СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ ВМЕСТИМОСТИ В СИСТЕМАХ ХРАНЕНИЯ И ВЫСВОБОЖДЕНИЯ ГАЗА
METHOD FOR INCREASING THE VOLUME CAPACITY IN GAS STORAGE AND RELEASE SYSTEMS

Ссылка на родственные заявки
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет в отношении предварительной заявки на патент США №62/357,613, поданной 01 июля 2016 г., и предварительной заявки на патент США №62/464,955, поданной 28 февраля 2017 г., причем обе они во всей своей полноте включены в настоящий документ посредством ссылки.
Введение
[0002] 1. Область техники настоящего изобретения
[0003] Настоящее изобретение относится к системам хранения газов и, в частности, к пористым газоадсорбирующим монолитам и системам, предназначенным для хранения адсорбируемых газов и имеющим улучшенные характеристики хранения и высвобождения. Кроме того, в описании представлены способы улучшения рабочей вместимости или способности обратимого поглощения системы хранения адсорбированных газов (например, хранения и высвобождения природного газа из системы хранения адсорбированного природного газа, включая содержащие активированный уголь системы хранения или содержащие адсорбирующий монолит системы хранения) посредством улучшения по меньшей мере одной характеристики из плотности адсорбента и рабочей весовой вместимости.
[0004] 2. Уровень техники настоящего изобретения
[0005] Системы хранения адсорбированного природного газа (АПГ) представляют собой альтернативу применяемым в настоящее время баллонам, содержащим сжатый природный газ (СПГ), вследствие уменьшения рабочего давления. Это уменьшение рабочего давления обеспечивает применение бытовых заправочных установок, уменьшает стоимость сжатия газа и является более безопасным по своей природе. Как правило, системы хранения АПГ имеют рабочее манометрическое давление ниже 1000 фунт/кв. дюйм в отличие от баллонов СПГ, которые имеют рабочее манометрическое давление в диапазоне от 3000 до 3600 фунт/кв. дюйм.
[0006] В системе хранения АПГ адсорбент используют для хранения природного газа, молекулы которого прикрепляются к поверхности и заполняют определенные поры молекулярного размера адсорбированной "конденсированной фазой". Адсорбент помещают внутри газового баллона, или газовый баллон создают вокруг адсорбента, который затем продувают для удаления кислорода. Адсорбент должен проявлять высокую рабочую объемную вместимость, и соотношение газа, высвобождающегося из адсорбента, и газа, хранящегося на адсорбенте, должно в идеальном случае составлять единицу. Применение адсорбентов в системе хранения АПГ позволяет содержать в газовом баллоне природный газ большей массы по сравнению с пустым баллоном при сопоставимом давлении. Указанные адсорбенты содержат активированный уголь, получаемый из разнообразных исходных материалов, таких как древесина, торф, уголь, кокосовый орех, синтетический или природный полимер, разнообразными способами, включая способы химической и/или термической активации. Кроме того, могут быть использованы неорганические адсорбенты, в том числе молекулярные сита, пористый оксид алюминия, столбчатые глины, пористый диоксид кремния, цеолиты и металлоорганические каркасы.
[0007] Адсорбция молекул газа на поверхности твердого вещества и образование конденсированной фазы внутри его пор представляет собой экзотермическое явление. В приложении АПГ известна первичная адсорбция, представляющая собой силы Ван-дер-Ваальса или силы слабых взаимодействий. Когда молекула газа адсорбируется, высвобождается тепло, потому что молекула имеет уменьшенную степень свободы (колебательную, вращательную или поступательную). Когда газ адсорбируется в больших количествах, количество высвобождаемого тепла может быть значительным. С другой стороны, десорбция молекулы газа представляет собой эндотермический процесс, означающий, что энергия (т.е. тепло) поглощается молекулой газа. Когда газ высвобождается в больших количествах, в системе также наблюдается значительное уменьшение температуры.
[0008] Метан, наиболее распространенный компонент природного газа, имеет кинетический диаметр, составляющий 3,8 . Компьютерное моделирование показывает, что идеальный размер (например, диаметр) пор адсорбента для хранения метана составляет приблизительно от 9 до 12 . Исторически основная разработка адсорбентов для хранения метана была сосредоточена на максимальном увеличении объема пор в этом диапазоне размеров, а также на достижении узкого распределения пор по размерам, сосредоточенного приблизительно в диапазоне размеров пор от 9 до 12 . См., например, документы US 5,965,483; US 5,416,056; US 5,372,619; US 5,614,460; US 5,710,092; US 5,837,741; US 6,626,981; US 5,626,637; US 8,691,177; US 8,158,556; US 8500,889; US 8,915,989; US 5,401,472; US 9,102,691; US 7,060,653; US 5,998,647; US 7,662,746; US 8,231,712; US 2014/0018238 и WO 2014/0274659.
[0009] Одно ограничение для установления распределение пор по размерам в приблизительном диапазоне размеров от 9 до 12  заключается в том, что хотя при этом максимально увеличивается объем хранения, поры, имеющие размеры в данном диапазоне, не соответствуют газу, высвобождаемому при снижении давления до атмосферного уровня. С практической точки зрения, эксплуатационные характеристики адсорбента не должны быть ограничены полной газоемкостью, т.е. полным количеством газа, хранящегося при максимальном рабочем давлении, но должны быть сосредоточены на полном количестве газа, высвобождаемого при снижении давления до атмосферного уровня, составляющего 14,7 фунт/кв. дюйм. Узкое распределение пор по размерам в диапазоне, составляющем приблизительно от 9 до 12 , естественно, удерживает в большем числе молекулы газа при снижении давления от высокого до атмосферного уровня вследствие воздействия углеродной поверхности, окружающей молекулы газа. Кроме того, хорошо известно, что в составе природного газа содержатся вещества, имеющие молекулы большего размера, такие как этан, бутан и пропан. В составе типичного природного газа содержание метана составляет от 89 до 95%. Неожиданный аспект настоящего изобретения представляет собой неожиданное и удивительное обнаружение того, что при высокой рабочей вместимости по отношению к природному газу по сравнению с чистым метаном распределение пор в диапазоне хранения и поры большего размера (вплоть до 25-30 ) упрощают высвобождение и истечение в процессе снижения давления. Кроме того, обнаружено неожиданное и удивительное преимущество снижения до минимума (ниже 9 ) размера пор в целях лучшего сохранения первоначальной емкости в течение многочисленных циклов заправки. Неожиданно обнаружено также, что поры, размер которых превышает 27  и даже 50 , дополнительно увеличивают емкость хранения. Кроме того, многочисленные предшествующие попытки сосредоточения распределения пор адсорбента по размерам диапазоне в от 9 до 12  привели к необходимости значительного усложнения методов активации и/или применения редких материалов, отчасти вследствие весьма узкого распределения пор по размерам. Такие способы изготовления являются недопустимо дорогостоящими в применении, и/или возможность экономичного увеличения масштаба еще не доказана. В некоторых случаях адсорбирующий материал имеет повышенную объемную вместимость или объемную эффективность (число литров адсорбента в расчете на эквивалент галлона бензина (ЭГБ), причем Информационный центр по альтернативным видам топлива Министерства энергетики США определяет ЭГБ природного газа, составляющий 5,66 фунтов (www.afdc.energy.gov/fuel/equivalency_methodology.html)), за счет рабочей весовой вместимости или весовой эффективности (число фунтов адсорбента в расчете на ЭГБ). В других случаях происходит обратное явление, т.е. рабочую весовую вместимость увеличивают за счет уменьшения объемной вместимости.
[0010] Более поздние работы сосредоточены, помимо увеличения емкости адсорбента, на определении способа уменьшения количества газа, сохраняемого или удерживаемого на адсорбирующем материале при атмосферном давлении. Один путь к этой цели представляет собой регулирование температуры системы. В случае регулирования температуры можно вводить тепло при снижении давления в резервуаре, т.е. при заправке двигателя топливом, чтобы упрощать высвобождение молекул газа. Наоборот, тепло можно отводить при повышении давления в резервуаре, т.е. в течение заправки резервуара АПГ в целях дальнейшего увеличения количества газа, хранящегося при заданном рабочем давлении. В определенных случаях предложено применение внешнего источника энергии, действующего на резервуар или адсорбент, или другой добавки, имеющей теплопроводные свойства и действующей на резервуар или адсорбент. См., например, документы US 5,912,424; US 7,955,415; US 7,418,782; US 7,891,386; US 7,735,528; US 7,938,149; US 9,006,137; US 9,188,284; CN 2006/10013838; WO 2015/02262; US 2014/0290283 и US 2014/0290611. Хотя указанные способы увеличивают высвобождение молекул газа или их адсорбцию в условиях, близких к изотермическим, они дополнительно усложняют всю систему, а также увеличивают ее массу и стоимость. Эти способы также оказались экономически неприемлемыми вследствие упомянутых недостатков.
[0011] Структура адсорбента представляет собой характеристику адсорбента, которой было уделено относительно меньше внимания по сравнению с распределением пор по размерам, исследованным в многочисленных работах. Значительное большинство современных товарных адсорбентов может разделить на три категории: порошки, таблетки и гранулы. Размеры частиц вышеупомянутых категорий обычно составляют от 0,025 до 7 мм. Такие материалы вводят в соответствующие упаковки посредством загрузки сверху, что приводит к случайной плотности упаковки, таким образом, что адсорбент в лучшем случае занимает приблизительно 64% внутреннего объема контейнера. В некоторых случаях на контейнере может быть установлено вибрационное устройство, которое несколько увеличивает занимаемый объем до уровня от 65 до 70%. Однако приблизительно треть контейнера остается незаполненной адсорбентом. Чтобы максимально увеличить внутренний объем баллона, является желательной более гибкая структура, которая соответствует внутренней форме, а также упрощает и ускоряет заполнение по сравнению с зернистым наполнителем, для которого требуется вибрационная обработка. В некоторых случаях используют органические связующие вещества, которые соединяют углеродные частицы или углеродные волокна друг с другом, увеличивая насыпную плотность, или используют карбонизируемые связующие вещества. См., например, документы US 5,614,460; US 5,837,741; US 6,030,698; US 6,207,264; US 6,475,411; US 6,626,981; US 2014/0120339; US 2015/0258487; US 2009/0229555 и US 8,691,177 B2. При этом дополнительную ценность представляет собой уменьшение массы системы для хранения природного газа. Например, согласно оценкам Управления по эффективности использования энергии и Управления по технологиям транспортных средств с возобновляемыми источниками энергии Министерства энергетики США (https://energy.gov/eere/vehicles/vehicles4echnologies-office-lightweight-materials-cars-and-trucks) при уменьшении на 10% массы транспортного средства экономия топлива составляет от 6 до 8%, что эквивалентно уменьшению расхода топлива приблизительно на 1% при уменьшении на 30 фунтов исходной массы транспортного средства, составляющей 2000 фунтов, и в результате этого оказываются предпочтительными уменьшение количества связующего вещества и уменьшение плотности адсорбента для хранения топлива. Таким образом, предпочтительная, но труднодостижимая цель представляет собой имеющее низкую плотность и гибкую форму структурированное изделие, состоящее из плотноупакованного адсорбента с превосходными и устойчивыми характеристиками хранения природного газа, при упрощении и снижении стоимости производства по сравнению с простым изделием высокой плотности, изготовленным из адсорбента.
[0012] Одно ограничение для многих структурированных изделий представляет собой уменьшение рабочей вместимости при смешивании адсорбентов со связующими веществами. В зависимости от связующего вещества, степень уменьшения эффективности не ограничена только степенью разбавления адсорбента. Уменьшение эффективности адсорбции и десорбции природного газа, вероятно, обусловлено закупориванием пор, имеющих размеры в соответствующем диапазоне, и уменьшением диаметров всех пор, приводящим к ограничению молекулярной диффузии и эффузии и блокированию поверхности адсорбента. Используемые в настоящее время связующие вещества, такие как растворимые в воде связующие вещества (например, полярные связующие вещества), в том числе, но не ограничиваясь этим, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), метилцеллюлоза, кристаллические соли ароматических сульфонатов, полифурфуриловый спирт и т.д., смешивают с водным растворителем и адсорбирующим материалом. Водный растворитель солюбилизирует связующее вещество, образуя гелевые эмульсии, которые своим действием скрепляют углеродные частицы друг с другом. Этот процесс характеризует уменьшение пористости и площади поверхности, приводящее к ухудшению эксплуатационных характеристик чистого адсорбента. В качестве альтернативы водным связующим веществам, используют определенные несолюбилизированные неводные связующие вещества, такие как глины, фенольные смолы, полиакрилаты, поливинилацетаты, поливинилиденхлорид (ПВДХ), сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) и т.д. Однако согласно наблюдениям связующие вещества этой группы уменьшают полную пористость адсорбента вследствие блокирования пор или заполнения пор. В обеих группах связующих веществ присутствуют связующие вещества, которые обычно подвергают карбонизации или отжигу при высоких температурах (выше 700°С), что вызывает сокращение пор и потерю порового объема. В результате общего воздействия получают адсорбирующее изделие, характеризуемое искаженным распределением пор по размерам и уменьшенным поровым объемом по сравнению с составляющим адсорбирующим материалом. Кроме того, в определенных случаях существует ограничение при производстве вышеупомянутого изделия. В указанных конкретных случаях для имеющих определенную форму изделий требуется многократная термическая обработка при высоких температурах, в результате которой образуются вызывающие коррозию газообразные побочные продукты (например, продукты разложения от карбонизации полимеров поливинилхлоридного типа), и в сочетании с расходами на увеличение масштаба до массового производства ограничивается возможность адаптации, или сужается применение для специализированных рынков.
[0013] Кроме того, процессы, которые вызывают сокращение пор, приводят к искажению размеров конечного формованного изделия. Должно быть получено идеальное изделие, соответствующее внутренней форме баллона, чтобы максимально увеличить объемную вместимость резервуара. Это условие считают чрезвычайно важным для применения. Когда адсорбенты связывает, например, КМЦ (водное связующее вещество) или ПВДХ (неводное связующее вещество), конечный размер высушенной и/или карбонизированной формы уменьшается и/или отклоняется от первоначального размера. Этот недостаток, представляющий собой сокращение, трудно устранить вследствие невозможности регулирования химического состава на молекулярном уровне на границе раздела адсорбента и связующего вещества. Конечный эффект заключается в том, что когда формованное изделие устанавливают в баллон, остается значительное избыточное пустое пространство между наружными стенками изделия и внутренней стенкой баллона для компенсации переменного сокращения. Помимо уменьшения объемной вместимости, пустое пространство допускает перемещение адсорбента внутри баллона, которое может приводить к значительному истиранию в мобильных приложениях, вызывая унос твердых частиц газом при снижении давления и уменьшение количества адсорбента в резервуаре и потенциально закупоривая линии, расположенные ниже по потоку. Общее воздействие вызывает значительное уменьшение емкости хранения. Один способ предотвращения этого сокращения представляет собой принятие увеличенных целевых размеров исходных изделий. Однако поскольку сокращение трудно прогнозировать, некоторые изделия неизбежно будут иметь конечные наружные размеры, которые являются чрезмерно большими, чтобы соответствовать ограничениям изготовленного топливного резервуара.
[0014] Таким образом, требуется пористое газосорбирующее изделие, содержащее неводное связующее вещество, описанное в настоящем документе, которое не уменьшает емкость хранения газов, преодолевает технологические проблемы традиционных связующих веществ, имеет более устойчивые конечные физические размеры и адсорбционные характеристики при получении данным способом и обеспечивает систему хранения адсорбируемого газа, которая имеет малую массу и при этом повышенную плотность адсорбента, высокую рабочую весовую вместимость и устойчивый уровень емкости при периодической заправке, а также необходимы способы его получения.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
[0015] Настоящее описание относится к пористому газосорбирующему монолиту (например, активированному угольному монолиту), к способам получения пористого газосорбирующего монолита, а также к способам и системам для его применения. В частности, неожиданно и непредсказуемо обнаружено, что определенные комбинации газосорбирующего материала характеризует значительный поровый объем, составляющий приблизительно от 9 до 27 , и неводное связующее вещество, которое описано в настоящем документе, производит пористый газосорбирующий монолит, имеющий превосходные и лучше прогнозируемые размеры, объемную вместимость и/или весовую вместимость.
[0016] Согласно определенным вариантам осуществления размеры приблизительно 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или более (включая все промежуточные значения и диапазоны) пор находятся в диапазоне от 9 до 27 . Согласно определенным вариантам осуществления размеры более чем 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или более (включая все промежуточные значения и диапазоны) пор находятся в диапазоне от 9 до 27 . Согласно определенным вариантам осуществления размеры более чем 60% пор находятся в диапазоне от 9 до 27 . Согласно определенным вариантам осуществления размеры более чем 70% пор находятся в диапазоне от 9 до 27 . Согласно определенным вариантам осуществления размеры более чем 80% пор находятся в диапазоне от 9 до 27 . Согласно определенным вариантам осуществления размеры более чем 90% пор находятся в диапазоне от 9 до 27 . Согласно определенным вариантам осуществления размеры более чем 95% пор находятся в диапазоне от 9 до 27 . Согласно другим определенным вариантам осуществления размеры приблизительно 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или более (включая все промежуточные значения и диапазоны) пор находятся в диапазоне, составляющем приблизительно от 12 до 27 . Согласно определенным вариантам осуществления размеры более чем 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или более (включая все промежуточные значения и диапазоны) пор находятся в диапазоне, составляющем приблизительно от 12 до 27 . Согласно определенным вариантам осуществления размеры более чем 30% пор находятся в диапазоне от 12 до 27 . Согласно определенным вариантам осуществления размеры более чем 40% пор находятся в диапазоне, составляющем приблизительно от 12 до 27 . Согласно определенным вариантам осуществления более чем 50% пор находятся в диапазоне, составляющем приблизительно от 12 до 27 . Согласно определенным вариантам осуществления размеры более чем 60% пор находятся в диапазоне, составляющем приблизительно от 12 до 27 . Согласно определенным вариантам осуществления размеры более чем 70% пор находятся в диапазоне, составляющем приблизительно от 12 до 27 . Согласно определенным вариантам осуществления размеры более чем 80% пор находятся в диапазоне, составляющем приблизительно от 12 до 27 .
[0017] Например, согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: менее чем приблизительно 100 куб. см/л-м (кубических сантиметров на литр монолита) объема в порах с размерами, составляющими менее чем приблизительно 9 ; более чем приблизительно 200 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими приблизительно от 9 до 27 ; более чем приблизительно 50 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими приблизительно от 27 до 490 ; или их комбинацию.
[0018] Согласно аспекту настоящего изобретения предложено микропористое или нанопористое монолитное углеродистое изделие. Изделие содержит газоадсорбирующий материал и неводное связующее вещество, которые описаны в настоящем документе. Термин "неводное" означает связующее вещество, которое иммобилизует и связывает порошкообразный адсорбент в плотную адсорбирующую монолитную структуру, в основном, согласно механизму механической адгезии. Связующее вещество добавляют в форме эмульсии, дисперсии в растворителе или сухого порошка, и связующее вещество не присутствует в форме геля и не солюбилизировано растворителем, который может представлять собой воду или нет. Согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения неводное связующее вещество представляет собой по меньшей мере одно связующее вещество, выбранное из группы, которую составляют фторполимер (например, поли(винилидендифторид)), политетрафторэтилен, фторированный этилен-пропилен или перфторалкоксиалканы), полиамид (например, нейлон-6,6' или нейлон-6), полиамид, фибриллированная целлюлоза, высокоэффективный пластик (например, полифениленсульфид), сополимер с фторполимером, сополимер с полиамидом, сополимер с полиимидом, сополимер с высокоэффективным пластиком, или их комбинацию. Высокоэффективный пластик, высокоэффективный полимер или высокоэффективный термопластический материал может представлять собой любой полукристаллический или аморфный термопластический материал, который имеет температуру непрерывной эксплуатации, составляющую 150°С или более. Согласно конкретному варианту осуществления настоящему изобретению неводное связующее вещество композиции присутствует в количестве, составляющем не более чем 15 мас. %. Согласно варианту осуществления неводное связующее вещество представляет собой политетрафторэтилен. Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, неводное связующее вещество согласно настоящему изобретению представляет собой форму политетрафторэтилена. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения неводное связующее вещество присутствует в количестве, составляющем не более чем 10 мас. % (например, менее чем 10 мас. %, не более чем 7 мас. %, в диапазоне от приблизительно 2,5 мас. % до приблизительно 7 мас. % или от 3 мас. % до приблизительно 7 мас. %).
[0019] Не ограничиваясь теорией, авторы считают, что неожиданное преимущество неводного связующего вещества, описанного в настоящем документе, обуславливают иммобилизация и связывание порошкообразного адсорбента на наружной поверхности частиц посредством механизма механической адгезии, без маскировки или непрерывного покрытия наружной поверхности частицы адсорбента и при минимальном загрязнении внутренней пористости частицы адсорбента связующим веществом. Механическая адгезия означает, что неводное связующее вещество, которое описано в настоящем документе, под действием температуры и/или давления, в некоторой степени изменяет свою форму в соответствии с неровностями поверхности частицы адсорбента, а затем затвердевает в некоторой форме, образуя структуру связанного иммобилизованного адсорбента. Адгезия достигается за счет контакта с адсорбентом посредством связующего вещества в форме формованных зерен, имеющих низкое соотношение размеров, и/или волокон, имеющих более высокое соотношение размеров. Волокнистое связующее вещество, имеющее указанное повышенное соотношение размеров, может быть добавлено или образовано в процессе работы. Например, нагревание смеси в течение технологической стадии сдвигового смешивания и нагревание в течение стадии компрессионного формования или экструзионного формования при температурах, близких к температуре размягчения связующего вещества, могут способствовать желательному образованию волокнистого формованного связующего вещества из имеющего низкое соотношение размеров связующего ингредиента, а также могут способствовать эффективному применению связующего вещества для желательной механической адгезии. Посредством соответствующего выбора связующего вещества и предпочтительного высушивания смеси адсорбента со связующим веществом перед формованием предотвращается нежелательное сокращение, и могут быть надежно и воспроизводимо достигнуты желательные целевые размеры монолита.
[0020] Следующее преимущество вариантов осуществления настоящего изобретения, которое обуславливают выбор связующего вещества, относительно низкое содержание связующего вещества и применение адсорбентов, имеющих значительную пористость в диапазоне размеров, составляющем приблизительно от 9 до 27  в отличие от сосредоточения пористости в более узком диапазоне размеров, составляющем приблизительно от 9 до 12 , представляет собой малую массу резервуара для хранения топлива. То есть согласно определенному варианту осуществления монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: менее чем приблизительно 100 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими менее чем приблизительно 9 ; более чем приблизительно 200 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими приблизительно от 9 до 27 ; более чем приблизительно 50 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими приблизительно от 27 до 490 ; или их комбинацию.
[0021] Согласно некоторым вариантам осуществления газоадсорбирующий материал выбирают из группы, которую составляют активированный уголь, цеолит, пористый диоксид кремния, ковалентный органический каркас или металлоорганический каркас. Согласно определенным вариантам осуществления газоадсорбирующий материал присутствует в количестве, составляющем по меньшей мере 85 мас. % (например, по меньшей мере 90 мас. %, более чем 90 мас. % по меньшей мере 93 мас. %, или более чем 93 мас. %).
[0022] Согласно следующим вариантам осуществления газоадсорбирующий материал представляет собой зернистый активированный уголь. Согласно определенным вариантам осуществления активированный уголь представляет собой углеродистый материал, например, выбранный из группы, которую составляют скорлупа ореха, скорлупа кокосового ореха, торф, древесина, волокно кокосового ореха, лигнит, уголь, нефтяной пек, и их комбинации. Согласно определенным вариантам осуществления активированный уголь имеет порошкообразную форму или зернистую форму.
[0023] Согласно конкретному варианту осуществления активированный угольный монолит имеет поровый объем, составляющий не менее чем 0,5 куб. см/г для пор, имеющих размер (т.е. диаметр) в диапазоне от приблизительно 9  до приблизительно 27 .
[0024] Согласно другим вариантам осуществления монолит имеет плотность изделия, составляющую по меньшей мере 0,4 г/куб. см. Согласно варианту осуществления плотность изделия находится в диапазоне от приблизительно 0,4 г/куб. см до 0,8 г/куб. см.
[0025] Согласно определенным вариантам осуществления монолит имеет рабочую весовую вместимость или весовую эффективность, составляющую менее чем или равную 40 фунт/ЭГБ (например, не более чем 30 фунт/ЭГБ). Согласно конкретному варианту осуществления рабочая весовая вместимость составляет менее чем или равняется 28 фунт/ЭГБ.
[0026] Согласно дополнительным вариантам осуществления монолит имеет объемную вместимость, которая составляет менее чем или равняется 35 л/ЭГБ. Например, объемная вместимость может составлять менее чем 30 л/ЭГБ или менее чем 25 л/ЭГБ.
[0027] Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ получения пористого газосорбирующего монолита. Способ предусматривает смешивание газоадсорбирующего материала и неводного связующего вещества, которые описаны в настоящем документе; уплотнение или экструзию смеси в формованную структуру; и применение нагревания уплотненной или экструдированной смеси. Согласно варианту осуществления дополнительно предусмотрено помещение смеси в резервуар с последующим уплотнением смеси.
[0028] Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предложен способ получения пористого газосорбирующего монолита. Способ предусматривает смешивание газоадсорбирующего материала и неводного связующего вещества, которые описаны в настоящем документе; уплотнение смеси в резервуаре; и применение нагревания уплотненной смеси и/или резервуара.
[0029] Согласно некоторым вариантам осуществления монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: неводное связующее вещество согласно настоящему изобретению выбирают из группы, которую составляют фторполимер, полиамид, фибриллированная целлюлоза, полиимид, высокоэффективный пластик (например, полифениленсульфид), сополимер с фторполимером (например, поли(винилидендифторид) или политетрафторэтилен), нейлон-6, 6', нейлон-6', сополимер с полиамидом, сополимер с полиимидом, сополимер с высокоэффективным пластиком; или газоадсорбирующий материал выбирают из группы, которую составляют активированный уголь, цеолит, пористый диоксид кремния, ковалентный органический каркас и металлоорганический каркас.
[0030] Согласно варианту осуществления монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: газоадсорбирующий материал присутствует в количестве, составляющем по меньшей мере 90 мас. % (например, по меньшей мере 93 мас. %); неводное связующее вещество присутствует в количество, которое составляет не более чем 10 мас. % (например, равняется или составляет менее чем 7,5 мас. %, равняется или составляет менее чем 7 мас. %, составляет от приблизительно 2,5 мас. % до приблизительно 7 мас. % или от приблизительно 3 мас. % до приблизительно 7 мас. %.); или их комбинацию.
[0031] Согласно дополнительным вариантам осуществления монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: плотность изделия, составляющая по меньшей мере 0,4 г/куб. см (например, составляющая от приблизительно 0,40 г/куб. см до приблизительно 0,8 г/куб. см, от приблизительно 0,4 г/куб. см до приблизительно 0,65 г/куб. см или от приблизительно 0,4 г/куб. см до приблизительно 0,6 г/куб. см); рабочая весовая вместимость, составляющая 40 фунт/ЭГБ или менее (например, 30 фунт/ЭГБ или менее или 28 фунт/ЭГБ или менее); объемная вместимость, составляющая менее чем 35 л/ЭГБ (например, менее чем 30 л/ЭГБ или менее чем 25 л/ЭГБ); газоадсорбирующий материал, присутствующий в количестве, составляющем по меньшей мере 93 мас. %; неводное связующее вещество, присутствующее в количестве, составляющем от приблизительно 2,5 мас. % до приблизительно 7 мас. %; поровый объем пор, имеющих размеры в диапазоне от приблизительно 9  до приблизительно 27 , составляющий не менее чем 0,5 куб. см/г; или их комбинацию.
[0032] Согласно определенным вариантам осуществления стадия уплотнения смеси предусматривает применение давления, составляющего по меньшей мере 1250 фунт/кв. дюйм. Например, применяемое давление может составлять более чем 1500 фунт/кв. дюйм.
[0033] Согласно конкретным вариантам осуществления формованная структура или экструдированная форма практически представляет собой по меньшей мере одну из следующих форм: цилиндр, овальная призма, куб, эллиптическая призма, прямоугольная призма, или неправильную форму.
[0034] Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предложена система хранения газа. Система хранения газа содержит баллон или контейнер (т.е. резервуар или сосуд) и находящийся в нем пористый газосорбирующий монолит согласно настоящему изобретению (например, монолит, содержащий газоадсорбирующий материал и неводное связующее вещество, которые описано в настоящем документе). Согласно определенным вариантам осуществления баллон или контейнер определяет корпус, имеющий внутренний размер и внутренний объем. Согласно определенным вариантам осуществления адсорбент составляет от приблизительно 80 до приблизительно 99% внутреннего объема баллона или контейнера. Согласно определенным вариантам осуществления контейнер представляет собой канистру.
[0035] Согласно варианту осуществления контейнер выполнен с возможностью выдерживать давление, составляющее по меньшей мере 1000 фунт/кв. дюйм.
[0036] Согласно некоторым вариантам осуществления монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: неводное связующее вещество согласно настоящему изобретению представляет собой по меньшей мере одно связующее вещество, выбранное из группы, которую составляют фторполимер, полиамид, полиимид, фибриллированная целлюлоза, высокоэффективный пластик (например, полифениленсульфид), сополимер с фторполимером, сополимер с полиамидом, сополимер с полиимидом, или их комбинацию; или газоадсорбирующий материал выбирают из группы, которую составляют активированный уголь, цеолит, диоксид кремния, ковалентный органический каркас и металлоорганический каркас.
[0037] Согласно другим вариантам осуществления монолит содержит газоадсорбирующий материал в количестве, составляющем по меньшей мере 90 мас. %; и неводное связующее вещество в количестве, составляющем не более чем 10 мас. %.
[0038] Согласно следующим вариантам осуществления монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: плотность изделия, составляющая по меньшей мере 0,4 г/куб. см; рабочая весовая вместимость, составляющая 40 фунт/ЭГБ или менее; объемная вместимость, составляющая 35 л/ЭГБ или менее, или их комбинацию.
[0039] Представленные выше общие области применения приведены исключительно в качестве примера и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения и прилагаемой формулы изобретения. Дополнительные предметы и преимущества, с которыми связаны композиции, способы и процессы согласно настоящему изобретению, сможет оценить обычный специалист в данной области техники в свете формулы, описания и примеров настоящего изобретения. Например, разнообразные аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения могут быть использованы в многочисленных комбинациях, все из которых определенно предусмотрены настоящим описанием. Указанные дополнительные преимущества, предметы и варианты осуществления определенно включены в объем настоящего изобретения. Публикации и другие материалы, используемые в настоящем документе для иллюстрации уровня техники настоящего изобретения и конкретных случаев в целях предоставления дополнительной информации в отношении практики, во всей своей полноте включены в настоящий документ посредством ссылки для всех целей.
Краткое описание фигур
[0040] Сопровождающие фигуры, которые включены в описание и составляют его часть, иллюстрируют несколько вариантов осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием служат для разъяснения принципов настоящего изобретения. Фигуры представлены исключительно для цели иллюстрации варианта осуществления настоящего изобретения, и их не следует истолковывать как ограничивающие настоящее изобретение. Дополнительные задачи, отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения становятся очевидными из следующего подробного описания, рассматриваемого в сочетании с сопровождающими фигурами, которые представляют иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения, в частности:
[0041] на фиг. 1А проиллюстрирован пустой баллон (т.е. резервуар или сосуд) системы хранения газа;
[0042] на фиг. 1В проиллюстрирован баллон (т.е. резервуар или сосуд) системы хранения газа с содержащимися в нем газоадсорбирующими таблетками;
[0043] на фиг. 1С проиллюстрирован баллон (т.е. резервуар или сосуд) системы хранения газа с газоадсорбирующим материалом определенной формы;
[0044] на фиг. 2 представлена технологическая схема способа получения монолита согласно настоящему изобретению;
[0045] на фиг. 3 проиллюстрирована система хранения газа согласно настоящему изобретению;
[0046] на фиг. 4 представлена графическая иллюстрация объема пор с размерами от 9 до 27  (куб. см/г) для адсорбентов и соответствующих монолитов согласно настоящему изобретению, которые были нормированы на массовое процентное содержание адсорбента;
[0047] на фиг. 5 представлена графическая иллюстрация, показывающая корреляцию объема пор с размерами от 9 до 27  и обратимой емкости хранения природного газа (мас. % при манометрическом давлении 900 фунт/кв. дюйм) монолитов согласно настоящему изобретению;
[0048] на фиг. 6 представлена графическая иллюстрация, показывающая корреляцию объема пор с размерами от 9 до 12  и обратимой емкости хранения природного газа (мас. % при манометрическом давлении 900 фунт/кв. дюйм);
[0049] на фиг. 7 представлены изменения размеров, проявляемые монолитами, полученными в форме цилиндрических брикетов с альтернативными связующими композициями, в результате любых последующих технологических стадий нагревания и/или высушивания по сравнению с начальным формованием монолита (т.е. внутренним диаметром формы);
[0050] на фиг. 8 представлены изменения, проявляемые монолитами, полученными в форме цилиндрических брикетов с альтернативными связующими композициями, в результате любых последующих технологических стадий нагревания и/или высушивания по сравнению с начальным формованием монолита (т.е. внутренним диаметром формы и начальной сжатой или срезанной длиной баллона);
[0051] на фиг. 9 представлены примерный поровые объемы и восстанавливаемые или обратимые емкости хранения примерных монолитов в соответствии с настоящим изобретением в расчете на объем монолитов;
[0052] на фиг. 10 представлено меньшее снижение обратимой емкости природного газа в течение повторных циклов насыщения и продувки в примере настоящего изобретения с меньшем содержанием микропор (имеющих размеры менее 9 ) в сопоставлении со сравнительным примером с высоким содержанием микропор;
[0053] на фиг. 11 представлено непрерывное уменьшение обратимой емкости природного газа в течение 10 циклов насыщения и продувки при сопоставлении сравнительного примера с высоким содержанием микропор и примера настоящего изобретения с меньшим содержанием микропор и стабилизированной обратимой емкостью;
[0054] на фиг. 12 представлена графическая иллюстрация, показывающая корреляцию процентной потери обратимой емкости природного газа с удерживающей способностью монолита в отношении природного газа (емкость насыщения минус обратимая емкость для сравнительного примера и примеров настоящего изобретения в расчете на объем монолитов);
[0055] на фиг. 13 представлена графическая иллюстрация, показывающая корреляцию удерживающей способности монолита в отношении природного газа (емкость насыщения минус обратимая емкость) для первого цикла испытаний с повышением и снижением давления с объемом пор с размерами менее 9  для сравнительных примеров и примеров настоящего изобретения в расчете на объем монолитов;
[0056] на фиг. 14 представлена графическая иллюстрация, сопоставляющая объем мезопор с размерами от 27 до 490  и объем пор с размерами менее 9  для сравнительных примеров и примеров настоящего изобретения в расчете на объем монолитов;
[0057] на фиг. 15 представлена графическая иллюстрация, сопоставляющая объем пор с размерами от 9 до 12  и объем пор с размерами менее 9  для сравнительных примеров и примеров настоящего изобретения в расчете на объем монолитов; и
на фиг. 16 представлена графическая иллюстрация, сопоставляющая объем пор с размерами от 9 до 27  и объем пор с размерами менее 9  для сравнительных примеров и примеров настоящего изобретения в расчете на объем монолитов.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
[0058] Далее представлено подробное описание, предназначенное для содействия специалистам в данной области техники в практическом осуществлении настоящего изобретения. Обычные специалисты в данной области техники могут производить модификации и вариации в вариантах осуществления, описанных в настоящем документе, без отклонения от идеи и выхода за пределы объема настоящего изобретения. Все публикации, патентные заявки, патенты, фигуры и другие документы, упомянутые в настоящем документе, во всей своей полноте включены в настоящий документ посредством ссылки.
[0059] В настоящем документе описаны газоадсорбирующие монолиты и способы их получения, а также система хранения газа с их применением, причем все они относятся к неожиданному и непрогнозируемому обнаружению того, что требуемые размеры пор адсорбента для хранения и высвобождения природного газа должны быть распределены в диапазоне от микропор, размеры которых составляют приблизительно 9 , до мезопор, размеры которых составляют приблизительно 27 . На фиг. 5 представлена сильная корреляция между объемом пор, размеры которых составляют от приблизительно 9  до приблизительно 27 , и обратимым хранением природного газа (в мас. % при манометрическом давлении 900 фунт/кв. дюйм). Корреляция на графике зависимости обратимого хранения природного газа (в мас. % при манометрическом давлении 900 фунт/кв. дюйм) от объема пор с размерами от 9 до 12  не является очевидной, как представлено на фиг. 6. Таким образом, несмотря на предшествующую работу по хранению природного газа, сосредоточенную на метане, его адсорбции и мелких микропорах, которые могут повышать адсорбционную емкость в отношении этого газа, для улучшения структуры адсорбента в целях обратимого хранения природного газа требуется учет пор больших размеров, которым соответствует диапазон мезопор. Кроме того, хотя типичные связующие вещества значительно закупоривают поры с размером в диапазоне микропор, применение связующего вещества согласно настоящему изобретению не приводит к существенному уменьшению пористости или закупориванию пор, имеющих вышеупомянутые желательные размеры в диапазоне мезопор. Как представлено на фиг. 4, преимущество неводного связующего вещества согласно настоящему изобретению по сравнению с ранее используемым водным связующим веществом является совершенно очевидным в том, насколько наиболее желательные поры с размерами от 9 до 27  в адсорбирующем ингредиенте близки к получаемым в результате порам с размерами от 9 до 27  в монолитном изделии (т.е. приближаются к линии эквивалентности у=х) и являются менее изменчивыми. То есть по сравнению с предшествующими связующими веществами монолит, полученный со связующим веществом, описанным в настоящем документе, проявляет в меньшей степени потерю объема пор адсорбирующего ингредиента с размерами в желательном диапазоне от 9 до 27 , и получаемый монолит имеет меньшую изменчивость характеристик обратимой емкости вследствие меньшей изменчивости объема пор с размерами от 9 до 27 . Кроме того, согласно приведенным ниже примерам, связующее вещество согласно настоящему изобретению может быть использовано для получения монолита высокой плотности (т.е. монолита, в котором содержание адсорбента доведено до максимума в расчете на объем), и который предназначен для точного и надежного соответствия внутренним размерам резервуара для топлива на основе природного газа. Обнаружение этого факта значительно улучшает объемную вместимость основного адсорбента и емкость резервуара для хранения топлива. Настоящее изобретение также относится к имеющим высокую плотность конкретным цельным контурам и/или формам смешанных адсорбентов для максимального увеличения внутреннего объема контейнеров/сосудов систем хранения газов. Указанные конкретные цельные контуры и/или формы предназначены для сокращения до минимума содержания разбавляющего связующего вещества при одновременном максимальном улучшении эксплуатационных характеристик изделия.
[0060] При рассмотрении диапазона значений следует понимать, что настоящее изобретение распространяется на каждое промежуточное значение до десятой доли единицы нижнего предельного значения, если контекст четко не определяет иное условие (как, например, в случае группы, содержащей несколько атомов углерода, когда учитывается каждое число атомов углерода в пределах данного диапазона), между верхним и нижним предельными значениями данного диапазона и любое другое указанное или промежуточное значение в данном указанном диапазоне. Настоящее изобретение также распространяется на верхнее и нижнее предельные значения указанных меньших диапазонов, причем эти значения могут быть независимо включены в меньшие диапазоны с учетом любого специально исключенного предельного значения в указанном диапазоне. Когда указанный диапазон включает одно или оба предельных значения, настоящее изобретение также распространяется на диапазоны, исключающие одно или оба из указанных включенных предельных значений.
[0061] Для описания настоящего изобретения использованы следующие термины. Если не определено иное условие, все технические и научные термины, используемые в настоящем документе, имеют такие значения, которые легко понимает обычный специалист в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Терминология, используемая в описании, использована исключительно для раскрытия конкретных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения настоящего изобретения.
[0062] Формы единственного числа, встречающиеся в настоящем описании и в прилагаемой формуле изобретения, при использовании в настоящем документе грамматически означают один или более чем один (т.е. по меньшей мере один) предмет, если контекст четко не определяет иное условие. В качестве примера, "элемент" означает один элемент или более чем один элемент.
[0063] Выражение "и/или" при использовании в настоящем описании и в формуле изобретения следует понимать как означающее "любой или оба" из элементов, соединяемых данным выражением, т.е. элементы, которые совместно присутствуют в некоторых случаях и раздельно присутствуют в других случаях. Множество элементов, которые перечислены с использованием выражения "и/или", следует понимать таким же образом, т.е. как "один или несколько" из элементов, соединяемых данным выражением. Могут необязательно присутствовать другие элементы, которые не представляют собой элементы, специально определенные выражением "и/или", в том числе элементы, имеющие или не имеющие отношения к специально определенным элементам. Таким образом, в качестве неограничительного примера, выражение "А и/или В" при использовании в сочетании с неограничительным термином, таким как "включающий", может означать, согласно одному варианту осуществления только А (необязательно включая элементы, не представляющие собой В); согласно другому варианту осуществления только В (необязательно включая элементы, не представляющие собой А); согласно следующему варианту осуществления А и В (необязательно включая другие элементы); и т.д.
[0064] При использовании в настоящем описании и в формуле изобретения союз "или" следует понимать как имеющий такое же значение, как определенное выше выражение "и/или". Например, при разделении предметов в списке слова "или" или "и/или" следует истолковывать в смысле включения, т.е. как включающие в себя по меньшей мере один, но также включающие в себя более чем один элемент из ряда или списка элементов, а также необязательно предметы, не присутствующие в списке. Только термины, четко определяющие иные условия, такие как "только один из или "ровно один из", или выражение "состоящий из", используемое в формуле изобретения, означают включение ровно одного элемента из ряда или списка элементов. Как правило, союз "или" при использовании в настоящем документе следует истолковывать как означающий исключение альтернатив (т.е. "один или другой, но не оба"), когда ему предшествуют исключающие выражения, такие как "какой-либо из", "один из", "только один из" или "ровно один из".
[0065] В формуле изобретения, а также в настоящем описании все переходные выражения, такие как "содержащий", "включающий," "несущий", "имеющий," "подразумевающий", "предусматривающий", "вмещающий", "полученный из" и аналогичные выражения следует понимать как неограничительные, т.е. означающие "включающий без ограничения". Только переходные выражения "состоящий из" и "в основном, состоящий из" представляют собой ограничительные или полуограничительные переходные выражения, соответственно, как определяет Руководство по процедурам патентной экспертизы Патентного ведомства США, статья 2111.03.
[0066] При использовании в настоящем документе в описании и в формуле изобретения выражение "по меньшей мере один" в отношении списка из одного или нескольких элементов следует понимать как означающее по меньшей мере один элемент, выбранный из одного или нескольких элементов в списке элементов, но не обязательно включая по меньшей мере один из каждого и любого элемента, определенно перечисленного в списке элементов и не исключая любые комбинации элементов в списке элементов. Это определение также допускает, что могут необязательно присутствовать элементы, не представляющие собой элементы, которые конкретно перечислены в списке элементов, к которому относится выражение "по меньшей мере один", в том числе элементы, имеющие или не имеющие отношения к конкретно определенным элементам. Таким образом, в качестве неограничительного примера, выражение "по меньшей мере один из А и В" (или, что эквивалентно, "по меньшей мере, один из А или В", или, что эквивалентно, "по меньшей мере один из А и/или В") может означать согласно одному варианту осуществления по меньшей мере один, необязательно включая более чем один элемент А при отсутствии В (и необязательно включая элементы, не представляющие собой В); согласно другому варианту осуществления по меньшей мере один, необязательно включая более чем один элемент В при отсутствии А (и необязательно включая элементы, не представляющие собой А); согласно следующему варианту осуществления по меньшей мере один, необязательно включая более чем один элемент А, а также по меньшей мере один, необязательно включая более чем один элемент В (и необязательно включая другие элементы); и т.д.
[0067] Следует также понимать, что в определенных способах, описанных в настоящем документе, которые предусматривают более чем одну стадию или операцию, последовательность стадий или операций способа не должна быть обязательно ограничена последовательностью, в которой перечислены данные стадии или операции способа, если контекст не определяет иное условие.
[0068] Согласно аспекту настоящее изобретение предлагает способ хранения газа. Способ предусматривает введение газа в контакт с меньшей мере одним пористым газосорбирующим монолитом, у которого рабочая весовая вместимость составляет не более чем 40 фунт/ЭГБ, и/или объемная вместимость равняется или составляет менее чем 35 л/ЭГБ. Пористый газосорбирующий монолит может иметь плотность изделия, составляющую по меньшей мере 0,4 г/куб. см. Согласно конкретным вариантам осуществления рабочая весовая вместимость составляет не более чем 30 фунт/ЭГБ (например, не более чем 28 фунт/ЭГБ), и/или объемная вместимость составляет не более чем 32 л/ЭГБ (например, не более чем 30 л/ЭГБ).
[0069] При использовании в настоящем документе в описании и в формуле изобретения термин "монолит" следует понимать как означающий формованную адсорбирующую структуру, описанную в настоящем документе, и ее функциональные фрагменты.
2
[0070] Согласно некоторым вариантам осуществления пористый газосорбирующий монолит содержит газоадсорбирующий материал (например, по меньшей мере один из следующих материалов: активированный уголь, цеолит, диоксид кремния, ковалентный органический каркас или металлоорганические каркасы) и неводное связующее вещество, которое описано в настоящем документе (например, по меньшей мере одно из следующих веществ: фторполимер, полиамид, полиимид, высокоэффективный пластик, фибриллированная целлюлоза, сополимер с фторполимером, сополимер с полиамидом, сополимер с полиимидом, сополимер с высокоэффективным пластиком, или их комбинация). Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, неводное связующее вещество, описанное в настоящем документе, представляет собой сплавляющее средство/вещество. Фторполимер может быть выбран из группы, которую составляют поли(винилидендифторид), политетрафторэтилен, перфторалкоксиалканы и фторированный этилен-пропилен. Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, неводное связующее вещество согласно настоящему изобретению представляет собой политетрафторэтилен или его производное. Полиамид может быть выбран из группы, которую составляют нейлон (например, нейлон-6,6' и нейлон-6). Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, неводное связующее вещество согласно настоящему изобретению сплавляет по меньшей мере некоторые из компонентов монолита/смеси. Полиимид может быть выбран из группы, которую составляют диангидридный предшественник полимера. Высокоэффективный пластик может быть выбран из группы, которую составляют полифениленсульфид, поликетоны, полисульфоны и жидкокристаллические полимеры. Согласно определенным вариантам осуществления неводное связующее вещество присутствует в количестве, составляющем не более чем 15 мас. %, и/или газоадсорбирующий материал присутствует в количестве, составляющем по меньшей мере 85 мас. %. Активированный уголь может быть получен из следующих материалов: древесина, торфяной мох, скорлупа кокосового ореха, уголь, скорлупа грецкого ореха, синтетические полимеры и/или природные полимеры, и/или имеет удельную поверхность, определенную методом Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ) и составляющую приблизительно 1800 м/г или более. Согласно варианту осуществления активированный уголь получают, осуществляя термическую активацию, химическую активацию или их комбинацию.
[0071] Согласно аспекту настоящее изобретение предлагает высокоадсорбирующее монолитное изделие, содержащее газоадсорбирующий материал и неводное связующее вещество, которые описаны в настоящем документе. Согласно варианту осуществления монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: плотность изделия, составляющая по меньшей мере 0,4 г/куб. см; рабочая весовая вместимость, составляющая 40 фунт/ЭГБ или менее; объемная вместимость, составляющая менее чем 35 л/ЭГБ; газоадсорбирующий материал, присутствующий в количестве, составляющем по меньшей мере 90 мас. % (например, по меньшей мере 92 мас. % или по меньшей мере 93 мас. %); неводное связующее вещество, присутствующее в количестве, составляющем менее чем 10 мас. % (например, от приблизительно 2,5 мас. % до приблизительно 7 мас. % или не более чем 7 мас. %); или их комбинацию.
[0072] Согласно другому аспекту настоящее изобретение предлагает высокоадсорбирующее монолитное изделие, содержащее газоадсорбирующий материал, причем монолит имеет рабочую весовую вместимость, составляющую 40 фунт/ЭГБ или менее и/или объемная вместимость менее чем 35 л/ЭГБ. Кроме того, монолит может иметь плотность изделия, составляющую по меньшей мере 0,4 г/куб. см. Согласно другому варианту осуществления монолит дополнительно содержит неводное связующее вещество, которое описано в настоящем документе. Например, согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, неводное связующее вещество согласно настоящему изобретению представляет собой политетрафторэтилен или его производное.
[0073] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, адсорбирующий монолит может иметь по меньшей мере Одину из следующих характеристик: менее чем приблизительно 100 куб. см/л-м объема в порах с размером или диаметром, составляющим менее чем приблизительно 9 ; более чем приблизительно 200 куб. см/л-м объема в порах с размером или диаметром, составляющим приблизительно от 9 до 27 ; более чем приблизительно 50 куб. см/л-м объема в порах с размером или диаметром, составляющим приблизительно от 27 до 490 ; или их комбинацию. Например, в монолите или изделии поры с размером, составляющим приблизительно от 9 до 27 , могут имеют объем, составляющий более чем приблизительно 200 куб. см/л-м, более чем приблизительно 210 куб. см/л-м, более чем приблизительно 220 куб. см/л-м, более чем приблизительно 230 куб. см/л-м, более чем приблизительно 240 куб. см/л-м, более чем приблизительно 250 куб. см/л-м, более чем приблизительно 260 куб. см/л-м, более чем приблизительно 270 куб. см/л-м или более чем 275 куб. см/л-м. В монолите или изделии поры с размером, составляющим менее чем приблизительно 9 , могут иметь объем, составляющий менее чем приблизительно 100 куб. см/л-м, менее чем приблизительно 98 куб. см/л-м, менее чем приблизительно 95 куб. см/л-м, менее чем приблизительно 90 куб. см/л-м, или менее чем приблизительно 85 куб. см/л-м. В монолите или изделии поры с размером, составляющим приблизительно от 27 до 490 , могут иметь объем, составляющий более чем приблизительно 50 куб. см/л-м, более чем приблизительно 55 куб. см/л-м, более чем приблизительно 60 куб. см/л-м или более чем приблизительно 65 куб. см/л-м.
[0074] Согласно варианту осуществления настоящего изобретения неводное связующее вещество представляет собой по меньшей мере одно из следующих веществ: фторполимер (например, поли(винилидендифторид), политетрафторэтилен, перфторалкоксиалкан, или фторированный этилен-пропилен), полиамид (например, нейлон-6,6' или нейлон-6), полиимид, высокоэффективный пластик (например, полифениленсульфид), сополимер с фторполимером, сополимер с полиамидом, сополимер с полиимидом, сополимер с высокоэффективным пластиком или их комбинация. Согласно конкретному варианту осуществления неводное связующее вещество композиции согласно настоящему изобретению присутствует в количестве, составляющем не более чем 10 мас. %. Например, неводное связующее вещество композиции согласно настоящему изобретению может присутствовать в количестве, составляющем от приблизительно 2,5 до приблизительно 10 мас. %, от приблизительно 5,0 до приблизительно 10 мас. %, от приблизительно 7,5 мас. % до приблизительно 10 мас. %, от приблизительно 9 до приблизительно 10 мас. %, от приблизительно 2,5 до приблизительно 8 мас. %, от приблизительно 5,0 до приблизительно 8 мас. %, от приблизительно 6,5 мас. % до приблизительно 8 мас. %, от приблизительно 2,5 до приблизительно 7 мас. %, от приблизительно 5,0 до приблизительно 7 мас. %, от приблизительно 2,5 до приблизительно 5,0 мас. % или не более чем 2,5 мас. %. Согласно конкретному варианту осуществления неводное связующее вещество присутствует в количестве, составляющем приблизительно 1 мас. %, приблизительно 1,5 мас. %, приблизительно 2 мас. %, приблизительно 2,5 мас. %, приблизительно 3 мас. %, приблизительно 3 мас. %, приблизительно 4 мас. %, приблизительно 4,5 мас. %, приблизительно 5 мас. %, приблизительно 5,5 мас. %, приблизительно 6 мас. %, приблизительно 6,5 мас. %, приблизительно 7 мас. %, приблизительно 7,5 мас. %, приблизительно 8 мас. %, приблизительно 8,5 мас. %, приблизительно 9 мас. %, приблизительно 9,5 мас. % или приблизительно 10 мас. %.
[0075] Согласно некоторым вариантам осуществления газоадсорбирующий материал может содержать любой подходящий газоадсорбирующий материал, который является общеизвестным в технике или становится известным. Специалисты в данной области техники понимают, что газоадсорбирующие материалы определенных типов являются особенно подходящими для применения в газоадсорбирующих монолитах, которые определенно предусмотрены в настоящем документе. Например, согласно определенным вариантам осуществления газоадсорбирующий материал представляет собой по меньшей мере один из следующих материалов: активированный уголь, цеолит, диоксид кремния, ковалентный органический каркас, металлоорганические каркасы, или их комбинацию. Согласно определенным вариантам осуществления газоадсорбирующий материал присутствует в количестве, составляющем по меньшей мере 90 мас. %. Например, газоадсорбирующий материал может присутствовать в количестве, составляющем по меньшей мере 90 мас. %, по меньшей мере приблизительно 92,5 мас. %, по меньшей мере приблизительно 95 мас. %, по меньшей мере приблизительно 97 мас. %, от приблизительно 90,0 до приблизительно 99 мас. %, от приблизительно 92,5 мас. % до приблизительно 99 мас. %, от приблизительно 95,0 до приблизительно 99 мас. %, от приблизительно 90,0 до приблизительно 97,5 мас. %, от приблизительно 92,5 мас. % до приблизительно 97,5 мас. %, от приблизительно 95,0 до приблизительно 97,5 мас. %, от приблизительно 90,0 до приблизительно 95,0 мас. %, от приблизительно 92,5 мас. % до приблизительно 95,0 мас. % или от приблизительно 90,0 до приблизительно 92,5 мас. %. Согласно конкретному варианту осуществления газоадсорбирующий материал присутствует в количестве, составляющем приблизительно 90 мас. %, приблизительно 90,5 мас. %, приблизительно 91 мас. %, приблизительно 91,5 мас. %, приблизительно 92 мас. %, приблизительно 92,5 мас. %, приблизительно 93 мас. %, приблизительно 93,5 мас. %, приблизительно 94 мас. %, приблизительно 94,5 мас. %, приблизительно 95 мас. %, приблизительно 95,5 мас. %, приблизительно 96 мас. %, приблизительно 96,5 мас. %, приблизительно 97 мас. %, приблизительно 97,5 мас. %, приблизительно 98 мас. %, приблизительно 98,5 мас. %, приблизительно 99 мас. % или приблизительно 99,5 мас. %.
[0076] Согласно любому из аспектов или вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, газоадсорбирующий материал, например, активированный уголь, присутствует в форме тонкого порошка. Согласно любому из аспектов или вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, газоадсорбирующий материал, например, активированный уголь, присутствует в гранулированной форме. Активированный уголь представляет собой неграфитовую микрокристаллическую форму углерода, превращенного в углеродные частицы, имеющие относительно высокую микропористость. Активированный уголь содержит шестичленные углеродные кольца, между которыми находится аморфный углерод. Активированный уголь может содержать в остаточных количествах кислород, азот, водород, фосфор и/или их соединения. Международный союз теоретической и прикладной химии классифицирует поры согласно их ширине. Микропоры представляют собой поры, у которых диаметр или размер составляет менее чем приблизительно 2 нанометра (20 ). Мезопоры представляют собой поры, у которых диаметр или размер составляет от приблизительно 2 до приблизительно 50 нанометров. Макропоры представляют собой поры, у которых диаметр или размер составляет более чем 50 нанометров.
[0077] Согласно следующим вариантам осуществления газоадсорбирующий материал представляет собой активированный уголь, выбранный из группы, которую составляют скорлупа ореха, скорлупа кокосового ореха, торф, древесина, волокно кокосового ореха, лигнит, уголь, нефтяной пек, и их комбинации.
[0078] Согласно варианту осуществления активированный уголь может иметь средний размер пор, составляющий от приблизительно 0,8 нм до приблизительно 3,5 нм. Согласно конкретному варианту осуществления активированный уголь может иметь средний размер пор, составляющий от приблизительно 0,6 до приблизительно 2,6 нм. Активированный уголь может иметь минимальный размер пор, составляющий более чем 6,0 нм. Согласно некоторым вариантам осуществления активированный уголь имеет размер частиц в диапазоне от приблизительно 1,0 микрометра (мкм) до приблизительно 2,83 миллиметра (мм). Согласно конкретным вариантам осуществления активированный уголь имеет размер частиц в диапазоне от приблизительно 5 мкм до приблизительно 120 мкм или от приблизительно 15 мкм до приблизительно 120 мкм.
0
2
3
[0079] Согласно конкретному варианту осуществления активированный угольный монолит имеет поровый объем, составляющий более чем 0,5 куб. см/г (например, более чем 0,55 куб. см/г или 0,60 куб. см/г или более чем 0,60 куб. см/г) для пор, имеющих размеры в диапазоне от приблизительно 9  до приблизительно 27 . Поровый объем определяют методом азотной адсорбционной порометрии, используя поромер ASAP 2420 от компании Micromeritics (Норкросс, штат Джорджия, США). Для этого пробы/образцы высушивают в течение ночи в печи при установленной температуре от 105 до 110°С. Образцы извлекают и выдерживают в замкнутой системе до установления равновесия с температурой лаборатории. Образец помещают в пробирку для образцов и устанавливают в поромер ASAP 2420 от компании Micromeritics. Образец дегазируют на месте перед началом исследования. Дегазацию образца осуществляют при температуре 200°С и пониженном давлении 2 мм рт. ст. Приведенные в настоящем документе данные могут быть получены для образцов, дегазированных при менее высокой температуре, чем 200°С, в целях предотвращения выгорания связующего вещества. Определение порового объема осуществляют посредством вычисления по изотермической кривой относительного давления Р/Р с применением программы SAIEUS. Коэффициент неидеальности составлял 0,0000620. Коэффициент пересчета плотности составлял 0,0015468. Диаметр жесткой сферы составлял 3,860 . Площадь поперечного сечения молекулы составляла 0,162 нм. Заданное относительное давление (в мм рт. ст.) для изотермы принимало следующие значения: 0,002, 0,005, 0,01, 0,0125, 0,0250, 0,050, 0,075, 0,1, 0,1125, 0,125, 0,150, 0,175, 0,20, 0,25, 0,30, 0,40, 0,45, 0,50, 0,55, 0,60, 0,65, 0,70, 0,75, 0,80, 0,85, 0,90 и 0,95. При низких давлениях оборудование устанавливают в "режим возрастающей дозы низкого давления", в котором поромер получает команду о сборе данных при возрастающей дозе в количестве, составляющем 20,0000 см/г при стандартных значениях температуры и давления (СТД). Фактические точки регистрировали с точностью 5 мм рт. ст. или 5% для абсолютного или относительного давления, соответственно, причем выбирали более высокую точность. Время между последовательными показаниями давления в течение установления равновесия составляло 20 с. Когда разность давлений ΔР между показаниями составляла менее чем 0,001%, регистрировали данные и устанавливали следующую заданную точку Р. Минимальный промежуток времени между записью данных составлял 600 секунд. Данные изотермы адсорбции азота анализировали с помощью программы SAIEUS. "Максимальное" поле диапазона размеров пор изменяется до 500. На графике кривой L значение λ устанавливают посредством перемещения полосы для определения точки касания на кривой. Математическая модель для обработки данных изотермического процесса, которые собирает поромер Micromeritics для определения распределения пор по размерам, описана как нелинейная теория функционала плотности (НЛТФП). Эта модель способна сократить до минимума ошибку, связанную диапазоном низкого давления, которому соответствуют мелкие поры, как отметили J. Jagiello и I. Р. Olivier (J. Phys. Chem., 2009, 113, 19382-19385).
[0080] Один тип активированного угля, который подходит для применения в практическом осуществлении настоящего изобретения, поставляет на продажу компания Ingevity (Норт-Чарлстон, штат Южная Каролина, США) под наименованиями Nuchar SA-1500, Nuchar WV-A 1500 и/или Nuchar ВАХ 1500. Согласно определенным вариантам осуществления подходящий активированный уголь представляет собой активированный уголь на основе кокосового ореха и активированный уголь на основе каменного угля.
[0081] Согласно варианту осуществления монолитное изделие имеет плотность, составляющую по меньшей мере 0,4 г/куб. см. Например, плотность монолитного изделия может составлять от приблизительно 0,40 г/куб. см до приблизительно 2,00 г/куб. см; от приблизительно 0,40 г/куб. см до приблизительно 1,50 г/куб. см; от приблизительно 0,40 г/куб. см до приблизительно 1,25 г/куб. см; от приблизительно 0,40 г/куб. см до приблизительно 1,00 г/куб. см; от приблизительно 0,40 г/куб. см до приблизительно 0,80 г/куб. см; от приблизительно 0,40 г/куб. см до приблизительно 0,75 г/куб. см; от приблизительно 0,40 г/куб. см до приблизительно 0,65 г/куб. см; от приблизительно 0,40 г/куб. см до приблизительно 0,55 г/куб. см; от приблизительно 0,40 г/куб. см, до приблизительно 0,55 г/куб. см; от приблизительно 0,50 г/куб. см до приблизительно 2,00 г/куб. см; от приблизительно 0,50 г/куб. см до приблизительно 1,50 г/куб. см; от приблизительно 0,50 г/куб. см до приблизительно 1,25 г/куб. см; от приблизительно 0,50 г/куб. см до приблизительно 1,00 г/куб. см; от приблизительно 0,50 г/куб. см до приблизительно 0,75 г/куб. см; от приблизительно 0,60 г/куб. см до приблизительно 2,00 г/куб. см; от приблизительно 0,60 г/куб. см до приблизительно 1,50 г/куб. см; от приблизительно 0,60 г/куб. см до приблизительно 1,25 г/куб. см; от приблизительно 0,60 г/куб. см до приблизительно 1,00 г/куб. см; от приблизительно 0,70 г/куб. см до приблизительно 2,00 г/куб. см; от приблизительно 0,70 г/куб. см до приблизительно 1,50 г/куб. см; от приблизительно 0,70 г/куб. см до приблизительно 1,25 г/куб. см; от приблизительно 0,70 г/куб. см до приблизительно 1,00 г/куб. см; от приблизительно 1,00 г/куб. см до приблизительно 2,00 г/куб. см; от приблизительно 1,00 г/куб. см до приблизительно 1,50 г/куб. см; от приблизительно 1,00 г/куб. см до приблизительно 1,25 г/куб. см; от приблизительно 1,25 г/куб. см до приблизительно 2,00 г/куб. см; от приблизительно 1,25 г/куб. см до приблизительно 1,50 г/куб. см или от приблизительно 1,50 г/куб. см до приблизительно 2,00 г/куб. см. Согласно конкретному варианту осуществления плотность изделия составляет приблизительно 0,40 г/куб. см, приблизительно 0,4 г/куб. см, приблизительно 0,50 г/куб. см, приблизительно 0,55 г/куб. см, приблизительно 0,60 г/куб. см, приблизительно 0,65 г/куб. см, приблизительно 0,70 г/куб. см, приблизительно 0,75 г/куб. см, приблизительно 0,80 г/куб. см, приблизительно 0,85 г/куб. см, приблизительно 0,90 г/куб. см, приблизительно 0,95 г/куб. см, приблизительно 1,00 г/куб. см, приблизительно 1,05 г/куб. см, приблизительно 1,10 г/куб. см, приблизительно 10,15 г/куб. см, приблизительно 1,20 г/куб. см, приблизительно 1,25 г/куб. см, приблизительно 1,30 г/куб. см, приблизительно 1,35 г/куб. см, приблизительно 1,40 г/куб. см, приблизительно 1,40 г/куб. см, приблизительно 1,50 г/куб. см, приблизительно 1,55 г/куб. см, приблизительно 1,60 г/куб. см, приблизительно 1,65 г/куб. см, приблизительно 1,70 г/куб. см, приблизительно 1,75 г/куб. см, приблизительно 1,80 г/куб. см, приблизительно 1,85 г/куб. см, приблизительно 1,90 г/куб. см, приблизительно 1,95 г/куб. см или приблизительно 2,00 г/куб. см.
[0082] Плотность изделия может быть определена любым способом, известным специалисту в данной области техники. Например, плотность изделия может быть определена посредством изготовления цилиндрического изделия из смеси и нагревания изделия в печи в течение более чем 12 часов при 110°С и измерения массы. Диаметр и длину определяют с помощью штангенциркуля. Измеренную массу делят на вычисленный объем. В определенных случаях монолит получают на месте таким образом, чтобы размеры формованного монолитного изделия соответствовали внутренним размерам контейнера. Плотность изделия затем вычисляют по внутреннему объему контейнера и массе смеси, помещаемой в контейнер после того, как он проходит вышеупомянутую стадию удаления влаги, в которой контейнер с материалом нагревают в печи в течение более чем 12 часов при 110°С.
[0083] Согласно определенным вариантам осуществления монолит имеет рабочую весовую вместимость, составляющую 40 фунт/ЭГБ или менее. Например, монолит имеет рабочую весовую вместимость, составляющую от приблизительно 5 до приблизительно 40 фунт/ЭГБ, от приблизительно 10 до приблизительно 40 фунт/ЭГБ, от приблизительно 15 до приблизительно 40 фунт/ЭГБ, от приблизительно 20 до приблизительно 40 фунт/ЭГБ, от приблизительно 25 до приблизительно 40 фунт/ЭГБ, от приблизительно 30 до приблизительно 40 фунт/ЭГБ, от приблизительно 35 до приблизительно 40 фунт/ЭГБ, менее чем приблизительно 35 фунт/ЭГБ, от приблизительно 5 до приблизительно 35 фунт/ЭГБ, от приблизительно 10 до приблизительно 35 фунт/ЭГБ, от приблизительно 15 до приблизительно 35 фунт/ЭГБ, от приблизительно 20 до приблизительно 35 фунт/ЭГБ, приблизительно 25 до приблизительно 35 фунт/ЭГБ, от приблизительно 30 до приблизительно 35 фунт/ЭГБ, менее чем приблизительно 30 фунт/ЭГБ, от приблизительно 5 до приблизительно 30 фунт/ЭГБ, от приблизительно 10 до приблизительно 30 фунт/ЭГБ, от приблизительно 15 до приблизительно 30 фунт/ЭГБ, от приблизительно 20 до приблизительно 30 фунт/ЭГБ, от приблизительно 25 до приблизительно 30 фунт/ЭГБ, менее чем приблизительно 25 фунт/ЭГБ, от приблизительно 5 до приблизительно 25 фунт/ЭГБ, от приблизительно 10 до приблизительно 25 фунт/ЭГБ, от приблизительно 15 до приблизительно 25 фунт/ЭГБ, от приблизительно 20 до приблизительно 25 фунт/ЭГБ, менее чем приблизительно 20 фунт/ЭГБ, от приблизительно 5 до приблизительно 20 фунт/ЭГБ, от приблизительно 10 до приблизительно 20 фунт/ЭГБ, от приблизительно 15 до приблизительно 20 фунт/ЭГБ, менее чем приблизительно 15 фунт/ЭГБ, от приблизительно 5 до приблизительно 15 фунт/ЭГБ, от приблизительно 10 до приблизительно 15 фунт/ЭГБ или от приблизительно 5 до приблизительно 10 фунт/ЭГБ. Согласно конкретному варианту осуществления рабочая весовая вместимость монолита составляет приблизительно 1 фунт/ЭГБ, приблизительно 2 фунт/ЭГБ, приблизительно 3 фунт/ЭГБ, приблизительно 4 фунт/ЭГБ, приблизительно 5 фунт/ЭГБ, приблизительно 6 фунт/ЭГБ, приблизительно 7 фунт/ЭГБ, приблизительно 8 фунт/ЭГБ, приблизительно 9 фунт/ЭГБ, приблизительно 10 фунт/ЭГБ, приблизительно 11 фунт/ЭГБ, приблизительно 12 фунт/ЭГБ, приблизительно 13 фунт/ЭГБ, приблизительно 14 фунт/ЭГБ, приблизительно 15 фунт/ЭГБ, приблизительно 16 фунт/ЭГБ, приблизительно 17 фунт/ЭГБ, приблизительно 18 фунт/ЭГБ, приблизительно 19 фунт/ЭГБ, приблизительно 20 фунт/ЭГБ, приблизительно 21 фунт/ЭГБ, приблизительно 22 фунт/ЭГБ, приблизительно 23 фунт/ЭГБ, приблизительно 24 фунт/ЭГБ, приблизительно 25 фунт/ЭГБ, приблизительно 26 фунт/ЭГБ, приблизительно 27 фунт/ЭГБ, приблизительно 28 фунт/ЭГБ, приблизительно 29 фунт/ЭГБ, приблизительно 30 фунт/ЭГБ, приблизительно 31 фунт/ЭГБ, приблизительно 32 фунт/ЭГБ, приблизительно 33 фунт/ЭГБ, приблизительно 34 фунт/ЭГБ, приблизительно 35 фунт/ЭГБ, приблизительно 36 фунт/ЭГБ, приблизительно 37 фунт/ЭГБ, приблизительно 38 фунт/ЭГБ, приблизительно 39 фунт/ЭГБ или приблизительно 40 фунт/ЭГБ.
3
-1
-1
2
[0084] Весовая вместимость и обратимая вместимость (или "обратимая емкость") определяются с помощью системы четырехпортового держателя образца, содержащего цифровой измеритель давления, цифровые измерители температуры и преобразователь давления, калиброванный для манометрического давления вплоть до 1000 фунт/кв. дюйм. Образцы изделий известной плотности, специально сформованные для точного соответствия размерам цилиндрического держателя образцов, загружают в предварительно взвешенный держатель образца. Внутренняя термопара расположена в центре внутреннего пространства каждого держателя образца для измерения и регулирования температуры образца в течение повышения и снижения давления. Образцы подключают к измерительному оборудованию, а затем подвергают дегазации при 300°F и пониженном давлении (24 мм рт. ст.) в течение по меньшей мере 3 часов. После этого образцы выдерживают для охлаждения до комнатной температуры и отключают вакуум. Держатель образца в закрытом состоянии отсоединяют и повторно взвешивают, чтобы определить массу образца. Давление образца затем повышают до желательного уровня, используя испытательный газ (природный газ или метан). Это осуществляют достаточно медленно, чтобы предотвратить повышение внутренней температуры, равное или составляющее более чем 10°F. Когда получают желательное давление, вентиль испытательного газа закрывают. Давление внутри держателя образца уменьшается по мере уменьшения внутренней температуры. Вентиль испытательного газа слегка открывают, чтобы снова увеличить давление и возвратить его в желательный диапазон. Эту операцию повторяют. Когда температура становится постоянной, и давление не изменяется более чем на 0,1% в течение десятиминутного промежутка времени, держатель образца закрывают и повторно взвешивают, чтобы определить количество газа в системе. Держатель образца снова подключают и начинают стадию снижения давления. Температурный датчик, измеряющий внутреннюю температуру образца, используют для определения скорости снижения давления. Температура образца не должна уменьшаться более чем на 10°F. Когда устанавливается атмосферное давление, и температура достигает заданного уровня, держатель образца снова взвешивают, чтобы определить количество выделившегося газа. Массу (в граммах) выделившегося газа вычисляют по разности масс. Объем, занимаемый в держателе образца, вычисляют путем деления массы образца на плотность изделия. Затем определяют объем свободного пространства в держателе образца (его вычисляют на основании разности между теоретической массой образца (произведение внутреннего объема держателя образца и плотности изделия) и фактической массой образца), а затем количество газа, занимающего свободное пространство, вычисляют посредством решения уравнения состояния идеального газа PV=znRT, определяя n, т.е. количество моль газа, где z представляет собой коэффициент сжимаемости (0,87 для метана при 900 фунт/кв. дюйм), Р представляет собой испытательное давление (атм.), V представляет собой объем свободного пространства (куб. см), Т представляет собой температуру (К), и R представляет собой универсальную газовую постоянную (82,05736 см⋅атм⋅К⋅моль). Массу газа в свободном пространстве и газа, остающегося в образце при манометрическом давлении 0 фунт/кв. дюйм, вычитают из полной массы газа, содержащегося при манометрическом давлении 900 фунт/кв. дюйм. Это значение делят на массу образца, получая число граммов газа, обратимо хранящегося в грамме образца. Число граммов обратимо хранящегося газа пересчитывают в ЭГБ, используя вышеупомянутый коэффициент пересчета (2567 г-ПГ/ЭГБ или 5,66 фунт-ПГ/ЭГБ), и массу образца пересчитывают из граммов в фунты, чтобы получить весовую вместимость образца (фунт-монолит/ЭГБ или фунт/ЭГБ. Сжатая смесь природного газа для исследований абсорбционной емкости, которую получали от компании Gas Innovations (Ла-Порт, штат Техас, США; www.gasinnovations.com) в одорированной форме, согласно сертификату анализа содержала 94,5% метана, 2,8% этана, 0,3% пропана, 0,1% бутана, менее 0,5% суммы других углеводородов, 0,9% азота и 0,9% СО.
[0085] Согласно дополнительным вариантам осуществления монолит имеет объемную эффективность, составляющую менее чем 35 л/ЭГБ. Например, объемная эффективность может составлять от приблизительно 15 л/ЭГБ до приблизительно 35 л/ЭГБ, от приблизительно 17 л/ЭГБ до приблизительно 35 л/ЭГБ, от приблизительно 19 л/ЭГБ до приблизительно 35 л/ЭГБ, от приблизительно 21 л/ЭГБ до приблизительно 35 л/ЭГБ, от приблизительно 23 л/ЭГБ до приблизительно 35 л/ЭГБ, от приблизительно 25 л/ЭГБ до приблизительно 35 л/ЭГБ, от приблизительно 27 л/ЭГБ до приблизительно 35 л/ЭГБ, от приблизительно 29 л/ЭГБ до приблизительно 35 л/ЭГБ, от приблизительно 31 л/ЭГБ до приблизительно 35 л/ЭГБ, от приблизительно 33 л/ЭГБ до приблизительно 35 л/ЭГБ, от приблизительно 15 л/ЭГБ до приблизительно 32 л/ЭГБ, от приблизительно 17 л/ЭГБ до приблизительно 32 л/ЭГБ, от приблизительно 19 л/ЭГБ до приблизительно 32 л/ЭГБ, от приблизительно 21 л/ЭГБ до приблизительно 32 л/ЭГБ, от приблизительно 23 л/ЭГБ до приблизительно 32 л/ЭГБ, от приблизительно 25 л/ЭГБ до приблизительно 32 л/ЭГБ, от приблизительно 27 л/ЭГБ до приблизительно 32 л/ЭГБ, от приблизительно 29 л/ЭГБ до приблизительно 32 л/ЭГБ, от приблизительно 15 л/ЭГБ до приблизительно 29 л/ЭГБ, от приблизительно 17 л/ЭГБ до приблизительно 29 л/ЭГБ, от приблизительно 19 л/ЭГБ до приблизительно 29 л/ЭГБ, от приблизительно 21 л/ЭГБ до приблизительно 29 л/ЭГБ, от приблизительно 23 л/ЭГБ до приблизительно 29 л/ЭГБ, от приблизительно 25 л/ЭГБ до приблизительно 29 л/ЭГБ, от приблизительно 15 л/ЭГБ до приблизительно 26 л/ЭГБ, от приблизительно 17 л/ЭГБ до приблизительно 26 л/ЭГБ, от приблизительно 19 л/ЭГБ до приблизительно 26 л/ЭГБ, от приблизительно 21 л/ЭГБ до приблизительно 26 л/ЭГБ, от приблизительно 23 л/ЭГБ до приблизительно 26 л/ЭГБ, от приблизительно 15 л/ЭГБ до приблизительно 23 л/ЭГБ, от приблизительно 17 л/ЭГБ до приблизительно 23 л/ЭГБ, от приблизительно 19 л/ЭГБ до приблизительно 23 л/ЭГБ, от приблизительно 15 л/ЭГБ до приблизительно 20 л/ЭГБ, от приблизительно 17 л/ЭГБ до приблизительно 20 л/ЭГБ или приблизительно от 15 л/ЭГБ до приблизительно 17 л/ЭГБ. Согласно конкретному варианту осуществления объемная эффективность монолита составляет приблизительно 35 л/ЭГБ, приблизительно 34 л/ЭГБ, приблизительно 33,5 л/ЭГБ, приблизительно 33 л/ЭГБ, приблизительно 32,5 л/ЭГБ, приблизительно 32 л/ЭГБ, приблизительно 31,5 л/ЭГБ, приблизительно 31 л/ЭГБ, приблизительно 30,5 л/ЭГБ, приблизительно 30 л/ЭГБ, приблизительно 29,5 л/ЭГБ, приблизительно 29 л/ЭГБ, приблизительно 28,5 л/ЭГБ, приблизительно 28 л/ЭГБ, приблизительно 27,5 л/ЭГБ, приблизительно 27 л/ЭГБ, приблизительно 26,5 л/ЭГБ, приблизительно 26 л/ЭГБ, приблизительно 25,5 л/ЭГБ, приблизительно 25 л/ЭГБ, приблизительно 24,5 л/ЭГБ, приблизительно 24 л/ЭГБ, приблизительно 23,5 л/ЭГБ, приблизительно 23 л/ЭГБ, приблизительно 22,5 л/ЭГБ, приблизительно 22 л/ЭГБ, приблизительно 21 л/ЭГБ, приблизительно 20 л/ЭГБ, приблизительно 19 л/ЭГБ, приблизительно 18 л/ЭГБ, приблизительно 17 л/ЭГБ, приблизительно 16 л/ЭГБ или приблизительно 15 л/ЭГБ.
[0086] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, адсорбирующий монолит согласно настоящему изобретению содержит газоадсорбирующий материал (например, активированный уголь), присутствующий в количестве, составляющем по меньшей мере 90 мас. % (например, по меньшей мере 93 мас. %), и неводное связующее вещество, которое описано в настоящем документе (например, политетрафторэтилен) и присутствует в количестве, составляющем менее чем 10 мас. % (например, от приблизительно 2,5 мас. % до приблизительно 7 мас. %, от приблизительно 3 мас. % до приблизительно 7 мас. %, не более чем 7,5 мас. % или не более чем 7 мас. %), причем монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: рабочая весовая вместимость, составляющая не более чем 40 фунт/ЭГБ (например, не более чем 35 фунт/ЭГБ, не более чем 30 фунт/ЭГБ или не более чем 28 л/ЭГБ), объемная эффективность, составляющая не более чем 35 л/ЭГБ (например, не более чем 32 л/ЭГБ или не более чем 30 л/ЭГБ), плотность изделия, составляющая по меньшей мере 0,4 г/куб. см (например, от приблизительно 0,4 г/куб. см до приблизительно 0,75 г/куб. см, от приблизительно 0,4 г/куб. см до приблизительно 0,65 г/куб. см или от приблизительно 0,4 г/куб. см до приблизительно 0,6 г/куб. см), поровый объем пор с размерами в диапазоне от приблизительно 9  до приблизительно 27 , составляющий по меньшей мере 0,5 куб. см/г, или их комбинацию.
[0087] Активированные угольные монолиты, описанные в настоящем документе, представляют собой имеющие высокую адсорбционную способность и заданную форму монолитные изделия. Неводное связующее вещество, описанное в настоящем документе, значительно увеличивает плотность упаковки адсорбента по сравнению с обычным упакованным адсорбентом. В результате этого пористые газосорбирующие монолиты согласно настоящему изобретению обеспечивают значительное улучшение рабочей весовой вместимости и объемной вместимости. Кроме того, применение имеющих заданную форму монолитных изделий упрощает изготовление систем хранения газов, потому что газоадсорбирующий материал может содержаться в монолитной форме. Согласно некоторым вариантам осуществления смешанный материал, который может быть необязательно высушенным, можно предварительно формовать в системе хранения газа. Например, смешанный материал может быть помещен в систему хранения газа, где смешанный материал подвергают уплотнению. Кроме того, уплотненный смешанный материал может быть подвергнут нагреванию.
[0088] Согласно другому аспекту настоящее изобретение предлагает, как представлено на фиг. 2, способ получения пористого газосорбирующего монолита 60. Способ предусматривает смешивание 62 газоадсорбирующего материала и неводного связующего вещества, которые описаны в настоящем документе; и уплотнение или экструзию 64 смеси в формованную структуру. Смесь может быть получена путем смешивания любым подходящим способом, который является известным в технике или становится известным в технике. Например, смесительное устройство может быть выбрано из группы, которую составляют растиратель, лемешная мешалка, измельчитель, месильная машина, экструдер и многоножовый смеситель. Согласно определенным вариантам осуществления смешивание 62 происходит в течение периода, составляющего по меньшей мере приблизительно 10 минут (например, по меньшей мере приблизительно 15 минут, по меньшей мере приблизительно 20 минут, по меньшей мере приблизительно 25 минут, приблизительно от 10 до 45 минут, приблизительно от 10 до 35 минут, приблизительно от 10 до 25 минут, от 10 до 15 минут или менее). Способ может дополнительно предусматривать высушивание смеси перед уплотнением или экструзией смеси. Например, способ может дополнительно предусматривать высушивание смеси при температуре, составляющей по меньшей мере 110°С. Смесь можно нагревать в течение уплотнения. Например, способ может дополнительно предусматривать нагревание 64 уплотненной смеси при температуре, составляющей по меньшей мере приблизительно 110°С (например, от приблизительно 110°С до приблизительно 400°С). Согласно варианту осуществления пористый газосорбирующий монолит получают в резервуаре/системе для хранения газа. Далее это будет обсуждаться более подробно.
[0089] Согласно другим вариантам осуществления пористый газосорбирующий монолит получают в системе хранения газа. Например, способ получения пористого газосорбирующего монолита может предусматривать смешивание газоадсорбирующего материала и неводного связующего вещества, которые описаны в настоящем документе; помещение смеси в резервуар для хранения газа и уплотнение смеси в резервуаре для хранения газа. Согласно следующим вариантам осуществления способ дополнительно предусматривает нагревание смеси, уплотненной в резервуаре для хранения газа. Следует отметить, что каждая из указанных стадий способа может быть осуществлена согласно описанию в настоящем документе в отношении способа, не связанного с получением пористого газосорбирующего монолита в системе/резервуаре для хранения газа. Например, смесь может быть получена путем смешивания любым подходящим способом, который является известным в технике или становится известным в технике, причем смесительное устройство, может быть выбрано из группы, которую составляют растиратель, лемешная мешалка, измельчитель, месильная машина, экструдер и многоножовый смеситель. Смешивание может происходить в течение периода, составляющего от 10 до 15 минут или менее. Способ может дополнительно предусматривать высушивание смеси перед уплотнением смеси. Например, способ может дополнительно предусматривать высушивание смеси при температуре, составляющей по меньшей мере 110°С. Высушенная смесь может быть затем помещена внутрь системы/резервуара для хранения газа с последующим уплотнением для приобретения обратной формы по отношению к внешнему резервуару. Смесь можно нагревать в течение уплотнения при температуре, составляющей по меньшей мере приблизительно 110°С (т.е. от приблизительно 110°С до приблизительно 400°С).
[0090] Количества и характеристики газоадсорбирующего материал и неводного связующего вещества для данного способа описаны выше в отношении вариантов осуществления активированного угольного монолита.
[0091] Согласно любому из аспектов или вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, для получения монолита предусмотрены дополнительные вещества (например, эмульгирующие вещества, реологические добавки, загущающие вещества, поверхностно-активные вещества и диспергирующие вещества).
[0092] Диспергирующие вещества могут быть использованы для придания частицам повышенной устойчивости в целях предотвращения агрегации частиц связующих веществ, агрегации частиц угля и комкования смеси. Диспергирующее вещество может обеспечивать электростатическую стабилизацию, стерическую стабилизацию и/или другую стабилизацию связующего вещества. Диспергирующее вещество может представлять собой любое подходящее диспергирующее вещество, которое является общеизвестным в технике или становится известным. Например, подходящие диспергирующие вещества представляют собой стеараты, полиэтиленгликоли, моностеараты, дистеараты, поликарбоновые кислоты, простые полиэфиры и блок-сополимеры.
[0093] Загущающие вещества могут быть использованы для придания смеси большей сыпучести. Согласно любому из аспектов или вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, способ дополнительно предусматривает добавление загущающего вещество в активированный уголь. Загущающее вещество может представлять собой любое подходящее загущающее вещество, которое является общеизвестным в технике или становится известным. Например, подходящие загущающие вещества представляют собой растворимые в воде полимеры, такие как метилцеллюлоза, простой эфир метилцеллюлозы и полиакриловая кислота.
[0094] Реологические добавки могут быть использованы для регулирования реологических свойств предварительно смоченного активированного угля или смеси. В частности, такое регулирование может потребоваться в зависимости от способа формования. Например, для экструзии требуется гелеподобная консистенция. Согласно определенному варианту осуществления способ дополнительно предусматривает добавление в смесь загущающего вещества. Загущающее вещество может представлять собой любое подходящее загущающее вещество, которое является общеизвестным в технике или становится известным, как описано выше.
[0095] Согласно определенному варианту осуществления способ дополнительно предусматривает добавление в смесь разжижающего вещества. Разжижающее вещество может представлять собой любое подходящее разжижающее вещество, которое является общеизвестным в технике или становится известным. Например, разжижающее вещество может представлять собой поверхностно-активное вещество, такое как анионное, катионное или неионогенное поверхностно-активное вещество. Примеры анионных поверхностно-активных веществ представляют собой, без ограничения карбоксилаты, фосфаты, сульфонаты, сульфаты, сульфоацетаты, а также свободные кислоты указанных солей и т.д. Катионные поверхностно-активные вещества представляют собой соли длинноцепочечных аминов, диаминов и полиаминов, соли четвертичного аммония, длинноцепочечные полиоксиэтиленированные амины, соли длинноцепочечного алкилпиридиния, соли четвертичного ланолина и т.д. Неионогенные поверхностно-активные вещества включают длинноцепочечные алкиламиноксиды, полиоксиэтиленированные алкилфенолы, полиоксиэтиленированные линейные и разветвленные спирты, алкоксилированные ланолиновые воски, сложные эфиры полигликолей, лигносульфатные производные, октилфенолы, нонилфенолы, простые моноэфиры полиэтиленгликоля, простые моноэфиры додецилгексаоксиленгликоля, нафталинсульфонаты, трехзамещенный фосфат натрия, додецилсульфат натрия, лаурилсульфат натрия и т.д. Конкретное количество используемого поверхностно-активного вещества является переменным и известным для обычных специалистов в данной области техники. Например, согласно варианту осуществления разжижающее вещество присутствует в смеси в достаточном количестве для получения экструдируемой смеси.
[0096] Согласно любому из аспектов или вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, уплотнение в форме или системе/резервуаре для хранения газа или экструзию с нагреванием или без нагревания 64 смеси в формованной структуре осуществляют с получением желательной формы посредством формования (формованная структура), системы/резервуара для хранения газа или экструзии. То есть для получения желательной формы активированного угольного монолита смесь можно заливать в форму или помещать в резервуар/систему для хранения газа. Согласно конкретному варианту осуществления давление, воздействующее на форму или резервуар/систему для хранения газа со смесью, составляет по меньшей мере 1250 фунт/кв. дюйм, по меньшей мере 1500 фунт/кв. дюйм, по меньшей мере 3000 фунт/кв. дюйм, по меньшей мере 5000 фунт/кв. дюйм, по меньшей мере 7500 фунт/кв. дюйм, по меньшей мере 10000 фунт/кв. дюйм, по меньшей мере 12500 фунт/кв. дюйм, по меньшей мере 15000 фунт/кв. дюйм, по меньшей мере 30000 фунт/кв. дюйм или по меньшей мере 10000 фунт/кв. дюйм. Например, давление, воздействующее на форму, может находиться в диапазоне от приблизительно 1250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 60000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 1250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 1250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 1250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 1250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 25000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 1250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 20000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 1250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 15000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 1250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 10000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 1250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 7500 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 3000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 60000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 3000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 3000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 3000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 3000 до приблизительно 25000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 3000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 20000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 3000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 15000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 3000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 10000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 3000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 7500 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 5000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 60000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 5000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 5000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 5000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 5000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 25000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 5000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 20000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 5000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 15000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 5000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 10000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 5000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 7500 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 6000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 60000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 6000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 6000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 6000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 6000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 25000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 6000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 20000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 6000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 15000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 6000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 10000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 6000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 7500 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 7000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 60000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 7000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 7000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 7000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 7000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 25000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 7000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 20000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 7000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 15000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 7000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 10000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 8000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 60000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 8000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 8000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 8000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 8000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 25000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 8000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 20000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 8000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 15000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 8000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 10000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 10000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 60000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 10000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 10000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 10000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 10000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 25000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 10000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 20000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 10000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 15000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 15000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 60000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 15000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 15000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 15000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 15000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 25000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 15000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 20000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 20000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 60000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 20000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 20000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 20000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 20000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 25000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 25000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 60000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 25000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 25000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 25000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 60000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 50000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 30000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 60000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 50000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 45000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 35000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 60000 фунт/кв. дюйм; или от приблизительно 40000 фунт/кв. дюйм до приблизительно 45000 фунт/кв. дюйм. Согласно другому варианту осуществления смесь экструдируют в желательную форму, используя любой известный и имеющийся в продаже экструдер. Следует понимать, что активированному угольному монолиту может быть придана любая желательная форма, например, цилиндр, овальная призма, куб, эллиптическая призма, прямоугольная призма, пятиугольная призма и т.д., или даже неправильная трехмерная форма.
[0097] Активированный угольный монолит может иметь ширину/диаметр (т.е. ширину/диаметр желательной формы, которая описана выше, такой как круг, овал, квадрат, прямоугольник, эллипс, пятиугольник, неправильная форма и т.д.) в размере по меньшей мере 1 дюйма, по меньшей мере 2 дюймов, по меньшей мере 3 дюймов, по меньшей мере 4 дюймов, по меньшей мере 5 дюймов, по меньшей мере 6 дюймов, по меньшей мере 7 дюймов, по меньшей мере 8 дюймов или по меньшей мере 9 дюймов. Например, монолит может иметь ширину, составляющую от приблизительно 1 дюйма до приблизительно 10 дюймов, от приблизительно 1 дюйма до приблизительно 9 дюймов, от приблизительно 1 дюйма до приблизительно 8 дюймов, от приблизительно 1 дюйма до приблизительно 7 дюймов, от приблизительно 1 дюйма до приблизительно 6 дюймов, от приблизительно 1 дюйма до приблизительно 5 дюймов, от приблизительно 1 дюйма до приблизительно 4 дюймов, от приблизительно 2 дюймов до приблизительно 10 дюймов, от приблизительно 2 дюймов до приблизительно 9 дюймов, от приблизительно 2 дюймов до приблизительно 8 дюймов, от приблизительно 2 дюймов до приблизительно 7 дюймов, от приблизительно 2 дюймов до приблизительно 6 дюймов, от приблизительно 2 дюймов до приблизительно 5 дюймов, от приблизительно 2 дюймов до приблизительно 4 дюймов, от приблизительно 3 дюймов до приблизительно 10 дюймов, от приблизительно 3 дюймов до приблизительно 9 дюймов, от приблизительно 3 дюймов до приблизительно 8 дюймов, от приблизительно 3 дюймов до приблизительно 7 дюймов, от приблизительно 3 дюймов до приблизительно 6 дюймов, от приблизительно 3 дюймов до приблизительно 5 дюймов, от приблизительно 3 дюймов до приблизительно 4 дюймов, от приблизительно 4 дюймов до приблизительно 10 дюймов, от приблизительно 4 дюймов до приблизительно 9 дюймов, от приблизительно 4 дюймов до приблизительно 8 дюймов, от приблизительно 4 дюймов до приблизительно 7 дюймов, от приблизительно 4 дюймов до приблизительно 6 дюймов, от приблизительно 4 дюймов до приблизительно 5 дюймов, от приблизительно 5 дюймов до приблизительно 10 дюймов, от приблизительно 5 дюймов до приблизительно 9 дюймов, от приблизительно 5 дюймов до приблизительно 8 дюймов, от приблизительно 5 дюймов до приблизительно 7 дюймов, от приблизительно 7 дюймов до приблизительно 10 дюймов или от приблизительно 7 дюймов до приблизительно 9 дюймов. Толщина активированного угольного монолита может находиться в диапазоне, составляющем от приблизительно 0,1 дюйма до приблизительно 3 дюймов, от приблизительно 0,1 дюйма до приблизительно 2,5 дюймов, от приблизительно 0,1 дюйма до приблизительно 2,0 дюймов, от приблизительно 0,1 дюйма до приблизительно 1,5 дюймов, от приблизительно 0,1 дюйма до приблизительно 1,0 дюйм, от приблизительно 0,1 дюйма до приблизительно 0,5 дюйма, от приблизительно 0,25 дюйма до приблизительно 3 дюймов, от приблизительно 0,25 дюйма до приблизительно 2,5 дюймов, от приблизительно 0,25 дюйма до приблизительно 2,0 дюймов, от приблизительно 0,25 дюйма до приблизительно 1,5 дюймов, от приблизительно 0,25 дюйма до приблизительно 1,0 дюйм, от приблизительно 0,25 дюйма до приблизительно 0,5 дюймов, от приблизительно 0,5 дюйма до приблизительно 3 дюймов, от приблизительно 0,5 дюйма до приблизительно 2,5 дюймов, от приблизительно 0,5 дюйма до приблизительно 2,0 дюймов, от приблизительно 0,5 дюйма до приблизительно 1,5 дюймов, от приблизительно 0,5 дюйма до приблизительно 1,0 дюйм, от приблизительно 0,75 дюйма до приблизительно 3 дюймов, от приблизительно 0,75 дюйма до приблизительно 2,5 дюймов, от приблизительно 0,75 дюйма до приблизительно 2,0 дюймов, от приблизительно 0,75 дюйма до приблизительно 1,5 дюймов, от приблизительно 0,75 дюйма до приблизительно 1,0 дюйм, от приблизительно 1 дюйма до приблизительно 3 дюймов, от приблизительно 1 дюйма до приблизительно 2,5 дюймов, от приблизительно 1 дюйма до приблизительно 2,0 дюймов, от приблизительно 1 дюйма до приблизительно 1,5 дюймов, от приблизительно 1,5 дюймов до приблизительно 3 дюймов, от приблизительно 1,5 дюймов до приблизительно 2,5 дюймов, от приблизительно 1,5 дюймов до приблизительно 2,0 дюймов, от приблизительно 2 дюймов до приблизительно 3 дюймов, от приблизительно 2 дюймов до приблизительно 2,5 дюймов или от приблизительно 2,5 дюймов до приблизительно 3 дюймов.
[0098] Согласно любому из аспектов или вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, способ дополнительно предусматривает нагревание смеси перед уплотнением или экструзией смеси. Согласно некоторым вариантам осуществления нагревание перед уплотнением или экструзией производят при температуре в диапазоне, составляющем от приблизительно 100°С до приблизительно 300°С, от 100°С до приблизительно 290°С, от 100°С до приблизительно 280°С, от 100°С до приблизительно 270°С, от 100°С до приблизительно 260°С, от 100°С до приблизительно 250°С, от 100°С до приблизительно 240°С, от 100°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 100°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 100°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 100°С до приблизительно 200°С, от приблизительно 100°С до приблизительно 190°С, от приблизительно 100°С до приблизительно 180°С, от приблизительно 100°С до приблизительно 170°С, от приблизительно 100°С до приблизительно 160°С, от приблизительно 100°С до приблизительно 140°С, от 110°С до приблизительно 300°С, от 110°С до приблизительно 290°С, от 110°С до приблизительно 280°С, от 110°С до приблизительно 270°С, от 110°С до приблизительно 260°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 250°С, от 110°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 200°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 190°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 180°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 170°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 160°С, от 120°С до приблизительно 300°С, от 120°С до приблизительно 290°С, от 120°С до приблизительно 280°С, от 120°С до приблизительно 270°С, от 120°С до приблизительно 260°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 250°С, от 120°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 200°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 190°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 180°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 170°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 160°С, от 130°С до приблизительно 300°С, от 130°С до приблизительно 290°С, от 130°С до приблизительно 280°С, от 130°С до приблизительно 270°С, от 130°С до приблизительно 260°С, от приблизительно 130°С до приблизительно 250°С, от 130°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 130°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 130°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 130°С до приблизительно 200°С, от приблизительно 130°С до приблизительно 190°С, от приблизительно 130°С до приблизительно 180°С, от приблизительно 130°С до приблизительно 170°С, от 140°С до приблизительно 300°С, от 140°С до приблизительно 290°С, от 140°С до приблизительно 280°С, от 140°С до приблизительно 270°С, от 140°С до приблизительно 260°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 250°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 200°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 190°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 180°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 170°С, от 150°С до приблизительно 300°С, от 150°С до приблизительно 290°С, от 150°С до приблизительно 280°С, от 150°С до приблизительно 270°С, от 150°С до приблизительно 260°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 250°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 200°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 190°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 180°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 170°С, от 160°С до приблизительно 300°С, от 160°С до приблизительно 290°С, от 160°С до приблизительно 280°С, от 160°С до приблизительно 270°С, от 160°С до приблизительно 260°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 250°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 200°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 190°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 180°С, от 180°С до приблизительно 300°С, от 180°С до приблизительно 290°С, от 180°С до приблизительно 280°С, от 180°С до приблизительно 270°С, от 180°С до приблизительно 260°С, от приблизительно 180°С до приблизительно 250°С, от приблизительно 180°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 180°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 180°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 180°С до приблизительно 200°С, от 200°С до приблизительно 300°С, от 200°С до приблизительно 290°С, от 200°С до приблизительно 280°С, от 200°С до приблизительно 270°С, от 200°С до приблизительно 260°С, от приблизительно 200°С до приблизительно 250°С, от приблизительно 200°С до приблизительно 230°С, от 230°С до приблизительно 290°С, от 230°С до приблизительно 280°С, от 230°С до приблизительно 270°С, от 230°С до приблизительно 260°С, от приблизительно 230°С до приблизительно 250°С.Согласно другим вариантам осуществления высушивание перед уплотнением или экструзией смеси происходит при температуре, составляющей приблизительно 100°С, приблизительно 105°С, приблизительно 110°С, приблизительно 115°С, приблизительно 120°С, приблизительно 125°С, приблизительно 130°С, приблизительно 135°С, приблизительно 140°С, приблизительно 145°С, приблизительно 150°С, приблизительно 155°С, приблизительно 160°С, приблизительно 165°С, приблизительно 170°С, приблизительно 175°С, приблизительно 180°С, приблизительно 185°С, приблизительно 190°С, приблизительно 195°С, приблизительно 200°С, приблизительно 205°С, приблизительно 210°С, приблизительно 215°С, приблизительно 220°С, приблизительно 225°С, приблизительно 230°С, приблизительно 235°С, приблизительно 240°С, приблизительно 245°С, приблизительно 250°С, приблизительно 255°С, приблизительно 260°С, приблизительно 265°С, приблизительно 270°С, приблизительно 275°С, приблизительно 280°С, приблизительно 285°С, приблизительно 290°С, приблизительно 295°С или приблизительно 300°С.
[0099] Согласно любому из аспектов или вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, способ дополнительно предусматривает нагревание 64 формованной смеси. Согласно некоторым вариантам осуществления смесь получают при нагревании в диапазоне, составляющем от приблизительно 110°С до приблизительно 270°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 250°С, от 110°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 200°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 180°С, от приблизительно 110°С до приблизительно 160°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 270°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 250°С, от 120°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 200°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 180°С, от приблизительно 120°С до приблизительно 160°С, от приблизительно 130°С до приблизительно 270°С, от приблизительно 130°С до приблизительно 250°С, от 130°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 130°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 130°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 130°С до приблизительно 200°С, от приблизительно 130°С до приблизительно 180°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 270°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 250°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 200°С, от приблизительно 140°С до приблизительно 180°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 270°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 250°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 200°С, от приблизительно 150°С до приблизительно 180°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 270°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 250°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 220°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 200°С, от приблизительно 160°С до приблизительно 180°С, от приблизительно 180°С до приблизительно 270°С, от приблизительно 180°С до приблизительно 250°С, от приблизительно 180°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 180°С до приблизительно 210°С, от приблизительно 200°С до приблизительно 270°С, от приблизительно 200°С до приблизительно 250°С, от приблизительно 200°С до приблизительно 230°С, от приблизительно 220°С до приблизительно 270°С или от приблизительно 220°С до приблизительно 250°С. Согласно другим вариантам осуществления высушивание происходит при температуре, составляющей приблизительно 110°С, приблизительно 120°С, приблизительно 125°С, приблизительно 130°С, приблизительно 135°С, приблизительно 140°С, приблизительно 145°С, приблизительно 150°С, приблизительно 155°С, приблизительно 160°С, приблизительно 165°С, приблизительно 170°С, приблизительно 175°С, приблизительно 180°С, приблизительно 185°С, приблизительно 190°С, приблизительно 195°С, приблизительно 200°С, приблизительно 205°С, приблизительно 210°С, приблизительно 215°С, приблизительно 220°С, приблизительно 225°С, приблизительно 230°С, приблизительно 240°С, приблизительно 250°С, приблизительно 260°С или приблизительно 270°С.
[0100] Согласно другому аспекту настоящего изобретения, как представлено на фиг. 3, настоящее изобретение предлагает систему хранения газа 10. Система включает баллон или контейнер 20 (т.е. сосуд или резервуар) и микропористое или нанопористое монолитное углеродистое изделие (т.е. Пористый газосорбирующий монолит или активированный угольный монолит) 30 согласно настоящему изобретению, которое содержит, например, газоадсорбирующий материал и неводное связующее вещество, как описано в настоящем документе. Согласно определенному варианту осуществления контейнер способен выдерживать давление, составляющее по меньшей мере 1000 фунт/кв. дюйм.
[0101] Согласно определенным вариантам осуществления баллон или контейнер определяет корпус, имеющий внутренний размер и внутренний объем. Согласно определенным вариантам осуществления формованный адсорбент занимает от приблизительно 80 до приблизительно 99,9% внутреннего объема баллона или контейнера. Например, формованный адсорбент может занимать от приблизительно 70 до приблизительно 99%, от приблизительно 70 до приблизительно 95%, от приблизительно 70 до приблизительно 90%, от приблизительно 70 до приблизительно 85%, от приблизительно 70% до приблизительно 80%, от приблизительно 75% до приблизительно 99,9%, от приблизительно 75 до приблизительно 99%, от приблизительно 75 до приблизительно 95%, от приблизительно 75 до приблизительно 90%, от приблизительно 75 до приблизительно 85%, от приблизительно 80% до приблизительно 99,9%, от приблизительно 80 до приблизительно 99%, от приблизительно 80 до приблизительно 95%, от приблизительно 80 до приблизительно 90%, от приблизительно 85% до приблизительно 99,9%, от приблизительно 85 до приблизительно 99%, от приблизительно 85 до приблизительно 95%, от приблизительно 90% до приблизительно 99,9%, от приблизительно 90 до приблизительно 99%, от приблизительно 90 до приблизительно 95%, от приблизительно 95% до приблизительно 99,9%, от приблизительно 95 до приблизительно 99% внутреннего объема баллона или контейнера. Согласно определенным вариантам осуществления контейнер представляет собой резервуар.
[0102] Согласно любому из аспектов или вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, контейнер 20 может представлять собой любой подходящий контейнер, который является общеизвестным в технике или становится известным. Согласно конкретному варианту осуществления контейнер 20 может быть изготовлен из любого материала, подходящего для напорного резервуара, предназначенного для многоразовой эксплуатации при давлении, составляющем вплоть до приблизительно 1800 фунт/кв. дюйм. Согласно варианту осуществления напорный резервуар предназначен для эксплуатации при давлении в диапазоне, составляющем от приблизительно 250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1,800 фунт/кв. дюйм, более конкретно, от приблизительно 450 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1000 фунт/кв. дюйм. В качестве альтернативы, напорный резервуар может предназначен для эксплуатации при давлении в диапазоне, составляющем от приблизительно 250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1,800 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1700 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1600 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1500 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1400 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1300 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1200 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1100 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 250 фунт/кв. дюйм до приблизительно 900 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 350 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1800 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 350 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1700 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 350 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1600 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 350 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1500 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 350 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1400 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 350 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1300 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 350 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1200 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 350 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1100 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 350 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 350 фунт/кв. дюйм до приблизительно 900 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 450 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1800 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 450 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1700 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 450 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1600 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 450 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1500 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 450 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1400 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 450 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1300 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 450 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1200 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 450 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1100 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 450 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1000 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 450 фунт/кв. дюйм до приблизительно 900 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 550 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1800 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 550 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1700 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 550 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1600 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 550 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1500 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 550 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1400 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 550 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1300 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 550 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1200 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 550 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1100 фунт/кв. дюйм; от приблизительно 550 фунт/кв. дюйм до приблизительно 1000 фунт/кв. дюйм или от приблизительно 550 фунт/кв. дюйм до приблизительно 900 фунт/кв. дюйм. Примеры подходящих материалов для контейнеров представляют собой высокопрочные алюминиевые сплавы, в том числе алюминиевые сплавы серии 7000, которые имеют относительно высокий предел прочности при разрыве, высокопрочные низколегированные (ВПНЛ) стали, алюминий 7075-Т6, а также пластмассы или низкопрочные алюминиевые сплавы, эпоксид С, композит стекловолокна и полимера, прочные полимерные волокна, такие как кевлар, силон, стальные провода, полосы, ленты, металлургические покрытия или любое аналогичное армирование, алюминий 6061-Т6, обмотки из длинных или рубленых углеродных волокон или аналогичные материалы и их любые их комбинации).
[0103] Согласно конкретному варианту осуществления желательный пористый газосорбирующий монолит 30 имеет одну из следующих форм: прямоугольная призма, цилиндр или овальная призма. Однако следует понимать, что формы и размеры контейнера 20 и пористого газосорбирующего монолита 30 могут изменяться в зависимости от конкретного применения. Кроме того, хотя это не представлено, следует понимать, что контейнер 20 может находиться в конфигурации с другими контейнерами таким образом, что множество контейнеров 20 находятся в соединении с возможностью переноса текучей среды (например, газа) посредством коллектора или другого подходящего механизма.
[0104] Пористый газоадсорбирующий монолит 30 находится внутри контейнера 20. Как обсуждается выше, монолит 30 способный по меньшей мере обратимо удерживать соединения природного газа (т.е. обратимо хранить или адсорбировать и десорбировать молекулы газа, такого как природный газ или метан). В некоторых примерах монолит 30 может быть также способным обратимо хранить другие компоненты, которые присутствуют в природном газе, такие как другие углеводороды (например, этан, пропан, гексан и т.д.), газообразный водород, монооксид углерода, диоксид углерода, газообразный азот и/или сероводород. В других примерах монолит 30 может быть инертным по отношению к некоторым из компонентов природного газа и способным обратимо удерживать другие компоненты природного газа.
[0105] Согласно любому из аспектов или вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, система 10 дополнительно содержит устройство, способное загружать и/или разгружать систему. Согласно конкретному варианту осуществления загрузочное и/или разгрузочное устройство представляет собой отверстие 30. Следует понимать, что устройство может представлять собой любое подходящее устройство, которое является общеизвестным в технике или становится известным как способное загружать и/или разгружать систему.
[0106] Примеры
[0107] Сравнение монолитов с неводными связующими веществами и монолитов с водными связующими веществами. Обратимую объемную вместимость и весовую вместимость по отношению к природному газу исследовали для монолитов трех типов. Данные представлены в таблицах 1 и 2. Монолиты с водным связующим веществом имели весовую вместимость, составляющую от приблизительно 34 до приблизительно 48 фунт/ЭГБ, и объемную вместимость, составляющую от приблизительно 25 до приблизительно 31 л/ЭГБ. Монолиты с неводным связующим веществом, которые описаны в настоящем документе, имели улучшенную рабочую весовую вместимость, составляющую от приблизительно 24 до приблизительно 30 фунт/ЭГБ, и объемную вместимость, составляющую от приблизительно 23 до приблизительно 27 л/ЭГБ.
*Доля порового объема ПГ, нормированная на массовую процентную долю угля в композиции, представляет собой величину порового объема ПГ угля в полученном монолите без связующего вещества по отношению к поровому объему ПГ в исходном угольном ингредиенте.
[0108] По существу, неводные связующие вещества согласно настоящему изобретению демонстрируют возможность получения монолитов с превосходной рабочей весовой вместимостью и объемной вместимостью по сравнению с монолитами, полученным с водным связующим веществом. Это обусловлено лучшим сохранением объема пор с размерами от 9 до 27  от адсорбирующего ингредиента до конечного монолита посредством применения связующего вещества согласно настоящему изобретению в сопоставлении со сравнительным связующим веществом, как проиллюстрировано на фиг. 4.
[0109] Пример 1. Активированный щелочью уголь, связанный КМЦ. Активированный щелочью уголь считают превосходным адсорбентом для природного газа вследствие значительной величины порового объема в диапазоне микропор с размерами менее 2 нм) и, что важнее для настоящего изобретения, величины объема пор с размерами в диапазоне от 9 до 27 . Смеси получали, используя смеситель-растиратель Симпсона и совместно добавляя активированный щелочью уголь на древесной основе и карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) в желательном массовом соотношении (90 мас. % угля и 10 мас. % КМЦ). Смеситель осуществлял перемешивание ингредиентов в течение 5 минут, после чего добавляли воду в соотношении к твердым веществам, составляющем 1,7:1. После добавления воды перемешивание продолжали в течение дополнительных 3 5 минут. Монолиты получали из смеси посредством компрессионного формования в цилиндрической форме, имеющей внутренний диаметр 4 дюйма, используя достаточное количество материала, чтобы получить толщину 0,75 дюйма в условиях манометрического давления 40000 фунт/кв. дюйм и комнатной температуры (приблизительно 70°F). После извлечения из формы монолиты хранили при низких температурах (ниже 80°F) в течение 48 часов, чтобы свести к минимуму сокращение в процессе высушивания, осуществляемого посредством помещения внутрь печи с установленной температурой 110°С для испарения остаточной воды из монолита. Кольцевую пилу с наружным диаметром 1,25 дюйма использовали, чтобы вырезать детали из монолита большего диаметра (4 дюйма). Эксплуатационные характеристики материала представляли собой очень высокую адсорбционную емкость и хорошую (т.е. низкую) объемную вместимость (л/ЭГБ), обусловленную угольным ингредиентом. Весовая вместимость находится среди значений весовой вместимости примерных образцов активированного угля, полученных с тем же связующим веществом (т.е. SA-1500 примера 6 и полученный из скорлупы кокосового ореха активированный уголь примера 5). Это могут обуславливать тип связующего вещества, концентрация связующего вещества и плотность активированного угля, и в результате этого требуется увеличение массы монолита в расчете на ЭГБ при обратимом хранении.
[0110] Пример 2. Активированный щелочью уголь, связанный ПТФЭ. Полученный из древесины и активированный щелочью уголь смешивали с водной дисперсией 60 мас. % ПТФЭ, получая смесь с полным влагосодержанием 50 мас. %, которую затем перемешивали и разминали, используя экспериментальный растиратель Симпсона. Количество связующего вещества обеспечивало концентрацию 5 мас. % ПТФЭ по отношению к суммарному количеству твердых веществ. Растертую смесь высушивали при 110°С в течение ночи и затем подвергали компрессионному формованию при манометрическом давлении 200 фунт/кв. дюйм в форме с внутренним диаметром 0,7 дюйма при комнатной температуре 70°F. Этот пример продемонстрировал наилучшую объемную эффективность сопоставляемых примеров (минимальный объем в расчете на ЭГБ). Кроме того, было обнаружено, что содержание 5 мас. % ПТФЭ является достаточным для получения изделий, в отличие от связующих веществ КМЦ или СВМПЭ, необходимое количество которых составляло в несколько раз больше для сохранения целостности изделия.
[0111] Пример 3. Активированный щелочью уголь, связанный Kyblock FG-81. Активированный щелочью уголь смешивали с Kyblock FG-81 в смесителе Остера в течение 3 минут, получая смесь, содержащую 10 мас. % связующего вещества по отношению к суммарному количеству твердых веществ. Уменьшение количества этого связующего вещества в композиции существенно ухудшало целостность изделия (данные не представлены). Смешанные порошки помещали в форму, имеющую внутренний диаметр 4 дюйма и предварительно нагретую до 230°С. Смесь выдерживали в течение 5 минут и подвергали уплотнению при манометрическом давлении 7000 фунт/кв. дюйм, которое поддерживали на постоянном уровне в течение 10 минут. Затем давление снижали, и образец извлекали из формы, когда ее температура составляла менее чем 150°С. Как представлено в таблице 2, эксплуатационные характеристики монолит, содержащего активированный щелочью уголь и Kyblock, были вполне сопоставимыми с эксплуатационными характеристиками при использовании ПТФЭ в качестве связующего вещества при лучшей (меньшей) объемной вместимости по сравнению с использованием водной метилцеллюлозы в качестве связующего вещества.
[0112] Пример 4. Полученный из скорлупы кокосового активированный уголь, связанный СВМПЭ. Активированный уголь, полученный из скорлупы кокосового ореха, используют в многочисленных приложениях, и он представляет собой наиболее широко применяемый товарный активированный уголь в мире. Полученный из скорлупы кокосового ореха уголь, используемый в примерах, представлял собой товарный уголь, приобретенный от Calgon Corporation. Пример 4 осуществляли, перемешивая полученный из скорлупы кокосового ореха уголь и СВМПЭ (GUR от Celanese Corporation) в смесителе Остера в течение одной минуты и получая смесь, содержащую 15 мас. % связующего вещества. Меньшие концентрации связующего вещества были недостаточными для получения структурного изделия (данные не представлены). Изделия получали, помещая смеси в форму, имеющую внутренний диаметр 1,5 дюйма и предварительно нагретую до температуры 232°С, и выдерживая в течение 30 минут с последующим уплотнением при манометрическом давлении 15000 фунт/кв. дюйм в течение одной минуты. Эксплуатационные характеристики изделия существенно ухудшались по сравнению с примерами настоящего изобретения. Это обусловлено уменьшением величины объема пор с размерами в желательном диапазоне и воздействием связующего вещества на активированный уголь, которое значительно ухудшало желательный поровый объем.
[0113] Пример 5. Полученный из скорлупы кокосового ореха активированный уголь, связанный КМЦ. Полученный из скорлупы кокосового ореха активированный уголь превращали в монолитное изделие способом, описанным в примере 1. Связанный КМЦ монолит в примере 5 имел лучшую объемную эффективность чем полученный из скорлупы кокосового ореха и связанный СВМПЭ активированный угольный монолит в примере 4. Однако два полученных из скорлупы кокосового ореха монолита (т.е. связанные КМЦ или СВМПЭ) были аналогичными по весовой эффективности. Полученный из скорлупы кокосового ореха уголь известен как уголь, имеющий относительно высокую плотность, которая придает ему высокую весовая эффективность (высокое значение фунт/ЭГБ) в примерах 4 и 5.
[0114] Пример 6. Активированный уголь Nuchar SA-1500, связанный КМЦ.
Активированный уголь Nuchar SA-1500 характеризуют значительная величина порового объема микропор больших размеров и значительная величина объема мезопор, имеющих размеры от 20 до 50 , что существенно превышает среднее значение предшествующих адсорбентов, используемых для адсорбции природного газа, которое, как обсуждается выше, составляет от 9 до 12 . Монолит получали согласно описанию в примере 1, но используя уголь Nuchar SA-1500, а также 2 мас. % несвязывающих сложнополиэфирных волокон с линейной плотностью 6 денье и длиной  дюйма (например, волокон 4DG от Fiber Innovation Technology, Inc.) в композиции, содержащей 88 мас. % угля, 10 мас. % КМЦ и 2 мас. % волокон. Сложнполиэфирные волокна повышали уровень сложности процесса в целях улучшения капиллярного распространения внутренней влаги из монолита в течение стадий высушивания и отверждения, что улучшало физическую целостность получаемого в результате монолитного изделия. Хотя изделие в примере 6 имело значительно улучшенные характеристики в отношении обратимой емкости хранения природного газа по сравнению с примерами, использующими полученный из скорлупы кокосового ореха уголь, его эксплуатационные характеристики были хуже по сравнению с примерами, использующими активированный щелочью уголь, и примерами, использующими неводное связующее вещество, описанное в настоящем документе, и Nuchar.
[0115] Пример 7. Активированный уголь Nuchar SA-1500, связанный СВМПЭ. Nuchar SA-1500 и СВМПЭ (GUR от Celanese Corporation) перемешивали, как описано в примере 4, получая монолит. СВМПЭ значительно уменьшал объем пор с размерами в желательном диапазоне, что непосредственно ухудшало наблюдаемую весовую и объемную эффективность.
[0116] Пример 8. Активированный уголь Nuchar SA-1500, связанный ПТФЭ. Nuchar SA-1500 и дисперсию 60 мас. % политетрафторэтилена смешивали в соотношении Nuchar SA-1500политетрафторэтилен = 19:1 (т.е. 5 мас. % ПТФЭ). Материал смешивали, как в примере 2, с аналогичным добавлением воды, а затем высушивали в люлечной печи с установленной температурой 110°С для испарения воды. Высушенный материал помещали в пресс-форму, имеющую внутренний диаметр 3 дюйма и предварительно нагретую до 210°С, и выдерживали в течение 5 минут, а затем уплотняли при давлении 7000 фунт/кв. дюйм, которое поддерживали на постоянном уровне в течение 10 минут. Применение нагревания усиливает уплотнение угля и связующего вещества, а также снижает закупоривание объема пор с размерами в желательной области и приводит к превосходной объемной эффективности по сравнению с КМЦ и СВМПЭ. Кроме того, уменьшение количества связующего вещества позволяет использовать больше адсорбента в монолите. Следует отметить, что исследование характеристик адсорбции природного газа в примере 8 осуществляли, используя однолитровый реактор Парра из нержавеющей стали. Последовательность стадий, описанных выше для определения характеристик адсорбции природного газа/метана, оставалась неизменной за исключением того, что вставляли алюминиевую гильзу для лучшего соответствия диаметра монолита напорному резервуару. Преимущество реактора Парра заключается в том, что больший внутренний объем ближе к внутреннему объему фактического топливного резервуара, а также больший размер образца уменьшает величину поправки PV = znRT для природного газа в пустом пространстве за пределами внешних размеров монолита.
[0117] Устойчивость размера и объема монолита
[0118] В таблице 3 и на фиг. 7 и 8 сопоставлена устойчивость размера и объема цилиндрических монолитов, полученных с альтернативными связующими композициями. Как разъясняется ниже, меньшее изменение размера или изменение объема в течение стадий получения монолита для хранения природного газа и малая вариативность указанных изменений представляют собой значительные преимущества для максимального улучшения характеристик хранения топливного резервуара.
3
[0119] Процентное изменение диаметра dD представляет собой относительное процентное различие диаметра первоначально сформованного монолита (в частности, внутреннего диаметра пресс-формы или экструзионной формы) и диаметра конечного монолита, измеренного после экструзии или извлечения из формы, а также после любого дальнейшего высушивания или термической обработки. Процентное изменение объема dV представляет собой относительное процентное различие объема первоначально сформованного монолита и конечного монолита в состоянии после любого высушивания и термической обработки и является производным куба измеренного значения dD. Таким образом, в таблице 3 представлены значения dV, вычисленные как 100[(1+dD/100)-1]. Диапазон изменения объема VCR представляет собой разность максимального и минимального значений dV для связующего вещества каждого типа в таблице 3 (например, VCR в примерах с использованием КМЦ в качестве связующего вещества составляет 5,6%, что представляет собой разность -15,0% и -20,6%) и является мерой изменчивости объема монолита, полученного с применением конкретного связующего вещества.
[0120] Примеры 9-11. Монолиты согласно настоящему изобретению: монолиты Nuchar SA-1500, связанные ПТФЭ. Цилиндрические монолиты Nuchar SA-1500, связанного ПТФЭ, получали таким же способом, как в примере 8, используя такое же связующее вещество, такое же содержание (5 мас. %) связующего вещества и такой же внутренний диаметр (3,00 дюйма) формы для формования.
[0121] Примеры 12-14. Монолиты согласно настоящему изобретению: монолиты, связанные KYBLOCK. Цилиндрические монолиты активированного угля, связанного KYBLOCK, получали таким же способом, как в примере 3, используя такое же связующее вещество, такое же содержание (10 мас. %) связующего вещества и такой же внутренний диаметр (3,00 дюйма) формы для формования. Для осуществления примера 12 использовали полученный из древесины и активированный фосфорной кислотой уголь Р. Другой полученный из древесины и активированный фосфорной кислотой уголь А и полученный из древесины и активированный КОН уголь использовали для лабораторного осуществления примеров 13 и 14, соответственно. PICA PW-2 представляет собой товарный уголь, полученный из кокосового ореха предположительно термически активированный.
[0122] Сравнительные примеры 15-23: полученный из древесины и активированный фосфорной кислотой уголь, связанный КМЦ. Цилиндрические монолиты связанного КМЦ активированного угля получали, используя КМЦ Aqualon сорта 7HF в качестве связующего вещества и форму для формования с внутренним диаметром 4,00 дюйма. В лаборатории получали из древесины и активировали фосфорной кислотой угли A-I, которые использовали в получении монолитов с различными поровыми объемами и распределениями пор по размерам. Композиция монолитов содержала 85,5 мас. % активированного угля, 12,5 мас. % КМЦ и 2 мас. % сложнополиэфирных волокон с линейной плотностью 6 денье и длиной  дюйма (например, волокон 4DG от Fiber Innovation Technology, Inc.). Процесс предусматривал помещение сухих ингредиентов в экспериментальный растиратель Симпсона и перемешивание в течение 5 минут с последующим добавлением воды для доведения полного соотношения концентраций жидких и твердых веществ до 1:1 и дальнейшим перемешиванием в течение 35 минут. Ингредиент несвязующего сложнополиэфирного волокна улучшал целостность монолитов на технологических стадиях.
[0123] Как представлено на фиг. 7 и в таблице 3, в примерах настоящего изобретения с использованием ПТФЭ и KYBLOCK в качестве связующих веществ обнаружено меньшее изменение диаметра dD по сравнению с диаметром соответствующих первоначально полученных изделий наряду со значительно меньшей вариативностью этого изменения в сопоставлении со сравнительными примерами с использованием КМЦ в качестве связующего вещества. Как представлено на фиг. 8, полученные в результате изменение объема и диапазон изменения объема были значительно меньше, чем в примерах настоящего изобретения.
[0124] Меньшие значения диапазона изменения объема являются особенно желательными для адсорбирующих монолитов, полученных для топливных резервуаров АПГ, потому что максимальное заполнение адсорбентом увеличивает до максимума емкость хранения резервуара и обеспечивает более устойчивое заполнение адсорбентом при переходе от одного резервуара к другому в процессе производства. То есть для резервуара, сконструированного для помещения монолита, не превышающего установленные целевые размеры, меньшая вариативность размеров монолитов обеспечит, что будет получен монолит с размерами, приближенными к целевой конструкции резервуара, и, таким образом, резервуар сможет содержать еще более устойчивый заряд адсорбента и в результате этого проявлять еще более высокую устойчивость емкости хранения топливо. Кроме того, когда размеры монолита приближаются к внутренним размерам резервуара для хранения топлива, что является особенно желательным для пассажирского транспортного средства, уменьшается вероятность перемещения и разрушения заряда монолита в течение применения, а также шум и грохот, которые в противном случае создавали бы трескающиеся монолиты с течением времени. Таким образом, если использовать связующие вещества, действующие на основе механической адгезии, которые описаны в настоящем документе, теперь становится возможным обеспечение менее сложного и более устойчивого поддержания подходящей для применения адсорбционной пористости и в дополнение к организации значительно упрощенного процесса, еще более надежного заполнения адсорбентом топливного резервуара по сравнению с водными или солюбилизированными связующими веществами.
[0125] Дополнительные примеры монолитов с типичным поровым объемом и восстанавливаемым хранением ПГ. В таблице 4 и на фиг. 9 представлены дополнительные примеры монолитов согласно настоящему изобретению с типичными поровыми объемами и восстанавливаемыми или обратимыми емкостями хранения в расчете на объемы монолитов.
[0126] Обратимую емкость ПГ в расчете на объем монолита (г/л-м) определяли умножением обратимой емкости ПГ (г/100 г-м) на 10 в целях пересчета из "на 100 г-м" в "на кг-м" с последующим умножением на плотность монолита (кг/л) для получения г/л.
[0127] Примеры 24-28. Монолиты согласно настоящему изобретению: полученные из древесины и активированные фосфорной кислотой угли, связанные ПТФЭ. Примеры 24-28 осуществляли аналогично примеру 2. Полученные из древесины и активированные фосфорной кислотой угли K-О, которые использовали в получении примерных монолитов, получали с различными поровыми объемами и распределениями пор по размерам. В отличие от получения монолитов в указанных примерах, в примере 8 использовали нагревание в качестве части стадии уплотнения.
[0128] На фиг. 9 представлено в расчете на объем для альтернативных связанных адсорбентов, указанных в таблице 4, что происходит увеличение емкости обратимого хранения природного газа при увеличении порового объема в порах с размером/диаметром от 9 до 27 . В примерах 2, 3 и 8 монолиты согласно настоящему изобретению проявляют улучшение эксплуатационных характеристик, которое превышает уровень примеров 24-28, вероятно, вследствие сжатия при использовании нагревания или в особых способах активации с помощью КОН. Независимо от тенденции к повышению емкости в некоторых примерах, выходящих за пределы объема пор с размерами от 9 до 27 , для примеров 24-28 очевидно, что способами, описанными в настоящем документе, могут быть легко получены монолитные изделия, имеющие исключительный поровый объем ПГ для пор с размерами от 9 до 27 , который составляет более чем приблизительно 200 куб. см/л монолита, и обратимую емкость природного газа, составляющую более чем приблизительно 80 г/л монолита (менее чем приблизительно 32 л-м/ЭГБ).
[0129] Дополнительные примеры неводных связующих веществ.
Обнаружено, что альтернативные полимеры, не представляющие собой полимеры, используемые в приведенных выше примерах, успешно связывали уголь простым способом, предусматривающим сдвиговое перемешивание, высушивание смеси и заключительное уплотнение при нагревании высушенной смеси для получения хорошо сформованного цилиндрического монолита. Активированный уголь представлял собой товарный продукт Nuchar™ SA-1500. Типичная процедура представляла собой перемешивание с помощью ступки и пестика смеси, содержащей приблизительно 10 мас. % полимера по отношению к суммарной массе твердых веществ с добавленной водой для доведение полного влагосодержания смеси до 50 мас. %, высушивание смеси при 110°С в течение ночи и последующее уплотнение высушенной смеси в поршневой пресс-форме, нагретой до температуры, превышающей на 10°С температуру размягчения полимера.
[0130] Полифениленсульфид (ПФС).
Порошкообразный полифениленсульфид сорта Celanese Fortran 0205 В4 (влагосодержание 8 мас. %) исследовали и успешно использовали в формовании цилиндрического монолита. Процедура представляла собой помещение в ступку 32,87 г активированного угля и последующее добавление с помощью пипетки аликвоты 2,67 г фторированного этилен-пропилена (ФЭП), который был растворен/диспергирован в 17,8 г воды. Смесь перемешивали с помощью пестика в течение 2 минут и затем высушивали. Поршневую пресс-форму с внутренним диаметром 1 дюйм нагревали до 250°С. В форму помещали аликвоту 3,05 г высушенного материала и манометрическое давление в форме повышали до 2500 фунт/кв. дюйм и выдерживали в течение 5 минут при 250°С. Форму охлаждали со скоростью, составляющей приблизительно 2,5°С/мин, до 50°С. Давление в форме медленно снижали и из нее аккуратно извлекали сформованное монолитное изделие. Было получено изделие очень хорошего качества.
[0131] Полиимид. Дисперсию (14,9 мас. % твердого вещества) полиимида сорта Michelman HP 1632 исследовали и успешно использовали в формовании цилиндрического монолита. Процедура представляла собой помещение в ступку 16,34 г активированного угля и последующее добавление с помощью пипетки аликвоты 8,95 г полиимида, который был разбавлен 1,4 г воды. Смесь перемешивали с помощью пестика в течение 90 секунд и затем высушивали. Поршневую пресс-форму с внутренним диаметром 1 дюйм нагревали до 240°С. В форму помещали аликвоту 5,16 г высушенного материала и после выдерживания в течение 2 минут манометрическое давление в форме повышали до 2500 фунт/кв. дюйм и выдерживали в течение 5,75 минут при 250°С. Форму охлаждали со скоростью, составляющей приблизительно 2,5°С/мин до 50°С. Давление в форме медленно снижали и из нее аккуратно извлекали сформованное монолитное изделие. Получали изделие хорошего качества.
[0132] Полиамид (нейлон 66). Дисперсию (29,3 мас. % твердого вещества) полиимида сорта Michelman НР1632 исследовали и успешно использовали в формовании цилиндрического монолита. Процедура представляла собой помещение в ступку 16,34 г активированного угля и последующее добавление с помощью пипетки аликвоты 4,56 г полиамида, который был разбавлен 5,83 г воды. Смесь перемешивали с помощью пестика в течение 90 секунд и затем высушивали. Поршневую пресс-форму с внутренним диаметром 1 дюйм нагревали до 190°С. В форму помещали аликвоту 4,62 г высушенного материала и после выдерживания в течение 2 минут манометрическое давление в форме повышали до 2500 фунт/кв. дюйм и выдерживали в течение 5 минут при 250°С. Форму охлаждали со скоростью, составляющей приблизительно 2,5°С/мин до 50°С. Давление в форме медленно снижали и из нее аккуратно извлекали сформованное монолитное изделие. Было получено изделие очень хорошего качества. Используя альтернативный полиамид сорта Michelman РА874 в дисперсии (18,3 мас. % твердого вещества), получали аналогичный превосходный монолит. В этом примере такое же количество активированного угля смешивали с 7,28 г дисперсии, которая была разбавлена 3,07 г воды. Количество высушенной смеси для уплотнения составляло 3,39 г. Все остальные условия были одинаковыми.
[0133] Перфторалкоксиалкан. Дисперсию (60,75 мас. % твердого вещества) перфторалкоксиалкана (ПФА) сорта Chemours PFAD 335D исследовали и успешно использовали в формовании цилиндрического монолита. Процедура представляла собой помещение в ступку 32,7 г активированного угля и последующее добавление с помощью пипетки аликвоты 4,39 г ПФА, который был разбавлен 16,3 г воды. Смесь перемешивали с помощью пестика в течение 120 секунд и затем высушивали. Поршневую пресс-форму с внутренним диаметром 1 дюйм нагревали до 190°С. В форму помещали аликвоту 3,23 г высушенного материала и после выдерживания в течение 2 минут манометрическое давление в форме повышали до 2500 фунт/кв. дюйм и выдерживали в течение 5 минут при 190°С. Форму охлаждали со скоростью, составляющей приблизительно 2,5°С/минут до 50°С. Давление в форме медленно снижали и из нее аккуратно извлекали сформованное монолитное изделие. Получали изделие хорошего качества.
[0134] Фторированный этилен-пропилен. Дисперсию (влагосодержание 8 мас. %) фторированного этилен-пропилена сорта Chemours FEPD 121 исследовали и успешно использовали в формовании цилиндрического монолита. Процедура представляла собой помещение в ступку 32,69 г активированного угля и последующее добавление с помощью пипетки аликвоты 4,62 г ФЭП, который был растворен/диспергирован в 16,9 г воды. Смесь перемешивали с помощью пестика в течение 2 минут и затем высушивали. Поршневую пресс-форму с внутренним диаметром 1 дюйм нагревали до 190°С. В форму помещали аликвоту 3,40 г высушенного материала добавляли в форму и давление в форме повышали, и после выдерживания в течение 2 минут манометрическое давление в форме повышали до 2500 фунт/кв. дюйм и выдерживали в течение 5 минут при 190°С. Форму охлаждали со скоростью, составляющей приблизительно 2,5°С/минут до 50°С. Давление в форме медленно снижали и из нее аккуратно извлекали сформованное монолитное изделие. Получали изделие хорошего качества.
[0135] Примеры легких монолитов согласно настоящему изобретению
2
2
2
[0136] Для получения связанных монолитных блоков использовали "твердые" угли с относительно низкой удельной поверхностью (составляющей, например, менее чем 1400 м/г при измерении с применением N и метода БЭТ), потому что указанные угли могут быть легко приспособлены к производственным условиям, известным в технике (например, WO 2017/031260), которые являются удовлетворительными для фильтрационных устройств, в которых обычно используют указанные блоки. С другой стороны, мягкие угли с удельной площадью поверхности, составляющей не менее чем 1400 м/г, не допускают экономичное производство монолитов, хотя обнаружено, что указанные материалы в остальных отношениях являются превосходными для хранения природного газа.
[0137] Было обнаружено, что монолитные блоки для хранения природного газа могут быть легко получены посредством системы неводных связующих веществ согласно настоящему изобретению и способа согласно настоящему изобретению с применением только мягких углей в составе монолита. Дополнительное преимущество мягкого угля представляет собой значительное уменьшение массы монолитного наполнителя для топливного резервуара. На фиг. 5 представлена превосходная масса формованных мягких углей согласно настоящему изобретению в расчете на эквивалентную ЭГБ топливную емкость топливного резервуара АПГ и в расчете на объем резервуара АПГ. В предположении о повышении на 1% эффективности использования топлива при уменьшении на 30 фунтов массы транспортного средства становится очевидным значительное увеличение от 1,8% до 3,9% автономного пробега транспортного средства, превышающего энергетическую ценность содержащегося топлива, как показывают примеры в таблице 5, когда использован имеющий высокую удельную площадь поверхности "мягкий" углерод, сформованный в монолит с низкой плотностью (низкой массой в расчете на единицу объема). Таким образом, несмотря на ценность емкости адсорбции природного газа за счет плотной упаковки частиц порошка адсорбента в монолит, осуществление этого с получаемым монолитом низкой плотности дополнительно увеличивает автономный пробег транспортного средства за счет восстанавливаемого газообразного топлива.
[0138] Устойчивость обратимой емкости после множества циклов заправки природного газа. Фактор, который часто не учитывают в числе характеристик адсорбента АПГ в отношении хранения природного газа, представляет собой устойчивость характеристик начального цикла после множества циклов заправки, т.е. потеря обратимой емкости в ходе повторяющихся циклов повышения и снижения давления. Неожиданно обнаружено, что с этой потерей находится в корреляции характеристика удерживающей способности адсорбирующего изделия или монолита в первом цикле и, в частности, содержание мелких микропор с размером менее 9  в изделии, количественно определяемое как объем в кубических сантиметрах пор с размером менее 9  в расчете на литр объема изделия или монолита. Таким образом, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения используют адсорбент с меньшим содержанием указанных пор с размером менее 9 .
[0139] В таблице 6 представлены данные в отношении плотности, поровых объемов для пор с размерами в различных диапазонах, объемной вместимости для природного газа в первом цикле исследования повышения и снижения давления, а также обратимой емкости природного газа для повторяющихся циклов исследования повышения и снижения давления в примерах настоящего изобретения и в сравнительных примерах. В таблице 6 представлены данные для фиг. 10, 11 и 12.
[0140] В примере 29 получали из кокосового ореха термически активированный уголь и композицию, содержащую 88 мас. % активированного угля, 10 мас. % КМЦ в качестве связующего вещества и 2 мас. % несвязующего волокна, применяя такую же процедуру получения, как в примере 6.
[0141] В примере 30 получали из древесины и активировали фосфорной кислотой уголь и композицию, содержащую 90 мас. % активированного угля, 8 мас. % КМЦ и 2 мас. % несвязующего волокна, применяя такую же процедуру получения, как в примере 6.
[0142] В таблице 7 представлены дополнительные данные в отношении плотности, поровых объемов для пор с размерами в различных диапазонах, объемной вместимости для природного газа в первом цикле исследования повышения и снижения давления для монолитов в примерах настоящего изобретения. В таблицах 6 и 7 представлены данные для фиг. 13-16.
[0143] Представленная на фиг. 10 и выраженная в г/л монолита обратимая емкость и представленная на фиг. 11 и выраженная в процентах суммарная потеря обратимой емкости по сравнению с первым циклом для двух примеров при исследовании в течение 20 циклов показывают, что монолит в примере 24 является лучше, чем монолит в сравнительном примере 29 в отношении уровня обратимой емкости хранения природного для данного числа циклов и особенно в отношении устойчивости емкости. То есть в примере 24 относительная потеря емкости в течение первых 10 циклов по сравнению с первым циклом является значительно меньше и без дальнейшей потери в течение последующих 10 циклов в отличие от значительной дальнейшей потери в последующих циклах в сравнительном примере 29.
[0144] Без ограничения теорией считают, что потеря обратимой емкости происходит вследствие накопления имеющих более высокие температуры кипения компонентов и примесей, которые обычно присутствуют в топливной смеси, известной как природный газ, и которые затем накапливаются в порах адсорбента для хранения топлива в результате повторяющегося повышения и снижения давления, что ухудшает характеристики обратимой емкости. Кроме того, как может легко понимать специалист в области техники адсорбентов, считают, что при уменьшении размера пор увеличивается энергия или прочность адсорбции. Здесь следует отметить, что адсорбент, у которого поровый объем не определяют исключительно мелкие поры, будет проявлять меньшую склонность к этому накоплению компонентов, имеющих высокие температуры кипения, и, таким образом, его обратимая емкость оказывается более устойчивой при повторяющихся заправках. Следует отметить, что исследуемый газ, используемый в примере, был аналогичным по составу типичному североамериканскому природному газу, его состав может отличаться за счет значительно более высоких концентраций составляющих, имеющих более высокие температуры кипени по сравнению с метаном (см. лист технических условий на природный газ Североамериканского совета по стандартизации в области энергетики, www.naesb.org/pdf2/wgq_bpsl00605w2.pdf). Таким образом, очевидно, что потеря обратимой емкости могла бы зависеть от состава природного газа, и поэтому более устойчивый адсорбент будет иметь более устойчивую емкость хранения топлива (его полезная восстанавливаемая емкость хранения в меньшей степени проявляет изменчивость в сторону уменьшения или зависимость от состава топлива) по сравнению с менее устойчивым адсорбентом.
[0145] В подтверждение описанного выше механизма устойчивости на фиг. 12 представлена корреляция увеличения потери обратимой емкости в ходе повторяющихся циклов и увеличения характеристики удерживающей способности адсорбирующего монолита, измеряемой от его первого цикла повышения и снижения давления. Например, потеря менее чем 6% обратимой емкости в течение первых 10 циклов находится в корреляции со способностью удерживания менее чем 12 г/л монолита в первом цикле. В примере 24 обнаружена устойчивая обратимая емкость от 10 до 20 циклов и способность удерживания природного газа в первом цикле, составляющую приблизительно 10 г/л-м, по сравнению с очевидно меньшей устойчивостью в течение циклов 10-20 в примере 29, в котором удерживающая способность в первом цикле составляет 17 г/л монолита.
[0146] Чтобы получить благоприятную устойчивость обратимой емкости, которая реализована в примерах с меньшей удерживающей способностью в первом цикле, как представлено на фиг. 13, является желательным уменьшение объема пор с размерами менее 9 . Например, с удерживающей способностью в первом цикле, составляющей менее чем 12 г/л монолита, находится в корреляции объем пор с размером менее 9 , составляющий менее чем 100 куб. см/л монолита. Как представлено в таблице 6 и на фиг. 15, из преобладания пор, у которых размер/диаметр составляет от 9 до 12 , и размер/диаметр составляет менее чем 9 , без преимущества понимания устойчивости, не следует уменьшение объема микропор с размерами менее 9  и, следовательно, уменьшение обратимой емкости, потому что образцы, имеющие малый объем пор с размерами менее 9 , проявляют тенденцию к меньшему объему пор с размерами от 9 до 12 . По существу, преобладание объема пор с размерами от 9 до 27  согласно настоящему изобретению для увеличения обратимой емкости не обеспечивает достаточного условия повышения устойчивости. Например, как представлено на фиг. 16, существует аналогичный и составляющий от 200 до 277 куб. см/л объем пор с размерами от 9 до 27  в примерах с различными объемами пор с размерами менее 9 , причем в некоторых примерах объем пор с размерами менее 9  значительно превышает 100 куб. см/л, а в других примерах объем этих пор находится значительно ниже указанного уровня.
[0147] Следует отметить, что хотя поры, у которых размеры составляют более чем 27  или даже более чем 50 , являются, вероятно, чрезмерно крупными, чтобы обеспечивать значительную емкость хранения за счет конденсированной адсорбированной фазы, могут все же вносить существенный вклад обратимую емкость в качестве объема для повышения и снижения давления газа, который находится внутри составляющих частиц адсорбента в составе монолита. Как представлено на фиг. 14, на основании химии и физики процессов термической и химической активации оказывается нормальным ожидание увеличения объема пор большего размера в диапазоне мезопор, находящегося за пределами диапазона от 9 до 27  и представленного здесь как диапазон размеров от 27 до 490 , при уменьшении объема микропор, которые здесь представляют собой поры с размерами, составляющими менее чем 9 . Таким образом, при работе с уменьшенным поровым объемом микропор с размерами, составляющими менее чем 9 , согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения монолитное изделие будет использовать увеличение обратимой емкости от сжатого газа внутри пор, которые считаются чрезмерно крупными для создания конденсированной фазы, помимо обратимой емкости, обеспечиваемой за счет максимального увеличения объема в порах с размерами от 9 до 27 . Как представлено на фиг. 14, объем указанных более крупных мезопор с размерами от 27 до 490  составляет более чем 50 куб. см/л монолита, в то время как объем микропорах с размерами менее чем 9  составляет менее чем 100 куб. см/л монолита.
[0148] В итоге, учитывая необходимость высокой обратимой емкости для природного газа, которую обеспечивает увеличенный поровый объем в порах с размерами, составляющими приблизительно от 9 до 27 , необходимость устойчивой обратимой емкости при повторяющихся циклах изменения давления и применение пор для хранения сжатого газа, распределение порового объем адсорбирующего монолитного изделия согласно настоящему изобретению имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: менее чем приблизительно 100 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими менее чем приблизительно 9 , более чем 200 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими приблизительно от 9 до 27 , более чем приблизительно 50 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими приблизительно от 27 до 490 , или их комбинацию. Кроме того, за счет максимального увеличения объемов пор с размерами, составляющими приблизительно от 9 до 27  и приблизительно от 27 до 490 , масса адсорбирующего монолита сокращается до минимума для данной плотной упаковки порошка в изделии, и в результате этого достигаются преимущества экономии топлива за счет уменьшения массы среды для хранения топлива.
[0149] Конкретные варианты осуществления
[0150] Согласно аспекту настоящее изобретение предлагает способ хранения газа. Способ предусматривает введение газа в контакт с системой хранения газа, содержащей по меньшей мере один пористый газосорбирующий монолит, у которого рабочая весовая вместимость составляет не более чем 40 фунт/ЭГБ, и/или объемная вместимость составляет не более чем 35 л/ЭГБ.
[0151] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, пористый газосорбирующий монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: менее чем приблизительно 100 куб. см/л-м объем в порах с размерами, составляющими менее чем приблизительно 9 ; более чем приблизительно 200 куб. см/л-м объем в порах с размерами, составляющими приблизительно от 9 до 27 ; более чем приблизительно 50 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими приблизительно от 27 до 490 ; плотность изделия составляет по меньшей мере 0,4 г/куб. см; поровый объем пор с размерами в диапазоне от приблизительно 9  до приблизительно 27  составляет не менее чем 0,5 куб. см/г; или их комбинацию.
[0152] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, рабочая весовая вместимость составляет не более чем 40 фунт/ЭГБ.
[0153] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, объемная вместимость равняется или составляет или менее чем 30 л/ЭГБ.
[0154] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, пористый газосорбирующий монолит содержит газоадсорбирующий материал и неводное связующее вещество, которые описаны в настоящем документе.
[0155] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, неводное связующее вещество представляет собой по меньшей мере одно из следующих веществ: фторполимер, полиамид, полиимид, фибриллированная целлюлоза, высокоэффективный пластик, сополимер с фторполимером, сополимер с полиамидом, сополимер с полиимидом, сополимер с высокоэффективным пластиком, или их комбинацию.
[0156] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, фторполимер представляет собой по меньшей мере одно из следующих веществ: поли(винилидендифторид), политетрафторэтилен, или их комбинацию.
[0157] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, полиамид представляет собой по меньшей мере одно из следующих веществ: нейлон-6,6', нейлон-6, или их комбинацию.
[0158] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, высокоэффективный пластик представляет собой по меньшей мере одно из следующих веществ: полифениленсульфид, поликетоны и полисульфоны.
[0159] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, присутствует по меньшей мере одна из следующих характеристик: неводное связующее вещество присутствует в количестве, составляющем не более чем 10 мас. %; газоадсорбирующий материал присутствует в количестве, составляющем по меньшей мере 90 мас. %; неводное связующее вещество представляет собой дисперсию, содержащую от приблизительно 50 мас. % до приблизительно 70 мас. % связующего вещества; или их комбинация.
[0160] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, присутствует по меньшей мере одна из следующих характеристик: неводное связующее вещество присутствует в количестве, составляющем приблизительно 2,5 мас. % до приблизительно 7 мас. % газоадсорбирующий материал присутствует в количестве, составляющем по меньшей мере 93 мас. %; неводное связующее вещество представляет собой дисперсию, содержащую от приблизительно 55 мас. % до приблизительно 65 мас. % связующего вещества; или их комбинация.
[0161] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, газоадсорбирующий материал представляет собой по меньшей мере один из следующих материалов: активированный уголь, цеолит, диоксид кремния, металлоорганические каркасы, ковалентные органические каркасы, или их комбинацию.
[0162] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, активированный уголь получают из следующих материалов: древесина, торфяной мох, скорлупа кокосового ореха, уголь, скорлупа грецкого ореха, синтетические полимеры и/или природные полимеры.
[0163] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, активированный уголь получают, осуществляя термическую активацию, химическую активацию или их комбинацию.
[0164] Согласно другому аспекту настоящее изобретение предлагает пористый газосорбирующий монолит. Пористый газосорбирующий монолит содержит газоадсорбирующий материал, причем пористый газосорбирующий монолит имеет рабочую весовую вместимость, составляющую не более чем 40 фунт/ЭГБ, и/или объемную вместимость, составляющую не более чем 35 л/ЭГБ.
[0165] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, газосорбирующий монолит дополнительно содержит неводное связующее вещество, которое описано в настоящем документе.
[0166] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, неводное связующее вещество представляет собой по меньшей мере одно из следующих веществ: фторполимер, полиамид, полиимид, фибриллированная целлюлоза, высокоэффективный пластик, сополимер с фторполимером, сополимер с полиамидом, сополимер с полиимидом, сополимер с высокоэффективным пластиком, или их комбинацию.
[0167] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, фторполимер представляет собой по меньшей мере один фторполимер, выбранный из группы, которую составляют поли(винилидендифторид) и политетрафторэтилен.
[0168] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, полиамид представляет собой по меньшей мере один полиамид, выбранный из группы, которую составляют нейлон-6,6' и нейлон-6.
[0169] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, неводное связующее вещество присутствует в количестве, составляющем не более чем 10 мас. %.
[0170] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, газоадсорбирующий материал присутствует в количестве, составляющем по меньшей мере 90 мас. %.
[0171] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, газоадсорбирующий материал представляет собой по меньшей мере один из следующих материалов: активированный уголь, цеолит, диоксид кремния, металлоорганические каркасы, ковалентные органические каркасы, или их комбинацию.
[0172] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, активированный уголь получают из следующих материалов: древесина, торфяной мох, скорлупа кокосового ореха, уголь, скорлупа грецкого ореха, синтетические полимеры и/или природные полимеры.
[0173] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, активированный уголь получают, осуществляя термическую активацию, химическую активацию или их комбинацию.
[0174] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: плотность изделия составляет не менее чем 0,4 г/куб. см; рабочая весовая вместимость составляет не более чем 30 фунт/ЭГБ; объемная вместимость составляет менее чем 30 л/ЭГБ; газоадсорбирующий материал присутствует в количестве, составляющем по меньшей мере 93 мас. %; неводное связующее вещество присутствует в количестве, составляющем приблизительно 2,5 мас. % до приблизительно 7 мас. %; неводное связующее вещество представляет собой дисперсию, содержащую от приблизительно 50 мас. % до приблизительно 70 мас. % связующего вещества; поровый объем пор с размерами в диапазоне от приблизительно 9  до приблизительно 27  составляет не менее чем 0,5 куб. см/г; или их комбинацию.
[0175] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, плотность изделия находится в диапазоне от приблизительно 0,4 г/куб. см до приблизительно 0,75 г/куб. см.
[0176] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, плотность изделия находится в диапазоне от приблизительно 0,4 г/куб. см до приблизительно 0,6 г/куб. см.
[0177] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, рабочая весовая вместимость составляет не более чем 28 фунт/ЭГБ.
[0178] Согласно следующему аспекту настоящее изобретение предлагает способ получения пористого газосорбирующего монолита. Способ предусматривает смешивание газоадсорбирующего материала и неводного связующего вещества, которые описаны в настоящем документе; и уплотнение смеси в формованную структуру или экструзию смеси в форму.
[0179] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, способ дополнительно предусматривает воздействие нагревания на уплотненную смесь.
[0180] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: неводное связующее вещество представляет собой по меньшей мере одно из следующих веществ: фторполимер, полиамид, сополимер с фторполимером, сополимер с полиамидом, или их комбинацию; или газоадсорбирующий материал представляет собой по меньшей мере один из следующих материалов: активированный уголь, цеолит, диоксид кремния, металлоорганический каркас, или их комбинацию; или их комбинацию.
[0181] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: плотность изделия составляет не менее чем 0,4 г/куб. см; рабочая весовая вместимость составляет не более чем 40 фунт/ЭГБ; объемная вместимость составляет не более чем 35 л/ЭГБ; поровый объем пор с размерами в диапазоне от приблизительно 9  до приблизительно 27  составляет более чем 0,5 куб. см/г; газоадсорбирующий материал присутствует в количестве, составляющем по меньшей мере 90 мас. %; неводное связующее вещество присутствует в количестве, составляющем не более чем 10 мас. %; или их комбинацию.
[0182] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: менее чем приблизительно 100 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими менее чем приблизительно 9 ; более чем приблизительно 200 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими приблизительно от 9 до 27 ; более чем приблизительно 50 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими приблизительно от 27 до 490 ; плотность изделия в диапазоне от приблизительно 0,4 г/куб. см до приблизительно 0,75 г/куб. см; рабочая весовая вместимость составляет менее чем 30 фунт/ЭГБ; объемная вместимость составляет менее чем 30 л/ЭГБ; газоадсорбирующий материал присутствует в количестве, составляющем по меньшей мере 93 мас. %; неводное связующее вещество присутствует в количестве, составляющем приблизительно 2,5 мас. % до приблизительно 7 мас. %; неводное связующее вещество представляет собой дисперсию, содержащую от приблизительно 50 мас. % до приблизительно 70 мас. % связующего вещества; или их комбинацию.
[0183] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, уплотнение смеси предусматривает применение давления, составляющего по меньшей мере 1250 фунт/кв. дюйм.
[0184] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, применяемое давление составляет более чем 1500 фунт/кв. дюйм.
[0185] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, формованная структура или экструдированная форма представляет собой цилиндр, овальную призму, куб, эллиптическую призму или прямоугольную призму.
[0186] Согласно следующему аспекту настоящее изобретение предлагает систему хранения газа. Система хранения газа содержит контейнер и находящийся в нем пористый газосорбирующий монолит, причем котором монолит содержит газоадсорбирующий материал, и пористый газосорбирующий монолит имеет рабочую весовую вместимость, составляющую не более чем 40 фунт/ЭГБ (например, не более чем 28 фунт/ЭГБ), и/или объемную вместимость, составляющую менее чем 35 л/ЭГБ (например, менее чем 30 л/ЭГБ).
[0187] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, монолит дополнительно содержит неводное связующее вещество, которое описано в настоящем документе.
[0188] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: неводное связующее вещество представляет собой по меньшей мере одно из следующих веществ: фторполимер, полиамид, сополимер с фторполимером, сополимер с полиамидом, или их комбинацию; или газоадсорбирующий материал представляет собой по меньшей мере один из следующих материалов: активированный уголь, цеолит, диоксид кремния, металлоорганический каркас, или их комбинацию; или их комбинацию.
[0189] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: газоадсорбирующий материал присутствует в количестве, составляющем по меньшей мере 90 мас. %; неводное связующее вещество присутствует в количестве, составляющем не более чем 10 мас. %; неводное связующее вещество представляет собой дисперсию, содержащую от приблизительно 50 мас. % до приблизительно 70 мас. % связующего вещества; или их комбинацию.
[0190] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, монолит имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: плотность изделия составляет не менее чем 0,4 г/куб. см; рабочая весовая вместимость составляет не более чем 40 фунт/ЭГБ; объемная вместимость составляет менее чем 35 л/ЭГБ; поровый объем пор, имеющих размеры в диапазоне от приблизительно 9  до приблизительно 27 , составляет не менее чем 0,5 куб. см/г; газоадсорбирующий материал присутствует в количестве, составляющем по меньшей мере 93 мас. %; неводное связующее вещество присутствует в количестве, составляющем не более чем 7 мас. %; неводное связующее вещество представляет собой дисперсию, содержащую от приблизительно 55 мас. % до приблизительно 65 мас. % связующего вещества; или их комбинацию.
[0191] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, контейнер способен выдерживать давление, составляющее по меньшей мере 1000 фунт/кв. дюйм.
[0192] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры приблизительно 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или более (включая все промежуточные значения и диапазоны) пор находятся в диапазоне от 9 до 27 .
[0193] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры более чем 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или более (включая все промежуточные значения и диапазоны) пор находятся в диапазоне от 9 до 27 .
[0194] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры более чем 60% пор находятся в диапазоне от 9 до 27 .
[0195] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры более чем 70% пор находятся в диапазоне от 9 до 27 .
[0196] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры более чем 80% пор находятся в диапазоне от 9 до 27 .
[0197] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры более чем 90% пор находятся в диапазоне от 9 до 27 .
[0198] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры более чем 95% пор находятся в диапазоне от 9 до 27 .
[0199] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры приблизительно 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или более (включая все промежуточные значения и диапазоны) пор находятся в диапазоне от 12 до 27 .
[0200] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры более чем 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или более (включая все промежуточные значения и диапазоны) пор находятся в диапазоне от 12 до 27 .
[0201] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры более чем 30% пор находятся в диапазоне от 12 до 27 .
[0202] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры более чем 40% пор находятся в диапазоне от 12 до 27 .
[0203] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры более чем 50% пор находятся в диапазоне от 12 до 27 .
[0204] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры более чем 60% пор находятся в диапазоне от 12 до 27 .
[0205] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры более чем 70% пор находятся в диапазоне от 12 до 27 .
[0206] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, размеры более чем 80% пор находятся в диапазоне, составляющем приблизительно от 12 до 27 .
[0207] Согласно любому аспекту или варианту осуществления, описанному в настоящем документе, монолит согласно настоящему изобретению имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: менее чем приблизительно 100 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими менее чем приблизительно 9 ; более чем приблизительно 200 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими приблизительно от 9 до 27 ; более чем приблизительно 50 куб. см/л-м объема в порах с размерами, составляющими приблизительно от 27 до 490 ; или их комбинацию.
[0208] Хотя предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения представлены и описаны в настоящем документе, следует понимать, что такие варианты осуществления представлены лишь в качестве примера. Специалисты в данной области техники найдут многочисленные вариации, изменения и замены без отклонения от идеи настоящего изобретения. Соответственно, предусмотрено, что прилагаемая формула изобретения распространяется на все такие вариации, которые находятся в пределах идеи и объема настоящего изобретения. Кроме того, система может содержать по меньшей мере одно устройство для загрузки и/или разгрузки системы или множество устройств для загрузки и/или разгрузки системы.
[0209] Содержание всех документов, патентов, рассматриваемых патентных заявок и опубликованных патентов, процитированных в настоящей заявке, определенно включено в нее посредством ссылки.
[0210] Специалисты в данной области техники принимают или способны подтвердить, применяя не более чем рутинное экспериментирование, многочисленные эквиваленты конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, описанных в настоящем документе. Предусмотрено, что на такие эквиваленты распространяется следующая формула изобретения. Следует понимать, что подробные примеры и варианты осуществления, описанные в настоящем документе, представлены в качестве примера лишь для иллюстративных целей и не считаются ограничивающими настоящее изобретение каким-либо образом. В связи с этим специалистам в данной области техники будут предложены разнообразные модификации или изменения, которые находятся в пределах идеи и сферы действия настоящей заявки и считаются находящимися в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. Например, относительные количества ингредиентов могут быть изменены для оптимизации желательных эффектов, дополнительные ингредиенты могут быть добавлены, и/или аналогичные ингредиенты могут замещать один или несколько описанных ингредиентов. Дополнительные предпочтительные признаки и функциональные возможности, связанные с системами, способами и процессами согласно настоящему изобретению, становятся очевидными из прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, специалисты в данной области техники принимают или способны подтвердить, применяя не более чем рутинное экспериментирование, многочисленные эквиваленты конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения. Предусмотрено, что на такие эквиваленты распространяется следующая формула изобретения.