[发明专利]具有涂层的相变材料颗粒

说明书

本发明涉及通过涂覆所述颗粒，将这种材料涂层与至少一种吸附材料混合而改变相变材料(PCM)颗粒的物理特征，和使用这种混合物的吸附装置。

期间某些步骤是放热的，即伴随热释放，而某些其它步骤是吸热的，即伴随热消耗的任何循环方法称为“热循环方法”。

根据本发明的热循环方法的典型实例包括通过调压吸附的气体分离方法，和使用与如上所述调压吸附循环偶合的化学转化的任何方法，使得可转移化学反应的平衡。

在本发明上下文中，除非另外规定，通过调压吸附，使用在称为吸附压力的高压与称为再生压力的低压之间的压力周期性变化的任何气体分离方法通过术语“PSA方法”提及。因此，通称PSA方法用于指定以下循环方法：

-VSA方法，其中吸附基本在大气压力，称为“高压”，即1-1.6bara(bara=绝对巴)，优选1.1-1.5bara下进行，且解吸压力，称为“低压”小于大气压力，通常为30-800mbara，优选100-600mbara；

-VPSA或MPSA方法，其中吸附在基本高于大气压力的高压，通常1.6-8bara，优选2-6bara下进行，且低压为大气压力以下，通常为30-800mbara，优选100-600mbara；

-PSA方法，其中吸附在相当高于大气压力的高压，通常1.6-50bara，优选2-35bara下进行，且低压高于或基本等于大气压力，因此为1-9bara，优选1.2-2.5bara。

在下文中，术语“RPSA方法”用于指定具有非常快循环，通常小于1分钟的PSA方法。

概括地讲，PSA方法使得可通过利用给定吸附剂或如果适用的话用于这些各种气体分子的几种吸附剂的亲合力差别将一种或多种气体分子与含有它们的气体混合物分离。

用于气体分子的吸附剂的亲合力取决于吸附剂的结构和组成，以及分子的性能，特别是它的尺寸、电子结构和多极矩。

吸附剂可例如为沸石、活性炭、活性氧化铝、硅胶、含碳或其他分子筛、金属有机结构、一种或多种碱金属或碱土金属的氧化物或氢氧化物，或者含有能够可逆地与一种或多种气体分子反应的物质如胺、物理溶剂、金属络合剂或者金属氧化物或氢氧化物的多孔结构。

吸附为放热现象，其中各分子-吸附剂对的特征通常是吸附焓(等量热)或反应焓。对称地，解吸为吸热的。

此外，PSA方法为包括几个顺序吸附和解吸步骤的循环方法。

因此，PSA循环中的一些步骤为放热的，特别是气体分子吸附在吸附剂上的吸附步骤，而其它步骤为吸热的，特别是吸附在吸附剂上的分子的再生或解吸步骤。

概括而言，由吸附焓或反应焓产生的热效应在各个周期导致吸附时限制吸附容量的热波和解吸时限制解吸的冷波的传播。

温度变化的这一局部循环现象对该方法的分离性能如生产率、分离效率和比分离能具有不重要的影响，如文件EP-A-1188470所述。

因此，显示如果由于吸附焓导致的热变化完全消除，则某些现有工业O₂PSA的生产率会改善约50%，且氧气收率会改善10%。同样，对于其它类型的PSA，热变化减少会产生分离性能的明显改善。

识别到这一负面现象，已描述了几个技术方案以试图降低或消除它。

因此，已经提出通过在生产颗粒时加入惰性粘合剂，通过使吸附剂介质沉积于惰性芯上，通过加入与吸附剂相同但为惰性的颗粒而提高吸附剂介质的热容量。例如，在O₂PSA方法的情况下，已测试了在由仅在其孔径大小方面彼此不同的5A和3A沸石组成的复合床上进行空气中所含氮气的吸附：仅那些5A沸石能够吸附氮气，因为那些3A沸石太小。

此外，还描述了使用外部加热和/或冷却措施平衡解吸或吸附的热效应，例如使用换热器。

还提出了吸附阶段与再生阶段之间的热耦合，其中吸附剂置于板式换热器的连续通道中，然后组织流体的循环使得通道交替地在吸附阶段和解吸阶段中。

降低热变化的幅度的另一技术方案由将相变材料(PCM)加入吸附剂床中组成，如文件US-A-4,971,605所述。这样，吸附和解吸热或这些热中的一些在PCM的相变温度下或温度范围内以潜热的形式被PCM吸收。然后可以以更接近等温条件的模式操作PCA装置。

实际上，相变材料(PCM)在其相变温度下或经位于较低与较高相变温度之间的其相变温度范围用作受热器。

为了能够处理它们，无论它们是固态还是液态的，在实践中通常将PCM在微米级固体壳(优选基于聚合物(三聚氰胺甲醛、丙烯酸等))中微胶囊化的。