[发明专利]乙炔的储存及稳定

说明书

相关专利的相互参引

本发明要求在35USC 119下在2012年4月13日提交的美国临时专利申请第61/623,727号的优先权。美国临时专利申请第61/623,727号的公开内容以其全文纳入本说明书。

技术领域

本发明涉及分解敏感性(decomposition-susceptible)气体如乙炔的基于吸附剂的储存及分配，并且涉及其吸附剂、其供应预装件(supply package)及其方法。

背景技术

乙炔工业上用于各种应用，包括用作气体焊接/切割应用的燃料气，用于原子吸收光谱应用，及作为用于化学合成及微电子产品生产的原料气的使用。乙炔具有因其高化学反应活性而非常不稳定的缺点。纯乙炔已知于2bar(29psig,1500Torr,200千帕)以上压力下自发地爆发性反应。

乙炔的不稳定的特性，除引起严重爆炸危害的危险外，在金属存在下也易于聚合并且形成聚(乙炔)和/或形成高活性的金属化物。

此外，乙炔通常伴随有杂质如甲烷、乙烷、丙烷、一氧化碳及其他各种有机物。

乙炔由于其不稳定特性和极强的反应活性而不能以均一气相形式储存于加压供气容器，如通常用于其他各种工业气体的储存、运输及递送的加压供气容器。

因此，现有技术已经提供溶解形式的乙炔，其中乙炔气体已被溶解于合适的溶剂如丙酮中，以降低其活性至商业可接受的水平。于15℃温度下对于每一大气压力，丙酮溶解25倍于其自身体积的乙炔。用于乙炔储存及分配的典型商业预装件包括一种包含固态多孔物质的金属容器，于其中包含丙酮或其他溶剂，并且乙炔溶解于其中。当使用丙酮时，对于气体的每一大气压力，丙酮以约10倍于金属容器体积的体积吸收乙炔。该乙炔包装极大地最小化了爆炸的危险，且在15℃下具有271psia(1868.5kPa)的极限安全压力水平。

乙炔气体的此常规包装的主要缺点为其不能提供高流率的乙炔，特别是当该金属容器是在接近空的条件下时，及存在丙酮且不可避免地污染所分配的乙炔气体。在如化学合成及微电子生产应用中，这种丙酮污染可能极为不利。常规的溶剂基的乙炔储存及分配预装件的另外的缺点包括受限于最大允许压力而有限的储存能力，及随周围温度的下降所分配的乙炔的压力迅速下降。

Martin Bülow等人的美国专利6,006,797公开了高压乙炔在碳质吸附剂上的储存，于所述吸附剂上乙炔为可逆吸附。于该专利中公开的该吸附剂具有至少0.5cm³每克的微孔体积(孔直径<2nm)、至少0.5cm³每克的中孔体积(2-50纳米的孔直径)、至少0.25g每立方厘米的堆积密度，及每单位体积至少400m²每立方厘米的表面积。作为该微孔体积及中孔体积限制的替代或另外，具有1.5至3.0nm直径的孔的比体积为至少0.3cm³每克，但是中孔比体积及微孔比体积中的一些应总是至少0.1cm³每克。Bülow等人的专利规定中孔比体积的至少75％由具有2至5纳米直径的中孔贡献，以及至少90％的微孔具有至少0.4nm的直径。该吸附剂可为颗粒形式或者单块形式。

Bülow等人的专利认为具有1.5至3.0nm直径的孔在吸附乙炔中特别有效，并且该专利指出通常优选使此类孔的“密度”或其中孔比体积最大化，1.8至2.5nm范围的孔大小被认为最有效。

尽管Bülow等人的专利的中孔吸附材料被认为对于乙炔的储存及分配是有效的，但是体积各自为至少0.5cm³每克的中孔及微孔的存在具有这样的效果，即，分别在中孔及微孔区的不同尺寸的孔将于其吸附及脱附性能上有不同表现，并且温度/压力可变性效应可显著改变储存及随后脱附的乙炔的量，也显著改变使用此类中孔/微孔碳质吸附剂的容器能够分配乙炔的速率。

因此，现有技术继续寻求用于乙炔及其他分解敏感性气体的储存及分配体系的改进。

发明内容

本发明涉及分解敏感性气体如乙炔的储存及分配，并且更具体而言涉及具有用于吸附性地储存及脱附性地分配此类气体的用途的碳吸附剂，并且涉及包含此类碳吸附剂的气体储存及分配容器，并涉及供应分解敏感性气体如乙炔例如用于燃料、光谱、微电子制造，或化学合成应用的方法。