平行通道接触器和吸附气体分离方法技术

本发明专利技术公开了一种吸附气体分离装置和方法。还公开了吸附结构，该吸附结构可以包括具有至少第一吸附材料的第一吸附层、包括至少第二吸附材料的第二吸附层以及阻挡层，其中，该阻挡层置于第一吸附层和第二吸附层之间。还公开了一种平行通道接触器，该平行通道接触器包括多个吸附结构，各吸附结构包括阻挡层，并布置为形成第一和第二流体通道。还提供了业主用于使用吸附结构来使得至少第一组分从多组分流体流中分离的吸附方法。

Parallel Channel Contactor and Adsorbed Gas Separation Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】平行通道接触器和吸附气体分离方法本申请要求2016年11月8日提交的美国临时专利申请62/419359的优先权。
本技术通常涉及用于多组分流体混合物的吸附气体分离的装置和方法以及包括该装置和方法的系统。更特别是，本技术涉及用于使用温度摇摆吸附处理来进行吸附气体分离的方法以及用于该方法的平行通道接触器结构，另外还涉及包括平行通道接触器结构的系统。
技术介绍
在本领域中已知吸附气体分离方法和分离器(例如温度摇摆吸附和分压摇摆吸附方法和分离器)用于多组分流体混合物的吸附气体分离。可能需要气体分离的一种类型工业处理例如包括燃烧处理，其中，氧化剂和含碳燃料燃烧，从而产生至少热量和燃气流(也称为燃烧烟道气流)。可能需要使得至少一个组分从燃气流中分离，例如包含在燃烧后废气处理系统中。常规的温度摇摆吸附气体分离方法通常可以采用两个基本步骤，即吸附步骤和再生或解吸附步骤。在典型的吸附步骤中，供给流例如多组分流体混合物可以进入包括吸附材料的吸附分离器和接触器，其中，吸附材料可以吸附供给流的组分，从而使得吸附的组分与供给流的其余组分分离。在典型的随后再生步骤中，再生或解吸附流体流(例如加热的空气或蒸汽流)可以进入吸附分离器和接触器，以便升高吸附材料的温度，从而导致吸附组分的至少一部分从吸附材料释放或解吸附，以便提供解吸附组分，并能够循环地重新使用吸附材料。常规的吸附气体分离器通常完全使用一个或多个吸附材料的单一组分，例如在常规的珠状吸附剂床或吸附剂接触器中。常规吸附气体分离方法和分离器的一个缺点是用于吸附材料的解吸附和再生而消耗的所需蒸汽和/或其它能量源，这通常可以代表这种吸附系统和方法的大部分操作成本。在常规吸附剂分离器和方法中的解吸附/再生的高能量消耗和相关操作成本通常可能成为常规吸附气体分离技术广泛适应和实施的障碍。在常规吸附分离器和方法中使用一些常规吸附材料(例如沸石或亲水性吸附材料)的还一缺点可以包括例如这种吸附材料对于水或蒸汽的高亲和力，其中，在要分离的流体中或在再生流体中存在蒸汽和/或水可能大大降低吸附材料对于目标组分的吸附能力。而且，在常规的吸附气体分离方法中，某些吸附材料暴露于通过吸附剂接触器的一些流体流(例如解吸附流体流)中可能会从接触器中侵蚀或洗涤吸附材料，从而在经过一段时间后降低接触器的吸附能力。包括平行通道接触器的常规吸附气体分离器通常设置成在平行通道接触器的两个小面(例如端部)上有流体进口和出口。这种典型设置可以导致各种流体流(例如用于吸附气体分离方法的供给流和解吸附流体流)以基本类似的距离来通过平行通道接触器，从而与吸附材料接触。例如，在采用包括平行通道接触器的常规吸附气体分离器的常规吸附气体分离方法的吸附步骤中，供给流可以通过在接触器的第一小面上的进口而进入吸附气体分离器和平行通道接触器，以便在通过第二小面上的出口而从平行通道接触器中回收之前以第一距离行进通过平行通道接触器，而在常规吸附气体分离处理的解吸附或再生步骤中，再生或解吸附流体流可以通过在平行通道接触器的第一或第二小面上的进口而进入吸附气体分离器和平行通道接触器，以便在通过第一小面上的出口而从平行通道接触器中回收之前以基本相同的第一距离行进通过平行通道接触器。使得各种流体流以基本相同的距离行进通过平行通道接触器可以导致例如一个或多个流体流(例如再生或解吸附流体流或冷却流体流)在平行通道接触器中的、比所需更长的停留时间，这还可能导致：组分从例如再生流体流或冷却流体流中不希望地吸附至吸附材料上和降低吸附气体分离方法的效率；从吸附剂接触器中腐蚀吸附材料；对于一个或多个流体流，高于所需的、横过吸附剂接触器的压力降或损失；以及限制了提高接触器结构和吸附气体分离方法的效率的能力。因此，需要一种吸附气体分离方法和分离器，它可以合适地解决常规方法和系统的一个或多个缺点。
技术实现思路
本文中所述的概念可以实施为一种吸附结构，该吸附结构包括第一吸附层、第二吸附层和阻挡层，其中，阻挡层置于第一吸附层和第二吸附层之间。阻挡层可以选择地包括金属、隔膜、碳、碳分子筛和石墨烯材料中的至少一个。第一吸附层可以包括第一吸附材料，第二吸附层可以包括第二吸附材料；第一和第二吸附材料可以有不同的材料组分和/或物理特性。在替代实施例中，该概念可以包括一种吸附结构，该吸附结构包括第一吸附层和第二吸附层，其中，第一吸附层与第二吸附层并置。在还一实施例中，该概念可以包括平行通道接触器，该平行通道接触器包括：多个吸附结构，各吸附结构包括与第二吸附层并置的第一吸附层，其中第一吸附层包括第一吸附材料，第二吸附层包括第二种吸附材料；第一流体通道，其中，该第一流体通道的至少一部分由第一吸附层界定；以及第二流体通道，其中，该第二流体通道的至少一部分由第二吸附层界定。在一些变化形式中，阻挡层可以置于第一吸附层和第二吸附层之间。该概念还可以实施为一种用于使得至少第一组分从多组分流体流中分离的吸附气体分离方法，该方法包括：(i)使得多组分流体流进入平行通道接触器的第一流体通道和第二流体通道，该平行通道接触器包括具有第一吸附材料的第一吸附层和具有第二吸附材料的第二吸附层，其中，第一吸附层确定第一流体通道的至少一部分，第二吸附层确定第二流体通道的至少一部分；(ii)使得多组分流体流的第一组分的至少一部分吸附在第二吸附层的第二吸附材料上，该第二吸附层确定第二流体通道的至少一部分；(iii)至少周期性地回收第一产物流，该第一产物流相对于来自平行通道接触器的第一流体通道和第二流体通道的多组分流体流减少第一组分；(iv)使得解吸附流体流进入平行通道接触器的第一通道；(v)通过加热第二吸附材料来解吸附在第二吸附层的第二吸附材料上吸附的第一组分的至少一部分，该第二吸附材料通过以下至少一个方式来加热：使得热量从解吸附流体流和第一吸附层传递给第二吸附层的吸附材料；使得至少一部分解吸附流体流扩散通过第一吸附层，以便与第二吸附层的第二吸附材料接触，并释放吸附热量；以及(vi)至少周期性地回收第二产物流，该第二产物流相对于来自平行通道接触器的第二流体通道的多组分流体流富含第一组分。也可选择，该概念可以实施为一种用于使得至少第一组分从多组分流体流中分离的吸附气体分离方法，它包括：(i)使得多组分流体流进入平行通道接触器的流体通道，该平行通道接触器包含在多个吸附剂层上的吸附材料，其中，吸附材料和该多个吸附剂层中的至少一个确定了平行通道接触器的流体通道的至少一部分，且多组分流体流与多个吸附剂层上的吸附材料接触第一距离；(ii)使得第一组分的至少一部分吸附在该多个吸附剂层上的吸附材料上；(iii)通过第二口来至少周期性地回收第一产物流，该第一产物流相对于来自平行通道接触器的流体通道的多组分流体流减少第一组分；(iv)通过第三口来使得解吸附流体流进入平行通道接触器的流体通道，其中，所述解吸附流体流与在该多个吸附剂层上的吸附材料接触第二距离；(v)解吸附在该多个吸附剂层上的吸附材料上吸附的第一组分的至少一部分；药剂(vi)通过第四口来至少周期性地回收第二产物流，该第二产物流相对于来自所述平行通道接触器的流体通道的多组分流体流富含第一组分，其中，该第一距离大于所述第二距离。该概念可以另外实施为一种包括多个吸附剂层的平行通道接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附结构包括：第一吸附层；第二吸附层；以及阻挡层，其中，所述阻挡层插入于所述第一吸附层和所述第二吸附层之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.08 US 62/419,3591.一种吸附结构包括：第一吸附层；第二吸附层；以及阻挡层，其中，所述阻挡层插入于所述第一吸附层和所述第二吸附层之间。2.根据权利要求1所述的吸附结构，其中：所述阻挡层包括金属、隔膜、碳、碳分子筛和石墨烯材料中的至少一个。3.根据权利要求1至2中任意一项所述的吸附结构，其中：所述阻挡层的厚度等于或小于以下至少一个：1000μm、100μm、10μm和5μm。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的吸附结构，其中：所述阻挡层包括在所述第一吸附层和第二吸附层之间沿一方向的热导率，该热导率等于或大于以下至少一个：10W/m·K、100W/m·K和200W/m·K。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的吸附结构，其中：所述阻挡层包括渗透性阻挡层，以便延迟至少一个流体物质在第一和第二吸附层之间的扩散。6.根据权利要求1至4中任意一项所述的吸附结构，其中：所述阻挡层包括阻挡材料，该阻挡材料对于解吸附流体物质是可选择性地渗透的。7.根据权利要求1至4中任意一项所述的吸附结构，其中：所述阻挡层包括以下至少一个的渗透率：等于或小于所述第一吸附层的渗透率值，等于或小于所述第二吸附层的渗透率值，或者等于或小于10-6m2，或者特别是等于或小于10-8m2，或者更特别是等于或小于10-12m2，或者甚至更特别是等于或小于10-13m2。8.根据权利要求1至7中任意一项所述的吸附结构，其中：所述阻挡层包括剥离的石墨烯薄片阻挡材料，该剥离的石墨烯薄片阻挡材料对于解吸附流体物质是可选择性地渗透的。9.根据权利要求1所述的吸附结构，其中：所述第一吸附层和所述第二吸附层中的至少一个包括导热材料。10.根据权利要求1所述的吸附结构，其中：所述第一吸附层包括第一吸附材料，所述第二吸附层包括第二吸附材料。11.根据权利要求10所述的吸附结构，其中：所述第一吸附材料和所述第二吸附材料还包括吸附材料组分和物理特性，其中，所述第一吸附材料的所述吸附材料组分和所述物理特性中的至少一个与所述第二吸附材料的所述吸附材料组分和所述物理特性中的至少一个不同。12.根据权利要求10所述的吸附结构，其中：所述第一吸附材料和所述第二吸附材料还包括吸附材料组分和物理特性，其中，所述第一吸附材料的所述吸附材料组分和所述物理特性与所述第二吸附材料的所述吸附材料组分和所述物理特性类似。13.根据权利要求10至12中任意一项所述的吸附结构，其中：所述第一吸附材料包括疏水性吸附材料、活性炭吸附材料、聚乙烯亚胺掺杂二氧化硅吸附材料、疏水性沸石吸附材料中的至少一个；所述第二吸附材料包括亲水性吸附材料、沸石吸附材料和金属有机骨架吸附材料中的至少一个。14.根据权利要求1、10和12中任意一项所述的吸附结构，其中：所述第一吸附层还包括等于或大于10-12m2或者特别是等于或大于10-11m2的渗透率。15.根据权利要求1、10和12中任意一项所述的吸附结构，其中：所述第二吸附层还包括等于或大于10-12m2或者特别是等于或大于10-11m2的渗透率。16.一种吸附结构包括：第一吸附层；以及第二吸附层，其中所述第一吸附层与所述第二吸附层并置。17.根据权利要求16的吸附结构，其中：所述第一吸附层和所述第二吸附层中的至少一个包括导热材料。18.根据权利要求16的吸附结构，其中：所述第一吸附层包括第一吸附材料，所述第二吸附层包括第二吸附材料。19.根据权利要求18所述的吸附结构，其中：所述第二吸附材料与所述第一吸附材料的不同点在于组成和物理特性中的至少一个。20.根据权利要求16的吸附结构，其中：所述第一吸附层和所述第二吸附层包括所述第一吸附材料和所述第二吸附材料中的至少一个。21.根据权利要求17-19中任意一项所述的吸附结构，其中：所述第一吸附材料包括疏水性吸附材料、活性炭吸附材料、聚乙烯亚胺掺杂二氧化硅吸附材料、疏水性沸石吸附材料中的至少一个；所述第二吸附材料包括亲水性吸附材料、沸石吸附材料和金属有机骨架吸附材料中的至少一个。22.根据权利要求16-18中任意一项所述的吸附结构，其中：所述第一吸附层还包括等于或大于10-12m2或者特别是等于或大于10-11m2的渗透率。23.根据权利要求16-18中任意一项的吸附结构，其中：所述第二吸附层还包括等于或大于10-12m2或者特别是等于或大于10-11m2的渗透率。24.一种平行通道接触器，包括：多个吸附结构，每个吸附结构包括与第二吸附层并置的第一吸附层，其中，所述第一吸附层包括第一吸附材料，所述第二吸附层包括第二吸附材料；第一流体通道，其中，所述第一流体通道的至少一部分由所述第一吸附层界定；以及第二流体通道，其中，所述第二流体通道的至少一部分由所述第二吸附层界定。25.根据权利要求24所述的平行通道接触器，还包括：阻挡层，该阻挡层插入于所述第一吸附层和所述第二吸附层之间。26.根据权利要求25所述的平行通道接触器，其中：所述阻挡层包括金属、隔膜、碳分子筛和石墨烯材料中的至少一个。27.根据权利要求24和25中任意一项所述的平行通道接触器，还包括：多个所述第一通道和多个所述第二通道，其中，在所述平行通道接触器内，每个所述第一通道由第一吸附结构的第一吸附层和第二吸附结构的第一吸附层来界定，并且每个所述第二通道由第一吸附结构的第二吸附层和第二吸附结构的第二吸附层来界定。28.根据权利要求24、25和27中任意一项所述的平行通道接触器，还包括：第一口和第二口，该第一口和第二口与一个或多个所述第一通道与一个或多个所述第二通道流体地连接；以及第三口和第三口，该第三口和第四口与一个或多个所述第一通道流体地连接。29.根据权利要求28所述的平行通道接触器，其中：所述第一口设置成具有到所述第二口的第一距离，所述第三口设置成具有到所述第四口的第二距离，其中，所述第一距离等于或大于所述第二距离。30.根据权利要求28所述的平行通道接触器，其中：所述第一口和所述第二口设置成垂直于所述第三口和所述第四口。31.根据权利要求24、25和27中任意一项所述的平行通道接触器，其中：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏蕾·卡维，
申请(专利权)人：英万茨热科技有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA