つの被覆層を有する。限定ではない実施形態において、少なくとも1つの被覆層は、例えば、ポリ(ビニルブチラール)樹脂、ポリアクリレート類、(カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体を含む)ポリニトリル類、ポリクロロプレン類、ポリ(塩化ビニル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリオレフィン類、ポリ(テトラフルオロエチレン)、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料のような、ポリマー材料で形成された不透水性層を含むことができる。不透水性層のポリマー材料は交換チャネル面を形成する隔壁内に実質的に浸入しない。 According to various embodiments, the sorbent structure for CO 2 recovery is provided. The adsorbent structure includes a honeycomb substrate, and the honeycomb substrate has partition walls penetrating the honeycomb substrate in the axial direction from the inflow surface of the honeycomb substrate to the outflow surface of the honeycomb substrate opposite to the inflow surface. The partition wall has a channel surface that defines a plurality of individual channels. The plurality of individual channels include a plurality of reaction channels and a plurality of heat exchange channels, so that the channel surface of the reaction channel is a reaction channel surface, and the channel surface of the heat exchange channel is an exchange channel surface. The reaction channels and heat exchange channels are arranged so that heat is transferred between the individual reaction channels and the individual heat exchange channels. The reaction channel surface includes an adsorbent material and the heat exchange channel surface has at least one coating layer. In a non-limiting embodiment, the at least one coating layer comprises, for example, poly (vinyl butyral) resin, polyacrylates, polynitriles (including carboxylated acrylonitrile-butadiene copolymers), polychloroprenes, poly ( Water impermeable layers formed of polymer materials such as vinyl chloride), poly (vinylidene fluoride), polyolefins, poly (tetrafluoroethylene), silicones, polyurethanes, mixed materials thereof and composite materials thereof Can be included. The polymer material of the impermeable layer does not substantially penetrate into the partition walls forming the exchange channel surface.
別の実施形態にしたがえば、CO2回収のための吸着剤構造体を形成するための方法が提供される。方法は吸着剤で形成されたハニカム基板を提供する工程を含むことができる。ハニカム基板はハニカム基板の流入面から流入面の反対側のハニカム基板の流出面まで軸方向にハニカム基板を貫通する隔壁を有する。隔壁は複数本の個別チャネルを定めるチャネル面を有する。複数本の個別チャネルは複数本の反応チャネル及び複数本の熱交換チャネルを含み、よって、反応チャネルのチャネル面は反応チャネル面であり、熱交換チャネルのチャネル面は交換チャネル面である。方法は遮蔽反応チャネルを形成するために反応チャネルのそれぞれの流入端及び流出端を遮蔽する工程をさらに含むことができる。方法は、水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネルのそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネルは流過させず、よって交換チャネル面だけを覆う水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン皮膜を形成するために、ハニカム基板の流入面上に水性ポリマーエマルジョン(例えばラテックス)または水性ポリマー分散液を送液する工程をさらに含むことができる。方法は交換チャネル面上に不透水性層を形成するためにエマルジョン被膜を乾燥させる工程をさらに含むことができる。不透水性層は、例えば、ポリ(ビニルブチラール)樹脂、ポリアクリレート類、(カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体を含む)ポリニトリル類、ポリクロロプレン類、ポリ(塩化ビニル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリオレフィン類、ポリ(テトラフルオロエチレン)、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料のような、ポリマー材料を含むことができる。 According to another embodiment, a method for forming an adsorbent structure for CO 2 capture is provided. The method can include providing a honeycomb substrate formed of an adsorbent. The honeycomb substrate has partition walls penetrating the honeycomb substrate in the axial direction from the inflow surface of the honeycomb substrate to the outflow surface of the honeycomb substrate opposite to the inflow surface. The partition wall has a channel surface that defines a plurality of individual channels. The plurality of individual channels include a plurality of reaction channels and a plurality of heat exchange channels, so that the channel surface of the reaction channel is a reaction channel surface, and the channel surface of the heat exchange channel is an exchange channel surface. The method can further include shielding each inflow end and outflow end of the reaction channel to form a shield reaction channel. The method allows each of the heat exchange channels to flow through the aqueous polymer emulsion and does not allow the shield reaction channels to flow, and thus forms an aqueous polymer emulsion emulsion film that covers only the exchange channel surface. A step of feeding an aqueous polymer emulsion (for example, latex) or an aqueous polymer dispersion may be further included. The method can further include the step of drying the emulsion coating to form an impermeable layer on the exchange channel surface. The water-impermeable layer may be, for example, poly (vinyl butyral) resin, polyacrylates, polynitriles (including carboxylated acrylonitrile-butadiene copolymer), polychloroprenes, poly (vinyl chloride), poly (fluorinated) Polymeric materials such as vinylidene), polyolefins, poly (tetrafluoroethylene), silicones, polyurethanes, mixed materials thereof and composite materials thereof may be included.
別の実施形態にしたがえば、CO2回収のための吸着剤構造体を形成するための別の方法が提供される。方法はセラミック材料で形成されたハニカム基板を提供する工程を含むことができる。ハニカム基板はハニカム基板の流入面から流入面の反対側のハニカム基板の流出面まで軸方向にハニカム基板を貫通する隔壁を有する。隔壁は複数本の個別チャネルを定めるチャネル面を有する。複数本の個別チャネルは複数本の反応チャネル及び複数本の熱交換チャネルを含み、よって、反応チャネルのチャネル面は反応チャネル面であり、熱交換チャネルのチャネル面は交換チャネル面である。方法は遮蔽反応チャネルを形成するために反応チャネルのそれぞれの流入端及び流出端を遮蔽する工程をさらに含むことができる。方法は、水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネルのそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネルは流過させず、よって交換チャネル面だけを覆う水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン皮膜を形成するために、ハニカム基板の流入面上に水性ポリマーエマルジョンを送液する工程をさらに含むことができる。方法は交換チャネル面を覆う不透水性層を形成するためにエマルジョン被膜を乾燥させる工程をさらに含むことができる。不透水性層は、例えば、ポリ(ビニルブチラール)樹脂、ポリアクリレート類、(カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体を含む)ポリニトリル類、ポリクロロプレン類、ポリ(塩化ビニル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリオレフィン類、ポリ(テトラフルオロエチレン)、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料のような、ポリマー材料を含むことができる。 According to another embodiment, another method is provided for forming an adsorbent structure for CO 2 capture. The method can include providing a honeycomb substrate formed of a ceramic material. The honeycomb substrate has partition walls penetrating the honeycomb substrate in the axial direction from the inflow surface of the honeycomb substrate to the outflow surface of the honeycomb substrate opposite to the inflow surface. The partition wall has a channel surface that defines a plurality of individual channels. The plurality of individual channels include a plurality of reaction channels and a plurality of heat exchange channels, so that the channel surface of the reaction channel is a reaction channel surface, and the channel surface of the heat exchange channel is an exchange channel surface. The method can further include shielding each inflow end and outflow end of the reaction channel to form a shield reaction channel. The method allows each of the heat exchange channels to flow through the aqueous polymer emulsion and does not allow the shield reaction channels to flow, and thus forms an aqueous polymer emulsion emulsion film that covers only the exchange channel surface. The method may further include feeding the aqueous polymer emulsion on top. The method can further include the step of drying the emulsion coating to form an impermeable layer over the exchange channel surface. The water-impermeable layer may be, for example, poly (vinyl butyral) resin, polyacrylates, polynitriles (including carboxylated acrylonitrile-butadiene copolymer), polychloroprenes, poly (vinyl chloride), poly (fluorinated) Polymeric materials such as vinylidene), polyolefins, poly (tetrafluoroethylene), silicones, polyurethanes, mixed materials thereof and composite materials thereof may be included.
本明細書に説明される実施形態のさらなる特徴は以下の詳細な説明に述べられるであろう。これらのさらなる特徴及び利点は、ある程度は、当業者には記述だけから容易に明らかであろうし、あるいは、添付される図面及び特許請求の範囲を含む、以下の記述に説明される実施形態を実施することによって容易に認められるであろう。 Additional features of the embodiments described herein will be set forth in the detailed description that follows. These additional features and advantages will be, to some extent, readily apparent from the description to those skilled in the art, or implement the embodiments described in the following description, including the accompanying drawings and claims. Will be easily recognized.
上述の全般的説明及び以下の詳細な説明のいずれもが様々な実施形態を説明すること及び特許請求される主題の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は様々な実施形態のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本明細書に説明される様々な実施形態を示し、記述とともに、特許請求される主題の原理及び動作の説明に役立つ。 Both the foregoing general description and the following detailed description are intended to illustrate various embodiments and to provide an overview or framework for understanding the nature and nature of the claimed subject matter. Is natural. The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the various embodiments, and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate various embodiments described herein, and together with the description serve to explain the principles and operations of the claimed subject matter.
それぞれの例が添付図面に示される、ガス流からのCO2回収のための吸着剤構造体の実施形態及びこれを形成するための方法をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、同じ参照数字が全図面を通して同じかまたは同様の要素を指して用いられる。ガス流からのCO2回収のための吸着剤構造体の一実施形態が図1に簡略に示され、別の実施形態が図2及び3に示される。吸着剤構造体は一般にハニカム基板を有し、ハニカム基板はハニカム基板の流入面から流入面の反対側のハニカム基板の流出面まで軸方向にハニカム基板を貫通する隔壁を有する。隔壁は複数本の個別チャネルを定めるチャネル面を有する。複数本のチャネルは複数本の反応チャネル及び複数本の熱交換チャネルを含み、よって、反応チャネルのチャネル面は反応チャネル面であり、熱交換チャネルのチャネル面は交換チャネル面である。反応チャネルと熱交換チャネルは個々の反応チャネルと個々の熱交換チャネルの間で熱が伝わるように配置される。反応チャネル面は吸着剤材料を含み、熱交換チャネル面はポリマー材料で形成された少なくとも1つの不透水性被覆層を有する。不透水性被覆層のポリマー材料は交換チャネル面から反応チャネル面の吸着剤材料内に浸入しない。したがって、ガス流からのCO2回収プロセスにおいては、ガス流が反応チャネルを流過し、水のような熱交換媒体が熱交換チャネルを流過することができるが、熱交換媒体は不透水性被覆層によってブロックされて反応チャネルに入ることはできず、そうでなければ吸着剤のCO2負荷容量が低下するであろう。添付図面を特に参照して吸着剤構造体及び吸着剤構造体を形成する方法をここでさらに詳細に説明する。 Reference will now be made in detail to an embodiment of an adsorbent structure for CO 2 recovery from a gas stream and a method for forming the same, each example shown in the accompanying drawings. Wherever possible, the same reference numbers will be used throughout the drawings to refer to the same or like elements. One embodiment of the adsorbent structures for CO 2 recovery from gas streams is shown schematically in Figure 1, another embodiment is shown in Figures 2 and 3. The adsorbent structure generally has a honeycomb substrate, and the honeycomb substrate has partition walls penetrating the honeycomb substrate in the axial direction from the inflow surface of the honeycomb substrate to the outflow surface of the honeycomb substrate opposite to the inflow surface. The partition wall has a channel surface that defines a plurality of individual channels. The plurality of channels includes a plurality of reaction channels and a plurality of heat exchange channels, so that the channel surface of the reaction channel is a reaction channel surface, and the channel surface of the heat exchange channel is an exchange channel surface. The reaction channels and heat exchange channels are arranged so that heat is transferred between the individual reaction channels and the individual heat exchange channels. The reaction channel surface includes an adsorbent material, and the heat exchange channel surface has at least one impermeable coating layer formed of a polymer material. The polymer material of the impermeable coating does not penetrate from the exchange channel surface into the adsorbent material on the reaction channel surface. Thus, in a CO 2 capture process from a gas stream, the gas stream can flow through the reaction channel and a heat exchange medium such as water can flow through the heat exchange channel, but the heat exchange medium is impermeable. can not enter the reaction channel is blocked by the covering layer will CO 2 loading capacity of the adsorbent decreases otherwise. The adsorbent structure and the method of forming the adsorbent structure will now be described in further detail with particular reference to the accompanying drawings.
図1及び2を参照すれば、いくつかの実施形態にしたがうガス流からのCO2回収のための吸着剤構造体100はハニカム基板110を含むことができ、ハニカム基板110はハニカム基板110の流入面130からハニカム基板110の流出面140まで軸方向90にハニカム基板110を貫通する隔壁120を有する。流出面140は流入面の反対側にある。隔壁120は複数本の個別チャネル150,160を定めるチャネル面125を有する。複数本の個別チャネル150,160は複数本の反応チャネル150及び複数本の熱交換チャネル160を含む。よって、反応チャネル150のチャネル面125は反応チャネル面155であり、熱交換チャネル160のチャネル面125は交換チャネル面165である。反応チャネル150と熱交換チャネル160は、個々の反応チャネル150A,150Bと個々の熱交換チャネル160A,160Bの間で熱が伝わるように配置される。反応チャネル面155は吸着剤材料を含む。交換チャネル面165は交換チャネル面165を覆う少なくとも1つの被覆層を有する。少なくとも1つの被覆層はポリマー材料で形成された不透水性層170を含む。不透水性層170のポリマー材料は、交換チャネル面165を形成する隔壁120の吸着剤材料内に、または反応チャネル面155の吸着剤領内に、実質的に浸入しない。
With reference to FIGS. 1 and 2, an
ハニカム基板110は、例えば、ガラス、セラミック、非酸化物セラミック(例えば、炭化物、窒化物)、炭素、合金、金属、ポリマー、複合材料及びこれらの混合材料を含む、適するいずれかの多孔質材料で形成することができる。いくつかの実施形態において、ハニカム基板110は、例えば、ゼオライト、MOF(金属有機構造体)、クレイ、層状複水酸化物、固体アミン、及びアルカリ/アルカリ土類酸化物あるいは、ゼオライト、MOF(金属有機構造体)またはコージェライトを含有する複合材料、SiC、ムライト、アルミナ及びチタン酸アルミニウム、及び炭素のような、CO2を吸着することができる吸着剤材料で形成することができる。他の実施形態において、ハニカム基板110は吸着剤材料が埋め込まれているセラミック支持材料で形成することができる。他の実施形態において、ハニカム基板110は非吸着剤材料で形成し、続いて、例えばウォッシュコーティングのような、適する方法によって吸着剤材料を装荷することができる。ハニカム基板110は適するいずれかの方法で作製することができるが、一般には、押出、鋳型または3Dプリンティング、あるいは、適切な材料の成形及び、必要に応じて、例えば材料の加熱または焼成によるような材料の仕上げによって作製することができる。
The
一般に、本明細書に説明される実施形態にしたがう吸着剤材料は、CO2及びメタン、窒素、水素、硫化水素またはこれらの混合気のような1つ以上の別のガスを含むプロセスガス流からCO2を可逆的に吸着することができる材料である。本明細書に用いられるように、「プロセスガス流からCO2を可逆的に吸着することができる」は、吸着剤材料が第1の動作パラメータセット(例えば初期温度)においてプロセスガス流からCO2を吸着することができ、第2の動作パラメータセットに変更することにより(例えば温度を上昇させることにより)、吸着されているCO2を放出させ得ることを意味する。限定ではない実施形態において、CO2を含有するプロセスガス流は、例えば、天然ガス、燃焼排ガス、空気、バイオガス、水素ガス製造システムからの水性ガス転化混合気、及び燃焼プロセスからの排気ガスとすることができる。いくつかの実施形態において、ハニカム基板110は、吸着剤材料で、またはハニカム基板110の形成中に吸着剤材料が添加される非吸着剤材料で、形成される。他の実施形態において、吸着剤材料は非吸着剤材料で形成されたハニカム基板110の細孔内に装荷される。
In general, an adsorbent material according to embodiments described herein is from a process gas stream comprising CO 2 and one or more other gases such as methane, nitrogen, hydrogen, hydrogen sulfide or mixtures thereof. It is a material capable of reversibly adsorbing CO 2 . As used herein, “capable of reversibly adsorbing CO 2 from a process gas stream” means that the adsorbent material is CO 2 from the process gas stream in a first operating parameter set (eg, initial temperature). Can be adsorbed, and by changing to the second operating parameter set (for example, by increasing the temperature), this means that the adsorbed CO 2 can be released. In a non-limiting embodiment, the process gas stream containing CO 2 includes, for example, natural gas, flue gas, air, biogas, water gas conversion mixture from a hydrogen gas production system, and exhaust gas from a combustion process. can do. In some embodiments, the
いくつかの実施形態にしたがえば、ハニカム基板110を(例えば、鋳型、押出または成成形によって)作製することができる、適する吸着剤材料には、限定ではない例として、ゼオライト、ゼオライト様イミダゾール構造体、金属有機構造体、炭素、メソポーラスアルミナ及び、SBA−15及び類似品を含む、メソポーラスシリカ、及び上記材料の組合せ、並びにアミンまたはアミノ基で官能化された上記材料のいずれかがある。他の実施形態において、ハニカム基板110は上記の吸着剤材料の1つ以上が埋め込まれたセラミック支持材料で形成することができる。そのような実施形態において、セラミック支持材料は、例えば、ハニカム基板を形成するために吸着剤材料とともに鋳型または共押出することができる。
According to some embodiments, suitable adsorbent materials from which the
いくつかの実施形態にしたがえば、ハニカム基板110の少なくとも反応チャネル面155上に施すことができる、適する吸着剤材料には、ゼオライト、ゼオライト様イミダゾール構造体、金属有機構造体、炭素、メソポーラスアルミナ及び、SBA−15及び類似品を含む、メソポーラスシリカ、及び上記材料の組合せ、並びにアミンまたはアミノ基で官能化された上記材料のいずれかがあるが、これらには限定されない。本明細書に説明される実施形態にしたがえば、吸着剤材料は、例えばウォッシュコーティングによるような、いずれか適する手法によって施すことができる。
According to some embodiments, suitable adsorbent materials that can be applied on at least the
図1の実施形態のハニカム基板110は円柱形であるが、他の実施形態にしたがえば、ハニカム基板110は、例えば、三角形立体、長方形立体、正方形立体、または六角形立体のような、所望のいずれの形状も有することができる。さらに、ハニカム基板110は軸方向90に、例えば1cmから10mのような、適するいかなる長さも有することができる。
The
一般に、ハニカム基板110が形成される材料は多孔質である。いくつかの実施形態において、ハニカム基板110は吸着剤材料で形成することができる。他の実施形態において、ハニカム基板はハニカム基板110の形成中に(例えば共押出により)またはハニカム基板110の形成後に(例えばウォッシュコーティングにより)吸着剤材料が付加される、例えばセラミック支持体のような、非吸着剤材料で形成することができる。ハニカム基板110の材料は、いくつかの実施形態において、1.0μmから15μmの中程度の細孔径を有することができる。いくつかの実施形態において、吸着剤材料及びハニカム基板110は細孔径が1μmより小さい細孔をある程度有することができ、細孔径が1μmより大きい細孔をある程度有することができる。例えば、吸着剤材料及びハニカム基板110は、細孔の50%より多くが1μmより小さい径を有する、細孔を有することができる。本明細書で用いられるように、「細孔径」は断面直径を指し、あるいは、細孔が非円形断面を有する場合は、非円形細孔の断面積と同じ断面積を有する仮想円の直径を指す。一般に、いかなる与えられた材料の細孔径も統計的分布内にある。したがって、「細孔径中央値」または「d50」は、全細孔の統計的分布に基づいて、細孔の50%の細孔径がそれより上にあり、細孔の50%の細孔径がそれより下にある、長さ測定値を指す。しかし、本明細書に説明される吸着剤構造体100の実施形態が、限定ではなく、細孔中間値が1.0μmより小さいかまたは15μmより大きいハニカム基板を含む、別の細孔中間値を有するハニカム基板110にも利用され得ることは当然である。
In general, the material from which the
いくつかの実施形態において、ハニカム基板110は、水銀圧入ポロシメトリーで測定して、35%〜60%の多孔度を有することができる。しかし、本明細書に説明される吸着剤構造体100の実施形態が、限定ではなく、多孔度が35%より小さいかまたは60%より大きいハニカム基板を含む、別の多孔度を有するハニカム基板110にも利用され得ることは当然である。
In some embodiments, the
図1及び2のハニカム基板110において個別チャネル150,160の形状は正方形として示されるが、本明細書に説明される吸着剤構造体100に実施形態における個別チャネルの形状は図1及び2に示される形状に決して限定されないことは当然である。むしろ、ハニカム基板110における個別チャネル150,160は、限定ではなく、長方形、正方形、円形、長円形、六角形、三角形、五角形、3辺から20辺を有する正多角形または不等辺多角形及びこれらの組合せを含む、所望のいかなる断面も有することができる。個別チャネル150,160の断面積は、軸方向90に垂直な方向にスライスされたハニカム基板110の断面積に対する個別チャネル150,160の断面積の比を最大にするように選ばれることが好ましい。したがって、例えば1つ以上のタイプの幾何学的形状につくられたチャネルの平面充填のような、数多くの空間充填選択肢が可能であることは容易に理解されるはずである。さらに、反応チャネル150及び熱交換チャネル160が同じ形状または大きさである必要はなく、ハニカム基板110内で数が等しい必要はないことは当選である。いくつかの実施形態において、例えば、反応チャネル150と熱交換チャネル160は、複数の(例えば、2,3,4,5の、または5より多くの)反応チャネル150の列が熱交換チャネル160のそれぞれの列の間に配されるように、列をなして配置することができる。
While the shape of the
ハニカム基板110内の個別チャネル150,160は、流入面130の平方インチ当たりの、ハニカム基板110内に存在する個別チャネル150,160の本数として定められる、セル密度を有する。いくつかの実施形態において、ハニカム基板110は流入面の平方インチ当たり約100本から約2000本(約15.5〜約310本/cm2)の個別チャネルのセル密度を有することができる。好ましい実施形態において、ハニカム基板110は流入面130の平方インチ当たり約300本から約1500本(約46.5〜約232.5本/cm2)の個別チャネルのセル密度を有することができる。さらに好ましい実施形態において、ハニカム基板110は流入面の平方インチ当たり約600本から約1500本(約93.0〜約232.5本/cm2)の個別チャネルのセル密度を有することができる。一般に、ハニカム基板110のセル密度は、以下でさらに詳細に説明されるような、交換チャネル面165を被覆するために用いられる水性ポリマーエマルジョンの粘度と適合するように選ぶことができる。すなわち、いくつかの実施形態において、反応チャネル150は、流入面130の平方インチ当たり約100本から約2000本,約300本から約1500本、または約600本から約1500本の反応チャネルのセル密度を有することができ、反応チャネル150の間に分散される熱交換チャネル160のセル密度及び幾何学的形状は、不透水性層170を含む少なくとも1つの被覆層による熱交換チャネル150の十分な被覆性が可能になるようなセル密度だけに限定され得る。
The
図1及び2を参照すれば、上述したように、反応チャネル150と熱交換チャネル160は、個別反応チャネル150A,150Bと個別熱交換チャネル160A,160Bの間で熱が伝わるように配置される。数多くのチャネル形状寸法及びレイアウトの構成が可能であることは当然であるが、熱伝達の一例が図2の実施形態に示されている。
Referring to FIGS. 1 and 2, as described above, the
他にも図2の実施形態に存在し得る熱伝達ルートがあるが、最も明白なルートは、反応チャネル150Aと熱交換チャネル160Aの間及び反応チャネル150Bと熱交換チャネル160Bの間である。いずれの例においても、反応チャネル150A,150Bとそれぞれの熱交換チャネル160A,160Bの間の熱伝達は隔壁120を直接通って隣接チャネル間でおこる。したがって、例えば水のような、熱転送媒体または熱転送流体が熱交換チャネル160A,160Bを流過すれば、反応チャネル150A,150Bの温度は、反応チャネル150A,150Bの温度に対する熱転送媒体の温度によって影響を受け得る。例えば、熱転送媒体が反応チャネル150A,150Bの温度より冷たければ、反応チャネルは冷やされ、CO2の吸着に有利になる。同様に、熱転送媒体が反応チャネル150A,150Bの温度より暖かければ、反応チャネルは暖められ、CO2の放出に有利になる。したがって、反応チャネル150A,150Bとそれぞれの熱交換チャネル160A,160Bの間の熱伝達が、温度スイング吸着法のサイクル中に必要とされるであろうような、吸着剤構造体100内の吸着剤材料の温度の迅速で一様な調節を可能にし得ることは理解されるはずである。
There are other heat transfer routes that may exist in the embodiment of FIG. 2, but the most obvious routes are between
次に、図2及び3を参照して図1の吸着剤構造体100の実施形態例を説明する。そのような実施形態の全てにおいて、反応チャネル面155は吸着剤材料を含み、交換チャネル面165は少なくとも1つの被覆層を有する。交換チャネル面165上の少なくとも1つの被覆層は、以下でさらに詳細に説明される、ポリマー材料で形成された不透水性層170を含む。さらに、全ての実施形態において、不透水性層170のポリマー材料は、交換チャネル面165を形成する隔壁120,隔壁120の吸着剤材料または反応チャネル面155の吸着剤材料内に実質的に浸入しない。本明細書に用いられるように、「実質的に浸入しない」は、不透水性層170は隔壁120内に僅かに浸入できるが、その僅かな浸入は吸着剤構造体100の動作中にCO2の吸着がおこらなければならない吸着剤材料の細孔を遮蔽しないことを意味する。万一、不透水性層170のポリマー材料が隔壁120を貫通して浸入し、反応チャネル面155に到達してしまえば、おそらく個別反応チャネル150A,150Bの少なくとも1つの面はCO2を吸着できなくなる。図示される実施形態において、不透水性層170のポリマー材料は、隣接する熱交換チャネル160と反応チャネル150の間の隔壁120の厚さの25%未満、10%未満または5%未満までは、隔壁120の吸着剤材料内に浸入することができる。
Next, an example embodiment of the
図2を参照すれば、ハニカム基板110(図1を見よ)の部分図が示されている。いくつかの実施形態において、ハニカム基板110は、上述したように、吸着剤材料で形成される。したがって、反応チャネル面155を有し、反応チャネル150A,150Bを定める隔壁120も吸着剤材料で形成される。ハニカム基板110が、ハニカム基板110の形成中またはハニカム基板110の形成後に吸着剤材料が付加される、非吸着剤セラミック材料(すなわち、CO2を可逆的に吸着しない材料)で形成されている場合のような、他の実施形態においては、吸着剤材料は反応チャネル面155のそれぞれに露出される。交換チャネル面165は少なくとも1つの被覆層を有する。図2の実施形態における少なくとも1つの被覆層は、以下でさらに詳細に説明される、ポリマー材料で形成された不透水性層170である。不透水性層170のポリマー材料は、交換チャネル面165を形成する隔壁120,隔壁120の吸着剤材料または反応チャネル面155の吸着剤材料内に実質的に浸入しない。
Referring to FIG. 2, a partial view of the honeycomb substrate 110 (see FIG. 1) is shown. In some embodiments, the
一般に、図2の実施形態の被覆形状をつくるため、ハニカム基板110が吸着剤材料で形成されるかまたは、吸着剤材料が付加される、非吸着剤材料で形成されるかにかかわらず、ハニカム基板110の反応チャネル150は遮蔽されるかまたは別の手段で遮蔽され、被覆材料は熱交換チャネル160内だけに導入される。被覆材料は、必要に応じて加熱により、乾燥させて、熱交換チャネル160上だけに、不透水性層170を含む少なくとも1つの被覆層を形成することができる。被覆形成プロセス完了後、反応チャネル150から遮蔽を取り去ることができる。
In general, the
図3を参照すれば、ハニカム基板110(図1を見よ)の部分図が示されている。いくつかの実施形態において、ハニカム基板110は、上述したように、吸着剤材料で形成される。したがって、反応チャネル面155を有し、反応チャネル150A,150Bを定める隔壁120も吸着剤材料で形成される。ハニカム基板110が、ハニカム基板110の形成中またはハニカム基板110の形成後に吸着剤材料が付加される、非吸着剤セラミック材料(すなわち、CO2を可逆的に吸着しない材料)で形成されている場合のような、他の実施形態においては、吸着剤材料は反応チャネル面155のそれぞれに露出される。交換チャネル面165は少なくとも1つの被覆層を有する。図3の実施形態における少なくとも1つの被覆層は、以下でさらに詳細に説明される、ポリマー材料で形成された不透水性層170及び、不透水性層170を覆う、同じく以下でさらに詳細に説明される、少なくとも1つの付加層180を含む。不透水性層170のポリマー材料は、交換チャネル面165を形成する隔壁120,隔壁120の吸着剤材料または反応チャネル面155の吸着剤材料内に実質的に浸入しない。
Referring to FIG. 3, a partial view of the honeycomb substrate 110 (see FIG. 1) is shown. In some embodiments, the
一般に、図3の実施形態の被覆形状をつくるため、ハニカム基板110が吸着剤材料で形成されるかまたは、吸着剤材料が付加される、非吸着剤材料で形成されるかにかかわらず、ハニカム基板110の反応チャネル150は遮蔽されるかまたは別の手段で遮蔽され、第1の被覆材料が熱交換チャネル160内だけに導入される。第1の被覆材料は、熱交換チャネル160内だけに導入し、必要に応じて、例えば加熱により、乾燥させて、不透水性層170を形成することができる。引き続いて、第2の被覆材料を熱交換チャネル160内だけに導入し、必要に応じて、例えば加熱により、乾燥させて、不透水性層170を覆う少なくとも1つの付加層180を形成することができる。被覆形成プロセス完了後、反応チャネル150から遮蔽を取り外すことができる。
In general, the
次に、図1に例示され、さらに図2及び3に例示される、吸着剤構造体100を全般的に参照すれば、ハニカム基板110の交換チャネル面165は少なくとも1つの被覆層を有する。少なくとも1つの被覆層はポリマー材料で形成された不透水性層170(図2及び3)を含み、必要に応じて、不透水性層170を覆う少なくとも1つの付加層180(図3)をさらに含む。図2または3は少なくとも1つの被覆層を単層(図2)または二層(図3)として示しているが、少なくとも1つの被覆層は交換チャネル面165を定めている隔壁120上に順次に被着される複数の被覆層で構成することができる。同様に、いくつかの実施形態において、少なくとも1つの被覆層は単一のポリマー材料で形成された正確に1つの不透水性層170を含むことができあるいは、それぞれが異なるポリマー材料で形成されている、1つより多くの不透水性層170を含むことができる。全ての実施形態において、上述したように、不透水性層170のポリマー材料は交換チャネル面165を形成する隔壁120,隔壁120の吸着剤材料または反応チャネル面155の吸着剤材料内に実質的に浸入しない。
Next, referring generally to the
いくつかの実施形態にしたがえば、不透水性層170は水を通さないポリマー材料を含むことができる。よって、CO2回収プロセス中に熱交換チャネル160内の熱転送媒体として水が用いられる場合、水は、CO2の吸着がおこっている(隔壁内120内にあるかまたは反応チャネル面155上にあるかにかかわらず)吸着剤材料内に浸入することはできない。理論に束縛されるつもりはなしに、吸着剤材料内の水のような熱転送媒体の存在は、吸着剤構造体100の、CO2を含有しているプロセスガス流からのCO2除去能力をかなり低め得ると考えられる。いくつかの実施形態において、ポリマー材料は不透水性であり、かつ疎水性である。
According to some embodiments, the
不透水性層170のポリマー材料は、ハニカム基板110の材料上に一様な皮膜を形成することができるが、CO2回収に必要な吸着剤材料でつくられたハニカム基板110のいかなる領域にも実質的に浸入しない、いかなるポリマー材料からも選ぶことができる。図示される実施形態において、この目的に特によく適するポリマー材料には、例えば、ポリ(ビニルブチラール)樹脂、ポリアクリレート類、(カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体を含む)ポリニトリル類、ポリクロロプレン(ネオプレン)、ポリ(塩化ビニル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリエチレンまたはポリプロピレンのようなポリオレフィン類、ポリ(テトラフルオロエチレン)、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの1つ以上を含む複合材料及びこれらの2つ以上の混合材料があるが、これらには限定されない。図示される実施形態の材料は、例えば、ゼオライト、コージェライト、炭化ケイ素(SiC)、チタン酸アルミニウム、ムライト、スピネル、ペロブスカイト、ケイ酸塩、炭素またはアルミナ及びこれらの混合材料でつくられた、ハニカム基板上での使用に特によく適している。
The polymer material of the water-
いくつかの実施形態において、交換チャネル面165上の少なくとも1つの被覆層の不透水性層170は隔壁120上に形成するかまたは直接に被着することができる。吸着剤構造体100を形成するための方法に関して以下でさらに詳細に説明されるように、いくつかの実施形態において、不透水性層170は選ばれた硬化済または未硬化のポリマー材料を含有する水性ポリマーエマルジョンまたは分散液をハニカム基板110内に導入することによって被着することができる。水性ポリマーエマルジョン内のポリマー材料はいかなる吸着剤材料内へのポリマー材料内への浸入も防止するに適する粒径を有し、水性ポリマーエマルジョンの粘度は適する注型性及び被覆一様性を与えるように選ぶことができる。特にハニカム基板110が流入面130の平方インチ当たり800本(124本/cm2)の個別チャネルより高いセル密度を有する場合、水性ポリマーエマルジョンの個別チャネル150,160への、例えば表面張力によって妨げられない、進入を可能にするに十分に低くなるように水性ポリマーエマルジョンの粘度を選ぶこともできる。交換チャネル面165がポリマー材料によって十分に覆われると、水性ポリマーエマルジョン内の水性ビヒクルを、例えば無加熱でのまたは加熱による乾燥によって、除去することができ、必要であれば、不透水性層を形成するためにポリマー材料を架橋または硬化させることができる。
In some embodiments, the
別の実施形態において、例えば図3の実施形態におけるように、少なくとも1つの被覆層は不透水性層170を覆う少なくとも1つの付加層180をさらに含むことができる。そのような実施形態において、少なくとも1つの付加層180は、交換チャネル面165の不透水性を不透水性層170だけで達成されるよりも高める、上塗層として機能することができる。図示されていない他の実施形態において、少なくとも1つの付加層180は交換チャネル面165と不透水性層170の間に配することができる。そのような実施形態において、少なくとも1つの付加層180は、例えば、不透水性層170が被着または塗布されるときの不透水性層のポリマー材料の隔壁170の吸着剤材料内への実質的な浸入を防止するに必要な程度まで、交換チャネル面165の多孔度を低める、下塗層として機能することができる。いくつかの実施形態において、少なくとも1つの付加層180は不透水性層170のポリマー材料とは異なるポリマー材料を含むことができる。限定ではない説明のための実施形態において、交換チャネル面165の少なくとも1つの被覆層は、上述した不透水性層170及び、不透水性層170の下層または上層の、ポリマー材料の少なくとも1つの付加層180を含むことができる。限定ではない実施形態において、少なくとも1つの付加層180のポリマー材料は、例えば、ポリスチレン類、エポキシ樹脂、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ナイロン類、ポリ(ビニルブチラール)樹脂、ポリアクリレート類、(カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体を含む)ポリニトリル類、ポリクロロプレン(ネオプレン)、ポリ(塩化ビニル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリエチレンまたはポリプロピレンのようなポリオレフィン類、ポリ(テトラフルオロエチレン)、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの1つ以上を含有する複合材料及びこれらの2つ以上の混合材料のような、ポリマーから選ぶことができる。
In another embodiment, for example, as in the embodiment of FIG. 3, the at least one coating layer can further include at least one
上述したいくつかの実施形態にしたがう吸着剤構造体100においては一般に、交換チャネル面165は、不透水性層170を含む少なくとも1つの被覆層及び。必要に応じて、少なくとも1つの付加層180で被覆することができる。全ての場合において、交換チャネル面165を被覆する1つ以上の層の厚さはハニカム基板110のセル密度に依存して変わる。いくつかの実施形態において、交換チャネル面165上の被覆の総厚は、被覆を含む熱交換チャネル160の、軸方向90に垂直な断面における個別熱交換チャネル160の面積に基づいて、50%未満、40%未満、30%未満、20%未満、10%未満、5%未満または1%未満がそれぞれの熱交換チャネル160内の全ての被覆層によって塞がれるように、制限され得る。いくつかの実施形態において、(不透水性層170及び、必要に応じて、少なくとも1つの付加層180を含む)少なくとも1つの被覆層の総厚は、例えば約3μmから約50μmのように、0.01μmから約600μmとすることができる。
Generally, in the
図2及び3を参照して図1の吸着剤構造体100の様々な実施形態を説明してきたが、次に吸着剤構造体100を作製するための方法を説明する。いくつかの実施形態において、方法は吸着剤材料で形成されたハニカム基板110を提供する工程を含む。他の実施形態において、方法は、例えば非吸着剤材料を含む、CO2吸着に用いられる吸着剤材料以外の支持材料で形成され、ハニカム材料110の形成中または形成後に吸着剤材料が付加された、ハニカム基板110を提供する工程を含む。以下の方法の説明において、図1〜3の吸着剤構造体の構造態様が、また吸着剤構造体100を形成するための方法に用いられる送液構成200の一実施形態の図4の略図も、折にふれて参照される。
Having described various embodiments of the
いくつかの実施形態にしたがえば、CO2回収のための吸着剤構造体100を形成するための方法は吸着剤材料で形成されたハニカム基板110を提供する工程を含む。ハニカム基板110の作製に適する吸着剤材料には、非限定的例として、ゼオライト、ゼオライト様イミダゾール構造体、金属有機構造体、炭素、メソポーラスアルミナ及び、SBA−15及び類似品を含む、メソポーラスシリカ、及び上記材料の組合せ、並びにアミンまたはアミノ基で官能化された上記材料のいずれかがある。
According to some embodiments, a method for forming an
吸着剤材料で形成されたハニカム基板110は、ハニカム基板110の流入面130から流入面130の反対側のハニカム基板110の流出面140まで軸方向90にハニカム基板110を貫通する隔壁120を有することができる。隔壁120は複数本の個別チャネル150,160を定めるチャネル面125を有する。複数本の個別チャネル150,160は複数本の反応チャネル150及び複数本の熱交換チャネル160を含む。よって、反応チャネル150のチャネル面125は反応チャネル面155であり、熱交換チャネル160のチャネル面125は交換チャネル面165である。
The
吸着剤材料でつくられたハニカム基板110を含む方法は、遮蔽反応チャネルを形成するため、反応チャネル150のそれぞれの流入端及び流出端を遮蔽する工程をさらに含むことができる。いくつかの実施形態において、反応チャネル150は、例えば、反応チャネル150を異物または除去可能な物質で閉塞することによって、遮蔽することができる。他の実施形態において、反応チャネル150は、反応チャネル150の末端だけを覆い、熱交換チャネル160の末端は開放しておく、マスクを用いて遮蔽することができる。これらにより、エマルジョンまたは分散液のような溶液を熱交換チャネル160だけに導入することができる。反応チャネル150は、被覆プロセス完了後、例えばマスクを外すことによって、遮蔽を取り去ることができる。
The method including the
反応チャネル150が遮蔽されると、ハニカム基板110の流入面130上に液体組成物が送液され、液体組成物は熱交換チャネル160のそれぞれを流過させられるが、遮蔽反応チャネル150は流過できない。送液構成200の一実施形態にしたがう液体組成物の送液が図4に簡略に示される。この実施形態において、液体組成物220は容器210から漏斗230に注ぎ込むことができる。漏斗230は、液体組成物220がハニカム基板110のチャネルに流入せずに漏斗230から横方向に出て行くことを防止する、漏れ防止シールを形成するようにハニカム基板110の流入面130に連結することができる。液体組成物220は次いで、例えば重力により、ハニカム基板110のチャネルを通り、流出面140に向けて引かれる。液体組成物220の余剰量は流入面140を通ってハニカム基板110を出ることができ、例えばいずれか適する受液槽240内に受けることができる。図示されていない別の実施形態において、液体組成物は、例えば流出面140に取り付けられた真空装置の支援により、ハニカム基板110を通して引くことができる。当業者であれば、熱交換チャネル160への液体組成物の送液に関わるプロセスに数多くの変形が存在することを容易に理解するはずである。
When the
いくつかの実施形態において、液体組成物はポリマー材料の粒子を含有するエマルジョンまたは分散液とすることができる。エマルジョンまたは分散液は水性または非水性とすることができる。他の実施形態において、エマルジョンまたは分散液は、硬化させるとポリマー材料を形成する、未硬化モノマーを含有することができる。熱交換チャネル160への水性ポリマーエマルジョンの送液の結果、交換チャネル面165だけを覆う水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン被膜が形成される。エマルジョン被膜は、交換チャネル面165上に不透水性層170を形成し、よって図2の構成を得るため、例えば加熱によるかまたは交換チャネル面165にかけて空気をブローすることによって、乾燥させることができる。
In some embodiments, the liquid composition can be an emulsion or dispersion containing particles of a polymeric material. The emulsion or dispersion can be aqueous or non-aqueous. In other embodiments, the emulsion or dispersion may contain uncured monomers that when cured form a polymeric material. Delivery of the aqueous polymer emulsion to the
液体組成物は、特に液体組成物が水性ポリマーエマルジョンまたな分散液である場合、ビニルブチラール類、アクリルモノマー、カルボキシル化アクリロニトリル類、ブタジエン類、ニトリル類、クロロプレン類、塩化ビニル類、フッ化ビニリデン類、エチレンまたはプロピレンのようなオレフィン類、テトラフルオロエチレン、シロキサン類、ウレタン類、またはこれらのいずれかの混合物のような未硬化モノマーを含有することができる。したがって、そのようなモノマーで形成された不透水性層は、例えば、ポリ(ビニルブチラール)樹脂、ポリアクリレート類、(カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体を含む)ポリニトリル類、ポリクロロプレン類、ポリ(塩化ビニル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリエチレンまたはポリプロピレンまたはこれらの共重合体のようなポリオレフィン類、ポリ(テトラフルオロエチレン)、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料、及びこれらの複合材料から選ばれるポリマー材料を含むことができる。 Liquid compositions, especially when the liquid composition is an aqueous polymer emulsion or dispersion, are vinyl butyrals, acrylic monomers, carboxylated acrylonitriles, butadienes, nitriles, chloroprenes, vinyl chlorides, vinylidene fluorides , Olefins such as ethylene or propylene, tetrafluoroethylene, siloxanes, urethanes, or uncured monomers such as mixtures of any of these. Thus, impermeable layers formed with such monomers include, for example, poly (vinyl butyral) resins, polyacrylates, polynitriles (including carboxylated acrylonitrile-butadiene copolymers), polychloroprenes, Polyolefins such as poly (vinyl chloride), poly (vinylidene fluoride), polyethylene or polypropylene or copolymers thereof, poly (tetrafluoroethylene), silicones, polyurethanes, mixed materials thereof, and composites thereof A polymeric material selected from the materials can be included.
液体組成物が、水性ポリマーエマルジョンにおけるように、粒子を含有する実施形態において粒子は0.1μmから20μmの粒径中央値を有するポリマー材料の粒子とすることができる。別の実施形態において、粒径中央値は0.1μmから2.0μmとすることができる。水性ポリマーエマルジョンは、25℃において50cP(0.05Pa・秒)から5000cP(5Pa・秒)のような広い範囲の粘度を有することができる。別途に言明されない限り、粘度は本明細書において、Brookfield粘度計を用い、LVF No.3スピンドルを30rpmで回転させ、25℃で測定した粘度を指す。ハニカム基板110のセル密度に基づいて水性ポリマーエマルジョンの粘度を選択することが好ましいであろう。したがって、いくつかの実施形態において、ハニカム基板110は、流入面130の平方インチ当たり、約100本(約15.5本/cm2)から約2000本(約310本/cm2)の個別チャネル150,160、約300本(約46.5本/cm2)から約1500本(約232.5本/cm2)の個別チャネル150,160、または約600本(約93.0本/cm2)から約1500本の個別チャネル150,160のセル密度を有することができ、水性ポリマーエマルジョンは25℃において50cPから5000cPの粘度を有することができる。いくつかの実施形態において、水性ポリマーエマルジョンは、水性ポリマーエマルジョンの総重量に基づき、重量で10%から50%の固形物を含有することができる。
In embodiments where the liquid composition contains particles, such as in an aqueous polymer emulsion, the particles can be particles of a polymeric material having a median particle size of 0.1 μm to 20 μm. In another embodiment, the median particle size can be 0.1 μm to 2.0 μm. The aqueous polymer emulsion can have a wide range of viscosities, such as from 50 cP (0.05 Pa · sec) to 5000 cP (5 Pa · sec) at 25 ° C. Unless stated otherwise, viscosity herein refers to the viscosity measured at 25 ° C. using a Brookfield viscometer, rotating an LVF No. 3 spindle at 30 rpm. It may be preferable to select the viscosity of the aqueous polymer emulsion based on the cell density of the
いくつかの実施形態において、吸着剤材料でつくられたハニカム基板110を含む方法は、エマルジョン被膜の形成後に熱交換チャネル160から余剰の水性ポリマーエマルジョンを除去するため、熱交換チャネル160を通して、例えば空気または窒素のような、ガスをブローする工程をさらに含むことができる。
In some embodiments, a method comprising a
いくつかの実施形態にしたがえば、吸着剤材料でつくられたハニカム基板110を含む方法は、交換チャネル面165上の不透水性層層170の上の上塗層として少なくとも1つの付加層180を形成する工程をさらに含むことができる。上塗層を形成するため、ハニカム基板110の流入面上に第2の水性ポリマーエマルジョンを送液して、第2の水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネル160のそれぞれは流過させるが、遮蔽反応チャネル150は流過させないようにすることができる。これにより、不透水性層を覆って第2の水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン被膜が形成される。このエマルジョン被膜は、不透水性層170上の上塗層として少なくとも1つの付加層180を形成するため、例えば加熱によるかまたはガスブローによって、乾燥させることができる。限定ではない、説明のための実施形態において、上塗層はポリスチレンまたはエポキシ樹脂で形成することができる。
In accordance with some embodiments, a method that includes a
いくつかの実施形態にしたがえば、CO2回収のための吸着剤構造体100を形成するための方法は、セラミック材料で形成されたハニカム基板110を提供する工程を含むことができる。セラミック材料は吸着剤材料または非吸着剤材料とすることができる。セラミック材料でつくられたハニカム基板110は、ハニカム基板110の流入面130から流入面の反対側のハニカム基板110の流出面140まで軸方向90にハニカム基板110を貫通する隔壁120を有する。隔壁120は複数本の個別チャネル150,160を定めるチャネル面125を有する。複数本の個別チャネル150,160は複数本の反応チャネル150及び複数本の熱交換チャネル160を含み、よって、反応チャネル150のチャネル面125は反応チャネル面155であり、熱交換チャネル160のチャネル面125は交換チャネル面165である。
According to some embodiments, a method for forming an
セラミック材料で形成されたハニカム基板110を含む方法は、水性ポリマーエマルジョンを送液する工程の前に吸着剤材料をセラミック材料に装荷する工程をさらに含むことができる。いくつかの実施形態において、生地セラミック材料に吸着剤材料を加えて生地組成物を形成し、次いで、例えば共押出により、生地組成物からハニカム基板110を形成することで、セラミック材料に吸着剤材料を装荷することができる。生地組成物から形成されたハニカム基板110は、例えば焼成により、処理して、セラミック材料でつくられ、吸着剤材料が装荷された、ハニカム基板110にすることができる。他の実施形態において、セラミック材料は、ハニカム基板110の流入面130に吸着剤前駆体を送り込み、吸着剤前駆体に少なくとも反応チャネル150を流過させて、少なくとも反応チャネル面155上に吸着剤前駆体の前駆体被膜を形成させることで吸着剤材料を装荷することができる。いくつかの実施形態において、吸着剤前駆体を送る工程は吸着剤前駆体に反応チャネル150及び熱交換チャネル160のいずれも流過させるようにハニカム基板110の流入面130上に吸着剤前駆体を送り込む工程を含むことができる。他の実施形態において、吸着剤前駆体を送る前に、熱交換チャネル160のそれぞれの流入端及び出力端を遮蔽して遮蔽熱交換チャネルを形成することができる。次いで、吸着剤前駆体を送る工程は、吸着剤前駆体に反応チャネル150を流過させ、遮蔽熱交換チャネル160は流過させず、よって反応チャネル面155上だけに吸着剤前駆体の前駆体被膜が形成されるように、ハニカム基板110の流入面130上に吸着剤前駆体を送る工程を含むことができる。
The method including the
吸着剤前駆体は、例えば加熱または乾燥されると、上述したような、吸着剤材料を形成するいずれかの化合物とすることができる。ハニカム基板110に装荷するために用いられる吸着剤材料への吸着剤前駆体の転換は、いかなる化学的転換も含まず、物理的転換のみとすることができる。例えば、吸着剤前駆体は水または有機溶媒のような液体倍に分散された吸着剤材料を含有することができ、溶媒の蒸発によって、吸着剤材料自体はいかなる化学的転換を受けなくとも、吸着剤前駆体に含有されていた吸着剤材料の吸着剤被膜が得られる。
The adsorbent precursor can be any compound that forms an adsorbent material as described above, for example when heated or dried. The conversion of the adsorbent precursor to the adsorbent material used to load the
前駆体被膜の形成後、少なくとも反応チャネル面155上の吸着剤被膜に前駆体被膜を転換するため、50℃から100℃のような、適する温度にハニカム基板を加熱することができる。吸着剤被膜は、ハニカム基板110が形成されたセラミック材料とは異なる吸着剤材料を含むことができる。
After forming the precursor coating, the honeycomb substrate can be heated to a suitable temperature, such as 50 to 100 ° C., to convert the precursor coating to at least the adsorbent coating on the
セラミック材料で形成されたハニカム基板110を含む方法は交換チャネル面165を覆う不透水性層170を形成する工程をさらに含むことができる。交換チャネル面165上に不透水性層170を形成するため、上述したように、反応チャネル150のそれぞれの流入端及び流出端が遮蔽されて、遮蔽反応チャネルが形成される。次いで、水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネル160のそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネル150は流過させないように、上述したように、水性ポリマーエマルジョンをハニカム基板110の流入面130上に送液することができる。これにより、交換チャネル面165だけを覆う水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン被膜が形成される。不透水性層170及び、エマルジョン被膜を形成するために用いられる、被膜組成物は、ハニカム基板110が吸着剤材料で形成されている場合の方法に関して上述した液体組成物のいずれかとすることができる。エマルジョン被膜は、交換チャネル面165を覆う不透水性層を形成するため、乾燥させるか、加熱するかまたは硬化させることができる。必要に応じて、ハニカム基板110が吸着剤材料で形成されている、上述した実施形態の1つ以上にしたがい、不透水性層170を覆う少なくとも1つ以上の付加層180を形成することができる。
The method including the
以上、熱交換チャネル160が不透水性層170及び、必要に応じて、少なくとも1つの付加層180を含む少なくとも1つの被覆層で被覆されたハニカム基板110を有する吸着剤構造体100であって、吸着剤構造体100を用いることができる、例えば温度スイング吸着プロセス中の、迅速で効率的であり、一様な、熱管理を可能にすることができる、吸着剤構造体100を説明した。さらに、吸着剤構造体を形成するための方法も説明した。
As described above, the
本明細書に説明される実施形態は以下の実施例によりさらに明解になるであろう。 The embodiments described herein will be further clarified by the following examples.
実施例1
図4に簡略に示されるように、ハニカム基板を被覆した。Butvar水性分散液RS-261(Butvar社から入手できる、重量で40%から43%で、粒径が0.5μmから1.5μmの、固形物を含む可塑化ポリ(ビニルブチラール)の、乳白色で安定な水性ポリマーエマルジョン)を用意した。反応チャネルとする予定のチャネルの両端をプラグで塞ぎ、熱交換チャネルとする予定のチャネルは開放のままとした。ポリマーエマルジョンをハニカム基板の上面から開放熱交換チャネルに注ぎ込み、熱交換チャネルを流過させて、ハニカム基板の底面から流出させた。被膜形成後、チャネルの閉塞を避け、チャネル面に付着したポリマーエマルジョン層は残しておくために、余剰ポリマーエマルジョンを吹き払うため、空気ナイフを用いた。反応チャネルのプラグを外した。ポリマー被覆された基板を70℃に予備加熱されたオーブンに入れ、室温で一晩かけて乾燥させた。
Example 1
As shown schematically in FIG. 4, a honeycomb substrate was coated. Butvar aqueous dispersion RS-261 (available from Butvar, 40% to 43% by weight, plasticized poly (vinyl butyral) containing solids with a particle size of 0.5 μm to 1.5 μm, milky white A stable aqueous polymer emulsion) was prepared. Both ends of the channel scheduled to be the reaction channel were plugged, and the channel scheduled to be the heat exchange channel was left open. The polymer emulsion was poured into the open heat exchange channel from the upper surface of the honeycomb substrate, and the heat exchange channel was allowed to flow and flow out from the bottom surface of the honeycomb substrate. After film formation, an air knife was used to blow off excess polymer emulsion to avoid blockage of the channel and leave the polymer emulsion layer attached to the channel surface. The reaction channel was unplugged. The polymer-coated substrate was placed in an oven preheated to 70 ° C. and dried overnight at room temperature.
同じ基本手順にしたがい、第1のポリマー層上の第2のポリマー層を得た。2つの別々の例において、第2のポリマー層を形成した。一方の例において、ポリスチレン(アルドリッチ社、10%トルエン溶液)を用いた。他方の例において、エポキシ樹脂を用いた。エポキシ樹脂被覆は、ErisysGE22(CVC Thermoset Specialtiesから入手できる、1,4-シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル脂環式二官能基エポキシ反応性希釈剤)と4,4'-メチレンビスシクロヘキサンアミン(Air Productsからの、Amicure PACM)の混合液を熱交換チャネルに導入して形成した。エポキシ樹脂被覆のための混合液はエポキシ対アミン比が1:1の50%(重量比)エタノール溶液として作製した。 Following the same basic procedure, a second polymer layer on the first polymer layer was obtained. In two separate examples, a second polymer layer was formed. In one example, polystyrene (Aldrich, 10% toluene solution) was used. In the other example, an epoxy resin was used. The epoxy resin coating was made up of Erisys GE22 (1,4-cyclohexanedimethanol diglycidyl ether alicyclic bifunctional epoxy reactive diluent available from CVC Thermoset Specialties) and 4,4'-methylenebiscyclohexaneamine (from Air Products). Of Amicure PACM) was introduced into the heat exchange channel. The mixed solution for coating the epoxy resin was prepared as a 50% (weight ratio) ethanol solution having an epoxy to amine ratio of 1: 1.
実施例2
Butvarエマルジョンの第1の層及びポリスチレンの第2の層を含む、ハニカム基板上に実施例1にしたがって作製したポリマー被覆面を、その軸長に平行にハニカム基板を切断してポリマー被覆を露出させることによって評価した。点眼器を用いてポリマー表面上に水を滴下し、観察のためにハニカム基板をペトリ皿においた。水滴を観察することでポリマー被覆上の水の透過性を評価した。2時間後に行い、6時間後に再び行った観察により、ポリマー被覆表面上の水滴の形状及び大きさに有意な変化は全くないことが明らかになった。
Example 2
A polymer coated surface prepared according to Example 1 on a honeycomb substrate, including a first layer of Butvar emulsion and a second layer of polystyrene, is cut parallel to its axial length to expose the polymer coating. Was evaluated by Water was dropped on the polymer surface using an eye dropper, and the honeycomb substrate was placed in a Petri dish for observation. The water permeability on the polymer coating was evaluated by observing water droplets. Observations made after 2 hours and again after 6 hours revealed no significant change in the shape and size of the water droplets on the polymer-coated surface.
第1の態様において、本開示はCO2回収のための吸着剤構造体100を提供する。吸着剤構造体100はハニカム基板110を含み、ハニカム基板110はハニカム基板110の流入面130から流入面130の反対側のハニカム基板110の流出面140まで軸方向90にハニカム基板110を貫通する隔壁120を有する。隔壁120は複数本の個別チャネル150,160を定めるチャネル面125を有する。複数本の個別チャネル150,160は複数本の反応チャネル150及び複数本の熱交換チャネル160を含み、よって、反応チャネル150のチャネル面125は反応チャネル面155であり、熱交換チャネル160のチャネル面125は交換チャネル面165である。反応チャネル150と熱交換チャネル160は個々の反応チャネル150A,150Bと個々の熱交換チャネル160A,160Bの間で熱が伝わるように配置される。反応チャネル面155は吸着剤材料を有し、交換チャネル面165は少なくとも1つの被覆層を有する。少なくとも1つの被覆層は、ポリ(ビニルブチラール)樹脂、ポリアクリレート類、カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリニトリル類、ラテックス類、ポリクロロプレン類、ポリ(塩化ビニル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリオレフィン類、ポリ(テトラフルオロエチレン)、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料からなる群から選ばれるポリマー材料で形成された、不透水性層170を含む。不透水性層170のポリマー材料は、交換チャネル面165を形成する隔壁120,隔壁120の吸着剤材料または反応チャネル面155の吸着材料内に実質的に浸入しない。
In a first aspect, the present disclosure provides an
第2の態様において、本開示は、ハニカム基板110が吸着剤材料で形成される、第1の態様にしたがう吸着剤構造体100を提供する。
In a second aspect, the present disclosure provides an
第3の態様において、本開示は、吸着剤材料が、ゼオライト、コージェライト、アルミナ、シリカ及びこれらの混合材料からなる群から選ばれる、第1または第2の態様にしたがう吸着剤構造体100を提供する。
In a third aspect, the present disclosure provides an
第4の態様において、本開示は、ハニカム基板110が吸着剤材料以外のセラミック材料で形成され、反応チャネル面155が吸着剤材料を含む吸着剤被覆で被覆された、第1または第3の態様にしたがう吸着剤構造体100を提供する。
In a fourth aspect, the present disclosure is directed to the first or third aspect, in which the
第5の態様において、本開示は、ハニカム基板110が吸着剤材料以外のセラミック材料で形成され、ハニカム基板110の形成中または形成後に吸着剤材料がセラミック材料に装荷された、第1または第3の態様にしたがう吸着剤構造体100を提供する。
In a fifth aspect, the present disclosure provides the first or third embodiment in which the
第6の態様において、本開示は、セラミック材料が非吸収材セラミック材料である、第1または第5の態様にしたがう吸着剤構造体100を提供する。
In a sixth aspect, the present disclosure provides an
第7の態様において、本開示は、ハニカム基板110が流入面130の平方インチ当たり約100本(約15.5本/cm2)から約2000本(約310本/cm2)の個別チャネル150,160のセル密度を有する、第1から第6の態様のいずれかにしたがう吸着剤構造体100を提供する。
In a seventh aspect, the present disclosure provides that the
第8の態様において、本開示は、ハニカム基板110が流入面130の平方インチ当たり約300本(約46.5本/cm2)から約1500本(約232.5本/cm2)の個別チャネル150,160のセル密度を有する、第1から第7の態様のいずれかにしたがう吸着剤構造体100を提供する。
In an eighth aspect, the present disclosure provides for the
第9の態様において、本開示は、ハニカム基板110が流入面130の平方インチ当たり約600本(約93.0本/cm2)から約1500本(約232.5本/cm2)の個別チャネル150,160のセル密度を有する、第1から第8の態様のいずれかにしたがう吸着剤構造体100を提供する。
In a ninth aspect, the present disclosure provides from about 600 (about 93.0 / cm 2 ) to about 1500 (about 232.5 / cm 2 )
第10の態様において、本開示は、少なくとも1つの被覆層が不透水性層170を覆う少なくとも1つの付加層180をさらに含み、少なくとも1つの付加層180が不透水性層170のポリマー材料とは異なるポリマー材料を含む、第1から第9の態様のいずれかにしたがう吸着剤構造体100を提供する。
In a tenth aspect, the present disclosure further includes at least one
第11の態様において、本開示は、不透水性層170がポリ(ビニルブチラール)樹脂である、第1から第10の態様のいずれかにしたがう吸着剤構造体100を提供する。
In an eleventh aspect, the present disclosure provides an
第12の態様において、本開示は第1から第3の態様または第7から第11の態様のいずれかにしたがうCO2回収のための吸着剤構造体100を形成するための方法を提供する。方法は吸着剤材料で形成されたハニカム基板110を提供する工程を含み、ハニカム基板110は、ハニカム基板110の流入面130から流入面130の反対側のハニカム基板110の流出面140まで軸方向90にハニカム基板110を貫通する隔壁120を有し、隔壁120は複数本の個別チャネル150,160を定めるチャネル面125を有し、複数本の個別チャネル150,160は複数本の反応チャネル150及び複数本の熱交換チャネル160を含み、よって、反応チャネル150のチャネル面125は反応チャネル面155であり、熱交換チャネル160のチャネル面125は交換チャネル面165である。方法は、遮蔽反応チャネルを形成するため、反応チャネル150のそれぞれの入入端及び流出端を遮蔽する工程をさらに含む。方法は、ハニカム基板110の流入面130上に水性ポリマーエマルジョンを、水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネル160のそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネル150は流過させず、よって交換チャネル面165だけを覆う水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン被膜を形成するように、送液する工程をさらに含む。方法は交換チャネル面165上に不透水性層170を形成するため、エマルジョン被膜を乾燥させる工程をさらに含むことができる。不透水性層170は、ポリ(ビニルブチラール)樹脂、ポリアクリレート類、カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリニトリル類、ラテックス類、ポリクロロプレン類、ポリ(塩化ビニル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリオレフィン類、ポリ(テトラフルオロエチレン)、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料からなる群から選ばれるポリマー材料を含むことができる。
In a twelfth aspect, the present disclosure provides a method for forming an
第13の態様において、本開示は、水性ポリマーエマルジョンが硬化されるとポリマー材料を形成する未硬化モノマーまたはポリマー材料の粒子を含有する、第12の態様にしたがう方法を提供する。 In a thirteenth aspect, the present disclosure provides a method according to the twelfth aspect, comprising uncured monomers or particles of polymer material that form a polymer material when the aqueous polymer emulsion is cured.
第14の態様において、本開示は、水性ポリマーエマルジョンが0.1μmから20μmの粒径中央値を有するポリマー材料の粒子を含む、第12または第13の態様にしたがう方法を提供する。 In a fourteenth aspect, the present disclosure provides a method according to the twelfth or thirteenth aspect, wherein the aqueous polymer emulsion comprises particles of polymeric material having a median particle size of 0.1 μm to 20 μm.
第15の態様において、本開示は、水性ポリマーエマルジョンが25℃において50cP(0.05Pa・秒)から5000cP(5Pa・秒)の粘度を有する、第12から第14の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。 In a fifteenth aspect, the present disclosure provides a method according to any of the twelfth to fourteenth aspects, wherein the aqueous polymer emulsion has a viscosity of 50 cP (0.05 Pa · sec) to 5000 cP (5 Pa · sec) at 25 ° C. I will provide a.
第16の態様において、本開示は、水性ポリマーエマルジョンが、水性ポリマーエマルジョンの総重量に基づいて、重量で10%から50%の固形物を有する、第12から第15の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。 In a sixteenth aspect, the present disclosure is according to any of the twelfth to fifteenth aspects, wherein the aqueous polymer emulsion has 10% to 50% solids by weight, based on the total weight of the aqueous polymer emulsion. Provide a method.
第17の態様において、本開示は、ハニカム基板110が流入面130の平方インチ当たり約100本(約15.5本/cm2)から約2000本(約310本/cm2)の個別チャネル150,160のセル密度を有し、水性ポリマーエマルジョンが25℃において50cP(0.05Pa・秒)から5000cP(5Pa・秒)の粘度を有する、第12から第16の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
In a seventeenth aspect, the present disclosure provides that the
第18の態様において、本開示は、ハニカム基板110が流入面130の平方インチ当たり約300本(約46.5本/cm2)から約1500本(約232.5本/cm2)の個別チャネル150,160のセル密度を有し、水性ポリマーエマルジョンが25℃において50cP(0.05Pa・秒)から5000cP(5Pa・秒)の粘度を有する、第12から第17の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
In an eighteenth aspect, the present disclosure provides that the
第19の態様において、本開示は、ハニカム基板110が流入面130の平方インチ当たり約600本(約93.0本/cm2)から約1500本(約232.5本/cm2)の個別チャネル150,160のセル密度を有し、水性ポリマーエマルジョンが25℃において50cP(0.05Pa・秒)から5000cP(5Pa・秒)の粘度を有する、第12から第18の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
In a nineteenth aspect, the present disclosure provides from about 600 (about 93.0 / cm 2 ) to about 1500 (about 232.5 / cm 2 )
第20の態様において、本開示は、エマルジョン被膜形成後に熱交換チャネル160から余剰水性ポリマーエマルジョンを除去するため、熱交換チャネル160を通してガスをブローする工程をさらに含む、第12から第19の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
In a twentieth aspect, the present disclosure further includes blowing a gas through the
第21の態様において、本開示は、ハニカム基板110の流入面130上に第2の水性ポリマーエマルジョンを、第2の水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネル160のそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネル150は流過させず、よって不透水性層170を覆う第2の水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン被膜を形成するように、送液する工程、及び不透水性層170上の上塗層として少なくとも1つの付加層180を形成するために第2の水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン被膜を乾燥させる工程をさらに含む、第12から第20の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
In a twenty-first aspect, the present disclosure allows a second aqueous polymer emulsion to flow over the
第22の態様において、本開示は、上塗層として機能する少なくとも1つの付加層180がポリスチレン及びエポキシ樹脂からなる群から選ばれるポリマー材料を含む、第21の態様にしたがう方法を提供する。
In a twenty-second aspect, the present disclosure provides a method according to the twenty-first aspect, wherein the at least one
第23の態様において、本開示は第1のまたは第4から第11の態様のいずれかにしたがうCO2回収のための吸着剤構造体100を形成するための方法を提供する。方法はセラミック材料で形成され、吸着剤材料が装荷されたたハニカム基板110を提供する工程を含み、ハニカム基板110は、ハニカム基板110の流入面130から流入面130の反対側のハニカム基板110の流出面140まで軸方向90にハニカム基板110を貫通する隔壁120を有し、隔壁120は複数本の個別チャネル150,160を定めるチャネル面125を有し、複数本の個別チャネル150,160は複数本の反応チャネル150及び複数本の熱交換チャネル160を含み、よって、反応チャネル150のチャネル面125は反応チャネル面155であり、熱交換チャネル160のチャネル面125は交換チャネル面165である。方法は、遮蔽反応チャネルを形成するため、反応チャネル150のそれぞれの流入端及び流出端を遮蔽する工程をさらに含む。方法は、ハニカム基板110の流入面130上に第1の水性ポリマーエマルジョンを、第1の水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネル160のそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネル150は流過させず、よって交換チャネル面165だけを覆う第1の水性ポリマーエマルジョンの第1のエマルジョン被膜を形成するように、送液する工程をさらに含む。方法は交換チャネル面165を覆う不透水性層170を形成するため、第1のエマルジョン被膜を乾燥させる工程をさらに含む。不透水性層170は、ポリ(ビニルブチラール)樹脂、ポリアクリレート類、カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリニトリル類、ラテックス類、ポリクロロプレン類、ポリ(塩化ビニル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリオレフィン類、ポリ(テトラフルオロエチレン)、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料からなる群から選ばれるポリマー材料を含む。
In a twenty-third aspect, the present disclosure provides a method for forming an
第24の態様において、本開示は、第1の水性ポリマーエマルジョンが硬化されるとポリマー材料を形成する未硬化モノマーまたは0.1μmから20μmの粒径中央値を有するポリマー材料の粒子を含有する、第23の態様にしたがう方法を提供する。 In a twenty-fourth aspect, the present disclosure contains uncured monomers that form a polymer material when the first aqueous polymer emulsion is cured or particles of a polymer material having a median particle size of 0.1 μm to 20 μm. A method according to the twenty-third aspect is provided.
第25の態様において、本開示は、第1の水性ポリマーエマルジョンを送液する工程の前に、吸着剤材料をハニカム基板に装荷するため、吸着材料をハニカム基板にウォッシュコーティングする工程をさらに含む、第23または第24の態様にしたがう方法を提供する。 In a twenty-fifth aspect, the present disclosure further includes a step of wash-coating the adsorbent material onto the honeycomb substrate to load the adsorbent material onto the honeycomb substrate before the step of feeding the first aqueous polymer emulsion. A method according to the twenty-third or twenty-fourth aspect is provided.
第26の態様において、本開示は、ハニカム基板の流入面上に第2の水性ポリマーエマルジョンを、第2の水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネルのそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネルは流過させず、よって不透水性層を覆う第2の水性ポリマーエマルジョンの第2のエマルジョン被膜を形成するように、送液する工程及び、必要に応じて、不透水性層を覆う上塗層として少なくとも1つの付加層を形成するために第2の水性ポリマーエマルジョンの第2のエマルジョン被膜を乾燥させる工程をさらに含む、第23から第25の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。 In a twenty-sixth aspect, the present disclosure allows the second aqueous polymer emulsion to flow on the inflow surface of the honeycomb substrate, the heat exchange channel to flow to the second aqueous polymer emulsion, and the shield reaction channel to not flow. Thus, at least one coating layer covering the water-impermeable layer and, optionally, at least one overcoat layer so as to form a second emulsion film of the second water-based polymer emulsion covering the water-impermeable layer. There is provided a method according to any of the twenty-third to twenty-fifth aspects, further comprising the step of drying the second emulsion coating of the second aqueous polymer emulsion to form an additional layer.
第27の態様において、本開示は、第1及び/または第2の水性ポリマーエマルジョンが硬化されるとポリマー材料を形成する未硬化モノマーまたはポリマー材料の粒子を含有する、第23から第26の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。 In a twenty-seventh aspect, the present disclosure relates to the twenty-third to the twenty-sixth aspects, wherein the first and / or second aqueous polymer emulsion contains particles of uncured monomer or polymer material that forms a polymer material when cured. Provide a way to follow one of the following:
第28の態様において、本開示は、第1及び/または第2の水性ポリマーエマルジョンが0.1μmから20μmの粒径中央値を有するポリマー材料の粒子を含有する、第23から第27の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。 In a twenty-eighth aspect, the present disclosure relates to the twenty-third to twenty-seventh aspects, wherein the first and / or second aqueous polymer emulsion contains particles of polymeric material having a median particle size of 0.1 μm to 20 μm. Provide a way to follow either.
第29の態様において、本開示は、第1及び/または第2の水性ポリマーエマルジョンが25℃において50cP(0.05Pa・秒)から5000cP(5Pa・秒)の粘度を有する、第23から第28の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。 In a twenty-ninth aspect, the disclosure provides that the first and / or second aqueous polymer emulsion has a viscosity of from 50 cP (0.05 Pa · second) to 5000 cP (5 Pa · second) at 25 ° C. A method according to any of the embodiments is provided.
第30の態様において、本開示は、水性ポリマーエマルジョンが、第1及び/または第2の水性ポリマーエマルジョンの総重量に基づいて、重量で10%から50%の固形物を有する、第23から第29の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。 In a thirtieth aspect, the present disclosure relates to the twenty-third to the thirty-first, wherein the aqueous polymer emulsion has 10% to 50% solids by weight, based on the total weight of the first and / or second aqueous polymer emulsion. A method according to any of the 29 aspects is provided.
第31の態様において、本開示は、ハニカム基板110が流入面130の平方インチ当たり約100本(約15.5本/cm2)から約2000本(約310本/cm2)の個別チャネル150,160のセル密度を有し、第1及び/または第2の水性ポリマーエマルジョンが25℃において50cP(0.05Pa・秒)から5000cP(5Pa・秒)の粘度を有する、第23から第30の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
In a thirty-first aspect, the present disclosure provides that the
第32の態様において、本開示は、ハニカム基板110が流入面130の平方インチ当たり約300本(約46.5本/cm2)から約1500本(約232.5本/cm2)の個別チャネル150,160のセル密度を有し、第1及び/または第2の水性ポリマーエマルジョンが25℃において50cP(0.05Pa・秒)から5000cP(5Pa・秒)の粘度を有する、第23から第31の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
In a thirty-second aspect, the present disclosure provides from about 300 (about 46.5 pieces / cm 2 ) to about 1500 (about 232.5 pieces / cm 2 )
第33の態様において、本開示は、ハニカム基板110が流入面130の平方インチ当たり約600本(約93.0本/cm2)から約1500本(約232.5本/cm2)の個別チャネル150,160のセル密度を有し、第1及び/または第2の水性ポリマーエマルジョンが25℃において50cP(0.05Pa・秒)から5000cP(5Pa・秒)の粘度を有する、第23から第32の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
In a thirty-third aspect, the present disclosure provides from about 600 (about 93.0 / cm 2 ) to about 1500 (about 232.5 / cm 2 )
第34の態様において、本開示は、第1及び/または第2のエマルジョン被膜形成後、熱交換チャネル160から余剰の第1及び/または第2の水性ポリマーエマルジョンを除去するために熱交換チャネル160を通してガスをブローする工程をさらに含む、第23から第33の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
In a thirty-fourth aspect, the present disclosure provides for
第35の態様において、本開示は、上塗層がポリスチレン及びエポキシ樹脂からなる群から選ばれるポリマー材料を含む、第23から第34の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。 In a thirty-fifth aspect, the present disclosure provides a method according to any of the twenty-third to thirty-fourth aspects, wherein the overcoat layer comprises a polymeric material selected from the group consisting of polystyrene and epoxy resins.
特許請求される主題の精神及び範囲を逸脱することなく、本明細書に開示された実施形態に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に説明される様々な実施形態の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価形態の範囲内に入れば、本明細書はそのような改変及び変形を包含するとされる。 It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made to the embodiments disclosed herein without departing from the spirit and scope of the claimed subject matter. Thus, it is intended that the present specification cover such modifications and variations as come within the scope of the appended claims and their equivalents to the various embodiments described herein. The
100 吸着剤構造体
110 ハニカム基板
120 隔壁
125 チャネル面
130 流入面
140 流出面
150,150A,150B 反応チャネル
155 反応チャネル面
160,160A,160B 熱交換チャネル
165 交換チャネル面
170 不透水性層
180 付加層
200 送液構成
210 容器
220 液体組成物
230 漏斗
240 受液槽
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ハニカム基板であって、前記ハニカム基板の流入面から前記流入面の反対側の前記ハニカム基板の流出面まで軸方向に前記ハニカム基板を貫通する隔壁を有し、前記隔壁が複数本の個別チャネルを定めるチャネル面を有する、ハニカム基板、
を有し、
前記複数本の個別チャネルが複数本の反応チャネル及び複数本の熱交換チャネルを含み、前記反応チャネルの前記チャネル面は反応チャネル面であり、前記熱交換チャネルの前記チャネル面は交換チャネル面であり、
前記反応チャネルと前記熱交換チャネルは、個々の前記反応チャネルと個々の前記熱交換チャネルの間で熱が伝わるように配置され、
前記反応チャネル面は吸着剤材料を含み、
前記交換チャネル面は少なくとも1つの被覆層を有し、
前記少なくとも1つの被覆層は、ポリ(ビニルブチラール)樹脂、ポリアクリレート類、ポリニトリル類、ポリクロロプレン類、ポリ(塩化ビニル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリオレフィン類、ポリ(テトラフルオロエチレン)、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料からなる群から選ばれるポリマー材料で形成された不透水性層を含み、
前記不透水性層の前記ポリマー材料は前記交換チャネル面を形成する前記隔壁内に実質的に浸入しない、
ことを特徴とする吸着剤構造体。 In an adsorbent structure for CO 2 capture,
A honeycomb substrate having partition walls penetrating the honeycomb substrate in an axial direction from an inflow surface of the honeycomb substrate to an outflow surface of the honeycomb substrate on the opposite side of the inflow surface, and the partition walls include a plurality of individual channels. A honeycomb substrate having a defined channel surface;
Have
The plurality of individual channels include a plurality of reaction channels and a plurality of heat exchange channels, the channel surface of the reaction channel is a reaction channel surface, and the channel surface of the heat exchange channel is an exchange channel surface. ,
The reaction channel and the heat exchange channel are arranged to transfer heat between the individual reaction channel and the individual heat exchange channel;
The reaction channel surface comprises an adsorbent material;
The exchange channel surface has at least one coating layer;
The at least one coating layer is made of poly (vinyl butyral) resin, polyacrylates, polynitriles, polychloroprenes, poly (vinyl chloride), poly (vinylidene fluoride), polyolefins, poly (tetrafluoroethylene), silicone A water-impermeable layer formed of a polymer material selected from the group consisting of:
The polymeric material of the impermeable layer does not substantially penetrate into the partition walls forming the exchange channel surface;
An adsorbent structure characterized by that.
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