(57)【要約】  ＣＯ２を流体流から吸着する反応器は、流体入口および流体出口を有する反応器筐体を含む。反応器はまた、反応器筐体の内部に位置付けられた入口セラミックハニカム構造および出口セラミックハニカム構造を含む。入口および出口セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含む。入口セラミックハニカム構造は入口ＣＯ２量を吸着することができ、出口セラミックハニカム構造は出口ＣＯ２量を吸着することができる。入口ＣＯ２量は出口ＣＯ２量より大きい。
2015511887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２を流体流から吸着する反応器において、
流体入口および流体出口を有する反応器筐体と、
前記反応器筐体の内部の前記流体入口に近接する位置に位置付けられた入口セラミックハニカム構造であって、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、入口ＣＯ２量を吸着できる、入口セラミックハニカム構造と、
前記反応器筐体内部の、前記軸方向に前記入口セラミックハニカム構造からずらされ、前記反応器筐体の前記流体出口に近接する位置に位置付けられた出口セラミックハニカム構造であって、前記軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、前記入口ＣＯ２量より少ない出口ＣＯ２量を吸着できる、出口セラミックハニカム構造と、
を含むことを特徴とする反応器。
【請求項２】
前記反応器筐体の内部の、前記入口セラミックハニカム構造と前記出口セラミックハニカム構造との間の軸方向の位置に位置付けられた第一の中間セラミックハニカム構造をさらに含み、
前記第一の中間セラミックハニカム構造が、前記軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、
前記第一の中間セラミックハニカム構造が、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、前記第一の中間セラミックハニカム構造が、第一の中間ＣＯ２量を吸着でき、前記第一の中間ＣＯ２量が、前記出口ＣＯ２量より大きく、前記入口ＣＯ２量より小さい
ことを特徴とする、請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記反応器筐体の内部の、前記第一の中間セラミックハニカム構造と前記出口セラミックハニカム構造との間の軸方向の位置に位置付けられた第二の中間セラミックハニカム構造をさらに含み、
前記第二の中間セラミックハニカム構造が、前記軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、
前記第二の中間セラミックハニカム構造が、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、前記第二の中間セラミックハニカム構造が、第二の中間ＣＯ２量を吸着でき、前記第二の中間ＣＯ２量が、前記出口ＣＯ２量より大きく、前記第一の中間ＣＯ２量より小さい
ことを特徴とする、請求項２に記載の反応器。
【請求項４】
ＣＯ２を流体流から吸着する反応器において、
流体入口および流体出口を有する反応器筐体と、
前記反応器筐体の内部の前記流体入口に近接する位置に位置付けられた入口セラミックハニカム構造であって、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、ＣＯ２との結合を形成して前記入口セラミックハニカム構造が入口質量移動速度を有するようにＣＯ２を吸着する材料を含む、入口セラミックハニカム構造と、
前記反応器筐体内部の、軸方向に前記入口セラミックハニカム構造からずらされ、前記反応器筐体の前記流体出口に近接する位置に位置付けられた出口セラミックハニカム構造であって、前記軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、ＣＯ２との結合を形成して前記出口セラミックハニカム構造が出口質量移動速度を有するようにＣＯ２を吸着する材料を含む、出口セラミックハニカム構造と、
を含み、
ＣＯ２を含む流体流の質量流速が一定であると、前記入口質量移動速度は前記出口質量移動速度より速い、反応器。
【請求項５】
前記入口セラミックハニカム構造が入口セル密度を有し、前記出口セラミックハニカム構造が出口セル密度を有し、前記入口セル密度が前記出口セル密度より大きいことを特徴とする、請求項１〜４に記載の反応器。
【請求項６】
流体流からＣＯ２を除去する方法において、
反応器（１００）であって、該反応器（１００）が、流体入口（１０４）および流体出口（１０６）を有する反応器筐体（１０２）と、前記反応器筐体（１０２）の内部の前記反応器筐体（１０２）の前記流体入口（１０４）に近接する位置に位置付けられた入口セラミックハニカム構造（１１０）と、前記反応器筐体（１０２）の内部の、前記入口セラミックハニカム構造（１１０）から軸方向にずれ、前記反応器筐体（１０２）の前記流体出口（１０６）に近接する位置に位置付けられた出口セラミックハニカム構造（１２０）と、を含み、前記入口セラミックハニカム構造（１１０）および前記出口セラミックハニカム構造（１２０）が、軸方向（１０８）に延びて複数の流路（１１４）を形成する複数の隔壁（１１２）を有し、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、前記入口および出口セラミックハニカム構造（１１０）が、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、前記入口および出口セラミックハニカム構造（１１０）が、それぞれ入口量および出口量のＣＯ２を吸着することができ、前記入口ＣＯ２量が前記出口ＣＯ２量より大きいものである、反応器（１００）に流体流を導入するステップと、
前記流体流を前記反応器筐体（１０２）の前記流体入口（１０４）から前記流体出口（１０６）へと、前記流体流が前記入口セラミックハニカム構造（１１０）および前記出口セラミックハニカム構造（１２０）を通って流れるように流すステップと、
前記流体流の、前記反応器筐体（１０２）の前記流体出口（１０６）から流出する部分の化学組成を検出するステップと、
ＣＯ２破過が検出された場合、前記流体流が前記反応器（１００）内に流入するのを停止するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２０１２年３月１４日に出願された米国特許出願第１３／４２０，１７０号明細書の米国特許法第１２０条に基づく利益を主張するものであり、その内容の全体を参照によって本願に援用する。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は一般に、ガス流体から二酸化炭素（ＣＯ２）を捕捉するための反応器および、より詳しくは、ＣＯ２を吸着するためのセグメント型ハニカム構造を有する反応器に関する。
【背景技術】
【０００３】
天然ガスは鉱床から抽出され、暖房や調理等、様々な用途のための燃料を提供する。一般に、メタンが天然ガスの中で燃料として使用される主要成分である。しかしながら、鉱床から抽出された時、天然ガスには鉱床から抽出されたメタンと混合された複数の他の物質が含まれている。このような物質は、水、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫化水素、液化炭化水素凝縮物および、エタン、プロパン、ブタン等、より重い気体炭化水素を含んでいる可能性がある。これらの物質の多くがメタンから分離されてから、燃料が顧客に届けられる。
【０００４】
現在、プロセスガス流からのＣＯ２捕捉を改善するための各種の技術が採用および／または開発されている。このような技術としては、例えば、液体アミン（ＭＥＡまたはＫＳ−１）方式、冷却アンモニア法、ガス透過膜が挙げられる。これらの技術は各々、プロセスガス流からのＣＯ２除去に有効であるが、各技術にはまた欠点もある。冷却アンモニア法はまだその開発初期段階にあり、この方式の産業上の利用可能性はいまだ不明である。冷却アンモニア法について考えられるいくつかの課題には、アンモニアの揮発性とＳＯｘやＮＯｘ等のガス状汚染物質によるアンモニアの汚染の可能性がある。各種のガス透過膜方式が現在、プロセスガス流からＣＯ２を除去するために利用されている。しかしながら、ガス透過膜方式を利用する工程には、所望の量のＣＯ２分離を実現するために、いくつもの段階および／または再循環が必要となる。このようないくつもの段階および／または再循環によって、ＣＯ２回収工程が非常に複雑化するだけでなく、その工程に伴うエネルギー消費およびコストが増大する。ガス透過膜方式ではまた、一般に高圧とこれに伴う空間の制約が必要となり、そのため、海上作業台船等の限られた空間の設備でこの技術を使用することは難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、プロセスガス流からのＣＯ２回収に利用可能な代替的方法と装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
各種の実施形態によれば、流体流からＣＯ２を吸着する反応器は、流体入口および流体出口を有する反応器筐体を含む。この反応器はまた、反応器筐体内部の、流体入口に近接する位置に位置付けられた入口セラミックハニカム構造を含む。入口セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有する。入口セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含む。入口セラミックハニカム構造は、入口ＣＯ２量を吸着することができる。反応器はさらに、反応器筐体内部の、入口セラミックハニカム構造から軸方向にずれた、反応器筐体の流体出口に近接する位置に位置付けられた出口セラミックハニカム構造を含む。出口セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数流路を形成する複数の隔壁を有する。出口セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含む。出口セラミックハニカム構造は、出口ＣＯ２量を吸着することができ、入口ＣＯ２量は出口ＣＯ２量より大きい。
【０００７】
他の実施形態によれば、流体流からＣＯ２を吸着する反応器は、流体入口および流体出口を有する反応器筐体を含む。この反応器はまた、反応器筐体内部の、流体入口に近接する位置に位置付けられた入口セラミックハニカム構造を含む。入口セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有する。入口セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、入口セラミックハニカム構造が入口質量移動速度を有するようになっている。反応器はさらに、反応器筐体内部の、入口セラミックハニカム構造から軸方向にずれた、反応器筐体の流体出口に近接する位置に位置付けられた出口セラミックハニカム構造を含む。出口セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数流路を形成する複数の隔壁を有する。出口セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、出口セラミックハニカム構造が出口質量移動速度を有するようになっている。ＣＯ２を含む流体流の質量流量を一定とすると、入口質量移動速度は出口質量移動速度より速い。
【０００８】
また別の実施形態によれば、本願は流体流からＣＯ２を除去する方法を提供し、これは、流体流を反応器へと導入するステップを含み、この反応器が、流体入口および流体出口を有する反応器筐体と、反応器筐体内部の、反応器筐体の流体入口に近接する位置に位置付けられた入口セラミックハニカム構造と、反応器筐体内部の、入口セラミックハニカム構造から軸方向にずれた、反応器筐体の流体出口に近接する位置に位置付けられた出口セラミックハニカム構造と、を含む。入口セラミックハニカム構造および出口セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含む。入口および出口セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、入口および出口セラミックハニカム構造が、それぞれ入口ＣＯ２量および出口ＣＯ２量を吸着できるようになっている。入口ＣＯ２量は出口ＣＯ２量より大きい。この方法はまた、流体流を反応器筐体の流体入口から流体出口へと流し、流体流が入口セラミックハニカム構造および出口セラミックハニカム構造を通って流れるようにするステップを含み、入口セラミックハニカム構造および出口セラミックハニカム構造はＣＯ２との親和性を有する。この方法はさらに、流体流のうち、反応器筐体の流体出口から流出する部分の化学組成を検出するステップと、ＣＯ２破過が検出された場合、反応器への流体流の流入を停止するステップと、を含む。
【０００９】
本明細書に記載される実施形態のその他の特徴と利点は、以下の詳細な説明に記載され、一部は当業者にとって、この説明から明らかになるか、以下の詳細な説明、特許請求の範囲および図面を含め、本明細書に記載された実施形態を実践することによってわかるであろう。
【００１０】
理解すべき点として、上記の一般的な説明と以下の詳細な説明は各種の実施形態について論じ、特許請求の主題の性質と特徴を理解するための概要または構想を提供しようとしている。添付の図面は、各種の実施形態をよりよく理解できるように含められており、本明細書の中に組み込まれ、その一部をなす。図面は本明細書に記載される各種の実施形態を図示するものであり、説明文と共に、特許請求の主題の原理と動作を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本明細書で図示され、説明されている１つまたは複数の実施形態による、複数のセラミックハニカム基板を有するＣＯ２捕捉用反応器の正面図を概略的に示す。
【図２】本明細書で図示され、説明されている１つまたは複数の実施形態による、複数のセラミックハニカム基板を有するＣＯ２捕捉用反応器の図１のＡ−Ａに沿った側方断面を概略的に示す。
【図３】本明細書で図示され、説明されている１つまたは複数の実施形態による、複数のセラミックハニカム基板を有するＣＯ２捕捉用反応器の飽和レベルを図式的に示す。
【図４】本明細書で図示され、説明されている１つまたは複数の実施形態による、複数のセラミックハニカム基板を有するＣＯ２捕捉用反応器のＣＯ２濃度レベルを図式的に示す。
【図５】本明細書で図示され、説明されている１つまたは複数の実施形態による、複数のセラミックハニカム基板を有するＣＯ２捕捉用反応器の質量移動点の速度を図式的に示す。
【図６】本明細書で図示され、説明されている１つまたは複数の実施形態による、複数のセラミックハニカム基板を有するＣＯ２捕捉用反応器の図１のＡ−Ａに沿った側方断面を概略的に示す。
【図７】本明細書で図示され、説明されている１つまたは複数の実施形態による、複数のセラミックハニカム基板を有するＣＯ２捕捉用反応器の質量移動点の速度を図式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、ＣＯ２捕捉用のセグメント型セラミックハニカム構造を有する反応器の実施形態を詳細に説明し、その例を添付の図面に示す。可能なかぎり、図面全体を通じて同じ参照番号を使って同じ、または類似の部品を指す。流体流からのＣＯ２捕捉用反応器の一例が図１と２に概略的に示されている。この反応器は一般に、流体入口および流体出口を有する反応器筐体と、反応器内部の流体入口に近接して位置付けられた入口セラミックハニカム構造と、反応器内部の流体出口に近接して位置付けられた出口セラミックハニカム構造と、を含む。入口セラミックハニカム構造および出口セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成して、流体流からＣＯ２を吸着する材料を含む。入口セラミックハニカム構造は入口ＣＯ２量を吸着し、出口セラミックハニカム構造は出口ＣＯ２量を吸着し、入口ＣＯ２量は出口ＣＯ２量より大きい。本願による反応器は、吸着材料の分布が均一な反応器と比較して、よりよい吸着材料の利用効率を示しうる。ＣＯ２を捕捉するための反応器と方法を、特に添付の図面を参照しながら本明細書中でより詳しく説明する。
【００１３】
ここで、図１と２を参照すると、反応器１００が示されている。反応器１００は反応器筐体１０２を含み、これは、流体入口１０４と、流体入口１０４から離れて位置付けられた流体出口１０６と、を有する。流体流は、流体入口１０４において反応器１００に導入され、流体出口１０６において出る。反応器１００は、反応器筐体１０２の内部の流体入口１０４に近接する位置に位置付けられた入口セラミックハニカム構造１１０を含む。入口セラミックハニカム構造１１０は、軸方向１０８に延びる複数の隔壁１１２を含む。複数の隔壁１１２は、同様に軸方向１０８に延びる複数の流路１１４を形成する。隔壁１１２は、押出成形で形成されてもよく、それによって流路１１４が軸方向１０８に沿ったすべての地点で略同じ寸法を有する。入口セラミックハニカム構造１１０はまた、複数の流路１１４を取り囲む外皮層１１６も含んでいてよい。外皮層１１６は、隔壁１１２の形成中に形成されても、または後の加工中に後塗装外皮層として、例えば流路１１４の外周部分への外皮形成(skinning)セメントの塗布によって形成されてもよい。
【００１４】
反応器１００はまた、反応器筐体１０２の内部の、流体出口１０６に近接する位置に位置付けられた出口セラミックハニカム構造１２０も含む。図２に示される実施形態では、出口セラミックハニカム構造１２０は入口セラミックハニカム構造１１０から軸方向にずれている。出口セラミックハニカム構造１２０は、軸方向１０８に延びる複数の隔壁１２２を含む。複数の隔壁１２２は、同様に軸方向１０８に延びる複数の流路１２４を形成する。さらに、出口セラミックハニカム構造１２０は、複数の流路１２４を取り囲む外皮層１２６を含んでいてもよい。
【００１５】
入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０の、それぞれ複数の流路１１４、１２４は様々な形状を有していてもよく、例えばその断面は正方形、長方形、円、長円、三角形、八角形、六角形、またはそれらの組み合わせである。流路１１４、１２４は入口または出口セラミックハニカム構造１１０、１２０の長さに沿って延び、それによって反応器１００に導入される流体流は入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０の長さに沿って流路１１４、１２４と接触する。本明細書に記載される実施形態において、入口および出口セラミックハニカム構造１１０は、最大で１平方インチ（６．４５平方センチメートル）あたり約１６００チャンネル（ｃｐｓｉ）のチャネル密度で形成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０のチャネル密度は約１００ｃｐｓｉ〜約２０００ｃｐｓｉの範囲であってもよい。いくつかの実施形態において、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０のチャネル密度は異なっていてもよい。例えば、１つの実施形態において、入口セラミックハニカム構造１１０は、約９００〜約２０００ｃｐｓｉの範囲の入口セル密度で形成されてもよく、出口セラミックハニカム構造１２０は、約１００〜約９００ｃｐｓｉの範囲の出口セル密度で形成されてもよい。そのため、入口セラミックハニカム構造１１０のＣＯ２吸着材料の量は、出口セラミックハニカム構造１２０のＣＯ２吸着材料の量より多い。
【００１６】
いくつかの実施形態において、チャネルの大きさとチャネル密度を入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０の間で異ならせ、流体入口１０４から流体出口１０６への所望の圧力損失を有する反応器１００を提供することができる。例えば、入口セラミックハニカム構造１１０が出口セラミックハニカム構造１２０より寸法的に小さい流路１１４を有していてもよく、その結果、ある入口圧力損失が得られる。出口セラミックハニカム構造１２０の流路１２４が比較的大きいと、出口セラミックハニカム構造１２０を通じた圧力損失は減少するかもしれず、その結果、ある出口圧力損失が得られる。入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０の両方を通じた流体流の質量流速が同じである時、入口圧力損失は出口圧力損失より大きくてもよい。
【００１７】
入口セラミックハニカム構造１１０および出口セラミックハニカム構造１２０は、ＣＯ２との結合を形成し、その一方で流体流の中のその他の成分は入口セラミックハニカム構造１１０および出口セラミックハニカム構造１２０と結合せずに通過できるようにする材料を含む。このような材料は、細孔を有する隔壁１１２、１２２を形成してもよく、その結果、流路１１４、１２４の各々の表面積は、流路１１４、１２４の各々の全体的な幾何学寸法と比較して大きくなる。いくつかの実施形態において、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０は、流体流からＣＯ２を吸着するようになされた材料で作製してもよい。このような材料は、流体流からＣＯ２を吸着するのに適しており、ＭＦＩ、ＭＯＲ、ＩＳＶ、ＩＴＥ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＦＡＵおよび／またはＬＴＡ骨格構造等の骨格構造を有する分子篩材料および同様の材料を含んでいてもよいが、これらに限定されない。例示的材料としては、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、これらに限定されない。吸着材料はまた、活性炭素または炭素分子篩材料に基づく吸着剤を含んでいてもよい。あるいは、吸着材料はＭＯＦ−５、ＭＯＦ−１７７、ＭＯＦ−５０５、ＭＯＦ−７４等の金属有機構造体（ＭＯＦ）族または、ＺＩＦ−６８、ＺＩＦ−６９、ＺＩＦ−７、ＺＩＦ−９、ＺＩＦ−１１、ＺＩＦ−９０を含み、これらに限定されないゼオライトイミダゾール骨格構造（ＺＩＦ）から選択されてもよい。適当な吸着材料はまた、上記の材料のいずれかをアミンまたはアミノ基を有するポリマで官能基化してセラミックと混合し、材料の吸着能力をさらに向上させたものを含んでいてもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態において、入口および出口セラミックハニカム１１０、１２０は、流体流からＣＯ２を吸着するようになされた機能性コーティングを塗布したセラミック基板材料から作製されてもよい。このようなセラミック基板材料としては、ＣＯ２を吸着するようになされた上記の材料に加えて、例えばコーディアライト、チタン酸アルミニウム、炭化ケイ素を含むが、これらに限定されない。機能性コーティングとして使用可能なこのような材料の例は、ＭＦＩ、ＭＯＲ、ＩＳＶ、ＩＴＥ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＦＡＵおよび／またはＬＴＡ骨格構造等の骨格構造を有する分子篩材料および同様の材料を含むが、これらに限定されない。例示的材料としては、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、これらに限定されない。吸着材料はまた、活性炭素または炭素分子篩材料に基づく吸着剤を含んでいてもよい。あるいは、吸着材料はＭＯＦ−５、ＭＯＦ−１７７、ＭＯＦ−５０５、ＭＯＦ−７４等の金属有機構造体（ＭＯＦ）族または、ＺＩＦ−６８、ＺＩＦ−６９、ＺＩＦ−７、ＺＩＦ−９、ＺＩＦ−１１、ＺＩＦ−９０を含み、これらに限定されないゼオライトイミダゾール骨格構造（ＺＩＦ）から選択されてもよい。適当な吸着材料はまた、上記の材料のいずれかをアミンまたはアミノ基を有するポリマで官能基化して機能性コーティングと混合し、材料の吸着能力をさらに向上させたものを含んでいてもよい。
【００１９】
機能性コーティングは、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０の隔壁１１２、１２２に、ウォッシュコーティング工程によって機能性コーティングが入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０の流路１１４、１２４を取り囲むように塗布されてもよい。機能性コーティングは隔壁１１２、１２２に堆積されてもよく、そのためにはまず機能性コーティングを水等の液状ビヒクル中に含むスラリを形成する。入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０をこのスラリ中に浸漬して、スラリを入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０に浸透させてもよい。より詳しくは、スラリが流路１１４、１２４に入り、隔壁１１２、１２２の少なくとも一部に浸透し、それによって隔壁１１２、１２２の細孔内に機能性コーティングが堆積する。
【００２０】
以上、特にＣＯ２を吸着するようになされた材料から作製された、またはＣＯ２を吸着するようになされた材料でコーティングされた入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０について述べたが、理解すべき点として、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０は各々、ＣＯ２を吸着する入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０を提供する、別の材料および別の製造技術を用いて作成してもよい。
【００２１】
また、理解すべき点として、様々な製造方法を使って、流体出口１０６に近接する位置より流体入口１０４に近接する位置により多くのＣＯ２吸着材料が存在するようなセラミックハニカム構造を形成してもよい。このような製造方法としては、セラミックハニカム構造の局所的領域におけるＣＯ２吸着材料を、例えばウォッシュコーティング工程で塗布されるＣＯ２吸着機能コーティングの厚さを厚くすることによって増やす多重ウォッシュコーティング工程を含んでいてもよい。さらに、ステレオリソグラフィ、選択的レーザ焼結、電子ビーム溶解、３Ｄプリンティングまたはその他等のラピッドマニュファクチャリングを使って、その長さに沿って厚さおよび／または向きの異なる隔壁を有するセラミックハニカム構造を形成してもよい。いくつかの実施形態において、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０は個別の構成部品であってもよい。他の実施形態において、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０は、相互に付着させても、一体構成部品として製造してもよい連続する部品でもよい。一般に、セラミックハニカム構造の製造コストおよび／または生成しにくさは、ＣＯ２吸着量の増大と共に増す。したがって、所望の量のＣＯ２を吸着し、その一方で低コストの出口セラミックハニカム構造１２０を取り入れた反応器１００が望ましいこともある。
【００２２】
前述のように、ＣＯ２を含む流体流が、入口セラミックハニカム構造１１０および出口セラミックハニカム構造１２０を含む反応器１００に導入される。この入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０は、流体流からのＣＯ２をＣＯ２飽和状態となるまで吸着する。入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０飽和点は軸方向１０８に漸進し、最終的に入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０の両方が飽和して、反応器がそれ以上ＣＯ２を吸着しなくなるか、または流体流が反応器１００から方向転換される。
【００２３】
ＣＯ２で飽和する時の入口セラミックハニカム構造１１０の吸着量は入口ＣＯ２量である。同様に、ＣＯ２で飽和する時の出口セラミックハニカム構造１２０の吸着量は出口ＣＯ２量である。本願による入口セラミックハニカム構造１１０および出口セラミックハニカム構造１２０を取り入れた反応器１００は、入口量のほうが出口量より大きい。
【００２４】
次に、図３を参照すると、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０を有する反応器についての時間の経過に伴う飽和レベルの図式的表現が示されている。時間の経過とともに、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０が流体流からＣＯ２を吸着する量が増加する。入口および／または出口セラミックハニカム構造１１０、１２０の中でＣＯ２が吸着される領域を、本明細書では「質量移動領域」と呼ぶ。質量移動領のうち、流体入口１０４から軸方向１０８に最も遠い位置を、本明細書では「質量移動点」と呼び、図３において質量移動点Ｂ１〜Ｂ４として示されている。「破過点」とは、出口セラミックハニカム構造１２０の、流体出口１０６に近接する端に到達した時の質量移動点（Ｂ４）を表す。質量移動点が出口セラミックハニカム構造１２０の、流体出口１０６に近接する端に到達すると、流体出口１０６で測定される流体流内のＣＯ２レベルは周囲ＣＯ２レベルより高い可能性がある。
【００２５】
時間ｔ１では、流体流からのＣＯ２は全部、入口セラミックハニカム構造１１０の中で吸着される。時間ｔ１では、質力移動点Ｂ１は入口セラミックハニカム構造１１０の中に位置付けられる。流体流は引き続き反応器１００を通って流れ、入口セラミックハニカム構造１１０によって吸着され続ける。時間ｔ２では、質量移動点Ｂ２はすでに入口セラミックハニカム構造１１０を通って出口セラミックハニカム構造１２０の中に移動している。時間ｔ２で、出口セラミックハニカム構造１２０は入口セラミックハニカム構造１１０の未飽和部分と共に流体からのＣＯ２吸着を開始する。
【００２６】
時間ｔ３では、質量移動点Ｂ３が時間ｔ２の時点よりさらに出口セラミックハニカム構造１２０の中に入った位置にある。留意すべき点として、時間ｔ３では、入口セラミックハニカム構造１１０のうち、流体入口１０４に近接する位置にある部分は、ＣＯ２飽和状態に近付いている。入口セラミックハニカム構造１１０のこれらの部分はしたがって、流体流からのＣＯ２をそれ以上吸着しない。これに対応して、出口セラミックハニカム構造１２０のうちの、より多くの部分が反応器１００を通過する流体流からのＣＯ２を吸着する。
【００２７】
時間ｔ４において、質量移動点Ｂ４が出口セラミックハニカム構造１２０の、反応器の流体出口１０６に近接する端に位置付けられる。時間ｔ４以降、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０が飽和状態に近付き続けると、反応器１００から出る流体流にＣＯ２は存在を示し始める。時間ｔ４を本明細書においては「破過点」と呼び、すなわちこれは、質量移動領域が入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０を通って移動し、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０が流体流中のＣＯ２の全部を吸着できるとはかぎらなくなる時点である。
【００２８】
時間ｔ５では、出口セラミックハニカム構造１２０のうち、流体入口１０４に近接する位置にある部分が飽和状態に近付き続ける。入口よび出口セラミックハニカム構造１１０、１２０は、反応器１００を通って流れる流体流からのＣＯ２を全部吸着できるとはかぎらないため、反応器１００から出る流体流の中のＣＯ２レベルが増え続ける。時間ｔ６では、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０の全部がＣＯ２で飽和して、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０のいずれも、流体流からのＣＯ２を吸着できなくなる。時間ｔ６で、反応器１００に入る流体流のＣＯ２濃度は反応器１００から出る流体流のＣＯ２濃度と実質的に同じである。
【００２９】
反応器１００の流体出口１０６で評価される流体流のＣＯ２濃度を図４に概略的に示す。図のように、流体流のＣＯ２濃度は、時間ｔ１〜ｔ４ではゼロに近付くが、これは、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０が流体流からのＣＯ２の実質的な部分を吸着するからである。時間ｔ４、すなわち破過点は、質量移動点Ｂ４が、出口セラミックハニカム構造１２０の、反応器の流体出口１０６に近接する位置にある端に近付く。時間ｔ４以降、反応器１００から出る流体流のＣＯ２濃度は増大し始める。流体流中のＣＯ２濃度はｔ６まで増大し続け、その時点で入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０の全部がＣＯ２飽和状態に達しており、反応器１００に入る流体流のＣＯ２濃度は反応器１００から出る流体流のＣＯ２濃度と実質的に同じである。
【００３０】
反応器による流体流からのＣＯ２吸着の相対的効率は、流体流が反応器１００から出る時に測定される流体流のＣＯ２濃度を表す曲線の傾きによって測定してもよい。一般に、ＣＯ２濃度を表す曲線が急峻であるほど、反応器１００内のＣＯ２吸着材料の使用効率が高い。例えば、反応器１００を表す曲線の急峻さを、同量のＣＯ２吸着材料が長さに沿って均等に分散されている基本反応器９０と比較する。基本反応器９０の破過点ｔ４は本願の反応器１００より早い。それゆえ、最終利用者の用途において反応器が破過時間ｔ４でオフラインになった場合、本願の反応器１００は基本反応器より長くオンラインのままとすることができる。これに加えて、引き続き反応器１００を基本反応器９０と比較すると、基本反応器９０より反応器１００の時間ｔ６のほうがｔ４により近い。同様に、ＣＯ２濃度曲線は基本反応器９０より反応器１００のほうが急峻である。時間ｔ４とｔ６との間の時間が相対的に短いことと、ＣＯ２濃度曲線が相対的に急峻であることはどちらも、反応器１００のＣＯ２吸着材料が効率的に使用されていることを示しており、これは、材料のうちのより多くの部分が飽和状態となりうるからである。
【００３１】
次に図５を参照すると、ＣＯ２の質量移動速度を一定とした時の、反応器１００の入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０を通って移動する質量移動点の速度が示されている。入口セラミックハニカム構造１１０は入口質量移動速度１１８を有し、出口セラミックハニカム構造１２０は出口質量移動速度１２８を有する。入口セラミックハニカム構造１１０のほうが出口セラミックハニカム構造より多くのＣＯ２吸着材料を有するため、入口セラミックハニカム構造１１０が吸着するＣＯ２は、出口セラミックハニカム構造１２０より多い。したがって、質量移動点の移動量は、入口セラミックハニカム構造１１０を通じたほうが出口セラミックハニカム構造１２０を通じた場合より少ない。それゆえ、入口質量移動速度１１８は出口質量移動速度１２８より低い。
【００３２】
上記の説明は、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０の完全飽和に基づく反応器１００の評価に関するものであるが、理解すべき点として、最終利用者の用途によっては、反応器１００を質量移動領域の破過が起こる破過時間ｔ４において無効化してもよい。このような時点で反応器１００を無効化すると、流体流が、反応器を通過した後に高い濃度のＣＯ２を含むことができなくなる。しかしながら、流体流は反応器１００の入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０を完全な飽和状態にしないものの、反応器１００の効率は、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０の完全飽和に関して上述した手順に従って評価できる。
【００３３】
入口セラミックハニカム構造１１０のほうが出口セラミックハニカム構造１２０より多くのＣＯ２吸着材料を有する本願による反応器１００は、基本反応器９０の長さに沿って同量のＣＯ２吸着材料が均等に分散されている同程度の基本反応器９０より多くのＣＯ２を吸着できる。本願による反応器１００は基本反応器９０より、すべてのセラミックハニカム構造の飽和量に近い量のＣＯ２を吸着しうる。前述のように、本願による反応器１００は、基本反応器９０と同量のＣＯ２吸着材料を含むことができるが、本願による反応器１００は基本反応器９０よりＣＯ２吸着材量を効率的に使用できる。
【００３４】
次に図６を参照すると、他の実施形態による反応器２００が示されている。図２に関して上述した反応器１００と同様に、図６に示される反応器２００も反応器筐体２０２を含み、これは流体入口２０４と、流体入口２０４から離して位置付けられた流体出口２０６と、を有する。流体は、流体入口２０４において反応器２００に導入され、流体出口２０６において流出する。反応器２００は、反応器筐体２０２の内部の、流体入口２０４に近接する位置に位置付けられた入口セラミックハニカム構造１１０を含む。入口セラミックハニカム構造１１０は、軸方向１０８に延びる複数の隔壁１１２を含む。複数の隔壁１１２は、同様に軸方向１０８に延びる複数の流路１１４を形成する。隔壁１１２は押出成形で形成されてもよく、それによって流路１１４が軸方向１０８に沿ったすべての地点で略同じ寸法を有する。入口セラミックハニカム構造１１０はまた、複数の流路１１４を取り囲む外皮層１１６も含んでいてよい。外皮層１１６は、隔壁１１２の形成中に形成されても、または後の加工中に後塗装外皮層として、例えば流路１１４の外周部分への外皮形成セメントの塗布によって形成されてもよい。
【００３５】
反応器２００はまた、反応器筐体２０２の内部の、流体出口２０６に近接する位置に位置付けられた出口セラミックハニカム構造１２０も含む。出口セラミックハニカム構造１２０は、軸方向１０８に延びる複数の隔壁１２２を含む。複数の隔壁１２２は、同様に軸方向１０８に延びる複数の流路１２４を形成する。さらに、出口セラミックハニカム構造１２０は、複数の流路１２４を取り囲む外皮層１２６を含んでいてもよい。
【００３６】
反応器２００は、反応器筐体２０２の内部の、入口セラミックハニカム構造１１０と出口セラミックハニカム構造１２０との間の軸方向の位置に位置付けられた第一の中間セラミックハニカム構造１３０を含む。第一の中間セラミックハニカム構造１３０は、軸方向１０８に延びる複数の隔壁１３２を含む。複数の隔壁１３２は、同様に軸方向１０８に延びる複数の流路１３４を形成する。さらに、第一の中間セラミックハニカム構造１３０は、複数の流路１３４を取り囲む外皮層１３６を含んでいてもよい。
【００３７】
反応器２００は、また、反応器筐体２０２の内部の、第一の中間セラミックハニカム構造１３０と出口セラミックハニカム構造１２０との間の軸方向の位置に位置付けられた第二の中間セラミックハニカム構造１４０を含んでいてもよい。第二の中間セラミックハニカム構造１４０は、軸方向１０８に延びる複数の隔壁１４２を含む。複数の隔壁１４２は、同様に軸方向１０８に延びる複数の流路１４４を形成する。さらに、第二の中間セラミックハニカム構造１４０は、複数の流路１４４を取り囲む外皮層１４６を含んでいてもよい。
【００３８】
入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０と同様に、第一と第二の中間セラミックハニカム構造１３０、１４０のそれぞれ複数の流路１３４、１４４は、様々な形状を有していてもよく、例えばその断面は正方形、長方形、円、長円、三角形、八角形、六角形、またはそれらの組み合わせである。流路１３４、１４４は第一または第二の中間ハニカム構造１３０、１４０の長さに沿って延び、それによって反応器２００に導入される流体流は、入口、第一の中間、第二の中間、出口セラミックハニカム構造１１０、１３０、１４０、１２０の長さに沿って流路１１４、１３４、１４４、１２４と接触する。
【００３９】
本願に記載される実施形態では、入口、第一の中間、第二の中間、出口セラミックハニカム構造１１０、１３０、１４０、１２０は、最大で１平方インチ（６．４５平方センチメートル）あたり約１６００チャンネル（ｃｐｓｉ）のチャネル密度で形成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０のチャネル密度は約１００ｃｐｓｉ〜約２０００ｃｐｓｉの範囲であってもよい。いくつかの実施形態において、入口、第一の中間、第二の中間、出口セラミックハニカム構造１１０、１３０、１４０、１２０のチャネル密度は異なっていてもよい。例えば、１つの実施形態において、入口セラミックハニカム構造１１０は約９００〜約２０００ｃｐｓｉの範囲のチャネル密度で形成されてもよく、第一の中間セラミックハニカム構造１３０は約５００ｃｐｓｉ〜約１５００ｃｐｓｉの範囲のチャネル密度で形成されてもよく、第二の中間セラミックハニカム構造は約２００〜約１０００の範囲のチャネル密度で形成されてもよく、出口セラミックハニカム構造１２０は約１００〜約９００ｃｐｓｉのチャネル密度で形成されてもよい。そのため、入口セラミックハニカム構造１１０のＣＯ２吸着材料の量は第一の中間セラミックハニカム構造１３０のＣＯ２吸着材料の量より多く、これは第二の中間セラミックハニカム構造１４０のＣＯ２吸着材料の量より多く、これは出口セラミックハニカム構造１２０のＣＯ２吸着材料の量より多い。
【００４０】
これに加えて、入口、第一の中間、第二の中間、出口セラミックハニカム構造１１０、１３０、１４０、１２０は、ＣＯ２との結合を形成し、その一方で流体流の中のその他の成分は入口、第一の中間、第二の中間、出口セラミックハニカム構造１１０、１３０、１４０、１２０と結合せずに通過できるようにする材料を含む。他の実施形態では、材料は、入口、第一の中間、第二の中間、出口セラミックハニカム構造１１０、１３０、１４０、１２０を基板としてその上に塗布された機能性コーティングであってもよく、この機能性コーティングは流体流からＣＯ２を捕捉するように反応器２００の中で位置付けられる。これらの用途に含めてもよいこのような材料の例としては、前述のものがある。
【００４１】
ＣＯ２で飽和する時の入口セラミックハニカム構造１１０の吸着量は入口ＣＯ２量である。ＣＯ２で飽和する時の第一の中間セラミックハニカム構造１３０の吸着量は第一の中間ＣＯ２量である。ＣＯ２で飽和する時の第二の中間セラミックハニカム構造１４０の吸着量は第二の中間ＣＯ２量である。ＣＯ２で飽和する時の出口セラミックハニカム構造１２０の吸着量は出口ＣＯ２量である。入口、第一の中間、第二の中間、出口セラミックハニカム構造１１０、１３０、１４０、１２０を取り入れた本発明による反応器２００では、入口量が第一の中間量より多く、これは第二の中間量より多く、これは出口量より多い。
【００４２】
図６に示されるように入口、第一の中間、第二の中間、出口セラミックハニカム構造１１０、１３０、１４０、１２０を有する反応器２００は、入口および出口セラミックハニカム構造１１０、１２０を有する反応器１００に関して前述したものと同じ原理で動作する。入口、第一の中間、第二の中間、出口セラミックハニカム構造１１０、１３０、１４０、１２０は、流体流が流体入口２０４から流体出口２０６へと通過する間に逐次的にＣＯ２を吸着する。入口、第一の中間、第二の中間、出口セラミックハニカム構造１１０、１３０、１４０、１２０は各々、ＣＯ２で飽和するまで流体流からＣＯ２を吸着し続ける。
【００４３】
入口、第一の中間、第二の中間、出口セラミックハニカム構造１１０、１３０、１４０、１２０の流路１１４、１３４、１４４、１２４は、反応器を通過する流体流について所望の圧力損失を提供する大きさであってもよい。例えば、入口セラミックハニカム構造１１０の第一の入口圧力損失は、第一の中間セラミックハニカム構造１３０の第一の中間圧力損失より大きくてもよく、これは第二の中間セラミックハニカム構造１４０の第二の中間圧力損失より大きくてもよく、これは出口セラミックハニカム構造１２０の出口圧力損失より大きくてもよい。
【００４４】
次に、図７を参照すると、ＣＯ２の質量流速が一定の場合の、反応器２００の入口、第一の中間、第二の中間、出口セラミックハニカム構造１１０、１３０、１４０、１２０を移動する質量移動点の速度が示されている。入口セラミックハニカム構造１１０は入口質量移動速度１１８を有し、第一の中間セラミックハニカム構造１３０は第一の中間質量移動速度１３８を有し、第二の中間セラミックハニカム構造１４０は第二の中間質量移動速度１４８を有し、出口セラミックハニカム構造１２０は出口質量移動速度１２８を有する。入口、第一の中間、第二の中間、出口速度１１８、１３８、１４８、１２８は、セラミックハニカム構造の各々を通じた質量移動領域の移動量の増大に対応して、ＣＯ２吸着材料の漸減によって逐次的に増大する。それゆえ、入口質量移動速度１１８は第一の中間質量移動速度１３８より低く、これは第二の中間質量移動速度１４８より低く、これは出口質量移動速度１２８より低い。
【００４５】
複数のセラミックハニカム構造を有する反応器１００のコンピュータモデリングは、反応器１００の長さに沿ったＣＯ２吸着材料の分散の制御を示している。１つのこのようなコンピュータモデルにおいて、３つのセラミックハニカム構造、すなわち入口セラミックハニカム構造１１０、第一の中間ハニカム構造１３０、出口セラミックハニカム構造１２０を有する反応器１００を、セラミックハニカム構造の長さに沿って均等に分散されたＣＯ２吸着材料を有する基本反応器９０と比較した。セラミックハニカム構造内のＣＯ２吸着材料の分散以外のすべての可変値は一定とした。セラミックハニカム構造は、１１９０ｋｇ／ｍ３の密度を有するゼオライト型１３Ｘとコーディエライトの組み合わせから作製されたものとしてモデリングした。セラミックハニカム構造は、長さ４メートル、直径１メートルとなるようにモデリングした。流体流は、動作圧５０バール（７２５ｐｓｉ）、ＣＯ２濃度１０％ｗｔ、残りは天然ガスで反応器１００の流体入口から入るものとしてモデリングした。本願による反応器１００に含めたＣＯ２吸着材料は、セラミックハニカム構造の全長の入口側４０％について基本反応器９０の２００％、セラミックハニカム構造の全長の中間３０％について基本反応器９０の５０％、セラミックハニカム構造の全長の出口側３０％について基本反応器９０の２５％であり、それによって本願による反応器１００のＣＯ２吸収材料は基本反応器９０より２．５％多かった。
【００４６】
モデルを等温条件で溶解させ、ＣＯ２吸着速度をセラミックハニカム構造の飽和率について一定と仮定すると、吸着率はセラミックハニカム構造が飽和状態に近付くと低速化する。モデリングの結果は、本願による反応器１００が基本反応器９０と比較して、反応器１００の流体出口でのＣＯ２破過までの時間が長く、また、基準反応器９０と比較して、完全飽和までの破過が大きい（図５参照）ことを示した。それゆえ、モデリング結果は、本願による反応器１００が、同量のＣＯ２吸着材料を均等に分散させた基本反応器９０よりＣＯ２吸着材料を効率的に利用することを示している。
【００４７】
上記の説明は、流体流からＣＯ２を吸着する反応器に関するものであるが、理解すべき点として、同様の技術を、流体流から他の成分を選択的に捕捉する際の効率を改善する場合にも適用できる。このような他の成分は、セラミックハニカム構造の活性材料を変えることによって捕捉してもよい。
【００４８】
理解すべき点として、本願による反応器は、具体的な最終利用者の用途の必要性に応じて、セラミックハニカム構造を幾つ含んでいてもよい。したがって、反応器のいくつかの実施形態は、同様の量のＣＯ２吸着材料を有する複数のセラミックハニカム構造を有していてもよく、それによって反応器内の少なくとも２つのセラミックハニカム構造によって吸着されるＣＯ２の量は、少なくとも２つのセラミックハニカム構造を通じた質量移動点の速度と共に同じとなる。
【００４９】
複数の反応器１００、２００を「集合」させて、具体的な最終利用者の用途の要求事項に適したものとしてもよい。流体流は、複数の反応器のうちの１つを通過するように方向付けられてもよく、これがＣＯ２を流体流から吸着する。同時に、流体流がそこから分離される反応器は「脱気」作業を行ってもよく、ここでは、反応器によって吸着されたＣＯ２がＣＯ２吸着材料から脱着されて、反応器から洗い流される。集合内の反応器がＣＯ２で飽和した場合、流体流が飽和した反応器から方向転換されて、未飽和の反応器に向けられてもよい。それゆえ、複数の反応器を集合させることによって、ＣＯ２を流体流から時間的に無限に捕捉できる。
【００５０】
ここで、理解すべき点として、本願による反応器では、ＣＯ２吸着材料を反応器の軸方向の長さに沿って不均等に分散させることによって、ＣＯ２吸着材料をより効率的に利用できる。反応器筐体の内部に位置付けられるセラミックハニカム構造は、ＣＯ２の利用効率を増大させながら、反応器に関連するコストも管理できるように選択できる。
【００５１】
理解すべき点として、本願は各種態様を含む。
【００５２】
第一の態様において、本願はＣＯ２を流体流から吸着する反応器を提供し、この反応器は、流体入口および流体出口を有する反応器筐体と、反応器筐体の内部の流体入口に近接する位置に位置付けられた入口セラミックハニカム構造であって、入口セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、入口セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、入口セラミックハニカム構造は、入口ＣＯ２量を吸着するような入口セラミックハニカム構造と、反応器筐体内部の、軸方向に入口セラミックハニカム構造からずらされ、反応器筐体の流体出口に近接する位置に位置付けられた出口セラミックハニカム構造であって、出口セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、出口セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、出口セラミックハニカム構造は、出口ＣＯ２量を吸着するような出口セラミックハニカム構造と、を含み、入口セラミックハニカム構造によって吸着される入口ＣＯ２量は出口セラミックハニカム構造によって吸着される出口ＣＯ２量より大きい。
【００５３】
第二の態様において、本願はＣＯ２を流体流から吸着する反応器を提供し、この反応器は、流体入口および流体出口を有する反応器筐体と、反応器筐体の内部の流体入口に近接する位置に位置付けられた入口セラミックハニカム構造であって、入口セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、入口セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成して入口セラミックハニカム構造が入口質量移動速度を有するようにＣＯ２を吸着する材料を含む入口セラミックハニカム構造と、反応器筐体内部の、軸方向に入口セラミックハニカム構造からずらされ、反応器筐体の出口に近接する位置に位置付けられた出口セラミックハニカム構造であって、出口セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、出口セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成して出口セラミックハニカム構造が出口質量移動速度を有するようにＣＯ２を吸着する材料を含むような出口セラミックハニカム構造と、を含み、ＣＯ２を含む流体流の質量流速が一定であると、入口質量移動速度は出口質量移動速度より速い。
【００５４】
第三の態様において、本願は、流体流からＣＯ２を除去する方法を提供し、これは、反応器に流体流を導入するステップであって、反応器が、流体入口および流体出口を有する反応器筐体と、反応器筐体の内部の反応器筐体の流体入口に近接する位置に位置付けられた入口セラミックハニカム構造と、反応器筐体の内部の、入口セラミックハニカム構造から軸方向にずれ、反応器筐体の流体出口に近接する位置に位置付けられた出口セラミックハニカム構造と、を含み、入口セラミックハニカム構造および出口セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、入口および出口セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、入口および出口セラミックハニカム構造は、それぞれ入口量および出口量のＣＯ２を吸着することができ、入口ＣＯ２量は出口ＣＯ２量より大きいようなステップと、流体流を反応器筐体の流体入口から流体出口へと、流体流が入口セラミックハニカム構造および出口セラミックハニカム構造を通って流れるように流すステップであって、入口セラミックハニカム構造および出口セラミックハニカム構造がＣＯ２親和性を有するようなステップと、流体流の、反応器筐体の流体出口から流出する部分の化学組成を検出するステップと、ＣＯ２破過が検出された場合、流体流が反応器内に流入するのを停止するステップと、を含む。
【００５５】
第四の態様において、本願は第一または第三の態様のいずれかの反応器を提供し、これはさらに、反応器筐体内の、入口セラミックハニカム構造と出口セラミックハニカム構造との間の軸方向の位置に位置付けられた第一の中間セラミックハニカム構造を含み、第一の中間セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、第一の中間セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、第一の中間セラミックハニカム構造は第一の中間ＣＯ２量を吸着し、第一のセラミックハニカム構造により吸着される第一の中間ＣＯ２量が出口セラミックハニカム構造により吸着される出口ＣＯ２量より大きく、入口セラミックハニカム構造により吸着される入口ＣＯ２量より小さい。
【００５６】
第五の態様において、本願は、第四の態様の反応器を提供し、これはさらに、反応器筐体の内部の第一の中間セラミックハニカム構造と出口セラミックハニカム構造との間の軸方向の位置に位置付けられた第二の中間セラミックハニカム構造を含み、第二の中間セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数の流体を形成する複数の隔壁を有し、第二の中間セラミックハニカム構造はＣＯ２との結合を形成してＣＯ２を吸着する材料を含み、第二の中間セラミックハニカム構造は第二の中間ＣＯ２量を吸着し、第二の中間セラミックハニカム構造により吸着される第二の中間ＣＯ２量は、出口セラミックハニカム構造により吸着される出口ＣＯ２量より大きく、第一の中間セラミックハニカム構造により吸着される第一の中間ＣＯ２量より小さい。
【００５７】
第六の態様において、本願は、第一から第五の態様のいずれかの反応器を提供し、入口セラミックハニカム構造および出口セラミックハニカム構造が個別の部品である。
【００５８】
第七の態様において、本願は、第一から第五の態様のいずれかの反応器を提供し、入口セラミックハニカム構造および出口セラミックハニカム構造が連続する部品である。
【００５９】
第七の態様において、本願は、第一から第七の態様のいずれかの反応器を提供し、入口セラミックハニカム構造を通過する流体流の入口圧力損失が、出口セラミックハニカム構造を通過する流体流の出口圧力損失より大きい。
【００６０】
第八の態様において、本願は、第四から第七の態様のいずれかの反応器を提供し、入口セラミックハニカム構造を通過する流体流の入口圧力損失は、出口セラミックハニカム構造を通過する流体流の出口圧力損失より大きく、第一の中間セラミックハニカム構造を通過する流体流の第一の中間圧力損失が出口圧力損失より大きく、入口圧力損失より小さい。
【００６１】
第九の態様において、本願は、第一から第八の態様のいずれかの反応器を提供し、入口セラミックハニカム構造は第一の吸着材料を含む。
【００６２】
第十の態様において、本願は、第一から第九の態様のいずかの反応器を提供し、出口セラミックハニカム構造は第一の吸着材料を含み、出口セラミックハニカム構造は、入口セラミックハニカム構造より単位体積当たりの飽和限度が低い。
【００６３】
第十一の態様において、本願は、第一から第九の態様のいずれかの反応器を提供し、出口セラミックハニカム構造が第一の吸着材料とは異なる第二の吸着材料を含み、第二の吸着材料は第一の吸着材料より単位体積当たりの飽和限度が低い。
【００６４】
第十二の態様において、本願は、第一から第十一の態様のいずれかの反応器を提供し、第一の吸着材料は入口セラミックハニカム構造および出口セラミックハニカム構造の複数の隔壁の上に機能性コーティングとして堆積され、入口セラミックハニカム構造の上の機能性コーティングの厚さが出口セラミックハニカム構造の上の機能性コーティングの厚さより大きい。
【００６５】
第十三の態様において、本願は、第一から第十二の態様のいずれかの反応器を提供し、入口セラミックハニカム構造の複数の隔壁が、入口平均最小厚さを有し、出口セラミックハニカム構造の複数の隔壁が、出口平均最小厚さを有し、入口最低平均厚さが出口平均最小厚さより大きい。
【００６６】
第十四の態様において、本願は、第一から第十三の態様のいずれかの反応器を提供し、入口セラミックハニカム構造が入口セル密度を有し、出口セラミックハニカム構造が出口セル密度を有し、入口セル密度が出口セル密度より大きい。
【００６７】
第十五の態様において、本願は、第一から第十四の態様のいずれかの反応器を提供し、入口セラミックハニカム構造の複数の隔壁が入口平均最小厚さを有し、出口セラミックハニカム構造の複数の隔壁が出口平均最小厚さを有し、入口平均最小厚さが出口平均最小厚さより小さい。
【００６８】
第十六の態様において、本願は、第二の態様の反応器を提供し、これはさらに、反応器筐体の内部の、入口セラミックハニカム構造と出口セラミックハニカム構造との間の軸方向の位置に位置付けられた第一の中間セラミックハニカム構造を含み、第一の中間セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、第一の中間セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成して、第一の中間セラミックハニカム構造が第一の中間質量移動速度を有するようにＣＯ２を吸着する材料を含み、ＣＯ２の質量流速が一定であるとき、第一の中間質量移動速度が入口質量移動速度より大きく、出口質量移動速度より小さい。
【００６９】
第十七の態様において、本願は、第十六の態様の反応器を提供し、これはさらに、反応器筐体の内部の、第一の中間セラミックハニカム構造と出口セラミックハニカム構造との間の軸方向の位置に位置付けられた第二の中間セラミックハニカム構造を含み、第二の中間セラミックハニカム構造は、軸方向に延びて複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、第二の中間セラミックハニカム構造は、ＣＯ２との結合を形成して、第二の中間セラミックハニカム構造が第二の中間質量移動速度を有するようにＣＯ２を吸着する材料を含み、第二の中間質量移動速度が第一の中間質量移動速度より大きく、出口質量移動速度より小さい。
【００７０】
「実質的に」およば「約」という用語は、本明細書において、定量的比較、数値、測定値、またはその他の表現に起因する本来的な不確実性を表すために使用され得ることに留意されたい。これらの用語はまた、本明細書において、定量的表現が、明記された基準から、問題の主旨の基本的機能を変化させずに変化しうる程度を表すために使用されている。
【００７１】
本明細書において、具体的な実施形態を図示し、説明したが、理解すべき点として、特許請求されている主題の主旨と範囲から逸脱することなく、様々なその他の変更や改良を加えることができる。さらに、特許請求されている主題の各種の態様が本明細書に記載されているが、このような態様は組み合わせて利用する必要はない。したがって、付属の特許請求の範囲は、特許請求されている主題の範囲内のそうした変更や改良のすべて網羅することが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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