CN101468790A - 借助于分压摆动循环化学反应分离二氧化碳 - Google Patents

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Abstract

本发明为借助于分压摆动循环化学反应分离二氧化碳的方法。公开了一种从进气混合物中分离反应性气体的方法。该方法包括，使反应性气体与反应性固体床在放热反应中反应以形成第二固体和从中除去该反应性气体的产物气体。除去该产物气体并使用该反应中热量在吸热反应中使反应性气体从第二固体中释放，产生反应性固体。除去反应性气体并分离。床中包含储热材料以保留热量来支持该吸热反应。也公开了实施该方法的设备，其具有容纳该床的绝热室，以及多个床形成的工艺单元。该工艺单元能使得循环地操作该方法，提供进气、反应性气体和产物气体的连续流。

Description

借助于分压摆动循环化学反应分离二氧化碳
有关联邦资助研究或发展的声明
本发明是在DOE协议No.DE-FC26-01NT41145下由政府支持而完成的。政府在本发明中享有某些权利。
技术领域
本发明涉及采用分压摆动(partial pressure swing)循环化学反应技术从进气混合物中分离反应性气体如二氧化碳的方法和设备。
背景技术
为了避免在发电期间将CO2排放到环境中，经济上有利地在燃烧燃料之前将碳以CO2从燃料如煤、油、天然气、沼气和其它气态烃化合物中除去。通过采用各种技术如蒸汽重整、部分氧化和对于特定燃料适宜的气化，首先从燃料中生成所谓的“合成气”，实现碳的去除。该合成气可以包括氢气、蒸汽、CO2和CO以及其它微量组分。除碳之前，通常采用水煤气变换反应将CO变换为CO2(CO+H2O->CO2+H2)。这样提高了合成气的氢气含量且使CO2成为合成气中主要的碳物质。
可以通过两种途径进行CO2的去除，环境温度分离方法和高温下进行的分离方法。环境温度方法中，将合成气冷却到大约环境温度并通过传统CO2去除单元。该单元可以包括液相吸收系统以及固相吸收系统。该液相吸收系统使用物理溶剂(包括Rectisol或Selexol)或是化学吸附剂(如各种胺溶液)。固相吸收系统中使用的吸附剂可以由传统活性碳或沸石材料组成。氢气压力摆动吸附(PSA)为固相吸收系统的实例。
在高温下进行的方法中，在高于环境的温度下除去CO2，例如，在约300～约700℃下，通过使合成气从填充高温CO2吸附剂的床中通过。例如，US 6 322612描述了用于从热湿合成气中除去CO2的高温PSA方法。出版的US专利申请2004-0081614描述了利用高温吸附剂和水煤气变换催化剂的填充床将CO变换为CO2且同时从合成气流中除去CO2的吸附增强的水煤气变换方法。两种途径都利用了PSA观念使吸附剂再生。该吸附剂典型地为改进的水滑石且可以归纳为具有小于15kcal/gmol的CO2吸收热量的材料。相对于高温吸附剂，也存在高温下与CO2反应的反应性固体，且可以用于有效地从高温合成气流中除去CO2。这些材料通常显示大于15kcal/gmol的与CO2反应的热量。使用这些材料的方法依赖于反应性固体的热再生，且由此在热循环下操作。
前述分离技术制得包含气态燃料的产物气体流，该气态燃料具有可以用作产物或者清洁地燃烧以产生电力热量(其中水为主要燃烧产物)的高浓度氢气。除了产物气体流之外，该分离技术还获得具有高浓度CO2的第二气流，可以使其例如在地质建造如烃井、盐水层和不可开采煤层中分离。
但是，存在与上述环境温度和高温分离方法二者相关的缺陷。环境温度需要充分冷却合成气以实现典型的40-70℃操作温度，其转化为显著的热交换投资成本和不可避免的能量损失。该方法中使用的蒸汽在合成气冷却期间被冷凝，由此对于下游涡轮流动和发电来说不能获得蒸汽。该方法中获得的冷的产物气体在燃气轮机中不能有效地燃烧，由此典型地将其再加热到约300～400℃，再次需要热交换投资成本且能量损失。
高温分离方法排除了冷却的需要，且可以直接获得用于燃气轮机的热的富氢燃料流。特别是对于吸附增强的水煤气变换方法来说是这种情形，其中组合的反应和CO2吸附可以降低流出物流的碳含量到小于进料碳的10％。但是，该方法受到与高温吸附材料相关的较低CO2吸附容量的限制。低吸附容量需要较大的床，其对于构造来说是昂贵的。替换地，使用前述反应性固体大大提高了床的CO2容量，因为此时整个颗粒可用于与CO2反应，而非如高温吸附情形下只是表面。但是，反应性固体的热再生是挑战性的，因为它们通常需要大于800℃的温度。该高再生温度需要大量的能量成本，降低了该方法的效率。容器之内可能难以产生和保持这些高温条件。容器设计/完整性也是重要问题。
显然存在对于将CO2从合成气中分离的方法和设备的需求，其避免了与环境温度方法相关的不利的效率损失、基于高温吸附剂的高温方法的较高投资成本、和对于基于反应性固体的热方法的过量再生要求的负面影响。
发明内容
本发明涉及从进气混合物中分离反应性气体组分以获得除去反应性气体组分的产物气体的方法。该方法包括：
(a)提供反应性固体的床；
(b)使进气混合物与反应性固体在第一温度和第一反应性气体组分分压下反应，使反应性气体组分在放热化学反应中与反应性固体结合，由此形成第二固体化合物并产生产物气体；
(c)使放热化学反应中的热量保留在该床中；
(d)将产物气体传导离开该床；
(e)将反应性气体组分分压降低到低于第一分压的第二反应性气体组分分压，由此使所述放热化学反应反向以在吸热反应中制得所述反应性气体组分和所述反应性固体；
(f)使用该热量来支持吸热反应；
(g)将反应性气体组分传导离开该床；
(h)采用再加压气体再加压该床；和
重复步骤(a)到(h)。
有利地，在使进气混合物与反应性固体在放热化学反应中进行反应期间，释放至少15kcal/gmol反应性气体组分。
可以通过降低床内压力并用吹扫气体吹扫该床、或者仅用吹扫气体吹扫该床，实现降低该反应性气体组分分压的步骤。吹扫气体优选为蒸汽且与进气混合物对流流动。
该方法可以进一步包括，使反应性固体定期再生，通过使加热到第三温度的再生气体通过床，由此使放热化学反应反向以在吸热反应中制得反应性气体组分和反应性固体。
为了有利地使热量保留在床中，可以包括，将储热材料与所述反应性固体包含在一起。该储热材料可以包括在小于或等于第一温度的温度下发生相变的相变材料。替换地和/或额外地，该床可以包括具有的热容量和热导率大于或等于反应性固体的热容量和热导率的储热材料。
特定实例中，该方法关注于从包括二氧化碳和氢气的进气混合物中分离二氧化碳以获得除去二氧化碳的产物气体。该方法包括：
(a)提供反应性固体的床；
(b)使进气混合物与反应性固体在第一温度和第一二氧化碳分压下反应，使二氧化碳在放热化学反应中与反应性固体结合，由此形成固体碳酸盐化合物并产生产物气体；
(c)使放热化学反应中的热量保留在该床中；
(d)将产物气体传导离开该床；
(e)将二氧化碳分压降低到低于第一二氧化碳分压的第二二氧化碳分压，由此使放热化学反应反向以在吸热反应中制得二氧化碳和反应性固体；
(f)使用该热量来支持吸热反应；
(g)将二氧化碳传导离开该床；
(h)采用再加压气体再加压该床；和
重复步骤(a)到(h)。
可以通过降低床内压力并用吹扫气体吹扫该床、或者仅用吹扫气体吹扫该床，实现降低该反应性气体组分分压的步骤。吹扫气体优选为蒸汽且与进气混合物对流流动。
本发明也包括用于在第一温度下从进气混合物中分离反应性气体组分的床。该床包括：反应性固体材料；和与反应性固体材料混合的储热材料。该储热材料包括具有的热容量和热导率大于或等于反应性固体材料的热容量和热导率的颗粒。替换地和/或额外地，该储热材料可以包括在小于或等于第一温度的温度下发生相变的相变材料。
本发明进一步包括用于在第一温度下从进气混合物中分离反应性气体组分以获得除去反应性气体组分的产物气体的设备。该设备包括绝热室，和包含反应性固体与储热材料的床。该反应性固体能够与反应性组分在放热反应中反应。第一管路提供了与用于将进气混合物引入床中的室的流体连通，且第二管路也与用于使产物气体离开床的室流体连通。
附图说明
图1为阐述了依据本发明采用压力摆动反应技术分离可吸收气体的方法的实施方式的流程图；
图2为依据本发明采用压力摆动反应技术分离可吸收气体的设备的示意图；
图3为包含多个图2中所示设备的工艺单元的示意图；和
图4为阐述了平行排列的多个工艺单元的示意图。
具体实施方式
依据本发明从合成气中分离CO2的方法使用高温反应性固体(本文中定义为固体)的床，其可以与CO2在400℃～800℃的温度下反应，具有大于15kcal/gmol CO2的反应热。床的含义为固体物质的聚积体，其提供了可以接触气体或流体以促进固体物质与气体之间的化学或物理反应的表面积。使用这些类型材料的已知途径利用了在800℃和更高温度下的热再生。依据本发明的方法在工艺循环中利用这些材料，该工艺循环包括其中使床中CO2的分压降到低于进气混合物的水平的再生步骤。这点可以通过降低总气体压力或者降低CO2浓度来实现。本发明的另一关键方面涉及在床中保留热量-必须使反应热含在床内以提供反应性固体再生所需的能量。认为具有填充高热容量材料、和/或相变材料的床的实施方式是本发明的一部分。
图1显示了该方法实施方式的流程图。使进气混合物，例如含有氢气和CO2的合成气，与反应性固体在约500℃～约700℃的高温下反应，其中在含有大块金属碳酸盐相的这种实施例中，CO2与反应性固体反应以形成第二固体化合物。优选的反应性固体与CO2放热地反应，且以保留在含有反应性固体和第二固体化合物二者的填充床内的热量形式释放出大量能量。有利地，选择该反应性固体，使得该反应释放出至少15kcal/gmol反应的CO2。
CO2与反应性固体的反应有效地将其从气相中除去，获得具有浓度升高的氢气的产物气体，将其传导离开该反应性固体。当床中大部分反应性固体转化为第二固体化合物时，将CO2从气体中除去的能力缩小，并通过降低CO2的分压使该床再生。目前实施方式中，将反应性固体减压到较低压力，例如，约5巴～约0.3巴，随后使用吹扫气流、优选蒸汽，还在低压(约5巴～约0.3巴)下吹扫该床。优选对流地(其中对流地含义为气流与进气流反向)进行这些步骤。这些再生步骤通过使反应步骤的CO2-碳酸盐反应反向，在吸热反应中使CO2从第二固体化合物中释放。CO2与反应固体的放热反应期间先前产生的热量被保留在反应性固体/第二固体化合物的床中，且用于支持该吸热反应。使减压和吹扫步骤期间离开该床的气体(含有释放的CO2气体)导离该床，并作为较高纯度CO2副产物流回收。再生反应性固体的床再次用蒸汽、蒸汽和氢气的混合物、另外的合成气、或产物气体再加压。循环地重复前述步骤。
该方法中利用多个床，其中每个床在上述循序的步骤下操作，使得至少一个床进行反应步骤且一个床进行再生。这样可以实现连续的进气混合物和产物气体流速。
替换的实施方式中，可以在反应步骤之后和减压步骤之前进行高压蒸汽冲洗。该冲洗可以顺流地或者对流地进行。该高压蒸汽冲洗可以有效地从填充床中除去孔隙气体，由此在进气混合物的压力下产生流出气，可以将其作为稍微不纯的产物或是作为进气混合物循环到另一床用于反应性气体组分的进一步分离。
也能够以降低床中CO2分压的机理在进气混合物压力下使用蒸汽吹扫，并提供用于CO2释放的驱动力。该步骤应在对流方向上操作。相对于低压再生需要较高量的蒸汽吹扫，但是可以在约1巴下将流出气引到蒸汽轮机体系用于发电和CO2回收。替换地，可以将该蒸汽在热量回收系统中冷凝以在基本上进气混合物压力下获得副产物CO2。
如上所述，CO2与反应性固体的放热反应释放热量，该热量随后用于支持再生步骤期间的吸热反应。为了有利于该方法的这个方面，选择与气体(与其反应的)放热反应的反应性固体。为了从合成气中除去CO2，可以使用由含有两种或多种金属元素的复合金属氧化物组成的反应性固体。存在多种可能的材料，如正硅酸锂、锆酸锂、锆酸钠、铁酸锂、铝酸钠、铝酸钙、铝酸钡、高铁酸钠、硅酸钙及其组合。表1中列出了这些材料中的一些的CO2反应热。
表1 CO2碳酸化的反应热
 
T(C) Li4SiO4-ΔH，kcal/gmole CO2 Li2ZrO3-ΔH，kcal/gmole CO2 Li2Fe2O4-ΔH，kcal/gmole CO2 Na2ZrO3-ΔH，kcal/gmole CO2
500 28.5 36.1 24.2 33.3
700 25.1 34.3 22.5 32.4
优选地，该方法操作，使得CO2与反应性固体的放热反应中产生的热量保留在填充床之内。随后优选地与反应步骤对流地进行随后再生步骤，这样热量可以返回通过第二固体化合物的床并由此提供相反的吸热反应所需的能量。如果并非以这种方式使用热量，那么必须从外部提供热量给该床，或是通过容器壁，借助于内部热交换系统，或是通过预热吹扫气体。相对于使用蒸汽吹扫作为唯一热载体支持吸热再生反应，放热反应中热量的有效利用产生了显著的能量节约，降低了成本并提高了该方法的效率。
为了有助于使热量保留在填充床之内，有利地加入作为储热材料以储存放热反应中热量、并随后在再生期间提供热量以支持吸热反应的材料。加入该材料有利于反应性固体的更加等温的操作且降低了该方法的蒸汽吹扫步骤中所需的蒸汽量。
为此，有利地在具有反应性固体的床内包括相变材料，其在对于该方法有利的操作温度范围下发生相变。对于其中CO2为反应性气体组分的方法，该温度范围为约400℃～约800℃。在与CO2反应相容的温度范围下熔融的盐或者盐混合物如共溶盐混合物是可行的。对于CO2实施例，下列共溶盐混合物是可行的：
(1)49.5％ Li2CO3+44.5％ Na2CO3+6％ K2CO3，其在468℃下熔融。
(2)58％ Na2CO3+3％ K2CO3+39％ Rb2CO3，其在558℃下熔融。
(3)14％ CaSO4+6％ BaSO4+80％ Li2SO4，其在660℃下熔融。
在感兴趣的温度范围内熔融的醇盐也是已知的，如：
1.碘化锂，其在449℃下熔融；
2.氯化锂，其在605℃下熔融；
3.碘化钠，其在661℃下熔融；
4.碘化钾，其在681℃下熔融；
5.碳酸锂，其在723℃下熔融；
6.氯化钾，其在770℃下熔融。
盐或盐混合物的用量与反应性固体的用量和放热反应中释放的热量成比例。使用盐或盐混合物时，低压蒸汽吹扫作为热交换流体和残气以除去CO2气体。特定应用下，可以将该盐包裹在包含密封金属或氧化铝层的颗粒之内。也可以用反应性固体涂布该颗粒。
替换的实施方式中，有利地将高温、高密度、高热容量、高热导率材料(如石英、氧化铝或金属颗粒)与反应性固体一起填充在床中。该颗粒作为储热材料，储存放热反应中的热量并释放热量以支持释放CO2气体的固体化合物的吸热再生。优选地，该储热材料具有的热容量和热导率大于或等于反应性固体的热容量和热导率。
如果合成气还含有CO，有利地采用合成气注射蒸汽且在床内与反应性固体一起包括高温变换催化剂。该高温变换催化剂将催化水煤气变换反应(CO+H2O->CO2+H2)并容许CO与蒸汽反应以形成CO2和氢气。由此形成的CO2被吸附并从合成气中除去，制得更多氢气并进一步推动变换反应达到完成。变换催化剂如铬/铁氧化物、铜/铬/铁氧化物以及钴基催化剂是可行的。其它通常归为非催化性的材料也可以在与该方法相关的温度和压力下催化该反应。该材料包括氧化铝、白云石、石灰石和大理石碎片。加入催化剂可以具有容许采用较低温度进气混合物操作的额外益处，因为水煤气变换反应是放热反应且将在反应步骤期间增加进一步更多能量到反应性固体床。该能量随后可以用于第二固体化合物的再生。
由于该方法的每个循环中损失一些热量，可能不存在足以使第二固体化合物完全再生的能量，且每次循环之后一些残留CO2将以碳酸盐保留在床中。该碳酸盐将聚积，导致对于每次循环更短的间，直到床的有效CO2工作容量下降到必须使其热再生的阈值。这点通过用热气加热该床到约700℃的温度、随后用气体如不含CO2的纯氮气进行冷却来实现。高温暴露有利于固体化合物到反应性固体和CO2的吸热反应，由此使该固体化合物转变为反应性固体。认为，在变为必须使每个床热再生之前，依据本发明的方法可以完成大于100次的压力摆动反应循环。
上述热气可以由稀释的燃烧废气组成，其中用氮气、氢气或蒸汽稀释。其也可以是含CO2的循环气体，其中燃烧废气的加入或外部传热用于使气体进入床之前预热。将连续地除去小的循环气体滑动流。热蒸汽、氮气、或氢气可以用于加热该床，其中通过在热交换器中相对于燃烧废气间接加热使热气再生。也可以使用恢复热交换器系统，其中热燃烧气体首先用于使填充床预热，随后使蒸汽、氮气、或氢气流动。后者通过填充床的热容量加热到期望的温度范围。
图2显示了通过依据本发明的方法分离CO2的设备。设备10包括含有反应性固体14以及储热材料(其可以包括共熔盐16和/或高温、高密度、高热容量、高热导率颗粒18)的床的室12。另外或者替换地，该室12也可以含有水煤气变换催化剂20。优选地使室12绝热以防止从填充床到环境的热量损失。由于该设备操作下的高温，放置在内部的难熔材料用于隔热。导管22和24提供与室的流体连通以容许各种气体进入和离开，如下所述。
通过阀30控制进气混合物例如合成气26通过导管22到室12的流动。同样，通过阀34控制从室中出来的产物气体(该实施例中为氢气32)通过导管24的流动。通过阀40控制高压蒸汽36通过导管38到室的流动。可以使用废气44使高压蒸汽在热交换器42中再生。同样，通过阀50控制低压蒸汽46通过导管48到室的流动。再次，可以使用废气54使蒸汽在热交换器52中再生。通过阀60控制从合成气中分离且在再生期间从第二固体化合物中释放的流出气(该实施例中为CO258)通过导管56的流动。
操作设备10时，分别在约500℃～约700℃和约20巴～约40巴的期望反应温度和压力下从来源28中提供合成气26。该来源28可以是，例如，使用适宜化石或生物质燃料的蒸汽重整过程、部分氧化过程以及气化过程的输出。
操作阀30以能使合成气26通过导管22并进入室12，其中合成气与反应性固体14反应。通过反应性固体反应形成第二固体化合物有效地除去合成气中CO2。该放热反应中释放热量，储存在储热颗粒16和18以及第二固体化合物中。合成气中CO与变换催化剂20反应产生CO2和氢气，依据水煤气变换反应。额外的CO2与反应性固体反应，释放额外的热量，储存在储热颗粒和第二固体化合物中。将除去CO2的合成气26转化为产物气体32，该实施例中包括具有高浓度氢气和低浓度碳物质(CO+CO2)的气流。操作阀34以容许产物气体通过导管24流动。可以使用热交换器62通过产生蒸汽64来冷却产物气体32。如果送入涡轮机66用于发电，仅最小化冷却该产物气体以使其可用于在气体点火涡轮机中燃烧。此时，由于将高温高压氢气供给涡轮机，实现了依据本发明的方法的效率。替换地，可以将氢气产物气体32冷却到室温并储存在容器68中。
如果期望的话，可以使用高压蒸汽36以高压蒸汽冲洗从室中除去孔隙气体。该蒸汽可以在热交换器42中使用废气44再生并通过导管38引入室内，通过阀40控制该流动。该步骤中的流出气可以通过导管24，如上所述。
一旦反应性固体反应为第二固体化合物之后，关闭控制合成气26和产物气体32的流动的阀30和34，并通过1)打开阀60将室12降压到预定压力、并2)打开阀50以开始用热交换器52中低压蒸汽46吹扫床来实现床的再生。使结合在第二固体化合物内的碳酸盐在吸热反应中转化回到CO2和反应性固体。从储热颗粒16和18与第二固体化合物的热容量中提供支持该反应的热量，并且包括低压蒸汽46和CO258的流出气通过导管56离开该室。将流出物在热交换器70中冷却以将蒸汽与CO2分离，并且CO2随后可以输送用于例如地质形成72中的分离。
再生步骤之后，通过关闭阀50和阀60并打开阀30使床14加压到反应步骤压力，由此合成气通过导管22流到该床中。替换地，可以通过关闭阀50和阀60并打开阀40使得蒸汽通过导管38到达该床、或者打开阀50使得蒸汽通过导管48到达该床，用蒸汽加压该床。也能够通过关闭阀50和阀60并打开阀34使得氢气通过导管24到达该床，用一些氢气产物加压该床。
加压之后，关闭全部阀并打开阀30和34以再次启动循环。
如图3中所示，整个工艺单元11由一起平行操作的多个设备10组成。每个床14在上述循序的步骤下操作。该工艺中利用了多个床，且使各种阀的关闭和开启配合，使得至少一个床进行反应步骤和一个床进行再生。这样可以实现连续的进气混合物和产物气体流速。多个床可以分享同一装备如热交换器44、54、62、70，槽28、72、68，和燃气轮机66。
每个循环期间损失一些热量，通过从室12到环境的热交换或是在进入并离开该室的气流中。由此，残留的碳酸盐在反应性固体上聚积且必须通过再生步骤定期清除。为了提供看上去连续的操作，如图4中所示平行地操作工艺单元11。这样能使单个工艺单元11离线同时其它继续操作。将包括离线单元11的床加热到700℃或更高，并采用低压蒸汽吹扫以除去残留碳酸盐，随后冷却到正常的反应步骤温度。随后可以使再生的工艺单元回到在线且可以使另一工艺单元离线用于再生。
作为替换方式，可以在高于700℃的温度下进行床的热再生，优选地使燃烧废气通过该室，随后用气体如氮气或不含CO2的蒸汽冷却该反应性固体。
计算机模拟结果
采用SIMPAC软件模拟固定床中CO2-正硅酸锂反应。该模拟考虑了体系的反应热力学和反应过程期间的热量演变。采用27.2atm下N2中具有16％ CO2的进气混合物模拟依据本发明的方法的循环操作。该工艺循环采用三个床操作且包括进料、并流蒸汽冲洗，对流减压，对流蒸汽吹扫和对流蒸汽再加压。固定用于吹扫的总蒸汽，且自动控制进气混合物流速以获得纯度97.0％或98.5的期望产物N2。调节工艺阀以获得适当减压和再加压速率。表2概述了该模拟的结果。
CO2-正硅酸锂的SIMPAC模拟
 
进料和净化温度(℃) 产品纯度(％moleN2) CO2抑制(％) 在流出气中的平均CO2浓度(％) 蒸汽比例(Ibmole蒸汽/Ibmole进料气) 床尺寸(Ib吸附剂/Ibmole进料气) N2回收率
550 97.0 82.7 7.47 1.69 174.7 96.5
550 98.5 91.5 7.97 1.74 180.1 96.5
650 97.0 83.4 19.95 0.55 57.5 99.3
650 98.5 91.8 21.37 0.56 58 99.3
该模拟预示了依据本发明在大大低于利用这些反应性固体的热再生方法通常所需的那些的温度下分压摆动循环化学反应器的有效操作。性能随着更高进料和吹扫温度改进，其中随着蒸汽速率和反应性固体尺寸降低回收率大于99％。

Claims (37)

1、一种从进气混合物中分离反应性气体组分以获得除去所述反应性气体组分的产物气体的方法，所述方法包括：
(a)提供包含反应性固体的床；
(b)使所述进气混合物与所述反应性固体在第一温度和第一反应性气体组分分压下反应，使所述反应性气体组分在放热化学反应中与所述反应性固体结合，由此形成第二固体化合物并产生所述产物气体；
(c)使所述放热化学反应中的热量保留在所述床中；
(d)将所述产物气体传导离开所述床；
(e)将反应性气体组分分压降低到低于所述第一分压的第二反应性气体组分分压，由此使所述放热化学反应反向以在吸热反应中制得所述反应性气体组分和所述反应性固体；
(f)使用所述热量来支持所述吸热反应；
(g)使所述反应性气体组分远离所述床；
(h)采用再加压气体再加压所述床；和
重复步骤(a)到(h)。
2、权利要求1的方法，其进一步包括，在使所述进气混合物与所述反应性固体在所述放热化学反应中进行所述反应期间，释放至少15kcal/gmol所述反应性气体组分。
3、权利要求1的方法，其中通过降低所述床内压力并用吹扫气体吹扫所述床，实现降低该反应性气体组分分压。
4、权利要求3的方法，其中所述吹扫气体与所述进气混合物逆流地通过所述床。
5、权利要求1的方法，其中通过用吹扫气体吹扫所述床，实现降低该反应性气体组分分压。
6、权利要求5的方法，其中所述吹扫气体与所述进气混合物逆流地通过所述床。
7、权利要求1的方法，其进一步包括，使所述反应性固体定期再生，所述再生包括：
使加热到第三温度的再生气体通过所述床，由此使所述放热化学反应反向以在所述吸热反应中制得所述反应性气体组分和所述反应性固体。
8、权利要求1的方法，其中使热量保留在所述床中包括，将储热材料与所述反应性固体包含在一起。
9、权利要求8的方法，其中所述储热材料包括在约400℃～约800℃的温度下发生相变的相变材料。
10、权利要求8的方法，其中所述储热材料具有的热容量和热导率大于或等于所述反应性固体的热容量和热导率。
11、一种从包括二氧化碳和氢气的进气混合物中分离所述二氧化碳以获得除去所述二氧化碳的产物气体的方法，所述方法包括：
(a)提供包含反应性固体的床；
(b)使所述进气混合物与所述反应性固体在第一温度和第一二氧化碳分压下反应，使所述二氧化碳在放热化学反应中与所述反应性固体结合，由此形成固体碳酸盐化合物并产生所述产物气体；
(c)使所述放热化学反应中的热量保留在所述床中；
(d)将所述产物气体传导离开所述床；
(e)将二氧化碳分压降低到低于所述第一二氧化碳分压的第二二氧化碳分压，由此使所述放热化学反应反向以在吸热反应中制得所述二氧化碳和所述反应性固体；
(f)使用所述热量来支持所述吸热反应；
(g)将所述二氧化碳传导离开所述床；
(h)采用再加压气体再加压所述床；和
重复步骤(a)到(h)。
12、权利要求11的方法，其中通过减压所述床并采用蒸汽逆流地吹扫所述床，实现降低所述二氧化碳分压。
13、权利要求11的方法，其中通过采用蒸汽对流地吹扫所述床，实现降低所述二氧化碳分压。
14、权利要求11的方法，其中所述再加压气体选自所述进气混合物、氢气、蒸汽、所述产物气体、及其组合。
15、权利要求11的方法，其中所述第一二氧化碳分压为约5巴～约40巴。
16、权利要求11的方法，其中所述第二二氧化碳分压为约0.3巴～约5巴。
17、权利要求11的方法，其中所述第一温度为约500℃～约700℃。
18、权利要求11的方法，其中所述反应性固体选自正硅酸锂、锆酸锂、锆酸钠、铁酸锂、铝酸钠、铝酸钙、铝酸钡、高铁酸钠、硅酸钙及其组合。
19、权利要求11的方法，其中所述进气混合物包括一氧化碳，所述方法进一步包括：
在所述床内提供变换催化剂；
采用所述变换催化剂使所述一氧化碳与蒸汽反应以制得额外的氢气和二氧化碳，使所述额外的二氧化碳在放热化学反应中与所述反应性固体结合以形成所述固体碳酸盐化合物。
20、权利要求19的方法，其中所述变换催化剂选自铬/铁氧化物、铜/铬/铁、钴基催化剂、氧化铝、白云石、石灰石、大理石碎片及其组合。
21、权利要求11的方法，其进一步包括，使所述反应性固体定期再生，所述再生包括：
使加热到第三温度的再生气体通过所述床，由此使所述放热化学反应反向以在所述吸热反应中制得二氧化碳和所述反应性固体。
22、权利要求21的方法，其中所述第三温度大于或等于约700℃。
23、权利要求11的方法，其中使热量保留在所述床中包括，将储热材料与所述反应性固体包含在一起。
24、权利要求23的方法，其中所述储热材料包括在约400℃～约800℃的温度下发生相变的相变材料。
25、权利要求24的方法，其中所述相变材料包括选自Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、CaSO4、BaSO4、Li2SO4、LiI、LiCl、NaI、KI及其组合的盐。
26、权利要求25的方法，其中所述储热材料具有的热容量和热导率大于或等于所述反应性固体的热容量和热导率。
27、权利要求26的方法，其中所述储热材料选自石英、氧化铝、金属化合物及其组合。
28、一种用于在第一温度下从进气混合物中分离反应性气体组分的床，所述床包括：
反应性固体材料；和
与所述反应性固体材料混合的储热材料。
29、权利要求28的床，其中所述反应性固体材料具有至少15kcal/gmol所述反应性气体组分的反应热。
30、权利要求28的床，其中所述反应性固体材料包括选自正硅酸锂、锆酸锂、锆酸钠、铁酸锂、铝酸钠、铝酸钙、铝酸钡、高铁酸钠、硅酸钙及其组合的颗粒。
31、权利要求28的床，其中所述储热材料包括具有的热容量和热导率大于或等于所述反应性固体材料的热容量和热导率的颗粒。
32、权利要求28的床，其中所述储热材料包括选自石英、氧化铝、金属化合物及其组合的颗粒。
33、权利要求28的床，其中所述储热材料包括在约400℃～约800℃的温度下发生相变的相变材料。
34、权利要求33的床，其中所述相变材料包括选自Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、CaSO4、BaSO4、Li2SO4、LiI、LiCl、NaI、KI及其组合的盐。
35、权利要求33的床，其中将所述相变材料包裹在多个颗粒之内。
36、权利要求35的床，其中将所述相变材料包裹在选自金属颗粒、氧化铝颗粒及其组合的颗粒之内。
37、权利要求36的床，其中用所述反应性固体材料涂布所述颗粒。
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