特表 2024-521733 優れた吸着接触器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-06-04

(54)【発明の名称】優れた吸着接触器

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/04 20060101AFI20240528BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20240528BHJP

   B01D 53/047 20060101ALI20240528BHJP

   B01J 20/18 20060101ALN20240528BHJP

   B01J 20/22 20060101ALN20240528BHJP

   B01J 20/26 20060101ALN20240528BHJP

【ＦＩ】

B01D53/04 110

C01B32/50

B01D53/04 220

B01D53/047

B01J20/18 A

B01J20/22 A

B01J20/26 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023572029

(86)(22)【出願日】2022-05-20

(85)【翻訳文提出日】2024-01-19

(86)【国際出願番号】 US2022030243

(87)【国際公開番号】W WO2022246191

(87)【国際公開日】2022-11-24

(31)【優先権主張番号】63/191,640

(32)【優先日】2021-05-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523025539

【氏名又は名称】エクソンモービル テクノロジー アンド エンジニアリング カンパニー

【氏名又は名称原語表記】ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(71)【出願人】

【識別番号】504466834

【氏名又は名称】ジョージア テック リサーチ コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100115749

【弁理士】

【氏名又は名称】谷川 英和

(74)【代理人】

【識別番号】100121223

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 悟道

(72)【発明者】

【氏名】ウェストン，サイモン シー．

(72)【発明者】

【氏名】ライブリー，ライアン ピー．

(72)【発明者】

【氏名】リールフ，マシュー ジェー．

(72)【発明者】

【氏名】コロス，ウィリアム ジェー．

(72)【発明者】

【氏名】クアン，ブンエイ

(72)【発明者】

【氏名】チャン，フォンイー

(72)【発明者】

【氏名】ジョン，ドン フィ

(72)【発明者】

【氏名】ガ，ソンビン

(72)【発明者】

【氏名】デウィット，スティーブン ジェー．エー．

(72)【発明者】

【氏名】リュー，ヤン

(72)【発明者】

【氏名】ホームズ，ハンナ イー．

【テーマコード（参考）】

4D012

4G066

4G146

【Ｆターム（参考）】

4D012BA01

4D012BA02

4D012CA03

4D012CB02

4D012CD10

4D012CG01

4D012CG03

4G066AB13B

4G066AB24B

4G066AC02C

4G066AC11B

4G066AC12C

4G066AC14C

4G066AC15C

4G066AC24C

4G066AC26C

4G066AC31C

4G066AC33C

4G066BA07

4G066BA25

4G066BA36

4G066CA35

4G066DA01

4G066FA03

4G146JA02

4G146JC05

4G146JC21

4G146JC25

4G146JC28

(57)【要約】

プロセスガス流が熱伝達流体によって汚染される可能性を低減又は最小化しつつ、改善された熱管理を許容可能な接触器構造が提供される。接触器構造体は、ガス流体からの成分の吸着を可能にするために導入されたガス流、又は、前回吸着された成分のパージガス流への脱着を促進するために導入されたガス流といった、プロセスガス流用の１又は複数組の流路を含んでいることが可能である。プロセスガス流路は、一体構造体の構造材料によって規定される流路に相当し得る。一体構造体は、接触器全体に相当するか、又は、一体構造体は、接触器の一部を形成するモノリスに相当し得る。接触器構造体は、熱伝達流体用の１又は複数組の流路も含むことが可能である。熱伝達流体流路も、一体構造体の構造材料によって規定され得る。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一体構造体の構造材料によって規定される複数の第１のプロセスガス流路であって、前記構造材料は少なくとも１つの吸着剤成分を含む、複数の第１のプロセスガス流路と、
前記一体構造体の構造材料によって規定される複数の第２の熱伝達流体流路と、
前記プロセスガス流路に流体連通した１つ又は複数のプロセスガス入口ヘッダと、
前記熱伝達流体流路に流体連通した１つ又は複数の熱伝達流体入口ヘッダであって、前記１つ又は複数のプロセスガス入口ヘッダ及び前記１つ又は複数の熱伝達流体入口ヘッダのうちの少なくとも１つは、前記一体構造体の構造材料によって規定されている、１つ又は複数の熱伝達流体入口ヘッダと、
前記プロセスガス流路又は前記熱伝達流体路に流体連通した少なくとも１つの出口ヘッダと、を備える吸着モジュール。

【請求項2】

前記プロセスガス流路についての流れの平均軸が、前記熱伝達流体流路についての流れの平均軸と、前記一体構造体の中心容積内で３０°以下だけ異なる、請求項１に記載の吸着モジュール。

【請求項3】

前記プロセスガス流路の第１の部分が、前記プロセスガス流路の第２の部分の断面積よりも小さい平均断面積を有し、前記プロセスガス流路の前記第２の部分は、前記プロセスガス流路の前記第１の部分より下流側にあり、前記プロセスガス流路の平均断面積は、任意選択により、前記プロセスガス流路の少なくとも一部について連続的に増加している、先行する請求項のいずれか１項に記載の吸着モジュール。

【請求項4】

前記一体構造体は、接触器を含み、
前記吸着モジュールは、
前記プロセスガス流路に流体連通したプロセスガス出口ヘッダであって、前記一体構造体の構造材料によって規定されているプロセスガス出口ヘッダと、
前記熱伝達流体流路に流体連通した熱伝達流体出口ヘッダであって、前記一体構造体の構造材料によって規定されている熱伝達流体出口ヘッダと、を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の吸着モジュール。

【請求項5】

ｉ）前記吸着モジュールは、前記一体構造体の構造材料によって規定された二次入口ヘッダを備え、前記熱伝達流体入口ヘッダは、前記二次入口ヘッダと前記熱伝達流体流路との間に流体連通を提供するか、
ｉｉ）前記吸着モジュールは、前記一体構造体の構造材料によって規定されたさらなる入口ヘッダを備え、前記プロセスガス入口ヘッダは、前記さらなる入口ヘッダと前記プロセスガス流路との間に流体連通を提供するか、又は、
ｉｉｉ）ｉ）とｉｉ）との組み合わせが提供される、請求項４に記載の吸着モジュール。

【請求項6】

前記一体構造体は、モノリスを備え、前記吸着モジュールは、複数の外殻片をさらに備え、前記モノリスは、少なくとも部分的に前記複数の外殻片に含まれる、先行する請求項のいずれか１項に記載の吸着モジュール。

【請求項7】

ａ）前記吸着モジュールは、前記モノリスと前記複数の外殻片のうちの少なくとも１つの外殻片との間に容積を含む二次入口ヘッダを備え、前記熱伝達流体入口ヘッダは、前記二次入口ヘッダと前記熱伝達流体流路との間に流体連通を提供するか、
ｂ）前記吸着モジュールは、前記モノリスと前記複数の外殻片のうちの少なくとも１つの外殻片との間に容積を含むさらなる入口ヘッダを備え、前記熱伝達流体入口ヘッダは、前記さらなる入口ヘッダと前記プロセスガス流路との間に流体連通を提供するか、又は、
ｃ）ａ）とｂ）との組み合わせが提供される、請求項６に記載の吸着モジュール。

【請求項8】

前記構造材料は、ポリマー材料と前記少なくとも１つの吸着剤成分との複合材料を含み、前記構造材料の前記少なくとも１つの吸着剤成分は、任意選択により、金属有機骨格材料、ゼオタイプ骨格構造を含む材料、ポリマー材料、又は、これらの組み合わせを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の吸着モジュール。

【請求項9】

前記構造材料は、酢酸セルロース、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル・スルホン、ポリスルホン、エピクロルヒドリン、ポリエーテルアミドブロック共重合体、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリウレタン、エラストマー、これらの共重合体、固有微細孔性のポリマー、又は、これらの組み合わせを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の吸着モジュール。

【請求項10】

前記熱伝達流体入口ヘッダ及び前記熱伝達流体流路は、障壁層をさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の吸着モジュール。

【請求項11】

前記少なくとも１つの吸着剤成分は、少なくとも１つのＣＯ_２用吸着剤を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の吸着モジュール。

【請求項12】

障壁層を吸着接触器の流路の内部に形成する方法であって、
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の吸着モジュールを提供するステップと、
ポリマー障壁成分を含む溶液を前記熱伝達流体流路の中に送るステップと、
パージ流を前記熱伝達流体流路に流し、前記熱伝達流体流路の表面に障壁層を形成するステップと、
前記溶液を前記熱伝達流体流路の中に送るステップ及び前記パージ流を前記熱伝達流体流路に流すステップのうちの少なくとも１つのステップ中に、前記プロセスガス流路内の圧力を、前記パージ流を流すステップ中の前記熱伝達流体路に関連付けられた平均圧力よりも低い少なくとも５ｋＰａ－ａの圧力まで低下させるステップと、を備える方法。

【請求項13】

前記溶液を送るステップ、前記パージ流を流すステップ、及び、前記圧力を低下させるステップを、複数回繰り返すステップをさらに備える、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

複数の第１のプロセスガス流路及び複数の第２の熱伝達流体流路を含むモノリスと、
第１の外殻片及び第２の外殻片を備える外殻であって、前記第１の外殻片は、ポリマー構造材料を含む一体構造体であり、前記第１の外殻片は、プロセスガス入口ヘッダを備え、前記モノリスは、前記第１の外殻片及び前記第２の外殻片によって規定される容積内に少なくとも部分的に存在し、前記複数の第１のプロセスガス流路は、前記プロセスガス入口ヘッダに流体連通している、外殻と、
前記プロセスガス流路又は前記熱伝達流体路に流体連通した少なくとも１つの出口ヘッダと、を備える、吸着モジュール。

【請求項15】

前記モノリスは、セラミックモノリス、金属モノリス、又は、これらの組み合わせを含み、前記モノリスは、任意選択により、前記モノリスにコーティングされた吸着剤を含む、請求項１４に記載の吸着モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本願は、２０２１年５月２１日付で出願された米国特許出願第６３／１９１，６４０号の特許協力条約（ＰＣＴ）に基づく出願であり、そのＰＣＴ第８条に基づく優先権を主張するものである。当該米国特許出願の全体を、それが以下に完全に示されているものとして、参照により本明細書に援用する。
（技術分野）

【0002】

熱伝達流体の管理機構が一体化された吸着接触器、及びこのような接触器を作成するための方法が提供されている。

【背景技術】

【0003】

様々な種類のＣＯ２源（産業規模、小規模、及び直接空気回収）からのＣＯ２排出量及び／又は濃度を軽減することは、現在関心を集める分野である。ＣＯ２排出量を軽減するための戦略の１つの種類は、吸着剤又は吸収剤を使用して、ＣＯ２を潜在的な排出ガス流から除去し、その後このＣＯ２を、ＣＯ２の大気中への放出を低減、最小化、又は排除するために処理可能な流れの一部として脱着することである。

【0004】

米国特許第８，７８４，５３４号及び米国特許第８，８５８，６８３号は、スイング吸着プロセスによって、気相流から成分を吸着する方法の例を記載している。一般に、温度及び圧力の変化の組み合わせを用いて、第１のプロセスガス流体からの成分の吸着／吸収と、その後の吸着された成分のパージガス流への脱着との間で循環させることが可能である。その後、当該吸着された成分を、パージガス流から分離することが可能である。

【0005】

一般に、スイング温度及び／又は圧力の変動が、収着／脱着サイクルを実施することに影響し得るが、ＣＯ２の収着／脱着を工業規模で実施するためには、解決しなければならない様々な現実の問題がある。幾つかの困難な課題は、ガス流からＣＯ２を選択的に除去した後、吸着したＣＯ２を第２の流体流の中に放出することが可能な吸着剤又は吸収剤を選択することに関連する。他の困難な課題は、ＣＯ２除去をより大規模に行おうとしたときに生じる工学的問題に関連し得る。例えば、ＣＯ２除去に吸着又は吸収を用いるための幾つかの課題は、ＣＯ２含有ガス流が多数の吸着部位と接触することを可能にするために必要な吸着剤／吸収剤の構造体の容積を低減又は最小化することに関連し得る。吸着剤／吸収剤の構造体の容積が大きい場合、吸着剤モジュールに必要な装置設置面積は急速に増大し、これに応じて、吸着剤モジュールを動作させるためのエネルギーコストも高くなり得る。他の課題は、収着／脱着サイクル中の吸着剤／吸収剤の構造体内の温度を管理することに関連し得る。これは、吸着剤モジュール内のプロセス流が当該モジュール内の任意の熱伝達流体によって汚染されることを回避することを含み得る。さらに他の課題は、吸着剤モジュールへの流れ及び吸着剤モジュールからの流れを管理すること、例えば、過剰な圧力低下を回避することや、流体流を吸着剤モジュールの全容積中に導入することの困難性を低減又は最小化すること等に関連し得る。

【0006】

従来、触媒としての用途や吸着剤／脱着剤としての用途を含む様々な用途に、接触器を使用可能である。従来の接触器構造体の一種は、充填層（ベッド）である。この種の構成では、充填層は、粒子（例えば、触媒又は吸着剤／吸収剤の粒子）から成ることが可能である。任意選択により、不活性粒子又は他の種類の粒子を混合してこの層を形成し、触媒又は吸着剤の密度を制御することができる。その後、この充填層にプロセス流体（典型的にはガス）を流通させる。充填層は、所定の容積内で、高密度の触媒部位又は吸着／吸収剤部位を提供するために有効な構造体であり得る。しかしながら、直接の流路が無いので、充填層中には、ガス流量よりも比較的大きい圧力低下が生じ得る。

【0007】

別の種類の従来型接触構造体は、モノリスである。モノリス構造体は、典型的には、複数の流路を含み、それらの流路を通ってプロセスガスが流れる。流路の表面は、触媒又は吸着剤でコーティングされていることが可能である。モノリス構造体の１つの困難な点は、プロセスガスとの接触に利用可能な部位の数である。なぜなら、部位の数は、流路の内表面でコーティング可能な部位の数にのみ対応している場合が多いからである。反応を触媒するために触媒部位が一時的にのみ使用される触媒的用途では、このことに対する関心は低い。

【0008】

接触器構造体についてのさらなる検討事項は、温度管理である。吸着剤／吸収剤の幾つかの用途では、接触器を冷却するか、又は、加熱及び冷却の両方を行うことが有効であり得る。冷却（又は、加熱及び冷却の両方）は、熱伝達流体を使用することによって実現できる。しかしながら、従来では、熱伝達流体が、接触器を用いて処理されるプロセスガスと混合することを回避することが望ましい場合が多い。所定の種類の接触器構造体の利点を保持しながらプロセスガス及び熱伝達流体について別々の流れを維持することは、様々な困難な工学的課題を提示する。

【0009】

工業規模のモジュールにおいて高密度の収着／脱着部位を提供可能な吸着剤接触器であって、熱管理における困難性を低減又は最小化し、及び／又は、モジュール内の流体流を管理する際の困難性を低減又は最小化する吸着剤接触器が、求められている。

【0010】

米国特許第８，１３３，３０８は、温度スイング吸着プロセスにおいて使用可能な吸着剤繊維組成物について説明している。複数の吸着剤繊維を装置内に配置することについても記載されている。吸着剤繊維は、ポリマーマトリクスに相当し、吸着剤はポリマーマトリクスにおいて支持されている。繊維の中心管腔は、障壁層によってポリマーマトリクスから密封されている。幾つかの態様では、複数の吸着剤繊維は、気相流から（ＣＯ２といった）成分を吸着するための装置に配置可能である。このような態様では、複数の繊維が導管の中に収容されている。プロセスガスは、導管の外面にある穴を通って、この導管の中に直交流のように流れ込むことが可能である。所望の成分を吸着した後、プロセスガスの残留物は、導管からの排気のための中央管に入ることが可能である。導管の端部にあるヘッダを使用して、熱伝達流体をこれらの繊維のうちの１つ又は複数の繊維の中心管腔を通って流すことができるので、プロセスガスは熱伝達流体と混合しない。なお、プロセスガス用の流れ経路は、複数の繊維を収容するために使用される導管の形状によって少なくとも部分的に規定されている。これは、導管の壁が、プロセスガスを導管の中央排気管に向かって流すための格納庫の少なくとも一部を提供するからである。

【0011】

米国特許第８，６７３，０５９は、気体分離用の温度スイング吸着接触器について説明している。この接触器は、吸着剤材料に対応するか、又は、吸着剤材料用の支持部として機能することが可能な支持材料を含む。接触器は、支持材料の層の上又は間で支持される微小管をさらに含む。この微小管は、温度管理用の熱伝達流体を運ぶことが可能である。

【0012】

米国特許第９，０１１，５８３は、複数の流体流路を含むモノリス型構造体について説明している。モノリスは、吸着剤接触器の一部として使用され得る。動作中には、モノリスの上部に別個のキャップ又は上部構造を配置して、プロセスガスが選択された流路の中に入ることを遮断することが可能である。その後、選択された流路は、動作中の熱伝達流体の搬送に使用可能である。上部構造も、熱伝達流体をプロセスガス流が含まれる流路の中に導入せずに、熱伝達流体をモノリス中の選択された流路の中に導入するためのヘッダを規定することを支援する。これは、部分的に、選択された流路のうちの幾つかから壁を除去することによって実現可能であり、これによって、選択された流路は、モノリスと上部構造との組み合わせによって規定されるヘッダの領域と流体連通する。選択された流路は、熱伝達流体が、選択された流路から出ないようにするためにコーティングされていてもよい。

【0013】

米国特許第６，７４６，５１５は、モジュール式に構成可能な吸着システムについて説明している。このモジュール式の吸着システムは、複数の層に相当し、これらは、熱伝達流体層が吸着剤層の上及び／又は下に配置されることが可能なように構成されている。このモジュール式の吸着システムは、シムを使用して構成することが可能であるので、モジュール式のシステムの層の種類毎に所望の材料が選択され得る。

【発明の概要】

【0014】

一態様では、吸着モジュールが提供される。吸着モジュールは、一体構造体の構造材料によって規定される複数の第１のプロセスガス流路を含む。この構造材料は、少なくとも１つの吸着剤成分を含む。吸着モジュールは、一体構造体の構造材料によって規定される複数の第２の熱伝達流体流路をさらに含む。吸着モジュールは、プロセスガス流路に流体連通した１つ又は複数のプロセスガス入口ヘッダをさらに含む。吸着モジュールは、熱伝達流体流路に流体連通した１つ又は複数の熱伝達流体入口ヘッダをさらに含む。様々な態様において、１つ又は複数のプロセスガス入口ヘッダと１つ又は複数の熱伝達流体入口ヘッダとのうちの少なくとも一方は、一体構造体の構造材料によって規定されている。したがって、少なくとも１つのプロセスガス入口ヘッダが、構造材料によって規定されていてもよく、又は、少なくとも１つの熱伝達流体入口ヘッダが、構造材料によって規定されていてもよく、か、又は、これらの入口ヘッダのうちの少なくとも一方が構造材料によって規定されていてもよい。加えて、吸着モジュールは、プロセスガス流路又は熱伝達流体路に流体連通した少なくとも１つの出口ヘッダを含む。

【0015】

他の一態様では、吸着モジュールが提供される。吸着モジュールは、複数の第１のプロセスガス流路及び複数の第２の熱伝達流体流路を含むモノリスを備える。吸着モジュールは、第１の外殻片及び第２の外殻片を備える外殻をさらに備える。第１の外殻片は、ポリマー構造材料を含む一体構造体であり、第１の外殻片は、プロセスガス入口ヘッダを備え、モノリスは、第１の外殻片及び第２の外殻片によって規定される容積内に少なくとも部分的に存在し、複数の第１のプロセスガス流路は、プロセスガス入口ヘッダに流体連通している。加えて、吸着モジュールは、プロセスガス流路又は熱伝達流体路に流体連通した少なくとも１つの出口ヘッダを備える。

【0016】

さらに他の一態様では、障壁層を吸着接触器の流路の内部に形成する方法が提供される。この方法は、１つ又は複数の第１の接触器入口及び１つ又は複数の第１の接触器出口に流体連通した第１組の流路と、１つ又は複数の第２の接触器入口及び１つ又は複数の第２の接触器出口に流体連通した第２組の流路とを含む一体構造体を提供するステップを備える。この第１組の流路及び第２組の流路は、一体構造体の構造材料によって規定されており、構造材料はポリマー材料を含む。この方法は、ポリマー障壁成分を含む溶液を第１の第１組の流路の中に送るステップをさらに含む。この方法は、パージ流を第１組の流路に流し、第１組の流路の表面に障壁層を形成するステップをさらに含む。加えて、この方法は、溶液を第１組の流路の中に送るステップ及びパージ流を第１組の流路に流すステップのうちの少なくとも１つのステップの間に、第２組の流路内の圧力を、ｉ）１つ又は複数の第１の接触器入口における平均圧力、及び、ｉｉ）１つ又は複数の第１の接触器出口における平均圧力のうちの低い方の圧力よりも低い、少なくとも５ｋＰａ－ａの圧力に低下させるステップをさらに含む。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、吸着接触器内の流路の構成の一例を概略的に示す図である。

【0018】

【図2】図２は、図１に係る流路構成を有する接触器用の、プロセス流路とプロセスガス入口ヘッダとのインターフェース（界面）によって規定される平面に基づいた断面図である。

【0019】

【図3】図３は、接触器の一体構造体を含む接触器構成を示す斜視図である。

【0020】

【図4】図４は、モジュール式の接触器構成を示す斜視図である。

【0021】

【図5】図５は、拡大流路構成及び縮小流路構成を含む、モノリスの例を示す図である。

【0022】

【図6】図６は、拡大流路及び縮小流路の接触器構成のＣＯ２吸着破過曲線を示す図である。

【0023】

【図7】図７は、拡大流路及び充填層の接触器構成のＣＯ２吸着破過曲線を示す図である。

【0024】

【図8】図８は、様々な接触器構成について、接触器内の圧力低下を示す図である。

【0025】

【図9A】図９Ａは、中心容積を規定する方法を説明する図である。

【図9B】図９Ｂは、中心容積を規定する方法を説明する図である。

【図9C】図９Ｃは、中心容積を規定する方法を説明する図である。

【図9D】図９Ｄは、中心容積を規定する方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

ここに記載の詳細な説明及び特許請求の範囲における全ての数値は、示される当該数値について「約」又は「およそ」の値に変更されるものとし、当業者であれば予測するであろう実験誤差及び変動を考慮したものである。
［概要］

【0027】

様々な態様において、プロセスガス流が熱伝達流体によって汚染される可能性を低減又は最小化しつつ、収着／脱着サイクル中の改善された熱管理を許容可能な接触器構造が提供される。接触器構造は、ガス流体からの成分の吸着を可能にするために導入されるガス流、又は、前回吸着された成分のパージガス流への脱着を促進するために導入されるガス流といった、プロセスガス流用の１又は複数組の流路を含む。プロセスガス流路は、一体構造体の構造材料によって規定される流路に相当し得る。これは、接触器における様々な構造によって規定される開放空間（例えば、複数の中空繊維間の開放空間）を単に有することとは対照的、又は、流体が流通する一般的な多孔質構造に相当する吸着剤を有することとは対照的である。一体構造体は接触器全体に相当し得る、又は、一体構造体は接触器の一部を形成するモノリスに相当し得る。任意選択により、構造材料は、多孔質材料であってもよく、プロセスガスが少なくとも限られた程度で、プロセスガス流路からバルク構造材料の中に入るようになっていてもよい。接触器構造はまた、熱伝達流体用の１又は複数組の流路を含んでいてもよい。熱伝達流路も、一体構造体の構造材料によって規定されてもよい。

【0028】

様々な態様において、プロセスガス流路及び熱伝達流体流路の配向は、様々な種類の流路の熱相互作用を増大又は最大化するように選択可能である。例えば、プロセスガス流路及び熱伝達流路についての流れの平均方向は、一体構造体内のプロセスガス流路の流れ経路の少なくとも一部に実質的に揃えられていることが可能であり、例えば、接触器構造の中心容積内において実質的に平行であることが可能である。このようにプロセスガス流路と熱伝達流体流路とを実質的に揃えることは、熱伝達流体がプロセスガス流路に侵入する可能性を低減又は最小化しつつ実現可能である。一例として、幾つかの態様では、熱伝達流体流路を形成した後、熱伝達流体流路に障壁層を追加して、熱伝達流体がプロセス流体と混合される可能性を低減又は最小化することが可能である。

【0029】

加えて又は代わりに、幾つかの態様では、プロセスガス流路の寸法は、接触器構造の範囲において変動し得る。意外にも、プロセスガス流路の寸法を流路の下流部において増大させることは、接触器構造において吸着されている成分の実質的な破過の前に処理可能なプロセスガスの量の増大を提供し得ることが分かった。任意の特定の理論に制限されることなく、従来、流路の寸法を増大させることは、流路の容積に対する表面積の比率を減少させることになるため、プロセスガス流路の寸法を増大させることは、破過時間を短縮させることになると考えられていた。しかしながら、ここに記載されるように、吸着剤が構造材料全体にわたって分散された多孔質の流路構造の場合には、プロセスガス流路の寸法を流路寸法の下流部において増大させることは、所定の流量のプロセスガスが破過する前の処理時間を延長させ得ることが分かった。

【0030】

幾つかの態様では、接触器は、一体構造体である。このような態様では、一体構造体は、構造材料から形成可能である。一体構造体の構造材料が、プロセスガス流路、熱伝達流体流路、及び、少なくとも１つのヘッダを規定することが可能である。一体構造体の構造材料によって規定される少なくとも１つのヘッダは、プロセスガス用の少なくとも１つのヘッダであるか、熱伝達流体用の少なくとも１つのヘッダであるか、又は、プロセスガス及び熱伝達流体の両方のヘッダが、構造材料によって規定されてもよい。加えて又は代わりに、プロセスガス用の出口ヘッダ及び／又は熱伝達流体用の出口ヘッダが、一体構造体の構造材料によって規定されてもよい。

【0031】

一体構造体の構造材料によって規定された少なくとも１つのヘッダを有することにより、ヘッダが、プロセスガス流路又は熱伝達流体流路の開始部から下流側の位置に配置されることが可能となる。これによって、プロセスガス及び熱伝達流体を別々の流路で維持することを支援可能である。例えば、熱伝達流体用の入口ヘッダがプロセスガス流路の開始部から下流側に配置されている場合、熱伝達流体流路も、下流の位置で開始することが可能となる。これによって、熱伝達流体流路にプロセスガスが流入することを別途遮断する必要がなくなる。なぜなら、プロセスガスがプロセスガス流路の中に分散されるまで、熱伝達流体流路は始まらないからである。加えて、一体構造体を有するということは、構造体が、接合片を合わせた際に、別々の容量の間から流体の漏洩が生じ得る隙間又は継目を有していないことを意味している。プロセスガス流路又は熱伝達流体流路の終端部から上流側に配置された出口ヘッダを有することによっても、類似の利点が得られる。障壁層を熱伝達流体流路に追加することを組み合わせれば、接触器内の各流体の経路の実質的な全長に渡って、プロセスガスと熱伝達流体との混合を低減し、最小化し、又は、排除することが可能である。

【0032】

代替的には、接触器は、複数の構造体に相当し得る。複数の構造体は、少なくとも１つのモノリスと、当該少なくとも１つのモノリスを少なくとも部分的に包含する１つ又は複数の外殻片とを含む。この種類の構成では、１つ又は複数の外殻片のうちの少なくとも１つは、プロセスガス用の流入口、熱伝達流体用の流入口、又は、プロセスガス用の流入口及び熱伝達流体用の流入口の両方を含み得る。プロセスガス用の流入口及び熱伝達流体用の流入口が、同じ外殻片の一部である場合、これらの流入口は、外殻片の同じ面の一部であってもよいし、又は、異なる面の一部であってもよい。任意選択により、少なくとも１つのモノリスが部分的にのみ外殻片内に存在する場合、プロセスガス及び／又は熱伝達流体は、少なくとも部分的に、外殻片を通らずに直接、モノリスの中に送られてもよい。

【0033】

幾つかの態様では、接触器が、１つ又は複数の外部片に少なくとも部分的に包含された少なくとも１つのモノリスに相当する場合、モノリスは、プロセスガス流路及び熱伝達流体流路を含む一体構造体に相当し得る。任意選択により、モノリスは、モノリスの構造材料によって規定される少なくとも１つのヘッダ及び／又は少なくとも１つの流出口ヘッダをさらに含むことが可能である。

【0034】

加えて又は代わりに、接触器が１つまたは複数の外部片を含む場合、外部片は、外部片の構造材料によって規定されるヘッダを含むことが可能である。例えば、接触器用の一構成は、少なくとも部分的に複数の外部片に包含されるモノリス（従来のセラミックモノリスに相当し得る）を有することであり得る。このような構成では、外部片のうちの１つが、モノリス中に存在する複数の流路に適合し得る複数の流路から成るヘッダを含むことが可能である。

【0035】

ここに記載されるモノリス、接触器、又は外殻片に相当する一体構造体を用意するための一選択肢は、３次元（３Ｄ）印刷とも呼ばれることがある積層造形を使用することである。３Ｄ印刷用のインクは、ポリマー含有溶液に相当する。溶媒を除去した後、結果として生じるポリマー構造材料は、多孔質の構造材料に相当し得る。幾つかの態様では、ポリマー構造材料は、吸着剤として機能し得る。任意選択により、結果として生じるポリマー構造材料の吸着性能を強化するために、別個の吸着剤がインクに含まれていてもよい。

【0036】

なお、ここに記載する定義では、いくつかの一体構造体が、接触器及びモノリスの両方の定義に当てはまる場合がある。これは、一体構造体が、ここに記載されるような接触器の特徴の全てを含むが、少なくとも部分的に１つ又は複数の外部片にも包含されている場合に起こり得る。ここで、プロセスガス又は熱伝達流体の少なくとも一方は、一体構造体に入るためには、１つの外部片の穴又は開口部を通過する必要がある。なお、ここに記載する定義では、プロセスガスの全て、及び、熱伝達流体の全てが一体構造体の中に直接送られる場合、このような一体構造体は、ここでは、接触器として定義され、このような接触器が部分的に、プロセスガス及び熱伝達流体が通過しない他の構造片内に存在する場合であっても、モノリスとしては定義されない。

【0037】

［定義］

【0038】

この考察では、構造材料から形成される一体構造体とは、構造材料の表面又は構造材料内の任意の２か所が、構造材料における継目、隙間、又は他の不連続物を通過しない曲線により接続可能な構造体であると定義される。曲線は、直線である必要は無く、したがって曲線は、一体構造体の構造材料によって規定される流路、ヘッダ、又は他の流体経路／開口部を避けて通過可能である。これは、例えば、後に物理的に接合される、例えば、構造材料とは異なる材料を含むネジ、リベット、又は溶接により接合される２つの片によって形成された構造体とは対照的である。これはまた、構造体の一片が構造体の別の片に挿入され得る構造体であって、これらの片の相対位置はタブ、摩擦係合、又は他の機械的／物理的手段によって維持される構造体とは対称的である。幾つかの態様では、接触器は、一体構造体に相当し得る。他の態様では、接触器内のモノリスが、一体構造体に相当し得る。

【0039】

この考察では、制限されない流れとは、構造体内の開放容積を通った流れであると定義される。ここで、開放容積は、流れの経路中に０．３ｍｍ以上の流れの断面積を提供する。なお、制限されない流れの経路は、流れの経路における曲線又は流れの経路における乱流といった特徴によって、制限されない流れの経路に沿って流れる流体の圧力低下を引き起こし得る。制限されない流れは、充填層を通る流れ、多孔質材料による拡散、又は、膜への浸透といった、様々な種類の流れに相当する制限される流れの反義語である。

【0040】

この考察では、「構造材料によって規定される」一体構造体内の容積とは、ここでは、容積内の流体用の制限されない流れの経路が構造材料によって規定されている容積であると定義される。例えば、構造材料によって規定され得る容積の一種は、プロセスガス流路又は熱伝達流体流路といった流路である。１つの流路について、制限されない流れの経路は、構造体の１つの面の流路の最初の開口部から流路の出口までの経路に相当する。流路の壁が構造材料によって規定されている場合、一体構造体の構造材料がこのような流路を規定する。ここに定義されるように、材料を通る流体の拡散は、制限された流れに相当し、したがって、多孔質材料を使用して、流路用の制限されない流れの経路を規定してもよい。加えて、障壁材料を使用して流路における多孔質構造体材料の壁をコーティングする程度まで、ここに提供される定義では、このようなコーティングされた流路は、コーティング材料が実質的に流路の断面形状を変化させない限り、依然として構造材料によって規定される。

【0041】

別の例として、一体構造体内のヘッダとは、ヘッダの全ての表面が構造材料に相当する場合、一体構造体の構造材料によって定義される。これは、ヘッダの容積が、２つの別々の片の間の容積によって定義される状況とは対照的である。２つの別々の片は、合体されることによって、ヘッダの少なくとも１つの内面が第１の片の表面となり、ヘッダの少なくとも第２の内面が第２の片の表面となる。

【0042】

この考察では、流路内の所定の位置における断面積とは、所定の位置において平面を流路に貫通させることによって実現可能な最小断面積であると定義される。この考察では、１つの流路の平均断面積は、任意の２つの平行な平面の間に位置する流路の部分について定義可能である。複数の流路の平均断面積は、任意の２つの平行な平面の間の複数の流路の部分についての平均断面積の平均として定義される。

【0043】

この考察では、収着とは、吸着及び吸収の両方を含むものとして定義される。吸着とは、成分と表面又は活性部位との物理的結合を指し、例えば、固体表面におけるＣＯ２の物理収着を指す。吸収とは、成分を異なる相に物理的又は化学的に組み込むことであり、例えば、気相ＣＯ２を液相アミンとの複合体に組み込むことである。脱着とは、吸着された又は吸収された成分を吸着表面又は吸収相から分離することであると定義される。

【0044】

この考察では、ポリマー材料の表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ３６６３に従って測定されるＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ、及びＴｅｌｌｅｒ）表面積と定義される。この考察では、ＡＳＴＭ Ｄ４６４１（Ｎ２細孔容積）又はＡＳＴＭ Ｄ４２８４（Ｈｇ細孔容積）に従って、細孔容積を測定可能である。

【0045】

この考察では、ゼオタイプとは、酸素原子をブリッジすることによって接続された四面体原子によって形成された多孔質の骨格構造を有する結晶物質を指すものと定義される。公知のゼオタイプ構造体の例が、国際ゼオライト学会の構造委員会を代表して発行された「Atlas of Zeolite Frameworks」（第６回改訂版、Ch. Baerlocher, L.B. McCusker, D.H. Olson, eds., Elsevier, New York (2007)）と、対応するウェブサイトhttp://www.iza-structure.org/databases/とに記載されている。この定義では、ゼオライトとは、具体的には、ゼオタイプ骨格構造を有するアルミノケイ酸塩を指す。この定義では、ゼオタイプとは、ゼオタイプ骨格構造と、シリコン及びアルミニウムとは異なるヘテロ原子の酸化物を含有する結晶構造体と、を有するアルミノケイ酸塩（つまりゼオライト）を意味するものであり得る。このようなヘテロ原子は、ゼオタイプ骨格に含めるために適していると一般的に知られた任意のヘテロ原子、例えば、ガリウム、ホウ素、ゲルマニウム、リン、亜鉛、及び／又は、ゼオタイプ骨格におけるシリコン及び／又はアルミニウムを置換可能な他の遷移金属等を含み得る。なお、この定義では、ゼオタイプは、シリコアルミノホスフェート（ＳＡＰＯ）材料又はアルミノホスフェート（ＡｌＰＯ）材料といった材料を含んでいてもよい。

【0046】

［接触器構造体の例］

【0047】

図１は、吸着剤接触器における流路の構成の一例を概略的に示す図である。図１では、流路１３０は、プロセスガス流用の流路に相当する。なお、図１には３つのプロセスガス流路１３０が図示されているが、任意の好適な数のプロセスガス流路が設けられていてよい。便宜上、プロセスガス流路１３０は、二次元配列として図示されているが、多くの種類の接触器構成には、プロセスガス流路の三次元配列が含まれ得ることは理解されよう。動作中、プロセスガスは、接触器１１０に、接触器１１０の面又は壁１２１のプロセスガス入口１３２を通って流入する。プロセスガスは、プロセスガス入口ヘッダ１４０の中に流入する。その後、ガスは、プロセスガス流路１３０に分散される。図１に示される構成例では、プロセスガス流路は、プロセスガス出口ヘッダ１４５の中に通じる。この混合されたプロセスガス排出は、その後、接触器の別の壁又は面１２３のプロセスガス出口１３８を通って接触器から流出する。なお、必要に応じて、複数のプロセスガス入口１３２、及び／又は、複数のプロセスガス出口１３８を用いてもよい。同様に、プロセスガス入口ヘッダ１４０は複数のヘッダであってもよく、及び／又は、プロセスガス出口ヘッダ１４５が複数の分岐管に相当してもよい。

【0048】

流路１６０は、熱伝達流体用の流路に相当する。なお、図１には４つの熱伝達流体流路１６０が示されているが、任意の好適な数の熱伝達流体流路１６０が設けられていてもよい。便宜上、熱伝達流体流路１６０は、二次元配列として図示されているが、多くの種類の接触器構成には、熱伝達流体流路の三次元配列が含まれ得ることは理解されよう。図１に示される構成例では、熱伝達流体入口１６２が、接触器１１０に、接触器１１０の第２の面１２２から、プロセスガス流路１３０の流れ方向に対して直角に入るようになっている。他の構成では、熱伝達流体入口１６２は、プロセスガス入口１３２と同じ壁又は面に配置されていてもよく、及び／又は、熱伝達流体入口１６２は、垂直以外の角度で屈曲した面に配置されていてもよい。熱伝達流体入口ヘッダ１７０を用いて、熱伝達流体を熱伝達流路１６０に分散させることが可能である。図１に示される構成例では、熱伝達流体流路は、熱伝達流体出口ヘッダ１７５に通じる。この混合された熱伝達流体排出は、その後、別の壁又は面１２４に形成された熱伝達流体出口１６８を通って接触器から流出する。なお、必要に応じて、複数の熱伝達流体入口１６２を用いてもよく、及び／又は、複数の熱伝達流体出口１６８を用いてもよい。同様に、熱伝達流体入口ヘッダ１７０は、複数のヘッダであってもよく、及び／又は、熱伝達流体出口ヘッダ１７５が複数の分岐管に相当してもよい。なお、熱伝達流体ヘッダ１７０は、導管として示されており、複数の熱伝達流路１６０が当該導管から分岐している。他の態様では、熱伝達流体ヘッダ１７０は、より大きなヘッダ容積、例えば、プロセスガスヘッダ１４０について示されるより大きなヘッダ容積に相当することが可能である。

【0049】

図１に示される構成例では、プロセスガス流路１３０及び熱伝達流体流路１６０は、プロセスガス流路の大部分の流れの経路の長さにおいてほぼ平行である。以下により詳細に説明するように、様々な態様において、接触器の中心容積内で、プロセスガス流路１３０内の流れの平均方向は、熱伝達流路１６０内の流れの平均方向と、３０°以下だけ、又は、２０°以下だけ、又は１０°以下だけ異なっていてもよい。

【0050】

なお、プロセスガス流路１３０及び熱伝達流体流路１６０は、図１では、実質的に直線状かつ実質的に一定寸法の流路として示されている。他の態様では、任意の好適な種類の流れの経路を使用してもよい。加えて又は代わりに、流路の寸法は、好適な方法で変更してもよい。

【0051】

図２は、プロセスガス流入口ヘッダ１４０がプロセスガス流路１３０とインターフェースを形成している位置における、プロセスガス流路１３０の内部を示す断面図である。図２の断面図は、熱伝達流体入口１６２及び熱伝達流体出口１６８の位置によって示されるように、熱伝達流体の流入及び流出に対して垂直である。図１の熱伝達流体ヘッダ１７０が、図１のプロセスガス入口ヘッダ１４０よりも下流に位置しているので、図２に示される断面図では、全てのガス流路の開口部は、プロセスガス流路１３０に相当する。

【0052】

図３は、図１及び図２に示される種類の構成を実施可能な接触器構造体の一例を示す斜視図である。図３では、接触器外殻３０１（図の上部）及び対応する内部モノリス３２０（図の下部）が、これらの構造体を説明するために、別々の構造体として示されている。しかしながら、外殻３０１及び内部モノリス３２０は、例えば３Ｄ印刷を使用して一体構造体を形成することによって、一体構造体として形成されていても良いことは理解されよう。接触器が一体構造体でないさらに他の態様では、外殻３０１を、複数の外殻片（図示されていない）を使用して形成し、１つ又は複数のモノリス３２０を外殻３０１の中に挿入可能とすることもできる。

【0053】

図３では、外殻３０１は、幾つかの開口部を含む。プロセスガス入口３３２及び熱伝達流体出口３６８が、図３に示されている。プロセスガス入口３３２は、外部から流入した流れとプロセスガス入口ヘッダ３４０との間の流体連通を提供する。プロセスガス入口ヘッダ３４０は、内部モノリス３２０と外殻３０１との間の容積に相当する。プロセスガス入口ヘッダ３４０は、プロセスガスが複数のプロセスガス流路３３０に分散されることを可能にする。図３に示される例では、接触器は、熱伝達流体の流出に関連する２種類のヘッダを含む。第１の群の熱伝達流体ヘッダ３７５は、接触器構造体のモノリス部３２０内の熱伝達流体ヘッダを示している。熱伝達流体ヘッダ３７５は、熱伝達流体を、プロセスガス流路の流れの方向に対して垂直に送り、このため、熱伝達流体流は、モノリス内のプロセスガス流に実質的に平行になり得るが、依然として、接触器から当該流れに対して垂直である方向に沿って流出することが可能である。第２の熱伝達流体ヘッダ３９５は、内部モノリス３２０と外殻３０１との間の別の容積に相当する。第２の熱伝達流体出口ヘッダ３９５は、第１の群の熱伝達流体ヘッダ３７５から流出する熱伝達流体が外部の熱伝達流体排出導管３８０を通って排出用の共通の容積に収集されることを可能にする。

【0054】

プロセスガス入口３３２及び熱伝達流体出口３６８に加えて、プロセスガス出口３３８及び熱伝達流体入口３６２も外殻３０１に設けられているが、これらの開口部は、図３に提供される斜視図においては視認できない。プロセスガス出口３３８は、プロセスガス出口ヘッダ（図示されていない）を介した、プロセスガス流路３３０の出口と外部のプロセスガス排出導管との間の流体連通を可能にする。熱伝達流体入口３６２は、熱伝達流体流入ヘッダ（図示されていない）を介した、熱伝達流体流路３６０の開始部と外部の熱伝達流体流入導管との間の流体連通を可能にする。

【0055】

より一般的に言えば、接触器が１つ又は複数の外部片に少なくとも部分的に含まれる少なくとも１つのモノリスを含むアセンブリに相当する態様では、接触器用の１つ又は複数のヘッダは、１つの外部片と１つのモノリスとの間に規定される容積に相当し得る。このような態様では、当該外部片と当該モノリスとの間の容積は、当該外部片の１つ又は複数の開口部、及び、当該モノリスの１つ又は複数の開口部と流体連通していることが可能である。なお、接触器が一体構造体である態様では、接触器内にあるヘッダは、一体構造体の構造材料によって規定されるヘッダに相当し得る。

【0056】

図１～図３に示される構成は、例えば、ポリマー構造材料から様々な一体構造体を形成するための３Ｄ印刷を用いて形成され得る。任意選択により、幾つかの態様では、接触器内の少なくとも１つの構造体は、代替的な方法によって、例えば、１つ又は複数の外殻片に部分的に含まれるセラミックモノリスを用いる方法によって形成可能である。ここで、少なくとも１つの外殻片が３Ｄ印刷を用いて形成される。さらに別の選択肢は、１つ又は複数の外殻片に部分的に含まれる、３Ｄ印刷によって形成されたモノリスを使用することであり、ここで、少なくとも１つの外殻片は、３Ｄ印刷とは異なる方法によって形成される。

【0057】

図４は、別の種類の接触器構成の一例を示している。図４に示される例では、接触器は、１つ又は複数のモノリス４２０と、外殻上部４１１及び外殻下部４１２といった２つ以上の外殻片から成る外殻とを含む、モジュール式の接触器アセンブリである。図４では、モノリス４２０は、複数の流路を含む。流路の第１の部分はプロセスガス流路４３０に相当し、流路の第２の部分は熱伝達流体流路４６０に相当する。外殻上部４１１は、プロセスガス入口ヘッダ及び熱伝達流体入口ヘッダを提供する一体構造体に対応し得る。これは、プロセスガス入口４３２がプロセスガス流路４３０と流体連通し、熱伝達流体入口４６２が熱伝達流体流路４６０と流体連通し、それぞれの流れが混合しないようにすることを可能にするものである。以下に記載するように、熱伝達流体流路４６０内に障壁層を設けることによって、混合がさらに低減、最小化、又は、排除され得る。

【0058】

［流路についての流れの平均軸］

【0059】

この考察では、接触器の中心容積内のプロセスガス流路及び熱伝達流体流路について、流れの平均軸を規定することが可能である。中心容積を判定するために、以下の手順を用いることが可能である。まず、プロセスガス流路を、プロセスガス流入口ヘッダとプロセスガス出口ヘッダとを接続する流路として規定する。プロセスガス入口が構造体の縁部に相当する場合、この規定のために、構造体の縁部をプロセスガスヘッダとして規定する。同様に、プロセスガスが、直接、流路から構造体の外部に流出するならば、構造体の縁部は、出口ヘッダとして規定される。次に、プロセスガス流路について、（高さ、幅、及び長さの寸法間が直角の）矩形境界ボックスを生成可能である。矩形境界ボックスは、全てのプロセスガス流路を含む最小の矩形ボックスとして規定される。

【0060】

次に、プロセスガス流路用の境界ボックスについて中心点を規定することが可能である。境界ボックスが矩形ボックスであるので、中心点は、矩形ボックスの各辺の中点の座標を有する点として規定される。境界ボックスの中心点を規定した後、同じ中心点を有するが容積は約半分である、より小さい矩形ボックスを規定可能である。より小さい（約半分容積の）矩形ボックスは、同じ中心点を有するが各辺の長さが２０％低減されたボックスに相当する。

【0061】

プロセスガス流路用の容積が低減されたボックスを規定した後、同様の手順を用いて、熱伝達流体流路に基づく容積が低減されたボックスを規定することが可能である。熱伝達流体流路は、熱伝達流体入口ヘッダと熱伝達流体出口ヘッダとを接続する流路として規定される。これに基づき、熱伝達流体流路について、矩形境界ボックスを規定可能である。そして、中心点を決定し、次に、容積が低減されたボックス（つまり、各辺の長さが２０％低減されたボックス）を決定することが可能である。

【0062】

プロセスガス流路に基づく容積が低減されたボックスを規定し、熱伝達流体流路に基づく容積が低減されたボックスを規定した後、中心容積を規定することが可能である。中心容積は、容積が低減された２つのボックス間の重複する容積として規定される。

【0063】

図９Ａ～図９Ｄは、共通容積を特定するプロセスを図解するものである。図を簡略化するために、図９Ａ～図９Ｄは、二次元の図を用いてプロセスを説明する。図９Ａでは、プロセスガス流路９３０及び熱伝達流体流路９６０を備える接触器が示されている。プロセスガス流路９３０は、プロセスガス入口ヘッダ９４０とプロセスガス出口ヘッダ９４５との間の流体連通を提供する。熱伝達流体流路９６０は、熱伝達流体入口ヘッダ９７０と熱伝達流体出口ヘッダ９７５との間の流体連通を提供する。

【0064】

図９Ｂは、プロセスガス流路９３０に関連するボックスを作成するプロセスを示している。図９Ｂでは、プロセスガス流路は、境界ボックス１００１に含まれている。境界ボックス１００１は、全てのプロセスガス流路を含む最小寸法の矩形ボックスを表すことを目的としている。しかしながら、境界ボックス１００１を、図中の流路及びヘッダから明確に区別可能とするために、境界ボックス１００１の縁部はわずかにオフセットされている。境界ボックス１００１は中心点１００５を有する。容積が低減されたボックス１００９は、同じ中心点１００５を有するが境界ボックス１００１よりも辺が２０％短いボックスである。

【0065】

同様に図９Ｃは、熱伝達流体流路を含む矩形ボックスに基づく境界ボックス１０１１を示している。図９Ｃはまた、境界ボックス１０１１の中心点１０１５と、同じ中心点１０１５を有する容積が低減されたボックス１０１９とを示している。

【0066】

図９Ｄは、ボックス１００９とボックス１０１９との間の重複部１０２５を示している。重複容積１０２５は、図９Ａ～図９Ｄに示される接触器の中心容積に相当する。

【0067】

一旦、中心容積が決定されると、この中心容積内の異なる種類の流路についての流れの平均軸を決定可能である。プロセスガス流路についての流れの平均軸を判定するために、中心容積内に存在するプロセスガス流路の一部について、流れの軸が決定される。ほとんどの流路では、流路は一回だけ中心容積に入り、一回だけ中心容積から出て行く。なお、１つのプロセスガス流路が、中心容積に３回を超える回数だけ入るか、又は、中心容積から３回を超える回数だけ出て行くならば、このプロセスガス流路は、考慮から排除される。

【0068】

中心容積内の各プロセスガス流路では、当該流路の流れの軸は、流路内の流体の流れの平均方向に相当する直線ベクトルである。この直線ベクトルは、プロセスガス流路の直線ベクトルから中点線までの最小二乗距離を最小化する直線に相当する。流路の中点線は、流路の幾何学的中心を流れの経路に沿って通過する線に相当する。もちろん、直線状の流路では、流れの軸は、単に、流路の中点線に対応することになる。別の例として、螺旋状の流路は、螺旋の中心軸にほぼ対応する流れの平均方向を有することになる。このベクトルは、中心容積内の対応するプロセスガス流路の出発点に対応する出発点を有している。終点は、ベクトルが中心容積の別の面に接触する位置である。その後、流れの平均軸を求めることが可能である。流れの平均軸は、中心容積内の個々のプロセスガス流路についての流れの軸のベクトルの平均であるベクトルに相当する。

【0069】

中心容積内の熱伝達流体流路についての流れの平均軸を判定するために、上記の手順を、熱伝達流体流路について繰り返し行うことが可能である。

【0070】

そして、プロセスガス流路の流れの平均軸、及び、熱伝達流体路の流れの平均軸を用いて、ベクトル間の角度を判定することが可能である。この角度は、中心容積内における、プロセスガス流路及び熱伝達流体流路についての流れの方向における差異を表している。様々な態様において、プロセスガス流路の流れの平均軸と熱伝達流体路の流れの平均軸との間の角度は、３０°以下、又は２０°以下、又は１０°以下であり、例えば、ベクトル同士がほぼ揃うか又は平行（つまり０°）になるまでの角度であり得る。

【0071】

［一体構造体の構造材料］

【0072】

一体構造体を形成するための方法の一例は、積層造形、特に溶媒ベースの積層造形（ＳＢＡＭ）を使用することである。ＳＢＡＭでは、積層造形用のインクを使用して、ポリマー構造材料に基づく構造体を形成可能である。このインクは、ポリマー材料用の溶媒を含むことが可能であり、溶媒として形成される構造体は、インクから除去される。インクは、任意選択により、１つ又は複数の吸着剤を含んでいてもよい。こうすることによって、吸着剤が構造体全体に分散されたポリマー構造体の形成が可能になる。この考察では、「ポリマー材料」とは、単に、構造体のポリマー部分を指すが、「構造材料」又は「ポリマー構造材料」とは、ポリマーと（吸着剤といった）任意の添加成分とがポリマーマトリクスに一体化されたものを指す。

【0073】

様々な態様において、接触器は、構造材料と吸着剤とから成る１つ又は複数の一体構造体に相当し得る。幾つかの態様では、構造材料は、構造材料及び吸着剤の両方として（又は少なくとも部分的に吸着剤として）機能するポリマー材料に相当し得る。幾つかの態様では、構造材料は、ポリマー材料と当該ポリマー材料に組み込まれた別個の吸着剤との複合材料に相当し得る。一体構造体は、任意の好適な方法によってポリマー構造材料から形成され得る。幾つかの態様では、一体構造体は、溶媒ベースの積層造形によって形成可能である。ポリマー材料及び／又は構造材料に一体化された吸着剤によって吸着可能な成分の一例は、ＣＯ２である。

【0074】

幾つかの態様では、ポリマー構造材料から構造を形成した後、ポリマー構造材料は、比較的大きい表面積を有し、プロセスガスに曝される構造材料の容積当たりの潜在的な吸着部位の数を増やすことが可能である。例えば、幾つかの態様では、ポリマー構造材料の表面積は、５０ｍ２／ｇ以上、又は１００ｍ２／ｇ以上、又は２００ｍ２／ｇ以上、又は５００ｍ２／ｇ以上であることが可能であり、例えば最大３０００ｍ２／ｇ、又は場合によってはそれ以上の表面積であり得る。

【0075】

幾つかの態様では、構造材料は、プロセスガスがポリマー材料の中に拡散可能なように、十分な微細孔性を有していることが可能である。これによって、一体構造体を形成するために使用される構造材料の容積の様々な部分（例えば最大で、実質的に全容積）を通った吸着が可能になる。このような態様では、構造材料は、（窒素物理収着によって決定される）細孔容積が０．３ｃｍ３／ｇ～１．３ｃｍ３／ｇであり、及び／又は、（水銀ポロシメトリによって決定される）細孔容積が１．０ｃｍ３／ｇ～３．０ｃｍ３／ｇであり得る。他の態様では、構造材料は、比較的低い微細孔性を有していてもよく、主に吸着が生じ得る容積は、流路、及び／又は、当該流路に接続された、一体構造体内の他の開放容積に相当する。

【0076】

様々な種類のポリマーが、構造材料中のポリマー材料として使用され得る。ポリマー構造材料中のポリマー材料として使用可能なポリマーの例には、限定される訳ではないが、酢酸セルロース、ポリビニルピロリドン、ポリスルホン、ポリエーテル・スルホン、エピクロルヒドリン、ポリエーテルアミドブロック共重合体、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリウレタン、エラストマー、これらの共重合体、又は、これらの組み合わせが含まれる。ポリマーの他の例には、固有多孔性のポリマー（ＰＩＭ）に対応する材料が含まれ得る。幾つかの態様では、ポリマー構造材料中のポリマーは、限定される訳ではないが、酢酸セルロース、ポリイミン（Ｍａｔｒｉｍｉｄ５２１８等）、ポリアミド－イミド（Ｔｏｒｌｏｎ（登録商標）等）、ポリエーテル・スルホン（ＰＥＳ）、ＰＩＭ－１の誘導体（アミドキシム化されたＰＩＭ－１等）、及び、微細孔性に影響する固有立体フラストレーションを有する他のポリマーを含むことが可能である。

【0077】

ポリマー構造材料がポリマー材料と組み込まれた吸着剤との複合材料に相当する場合、様々な吸着剤材料を吸着剤として使用できる。吸着剤の幾つかの例は、金属有機骨格（構造体）（ＭＯＦ）材料、活性炭、多孔性芳香族骨格材料、共有結合性有機骨格材料、多孔性有機ポリマー、及び、ケージ材料、又は、これらの組み合わせであり得る。ＭＯＦ材料の例には、ＥＭＭ－４４、ＥＭＭ－６７、及び、ＨＫＵＳＴ－１が含まれる。他の種類の吸着剤には、限定される訳ではないが、ゼオタイプ骨格構造を有する吸着剤が含まれ得る。より一般的に言えば、任意の好適な種類の微粒子吸着剤が使用され得る。このような吸着剤は、任意の好適な方法で組み込まれることが可能である。例えば、一体構造体を３Ｄ印刷により形成する場合、３Ｄ印刷用のインクは、ポリマー材料と吸着剤材料のナノ粒子とを両方含んでいることが可能である。加えて又は代わりに、吸着剤を、ウォッシュコートを用いて吸着剤を含有するコーティングの１つ又は複数の層を追加することにより、プロセスガス流路の内面に添加してもよい。

【0078】

幾つかの代替的な態様では、接触器における１つ又は複数の構造体は、ポリマー材料とは異なる構造材料から形成された構造体に相当し得る。例えば、幾つかの態様では、外殻がポリマー材料から形成され、少なくとも１つの内部モノリスが、セラミック材料又は金属材料に相当する構造材料から形成されていてもよい。接触器が一体構造体である態様では、構造材料は、好ましくは、ポリマー材料及び／又はポリマー材料と１つ又は複数の吸着剤との複合材料である。

【0079】

様々な態様において、さらなる吸着剤粒子を包含するポリマー接触器構造を形成するためのインク複合体は、少なくとも１つの溶媒、少なくとも１つの構造形成成分（非溶媒及び／又は細孔形成成分）、溶媒中に溶解したポリマー材料、及び、溶液に分散及び／又は懸濁した吸着剤材料の粒子を含み得る。幾つかの態様では、吸着剤粒子は、ＭＯＦ材料、任意選択により感水性ＭＯＦ等、に相当し得る。加えて又は代わりに、吸着剤粒子は、ゼオタイプ骨格構造を有する材料、活性炭、又は、他の種類の吸着剤粒子に相当し得る。

【0080】

様々な態様において、かなりの量の吸着剤材料を含むポリマーインク複合体を用いて、３Ｄ印刷によるポリマー構造を形成することが可能である。ポリマー構造の形成は、ポリマーを、溶媒や構造形成成分（つまり、非溶媒及び／又は細孔形成成分）と組み合わせた溶液として堆積させて、その後、相反転を用いることによって行われる。これは、溶媒が蒸発してポリマー構造を形成するからである。

【0081】

インク組成物を用いて３Ｄ印刷を行う場合、インク組成物は、インク組成物が均質相に相当するように選択可能であるが、溶媒蒸発が目標量となるとインク組成物がバイノーダル線を交差することができ、これによって相反転が生じる。３Ｄ印刷の間、インクは、溶媒を含む雰囲気下で堆積し得るので、溶媒蒸発は、インク組成物が所望の表面に「印刷された」後まで、低減又は最小化される。例えば、インクを堆積させるための印字ヘッドは、印刷が行われる際にさらなる溶媒を分散させるための１つ又は複数のさらなるノズルを含んでいてもよく、そのため、相反転はインクが当該表面上に堆積するまでは生じない。一層のインク組成物が堆積又は印刷された後、溶媒の蒸発が可能となる。溶媒濃度が低減されるので、溶媒系は、最終的に不安定になり、溶媒中に溶解されたポリマーが凝結して連続的なポリマー骨格を形成する。この構造形成成分及び任意の残留溶媒が、分離相を形成し、これによって、さらなる細孔容積をポリマー構造に形成することが促進され得る。その後、この構造形成成分及び残留溶媒は、製造プロセス中に、場合によってはさらなる乾燥工程を行うことによって除去可能である。

【0082】

幾つかの態様では、吸着剤のポリマーに対する重量比が１．０以上（つまり、吸着剤のポリマーに対する重量比が１対１）、又は１．５以上、又は２．０以上、又は３．０以上、例えば最大６．０又は場合によってはそれ以上であるインク組成物を用いることが可能である。加えて又は代わりに、インク組成物は、インク組成物の重量に対して、１０ｗｔ％以上、又は１５ｗｔ％、又は２０ｗｔ％以上、例えば最大５０ｗｔ％又は場合によってはそれ以上の吸着剤を含有することが可能である。さらに加えて又は代わりに、インク組成物におけるポリマーと吸着剤との総合重量は、インク組成物の重量に対して、２５ｗｔ％以上、又は３０ｗｔ％以上、又は４０ｗｔ％以上、例えば最大６０ｗｔ％以上又は場合によってはそれ以上に相当し得る。さらに加えて又は代わりに、インク組成物は、インク組成物の重量に対して７．０ｗｔ％～１５ｗｔ％、又は１０ｗｔ％～１５ｗｔ％、又は１２ｗｔ％～１５ｗｔ％のポリマーを含むことが可能である。なお、インク組成物は、相反転が生じ得る程度に十分な量のポリマーを含むことが可能である。

【0083】

他の態様では、インク組成物は、吸着剤のポリマーに対する重量比が、０．３～６．０、又は０．５～６．０、又は１．０～６．０、又は１．５～６．０、又は２．０～６．０、又は３．０～６．０であり得る。吸着剤のポリマーに対する比率が低い場合、吸着剤材料を組み込む利点が低減されるが、このようなインク組成物と従来の三元インク組成物との間の差異も低減される。このような態様では、インク組成物は、インク組成物の重量に対して３．０ｗｔ％以上、又は５．０ｗｔ％以上、又は１０ｗｔ％以上、又は１５ｗｔ％以上、又は２０ｗｔ％以上、例えば最大５０ｗｔ％又は場合によってはそれ以上の吸着剤を含むことが可能である。

【0084】

様々な金属有機骨格材料を、３Ｄ印刷によって構造を形成するためのインク組成物の中に組み込むことが可能である。金属有機骨格（ＭＯＦ）は、共有結合によってリガンドを有機結合することによって連結された金属イオン／酸化物二次形成ユニットから成る、比較的新規のクラスの多孔質材料である。ＭＯＦは、低密度、高い内部表面積、及び、均一寸法の孔及び流路によって特徴付けられる。ＭＯＦは、典型的には結晶物質である。幾つかの種類のＭＯＦ材料は、ゼオライトイミダゾール骨格（「ＺＩＦ」と呼ばれることもある）、非従来型のＭＯＦ（「ＵＭＯＦ」と呼ばれることもある）、及び、ＳＩＦＳＩＸ ＭＯＦを含むことが可能である。

【0085】

様々なＭＯＦが、ＣＯ２吸着性能を有するものとして特徴付けられてきた。例えば、Ｍｇ－ＭＯＦ－７４は、Ｍｇ２＋イオン及び２，５－ジヒドロキシテレフタル酸に基づく金属有機骨格材料に相当する。別の例として、ＭＯＦ－２７４は、４，４′－ジオキシドビフェニル－３，３′－ジカルボン酸塩に組み合わされたＭｇ２＋金属イオンに基づく金属有機骨格材料に相当する。別の例として、ＥＭＭ－６７は、４，４′－ジオキシドビフェニル－３，３′－ジカルボン酸塩に組み合わされた、Ｍｇ２＋及びＭｎ２＋金属イオンに基づく金属有機骨格材料に相当する。ＭＯＦ－２７４及びＥＭＭ－６７は、ジアミン、Ｎ，Ｎ′－ジメチルエチレンジアミン、又は２－アミノメチルピペリジンといった官能性を添加してＥＭＭ－４４といった構造を生成することによって、さらに強化される。さらに別の例として、ＭＩＬ－１０１（Ｃｒ）は、３個のクロムの三方晶ノードと、ＭＴＮ（ＩＺＡコード）トポロジのベンゼン－ジカルボン酸塩連結によってブリッジされた少なくとも１３個の酸素原子とから成る金属有機骨格である。さらに別の例は、ＥＭＭ－４２である。ＥＭＭ－４２は、ＭＩＬ－１０１（Ｃｒ）と同じ二次形成ユニットを有する金属有機骨格であり、つまり３個のクロム原子の三方晶ノードであって、隣接するクロムノードを結合するベンゼン－ジカルボン酸塩リガンドの幾つか又は全てが、フェニレンビスホスホン酸に結合するリガンドによって置換されたユニット３個のクロム原子の三方晶ノードを有する金属有機骨格である。さらに別の例は、ＭＯＦ－９９とも呼ばれるＨＫＵＳＴ－１である。ＨＫＵＳＴ－１骨格は、ベンゼン－１，３，５－トリカルボン酸リンカー分子によって接続された二量体の金属ユニットから形成されている。パドルウィールユニットとは、金属中心の配位環境を説明するために一般的に使用されている構造モチーフであり、ＨＫＵＳＴ－１構造の二次形成ユニット（ＳＢＵ）とも呼ばれる。パドルウィールは、２つの金属中心をブリッジする４つのベンゼン－１，３，５－トリカルボン酸リンカー分子から構成される。

【0086】

３Ｄ印刷中にポリマー構造を形成するために、インク組成物は、ポリマーを含むことが可能である。インク組成物に含まれ得るポリマーの幾つかの例は、固有微細孔性のポリマーである。固有微細孔性のポリマー（ＰＩＭ）は、重要な気体分離にとって関心を集める新しい材料である。ポリマー骨格に一体化されたスピロ中心が、高効率な充填を妨げ、ポリマーに微細孔を誘導する。この微細孔は、接触器構造を形成するために有効であり得る。なぜなら、微細孔によって、接触器構造中の流路を通って流れるプロセスガスが、接触器容積の別の部分にアクセスできるようになるからである。

【0087】

他の種類の多孔質のポリマーを用いて、インク組成物を形成してもよい。幾つかの態様では、インク組成物中のポリマーは、限定される訳ではないが、酢酸セルロース（Cellulose Acetate）、ポリイミン（例えば、Ｍａｔｒｉｍｉｄ５２１８）、ポリアミド－イミドポリマー、ポリエーテル・スルホン（ＰＥＳ）、ＰＩＭ－１の誘導体（例えば、アミドキシム化されたＰＩＭ－１）、及び、微細孔性に作用する固有の立体フラストレーションを有する他のポリマーを含むことが可能である。

【0088】

幾つかの態様では、溶媒は、テトラヒドロフラン、アセトン、及び／又は、Ｎ－メチルピロリドンであり得る。より一般的に言えば、溶媒は、インク組成物中でのポリマーに対する溶解度が高い溶媒であり得る。揮発性溶媒化合物におけるポリマーの溶解度のレベルを判定するための多くの方法が存在する。例えば、幾つかの態様では、ポリマー及び揮発性溶媒化合物についてヒルデブランド溶解パラメータが測定され得る。幾つかの実施形態では、ポリマー及び揮発性溶媒化合物のヒルデブランド溶解パラメータは、３．６ＭＰａｌ／２以下の差異を有していることが可能である。当業者であれば、このような実施形態が、ポリマーを溶融して実質的に均一な溶液を生成可能な揮発性溶媒化合物を提供することになることは理解されよう。態様によっては、潜在的な溶媒は、限定される訳ではないが、アセトアルデヒド、酢酸、アセトン、アセトニトリル、ブタンジオール、ブトキシエタノール、酪酸、ジエタノールアミン、ジエチレントリアミン、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメトキシエタン、ジメチル・スルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジオキサン、エタノール、エチルアミン、エチレン・グリコール、ギ酸、フルフリルアルコール、グリセロール、メタノール、メチルジエタノールアミン、イソシアン化メチル、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、プロパノール、プロパンジオール、プロパン酸、プロピレン・グリコール、ピリジン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、トリエチレン・グリコール、ジメチルヒドラジン、ヒドラジン、フッ化水素酸、過酸化水素、硝酸、硫酸、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、クロロホルム、ジエチルエーテル、ジクロロメタン、又は、これらの組み合わせを含むことが可能である。

【0089】

インク組成物に構造形成成分として非溶媒が含まれている態様では、非溶媒は、インク組成物におけるポリマーに対する溶解度が低い又は最低である化合物であり得る。非溶媒化合物におけるポリマーの溶解度のレベルを判定するための多くの方法が存在する。幾つかの態様では、非溶媒は、最初に、ポリマー及び非溶媒化合物について測定可能なハンセン溶解パラメータを測定することによって選択され得る。例えば、ポリマー及び非溶媒は、ポリマー及び非溶媒化合物のハンセン溶解パラメータから算出される相対エネルギー差が、１以上となり得るように選択可能である。当業者であれば、このような実施形態が、ポリマーを溶融不可能な非溶媒化合物を提供することになることは理解されよう。

【0090】

幾つかの態様では、非溶媒は、トルエン、ジメチルアセトアミド、又は、これらの組み合わせに相当し得る。幾つかの態様では、非溶媒は、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）であり得る。幾つかの態様では、非溶媒は、水であること、及び／又は、水を含むことが可能である。他の態様では、非溶媒は、実質的に、水を含んでいなくてもよく（０．１ｗｔ％未満であってもよく）、これによって、インク組成物において感水性ＭＯＦを使用することが可能になる。ＨＫＵＳＴ－１は、感水性ＭＯＦの一例である。幾つかの態様では、非溶媒は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、又はｎ－プロパノールといったアルコールであり得る。なお、インク組成物を堆積させた後に存在することになる条件下で、溶媒の蒸発速度は、非溶媒の蒸発速度よりも早くなり得る。なぜなら、そうでなければ、ポリマー構造を形成するための相反転は起こり得ないからである。

【0091】

加えて又は代わりに、細孔形成成分が、構造形成成分として含まれていてもよい。ＬｉＮＯ３は、インク組成物において使用可能な細孔形成成分の一例である。細孔形成成分は、比較的少ない量、例えば、インク組成物の０．１ｗｔ％～２０ｗｔ％、又は０．１ｗｔ％～１０ｗｔ％、又は０．１ｗｔ％～５．０ｗｔ％、又は１．０ｗｔ％～２０ｗｔ％、又は１．０ｗｔ％～１０ｗｔ％に相当する量で添加可能である。

【0092】

表１は、３Ｄ印刷用のインク組成物を形成するために使用可能な、ポリマー、溶媒、及び、非溶媒又は細孔形成成分（つまり、構造形成成分）の組み合わせの例を示している。表１の最終カラムは、３Ｄ印刷用のインク組成物を形成するために挙げられたポリマーと組み合わせて使用すると問題を生じさせ得る、特定の溶媒を示している。

【表1】

【0093】

インク組成物を用いて構造体を形成するためのプリンタの一例は、直接インク書き込みによるプリンタであり得る。例えば、幾つかの態様では、プリンタは、インク保持容器、インク保持容器に取り付けられるように構成されたインクノズル、蒸気ノズル、及び、基板用可動ステージを含み得る。幾つかの態様では、可動ステージは、基板に取り外し可能に取り付けられるように構成されていてもよい。インクノズルと可動ステージとの間の距離は、制御ボリューム外殻によって実質的に包囲された空隙を含み得る。例えば、制御ボリューム外殻は、蒸気ノズルを収容するための開口部を有する円筒殻を含み得る。制御ボリューム外殻は、インクノズル及び空隙を実質的に包囲するために、任意の中空形状を有していることが可能である。中空形状には、限定される訳ではないが、円筒形、円錐形、四角形、円錐台形、楕円形、又は、これらの任意の組み合わせが含まれる。幾つかの代替態様では、層を形成する間に、さらなる溶媒が、蒸気として制御ボリューム外殻の中に分散され、インク組成物の層が堆積した直後の蒸発量を管理することを支援することが可能である。

【0094】

幾つかの態様では、３Ｄ構造を形成するためにインク組成物が堆積したベッド又は表面は、加熱されたベッド又は表面であり得る。加熱されたベッド又は表面を使用することによって、溶媒の蒸発を支援し、相反転を生じさせてポリマー構造を形成することが可能である。幾つかの態様では、３Ｄ印刷構造を形成するためにインク組成物が堆積したベッド又は表面は、４０℃～８０℃の温度に加熱され得る。
［障壁層］

【0095】

様々な態様において、障壁層を、プロセスガス流路及び／又は熱伝達流体流路に追加することが可能である。吸着剤がポリマー構造材料の容積にわたって分散されている態様では、任意選択であるが好ましくは、障壁層を熱伝達流路に追加することが可能である。

【0096】

任意の好適な種類の障壁層を使用可能である。障壁層は、熱伝達流体及び／又はプロセスガスの障壁を介した拡散が低減又は最小化されるように、微細孔性が低減又は最小化された材料であることが可能である。障壁層の好適な材料の例は、限定される訳ではないが、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ラテックス、ポリアクリロニトリル、エピクロルヒドリン、ポリエーテルアミドブロック共重合体、及び、上記したものの混合物及び／又は共重合体を含むことが可能である。なお、モノリスの構造によっては、セラミック、ガラス、又は金属酸化物の障壁層といった他の障壁層も好適であり得る。

【0097】

障壁層を一体構造体に追加することの困難な点のうちの１つは、障壁層を所望の流路だけに選択的に追加することである。従来、障壁層をモノリスに追加することは、典型的には、モノリス全体を障壁層の溶液に浸漬被覆することにより行われている。これは効果的であり得るが、障壁層をプロセスガス流路及び熱伝達流体流路の両方に塗布することになる。吸着剤が、プロセスガス流路及び熱伝達流体流路を含む一体構造体の容積にわたって分散されている態様では、熱伝達流体流路は障壁層を有するが、プロセスガス流路はまだ実質的に障壁層を含まなくてもよいことが望ましい。

【0098】

障壁層を熱伝達流体流路に選択的に追加するための１つの選択肢は、障壁層を形成するために適したポリマー溶液を熱伝達流体流路の中に選択的に流入させることである。障壁層を追加するためには、最初に、一体構造体の所望の流路（例えば、熱伝達流体流路）を水又は溶媒で飽和させる。その後、ラテックス溶液（又は他の障壁ポリマー溶液）をこの流路に流して、壁をコーティングすることが可能である。その後、空気又はＮ２（あるいは、より詳細に言えば、障壁ポリマー溶液と相互作用しない任意の気体）を流路の下方に流し、流路の妨害物が形成されることを最小化又は回避することが可能である。空気又はＮ２を流すことは、ラテックスの乾燥を誘導するために好適であり得る。湿度の高い空気／Ｎ２を使用してもよく、この場合、流路障壁の品質改善が見られ得る。ラテックス（又は他のポリマー溶液）を流した後に空気又はＮ２を流すこのプロセスを、所望の障壁厚さが得られるまで繰り返し行う。幾つかの態様では、別のサイクルのポリマー添加が開始されるたびに、一体構造体の配向を反転させて、一体構造体の両端に障壁層を良好に取り付けることを確保可能である。

【0099】

別の例として、熱伝達流体流路及びプロセスガス流路を規定する構造材料が多孔質材料である態様では、ここに記載される接触器の性質を使って、改善された障壁層を熱伝達流体路中に形成することを支援することができる。この種類の例では、任意選択により熱伝達流体路を水又は溶媒で飽和させることによって、このプロセスを開始可能である。その後、障壁層を形成するためのポリマー溶液を導入することが可能である。熱伝達流体流路と流体連通している１つの熱伝達流体入口（又は複数の熱伝達流体入口）を用いて、障壁ポリマー溶液を接触器の中に導入可能である。これは、接触器の分散システムを使用して、ポリマー溶液を所望の（熱伝達流体）流路の中に選択的に導入することが可能であることを意味している。障壁ポリマー溶液を導入する間、プロセスガス入口及びプロセスガス出口は、ポンプに接続されていてもよく、その結果、プロセスガス流路内の圧力は、熱伝達流体流路内の圧力よりも低減される。プロセスガス流路と熱伝達流体流路との間の圧力差により、熱伝達流体流路を規定するバルク構造材料中への障壁ポリマー溶液の拡散を強化することが可能である。これによって、実質的に完全な障壁層を熱伝達流体流路中に形成可能となり、同時に、流路直径の損失を低減又は最小化できる。なぜなら、結果として形成される障壁層として増加した部分は、構造材料内にあるからである。

【0100】

図１に示される構成を用いて、障壁層を、例えば熱伝達流体路だけに選択的に組み込むこの原理を説明することが可能である。図１に示される構成例では、別々のヘッダが、プロセスガス流路１３０及び熱伝達流体流路１６０内の流れを管理することを提供している。図１では、プロセスガス流路１３０は、プロセスガス入口１３２、プロセスガス入口ヘッダ１４０、プロセスガス流路１３０、プロセスガス出口ヘッダ１４５、及び、プロセスガス出口１３８を含む流れ経路の中に組み込まれている。したがって、この流れ経路内の全ての要素間に流体連通が存在する。熱伝達流体流路１６０用には、別個の流れ経路が設けられている。熱伝達流体流路１６０との流体連通用の流れ経路は、熱伝達流体入口１６２、熱伝達流体入口ヘッダ１７０、熱伝達流体流路１６０、熱伝達流体出口ヘッダ１７５、及び、熱伝達流体出口１６８を含む。これらの別々の流れ経路が利用可能であるため、ポリマー溶液は、熱伝達流体流路１６０を含む流れ経路といった、選択された流れ経路の中に導入され得る。任意選択により、他の流れ経路（つまり、プロセスガス流路１３０を含む流れ経路）が減圧に曝されて、障壁層が、熱伝達流体流路１６０を含む選択された流れ経路の周りの細孔に侵入することをさらに強化することが可能である。このような例では、障壁ポリマー溶液の導入中、及び／又は、その後の乾燥／パージステップの間、流体中の熱伝達流体入口１６２又は熱伝達流体出口１６８の一方が、開放されており、過剰なポリマー溶液の排出、又は、乾燥／パージガスの排出が可能である。（この開放端は、障壁ポリマー溶液又は乾燥／パージガスが導入される入口又は出口とは異なる）。障壁ポリマー溶液を導入している間、及び／又は、乾燥／パージガスステップの間、この熱伝達流体システムの開放入口又は出口は、典型的には、熱伝達流体流路中の最低圧力に相当することになる。様々な態様において、プロセスガス流路中の圧力は、プロセスガス流路（例えば、プロセスガス流路１３０）内の圧力が熱伝達流体システムの開放端（例えば、熱伝達流体入口１６２又は熱伝達流体出口１６８）よりも、５．０ｋＰａ以上だけ、又は１０ｋＰａ以上だけ、又は２０ｋＰａ以上だけ、例えば最大約１００ｋＰａだけ低くなるように低減可能である。
［流路構成］

【0101】

様々な態様において、プロセスガス流路及び熱伝達流路は、流路間の熱伝達の可能性を向上又は最大化するように構成されていることが可能である。１つの選択肢は、複数のプロセスガス流路から複数の熱流体伝達流路への全ての熱伝達を増大又は最大化する流路のアレイを有することである。別の選択肢は、個々の流路と個々の熱伝達流路との相互作用を増大又は最大化する流路構成を有することである。さらに別の選択肢は、個々の流路間の相互作用と、流路のアレイ間の相互作用とを改善することの組み合わせを含むことが可能である。流路配置の任意の好適な組み合わせを用いることが可能である。例えば、別の選択肢は、螺旋状に撚り合わせたプロセスガス流路及び熱伝達流体流路のセットを三次元に配列することである。これは、任意選択により、線形のさらなる熱伝達流体流路及び／又はプロセスガス流路が分散されたアレイをさらに含むことが可能である。さらに別の選択肢は、独立しているが撚り合わせた流路の螺旋構造であり得る。

【0102】

図１に示される構成では、プロセスガス流路及び熱伝達流路は、寸法が比較的一定であり、熱伝達流体入口ヘッダと熱伝達流体出口ヘッダとの位置が実質的に平行であるように示されている。これは、流路が分散された三次元配列を２つ有することに相当する。これは、潜在的に、多数の熱伝達流体流路中の熱伝達流体と任意の所定のプロセスガス流路との間に熱伝達を提供し得る。この種類の構成では、プロセスガス流路の熱伝達流体流路に対する様々な比率を使用可能である。

【0103】

図１は、平行な線形流路を示しているが、他の種類の流路構成を使用することも可能である。例えば、一対の流路間の伝達は、撚り合わせた螺旋状の構成をプロセスガス流路及び熱伝達流体流路に使用することによって増大させることが潜在的に可能である。

【0104】

流路構成の更に別の選択肢は、寸法を流路の長さにわたって変動可能とすることである。流路の寸法は、流路の断面積に基づいて説明され得る。従来、接触器には、ほぼ一定の断面積の流路が使用されていた。従来、流路の寸法を変更できる程度まで流路の下流部の断面積を縮小することは、プロセスガスが流路の端部に向かって流れるため、吸着された成分の濃度の低減を補償するためには都合が良いと期待されていた。しかしながら、思いがけないことに、改善された吸着は、流路の下流部の断面積を拡大させることによって実現可能であることが分かった。

【0105】

流路の下流部の断面積の増大は、任意の好適な方法で実現可能である。１つの選択肢は、流路の長さに沿って断面積を連続的に増大させること、例えば、流路が構造材料を通って進むにつれて断面積をリニアに増大させることである。別の選択肢は、断面積の段階的増加を１つ又は複数有することであり得る。さらに他の選択肢は、連続的増加又は段階的増加の組み合わせを使用することであり得る。さらに他の選択肢は、最初は、流路寸法を維持し、その後下流位置において断面積の連続的及び／又は段階的増加を開始することであり得る。
［例-プロセスガス流路寸法の変更］

【0106】

質量伝達接触器構造が運動学的吸着性能に与える影響を調査するために、３つの吸着接触器を３Ｄ印刷で作成した。これら３つの吸着モノリスモジュールは、狭い流路のモノリス、中程度の流路のモノリス、及び、広い流路のモノリスに相当するものであった。広い流路のモノリスは、幅が３３３μｍの正方形のプロセスガス流路を含んでいた。中程度の流路のモノリスは、幅が１１５μｍの正方形のプロセスガス流路を含んでいた。狭い流路のモノリスは、幅が５２μｍの流路を有していた。

【0107】

吸着接触器は、一層ずつ作成した。個々の接触器について、多層の繊維をｚ方向に充填し、各層は同じ数の繊維で構成されていた。隣接する層の繊維を直交する方向に堆積させた。吸着性能を公正に比較可能とするために、これら３つの吸着モジュールは同じ全体寸法を有し（０．９ｃｍ×０．９ｃｍ×０．９ｃｍ）、同じ材料で装填されていた（０．２７ｇのＰＩＭ－１）。吸着材を、同じ溶液－ベースの積層造形（ＳＢＡＭ）プロトコルによって作成したので、吸着モジュールの各繊維は、３Ｄ印刷された吸着剤繊維中の階層的な細孔に関連付けられた同じ微細孔性（４０％）を有していた。生成されたＰＩＭ－１繊維の見掛け密度は、０．６ｇ／ｍＬであり、各吸着モジュールの空隙比は、水銀ポロシメトリによって検査すると、０．３８３であった。したがって、この例では、運動学的吸着性能に影響する主なパラメータは、接触器の構造であった。

【0108】

吸着モジュールを個別に専用のステンレス鋼の立方筒にパッケージ化した。１６μｍのアルミ箔を使用して、ステンレス鋼の筐体と構造化した吸着剤との間の隙間を密封し、漏れ経路が発生しないようにした。グラスウールを吸着モジュールの間に充填し、ガス組成が径方向に変動しないようにした。

【0109】

図５は、モノリスモジュールを使用して形成された２つの接触器構成の例を示す図である。第１の構成では、中程度の流路のモノリスモジュール及び広い流路のモノリスモジュールを、中程度の流路のモノリスモジュールが上流に配置された構造で、接触器に挿入した。これは、図５の上部に図示されている。説明を簡略化するために、この（図５の上部に図示されている）吸着材アセンブリの戦略を、「拡大流路」と呼ぶ。これは、中程度の流路の吸着材の流体路が、広い流路の吸着材（幅３３３μｍ）よりも小さい（幅１１５μｍ）からである。第２の構成では、２つの同じモノリスモジュールを接触器に挿入したが、広い流路のモノリスモジュールが上流に配置された構造を採用した。これは、図５の下部に図示されている。この吸着材アセンブリの戦略を、「縮小流路」と呼ぶ。

【0110】

拡大流路アセンブリ及び縮小流路アセンブリの吸着性能を、１２．５ｖｏｌ％のＣＯ２、１２．５ｖｏｌ％のＨｅ、及び７５ｖｏｌ％のＮ２の組成を有するシミュレートされた燃焼排気を用いて試験した。モノリスモジュールを形成するために使用されるＰＩＭ－１材料は、ＣＯ２を吸着するが、Ｈｅ又はＮ２は吸着しない。好適なアセンブリを接触器の中に配置した後、シミュレートされた燃焼排気を、約１０ｃｍ３／ｍｉｎ、２０ｃｍ３／ｍｉｎ、３０ｃｍ３／ｍｉｎ、及び４０ｃｍ３／ｍｉｎの流量で、接触器に流した。接触器からの排気の組成を観察し、時間に応じた、接触器の排気中のＣＯ２濃度を測定した。一貫性検査を提供するために、燃焼排気中のＨｅの濃度も観察した。図６は、２０ｃｍ３／ｍｉｎの流入量における吸着試験の結果を示す図である。図６に示されるように、拡大流路アセンブリの５．０ｖｏｌ％破過容量におけるＣＯ２容量は、縮小流路アセンブリについての５．０ｖｏｌ％の破過のＣＯ２容量と比べて、ほぼ２倍であった。より高い流量においても、増大した破過容量が観察された。

【0111】

拡大流路設計の吸着接触器アセンブリを、従来型の充填材料に基づく吸着材とも比較した。この比較のために使用した拡大流路設計は、狭いモジュール、中程度のモジュール、及び、広いモジュールを含む「３倍拡大」構成であった。これを、ＰＩＭ－１に基づく充填材料の充填層を含む接触器と比較した。内部質量伝達抵抗の影響を排除するために、ＳＢＡＭ法により、多成分ＰＩＭ－１溶液を印刷してランダムコイルを作成し、その後これを１ｃｍの長さの繊維に切断した。同一のプロセス履歴のため、ＰＩＭ－１繊維及びＰＩＭ－１吸着接触器モジュールは、同一の空隙率を有しており、したがって、同一の内部質量伝達係数を有している。その後、ＰＩＭ－１繊維に２５ｗｔ％のＰＥＩを浸透させ、同じステンレス鋼の筐体の中に充填した。

【0112】

１セット目の実験では、ＰＥＩ／ＰＩＭ－１充填材料を含む充填層接触器を、拡大流路設計と比較した。充填層は、ＰＥＩ／ＰＩＭ－１繊維をベッドの中にランダム充填することにより作成した。このＰＥＩ／ＰＩＭ－１（０．１８ｇ／０．５４ｇ）充填層（０．９ｃｍ×０．９ｃｍ×１．８ｃｍ）を、２０ｃｍ３／ｍｉｎにおける同じシミュレートされた燃焼排気を用いて試験した。図７に示されるように、充填層吸着材及び拡大流路アセンブリは、これらの２つの接触器が同じ空隙比、同じ吸着剤の量、及び、同じ全体寸法を有しているにも関わらず、極めて異なるＣＯ２破過曲線を示した。充填層吸着材は、わずかに早いＣＯ２破過（５９秒）と、１００秒で０～９．８％の急激なＣＯ２濃度増加とを示した。比較として、拡大流路アセンブリは、遅延したＣＯ２破過（７７秒）と、２５０秒で０～９．８％のより遅いＣＯ２濃度増加とを示した。何らかの特定の理論に制約されることなく、充填層吸着材の早いＣＯ２破過は、充填層中の緩く充填された領域における迂回によるものであると考えられる。充填層中の湾曲した流体分散路によっても、質量伝達をより高効率に行うことができ、これによって急激なＣＯ２濃度の増加となる。充填層吸着材は、拡大流路アセンブリよりも、より長くかつ平坦なＣＯ２破過の終息部を示している。これは、充填層吸着材における熱除去の効率が低いことを示している。充填層吸着材は、０．４３ｍｍｏｌの５％破過容量、及び、１．０８ｍｍｏｌの全容量を示している。比較として、拡大流路アセンブリは、５％破過閾値についてのＣＯ２容量の３３％の増加を示している。

【0113】

モジュール式の吸着接触器の他の利点は、圧力低下が少ないことである。図８は、０．１６ｃｍ／ｓ～１．８３ｃｍ／ｓの範囲の空塔速度で窒素に曝されたときの、異なる２通りの方法で充填されたモジュール式の吸着接触器アセンブリ及び繊維のベッドにおける規格化された圧力低下を示している。１つの種類の充填層では、繊維をランダムに充填した。別の種類の充填層では、整列された繊維を用いてベッドを形成した。非常に短い吸着材（長さ１．８ｃｍ）に充填した場合、整列された繊維から成る充填層は、典型的には、迂回効果を示す。ランダム繊維充填の吸着材は、流体迂回による課題を排除するが、流体に対する抵抗は高くなる。拡大流路アセンブリと縮小流路アセンブリとの間に圧力低下における差異は観察できなかった。これは予測と一致している。個々の吸着モジュールの長さは、流路の直径よりも大きいので、アセンブリのほとんどにおいて完全に発展した流れが予測される。結果として、拡大及び縮小による入口効果は、大きな役割を果たすはずはなく、したがって、モジュールの順番は、流れ抵抗に関して重要であるはずはない。
［さらなる実施形態］

【0114】

実施形態１
一体構造体の構造材料によって規定される複数の第１のプロセスガス流路であって、前記構造材料は少なくとも１つの吸着剤成分を含む、複数の第１のプロセスガス流路と、
前記一体構造体の構造材料によって規定される複数の第２の熱伝達流体流路と、
前記プロセスガス流路に流体連通した１つ又は複数のプロセスガス入口ヘッダと、
前記熱伝達流体流路に流体連通した１つ又は複数の熱伝達流体入口ヘッダであって、前記１つ又は複数のプロセスガス入口ヘッダ及び前記１つ又は複数の熱伝達流体入口ヘッダのうちの少なくとも１つは、前記一体構造体の構造材料によって規定されている、１つ又は複数の熱伝達流体入口ヘッダと、
前記プロセスガス流路又は前記熱伝達流体路に流体連通した少なくとも１つの出口ヘッダと、を備える吸着モジュール。

【0115】

実施形態２
前記プロセスガス流路についての流れの平均軸が、前記熱伝達流体流路についての流れの平均軸と、前記一体構造体の中心容積内で３０°以下だけ異なる、実施形態１に記載の吸着モジュール。

【0116】

実施形態３
前記プロセスガス流路の第１の部分が、前記プロセスガス流路の第２の部分の断面積よりも小さい平均断面積を有し、前記プロセスガス流路の前記第２の部分は、前記プロセスガス流路の前記第１の部分より下流側にあり、前記プロセスガス流路の平均断面積は、任意選択により、前記プロセスガス流路の少なくとも一部について連続的に増加している、上記した実施形態のいずれか１つに記載の吸着モジュール。

【0117】

実施形態４
前記一体構造体は、接触器を含み、
前記吸着モジュールは、
前記プロセスガス流路に流体連通したプロセスガス出口ヘッダであって、前記一体構造体の構造材料によって規定されているプロセスガス出口ヘッダと、
前記熱伝達流体流路に流体連通した熱伝達流体出口ヘッダであって、前記一体構造体の構造材料によって規定されている熱伝達流体出口ヘッダと、を含む、上記した実施形態のいずれか１つに記載の吸着モジュール。

【0118】

実施形態５
ｉ） 前記吸着モジュールは、前記一体構造体の構造材料によって規定された二次入口ヘッダを備え、前記熱伝達流体入口ヘッダは、前記二次入口ヘッダと前記熱伝達流体流路との間に流体連通を提供するか、
ｉｉ） 前記吸着モジュールは、前記一体構造体の構造材料によって規定されたさらなる入口ヘッダを備え、前記プロセスガス入口ヘッダは、前記さらなる入口ヘッダと前記プロセスガス流路との間に流体連通を提供するか、又は、
ｉｉｉ） ｉ）とｉｉ）との組み合わせが提供される、実施形態４に記載の吸着モジュール。

【0119】

実施形態６
前記一体構造体は、モノリスを備え、前記吸着モジュールは、複数の外殻片をさらに備え、前記モノリスは、少なくとも部分的に前記複数の外殻片に含まれる、上記した実施形態のいずれか１つに記載の吸着モジュール。

【0120】

実施形態７
ａ） 前記吸着モジュールは、前記モノリスと前記複数の外殻片のうちの少なくとも１つの外殻片との間に容積を含む二次入口ヘッダを備え、前記熱伝達流体入口ヘッダは、前記二次入口ヘッダと前記熱伝達流体流路との間に流体連通を提供するか、
ｂ） 前記吸着モジュールは、前記モノリスと前記複数の外殻片のうちの少なくとも１つの外殻片との間に容積を含むさらなる入口ヘッダを備え、前記熱伝達流体入口ヘッダは、前記さらなる入口ヘッダと前記プロセスガス流路との間に流体連通を提供するか、又は、
ｃ） ａ）とｂ）との組み合わせが提供される、実施形態６に記載の吸着モジュール。

【0121】

実施形態８
前記構造材料は、ポリマー材料と前記少なくとも１つの吸着剤成分との複合材料を含み、前記構造材料の前記少なくとも１つの吸着剤成分は、任意選択により、金属有機骨格材料、ゼオタイプ骨格構造を含む材料、ポリマー材料、又は、これらの組み合わせを含む、上記した実施形態のいずれか１つに記載の吸着モジュール。

【0122】

実施形態９
前記構造材料は、酢酸セルロース、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル・スルホン、ポリスルホン、エピクロルヒドリン、ポリエーテルアミドブロック共重合体、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリウレタン、エラストマー、これらの共重合体、固有微細孔性のポリマー、又は、これらの組み合わせを含む、上記した実施形態のいずれか１つに記載の吸着モジュール。

【0123】

実施形態１０
前記熱伝達流体入口ヘッダ及び前記熱伝達流体流路は、障壁層をさらに備える、上記した実施形態のいずれか１つに記載の吸着モジュール。

【0124】

実施形態１１
前記少なくとも１つの吸着剤成分は、少なくとも１つのＣＯ２用吸着剤を含む、上記した実施形態のいずれか１つに記載の吸着モジュール。

【0125】

実施形態１２
障壁層を吸着接触器の流路の内部に形成する方法であって、
請求項１～１１のいずれか１項に記載の吸着モジュールを提供するステップと、
ポリマー障壁成分を含む溶液を前記熱伝達流体流路の中に送るステップと、
パージ流を前記熱伝達流体流路に流し、前記熱伝達流体流路の表面に障壁層を形成するステップと、
前記溶液を前記熱伝達流体流路の中に送るステップ及び前記パージ流を前記熱伝達流体流路に流すステップのうちの少なくとも１つのステップ中に、前記プロセスガス流路内の圧力を、前記パージ流を流すステップ中の前記熱伝達流体路に関連付けられた平均圧力よりも低い少なくとも５ｋＰａ－ａの圧力まで低下させるステップと、を備える方法。

【0126】

実施形態１３
前記溶液を送るステップ、前記パージ流を流すステップ、及び、前記圧力を低下させるステップを、複数回繰り返すステップをさらに備える、実施形態１２に記載の方法。

【0127】

実施形態１４
複数の第１のプロセスガス流路及び複数の第２の熱伝達流体流路を含むモノリスと、
第１の外殻片及び第２の外殻片を備える外殻であって、前記第１の外殻片は、ポリマー構造材料を含む一体構造体であり、前記第１の外殻片は、プロセスガス入口ヘッダを備え、前記モノリスは、前記第１の外殻片及び前記第２の外殻片によって規定される容積内に少なくとも部分的に存在し、前記複数の第１のプロセスガス流路は、前記プロセスガス入口ヘッダに流体連通している、外殻と、
前記プロセスガス流路又は前記熱伝達流体路に流体連通した少なくとも１つの出口ヘッダと、を備える、吸着モジュール。

【0128】

実施形態１５
前記モノリスは、セラミックモノリス、金属モノリス、又は、これらの組み合わせを含み、前記モノリスは、任意選択により、前記モノリスにコーティングされた吸着剤を含む、実施形態１４に記載の吸着モジュール。

【0129】

本発明を特定の実施形態を参照しつつ説明及び図解してきたが、当業者であれば、本発明は、必ずしもここに図示されていない変形例にも有用であることは理解されよう。このため、本発明の真の範囲を判定するためには、添付の特許請求の範囲だけを参照されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【国際調査報告】