具有泡沫几何形状结构和活性材料的自支承性结构制造技术

在用于吸附或者催化方法的加工单元中制造和使用自支承性结构的方法和系统。该自支承性结构在该自支承性结构中具有大于50重量％的活性材料，来提供泡沫几何形状结构，其提供了到该活性材料的通路。该自支承性结构，其可以位于加工单元中，可以用于变吸附方法和其他方法来增强烃的回收。

Self supporting structure with foam geometry structure and active material

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有泡沫几何形状结构和活性材料的自支承性结构相关申请的交叉引用本申请要求2016年12月21日提交的，标题为“SELF-SUPPORTINGSTRUCTURESHAVINGACTIVEMATERIALS”的美国专利申请No.62/437319的优先权权益，其整体通过引用并入本文。本申请与以下申请有关：2016年12月21日提交的，标题为“SELF-SUPPORTINGSTRUCTURESHAVINGACTIVEMATERIALS”的美国临时专利申请号62/437327和2017年11月14日提交的，标题为“SELF-SUPPORTINGSTRUCTURESHAVINGACTIVEMATERIALS”的美国专利申请No.62/585574，二者具有共同的技术人和受让人，其公开内容通过引用整体并入本文。领域本技术涉及制作包括活性材料的自支承性结构，其是泡沫几何形状结构。具体地，该自支承性结构可以用于分离和/或催化方法，例如变吸附方法和其他方法来增强烃的回收。背景加工技术可用于许多工业，并且通常可以通过使流体混合物在活性材料(例如催化剂或者吸附剂材料)上流动，来提供优选的产物流来完成。对于吸附方法，该吸附剂材料优先吸附一种或多种气体组分，而不吸附一种或多种其他气体组分。该非吸附的组分作为单独的产物来回收。对于催化方法，将催化剂配置来与流中的组分相互作用来增加化学反应速率。作为实例，一种具体类型的气体分离技术是变吸附，例如变温吸附(TSA)，变压吸附(PSA)，部分变压吹扫吸附(PPSA)，快速循环变压吸附(RCPSA)，快速循环部分变压吸附(RCPPSA)，并且不限于还可以是前述方法的组合，例如变压和变温吸附。作为实例，PSA方法依靠这样的现象，即，当气体处于压力下时，该气体更容易吸附在活性材料(例如吸附剂材料)的孔结构或者自由体积内。即，气体压力越高，所吸附的容易吸附的气体的量越大。当降压时，所吸附的组分从吸附剂材料释放或者解吸。变吸附方法(例如PSA和TSA)可以用于分离气体混合物的气体，这归因于不同的气体倾向于以不同的程度填充吸附剂材料的微孔。例如，如果气体混合物(例如天然气)在压力下送过含有吸附剂材料(其对于二氧化碳的选择性大于其对甲烷的选择性)的容器，则至少一部分的二氧化碳被该吸附剂材料选择性吸附，并且离开该容器的气体富含甲烷。当该吸附剂材料达到它吸附二氧化碳的能力的终点时，它在PSA方法中例如通过减压，由此释放吸附的二氧化碳而再生。该吸附剂材料然后通常进行吹扫和重新加压。然后，该吸附剂材料准备用于另一吸附循环。通常，催化方法和吸附方法中所用的结构具有有限阵列的物理结构类型。活性材料经常使用粘合剂和加工技术(如挤出或者喷雾干燥)来结构化成珠料，丸粒，球或者粒料。所述珠料，丸粒，球或者粒料然后一起填充到单元内，作为用于催化或者吸附方法的填充床。结果，常规制作催化剂或者吸附剂包括挤出打算用于填充床的小球状活性材料(例如球，粒料，瓣状物等)。然而，该填充床提供了穿过该填充床的曲折路径，其导致大的压降。在其他构造中，所述结构可以是工程化结构，例如整料。在工程化结构中，该活性材料涂覆于基材例如金属或者陶瓷整料上。该工程化结构提供了基本上均匀的流路，其与填充床相比减少了压降。然而，使用这些结构，大部分的重量是非活性材料，其用于形成下面的支承体结构。结果，通常的结构制作方案包括挤出打算用于填充床的小球状活性材料(例如球，粒料，瓣状物等)，或者将活性材料的薄涂层施用到整料基材(例如陶瓷或者金属整料)上。该填充床的压降大于工程化结构。此外，该工程化结构包括来自于结构支承体(其是非活性材料)的另外的重量，其增加了所述结构的尺寸和重量。其他相关的材料包括Rezaei，F.等人，2009，Optimumstructuredadsorbentsforgasseparationprocesses，ChemicalEngineeringScience64，第5182-5191页；Patcas，F.C.等人，2007，COoxidationoverstructuredcarriers：Acomparisonofceramicfoams，honeycombsandbeads，ChemicalEngineeringScience62，第3984-3990页；美国专利申请公开No.20030145726；和Richardson，J.T.等人，2000，Propertiesofceramicfoamcatalystsupports：pressuredrop，AppliedCatalysisA：General204，第19-32页；和Stemmet，C.P.等人，2006，SolidFoamPackingsforMultiphaseReactors：ModellingofLiquidHoldupandMassTransfer，ChemicalEngineeringResearchandDesign84(A12)，第1134-1141页。因此，工业上仍然需要这样的设备、方法和系统，其在具有自支承性结构的方法中提供了增强，其包括活性材料和可以包括形成具有复杂几何形状的泡沫几何形状结构。此外，本技术通过将自支承性泡沫几何形状结构与吸附或者催化方法(例如变吸附方法)整合来从供料流中分离污染物而提供了改进。因此，本技术克服了分离和/或催化方法中的常规结构的缺点。专利技术概述在一种实施方案中，描述了加工单元。该加工单元包括形成内部区域的外壳；位于该内部区域中的自支承性结构，其中该自支承性结构在该自支承性结构中具有大于50重量％的活性材料，其中该自支承性结构是泡沫几何形状结构，其配置来提供一个或多个曲折通道，用于穿过该自支承性结构的流体流路；和固定到所述外壳的多个阀，其中该多个阀的每个配置来控制流体沿着在该自支承性结构和外壳外的位置之间延伸的流路的流动。在一种或多种实施方案中，该加工单元可以包括各种增强。例如，该加工单元可以包括两个或者更多个的多个阀，其经由共用的致动机构来运行；该加工单元可以是循环变吸附剂床单元，其配置来从穿过该自支承性结构的气态供料流中除去污染物；该自支承性结构在该自支承性结构中可以具有大于60重量％的活性材料或者该自支承性结构在该自支承性结构中可以具有大于70重量％的活性材料；可以包括位于该吸附剂床和多个阀之间的流量分配器；该外壳可以配置来保持5磅/平方英寸绝对压力(psia)-1400psia的压力；其中该自支承性结构具有10个孔/英寸-100个孔/英寸的孔，15个孔/英寸-60个孔/英寸的孔；或者20个孔/英寸-40个孔/英寸的孔；其中该自支承性结构包含多个具有第一组成和第一孔密度的第一片和多个具有第二组成和第二孔密度的第二片，其中该第一孔密度是1个孔/线性英寸(ppi)-20ppi和该第二孔密度是20ppi-100ppi和/或该自支承性结构具有低的热质量。在再一实施方案中，描述了从供料流中除去污染物的方法。该方法包括：a)在吸附剂床单元中进行一个或多个吸附步骤，其中该一个或多个吸附步骤的每个包括：将气态供料流送过位于该吸附剂床单元外壳的内部区域中的自支承性结构，来从该气态供料流中除去一种或多种污染物，其中该自支承本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.加工单元，其包括：外壳，其形成了内部区域；位于该内部区域中的自支承性结构，其中该自支承性结构在该自支承性结构中具有大于50重量％的活性材料，其中该自支承性结构是泡沫几何形状结构，其配置来提供一个或多个曲折通道，用于穿过该自支承性结构的流体流路；固定到该外壳上的多个阀，其中该多个阀的每个配置来控制流体沿着在该自支承性结构和外壳之外的位置之间延伸的流路的流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.21 US 62/437,3191.加工单元，其包括：外壳，其形成了内部区域；位于该内部区域中的自支承性结构，其中该自支承性结构在该自支承性结构中具有大于50重量％的活性材料，其中该自支承性结构是泡沫几何形状结构，其配置来提供一个或多个曲折通道，用于穿过该自支承性结构的流体流路；固定到该外壳上的多个阀，其中该多个阀的每个配置来控制流体沿着在该自支承性结构和外壳之外的位置之间延伸的流路的流动。2.权利要求1的加工单元，其中该加工单元是循环变吸附剂床单元，其配置来从穿过该自支承性结构中的一个或多个通道的气态供料流中除去污染物。3.权利要求1-2任一项的加工单元，其中该自支承性结构在该自支承性结构中具有大于60重量％的该活性材料。4.权利要求1-2任一项的加工单元，其中该自支承性结构在该自支承性结构中具有大于70重量％的该活性材料。5.权利要求1-4任一项的加工单元，其中该吸附剂床单元进一步包括位于该吸附剂床和多个阀之间的流量分配器。6.权利要求1-5任一项的加工单元，其中该外壳配置来保持5磅/平方英寸绝对压力(psia)-1400psia的压力。7.权利要求1-6任一项的加工单元，其中该自支承性结构具有10个孔/线性英寸-100个孔/线性英寸的孔。8.权利要求1-6任一项的加工单元，其中该自支承性结构具有20个孔/线性英寸-40个孔/线性英寸的孔。9.权利要求1-6任一项的加工单元，其中该自支承性结构包含多个具有第一组成和第一孔密度的第一片和多个具有第二组成和第二孔密度的第二片，其中该第一孔密度是1个孔/线性英寸(ppi)-20ppi和该第二孔密度是20ppi-100ppi。10.权利要求1-7任一项的加工单元，其中该自支承性结构具有低的热质量。11.从供料流中除去污染物的方法，该方法包括：a)在吸附剂床单元中进行一个或多个吸附步骤，其中该一个或多个吸附步骤的每个包括：将气态供料流送过位于该吸附剂床单元外壳的内部区域中的自支承性结构，来从该气态供料流中除去一种或多种污染物，其中该自支承性结构在该自支承性结构中具有大于50重量％的活性材料，其中该自支承性结构是泡沫几何形状结构，其配置来提供一个或多个曲折通道，用于穿过该自支承性结构的流体流路；b)进行一个或多个再生步骤，其中该一个或...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·F·布洛蒂，P·J·廷达尔，
申请(专利权)人：埃克森美孚上游研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US