制造高填充率复合吸附体床层的方法、包括床层的吸附器和使用吸附器的基于吸附的气体分离与流程

制造高填充率复合吸附体床层的方法、包括床层的吸附器和使用吸附器的基于吸附的气体分离
1.相关申请的交叉引用
2.本技术根据35 u.s.c.
§
119(e)要求2019年7月12日提交的美国临时专利申请号62/873,280、2019年7月12日提交的美国临时专利申请号62/873,284以及2019年7月12日提交的美国临时专利申请号62/873,289的优先权的权益，这些申请的全部内容通过引用结合在此。
3.背景
技术领域
4.本发明涉及基于吸附体的气体分离或净化。


背景技术：

5.常规吸附体通常为珠粒或丸粒，这些珠粒或丸粒的直径典型地为1至6mm。虽然珠粒/丸粒形状具有实际的优点(例如，便于吸附器皿的装卸)，但它们也存在缺点。这些缺点包括有限的床层填充率(例如，63％)、相对高的压降和低磨耗速度(这限制了给定吸附体床层可以处理的流速)。
6.床层填充率(ρ
床层
，表示为百分比)被定义为由成形吸附体占据的体积(v
成形吸附体
)(以m3为单位)除以容纳成形吸附体的容器的体积(v
床层
)(以m3为单位)，并且以方程形式表示为：
[0007][0008]
根据高斯(1831)，相同直径的球体的理论填充极限为：
[0009][0010]
大约74％的填充率产生大约26％的空隙率(ε)。在商业珠粒式/丸粒式吸附体系统中，由于窄的粒度分布和填充率缺陷，观察到的填充率显著低于理论填充率，因为典型地只能够达到约60％。因为吸附体床层用于吸附气体的容量与填充率相关，所以珠粒式/丸粒式吸附体床层典型地达到的这种60％的最大填充率限制了吸附体床层容量。
[0011]
因此，需要提高吸附体床层的容量。
[0012]
一种提高商业吸附体系统的生产率并改进其能量平衡的方式可以通过降低跨吸附体床层的压降来实现。
[0013]
根据厄贡(ergun)方程，跨珠粒/丸粒的填充床层的压降可以描述为粘性分量和惯性分量的总和：
[0014][0015]
其中：
[0016]
δp(以pa表示)是跨床层的压降
[0017]
l是床层长度(以m表示)
[0018]
μ是气体粘度(pa
·
s)
[0019]
ρ是气体密度(kg/m3)
[0020]dp
是微粒(珠粒、丸粒)直径(m)
[0021]
ε是床层空隙率
[0022]vs
是气体表观速度(m/s)
[0023]
总和的第一部分称为粘性分量。它解释了由气体沿着成形吸附体的表面的摩擦引起的压力损失。总和的第二部分称为惯性分量。它解释了沿着气体流动路径(包括迂曲、压缩-膨胀、涡流等)的动能损失。粘性分量的压降贡献强烈依赖于气体温度，而惯性分量的压降贡献主要依赖于气体压力。在珠粒式系统的情况下，由于气体流线的高迂曲度，此方程的第二半部在大多数操作速度下(与第一半部相比)占主导地位。因此，预计气体速度的增加会导致跨床层的压降显著增加。跨床层的压降的显著增加继而显著增加了与进料气体压缩相关联的成本。
[0024]
因此，需要具有较低压降的吸附体床层。
[0025]
另一种提高商业吸附体系统的生产率并改进其能量平衡的方式可以通过增加进料流速来实现。
[0026]
如果珠粒/丸粒在快速加压或降压事件之后流化，则它们可能会破裂或产生粉尘，尽管良好的过程设计试图防止此类事件发生。粉尘也可能因以下各项产生：1)在将吸附体珠粒/丸粒装载到容纳它们的吸附器皿期间发生的珠粒/丸粒的初始磨耗，以及(2)吸附体珠粒/丸粒的热应力。随着压降的增加，使珠粒/丸粒破裂或起尘可能对功耗产生不利影响。粉尘颗粒或破裂的珠粒/丸粒的较小大小产生相对较高的通过床层的压降。这在厄贡方程中是明显的，因为粘性分量与(d
p
)2的平方成反比，而惯性分量与d
p
成反比。粉尘的存在也可能例如通过损害阀座或增加换热器的传热阻力而对吸附器下游的设备产生不利影响。吸附体床层避免流化的能力的量度是磨耗速度。高于磨耗速度的气体表观速度被理解为产生不希望的磨耗和前述缺点，而低于磨耗速度的气体表观速度被理解为避免这种磨耗以及随之而来的缺点。
[0027]
为了适应更大的进料气体流速，可以通过选择更大并因此更重的珠粒/丸粒来增加磨耗速度。然而，由于这种更大珠粒内存在扩散限制，这样做通常会以更缓慢的动力学为代价。换句话说，在常规珠粒式床层的背景下，在动力学与最大允许进料流速(或气体速度)之间存在折衷。因此，常规珠粒式/丸粒式床层无法同时实现快速动力学和高气体速度。
[0028]
所以，需要具有相对快速的动力学并且可以经历相对高的进料流速或气体速度的吸附体床层。
[0029]
对于给定珠粒大小、过程压力和过程温度，最大允许进料流速典型地设定为磨耗速度的高分数(例如，临界气体速度的80％)乘以吸附器皿的液压截面。因此，为了给轴向吸附体床层定尺寸以适应特定的进料流速，调节吸附器皿的液压截面(即内径)。实际上来说。然而，由于货物大小限制，在道路上(尤其是在人口稠密的区域中)运输外径大于6米的吸附器皿可能具有挑战性。超过这个6米的极限，流动构型典型地从轴向变为径向。用于适应更大进料流速的(径向床层的)新设计变量则成为径向床层的高度。然而，相较于轴向床层，构
建和操作径向床层更加复杂且成本更高，从而增加了资本费用和运营费用。例如，具有复杂构型的竖直栅格必须定位在径向床层内，以便将不同的吸附体层彼此分开。另外，相较于轴向床层，径向床层每单位重量的吸附体需要更多的钢，从而增加了热惯量。在考虑变温吸附(tsa)方案时，热惯量是关键参数。
[0030]
因此，需要可以以超过常规珠粒式床层的磨耗速度的速度操作同时减少任何压降和气体压缩成本增加的轴向吸附体床层。还需要可以处理增加的进料流速而无需将吸附器皿的外径增加至超过6m的吸附体床层。
[0031]
已经提出了珠粒式/丸粒式床层的若干替代方案。例如，us 6,521,019提出了一种固定的(相对于旋转的或移动的)整体式吸附体轮，其具有由上面沉积有薄吸附体层(例如，0.5mm厚)的非吸附体基材制成的直流动通道。相对薄的吸附体层有助于实现改进的动力学，而整体结构不经受流化，并因此可以处理非常大的流速。可替代地，us 8,257,474披露了一种可用于产生吸着剂纤维束的吸着剂中空纤维。这种方法也增强了动力学。
[0032]
虽然前述替代性解决方案通常实现更快速的动力学并减少流化/磨耗问题，但它们是以吸附体填充率和密度为代价实现的。例如，us 6,521,019和us 8,257,474两者都表现出显著较低的吸附体密度(表示为kg/m3)。
[0033]
在另一个实例中，us 9,713,787披露了由长丝构成的概念性吸附体床层，这些长丝可以随机填充、螺旋卷绕或织造成织物。虽然与丸粒式/珠粒式床层相比，长丝形状可以有助于改进动力学，但它是以床层填充率和吸附体密度为代价改进的。明确地，考虑到300μm的纤维直径，在us9,713,787的实例1中给出的松散纤维床层的床层填充率为22.5％。因为这种床层填充率将随着纤维长宽比(即纤维长度与纤维直径的比率)而降低，所以必须注意纤维长度。参见cann等人的“characterization of fiber volume fraction gradients in composite laminates(复合层合物中的纤维体积分数梯度的表征)”,journal of composite materials(复合材料杂志),第42卷,第5期(2008)以及pietrak等人的“a review of models for effective thermal conductivity of composite materials(复合材料的有效热导率模型的综述)”,journal of power technologies(动力技术杂志),95(1)(2015)第14-24页。在另一个实例中，在us 9,713,787的实例2和3中实现的26％至65％的床层填充率范围与吸附体织物相关联。这里再次地，床层填充率至多可与珠粒式系统相当。此外，在设计适用于织造过程的纤维时，必须适当调节纤维中的吸附体重量分数，以便生产出强度足以进行后续机械处理并形成织物的纤维。出于实际原因，这限制了纤维中吸附体的重量分数，使得所得吸附体重量分数低于商业珠粒的重量分数。
[0034]
因此，需要具有高床层填充率和令人满意地高的构成织物的纤维内的吸附体重量分数两者的基于织物的吸附体床层。
[0035]
为了减轻相对较低的吸附体密度的影响并利用改进的动力学，通常缩短基于吸附的过程的循环时间。然而，存在与极短循环时间相关联的实际限制。例如并且考虑到变压吸附(psa)方案，用以秒或亚秒为单位测量的循环时间处理非常大的流速可能具有挑战性。另一方面，由于热惯量考虑因素，变温吸附(tsa)方案的循环时间不能够缩短到足以克服相对较低的吸附体密度。虽然可以增加吸附器皿的体积作为改善此问题的方式，但增加吸附器皿体积将增加资本费用和运营费用两者。这无法达到将结构化吸附体作为降低资本成本和/或运营成本的方式的目的。
[0036]
因此，需要在动力学方面提供益处而不损害吸附体密度的新型结构化吸附体。
[0037]
在同等操作条件下，由于气体跨径向床层的半径与沿轴向床层的轴线相比行进通过更短的距离，因此径向床层与轴向床层相比产生更小的压降。此外，平均而言，由于径向分散(即由于液压截面随着半径的增加而增加)，气体以更慢的速度跨径向床层流动。如在厄贡方程中所见，气体速度(vs)的降低产生较低的压降。然而，以最佳方式操作径向床层可能是复杂的，因为跨床层半径的压降的变化偏好优先路径。这类优先路径以使得总压降最小的方式建立。换句话说，气体优先流动通过压降最小的路径。操作径向珠粒式床层的复杂性是众所周知的。在结构化吸附体的情况下，已知床层填充率低于珠粒式/丸粒式床层的填充率。较低的床层填充率将导致较小的压降，并且因此将有利于更优先的路径(即旁路)。更高的压降可以通过增加径向结构化床层的外径来实现。然而，径向结构化床层的外径的增加也会增加器皿的大小和成本。
[0038]
因此，对于相同的外径，需要更高压降的径向结构化吸附体床层。
[0039]
相对于用矿物粘合剂制成的吸附体床层，这些结构易于开裂。这可能形成显著较大的旁路，这些旁路损害此类床层的预期功能性/可操作性。整体结构化床层的开裂可能由机械约束或热约束引起。
[0040]
因此，需要不易因开裂而形成显著较大的旁路的整体或整体式吸附体床层。


技术实现要素：

[0041]
披露了一种制造吸附体床层的方法，该方法包括以下步骤。通过纺丝组合物的扩散诱导相转化形成至少一个基本复合聚合物/吸附体结构，该纺丝组合物包含吸附颗粒、溶剂和溶解在该溶剂中的聚合物粘合剂。形成该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构的中间床层。压缩该中间床层以便使该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构相对于其自身或彼此固定并且形成成品床层。
[0042]
还披露了一种吸附器，该吸附器包括吸附体床层结构，该吸附体床层结构含有至少一个基本复合结构的吸附体床层，该至少一个基本复合结构包含在聚合物基质中的吸附颗粒，其中该吸附器被适配并构造成通过吸附分离气体，并且该吸附体床层具有床层填充率ρ
床层
，该床层填充率被定义为由该至少一个基本复合结构占据的体积v
基本复合结构
除以该吸附体床层结构的体积v
床层
，其中ρ
床层
大于0.60。
[0043]
还披露了另一种吸附器，该吸附器包括根据以上披露的制造方法制成的吸附体床层结构，其中该吸附器被适配并构造成通过吸附分离气体，并且该吸附体床层具有床层填充率ρ
床层
，该床层填充率被定义为由该至少一个基本复合结构占据的体积v
基本复合结构
除以该吸附体床层结构的体积v
床层
，其中ρ
床层
大于0.60。
[0044]
还披露了一种基于吸附的气体分离方法，该方法包括以下步骤：将进料气体进给到吸附器，排出至少一种产品气体，以及排出至少一种废气，其中该吸附体床层包括填充有至少一个基本复合结构的吸附体器皿，该至少一个基本复合结构包含在聚合物基质中的吸附颗粒，该吸附器包括吸附体床层结构，该吸附体床层结构含有至少一个基本复合结构的吸附体床层，该至少一个基本复合结构包含在聚合物基质中的吸附颗粒，其中该吸附体床层具有床层填充率ρ
床层
，该床层填充率被定义为由该至少一个基本复合结构占据的体积v
基本复合结构
除以该吸附体床层结构的体积v
床层
，其中ρ
床层
大于0.60。
[0045]
还描述了一种基于吸附的气体分离方法，该方法包括以下步骤：将进料气体进给到以上披露的吸附器，排出至少一种产品气体，以及排出至少一种废气，其中该吸附体床层包括填充有至少一个基本复合结构的吸附体器皿，该至少一个基本复合结构包含在聚合物基质中的吸附颗粒。
[0046]
制造吸附体床层的方法、吸附器或基于吸附的气体分离方法中的任一者或多者可以包括以下方面中的一个或多个：
[0047]-该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构包括具有平均大尺寸dmaj和平均小尺寸dmin的多个基本复合聚合物/吸附体珠粒或挤出物，其中dmaj:dmin的比率在1:1至小于20:1的范围内。
[0048]-该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构通过用于该聚合物粘合剂的溶剂进行润湿；所述压缩该中间床层的步骤包括以下步骤：在此期间将撞槌推到该中间床层上；并且所述方法还包括使该成品床层干燥的步骤，其中该多个珠粒或挤出物中的相邻珠粒或挤出物彼此粘附。
[0049]-所述压缩该中间床层的步骤包括以下步骤：将机械限制器放置在该中间床层的顶部上并且将撞槌推到该机械限制器上，并且在将该机械限制器保持在适当位置以便维持这些珠粒或挤出物处于压缩张力下的同时将该撞槌从该机械限制器去除。
[0050]-该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构中的每一者被构造为具有长度l和直径d的纤维，其中l:d的比率为至少20:1。
[0051]-所述形成该中间床层的步骤包括以下步骤：围绕中心管布置这些基本复合聚合物/吸附体纤维中的一根或多根，从而提供该中间床层；并且所述压缩该中间床层的步骤包括以下步骤：围绕这些基本复合聚合物/吸附体纤维和该中心管放置刚性套管并且径向压缩该套管，以便压缩该中间床层并且形成该成品床层；并且所述方法进一步包括以下步骤：将该成品床层放置在吸附器的压力器皿内。
[0052]-该一根或多根基本复合聚合物/吸附体纤维围绕该中心管螺旋包裹。
[0053]-所述形成该中间床层的步骤包括以下步骤：形成该基本复合聚合物/吸附体纤维的一股或多股绞线；所述压缩该中间床层的步骤包括以下步骤：围绕该一股或多股绞线放置刚性套管并且径向压缩该套管，以便压缩该中间床层并且产生该成品床层；并且所述方法进一步包括以下步骤：将该成品床层放置在吸附器的压力器皿内。
[0054]-该基本复合聚合物/吸附体纤维的该一股或多股绞线包括彼此平行布置的多股绞线。
[0055]-所述形成该中间床层的步骤包括以下步骤：形成该基本复合聚合物/吸附体纤维的多股绞线，并且将这些绞线围绕中心管平行分布；所述压缩该中间床层的步骤包括以下步骤：围绕这些基本复合聚合物/吸附体纤维和该中心管放置刚性套管并且径向压缩该套管，以便压缩该中间床层以产生该成品床层；并且所述方法进一步包括以下步骤：将该成品床层放置在吸附器的压力器皿内。
[0056]-在所述形成该中间床层的步骤之前、期间和/或之后，但在完成所述压缩该中间床层的步骤之前，该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构通过用于该聚合物粘合剂的溶剂进行润湿，使得导致该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构的该聚合物粘合剂通过该溶剂溶胀或软化，并且粘附到其自身；所述压缩该中间床层的步骤包括以下步骤：向该中间
床层施加压缩力以产生该成品床层；并且所述方法进一步包括以下步骤：在去除该压缩力之前，在该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构处于粘附状态的同时，允许该成品床层至少部分地干燥，以便实现该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构的固定，即使在去除该压缩力时也是如此。
[0057]-压缩该中间床层，直到该成品床层的床层填充率ρ
床层
大于0.60，该床层填充率被定义为由该至少一个基本复合结构占据的体积v
基本复合结构
除以该吸附体床层结构的体积v
床层
。
[0058]-该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构包括具有平均大尺寸d
maj
和平均小尺寸d
min
的被构造为珠粒或挤出物的多个基本复合聚合物/吸附体结构，其中dmaj:d
min
的比率在1:1至小于20:1的范围内。
[0059]-该吸附体床层被构造为径向吸附体床层，该吸附器进一步包括：具有入口和出口的圆柱形压力器皿；同心设置在该圆柱形压力器皿内的第一环形多孔栅格；同心设置在该第一环形多孔栅格内的第二环形多孔栅格，其中在该圆柱形压力器皿的内表面与该环形多孔栅格的外表面之间形成第一环带，并且在该第一环形多孔栅格的内表面与该第二环形多孔栅格的外表面之间形成第二环带；以气密方式密封该第二环带的底部的气密环形底板；以及以气密方式密封该第二环带的顶部的气密环形顶板，其中该吸附体床层结构包括该第一多孔环形栅格和该第二多孔环形栅格、该气密环形底板以及该气密环形顶板，并且其中该吸附器被适配并构造成使得：进给到该圆柱形压力器皿的该入口的包含第一组分和第二组分的进料气体流动进入该第一环带，通过该第一环形多孔栅格，并且进入被构造为珠粒或挤出物的该多个基本复合聚合物/吸附体结构，在该多个基本复合聚合物/吸附体结构处，该进料气体的第一组分与该进料气体的第二组分相比优先地被该至少一个基本复合结构吸附；并且与该进料气体相比富含该第二组分且缺乏该第一组分的气体流动通过该第二环形多孔格栅并且离开该圆柱形压力器皿的该出口。
[0060]-该吸附体床层被构造为轴向床层，该吸附器进一步包括：具有入口和出口的压力器皿；跨该压力器皿的横截面延伸的第一多孔栅格；以及平行于该第一多孔栅格的跨该压力器皿的横截面延伸的第二多孔栅格，其中：被构造为珠粒或挤出物的该多个基本复合聚合物/吸附体结构填充该第一多孔栅格与该第二多孔栅格之间的空间，使得该吸附体床层结构包括该第一多孔栅格的上表面、该第二多孔栅格的下表面以及该压力器皿在该第一多孔栅格与该第二多孔栅格之间延伸的内表面。
[0061]-该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构中的每一者被构造为具有长度l和直径d的纤维，其中l:d的比率为至少20:1。
[0062]-该吸附体床层被构造为径向床层，该吸附器进一步包括：具有入口和出口的圆柱形压力器皿；同心设置在该圆柱形压力器皿内的第一环形多孔栅格；同心设置在该第一环形多孔栅格内的第二环形多孔栅格，其中在该圆柱形压力器皿的内表面与该环形多孔栅格的外表面之间形成第一环带，并且在该第一环形多孔栅格的内表面与该第二环形多孔栅格的外表面之间形成第二环带；以气密方式密封该第二环带的底部的气密环形底板；以及以气密方式密封该第二环带的顶部的气密环形顶板，其中该吸附体床层结构包括该第一多孔环形栅格和该第二多孔环形栅格、该气密环形底板以及该气密环形顶板，并且其中该吸附器被适配并构造成使得：进给到该圆柱形压力器皿的该入口的包含第一组分和第二组分的进料气体流动进入该第一环带，通过该第一环形多孔栅格，并且进入被构造为纤维的该多
个基本复合聚合物/吸附体结构，在该多个基本复合聚合物/吸附体结构处，该进料气体的第一组分与该进料气体的第二组分相比优先地被该至少一个基本复合结构吸附；并且与该进料气体相比富含该第二组分且缺乏该第一组分的气体流动通过该第二环形多孔格栅并且离开该圆柱形压力器皿的该出口。
[0063]-所述纤维包括平行于该吸附器的轴线布置的多根纤维。
[0064]-所述纤维包括围绕该第二环形多孔栅格螺旋包裹的一定长度的纤维。
[0065]-该吸附体床层被构造为轴向床层，该吸附器进一步包括：具有入口和出口的压力器皿；跨该压力器皿的横截面延伸的第一多孔栅格；以及平行于该第一多孔栅格的跨该压力器皿的横截面延伸的第二多孔栅格，其中：该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构被构造为多根纤维，该多根纤维中的每一根垂直于该第一多孔栅格和该第二多孔栅格延伸；并且该多根纤维填充该第一多孔栅格与该第二多孔栅格之间的空间，使得该吸附体床层结构包括该第一多孔栅格的上表面、该第二多孔栅格的下表面以及该压力器皿在该第一多孔栅格与该第二多孔栅格之间延伸的内表面。
[0066]-该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构被构造为由经纱纤维和纬纱纤维织造而成的织物，这些经纱纤维和纬纱纤维中的每一者具有长度l和直径d，其中l:d的比率为至少20:1。
[0067]-该吸附体床层被构造为径向床层，该吸附器进一步包括：具有入口和出口的圆柱形压力器皿；同心设置在该圆柱形压力器皿内的第一环形多孔栅格；同心设置在该第一环形多孔栅格内的第二环形多孔栅格，其中在该圆柱形压力器皿的内表面与该环形多孔栅格的外表面之间形成第一环带，并且在该第一环形多孔栅格的内表面与该第二环形多孔栅格的外表面之间形成第二环带；以气密方式密封该第二环带的底部的气密环形底板；以及以气密方式密封该第二环带的顶部的气密环形顶板，其中该吸附体床层结构包括该第一多孔环形栅格和该第二多孔环形栅格、该气密环形底板以及该气密环形顶板，并且其中该吸附器被适配并构造成使得：进给到该圆柱形压力器皿的该入口的包含第一组分和第二组分的进料气体流动进入该第一环带，通过该第一环形多孔栅格，并且进入被构造为纤维的该多个基本复合聚合物/吸附体结构，在该多个基本复合聚合物/吸附体结构处，该进料气体的第一组分与该进料气体的第二组分相比优先地被该至少一个基本复合结构吸附；并且与该进料气体相比富含该第二组分且缺乏该第一组分的气体流动通过该第二环形多孔格栅并且离开该圆柱形压力器皿的该出口。
[0068]-该吸附体床层被构造为轴向床层，该吸附器进一步包括：具有入口和出口的压力器皿；跨该压力器皿的横截面延伸的第一多孔栅格；以及平行于该第一多孔栅格的跨该压力器皿的横截面延伸的第二多孔栅格，其中：该织物关于垂直于该第一多孔栅格和该第二多孔栅格延伸的轴线以螺旋方式卷起；并且该多根纤维填充该第一多孔栅格与该第二多孔栅格之间的空间，使得该吸附体床层结构包括该第一多孔栅格的上表面、该第二多孔栅格的下表面以及该压力器皿在该第一多孔栅格与该第二多孔栅格之间延伸的内表面。
[0069]-该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构包括多个该基本复合聚合物/吸附体结构，并且该多个该基本复合聚合物/吸附体结构中彼此相邻的至少一些彼此粘附。
[0070]-该粘合剂聚合物是热塑性聚合物或热塑性聚合物的共混物，该或这些热塑性聚合物选自由以下组成的组：聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚芳酰胺、梯型
聚合物、聚苯并咪唑(pbi)、聚苯并噁唑(pbo)和聚苯并噻唑(pbt)。
[0071]-该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构被构造为一根或多根纤维，该一根或多根纤维表现出至少5％、优选地至少7％、更优选地至少10％、并且甚至更优选地至少15％的断裂伸长率。
[0072]-该聚合物粘合剂具有至少220℃的玻璃化转变温度。
[0073]-这些吸附颗粒包括一种或多种材料，其选自由以下组成的组：沸石、活性炭、碳分子筛、活性氧化铝、硅胶、金属有机框架、呈固体形式的胺以及它们中的两种或更多种的混合物。
[0074]-这些吸附颗粒包括一种或多种沸石，其选自由以下组成的组：沸石a、ca交换沸石a、沸石x、ca交换沸石x和ca交换沸石lsx。
[0075]-ρ
床层
大于0.65，优选地大于0.70，并且更优选地大于0.80。
[0076]-ρ
床层
大于0.65且至多达0.90，优选地大于0.70且至多达0.90，并且更优选地大于0.80且至多达0.90。
[0077]-该至少一个基本复合聚合物/吸附体结构中的这些吸附颗粒的重量百分比含量大于80％。
[0078]-该吸附体床层被构造为轴向吸附体床层。
[0079]-该吸附体床层被构造为径向吸附体床层。
[0080]-所述方法作为变压吸附法实施。
[0081]-所述方法作为变温吸附法实施。
[0082]-所述方法作为变压变温吸附法实施。
[0083]-所述方法是基于动力学的气体分离。
[0084]-该进料气体为空气，该产品气体为氮气，该至少一种废气为贫氮空气，并且该吸附体为碳分子筛。
[0085]-所述方法是基于平衡的气体分离。
[0086]-该至少一个基本复合结构包括多根平行纤维。
[0087]-该吸附体床层被构造为轴向吸附体床层，所述方法作为变温吸附法实施，该进料气体为空气，并且该产品气体被送至空气分离单元。
[0088]-该至少一个基本复合结构包括多根平行纤维，该吸附体床层被构造为轴向吸附体床层，所述方法作为变温吸附法实施，该进料气体为空气，并且该产品气体被送至空气分离单元。
[0089]-该至少一个基本复合结构包括多根平行纤维，该吸附体床层被构造为轴向吸附体床层，该进料气体为空气，该至少一种废气与该进料气体相比富含水分、co2和烃类，并且该产品气体为与该进料气体相比缺乏水分、co2和烃类的空气。
[0090]-该进料气体为空气，该至少一种废气与该进料气体相比富含voc，并且该产品气体为缺乏voc的空气。
[0091]-该进料气体为源自蒸馏塔的氩气和氧气的混合物，该产品气体与该进料气体相比富含氩气，并且该至少一种废气与该进料气体相比缺乏氩气。
[0092]-该进料气体为天然气，该产品气体与该进料气体相比富含甲烷，并且该至少一种废气与该进料气体相比富含c
3
烃类和h2s。
[0093]-该进料气体为天然气，其任选地进行预处理以去除一定量的c
3
烃类和h2s，该产品气体与该进料气体相比富含甲烷，并且该至少一种废气与该进料气体相比富含co2。
[0094]-该进料气体为沼气，该产品气体与该进料气体相比富含甲烷，并且该至少一种废气与该进料气体相比富含c
3
烃类、硅氧烷和h2s。
[0095]-使用一个或多个气体分离膜从该产品气体去除co2。
[0096]-该进料气体为已经从中去除一定量的co2的沼气，该进料气体通过一次或多次气体分离产生并且具有至少3％的氮浓度，该产品气体与该进料气体相比富含甲烷，该至少一种废气与该进料气体相比富含氮，并且所述方法是基于变压吸附的方法。
[0097]-该进料气体为已经从中去除一定量的co2的沼气，该进料气体通过一次或多次气体分离产生并且具有至少3％的氮浓度，该产品气体与该进料气体相比富含甲烷，该至少一种废气与该进料气体相比富含co2，并且所述方法是基于变压变温吸附的方法。
[0098]-该进料气体为烟道气体，该产品气体与该进料气体相比富含co2，并且该至少一种废气与该进料气体相比富含n2。
[0099]-该进料气体为烟道气体，该产品气体为贫水烟道气体，该至少一种废气与该进料气体相比富含水，所述方法是基于变温吸附的方法，并且该吸附体为硅胶。
[0100]-该进料气体为含voc的空气，该产品气体为贫voc的空气，并且该至少一种废气与该进料气体相比富含voc。
[0101]-该进料气体包含co2和ch4，该产品气体与该进料气体相比富含ch4，并且该至少一种废气与该进料气体相比富含co2。
[0102]-该进料气体包含n2和ch4，该产品气体与该进料气体相比富含ch4，并且该至少一种废气与该进料气体相比富含n2。
[0103]-该产品气体与该进料气体相比缺乏水，并且该至少一种废气与该进料气体相比富含水。
[0104]-该进料气体包含氦气，该产品气体与该进料气体相比富含氦气，并且该至少一种废气与该进料气体相比缺乏氦气。
[0105]-该进料气体为包含h2和co2的合成气，该产品气体与该进料气体相比富含h2，并且该至少一种废气与该进料气体相比缺乏h2。
[0106]-所述方法是基于变压吸附的方法。
[0107]-该吸附体为选自由以下组成的组的一项或多项：活性氧化铝、硅胶、活性炭、沸石a、ca交换沸石a、沸石x、ca交换沸石x和ca交换沸石lsx。
[0108]-所述方法根据包括至少3个持续18秒或更短的完整压力均衡步骤的循环进行操作。
[0109]-所述方法的吸附压力为15至55绝对巴。
[0110]-该进料气体为空气，该产品气体与该进料气体相比富含o2，该至少一种废气与该进料气体相比缺乏o2，并且所述方法是基于变真空吸附的方法。
[0111]-该方法是基于变真空吸附的方法。
[0112]-该方法是基于真空变压吸附的方法。
[0113]-这些吸附颗粒包括一种或多种材料，其选自由以下组成的组：沸石、活性炭、碳分子筛、活性氧化铝、硅胶、碳分子筛、金属有机框架、呈固体形式的胺以及它们中的两种或更
多种的混合物。
[0114]-这些吸附颗粒包括一种或多种沸石，其选自由以下组成的组：沸石a、ca交换沸石a、沸石x、ca交换沸石x和ca交换沸石lsx。
[0115]-该吸附器是便携式的。
[0116]-该吸附器是被适配并构造用于患者的氧气治疗的移动o2浓缩器。
附图说明
[0117]
为了进一步理解本发明的本质和目的，应结合附图来参考以下详细描述，在附图中相似元件给予相同或类似的附图标记，并且在附图中：
[0118]
图1是放入的纤维的径向中间床层的照片。
[0119]
图2a是挤出物的未压缩床层的照片。
[0120]
图2b是挤出物的填充床层的照片。
[0121]
图3a是无组织纤维的未压缩床层的照片。
[0122]
图3b是无组织纤维的填充床层的照片。
[0123]
图4是纤维的未压缩绞合束的照片。
[0124]
图5a是用于干法形成轴向床层的过程的第一步骤的照片。
[0125]
图5b是图5a的过程的第二步骤的照片。
[0126]
图5c是图5a的过程的第三步骤的照片。
[0127]
图5e是图5a的过程的第五步骤的照片。
[0128]
图5f是图5a的过程的第六步骤的照片。
[0129]
图5g是图5a的过程的第七步骤的照片。
[0130]
图5h是图5a的过程的第八步骤的照片。
[0131]
图5i是图5a的过程的第九步骤的照片。
[0132]
图5j是图5a的过程的第十步骤的照片。
[0133]
图5k是图5a的过程的第十一步骤的照片。
[0134]
图5l是用于干法形成轴向床层的过程的第十二步骤的照片。
[0135]
图6是用于制作大径向床层的纤维的若干竖直未压缩绞合束的集合的照片。
[0136]
图7是平行纤维的填充床层的面的照片。
[0137]
图8a是从处于不同流速的模拟纤维床层与商业珠粒的模拟床层产生的co2穿透曲线的图。
[0138]
图8a是从处于不同流速的商业珠粒的模拟床层产生的co2穿透曲线的图。
[0139]
图9是由高填充率平行吸附体纤维制成的轴向床层的假想实例的特性表。
[0140]
图10是从轴向纤维商业珠粒的模拟床层产生的co2穿透曲线的图。
[0141]
图11是用于形成基本形状的轴向填充床层的过程的示意图，这些基本形状使用永久性机械约束湿法或干法固定。
[0142]
图12是用于形成基本形状的轴向填充床层的另一种过程的示意图，这些基本形状使用永久性机械约束湿法或干法固定。
[0143]
图13是用于形成基本形状的径向填充床层的过程的示意图，这些基本形状使用永久性机械约束湿法或干法固定。
[0144]
图14a是用于形成平行吸附体纤维的小尺寸填充床层的过程的第一步骤的示意图。
[0145]
图14b是图14a的过程的第二步骤的示意图。
[0146]
图15a是用于湿法或干法形成平行吸附体纤维的小尺寸填充床层的过程的第一步骤的示意图。
[0147]
图15b是图15a的过程的第二步骤的示意图。
[0148]
图15c是图15a的过程的第三步骤的示意图。
[0149]
图16a是用于湿法或干法形成平行吸附体纤维的大尺寸填充床层的过程的第一步骤的示意图。
[0150]
图16b是图16a的过程的第二步骤的示意图。
[0151]
图16c是图16a的过程的第三步骤的示意图。
[0152]
图17是商业珠粒和根据本发明制成的挤出物的表面的横截面的两张sem显微照片的比较。
[0153]
图18是跨常规珠粒式吸附体的模拟轴向床层与根据本发明制成的平行纤维的模拟轴向床层的压降的图。
[0154]
图19是商业珠粒和根据本发明制成的平行纤维的模拟床层的结构化吸附体直径相对于床层孔隙率的图。
[0155]
图20是吸附体床层的传质区的图示。
具体实施方式
[0156]
在深入探究对本发明的深度描述之前，我们将首先提供关于吸附体床层的一些背景材料。
[0157]
术语成形吸附体是指被成型为其最终形式的吸附颗粒和基质的复合材料。它是一种复合材料，因为吸附颗粒或多或少均匀地分散在基质内并且由基质粘结。虽然常规粘合剂是无机的，但本发明的成形吸附体的粘合剂是聚合物的。
[0158]
术语中间床层是指在压缩中间床层以产生成品床层之前，通过将多个成形吸附体结构收集在容器中所获得的吸附体床层。
[0159]
术语产品吸附体床层是指在压缩中间床层之后获得的吸附体床层。
[0160]
术语吸附器是指设置在压力器皿内的一个或多个成品床层的组合，该压力器皿被适配和构造成基于将流体的一种或多种组分选择性地吸附到成品床层的成形吸附体内的吸附颗粒上来分离流体(诸如液体或尤其是气体)。
[0161]
吸附体重量分数(wt％
吸附体
)被定义为吸附颗粒的质量m
吸附体
(kg)除以成形吸附体的质量m
成形吸附体
(kg)，该成形吸附体的质量当然是吸附体的质量(m
吸附体
)与粘合剂的质量(m
粘合剂
)的总和。它以方程形式表示为：
[0162][0163]
wt％
吸附体
可以通过用于形成成形吸附体的吸附体和粘合剂的质量来容易地计算。
[0164]
床层密度d
床层
(kg/m3)被定义为成形吸附体的质量m
成形吸附体
(kg)除以成形吸附体的床层的体积v
床层
(m3)：
[0165][0166]v床层
(m3)可以通过容纳成形吸附体的床层的容器的内部尺寸来计算。在成形吸附体的床层自容的情况下，v
床层
可以通过床层所形成的形状的尺寸来计算。例如，如果成形吸附体的自容床层被成型为盘，则v
床层
＝π
·
r2·
h，其中r是床层的半径，并且h是床层的高度。成形吸附体的自容床层的非限制性实例包括大量随机组织的珠粒、丸粒、挤出物或纤维、由纤维织造的织物、大量平行纤维和围绕心轴或管包裹的纤维。值得注意的是，成形吸附体的自容床层排除单一珠粒、丸粒或挤出物，并且还排除非随机组织的单一直纤维。
[0167]
吸附体密度d
吸附体
(kg/m3)被定义为吸附体的质量m
吸附体
(kg)(并且其不包括粘合剂的质量)除以床层体积v
床层
(m3)：
[0168][0169]
间隙体积vi(m3)是指位于吸附体床层内但位于成形吸附体之外的可用于气体流动的体积，并且被定义为床层体积v
床层
(m3)与成形吸附体的体积v
成形吸附体
(m3)之间的差值：
[0170]vi
＝v
床层-v
成形吸附体
[0171]
成形吸附体的体积典型地可以用多种不同的方式测量。
[0172]
在体积排量法中，在具有预定体积的容器中形成床层。然后用不渗透成形吸附体的孔的特定流体填充容纳成形吸附体的具有预定体积的容器。以这种方式，用特定流体填充空隙(床层未被成形吸附体占据的部分)。然后倒出流体并测量其体积。然后通过从容器的体积中减去流体的体积来获得成形吸附体的体积。
[0173]
成形吸附体的体积也可以通过将床层中成形吸附体的质量除以成形吸附体的密度来获得。可以通过切割特定长度的纤维、测量其半径并将其称重来估计纤维的密度：
[0174][0175][0176]
也可以通过以下方式来估计珠粒、挤出物或纤维的密度：将已知质量的成形吸附体放入具有已知体积的参考单元中；将单元置于真空下；以及在用氦气填充该单元的同时测量进入单元的氦气的体积。通过从单元的体积中减去氦气的体积，可以计算出单元中成形吸附体的体积。因此，可以通过将单元中成形吸附体的已知质量除以单元中成形吸附体的所计算体积来计算密度。
[0177]
在平行纤维的床层的情况下，横截面空隙率在床层的长度上保持恒定。因此，可以使用众所周知的成像技术将平行纤维床层的横截面像素化成与横截面表面积被空隙占据的部分相对应的白色像素和与被纤维占据的横截面表面积相对应的黑色像素。然后将黑色像素的面积相加。最后，将与相加的黑色像素相对应的表面积乘以平行纤维的长度，从而产生成形吸附体的体积。
[0178]
在呈珠粒形式的成形吸附体的情况下，也可以通过将成形吸附体的平均半径乘以来估计成形吸附体的体积。
[0179]
床层填充率ρ
床层
(％)被定义为由成形吸附体占据的体积v
成形吸附体
(m3)除以床层体积v
床层
(m3)：
[0180][0181]v床层
的计算如上所述。
[0182]
床层孔隙率ε(或空隙率)被定义为间隙体积vi(m3)除以床层体积v
床层
(m3)：
[0183][0184]
表观气体速度是指气体跨空吸附器皿的液压截面的平均速度。
[0185]
在常规珠粒式/丸粒式床层的背景下，磨耗速度是磨耗开始时(即，在确实流化之前的初始床层溶胀期间)的气体速度并且与最小且因此最轻的珠粒/丸粒悬浮在与磨耗速度(即，磨耗速度特定于操作气体、操作压力和操作温度)相关联的气体中所需的最小气体速度相对应。磨耗速度可以根据珠粒或丸粒的大小和密度计算。为了避免珠粒/丸粒的磨耗，常规吸附体床层的大小典型地针对磨耗速度的约80％的最大操作气体速度设定。
[0186]
术语结构化吸附体床层通常是指未经受流化现象的吸附体床层。一般来说，这类床层具有最小组织度(相对于珠粒/丸粒的随机填充)，并且通常是一件式的。常规结构化吸附体床层的实例包括吸附体轮和蜂窝结构。
[0187]
支撑的结构化床层通常是指包括沉积到支撑基材上的薄吸附体层的吸附体床层。基材是非吸附性的，并且可以针对诸如基材的机械强度或热特性等特性来选择。吸附体轮通常是支撑的吸附体床层。
[0188]
整体结构化的床层通常是指由一个连续相组成的吸附体床层。例如，一些蜂窝整体材料是通过挤出与吸附体粉末混合的矿物粘合剂的单一浆液制成的。
[0189]
术语空气分离单元(asu)是指其中通过低温蒸馏将空气的主要分量(n2、o2和ar)分离的相对大的设备。
[0190]
前端净化(fep)是指在将进料流进给到主分离单元(例如，气体分离膜、吸收单元和/或蒸馏塔)之前从进料流中除去杂质所需的单元操作。去除力图通过低温蒸馏分离的气体的可冷凝组分(例如h2o、co2、nox)以避免它们在蒸馏塔中固化。在气体分离单元的情况下，去除的杂质典型地包括水分、h2s、c
3
烃类、硅氧烷和挥发性有机化合物(voc)，以便避免在膜表面上发生冷凝或避免降低膜性能。
[0191]
变温吸附(tsa)过程方案利用两个吸附器，它们交替操作，使得当一个吸附器以生产模式使用以便去除可冷凝物质时，另一个吸附器在加热下再生。asu的fep典型地涉及两层吸附器：第一活性氧化铝底层主要去除水，而第二沸石顶层主要去除co2。
[0192]
轴流吸附体床层是指其中气体沿器皿的轴线流动的吸附体床层。
[0193]
径流吸附体床层是指其中气体沿器皿的半径、典型地从环形吸附体床层的圆周表面向内流动的吸附体床层。
[0194]
在固定床层过程中，当流体通过吸附体床层时，吸附物分子从液相到吸附体床层的固相的转移最初在称为床层入口的区域处发生。当此区域中的吸附体变得饱和时，发生活性吸附的区(称为传质区或mtz)朝向出口渐进地移动通过床层。如在图20中所见，在给定时间t处，吸附体床层可以划分成三个区：饱和区、传质区和清洁区。mtz可以指示吸附体床
层的使用情况。mtz越宽，床层的使用效率越低。
[0195]
动力学分离是指两种气态物质基于两种气态物质之间的吸附动力学差异的分离，即使它们的等温线可能是相同的。在这种情况下，分离不是基于两种物质的吸附容量的差异，而是基于每种物质的吸附速率(即动力学)的差异。例如，n
2 psa使用特定碳分子筛(cms)材料来在动力学上将n2从空气中分离。具体地，进入psa的o2比n2更快地吸附到cms上，使得仅n2首先从cms床层中出来。与动力学分离相比，其他分离典型地依赖于两种物质之间的吸附容量的差异。例如，来自空气的o2可以使用由13x沸石制成的psa进行浓缩。在这种情况下，相较于对于o2，13x沸石对于n2具有更高的容量。这些分离在平衡状态下发生。
[0196]
考虑到前述内容，我们现在将描述制造具有高床层填充率的吸附体床层的方法以及通过此类方法生产的吸附体床层。
[0197]
制造方法包括三个步骤。首先，形成一个或多个基本复合聚合物/吸附体结构(下文“基本结构”)。第二，形成一个或多个基本复合聚合物/吸附体结构的中间床层。第三，压缩中间床层以便使至少一个基本复合聚合物/吸附体结构相对于其自身或彼此固定并形成成品床层。
[0198]
基本结构通过吸附颗粒和溶解在溶剂中的聚合物粘合剂的挤出组合物的扩散诱导相分离形成。
[0199]
聚合物粘合剂(或聚合物粘合剂的共混物)不是特别受限的。每种聚合物粘合剂可以是热塑性粘合剂。典型地，每种聚合物粘合剂是热塑性聚合物。更典型地并且如在us 2018/0296966和us 2018/0296967中所述，每种聚合物粘合剂是可溶热塑性聚合物，其可以经得起暴露于220℃或更高的活化或再生温度，而对吸着剂颗粒的吸着(诸如吸附)容量没有显著不利影响(下文“热暴露特性”)。聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物的“热暴露特性”被定义为具有至少220℃的维卡软化温度(ts)、热挠曲温度(hdt)、和/或玻璃化转变温度(tg)。在us 2018296966和us2018296967中对此类聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物的描述以其整体结合在此。
[0200]
适合的溶剂包括至少98wt％的一种或多种聚合物粘合剂溶解在其中的那些。根据所选择的一种或多种聚合物粘合剂并且不限制本发明的范围，特定的溶剂包括非极性溶剂、极性质子溶剂以及极性非质子溶剂。后者包括n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)和n,n-二甲基亚砜(dmso)、及其组合。溶剂还可以包括一定量的非溶剂(即，不溶解一种或多种聚合物粘合剂的非溶剂)，但是该非溶剂是与溶剂可混溶的，以便产生接近双节的单相。一种或多种聚合物粘合剂和溶剂的组合物在下文中称为聚合物纺丝悬浮液。
[0201]
纺丝悬浮液可包括添加至一种或多种溶剂中以便促进聚合物溶解的一种或多种盐，诸如cacl2或licl。还应根据所用的吸附体的性质选择一种或多种溶剂和一种或多种盐的组合。例如，可能希望的是在某些沸石中不包含盐，以便防止将最终使沸石变性或转化的任何离子交换过程。在另一方面，可以添加一种或多种盐以便在吸附体纺丝液(由一种或多种聚合物粘合剂、一种或多种溶剂、任选的盐、吸附体和任选的填料构成)中时通过离子交换有意地转化沸石。替代性地，可以不将盐有意地添加到纺丝悬浮液中，但是可以在形成后使形成的复合吸附体纤维经受进一步处理，诸如离子交换，以便获得目标吸附特性。此类离子交换过程是众所周知的，并且由于所用聚合物的化学惰性可以将其应用于形成的纤维而
不显著改性。
[0202]
纺丝悬浮液可以包含一种或多种有机填料和/或一种或多种无机填料。例如，吸附体纺丝液可以包含填料，该填料包含由热塑性聚合物制成的干纺原纤维。通过干纺制成的原纤维固有地展现出高的结晶度。通过包含此类高结晶度的原纤维，可以改进本发明纤维的柔性。一种类型的无机填料包含相对短的碳纤维，诸如5-20μm长，其量最高达20wt％，以便提高吸着剂挤出物的机械特性。替代性填料是玻璃纤维。有机填料可以是可溶于或不溶于聚合物纺丝液的溶剂中的聚合物。不溶性聚合物填料包括但不限于由热塑性聚合物制成的干纺原纤维。不溶性聚合物填料的实例包括聚(对位芳酰胺)浆料或原纤维(诸如长度为500-1,000μm的由kevlar型953制成的纤维)。将不溶性聚(对位芳酰胺)包含到溶解的聚(间位芳酰胺)中可以使聚(对位芳酰胺)溶胀并且从而有助于将聚(间位芳酰胺)和聚(对位芳酰胺)聚合物链在彼此内锁定/缠结，同时改进了吸着剂挤出物的机械特性。为了增强将不溶性聚合物填料与聚合物纺丝液的可溶性热塑性聚合物共混的相容性，该不溶性聚合物填料典型地与聚合物纺丝液中溶解的热塑性聚合物属于同一个一般的聚合物类别。不溶性聚合物填料可与聚合物纺丝液的可溶性热塑性聚合物相同，但是具有比可溶性热塑性聚合物的分子量更高的分子量或具有比可溶性热塑性聚合物的结晶度更高的结晶度。例如，可以用刚性链聚合物诸如在通过干纺生产的mpd-i纤维中实现高的结晶度。
[0203]
可以通过将一种或多种溶解的聚合物粘合剂与吸附颗粒混合来制备聚合物纺丝悬浮液。吸附体的类型不受限制，并且可以包括基于吸附的液体分离或典型地气体分离领域的技术人员已知的那些中的任一种。典型地，吸附体具有的粒度小于或等于100μm、典型地小于或等于10μm、并且有时甚至小于或等于1μm。可以将其研磨以便实现所希望的粒度分布。吸附体的类型的非限制性实例包括沸石(例如，a、y、x、cabax型，或lsx诸如li-lsx、ca-lsx)、活性炭、碳分子筛、活性氧化铝、硅胶、金属有机框架(mof)和呈固体形式的胺。所谓呈固体形式的胺意指已经沉积在固体基材上的胺或没有支撑在基材上的胺的固体颗粒。吸附体可以是吸附体的混合物，诸如20wt％硅胶和80wt％活性氧化铝的混合物或沸石和硅胶的混合物。
[0204]
在通过模头或喷丝头挤出之前，可任选地使纺丝悬浮液在加热和/或真空下脱气。迫使纺丝悬浮液通过模头或喷丝头进入凝结剂介质，在该凝结剂介质中从聚合物纺丝悬浮液中去除一种或多种溶剂，从而诱导一种或多种聚合物粘合剂固化成基质。仔细控制聚合物粘合剂加载量和溶剂量，以便产生接近于双节的单相。那样，当挤出的纺丝悬浮液离开喷丝头或模头并穿过任选的气隙时，从纺丝组合物蒸发的溶剂致使挤出的纺丝悬浮液的外部固化或使其更接近于固化。
[0205]
凝结浴(也称为凝结剂)构成一种或多种聚合物的非溶剂或不良溶剂，而同时为存在于纺丝悬浮液内的一种或多种溶剂的良溶剂。当挤出的纺丝悬浮液投入含有非溶剂的凝结剂浴中时，溶剂和非溶剂从挤出的纺丝悬浮液到浴的交换，并且反之亦然，完成由此形成的新生纤维、挤出物或珠粒/丸粒的固化以形成固体聚合物和液体溶剂/非溶剂的两相结构。以这种方式，液体凝结剂浴促进了一种或多种仍溶解的聚合物的扩散诱导相分离(即，固化)。在选择适当的凝结剂介质组合物和温度时，可以考虑纺丝悬浮液的性质。凝结后，所得的吸附体在聚合物基质中的固体复合结构可以最好地描述为开孔结构。具体地，聚合物基质将吸附体微粒包封在开孔结构或笼状结构中，而不粘到吸附颗粒上以便促进良好的质
量传输。
[0206]
对于纤维的形成，在挤出过程期间，可以将固化的纤维拉出，例如通过将其拉到旋转的筒上并围绕旋转的筒，这样使得新生纤维在张力下凝结。在张力下凝结来自悬浮纺丝液的新生纤维可以促进聚合物链的对齐，从而产生额外的氢键并最终增强所得的吸附体纤维。在张力下展现出此种对齐的聚合物粘合剂的一个实例是聚间位芳酰胺。除其他事项外，可以调整拉伸比以便产生特征为比纤维芯处相对更高的聚合物含量的开放纤维表皮。此种表皮减轻了粉尘形成的风险，同时仍然允许良好的质量传递。
[0207]
成形吸附体可以被构造成珠粒、丸粒、挤出物、一根或多根纤维。基于长宽比：形状的平均大尺寸与形状的平均小尺寸的比率，可以将珠粒和丸粒与挤出物和纤维区分开来。对于珠粒或丸粒，平均长度与平均厚度的比率的范围一般为1:1至1:2。对于基本上为较长型式的珠粒或丸粒的挤出物，平均长度与平均厚度的比率的范围一般为1:2至1:20。对于纤维，平均长度与平均直径的比率大于1:20。
[0208]
本领域普通技术人员认识到通过扩散诱导相分离生产纤维的方法是众所周知的。他们将认识到，为制造用于基于膜的气体分离的中空纤维膜而建立的方法可被适配用于本发明，两者之间的显著区别在于在本发明的情况下存在吸附颗粒和固体纤维构型，而在气体分离膜的情况下存在中空孔。
[0209]
挤出物和珠粒/丸粒可以以与纤维大致相同的方式形成，不同之处在于用于挤出物和珠粒/丸粒的挤出模头开口的直径大于用于纤维的挤出模头开口的直径。尽管不限于此，但珠粒/丸粒或挤出物通常具有2-6mm的外径(od)。挤出物的对应典型长度的范围将为4-120mm。另一方面，纤维的od小于4mm，优选地小于2mm，优选地小于1mm，优选地小于750μm，优选地小于500μm，优选地小于300μm od，并且更优选地小于150μm。
[0210]
对于被构造为一根或多根纤维的基本结构，该一根或多根纤维可任选地具有固体载体，如在us 2019/0203380和us 2019/0201869中所述，这些专利的内容以其整体结合在此。替代性地，可以将纤维聚集成3-7根纤维的未加捻的丝束。任选地，每个未加捻的丝束可以具有围绕丝束包裹的附加的聚合物纤维或金属丝(其由不含吸附颗粒的粘合剂制成)。同样替代性地，多根纤维(例如，3-7根纤维)可以任选地围绕彼此加捻以形成纱线，并且甚至任选地还包括围绕加捻的纤维包裹的附加的纤维或金属纤维(同样地，由不含吸附颗粒的粘合剂制成的纤维)或丝。
[0211]
基本结构可在形成后进行干燥，或保持处于润湿状态，或首先进行干燥然后进行润湿以准备用于第二步骤。无论利用哪种替代方案，在第二步骤中，由多个润湿或干燥的珠粒/丸粒、挤出物或纤维或者由连续长度的润湿或干燥的纤维形成中间吸附体床层。中间床层可以“原位”形成。所谓“原位”意指通过填充吸附器的压力器皿内的空间来形成中间床层。在这种情况下，通过在由此形成的中间床层处于压力器皿内的此空间中时对其进行压缩来形成成品床层。替代性地，可以在以下容器中形成中间床层，该容器在压缩中间床层以形成成品床层时未设置在吸附器的压力器皿内的容器中。在这种替代情况下，首先形成成品床层，然后将其放置在吸附器的压力器皿内。在此替代情况的改进中，形成多个成品床层，然后将其彼此上下或相邻地堆叠在吸附器的压力器皿中。这种模块化型技术可以是提供相对大的吸附器的特别方便的方式。
[0212]
中间床层的形状不受限制。形状包括不规则、环形、圆形、方形、矩形等。
[0213]
然后将中间床层轴向和/或径向压缩以形成成品床层，以便使一个或多个基本结构相对于其自身或彼此固定并形成成品床层。
[0214]
压缩可以在中间床层的基本结构处于润湿状态时执行。所谓“润湿状态”意指它们被液体溶胀剂润湿。尽管可以使用已知用于溶胀该类型的聚合物粘合剂的任何液体，但此类液体的非限制性列表包括：甲醇，甲醇、水和任选的n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)的混合物等。在这种润湿状态下，聚合物粘合剂在液体溶胀剂的作用下趋于软化和溶胀。我们已经发现，在压缩和干燥成品床层之后，一个或多个基本结构相对于其自身或彼此保持固定，即使去除压缩力也是如此。这就好像形成了保持其形状的整体式结构。
[0215]
替代性地，压缩可以在基本结构干燥而非处于润湿状态时执行。可以通过气体分离膜制造领域中已知的任何技术去除在扩散诱导相分离后保留在基本结构中的任何溶剂，该技术包括：允许基本结构在存在或不存在空气或惰性气体循环的情况下原位干燥，或通过洗涤并随后干燥基本结构来用更易挥发的溶剂替代存在于基本结构内的更难挥发的溶剂。当中间床层在干燥状态下被压缩时，需要在成品床层上保持压缩力，以便使一个或多个基本结构相对于彼此或相对于其自身保持固定，因为不存在理论化的粘附或者至少不存在与上述润湿压缩中间床层时相同程度的理论化的粘附。
[0216]
无论在基本结构干燥时还是润湿时执行压缩，因为粘合剂不是由常规珠粒式吸附体的脆性无机材料制成，而是由聚合物材料制成，所以不会观察到因压缩中间床层而造成的破裂或起尘。材料工程领域的技术人员将认识到，脆性材料在其经受应力时断裂，但在破裂之前变形的趋势小。因此，它们的特征在于：变形小、抗冲击能力弱且拉伸强度低。普遍接受的是，大多数无机非金属材料是脆性的。zhang,h.,building materials in civil engineering(土木工程中的建筑材料),
§
2.3.3,woodhead publishing(伍德海德出版社)(2011)。相比之下，本发明的基本结构在经受应力时变形。因为它们在经受应力期间或之后不会断裂，所以由它们制成的成品床层不会表现出原本预计在用脆性粘合剂制成的常规珠粒经受相同应力时在这类常规珠粒中会出现的起尘。
[0217]
下面描述了许多不同的技术。
[0218]
在一个实例中，并且在中间床层包括成型为珠粒或挤出物或大量随机组织的纤维的多个基本结构的情况下，用基本结构填充容器，然后在中间床层处于湿润状态时抵靠中间床层投入撞槌。在已经允许成品床层至少部分地干燥(以便实现前述粘附)之后，将撞槌从成品床层去除。容器可能已经形成吸附器的一部分，在这种情况下，压缩步骤是“原位”执行的。在这种实施例中，可以使用通常在吸附器内部容纳常规吸附体珠粒的类型的内部结构(诸如栅格和其他结构)作为容器。相反地，容器可能尚未形成吸附器的一部分，在这种情况下，可以将前述内部结构用作容器，然后将容器放置在压力器皿内；或者可以在形成成品床层期间使用容器，并且将成品床层从容器中去除以便稍后放置在吸附器内。
[0219]
在另一个实例中，并且在中间床层包括成型为珠粒或挤出物或大量随机组织的纤维的多个基本结构的情况下，用基本结构填充容器，然后在中间床层处于湿润或干燥状态时抵靠中间床层投入撞槌。容器可能已经形成吸附器的一部分，在这种情况下，压缩步骤是“原位”执行的。在这种实施例中，可以使用通常在吸附器内部容纳常规吸附体珠粒的类型的内部结构(诸如栅格和其他结构)作为容器。例如，被构造成具有管的容器可以装配有由网格(即，栅格)制成的顶部端部和底部端部。虽然在处于润湿状态时进行压缩的中间床层
在干燥和去除压缩力之后可以保持其形状，但在处于干燥状态时进行压缩的中间床层在完成压缩时需要永久性机械约束。以装配有顶部网格端部和底部网格端部的前述管为例。将底部网格永久性地固定到管的底部，使得它可以承受压缩力。将顶部网格适配并构造成在施加压缩力(诸如撞槌)期间在管内滑动。在完成压缩之后，可以在仍在成品床层上保持压缩力的同时将上部网格(例如，用保持环)永久性地固定到管。在去除此永久性机械约束之后，可以撤回压缩力。
[0220]
在另一个实例中，吸附器的压力器皿可以装配有具有相同横截面的延伸部，诸如装配在具有相似id的压力器皿的顶部上的延伸管，该压力器皿的底部装配有多孔栅格。首先，将所希望量的基本结构放置在延伸管/压力器皿内以形成中间床层，并且使基本结构的顶部层平滑以形成平坦的顶部表面。第二，将与底部多孔栅格相当的顶部多孔栅格放置在中间床层的顶部上。第三，抵靠顶部多孔栅格放置撞槌并将其向下推动以压缩中间床层。在去除压缩力之前，将顶部多孔栅格固定到压力器皿的顶部。最后，从压力器皿顶部去除延伸管。
[0221]
虽然上面描述了构成吸附器的压力器皿的容器的实施例，但替代性地，容器不构成压力器皿吸附器，在这种情况下，可以在容器(诸如具有顶部网格和底部网格的管)内形成成品床层，并且稍后将容纳成品床层的容器放置在吸附器的压力器皿内。
[0222]
在另一个实例中，中间床层包括成型为围绕心轴包裹的一根或多根纤维的多个基本结构。这可以通过围绕心轴包裹一根或多根纤维来制成。可以如下径向压缩包裹的纤维。围绕纤维包裹的心轴放置刚性套管。套管具有沿着套管的整个长度延伸的狭缝，使得在用装置、诸如用蜗管夹径向压缩套管时，套管沿着狭缝的一个边缘可以在套管的另一个边缘下方滑动。以这种方式，压缩中间床层以形成成品床层。如果在润湿状态下执行，则在去除径向压缩力之前允许成品床层至少部分地干燥(以便实现前述粘附)。如果在干燥状态下执行，则在去除压缩力之前(使用机械紧固件和容器领域中已知的任何技术)使套管的两个边缘彼此紧固，以便永久性地约束成品床层。在一种特定的技术中，将压缩的纤维包裹的心轴从套管投出并投入被适配并构造成形成吸附器的一部分的圆柱形容器中。因为圆柱形容器的内径(id)接近或略大于压缩的套管的内径，所以成品床层的填充度在投入后续容器中(以便放置在吸附器中)时得以保持或仅略微降低。心轴可以任选地是形成栅格的多孔中心管。在这种情况下，成品床层适合作为径向吸附体床层。
[0223]
替代地，中间床层可以包括成型为多根平行纤维的多个基本结构。可以使用气体分离膜和结构化吸附体领域中已知的任何技术来形成这种构型。
[0224]
在一种非限制性技术中，这可以通过以下方式进行：形成一股或多股细长平行纤维环绞线的束，之后围绕一股或多股绞线放置刚性套管。应当注意，任选地将纤维加捻以使得它们不再平行在本发明的范围内。在放置套管之后，可以切割一股或多股绞线的环端部，以便提供与套管端部齐平的切割纤维端部。套管具有沿着套管的长度延伸的狭缝，使得在诸如用蜗管夹径向压缩套管时，套管沿着狭缝的一个边缘可以在套管的另一个边缘下方滑动。以这种方式，压缩中间床层以形成成品床层。如果在润湿状态下执行，则在去除径向压缩力之前允许成品床层至少部分地干燥(以便实现前述粘附)。如果在干燥状态下执行，则必须保持干燥平行纤维束上的径向压缩。在一种技术中，在去除压缩力之前(使用机械紧固件和容器领域中已知的任何技术)使套管的两个边缘彼此紧固，以便永久性地约束成品床
层。在另一种技术中，将压缩的平行纤维束从套管投出并直接投入管中。此管可被适配并构造成形成吸附器的一部分。替代性地，在将管和压缩的束放入吸附器的圆柱形压力器皿中或将压缩的干燥束投入吸附器的圆柱形压力器皿中之前，使用管保持压缩的干燥束。因为管的内径接近或略大于压缩的套管的内径，所以成品床层的填充度无论成品床层是否投入后续圆柱形容器中(以便放置在吸附器中)都得以保持或仅略微降低。
[0225]
在另一种非限制性技术中，中间床层包括围绕多孔中心管分布以使得细长环彼此平行的多股纤维绞线。如上所述执行套管放置、径向压缩、放置到或投入吸附器的压力器皿中的后续步骤。
[0226]
无论用于形成成品床层的特定技术如何并且如上所述，可以在中间床层处于干燥状态或湿润状态时对其进行压缩。当在干燥状态下进行时，通过永久性机械约束迫使一个或多个基本结构抵靠彼此。所谓永久性意指除非以机械方式去除，否则压缩力保持在成品床层上。这种干法形成的优点包括：获得超过50％的床层填充率，而不会像发生于使用无机粘合剂的常规吸附体珠粒/丸粒的情况那样使基本结构开裂。当在润湿状态下进行时，中间床层的初始体积可以显著降低(例如-30％)。因为一个或多个基本结构是润湿的，所以它们可以变形并填充得更紧密，而不会像发生于用无机粘合剂制成的常规吸附体珠粒/丸粒的情况那样出现破裂或起尘。因此，床层填充率增加而其孔隙率(即空隙率)降低。使用此过程，可以达到高于70％的床层填充率。然后可以在去除压缩力之前至少部分地干燥所得的成品床层。
[0227]
无论用于形成成品床层的特定技术如何，一般来说，成品床层的床层填充率超过60％、70％、80％或90％或更高。优选地，床层填充率为70％至90％或甚至更高。
[0228]
成品床层可以被适配并构造为轴向或径向床层。床层横截面可以是环形、圆形、方形或其他几何形状。
[0229]
尽管并非限制性的，但在一个实施例中，由平行纤维制成的成品床层是优选的。所得的结构是坚固的并且不经受流化/磨耗现象，并且可以在不损害吸附体密度的情况下产生非常低的压降。
[0230]
我们现在将描述使用高填充率吸附体床层分离气体的方法。本发明的高填充率床层存在许多优点和潜在的应用。
[0231]
一般来说，对于已经处于高压的进料气体，本发明的吸附体床层是有利的，因为较小的空隙允许显著减少吸附过程的循环时间，或者替代性地，对于如利用常规珠粒式床层执行的相同循环时间，允许显著减小吸附体床层的体积。此种过程的一个实例是氢气psa。此外，对于处于低压的进料气体，使用根据本发明制成的平行纤维吸附体床层是有利的，与常规珠粒式床层相比显著更低的压降允许显著降低压缩需求，并且因此，在压缩机大小由于压缩机必须克服的压降更低而可以减小的情况下允许显著降低压缩机的压缩动力成本以及甚至资本成本。
[0232]
吸附器可以被适配并构造为固定的或移动的，诸如被适配并构造用于患者的氧气治疗的便携式氧气浓缩器。
[0233]
根据本发明制成的平行吸附体纤维的轴向床层有利地被实现以替代大型asu的fep的变温吸附(tsa)方案内的常规的、复杂且昂贵的径向珠粒式床层。
[0234]
根据本发明制成的平行吸附体纤维的轴向床层有利地被实现以替代asu fep的
tsa方案内的常规轴向珠粒式床层。
[0235]
根据本发明制成的径向或轴向床层有利地被实现以替代asu fep的tsa方案内的常规的、复杂的且昂贵的径向珠粒式床层或轴向珠粒式床层。
[0236]
本发明的高填充率吸附体床层可用于去除空气的组分，这些组分会在其中将氧气与氮气分离的空气分离单元(asu)的蒸馏塔中冻结。此过程称为前端净化(fep)，其中从空气进料中去除诸如水分、co2和烃类等组分。fep的吸附体床层采用一种或多种吸附体，该一种或多种吸附体被配制用于从进料空气中去除水分、co2和挥发性有机化合物，以避免这些组分在asu的冷箱中冻结。必须将空气进料压缩到空气分离过程所需的压力。因为所有吸附体床层具有的压降高于并超过下游空气分离过程所需的压力，所以压缩也必须足以适应床层的压降。较高的压降当然导致通向吸附体床层的空气进料气体的较高的压力。因此，对于较高的压降的床层，压缩能量必然较高。由于与平行纤维床层相关联的压降显著低于asu的fep中常规珠粒式床层的压降，因此根据本发明制成的平行纤维吸附体床层导致显著较低的与压缩能量相关联的成本。
[0237]
其他空气分离应用包括用于通过基于蒸馏的空气分离过程去除污染物(诸如挥发性有机化合物(voc)减排)以及从含氩和氧的料流产生氩气的环境空气净化器。
[0238]
本发明的高填充率吸附体床层也可用于从天然气或沼气产生甲烷。例如，基于吸附体的技术通常用于在于主体分离技术中进行处理之前预净化天然气或沼气，诸如通过胺吸收的气体分离膜去除co2。本发明的高填充率吸附体床层可用于在任何主体分离步骤上游的用于预处理原料天然气或沼气进料的fep步骤中去除水分、voc、c
3
烃类和h2s。在一个方面，因为本发明吸附体床层的工作容量显著高于常规珠粒式床层的工作容量，所以对于相同体积的吸附体床层，可以减小水分去除吸附体所占据的体积并且可以对应地增大voc去除吸附体所占据的体积。由于本发明吸附体床层的动力学优点，所以虽然本发明吸附体床层和常规珠粒式床层的平衡容量相似，但本发明吸附体床层的工作容量显著高于常规珠粒式床层。
[0239]
以这种方式，通常用于去除残留量的voc的任何下游不可再生活性炭床层将不会经受如此大的voc负载，并且因此可以以较低的频率进行更换。在另一个实例中，可以首先在一个或多个气体分离膜中处理含有相对高水平的氮气的沼气或天然气以去除大量的co2。由于使用气体分离膜难以在去除co2的同时去除氮气，因此如果产品甲烷气体要满足小于3％惰性气体的管路规格，则必须在后续净化步骤中去除氮气。这可以通过使用本发明的高填充率吸附体床层从通过气体分离膜步骤产生的气体去除n2来进行。代替使用高填充率吸附体床层从含有不希望水平的n2的天然气或沼气去除n2，可以使用它们在于蒸馏塔中去除n2之前从通过气体分离膜步骤产生的气体去残余量的co2。
[0240]
本发明的高填充率吸附体床层还可以用于从烟道气体(主要含有co2和n2)或从空气捕集co2。
[0241]
本发明的高填充率吸附体床层还可以用于从烟道气体捕集co2和/或在利用硅胶的tsa fep中用于在去除co2之前对烟道气体进行除湿。
[0242]
本发明的高填充率吸附体床层还可以用于在诸如潜水艇、建筑物或航天器等封闭空间中进行voc减排。
[0243]
本发明的高填充率吸附体床层还可以用于将co2或n2与ch4分离。
[0244]
本发明的高填充率吸附体床层的再其他应用包括：对诸如空气、o2、n2、h2、酒精、燃料或co2等气体进行脱水；以及从来自光纤冷却塔的诸如天然气或废气等含氦气体回收或净化氦气。
[0245]
本发明的高填充率吸附体床层还可以用于使用psa(通常称为h2psa)从含氢气体混合物产生氢气。例如，含氢气体是主要含有h2和co2的合成气料流或通过重整过程处理的合成气料流。我们现在将更详细地描述此特定应用。
[0246]
工业h
2 psa系统的高填充率可能较大并且涉及按照具有多个步骤的复杂循环操作的多个吸附器皿(》2个)。在下面的实例中，考虑了12个器皿的psa，其中每个器皿连续地经历13个步骤，如在图21中所见。图21描绘了常规1234循环。术语“1234”意指：
[0247]
·
psa具有12个吸附器皿
[0248]
·
这些吸附器容器中的3个同时处于吸附(a)，并且
[0249]
·
该循环具有4个压力均衡步骤：(e1,e1'/r)、(e2,e2')、(e3,e3')和(e4/pp,e4')
[0250]
第一列指示吸附器编号，而不同步骤的名称为：
[0251]
·
a＝吸附步骤，其中在高压下产生h2[0252]
·
e1＝第一向下均衡(即第一降压)
[0253]
·
e2＝第二向下均衡(即第二降压)
[0254]
·
e3＝第三向下均衡(即第三降压)
[0255]
·
e4/pp＝第四向下均衡，其中同时提供吹扫
[0256]
·
pp＝提供吹扫
[0257]
·
bd＝排污
[0258]
·
p＝吹扫(即低压再生)
[0259]
·
e4'＝第四向上均衡(使用来自e4的气体进行再加压)
[0260]
·
e3'＝第三向上均衡(使用来自e3的气体)
[0261]
·
e2'＝第二向上均衡(使用来自e2的气体)
[0262]
·
e1'/r＝第一向上均衡(使用来自e1的气体)，其中同时进行产品加压
[0263]
·
rep＝最终产品加压
[0264]
在h
2 psa系统中，必须避免可能导致珠粒式吸附体介质的流化和磨耗的高速事件。这类高速事件可能在将处于不同压力下的两个吸附器皿连接在一起时发生。为了减轻介质流化的风险，使用专用且大小适当的阀门以控制方式进行2个吸附器皿之间的压力均衡。
[0265]
在大型h
2 psa系统中，还希望使psa相时间(被定义为总循环时间除以床层的数量)最小化，因为所需的吸附体体积与相时间成正比。由于均衡流速受到限制以避免磨耗并且持续时间也受到限制以使相时间最小化，因此经常使用部分压力均衡。术语部分压力均衡意指两个器皿之间的最终压差大于零的均衡步骤。然而，部分压力均衡引起h2回收率的损失。
[0266]
在h
2 psa系统中实现本发明的吸附体床层带来显著的优点，因为与珠粒式介质相比，这类床层在具有相似填充密度(kg/m3)的同时不易发生磨耗。压力均衡步骤可以是完全的而不是部分的，这使h2回收率最大化。此外，相时间相对于现有技术水平可以缩短，这导致吸附体体积成比例地减小。
[0267]
下面是基于12个吸附器皿的psa系统的模拟的三个实例。第一实例描述了利用常规珠粒式介质实现的性能。这是商业参考案例。第二实例着眼于利用本发明的吸附体床层实现的性能，其考虑到完全压力均衡(因为可以允许较高的流速)。第三实例与第二实例相似，但具有更快的(更短的)压力均衡步骤。如在上面的第一表中可见，缩短均衡步骤还意指缩短其他步骤，包括吸附步骤和吹扫步骤两者。
[0268]
三个实例是基于相同的循环图、相同的进料流速、相同的进料压力、相同的操作温度和相同的最终h2产品纯度。所得的性能参数着眼于(1)h2回收率和(2)所用的吸附体的体积。
[0269]
在参考案例中，在图21中描述了常规1234循环，其中提供吹扫的步骤与第4均衡步骤同时进行。进料气体的组成为：16％的co2、7％的ch4、3.5％的co、0.5％的n2、73％的h2。进料气体的压力为26绝对巴，并且温度为35℃。循环的低压力为1.6绝对巴。相时间是30秒，并且均衡步骤e1、e2、e3、e4分别持续11s、16s、14s和15s。所用的吸附体是如果受到高到足以使其移动的气体速度则会经历磨耗的标准的活性氧化铝珠粒、活性碳丸粒和分子筛珠粒。为避免磨耗风险，均衡流速受到限制，使得所有均衡步骤结束时的压差各自为1.5巴。产品中的h2纯度为99.8％，且co为10ppmv。在这些约束内，所获得的最大h2回收率为89％，并且处理166000nm3/h的进料气体所需的吸附体量为35m3每器皿。
[0270]
在第二实例中，用aa、ac和分子筛的高填充率结构化吸附体床层替代不同层的珠粒式介质。应用与实例1中相同的循环图，且步骤时间相同。进料气体的特性和流速与实例1中相同。使用高填充率结构化床层允许增加均衡流速，使得可以执行完全均衡，其中均衡步骤结束时两个吸附器之间的压差被设定为零。在这种增强的循环的情况下，可以利用43m3每器皿的吸附体体积实现91％的h2回收率。在吸附体体积增大23％的情况下，h2回收率可以显著提高2％。
[0271]
在第三实例中，应用与第二实例中相同的循环和吸附体，但其中相时间从30s减少到20s。同样地，均衡步骤是完全均衡。每个均衡步骤持续10秒。通过减少循环时间，相应地减小所需的吸附体体积。所获得的h2回收率比常规实例1中多1％，并且吸附体体积每器皿减小17％。
[0272]
两个循环的性能汇总在表1和表2中。第一实例和第二实例的循环时间是360秒(相时间为360/12＝30秒)。实例3的循环时间是240秒(相时间为240/12＝20秒)。
[0273]
表1：h
2 psa实例的循环性能
[0274][0275]
表2：h2回收率和吸附体体积比较
[0276][0277]
当本发明的吸附体床层用于h
2 psa系统中时，以下吸附体的非限制性列表特别有用：活性氧化铝、硅胶、活性炭、沸石a、ca交换沸石a、沸石x、ca交换沸石x和ca交换沸石lsx。此外，该循环可以包括至少3个完全均衡步骤，这些步骤持续18秒或更短、优先地15秒或更短、更优先地13秒或更短。最后，吸附压力可以在15与55绝对巴之间。
[0278]
本发明的高填充率吸附体床层可以用于分离空气的组分，而不是仅仅分离氧气和氮气。非限制性实例包括在用于在飞机上生产氧气的机载氧气发生器系统(obogs)中将氧气从空气中分离、用于生产氮产品气体的氮气psa或用于生产氧产品气体的氧气vsa。
[0279]
本发明吸附体床层的快速动力学对于按照vsa循环产生氧气特别有用。
[0280]
吸附过程可以通过平衡效应和动力学效应的组合来表征。即使在平衡驱动的分离(诸如o2vsa)中，动力学分量也是实现高性能的关键。在o2vsa中，所用的优选吸附体是与li交换的x-型沸石。众所周知的是传质受到大孔中阻力的限制。为此，感兴趣的动力学参数是
所谓的大孔扩散时间常数其中其中分母表示有效珠粒亨利定律常数。确定先前发明(美国专利10,525,400)中描述的吸附体具有的大孔扩散时间常数是高速率可商购获得的lilsx吸附体的三分之一。扩散时间常数已经使用brandani等人brandani等人,using a volumetric apparatus to identify and measure the mass transfer resistance in commercial adsorbents(使用体积测定设备识别和测量商业吸附体中的传质阻力),microporous and mesoporous materials(微孔与介孔材料),第304卷,2020年9月,109277描述的实验协议确定。具体地，吸附体是使用pbi作为粘合剂以及锂交换沸石制成的。
[0281]
所得的吸附体(lix/pbi)可以被成形为根据本发明的高填充率结构化吸附体床层。可以调整所得的床层结构以实现低压降，同时实现比常规解决方案更快速的动力学。
[0282]
为了示出对o2生产过程的影响，使用详细的计算机模型确定vsa空气分离过程性能的性能。图22中示出具有2个吸附器、1个生产缓冲容量、送风器、真空泵并且包括8个子步骤的循环。
[0283]
表4中针对42秒的总循环时间给出步骤时间。
[0284]
表4：8步o
2 vsa循环的循环步骤时间
[0285][0286]
针对过程模拟使用以下条件：o2产品纯度为93％，吸附压力处于1.5绝对巴，解吸压力处于0.4绝对巴，并且进料温度处于313k。两个吸附器各自填充有8m3的n2选择性吸附体。使用可商购获得的高度交换的lix吸附体作为参考案例。所获得的性能汇总在表5中。
[0287]
在第二实例中，使用与实例1中相同的循环和条件来模拟用根据本发明的高填充率结构化吸附体替代常规珠粒式吸附体介质时的过程性能。模拟的结果汇总在表2中。通过
使用高填充率结构化吸附体，可以实现15％的o2回收率提高和15％的比能量减少。日o2产量可以增加25％。
[0288]
表5：o2vsa性能比较
[0289][0290]
实例
[0291]
实例1：
[0292]
在第一实例中，描述了使用吸附体纤维干法形成径向床层。通过相转化生产吸附体纤维的长丝。将若干根长丝聚集在一起成为复丝，并且用不含有吸附颗粒的外包裹纤维包裹该复丝。将如此形成的外包裹的复丝结构化吸附体以螺旋方式放入容器中以形成圆柱形束，直至达到适当大小的束，如在图1中所见。
[0293]
可以如下由此圆柱形束制成径向吸附体床层。将消耗性网格中心支撑管放置在圆柱形束的开放内部内。将相似的消耗性网格外部支撑管放置在圆柱形束的周边周围。当处于这种受约束状态时，在干燥状态下用柱塞从顶部轴向压缩所放入的束，直到获得所希望的床层填充率。
[0294]
实例2：
[0295]
实例2描述了使用松散挤出物湿法形成轴向床层。
[0296]
首先使用高温额定聚合物(mpd-it)作为粘合剂通过相转化制备载有90wt％的13x沸石的挤出物。mpd-it是通过以下单体的缩聚获得的间位芳酰胺：mpd(间位苯二胺)、i(间苯二甲酰胺氯)和t(对苯二甲酰氯)。
[0297]
提供了不锈钢管，该不锈钢管的测量长度为5英寸长，外径为2英寸0.5英寸。然后将外径略小于管的内径的厚不锈钢盘放置在管的底部处。将挤出物倒入管中并且利用柱塞使用适量的机械力通过轴向压缩干法填充这些挤出物，该柱塞的外径略小于管的内径。图2a中示出干法填充的轴向成型床层。在施加适度的机械约束之后，我们估计初始床层体积减小了仅5％，且未观察到破裂或起尘。估计所得的床层填充率为约36％。
[0298]
利用甲醇润湿干法填充的挤出物以便软化粘合剂。利用由轴向压力机驱动的柱塞轴向压缩现在润湿的挤出物。由于润湿的挤出物在柱塞的机械约束下变形，因此甲醇被排出挤出物并通过盘与管之间的间隙。压缩力足以将床层的体积减小约50％。估计所得的床层填充率为约73％。图2b中示出此最终高填充率床层。
[0299]
实例3：
[0300]
实例3涉及由无组织纤维的松散集合湿法形成轴向高填充率床层。
[0301]
首先使用高温额定聚合物(dam-it)作为粘合剂通过相转化制备载有85wt％的13x沸石的纤维。dam-it是通过以下单体的缩聚获得的间位芳酰胺：dam(二氨基均三甲基苯—也称为2,4,6-三甲基间苯二胺)、i(间苯二甲酰胺氯)和t(对苯二甲酰氯)。然后将纤维松散地干法填充在丙烯酸管中，并且利用实例4的柱塞将其适度压紧以形成轴向床层。适度的机械轴向约束使得初始床层体积几乎没有减小，且未观察到破裂或起尘。在图3a中见到此初始床层的特写照片。估计所得的床层填充率为约28％。接下来，利用甲醇润湿初始床层的纤维以便软化粘合剂。然后使用柱塞压缩润湿的填充床层，同时允许甲醇从管的底部排出。在干燥之后，估计所得的填充率为约72％，如在图3b的照片中所见。值得注意的是，一些吸附体纤维以原本在不首先润湿这些纤维的情况下不可能存在的方式(例如，180
°
弯曲)进行弯曲。事实上，我们认为干燥的纤维会断裂并起尘。
[0302]
实例4：
[0303]
图4中示出不同长度的绞线束。将来自纤维卷轴的纤维进给到大型旋转“叉”，直到获得所希望的绞线束大小。为了使每个所形成的绞线束实现相同的总纤维长度，针对每个所形成的绞线束重复一定次数的旋转。
[0304]
实例5：
[0305]
实例5涉及干法形成平行吸附体纤维的小尺寸填充床层的逐步描述。如图5a所示，平行纤维束被示出为紧邻纤维束将要插入其中的管。首先利用金属套管包裹束。金属套管具有狭缝，使得当它围绕束包裹时，套管的(通过预先切割套管形成的)第一边缘在套管的第二边缘下方滑动。然后围绕套管的周边提供三个软管夹。图5b中示出了装备有套管的束。当软管夹变紧时，束随着套管的第二边缘在套管的第一边缘之上进一步滑动并且套管的直径减小而受到径向压缩。尽管在此时是任选的，但是如图5c所示，然后预切割纤维伸出到装备有套管的束之外的端部，以便使执行以用于在吸附体床层的每个端部处提供平面的最终制造变得容易。然后在去除软管夹的情况下将装备有套管的束仔细地插入金属管中，同时随着装备有套管的束在管内前进保持将束压缩在套管内，如图5d所示。在将装备有套管的束放置在管内之后，取出套管，使束径向压缩在管内。但是我们注意到，在将装备有套管的束插入管中之前，可以任选地修剪和钎焊、焊接或胶合套管的边缘，以对束提供永久性径向压缩约束。这种任选技术将允许在将束插入管中之前移除夹。在任何情况下，然后切割纤维突出到管之外的端部以提供齐平的束端部，如在图5e中所见。如在图5f至图5h中所见，抵靠吸附器压力器皿的带凸缘的端部放置管压缩的束。如在图5i至图5l中所见，利用ptfe柱塞将束从管投入到吸附器的压力器皿中并且移除管。
[0306]
实例6：
[0307]
实例6涉及通过组装若干平行绞线束来制作大型轴向床层。虽然通过将两个或三个平行绞线束放置在平坦表面上以便聚集/对齐成组合束、之后进行压缩来制作相对小的床层是相对容易的，但这种技术将快速地达到其制作较大床层(例如，含有100 kg的吸附体的较大床层)的实践极限，因为这些束只会滚动并掉落到组合束的一侧上。因此，如在图6中所见，我们从悬挂支架竖直地支撑若干绞合束以使其围绕中心支撑网格聚集/对齐，之后径向压缩组合束。
[0308]
实例7：
[0309]
通过如上所述的扩散诱导相分离纺丝形成od为400μm的由15wt％的dam-it和
15wt％的13x沸石制成的吸附体纤维。在形成平行绞线束之后，径向压缩它们并将它们放入2英寸id的管中。在图7中见到填充床层的面。通过成像技术估计床层填充率为82％。
[0310]
实例8：
[0311]
实例8涉及在不同气体速度下具有相同尺寸的轴向填充床层上的co2穿透的分析。每个床层都在6绝对巴下经受多次co2穿透测试。具体地，将充有450ppm的co2的n2进料气体流递送通过每个床层，并且随时间推移记录输出co2浓度。第一床层根据本发明、特别是利用平行吸附体纤维制成。用作参考的第二床层利用购自德国供应商cwk的商业珠粒制成。平行吸附体纤维床层和商业床层中的每一者使用13x沸石作为吸附体。更具体地，平行吸附体纤维由87wt％的13x沸石和13wt％的mpd-it制成。
[0312]
图8a至图8b示出了由纤维床层和商业珠粒床层产生的co2穿透曲线。如在图8a中所见，由纤维床层产生的co2穿透曲线不受流速影响并且彼此叠加。这意指：在测试的流速范围内，纤维床层不会随着流速的增加(即，气体速度的增加)而经受明显的动力学限制。换句话说，高填充率平行纤维床层的优异的动力学产生由热力学(即由达到平衡的co2容量(即co2等温线))控制的分离。
[0313]
在另一方面，当在参考珠粒式床层上进行一系列相似的测试时，图8b示出了co2穿透曲线不叠加并且是流速的函数。这意指分离受动力学控制/限制。
[0314]
因此，我们已经证明，平行纤维床层可以在较高的气体速度(流速)下操作，而不存在预计商业珠粒式床层将存在的动力学损失。
[0315]
实例9：
[0316]
实例9涉及替代常规径向珠粒式床层的用于大流速的高填充率轴向平行纤维床层。在此示例中，提出了由两个高填充率平行吸附体纤维床层(底部活性氧化铝床层和顶部沸石床层)制成的轴流吸附器以替代径向流吸附器。
[0317]
径流构型通常用于原本将需要外径大于6米的轴向吸附器的大流速。然而，出于如下文解释的实际原因，通常考虑6m的最大外径，以便永久性地保持压缩。一种增大可由轴向床层处理的流量的方式是增加床层直径。六米od被认为是道路运输的极限，同时仍可容易通过拖拉机挂车运输吸附体床层而不需要铁路、飞艇或直升机。如果轴向床层需要超过6mod，则设计人员通常会转向径向构型。在径向构型中，增加床层的高度而不是直径，以处理更大的流量。
[0318]
此外，轴向构型在可能的情况下是优选的，因为与径向构型相比，制作和操作轴向构型更简单且更便宜。
[0319]
因此，实例10涉及用于大型asu fep的吸附体床层，该吸附体床层通常会利用呈径向构型的珠粒式床层实现。总而言之，因为根据本发明制成的适当大小的平行纤维床层产生的压降低于由常规珠粒式吸附体制成的相似床层，所以可以用高轴向床层替代常规径向吸附器设计。
[0320]
作为参考，考虑了用于asu-fep的吸附器，该吸附器具有3mm od的活性氧化铝珠粒和2mm od的沸石珠粒。使用较小且较轻的沸石珠粒推导出磨耗速度。考虑680kg/m3的珠粒式床层密度，计算出0.23m/s的磨耗速度。然后将余量应用于磨耗速度，例如以将珠粒粒度分布(这意指珠粒中的部分小于平均值并且因此更轻)考虑在内。考虑表观气体速度的80％安全因数(其中100％构成表观气体速度，在该表观气体速度下，常规珠粒式床层中的较小
珠粒将流化，从而导致床层的溶胀和起尘)，常规沸石珠粒式床层可以在0.18m/s的表观气体速度下操作。无论沸石层的高度如何，并且除了操作压力和温度之外，然后还通过吸附体床层的横截面面积设定流速。例如，1m2截面的这种常规珠粒式床层将处理0.18m3/s或648m3/h的流速。
[0321]
为了说明高填充率平行吸附体纤维床层带来的益处，考虑160,000nm3/h的空气流速。正常条件是指101,325pa和0℃(即273.15k)。观察在6绝对巴和20℃下操作的吸附器，可以推导出实际流速为约29,000m3/h。在将操作表观气体速度设定为0.18m/s或648m/h的情况下，轴流珠粒式吸附器将需要44.8m2的横截面，这与超过7.5米的床层直径相对应。因此，这种流速将需要径向床层设计。相反，可以提出由高填充率平行吸附体纤维制成的轴向床层，图9的表中示出该床层的特性。
[0322]
实例10：
[0323]
实例11涉及穿过根据本发明制成的高填充率平行纤维吸附体床层的co2穿透的分析。作为一个实例，使用载有81wt％的13x的纤维形成平行吸附体纤维床层。首先按绞线束布置纤维。然后径向压缩束以达到80％的填充率。接下来，将束插入吸附器皿中并且在280℃下在干燥氮气下使其活化。最后，在6绝对巴下生成co2穿透曲线。然后去除该束并且用商业13x珠粒床层进行替代。在活化后在珠粒式床层上进行相同的co2穿透测试。如在图10中可见，平行纤维床层产生显著延长的穿透时间(在5ppm的co2下， 34％)。
[0324]
实例11：
[0325]
假想实例11涉及基本形状的轴向填充床层，这些基本形状使用永久性机械约束湿法或干法固定。如图11所示，首先形成平行吸附体纤维束。在径向压缩之后，围绕压缩的束施加外部网格。以这种方式，保持束的压缩和相关联的床层填充率的永久性机械约束。
[0326]
实例12：
[0327]
假想实例12涉及基本形状的轴向填充床层，这些基本形状同样使用永久性机械约束湿法或干法固定。如图12所示，首先形成径向平行吸附体纤维束。在径向压缩之后，不是围绕压缩的束施加外部网格，而是将压缩的束放入吸附器中。以这种方式，通过吸附器壁提供保持束的压缩和相关联的床层填充率的永久性机械约束。
[0328]
实例13：
[0329]
假想实例13涉及基本形状的径向填充床层，这些基本形状使用永久性机械约束湿法或干法固定。如图13所示，首先形成径向平行吸附体纤维束。在径向压缩之后，围绕压缩的束施加外部网格。以这种方式，保持束的压缩和相关联的床层填充率的永久性机械约束。
[0330]
实例14：
[0331]
假想实例14涉及湿法或干法形成平行吸附体纤维的小尺寸填充床层的逐步描述。如在图14a中所见，首先用金属套管包裹如上所述制造的平行纤维束。如果期望湿法形成，则可以在用套管包裹之前如上所述预润湿纤维或者在用套管包裹之后润湿纤维。套管具有狭缝，使得当它围绕束包裹时，套管的(通过预先切割套管形成的)第一边缘在套管的第二边缘下方滑动。然后(诸如利用软管夹或类似物)向套管包裹的束提供压缩力。如在图14b中所见，抵靠接收管的端部放置套管包裹的束，并且将束从套管包裹物投入管中。因为套管的id大于束投入其中的管的id，所以套管留在管的外部。然后将套管从管的面抽出，从而将压缩的平行纤维束留在管中。可以将管插入吸附器的压力器皿内，或者管本身可以用作吸附
器的压力器皿。
[0332]
实例15：
[0333]
假想实例15涉及湿法或干法形成平行吸附体纤维的小尺寸填充床层的另一种方式的逐步描述。如在图15a中所见，首先用金属套管包裹平行纤维束。如果正在执行湿法形成，则可以在用套管包裹之前预润湿纤维或者在用套管包裹之后润湿纤维。套管具有狭缝，使得当它围绕束包裹时，套管的(通过预先切割套管形成的)第一边缘在套管的第二边缘下方滑动。然后(诸如利用软管夹或类似物)向套管包裹的束提供压缩力。与实例15形成对比，套管形成吸附器压力器皿的一部分。为了防止气体在重叠的垫片边缘的接缝处绕过，首先胶合、焊接或钎焊边缘以密封套管的重叠边缘。如在图15b中所见，抵靠构成吸附器的压力器皿的带凸缘的管的端部放置套管包裹的束。因为套管od小于管的od，所以套管和束可以一起投入管中，如在图15c中所见。然后将套管从管的面抽出，从而将压缩的平行纤维束留在管中。可以将管插入吸附器的压力器皿内，或者管本身可以用作吸附器的压力器皿。
[0334]
实例16：
[0335]
假想实例16涉及湿法或干法形成平行吸附体纤维的大尺寸填充床层的另一种方式的逐步描述。如在图16a中所见，首先用金属套管包裹三个平行纤维束。如果正在执行湿法形成，则可以在用套管包裹之前预润湿纤维或者在用套管包裹之后润湿纤维。套管具有狭缝，使得当它围绕束包裹时，套管的(通过预先切割套管形成的)第一边缘在套管的第二边缘下方滑动。然后(诸如利用软管夹或类似物)向套管包裹的束提供压缩力，以提供图16b所示的压缩的结构。同样与实例15形成对比，套管形成吸附器压力器皿的一部分。为了防止气体在重叠的垫片边缘的接缝处绕过，首先胶合、焊接或钎焊边缘以密封套管的重叠边缘。然后切割从套管伸出的多余纤维以提供压缩的束的齐平面，如在图16c中所见。然后将齐平面的压缩的束放置在构成吸附器的压力器皿的带凸缘的管内，如在图17d的透视图中所见，其中部分(即，器皿壁)裂开。对于非常大的床层(例如10吨)，可以在压缩之前例如沿着束的轴线将一根或多根杆插入束中，以便促进后续处理，诸如将束插入带凸缘的管中/从带凸缘的管去除束。
[0336]
实例17：
[0337]
实例17涉及商业珠粒与根据本发明制成的吸附体挤出物的表面形态的比较。
[0338]
图17的左侧扫描电子显微镜(sem)图片示出13x商业珠粒的表面形态，具体地是通过将珠粒分成两半获得的横截面视图。如在图17的左侧sem图片中所见，珠粒表面的形态看起来与珠粒内部的形态相同。
[0339]
右侧sem图片示出了如上所述通过扩散诱导相分离利用聚合物粘合剂制成的挤出物的形态表面。左上角是本发明的挤出物的内部，而右下角是在挤出物表面上形成的表皮。挤出物内部的形态看起来与珠粒内部和表面的形态相似。在另一个方面，挤出物表皮的形态以不含吸附颗粒的薄型致密聚合物粘合剂层为特征。在挤出物中观察到的这种薄型致密层很好地对应于通过扩散诱导相分离由不含吸附颗粒的聚合物粘合剂制成的中空纤维膜的表皮。
[0340]
这2张图片的比较解释了为什么我们未观察到如上所述使用扩散诱导相分离利用聚合物粘合剂制成的珠粒、挤出物或纤维的起尘。由于吸附颗粒存在于常规珠粒的表面处，因此当珠粒在吸附过程期间流化时可能出现起尘。相比之下，挤出物的薄型致密表皮保护
吸附颗粒，并因此防止在吸附过程期间出现起尘。
[0341]
实例18：
[0342]
假想实例18涉及跨常规珠粒式吸附体的轴向床层与根据本发明制成的平行纤维的轴向床层的压降的比较。
[0343]
利用基于厄贡方程的模型估计常规案例的压降，该模型是从宽泛范围的珠粒形状上的压降的测量结果推导出的。使用与针对珠粒进行的方法相同的方法(但在此案例中是在具有已知填充率和纤维直径的平行纤维上进行的)，通过我们使用类似厄贡的方程实验推导的模型估计跨纤维床层的压降。
[0344]
本发明的平行纤维床层表现出的压降的估计假设床层填充率为75％，而常规珠粒式床层的相同假设为仅63％。如在图18中所见，随着气体速度的增加，跨常规珠粒式床层的轴向床层的压降具有更为陡峭且更大程度的对数上升。相比之下，沿着根据本发明制成的平行纤维的轴向床层的长度的压降具有较不陡峭且更为线性的上升。在0.2m/s的典型操作气体速度下，平行纤维床层之上的压降仅为跨常规珠粒式床层表现出的压降的22％，尽管事实是平行纤维床层具有显著更高的床层填充率。
[0345]
实例19：纤维od与床层孔隙率
[0346]
在每单位长度的等效参考床层压降下，假想实例19涉及平行纤维直径根据平行纤维床层的床层孔隙率(空隙率)的演变(实线)，以及常规珠粒式床层的珠粒直径(珠粒直径在此为球形珠粒的直径，或者在非球形珠粒的情况下为等效球形直径)的演变。
[0347]
在珠粒式床层的情况下，最大床层填充率由微粒粒度分布(在以上实例中为37％的空隙率)确定。这是因为球体的随机紧密填充率产生37％的最小尺寸空隙率。
[0348]
在平行纤维床层的情况下，最大理论床层填充率产生仅约9％的空隙率。
[0349]
如在图19中所见，虚线示出在先前定义的每单位长度的参考床层压降的1/10的压降下平行纤维直径根据床层孔隙率的变化。例如，对于2mm的相似吸附材料直径，平行纤维床层可以达到比珠粒式床层更高的填充率(21.5％的空隙率对比37％的珠粒式系统的空隙率)，同时将跨床层的压降除以10。因此，根据本发明制成的平行纤维床层的核心益处是每单位体积的床层可以填充另外的吸附材料。
[0350]
实例20：
[0351]
假想实例201涉及使用吸附织物湿法形成径向床层。围绕中心网格支撑件湿法制备并卷制吸附织物。该织物由根据本发明生产的吸附体纤维(包括经纱纤维和纬纱纤维)织造而成。然后在外周边上湿法压缩径向织物束，以便增大填充率并因此增加压降。在外径上放置网格以便永久性地保持压缩。在径向压缩过程期间，吸附体织物的径向填充床层的外径从初始未填充床层的外径减小，从而导致更高的填充率和更高的压降。
[0352]
实例21：
[0353]
假想实例21涉及从根据本发明制成的平行纤维吸附体床层与常规珠粒式床层模拟的由不同流速导致的压降的比较。更具体地，它是asu fep(标称容量为350吨o2/天)的商业设计与将利用平行纤维床层的虚构设计的比较。
[0354]
利用基于厄贡方程的模型估计商业案例中的压降，该模型是从宽泛范围的珠粒形状上的压降的测量结果推导出的。使用与针对珠粒进行的方法相同的方法(但在此案例中是在具有已知填充率和纤维直径的平行纤维上进行的)，通过我们使用类似厄贡的方程实
验推导的模型估计跨纤维床层的压降。这些估计是基于以下在表6-8中列出的假设。
[0355]
表6：珠粒式轴向床层的模拟的假设
[0356][0357]
表7：第一纤维床层的模拟的假设
[0358][0359][0360]
表8：第二纤维床层的模拟的假设
[0361][0362][0363]
每个吸附器的尺寸/体积(计算为床层的水力横截面乘以床层的高度)相同。每个吸附器包括两个吸附体层。明确地，考虑到向上的流量，第一底部活性氧化铝层主要阻止水，而第二顶部沸石层吸附原本会在空气分离设备的下游低温部分中冷凝的其他物质，诸如co2。
[0364]
表5中列出的第一平行纤维床层案例表明，与商业案例相比，可以通过为纤维选择适当的id来将与第一平行纤维床层相关联的压降降低超过50％。
[0365]
表6中列出的第二平行纤维床层表明，与商业案例相比，对于相同的吸附器体积和相同的总压降，平行纤维床层可以处理双倍的流量(即双倍的表观气体速度)。这是有利的，
因为对于相同体积的吸附体使流量加倍允许循环时间减少50％。
[0366]
换种方式考虑，对于给定的压降和输出压力，可以显著减小根据本发明制成的平行实心纤维床层的床层直径同时处理相同的流速。因此，吸附体床层的资本成本显著降低。
[0367]
虽然已经结合本发明的具体实施例描述了本发明，但显然，鉴于前述说明，许多替代方案、修改、和变化对于本领域技术人员将是清楚的。因此，旨在包含落入所附权利要求的精神和广泛范围内的所有此类替代方案、修改和变化。本发明可以适合地包括所披露的要素、由所披露的要素组成或基本上由所披露的要素组成，并且可以在不存在未披露的要素下实施。此外，如果存在涉及顺序的语言，诸如第一和第二，应在示例性意义上、而不是在限制性意义上进行理解。例如，本领域技术人员可以认识到，可以将某些步骤组合成单一步骤。
[0368]
单数形式“一个/种(a/an)”和“该”包括复数个指示物，除非上下文另外清楚地指出。
[0369]
权利要求中的“包括”是开放式过渡术语，其意指随后确定的权利要求要素是无排他性的清单，即，其他任何事物可以附加地被包括并且保持在“包括”的范围内。“包括”在此被定义为必要地涵盖更受限制的过渡术语“基本上由
……
组成”和“由
……
组成”；因此“包括”可以被“基本上由
……
组成”或“由
……
组成”代替并且保持在“包括”的清楚地限定的范围内。
[0370]
权利要求中的“提供”被定义为意指供给、供应、使可获得或制备某物。该步骤可以相反地由任何行动者在权利要求中没有明确的语言的情况下执行。
[0371]
任选的或任选地意指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生。本说明书包括其中事件或情况发生的实例以及其中事件或情况不发生的实例。
[0372]
范围在此可以表示为从约一个具体值和/或到约另一个具体值。当表示这样的范围时，应理解的是另一个实施例是从一个具体值和/或到另一个具体值、连同在所述范围内的所有组合。
[0373]
在此确定的所有参考文件各自特此通过引用以其整体结合到本技术中，并且是为了具体的信息，引用各个参考文件以获得具体的信息。