用于碳捕集的结构的气体处理主体的制作方法

本发明涉及用于气体处理应用的整体式(monolithic)结构的主体，特别涉及用于通过吸附从气流中去除二氧化碳(co2)的这类主体。

背景技术：

1、正如目前所理解的那样，由人类活动引发的全球变暖和相关的气候变化对许多生态系统和人类生活方式构成了存在性的威胁。化石燃料的开采和燃烧是通过大量释放吸热气体(包括甲烷和二氧化碳)导致全球变暖的主要原因。二氧化碳占温室气体排放的大部分，因为近年来二氧化碳的浓度超过了400ppm。目前的二氧化碳水平超过了过去80万年中的任何浓度。

2、鉴于大气中二氧化碳浓度的这一惊人趋势，各国和工业界已经启动了各种缓解战略，以减少二氧化碳排放和甲烷排放。车辆和运输系统的电气化引起了相当大的关注。此外，向绿色/可再生能源(包括风能和太阳能)的过渡得到了大量私人和公共投资。尽管这些缓解策略很有希望，但未能解决目前大气中的二氧化碳问题。因此，目前的二氧化碳水平只能留给缓慢的自然降解过程。

技术实现思路

1、在一方面，本文描述了用于从环境大气和/或排气源捕集二氧化碳的整体式结构的主体。在一些实施例中，整体式结构的气体处理主体包括外周壁和多个内隔壁，所述外周壁和多个内隔壁整个分散有包含无机氧化物组合物的载体，所述载体包括分级孔隙结构，所述分级孔隙结构具有在直径范围为600至50,000埃的孔中至少0.24-1.0cc/g的大孔孔隙率，以及在直径范围为20至300埃的孔中至少0.17cc/g的介孔孔隙率，其中所述载体的总孔隙率在直径范围为20-100,000埃的孔中为至少0.41cc/g。除了具有上述无机氧化物组合物和分级孔隙结构的载体外，整体式结构的气体处理主体还具有以下结构特征：

2、(a)至少100mm的水力直径；

3、(b)至少85个单元/平方英寸(cpsi)；

4、(c)0.1mm至0.3mm的内隔壁的平均厚度；

5、(d)至少65％的开放的正面区域；和

6、(e)至少500g/cm2的横向压缩强度。

7、此外，在一些实施例中，整体式结构的气体处理主体还包括一种或多种化学物种，所述一种或多种化学物种可操作用于从经气流流动的整体式结构的气体处理主体中捕集二氧化碳(co2)。例如，一种或多种化学物种可以操作以从气流中吸附co2。可操作用于从气流中吸附co2的一种或多种化学物种与呈现分级孔隙结构的载体相关联。用于co2吸附的一种或多种化学物种可以分散在整个载体中，存在于分级孔隙结构的介孔、大孔、或其组合中。在与载体相关联过程中，用于co2吸附的化学物种可以分散在整个内隔壁中。这种结构与将耐火氧化物层涂覆在基底上作为吸附剂化学物种的支撑的洗涂层有根本不同。此外，气流可以是环境空气或排出气流。如本文进一步描述的，化学物种可以是有机化合物或无机化合物。

8、在另一方面，本文描述了处理气流的方法。在一些实施例中，一种方法包括提供整体式结构的气体处理主体，使气流流过整体式结构的气体处理主体，以及用整体式结构的气体处理主体从气流中吸附co2。除了上述特性(a)-(e)之外，整体式结构的气体处理主体还包括外周壁和多个内隔壁，所述外周壁和多个内隔壁整个分散有包含无机氧化物组合物的载体，所述载体包括分级孔隙结构，所述分级孔隙结构具有在直径范围为600至50,000埃的孔中至少0.24-1.0cc/g的大孔孔隙率，以及在直径范围为20至300埃的孔中至少0.17cc/g的介孔孔隙率，其中所述载体的总孔隙率在直径范围为20-100,000埃的孔中为至少0.41cc/g。可操作用于从气流中吸附co2的一种或多种化学物种与呈现分级孔隙结构的载体相关联。

9、在一些实施例中，处理气流的方法还包括脱附由整体式结构的气体处理主体所捕集的co2。所捕集的co2可以通过加热整体式结构的气体处理主体来脱附。在一些实施例中，用蒸汽或加热的氮气(n2)来加热整体式结构的气体处理主体以脱附所捕集的co2。一旦被脱附，co2就被进一步加工和储存。

10、在以下详细的描述中进一步描述这些和其他实施例。

技术特征：

1.一种整体式结构的气体处理主体，其包括：

2.根据权利要求1所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述大孔孔隙率包括在直径范围为600至5,000的孔中至少0.08cc/g的第一孔隙率分布，以及在直径范围为大于5,000埃至高达50,000埃的孔中至少0.16g/cc的第二孔隙率分布。

3.根据权利要求1所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述无机氧化物组合物包含小于5wt.％的钨、钒、铁和/或钼的氧化物。

4.根据权利要求1所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述无机氧化物组合物是基于氧化铝(al2o3)的。

5.根据权利要求1所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述无机氧化物组合物是基于二氧化钛(tio2)的。

6.根据权利要求1所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述液压直径为至少130mm。

7.根据权利要求1所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述cpsi为至少140。

8.根据权利要求1所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述开放的正面区域为至少70％。

9.根据权利要求1所述的整体式结构的气体处理主体，其中在直径范围为20至300埃的孔中所述介孔孔隙率为至少0.30cc/g。

10.根据权利要求9所述的整体式结构的气体处理主体，其中在直径范围为20至-100,000埃的孔中载体的所述总孔隙率为至少0.50cc/g。

11.根据权利要求1所述的整体式结构的气体处理主体，其中横向压缩应力为至少750g/cm2。

12.根据权利要求1所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述内隔壁的平均厚度为0.1mm至0.2mm。

13.根据权利要求1所述的整体式结构的气体处理主体，进一步包含一种或多种纤维增强剂。

14.根据权利要求13所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述一种或多种纤维增强剂选自由玻璃纤维、陶瓷纤维和碳化硅纤维组成的组。

15.根据权利要求13所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述一种或多种纤维增强剂以3-30重量％的量存在于所述整体式结构的气体处理主体中。

16.根据权利要求1所述的整体式结构的气体处理主体，还包括一种或多种化学物种，所述一种或多种化学物种可操作用于从经气流流动的整体式结构的气体处理主体捕集co2。

17.根据权利要求16所述的整体式结构的气体处理主体，其中可操作用于从气流中捕集co2的一种或多种化学物种与呈现分级孔隙结构的载体相关联。

18.根据权利要求17所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述一种或多种化学物种包括一种或多种有机化合物。

19.根据权利要求18所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述一种或多种有机化合物包含胺官能团。

20.根据权利要求19所述的整体式结构的气体处理主体，其中有机化合物包括一种或多种包含胺官能团的聚合物物种。

21.根据权利要求20所述的整体式结构的气体处理主体，其中有机化合物包括聚亚烷基亚胺。

22.根据权利要求21所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述聚亚烷基亚胺包括聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺、或其组合。

23.根据权利要求17所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述一种或多种化学物种包括一种或多种无机化合物。

24.根据权利要求18所述的整体式结构的气体处理主体，其中至少80％的所述一种或多种有机化合物包含在所述介孔中。

25.根据权利要求18所述的整体式结构的气体处理主体，其中至少70％的所述一种或多种有机化合物包含在所述介孔中，并且通过包含所述一种或多种有机化合物，介孔体积减少小于70％。

26.根据权利要求19所述的整体式结构的气体处理主体，其中，在气流以110,000hr-1的空间速度流过所述整体式结构的气体处理主体的15分钟内，所述整体式结构的气体处理主体吸收每千克整体式结构的气体处理主体至少15g的co2，所述气流是环境空气或35℃下的模拟空气，其中按体积计具有450ppm co2、20％o2和2％h2o。

27.根据权利要求26所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述整体式结构的气体处理主体在100分钟后吸收每千克整体式结构的气体处理主体至少35g的co2。

28.根据权利要求26所述的整体式结构的气体处理主体，具有至少0.30cc/g的介孔孔隙率的整体式结构的气体处理主体在15分钟内吸附每千克整体式结构的气体处理主体至少25g。

29.根据权利要求28所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述整体式结构的气体处理主体在100分钟后吸收每千克整体式结构的气体处理主体至少45g的co2。

30.根据权利要求19所述的整体式结构的气体处理主体，其中，在气流以3,000hr-1的空间速度流过所述整体式结构的气体处理主体的2分钟内，所述整体式结构的气体处理主体吸收每千克整体式结构的气体处理主体至少10g的co2，所述气流是80℃下的排出气体或模拟排出气体，其中按体积计具有4％co2。

31.根据权利要求23所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述无机化合物包括碱金属氧化物。

32.根据权利要求16所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述无机氧化物组合物包括小于100ppm的铁或铁的化合物，所述铁或铁的化合物可操作用于氧化和/或其他降解所述一种或多种化学物种，所述一种或多种化学物种可操作用于从气流中捕集co2。

33.根据权利要求18所述的整体式结构的气体处理主体，其中所述一种或多种有机化合物使所述整体式结构的气体处理主体的横向压缩应力增加至少40％。

技术总结在一方面，本文描述了整体式结构的气体处理主体，其包括独特的分级孔隙结构和薄壁蜂窝构造，结合高开放的区域和足够的尺寸和机械强度，用于商业和工业应用，包括碳捕集应用。如本文进一步描述的，整体式结构的气体处理主体可以呈现蜂窝结构，其中内隔壁限定穿过整体式主体的纵向流动通道。技术研发人员：C·贝尔托勒,C·E·迪弗兰策斯克受保护的技术使用者：康明泰克股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/16