Claims (19)
การแยกก๊าซด้วยเยื่อดูดซับGas separation using adsorbent membranes.
1. กระบวนการสำหรับการแยกของผสมที่เป็นของไหลหลายองค์ประกอบที่ประกอบด้วยองค์ประกอบที่หนึ่งชนิดหรือมากกว่า และองค์ประกอบที่สองหนึ่งชนิดหรือมากกว่า ซึ่งประกอบด้วย (a) การนำของผสมที่เป็นของไหลดังกล่าวมาสัมผัสกับพื้นผิวที่หนึ่งของเยื่อที่ที่เป็นวัสดุผสมชนิดยอมให้แทรกผ่านได้บ้าง (composite semipermeable membrane ) ที่ประกอบด้วยวัสดุดูดวับชนิดพรุน ซึ่งถูกรองรับไว้ด้วยวัสดุดูดับชนิดพรุน วัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าว ส่วนใหญ่จะไม่บังเกิดผลต่อการแยกของผสมที่เป็นของไหลดังกล่าว และซึ่งใช้เป็นเพียงเพื่อรองรับวัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าว ซึ่งเลือกดูดซับส่วนสำคัญขององค์ประกอบที่หนึ่งดังกล่าวอย่างน้อยหนึ่งชนิดภายในรูพรุนของวัสดุดูดซับดังกล่าวและแทรกผ่านทะลุรูพรุนดังกล่าวโดยการไหลที่พื้นผิว ในชั้นของไหลดูดซับ เพื่อผลิตภัณฑ์ของไหลชนิดที่หน้าที่มีองค์ประกอบที่หนึ่งดังกล่าวอย่างน้อยหนึ่งชนิดจำนวนมาก ณ พื้นผิวที่สองของเยื่อดังกล่าว และ (b) การดึงของผสมที่เป็นของไหลส่วนที่เหลือจากการสัมผัสกับพื้นผิวที่หนึ่งดังกล่าว เพื่อให้ผลผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ของไหลที่มีองค์ประกอบที่สองดังกล่าวจำนวนมาก1. A process for the separation of a multicomponent fluid mixture containing one or more primary components and one or more secondary components, consisting of (a) the contact of the fluid mixture with the primary surface of a composite semipermeable membrane composed of porous adsorbents supported by another porous adsorbent. The porous adsorbent largely negates the separation of the fluid mixture and serves only as a support, selectively adsorbing at least one primary component within its pores and penetrating through these pores by surface flow into the adsorbed fluid layer, yielding a large quantity of the primary product containing at least one primary component at the secondary surface of the membrane; and (b) the removal of the remaining fluid mixture from contact with the primary surface, yielding a large quantity of the secondary product containing the primary component.
2. กระบวนการของข้อถือสิทธิข้อ 1 ในที่ซึ่ง วัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าวมีการกระจายของขนาดรูพรุนในลักษณะที่ว่าอย่างน้อย 10 เปอร์เซ็นต์ ของรูพรุนดังกล่าวมีเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่กว่าเส้นผ่าศูนย์กลางของโมเลกุลที่ใหญีที่สุด ขององค์ประกอบที่หนึ่งและองค์ประกอบที่สองดังกล่าว2. The process of claim 1 in which the porous adsorbent material has a pore size distribution such that at least 10 percent of such pores have a diameter larger than the diameter of the largest molecules of the first and second components.
3. กระบวนการของข้อถือสิทธิข้อ 1 ในที่ซึ่ง ของผสมที่เป็นของไหลดังกล่าวเป็นก๊าซผสม ซึ่งประกอบด้วย หนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งของไฮโดรคาร์บอน เป็นองค์ประกอบที่หนึ่งดังกล่าวและไฮโดรเจนเป็นชนิดหนึ่งขององค์ประกอบที่สองดังกล่าวไฮโดรคาร์บอนดังกล่าวจะถูกเลือกจากกลุ่ม ที่ประกอบด้วยสาร ประกอบประเภทพาราฟิน โอลีฟิน และอะโรมาติก3. The process of claim 1 in which such fluid mixture is a gaseous mixture consisting of one or more such hydrocarbons as the first such element and hydrogen as one such kind of the second such element, such hydrocarbons are chosen from the group of compounds of the paraffin, olefin and aromatic types.
4. กระบวนการของข้อถือสิทธิข้อ 1 ในที่ซึ่ง ของผสมที่เป็นของไหลดังกล่าวเป็นก๊าซผสม ซึ่งประกอบด้วย คาร์บอนไดออกไซด์ เป็นชนิดหนึ่งขององค์ประกอบที่หนึ่งดังกล่าว และไฮโดรเจนเป็นชนิดหนึ่งขององค์ประกอบที่สองดังกล่าว4. The process of claim 1 in which the fluid mixture is a gaseous mixture consisting of carbon dioxide as one of the first element and hydrogen as one of the second element.
5. กระบวนการของข้อถือสิทธิข้อ 1 ในที่ซึ่ง ของผสมที่เป็นของไหลดังกล่าวเป็นก๊าซผสม ซึ่งประกอบด้วย คาร์บอนมอนออกไซด์ เป็นชนิดหนึ่งขององค์ประกอบที่หนึ่งดังกล่าว และไฮโดรเป็นชนิดหนึ่งขององค์ประกอบที่สองดังกล่าว5. The process of claim 1 where such fluid mixture is a gaseous mixture consisting of carbon monoxide as one of the first components and hydrochloric acid as one of the second components.
6. กระบวนการของข้อถือสิทธิข้อ 1 ในที่ซึ่ง ของผสมที่เป็นของไหลดังกล่าวเป็นก๊าซผสม ซึ่งประกอบด้วย คาร์บอนมอนอกไซด์ เป็นชนิดหนึ่งขององค์ประกอบที่หนึ่งดังกล่าว และมีเทนเป็นชนิดหนึ่งขององค์ประกอบที่สองดังกล่าว6. The process of claim 1 where the fluid mixture is a gaseous mixture consisting of carbon monoxide as one of the first components and methane as one of the second components.
7. กระบวนการของข้อถือสิทธิข้อ 1 ในที่ซึ่ง ของผสมที่เป็นของไหลดังกล่าวเป็นก๊าซผสม ซึ่งประกอบด้วย คาร์บอนมอนออกไซด์ เป็นชนิดหนึ่งขององค์ประกอบที่หนึ่งดังกล่าว และมีเทน เป็นชนิดหนึ่งขององค์ประกอบที่สองดังกล่าว7. The process of claim 1 where the fluid mixture is a gaseous mixture consisting of carbon monoxide as one of the first components and methane as one of the second components.
8. กระบวนการของข้อถือสิทธิข้อ 1 ในที่ซึ่ง ของผสมที่เป็นของไหลดังกล่าวเป็นก๊าซผสม ซึ่งประกอบด้วย ไนโตรเจน เป็นชนิดหนึ่งขององค์ประกอบที่หนึ่งดังกล่าว และออกซิเจนเป็นชนิดหนึ่งขององค์ประกอบที่สองดังกล่าว8. The process of claim 1 in which the fluid mixture is a gaseous mixture consisting of nitrogen as one of the first elements and oxygen as one of the second elements.
9. เยื่อที่เป็นวัสดุผสมชนิดยอมให้แทรกผ่านได้บ้าง สำหรับการแยกของผสมที่เป็นของไหลหลายองค์ประกอบด้วยวัสดุดูดซับชนิดพรุน ที่รองรับด้วยวัสดุดูดซับชนิดพรุน วัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าว ไม่ก่อให้เกิดผลในขณะที่ทำการแยกออกของผสมที่เป็นของไหลดังกล่าว และใช้เป็นเพียงเพื่อรองรับวัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าว อย่างน้อยที่สุด 10 เปอร์เซ็นต์ของรูพรุน ในวัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าวมีเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่กว่า 4.3 อังสตรอม และในที่ซึ่ง ส่วนที่สำคัญขององค์ประกอบอย่างน้อยหนึ่งองค์ประกอบในของผสมที่เป็นของไหลดังกล่าวในลักษณะที่ว่า องค์ประกอบที่ ถูกเลือกดังกล่าวแทรกทะลุผ่านเยื่อกระดาษดังกล่าวโดยการไหลพื้นผิวในชั้นที่ถูกดูดซับ ด้วยวิธีนี้ของไหลซึ่งแทรกทะลุผ่านเยื่อดังกล่าวจะมีองค์ประกอบดังกล่าวจำนวนมาก9. A partially permeable composite membrane for the separation of multicomponent fluid mixtures using a porous adsorbent supported by a porous adsorbent. Such porous adsorbent does not contribute to the separation of the fluid mixture and is used only to support the porous adsorbent. At least 10 percent of the pores in the porous adsorbent have a diameter greater than 4.3 angstroms, and where a significant portion of at least one component of the fluid mixture is selected for its penetration through the membrane by surface flow in the adsorbed layer, the fluid penetrating the membrane will contain a large number of such components.
10. เยื่อเป็นวัสดุผสมยอมให้แทรกผ่านได้บ้างของข้อถือสิทธิ 9 ในที่ซึ่ง วัสดุดูดซับชนิดพรุนดังถูกเลือกจากกลุ้ม ซึ่งประกอบด้วย เอคดิเวตเท็คคาร์บอน ,ซีโอไลท์ , เอตลิเวตเท็คอะลูมินา ,ดินเหนียว โลหะออกไซด์ และซิลิกาเจล10. The membrane is a partially permeable composite material of claim 9, in which the porous adsorbent material is selected from a group consisting of activated carbon, zeolite, activated alumina, clay, metal oxides, and silica gel.
11. เยื่อเป็นวัสดุผสมยอมให้แทรกผ่านได้บ้างของข้อถือสิทธิ 9 ในที่ซึ่ง วัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าว มีการกระจายของเส้นผ่าศูนย์กลาง ระหว่างประมาณ 0.2 และ 50 ไมครอน และถูกเลือกจากกลุ่ม ซึ่งประกอบด้วยวัสดุประเภท เซรามิก , วัสดุที่คาร์บอน ,โลหะ และโพลีเมอร์ และสารเหล่านี้รวมกัน11. The membrane is a partially permeable composite material of claim 9, in which the porous adsorbent material has a diameter distribution between approximately 0.2 and 50 microns and is selected from a group consisting of ceramic materials, carbon materials, metals and polymers, and these materials combined.
12. เยื่อเป็นวัสดุผสมยอมให้แทรกผ่านได้บ้างของข้อถือสิทธิ 9 ในที่ซึ่ง วัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าวถูกยึดติดเป็นชั้นๆ หนาน้อยกว่าประมาณ 20 ไมตรอน บนพื้นผิวของวัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าว เพื่อทำเป็นชั้นเยื่อที่ประกอบกัน12. The membrane is a partially permeable composite material of claim 9 in which the porous adsorbent material is bonded in a layer less than approximately 20 microns thick onto the surface of the porous adsorbent material to form a composite membrane layer.
13. เยื่อเป็นวัสดุผสมยอมให้แทรกผ่านได้บ้างของข้อถือสิทธิ 9 ในที่ซึ่ง วัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าว ถูกประกอบอยู่ภายในรูพรุนของวัสดุดูดซึมซับชนิดพรุนดังกล่าวเพื่อก่อให้เกิดเยื่อที่ประกอบกันอย่างหนาแน่น13. The membrane is a partially permeable composite material of claim 9 in which the porous adsorbent material is incorporated within the pores of the porous adsorbent material to form a densely packed membrane.
14. วิธีการสำหรับทำชั้นเยื่อที่เป็นวัสดุผสมชนิดยอมให้แทรกผ่านได้บ้างสำหรับการแยกของผสมที่เป็นของไหลหลายองค์ประกอบซึ่งประกอบด้วย หนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งองค์ประกอบที่สอง ซึ่ง ประกอบด้วยขั้นตอนของ : (a) การเคลือบพื้นผิวของวัสดุดูดซับชนิดพรุนด้วยชั้นของวัสดุโพลีเมอร์ ซึ่งถูกเลือกจากกลุ่ม ซึ่งประกอบด้วย โพลิไวนิลลิดินคลอไรด์ ,โพลีไวนิลคลอไรด์ , โพลีอะไคโลไนไตร์ลสไตรีน - ได ไวนิลเบนซีนโคโพลิเมอร์ และของผสมสิ่งเหล่านี้ (b) การให้ความร้อนกับวัสดุดูดวับชนิดพรุนที่ถูกเคลือบแล้ว ในบรรยากาศเฉื่อยจนถึงอุณภูมิที่สูงพอดีที่คาร์โบไนซ์วัสดุเพอร์ลีเมอร์ดังกล่าว เพื่อก่อให้เกิดเป็นชั้นของวัสดุดูดซับชนิดพรุน และ (c) การทำให้เยื่อประกอบกันได้เย็นลงถึงอุณหภูมิแวดล้อมในที่ซึ่งวัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าวสามารถเลือกดูดส่วนสำคัญขององค์ประกอบที่หนึ่งดังกล่าวอย่างน้อยที่สุดหนึ่งชนิด และมีการกระจายขนาดรูพรุนในลักษณะที่ว่าอย่างน้อย 10 เปอร์เซ็นต์ ของรูพรุนมีเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่กว่า เส้นผ่าศูนย์กลางของโมเลกุลที่ใหญ่ที่สุดขององค์ประกอบที่สองดังกล่าว14. A method for constructing a partially permeable composite membrane for the separation of multi-component fluid mixtures containing one or more secondary components, consisting of the following steps: (a) coating the surface of a porous adsorbent with a layer of polymer material chosen from a group consisting of polyvinylidene chloride, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile styrene-divinylbenzene copolymer, and mixtures thereof; (b) heating the coated porous adsorbent in an inert atmosphere to a temperature sufficient to carbonize the polymer material to form a porous adsorbent layer; and (c) cooling the composite membrane to ambient temperature where the porous adsorbent is selectively adsorbed by at least one of the primary components and the pore size distribution is such that at least 10 percent of the pores have a diameter larger than the diameter of the largest molecule of the secondary component.
15. วิธีการของข้อถือสิทธิข้อ 14 ในที่ซึ่ง มีขั้นตอนต่อไปนี้ (a) วัสดุโพลิเมอร์ดังกล่าว ถูกเชื่อมโยงโดยการให้ความร้อน ก๊าซที่ประกอบด้วยออกซิเจน โดยการฉานด้วยรังสีเอ็กซเรย์ การทำปฏิกิริยาเติมคลอรีน หรือโดยการทำปฏิกิริยาการเดิมหมู่ซัลโฟเนท15. Methods of claim 14 in which the following procedures are performed: (a) such polymer material is crosslinked by heating, oxygen-containing gas, X-ray irradiation, chlorination reaction, or sulfonation reaction.
16. วิธีการของข้อถือสิทธิข้อ 14 ในที่ซึ่ง มีขั้นตอนต่อไปนี้ (b) เยื่อดังกล่าวถูกให้ความร้อนภายใต้บรรยากาศการออกซิไดซ์ซึ่งประกอบก๊าซ ซึ่งถูกเลือกจากกลุ่มซึ่งประกอบด้วยคาร์บอน ออกไซด์ ไนโตรเจน ออกไซด์ อากาศ ออกซิเจน ไอน้ำและขอลผสมของสิ่งเหล่านี้16. Method of claim 14 in which the following procedure is performed: (b) The membrane is heated under an oxidizing atmosphere consisting of gases chosen from groups including carbon oxide, nitrogen oxide, air, oxygen, water vapor and a mixture of these.
17. วิธีการของข้อถือสิทธิข้อ 14 ในที่ซึ่ง วัสดุโพลีเมอร์ดังกล่าว ประกอบด้วย โพลิไวนิลลิดิน คลอไรด์ ในที่ซึ่งวัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าว คือ กราไฟท์ และในที่ซึ่ง โพลิไวนิลลิดินคลอไรด์ดังกล่าวถูกใช้กับพื้นผิวของกราไฟท์ดังกล่าวเป็นกาวยาง17. The method of claim 14 where the polymer material is polyvinylindine chloride, where the porous adsorbent is graphite, and where polyvinylindine chloride is applied to the surface of the graphite as an adhesive.
18. วิธีการของข้อถือสิทธิข้อ 14 ในที่ซึ่ง โพลิไวนิลลิดินคลอไรด์ดังกล่าวและวัสดุดูดซับชนิดพรุน ถูกให้ความร้อนในบรรยากาศเฉื่อยจนถึงอุณหภูมิสูงสุดของระหว่าง 600 องศา และ1,200 องศา ที่อัตราการให้ความร้อนขึ้นถึงประมาณ 1-0 องศาต่อนาที เพื่อก่อให้เกิดชั้นของวัสดุดูดซับชนิดพรุนที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ18. The method of claim 14 in which the aforementioned polyvinylidine chloride and porous adsorbent are heated in an inert atmosphere to a maximum temperature of between 600° and 1,200° at a heating rate of approximately 1-0° per minute to form a porous adsorbent layer containing carbon.
19. วิธีการสำหรับการทำเยื่อที่เป็นวัสดุผสมชนิดยอมให้แทรกผ่านได้บางอย่างหนาแน่น สำหรับใช้ในการแยกของผสมที่เป็นของไหลหลายองค์ประกอบ ที่ประกอบด้วยองค์ประกอบที่หนึ่งหนึ่งชนิดมากกว่า และองค์ประกอบที่สองหนึ่งชนิดหรือมากกว่า ป ระกอบด้วยขั้นตอนของ (a) การใส่สารละลาย"โพลเมอร์ในตัวทำละลายที่เหมาะสมเข้าไปในรูพรุนของวัสดุดูดซับชนิดพรุน ในที่ซึ่ง โพลิเมอร์ดังกล่าวถูกเลือกจากกลุ่ม ซึ่งประกอบด้วย โพลิไวนิลลิดินคลอไรด์ โพลีอะไดรโลไนไตร์ท โพลิไวนิลลิดินคลอไรด์ สไตรีน - ไดไวนิลเบนซินโคโนลีเมอร์ และของผสมของสิ่งเหล่านี้ (b) การให้ความร้อนวัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าว ซึ่งประกอบด้วยสารละลายดังกล่าวภายใต้สภาวะที่เพียงพอที่จะระเหยตัวทำละลายดังกล่าว การเกาะสะสมของโพลีเมอร์ดังกล่าวภายในรูพรุนดังกล่าวและคาร์โบไนซ์โพลีเมอร์ดังกล่าว เพื่อก่อให้เกิดชิ้นวัสดุดูดซับชนิดพรุน ภายในรูพรุนดังกล่าวและ (c) การทำให้เยื่อผสมรวมที่ได้ถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิแวดล้อม ในที่ซึ่งวัสดุดูดซับชนิดพรุนดังกล่าว สามารถเลือกดูดซับส่วนสำคัญขององค์ประกอบที่หนึ่งอย่างน้อยหนึ่งชนิดและมีการกระจายของขนาดของรูพรุนในลักษณะที่อย่างน้อย 10 เปอร์เซ็นต์ ของรุพรุนที่มีรูปผ่าศูนย์กลางใหญ่กว่าเส้นผ่าศูนย์กลางของ"โมเลกุลที่ใหญ่ที่สุดขององค์ประกอบที่หนึ่งและองค์ประกอบที่สอง19. A method for making a dense, permeable composite membrane for the separation of multi-component fluid mixtures containing one or more primary components and one or more secondary components is described, consisting of the following steps: (a) inoculation of a polymer solution in a suitable solvent into the pores of a porous adsorbent material, where the polymer is selected from a group consisting of polyvinylidene chloride, polyadrylonitrile, polyvinylidene chloride, styrene-divinylbenzene monopolymer, and mixtures thereof; (b) heating the porous adsorbent material containing the solution under conditions sufficient to evaporate the solvent, deposit the polymer within the pores, and carbonize the polymer to form porous adsorbent fragments; and (c) cooling the resulting composite membrane to ambient temperature, where the porous adsorbent material is deposited. It can selectively adsorb at least one major component of the first element and has a pore size distribution such that at least 10 percent of the pores have a diameter larger than the diameter of the largest molecules of the first and second components.