MXPA01004159A - Medio de filtro de aire, regenerable electricamente, de tamiz molecular compuesto de fibras de carbon. - Google Patents

Abstract

Se da a conocer un sistema de filtro de gas, que se puede regenerar electricamente, el cual incluye un medio de filtro (7) de tamiz molecular, compuesto de fibras de carbon (CFCMS), para la separacion y purificacion, o el proceso catalitico de fluidos. Este medio de filtro (7) se hace de fibras de carbon, unidas rigidamente para formar un monolito rigido, permeable, abierto, capaz de ser formado a una configuracion cercana a la red. Un filtro previo (5), separado, de eficiencia media, remueve el material particulado desde una corriente de aire de suministro, antes que esta corriente de aire pase a traves del filtro (7) de CFCMS, para sorber los contaminantes gaseosos del aire. La corriente de aire es luego recirculada a un espacio. Cuando se satura, el medio (7) del CFMS es regenerado utilizando una corriente de bajo voltaje desde el suministro (22) de potencia, que se hace pasar a traves del medio (7) del filtro.

Description

MEDIO DE FILTRO DE AIRE. REGENERABLE ELÉCTRICAMENTE. DE TAMIZ MOLECULAR COMPUESTO DE FIBRAS DE CARBÓN El Gobierno de los Estados Unidos de América tiene 5 derechos en esta invención, conforme al contrato No. DE- ACO5-84OR21400, entre el Departamento de Energía de los Estados Unidos de América y Lockheed Martín Energy Systems, Inc., y el contrato No. DE-AC05-960R22464 , entre el Departamento de Energía de los Estados Unidos de América y 10 Lockheed Martín Energy Research Corporation.

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta invención se relaciona con la invención descrita en la solicitud de patente intitulada Método y 15 Aparato para Separar Gases, Basados en Sorbentes Compuestos de Fibras de Carbón Monolíticos, Incrementados Eléctrica y Magnéticamente, Solicitud de patente de E.U.A:, No. de Serie 08/792,521, presentada el 31-1-97. Se hace referencia a T.D. Burchell et al., 20 Solicitud de Patente de E.U.A., No. de Serie 08/747,109, presentada el 08 -XI -96, intitulada Material Compuesto de Fibras de Carbón Activado y Método de Obtenerlo, la cual es una continuación parcial de la Solicitud de Patente de E.U.A., No. de Serie 08/358,857. Toda la descripción de la a?**«Há¡haiMia-i Solicitud de Patente de E.U.A., No. de Serie 08/747,109, se incorpora aquí como referencia. Se hace referencia también a R. R. Judkins y T. D. Burchell, Solicitud de Patente de E.U.A., No. de Serie 08/601,672, presentada el 15-11-96, cuya descripción total de incorpora aquí como referencia.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a filtros de gas / aire, de tipo sorción y, más particularmente, a aquéllos que emplean medios de filtros de aire de tamiz molecular de un compuesto de fibras de carbón (CFCMS) .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las tecnologías actuales para remover contaminantes gaseosos del aire desde ambientes residenciales, comerciales e industriales, utilizan sorbentes, tal como los carbonos activados granulares y alúminas de elevada área superficial . Cuando los sorbentes se llegan a saturar, ellos se remueven del servicio para el reciclado (método de oscilación de presión/temperatura) o para el desecho de desperdicios. La vida efectiva de cada sorbente depende de tanto la cantidad de contaminantes capturada como la capacidad de sorción de ese material .

Los altos costos del ciclo de servicio han limitado la realización de muchas tecnologías para mejoras en la calidad del aire, como en el caso de los sistemas de carbón activado. Los principales problemas, técnicos y de operación, asociados con los sorbentes granulares, incluyen la canalización, instalación (empaque) y resistencia al flujo del aire. Con nuevas normas para la calidad del aire en interiores, el instituto American National Standards Insti tute (ANSÍ) / American Society of Heating, Refrigeration and Air Condi tioning Engineers (ASHRAE) 62-1989R, impulsó la aplicación de sistemas de costo efectivo, los costos menores del ciclo de vida y los costos del ciclo de servicio son necesarios para cumplir con las demandas del crecimiento rápido de mercados residenciales y comerciales. La separación del gas, el tratamiento de desperdicios y los soportes catalíticos son usos industriales comunes para los carbones activos. La instalación, canalización y pérdida de presión durante la operación, son los problemas principales asociados con los carbonos activados granulares típicos. Se ha desarrollado un proceso para producir un compuesto de carbono poroso, de fibra de carbón, con una densidad menor de 0.2 g/cc. Este compuesto, rígido estructuralmente, se puede activar para producir un volumen significante de mesoporos (2 a 50 nm) y/o microporos (<2nm) . Asimismo, la estructura rígida tiene macroporos en el intervalo de 10 a 500 mieras, que permiten el flujo de fluido excelente a través de la muestra, lo que resulta en una caída aceptable de presión. La naturaleza rígida del compuesto también elimina los problemas debidos a la canalización e instalación, por lo tanto, obteniendo un candidato posible para un soporte catalítico. El material tiene una estructura continua de carbono y es así conductivo eléctricamente. El pasaje de la corriente eléctrica, típicamente de 1 a 20 amperios a 1 a 5 voltios para un segmento pequeño del medio, causa que el tamiz molecular compuesto de fibra de carbón se caliente, desorbiendo así, eléctrica y térmicamente, los gases sorbidos. Las fibras de carbón se producen comercialmente de rayón, fenólicos, poliacrilonitrilo (PAN) o alquitrán. El último tipo se divide además en fibras producidas de los precursores isotrópicos de alquitrán, y las derivadas de alquitrán que se han tratado previamente para introducir una alta concentración de una mesofase carbonosa. Las fibras de alto desempeño, es decir, aquéllas con alta resistencia o rigidez, se producen generalmente del poliacrilonitrilo o alquitranes de mesofase. Las fibras para propósitos generales, de desempeño inferior, se producen de precursores de alquitrán isotrópicos. Estos materiales se producen como fibras cortas, sopladas (más bien que filamentos continuos) desde precursores, tal como el alquitrán de brea de carbón cáustica de la descomposición del etileno, y alquitrán de petróleo preparado de decantar los aceites producidos por la descomposición térmica catalítica fluidizada. Aplicaciones de las fibras isotrópicas incluyen: los materiales de 5 fricción; refuerzos para plásticos de ingeniería; rellenos conductivos eléctricamente para polímeros; medios de filtros; papel y paneles; hilos híbridos; y como un refuerzo para el concreto. Más recientemente, se ha desarrollado un interés 10 en las formas activas de las fibras del carbón isotrópico, donde se pueden producir áreas superficiales elevadas por la gasificación parcial en el vapor de agua u otros gases oxidantes. Las fibras de carbón activado tienen novedosas propiedades que las hacen más atractivas que las formas 15 convencionales (polvos o carbones de tamaño grande) para ciertas aplicaciones. Mientras la porosidad puede ser generada en muchos tipos de fibras de carbón, las fibras de bajo módulo, producidas del alquitrán isotrópico, son particularmente adecuadas para la activación, debido a su 20 estructura única, donde el empaque aleatorio de pequeños cristalitos permite el desarrollo de una estructura de poros extensa . Entre las posibles aplicaciones, las fibras de carbón activado son de interés para la adsorción y 25 recuperación de vapores orgánicos; en la protección - -"--~M—-. ambiental; la remoción de S0X y N0x desde el gas de humero; la mejora de la calidad del aire; y el tratamiento del agua. Las dificultades en el manejo y la utilización de fibras de carbón activadas pueden ser superadas por su incorporación en compuestos, tal como en telas tejidas y no tejidas, fieltro y papel . Esta invención suministra un material compuesto de fibras de carbón activado, rígido, que tiene una estructura abierta y permeable y puede ser producido en piezas sencillas con un tamaño y configuración dados. Las únicas propiedades del compuesto activado hecho de fibras de carbón derivadas del alquitrán isotrópico, tal como una estructura porosa unimodal, estrecha en la fibra, área superficial grande, regímenes rápidos de adsorción y desorción, la capacidad de suministrar configuraciones específicas de alta permeabilidad y resistencia, sugieren que, entre otras aplicaciones (notablemente en la protección ambiental) , ellas pueden ser adecuadas para la separación molecular en la base de tamaño y configuración. La adsorción de oscilación de presión (PSA) es un proceso conocido para la separación de gases desde mezclas de gas de múltiples componentes. El aparato de PSA confía en el proceso físico de adsorción, en el cual los gases son adsorbidos selectivamente sobre un substrato desde una corriente de gas, agotando así la corriente de unas especies gaseosas. El gas adsorbido es luego desorbido a una presión menor en una segunda corriente de gas, enriqueciendo así la misma con las especies desorbidas . La etapa de desorción regenera el material adsorbente para la reutilización durante la etapa de adsorción subsiguiente. Es reconocido ampliamente que la tecnología de la PSA ha madurado completamente y que los avances ulteriores en esta tecnología requerirán el desarrollo de materiales superiores de adsorbentes y tamices moleculares, que tengan áreas superficiales significantemente mayores, combinadas con un ancho promedio de microporos de 5 a 10 Á. Los sistemas PSA comprenden típicamente varios lechos de adsorción, a través de los cuales pasa la corriente de gas, permitiendo la separación casi completa de las especies de gas seleccionadas . Los materiales adsorbentes usados en una unidad de PSA se seleccionan para tener el ancho promedio de microporos apropiado (típicamente en el intervalo de 5-10 Á) para adsorber selectivamente o tamizar las especies de gas requeridas y deben poseer adicionalmente áreas superficiales grandes. Materiales adsorbentes, disponibles actualmente, incluyen las zeolitas, con áreas superficiales en el intervalo de 10 a 350 m2/g, y carbonos activados con áreas superficiales en el intervalo de 500 a 1000 m2/g. Carbones activados convencionales y tamices moleculares de carbón son de estructura granular. Durante la operación en un sistema de la PSA, los materiales granulares se someten a desgaste y pueden sedimentar, lo que resulta en la formación de canales que permiten que la corriente de fluido se desvíe del adsorbente.

OBJETOS DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, los objetos de la presente invención incluyen la provisión de un nuevo y mejorado filtro de aire/gas, regenerable, el cual reduce los costos de operación de los sistemas gaseosos de filtración de aire por la provisión de una capacidad de sorción superior y la regeneración en el sitio. El material compuesto de fibras de carbón de la presente invención está comprendido de fibras de carbón poroso, unidas para formar una estructura monolítica, abierta y permeable. El compuesto de fibra de carbón define áreas superficiales mayores de 1000 m2/g. Varias características del compuesto de fibra de carbón pueden ser alteradas por alterar las condiciones seleccionadas durante la producción y activación del compuesto. Éstos y otros objetos de la presente invención llegarán a ser evidentes de la descripción aquí contenida.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con un aspecto de la presente invención, los objetos anteriores y otros se logran por un aparato de filtro de gas, regenerable eléctricamente, el cual comprende: un medio de filtro de tamiz molecular, compuesto de fibra de carbón, para sorber los contaminantes gaseosos inaceptables, que fluyen ahí y permitir el flujo de un gas aceptable del mismo; y un elemento de regeneración, para causar que una corriente eléctrica pase a través del medio de filtro para desorber los contaminantes sorbidos desde el medio de filtro. De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, los objetos anteriores y otros se logran por un método de filtro de gas, regenerable eléctricamente, para remover los contaminantes gaseosos inaceptables, el cual comprende las etapas de: suministrar un medio de filtro de tamiz molecular, compuesto de fibras de carbón; pasar el gas contaminado a través del medio de filtro, para sorber los contaminantes desde el gas sobre el medio de filtro y pasar el gas aceptable desde el mismo; y conducir una corriente eléctrica a través del medio de filtro para desorber los contaminantes sorbidos desde este medio de filtro.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista esquemática que muestra el filtro 36 de carbón, que además comprende un medio 37 de tamiz molecular compuesto de fibras de carbón; el aire inaceptable 38; filtrado a un aire aceptable 39; y el aire de purga o depurador, 40 y 40 ', para remover los contaminantes; y un elemento regenerador 20, por el cual se hace pasar una corriente eléctrica a través del medio de filtro, para desorber los contaminantes sorbidos desde el medio de filtro. En una modalidad preferida, el elemento 20 regenerador además comprende un circuito eléctrico 21, que además incluye un suministro de energía 22, un elemento interruptor 23 y los conductores eléctricos 24. En una modalidad más específica, las Figuras 2 y 3 muestran una bomba de calor o aparato acondicionador de aire, . el cual comprende una cubierta 1 que contiene un conjunto 2 de serpentín de transferencia de calor, un conjunto 3 soplador de aire ambiental, con una descarga 4 del aire ambiental, un filtro 5 convencional de aire particulado, un filtro de carbón 6 que además comprende un medio de tamiz molecular 7, compuesto de fibras de carbón, una compuerta de tiro 8 del aire externo y el aire de retorno, una compuerta de tiro 9 del aire de escape, un soplador 10 del aire de escape, que tiene una descarga 11 del aire de escape, una compuerta de tiro 12 de nuevo del aire de escape, una entrada 13 del aire de retorno, una entrada 14 del aire exterior y conductos de trabajo asociados, bien conocidos a un experto en la materia. La Figura 2 es una vista esquemática en sección, que muestra el acondicionador de aire o unidad de bomba de calor montada contra la pared de un cuarto. Las flechas muestran el flujo del aire a través del aparato en el modo de operación normal . La Figura 3 es una vista esquemática en sección de la misma modalidad como la Figura 2. Las flechas muestran el flujo del aire a través del aparato en el modo de limpieza o de purga . Para un mejor entendimiento de la presente invención, junto con otros objetos adicionales, ventajas y capacidades de la misma, se hace referencia a la siguiente descripción y las reivindicaciones anexas, en relación con los dibujos descritos anteriormente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El medio del filtro de aire de tamiz molecular, compuesto de fibras de carbón (CFCMS) es un medio de carbón activado semi -permanente, el cual remueve eficientemente muchos contaminantes gaseosos del aire, orgánicos e inorgánicos, desde una corriente de aire. El medio puede ser instalado en bancos de filtros, existentes o nuevos, de sistemas de control y/o escape de aire industriales, comerciales y residenciales. Los contaminantes, como se sabe generalmente, contribuyen a la calidad inaceptable del aire, en interiores y/o exteriores, (tóxica, olor, irritación, daño a materiales) son removidos por sorción. Los contaminantes inorgánicos, incluyen el ozono, radón y monóxido de carbono. Familias de contaminantes orgánicos incluyen los n-alcanos, hidrocarburos clorados, éteres, aldehidos e hidrocarburos aromáticos, y varios compuestos de hidrógeno. Aquí, definimos aire inaceptable como el aire que no cumple con los requisitos de pureza del aire, según ASHRAE 62. Cuando el medio de CFCMS se satura con contaminantes, se aplica una corriente de bajo voltaje a través de las fibras de carbón, que causa el calentamiento y desorción de los contaminantes sorbidos desde las fibras dentro del aire de purga que rodea, regenerando así el medio. La regeneración puede ser realizada en el sitio, al interior del banco de filtros o externamente. Después que un pre- filtro separado, de eficiencia media, remueve el material particulado desde la corriente de aire de suministro, el filtro del CFCMS sorbe los contaminantes gaseosos del aire antes que este aire sea recirculado al espacio o escapado. Cuando se satura, el medio de CFCMS se regenera en el sitio (o al interior del estante de filtros o externamente) que utiliza una corriente de bajo voltaje, que se hace pasar a través del medio de filtro. El voltaje es normalmente menor de aproximadamente 150 voltios de corriente alterna o corriente continua. El voltaje y corriente preferidos dependen de la geometría y el tamaño del medio del CFCMS, pero, en una modalidad preferida, causará el calentamiento a una temperatura suficiente para desorber los contaminantes sorbidos, típicamente a 50 hasta 500 °C. Los contaminantes son desorbidos térmicamente del medio del CFCMS y llegan as ser llevados por el aire en el aire de purga rodeante, que transporta el contaminante al escape o desecho a través de la dispersión del aire, natural o forzada. Un mecanismo de compuerta de tiro puede facilitar el flujo del aire a través del banco de filtros a la atmósfera o al escape para el desecho, durante la fase de regeneración. El presente medio de filtro del CFCMS es útil en los esfuerzos para cumplir con normas de calidad de aire nuevas, mas estrictas, en una manera económicamente justificable y evita los problemas del desecho, asociados con el carbón gastado. Únicamente, el medio de filtro de CFCMS es adecuado para la instalación como un filtro semi-permanente con la regeneración en el sitio (en el lugar o en forma externa) .

El medio de filtro de CFCMS puede ser fabricado para adaptarse a la mayoría de los alojamientos de filtro estándar para aplicaciones de construcción nuevas y que se vuelven a ajustar. EL equipo para suministrar la corriente eléctrica necesaria para la regeneración y atrapamiento de los contaminantes desorbidos, es bien conocido por los expertos en la materia. Las fibras de carbón usadas para fabricar el medio de filtro CFCMS pueden ser impregnadas con otros sorbentes convencionales, para habilitar la sorción específica de contaminantes o tratadas/impregnadas para aumentar la sorción de los gases problema, nucleares, biológicos y químicos (NBC) , bien conocidos como amenazas en el campo de batalla al personal militar. Asimismo, el CFCMS puede ser adaptado a través de la selección juiciosa de los tipos de filtros de carbón, parámetros del proceso de fabricación y condiciones de activación para cumplir con los retos específicos de sorción. Los gases ácidos y gases alcalinos son ejemplos de contaminantes que pueden requerir aditivos especiales para la sorción. Las aplicaciones en la calidad del aire para la presente invención, incluyen aplicaciones en residencias, vehículos, industriales, negocios y militares (nucleares, biológicas y químicas) .

El CFCMS es especialmente útil en aplicaciones de la calidad del aire debido a: las concentraciones bajas de los contaminantes gaseosos, experimentadas generalmente, requieren sorbentes de alto desempeño; las familias de los contaminantes gaseosos implicadas son sorbidas fácilmente; la configuración del medio de filtro, semi-permanente, reduce los costos del ciclo de vida, la regeneración eléctrica / térmica en el sitio, impide el tiempo de parada costoso; y el sistema de filtración se puede adaptar a la construcción tanto nueva como de retroajuste. Un novedoso material compuesto de fibras de carbón y un método para obtenerlo se describen aquí . El material compuesto de fibras de carbón se diseña para la porosidad controlada. Asimismo, el material compuesto de fibras de carbón define una estructura monolítica, abierta, rígida, con alta permeabilidad. El compuesto de fibras de carbón de la presente invención está comprendido generalmente de fibras de carbón y un aglutinante. El compuesto es fuerte y poroso, lo que permite que los fluidos fluyan fácilmente a través del material. Al mismo tempo, cuando se activan, las fibras de carbón suministran una estructura porosa para la adsorción. La síntesis del compuesto de fibras de carbón está generalmente comprendido de mezclar fibras de carbón seleccionadas en una pasta acuosa con un polvo orgánico carbonizable . La configuración de monolito deseada se moldea desde la pasta acuosa. La forma resultante en crudo se seca y remueve desde el molde. El compuesto se cura antes de la carbonización, bajo un gas inerte. Una vez carbonizado el compuesto, se maquina fácilmente a la configuración final deseada. El material compuesto es luego activado para desarrollar la estructura porosa de fibras. La fibra o fibras seleccionadas dependerán del uso final del compuesto resultante. EL proceso, aquí descrito, se enfocará a la producción de un compuesto de fibras de carbón para el uso como un tamiz molecular. Para su uso como un tamiz adsorbente o molecular, es preferible usar fibras de carbón derivadas de un precursor isotrópico adecuado del alquitrán. La fabricación de las fibras basadas en el alquitrán es bien conocida en el arte y se describe brevemente aquí . El alquitrán es derivado convencionalmente de una fracción pesada del petróleo. Métodos para formar fibras incluyen el hilado de la masa fundida y el soplado de esta masa fundida. Durante ambos de estos procesos, el alquitrán se funde a una viscosidad, controlada cuidadosamente, luego se fuerza a través de un número de capilares finos para producir fibras, conforme resolidifica el alquitrán. En el proceso de hilado de la masa fundida, el diámetro de las fibras se controla estirando las fibras y enrollándolas sobre un carrete, conforme se forman. El proceso de soplado de la masa fundida emplea una corriente de aire, que estira las fibras conforme se soplan, sobre una banda móvil, para formar una estera aleatoria de fibras de alquitrán "crudas" . En ambos métodos, se debe tener cuidado extremo en el control de la temperatura y otras condiciones. Una vez formadas, las fibras crudas son "estabilizadas", calentando estas fibras en una atmósfera oxidante, así que ellas se hacen termoestables y retendrán su forma fibrosa a las altas temperaturas usadas en la etapa de carbonización subsiguiente. Después de la carbonización, las esteras de las fibras contienen aproximadamente el 95% de carbón en peso. En la modalidad preferida, se forma el precursor del alquitrán isotrópico de modo que las fibras resultantes definan un diámetro de aproximadamente 10 a 25 µm. Las fibras pueden estar en la condición estabilizada o carbonizada. Las fibras se cortan a un tamaño seleccionado. Para la modalidad preferida, se cortan las fibras a una longitud promedio de aproximadamente 400 µm, y pueden variar de 100 hasta 1000 µm. Las fibras de carbón cortadas se mezclan en una pasta acuosa con un polvo orgánico carbonizable, tal como el alquitrán, una resina termoestable o una resina fenólica. En la modalidad preferida, se utiliza la resina fenólica en polvo. El método preferido de formación es el moldeo al vacío, donde la pasta acuosa se transfiere a un tanque de moldeo y el agua es retirada a través de un molde poroso bajo vacío. El material puede ser moldado en cualquier configuración deseada, tal como un cilindro o placa. Obviamente, la configuración será determinada por la configuración del molde en el cual se transfiere la pasta acuosa. Otros métodos de formación pueden ser utilizados, tal como la formación de presión o varios métodos de formación practicados en la industria de plásticos. La forma cruda resultante se seca. En una modalidad preferida, la forma se seca en el aire a 50°C. Una vez seca, la forma se remueve desde el molde. La forma cruda seca es luego curada para producir un monolito curado. En la modalidad preferida, el compuesto se cura a aproximadamente 130°C en el aire. El compuesto resultante se carboniza bajo un gas inerte. Preferiblemente, el compuesto se carboniza durante 3 horas, bajo nitrógeno a 650°C para pirolizar el aglutinante de resina. El compuesto formado por el proceso anterior, define huecos entre las fibras (poros entre fibras) , que permiten el flujo libre del fluido a través del material y el acceso fácil a la superficie de fibra de carbón. Los huecos varían de 10 a 500 µm en tamaño. Asimismo, las fibras de carbón individuales se mantienen en el lugar por el aglutinante de resina pirolizada y así no pueden moverse o asentarse debido al flujo de los gases a través del material. La densidad en volumen en forma carbonizada del material compuesto es típicamente de 0.3-0.4 g/cm3. Suponiendo una densidad teórica de 2.26 g/cm3 (densidad de grafito puro de cristales sencillos) para el compuesto de la presente invención, a una densidad de 0.3 a 0.4 g/cm3, el compuesto variará de aproximadamente el 82 al 86% de porosidad. En seguida de su fabricación, el compuesto monolítico de fibras de carbón es activado. La activación de las fibras de carbón es lograda por vapor de agua, dióxido de carbono, oxígeno o activación química. Las reacciones químicas resultantes remueven el carbón y desarrollan poros en las fibras de carbón, los cuales se clasifican por su diámetro: microporos (menores de 2 nm) , esoporos (2-50 nm) y macroporos (mayores de 50 nm) . En la modalidad preferida, el compuesto es activado por vapor de agua, en una atmósfera de vapor de agua /nitrógeno. Las condiciones de activación son: 800-950°C, vapor de agua a una presión parcial de 0.1-0.9 atmósferas y para duraciones de 1-3 horas. El quemado se calcula de los pesos inicial y final. Hasta aproximadamente el 60% de quemado, el área superficial aumenta con este quemado. El interés principal con un quemado alto es la reducción en la resistencia del compuesto. Usando el proceso de fabricación aquí descrito, la reducción de la resistencia al triturado del compuesto es casi lineal con el quemado, más bien que de dependencia exponencial fuerte, más típicamente exhibido por los carbonos oxidados térmicamente. A un quemado del 56%, el área superficial BET N2 fue de 1670 m2/g. Una resistencia de triturado de aproximadamente 1 MPa es retenida después de la activación. Las fibras resultantes en el compuesto definen un alto volumen de microporos, un bajo volumen de mesoporos y no existen macroporos . Las condiciones de activación pueden ser variadas cambiando el gas de activación, su concentración, el régimen de flujo, la temperatura y la presencia opcional de un catalizar para la influencia en el área superficial total y la distribución del tamaño de poros. Además, el uso de tratamientos post-activación pueden ser llevados a cabo. Por ejemplo, el calentamiento ulterior o la introducción de productos químicos pueden afectar la distribución del tamaño de poros y la química superficial . Una vez carbonizado o activado, el compuesto puede ser maquinado a cualquier configuración deseada, formando un compuesto monolítico de fibras de carbono.

El compuesto resultante de fibras de carbón activado es ideal para su uso como un adsorbente o tamiz molecular en el proceso de Adsorción de Oscilación de Presión (PSA) . Tiene un área superficial muy alta, una distribución estrecha de microporos, centrada alrededor de anchos de poros medios de 5-10 Á, un volumen alto de microporos, un volumen bajo de mesoporos, un régimen de adsorción / desorción de gas, y una macroestructura permeable a través de la cual puede pasar fácilmente el fluido. Además, debido a que el compuesto de fibras de carbón es un monolito, supera los problemas de asentamiento asociado con los lechos del carbón granular activado y los tamices moleculares de carbón y así las desviaciones del flujo y las caídas de presión son eliminadas. Igualmente, el tamaño medio de microporos es controlable a través del proceso de activación, permitiendo así que el compuesto de fibras de carbón sea adaptado para la adsorción o tamizado de las moléculas de gas específicas. La densidad y el tamaño de huecos del compuesto de fibras de carbón pueden ser alterados variando la longitud de la fibra, contenido de aglutinante y condiciones de moldeo. Las aplicaciones iniciales más probables son en el campo de separaciones de gases . Auque el uso del compuesto de fibras de carbón como un adsorbente en el proceso de PSA se han enfatizado, con variaciones en el proceso antes descrito, hay varios usos alternativos. Las fibras de carbón derivadas del alquitrán de brea de carbón, rayón, poliacrilonitrilo (PAN) o aceites pesados, tal como el residuo de pizarra de aceite y residuos de refinería, pueden ser utilizados en la producción del compuesto. Además, las fibras pueden crecer por vapor. Las fibras o una mezcla de diferentes fibras de carbón se pueden utilizar para controlar las características del compuesto resultante de fibras de carbón. Más específicamente, la resistencia, conductividad térmica, distribución del tamaño de poros, propiedades de densidad y eléctricas, son ejemplos de las características que pueden ser modificadas o controladas con las fibras de carbón apropiadas o una mezcla de fibras de carbón. Por la selección de diferentes fibras de carbón y alternando parámetros seleccionados en el proceso de producción, el compuesto de fibras de carbón puede ser modificado para su uso en una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, el compuesto de fibras de carbón puede ser utilizado en aplicaciones de purificación de gases y específicamente en la purificación del aire, en especial en compuestos activados de fibras de carbón que ofrecen un potencial ahorro en el espacio. Además, un compuesto con una densidad volumétrica mayor de 1 g/cm3 y un área superficial activa mayor de 1000 m2/g, se puede utilizar para el almacenamiento del gas. Por ejemplo, el compuesto puede ser utilizado como un medio de almacenamiento del CH4 o el H2 o como un medio de purificación del CH4 desde varias fuentes, que incluyen los gases de relleno de tierras o el gas de un lecho de carbón. Asimismo, el compuesto del filtro de carbón mesoporoso es adecuado para su uso en aplicaciones de fase líquida o como un soporte catalítico. De la descripción anterior, se reconocerá por los expertos en la materia que el compuesto de fibras de carbón y un método que ofrece ventajas sobre la técnica anterior se ha suministrado. Específicamente, las fibras de carbón en el compuesto suministra una alta área superficial y en una forma monolítica, permeable, rígida. Mientras se ha mostrado y descrito lo que se consideran actualmente las modalidades preferidas de la invención, será obvio a los expertos en la materia que se pueden hacer varios cambios y modificaciones sin apartarse del ámbito de las invenciones definidas por las reivindicaciones anexas.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de filtro de gas, que se puede regenerar eléctricamente, el cual comprende: (A) un medio de filtro de tamiz molecular, compuesto de fibras de carbono, para sorber contaminantes desde un gas inaceptable, que fluye dentro del mismo, y permitir que fluya un gas aceptable, en que dicho medio de filtro de tamiz molecular, compuesto de fibras de carbono, es un material compuesto de fibras de carbono activadas, que además comprende una multiplicidad de fibras de carbón porosas, unidas con un aglutinante orgánico carbonizable, para formar una estructura permeable abierta, este compuesto define una porosidad en un intervalo de aproximadamente el 82 al 86%; y (B) un elemento de regeneración, para causar que una corriente eléctrica pase a través de dicho medio de filtro, para desorber los contaminantes sorbidos desde el medio de filtro.

2. El aparato de la reivindicación 1, que además comprende : (C) un elemento de contención, para dirigir los contaminantes desorbidos en alejamiento del gas aceptable .

3. El aparato de la reivindicación 2, en que el elemento de contención comprende al menos un elemento seleccionado del grupo que consta de conductos, compuertas de tiro y ventiladores.

4. El aparato de la reivindicación 2, en que el elemento de contención comprende elementos de escape, para el escape de los contaminantes sorbidos desde dicho aparato.

5. Un método de filtrar gas, que se puede regenerar eléctricamente, para la remoción de contaminantes desde un gas contaminado, este método comprende las etapas de: (A) suministrar un medio de tamiz molecular, compuesto de fibras de carbón, en que este medio de filtro de tamiz molecular, compuesto de fibras de carbón, es un material compuesto de fibras de carbón activadas, que además comprende una multiplicidad de fibras de carbón porosas, unidas con un aglutinante orgánico carbonizable, para formar una estructura permeable, abierta, este compuesto define una porosidad en el intervalo de aproximadamente el 82 al 86%; (B) pasar el gas contaminado dentro de dicho medio de filtro, para sorber los contaminantes desde el gas inaceptable sobre el medio de filtro y pasar gas aceptable del mismo; y (C) pasar una corriente eléctrica a través del medio del filtro, para desorber los contaminantes sorbidos desde dicho medio de filtro.

6. El método de la reivindicación 5, que además comprende una etapa adicional de: (D) dirigir los contaminantes desorbidos en alejamiento del gas aceptable, usando un elemento de contención.

7. El método de la reivindicación 6, en que el elemento de contención comprende al menos un elemento, seleccionado del grupo que consta de conductos, compuertas de tiro y ventiladores.

8. El método de la reivindicación 6, que además comprende la etapa de: (E) dejar escapar los contaminantes desorbidos desde dicho elemento de contención.