(57)【要約】  ＣＯ２捕捉のための収着剤基体およびその形成方法が開示される。１つの実施形態において、ＣＯ２捕捉のための収着剤基体の形成方法は、収着剤から複数の母体ロッドを形成する工程、および支持材から複数のチャンネルロッドを形成する工程を含んでもよい。次に、複数の母体ロッドを、複数のチャンネルロッドと共押出しして、複数の収着剤フィラメントのそれぞれの軸方向に延在する支持材のチャンネルが配置される収着剤の母体を備える複数の収着剤フィラメントを形成してよい。次いで、複数の収着剤フィラメントを積み重ねて、複数の収着剤フィラメントが軸方向に整列するフィラメント集合体を形成してもよい。その後、フィラメント集合体の複数の収着剤フィラメントを互いに結合して、収着剤基体を形成してもよい。
2014530093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２捕捉のための収着剤基体（１００）の形成方法であって、
ガス流からＣＯ２を吸着するための収着剤から複数の母体ロッドを形成する工程と、
支持材から複数のチャンネルロッドを形成する工程と、
前記複数の母体ロッドを前記複数のチャンネルロッドと共押出しして、複数の収着剤フィラメント（１０２）のそれぞれの軸方向に延在する前記支持材（１１０）のチャンネル（１０４）を備える前記収着剤（１０６）の母体を備える前記複数の収着剤フィラメント（１０２）を形成する工程と、
前記フィラメント集合体で軸方向に整列される前記複数の収着剤フィラメント（１０２）を積み重ねて、フィラメント集合体を形成する工程と、
前記フィラメント集合体の前記複数の収着剤フィラメント（１０２）を互いに接合して、前記収着剤基体（１００）を形成する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記支持材（１１０）は散逸性材料であり、かつ
前記方法は、前記複数の収着剤フィラメントから前記散逸性材料を除去し、それにより前記複数の収着剤フィラメント（１０２）に貫通チャンネル（１０４）を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の収着剤フィラメント（１０２）を積み重ねる前に、前記複数の収着剤フィラメント（１０２）を結合剤で被覆して、前記フィラメント集合体を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記フィラメント集合体を放射状に圧縮する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
１つ以上の管路（１０８）を前記複数の収着剤フィラメント（１０２）とともに積み重ねて、前記フィラメント集合体を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２０１１年９月１５日に出願された米国仮特許出願第１３／２３３，４３８号明細書の米国法典第３５編第１２０条に基づく優先権の利益を主張し、その内容は、全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、一般に、プロセスガス流からＣＯ２を捕捉するための基体に関するものであり、さらに具体的には、複数の貫通チャンネルを備える共押出収着剤フィラメントから形成される、プロセスガス流からＣＯ２を捕捉するための収着剤基体、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
ＣＯ２は、地球温暖化と関連がある温室効果ガスである。ＣＯ２は、たとえば石炭火力発電所、天然ガスの精製、油回収システムなどのさまざまな工業プロセスの副生成物である。環境的な観点から、二酸化炭素排出権取引、ならびに煙道ガスおよびその他のＣＯ２点源からの二酸化炭素排出に関する将来の規制は、ＣＯ２捕捉技術の効率を改善するための経済ドライバである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プロセスガス流からのＣＯ２の捕捉を改善するために、現在、さまざまな技術が使用および／または開発されている。このような技術は、たとえば、液体アミン（ＭＥＡまたはＫＳ−１）プロセス、冷却アンモニアプロセス、およびガス膜を含む。これらの技術のそれぞれがプロセスガス流からのＣＯ２の除去に有効である一方、各技術は欠点も有する。たとえば、アミンプロセスは関連する反応器の腐食問題、高い資本コストを有し、動作するために非常に大量のエネルギーを消費すると考えられる。冷却アンモニアプロセスは依然としてその開発の初期段階であり、プロセスの商業的な実現可能性については未詳である。冷却アンモニアプロセスについてのいくつかの考えられる課題には、アンモニア揮発性、ならびにＳＯｘおよびＮＯｘなどのガス状汚染物質からのアンモニアの潜在的な汚染を含む。さまざまなガス膜技術が、現在、プロセスガス流からのＣＯ２の除去のために使用されている。しかし、ガス膜技術を利用するプロセスは、所望の量のＣＯ２分離を達成するために、複数の段階および／またはリサイクルを必要とする。これらの複数の段階および／またはリサイクルは、プロセスに関連するエネルギー消費量およびコストを上昇させるだけでなく、ＣＯ２回収プロセスに著しい複雑さを追加する。また、ガス膜技術は、高圧および洋上プラットフォームなどの限られた空間での設置において難しい技術を利用する関連する空間の制約を一般的に必要とする。
【０００５】
したがって、ＣＯ２をプロセスガス流から回収するために使用され得る代替方法および装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
さまざまな実施形態によると、ＣＯ２捕捉のための収着剤基体を形成する方法は、ガス流からＣＯ２を吸着するための収着剤から複数の母体ロッドを形成する工程、および支持材から複数のチャンネルロッドを形成する工程を含んでもよい。次いで、複数の母体ロッドを、複数のチャンネルロッドと共押出しして、複数の収着剤フィラメントのそれぞれの軸方向に延在する支持材のチャンネルが配置される収着剤の母体を備える複数の収着剤フィラメントを形成してもよい。次いで、複数の収着剤フィラメントを積み重ねて、複数の収着剤フィラメントが軸方向に整列するフィラメント集合体を形成してもよい。その後、フィラメント集合体の複数の収着剤フィラメントを互いに接合して、収着剤基体を形成してもよい。
【０００７】
さらなる実施形態によると、ＣＯ２捕捉のために収着剤基体を形成する方法は、ガス流からＣＯ２を吸着するための収着剤を備える母体材の可塑化されたバッチを形成する工程、および散逸性材料の可塑化されたバッチを形成する工程を含んでもよい。次いで、母体材の可塑化されたバッチを、散逸性材料の可塑化されたバッチと共押出しして、複数の収着剤フィラメントのそれぞれの軸方向に延在する散逸性材料のチャンネルを有する収着剤の母体を備える複数の収着剤フィラメントを形成してもよい。この複数の収着剤フィラメントを積み重ねて、複数の収着剤フィラメントがフィラメント集合体で軸方向に整列するようなフィラメント集合体を形成してもよい。フィラメント集合体は、放射状に圧縮されてもよい。その後、散逸性材料をフィラメント集合体から除去して、複数の収着剤フィラメントのそれぞれで複数の貫通チャンネルを形成してもよい。フィラメント集合体は、複数の収着剤フィラメントを互いに接合するように加熱して、収着剤基体を形成してもよい。
【０００８】
さらに他の実施形態によると、ＣＯ２捕捉のための収着剤基体は、複数の収着剤フィラメントを含んでもよい。複数の収着剤フィラメントの各収着剤フィラメントは、複数の貫通チャンネルが、各収着剤フィラメントの第１端から各収着剤フィラメントの第２端まで、収着剤の母体を各収着剤フィラメントの軸方向に貫通するように形成される収着剤の母体を含んでもよい。収着剤は、ガス流からＣＯ２を吸着することが可能でもよい。複数の収着剤フィラメントの複数の貫通チャンネルが互いにほぼ平行であるように、複数の収着剤フィラメントは互いに軸方向に並べられてもよい。複数の収着剤フィラメントの各収着剤フィラメントは、少なくとも１つの他の収着剤フィラメントに接合されてもよい。
【０００９】
本明細書に記載される実施形態のさらなる特徴および利点は、あとに続く詳細な説明に記述され、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかであるか、あとに続く詳細な説明、請求項、ならびに添付の図面を含め、本明細書に記載される実施形態を実践することによって認識される。
【００１０】
前述の概説および以下の詳細な説明の両方がさまざまな実施形態を記載し、クレームする主題の性質および特性を理解するための概要またはフレームワークを提供することが意図されることは理解されるべきである。添付図面は、さまざまな実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれて一部を構成する。図面は本明細書に記載されるさまざまな実施形態を図示し、説明とともにクレームする主題の原理および動作を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による、基体を形成するために接合される複数の収着剤フィラメントを備える、ＣＯ２捕捉のための収着剤基体の一部を概略的に示す。
【図２】図２は、本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による、基体を形成するために接合される複数の収着剤フィラメントを備える、ＣＯ２捕捉のための収着剤基体の別の実施形態の一部を概略的に示す。
【図３】図３は、本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による、貫通チャンネルを有する収着剤フィラメントを形成するための押出ダイを概略的に示す。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは、本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による、異なる断面形状を持つ収着剤フィラメントを概略的に示す。
【図５】図５は、本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による、放射状に圧縮される収着剤基体のフィラメント集合体を概略的に示す。
【図６】図６は、本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による、流体流れからＣＯ２を除去するための装置を概略的に示す。
【図７】図７は、本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態による、流体流れからＣＯ２を除去するための装置の代わりの実施形態を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、プロセスガス流からＣＯ２を捕捉するための収着剤基体およびその形成方法の実施形態が詳細に参照され、その例が添付図面に図示される。可能な限り、同じ参照番号は、同じまたは類似の部品を意味するように、図面全体を通して使用される。プロセスガス流からＣＯ２を捕捉するための収着剤基体の１つの実施形態は、図１に概略的に示される。収着剤基体は、一般に、軸方向に整列して接合される、複数の収着剤フィラメントを含む。収着剤フィラメントのそれぞれは、一般に、プロセスガス流からＣＯ２を捕捉するための収着剤の母体を備える。複数の貫通チャンネルは、共押出プロセスを利用して、収着剤の母体に形成される。収着剤基体および収着剤基体の形成方法は、添付の図面への特定の参照により、本明細書にさらに詳細に記載される。
【００１３】
ここで図１を参照すると、収着剤基体１００の１つの実施形態が、概略的に示される。収着剤基体１００は、プロセスガス流からのＣＯ２の捕捉に使用され得る。収着剤基体１００は、積み重ねられ、接合される複数の個々の収着剤フィラメント１０２から構成される。図１に示される収着剤基体１００の実施形態において、収着剤フィラメント１０２は断面が四角である。しかし、他の実施形態において、収着剤フィラメント１０２が、円形、長方形、六角形、三角形などを含むが、それに限定されない他の断面形状を有してもよいことは理解すべきである。たとえば、図２は収着剤基体１００を概略的に示すが、その断面は円形であり、また、それを形成する複数の個々の収着剤フィラメント１０２も断面が円形である。
【００１４】
ここで図１および図２を参照すると、収着剤基体１００の収着剤フィラメント１０２は、一般に、複数の貫通チャンネル１０４が形成される収着剤１０６の母体を備える。収着剤１０６の母体は、プロセスガス流からＣＯ２を吸着するために好適な収着剤から形成され、ＭＦＩ、ＭＯＲ、ＩＳＶ、ＩＴＥ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＦＡＵ、および／またはＬＴＡ骨格構造などの骨格構造を有するモレキュラーシーブ材料、および同様の材料を含み得るが、これに限定されるものではない。例示的な材料は、ＭＦＩ骨格構造を有するＺＳＭ５ゼオライト、およびＭＯＲ骨格構造を有するモルデナイトを含むが、これに限定されるものではない。また、収着剤は、活性炭または炭素モレキュラーシーブ材料に基づく収着剤を含んでもよい。あるいは、収着剤は、ＭＯＦ−５、ＭＯＦ−１７７、ＭＯＦ−５０５、ＭＯＦ−７４、またはＺＩＦ−６８、ＺＩＦ−６９、ＺＩＦ−７、ＺＩＦ−９、ＺＩＦ−１１、およびＺＩＦ−９０を含むが、これに限定されるものではないゼオライトイミダゾール骨格構造（ＺＩＦｓ）などの金属有機骨格（ＭＯＦ）ファミリーから選択されてもよい。また、好適な収着剤は、材料の吸着能をさらに高めるために、アミンまたはアミノ基によって官能化された前記の材料のいずれかを含んでもよい。さらに、収着剤基体で利用される収着剤が、前記の材料のさまざまな組合せを含んでもよいことを理解すべきである。
【００１５】
本明細書に記載される収着剤基体１００の実施形態において、各収着剤フィラメント１０２が形成される収着剤１０６の母体は、一般に、プロセスガス流が収着剤基体１００に浸透して、拡散することを可能にする、開放され、相互に連結された気孔率Ｐ１％を有する。たとえば、いくつかの実施形態において、収着剤フィラメントの気孔率Ｐ１％は、２０％≦Ｐ１％≦７０％である。いくつかの他の実施形態において、気孔率Ｐ１％は、２５％≦Ｐ１％≦４０である。一般に、収着剤フィラメントおよび収着剤基体は、ＣＯ２を含有するプロセスガス流が基体に拡散することを可能にする開放気孔率を備えて形成され、一方、収着剤の母体によるＣＯ２の吸着を容易にするために、プロセスガス流と収着剤の母体との間の密接な接触を依然として可能としている。
【００１６】
図１および図２をさらに参照すると、収着剤基体１００の収着剤フィラメント１０２のそれぞれは、互いに軸方向に整列する。さらに、貫通チャンネル１０４は、一般に、第１端と第２端との間で収着剤フィラメント１０２の軸方向に、収着剤１０６の母体を貫通する。したがって、各収着剤フィラメント１０２の複数の貫通チャンネル１０４は、隣接する各収着剤フィラメントの複数の貫通チャンネル１０４と、ほぼ平行である。
【００１７】
貫通チャンネルの最小径は、母体材で使用される収着剤の粒度に依存する。一般に、チャンネルの最小径は、収着剤の粒径の３倍である。本明細書に記載される収着剤基体１００の実施形態において、各収着剤フィラメント１０２の貫通チャンネル１０４は、一般に、２０μｍ≦ｄ≦２０００μｍの直径ｄを有する。他の実施形態において、貫通チャンネル１０４は、５０μｍ≦ｄ≦１０００μｍで大きさを設定されてもよい。さらに他の実施形態において、収着剤フィラメント１０２の貫通チャンネル１０４は、７５μｍ≦ｄ≦５００μｍの大きさを設定されてもよい。貫通チャンネルの直径ｄと同様に、隣接チャンネル間の最小間隔は、母体材で使用される収着剤の粒度に依存する。一般に、達成できる最小間隔は、収着剤の粒径の３倍である。本明細書に記載される実施形態において、貫通チャンネルの密度は、約１チャンネル／平方インチ（ｃｐｓｉ）（０．１５５チャンネル／ｃｍ２）〜１５０，０００ｃｐｓｉ（２３，２５５チャンネル／ｃｍ２）の範囲であってもよい。
【００１８】
上記したように、収着剤基体１００の各収着剤フィラメント１０２は、少なくとも１つの他の収着剤フィラメントに接合される。たとえば、本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、各収着剤フィラメント１０２は、隣接する収着剤フィラメントを結合する結合剤で被覆される。いくつかの実施形態において、結合剤は、比較的低い融点を有するアルミナ、シリカ、クレイ、セリア、リン酸アルミニウム、ガラスフリット、ジオポリマ、または同様の無機結合剤などの無機材料でもよい。あるいは、結合剤は、たとえばフェノール樹脂などの、有機結合剤でもよい。
【００１９】
収着剤基体１００が収着剤フィラメント１０２を結合する結合剤を備えるように本明細書に記載されているが、他の実施形態において、収着剤基体１００は結合剤を使わずに形成されてもよい。たとえば、いくつかの実施形態において、各収着剤フィラメント１０２の収着剤１０６の母体は、個々の収着剤フィラメントを結合するために利用されてもよい。たとえば、本明細書でさらに詳細に記載されるように、各収着剤フィラメント１０２の収着剤１０６の母体は、各フィラメントの収着剤を結合する１つ以上の無機粘結剤を含有してもよい。したがって、個々の収着剤フィラメントが収着剤基体に集められると、収着剤の粘結剤は、たとえば加熱などによって作動して、個々の収着剤フィラメントを結合してもよい。
【００２０】
本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、収着剤基体の貫通チャンネル１０４は、貫通チャンネルの壁に被覆される第２の収着剤をさらに備えてもよい。第２の収着剤は、プロセスガス流からＣＯ２を吸着するために好適である金属または金属酸化物材料でもよい。第２の収着剤のための例示的な材料は、炭酸カリウムおよび炭酸ナトリウムなどのアルカリ炭酸塩を含むが、これに限定されるものではない。例示的な炭酸ナトリウムは、トロナおよび重炭酸ナトリウムを含む。
【００２１】
ここで図２を参照すると、いくつかの実施形態において、収着剤基体１００は、収着剤フィラメント１０２の間に配置される１つ以上の管路１０８（図２では４つ示される）を任意選択的に備えてもよい。図２に示される実施形態において、管路１０８は一般に、収着剤フィラメント１０２と軸方向に整列する。しかし、他の実施形態（図示せず）において、管路は収着剤フィラメント１０２および対応する貫通チャンネル１０４と非平行でもよいことは理解すべきである。管路により、ＣＯ２が収着剤の母体に吸着されるとき、基体１００の冷却を促進するために、収着剤基体１００を通して液体またはガスなどの冷却流体の流動を導くことが容易になる。具体的には、プロセスガス流のＣＯ２と収着剤基体１００の収着剤との間の反応は、一般に、発熱反応である。反応の結果として生成される熱は、一般に、基体１００に蓄積し、一定の条件下で、プロセスガス流からさらなるＣＯ２を吸着する基体の能力を制限し得る。しかし、貫通チャンネル１０４および／または管路１０８を通して導かれる冷却流体は、収着剤の母体から熱を受けとって、収着剤基体１００から熱を運び去り、それにより基体を冷却し、ＣＯ２を吸着する収着剤基体１００の能力を改善する。管路１０８は、貫通チャンネル１０４より大きな流動通路を提供し、よって、貫通チャンネル単独を上回る改善された熱管理能力を提供する。
【００２２】
同様の方法で、管路１０８は、収着剤の母体に吸着されたＣＯ２の解放を促進するために、収着剤基体１００を通して液体またはガスなどの加熱流体を導くために利用されてもよい。上記したように、ＣＯ２が収着剤に吸着されるとき、熱が生成される。しかし、熱が収着剤に加えられるとＣＯ２は解放され、吸着プロセスは逆転する。本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、熱は、貫通チャンネルおよび／または管路１０８を通して加熱流体の流動を導き、次に、吸着されたＣＯ２の解放および収着剤の再生を引き起こす収着剤基体１００を加熱することによって、収着剤１０６の母体に加えられてもよい。
【００２３】
本明細書に記載される実施形態において、管路１０８は収着剤とは異なる材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態において、管路１０８は、熱伝導性の金属、セラミック、または高分子材料から形成される。たとえば、管路が金属材料から形成されるとき、管路は、銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金、ステンレス鋼、ベリリウム銅、および／またはその他の熱伝導性材料から形成されてもよい。
【００２４】
ここで図１および図２を参照すると、本明細書に記載される収着剤基体は、一般に、孔隙率Ｖを有し、孔隙率は、基体の全体容積中の開口容積（すなわち、孔、チャンネル、管路など）のパーセンテージとして定義される。本明細書に記載される収着剤基体は、一般に、約８２．５％未満の孔隙率を有する。いくつかの実施形態において、孔隙率は２５％≦Ｖ≦７５％でもよい。他の実施形態において、孔隙率は２５％≦Ｖ≦７０％でもよい。この範囲に孔隙率を維持することにより、プロセスガス流からＣＯ２を捕捉するための基体の効率および活性を改善する。いくつかの実施形態において、孔隙率は７０％未満でもよい。
【００２５】
ここで、収着剤基体の形成方法は、図３〜図５への特定の参照により記載される。
【００２６】
上記したように、本明細書に記載される収着剤基体は、所望の寸法の貫通チャンネルを有する基体を形成するために積み重ねられ、接合される複数の収着剤フィラメントを備える。貫通チャンネルを形成し、貫通チャンネルをつぶすことなく所望の断面サイズに貫通チャンネルおよび収着剤フィラメントを縮小することを容易にする共押出プロセスによる個々の収着剤フィラメントの形成によって、個々の収着剤フィラメントで形成される貫通チャンネルの寸法は達成される。
【００２７】
収着剤基体の収着剤フィラメントは、最初に可塑化された母体材のバッチを混合することで形成される。可塑化された母体材のバッチは、収着剤、有機結合剤、無機粘結剤、加工助剤、および液体ビヒクルを備える。前述のように、収着剤は、プロセスガス流からＣＯ２を吸着するために好適な材料を備え、ＭＦＩ、ＭＯＲ、ＩＳＶ、ＩＴＥ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＦＡＵ、および／またはＬＴＡ骨格構造などの骨格構造を有するモレキュラーシーブ材料、および同様の材料を含み得るが、これに限定されるものではない。例示的な材料は、ＭＦＩ骨格構造を有するＺＳＭ５ゼオライト、およびＭＯＲ骨格構造を有するモルデナイトを含むが、これに限定されるものではない。また、収着剤は、活性炭または炭素モレキュラーシーブ材料に基づく収着剤を含んでもよい。あるいは、収着剤は、ＭＯＦ−５、ＭＯＦ−１７７、ＭＯＦ−５０５、ＭＯＦ−７４、またはＺＩＦ−６８、ＺＩＦ−６９、ＺＩＦ−７、ＺＩＦ−９、ＺＩＦ−１１、およびＺＩＦ−９０を含むが、これに限定されるものではないゼオライトイミダゾール骨格構造（ＺＩＦ）などの金属有機骨格（ＭＯＦ）ファミリーから選択されてもよい。また、好適な収着剤は、材料の吸着能をさらに高めるために、アミンまたはアミノ基によって官能化された前記の材料のいずれかを含んでもよい。さらに、収着剤基体で利用される収着剤が、前記の材料のさまざまな組合せを備えてもよいことを理解すべきである。
【００２８】
収着剤は、粉末の形で提供される。いくつかの実施形態において、収着剤は約１ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の平均粒度を有する。他の実施形態において、収着剤は約５ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲の平均粒度を有する。本明細書に記載される実施形態において、収着剤は、バッチの重量の約３０重量％〜約７５重量％で、可塑化された母体材のバッチに存在する。他の実施形態において、可塑化された母体材のバッチは、バッチの重量で約４０重量％〜約５０重量％の収着剤を含む。
【００２９】
母体材の可塑化されたバッチに含まれる有機結合剤は、収着剤フィラメントの形成中、母体材の押出しを容易にする。好適な有機結合剤は、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース誘導体、ヒドロキシエチルアクリラート、ポリビニルアルコール、および／またはその組合せなどの水溶性セルロースエーテル粘結剤を含むが、これに限定されるものではない。有機結合剤は、バッチの収着剤の重量で０．１重量％〜約１０．０重量％の範囲の量の付加物として、バッチに存在可能である。別の実施形態において、有機結合剤は、バッチの収着剤の重量で２．０重量％〜８．０重量％の範囲の量の付加物として、組成物に存在可能である。
【００３０】
母体材の可塑化されたバッチに含まれる無機粘結剤は、押出しによる収着剤フィラメント形成後の、収着剤の結合を容易にする。本明細書に記載される実施形態において、無機粘結剤は、シリコーン樹脂および／またはシリコーンエマルジョンなどのシリコーン結合剤でもよい。これらのシリコーン材料は、たとえばシリコーン樹脂またはコロイドシリカなどの前駆体材料として提供可能である。いくつかの実施形態において、無機粘結剤はシリコーン樹脂またはシリコーンエマルジョンの形態で組み込まれる。好適なシリコーン樹脂は、Ｗａｃｋｅｒ  Ａ  Ｇ  ＳＩＬＲＥＳ（登録商標）  Ｍ  ５０  Ｅ（５２〜５５％の報告された固形分によるメチルシリコーン樹脂のエマルジョン）またはＷａｃｋｅｒ  Ａ  Ｇ  ＳＩＬＲＥＳ（登録商標）  Ｍ  ９７  Ｅなどのシリコーンの水性エマルジョンを含むが、これに限定されるものではなく、どちらも、Ｇｅｒｍａｎｙ、ＭｕｎｉｃｈのＷａｃｋｅｒ−Ｃｈｅｍｉｅ  ＧｍｂＨから入手可能である。無機粘結剤は、バッチの重量で約５重量％〜約５０重量％、重量で約２０重量％〜約４０重量％、および、またはバッチの重量で約２０重量％〜約３５重量％の範囲の量で、バッチ混合物に組み込まれる。
【００３１】
液体ビヒクルは有機結合剤のための溶媒として作用し、一般に、バッチの押出しを容易にするために、母体材の可塑化されたバッチ組成物に、流動可能またはペースト状の粘度を提供する。本明細書に記載される実施形態において、脱イオン水が液体ビヒクルとして利用される。しかし、有機結合剤に対して溶解作用を示すその他の液体ビヒクルが、水に代わるものとして、または水に加えて使用されてもよいことも理解すべきである。母体材の可塑化されたバッチにおける液体ビヒクルの量は、バッチの所望のレオロジに従い変化してもよい。いくつかの実施形態において、液体ビヒクルは、バッチの重量で約１．０重量％〜５０重量％の量で、付加物としてバッチに存在する。他の実施形態において、液体ビヒクルは、バッチの重量で１．０重量％から２０重量％の量で、付加物としてバッチに存在する。バッチの液体成分の極小化により、後続の乾燥中、望ましくない乾燥収縮およびクラック形成が減少する。
【００３２】
収着剤、液体ビヒクル、有機結合剤、および無機粘結剤に加えて、可塑化されたバッチ組成物は、たとえば潤滑油などの、１つ以上の任意選択の形成または加工助剤も含んでもよい。例示的な潤滑油は、トール油、ステアリン酸ナトリウム、Ｄｕｒａｓｙｎ  １６２（ポリアルファオレフィン）、またはその他の好適な潤滑油、および／またはその組合せを含む。可塑化されたバッチ混合物に存在する潤滑油の量は、バッチの重量で約０．１重量％〜約１０重量％であってもよい。
【００３３】
本明細書に記載される実施形態において、母体材の可塑化されたバッチは、最初に収着剤と有機結合剤とを乾混合することにより形成される。混合は、Ｔｕｒｂｕｌａミキサーなどの三軸ミキサーを利用して行われてもよい。その後、バッチ組成物の残りの成分（すなわち、無機粘結剤、液体ビヒクル、および加工助剤）は、収着剤と有機結合剤とのドライミックスに加えられ、すり棒で混合されて、押出可能なペースト（すなわち、母体材の可塑化されたバッチ組成物）を形成する。
【００３４】
本明細書に記載される収着剤基体の収着剤フィラメントを形成するために、支持材の可塑化されたバッチも、母体材の可塑化されたバッチに加えて形成される。支持材は、母体材との共押出プロセスにおいて、貫通チャンネルの形状を形成および保持するために利用される。本明細書に記載される実施形態において、支持材の可塑化されたバッチは、一般に、支持材、および潤滑油などの１つ以上の加工助剤を含む。しかし、支持材の可塑化されたバッチが、収着剤フィラメントの形成後、選択される支持材のタイプおよび支持材の所望の特性に従い、その他の成分（たとえば、粘結剤、液体ビヒクル、ポア形成など）を含んでもよいことは理解すべきである。
【００３５】
本明細書に記載される実施形態において、支持材は収着剤フィラメントから最終的に除去されるため、支持材は散逸性材料である。したがって、支持材は、収着剤フィラメントに損傷を与えることなく、収着剤フィラメントから容易に除去可能でなければならない。本明細書に記載される実施形態において、支持材は、天然または合成脂肪酸、多価アルコールおよび／またはエステル、パラフィン、天然または合成炭化水素ワックス、または合成熱可塑性プラスチック高分子材料などの、熱軟化可能な材料を含んでもよい。支持材がワックスである実施形態において、ワックスはマイクロクリスタリンワックスまたはクリスタリンワックスでもよい。たとえば、好適なワックス材料は、Ｂａｒｅｃｏにより製造されるＵｌｔｒａｆｌｅｘワックスまたはＶｉｃｔｏｒｙワックス、Ｃｈｅｍｔｕｒａにより製造されるＷｉｔｃｏ  Ｗ−４４５ワックスまたはＷｉｔｃｏ  Ｗ−８３５ワックスなどのマイクロクリスタリンワックスを含むが、これに限定されるものではない。あるいは、支持材は加熱時に昇華する材料でもよく、硫黄または同様の材料を含むが、これに限定されるものではない。支持材は、一般に、バッチの重量で７５重量％より大きい量で、支持材の可塑化されたバッチに存在する。たとえば、散逸性材料は、バッチの重量で８０重量％より大きい、または９０重量％よりも大きい量で存在してもよい。
【００３６】
さらに、支持材がワックスなどの散逸性材料である実施形態において、支持材のバッチは、潤滑油などの加工助剤をさらに含んでもよい。好適な潤滑油は、トール油、グラファイト、および／またはその組合せを含むが、これに限定されるものではない。これらの加工助剤は、一般に、バッチの２５重量％より少ない量で、バッチ組成物に存在する。いくつかの実施形態において、加工助剤は、バッチの１０重量％より少ない量で、バッチに存在する。
【００３７】
支持材がワックスである実施形態において、支持材の可塑化されたバッチは、溶融ワックスを形成するためのワックスを加熱することによって形成される。その後、加工助剤がワックスに加えられ、バッチを固めるために、バッチは混合および冷却される。
【００３８】
前述のように、いくつかの実施形態において、基体の貫通チャンネル１０４は、金属または金属酸化物などの第２の収着剤で被覆されてもよい。例示的な材料は、炭酸カリウムおよび炭酸ナトリウムなどのアルカリ炭酸塩を含むが、これに限定されるものではない。この第２の収着剤は、支持材の可塑化されたバッチに加えられてもよく、支持材が収着剤フィラメントから除去されるとき、第２の収着剤の一部は貫通チャンネルの壁に残る。
【００３９】
１つの実施形態において、母体材の可塑化されたバッチの形成および支持材の可塑化されたバッチの形成の後、材料の各バッチは、母体材を支持材と共押出しすることで収着剤フィラメントを形成する前に、別々にロッドに押し出される。たとえば、１つの実施形態において、母体材の可塑化されたバッチは、円筒状母体ロッドに押し出される。同様に、支持材の可塑化されたバッチは、円筒形チャンネルロッドに共押出しされてもよい。共押出によって収着剤フィラメントを形成する前に、母体材の可塑化されたバッチと支持材の可塑化されたバッチとを別々に押し出すことにより、それぞれのバッチ混合物の均質性が向上する。
【００４０】
ここで図３を参照すると、母体材の可塑化されたバッチおよび支持材の可塑化されたバッチが形成されて、任意選択的にロッドに押し出された後、バッチ材料は、支持材を含有するチャンネルを有する収着剤の母体を備える収着剤フィラメントを形成するために、共押出しされる。本明細書に記載される実施形態において、収着剤フィラメントは、図３に概略的に示される共押出ダイ１２０を使用して形成される。共押出ダイ１２０は、一般に、支持材の可塑化されたバッチ、または支持材から形成される支持ロッドを受け入れるための第１の入口１２２と、母体材の可塑化されたバッチ、または母体材から形成される母体ロッドを受け入れるための第２の入口１２４とを備える。本明細書に記載される実施形態において、第１の入口１２２および第２の入口１２４は、加圧下で共押出ダイ１２０に母体材および支持材を輸送するラム式押出機またはスクリュー式押出機のいずれかに連結されてもよい。たとえば、母体材の可塑化されたバッチおよび支持材の可塑化されたバッチが、収着剤フィラメントの形成前にロッドに別々に押し出される実施形態において、ラム式押出機は、それぞれの入口１２２、１２４に材料を輸送するために利用される。しかし、母体材の可塑化されたバッチおよび支持材の可塑化されたバッチが、収着剤フィラメントの形成前にロッドに別々に押し出されない実施形態において、スクリュー式押出機またはラム式押出機のいずれかが、それぞれの入口１２２、１２４に材料を輸送するために利用される。
【００４１】
支持材の流動１５０は、入口１２２で共押出ダイ１２０に入り、加圧下で共押出ダイ１２０の内側チャンバ１２６に流れ込む。同時に、母体材の流動１５２は、入口１２４で共押出ダイ１２０に入り、加圧下で外側チャンバ１２８に流れ込む。内側チャンバ１２６と外側チャンバ１２８とは、支持材の流動１５０と母体材の流動１５２との混合を防ぐ壁により分離される。支持材の流動１５０に加えられる押出圧力は、成形型１３０のノズル１３４を通して、支持材を押しやり、それにより支持材の流動１５０は、成形型１３０から送出して成形チャンバ１３６に導入する複数の個々のロッドに形を変える。同時に、母体材の流動１５２に加えられる押出圧力は、成形型１３０のノズル１３４のまわりおよび成形チャンバ１３６に母体材を押しやる。母体材が成形チャンバ１３６に入ると、母体材は成形型１３０のノズル１３４のまわりで圧縮されて、それによりノズル１３４から送出される支持材のロッドをおおい、収着剤の母体に支持材のチャンネルを備える複合押出物が形成される。
【００４２】
その後、支持材の流動１５０および母体材の流動１５２に対する継続した押出圧力が、複合押出物の全径ならびに複合押出物に含有される支持材のロッドの直径を縮小させる円錐形減径型１３２に複合押出物を押しやり、それにより出口１３５で減径型１３２から送出される収着剤フィラメントが形成される。
【００４３】
ここで図４Ａ〜図４Ｃを参照すると、図３に示される共押出ダイを用いて形成される例示的な収着剤フィラメントが、概略的に示される。具体的には、図４Ａは１つの実施形態である、矩断面を有する収着剤フィラメント１０２ａを概略的に示し、図４Ｂは第２の実施形態である、円形断面を有する収着剤フィラメント１０２ｂを概略的に示し、そして、図４Ｃは第３の実施形態である、八角形断面を有する収着剤フィラメント１０２ｃを概略的に示す。収着剤フィラメントのそれぞれは、前述したように、複数の貫通チャンネル１０４が形成される収着剤１０６の母体を備える。図４Ａ〜図４Ｃに示される収着剤フィラメント１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの実施形態において、貫通チャンネル１０４は支持材１１０を含有する。収着剤フィラメントの断面形状は、減径型１３２（図３）の断面形状により決定される。したがって、さまざまな断面形状を有する収着剤フィラメントが、所望の断面を有する減径型を使用することにより形成され得ることを理解すべきである。
【００４４】
さらに、収着剤フィラメントの寸法（すなわち、収着剤フィラメントの最大外径Ｄ、および貫通チャンネルの直径ｄ）も、収着剤フィラメントを形成するために利用される減径型の形状寸法、材料に含有される粘結剤の流動性、押出機の最大圧力、および収着剤の粒度により制御される。本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、収着剤フィラメントの最大外径Ｄ（すなわち、フィラメントの外周上の２点間の最大距離）は収着剤の粒度の２１倍程度の大きさでもよい。しかし、本明細書に記載される他の実施形態において、収着剤フィラメントは１ｍｍ≦Ｄ≦５０ｍｍの最大外径Ｄを有し、一方、他の実施形態において、収着剤フィラメントの最大外径Ｄは２ｍｍ≦Ｄ≦１５ｍｍである。
【００４５】
さらに、各収着剤フィラメントに形成される貫通チャンネル１０４の数および直径ｄが、成形型１３０（図３）のノズルの数およびサイズに依存していることを理解すべきである。たとえば、数十マイクロメートルのオーダーの直径ｄを有する２２００もの貫通チャンネルが、約３３ｍｍの最大部直径Ｄを有する収着剤フィラメント（すなわち、２．４ｍｍ×２．４ｍｍの矩断面の収着剤フィラメント）に形成され得ることが意図されている。
【００４６】
１つの実施形態において、収着剤フィラメントが、母体材の可塑化されたバッチを支持材の可塑化されたバッチと共押出しすることによって形成された後、収着剤フィラメントは、後続の積層工程での個々の収着剤フィラメントの結合を容易にするために、結合剤で任意選択的に被覆されてもよい。結合剤は、比較的低い融点を有するアルミナ、シリカ、クレイ、セリア、リン酸アルミニウム、ガラスフリット、ジオポリマ、または同様の無機結合剤などの無機結合剤でもよい。あるいは、結合剤は、たとえばフェノール樹脂などの、有機結合剤でもよい。結合剤のコーティングの最小厚さは、一般に、結合剤の粒度の３倍である。１つの実施形態において、結合剤は、コロイド懸濁液でフィラメントに塗布される７０μｍの粒度を有するアルミナを備え、各収着剤フィラメントは、少なくとも２１０μｍの厚さを有するアルミナコーティングを備える。
【００４７】
ここで図５を参照すると、収着剤フィラメント１０２が形成されて、任意選択的に結合剤で被覆された後、フィラメント集合体を形成するために、フィラメントは積み重ねられ、分割型フレーム１３９内で軸方向に整列される。分割型フレームは、結果として生じる収着剤基体の所望の形状に対応するように成形される。たとえば、図５に示される実施形態において、収着剤フィラメント１０２は、四角い分割型フレーム１３９内で積み重ねられ、図１に示されるような矩断面を有する収着剤基体を生成するために使用され得るフィラメント集合体を形成する。しかし、異なる幾何学的形状のフレームが利用されてもよいことを理解すべきである。たとえば、１つの実施形態において、フレームの形状は円筒状でもよく、複数の半円筒状セグメントを備えてもよい。図５に示される分割型フレーム１３９の実施形態において、分割型フレーム１３９は、一般に、第１のセグメント１４０ａ、第２のセグメント１４０ｂ、第３のセグメント１４０ｃ、および第４のセグメント１４０ｄを備え、それぞれのセグメントは収着剤フィラメントに対して別々に配置されてもよい。管路が収着剤基体に含まれる実施形態において、管路は収着剤フィラメントの間で分割型フレームに積み重ねられ、収着剤フィラメントと軸方向に整列してもよい。
【００４８】
収着剤フィラメントおよび任意の管路が分割型フレーム１３９内で積み重ねられ、軸方向に整列させられると、放射状方向の圧縮力Ｆがフレームのセグメント１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄのそれぞれに加えられ、フレームを圧縮し、収着剤フィラメント１０２を所望の形状を有するフィラメント集合体に成形する。フィラメントが積み重ねられたとき、収着剤フィラメントが円形であるか、収着剤フィラメント間に間隙を生成する幾何学的形状を有する実施形態において、分割型フレームに加えられる圧縮力Ｆは、収着剤フィラメント１０２間の間隙を除去するのに十分でもよい。圧縮力Ｆは、バンドクランプなどの機械的クランプ（図示せず）で、分割型フレーム１３９に加えられ、分割型フレーム１３９およびその中に含有される収着剤フィラメント１０２が平衡に圧縮されてもよい。あるいは、圧縮力は、１つ以上の液体ラムにより分割型フレームに加えられてもよい。収着剤フィラメントの貫通チャンネルに含有される支持材は、圧縮プロセス中に貫通チャンネルがつぶれることを防ぐ。いくつかの実施形態において、フィラメントおよびフレームは、隣接する収着剤フィラメント１０２間の接合を向上するために、圧縮力Ｆの適用前および適用中、真空下に配置されてもよい。
【００４９】
その後、圧縮された収着剤フィラメントを備えるフィラメント集合体は、集合体から水を除去するために乾燥される。たとえば、フィラメント集合体は、炉にフィラメント集合体を配置し、フィラメント集合体を乾燥温度Ｔｄまで加熱し、所定の時間、この温度で集合体を維持することによって乾燥されてもよい。いくつかの実施形態において、乾燥温度Ｔｄは、約９０℃〜約１５０℃の範囲でもよい。これらの実施形態において、乾燥時間は約１２時間でもよい。
【００５０】
いくつかの実施形態において、貫通チャンネルに配置される支持材の融解または昇華温度は、乾燥温度範囲内でもよい。これらの実施形態において、支持材は、乾燥中に、融解および集合体からの排出が開始されてもよい。よって、フィラメント集合体は、融解した支持材のフィラメント集合体からの排出を容易にするために、乾燥中、ある角度をなして配置されてもよい。
【００５１】
他の実施形態において、支持材は、乾燥温度Ｔｄより大きい融解温度を有してもよい。これらの実施形態において、集合体が乾燥された後、フィラメント集合体を支持材の融解温度を上回る温度まで加熱する別の工程が、貫通チャンネルから支持材を除去するために利用されてもよい。さらに別の実施形態において、支持材は、別の接合工程の間に、フィラメント集合体から除去されてもよい。いくつかの実施形態において、乾燥した集合体は真空下に配置され、支持材を真空熱分解するのに好適な温度に加熱される。
【００５２】
フィラメント集合体が乾燥された後、フィラメント集合体はフレームから取り外され、母体材を無機粘結剤で結合し、複数の収着剤フィラメントを結合剤で互いに接合するために加熱され、それにより収着剤基体が形成される。本明細書に記載される収着剤基体の実施形態において、基体は、母体材に含有される無機粘結剤で母体材を結合し、同時に互いに個々のフィラメントを結合するのに十分な温度まで加熱される。たとえば、無機粘結剤がシリカまたはシリコーンエマルジョンである実施形態において、フィラメント集合体は、２５０℃≦Ｔ≦８００℃の温度Ｔまで加熱されてもよい。この温度範囲は、結合剤によってフィラメントを結合するためにも好適である。無機粘結剤がシリコーンエマルジョンである実施形態において、フィラメント集合体は、部分的または完全にエマルジョンのシリコーンをシリカに酸化させるのに十分な温度まで加熱され、その温度で保持されてもよい。たとえば、フィラメント集合体は、約５００℃を超える、たとえば約５００℃〜約７００℃の温度に加熱され、ほぼすべてのシリコーンをシリカにし、それにより収着剤を結合するために、３時間保持されてもよい。あるいは、フィラメント集合体は２５０℃の温度まで加熱され、シリコーンを架橋し、それにより収着剤を結合するために、３時間保持されてもよい。
【実施例】
【００５３】
本明細書に記載される収着剤基体の形成方法は、以下の実施例を参照してさらに明らかになるであろう。
【００５４】
実施例１
母体材の可塑化されたバッチは、Ｚｅｏｌｙｓｔにより製造されるＣＢＦ  ３０２４Ｅ  ＺＳＭ−５ゼオライト、Ｗａｃｋｅｒ−Ｃｈｅｍｉｅ  ＧｍｂＨにより製造されるＭ９７Ｅシリコーンエマルジョン、Ｈｅｒｃｕｌｅｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄにより製造されるＣｕｌｍｉｎａｌ  ７２４ヒドロキシプロピルメチルセルロース粘結剤、Ｉｎｅｏｓ  Ｇｒｏｕｐ  Ｌｔｄ．により製造されるＤｕｒａｓｙｎ  １６２潤滑油、ＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃｏにより製造されるトール油、および脱イオン水から形成された。具体的には、ゼオライトとヒドロキシプロピルメチルセルロース粘結剤とは、Ｎａｌｇｅｎｅ容器内で三軸ミキサーにより乾混合された。残りの成分（すなわち、シリコーンエマルジョン、潤滑油、トール油および脱イオン水）は、母体材の押出可能な可塑化されたバッチを形成するために、装輪プラウ粉砕機を使用して、乾燥粉末混合物に混ぜ入れられた。結果として生じるバッチは、収着剤として５６．８重量％のゼオライト、無機粘結剤として３４．１重量％のシリコーンエマルジョン、有機結合剤として３．４重量％のヒドロキシプロピルメチルセルロース、１．１重量％のＤｕｒａｓｙｎ  １６２潤滑油、０．６重量％のトール油潤滑油、および液体ビヒクルとして４．０重量％の脱イオン水を備えた。
【００５５】
また、支持材の可塑化されたバッチは、Ｂａｒｅｃｏにより製造されるＵｌｔｒａｆｌｅｘマイクロクリスタリンワックス、ＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃｏにより製造されるトール油、およびＡｓｂｕｒｙ  Ｃａｒｂｏｎｓにより製造されるＭｉｃｒｏ  ４５０グラファイト潤滑油から形成された。具体的には、ワックスは融解されてトール油と混合され、グラファイトは後続的に混合物に加えられた。その後、混合物は冷却され、固められた。結果として生じる支持材の可塑化されたバッチは、支持材として９０．９重量％のワックス、潤滑油として６．４重量％のトール油、および潤滑油として２．７重量％のグラファイトを備えた。
【００５６】
母体材の可塑化されたバッチは１０ミリメートルの母体ロッドに押し出され、支持材の可塑化されたバッチは１０ミリメートルのチャンネルロッドに押し出された。母体ロッドおよびチャンネルロッドは、円形断面である複数の直径２ｍｍの収着剤フィラメントを生成するためのラム押出機を備え、フィラメント内を軸方向に延在する７つの直径１５０μｍの、支持材で充填される貫通チャンネルを有する、図３に示される共押出ダイに、送られた。
【００５７】
複数の収着剤フィラメントは７０μｍの粒度を有するアルミナスラリーで被覆され、各収着剤フィラメントのまわりに２１０μｍ厚さのアルミナコーティングが形成された。次に、収着剤フィラメントは積み重ねられ、円筒状で二部分から成る分割型フレーム内で軸方向に整列され、１０１．６ｍｍの直径を有する円形のフィラメント集合体を形成するために、円筒状フレームのまわりに巻き付けられたバンドクランプで圧縮された。フィラメント集合体は、支持材が貫通チャンネルから排出されるように集合体が２５度の角度に傾けられたまま、熱対流炉で９０℃の温度で１２時間乾燥された。
【００５８】
その後、フィラメント集合体は分割型フレームから取り外され、７００℃の温度まで加熱されて、隣接する収着剤フィラメントを結合し、各収着剤フィラメントの収着剤の母体を結合するために３時間その温度で保持され、それにより１０１．６ｍｍの直径、９１ｃｍの長さを有し、複数の直径１５０μｍの貫通チャンネルを備える収着剤基体が作成された。
【００５９】
ここで図６を参照すると、本明細書に記載される収着剤基体は、図６に示されるＣＯ２回収装置などのＣＯ２回収装置で使用されてもよい。具体的には、収着剤基体１００は、プロセスガス入口２１２、プロセスガス出口２１４、制御流体入口マニホールド２０８に連結される制御流体入口２０４、および制御流体出口マニホールド２１０に連結される制御流体出口２０６を含むＣＯ２回収装置２００の圧力容器２０２に配置される。収着剤基体１００は圧力容器２０２の内部に配置され、収着剤基体の貫通チャンネル１０４は、基体の一方の端部で制御流体入口マニホールド２０８に、および基体の反対の端部で制御流体出口マニホールド２１０に流体連結される。
【００６０】
動作時には、ＣＯ２は、プロセスガス入口２１２を通してＣＯ２回収装置２００にプロセスガス流２１８を連結することによって、プロセスガス流２１８から除去できる。プロセスガス流２１８が収着剤基体１００の孔に浸透し、それを通して拡散すると、プロセスガス流２１８のＣＯ２は収着剤によって吸着され、プロセスガス流は、ＣＯ２のないプロセスガス流２２０としてプロセスガス出口２１４を通して圧力容器２０２から送出される。収着剤によるＣＯ２の吸着は、熱を生成する。したがって、プロセスガスが圧力容器２０２の中を流れると同時に、制御流体２１６、特に窒素ガスまたは水などの冷却流体が制御流体入口２０４に送られ、制御流体２１６は制御流体入口マニホールド２０８を通して収着剤基体１００の貫通チャンネル１０４の中に流れ、そして、制御流体出口マニホールド２１０および制御流体出口２０６を通してＣＯ２回収システムから送出され、それにより収着剤基体１００によるＣＯ２の吸着によって生成される熱を放散する。
【００６１】
時間とともに、収着剤基体１００はＣＯ２で飽和し、再生を必要とする。収着剤基体を再生させるために、制御流体２１６、特に、水蒸気などの加熱された気体または蒸気、または水などの加熱された液体が、制御流体入口２０４に送られ、制御流体２１６は制御流体入口マニホールド２０８を通して収着剤基体１００の貫通チャンネル１０４の中に流れ、そして、制御流体出口マニホールド２１０および制御流体出口２０６を通してＣＯ２回収システムから送出される。加熱された制御流体は、収着剤基体の収着剤からＣＯ２の脱離を引き起こす収着剤基体に、熱エネルギーを供給する。同時に、窒素などのパージガスが、プロセスガス入口２１２を通して圧力容器２０２に送られる。パージガスは収着剤基体の多孔性収着剤に浸透して、それを通して拡散し、収着剤から解放されるＣＯ２を洗い流し、プロセスガス出口２２０を通して圧力容器２０２からＣＯ２を運び出す。
【００６２】
ここで図７を参照すると、本明細書に記載される収着剤基体は、図７に示されるＣＯ２回収装置２０１などの、代わりの構成によるＣＯ２回収装置でも使用されてもよい。具体的には、貫通チャンネル１０４および管路１０８を備える収着剤基体１００は、ＣＯ２回収装置２０１の圧力容器２０２に配置される。プロセスガス入口マニホールド２４０およびプロセスガス出口マニホールド２４２は、圧力容器２０２、および収着剤基体１００の貫通チャンネル１０４に流体連結され、プロセスガス入口マニホールド２４０の中を流れるプロセスガス流２１８は、貫通チャンネル１０４を通過し、ＣＯ２のないガスとしてプロセスガス出口マニホールド２４２を通してＣＯ２回収装置２０１から送出される。制御流体入口マニホールド２０８および制御流体出口マニホールド２１０は、収着剤基体１００を通して延在する管路１０８に流体連結されるが、収着剤基体１００の収着剤および流動貫通チャンネル１０４からは流体的に隔離される。制御流体入口マニホールド２０８を通る制御流体２１６は管路を通過し、制御流体出口マニホールド２１０を通してＣＯ２回収装置２０１から送出される。
【００６３】
動作時には、ＣＯ２は、プロセスガス入口マニホールド２４０を通してＣＯ２回収装置２０１にプロセスガス流２１８を連結することによって、プロセスガス流２１８から除去できる。プロセスガス流２１８が収着剤基体１００の貫通チャンネル１０４を通過すると、プロセスガス流２１８のＣＯ２は収着剤によって吸着され、プロセスガス流は、ＣＯ２のないプロセスガス流２２０としてプロセスガス出口マニホールド２４２を通して圧力容器２０２から送出される。収着剤によるＣＯ２の吸着は、熱を生成する。したがって、プロセスガスが圧力容器２０２の中を流れると同時に、制御流体２１６、特に窒素ガスまたは水などの冷却流体が制御流体入口マニホールド２０８に送られて、管路１０８を通過し、そして、制御流体出口マニホールド２１０を通してＣＯ２回収システムから送出され、それにより収着剤基体１００によるＣＯ２の吸着によって生成される熱を放散する。
【００６４】
時間とともに、収着剤基体１００はＣＯ２で飽和し、再生を必要とする。収着剤基体を再生させるために、制御流体２１６、特に、水蒸気などの加熱された気体または蒸気、または水などの加熱された液体が、制御流体入口マニホールド２０８、収着剤基体１００の貫通チャンネル１０４に送られ、そして、制御流体出口マニホールド２１０を通してＣＯ２回収システムから送出される。加熱された制御流体は、収着剤基体の収着剤からＣＯ２の脱離を引き起こす収着剤基体に、熱エネルギーを供給する。同時に、窒素などのパージガスが、プロセスガス入口マニホールド２４０を通して圧力容器２０２に送られる。パージガスは、収着剤から解放されるＣＯ２を、収着剤基体１００から洗い流し、それによりプロセスガス出口マニホールド２４２を通して圧力容器２０２からＣＯ２を運び出す。
【００６５】
ここで、本明細書に記載される方法が、複数の収着剤フィラメントから収着剤基体を形成するために利用されてもよく、収着剤基体はプロセスガス流からＣＯ２を除去するために好適であることを理解すべきである。具体的には、収着剤を支持材と共押出しすることによって個々の収着剤フィラメントを形成することは、押出プロセスの間または収着剤基体の後続の集合体の間に貫通チャンネルをつぶすことなく、収着剤フィラメントのそれぞれを複数の貫通チャンネルとともに形成することを容易にする。結果として、収着剤フィラメントから構成される収着剤基体は、高密度の貫通チャンネルを有し、ＣＯ２が収着剤フィラメントの収着剤によって吸着されるように、収着剤基体を効率的に冷却するために使用されてもよく、基体の収着剤で捕捉されるＣＯ２を除去するために、後続の収着剤基体の再生時に、収着剤基体を効率的に加熱するために使用されてもよい。
【００６６】
第１の態様において、本開示は、ＣＯ２捕捉のための収着剤基体（１００）の形成方法であって、ガス流からＣＯ２を吸着するための収着剤（１０６）から複数の母体ロッドを形成する工程と、支持材から複数のチャンネルロッドを形成する工程と、複数の母体ロッドを複数のチャンネルロッドと共押出しして、複数の収着剤フィラメント（１０２）のそれぞれの軸方向に延在する支持材（１１０）のチャンネル（１０４）を備える収着剤（１０６）の母体を備える複数の収着剤フィラメント（１０２）を形成する工程と、フィラメント集合体で軸方向に整列される複数の収着剤フィラメント（１０２）を積み重ねて、フィラメント集合体を形成する工程と、フィラメント集合体の複数の収着剤フィラメント（１０２）を互いに接合して、収着剤基体（１００）を形成する工程とを含む方法を提供する。
【００６７】
第２の態様において、本開示は、ＣＯ２捕捉のための収着剤基体（１００）の形成方法であって、プロセスガス流からＣＯ２を吸着するための収着剤（１０６）を備える母体材の可塑化されたバッチを形成する工程と、散逸性材料の可塑化されたバッチを形成する工程と、母体材の可塑化されたバッチを散逸性材料の可塑化されたバッチと共押出しして、複数の収着剤フィラメント（１０２）のそれぞれの軸方向に延在する散逸性材料のチャンネル（１０４）を有する収着剤（１０６）の母体を備える複数の収着剤フィラメント（１０２）を形成する工程と、フィラメント集合体で軸方向に整列される複数の収着剤フィラメント（１０２）を積み重ねて、フィラメント集合体を形成する工程と、フィラメント集合体を圧縮する工程と、フィラメント集合体から散逸性材料を除去して、複数の収着剤フィラメント（１０２）のそれぞれに複数の貫通チャンネル（１０４）を形成する工程と、複数の収着剤フィラメント（１０２）が互いに接合するようにフィラメント集合体を加熱して、収着剤基体（１００）を形成する工程とを含む方法を提供する。
【００６８】
第３の態様において、本開示は、支持材（１１０）は散逸性材料であり、前記方法は複数の収着剤フィラメント（１０２）から散逸性材料を除去し、それにより複数の収着剤フィラメント（１０２）に貫通チャンネル（１０４）を形成する工程をさらに含む第１の態様の方法を提供する。
【００６９】
第４の態様において、本開示は、複数の収着剤フィラメント（１０２）を積み重ねる前に、複数の収着剤フィラメント（１０２）を結合剤で被覆して、フィラメント集合体を形成する工程をさらに含む第１〜第３の態様のいずれかの方法を提供する。
【００７０】
第５の態様において、本開示は、結合剤はアルミナ粉末のスラリーを含む第４の態様の方法を提供する。
【００７１】
第６の態様において、本開示は、フィラメント集合体を放射状に圧縮する工程をさらに含む第１の態様、または第３〜第５の態様のいずれかの方法を提供する。
【００７２】
第７の態様において、本開示は、複数の収着剤フィラメント（１０２）が、フィラメント集合体を加熱することによって、互いに接合される第１の態様、および第３〜第６の態様のいずれかの方法を提供する。
【００７３】
第８の態様において、本開示は、フィラメント集合体が、２５０℃≦Ｔ≦８５０℃の範囲で温度Ｔまで加熱される第７の態様の方法を提供する。
【００７４】
第９の態様において、本開示は、収着剤（１０６）の母体が、２０％≦Ｐ１％≦７０％の第１の気孔率Ｐ１％を有する第１〜第８の態様のいずれかの方法を提供する。
【００７５】
第１０の態様において、本開示は、収着剤基体（１００）が、２５％≦Ｖ≦７５％の孔隙率Ｖを有する第１〜第９の態様のいずれかの方法を提供する。
【００７６】
第１１の態様において、本開示は、１つ以上の管路（１０８）を複数の収着剤フィラメント（１０２）とともに積み上げて、フィラメント集合体を形成する工程をさらに含む第１〜第１０の態様のいずれかの方法を提供する。
【００７７】
第１２の態様において、本開示は、複数の収着剤フィラメント（１０２）を互いに接合する前にフィラメント集合体を乾燥させる工程をさらに含む第１〜第１１の態様のいずれかの方法を提供する。
【００７８】
第１３の態様において、本開示は、フィラメント集合体は、フィラメント集合体を乾燥温度Ｔｄまで加熱することによって乾燥され、９０℃≦Ｔｄ≦１５０℃である第１２の態様の方法を提供する。
【００７９】
第１４の態様において、本開示は、複数の収着剤フィラメント（１０２）が積み重ねられるとき、複数の収着剤フィラメント（１０２）の間に、収着剤（１０６）以外の材料から形成される少なくとも１つの管路（１０８）を配置する工程をさらに含む第１〜第１０の態様、および第１２〜第１３の態様のいずれかの方法を提供する。
【００８０】
第１５の態様において、本開示は、母体材の可塑化されたバッチは、約３０重量％〜約７５重量％の収着剤（１０６）と、約２０重量％〜約４０重量％の無機粘結剤と、約１重量％〜約１０重量％の有機結合剤とを備える第２〜第１４の態様のいずれかの方法を提供する。
【００８１】
第１６の態様において、本開示は、複数の貫通チャンネル（１０４）のそれぞれが、２０μｍ≦ｄ≦２０００μｍの直径ｄを有する第１〜第１５の態様のいずれかの方法を提供する。
【００８２】
第１７の態様において、本開示は、ＣＯ２捕捉のための収着剤基体（１００）であって、収着剤基体（１００）は、複数の収着剤フィラメント（１０２）を備え、複数の収着剤フィラメント（１０２）の各収着剤フィラメント（１０２）は、複数の貫通チャンネル（１０４）が形成される収着剤（１０６）の母体を備え、複数の貫通チャンネル（１０４）は、各収着剤フィラメント（１０２）の第１端から各収着剤フィラメント（１０２）の第２端へ、各収着剤フィラメント（１０２）の軸方向に収着剤（１０６）の母体を貫通し、ここで、収着剤（１０６）は、ガス流からＣＯ２を吸着することが可能であり、複数の収着剤フィラメント（１０２）は互いに軸方向に整列して、複数の収着剤フィラメント（１０２）の複数の貫通チャンネル（１０４）は互いにほぼ平行であり、複数の収着剤フィラメント（１０２）の各収着剤フィラメント（１０２）は、少なくとも１つの他の収着剤フィラメントに接合される収着剤基体（１００）を提供する。
【００８３】
第１８の態様において、本開示は、複数の収着剤フィラメント（１０２）と軸方向に整列する少なくとも１つの管路（１０８）をさらに含み、ここで、少なくとも１つの管路（１０８）は、収着剤（１０６）以外の材料から形成される第１７の態様の収着剤基体（１００）を提供する。
【００８４】
第１９の態様において、本開示は、収着剤基体（１００）は、２０％≦Ｐ１％≦７０％の気孔率Ｐ１％を有する第１７の態様または第１８の態様の収着剤基体（１００）を提供する。
【００８５】
第２０の態様において、本開示は、収着剤基体（１００）は、２５％≦Ｖ≦７５％の孔隙率Ｖを有する第１７〜第１９の態様のいずれかの収着剤基体（１００）を提供する。
【００８６】
さまざまな修正変更が、クレームする主題の精神と範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態に行われることが可能であることは、当業者にとって明らかである。したがって、このような修正変更が、特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内となるならば、本明細書が、本明細書に記載されるさまざまな実施形態の修正変更を対象として含むことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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