專利名稱：使用微通道工藝技術(shù)通過吸附從流體混合物中分離流體成分的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用微通道工藝技術(shù)，從含有流體成分的流體混合物中分離流體成分的工藝。本發(fā)明尤其適合于從含有氧氣的資源，例如空氣中分離純凈氧氣。
背景技術(shù)：
當(dāng)氧氣被用作諸如燃燒、焊接和切割工藝的原材料源時(shí)，當(dāng)原料氣中的O2的純度增加時(shí)，燃料電池或化學(xué)制造的操作、這些工藝的性能和經(jīng)濟(jì)性以及這些工藝所產(chǎn)生的廢氣的環(huán)境容納能力通常得以改進(jìn)。
空氣是O2的主要來源。但空氣含有21％的O2，使其余79％(主要是N2)通過使用氧氣作為原料源的工藝，從而降低了該工藝的性能而不是增加了其價(jià)值。例如，空氣中的N2成分可能消耗增壓能量，為NOX的形成提供N，冷卻火焰溫度，稀釋產(chǎn)物氣體，并且要求更大、更昂貴的氣體處理設(shè)備。
低溫蒸餾是常用的純化O2的技術(shù)。但是，為了生產(chǎn)高純度的O2，這個(gè)工藝要求大規(guī)模操作，從而獲得規(guī)模效益。另一種技術(shù)是變壓吸附(PSA)。使用PSA時(shí)，在壓力下O2透入吸附劑材料(通常為沸石)內(nèi)的分子級(jí)大小的孔中，這使得它在相同的擴(kuò)散時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散得比N2稍遠(yuǎn)一些。當(dāng)壓力被釋放時(shí)，N2被去除得比O2稍快，該O2被孔隙吸附得稍緊密。通過增加許多錯(cuò)流和逆流設(shè)計(jì)步驟，可以實(shí)現(xiàn)O2的純化。但是，對(duì)于這兩種技術(shù)來說，整個(gè)工藝中的增壓造成的成本和復(fù)雜性是相當(dāng)大的。第三種技術(shù)涉及KOH水溶液的電解，其中也產(chǎn)生H2。這種技術(shù)的電解的成本高，因此很少使用該技術(shù)。由于使用純化的O2的數(shù)量和規(guī)模很大，上述純化氧氣的技術(shù)是不夠的。因此，提供一種更有效的純化氧氣的技術(shù)成為一個(gè)問題。
本發(fā)明通過提供一種有效的純化氧氣的工藝來解決這個(gè)問題。本發(fā)明工藝也適用于其它流體的分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種從含流體成分的流體混合物中分離流體成分的工藝，該工藝包括(A)將流體混合物流入一種微通道分離器；該微通道分離器包括多個(gè)含有一種吸附媒介的工藝微通道(process microchannel)，一種為流體進(jìn)入工藝微通道提供流動(dòng)通道的總管，以及一種為流體離開工藝微通道提供流動(dòng)通道的尾管，該總管和尾管的總的內(nèi)部體積約為工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該流體混合物處于微通道分離器內(nèi)，直至至少部分該流體成分被吸附媒介吸附；凈化該微通道分離器，從而從微通道分離器置換流體混合物的未被吸附部分；以及(B)從吸附媒介中解吸該流體成分，并使一種沖洗流體流經(jīng)該微通道分離器，從而置換出該微通道分離器中被解吸的流體成分。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種從含有流體成分的流體混合物中分離流體成分的工藝，該工藝包括(I)(A)將部分流體混合物流入一第一微通道分離器；該第一微通道分離器包括多個(gè)含有一第一吸附媒介的一第一工藝微通道，一為流體進(jìn)入該第一工藝微通道提供流動(dòng)通道的第一總管，以及一為流體離開該第一工藝微通道提供流動(dòng)通道的第一尾管，該第一總管和第一尾管的總的內(nèi)部體積約為第一工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該流體混合物處于第一微通道分離器內(nèi)，直至至少部分該流體成分被該第一吸附媒介吸附；凈化該第一微通道分離器，從而從該第一微通道分離器置換流體混合物的未被吸附部分；(I)(B)從第一吸附媒介中解吸該流體成分，并使一第一沖洗流體流經(jīng)第一微通道分離器，從而置換也該第一微通道分離器中被解吸的流體成分；
(II)(A)將另一部分流體混合物流入一第二微通道分離器；該第二微通道分離器包括多個(gè)含有一第二吸附媒介的第二工藝微通道，一為流體進(jìn)入第二工藝微通道提供流動(dòng)通道的第二總管，以及一為流體離開第二工藝微通道提供流動(dòng)通道的第二尾管，該第二總管和第二尾管的總的內(nèi)部體積約為第二工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該流體混合物處于第二微通道分離器內(nèi)，直至至少一部分該流體成分被第二吸附媒介所吸附；凈化該第二微通道分離器，從而從第二微通道分離器置換流體混合物的未被吸附部分；(II)(B)從該第二吸附媒介中解吸該流體成分，并將第二沖洗流體流經(jīng)該第二微通道分離器，從而置換第二微通道分離器中的被解吸的流體成分。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種從一第二流體成分中分離一第一流體成分的工藝，該第一流體成分和第二流體成分存在于一第一流體混合物中，該工藝包括(I)將該第一流體混合物與第三流體成分混合，從而形成一第二流體混合物；(II)將該第二流體混合物分為第三流體混合物和第四流體混合物，該第三流體混合物包括第一流體成分和第三流體成分，該第四流體混合物包括第二流體成分和第三流體成分；(III)(A)將該第三流體混合物流入一第一微通道分離器；該第一微通道分離器包括多個(gè)含有一第一吸附媒介的第一工藝微通道，一為流體進(jìn)入第一工藝微通道提供流動(dòng)通道的第一總管，以及一為流體離開第一工藝微通道提供流動(dòng)通道的第一尾管，該第一總管和第一尾管的總的內(nèi)部體積約為第一工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該第三流體混合物處于第一微通道分離器內(nèi)，直至至少一部分第一流體成分被第一吸附媒介所吸附；凈化該第一微通道分離器，從而從第一微通道分離器置換第三流體混合物的未被吸附部分；(III)(B)從第一吸附媒介中解吸第一流體成分，并將第一沖洗流體流經(jīng)第一微通道分離器，從而置換第一微通道分離器中的被解吸的第一流體成分；(IV)(A)將第四流體混合物流入一第二微通道分離器；該第二微通道分離器包括多個(gè)含有第二吸附媒介的第二工藝微通道，一為流體進(jìn)入第二工藝微通道提供流動(dòng)通道的第二總管，以及一為流體離開第二工藝微通道提供流動(dòng)通道的第二尾管，該第二總管和第二尾管的總的內(nèi)部體積約為第二工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該第四流體混合物處于第二微通道分離器內(nèi)，直至至少一部分第二流體成分被第二吸附媒介所吸附；凈化該第二微通道分離器，從而從第二微通道分離器置換第四流體混合物的未被吸附部分；以及(IV)(B)從第二吸附媒介中解吸該第二流體成分，并將一第二沖洗流體流經(jīng)該第二微通道分離器，從而置換第二微通道分離器中的被解吸的第二流體成分。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種從含有流體成分的流體混合物中分離流體成分的工藝，該工藝包括(I)(A)將該流體混合物流入一第一微通道分離器；該第一微通道分離器包括多個(gè)含有一第一吸附媒介的第一工藝微通道，一為流體進(jìn)入第一工藝微通道提供流動(dòng)通道的第一總管，以及一個(gè)為流體離開第一工藝微通道提供流動(dòng)通道的第一尾管，該第一總管和第一尾管的總的內(nèi)部體積約為第一工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該流體混合物處于第一微通道分離器內(nèi)，直至至少一部分該流體成分被該第一吸附媒介所吸附；去除該第一微通道分離器中流體混合物的未被吸附部分；(I)(B)從該第一吸附媒介中解吸該流體成分，并將第一沖洗流體流經(jīng)第一微通道分離器，從而置換第一微通道分離器中的被解吸的流體成分；(II)(A)使步驟(I)(A)中的從該第一微通道分離器中去除的流體混合物的未被吸附部分流入一第二微通道分離器；該第二微通道分離器包括多個(gè)含有一第二吸附媒介的第二工藝微通道，一為流體進(jìn)入第二工藝微通道提供流動(dòng)通道的第二總管，以及一為流體離開第二工藝微通道提供流動(dòng)通道的第二尾管，該第二總管和第二尾管的總的內(nèi)部體積約為第二工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該流體混合物的未被吸附部分處于第二微通道分離器內(nèi)，直至至少一部分流體成分被第二吸附媒介所吸附；凈化該第二微通道分離器，從而從該第二微通道分離器置換該流體混合物的未被吸附部分；以及(II)(B)從該第二吸附媒介中解吸該第二流體成分，并將第二沖洗流體流經(jīng)該第二微通道分離器，從而置換該第二微通道分離器中的被解吸的第二流體成分。
吸附媒介的溫度和/或工藝微通道內(nèi)的壓力可隨本發(fā)明工藝由步驟(A)到步驟(B)的進(jìn)展而變化。在一個(gè)實(shí)施例中，吸附媒介在步驟(A)中所處的溫度比在步驟(B)中的溫度低。在這個(gè)實(shí)施例中，該工藝可被稱為變溫吸著(TSS)或變溫吸附(TSA)工藝。
在一個(gè)實(shí)施例中，微通道分離器的入口通道和出口通道可以是相同的線路，即該流體可以經(jīng)相同的微通道分離器的孔(port)而被導(dǎo)入該微通道分離器或從該微通道分離器導(dǎo)出，從而減小了必須裝備到微通道分離器內(nèi)的入口的數(shù)量。


在附圖中，相同的部分和部件具有相同的標(biāo)記。
圖1示出了特定形式的本發(fā)明工藝的流程圖，其中微處理技術(shù)被用于從含有流體成分的流體混合物中分離流體成分。
圖2示出了本發(fā)明工藝一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖3示出了本發(fā)明工藝的另一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖4示出了本發(fā)明工藝的另一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖5示出了本發(fā)明工藝的另一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖6示出了本發(fā)明工藝的另一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖7示出了本發(fā)明工藝的另一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖8是用于本發(fā)明工藝的多個(gè)工藝微通道的剖視圖的示意圖，該工藝微通道包括一個(gè)發(fā)熱元件。
圖9是用于本發(fā)明工藝的工藝微通道的剖視圖的示意圖，該工藝微通道包括一個(gè)具有流經(jīng)配置(flow-by configuration)的吸附媒介。
圖10是用于本發(fā)明工藝的工藝微通道的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖，該工藝微通道包括一個(gè)具有流過配置(flow-through configuration)的吸附媒介。
圖11是用于本發(fā)明工藝的微通道分離器的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，該微通道分離器包括多個(gè)入口總管。
圖12是圖11所示的多個(gè)入口總管所用的入口通道的示意圖，該通道處于閉合狀態(tài)。
圖13是圖11所示的多個(gè)入口總管所用的入口通道的另一示意圖，該通道處于開啟狀態(tài)。
圖14是例4工藝中所測(cè)的溫度與時(shí)間的關(guān)系圖。
圖15是例5工藝中的Log10P021/2(磅/平方英尺(psia))與溫度的關(guān)系圖。
圖16是一個(gè)化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，該化合物可用作一種配體以提供給本發(fā)明工藝的吸附媒介。
具體實(shí)施例方式
術(shù)語“微通道”是指至少一個(gè)高或?qū)挼膬?nèi)部尺寸約為10毫米(mm)的通道，在一個(gè)實(shí)施例中約為5mm，在另一個(gè)實(shí)施例中約為2mm。
術(shù)語“流體”是指氣體、液體、含有分散固體的氣體或液體，或者它們的混合物。
術(shù)語“保留時(shí)間”，也可稱為“平均保留時(shí)間”，是指在所用的溫度和壓力下，流體流經(jīng)空間的內(nèi)部體積除以流經(jīng)該空間的流體的平均體積流速。
本發(fā)明工藝涉及通過使用微通道分離器，從含有流體成分(例如，O2)的流體混合物(例如，空氣)中分離流體成分。本發(fā)明首先參照?qǐng)D1進(jìn)行描述。參照?qǐng)D1，微通道分離器100由一個(gè)總管102、多個(gè)工藝微通道104和一個(gè)尾管108組成，其中多個(gè)工藝微通道含有一個(gè)吸附媒介106且平行操作。該總管102為流體流入工藝微通道108提供通道，該流體被平均或基本平均地分配進(jìn)入工藝微通道。該尾管108為流體以相對(duì)高的流速快速流經(jīng)工藝微通道104提供通道。
事實(shí)上，用于微通道分離器100的工藝微通道104的數(shù)量是沒有上限的。例如，微通道分離器100所包含的工藝微通道104可以為2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、8個(gè)、10個(gè)、20個(gè)、50個(gè)、幾百個(gè)、幾千個(gè)、幾萬個(gè)、幾十萬個(gè)、幾百萬個(gè)，等等。每個(gè)工藝微通道104可以有至少一個(gè)高或?qū)挼膬?nèi)部尺寸約為10mm，在一個(gè)實(shí)施例中約為5mm，在一個(gè)實(shí)施例中約為2mm，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-1.5mm，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.5-1mm。
總管102、尾管108和工藝微通道104可由任何一種能提供足夠的強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性以及傳熱特性的材料制成，從而允許本發(fā)明工藝的操作。這些材料包括鋼、鋁、鈦、鎳、鉑、銠、銅、鉻、黃銅、上述金屬的合金、聚合物(例如，熱固樹脂)、陶瓷、玻璃、包括一種或多種聚合物(例如，熱固樹脂)和纖維玻璃的復(fù)合物、石英、硅、或其中兩種或多種物質(zhì)的結(jié)合物。
總管102和尾管108的總的內(nèi)部體積約為工藝微通道104的總內(nèi)部體積的40％，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-30％，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-20％，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-10％，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-5％?？偣芎臀补芩伎臻g，以及通向總管和遠(yuǎn)離尾管的管道，可以被稱為“死區(qū)”，這是因?yàn)檫@些部分所含的流體不與吸附媒介106接觸，從而在本發(fā)明工藝中不能進(jìn)行吸附/解吸。將這些死區(qū)的體積減少到上述的低水平是很有意義的，因?yàn)榫哂械退降乃绤^(qū)空間時(shí)，在較短的循環(huán)時(shí)間內(nèi)提供更完全、更有效的流體分離是可能的。因此，使用本發(fā)明工藝生產(chǎn)具有相對(duì)高的純度的分離流體成分，例如O2，是可能的。
本發(fā)明工藝可被用于從含有流體成分的任何一種流體混合物中分離任何一種流體成分。這樣分離的例子包括從空氣中分離氧氣、從石蠟和烷鏈烴(例如，乙烷)的混合物中分離烯烴(例如，乙烯)，等等。可以被分離或提純的流體成分包括氧氣、氫氣、氮?dú)?、NOX(例如，NO，NO2)、CO、CO2、H2S、HCN，SO2、CH3SCH3、烯烴(例如，乙烯)、鏈烷烴(例如，乙烷)、芳香化合物(例如，苯)、異構(gòu)體、鹵代物(例如，氯化物)、硝酸鹽、硫酸鹽、糖、酯、醇、醚、硝基化合物、羥基胺，或其中兩種或多種物質(zhì)的混合物。
本發(fā)明工藝的步驟(A)可以通過如下方式進(jìn)行將流體混合物經(jīng)管道110流向閥112，由閥112流向管道114，再由管道114流向微通道分離器100。在微通道分離器100內(nèi)，流體混合物流入總管102、與吸附媒介106接觸的工藝微通道104，以及尾管108。在所需的溫度和壓力下，流體混合物處于總管102、工藝微通道104以及尾管108內(nèi)，以便通過吸附媒介106吸附至少一部分流體成分。這個(gè)過程一直持續(xù)到吸附媒介106吸附流體成分達(dá)到所需的負(fù)載。該所需的負(fù)載水平的范圍約為每克吸附媒介含有0.0001-1克流體成分，在一個(gè)實(shí)施例中約為每克吸附媒介含有0.001-0.1克流體成分。吸附步驟的最后是將凈化流體經(jīng)管道111流向閥112，由閥112流向管道114，再從管道114流至總管102、工藝微通道104以及尾管108，從而置換微通道分離器100內(nèi)的未被吸附的部分流體混合物。該凈化流體和未被吸附的部分流體混合物流經(jīng)總管102、工藝微通道104以及尾管108，然后經(jīng)管道116流向閥118，經(jīng)閥118流向管道120，最后經(jīng)管道120流出該系統(tǒng)。或者，該凈化流體和未被吸附的部分流體混合物可以以相反的方向流經(jīng)工藝微通道104，也就是說，從尾管108流經(jīng)工藝微通道104，再流向總管102。
本發(fā)明工藝的步驟(A)的吸附部分可在約-100℃至200℃的溫度下進(jìn)行，在一個(gè)實(shí)施例中約為-40℃至50℃。步驟(A)的吸附部分中，工藝微通道104內(nèi)的壓力可約為0.01-50個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-20個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-10個(gè)大氣壓。進(jìn)行吸附的時(shí)間可以約為0.01-100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-50秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-10秒。
工藝微通道104可通過下述方式被凈化，即，將凈化流體流經(jīng)微通道，從而置換未被吸附的部分流體混合物。該凈化流體的溫度可約為0-300℃，在一個(gè)實(shí)施例中約為40-180℃。在一個(gè)實(shí)施例中，凈化流體的溫度約比步驟(A)的吸附部分所用的溫度高10-100℃；在一個(gè)實(shí)施例中約比步驟(A)的吸附溫度高20-80℃，。工藝微通道104內(nèi)的凈化流體的保留時(shí)間可約為0.001-100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.01-10秒。能用于氧氣提純的凈化流體的例子包括氦、氬、二氧化碳、水蒸氣，以及其中兩種或多種物質(zhì)的混合物。除了氧氣以外的提純所用的凈化流體包括碳?xì)浠衔?在環(huán)境條件下可壓縮和不可壓縮的)和氮?dú)狻?br> 或者，工藝微通道內(nèi)的未被吸附的流體可通過真空來凈化?？刹捎玫恼婵瞻ú捎帽裙に囄⑼ǖ纼?nèi)所用的操作壓力稍低的壓力。該真空可比工藝微通道所用的操作壓力低0.1-10個(gè)大氣壓。該真空(或壓力)可比絕對(duì)壓力低約0.01個(gè)大氣壓。
本發(fā)明工藝的步驟(B)包括從吸附媒介106中解吸被吸附的流體成分。這個(gè)解吸步驟可通過增加或減少吸附媒介106的溫度，和/或增加或減少工藝微通道104內(nèi)的壓力來進(jìn)行，該溫度和壓力的增加或減少是相對(duì)于步驟(A)的吸附部分所采用的溫度和壓力而言的。步驟(B)所采用的壓力可以與步驟(A)的吸附部分所采用的壓力相同。在一個(gè)實(shí)施例中，相對(duì)于步驟(A)的吸附部分，步驟(B)在較高的溫度和較低的壓力下進(jìn)行。步驟(B)所用的溫度可增加至比步驟(A)的吸附部分所用的溫度高約1-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中高約10-50℃。該溫度可升至約為0-300℃，在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟(B)中約為40-200℃。或者，步驟(B)所用的溫度可減少至比步驟(A)的吸附部分所用的溫度低約1-300℃，在一個(gè)實(shí)施例中低約10-100℃。該溫度可減少至20-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中，步驟(B)中約為80-150℃。步驟(B)中的工藝微通道內(nèi)的壓力可減少至比步驟(A)的吸附部分所用壓力低約0.001-50個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中低約0.1-10個(gè)大氣壓。該壓力可減少至約1-10個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中的本發(fā)明工藝的步驟(B)的壓力約為1-8個(gè)大氣壓。或者，步驟(B)中的工藝微通道104內(nèi)的壓力可升高至比步驟(A)的吸附部分所用壓力高約0.001-50個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中高約0.01-10個(gè)大氣壓。步驟(B)的壓力可升至約1-50個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-10個(gè)大氣壓。步驟(B)中被解吸的所吸附材料的百分比可約為1-100％，在一個(gè)實(shí)施例中約為10-80％。對(duì)于氣態(tài)流體，進(jìn)行解吸步驟的循環(huán)時(shí)間可約為0.001-100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-10秒。對(duì)于液態(tài)流體，進(jìn)行解吸步驟的循環(huán)時(shí)間可約為0.001-300秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-30秒。
在步驟(B)中，沖洗流體流經(jīng)工藝微通道104，從而置換工藝微通道104內(nèi)的被解吸的流體成分。沖洗流體的流動(dòng)可與上述解吸過程同時(shí)進(jìn)行，或在解吸過程完成后進(jìn)行。沖洗流體的流動(dòng)直到解吸步驟開始之后才開始，并且持續(xù)到解吸步驟完成之后。該沖洗流體經(jīng)管道132流向閥128，經(jīng)閥128流向管道130，經(jīng)管道130流向閥112，經(jīng)閥112流向管道114，最后經(jīng)管道114流入微通道分離器100。在微通道分離器100內(nèi)，沖洗流體從總管102，經(jīng)與吸附媒介106接觸的工藝微通道104，流至尾管108。該沖洗流體從尾管108，經(jīng)管道116流向閥118，經(jīng)閥118流向管道122，經(jīng)管道122流向閥124，再從閥124流經(jīng)管道134，最后從管道134流向收集容器(在圖中未示出)。該沖洗流體可以與被分離的流體成分(例如O2)相同，或者是一種不與被分離的流體成分發(fā)生反應(yīng)的流體。這種非反應(yīng)性流體的例子包括氦、氬、二氧化碳、水蒸氣、氮?dú)?，或其中兩種或多種物質(zhì)的混合物。請(qǐng)注意，如果是從空氣中分離氧氣，則建議使用氮?dú)庾鳛闆_洗流體。如果沖洗流體與被解吸的流體成分相同(例如，如果均未O2)，那么不需要進(jìn)行進(jìn)一步的分離就能提供流體成分作為本發(fā)明工藝所需的產(chǎn)品。如果該沖洗流體不是所需的流體成分，那么就需要通過現(xiàn)有技術(shù)(例如，濃縮、蒸發(fā)等)，從所需的流體成分中分離出該沖洗流體。部分沖洗流體可通過下述方式再循環(huán)至微通道分離器100，即，該部分沖洗流體經(jīng)管道126流向閥128，經(jīng)閥128流向管道130，經(jīng)管道130流向閥112，再經(jīng)閥112流向管道114，最后經(jīng)管道114流入微通道分離器100。這個(gè)過程可一直持續(xù)到從微通道分離器100中提取所需的流體成分的完成。
該沖洗流體的溫度可約為0-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中約為40-150℃。在一個(gè)實(shí)施例中，沖洗流體的溫度比步驟(B)中解吸流體成分的溫度高約1-100℃，在一個(gè)實(shí)施例中，沖洗流體的溫度比解吸過程的溫度高約1-50℃。在沖洗步驟中，工藝微通道內(nèi)的壓力可約為0.01-50個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-10個(gè)大氣壓。步驟(B)中的工藝微通道104內(nèi)的沖洗流體的保留時(shí)間可約為0.0001-10秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.001-1秒。步驟(B)中流經(jīng)工藝微通道的沖洗流體的壓降可約為0.001-10個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.01-1個(gè)大氣壓。步驟(B)中流經(jīng)工藝微通道104的沖洗流體的雷諾數(shù)(Reynolds number)可約為1-4000，在一個(gè)實(shí)施例中約為10-1500。
在步驟(B)的終端，吸附媒介106可被再生。通過將再生流體流經(jīng)與吸附媒介106接觸的工藝微通道104，可以完成吸附媒介106的再生。該再生流體可以是空氣、水蒸氣、氬、氦、二氧化碳或氮?dú)?。該再生流體可從總管102，流經(jīng)工藝微通道104，然后流向尾管108；或者以相反的方向流動(dòng)，即從尾管108，流經(jīng)工藝微通道104，再流向總管102。該再生流體的溫度可約為0-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中約為20-80℃。在一個(gè)實(shí)施例中，再生流體的溫度比步驟(B)中所用沖洗流體的溫度低約1-100℃，在一個(gè)實(shí)施例中低約40-80℃。在再生步驟中，工藝微通道104內(nèi)的壓力可約為0.01-50個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-10個(gè)大氣壓。工藝微通道104內(nèi)的再生流體的保留時(shí)間可約為0.0001-10秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.001-1秒。
在本發(fā)明工藝的步驟(A)和步驟(B)的操作過程中，微通道分離器100可通過熱交換微通道(圖中未示出)進(jìn)行冷卻或加熱。熱交換流體從熱交換總管142，經(jīng)熱交換微通道，流向熱交換尾管144。如箭頭140和146所示，熱交換微通道設(shè)置為處于相對(duì)于工藝微通道104的交叉流動(dòng)方向。熱交換流體在熱交換微通道和工藝微通道104之間傳遞熱量?？刹捎矛F(xiàn)有技術(shù)來實(shí)現(xiàn)熱交換流體的再循環(huán)。或者，熱交換微通道可被設(shè)置為，熱交換流體流動(dòng)，相對(duì)于流經(jīng)工藝微通道104的流體的方向，處于共流或逆流方向。每個(gè)熱交換微通道可以具有至少一個(gè)高或?qū)挼膬?nèi)部尺寸約為2mm，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-1.5mm，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.5-1mm。熱交換微通道可由任何一種能提供足夠的強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性以及傳熱特性的材料制成，從而允許本發(fā)明工藝的操作。這些材料包括鋼、鋁、鈦、鎳、鉑、銠、銅、鉻、黃銅、上述金屬的合金、聚合物(例如，熱固樹脂)、陶瓷、玻璃、包括一種或多種聚合物(例如，熱固樹脂)和纖維玻璃的復(fù)合物、石英、硅、或其中兩種或多種物質(zhì)的結(jié)合物。熱交換流體可以是任何一種流體。這些流體包括空氣、蒸氣、液態(tài)水、氮?dú)?、液氮、諸如礦物油的油，以及諸如從道-聯(lián)合碳化公司(Dow-Union Carbide)獲得的聯(lián)苯-聯(lián)苯醚混合物(Dowtherm)和導(dǎo)熱油(Therminol)作為熱交換流體。
或者，工藝微通道104可采用電阻加熱器加熱。例如，圖8示出了可延展的電阻加熱器800，該加熱器可以是加熱帶的形式，并位于工藝微通道104內(nèi)部?；蛘撸娮杓訜崞?00可以是線狀物或類似結(jié)構(gòu)的形式。另一種加熱方式包括使用諸如金屬泡沫的金屬結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可作為電阻加熱器，并可用作吸附媒介106的支撐物，該吸附劑材料被涂敷在金屬結(jié)構(gòu)的外表面上。另一種可能的加熱方式包括使用與吸附媒介相混合的導(dǎo)熱微粒。
當(dāng)進(jìn)入步驟(A)的流體混合物為非濃縮的時(shí)，在步驟(A)中被吸附的流體混合物的體積的至少約1％在步驟(B)中可能被解吸，步驟(A)和(B)所需時(shí)間約為100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為10秒。
當(dāng)進(jìn)入步驟(A)的流體混合物為濃縮的時(shí)，在步驟(A)中被吸附的流體混合物的體積的至少約1％在步驟(B)中可能被解吸，步驟(A)和(B)所需時(shí)間約為100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為10秒。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，工藝微通道104可以有一個(gè)約為10mm的高度或?qū)挾鹊膬?nèi)部尺寸，熱交換微通道可以有一個(gè)約為2mm的高度或?qū)挾鹊膬?nèi)部尺寸。在這個(gè)實(shí)施例中，如果吸附媒介106的有效的熱傳導(dǎo)性相對(duì)較高，那么工藝微通道104可以采用相對(duì)大的內(nèi)部高度或?qū)挾?，而仍然允許相對(duì)快的循環(huán)時(shí)間。對(duì)于大部分基于吸附媒介的聚合物或陶制品，有效的熱傳導(dǎo)性通常小于1W/m/K。當(dāng)通過使用共混的高傳導(dǎo)性的粉末，或使用高傳導(dǎo)性的吸附媒介，增強(qiáng)了有效熱傳導(dǎo)性時(shí)，可以增加吸附媒介的高度和寬度以及相應(yīng)的工藝微通道104的高度和寬度。對(duì)于小于2W/m/K的有效熱傳導(dǎo)性，工藝微通道104可有一個(gè)約為2mm的內(nèi)部高度或?qū)挾取５?，?dāng)有效熱傳導(dǎo)性增加至高于2W/m/K時(shí)，可使用約為10mm的較大的工藝微通道104。在這些實(shí)施例中，熱交換微通道可被用于快速冷卻吸附媒介106。加熱微通道或電阻加熱可被用于加熱吸附媒介106。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過使用對(duì)于總流體保留時(shí)間無實(shí)質(zhì)貢獻(xiàn)的總管102和尾管108，可以獲得短的循環(huán)時(shí)間。例如，如果流體在總管內(nèi)保留10秒鐘，則不能獲得一秒的循環(huán)時(shí)間。但是，如果在總管和尾管內(nèi)的總流體保留時(shí)間小于0.4秒，則可以獲得一秒的總循環(huán)時(shí)間。
對(duì)于流體混合物、凈化流體和沖洗流體的快速?zèng)_洗的總管102和尾管108的設(shè)計(jì)，要求在短的保留時(shí)間與低的總管和尾管壓降之間保持平衡，從而允許適合的流體分配。在一個(gè)實(shí)施例中，總管102和尾管108具有幾何設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)增強(qiáng)了流經(jīng)該總管和尾管的流體的流動(dòng)。有角度的總管和尾管可以減少體積(以及這樣的保留時(shí)間)和壓降，從而獲得好的流動(dòng)分配。該角度可約為5-90度。此外，開放式的總管和尾管體積可用下述設(shè)計(jì)替代，在該設(shè)計(jì)中，開放式體積僅與工藝微通道104直接相連而不出現(xiàn)在葉片、金屬板或類似物上。例如，可以用管道由工藝微通道到工藝微通道進(jìn)行流體的分配(因?yàn)閳A形或近似圓形的管道內(nèi)的壓降低于矩形到關(guān)內(nèi)的)。由管道到工藝微通道的流動(dòng)可經(jīng)由一個(gè)銳角的入口區(qū)域連接，該銳角的入口區(qū)域逐漸縮小為一個(gè)較大的矩形工藝微通道。該漸縮的入口區(qū)域有利于避免葉片、金屬板和類似物的重疊，這些葉片、金屬板和類似物可限定總管的總體積。另外，漸縮的或有角度的總管可以防止難于沖洗的不流動(dòng)區(qū)域的形成。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，分段循環(huán)被用于適應(yīng)所需流體成分的純度。分段循環(huán)的特征在于，以一定的速率打開或關(guān)閉位于工藝微通道排列末端的閥，該速率比打開或關(guān)閉在吸附媒介床之間移動(dòng)進(jìn)料的閥的速率快。這個(gè)過程增加流體成分的純度，并消耗流體混合物直至純度達(dá)到了所需的水平。例如，進(jìn)料可以在兩個(gè)吸附媒介床之間轉(zhuǎn)換，其速率為10秒，分段循環(huán)時(shí)間為1秒和9秒。在解吸階段，凈化流體流經(jīng)吸附媒介床，從而去除未被吸附的材料，并隨后解吸所需的流體成分。在循環(huán)的第一部分，流出流體的濃度含有前面的進(jìn)料循環(huán)中保留的全部進(jìn)料流體混合物的成分。分段循環(huán)的第一階段的溫度可以為吸附溫度，或比吸附溫度稍高，或接近或等于解吸溫度。在分段循環(huán)的解吸階段的第一部分，可以去除工藝微通道吸附媒介床上的在前面的進(jìn)料吸附循環(huán)中未被吸附的流體。在分段循環(huán)的第一階段，除了在前面的循環(huán)中被吸附的成分，其它成分的濃度都會(huì)降低。分段循環(huán)的第一部分的排出物被送至排出裝置。當(dāng)產(chǎn)品的純度達(dá)到了所需的要求時(shí)，關(guān)閉處于工藝微通道排列末端的閥，從而收集解吸的流體排出物作為所需的流體成分產(chǎn)品。分段循環(huán)可以在整個(gè)循環(huán)的任何時(shí)間進(jìn)行。對(duì)于一個(gè)10秒鐘的進(jìn)料循環(huán)時(shí)間，該分段循環(huán)時(shí)間可以為1秒、5秒，或任何其它小于10秒的值。
圖2所示的工藝與圖1所示的工藝基本相同，區(qū)別在于在圖2中用管道202、206、208，以及閥200、204代替了圖1中的管道110、114以及閥112。另外，在圖2中，用管道210、214、218，以及閥212、216代替了圖1中的管道116、120以及閥118。圖2中的入口管道和閥被設(shè)置為允許流經(jīng)閥200和管道202的沖洗流體的入口逆向于流經(jīng)管道208和閥204的流體混合物的入口。相似地，流經(jīng)管道210、122以及閥212的沖洗流體的出口逆向于流經(jīng)管道214、218以及閥216的流體混合物的出口。具有這個(gè)閥裝置，凈化流體和沖洗流體可被用于清洗流體混合物所占用的區(qū)域，從而快速?zèng)_洗系統(tǒng)。在本發(fā)明工藝的步驟(B)階段，流體混合出口閥216可保持開啟狀態(tài)。一旦在流體混合出口218觀察到足夠的流體成分，就可以關(guān)閉閥216，流體成分隨后流經(jīng)出口閥212，從而防止經(jīng)管道122、134以及閥124流出系統(tǒng)的流體成分的污染。
圖3和圖4所示的工藝與圖1所示的工藝相似，區(qū)別在于圖3和圖4所示的工藝采用了可伸長和縮短的總管和尾管。圖3所示的設(shè)計(jì)采用了微通道分離器300，該微通道分離器包括一個(gè)位于總管內(nèi)的波紋管301，該波紋管處于收縮狀態(tài)時(shí)標(biāo)為301，處于伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)標(biāo)為301a。加壓流體通過管道304、308以及閥306進(jìn)入空間303，從而壓縮波紋管301。為了使波紋管301伸展至標(biāo)為301a的位置，可以經(jīng)管道304、308以及閥306去除空間303內(nèi)的加壓流體?？臻g303內(nèi)的波紋管內(nèi)部的壓力相對(duì)于其外部的壓力的差別，導(dǎo)致波紋管301的伸展。相似地，尾管內(nèi)的波紋管321處于收縮狀態(tài)時(shí)標(biāo)為321，處于伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)標(biāo)為321a。通過管道324、328以及閥326進(jìn)入或流出空間323的加壓流體可提供波紋管321的伸展和收縮。可變形的進(jìn)料管道310將入口管道114與總管的內(nèi)部連接起來。可變形的出口管道311將出口管道116和尾管的內(nèi)部連接起來。
圖4所示的設(shè)計(jì)相似于圖3所示的設(shè)計(jì)，區(qū)別在于微通道分離器400包括可伸展的囊狀物401和421，這些囊狀物用于提供總管和尾管的，而不是波紋管301和321的伸展和收縮。該囊狀物401和421由可伸展的材料諸如橡膠制成?？偣軆?nèi)所用的可伸展的囊狀物401處于收縮狀態(tài)時(shí)標(biāo)為401，處于伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)標(biāo)為401a。加壓流體經(jīng)管道304、308以及閥306進(jìn)入空間303，并且該加壓流體的使用可影響囊狀物401的伸展和收縮。相似地，尾管內(nèi)的囊狀物處于收縮狀態(tài)時(shí)標(biāo)為421，處于伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)標(biāo)為421a。經(jīng)管道324、328以及326進(jìn)入和離開空間323的加壓流體會(huì)影響囊狀物421的伸展和收縮。
當(dāng)流體混合物、凈化流體、沖洗流體或再生流體進(jìn)入工藝微通道104時(shí)，使用伸展的總管可以在整個(gè)微通道內(nèi)提供平均的或幾乎平均的流體分配。在本發(fā)明工藝的凈化、沖洗或再生步驟中，使用伸展的尾管可以提供從工藝微通道的快速移動(dòng)或快速流體沖洗。另一方面，在本發(fā)明工藝的吸附和解吸階段，總管內(nèi)的波紋管或伸展的囊狀物可以減少總管和尾管內(nèi)的死區(qū)的大小，從而提高由本發(fā)明工藝所分離得到的流體成分的純度。在一個(gè)實(shí)施例中，使用可伸展的波紋管301、321或可伸展的囊狀物401、421可以提供一個(gè)總死區(qū)體積，而其伸展程度約為10-40％，在一個(gè)實(shí)施例中，工藝微通道104的內(nèi)部體積約為20-40％。另一方面，當(dāng)處于收縮狀態(tài)，死區(qū)體積可約為10％，在一個(gè)實(shí)施例中，工藝微通道104的內(nèi)部體積約為5％。
圖5所示的工藝涉及兩個(gè)微通道分離器100和500的平行使用。這種設(shè)置允許一個(gè)連續(xù)的操作，其中步驟(A)在微通道分離器100內(nèi)進(jìn)行，而步驟(B)在微通道分離器500內(nèi)進(jìn)行，反之亦然。微通道分離器100與上述的圖1所描述的微通道分離器相同。在結(jié)構(gòu)和操作上，微通道分離器500與微通道分離器100相同或相似。微通道分離器500由一個(gè)總管502、多個(gè)含有吸附媒介506的工藝微通道504、以及一個(gè)尾管508組成。與微通道分離器100一樣，用于微通道分離器500的工藝微通道504的數(shù)量是沒有實(shí)質(zhì)上的限制的。例如，微通道分離器500所包含的工藝微通道504可以為2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、8個(gè)、10個(gè)、20個(gè)、50個(gè)、幾百個(gè)、幾千個(gè)、幾萬個(gè)、幾十萬個(gè)、幾百萬個(gè)，等等。每個(gè)工藝微通道有至少一個(gè)高或?qū)挼膬?nèi)部尺寸約為2mm，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-1.5mm，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.5-1mm。總管502和尾管508的總的內(nèi)部體積可達(dá)到約為工藝微通道504的總內(nèi)部體積的40％，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-30％，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-20％，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-10％，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-5％。與微通道分離器100一樣，相對(duì)低的死區(qū)空間體積使得能夠進(jìn)行更加完全地流體分離，并由此得到更純凈的流體成分產(chǎn)品。
圖5所示的工藝涉及工藝步驟(I)(A)、(I)(B)、(II)(A)以及(II)(B)的使用。步驟(I)(A)和(I)(B)的操作方式與圖1所描述的步驟(A)和(B)的操作方式相同。唯一的區(qū)別在于步驟(I)(A)最初涉及僅將流體混合物的一部分經(jīng)管道550流向管道110。因此，上文對(duì)圖1中的步驟(A)和(B)的描述可使用與圖5中的步驟(I)(A)和(I)(B)的描述。
圖5所示的工藝的步驟(II)(A)可通過下述方式進(jìn)行，即，將流體混合物的另一部分經(jīng)管道550流向管道552，經(jīng)管道552流向管道510，經(jīng)管道510流向閥512，經(jīng)閥512流向管道514，并且經(jīng)管道514流向微通道分離器500。在微通道分離器500內(nèi)，該流體混合物流入總管502、與吸附媒介506相接觸的工藝微通道504，以及尾管508。在所需的溫度和壓力下，將流體混合物保留在總管502、工藝微通道504和尾管508內(nèi)，從而允許至少部分流體成分被吸附媒介506吸附。這個(gè)過程可一直持續(xù)到到吸附媒介506吸附流體成分達(dá)到所需的負(fù)載。該所需的負(fù)載水平的范圍約為每克吸附媒介含有0.0001-1克流體成分，在一個(gè)實(shí)施例中約為每克吸附媒介含有0.001-0.1克流體成分。吸附步驟的最后是將凈化流體經(jīng)管道511流向閥512，由閥512流向管道514，再從管道514流至總管502、工藝微通道504以及尾管508，從而置換微通道分離器500內(nèi)的未被吸附的部分流體混合物。該凈化流體和未被吸附的部分流體混合物流經(jīng)總管502、工藝微通道504以及尾管508，然后經(jīng)管道516流向閥518，經(jīng)閥518流向管道520，最后經(jīng)管道520流出該系統(tǒng)。
步驟(II)(A)的吸附部分可在約-40℃至150℃的溫度下進(jìn)行，在一個(gè)實(shí)施例中約為20℃至100℃。步驟(II)(A)的吸附部分中，工藝微通道504內(nèi)的壓力可約為0.01-50個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-10個(gè)大氣壓。進(jìn)行吸附的時(shí)間可以約為0.0001-100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.001-10秒。
凈化流體的溫度可約為0-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中，步驟(II)(A)階段的溫度約為40-150℃。在一個(gè)實(shí)施例中，凈化流體的溫度約比步驟(II)(A)的吸附部分所用的溫度高1-100℃；在一個(gè)實(shí)施例中約比步驟(II)(A)的吸附溫度高10-80℃。工藝微通道504內(nèi)的凈化流體的保留時(shí)間可約為0.0001-100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.001-10秒。能用于凈化流體的例子包括氦、氬、二氧化碳、水蒸氣、氮?dú)?，以及其中兩種或多種物質(zhì)的混合物。如上面所提到的，如果是從空氣中分離氧氣，則建議使用氦氣作為凈化流體。
步驟(II)(B)包括從吸附媒介506中解吸被吸附的流體成分。這個(gè)解吸步驟可通過增加或減少吸附媒介506的溫度，和/或增加或減少工藝微通道504內(nèi)的壓力來進(jìn)行，該溫度和壓力的增加或減少是相對(duì)于步驟(II)(A)的吸附部分所采用的溫度和壓力而言的。步驟(II)(B)所采用的壓力可以與步驟(II)(A)的吸附部分所采用的壓力相同。在一個(gè)實(shí)施例中，相對(duì)于步驟(II)(A)的吸附部分，步驟(II)(B)在較高的溫度和較低的壓力下進(jìn)行。步驟(II)(B)所用的溫度可增加至比步驟(II)(A)的吸附部分所用的溫度高約10-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中高約20-150℃。該溫度可升至約為80-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟(II)(B)中約為100-150℃。或者，步驟(I I)(B)所用的溫度可減少至比步驟(II)(A)的吸附部分所用的溫度低約10-150℃，在一個(gè)實(shí)施例中低約40-100℃。該溫度可減少至約20-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中，步驟(II)(B)中約為50-100℃。步驟(II)(B)中的工藝微通道504內(nèi)的壓力可減少至比步驟(II)(A)的吸附部分所用壓力低約0.001-10個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中低約0.1-1個(gè)大氣壓。該壓力可減少至約0.1-10個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中的本發(fā)明工藝的步驟(II)(B)的壓力約為1-5個(gè)大氣壓?；蛘?，步驟(II)(B)中的工藝微通道504內(nèi)的壓力可升高至比步驟(II)(A)的吸附部分所用壓力高約0.01-10個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中高約0.1-5個(gè)大氣壓。步驟(II)(B)的壓力可升至約0.1-10個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-5個(gè)大氣壓。步驟(II)(B)中被解吸的所吸附材料的百分比可約為1-100％，在一個(gè)實(shí)施例中約為10-80％。進(jìn)行解吸步驟的循環(huán)時(shí)間可約為0.0001-100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.001-10秒。
在步驟(II)(B)中，沖洗流體流經(jīng)工藝微通道504，從而置換工藝微通道504內(nèi)的被解吸的流體成分。沖洗流體的流動(dòng)可與上述解吸過程同時(shí)進(jìn)行，或在解吸過程完成后進(jìn)行。沖洗流體的流動(dòng)直到解吸步驟開始之后才開始，并且持續(xù)到解吸步驟完成之后。該沖洗流體經(jīng)管道532流向閥528，經(jīng)閥528流向管道530，經(jīng)管道530流向閥512，經(jīng)閥512流向管道514，最后經(jīng)管道514流入微通道分離器500。在微通道分離器500內(nèi)，沖洗流體從總管502，經(jīng)與吸附媒介506接觸的工藝微通道504，流至尾管508。該沖洗流體從尾管508，經(jīng)管道516流向閥518，經(jīng)閥518流向管道522，經(jīng)管道522流向閥524，再從閥524流經(jīng)管道534，最后從管道534流向收集容器(在圖中未示出)。該沖洗流體可以與被分離的流體成分(例如O2)相同，或者是一種不與被分離的流體成分發(fā)生反應(yīng)的流體。這種非反應(yīng)性流體的例子與上文所提到的相同。部分沖洗流體可通過下述方式再循環(huán)至微通道分離器500，即，該部分沖洗流體經(jīng)管道526流向閥528，經(jīng)閥528流向管道530，經(jīng)管道530流向閥512，再經(jīng)閥512流向管道514，最后經(jīng)管道514流入微通道分離器500。這個(gè)過程可一直持續(xù)到從微通道分離器500中提取所需的流體成分的完成。
步驟(II)(B)中所用的沖洗流體的溫度可約為0-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中約為40-150℃。在一個(gè)實(shí)施例中，沖洗流體的溫度比步驟(II)(B)中解吸流體成分的溫度高約80-150℃，在一個(gè)實(shí)施例中，沖洗流體的溫度比解吸過程的溫度高約20-100℃。在沖洗步驟中，工藝微通道內(nèi)的壓力可約為0.01-50個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-10個(gè)大氣壓。步驟(II)(B)中的工藝微通道504內(nèi)的沖洗流體的保留時(shí)間可約為0.0001-100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.001-10秒。步驟(II)(B)中流經(jīng)工藝微通道504的沖洗流體的壓降可約為0.001-10個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-1個(gè)大氣壓。步驟(II)(B)中流經(jīng)工藝微通道504的沖洗流體的雷諾數(shù)可約為1-4000，在一個(gè)實(shí)施例中約為10-1500。
在步驟(II)(B)的終端，吸附媒介506可被再生。通過將再生流體流經(jīng)與吸附媒介506接觸的工藝微通道504，可以完成吸附媒介506的再生。該再生流體可以是空氣、氮?dú)?、氬、二氧化碳、氦、水蒸氣。該再生流體可從總管502，流經(jīng)工藝微通道504，然后流向尾管508；或者以相反的方向流動(dòng)，即從尾管508，流經(jīng)工藝微通道504，再流向總管502。該再生流體的溫度可約為0-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中約為20-150℃。在一個(gè)實(shí)施例中，再生流體的溫度比步驟(II)(B)中所用沖洗流體的溫度低約20-100℃，在一個(gè)實(shí)施例中低約40-100℃。在再生步驟中，工藝微通道504內(nèi)的壓力可約為0.001-50個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-10個(gè)大氣壓。工藝微通道504內(nèi)的再生流體的保留時(shí)間可約為0.0001-100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.001-10秒。
在圖5所示的工藝的步驟(I)(A)、(I)(B)、(II)(A)和(II)(B)的操作過程中，微通道分離器100和500可通過使用熱交換微通道或電阻加熱進(jìn)行冷卻或加熱，其使用方式與上文所提到的方式相同。參照?qǐng)D5，在步驟(II)(A)和(II)(B)的操作過程中，熱交換流體從熱交換總管542，經(jīng)熱交換微通道，流向熱交換尾管544。如箭頭540和546所示，熱交換微通道設(shè)置為處于相對(duì)于工藝微通道504的交叉流動(dòng)方向。可采用現(xiàn)有技術(shù)來實(shí)現(xiàn)熱交換流體的再循環(huán)?；蛘?，熱交換微通道可被設(shè)置為，熱交換流體的流動(dòng)，相對(duì)于流經(jīng)工藝微通道504的流體的方向，處于共流或逆流方向。熱交換微通道的尺寸和制造材料與上文所提到的相同。
圖6所示的工藝與圖5所示的工藝相似，圖5所示的工藝中平行操作微通道分離器100和500。兩個(gè)工藝的區(qū)別在于，圖5中的管道550和552被圖6中的分離器600和管道602、604、606和608所替換。該分離器600可以為任何一種傳統(tǒng)的分離器，其中包括諸如微通道分離器100的微通道分離器。其它適合的分離器的例子包括薄膜、蒸餾、吸收、吸附及其類似物。圖6所示的工藝尤其適合于那些在一個(gè)步驟中較難進(jìn)行分離的分離。例如，從含有烯烴和鏈烷烴的混合物中分離烯烴?？梢杂眠@個(gè)工藝實(shí)現(xiàn)從乙烷中分離乙烯。該工藝涉及將含有第一流體成分的第一流體混合物和第二流體成分(例如，乙烯和乙烷)，經(jīng)管道602流向分離器600。第三流體成分(例如，氮?dú)?經(jīng)管道604流入分離器600，其中形成了第二流體混合物(例如，乙烯、乙烷和氮?dú)?。在分離器600內(nèi)，該第二流體混合物被分為第三流體混合物(例如，乙烯和氮?dú)?和第四流體混合物(例如，乙烷和氮?dú)?，該第三流體混合物含有第一流體成分(例如，乙烯)和第三流體成分(例如，氮?dú)?，該第四流體混合物含有第二流體成分(例如，乙烷)和第三流體成分(例如，氮?dú)?。該第三流體混合物經(jīng)管道606流向管道110，經(jīng)管道110流向閥112，經(jīng)閥112流向管道114，再經(jīng)管道114流入微通道分離器100，在該微通道分離器中，以上文所提到的方式分離第一流體成分和第三流體成分。相似地，第四流體混合物從分離器600，經(jīng)管道608流向管道510，從管道510，經(jīng)閥512流向管道514，再經(jīng)管道514流入微通道分離器500，在該微通道分離器中，以上文所提到的方式從第三流體成分中分離出第二流體成分。
圖7所示的工藝涉及兩個(gè)微通道分離器100和700的配套操作的使用。這種排列允許一個(gè)相繼的操作，其中步驟(A)和(B)可以在微通道分離器100內(nèi)進(jìn)行，從而提供從流體混合物中獲得流體成分的第一分離，隨后在微通道分離器700內(nèi)重復(fù)該步驟，從而提供第二分離，該分離為從流體混合物中分離得到的產(chǎn)品流體成分提供更完全地分離。在結(jié)構(gòu)和操作上，微通道分離器700與微通道分離器100相同或相似。微通道分離器700由一個(gè)總管702、多個(gè)含有吸附媒介706的工藝微通道704，以及一個(gè)尾管708組成。與微通道分離器100一樣，用于微通道分離器700的工藝微通道704的數(shù)量是沒有實(shí)質(zhì)上的限制的。例如，微通道分離器700所包含的工藝微通道704可以為2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、8個(gè)、10個(gè)、20個(gè)、50個(gè)、幾百個(gè)、幾千個(gè)、幾萬個(gè)、幾十萬個(gè)、幾百萬個(gè)，等等。每個(gè)工藝微通道有至少一個(gè)高或?qū)挼膬?nèi)部尺寸約為2mm，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-1.5mm，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.5-1mm?？偣?02和尾管708的總的內(nèi)部體積可達(dá)到約為工藝微通道704的總內(nèi)部體積的40％，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-30％，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-20％，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-10％，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-5％。與微通道分離器100一樣，相對(duì)低的死區(qū)空間體積使得能夠進(jìn)行更加完全地流體分離，并由此得到更純凈的流體成分產(chǎn)品。
圖7所示的工藝涉及工藝步驟(I)(A)、(I)(B)、(II)(A)以及(II)(B)的使用。步驟(I)(A)和(I)(B)的操作方式與圖1所描述的步驟(A)和(B)的操作方式相同。兩者的區(qū)別在于，微通道分離器100內(nèi)的，在步驟(A)中未被吸附的部分流體混合物在微通道分離器700內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步的吸附/解吸。
圖7所示的工藝的步驟(II)(A)可通過下述方式進(jìn)行，即，將流體混合物的未被吸附的部分從微通道分離器100，經(jīng)管道116流向閥118，經(jīng)閥118流向管道714，再經(jīng)管道714流向微通道分離器700。在微通道分離器700內(nèi)，該流體混合物流入總管702、與吸附媒介706相接觸的工藝微通道704，以及尾管708。在所需的溫度和壓力下，將流體混合物保留在總管702、工藝微通道704和尾管708內(nèi)，從而允許至少部分流體成分被吸附媒介706吸附。這個(gè)過程可一直持續(xù)到到吸附媒介706吸附流體成分達(dá)到所需的負(fù)載。該所需的負(fù)載水平的范圍約為每克吸附媒介含有0.0001-1克流體成分，在一個(gè)實(shí)施例中約為每克吸附媒介含有0.001-0.1克流體成分。吸附步驟的最后是將凈化流體經(jīng)管道711流向閥118，由閥118流向管道714，再從管道714流至總管702、工藝微通道704以及尾管708，從而置換微通道分離器700內(nèi)的未被吸附的部分流體混合物。該凈化流體和未被吸附的部分流體混合物流經(jīng)總管702、工藝微通道704以及尾管708，然后經(jīng)管道716流向閥718，經(jīng)閥718流向管道720，最后經(jīng)管道720流出該系統(tǒng)。
步驟(II)(A)的吸附部分可在約-40℃至200℃的溫度下進(jìn)行，在一個(gè)實(shí)施例中約為-40℃至100℃，在一個(gè)實(shí)施例中約為0-50℃。步驟(II)(A)的吸附部分中，工藝微通道704內(nèi)的壓力可約為0.01-50個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-10個(gè)大氣壓。進(jìn)行吸附的時(shí)間可以約為0.001-100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-10秒。
流經(jīng)微通道704的凈化流體的溫度可約為0-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中，步驟(II)(A)階段的溫度約為40-150℃。在一個(gè)實(shí)施例中，凈化流體的溫度約比步驟(II)(A)的吸附部分所用的溫度高10-100℃；在一個(gè)實(shí)施例中約比步驟(II)(A)的吸附溫度高20-100℃。工藝微通道704內(nèi)的凈化流體的保留時(shí)間可約為0.0001-100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.001-10秒。能用于凈化流體的例子包括氦、氬、二氧化碳、水蒸氣、氮?dú)?，以及其中兩種或多種物質(zhì)的混合物。如上面所提到的，如果是從空氣中分離氧氣，則建議使用氮?dú)庾鳛閮艋黧w。
步驟(II)(B)包括從吸附媒介706中解吸被吸附的流體成分。這個(gè)解吸步驟可通過增加或減少吸附媒介706的溫度，和/或增加或減少工藝微通道704內(nèi)的壓力來進(jìn)行，該溫度和壓力的增加或減少是相對(duì)于步驟(II)(A)的吸附部分所采用的溫度和壓力而言的。步驟(II)(B)所采用的壓力可以與步驟(II)(A)的吸附部分所采用的壓力相同。在一個(gè)實(shí)施例中，相對(duì)于步驟(II)(A)的吸附部分，步驟(II)(B)在較高的溫度和較低的壓力下進(jìn)行。步驟(II)(B)所用的溫度可增加至比步驟(II)(A)的吸附部分所用的溫度高約10-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中高約20-100℃。該溫度可升至約為40-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟(II)(B)中約為80-150℃?；蛘?，步驟(II)(B)所用的溫度可減少至比步驟(II)(A)的吸附部分所用的溫度低約10-100℃，在一個(gè)實(shí)施例中低約40-200℃。該溫度可減少至約40-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中，步驟(II)(B)中約為80-150℃。步驟(II)(B)中的工藝微通道704內(nèi)的壓力可減少至比步驟(II)(A)的吸附部分所用壓力低約0.001-10個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中低約0.1-1個(gè)大氣壓。該壓力可減少至約0.001-10個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中的本發(fā)明工藝的步驟(II)(B)的壓力約為0.1-1個(gè)大氣壓?；蛘?，步驟(II)(B)中的工藝微通道704內(nèi)的壓力可升高至比步驟(II)(A)的吸附部分所用壓力高約0.001-10個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中高約0.1-10個(gè)大氣壓。步驟(II)(B)的壓力可升至約0.001-50個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-10個(gè)大氣壓。步驟(II)(B)中被解吸的所吸附材料的百分比可約為1-100％，在一個(gè)實(shí)施例中約為5-80％。進(jìn)行解吸步驟的循環(huán)時(shí)間可約為0.01-100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-10秒。
在步驟(II)(B)中，沖洗流體流經(jīng)工藝微通道704，從而置換工藝微通道704內(nèi)的被解吸的流體成分。沖洗流體的流動(dòng)可與上述解吸過程同時(shí)進(jìn)行，或在解吸過程完成后進(jìn)行。沖洗流體的流動(dòng)直到解吸步驟開始之后才開始，并且持續(xù)到解吸步驟完成之后。該沖洗流體經(jīng)管道732流向閥728，經(jīng)閥728流向管道730，經(jīng)管道730流向閥118，經(jīng)閥118流向管道714，最后經(jīng)管道714流入微通道分離器700。在微通道分離器700內(nèi)，沖洗流體從總管702，經(jīng)與吸附媒介706接觸的工藝微通道704，流至尾管708。該沖洗流體從尾管708，經(jīng)管道716流向閥718，經(jīng)閥718流向管道722，經(jīng)管道722流向閥724，再從閥724流經(jīng)管道734，最后從管道734流向收集容器(在圖中未示出)。該沖洗流體可以與被分離的流體成分(例如O2)相同，或者是一種不與被分離的流體成分發(fā)生反應(yīng)的流體。這種非反應(yīng)性流體的例子與上文所提到的相同。部分沖洗流體可通過下述方式再循環(huán)至微通道分離器700，即，該部分沖洗流體經(jīng)管道726流向閥728，經(jīng)閥728流向管道730，經(jīng)管道730流向閥118，再經(jīng)閥118流向管道714，最后經(jīng)管道714流入微通道分離器700。這個(gè)過程可一直持續(xù)到從微通道分離器700中提取所需的流體成分的完成。
步驟(II)(B)中所用的沖洗流體的溫度可約為0-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中約為20-150℃。在一個(gè)實(shí)施例中，沖洗流體的溫度比步驟(II)(B)中解吸流體成分的溫度高約20-100℃，在一個(gè)實(shí)施例中，沖洗流體的溫度比解吸過程的溫度高約40-100℃。在沖洗步驟中，工藝微通道內(nèi)的壓力可約為0.01-50個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-10個(gè)大氣壓。步驟(II)(B)中的工藝微通道704內(nèi)的沖洗流體的保留時(shí)間可約為0.0001-100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.001-10秒。步驟(II)(B)中流經(jīng)工藝微通道704的沖洗流體的壓降可約為0.001-10個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.1-1個(gè)大氣壓。步驟(II)(B)中流經(jīng)工藝微通道704的沖洗流體的雷諾數(shù)可約為1-4000，在一個(gè)實(shí)施例中約為10-1500。
在步驟(II)(B)的終端，吸附媒介706可被再生。通過將再生流體流經(jīng)與吸附媒介706接觸的工藝微通道704，可以完成吸附媒介706的再生。該再生流體可以是空氣、氮?dú)?、二氧化碳、氦、氬、或水蒸氣。該再生流體可從總管702，流經(jīng)工藝微通道704，然后流向尾管708；或者以相反的方向流動(dòng)，即從尾管708，流經(jīng)工藝微通道704，再流向總管702。該再生流體的溫度可約為0-200℃，在一個(gè)實(shí)施例中約為40-100℃。在一個(gè)實(shí)施例中，再生流體的溫度比步驟(II)(B)中所用沖洗流體的溫度低約10-100℃，在一個(gè)實(shí)施例中低約20-80℃。在再生步驟中，工藝微通道704內(nèi)的壓力可約為0.01-50個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施例中約為1-10個(gè)大氣壓。工藝微通道704內(nèi)的再生流體的保留時(shí)間可約為0.0001-100秒，在一個(gè)實(shí)施例中約為0.001-10秒。
在圖7所示的工藝的步驟(I)(A)、(I)(B)、(II)(A)和(II)(B)的操作過程中，微通道分離器100和700可通過使用熱交換微通道或電阻加熱進(jìn)行冷卻或加熱，其使用方式與上文所提到的方式相同。在步驟(II)(A)和(II)(B)的操作過程中，熱交換流體從熱交換總管742，經(jīng)熱交換微通道，流向熱交換尾管744。如箭頭740和746所示，熱交換微通道設(shè)置為處于相對(duì)于工藝微通道704的交叉流動(dòng)方向?？刹捎矛F(xiàn)有技術(shù)來實(shí)現(xiàn)熱交換流體的再循環(huán)?；蛘?，熱交換微通道可被設(shè)置為，熱交換流體的流動(dòng)，相對(duì)于流經(jīng)工藝微通道704的流體的方向，處于共流或逆流方向。熱交換微通道的尺寸和制造材料與上文所提到的相同。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，圓柱形的總管閥可與多個(gè)諸如圖5-7所示的微通道分離器一起使用。這些總管閥將工藝總管(headering)、凈化總管、沖洗總管的功能與工藝所需的短的循環(huán)實(shí)踐結(jié)合起來。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)工藝總管，至少一個(gè)凈化總管和至少一個(gè)沖洗總管共存于一個(gè)單獨(dú)的圓柱形部分內(nèi)，并在朝向該圓柱體的方向上給工藝微通道進(jìn)料。在操作過程中，該圓柱體沿它的軸旋轉(zhuǎn)，從而隨不同的工藝微通道重新排列總管。結(jié)果就是總管的改變或流體的變化，該流體流入工藝微通道而不需要增加時(shí)間來凈化該總管。
圖11-13示出了總管102的供替換的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)涉及圖11所示的多個(gè)入口總管1100的使用，該總管替換了圖1所示的總管102。多個(gè)入口總管1100由流體混合物部分1102、凈化流體部分1104和沖洗流體部分1106組成。進(jìn)入微通道分離器100A的流體混合物經(jīng)管道110流入流體混合物部分1102，從流體混合物部分1102經(jīng)門1112流入敞開部分1105，隨后流入工藝微通道104。該凈化流體經(jīng)管道111流入凈化流體部分1104，從凈化部分1104經(jīng)門1114流入敞開部分1105，隨后從敞開部分1105流入工藝微通道104。該沖洗流體經(jīng)管道130流入沖洗流體部分1106，從沖洗部分1106經(jīng)門1110流入空間1105，隨后從空間1105流入工藝微通道104。參照?qǐng)D12和13，門1110由兩個(gè)平行的門構(gòu)件1130和1132組成。門構(gòu)件1132相對(duì)于固定的門構(gòu)件1130，從左到右滑動(dòng)。門構(gòu)件1130包括洞1122。門構(gòu)件1132包括洞1120。當(dāng)處于圖12所示的位置時(shí)，門1110被關(guān)閉，因而流體不能通過。當(dāng)處于圖13所示的位置時(shí)，門1110處于開啟位置，此時(shí)滑動(dòng)構(gòu)件1132移至右邊，洞1120和1122彼此對(duì)準(zhǔn)，從而提供了一個(gè)開口。在設(shè)計(jì)和操作上，門1112和1114與門1110相似。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，洞1120和1122可以具有所需的形狀和數(shù)量，從而提供所需的流動(dòng)特性。上述的多個(gè)入口總管的優(yōu)點(diǎn)在于，為從流體混合物的流動(dòng)到凈化流體的流動(dòng)以及沖洗流體的流動(dòng)提供一個(gè)快速轉(zhuǎn)變。
吸附媒介可以具有任何尺寸和適合于裝配在工藝微通道內(nèi)的幾何構(gòu)型。吸附媒介的形式可以是固體微粒(例如，粒狀物、粉末或其類似物)，該固體微粒的媒介微粒尺寸約為1-1000μm，在一個(gè)實(shí)施例中約為10-500μm，在一個(gè)實(shí)施例中約為25-250μm。吸附媒介可由多孔滲水的結(jié)構(gòu)組成，例如泡沫材料、氈狀體、填充物或其組合物。用于此處的術(shù)語“泡沫材料”是指整個(gè)結(jié)構(gòu)上分布有小孔的連續(xù)的壁。此處的術(shù)語“氈狀體”是指其間有空隙的纖維結(jié)構(gòu)。此處的術(shù)語“填充物”是指雜亂的線結(jié)構(gòu)，例如鋼絲絨。吸附媒介可以具有蜂巢結(jié)構(gòu)或可插入的葉片。該葉片可具有直的通道，或采用偏置的條形葉片的形式。每英寸的葉片的數(shù)目可約為4-90。葉片的厚度約為0.001-0.1英寸。吸附媒介可采用下述形式，即，流過諸如泡沫材料、填充物、粒狀物、粉末或絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的流動(dòng)。圖10示出了流過結(jié)構(gòu)的例子。在圖10中，流過吸附媒介106被包含在工藝微通道104內(nèi)，如箭頭1000和1002所示，流體流過吸附媒介。吸附媒介可以采用流經(jīng)結(jié)構(gòu)，例如，具有相鄰縫隙的氈狀體、具有相鄰縫隙的泡沫材料、具有縫隙的葉片結(jié)構(gòu)、在任何附著基材上的洗滌涂層(washcoat)、或平行于流動(dòng)方向并具有有利于流動(dòng)的相應(yīng)縫隙的絲網(wǎng)。圖9示出了流經(jīng)結(jié)構(gòu)的例子。在圖9中，吸附媒介被包含在工藝微通道104內(nèi)。如箭頭902和904所示，敞開的通道900允許流體流經(jīng)與吸附媒介106接觸的工藝微通道104。吸附媒介可被直接洗滌涂敷在工藝微通道的內(nèi)壁上。吸附媒介可采用一片多孔相鄰的材料或處于物理接觸的多片材料的形式。在一個(gè)實(shí)施例中，吸附媒介由鄰接材料(contiguous material)組成，并具有相鄰的多孔性，使得分子可以通過吸附媒介擴(kuò)散。在一個(gè)實(shí)施例中，流體流過吸附媒介而不是圍繞它。在一個(gè)實(shí)施例中，吸附媒介的橫截面積占約1-99％，在一個(gè)實(shí)施例中約占工藝微通道的橫截面積的10-95％。由BET測(cè)定，吸附媒介的表面積可超過1m2/g，在一個(gè)實(shí)施例中超過10m2/g。
吸附媒介可由被配體配位的金屬離子組成。該金屬離子可與O2或其它被分離的流體成分絡(luò)合。可用的金屬離子包括Fe(II)、Co(II)、Cu(I)、V(II)、Mn(II)、Mn(III)、Cr(II)、Ag(I)、Rh(I)、Rh(II)、Rh(III)、U(IV)、V(IV)、Ru(II)、Ru(IV)、Ti(III)、Cr(IV)、Bi(III)、Ni(II)、W(V)、W(IV)、Mo(II)、Mo(III)、Mo(IV)、Mo(V)、Mo(VI)，或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。上述的羅馬數(shù)字標(biāo)明了離子的氧化狀態(tài)或化合價(jià)。
能用于與金屬離子配位的配體包括聯(lián)吡啶、2，6-[1-(2-咪唑-4-基乙基亞氨基)乙基嘧啶]、輪環(huán)藤寧(cyclen)、仙客木(cyclam)、席夫堿配體、乙酰基丙酮酸酯或其低聚物或聚合物、羧酸酯、聯(lián)吡啶或其低聚物或聚合物、卟啉或其低聚物或聚合物、呵啉(corin)或其低聚物或聚合物、聚酰胺、蛋白質(zhì)、8-羥基喹啉或其低聚物或聚合物、半胱乙酯(cysteinate)或其低聚物或聚合物、N-烷基烷鏈異羥肟酸、二甲基乙二肟、均二乙基乙烯二氨、或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。配體可包括氟-碳鍵。配體可以為氟化的(例如，全氟化的)。
在一個(gè)實(shí)施例中，金屬離子配體的配位化合物可以為軸向配體。這些配體適用于氧氣的純化，這是由于它們傾向于提供與氧原子間的適合的鍵從而允許加合物的形成，而不會(huì)氧化金屬。例子包括咪唑、組氨酸氨基酸、嘧啶、哌啶、4-甲基氨基嘧啶、4-二甲基氨基嘧啶、硝酸鹽、硫氰酸酯、鹵化物，或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。
在一個(gè)實(shí)施例中，吸附媒介可衍生于具有圖16所示結(jié)構(gòu)的配體。對(duì)于快速溫度轉(zhuǎn)換操作來說，衍生于這個(gè)化合物的吸附媒介可具有高的O2吸附能力，同時(shí)具有增強(qiáng)的熱導(dǎo)性。請(qǐng)注意，圖6僅示出了3個(gè)結(jié)合位點(diǎn)單元。但是，例如，幾十個(gè)、幾百個(gè)、幾千個(gè)、幾萬個(gè)、幾十萬個(gè)、幾百萬個(gè)，等等的附加結(jié)合位點(diǎn)單元可以在長度和寬度方向延伸為環(huán)。如果媒介是以分子級(jí)被堆疊，那么就可能有幾百萬個(gè)位點(diǎn)。整個(gè)結(jié)構(gòu)可以為固體微粒或薄膜的形式。在圖16所示的結(jié)構(gòu)中，R足可以為碳?xì)浠衔锝M或取代的碳?xì)浠衔锝M。R組可以為至少有4個(gè)碳原子的脂肪族組、芳香族組、或雜環(huán)組，在雜環(huán)組中患上有一個(gè)或多個(gè)雜原子(例如，N、S、O)。R組可以為另一個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)，例如被修飾的四苯基卟啉，它也能結(jié)合氧原子。這些第二結(jié)合位點(diǎn)可以與第一結(jié)合位點(diǎn)相同或不同。R組可以為包含附加組的脂肪族和/或芳香族碳?xì)浠衔锝M，該附加組增加空間體積、耐氣候性、熱穩(wěn)定性和/或熱導(dǎo)性。例如，這些附加組或取代物可以是鹵化物(例如，氟化物、氯化物、碘化物)、氰化物、羧酸酯、酯、磷化氫、亞砜、砜、酰胺、附加的脂肪族組、附加的芳香族組、含硝基的組，以及其它O2吸附劑金屬螯合物。R組可以為氟化的(例如，全氟化的)。R組可以為聚合物組。R組可以包括諸如咪唑的組，這些組為相對(duì)于O2結(jié)合位點(diǎn)的吸附劑金屬離子中心位點(diǎn)提供軸向組。R組可包括烯烴和炔烴。諸如Fe(II)、Co(II)、Mn(II)，或其組合物的金屬離子可被嵌入氮的中心以完成吸附媒介的結(jié)構(gòu)。
可用的吸附媒介可以是血紅蛋白；血赤蘚素(hemoerythyrin)；血藍(lán)蛋白；肌血球素；Co(II)(雙(乙酰丙酮)乙二胺四齒席夫(Schiff)堿配體)(acacen)；Co(II)(干洞)(dry cave)(N-甲基咪唑)；Fe(II)(四-(2-新戊?；交?卟啉)(H2TpivPP)B；Fe(II)(封端的卟啉)(cappedporphyrin)B；Fe(2-羥基-1，10-鄰菲咯啉)22+((ophen)22+)；雙(乙基半胱氨酸基(cysteinato))氧化釩(IV)；Cu(I)((1H-苯并咪唑-2-基-甲基)磷酸酯)(bimp)；雙(二甲基乙二肟基(dimethylglyoximato))鈷(II)；雙(組氨酸)鈷(II)；二硝酸基(dinitrato)-雙(均二乙基乙烯二胺)(sym-diethylethylenediamine)鈷(II)；二氯-雙(均二乙基乙烯二胺)鈷(II)；[間-四(α，α，α，α-鄰-新戊酰氨基苯基(pivalamidophenyl))卟啉]鈷(II)；[N，N，-雙(亞水楊基)(salicylicylidene)二丙烯三氨]鈷(II)；[2，3，10，11，13，19-六甲基-3，10，14，18，21，25-六氮雜雙環(huán)[10.7.7]二十六-1，11，13，18，20，25-己烯-κ4N]鈷(II)六氟磷酸酯；[N，N’-雙(亞水楊基)乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(3-甲氧基亞水楊基)乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(亞水楊基)四甲基乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(3-甲氧基亞水楊基)四甲基乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(3-異丙氧基亞水楊基)四甲基乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(3-乙氧基亞水楊基)四甲基乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(5-甲氧基亞水楊基)四甲基乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(3-n-丁氧基亞水楊基)四甲基乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(亞水楊基)乙烯二胺]鈷(II)；鈷(II)卟啉配合物；封裝在沸石內(nèi)的金屬-氰化物配合物；氰基鈷酯(cyanocobaltate)；含有二鐵(III，IV)、二銅(II)或二錳核的血色素、蚯蚓血紅蛋白(hemerythrin)或血藍(lán)蛋白；N，N’--二亞水楊基乙烯二胺鈷(II)；鈷-二-(3-甲氧基水楊醛特丁基胺)；[N，N’-雙(亞水楊基)n-丙基二丙烯三胺]鈷(II)、1-甲基咪唑；2-甲基咪唑；4-二甲基酰氨基嘧啶；氰基嘧啶；與衍生于乙烯-二氨-四乙酸、甲基甲基丙烯酸酯和丁基丙烯酸酯的共聚物螯合的鈷；雙(組氨酸)鈷(II)；[α-單(鄰-甲基丙烯酰氨基苯基)-α，α，α-三(鄰-新戊酰氨基苯基)卟吩基(porphinato)]鈷；[內(nèi)消旋-α，α，α，α-四(鄰-新戊酰氨基苯基)卟吩基]-鐵(II)；鈷(II)內(nèi)消旋-四-苯基-卟啉；鈷(II)內(nèi)消旋-四(2-氯苯基)卟啉；鈷(II)內(nèi)消旋-四(4-氯苯基)卟啉；鈷(II)內(nèi)消旋-四(4-甲氧基苯基)卟啉；鈷(II)內(nèi)消旋-四(2，4-二甲氧基苯基)卟啉；釕(III)雙(水楊醛)乙烯二亞胺；釕(III)雙(水楊醛)二乙烯三亞胺；釕(III)雙-(吡啶醛(picolinaldehyde))-鄰-亞苯基二亞胺；釕(III)雙(吡啶醛)乙烯二亞胺、釕(III)雙(吡啶醛)二乙烯三亞胺；雙(二甲基乙二肟基)鎳(II)；雙(二甲基乙二肟基)鈷(II)；雙(二甲基乙二肟基)銅(II)；二硝酸基-雙(均二乙烯二胺)鈷(II)；二氰硫基-雙(均二乙烯二胺)鈷(II)；二氯-雙(均二乙基乙烯二胺)鈷(II)；鈷二-(水楊醛)-3，3’-二亞胺-二-鄰-丙基氨；N，N’-二亞水楊基乙烯二氨鈷(II)；N，N’-乙烯-雙(5-硝基-亞水楊基-亞氨基(iminato))鈷(II)，或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。
吸附媒介可以是無機(jī)物。可用的無機(jī)吸附媒介的例子包括Sb2O5、AgO、PtO、CrO2、PbO、HgO、Cu2O、MnO、Mn2O3、Bi2O4、NiO、NiO2、Cu2O3、SnO、SnO2、WO2、WO3、W2O5、全氟化的薄膜、Pt/γ-氧化鋁、Fe/γ-氧化鋁、Cu/γ-氧化鋁、Zn/γ-氧化鋁、Co/γ-氧化鋁、沸石，或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。這個(gè)組包括金屬氰化物的低聚物和聚合物。這些低聚物或聚合物的分子式為[Cu(I)(CN)x]n、[Fe(II)(CN)y]n或[Co(II)(CN)y]n，其中x為3，y為5且n至少為2，在一個(gè)實(shí)施例中約為2-16,500，在一個(gè)實(shí)施例中約為1000-10,000。
吸附媒介可包括銀、金、鉑、鈀、鎳、沸石、硅膠，或其中的兩種或多種物質(zhì)的組合物。
在一個(gè)實(shí)施例中，吸附媒介包括反應(yīng)性配位吸附劑，在相對(duì)高的溫度下，該吸附劑與流體成分形成可逆的化學(xué)配位，其中流體成分被吸附媒介表面吸附。在較低的溫度下，化學(xué)反應(yīng)是可逆的，并且配位的流體再生為更純的形式。
吸附媒介可包括抗氧化劑。這樣的例子包括二胺、苯酚磷酸鹽、亞磷酸鹽、酚醛樹脂(phenolics)、雙酚醛樹脂、羥胺、烯烴羧酸酯、氨基羧酸酯(例如，乙烯二胺四乙酸及其鹽)、維生素E、二-叔丁基-對(duì)-甲酚、錫鹽、錫的氧化物、山梨酸酯、聚山梨醇酯，或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。
吸附媒介可在支撐物上形成。該支撐物可以是硅膠、泡沫狀銅、燒結(jié)的不銹鋼纖維、氧化鋁、聚(甲基甲基丙烯酸酯)、聚磺酸酯、聚(四氟乙烯)、鐵、鎳海綿體、尼龍、聚乙二烯二氟化物、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯乙基酮、聚乙烯醇、聚乙烯乙酸酯、聚丙烯酸酯、聚甲基甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚苯烯硫化物、聚砜、聚丁烯，或其中的兩種或多種物質(zhì)的組合物。
在一個(gè)實(shí)施例中，吸附媒介可由孔隙(lacunar)鈷配體組成，例如，如美國專利4,680,037所描述的。簡要地，這些配合物的分子式如下所示
其中，每個(gè)R1可分別為氫、苯基或C1-C6的烷基；每個(gè)R2可分別為氫或C1-C6的烷基；R3是與兩個(gè)羰基碳相連的C4-C30的烴基自由基；Y是鄰-苯烯，-CH2)a，其中“a”為2或3，-CH2)bN-R4-CH2)C，其中“b”和“c”分別為2或3，R4為氫或C1-C12的烷基。這個(gè)專利在此處作為參考，用于公開上述的配合物。
在一個(gè)實(shí)施例中，吸附媒介可由柱狀的鈷配合物組成，例如，如美國專利4,735,634所描述的。簡要地，這些配合物的分子式如下所示 其中，每個(gè)R1可分別為苯基或C1-C6的烷基；每個(gè)R2可分別為氫、苯基或C1-C6的烷基；R3是琥珀酰亞胺基，其中在α碳原子至酰亞氨羰基碳原子上被C3或更大的烴基官能團(tuán)所取代，或者是具有比C1更大的烴基取代基的羰基官能團(tuán)，且當(dāng)所述取代基為甲基時(shí)，R2不為氫；Y是鄰-苯烯，-CH2-a，其中“a”為2或3，-CH2-bNR4-CH2-C其中“b”和“c”分別為2或3，R4為氫或C1-C12的烷基。這個(gè)專利在此處作為參考，用于公開上述的配合物。
在一個(gè)實(shí)施例中，吸附媒介可由陽離子-金屬干洞配合物的鹽組成，例如，如美國專利4,888,032所描述的。簡要地，這些配合物的分子式如下所示 其中，M為Co、Fe、Cr或Mn，X、Y、R1、R2和R4為氫、烷基或取代基，兩個(gè)R3和/或兩個(gè)R6形成有機(jī)橋基，這些化合物的衍生物具有各種附著在金屬原子上的軸配體。這個(gè)專利在此處作為參考，用于公開上述的配合物。
例1吸附媒介，即[內(nèi)消旋-α，α，α，α-四(鄰-新戊酰氨基苯基)卟啉基]鐵(II)，通過使用下述設(shè)備，被測(cè)試用于從空氣中回收氧氣，該設(shè)備包括裝配了克拉克類型的對(duì)氧氣敏感的電極的舒?zhèn)惪?Schlenk)管道玻璃支管系統(tǒng)，能確保系統(tǒng)處于大氣壓下的油泡，以及氦的超高純(UHP)資源，該對(duì)氧氣敏感的電極能在百萬分之一至百分之一的范圍內(nèi)檢測(cè)氧氣。通過使用氦(零氧氣)和校準(zhǔn)氣(在氮?dú)庵杏?.998％的氧氣)，在氧氣傳感器上進(jìn)行兩個(gè)級(jí)別的校準(zhǔn)。吸附媒介，0.57g，被放入舒?zhèn)惪藰悠啡萜髦?，并被冷卻至0.0℃，同時(shí)與空氣接觸。該樣品容器附在支管系統(tǒng)上，并被液氮(-196℃)進(jìn)一步冷卻。
在吸附媒介被從氧氣傳感器中分離的同時(shí)，使用UHP氦氣清除系統(tǒng)中的空氣。一旦支管系統(tǒng)中的氧氣水平將指令，氦氣流(1.0cc/sec)通過該樣品容器，從而清除容器中過量的空氣。在最初的增長之后，氧氣水平降至0.857％，到此處后氧氣水平達(dá)到穩(wěn)定。移開液氮，并在氦氣流下使用循環(huán)水浴加熱樣品。該樣品被加熱至22℃，同時(shí)測(cè)定釋放的O2。溫度升至80℃。未觀察到另外的O2的釋放。氧氣的釋放為4.11vol％。O2吸附媒介負(fù)載能力為5.7mg O2/gm吸附劑。
例2重復(fù)例1的程序。在例1中觀察到的達(dá)到穩(wěn)定的現(xiàn)象在這個(gè)測(cè)試中也被觀察到，在該處得到0.858％的穩(wěn)定的氧氣濃度。這個(gè)結(jié)果顯示吸附媒介(在-196℃下)以恒穩(wěn)態(tài)速率失去氧氣至氦氣凈化氣相，這是因?yàn)橛珊鈨艋魈峁┑偷难鯕饩植繅毫ΑＲ迫ヒ旱?，并使用循環(huán)水浴加熱樣品。在0.5cc/sec的氦氣流下，負(fù)載了O2的吸附媒介被加熱至-0.6℃，并用串聯(lián)的O2傳感器分析。當(dāng)在流速為0.50ml/sec的流體中收集O2，O2的釋放為21.54vol％。O2吸附媒介的負(fù)載能力為14.9mg O2/gm吸附劑。
例3進(jìn)行例2所用的程序3次以上，除了在O2解吸階段作為閉合體系。更高的溫度不會(huì)導(dǎo)致氧氣的進(jìn)一步解吸，表明氧氣在低的PO2值下被完全清除。第三次實(shí)驗(yàn)涉及例1所用的吸附媒介和閉合體系的使用；一旦該系統(tǒng)被凈化，該系統(tǒng)就被密封，并且樣品被加熱至-1.9℃。從吸附媒介解吸的氧氣的量導(dǎo)致氧氣含量增加至3.76mol％。這個(gè)增長持續(xù)5分鐘，然后維持該常數(shù)150分鐘，顯示在閉合系統(tǒng)內(nèi)沒有漏出物。這三個(gè)試驗(yàn)的第一個(gè)用批處理方式分析(在22℃下的解吸階段沒有氦氣流過)。下述的結(jié)果被獲得。


例4含有吸附媒介的工藝微通道在超過20℃的溫度范圍進(jìn)行至少10秒鐘的熱循環(huán)。該設(shè)備由含有粉狀吸附媒介的工藝微通道組成，該工藝微通道與含有冷卻流體的一系列熱交換微通道相交錯(cuò)。含有中心電阻加熱器的微通道吸附媒介側(cè)接于厚為0.635mm，寬為2.39cm，長為4.57cm的吸附媒介床，該中心電阻加熱器有兩個(gè)平行的鎳鉻鐵合金條，每一個(gè)厚0.018cm、寬1.27cm、長為7.6cm，其電阻為0.5Ω/m，并涂敷有0.064mm的聚酰亞胺膠帶(McMaster-Carr供應(yīng)公司)。吸附媒介材料是由西格瑪-阿德瑞奇公司(Sigma-Aldrich)提供的5，10，15，20-四苯基-21H，23H-卟啉鈷(II)的細(xì)粉(＜90μ)。吸附媒介與兩種尺寸的惰性25％(vol)的金剛石微粒相混合15％(vol)70/80目和10％(vol)170/200目(人造工業(yè)金剛石(Man-MadeIndustrial Diamond)，GE的商標(biāo))。該混合物被震動(dòng)并被平均分配。該混合物所測(cè)定的有效的熱傳導(dǎo)性為1W/m/k。鉆石粉末的加入將吸附媒介的有效熱傳導(dǎo)性從沒有鉆石粉末的條件下測(cè)定的0.2-0.3W/m/k增加到1W/m/k。
相鄰的兩個(gè)工藝微通道是兩個(gè)冷卻劑微通道，每個(gè)高0.51mm、寬3.05cm、長4.45cm，其總內(nèi)部體積為1.38cm3。水(50％)/丙烯乙二醇(50％)的混合物為冷卻流體，在循環(huán)的冷卻部分階段，該混合物維持在25℃下，流速為7.5L/min。冷卻劑被循環(huán)出電阻加熱器的階段，使得冷卻劑流體在電阻加熱器的非循環(huán)期間繼續(xù)流動(dòng)。
加熱和冷卻的循環(huán)時(shí)間是可變的。圖14示出了吸附媒介、加熱器表面以及冷卻劑通道壁的溫度。在4秒的循環(huán)時(shí)間(2秒加熱以及2秒冷卻)時(shí)，吸附媒介在80-100℃之間被加熱或冷卻20℃。
冷卻劑側(cè)面由兩個(gè)微通道組成，該兩個(gè)微通道側(cè)接于兩個(gè)工藝微通道，每個(gè)微通道通過厚為0.102cm的銅壁與其相鄰的吸附媒介分開。冷卻劑微通道進(jìn)入或離開單獨(dú)的總管和單獨(dú)的尾管。該總管具有三角形的通道，且在三角形的大的末端有冷卻劑入口。該總管厚為0.594cm，且覆蓋兩個(gè)微通道。其長度為4.572cm，基座的寬為0.617cm，相應(yīng)的體積為0.838cm3。總管體積為冷卻劑通道體積的60.8％?？偣軆?nèi)的平均保留時(shí)間為0.11毫秒。尾管與總管相同，其中冷卻劑出口在三角形的底部。但是，對(duì)于流經(jīng)冷卻劑通道的z-類型的流動(dòng)模式，它的方向與總管的方向相反。尾管體積是冷卻劑通道體積的60.8％。尾管內(nèi)的保留時(shí)間為0.11毫秒。冷卻劑通道內(nèi)的保留時(shí)間為0.18毫秒。
在一個(gè)可選擇的實(shí)施例中，在每個(gè)工藝微通道上的總管和尾管可以是三角形的。在這樣的例子中，總管體積約為冷卻劑通道體積的20％或更小?？偣軆?nèi)的平均保留時(shí)間可約為0.04毫秒。相同的關(guān)系也應(yīng)用于尾管。
在氧氣的吸附和解吸階段，總管和尾管內(nèi)的空氣和沖洗流體的總保留時(shí)間可少于工藝微通道內(nèi)的保留時(shí)間的40％?？偣芎臀补艿捏w積可少于發(fā)生吸附作用的微通道的體積的40％。
例5通過內(nèi)消旋-四(α，α，α，α-鄰-新戊酰氨基苯基)卟啉鐵(II)的O2的吸附的熱焓和熵的變化分別為-15.6kcal/mole和-38cal/deg-mole。對(duì)于特定溫度的Keq由ΔG＝ΔH-TΔS計(jì)算得到，其中T為絕對(duì)溫度，當(dāng)結(jié)合ΔG＝-RTInKeq。例如，在20℃下，數(shù)值位Keq＝2400atm-1，P1/2＝0.31torr(P1/2＝1/Keq)，其中P1/2是壓力，在特殊的溫度下，此處吸附媒介位點(diǎn)的一半都充滿了O2分子。下述數(shù)據(jù)被計(jì)算


這些數(shù)據(jù)適用于線性最小平方，使用西格瑪圖形軟件(SigmaPlotsoftware)生成下述關(guān)系Log10P1/2＝0.0387*T-4.2079其中R2＝0.9947，T為攝氏度，P為大氣壓，或Log10P1/2＝0.0387*T-3.0406其中R2＝0.9947，T為攝氏度，P為絕對(duì)磅/平方英尺(psia)。
上述的第二個(gè)等式用于計(jì)算一系列在所需的溫度范圍內(nèi)的Log10P1/2值。這些數(shù)值列于下述的表1中，并在圖15中制圖。這些等式或直線圖構(gòu)成了本發(fā)明工藝的“工作曲線”，因?yàn)閺闹锌色@取純化的O2的生產(chǎn)、工藝模型以及相關(guān)的微通道設(shè)備設(shè)計(jì)的信息。
下面是使用下面的圖15和表1數(shù)據(jù)模擬本發(fā)明工藝的例子。由于在海平面上的空氣中的O2的局部壓力為0.21個(gè)大氣壓，在20℃下，吸附媒介負(fù)載近100％的O2的容量，這是因?yàn)檫@個(gè)吸附媒介僅要求4.08×10-4個(gè)大氣壓的O2局部壓力，從而在20℃下負(fù)載50％的O2的容量。負(fù)載O2，q的吸附媒介的部分從P1/2計(jì)算如下θ/(1-θ)＝PO2/P1/2＝(0.21atm)/[(10-2.2692psia)/(14.7psia/atm)]＝573.8得到θ＝0.998或吸附媒介負(fù)載至99.8％的容量。因此，在PO2為0.21的大氣平衡壓，溫度為20℃的條件下，吸附媒介負(fù)載99.8％。
為了使用上述的本發(fā)明工藝的負(fù)載材料生產(chǎn)6.8個(gè)大氣壓的化學(xué)加壓的純得O2產(chǎn)品，表1和圖15中的信息被用于測(cè)定如下所需的溫度躍變。解吸的近似溫度由圖15讀取，讀取當(dāng)logP1/2為log(99.7)時(shí)的溫度，或“y”值為2.00，溫度則為130℃。對(duì)于這個(gè)例子，在空氣供應(yīng)在1atm和20℃下，130-20＝110℃的溫度躍變是產(chǎn)生85psig純化的氧氣所需的。
小的溫度循環(huán)范圍是本發(fā)明工藝所需的，因?yàn)樵摴に囈笱h(huán)吸附媒介及其容器物質(zhì)的溫度，它確定了完成溫度變化所需的能量，以及對(duì)于給定的可獲得的熱回流的溫度變化速率。通過下述方式，可以由對(duì)于這個(gè)例子的特定吸附媒介的上述等式測(cè)定最小的溫度躍變。由于20℃負(fù)載是所需的，吸附媒介可在高于20℃的溫度下被完全負(fù)載。
使用這些本發(fā)明工藝的溫度效應(yīng)的計(jì)算如下使用該等式θ/(1-θ)＝P02/P1/2Log10P1/2＝0.0387*T-3.0406輸入?yún)?shù)T1＝負(fù)載/吸附溫度(Tsorb)T2＝解負(fù)載/解吸溫度(Tdesorb)PT1O2＝0.21atm＝3.09psiaPT2O2＝99.7psia解兩個(gè)等式和兩個(gè)未知數(shù)，首先計(jì)算兩個(gè)P1/2值、Log10P1/2T1以及Log10P1/2T2。對(duì)于上述的輸入?yún)?shù)，這些分別為-0.465和+2.95(psia單位)。那么兩個(gè)溫度計(jì)算如下Tsorb＝66.6℃Tdesorb＝154.9℃該溫度躍變是這兩個(gè)溫度之間的差，或88.3℃，該溫度躍變是隨純化并加壓的氧氣的產(chǎn)生而影響上述吸附劑負(fù)載變化所需的。
40℃的溫度變化，在一個(gè)實(shí)施例中為20℃或更少，是適合的。較小的溫度躍變僅僅表示在循環(huán)階段，留下的吸附媒介伴有一些未被解吸的O2。在一個(gè)實(shí)施例中，在吸附循環(huán)階段吸附媒介被完全負(fù)載，并在解吸循環(huán)階段被全部或部分的解吸，正如選擇實(shí)踐本發(fā)明的溫度和溫度躍變循環(huán)所提供的。
表1



例6通過使用例4所描述的設(shè)備，本發(fā)明工藝被用于影響氧氣的分離。10個(gè)工藝微通道散置于11個(gè)冷卻劑微通道之間。所有微通道的尺寸與例4所描述的相同?？傃h(huán)時(shí)間為4秒，其中吸附時(shí)間為2秒，解吸時(shí)間為2秒。吸附媒介在80-100℃之間循環(huán)，從而分別吸附和解吸氧氣。
用于這個(gè)例子的設(shè)計(jì)的特征涉及總管和尾管，其與進(jìn)料閥和階段末端的閥相連，這些閥將流出流體送至排出裝置或產(chǎn)品回收。進(jìn)料閥之后，圓柱形的管道將流體與10個(gè)工藝微通道連接起來。吸附媒介具有一個(gè)電阻加熱元件，該電阻加熱元件置于兩個(gè)工藝微通道之間，并于兩個(gè)工藝微通道相側(cè)接。冷卻劑微通道位于工藝微通道的外側(cè)上。圓柱形的管道的內(nèi)部尺寸為2.54mm且流程長35mm，從而總體積約為0.7cc。與該管道相連的是一個(gè)三角形的總管，該總管將流體送至10個(gè)吸附媒介床中的每一個(gè)。該三角形連接處有一個(gè)基座，該基座相當(dāng)于工藝微通道吸附媒介間隙加上電阻加熱器(1.45mm)，且其寬度為2.39cm。圓形連接管道的切線到吸附媒介床的入口的距離為6.35mm。該三角形的總管為45度角。每個(gè)工藝微通道的總管的總體積為0.11cc。10個(gè)總管和進(jìn)料閥處的連接管道的總死區(qū)體積為1.8cc。10個(gè)工藝微通道的總體積為13.3cc?？偣芟到y(tǒng)中的體積百分?jǐn)?shù)約為吸附媒介總體積的13％。尾管的設(shè)計(jì)與總管相似。
在25℃，1個(gè)大氣壓下，流經(jīng)系統(tǒng)的空氣的流速為每分鐘10公升。工藝微通道吸附媒介床內(nèi)的平均保留時(shí)間為80毫秒?？偣芟到y(tǒng)內(nèi)的平均保留時(shí)間為6毫秒。尾管內(nèi)的平均保留時(shí)間稍長，這是因?yàn)檠鯕庠诠に囄⑼ǖ牢矫浇榇矁?nèi)被吸附。
空氣進(jìn)料在吸附媒介床的兩個(gè)可替換的微通道排列之間循環(huán)。氧氣在第一階段被吸附，然后在第二階段被解吸。對(duì)于一個(gè)2秒的循環(huán)時(shí)間，用6毫秒的時(shí)間沖洗由總管來的凈化流體，并用稍長于6毫秒的時(shí)間凈化尾管。
在解吸循環(huán)階段的凈化流體的流動(dòng)少于在進(jìn)料循環(huán)階段的空氣進(jìn)料。凈化流體為氧氣或流體。對(duì)于流體來說，該壓力可高于吸附壓力。對(duì)于流體的凈化流體來說，要求較高的解吸溫度，從而防止水的濃縮。對(duì)于流速為每分鐘1公升的凈化流體來說，總管系統(tǒng)內(nèi)的平均保留時(shí)間為0.06秒。尾管內(nèi)的平均保留時(shí)間為0.06秒，或由于氧氣被解吸而稍小。工藝微通道吸附媒介床排列內(nèi)的平均保留時(shí)間約為0.8秒。
電阻加熱被用于加熱吸附劑，例4所描述的冷卻劑流體被用于冷卻吸附劑床。
當(dāng)結(jié)合各種詳細(xì)的實(shí)施例闡述本發(fā)明時(shí)，可以理解，在閱讀說明書的基礎(chǔ)上，它的各種改變對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，可以理解，此處所公開的本發(fā)明試圖覆蓋落入附加權(quán)利要求范圍之內(nèi)的改變。
權(quán)利要求
1.一種從含有一種流體成分的流體混合物中分離該流體成分的工藝，該工藝包括(A)將流體混合物流入一微通道分離器；該微通道分離器包括多個(gè)含有一種吸附媒介的工藝微通道，一為流體進(jìn)入工藝微通道提供流動(dòng)通道的總管，以及一為流體離開工藝微通道提供流動(dòng)通道的尾管，該總管和尾管的總的內(nèi)部體積約為工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該流體混合物處于微通道分離器內(nèi)，直至至少一部分該流體成分被該吸附媒介所吸附；凈化該微通道分離器，從而置換微通道分離器中流體混合物的未被吸附部分；以及(B)從吸附媒介中解吸該流體成分，并將一沖洗流體流經(jīng)微通道分離器，從而置換微通道分離器中被解吸的流體成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中一入口管道與該總管相連，一出口管道與該尾管相連；該入口管道具有對(duì)于流體混合物和沖洗流體的不同的入口，沖洗流體的入口在流體混合物的入口的上游；該出口管道具有對(duì)于流體混合物和沖洗流體的不同的出口，沖洗流體的出口在流體混合物的出口的上游。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該總管包括一種可變形的部件，從而允許改變總管的內(nèi)部體積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中尾管包括一種可變形的部件，從而允許改變尾管的內(nèi)部體積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該總管和尾管分別包括可變形的部件，從而允許改變總管和尾管的內(nèi)部體積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該總管是一個(gè)多入口總管，該總管包括一流體混合物部分、一凈化流體部分和一沖洗流體部分；該流體混合物由流體混合物部分流入該工藝微通道；該凈化流體由凈化流體部分流入該工藝微通道；該沖洗流體由沖洗流體部分流入該工藝微通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該沖洗流體不同于流體成分，并且該工藝還包括從流體成分中分離沖洗流體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中在步驟(B)中，沖洗流體由總管流向工藝微通道，經(jīng)工藝微通道流向尾管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中在步驟(B)中，沖洗流體由尾管流向工藝微通道，經(jīng)工藝微通道流向總管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該工藝還包括在步驟(B)之后的再生吸附媒介的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中吸附媒介在步驟(A)階段處于第一溫度，在步驟(B)階段處于第二溫度，該第一溫度低于第二溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中吸附媒介在步驟(A)階段處于第一溫度，在步驟(B)階段處于第二溫度，該第一溫度高于第二溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中吸附媒介在步驟(A)的開始階段處于第一溫度，在步驟(A)的結(jié)束階段處于第二溫度，該第一溫度高于第二溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中吸附媒介在步驟(A)階段處于第一壓力下，在步驟(B)階段處于第二壓力下，該第一壓力等于或高于第二壓力。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中吸附媒介在步驟(A)階段處于第一壓力下，在步驟(B)階段處于第二壓力下，該第一壓力等于或低于第二壓力。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中吸附媒介在步驟(A)階段處于第一溫度和第一壓力下，在步驟(B)階段處于第二溫度和第二壓力下，該第一溫度低于第二溫度，并且該第一壓力等于或高于第二壓力。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中吸附媒介在步驟(A)階段處于第一溫度和第一壓力下，在步驟(B)階段處于第二溫度和第二壓力下，該第一溫度低于第二溫度，并且該第一壓力等于或低于第二壓力。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中吸附媒介是用電阻加熱器加熱的。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中吸附媒介包括金屬結(jié)構(gòu)，該金屬結(jié)構(gòu)起到電阻加熱器的功能。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中吸附媒介用由熱交換微通道的熱量加熱，該熱交換微通道與吸附媒介進(jìn)行熱接觸。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的工藝，其中流經(jīng)工藝微通道的流體以第一方向流動(dòng)，熱交換流體以第二方向流經(jīng)熱交換微通道，該第二方向相對(duì)于第一方向?yàn)殄e(cuò)流。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的工藝，其中流經(jīng)工藝微通道的流體以第一方向流動(dòng)，熱交換流體以第二方向流經(jīng)熱交換微通道，該第二方向相對(duì)于第一方向?yàn)椴⒘鳌?br> 23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的工藝，其中流經(jīng)工藝微通道的流體以第一方向流動(dòng)，熱交換流體以第二方向流經(jīng)熱交換微通道，該第二方向相對(duì)于第一方向?yàn)槟媪鳌?br> 24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中工藝微通道由下述材料制成鋼；鋁；鈦；鎳；鉑；銠；銅；鉻；黃銅；一種上述任何金屬的合金；一種聚合物；陶瓷；玻璃；一種包括聚合物和纖維玻璃的復(fù)合物；石英；硅；或其中兩種或多種物質(zhì)的結(jié)合物。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的工藝，其中該熱交換微通道由下述材料制成鋼；鋁；鈦；鎳；鉑；銠；銅；鉻；黃銅；一種上述任何金屬的合金；一種聚合物；陶瓷；玻璃；一種包括聚合物和纖維玻璃的復(fù)合物；石英；硅；或其中兩種或多種物質(zhì)的結(jié)合物。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介的形式為一種流經(jīng)的吸附媒介。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介的形式為一種流過的吸附媒介。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該工藝微通道具有內(nèi)表面，且該吸附媒介被涂布于工藝微通道的內(nèi)表面上。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介為固體微粒的形式。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介為固體微粒的形式，該固體微粒與有效量的熱導(dǎo)固體微?；旌?，從而增加該吸附媒介的熱傳導(dǎo)性。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介的形式為一種泡沫材料、氈狀體、填充物、絲網(wǎng)、蜂巢狀體、可插入的葉片或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的工藝，其中泡沫材料、氈狀體、填充物、絲網(wǎng)或可插入的葉片起到電阻加熱器的功能。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介具有彎曲的構(gòu)型。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介的形式為一種有相鄰縫隙的流經(jīng)的結(jié)構(gòu)、一種有相鄰縫隙的泡沫材料、一種有縫隙的葉片結(jié)構(gòu)、一種在插入式底層上的洗滌涂層或一種平行于流動(dòng)方向并具有對(duì)于流動(dòng)相應(yīng)的縫隙的絲網(wǎng)。
35.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介約占工藝微通道的至少一個(gè)交錯(cuò)部分的橫截面面積的1-99％。
36.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介包括銀、金、鉑、鈀、鎳、沸石、硅膠或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。
37.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介來自Fe(II)、Co(II)、Cu(I)、V(II)、Mn(II)、Mn(III)、Cr(II)、Ag(I)、Rh(I)、Rh(II)、Rh(III)、U(IV)、V(IV)、Ru(II)、Ru(IV)、Ti(III)、Cr(IV)、Bi(III)、Ni(II)、W(V)、W(IV)、Mo(II)、Mo(III)、Mo(IV)、Mo(V)、Mo(VI)或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。
38.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中吸附媒介來自聯(lián)吡啶；2，6-[1-(2-咪唑-4-基乙基亞氨基)乙基嘧啶]；輪環(huán)藤寧；仙客木；席夫堿配體；乙?；狨セ蚱涞途畚锘蚓酆衔?；羧酸酯；聯(lián)吡啶或其低聚物或聚合物；卟啉或其低聚物或聚合物；呵啉或其低聚物或聚合物；聚酰胺；蛋白質(zhì)；8-羥基喹啉或其低聚物或聚合物；半胱乙酯或其低聚物或聚合物；N-烷基烷鏈異羥肟酸；二甲基乙二肟；均二乙基乙烯二氨或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。
39.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介來自一種咪唑、組氨酸氨基酸、嘧啶、哌啶、4-甲基氨基嘧啶、4-二甲基氨基嘧啶、硝酸鹽、硫氰酸酯、鹵化物或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。
40.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介包括血紅蛋白；血赤蘚素；血藍(lán)蛋白；肌血球素；Co(II)(雙(乙酰丙酮)乙二胺四齒席夫堿配體)；Co(II)(干洞)(N-甲基咪唑)；Fe(II)(四-(2-新戊?；交?卟啉)B；Fe(II)(封端的卟啉)B；Fe(2-羥基-1，10-鄰菲咯啉)22+；雙(乙基半胱氨酸基)氧化釩(IV)；Cu(I)((1H-苯并咪唑-2-基-甲基)磷酸酯)；雙(二甲基乙二肟基)鈷(II)；雙(組氨酸)鈷(II)；二硝酸基-雙(均二乙基乙烯二胺)鈷(II)；二氯-雙(均二乙基乙烯二胺)鈷(II)；[間-四(α，α，α，α-鄰-新戊酰氨基苯基)卟啉]鈷(II)；[N，N，-雙(亞水楊基)二丙烯三氨]鈷(II)；[2，3，10，11，13，19-六甲基-3，10，14，18，21，25-六氮雜雙環(huán)[10.7.7]二十六-1，11，13，18，20，25-己烯-κ4N]鈷(II)六氟磷酸酯；[N，N’-雙(亞水楊基)乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(3-甲氧基亞水楊基)乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(亞水楊基)四甲基乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(3-甲氧基亞水楊基)四甲基乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(3-異丙氧基亞水楊基)四甲基乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(3-乙氧基亞水楊基)四甲基乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(5-甲氧基亞水楊基)四甲基乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(5-n-丁氧基亞水楊基)四甲基乙烯二胺]鈷(II)；[N，N’-雙(亞水楊基)乙烯二胺]鈷(II)；鈷(II)卟啉配合物；封裝在沸石內(nèi)的金屬-氰化物配合物；氰基鈷酯；含有二鐵(III，IV)、二銅(II)或二錳核的血色素、蚯蚓血紅蛋白或血藍(lán)蛋白；N，N’-二亞水楊基乙烯二胺鈷(II)；鈷-二-(3-甲氧基水楊醛特丁基胺)；[N，N’-雙(亞水楊基)n-丙基二丙烯三胺]鈷(II)；1-甲基咪唑；2-甲基咪唑；4-二甲基酰氨基嘧啶；氰基嘧啶；與衍生于乙烯-二氨-四乙酸、甲基甲基丙烯酸酯和丁基丙烯酸酯的共聚物螯合的鈷；雙(組氨酸)鈷(II)；[α-單(鄰-甲基丙烯酰氨基苯基)-α，α，α-三(鄰-新戊酰氨基苯基)卟吩基]鈷；[內(nèi)消旋-α，α，α，α-四(鄰-新戊酰氨基苯基)卟吩基]-鐵(II)；鈷(II)內(nèi)消旋-四-苯基-卟啉；鈷(II)內(nèi)消旋-四(2-氯苯基)卟啉；鈷(II)內(nèi)消旋-四(4-氯苯基)卟啉；鈷(II)內(nèi)消旋-四(4-甲氧基苯基)卟啉；鈷(II)內(nèi)消旋-四(2，4-二甲氧基苯基)卟啉；釕(III)雙(水楊醛)乙烯二亞胺；釕(III)雙(水楊醛)二乙烯三亞胺；釕(III)雙-(吡啶醛)-鄰-亞苯基二亞胺；釕(III)雙(吡啶醛)乙烯二亞胺；釕(III)雙(吡啶醛)二乙烯三亞胺；雙(二甲基乙二肟基)鎳(II)、雙(二甲基乙二肟基)鈷(II)；雙(二甲基乙二肟基)銅(II)；二硝酸基-雙(均二乙烯二胺)鈷(II)；二氰硫基-雙(均二乙烯二胺)鈷(II)；二氯-雙(均二乙基乙烯二胺)鈷(II)；鈷二(水楊醛)-3，3’-二亞胺-二-鄰-丙基氨；N，N’-二亞水楊基乙烯二氨鈷(II)；N，N’-乙烯-雙(5-硝基-亞水楊基-亞氨基)鈷(II)；或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。
41.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介來自具有圖16所示結(jié)構(gòu)的配體，其中每個(gè)R代表烴或取代的烴基。
42.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介包括Sb2O5、AgO、PtO、CrO2、PbO、HgO、Cu2O、MnO、Mn2O3、Bi2O4、NiO、NiO2、Cu2O3、SnO、SnO2、WO2、WO3、W2O5、全氟化的薄膜、Pt/γ-氧化鋁、Fe/γ-氧化鋁、Cu/γ-氧化鋁、Zn/γ-氧化鋁、Co/γ-氧化鋁、沸石，或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。
43.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介包括一種金屬氰化物的低聚物或聚合物。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的工藝，其中該金屬氰化物的低聚物或聚合物的分子式為[Cu(I)(CN)x]n、[Fe(ii)(CN)y]n或[Co(II)(CN)y]n，其中x為3，y為5且n至少為2。
45.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介包括一種硅膠、泡沫狀銅、燒結(jié)的不銹鋼纖維、氧化鋁、聚(甲基甲基丙烯酸酯)、聚磺酸酯、聚(四氟乙烯)、鐵、鎳海綿體、尼龍、聚乙二烯二氟化物、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯乙基酮、聚乙烯醇、聚乙烯乙酸酯、聚丙烯酸酯、聚甲基甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚苯烯硫化物、聚砜、聚丁烯，或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。
46.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附包括一種抗氧化劑。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的工藝，其中該抗氧化劑包括一種二胺、苯酚磷酸鹽、亞磷酸鹽、酚醛樹脂、雙酚醛樹脂、羥胺、烯烴羧酸酯、氨基羧酸酯、維生素E、二-叔丁基-對(duì)-甲酚、錫鹽、錫的氧化物、山梨酸酯、聚山梨醇酯或其中兩種或多種物質(zhì)的組合物。
48.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介包括來自甲烷或氫氣的一種沉積物。
49.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該工藝微通道具有一個(gè)高或?qū)捈s為10mm的內(nèi)部尺寸。
50.根據(jù)權(quán)利要求20所述的工藝，其中該熱交換微通道具有一個(gè)高或?qū)捈s為2mm的內(nèi)部尺寸。
51.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中在步驟(A)中的流體混合物是非濃縮的，在步驟(A)階段被吸附的流體成分的體積的至少約1％在步驟(B)階段被解吸，用于完成步驟(A)和步驟(B)的時(shí)間約為100秒。
52.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中在步驟(A)中的流體混合物是濃縮的，在步驟(A)階段被吸附的流體成分的體積的至少約1％在步驟(B)階段被解吸，用于完成步驟(A)和步驟(B)的時(shí)間約為100秒。
53.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介在步驟(A)階段的溫度約為-100～200℃，在步驟(B)階段約為0～300℃。
54.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該吸附媒介在步驟(A)階段的壓力約為0.01～50個(gè)大氣壓，在步驟(B)階段約為0.001～50個(gè)大氣壓。
55.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該流體混合物包括空氣，且該流體成分包括氧氣。
56.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該流體混合物包括一種烷鏈烴和一種烯烴，且該流體成分包括該烯烴。
57.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該流體混合物包括乙烯和乙烷，且該流體成分包括乙烯。
58.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該流體成分包括氧、氫、NOX、CO、CO2、H2S、HCN，SO2、CH3SCH3、烯烴、鏈烷烴、芳香化合物、鹵代物、硝酸鹽、硫酸鹽、糖、酯、醇、醚或其中兩種或多種物質(zhì)的混合物。
59.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該凈化流體包括氮、氦、氬、二氧化碳、水蒸氣或其中兩種或多種物質(zhì)的混合物。
60.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中該沖洗流體包括氮、氦、氬、二氧化碳、水蒸氣或其中兩種或多種物質(zhì)的混合物。
61.一種用于從空氣中分離氧氣的工藝，該工藝包括(A)將空氣流入微通道分離器；該微通道分離器包括多個(gè)含有一種吸附媒介的工藝微通道，一個(gè)為流體進(jìn)入工藝微通道提供流動(dòng)通道的總管，以及一個(gè)為流體離開工藝微通道提供流動(dòng)通道的尾管，該總管和尾管的總的內(nèi)部體積約為工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該空氣處于微通道分離器內(nèi)，直至至少部分氧氣被該吸附媒介所吸附；凈化該微通道分離器，從而置換微通道分離器中空氣的未被吸附部分；以及(B)從該吸附媒介中解吸氧氣，并將沖洗流體流經(jīng)微通道分離器，從而置換微通道分離器中被解吸的氧氣。
62.一種從含有流體成分的流體混合物中分離該流體成分的工藝，該工藝包括(I)(A)將部分流體混合物流入第一微通道分離器；該第一微通道分離器包括多個(gè)含有一種第一吸附媒介的第一工藝微通道，一個(gè)為流體進(jìn)入該第一工藝微通道提供流動(dòng)通道的第一總管，以及一個(gè)為流體離開該第一工藝微通道提供流動(dòng)通道的第一尾管，該第一總管和第一尾管的總的內(nèi)部體積約為該第一工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該流體混合物處于第一微通道分離器內(nèi)，直至至少一部分該流體成分被該第一吸附媒介所吸附；凈化該第一微通道分離器，從而從該第一微通道分離器置換該流體混合物的未被吸附部分；(I)(B)從第一吸附媒介中解吸該流體成分，并將第一沖洗流體流經(jīng)該第一微通道分離器，從而置換該第一微通道分離器中的被解吸的流體成分；(II)(A)將另一部分流體混合物流入該第二微通道分離器；該第二微通道分離器包括多個(gè)含有一種第二吸附媒介的第二工藝微通道，一個(gè)為流體進(jìn)入該第二工藝微通道提供流動(dòng)通道的第二總管，以及一個(gè)為流體離開該第二工藝微通道提供流動(dòng)通道的第二尾管，該第二總管和第二尾管的總的內(nèi)部體積約為第二工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該流體混合物處于該第二微通道分離器內(nèi)，直至至少一部分該流體成分被該第二吸附媒介所吸附；凈化該第二微通道分離器，從而從該第二微通道分離器置換該流體混合物的未被吸附部分；(II)(B)從該第二吸附媒介中解吸該流體成分，并將一種第二沖洗流體流經(jīng)該第二微通道分離器，從而置換該第二微通道分離器中的被解吸的流體成分。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的工藝，其中進(jìn)行步驟(I)(A)的時(shí)間與進(jìn)行步驟(II)(B)時(shí)間相同。
64.根據(jù)權(quán)利要求62所述的工藝，其中進(jìn)行步驟(I)(B)與進(jìn)行步驟(II)(A)同時(shí)進(jìn)行。
65.一種從第二流體成分中分離第一流體成分的工藝，該第一流體成分和第二流體成分存在于第一流體混合物中，該工藝包括(I)將該第一流體混合物與一種第三流體成分混合，從而形成一種第二流體混合物；(II)將該第二流體混合物分離為第三流體混合物和第四流體混合物，該第三流體混合物包括第一流體成分和第三流體成分，該第四流體混合物包括第二流體成分和第三流體成分；(III)(A)將該第三流體混合物流入第一微通道分離器；該第一微通道分離器包括多個(gè)含有一種第一吸附媒介的第一工藝微通道，一個(gè)為流體進(jìn)入該第一工藝微通道提供流動(dòng)通道的第一總管，以及一個(gè)為流體離開該第一工藝微通道提供流動(dòng)通道的第一尾管，該第一總管和第一尾管的總的內(nèi)部體積約為該第一工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該第三流體混合物處于該第一微通道分離器內(nèi)，直至至少一部分第一流體成分被第一吸附媒介所吸附；凈化該第一微通道分離器，從而從該第一微通道分離器置換該第三流體混合物的未被吸附部分；(III)(B)從該第一吸附媒介中解吸該第一流體成分，并將一種第一沖洗流體流經(jīng)該第一微通道分離器，從而置換第一微通道分離器中的被解吸的第一流體成分；(IV)(A)將第四流體混合物流入第二微通道分離器；該第二微通道分離器包括多個(gè)含有一種第二吸附媒介的第二工藝微通道，一個(gè)為流體進(jìn)入該第二工藝微通道提供流動(dòng)通道的第二總管，以及一個(gè)為流體離開該第二工藝微通道提供流動(dòng)通道的第二尾管，該第二總管和第二尾管的總的內(nèi)部體積約為第二工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該第四流體混合物處于該第二微通道分離器內(nèi)，直至至少一部分第二流體成分被第二吸附媒介所吸附；凈化該第二微通道分離器，從而從該第二微通道分離器置換該第四流體混合物的未被吸附部分；以及(IV)(B)從該第二吸附媒介中解吸該第二流體成分，并將一種第二沖洗流體流經(jīng)該第二微通道分離器，從而置換第二微通道分離器中的被解吸的第二流體成分。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的工藝，其中第一流體成分包括一種烯烴，且該第二流體成分包括一種烷鏈烴。
67.根據(jù)權(quán)利要求65所述的工藝，其中該第一流體成分包括乙烯，且該第二流體成分包括乙烷。
68.一種從含有流體成分的流體混合物中分離該流體成分的工藝，該工藝包括(I)(A)將流體混合物流入第一微通道分離器；該第一微通道分離器包括多個(gè)含有一種第一吸附媒介的第一工藝微通道，一個(gè)為流體進(jìn)入第一工藝微通道提供流動(dòng)通道的第一總管，以及一個(gè)為流體離開第一工藝微通道提供流動(dòng)通道的第一尾管，該第一總管和第一尾管的總的內(nèi)部體積約為第一工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該流體混合物處于該第一微通道分離器內(nèi)，直至至少一部分該流體成分被該第一吸附媒介所吸附；去除該第一微通道分離器中該流體混合物的未被吸附部分；(I)(B)從該第一吸附媒介中解吸該流體成分，并將一種第一沖洗流體流經(jīng)該第一微通道分離器，從而置換該第一微通道分離器中的被解吸的流體成分；(II)(A)將步驟(I)(A)中從該第一微通道分離器中去除的該流體混合物的未被吸附部分流入第二微通道分離器；該第二微通道分離器包括多個(gè)含有一種第二吸附媒介的第二工藝微通道，一個(gè)為流體進(jìn)入該第二工藝微通道提供流動(dòng)通道的第二總管，以及一個(gè)為流體離開該第二工藝微通道提供流動(dòng)通道的第二尾管，該第二總管和第二尾管的總的內(nèi)部體積約為該第二工藝微通道的內(nèi)部體積的40％；該流體混合物的未被吸附部分處于該第二微通道分離器內(nèi)，直至至少一部分流體成分被該第二吸附媒介所吸附；凈化該第二微通道分離器，從而從第二微通道分離器置換該流體混合物的未被吸附部分；以及(II)(B)從該第二吸附媒介中解吸該第二流體成分，并將一種第二沖洗流體流經(jīng)該第二微通道分離器，從而置換該第二微通道分離器中的被解吸的第二流體成分。
全文摘要
一種從含有流體成分的流體混合物中分離流體成分的工藝，該工藝包括(A)流體混合物流入微通道分離器(100)；該微通道分離器(100)包括多個(gè)含有吸附媒介(106)的工藝微通道(104)，一個(gè)為流體進(jìn)入工藝微通道(104)提供流動(dòng)通道的總管(102)，以及一個(gè)為流體離開工藝微通道(104)提供流動(dòng)通道的尾管(108)，該總管(102)和尾管(108)的總的內(nèi)部體積約為工藝微通道(104)的內(nèi)部體積的40％；該流體混合物處于微通道分離器(100)內(nèi)，直至至少一部分該流體成分被吸附媒介(106)所吸附；凈化該微通道分離器(100)，從而從微通道分離器(100)置換未被吸附的部分流體混合物；以及(B)從吸附媒介(106)中解吸該流體成分，并將沖洗流體流經(jīng)微通道分離器(100)，從而置換微通道分離器(100)中的被解吸的流體成分。
文檔編號(hào)B01D53/14GK1767888SQ200380102668
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2003年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月30日
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