JP2578545B2 - 活性複合体及び反応媒体としての該複合体の使用 - Google Patents

活性複合体及び反応媒体としての該複合体の使用

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JP2578545B2 JP3508203A JP50820391A JP2578545B2 JP 2578545 B2 JP2578545 B2 JP 2578545B2 JP 3508203 A JP3508203 A JP 3508203A JP 50820391 A JP50820391 A JP 50820391A JP 2578545 B2 JP2578545 B2 JP 2578545B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧縮された支持体と気体に対して活性の物
質(活性物質)とで構成された複合体に関する。本発明
は、この種の活性複合体を反応媒体として用いて、気体
−固体又は気体−液体の物理化学的プロセスを生起させ
る方法にも関する。
或る分野、例えば固体と気体との反応又は固体への気
体の吸着の熱効果(thermicit)に基づく化学的熱ポ
ンプのような分野では、エキスパンデッドグラファイト
のような微細分割材料と固体反応体、例えば塩又はゼオ
ライトのような吸着剤との混合物が使用されている。エ
キスパンデッドグラファイトと、化学反応又は物理的吸
着が起こる部位(sige)を構成する固体との混合物
は、固体と気体との間の化学反応又は物理的吸着時に多
くの利点を示す。薄片(feuillet)又は層状粒子(part
icule feuillete)の形状を有するエキスパンデッド
グラファイトは比表面積が極めて大きく、閉じ込められ
た媒質中でも気体を拡散せしめる。
熱によってエキスパンドさせた天然グラファイトと固
体活性物質とを所与の質量比で混合し且つ所定の体積に
圧縮したものを使用した時に観察されるような可逆的固
体−気体反応の反応速度の実質的改善は、このようにし
て形成される固定床が反応性気体に対して示す大きな透
過性と、壁との間の大きな熱交換率を伴う熱伝導率とに
起因する。この種の反応体の従来の製造では、等方的伝
導率が製造条件(割合及び圧縮度)に応じて0.5〜2Wm
-1K-1であり、壁との間の熱交換率が50〜150Wm-2K-1
ある等方性均質床が形成される。
前述の利点にも拘わらず、このような混合物を顆粒状
態で使用すると、本当に均質な混合物を得ることが難し
いために取り扱いが難しく、嵩も大きいという問題が生
じる。また、この反応体はしばしば吸湿性であるため、
混合操作が長びくと湿気を吸収する傾向を示す。後で脱
水するにしてもその操作には時間及び費用がかかり、ま
た脱水しても最終製品の質に影響が生じ得る。
本発明の目的は、操作し易いブロックの形状を有し、
或る方向で大きな透過性を維持しながら、熱を優先方向
に伝達する性質を有する活性複合体を実現することにあ
る。
そこで本発明は、圧縮された支持体と気体に対して活
性の物質とで構成された活性複合体であって、圧縮され
た支持体が密度0.02〜1.5の再圧縮エキスパンデッドグ
ラファイトからなることを特徴とする活性複合体を提供
する。
好ましい実施態様では、この活性複合体が1〜95重量
%の再圧縮エキスパンデッドグラファイトと99〜5重量
%の活性物質とを含む。
本発明は、固体−気体又は気体−液体の物理化学的プ
ロセスを生起させるための方法であって、圧縮した支持
体と気体に対する活性物質とで構成した活性複合体を反
応媒体として使用し、前記圧縮した支持体が密度0.02〜
1.5の再圧縮エキスパンデッドグラファイトからなるこ
とを特徴とする方法も提供する。
前述のような活性複合体ブロックは、固体−気体型の
反応か、気体と固体との間の吸着か、例えば固体で飽和
されたもしくは飽和されていない溶液のような液体中へ
の気体の吸着か、気体−液体間の固体によって触媒され
る反応か、気体の凝縮/蒸発か、又は固体によって触媒
される気体変換反応を生起させるために使用される。従
って本発明は、本発明の活性複合体ブロックを反応媒体
として用いて、気体−固体型の反応か、気体−固体吸着
か、液体中への気体の吸着か、又は気体の触媒変換を生
起させる方法を提供する。
本発明の活性複合体は著しい熱伝達異方性を有してい
なければならないが、これは、該複合体中にほぼ均一に
得られる各活性部位まで気体を十分に拡散させる大きな
多孔率を保持しながら、熱伝導率の極めて高いグラファ
イト薄片を秩序立てて圧縮することにより得られる。
密度0.02〜1.5の本発明の活性複合体は、大きな熱伝
達異方性を有する。即ち、該活性複合体の第1の方向D1
における熱伝導率C1が、第1の方向と直交する該複合体
の別の方向D2での熱伝導率C2より明らかに大きい。本発
明の活性複合体は、比C1/C2で表される異方性係数(co
efficent d'anisotropie)が5〜150、好ましくは10〜1
00である。
また、本発明の活性複合体は、気体を活性部位に到達
せしめる適度の多孔率を有する。
この複合体の総多孔率は、その密度を測定して天然グ
ラファイトの密度即ち2.2と比較することにより容易に
求められる該複合体中の空隙(孔)の割合に相当する。
該複合体の重要な特徴は、液体及びガスを活性部位に
到達させる開孔の割合即ち開孔率(porosit ouvert
e)である。この開孔率は総多孔率に対する%で表され
る。この開孔率は、0.02バールの圧力を加えたブロック
に吸収されて大気圧に維持されている水の量と、この吸
収が複合体の密度に及ぼす影響とを測定することによっ
て算出される。
本発明の複合体の開孔率は通常、総多孔率の32〜99.1
%である。開孔率は、この範囲では、所期の用途に合わ
せて選択した複合体の密度に大きく依存する。
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面に基づく以下
の説明でより明らかにされよう。
添付図面中、第1図は粉体材料を圧縮する装置の長手
方向断面図である。
第2図は、本発明の活性複合体を形成すべく、圧縮し
た粉体材料を含浸処理する装置の長手方向断面図であ
る。
第1図に示すように、多孔性支持体を形成すべく粉体
材料を圧縮するための装置は、平底12を有する円筒体10
を含んでいる。円筒体10内を気密的に滑動するように具
備されたピストン14は、矢印16の方向に移動し得るよう
に構成されている。
前記円筒体には、圧縮すべき粉体材料を予め適量充填
する。この実施例では、圧縮すべき材料が、剥離(exfo
liation)によって形成したエキスパンデッドグラファ
イトであり、その初期密度は0.001〜0.02、エキスパン
ション温度は通常150〜1200℃である。このエキスパン
デッドグラファイトを、円筒体10内でピストン14によ
り、所望の密度及び凝集状態(cohsion)の支持体又
はブロックが得られるまで圧縮する。このエキスパンデ
ッドグラファイトブロックは、密度が0.02を超えると所
望の凝集状態に到達する。有利には、エキスパンデッド
グラファイトが0.02〜1.5の密度を有するように圧縮し
得る。
この実施例では、圧縮したエキスパンデッドグラファ
イトブロックが円筒形であり、その底部は円に限らず任
意の形状を有し得る。より一般的には、複数の圧縮方向
を組合わせるか又はブロックを切削加工することによっ
て(この場合はブロックが十分な凝集状態を有していな
ければならない)、円筒形以外の任意の所望の形状にす
ることができる。
第2図に示すように、圧縮したエキスパンデッドグラ
ファイトブロックを含浸処理するための装置は、密閉蓋
22で密閉された円筒体20内に形成された密閉チャンバ18
を含んでいる。チャンバ18は、ブロック24を受容する一
方で、ブロック24を含浸するための適量の液体生成物26
も受容できるように、ブロック24よりやや大きい寸法を
有する。選択した活性物質が固体の場合には、その固体
を溶媒中に溶解するか又は極めて細かく粉砕して懸濁さ
せることによって、適当に選択した液体中に導入しなけ
ればならない。このようにすれば、液体含浸剤が形成さ
れる。蓋22は、真空源(図示せず)に接続される開口28
を備えている。ブロック24内部で圧力が降下すると液体
生成物26が多孔質媒体の間隙又はアクセス可能な孔の中
に浸透する。開口28に加える圧力は0.01〜0.1バールの
範囲、好ましくは0.02バールである。体積3dm3のブロ
ックの場合は、含浸時間が通常数秒〜1分である。
含浸剤に使用する溶媒が水の場合は、例えば水流ポン
プで真空にするだけで十分である。
活性物質が固体の場合は、活性物質を支持体の孔の中
に均一に分散させるように注意しながら、含浸剤の製造
に使用した仲介液を蒸発させると有利なことがしばしば
ある。
例えば、この液体が水あれば、5〜24時間で温度が60
から100℃に上がるように調整した乾燥器で含浸ブロッ
ク24を加熱して、溶液の水を蒸発させる。次いで、乾燥
器の温度を200℃以上に上げて、再結晶化水を除去す
る。ブロックをこの温度に維持する時間は1時間〜10時
間とし得る。
このコンディショニング処理は、例えば表Iに示すよ
うな種々の活性物質に使用できる。尚、この場合の活性
物質(agent actif)とは、反応性固体、吸着用固体、
吸収用液体又は触媒として機能する固体を意味する。
塩化物の場合について、活性物質を溶解するか又は懸
濁する含浸液の種類を表IIに示した。
実施例1〜4: ここで、本発明の活性複合体の特性を調べる。
実施例1: − 25%のグラファイトと75%のCaCl2とを含む活性複
合体。
エキスパンデッドグラファイトのみを圧縮して、密度
0.2gcm-3のブロックを得た。CaCl2溶液での含浸を真空
下で行った。次いで、ブロックを240℃で乾燥して、含
浸剤を除去した。この活性複合体ブロックの径方向(即
ち圧縮方向と直交する方向)伝導率は7Wm-1K-1であ
り、軸線方向(即ち圧縮方向と平行な方向)伝導率は1
Wm-1K-1である。メチルアミンに対するこの材料の反応
性を、CaCl2とエキスパンデッドグラファイトとを同一
の割合で混合した等方性混合物の同一熱力学的条件下で
の反応性と比較した。このシステムと冷却流体との間の
交換反応の90%に対する平均熱出力は、活性複合体の単
位体積当たりで、前記含浸圧縮材料の場合が440kWm-3
あり、前述の単なる物理的混合物の場合が180kWm-3であ
る。開孔率は、複合体の総多孔率の55%である。
実施例2: − 50%のグラファイトと50%のCaCl2とを含む活性複
合体を密度0.2gcm-3のブロックから形成する。
この活性複合体ブロックの径方向伝導率は18Wm-1K-1
であり、接触係数(coefficient de contact)は860Wm
-2K-1である。
前記同じ条件で、質量当たり出力はそれぞれ770kWm-3
及び240kWm-3である。開孔率は複合体の総多孔率の50%
である。
実施例3: − 40%のグラファイトと60%のMnCl2とを含む活性複
合体。
前記と同じ条件で、密度0.26g/cm3のブロックから製
造してアンモニアと反応させた場合の質量当たり出力は
それぞれ640kWm-3及び230kWm-3である。多孔率は複合体
の総多孔率の52%である。
実施例4: − 72%のグラファイトと28%のCaCl2とを含む活性複
合体。径方向伝導率は24Wm-1K-1である。前記実施例と
同じ条件で、密度0.3gcm-2のグラファイトブロックから
製造した活性複合体の質量当たり出力はそれぞ960kWm-3
及び260kWm-3である。開孔率は複合体の総多孔率の48%
である。
これらの実施例から明らかなよう、本発明の活性複合
体は密度が0.02〜1.5であり、大きな異方性を有し、第
1の方向D1の伝導率がこの第1の方向と直交する第2の
方向D2の伝導率より大きい。平面が極めて大きい熱伝導
率(>20W.m-1K-1)を有するエキスパンデッドグラファ
イト層状粒子は、最初は空間の総ての方向を有し、圧縮
の作用下で同一の方向に従って秩序立てられる。この活
性複合体は伝導率の比C1/C2で表される異方性係数が5
〜150、好ましくは10〜150である。
本発明の活性複合体は1〜95重量%の再圧縮エキスパ
ンデッドグラファイトと5〜99重量%の活性物質とを含
み得る。その接触係数は500〜5000Wm-2K-1である。
再圧縮エキスパンデッドグラファイトは密度が0.02〜
1.5であり、液体又は気体がアクセスし得る開孔の割合
即ち開孔率が複合体の総多孔率の99.1%〜32%である。
本発明の活性複合体は気体−固体型の化学反応を生起
させる方法の反応媒体を構成し得る。例えば、気体はメ
チルアミンであり、固体はCaCl2である。その場合は固
体−気体反応が下記の式に従って生起する: 表IIの塩同士の間、又はメチルアミンとの間、又はア
ンモニアとの間で別の反応を生起させることも可能であ
る。
本発明の活性複合体は、気体と、反応性固体か、吸着
用固体か、飽和もしくは非飽和状吸収用液体か、触媒と
して機能する固体か、又は気体の凝縮/蒸発が起こる部
位を構成する物質とを使用する物理化学的プロセスを生
起させるためのあらゆる方法で使用することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 15/00 B01J 15/00 C04B 35/52 C04B 35/54 Z (72)発明者 ルブラン,ミシエル フランス国、エフ―66000・ペルピニヤ ン、リユ・デ・シユロー、2 (72)発明者 プラド,フイリツプ フランス国、エフ―66000・ペルピニヤ ン、リユ・ジヤルダン・ダンフアン、31 (72)発明者 モロー,ミシエル フランス国、エフ―92110・クリシー、 リユ・フーリエ、7 (72)発明者 スパンネール,ベルナール フランス国、エフ―66200・コロネイ ア・デル・ベルコル、アブニユ・ジヨフ ル、23 (72)発明者 ドラピエ,クロード フランス国、エフ―92420・ボークレツ ソン、ルート・デ・ピユイ、53、レジダ ンス・ドユ・ボア・ドユ・ロア (56)参考文献 特開 昭59−102445(JP,A) 特開 昭59−160538(JP,A) 特開 平1−264967(JP,A)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮された支持体と気体に対して活性であ
    りかつ支持体に導入された固体塩、吸着用固体又は気体
    を吸収する液体である活性物質とで構成された活性複合
    体であって、圧縮された支持体が密度0.02〜1.5の再圧
    縮エキスパンデッドグラファイトからなることを特徴と
    する活性複合体。
  2. 【請求項2】1〜95重量%の再圧縮エキスパンデッドグ
    ラファイトと99〜5重量%の活性物質とを含むことを特
    徴とする請求項1に記載の活性複合体。
  3. 【請求項3】熱伝導率異方性を有することを特徴とする
    請求項1又は2に記載の活性複合体。
  4. 【請求項4】異方性係数C1/C2が5〜150であることを
    特徴とする請求項3に記載の活性複合体。
  5. 【請求項5】開孔率が複合体の総多孔率の32〜99.1%で
    あることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に
    記載の活性複合体。
  6. 【請求項6】気体と、反応性固体か、吸着用固体か、飽
    和もしくは非飽和状吸収用液体か、又は気体の凝縮/蒸
    発が起こる部位を構成する物質とを使用する物理化学的
    プロセスを生起させるための方法であって、反応媒体と
    して請求項1から5のいずれか一項に記載の活性複合体
    を使用することを特徴とする前記方法。
  7. 【請求項7】気体−固体又は気体−液体の物理化学的プ
    ロセスを生起させる方法であって、圧縮された支持体と
    気体に対して活性でありかつ支持体中に導入された固体
    塩、吸着用固体又は気体を吸収する液体である活性物質
    とで構成された活性複合体を反応媒体として使用し、前
    記圧縮された支持体が密度0.02〜1.5の再圧縮エキスパ
    ンデッドグラファイトからなることを特徴とする方法。
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