Композиция волокна сорбента и способ адсорбции с циклическими колебаниями температуры

Есть еще 22 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Сорбирующее полое волокно, содержащее сорбирующий материал, в котором полость расположена внутри волокна и барьерный слой образует покрытие стенки полости для предотвращения смешивания текучих сред из полости и со стороны сорбирующего материала.

2. Сорбирующее волокно по п.1, в котором волокно дополнительно содержит полимерную матрицу.

3. Сорбирующее волокно по п.2, в котором полимерная матрица содержит множество извилистых каналов.

4. Сорбирующее волокно по п.3, в котором множество извилистых каналов включают в себя один или несколько каналов из микропор, мезопор или макропор, где один или несколько каналов из микропор, мезопор или макропор сообщаются.

5. Сорбирующее волокно по п.3, в котором сорбирующий материал контактирует по меньшей мере с частью множества извилистых каналов.

6. Сорбирующее волокно по п.1, в котором сорбирующий материал представляет собой частицы, имеющие средний наибольший размер меньше чем 10 мкм.

7. Сорбирующее волокно по п.1, в котором волокно имеет средний наибольший размер в поперечном сечении по меньшей мере 100 мкм.

8. Сорбирующее волокно по п.1, в котором полость имеет средний наибольший размер в поперечном сечении по меньшей мере 55 мкм.

9. Сорбирующее волокно по п.1, в котором сорбирующий материал менее чем на 80 мас.% состоит из волокон.

10. Сорбирующее волокно по п.1, в котором волокно имеет средний наибольший размер в поперечном сечении, по меньшей мере в два раза больший, чем размер полости.

11. Сорбирующее волокно по п.1, в котором барьерный слой имеет среднюю толщину менее 50 мкм.

12. Сорбирующее волокно по п.1, в котором сорбирующий материал имеет селективность по отношению к двуокиси углерода по сравнению с азотом примерно от 10 примерно до 60 и теплоту сорбции примерно от
-25 кДж на 1 моль двуокиси углерода примерно до -90 кДж на 1 моль двуокиси углерода.

13. Сорбирующее волокно по п.1, содержащее непористый концевой колпачок, расположенный на каждом продольном конце волокна, причем непористый концевой колпачок не замедляет протекания текучей среды через полость.

14. Адсорбционный контактор на основе волокон, имеющий

камеру, содержащую вход для потока исходных материалов; выход для потока исходных материалов; вход для теплонесущей текучей среды; выход для теплонесущей текучей среды; множество, по существу, совмещенных по направлению полых волокон, в которых полость, расположенная внутри полого волокна, сообщается с входом для теплонесущей текучей среды и с выходом для теплонесущей текучей среды, и каждое из которых содержит множество извилистых каналов, где извилистые каналы сообщаются с входом для потока исходных материалов и выходом для потока исходных материалов; множество элементов сорбента, контактирующих по меньшей мере с частью множества извилистых каналов; и

барьерный слой, образующий покрытие стенки полости, для предотвращения смешивания текучих сред между полостью и множеством извилистых каналов, по меньшей мере, по существу, в большинстве полых волокон.

15. Адсорбционный контактор на основе волокон по п.14, в котором по меньшей мере одно из множества полых волокон дополнительно содержит концевой колпачок, расположенный на продольном конце волокна, эффективный для предотвращения смешивания текучих сред между множеством извилистых каналов и теплонесущей средой, по меньшей мере, по существу, в большинстве полых волокон.

16. Адсорбционный контактор на основе волокон по п.15, дополнительно содержащий связующий материал, эффективный для связывания между собой соседних волокон, который в сочетании с концевыми колпачками предотвращает смешивание текучих сред между теплонесущей средой и множеством извилистых каналов соседних волокон.

17. Адсорбционный контактор на основе волокон по п.14, в котором поток исходных материалов представляет собой топочный газ, природный газ, биологический газ, бытовой газ, отработанный газ, воду, угольный газ, воздух или среду, содержащую двуокись углерода.

18. Адсорбционный контактор на основе волокон по п.14, в котором контактор используется в способе адсорбции с циклическими колебаниями температуры.

19. Адсорбционный контактор на основе волокон по п.15, в котором теплонесущая среда представляет собой воду, водяной пар, пар, газ или их сочетания.

20. Способ адсорбции компонента из среды, включающий приведение в контакт среды с полым волокном, в котором полость расположена внутри волокна, содержащим множество извилистых каналов, множество элементов сорбента, контактирующих со множеством извилистых каналов, и барьерный слой, образующий покрытие стенки полости, для предотвращения смешивания текучих сред между полостью и множеством извилистых каналов; для селективной адсорбции компонента среды.

21. Способ адсорбции компонента среды по п.20, дополнительно включающий в себя десорбцию компонента среды.

22. Способ адсорбции компонента среды по п.20, в котором среда содержит топочный газ, природный газ, биологический газ, бытовой газ, отработанный газ, воду, угольный газ, воздух или среду, содержащую двуокись углерода.

23. Способ адсорбции компонента из среды по п.20, дополнительно включающий в себя предотвращение смешивания текучих сред между средой и текучей средой теплообмена.

24. Способ адсорбции компонента среды по п.21, дополнительно включающий в себя повторное приведение в контакт и адсорбцию.

25. Способ адсорбции компонента из среды по п.24, в котором время цикла между последующими процессами адсорбции составляет менее 2 мин.

26. Способ по п.20, в котором компонент выбирают из СО2, SOx, NOx и воды.

27. Способ по п.20, в котором компонент представляет собой СО2.

28. Способ по п.27, в котором среда состоит из СО2 и азота и элементы сорбента имеют селективность адсорбции по отношению к СО2 по сравнению с азотом больше чем 5.

29. Способ по п.28, в котором среда состоит из потока топочного газа.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

КОМПОЗИЦИЯ ВОЛОКНА СОРБЕНТА И СПОСОБ АДСОРБЦИИ С ЦИКЛИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ ТЕМПЕРАТУРЫ Различные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к композициям,устройствам и способам, использующим волокна сорбента. Более конкретно различные варианты осуществления настоящего изобретения направлены на композиции волокон сорбента для способов адсорбции с циклическими колебаниями температуры. Различные варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя композиции волокон сорбента, устройства, содержащие множество волокон сорбента, и способы использования их для улавливания по меньшей мере одного компонента из среды, например СО 2 из топочного газа.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ДЖОРДЖИЯ ТЕК РИСЕРЧ КОРПОРЕЙШН; ЭКСОНМОБИЛ РИСЕРЧ ЭНД ИНДЖИНИРИНГ КОМПАНИ (US) 017479 Ссылки на родственные заявки Заявка на настоящий патент заявляет согласно 35 U.S.C.119(е) приоритет предварительной заявки на патент США, серийный 61/051595, зарегистрированной 8 мая 2008 г., и предварительной заявки на патент США, серийный 60/946475, зарегистрированной 27 июня 2007 г., полное содержание и предмет которых тем самым включаются сюда посредством ссылок, как если бы они полностью излагались ниже. Область техники, к которой относится изобретение Различные варианты осуществления настоящего описания, как правило, относятся к композициям волокон сорбента. Более конкретно различные варианты осуществления настоящего описания направлены на волокна сорбента для способов адсорбции с циклическими колебаниями температуры. Уровень техники Угольные тепловые электростанции обеспечивают большую часть энергии для Соединенных Штатов и являются главными точечными источниками выделения парниковых газов, таких как двуокись углерода (СО 2). Развивающиеся страны быстро строят угольные тепловые электростанции, с такой скоростью, которая дает большую добавку к атмосферным уровням СО 2. Наиболее распространенные формы угольных тепловых электростанций представляют собой тип электростанций на газификации угля (PC),которые, как правило, производят примерно 500 МВт и высвобождают приблизительно 9,2 т СО 2 в минуту или 2,2 фунта (0,88 кг) СО 2/кВтч (для 500 МВт). Увеличение концентраций CO2 в атмосфере земли усугубляет эффект парниковых газов и приводит к нежелательным изменениям климата, с последующими рисками возникновения экстремальных погодных условий, повышения уровня моря и отрицательных воздействий на сельское хозяйство и разнообразие форм жизни. Таким образом, электростанции на сжигании угля дают первоочередные объекты для улавливания и удержания углерода (CCS). Соответственно имеется большой интерес к эффективным и экономичным способам CCS. Инфраструктура тепловых PC электростанций стареет и современные способы улавливания углерода являются чрезмерно дорогостоящими для того, чтобы использовать их как есть. Хотя тепловые электростанции со встроенным объединенным циклом газификации (IGCC) и тепловые электростанции с объединенным циклом использования природного газа (NGCC) дают более высокую эффективность и более низкие выбросы, инфраструктура PC также требует модернизации CCS для эффективного подавления изменений климата. Одна из главных проблем для CCS заключается в стоимости улавливания. Для эффективного контроля выбросов и удержания предполагается, что CO2 должен улавливаться при чистоте более чем 75% и сжиматься до давления трубопровода (например, примерно 1500 фунт/кв.дюйм, абс.(96 кг/кв.см, а впоследствии сжиматься до давления нагнетания (например, примерно 2300 фунт/кв.дюйм, абс. (138 кг/кв.см. Способ улавливания СО 2 после сжигания с исходными материалами при низком давлении, с низкотемпературными исходными материалами и большими скоростями потоков является одним из многих сложных аспектов проблемы CCS. Таким образом, имеется необходимость в недорогих системах CCS, которые могут встраиваться с модернизацией существующих электростанций PC, а также в новых электростанциях IGCC и NGCC. Могут также ожидаться важные применения в нефтехимическом и промышленном секторе. Способы адсорбции широко используются в промышленности для разделения смесей текучих сред. Это способы разделения основываются на предпочтительной сорбции селективных компонентов на поверхности или в полостях материалов сорбента. Для большинства систем разделения материал адсорбента имеет большую площадь поверхности для обеспечения разумных адсорбционных емкостей. Обычно используемые адсорбенты, такие как молекулярные сита - цеолиты, активированный уголь, окись алюминия и силикагель, имеют площадь поверхности по меньшей мере 200 м 2/г. Многие промышленные способы адсорбции осуществляют в колоннах с фиксированным слоем. Материал адсорбента (например, гранулы, частицы), как правило, набивают в виде насадки и иммобилизуют в цилиндрической емкости. Когда смесь текучих сред, предназначенная для разделения, проходит через колонну с насадкой, адсорбируемые компоненты в смеси извлекаются и удерживаются адсорбентом как адсорбируемое вещество, а неадсорбируемые компоненты проходят через колонну через пустые пространства между гранулами адсорбента. Для непрерывной переработки поступающей смеси текучих сред используют многослойную систему, в которой каждый слой последовательно проходит через цикл адсорбция/регенерация. В промышленности используют несколько различных способов регенерации, включая способ адсорбции с циклическими колебаниями давления (PSA) и способ адсорбции с циклическими колебаниями температуры(TSA). В способе TSA насыщенный адсорбент регенерируется посредством продувки горячего газа. Каждый цикл нагрев/охлаждение обычно требует от нескольких часов до одного дня или больше. В способеPSA регенерацию адсорбента осуществляют посредством продувки части очищенного газообразного продукта при пониженном давлении. Производительность при PSA, как правило, выше, чем при TSA, из-за более коротких временных циклов, обычно от минут до часов, которые являются, как правило, возможными. Кроме адсорбционной емкости адсорбента скорость адсорбции и перепад давления представляют собой два важных фактора, которые должны рассматриваться при конструировании адсорбционной ко-1 017479 лонны. Перепад давления на адсорбционной колонне должен быть сведен к минимуму, поскольку высокий перепад давления текучей среды может вызвать движение или псевдоожижение частиц адсорбента,приводящее к серьезному истощению и потере адсорбента. Скорость адсорбции имеет значительное влияние на эффективность способа адсорбции. Эта скорость обычно определяется сопротивлением массопереносу для переноса адсорбируемого вещества из объема фазы текучей среды на внутреннюю поверхность частиц адсорбента. Медленная скорость адсорбции из-за большого сопротивления массопереносу будет приводить к возникновению длинной зоны массопереноса (MTZ), в пределах которой адсорбент только частично насыщается адсорбируемым веществом. Адсорбент в области перед MTZ, по существу, насыщен адсорбируемым веществом, в то время как после MTZ он, по существу, не содержит адсорбируемого вещества. Когда текучая среда продолжает течь, MTZ продвигается через адсорбционную колонну в направлении потока текучей среды. Стадия адсорбции должна быть закончена до того,как MTZ достигнет выхода адсорбера, чтобы предотвратить прохождение адсорбируемого вещества в поток эффлюента. Длинная зона массопереноса, которая содержит большое количество частично используемого адсорбента, будет, по этой причине, приводить к короткой стадии адсорбции и к неэффективному использованию емкости адсорбента. Как перепад давления, так и сопротивление массопереносу сильно зависят от размера частиц адсорбента. Изменение размера частиц, к сожалению, имеет противоположные воздействия на два этих важных фактора. Промежуточное пространство между частицами адсорбента в фиксированном слое пропорционально размеру частиц. Поскольку сопротивление потоку текучей среды через адсорбер обратно пропорционально размеру пор слоя насадки, использование малых частиц адсорбента будет вызывать высокий перепад давления. По этой причине размеры частиц промышленных адсорбентов для работы в фиксированном слое, как правило, больше чем 2 мм по среднему диаметру. В дополнение к этому почти вся площадь поверхности промышленных адсорбентов располагается во внутреннем пространстве частицы адсорбента. Для осуществления адсорбции адсорбируемое вещество должно переноситься из внешней фазы текучей среды на внутреннюю поверхность частицы. Скорость переноса зависит от двух механизмов массопереноса последовательно: (а) межфазный массоперенос диффузия через граничный слой текучей среды, окружающий наружную поверхность частицы адсорбента; и (b) внутричастичный массоперенос - диффузия через внутреннее пространство пор (микропоры и макропоры) частицы на ее внутреннюю поверхность, где имеет место адсорбция. Размер частицы имеет значительное влияние на скорости этих двух способов диффузии. Малые частицы обеспечивают более высокую площадь контакта текучая среда/твердое тело в неподвижном слое для межфазного массопереноса и уменьшают длину пути для внутричастичной диффузии. Следовательно, малые частицы адсорбента будут увеличивать скорость адсорбции и приводить к возникновению узкой зоны массопереноса для быстрой и эффективной работы циклов адсорбции/десорбции. Таким образом, малые частицы адсорбента являются желательными для эффективности способов адсорбции, но минимальный размер частицы ограничивается приемлемыми гидродинамическими условиями работы адсорбера с неподвижным слоем. Т.е. желательно исключить псевдоожижение и избыточный перепад давления. Относительно CCS адсорбция в слое насадки с циклическими колебаниями давления рассматривается для улавливания после сжигания; однако большие скорости потока и стоимость повышения давления топочного газа до необходимого давления ограничивают эту технологию до рыночной ниши ультратонкой очистки. Адсорбция с периодическими колебаниями температуры в ее современном формате со слоем насадки не может циклироваться достаточно часто, чтобы исключить аномальные размеры и стоимость системы. Из-за этих ограничений наиболее яркая технология улавливания основывается на поглощении в газожидкостной колонне на основе хемосорбции СО 2 в жидких алкилалканоламинах, таких как метилэтаноламин и метилдиэтаноламин. Кроме высоких требований к потреблению энергии для регенерации растворителя эта технология улавливания страдает от нескольких проблем, включая необходимость в манипулировании с большими количествами опасных для окружающей среды отходов, коррозию, унос, заводнение и протечки. Соответственно имеется необходимость в композиции и способах адсорбции по меньшей мере одного из компонентов среды, отличающихся относительно малым размером частиц и при этом попрежнему способных к работе с приемлемым перепадом давления. Они направлены на создание таких композиций и способов, которые направлены на различные варианты осуществления настоящего изобретения.-2 017479 Сущность изобретения Различные варианты осуществления настоящего изобретения направлены на композиции и на применение композиций волокна адсорбента. Более конкретно различные варианты осуществления настоящего описания направлены на материалы адсорбента и на их применение в способах адсорбции с циклическими колебаниями температуры. Если описывать в широком смысле, один из аспектов настоящего изобретения включает в себя волокно сорбента, содержащее полое волокно, содержащее по меньшей мере один материал сорбента; полость, расположенную внутри полого волокна; и барьерный слой, образующий покрытие стенки полости, для предотвращения сообщения текучих сред между полостью и материалом сорбента. Полое волокно может дополнительно содержать полимерную матрицу. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения полимерная матрица может содержать множество извилистых путей. Множество извилистых путей может включать в себя один или несколько путей из микропор, мезопор или макропор, где один или несколько путей из микропор, мезопор или макропор находятся в сообщении текучих сред. Полое волокно может иметь средний наибольший размер в поперечном сечении по меньшей мере примерно 100 мкм. Полость, расположенная в волокне, может иметь средний наибольший размер в поперечном сечении по меньшей мере примерно 55 мкм. Полое волокно может иметь средний наибольший размер в поперечном сечении по меньшей мере в два раза больше, чем у полости. Полое волокно может содержать непористый конечный колпачок, расположенный при каждом продольном конце волокна, где непористый конечный колпачок не замедляет потока через полость. Барьерный слой может иметь среднюю толщину меньше чем примерно 50 мкм. Материал сорбента находится в сообщении текучих сред по меньшей мере с частью множества извилистых путей. Материал сорбента может иметь средний наибольший размер меньше чем примерно 10 мкм. Материал сорбента может содержать меньше чем примерно 80 мас.% волокна. Материал сорбента может иметь селективность по отношению к двуокиси углерода по сравнению с азотом примерно от 10 примерно до 60 и теплоту сорбции примерно от -25 кДж/(моль СО 2) примерно до -90 кДж/(моль СО 2). Один из аспектов настоящего изобретения включает в себя адсорбционный контактор на основе волокон, контактор содержит камеру, содержащую вход для входного потока; выход для входного потока; вход для теплонесущей текучей среды; выход для теплонесущей текучей среды; множество, по существу,совмещенных по направлению полых волокон, где каждое волокно содержит множество извилистых путей, где извилистые пути находятся в сообщении текучих сред с входом для входного потока и выходом для входного потока; множество элементов сорбента в сообщении текучих сред по меньшей мере с частью множества извилистых путей; полость расположена внутри волокна, где полость находится в сообщении текучих сред с входом для теплонесущей текучей среды и выходом для теплонесущей текучей среды; и барьерный слой, образующий покрытие стенки полости, для предотвращения сообщения текучих сред между полостью и множеством извилистых путей, по меньшей мере, по существу, в большинстве волокон. Множество полых волокон дополнительно содержат конечный колпачок, расположенный на каждом продольном конце волокна, эффективный для предотвращения сообщения текучих сред между множеством извилистых путей и теплонесущей средой, по меньшей мере, по существу, в большинстве волокон. Адсорбционный контактор на основе волокон может дополнительно содержать связующий материал, эффективный для взаимного связывания соседних волокон, который в сочетании с конечными крышками предотвращает сообщение текучих сред между теплонесущей средой и множеством извилистых путей соседних волокон. Адсорбционный контактор на основе волокон может использоваться для потоков исходных материалов, включающих в себя топочный газ, природный газ, топливный газ, биологический газ, бытовой газ, отработанный газ, воду, угольный газ, воздух или среду, содержащую двуокись углерода. Адсорбционный контактор на основе волокон может использоваться в способе адсорбции с циклическими колебаниями температуры. В способе адсорбции с циклическими колебаниями температуры теплонесущая среда для контакта может представлять собой воду, водяной пар, пары, газ или их сочетания. Один из аспектов настоящего изобретения может включать в себя способ адсорбции одного из компонентов среды, способ включает в себя приведение в контакт среды с полым волокном, содержащим множество извилистых путей, множество элементов сорбента в сообщении текучих сред с множеством извилистых путей, полость, расположенную внутри полого волокна, и барьерный слой, образующий покрытие стенки полости, для предотвращения сообщения текучих сред между полостью и множеством извилистых путей; и адсорбцию одного из компонентов среды. Способ адсорбции компонента среды может дополнительно включать в себя десорбцию одного из компонентов среды. Способ адсорбции одного из компонентов среды может дополнительно включать в себя предотвращение сообщения текучих сред между средой и средой теплообмена. Среда включает в себя топочный газ, природный газ, топливный газ, биологический газ, бытовой газ, отработанный газ, воду, угольный газ, воздух или среду, содержащую двуокись углерода. Компонент может выбираться из СО 2, SOx, NOx и воды. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения среда представляет собой топочный газ и компонент представляет собой двуокись углерода. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения среда может содержать СО 2 и азот, и элементы сорбента могут иметь селективность по отношению к-3 017479 адсорбции СО 2 по сравнению с азотом больше чем 5. Время цикла между последовательными стадиями адсорбции может быть меньше чем примерно 2 мин. Другие аспекты и признаки вариантов осуществления настоящего изобретения станут понятны специалистам в данной области, при просмотре следующего далее описания конкретных иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения в сочетании с прилагаемыми фигурами. Краткое описание чертежей Фиг. 1 А, В иллюстрируют композицию полого волокна, содержащего материал адсорбента, диспергированный в полимерной матрице, с материалом адсорбента (А) и с множеством материалов адсорбентов (В). Фиг. 2 А, В - схематический общий вид контактора с поперечным потоком, содержащего камеру (А) и прозрачную камеру (В). Фиг. 3 представляет собой тройную фазовую диаграмму, иллюстрирующую раствор полимер/растворитель/осадитель. Фиг. 4 представляет собой схему, иллюстрирующую заслоночное переключение между режимами сорбции и десорбции. Фиг. 5 представляет собой схему, иллюстрирующую блок-схему конструкции системы RTSA. Фиг. 6 представляет собой схему, иллюстрирующую блок-схему встраивания системы с волокнами сорбента RSTA в тепловую электростанцию PC. Фиг. 7 иллюстрирует микрофотографию, иллюстрирующую морфологию "сито-в-клетке". Фиг. 8 представляет собой схему, иллюстрирующую систему сорбции с понижением давления. Фиг. 9 А-С представляют собой микрофотографии, сделанные с помощью сканирующего электронного микроскопа, волокна сорбента (А), дисперсии Цеолита 13 Х (75 мас.%) в матрице ацетата целлюлозы (В) и частиц 13 Х, показывающие морфологию "сито-в-клетке" в матрице ацетата целлюлозы (С). Фиг. 10 графически изображает волокна сорбентов и изотермы компонентов волокон сорбента. Фиг. 11 графически изображает сравнение массопереноса между чистым 13 Х и волокнами сорбента, где диспергирован 13 Х. Фиг. 12 представляет собой сканирующую электронную микрофотографию, показывающую градиент пористости в волокне сорбента. Фиг. 13A-C представляют собой микрофотографии, сделанные с помощью сканирующего электронного микроскопа, слоя (A) PVDC в полости и замыкающего акрилового слоя в полости (В, С). Фиг. 14 представляет собой микрофотографию, сделанную с помощью сканирующего электронного микроскопа, слоя полости с видимыми дефектами булавочных проколов. Фиг. 15A-D представляют собой схемы работы типичного полого волокна (А), путь обхода слоя полости в волокнах сорбентов (В), капиллярные силы во время последующей обработки, ответственные за акриловое перекрывание кончика волокна (С), и кончик закрытого с торца волокна без пути обхода слоя полости (D). Фиг. 16 представляет собой микрофотографию, сделанную с помощью сканирующего электронного микроскопа, кончика волокна с колпачком из PVDC. Подробное описание Разделение сред является важным в различных областях промышленности, включая, но не ограничиваясь этим, производство топлива, химикалиев, продуктов нефтехимии и специальных продуктов. Термин "среда" используется в данном описании для удобства и относится в целом к множеству текучих сред, жидкостей, газов, растворов, суспензий, порошков, гелей, дисперсий, эмульсий, паров, текучих материалов, многофазных материалов или их сочетаний. Среда может содержать поток исходных материалов. Среда может содержать смесь множества компонентов. Термин "множество", как здесь используется, относится к нескольким компонентам. Разделение сред может осуществляться посредством множества способов, которые с помощью тепла, твердых продуктов, текучих сред или других средств, в целом, используют различия в физических и/или химических свойствах компонентов, которые должны разделяться. Например, разделение газов может достигаться посредством парциального сжижения или посредством использования материала адсорбента, который предпочтительно удерживает или адсорбирует легче удерживаемый или адсорбируемый компонент по отношению к менее легко адсорбируемому компоненту газовой смеси. Один такой используемый в промышленности способ разделения газов представляет собой адсорбцию с циклическими колебаниями температуры (TSA). TSA включает в себя способ, где слой материала адсорбента используют для выделения одного или нескольких компонентов из потока среды, а затем слой адсорбента регенерируется (высвобождая адсорбированные компоненты) посредством увеличения температуры в слое. Способ TSA может включать в себя предпочтительную адсорбцию по меньшей мере одного компонента среды с помощью материала адсорбента по отношению ко второму компоненту или к другим компонентам в среде. Общее количество по меньшей мере одного компонента, адсорбированного из среды(т.е. адсорбционная емкость материала адсорбента), и селективность адсорбции по отношению к одному компоненту по сравнению с другим компонентом среды часто могут быть улучшены посредством осу-4 017479 ществления способа адсорбции при условиях конкретного давления и температуры, поскольку как давление, так и температура могут влиять на адсорбционную нагрузку компонента среды. Адсорбированный компонент среды может десорбироваться с материала адсорбента. Десорбция компонента происходит, поскольку изотермы адсорбции сильно зависят от температуры. Таким образом,высокая чистота компонента среды может быть получена посредством адсорбции при низкой температуре, когда адсорбция является сильной, при этом высвобождение сильно удерживаемого компонента возможно посредством использования высокой температуры для десорбции. По сравнению с адсорбцией с циклическими колебаниями давления (PSA) TSA может работать в режиме насыщения изотермы, который обеспечивает преимущества для емкости и диапазоне полезности материала адсорбента. В способахTSA тепло для десорбции может подаваться непосредственно к материалу адсорбента посредством протекания горячей среды десорбента через слой или опосредованно к материалу адсорбента посредством нагревательного змеевика, электрического источника тепла, теплонесущей среды или теплообменника,среди прочего, которые тесно связаны с материалом адсорбента.TSA в соответствии с практикой в данной области имеет несколько недостатков. Например, в способах TSA с непосредственным нагревом горячая текучая среда, как правило, протекает через адсорбционный слой для повышения температуры адсорбента; однако, чем больше повышение температуры, тем больше текучей среды требуется. Это приводит к диспергированию десорбированных компонентов в большом объеме среды нагрева, и большое количество тепла, которое используется для повышения температуры адсорбента, часто не может извлекаться. В некоторых случаях тепло не извлекается, поскольку многие системы TSA с непосредственным нагревом работают при длительных временах адсорбции (например, днях) и при гораздо более коротких временах регенерации. Кроме того, случайная и постепенная регенерация материала адсорбента повышают флуктуации концентрации и потока в расположенном далее оборудовании, которыми трудно управлять в технологической установке, в остальном, работающей стационарно. В системах TSA с опосредованным нагревом тепло может подаваться с помощью теплообменника, что устраняет разбавление адсорбируемого компонента теплонесущей средой; однако распределение тепла и циклическая природа способов TSA с опосредованным нагревом часто представляют собой сложности. Хотя различные способы адсорбции с циклическими колебаниями осуществляются в промышленном масштабе в течение многих лет, в данной области по-прежнему имеется необходимость в усовершенствованных способах адсорбции с циклическими колебаниями, в частности, при выделении СО 2 из топочного газа и для более эффективного использования тепла, генерируемого в способе адсорбции. Обращаясь теперь к фигурам, где сходные ссылочные номера представляют сходные детали на нескольких видах, иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения будут описываться подробно. В настоящем описании различные компоненты могут идентифицироваться как имеющие конкретные значения или параметры, однако эти свойства приводятся как иллюстративные варианты осуществления. На самом деле иллюстративные варианты осуществления не ограничивают различные аспекты и концепции настоящего изобретения, поскольку могут использоваться сравнимые параметры, размеры,диапазоны и/или значения. В качестве примера, термин "сорбент" предназначен для охвата как адсорбции, так и поглощения. Хотя в настоящем описании будут делаться ссылки на адсорбцию и связанные с ней композиции, материалы и способы, нужно увидеть, что поглощение, как предполагается, также охватывается настоящим описанием, и наоборот. Один из аспектов настоящего изобретения включает в себя композицию сорбента 100, содержащую волокно 110, которое само содержит по меньшей мере один материал адсорбента (и согласно обобщению, как описано выше, по меньшей мере один поглощающий материал) 120, полость 130, расположенную внутри волокна 110, и барьерный слой 140, образующий покрытие стенки полости 130, для предотвращения сообщения текучих сред между полостью 130 и по меньшей мере одним материалом адсорбента 120 (см. фиг. 1). В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения волокно 110 может содержать полимерную сетку 150, полимерная сетка 150 содержит множество извилистых путей 155. Волокно 110 включает в себя множество классов материалов, которые представляют собой сплошные гибкие нити или находятся в форме отдельных продолговатых кусков, подобных отрезкам нити. Как здесь используется, "волокно" означает сплошной, гибкий, нитеобразный материал, имеющий относительно высокое аспектное отношение (т.е. отношение длины к среднему наибольшему размеру поперечного сечения). В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения аспектное отношение может составлять по меньшей мере примерно 4:1. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения аспектное отношение может составлять по меньшей мере примерно 10:1, по меньшей мере примерно 100:1 или по меньшей мере примерно 1000:1. Волокно 110 может иметь множество форм поперечного сечения, включая, но не ограничиваясь этим, прямоугольную форму, круговую форму, полукруговую форму, квадратную форму, пятиугольную форму, треугольную форму, шестиугольную форму, восьмиугольную форму, форму звезды, форму звезды с исходящими лучами, форму буквы "U", дольчатую форму, форму множества долек, произвольную форму, или их сочетания, или промежуточные сочетания. Специалист в данной области понял бы, что форма поперечного сечения волокна 110 будет определять средний наибольший размер в поперечном-5 017479 сечении волокна. Например, средний наибольший размер в поперечном сечении волокна, имеющего круговую форму поперечного сечения, будет представлять собой диаметр волокна. В альтернативном примере средний наибольший размер в поперечном сечении волокна, имеющего прямоугольную форму поперечного сечения, будет представлять собой диагональ между длиной и шириной прямоугольного поперечного сечения волокна. Еще в одном примере средний наибольший размер в поперечном сечении волокна, имеющего форму поперечного сечения звезды с исходящими лучами, будет представлять собой расстояние между двумя самыми дальними друг от друга точками поперечного сечения волокна в форме звезды с исходящими лучами. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения волокно 110 имеет средний наибольший размер в поперечном сечении по меньшей мере примерно 100 мкм, или по меньшей мере примерно 500 мкм, или по меньшей мере примерно 1000 мкм, или по меньшей мере примерно 2000 мкм. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения волокно 110 имеет средний наибольший размер в поперечном сечении примерно 1200 мкм. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения волокно, имеющее круговое поперечное сечение, имеет средний диаметр примерно 1200 мкм. Волокна могут иметь диаметры, находящиеся в пределах примерно от 800 примерно до 1500 мкм. Полость 130 может иметь множество форм поперечного сечения, включая, но не ограничиваясь этим, прямоугольную форму, круговую форму, полукруговую форму, квадратную форму, пятиугольную форму, треугольную форму, шестиугольную форму, восьмиугольную форму, форму звезды, формы звезды с исходящими лучами, форму буквы "U", дольчатую форму, форму множества долек, произвольную форму, или их сочетания, или промежуточного сочетания. Специалист в данной области понял бы, что форма поперечного сечения полости 130 будет определять средний наибольший размер в поперечном сечении полости. Например, средний наибольший размер в поперечном сечении полости, имеющей круговую форму поперечного сечения, будет представлять собой диаметр полости. В альтернативном примере, средний наибольший размер в поперечном сечении полости, имеющей прямоугольную форму поперечного сечения, будет представлять собой диагональ между длиной и шириной полости. Еще в одном примере средний наибольший размер в поперечном сечении полости, имеющей форму поперечного сечения звезды с исходящими лучами, будет представлять собой расстояние между двумя самыми дальними друг от друга точками поперечного сечения полости в форме звезды с исходящими лучами. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения полость 130 имеет средний наибольший размер в поперечном сечении по меньшей мере примерно 50 мкм, или по меньшей мере примерно 200 мкм, или по меньшей мере примерно 500 мкм, или по меньшей мере примерно 1000 мкм. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения полость 130 имеет средний наибольший размер в поперечном сечении примерно 300 мкм. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения полость, имеющая круговое поперечное сечение, имеет средний диаметр примерно 300 мкм. Полости могут иметь диаметры, находящиеся в пределах примерно от 200 примерно до 500 мкм. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения волокно 110 может иметь такую же форму поперечного сечения, как его полость 130, или подобную форму. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения волокно 110 может иметь другую форму поперечного сечения по сравнению с его полостью 130. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения отношение среднего наибольшего размера в поперечном сечении волокна к среднему наибольшему размеру в поперечном сечении полости больше чем примерно 2:1 или больше чем примерно 4:1. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения отношение среднего наибольшего размера в поперечном сечении волокна к среднему наибольшему размеру в поперечном сечении полости составляет примерно 4:1. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения волокно 110 содержит по меньшей мере один материал адсорбента. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения волокно может содержать множество материалов адсорбентов, включая по меньшей мере один материал адсорбента 120 или по меньшей мере два материала адсорбента 120 и 125 (см. фиг. 1 В). Различные варианты осуществления настоящего изобретения используют по меньшей мере один материал адсорбента 120 для селективной адсорбции по меньшей мере одного компонента из среды. По меньшей мере один компонент может содержать множество материалов, включая в себя, но ограничиваясь этим, двуокись углерода, водород, азот, кислород или воду. Материал адсорбента включает в себя молекулярные сита, цеолиты, материалы кремний-алюмофосфатов (SAPO), алюмосиликаты, материалы алюмофосфатов (ALPO),активированный уголь, активированную окись алюминия, силикаты, окись кремния с привитым амином,металлоорганические сетчатые материалы, ковалентные органические сетчатые материалы, металлоорганические полиэдры, цеолит-имидазолатные сетчатые материалы, адсорбенты на основе полимеров или их сочетания, среди прочего. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения материал адсорбента может использоваться для селективной адсорбции СО 2 из топочного газа. Когда в процессах горения для образования топочного газа используется воздух, в результате в топочном газе образуется большее количество азота. По этой причине является в высшей степени желательным, если используемый материал сорбента имеет-6 017479 высокую селективность при адсорбции СО 2 по отношению к азоту. Для улавливания СО 2 входной поток топочного газа приводится в контакт с материалом адсорбента, имеющим селективность более чем примерно 5 по отношению к адсорбции СО 2 по сравнению с азотом в смеси топочного газа или более чем примерно 10 по отношению к адсорбции СО 2 по сравнению с азотом в смеси топочного газа. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения материал адсорбента может иметь селективность по отношению к двуокиси углерода по сравнению с азотом примерно от 10 примерно до 60. Если не отмечено иного, термин "селективность", как здесь используется, основывается на бинарном (например, парном) сравнении молярной концентрации компонента, адсорбируемого конкретным адсорбентом во время процесса адсорбции при конкретных рабочих условиях системы, и молярной концентрации компонента во входном потоке среды. Для среды, содержащей компонент А, компонент В, а также дополнительные компоненты, адсорбент, который имеет более высокую селективность для компонента А, чем компонента В, будет иметь в конце стадии адсорбции цикла способа адсорбции с циклическими колебаниями отношениеUB представляет собой "адсорбционное потребление компонента В". По этой причине адсорбент, имеющий селективность по отношению к компоненту А по сравнению с компонентом В, которая больше чем единица, представляется как Селективность=UA/UB где UAUB. При сравнении различных компонентов в среде входного потока компонент с наименьшим отношением общего количества молей, уловленных в адсорбенте, к его молярной концентрации в исходных материалах представляет собой "самый легкий компонент" в способе адсорбции с циклическими колебаниями. Необязательно, чтобы самый легкий компонент имел самую низкую молекулярную массу; однако в случае СО 2 и N2, "самое легкое" соединение в смысле, используемом здесь, представляет собой N2. Это означает, что молярная концентрация самого легкого компонента в потоке, выходящем в течение стадии адсорбции, больше, чем молярная концентрация этого самого легкого компонента в исходных материалах. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения композиции адсорбента могут иметь селективность по отношению к первому компоненту (например, компоненту А) по сравнению со вторым компонентом (например, компонентом В) по меньшей мере 5, селективность по отношению к первому компоненту по сравнению со вторым компонентом по меньшей мере 10 или селективность по отношению к первому компоненту по сравнению со вторым компонентом по меньшей мере 25. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения нагрузка СО 2 в материале адсорбента может быть больше чем примерно 0,25 ммоль СО 2 на грамм материала адсорбента, больше чем примерно 0,75 ммоль СО 2 на грамм материала адсорбента или даже больше чем примерно 1,5 ммоль СО 2 на грамм материала адсорбента. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения материал адсорбента может иметь теплоту сорбции примерно от -25 кДж/(моль СО 2) примерно до -90 кДж/(моль СО 2). Примеры материалов адсорбентов, которые могут селективно удалять СО 2 из смесей топочных газов,содержащих азот, и достигать желаемых нагрузок, включают в себя, но не ограничиваясь этим, микропористые материалы, такие как цеолиты, катионные цеолиты, материалы ALPO и материалы SAPO. Неограничивающие примеры цеолитов, пригодных для использования здесь, включают в себя цеолиты 4 А,5 А, Вх, NaX и NaY. Неограничивающие примеры катионных цеолитов включают в себя цеолиты с отношением Si/Al менее чем примерно 5, такие как фойязит, Beta и морденит. Кремнистые цеолиты, такие как MFI, также могут использоваться для удаления СО 2 из смесей, содержащих азот. Дополнительные материалы адсорбента могут включать в себя гидротальцит, микропористые материалы, содержащие скелет из элементов, иных, чем Si или Al (таких как Р), углерод, микропористые материалы, полученные с помощью золь-гель перехода, окислы кремния и амины, привитые на мезопористой окиси кремния,среди прочего. Эти материалы адсорбентов могут использоваться по отдельности или в сочетании с другими материалами. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения материал адсорбента может содержать меньше чем примерно 80 мас.% сухой фазы в волокне, или меньше чем примерно 75 мас.% сухой фазы в волокне, или меньше чем примерно 70 мас.% сухой фазы в волокне. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения материал адсорбента содержит примерно 65 мас.% сухой фазы в волокне. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения волокно 110 содержит по меньшей мере один материал адсорбента 120. Материал адсорбента 120 может содержать слой адсорбента, части-7 017479 цы адсорбента, структурную единицу адсорбента, множество частиц адсорбента, множество структурных единиц адсорбента, частицу сорбента, структурную единицу сорбента, множество частиц сорбента или множество структурных единиц сорбентов, среди прочего. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения материал адсорбента 120 может иметь средний наибольший размер меньше чем примерно 100 мкм. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения материал адсорбента может иметь средний наибольший размер меньше чем примерно 50 мкм. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения материал адсорбента может иметь средний наибольший размер меньше чем примерно 10 мкм. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения материал адсорбента может иметь средний наибольший размер меньше чем примерно 2 мкм. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения композиция сорбента 100 может содержать волокно 110, имеющее барьерный слой 140, образующий покрытие стенки полости 130 волокна 110, для предотвращения сообщения текучих сред между полостью 130 и материалом адсорбента 120. Барьерный слой 140 может включать в себя множество материалов, включая, но не ограничиваясь этим,поливинилиденхлорид (PVDC), полиакрилонитрил, эпихлоргидрин (Hydrin), полиэфирамидный блоксополимер, стекло, окись кремния, окись алюминия, металл, оксиды металлов, латекс, другие полимеры с высокими барьерными свойствами, их сополимеры или их сочетания. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения барьерный слой 140 имеет среднюю толщину меньше чем примерно 50 мкм. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения барьерный слой 140 имеет среднюю толщину меньше чем примерно 30 мкм. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения композиция сорбента 100 может содержать волокно 110, дополнительно содержащее полимерную матрицу 150, содержащую полимер, и множество извилистых путей 155 в волокне. Множество извилистых путей 155 может содержать множество пор, где по меньшей мере часть пор находится в сообщении текучих сред друг с другом. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения множество извилистых путей 155 может включать в себя один или несколько путей из мезопор, макропор и микропор, где по меньшей мере часть одного или нескольких путей из мезопор, макропор и микропор находится в сообщении текучих сред друг с другом. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения материал адсорбента ассоциирован с полимерной матрицей. В соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения множество частиц адсорбентов не должно сильно связываться с полимерной матрицей. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения взаимоотношение между материалом адсорбента и полимерной матрицей может описываться как "сито в клетке". В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения волокно может содержать множество частиц адсорбентов в сообщении текучих сред по меньшей мере с частью множества извилистых путей. Хотя варианты осуществления настоящего изобретения описывают диспергирование множества частиц адсорбента в волокне, некоторые извилистые пути не имеют частиц адсорбента, ассоциированных с ними. Волокно 110 может содержать множество полимеров, включая, но не ограничиваясь этим, ацетат целлюлозы, поливинилпирролидон, полисульфон, эпихлоргидрин, полиэфирамидный блок-сополимер,полиимиды, полиолефины, полипропилен, полиэтилен, полиамиды, поли(тетрафторэтен), поливинилиденхлорид (PVDC), полистирол, полиизобутилен, полибутадиен, полиуретаны, эластомеры, их сополимеры или их сочетания. Волокно 110 может содержать стекло или керамический материал. Волокно 110 может также содержать сочетание полимера и стекла или керамического материала. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения волокно может дополнительно содержать конечный колпачок, расположенный на каждом из продольных концов волокна, где конечный колпачок не замедляет потока через полость. Конечный колпачок может предотвращать сообщение текучих сред между извилистыми путями продольного конца волокна и средой, окружающей продольный конец волокна. Один из аспектов настоящего изобретения включает в себя способ селективной адсорбции компонента из среды. Способ может включать в себя приведение в контакт среды с волокном, содержащим по меньшей мере один материал адсорбента, полость, расположенную внутри волокна, и барьерный слой,образующий покрытие стенки полости, для предотвращения сообщения текучих сред между полостью и материалам адсорбента; и адсорбцию компонента из среды. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения способ адсорбции текучей среды включает в себя приведение в контакт среды с волокном, содержащим множество извилистых путей, множество частиц адсорбента в сообщении текучих сред по меньшей мере с частью множества извилистых путей, полость, расположенную внутри волокна, и барьерный слой, образующий покрытие стенки полости, для предотвращения сообщения текучих сред между полостью и множеством извилистых путей; и адсорбцию компонента из среды. Способ может дополнительно включать в себя десорбцию компонента среды. Различные варианты осуществления настоящего изобретения направлены на селективную адсорбцию компонента из среды, где среда может содержать топочный газ, природный газ, топливный газ, биологический газ, бытовой газ, отработанный газ, воду, угольный газ, воздух или текучую среду, содержащую двуокисьуглерода. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения композиция волокна адсорбента может использоваться в способе адсорбции с циклическими колебаниями темпе-8 017479 ратуры для улавливания СО 2 из топочного газа. Способы TSA по настоящему изобретению могут использовать контактор, содержащий множество композиций на основе волокон. Способы TSA по настоящему изобретению могут использовать множество контакторов, содержащих множество композиций на основе волокон. Как иллюстрируется на фиг. 2 А-В, контактор может содержать камеру, которая сама содержит вход для потока исходных материалов; выход для потока исходных материалов; вход для теплонесущей текучей среды; выход для теплонесущей текучей среды; множество, по существу, совмещенных по направлению волокон. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения волокна содержат множество извилистых путей, где извилистые пути находятся в сообщении текучих сред с входом для потока исходных материалов и выходом для потока исходных материалов; множество элементов сорбента в сообщении текучих сред по меньшей мере с частью множества извилистых путей; полость, расположенную внутри волокна, где полость находится в сообщении текучих сред с входом для теплонесущей текучей среды и с выходом для теплонесущей текущей среды; и барьерный слой, образующий покрытие стенки полости,для предотвращения сообщения текучих сред между полостью и множеством извилистых путей, по меньшей мере, по существу, для большинства волокон. Фиг. 2 А, В приводят схематические представления путей, с помощью которых структурированные в виде полых волокон адсорбенты могут формироваться в виде контактора с поперечным потоком. Контактор с поперечным потоком 200, содержащий структурированные в виде полых волокон адсорбенты 110, показан на фиг. 2 и 2 В. Фиг. 2 В показывает контактор на фиг. 2 А, при этом наружные поверхности камеры контактора 205 сделаны прозрачными. На фиг. 2 В пунктирные линии показывают края наружной поверхности контактора. Волокно 110 содержит полимерную матрицу 150, содержащую полимер, по меньшей мере один материал адсорбента 120 и множество извилистых путей. Волокно 110 содержит полость 130, расположенную внутри волокна 110, и барьерный слой 140, образующий покрытие стенки полости 130, для предотвращения сообщения текучих сред между полостью и материалом адсорбента. Поскольку барьерный слой 140 предотвращает сообщение текучих сред между полостью и по меньшей мере одним материалом адсорбента 120, теплонесущая среда может проходить через полость 130 волокна 110. Чтобы он действовал как барьер для диффузии, для барьерного слоя 140, эффективный коэффициент диффузии должен составлять менее чем примерно 1/50 от среднего коэффициента диффузии в полимерной матрице 150, а предпочтительно менее чем примерно 1/10000 от среднего коэффициента диффузии в полимерной матрице 150. Барьер для диффузии эффективно предотвращает поступление текучих сред для нагрева и охлаждения, поступающих через полость 130, в полимерную матрицу 150 или потерю адсорбированного материала, такого как СО 2, в текучих средах в полости. Множество, по существу, совмещенных по направлению волокон 110 может быть размещено в виде пучка или спирального пучка. Концы пучка волокон могут быть заплавлены или погружены в связующий материал 210. Связующий материал 210 эффективно соединяет вместе соседние волокна. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения связующий материал фиксирует волокна 110, по существу, в параллельной компоновке. Один из способов для осуществления этого представляет собой способ с погружением или расплавлением, который окружает концы волокон связующим материалом 210. Для визуализации компоновки с расплавлением волокон фиг. 2 В показывает контактор с параллельными каналами волокон, со связующим материалом 210, который сделан прозрачным вместе с камерой 205. Эта компоновка с расплавлением затем герметизируется в камере 205. Герметизирующие поверхности 240 предусматриваются на концах камеры 205. При работе камеру 205 устанавливают в модуле TSA или RCTSA (короткоцикловая адсорбция с циклическими колебаниями температуры) таким образом,который предотвращает сообщение текучих сред между средой для разделения и теплообменной средой. Хотя камера 205 иллюстрируется как трубчатая или цилиндрическая камера, камера может иметь множество форм, включая, но не ограничиваясь этим, прямоугольную или кубическую форму. Щели 215 прорезаны сквозь стенки камеры 205, чтобы позволить прохождение газа в контактор. Центральная труба для сбора газа 220 располагается в центре контактора. Конец центральной трубы для сбора газа 225 для трубы для сбора газа представляет собой твердый непроницаемый материал, который может включать в себя, но не ограничиваясь этим, твердый металл или инженерный пластик. Это позволяет газу входить в контактор 200 и выходить из него без смешивания с текучими средами для нагрева или охлаждения. Часть трубы для сбора газа внутри модуля 230 представляет собой пористый материал, такой как пористый металл или пористый полимер, или тканую сетку, среди прочего. Это делает возможным эффективный сбор газа в пределах контактора. На стадии адсорбции топочный газ протекает в контактор с поперечным потоком 200 через щели 215 и вступает в контакт с полыми волокнами адсорбента 110. Полимерная матрица 150, содержащая по меньшей мере один материал адсорбента 120, удаляет CO2 и, необязательно, Н 2 О, SOx и NOx из топочного газа. Очищенный поток собирают в секции 230 с высокой пористостью центральной трубы для сбора газа 230. Очищенный газ выходит из контактора 200 через непроницаемую секцию 225 центральной трубы для сбора газа 220, которая соединена с клапанами для контроля потока (не показаны) и с вытяжной трубой (не показана). Для ограничения роста температуры во время стадии адсорбции охлаждающая среда (например, вода) проходит через полость 130 структурированного полого волокна 110. После завершения стадии адсорбции поток топочного газа в модуль отклю-9 017479 чают с помощью клапана, и нагревающая среда (например, пар) проходит через полость 130 структурированного полого волокна 110. СО 2 и, необязательно, H2O, SOx и NOx, высвобожденные из полимерной матрицы 150, содержащей по меньшей мере один материал адсорбента 120, выходят из контактора 200 либо через центральную трубу для сбора газа 220, либо через щели 215. Адсорбционный контактор на основе волокон, содержащий множество волокон, может дополнительно содержать конечные колпачки, расположенные на каждом продольном конце волокна, эффективные для предотвращения сообщения текучих сред между множеством извилистых путей и теплонесущей средой, по меньшей мере, по существу, в большинстве волокон. Адсорбционный контактор на основе волокон может дополнительно содержать связующий материал, эффективный для взаимного соединения соседних волокон, который в сочетании с конечными колпачками предотвращает сообщение текучих сред между теплонесущей средой и множеством извилистых путей соседних волокон. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения контактор 200 может конструироваться для обеспечения эффективного приведения в контакт среды (например, смеси топочного газа) по меньшей мере с одним материалом адсорбента, который селективно удаляет по меньшей мере один компонент из среды. Эффективное приведение в контакт сводит к минимуму количество необходимого адсорбента, объем контактора и энергию, необходимую для регенерации контактора. При эффективно сконструированном контакторе перепад давления топочного газа и текучие среды, используемые для нагрева или охлаждения контактора, также сводятся к минимуму. Это, в свою очередь, сводит к минимуму потери энергии от перепада давления топочного газа, протекающего через контактор, и энергию,необходимую для прокачки или сжатия текучих сред, используемых для нагрева или охлаждения контактора. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения адсорбционный контактор на основе волокон циклируется по меньшей мере через две стадии: стадию адсорбции и стадию регенерации. Регенерация контактора достигается посредством нагрева контактора до эффективной температуры, которая приведет в десорбции уловленного компонента (например, СО 2) из контактора. Затем контактор охлаждают, так что может завершаться другая стадия - адсорбции. Различные варианты осуществления настоящего изобретения направлены на циклическое экспонирование множества адсорбционных контакторов на основе волокон для теплонесущей среды с целью облегчения адсорбции и десорбции. Теплонесущая среда может включать в себя множество сред, включающих в себя, но не ограничиваясь этим, воду,водяной пар, пары или их сочетания. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения вода протекает через полости 130 множества волокон 110 адсорбционного контактора на основе волокон 200 для адсорбции СО 2 и пар протекает через полости 130 множества волокон 110 адсорбционного контактора на основе волокон 200 для десорбции СО 2. Специалист в данной области поймет, что, в конечном счете, адсорбция материала адсорбционного контактора на основе волокон (например, первого контактора) достигает насыщения, и фронт адсорбции пробивается через контактор, приводя к тому, что количество СО 2, удаляемое из топочного газа, падает ниже желаемого значения. Как следствие, поток топочного газа в первый контактор может отводиться во второй контактор, который уже регенерирован, в то время как первый контактор термически регенерируется. После термической регенерации первый контактор приготавливают для осуществления способа адсорбции, и поток топочного газа смеси переключается опять от второго контактора к первому контактору. Общее время цикла представляет собой продолжительность времени от момента, когда газообразная смесь изначально поступает в первый контактор в первом цикле, и до момента времени, когда газообразная смесь опять поступает в первый контактор непосредственно в следующем цикле, т.е. после одной регенерации слоя. Использование множества контакторов (т.е. третьего, четвертого, пятого и т.п.) в дополнение к первому и второму контактору может обеспечить непрерывную переработку, особенно в случае, когда время адсорбции короче, чем время регенерации. В иллюстративном варианте осуществления способ адсорбции с циклическими колебаниями температуры включает в себя быстрые циклы адсорбции и десорбции, в этом случае способ упоминается как короткоцикловой способ адсорбции с циклическими колебаниями температуры (RCTSA). Короткоцикловой способ адсорбции с циклическими колебаниями температуры для целей этого описания определяется как способ, в котором время цикла между последующими стадиями адсорбция меньше чем примерно 2 мин, или меньше чем примерно 1 мин, или меньше чем примерно 0,5 мин, или даже меньше чем примерно 0,25 мин. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения стадия регенерации может облегчаться с помощью замещения парциального давления путем продувки или циклических колебаний давления, среди прочего. Эти сочетания способов упоминаются здесь как способы с циклическими колебаниями температуры постольку, поскольку они используют циклические колебания температуры в некоторый момент во время стадии регенерации. Во многих случаях время, необходимое для регенерации адсорбента, может быть короче, чем время, необходимое для полного использования адсорбционной емкости контактора. В таких случаях может быть желательным иметь множество контакторов в фазе адсорбции, в то время как множество контакторов находятся в фазе нагрева/регенерации и в фазе повторного охлаждения. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения множество контакторов, вовлеченных в адсорбцию, соединены по- 10017479 следовательным образом, так что узел контактора, регенерированный позже всех, представляет собой последний слой в линии для адсорбции, и первый узел в линии будет следующим в очереди на регенерацию. В другом варианте осуществления узлы адсорбции соединяются параллельно, так что каждый адсорбер обрабатывает некоторую часть от всех исходных материалов. Топочный газ или отходящий газ высвобождается в разнообразных промышленных процессах. Давление топочного газа, как правило, чуть выше атмосферного давления и, как правило, меньше чем примерно две атмосферы. Температура топочного газа, как правило, находится в пределах примерно от 100 примерно до 250 С, чаще примерно от 150 примерно до 250 С, но примерно от 30 примерно до 70 С,когда для удаления SOx используют очистку известняком. Газообразные компоненты топочного газа, как правило, включают в себя N2, О 2, СО 2 и Н 2 О, среди прочего. Малые количества примесей, таких как NOx и SOx, также часто присутствуют. Концентрация СО 2 в топочном газе, как правило, находится в пределах примерно от 3 мол.% примерно до 15 мол.%, и H2O, как правило, находится в пределах примерно от 0,1 примерно до 15 мол.%. Общая молярная концентрация СО 2+Н 2 О обычно меньше чем примерно 25%,когда стехиометрическое горение производит отходящий газ, и обычно меньше чем примерно 15%, когда в способе используют разбавление или избыток воздуха для ограничения температуры в способе высокотемпературного горения. В некоторых случаях может быть преимущественным выделение СО 2 в концентрированный или очищенный поток, для сжатия потока до высокого давления и для введения его в соответствующую подземную формацию для удержания, для устранения выбросов СО 2. Неограничивающие примеры соответствующих подземных формаций включают в себя, но не ограничиваясь этим, водоносные зоны, имеющие верхнюю герметизацию, которая предотвращает значительные потери нагнетаемых газообразных компонентов, нефтяные резервуары, газовые резервуары, истощенные нефтяные резервуары и истощенные газовые резервуары. Как правило, выделенный СО 2 должен сжиматься до давлений, больших чем примерно 1000 фунт/кв.дюйм (64 кг/кв.см) или больших чем примерно 2000 фунт/кв.дюйм(128 кг/кв.см), а часто до давлений, больших чем примерно 5000 фунт/кв.дюйм (320 кг/кв.см), чтобы они нагнетались в эти типы подземных формаций. Применения уловленного СО 2 при низких давлениях также могут рассматриваться, примеры представляют собой ускоренный рост растений в окружающей среде теплиц и ускоренный рост водорослей для получения биологического топлива, среди прочего. Композиции, способы и устройства, используемые при осуществлении настоящего изобретения, которые сконструированы для улавливания СО 2 из топочного газа, могут быть совершенно эффективными. В некоторых случаях СО 2 может улавливаться с помощью материала адсорбента из топочного газа в количестве более чем примерно 50%, более чем примерно 75%, более чем примерно 85% или более чем примерно 95% от СО 2. Специалист в данной области поймет, что варианты осуществления способов по настоящему изобретению могут включать в себя улавливание менее чем примерно 50% СО 2 из топочного газа. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения композиции адсорбента и способы могут включать в себя выделение одного или нескольких компонентов из среды. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения один или несколько компонентов могут удаляться из среды посредством приведения в контакт потока топочного газа с контактором, содержащим один или несколько материалов адсорбента. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения СО 2 улавливается из топочного газа с использованием способа адсорбции с циклическими колебаниями, который использует термическую регенерацию. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения способ может дополнительно включать в себя удаление воды из топочного газа. Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения способ может дополнительно включать в себя удаление SOx и/или NOx. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контактор может содержать множество волокон, волокно содержит смесь по меньшей мере одного материала адсорбента, способного адсорбировать различные компоненты из среды. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контактор может содержать множество видов волокон, первое волокно содержит первый материал адсорбента, способного адсорбировать первый компонент из среды, а второе волокно содержит второй материал адсорбента, способного адсорбировать второй компонент из среды. Использование множества видов волокон (т.е. третьего, четвертого, пятого и т.п.) в дополнение к первому и второму волокну может дополнительно обеспечить адсорбцию множества компонентов из среды. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения один или несколько компонентов топочного газа могут адсорбироваться посредством использования одного или нескольких контакторов. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения поток топочного газа может проходить через первый контактор для удаления одного компонента среды и через второй контактор для удаления другого компонента среды (т.е. имеется несколько рабочих узлов (например, контакторов), для каждого из компонентов среды). Когда множество компонентов удаляются из среды (например, топочного газа) с помощью одного или нескольких контакторов, контактор может оптимизироваться для удаления конкретного компонента. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения один или несколько контакторов могут содержать первый контактор для удаления воды и второй контактор для удаления одного или не- 11017479 скольких соединений из SOx, NOx и СО 2. Могут использоваться один или несколько контакторов, поскольку различные варианты осуществления настоящего изобретения описывают способы регенерации каждого контактора при завершении стадии адсорбции. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения множество различных материалов адсорбента могут использоваться для формирования контактора. В таких вариантах осуществления материал адсорбента может выбираться для желаемого удаления конкретного компонента из среды. Контактор, содержащий множество материалов адсорбента, делает возможным селективное удаление множества компонентов с помощью одного контактора. В другом варианте осуществления настоящего изобретения контактор может содержать материал адсорбента, способный к удалению множества компонентов из среды. Один из аспектов настоящего изобретения включает в себя систему для удаления СО 2 и воды из топочного газа. Система может содержать контактор, содержащий множество материалов адсорбента, которые независимо способны адсорбировать воду и/или СО 2. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения адсорбент, селективный по отношению к воде, может располагаться вблизи входа для потока исходных материалов и адсорбент, селективный по отношению к СО 2, может располагаться после адсорбента, селективного по отношению к воде. Такая конфигурация конструируется, чтобы сначала удалить воду из топочного газа, с последующим удалением СО 2, поскольку топочный газ вступает в контакт с адсорбентом, селективным по отношению к воде, до того как он вступает в контакт с адсорбентом, селективным по отношению к СО 2. В некоторых вариантах осуществления тот же материал адсорбента, который используют для удаления СО 2, может также удалять и другие компоненты топочного газа, такие как SOx, NOx или воду, среди прочего. Материалы адсорбентов, которые могут адсорбировать SOx, NOx и воду, включают в себя, но не ограничиваясь этим, цеолиты, катионные цеолиты,мезопористые материалы, углеродные материалы, полимеры, материалы со смешанными матрицами и их сочетания. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения способ дегидратации может включать в себя гликольную дегидратацию, которая может использоваться для удаления воды из топочного газа. В таких вариантах осуществления топочный газ может дегидратироваться в отдельном способе или рабочем узле перед введением топочного газа в контактор с адсорбентом. Для эффективного удаления воды с помощью гликольной дегидратации температура топочного газа может понижаться до менее чем примерно 110 С или менее чем примерно 75 С. В другом варианте осуществления настоящего изобретения способ дегидратации может включать в себя физическую ловушку для конденсированной воды (например, такой как капли или туман) перед приведением в контакт топочного газа с контактором с адсорбентом. В таких вариантах осуществления контактор может содержать материал адсорбента, который селективно удаляет воду из топочного газа. Адсорбенты, способные к селективному удалению воды из топочного газа, включают в себя, но не ограничиваясь этим, катионные цеолиты, функционализованные микропористые и мезопористые материалы,углеродные материалы, материалы со смешанной матрицей, полимеры или их сочетания. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения перерабатываемый топочный газ,покидающий адсорбционный контактор, может дегидратироваться до менее примерно 400 м.д., или менее примерно 50 м.д., или менее примерно 20 м.д. содержания воды в течение по меньшей мере одного момента в течение цикла адсорбции. Когда контактор удаляет значительную часть (например, более чем примерно 75%) СО 2 и воды из топочного газа, один из вариантов осуществления настоящего изобретения может включать в себя способ термической регенерации, сконструированный для удаления обоих этих компонентов. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения способ регенерации может осуществляться так, что в течение процесса термической регенерации производятся отдельный обогащенный водой поток и отдельный обогащенный СО 2 поток. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения адсорбция и регенерация контактора осуществляются посредством внешнего охлаждения и нагрева контактора соответственно. Нагреваемые извне контакторы содержат множество полостей для протекания теплонесущей среды (например, текучей среды, жидкости, газа) для нагрева и охлаждения контактора. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения множество полостей не находятся в сообщении текучих сред с материалом адсорбента, так что теплонесущая среда не смешивается с потоком исходных материалов топочного газа или СО 2, высвобождаемого во время стадии регенерации. Необходимо отметить, что, как используется в настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения, формы единственного числа включают в себя ссылки на множественное число, если только контекст не диктует четко обратного. Все патенты, заявки на патент и ссылки, включенные в настоящее описание, конкретно включаются в качестве ссылок во всей их полноте. Необходимо понять, разумеется, что все рассмотренное выше относится только к иллюстративным вариантам осуществления настоящего изобретения и что многочисленные модификации или изменения могут быть проделаны в них без отклонения от духа и рамок настоящего изобретения, как излагается в- 12017479 настоящем описании. Хотя в данном описании приводятся иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения, настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления. Имеются многочисленные модификации или изменения, которые могут быть предложены специалистами в данной области. Настоящее изобретение дополнительно иллюстрируется с помощью примеров, содержащихся в данном описании, которые предусматриваются для ясности понимания. Иллюстративные варианты осуществления не должны ни в коем случае рассматриваться как накладывающие ограничения на его рамки. В противоположность этому, необходимо ясно понять, что могут иметь место различные другие варианты осуществления, модификации и их эквиваленты, которые после чтения настоящего описания могут подсказать сами по себе нечто специалистам в данной области без отклонения от духа настоящего изобретения и/или рамок прилагаемой формулы изобретения. По этой причине, хотя варианты осуществления настоящего изобретения описываются подробно с конкретными ссылками на иллюстративные варианты осуществления, специалисты в данной области поймут, что варианты и модификации могут осуществляться в рамках настоящего изобретения, как определяется в прилагаемой формуле изобретения. Соответственно рамки различных вариантов осуществления настоящего изобретения не должны ограничиваться вариантами осуществления, обсуждаемыми выше, и должны определяться только следующей далее формулой изобретения и всеми ее эквивалентами. Примеры Пример 1. Конструкция композиции волокна. В настоящем примере рассматривается новая система твердого сорбента на основе полых волокон. Формирование полых волокон основывается на хорошо известной технологии обращения фаз с осадителем, обычно упоминаемой в данной области как "мокрое прядение". Полимерные растворы, содержащие растворители, осадители и добавки, такие как нитрат лития, экструдируют через головку экструдера в охладительную ванну с осадителем. Ванна с осадителем обеспечивает движущую силу для массопереноса между ванной для охлаждения и растворителем, присутствующим в получаемом волокне, который приводит к микрофазному разделению и образованию пористого волокна. Разделение фаз лучше всего визуализируется с использованием тройной фазовой диаграммы для раствора полимер/растворитель/осадитель, как видно на фиг. 3. Линия бинодали представляет собой границу между однофазной и двухфазной областями, и двухфазная область может дополнительно разделяться на метастабильную область и нестабильную спинодальную область. Прядильные растворы получают таким образом, что раствор существует в однофазной области вблизи линии бинодали. В течение процесса прядения избыток осадителя из коагуляционной ванны перемещает композицию в направлении двухфазной области, и происходит расслоение жидких фаз, приводящее к возникновению сплошной сетки полимерных пор. Способ, который может использоваться для характеризации методик сорбции образцов полимеров и неорганических веществ, представляет собой такой, о котором сообщается в Koros, W.J. and D.R. PaulPolym. Phys., 14, 1903-7 (1976). Эти методики используют для определения равновесной изотермы для конкретной пары сорбат-сорбент посредством построения графика зависимости концентрации от давления при постоянной температуре. Кроме того, может измеряться время до достижения равновесия, что дает сведения относительно времен циклов, которые могут использоваться в циклических процессах адсорбции. Это делает сорбцию бесценным способом характеризации при изучении волокон сорбентов. Этот подход имеет ограничения, которые ограничивают его в основном как инструмент для характеризации первого погона. Во-первых, тепло не может быстро опосредоваться внутри системы сорбции. Вовторых, система не является проточной системой, но вместо этого представляет собой загрузочную систему, так что сопротивление конвективному массопереносу в игру не входит. Наконец, могут использоваться только чистые газы, так что эффекты конкурентной сорбции не могут учитываться. Пример 2. Конструкция системы волокон. Система улавливания углерода после горения конструируется на основе платформы полого волокна со смешанной матрицей. Платформу полого волокна со смешанной матрицей выбирают по нескольким причинам. Вопервых, более высокие эффективности сорбции могут достигаться при использовании морфологии полого волокна для подачи охлаждающих агентов в сквозное отверстие волокна, во время сорбции, и агентов для нагрева в сквозное отверстие, во время десорбции. Во-вторых, тонкие пористые стенки волокна делают возможными очень короткие времена тепло- и массопереноса, необходимые в таких трудных исходных материалах. Наконец, в этой конструкции агенты для нагрева и охлаждения в волокнах могут представлять собой просто водяной пар и воду, по этой причине устраняются любые побочные продукты отходов, связанные с системой. Система волокон конструируется с использованием двухслойной системы без предохранительного слоя для псевдостационарной непрерывной работы. Слой, активно сорбирующий СО 2, будет иметь жидкую воду, проходящую через сквозные отверстия волокон, а активно десорбирующийся слой будет- 13017479 иметь водяной пар, проходящий через сквозное отверстие волокон, как видно на фиг. 4 ниже. В обоих случаях, по существу непроницаемый слой в полости предотвращает обмен между топочным газом и потоками теплонесущей воды или водяного пара. Во время сорбции топочный газ проходит над волокнами в системе теплообменников с поперечным потоком. База, используемая для конструкции, представляет собой 500 МВт тепловую электростанцию PC. Условия для топочного газа, который вводится в систему волокон сорбента, согласуется с такими условиями для тепловой электростанции на распыляемом угле и включают в себя 1 М станд. куб.фут/мин(0,028 куб.м/мин) исходных материалов, 15 мол.% СО 2, давление 1,1 атм и температуру 50 С. Несколько других ограничений на конструкцию накладываются на основе современных технологий и соображений стоимости. Главной задачей является сведение к минимуму перепада давления топочного газа. Стоимость сжатия таких огромных количеств газа приблизительно при атмосферных давлениях считается чрезмерно высокой. Также, для понижения стоимости удержания и выбросов, эффективность улавливания устанавливается при 90% или выше, при этом газообразный продукт находится при давлении, настолько высоком, насколько это возможно. Наконец, при конструировании волокна, скорость массопереноса внутри волокон доводится до максимума, чтобы соответствовать высокой скорости на единицу поперечного сечения потока и короткому времени контакта топочного газа. Эти и другие ограничения оптимизируются по отношению к сведению к минимуму перепада давления топочного газа. Важным фактором для множества уже существующих тепловых электростанций является занимаемая площадь при возможной модернизации. На основе рассмотренных ограничивающих факторов коллектор с волокнами согласно вычислениям имеет размеры 12 м в длину, 12 м в высоту и 25 м в ширину,хотя по сравнению с оборудованием для аминового извлечения это на самом деле совсем немного. Система аминового извлечения, как правило, имеет шесть абсорберов (с диаметром 22 фута каждый), шесть десорбционных секций для полуобедненных аминов (с диаметром 20 футов, каждый) и три десорбционных секции для обедненных аминов (каждый с диаметром 21 фут). Система с волокнами имеет занимаемую площадь приблизительно 300 м 2, в то время как система с аминами имеет занимаемую площадь приблизительно 600 м 2. Для сведения к минимуму перепада давления слой должен быть заполнен только на 12%. Объединяя это с оптимизированным внешним диаметром волокон, составляющим 1200 мкм,можно легко определить, что количество волокон должно составлять 32 млн волокон в слое. В то же время это очень мало, модули с полыми волокнами для промышленного использования могут содержать 150 млн волокон, так что количество не является неразумным для такого большого потока исходных материалов. Следующее определение, которое нужно сделать, представляет собой выбор сорбента и количество сорбента, которое должно диспергироваться в полимерной матрице волокна. Устанавливают в качестве цели 65 мас.% сорбента в волокнах из-за необходимости в больших емкостях для СО 2 на каждое волокно. Внутренний диаметр волокна подбирают как 320 мкм. Это волокно с большим OD (внешним диаметром)/малым ID (внутренним диаметром) с большой нагрузкой сорбента делает возможным улавливание больших количеств СО 2 на одно волокно в пределах конструкционных ограничений. Сначала рассматриваются три выбора сорбента на основе сложности осуществления и доступности. Первый выбор представляет собой традиционный промышленный стандарт для сорбции СО 2, Zeolite 13X. По сравнению с другими сорбентами его емкость по отношению к СО 2 является достаточно высокой, а его теплота сорбции является низкой. В табл. 1 сравниваются различные качества сорбентов. Следующий выбор сорбента представляет собой MFI с высоким содержанием окиси кремния. Этот сорбент дает то преимущество,что он является очень гидрофобным, имеет более низкую теплоту сорбции, чем 13 Х, и сравнимые емкости для СО 2. Наконец, третий сорбент представляет собой амины, привитые на мезопористую окись кремния. Эти сорбенты на основе аминов дают то значительное преимущество, что сорбционная емкость для CO2 увеличивается для влажных исходных материалов, таких как топочный газ. Эти сорбенты, однако, обычно имеют гораздо более высокие теплоты сорбции, чем любой из 13 Х или MFI, и по этой причине для работы системы потребовалось бы больше водяного пара для десорбции и больше охлаждающей воды. Кроме того, значительные исследования по-прежнему необходимо осуществить для определения стабильности этих заякоренных аминов в условиях долговременной работы. Наконец, нагрузка сорбента в волокне является определяющим фактором, и нагрузка сорбента 75 мас.% в волокне выбирается как достижимая цель на основе некоторых предварительных скрининговых исследований прядения. Используя свойства сорбции MFI, могут быть определены свойства циклирования системы с волокнами RTSA. Типичная 500 МВт тепловая электростанция высвобождает 9,2 т CO2 в минуту, и посредством составления простого баланса массы в системе можно найти количество СО 2, улавливаемое на один цикл, а также время цикла. Предполагая, что теплота десорбции в течение стадии сорбции умеряет температуру сорбентов, так что они испытывают только умеренный рост температуры, и как таковой, сорбент СО 2 будет находиться только при 50 С и сорбция будет происходить при 35 С. Следовательно,при 15 С: Так что система улавливает Отсюда, время цикла определяют посредством определения скорости потока СО 2 из топочного газа Время цикла 25 с является очень коротким, учитывая, что типичное оборудование TSA для извлечения имеет времена циклов в диапазоне от нескольких часов до дней. Это короткое время цикла предполагает, что время контакта сорбата с сорбентом будет коротким. Для определения этого поверхностная скорость вычисляется, как можно увидеть далее. Отсюда, время контакта, как найдено, равно 4,3 с (длина пути 39,4 фута (12 м), при скорости 9,25 фут/с (2,7 м/с. Это устанавливает верхний предел времени, доступный для массопереноса в волокне. После того как выбраны размеры коллектора с волокнами и волокон сорбентов, можно вычислить падение давления топочного газа через слой. Для сведения к минимуму перепада давления, обеспечивая при этом хороший массоперенос, выбирают структуру потока в теплообменнике с поперечным потоком,и перепад давления на слое волокон можно вычислить с использованием уравнения для изменения давления на пучках трубок. Это того же порядка величины, что и для переходной области для потока через слой волокон, следовательно, для того случая, который используется (что приведет к консервативно более высокому перепаду давления).Nr представляет собой меру того, сколько препятствий встретит типичный "пакет" газа при его прохождении через коллектор. Его оценивают как где L0 представляет собой размер ячейки, содержащей препятствие. После того как этот характерный размер найден, количество препятствий оценивается просто как В результате перепад давления, как обнаружено, равен 0,15 атм. Для сжатия исходных материалов газа до 1,15 атм будет необходим дополнительный нагнетательный вентилятор или воздуходувка с положительным смещением. Проблемой при реальной модернизации является паразитная нагрузка на систему улавливания углерода на тепловой электростанции. Две главные посторонние нагрузки, обнаруженные в этой системе,представляют собой использование водяного пара и добавление другой градирни. Для определения общего количества необходимого водяного пара и воды осуществляют материальный и энергетический баланс для системы в целом в течение стадий сорбции и десорбции. Для стадии сорбции выбирают типичный подход для теплообменника T в 5 С. Вода при условиях окружающей среды при 25 С, как предполагается, нагревается до 35 С, в то время как топочный газ со стороны оболочки, как предполагается, охлаждается от 50 до 40 С. Поскольку теплота, добавляемая посредством сорбции, удаляется с помощью воды в сквозном отверстии, эти теплоты считаются равными и определяется необходимое количество охлаждающей воды. Получаемая в результате скорость потока воды 56000 г/мин представляет собой значительное капиталовложение из-за требований к ее подводу. Во время десорбции водяной пар, как предполагается, имеет скрытую теплоту испарения уходящего водяного пара, в качестве самого плохого приближения. Далее, конденсированный водяной пар, как предполагается, теряет больше своей удельной теплоты, охлаждаясь до 40 С, перед закачкой обратно в систему конденсора водяного пара в тепловой электростанции. Может использоваться водяной пар более высокого качества с большей скрытой теплотой испарения,тем самым дается возможность использования меньшего количества водяного пара, хотя и более высокой стоимости, если только не является доступным уходящий водяной пар. В этом отношении определенно имеются возможности для оптимизации. Чтобы система находилась в равновесии в каждом цикле, количество тепла, удаляемого с помощью водяного пара, должно быть равно количеству тепла, необходимому для десорбции. Если водяной пар низкого качества не поставляет достаточного количества скрытой теплоты испарения, тогда предполагается, что водяной пар будет конденсироваться и берется значение 60 К для перепада температуры для конденсированного водяного пара, которое должно быть разумным для случая водяного пара низкого качества, используемого в качестве источника тепла для десорбции. Это число используют для определения паразитной нагрузки на эффективность тепловой электростанции. Перепад давления, необходимый для прокачки этих теплонесущих текучих сред через сквозные отверстия волокон, может вычисляться с использованием уравнения Хагена-Пуазейля, предполагая несжимаемый поток и ньютоновские текучие среды. Водяной пар, необходимый на тонну уловленного СО 2, представляет собой полезный параметр сравнения между различными подходами к улавливанию углерода и может вычисляться как Низкие требования к водяному пару для системы волокон сорбента иллюстрирует одно из главных преимуществ этой технологии. Традиционные газожидкостные аминовые контакторы имеют для регенерации потребность 1,3-1,5 т водяного пара на тонну СО 2. Вода будет иметь существенно более высокий перепад давления, чем водяной пар; по этой причине,воду используют для определения перепада давления в сквозных отверстиях. Поскольку предполагается, что водяной пар конденсируется в сквозных отверстиях в течение стадии десорбции, необходимый перепад давления будет пренебрежимо малым по сравнению с перепадом давления для воды, используемой в сквозных отверстиях в течение сорбционной части цикла. Одна из множества проблем, связанных с конструкцией системы волокон сорбента, представляет собой время, необходимое для тепло- и массопереноса. Корреляции массопереноса для ламинарного потока, проходящего через связку труб, используют для определения коэффициента массопереноса СО 2 через стенку волокна. Кроме того, можно оценить эффективный коэффициент диффузии в пористой стенке волокна как Из этого вычисляют степень ограничений для внешнего массопереноса в зависимости от внутреннего массопереноса. Значение , как обнаружено, является малым, указывая на ограничения для внешнего массопереноса. Время для 90% насыщения, как обнаружено, составляет приблизительно 0,55 с, устанавливая, таким образом, минимальное необходимое время контакта. Чтобы еще раз убедиться в правильности этого подхода к улавливанию углерода, нужно вычислить время, необходимое для достижения теплового равновесия в волокнах. В качестве предельного случая считается, что поток является полностью развитым, так что устанавливается число Нуссельта. Эффективная теплопроводность стенки волокна определяют затем как средневзвешенную теплопроводность полимера, частиц сорбента, и воздуха в пустотах и согласно оценкам она равна 2,45 Вт/мК. Диаграммы массопереноса используют для определения времени установления теплового равновесия в стенках волокон. Время для достижения равновесия, как определено, равно 0,027 секунды, что показывает, что очень быстрые необходимые термические циклы возможны. Этот результат также демонстрирует, что время,необходимое для локальной адсорбции СО 2 на сите, погруженном в стенку, не является значительным. Частицы MFI, как предполагается, представляют собой 3-микрометровые сферы (или кубы), а затем вычисляют время, необходимое для достижения на ситах 99% от конечной равновесной нагрузки. Если частицы составляют 0,3 мкм, этот временной масштаб будет даже более незначительным. Следовательно, главное обнаруженное сопротивление представляет собой газофазное сопротивление. Дополнительная проверка представляет собой проверку прочности волокон сорбентов, осуществляемую для определения жизнеспособности системы волокон сорбентов. Критерий фон Мизена используют для определения того, могут ли волокна выдерживать давления со стороны оболочки, а также давления со стороны сквозного отверстия. Если использовать напряжение при разрыве для целлюлозы 40 МПа, волокна по-прежнему выдерживают оба условия для потока. Для упрощения затрат на сжатие, получение СО 2 высокой чистоты при давлении, которое является самым высоким возможным давлением, является важным, поскольку затраты на сжатие обычно изменяются обратно пропорционально порядку величины начального давления. После того как заканчивается стадия сорбции и начинается стадия десорбции, промежуточные пространства между волокнами, как предполагается, заполняются топочным газом (15 мол.% СО 2) и заслоночные клапаны закрываются. Когда водяной пар протекает через сквозное отверстие, СО 2 начнет десорбироваться и его давление повы- 19017479 шается. Давление десорбции 20 фунт/кв.дюйм. абс. (0,0128 кг/кв.см) позволяет приблизительно 25% газа вытекать под действием разности давлений. Для удаления остатка начинается стадия десорбции, и разность давлений будет выдавливать остаток полученного газа при атмосферном давлении. Имеются определенные возможности для использования потоков рециклированного топочного газа на стадии десорбции. Отсюда, газообразный продукт СО 2 будет подвергаться увеличению давления и направляться на оборудование для удержания. Блок-схему системы можно увидеть на фиг. 5 и 6, где цифрами обозначены: 1 - градирня; 2-3 - фазный электрический генератор; 3-3 - фазный трансформатор; 4 - паровая турбина; 5 - конденсор; 6 - конвейер для угля; 7 - мельница для распыления угля; 8 - бойлерный барабан; 9 подогреватель; 10 - дополнительный нагреватель; 11 - предварительный нагреватель воздуха; 12 - забор воздуха; 13 - бункер для золы; 14 - электрический преципитатор; 15 - водяной насос системы; 16 - нагнетательные вентиляторы; 17 - компрессор удержания; 18 - слой волокон сорбента "А", сорбция; 19 - слой волокон сорбента "В", десорбция; 20 - дымовая труба. Несколько рабочих узлов добавлены к типичной тепловой электростанции, включая водяные насосы, вторую градирню, два вентилятора, последовательно, и компрессор удержания. Как можно увидеть из объединенной блок-схемы способа, эта система может легко встраиваться в тепловые электростанции NGCC и IGCC. При конструировании системы RTSA, OD и ID волокон, а также сорбенты выбираются таким образом, чтобы они соответствовали конструкции системы; однако необходима дополнительная идентификация материалов. Для завершения конструирования системы соответствующие материалы волокон и конструкция волокна должны согласовываться с требованиями системы. Первый проделанный выбор представляет собой выбор полимера. Рассматривают два кандидата, Hydrin и ацетат целлюлозы. Первый,эластомер Hydrin, рассматривается из-за его стойких физических свойств. Hydrin имеет множество проблем, в основном, однако, в связисо сложностями, ассоциирующимися с прядением эластомеров. Следующий выбор, ацетат целлюлозы, выбран как модельный стеклообразный полимер, благодаря его доступности и большому количеству исследований, проведенных на полимере. Кроме того, ацетат целлюлозы имеет высокую Tg, которая позволит ему выдерживать быстрые температурные циклы, связанные с системой RTSA. Tg ацетата целлюлозы в условиях влажности сильно падает, и последствия этого требуют дополнительных исследований. Следующее конструкционное соображение для полых волокон представляет собой морфологию границы раздела органика/неорганика. Для доведения до максимума скоростей массопереноса в сорбенты, в качестве цели выбирают морфологию "сито в клетке". "Сито в клетке" представляет собой явление,когда частицы наполнителя плохо прилипают (или вообще не прилипают) к полимерной матрице(см. фиг. 7). Как предполагается, причиной возникновения сита в клетке" являются несовместимости полимер-наполнитель, а также аккумуляция стрессов в полимере во время обмена растворителей. Один из аспектов конструкции волокна представляет собой конструкцию барьерного слоя со стороны полости и выбор материала для этого барьерного слоя. Для конструирования этого барьерного слоя рассматриваются два способа: прядение сдвоенного слоя и процедуры последующей обработки. Прядение сдвоенного слоя делает возможным непосредственное создание слоя в полости, когда формируется полое волокно. Этот пример сосредотачивается на последующей обработке волокон. Способы последующей обработки, как правило, включают в себя промывку волокна снаружи с помощью соответствующего уплотняющего полимера. В этой конструкции, имела бы место последующая обработка внутри сквозного отверстия волокна. Поливинилидендихлоридный (PVDC) латекс выбирают в качестве главного кандидата для этого применения. Полимер имеет очень низкие скорости проникновение воды и газов и теплостойкость, достаточную для быстрых температурных циклов в этой системе. Пример 3. Экспериментальная методология. В полимерных растворах в качестве растворителя используют N-метил-пирролидин (NMP)(ReagentPlus 99%, Sigma-Aldrich, Milwaukee, WI), поскольку он смешивается с водой и является сильным растворителем для ацетата целлюлозы. Метанол (99,8%, ACS Reagent, Sigma-Aldrich) и гексан (ACSReagent, 98,5%, Baker) используют для части формирования волокна с обменом растворителей. Метанол используют для удаления избытка воды из волокон, а гексан используют для обмена с избытком метанола из волокон. Цель заключается в замене текучих сред с высоким поверхностным натяжением на текучие среды с более низким поверхностным натяжением для предотвращения коллапса пористой структуры под действием капиллярных сил во время сушки. Все растворители и осадители используют,- 20017479 как получены, без какой-либо очистки или модификации.Zeolit 13X (1-3-микронные частицы, Sigma-Aldrich) выбирают как сорбент, который должен диспергироваться в полимерной матрице. После получения, цеолиты сушат при 230 С для удаления любого избытка органики от синтеза. После сушки, цеолитам позволяют насытиться влажным воздухом. Это делают для предотвращения адсорбции NMP или воды цеолитами в полимерных растворах и для отодвигания раствора от линии бинодали. Полимеры, используемые в этом примере, представляют собой ацетат целлюлозы (МВт 60,000,Sigma-Aldrich) и PVP (МВт 55000, Sigma-Aldrich). Все полимеры сушат в вакууме при 110 С в течение одного дня, для удаления адсорбированной воды. После сушки, полимеры непосредственно добавляют к соответствующим их растворам. PVP выбирают в качестве агента для формирования пор, с предпочтением перед LiNO3, традиционным агентом для формирования пор, поскольку LiNO3, как обнаружено, разрушает волокна ацетата целлюлозы. Латекс PVDC поставляется SolVin Chemicals. Устройство для прядения волокон используют для создания волокон сорбента. Устройство конструируют и строят таким образом, что оно моделирует промышленные системы для получения волокон и легко масштабируется. В последнее время, множество прядильных устройств используют фильеры для сдвоенных слоев, так что два слоя полимера могут вытягиваться в контакте в одно и то же время, при этом один полимер служит в качестве слоя сердцевины, а другой действует в качестве разделяющего слоя оболочки. Прядильные растворы полимер-сорбент приготавливают посредством смешивания 80% необходимых количеств NMP и деионизованной воды в 1-л стеклянной банке, закрытой крышкой изPTFE. Первичный прядильный раствор получают посредством смешивания 20% необходимых количествNMP и воды в 500 мл стеклянной банке с крышкой из PTFE. Затем к раствору добавляют 20% необходимых количеств высушенного ацетата целлюлозы и PVP. Раствор перемешивают на валковой машине при 50 С до осуществления полного растворения. Затем Zeolit 13X, в равновесии с условиями влажности окружающей среды, добавляют к смеси NMP/H2O и озвучивают (1000 Вт max рожок, Dukane, Leesburg,VA) 3 раза в течение 1 мин с 30-секундными перерывами. Затем первичный раствор добавляют к раствору для сонификации и осуществляют еще два цикла сонификации. Наконец, остающийся высушенный ацетат целлюлозы и PVP добавляют к смеси и помещают на валковую машину при 50 С до тех пор, пока не произойдет полное растворение. Получают прядильные растворы с различной композицией растворителя, осадителя и цеолита для определения линии бинодали тройной системы с использованием методики точки росы для определения однофазного или двухфазного режима. Сначала получают чистые полимерные растворы для определения бинодали чистого полимера; после того как ее определяют, отношение полимеров к жидкостям выдерживают одинаковым и отношение NMP к H2O выдерживают одинаковым, когда в них добавляют цеолиты. Эти образцы прядильных растворов загружают в шприцы и экструдируют в деионизованную Н 2 О для количественного определения скорости разделения фаз. Способ сорбции с затуханием давления используют для определения изотермы сорбции волокон сорбента, и схему сорбции можно увидеть на фиг. 8. Сорбционные ячейки погружают в масляные ванны при постоянной температуре. После загрузки образцов волокон сорбента масляные ванны доводят до 110 С и ячейки с образцами экспонируют для вакуума, для полной откачки ячейки и волокон сорбентов. После стадии сушки масляную ванну доводят до 45 С и в резервуар вводят СО 2 (А) и дают время для достижения равновесия. После установления теплового равновесия клапан к образцу (В) открывается на короткое время для введения CO2 в образец волокон сорбента. Затухание давления со временем регистрируют для каждого раскрывания, и из молярного баланса между двумя резервуарами, генерируют изотерму сорбции. Из нее может быть измерена кинетика волокна сорбента, насколько на это способны изотермы волокон сорбента. Из-за ограничения эксперимента, однако, невозможно умерить локальные тепловые эффекты нагрева в ячейке с образцом, как в реальной системе RTSA. Свойства переноса газа для необработанных волокон сорбента характеризуют с использованием чистого N2 и CO2 при входных давлениях со стороны сквозного отверстия 20-30 фунт/кв.дюйм в датчике(0,0128-0,192 кг/кв.см). Скорости потока пермеата на стороне оболочки измеряют с использованием пузырьковых измерителей потока каждые 45 мин, до тех пор пока данные не будут отклоняться более чем на 5% от предыдущих данных. Обработанные волокна измеряют с использованием чистых N2 и СО 2 при входных давлениях на стороне сквозного отверстия 70-80 фунт/кв.дюйм в датчике (0,42-0,51 кг/кв.см), а скорости потока пермеата измеряют с помощью расположенных после них преобразователей давления после достижения стационарного состояния. Сканирующую электронную микроскопию (SEM) используют для определения структуры пор волокна сорбента, границ раздела полимер-наполнитель и в качестве датчика дефектов слоя в полости. Волокна после обмена растворителей пропитывают в гексане в течение 2 мин, переносят в жидкий N2 и разрезают пополам с использованием двух тонких точечных микропинцетов. На эти волокна затем наносят напылением покрытие из золота толщиной 10-20 нм (Model PS1, ISI, Mountain View, CA), и их переносят в полевой эмиссионный сканирующий электронный микроскоп высокого разрешения Leo 1530 (Leo Electron Microscopy, Cambridge, UK). Способ последующей обработки осуществляют посредством разбавления латекса PVDC необходимым количеством деионизованной H2O (40% объем латекса, 60% объемных Н 2 О). Этот разбавленный латекс затем загружают в насос ISCO (Model 500DM, Isco, Lincoln, NE) и соединяют с модулем для изме- 21017479 рения проницаемости волокон. Раствор прокачивают через сквозное отверстие волокон при 10 фунт/кв.дюйм в датчике (0,64 кг/кв.см) в течение 15 с. Затем, модуль соединяют с баллоном с N2, и влажный N2 (50% относительной влажности) прокачивают через сквозные отверстия волокон при 30 фунт/кв.дюйм в датчике (1,92 кг/кв.см) в течение 10 мин, и относительная влажность эффлюента составляет 40%. Этот цикл повторяют дважды. Наконец, сухой N2 прокачивают через сквозные отверстия при 30 фунт/кв.дюйм в датчике (1,92 кг/кв.см) до тех пор, пока не будет обнаружено, что относительная влажность эффлюента составляет 0% (как правило, 1 ч). Пример 4. Анализ композиций волокон. При использовании методик точки росы и экструзии из шприца, конечный выбранный полимерный прядильный раствор представляет собой 10 мас.% СА/4% PVP/30% Zeolit 13X/49,3% NMP/6,7% воды. В сухой фазе это соответствует 75 мас.% нагрузки цеолита. Этот раствор выбирают благодаря его быстрому разделению фаз по сравнению с другими растворами СА и из-за его высокой нагрузки наполнителя. Прядильные растворы с более высокими отношениями фаз полимеров к жидкости разделяются очень медленно и не были бы идеальными для прядения. Прядильные растворы с более высокими концентрациями цеолита не могли бы вытягиваться в виде полого волокна без образования трещин. Первый ряд операций прядения концентрируется на создании монолитных полых волокон при 75 мас.% Zeolit 13X. Главные проблемы представляют собой время разделения фаз прядильных растворов СА, контроль над большим OD (для полимерных полых волокон), при этом по-прежнему сохраняя способность к вытягиванию волокон, и определение композиции текучей среды в сквозном отверстии. Рассматривая эти проблемы, используемые состояния прядения можно найти в табл. 2. Таблица 2 Глубокую коагуляционную ванну используют для обеспечения большего времени для получаемых волокон, для их полного отделения. Низкие скорости отбора используют из-за требований к большомуOD, и высокие скорости экструзии используют для манипулирования разбуханием экструдируемого потока, так что волокна изначально близки к требуемому OD. Текучая среда в сквозном отверстии выбирается так, чтобы она в основном представляла собой NMP, с тем, чтобы вода не разделяла быстро фазы внутри волокна и для устранения возможности вытягивания волокна на барабане. Наконец, воздушный зазор устанавливается очень низко, для моделирования влажного прядения без реального погружения фильеры и стимулирования разделения фаз в кольцевом зазоре. Влажное прядение является желательным, так что испарение осадителя не могло бы происходить в воздушном зазоре (при сухом-влажном прядении) и для формирования плотного слоя. Полученные волокна, как обнаружено, являются механически прочными и способны выдерживать нормальные процедуры заплавливания волокон.SEM изображения этих волокон говорят, что достигаются многие из целей конструирования волокон. Как можно увидеть на фиг. 9 А, OD и ID волокна близки к цели конструирования, при этом OD равен 1100 мкм, a ID равен 300 мкм. Во-вторых, из фиг. 9 В, может увидеть хорошее диспергирование сорбента в полимерной матрице. Наконец, фигура 9 С показывает присутствие морфологии сита-в-клетке, ключевого фактора для быстрого массопереноса через волокна. Исследования проницаемости для газа осуществляют на этом монолитном полом волокне для определения скорости массопереноса через волокна. Волокна, как обнаружено, являются неселективными, со скоростью проникновения N2 60000 единиц проницаемости для газа (GPU), где что показывает, что структура пор волокна является открытой и непрерывной.- 22017479 Эксперименты по сорбции на волокнах сорбентов сравнивают с результатами из литературы дляZeolit 13X, доведенного до правильной температуры, и с результатами из литературы для СА при правильной температуре. Изотермы сорбции волокон может увидеть на фиг. 10, ниже, и они подтверждают нагрузку цеолита в волокнах. Емкости сорбции полимера и цеолита складываются внутри волокна (т.е. например, 75% емкости чистого цеолита плюс 25% емкости чистого СА дают в сумме емкость волокна сорбента). Используя первое раскрывание, осуществляют исследование кинетики сорбции на волокнах сорбента. Одним из главных ограничений методик сорбции является диссипация тепла, генерируемого посредством высвобождения теплоты сорбции. Как можно увидеть на фигуре 13, измеренное половинное время составляет примерно 7 секунд. Вероятной причиной кинетики, более медленной, чем предсказано,является то, что СО 2 сорбируется на поверхности 13 Х, где имеется неопосредуемый локальный рост температуры из-за высвобождающейся теплоты сорбции. Этот локальный рост температуры вызывал бы временный сдвиг изотермы сорбции вниз, понижая, таким образом, равновесную емкость сорбента. Благодаря теплопроводности от масляной ванны, этот рост температуры может опосредоваться, и сорбция придет к равновесию. В системе RTSA, тесный контакт стенок волокон с холодной водой в качестве теплонесущей текучей среды должен опосредовать некоторые из этих локальных всплесков температуры. Модель COMSOL разработана для измерения времени отведения тепла из сорбционной ячейки в предположении ступенчатого изменения температуры. Время полной диссипации тепла изображено на графике на той же самой фигуре, и очевидно, что время теплопереноса является доминирующим фактором для сорбции. (См. фиг. 11). Способ последующей обработки латекса PVDC, как показано, является простым и успешным способом создания слоя в полости. Латекс разбавляют на 60% объемных деионизованной Н 2 О, так что латекс может легко протекать через сквозное отверстие волокна при 10 фунт/кв.дюйм в датчике(0,64 кг/кв.см). При уровнях разбавления, более низких, чем этот, раствор латекса, как обнаружено, блокирует сквозное отверстие волокна. Согласно фиг. 9 А-С и 12, можно увидеть градиент пористости, простирающийся наружу от сквозного отверстия, при этом волокно становится более плотным по направлению к оболочке волокна и становится более пористым по направлению к стороне сквозного отверстия волокна. Это изменение пористости действует как внутреннее препятствие для потока латекса через сквозное отверстие приблизительно при 30 мкм, это можно увидеть на фиг. 13 А-С. Последующая обработка латекса приводит к получению очень плотного барьерного слоя, который не занимает никакого дополнительного пространства внутри сквозного отверстия и требует небольшой площади внутри активной площади тела волокна сорбента. Латекс перемещается через пористую область вокруг сквозного отверстия посредством капиллярных сил, давая возможность для заполнения каждой поры. Во время прокачки N2, избыток воды в латексе уносится, заставляя поверхностное натяжение испаряющейся воды двигать полимерные частицы ближе друг к другу, при этом поверхностно-активные вещества на поверхности частицы позволяют частицам зацепляться и образовывать изначально не содержащий дефектов слой. Влажный N2 используют для контроля скорости сушки, так что дефекты в слое PVDC не замыкаются навсегда. Без влажного N2, детектируются булавочные проколы в барьерном слое, вероятнее всего,из-за высоких скоростей испарения воды (см. фиг. 14). Чтобы помочь в развитии барьерного слоя, подвергающееся последующей обработке волокно помещают в вакуумную печь при 100C в течение 24 часов для отжига пленки PVDC. На волокнах сорбента после обработки осуществляют исследования проницаемости для газообразных СО 2 и N2. Плотный слой PVDC обеспечивает значительное сопротивление переносу газа, понижая проницаемость для N2 приблизительно до 0,5 GPU при 70 фунт/кв.дюйм в датчике (4,5 кг/кв.см). Когда входное давление со стороны сквозного отверстия увеличивается, поток через стенку волокна увеличивается, пока слой в полости не разрушается при давлениях 150 фунт/кв.дюйм в датчике (9,6 кг/кв.см). Проблема, возникающая с волокнами сорбентов, заключается в том, что имеется обходной путь вокруг слоя в полости. В типичной селективной мембране из полых волокон, наружная селективная оболочка герметизируется расплавленным материалом, заставляя, таким образом, потоки исходных материалов проходить через селективную часть волокна (фиг. 15 А). В волокне сорбента, однако, когда селективный слой находится внутри волокна, такой герметизации нет. Как таковые, вода и водяной пар, вводимые со стороны сквозного отверстия, могут пройти в обход через структуру сердцевины волокна на сторону оболочки коллектора. Кроме того, топочный газ из входных материалов на стороне оболочки может уходить из системы для воды и пара (фиг. 15 В). Обе эти проблемы, если их не решать, потенциально делают систему RTSA неэффективной. Чтобы противостоять им, разработан способ "накрывания колпачком" волокон с помощью герметизации плавлением. В течение способа последующей обработки,капиллярные силы, присутствующие на торце волокна, втягивают латекс обратно в кончик волокна. Затем этот латекс сушат с использованием закачки N2 через торцы волокон (фиг. 15C-D). Это можно увидеть на фиг. 16. Успешность этой методики накрывания подтверждается способностью к осуществлению экспериментов с проницаемостью (неэффективное накрывание приводило бы к проницаемости в обход волокон).- 23017479 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Сорбирующее полое волокно, содержащее сорбирующий материал, в котором полость расположена внутри волокна и барьерный слой образует покрытие стенки полости для предотвращения смешивания текучих сред из полости и со стороны сорбирующего материала. 2. Сорбирующее волокно по п.1, в котором волокно дополнительно содержит полимерную матрицу. 3. Сорбирующее волокно по п.2, в котором полимерная матрица содержит множество извилистых каналов. 4. Сорбирующее волокно по п.3, в котором множество извилистых каналов включают в себя один или несколько каналов из микропор, мезопор или макропор, где один или несколько каналов из микропор, мезопор или макропор сообщаются. 5. Сорбирующее волокно по п.3, в котором сорбирующий материал контактирует по меньшей мере с частью множества извилистых каналов. 6. Сорбирующее волокно по п.1, в котором сорбирующий материал представляет собой частицы,имеющие средний наибольший размер меньше чем 10 мкм. 7. Сорбирующее волокно по п.1, в котором волокно имеет средний наибольший размер в поперечном сечении по меньшей мере 100 мкм. 8. Сорбирующее волокно по п.1, в котором полость имеет средний наибольший размер в поперечном сечении по меньшей мере 55 мкм. 9. Сорбирующее волокно по п.1, в котором сорбирующий материал менее чем на 80 мас.% состоит из волокон. 10. Сорбирующее волокно по п.1, в котором волокно имеет средний наибольший размер в поперечном сечении, по меньшей мере в два раза больший, чем размер полости. 11. Сорбирующее волокно по п.1, в котором барьерный слой имеет среднюю толщину менее 50 мкм. 12. Сорбирующее волокно по п.1, в котором сорбирующий материал имеет селективность по отношению к двуокиси углерода по сравнению с азотом примерно от 10 примерно до 60 и теплоту сорбции примерно от -25 кДж на 1 моль двуокиси углерода примерно до -90 кДж на 1 моль двуокиси углерода. 13. Сорбирующее волокно по п.1, содержащее непористый концевой колпачок, расположенный на каждом продольном конце волокна, причем непористый концевой колпачок не замедляет протекания текучей среды через полость. 14. Адсорбционный контактор на основе волокон, имеющий камеру, содержащую вход для потока исходных материалов; выход для потока исходных материалов; вход для теплонесущей текучей среды; выход для теплонесущей текучей среды; множество, по существу, совмещенных по направлению полых волокон, в которых полость, расположенная внутри полого волокна, сообщается с входом для теплонесущей текучей среды и с выходом для теплонесущей текучей среды, и каждое из которых содержит множество извилистых каналов, где извилистые каналы сообщаются с входом для потока исходных материалов и выходом для потока исходных материалов; множество элементов сорбента, контактирующих по меньшей мере с частью множества извилистых каналов; и барьерный слой, образующий покрытие стенки полости, для предотвращения смешивания текучих сред между полостью и множеством извилистых каналов, по меньшей мере, по существу, в большинстве полых волокон. 15. Адсорбционный контактор на основе волокон по п.14, в котором по меньшей мере одно из множества полых волокон дополнительно содержит концевой колпачок, расположенный на продольном конце волокна, эффективный для предотвращения смешивания текучих сред между множеством извилистых каналов и теплонесущей средой, по меньшей мере, по существу, в большинстве полых волокон. 16. Адсорбционный контактор на основе волокон по п.15, дополнительно содержащий связующий материал, эффективный для связывания между собой соседних волокон, который в сочетании с концевыми колпачками предотвращает смешивание текучих сред между теплонесущей средой и множеством извилистых каналов соседних волокон. 17. Адсорбционный контактор на основе волокон по п.14, в котором поток исходных материалов представляет собой топочный газ, природный газ, биологический газ, бытовой газ, отработанный газ,воду, угольный газ, воздух или среду, содержащую двуокись углерода. 18. Адсорбционный контактор на основе волокон по п.14, в котором контактор используется в способе адсорбции с циклическими колебаниями температуры. 19. Адсорбционный контактор на основе волокон по п.15, в котором теплонесущая среда представляет собой воду, водяной пар, пар, газ или их сочетания. 20. Способ адсорбции компонента из среды, включающий приведение в контакт среды с полым волокном, в котором полость расположена внутри волокна, содержащим множество извилистых каналов,множество элементов сорбента, контактирующих со множеством извилистых каналов, и барьерный слой,образующий покрытие стенки полости, для предотвращения смешивания текучих сред между полостью и множеством извилистых каналов; для селективной адсорбции компонента среды.- 24017479 21. Способ адсорбции компонента среды по п.20, дополнительно включающий в себя десорбцию компонента среды. 22. Способ адсорбции компонента среды по п.20, в котором среда содержит топочный газ, природный газ, биологический газ, бытовой газ, отработанный газ, воду, угольный газ, воздух или среду, содержащую двуокись углерода. 23. Способ адсорбции компонента из среды по п.20, дополнительно включающий в себя предотвращение смешивания текучих сред между средой и текучей средой теплообмена. 24. Способ адсорбции компонента среды по п.21, дополнительно включающий в себя повторное приведение в контакт и адсорбцию. 25. Способ адсорбции компонента из среды по п.24, в котором время цикла между последующими процессами адсорбции составляет менее 2 мин. 26. Способ по п.20, в котором компонент выбирают из СО 2, SOx, NOx и воды. 27. Способ по п.20, в котором компонент представляет собой СО 2. 28. Способ по п.27, в котором среда состоит из СО 2 и азота и элементы сорбента имеют селективность адсорбции по отношению к СО 2 по сравнению с азотом больше чем 5. 29. Способ по п.28, в котором среда состоит из потока топочного газа.

МПК / Метки

МПК: B01D 53/02

Метки: волокна, адсорбции, колебаниями, циклическими, способ, сорбента, композиция, температуры

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/30-17479-kompoziciya-volokna-sorbenta-i-sposob-adsorbcii-s-ciklicheskimi-kolebaniyami-temperatury.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Композиция волокна сорбента и способ адсорбции с циклическими колебаниями температуры</a>

Похожие патенты