Skarstrom的分离器

随着Covid-19大流行的阴谋继续上演，人们很容易忘记这种疾病的真正恐怖。病人喘不过气来的景象令人不寒而栗，许多人需要额外的氧气供应。生产这种氧气一直是大流行的一个关键挑战，但在20世纪50年代，一位专门研究分离的人开发了一种技术，使这一挑战变得更加容易。

查尔斯·斯卡斯特伦出生于1906年，父亲是一位著名的体育教授。1924年，他开始在美国纽约他父亲的母校哥伦比亚大学攻读物理学学位。1933年，他获得硕士学位，加入了弗吉尼亚大学的杰西·比姆斯(Jesse Beams)。比姆斯开始验证弗雷德里克·林德曼和弗朗西斯·阿斯顿离心机可能是分离气体或蒸汽中的同位素的一种手段。斯卡斯特伦加入这个小组的时候，正值四氯化碳重氯同位素富集的艰巨而危险的工作准备发表之际。在他1939年提交的博士论文中，斯卡斯特罗姆扩大了这种方法。

作为制造原子弹的曼哈顿计划的一部分，比姆斯提议用他的气体超离心机将易裂变的铀-235从其他物质中分离出来。战争结束后很久，斯卡斯特龙名下的几项专利都描述了与这个项目相关的密封件和轴承。然而，比姆斯和他的团队无法开发出足够强大的系统来完成这项工作，在日本广岛和长崎投放的武器中使用的同位素是通过更传统的气体扩散通过多孔膜来分离的。

战争结束后，斯卡斯特伦在标准石油公司(后来的埃索公司(今天的埃克森美孚公司)找到了一份工作，在新泽西州林登传奇的Bayway炼油厂旁边的研究实验室工作。Bayway是最早的综合炼油厂之一;世界上第一个石油化工产品异丙醇就是在这里生产的，最早的催化裂解装置之一就是在这里生产的。

1956年，当他试图优化一种从空气中去除水分的方法时，一切都改变了

斯卡斯特伦曾在分析分离团队工作，他早期的专利涉及气相色谱和与烯烃聚合和喷气发动机燃烧有关的问题。但在1956年，当他试图优化一种从空气中去除水分的方法时，一切都改变了。这种方法使空气通过一个充满吸附性材料的柱。当材料饱和时，气流将被切换，使气体通过第二个相同填充的色谱柱。与此同时，第一个色谱柱被加热以去除水分，用一小部分干气体作为净化来赶走水分。因此，两个色谱柱交替进行12小时的加热-冷却-吸附循环，并设置定时器。

不幸的是，其中一个色谱柱的加热筒失效了。斯卡斯特龙不愿等待替代品的到来，决定在没有加热器的情况下运行设备。由于不需要很长时间的冷却，他将计时器设置为每30分钟切换一次。该装置仍然减少了气体原料中的水分。出于好奇，斯卡斯特伦进一步缩短了周期，观察到在较短的周期内出现的空气更干燥。在这个绝热过程中，吸附热从未损失，使得通过降低压力和净化来解吸水成为可能。

斯卡斯特伦尝试了不同的吸附剂。在他的专利中，他列出了从活性炭到纸巾的所有东西，以及新发现的以其巨大表面积而闻名的合成沸石。根据所选择的沸石，他的过程可以产生含氧量显著增加或减少的气体。挥发性碳氢化合物也可以被分离。他的“无热分馏”方法，具有为食品保存提供医用氧气和氮气的所有潜力，在纽约时报的每周专利审查中得到了特别介绍。它后来被称为变压吸附。

斯卡斯特伦和他的专利代理人都不知道，1953年，在德国林德工作的海因里希·卡尔(Heinrich Kahle)开发了一模一样的东西，并申请了专利。这一点是在1970年斯卡斯特伦退休的那一年披露的，当时埃索起诉竞争对手侵犯专利。在审查了整个过程并剖析了原理和设备之后，法官以缺乏新颖性为由驳回了斯卡斯特伦的专利。斯卡斯特伦对此的想法可能永远不会为人所知。他于1984年去世。

变压吸附现在是常规的。它可以用来向化学实验室输送氮气，向玻璃吹制工输送氧气。它被提议用于从水泥厂和钢铁厂捕获二氧化碳。在过去的几周里，印度空军已经向全国各地的医院运送了超过1.1万个氧气浓缩器，挽救了无数危重病人的生命。也许斯卡斯特伦的想法并不完全是原创的，但它相当聪明。