專利名稱：二氧化碳的從空氣中的去除的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從空氣或其它氣體混合物的選定的氣體的去除。本發(fā)明具有從空氣提取二氧化碳(co2)的特定用途，雖然本發(fā)明也可用于其它用途，但將結合這種用途說明本發(fā)明。
背景技術：
從環(huán)境空氣提取二氧化碳(co2 )使得可以使用碳基燃料并在co2被釋放后處理C02的溫室氣體排放。由于C02在百萬分之幾的量中既無毒又無害，而僅通過聚積在大氣中產(chǎn)生環(huán)境問題，因此可被接受的是從空氣去除C02以便在別處和在不同時間的相等量的排放。co2的產(chǎn)生發(fā)生在諸如煉鋼和水泥生產(chǎn)的各種工業(yè)應用中。然而， co2排放的主要來源是用于發(fā)電或用于運輸部門中的驅動力的烴燃料的燃燒。發(fā)電廠中媒的燃燒與汽車中的汽油或柴油或飛機中的噴氣燃料(jetfuel)的燃燒一樣產(chǎn)生C02。烴是在諸如發(fā)動機的燃燒設備中 燃燒的燃料的主要成分。從這種燃燒設備排出的廢氣包含co2氣體，該C02氣體目前簡單地釋放到大氣中。然而，隨著對溫室氣體的關注 的增長，來自所有來源的C02排放將不得不縮減。這么做的一種方式是從環(huán)境空氣回收C02。以及開發(fā)了各種方法和裝置，用于從空氣去除C02。例如，在一 種方法和裝置中，在填充有被稱為拉希格圏(Raschig ring )的部件的 罐中用堿性溶液清洗空氣。為了消除少量的C02，還必須使用凝膠吸 收劑。雖然這些方法在去除C02方面是高效的，但它們具有的嚴重缺點在于，推動空氣通過這種設備消耗大量能量。在這些清洗過程期間發(fā)生相當高的壓力損失。由于這種能量消耗通常導致額外的C02排放， 因此從空氣捕集C02受到額外能量消耗的消極影響。最早的現(xiàn)有技術
還以產(chǎn)生沒有C02的氣體為目標，而C02捕集的目的是使C02攝取 率最大。設計目標的這種區(qū)別導致C02攝取的不同方法。然而，以下 說明的本發(fā)明也可用于減小在傳統(tǒng)C02去除裝置中的能量消耗。因而，現(xiàn)有技術方法導致從空氣的低效的C02的捕集，因為這些過程加熱或冷卻空氣，或者使空氣的壓力改變顯著的量。結果，捕集到的凈co2通過在過程中產(chǎn)生的排放而減少，或者如果這些co2也被 捕集，則處理的總成本不必要地高。而且，雖然已經(jīng)存在用于從空氣分離C02的凈氣器設計，但通常它們被限制成填充層(packed bed)式實施例，其目標典型地是從另 一種氣體去除全部雜質。美國專利4,047,894中說明的一種這樣的設備 包含吸收部件，該吸收部件包括由聚氯乙稀(PVC)制成的多孔燒結 板或在外殼中布置成相互間隔開的碳泡沫。在板被組裝到外殼中之前， 將氫氧化鉀灌注到多孔板中。這種設備的缺點在于，用于從空氣分離 co2的吸附劑材料在不拆卸設備外殼的情況下無法被補充。對現(xiàn)有技術的上述說明主要源自我們的共同待審定申請序列號 11/209,962，該申請?zhí)峤挥?005年8月22號，其內容通過參考包含于 此，其中我們說明了 一種通過低壓梯度維持的用于從氣流去除co2的 空氣凈氣器單元。參照圖1-4，我們上述臨時申請的空氣凈氣器單元 由風收集器10和液體池12構成，風收集器10具有薄層(lamella)， 該薄層是被覆蓋在向下流動的吸附劑中并限定(bounding)薄氣隙的 兩個薄片或板5。雖然薄層可通過其它裝置被支撐成間隔關系，但形 成薄層的兩個薄片優(yōu)選地通過在薄片之間被串在貫穿桿2上，該貫穿 桿2通過剛性框架1支撐。吸附劑按照所建立的技術方法的狀態(tài)例如從集管(header) 6供 給的帶槽的(crrugated)管3施加到薄層片，所述技術方法例如是噴 嘴或液體噴出器(extrusion)。吸附劑材料流下薄層片，同時氣流在 薄片之間的薄氣隙之間經(jīng)過?？諝庥谖絼┎牧现g的接觸引起去除C02的化學反應。液體吸附劑目前優(yōu)選的選擇是氫氧化鈉溶液，但也其它選擇也可
以。設計挑戰(zhàn)是提供可暴露于空氣的大表面面積，同時使其以跟得上 C02的攝取速率的吸附劑補充速率被連續(xù)地潤濕。對于多數(shù)強堿溶液，從空氣的攝取速率在液體側上被限制到液體覆蓋表面的10-511101/1112的 若干倍。對于暴露于環(huán)境流動空氣的停滯液體，這種速率在表面層中 的氫氧化物損耗減慢攝取之前僅能維持幾十秒。通過空氣的類似co2 流量需要厚度小于大約lcm的邊界層。為了使壓力降最小，流動路徑 應盡可能保持直線。在別處詳細討論的這些考慮為濕表面設置了基本 i殳計選擇。用于濕表面的最簡單的設計是例如在我們的上述共同待審定申請 序列號11/209962中說明的平行平板。這種板可具有用液體膜潤濕的 平滑表面。然而，由于多數(shù)耐腐蝕的濕平滑表面不容易潤濕，因此豎 直薄片上的濕平滑表面需要精心制作的液體輸送系統(tǒng)。潤濕非豎直的 表面稍微容易些，但由于僅薄片的一側會被潤濕，因此將失去一半的 有效工作表面面積。如果覆蓋表面浸沒或部分地浸沒在液體溶劑中， 則損失將更大。另一個選擇是使用紡織材料。紡織品可支撐液體的流 動膜，但同時它們允許液體流動通過材料的基體(matrix)。然而， 柔性紡織品在維持表面之間的精確間距方面造成很大困難，除非它們 由僅具有由紡織品橋接的非常小的區(qū)域的剛性結構保持就位。無論它 們是否從頂部潤濕，或者無論輥子系統(tǒng)是否允許一個將紡織品材料浸 到溶液池(bath)中并繼而沿其路徑承載吸附劑，維持表面之間適當 的距離都是困難的，并且試驗已表面， 一旦兩個薄片接觸表面，兩個 濕的薄片的附著力如此大，以至于它們無法被容易地分離。而且，一 旦兩個薄片相互接觸，有效工作表面面積基本就減半。發(fā)明內容在該背景之上，本發(fā)明提供用于建立液體吸附劑與流動的空氣之 間的接觸的更好的選擇。本發(fā)明采用開放孔泡沫作為空氣/液體交換器。開放孔泡沫可容易 地保持填充可用泡沫空間的流體。泡沫塊結構的肉眼可見的表面因而 暴露于待與流體接觸的空氣(或其它氣體)。(肉眼可見的表面代表 氣體-泡沫界面，這些表面結構相比于泡沫單元的尺寸較大，并且限 定泡沫塊結構的邊界。它們描繪出泡沫內部與外部之間的邊界，如果 氣流通道設計成橫穿泡沫，則這些表面可具有復雜的拓樸結構。)在開放孔(open cell)結構內引入的流動允許流體通過泡沫內部的連續(xù) 輸送，這導致空氣-泡沫界面上的用過了的流體與新鮮流體的交換。 泡沫結構的外部或內部的肉眼可見的表面代表近似的氣體-液體界 面。液體吸附劑填充泡沫的內部，并且空氣以泡沫/空氣界面或肉眼可 見的表面為基礎。通過將液體傾倒在泡沫上，可以充滿泡沫并到達飽 和的水平，其中流體"滲出"(肉眼可見的)表面層并完全潤濕表面。 這代表一種流體-氣體接觸的方法。我們認為優(yōu)選的替代方案是維持 塊中的液體飽和水平，其中液體空氣界面接近肉眼可見的表面，但在 單元結構內側。試驗表明，至少對于某些泡沫有利的是避免流體在泡沫塊的表面 上流動，并維持泡沫塊的流體填充，從而使流體駐留在表面附近。試 驗還表明，將開放孔泡沫用作空氣/液體交換器可以使co2攝取維持數(shù) 小時而不需要液體更換。雖然不希望受到理論限制，但相信泡沫結構 內部的吸附劑流輸送用過了的流體遠離泡沫結構的表面而進入內部， 并用從泡沫塊外部吸入的流體補充用過了的流體?？雌饋砟軌蛞痖_ 放流體中的對流的機構也足以實現(xiàn)泡沫結構內部的這種流體輸送，所 述對流例如是由于熱地或化學地引入的密度梯度而引起的重力驅動的 對流。為了維持泡沫表面附近的新鮮流體供給而不使流體流出表面， 毛細管作用、滲透壓力和重力驅動的對流協(xié)同產(chǎn)生緩慢的流動圖案， 該流動圖案被限制在泡沫塊內部。當泡沫機構中的流體變得飽和有例如co2的被吸收的氣體時，可 通過將額外液體傾倒到泡沫結構上筒單地引入新鮮吸附劑液體。結構 的適當?shù)某尚?，例如頂部上的槽狀結構，可大大減小流體溢出量。通 過將泡沫的底部成形為良好限定的低點，可以將排出流引導到單個點。


將從以下接合附圖的詳細說明看出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，在附圖中圖1是按照我們的上迷共同待審定申請序列號11/209962做出的 空氣凈氣器單元的透視圖；圖2是圖1的空氣凈氣器單元的俯視圖；圖3是圖1的空氣凈氣器單元的前視圖，即空氣進口視圖；圖4是圖1的空氣凈氣器單元的側視圖；圖5是按照本發(fā)明的一個實施例做出的空氣凈氣器單元的側視圖；圖6是圖5的空氣凈氣器單元的前視圖，即空氣進口視圖；圖7類似于圖5，是按照本發(fā)明的另一個實施例做出的空氣凈氣器單元的替代形式的視圖；圖8類似于圖6，是圖5的空氣凈氣器單元的視圖；圖9 - 13是按照本發(fā)明的 一個實施例使用開放孔剛性泡沫作為空氣/液體吸附劑交換器進行的一 系列試驗的曲線圖；圖14 (a)是按照本發(fā)明的另一個實施例做出的空氣凈氣器的替代形式的部分橫截面?zhèn)纫晥D，并且圖14 (b)是其透視圖；圖15(a) - 15(c) - 16(a) - 16 ( b )和17 ( a ) - 17 ( c )根據(jù)具體情況是按照本發(fā)明的其它實施例做出的空氣凈氣器單元的透視圖或側祝圖。
具體實施方式
本發(fā)明是基于作為空氣/液體交換器的開放孔剛性泡沫的使用。采 用開放孔剛性泡沫作為空氣/液體交換器的優(yōu)點在于，它們不僅提供空 氣/液體交換表面，而且單元變成用于空氣/液體分界面的支撐結構。 因此，可以減小或消除支撐如在我們的上述臨時申請中的薄片所需的 框架或上部結構(superstructure)。更具體地，參照圖5-8，根據(jù)本發(fā)明的一個方面的空氣凈氣器單元由一風收集器100構成，該風收集器100包括具有多個貫穿通道104 的泡沫塊102,貫穿通道104切割通過泡沫(或模制在泡沫中)，以 允許空氣通過。塊102按照在框架內，該框架包括盤108、直立部IIO 和頂部112。盤112用作液體池，用于保持諸如濃縮氫氧化鈉溶液的 吸附劑。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，液體泵114從盤108抽取吸附劑， 并且將其輸送到頂部112，在頂部112處，可使用例如噴射噴嘴或類 似物將吸附劑噴射或傾瀉到泡沫塊102的頂部上。由于確信使空氣紊亂地混合沒有優(yōu)點，因此通道104優(yōu)選地被切 割成直線通過泡沫塊102。因此，通道優(yōu)選地被切割成平行于氣流方 向延伸。我們注意到，該特征尤其針對具有低濃度的希望從流場部分 地提取的氣體的氣流。這正是從空氣提取C02的情況。在重要的是去 除攝取速率不限于流體側上的全部污染物(例如S02或NOx)的情況 下，扭曲的通道可能是有利的。通道可包括各種橫截面形狀。雖然可以使用其它橫截面形狀的通 道，例如包括但不限于方形、三角形、菱形和橢圓形橫截面形狀的通 道，但圓管形通道通常是優(yōu)選的。泡沫塊由開放細孔泡沫制成。泡沫應具有用于吸附劑流體的高滲 透性和保持流體的良好的毛細管作用。泡沫還必須能夠抵抗高堿性或 腐蝕性液體，諸如氫氧化鈉(NaOH)的0.5摩爾溶液，或更強的NaOH 溶液。在某些應用中，使用5摩爾溶液可能是有利的。許多滿足上述 標準的泡沫材料在專利文獻中有所說明，例如參見美國專利4566221、 5070664、 5414957和5454189,并且可從市場上買到。 一種可從市場 上買到的特別優(yōu)選的泡沫材料是可從美國印第安納州科科莫的辛迪加 銷售公司(Syndicate Sales Corporation)買到的AQUAFOAlVP牌花 卉保持泡沫。被相信是酚醛泡沫的AQUAFOAM⑧具有對液體流的很 高的滲透性，并且具有足夠的毛細管作用，以將內部流體保持在至少 20cm的靜水頭(hydrostatic head )。其它泡沫會允許更高的靜水頭。 這些泡沫也可抵抗0.5摩爾的NaOH溶液至少25小時，并且當潤濕時 呈現(xiàn)最小量的膨脹，典型地大約6%。
根據(jù)本發(fā)明的基礎收集設備由開放孔泡沫構成，該開放孔泡沫已 浸泡有諸如強烈吸收二氧化碳的氫氧化鈉溶液的液體吸附劑?？諝馔?過與順泡沫排列的通道或通路流過裝置，并且當空氣移動通過泡沫時， 空氣一液體接觸發(fā)生在通道的側面處。收集器的幾何形狀可從由氣隙 分離的泡沫薄片到空氣通過預定通路穿過的泡沫塊變化。如上文以及我們較早的上述申請序列號11/209962所述，有利的是以這種方式成 形這些通路，即，允許空氣跟隨基本直線的路徑。借助這種幾何形狀， 較容易在流體中維持使動力損失(或壓力降)最小的層流。這種設計 的優(yōu)點在于，降流體移動通過接觸器所需的能量最小，并且通常自然 氣流就足夠了。然而，對于其它氣體分離方案，較強烈的混合可被證 明是有利的，在這種情況下可以設計較復雜或較盤繞的通路。剛性泡沫提供的另 一個優(yōu)點在于，它們不僅提供液體/氣體交換表 面，而且通過它們自己變成提供表面的結構。因而，收集器幾何表面 不限于液體在上面流下的平薄片，而是可以考慮切割通過泡沫塊允許 空氣穿過泡沫的各種通道。如果通道的尺寸被限制在若干邊界層厚度 (幾厘米)，則主動地混合空氣就沒有優(yōu)點。因此，最優(yōu)的通道設計 在氣流方向上是直的，但在正常方向上可以較錯綜復雜。 一個可能的 選擇是一套管狀橫截面，例如，切割通過泡沫塊的長度的六邊形管。 其它選擇是六邊形橫截面，或者具有水平和豎直側面或具有以45度角 傾斜的側面(菱形)的方形。其它選擇包括水平或豎直的長狹槽。本 發(fā)明的特征和優(yōu)點在于，可對于流體流動和流體混合優(yōu)化這些橫截面 的收集器幾何布置。可執(zhí)行這些任務的泡沫需要具有對流體的高滲透性。它們還必須 呈現(xiàn)足夠的毛細管作用以保持流體，并且它們必須抵抗用作吸附劑的 高堿性和腐蝕性液體。雖然可為該任務產(chǎn)生專門設計的泡沫，但可從 市場上買到的AQUAFOAM⑧牌花卉保持泡沫提供了滿足上述要求的 容易買到的較低成本的泡沫。圖11-15示出了用NaOH的0.5摩爾溶液作為吸附劑時 AQUAFOAM⑧牌花卉保持泡沫的使用。切割通過9英寸長的花卉保持
泡沫磚塊的單管(直徑為1英寸)將去除以每秒30 cm的典型速度穿 過磚塊的空氣中存在的C02的大約25%。磚塊內的管表面一被潤濕， 攝取就開始。出乎意料地，已證明不必連續(xù)地潤濕磚塊的表面。 一旦 實現(xiàn)飽和，就觀察到基本恒定的C02攝取維持多于16小時。給定這 些尺寸，空氣的流量大約是150 cc/秒，這在400 ppm下等同于每秒 1.7e-4摩爾的C02,或者大約25%的去除率。這表明了該系統(tǒng)超過了 0.5摩爾的NaOH溶液的平滑膜的C02攝取速率，即，如在我們的上 述申請序列號11/209962的系統(tǒng)的情況下的攝取速率。然而，還確定 了， 一次飽和有氫氧化鈉溶液的花卉用的泡沫塊可維持沿內部管的表 面的C02攝取特性，該特性可與連續(xù)補充的液體膜相比或更好，并且 該攝取可被維持數(shù)小時或數(shù)天而不需要流體輸入。
因而可見，具有貫穿其切割或模制成形的直線管狀通路的泡沫塊 結構可與吸附劑一起用于捕集C02。表面的潤濕減小到泡沫的偶然浸 泡。浸泡的時間間隔可以是數(shù)小時或數(shù)天。
在不意圖限制本發(fā)明的范圍的情況下，相信在泡沫的特性上有兩 個重要因素。 一個是毛細管作用力使得泡沫易于吸收流體。這樣易于 將流體保持在泡沫塊內部。然而，毛細管作用壓力降低限制了泡沫塊 可具有的最大高度，從而使靜液壓力無法變得足夠強以在圓筒的頂部 處吸入氣體并帶入額外氣體。
第二個重要特征在于，泡沫的完全填充區(qū)域可容易地支撐流體流 動。通過由于溫度變化引起的流體中的密度波動，或通過由于化學變 化引起的密度變化，例如蒸發(fā)，可由重力進給引入這種流體流動。無 論如何，重要的是維持了在通路中的氣體與泡沫中的液體之間的分界 面附近泡沫中的流體運動。沒有這種運動，表面附近的流體將迅速地 飽和有吸著物，并且過程將停止。在C02被吸收到NaOH濃溶液中的 情況下，飽和的特征時間是幾十秒。然而試驗已表明，該過程在最大 強度下維持了數(shù)小時和數(shù)天。這有力地表明泡沫中的流體運動或滲透 性變化在連續(xù)的基礎上用新鮮流體補充用過了的(spent)流體。
基本概念是具有通過其的通路的泡沫塊填充有液體，并且暴露于
通過通路的連續(xù)氣流。通路被按比例確定，從而使通路中的所有空氣都與吸附劑表面接觸，并且因而去除(relinquish)部分或所有C02。本發(fā)明的特征和優(yōu)點在于，不必將泡沫塊連續(xù)地暴露于新鮮液體。 實際上進入泡沫的太快的流體流動看起來會降低材料的攝取能力。該 變化的原因被相信是泡沫外側上的流體膜具有比已退回到開放孔泡沫 的細孔空間中的流體膜小的表面。泡沫基體內第一若干單元中的空氣 與液體之間的粗糙分界面超過了通過平滑液體膜呈現(xiàn)的表面，如果液 體被補充得太快，則該平滑液體膜將形成在泡沫外部上。由于這種設 計的有效改進仍待被完全突出，但它大大有利于流體的攝取能力。泡沫塊的一個特征在于，如果過量流體出現(xiàn)在塊的頂部，則流體 將均勻地流過泡沫塊，過量流體將在低點從塊排出。因而可以將塊成 形為使所有流體都將在預定的頂面進入塊，并可能地在底部與排泄管 接觸的一小片中離開?？梢栽谂菽鈧确忾]泡沫或使其覆蓋有無法被流體穿透的涂層， 以便防止流體離開塊。這種方法的一個優(yōu)點在于，在連續(xù)供給系統(tǒng)中， 一個人將大大超過塊高度，這對于單獨的泡沫是穩(wěn)定的。液體將被連續(xù)地或在脈沖中添加?；谀壳暗脑囼灒}沖可在時 間上間隔較長?？雌饋磉€可以用吸著物使塊完全飽和，并去除空氣捕 集結構中的整個塊，并且完全消除周期性的重新潤濕塊。在這種設計 中，有利的是通過粉碎塊并從流體過濾泡沫塊碎片回收流體。泡沫濾 渣根據(jù)其成分可被回收或用作空氣捕集工廠的一般操作的燃料。這示 于圖7和圖8。雖然結合從空氣提取C02說明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不被限制于 此。例如，本發(fā)明還可有利地用于通過引導廢氣或其一部分通過根據(jù) 本發(fā)明的濕的泡沫塊從廢氣去除C02。而且，本發(fā)明還可有利地包含 在HVAC系統(tǒng)中，以通過使用適當?shù)奈絼慕ㄖ镏械臍怏w去除例 如DOC、 C02、 CO、 NOx和SOx。在本發(fā)明的另一個實施例中，可產(chǎn)生復雜通路，而不是直線通過 的空氣通路，以促進混合中的湍流，并因而保證氣流中不良成分的較
完全的去除。而且，如果希望，可使空氣穿過多個堆疊的或順序的泡 沫凈氣器，每個泡沫凈氣器都具有其自己的吸附劑，用于從空氣去除 各種微量氣體。在另一方面中，本發(fā)明提供一種方法，以從空氣流吸收二氧化碳， 該方法即使用弱吸附劑并且在低反應速率下也可高效地進行。通過以 一種方式潤濕具有切割通過其的通道的泡沫，即，使這些通道附近的 內部泡沫表面完全或部分地覆蓋有弱吸附劑，可以相對于平液體膜的 表面面積擴大暴露于氣流的有效吸附劑表面面積。這導致用于弱吸附劑的泡沫的名義(nominal)表面上用于稀釋微量氣體的攝取速率顯著 高于平流體表面。對于本質上在氣體方面(gas-side)有限的低濃度氣 體的提取，該技術用較快的反應速率消除了對強吸附劑的需求。結果， 可利用如同碳酸鈉的弱吸附劑的優(yōu)點，用于從空氣捕集C02，而替代 如同氫氧化鈉的強吸附劑。這大大簡化了隨后的吸附劑回收步驟。下 文說明相關原理，并概述一種產(chǎn)生潮濕泡沫表面和從泡沫提取滿載 co2的吸附劑的方法和裝置。這些方法可以與任何適當?shù)奈絼┗厥?方法一起使用。它們不限于從空氣捕集二氧化碳，而是可以容易地擴 展到從任何氣流捕集微量氣體混合物。如下文所述，實施的細節(jié)將取 決于微量氣體的濃度、吸收或吸收反應的速率和相關流速。重要的還 在于處理的目的是否是要從混合物捕集出所有微量氣體以便凈化氣 體，或者目的是否是要從混合物收集微量氣體的有價值的流，而不是 意圖從運載氣體消除幾乎全部微量。作為示例，用碳酸鈉溶液潤濕并具有通過其的空氣通道的聚亞安 酯開;^孔泡沫塊將從吹過通道的空氣吸收C02。例如，對于具有l(wèi)至 3 cm的直徑的直線管狀通道，每單位的管表面C02的攝取速率遠遠超 過等強度的碳酸鈉的液體溶液。雖然不希望被理論限制，但相信該擴 大是由于非常細微地構造的內部泡沫表面，該內部泡沫表面相對于名 義表面大大增大了有效表面，該名義表面是通過通道的幾何尺寸測量 的，并且在定義上忽視了泡沫的細微結構。在圓柱形通道的半徑為/ 并且其長度為丄的情況下，名義表面面積定義為
覆蓋泡沫表面的液體的表面面積或捕集在泡沫中的小液滴的表面 面積當然大得多。實際暴露的表面面積取決于泡沫有多精細、其被潤濕的是多大部分、這些表面的幾何結構和來自空氣的C02可接觸到的孔周圍的泡沫層的厚度。由于內部泡沫表面中的許多距離通道太遠以 至于氣態(tài)擴散無法到達，所以不是全部泡沫體積都能相等地接觸包含在吹過通道的空氣中的co2。然而，氣態(tài)擴散比液態(tài)擴散快大約四個數(shù)量級。因而我們可實現(xiàn)C02基本穿透到泡沫材料中。基于這些泡沫或從在這些泡沫上進行的試驗可以看出，泡沫材料 內部的壓力梯度使對流流動遍及比簡單通過擴散所能達到的大得多的泡沫體積。結果，活性泡沫體積很大，限制了橫穿泡沫基體的肉眼可 見的通道之間的最小間隔。相反，可獲得的活性流動體積的尺寸很大。 在此以及在以下討論中，我們將考慮將聚亞安酯泡沫和碳酸氫鈉 作為待從環(huán)境空氣中提取的二氧化碳的吸附劑。然而，這里給出的概 念不限于溶劑、吸附劑和吸著物的這些選擇，而是可以較一般地應用。 該方法對于在運栽氣體中非常稀薄的氣體成分的部分提取而不是主要 考慮完全回收的情況尤其有用。在我們的共同待審定申請序列號11/209962中，我們概述了一種 用吸附劑覆蓋的表面接觸空氣的策略。我們表明了 ，用典型為吸收co2 的氫氧化物或碳酸鹽溶液的慢反應動力學，應設置用于層流的直線通道，以對于在橫穿收集結構的壓力降中給定的能量投入使C02的攝取最大化。如果液體側反應動力學可被改進，則較復雜的通道將減小空 氣側限制，但對于低反應動力學，具有平滑表面的直線通道顯得最有 效。我們因此想到通過形成穿過泡沫的通道制成的表面，空氣可沿該 通道移動過多塊泡沫或者通過橫穿泡沫的基本直線的通道。在我們較 早的美國臨時申請序列號60/649341中所述的情況下，空氣流沿泡沫 的表面建立邊界層，co2可穿過該邊界層從大量氣體擴散到泡沫表面。 C02可從此處進一步移動，直到其到達氣體-液體邊界，在該邊界處， C02將被吸收到液體中。對于具有厘米量級的特征寬度的通道，空氣
中的擴散常數(shù)將到通道壁的流量限制到10-4 mol m—2 s—1的量級。在這里討論的流動通道設計中，對于像l摩爾NaOH那樣的強堿性吸附劑，對于C02攝取的液體側限制變得類似于氣體側限制。因而，通常不可能超過用于NaOH的液體表面上方的空氣流的這些攝取速 率。通過減小空氣側限制，例如通過減薄邊界層，這可通過使通道寬 度變窄或通過引入減小邊界層厚度的湍流實現(xiàn)，會遇到對攝取的液體 側限制。另一方面，例如通過增大有效表面面積減小液體側限制無法 較大地改變攝取速率，除非也減小空氣側限制。對于像碳酸鈉一樣的弱堿性吸附劑，情況的主要區(qū)別在于液體側 限制嚴重地限制了在液體表面上的攝取速率。在這種情況下的空氣側 限制可被忽略。結果，測得的攝取速率在10"molm-、"的量級上。對于攝取速率限制在液體側上的像碳酸鈉溶液一樣的弱吸附劑， 有效地增大液體表面面積在整個性能上具有非常積極的效果。我們用 碳酸鹽潤濕的泡沫的試驗的結果是C02攝取速率是大約2xl(T4 mol nT2 s"。用NaOH的攝取速率略高于此，但它們無法顯示出與在平的 液體表面上的攝取速率相比的類似改進。不希望被理論限制，我們猜 測，平表面與泡沫表面之間的區(qū)別起于這樣的事實，即，NaOH的攝 取在管表面附近的薄層中基本結束，并且由于攝取已經(jīng)結束，因此泡 沫中較深的潤濕泡沫表面不能有助于攝取。然而，即使通過在空氣中 產(chǎn)生高度湍流，產(chǎn)生較薄的空氣側邊界，并且因而增大到泡沫中的co2 流量，增量也不會像碳酸鹽一樣大，這是因為雖然這次是通過增加泡 沫內部的氣體擴散距離，但空氣側限制卻仍保持。通過產(chǎn)生泡沫內部 的快氣流，將克服該限制，但僅在極大的能量消耗的代價下。為了使 泡沫用氫氧化鈉溶液獲得類似的增強因素，將需要從名義表面的端距 離內的內部表面與名義表面的大比例。由于較小的細孔易于充滿液體 并且因而不會增大可用表面面積，因此這是困難的?？傊?，對于所觀察到的效果的解釋很可能如下潤濕的泡沫提供 每單位體積的泡沫的一定量的潤濕面積。如果我們假設典型的細孔尺寸為d，并且占據(jù)的體積為^，則每個細孔典型的可用面積將為ad2，
其中Ct是通常在1的數(shù)量級上可假設的幾何系數(shù)。每單位體積的泡沫 可用的潤濕表面面積因而通過比例7= /^給出。因此，至少只要幾何 系數(shù)Ct可保持恒定，細孔尺寸越精細，可用表面面積就越大。然而， 注意到，如果細孔被完全填滿，這對于泡沫中的小細孔可能發(fā)生，則 a趨向于零?？捎玫募毧卓膳c接觸泡沫的外表面的C02流接觸的深度取決于攝取的速率。簡言之，假設細孔中的空氣保持靜止，向內的co2的流量由擴散的速率限制，并且為了維持10-4moln^s"的流量，厚 度由以下方程限制這里F是通過表面的二氧化碳流量，其中F-lxlO^moln^s-1, C02的環(huán)境濃度pC02 = 0.015 mol nT3，空氣中的C02的擴散常數(shù)D -l^xlO-Sm2^,以及l(fā)是吸收泡沫層的厚度。不希望受到理論限制， 我們估計在主張情況下的活性泡沫層具有厚度k- 1 mm。試驗表明有 效厚度遠大于此，這表明到泡沫中的輸送機理并不完全依賴分子擴散?？赡苁峭ǖ琅c泡沫之間的邊界上的表面粗糙度產(chǎn)生小的壓力波 動，該小的壓力波動繼而促進氣體以超過分子擴散速率的速率流入和 流出泡沫。假設情況就是這樣，則泡沫的表面粗糙度是重要的設計參 數(shù)。試驗已表明，壓力波動可導致半英寸通道周圍的幾厘米的利用。我們的試驗已表明，可通過將聚亞安酯泡沫浸泡在l摩爾或半摩爾的碳酸鈉溶液中并讓碳酸鹽用作C02吸附劑而獲得對于弱吸附劑的C02攝取速率上的顯著增加。通過保證泡沫體暴露于液體優(yōu)化了攝取 速率，將泡沫體暴露于液體是通過以下方式實現(xiàn)的，即，將泡沫塊浸彈性泡沫。與用上述的AQUAFOAM⑧進行的試驗相比，聚亞安酯泡沫基本 被除去了其在浸沒點包含的液體的體積的80 %至90%,所述 AQUAFOA1N^是容易保持液體的非常親水的酚醛泡沫，并且因而具有 完全填充有液體的細孔。與在酚醛泡沫(AQUAFOAM )上的試驗相 比，在用聚亞安酯泡沫的試驗中，攝取的持續(xù)時間從數(shù)天或數(shù)周銳減
到幾十分鐘。作為回報，對于像半摩爾的碳酸鈉溶液這樣的弱吸附劑， 攝取速率大大提高。兩個試驗的主要區(qū)別在于，在前一個試驗中泡沫 填充有流體，而在后一個試驗中，泡沫體積主要填充有氣體。試驗期 間聚亞安酯泡沫塊的斷斷續(xù)續(xù)的浸泡將使細孔空間填充有液體，并導 致C02攝取的立即減少，C02的攝取僅在包含在泡沫中的液體水平被適當?shù)販p少之后才會恢復。雖然碳酸鹽溶液的CX)2攝取大大提高，但水蒸發(fā)的速率基本沒變。水蒸發(fā)又將僅從通道壁的表面發(fā)生，系統(tǒng)內的細孔空間有效地飽和有 水蒸氣，并且因而并不有助于蒸發(fā)。因而相對于利用平液體表面的系統(tǒng)，相對于C02攝取速率的水損失速率大大減小。親水性的表面、疏水性的表面和混合表面的角色在這點上沒有被 完全理解。每個都具有優(yōu)點和缺點。疏水性控制保持在泡沫中的液體 的量和該液體可被均勻地施加的容易程度。因而，相信具有稍大于通 常的細孔尺寸的親水性酚醛泡沫可將良好的潤濕特性與適當?shù)牡偷乃?保持水平相結合。多數(shù)可從市場上買到的酚醛泡沫設計成保持水，因 而不能良好地適合該應用。我們已研究的泡沫中的某些是硬泡沫，這些硬泡沫如果經(jīng)受大的 壓縮則會被壓碎并被機械地破壞。其它泡沫非常有彈性并且因此可被 "擠壓"。硬泡沫僅可充滿流體。為了維持飽和的適當水平，必須使這 種泡沫排液。另一方面，可以通過將在壓力下的像空氣一樣的氣體驅 動到泡沫基體中而將液體推出泡沫。流動圖案中的不均勻性、排出和干燥速率會使這些泡沫的使用非 常具有挑戰(zhàn)性。在軟的彈性泡沫的情況下，可以通過擠壓泡沫基體將 流體移入或移出泡沫。在硬泡沫的情況下，轉動泡沫將有助于將流體 均勻地分配到整個泡沫的體積。因而，本發(fā)明的另一個方面是關于從軟的彈性泡沫結構以及從無 法在不損壞泡沫結構的情況下被壓縮的泡沫施加和提取液體。潤濕泡沫最簡單的方法是在頂部上施加流體并使其通過重力排 出。尤其是容易排液的具有大單元的泡沫或網(wǎng)狀泡沫適合于該方法。
如果潤濕泡沫是通過流動的流體和基于重力的排液實現(xiàn)的，則慢慢地 轉動泡沫有助于獲得泡沫內的均勻的流體覆蓋。轉動軸線的方向必須 具有水平方向上的分量，從而當轉動改變泡沫與重力方向的對準時并不改變泡沫內的流動方向。轉動速度匹配于泡沫和流體流動特性，從 而使大量流體不全在轉動時可流到泡沫體積的底部。通過適當?shù)爻尚?泡沫，甚至可以在轉動泡沫塊的過程中輸送流體。例如，泡沫可成形為如圖14 (a)所示的封閉的螺旋形200,并且繞其軸線慢慢地轉動， 其邊緣或外周202浸到容納液體吸附劑流體206的盤或池204中。如 以前，通道208可形成為通過泡沫以形成空氣的通路?；蛘撸菽?形成為如圖14 (b)所示的開放的螺旋形210，并慢慢地轉動，其外周 進入容納有液體吸附劑流體的盤或池214中。而且，如果希望，泡沫 螺旋的中心軸線端部可安裝在于泡沫螺旋一起轉動的吸附劑收集托盤 216中。這種情況下的轉動將來自形狀的邊緣的流體逐漸移動到其中 心，在該中心處，流體可從泡沫被提取。在可被彈性地壓縮的泡沫中，可通過擠壓和釋放泡沫移動流體而 保證流體混合。參照圖15(a) -15(c)，為了移動液體通過泡沫結 構，可通過使輥子42在泡沫44的表面上移動或通過在平板之間擠壓 泡沫塊施加外部壓力。輥子42可以是在泡沫的兩側滾動的平滑圓柱形 表面。輥子將外部泡沫表面推向彼此，并且因而迫使流體流動并混合 遍布整個體積?；蛘?，可使用在一側上的單個輥子和在泡沫背面將泡 沫保持就位的剛性表面。該布置對較薄的泡沫尤其有用，在較薄的泡 沫的情況下，第二個輥子的額外成本和伴隨的結構復雜性是不適當?shù)摹］佔拥谋砻婵蓸嬙觳⒊尚纬赏ㄟ^改變局部擠壓的角度增大泡沫中 的流體運動，而不是具有平滑表面。參照圖16 (a)-圖16 (b)，選 擇包括具有跟隨輥子軸線的脊部的簡單溝槽(fluting) 46?；蛘呖煽?慮繞輥子周向延伸的脊部或具有凹口和凸起的表面。借助這些結構化 的表面中的任意一種，有用的是使表面匹配在相對的輥子(結構壁的 形狀)上，從而優(yōu)化流體流動圖案。必須注意使泡沫中的體積變化最 大，同時使泡沫中的剪切應力最小。
我們在此為了說明的目的而討論的一個具體實施方式
可以是具有 大的寬度和高度以及較小厚度的矩形形狀的泡沫基體，例如，可考慮2米高、l米寬和0.3米厚的泡沫塊。窄管狀通道在塊的0.3m的厚度 上橫穿該塊?？諝鈱⒀赝ǖ赖姆较蛄鬟^泡沫，在泡沫的最小尺寸的方 向上橫穿泡沫。液體將施加到泡沫的兩側或頂部，并且輥子將橫跨2 m 高、1 m寬的矩形面。滾動動作將擠壓液體就位，具有高度壓縮的向 下行程可用于向下擠壓液體，并使其從塊的底部排出。輥子將在泡沫側面上上下移動，它們可以向內或向外移動以修改 在泡沫上的壓縮。具有較小壓縮的向上行程可用于建立遍布整塊的均 勻流體填充。液體可施加在塊的頂部并通過輥子推下。某些流體將被向下推， 并且根據(jù)輥子之間的間隙一定量的流體留在泡沫基體中。如果泡沫的 高度不是太大，所有流體可在頂部施加，并被推下到底部?；蛘撸?們可以將流體在輥子前面噴射到泡沫的側面上。如果壓縮設置成高， 則輥子可用于擠壓出流體，該流體當推出輥子的側面時在輥子前面直 接被捕集，或者如果輥子的速度足夠低，流體將被推到泡沫墊的底部， 流體在該處將被排出并被收集。因而可以通過注射另外的載體流體或 僅是從泡沫擠壓出液體而從墊去除液體。在第二應用中，流體施加到 泡沫，通過較低水平的壓縮，流體被均勻地施加到泡沫墊的體積上。如圖17 (a) -17 (c)所示的輥子的替代方案可以是擠壓泡沫50 的整個區(qū)域的相對的平板48。這對這種布置尤其有效，即，其中空氣 流對準在豎直方向上，并且泡沫的壓縮用于平行于空氣流動方向將流 體擠壓到泡沫中并擠壓出泡沫，該空氣流動方向通常代表泡沫墊的最 小尺寸。還可以在擠壓之前轉動泡沫墊，并將其從豎直位置移動到水 平位置。最后還可以移動墊通過輥子，并且將輥子按照在固定的位置上。 泡沫移動而不是輥子移動的具體實施方式
可以是這樣的設計，即， 其中泡沫作為連續(xù)環(huán)像皮帶一樣在填充并擠壓泡沫的輥子上移動，同 時泡沫在無端回線中移動?？梢砸愿鞣N方式布置這些環(huán)，尤其可以使環(huán)上下豎直地延伸，或者使其水平地延伸。因而，可以通過吸收注射到泡沫中的液體中感興趣的化合物從氣 流收集稀釋的氣體。存在的液體的量選擇成使流過泡沫的氣體幾乎沒有阻礙，大量的細孔體積(volumes)填充有氣體，并且填充有氣體的 細孔空間相互連接，從而使其可以通過擴散或其它方法將C02從一個 細孔輸送到下一個細孔，直到C02被吸收。對于空氣側限制的流動，通道理想地是直的，但可通過在流場中 產(chǎn)生壓力波動提高吸著物氣體到泡沫結構中的移動的有效速率?？梢?，本發(fā)明提供了一種用于從空氣凈化氣體的新穎的并且低成 本的系統(tǒng)。本發(fā)明的特征和優(yōu)點在于，由于使用了用于空氣/吸附劑交 換器的低成本的泡沫，因此系統(tǒng)的成本顯著降低。泡沫的成本如此低， 以至于其可被使用并且然后被丟棄。例如，泡沫可被去除并粉碎，以 回收吸附劑，并且泡沫可被丟棄，或者為了其能量成分而被燃燒。
權利要求
1.一種用于從氣流吸收氣體成分或將氣體成分添加到氣流的設備，所述設備包括一個或更多個由開放孔泡沫制成的泡沫部件，所述泡沫部件可通過液體吸附劑潤濕，其中所述泡沫部件包括開放通路并且/或者多個泡沫部件相互間隔布置以形成開放通路，用于使氣體流過或四處流動，因而當氣流穿過所述通路時，泡沫上的液體吸附劑可與氣體相互作用以吸收氣體成分或將揮發(fā)物成分排放到氣流中。
2. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備還包括結 構支撐件，以將泡沫部件保持就位。
3. 根據(jù)權利要求2所述的設備，其特征在于，結構支撐件在泡沫 部件外部。
4. 根據(jù)權利要求2所述的設備，其特征在于，結構支撐件在泡沫 部件內部。
5. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，泡沫部件在使用之 前用液體吸附劑預潤濕。
6. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備還包括一 流體處理器，用于將液體吸附劑周期性地傾倒到泡沫上，以用新鮮的 液體吸附劑取代用過了的液體吸附劑，并用于收集從泡沫排出的用過 了的液體吸附劑。
7. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備還包括一 流體處理器，用于將液體吸附劑連續(xù)地添加到泡沫，并用于收集從泡 沫排出的用過了的液體吸附劑。
8. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，泡沫成形為通過使 流動成漏斗狀優(yōu)化液體吸附劑的攝取和排出。
9. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，不用于氣體接觸的 泡沫的肉眼可見的表面被至少部分地密封。
10. 根據(jù)權利要求9所述的設備，其特征在于，使不用于氣體接 觸的泡沫的表面塌陷以封閉開放孔，并由此產(chǎn)生不能滲透的保護表面。
11. 根據(jù)權利要求9所述的設備，其特征在于，不用于氣體接觸 的泡沫的表面至少部分地覆蓋有不能透過流體吸附劑的材料。
12. 根據(jù)權利要求11所述的設備，其特征在于，涂層包括膜。
13. 根據(jù)權利要求11所述的設備，其特征在于，涂層包括就地形 成的涂層。
14. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，通過泡沫的通路 以一種方式布置以允許氣體沿直線流動，從而使氣流基本維持具有最 小流動阻力的層流。
15. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述泡沫包括可 由水潤濕的開放孔泡沫。
16. 根據(jù)權利要求15所述的設備，其特征在于，所述開放孔泡沫 包括花卉保持泡沫。
17. —種用于從氣流吸收氣體雜質的裝置，包括兩個或更多個如 權利要求1所述的設備，這些設備堆疊起來從而使流體可從一個傳遞 到下一個。
18. 根據(jù)權利要求17所述的裝置，其特征在于，從一個設備排出 的流體流作為流體輸入被引入到另 一個設備。
19. 一種用于從空氣捕集二氧化碳的方法，該方法包括提供用吸 附劑潤濕的開放細孔泡沫材料，并傳遞與所述泡沫的潤濕區(qū)域接觸的 空氣流。
20. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，所述泡沫在使用 之前用吸附劑潤濕。
21. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括周 期性地為泡沫補充吸附劑的步驟。
22. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括粉 碎泡沫并從泡沫回收液體吸附劑的步驟。
23. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，所述吸附劑包括 苛性堿溶液。
24. 根據(jù)權利要求23所述的方法，其特征在于，所述吸附劑包括氬氧化鈉的液體溶液。
25. 根據(jù)權利要求23所迷的方法，其特征在于，所述吸附劑包括 氫氧化鉀或氫氧化鈣的液體溶液。
26. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，所述吸附劑包括 在制造期間灌注在泡沫內的固體苛性堿。
27. —種用于增強氣流中的微量氣體與液體或固體吸附劑之間的 接觸的方法，該方法包括在開放和/或網(wǎng)狀孔泡沫中產(chǎn)生吸附劑覆蓋的 表面，以及使氣流沿低阻力通路流過泡沫，其中孔泡沫主要填充有氣 體，并且其中孔泡沫內的氣體體積中的至少一些相互連接，并且連接 到在穿過泡沫的通道中的氣流。
28. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其特征在于，所述吸附劑包括 保持在泡沫的細孔中的液體，作為用于泡沫的涂層或作為保持在泡沫 結構內的液滴。
29. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其特征在于，所述方法包括以 下步驟，即，將固體吸附劑微粒的液體懸浮物引入到泡沫中，并至少 部分地排出或蒸發(fā)所述液體，以將固體微粒留在所述泡沫中。
30. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其特征在于，使所述氣流流過 形成在泡沫中的流動通道。
31. 根據(jù)權利要求30所述的方法，其特征在于，所述流動通道是 圓柱形的。
32. 根據(jù)權利要求30所述的方法，其特征在于，所述流動通道具 有產(chǎn)生復雜流動的復雜形狀的壁，用于減小所述流動與所述流動通道 的壁之間的邊界層的厚度。
33. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其特征在于，所述方法包括改 變進入泡沫的運載氣體的流動以增強進入泡沫結構的吸著物氣體的輸 送的步驟。
34. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其特征在于，所述泡沫包括疏 水性材料。
35. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其特征在于，所述泡沫包括親 水性材料。
36. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其特征在于，所述泡沫既包括 親水性成分又包括疏水性成分。
37. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其特征在于，所述吸附劑包括 附著到泡沫結構上的微粒。
38. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其特征在于，所述吸附劑包括 被固定在泡沫基體中的固體微粒。
39. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其特征在于，所述吸附劑包括 親水性的和疏水性的微粒的組合。
40. 根據(jù)權利要求39所述的方法，其特征在于，所述微粒作為懸 浮物被沖洗到泡沫中。
41. 根據(jù)權利要求39所述的方法，其特征在于，所述微粒在起泡 沫(foaming)過程中被就地捕集。
42. 根據(jù)權利要求39所述的方法，其特征在于，所述泡沫具有0.1 mm與1 mm之間的細孔尺寸。
43. 根據(jù)權利要求39所述的方法，其特征在于，所述泡沫被浸在 吸附劑液體中，包括轉動與儲蓄器中的吸附劑液體接觸的泡沫以潤濕 泡沫的步驟，過量流體通過重力從泡沫結構排出。
44. 根據(jù)權利要求43所迷的方法，其特征在于，所迷泡沫包括大致平行于轉動軸線延伸的通道。
45. 根據(jù)權利要求43所述的方法，其特征在于，所述方法包括將 新鮮吸附劑液體添加到儲蓄器的步驟。
46. 根據(jù)權利要求27所迷的方法，其特征在于，所迷泡沫包括可 彈性變形的泡沫，并且所述方法包括通過壓縮泡沫從泡沫基體擠壓出 吸附劑液體的步驟。
47. 根據(jù)權利要求46所述的方法，其特征在于，所述泡沫在一個 或更多個輥子或板之間或者在輥子和板的組合之間被壓縮。
48. 根據(jù)權利要求47所迷的方法，其特征在于，所述輥子具有結 構化的表面。
49. 根據(jù)權利要求48所述的方法，其特征在于，所述輥子具有平 行于輥子軸線或沿圓周方向延伸的脊部。
50. 根據(jù)權利要求48所述的方法，其特征在于，所述輥子具有不 同形狀的凹口和凸起。
51. 根據(jù)權利要求47所述的方法，其特征在于，所述輥子相對于 固定地定位的泡沫移動。
52. 根據(jù)權利要求47所述的方法，其特征在于，所述泡沫相對于 固定地定位的輥子移動。
53. 根據(jù)權利要求47所述的方法，其特征在于，所述方法包括控 制輥子或板之間的間距與泡沫以控制從泡沫擠的流體擠出或泡沫中的 流體分配的步驟。
54. 根據(jù)權利要求53所述的方法，其特征在于，所述方法包括控 制輥子之間的間距以選擇性地擠壓和分配新鮮吸附劑的步驟，其中在 流體擠壓與流體分配步驟之間鄰近泡沫的頂部或在移動的輥子之前施 加新鮮的吸附劑。
55. 根據(jù)權利要求54所述的方法，其特征在于，所述輥子在流體 提取步驟中相對于泡沫沿向下方向移動，并且在流體分配步驟中相對 于泡沫沿向上方向移動。
56. 根據(jù)權利要求54所述的方法，其特征在于，所述泡沫在流體 提取步驟中相對于輥子沿向上方向移動，并且在流體分配步驟中相對 于輥子沿向下方向移動。
57. 根據(jù)權利要求54所述的方法，其特征在于，所述方法包括在 所述流體分配步驟之后使輥子返回到其上方位置而基本不壓縮泡沫的 步驟。
58. 根據(jù)權利要求46所述的方法，其特征在于，在相對的輥子之 間支承有泡沫的連續(xù)環(huán)，并且環(huán)的一個端部浸沒在液體吸附劑池中， 并且泡沫環(huán)通過輥子驅動，從而被補充有來自吸附劑池的新鮮吸附劑， 同時從泡沫去除用過了的吸附劑。
59. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括將 表面活性劑添加到吸附劑以調節(jié)泡沫的流體保持力的步驟。
60. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其特征在于，所述方法包括將 表面活性劑添加到吸附劑以調節(jié)泡沫的流體保持力的步驟。
61. —種用于增強氣流中的微量氣體與液體或固體吸附劑之間的 接觸的裝置，該裝置包括具有流動通道的開放和/或網(wǎng)狀孔泡沫，所述 流動通道相對于細孔尺寸較大，用于引導氣流沿低阻力通路通過泡沫， 開放孔泡沫主要填充有氣體，泡沫內的氣體體積中的至少一些相互連 接，并且連接到通道中的氣流，并且用于選定的氣體的吸附劑覆蓋泡 沫或形成捕集在泡沫內的液滴。
62. 根據(jù)權利要求61所述的裝置，其特征在于，所述吸附劑包括 潤濕泡沫的固體吸附劑微粒的懸浮物。
63. 根據(jù)權利要求61所述的裝置，其特征在于，所述吸附劑包括 干燥在泡沫上的固體吸附劑微粒。
64. 根據(jù)權利要求61所述的裝置，其特征在于，所述泡沫被直線 通道橫穿。
65. 根據(jù)權利要求64所述的裝置，其特征在于，所述通道是圓柱 形的。
66. 根據(jù)權利要求61所述的裝置，其特征在于，所述通道具有產(chǎn) 生復雜流動的復雜形狀的壁，用于減小泡沫與通道之間的邊界層的厚 度。
67. 根據(jù)權利要求61所述的裝置，其特征在于，所述泡沫包括疏 水性材料。
68. 根據(jù)權利要求61所述的裝置，其特征在于，所述泡沫包括親 水性材料。
69. 根據(jù)權利要求61所述的裝置，其特征在于，所述泡沫既包括 親水性材料又包括疏水性材料。
70. 根據(jù)權利要求63所述的裝置，其特征在于，所述固體微粒附 著在或被固定在泡沫的籠結構中。
71. 根據(jù)權利要求69所述的裝置，其特征在于，所述吸附劑包括相反的水可潤濕性的微粒。
72. 根據(jù)權利要求61所述的裝置，其特征在于，所述吸附劑作為 懸浮物被沖洗到泡沫中。
73. 根據(jù)權利要求61所述的裝置，其特征在于，所述吸附劑在起 泡沫過程中被就地捕集。
74. 根據(jù)權利要求61所述的裝置，其特征在于，所述細孔尺寸在 0.1 mm與1 mm之間。
75. 根據(jù)權利要求62所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括 驅動機構，用于轉動部分地浸沒在一定量的吸附劑流體中的泡沫結構。
76. 根據(jù)權利要求75所述的裝置，其特征在于，所述泡沫包括橫 向于轉動軸線延伸的通道。
77. 根據(jù)權利要求61所述的裝置，其特征在于，所述泡沫包括可 彈性變形的泡沫。
78. 根據(jù)權利要求77所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括 一個或更多個輥子或板，用于選擇性地壓縮泡沫，以將過量吸附劑從 泡沫擠出或在泡沫內分配吸附劑。
79. 根據(jù)權利要求78所述的裝置，其特征在于，所述輥子具有結 構化的表面。
80. 根據(jù)權利要求79所述的裝置，其特征在于，所述輥子具有平 行于輥子軸線或沿圓周方向延伸的脊部。
81. 根據(jù)權利要求79所述的裝置，其特征在于，所述輥子具有不 同形狀的凹口和凸起。
82. 根據(jù)權利要求78所述的裝置，其特征在于，所述輥子被固定 地定位，并且所述泡沫在輥子之間來回移動。
83. 根據(jù)權利要求78所述的裝置，其特征在于，所述泡沫被固定 地定位，并且所述輥子相對于泡沫移動。
84. 根據(jù)權利要求78所述的裝置，其特征在于，所述輥子或板之 間的間距是可調節(jié)的，以便控制流體擠出和泡沫中的流體分配。
85. 根據(jù)權利要求78所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括 用于鄰近泡沫的頂部或在移動的輥子前面供給新鮮吸附劑的設備。
86.根據(jù)權利要求78所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括在 兩個相對的輥子上伸長的泡沫的連續(xù)環(huán)，并且所述環(huán)的一個端部浸沒 在一定量的液體吸附劑中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空氣/液體交換器，該交換器包括支承液體吸附劑的開放孔泡沫(102)。該交換器可用于從空氣去除微量氣體成分。
文檔編號B01D53/02GK101128248SQ200680003905
公開日2008年2月20日 申請日期2006年2月2日 優(yōu)先權日2005年2月2日
發(fā)明者A·B·賴特, E·J·彼得斯, K·S·拉克納 申請人:環(huán)球研究技術有限公司