(57)【要約】  吸着または触媒プロセスに対して処理ユニット内で自己支持構造を製造および使用する方法およびシステムを提供する。自己支持構造は、自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、活性材料へのアクセスを提供するオープンセル構造を提供する。処理ユニット内に配置することができる自己支持構造は、炭化水素の回収を良くするために、スイング吸着プロセスおよび他のプロセスで使用することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部領域を形成するハウジングと、
前記内部領域内に配置された自己支持構造であって、前記自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、前記自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造である自己支持構造と、
前記ハウジングに固定された複数の弁であって、それぞれ、前記自己支持構造と前記ハウジングの外部位置の間に延びる流路に沿った流体流を制御するように構成された弁とを備える処理ユニット。
【請求項２】
前記処理ユニットは、前記自己支持構造内の前記１つまたは複数の画定された経路を通過する気体供給流れから汚染物質を取り除くように構成された循環スイング吸着層ユニットである、請求項１に記載の処理ユニット。
【請求項３】
前記自己支持構造は、前記自己支持構造内に６０重量％より多い前記活性材料を有する、請求項１または２に記載の処理ユニット。
【請求項４】
前記自己支持構造は前記自己支持構造内に７０重量％より多い前記活性材料を有する、請求項１または２に記載の処理ユニット。
【請求項５】
前記自己支持構造は前記自己支持構造内の前記活性材料によって被覆された不活性支持部材を有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
【請求項６】
前記吸着層ユニットはさらに、前記吸着層と前記複数の弁の間に配置された流れ分配器を備えている、請求項１から５までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
【請求項７】
前記ハウジングは、５重量ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）から１，４００ｐｓｉａまで圧力を維持するように構成されている、請求項１から６までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
【請求項８】
前記自己支持構造は、１０マイクロメートルより大きい活性材料の層を有する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
【請求項９】
前記自己支持構造は、１００マイクロメートルより大きい活性材料の層を有する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
【請求項１０】
前記自己支持構造は低い熱質量を有する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
【請求項１１】
前記１つまたは複数の画定された経路は、実質的に平行である２つ以上の経路を含む、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
【請求項１２】
前記自己支持構造は、複数の孔を形成するように複数のポリエチレン球体を前記活性材料から取り除くことによって前記活性材料内に形成された前記複数の孔を有する、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
【請求項１３】
供給流れから汚染物質を取り除く方法であって、
ａ）吸着層ユニット内で１つまたは複数の吸着ステップを行うステップであって、前記１つまたは複数の吸着ステップそれぞれが、気体供給流れから１つまたは複数の汚染物質を取り除くように吸着層ユニットのハウジングの内部領域に配置された自己支持構造を通して気体供給流れを通過させることを含み、前記自己支持構造は前記自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、前記自己支持構造は、前記自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造である、ステップと、
ｂ）１つまたは複数の再生ステップを行うステップであって、前記１つまたは複数の再生ステップそれぞれが、汚染物質出力流れ内に１つまたは複数の汚染物質の少なくとも一部を離れるように案内することを含むステップと、
ｃ）少なくとも１つの追加サイクルでステップａ）からｂ）を繰り返すステップとを含む、方法。
【請求項１４】
前記方法はスイング吸着方法であり、サイクル持続時間は、１秒より長く、６００秒より短い期間である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記サイクル持続時間は、１秒より長く、３００秒より短い期間であり、生成物流れを形成するために前記気体供給流れから１つまたは複数の汚染物質を分離させる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記１つまたは複数の再生ステップを行うステップは、１つまたは複数のパージステップを行うステップを含み、前記１つまたは複数のパージステップはそれぞれ、前記汚染物質出力流れ内に前記１つまたは複数の汚染物質の少なくとも一部を離れるように案内するために、前記自己支持構造を通してパージ流れを通過させるステップを含む、請求項１３から１５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記気体供給流れは、前記気体供給流れの合計量に基づいて１容量％炭化水素より多い炭化水素を含む流れである、請求項１３から１６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記気体供給流れの供給圧力は、４００重量ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）から１，４００ｐｓｉａの間の範囲である、請求項１３から１７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記１つまたは複数の吸着ステップを行うステップが、二酸化炭素（ＣＯ2）レベルを５０ｐｐｍ体積率未満に下げるように構成されている、請求項１３から１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記１つまたは複数の吸着ステップを行うステップが、水（Ｈ2Ｏ）レベルを１０５ｐｐｍ体積率未満に下げるように構成されている、請求項１３から１９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記自己支持構造は低熱質量を有する、請求項１３から２０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記１つまたは複数の画定された経路は、実質的に平行な２つ以上の経路を備えている、請求項１３から２１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記自己支持構造は、複数の孔を形成するように複数のポリエチレン球体を前記活性材料から取り除くことによって前記活性材料内に形成された前記複数の孔を有する、請求項１３から２１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
処理ユニットを製造する方法であって、
自己支持構造に対するテンプレートを作り出すステップと、
前記テンプレート内に混合物を配置するステップであって、前記混合物は前記自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、残りの混合物は結合材料を含む、ステップと、
固体形状を維持する自己支持構造を形成するように、前記テンプレートおよび前記混合物を硬化するステップと、
前記自己支持構造から前記テンプレートを取り除くステップであって、前記自己支持構造が、前記テンプレートに基づき、前記自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造であるステップと、
内部領域を有する処理ユニットのハウジング内に前記自己支持構造を配置するステップとを含む、方法。
【請求項２５】
前記自己支持構造を通る前記１つまたは複数の画定された経路に対して所定の幾何形状を有する前記自己支持構造の３次元モデルを作り出すステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記自己支持構造の前記３次元モデルに基づきテンプレートのモデルを作り出すステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記テンプレートの前記モデルに基づき３次元テンプレートを印刷するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記自己支持構造から前記テンプレートを取り除くステップはさらに、前記テンプレートを分解または溶融し、前記溶融されたテンプレートを離れるように案内するように前記自己支持構造および前記テンプレートを加熱するステップを含む、請求項２４から２７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記テンプレートと前記混合物の間に形成し得るあらゆる空隙を少なくするように前記テンプレートおよび前記混合物を硬化する前に、前記テンプレートおよび前記混合物を振動させるステップをさらに含む、請求項２４から２８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記テンプレートおよび前記混合物を硬化させるステップはさらに、前記結合材料および前記活性材料を、前記自己支持構造である粘着性固体構造に焼結するステップを含む、請求項２４から２９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記ハウジング内に複数の弁ポートを作り出すステップと、
複数の弁を形成するように前記複数の弁ポートそれぞれ内で前記ハウジングに弁を固定するステップであって、前記複数の弁それぞれは、前記自己支持構造と前記ハウジングの外部の位置の間の流体流を制御するように構成されている、ステップとをさらに含む、請求項２４から３０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記混合物は複数のポリエチレン球体を含み、
前記自己支持構造を形成するように前記テンプレートおよび前記混合物を硬化させるステップは、前記自己支持構造内に前記複数の孔を形成するように前記混合物から前記複数のポリエチレン球体を取り除くステップを含む、請求項２４から３１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記混合物は、少なくとも５％のポリエチレン球体を含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
薄い壁面によってそれぞれ分離された、実質的に平行な複数の経路を含むモノリス形に混合物を押し出すステップであって、前記混合物は自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、残りの混合物は結合材料を含む、ステップと、
前記モノリス形を乾燥させるステップと、
機械的に安定している活性モノリス形を形成するように、４００℃から８００℃までの範囲の温度で前記モノリス形を焼成するステップとを含む、処理ユニットを製造する方法であって、
前記実質的に平行な複数の経路は四角形、円形、三角形、または六角形のうちの１つの断面形状を有し、
前記モノリス形のセル密度は２００セル／平方インチと２，０００セル／平方インチの間の範囲であり、
前記複数の実質的に平行な経路を分離させる壁面は、４０ミクロンから１ミリメートルの間の範囲の厚さを有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、共通の発明者および譲受人であり、その開示全体を参照により本明細書に援用する、２０１６年１２月２１日出願の「活性材料を有する自己支持構造」という名称の米国仮特許出願第６２／４３７，３２７号、および２０１７年１１月１４日出願の「活性材料を有する自己支持構造」という名称の米国仮特許出願第６２／５８５，５７４号の優先権を主張する。
本出願は、その開示全体を参照により本明細書に援用する、２０１６年１２月２１日出願の「活性材料を有する自己支持構造」という名称の米国仮特許出願第６２／４３７，３１９号に関する。
本技術は、オープンセルされ、活性材料を含む自己支持構造の製造に関する。より詳細には、自己支持構造はスイング吸着プロセス、および炭化水素の回収を促進する他のプロセスなどの分離および／または触媒プロセスで使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
処理技術は、多くの産業において有用であり、典型的には、好ましい生成物流れを提供するために、触媒または吸着材料などの活性材料上に流体混合物を流すことによって達成することができる。吸着プロセスでは、吸着材料は、１つまたは複数の気体成分を吸着するが、その他の１つまたは複数の気体成分を吸着しないことが好ましい。非吸着生成物は別個の生成物として回収される。触媒プロセスでは、触媒は、化学反応の速度を増加させるように流れ内の成分と反応するように構成されている。
例として、気体分離技術の１つの特定のタイプは、温度スイング吸着（ＴＳＡ）、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、部分圧力パージスイング吸着（ＰＰＳＡ）、急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）、急速サイクル部分圧力スイング吸着（ＲＣＰＰＳＡ）であるが、これに限らず、圧力および温度スイング吸着などの上記プロセスの組合せに限らない。例として、ＰＳＡプロセスは、気体に圧力が加えられている場合、吸着材料などの活性材料の気孔構造または自由容量内により急速に吸着される気体の現象による。すなわち、気体圧力が高くなればなるほど、より大量の急速吸着気体が吸着される。圧力が下がると、吸着成分が、吸着材料から放出または脱着される。
【０００３】
異なる気体は異なる範囲で吸着材料のミクロ気孔を充填する傾向があるので、スイング吸着プロセス（例えば、ＰＳＡおよびＴＳＡ）を使用して、気体混合物の気体を分離することができる。例えば、天然ガスなどの気体混合物が圧力を受けて、メタンに対してより、二酸化炭素に対してより選択的である吸着材料を入れた容器を通過する場合、二酸化炭素の少なくとも一部は吸着材料によって選択的に吸着され、容器から出る気体がメタン内で濃縮される。吸着材料が二酸化炭素を吸着する容量の限界に到達すると、例えば、圧力を下げることによって、ＰＳＡプロセスで再生され、それによって、吸着された二酸化炭素を放出させる。吸着材料はその後、典型的には、パージされ、再加圧される。その後、吸着材料は、別の吸着サイクルの準備をする。
【０００４】
典型的には、触媒プロセスおよび吸着プロセスで使用される構造は、限られたアレイの物理的構造タイプを有する。活性材料はしばしば、結合剤および押出またはスプレー乾燥などの処理技術を使用して、ビード、顆粒、球体またはペレットに構造化される。ビード、顆粒、球体またはペレットはその後、触媒または吸着プロセスで、充填層としてユニット内に一緒に充填される。その結果、触媒または吸着剤の従来の製造は、充填層で使用される小さな球体状活性材料（例えば、球体、ペレット、ローブなど）の押出が必要である。しかし、充填層は、充填層を通した蛇行経路を作り出し、大きな圧力低下につながる。
他の構成では、構造はモノリスなどの工学的構造であってもよい。工学的構造では、活性材料は、金属またはセラミックモノリスなどの基板上に被覆されている。工学的構造は、充填層と比較して圧力低下を少なくする、実質的に均一な流路を提供する。しかし、これらの構造では、重量の大部分は、下にある支持構造を形成するために使用される不活性材料である。
その結果、構造の典型的な製造解決法は、充填層で使用される小さな球体状活性材料（例えば、球体、ペレット、ローブなど）の押し出し、またはモノリス基板（例えば、セラミックまたは金属モノリス）上の活性材料の薄いコーティングの塗布を必要とする。充填層は、工学的構造と比較して、大きな圧力低下がある。また、工学的構造は、構造の寸法および重量を大きくする、不活性材料である構造支持体からの追加の重量を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、活性材料を含み、複合幾何形状を含むことができる自己支持構造を有するプロセスで強化を行う装置、方法、およびシステムに対する需要が当技術分野には残されている。さらに、本技術は、供給流れから汚染物質を分離させるために、スイング吸着プロセスなどの吸着または触媒プロセスに自己支持オープンセル構造を一体化させることによって強化を行う。したがって、本技術は、分離および／または触媒プロセスにおける従来の構造の欠点を克服する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、処理ユニットが記載されている。処理ユニットは、内部領域を形成するハウジングと、内部領域内に配置された自己支持構造であって、自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造である自己支持構造と、ハウジングに固定された複数の弁であって、それぞれ自己支持構造とハウジングの外部位置の間に延びる流路に沿った流体流を制御するように構成された弁とを備えている。
【０００７】
１つまたは複数の実施形態では、処理ユニットは様々な強化を含むことができる。例えば、処理ユニットは、共通の作動機構を介して操作される複数の弁の２つ以上を含むことができ、処理ユニットは、自己支持構造を通過する気体供給流れから汚染物質を取り除くように構成された循環スイング吸着層ユニットであり、自己支持構造は自己支持構造内に６０重量％より多い活性材料を有することができ、または自己支持構造は自己支持構造内に７０重量％より多い活性材料を有することができ、自己支持構造は自己支持構造内の活性材料によって被覆された不活性支持部材（例えば、無機または不活性支持部材）（例えば、自己支持構造を通過する流れに対して不活性である、または動作状態で不活性である）を有することができ、吸着層と複数の弁の間に配置された流れ分配器を含むことができ、ハウジングは、５重量ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）から１，４００ｐｓｉａまで圧力を維持するように構成することができ、自己支持構造は、１０マイクロメートルより大きい活性材料の層を有することができる、または１００マイクロメートルより大きい活性材料の層を有することができ、１つまたは複数の画定された経路は、実質的に平行な２つ以上の経路を備える、および／または自己支持構造は低い熱質量を有する。
【０００８】
さらに別の実施形態では、供給流れから汚染物質を取り除く方法が記載されている。方法は、ａ）吸着層ユニット内で１つまたは複数の吸着ステップを行うステップであって、１つまたは複数の吸着ステップそれぞれが、気体供給流れから１つまたは複数の汚染物質を取り除くように吸着層ユニットのハウジングの内部領域に配置された自己支持構造を通して気体供給流れを通過させることを含み、自己支持構造は自己支持構造内に自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、自己支持構造は、自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造であるステップと、ｂ）１つまたは複数の再生ステップを行うステップであって、１つまたは複数の再生ステップそれぞれが、汚染物質出力流れ内に１つまたは複数の汚染物質の少なくとも一部を離れるように案内することを含むステップと、ｃ）少なくとも１つの追加サイクルでステップａ）からｂ）を繰り返すステップとを含む。
【０００９】
さらに、１つまたは複数の実施形態では、供給流れから汚染物質を取り除く方法は、様々な強化を含むことができる。例えば、方法は、スイング吸着方法であってもよく、サイクル持続時間は、１秒より長く６００秒より短い期間、または１秒より長く３００秒より短い期間であってもよく、１つまたは複数の再生ステップを行うステップは、１つまたは複数のパージステップを行うことを含み、１つまたは複数のパージステップはそれぞれ、汚染物質出力流れ内に１つまたは複数の汚染物質の少なくとも一部を離れるように案内するように自己支持構造を通してパージ流れを通過させることを含み、気体供給流れは、気体供給流れの合計量に基づいて１容量％炭化水素より多い炭化水素を含む流れであってもよく、気体供給流れの供給圧力は、４００重量ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）から１，４００ｐｓｉａの間の範囲にあってもよく、１つまたは複数の吸着ステップを行うステップが、二酸化炭素（ＣＯ2）レベルを５０ｐｐｍ体積率未満に下げるように構成することができ、１つまたは複数の吸着ステップを行うステップが、水（Ｈ2Ｏ）レベルを１０５ｐｐｍ体積率未満に下げるように構成することができ、および／または自己支持構造は低熱質量を有する。
【００１０】
さらに別の実施形態では、処理ユニットを製造する方法が記載されている。方法は、自己支持構造に対するテンプレートを作り出すステップと、テンプレート内に混合物を配置するステップであって、混合物は自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、残りの混合物は結合材料を含むステップと、固体形状を維持する自己支持構造を形成するように、テンプレートおよび混合物を硬化するステップと、自己支持構造からテンプレートを取り除くステップであって、自己支持構造が、テンプレートに基づき、自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造であるステップと、内部領域を有する処理ユニットのハウジング内に自己支持構造を配置するステップとを含むことができる。
【００１１】
さらに、１つまたは複数の実施形態では、処理ユニットを製造する方法は、様々な強化を含むことができる。例えば、方法は、自己支持構造を通して１つまたは複数の画定された経路に対して所定の幾何形状を有する自己支持構造の３次元モデルを作り出すステップを含むことができ、自己支持構造の３次元モデルに基づきテンプレートのモデルを作り出すステップを含むことができ、テンプレートのモデルに基づき３次元テンプレートを印刷するステップを含むことができ、自己支持構造からテンプレートを取り除くステップはさらに、テンプレートを溶融または分解し、溶融されたテンプレートを離れるように案内するように自己支持構造およびテンプレートを加熱するステップを含むことができ、テンプレートと混合物の間に形成し得るあらゆる空隙を少なくするようにテンプレートおよび混合物を硬化する前に、テンプレートおよび混合物を振動させるステップを含むことができ、テンプレートおよび混合物を硬化させるステップはさらに、結合材料および活性材料を、自己支持構造である粘着性固体構造に焼結するステップを含むことができる、および／またはハウジング内に複数の弁ポートを作り出すステップを含むことができ、複数の弁を形成するように複数の弁ポートそれぞれでハウジングに弁を固定するステップを含み、複数の弁はそれぞれ、自己支持構造とハウジングの外部位置の間で流体流を制御するように構成されている。
【００１２】
さらに、さらに別の実施形態では、処理ユニットを製造する方法が記載されている。方法は、薄い壁面によって分離された、実質的に平行な複数の経路を含むモノリス形に混合物を押し出すステップであって、混合物は自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、残りの混合物は結合材料を含むステップと、モノリス形を乾燥させるステップと、機械的に安定している活性モノリス形を形成するように、４００℃から８００℃までモノリス形を焼成するステップとを含み、実質的に平行な複数の経路は四角形、円形、三角形、または六角形の断面形状を有し、モノリス形のセル密度は２００セル／平方インチと２，０００セル／平方インチの間の範囲であり、複数の実質的に平行な経路を分離させる壁面は、４０ミクロンから１ミリメートルの間の範囲の厚さを有する。
本開示の前述および他の利点は、実施形態の非限定的例の以下の詳細な説明および図面を考察して、明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本技術の実施形態による自己支持構造を製造および使用する方法のフロー図である。
【図２】本技術の実施形態によるモールド、組み合わせたモールドと混合物、および得られる自己支持構造の様々な図である。
【図３】本技術の別の実施形態によるモールド、組み合わせたモールドと混合物、および得られる自己支持構造の様々な図である。
【図４】本技術のさらに別の実施形態によるモールド、組み合わせたモールドと混合物、および得られる自己支持構造の様々な図である。
【図５】本技術のさらに別の実施形態による組み合わせたモールドと混合物、および得られる自己支持構造の様々な図である。
【図６】本技術の別の実施形態によるモールドおよび自己支持構造の様々な図である。
【図７】本技術の実施形態による２つのモノリス構造の様々な図である。
【図８】自己支持構造のＸ線回折走査の例示的な図である。
【図９】自己支持構造の例示的なＳＥＭ図である。
【図１０】自己支持構造の例示的なＳＥＭ図である。
【図１１】５Ａゼオライトに合致するオーバーレイパターンの例示的な図である。
【図１２】温度の作用として、吸着水の損失による３Ａに対する重量損失の図である。
【図１３Ａ】様々なプロファイルの図である。
【図１３Ｂ】様々なプロファイルの図である。
【図１３Ｃ】様々なプロファイルの図である。
【図１３Ｄ】様々なプロファイルの図である。
【図１４】自己支持構造モノリス検査結果の例示的な図である。
【図１５】自己支持構造モノリスで使用されるポリエチレン球体の例示的な図である。
【図１６】本技術の実施形態による浸透測定の例示的な図である。
【図１７】本技術の実施形態による気体浸透測定に基づく平均気孔直径の例示的な図である。
【図１８】本技術の実施形態による水突破の例示的な図である。
【図１９】本技術の実施形態による６つの吸着層ユニットおよび相互接続配管を備えたスイング吸着システムの三次元図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
別段の説明がない限り、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、本開示が関連する技術分野の当業者によって普通理解されているのと同じ意味がある。単数形の用語、「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、内容としてそうでないことが明らかに示されていない限り、複数のことを含む。同様に、「または」という語は、内容的にそうでないことが明らかに示されていない限り、「および」を含むことを意図している。「含む」という用語は、「備える」を意味する。本明細書に記載された全ての特許および公報は、そうでないことが示されていない限り、全体を参照により援用する。用語または表現の意味に関して矛盾する場合、用語の説明を含む本明細書が優先する。「上側」、「下側」、「上部」、「底部」、「前方」、「後方」、「垂直」、および「水平」などの方向の用語は、本明細書では、様々な要素の間の関係を表現および明確にするために使用される。このような用語は、絶対的な方向性を示すものではないことを理解されたい（例えば、「垂直」構成部品は、デバイスを回転させることによって水平となる可能性がある）。本明細書で言及した材料、方法、および例は、単に例示的ものであり、これに限定することを意図したものではない。
本明細書で使用されるように、「大部分の構成部品」は５０重量％より多いことを意味する。
【００１５】
本明細書で使用されるように、「オープンセル」は、球体またはペレットなどの押出固体形状と比較して、オープン経路ネットワークを有する構造のことを言う。オープンセル構造は、それぞれの構造に経路または通路を通して流路を提供するモノリスまたは他の工学的構造を含む。
本明細書で使用されるように、「流れ」は、様々な機器を通して案内されている流体（例えば、固体、液体、および／または気体）のことを言う。機器は、導管、容器、マニホールド、ユニット、または他の適切なデバイスを含むことがある。
本明細書で使用されるように、体積％は標準的状態に基づくものである。方法の標準的状態は、０℃（例えば、３２°Ｆ）の温度および１００キロパスカル（ｋＰａ）（１バール）の絶対圧力に標準化することができる。
【００１６】
本技術は、複合幾何形状を有し、オープンセル構造である可能性がある、活性材料からの自己支持構造の製造に関する。特に、本技術は、強化構造を提供するために、活性材料の大部分（例えば、５０重量％超または６０重量％以上）を含む自己支持構造の強化に関する。強化構造は、流路を強化することができ、従来の構造より軽い構成のより高い体積効率を提供することができる、カスタマイズ可能構成を通して可撓性を提供することができる。自己支持構造は、構造を通して流体流路を提供するために、様々な画定された経路を有するよう構成することができる。
【００１７】
自己支持構造は、様々な化学的および工学的応用例で有用である可能性がある。活性材料の自己支持構造は、様々な幾何学的構造に設計されることがある。例として、吸着および触媒プロセスなどの特定の方法は、活性材料で強化することができる。特に、自己支持構造は、より高い圧力低下およびより低い質量移動速度を有する充填吸着層の代わりに使用することができる。充填層構成では、圧力低下および質量移動速制限は、急速なサイクルでの吸着または触媒プロセスを実行することを許可するものではなく、またはその際に非効率的である。さらに、圧力スイング吸着および急速サイクリングによる大きな容量気体分離プロセスは、低い圧力低下および高い重量効率を有する自己支持構造が必要である。本技術は、それぞれの方法および関連する経済を向上させるために、関連する構造に強化を与えることができる。
【００１８】
自己支持構造は、押込および押出技術などの様々な技術から製造することができる。例えば、技術は、３次元（３Ｄ）印刷を利用する押込プロセスを含むことができる。３Ｄ印刷法は、結合材料と組み合わされた活性材料（例えば、ゼオライト）のカスタム構造を作り出すためのテンプレートを使用することができる。テンプレートを使用することによって、自己支持構造は、構造を通して流体流路に対する画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造である可能性がある複合幾何形状に形成することができる。別の例として、押出方法を利用して、結合材料と組み合わされた活性材料からなるモノリス構造を作り出すことができる。両方の製造方法は、高温焼成（例えば、５００℃以上）に安定である活性無機材料、および有機および無機結合剤の組合せなどの活性材料を利用することができる。
例として、本技術はまた、活性材料で作られたカスタム自己支持構造を設計および製造するために、３Ｄ印刷技術を利用することができる。３Ｄ印刷および押込方法の使用により、従来の押出方法を使用して作ることができない構造の設計において幾何的可撓性が提供される。これらの構造は、それぞれの構造を通して流体流路に対する画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造を形成することができる。さらに、吸着材料構造における工学的可撓性も提供され、それにより、吸着層などの自己支持構造を製造する費用を少なくするセラミックまたは金属基板の使用および信頼がなくなる。
本技術はまた、大多数の構成要素などの活性材料を有するバルクモノリス構造を作り出すための押出方法を含むことができる。これに対して、従来の技術は、不活性セラミックまたは金属モノリス基板などの不活性基板に活性材料の薄いコーティングを塗布する必要がある。活性材料の薄いコーティングに対する機械的支持を典型的に与える不活性基板は、自己支持構造の総重量の９０％より多い。したがって、従来の自己支持構造における活性材料の薄いコーティングは、自己支持構造の総重量の１０％以下である。
【００１９】
特定の構成では、自己支持構造は、活性材料および結合材料の異なる組合せを含むことができる。例えば、自己支持構造は、活性材料である微小孔ゼオライトから製造することができる。特定の構成では、活性材料は、自己支持構造の２５重量％以上、自己支持構造の４０重量％以上、自己支持構造の５０重量％以上、自己支持構造の６０重量％以上、または自己支持構造の７０重量％以上であり、残りの部分は結合材料を含むことができる。他の構成では、結合材料は、自己支持構造の７５重量％未満、自己支持構造の６０重量％未満、自己支持構造の５０重量％未満、自己支持構造の４０重量％未満、または自己支持構造の３０重量％未満、であり、残りの部分は活性材料を含むことができる。
自己支持構造は、従来のコーティング技術より大きい単位体積毎のより高い質量の活性材料を含むことができる。例えば、１０マイクロメートルより大きい活性材料の層または厚さは、１００マイクロメートルより大きい、または２００マイクロメートルより大きい。
【００２０】
活性材料は、流れからの汚染物質を吸着する特定の構造において１つまたは複数の吸着材料を含むことができる。例として、活性材料は、ゼオライト、燐酸アルミニウム分子ふるい（例えば、ＡｌＰＯおよびＳＡＰＯ）、ＺＩＦ（ゼオライト様イミダゾレート骨格体（例えば、ＺＩＦ−７、ＺＩＦ−９、ＺＩＦ−８、ＺＩＦ−１１など）および炭素と、アミン機能化ＭＣＭ材料、ＳＢＡ、ＫＩＴ材料などのメソ多孔性材料を含むことができる。活性材料の他の例は、カチオンゼオライト、アミン機能化メソ多孔性材料、スタノシリケート、および／または炭素を含むことができる。他の構成では、吸着材料は、３Ａ、４Ａ、５Ａおよび／または１３Ｘ（水を吸着する高い親和性および高い容量を有する高多孔質吸着剤と、これらの構造の均一な孔に嵌合するのに十分小さい寸法を有する他の分子である）などのゼオライトタイプＡ（例えば、ＬＴＡ構造）、八員環ゼオライト材料（例えば、ＺＳＭ５８および／またはＤＤＲ）を含むことができる。
他の構成では、活性材料は、流れ内の成分と反応するように構成された１つまたは複数の触媒材料を含むことができる。
【００２１】
加えて、マクロ孔工学における様々な強化を使用して、追加の孔および多孔性を提供することができる。特に、ポリマー球体は、焼成プロセスが組成物で行われる場合、減少させるまたは取り除くことができる組成物（例えば、燃え尽きる可能性がある材料）に加えることができる。これらのポリマー球体を使用して、系多孔性を大きくし、拡散性能を向上させることができる。
結合材料は、有機および無機結合剤を含むことができる。有機結合剤は、例えば、メチルセルロース誘導体の２％水溶液を含むことができる。無機結合材料は、例えば、ＳｉＯ2および／または粘土を含むことができる。シリカ粒径は、２５ナノメートルから１，０００ナノメートルの間の範囲であり、シリカ粒子は一連の真珠構成であってもよい。
【００２２】
例として、処理ユニットは、内部領域を形成するハウジングと、内部領域内に配置された自己支持構造であって、自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造である自己支持構造と、ハウジングに固定された複数の弁であって、それぞれ自己支持構造とハウジングの外部位置の間に延びる流路に沿った流体流を制御するように構成された弁とを備えている。様々な構成では、例えば、処理ユニットは、共通の作動機構を介して操作される複数の弁の２つ以上を含むことができ、処理ユニットは、自己支持構造を通過する気体供給流れから汚染物質を取り除くように構成された循環スイング吸着層ユニットであり、自己支持構造は自己支持構造内に６０重量％より多い活性材料を有することができ、または自己支持構造は自己支持構造内に７０重量％より多い活性材料を有することができ、自己支持構造は自己支持構造内の活性材料によって被覆された支持部材、例えば、ウォッシュコートセラミックまたは金属構造を有することができ、吸着層と複数の弁の間に配置された流れ分配器を備えることができ、５重量ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）から１，４００ｐｓｉａまで圧力を維持するように構成することができ、自己支持構造は、１０マイクロメートルより大きい活性材料の層を有することができる、または１００マイクロメートルより大きい活性材料の層を有することができ、１つまたは複数の画定された経路は、実質的に平行な２つ以上の経路を備える、および／または自己支持構造は低い熱質量を有する。
【００２３】
さらに別の例として、供給流れから汚染物質を取り除く方法は、ａ）吸着層ユニット内で１つまたは複数の吸着ステップを行うステップであって、１つまたは複数の吸着ステップそれぞれが、気体供給流れから１つまたは複数の汚染物質を取り除くように吸着層ユニットのハウジングの内部領域に配置された自己支持構造を通して気体供給流れを通過させることを含み、自己支持構造は自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、自己支持構造は、自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造であるステップと、ｂ）１つまたは複数の再生ステップを行うステップであって、１つまたは複数の再生ステップそれぞれが、汚染物質出力流れ内に１つまたは複数の汚染物質の少なくとも一部を離れるように案内することを含むステップと、ｃ）少なくとも１つの追加サイクルでステップａ）からｂ）を繰り返すステップとを含むことができる。特定の構成では、方法はスイング吸着方法であってもよく、サイクル持続時間は、１秒より長く６００秒より短い期間、または１秒より長く３００秒より短い期間であってもよく、１つまたは複数の再生ステップを行うステップは、１つまたは複数のパージステップを行うことを含み、１つまたは複数のパージステップはそれぞれ、汚染物質出力流れ内に１つまたは複数の汚染物質の少なくとも一部を離れるように案内するように自己支持構造を通してパージ流れを通過させることを含み、気体供給流れは、気体供給流れの合計量に基づいて１容量％炭化水素より多い炭化水素を含む流れであってもよく、気体供給流れの供給圧力は、４００重量ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）から１，４００ｐｓｉａの間の範囲にあってもよく、１つまたは複数の吸着ステップを行うステップが、二酸化炭素（ＣＯ2）レベルを５０ｐｐｍ体積率未満に下げるように構成することができ、１つまたは複数の吸着ステップを行うステップが、水（Ｈ2Ｏ）レベルを１０５ｐｐｍ体積率未満に下げるように構成することができ、１つまたは複数の画定された経路は実質的に平行な２つ以上の経路を備え、および／または自己支持構造は低熱質量を有する。
【００２４】
さらに別の例として、処理ユニットを製造する方法は、自己支持構造に対するテンプレートを作り出すステップと、テンプレート内に混合物を配置するステップであって、混合物は自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、残りの混合物は結合材料を含むステップと、固体形状を維持する自己支持構造を形成するように、テンプレートおよび混合物を硬化するステップと、自己支持構造からテンプレートを取り除くステップであって、自己支持構造が、テンプレートに基づき、自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造であるステップと、内部領域を有する処理ユニットのハウジング内に自己支持構造を配置するステップとを含むことができる。特定の構成では、方法は自己支持構造を通る１つまたは複数の画定された経路に対して所定の幾何形状を有する自己支持構造の３次元モデルを作り出す（例えば、オープンセル構造は構造を通して流体流路に対して画定された経路を提供するように構成されている）ステップを含むことができ、自己支持構造の３次元モデルに基づきテンプレートのモデルを作り出すステップを含むことができ、テンプレートのモデルに基づき３次元テンプレートを印刷するステップを含むことができ、自己支持構造からテンプレートを取り除くステップはさらに、テンプレートを溶融または分解し、溶融されたテンプレートを離れるように案内するように自己支持構造およびテンプレートを加熱するステップを含むことができ、テンプレートと混合物の間に形成し得るあらゆる空隙を少なくするようにテンプレートおよび混合物を硬化する前に、テンプレートおよび混合物を振動させるステップを含むことができ、テンプレートおよび混合物を硬化させるステップはさらに、結合材料および活性材料を、自己支持構造である粘着性固体構造に焼結するステップを含むことができる、および／またはハウジング内に複数の弁ポートを作り出すステップを含むことができ、複数の弁を形成するように複数の弁ポートそれぞれでハウジングに弁を固定するステップを含み、複数の弁はそれぞれ、自己支持構造とハウジングの外部位置の間で流体流を制御するように構成されている。
【００２５】
さらに、別の構成では、処理ユニットを製造する方法が記載されている。方法は、薄い壁面によって分離された、実質的に平行な複数の経路を含むモノリス形に混合物を押し出すステップであって、混合物は自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、残りの混合物は結合材料を含むステップと、モノリス形を乾燥させるステップと、機械的に安定している活性モノリス形を形成するように、４００℃から８００℃までモノリスを焼成するステップとを含み、実質的に平行な複数の経路は四角形、円形、三角形、または六角形の断面形状を有し、モノリス形のセル密度は２００セル／平方インチと２，０００セル／平方インチの間の範囲であり（例えば、断面形状は自己支持構造を通る供給流れに対する一次流路に垂直な平面に沿っている）、複数の実質的に平行な経路を分離させる壁面は、４０ミクロンから１ミリメートルの間の範囲の厚さを有する。さらに、方法は、内部領域を有する処理ユニットのハウジング内に自己支持構造を配置するステップを含むことができ、および／またはハウジング内に複数の弁ポートを作り出すステップを含むことができ、複数の弁を形成するように複数の弁ポートそれぞれ内でハウジングに弁を固定するステップであって、複数の弁それぞれは、自己支持構造とハウジングの外部の位置の間の流体流を制御するように構成されているステップを含むことができる。
【００２６】
有利には、本技術は、従来の解決法を凌ぐ様々な強化を行うために利用することができる自己支持構造を提供する。例えば、本技術は幾何的設計可撓性を与える構造を提供し、カスタム構造および流路を提供することができる。カスタム構造は、経路を通過する流体との活性材料の相互反応を強化する、構造を通して流体流路に対する画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造であってもよい。さらに、自己支持を形成するために活性材料を利用することによって、作動容量は大きくなり、質量効果が向上され、さらに、構造の寸法および構造の関連する重量が小さくなることがある。寸法および重量の減少によりまた、自己支持構造を含むハウジングで利用される機器の関連する寸法が小さくなることがある。本技術は、以下の図１から１４を参照してより理解することができる。
【００２７】
図１は、本技術の実施形態による自己支持構造を製造および使用する方法のフロー図１００である。この図１００では、方法は、自己支持構造を使用することと共に、活性材料を含む自己支持構造を製造するステップを含む。特に、方法は、ブロック１０２に示すように、自己支持構造に対する構成を決定するステップと、ブロック１０４に示すように、自己支持構造に対するモールドまたはテンプレートを作り出すステップと、ブロック１０６および１０８に示すように、自己支持構造を製造するステップと、ブロック１１０および１１２に示すように、自己支持構造で処理ユニットを形成し、供給の処理の際に自己支持構造を利用するステップを含むことができる。
【００２８】
方法は、ブロック１０２で始まる。ブロック１０２では、自己支持構造に対する構成が決定される。この決定は、自己支持構造の機械的機構を決定することなど、プロセス工学的選択を強化するために自己支持構造の様々な態様をモデリングおよび識別することと、自己支持構造を通して流路（例えば、流路の蛇行性レベル）を決定することと、自己支持構造内のセル寸法を決定することと、自己支持構造を通した流れの圧力低下を決定することと、プロセス実行中に自己支持構造が曝される可能性がある動作条件（例えば、圧力、温度、および流れ組成）を決定することと、および／または自己支持構造内で活性材料によって吸着される汚染物質を決定することが必要である。
【００２９】
自己支持構造に対する構成が決定されると、ブロック１０４に示すように、自己支持構造に対してモールドが作り出される。自己支持構造の形成は、所望の構造をモデリングし、その後、特定の材料からモールドまたはテンプレートを３次元（３Ｄ）印刷する必要がある。３次元印刷で利用されるテンプレート材料は、自己支持構造製造プロセスの一部として溶解される可能性がある材料を含むことができる、または得られる自己支持構造から取り除くことができる材料であることができる。例えば、テンプレートは、アクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリラクチド（ＰＬＡ）、および／または他の適切なプラスチックおよび／またはワックスなどプラスチックを含むことができる。
【００３０】
モールドが作り出されると、ブロック１０６および１０８に示すように、自己支持構造が製造される。ブロック１０６では、自己支持構造が作り出される。自己支持構造の形成は、特定の製法を提供するために、有機および／または無機結合剤に活性材料を混合させる必要がある。水溶性スラリーである可能性がある混合物は、モールドに直接提供することができる、または入れ物または容器の内側でモールドと組み合わせることができる。モールドおよび混合物を振動させるために、入れ物または容器を使用して、モールドと混合物の間に形成される可能性があるあらゆる空隙を小さくすることができる。その後、モールドおよび混合物を処理して、混合物を固体形状に硬化させることができる。処理は、混合物を乾燥および／または硬化させ、モールドを溶融または分解するようにモールドおよび混合物を加熱することを含むことができる。ブロック１０８では、形成された自己支持構造を検証することができる。形成された自己支持構造の検証は、生成された自己支持構造に関する測定を得るためにセンサを使用して、形成された自己支持構造の空隙、裂け目、および／または非均質部分を識別することを含むことができる。検証は、自己支持構造上で高温Ｘ線回折を行うことを含むことができる。例えば、高温Ｘ線回折走査は、５Ａゼオライトの活性成分が数分間８６０℃で安定し、その後、ピーク高さを小さくすることによって示すように、安定性を失うことを示している。このような分析を使用して、自己支持構造の焼成の最大温度および時間を決定することができる。自己支持構造の機械的強度は、５００℃より高い温度の焼成に関連している。
【００３１】
自己支持構造が作り出されると、自己支持構造は、ブロック１１０に示すように、処理ユニットとして形成される。処理ユニットの形成には、ハウジング内に自己支持構造を配置し、ヘッドをハウジングに結合させ、１つまたは複数の弁（例えば、ポペット弁）をハウジングに結合させ、１つまたは複数の導管をハウジングおよび／または弁の１つまたは複数に結合させる必要がある。処理ユニットは、実質的に気体不浸透性隔壁を形成する、１つまたは複数の本体部分に結合されたヘッド部分を含むことができるハウジングを備えた吸着層ユニットであってもよい。ハウジングは、ハウジングによって囲まれた内部領域に配置された（例えば、吸着層として形成された）自己支持構造を含むことができる。様々な弁は、ハウジングの内部領域とハウジング外部の位置の間でハウジング内の開口部を通して流体流路を提供するように構成することができる。その後、ブロック１１２に示すように、自己支持構造を流体の処理の際に利用することができる。例えば、供給の処理は、供給流れからの１つまたは複数の汚染物質の除去のためにスイング吸着方法（例えば、急速サイクルプロセス）を行うことを含むことができる。他の例は、触媒プロセスにおいて自己支持構造を利用することを含むことができる。
【００３２】
自己支持構造を形成する１つの方法は、３Ｄモールドまたはテンプレートの使用が必要である可能性がある。例として、複合幾何形状を含む可能性がある自己支持構造は、テンプレートとして使用される三次元オブジェクトの形状をモデリングするモデリング技術（例えば、モデリングソフトウェア）によって準備することができる。モデリングソフトウェアは、多層方法で、プラスチックモールドまたはテンプレートを構築するために、３Ｄプリンタによって使用することができる組になった位置座標（例えば、ｘ、ｙ、ｚ座標）を作り出すことができる。活性材料、有機および無機結合剤および他の添加物の高固体水溶性スラリーを処理し、モールドに加えることができる。有機結合剤は、低温処理および乾燥中の粒子結合を容易にするように、一時的結合剤として働く。スラリーは、テンプレート（例えば、プラスチック３Ｄ印刷モールド）内で乾燥および焼成される。５００℃以上で行うことができる焼成プロセス中、プラスチックモールドは溶融または分解し、無機結合剤および活性材料粒子は、モールドから誘導された幾何形状を備えた結合自己支持構造に焼結される。その結果、自己支持構造は、テンプレートに基づく、構造を通した流体流路に対して画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造であってもよい。様々な異なるテンプレートまたはモールドが、作り出すことができる異なる自己支持構造の例として、図２Ａから７Ｂに示されている。
【００３３】
図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、本技術の実施形態によるモールド、組み合わせたモールドと混合物、および得られる自己支持構造の様々な図２００、２２０および２４０である。図２Ａでは、円柱形状を有する３Ｄ印刷犠牲テンプレートまたはモールドであってもよいプラスチックモールド２０２が示されている。図２Ｂでは、モールド２０２は、活性材料および結合剤を含む混合物２２２と組み合わせられる。得られる自己支持構造２４２が、図２Ｃに示されている。得られる自己支持構造２４２は、押込によって形成される３Ａ／ＳｉＯ2の層状シート構造（例えば、自己支持構造に対して、活性材料の重量と結合剤の重量の約７０：３０の比率（ｗ／ｗ））である。自己支持構造２４２は、１インチ直径×２インチ長さ、１３．３グラムの３Ａゼオライトおよび５．７グラムのＳｉＯ2結合剤を含む、１９．０２グラムの総重量である。
【００３４】
図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃは、本技術の別の実施形態によるモールド、組み合わせたモールドと混合物、および得られる自己支持構造の様々な図３００、３２０および３４０である。図３Ａでは、矩形柱形状を有する３Ｄ印刷犠牲モールドであってもよいプラスチックモールド３０２が示されている。図３Ｂでは、モールド３０２は、結合剤および活性材料の混合物３２２と組み合わせられる。得られる自己支持構造３４２が、図３Ｃに示されている。得られる自己支持構造３４２は、押込によって形成される３Ａ／ＳｉＯ2のフラクタルタイプ構造（例えば、約７０：３０ｗ／ｗ）である。自己支持構造３４２は、２．２５インチ幅×２インチ長さを有する。
【００３５】
図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃは、本技術のさらに別の実施形態によるモールド、組み合わせたモールドと混合物、および得られる自己支持構造の様々な図４００、４２０および４４０である。図４Ａでは、矩形柱形状を有する３Ｄ印刷犠牲モールドであってもよいプラスチックモールド４０２が示されている。図４Ｂでは、モールド４０２は、結合剤および活性材料の混合物４２２と組み合わせられる。得られる自己支持構造４４２が、図４Ｃに示されている。得られる自己支持構造４４２は、押込によって形成される３Ａ／ＳｉＯ2のクロスフロー構造（例えば、約７０：３０ｗ／ｗ）である。自己支持構造４４２は、２．２５インチ幅×２インチ長さを有し、相互接続経路の６面を有する。
図５Ａおよび５Ｂは、本技術のさらに別の実施形態による組み合わせたモールドと混合物、および得られる自己支持構造の様々な図５００および５２０である。図５Ａでは、活性材料および結合剤の混合物５０４を備えて示されている。モールド５０２は、円柱形状を有する３Ｄ印刷犠牲モールドであってもよい。得られる自己支持構造５２２が、図５Ｂに示されている。得られる自己支持構造５２２は、押込によって形成される３Ａ／ＳｉＯ2の三日月型構造（例えば、７０：３０ｗ／ｗ）である。自己支持構造５２２は、焼成プロセスによって形成することができる、２．２５インチ直径×２インチ長さを有する。
【００３６】
図６Ａおよび６Ｂは、本技術の別の実施形態によるモールドおよび自己支持構造の様々な図６００および６２０である。図６Ａでは、六角柱形状を有する３Ｄ印刷犠牲モールドであってもよいプラスチックモールド６０２が示されている。得られる自己支持構造６２２が、図６Ｂに示されている。得られる自己支持構造６２２は、押込によって形成されるＺＳＭ５８／ＳｉＯ2の六角形構造（例えば、７０：３０ｗ／ｗ）である。自己支持構造６２２は、混合物を約５００℃に加熱する焼成方法によって形成することができる、２．２５インチ幅×２インチ長さを有する。
【００３７】
図７Ａおよび７Ｂは、本技術の実施形態による２つのモノリス構造の様々な図７００および７２０である。図７Ａでは、自己支持構造７０２は、押出プロセスによって形成される５Ａ／ＳｉＯ2の円形構造（例えば、７０：３０ｗ／ｗ）である。自己支持構造６２２は、１インチ直径×３インチ長さを有し、三角形に形成されたセルを有する。図７Ｂでは、自己支持構造７２２は、押出プロセスによって形成される５Ａ／ＳｉＯ2の円形構造（例えば、７０：３０ｗ／ｗ）である。自己支持構造７２２は、１インチ直径×３インチ深さを有し、四角形に形成されたセルを有する。
【００３８】
混合物を自己支持構造に硬化させるために、高温による活性材料の熱安定性を評価することができる。上に記したように、自己支持構造を作り出す際の最終ステップの１つは、焼成を含むことができる。５００℃以上の温度を含むことができる高温での焼成により、ゼオライトおよびＳｉＯ2粒子混合物を脱水し、強化された機械的強度につながるより密度の高い構造に混合物を融合させる。焼成の目的で活性材料（例えば、吸着剤または触媒材料）の高温安定性を評価するために、高温Ｘ線回折を自己支持構造上で行うことができる。例えば、高温Ｘ線回折走査は、５Ａゼオライト（例えば、活性材料）が特定の期間、特定の温度（例えば、数分間約８６０℃）で安定し、その後、ピーク高さを小さくすることによって示すことができるように、安定性を失うことを示す表示を提供することができる。したがって、このタイプの分析を使用して、構造の焼成のための最大温度および時間を決定することができる。自己支持構造の機械的強度は、５００℃より高い焼成温度に関連している。
図８は、自己支持構造のＸ線回折走査の例示的な図８００である。図８００では、自己支持構造のＸ線回折走査は、走査軸８０４の角度対数で、２つのシータ軸８０２上の５Ａゼオライトの最初の２シータピークを監視した８６０℃で行われる。走査は、高温環境セルでＸ線回折計を使用して行うことができる。走査は、４８秒の走査時間および１２秒のリセット時間を含む、毎分行うことができる。走査は、２°から１２°の２シータ領域内で、８６０℃で６時間行うことができる。
【００３９】
例として、３Ｄ印刷プラスチックモールドまたはテンプレート内で材料を処理することにより得られる自己支持構造を製造する準備計画。吸着性ゼオライトまたは触媒粉末および有機および無機結合材料の高固体水溶性混合物が、準備された。モールドおよびスラリーを振動させながら、十分混合されたスラリーが、３Ｄ印刷プラスチックモールドに加えられた。混合物は、モールドから誘導された幾何形状を備えた活性機械的安定構造を製造するプラスチックモールド内で、５００℃以上に乾燥および焼成された。経路は、プラスチックモールドに基づいて、構造を通した流体流路に対する画定された経路である。
例えば、１１８．３グラムの３Ａゼオライト粉末を、容器（例えば、プラスチックボウルまたはカップ）に加えることができる。その後、１２６．７５グラムのコロイドシリカ（２５ナノメートル（ｎｍ）懸濁ＳｉＯ2粒子を含む４０重量％）を、容器内の３Ａゼオライト粉末に加えることができる。混合物は、３Ａゼオライト内への水の吸着の熱により、６５℃まで急速に加熱する（例えば、自己加熱される）。その後、試料は、常温または大気温まで冷却され、湿った固体である混合物が得られる。その後、２，０００回転／分（ｒｐｍ）で１から２分間十分混ぜられる。別の容器では、１５．０２グラムの水および１０．３グラムの１．５％メチルセルロースポリマー（有機結合剤として使用される）を、混合させ、混合されると、コロイドシリカと共に３Ａゼオライトを入れた容器に加えることができる。組み合わされた混合物は、２，０００ｒｐｍで２分間混合された。得られた粘着性注入可能スラリーを、３Ｄ印刷プラスチックモールドに静かに注ぐことができる。
【００４０】
自己支持構造は、３Ｄテンプレート押込構造から製造することができる。押込による吸着ゼオライト構造は、焼成後、７０：３０重量／重量のゼオライト吸着剤に対するＳｉＯ2結合剤からなる。ゼオライト粒子は、２ミクロン直径と２５ミクロン直径の間の範囲であってもよい。使用されるＳｉＯ2結合剤粒子は、２５ナノメートル（ｎｍ）または１００（ｎｍ）単分散粒子のいずれかであった。リンデタイプＡ（ＬＴＡ）吸着粉末の粒径分布は、粒径範囲が、４μｍの中間値を有する、２マイクロメートル（μｍ）から５μｍであることを示している（例えば、ゼオライトＡ（リンデ部、ユニオンカーバイド社））。ＺＳＭ−５８吸着粉末の粒径分布は、粒径範囲が２５μｍの中間値を有する、２０μｍから３０μｍの間であることを示している。ゼオライトまたは他の無機触媒粒子は、高温焼成プロセス後には、本質的に粘着性がない。使用される有機結合材料は、メチルセルロース誘導体の１％水溶液であった。
【００４１】
また、水溶性スラリー試料が、水溶性スラリー内で６５重量％（ｗｔ％）固体で準備された。ＳｉＯ2（例えば、２５ｎｍ）結合剤に対する吸着ゼオライトの比率は、７０：３０（ｗ／ｗ）である。乾燥ベースで、３ＡゼオライトおよびＳｉＯ2は、７０：３０乾燥重量比の形成対象物を有する固体である。有機結合剤（例えば、メチルセルロースおよび／またはメチルセルロース誘導体）対象物は、スラリー総重量内で０．０６ｗｔ％有機結合固体、またはスラリー総重量内で１ｗｔ％有機結合水溶液として６ｗｔ％である。
水溶性スラリーは、１，０００から２，５００回転／分（ｒｐｍ）で１から３分の間、非対称混合器を使用して十分混合された。さらに、小さなアルミナアゲートは、必要に応じて、あらゆる固体塊を少なくするように加えられた。
得られた粘着性注入可能スラリーは、３Ｄ印刷プラスチックモールドに静かに注がれた。構造は、振動テーブルを使用して、添加の間およびその後に、１５から２０分間振動された。
【００４２】
高いＨ2Ｏ吸着の結果、急速温度上昇により、ＬＴＡゼオライト自己支持構造は、変性スラリー準備法が必要である。スラリー温度は、数秒内で室温から７０℃まで急速に上昇する。７０℃の温度は、不可逆的に不溶性させる、メチルセルロースなどの普通の水溶性有機結合剤を分解することができる。したがって、ＬＴＡスラリー準備では、水溶性有機結合剤は、ＬＴＡゼオライト／ＳｉＯ2混合物が、水溶性有機結合剤性状を損なうのを避けるために、室温に冷却された後に、ＬＴＡおよびコロイドＳｉＯ2のスラリーに加えられた。
【００４３】
例として、自己支持構造は、３Ａ／ＳｉＯ2（２５ｎｍ）スラリーおよびフラクタルタイプ構造準備の例を含むことができる。混合物を形成する際、１１８．３３グラムの３Ａゼオライト、白色微粉は、風袋プラスチックジャーに加えられた。その後、１２６．７５グラムのコロイドシリカが、ジャー内の３Ａに加えられ、内容物はスパチュラで混ぜられる。コロイドシリカは４０ｗｔ％のＳｉＯ2であるが、溶液中のＳｉＯ2粒子の直径大きさは、２５ｎｍである。３Ａ材料がコロイド溶液内の水の多くを吸着するので、６５℃までの急速な温度上昇があった。試料が室温に冷却された後、ジャーは蓋がされ、内容物は１，５００から２，０００ｒｐｍで１から２秒の間非対称混合器の内側に配置されて、試料を混合し、ざらざらして湿った固体が得られる。別のジャーでは、１５．０２グラムの水、その後、１０．３２グラムの１．５ｗｔ％のメチルセルロース有機結合容器が加えられた。試料が混合され、得られた粘性水溶液は、３Ａ／ＳｉＯ2混合物に加えられた。組み合わされた混合物は、２分間２，０００ｒｐｍで混合器を使用して混合されて、成形可能な粘着性砂状固体が得られた。その後、１０．３グラムの追加水が、あらゆる塊固体をなくすために、８アルミナアゲートと共に、固体混合物に加えられた。試料は、２分間２，０００ｒｐｍで混合器を使用して混合され、その結果、粘着性注入可能白色スラリーが得られた。他の実施形態では、有機結合溶液は、メチルセルロースおよび／またはメチルセルロース誘導体を含むことができる。
【００４４】
ガス抜きおよび高密度化を行うために１５分間振動テーブル上で構造を振動させながら（例えば、スラリー材料を圧縮し、固体粒子を互いに近くする振動手順）、得られたスラリーが、図３Ａに示すモールド３０２などのフラクタルタイプ３Ｄ印刷プラスチックモールドに加えられた。スラリーの振動は、気泡をスラリーの上部に運ぶことによって、混合物内の捕捉気泡を取り除くために行われる。試料は、８０℃のオーブン内のモールドで一晩空気乾燥された。試料およびモールドはその後、１０時間１２０℃で乾燥された。例えば、試料は、１２から１６時間、水の沸点温度（例えば、１２０℃）より低い８０℃などの温度で緩やかに乾燥することができる。この方法は、水をゆっくり取り除く方法で行われる。乾燥されると、試料およびモールドは、オーブンから取り除かれ、プラスチック壁面はモールドから取り除かれた。３Ａ／ＳｉＯ2の露出壁面が、円滑であり、亀裂がない。プラスチックモールドベースは、３Ａ／ＳｉＯ2構造に取り付けられたままである。構造はその後、プログラム可能炉を使用して、５００℃まで焼成された。試料は、６時間約１２０℃の温度に曝され、１０時間１２０℃から３５０℃まで増加する温度に曝され、プラスチックモールドを分解するために、４時間３５０℃で熱浸漬され、６時間３５０℃から５００℃まで増加する温度に露出され、６時間５００℃に熱浸漬され、その後、１２０℃に冷却される。焼成プロセスの後、得られた自己支持構造は、１２１．２８３グラム重量の７０：３０ｗ／ｗの３Ａ／ＳｉＯ2を有する。自己支持構造は、２．２５インチ幅×２インチ長さの寸法を有するフラクタルタイプ幾何形状（例えば、図３Ｃ）を有する。構造の表面は、いくつかの小さな髪状割れ目のみが構造の上部にある、極めて良好な状態であった。
【００４５】
自己支持構造の様々なＳＥＭ画像が、図９に示されている。図９は、自己支持構造の例示的なＳＥＭ図９００および９２０である。これらの図９００および９２０では、自己支持構造は、高温結合を示す、ＺＳＭ５８／ＳｉＯ2１００ｎｍ（７０：３０ｗ／ｗ）に焼成される。図９００では、ゼオライト粒子の縁部は、矢印９０２で示される明るい線で示され、ＳｉＯ2粒子は９０４によって示される。さらに、図９２０内で拡大された領域９０６によって示されるように、様々な１００ｎｍＳｉＯ2球体。
【００４６】
図９のＳＥＭ図９００および９２０は、１００ｎｍＳｉＯ2球体が、５００℃焼成後、ゼオライトおよびＳｉＯ2粒子の粘着性合成物に互いに２０ミクロン直径ゼオライト粒子を結合させるために、無機粒子グルーとして働くことを示している。ＳｉＯ2結合粒子は、ゼオライト孔に入るには大きすぎるが、より大きい（例えば、１５μｍから２０μｍ）ゼオライト結晶上に濃く充填された表面層を形成するのに十分小さい。高温焼成（５００℃から８００℃）は、まだ多孔質である接続固体ネットワークを形成するように、ゼオライトおよび無機粒子を一緒に焼結させる。球状結合粒子の間の３０ｎｍから５０ｎｍまでの直径空間（孔）は、触媒および／または分離プロセスが起こる可能性がある、ゼオライト粒子にアクセスするのに、反応気体に十分なほど大きい。
コロイドシリカは、吸着また触媒粉末用の結合剤として使用される場合、低温で極めて弱い結合剤である。しかし、コロイドシリカの結合強度は、図９に示すように、点間接触行い、またより大きい吸着粒子間で間質空間を架橋するのに十分なシリカ粒子がある場合に、５００℃から８００℃焼成温度で急激に大きくなる。乾燥中、５００℃から８００℃焼成プロセスの前に、スラリーは、水損失中に収縮し、吸着粒子は、ＳｉＯ2粒子の薄い層によって囲まれた、互いに近くで引っ張られる。
【００４７】
別の例として、自己支持構造のＳＥＭ画像が、図１０Ａおよび１０Ｂに示されている。図１０Ａおよび１０Ｂは、自己支持構造の例示的なＳＥＭ図１０００および１０２０である。これらの図１０００および１０２０では、自己支持構造は、図１０００におけるモノリス１００２、図１０２０におけるモノリス１０２２などのモノリスである。モノリス１００２および１０２２は、５Ａ／ＳｉＯ2２５ｎｍ（７０：３０ｗ／ｗ）押出モノリスである（例えば、２５ｎｍ直径ＳｉＯ2粒子である、７０ｗｔ％活性５Ａゼオライトおよび３０ｗｔ％ＳｉＯ2結合剤を含む）。図１０Ａの図１０００は、図７Ｂからの四角形セル構造を有し、図１０Ｂの図１０２０は図７Ａからの三角形セル構造を有する。２つのモノリス、四角形セルモノリス１００２、および三角形セルモノリス１０２２は、３Ｄ印刷モールドを利用する上記押込構造を製造するために使用される同じ構成を使用して押し出された。モノリスは、７５０℃まで焼成された。四角形セルモノリス１００２は、約２８０μｍのセル壁面厚さ１００４を有し、四角形経路は約７００μｍ×７００μｍである。特に、四角形経路は、７００μｍのセル長さ１００６、および７００μｍのセル幅１００８を有する。得られた構造は、約６５０セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）のセル密度を作り出す。三角形セルモノリス１０２２は、約２００μｍのセル壁面厚さ１０２４、約１．２７４μｍの側部長さ１０２６、および約１，０６０μｍの高さ１０２８を有する。
【００４８】
この例では、モノリス１００２および１０２２に示すように流路または経路に対するカスタムおよび複合幾何形状を有する自己支持構造を製造するために利用されるのと同じ構成がまた、不活性セラミックモノリスの代わりに、活性材料モノリスを作り出すためのセラミック押出方法に適用された。得られた構造は、それぞれのモノリス１００２および１０２２を通して流体流路に対して所定の経路を提供するために構成されたオーブンセル構造であってもよい。
【００４９】
押し出されたセラミックモノリスは、機械的強度を得るために、極めて高い「焼結」温度（例えば、１，２００℃から１，５００℃）が必要である。焼結後、これらのセラミックモノリスは典型的には、不活性支持構造（例えば、モノリスを通過する流れを有する無機支持材料または不活性支持材料、またはモノリスが実行中に露出される環境条件）として使用される。これらのモノリスは、焼結後、普通は活性材料の薄い膜で後被膜される。したがって、セラミックモノリスの目的は、活性コーティングに対して機械的強度を提供する基板／支持体として働くことである。そのオープン経路幾何形状により、セラミックモノリス構造は、層流および低圧力低下を提供する。
【００５０】
本技術によって形成された押し出された活性材料モノリスは、７０重量％の活性材料で形成され、セラミックより低い温度に焼成される（例えば、５００℃から６５０℃まで焼成される）ように作られている。より低い温度は、ゼオライトの活性を維持するために利用される。得られた自己支持構造に対する強度は、無機ＳｉＯ2および／または粘土結合剤によって提供される。しかし、自己支持構造は、機械的に安定しながら、セラミックモノリスとほぼ同じ強度ではない。粘土はゼオライト用の結合剤として使用されるが、焼結ＳｉＯ2の強度を提供しない。
図１１は、５Ａゼオライトに合致する押し出された５Ａ／ＳｉＯ2モノリスの内壁および外壁からの試料の粉末Ｘ線回折オーバーレイパターン１１０６および１１０８の例示的な図１１００である。この図１１００に示すように、押出および焼成方法で残った５Ａゼオライト構造、および外側共押出し壁面および内側セルは同じ構成である。試料の内部セルおよび外壁のパターン１１０６および１１０８は、内壁および外壁内の材料は実質的に同様であり、強度カウント軸１１０４に対する角度（°）で２シータ軸１１０２に沿って示されていることを示す。
【００５１】
活性材料の選択として、３Ａ、４Ａ、および／または５ＡなどのゼオライトタイプＡ（例えば、ＬＴＡ構造）は、水およびこれらの構造の均一な孔に嵌合するのに十分なほど小さい寸法を有する他の分子を吸着するために、高い親和力と高い能力とを有する高多孔性吸着剤である。したがって、気体および液体の乾燥および浄化を必要とするプロセスは、スイング吸着方法などのＬＴＡタイプゼオライトの吸着容量および効率に左右される。これらの３Ａ、４Ａ、５ＡＬＴＡタイプのゼオライトは、幅広い範囲の条件にわたって直ぐに水を吸着する能力を有する。これらはまた、ゼオライト構造が劣化することなく、加熱される場合に吸着された水を放出する。したがって、加熱の際の水の放出と冷却の際の水の再吸着の間でサイクルする能力を有する。
水脱着の際の３Ａの使用が、熱重量分析（ＴＧＡ）に関連して示されている。ＴＧＡは、結合添加物なしで、３Ａゼオライト粉末で始めることによって行われた。ＴＧＡ実験は、図１２に示すように、試料対温度に対する重量損失に関するデータを生じる。
【００５２】
図１２は、温度の関数として、吸着水の損失により、３Ａに対する重量損失の図１２００である。この図１２００では、第１の応答１２０８および第２の応答１２１０は、分（ｍｉｎ）の時間軸１２０２、パーセントでの重量パーセント軸１２０４、℃での温度軸１２０６に沿って示されている。試料は、第２の反応１２１０と共に示すように、１０℃／分の速度で、３０℃から６００℃まで空気中で加熱した。第１の反応１２０８は、１５．３％の総重量損失を示し、これは３Ａ粉末が、大気条件で、１５．３重量％の水を吸着したことを示す。吸着された水は、２８０℃（例えば、２５分×１０℃／分＋３０℃開始温度）で試料から取り除かれた。
【００５３】
さらに、３Ａ粉末中のＨ2Ｏ脱着と、５００℃焼成３Ａ／ＳｉＯ2押込構造中のＨ2Ｏ吸着を比較することによって、強化を説明することができる。以下に記すように、表１は、焼成された３Ａ／ＳｉＯ2（例えば、７０：３０ｗ／ｗ）構造中の水吸着と、３Ａ粉末上の図１２の反応１２０８における水脱着結果を比較する。
【表１】
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【００５４】
表１では、比較で使用される３Ａ／ＳｉＯ2構造は、上に記載した方法によって得られる７０：３０ｗ／ｗの３Ａ：ＳｉＯ2層状シートモノリスである、図２Ｃのものと同様である。構造は、３Ｄ印刷プラスチックモールドおよび有機結合剤を分解し、３ＡおよびＳｉＯ2２５ｎｍ粒子を共に焼結するために、５００℃に焼成した。３Ａ／ＳｉＯ2層状シート構造は、５００℃焼成プロセスの後、１２０℃の炉内に貯蔵した。構造の３Ａ成分は、吸着水がないものとする。１インチｄ×２インチ長さである３Ａ／ＳｉＯ2構造の重量を、炉から１２０℃で測定したところ、その重量は、表１に記録されるように２０．５６０グラムであり、２０．５６０グラム総重量の７０％を有する、すなわち１４．３９２グラムが３Ａ成分である。総重量の２０．５６０グラムの残りの３０％、すなわち６．１６８グラムは、２５ｎｍ直径ＳｉＯ2結合剤粒子である。
【００５５】
水（Ｈ2Ｏ）のない３Ａ／ＳｉＯ2構造の重量を測定した後、構造を、７２時間実験台で大気条件に曝した。大気条件に７２時間曝した後、３Ａ／ＳｉＯ2構造の重量を再び測定したところ、その重量は２２．８３７グラムであった。この重量の増加は、１１．０７％であり、大気からの２．２１７グラムの水を吸着した結果である。水の大部分は、３Ａ／ＳｉＯ2構造中の３Ａ成分によって吸着されるのみである。構造の３Ａ成分に対する水吸収を判断する場合、１５．４％重量増加に相当する。この重量増加は、図１２の反応１２１０における水脱着による、３Ａ粉末中の１５．３％重量損失と同様である。その結果、３Ａ／ＳｉＯ2層状シート構造における重量増加は、構造中の３Ａ成分が水分子にアクセス可能であることを示しているが、この大気水分テストはアクセス速度に関する情報を提供しない。
最近のテストでは、気体分子を吸着することによる３Ａへのアクセス速度は、特に、高い焼成温度（７００℃＋）で、２５ｎｍＳｉＯ2結合剤によって妨害される可能性がある。したがって、方法は、孔へのアクセスを良くするために結合剤への調節を含むことができる。
【００５６】
例えば、３Ａ／ＳｉＯ2構造中の３Ａ成分は多孔質である。３Ａ構造の「窓」または孔は、３オングストローム寸法の開口部を有する。水分子は約２．８オングストロームの直径を有し、３Ａ構造に嵌合する、または３Ａ構造の内側に「吸着」される。ＳｉＯ2結合剤は、非多孔質である。ＳｉＯ2球体は、孔がなく、したがって、その構造内に水を吸着しない。水はＳｉＯ2球体の表面を湿らすが、水の量は３Ａゼオライト（７０重量％）／ＳｉＯ2（３０重量％）構造によって吸着される可能性がある水の総量の極めて小さい部分である可能性がある。したがって、３Ａゼオライト成分は、３Ａ／ＳｉＯ2合成構造中の水を吸着するための一次材料である。ＴＧＡ（熱重量分析）は、重量損失対温度を測定する。図１２は、３ＡゼオライトのみのＴＧＡ分析である。３Ａ粉末は重量の１５．３％を損失することを示しており、これは、大気条件で吸着された水を脱着することによるものである。
上記例から、３Ａゼオライト粉末に関するこのＴＧＡ結果は、大気条件での水の吸着による例で３Ａ／ＳｉＯ2構造における１５．４％重量増加にほぼ等しい。３Ａ／ＳｉＯ2構造における、ほぼ同一のＴＧＡ脱着（重量損失）結果および吸着（重量増加）結果は、３Ａゼオライト成分が水にアクセス可能であることを示している。
【００５７】
さらに確かなものとするために、気体吸着突破テストも、自己支持構造上で行った。ＮａｔＧａｓ  Ｕｎｉｔと呼ばれる気体吸着突破ユニットを使用して、被覆された基板の気体吸着および突破輪郭を測定した。知られている重量の試料は、気体バイパスを防ぐために包み、気体吸着突破ユニット中の管に挿入する。試料は、２５℃でＨ2Ｏで飽和された３００標準立法センチメートル／分（ｓｃｃｍ）Ｎ2、１００ｓｃｃｍＨｅおよび６００ｓｃｃｍＮ2からなる、合計１，０００ｓｃｃｍ気体流量に曝される。気体突破は、質量分光法によって監視される。ｓｃｃｍの気体流測定用語は、標準温度および圧力でのｃｍ3／分を示す。
【００５８】
このテストの一部として、３Ａ／ＳｉＯ2（７０：３０）およびメチルセルロース（一時有機結合剤）からなる３５重量％固体を備えた水溶性スラリーを、例示的な３Ａ／ＳｉＯ2スラリー準備の際に上に記載したように調製した。スラリーは、気体吸着突破ユニットにおけるテストに適した寸法を有する、Ａｌ2Ｏ3セラミックモノリスに塗布した。セラミックモノリス上のウォッシュコートは、焼成後の自己支持構造と同様の組成を有する。したがって、３Ａ／ＳｉＯ2ウォッシュコートモノリスを自己支持押込および押出構造に適切なサロゲートとして使用したので、突破結果は匹敵するものとなるべきであり、そうなると予測される。
【００５９】
このテストでは、９００ｃｐｓｉＡｌ2Ｏ3モノリスは、０．５インチｄ×１インチ長さＬの寸法、３０％壁面多孔性、および５５％オープンフロント領域を有する。モノリスの最初の未被覆重量は、４．０９９グラムであった。スラリーの２つのコーティングを、従来のウォッシュコーティング技術によって塗布し、試料は５００℃で乾燥および焼成した。焼成後の試料重量は、４．８９３グラムであった。得られた３Ａ／ＳｉＯ2（２５ｎｍｄ）ウォッシュコートモノリスは、約０．５５６グラムの３Ａ吸着剤を含み、自己支持押込および押出構造で使用される調製用の代表的試料であった。突破テストの前に、３Ａ／ＳｉＯ2被覆モノリスは、１５０℃および１００ｓｃｃｍＨｅ流れで１２時間乾燥された。
【００６０】
図１３Ａおよび１３Ｂは、突破輪郭の図１３００および１３２０である。突破輪郭は、かなり鋭い。図１３Ａでは、Ｈｅ反応１３０６およびＨ2Ｏ反応１３０８が、水に対して、分単位の時間軸１３０２対カウント／秒の質量分析計軸１３０４に沿って示されている。水供給の予測速度は、５．４８ミリグラム（ｍｇ）／分（ｍｉｎ）である。突破前に水を吸着するための、３Ａ／ＳｉＯ2ウォッシュコート中の０．５５グラムの３Ａに対する予測時間は、２５分（例えば、吸収レベルオフで３０分−吸収の開始で５分）である。反応１３０６は、乾燥Ｈｅパージの時間０から５０分まであるブランクトレース（例えば、試料がない）を示し、反応１３０６はフラットでベースライン近くであり、Ｈ2Ｏをカウントしていないことを示す。その後、５０分以降、弁は、一時的窒素流Ｎ2である可能性がある湿った流れを供給するために切り替わる。Ｈ2Ｏが３００分で取り除かれるまで、質量分析計がＨ2Ｏのカウント／秒の増加を示しているので、反応１３０６は、垂直に上昇する。その後、反応１３０６は、Ｈ2Ｏのノーカウントを示すベースラインに戻る。反応１３０８は、Ａｌ2Ｏ3セラミックモノリス上に被覆された３Ａ／ＳｉＯ2の試料を通した同様の実験を示す。この反応１３０８によって示されるように、ブランク試料に対する反応１３０６と比較して反応１３０８が上昇するのが約５分長く、試料が水飽和および平衡に到達するまで、Ｈ2Ｏ突破が３Ａ成分中のＨ2Ｏの吸着によって遅くなっていることを示す。
【００６１】
図１３Ｂでは、Ｈｅ反応１３２６およびＨ2Ｏ反応１３２８が、分の時間軸１３２２対Ｃ／ＣｏのＨ2Ｏ軸１３２４の標準化分画濃度に沿って示されており、Ｈ2Ｏの標準化分画濃度は時間軸１３２２の関数として質量分析計によって測定されることを示している。この図１３２０では、３Ａは約２５分間水を吸着し、３Ａ吸着剤粒子が一連の大部分の拡散障害物なしでアクセス可能であることを示す。反応１３２６は、５分間空のセルを通過する乾燥Ｈｅパージを示し、フラットでありベースラインに近い。弁が湿ったＨｅ流れを供給するように切り換えられると、質量分析計は、０分の時間でのヘリウム（Ｈｅ）の突破を示す。これに対して、反応１３２８は、湿ったＨｅ流れに応じる３Ａ／ＳｉＯ2ウォッシュコートセラミックモノリスを備えた試料セルを示す。反応１３２８は、標準化されたＨ2Ｏ濃度対時間を示す。したがって、試料中の３Ａ成分がＨ2Ｏで飽和され、Ｈ2Ｏの完全濃度（１００％）が質量分析計によって示されるまで、数分（例えば、約２５分）かかることを示している。
【００６２】
図１３Ｃおよび１３Ｄは、推移供給対パージ温度輪郭の図１３４０および１３６０である。この図１３４０および１３６０では、セラミックモノリスは、金属モノリスより熱推移がかなり良く行われる。セラミック材料は、セラミックと同様の低い熱質量構造を有し、同様の熱スイング利点を示すべきである、自己支持活性構造と同様に行う。さらに、本技術の自己支持構造は、熱スイングプロセスが急速に加熱および冷却を試みている材料である、活性材料の大部分からなる。
図１３４０および１３６０では、サイクルの供給およびパージステップそれぞれに２０秒間の流体流れを必要とする、サイクルプロセスを使用した。気体流量は、供給気体に対して１４標準立法フィート／分（ｓｃｆｍ）、パージ気体に対して２２ｓｃｆｍであった。窒素気体は、供給およびパージ流れに対して使用され、モノリスまたは層の両側で導入された。供給流れは、大気温度であり、パージ流れは１８０℃であった。温度を監視するために、構造の供給気体入口側で温度を測定するように位置決めされた第１の熱電対と、供給気体のパージ気体入口側で温度を測定するように位置決めされた第２の熱電対を有する、急速応答熱電対を使用し、温度を測定および記憶した。
【００６３】
図１３Ｃでは、温度反応１３４６および１３４８が、秒の時間軸１３４２対℃の温度軸１３４４に沿って示されている。試料層として使用される金属モノリスは、０．７５インチ直径×２インチ長さであり、ステンレス鋼で作られ、１，０００セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）より大きいセル密度を有し、５０ミクロン厚さのセル壁面を有し、３／８インチ直径の中心鋼軸を有する３つのモノリスであった。モノリスセルは、吸着剤の薄い層で被覆され、モノリスは気体バイパスを防ぐために線維状絶縁体で包まれていた。得られた構造は、試料管内に装填した。金属モノリスに対する温度反応１３４６および１３４８を含む図１３４０は、１８０℃パージ気体と大気温供給気体の間の温度推移に応じて、約７０℃の大きな温度ギャップを示している。これは、金属モノリスが構造内にかなりの熱を吸着していることを示す。
【００６４】
図１３Ｄでは、温度反応１３６６および１３６８は、秒の時間軸１３６２対℃の温度軸１３６４に沿って示されている。試料層として使用される金属モノリスは、０．７５インチ直径×２インチ長さであり、アルミナセラミックで作られ、９００ｃｐｓｉのセル密度を有し、１００ミクロン厚さのセル壁面を有し、中心鋼軸がないモノリスを含む。セラミックモノリスは、気体バイパスを防ぐために線維状絶縁体で包まれていた。得られた構造は、試料管内に装填した。アルミナセラミックモノリスに対する温度反応１３６６および１３６８を含む図１３６０は、図１３Ｃに示すように、温度サイクル中の温度推移が金属モノリスより小さな温度変化を有することを示している。セラミックモノリスに対する温度反応１３６６および１３６８における温度ギャップは、サイクルプロセス中約２０℃である。これは、図１３Ｃに示すように、セラミックモノリスが金属モノリスより少ない熱を構造に吸着することを示している。
【００６５】
テストは、自己支持構造上で行うことができる。例えば、受動テストである大気露出テストを行うことができる。３Ａ／ＳｉＯ2構造に水を加える駆動力がない。空気から水をゆっくり吸着し、測定される相対湿度および温度の条件に影響される。このテストは、知られている濃度の水を含むｓｃｃｍの気体の較正された流れを運び、３Ａ／ＳｉＯ2構造がその容量まで水を吸着するまでの時間を監視する。構造からの出口気体流れを監視する質量分光計機器がある。質量分光計機器は、気体対時間における水を監視している。「突破」と呼ばれる水が検出された場合、構造の３Ａ成分はこれらの特定の条件において水で飽和され、さらに水を吸着することができないことを示している。
【００６６】
さらに別の例として、自己支持構造は、押出プロセスにより形成することができる。例えば、混合物は、薄い壁面によって分離された画定された経路（例えば、実質的に平行な経路）を備えたモノリス形に形成することができ、混合物は、自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、残りの混合物は結合材料を含む。その後、モノリス形は乾燥させることができ、モノリス形は４００℃から８００℃の間の温度範囲で焼成して、機械的に安定な活性モノリス形を形成することができる。モノリス形は、四角形、円形、三角形、六角形またはあらゆる他の適切な形状であってもよい、断面形状（例えば、それぞれの経路に沿った一次流れの方向に垂直である平面に沿った断面形状）を有する画定された経路を含むことができる。モノリス形のセル密度は、２００セル／平方インチから２，０００セル／平方インチの間の範囲であってもよい。経路を分離させる壁面は、４０ミクロンから１ミリメートルの間の範囲の厚さを有することができる。
【００６７】
形成されると、自己支持構造であるモノリス形は、内部領域を有する処理ユニットのハウジング内に配置することができる。ハウジングは、ハウジング内に作られた（例えば、ハウジング内に穿孔または形成された）複数の弁ポートを有することができ、弁は弁を形成するために弁ポートそれぞれでハウジングに固定させることができ、弁はそれぞれ自己支持構造とハウジング外部の位置の間の流体流を制御するように構成されている。
【００６８】
特定の構成では、本技術は、供給流れからの１つまたは複数の汚染物質の除去のためにスイング吸着方法（例えば、急速サイクルプロセス）で利用することができる。特に、本技術は、スイング吸着方法を行うための１つまたは複数の吸着層ユニット、または一連のスイング吸着方法を行うように構成された吸着層ユニットのグループを必要とする。各吸着層ユニットは、吸着ステップおよび再生ステップを含むことができる、特定のサイクルを行うように構成されている。例として、ステップは、１つまたは複数の供給ステップ、１つまたは複数の減圧ステップ、１つまたは複数のパージステップ、１つまたは複数のリサイクルステップ、および１つまたは複数の再加圧ステップを含むことができる。吸着ステップは、供給流れから汚染物質を取り除くために、吸着層を通して供給流れを通過させる必要がある。再生ステップは、１つまたは複数のパージステップ、１つまたは複数のブローダウンステップ、１つまたは複数の加熱ステップ、および／または１つまたは複数の再加圧ステップを含むことができる。
本技術はまた、様々な動作条件で行うように構成された活性材料を含むことができる。例えば、供給圧力は、４００重量ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）から１，４００ｐｓｉａの範囲、または６００ｐｓｉａから１，２００ｐｓｉａの範囲であってもよい、好ましい吸着供給圧力に基づくことができる。また、パージ圧力は、４００ｐｓｉａから１，４００ｐｓｉａの範囲、または６００ｐｓｉａから１，２００ｐｓｉａの範囲であってもよい、販売パイプライン圧力に基づくことができる。
【００６９】
加えて、他の構成は、活性成分から一次的に形成することができる吸着構造に対する強化が必要である可能性がある。有利には、一次的活性成分の使用は、より少ない容量、セル均一性、大きな幾何および工学的可撓性、および／またはより低い熱質量の潜在性があるかなり安価でより高い動作能力を提供することができる。例えば、自己支持構造は、自己支持構造モノリス、自己支持３Ｄ構造（例えば、３Ｄ印刷により間接的）、および／または自己支持構造発泡体に形成することができる。自己支持構造モノリスは、低い圧力低下を伴う圧力スイング吸着などの、応用例に好ましい。
例として、自己支持構造モノリスの組成は、組成が有益であることを示す、天然ガス流れで使用される薄膜を含むことができる。１つの構成は、押出自己支持構造モノリスを含んでいる。この構成は、気体拡散障害物問題および／または損傷した吸着結晶により好ましい突破前面を欠いている可能性がある。
【００７０】
図１４は、自己支持構造モノリス検査結果の例示的な図１４００である。図１４に示すように、押出自己支持構造モノリスは、２５ｎｍ（７０：３０）に対する５Ａ／ＳｉＯ2の組成で形成することができ、７５０℃で焼成することができる。図１４００に示すように、天然ガステストのプロットが示されている。図１４００では、ヘリウムの第１の反応１４０８および水（Ｈ2Ｏ）の第２の反応１４０６が、分（ｍｉｎ）の時間軸１４０２と標準化濃度（Ｃ／Ｃｏ）のＨ2Ｏ軸１４０４の標準化分画濃度に沿って示されている。第１の反応１４０８は、垂直であることが好ましい、右に対する角度での突破曲線増加である。気体浸透テストは、自己支持押出モノリスを形成するのに必要な押出圧力（例えば、２，０００ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）から４，０００ｐｓｉｇ）がマクロ孔系をなくし、拡散障害物の増加につながるかどうかを判断するために行うことができる。同様に、Ｈ2Ｏ突破テストは、押出圧力が吸着結晶を損傷するかどうかを判断するために行うことができる。このテストは、気体浸透テストが完了した後に、行うことができる同じ試料および／または試料ホルダを使用することを含む。気体浸透テストは、モノリス押出圧力をシミュレーションするために、自己支持構造モノリス組成のディスクを５，０００ｐｓｉｇまで圧縮するための彫刻プレスを使用する必要があることがある。
【００７１】
１つまたは複数の構成では、気体浸透への効果の測定は、自己支持構造モノリス組成のディスク構造で得られる。例えば、気体浸透への効果は、乾燥および／または焼成の前に５，０００ｐｓｉｇに圧縮されたディスクなどの押出タイプ圧力と比較することができる、または様々なポリエチレン球体添加物と比較することができる。ガス浸透結果は、自己支持組成における気体輸送を向上させる解決法としてポリエチレン球体を使用する方法は、効果的であると思われることを示している。マクロ孔添加物の効果は、１００ｎｍ結合剤系より小さい（例えば、２５ｎｍ）結合剤系を備えたより大きい影響を含むことがある。２５ｎｍ粒子（例えば、２５ｎｍＳｉＯ2粒子）が１００ｎｍ粒子（例えば、１００ｎｍＳｉＯ2粒子）より小さく、５Ａ／ＳｉＯ2ｗ／ｗ比の同じ組成に対して、１００ｎｍ粒子より多くの２５ｎｍ粒子があるので、２５ｎｍ結合剤系の平均孔寸法へのより大きい影響が向上される。例として、自己支持構造は、ポリエチレン球体を使用する必要がある、孔工学的方法を利用することができる。吸着剤（例えば、５Ａ）は、マクロ孔添加物（２から４マイクロメートル球体のポリエチレン球体寸法）および無機結合剤（例えば、４０重量パーセント（ｗｔ％）の２５ｎｍＳｉＯ2または４０ｗｔ％の１００ｎｍＳｉＯ2のＳｉＯ2粒子コロイド溶液）の組合せである。
【００７２】
図１５Ａおよび１５Ｂは、自己支持構造モノリスで使用されるポリエチレン球体の例示的な図１５００および１５２０である。図１５Ａは、第１の直径１５０２および第２の直径１５０４を含む、球体の図１５００である。第１の直径１５０２および第２の直径１５０４は、２マイクロメートルから４マイクロメートルの間の範囲であってもよい。図１５Ｂは、（５％ポリエチレン球体を備えた）５Ａ／ＳｉＯ2試料内での５００℃焼成後のバーンアウトの後の球体マクロ多孔性孔の図１５２０である。
【００７３】
自己支持構造モノリス組成にアクセスするために、テストを行って、多孔性（例えば、気体浸透および／または水銀ポロシメトリーテスト）および容量（例えば、吸着剤によるＨ2Ｏ吸収）を判断することができる。例として、テストは、気体浸透テスト、水吸収テスト、および水銀ポロシメトリーテストを含むことができる。気体浸透テストでは、気体浸透は、供給圧力と比較される。自己支持構造モノリスディスクの探査多孔性システムは、浸透度、接続多孔性、孔直径、およびそのいずれかの組合せに関する情報を導き出すことが必要であることがある。テストユニットの気体浸透構成は、ディスクを保持するように構成された内部領域を有するハウジングと、ハウジングの入口側に圧力計と、ハウジングの出口側に流量計とを備えることができる。調製されたディスクは、２，０００ｐｓｉｇから４，０００ｐｓｉｇの間の範囲のモノリス押出圧力を模倣するように使用される、５，０００ｐｓｉｇに圧縮することができる。気体浸透テストは、非吸着トレース線および質量および粘度を有する他の気体（例えば、ディスクを通して別に通過される４つの他の組成）を提供するために、様々な流れをヘリウム（Ｈｅ）などの自己支持構造モノリスディスクを通すことを含むことができる。これらの異なる流れは、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）、メタン（ＣＨ4）およびアルゴン（Ａｒ）を含むことができる。ガス浸透テストは、テストユニットの入口側で気体圧力を測定すること、およびテストユニットの出口側で流体流れを測定することを含むことができる。関連する測定は、オープン孔システムの洞察を行う。
【００７４】
加えて、テストは、気体浸透テスト後に行うことができる水吸収テストを含むことができる。このテストは、Ｈ2Ｏ突破を判断する必要がある可能性がある。テストユニットの水吸収テスト構成は、ディスクを保持するように構成された内部領域を有するハウジングと、ハウジングの出口側に湿度センサとを備えることができる。水吸収テストは、自己支持構造モノリス、ディスク、またはフィルム内のゼオライト吸着剤の動作容量を探査する必要がある可能性がある。テストは、出口側での突破湿度対時間を測定するために使用される気体供給側に４０％相対湿度（ＲＨ）水を含むことができる。吸着剤組成を備えたディスクの重量が知られており、突破時間を算出および比較するために使用される。これは、吸着剤（例えば、ゼオライト）の量が、吸着剤の知られている量と比較してアクセス可能である（例えば、動作容量である）ことを示す。
【００７５】
さらに、テストは、気体浸透テストおよび水吸収テスト後に行うことができる、水銀（Ｈｇ）ポロシメトリーテストを含むことができる。Ｈｇポロシメトリーテストは、Ｈｇ侵入を判断することを含む。テストユニットのＨｇポロシメトリーテスト構成は、ディスクを保持するように構成された内部領域を有するハウジングを含むことができる。テストは、Ｈｇ液体および圧力（例えば、６０，０００ｐｓｉｇに対する周囲）を使用して、ディスクの多孔性システムを探査することを含むことができる。このテストは、孔直径および／または孔量を判断するために使用することができる。調製されたディスクの部分または片は浸透において使用することができ、突破テストはテストのためにＭｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ社に送信される。
【００７６】
様々な観察が、図１６Ａから１６Ｄに示されている。特に、図１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、および１６Ｄは、本技術の実施形態による浸透測定の例示的な図１６００、１６２０、１６４０および１６６０である。これらの図１６００、１６２０、１６４０および１６６０では、テストされる押出タイプ試料の気体浸透は高い（例えば、１０e-6から１０e-5モル／ｓ・ｍ2Ｐａ）。自己支持構造モノリスディスクは、約８０：２０（ｗ／ｗ）比率を有するＳｉＯ2（例えば、２５ｎｍ）結合剤に対する吸着ゼオライトである組成を有する。ディスクは、５，０００ｐｓｉｇで圧縮される。
【００７７】
図１６Ａは、自己支持構造モノリスディスクを通して通過するヘリウム（Ｈｅ）ガスに対する浸透測定の例示的図１６００である。この図１６００では、点１６０６、１６０７、１６０８および１６０９などの様々な応答点が、キロパスカル（ｋＰａ）の圧力軸１６０２に対するモル／秒平方メートルパスカル（モル／ｓ・ｍ2Ｐａ）の浸透軸１６０４に沿って示されている。特に、ｘ’ｓなどで示された点１６０６などの点は、焼成前の１０％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2１００ｎｍからなるディスクを示し、四角形で示した点１６０７などの点は焼成前の５％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2２５ｎｍからなるディスクを示し、三角形で示した点１６０８などの点は焼成前の０％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2１００ｎｍからなるディスクを示し、菱形で示した点１６０９などの点は焼成前の０％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2２５ｎｍからなるディスクを示している。
【００７８】
図１６Ｂは、自己支持構造モノリスディスクを通して通過する窒素（Ｎ2）ガスに対する浸透測定の例示的な図１６２０である。この図１６２０では、点１６２６、１６２７、１６２８および１６２９などの様々な応答点が、キロパスカル（ｋＰａ）の圧力軸１６２２に対するモル／秒平方メートルパスカル（ｓｍ2Ｐａ）の浸透軸１６２４に沿って示されている。特に、ｘ’ｓで示された点１６２６などの点は、焼成前の１０％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2１００ｎｍからなるディスクを示し、四角形で示した点１６２７などの点は焼成前の５％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2２５ｎｍからなるディスクを示し、三角形で示した点１６２８などの点は焼成前の０％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2１００ｎｍからなるディスクを示し、菱形で示した点１６２９などの点は焼成前の０％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2２５ｎｍからなるディスクを示している。
【００７９】
図１６Ｃは、自己支持構造モノリスディスクを通して通過するメタン（ＣＨ4）に対する浸透測定の例示的な図１６４０である。この図１６４０では、点１６４６、１６４７、１６４８および１６４９などの様々な応答点が、キロパスカル（ｋＰａ）の圧力軸１６４２に対するモル／秒平方メートルパスカル（ｓｍ2Ｐａ）の浸透軸１６４４に沿って示されている。特に、ｘ’ｓで示された点１６４６などの点は、焼成前の１０％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2１００ｎｍからなるディスクを示し、四角形で示した点１６４７などの点は焼成前の５％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2２５ｎｍからなるディスクを示し、三角形で示した点１６４８などの点は焼成前の０％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2１００ｎｍからなるディスクを示し、菱形で示した点１６４９などの点は焼成前の０％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2２５ｎｍからなるディスクを示している。
【００８０】
図１６Ｄは、自己支持構造モノリスディスクを通して通過する二酸化炭素（ＣＯ2）に対する浸透測定の例示的な図１６６０である。この図１６６０では、点１６６６、１６６７、１６６８および１６６９などの様々な応答点が、キロパスカル（ｋＰａ）の圧力軸１６６２に対するモル／秒平方メートルパスカル（ｓｍ2Ｐａ）の浸透軸１６６４に沿って示されている。特に、ｘ’ｓ示された点１６６６などの点は、焼成前の１０％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2１００ｎｍからなるディスクを示し、四角形で示した点１６６７などの点は焼成前の５％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2２５ｎｍからなるディスクを示し、三角形で示した点１６６８などの点は焼成前の０％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2１００ｎｍからなるディスクを示し、菱形で示した点１６６９などの点は焼成前の０％ｗ／ｗマクロ孔添加物を有する５Ａ／ＳｉＯ2２５ｎｍからなるディスクを示している。
図１６００、１６２０、１６４０および１６６０に示すように、浸透は、組成への０％ポリエチレン球体、５％ポリエチレン球体および１０％ポリエチレン球体の追加の間で向上する。さらに、２５ｎｍ結合剤と１００ｎｍ結合剤試料の差が、これらの図１６００、１６２０、１６４０および１６６０に示される。したがって、２５ｎｍ直径を有するディスク組成への５％ポリエチレン球体の追加により、０％ポリエチレン球体を有する１００ｎｍ直径（１００ｎｍ）結合剤に対するディスク組成と同様の浸透度を生じる。
【００８１】
平均孔直径は、図１７に示すように、気体浸透測定および／またはクヌーセンおよびポアズイユモデルから判断することができる。図１７は、本技術の実施形態による気体浸透測定に基づく平均気孔直径の例示的な図１７００である。図１７００では、２５ｎｍ結合材料対１００ｎｍ結合材料に対するディスクにおけるマクロ孔添加物の効果。図１７００では、様々な組成を有する様々なディスクが、試料識別（ＩＤ）軸１７０２に対するマイクロメートル（μｍ）の孔直径軸１７０４に沿って示されている。ディスクは、応答１７０６に示すように０％ポリエチレン球体を有する５Ａ／２５ｎｍＳｉＯ2粒子の組成を有することができ、ディスクは、応答１７０８に示すように５％ポリエチレン球体を有する５Ａ／２５ｎｍＳｉＯ2粒子の組成を有することができる。ディスクは、応答１７１０に示すように０％ポリエチレン球体を有する５Ａ／１００ｎｍＳｉＯ2粒子の組成を有することができ、一方、ディスクは、応答１７１２に示すように５％ポリエチレン球体を有する５Ａ／１００ｎｍＳｉＯ2粒子の組成を有することができ、ディスクは、応答１７１４に示すように１０％ポリエチレン球体を有する５Ａ／１００ｎｍＳｉＯ2粒子の組成を有することができる。
【００８２】
応答１７０６、１７０８、１７１０、１７１２および１７１４に示すように、平均孔直径は孔工学マクロ孔添加物の影響を示すことができる。モデルでは、焼成は、０．６マイクロメートルと２．０マイクロメートルの間の平均孔直径寸法を示している。マクロ孔添加物の追加は、より大きな直径結合材料（例えば、１００ｎｍ）と比較して、より小さい直径結合材料（例えば、２５ｎｍ）を含む５Ａ組成の平均孔直径を増加させるより大きな影響を有する。より小さい直径結合材料（例えば、２５ｎｍ）を含む５Ａ組成の平均孔直径へのより大きな影響は、結合剤粒子直径寸法の差（例えば、２５ｎｍＳｉＯ2粒子は１００ｎｍＳｉＯ2粒子より小さい）、および／または容量に対するより多数の粒子（例えば、１００ｎｍ粒子より大きい、同じ５Ａ／ＳｉＯ2ｗ／ｗ比率に対する２５ｎｍ粒子）に起因する。
【００８３】
水吸収テストは、自己支持構造モノリスディスク上の水突破の定性的結果を生じるために使用することができる。図１８は、本技術の実施形態による水突破の例示的な図１８００である。図１８００では、自己支持構造モノリスディスクの組成は、８０：２０（ｗ／ｗ）の比率の５Ａ／ＳｉＯ2を含むことができ、ＳｉＯ2は２５ｎｍであり、組成は５％ポリエチレン球体を含んでいる。水吸収テストは、気体浸透テストの後に行うことができる。例えば、気体浸透テストユニットでテストされたディスクは、約８０：２０の５Ａ／ＳｉＯ2の組成を備えた約１．９４３グラム質量を有する。図１８００では、ヘリウムの第１の応答１８０８および水（Ｈ2Ｏ）の第２の応答１８１０は、秒（ｓ）の時間軸１８０２、パーセント（％）の相対湿度軸１８０４、およびパーツ・パー・ミリオン（ｐｐｍ）の濃度軸１８０６に沿って示されている。この図１８００では、流量は約９０ｓｃｃｍ、３８％相対湿度（ＲＨ）、および０．０００８８グラムの水／分（ｇＨ2Ｏ／分）である。１５％吸収容量に対する推定突破時間は、約１５，３１１秒である。応答１８１０は、ほぼ水平線に対して平らになる応答１８１０の一部に続く初期の鋭い垂直突破部分を有する。その結果、水吸収および突破グラフ結果は、５Ａ結晶が５，０００ｐｓｉｇ圧縮後に機能的であることを示している。
【００８４】
有利には、気体浸透結果は、孔工学に対する一解決法としてポリエチレン球体を使用する方法が効果的であることを示している。自己支持されたモノリスディスク組成において気体輸送を良くするためのポリエチレン球体の使用は、また効果的である。加えて、マクロ孔添加物を使用した孔工学は、結合材料の同様のｗ／ｗで１００ｎｍ結合材料より小さい（２５ｎｍ）結合材料を備えた組成に対するより大きな利点を提供すると考えられる。２５ｎｍのＳｉＯ2粒子は１００ｎｍのＳｉＯ2粒子より小さく、１００ｎｍ粒子より大きな同じ容量の材料に対する２５ｎｍ粒子があるので、これらの効果は、２５ｎｍ結合材料の平均孔寸法に対してより大きな影響を有することを含むことができる。したがって、孔工学は、孔工学に対する例示的な解決法として、ポリエチレン球体で特に使用することができる、自己支持構造での気体輸送を向上させることができる。
【００８５】
自己支持構造のさらなる強化を使用して、製造プロセスおよび／または得られた構造を良くすることができる。例えば、本技術は、加えられる成分の順序を最適化することを含むことができる、多孔性および拡散性能を良くするための添加物を含むことができる、および／または調製処理（例えば、押出モノリス構造）を向上させる添加物を含むことができる。第１の強化として、添加の順序を使用して、自己支持モノリスを向上させることができる。本方法では、前条件吸着剤を容量に対して水で充填させることができる。添加の順序は、コロイドシリカ溶液にナトリウム陽イオン安定剤を添加することを含むことができる、吸着剤の汚染を防ぐことができる。また、添加の順序は、結合溶液からＨ2Ｏを吸着した結果、ＳｉＯ2結合粒子の凝集および低い分散を防ぐ必要がある可能性がある。第２の強化として、組成へのマクロ孔添加物の追加。マクロ孔添加物の追加は、マクロ多孔性を向上させ、拡散障害問題を少なくすることができ、（例えば、直径２μｍと４μｍの間で）ポリエチレン球体を使用する必要がある可能性がある。第３の強化として、組成への塑性添加物の追加。組成への粘土材料などの塑性添加物の追加を使用して、押出または押込または他の方法による処理に対する材料加工性を向上させることができる。また、塑性添加物の追加は、乾燥および焼成から得られる可能性がある構造欠陥の問題を改善することができる。
【００８６】
例として、図１９は、６つの吸着層ユニットおよび相互接続配管を備えたスイング吸着システム１９００の三次元図である。本構成は特定の例であるが、本技術は概して、対称配向、または非対称配向および／または複数のハードウェアスキッドの組合せで展開することができる吸着層ユニットに関する。さらに、このような特定の構成は例示的目的であり、他の構成は異なる数の吸着層ユニットを含むことができる。本構成では、吸着層ユニットは自己支持構造を含むことができる。
【００８７】
本システムでは、吸着層ユニット１９０２などの吸着層ユニットは、供給流れ（例えば、流体、気体または液体）から汚染物質を取り除くサイクルスイング吸着方法で構成することができる。例えば、吸着層ユニット１９０２は、吸着層ユニット１９０２内の吸着層を通して、それに、またはそこから流体の流れを管理する様々な導管（例えば、導管１９０４）を含むことができる。吸着層ユニット１９０２からのこれらの導管は、成分へ、そこから、またはその間に流れを分配するマニホールド（例えば、マニホールド１９０６）に結合させることができる。吸着層ユニット内の吸着層は、供給流れから１つまたは複数の汚染物質を分離させて、生成物流れを形成することができる。分かるように、吸着層ユニットは、パージ流れ、減圧流れなどの、プロセスの一部として他の流体流れを制御する他の導管を含むことができる。さらに、吸着層ユニットはまた、吸着層ユニット専用であり、スイング吸着プロセスで１つまたは複数のステップに専用である可能性がある、均等化容器１９０８などの１つまたは複数の均等化容器を含むことができる。
【００８８】
特定の構成では、自己支持構造は、実質的に気体不透過隔壁を形成する、ヘッド部および他の本体部を含むことができるハウジングを含んだ吸着層ユニットで利用することができる。ハウジングは、ハウジング内に配置された自己支持構造（例えば、吸着層として形成される）と、ハウジングの内部領域とハウジングの内部領域外部の位置の間にハウジング内で開口部を通る流体流路を提供する複数の弁（例えば、ポペット弁）とを備えることができる。ポペット弁はそれぞれ、ヘッド内に着座可能なディスク要素、またはヘッド（図示せず）に挿入された別個の弁シート内に着座可能なディスク要素を含むことができる。ポペット弁の構成は、あらゆる様々なタイプのポペット弁の弁パターンまたは構成であってもよい。例として、吸着層ユニットは、１つまたは複数のポペット弁を備えることができ、それぞれ異なる流れに関連する異なる導管と流体連通している。ポペット弁は、吸着層とそれぞれの導管、マニホールドおよびヘッダの１つの間に流体連通を提供することができる。「直接流れ連通」または「直接流体連通」という用語は、弁、または流れを遮る他の閉塞手段のない直接流れ連通を意味する。分かるように、他の変更形態は、本技術の範囲内で考えることができる。
吸着層は、供給流れから１つまたは複数の成分を吸着することが可能な、自己支持構造内に形成される吸着材料を備えている。このような吸着材料は、吸着層ユニット内で物理的および化学的条件に対して耐久性があるように選択され、吸着プロセスによって、金属、セラミック、または他の材料を含むことができる。
【００８９】
特定の構成では、活性材料を含むスイング吸着システムは、１つまたは複数の汚染物質と共に炭化水素を主に含む供給流れを処理することができる。例えば、供給流れは、供給流れの総量に基づく１容量パーセント炭化水素より多い炭化水素を含む流れであってもよい。さらに、供給流れは、Ｈ2Ｏ、Ｈ2Ｓ、およびＣＯ2と共に炭化水を含むことができる。例として、流れは１つまたは複数の汚染物質の１つとしてＨ2Ｏを含むことができ、気体供給流は、５０パーツ・パー・ミリオンミリオン（ｐｐｍ）分子から１，５００ｐｐｍ分子の範囲、または５００ｐｐｍから１，５００ｐｐｍ分子の範囲のＨ2Ｏを含むことができる。さらに、供給流れは、炭化水素およびＨ2Ｏを含むことができ、Ｈ2Ｏは１つまたは複数の汚染物質の１つであり、供給流れは供給流における飽和レベルに対する２ｐｐｍ分子の範囲のＨ2Ｏを含む。
【００９０】
加えて、本技術は、酸性気体を炭化水素流れから、酸化気体汚染物質を供給流れから分離させるために急速サイクルスイング吸着方法を利用する吸着システムを提供することができる。酸性気体除去技術は、酸性気体（例えば、酸性気体源）のより高い濃度を示す気体貯蔵に有用である。炭化水素供給流れは、数パーツ・パー・ミリオンの酸性気体から９０容量パーセント（ｖｏｌ．％）の酸性気体などの酸性気体の量が幅広く変化する。例示的な気体貯蔵からの酸性気体濃度の非限定的例は、少なくとも（ａ）１ｖｏｌ．％Ｈ2Ｓ、５ｖｏｌ．％ＣＯ2、（ｂ）１ｖｏｌ．％Ｈ2Ｓ、１５ｖｏｌ．％ＣＯ2、（ｃ）１ｖｏｌ．％Ｈ2Ｓ、６０ｖｏｌ．％ＣＯ2、（ｄ）１５ｖｏｌ．％Ｈ2Ｓ、１５ｖｏｌ．％ＣＯ2、および（ｅ）１５ｖｏｌ．％Ｈ2Ｓ、３０ｖｏｌ．％ＣＯ2を含む。したがって、本技術は、Ｈ2ＳおよびＣＯ2などの様々な汚染物質を所望レベルに取り除く機器を含むことができる。特に、Ｈ2Ｓは４ｐｐｍより低いレベルまで下げることができ、ＣＯ2は１．８分子パーセント（％）、または好ましくは５０ｐｐｍ未満のレベルまで下げることができる。別の例として、酸性気体除去システムは、ＬＮＧ仕様（例えば、５０パーツ・パー・ミリオン量（ｐｐｍｖ）ＣＯ2）に対してＣＯ2を取り除くことができる。
【００９１】
特定の構成では、活性材料は、供給流れから水分を取り除くために、急速サイクルＰＳＡプロセスなどの、急速サイクルスイング吸着方法で使用することができる。特定のレベルは、所望の出力生成物の露点に関連する（例えば、水量分は、その後のプロセスでの流れの最も低い温度で露点を得るために必要な水分量より低く、供給圧力に関連している）。第１の概算として、圧力の関数として逸散能修正を構成しないが、特定の露点を生じるｐｐｍの水濃度は圧力と反対に変化する。例えば、吸着層からの出力流れは、低温処理仕様（例えば、ＮＧＬプロセスに対する約−１５０°Ｆ（−１０１．１℃）の露点、または制御凍結区域（ＣＦＺ）プロセスに対する約−６０°Ｆ（−５１．１℃））を満たす、凍結処理供給流れになるように構成することができる。凍結処理供給流れ仕様は、０．０ｐｐｍから１０ｐｐｍの間、０．０ｐｐｍから５．０ｐｐｍの間、０．０ｐｐｍから２．０ｐｐｍの間、または０．０ｐｐｍから１．０ｐｐｍの間の範囲である流れ中（例えば、凍結処理までの吸着層または供給流れからの出力流れ）の水分量を含むことができる。パージステップ中の吸着層からの得られる出力流れは、０．０ｐｐｍから７ポンド／標準立法フィート（ｌｂ／ＭＳＣＦ）の間の範囲である流れの水分量を含むことができる。
【００９２】
１つまたは複数の実質形態では、本技術は、あらゆるタイプのスイング吸着方法に使用することができる。本技術の非限定的スイング吸着方法は、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）、温度スイング吸着（ＴＳＡ）、部分圧力スイング吸着（ＰＰＳＡ）、急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）、急速サイクル熱スイング吸着（ＲＣＴＳＡ）、急速サイクル部分圧力スイング吸着（ＲＣＰＰＳＡ）、および圧力および／または温度スイング吸着などのこれらの方法の組合せを含むことができる。例示的な動力スイング吸着方法が、米国特許出願公開第２００８／０２８２８９２、２００８／０２８２８８７、２００８／０２８２８８６、２００８／０２８２８８５、２００８／０２８２８８４および２０１４／００１３９５５号、および米国特許出願第１５／２３３６１７、１５／２３３６２３、１５／２３３６３１、および１５／２３３６４０号に記載されており、それぞれ全体を参照として本明細書に援用する。しかし、急速サイクルは、流れを処理するのに好ましい可能性がある。しかし、自己支持構造は、急速サイクルスイング吸着方法で利用することができることが好ましい。
【００９３】
さらに、システムの特定の構成では、本技術は、スイング吸着システムで、水（Ｈ2Ｏ）または酸性気体などの汚染物質を取り除くための特定の処理流れを含むことができる。例えば、方法は、サイクルを形成する、吸着ステップおよび再生ステップを含むことができる。吸着ステップは、供給流れから１つまたは複数の汚染物質を分離させて、生成物流れを形成するために、活性材料構造を有する吸着層ユニットを通して供給圧力および供給温度で供給流れを通過させることを含むことができる。供給流れは、前方方向に（例えば、供給層の供給端部から吸着層の生成物端部まで）吸着層を通して通過させることができる。その後、供給流れは、再生ステップに対して遮断させることができる。再生ステップは、１つまたは複数の減圧ステップ、１つまたは複数のパージステップ、および／または１つまたは複数の再加圧ステップを含むことができる。減圧ステップは、単一ステップおよび／またはブローダウンステップであってもよい、各連続減圧ステップに対する所定量によって吸着層ユニットの圧力を減らすことを含むことができる。減圧ステップは、前方向で行うことができる、または逆流方向（例えば、吸着層の生成物端部から吸着層の供給端部まで）に行うことができることが好ましい。パージステップは、パージステップである吸着層ユニットにパージ流れを通過させることを含むことができ、パージ流れは供給流れに対して逆流に提供することができる。パージステップからのパージ生成物流れは、離れるように案内され、別のシステムに、またはシステム内にリサイクルさせることができる。その後、１つまたは複数の再加圧ステップを行うことができ、吸着層ユニット内の圧力は、それぞれ連続した再加圧ステップで所定の量によって各再加圧ステップで増加される。その後、サイクルは追加の供給流れで繰り返すことができる、および／またはサイクルは第２の構成に対する異なるサイクルを行うために調節することができる。サイクル持続時間は、１秒より長く６００秒未満の期間、２秒より長く３００秒未満の期間、２秒より長く２００秒未満の期間、または２秒より長く９０秒未満の期間であってもよい。
【００９４】
また、本技術は、様々な流れの組成を含むことができる、様々な構成に一体化させることができる。上に記載するような吸着分離方法、装置、およびシステムは、気体およびオイル処理などの、炭化水素の開発および製造に有用である。特に、提供された方法、装置およびシステムは、気体混合物からの様々な対象気体の迅速な、大きな寸法である、効率的な分離に有用である。特に、方法、装置およびシステムは、汚染物質および重炭化水素（例えば、少なくとも２つの炭素原子を有する炭化水素）を取り除くことによって、供給生成物（例えば、天然ガス生成物）を準備するのに使用することができる。提供される方法、装置およびシステムは、分離応用例を含む、器具で使用する気体供給流れを準備するのに有用である。分離応用例は、露点制御、甘味および／または解毒、腐食保護および／または制御、脱水、加熱値、調整、および／または浄化を含むことができる。１つまたは複数の分離応用例を利用する例は、燃料気体の生成、密封気体、非飲料水、ブランケットガス、機器および制御ガス、冷媒、不活性気体、および／または炭化水素回収を含む。
【００９５】
吸着層ユニット内の自己支持構造を通して流体流路を提供するために、弁アセンブリは、ブッシュまたは弁ガイド内に位置決めすることができるステム要素に接続されたディスク要素をそれぞれ含む、ポペット弁を含むことができる。ステム要素は、それぞれのステムに対するそれぞれの弁供給直線動作を有するように構成された作動手段などの、作動手段に接続することができる。分かるように、作動手段は、単一の弁を作動させる方法で異なるステップに対して独立して操作することができる、または単一の作動手段は２つ以上の弁を制御するために利用することができる。さらに、開口部は実質的に同様の寸法であるが、入口マニホールドに対する開口部および入口弁は、出口マニホールドに対するものより小さい直径を有することができる。但し、入口を通過する気体量は出口を通過する生成物量より小さくなる傾向がある。さらに、この構成は弁アセンブリを有するが、弁の数および動作は、行われる特定のサイクルに基づいて変わる（例えば、弁の数）ことがある。
【００９６】
１つまたは複数の実施形態では、本技術の自己支持構造を利用する急速サイクルスイング吸着方法は、急速サイクル温度スイング吸着（ＲＣＴＳＡ）、および／または急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）を含むことができる。例えば、合計サイクル回数は、６００秒未満、３００秒未満、好ましくは２００秒未満、より好ましくは９０秒未満、さらに好ましくは６０秒未満であってもよい。
開示した発明の原理を適用することができる多くの可能な実施形態を鑑みて、例示的実施形態は、単に本発明の好ましい例であり、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではないことを理解されたい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年6月21日(2019.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
１つまたは複数の実施形態では、本技術の自己支持構造を利用する急速サイクルスイング吸着方法は、急速サイクル温度スイング吸着（ＲＣＴＳＡ）、および／または急速サイクル圧力スイング吸着（ＲＣＰＳＡ）を含むことができる。例えば、合計サイクル回数は、６００秒未満、３００秒未満、好ましくは２００秒未満、より好ましくは９０秒未満、さらに好ましくは６０秒未満であってもよい。
開示した発明の原理を適用することができる多くの可能な実施形態を鑑みて、例示的実施形態は、単に本発明の好ましい例であり、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではないことを理解されたい。
次に、本発明の好ましい態様を示す。
１．  内部領域を形成するハウジングと、
前記内部領域内に配置された自己支持構造であって、前記自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、前記自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造である自己支持構造と、
前記ハウジングに固定された複数の弁であって、それぞれ、前記自己支持構造と前記ハウジングの外部位置の間に延びる流路に沿った流体流を制御するように構成された弁とを備える処理ユニット。
２．  前記処理ユニットは、前記自己支持構造内の前記１つまたは複数の画定された経路を通過する気体供給流れから汚染物質を取り除くように構成された循環スイング吸着層ユニットである、上記１に記載の処理ユニット。
３．  前記自己支持構造は、前記自己支持構造内に６０重量％より多い前記活性材料を有する、上記１または２に記載の処理ユニット。
４．  前記自己支持構造は前記自己支持構造内に７０重量％より多い前記活性材料を有する、上記１または２に記載の処理ユニット。
５．  前記自己支持構造は前記自己支持構造内の前記活性材料によって被覆された不活性支持部材を有する、上記１から４までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
６．  前記吸着層ユニットはさらに、前記吸着層と前記複数の弁の間に配置された流れ分配器を備えている、上記１から５までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
７．  前記ハウジングは、５重量ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）から１，４００ｐｓｉａまで圧力を維持するように構成されている、上記１から６までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
８．  前記自己支持構造は、１０マイクロメートルより大きい活性材料の層を有する、上記１から７までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
９．  前記自己支持構造は、１００マイクロメートルより大きい活性材料の層を有する、上記１から７までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
１０．  前記自己支持構造は低い熱質量を有する、上記１から７までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
１１．  前記１つまたは複数の画定された経路は、実質的に平行である２つ以上の経路を含む、上記１から１０までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
１２．  前記自己支持構造は、複数の孔を形成するように複数のポリエチレン球体を前記活性材料から取り除くことによって前記活性材料内に形成された前記複数の孔を有する、上記１から１１までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
１３．  供給流れから汚染物質を取り除く方法であって、
ａ）吸着層ユニット内で１つまたは複数の吸着ステップを行うステップであって、前記１つまたは複数の吸着ステップそれぞれが、気体供給流れから１つまたは複数の汚染物質を取り除くように吸着層ユニットのハウジングの内部領域に配置された自己支持構造を通して気体供給流れを通過させることを含み、前記自己支持構造は前記自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、前記自己支持構造は、前記自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造である、ステップと、
ｂ）１つまたは複数の再生ステップを行うステップであって、前記１つまたは複数の再生ステップそれぞれが、汚染物質出力流れ内に１つまたは複数の汚染物質の少なくとも一部を離れるように案内することを含むステップと、
ｃ）少なくとも１つの追加サイクルでステップａ）からｂ）を繰り返すステップとを含む、方法。
１４．  前記方法はスイング吸着方法であり、サイクル持続時間は、１秒より長く、６００秒より短い期間である、上記１３に記載の方法。
１５．  前記サイクル持続時間は、１秒より長く、３００秒より短い期間であり、生成物流れを形成するために前記気体供給流れから１つまたは複数の汚染物質を分離させる、上記１３に記載の方法。
１６．  前記１つまたは複数の再生ステップを行うステップは、１つまたは複数のパージステップを行うステップを含み、前記１つまたは複数のパージステップはそれぞれ、前記汚染物質出力流れ内に前記１つまたは複数の汚染物質の少なくとも一部を離れるように案内するために、前記自己支持構造を通してパージ流れを通過させるステップを含む、上記１３から１５までのいずれか１項に記載の方法。
１７．  前記気体供給流れは、前記気体供給流れの合計量に基づいて１容量％炭化水素より多い炭化水素を含む流れである、上記１３から１６までのいずれか１項に記載の方法。
１８．  前記気体供給流れの供給圧力は、４００重量ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）から１，４００ｐｓｉａの間の範囲である、上記１３から１７までのいずれか１項に記載の方法。
１９．  前記１つまたは複数の吸着ステップを行うステップが、二酸化炭素（ＣＯ2）レベルを５０ｐｐｍ体積率未満に下げるように構成されている、上記１３から１８までのいずれか１項に記載の方法。
２０．  前記１つまたは複数の吸着ステップを行うステップが、水（Ｈ2Ｏ）レベルを１０５ｐｐｍ体積率未満に下げるように構成されている、上記１３から１９までのいずれか１項に記載の方法。
２１．  前記自己支持構造は低熱質量を有する、上記１３から２０までのいずれか１項に記載の方法。
２２．  前記１つまたは複数の画定された経路は、実質的に平行な２つ以上の経路を備えている、上記１３から２１までのいずれか１項に記載の方法。
２３．  前記自己支持構造は、複数の孔を形成するように複数のポリエチレン球体を前記活性材料から取り除くことによって前記活性材料内に形成された前記複数の孔を有する、上記１３から２１までのいずれか１項に記載の方法。
２４．  処理ユニットを製造する方法であって、
自己支持構造に対するテンプレートを作り出すステップと、
前記テンプレート内に混合物を配置するステップであって、前記混合物は前記自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、残りの混合物は結合材料を含む、ステップと、
固体形状を維持する自己支持構造を形成するように、前記テンプレートおよび前記混合物を硬化するステップと、
前記自己支持構造から前記テンプレートを取り除くステップであって、前記自己支持構造が、前記テンプレートに基づき、前記自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造であるステップと、
内部領域を有する処理ユニットのハウジング内に前記自己支持構造を配置するステップとを含む、方法。
２５．  前記自己支持構造を通る前記１つまたは複数の画定された経路に対して所定の幾何形状を有する前記自己支持構造の３次元モデルを作り出すステップをさらに含む、上記２４に記載の方法。
２６．  前記自己支持構造の前記３次元モデルに基づきテンプレートのモデルを作り出すステップをさらに含む、上記２５に記載の方法。
２７．  前記テンプレートの前記モデルに基づき３次元テンプレートを印刷するステップをさらに含む、上記２６に記載の方法。
２８．  前記自己支持構造から前記テンプレートを取り除くステップはさらに、前記テンプレートを分解または溶融し、前記溶融されたテンプレートを離れるように案内するように前記自己支持構造および前記テンプレートを加熱するステップを含む、上記２４から２７までのいずれか１項に記載の方法。
２９．  前記テンプレートと前記混合物の間に形成し得るあらゆる空隙を少なくするように前記テンプレートおよび前記混合物を硬化する前に、前記テンプレートおよび前記混合物を振動させるステップをさらに含む、上記２４から２８までのいずれか１項に記載の方法。
３０．  前記テンプレートおよび前記混合物を硬化させるステップはさらに、前記結合材料および前記活性材料を、前記自己支持構造である粘着性固体構造に焼結するステップを含む、上記２４から２９までのいずれか１項に記載の方法。
３１．  前記ハウジング内に複数の弁ポートを作り出すステップと、
複数の弁を形成するように前記複数の弁ポートそれぞれ内で前記ハウジングに弁を固定するステップであって、前記複数の弁それぞれは、前記自己支持構造と前記ハウジングの外部の位置の間の流体流を制御するように構成されている、ステップとをさらに含む、上記２４から３０までのいずれか１項に記載の方法。
３２．  前記混合物は複数のポリエチレン球体を含み、
前記自己支持構造を形成するように前記テンプレートおよび前記混合物を硬化させるステップは、前記自己支持構造内に前記複数の孔を形成するように前記混合物から前記複数のポリエチレン球体を取り除くステップを含む、上記２４から３１までのいずれか１項に記載の方法。
３３．  前記混合物は、少なくとも５％のポリエチレン球体を含む、上記３２に記載の方法。
３４．  薄い壁面によってそれぞれ分離された、実質的に平行な複数の経路を含むモノリス形に混合物を押し出すステップであって、前記混合物は自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、残りの混合物は結合材料を含む、ステップと、
前記モノリス形を乾燥させるステップと、
機械的に安定している活性モノリス形を形成するように、４００℃から８００℃までの範囲の温度で前記モノリス形を焼成するステップとを含む、処理ユニットを製造する方法であって、
前記実質的に平行な複数の経路は四角形、円形、三角形、または六角形のうちの１つの断面形状を有し、
前記モノリス形のセル密度は２００セル／平方インチと２，０００セル／平方インチの間の範囲であり、
前記複数の実質的に平行な経路を分離させる壁面は、４０ミクロンから１ミリメートルの間の範囲の厚さを有する、方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部領域を形成するハウジングと、
前記内部領域内に配置された自己支持構造であって、前記自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、前記自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造である自己支持構造と、
前記ハウジングに固定された複数の弁であって、それぞれ、前記自己支持構造と前記ハウジングの外部位置の間に延びる流路に沿った流体流を制御するように構成された弁とを備える処理ユニット。
【請求項２】
前記処理ユニットは、前記自己支持構造内の前記１つまたは複数の画定された経路を通過する気体供給流れから汚染物質を取り除くように構成された循環スイング吸着層ユニットであり、前記自己支持構造は前記自己支持構造内に７０重量％より多い前記活性材料を有する、請求項１に記載の処理ユニット。
【請求項３】
前記処理ユニットは、前記自己支持構造内の前記１つまたは複数の画定された経路を通過する気体供給流れから汚染物質を取り除くように構成された循環スイング吸着層ユニットであり、前記自己支持構造は前記自己支持構造内の前記活性材料によって被覆された不活性支持部材を有し、活性材料の層は１０マイクロメートルより大きい、請求項１に記載の処理ユニット。
【請求項４】
前記吸着層ユニットはさらに、前記吸着層と前記複数の弁の間に配置された流れ分配器を備えている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
【請求項５】
前記自己支持構造は、複数の孔を形成するように複数のポリエチレン球体を前記活性材料から取り除くことによって前記活性材料内に形成された前記複数の孔を有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の処理ユニット。
【請求項６】
供給流れから汚染物質を取り除く方法であって、
ａ）吸着層ユニット内で１つまたは複数の吸着ステップを行うステップであって、前記１つまたは複数の吸着ステップそれぞれが、気体供給流れから１つまたは複数の汚染物質を取り除くように吸着層ユニットのハウジングの内部領域に配置された自己支持構造を通して気体供給流れを通過させることを含み、前記自己支持構造は前記自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、前記自己支持構造は、前記自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造である、ステップと、
ｂ）１つまたは複数の再生ステップを行うステップであって、前記１つまたは複数の再生ステップそれぞれが、汚染物質出力流れ内に１つまたは複数の汚染物質の少なくとも一部を離れるように案内することを含むステップと、
ｃ）少なくとも１つの追加サイクルでステップａ）からｂ）を繰り返すステップとを含む、方法。
【請求項７】
前記方法はスイング吸着方法であり、サイクル持続時間は、１秒より長く、６００秒より短い期間であり、前記気体供給流れは、前記気体供給流れの合計量に基づいて１容量％炭化水素より多い炭化水素を含む流れであり、前記気体供給流れの圧力は、４００重量ポンド／平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）から１，４００ｐｓｉａの間の範囲である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記１つまたは複数の再生ステップを行うステップは、１つまたは複数のパージステップを行うステップを含み、前記１つまたは複数のパージステップはそれぞれ、前記汚染物質出力流れ内に前記１つまたは複数の汚染物質の少なくとも一部を離れるように案内するために、前記自己支持構造を通してパージ流れを通過させるステップを含む、請求項６から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記１つまたは複数の吸着ステップを行うステップが、前記気体供給流れ中の二酸化炭素（ＣＯ2）レベルを５０ｐｐｍ体積率未満に下げるように構成されている、請求項６から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つまたは複数の吸着ステップを行うステップが、前記気体供給流れ中の水（Ｈ2Ｏ）レベルを１０５ｐｐｍ体積率未満に下げるように構成されている、請求項６から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記自己支持構造は、複数の孔を形成するように複数のポリエチレン球体を前記活性材料から取り除くことによって前記活性材料内に形成された前記複数の孔を有する、請求項６から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
処理ユニットを製造する方法であって、
自己支持構造に対するテンプレートを作り出すステップと、
前記テンプレート内に混合物を配置するステップであって、前記混合物は前記自己支持構造内に５０重量％より多い活性材料を有し、残りの混合物は結合材料を含む、ステップと、
固体形状を維持する自己支持構造を形成するように、前記テンプレートおよび前記混合物を硬化するステップと、
前記自己支持構造から前記テンプレートを取り除くステップであって、前記自己支持構造が、前記テンプレートに基づき、前記自己支持構造を通して流体流路に１つまたは複数の画定された経路を提供するように構成されたオープンセル構造であるステップと、
内部領域を有する処理ユニットのハウジング内に前記自己支持構造を配置するステップとを含む、方法。
【請求項１３】
前記自己支持構造を通る前記１つまたは複数の画定された経路に対して所定の幾何形状を有する前記自己支持構造の３次元モデルを作り出すステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記自己支持構造の前記３次元モデルに基づきテンプレートのモデルを作り出すステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記テンプレートの前記モデルに基づき３次元テンプレートを印刷するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記自己支持構造から前記テンプレートを取り除くステップはさらに、前記テンプレートを分解または溶融し、前記溶融されたテンプレートを離れるように案内するように前記自己支持構造および前記テンプレートを加熱するステップを含む、請求項１２から１５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記テンプレートと前記混合物の間に形成し得るあらゆる空隙を少なくするように前記テンプレートおよび前記混合物を硬化する前に、前記テンプレートおよび前記混合物を振動させるステップをさらに含む、請求項１２から１６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記テンプレートおよび前記混合物を硬化させるステップはさらに、前記結合材料および前記活性材料を、前記自己支持構造である粘着性固体構造に焼結するステップを含む、請求項１２から１７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記ハウジング内に複数の弁ポートを作り出すステップと、
複数の弁を形成するように前記複数の弁ポートそれぞれ内で前記ハウジングに弁を固定するステップであって、前記複数の弁それぞれは、前記自己支持構造と前記ハウジングの外部の位置の間の流体流を制御するように構成されている、ステップとをさらに含む、請求項１２から１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記混合物は少なくとも５％のポリエチレン球体を含み、
前記自己支持構造を形成するように前記テンプレートおよび前記混合物を硬化させるステップは、前記自己支持構造内に前記複数の孔を形成するように前記混合物から前記複数のポリエチレン球体を取り除くステップを含む、請求項１２から１９までのいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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2020501898.tif 000037
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