KR20230028763A - 수분 스윙 재생을 이용하는 기체 분리를 위한 블렌드된 흡착제 - Google Patents

수분 스윙 재생을 이용하는 기체 분리를 위한 블렌드된 흡착제 Download PDF

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조엘 시즈론
진종 앤드류 류
오미드 가파리-닉
피에르 호빙턴
니마 마수미파드
사베레 레자에이
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스반테 인코포레이티드
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Abstract

흡착 기체 분리기는 다양한 흡착제들이 함께 블렌드된 접촉기를 사용할 수 있다. 블렌드된 흡착제 접촉기 제조에 사용되는 다양한 흡착제들은 다양한 물리적 및 화학적 특성에 대하여 선택될 수 있으며, 이는 작업자가 블렌드된 흡착제들을 사용하는 흡착 기체 분리기의 최적의 성능을 얻기 위하여 배합 및 구조적 형태를 맞춤 제작하는 것을 허용할 것이다.

Description

수분 스윙 재생을 이용하는 기체 분리를 위한 블렌드된 흡착제
본 발명의 구현예들은 일반적으로 수분 스윙 재생(moisture swing regeneration)을 이용하는 기체 분리 공정에 사용되는 흡착제(sorbents), 더 구체적으로 블렌드된(blended) 흡착제 배합물 및 그 사용 방법에 관한 것이다.
흡착 기체 분리(sorptive gas separation) 공정은 증류 및 막-기반 분리와 함께, 산업적 분리 공정의 가장 통상적인 형태 중 하나이다.
당업자는 흡착 분리 공정의 비용이 특정 처리량의 정제 산물을 생산하는데 요구되는 흡착제의 양에 의하여 주로 영향을 받는다는 것을 이해할 것이다. 이러한 흡착제 질량 당 처리량은 흡착 사이클 용량과 흡착 사이클 시간의 단순 곱이다. 열 스윙 또는 화학적 스윙 공정에서, (접촉기(contactor)의) 고체 흡착제 상에 흡착된 분자의 탈착은 탈착을 위한 에너지 도입 및 흡착제 내로 그 에너지 전달의 요구로 인하여 비교적 느린 공정일 수 있다.
통상적인 수분 스윙 흡착 기체 분리 공정은 전형적으로 두 가지 기본 단계를 이용한다: 1) 흡착 단계; 2) 재생 단계. 전형적인 흡착 단계 동안, 낮은 수분 부분 압력 또는 상대 습도를 가지는 다성분 유체 혼합물과 같은 공급 스트림이 흡착제 물질을 포함하는 접촉기를 가지는 흡착제 분리기 내로 들여보내질 수 있다. 상기 공급 스트림은 상기 접촉기를 통과할 수 있고, 그 동안, 상기 공급 스트림의 표적 성분이 흡착제 물질 상에 흡착되어, 표적 성분(이제 흡착제 물질 상으로 흡착된)을 상기 공급 스트림의 나머지 성분으로부터 분리할 수 있다. 상기 흡착 단계의 일부로서, 나머지 성분들은 제1 생성물 스트림을 형성할 수 있고 이는 상기 흡착제 분리기로부터 회수될 수 있다. 그 후, 재생 단계 동안, 높은 상대 습도(공급 스트림에 비하여)를 가지는 재생 유체 스트림, 예를 들어 증기가 상기 흡착제 분리기 내로 들어가, 접촉기의 흡착제 물질과 접촉하고 이를 직접 가열하여, 흡착된 표적 성분을 접촉기의 흡착제 물질로부터 퍼징 또는 탈착시킬 수 있다. 상기 재생 스트림 또는 증기로부터의 수분 성분은 상 변화되고 흡착제 물질 상에 흡착됨과 동시에, 흡착열을 방출한다. 방출된 흡착열의 일부는 상기 재생 단계 동안 흡착제로부터 표적 성분을 탈착시키기 위하여 요구되는 에너지 또는 탈착열의 일부로서 사용될 수 있다.
탈착된 분자 및 증기는 제2 생성물 스트림으로서 회수될 수 있다. 그 다음, 제2 생성물 스트림 내 물 분자는 응축에 의하여 상기 제2 생성물 스트림 내 표적 성분으로부터 분리되어, 표적 성분의 순도를 증가시킬 수 있다.
그 후의 또는 제2 재생 단계 또는 컨디셔닝 단계를 이용하여, 다음 흡착 단계 및 사이클 반복 전에, 흡착제 물질 상에 흡착된 수분을 탈착시킬 수 있다.
수분 스윙에 의하여 유도되는 표적 분자 탈착은 흡착된 분자를 탈착시키는 신속하고 효율적인 수단을 제공하며, 결과의 생성물 스트림은 높은 순도를 가진다. 이러한 공정은 PCT 국제 공보 제 WO 2017/165974 A1호에 기재되어 있다.
탈착을 위한 수분 스윙 또는 상대 습도 스윙 기체 분리 공정의 추가적인 이점들은 다음을 포함한다: 다공성 흡착제 내 열 에너지를 비교적 균일하게 분포시키기 위하여 흡착제 상으로 수분의 흡착 또는 응축열을 이용함으로써 흡착제의 재생 중 흡착제의 에너지를 신속히 도입하고; 친환경적이라면, 물이 원한다면 대기에 배출될 수 있고; 상당한 수분 흡착 용량을 가지는 흡착제들은 물의 수소 결합능으로 인하여 상당히 보편적이다.
흡착 분리 공정 동안 수분 및/또는 증기에 노출되는 전형적인 흡착제 물질의 결점은 다음을 포함한다: 물이 흡착제 물질 상에 강하게 흡착되어, 흡착제 물질 건조에 요구되는 시간으로 인하여 에너지 집약적이고 비교적 긴 탈착 공정을 초래하고; 상기 흡착제 물질은 물의 존재 하에 저하되고 (예를 들어, 중합성 아민 흡착제는 그들을 이동성으로 만드는 부분적 용매화로 인하여 이동하고, MOF 흡착제와 함께, 그 구조는 증기의 존재 하에 상 전이되어 기공 붕괴 및/또는 선택적 흡착 용량 손실을 초래한다), 및/또는 수분 안정성 특성은 하나 이상의 원하는 특성들(예를 들어, 표적 분자 흡착 용량 및/또는 반응 속도)과 반비례한다.
나아가, 전형적인 흡착 기체 분리기 및 공정은 흡착 베드를 통하여 단일 흡착제 물질로 구성되는 흡착 베드 또는 접촉기를 사용할 수 있고, 여기서 재생 단계는 증기를 유입구를 통하여 흡착 베드 내로 들여보내고, 증기를 흡착 베드를 통하여 흡착 물질과 접촉하여 유동시키고, 표적 분자를 탈착시키고, 생성물 스트림을 생산하고, 생성물 스트림을 유출구를 통하여 흡착 베드로부터 회수하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 접근의 결점은 흡착제 물질이 특정 용도에 대하여 요구되는 기준, 예를 들어, 수분 안정성에 근거하여 선택될 수 있고, 이는 종종 예를 들어 표적 분자 흡착 용량 및/또는 반응 속도를 포함하는 하나 이상의 바람직한 특성들과 반비례한다는 것이다.
또한, 흡착 기체 분리 공정의 정상적인 작업 조건 하에, 공급 스트림 또는 재생 기체 스트림 내 기타 성분들, 예를 들어, 산소, 산화질소, 및 산화황은 증기 또는 물과 유사하게, 반복 사이클에 걸쳐 흡착제를 저하 및/또는 흡착제의 흡착 용량을 감소시킬 수 있다.
수분 안정성에 대하여 선택된 단일 흡착제 물질을 가지는 접촉기의 재생은 또한 바라는 것보다 과량의 증기를 사용할 수 있다.
흡착제 물질은 전형적으로 압출물, 펠릿 또는 구조화된 흡착제 접촉기로 형성되어 유체의 효율적인 분배를 가능하게 하여, 하나 또는 몇몇 개의 화합물을 정제 또는 제거한다. 신속한 사이클링 분리를 위하여 특히 관심있는 저-기생 열 질량 구조(low parasitic thermal mass structure) 흡착제 접촉기가 PCT 국제 공보 제 WO 2010/096916 A1호 및 제 WO 2018/085927 A1호에 기재되어 있다.
흡착제에 대한 수분의 영향을 완화하기 위하여, 전형적인 흡착 기체 분리기 및 공정은 직렬로 유체 연결되는 제1단 및 제2단을 가지는, 다단 흡착 베드 또는 접촉기를 이용할 수도 있으며, 여기서 제2단 내 흡착제는 공급 스트림 내 물로부터 제1단 내 흡착제에 의하여 가드된다. 다단 흡착 베드 내에서, 제1단 내 흡착제는 전형적으로 공급 스트림으로부터 표적 성분이 아니라 수분만을 흡착 및 분리시키는데 사용된다. 수분을 흡착 및 분리하도록 배합된 흡착제를 함유하는 제1단은 제2단의 업스트림에 유체 연결되어 수분을 공급 스트림으로부터 제거할 수 있다. 그 다음, 건조 공급 스트림이 제1단으로부터 회수되고 제2단에 공급될 수 있다. 그 다음, 제2단 내 흡착제를 사용하여 공급 스트림으로부터 원하는 표적 성분을 분리한다. 나아가, 제2단 내 흡착제의 재생은 증기를 사용하지 않으므로 흡착제의 증기 노출을 피하는 재생 방법을 이용할 수 있다.
다단 흡착 베드 사용의 단점은 다음을 포함한다: 하나의 흡착제만이 표적 성분 흡착 및 분리에 사용되어, 증가된 흡착제 및 자본 비용 및 분리기 체적을 초래; 복잡성, 공정 사이클 시간, 재생을 위한 에너지, 및 공정 비용을 증가시킬 수 있는, 두 개의 상이한 흡착제들의 재생; 및 감소된 공정 효율.
예를 들어, 충전층 흡착 분리기와 같은, 기타 전형적인 흡착 기체 분리기는 2 이상의 흡착제를 사용할 수 있다. 그러나, 상기 2 이상의 흡착제 중 하나만이 원하는 표적 성분을 공급 스트림으로부터 흡착 및 분리하는데 사용될 수 있다. 이러한 접근의 단점은 다음을 포함한다: 증가된 흡착제 및 자본 비용; 복잡성, 공정 사이클 시간, 재생을 위한 에너지, 및 공정 비용을 증가시킬 수 있는, 2 이상의 상이한 흡착제들의 재생; 감소된 흡착제 효율.
개요
흡착 기체 분리기는 그 위에 복수의 흡착제들을 가지는 접촉기(contactor)를 사용 또는 이용할 수 있다. 그러나, 현재 알려진 흡착 기체 분리기와 달리, 본 발명의 구현예들은 다양한 흡착제들이 함께 블렌드된 접촉기를 사용할 수 있고, 상기 블렌드된 흡착제들은 분말화된 형태 및/또는 상이한 구조적 형태 내에 상이한 배합을 가진다.
광범위한 측면에서, 기체 혼합물을 분리하기 위한 블렌드된 흡착제 분말은 하나 이상의 내성(tolerant) 흡착제 물질, 및 하나 이상의 비-내성(intolerant) 흡착제 물질을 포함하고, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질의 흡착제 중량은 상기 블렌드된 흡착제 분말의 흡착제 중량의 20%와 같거나 그보다 크다.
다른 광범위한 측면에서, 블렌드된 흡착제 분말은 제1 내성 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 포함하고, 상기 제1 내성 흡착제 물질은 증기 내성, 산화 내성, NOx 내성, 및/또는 SOx 내성 중 하나이고, 이는 수분 흡착 용량, 수분 흡착열, 표적 분자 흡착 용량, 표적 분자 흡착열을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 수분 흡착 용량, 수분 흡착열, 표적 분자 흡착 용량, 표적 분자 흡착열을 더 포함한다. 구현예에서, 상기 제1 내성 흡착제 물질 및 상기 제2 흡착제 물질은 수분 흡착 용량, 수분 흡착열, 표적 분자 흡착 용량, 표적 분자 흡착열 중 적어도 하나가 다르고, 상기 하나 이상의 제1 내성 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 수분 흡착열과 수분 흡착 용량의 곱의 합은 상기 하나 이상의 재1 내성 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 표적 분자 흡착열과 표적 분자 흡착 용량의 곱의 합보다 크다.
나아가, 다른 광범위한 측면에서, 기체 혼합물 분리를 위한 형성된 블렌드된 흡착제 구조(formed blended sorbent structure)는 하나 이상의 제1 흡착제 물질, 및 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질과 조합되어 블렌드된 흡착제를 형성하기 위한, 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 포함한다. 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질의 흡착제 중량은 상기 블렌드된 흡착제의 흡착제 중량의 20% 이상이고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, 및/또는 SOx 내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
더 나아가, 다른 광범위한 측면에서, 기체 혼합물 분리를 위한 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 하나 이상의 제1 흡착제 물질, 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 포함한다. 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, 및/또는 SOx 내성 흡착제 중 적어도 하나이고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 수분 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착열, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 수분 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착열, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 수분 흡착열과 수분 흡착 용량의 곱의 합은 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 표적 분자 흡착열과 표적 분자 흡착 용량의 곱의 합보다 크다.
더 나아가, 다른 광범위한 측면에서, 기체 혼합물 분리를 위한 형성된 블렌드된 흡착제 구조는, 블렌드된 흡착제 형성을 위한 적어도 제1 내성 흡착제 및 제2 내성 흡착제를 가지는 복수의 내성 흡착제 물질을 포함하고, 상기 제1 내성 흡착제 및 상기 제2 내성 흡착제는 수분 흡착에 대한 상이한 흡착 등온선을 가지고, 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나이다. 구현예에서, 상기 제1 내성 흡착제 물질의 흡착제 중량은 상기 블렌드된 흡착제의 흡착제 중량의 20% 이상이다.
더 나아가, 다른 광범위한 측면에서, 평행 통로 흡착제 접촉기(parallel passage sorbent contactor)는 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 구조, 복수의 유체 통로, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제1 말단에 위치하는 상기 복수의 유체 통로에 유동적으로(fluidly) 연결되는 제1 포트, 및 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제2 말단에 위치하는 상기 복수의 유체 통로에 유체 연결되는 제2 포트를 포함하고, 상기 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 적어도 부분적으로 상기 복수의 유체 통로를 정의한다.
더 나아가, 다른 광범위한 측면에서, 적어도 제1 분자 및 제2 분자를 포함하는 기체 스트림 분리를 위한 흡착 기체 분리 방법(sorptive gas separation process)은:
(a) 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 구조들을 가지는, 흡착제 접촉기(sorbent contactor)를 제공하는 단계;
(b) 상기 흡착제 접촉기의 제1 포트 또는 제2 포트 내로 상기 기체 스트림을 들여보내는 단계;
(c) 적어도 하나 이상의 제1 흡착제 물질 또는 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질, 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질 또는 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질을 가지는, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 내 및/또는 위에 상기 제1 분자의 적어도 일부를 흡착시키는 단계:
(d) 상기 흡착제 접촉기의 제1 포트 또는 제2 포트로부터 상기 제2 분자가 풍부한 제1 생성물 유체를 회수하는 단계;
(e) 상기 흡착제 접촉기의 제1 포트 내로 증기 스트림을 들여보내는 단계;
(f) 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질, 및 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질 중 적어도 하나 위에 흡착된 상기 제1 분자의 적어도 일부를 탈착시키는 단계; 및
(g) 상기 흡착제 접촉기의 제2 포트로부터 상기 제1 분자의 적어도 일부를 회수하는 단계
를 포함한다.
본 발명의 흡착 기체 분리기는 다양한 흡착제들이 함께 블렌드된 접촉기를 사용할 수 있다. 블렌드된 흡착제 접촉기 제조에 사용되는 다양한 흡착제들은 다양한 물리적 및 화학적 특성에 대하여 선택될 수 있으며, 이는 작업자가 블렌드된 흡착제들을 사용하는 흡착 기체 분리기의 최적의 성능을 얻기 위하여 배합 및 구조적 형태를 맞춤 제작하는 것을 허용할 것이다.
도 1a는 재생 단계 시작 2초 후, 증기를 이용하는 흡착 기체 분리 공정의 재생 단계 동안 흡착제 접촉기의 길이에 따른 수분 및 이산화탄소 로딩의 컴퓨터 시뮬레이션 곡선을 예시하는 그래프이다.
도 1b는 재생 단계 시작 4초 후, 증기를 이용하는 흡착 기체 분리 공정의 재생 단계 동안 흡착제 접촉기의 길이에 따른 수분 및 이산화탄소 로딩의 컴퓨터 시뮬레이션 곡선을 예시하는 그래프이다.
도 1c는 재생 단계 시작 2초 후, 증기를 이용하는 흡착 기체 분리 공정의 재생 단계 동안 흡착제 접촉기의 길이에 따른 기상 온도 및 흡착제 고상 온도의 온도 프로필의 컴퓨터 시뮬레이션 곡선을 예시하는 그래프이다.
도 1d는 재생 단계 시작 4초 후, 증기를 이용하는 흡착 기체 분리 공정의 재생 단계 동안 흡착제 접촉기의 길이에 따른 기상 온도 및 흡착제 고상 온도의 온도 프로필의 컴퓨터 시뮬레이션 곡선을 예시하는 그래프이다.
도 2는 재생 단계 시작 4초 후, 증기를 이용하는 흡착 기체 분리 공정의 재생 단계 동안 흡착제 접촉기의 길이에 따른 증기 노출 지속 기간 및 온도 노출 지속 기간의 컴퓨터 시뮬레이션 곡선을 예시하는 그래프이다.
도 3은 흡착제 재생을 위하여 증기를 이용하면서 1000 시간의 작업 후, 흡착제 접촉기의 길이에 따른 중합성 아민 흡착제의 흡착 용량 손실의 컴퓨터 시뮬레이션 곡선을 예시하는 그래프이다.
도 4a는 실질적으로 균일하게 분포된 비-내성 흡착제 물질 및 내성 흡착제 물질을 가지는 블렌드된 흡착제 분말을 예시하는, 본 발명의 구현예의 단면도이다.
도 4b는 내성 흡착제 물질에 의하여 캡슐화된 비-내성 흡착제 물질을 가지는 캡슐화된 블렌드된 흡착제 분말을 예시하는, 본 발명의 구현예의 단면도이다.
도 4c는 근위층으로서 구성되는 비-내성 흡착제 물질 및 원위층으로서 구성되는 내성 흡착제 물질을 가지는 블렌드된 흡착제 층상 구조를 예시하는, 본 발명의 구현예의 단면도이다.
도 5a는 증기 스트림 유입구에 인접하여 위치하는 내성 흡착제를 가지는 제1단, 및 비-내성 흡착제를 가지는 제2단을 가지는 분리된 다단 흡착제 구조를 예시하는, 본 발명의 구현예의 단면도이다;
도 5b는 불균일하게 분포된 내성 및 비-내성 흡착제의 혼합물을 가지는 제1단, 및 비-내성 흡착제를 가지는 제2단을 가지는, 분리된 다단 흡착제 구조를 예시하는, 본 발명의 구현예의 단면도이다. 상기 불균일하게 분포된 내성 및 비-내성 흡착제의 혼합물을 가지는 제1단은 증기 스트림 유입구에 인접하여 위치한다.
도 5c는 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 길이를 따라 내성 및 비-내성 흡착제가 존재하는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조를 예시하는, 본 발명의 구현예의 단면도이다. 더 어두운 음영은 서로로부터 어긋나게(offset) 도시되는 내성 또는 비-내성 흡착제의 더 높은 중량 백분율 로딩을 나타낸다.
도 6a는 예시적 제1 흡착제 물질에 대한 단열 온도, 수분 흡착, 및 이산화탄소 탈착, 및 증기 주입의 영향의 컴퓨터 시뮬레이션된 곡선을 예시하는 그래프이다.
도 6b는 예시적 제2 흡착제 물질에 대한 단열 온도, 수분 흡착, 및 이산화탄소 탈착, 및 증기 주입의 영향의 컴퓨터 시뮬레이션된 곡선을 예시하는 그래프이다.
도 6c는 도 6a 및 6b에 따른 제1 흡착제 물질 및 제2 흡착제 물질을 포함하는 예시적 블렌드된 흡착제 물질 또는 구조에 대한 단열 온도, 수분 흡착, 및 이산화탄소 탈착, 및 증기 주입의 영향의 컴퓨터 시뮬레이션된 곡선을 예시하는 그래프이다.
도 6d는 제1 흡착제 물질 및 제2 흡착제 물질을 가지는 블렌드된 흡착제 물질의 이산화탄소 로딩 및 수분 로딩에 비하여, 제1 흡착제 물질 상 및 제2 흡착제 물질 상에 이산화탄소 로딩 및 수분 로딩을 예시하는 막대형 차트이다.
도 6e는 정상 상태(steady state) 작업에서 기록된, 제1 흡착제 물질, 제2 흡착제 물질, 및 제1 및 제2 흡착제 물질을 가지는 블렌드된 흡착제 물질의 단열 온도를 예시하는 막대형 차트이다.
도 7은 블렌드된 흡착제를 가지는 접촉기를 사용하여 다-성분 기체 스트림으로부터 제1 성분을 분리하기 위한 흡착 기체 분리 공정을 예시하는, 본 발명의 구현예의 공정 흐름도이다.
정의
흡착제(sorbent): 단일 화학적 배합을 가지고, 화학흡착 및/또는 물리흡착에 의하여 분자를 흡착 및/또는 흡수할 수 있고, 표적 성분 또는 분자에 대하여 작업 조건에서 0.1 mmol/g 평형 용량 이상의 흡착 평형 용량을 가지는, 다공성 고체 물질.
흡착제 분말(sorbent powder): 하나 이상의 흡착제들을 가지는 흡착제 입자.
블렌드된 흡착제(blended sorbent): 조합되어, 2 이상의 흡착제가 조합된 흡착제 혼합물 또는 블렌드된 흡착제 내에 균일 또는 불균일 분포될 수 있는 흡착제 혼합물을 형성하는, 2 이상의 흡착제 물질, 예를 들어, 적어도 하나의 내성 흡착제 및 적어도 하나의 비-내성 흡착제. 블렌드된 흡착제는, 이에 제한되지 않으나, 블렌드된 흡착제 분말(예를 들어, 균일한 블렌드된 흡착제 분말 또는 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말) 또는 형성된(formed) 블렌드된 흡착제(예를 들어, 분리된 다단 흡착제 구조, 균일한 블렌드된 흡착제 구조, 캡슐화 블렌드된 흡착제 구조, 층상 블렌드된 흡착제 구조)를 포함하는 상이한 물리적 형태를 형성할 수 있다.
균일한 블렌드된 흡착제(homogeneous blended sorbent): 조합되어, 블렌드된 흡착제 혼합물 또는 블렌드된 흡착제 내에 복수의 흡착제 물질들이 실질적으로 균일하게 분포되는 흡착제 혼합물을 형성하는, 복수의 흡착제 물질들, 예를 들어, 적어도 하나의 내성 흡착제 및 적어도 하나의 비-내성 흡착제. 균일한 블렌드된 흡착제는 흡착제 지지체 또는 흡착제 기판이 있거나 없는, 형성된 블렌드된 흡착제 또는 흡착제 시트를 형성하는데 사용될 수 있다.
캡슐화 블렌드된 흡착제(encapsulated blended sorbent): 비-내성 흡착제가 내성 흡착체에 의하여 실질적으로 캡슐화, 피복되거나 또는 둘러싸여져, 블렌드된 흡착제 분말 또는 입자를 형성. 상기 비-내성 흡착제는 코어 또는 내부에 위치하고, 내성 흡착제는 쉘 또는 캡슐화 블렌드된 흡착제의 외부 표면 주위에 위치한다. 캡슐화 블렌드된 흡착제는 흡착제 지지체 또는 흡착제 기판이 있거나 없는 흡착제 시트를 형성하는데 사용될 수 있다.
분리된 다단 흡착제(separated staged sorbent): 실질적으로 물리적으로 분리되고, 임의로 흡착제 지지체 또는 흡착제 기판 상에 있을 수 있는, 적어도 하나의 내성 흡착제 및 적어도 하나의 비-내성 흡착제.
지지된 흡착제(supported sorbent): 흡착제 지지체 또는 기판 내 또는 위에 부착되는 하나 이상의 흡착제 물질을 가지는 구조.
층상 블렌드된 흡착제 구조(layered blended sorbent structure): 흡착제 지지체 또는 흡착제 기판의 적어도 외부 표면 또는 둘레에 복수의 흡착제층이 부착된, 흡착제 지지체 또는 흡착제 기판, 여기서 제1 또는 외부층은 내성 흡착제 물질을 포함하고 제2 또는 내부층은 비-내성 흡착제 물질을 포함한다.
흡착제 시트(sorbent sheet): 0.1 내지 3.0 밀리미터의 두께를 가지고, 적어도 흡착제 시트의 길이 또는 폭이 그 두께보다 100배 큰, 자기-지지 시트, 활성층, 또는 라미네이트. 예를 들어, 흡착제 시트는 그 폭이 시트의 두께보다 적어도 10배 큰 리본으로 절단될 수 있다.
형성된 블렌드된 흡착제 구조(formed blended sorbent structure): 공정 유체와 접촉하는, 충전층(pack-bed) 용기 또는 흡착제 접촉기 내에 사용될 수 있는, 밀리미터 크기 입자, 밀리미터 크기 펠릿, 또는 흡착제 시트와 같은 더 큰 물체로 응집된, 블렌드된 흡착제 분말, 예를 들어, 균일한 블렌드된 흡착제 또는 캡슐화 블렌드된 흡착제. 형성된 블렌드된 흡착제는 임의로 바인더 및/또는 흡착제 지지체를 가질 수 있다. 형성된 블렌드된 흡착제 구조는, 이에 제한되지 않으나, 분리된 다단 흡착제 구조, 균일한 블렌드된 흡착제 구조, 캡슐화 블렌드된 흡착제 구조, 또는 층상 블렌드된 흡착제로서 구성될 수 있다. 복수의 형성된 블렌드된 흡착제는 접촉기 및/또는 평행 통로 흡착제 분리기 또는 충전층 흡착제 분리기와 같은 흡착제 분리기를 형성할 수 있다.
평행 통로 흡착제 접촉기(parallel passage sorbent contactor): 복수의 실질적으로 평행인 통로들의 적어도 일부를 정의하는, 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 구조. 평행 통로 흡착제 접촉기는 임의로 상기 평행 통로 및 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 구조를 하우징하기 위한 엔클로저(enclosure)를 가질 수 있다. 기체 혼합물과 같은 공급 스트림, 및 재생 스트림 또는 탈착 스트림이 평행 통로 내로 들여보내져, 흡착제 물질 및/또는 블렌드된 흡착제 구조와 직접 접촉할 수 있다.
내성 흡착제(tolerant sorbent): 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, 산화질소(본원에서 NOx로 언급) 내성 흡착제, 및/또는 산화황(본원에서 SOx로 언급) 내성 흡착제 중 적어도 하나에 대한 정의를 충족하거나 넘어서는 흡착제.
비-내성 흡착제(intolerant sorbent): 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, 산화질소(본원에서 NOx로 언급) 내성 흡착제, 및/또는 산화황(본원에서 SOx로 언급) 내성 흡착제 중 적어도 하나에 대한 정의를 충족하거나 넘어서지 못하는 흡착제.
증기 내성 흡착제(steam tolerant sorbent): 80 내지 120℃ 사이의 온도에서 >95% 상대 습도(본원에서 "RH"로 언급)의 조건에 100시간 이상 동안 노출 후, 흡착 용량, 흡착 에너지 및/또는 흡착 속도의 10% 미만 손실을 유지할 수 있는 다공성 고체 흡착제.
산화 내성 흡착제(oxidation tolerant sorbent): 약 110℃의 온도에서 4시간 이상 동안 공기에 노출 후, 흡착 용량, 흡착 에너지 및/또는 흡착 속도의 10% 미만 손실을 유지할 수 있음.
NOx 내성 흡착제(NOx tolerant sorbent): 40 내지 80℃와 같은, 흡착제가 작동되는 온도에서 50ppm의 산화질소 또는 50ppm의 이산화질소에 24시간 동안 노출 후, 흡착 용량, 흡착 에너지 및/또는 흡착 속도의 10% 미만 손실을 유지할 수 있음.
SOx 내성 흡착제(SOx tolerant sorbent): 40 내지 80℃와 같은, 흡착제가 작동되는 온도에서 50ppm의 이산화황 또는 50ppm의 삼산화황에 24시간 동안 노출 후, 흡착 용량, 흡착 에너지 및/또는 흡착 속도의 10% 미만 손실을 유지할 수 있음.
목표 사이클 용량(target cycle capacity): 정상 상태 작업 하에 흡착-탈착 분리 사이클에 의하여 포획되는 원하는 표적 분자의 양.
사이클 용량(cyclic capacity): 총 흡착제 질량 당 흡착-탈착 분리 사이클 동안 접촉기 또는 흡착제 분리기로부터 회수되는 생성물 스트림으로부터 정제 또는 추출되는 표적 분자의 양.
열용량(heat capacity)(본원에서 "Cp"로 언급): 에너지 적용 전후, 특정 임계 온도까지, 성분, 예를 들어, 흡착제, 흡착제 혼합물, 임의의 흡착제 지지체, 임의의 흡착제 바인더, 및 흡착제 접촉기 내 열 접촉하는 기타 불활성 분자의 온도를 증가시키는데 요구되는 에너지 양의 비.
흡착열(heat of sorption): 기상으로부터 분자를 제거하고 이를 고체 또는 지지된 액체에 부착시킴으로써 방출되는 에너지의 양.
수분 흡착제 물질(water sorbent material): 60% RH 보다 큰 조건에 노출시 5% 넘게 증가하는 중량을 가지는 다공성 고체 흡착제 물질.
표적 화합물 흡착제 물질(target compound sorbent material): 공급 스트림 또는 공급 혼합물이 40 내지 80℃ 범위 온도에 있는 조건에 노출될 때, 1% 넘게 증가하는 중량을 가지는 다공성 고체 흡착제 물질.
재생을 위한 증기 사용의 문제점
도 1a 내지 1d를 참조로 하면, 수분 스윙 재생을 이용하는 전형적인 기체 분리에서 공급 스트림으로부터 CO2의 제거를 목표로 하는 기체 분리 공정의 재생 단계에 대하여, 수분(101) 및 이산화탄소(CO2)(102)의 흡착제 로딩 프로필의 동적 컴퓨터 시뮬레이션 곡선이 도시된다. 도시되지 않으나, 기체 공급 스트림이 근위 말단에서 흡착제 접촉기 내로 들어가고 그를 따라 축 방향으로 이동하여, 그의 원위 말단에서 흡착제 접촉기를 빠져나가, 제1 생성물 스트림을 생산한다. X-축은 근위 말단에서 시작하는 흡착제 접촉기의 축 길이를 미터로 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 흡착제 접촉기의 길이는 약 1.2미터이다. 따라서, 흡착제 접촉기의 원위 말단은 약 1.2미터이다. 재생 스트림으로서 사용되는 증기가 흡착제 접촉기의 원위 말단에서 흡착제 접촉기로 도입되고, 흡착제 접촉기를 따라 그 근위 말단을 향하여, 공급 스트림 흐름 방향과 반대 방향으로, 축 방향으로 이동한다.
보다 구체적으로, 도 1a 및 1b를 참조로 하면, 수분(101) 및 CO2(102)에 대한, 흡착제 접촉기의 축 방향을 따른 흡착제 로딩 프로필의 동적 컴퓨터 시뮬레이션 곡선이 도시된다. 상기 곡선은 2초(도 1a) 및 4초(도 1b)에서 흡착 기체 분리 공정의 재생 단계를 예시한다. X-축은 흡착제 접촉기의 축 길이 또는 위치를 미터로 나타내고, Y-축은 흡착제 물질의 그램 당 로딩을 몰로 나타낸다. 증기가 383 켈빈도(degrees Kelvin)에서 흡착제 접촉기의 원위 말단에 인접하는 증기 유입구 또는 공급물 유출구 말단으로부터 흡착제 접촉기로 도입되고, 상기 증기는 흡착제 접촉기를 따라 축 방향으로 흡착제 접촉기의 근위 말단에 인접하는 (X-축을 따라 0 미터 축 위치에 위치) 증기 유출구 또는 공급물 유출구 말단을 향하여 이동한다.
도 1a 및 1b는 증기가 들여보내지는 접촉기의 원위 말단에 더 가까이 위치하는 (약 0.6-1.2 미터) 흡착제가 접촉기의 반대 및 근위 말단에 위치하는 (약 0.0 - 0.6 미터) 흡착제에 비하여 더 큰 수분 로딩을 받음을 보인다. 더 큰 수분 로딩은 증기 비-내성 흡착제를 손상시키고 그 내구성을 감소시킬 수 있다.
도 1c 및 1d는 도 1a 및 1b와 동일한 시간 및 조건에서 흡착제 접촉기의 축 방향을 따라 온도의 동적 시뮬레이션된 곡선을 도시한다. 도 1c는 증기를 이용하는 흡착 기체 분리 공정의 재생 단계 시작 후 2초에 일어나고 도 1d는 4초에 일어난다. X-축은 흡착제 접촉기의 축 길이 또는 위치를 미터로 나타내고, Y-축은 온도를 켈빈도로 나타낸다. 흡착제 고상 온도가 곡선(103)으로 도시되고, 기상 온도가 곡선(104)으로 도시된다.
도 1c 및 1d는 증기가 들여보내지는 접촉기의 원위 말단에 더 가까이 위치하는 (1.2 미터) 흡착제가 접촉기의 반대 근위 말단에 위치하는(0.0 미터) 흡착제에 비하여 더 높은 온도에 놓임을 보인다. 흡착제가 더 높은 온도를 가하는 것은 비-내성 흡착제를 손상시키고 그 내구성을 감소시킬 수 있다.
도 1a 및 1b에서, 접촉기의 근위 말단에 인접하는(X-축을 따라 0 미터 축 위치) 흡착제에 고체 또는 흡착제의 더 낮은 수분 흡착 로딩 및 고체 또는 흡착제의 더 낮은 온도가 가하여지는 것이 또한 관찰될 수 있다. 이는 탈착된 CO2가 접촉기를 통하여 전진함에 따라 증기를 희석시키므로, 흡착제와 평형 상태인 기상 내 증기의 감소된 부분 압력에 의하여 설명될 수 있다. 열관성(thermal inertia) 또한 접촉기의 근위 말단에서 고체 또는 흡착제의 더 낮은 수분 흡착 로딩을 야기할 수 있는 다른 요인일 수 있다. 반대로, 원위 말단에 인접하는(X-축을 따라 1.2 미터 축 위치) 접촉기에 흡착제의 더 높은 수분 흡착 로딩 및 흡착제의 더 높은 온도가 가하여질 수 있다.
도 2는 재생 스트림으로서 증기를 이용하는 흡착 기체 분리 공정의 재생 단계 동안, 접촉기의 길이를 통한 노출 지속 기간의 시뮬레이션된 곡선을 보인다. 또 다시, X-축은 흡착제 접촉기의 축 길이 또는 위치를 미터로 나타내고, Y-축은 지속 기간을 초로 나타낸다. 증기가 앞에서와 같이 (X-축을 따라 1.2 미터 축 위치에 위치하는) 원위 말단으로부터 도입되고, 근위 말단 또는 공급물 유입구(X-축을 따라 0 미터 축 위치)를 향하여 접촉기를 따라 이동할 수 있다. 이 곡선의 목적을 위하여, 증기가 4초 동안 들여보내졌다. 증기 곡선(201)은 접촉기 축 위치에서 흡착제 그램 당 흡착된 수분이 3mmol 위인 증기 노출 지속 기간을 도시한다. 온도 곡선(202)은 접촉기의 축 위치에서 380 켈빈도를 초과하는 온도 노출 지속 기간을 도시한다. 이러한 지속 기간은 흡착제 상에 포획된 CO2의 약 70%를 탈착시키기에 충분한 증기 플럭스와 지지된 아민 흡착제를 사용하는 CO2 정제 사이클에 대한 동적 시뮬레이션의 결과이다.
도시되는 바와 같이, 도 2는 접촉기의 원위 말단 (또는 증기가 도입되는 말단)에 더 가까이 위치하는 흡착제가 더 긴 지속 기간 동안 증기 및 온도 노출 한계에 놓여짐을 보인다. 접촉기의 약 3분의 1이 고체의 3mmol 수분 로딩 또는 380 켈빈도 위에 노출되지 않은 반면 (0 내지 0.4 미터), 접촉기의 다른 약 3분의 1은 (0.4 내지 0.8미터) 이러한 조건 하에 사이클 당 2초 미만 노출된다. 증기 및 온도 노출 한계 위에 더 긴 노출은 비-내성 흡착제의 내구성 감소를 보조할 수 있다.
도 3은 흡착제 재생을 위하여 증기를 사용하면서 1000 시간 작업 후, 접촉기를 따라 중합성 아민계 흡착제에 대한 흡착 용량 손실을 도시한다. X-축은 흡착제 접촉기의 축 길이 또는 위치를 미터로 나타내고, Y-축은 흡착 용량 손실을 백분율로 나타낸다. 증기가 원위 말단 (X-축을 따라 1.2 미터 축 위치에 위치)로부터 도입되고, 접촉기의 근위 말단(X-축을 따 0 미터 축 위치)에 인접하는 증기 유출구 또는 공급물 유입구를 향하여 접촉기를 따라 이동한다.
집중적인 시험을 이용한 탈활성화 프로필의 분석은, 재생 스트림으로서 증기를 사용하는 흡착 기체 분리 공정의 재생 단계와 연관될 수 있는, 흡착 용량의 유사한 단계적 손실을 입증한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 용량 손실 곡선(301)은 증기 유입구 말단(X-축 상에서 1.2 미터 축 위치)으로부터 전파되는, 증기 유도 CO2 저하 프로필 또는 흡착 용량 손실의 예를 도시한다. 중합성 아민계 물질은 라미네이트 흡착제 시트로서 구성되며, 이는 공정의 일부 중 (용기 벽 가까이) 과량의 수분 응축을 경험한다. 접촉기의 일부는 계속하여 거의 무손상이나, 더 큰 증기 흡착 및 증기 노출을 가지는 접촉기의 일부는 그 CO2 흡착 용량의 많은 부분을 잃는다. 물질 숙성(aging)이 접촉기 내 온도 프로필 및 증기 재생 중 수분 흡착 프로필에 영향을 미치므로, 이러한 유형의 손상은 시간 경과에 따라 전파되는 경향이 있다. 충분한 시간으로, 접촉기 내 모든 흡착제가 영향을 받을 수 있다. 전파가 없었다면, 흡착제 접촉기 용적의 과설계(over design)가 이러한 문제에 대한 해결책이 될 수 있었을 것이나, 출원인은 일 말단에서 저하가 접촉기 또는 용기의 다운스트림 부분에 영향을 미치는 "스노우볼(snowball)" 효과로 인하여 이는 실행 가능한 해결책이 아니었을 것이라고 믿는다. 도 3은 증기가 들여보내지는 접촉기의 원위 말단 또는 말단에 더 가까이 위치하는 흡착제에 대한 흡착 용량의 더 큰 손실을 입증한다.
수분으로부터 손상을 완화하기 위한 해결책
증기 비-내성 흡착제 물질을 가지는 접촉기 내 재생 스트림으로서 증기 사용의 손상 영향을 완화하기 위한 가능한 해결책은, 유리하게 블렌드된 또는 조합된 흡착제의 흡착 용량의 큰 감소 없이 비-내성 흡착제 물질의 내구성을 증가시키기 위하여 비-내성 흡착제 물질과 혼합되는 내성 흡착제 물질의 다양한 배합을 포함하는 블렌드된 흡착제일 수 있다.
구현예에서, 블렌드된 흡착제 물질의 총 중량에 대한 하나 이상의 내성 흡착제 물질(증기, 산소, NOx, SOx에 내성)의 중량의 비는 약 20% 이상일 수 있다. 구현예에서, 상기 비는 바람직하게 약 30% 이상, 더 바람직하게 약 40% 이상일 수 있다. 소량, 예를 들어 20% 미만의 내성 흡착제 물질은 흡착 공정의 증기 재생 중 블렌드된 흡착제의 반응 및 전체적인 열적 특성에 충분히 영향을 미치지 않을 것이다. 소량, 예를 들어 20% 미만의 내성 흡착제 물질은 캡슐화된 코어/쉘 구조에 대하여 NOx 및 SOx 보호를 달성하기에 충분할 수 있으나, 그러한 소량의 내성 흡착제 물질은 증기의 손상 영향을 완화하기에 충분하지 않을 것이다.
구현예에서, 본 발명에서 고려되는 수분의 손상 영향 완화(즉, 보호)는 수분 유도 흡착제 저하에 대한 보호에 제한되지 않는다. 본 발명의 블렌드된 흡착제는 산화질소, 산화황 또는 산소에 노출될 때, 흡착제 물질 상에 흡착되는 산화질소, 산화황, 또는 산소의 로드를 감소시킴으로써, 비-내성 흡착제를 보호하는데 사용될 수도 있다. 기타 구현예에서, 본 발명의 블렌드된 흡착제는 흡착 분리 공정의 재생 단계에서 증기를 사용하면서 블렌드된 흡착제의 원하는 재생 온도를 변화시키는데 사용될 수 있다. 내성 및 비-내성 흡착제 물질 모두 수분 흡착제 및 표적 화합물 흡착제 물질이다. 따라서, 산화질소 또는 산화황으로부터 저하에 대하여 보호하기 위하여 세그먼트화된 베드 또는 층상 흡착제 구조의 사용은 잘 알려져 있으나, 흡착 기체 분리 공정의 재생 단계에서 증기를 사용하면서 원하는 재생 온도를 감소시키면서 블렌드된 흡착제를 사용하는 조합은, 블렌드된 흡착제가 열적으로 커플링될 수 있는 증기 재생 분리 성능에 관하여 특정 요건을 충족시킬 필요가 있으므로, 신규하고 유일무이한 것이다.
다른 구현예에서, 블렌드된 흡착제는, 예를 들어, 흡착 기체 분리 공정의 재생 단계 동안, 표적 분자를 탈착시키기 위하여 요구되는 에너지와 블렌드된 흡착제 상에 수분 흡착시 방출되는 에너지 양 사이의 원하는 에너지 균형을 포함할 수 있다. 상기 구현예의 일 측면에서, 및 CO2 기체 분리 적용의 경우, 블렌드된 흡착제는 식 (1)에 보이는 바와 같이, 각각의 흡착제에 대한 수분 (사이클) 흡착 용량과 수분 흡착열의 곱들의 합이 각각의 흡착제에 대한 표적 분자, 예를 들어, CO2 (사이클) 흡착 용량과 표적 분자, 예를 들어, CO2 흡착열의 곱들의 합보다 크도록 수분 흡착 용량을 포함할 수 있다.
Figure pct00001
(1)
상기 식에서,
∑sorbents = 각각의 흡착제에 대한 곱들의 합
Qwater-cyclic = 사이클 작업 중, 수분 흡착 사이클 용량
△Hads-water = 수분 흡착열
Qselect-cyclic = 사이클 작업 중, 표적 분자(예를 들어, CO2) 흡착 사이클 목표 용량
△Hads-Select = 표적 분자(예를 들어, CO2) 흡착열
다른 구현예에서, 임의로, 흡착 분리 공정의 재생 단계 동안, 수분 흡착이 그 최대 용량에 있을 때와 같은 증기 재생 설계 조건에서, 예를 들어, 블렌드된 흡착제가 100 내지 160℃의 온도에 있을 때, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질, 예를 들어, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, 및/또는 SOx 내성 흡착제의 수분 흡착 용량은 블렌드된 흡착제의 수분 흡착 용량의 약 20%, 30% 또는 40%와 같거나 그보다 크다.
블렌드된 흡착제, 예를 들어, 분리된 다단 흡착제, 균일한 블렌드된 흡착제 및/또는 캡슐화 블렌드된 흡착제는, 각각의 흡착제의 흡착 특성의 대부분, 예를 들어, 흡착 용량 및 흡착 에너지를 유지하면서, 이에 제한되지 않으나, 시트 또는 라미네이트로 형성되어 형성된 블렌드된 흡착제 구조를 형성할 수 있다. 구현예에서, 형성된 블렌드된 흡착제 구조 (분리된 다단 흡착제 구조, 균일한 블렌드된 흡착제 구조, 캡슐화 블렌드된 흡착제 구조, 또는 층상 블렌드된 흡착제와 같은)는 약 100 마이크로미터 내지 약 3000 마이크로미터 범위의 두께를 가질 수 있다.
열 스윙(thermal swing) 또는 유도 열 스윙 흡착 기체 분리(induced thermal swing sorptive gas separation) 공정은 블렌드된 흡착제 및 그의 임의의 흡착제 지지체 또는 기판의 열용량에 의하여 상당히 영향을 받을 수 있다. 구현예에서, 흡착제 분리기, 접촉기, 형성된 블렌드된 흡착제 또는 지지 블렌드된 흡착제는 블렌드된 흡착제, 흡착제 지지체, 예를 들어, 라미네이트 또는 시트를 포함할 수 있고, 흡착제 지지체, 바인더, 및 상기 흡착제 지지체, 라미네이트 또는 시트의 기타 화학적으로 수동적인 성분을 포함하는 각각의 성분의 열용량에 대한 활성 성분 또는 흡착제 물질의 열용량의 비는 식 (2)에 보이는 바와 같다.
Figure pct00002
(2)
상기 식에서,
∑sorbents = 각각의 흡착제에 대한 곱들의 합
Cpsorbent = 활성 성분 또는 흡착제의 열용량
Masssorbent = 흡착제 질량
∑component = 각각의 흡착제 지지체, 라미네이트 또는 시트의 곱들의 합
Cpcomponent = 흡착제 지지체, 라미네이트 또는 시트의 열용량
Masscomponent = 흡착제 지지체, 라미네이트 또는 시트의 질량.
흡착제 접촉기의 구현예에서, 활성 성분 또는 흡착제의 총 열용량의 합은 흡착제 지지체, 라미네이트 또는 시트의 총 열용량의 합보다 크다. 흡착제 접촉기의 다른 구현예에서, 활성 성분 또는 흡착제의 총 열용량과 상기 활성 성분의 질량 분율의 곱의 합은 흡착제 성분, 흡착제 지지체를 포함하는 형성된 물질 내 모든 성분들의 질량 분율과 열용량의 곱의 합, 또는 상기 라미네이트, 또는 시트의 총 열용량의 합, 곱하기 0.75보다 크다.
형성된 블렌드된 흡착제 또는 지지 블렌드된 흡착제의 구현예에서, 활성 성분 또는 흡착제의 열용량의 합은 흡착제 지지체, 라미네이트 또는 시트의 열용량의 합보다 크다. 형성된 블렌드된 흡착제 또는 지지 블렌드된 흡착제의 다른 구현예에서, 활성 성분 또는 흡착제의 중량 분율과 열용량의 곱의 합은 흡착제를 포함하는 흡착제 성분, 지지체, 및 라미네이트 또는 시트 내 기타 비-활성 첨가제의 중량 분율과 열용량의 곱의 합, 곱하기 0.75보다 크다.
임의의 구현예에서, 흡착 분리 공정의 재생 단계 동안, 수분 흡착이 그 최대 용량으로 있을 때와 같은 증기 재생 조건하에, 예를 들어, 블렌드된 흡착제가 100 내지 160℃의 온도에 있을 때, 하나 이상의 내성 흡착제 물질(증기, 산소, NOx, SOx에 내성)의 수분 흡착 용량은 블렌드된 흡착제의 수분 흡착 용량의 약 20%와 같거나 그보다 클 수 있다. 구현예에서, 상기 용량은 바람직하게 약 30% 이상, 또는 더 바람직하게 약 40% 이상일 수 있다.
블렌드된 흡착제 분말
구현예에서, 하나 이상의 내성 흡착제 물질은 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질과 조합되어, 예를 들어, 흡착제 지지체를 가지는 흡착제 시트(지지 흡착제 구조), 흡착제 지지체가 없는 흡착제 시트(자기-지지 흡착제 구조), 흡착제 지지체가 있거나 없는 흡착제 펠릿, 흡착제 접촉기, 또는 흡착제 모노리스를 형성하는데 사용될 수 있는, 블렌드된 흡착제 분말을 형성할 수 있다. 흡착제 지지체가 있거나 없는 하나 이상의 흡착제 시트, 흡착제 지지체가 있거나 없는 흡착제 펠릿, 흡착제 접촉기, 또는 흡착제 모노리스는 본원에서 흡착제 분리기로 언급되는 흡착제 기체 분리기를 형성하는데 사용될 수 있다. 블렌드된 흡착제 분말은 균일한 블렌드된 흡착제 분말 또는 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말로서 구성될 수 있다.
일 측면에서, 후술하는 흡착제 물질은 다음 중 임의의 것일 수 있다: 건조제(desiccant), 활성탄, 흑연, 탄소 분자체, 활성 알루미나, 분자체, 알루미노포스페이트, 실리코알루미노포스페이트, 제올라이트 흡착제, 이온 교환 제올라이트, 친수성 제올라이트, 소수성 제올라이트, 개질 제올라이트, 천연 제올라이트, 포자사이트(faujasite), 클리노프틸로라이트(clinoptilolite), 모데나이트(mordenite), 금속-교환 실리코-알루미노포스페이트, 단극성(uni-polar) 수지, 양극성(bi-polar) 수지, 방향족 가교 폴리스티렌 매트릭스, 브롬화 방향족 매트릭스, 메타크릴산 에스테르 코폴리머, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 나노물질, 금속염 흡착제, 과염소산염(perchlorate), 옥살산염(oxalate), 알칼리 토 금속 입자, ETS, CTS, 금속 산화물, 담지 알칼리 탄산염(supported alkali carbonates), 알칼리-촉진 하이드로탈사이트(alkali-promoted hydrotalcites), 화학흡착제, 아민, 유기-금속 반응물, 금속 유기 프레임워크(MOF) 흡착제, 폴리에틸렌이민 도핑 실리카(PEIDS) 흡착제, 관능화 모노머 및 구조 형성 모노머를 가지는 코폴리머와 같은 다공성 폴리머, 일반적으로 아민, 카르복시산, 기타 수분 흡착기, 전이 금속, 산성 또는 염기성 작용기 또는 원자 클러스터를 함유하는 다공성 물질, 아민 함유 다공성 네트워크 폴리머 흡착제, 아민 도핑 다공성 물질 흡착제, 아민 도핑 MOF 흡착제, 도핑 활성탄, 도핑 그래핀, 알칼리-도핑 또는 희토류 도핑 다공성 무기 흡착제, 고표면적 실리카, 실리카 또는 실리케이트와 같은 비정질 또는 반-결정성 다공성 물질, 템플릿화 메조다공성 실리카, 관능화 실리카 또는 실리케이트, 비정질 탄소, 관능화 비정질 탄소.
도 4a 및 4b를 참조로 하면, 두 개의 상이한 흡착제 물질 또는 화학적 배합을 가지는 블렌드된 흡착제 분말이 도시된다. 도 4a에 균일한 블렌드된 흡착제 분말이 도시되고, 도 4b는 캡슐화된 블렌드된 흡착제 분말의 구현예를 보인다.
블렌드된 흡착제 분말 형성을 위한 적어도 제1 내성 흡착제 물질 및 제2 내성 흡착제 물질(증기, 산소, NOx, SOx에 내성)을 가지는 블렌드된 흡착제 분말의 대안적 구현예에서, 제1 내성 흡착제 물질 및 제2 내성 흡착제 물질은 수분 흡착에 대한 상이한 흡착 등온선(sorption isotherms)을 가지고, 상기 블렌드된 흡착제 분말의 시트 또는 라미네이트 또는 밀리미터 크기 입자를 형성하기 위한 흡착제 지지체 또는 형성 요소(forming elements)를 임의로 포함한다.
균일한 블렌드된 흡착제 분말
일 구현예에서, 하나 이상의 내성 흡착제 물질은 비-내성 흡착제 물질과 조합되어, 본원에서 균일한 블렌드된 흡착제 분말로 언급되는, 혼합된 분말 내에 실질적으로 균일한 분포를 가지는 블렌드된 흡착제 분말 또는 혼합물을 형성할 수 있다. 내성 및 비-내성 흡착제 물질 모두 수분 흡착제 및 표적 화합물 흡착제 물질이고, 수분 흡착에 대한 상이한 에너지학(energetics)을 가질 수 있다.
도 4a에 도시되는 바와 같이, 균일한 블렌드된 흡착제 분말(400)의 구현예는 내성 흡착제 물질(402)과 조합되는 비-내성 흡착제 물질(401)을 포함하고, 상기 비-내성 흡착제 물질(401) 및 내성 흡착제 물질(402)은 상기 균일한 블렌드된 흡착제 분말(400) 내에 실질적으로 균일하게 분포한다.
증기가 재생 스트림으로 사용되는 흡착 기체 분리 공정의 탈착 또는 재생 단계 동안, 재생 유체의 특정 증기 부분 압력 및 흡착제 물질의 온도에서, 흡착제 물질이 흡착제 물질 상에 증기 로딩이 중단되는 최대 단열 온도에 도달할 수 있다. 상기 단열 온도는 최초 흡착제 온도 및 발열성 수분 흡착 또는 응축 공정에 의하여 유도되는 승온의 결과이다. 증기에 대하여, 대기압에서, 최대 단열 온도는 흡착제 물질에 따라 전형적으로 105 내지 150℃이다. 전형적으로, 실질적으로 동일한 조건 하에, 증기 내성 흡착제는 증기 비-내성 흡착제 물질의 최대 단열 온도보다 높은 최대 단열 온도를 가진다.
내성 및 비-내성 흡착제 물질이 조합 및 블렌드될 때, 실질적으로 균일한 흡착제 혼합물 또는 블렌드가, 전형적으로 내성 흡착제 물질의 최대 단열 온도와 비-내성 흡착제 물질의 최대 단열 온도 사이의 범위의 온도에 속하는, 블렌드된 최대 단열 온도에 도달할 수 있다. 균일한 흡착제 혼합물에 대한 최대 단열 온도에서, 비-내성 흡착제 물질(더 낮은 단열 온도를 가지는)의 수분 로딩은, 도 6a, 6b 및 6c에 도시하고 본원에서 추후 더 논의하는 바와 같이, 실질적으로 유사한 조건에서 비-블렌드된 것처럼 그 수분 로딩에 비하여 더 낮은 수분 로딩을 가질 것이다.
이는 균일한 블렌드된 흡착제 내 증기 비-내성 흡착제 물질의 평형 수분 로딩 이동에 의하여 설명될 수 있다. 이 실시예에서, 증기 내성 흡착제 물질은 비-내성 흡착제 물질에 비하여 고온에서 증가된 수분 흡착능을 가지며, 이는 증기 비-내성 흡착제의 유효 최대 단열 온도를 증가시키고, 어떤 의미에서는, 비-내성 흡착제 물질을 "과열(overheat)"시키고, 상기 비-내성 흡착제 물질은 과열 조건 및 온도에서 수분을 탈착시킨다.
흡착제 및 그의 많은 탈활성화 메커니즘, 예를 들어, 상 변화는 스위치와 같은 특성 및 임계값을 가지며, 여기서 작업 조건, 예를 들어, 증기 로딩의 크지 않은 변화조차도 흡착제 물질의 비가역적 변화 또는 저하를 초래할 수 있다. 유사한 예는 다공성 흡착제 기공을 RH에 대하여 비교적 특유의 임계값을 또한 가지는 액체 수분으로 충전하는 것에 관한 것이다.
일부 다공성 고체 비-내성 흡착제를 이용하여, 저하 메커니즘의 활성화는 수분 로딩보다 온도에 더 민감할 수 있다. 이 경우, 비-내성 흡착제 물질을 내성 흡착제 물질과 블렌딩하여 균일한 블렌드된 흡착제를 형성하는 것은 (특정 증기 부분압 하에) 상기 내성 흡착제 물질의 유효 최대 단열 온도 감소를 초래할 수 있으며, 이는 이로울 것이다. 균일한 블렌드된 흡착제에 대하여, 감소된 유효 최대 단열 온도를 가지는 내성 흡착제 물질은 수분을 방출하고 온도 임계값 위의 균일한 블렌드된 흡착제 또는 혼합물을 냉각시킴으로써 비-내성 흡착제 물질에 대한 열적 완충으로서 작용할 수 있다.
대안적 구현예에서, 제한된 수분 흡착 용량 및 표적 분자에 대한 높은 선택도 또는 친화도를 가지는 흡착제 물질이 증기 비-내성 흡착제 물질과 조합되어 균일한 블렌드된 흡착제 분말을 형성할 수 있다. 상기 균일한 블렌드된 흡착제 분말은 각각의 흡착제에 비하여, 표적 분자에 대한 흡착 용량에 대하여 전체적인 열용량 증가를 가질 수 있다. 따라서, 균일한 블렌드된 흡착제 분말은 표적 분자에 노출될 때 내성 흡착제의 감소된 유효 최대 단열 온도를 경험할 것이다. 증기가 제한된 수분 흡착 용량 및 표적 분자에 대한 높은 친화도를 가지는 흡착제 물질 상에 흡착되는 재생 단계 동안에도 그러하다.
다른 구현예에서, 다성분 기체 스트림으로부터 성분 분리를 위한 임의로 적어도 하나의 지지된 흡착제를 가지는 흡착제 분리기 및/또는 적어도 하나의 흡착제 접촉기는 균일한 블렌드된 흡착제 물질 형성을 위하여 증기 비-내성 흡착제 물질과 조합되는 하나 이상의 증기 내성 흡착제 물질, 및 상기 균일한 블렌드된 흡착제 물질과 유체 연결되는 적어도 하나의 유체 통로를 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 다성분 기체 스트림으로부터 성분 분리를 위한 임의로 적어도 하나의 지지된 흡착제를 가지는 흡착제 분리기 및/또는 적어도 하나의 흡착제 접촉기는, 표적 분자에 대한 높은 친화도 또는 선택도 및 제한된 수분 흡착 용량을 가지는 제1 흡착제 물질, 및 제2 또는 증기 비-내성 흡착제 물질 (상기 제1 흡착제 물질 및 제2 흡착제 물질은 조합되어 균일한 블렌드된 흡착제 물질을 형성함), 및 상기 균일한 블렌드된 흡착제 물질과 유체 연결되는 적어도 하나의 유체 통로를 포함할 수 있다.
캡슐화 블렌드된 흡착제 분말
일 구현예에서, 비-내성 흡착제 물질은 내성 흡착제 물질에 의하여 캡슐화되어 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말을 형성할 수 있다. 비-내성 흡착제 물질의 캡슐화는 내성 흡착제 물질 합성 동안 수행될 수 있고, 여기서 상기 내성 흡착제 물질은 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말의 코어를 형성하는 비-내성 흡착제 물질 입자 주위에 캡슐, 피복 또는 쉘을 형성할 수 있다. 상기 캡슐 또는 쉘 형성은, 예를 들어, 실리카 입자 주위에 비정질 탄소층 적층 또는 쉘 물질 코팅을 이용하여, 내성 흡착제 물질 미세 입자의 응집에 의해서도 달성될 수 있다.
코어/쉘 기하학 또는 구조를 가지는 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말을 이용하여, 내성, 예를 들어, 증기, 산화, NOx 및/또는 SOx 내성을 증가시키는 추가적인 메커니즘은 쉘의 흡착제 물질, 예를 들어, 제1 또는 내성 흡착제 물질의 특성을 조정하여 흡착, 포화, 및 쉘 물질을 통한 수분 수송 속도를 변화시킴에 의해서일 수 있다. 상기 캡슐화된 블렌드 흡착제 분말의 쉘 및 코어를 통한 증기 구배는 상기 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말의 코어에 대하여 상기 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말의 쉘의 외부 표면에서 더 빠른 흡착을 유도한다. 쉘의 흡착 물질의 기공이 기공 충전 조건에 도달함에 따라, 이는 유리하게 코어의 흡착제 물질, 예를 들어, 비-내성 흡착제 물질에 대한 증기 수송을 감소 및/또는 지연시킬 수 있다. 신속한 사이클 작업을 위하여, 운동역학 유도(kinetic driven) 흡착 선택도를 효과적으로 이용하여 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말의 코어 내 평형 흡착 용량에 도달하는 것을 피할 수 있다.
도 4b에 도시되는 바와 같이, 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말(400)은 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말(400)의 코어를 형성하는 비-내성 흡착제 물질(401)의 개별 입자들을 포함할 수 있고, 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말(400)의 쉘을 형성하는 내성 흡착제 물질(402)에 의하여 캡슐화될 수 있다. 이 경우, 흡착제 물질(401)은 증기에 노출되기에는 최소 내성 흡착제 물질일 것이다. 증기, 산소, NOx 또는 SOx에 대한 흡착제로서 작용하는 흡착제 물질(402)은 공정 단계 동안 기체 또는 증기가 흡착제 물질(401)로 확산하는 것을 부분적으로 또는 전적으로 제한할 수 있다.
증기를 재생 스트림으로 사용하는 일부 흡착 기체 분리 공정은 비교적 짧은, 예를 들어 1분 미만의 사이클을 가지는 작업으로 설계될 수 있다. 이러한 적용에서, 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말은 비-내성 흡착제 물질(401)의 NOx 및 SOx에 노출을 감소 또는 방지할 수 있다. 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말은 내성 흡착제 물질(401) 및/또는 비-내성 흡착제 물질(401) 내에 같은, 분말 내 확산 기체 조성의 구배 및 작업 온도 변화를 가능하게 할 수 있으며, 이는 유리하게, 예를 들어 증기 및/또는 산소에 노출 및 관련되는 흡착 성능 손실 완화를 초래할 수 있다.
캡슐화 블렌드된 흡착제 분말의 전형적인 입자 크기는 쉘을 포함하여 0.5 내지 10 마이크로미터이다. 흡착 물질(401) 및 흡착 물질(402)의 유사한 밀도를 가지는 5 마이크로미터 코어/쉘 입자 직경에 대하여, 1 마이크로미터 두께의 쉘 층은 상기 입자 또는 분말 내 흡착제 총 질량의 42%에 해당할 것이다.
각각의 미크론 크기 입자의 다공성 코팅은 도 4b의 예에서 사용되는 것과 같은 0.4 나노미터 내지 50 나노미터 이내의 기공 직경을 가지는 메조다공성 또는 나노다공성 물질의 층에 비하여 효과적인 확산 장벽일 수 없으나, 입자 내 흡착 속도가 입자들 간의 다공성 네트워크를 통한 확산 시간과 동일 규모라면, 이는 무작위로 혼합된 분말보다 상대적으로 효과적일 수 있다. 복수의 흡착제층으로 구성되는 블렌드된 흡착제 또한, 각각의 흡착제 물질이 바람직하게 상이한 바인더 및 분산제를 가지므로, 미립자 혼합물의 슬러리를 개발할 필요성을 완화할 수 있다. 따라서, 복수 층으로 구성되는 블렌드된 흡착제는 유리하게, 각각의 층이 상이한 바인더 및/또는 분산제를 가지는 것을 가능하게 하며, 이는 흡착제, 구조화된 흡착제 및/또는 접촉기의 성능 및/또는 내구성을 개선할 뿐 아니라, 제조 능력(manufacturability)을 개선할 수 있다.
구현예에서, 다성분 기체 스트림으로부터 성분 분리를 위한 흡착제 분리기 및/또는 적어도 하나의 흡착제 접촉기는 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말을 형성하기 위하여 내성 흡착제 물질에 의하여 캡슐화되는 비-내성 흡착제 물질, 및 상기 캡슐화 블렌드된 흡착제와 유체 연결되는 적어도 하나의 유체 통로를 포함할 수 있다. 상기 흡착제 접촉기는 흡착제 지지체 또는 기판 내 및/또는 위에 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말을 포함할 수 있다.
형성된 블렌드된 흡착제 구조
구현예에서, 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 상기한 바와 같이 하나 이상의 내성 흡착제 물질, 및 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질을 포함할 수 있다. 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 자기-지지 또는 흡착제 지지체 또는 흡착제 기판이 없거나, 임의로 흡착제 지지체 또는 흡착제 기판으로 지지될 수 있다. 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 분리된 다단 흡착제, 균일한 블렌드된 흡착제 구조, 캡슐화 블렌드된 흡착제 구조, 또는 층상 블렌드된 흡착제 구조로 구성될 수 있다. 복수의 형성된 블렌드된 흡착제들이 접촉기 및/또는 평행 통로 흡착제 분리기 또는 충전층 흡착제 분리기와 같은 흡착제 분리기를 형성할 수 있다.
분리된 다단 흡착제 구조
분리된 다단 흡착제는 다단 흡착제 구조로 하나 이상의 증기 비-내성 흡착제 물질로부터 하나 이상의 증기 내성 흡착제 물질의 물리적 분리를 포함할 수 있다.
구현예에서, 분리된 다단 흡착제 구조는: 분리된 다단 흡착제 구조의 제1 말단 및/또는 증기가 들여보내지는 흡착제 접촉기의 유입구에 실질적으로 인접하거나 가장 가까이 위치하는 더 높은 수열(hydrothermal) 안정성을 가지는 제1 흡착제 물질 또는 내성 흡착제 물질을 가지는 제1 단; 및 상기 제1 또는 내성 흡착제 물질의 다운스트림, 상기 분리된 다단 흡착제 구조의 제1 말단 및/또는 증기가 회수되는 흡착제 접촉기의 말단에 위치하는 더 낮은 수열 안정성을 가지는 비-내성 흡착제 물질을 가지는 제2 단을 포함한다. 상기 분리된 다단 흡착제는 자기-지지이거나 흡착제 지지체를 더 포함할 수 있다.
흡착 기체 분리 공정의 재생 또는 탈착 단계 동안, 증기가 흡착제 분리기 또는 흡착제 접촉기 내로 첨가 또는 들여보내질 수 있다. 구현예에서, 들여보내지는 증기의 양은 바람직하게 내성 및 비-내성 흡착제 물질 모두의 포화량 아래일 수 있으며, 이에 따라 증기 민감성 흡착제 물질 또는 비-내성 흡착제 물질이 받는 증기의 양을 감소시킬 수 있다. 이는 유리하게 비-내성 흡착제 물질의 내구성 증가를 가져온다.
제1 단 내 내성 흡착제 물질 상에 수분 흡착에 의하여 생성되는 흡착열은 증기 및/또는 탈착된 표적 분자, 예를 들어 CO2의 흐름 방향과 실질적으로 유사한 방향으로 이동하고, 비-내성 흡착제 물질에 대한 탈착열의 적어도 일부를 제공함으로써 제2 단 내 비-내성 흡착제 물질의 재생을 보조할 수 있다.
제2 단 내에서 증기에 더 낮은 수열 안정성을 가지는 비-내성 흡착제 물질의 노출 감소는 전체적인 기체 분리 성능 및/또는 흡착 용량에 거의 영향을 미치지 않으면서, 비-내성 흡착제 물질, 지지 흡착제, 흡착제 접촉기, 및/또는 분리기의 내구성이 큰 영향을 미칠 수 있다. 내성 및 비-내성 흡착제 물질 모두 수분 흡착제 및 표적 화합물 흡착제 물질이다.
도 5a 및 5b는 흡착제 분리기, 흡착제 접촉기 또는 분리된 다단 흡착제 구조 형태를 가지는 형성된 블렌드된 흡착제의 구현예들의 다양한 흡착제 프로필을 도시한다.
보다 구체적으로, 도 5a에 도시되는 바와 같이, 분리된 다단 흡착제 구조는 제1단 및 제2단을 가질 수 있으며, 각각의 단 내 흡착제는 상이한 화학적 배합을 가질 수 있다. 도시되는 바와 같이, 형성된 블렌드된 흡착제의 구현예의 흡착 프로필은, 분리된 다단 흡착 구조(510)의 제1 부분 또는 제1 단(511) 내 위치하는 증기 내성 흡착제 및 분리된 다단 흡착제 구조(510)의 제2 부분 또는 제2 단(512) 내 위치하는 증기 비-내성 흡착제를 포함하는, 분리된 다단 흡착제 구조(510)로서 구성될 수 있다. 증기 내성 흡착제 및 증기 비-내성 흡착제가 증기 스트림의 흐름 방향(501)에 대하여 직렬로 위치하고 유체 연결되며, 상기 증기 내성 흡착제 물질은 원위 말단과 같은, 증기 스트림에 대한 접촉기의 유입구에 가장 가까이 위치한다.
도 5b는 제1 단 및 제2 단을 가지는 분리된 다단 흡착제 구조를 도시하며, 여기서 제1 단은 비-내성 흡착제와 함께 내성 흡착제를 포함하고, 제2 단은 비-내성 흡착제를 포함할 수 있다. 분리된 다단 흡착제 구조는 자기-지지이거나 흡착제 지지체를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5b는 분리된 다단 흡착제 구조(52)로서 구성되는 형성된 블렌드된 흡착제의 구현예의 흡착제 프로필을 도시한다. 분리된 다단 흡착제 구조(520)의 제1 부분 또는 제1 단(521) 내에, 증기 내성 흡착제 물질(더 어두운 음영으로 도시)와 블렌드된 증기 비-내성 흡착지 물질(더 옅은 음영으로 도시)의 불균일하게 분포하는 구배가 있다. 제1 단(521)은 원위 말단과 같은, 증기 스트림의 흐름 방향(501)으로 도시되는, 증기 스트림에 대한 접촉기의 유입구에 가장 가깝다. 분리된 다단 흡착제 구조(520)의 제2 부분 또는 제2 단(522) 내에, 증기 비-내성 흡착제 물질이 실질적으로 균일하게 분포한다 (균일한 음영으로 도시).
다른 구현예에서, 다성분 기체 스트림으로부터 성분 분리를 위한 흡착제 분리기 및/또는 적어도 하나의 흡착제 접촉기는 제1 또는 내성 흡착제 물질을 가지는 제1 단 및 제2 또는 비-내성 흡착제 물질을 가지는 제2 단, 및 상기 제1 단 내 제1 또는 내성 흡착제 물질 및 상기 제2 단 내 제2 또는 비-내성 흡착제 물질과 유체 연결되는 적어도 하나의 유체 통로를 포함할 수 있고, 상기 제1 단은 증기 스트림의 흐름 방향에 대하여 제2 단의 업스트림에 위치한다. 상기 흡착제 기체 분리기는 제1 단에 실질적으로 인접하는 증기 스트림 유입구 및 제2 단에 실질적으로 인접하는 증기 스트림 유출구를 더 포함할 수 있다. 상기 분리된 다단 흡착제는 자기 지지이거나 흡착제 지지체를 가질 수 있다.
수분 흡착에 대한 상이한 에너지학을 가지는 균일한 블렌드된 흡착제 구조
구현예에서, 균일한 블렌드된 흡착제 구조는 본 발명의 균일한 블렌드된 흡착제 분말 및 임의로 흡착제 지지체를 포함할 수 있고, 상기 균일한 블렌드된 흡착제 구조는 자기-지지 또는 흡착제 지지체 상에 지지될 수 있다.
구현예에서, 하나 이상의 내성 흡착제 물질이 비-내성 흡착제 물질과 조합되어, 본원에서 균일한 블렌드된 흡착제 분말로 언급되는, 분말 또는 혼합물 내 실질적으로 균일한 분포를 가지는 블렌드된 흡착제 분말 또는 혼합물을 형성할 수 dLT다 내성 및 비-내성 흡착제 물질 모두 수분 흡착제 및 표적 화합물 흡착제 물질일 수 있고, 수분 흡착에 대한 상이한 에너지학을 가질 수 있다.
증기를 재생 스트림으로 이용하는 흡착 기체 분리 공정의 탈착 또는 재생 단계 동안, 특정한 재생 유체의 증기 부분 압력 및 흡착 물질의 온도에서, 흡착 물질이 상기 흡착 물질 상에 증기 로딩이 중단되는 최대 단열 온도에 도달할 수 있다. 이러한 단열 온도는 최초 흡착제 온도 및 발열성 수분 흡착 또는 응축 공정에 의하여 유도되는 승온의 결과이다. 증기에 대하여, 대기압에서, 최대 단열 온도는 흡착제 물질에 따라 전형적으로 105 내지 150℃이다. 전형적으로, 실질적으로 동일한 조건 하에, 증기 내성 흡착제는 증기 비-내성 흡착제 물질의 최대 단열 온도보다 큰 최대 단열 온도를 가진다.
내성 및 비-내성 흡착제 물질이 조합 및 블렌드될 때, 실질적으로 균일한 흡착제 혼합물 또는 블렌드는, 전형적으로 내성 흡착제 물질의 최대 단열 온도와 비-내성 흡착제 물질의 최대 단열 온도 사이의 온도 범위에 속하는, 블렌드된 최대 단열 온도에 도달할 수 있다. 균일한 흡착제 혼합물에 대한 최대 단열 온도에서, 비-내성 흡착제 물질(더 낮은 단열 온도)의 수분 로딩은, 도 6a, 6b 및 6c에 도시하고 본원에서 추후 더 논의하는 바와 같이, 실질적으로 유사한 조건 하에 비-블렌드되는 것과 같이 그 수분 로딩에 대하여 더 낮은 수분 로딩을 가질 것이다.
이는 균일한 블렌드된 흡착제 내 증기 비-내성 흡착제 물질의 평형 수분 로딩 이동에 의하여 설명될 수 있다. 이 실시예에서, 증기 내성 흡착제 물질은 비-내성 흡착제 물질에 비하여 고온에서 증가된 수분 흡착능을 가지며, 이는 증기 비-내성 흡착제의 유효 최대 단열 온도를 증가시키고, 어떤 의미에서는, 비-내성 흡착제 물질을 "과열(overheat)"시키고, 상기 비-내성 흡착제 물질은 과열 조건 및 온도에서 물을 탈착한다.
흡착제 및 그의 많은 탈활성화 메커니즘, 예를 들어, 상 변화는 스위치와 같은 특성 및 임계값을 가지며, 여기서 작업 조건, 예를 들어, 증기 로딩의 크지 않은 변화조차도 흡착제 물질의 비가역적 변화 또는 저하를 초래할 수 있다. 유사한 예는 다공성 흡착제 기공을 RH에 대하여 비교적 특유의 임계값을 또한 가지는 액체 수분으로 충전하는 것에 관한 것이다.
일부 다공성 고체 비-내성 흡착제를 이용하여, 저하 메커니즘의 활성화는 수분 로딩보다 온도에 더 민감할 수 있다. 이 경우, 비-내성 흡착제 물질을 내성 흡착제 물질과 블렌딩하여 균일한 블렌드된 흡착제를 형성하는 것은 (특정 증기 부분압 하에) 상기 내성 흡착제 물질의 유효 최대 단열 온도 감소를 초래할 수 있으며, 이는 이로울 것이다. 균일한 블렌드된 흡착제에 대하여, 감소된 유효 최대 단열 온도를 가지는 내성 흡착제 물질은 수분을 방출하고 온도 임계값 위의 균일한 블렌드된 흡착제 또는 혼합물을 냉각시킴으로써 비-내성 흡착제 물질에 대한 열적 완충으로서 작용할 수 있다.
대안적 구현예에서, 제한된 수분 흡착 용량 및 표적 분자에 대한 높은 선택도 또는 친화도를 가지는 흡착제 물질이 증기 비-내성 흡착제 물질과 조합되어 균일한 블렌드된 흡착제 분말을 형성할 수 있다. 상기 균일한 블렌드된 흡착제 분말은 각각의 흡착제에 비하여, 표적 분자에 대한 흡착 용량에 대하여 전체적인 열용량 증가를 가질 수 있다. 따라서, 균일한 블렌드된 흡착제 분말은 표적 분자에 노출될 때 내성 흡착제의 감소된 유효 최대 단열 온도를 경험할 것이다. 증기가 제한된 수분 흡착 용량 및 표적 분자에 대한 높은 친화도를 가지는 흡착제 물질 상에 흡착되는 재생 단계 동안에도 그러할 수 있다.
다른 구현예에서, 다성분 기체 스트림으로부터 성분 분리를 위한 임의로 적어도 하나의 지지된 흡착제를 가지는 흡착제 분리기 및/또는 적어도 하나의 흡착제 접촉기는 균일한 블렌드된 흡착제 물질 형성을 위하여 증기 비-내성 흡착제 물질과 조합되는 하나 이상의 증기 내성 흡착제 물질, 및 상기 균일한 블렌드된 흡착제 물질과 유체 연결되는 적어도 하나의 유체 통로를 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 다성분 기체 스트림으로부터 성분 분리를 위한 임의로 적어도 하나의 지지된 흡착제를 가지는 흡착제 분리기 및/또는 적어도 하나의 흡착제 접촉기는, 표적 분자에 대한 높은 친화도 또는 선택도 및 제한된 수분 흡착 용량을 가지는 제1 흡착제 물질, 및 제2 또는 증기 비-내성 흡착제 물질 (상기 제1 흡착제 물질 및 제2 흡착제 물질은 조합되어 균일한 블렌드된 흡착제 물질을 형성함), 및 상기 균일한 블렌드된 흡착제 물질과 유체 연결되는 적어도 하나의 유체 통로를 포함할 수 있다.
캡슐화 블렌드된 흡착제 구조
일 구현예에서, 캡슐화 블렌드된 흡착제 구조는 본 발명의 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말 및 임의로 흡착제 지지체를 포함할 수 있고, 상기 캡슐화 블렌드된 흡착제 구조는 자기-지지이거나 흡착제 지지체 상에 지지될 수 있다.
일 구현예에서, 제2 또는 증기 비-내성 흡착제 물질이 제1 또는 내성 흡착제 물질에 의하여 캡슐화되어 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말을 형성할 수 있다. 제2 또는 비-내성 흡착제 물질의 캡슐화는 제1 또는 내성 흡착제 물질의 합성 동안 수행될 수 있고, 여기서 상기 제1 또는 내성 흡착제 물질이 상기 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말의 코어를 형성하는 제2 또는 비-내성 흡착제 물질 입자 주위에 캡슐 또는 쉘을 형성할 수 있다. 상기 캡슐 또는 쉘 형성은, 예를 들어, 실리카 입자 주위에 비정질 탄소층 증착 또는 쉘 물질 코팅으로, 제2 또는 내성 흡착제 물질 미세 입자의 응집에 의해서도 달성될 수 있다. 코어/쉘 기하학 또는 구조를 가지는 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말을 이용하여, 증기 내성, 예를 들어, 증기, 산화, NOx 및/또는 SOx 내성을 증가시키는 추가적인 메커니즘은 쉘의 흡착제 물질, 예를 들어, 제1 또는 내성 흡착제 물질의 특성을 조정하여 흡착, 포화, 및 쉘 물질을 통한 수분 수송 속도를 변화시킴에 의해서일 수 있다. 상기 캡슐화된 블렌드 흡착제 분말의 쉘 및 코어를 통한 증기 구배는 상기 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말의 코어에 대하여 상기 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말의 쉘의 외부 표면에서 더 빠른 흡착을 유도한다. 쉘의 흡착 물질의 기공이 기공 충전 조건에 도달함에 따라, 이는 유리하게 코어의 흡착제 물질, 예를 들어, 비-내성 흡착제 물질에 대한 증기 수송을 감소 및/또는 지연시킬 수 있다. 신속한 사이클 작업을 위하여, 운동역학 유도 흡착 선택도를 효과적으로 이용하여 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말의 코어 내 평형 흡착 용량에 도달하는 것을 피할 수 있다.
다른 구현예에서, 다성분 기체로부터 성분 분리를 위한 흡착제 분리기 및/또는 적어도 하나의 흡착제 접촉기는, 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말을 형성하도록 제1 또는 내성 흡착제 물질에 의하여 캡슐화되는 제2 또는 비-내성 흡착제 물질을 가지는 형성된 블렌드된 흡착제를 가지는 적어도 하나의 캡슐화 블렌드된 흡착제 구조 (상기 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말은 임의로 흡착제 지지체 상에 있음), 및 상기 캡슐화 블렌드된 흡착제 구조와 유체 소통하는 적어도 하나의 유체 통로를 포함한다. 상기 형성된 블렌드된 흡착제는 흡착제 지지체 또는 기판 내 및/또는 위에 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말을 포함할 수 있다.
층상 블렌드된 흡착제 구조
대안적 구현예에서, 층상 블렌드된 흡착제 구조는, 적어도 내성 흡착제 물질을 가지는 제1 층, 비-내성 흡착제 물질을 가지는 제2 층, 및 임의로, 큰 습윤 표면적, 예를 들어 약 500 m2/m3 초과의 표면적을 가지는 흡착제 지지체 또는 기판을 포함할 수 있고, 상기 제1 층 및 제2 층은 상기 임의의 흡착제 지지체 내 및/또는 위에 부착되고, 제1 층은 외부 또는 원위층을 형성하고 제2 층은 내부 또는 근위층을 형성하고, 임의로, 상기 제1 층 및 제2 층은 상기 임의의 흡착제 지지체의 실질적으로 둘레 밖에 위치한다. 상기 흡착제 지지체는 예를 들어 시트 또는 모노리스 형태일 수 있다. 분리기 및/또는 접촉기는 적어도 부분적으로 복수의 평행 통로를 정의하는 시트 형태의 복수의 층상 블렌드된 흡착제 구조를 포함할 수 있다.
그러한 구조 내 흡착제의 원하는 공간적 분포에 대하여 아래 논의한다.
흡착제 지지체 또는 기판은 자기-지지 흡착제 시트, 또는 실질적으로 편평한 시트 형태를 가지는 흡착제 지지체일 수 있다. 상기 층상 블렌드된 흡착제 구조는 제1 또는 내성 흡착제 물질이 비-내성 흡착제 물질을 캡슐화하는 상기 캡슐화 블렌드된 흡착제와 개념적으로 유사할 수 있으나, 흡착제 물질이 흡착제 지지체 또는 기판 상에 형성된 필름 또는 더 큰 형성된 입자에 적용된다. 상기 내성 흡착제 물질은 공정 유체 스트림 사이에 및 비-내성 흡착제에 대한 보호층을 형성하고 그로서 작용할 수 있다. 상기 내성 흡착제는 흡착제 지지체 또는 시트에 대하여 원위층 상에 구성될 수 있는 반면, 비-내성 흡착제는 상기 흡착제 지지체 또는 시트에 대하여 근위층 상에 위치할 수 있다. 이 경우, 수송 속도(kinetic)는 공정 스트림 성분, 예를 들어, 증기 및/또는 산소의 제2 흡착제 층 또는 제1 흡착제 층 아래 층들에 노출 및 국부 집중을 조절하는 역할을 할 수 있다.
도 4c는 비-내성 흡착제 물질(401) 및 내성 흡착제 물질(402)이 실질적으로 분리된 층으로 구성되는 층상 블렌드된 흡착제 구조(410)의 구현예를 예시한다. 상기 비-내성 흡착제 물질(401)은, 예를 들어, 자기-지지 필름, 시트 또는 라미네이트 및 근위층일 수 있다. 내성 흡착제 물질(402)은 비-내성 흡착제 물질(401) 상하부에 구성 및/또는 적용되어, 외부 또는 윈위층이 층상 블렌드된 흡착제 구조의 코어 또는 근위층의 비-내성 흡착제 물질에 대한 일부 보호를 제공할 수 있는 샌드위치 구조를 형성할 수 있다. 화살표(420)는 흡착 기체 분리 공정 중 층상 블렌드된 흡착제 구조에 대한 공정 기체 스트림 흐름의 일반적 방향을 도시한다.
각각의 미크론 크기 입자의 다공성 코팅은 도 4b의 예에서 사용되는 것과 같은 0.4 나노미터 내지 50 나노미터 이내의 기공 직경을 가지는 메조다공성 또는 나노다공성 물질의 층에 비하여 효과적인 확산 장벽일 수 없으나, 입자 내 흡착 속도가 입자들 간의 다공성 네트워크를 통한 확산 시간과 동일 규모라면, 이는 무작위로 혼합된 분말보다 상대적으로 효과적일 수 있다. 복수의 흡착제층으로 구성되는 블렌드된 흡착제 또한, 각각의 흡착제 물질이 바람직하게 상이한 바인더 및 분산제를 가지므로, 미립자 혼합물의 슬러리를 개발할 필요성을 완화할 수 있다. 따라서, 복수 층으로 구성되는 블렌드된 흡착제는 유리하게, 각각의 층이 상이한 바인더 및/또는 분산제를 가지는 것을 가능하게 하며, 이는 흡착제, 구조화된 흡착제 및/또는 접촉기의 성능 및/또는 내구성을 개선할 뿐 아니라, 제조 능력(manufacturability)을 개선할 수 있다.
대안적 구현예에서, 다성분 기체 스트림으로부터 성분 분리를 위한 흡착제 기체 분리기 및/또는 적어도 하나의 흡착제 접촉기는: 적어도, 내성 흡착제 물질을 가지는 제1 층, 및 비-내성 흡착제 물질을 가지는 제2 층, 및 임의로, 큰 습윤 표면적, 예를 들어 약 500 m2/m3 초과의 표면적을 가지는 흡착제 지지체 또는 기판을 더 포함하는, 복수의 층상 블렌드된 흡착제 구조 - 여기서 임의로, 상기 제1 층 및 제2 층은 상기 흡착제 지지체 내 및/또는 위에 부착되고, 제1 층은 외부 또는 외부 루멘(lumen)을 형성하고 제2 층은 내부 또는 내부 루멘을 형성하고, 상기 제1 층 및 제2 층은 임의로 상기 임의의 흡착제 지지체의 실질적으로 둘레 밖에 위치함; 및 상기 복수의 층상 블렌드된 흡착제 구조와 유체 연결되는 적어도 하나의 유체 통로를 포함한다. 상기 복수의 층상 블렌드된 흡착제 구조는 적어도 부분적으로 복수의 유체 통로를 정의할 수 있다.
도 5c는 내성 및 비-내성 흡착제 물질 모두 접촉기 및/또는 형성된 블렌드된 흡착제 구조(530)에 걸쳐 존재하는 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 구현예의 흡착제 프로필을 도시한다. 증기 내성 흡착제와 같은 내성 흡착제(533)는, 증기 스트림의 흐름 방향(501)으로 도시하는, (원위 말단과 같은) 증기 스트림에 대한 접촉기의 유입구에 가장 가까이 위치하는 내성 물질의 더 높은 중량 백분율 로딩 구배(더 높은 구배는 더 어두운 음영으로 도시)를 가지는 것으로 도시된다. 증기 비-내성 흡착제와 같은 비-내성 흡착제(534)는 (근위 말단과 같은) 증기 스트림에 대한 접촉기의 유출구를 향하여 위치하는 비-내성 물질의 더 높은 중량 백분율 로딩(더 높은 구배는 더 어두운 음영으로 도시)을 가지는 것으로 도시된다. 도 5c에서, 내성 흡착제(533)의 흡착제 프로필은 내성 흡착제(533) 및 비-내성 흡착제(534) 모두의 중량 백분율 구배 프로필을 나타내기 위하여, 비-내성 흡착제(534)로부터 어긋나게(offset) 도시된다. 구현예에서, 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제1 말단과 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제2 말단 사이에 농도 구배 또는 농도 변화율을 가지고, 임의로, 상기 농도 구배 또는 농도 변화율은 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제1 말단과 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제2 말단 사이에서 실질적으로 일정하다. 임의로, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 흡착제 지지체를 가질 수 있다.
유사한 흡착제 로딩 구배를 이용하여 산화 손상, 산화질소 손상 또는 산화황 손상에 대하여 보호할 수 있다. 이 경우, 산화질소 및 산화황 보호를 위하여, 내성(NOx 및/또는 SOx에 대하여) 흡착제 물질이 흡착 기체 분리기, 접촉기 또는 형성된 블렌드된 흡착제의 공정 기체 또는 공급물 유입구를 향하여 우선적으로 위치한다.
상기 기하 구조의 조합을 이용하여 비-내성 흡착 물질의 수분 포화량을 조정할 수 있다. 임의로, 하나 이상의 내성 흡착 물질을 사용하고, 및/또는 하나 이상의 비-내성 흡착제를 사용할 수 있다.
일 구현예에서, 형성된 블렌드된 흡착제 구조는, 블렌드된 흡착제 분말 형성을 위한 제1 내성 흡착제 물질 및 제2 내성 흡착제 물질을 가지는 복수의 내성 흡착제 물질 (여기서, 상기 제1 내성 흡착제 물질 및 제2 내성 흡착제 물질은 수분 흡착에 대한 상이한 흡착 등온선을 가짐); 및 임의로, 흡착제 지지체, 또는 상기 블렌드된 흡착제 분말의 시트 또는 라미네이트 또는 밀리미터 크기 입자를 만들기 위한 형성 요소를 포함하고, 여기서 상기 제1 내성 흡착제 물질의 흡착제 중량은 상기 블렌드된 흡착제 분말의 흡착제 중량의 약 20% 이상, 바람직하게 약 30% 이상, 또는 더 바람직하게 약 40% 이상이고; 임의로, 흡착 분리 공정의 재생 단계 동안 수분 흡착이 그 최대 용량으로 있는 증기 재생 설계 조건에서, 예를 들어, 상기 블렌드된 흡착제가 100 내지 160℃의 온도에 있을 때, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질의 수분 흡착 용량은 상기 블렌드된 흡착 분말의 수분 흡착 용량의 약 20%, 30% 또는 40% 이상이고; 상기 제1 내성 흡착제 물질 및 제2 내성 흡착제 물질은 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, 및/또는 SOx 내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
구조화된 베드 또는 접촉기
예를 들어, 라미네이트 또는 흡착제 시트와 같은 실질적으로 편평한 시트 형태의, 본원에 기재된, 분리된 다단 흡착제 구조, 균일한 블렌드된 흡착제 구조, 캡슐화 블렌드된 흡착제 구조, 또는 층상 블렌드된 흡착제 구조를 포함하는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 평행 통로 흡착제 접촉기 내에서 실질적으로 평행한 통로를 정의하도록 구성될 수 있고, 여기서 상기 평행 통로의 규모, 예를 들어, 높이, 폭 및 길이는 (공급물 및/또는 재생 스트림의 흐름 방향으로 측정되는) 상기 평행 통로 흡착제 접촉기를 통한 투과성에 영향을 미친다. 평행 통로 흡착제 접촉기의 구현예에서, 형성된 블렌드된 흡착제 구조(예를 들어, 분리된 다단 흡착제 구조, 균일한 블렌드된 흡착제 구조, 캡슐화 블렌드된 흡착제 구조, 또는 층상 블렌드된 흡착제 구조), 또는 라미네이트는 평행 통로 흡착제 접촉기가 층류 조건 하에 약 2,000 내지 40,000 Darcy 범위의 투과성 값을 포함하도록 크기 조정되고 구성될 수 있다. 본원에 기재된 특유의 흡착 특성을 가지는 블렌드된 흡착제 분말과 같은 흡착제 물질들의 배합물 또는 블렌드 및/또는 형성된 블렌드된 흡착제 구조를, 에너지 생산, 이산화탄소 감퇴, 또는 화학적 제조를 위한 공급 스트림으로부터 기체 성분을 분리하고, 추가 이용되거나 격리 또는 폐기될 수 있는 공급물 내 적어도 하나의 성분의 농축된 스트림을 제공할 목적으로 사용할 수 있다.
일 구현예에서, 다성분 기체 스트림으로부터 성분 분리를 위한 흡착제 분리기 및/또는 적어도 하나의 흡착제 접촉기는: 적어도 부분적으로 복수의 유체 통로를 정의하는, 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 또는 지지 블렌드된 흡착제; 상기 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 또는 지지 블렌드된 흡착제의 제1 말단에 위치하고 상기 복수의 유체 통로와 유체 연결되는 유입구; 상기 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 또는 지지 블렌드된 흡착제의 제2 말단에 위치하고 상기 복수의 유체 통로와 유체 연결되는 유출구; 및 층류 조건 하에 약 2,000 내지 40,000 Darcy 범위의 투과성 값을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 다성분 기체 스트림으로부터 성분 분리를 위한 흡착제 분리기 및/또는 적어도 하나의 접촉기는: 유입구 및 유출구를 포함하고, 하나 이상의 내성 흡착제 물질이 상기 접촉기 용적의 약 20% 이상, 바람직하게 약 30% 이상, 더 바람직하게 약 40% 이상의 부피 이내로 상기 유입구에 실질적으로 인접하거나 가까이 위치할 수 있다.
대안적 구현예에서, 다성분 기체 스트림으로부터 성분 분리를 위한 흡착제 분리기 및/또는 적어도 하나의 접촉기는: 적어도 하나의 제1 또는 내성 흡착제 물질(예를 들어, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, 및/또는 SOx 내성 흡착제), 및 적어도 하나의 제2 또는 비-내성 흡착제 물질(예를 들어, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비--내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제)를 더 포함하는, 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 또는 지지 블렌드된 흡착제 (예를 들어, 분리된 다단 흡착제 구조, 균일한 블렌드된 흡착제 구조, 캡슐화 블렌드된 흡착제 구조, 또는 층상 블렌드된 흡착제 구조); 적어도 하나의 제1 또는 내성 흡착제 물질 및 적어도 하나의 제2 또는 비-내성 흡착제 물질을 하우징하기 위한 엔클로저; 및 상기 엔클로저의 유입구, 및 상기 엔클로저의 유출구를 포함할 수 있다. 상기 유입구 및 유출구는 상기 적어도 하나의 제1 또는 내성 흡착제 물질 및 상기 적어도 하나의 제2 또는 비-내성 흡착제 물질과 유체 연결된다.
블렌드된 흡착제 배합물 및 구조의 사용 방법
본원에 개시되는 특유의 흡착 특성을 가지는 흡착제 물질들의 배합물 또는 블렌드, 또는 블렌드된 흡착제는, 산업적 또는 공익사업적 유해 유출물 감소를 위하여 제1 성분, 예를 들어 이산화탄소를 다성분 기체 스트림으로부터 분리하고, 더 격리 또는 기타 산업적 용도를 위하여 추가 이용될 수 있는 CO2의 농축 스트림을 제공할 목적으로, 사용될 수 있다.
구현예에서, 본 발명의 흡착제 분리기 및/또는 접촉기는 다성분 기체 스트림으로부터 제1 성분을 분리하기 위한 흡착 공정에 사용될 수 있다. 적어도 하나의 블렌드된 흡착제, 예를 들어, 분리된 다단 흡착제, 균일한 블렌드된 흡착제, 캡슐화 블렌드된 흡착제 및/또는 지지 블렌드된 흡착제가 임의로 본원에 개시되는 특유의 흡착 특성을 가지는, 예를 들어, 하나 이상의 내성 흡착제 물질의 중량이 블렌드된 흡착제의 흡착제 중량의 약 20%, 30% 또는 40% 이상이고 및/또는 임의로 다음과 같은 증기 흡착 단계 열 발생을 가지는, 상기 접촉기의 구현예가 제공될 수 있다:
Figure pct00003
임의로, 상기 접촉기는, 흡착제의 총 열용량과 흡착제의 질량 분율의 곱의 합이 형성된 물질 내 모든 성분에 대한 열용량과 형성된 물질 내 모든 성분에 대한 질량 분율의 곱의 합, 곱하기 0.75보다 큰, 열 용량 값을 가질 수 있다. 임의로, 상기 접촉기는 층류 조건 하에 약 2,000 내지 40,000 Darcy 범위의 투과성 값을 가질 수 있다.
공정 구현예에서, 적어도 하나의 제1 성분(예를 들어, 이산화탄소를 포함할 수 있는)을 포함하는 다성분 유체 혼합물 또는 스트림의 흡착 기체 분리를 위한 흡착 기체 분리 공정이 제공된다. 그러한 일 구현예에서, 상기 흡착 공정은 상기 다성분 유체 혼합물 또는 스트림으로부터 상기 제1 성분의 적어도 일부를 분리할 수 있다.
도 7은 적어도 하나의 제1 성분(예를 들어, 이산화탄소를 포함할 수 있는) 및 제2 성분을 포함하는 다성분 유체 혼합물 또는 스트림의 분리를 위한 흡착 기체 분리 공정을 도시하며, 본 발명의 구현예를 예시한다.
도시되는 바와 같이, 최초 단계(701)는 적어도 블렌드된 흡착제 분말, 예를 들어, 균일한 블렌드된 흡착제 분말 또는 캡슐화 블렌드된 흡착제 분말, 및/또는 형성된 블렌드된 흡착제 구조, 예를 들어, 분리된 다단 흡착제 구조, 균일한 블렌드된 흡착제 구조, 캡슐화 블렌드된 흡착제 구조, 또는 층상 블렌드된 흡착제 구조를 가지는 접촉기를 제공하는 것을 포함한다. 구현예에서, 상기 공정(700)은 서로 위에 적층된 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 또는 지지 블렌드된 흡착제, 및 인접하여 적층된 두 개의 형성된 블렌드된 흡착제 또는 지지 블렌드된 흡착제 사이에 채널을 셩헝하고, 접촉기를 통하여 유체가 흐르는 것을 허용하기 위한 복수의 채널을 형성하기 위한 복수의 스페이서를 포함하는, 평행 통로 접촉기를 사용할 수 있다. 구현예에서, 상기 접촉기는 층류 조건 하에 약 2,000 내지 40,000 Darcy의 투과성 값을 가질 수 있다. 구현예에서, 상기 흡착 기체 분리 공정은 접촉기, 예를 들어, 평행 통로 접촉기 또는 충전층(packed-bed) 접촉기를 사용할 수 있다.
적어도 이산화탄소와 같은 제1 성분을 함유하는 다성분 기체 스트림이 흡착 단계(710) 동안 접촉기 내로 공급 스트림으로서 들여보내질 수 있다. 공급물 스트림이 접촉기를 통하여 흐르면서, 공급 스트림은 상기 블렌드된 흡착제와 접촉하고, 상기 공급 스트림의 제1 성분의 적어도 일부가 상기 블렌드된 흡착제 내 및/또는 위에 흡착될 수 있다. 구체적으로 도시하지는 않으나, 상기 흡착제 물질 내 및/또는 위에 흡착되지 않는 나머지 성분들, 예를 들어, 질소와 같은 제2 성분은 상기 접촉기를 통하여 실질적으로 흐르고, 상기 접촉기를 빠져나가 제1 생성물 스트림을 형성할 수 있다.
구현예에서, 상기 제1 생성물 스트림은 상기 공급 스트림에 비하여 제1 성분이 대폭 감소될 수 있다. 구현예에서, 상기 제1 생성물 스트림은 또한 상기 공급 스트림에 비하여 제2 성분이 풍부할 수 있다. 구현예에서, 상기 제1 생성물 스트림은 상기 접촉기로부터 회수될 수 있다.
1차 재생 단계(711) 동안, 상기 적어도 하나의 흡착제 물질 내 및/또는 위에 흡착된 제1 성분의 적어도 일부가, 온도 스윙 메커니즘, 압력 스윙 메커니즘 및 부분압 스윙 메커니즘 중 적어도 하나에 의하여 탈착되어, 제2 생성물 스트림을 형성할 수 있다. 구현예에서, (증기와 같은) 제1 재생 스트림이 상기 접촉기를 통하여 흐르면서 상기 블렌드된 흡착제와 접촉을 위하여 상기 접촉기 내로 들여보내질 수 있다. 그 결과, (증기로부터 물과 같은) 제1 재생 스트림의 적어도 일부가 상기 블렌드된 흡착제 내 및/또는 위에 흡착되어, 흡착열을 발생시킨다. 이러한 수분 흡착열은 물이 겪는 상 변화, 예를 들어, 기상(증기)에서 액상(액체 물)으로 변화의 결과이다.
구현예에서, 상기 흡착제 상에 수분 흡착으로부터 초래되는 흡착열은 상기 블렌드된 흡착제 내 및/또는 상에 흡착된 제1 성분의 적어도 일부를 탈착시키기 위한 탈착열의 적어도 일부로서 사용될 수 있다. 따라서, 구현예에서, 상기 제2 생성물 스트림은 공급 스트림에 비하여 제1 성분이 풍부할 수 있다. 상기 제2 생성물 스트림은 상기 접촉기로부터 회수될 수 있다.
임의의 2차 재생 단계(712) 동안, 낮은 물의 부분 압력, 또는 접촉기 내 상대 습도보다 적은 상대 습도를 가지는 기체 스트림과 같은, 제2 재생 스트림을 들여보냄으로써, 상기 블렌드된 흡착제 내 및/또는 상에 흡착된 물 성분이 상기 블렌드된 흡착제로부터 탈착될 수 있다. 구현예에서, 블렌드된 흡착제 내 및/또는 상에 흡착된 물 성분의 탈착은 진공을 가하고 접촉기 내 압력을 접촉기 내 증기의 포화 압력 아래의 압력으로 감소시킴으로써 수행 또는 보조될 수 있다. 2차 재생 단계(712) 동안 블렌드된 흡착제로부터 탈착된 성분은 제3 생성물 스트림을 형성할 수 있고, 이는 상기 접촉기로부터 회수될 수 있다.
추가적인 임의의 후속 단계들(도시하지 않음)은, 예를 들어, 흡착 단계를 반복하기 전에 상기 블렌드된 흡착제의 온도를 감소시키는 냉각 단계일 수 있다. 상기 흡착 단계(710), 1차 재생 단계(711), 임의의 2차 재생 단계(712) (및 임의의 후속 단계)의 사이클은 원하는 대로 반복될 수 있다.
구현예에서, 다성분 기체 스트림으로부터 적어도 제1 성분을 분리하기 위한 흡착 기체 분리 공정은: 전술한 접촉기를 제공하는 단계, 상기 흡착제 접촉기 내로 공급물 유입구를 통하여 공급물 스트림으로서 다성분 기체 스트림을 들여보내는 단계, 상기 공급물 스트림으로부터 제1 성분의 적어도 일부를 상기 블렌드된 흡착제 상에 흡착시키는 단계, 상기 흡착제 접촉기로부터 유출구를 통하여 상기 공급물 스트림에 비하여 제2 성분이 풍부한 제1 생성물 스트림을 회수하는 단계, 상기 흡착제 접촉기 내로 스트림 유입구를 통하여 80% (몰 분율)보다 큰 증기 함량을 가지는 제1 재생 스트림을 들여보내는 단계, 상기 블렌드된 흡착제 상에 증기 또는 물을 흡착시키고 임의로 수분이 블렌드된 흡착제 상에 흡착될 때 방출되는 에너지 양이 제1 성분을 블렌드된 흡착제로부터 탈착시키는데 필요한 에너지보다 클 경우 흡착 또는 응축열을 생성하는 단계, 상기 블렌드된 흡착체 상에 흡착된 제1 성분의 적어도 일부를 탈착시키고 상기 공급물 스트림에 비하여 제1 성분이 풍부한 제2 생성물 스트림을 형성하는 단계, 상기 제2 생성물 스트림을 상기 흡착제 접촉기로부터 제1 생성물 스트림 유출구를 통하여 회수하는 단계, 및 임의로, 임의의 제1 재생 스트림, 예를 들어, 접촉기 내 상대 습도보다 적은 상대 습도를 가지는 시체 스트림을 들여보냄으로써 및/또는 진공을 가하여 접촉기 내 압력을 상기 접촉기 내 증기의 포화 압력 아래의 압력으로 감소시킴으로써 상기 블렌드된 흡착제 상에 흡착된 물을 탈착시키는 단계를 포함할 수 있다.
구현예에서, 상기 접촉기는, 임의로 상기 블렌드된 흡착제의 흡착제 중량의 약 20%, 30% 또는 40% 이상의 하나 이상의 내성 흡착제 물질의 중량을 가지는, 전술한, 분리된 다단 흡착제, 균일한 블렌드된 흡착제, 캡슐화 블렌드된 흡착제, 및 지지 블렌드된 흡착제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 구현예에서, 상기 블렌드된 흡착제는 표적 분자에 대한 총 흡착열보다 큰 총 수분 흡착열을 가질 수 있다.
Figure pct00004
.
구현예에서, 상기 블렌드된 흡착제는, 흡착제의 총 열용량과 흡착제의 질량 분율의 곱의 합이 형성된 물질 내 모든 성분의 열용량과 형성된 물질 내 모든 성분의 질량 분율의 곱의 합, 곱하기 0.75보다 큰, 열용량 값을 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 접촉기는 층류 조건 하에 2,000 내지 40,000 Darcy 범위의 투과성 값을 가질 수 있다.
구현예에서, 상기 제1 성분은 이산화탄소일 수 있고, 상기 재생 스트림은 100 내지 120℃ 범위의 온도에서 접촉기 내로 들여보내지는 증기 스트림일 수 있다.
예시
도 6a는 CO2로 포화된 흡착제 A를 포함하는 접촉기 상에 증기를 주입하는 수치 시뮬레이션 곡선을 도시하고, 도 6b는 또한 CO2로 포화된 흡착제 B를 포함하는 접촉기 상에 증기를 주입하는 수치 시뮬레이션 곡선을 도시한다. 비교를 위하여, 도 6c는 CO2로 포화된 흡착제 A 및 흡착제 B 모두를 포함하는 블렌드된 흡착제 상에 증기를 주입하는 수치 시뮬레이션 곡선이다. 출원인은 흡착제 A 및 B가 선택된 CO2 및 수분 흡착 특성에 의하여 정의되는 예시 목적을 위한 가상의 물질임을 주목하기 바란다. 세 곡선 모두에 도시되는 바와 같이, X-축은 재생 단계 내 수분 첨가 단계의 수를 나타내고, Y-축은 흡착제 로딩을 mmol/g로 흡착제 온도를 섭씨 온도로 나타낸다.
흡착제 물질 A에 대한 증기 주입의 영향이 도 6a에 도시된다. 물질 B에 대한 증기 주입의 영향이 도 6b에 도시된다. 흡착제 물질 A 및 B의 혼합물을 가지는 (각각 50 중량%) 블렌드된 흡착제에 대한 증기 주입의 영향은 도 6c에서 알 수 있다.
도 6a에 도시되는 바와 같이, 흡착제 A 자체에 대한 증기 주입으로 최대 단열 온도는 온도곡선(621) 상에서 약 115℃이고 수분 로딩 곡선(611) 상에서 최대 수분 흡착은 약 2.2 mmol/g인 것으로 나타난다. CO2 탈착은 CO2 로딩 곡선(610) 상에 도시된다. 도 6b에서, 흡착제 B 자체에 대한 증기 주입으로 최대 단열 온도는 온도 곡선(622) 상에서 약 125℃이고 수분 로딩 곡선(612) 상에서 보는 바와 같이 최대 수분 흡착은 약 2.75 mmol/g인 것으로 나타난다. CO2 탈착은 CO2 로딩 곡선(602) 상에 도시되는 것이다.
도 6c에서, 곡선(603)은 블렌드된 흡착제 물질 A에 대한 CO2 로딩을 mmol/g로 도시하고, 곡선(604)은 블렌드된 흡착제 물질 B에 대한 CO2 로딩을 도시한다. 도시되는 바와 같이, 증기가 블렌드된 고체 또는 흡착제 상에 흡착되고, CO2가 그로부터 탈착된다. 곡선(613)은 블렌드된 흡착제 물질 A에 대한 수분 로딩을 도시하고, 곡선 (614)은 블렌드된 흡착제 물질 B에 대한 수분 로딩을 도시한다. 혼합 흡착제 온도 곡선(623)의 온도가 100℃를 초과함에 따라, 블렌드된 흡착제 물질 A에 대하여 흡착 증기로부터 탈착 증기로 분명한 전이가 (곡선(613)의 꼭대기에서) 도 6c에 도시된다. 결국, CO2 탈착이 혼합 흡착제 샘플에 대하여 최대화되는 지점에서 블렌드된 흡착제 물질 B 또한 증기 흡착을 중단한다 (곡선(613)이 평탄화될 때).
도 6d는 (도 6c의 X-축 상에 수분 첨가 단계(200)에서) 블레드된 흡착제 물질 내에 조합될 때 흡착제 물질에 대한 (도 6a 및 6b의 X-축 상에 수분 첨가 단계(200)에서) 각각의 흡착제 물질 상에 CO2 및 물의 로딩의 비교를 도시한다. X-축은 흡착제 물질을 나타내고, Y-축은 성분(CO2 또는 물) 로딩을 mmol/g으로 나타낸다. 흡착제 물질 A 자체에 대한 데이터는 어두운 음영의 솔리드 컬럼으로 도시되고, 흡착제 물질 B 자체에 대한 데이터는 밝은 음영의 솔리드 컬럼으로 도시되고, 블렌드된 흡착제 물질 A 및 B에 대한 데이터는 해치 패턴의 컬럼으로 도시된다.
도 6d에 도시되는 바와 같이, CO2 로딩 컬럼(630)은 블렌드된 흡착제 물질 A 및 B 내 흡착제 물질 A에 비하여 (해치 패턴 컬럼), 흡착제 물질 A 자체 상에 (어두운 음영의 솔리드 컬럼), CO2의 로딩을 도시한다. CO2 로딩 컬럼(631)은 블렌드된 흡착제 물질 A 및 B 내 흡착제 물질 B에 비하여 (해치 패턴 컬럼), 흡착제 물질 B 자체 상에 (밝은 음영의 솔리드 컬럼), CO2의 로딩을 도시한다. 수분 로딩 컬럼(632)은 블렌드된 흡착제 물질 A 및 B 내 흡착제 물질 A에 비하여 (해치 패턴 컬럼), 흡착제 물질 A 자체 상에 (어두운 음영의 솔리드 컬럼), 수분의 로딩을 도시하고, 이는 블렌드된 흡착제 물질 A 및 B 내에 조합될 때 흡착제 물질 A의 수분 로딩이 감소되거나 더 낮은 수분 로딩을 가짐을 보인다. 수분 로딩 컬럼(633)은 블렌드된 흡착제 물질 A 및 B 내 흡착제 물질 B에 비하여 (해치 패턴 컬럼), 흡착제 물질 B 자체 상에 (어두운 음영의 솔리드 컬럼), 수분의 로딩을 도시하고, 이는 블렌드된 흡착제 물질 A 및 B 내에 조합될 때 흡착제 물질 B의 수분 로딩이 증가되거나 더 높은 수분 로딩을 가짐을 보인다.
도 6e는 (도 6c의 X-축 상에 수분 첨가 단계(200)에서) 블레드된 흡착제 물질에 대한 (도 6a 및 6b의 X-축 상에 수분 첨가 단계(200)에서) 각각의 흡착제 물질의 단열 온도의 비교를 도시한다. X-축은 흡착제 물질을 나타내고, Y-축은 온도를 ℃로 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 흡착제 물질 A에 대한 단열 온도는 온도 막대(634)로 도시되고, 흡착제 물질 B에 대한 단열 온도는 온도 막대(635)로 도시되고, 블렌드된 흡착제 물질 A 및 B에 대한 단열 온도는 온도 막대(636)로 도시된다. 도 6e는 블렌드된 흡착제 물질 A 및 B의 단열 온도가 최저 단열 온도를 가지는 흡착제 물질 A의 단열 온도 A와 최고 단열 온도를 가지는 흡착제 물질 B의 단열 온도 사이의 범위임을 보인다.
이러한 예는 블렌드된 흡착제 혼합물 내 각각의 흡착제의 수분 로딩을 감소 및/또는 온도를 감소시킬 상당한 잠재성을 보인다. 이러한 기법 중 임의의 것을 이용하여, 효율적인 분리 공정을 수행하는 능력을 양보하지 않으면서, 가혹한 환경에 흡착제 노출을 감소시킬 수 있다. 결국, 가혹한 환경에 흡착제의 감소된 노출은, 예를 들어, 도 3에 보이는 바와 같이, 화학적 또는 상 변화에 의하여 유도되는 시간 경과에 따른 흡착제 성능 저하를 지연시키거나 이에 대하여 보호할 수 있다.
이러한 흡착제 접촉기의 부분 또는 일부의 시뮬레이션은 수분 흡착에 대하여 경쟁하는 다른 흡착제 물질과 블렌딩을 통하여 하나의 흡착제 물질에 대한 증기 노출을 감소시키는 능력을 분명히 보인다.
상이한 흡착 특성을 가지는 유사한 흡착제들의 조합 또는 블렌딩은 산화 손상, 산화질소 손상 또는 산화황 손상에 대하여 보호하기 위하여 사용될 수도 있다. 본 발명의 구현예들은 흡착제 물질이 열 및 증기 모두에 놓이거나 노출되는 공정 및 흡착제 접촉기에 대하여 이점을 제공한다.
복수-흡착제 구조화 베드 설계의 사용으로부터 성능 향상의 예
복수의 구조화된 베드들로 구성되는 흡착 베드를 증기 재생을 이용하는 신속 사이클링을 이용하여 시뮬레이션된 플루 가스(flue gas)로부터 CO2 포획에 대하여 시험하였다. 상기 베드는 금속 유기 프레임워크 흡착제(MOF) 또는 실리카 상에 지지/분산된 폴리에틸렌이미드(PEIDS)를 함유하는 흡착제 시트로부터 낮은 압력 저하 특성 Darcy (8000, 12000)으로 만들어졌다.
1 미터 길이 베드 내 MOF 흡착제만을 가지는 참조 베드를 만들고 먼저 시험하였다. 그 다음, 상기 베드를 0.8 미터 길이 세그먼트로 절단하고, 세그먼트화된 흡착제 베드 내 세그먼트로서 사용하였고, 상기 베드 길이의 나머지는 PEIDS 함유 구조화된 흡착제로 만들어졌다.
정상(steady) 작업 조건에 도달하기 위하여 적어도 2시간 동안 (100 사이클 보다 많이) 사이클링 시험의 결과를 표 1에 보고한다. 공급물 유속만을 조정함으로써 두 개의 상이한 회수 표적을 평가하였다. 표 안의 결과는 시험 사이클 당 그루핑된다.
MOF를 가지는 0.8m 길이 세그먼트 및 PEIDS 흡착제를 가지는 0.2m 길이 세그먼트의 두 세그먼트를 가지는 구조화된 베드에 대한, MOF만을 가지는 1m 길이 구조화된 베드의 성능 비교
베드 설계 시험 사이클 CO2 공급물% CO2 생성물 % 회수율% 생산성 (TDP/m3) 증기 비
(H 2 O Wt/ CO 2 Wt)
딘일 1m 52s baseline 16.8% 91% 74% 10 2.24
이중 0.8/0.2m 52s baseline 16.8% 95.8% 76% 10.3 1.7
단일 1m 52s high recovery 16.5% 93.2% 87% 9.3 2.24
이중 0.8/0.2m 52s high recovery 16.9% 95.6% 88% 9.6 2.28
상기 결과는 MOF의 공급물 흐름 방향에 대하여 뒷부분을 PEIDS 흡착제로 교체하는 것이 비-세그먼트화된 참조 베드에 비하여 세그먼트화된 베드 내에서 베드로부터 회수되는 CO2의 순도 향상의 강한 이점을 가짐을 나타낸다. 이는 또한 CO2에 대한 사이클 용량 및 따라서 생산성을 증가시키는 작은 이점을 가짐을 나타낸다.
개선된 생성물 순도에서 세그먼트화된 베드의 이점은, 구조 흡착제를 통하여 CO2 탈착 앞면에 불활성 기체를 푸시함으로부터 더 급격한 전이를 초래하는, 사용되는 흡착 물질의 상이한 등온선에 의하여 설명될 수 있다.
세그먼트화된 베드에 대하여 보여지는 생산성에서 작은 이점은 수분 로딩시 CO2에 대한 사이클 흡착 용량이 크게 감소되는 MOF의 사용을 최적화하는 것과 관련된다. 증기가 주입되는 뒷부분(공급 방향)이 베드의 가장 습윤된 부분이다. 이러한 베드 부분을 더 높은 수분 조건 하에서 CO2 흡착 용량을 보유할 수 있는 물질로 대체하는 것은 베드의 단지 적은 부분이 교체되더라도 현저히 이롭다.
이러한 세그먼트화된 구조의 주된 이점은 공급 단계와 반대 방향으로 증기가 첨가되는 재생 단계 동안 증기 로딩 감소이다. 100% 증기 공급물에 흡착제의 노출 감소는 MOF 물질에 대한 구조적 손상 위험을 감소시켜, 세그먼트화된 베드의 수명을 연장하는 결과를 가져온다.
제1 광범위한 구현예에서, 기체 혼합물 분리를 위한 블렌드된 흡착제 분말은 하나 이상의 내성 흡착제 물질, 및 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질을 포함할 수 있다. 구현예에서, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질의 흡착제 중량은 상기 블렌드된 흡착제 분말의 흡착제 중량의 약 20%, 30% 또는 40%와 같거나 이보다 클 수 있거나, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질의 흡착제 중량은 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질 및 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질의 흡착제 중량과 같거나 이보다 클 수 있다.
제1 광범위한 구현예의 구현예에서, 흡착 분리 공정의 재생 단계에서 수분 흡착이 그 최대 용량일 때와 같은 증기 재생 조건 하에 (예를 들어, 블렌드된 흡착제가 100 내지 160℃의 온도에 있을 때), 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질의 수분 흡착 용량은 상기 블렌드된 흡착제 분말의 수분 흡착 용량의 약 20%, 30% 또는 40%와 같거나 이보다 클 수 있다. 나아가, 구현예에서, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질은 증기 내성, 산화 내성, NOx 내성, 및/또는 SOx 내성 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 제1 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 블렌드된 흡착제 분말은, 사이클 흡착 분리 공정에서 흡착을 위하여 사용되는 공정 조건 하에, full 흡착제 베드 조성물의 대표적인 샘플에 대한 표적 분자에 대하여 적어도 1 mmol/g 흡착 용량을 가질 수 있다.
상기 제1 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질은 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질과 조합되어 실질적으로 균일하게 분포된 혼합물을 형성할 수 있다.
상기 제1 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질은 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질, 및/또는 하나 이상의 내성 흡착제 물질을 캡슐화하여 상기 블렌드된 흡착제 분말의 원위층을 형성하고, 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질은 상기 블렌드된 흡착제 분말의 근위층을 형성할 수 있다.
상기 제1 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질은 수분 흡착열, 표적 분자 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질은 수분 흡착열, 표적 분자 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질 및 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질의 수분 흡착열과 수분 흡착 용량의 곱의 합은 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질 및 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질의 표적 분자 흡착열과 표적 분자 사이클 흡착 용량의 곱의 합보다 클 수 있다.
제2 광범위한 구현예에서, 블렌드된 흡착제 분말은 하나 이상의 제1 흡착제 물질, 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 포함할 수 있다. 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 증기 내성, 산화 내성, NOx 내성, 및/또는 SOx 내성 중 적어도 하나일 수 있고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 수분 흡착열, 표적 분자 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함할 수 있다. 나아가, 구현예에서, 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 수분 흡착열, 표적 분자 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 수분 흡착열과 수분 흡착 용량의 곱의 합은 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 표적 분자 흡착열과 표적 분자 사이클 흡착 용량의 곱의 합보다 클 수 있다.
제2 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
제2 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은: 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, SOx 내성 흡착제, 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
제3 광범위한 구현예에서, 기체 혼합물 분리를 위한 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 하나 이상의 제1 흡착제 물질, 및 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질과 조합되어 블렌드된 흡착제 분말을 형성하기 위한, 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질의 흡착제 중량은 상기 블렌드된 흡착제 분말의 흡착제 중량의 약 20%, 30% 또는 40%와 같거나 이보다 클 수 있고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 증기 내성, 산화 내성, NOx 내성, 및/또는 SOx 내성 중 적어도 하나일 수 있다.
제3 광범위한 구현예의 구현예에서, 흡착 분리 공정의 재생 단계 동안 수분 흡착이 그 최대 용량일 때와 같은 증기 재생 설계 조건에서, 예를 들어, 블렌드된 흡착제가 100 내지 160℃ 온도에 있을 때, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질의 수분 흡착 용량은 상기 블렌드된 흡착제 분말의 수분 흡착 용량의의 약 20%, 30% 또는 40%와 같거나 이보다 클 수 있다.
제3 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 상기 블렌드된 흡착제 분말의 시트 또는 라미네이트, 또는 밀리미터 크기 입자를 만들기 위한 흡착제 지지체 또는 형성 요소를 더 포함한다.
제3 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 흡착제 지지체는 100 내지 3000 마이크로미터 범위의 두께를 가지는, 시트, 실질적으로 편평 시트, 평면 시트, 및/또는 라미네이트 형태이다.
제3 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질의 열용량과 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 열용량의 합은 상기 형성된 블렌드된 흡착제의 열용량의 약 75%와 같거나 이보다 크다.
제3 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 및/또는 상기 흡착제 지지체는 약 100 내지 3000 마이크로미터 범위의 두께를 가지는, 시트, 실질적으로 편평 시트, 평면 시트, 및/또는 라미네이트 형태일 수 있다.
제3 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 상기 흡착제 지지체는 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체의 제1 말단 및 제2 말단, 및/또는 제1 부분 및 제2 부분을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체의 제1 부분 내에 및/또는 제1 말단에 인접하여 실질적으로 균일하게 분포 및/또는 실질적으로 위치한다. 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체의 제2 부분 내에 및/또는 제2 말단에 인접하여 실질적으로 균일하게 분포 및/또는 실질적으로 위치하고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질과 병치될 수 있다.
제3 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 및/또는 상기 흡착제 지지체는 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체의 제1 말단, 및 제2 말단, 및/또는 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체의 제1 부분 및 제2 부분을 더 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체 상에 불균일하게 분포 및/또는 위치한다. 추가적인 구현예에서, 상기 제2 흡착제 물질은: 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
제3 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제1 말단 및/또는 상기 흡착제 지지체의 제1 부분은, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 또는 흡착제 지지체의 제2 말단 및/또는 제2 부분에 비하여, 더 높은 농도의 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질, 및/또는 더 낮은 농도의 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 가질 수 있다. 구현예에서, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 또는 흡착제 지지체의 제2 말단 및/또는 제2 부분은, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 또는 흡착제 지지체의 제1 말단 및/또는 제1 부분에 비하여, 더 낮은 농도의 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질, 및/또는 더 높은 농도의 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 가질 수 있다.
제3 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 상기 흡착 지지체의 제1 말단 및 제2 말단 사이에 농도 구배 또는 농도 변화율을 가지고, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 상기 흡착제 지지체 상에 균일하게 분포 및/또는 위치할 수 있다.
제3 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 농도 구배 또는 농도 변화율은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체의 제1 말단과 제2 말단 사이에서 실질적으로 일정할 수 있다.
제3 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 및/또는 상기 흡착제 지지체는 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체의 제1 부분 및 제2 부분을 더 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체 내 제1 부분에서 농도 구배 또는 농도 변화율을 가지고, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체 상에 불균일하게 분포 및/또는 위치할 수 있다. 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체의 제2 부분 내에 실질적으로 균일하게 분포 및/또는 실질적으로 위치할 수 있다. 추가적인 구현예에서, 상기 제1 흡착제 물질은 증기 내성, 산화 내성, NOx 내성, 및/또는 SOx 내성 중 적어도 하나이고, 상기 제2 흡착제 물질은 증기 비-내성, 산화 비-내성, NOx 비-내성, 및/또는 SOx 비-내성 중 적어도 하나이다.
제3 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체에 대하여 이와 접촉하여 제1 층 또는 근위층을 형성할 수 있고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체에 대하여 이와 접촉하여 제2 층 또는 원위층을 형성할 수 있다.
제3 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질을 실질적으로 캡슐화할 수 있고, 및/또는 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 원위층을 형성하고 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 근위층을 형성할 수 있다. 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체 상에 위치할 수 있고, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 흡착제 지지체의 제1 말단과 제2 말단 사이에 실질적으로 균일하게 분포할 수 있다.
제3 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 수분 흡착열, 표적 분자 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 수분 흡착열, 표적 분자 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함할 수 있다. 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 수분 흡착열과 수분 흡착 용량의 곱의 합은 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 표적 분자 흡착열과 표적 분자 흡착 용량의 곱의 합보다 클 수 있다.
제3 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
제3 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, SOx 내성 흡착제, 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
제4 광범위한 구현예에서, 기체 혼합물 분리를 위한 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 하나 이상의 제1 흡착제 물질, 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 포함할 수 있다. 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 증기 내성, 산화 내성, NOx 내성, 및/또는 SOx 내성 중 적어도 하나일 수 있고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 수분 흡착열, 표적 분자 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 수분 흡착열, 표적 분자 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함할 수 있다. 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 수분 흡착열과 수분 흡착 용량의 곱의 합은 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 표적 분자 흡착열과 표적 분자 사이클 흡착 용량의 곱의 합보다 클 수 있다.
제4 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 지지하기 위한 흡착제 지지체를 더 포함한다.
제4 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, 및/또는 SOx 내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
제4 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
제4 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, SOx 내성 흡착제, 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
제5 광범위한 구현예에서, 기체 분리를 위한 형성된 블렌드된 흡착제 구조는, 블렌드된 흡착제 형성을 위하여, 수분 흡착에 대한 흡착 등온선이 상이한 적어도 두 개의 내성 흡착제 물질(예를 들어, 제1 내성 흡착제 물질 및 제2 내성 흡착제 물질)을 가지는 복수의 내성 흡착제 물질을 포함할 수 있고, 상기 제1 내성 흡착제 물질의 흡착제 중량은 상기 블렌드된 흡착제의 흡착제 중량의 약 20%, 30% 또는 40%와 같거나 이보다 크다.
제5 광범위한 구현예의 구현예에서, 흡착 분리 공정의 재생 단계에서 수분 흡착이 그 최대 용량일 때와 같은 증기 재생 조건 하에, 예를 들어, 블렌드된 흡착제가 100 내지 160℃의 온도에 있을 때, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질의 수분 흡착 용량은 상기 블렌드된 흡착제의 수분 흡착 용량의 약 20%, 30% 또는 40%와 같거나 이보다 클 수 있다.
제5 광범위한 구현예의 구현예에서, 일정량의 표적 분자를 탈착시키는데 사용되는 증기의 양은 동일 작업 사이클 하에 임의의 비-블렌드된 흡착제 물질에 비하여 적어도 10% 감소될 수 있다.
제5 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 블렌드된 흡착제의 시트 또는 라미네이트 또는 밀리미터 크기 입자를 만들기 위한 흡착제 지지체 또는 형성 요소를 더 포함한다.
제6 광범위한 구현예에서, 흡착제 접촉기는 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 구조, 복수의 유체 통로, 상기 복수의 유체 통로에 유체 연결되는 제1 포트 (상기 제1 포트는 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제1 말단에 및 임의로 흡착제 지지체의 제1 말단에 실질적으로 위치함), 및 상기 복수의 유체 통로에 유체 연결되는 제2 포트 (상기 제2 포트는 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제2 말단에 및 임의로 상기 흡착제 지지체의 제2 말단에 실질적으로 위치함)를 포함하고, 상기 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 상기 복수의 유체 통로를 적어도 부분적으로 정의한다.
제6 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 및 상기 복수의 유체 통로를 하우징하기 위한 엔클로저를 더 포함하고, 상기 엔클로저는 상기 제1 포트 및 상기 복수의 유체 통로에 유체 연결되는 제1 엔클로저 포트 및 상기 제2 포트 및 상기 복수의 유체 통로에 유체 연결되는 제3 엔클로저 포트를 가질 수 있다.
제6 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 또는 하나 이상의 내성 흡착제 물질은 상기 제1 포트에 실질적으로 인접하거나 가장 가까이, 상기 흡착제 접촉기 용적의 약 20%, 30% 또는 40%와 같거나 이보다 큰 부피 내로 위치할 수 있다.
제6 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 또는 하나 이상의 내성 흡착제 물질은 수분 흡착열, 표적 분자 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함할 수 있고; 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질 또는 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질 또한 수분 흡착열, 표적 분자 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함할 수 있다. 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 또는 하나 이상의 내성 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질 또는 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질의 수분 흡착열과 수분 흡착 용량의 곱의 합은 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 또는 하나 이상의 내성 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질 또는 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질의 표적 분자 흡착열과 표적 분자 사이클 흡착 용량의 곱의 합보다 클 수 있다.
제6 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 또는 하나 이상의 내성 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질 또는 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질의 열용량의 합은, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 또는 하나 이상의 내성 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질 또는 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질을 가지는 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 열용량의 약 75%와 같거나 이보다 클 수 있다.
제6 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 흡착제 접촉기는 층류 조건하에 약 2,000 내지 약 40,000 Darcy의 투과성 값을 더 포함할 수 있다.
제6 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 투과성 값은 상기 제1 포트와 제2 포트 사이에서일 수 있다.
제6 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 제1 포트 및 제2 포트는 실질적으로, 상기 복수의 유체 통로의 마주보는 말단 및/또는 상기 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 마주보는 말단 사이에 위치할 수 있다.
제6 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, 및/또는 SOx 내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
제6 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은: 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, SOx 내성 흡착제, 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
제6 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 흡착제 접촉기는 평행 통로 흡착제 접촉기이다.
제7 광범위한 구현예에서, 적어도 제1 분자 및 제2 분자를 포함하는 기체 스트림을 분리하기 위한 흡착 기체 분리 방법은, 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 구조들을 가지는 흡착제 접촉기를 제공하는 단계; 상기 흡착제 접촉기의 제1 포트 또는 제2 포트 내로 상기 기체 스트림을 들여보내는 단계; 적어도 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 가지는 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 위 상에 및/또는 내에 상기 제1 분자의 적어도 일부를 흡착시키는 단계; 상기 흡착제 접촉기의 제1 포트 또는 제2 포트로부터 상기 제2 분자가 풍부한 제1 생성물 유체를 회수하는 단계; 상기 흡착제 접촉기의 제1 포트 내로 증기 스트림을 들여보내는 단계; 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질, 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질 중 적어도 하나 위에 흡착된 상기 제1 분자의 적어도 일부를 탈착시키는 단계; 및 상기 흡착제 접촉기의 제2 포트로부터 상기 제1 분자의 적어도 일부를 회수하는 단계를 포함한다.
제7 광범위한 구현예의 구현예에서, 상기 방법은 수분 흡착열 및/또는 응축열을 생성하고, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질, 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질 중 적어도 하나 위에 흡착된 제1 분자의 적어도 일부를 탈착시키기 위한 탈착열로서 상기 수분 흡착열을 사용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제7 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 방법은 상기 흡착제 접촉기 내 상대 습도보다 작은 상대 습도를 가지는 기체 스트림을 들어가게 하고, 상기 흡착제 접촉기로부터 수분을 회수하는 단계; 및/또는 상기 흡착제 접촉기 내 진공을 가하고 상기 흡착제 접촉기로부터 수분을 회수하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제7 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 제1 분자는 이산화탄소 분자, 산화황 분자, 또는 산화질소 분자 중 적어도 하나일 수 있다.
제7 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 제2 분자는 질소 분자 또는 산소 분자일 수 있다.
제7 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 증기 스트림은 100 내지 120℃ 범위의 온도를 더 포함할 수 있다.
제7 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 방법은, 상기 증기 스트림을 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질을 포화시키는 양 또는 그 이하의 양으로, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 단지 일부의 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 포화시키는 양으로, 또는 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 모두 포화시키기에 불충분한 양으로 들여보내는 단계를 더 포함할 수 있다.
제7 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 방법은, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질과 접촉 전에, 상기 증기 스트림을 들여보내 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질과 접촉시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
제7 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, 및/또는 SOx 내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
제7 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
제7 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은: 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, SOx 내성 흡착제, 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나이다.
제7 광범위한 구현예의 다른 구현예에서, 상기 흡착제 접촉기는 평행 통로 흡착제 접촉기이다.

Claims (51)

  1. 기체 혼합물을 분리하기 위한 블렌드된(blended) 흡착제 분말로서,
    하나 이상의 내성(tolerant) 흡착제(sorbent) 물질; 및
    하나 이상의 비-내성(intolerant) 흡착제 물질
    을 포함하고,
    상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질의 흡착제 중량은 상기 블렌드된 흡착제 분말의 흡착제 중량의 20% 이상인, 블렌드된 흡착제 분말.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질의 수분 흡착 용량은, 흡착 분리 공정의 수분 흡착이 그 최대 용량인 증기 재생 조건에서, 상기 블렌드된 흡착제 분말의 수분 흡착 용량의 20% 이상이고,
    상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질은 증기 내성, 산화 내성, NOx 내성, 및/또는 SOx 내성 중 적어도 하나인, 블렌드된 흡착제 분말.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 블렌드된 흡착제 분말은 흡착 분리 공정에서 흡착을 위하여 사용되는 공정 조건 하에 표적 분자에 대하여 적어도 1 mmol/g 흡착 용량을 가지는, 블렌드된 흡착제 분말.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질은 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질을 캡슐화하고, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질은 상기 블렌드된 흡착제 분말의 원위(distal)층을 형성하고, 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질은 근위(proximal)층을 형성하는, 블렌드된 흡착제 분말.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질은 수분 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착열, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질은 수분 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착열, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질의 수분 흡착열과 수분 흡착 용량의 곱의 합은 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질의 표적 분자 흡착열과 표적 분자 흡착 용량의 곱의 합보다 큰, 블렌드된 흡착제 분말.
  6. 증기 내성, 산화 내성, NOx 내성, 및/또는 SOx 내성 중 적어도 하나이고, 수분 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착열, 및 표적 분자 목표 흡착 용량을 더 포함하는, 제1 내성 흡착제 물질; 및
    수분 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착열, 및 표적 분자 흡착 용량을 더 포함하는, 하나 이상의 제2 흡착제 물질
    을 포함하는 블렌드된 흡착제 분말로서,
    상기 제1 내성 흡착제 물질 및 상기 제2 흡착제 물질은 수분 흡착 용량, 수분 흡착열, 표적 분자 흡착 용량, 및 표적 분자 흡착열 중 적어도 하나가 다르고,
    상기 제1 내성 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 수분 흡착열과 수분 흡착 용량의 곱의 합은 상기 제1 내성 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 표적 분자 흡착열과 표적 분자 흡착 용량의 곱의 합보다 큰, 블렌드된 흡착제 분말.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 흡착제 물질은 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나인, 블렌드된 흡착제 분말.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 흡착제 물질은: 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, SOx 내성 흡착제, 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나인, 블렌드된 흡착제 분말.
  9. 기체 혼합물 분리를 위한, 형성된 블렌드된 흡착제 구조로서,
    하나 이상의 제1 흡착제 물질; 및
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질과 조합되어 블렌드된 흡착제를 형성하기 위한, 하나 이상의 제2 흡착제 물질
    을 포함하고,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질의 흡착제 중량은 상기 블렌드된 흡착제의 흡착제 중량의 20% 이상이고,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, 및/또는 SOx 내성 흡착제 중 적어도 하나인,
    형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질의 수분 흡착 용량은 흡착 분리 공정에서 그 최대 용량에서 상기 블렌드된 흡착제의 수분 흡착 용량의 20% 이상인, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 블렌드된 흡착제의 시트 또는 라미네이트 또는 밀리미터 크기 입자를 만들기 위한 흡착제 지지체 또는 형성 요소를 더 포함하는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 흡착제 지지체는 100 마이크로미터 내지 3000 마이크로미터 범위의 두께를 가지는, 시트, 편평 시트(flat sheet), 평면 시트(planar sheet), 및/또는 라미네이트 형태인, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 제2 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 열용량의 합은 상기 형성된 블렌드된 흡착제의 열용량의 75% 이상인, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 100 마이크로미터 내지 3000 마이크로미터 범위의 두께를 가지는, 시트, 편평 시트, 평면 시트, 및/또는 라미네이트 형태인, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 및/또는 상기 흡착제 지지체는 제1 말단 및 제2 말단을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 상기 제1 말단에 인접하여 균일하게 분포 및/또는 위치하고, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 상기 제2 말단에 인접하여 균일하게 분포 및/또는 위치하는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  16. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 및/또는 상기 흡착제 지지체는 제1 말단 및 제2 말단을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 상기 형성된 블레드된 흡착제 구조 또는 상기 흡착제 지지체 상에 불균일하게 분포 및/또는 위치하는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 말단은 상기 제2 말단에 비하여 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질의 더 높은 농도를 가지고, 상기 제2 말단에 비하여 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 더 낮은 농도를 가지고,
    상기 제2 말단은 상기 제1 말단에 비하여 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질의 더 낮은 농도를 가지고, 상기 제1 말단에 비하여 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 더 높은 농도를 가지는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    불균일한 분포는 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제1 말단과 제2 말단 사이에 농도 구배를 더 포함하는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 농도 구배는 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제1 말단과 제2 말단 사이에서 일정한, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  20. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 및/또는 상기 흡착제 지지체는 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제1 부분 및 제2 부분을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 상기 흡착제 지지체 상에 불균일하게 분포 및/또는 위치하고, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 상기 흡착제 지지체의 제1 부분 내에 농도 구배를 가지고,
    상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 상기 흡착제 지지체의 제2 부분 내에 균일하게 분포 및/또는 위치하는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  21. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 상기 흡착제 지지체와 접촉하여 이에 대하여 제1층 또는 근위층을 형성하고,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 상기 제1층 또는 상기 근위층과 접촉하여 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 상기 흡착제 지지체에 대하여 제2층 또는 원위층을 형성하는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  22. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 캡슐화하고,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 원위층을 형성하고 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 근위층을 형성하고, 및
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 상기 흡착제 지지체 상에 위치하는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 또는 상기 흡착제 지지체의 제1 말단과 제2 말단 사이에 균일하게 분포되는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  24. 제9항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 수분 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착열, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 수분 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착열, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 수분 흡착열과 수분 흡착 용량의 곱의 합은 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 표적 분자 흡착열과 표적 분자 흡착 용량의 곱의 합보다 큰, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  25. 제9항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나인, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  26. 제9항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은: 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, SOx 내성 흡착제, 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나인, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  27. 기체 혼합물 분리를 위한 형성된 블렌드된 흡착제 구조로서,
    하나 이상의 제1 흡착제 물질; 및
    하나 이상의 제2 흡착제 물질
    을 포함하고,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, 및/또는 SOx 내성 흡착제 중 적어도 하나이고, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 수분 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착열, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 수분 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착열, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 수분 흡착열과 수분 흡착 용량의 곱의 합은 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 표적 분자 흡착열과 표적 분자 흡착 용량의 곱의 합보다 큰, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질을 지지하기 위한 흡착제 지지체를 더 포함하는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나인, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  30. 제27항 또는 제28항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 내성 흡착제 물질, 증기 내성 흡착제, 산화 내성 흡착제, NOx 내성 흡착제, SOx 내성 흡착제, 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나인, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  31. 기체 혼합물 분리를 위한, 형성된 블렌드된 흡착제 구조로서,
    적어도 블렌드된 흡착제 형성을 위한 제1 내성 흡착제 및 제2 내성 흡착제를 가지는 복수의 내성 흡착제 물질을 포함하고, 상기 제1 내성 흡착제 및 상기 제2 내성 흡착제는 수분 흡착에 대해 상이한 흡착 등온선을 가지고, 비-내성 흡착제 물질, 증기 비-내성 흡착제, 산화 비-내성 흡착제, NOx 비-내성 흡착제, 및/또는 SOx 비-내성 흡착제 중 적어도 하나이고,
    상기 제1 내성 흡착제 물질의 흡착제 중량은 상기 블렌드된 흡착제의 흡착제 중량의 20% 이상인, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 제1 내성 흡착제 물질의 수분 흡착 용량은, 흡착 분리 공정 중 수분 흡착이 그 최대 용량인 조건에서, 상기 블렌드된 흡착제의 수분 흡착 용량의 20%와 같거나 그보다 큰, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서,
    일정량의 표적 분자를 탈착시키는데 사용되는 증기의 양이 동일 작업 사이클 하에 임의의 비-블렌드된 흡착제 물질에 비하여 적어도 10% 감소되는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  34. 제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블렌드된 흡착제의 시트 또는 라미네이트 또는 밀리미터 크기 입자를 만들기 위한 흡착제 지지체 또는 형성 요소를 더 포함하는, 형성된 블렌드된 흡착제 구조.
  35. 복수의 제9항 내지 제34항 중 어느 한 항의 형성된 블렌드된 흡착제 구조;
    복수의 유체 통로;
    상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제1 말단에 위치하는, 상기 복수의 유체 통로에 유체 연결되는 제1 포트; 및
    상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 제2 말단에 위치하는, 상기 복수의 유체 통로에 유체 연결되는 제2 포트
    를 포함하는 흡착제 접촉기로서,
    상기 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 구조는 적어도 부분적으로 상기 복수의 유체 통로를 정의하는, 흡착제 접촉기.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 구조 및 상기 복수의 유체 통로를 하우징하기 위한 엔클로저(enclosure)를 더 포함하고, 상기 엔클로저는 상기 제1 포트 및 상기 유체 통로에 유체 연결되는 제1 엔클로저 포트 및 상기 제2 포트 및 상기 유체 퉁로에 유체 연결되는 제2 엔클로저 포트를 가지는, 흡착제 접촉기.
  37. 제35항 또는 제36항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 상기 흡착제 접촉기의 용적의 20% 이상의 부피 내에서 상기 제1 포트에 인접하거나 가장 가까이 위치하는, 흡착제 접촉기.
  38. 제35항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질은 수분 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착열, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질은 수분 흡착열, 수분 흡착 용량, 표적 분자 흡착열, 표적 분자 흡착 용량을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 수분 흡착열과 수분 흡착 용량의 곱의 합은 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 표적 분자 흡착열과 표적 분자 흡착 용량의 곱의 합보다 큰, 흡착제 접촉기.
  39. 제35항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질의 열용량의 합은 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 열용량의 75% 이상인, 흡착제 접촉기.
  40. 제35항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    층류 조건 하에 2,000 Darcy 내지 40,000 Darcy의 투과성 값을 더 포함하는, 흡착제 접촉기.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 투과성 값은 상기 제1 포트 및 상기 제2 포트 사이인, 흡착제 접촉기.
  42. 제35항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 포트 및 상기 제2 포트는 상기 유체 통로의 마주보는 말단 및/또는 상기 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 구조의 마주보는 말단 상에 위치하는, 흡착제 접촉기.
  43. 제35항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착제 접촉기는 평행 통로 흡착제 접촉기인, 흡착제 접촉기.
  44. 기체 스트림 분리를 위한 흡착 기체 분리 방법으로서,
    상기 기체 스트림은 적어도 제1 분자 및 제2 분자를 포함하고, 상기 방법은:
    (a) 복수의 형성된 블렌드된 흡착제 구조를 가지는, 제35항 내지 제43항 중 어느 한 항의 흡착제 접촉기를 제공하는 단계;
    (b) 상기 흡착제 접촉기의 제1 포트 또는 제2 포트 내로 상기 기체 스트림을 들여보내는 단계;
    (c) 적어도 하나 이상의 제1 흡착제 물질 또는 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질, 및 하나 이상의 제2 흡착제 물질 또는 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질을 가지는, 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조 내 및/또는 위에 상기 제1 분자의 적어도 일부를 흡착시키는 단계:
    (d) 상기 흡착제 접촉기의 제1 포트 또는 제2 포트로부터 상기 제2 분자가 풍부한 제1 생성물 유체를 회수하는 단계;
    (e) 상기 흡착제 접촉기의 제1 포트 내로 증기 스트림을 들여보내는 단계;
    (f) 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질, 및 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질 중 적어도 하나 위에 흡착된 상기 제1 분자의 적어도 일부를 탈착시키는 단계; 및
    (g) 상기 흡착제 접촉기의 제2 포트로부터 상기 제1 분자의 적어도 일부를 회수하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  45. 제44항에 있어서,
    단계 (e)에서 수분 흡착열 및/또는 응축열을 생성하고, 단계 (f)에서 상기 형성된 블렌드된 흡착제 구조, 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질, 및 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질 중 적어도 하나 위에 흡착된 제1 분자의 적어도 일부를 탈착시키기 위한 탈착열로서 상기 수분 흡착열을 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  46. 제44항 또는 제45항에 있어서,
    단계 (g) 후에,
    단계 (f) 중 상기 흡착제 접촉기 내 상대 습도보다 작은 상대 습도를 가지는 기체 스트림을 들여보내고, 상기 흡착제 접촉기로부터 수분을 회수하는 단계; 및/또는
    상기 흡착제 접촉기 내 진공을 가하고, 상기 흡착제 접촉기로부터 수분을 회수하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  47. 제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 분자는 이산화탄소 분자, 산화황 분자, 또는 산화질소 분자 중 적어도 하나인, 방법.
  48. 제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 분자는 질소 분자 또는 산소 분자인, 방법.
  49. 제44항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (e) 동안, 상기 증기 스트림은 100 내지 120℃ 범위의 온도를 더 포함하는, 방법.
  50. 제44항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (e) 동안, 상기 증기 스트림을 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질을 포화시키는 양 또는 그 이하의 양으로, 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질 및 단지 일부의 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질을 포화시키는 양으로, 또는 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질 및 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질을 모두 포화시키기에 불충분한 양으로 들여보내는 단계를 더 포함하는, 방법.
  51. 제44항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (e) 동안, 상기 하나 이상의 제2 흡착제 물질 또는 상기 하나 이상의 비-내성 흡착제 물질과 접촉 전에, 상기 증기 스트림을 들여보내 상기 하나 이상의 제1 흡착제 물질 또는 상기 하나 이상의 내성 흡착제 물질과 접촉시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
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