用于二氧化碳捕集的整体件几何形貌设计的制作方法
【专利摘要】描述了一种确定用于捕集CO2的整体件的最佳几何形貌的方法。还描述了具有所述确定的所需几何形貌的整体件。
【专利说明】用于二氧化碳捕集的整体件几何形貌设计发明领域
[0001]本申请根据35U.S.C.§ 119要求于2011年11月30日提交的的美国临时申请登记第61/565122号的优先权，本申请以该文为基础，且该文的全部内容通过引用纳入本申请。
[0002]本发明总体涉及用于设计用来从气体中除去CO2的整体件制品的方法，具体来说，涉及为流通型整体件基片预测最佳整体件几何形貌的分析模型(analytical model)。
[0003]概述
[0004]本文揭示的是用于设计用来从气体中除去CO2的整体件制品的方法。
[0005]在第一方面，本发明提供用来确定用于蜂窝状整体件的最佳整体件几何形貌的方法，所述方法包括以下步骤:根据下述公式计算设计指数S:
0 t,.MK UV
「00061 =—=-=-=-
L 」t, Liu KL (OFA)(K)(L)
[0007]式中是反应时间尺度，tf是流动时间尺度，U是通道内部进料气体速度，K是反应速率，L是反应器的长度,OFA是正面开孔面积(open frontal area),以及V是整体件外部进料气体速度；测定S是否小于或等于所需的数值；改变一种或更多种的整体件参数来使S小于或等于所需的数值。
[0008]在第二方面，如第一方面所提供的方法，其中所述整体件参数是长度L。
[0009]在第三方面，如第一方面所提供的方法，其中所述整体件参数是整体件0FA。
[0010]在第四方面，如第一方面所提供的方法，其中所述整体件参数是U。
[0011]在第五方面，如第一方面所提供的方法，其中所述整体件参数是整体件孔隙率P。
[0012]在第六方面，如第一方面所提供的方法，其中所述整体件参数是整体件弯曲因子τ ο
[0013]在第七方面，如第一方面所提供的方法，其中所述整体件参数是V。
[0014]在第八方面，如第一方面所提供的方法，其中所述整体件参数是每平方英寸孔道数 CPSI。
[0015]在第九方面，如第一方面所提供的方法，其中所述整体件参数是壁厚。
[0016]在第十方面，如第一方面所提供的方法，其中S的所需数值是小于或等于0.35。
[0017]在第十一方面，如第一方面所提供的方法，其中S的所需数值是小于或等于0.30。
[0018]在第十二方面，如第一方面所提供的方法，其中S的所需数值是小于或等于0.25。
[0019]在第十三方面，如第一方面所提供的方法，其中S的所需数值是小于或等于0.2。
[0020]在第十四方面，如第一方面所提供的方法，其中S的所需数值是小于或等于0.15。
[0021]在第十五方面，如第一方面所提供的方法，其中S的所需数值是小于或等于0.1。
[0022]在第十六方面，提供一种用于CO2捕集且具有小于或等于0.4的S值的整体件，其中S通过下述公式定义:
_ MK_ U _r
[0023]- — - ~Y[~ (OFA)(K)(L)
[0024]在第十七方面，如第十六方面所提供的整体件，其中S值是小于或等于0.35。
[0025]在第十八方面，如第十六方面所提供的整体件，其中S值是小于或等于0.30。
[0026]在第十九方面，如第十六方面所提供的整体件，其中S值是小于或等于0.25。
[0027]在第二十方面，如第十六方面所提供的整体件，其中S值是小于或等于0.2。
[0028]在第二十一方面，如第十六方面所提供的整体件，其中S值是小于或等于0.15。
[0029]在第二十二方面，如第十六方面所提供的整体件，其中S值是小于或等于0.1。
[0030]附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。【专利附图】
【附图说明】了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。
[0031]附图简要说明
[0032]图1是整体件的通道的横截面的示意图。
[0033]图2是显示了与填充床实验结果相比、使用填充床模型的实施方式计算的出口 CO2摩尔分数的图片。
[0034]图3是显示了与整体件实验结果相比、使用整体件模型的实施方式计算的出口 CO2摩尔分数的图片。
[0035]图4是显示误差(％)对设计指数S作图的图片，显示了全面模型(comprehensivemodel)和分析模型预测之间的误差。
[0036]图5是根据一种模型以性能(以使床饱和的时间的倒数来计算)对孔道密度(每平方英寸或CPSI)作图的图片，显示了最佳的CPSI。
[0037]图6是以最佳孔道密度(CPSI)对整体件的正面开孔面积作图的图片，显示了用于各种反应器尺寸的最佳孔道密度。
[0038]图7是显示归一化的性能/归一化的背压随CPSI变化的图片。
[0039]图8是显示归一化的性能/归一化的背压随归一化的性能变化的图片。
[0040]图9是显示归一化的背压随归一化的性能变化的图片。
[0041]图10是显示所揭示方法的一种实施方式的流程图。
[0042]详细描述
[0043]通常使用填充床反应器来进行CO2捕集。但是，对进行CO2捕集中更快速的循环时间(例如，更快的吸附和脱附)和低背压的日益增加的要求，带来了使用不同类型反应器的机会。蜂窝状整体件是用于CO2捕集过程的可替换类型的反应器。为了确定整体件在CO2捕集过程中是否可行，关键的问题是整体件是否能提供足以匹敌或超越填充床性能所需的表面积和吸着剂。一般地，整体件中表面积增加要求整体件的孔道密度(描述为“每平方英寸孔道数”或“CPSI”)增加。但是，增加整体件的孔道密度通常导致穿过该整体件的背压升高。因此，需要模型来分析和预测挤出蜂窝状整体件的几何形貌的最佳设计，来取得高性能的CO2捕集，同时保持低背压和低制造成本。
[0044]出于本发明之目的，各种缩写见表I。
[0045]表1:
[0046] 名称符号.单位数值总吸附速率__K__Ι/s__
总传质系数__k__m/s__
每单位床体积的表面积__a__L%i__
膜传质系数(在通道内部，无 kfm/s
壁成分)____
孔传质系数(在壁内部，无通 kpm/s
道成分-从壁的表面到壁的中央)____
正面开孔面积(OFA)__S1___
气体的分子扩散系数Dm _m2/s__2.6x10-5 m2/s
吸着剂孔隙率__φ___O至I
吸着剂弯曲因子__τ____I至10
气体密度__P__kg/m3__1.2
气体粘度__μ__Pa-s__1.8x10 ^
雷诺(Reynolds)数Re
斯米特(Schmidt)数Sc
孔道密度__CPSI 每平方英寸孔道数__
反应时间尺度__U___
流动时间尺度__tf___
通道内部进料气体速度__U__IlVb__
整体件长度__L___
正面开孔面积__OFA___
设计指数__S___
整体件外部进料气体速度__V____
传质区域mtz
[0047]“整体件”指具有多条平行的导气孔道的挤出蜂窝状结构，该孔道由孔道壁限定且从一端面延伸到另一端面。
[0048]在用于预测流通型(flow-through)整体件基片的最佳整体件几何形貌的分析模型的一种实施方式中，所述模型预测整体件的几何设计与CO2捕集性能的关系。在一些实施方式中，预测的设计与CO2捕集性能的关系适用于但不限于各种沸石组合物。模型预测:对于固定量的吸着剂，当CPSI超过某临界点时可获得的回报下降，且存在一最佳CPSI，可得到良好的性能，同时还可平衡对低背压和低成本的需求。因此提供了用来设计用于0)2捕集的整体件的参数(平衡最佳几何形貌、吸着剂含量和最小背压)。
[0049]在整体件中的CO2吸附和脱附过程独立地呈现下述限制性特征:(I)CO2气体与吸着剂的反应速率(K)，它包括扩散进入吸着剂层，从而整个吸着剂层参与吸附/脱附过程，在吸附中把CO2附着(并形成键)到吸着剂层，在脱附的情况下则相反；以及(2)流动时间尺度(tf)，它描述了从进料中吸附的CO2补充得有多快。
[0050]在各种加工条件下，上述现象中的一种或两种可以是吸附/脱附过程中的主导因素或控制因素，或限制因素。例如，如果流动速率极快，那么整体件中吸附的CO2几乎立即得到补充，因此进料的流动速率不再控制吸附/脱附过程。或者例如，如果用于从吸着剂吸附或脱附CO2所需的时间(反应速率)极快，那么反应速率不是限制性因素。为了估计上述现象在什么样的情况下是主导的，进行时间尺度分析。在本分析中，估计和比较各现象的时间尺度。
[0051]在一些实施方式中，提供设计指数(Design Index)来预测适用于CO2捕集应用的蜂窝状整体件。可使用这个指数来理解在CO2捕集应用中的主导现象，并设计整体件来优化该整体件的几何形貌，并优化CO2捕集应用的效率。使用设计指数的实施方式，可预测用于CO2吸附应用的整体件在各种正面开孔面积(OFA)下的最佳CPSI。在一些实施方式中，这个指数还可用作把实验室规模推向用于CO2吸附应用现场条件的放大预测因子。例如，可计算设计指数的数值(S)。如果设计指数小于阀值，那么整体件几何形貌的改变将影响CO2吸附应用的效率。
[0052]使用用来选择用于CO2捕集应用的蜂窝状整体件的最佳几何形貌的设计指数的实施方式，可提供多种优势。例如，通过使用设计指数，将优化CO2捕集性能(每单位时间吸附的CO2的量)。将获得高性能，同时保持低水平的吸附剂装载量，因此允许以更低成本制造整体件。将获得高性能，同时保持低水平的背压，因此使得这对客户应用更加有吸引力。设计指数的使用适于性能被孔扩散极限限制的大量挤出整体件基片和吸附剂材料。此外，设计指数的实施方式允许制造商来设计在该整体件的壁中高度利用吸着剂的整体件。
[0053]设计指数S见公式1:
? — K_ _ I/ K _ uV_
[0054]- JJ - Liu — KL (OFA )( K )( L)⑴
[0055]式中是反应时间尺度，tf是流动时间尺度，u是通道内部进料气体速度，K是反应速率，u是整体件内部进料气体速度，V是整体件外部进料气体速度，L是反应器的长度，以及OFA是正面开孔面积，即整体件端面对气流开放的百分比。通过进料气体在反应器内部花费的时间来计算流动时间尺度tf，用反应器的长度除以通道内的速率得出。流动时间尺度的倒数也称为空速(spatial velocity)。反应速率K是通过雷扎内(Rezaei)和韦贝勒(Webley)报道的用于整体件的数学关系来计算的，参见雷扎内(Rezaei)和韦贝勒(Webley)，2009，用于气体分离过程的最佳结构的吸着剂(Optimum structuredadsorbents for gas separat1n processes).《化学工程科学》(Chemical EngineeringScience), 64(24): 5182-5191。反应速率K是整体件的几何形貌、整体件的材料形状和吸着剂性质的函数。例如，吸着剂性质是吸着剂弯曲因子和吸着剂孔隙率。这些吸着剂性质定义K，见表2。
[0056]可通过雷扎内(Rezaei)和韦贝勒(Webley) (2009)报道的用于整体件的数学关系来计算反应速率K，见表2:
[0057]表2:
[0058]
主公式*副公式*
K = ka = ^-2^-s -\ Τ
Kf +kp R1R1 + R2
kD=D[
p R; - R1e τ
Re=外购
Γκ 、-j0.81 _//
A:,- =2.95[? + 0.139〔^^β￡&]
J _I L jIR1Sc = ^-
PDm
CPSI= 0,0254
7? I + /?2
[0059]* 来自雷扎内(Rezaei)和韦贝勒(Webley) (2009)
[0060]图1是整体件的通道的横截面的示意图。图1显示了壁100形成了通道101，该通道101沿着长度L从整体件的一端面110延伸到该整体件的第二端面111。图1显示了 R1和R2。R1和R2是长度尺寸。R1是通道半径。R2是通道半径和通道壁的厚度之和。R1代表在通道中流动。R2代表在通道中流动加上在通道壁中流动(见图1)。反应系数K是基于没有壁成分的通道内部传质系数即膜传质系数1^以及没有通道成分的壁内部传质系数(从壁的表面到壁的中央)即孔传质系数kp来计算的。在雷扎内(Rezaei)和韦贝勒(Webley)的出版物中，还显示了这种数学模型的检验。
[0061]参考公式1，当反应时间尺度(tj非常小时，S〈〈l，反应非常快速地发生。如果S〈〈l，那么反应时间尺度比流动速率时间尺度小得多。因此，当S〈〈l时，反应时间尺度不是总体CO2吸附/脱附过程的主导(或限制)因素。相反，当S〈〈l时，流动速率是主导现象。流动时间尺度是进料气体在反应器内部花费的时间，用反应器的长度除以气体在通道内的速率来定义。
[0062]如果S〈〈1，C02与吸附剂床的吸附或键形成快速发生(?10_6秒)。这与气体扩散和流动时间尺度相比是极快的，因此不是总吸附过程的主导因素。换句话说，这意味着只要CO2分子达到任意开放位置，它们就结合到表面；因此在表面附近总是有局部的平衡。
[0063]有效的传质区域(下文中称为mtz)可通过在反应时间尺度内进料走过的距离来计算，见公式2:
[0064]mtz(2)
K
[0065]在传质区域中，如果反应时间很快，那么只要CO2气体进入该区域，就被吸着剂吸附。这持续发生，直到该区域饱和。
[0066]用于饱和传质区域所需的时间见公式3:
[0067]
_ 111； _ C X Iti^ x(Ax mtz) x (1- ￠5) _ Cxms x (1-^)
^ 和—論=流动速率=Ρνο/_^{Αχ?{)χφ ? P^McoA
Pr,^\ RT J ν(3)
[0068]如果反应器的长度大于传质区域,那么可把突破时间(breakthrough time)计为饱和整个反应器的时间，见公式4:
[0069]
—L _ Cxotv X (1—0) L _ Cxmv x (1 — 0) L
^ W x - = ?^?οΛ χ M =' ⑷
{ RT J Ψ UJ { RT J Ψ⑷
[0070]因此可知，当S〈〈l时，突破时间与反应速率无关。相反，突破时间取决于床的容量(C)、吸着剂密度((ms，单位是kg/m3)、进料速度和反应器的长度。当S<<1时，反应时间尺度是小的(即，反应快速发生)，因此反应不是总吸附/脱附过程中的主导(或限制)因素。
[0071]当S>>1时，反应时间较慢，且反应时间是总CO2吸附/脱附过程的限制因素或者主导现象。在这种情况下，流动速率较快，且反应速率较慢。当反应速率较慢时，反应器将变得饱和。或者，反应器的长度小于传质区域。那么当S>>1时，突破时间就是饱和传质区域的时间。因此，当S>>1时，突破时间取决于反应速率、床的容量(C)和吸附剂密度(ms)。并且，当S>>1时，突破时间与进料的速度和反应器的长度无关。当S>>1时，改变整体件的几何形貌不会影响反应速率。
[0072]当S = I时，反应时间和流动时间相当，且在计算用于CO2吸附和脱附的合适的整体件几何形貌时，必须同时考虑反应速率和流动速率。
[0073]为了检验该假设，基于下文提供的全面模型来计算数值:张军(Jun Zhang)、P.A.韦贝利(Paul A.ffebley), P.肖(Penny Xiao), 2008,工艺参数对用于从烟道气中捕集CO2的真空摇摆吸附技术的功率需求的影响(Effect of process parameters on powerrequirements of vacuum swinR adsorpt1n technoloRY for CO^capture from flueRas),《能量转化和管理》(Energy Convers1n and Management), 49:346 - 356 (张(Zhang)等，2008)。把这些计算的数值和从具有下述特征的填充床系统取得的实验测量数据作比较:流动速率=66升/分钟；吸着剂是沸石13X ;床孔隙率=0.35 ;床长度=I米；如所报道的。这种检验比较的结果见图2。如图2所示，计算的曲线与填充床环境中的实验结果高度吻合。
[0074]还进行了比较基于[张(Zhang)，2008]等提供的全面模型计算的数值和具有下述特征的用于CO2捕集的整体件系统的检验:流动速率=0.5升/分钟，吸着剂是沸石13X ；几何形貌=222/15.6 ;长度=7.5cm。正方形显示从实验整体件得到实验结果形成的曲线。该模型预测的突破时间(当CO2摩尔分数开始升高到零以上时)与实验数据非常接近。在突破时间(在450秒之后)之后，预测性很差。如图3所示，计算的曲线与在整体件环境中的实验结果高度吻合。使用该模型来预测突破时间；因此使用这种模型是合理的。
[0075]当反应不是主导(或限制)因素的时，对于各种输入条件，解析同时包括反应和流动的全面模型，由此估计S的数值。这通过比较由全面模型(张(Zhang)等，2008)和分析模型(公式4)获得的突破时间来进行。因此，当反应不是主导因素时，分析模型应当与全面模型高度匹配。当反应不是主导因素时，全面模型和分析模型之间的误差接近0%。为了估计当反应不是主导因素时S的数值，将分析模型和全面模型之间的误差对S作图。图4是用误差)相对于设计指数S作图的图片，显示了全面模型和分析模型预测之间的误差。由图4可知，但S是0.1时，全面模型和分析模型之间的误差小于5%，表明反应没有起主要作用。换句话说，当S小于0.1时，误差小于5%表明反应不是主导因素并对性能影响较小。
[0076]在一些实施方式中，本发明提供用来确定用于蜂窝状整体件的最佳整体件几何形貌的方法，所述方法包括以下步骤:根据下述公式计算设计指数S:
0 tr MK uV
Γ00771 ^ ~ —=-=-—-
L 」t f Lhi KL (Of7A)(K)(L)
[0078]式中&是反应时间尺度，tf是流动时间尺度，u是通道内部进料气体速度，K是反应速率，L是反应器的长度，OFA是正面开孔面积，以及V是整体件外部进料气体速度；测定S是否小于或等于所需的数值，例如是否S < 0.1 ;改变整体件的几何参数来使S小于或等于所需的数值，例如0.1。
[0079]图5是根据一种模型以性能(以使床饱和的时间的倒数来计算)对孔道密度(每平方英寸孔道数或CPSI)作图的图片，显示了最佳的CPSI。通过使各种孔道密度(但正面开孔面积恒定为0.6)的床饱和的时间的倒数来表示吸附步骤中的性能。可观察到，在测试的系统中(流动速率=15(MMSCFD以及压力=20巴(bar)。床的直径为0.3米，长度为I米。吸附剂是挤出为整体件的沸石13X)，在达到最佳CPSI (在所示的情况下，最佳CPSI是1500)后，性能饱和。这种最佳CPSI是当S = 0.1时，或者反应从主导过渡至刚刚不主导时。
[0080]图6是以最佳孔道密度(CPSI)对整体件的正面开孔面积(OFA)作图的图片，显示了用于各种反应器尺寸的最佳孔道密度。显示了用于各种反应器尺寸的最佳孔道密度。随着长度和直径减小，因为整体件内部的速度(u或V/0FA)增加，所以最佳孔道密度增加。直径对最佳孔道密度的影响大于长度对它的影响。操作条件是:流动速率=150MMSCFD，以及压力=20巴。吸附剂是沸石13X(挤出为整体件)。如果S〈〈l，那么突破时间不是反应速率的函数。突破时间是进料速率、吸附剂容量和吸附剂的量(0FA和反应器长度)的函数。因此，如果保持其它变量相同且增加CPSI (由此增加表面积)，那么性能没有增加或者突破曲线(breakthrough curve)没有变化(如图5所示)。如图6所示，对于每个OFA都存在最佳CPSI，超过该最佳CPSI时反应较快并因此不是主导因素。通过增加CPSI (保持OFA相同)使反应速率进一步发生任何增加都是不必要的，因为反应不是主导因素。
[0081]对于图7-9，性能和背压都已经归一化了。计算在3600孔道密度下的性能和背压值(其达到了最佳性能，如图5所示)，并用其余的不同孔道密度下的性能和背压除以这个数。因此，归一化的性能和归一化的背压落在0-1之间，I表明孔道密度是3600。
[0082]图7是显示了归一化的性能/归一化的背压(NP/NB)相对于CPSI作图的图片。对于最优的性能，性能数值更高且背压数值更低是理想的。因此，图7中所示图片的y轴上数值较高是理想的。观察到500孔道密度得到最高的数值。这给出了当吸附动力学和背压这两个变量都很重要时的优化情形。
[0083]图8是显示了归一化的性能/归一化的背压(NP/NB)相对于归一化的性能(NP)作图的图片。这里，最佳性能是在右上角，表明性能高和背压低。我们再次观察到S = 0.4(在孔道密度约为500)时得到最佳数值。
[0084]图9是显示了归一化的背压(NB)相对于归一化的性能(NP)作图的图片。这里，最佳性能在右下角，表明性能高和背压低。我们再次观察到S = 0.4(在孔道密度约为500)时得到最佳数值。性能超过0.8时，背压以很陡的斜率增加(意味着与性能的增加相比较，背压显著增加)。
[0085]取决于所需的应用，牺牲背压来获得非常高的性能或者背压较低且有合理的性能是理想的。如图7-9所示,性能为0.8(对应于S = 0.4)包括大多数的对高性能应用敏感的背压。
[0086]基于这些理解，能预测用于CO2分离应用的整体件的最佳几何形貌。图10是显示所揭示方法的一种实施方式的流程图。根据公式(I)，对应给定的整体件尺寸和长度、流动速率、OFA、CPSI和反应速率，可表征和计算设计指数“S”。图10所示流程图中的步骤(I)表示计算设计指数S。考虑到上文讨论和图5、图7-9所示的参数，在一些实施方式中，S小于或等于0.4是理想的。在其他实施方式中，S小于.35、小于或等于.3、小于或等于.25、小于或等于.2、小于或等于.15、小于或等于.1、小于或等于.05或小于或等于.01也是理想的。在图10所示的步骤(2)中，可测定S是否小于或等于所需的数值。在图10所示的步骤(3)中，如果S大于S的所需数值，可改变整体件特征来使S达到所需的数值。
[0087]例如，在一种实施方式中，如果所提出的整体件结构的计算S数值是，如果计算的S数值大于0.4,那么可改变整体件参数来减小S。整体件参数包括几何参数,包括整体件的OFA、CPSI和长度。整体件参数还包括系统参数，例如整体件内部的气体速度，整体件外部的气体速度。还可改变影响总吸附速率(K)的整体件参数，例如壁厚和孔道尺寸。
[0088]如图4所示，S值小于或等于0.1的整体件是理想的，因为当S数值小于或等于0.1时，起主导作用的是流动时间尺度而不是反应时间尺度。S值范围为0.1-0.4的整体件是理想的。在一些实施方式中，揭示了 S值小于或等于0.4、小于或等于.35、小于或等于.3、小于或等于.25、小于或等于.2、小于或等于.15、小于或等于.1、小于或等于.05或小于或等于.01的整体件。
[0089]在一些实施方式中，本发明提供用来确定用于蜂窝状整体件的最佳整体件几何形貌的方法，所述方法包括以下步骤:根据下述公式计算设计指数S:
v_tr _ MK _ U _ V
[0090]- ▽ -— - (0/ΓΑχΚ 仙、
[0091]式中是反放时丨曰」尺度，tf是流动时间尺度，U是通道内部进料气体速度，K是反应速率，L是反应器的长度，OFA是正面开孔面积，以及V是整体件外部进料气体速度；测定S是否小于或等于所需的数值；改变整体件的几何参数来使S小于或等于所需的数值。例如，S 的所需数值可以是 0.4，0.35，0.3，0.25，0.2，0.15，0.1, 0.05 或 0.01。
[0092]在其他实施方式中，本发明提供一种用于CO2捕集或分离、S值小于或等于0.4的整体件，其中S通过下述公式定义:
0tr 1/K UV
「00931 a =—=-=-=-
L 」tf Llu KL (OFA)(K)(L)
[0094]在一些实施方式中，S值可小于或等于0.35，小于或等于0.30，小于或等于0.25，小于或等于0.2，小于或等于0.15，小于或等于0.1，小于或等于0.05或者小于或等于0.01。
[0095]除非另有明确说明，否则，不应将本文所述的任何方法解释为必须按照特定的顺序进行其步骤。因此，当方法权利要求实际上没有陈述其步骤应遵循的顺序的时候，或者当权利要求或说明书中没有另外具体说明所述步骤应限于特定顺序的时候，不应推断出任何特定顺序。
[0096]对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和变动。因为本领域技术人员可以结合本发明的精神和实质，对所述的实施方式进行各种改良组合、子项组合和变化，应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。
【权利要求】
1.一种用于确定蜂窝状整体件的最佳整体件几何形貌的方法，所述方法包括以下步骤: a.根据下述公式计算设计指数S: S_^r _ K _ U _ V
~ tf~ L!u ~ KL~ (OFA)(K)(L)其中k是反应时间尺度，tf是流动时间尺度，u是所述通道内部进料气体速度，K是反应速率，L是反应器的长度，OFA是正面开孔面积，以及V是所述整体件外部进料气体速度； b.测定S是否小于或等于所需的数值； c.改变一种或更多种整体件参数来使S小于或等于所述所需的数值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整体件参数是整体件长度L。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整体件参数是整体件0FA。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整体件参数是U。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整体件参数是整体件孔隙率识。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整体件参数是整体件弯曲因子τ。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整体件参数是V。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整体件参数是每平方英寸孔道数CPSI。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整体件参数是壁厚(R2-R1^
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S的所述所需数值是小于或等于0.4。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S的所述所需数值是小于或等于0.35。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S的所述所需数值是小于或等于0.30。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S的所述所需数值是小于或等于0.25。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S的所述所需数值是小于或等于0.2。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S的所述所需数值是小于或等于0.15。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S的所述所需数值是小于或等于0.1。
17.一种用于CO2捕集且具有小于或等于0.4的S值的整体件，其中S通过下述公式定义: s_tr _ MK _ u _ V ~Tf~ Ltu — KL — (OFA)(K)(L)
18.如权利要求17所述的整体件，其特征在于，所述S值是小于或等于0.35。
19.如权利要求17所述的整体件，其特征在于，所述S值是小于或等于0.30。
20.如权利要求17所述的整体件，其特征在于，所述S值是小于或等于0.25。
21.如权利要求17所述的整体件，其特征在于，所述S值是小于或等于0.20。
22.如权利要求17所述的整体件，其特征在于，所述S值是小于或等于0.15。
23.如权利要求17所述的整体件，其特征在于，所述S值是小于或等于0.1。
【文档编号】B28B1/00GK104203517SQ201280067635
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2011年11月30日
【发明者】A·霍尔德, A·乔希, V·科舍勒娃, D·P·卢卡宁 申请人:康宁股份有限公司