KR20230019090A - 활성층을 갖는 평행 통로 접촉기 - Google Patents

활성층을 갖는 평행 통로 접촉기 Download PDF

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Abstract

본 기술은 일반적으로 활성층을 갖는 평행 통로 접촉기 및 그의 사용 방법에 관한 것이다. 특히, 본 기술은 수착제 및/또는 촉매를 갖는 활성층을 갖는 평행 통로 접촉기 및 수착 가스 분리 및/또는 촉매 반응에서의 사용 방법에 관한 것이다.

Description

활성층을 갖는 평행 통로 접촉기
여기에 개시된 실시예는 일반적으로 평행 통로 접촉기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 수착제 및/또는 촉매를 갖는 활성층을 갖는 평행 통로 접촉기 및 수착(sorptive) 가스 분리 및/또는 촉매 반응에서 이를 사용하는 방법에 관한 것이다.
흡착 가스 분리 기술은 다성분 유체 혼합물로부터 하나 이상의 성분을 분리하기 위해 사용될 수 있다. 전형적인 용례는, 대기로 방출되는 이산화탄소의 양을 감소시키고 그리고/또는 추가 하류 공정 또는 하류 생성물에 사용되는 이산화탄소를 공급하기 위해, 공기 스트림, 연소 가스 스트림 또는 공정 스트림과 같은 다양한 유체로부터 이산화탄소 성분의 분리를 포함할 수 있다.
분리기에 걸쳐 감소된 압력 강하 또는 감소된 유체 저항을 갖는 흡착 가스 분리기를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 일부 용례에서, 하나 이상의 유체 스트림, 예를 들어 공급 가스 스트림, 재생 유체 스트림 또는 컨디셔닝 유체 스트림은 낮은 압력, 예를 들어 주변 압력 위 약 1 bar 이하에서 이용 가능할 수 있다. 다른 예에서, 분리기를 가로지르는 유체 스트림 중 어느 하나의 압력을 증가시키는 것과 관련된 비용은 비싸거나 엄청나게 높을 수 있다. 일부 용례에서, 유체와 수착제(sorbent) 사이의 짧은 접촉 시간이 희석된 성분을 공급 가스 스트림으로부터 농축시키거나 제거하기 위해 필요하다.
고정식 고체 흡착제를 갖는 흡착 가스 분리기는 일반적으로 패킹된 흡착제 베드 또는 평행 통로 접촉기로 구성된다. 평행 통로 접촉기는 일반적으로 패킹된 흡착제 베드에 비해 낮은 압력 강하를 가지며 그래서 유체 스트림 공급물의 압력이 제한되거나 접촉 시간이 짧은(일반적으로 1초 미만) 용례에서 더 잘 적합하다. 평행 통로 접촉기는 활성층 또는 활성층들 또는 시트들의 형태로 되어 있는 흡착제 지지 구조체, 예컨대 단일체 또는 적층형 지지부 안에 그리고/또는 상에서 하나 이상의 흡착제 재료를 가질 수 있다.
모노리스(monolith)는 일반적으로 세라믹 재료로 만들어지며 높은 열용량을 갖는데, 이는 빠른 온도 변동, 예컨대 5분 미만의 흡착 탈착 주기가 요망되는 흡착 가스 분리 공정에는 바람직하지 않을 수 있다. 더욱이, 모노리스는 일반적으로 엄격한 허용 오차를 갖는 다이를 통해 슬러리를 압출시킴으로써 제조되며, 대량의 가스를 처리하기에 적합한 대형 모노리스의 제조는 까다롭거나 비용이 많이 들 수 있다.
흡착 재료의 다층 활성층 또는 활성층들 또는 시트들로 만들어진 구조화된 수착제는 많은 용례에서 평행 통로 접촉기로서 조사되었다. 미국 특허 제4,234,326호에는, 병렬 유동 필터의 구성이 목탄 천과 공기 투과성 간격의 교대 층으로 이루어진 초기 예가 제공되어 있다. 급속 PSA(압력 변동 흡착)를 사용한 수소 정화용 적층형 구조 흡착제의 추가 개발이, 미국 특허 번호 5,082,473; 6,451,095; 및 6,692,626을 포함한 많은 특허에서 설명되어 있고, 이는 흡착제를 적층형 흡착제 라미네이트 활성층 또는 시트 평행 통로 접촉기 구조로서 구성함으로써 향상될 수 있는 평형 제어 PSA 공정을 설명하며, 흡착제 재료는 흡착제 활성층 또는 활성층들로 되게 형성되며, 이때 적절한 보강 재료가 그러한 활성층 또는 활성층들에 포함되거나 포함되지 않는다. 이러한 구조의 동역학적 선택성에 대한 특정 이점은, 작은 세공(pore) 수착제가 흡착 활성층, 활성층 또는 시트와 함께 사용되는 미국 특허 제7,645,324호에 자세히 설명되어 있다.
접촉기는 서로 상하로 적층되거나 층을 이루는 복수의 지지부로 구성될 수 있고, 이 지지부는 지지부 사이에 거리 및 유동 통로를 유지하기 위한 스페이서에 의해 분리된다. 낮은 열용량을 갖는 평행 통로 접촉기를 사용하는 것이 바람직한 급속 요동 공정의 경우, 지지부는 낮은 열용량을 갖는 재료 및 얇은 활성층 또는 활성층들 또는 시트들로 제조될 수 있다.
미국 특허 제 6,406,523 호에는, 고주파 작동에 적합한 고표면적 평행 통로 흡착기가 개시되어 있다. 흡착제는 흡착제를 지지하기 위한 얇은 활성층 또는 시트의 층을 포함하고, 유동 채널을 형성하기 위해 각 활성층 사이에 스페이서가 있다. 흡착제 활성층은 양극 처리될 수 있는 보강 재료, 예를 들어 광물 섬유 매트릭스(예컨대, 유리 섬유 매트릭스), 금속 와이어 매트릭스(예컨대, 와이어 메쉬 스크린), 또는 금속 포일(예컨대, 알루미늄 호일)에 결합되는 흡착제 재료를 포함한다. 유리 섬유 매트릭스의 예는 직조 및 부직 유리 섬유 스크림(scrim)을 포함한다. 스페이서는 각 흡착제 활성 시트 상에 융기된 패턴을 인쇄하거나 엠보싱함으로써, 또는 제작된 스페이서를 흡착제 활성층의 인접한 쌍 사이에 배치함으로써 제공된다.
미국 특허 공개 제 2002/0170436 A1에는, 흡착제 라미네이트 및 흡착제 라미네이트, 스페이서, 및 흡착제 구조의 치수를 만들기 위한 방법이 개시되어 있다. 전형적인 개시된 흡착제 라미네이트는 약 1 cm 내지 약 1 m의 유동 채널 길이, 50 내지 250 미크론의 채널 틈 높이, 및 활성층의 한쪽 또는 양쪽 면에 50 내지 300 미크론의 흡착제 코팅 두께를 갖는다. 기재의 두께 및 가해진 흡착제 또는 다른 재료(예컨대, 건조제, 촉매 등)의 두께는 일반적으로 약 10 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터이다.
미국 특허 공개 번호 2002/0170436A1에는, 또한 약 50 내지 약 400 마이크로미터 두께의 흡착제 시트, 흡착제 시트 두께의 약 25% 내지 약 200% 범위의 인접한 흡착제 시트 사이의 채널 높이, 약 10 내지 250 마이크로미터의 두께 또는 높이를 갖는 스페이서, 및 약 1 내지 10 밀리미터와 같은 밀리미터 범위의 스페이서의 폭 또는 직경이 개시되어 있다.
미국 특허 공개 번호 2004/0118287A1에는, 흡착제 시트를 갖는 평행 통로 접촉기 요소가 개시되어 있고, 각 시트는 200 내지 2500 m2/cm3 범위의 시트 표면적 대 전체 시트 부피 비 및 50 내지 1000 마이크로미터의 시트 두께를 갖는다.
예를 들어 약 20 부피% 미만의 희석 성분을 대량의 가스 스트림으로부터 분리하기 위한 종래의 평행 통로 접촉기의 사용은 원하는 자본 및 작동 비용보다 더 높기 때문에 제한되어 왔다. 지지 구조체, 시트 또는 활성층 사이의 분리를 유지하기 위해 사용되는 스페이서는 평행 통로 접촉기의 기계적 강도를 증가시킬 수 있지만 접촉기에 걸쳐 압력 강하를 또한 증가시킬 수 있다. 지지 구조체 또는 활성층의 두께를 증가시키면, 평행 통로 접촉기의 기계적 강도가 증가될 수 있지만, 접촉기의 열용량 및 부피가 바람직하지 않게 증가될 수 있다.
대규모 접촉기의 대량 생산을 가능하게 하면서 압력 강하가 낮고 열용량이 낮으며 그리고 기계적 강도가 높은 신규한 평행 통로 접촉기가 요망된다.
적층형 평행 통로 접촉기 구조의 실시예는 서로 상하로 적층되는 수착제를 갖는 복수의 활성층을 포함할 수 있으며, 복수의 활성층 각각은 스페이서에 의해 분리된다.
넓은 실시예에서, 평행 통로 접촉기는 서로 상하로 적층되는 복수의 활성층, 및 2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 채널을 생성하고 또한 유체가 접촉기를 통해 흐르도록 하기 위한 복수의 채널을 생성하기 위해 복수의 층 각각의 표면에 배치되는 복수의 스페이서를 포함한다. 실시예에서, 각 채널은 채널 길이, 채널 폭 및 채널 높이로 규정되며, 복수의 활성층 각각 사이의 채널 길이 및 채널 높이는 100 내지 10,000의 비로 있고, 복수의 활성층 각각 사이의 채널 폭 및 채널 높이는 50 내지 10,000의 비로 있다.
다른 넓은 실시예에서, 평행 통로 접촉기에 사용하기 위한 적층체는 서로 상하로 적층되는 복수의 활성층; 및
2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 채널을 생성하고 또한 유체가 적층체를 통해 흐르도록 하기 위한 복수의 채널을 생성하기 위해 복수의 층 각각의 표면에 배치되는 복수의 스페이서를 포함하고,
각 채널은 채널 길이, 채널 폭 및 채널 높이로 규정되며,
적층체는 층류 유동 조건 또는 1,000 미만의 평균 레이놀즈 수에서 2,000 내지 40,000 Darcy의 투과율 값을 가지며, 복수의 스페이서에 의해 유도되는 적층체의 유동 저항은 그 적층체의 총 유동 저항의 20% 이하이다
도 1a는 활성층의 상부 표면에 위치되는 원통형 스페이서의 어레이를 갖는 활성층을 도시하는, 본 발명의 일 실시예의 측면 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 따른 복수의 활성층 및 복수의 활성층 각각 사이의 스페이서의 정렬을 도시하는 본 발명의 일 실시예에 대한 측면도이다.
도 2는 복수의 활성층 및 복수의 채널을 갖는 적층체를 도시하는 본 발명의 일 실시예의 사시도이다.
도 3은 높은 채널 및 낮은 채널을 규정하기 위해 서로 분리된 활성층의 적층체를 도시하는 본 발명의 일 실시예의 사시도이다.
도 4a는 장방형의 스페이서를 갖는 활성층을 도시하는 본 발명의 일 실시예의 평면도이다.
도 4b는 (도 4a에 따른) 장방형의 스페이서 및 제1 활성층의 스페이서 위에 중첩되는 제2 활성층의 스페이서를 갖는 제1 활성층의 평면도이다.
도 4c는 도 4b에 따른 활성층 및 스페이서를 도시하는 본 발명의 일 실시예의 사시도이다.
도 5a는 흡착제 시트 상에 인쇄된 원형 또는 점 프로파일 또는 형상을 갖는 스페이서를 갖는 활성층을 나타내는 본 발명의 일 실시예의 사진이다.
도 5b는 흡착제 시트 상에 인쇄된 복수의 흡착제 시트 및 스페이서를 나타내는 본 발명의 일 실시예의 사진이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예의 사진으로, 흡착제 시트 상에 인쇄되는 장방형의 스페이서를 갖는 활성층을 나타낸다.
도 6b는 복수의 흡착제 시트 또는 활성층을 나타내는 본 발명의 일 실시예의 사진이고, 각 흡착제 시트는, 흡착제 시트 상에 인쇄되는 장방형의 스페이서를 갖는다.
도 7은 1 미터의 채널 길이를 갖는 본 발명의 일 실시예에 걸쳐 측정된 압력 강하의 플롯을 도시하는 그래프이다.
도 8은 적층체의 활성층 평면에 수직인 방향으로 가해지는 압축 압력에서 채널 높이 감소의 플롯을 도시하는 그래프이다.
도 9는 일 실시예의 적층체 및 평행 통로 접촉기를 사용하여 다성분 가스 스트림으로부터 제1 성분을 분리하기 위한 수착 가스 분리 공정을 도시하는, 본 발명의 일 실시예의 공정 흐름도이다.
도 10은 일 실시예의 적층체 및 평행 통로 접촉기를 사용하여 유체 스트림으로부터의 적어도 제1 성분의 촉매 작용을 위한 촉매 및 수착 공정을 도시하는, 본 발명의 일 실시예의 공정 흐름도이다.
정의:
기재(substrate): 하나 이상의 활성 화합물, 예컨대 수착제, 흡착제, 흡수제 및 촉매를 지지하기 위한 재료이며, 기재는 시트의 형태를 취할 수 있다.
활성층 또는 고체층: 특정 분자, 원자 또는 이온에 대해 화학적 친화성을 갖는 다공성 재료를 포함하는 다공성 재료 또는 복합 라미네이트의 얇은 슬레이트, 층 또는 시트. 실시예에서, 활성층은 흡착제 층, 이종 촉매 층, 또는 흡착 및 이종촉매 작용 기능 층의 조합 대신에 사용될 수 있다.
시트 또는 라미네이트: 두께가 1 mm 미만인 활성층. 실시예에서, 시트는 흡착제 시트, 이종 촉매 시트, 또는 흡착 및 이종 기능 시트의 조합으로 사용될 수 있다.
활성 적층체: 각 활성층 사이의 복수의 스페이서에 의해 분리된 복수의 활성층. 실시예에서, 스페이서는 활성층의 평면을 따라 적어도 하나의 섹션 상에 위치될 수 있다. 실시예에서, 활성 적층체는 흡착제 적층체, 이종 촉매 적층체 또는 흡착 및 이종 촉매 기능 적층체의 조합 대신에 사용될 수 있다.
활성 접촉기: 활성층과 접촉하도록 유체가 흐르도록 함께 결합된 하나 이상의 활성 적층체.
흡착제 모듈 또는 모듈: 입구에서 출구로의 방향이 아닌 다른 방향으로 공정 유체(들)의 유동을 제한하기 위한 패키징을 갖는 활성 접촉기. 실시예에서, 흡착제 모듈은 반응기 또는 흡착 용기에의 통합을 위한 커넥터 또는 장착 특징의 설치를 가능하게 하고, 일부 경우에 접촉기를 위한 기계적 지지 및 압력 지탱 엔빌롭을 제공한다. 실시예에서, 모듈은 흡착제 및/또는 그 위에 있는 촉매 중의 하나 또는 둘 다를 가질 수 있다.
활성 요소: 활성층의 평면을 따른 적어도 하나의 섹션에서 복수의 스페이서에 의해 분리된 복수의 활성층, 여기서 활성층은 복수의 채널을 규정하고, 채널은 동일하거나 상이한 채널 높이를 가질 수 있다. 실시예에서, 하나 이상의 활성 요소는 활성 적층체를 형성하도록 조합되고 구성될 수 있다.
스페이서: 적층체 또는 접촉기에 기계적 지지를 제공하기 위해 활성층 사이에 배치되는 밀리미터 규모의 개별적인 고체.
열용량: 에너지를 가하기 전과 후의 접촉기의 물리적인 일부분과 같은 부품의 온도를 특정 온도만큼 올리는데 필요한 에너지 양의 비.
채널: 하나 이상의 공정 스트림이 통과하는 접촉기 내의 통로 또는 공간.
채널 높이: 활성층의 가장 가까운 습식 표면으로부터 측정된 활성층 사이의 수직 거리.
채널 길이: 채널의 입구 가장자리와 출구 가장자리 사이의 거리.
채널 폭: 의도된 공정 유동 방향에 수직이고 활성층과 공면적(co-planar)인 방향으로 있는 접촉기용 하우징과 같은 유동 장벽 사이의 거리.
배치되다: 재료의 표면이나 재료 내부에 위치됨.
투과율: 유체 속도에 따른 동적 점도와 단위 길이당 압력 헤드 손실의 비(또는 β).
Figure pct00001
층류 유동: 유체 입자가 소용돌이 없이 층을 이루어 대부분 부드러운 경로를 따르는 유동.
입구: 구조 접촉기 입구(적층체 입구 면이라고도 함) 또는 사용시 공정 유체가 들어가는 면의 바로 근처.
출구: 구조 접촉기 출구(적층체 출구 면이라고도 함) 또는 사용시 공정 유체가 나가는 면의 바로 근처.
측면(들): 구조 접촉기 측면(적층체 면이라고도 함) 또는 면에 들어가거나 나가는 유동이 없는 그 면의 바로 근처.
중간: 입구, 출구 또는 측면의 바로 근처에 있지 않는 구조화된 접촉기의 영역.
면적: 활성층 전체 면적의 적어도 10%인 인접 면적.
"수착제(sorbent)", "흡착제" 및 "흡수제"라는 용어는 여기서 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다.
"수착성", "흡착성" 및 "흡수성"이라는 용어는 여기서 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다.
"촉매" 및 "이종 촉매"라는 용어는 여기서 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다.
전체적인 기하학적 구조
일반적으로 당업자는 흡착성 접촉기의 구조를 설명하기 위한 2개의 설명자(descriptor)를 사용하여 흡착성 접촉기를 종종 설명한다: 1) 채널 높이에 대한 채널 길이(공급물 입구에서 생성물 출구까지)의 비; 및 2) 채널 높이에 대한 채널 폭의 비.
채널 높이에 대한 채널 길이의 정의는, 활성 성분 활용을 최대화하여 유체 소스에서 분리된 타겟 분자 또는 원자의 높은 회수 또는 전환을 가능하게 하는 것과 같은 실용적인 고려 사항에 의해 결정된다. 추가로, 입구 면적이 큰 짧은 채널을 갖는 접촉기의 기하학적 구조는 표준 배관에 연결되기 위해 큰 분배기 및 수집기 부피를 갖는 용기를 필요로 한다. 이는 특히 신속한 사이클 분리 흡착 용례에서는 바람직하지 않다.
다채널 접촉기의 대부분의 물리적 구현이 주름잡기 또는 압출에 의해 형성되기 때문에, 당업계에 공지된 접촉기 설계에서 채널 폭 대 채널 높이 비는 일반적으로 50보다 상당히 작다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 실시예에서, 흡착제 접촉기의 구조는 일반적으로 평행한 방식으로 서로 상하로 적층되는 복수의 활성층(101)을 포함한다. 각 활성층 또는 흡착성 시트는 복수의 스페이서(102)에 의해 서로 분리되며, 그래서 각 활성층(101) 사이의 복수의 스페이서(102)는 각 흡착성 시트(101) 사이의 유체 통로 또는 채널을 규정하거나 생성한다. 각 활성층(101) 또는 흡착성 시트 또는 라미네이트는 고체 활성층(101) 또는 시트 사이에 개방 공간을 두고 주기적으로 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1a 및 1b는 활성층(101)의 상부 표면에 스페이서(102)의 어레이 또는 복수의 어레이를 갖는 활성층(101)의 예를 도시한다. 도 1b에 나타나 있는 바와 같이, 3개의 활성층(101, 101, 101)의 한 세트가 활성 적층체로 조립될 수 있다. 나타나 있는 바와 같이, 실시예에서, 각 활성층(101) 사이의 복수의 스페이서(102)는 특정한 공간적 관계로 배치될 수 있으며, 그래서 복수의 스페이서(102)는 서로 상하로 수직으로 위치되도록 배향된다, 다른 실시예에서, 복수의 스페이서(101)는 도 1b에 설명되거나 나타나 있는 것과는 다른 공간적 배치로 있을 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예는, 채널 높이(204)보다 적어도 100배 더 큰 채널 길이(202)를 갖는 접촉기(200)를 가질 수 있고, 채널 높이(204)보다 적어도 50배 더 큰 채널 폭(203)을 가질 수 있다. 따라서, 이는 100 내지 15,000의 채널 높이에 대한 채널 길이의 비를 갖는 본 발명의 실시예와 같으며, 채널 높이에 대한 채널 폭의 비는 50 내지 10,000의 범위에 있다. 본 출원인은, 바람직한 실시예에서 채널 높이에 대한 채널 길이의 비는 100 내지 10,000이고, 반면에 채널 높이에 대한 채널 폭의 비는 50 내지 7,000 임을 주목한다.
구체적으로, 도 2는 복수의 활성층(201)이 서로 상하로 적층되거나 위치되는 활성 요소, 접촉기 또는 적층체(200)를 나타낸다. 각 활성층(201)은 인접한 활성층(201)과 함께 그 사이에 유동 채널(206)을 규정하거나 생성한다. 나타나 있는 바와 같이, 복수의 유동 채널(206)이 접촉기(200)에서 복수의 활성층(201)에 의해 생성된다.
공정 유체의 유동 방향(205)에 대해, 채널 길이(202)는 입구 면과 출구 면 사이의 거리 또는 활성 층(201)의 입구 가장자리와 출구 가장자리 사이의 거리로 정의될 수 있다. 나타나 있는 바와 같이, 채널 길이(202)는 활성층의 전체 길이일 수 있다.
채널 폭(203)은 유동 방향(205)에 실질적으로 수직인 방향으로 정의될 수 있다. 채널 폭은 활성 층(201)의 가장자리에서 가장자리까지 활성층(201)과 공면적일 수 있다. 나타나 있는 바와 같이, 그리고 실시예에서, 채널 폭(203)은 활성층(201)의 폭과 유사한데, 유체 운동, 이를 통해 흐르는 공정 유체의 성분의 확산 또는 압력 평형은 수직 방향으로 제한되지 않기 때문이다.
채널 높이(204)는 활성층의 평면에 수직인 수직 방향으로 인접 활성층의 인접 습식 표면 사이에서 측정되는 거리로 정의될 수 있다. 이러한 양의 특정 비는, 입구면과 출구면 사이의 낮은 압력 강하와 함께 높은 표면적을 갖는 적층체 또는 접촉기에 대한 바람직한 기하학적 구조를 설명하는 데에 사용될 수 있다.
여기서 개시된 스페이서(102)는, 지지 활성층 또는 시트의 평면에 평행한 방향으로 질량 중심에서 질량 중심까지 측정되는 적어도 10개 채널 높이의 거리만큼 분리되고 주기적으로 배치되는 개별적인 고체 밀리미터 스케일 물체일 수 있다. 실시예에서, 질량 중심에서 질량 중심까지 측정되는 각 스페이서 사이의 스페이서 거리는 채널 높이의 10 내지 90 배일 수 있다. 접촉기(200)는 접촉기(200)의 적어도 일부 섹션에 대해서는 주기적인 어레이로 배치되는 거친 주기적인 스페이서 분포를 가질 수 있다.
위에서 개시된 바와 같이, 종래의 흡착성 접촉기는 각 활성층 사이에 스페이서를 갖는 평행한 활성층으로 구성된다. 본 발명의 실시예는, 각 활성층 사이의 채널 부피의 92% 이상이 개방되고 유체가 그를 통해 흐르도록 가능하게 하거나 허용하기 위해 이용 가능한 스페이서에 의존한다.
도 2를 다시 참조하면, 그리고 실시예에서, 채널 높이(204)는 0.1 mm 내지 2.0 mm 일 수 있다.
실시예에서, 전체 구조 수착제 적층체에 대한 채널 부피의 분율은 15% 내지 70% 이다.
실시예에서, 부피에 대한 습식 활성층 또는 시트(각 활성층 또는 시트의 양면)의 표면적의 비는 1000 m2/m3 내지 8000 m2/m3 일 수 있다.
실시예에서, 흡착제 활성층 또는 시트 적층체 길이는 50 mm 내지 2000 mm(유동 길이)일 수 있다.
도 5a 및 5b에 나타나 있는 바와 같이, 흡착제 시트 또는 활성층은 그 위에 인쇄된 복수의 스페이서를 가질 수 있다. 도 5b를 구체적으로 참조하면, 적층체는서로 상하로 적층되는 복수의 흡착제 시트를 포함할 수 있으며, 복수의 스페이서가 각 활성층을 서로 분리하여, 인접하여 적층된 활성층 사이에서 유체가 흐르도록 하는 채널을 생성한다.
나타나 있는 바와 같이, 도 5a 및 도 5b에 나타나 있는 복수의 스페이서는 점 형상 또는 프로파일을 가질 수 있고 약 18 mm의 스페이서 거리로 서로 분리될 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 나타나 있는 바와 같은 활성층은 약 0.4 mm의 두께를 갖는다. 수백 장의 흡착제 시트가 적층체 가장자리에서 볼 수 있는 수직 점 칼럼으로 나타나 있는 바와 같은 수직 인덱싱을 유지하면서 적층될 수 있다.
실시예에서, 접촉기, 적층체 또는 활성층은 중력 벡터에 대해 임의의 방향으로 배향될 수 있다. 그러나, 실시예에서, 가스 분리 용례에서 액체 응축물의 더 쉬운 배출을 가능하게 하기 위해서는 활성층 또는 활성층들 또는 시트들과의 수직 공면 방향이 바람직하다.
흡착제 활성층의 특징
실시예에서, 각 흡착제 활성층은 섬유, 결합제 및 활성 흡착제 고체로 만들어진 복합 활성층일 수 있다. 이러한 활성층은 또한 보강 결합제 또는 섬유가 있거나 없는 다공성 폴리머로 만들어질 수 있다. 실시예에서, 이러한 실시예의 특징은, 중량 기준으로 적어도 80%의 흡착 고체 성분을 갖는다는 것이다.
흡착 또는 탈착(적어도 10℃) 동안 온도 변동이 큰 열 변동 흡착 또는 부분 압력 변동 흡착 공정과 관련하여 사용되는 수착제 접촉기는, 하나 이상의 활성 성분, 예를 들어 수착제 및/또는 촉매를 가질 수 있고, 여기서 하나 이상의 활성 성분의 열용량은 기재의 열용량 보다 크다.
실시예에서, 본 발명의 흡착제는 흡착 활성 성분과 관련된 열용량 또는 활성 성분과 기재의 결합 열용량의 75%보다 큰 열용량을 가질 수 있다. 활성 성분 로딩에 대한 기재의 감소된 열용량 및/또는 접촉기의 전체 열용량은 접촉기 내에서 일어나는 흡열 또는 발열 과정에 대한 빠른 열적 반응을 가능하게 한다.
실시예에서, 본 발명의 접촉기 구조는 활성 성분과 관련된 열용량 또는 활성 성분, 기재 및 스페이서 요소의 결합 열용량의 75%보다 큰 열용량을 가질 수 있다. 활성 성분 로딩에 대한 기재의 감소된 열용량 및/또는 접촉기의 전체 열용량은 접촉기 내에서 일어나는 흡열 또는 발열 과정에 대한 빠른 열적 반응을 가능하게 한다.
실시예에서, 활성층은 조작되고 처리될 만큼 충분히 강할 수 있다. 슬러리가 함침된 다공성 기재는 오븐에서 가열되고, 수용 롤에 감길 수 있고, 회전식 스크린 인쇄 도구에 전달될 수 있으며, 스페이서 점 또는 선으로 인쇄되고, 절단 및 적층될 수 있다. 일 실시예에서, 활성층은 다공성 웨브 또는 시트에 흡착제 재료의 액체 또는 슬러리에 현탁된 흡착제 재료를 함침시킴으로써 제조될 수 있다. 과잉의 슬러리는 공지된 방법으로 제거될 수 있고 함침된 시트는 통상적인 수단을 사용하여 건조될 수 있다. 그런 다음에, 각 건조된 시트는 그 위에 인쇄, 증착 또는 다른 식으로 배치된 복수의 스페이서를 가질 수 있다. 실시예에서, 스텐실이 사용될 수 있고, 열처리 또는 UV 처리를 통해 경화될 수 있는 스페이서 잉크가 건조된 시트에 가해져 활성층을 형성한다. 인쇄된 스페이서가 경화된 후, 활성층은 일정한 크기로 절단될 수 있고, 그런 다음에 각 활성층의 스페이서의 수직 정렬을 얻기 위해 수직으로 서로 상하로 적층되고 인덱싱될 수 있다. 실시예에서, 스텐실은 인쇄된 스페이서의 형상을 제공할 수 있으며, 이는 점 형상 또는 원형이거나, 또는 장방형 또는 기다란 형상일 수 있다.
결과적으로 얻어진 활성층의 인장 강도는 1 N/mm, 더 바람직하게는 2 N/mm, 더욱 더 바람직하게는 4 N/mm 보다 클 수 있다.
실시예에서, 흡착제 활성층 또는 시트 두께는 100 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터로 다양할 수 있다.
유동 저항 특성
실시예에서, 본 발명의 구조화된 흡착제의 투과율은 층류 유동에 대응하는 유동에 대해 2,000 내지 40,000 Darcy 일 수 있거나 1,000 미만의 레이놀즈(Reynolds) 수를 가질 수 있다.
Figure pct00002
레이놀즈 수[점도, 밀도, 겉보기 속도(superficial velocity), 등가 직경, 공극률(void fraction)의 함수].
Figure pct00003
투과율[점도, 체적 유량, 유동 면적, 유동 경로 길이, 압력 손실의 함수]
구조의 스페이서 높이는, 위의 특정된 범위에서 높은 투과율을 달성하기 위해 활성층 또는 시트 두께가 요구되는 흡착 동역학에 근거하여 고정된 후에 선택될 수 있다. 실시예에서, 작은 스페이서 습식 면적을 갖는 것의 이점은, 스페이서의 표면 상에서의 점성 유동 저항과 관련된 접촉기에 대한 총 유동 저항의 20% 미만, 또는 바람직하게는 10% 미만을 유도한다는 것이다.
낮은 압력 강하 및 기계적 강도를 위한 스페이서 인쇄 및 적층 공간 관계 설계
실시예에서, 흡착체 고체 또는 액체 성분이 함침되거나 배치된 활성층이 활성층의 적층체로 조립될 수 있다. 복수의 활성층의 적층에 의해, 2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 복수의 가스 유동 채널이 생성되고, 이는 2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 복수의 스페이서의 주기적 어레이를 배치하거나 위치시켜 유지될 수 있다. 복수의 스페이서는 각 활성층의 일면(또는 상면)의 적어도 일부분에 배치되거나 인쇄될 수 있다. 실시예에서, 스페이서 투영 면적 또는 스페이서에 의해 덮이는 활성층의 상부 표면의 면적은, 활성층의 상부 표면의 평면 표면적의 약 1% 내지 약 20%, 또는 바람직하게는 약 1% 내지 약 10%일 수 있다.
추가적으로, 활성층 또는 시트는, 복수의 스페이서의 어레이가 활성층으로부터 인접하여 적층된 활성층으로 실질적으로 정렬될 수 있도록 적층될 수 있다. 이러한 배치에 의해, 접촉기는 접촉기 또는 적층체 전체를 통해 활성층에 수직으로 가해진 기계적 하중을 전달할 수 있으며, 적층체에 압력이 가해질 때 인접하여 적층된 활성층 사이에 생성된 유동 채널 중 임의의 것의 부분적인 붕괴가 방지될 수 있다.
일 실시예에서, 흡착제 활성층에 대해 수직 방향으로의 적층체의 기계적 강성은, 인접하는 활성층 스페이서의 윤곽이 활성층 또는 시트에 수직인 방향으로 투영될 때, 각 활성층의 스페이서 투영 면적의 적어도 10%, 바람직하게는 30%, 더 바람직하게는 50%를 겹침으로써 얻어질 수 있다.
다른 실시예에서, 활성층 간의 간격 및 적층체 압축 하중 저항 모두에 대한 제어를 제공하기 위해 상이한 크기와 형상의 스페이서들이 조합적으로 사용될 수 있다. 크기가 더 작은 스페이서는, 압축 하중을 지탱하는 더 큰 크기의 스페이서가 활성층 또는 시트에 수직인 축선으로 투영할 때 충분히 큰 겹침율을 갖는 한, 한 활성층으로부터 다른 활성층으로 정확하게 정렬될 필요는 없다.
다른 실시예에서, 적층체의 기계적 강성 및 임의의 방향으로의 변형에 대한 저항성을 더 향상시키기 위해 접착제가 적층 전에 스페이서의 정상부 및/또는 선택적으로 바닥에 가해질 수 있다. 이로써, 적층체의 기계적 강성과 적층체의 변형에 대한 저항성이 더 향상된다. 추가 실시예에서, 복수의 스페이서의 20% 이상에는, 기계적 강성 및 변형에 대한 저항성을 증가시키기 위해 접착제가 가해질수 있다.
일 실시예에서, 그리고 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 기다란 스페이서는 서로에 걸쳐 있는 겹침 섹션을 가질 수 있고, 응력 전달 표면의 모든 측에는 비겹침 섹션이 있다(활성층 또는 시트에 대한 접선 방향으로의 겹침 투영). 그러한 실시예에서, 기다란 스페이서의 장축선은 상이한 방향으로, 바람직하게는, 얇은 흡착제 활성층 또는 시트를 통해 기계적 또는 물리적으로 접촉하는 스페이서 사이에서 직교하게 배향되거나 향해질 수 있다. 바람직하게는, 상이하게 배향된 스페이서는 하나의 주기적인 패턴으로 배치, 인쇄 또는 증착될 수 있으며, 활성층으로부터 활성층 또는 시트로의 오프셋을 사용하여 적층체를 구축하기 위해 단일 패턴의 사용을 가능하게 한다.
도 4a에 나타나 있는 바와 같이, 활성층(401)은 그 위에 증착 또는 인쇄된 기다란 또는 장방형 스페이서(402)를 가질 수 있다. 도 4b를 참조하면, 다른 방향으로 배향된 스페이서(403)를 갖는 다음 활성층(401)이 도 4a에 나타나 있는 스페이서(401) 상에 배치될 수 있다. 본 출원인은, 이해 및 참조의 용이를 위해, 도 4a에 나타나 있는 스페이서(402)와 다음 활성층(403)의 스페이서의 겹침 영역을 더 쉽게 볼 수 있도록 다음 활성층(401)을 의도적으로 생략했다는 것을 주목한다.
보다 구체적으로, 그리고 도 4b 및 도 4c에 나타나 있는 바와 같이, 활성층(401) 및 스페이서(402) 및 스페이서(403)의 2개의 주기적 어레이는, 각 기계적 접촉점에 걸쳐 있는 비겹침 영역과 함께 상당한 겹침 영역을 갖는다. 도 4c는 활성층(401), 스페이서(402) 및 스페이서(403)의 사시도를 제공하며, 이들은 다른 배향의 스페이서 사이의 공간적 관계를 나타내기 위해 회전되어 있다. 장방형 스페이서는 바람직하게는 활성층에 평행한 평면 내에서 정의되는 길이(또는 장축선)와 폭 사이에 2 내지 6의 종횡비를 가질 수 있다.
나타나 있는 바와 같이 그리고 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 활성층은 이 활성층 상에 인쇄된 복수의 스페이서를 가질 수 있고, 장방형이거나 기다란 형상일 수 있다. 이러한 실시예에서, 스페이서는 열경화되는 실리카 충전된 에폭시 수지로 만들어질 수 있다. 도 6b에 보다 구체적으로 나타나 있는 바와 같이, 적층체는 활성층의 적층 후에 대략 1 mm의 채널 간격을 가질 수 있다. 본 출원인은, 장방형 형상을 갖는 스페이서는 원통형 형상을 갖는 스페이서보다 시트 적층 위치 오류에 대해 더 관대할 수 있다는 것을 주목한다.
이러한 배치의 이점은, 활성층 또는 시트 평면에 직교하는 방향으로 적층체에 압력이 가해지면 연동(interlocking) 특징을 생성함으로써, 활성층이 서로에 대해 이동할 가능성을 최소화하는 것을 포함할 수 있다.
실시예에서, 활성층의 균일한 주기적 배치를 사용하는 흡착제 활성층의 단순한 적층은, 채널 높이의 분포가 1% 내지 15% 범위의 변동 계수(표준 편차/평균값)를 갖는 접촉기를 제공한다. 이 분포는 적층체 내의 유체의 유동 분포 및 고회수 용례에 중요할 수 있는 흡착 단계 끝에서의 평균 흡착제 포화도에 영향을 준다. 90% 이상의 포획 효율 목표를 갖는 흡착 분리 용례의 경우, 이 특징은 설계 요건이 될 수 있다.
복수의 스페이서 각각에서 스페이서의 표면 스페이서 커버리지 밀도는 균일하게 분포되거나 상이한 영역에 대해 상이하게 설정될 수 있다.
실시예에서, 인쇄된 스페이서의 영역은 활성층의 상이한 영역과 비교하여 상이한 커버리지 밀도를 가질 수 있다. 한 실시예에서, 스페이서 커버리지 밀도는, 적층체의 중간, 예를 들어, 유동 방향으로 베드 길이의 처음 및 마지막 10%에서의 커버리지 밀도보다 적층체의 가스 입구, 출구 또는 측면 근처에서 20% 내지 200% 더 높을 수 있다.
극단적인 경우에, 활성층이 인접하여 적층된 활성층들 사이의 간격을 유지하는 다른 방법을 수용하도록 되어 있다면, 스페이서가 없는 영역은 동일한 활성층 상의 스페이서를 갖는 영역과 조합될 수 있다. 일 실시예에서, 한 그러한 수용은 지지되지 않는 적층체의(또는 각 활성층에서의) 휘어짐을 방지하기 위해, 적층체의 평면 내에서의 적어도 한 방향으로, 예컨대, 적층체(또는 각 활성층)의 평면에 실질적으로 평행한 방향으로 적층체(또는 각 활성층)에 인장 하중 또는 인장력을 가할 수 있다. 이러한 전략은 프레임화된 플레이트 교환기 또는 개별적인 활성층에 사용될 수 있다. 실시예에서, 스페이서를 조합하여 활성층의 가장자리 근처의 채널의 기하학적 구조를 설정하고 적층체를 프레임화하고 인장하에 두는 것은, 구조화된 흡착제 접촉기에 사용되는 현재 기술보다 유리한 구조 접촉기 베드에 대한 조합이다. 예를 들어, 활성층을 활성층의 평면을 실질적으로 따르는 방향의 인장 하중하에 두면서, 원하는 강성을 갖는 재료, 예컨대 금속 또는 플라스틱으로 만들어진 프레임 또는 하우징이 활성층 또는 활성층의 적층체의 둘레를 따라 부착될 수 있다.
적층체를 프레임화하고 또한 인장하에 두는 것을 사용하는 조합에 의해, 흡착 베드의 기계적 특성을 특정 영역에 나타나는 응력에 따라 미세하게 조정할 수 있다. 독립 상태이거나 인장하에 있지 않는 적층체의 입구, 출구 및 가장자리에서, 고르지 않은 가스 속도 분포로 인한 균열이 활성층의 중간 보다 더 잘 발생하기 쉽다. 적층체를 프레임화하고 또한 그 적층체를 인장하에 두면, 채널을 가로지르는 가스 속도 분포가 더 고르기 때문에, 각 활성층의 원주 방향 또는 주변 가장자리에 균열이 발생할 가능성이 더 작게 된다.
상업적 용례에서, 적층체를 형성하기 위해 인접하여 적층된 활성층 상에 복수의 스페이서의 제어된 배치로 적어도 20개의 활성층이 적층될 수 있다. 조립된 적층체는 절단되고 서로 상하로 추가로 적층되어, 적어도 하나의 흡착제 및/또는 촉매를 갖는 상이한 형상의 모듈을 형성할 수 있다. 적어도 흡착제 및/또는 촉매를 갖는 모듈에서, 전체 어셈블리에 있는 채널의 단지 작은 부분만이 적층 불규칙성을 나타낼 것이기 대문에, 적층체 사이에 복수 스페이서를 상대적으로 위치시키는 것은 제어될 필요가 없다.
복합 적층 및 다중 적층체 배치
실시예에서, 흡착제 활성층의 가장 간단한 적층은, 위에서 논의된 바와 같이 일정한 채널 높이를 사용하여 활성층 또는 활성층들 또는 시트들의 균일한 주기적 배치를 사용하는 것이다. 그러나, 접촉기를 통과하는 유체 유동의 예측 가능한 분포와 함께 주기적인 설계를 유지하는 것을 고려하여 다른 전략을 사용할 수 있다.
실시예들에서, 인접하여 적층된 활성층들 사이의 2개의 상이한 채널 높이가 사용되고 주기적으로 반복될 수 있다. 이러한 실시예에서, 더 큰 채널 높이를 갖는 채널은 대부분의 공정 유동(좁은 채널에서의 유동의 2∼50 배)을 구동할 수 있는 반면, 더 작은 채널 높이를 갖는 채널은 수착제 로딩 균질성 및 타겟 흡착물의 흡착/탈착 동역학을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 적층체는 2개의 상이한 채널 높이를 규정하는 인접하여 적층된 활성층을 가질 수 있다. 나타나 있는 바와 같이, 활성층(301)은 쌍으로 배치될 수 있으며, 그래서 교대 쌍이 2개의 상이한 채널 높이(302, 303)를 제공한다. 나타나 있는 바와 같이, 실시예에서, 2개의 인접하여 적층된 활성층이 결합되어, 채널 높이(303)를 갖는 한쌍의 활성층을 규정할 수 있고, 두쌍의 인접하여 적층된 활성층은 채널 높이(302)에 의해 분리될 수 있다. 나타나 있는 바와 같이, 채널 높이(302)는 채널 높이(303)보다 클 수 있다.
2개의 상이한 활성층 또는 활성층들 또는 시트들의 이러한 주기적 적층의 이점은, 일정한 베드 공극률에서 투과성을 보존하거나 투과성을 증가시키면서 베드의 전체 공극률을 감소시키는 것이다. 일 실시예에서, 낮은 채널의 높이는 높은 채널의 높이의 10% 내지 70%일 것이다. 표 1은 2m/s의 면 속도에 대해 일정한 베드 공극률에 대한 압력 강하 이점을 도시한다.
표 1은 반복적인 요소를 포함하는 적층체에 걸친 상대 압력 강하 감소의 계산된 추정치 및 비교를 도시하며, 여기서 요소는 채널 A 및 채널 B를 가지며, 예 세트 1 또는 예 세트 2에서 동일하거나 일정한 공극률을 가지며, 그리고 동일하거나 변하는 채널 높이를 가지고 구성된다. 압력 강하 감소는, 적층체를 통과하는 유량 또는 2 m/s의 면 속도 및 0.254 mm 두께의 활성층을 갖는 적층체에 대해 계산된다.
채널 구성(A & B) 채널 높이(mm) 채널 높이 비(A/B) 공극률
 압력
강하 감소
A B
예시 세트 1
균일한 높이 0.30 0.30 1 54.50% 참조 1
이중 높이 0.23 0.38 0.60 54.50% 15.8%
이중 높이 0.20 0.41 0.50 54.50% 25.0%
이중 높이 0.18 0.43 0.41 54.50% 34.3%
예시 세트 2
균일한 높이 0.38 0.38 1 60% 참조 2
이중 높이 0.30 0.46 0.67 60% 10.7%
이중 높이 0.28 0.48 0.58 60% 17.6%
이중 높이 0.25 0.51 0.50 60% 25.0%
도 5b에 나타나 있는 적층체의 압력 강하 특성 시험이, 적층체의 길이 방향 축선을 따라 적층체를 통과하는 가스의 유동을 안내하기 위해 적층체의 일부를 4개의 측면에서 둘러싸거나 프레임화한 후에 수행되었다. 가스 유량은 질량 유량계에 의해 기록되었고, 겉보기 속도로 변환되었으며 압력 변환기에 의해 기록된 측정된 압력 강하에 대해 표로 작성되었다. 결과적인 데이터는 도 7에서 플롯(703)으로 제공되어 있다. 이 적층체에 대해 계산된 Darcy 투과율 수는 약 10,400이다.
도 7을 참조하면, 적층체의 입구와 출구를 가로질러 또는 그 사이에서 측정된 압력 강하의 플롯(703)이 나타나 있다. 그래프의 y-축(701)은 킬로파스칼(kPa) 단위의 압력 강하를 나타내고, 그래프의 x-축(702)은 적층체의 채널을 통해 흐르는 질소 스트림의 겉보기 속도를 m/s의 단위로 나타낸다. 적층체는 약 1 m의 채널 길이를 포함하고, 적층된 활성층은 활성층의 평면을 따른 면적의 약 2%의 면적으로 투영되는 원통형 스페이서를 갖는다. 압력 강하 측정은, 주변 온도와 압력에서 질소를 질소의 겉보기 속도로 흐르게 하면서 이루어진 것이다. 적층체는 대략 0.5 mm의 높이를 갖는 채널 및 채널의 60% 공극률을 더 포함했다.
도 8을 구체적으로 참조하면, 적층체에 가해지는 압축 압력에서의 채널 높이 감소의 플롯이 도시되어 있다. 그래프의 y-축(801)은 적층체의 활성층의 평면에 수직으로 가해지는 압축 압력(킬로파스칼(kPa))을 나타낸다. 그래프의 x-축(802)은 채널 높이 감소의 백분율을 나타낸다. 20개의 활성층, 활성층 상에 인쇄되고 활성층의 평면에 수직인 방향으로 정렬되는 스페이서를 포함하는 적층체가 사용되었다. 1.5 kPa ∼ 6 kPa의 가해진 힘 사이의 500회 사이클을 실행하여 플롯을 결정했다. 플롯(803) 및 플롯(804)은 최대 3%의 채널 높이 감소의 탄성 변형 범위에서 채널의 변형을 나타낸다. 플롯(803)과 플롯(804) 변위 대 힘 플롯 사이의 차이는 일부 히스테리시스(지연 또는 지체)가 관찰될 때 운동 방향에서 비롯된다.
흡착제 적층체의 기계적 특성
실시예에서, 구조 수착제의 채널 높이는 적층체에 수직으로 가해지는 5 kPa의 하중 하에서 그 값의 96% 이상을 유지한다.
넓은 제1 실시예에서, 평행 통로 접촉기는 서로 상하로 적층된 복수의 활성층, 및 2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 채널을 생성하고 또한 유체가 접촉기를 통해 흐를 수 있게 하는 복수의 채널을 생성하기 위해 복수의 층 각각의 표면에 배치되거나 증착되는 복수의 스페이서를 포함한다. 각 채널은 채널 길이, 채널 폭 및 채널 높이에 의해 규정될 수 있으며, 복수의 활성층들 각각 사이의 채널 유체 통로의 채널 길이 및 채널 높이는 100 내지 10,000의 비로 있으며, 복수의 활성층 사이의 각 채널 유체 통로의 채널 폭 및 채널 높이는 50 내지 10,000의 비로 있고, 각 활성층의 평면에 수직인 방향으로 각 활성층의 스페이서 투영 면적은 각 활성층의 전체 표면적의 1% 내지 20% 이다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 접촉기는 층류 유동 조건 하에서 또는 1,000 미만의 평균 레이놀즈 수에서 2,000 내지 40,000 Darcy의 투과율 값을 더 포함할 수 있고, 복수의 스페이서에 의해 유도되는 적층체의 유동 저항은 적층체의 총 유동 저항의 20% 이하이다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 접촉기는 그 위에 함침되거나 배치된 흡착 활성 성분의 열용량보다 작은 열용량을 갖는 기판을 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 접촉기는 채널 높이의 10 내지 90배의 범위에 있는 스페이서 거리를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 복수의 스페이서는 상기 활성층의 평면의 일영역 내에서 주기적 어레이로 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 복수의 스페이서는 제1 크기와 제1 형상을 갖는 제1 스페이서, 및 제2 크기와 제2 형상을 갖는 제2 스페이서를 포함할 수 있고, 제1 크기는 제2 크기와 다르고 제1 형상은 제2 형상과 다르다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 복수의 스페이서 각각은 2 내지 6의 종횡비를 갖는 형상으로 기다랗게 되어 있을 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 활성층의 스페이서 투영 면적은 복수의 활성층 중의 다른 하나의 스페이서 투영 면적과 적어도 10% 겹칠 수 있다.
다른 실시예에서, 복수의 스페이서는 스페이서 커버리지 밀도를 갖는 복수의 스페이서 각각의 표면 상에 배치되거나 증착될 수 있다. 한 실시예에서, 한 영역에있는 스페이서의 스페이서 커버리지 밀도는 다른 영역의 스페이서 커버리지 밀도보다 20% 내지 200% 더 클 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 접촉기는, 활성층 또는 복수의 활성층의 평면에 실질적으로 평행한 방향으로 그 활성층 또는 복수의 활성층에 인장력을 가하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 복수의 스페이서 각각에는 접착제가 더 가해질 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 복수의 활성층은 제2 활성층에 인접한 제1 활성층을 더 포함할 수 있으며, 제1 활성 영역은, 기다란 형상을 가지며 제1 활성층에 수직인 방향으로 제1 스페이서 투영 면적을 형성하는 제1 복수의 스페이서를 가지며, 제2 활성 영역은, 기다란 형상을 가지며 제2 활성층에 실질적으로 수직인 방향으로 제2 스페이서 투영 면적을 형성하는 제2 복수의 스페이서를 가지며, 제1 스페이서 투영 면적과 제2 스페이서 투영 면적은 부분적으로 겹치고, 투영 면적이 겹치는 스페이서의 기다란 축선은 동일 선상에 있지 않다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 접촉기는 적어도 20개의 활성층을 포함한다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 채널은 1% 내지 15% 범위의 채널 높이 변동계수를 갖는다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 복수의 채널은 2개의 상이한 채널 높이를 더 포함할 수 있으며, 여기서 채널 높이의 차는 10% 내지 70%이다.
다른 실시예에서, 제1 실시예의 접촉기는, 5 kPa의 하중이 가해질 때 채널 높이의 96% 이상을 유지할 수 있다.
넓은 제2의 실시예에서, 평행 통로 접촉기에 사용하기 위한 적층체는 서로 상하로 적층되는 복수의 활성층, 및 2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 채널을 생성하고 또한 유체가 접촉기를 통해 흐를 수 있게 하는 복수의 채널을 생성하기 위해 복수의 층 각각의 표면에 배치되거나 증착되는 복수의 스페이서를 포함한다.실시예에서, 각 채널은 채널 길이, 채널 폭 및 채널 높이로 규정될 수 있으며, 적층체는 층류 유동 조건 또는 1,000 미만의 평균 레이놀즈 수에서 2,000 내지 40,000 Darcy의 투과율 값을 가지며, 복수의 스페이서에 의해 유도되는 적층체의 유동 저항은 적층체의 총 유동 저항의 20% 이하이다.
다른 실시예에서, 제2 실시예의 적층체는 적층체 안에 그리고/또는 적층체 상에 배치되는 흡착 활성 성분의 열용량보다 작은 열용량을 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 제2 실시예의 적층체의 채널 높이는, 5 kPa의 하중이 가해질 때, 채널 높이의 96% 이상을 유지할 수 있다.
활성층을 갖는 평행 통로 접촉기를 사용하는 수착 가스 분리 공정
실시예에서, 본 발명의 접촉기는 다성분 가스 스트림으로부터 제1 성분을 분리하기 위한 수착 공정에서 사용될 수 있다. 적어도 하나의 수착제 재료가 기재 안에 그리고/또는 기판 상에 배치될 수 있는 접촉기 또는 적층체의 실시예가 제공될 수 있다. 실시예에서, 적어도 하나의 수착제는, 예를 들어, 건조제, 활성탄, 흑연, 탄소 분자체, 활성 알루미나, 분자체, 알루미노포스페이트, 실리코알루미노포스페이트, 제올라이트 흡착제, 이온 교환된 제올라이트, 친수성 제올라이트, 소수성 제올라이트, 변성 제올라이트, 천연 제올라이트, 포자사이트, 클리노프틸로라이트, 모르데나이트, 금속교환 규소알루미노인산염, 단극성 수지, 양극성 수지, 방향족 가교 결합 폴리스티렌 매트릭스, 브롬화 방향족 매트릭스, 메타크릴산 에스테르 공중합체, 탄소 섬유, 탄소나노튜브, 나노 재료, 금속염 흡착제, 과염소산염, 옥살산염, 알칼리 토금속 입자, ETS, CTS, 금속 산화물, 지지된 알칼리 탄산염, 알칼리 촉진 하이드로탈사이트, 화학 흡착제, 아민, 유기 금속 반응물, 금속 유기 골격 (MOF) 흡착제, 폴리에틸렌이민 도핑된 실리카(PEIDS) 수착제, 아민 함유 다공성 네트워크 중합체 흡착제, 아민 도핑된 다공성 물질 수착제, 아민 도핑된 MOF 수착제, 도핑된 활성탄, 도핑된 그래핀, 알칼리 도핑 또는 희토류 도핑된 다공성 무기 수착제를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 9를 참조하면, 일 공정 실시예에서, 적어도 제1 성분(예를 들어, 이산화탄소, 황 산화물, 질소, 산소 및/또는 중금속)을 포함하는 다성분 유체 혼합물 또는 스트림의 수착 가스 분리를 위한 수착 가스 분리 공정(900)이 제공된다. 한 그러한 실시예에서, 수착 공정(900)은 다성분 유체 혼합물 또는 스트림으로부터 제1 성분의 적어도 일부를 분리할 수 있다.
한 양태에서, 수착 가스 분리 공정은 평행 통로 접촉기를 사용할 수 있고, 이 접촉기는, 서로 상하로 적층되는 복수의 활성층, 및 2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 채널을 생성하고 또한 유체가 접촉기를 통해 흐를 수 있게 하는 복수의 채널을 생성하기 위해 복수의 활성층 각각의 표면에 배치되는 복수의 스페이서를 포함한다. 실시예에서, 각 채널은 채널 길이, 채널 폭 및 채널 높이를 가질 수 있으며, 복수의 활성층 각각 사이의 채널의 채널 길이 및 채널 높이는 100 내지 10,000의 비로 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 활성층 사이의 각 채널의 채널 폭 및 채널 높이는 50 내지 10,000의 비로 있을 수 있고, 복수의 스페이서는 각 활성층의 평면에 수직인 방향으로 각 활성층의 스페이서 투영 면적을 덮고, 각 활성층의 전체 표면적의 1% 내지 20%인 스페이서 커버리지 밀도를 갖는다.
다른 양태에서, 수착 가스 분리 공정은 평행 통로 접촉기를 사용할 수 있고, 이 접촉기는, 서로 상하로 적층되는 복수의 활성층, 및 2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 채널을 생성하고 또한 유체가 접촉기를 통해 흐를 수 있게 하는 복수의 채널을 생성하기 위해 복수의 층 각각의 표면에 배치되는 복수의 스페이서를 포함하고, 각 채널은 채널 길이, 채널 폭 및 채널 높이로 규정될 수 있다. 실시예에서, 접촉기는 층류 유동 조건 또는 1,000 미만의 평균 레이놀즈 수에서 2,000 내지 40,000 Darcy의 투과율 값을 가질 수 있고, 복수의 스페이서에 의해 유도되는 접촉기의 유동 저항은 접촉기의 총 유동 저항의 20% 이하일 수 있다.
다시 도 9를 참조하면, 수착 가스 분리 공정(900)의 실시예에서, 활성 재료로서 적어도 하나의 수착제 재료를 갖는 위에서 논의된 바와 같은 평행 통로 접촉기가 제공될 수 있다. 탈착 단계(902)가 이어지는 수착 단계(901)는 그러한 평행 통로 접촉기를 사용하여 수행될 수 있으며, 여기서 수착 가스 분리 공정(900)은 원하는 대로 반복될 수 있고 선택적으로 추가 단계(도 9에는 나타나 있지 않음)를 포함할 수 있다.
나타나 있는 바와 같이, 수착 단계(901) 동안, 이산화탄소와 같은 적어도 제1 성분을 함유하는 다성분 가스 스트림은 공급물 스트림으로서 평행 통로 접촉기 또는 적층체 안으로 유입될 수 있으며, 공급물 스트림은 접촉기를 통해 흐르면서 적어도 하나의 수착재료와 접촉하게 된다. 그 결과, 공급물 스트림의 제1 성분의 적어도 일부는 수착제 재료 안에 그리고/또는 상에 수착될 수 있다. 구체적으로 나타나 있지는 않지만, 수착제 재료 안에 그리고/또는 상에 수착되지 않은 나머지 성분, 예를 들어 질소와 같은 제2 성분은 실질적으로 접촉기를 통해 유동하여 제1 생성물 스트림을 형성할 수 있다. 실시예에서, 제1 생성물 스트림은 공급물 스트림에 비해 제1 성분이 고갈될 수 있다. 실시예에서, 제1 생성물 스트림은 또한 공급물 스트림에 비해 제2 성분이 풍부할 수 있다. 실시예에서, 제1 생성물 스트림은 평행 통로 접촉기 또는 적층체로부터 회수될 수 있다.
탈착 단계(902) 동안에, 적어도 하나의 수착제 재료 안에 그리고/또는 상에 수착된 제1 성분의 적어도 일부는 온도 변동 기구와 압력 변동 기구 및 부분 압력 변동 기구 중의 적어도 하나에 의해 탈착되어 제2 생성물 스트림을 형성할 수 있다. 실시예에서, 제2 생성물 스트림은 공급물 스트림에 비해 제1 성분이 풍부할 수 있다. 제2 생성물 스트림은 평행 통로 접촉기 또는 적층체로부터 회수될 수 있다. 선택적으로, 증기 스트림은 제1 성분을 탈착시키기 위해 평행 통로 접촉기 또는 적층체 안으로 유입될 수 있다. 실시예에서, 증기 스트림은 증기 공급원으로부터 회수될 수 있고 제1 성분을 탈착시키기 위해 접촉기 또는 적층체 안으로 유입될 수 있다.
촉매 공정
사용시, 접촉기의 실시예가 유체 스트림으로부터 적어도 제1 성분의 촉매 작용을 위한 촉매 공정에서 사용될 수 있다.
한 양태에서, 촉매 공정은 평행 통로 접촉기를 사용하고, 이 접촉기는, 서로 상하로 적층되는 복수의 활성층, 및 2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 채널을 생성하고 또한 유체가 접촉기를 통해 흐를 수 있게 하는 복수의 채널을 생성하기 위해 복수의 층 각각의 표면에 배치되는 복수의 스페이서를 포함한다. 실시예에서, 각 채널은 채널 길이, 채널 폭 및 채널 높이로 규정될 수 있고, 복수의 활성층 각각 사이의 채널의 채널 길이 및 채널 높이는 100 내지 10,000의 비로 있을 수 있고, 복수의 활성층 사이의 각 채널의 채널 폭 및 채널 높이는 50 내지 10,000의 비로 있을 수 있다. 실시예에서, 복수의 스페이서는 각 활성층의 평면에 수직인 방향으로 각 활성층 상의 스페이서 투영 면적을 형성할 수 있고, 각 활성층의 총 표면적의 1% 내지 20%의 스페이서 커버리지 밀도를 가질 수 있다.
다른 양태에서, 촉매 공정은 평행 통로 접촉기를 사용할 수 있고, 이 접촉기는, 서로 상하로 적층되는 복수의 활성층, 및 2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 채널을 생성하고 또한 유체가 접촉기를 통해 흐를 수 있게 하는 복수의 채널을 생성하기 위해 복수의 층 각각의 표면에 배치되는 복수의 스페이서를 포함하고, 각 채널은 채널 길이, 채널 폭 및 채널 높이로 규정될 수 있고, 실시예에서, 접촉기는 층류 유동 조건 또는 1,000 미만의 평균 레이놀즈 수에서 2,000 내지 40,000 Darcy의 투과율 값을 가질 수 있으며, 복수의 스페이서에 의해 유도되는 접촉기의 유동 저항은 접촉기의 총 유동 저항의 20% 이하이다.
촉매 공정의 일 실시예에서, 위에서 개시된 바와 같은 평행 통로 접촉기는 활성 재료로서 적어도 하나의 촉매 재료를 가질 수 있다.
일 공정 실시예에서, 제1 성분을 갖는 유체 스트림은 공급물 스트림으로서 평행 통로 접촉기 또는 적층체 안으로 유입되며, 여기서 공급물 스트림 및 제1 성분은, 반응에 촉매 작용을 주어 제2 성분을 생성하는 적어도 하나의 촉매 재료와 접촉한다. 제2 성분은 제1 생성물 스트림을 형성할 수 있으며, 이 생성물 스트림은 이어서 평행 통로 접촉기 또는 적층체로부터 회수될 수 있다.
촉매 및 수착 공정
실시예에서, 여기서 개시된 바와 같은 접촉기는 유체 스트림으로부터의 적어도 제1 성분의 촉매 작용을 위해 촉매 및 흡착 공정에 사용될 수 있다. 적어도 하나의 수착제 재료가 접촉기 안에 그리고/또는 상에 배치될 수 있는 접촉기 또는 적층체의 실시예가 제공될 수 있다. 실시예에서, 적어도 하나의 수착제 재료는, 예를 들어, 건조제, 활성탄, 흑연, 탄소 분자체, 활성 알루미나, 분자체, 알루미노포스페이트, 실리코알루미노포스페이트, 제올라이트 흡착제, 이온 교환 제올라이트, 친수성 제올라이트, 소수성 제올라이트, 변성 제올라이트, 천연 제올라이트, 포자사이트, 클리노프틸로라이트, 모르데나이트, 금속 교환 규소알루미노인산염, 단극성 수지, 양극성 수지, 방향족 가교 결합 폴리스티렌 매트릭스, 브롬화 방향족 매트릭스, 메타크릴산 에스테르 공중합체, 탄소 섬유, 탄소나노튜브, 나노 재료, 금속염 흡착제, 과염소산염, 옥살산염, 알칼리 토류 금속 입자, ETS, CTS, 금속 산화물, 지지된 알칼리 탄산염, 알칼리 촉진 하이드로탈사이트, 화학 흡착제, 아민, 유기 금속 반응물, 금속 유기 골격 (MOF) 흡착제, 폴리에틸렌이민 도핑된 실리카(PEIDS) 수착제, 아민 함유 다공성 네트워크 중합체 흡착제, 아민 도핑된 다공성 물질 수착제, 아민 도핑된 MOF 수착제, 도핑된 활성탄, 도핑된 그래핀, 알칼리 도핑 또는 희토류 도핑된 다공성 무기 수착제를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 10을 참조하면, 일 공정 실시예에서, 유체 스트림으로부터의 적어도 제1 성분의 촉매 작용을 위한 촉매 및 수착 공정(1000)이 제공된다. 이러한 한 실시예에서, 촉매 및 수착 공정(1000)은 반응에 촉매 작용을 주어 제2 성분을 생성할 수 있다.
한 양태에서, 촉매 및 수착 공정은 평행 통로 접촉기를 사용할 수 있고, 이 접촉기는, 서로 상하로 적층되는 복수의 활성층, 및 2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 채널을 생성하고 또한 유체가 접촉기를 통해 흐를 수 있게 하는 복수의 채널을 생성하기 위해 복수의 층 각각의 표면에 배치되는 복수의 스페이서를 포함하고, 각 채널은 채널 길이, 채널 폭 및 채널 높이로 규정될 수 있다. 실시예에서, 복수의 활성층 각각 사이의 채널의 채널 길이 및 채널 높이는 100 내지 10,000의 비로 있을 수 있고, 복수의 활성층 사이의 각 채널의 채널 폭 및 채널 높이는 50 내지 10,000의 비로 있을 수 있다. 실시예에서, 복수의 스페이서는 각 활성층의 평면에 수직인 방향으로 각 활성층 상의 스페이서 투영 면적을 형성할 수 있고, 각 활성층의 총 표면적의 1% 내지 20%의 스페이서 커버리지 밀도를 가질 수 있다.
다른 양태에서, 촉매 및 수착 공정은 평행 통로 접촉기를 사용할 수 있고, 이 접촉기는, 서로 상하로 적층되는 복수의 활성층, 및 2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 채널을 생성하고 또한 유체가 접촉기를 통해 흐를 수 있게 하는 복수의 채널을 생성하기 위해 복수의 층 각각의 표면에 배치되는 복수의 스페이서를 포함하고, 각 채널은 채널 길이, 채널 폭 및 채널 높이로 규정된다. 실시예에서, 접촉기는 층류 유동 조건 또는 1,000 미만의 평균 레이놀즈 수에서 2,000 내지 40,000 Darcy의 투과율 값을 가질 수 있으며, 복수의 스페이서에 의해 유도되는 접촉기의 유동 저항은 접촉기의 총 유동 저항의 20% 이하이다.
촉매 및 흡착 공정의 일 실시예에서, 여기서 개시되고 접촉기 안에 그리고/또는 상에 배치되는 활성 재료로서 적어도 하나의 수착제 재료 및 적어도 하나의 촉매 재료를 갖는 평행 통로 접촉기가 이러한 평행 통로 접촉기를 사용하여 수행될 수 있다. 촉매 및 수착 공정(1000)은 원하는 대로 반복될 수 있으며, 선택적으로 추가 단계를 포함할 수 있다.
일 공정 실시예에서, 촉매 작용 단계(1001) 동안에, 제1 성분을 갖는 유체 스트림은 평행 통로 접촉기 또는 적층체 안으로 공급물 스트림으로서 유입되어 이를 통해 흐를 수 있다. 실시예에서, 공급물 스트림 및 제1 성분은, 적어도 제2 성분을 생성하기 위해 반응에 촉매 작용을 줄 수 있는 적어도 하나의 촉매 재료와 접촉할 수 있다.
도 10을 참조하면, 수착 단계(1002) 동안, 제1 성분의 적어도 일부, 제2 성분의 적어도 일부, 및 제3 성분의 적어도 일부 중의 적어도 하나가 적어도 하나의 수착제 재료 안에 그리고/또는 상에 수착된다. 실시예에서, 반응 생성물 및/또는 접촉기 안에 그리고/또는 상에 수착되지 않은 성분을 포함하는 제1 생성물 스트림은 이어서 평행 통로 접촉기 또는 적층체로부터 회수될 수 있다.
일 공정 실시예에서, 탈착 단계(1003) 동안, 제1 성분의 적어도 일부, 및 제3 성분의 적어도 일부 중의 적어도 하나가 적어도 하나의 수착제 재료를 재생하기 위해 적어도 하나의 수착제 재료로부터 탈착될 수 있다. 실시예에서, 제1 성분의 적어도 일부, 제2 성분의 적어도 일부, 및 제3 성분의 적어도 일부 중의 적어도 하나를 포함하는 제2 생성물 스트림이 평행 통로 접촉기 또는 적층체로부터 회수될 수 있다.

Claims (26)

  1. 평행 통로 접촉기로서,
    서로 상하로 적층되는 복수의 활성층; 및
    2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 채널을 생성하고 또한 유체가 상기 접촉기를 통해 흐르도록 하기 위한 복수의 채널을 생성하기 위해 상기 복수의 층 각각의 표면에 배치되는 복수의 스페이서를 포함하고,
    각 채널은 채널 길이, 채널 폭 및 채널 높이로 규정되며,
    상기 복수의 활성층 각각 사이의 상기 채널의 상기 채널 길이 및 상기 채널 높이는 100 내지 10,000의 비로 있고,
    상기 복수의 활성층 사이의 상기 채널의 상기 채널 폭 및 상기 채널 높이는 50 내지 10,000의 비로 있으며,
    상기 복수의 스페이서는 각 활성층의 평면에 수직인 방향으로 상기 활성층 상의 스페이서 투영 면적을 덮고, 각 활성층의 총 표면적의 1% 내지 20%의 스페이서 커버리지 밀도를 가질 수 있는, 평행 통로 접촉기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접촉기는 층류 유동 조건 또는 1,000 미만의 평균 레이놀즈(Reynolds) 수에서 2,000 내지 40,000 Darcy의 투과율 값을 더 포함하고, 상기 복수의 스페이서에 의해 유도되는 상기 적층체의 유동 저항은 적층체의 총 유동 저항의 20% 이하인, 평행 통로 접촉기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    기재를 더 포함하되, 상기 기재는 그 위에 배치되는 흡착 활성 성분의 열용량보다 작은 열용량을 갖는, 평행 통로 접촉기.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 채널 높이의 10배 내지 90배인 스페이서 거리를 더 포함하는 평행 통로 접촉기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 스페이서는 상기 활성층의 평면의 일 영역 내에서 주기적 어레이로 구성되는, 평행 통로 접촉기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 스페이서는 상이한 크기 또는 형상일 수 있는, 평행 통로 접촉기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 스페이서 각각은 2 내지 6의 종횡비를 갖는 기다란 형상으로 되어 있는, 평행 통로 접촉기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 활성층 각각의 상기 스페이서 투영 면적은 복수의 활성층 중의 다른 활성층의 스페이서 투영 면적과 적어도 10% 겹치는, 평행 통로 접촉기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스페이서 커버리지 밀도는 상기 활성층 상의 복수의 스페이서 커버리지 밀도를 더 포함하는, 평행 통로 접촉기.
  10. 제9항에 있어서,
    한 영역에서 스페이서의 스페이서 커버리지 밀도는 다른 영역의 스페이서 커버리지 밀도보다 20% 내지 200% 더 클 수 있는, 평행 통로 접촉기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉기는 상기 활성층 또는 복수의 활성층의 평면에 실질적으로 평행한 방향으로 상기 활성층 또는 복수의 활성층에 인장력을 가하기 위한 수단을 더 포함하는, 평행 통로 접촉기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 스페이서 각각은 그 위에 가해지는 접착제를 더 포함할 수 있는, 평행 통로 접촉기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 활성층은 제 2 활성층에 인접한 제 1 활성층을 더 포함하고, 제 1 활성 영역은, 기다란 형상을 가지며 상기 제1 활성층에 수직인 방향으로 제1 스페이서 투영 면적을 형성하는 제1 복수의 스페이서를 가지며, 상기 제2 활성 영역은, 기다란 형상을 가지며 상기 제2 활성층에 실질적으로 수직인 방향으로 제2 스페이서 투영 면적을 형성하는 제2 복수의 스페이서를 가지며, 제1 스페이서 투영 면적과 제2 스페이서 투영 면적은 부분적으로 겹치고, 투영 면적이 겹치는 스페이서들의 기다란 축선은 동일 선상에 있지 않는, 평행 통로 접촉기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 활성층은 적어도 20개의 층인, 평행 통로 접촉기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 채널은 1% 내지 15%의 채널 높이 변동 계수를 갖는, 평행 통로접촉기.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 채널은 2개의 상이한 채널 높이를 더 포함하고, 채널 높이의 차는 10% 내지 70%인, 평행 통로 접촉기.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채널 높이는, 5 kPa의 하중이 가해질 때 상기 채널 높이의 96% 이상을 유지하는, 평행 통로 접촉기.
  18. 평행 통로 접촉기로서,
    서로 상하로 적층되는 복수의 활성층; 및
    2개의 인접하여 적층된 활성층 사이에 채널을 생성하고 또한 유체가 적층체를 통해 흐르도록 하기 위한 복수의 채널을 생성하기 위해 상기 복수의 활성층 각각의 표면에 배치되는 복수의 스페이서를 포함하고,
    각 채널은 채널 길이, 채널 폭 및 채널 높이로 규정되며,
    상기 적층체는 층류 유동 조건 또는 1,000 미만의 평균 레이놀즈 수에서 2,000 내지 40,000 Darcy의 투과율 값을 가지며, 상기 복수의 스페이서에 의해 유도되는 상기 적층체의 유동 저항은 적층체의 총 유동 저항의 20% 이하인, 평행 통로 접촉기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 적층체에 배치되는 흡착 활성 성분의 열용량보다 작은 열용량을 갖는 기재를 더 포함하는 평행 통로 접촉기.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 적층체의 채널 높이는, 5 kPa의 하중이 가해질 때 상기 채널 높이의 96% 이상을 유지하는, 평행 통로 접촉기.
  21. 다성분 가스 스트림으로부터 제1 성분을 분리하기 위한 수착(sorption) 방법으로서,
    (a) 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 접촉기를 제공하는 단계;
    (b) 상기 다성분 가스 스트림을 공급물 스트림으로서 상기 접촉기 안으로 유입시키는 단계;
    (c) 상기 공급물 스트림으로부터 상기 제1 성분의 적어도 일부를 상기 접촉기 상에 수착시키는 단계;
    (d) 공급물 스트림에 비해 제2 성분이 풍부한 제1 생성물 스트림을 상기 접촉기로부터 회수하는 단계, 및
    (e) 상기 접촉기에 수착된 상기 제1 성분의 적어도 일부를 탈착시키는 단계를 포함하는, 수착 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 탈착은 온도 변동 기구, 압력 변동 기구 및 부분 압력 변동 기구 중의 적어도 하나에 의한 탈착을 더 포함하는, 수착 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 탈착 단계 동안에 상기 제1 성분을 탈착시키기 위해 증기 스트림을 상기 접촉기 안으로 유입시키는 단계, 및 상기 공급물 스트림에 비해 상기 제1 성분이 풍부한 제2 생성물 스트림을 회수하는 단계를 더 포함하는 수착 방법.
  24. 제21항, 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 제1 성분은 이산화탄소를 더 포함하고, 상기 제2 성분은 질소를 더 포함하는, 수착 방법.
  25. 유체 스트림으로부터의 적어도 제1 성분의 촉매 작용을 위한 촉매 방법으로서,
    (a) 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 접촉기를 제공하는 단계;
    (b) 상기 제1 성분을 갖는 상기 유체 스트림을 상기 접촉기 안으로 유입시키는 단계;
    (c) 상기 제1 성분을 상기 접촉기와 접촉시켜 반응에 촉매 작용을 주어 제2 성분을 생성하는 단계, 및
    (d) 상기 제2 성분을 포함하는 제1 생성물 스트림을 회수하는 단계를 포함하는, 제1 성분의 촉매 작용을 위한 촉매 방법.
  26. 유체 스트림으로부터의 적어도 제1 성분의 촉매 작용을 위한 촉매 및 수착 방법으로서,
    (a) 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 접촉기를 제공하는 단계 - 적어도 하나의 활성 재료는 수착제 재료와 촉매 재료를 더 포함함 -;
    (b) 적어도 상기 제1 성분을 갖는 상기 유체 스트림을 상기 접촉기 안으로 유입시키는 단계;
    (c) 상기 제1 성분을 상기 접촉기 상에 배치된 촉매 재료와 접촉시켜 반응에 촉매 작용을 주어 적어도 제2 성분을 생성하는 단계;
    (d) 상기 제1 성분의 적어도 일부, 제2 성분의 적어도 일부, 및 제3 성분의 적어도 일부 중의 적어도 하나를 상기 접촉기 상에 수착시키는 단계;
    (e) 상기 반응으로부터 적어도 하나의 생성물을 포함하는 제1 생성물 스트림을 회수하는 단계;
    (f) 상기 수착제 재료로부터 상기 제1 성분 또는 제3 성분의 적어도 일부를 탈착시키는 단계;
    (g) 상기 제1 성분, 상기 제2 성분, 및 상기 제3 성분 중의 적어도 하나를 포함하는 제2 생성물 스트림을 회수하는 단계, 및
    (h) 상기 수착제 재료의 적어도 일부를 재생시키는 단계를 포함하는, 촉매 및 수착 방법.
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