專利名稱：吸附涂層組合物，及含有該組合物的層壓材料和吸附器組件及制造它們的方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于變壓吸附工藝的層壓材料和吸附器組件。
背景技術(shù)：
通過將氣體混合物流經(jīng)吸附劑，所述的吸附劑優(yōu)選吸附，相對混合物更不易吸附的組分，更容易吸附的組分從而實現(xiàn)氣體分離。這樣工藝的實例包括變溫吸附(TSA)和變壓吸附(PSA)。變壓吸附通常涉及氣態(tài)混合物經(jīng)由吸附劑的協(xié)調(diào)的壓力循環(huán)。在第一方向流動通過吸附床的間隔期間總壓力升高，在相反方向的流動間隔期間總壓力降低。隨循環(huán)的反復(fù)，較不易吸附的組分在第一方向濃縮，而更容易吸附的組分在相反的方向濃縮。
在該領(lǐng)域早期的工作中，Milton′s的US 2882243和2882244描述了制備A型和X型沸石，及使用這些材料以分離氣體混合物組分。本領(lǐng)域的其他研究人員認(rèn)識到使用小的而且均一晶體大小的沸石作為氣體分離工藝吸附劑的重要性。Kostinko′s的US 4443422描述了平均粒徑小于1.7μm的A沸石和平均粒徑小于2.2μm的X沸石，而且提供了在沸石制備領(lǐng)域中詳細(xì)的專利文獻(xiàn)總結(jié)。
商業(yè)化的氣體分離和化工氣體反應(yīng)器設(shè)備通常使用顆?；蛐∏驙钜员３志w與流體流動接觸。在許多場合，通過減少密閉容器體積、重量、成本、壓降和增加強(qiáng)度可實現(xiàn)另外的益處。體積的減少將導(dǎo)致流體速度的增加，其增加了流體對吸附劑顆粒的壓力，增加了設(shè)備長度之間的流體的壓降，而且流體和吸附劑之間可獲得的傳質(zhì)時間也減少了。
因此，需要開發(fā)堅固的、低流體阻力、高表面積的吸附劑載體，可克服顆粒吸附床的限制。
負(fù)載的吸附材料熟知用于TSA工藝中。例如，其上施加吸附材料的波紋材料熟知用于TSA工藝中。堅固的高表面積的吸附結(jié)構(gòu)例如堆疊的或螺旋纏繞的浸漬吸附劑的薄片材料，也熟知用于以相對低周期頻率操作的PSA設(shè)備中。這樣的吸附劑的結(jié)構(gòu)公開于Keefer′s的US4702903、4801308和5082473中，在此引入作為參考。keefer′s的US4801308中公開了具有包含吸附劑薄片的吸附結(jié)構(gòu)的設(shè)備。吸附劑薄片可用適用于旋轉(zhuǎn)型變壓吸附器中。例如keefer′s等的US 6051050公開了一種旋轉(zhuǎn)變壓吸附設(shè)備，其包括適于接受多個圓周間隔的吸附結(jié)構(gòu)，每一個結(jié)構(gòu)包括多個吸附薄片，在此引入作為參考。
如上所述的US 5082473中，通過變壓吸附(PSA)進(jìn)行的氣體分離可以通過使用多層平行通道的吸附器有利地進(jìn)行。這些“吸附劑層壓材料”吸附器可提供高比表面積和相對低的壓降。薄的吸附片由隔離層分開，所述的隔離層在相鄰的片之間形成間隙，因此在每一對相鄰的片之間形成了流動通道。

發(fā)明內(nèi)容
隨著PSA的發(fā)展，對緊湊設(shè)備的需求增加，所述的設(shè)備可以在比目前工業(yè)應(yīng)用中使用的相當(dāng)大的周期頻率下操作。顯而易見，熟知的吸附結(jié)構(gòu)是不夠的。例如，緊湊型設(shè)備例如可用于醫(yī)用制氧，相對于熟知的結(jié)構(gòu)需要大幅減少吸附結(jié)構(gòu)的重量。這些緊湊型設(shè)備也必須具有高的生產(chǎn)率和效率同時可生產(chǎn)可接受的純氣體。如果有太多的通道不一致，那么生產(chǎn)率和氣體純度要受損。如果一個流動通道比相鄰的氣體流動通道大，那么可能發(fā)生滲透產(chǎn)品的穿透，其使產(chǎn)品氣體的純度減少到不可接受的純度水平。而且，在大于每分鐘50個循環(huán)的循環(huán)頻率下操作的設(shè)備，比目前設(shè)備需要更多的流動通道的均一性和更少的壓降。如果在床間的壓降太大，那么更高的循環(huán)頻率例如約大于每分鐘100個的循環(huán)(cpm)不容易實現(xiàn)。隨循環(huán)頻率的穩(wěn)定增加，對能夠在這些更高頻率下操作的新吸附結(jié)構(gòu)的需求也增加。
高性能的吸附層壓材料必須用高精度制造，這樣吸附層之間的流動通道的厚度才均一。這有助于保持窄的濃度前峰，這樣可以高純度實現(xiàn)高的產(chǎn)品生產(chǎn)率和回收率。因此，在載體上施加吸附層的厚度及形成通道的隔離層的高度必須高精確度和一致性地建造。本發(fā)明提供的吸附層壓材料構(gòu)造可實現(xiàn)需要的精確度。
使用沸石作為活性吸附劑，可以使用各種的片載體制造吸附層壓材料。這些吸附層壓材料可成功地操作，用于在高PSA循環(huán)頻率下富集氧，例如每分鐘10個循環(huán)或更高，通常大于每分鐘50個循環(huán)，優(yōu)選每分鐘至少150個循環(huán)，更優(yōu)選每分鐘200個循環(huán)，甚至更優(yōu)選接近每分鐘300個循環(huán)或更高。
描述制造用于高頻率PSA工藝適合的吸附層壓材料的方法。該方法通常包括形成淤漿，所述的淤漿包括液體懸浮劑、吸附劑和粘合劑。通常公開的淤漿包括吸附劑和一種或多種通常能形成凝膠的膠態(tài)材料，例如膠態(tài)二氧化硅基粘合劑、膠態(tài)氧化鋁、膠態(tài)氧化鋯和這些膠態(tài)材料的混合物。吸附劑可以原位形成。淤漿可以是水基、有機(jī)基或含有有機(jī)材料的水性混合物。
通過將淤漿施加到載體材料上或?qū)⒂贊{加合到載體材料上制造層壓材料。對于具有兩個主要平面的載體材料，例如片，吸附組合物可以施加到載體材料的一面或兩面上。使用各種技術(shù)包括使用轉(zhuǎn)移輥、滾動涂布機(jī)、分離滾動涂布機(jī)、噴涂機(jī)、分離輥、溢流隙涂布機(jī)等將淤漿涂布到載體上。也可通過浸漬涂布、電泳沉積和其他用于涂料的方法，例如熟知的用于紙張涂布和其他工業(yè)的方法將吸附材料組合物施加到載體材料上。通過例如應(yīng)用導(dǎo)體材料例如石墨，使這樣的載體導(dǎo)電，從而通過電泳沉積可將吸附材料組合物施加到非導(dǎo)電載體上。
對于施加到載體材料上的淤漿，該方法可包括研磨淤漿形成研磨的淤漿，之后將研磨的淤漿施加到載體材料上。公開的實施方式中將淤漿從研磨之前起始大于200cps的粘度，隨后研磨到小于150cps的第二粘度。研磨中間體的淤漿增加了施加到載體上吸附材料的密度。對于Li交換的沸石，目前實施方式中使用的沸石的起始粒徑為約3～約3.3μm，這樣的沸石被研磨到第二粒徑為約2.5～約2.8μm。
施加于載體上的具體公開的淤漿包括水、異丙醇、Ludox(膠態(tài)二氧化硅粘合劑)、天然沸石產(chǎn)品例如Odorlok和其他希望的沸石。載體材料選自導(dǎo)電和非導(dǎo)電的材料，包括但不限制于玻璃纖維、陶瓷纖維、網(wǎng)布、不銹鋼、金屬箔、金屬網(wǎng)、碳纖維、纖維素材料、聚合材料及這些材料的組合物。對于金屬網(wǎng)載體材料，通過電泳沉積淤漿被有利地施加于金屬網(wǎng)上。金屬網(wǎng)例如通過氧化、陽極化、織物化及其組合進(jìn)行表面處理之后沉積淤漿材料。
層壓材料也可通過將載體材料與吸附淤漿組合物混合而制備。在這種情況下，公開的淤漿通常包括一般可形成凝膠的膠態(tài)材料例如膠態(tài)二氧化硅、陶瓷纖維、玻璃纖維和沸石。一種制造這樣的層壓材料的方法包括將淤漿沉積到金屬絲網(wǎng)上，將淤漿材料的水排干，壓制淤漿材料形成陶瓷吸附紙。活性粘合劑例如藻酸鹽粘合劑，可以施加到金屬絲網(wǎng)上的淤漿材料上。
在施加到吸附層上后，吸附劑通常是大孔的，在吸附材料中具有微孔的精細(xì)結(jié)構(gòu)，其中發(fā)生吸附分離，大孔較粗糙的結(jié)構(gòu)可提供增強(qiáng)的從流動通道到微孔的擴(kuò)散和對流。在通道的一個或兩個面上的吸附層的厚度必須足夠有效地實現(xiàn)PSA工藝的功能。
吸附劑結(jié)構(gòu)的大小可以變化。但是，通常公開的吸附層壓材料的流動通道的長度為約1cm～約1m，更通常的是約5cm～約30cm，通道間隙的高度為50～250μm，在片的一面或兩面的吸附涂層厚度為50～300μm。具有如此大小的吸附層壓材料用于在高達(dá)至少150循環(huán)/分鐘的PSA循環(huán)頻率下操作的設(shè)備中。流動通道長度可與循環(huán)速度關(guān)聯(lián)。在低的循環(huán)速度下，例如每分鐘約20～約40個循環(huán)，流動通道的長度可長達(dá)一米。對于每分鐘大于40個循環(huán)時，流動通道的長度通常要減少，可從約5cm～約30cm變化。本發(fā)明預(yù)期吸附涂層為5～100μm厚，更優(yōu)選為約25～60μm厚，對于每分鐘300個循環(huán)或更多的情況涂層更薄。
在吸附層壓材料上形成隔離層以將一種層壓材料與另一種隔開。隔離層的大小是均一的，或可沿層壓材料變化，例如從層壓材料的第一端到第二端高度增加。可以在層壓材料上形成排氣孔，其可使流體在相鄰?fù)ǖ乐g流動而且擴(kuò)散，由此促進(jìn)了在吸附結(jié)構(gòu)中的壓力均衡。排氣孔通常用于補(bǔ)償流動通道結(jié)構(gòu)和大小的非均一性。
也描述了吸附器組件，包括至少兩個層壓材料，及包括隔離層及可能的排氣孔。吸附器組件可以堆疊或沿氣體流動路徑串聯(lián)構(gòu)造。本發(fā)明描述的層壓材料和/或一個或多個吸附器組件可用于PSA工藝和設(shè)備，特別是在高循環(huán)頻率下操作的旋轉(zhuǎn)PSA設(shè)備。這樣的設(shè)備可以連接到其他的設(shè)備上例如燃料池上。
附圖簡述

圖1是在兩面涂布(雙面涂布)吸附劑的第一層壓材料和僅在一面施加吸附材料(單面涂布)的第二層壓材料。
圖2是將淤漿組合物施加到載體材料上的滾動涂布機(jī)。
圖3是將淤漿組合物施加到載體材料上的分離式滾動涂布機(jī)。
圖4是將淤漿材料施加到載體上的壓頭箱的一個實施方式。
圖5是圖4壓頭箱的展開圖。
圖6A是彼此相鄰由隔離層彼此隔開的多個層壓材料片的側(cè)面示意圖。
圖6B是由圖6A多個層壓材料形成的吸附器組件。
圖7是位于箔兩面的用光蝕刻掩模進(jìn)行金屬箔蝕刻形成的隔離層。
圖8隔離層示意圖。
圖9是在流動通道平面內(nèi)的吸附層壓材料的一部分。
圖10是圖9示意的層壓材料沿A-A線的橫截面。
圖11是圖9示意的層壓材料沿B-B線的橫截面。
圖12是圖9示意的層壓材料沿C-C線的橫截面。
圖13A是多個層壓材料片的平面示意圖，所述的層壓材料彼此相鄰位于模子的周圍，并具有多個隔離層將層壓材料片彼此隔開。
圖13B是由圖13A示意的多個層壓材料形成的吸附劑組件。
圖14A是同心纏繞的連續(xù)的吸附片的平面示意圖，所述的片在其上有隔離層以將吸附片的同心環(huán)彼此隔開。
圖14B是通過結(jié)合螺旋纏繞連續(xù)的層壓材料片形成的吸附器組件的片段示意圖。
圖14C示意了用于安置螺旋纏繞層壓材料的密閉室。
圖14D是與示意于圖14C中的密閉室一起使用的輻式軸的平面圖。
圖15A是多個層壓材料片的側(cè)視圖，在它們之間具有隔片沿氣體流動方向高度減少。
圖15B是圖15A中的多個層壓材料片通過結(jié)合在一起形成輻射狀的吸附器組件。
圖16是在吸附劑片中顯示有排氣孔的本發(fā)明的吸附結(jié)構(gòu)的部分的橫截面示意圖。
圖17是圖16示意的一種吸附劑片的頂視圖，具有通過其形成的排氣孔圖18是用于制造本發(fā)明具有排氣孔的層壓材料模板的一個實施方式的頂視圖。
圖19是特別適合于小型氧分離的旋轉(zhuǎn)變壓吸附設(shè)備的示意圖。
圖20是沿612～613線切割的圖26示意的設(shè)備的橫截面圖。
圖21是沿614～615和616～617線限定的平面內(nèi)的轉(zhuǎn)子的端口。
圖22是沿614～615線限定的平面內(nèi)的定子閥面，具有排氣隔室直接排放到重產(chǎn)品輸送導(dǎo)管中。
圖23是沿614～615線限定的平面內(nèi)的定子閥面，具有排氣裝置包括真空泵并在環(huán)境壓力下將逆流放空物流直接釋放到重產(chǎn)品輸送導(dǎo)管。
圖24是圖26沿616～617線的定子閥面和分離物流輕回流驟冷器用于輕回流泄壓回收能量。
圖25沿616～617線的定子閥面及使用節(jié)流孔泄壓。
圖26是具有通過其中開孔的兩個吸附劑片的示意圖，而且吸附劑片彼此交錯以形成通過該結(jié)構(gòu)的氣體流動通道。
圖27是固定床旋轉(zhuǎn)PSA的橫截面示意圖。
圖28是固定床旋轉(zhuǎn)PSA的橫截面示意圖。
詳細(xì)描述I.引言在優(yōu)選氣體吸附操作的氣體分離設(shè)備需要吸附器結(jié)構(gòu)，氣體混合物可經(jīng)由、通過或在其周圍流動以實現(xiàn)氣體吸附。包括吸附材料的淤漿可用于形成這些吸附結(jié)構(gòu)，本發(fā)明指層壓材料或吸附器組件。淤漿與載體材料結(jié)合或被施加到載體材料上以形成吸附層壓材料或組件。淤漿材料、制造含有該材料淤漿的方法，及使用這些淤漿制造層壓材料或吸附器組件的方法，將在以下更詳細(xì)地描述。
II.定義1、載體一載體是這樣一種任何的材料，吸附材料可施加到其上或周圍以形成吸附結(jié)構(gòu)。
2、層壓材料一是由載體和至少一種吸附材料及可能的其他材料例如催化劑形成的一種結(jié)構(gòu)，氣體混合物可經(jīng)由、通過或在其周圍流動以進(jìn)行氣體吸附、分離和/或氣相化學(xué)反應(yīng)。
3、吸附器組件一是由多個層壓材料形成或由拉伸的層壓材料例如螺旋纏繞的層壓材料形成的結(jié)構(gòu)。
4、PSA設(shè)備一是這樣一種設(shè)備，包括工藝流體和至少一種吸附器材料，使工藝流體和至少一種吸附器能夠進(jìn)行PSA工藝。
5、隔離層一是這樣的一種結(jié)構(gòu)或材料，其形成吸附層壓材料之間的隔離?？墒褂玫母綦x層類型選自但不限制于尺寸精確的塑料、金屬、玻璃或碳網(wǎng)；塑料膜或金屬箔；塑料、金屬、玻璃、陶瓷或碳纖維和線；陶瓷柱、塑料、玻璃、陶瓷或金屬球、卵形物或盤或其組合。
III.淤漿組合物公開的淤漿通常包括用于懸浮固體材料的液體、粘合劑及吸附劑和/或催化材料例如沸石。
1、液體水、極性有機(jī)液體及其混合物可用于懸浮淤漿固體。水是用于形成適當(dāng)淤漿主要的液體。盡管不必要，但有機(jī)材料有助于形成和涂布過程，可與粘合劑材料相互作用以促進(jìn)粘合劑的結(jié)合活性，因此形成更強(qiáng)的基質(zhì)用于持留吸附材料。
盡管可以任選許多不同的有機(jī)材料，但在公開的實施方式中使用醇。特別有用的是脂肪醇具有10個或更少的碳原子，以下稱低級醇。更典型的是脂肪醇是低級烷基醇。公開的實施方式中通常使用異丙醇。
2、粘合劑粘合劑的選擇取決于具體選擇的吸附材料，其本身取決于包括吸附層壓材料設(shè)備運(yùn)行的發(fā)明任務(wù)。有利的是使用能夠作為粘合劑和/或形成凝膠的膠態(tài)材料。這樣的膠態(tài)材料包括但不限制于膠態(tài)二氧化硅基粘合劑、膠態(tài)氧化鋁、膠態(tài)氧化鋯及這些膠態(tài)材料的混合物?！澳z態(tài)二氧化硅”是指穩(wěn)定的不連續(xù)的無定形二氧化硅顆粒，粒徑為約1～約100nm。公開的實施方式中使用的膠態(tài)二氧化硅的平均粒徑為約5～約40nm，平均表面積大于約200m2/g，通常為約220～230m2/g。適當(dāng)?shù)哪z態(tài)二氧化硅材料可以進(jìn)行表面改性，例如用氧化鋁進(jìn)行表面改性。膠態(tài)氧化硅可以從許多公司如Eka Chemicals、Grace Davison、Nalco等商業(yè)獲得。
Ludox是用于公開實施方式的膠態(tài)二氧化硅粘合劑的一個實例。Ludox可以許多制劑包括HS30和HS40得到。Ludox可以單獨(dú)使用或與其它材料例如Odorlok一起結(jié)合使用。根據(jù)沸石-Material SafetyData Sheet(Canada)，Odorlok包括約14％的氧化鋁、3％的氧化鈣、1％的氧化鎂和約4％的晶體硅，其余為惰性成分。Odorlok明顯地在沸石顆粒之間橋式連接，與那些僅使用膠態(tài)二氧化硅作為粘合劑相比，對得到的層壓材料的強(qiáng)度有利。
層壓材料的強(qiáng)度可以進(jìn)一步通過使用另外的強(qiáng)度增加劑進(jìn)行增強(qiáng)。粘土材料例如坡縷石(也稱綠坡縷石)，其為水合的硅酸鋁鎂，可用作粘合劑單獨(dú)使用或與其他粘合劑結(jié)合使用。坡縷石具有開放的晶體結(jié)構(gòu)特別用于接受吸附劑。
無機(jī)粘合劑可以是惰性的；但某些無機(jī)粘合劑例如粘土與沸石吸附劑一起使用被原位從高嶺土粘合劑轉(zhuǎn)化為沸石，這樣沸石自粘合含有最少的惰性材料。用于結(jié)合活性炭顆粒的有機(jī)粘合劑可以被水解以形成有用的含碳吸附劑。
3、吸附劑和催化劑實際上任何吸附材料可用于實施本發(fā)明。特定的吸附材料的選擇主要取決于所希望的功能，例如相對混合物中的其他氣體優(yōu)選吸附一種氣體例如氮?dú)?，其次是取決于其他因素例如可獲得性和成本。適當(dāng)?shù)奈讲牧贤ǔ榉惺?，其是高度結(jié)晶的硅鋁酸鹽材料，包括[SiO4]4-和[AlO4]5-四面體單元。沸石通常含有由氧橋結(jié)合的Si和Al，總的為負(fù)電荷，需要正電荷反離子例如Na+、K+及Ca2+。沸石可以是親水性的沸石(例如適當(dāng)?shù)碾x子交換的X、A或菱沸石型沸石用于空氣分離和氫的精制)或疏水性沸石(例如Y、富硅沸石、硅酸鹽或硅沸石用于從潮濕空氣中分離有機(jī)蒸氣)。
用于從混合物中分離氣體的沸石已眾所周知，描述于專利和其他文獻(xiàn)中。實例包括US專利2882244公開了直接合成和從鈉X沸石使用硝酸鋅得到離子交換的鋅X沸石。
LiX沸石報道于US 3140933中用于氧氮分離。
US 4481018描述了各種多價陽離子(特別是堿土金屬元素Mg、Ca、Sr和Ba)的X沸石和八面沸石，其熟知有低的硅鋁比約為1～1.2。
US 4557736公開了通過用幾種二價陽離子進(jìn)行離子交換可獲得離子位改性X沸石，以得到二元離子交換的X沸石。二元離子交換的沸石包括鈣和鍶具有更高的氮吸附容量、低的氮吸附熱和良好的氮選擇性用于空氣分離。
X沸石可以用Li交換以提供改進(jìn)的氮選擇性吸附劑，如在US4859217中的描述，其聲稱當(dāng)用Li陽離子與X沸石進(jìn)行交換，交換度大于88％時可得到改進(jìn)的氮吸附劑。使用通常的離子交換方法及4～12倍化學(xué)計量過量的Li鹽，可以進(jìn)行堿性鈉或鈉-鉀形式的X沸石的交換。
用堿土金屬進(jìn)行的沸石的多價陽離子交換公開于US 4,964,889中。
US專利4880443中的題目為“Molecular Sieve Oxygen Concentratorwith Secondary Oxygen Purifier”，教導(dǎo)具有5 AMG沸石的沸石分子篩床與碳分子篩床結(jié)合。
US 4,925,460描述了含Li的菱沸石。
US 5258058，題目為“Nitrogen Adsorption with a Divalent CationExchanged Lithium X-Zeolite”，描述通過Kuhl方法制造鈉、鉀LSX-沸石(“Crystallization of Low-Silica Faujasite”，Zeolite 7451(1987))。通過使用6.3倍當(dāng)量過量的2.2M LiCl在100℃下經(jīng)過5次靜態(tài)交換，通過離子交換鈉、鉀LSX-沸石粉末從而制備Li LSX沸石。鈉LSX沸石通過使用4.2倍當(dāng)量過量的1.1M NaCl在100℃下經(jīng)過3次靜態(tài)交換，通過離子交換鈉、鉀LSX-沸石而制備。不同交換度的M2+、Li LSX-沸石通過如下方法制備將不同樣品的起始制備的Li LSX-沸石粉末加入化學(xué)計量的0.1N M2+鹽溶液中，pH為5.6～7.0，在室溫下攪拌約4小時。
US 5174979、5258058、5413625、5417957、5419891和5152813及5464467描述了二元Li-和堿土金屬交換的X沸石。
EPA 0685429和EPA 0685430描述了含Li的沸石EMT；及UK專利1580928描述了制造低硅X沸石的方法(“LSX”，其中LSX是這樣一種沸石，在文獻(xiàn)中Si/Al＝1)。該方法包括制備鈉源、鉀源、鋁酸鹽和硅酸鹽的含水混合物，在低于50℃下結(jié)晶該混合物，或在50℃或以下老化該混合物，隨后在60°～100℃下結(jié)晶所述的混合物。
堿金屬離子交換的沸石的性質(zhì)和用途D.Barthomeuf進(jìn)行了綜述，見“Basic ZeoliteCharacterization and Uses in Adsorption and Cataysis”，出版于Catalysis Review，Science and Engineering，(1996)，Vol.38，N4，p.521。當(dāng)堿性的沸石與所希望的陽離子的鹽緊密固態(tài)接觸，如果必要加熱混合物，也可進(jìn)行沸石的陽離子交換。這由Karge進(jìn)行了詳細(xì)的討論[H.G.Karge“Solid State Reaction of Zeolites”，in Studies in SurfaceScience and Catalysis，Vol.105C，Elsevier(Amsterdam)(1996)]，“Progressin Zeolite and Microporous Materials”(H.Chon，S.-K.Ihm and Y.S.Uh(Editors)p1901～1948)。在沸石鈉Y和金屬氯化物(包括氯化鋰和氯化鉀)間進(jìn)行的固態(tài)離子交換由Borbely等進(jìn)行了描述[G.Borbely，H.K.Beyer，L.Radics，P.Sandor and H.G.KargeZeolites(1989)9，428～431]。
Gunter和H.Kuhl在“Crystallization of Low-Silica Faujasite”，Zeolites(1987)7，p451中公開了包括將鋁酸鈉溶解在水中并加入NaOH和KOH制備低硅X沸石的方法。硅酸鈉用剩余的水稀釋，并迅速加入到NaAlO2-NaOH-KOH溶液中。然后老化凝膠的混合物；及在Breck的全面專論第8章中詳盡地討論了離子交換(DonaldW.Breck“Zeolite Molecular Sieves”，Pub.Wiley，New York，1973)。通常的沸石離子交換是這樣進(jìn)行的通過與沸石接觸，或是粉末或是聚集體形式，使用批次或或連續(xù)的方法，并使用要引入的陽離子鹽的水溶液。這些步驟在Breck的第7章中進(jìn)行了詳細(xì)地描述，最近Townsend作了更詳細(xì)的評述[R.P.Townsend“Ion Exchage in Zeolites”，in Studiesin Surface and Catalysis，Elsvier(Amsterdam)(1991)]。
吸附劑在高的操作溫度下(例如約250℃～約800℃)對于二氧化碳是選擇性的。本領(lǐng)域熟知的適當(dāng)?shù)奈絼┌▔A促進(jìn)的材料。說明性的堿促進(jìn)的材料包括含有堿金屬陽離子的那些，例如Li、Na、K、Cs、Rb和/或堿土金屬例如Ca、Sr和Ba。材料通常作為堿金屬或堿土金屬的氫氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽、乙酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽或有機(jī)酸鹽化合物提供。這樣的化合物可沉積在任何適當(dāng)?shù)幕|(zhì)上例如氧化鋁。具體材料的實例包括浸漬有碳酸鉀的氧化鋁和用碳酸鉀促進(jìn)的水滑石。
也可以使用混合離子吸附劑。例如不限制于適當(dāng)?shù)幕旌想x子吸附劑，包括含有銀和銅的Li基沸石，例如在Yang等的PCT/US99/29666中描述的那些，國際公開號WO 00/40332，在此引入作為參考。干燥劑Kumar(AP)的US 4711645，“Removal of water and CO2fromatmospheric air”中討論了使用活性氧化鋁、沸石(13X、5A、Na型絲光沸石)用于吸附變壓吸附工藝中。
Ghosh，TK的“Solid Dessicant Dehumidification System”，Stud.Surf.Sci.Catal.，Vol.120(1988)，p.879中討論了變溫吸附，特別是SiO2、活性氧化鋁、13X和疏水性沸石用于水的去除。
VOCGrime的US 5968235(Ransburg公司)的“Method for VOCAbatement”中討論了硅鋁酸鹽凝膠用于去除VOCs。
空氣預(yù)精制Rege，SU的“Sorbents for Air Purification in Air Separation”，Chem.Eng.Sci.，55(2000)pp.4827～4833中13X、AA、斜發(fā)沸石(K、Ca)用于變溫吸附、變壓吸附工藝。
US 5052188 Komameni(Gas Res.Inst.)的“Dessicant material foruse in gas fired cooling and dehumidifying Equipment”中討論了Y-型沸石用于水的去除。
US 667,560 Dunne(UOP)題目為“Ce-exchange zeolite Y for waterremoval”。
US 4702749 Sircar(AP)的“Techniques for surface oxidation ofactivated carbons”中討論使用13X和活性氧化鋁用于變溫吸附和變壓吸附。
US 5232474 Jain(BOC)的“Pre-purification of air”中討論了活性氧化鋁用于從空氣中分離CO2和H2O。
US 5587003 Bulow討論了使用斜發(fā)沸石用于變壓吸附工藝從空氣中除去CO2。
氫的分離和精制US 5897686 Golden(AP)的“CO2removal form H2，CO2and CO”中討論使用13X(1st)、3A(2nd)進(jìn)行變壓吸附。
CO和烯烴分離US 4717398 Pearce(BP Chemicals)中討論了CuY，Si/Al 1.5～3.0沸石。
US 3789106 Hay(l’Air Liquide)討論了Cu絲光沸石。
US 5175137 Golden(Air Products)中討論了活性氧化鋁、活性炭上的Cu。
US 4917711 Xie(Peking Univ.)討論了沸石、氧化鋁、氧化硅和活性炭上的CuCl。
US 3497462 Kruerke(Union Carbide)討論了Cu(I)沸石的合成。CO2的去除US 5980611 Kumar(BOC)中討論了Si/Al＞1.5的沸石用于CO2的分離。
US 5531808 Ojo(BOC)的“CO2removal from gas streams usingLSX zeolite”中討論了許多不同的陽離子。
CO的去除US 4765808 Oigo中討論了BaX用于經(jīng)由N2去除CO。
CO2的精制Chue，K.T.Ind.Eng.Chem.Res.，1995，34，591～598中討論了活性炭與13X用于CO2回收的比較。
通過Sn活性炭在PSA中CO的去除Iyuke，S.E.，Chem.Eng.Sci.55(2000)4745～4755。
菱沸石US 4925460 Coe(AP)中討論了Li菱沸石。
US 4747854 Maroulis中討論了陽離子交換的材料，包括Ca、Mg、Li、Na和比較了CaX、Ca絲光沸石和Ca菱沸石。
US 4732584 Coe討論了Ca菱沸石用于精制而不是大宗分離。
水氣變換熟知[J.J.Verdonck，P.A.Jacobs，J.B.Uytterhoeven，“Catalysis by aRuthenium Complex Heterogenized in Faujasite-type Zeolitesthe waterGas-Shift Reaction”，J.C.S.Chem.Comm.，pp.181～182，1979]在X、Y沸石內(nèi)穩(wěn)定的釕絡(luò)合物可提供比常規(guī)的銅基催化劑更高的水氣變換催化活性。其他的本領(lǐng)域熟知的水氣變換催化劑包括負(fù)載在二氧化鈰和過渡金屬碳化物上的鉑。鐵鉻催化劑用于在更高溫度下的水氣變換反應(yīng)中。Keefer等的2001年10月26日申請的US專利題目為“Systemsand Processes for Providing Hydrogen to Fuel Cells”，在此引入作為參考。
氫的精制Sircar，S.and Golden，T.C.-“Purification of Hydrogen by PressureSwing Adsorption”，Separation and Sci and Technol，35(5)，pp.667～687，2000，其討論了5A和活性炭。
Sircar，S.and Golden T.C.，“Sep.Sci.Tech.，”Vol.35，issue No.5，p.667(2000)，其提及使用標(biāo)準(zhǔn)吸附劑用于變壓吸附工藝。
吸附劑和催化劑可用于分離增強(qiáng)反應(yīng)器中(SER)。SER系統(tǒng)的實例包括蒸汽甲烷重整和氨合成。蒸汽甲烷重整用于從天然氣生產(chǎn)氫。蒸汽重催化劑(例如負(fù)載于氧化鋁上的鎳或鉑族金屬)和高溫二氧化碳吸附劑負(fù)載于反應(yīng)器/吸附器中。二氧化碳吸附劑是基于碳酸鉀促進(jìn)的水滑石，其由J.R.Hufton，S.G.Mayorga and S.Sircar開發(fā)的，見“Sorption Enhanced Reaction Process for HydrogenProduction”，AIChEJ 45，248(1999)，或另一高溫二氧化碳吸附劑在高蒸汽分壓下同樣有效。
在氨合成的實例中，反應(yīng)物是氫和氮，其可反應(yīng)生產(chǎn)氨。在US4702903中的一個機(jī)械實施方式中，使用單一的顆粒吸附器操作小型規(guī)模的設(shè)備。吸附器中裝填了還原的鐵催化劑301和作為吸附劑的13X沸石和硅膠。
通過使用3A(鉀型的A沸石)可以實現(xiàn)乙醇脫水。
沸石也可商業(yè)得到從這樣的來源如PA Valley Forge的Zeolyst。
除沸石外的其他材料可以單獨(dú)使用或結(jié)合使用以形成層壓材料和含有淤漿材料的吸附器組件。例如，吸附劑可以是氧化鋁凝膠或活性炭，包括碳纖維。吸附劑可以是催化活性的，或包括催化劑的加合物。吸附材料也可是前體(例如偏高嶺土)，在形成層壓材料后原位轉(zhuǎn)化為有用的吸附劑，例如在涂布到載體上后。
吸附材料通常用作細(xì)碎的顆粒，優(yōu)選具有窄的基本上均一的尺寸分布。顆粒尺寸通常小于10μm，更通常為小于5μm。優(yōu)選選擇粒徑以提供適當(dāng)?shù)拇罂讛U(kuò)散。
4、另外的材料可在公開的淤漿中加入除上述那些材料以外的材料。這樣材料的一個實例是水溶性高分子量的聚合有機(jī)材料，例如高分子量的聚乙烯醇。相對于淤漿施加到載體上的載體材料，當(dāng)載體材料加入到淤漿中時，通常使用高分子量材料。這些高分子量的材料被加入到淤漿中以改進(jìn)層壓材料的原始強(qiáng)度(即焙燒前的強(qiáng)度)。
絮凝劑也可用于形成公開的淤漿。當(dāng)載體材料加入淤漿中時通常使用絮凝劑。有用的一個實例是當(dāng)與粘合劑材料例如膠態(tài)二氧化硅結(jié)合使用時，絮凝劑是陽離子淀粉。
對于電泳沉積(PED)，長鏈聚合纖維，例如直徑約為0.1μm～約5μm，長度為約1μm～約150μm，在一端帶正電荷或在另一端帶負(fù)電荷，加入到懸浮液中以將場方向定位到與涂布層壓材料垂直的方向。這些纖維優(yōu)選以與基質(zhì)大體垂直的定位進(jìn)入涂層。在涂層中纖維隨機(jī)定位，但也可由模板形成的靜電場梯度導(dǎo)向從而將纖維以規(guī)則的圖案(例如六角形)定位。經(jīng)隨后的吸附涂層的焙燒，通過揮發(fā)、水解或組合去除這些纖維以形成如希望的開放的直的大孔。如果纖維通過模板在涂層內(nèi)以規(guī)則的排列定位，它們形成希望的具有大約相等間隔的柱狀排列的大孔。
IV.在公開淤漿中相關(guān)材料的量1、涂布載體的淤漿對于施加到載體材料上的淤漿，本發(fā)明的一個目的是增加施加到載體上吸附材料的量(例如由每單位載體面積的沸石質(zhì)量確定的密度)。這需要增加加入到淤漿中沸石的量。相對于熟知的組合物，公開的本發(fā)明明顯增加了施加到載體上吸附材料的量。
這樣的淤漿公開實施方式中典型的固體與液體分?jǐn)?shù)為約40wt％液體/60wt％固體。一個實施例的2L淤漿組合物，被施加到載體上形成特定的公開實施方式的層壓材料，提供于如下的表1中。
表1

2、含有載體材料的淤漿含有載體材料的淤漿通常，相對于施加到載體材料上的淤漿，加入淤漿中吸附材料的量不太濃。例如，公開的實施方式中加入的載體材料通常包括小于約20wt％的固體，通常10％或更少的固體，通常為約2wt％～約10wt％的固體。
表2提供加入的干材料的相對量以形成一個實施例的淤漿，而且載體材料與其加合。陶瓷纖維的平均直徑小于約10μm，通常為約3μm～約6μm。玻璃纖維是相對長的纖維，平均典型的長度大于約12mm，優(yōu)選短于約50mm。研磨的玻璃纖維的纖維直徑小于約20μm，通常直徑為約10～約15μm。
表2

V.淤漿的形成本發(fā)明公開的淤漿在高剪切混合器中制備。其中材料的混合順序可以變化，混合順序?qū)τ谛纬傻挠贊{的有效性并不關(guān)鍵。
加入所有的非吸附材料以形成均一的混合物。然后在連續(xù)混合下緩慢地將吸附材料加入到均一的混合物中。隨吸附材料的加入，混合物的粘度增加。這樣形成的淤漿本發(fā)明稱中間體淤漿的粘度，由Brookfield粘度計在約100rpm的混合器轉(zhuǎn)速下測定25℃為約230厘泊(cps)。
使用球或罐形磨可改變中間體淤漿的粒徑分布。部分淤漿置于含有研磨劑例如陶瓷巖石的容器中，將罐置于罐形磨上。中間體淤漿由罐形磨處理的時間取決于許多因素包括罐中淤漿的量、研磨石的尺寸、起始的淤漿粘度、罐的轉(zhuǎn)速等。該方法的實施方式濕磨淤漿組分的時間為約10分鐘～約3天，典型的研磨時間為約4～約24小時。研磨中間體淤漿使淤漿的粘度從25℃的第一粘度大于約200cps典型地為約230cps，減少到第二粘度通常小于約150cps例如約140cps。
研磨淤漿可給施加于載體材料上的淤漿提供幾個明顯的優(yōu)點(diǎn)。改變中間體淤漿的平均粒徑分布增加了層壓材料上吸附劑的密度。而且，改變中間體淤漿的平均粒徑分布可制造長度更長更不易粉塵化的更好的層壓材料。
VI.吸附劑載體材料任何的材料，公開的淤漿可施加到其上形成層壓材料，或其加到淤漿中可形成層壓材料，然后用于氣體分離或氣相反應(yīng)設(shè)備中，可用作載體材料。這樣的材料包括但不限制于玻璃纖維、研磨的玻璃纖維、玻璃纖維布、纖維玻璃、纖維玻璃網(wǎng)布、陶瓷纖維、金屬絲織物網(wǎng)、網(wǎng)形鐵、壓紋金屬，表面處理的材料包括但不限制于表面處理的金屬、金屬箔、金屬網(wǎng)、碳纖維、纖維素纖維、聚合材料和這些材料的組合物。整塊結(jié)構(gòu)、擠出或其他的例如堇青石也可以使用。涂布的載體通常含有兩個主要相對的表面，可在一個或兩個表面上進(jìn)行涂布。見圖1，其說明雙面涂層2和單面涂層4。對于上述兩個說明性實施方式的載體是不銹鋼絲網(wǎng)。雙面涂層2的吸附層厚度在圖1A中標(biāo)記為X。單面涂層的吸附層厚度在圖1B中標(biāo)記為Y。載體片可以是單個的、預(yù)先具有一定大小的片，或由連續(xù)的片材料制造。基質(zhì)及施加的吸附劑或其他材料(例如干燥劑、催化劑等)的厚度通常為約10μm～約500μm，更典型地為約150μm～300μm。
金屬網(wǎng)載體可提供希望的高熱容量和傳導(dǎo)性的熱性能，其可使PSA循環(huán)“恒溫”以減少溫度的波動，當(dāng)在更加絕熱條件下進(jìn)行時，波動可使工藝劣化。
金屬箔要在高精度的厚度尺寸控制下進(jìn)行制造。因此，需要一種方法以用精確控制厚度的薄的吸附層涂布金屬箔，并具有必要的良好的粘合性。進(jìn)行這樣操作的一個方法是電泳沉積。
金屬箔可以由但不限制于鋁、鋼、鎳、不銹鋼或其合金組成。為將電泳吸附涂層粘合到金屬箔上，金屬箔表面可被氧化，優(yōu)選粗糙化以利于潤濕和結(jié)合性能。在空氣或氧氣的爐中通過加熱施加氧化涂層，如Dunne的公開(US 5260243)用于將沸石淤漿滑動涂布到鋁管上。如Chapman等的US 4279782和4331631中所公開的，金屬箔可以通過含鋁的鐵素體不銹鋼的金屬剝離并加工而形成，這樣氧化鋁的須晶可基本上覆蓋氧化物膜。
制備鋁箔的氧化物表面的優(yōu)選方法是通過在酸性條件下進(jìn)行陽極化處理，這樣形成約1～2μm厚的氧化鋁層，密集的六邊形柱形排列孔規(guī)則地間隔大約為0.2～1.5μm。如Furneaux等的討論(US 4687551)，孔間隔正比于施加的電壓，陽極化處理的電壓為200V時孔間隔為約0.5μm。陽極孔的結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)異的粘合性，可用作模板用于在陽極膜孔的六邊形圖案上形成希望的規(guī)則的柱形定向的大孔。在電泳涂布過程中，六邊形的模板圖案干擾要形成涂層中的靜電場，以形成優(yōu)選的具有希望柱形排列的孔隙率分布。
其他的基質(zhì)表面具有微觀結(jié)構(gòu)的方法也可使用。例如，光蝕刻掩?？尚纬梢?guī)則的圖案以類似地影響沉積中涂層中的靜電場。同樣任何這樣的技術(shù)也可使用以提供模板圖案實現(xiàn)具有定向大孔吸附涂層的沉積，所述的大孔在那樣的圖案中與最后層壓材料表面垂直，因此接近理想的非扭曲的大孔網(wǎng)絡(luò)，在高頻率操作條件下具有高度希望的優(yōu)異的傳質(zhì)性能。
在金屬基質(zhì)上可形成層壓材料的薄片，所述基質(zhì)的寬度等于PSA工藝中在流動方向的層壓材料吸附器的長度。基質(zhì)的寬度也可是吸附器長度的整數(shù)倍，之后形成具有一定大小的基質(zhì)。希望的是施加的片涂層的方向在安裝后與以后流動的方向垂直，這樣任何橫向的涂層不規(guī)則性可在流動通道中均等的分布。在一卷金屬箔被涂布后，例如連續(xù)經(jīng)過EPD浴，其被干燥并在約150℃～約800℃下焙燒(如果需要)。該卷可被切成適當(dāng)大小的片以組裝在層壓材料吸附器中。
另外，層壓材料吸附器可由多個條組裝，所述的條安裝在與流動方向直角的方向，其寬度是層壓材料吸附器安裝的流動方向長度的一部分。于是每一個片層由多個獨(dú)立的條組成。通過吸附器的流動通道因此橫過多個這些片從吸附器進(jìn)料端進(jìn)入產(chǎn)品端。當(dāng)工藝?yán)鏟SA工藝需要在沿流動通道長度方向不同的區(qū)域中有不同吸附器和/或催化劑的層疊吸附器時，有利的是條可以由不同的吸附材料和/或催化材料制備。例如，在進(jìn)料端的第一片中的吸附器可以是氧化鋁或其他干燥劑。朝向產(chǎn)品端的吸附片可使用更好選擇性的吸附劑，其功能可被過量的濕度所損害。這些條基于金屬箔帶，對于每一種吸附材料在單獨(dú)的浴中獨(dú)立地由EPD涂布。
VII.形成層壓材料的方法通常，工藝速度顯示了傳質(zhì)阻力，部分是由于各種表面的阻力。層壓材料通過提供(a)高表面體積比和，(b)制造負(fù)載活性吸附劑/催化劑的具有均一最小厚度的結(jié)構(gòu)，從而使這些阻力減少到最小。
1、涂布載體材料A.滾動涂布圖2顯示了一個滾動涂布機(jī)用于將公開的淤漿組合物施加到載體材料的一面或兩面上。參考圖2，涂層體系10包括用于接受吸附淤漿的容器12。輥14由軸16支承并繞其周圍轉(zhuǎn)動，所述的軸由馬達(dá)驅(qū)動(未示意)，這樣布置要使輥的一部分處于淤漿18中。載體材料20的移動網(wǎng)移動通過在淤漿18中浸漬潤濕的輥14的表面22。以這樣的方式，載體材料20的移動網(wǎng)的一面被吸附淤漿18涂布。如果載體材料20是多孔的，例如金屬網(wǎng)、纖維玻璃或其組合物，那么涂布載體一面可有效地將淤漿材料施加到載體的兩面。但是，并非所有的載體都是多孔的。如果非多孔載體材料的僅一面被涂布，那么未涂布的一面可作為隔離層用于將涂布的面彼此隔開。另外，通過將載體材料相反的面經(jīng)過輥14，移動網(wǎng)20的第二面可用相同的淤漿材料18，或不同的淤漿材料進(jìn)行涂布。
圖3說明分離滾動涂布機(jī)系統(tǒng)30，其可用于將不同的涂布組合物施加到載體材料的不同部分。分離滾動涂布機(jī)30的說明性實施方式包括用于接受第一吸附組合物36的第一段34的容器32。容器32也包括用于接受吸附組合物40的第二段38，所述的組合物可與第一組合物36相同或不同。通常，分離滾動涂布機(jī)30用于將兩種不同的淤漿組合物施加到載體上。如果使用兩種不同的淤漿組合物，那么段34和38通過壁或擋板42彼此分開以防止吸附組合物36和40混合。
位于段34中的是第一輥44。位于段38中的是第二輥46。輥44和46被支承在共軸48上并圍繞其轉(zhuǎn)動。另外，輥42和44可支承在不同的軸上并圍繞不同的軸轉(zhuǎn)動。載體材料50例如以連續(xù)片的形式，被移動分別通過輥44和46的表面52和54，通過輥經(jīng)過組合物的轉(zhuǎn)動將吸附組合物36和40施加到輥上。
吸附組合物可以泵送到壓頭箱60中以將淤漿組合物施加到載體材料上。圖4說明壓頭箱60的一個實施方式，圖5提供了該壓頭箱的展開圖。移動載體材料(未示意)被移動以與淤漿組合物接觸，因此用吸附組合物涂布在載體材料的至少一面上。說明性的壓頭箱60包括與軸64連接的馬達(dá)62。軸64驅(qū)動滾動涂布機(jī)，例如分離滾動涂布機(jī)30，容器32如上所述。泵(未示意)將淤漿組合物輸送到容器32中。容器32包括溢流室66a、66b用于通過槽68從容器32中將淤漿材料排干到淤漿容器中(未示意)。使用計量刮刀70以保持滾動涂布機(jī)30上的淤漿量相當(dāng)穩(wěn)定。壓頭箱60也包括載體材料通過的刮粉刀72。刮粉刀72用于從載體材料去除多余的淤漿材料。
用吸附組合物涂布載體材料后，然后干燥載體材料上的組合物以凝固，可能進(jìn)行固化。通過任何適合的方法進(jìn)行干燥例如對流加熱包括加熱、感應(yīng)加熱、IR加熱、微波加熱及這些方法的組合。
B、電泳沉積淤漿組合物可通過電泳施加到堅固的載體材料上，例如通過使用Bowie Keefer等人以前2000年4月20日申請的加拿大專利2306311中描述的方法，題目為“Adsorbent Laminate Structure”，在此引入作為參考。
EPD是將高質(zhì)量厚度均一的涂層施加到金屬基質(zhì)上的技術(shù)。使用該方法可將有機(jī)和無機(jī)顆粒涂層施加到導(dǎo)電基質(zhì)上。電泳沉積工業(yè)材料方法的實例包括Emiliani等的專利方法(US 5415748)用于沉積金屬氧化物涂層；Friedman等的(US 5591691、5604174和5795456)用于將氧化鋁催化劑載體沉積在不銹鋼箔上用于機(jī)動車的催化轉(zhuǎn)化器；及Appleby(US 4555453)的用于沉積熔融的碳酸鹽燃料電池電解質(zhì)和粘合劑。
一般地說，EPD包括在含水或非水懸浮液中與任何適合的有機(jī)或無機(jī)粘合劑、分散劑、表面活性劑、消泡劑、聚合電解質(zhì)等一起形成淤漿。作為電極的金屬箔在具有反電極的浴中接觸懸浮液從而進(jìn)行EPD。根據(jù)懸浮的吸附劑顆粒分別為正或負(fù)的電荷，金屬箔可以是陰極或陽極。在水溶液的EPD過程中，酸性的pH通常用于陰極沉積，而堿性的pH用于陽極沉積。
2、將載體材料與吸附劑和/或催化劑淤漿加合通過將載體材料與公開的淤漿組合物進(jìn)行加合形成層壓材料。例如，通過首先形成淡的淤漿例如小于10wt％的固體制造陶瓷紙層壓材料，包括吸附劑和/或催化劑材料(例如約50wt％～90wt％的固體)；陶瓷纖維(一般高達(dá)約25wt％的固體)；玻璃纖維(約為2wt％～約20wt％的固體)；及膠態(tài)二氧化硅粘合劑(約為2wt％～約25wt％的固體)；和任何希望的有機(jī)粘合劑(高達(dá)約10wt％的固體)。絮凝劑例如陽離子淀粉，任選以足夠的量可加入到淤漿中以絮凝膠態(tài)二氧化硅和纖維在淤漿內(nèi)形成棉絮。
絮凝的淤漿然后形成為層壓材料。形成陶瓷紙狀層壓材料的一種方法是將絮凝的淤漿沉積到金屬絲網(wǎng)上，然后使組合物排干水分。通過使用希望的壓輥和/或刮粉刀實現(xiàn)進(jìn)一步的排干。在金屬絲上的組合物可在真空下排干。以這樣的方式得到的陶瓷紙被干燥，使用加熱的壓輥進(jìn)一步壓制。
可以將另外的固化劑施加到已經(jīng)沉積到金屬絲網(wǎng)上的材料上。例如，反應(yīng)性的粘合劑，例如藻酸鈉，例如在沉積到絲網(wǎng)上后，可以通過噴霧加入到淤漿中，和/或施加到淤漿材料中。使用固化劑以引發(fā)活化粘合劑需要的反應(yīng)。例如，如果使用藻酸鹽基的粘合劑，那么可將陽離子溶液施加到原始的紙上(在粘合劑固化之前的紙)，隨后施加藻酸鹽粘合劑。
VIII.流動通道和隔離層在吸附器組件中形成氣體流動通道以使氣體從中流過。一般地說，氣體流動通道應(yīng)提供低的流動阻力及相對高的表面積。流動通道應(yīng)足夠長以形成傳質(zhì)區(qū)域，其至少是流體速度和表面積與通道體積比的函數(shù)。優(yōu)選通道是這樣構(gòu)造的以使通道中的壓降減少到最小。在許多的實施方式中，進(jìn)入吸附器組件第一端通道的流體流動部分不與進(jìn)入第一端另外通道的任何其他流體部分相連通，直到離開第二端后上述部分再結(jié)合。應(yīng)意識到通道的均一性是很重要的以保證基本上所有的通道被全部利用，及持有基本上相等的傳質(zhì)區(qū)域。如下的方法用于制造隔離層的實施方式提供制造具有一組通道的隔離層的方法，以制造的通道基本上具有尺寸均一性。
通過將流動孔穿過其中的吸附劑片彼此相鄰放置，然后堆疊這樣片的排列以形成氣體流動通道。該實施方式示意于圖26中，顯示該結(jié)構(gòu)800具有第一吸附劑片802和置于彼此相鄰的第二吸附劑片804。每一個吸附劑片802和804形成一個通過其中的開孔。示意的孔基本上是正方形的，但對于適當(dāng)?shù)牟僮魇菦]有必要的，相反這樣的孔可以是任何幾何形狀包括但不限制于線條或槽、圓孔、長方形孔等。
吸附劑片802和804基本上是相等的。吸附劑片802和804這樣放置以形成氣體流動通道而不需要它們之間的隔離層。在說明性實施方式中，首先放置薄片802，然后薄片804相對于薄片802翻轉(zhuǎn)并有所位移。這樣的排列形成了通過該結(jié)構(gòu)的氣體流動通道。
通過形成相鄰層壓材料之間平行通道的隔離層也可形成流動通道。吸附器的相鄰吸附劑片之間的通道寬度為約吸附劑片厚度的約25％～約200％。這樣的構(gòu)造比裝填小球的吸附器具有更低的壓降，可避免填充吸附器的流動問題。吸附劑片的厚度通常為約50～約400μm，足以適應(yīng)容納堆疊或轉(zhuǎn)動。隔離層體系可提供對于非限制偏離或扭曲的必要的穩(wěn)定性，所述的偏離或扭曲可使相鄰的吸附劑片層之間的流動通道的均一性變差。
隔離層可以由任何的彈性可變形材料制造，例如陶瓷或金屬，可使用任何適合的方法施加于或引入到層壓材料片中，或與層壓材料片一起結(jié)合來制造。例如如果使用陶瓷隔離層，通過將一定厚度和面積的陶瓷淤漿提供到層壓材料片，并固化淤漿形成隔離層，這樣可將隔離層施加到層壓材料片上。在一個特定的實施方式中，使用類似篩網(wǎng)或絲網(wǎng)印刷術(shù)的方法施加隔離層。將絲網(wǎng)置于層壓材料片上，將淤漿施加到絲網(wǎng)上例如通過傾倒、刷涂、篩網(wǎng)印制(例如使用刮粉刀)或噴涂。絲網(wǎng)形成孔用于接受陶瓷淤漿，當(dāng)置于層壓材料片上時，這些孔在層壓材料片的頂部形成井。施加到層壓材料片的淤漿收集在井中。因此，通過絲網(wǎng)內(nèi)的孔的圖案將隔離層置于層壓材料片的第一面上。其示意于圖6中，參考多個層壓材料片90。當(dāng)淤漿固化時，隔離層92結(jié)合到如圖6a所示意的層壓材料片90的第一表面94上。
隔離層片可以是任何適合的形狀包括但不限制于圓形、滴珠狀、雙滴珠狀、柱形、星狀、球狀等。隔離層的厚度或高度確定了層壓材料片之間的空間，隔離層通常的厚度為幾個μm～幾個mm。特定的實施方式中使用的隔離層的厚度為約10～250μm，例如約50150μm。隔離層的寬度或直徑為幾個μm～幾個cm。在一些實施方式中，隔離層的寬度或直徑為mm的范圍，例如為約1～10mm，通常為約2～8mm，典型地為約3～5mm。在任何特定的實施方式中，所有的隔離層可以具有相同的尺寸，或在整個層壓材料片或吸附器組件中隔離層的大小可以變化。
隔離層可以隨機(jī)或有序圖案置于層壓材料片的第一表面上。例如，隔離層可以有序網(wǎng)格的形式布置，具有基本上相同的間隔將彼此相鄰的每一個隔離層分開。另外，隔離層可以一系列同心圓、基本上線性圖案或任何其他希望的圖案形式進(jìn)行布置。
如果使用陶瓷或其他淤漿在層壓材料片上形成隔離層，那么隔離層要被凝固和/或固化，即使其干燥以形成突起結(jié)構(gòu)，其可用于將層壓材料片彼此分開。隔離層可在室溫下和/或固化，盡管在隔離層的固化期間可以施加熱，例如將暖或熱空氣吹過隔離層，或使用IR、對流加熱、感應(yīng)加熱等。另外，如果必要可給隔離層施加壓力有助于固化。
隔離層可以改性到特定的曲線，例如通過削、滾壓、壓送輥、輥壓或研磨。如果隔離層被削或研磨，可使用高度導(dǎo)向以控制削或研磨以提供更加均一的隔離層高度。例如，第二絲網(wǎng)略微小于上述的具有對應(yīng)于層壓材料片上隔離層圖案的孔圖案的絲網(wǎng)厚度，被置于層壓材料片的頂部。然后隔離層被削或研磨到第二絲網(wǎng)的表面。
通過壓印出浮雕或脊形(平行于流動通道)的突出圖案從而形成隔離層，這樣在這些浮雕或脊形上的涂層形成了隔離層。然后必須這樣構(gòu)造層壓材料組合件以避免陰陽壓痕的嵌套，例如通過從兩金屬箔形成每一片，其中僅有一個是浮雕突出的而另一個保持為平的形狀。另外，通過電形成或蝕刻金屬箔可以形成金屬層的突出圖案。另外，在隔離層不嵌套的情況下可以制造螺旋的層壓材料。
在沉積過程的部分中，通過掩模在過程中可以另外提供隔離層以形成突出的圖案。
在另一個以下描述的優(yōu)選實施方式中，隔離層作為要安裝于層壓材料之間的獨(dú)立制造的組合件而提供。
圖7顯示了用光蝕刻掩模在兩面蝕刻金屬箔形式的隔離層101。通過蝕刻同時在兩面形成開放區(qū)域從而形成通道102、103，由兩面的掩模形成了通道之間全厚度的隔離層加強(qiáng)肋104。通過僅蝕刻支柱的一面而另一面用掩模掩蔽，在間隔之間形成橫支柱105。掩蔽兩面形成隔離層的邊緣106，具有適當(dāng)?shù)膶挾冗M(jìn)行安裝，例如通過交替的片和隔離層的層壓材料堆疊的結(jié)合。
圖8顯示了隔離層110，其可由幾種方法制造。例如，隔離層110可以由(1)從金屬箔通過蝕刻隨后滾壓以減少支柱105的厚度而制造，(2)通過擴(kuò)散結(jié)合彼此交叉放置的薄箔條而制造，(3)通過熱塑模制。
圖9～12顯示了吸附層壓材料結(jié)構(gòu)300。典型的片301和302包括吸附劑條，例如304和305，在基質(zhì)帶例如308的兩面上施加有涂層例如EPD涂層306和307。帶的寬度“w”在流動方向用箭頭310表示。
圖10示意了織物絲網(wǎng)隔離層320，用于相鄰的一對片301和302之間的每一個流動通道321中。描述的實施方式中的每一片包括多個帶或條304和305，盡管應(yīng)理解公開的隔離層320可用作連續(xù)的隔離層而不是帶片。隔離層320包括第一和第二絲網(wǎng)。第一和第二絲網(wǎng)具有相同的直徑，或基本上具有不同的直徑?？梢灾圃旖z網(wǎng)直徑不同的構(gòu)造，之后在PSA設(shè)備中試驗。示意的實施方式使用的絲網(wǎng)直徑，優(yōu)選通道限定的絲網(wǎng)具有較大的直徑以在流體流動方向減少流動限制。參考圖10，隔離層320包括第一直的較大直徑的絲網(wǎng)例如331和332，其本身是隔離層。第一絲網(wǎng)331、332以距離“x”的間隔分開，通過優(yōu)選具有較小直徑的一對333的第二絲網(wǎng)334和335以等間隔的距離“y”支承或橫向間隔。距離“x”比帶的寬度“w”大距離“g”，該距離形成了沿流動路徑上相鄰帶之間的間隙336。距離“g”略微大于2倍的第二絲網(wǎng)334和335的直徑，這樣可提供第二絲網(wǎng)一個自由間隙以圍繞第一絲網(wǎng)331彎曲，而不影響吸附帶。每一對帶的間隙336也可提供所有流動通道之間的排氣以進(jìn)行壓力均衡和流動的再分配，以使在任何的流動分配不當(dāng)或容許偏差的情況下的溝流減少到最小。
IX、吸附器組件層壓材料片可以結(jié)合到一起以形成吸附器組件。公開的實施方式中使用粘合劑將層壓材料片結(jié)合到一起。在一些實施方式中，粘合劑是陶瓷材料，例如使用同樣的材料以生產(chǎn)隔離層以耐隨后的高溫操作。在這樣的實施方式中，陶瓷材料被稀釋以形成粘合劑材料。可以將粘合劑施加到隔離層的頂部或?qū)訅翰牧掀捻敳?，例如層壓材料片的第二表面。如果將粘合劑施加到隔離層的頂部，粘合劑可以施加到所有的隔離層上，或隔離層的適當(dāng)?shù)牟糠?。如果將粘合劑施加到隔離層的部分時，粘合劑可以隨機(jī)或有序的方式施加到隔離層的特定部分。所施加粘合劑的隔離層的特定部分取決于幾個因素，例如使用粘合劑的類型和結(jié)合強(qiáng)度、層壓材料片上隔離層的數(shù)量及隔離層表面積和大小。如果將粘合劑施加到相鄰層壓材料片的第二表面上時，那么片的整個表面積或所述表面積的僅一部分可用粘合劑涂布。
層壓材料片不必使用粘合劑結(jié)合到一起。例如，兩金屬網(wǎng)和螺旋纏繞的層壓材料可固定在一個位置通過壓力而結(jié)合在一起。
吸附器組件可以通過任何數(shù)量的層壓材料例如片形成。例如，堆疊的吸附器組件通常具有約2～約5000片，更優(yōu)選為約50～約500片。這些片可以彼此按順序或一組結(jié)合在一起(即第一和第二片結(jié)合在一起形成結(jié)構(gòu)，每一個另外的片單獨(dú)地加到該結(jié)構(gòu)上)。例如，幾個片可以彼此相鄰地布置同時結(jié)合到一起。另外，兩個或多個組的層壓材料片可以結(jié)合到一起以形成吸附器組件。
一個實施例的吸附器組件是由單個的層壓材料片結(jié)合在一起形成片的堆疊的而形成。該吸附器組件或塊可以改變或機(jī)械加工以適合最終用途的要求。例如，塊可以被切成更小的具有任何尺寸和幾何形狀的部分。另外，塊或部分可以被模制。
平面吸附器層的形成如上所述，或者作為單獨(dú)的預(yù)定尺寸的片，或可切成希望尺寸和形狀。另外，吸附器層可以在連續(xù)的片上形成。使用這些公開的實施方式，可制造不同幾何形狀的吸附器組件。
例如，圖13A顯示了圓柱形或圓形的模200，圍繞其或在其上模制由隔離層204間隔的多個吸附劑片202a～202c。可以使用其他形狀的模例如正方形、三角形、八邊形、卵形、波形或其他希望的幾個形狀。第一這樣的吸附劑片202a具有隔離層204被置于相鄰模200的外表面。將粘合劑材料施加到所有或部分的隔離層上，或在第二吸附劑片202b上。第二吸附劑片202b置于模200的周圍和第一吸附劑片202a隔離層204的頂部。繼續(xù)該過程以提供如希望多的吸附劑片層。具有或不具有隔離層204(圖13B)的另外的吸附劑片207可以置于整個結(jié)構(gòu)頂部模的周圍。通過將所有希望的吸附劑層置于模的周圍并固化整個結(jié)構(gòu)，或在每一層后按序加到該結(jié)構(gòu)上，或在兩個或多個層之后間斷地加入到該結(jié)構(gòu)上，從而形成如圖13B示意的吸附器組件208。可以使用熱進(jìn)行凝固和/或固化步驟。
可以形成螺旋的吸附器組件，如圖14A示意。公開的螺旋實施方式400通過螺旋纏繞涂布有吸附材料的載體材料的連續(xù)片410形成，片上具有多個隔離層202。粘合劑材料可以置于一些或所有隔離層202上，或另外的片材料410上，之后纏繞連續(xù)片，固化粘合劑。一旦形成螺旋構(gòu)造的吸附器，結(jié)構(gòu)中的隔離層通常以一個堆疊排列在另一個上的方式進(jìn)行，由載體材料分開，從外表面到核的一條線上相鄰的兩個螺旋對開。在相鄰纏繞上的其他的隔離層構(gòu)造也是可能的，例如第一纏繞的多個隔離層與相鄰纏繞的隔離層有所偏移，或當(dāng)通過螺旋構(gòu)造的吸附器組件的橫截面觀看時，多個隔離層形成了選擇的隔離層圖案。
一旦形成螺旋構(gòu)造的吸附器組件，其可直接被利用，可與另外的其他吸附器組件堆疊，或用于形成單獨(dú)的多部分的螺旋纏繞的微吸附器。螺旋構(gòu)造也可被切成其他希望的幾何形狀例如在圖14B中示意的形狀。通過將流動阻擋層置于載體材料上也可實現(xiàn)相同的效果。阻擋層可以是與形成載體和/或粘合劑相同的材料。為形成阻擋層，當(dāng)連續(xù)的片被包裹時，將陶瓷或其他材料沉積在與加工方向垂直的線上。
如圖14A和14B中示意的螺旋纏繞的層壓材料包含在密閉室中，例如以橫截面示意于圖14C中的密閉室412。圖14C示意了圍繞心軸416纏繞的層壓材料414?？蛇@樣使用螺旋纏繞的層壓材料的實施方式，由于差壓施加到層壓材料的第一和第二端，從而不能限制心軸416的移動。該結(jié)果導(dǎo)致了層壓材料的機(jī)械性能變差，例如通過來自載體的吸附材料的摩擦。通過如進(jìn)一步參考圖14C和14D描述的密閉室限制心軸416的移動從而可基本上消除機(jī)械性能變差。
示意的密閉室412和心軸416的具體實施方式
可由不銹鋼制造，但可由另外的材料特別是金屬和金屬合金制造，但另外的材料例如陶瓷和聚合材料也可。用于形成層壓材料414的吸附材料通常被活化，隨后插入到密閉室412中。在該情況下，不僅密閉室412而且心軸416也必須足夠堅固以耐吸附劑的活化溫度例如約250℃或更高。對于可在較低溫度下活化的材料，使用形成密閉室412和心軸416的材料可以是除金屬、合金、陶瓷等以外的其他材料。
圖14C進(jìn)一步描述了使用輻式軸418，詳細(xì)示意于圖14D中。參考圖14D，輻式軸418是一個一體設(shè)備，同樣通常由金屬或金屬合金例如不銹鋼制造，具有外環(huán)420和內(nèi)環(huán)422和多個輪輻424。輪輻424形成了多個流動通道426。從左邊開始，圖14C顯示組裝的層壓材料密閉室412也包括絲網(wǎng)擋板盤428和過濾器430，例如金屬網(wǎng)過濾器?？奂缏菟?32用于將輻式軸418、絲網(wǎng)擋板盤418和過濾器430連接到心軸416上。擋板盤428和過濾器430是任選的，輻式軸418可以單獨(dú)使用。示意的實施方式包括螺紋心軸416，其安裝螺栓432以保證這些組件連接到心軸上。在說明性的實施方式中，密閉室412的兩端具有構(gòu)造相同具有輻式軸418、絲網(wǎng)擋板盤428和過濾器430。另外，在設(shè)備的一端使用單一的輻式軸，或多個螺旋纏繞的層壓材料可包含在密閉室中，所述的密閉室具有一個或多個位于螺旋纏繞層壓材料之間防止軸向移動的輻式軸。如另一個實施方式，螺旋纏繞的層壓材料置于密閉室中，然后施加基本上均一的同心壓力于密閉室，以使其在層壓材料周圍變形從而防止纏繞的軸向移動。為進(jìn)一步防止層壓材料的移動并防止氣體流出密閉室412，材料例如陶瓷材料的撐輪圈(未示意)，可以被置于密閉室的內(nèi)部圓周的周圍。其他的扣緊方法也可以使用例如將側(cè)翼建造入室412中(未示意)。當(dāng)組裝密閉室時，過濾器環(huán)428然后與該撐輪圈接觸。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)意識到不同的持留方法可與螺旋纏繞層壓材料結(jié)合使用。例如，可以使用不同構(gòu)造的輻式軸。任何這樣的結(jié)構(gòu)是適合的，即可支承螺旋層壓材料和心軸以防止一個優(yōu)選兩個相對的軸向移動，而且可使流體流動分布到整個層壓材料中。
圖15A和15B顯示了吸附器組件的另一個實施方式450，該組件可通過將多個層壓材料片452a～452e以堆疊方式置于彼此相鄰的位置而形成。每一個片452包括粘合到其表面的多個隔離層454。相反，其他公開的實施方式中，隔離層454沒有均一的高度。相反，從片452的第一端456到片的第二端458隔離層的高度增加。然后多個這樣的片452如其他公開的實施方式進(jìn)行堆疊和粘合，即通過將粘合劑置于部分或所有的隔離層454上，或通過將粘合劑置于片452底部表面部分的一部分或全部上。然后使堆疊結(jié)合在一起形成如15B示意(隔離層未示意)的徑向延伸的吸附器組件。進(jìn)料氣體通常被引入到含有吸附器組件的PSA設(shè)備中，再到與第二(端)和載體層相鄰的吸附劑層，即這樣的一個區(qū)域，其中隔離層具有最大的高度。然后從第一端引出產(chǎn)品。
在一些應(yīng)用中，例如置于交通工具上的反應(yīng)器或PSA設(shè)備，與固定的商業(yè)應(yīng)用相比，其振動和沖擊荷載更加頻繁和嚴(yán)重。使用層壓材料和隔離層可提供一種結(jié)構(gòu)，其比珠或球狀填充的吸附器更堅固，因此提供了除大小、重量、成本、壓降以外另外的益處。
X.排氣設(shè)備圖16和17示意了含有多個層壓材料502的吸附器組件500。層壓材料是分離的，例如通過隔離層(未示意)，以在相鄰的層壓材料之間形成流動通道504。在吸附器組件500中形成的是多個排氣孔506，其可使流動通道504之間流體連通。當(dāng)氣體混合物被引入以X或Y方向流動通過流動通道504時，至少氣體混合物的一部分可以Z方向流過排氣孔506，如果在流動通道間有壓力或濃度差。在Z方向這樣的流動增強(qiáng)了流動混合、壓力均衡和組分濃度，及流動前峰通過吸附器組件500。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有排氣孔的吸附結(jié)構(gòu)可使氣體在流動通道之間流動，與沒有這樣排氣孔的吸附結(jié)構(gòu)相比，在氣體吸附分離中增加了生產(chǎn)率和回收率。排氣孔可以任意地，或以特定的方向例如Z方向或交叉排列。在具體實施方式
中，在Z方向排列的孔相對于沒有排氣孔的實施方式可提供明顯的改進(jìn)的結(jié)果。
用于特定實施方式的排氣孔的數(shù)量聲稱可以參考特定的排氣孔結(jié)構(gòu)的表面積的量。僅在因為吸附器組件的物理結(jié)構(gòu)不能被充分控制以防止壓力和濃度差形成時可能需要排氣孔。在一個優(yōu)選的系統(tǒng)中，不使用排氣孔，因此排氣孔面積為0％。但是，優(yōu)選的系統(tǒng)不容易實現(xiàn)，如果不是根本不可能的話。使用排氣孔減少工藝所的基本上相同通道的要求。結(jié)果，排氣孔506的總面積對于特定的公開實施方式希望為約1％～約3％的層壓材料總面積。排氣孔可以等間隔在X、和Y方向排列，或排氣孔506以交叉方式排列。也應(yīng)理解對于排氣孔506的布置沒有要求。
可以通過任何的方法在層壓材料502中形成排氣孔506。例如，通過對層壓材料502鉆或沖孔形成排氣孔506。或者，在通過將吸附材料的淤漿施加到載體上形成層壓材料的情況下，可通過用壓縮流體吹出通過吸附劑片的孔從而形成排氣孔506?？墒褂媚０逍纬膳艢饪?。
這樣放置兩個或多個獨(dú)立的吸附器組件以提供沿流動路徑串聯(lián)的吸附器組件。
XI.活化層壓材料和/或吸附器組件如上所述制造的層壓材料和吸附器組件需要經(jīng)另外的處理才能使用。例如，加熱層壓材料以蒸發(fā)非必需的揮發(fā)性材料。加熱方法的實例包括對流、感應(yīng)、微波、IR、真空加熱等。開發(fā)了連續(xù)的過程，由此材料的連續(xù)片可以輸送通過連續(xù)的爐。層壓材料經(jīng)程序升溫加熱處理以避免由于非必需材料的氣化引起熱損害。通常當(dāng)它們從吸附材料釋放時，使用吹掃氣輸送該材料，因此促進(jìn)該工藝。
XII.實施例提供以下的實施例以舉例說明本發(fā)明特定實施方式的特征。本發(fā)明的范圍不應(yīng)限制于那些舉例的實施方式。
實施例1該實施例涉及排氣孔對本發(fā)明制造的層壓材料的影響。在如上所述制造的層壓材料上形成排氣孔。排氣孔的總面積表示為層壓材料面積的百分?jǐn)?shù)。在往復(fù)式PSA設(shè)備中試驗這些層壓材料，并與緊密層壓材料即沒有排氣孔的層壓材料進(jìn)行比較，所述的比較在相同的操作條件下進(jìn)行例如進(jìn)料和排出壓力。以下討論結(jié)果。
以下討論的圖18是使用模板制造具有排氣孔的層壓材料的一個實施例示意圖。
表3(對照)和4(具有排氣孔的層壓材料)列出在90％氧純度下回收率(％)對校正生產(chǎn)率(體積/體積/小時)的數(shù)據(jù)，比較了具有用壓縮空氣吹出通過層壓材料的孔制造的排氣孔的如本發(fā)明描述制造的長方形層壓材料，和沒有排氣孔的層壓材料的結(jié)果。對照樣的隔離層/基質(zhì)厚度為0.66，而具有排氣孔層壓材料的隔離層/基質(zhì)的厚度為約0.68。表3和4顯示在特定的回收率下具有排氣孔片的生產(chǎn)率相對沒有排氣孔吸附劑片的增加了。
表3——沒有排氣孔的對照樣

表4——具有排氣孔的層壓材料

表5～7提供了具有任意和排列用壓縮空氣吹出通過層壓材料孔制造的排氣孔的長方形層壓材料，和沒有排氣孔的對照樣，在90％的氧純度下回收率對生產(chǎn)率的數(shù)據(jù)。具有排氣孔的層壓材料的總排氣孔面積為約0.99％。表5～7表明在Z方向排列的排氣孔相對于對照樣，在相同的每分鐘循環(huán)次數(shù)下明顯地提高了回收率和生產(chǎn)率。
表5——沒有排氣孔的對照樣

表6——排氣孔隨機(jī)排列的層壓材料

表7——排氣孔在Z方向排列的層壓材料

表8～10提供具有在Z方向排列、在Y方向交叉或在Y和Z方向排列的排氣孔的重荷載纖維玻璃層壓材料，與沒有排氣孔相比，在氧純度為90％時的性能數(shù)據(jù)。具有排氣孔的層壓材料的總的排氣孔面積約為0.97％。表8～10表示與沒有排氣孔的層壓材料相比，具有排氣孔的層壓材料在特定的回收率下生產(chǎn)率下降。
表8——沒有排氣孔的對照樣

表9——具有Y方向排列排氣孔的層壓材料

表10——排氣孔在Y方向交叉的層壓材料

表11～15提供與沒有排氣孔的對照樣相比，具有排氣孔的纖維玻璃層壓材料在90％氧純度時的性能數(shù)據(jù)。具有排氣孔的層壓材料以四種不同的方式堆疊，Z方向排列、Z方向交叉、Z方向排列且在每隔一層層壓材料沒有排氣孔及Z方向交叉且每隔一層層壓材料沒有排氣孔。
表11～15提供對于上述的具有排氣孔的層壓材料與沒有排氣孔對照樣的回收率對生產(chǎn)率的數(shù)據(jù)。表11～15顯示對于排氣孔在Z方向排列而且散布有每隔一片沒有排氣孔的層壓材料在特定的回收率下生產(chǎn)率下降。其他層壓材料的組合物與沒有排氣孔的層壓材料相比在特定的回收率下生產(chǎn)率增加。
在70％氧純度時發(fā)現(xiàn)類似的趨勢。
表11——沒有排氣孔的對照樣

表12——排氣孔在Z方向排列的層壓材料

表13——排氣孔在Z方向交叉的層壓材料

表14——具有散布的在Z方向排列的排氣孔的層壓材料

表15——具有散布的在Z方向交叉的排氣孔的層壓材料

實施例2該實施例涉及吸附層壓材料，及如下表16提供的使用該填料得到的結(jié)果。使用如本發(fā)明描述的方法制造長方形吸附填料。該長方形填料包括活性氧化鋁干燥劑和施加到纖維玻璃基質(zhì)上的Li交換的沸石。與實施例1相反，使用具有125μm高度印制的隔離層取代金屬網(wǎng)隔離層。該填料在固定床旋轉(zhuǎn)閥試驗設(shè)備上作為單一的填料進(jìn)行測試，進(jìn)料壓力為約3～11psig，在如表16聲稱的循環(huán)速度下操作。
表16

該實施例的長方形填料與其他的層壓材料構(gòu)造相比經(jīng)歷約一半的壓降。而且，使用印制的隔離層取代金屬網(wǎng)隔離層降低了填料的重量，可使成本明顯降低。印制的隔離層也可形成結(jié)合填料從而取代使用金屬網(wǎng)隔離層的非結(jié)合填料。結(jié)合填料形成后被切為任何希望的形狀，相對于未結(jié)合填料也可更容易地操作。
實施例3該實施例涉及吸附層壓材料和使用這樣的填料用于氫精制得到的結(jié)果列于表17中。使用本發(fā)明方法制造的螺旋纏繞的吸附填料。螺旋纏繞的填料包括活性氧化鋁(AA)、3X沸石和SZ5沸石。使用網(wǎng)基質(zhì)和網(wǎng)隔離層制造填料。然后同時在能夠提供輕產(chǎn)品回流的旋轉(zhuǎn)床試驗設(shè)備上試驗具有8床這樣螺旋纏繞填料的設(shè)備。進(jìn)料壓力約為100psig。使用具有約75％H2的合成氣進(jìn)料氣體組合物的研究結(jié)果提供于以下的表17中。標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)性能是回收率在約75％～約85％，生產(chǎn)率為約150v/v·h。
表17

實施例1～3說明可以制造各種幾何構(gòu)造的填料，包括但不限制于梯形、長方形和螺旋纏繞的結(jié)構(gòu)。可以使用各種基質(zhì)例如纖維玻璃和金屬材料，將吸附劑或(多個)吸附劑和/或干燥劑施加到其上形成層壓材料?？梢允褂酶鞣N方法制造隔離層，包括金屬網(wǎng)隔離層和印制的隔離層，填料性能可保持。這樣的填料可用于各種氣體的分離過程例如氧和氮的精制。制造這樣的填料主要用于在相對低的壓力下，例如描述的梯形和長方形填料，或用于高壓應(yīng)用中，例如實施例3描述的螺旋纏繞的填料，它們可包含在一個箱體中用于較高壓力的應(yīng)用場合。任何描述的填料可以單獨(dú)使用，或與多個填料結(jié)合使用，可以具有相同的或不同的構(gòu)造，可以用于環(huán)境或相對低的溫度或相對高的溫度。
XIII.示范的PSA設(shè)備本發(fā)明描述的層壓材料/吸附器可有利地用于變壓吸附設(shè)備中。適合的PSA設(shè)備的例子描述于圖26～30中。圖19顯示旋轉(zhuǎn)PSA單元600，特別適合用于較小規(guī)模制氧。單元600在吸附器殼體604中包括數(shù)量“N”個吸附器組件602。
每一個吸附器組件602含有第一端606和第二端608，在它們之間有流動路徑與吸附劑接觸，例如氮選擇吸附劑。吸附器組件602圍繞吸附器殼體的軸607以軸對稱方式布置。殼體604能夠圍繞軸607相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，具有第一個和第二功能體608和609，經(jīng)過第一閥面610與第一功能體608結(jié)合，進(jìn)料空氣提供到該功能體及富氮空氣從其中作為重產(chǎn)品引出，經(jīng)過第二閥面與第二功能體609結(jié)合，從其中富氧空氣作為氫產(chǎn)品引出。
在公開的描述于圖19～25的實施方式中，吸附器殼604旋轉(zhuǎn)，以下稱吸附器轉(zhuǎn)子604，而第一和第二功能體是固定的，一起組成單元的定子組合體612。第一功能體以下稱第一閥定子608，第二功能體以下稱第二閥定子609。
在圖19～25示意的實施方式中，通過吸附器組件的流動路徑平行于軸607，這樣流動方向是軸向的。第一和第二閥面示意為平面圓盤與軸607垂直。更具體地說，在吸附器組件603中的流動方向可以是軸向的或徑向的，第一和第二閥面可以是以軸607為中心旋轉(zhuǎn)的任何幾何構(gòu)造。不管在吸附器中的流動方向是軸向或徑向，要限定的工藝步驟和功能隔室具有相同的角度關(guān)系。
圖20～25是在由箭頭612～613、614～615和616～617定義的平面內(nèi)單元601的截面圖。在每一個部分中箭頭620表示轉(zhuǎn)子604的轉(zhuǎn)動方向。
圖20表示圖19的612～613部分，其與吸附器轉(zhuǎn)子垂直。本發(fā)明中“N”＝72。吸附器組件603安裝在吸附器轉(zhuǎn)動輪808外壁621和內(nèi)壁622之間。每一個吸附器包括吸附片623的長方形平面填料603，在片之間具有隔離層624以形成軸向的流動通道。在吸附器之間提供分離器625以填充吸附器之間的空隙阻止泄露。吸附劑片包括如本發(fā)明所述的強(qiáng)化材料。對于空氣分離產(chǎn)生富集氧，通常的吸附劑是X、A或菱沸石型沸石，通常用Li、Ca、Sr、Mg和/或其他離子交換，并具有優(yōu)化的硅/鋁比。在吸附劑片基質(zhì)內(nèi)，沸石晶體與氧化硅、粘土和其他粘合劑結(jié)合或自結(jié)合。
對于
具體實施例方式
片的厚度為約150μm，隔離層的高度為約10～約300μm，更典型地為約75～約175μm，吸附器流動通道長度為約20cm。使用X型沸石，在30～150循環(huán)/分鐘的PSA循環(huán)頻率下從空氣中分離氧可以實現(xiàn)優(yōu)異的性能。
圖21表示由箭頭614～615和616～617限定的平面內(nèi)第一和第二各自閥面的轉(zhuǎn)子604端口。吸附器端口630提供每一個吸附器從第一或第二端直接連同于各自的第一個或第二閥面。
圖22表示在由箭頭614～615限定的平面內(nèi)，第一閥面610的第一定子608的第一定子閥面700。示意流體連同到進(jìn)料壓縮機(jī)701將進(jìn)料空氣從入口過濾器702引入到排氣裝置703，將富集氮的第二產(chǎn)物輸送到第二產(chǎn)物輸送導(dǎo)管704。壓縮機(jī)701和排氣裝置703示意與驅(qū)動馬達(dá)705連接。
箭頭20表示吸附器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向。在圓周密封706和707之間的環(huán)形閥面中，開口于進(jìn)料和排氣隔室的第一定子閥面700的敞開區(qū)域用明亮的角狀部分711～716表示，對應(yīng)于第一功能端口直接連通于由相同參考號711～716標(biāo)明的功能隔室。在功能隔室之間閥面700基本上封閉的區(qū)域由陰影扇形718和719表示，其為零間隙的滑塊，或優(yōu)選窄的間隙以減少摩擦和磨損而沒有過多的泄露。典型的封閉部分718提供吸附器與隔室714相通和與隔室715相通之間的過渡。在滑塊之間的錐形間隙通道及密封面提供逐漸的開口，這樣可實現(xiàn)與新隔室相通的吸附器的溫和的壓力均衡。提供更寬的封閉部分(如719)，以基本上封閉流向或來自吸附器一端的流動，當(dāng)在另一端進(jìn)行加壓或排空時。
進(jìn)料壓縮機(jī)將進(jìn)料空氣提供到進(jìn)料加壓隔室711和712中，并輸送到生產(chǎn)隔室713。隔室711和712連續(xù)增加工作壓力，而隔室713處于PSA循環(huán)中較高的工作壓力。壓縮機(jī)701因此是一個多段或分離物流壓縮系統(tǒng)，輸送適量的進(jìn)料流到每一個隔室以使吸附器通過中間壓力水平的隔室711和712進(jìn)行加壓，然后達(dá)到最后的壓力通過隔室713進(jìn)行生產(chǎn)。分離物流壓縮機(jī)系統(tǒng)可以串聯(lián)方式作為具有段間輸送端口的多段壓縮機(jī)提供，或并聯(lián)的多個壓縮機(jī)或壓縮氣缸，每一個將進(jìn)料空氣輸送到工作壓力下的隔室711～713。另外，壓縮機(jī)701可將所有進(jìn)料空氣輸送到更高的壓力，并節(jié)流一些進(jìn)料空氣以提供給處于各自中間壓力的進(jìn)料加壓隔室711和712。
類似地，排氣裝置703將富氮的重產(chǎn)品氣體從逆流放空隔室714和715中排出，所述的隔室連續(xù)降低那些隔室的工作壓力，最后從處于循環(huán)中較低壓力的排氣隔室716中排出。類似壓縮機(jī)701，排氣裝置703可作為多段或分離物流設(shè)備提供，所述的段可以串聯(lián)或并聯(lián)布置以在減少到較低壓力的適當(dāng)?shù)闹虚g壓力下接受每一流動。
在圖22實施方式的實施例中，較低的壓力是環(huán)境壓力，這樣排氣隔室716可直接排氣到重產(chǎn)品輸送導(dǎo)管704中。排氣裝置703因此提供具有能量回收的壓力降低有助于逆流放空隔室714和715的馬達(dá)705。為簡便起見，排氣裝置703可以被作為隔室714和715的逆流放空泄壓裝置的節(jié)流孔替代。
在一些優(yōu)選的實施方式中，PSA循環(huán)的較低壓力低于大氣壓。排氣裝置703于是作為真空泵提供，如圖23示意。同樣，真空泵可以是多段的或分離物流的，不同的段可以串聯(lián)或并聯(lián)以接受在工作壓力大于最深真空壓力的較低壓力下離開它們隔室的逆流放空物流。在圖23中，來自隔室714較早的逆流放空物流在環(huán)境壓力下直接釋放到重產(chǎn)品輸送導(dǎo)管704中。如果為簡便起見，使用一段真空泵，則來自隔室715的逆流放空物流將通過開孔被節(jié)流到較低的壓力，以在真空泵的入口處加入來自隔室716的物流中。
圖24和25顯示圖19的616～617部分的第二定子閥面。閥面的開口端是第二閥面功能端口，直接連通到輕產(chǎn)品輸送隔室721中，大量的輕回流離開隔室722、723、724和725，相同數(shù)量的輕回流返回第二定子內(nèi)的隔室726、727、728和729中。第二閥功能端口是由圓周密封731和732限定的圓環(huán)。每一對輕回流離開并返回隔室提供輕回流泄壓段，各自用于PSA工藝的如下功能提供回填、全部或部分的壓力均衡和逆流放空吹掃。
示意于圖19和24中的具有能量回收的輕回流壓力降低，及分離物流的輕回流驟冷器740的選擇，可提供具有能量回收的四個輕回流段的壓力降低。輕回流驟冷器提供四個輕回流段每一個的壓力降低，所述的回流段各自處于如上所述的輕回流離開和返回隔室722和729、723和728、724和727及725和726之間。輕回流驟冷器740可通過驅(qū)動軸846驅(qū)動輕產(chǎn)品增壓壓縮機(jī)745，其可將富集氧的輕產(chǎn)品輸送到氧輸送導(dǎo)管747中，壓縮到高于PSA循環(huán)較高壓力的輸送壓力。示意選擇的具有能量回收的輕回流壓力降低，分離物流的輕回流驟冷器240，可提供具有能量回收的四個輕回流段的壓力降低。輕回流驟冷器作為四個輕回流段每一個的壓力降低裝置，所述的回流段各自處于如上所述的輕回流離開和返回隔室722和729、723和728、724和727及725和726之間。
輕回流驟冷器840與由驅(qū)動軸846驅(qū)動的輕產(chǎn)品增壓壓縮機(jī)845連接。壓縮機(jī)845接受來自導(dǎo)管625的輕產(chǎn)品，將輕產(chǎn)品(壓縮到高于PSA循環(huán)較高壓力的輸送壓力)輸送到輸送導(dǎo)管850。由于輕回流和輕產(chǎn)品都是富氧的物流具有大約相同的純度，因此驟冷器740和輕產(chǎn)品壓縮機(jī)745可密封地封閉在單一的殼中，所述的殼與第二定子結(jié)合示意于圖19中?！皽u輪壓縮機(jī)”氧增壓機(jī)的構(gòu)造有利的是不含有獨(dú)立的驅(qū)動馬達(dá)，作為氧產(chǎn)品有用的壓力增壓可以不需要外部馬達(dá)和相應(yīng)的軸密封而實現(xiàn)，當(dāng)設(shè)計用于在非常高軸速下操作時也可非常緊湊。
圖25顯示較簡單的另一個使用節(jié)流孔750作為每一個輕回流段的壓力降低裝置。
參考圖19，加壓的進(jìn)料空氣如箭頭725所示提供到隔室713，而富氮的重產(chǎn)品如箭頭726表示從隔室717中排出。轉(zhuǎn)子由第一定子608中的轉(zhuǎn)子驅(qū)動軸762上的具有軸密封761的軸承760支承，所述的定子與第一和第二閥定子整體組裝。吸附器轉(zhuǎn)子由作為轉(zhuǎn)子驅(qū)動裝置的馬達(dá)763驅(qū)動。
由于第二閥面611上在外部圓周密封間發(fā)生的泄露損害了富集氧的純度，更重要的是可使空氣濕度進(jìn)入吸附器的第二端，從而使氮選擇的吸附劑失活，因此提供緩沖密封770以給在密封731和771之間的緩沖室提供更大的正壓密封。即使在第二閥面的一些區(qū)域的工作壓力可低于大氣壓(在使用真空泵作為排氣裝置703的情況)，緩沖室填充有大于環(huán)境壓力的正緩沖壓力的干燥的富氧產(chǎn)品。因此，有很少的干燥氧向外發(fā)生泄露。但潮濕的空氣可泄露進(jìn)入緩沖室。為進(jìn)一步使泄露減少到最小并減少密封摩擦扭距，緩沖密封771密封直徑比圓周密封731直徑小很多的密封面772。緩沖密封770密封在吸附器轉(zhuǎn)子604的轉(zhuǎn)子延伸775和第二閥定子609上的密封面772之間，而且轉(zhuǎn)子延伸775包括第二閥定子609的后部以形成緩沖室771。提供定子殼體部件780作為第一閥定子608和第二閥定子609之間的結(jié)構(gòu)連接器。
圖27描述了固定床系統(tǒng)，其中吸附器803的進(jìn)料端使用轉(zhuǎn)動閥以使流動同步。輕產(chǎn)品端使用一些閥轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)PSA工藝。進(jìn)料氣體通過導(dǎo)管813被輸送到重組分閥867，通過動密封860和轉(zhuǎn)子體861通過馬達(dá)863圍繞軸862轉(zhuǎn)動。進(jìn)料流被導(dǎo)向密封864并通過定子殼體865到達(dá)吸附器803。排出的氣體從吸附器803被導(dǎo)向通過定子殼體865、密封864和轉(zhuǎn)子體861。第二定子殼體866持有的流體與定子殼體865相協(xié)調(diào)，通過導(dǎo)管817被抽出。
描述的吸附器803的輕產(chǎn)品端作為通常的具有方向閥868的導(dǎo)管用于提供同步的壓力，及流動循環(huán)與進(jìn)料端閥867和吸附器803相協(xié)調(diào)，產(chǎn)品流體由產(chǎn)品導(dǎo)管847輸送。注意該圖僅示意了最簡單的2個吸附器的PSA，其代表所有的用于輕產(chǎn)品端流體的具有轉(zhuǎn)動進(jìn)料閥和常規(guī)的閥排列的PSA構(gòu)造。輕產(chǎn)品端系統(tǒng)完全密閉在不可滲透的容器870中，其中在整個邊界實現(xiàn)流體緊密封。以這樣的選擇，具有大氣壓的污染物不能越過閥桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)入工藝中，所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是工藝密閉密封。靜止的緩沖空間(由靜密封限定的閥周圍的空間)優(yōu)選填充有緩沖流體，通過到達(dá)端口871的緩沖流體提供引入。優(yōu)選具有大于環(huán)境壓力的正壓梯度。該緩沖流體也優(yōu)選通過使流體由端口872抽出進(jìn)行循環(huán)并更新。
可以使用單向閥869以使來自下游設(shè)備或工藝的任何污染物的回流減少到最小，及優(yōu)選使用產(chǎn)品氣體作為緩沖流體，通過關(guān)閉閥874使產(chǎn)品流體經(jīng)過閥873進(jìn)入容器870，使產(chǎn)品從容器873通過產(chǎn)品導(dǎo)管875被抽出。
圖28也描述了轉(zhuǎn)動PSA系統(tǒng)，其中吸附器803的輕產(chǎn)品端使用多端口的轉(zhuǎn)動分配閥以使壓力和流動循環(huán)同步。輕產(chǎn)品閥878含有由馬達(dá)880轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子879，其中動密封881以循環(huán)方式與吸附器803相連通。進(jìn)料氣體可經(jīng)導(dǎo)管813到達(dá)一組方向閥876，然后被導(dǎo)向其中之一的吸附器803，其中產(chǎn)品氣體通過密封881被抽出，通過輕產(chǎn)品轉(zhuǎn)子879經(jīng)由動密封882和產(chǎn)品端口883進(jìn)入產(chǎn)品導(dǎo)管847。動密封881和882是工藝密閉密封，在其構(gòu)造中輕產(chǎn)品閥殼體884沒有被密封，它們也是初級密封，具有最小的阻力以防止來自周圍大氣的染物進(jìn)入。在一種選擇中，殼體884可被密封，以形成如上所述的可被保護(hù)的靜態(tài)緩沖空間。另一種選擇是靜態(tài)緩沖室通過與保護(hù)氣提供886連接的通氣器進(jìn)行通氣。另一個優(yōu)選的選擇是使靜態(tài)緩沖室通過通氣器887進(jìn)行通氣，優(yōu)選通過防護(hù)分離器888。排出的氣體從吸附器803通過方向閥876和導(dǎo)管817被抽出。
示意于圖27和28的設(shè)備組合例如重產(chǎn)品閥867與吸附器803連接，與輕產(chǎn)品閥878連接，也認(rèn)為轉(zhuǎn)動閥PSA能夠得益于本發(fā)明。由組成常規(guī)PSA的具有相關(guān)導(dǎo)管的輕產(chǎn)品端閥868，及吸附器803和第一端閥878及相關(guān)的導(dǎo)管組成的系統(tǒng)，也認(rèn)為得益于本發(fā)明。
結(jié)合特定的實施方式描述了本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不應(yīng)限制于這些描述的實施方式，而更應(yīng)由如下的權(quán)利要求所確定。
權(quán)利要求
1.一種制造用于高頻PSA工藝的吸附層壓材料，包括形成包括液體懸浮劑、吸附劑和粘合劑的淤漿；通過將淤漿施加到載體材料上或?qū)⑤d體材料與淤漿加合制造層壓材料。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中使用電泳沉積將淤漿施加到載體材料上。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中將材料施加到載體材料上，進(jìn)一步包括研磨淤漿以形成研磨的淤漿；和將研磨的淤漿施加到載體材料上。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中淤漿包括沸石；和膠態(tài)二氧化硅基粘合劑。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中沸石選自離子交換的X、A或菱沸石型沸石。
6.如權(quán)利要求4的方法，其中沸石是鋰交換的沸石。
7.如權(quán)利要求4的方法，其中二氧化硅基粘合劑是Ludox HS 30或Ludox HS 40。
8.如權(quán)利要求3的方法，其中淤漿進(jìn)一步包括低級烷基醇。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中低級烷基醇是異丙醇。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中載體材料與淤漿加合，而且淤漿進(jìn)一步包括高分子量的聚乙烯醇。
11.如權(quán)利要求3的方法，其中淤漿研磨之前的起始粘度為大于200cps，隨后經(jīng)研磨的粘度為小于150cps。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中吸附材料是原位形成的。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中進(jìn)一步包括加熱層壓材料以焙燒粘合劑并活化吸附劑。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中進(jìn)一步包括在層壓材料上形成隔離層。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中隔離層的大小可以變化。
16.如權(quán)利要求14的方法，其中層壓材料具有第一端和第二端，隔離層高度從第一端到第二端增加。
17.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括形成多個層壓材料；在層壓材料中形成至少一個開孔；及堆疊吸附劑體以形成相鄰吸附劑體之間具有流動通道的吸附結(jié)構(gòu)，由此一部分流入流動通道的氣體流過開孔以促進(jìn)吸附結(jié)構(gòu)中的壓力均衡。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中多個層壓材料的至少一部分包括隔離層。
19.如權(quán)利要求1的方法，其中淤漿施加到載體材料的僅一個面上。
20.如權(quán)利要求1的方法，其中載體材料包括兩個主要的平的表面，及將淤漿施加到兩個平的表面上。
21.如權(quán)利要求1的方法，其中使用滾動涂布機(jī)將淤漿材料施加到載體材料上。
22.如權(quán)利要求20的方法，其中滾動涂布機(jī)是分離滾動涂布機(jī)。
23.如權(quán)利要求1的方法，其中將淤漿施加到載體材料上，淤漿包括水、異丙醇、Ludox、Odorlok和沸石。
24.如權(quán)利要求3的方法，其中載體材料選自玻璃纖維、陶瓷纖維、網(wǎng)布、不銹鋼、金屬箔、金屬網(wǎng)、碳纖維、纖維素材料、聚合材料及這些材料的組合物。
25.如權(quán)利要求1的方法，其中載體材料是金屬網(wǎng)，通過電泳沉積將淤漿施加到金屬網(wǎng)上，金屬網(wǎng)在沉積淤漿材料之前進(jìn)行表面處理。
26.如權(quán)利要求25的方法，其中通過氧化、陽極化、織物化及其組合對金屬網(wǎng)進(jìn)行表面處理。
27.如權(quán)利要求1的方法，其中淤漿具有與其加合的載體材料，包括膠態(tài)二氧化硅、陶瓷纖維、玻璃纖維和沸石。
28.如權(quán)利要求27的方法，進(jìn)一步包括將淤漿沉積到多孔金屬網(wǎng)上，使淤漿材料排干，并壓制淤漿材料以形成陶瓷吸附紙。
29.如權(quán)利要求28的方法，進(jìn)一步包括在多孔金屬網(wǎng)上的淤漿材料上施加反應(yīng)性粘合劑。
30.如權(quán)利要求29的方法，其中反應(yīng)性粘合劑是藻酸鹽基粘合劑。
31.如權(quán)利要求1的方法，其中淤漿進(jìn)一步包括水合硅酸鋁鎂。
32.如權(quán)利要求31的方法，其中淤漿包括綠坡縷石。
33.整塊的吸附層壓材料結(jié)構(gòu)，包括其上涂布有吸附材料的至少兩個層壓材料，包括在層壓材料的至少一個表面上有隔離層，至少一部分層壓材料具有排氣孔。
34.如權(quán)利要求33的結(jié)構(gòu)，其中隔離層由陶瓷材料形成。
35.如權(quán)利要求33的結(jié)構(gòu)，其中隔離層的高度為約10μm～約300μm。
36.如權(quán)利要求33的結(jié)構(gòu)，其中隔離層的高度為約75μm～約175μm。
37.如權(quán)利要求33的結(jié)構(gòu)，其中層壓材料片是由選自如下的載體材料制造的玻璃纖維、研磨的玻璃纖維、玻璃纖維布、纖維玻璃、纖維玻璃網(wǎng)布、陶瓷纖維、不銹鋼、金屬箔、金屬網(wǎng)、碳纖維、纖維素材料、聚合材料及這些材料的組合物。
38.如權(quán)利要求33的結(jié)構(gòu)，其中吸附材料是鋰交換的沸石。
39.如權(quán)利要求33的結(jié)構(gòu)，可形成各種幾何圖案。
40.如權(quán)利要求33的結(jié)構(gòu)，其中隔離層基本上具有相同的尺寸。
41.如權(quán)利要求34的結(jié)構(gòu)，其中隔離層的高度從第一端到第二端增加。
42.一種吸附器，包括整塊的吸附結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括其上涂布有吸附材料的至少兩個層壓材料，包括在至少一個表面上有隔離層，至少一部分層壓材料具有流通孔。
43.如權(quán)利要求42的吸附器，包括兩個或多個堆疊的，或另外沿氣體流動路徑以串聯(lián)方式構(gòu)造的整塊。
44.如權(quán)利要求42的吸附器，包括旋轉(zhuǎn)床吸附器。
45.一種制造整塊吸附結(jié)構(gòu)的方法，包括提供載體片；用吸附材料基本上涂布載體片；在載體片上形成多個隔離層；及使其上具有吸附材料和隔離層的載體片形成整塊結(jié)構(gòu)。
46.如權(quán)利要求45的方法，包括提供多個載體片；用吸附材料涂布多個載體片；在多個載體片的至少一部分上形成隔離層；在至少一部分隔離層上放置粘結(jié)材料；堆疊多個載體片并使它們結(jié)合形成整塊結(jié)構(gòu)。
47.如權(quán)利要求42的吸附器，其中隔離層是印制的隔離層，具有預(yù)定的幾何形狀以提供希望的流體流動路徑。
全文摘要
使用沸石作為活性吸附劑，使用各種的片載體制造吸附層壓材料。這些吸附層壓材料可成功地操作，用于在高PSA循環(huán)頻率下富集氧，例如高達(dá)每分鐘至少150個循環(huán)。描述了制造適合的吸附層壓材料的方法。該方法通常包括形成含有液體懸浮劑、吸附劑和粘合劑的淤漿。通常將淤漿施加到載體材料上或?qū)⑤d體材料與淤漿加合制造層壓材料。淤漿通過多種技術(shù)施加到載體材料上，包括滾動涂布機(jī)、分離滾動涂布機(jī)、電泳沉積等。一種通過將吸附劑淤漿組合物與載體材料混合制造層壓材料的方法包括將淤漿沉積到多孔金屬網(wǎng)上，使淤漿材料排干，并壓制淤漿材料以形成陶瓷吸附紙?？稍谖綄訅翰牧仙闲纬筛綦x層以使層壓材料彼此間隔。隔離層的大小均一，或沿層壓材料可變化，例如從層壓材料第一端到第二端高度增加。也可在層壓材料上形成氣體流通孔。層壓材料彼此相鄰形成相鄰體之間的流動通道，由此一部分流入流動通道的氣體流過開孔以促進(jìn)吸附結(jié)構(gòu)中的壓力均衡。
文檔編號B01J20/32GK1529631SQ02803456
公開日2004年9月15日 申請日期2002年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月5日
發(fā)明者鮑伊·G·基弗, 鮑伊 G 基弗, A 卡雷爾, 阿蘭·A·卡雷爾, G 塞拉斯, 布萊恩·G·塞拉斯, 肖, 蘭·S·D·肖, C 拉里基, 貝林達(dá)·C·拉里基, G 多曼, 戴維·G·多曼, 弗雷德里克·K·李, 里克 K 李, C 吉布斯, 安德列·C·吉布斯, H 赫茨勒, 伯納德·H·赫茨勒, A 扎瓦達(dá), 詹姆斯·A·扎瓦達(dá), M 佩爾曼, 阿倫·M·佩爾曼, F 亨特, 卡爾·F·亨特 申請人:探索空氣技術(shù)公司