TW583012B - Method of separating a fluid component from a fluid mixture, fluid separation apparatus, method of using the same, hydrogen separation apparatus, and use thereof - Google Patents

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583012 —-—— ___91108897 __ 年_^_g_修正__ 五、發明說明（1) 本發明有關於藉由熱循環吸著及解吸以分離的方法及 裳置’本發明也有關於藉由熱循環吸著及解吸作氫分離及 有關於含氫吸著劑的裝置。 引言 出流體成分都是重要 於藉由熱循環吸著及 分的方法及裝置，本 是有關於氫氣的分 何流體，不論是氣體 業製程中，例如石油 柴油，汽油，及其它 其它地區的規定日漸 幅成長，例如美國的 2007年時減為15ppm 個，但是所有商業製 以製造汽油，為了滿 必須研發出更低級原 為汽油。 將氫作為一種用於燃 相比’氫燃料電池是 電池完全沒有臭氣及 $，題如成本過高， 得氣檢料電池無法取 的科學 解吸而 實驗工 離。惟 或是含 純 提煉廠 石油產 嚴格， 柴油燃 的位準 程都需 氫 足世界 油，它 此 料電池 更迅速 氧化氮 設備太 百夕年以來從流體混合物分離 主題及經濟利兴 , 從流體混合物；;^發明有關 ，廣義地，本：分’都 # ^ π β _ Μ 也適用於任 (I界W體的液體。 來使用在各種工 的氫以符合政府在 所以湘ί —因為北美，歐洲及 所以期望氫類沾占 料中的硫必須s製程會大 。雖然降低硫ΐ \前25〇ppm到 要輪入氫。成/刀的方法有多 上針於ΐ要用途是使原油升級 更為稠密且；i的曰漸增加， 外，1〇年來ΪΪ:氣化以升級 的清潔電源發目標是 的能源，更佳B、 〇電力系統 (煙霧中的最主且二染少。燃料 大’及製程複雜分)。惟： 稚等的存在都使

第8頁 583012 案號 91108897 修正

(2) 的能源。 明提供裝置及方法以氫流體，本發明可用以， 蒸氣狀態變化反應中形成的氫（通常是含氫，一 二氧化石反的氣體），與習知流體分離技術相比， 許多配置及程序較為簡單，適用範圍較大（包括 型）’且可低成本的大量生產。 一方面，本發明提供一種從流體混合物分離流體 法，包括至少二個步驟，在第〆步驟，一流體混 第一溫度流入一流道，流道包栝通道中之吸著 制流道中之流俾在通道之至少一剖面區域中，流 係1 cm或更小。吸著劑之熱傳入一微通道熱交換 混合物在不通過一接觸器之下與吸著劑接觸，接 二步驟，加入能量以增加吸著劑溫度，在一第一 一流體成分，且得到在第一步驟中吸收之流體成 溫度南於第一溫度。 办 二方面，本發明提供另一種從流體混合物分離二 方法，包括至少二個步驟，在第一步驟’ ^ 一第一溫度流入一流道，流道包括通道f ，流 制流道中之流俾在通道之至少一剖面麁威中 a 係1 cm或更小。接著在第二步驟，加入錐你、，真 吸著劑溫度，在一第二溫度放出一流體成分 ^ 一步驟中吸收之流體成分，第二溫度高 於第 第 氣 度。用於非冷凝流體混合物（即氣體或超界流體）時’ # 弟二步驟共需要至多1〇秒，其中在第一步驟吸收 成分之至少2 〇%從吸著劑中放出；或是用於液體滿

第9頁 583012 _案號91108897_年月曰 修正_ 五、發明說明（3) 時，第一及第二步驟共需要至多1000秒，其中在第一步驟 吸收之流體成分之至少2 0%從吸著劑中放出。 在第三方面，本發明提供本發明提供另一從流體混合 物分離流體成分之方法，在此方法中，一流體混合物於一 第一溫度及第一壓力下流入一第一吸著區域，其中第一吸 著區域包括一第一吸著劑，其中選擇第一吸著區域中之溫 度及壓力以利於將流體成分吸收入第一吸著區域中之第一 吸著劑。第一吸著區域之熱傳入一微通道熱交換器，選擇 性吸收該流體混合物之流體成分，因而產生第一吸著劑中 之吸收成分及一流體混合物其在該成分中係相對貧乏。相 對成分貧乏之流體混合物於一第二溫度及第二壓力流入一 第二吸著區域，其中第二吸著區域包括一第二吸著劑，其 中選擇第二吸著區域中之溫度及壓力以利於將流體成分吸 收入第二吸著區域中之第一吸著劑。第二吸著區域之熱傳 入一微通道熱交換器，選擇性吸收該相對成分貧乏之流體 成分，因而產生第二吸著劑中之吸收成分及一相對更多成 分貧乏之氣體混合物。第二溫度與第一溫度不同，通過大 致整個第一吸著劑之至多1 cm距離將熱加入第一吸著劑， 以升高第一吸著劑至第三溫度，且將該成分從第一吸著劑 中放出。通過大致整個第二吸著劑之至多lcm距離將熱加 入第二吸著劑，以升高第二吸著劑至第四溫度，且將該成 分從第一吸著劑中放出；且得到從第一及第二吸著劑放出 之成分。 在第四方面，本發明提供一種流體分離裝置，包括： 一流道包括一孔狀吸著劑，流道具有至少1 c m或更小之大

第10頁 583012 _案號 91108897 五'發明說明（4) 年 月 月 曰 修正 五'發明說明（4) 小，其中在流道之至少一剖面中該孔狀吸著劑佔據至少 9 0%之剖面區域；及一微通道熱交換器與流道熱接觸。本 發明也提供此裝置之使用以純化一流體混合物中之流體成 分0

在第五方面，本發明提供一種流體分離裝置，包括： 流道之第一陣列，流道之第二陣列，至少一流體導管連接 第一陣列之出口與第二陣列之入口；及一閥能控制通過流 體導管之流率。流道之第一陣列包括··至少2個流道，各 包括：一入口 ，一出口及入口與出口間之吸著劑。至少2 個流道之每一者熱接觸一微通道熱交換器，且具有至少 1 c m或更小之大小。此大小朝著一微通道熱交換器之方 向，第一陣列也包括至少一陣列入口及至少一陣列出口， 流道之第二陣列包括：至少2個流道，各包括：一入口， 一出口及入口與出口間之吸著劑。至少2個流道之每一者 熱接觸一微通道熱交換器，且具有至少1 cm或更小之大 小。此大小朝著一微通道熱交換器之方向，第二陣列也包 括至少一陣列入口及至少一陣列出口。本發明也提供一種 使用此裝置之方法，其中在第一陣列吸收一流體成分，且 同時在第二陣列吸收一流體成分。

在第六方面，本發明提供一種分離氫氣之方法，在此 方法中，含氣體混合物之氫於一第一溫度流入一通道。此 通道包括通道中之吸著劑其具有曝露在氣體之表面，限制 通過通道之流，俾在通道之至少一剖面區域十，與通道壁 之最遠距離係至多0. 5cm。在此第一溫度之吸著以至少0. 1 氫莫耳/秒（吸著劑之cm3)之率發生，其中吸著劑容量係該

第11頁 583012 案號91108897 年月日 修正 五、發明說明（5) 方法中使用之吸著劑容量，而其中率係各循環之吸著相平 均，而第一溫度係吸著相期間吸著劑之平均溫度（在吸著 劑膜與流道表面間之介面測量之膜溫，或是在孔狀吸著劑 中測量之孔狀吸著劑溫度）。接著將能量加入吸著劑以增 加吸著劑溫度至高於第一溫度之第二溫度。在第二溫度， 放出鼠且得到氮氣’苐二溫度係解吸相期間吸者劑之平均 溫度（如上所述地測量）。

在第七方面，本發明提供一種分離氫氣之方法，包括 吸收氫氣之第一步驟，在此第一步驟，一含氣體混合物之 氫於一第一溫度流入一通道。此通道包括通道中之吸著劑 其具有曝露在氣體之表面。在一第二步驟，加入能量到吸 著劑以增加吸著劑溫度至高於第一溫度之溫度。接著在一 第三步驟，在高於第一溫度之第二溫度放出氫氣且得到氫 氣。在此方法中，第二及第三步驟共需要至多10秒，而第 一步驟中吸收氫之至少2 0%係從吸著劑放出。

在第八方面，本發明提供一種從氣體混合物分離氫氣 之方法，其中在一第一步驟，於一第一溫度，含氣體混合 物之氫接觸一吸著劑以吸收氫。此吸著劑包括一 Is(Pd)或 鈀合金層位於一氫吸著劑上。接著在一第二步驟，將能量 加入吸著劑，因而使吸著劑到達一第二溫度其至少高於第 一溫度5 °C，且從吸著劑放出氫，得到之放出氬比饋入氣 體混合物之純化分離高。 在第九方面，本發明提供一種從氣體混合物分離氫氣 之方法，其中含氣體混合物之氫在一第一溫度及第一壓力 流入一第一吸著區域，其中第一吸著區域包括一第一吸著

第12頁 583012 案號 91108897 年 月 曰 修正 五、發明說明（6) 劑，且其中選擇在第一吸著區域中之吸著劑温度及壓力選 擇以利於將氫吸收入第一吸著區域中之第一吸著劑。選擇 性將氫從氣體混合物中去除因而產生第一吸著劑中之吸收 氫及一相對氫貧乏之氣體混合物。相對氫貧乏之氣體混合 物在一第一溫度及第二壓力下流入一第二吸著區域。第二 吸著區域包括一第二吸著劑，其中選擇第二吸著區域中之 溫度及壓力以利於將氫吸收入第二吸著區域中之第一吸著 劑。選擇性將氳從相對氫貧乏之氣體混合物中去除因而產 生第二吸著劑中之吸收氫及一相對更高氫貧乏之氣體混合 物。第二氫與第一溫度不同，通過大致整個第一吸著劑之 至多1 cm距離將熱加入第二吸著劑，以升高第二吸著劑至 一第四溫度，且將氫從第二吸著劑中放出。且得到從第一 及第二吸著劑放出之氫，在已知加熱之相同總量之下，從 第一及第二吸著劑得到之氫量大於在相同溫度下操作第一 及第二吸著劑而得到之量。雖然大致可應用本發明之第四 方面，但較佳的在具有至多lcm大小之通道中找出吸著劑 其與一熱交換器熱接觸，以達成快速且迅速之熱傳。 本發明也提供一種氫分離裝置，其中一流道具有一内表 面，其在内表面之至少一部分上包括一 Is(其包括一 la合 金），流道具有至少1 cm或更少之大小，及一熱交換器與流 道熱接觸。 本發明更提供一種氫分離裝置，其中一流道包括：一 入口，一出口及位於入口與出口間之吸著劑。吸著劑包括 一氫吸著劑具有一表面塗在氫吸著劑表面之9 0 %以上，其 中該表面塗層包括一鈀，一熱交換器熱接觸吸著劑。

第13頁 583012 月 修正 曰 案號 91108897 五、發明說明（7) …在又一方面’本發明提供一種氫分離裝置，包含一流 f 有氫吸著劑之薄臈，因為膜如此薄，即使在多重吸 著或解吸循環條件之後它仍黏貼在裝置，其中習知氫吸著 劑（如鎳）會粉碎。 上述任一種裝置能用以將氫從含氣體混合物之氫中分 離，本發明包括使用本文中任一裝置以分離氫之此裝置及 方法。 本發明溫度擺動吸著（TSS，temperature swing =)rpt 1 on)製程中之低壓變化允許極薄之金屬填隙片及箔 結構’因此允許極低的金屬質量及極快的循環時間。薄壁 ^構也允許每溫度擺動吸著裝置容量之高表面積，因而在 母沒備容量製造出高的生產力，因而提供工業生產所需的 南生產率。而且，本發明的重要特徵是每硬體單位容量 (SA/V )特徵之高表面積允許吸著劑以高表面積，薄膜方式 沈積在裝置中。因此，吸收的類別，如氫分離中的氫化 物’一旦在吸著劑表面形成，即不必向遠處移動以完全， 入吸著劑内部固體體積，其與含有粗粒子的厚的習知吸^ 劑床相比是一種緩慢製程因而減少床的壓降。例如’屬^ 些條件下執行氫分離時，鈀（pd)載入極少氫，而薄^食載 /猪/填隙片因為短的擴散距離而能與氫化物快速地^僅需 入。更一般地，上述溫度擺動吸著設計的優點是因三般祝 要極薄吸著劑層，而且也能快速地循環，即玎使用〆 為太貴的吸著劑材料如鈀（Pd)。 我們驚奇

第14頁 雖然鈀選擇性吸收大量氫的功能已是習知’ '即能使 地發現藉由適當製造的裝置或是適當執行的方法， 583012

案號 91108897 五、發明說明（8) 氫發生快速的吸著及解吸，以便快速 體容量迅速地分離較大氫氣（以下摇、〃熱循環能以較小硬 本發明的各實例可提供許多優點， 分離硬體的量減少，耐用，穩定，分 ^括：成本減少， 備分離大量的流體成分，相對於堆稽 '、度，能以少量設 能量效率及減少以。 、隹積床或薄膜技術可改善

本發明包括具有如附圖所示任一配置的裝置，惟，這 些特定配置不是執行本發明的唯一裝置，因此不該解釋為 限制本發明的裝置或方法。本發明也包括一些方法其中流 體混合物通過任一圖中裝置。例如參考圖5 a，本發明包括 一種方法其中流體混合物流過一流分布板，而分布的流則 流入一含吸著劑隔間。 名詞解釋 「硬體量」表示分離器裝置的外部容量，若裝置未一 體成型為單一單元，則包括所有元件的總和。 「内表面」是指流道内部的任何表面’該流道可供流 動流體如氣體通過，可用適當技術如光學測量或N 2吸附測 置内表面。

「吸著/解吸」是指在與機構無關之下取用的氣體總 量，而流體如氣體則藉由該機構取用。換言之’吸著是吸 附與吸收的總和。 「流體混合物」表示一第一成分的含有1到99 9 99 9每 百萬粒子（ppm)與第一成分以外成分的至少一 PPm的流體混 合物。例如，名詞含氫氣體混合物表示一種氣體混合物’ 其包含1到999999每百萬粒子（ppm)氫（包括其同位素）與氫

第15頁 583012 _案號 91108897_年月日_魅_ 五、發明說明（9) (或其同位素）以外成分的至少一 ppm。 「成分」是指一種分子，該了解的是本文所述任一方 法可以將一個以上成分分離（如吸收），但是吸著步驟選擇 性地分離成分，亦即，一吸著步驟可增加或減少氣體混合 物中一選擇成分的相對量。 有時，說明書中使用名詞溶質，此名詞表示成分。名 詞溶質不要求成分一定要少於容量或質量的50%。

「氫」在說明書中包括氫及所有它的同位素。名詞得 到表示恢復的成分（如氫）用以儲存或用於一後續化學製程 (如燃燒，燃料電池操作，化學合成等）中，惟，名詞得到 不表示成分（如氫）僅作為冷媒使用。 「熱交換器」表示一成分（或成分合併）能增加或去除 熱。熱交換器的較佳例子包括微通道其能在熱與冷流體， 配有熱沈的電阻，及熱電材料之間切換。 「TSA」是熱擺動吸附（Thermal Swing Adsorption) 〇 「孔狀接觸器」是一種孔狀或打孔材料以便令流通過 到達一吸著劑。 在微化學系統中的熱擺動吸著理論

對於吸著的分離及純化製程，微通道架構的使用有顯 著的優點，尤其是在熱擺動吸著中，快速加熱及冷卻系統 的能力可更有效的使用吸著劑床，此外，工程吸著劑的形 式可減少質量傳遞阻力。 質量傳遞時間比較 對於非穩態質量傳遞，溶質擴散至孔狀矩陣的時間如

第16頁 583012 曰 修正 案號 91108897 五、發明說明（10) (1)所定義。 r -X2/De 其中r等於擴散一段距離χ所需 (1 } a 散的距離，而是孔狀矩陣的溶液、 以：擴散卿除以特定孔狀二 因子對於大致疋直的孔而言，彎曲因子大致0一 非直的孔其f曲通過固態矩陣而言，·f曲因子二二:; ::擴J率的值是依不同溫度及壓力下溶質及溶：的函 數而疋，對於氣態溶液中的氣相溶質，原子擴散率⑶）的 一般值是從0.1到0.01cmVs，對於液相溶液中的液相^ 質，原子擴散率（Da)的一般值是從10-4至1〇-5cin2/s。彎曲因 子依孔狀小球（或基材）中孔的彎曲特性函數而大幅改變， 為了比較微通道系統與習知者，將共同彎曲值選定為3。 對於圓柱（或球）形的小球，擴散距離χ是小球直徑 (dpellet)的一半，習知吸著系統中使用的小球的一般大小是 1 cm，孔狀小球中溶質的氣相擴散所需的一般時間如（2 _3 ) 所定義。 peOet ^pellet : ^-O.Olcm2 對於氣相溶液約為7 · 5到7 5秒（2 ) ^pellet ^ ^pellet: 3 對於液相溶液約為7 5 0 0到7 5 0 0 0 ( 3 )

第17頁 583012 -lm_m〇889L____^^- 五、發明說明（11) 因為擴散時間是依距離平方的函數而變，所以減少擴 散距離對於減少擴散所需時間具有一種不成比例的角度。 在習知吸著技術中，使用較小的小球’但是整個系統壓力 會變小，整個流體則通過隨機裝填的小球之間的間隙，由 於小球大小的減少，間隙大小也會減少’因而對於相等大 小的床長度產生較大的淨壓力降。 對於微化學吸著系統，與習知技術相比擴散路徑長度 小的許多，對於微通道中的工程吸著劑’極大厚度或擴散 距離約為2mm，較佳的，工程吸著劑（如塗有金屬泡棉的吸 著劑）的厚度小於1 mm，更佳的是接近0 · 2 5mm，可經由相反 變數的最佳化而設定工程吸著劑的實際厚度，較厚的工程 吸著劑具有更大的吸著劑量（吸著用的活化台）及較高的容 量。惟，厚的工程吸著劑也具有較長的質量傳遞及熱傳時 間，微通道的工程吸著劑中的質量傳遞的特性時間如 (4 - 5)所定義。 X1 一 0.0252 cm2 τ—二瓦 一 (u-o.ow77 3 對於氣相溶液約為〇 · 〇 2到〇 · 2 ( 4)

第18頁 583012 __案號 91108897 五、發明說明（12) 年 月 曰 修正

IX = 0.0252 cm2 1〇~4 — l〇-3m2 / λ， 對於液相溶液約為2 0到2 0 0秒 (5) 微通道的工程吸著劑中的吸著劑的質量傳遞時間比氣 相及液相分離中習知吸著劑小球中的少1 〇 〇到1 〇 〇 〇倍，質 量傳遞時間的實際值是依原子擴散，彎曲因子，及小球 (或工程吸著劑）中質量傳遞的實際距離等的實際值而變。 熱傳時間比較 熱傳的特性時間是傳導通過介質（其分離熱傳流體且 通過吸著劑）的函數，或是熱對流（發生在熱傳流體與分離 介質或壁之間）所需時間的函數。 以熱對流為例，集合參數方法適於預測熱傳的特性時 間’此方法適用於白歐（B i )數小於0 · 1時，白歐數如（6 )所 定義。

Bi=h(V/A)/k (6) 其中h等於熱對流係數，V是正在發生的熱傳量，a由 平面中的表面區域所定義且與熱傳垂直，而k是材料的熱 傳導率。 λ 微通道中的熱對流係數（h )值經過實驗測知為，在氣 態熱傳流體中一般是從2 00到2 0 0 0W/m2_K，微通道中液熱傳 流體的值一般是從1 0 00 0到3 00 0 0 W/m2-K，習知熱交換系統 中的熱對流係數值一般至少小於氣體及液體熱傳流體。 對於多數金屬熱傳率的值是良好定義的，而且可測量 孔狀吸著劑的熱傳率。為了比較微通道系統與習知吸著系

第19頁 583012 _案號91108897_壬 月—曰__修正 ______ 五、發明說明（13) 統的目的，選擇的k具有一般值，假設鋁是結構的材料， 則金屬的熱傳率約為22 0 W/m-K，選擇鋁泡棉作為一般工程 吸著劑基材，且定義預估的有效熱傳率約為1 〇 ψ /m — K，在 習知吸著劑系統中使用陶磁小球作為基材，會具有稱低的 有效熱傳率，其接近2W/m_K。 一 微通道系統中的V/A值根據一般的直線幾何可容易的 計算出’其中V等於高度X長度X寬度，而A等於高度义長' 度。得到的V/A值減少為寬度，它是臨界厚度，其^中^必 須通過它以傳熱到熱交換器及吸著劑，以及從後者傳熱通 對於圓柱管其一般用於裝設吸著劑小球的習知固定 床，V/A值減少為管直徑除以4。體積定義為疋义（直徑平方 /4)Χ長度’熱傳面積Α為7ΓΧ管直徑X長度。 氣態熱傳流體計算出的白歐數如公式（7到9)所示。微 通道系統（h的單位是W/m2/K，k的單位是W/in-K，V/A的單位 是m而一般網及工程（即孔狀）吸著劑假’ 培由、 权°又馬具有0· 25mm的

k (7)

k

=0.025 習知系統（h，k及V/A的單位都相同 至少是1 0 cm) (8) 而一般的床直徑

第20頁 583012 案號91108897 年月日 修正 五、發明說明（14)

Biconvemionai /7(-) k 100(0.025) 2 L25 (9) 因此以氣態熱傳流體為例，微通道系統中熱傳的特性 時間是由對流阻力而定，至於習知熱系統，特性熱傳時間 是由傳導阻力而定。

當使用液體作為熱傳流體時，熱對流係數約增加一 倍，在此區域中，通過工程吸著劑的熱傳白歐數大於 0. 1，因此微通道吸著裝置中的熱傳特性時間是由傳導阻 力而不是對流阻力所決定。以習知系統為例，白歐數會變 大而主要的熱傳阻力仍是傳導。 至於集合參數分析，熱傳的特性時間是由公式 (10-13)定義，在這些公式中，T是時間函數的實際溫度， Tss是穩狀溫度，而TO是時間等於0 (或循環開始）的開始溫 度0 TQ-T^ =exp(-Bi * Fo)

Fo at 5 (10)(11)

k pcV (12) 重新排列特性熱傳時間，t定義在公式1 3中。 V 〇 T-T (―)2(-ln(-^-)) (13) aBi

第21頁 583012 案號 91108897 年月a 修正 五、發明說明（15) 鋁泡棉的 a 在周圍情況下鋁網的α值約為9x1 0-5m2/s， 值約為 4xl〇_5m2/s。 壁中的溫度到達熱傳流體溫度的95%所需的眭问， λ, / , X 叩〜#間如公 式（14)所不。 ^^5^-in(〇〇5>>=1.9sec 9λ]〇'5—O.OOI ] s (14) 工程吸著劑中的溫度到達熱傳流體溫度的9 5 % ♦ 答案如公式（1 5 )所示。 而時間的 卜避0025/^1-05)) = 〇19se. 4λΊ0'5—0,025

s (15) 工程吸著劑中的溫度到達熱傳流體的初始溫 需的總時間約為2秒。 * & 9 5 %所 若熱傳流體的溫度維持在遠比期望的吸著 高的溫度，則熱傳特性時間會變的極小。例如若"吸）溫度 1 0 %的穩態，則熱傳特性時間會減少2 8倍因子。右僅期望 計算出的例子。 如公式1 6 ,(0.00025m)2 (~ln( .9)) ί =---~^=0.07 sec 9-y10~5 ^-0.0011 s r ^ (16) 通過工程吸著劑的熱傳額外時間會是〇. 〇 〇 7 要是傳導阻力區域中的熱傳特性時間如公式（1 7 ，在主 / = factor— ^ ° 且定義在不 (17) 因子是由實驗熱傳曲線決定

同的幾何形

第22頁 583012 案號 91108897 年 月 曰 修正 五、發明說明（16) 狀，以無限長的圓柱（如長度遠高於直徑）及期望溫度接近 穩態的9 5%的情況為例，因子等於0 · 6。 以陶磁吸著小球的裝填床為例，α值約為 1 · 3X1 0-6m2/s，習知吸著床的特性熱傳時間的答案如公式 (1 8 )定義。 ：0.6- 0.05: 1150 sec 13λΊ() 6 — •ν (18) 若不必接近95%的穩態而且裝置僅在10%穩態中操作， 則由公式（1 9 )定義特性時間。 t - 0.1- 0.052m2 —=192 sec 'Ί s (19) 古對於微通道吸著系統（其主要是由傳導阻力而不是對 μ阻力’如液體熱傳流體不是氣體熱傳流體），當期望接 近95%平衡時，則熱傳特性時間如公式（2〇)定義。若需要 非限制性接近平衡，則熱傳特性時間會更短。 * — 1 -¾ 〇-QOQ252/yf2 --r =0*002 sec 哪、、s (20) +通道吸著裝置與習知吸著硬體間的比較 揭“ ί微通逼裝置中使用液體或氣體熱傳流體時，微通道 "者置中的熱傳特性時間一般是iOO到超過1 0 00倍的小 於習知裝填床吸著裝置。 加熱及貝I傳遞的特性時間驅動必要多級分離裝置所 舄的循環時間，推甘 了间 摩，其不等於循環時間。

第23頁 583012 案號gi 108897_年 月 曰 I正 一一一~ ^ ^ 一 —-— 五、發明說明（17) 循環時間 可估計氣體及液體分離的循環時間，以液體熱傳流體 為例，循環時間主要是質量傳遞所需時間，以氣相分離為 例，特性質量傳遞時間是0 · 02到0· 2秒，這等於多級平衡 级分離模型中理論板至平衡的時間，一循環可具有5到至 少1 0個理論級。此外，混合物移動通過裝置的不動作區域 時間必須包括在循環時間計算中。因此，在氣相分離中， 5到1 〇級微通道吸著裝置的循環時間可低到約〇 · 1到1秒， 實際值是依多重變數而定，包括設計效率以減少不動作區 城的體積。 至於液相分離，微通道裝置中的循環時間主要是質量 傳遞所需時間，特性質量傳遞時間在微通道裝置中約為2 〇 到2 00秒，可預測極小的5到1〇級循環時間約為1〇〇到1〇〇〇 秒0 在微通道吸著裝置中，達成相同分離程度的短循環時 間會產生更小的床體積因而使硬體成本降低更多，在微通 道裝置中，加熱及冷卻時不必額外的柱及清除串流，習知 的TSA製程時常藉由引入分離的清除串流而減少通過床體 積2傳導熱傳的長特性時間，目的是在吸著（或解吸）循環 之前通過對流熱傳而加熱或冷卻床，此加入的額外串流使 得吸著劑床更無效率而且成本又增加，這是因為在吸著 (或解吸）時，未一直完全利用吸著劑床。 、☆、圖1顯示一流道2(包括開啟通道4及吸著劑6)的例子， w過，道的淨氣流方向如箭號所示，流動氣體在内表面& 與吸著劑6接觸，在至少一部分流道中，開啟通道中的任

第24頁 583012 月 案號 91108897 五、發明說明（18) 一點（在與流垂直的平面令測 10mm，較佳是至多0. lmin。 的距離至多 流動氣體（如氫氣）與吸著南m以動^著裝置，其中的 時間減到極小。 貝里傳遞的距離及 在較佳實例中，流道f 、S、蓄）且右小於1 rm r田虹或疋在某二較佳實例中是開啟 通逗）/、有j於lcm(取好小於2mm)的高度，而且些實 例中是0.5到2mm。寬度及長度可以是任何值，惟，這些參 數於設計時要考慮到最佳設計，較長的長度在任何已知循 環中於吸著時會產生更活化的台，但是壓力也降低許多， 而且在至少一些情況下常駐時間也增加。吸著劑區域的寬 度增加也於吸著時產生更活化的台，惟，若寬度太大，則 寬度的增加會使流的分布不平均，雖然使用流驅散元件可 以使此效應減輕。由流特性及相對於通道大小的可取用頭 部大小的眼光來看，可以使長度及寬度最佳化，在一些較 佳實例中，寬度（與高度及流垂直）是〇 . 〇丨cm到3 0 0 cm，較 佳的是2cm到25cm ’而長度是〇〇icm到3〇〇cm，較佳的是 2cm到 25cm ° 流道可位於室令，其在熱交換器微通道陣列的上（或 下或與其相鄰），在其它配置（未示）中，流道可以内插形 式位於熱交換器通道的相鄰通道間（即共平面的交替）。在 一些實例中，至少3層具有流道與具有熱交換器1 〇的至少4 層交替，流道可以是任何形狀，但較佳的是直的，具有不 受阻止的開啟通道。 内表面8最好是鈀（Pd)合金或金屬鈀（pd)，已發現鈀 (Pd)能以極快速率吸收及放出1，因而使循環時間減少。

國_

第25頁 583012 一月 修正 曰 -^^^91108897 五、發明說明（19) 把良好的熱導體，與觸媒中不同的是，表面把 氧化面办上· ’而是較佳的-連續層。在低溫 下丄虱虱通過表面8而快速的進入吸著劑6，在一些較佳實 :中，吸著劑6與表面8的材料相㈠其它實針，吸著 劑6包括另一種材料豆能可读从 ^ 矸竹八肥」现地吸收氫。例如，氫吸著劑 月匕包^任一種金屬氫化物形成元素〔參考格林伍 (Greenwood)等人所著的化學元素（Chemistry 〇f E入lementSJ ( 1 984 )〕，較佳的吸著劑材料包括把（pd)，飽 二发’尸1 ，LaNl5，A1摻雜鎳鑭化物及…。因為用於表面8上 的虱乳時鈀（Pd)或鈀合金有極佳選擇性，下面的吸著劑6 ^於，不必是選擇性的。例如具有1〇咖随 =:及著劑次層’塗有薄的把(pd)表面曝露次層：有化小 於〇.〇25咖的厚度，較佳約為〇 〇〇〇1到〇 〇2践。較佳是至 11〇°1’人更佳的是至少90%的吸著劑曝露表面（即曝露在流 k中的3虱乳體表面）塗有鈀（pd)或鈀合金。在一些 ί二Γ丨=極佳的選擇性’則吸著劑不必具有把（pd)表面。 層的厚度可根據所需的吸著劑量而選擇以吸收一 置的氣。 夂 因循ί 5 ί實例中’氫吸著劑是一薄I ’習知的氫吸著劑 因= 果而變的粉碎，目而使熱傳遞特性劣化而且劣 會因吸著ίΐϊ化ΐί發明中’吸著劑層維持薄的以便不 雖辦因ίΐ 擴張及收縮而變成粉碎。相反的， 的il、f 較薄而產生破裂，吸著劑層仍維持緊貼在下面 K义交換器壁。因為流道的高度可作的極小，而且 裝置以而速循環，所以可配合氫的不同顯著量而使用多重 583012 —~---案號91108897_年 月 日 修正 五、發明說明（20) w道其包含薄的吸著劑層。在較佳實例中，包括表面8的 吸著劑6具有〇 · 〇 〇 〇 1到1 m m的厚度，較佳的是〇 · 〇 〇 4到 〇· 1mm。在一些較佳實例中·，吸著劑是密集（非孔狀）的薄 層’因而極緊密的貼在熱交換器表面，而且吸收容量是體 積的函數。 為了儘可能的使用空間，在較佳實例中 - P ·_ · 一I 沉退的 Μ 衣 面至少8 0 %塗有絶（Pd )或鈀合金，循環後，部分剩餘氫仍 留在吸著劑中’但這不是產量的損失。其它較佳的吸著劑 包括把合金如把銀合金，鈀合金因為在多重循環中對於粉 碎有較大的抗力所以能強化裝置的耐用性，較佳的，吸著 劑材料作相的轉換以便在吸著期間形成氫化物以增強吸著 率及/或容量及/或選擇性。

吸著劑（用以吸收氫或任何其它成分）包含助催化劑 或中間金屬）以改善分解動力以減少吸著時間，及減少整 個循壤時間。例如絶表面的釕（Ru)粒子可增加吸著及 解吸率。通常將第二（或第三）材料加入（通常是極少量）主 要材料能影響氫（或其它氣體）吸附異質系統中主要材料剖 面的淨率。藉由影響吸附製程的動力及表面組成，加^入的 t料也能增加主要材料表面的最終吸附容量（或β明加顯^村料 置）。第一效應（增加吸著率（純粹是動力現象）疋的分解 =化學本質的二倍結果（其在氮的例子巾u作用以產 氫吸附），以及此化學本質如何與主要材枓/·容量（或 生實體分離的表面結構，其又能影響最終的 明顯容量）。 、 ’ 釘（Ru)在有缺陷的台以高於釕原子

第27頁 583012 Μ: 91108897 年 月 曰 修正 五、發明說明（21) 的速度，在基礎平面中吸附（及接著分解）氫’因此釕（Ru) (及許多其它材料）上氫吸附的觀察到（或明顯）動力可真實 表現不同釕台的不同動力重疊。此現象可用以具有相反效 應：將元素（如釕（Ru ))加入系統其不會容易（或快速）地吸 附氫，因而產生更快的明顯吸附動力。 第二效應（材料的最終吸附容量的明顯變化）的解釋更 複雜，但是它基本上是相同概念的延伸，因為改變動力不 能改變系統的平衡，此概念似乎違反熱力學。實際上，雖 然觀察到的效應確實導因於重疊效應的去旋繞：材料的不 同相具有不同的吸附化學計算法，即表面金屬原子（Μ)的 一裝填配置（稱為配置1 1 1 )可吸附氣體（A )其比例是 Μ(111) :Α = 1 ·· 1，而另一配置（稱為11〇)(其在相同材料中以 某一比例出現）吸附更多，Μ ( 1 1 〇 ) : A = 1 : 2。加入第二材料 (N )，它選擇性的佔據（丨i i )台而且也吸附更多a，n (1 1 1) ·· A= 1 : 2 ’因而產生更多氣體a的淨吸附。若n吸附a比Μ快， 則第一效應與第二效應是互補的。 通常選擇吸著劑以吸著期望的成分，吸著劑能在流道 i上排列成緊密或孔狀的吸著劑層，吸著劑能直接塗在流 ，壁’吸著劑是孔狀吸著劑（最好是單石）以插入流道。吸 :::可位於孔=基材i，最好是熱傳導或熱傳導連續孔 沾k:μ孔狀吸著劑最好是單石形式，可插入流道。較薄 的=面層,（如陶磁）可插入孔狀基材與吸著劑之間以改善黏 貼及/或增加吸著劑砉 芏和表面積。或者，孔狀基材可完全由吸 耆劑材料形成，在一此每，，丄 枯士、0日 些實例中，孔狀吸著劑填充（或大致 以便大致所有的氣體都流過孔狀吸著

第28頁 填充）開啟的通道，以庙 583012 案號 91108897 曰 修正 五、發明說明（22) 劑（一般是塗有吸著劑的孔狀基材）° 熱交換器1 0與流道熱接觸’較佳的，熱交換器是一種 微通道熱交換器，這表系一通道（或數個通道）具有小於 2mm的高度（大小如上所述）及/或寬度。熱交換器中熱交換 流體的流，相對於流道中的氣流可以是交又（如圖所示）， 相反或共流。較佳的，熱父換為與通道直接相鄰，更佳 的，熱交換器大致與流道重豐。在一特別較佳實例中，熱 交換器與流道相鄰，且大致共延伸薄層，而寬度及長度大 致大於高度。較佳的，相同的壁1 2包括熱交換器及流道的 壁，而且在此實例中，包括壁以計算熱交換器（不是流道） 的高度。熱交換器通過一導熱材料（如鋼，鋁或塑膠而接 觸流道，熱交換器能利用任何適當的熱交換流體，如最好 是水及熱傳液體〔如熱米若TM(TherminolTM)〕，氣體及蒸 氣等。在一特別較佳實例中，選擇吸著及/或解吸的條件 以便與熱傳流體的相變化一致，例如藉由冷凝及/或蒸氣 化流可得到極高速的熱傳。 通常極期望以極小熱量形成一系統，較佳的，以低壓 (最好約1到100/psig更佳是卜3 0 0psig)執行熱擺動吸著， 以便能使用杈薄的壁以包含該系統。藉由在窄的溫度範圍 下逐次操作吸著及解吸更可改善低壓操作，它在一特別壓 力範圍中是最佳的。在較佳實例中’在區域中提供較少的 結構支撐會在較低壓中操作。 圖3 a說明例子，其中吸著劑（斜影部分）位於開啟通 道的側邊，饋入流中的成分能從開啟通道擴散到壁之中以 便吸收’因而與饋入流分離。如圖以的點所示，藉由重覆

第29頁 583012 _案號91108897_年月曰 修正_ 五、發明說明（23) 的堆疊流道及熱交換器層即可增加裝置的容量。圖3b說明 通過如圖3a所示裝置的分離製程，含較少吸收分子（〇)及 較強吸收分子（·）的氣體混合物進入流道，陰影部分的分 子表示優先吸收的分子，而較淡陰影部分的分子表示實際 吸收入吸著劑的分子。孔狀夠大以便能快速的將分子擴散 到彎曲的3 D結構中。溶質接著分子狀擴散，或是經由小 孔中的那森（Knudsen)擴散，它可以於塗在工程吸著劑基 材的活化吸著劑中找到。小孔的大小小於大孔的大小，較 佳的孔是在微至中間孔範圍中，以達成含許多台的高表面 積以便快速吸著。吸著發生在低温，而且在從通道洗提優 先吸收分子之前切換到高溫。純化的流（〇 )是此製程中至 少2個產品流之一，該製程可設計成在多重成分分離中操 作，其中分離第三或更高的混合物分離為成分而不只是二 元分離。惟，分離或純化數個流需要額外級，較佳的，微 通道大小約為至多2mm，高度及長度可以是任一值，工程 孔狀吸著劑的厚度最好在1 0 0微米與5 0 0微米之間，更佳 的，工程吸著劑的厚度在1 0 0與2 5 0微米之間。熱對流大致 上通過與工程吸著劑相鄰的間隙。溶質主要是擴散通過間 隙而到達工程吸著劑，且接著持續擴散通過工程吸著劑。 通過工程吸著劑的擴散方向與對流方向垂直。 圖4a說明一種配置其中孔狀吸著劑（斜影部分）填充流 道，因為吸著劑是孔狀，所以流會通過吸著劑，惟，流道 的壓降大致高於開啟的通道。 圖3b說明微通道吸著裝置中的孔狀吸著劑的另一實 例，在此實例中，流主要是通過吸著劑，此實例中質量傳

第30頁 _ mWu 911088^7 五、發明說明（24) 遞的擴散距離比圖1到3厂… 距離大致受限於大孔的^攸旁邊流過的配置短，質量傳遞 劑的塗層厚度在工程殘基^ :其中發生對流且活化吸著劑 般是從10到5 00微米，惟1\材_表面上。這些孔的大小一 的增加而加以彌補。當法1貝、丹里鬥傳遞阻力的減少可由壓降 失的增加會增加壓降，；3曲網路日夺，摩擦損 用而言，這種方法是“：？否維持低壓降並不重要的應 分极本文所明的孔狀材料（包括孔狀吸著劑）是指一些孔狀 到95”具狀材料容量的5到98 3 5j)，材料的孔容量的至少2〇%包括〇1到3〇〇微米（較佳 =·到200微米，更佳是丨到1〇〇微米）大小（直徑）範圍的 。用水銀孔計（假設孔是圓柱形）及氮吸附測量孔容量及 孔大小，已知水銀孔計及氮吸附是互補技術，其中測量大 孔（大於30nm)時水銀孔計較正確，而測量小孔（小於5〇nm) 時氮吸附較正確。在多數氣相吸著條件下，〇1到3〇〇微米 範圍的孔大小能使分子以分子方式擴散到材料。較佳的孔 狀材料包括泡棉及毛氈，其中毛氈是纖維或線串的統稱。 較佳的，孔狀材料是單〆材料片（也稱為單石），其大小可 裝在流道中，且佔據流道剖面積的選擇部分。 圖5a顯示裝置860其中流分布層862( 一般是具有隨 意，常態，或隔間孔，槽，孔洞等的板）能沿著室8 6 6的長 度而分布饋入864，室866最好包含吸著劑材料868(雖然圖 中是沿著室長度的單一層，以達成低壓降，該了解的是吸 著劑材料868也可具有本文所述的任一種配置）。 圖5b說明一實例，其中整體流路820在孔狀吸著劑材

第31頁 583012 _____案號91108897__年 日 修正 五、發明說明（25) 料822之間’雖然部分流可對流地通過孔狀材料中的大 孔。當孔狀插入物的孔直徑增加且接近比開啟區域液力直 梭小的尺寸時’通過大孔的流即增加。此室可配置成管， 具有吸著劑的環或部分環’但最好是平面配置。平面配置 能藉由其它元件如額外的室，熱交換器等而經濟的堆疊 室，整體流道的連續，直線配置能用低的壓降以執行氣相 分離。 圖5c及5d說明吸著室配置其中波浪狀插入物8 2 6提供 高的吸著表面積，同時連續流路828，832能藉由低壓降/而 執行吸著，插入物826具有塗有孔狀吸著劑材料的表面， ，疋幸乂佳的包括孔狀吸著劑材料，類似的配置如圖g廿所 示 ° 朴圖5 e說月實例，其中波浪孔狀吸著劑材料8 2 6位於 吸著室，以便通過部分氣流而且在吸著劑四周。此配置確 保與孔狀吸著劑接觸，惟，此配置與開啟通道相比具有大 2增加壓降的缺點，但優點是氣體與吸著劑表面更緊密的 、0及$ g利用吸著劑纖維8 3 6，8 3 8，這些纖維是孔狀 =Ϊ丄金屬或複合纖維’平行纖維836較佳因為它導致的 _ =亡二纖維8 3 8產生通過室的彎曲流，在任一情況 r祛二i i ΐ維比粉末好因為它產生的壓降較小，能具有 較佳的導熱性，且能扭 ^ i此棱供更均勻且可控制的表面，室壁 840，842可以是隐從 」 人i 疋网磁’塑膠，金屬（因為導熱性好），或複 合物。 | 圖5h及5i說明具有 擋板846，848的室，擋板846包括

叫〇ι2

五、發明說明 _ES__lll〇8897 (26) ίΪΓ著劑材料（或塗有吸著劑材料）的板或桿。擋板848 括孔狀吸著劑材料的板或桿，流是平行849或非平行 或不同的溶質能在不同方向流動（如正交溶質流）。 奸Ϊ二情況下，都有一連續整體流通過室，這些擋ΐ (最 匕括導熱金屬）提供良好的機制以傳熱到壁（或是從壁吸 收熱）’室壁854可以與上述壁842的材料相同。 圖5 j說明一孔狀吸著劑矩陣材料8 5 〇，其中有連續的 整體流道85 2，矩陣850可以為室壁或者整個物件8 5 5 ^以 是裝入開孔的插入物，較佳的，矩陣材料包含1到 1 0 0 00 (更佳的是1 〇到1 0 0 0 )個整體流道8 5 2，在一較佳實 例，整體流道8 52大致是直的，在另一實例中，這些通道 是彎曲的，在又一實例中，通道85 2填充著吸著劑材料且 溶質及溶液的整體流主要是通過矩陣。 圖6a說明具有管（或室）904的吸著裝置902，各管或室 包含上述任一配置中的孔狀吸著劑材料（未示），氣體混合 物流過管，在這些管的外面是整體流容量9 〇 6，在一較佳 實例，熱交換流體流過整體流容量，熱交換流體的流相對 於氣體溶質及產品能是交叉流，併流或相反流。 圖6b說明一種配置其中孔狀吸著劑材料90 8在室十不 與室壁9 1 0直接接觸，此實例需要長循環時間以克服較高 的熱傳阻力。在另一實例（未示），材料9 0 8包括大孔結構 的核心（其中發生分子擴散）及外側上的小孔結構（其中發 生那森擴散），吸著劑可塗在小孔結構或大孔結構上，或 是塗在二者上。 圖6c的上方說明一室911具有整體流路912及孔狀吸著

第33頁 583012 _案號91108897_年月日_修正 _ 五、發明說明（27) 劑材料9 1 4，9 1 6，孔狀塞9 1 6用以提供與任何氣體（它於通 路通過整體流路9 1 2之後仍未吸收）的吸著劑接觸，此例的 流區域（以及在其它圖中）根據小於2 00 0的雷諾（Reynolds) 數的古典定義，一般是層狀。雖然在微通道中流區域也可 以是暫態或亂流，但這並不常見。不是所有分子能擴散到 孔狀吸著劑，對於未擴散到壁以吸收的分子而言，這稱為 滑動，因此比平衡少了數個百分點的整個吸著視為可行 的。在部分通道長度的整個剖面使用孔狀吸著劑材料可減 少滑動及提高整體吸著容量。 圖6c的底部說明一種包括數個吸著室922及一混合室 924的吸著裝置，混合室合併至少2個室922的氣體，混合 室藉由混合可能的層流而有助於數個室之間濃度的均等， 以及若藉由減少流體的中線滑動而將至少2個室合成一 室，則有助於確保高的整體吸著。 圖6d說明一分離器，其中至少2個吸著室93〇，932的 整體流流入孔狀材料934，在另一操作模式中，流進入流 路9 30，通過孔狀材料9 34以及從流路932出。此實例也^ 減少流體的可能滑動而且使整體吸著接近平衡時所預測 的。 / 圍t)e說明一種叉狀配置其中氣體混合物進入 9 36，具有至多2mm的大小，且對流通過孔狀吸 ° 9 38，且接著對流通過孔狀材料94〇。雖然在 卩 進，饋入仍可擴散到孔狀吸著劑’離開孔狀材ς ， 體流入第二隔間942，隔間936，942可以互補+ 4(^的軋 藉由互補孔狀分隔器93 8，在相鄰第一隔間φ或不是）， τ的氣流又混

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五、發明說明（28) 合以減少成分的滑動。 ^說明一流配置其中饋人沿著孔狀吸著 ^ 一政路流動，產生至少一彎曲，接著沿著相反、ά側在 =狀吸著劑的另-側而流回，“形成至少第二向中 :-配置中’ f二吸著劑可用於第二流路，在 。在 中，壁將第一及第二流路中使用 配置 從用的孔狀吸著劑分離。 圖7顯示另一較佳實例’在此實例中，流體混 ^ 70 2 (如含氫的饋入流）流入開啟通道7〇4。在循物饋 ，成/分（如氫）選擇性的吸收在吸著劑7〇6之衣的冷 :了：出而中斷饋入流，且藉由電阻加熱元件7令。 ^有限大小裝置中的電氣加熱能使溫度快速 = 至少l〇〇t，參考美國專利6 174049及4849774號，秒 =供參考），因而產生極短的吸附相。電阻7〇8的埶、在此 由微通道冷卻器710而去除。在此配置中，熱交換'錢耆經 電阻加熱與冷卻流體71 2的合併而形成（如額”外的相$是&由 示），在又一實例中，吸著劑是絕熱材料上的薄膜其〜所 沈（該結構可包括大塊的導熱材料）熱接觸。至於解吸、“、、 熱是如此快因此極少（可忽略）的熱傳導通過絕熱材料’加 入熱沈，當電流中止時，吸著劑即快速冷卻到&沈的$進 度，而一吸著循環即能開始。 、 以氫分離為例，鈀（Pd )上氫的吸著熱約為 37，OOOJ/mole(分子）或每 800cc 是1247J，一 00的絶 (Pd)(即 11· 98 克（gm))能吸附 8 0 0 CC( 289K)的氫。纪（pd)的 熱容量是0· 243 J/gm K，假設溫度變化是20K，把（Pd)吸附 的熱是58J/cc，所需的總熱變成1306J以放出8qqcc的氫。

第35頁 583012 _案號91108897_年月曰 修正_ 五、發明說明（29) 鈀（Pd)的電阻是13· 8-〇hm cm(371K)，若鈀膜是3/zm厚及 lcm寬，則對於lcc的鈀（Pd)帶是33 3 3cm長。若是n cm長， 則剖面積是0· 0 0 0 3 *n cm2而長度是3333/n cm。膜的阻力是 1· 53*1 Ο8/η2，加熱鈀（Pd)及放出氫所需的能量是1 3 0 6 W秒 / 8 0 0cc，或1 632W秒/升。若η是1 00 0，則加熱〇· 3秒所需的 電流是5 · 3安而電壓是8 1 6伏，若η是2 0 0 0，則加熱〇 · 〇 1秒 所需的電流是58.4安而電壓是224伏。 在較佳實例中，藉由在熱交換器層之間夾著流道廣= 可藉由快速且迅速的熱交換，更佳的，分離裝置是由熱交 換器及流道的數個交替層所組成。熱交換器及流道能組/1 大的系統，一個這類系統如圖8所示，在該示意裝置的操 作中，流體混合物通過第一頭部且分布到數個流道中及具 有介入熱交換器（未示）。選擇性地將一成分吸收入（或通 過）流道中的鈀（Pd)表面，在頭部中收集成分貧乏流體& 傳入第二單元（級I I)其中吸收更多的成分，而且在级1 仍可以於流道中去除更多的剩餘成分。最後，產生的流— (其在至少一成分中是貧乏）則經由出口 8 2而釋出（或收 集）。在一些實例中，關閉入口閥以增加溫度。在高I身 下，放出且收集成分，若必要，可使用橫掃流體（如横掃 氣體）。 ^ 藉由在流道長度中加熱即可再增加吸著劑谷里M ^ 吸收的流體（如氣體），同時將饋入導引到流道的開始 ^ 此技術中加熱是定時的，以便放出的氣體於养吸@胃 到達流道出口之前仍存在。 咖 至於可燃燒成分（如氫），藉由燃燒一種#吸收成

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五、發明說明（30) 可以使系統變的更迅速’該非吸收成分與裝置（其中正在 發生解吸）的另一區域（或級）中的饋入流共存。適當的導 管及閥可用以導引非吸收成分到燃燒器層，其與吸著劑層 熱接觸。 本發明方法中可加入許多額外步驟，例如玎預處理饋 入流體以便從饋入混合物中去除一些成分其有害於吸著劑 表面。另一種方法是使用分子筛選如預處理區（或床）中的 泡佛石，使用加熱的橫掃流體（如加熱的橫掃氣體）即可使 解吸變的更快，在任何級得到的流體都可再循環到前一 級。 流道及熱交換器可以是獨立單元或是能接到反應器 (如蒸氣轉換器，水氣轉移反應器等）的出口，而且分離的 氫接著能進入另一裝置如燃料室，因而形成動力系統。具 有本發明氫吸著裝置的系統能包括：從大（高達1〇〇 +數百 標準立方英尺/曰MMSCFD氫氣工廠到模組氫氣產生單元卜1 MMSfFD)，燃料處理器用於分布的發電機，燃料處理器用 於 >飞車燃料電池’及極小的燃料處理器用於燃料電池其可 以在可攜式裝置中取代電池。 藉由f合薄的金屬或複合板（如鈀複合板）與熱交換器 表面、’或疋使用吸著劑（如鈀）作為熱交換器壁的材料即可 心成肌體分離裝置。這些板可以極薄如至多1 " ^。藉由放 電加工（EDM)，銑切，蝕刻，蒸氣沈積金屬或合金，及無 電式鑛金屬’填化物，及合金即可製造出熱交換器的通 道板。藉由結合3個板即可製造流道，其中，中央板具有 一（或數個）通道通過它，而上及底板具有塗上吸著劑的内

第37頁 583012 五、發明說明 表面（如I 加以鍍（-物可插入 含ίε板加 著劑。 可以 於 4 0 0 〇C κ 溫度，多 吸著劑容 佳的塑膠 器來取代 含有吸著 材料其用 薄吸 面處理製 僅是昂貴 解液電鍍 等。這些 材料，它 理而操作 塗敷的平 該等層以 接合，鋼 最實用的 輸入 案號 91108897 (31) 曰 修正 卜乳塗上纪Pd的内表面）。或者在流道上用無電式 %種在整個結構提供均勻沈積的技術），孔狀插入 流這，該等板（包括熱交換器板）能堆疊，以及用 以擴散結合或閉封，同時將鈀（Pd)材料沈積為吸 由非金屬材料如塑膠製造出吸著裝置，在溫度低 P ’在多數吸著系統中有多種塑膠能承受該操作 f的吸著吸著劑是在低溫操作，因為多數溶質的 量與溫度成反比，而最高容量是在低溫達成。較 材^是聚亞胺，其能用電加熱，因此可使用電熱 熱父換流體（或是與其共用），而且，吸著劑或是 劑的基材材料可以用電加熱，因而避免加熱整體 以建構本裝置。 著劑層的使用有利於本發明裝置的製造，因為表 程可製造出極可靠的薄塗層，其能加以使用而不 的銑切技術。這些表面處理方法如無電式鍍，電 ，濺擊塗敷，化學蒸氣沈積，電磨平，電成型 技術也此沈積純金屬’合金，及/或多層的這些 可以用批次或是極經濟的連續模式甚至是捲動處 ’其每天能產生出數千平方英尺。接著切下這些鲁 板而且用流驅散劑作疊層，以及用熱傳流體載運 完成該裝置的製造。可使用黏劑，硬焊，擴散式 焊等（這些技術對於使用的材料及大小而言都是 )作最後閉封。 的流體混合物可包含多種氣體如h2，co，co2， 583012 案號 91J_〇8897

AA 曰 五 >、發明說明（32) ___ H2o，CrQ鏈烷特別是ch4，C2h6，C3h8，c4Hi。，夺 ，油基镇入成分，N2, 02, Ar，氨氣，及低度酒精= 是甲醇，乙醇，丙醇，及硫化氣及蒸氣如S02，so 、， CS2，COS。流體混合物也包括液體的混合物，如2， ::酒精，乙醚，g曼，水及溶液中的其它有機或無：成鏈 流體混合物饋入會具有來源的T及P特徵，以 品的期望T及P。本發明的優點是不必預處理 j =成 標P-T剖析。對於_特別吸著劑及ρ_τ範圍， 目 含氫的氣體可以在lxl"mbar至20bar(體：如 =Γ)的較佳分壓（絕對）範圍下流入流道，壓 夠低以便裝置不會發生爆衝。在一此實例中Λ該，人持 撞夠頻繁以吸著選擇iί是夠窄以便氣體與吸著劑的碰 大部分。通過，或是選擇成分(如氣)的至少 望的效率及後麼力):定速疋二裝置大小及其它因素(如期 泵（來抽真空或壓缩），°在#作的較佳模式中，不利用 化。 雖然因為熱循環-般會發生壓力變 分離製程最好以複數級來執行，立中至，丨、一 比前：級低的吸著溫度下執 卩d级是在 個連續吸著級，各為遠捧&、々更住 i程包括至少3 分壓減少•，即使用低：：：圍中執行。當選擇的成分 供較大的整體成分5有效f吸收成分，此技術提 作，這是與假設所有級n d乍的=均溫度擺動來操 另双的Μ度軏圍都相同作比較。 583012 _m.. 9110^897 —_ 年月_曰 修正 五、發明說明（33) ^ ~~~' - 在一裝置中，級是裝置或部分裝置，如微通道的平行 睁列，用以從流體溶液吸收或放出一成分。單一裝置能具 有複數級，在製程中，一級是吸著或解吸操作，其中較佳 的發生一次分離，其中大致達到平衡（至少循環85%)。 3級吸著裝置的前提與2級吸著裝置類似，其辛在吸著 循環中溫度是最低而在解吸循環令溫度是最高。以連續或 半連縯方式’饋入從左到右循環（如圖ga_„gc所示），或者 從右到左（未示）。 2級與3級吸著裝置的主要差異是在解吸與吸著級之間 加入一額外級，通常這也會增加恢復的產能，產品純度， 及/或能量利用。額外通道具有至少一種目的，包括若&吸 著劑具有高度的表面異質性（包括強力支撐溶質的台或是 溫度變化更慢的台）則提供額外解吸時間。第三級的加入 也用以在切換饋入之前預冷卻吸著通道。這實際上會增加 一特別級的容量，因為在吸著循環的所有時間中，溫度都 等於Tc。 藉由加熱或冷卻熱傳流體，水或氣體包括燃燒氣體或 蒸氣即可控制上及下溫度，加熱（也可用電氣（焦耳熱）控 制）最好是從-50至1000 °C，更佳是從8至160 °C。在多數情 況下，由通過熱交換器的熱交換流體溫度來控制流道溫 度，惟，溫度可連續變化，溫度最好從高變成低，或是在 極小轉換時間之下從低變成高點，大致比每1 〇秒一次快， 較佳的是每秒1到1 0次，最佳的是每秒1 〇 〇到1 〇 〇 〇次。本發 明裝置的結構’具有良好導熱性’低熱容量，及短的熱傳 距離，能在流道中快速的變化溫度。這種快速溫度變化的

第40頁 583012 _案號91108897__年月—_g_修正 __一·^ 五、發明說明（34) 功能又更增強，其中吸著劑如鈀（Pd)或鈀合金，氫吸收表 面，位於流道的壁上，以至少2 0 °C /秒的率，較佳的是2 0 0 到2 0 0 0 °C /秒的範圍，執行鈀（P d )表面的溫度變化（例如用 熱麵測量）。 本發明的製程最好在〇·1到1 00 0 Hz，更佳的是100到 1 0 0 0Hz的吸著/解吸循環時間中執行。尤其是，各循環的 吸著（低T)最好在0 · 1到1 0秒（更佳的是〇 · 〇 〇 1到2秒）内發 生，雖然各循環的解吸部分最好在〇 · 1到1秒（更佳的是 0 · 0 01到0 · 0 1秒）内發生。 可 設計溫 此，流 間因為 (Pd)容 著劑容 含污染 百容量 (Pd)中 即使剩 餘饋入 去除。 以用數種方式改善恢復成分的純度（如使用氫），在 度擺動吸著/解吸裝置時總無效容量最好極小，因 體通路最好是短且小，此特徵也有助於減少吸著 氣體擴散及傳送距離較短。以鈀（pd )為例，每把 i在STP有800谷量以上的I是可吸收的，因此若 量是1 0 //厚而氣體隔間是丨〇 〇 #厚，則約十分之一 物的原始饋入體仍存在於氣體隔間。注意必77 的饋入氣體流入吸著劑以完全將它載入，因為釦 有高的112吸收係數。目而在此較佳例 ，載入 餘氣體污染物仍在通道中，若 戰入後 氣體留在饋入氣體隔間中，則：：二= 第二種處理剩餘饋 化H2其從純化產品流中 再循環）沖刷氣體空間 級溫度擺動吸著裝置中 二氣體中污染物的方法是以少h 、、f %(或許產品氣體的〇.1-10%, /刷的越多氫氣產品越純，在多 ’令間部分純化流也用於上述沖^

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案號 91108897 五、發明說明（35) 以改善產品氣體純度及節約能源。 第三種使饋入體與純化產品氣 私）將氣體隔間部分抽真空。真空 ^小於〇. 1 及而導致的損失減到極小夸該過 的分麼，而且不必完…，真Λ及4因達： 望剩餘不純度成正比。 "、j達期 本發明的方法及裝置其特徵為它的特性， 斤 離時，本發明的方法及裝置其特徵為以下特性至少^分 較佳的，在單一吸著步驟中，以每立方公分（cc)吸， 0.001到約0.051ΠΟ1 H2的率吸收氫，更佳的至少〇〇1佳 的是每cc吸著劑至少〇.〇3mol I。此吸著步驟最好在 内發生，較佳的是1秒内，更佳的是〇.丨秒内。較佳的在 單一解吸步驟中，以每cc吸著劑0()01到約〇 〇5m〇l 1的率 放出氫，更佳的疋至少0·01，最佳的是每“吸著劑至少〇· 03mol Η2。此解吸步驟較佳的在1〇秒内發生，較佳的是1秒 内，更佳的是0 . 1秒内。

整體而言本發明的最重要特徵是分離功能及生產力， 較佳的，從本發明方法及裝置中得到的氣體與初始含氫混 合物相比，至少是2倍純，較佳是至少1 〇倍（初始污染物質 量的十分之一，如9 0 %至9 9 %純度），更佳的是至少1 〇 〇倍 純。而且，較佳的，本發明製造氫的率是每曰每cc吸著劑 100到約300 0標準立方英尺（scf)H2，較佳的是至少1〇〇〇， 更佳的是每日每c c吸著劑至少2 0 0 0 s c f H2，此率能以批 次，半連續或連續形式，一日的任何時間，及較佳的多曰

第42頁 583012 修正 曰 案號 91108897 五、發明說明（36) 發生。 範例 用0 · 5吋不鏽鋼或低碳鋼管製造出測試裝置，該管具 有塗上把（Pd)的外表面，如纪金屬，Pd-Ρ合金或Pd-Ni合 金。將塗有鈀（Pd)的8吋管套入2吋直徑管，其具有氣體入 口及壓力計，在一循環的冷及熱部分，分別將冷口水 (8-15°C)及1 09 - 1 5 3 °C蒸氣通過管。 依以下方式無電式鍍以製備鈀，即鈀硫合金。將2. 0 g PdCl2，3.8g鉀鈉酒石酸鹽黑銅，5.12g乙烯二胺及〇.82g鈉 次硫酸混合在2 0 0 m 1水中，且藉由加入HCL而將pH調到8. 5 以製備鈀溶液。用硫酸處理不鏽鋼條，用水洗清，用甲苯 擦拭以去除任何油脂。接著用敏感劑溶液（其藉由將2 . 4g 硫化錫及10ml濃度的HC1溶在250ml 中而製備）將不鏽鋼 條再作用3分鐘。接著將敏感化的鋼條於1分鐘内傳送到種 子溶液（其已藉由將0· 01 25g PdCl2& 10ml濃度的HC1浴在 2 5 0ml 中而製備）。去除不鏽鋼條，用水洗清，再立即藉 由沈入鈀溶液而電鍍，沈積出期望的厚度後，去除鋼條， 用異丙基酒精洗清再烘乾，在所有製備中都可使用去離子 水0 依以下方式電解式電鍍鈀，將含27.5g氨磺胺的2.5g 鈀二胺（I I)氮化物混合在2 5 0m 1水中，且藉由加入氨而將 pH調到7 · 5- 8 · 5，以製備電解鈀溶液。沈入羥基鈉，碳酸 鈉及1 0二硫酸鈉的溶液中而清潔不鏽鋼條，將鋼條從此溶 液中去除，用甲苯擦拭以去除油脂。接電線到鋼條，同時 鋼條在羥基鈉清潔液中，以50A/ft2的電流密度通電達2分

第43頁 583012 __年月日 修正_ 五、發明說明（37) 鐘。去除鋼條且立即將它置於電解鈀溶液中，施以5A"t2 的電流’以鋼條作陰極，可以用類似方法電鍍低碳鋼。 根據製造商的指示而製備含鈀鎳陶磁的管塗層。 對於各管’執行數個循環，初始的執行結果不要因為 剩餘氧會產生假的結果（由水形成），但是這些執行是必要 的以調節塗層’資料例子如圖1〇£1及l〇b所示，數次執行的 結果加以平均’而該結果則顯示在下表中，氮氣及空的不 鏽鋼分別作為參考及毛胚使用。 表1 :氫吸著及解吸率 氣體 系銳 年均解吸率 標準偏差 平均吸收率 標準偏差 (PSI/sec) (PSI/sec) (PSI/sec) (PSI/sec) 氮 U.2 6lS7g 的奄解 Pd 0.74& 0.0 64 0.511 0.034 氣 12 . Q591g 的陶磁 p<i 0.736 〇Τ〇2δ "0.591 0.017 氣 12 . U591g 的陶磁 pd 1.333 0.159 1.087 0.032 0.26&7g的電解Pi 0.770 0.013 0.589 0.106 氣 0.26&7g的電解P4 1,833 0.057 1.533 0.099 Μ 空的不11鋼 iVt ύύα ----- 1,367 οΤδϋ 1.033 0.006 Μ 空0Ϊ不璉鋼 0,756 〇09 0.627 0.040 Μ 0.67徹沐的無笔Pd 0.746 〇T〇23 0.650 0.010 通 U.67傲米的無奄Pd 1.553 οΤοΙΓ 1.170 0.020

使用參考及毛胚，接著校正擴張/收縮效應的吸收/解 吸率’其中因溫度變化所有的氣體都在執行該效應。此 外，以該方法的解吸/吸收率為例，毛胚（空的不鏽鋼條） 收縮以完全檢查鈀效應。 ^p Η 2 ,dcg〇iptiiqn,cloc^lcig Pd ^pH2>dc5CMpU〇ii,S$ l Atime > / i 一警 ‘ r 、 Atime ^ △pN2，dcs〇rpti〇iMsfccM〇lcsP(t r Λ 、 Px2，dC9Qrpti〇n,$$ η ^ Atime J 、 Atime )

第44頁 583012 __案號 91108897 五、發明說明（38) ___年月 曰 修正 △time 再度，使用無電鈀系統作為例子（表1中的鈀）： |{t.553 psig/sec)-( 1.367 psig/sec)J-[(0.746 psig/^ec)-(0.756 psig/sec)] = 〇· 186 psig/sec 注意，鈀上氮氣的平均解吸率小於不鏽鋼上氮氣的解 吸率，因為差異（0· Olpsig/秒）是在值的不穩定範圍中， 所以假設所有的數據都相等。為了傳播不穩定性，使用一 般的誤差傳播公式··

For x = /(u, V,...)

因為我們的公式大致是X = [A-B] - [C-D]，接著： ^i%) 或 σ} =σ】(1)2 +σ】(一 l)2 + W(l)2+4(一 l)2 =σ】+ 心+σ 三 最後 σ r = J(().02lpsig/sec)2 + (0X)55psig/sec)2 + (0.023psig/sec)2 +(0.009psig/sec)2 σ v =0.064psig/sec 所以無電鈀系統的氫解吸的校正率是0.186土 0.064psig/秒，因為這是壓力變化，所以psig /秒= psia/ 秒。次一步驟是將p s i a /秒轉成分子氫氣它在解吸時釋 出，使用理想氣體定律pV = nRT即可達成此轉換。在此例

第45頁 583012 _案號91108897_年月日__ 五、發明說明（39) 中，（Δρ/(11;)ν = (ΔΓΐ/(11:)ΗΤ，其中（Δρ/dt)是 psia /秒中 的解吸率（如以上計算出），V是反應器的容量，0.620± 0· 001L，（Δη/dt)是分子氫的解吸率，R是理想氣體常數（1· 2 0 6 05 9L*psia/mol*K)，而T是解吸溫度（150°C約等於 423K ，所以 ，二{Apl^y 二,(Q；186pSia/sec)(a62QZ) 〇〇〇226m〇,ysec di RT p ·206049£ · atm γ \ mol · K )

使用一般的誤差擴散公式以再度擴散誤差，而此值是 (2.26± 0.78)xl〇-4mol H2/sec，至於無電 le 系統，鍍在鋼 條上的鈀質量是由電子稱決定為〇.〇661土 O.OOOlg，因為 已知！巴具有1 2 · 0 2 g / cm3的設計，所以使用以下公式計算出 電鍍的鈀容量

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583012 _案號 91108897_年月日__一_- 五、發明說明（40) 如上所述，誤差擴散而且電鍍鈀的容量是（5.50 土 0.01)xl0_3cm3，每秒每cc鈀產生的氫氣量是/3 ^ _ dn/dt _ (0.000226 molH2 /sec) _ 0.0411 mol H2 Vpd (().00550 cmJ Pd) sec · cm3 Pd 誤差擴散後，yS 等於（4·11± 1.41)xl 0_2mol 112/秒 *cffl3

Pd 由圖1 0 a可知，大約解吸時間是0. 6秒，記錄此值，接 著配合5及6循環的解吸時間，以計算出平均解吸時間，以 無電鈀系統為例，平均解吸時間是0 · 6 ± 0 · 1秒，現在能計 算出每循環每cc鈀於解吸時釋出的分子氫，ε ’Mil1?，) x 〇.6 M247molH2 ε = /5 X 循環時間= V sec· cm J cycle· cm3 誤差擴散後，ε=(2·47± 0.94)xl0_2mol H2/猶環 已知循環時間即能計算出每日解吸循環的理論數目，v ^ (秒/日）/ (秒/循環） = (8640 0秒/日）/(〇· 6秒/循環）= 1 44000循環/日 ，βρν =1 44 000土 24000 循環 / 曰， φ 最後，可計算出每曰每cc鈀釋出的標準立方％ 214L H, Y〇.0353scfH： mol Η , LH, 0.0247 mol H. cycle· cm5

144000 cyclcN 22.4 LH: mol H. f 0.0353 scfH2 ~ΠΓ~ 2812scf H, φ =- day·cm Pd ---

第47頁 583012 _案號 91108897 五、發明說明（41) 月 曰 修正 誤差擴散後，得到的P是： ρ=(2·81土 1.17)xl03 scf H2/ 曰木 cm3 Pd 因此，為了每日解吸一百萬標準立方呎的氳，所需的 名巴容罝’ VPd，MSCF是·

第48頁 583012 _案號91108897_年月日__ 五、發明說明（42) V 一 (!Q〇〇Q〇〇scfH2/day) — (lOOQOQQscf H2/day) 3 一- φ '(2S10scfH2/daycm3 Pd)' 即（3. 56± 1. 48)xl02cm3Pd，將此值轉成鈀質量， mPd,MSCF ? mPd，mscf= Vpd，mscf x 密度 Pd=(356cm3 Pd)x(0.01202kg/cm3 Pd) =4. 28 kg Pd 即4. 28± 1.79kg Pd，重覆這些吸收計算，以用於電解 I巴系統。 至於以下條件：

初始壓力=-7.00± -0·05 psig

初始溫度=2 9 8 ± 3K 解吸的△ T=+139K( 423K)(150°C ) 吸收的△ T=-139K( 284K) (1 1 °C ) 無電式鍍鈀（在不鏽鋼上）： 解吸率=(2.81± 1.17)xl03 scf HV(a*cm3 Pd) mPd，MscF = 4· 28± 1· 79 kg Pd 吸收率=(2·55± 1.36)xl03 scf H2/(日*cm3 Pd) ropa,mscf = 4.17± 2.51 kg Pd

單一循環解吸=(2·47± 0·94)χ10_2 mol H2/cm3 Pd 單一循環吸收=(4·11± 1·82)χ1〇-2 mol H2/cm3 Pd 無電系統特徵： 0.0 66 1 g Pd=5.50xl0_3cin3 Pd = 6.211xl0_4mol Pd = 0.6 72 微 米厚度在81.79(：1112區域上，解吸循環時間=0.6±0.1秒，吸

第49頁 583012 _案號911Q8897 _年月曰 修正__ 五、發明說明（43) 收循環時間=1 · 1 ± 0 · 2秒。 電解電鍍鈀（在低碳鋼上）： 解吸率= (1·73± 〇.49)xl03 scf H2/(日*cm3 Pd) mpduwscF^· 95± 1· 97 kg Pd 吸收率=(2·77± 〇.76)xl03 scf H〆（日*cm3 Pd) mPd，mscf = 4 · 3 4 土 1.19 kg Pd 單一循環解吸=(2.03± 0.51)xl0_2 mol H2/cm3 Pd 單一循環吸收=(3·65± 0.91)xl0_2 mol H2/cm3 Pd 電解系統特徵： 0.2687g Pd = 2.23 5xl〇-2cm3 Pd = 2.5 2 5xl0-3inol Pd=2.80 微 米厚度在79· 80cm2區域上，解吸循環時間=〇. 8± 0. 1秒，吸 收循ί哀時間=0 · 9 ± 0 · 1秒。 此外’已發現本發明中氫氣的吸著或解吸率隨著氫的 分壓（Ρη2)而增加，此隨著ΡΗ2而增加的率如表2所示，其中 比較二組吸著或解吸資料，其中饋入氣體的ΡΗ2改變因子約 為 2· 17。 表2 吸著劑 PH2(ps i a) 觀察到的吸著 率（ps i/秒） 観察到的解吸 率（psi/秒） 溫度上升 範圉（Π ) Pd-P 無電式鍍製 備） 7.600 1.170 1.553 107 Pd-P合金（由 無電式镀製 備） 16.526 2.364 2.654 83 雖然我們不希望受到任何理論的限制，解吸例的此不

第50頁 583012 _案號91108897__年月 曰 逢兵^-— 五、發明說明（44) 期望結果，一般不期望顯示Ph2相依性〔萊德所著的”化學 動力學 n(Laidler， K.J·， ’’Chemical Kinetics")，

McGraw-Hill (New York, NY)， 1965， p259ff〕 ’ 可能因 為吸著循環期間吸著劑的高H2載入而不能達成。此饋入壓 力的優點是明顯的，因為高的率可使溫度上升範圍更少’ 以便實施本發明。此一小上升時間可減少製程循環時間及 熱傳要求，因而減少能量要求且增加一已知裝置設計及配 置下純氫的產能。 比較習知級式吸著裝置與微通道級式吸著裝置的計算範例 級式微通道熱擺動吸著裝置如圖11，12所示，此雙級 裝置的總吸著時間稍低於1秒，其中吸著時間設定在〇 · 4秒 與1秒之間。在該範例設計中，選擇0 · 6秒的吸著時間。預 測的結果’包括吸著時間及此裝置的硬體容量與說明書所 述=期性吸著裝置的報告值比較。為了明確，在此例中將 =著時間定義為饋入流通過一級的時間，以便比較裝置其 而要不同數目的級以達成一已知分離。 $知四級吸著裝置中的吸著時間為6 0秒，而2級微逋 道裝W Φ 的吸著時間為〇 · 6秒，此1 〇 〇倍的改良也可減少活 化吸著劑交玲 忖， 今ϊ，習知例子中總吸者劑硬體容量約為3立方 > 斤耙的吸著劑載入為38 gm，在微通道吸著裝置（其 著劑容旦t 例子多5倍的溶質位準增加）’所需的活化吸 本發明ΐ ί〇. 6_立方忖而所需的吸著劑載入為〇.89^ °該 (或重量）读顯示達成一已知分離所需的活化吸著劑劑量 減少。；)5 0倍，此例子也顯示大於5倍的吸著劑容量

第51頁 583012 案號 91108897 年 月 曰 修正 五、發明說明（45) 藉由設計變數的最佳化可達成進一步的改良。 習知級式吸著裝置 習知的級式吸著裝置如湯可維奇（Tonkov i ch )及卡 爾（Carr )在1 9 9 6年所述，藉由移動饋入點通過固定吸著 床可達成在氣態溶液（也含有氮）中將丙烯從二甲基乙醚分 離出。 級包括全科技公司（Alltech)色吸劑（Chromosorb )1 0 1的6 0 (或8 0 )個網狀小球的習知填塞床，在四周條件 下，二甲基乙醚比丙烯的吸收更強，氮在這些條件下不會 吸收，以上述3或四級（額外的）系統為例，各行在0 · 5 π 0 D 1 2π長不鏽鋼管中約包含9. 5 g的吸著劑，假設填塞床的典 型無效分數是0.4，在500 mL/分鐘的氮流率下，二甲基乙 醚的突破時間是1 0 2秒，而對於丙烯則是4 2秒。丙浠的入 口分子分數是0.035，而二甲基乙醚的入口分子分數是 0.01。總流率約為523mL/分鐘，在此流率及床容量下，個 別級（行）中的不動作時間是0. 5秒，此裝置的目的是產生2 個超高純產品流用於此稀釋的多成分混合物。 上述製程需要加入一額外行及隔離清除氣體以便在饋 入切換之前，完全將強烈吸收的溶質（二甲基乙醚）剩餘量 從行（級）中放出以產生理想清潔行。吸著時間，或是饋入 切換到相鄰行的時間，實驗顯示是從5 0到8 1秒。在所有例 子中，必須在要分離的溶質突破時間之間設定饋入切換時 間。 在第三次分離（或更高）的例子中，饋入切換時間可理 想地選擇在一值其倍數可以使連續饋入切換位於連續分離

第52頁 583012 _案號 91108897 一——^——^_日--___ 五、發明說明（46) 溶質之間。例如，若將額外的溶質C加入二甲基乙醚及丙 稀的二元分離混合物，以便使它的突破時間是2 〇 〇秒，則 選擇8 0秒的切換時間即夠了。在第一級中，丙烯從二甲基 乙醚與C的混合物中分離出’在第二級於時間1 6 0秒中，從 該級洗提二甲基乙醚而留下極強烈吸收的C。在時間2 4 0秒 的最後級中，洗提極強烈吸收的C而且從系統中去除。 總之，在此例中，總共需要3 8 gm的吸著劑重量以分離 丙烯及二甲基乙醚的二元混合物，總吸著劑容量約為3立 方吋或4 9 c c。 微通道級式吸著裝置 與習知系統相比，微通道熱擺動吸著裝置的使用具有 明顯的優點，開始時，使用熱擺動吸著會減少需要額外清 除行的可能性，該行用於饋入切換前快速清除一級的目 的。藉由加熱解吸級，強烈吸收的二甲基乙醚會更快的洗 提，熱擺動微通道分離的其它明顯優點是減少吸著及解吸 時間（且因而減少硬體及吸著劑容量）。 一種預見的裝置設計如圖10，11所示，微通道裝置中 的級是5個相秒交叉含吸著劑微通道與6個熱交換微通道的 平行陣列，含吸著劑的微通道填充有流過的工程吸著劑， 吸著劑是0· 03"寬（ 75 0微米）且位於鋁裝置與微通道熱交換 通道相鄰。 相同的活化吸著劑劑，色吸劑（Chromosorb ) 1 0 1沈 積（或塗）在孔狀鎳或鋁泡棉上，各吸著微通道是2吋長及1 吋高，含吸著劑微通道的總容量是〇 · 〇 6立方吋（或循環 1 cc)，該容量幾乎完全填充著孔狀工程吸著劑，工程吸著

第53頁 583012 _案號91108897_年月日 修正 ----- 五、發明說明（47) 劑基材（孔狀鎳或鋁）約是90%孔狀，及10%金屬。可預見用 色吸劑（Chromosorb) 1〇1將工程吸著劑基材塗在10%的 重量載入（即吸著劑加入高達1 0 %的金屬重量）。新系統的 通道中活化吸著劑的總重現在是1 c c X 8. 9 g m / c c X 〇. 1 金屬密度χ 〇·1吸著劑載入〜0.089 gm吸著劑。由5個通道 組成的一級吸著劑載入是0 · 4 4 5 g m，整個2級裝置的總吸著 劑載入是0 · 8 9gm，每級的此載入約為習知例子中每級載入 的4。7 %，微通道裝置的總載入約為習知例子中載入的 2. 3°/〇 ° 在習知裝置中，9 · 5 gm的吸著劑載入得到4 2秒的丙烯 突破時間，用於5 2 3m/分鐘的總流中0· 035分子分數的饋入 混合物。減去級中〇 · 5秒的系統不動作時間及連接管中估 計的0.5秒，而得到0.035 χ 523 mL /分/ 9.5 gm χ 41秒的 吸著劑容量，等於每gm吸著劑的1 · 3 2 mL丙烯。對於二甲 基乙醚，吸著劑容量等於〇 · 〇 1 χ 5 2 3 mL/分鐘/ 9. 5 gm χ 101秒（或每gm吸著劑的0.93 mL二甲基乙醚。 對於0.175分子分數的丙烯，〇.05分子分數的二甲基 乙醚，及在每級0.445gm的吸著劑重量及室溫下，0.775分 子分數氮流率約為5 2 3 mL/分鐘，預測的突破時間約為 〇·39秒（丙烯）’及約為〇·95秒（二曱基乙醚），這是根據使 用的類似吸著劑容量從Tonkovich及Carr 1996的報告值計 算出來的。 在微通道裝置中，預測吸著循環會在室溫發生，預測 溫度上升2 0到5 0 °C應該足以驅除解吸循環中的吸收二甲基 乙鱗。使用液體熱傳流體，水即可加熱及冷卻以減少熱傳

第54頁 583012 _案號91108897_年月日 修正 _ 五、發明說明（48) 時的對流阻力。在吸著循環中，5 °C的水會進入相鄰的交 叉熱傳微通道，以便在吸著級中減少溫度到20 °C。在解吸 循環中，9 0 °C的水會流過相鄰的交叉微通道熱傳通道，以 使解吸級的溫度升到40 °C。 必須將饋入切換時間設定在2個溶質突破時間（〇. 3 9秒 及0 · 9 5秒）之間，而且選擇在0 · 6秒，在此切換時間，熱傳 流體有足夠時間能分別冷卻及加熱吸著及解吸級。 在微通道吸著裝置中的質量傳遞時間 微通道工程吸著劑中的質量傳遞特性時間如（2 1)定 義，孔狀錄或鋁泡棉中的孔平均大小在約2 0 〇與2 5 0微米之 間。室溫及latm下氮溶液中丙烯及二甲基乙醚的擴散度分 別約為0· 1 cm2/s及0· 12 cm2/s，如查普曼-恩可 (Chapman-Enskog )理論計算出。使用〇· 1 icm2/s的平均 值，二個溶質的特性質量傳遞時間約為〇 · 〇 2秒。在此例 中，0.6秒的饋入切換時間會提供30個平衡級用於分離， 這足以在微通道中達成2個溶質的良好分離。 tcng-sqrbcnt»= 0«〇 17 seconds 〜0.()2 seconds Q.Wcm1 Is ~~3^ (21) 微通道吸著裝置中的熱傳時間： 對於微通道吸著系統（主要是傳導阻力而不是對流阻 力’如液體熱流體不是氣體熱傳流體），則熱傳的特性時 間由公式（2 2到2 4 )定義。使用分別在5 °C與9 0 °C之間循環 的熱傳流體’而使吸著及解吸級的溫度分別在2 〇 與4 〇 之間循環。

583012 _案號91108897_年月日 修正 五、發明說明（49) T-T^ 20C-5C Ατο VWption: -—=- =0.18 ，庐 Τ0-ΤΧΛ 90C-5C (22) T-l\, 40C-90C ACA r〇_厂 5C—慨，=㈣ Jtv (23) (因子）（x2)/ a (24) 著期間熱傳的特性時間

通過金屬網在熱傳通道與含微通道的吸著劑之間的傳 導時間如公式（2 5 )所示，其中铭網的X = 0 · 0 0 0 2 5 m，α =9. 16 χ ΙΟ·5 m2/s。通過工程吸著劑的傳導時間如公式 (26)所示，其中x = 0.000375m(因為交叉微通道之間熱傳對 稱，所以只有工程吸著劑的一半寬度），而α約等於4 X 10_5 m2/s。對於矩形通道中的傳導限制熱傳，因子是由實 驗熱傳曲線決定。 ri0 0.000252^2 . =0.0005 see 9.16x10'5 — s (25) Λ〇 0.0003752 m2 U.o 5 =0.0028 sec 4jd0'5 — s (26)

吸著循環期間於此例所述的溫度下，通過工程吸著劑 的熱傳總特性時間小於0 . 0 0 3秒，這表示在0. 6秒吸著循環 開始時熱交換流體的快速切換時間會小於總吸著時間的0. 5%。 解吸期間熱傳的特性時間 通過金屬網在熱交換微通道與工程吸著劑之間的傳導

第56頁 583012 _案號91108897_年月曰 修正_ 五、發明說明（50) 特性時間如公式（2 7 )所示，傳導通過工程吸著劑的時間如 公式（2 8 )所示，解吸循環期間的總傳導時間小於約0. 0 0 3 秒，這表示在0 . 6秒吸著循環開始時熱交換流體的快速切 換時間會小於總解吸時間的0. 5 °/〇。

第57頁 583012 案號 91108897 年 月 曰 五、發明說明（51) 0.0005 sec m 9.16W0- (27)

Qj9^0(h7b f =0.0025 sec m

4x1 (T 循環期間估計的不動作時間 (28)

此裝置的完全循環時間需要包括不動作時間加上吸著 及解吸時間，饋入切換後，冷卻系統（以吸著為例）或熱流 (以解吸為例）要花時間以便從4路螺旋閥（如圖a所示的配 置）通過連接管及頭部，最後通過微通道本身。例如， A S C 0螺旋閥可方便地以3 0 Η z的循環率使用。

以1 0 L/分鐘的總冷卻劑流率為例，對流通過熱傳微 通道（0 · 0 2"寬，與吸著劑微通道的高度及長度相同）的估 計時間計真出來是容量除以率流。通道容量是2 i η (时）X 1 in X 0·02 -0.02立方忖（或〇 i3cc)，通過個別熱交換 器微通道（假設在6個熱傳微通道中散布有5個吸著劑微通 道）約為1 6 6 7 L/分鐘，對流通過個別平行熱傳微通道的時 間約為0. 0 0 5秒。 將頭部容量除以總流率（1 〇 L/分鐘）可估計出通過頭 部的對流時間，頭部容量估計為面部高度（丨”）X均勻流 分布所需的頭部深度（〇· 25" ) X通道陣列寬度（6 X 〇· 〇2 + 5 X 0·03" + 10 網 X 〇·〇ι"=0·37")，其等於 0·09 立方 吋（或約1· 5cc)。頭部的不動作時間是丨· 5cc除以10L/分 鐘，其約等於0 · 0 0 9秒。 在連接管通過4路螺旋閥的對流時間估計為8分之3叶

第58頁 583012 _案號91108897_年月曰 修正_ 五、發明說明（52) 管的1π流長度，總容量是0· 03 5 2立方吋（或0· 58cc)，通過 此管的不動作時間約0. 0 0 4秒。 對流通過通道的熱傳總不動作時間是0. 0 0 5秒加上對 流通過頭部的時間0 . 0 0 9秒，加上對流通過連接管的對流 時間0 . 0 0 4秒。總不動作時間約0 . 0 1 8秒。 對於0. 6秒的總循環時間，約有0. 0 1 8秒的浪費這是熱 傳不動作時間的一部分，這約等於總循環時間的3%，這是 可接受的。

若期望熱傳流體的流率低，則熱傳的不動作時間會是 總循環時間的大百分比，惟，流頭部及/或連接管的容量 進一步減少也會減少熱傳的不動作時間。 總之，對於每系統有0. 8 9 gm的總吸著劑容量而言， 微通道吸著裝置需要每級0. 44 5 gm的吸著劑，選擇的循環 時間是0 . 6秒。 雖然已說明本發明的較佳實例，熟於此技藝者可了解 的是可以在不違反本發明的更廣泛特徵之下作許多變化及 改良，因此後附申請專利範圍的目的是包括所有的這些變 化及改良，只要其符合本發明的精神及範圍。

第59頁 583012 一案號·哪_ 圖式簡單說明 圖1是流道及熱交換器的示意剖面圖。 圖2是流體吸著裝置（包括閥（黑色圓的示意圖。 圖3a是流道及熱交換器的示意剖面圖，吸著劑在流 壁上。 圖3b是流道（含一孔狀吸著劑）及流路（用以與相鄰吸 著劑對流）的示意剖面圖。 圖4a是流道及熱交換器的示意剖面圖。 圖4b是填充孔狀吸著劑的流道示意剖面圖，吸著劑在 流道中以便流大致通過吸著劑。 圖5是吸著室配置的示意剖面圖，包括（a)流分布板以 便將流分布入含吸著劑隔間中；（b) 一整體流道在孔狀吸 著劑層之間；（c)雙波浪狀吸著劑；（d)波浪狀吸著劑其中 氣流在吸著劑表面；（e)波浪狀吸著劑其中氣流通過吸著 劑’（f )吸者劑材料的線；（g)纖維；（h)具孔狀吸著劑材 料塗二的擋板“ 1 )由孔狀吸著劑材料組成的擋板；及（j ) 具整體流道的孔狀矩陣。 ,6疋吸著劑室配置的示意圖，包括⑷含有熱交換流 體的=又流的吸著劑通道立體圖；（b)孔狀吸著劑材料的 ”圖’該材，不與室壁直接接觸；（〇上方是含孔狀塞 =二吸：fi 含混合室的數個流道；（d)u型通道填充著 狀吸著劑材料層之間的，，咖 :疋：道及熱父換器的示意剖面圖。 下思、的說明—多級吸著裝置其中各級使用數個流

麵 第60頁 583012 _案號91108897_年月曰 修正_ 圖式簡單說明 道。 圖9a-9c示意的說明3級吸著製程。 圖10a及10b是氫解吸的圖形。 圖11示意的說明2級吸著製程，中空圓表示控制熱交 換流體流動的閥，黑色圓表示控制產品流體流動的閥。 圖12示意的說明一微通道裝置，其能作為吸著製程中 的一級，斜線區表示一孔狀吸著劑而矩形線表示熱交換器 通道。 【圖式標號說明】 10--------------熱交換器 12--------------m 1 1 1-------------配置 2 ---------------流道 4---------------通道 6 ---------------吸著劑 ， 8---------------表面 7 0 2-------------饋入流 704-------------通道 7 0 6-------------吸著劑 籲 70 8-------------電阻 710-------------冷卻器 712-------------冷卻流體 82 0-------------整體流路

第61頁 583012 _案號91108897_年月日 修正 圖式簡單說明 822-------------吸著劑材料 82 6-------------插入物 828-------------連續流路 832-------------連續流路 836-------------纖維 838-------------纖維 840-------------室壁 842-------------室壁 846 -------------擋板

847 -------------非平行 848 -------------擋板 848 -------------擋板 849 -------------平行 8 5 0-------------矩陣 8 52-------------整體流道 854-------------室壁 8 5 5-------------物件 860-------------顯示裝置 8 62-------------流分布層

864-------------饋入流 86 6-------------t 868-------------吸著劑材料 9 0 2-------------吸著裝置 904-------------管（或室）

第62頁 583012 _案號91108897_年月日 修正 圖式簡單說明 9 0 6 -------------整體流容量 9 0 8 -------------吸著劑材料 910 -------------室壁 911 -------------室 912-------------整體流路 914-------------吸著劑材料 916-------------吸著劑材料 916-------------孔狀塞 9 2 2 -------------吸著室

924-------------混合室 9 3 0-------------吸著室 9 32-------------吸著室 934-------------孔狀材料 9 3 6-------------隔間 938-------------孔狀材料 940-------------孔狀材料 942-------------隔間

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Claims (1)

1. 583012 案號 91108897 年 月 曰 修正 六、申請專利範圍 1 . 一種從流體混合物分離流體成分之方法，包括： 一第一步驟，包括吸收一流體成分，此第一步驟包 括在一第一溫度將一流體混合物流入一流道； 其中流道包括通道中之吸著劑，及 其中限制流道中之流俾在通道之至少一剖面區域 中，流道高度係lcm或更小； 一第二步驟，包括增加吸著劑表面溫度，此第二步 驟包括從一能源加入能量；及

   一第三步驟，包括在一第二溫度從吸著劑放出一流 體成分，且得到在第一步驟中吸收之流體成分，其中第二 溫度高於第一溫度。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為吸著劑之 熱傳入一微通道熱交換器，及流體混合物在不通過一接觸 器之下接觸吸著劑。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其特徵為流 道包括至少一通道壁，及吸著劑曝露在流體混合物。 4. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其特徵為流 道具有一表面曝露在流體混合物，及包括在至少部分表面 上之吸著劑。

   5. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其特徵為第 二及第三步驟係同時發生。 6. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其特徵為在 第三步驟之後更包括一步驟，以便將熱從流道傳入一微通 道熱交換器。

   第64頁 583012 _案號91108897_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 7. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其特徵為3 步驟重覆數個循環，其中各循環時間於一氣態溶液時小於 1 0秒，或於一液體溶液時小於1 0 0 0秒。 8. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其特徵為該 吸著劑係一單石孔狀插入物。 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為第一及第 二步驟，共： 用於一非冷凝流體混合物時，需要至多1 0秒，其中 在第一步驟吸收之氣體成分之至少2 0%從吸著劑中放出；

   或 用於一液體混合物時，需要至多1 0 0 0秒，其中在第 一步驟吸收之流體成分之至少2 0 %從吸著劑中放出。 1 0.如申請專利範圍第9項之方法，其特徵為所有流過 流道之流大致流入一孔狀吸著劑。 11.如申請專利範圍第1項或第2項或第9項中任一項之 方法，其特徵為包括：

   一流體混合物在一第一溫度及第一壓力流入一第 一吸著區域，其中第一吸著區域包括一第一吸著劑，其中 選擇第一吸著區域中之溫度及壓力以利於將流體成分吸著 入第一吸著區域中之第一吸著劑；將第一吸著區域之熱傳 入一微通道熱交換器，及選擇性從該流體混合物去除流體 成分，因而產生第一吸著劑中之吸收成分及一流體混合物 其在該成分中係相對貧乏； 相對成分貧乏之流體混合物在一第二溫度及第二

   第65頁 583012 _案號91108897_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 壓力流入一第二吸著區域，其中第二吸著區域包括一第二 吸著劑，其中選擇第二吸著區域中之溫度及壓力以利於將 流體成分吸著入第二吸著區域中之第一吸著劑；將第二吸 著區域之熱傳入一微通道熱交換器，選擇性去除該相對成 分貧乏流體混合物中之流體成分，因而產生第二吸著劑中 之吸收成分及一相對更多成分貧乏之氣體混合物； 其中第二溫度與第一溫度不同；

   通過至多1 cm距離到大致整個第一吸著劑，將熱加 入第一吸著劑，以升高第一吸著劑至第三溫度，且將該成 分從第一吸著劑中放出； 通過至多1 cm距離到大致整個第二吸著劑， 將熱加入第二吸著劑，以升高第二吸著劑至第四 溫度，且將該成分從第一吸著劑中放出；及得到從第一及 第二吸著劑放出之成分。 1 2.如申請專利範圍第1 1項之方法，其特徵為第二壓 力與第一壓力不同。 1 3.如申請專利範圍第1 1項之方法，其特徵為第一吸 著劑係一孔狀吸著劑。

   1 4.如申請專利範圍第1 1項之方法，其特徵為從第一 及第二吸著劑放出之成分再循環回到第一吸著區域。 1 5.如申請專利範圍第1 1項之方法，其特徵為流體混 合物係一含氫之氣體混合物，而流體成分係氫。 1 6.如申請專利範圍第1 5項之方法，其特徵為限制通 過通道之流，俾在通道之至少一剖面區域中，與一通道壁

   第66頁 583012 _案號91108897_年月日__ 六、申請專利範圍 之最遠距離小於0.5cm，其中吸收氫氣之步驟以至少0.01 氫莫耳/秒（吸著劑之cm3)之率執行。 1 7.如申請專利範圍第1 5項之方法，其特徵為吸著劑 包括一 ίε或把合金表面曝露在氣體。 1 8 ·如申請專利範圍第1 5項之方法，其特徵為得到之 氫未壓縮。 1 9 ·如申請專利範圍第1 5項之方法，其特徵為第二步 驟包括以至少每秒1 0 0 °C之率增加溫度。

   2 0.如申請專利範圍第1 9項之方法，其特徵為第三步 驟中之解吸率藉由使用一加熱橫掃氣體而增加。 2 1 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其特徵為包括在 一通道長度加熱以驅除吸收之氣體，同時將饋入引至通道 開始。 2 2.如申請專利範圍第2 1項之方法，其特徵為方法製 造一產品氣體，而得到之產品氣體具有一氫純度至少1 0倍 大於含氫氣體混合物，而方法以每日每c c吸著劑至少 2 0 0 0scf之率製造氫。

   2 3.如申請專利範圍第1 5項之方法，其特徵為第二及 第三步驟共需要至多1 0秒，而其中第一步驟吸收氫之至少 2 0 %係從吸著劑放出。 2 4.如申請專利範圍第1 5項之方法，其特徵為吸著劑 包括一層Pd覆蓋在一氫吸著劑上以選擇性吸收氫入吸著劑 中，而吸著劑則升至高於第一溫度至少5 °C之溫度，俾以 高於氣體混合物之純度得到放出之氫。

   第67頁 583012 案號91108897 年月日 修正 六、申請專利範圍 2 5 .如申請專利範圍第2 4項之方法，其特徵為第一步 驟發生在一第一級，而其中自第二步驟得到之氳再循環入 第一級，且重覆第一及第二步驟。 2 6 . —種流體分離裝置，其特徵為包括： 一流道包括一孔狀吸著劑，流道具有至少1 cm或更 小之大小，其中在流道之至少一剖面中，孔狀吸著劑佔據 至少9 0 %之剖面區域；及 一微通道熱交換器與流道熱接觸。 2 7.如申請專利範圍第2 6項之裝置，其特徵為流道包 括一入口，而且入口與吸著劑之間無接觸器。 2 8 .如申請專利範圍第2 6項或第2 7項之裝置，其特徵 為孔狀吸著劑包括一導熱毛氈或導熱連續孔狀泡棉。 2 9 .如申請專利範圍第2 6項或第2 7項之裝置，其特徵 為包括：至少4層，各該至少4層包括一微通道熱交換器與 至少3層交替，在該至少3層中包括至少一流道。 30.如申請專利範圍第26項或第27項之裝置，其特徵 為吸著劑在吸著劑表面包括一助催化劑。 3 1 .如申請專利範圍第2 6項或第2 7項之裝置，其特徵 為包括 至少一氣體入口至一第一至少3層，其中各層包括 至少一流道； 至少一氣體出口自該第一至少3層，包括至少一流 道； 該至少一第一氣體出口連接至少一第二氣體入口

   第68頁 583012 _案號 91108897_年月日__ 六、申請專利範圍 至一第二至少3層包括至少一流道； 至少一第二氣體出口自該第二至少3層，其中各層 包括至少一流道；及更包括 一第一至少4層與該第一至少3層交替，各該第一 至少4層包括一微通道熱交換器；及 一第二至少4層與該第二至少3層交替，各該第二 至少4層包括一微通道熱交換器。 32. —種使用如申請專利範圍第26或第27項裝置之方 法，用以從一流體混合物中純化一流體成分。

   3 3. —種流體分離裝置，其特徵為包括： 流道之第一陣列； 流道之第一陣列包括： 至少2個流道； 各至少2個流道包括一入口，一出口，及一吸著劑 在入口與出口之間； 各至少2個流道熱接觸一微通道熱交換器；

   各至少2個流道具有至少1 cm或更小之大小，其中 至少一大小朝著一微通道熱交換器之方向；及 至少一陣列入口及至少一陣列出口；及 流道之第二陣列； 流道之第二陣列包括： 至少2個流道； 各至少2個流道包括一入口，一出口 ，及一吸著劑 在入口與出口之間；

   第69頁 583012 案號 91108897 年 月 曰 修正 六、申請專利範圍 各至少2個流道熱接觸一微通道熱交換器； 各至少2個流道具有至少1 cm或更小之大小，其中 至少一大小朝著一微通道熱交換器之方向；及 至少一陣列入口及至少一陣列出口； 至少一流體導管連接第一陣列之出口與第二陣列 之入口；及 一閥能控制通過流體導管之流率。 3 4.如申請專利範圍第3 3項之裝置，其特徵為在第一 陣列中之至少一陣列入口與第一陣列中之流道入口相同。

   3 5. —種使用如申請專利範圍第33項或第34項裝置之 方法，包括： 在第一陣列吸收一流體成分，及同時在第二陣列 放出一流體成分。 36. —種氫分離裝置，其特徵為包括： 一流道具有一内表面，其在内表面之至少一部分 上包括一纪，流道具有至少1 c m或更少之大小；及 一熱交換器與流道熱接觸。 3 7.如申請專利範圍第3 6項之裝置，其特徵為包括一 吸著劑層在流道壁上，且更包括一開啟通道在流道中。

   3 8.如申請專利範圍第3 7項之裝置，其特徵為開啟通 道具有0. 1mm或更少之高度。 3 9 .如申請專利範圍第3 6項之裝置，其特徵為包括一 孔狀吸著劑單石插入物在流道中，而其中内表面包括孔狀 吸著劑之表面。

   第70頁 583012 _案號 91108897_年月日___ 六、申請專利範圍 4 0 .如申請專利範圍第3 9項之裝置，其特徵為孔狀吸 著劑包括一導熱毛氈或導熱連續孔狀泡棉。 41.如申請專利範圍第36， 37， 38， 39或第40項中任 一項之裝置，其特徵為孔狀吸著劑大致填充流道。 4 2 .如申請專利範圍第3 6項或第3 7項之裝置，其特徵 為ί ε係一 Ιε銀合金。 4 3 .如申請專利範圍第3 6項或第3 7項之裝置，其特徵 為包括： 至少4層，各該至少4層包括一微通道熱交換器；

   及 至少3層交替，該3層在各該至少3層中包括至少一 流道。 44.如申請專利範圍第36項或第37項之裝置，其特徵 為吸著劑包括一氫吸著劑具有一表面，塗在氩吸著劑表面 之至少9 0 %上，其中表面塗層包括鈀，而其中吸著劑具有 0.0001至1mm之厚度。 4 5.如申請專利範圍第36項或第37項之裝置，其特徵 為吸著劑在吸著劑表面包括一助催化劑。

   4 6 .如申請專利範圍第3 6項或第3 7項之裝置，其特徵 為包括 至少一氣體入口至一第一至少3層’其中各層包括 至少一流道； 至少一氣體出口自該第一至少3層，包括至少一流 道；

   第71頁 583012 _案號91108897_年月日_«_ 六、申請專利範圍 該至少一第一氣體出口連接至少一第二氣體入口 至一第二至少3層包括至少一流道； 至少一第二氣體出口自該第二至少3層，其中各層 包括至少一流道；及更包括 一第一至少4層與該第一至少3層交替，各該第一 至少4層包括一微通道熱交換器；及 一第二至少4層與該第二至少3層交替，各該第二 至少4層包括一微通道熱交換器。

   47. —種使用如申請專利範圍第36項或第37項裝置之 方法，用以從一含氫氣體混合物純化氫。 48. —種氫分離裝置，其特徵為： 一流道包括一入口，一出口 ，及一吸著劑在入口 與出口之間； 其中吸著劑包括一氫吸著劑具有一表面，塗在氫 吸著劑表面之至少90%上，其中表面塗層包括把；及 一熱交換器與吸著劑熱接觸。 49. 如申請專利範圍第48項之裝置，其特徵為熱交換 器係一微通道熱交換器，及更包括

   至少4層，各該至少4層包括一微通道熱交換器； 與至少3層交替，該至少3層在各該至少3層中包括 至少一流道。 5 0 .如申請專利範圍第4 8項或第4 9項之裝置，其特徵 為氫吸著劑包括一材料選自由T i，V，鎳鑭化物及N i組成 之群。

   第72頁 583012 _案號91108897_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 5 1 .如申請專利範圍第4 8項或第4 9項之裝置，其特徵 為包括Pd或Pd合金之表面塗層，具有小於0.025匪之厚 度。 5 2 .如申請專利範圍第4 8項或第4 9項之裝置，其特徵 為吸著劑具有0 . 0 0 0 1至1 mm之厚度。 53. —種使用如申請專利範圍第48項或第49項裝置之 方法，用以從一流體混合物中純化一流體成分。 ❿

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