CN103359731A - 用于生产二氧化碳的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于产生二氧化碳的系统，其包括：收集子系统，其被配置为收集工艺气体，工艺气体包括碳氢化合物；燃烧子系统，其被配置为燃烧工艺气体中的碳氢化合物，并且输出气体燃烧排放物，其中气体燃烧排放物包括二氧化碳和水；以及分离子系统，其被配置为从气体燃烧排放物中分离出二氧化碳。

Description

用于生产二氧化碳的系统和方法
技术领域
本申请涉及二氧化碳生产，更具体地，涉及用于产生和分离二氧化碳的系统和方法。
背景技术
在提高石油采收率（“EOR”）中使用了大量的二氧化碳。在初次开采阶段，油井通常从地下油藏中收集其大约30%的油。使用二次开采技术，例如升高地下压力的注水，可以开采另外20%的油。EOR工艺提供了能够从地下油藏中开采另外20%或更多油的三次开采技术。
在EOR工艺期间，大量的二氧化碳被注入到地下油藏中，从而从油井中驱赶（urge）出另外的油。二氧化碳是优选的EOR气体，这是由于其与地下油混合并且使油粘度更小以及更易提取的能力。
可以使用各种技术从各种来源获得在EOR工艺中使用的二氧化碳。例如，可以从自然源（例如环境空气）中收集二氧化碳，或者二氧化碳可以被收集作为各种工业用途（例如发酵）的副产物。可惜的是，传统的二氧化碳生产技术是能源密集型的，特别当其以工业规模运行时。此外，将二氧化碳从生产地点运输到EOR地点（例如，通过货运或者管道）的费用是相当大的。
因此，本领域技术人员在二氧化碳生产、收集和运送领域内继续研究和开发努力。
发明内容
根据本公开的一方面，提供了用于产生二氧化碳的系统，其包括：收集子系统，其被配置为收集包括碳氢化合物的工艺气体；燃烧子系统，其被配置为燃烧工艺气体中的碳氢化合物并且输出气体燃烧排放物（gaseous combustion effluent），其中气体燃烧排放物包括二氧化碳和水；以及分离子系统，其被配置为从气体燃烧排放物中分离出二氧化碳。
有利的是，工艺气体是天然气。
有利的是，燃烧子系统包括内燃机和涡轮机中的至少一个。
有利的是，燃烧子系统产生电能。
有利的是，电能被供应到所述收集子系统和所述分离子系统中的至少一个。
有利的是，分离子系统进一步被配置为从所述气体燃烧排放物中分离所述水。
有利的是，分离子系统包括吸附材料。
优选的是，吸附材料包括分子筛材料。
优选的是，分子筛材料包括13X沸石。
优选的是，分离子系统包括热量交换器，并且其中在所述气体燃烧排放物接触所述吸附材料之前，所述热量交换器降低所述气体燃烧排放物的温度。
优选的是，分离子系统包括干燥剂，并且其中在所述气体燃烧排放物接触吸附材料之前，所述气体燃烧排放物接触所述干燥剂。
根据本公开的另一方面，提供了用于产生二氧化碳的系统，其包括：收集子系统，其被配置为收集工艺气体，工艺气体包括甲烷；燃烧子系统，其被配置为燃烧甲烷并且输出气体燃烧排放物，其中气体燃烧排放物包括二氧化碳和水；以及分离子系统，其被配置为从气体燃烧排放物中分离出二氧化碳，分离子系统包括沸石。
根据本公开的另一方面，提供了用于产生二氧化碳的方法，其可以包括下面的步骤：（1）提供包括碳氢化合物的工艺气体；（2）燃烧碳氢化合物从而产生电能以及气体燃烧排放物，其中气体燃烧排放物包括二氧化碳和水；以及（3）从气体燃烧排放物中分离出二氧化碳。
根据本公开的另一个方面，提供了用于产生二氧化碳的方法，其可以包括下面的步骤：（1）提供包括二氧化碳和水的气体混合物；（2）从气体混合物中除去至少一部分水从而形成基本上干燥的气体混合物；以及（3）从干燥的气体混合物中吸附至少一部分二氧化碳到吸附材料上。
有利的是，提供所述气体混合物的步骤包括：提供包括碳氢化合物的工艺气体；以及燃烧所述碳氢化合物从而产生所述气体混合物。
优选的是，工艺气体是天然气。
有利的是，除去所述水的步骤包括从所述气体混合物中除去热量从而冷凝所述水。
优选的是，除去所述水的步骤包括将至少一部分所述水转移到干燥剂材料上。
优选的是，该方法进一步包括将至少一部分所除去的热量转移到所述干燥剂材料上的步骤。
优选的是，干燥剂材料包括分子筛材料。
优选的是，分子筛材料包括3A沸石。
有利的是，吸附材料包括分子筛材料。
优选的是，分子筛材料包括13X沸石。
有利的是，该方法进一步包括从所述吸附材料中解吸出所吸附的二氧化碳的步骤。
优选的是，解吸所吸附的二氧化碳的步骤包括施加真空和热量中的至少一种。
有利的是，该方法进一步包括将所解吸的二氧化碳从气体转变为固体的步骤。
根据本公开的另一方面，提供了用于产生二氧化碳的方法，其可以包括下面的步骤：（1）提供包括二氧化碳和水的气体混合物；（2）从气体混合物中除去至少一部分水，从而形成基本上干燥的气体混合物；和（3）从干燥的气体混合物中吸附至少一部分二氧化碳到吸附材料上；以及（4）从吸附材料中解吸所吸附的二氧化碳。
根据本公开的另一方面，提供了用于产生二氧化碳的方法，其可以包括下面的步骤：（1）提供包括二氧化碳的气体混合物；（2）从气体混合物中除去热量；（3）从气体混合物中吸附至少一部分二氧化碳到吸附材料上；以及可选地，（4）转移所除去的热量。
根据本公开的另一方面，提供了用于产生二氧化碳的方法，其可以包括下面的步骤：（1）提供包括二氧化碳和水的气体混合物；（2）从气体混合物中除去热量；（3）将至少一部分水从气体混合物转移到干燥剂材料中，从而形成基本上干燥的气体混合物；（4）从干燥的气体混合物中吸附至少一部分二氧化碳到吸附材料中，以及可选地，（5）转移所除去的热量。
根据本公开的另一方面，提供了用于产生二氧化碳的方法，其可以包括下面的步骤：（1）提供包括二氧化碳和水的气体混合物；（2）从气体混合物中除去热量；（3）将至少一部分水从气体混合物转移到干燥剂材料，从而形成基本上干燥的气体混合物；（4）将至少一部分二氧化碳从干燥的气体混合物吸附到吸附材料，以及（5）将所除去的热量转移到干燥剂材料和吸附材料中的至少一个。
根据本公开的又一个方面，提供了从气体混合物产生二氧化碳的系统，其可以包括：（1）用于从气体混合物中除去热量的冷凝器，其中冷凝器冷凝工艺气体中的水蒸气；（2）用于从气体混合物中除去另外的水从而产生基本上干燥的气体的干燥剂材料；（3）用于从干燥的气体中吸附二氧化碳的吸附材料；（4）用于从吸附材料中排出所吸附的二氧化碳并且将排出的二氧化碳从气体转变为固体的真空室；以及（5）用于收集从气体混合物中除去的热量并且转移所除去的热量的热量转移组件。
有利的是，热量转移组件将所述热量转移到所述干燥剂材料和所述吸附材料中的至少一个。
根据本公开的另一方面，提供了从气体混合物产生二氧化碳的系统，其可以包括：（1）用于从气体混合物中除去热量的冷凝器，其中冷凝器冷凝气体混合物中的水蒸气；（2）用于从气体混合物中除去另外的水从而产生基本上干燥的气体的干燥剂材料；（3）用于从干燥的气体中吸附二氧化碳的吸附材料；（4）用于从吸附材料中排出所吸附的二氧化碳并且将排出的二氧化碳从气体转变为固体的真空室；以及（5）用于收集从气体混合物中除去的热量并且将所除去的热量转移到干燥剂材料和/或吸附材料的热量转移组件。
根据本公开的另一方面，提供了用于产生二氧化碳的方法，其可以包括下面的步骤：（1）提供包括甲烷的工艺气体；（2）燃烧碳氢化合物从而产生电能以及气体燃烧排放物，其中气体燃烧排放物包括二氧化碳和水；以及（3）使用沸石从气体燃烧排放物中分离出二氧化碳。
根据下面的详细描述、附图和所附的权利要求，所公开的用于产生二氧化碳的系统和方法的其他实施例将变得显而易见。
附图说明
图1是公开的用于产生二氧化碳的系统的一个实施例的工艺流程图；
图2是图1的系统的分离子系统的工艺流程图；
图3是可以用作图1的系统的分离子系统的替换分离子系统的工艺流程图；
图4是公开的用于产生二氧化碳的系统的另一个实施例的工艺流程图；
图5是描绘公开的用于产生二氧化碳的方法的一个实施例的流程图；以及
图6是描绘公开的用于从气体混合物中分离二氧化碳的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
参考图1，公开的用于产生二氧化碳的系统的一个实施例（总体标为10）可以包括工艺气体收集子系统12、燃烧子系统14和分离子系统16。公开的系统10可以包括附加的子系统，而不背离本公开的范围。
工艺气体收集子系统12可以从气源（source）20收集工艺气体18，并且可以将工艺气体18供应到燃烧子系统14。工艺气体收集子系统12可以包括各种管道等，从而从气源20收集工艺气体18并且将工艺气体18运输到燃烧子系统14。工艺气体收集子系统12可以可选地利用泵等，从而有助于工艺气体18的运输。
工艺气体18可以是包括诸如甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）和/或丁烷（C4H10）的碳氢化合物的任何气体或者气体混合物。除了碳氢化合物之外，工艺气体18可以包括其他组分，例如二氧化碳、水蒸气、氮气和/或硫化氢。工艺气体18中的碳氢化合物组分的浓度可以根据工艺气体18的气源20而变化。
在一个具体的实施方式中，工艺气体18可以是天然气，其可以包括大量的甲烷组分，并且气源20可以是天然气田或者油田。因此，工艺气体收集子系统12可以是气井或者油井，并且可以包括例如用于将天然气（工艺气体）从气源20运输到燃烧子系统14的一系列管道。
可以在具有工艺气体18的气源20的各种位置，实施公开的系统10。虽然本公开关注与石油工业（例如，气田和EOR地点）相关联的气源20，但是可以使用各种其他气源20，而不背离本公开的范围。作为一个示例，气源20可以是农业设施，并且工艺气体收集子系统12可以是与农业设施相关联的甲烷捕集系统。作为另一个示例，气源20可以是垃圾填埋地，并且工艺气体收集子系统12可以是与垃圾填埋地相关联的甲烷捕集系统。在阅读和理解本公开之后，工艺气体18的其他合适气源20对于本领域技术人员将变得显而易见。
燃烧子系统14可以接收工艺气体18，可以使工艺气体18与环境空气22混合（环境空气可以从外界环境中收集，并且通过流体管路（fluidline）24供应），从而将氧气引入到工艺气体18（如果需要），并且可以燃烧工艺气体18。燃烧工艺可以产生电能26，并且可以输出气体燃烧排放物28。
由燃烧子系统14产生的电能可以用来给系统10的各种部件和子系统供电，例如工艺气体收集子系统12、分离子系统16和/或风扇（fan）30（下面将讨论）。替代地（或者另外地），由燃烧子系统14产生的电能26可以出售（例如，出售给第三方和/或电网）。因此，由燃烧子系统14产生的电能26可以是公开的系统10的若干收益来源之一。
燃烧子系统14可以包括任何合适的燃烧装置或者系统。作为一个示例，燃烧子系统14可以包括具有脉动燃烧的内燃机，例如被修改为以天然气运行的柴油机。作为另一个示例，燃烧子系统14可以包括连续燃烧发动机，例如涡轮机（例如，微型涡轮机）。虽然连续燃烧发动机比具有脉动燃烧的内燃机在产生电能26方面可以更高效，但是较低效的燃烧子系统14，例如被修改为以天然气运行的柴油机，可以产生更多的二氧化碳，因此，可以提高整体的系统经济性。
燃烧子系统14可以将工艺气体18中的碳氢化合物转变为二氧化碳和水。例如，工艺气体18中的碳氢化合物可以如下转变为二氧化碳和水：
CH4+2O2→CO2+2H2O    （方程1）
2C2H6+7O2→4CO2+6H2O    （方程2）
C3H8+5O2→3CO2+4H2O    （方程3）
2C4H10+13O2→8CO2+10H2O    （方程4）
因而，气体燃烧排放物28可以包括二氧化碳和水，以及环境空气22中穿过燃烧子系统14的成分（例如，氮气、氧气）和其他燃烧副产物（例如，一氧化碳、氧化氮）。作为示例，当工艺气体18是天然气时，气体燃烧排放物28可以包括大约12%重量百分比的二氧化碳。
气体燃烧排放物28可以基本上没有碳氢化合物，其可以在燃烧子系统14内基本上完全燃烧。
气体燃烧排放物28可以被供应到分离子系统16。分离子系统16可以从气体燃烧排放物28中分离出二氧化碳32和水34，并且剩余的气体燃烧排放物28（例如，氮气、氧气）可以作为废气36释放（通过流体管路42）。可选地，分离的二氧化碳32可以通过流体管路38被运送到二氧化碳收集器（例如，储存罐或者管道），和/或分离的水34可以通过流体管路40被运送到水收集器（或者被排出）。
因此，二氧化碳32和水34可以是公开的系统10的两个额外的收益来源。
分离子系统16可以利用各种技术来从气体燃烧排放物28中分离水和二氧化碳。分离子系统16使用的分离技术的类型可以受各种因素的影响，包括工艺条件（例如，收集的二氧化碳32和水34的期望纯度）以及工艺经济性（例如，分离子系统16的总能量消耗）。
虽然下面描述了物理吸附工艺，但是可以使用其他技术，例如化学吸附、涡流分离和液化，而不背离本公开的范围。
参考图2，在一个具体的构造中，分离子系统16可以包括吸附室44。可选地，分离子系统16可以另外包括真空解吸室46、热量交换器48和/或干燥剂室50。也考虑使用其他部件。
吸附室44可以接收气体燃烧排放物28，并且可以通过流体管路42输出基本上无二氧化碳的气体作为废气36（图1）。吸附室44可以包括吸附材料，其通过物理吸附过程（物理吸附）从气体燃烧排放物28中吸附二氧化碳。
各种吸附材料可以适合于用在吸附室44中，从而从气体燃烧排放物28中吸附二氧化碳。作为一个通常的示例，吸附材料可以是分子筛材料，例如具有10埃有效孔隙开口直径的分子筛材料。作为一个具体的示例，吸附材料可以是沸石材料，例如具有10埃有效孔隙开口直径的沸石13X分子筛材料。作为另外一个具体的示例，吸附材料可以是3A沸石。
当足够量的二氧化碳已经被吸附到吸附室44内的吸附材料上时，所吸附的二氧化碳可以通过流体管路38被释放作为二氧化碳输出32（图1），从而使吸附材料再生。例如，当废气36中的二氧化碳的浓度超过预定的阈值时（例如，2%重量百分比、3%重量百分比、或5%重量百分比），可以释放所吸附的二氧化碳从而使吸附材料再生。
在吸附室44中，各种技术可以用来从吸附材料中释放所吸附的二氧化碳。作为一个示例，真空解吸室46（其可以与吸附室44相同，或者与之分开）可以用来从吸附材料中解吸出二氧化碳。在真空解吸室46中（或者吸附室44）可以抽取真空。因此，当准备使吸附材料再生时，可以密封吸附室44，并且在解吸室46中（或者吸附室44）抽取真空，由此从吸附材料中抽取二氧化碳。可以在解吸室46（或者吸附室44）的下游设置指形冷冻器，使得所解吸的二氧化碳在指形冷冻器上冷凝。作为指形冷冻器的一个替代，可以使用压缩来分离所解吸的二氧化碳。
作为另一个示例，在吸附室44中，例如用微波能量、红外线能量等进行的加热可以用来从吸附材料中释放所吸吸附的二氧化碳。
在气体燃烧排放物28进入吸附室44之前，热量交换器48可以降低气体燃烧排放物28的温度。冷却工艺可以冷凝气体燃烧排放物28内的水蒸气，然后水蒸气通过流体管路40作为水34被输出（图1）。
当分离子系统16利用物理吸附时，冷却气体燃烧排放物28可以是特别有利的。具体地，将气体燃烧排放物28冷却到吸附室44内的吸附材料的某个温度内从而提高物理吸附是有利的。作为一个示例，气体燃烧排放物28可以被冷却到吸附材料的大约20度内。作为另一个示例，气体燃烧排放物28可以被冷却到吸附材料的大约10度内。作为另一个示例，气体燃烧排放物28可以被冷却到吸附材料的大约5度内。作为又一个示例，当吸附材料处于环境条件（25°C）时，气体燃烧排放物28可以被冷却到至多大约35°C（例如，冷却到大约30°C）。
作为热量交换器48的替代（或者除了热量交换器48之外），在分离子系统16之前或者在分离子系统16内，空气增流器（air mover），例如风扇，可以将环境空气22（图1）引入到气体燃烧排放物28中。将环境空气22引入到气体燃烧排放物28中可以使气体燃烧排放物28冷却，尽管仍然会需要通过热量交换器48的额外冷却来实现气体燃烧排放物28的期望的温度下降。
因为环境空气22仅仅包括大约400ppm二氧化碳，所以将环境空气22引入到气体燃烧排放物28可以稀释气体燃烧排放物28中二氧化碳的含量。在一个表现形式中，可以控制引入到气体燃烧排放物28的环境空气22的量，使得气体燃烧排放物28内的二氧化碳的浓度不会降低到低于大约12%重量。在另一个表现形式中，可以控制引入到气体燃烧排放物28的环境空气22的量，使得气体燃烧排放物28内的二氧化碳的浓度不会降低到低于大约10%重量百分比。在又一个表现形式中，可以控制引入到气体燃烧排放物28中的环境空气22的量，使得气体燃烧排放物28内的二氧化碳的浓度不会降低到低于大约5%重量百分比。
因此，冷却气体燃烧排放物28可以提高分离子系统16的吸附室44内的二氧化碳的收集。
在气体燃烧排放物28进入吸附室44之前，可选的干燥剂室59可以除去残余在气体燃烧排放物28中的任何水。在干燥剂室50中除去的水蒸气可以通过流体管路40作为水34被输出（图1）。
干燥剂室50可以包括干燥剂材料。各种干燥剂材料可以适合于使用在干燥剂室50中，从而从气体燃烧排放物28中除去基本上所有的水。作为一个通常的示例，干燥剂材料可以是分子筛材料。作为一个具体的示例，干燥剂材料可以是具有碱金属铝硅酸盐结构的分子筛材料，其有效孔隙开口为3埃。
因此，热量交换器48和干燥剂室50可以基本上除去起初包含在气体燃烧排放物28中的所有水（气体和液体）。然后，所得到的干燥的气体燃烧排放物28可以被传递到吸附室44内，这里二氧化碳接着可以从气体燃烧排放物28中分离出来。
因此，公开的系统10可以使用含碳氢化合物的工艺气体18来产生多个潜在收益源：电能、二氧化碳和水。此外，公开的系统10可以用来在含碳氢化合物的工艺气体18（例如甲烷）的任何气源处产生二氧化碳32，由此起到虚拟管道的作用，消除了长距离运输二氧化碳的需要，例如通过货运或者物理管道。例如，系统10或者其部件（例如，燃烧子系统14和分离子系统16）可以被安装在移动平台上，例如车箱上，由此使系统10移动，并且能够在需要的地方实施。
图3中显示了公开的分离子系统的替代实施例，总体标为160。分离子系统160可以包括空气增流单元162、冷凝器164、干燥剂室166、接触室168、真空室170和热量转移组件172。分离子系统160可以包括额外的部件和子系统，而不背离本公开的范围。
通过气源176可以给分离子系统160供应气体混合物174。气源176可以是气体混合物174的任何气源。气体混合物174可以是任何含二氧化碳的气体。例如，气体混合物174可以是气体混合物，并且可以包括二氧化碳和其他组分，例如水蒸气、氮气、氧气等。
气体混合物174相对于环境条件可以处于升高的温度，使得气体混合物174包括过多的热量。在一个表现形式中，气体混合物174可以处于至少25°C的温度。在另一个表现形式中，气体混合物174可以处于至少50°C的温度。在另一个表现形式中，气体混合物174可以处于至少100°C的温度。在另一个表现形式中，气体混合物174可以处于至少200°C的温度。在另一个表现形式中，气体混合物174可以处于至少300°C的温度。在另一个表现形式中，气体混合物174可以处于至少400°C的温度。在又一个表现形式中，气体混合物174可以处于至少500°C的温度。
在一个实施方式中，气源176可以是燃烧子系统14（图1），并且气体混合物174可以是公开的用于产生二氧化碳的系统10（图1）的燃烧排放物28（图1）。
在另一个实施方式中，气源176可以是发电厂，并且气体混合物174可以是来自于发电厂的排放物。例如，发电厂可以是燃烧碳氢化合物的发电厂，例如天然气发电厂，并且气体混合物174可以是燃烧碳氢化合物的发电厂的燃烧副产物。因此，气体混合物174相对于环境条件可以处于相对较高的温度下，并且可以包括大量的由于氧气与碳氢化合物的燃烧反应而产生的二氧化碳。可选地，分离设备，例如洗涤器，可以用在气源176和空气增流单元162之间，从而在气体混合物174进入分离子系统160之前，从排放物中除去污染物（例如，金属）。
虽然是可选的，但是空气增流单元162可以有助于气体混合物174从气源176转移到冷凝器164。空气增流单元162可以是风扇、吹风机等，并且可以控制气体混合物174到冷凝器164的流动（例如，流速）。也考虑使用多个空气增流单元162。
冷凝器164可以从空气增流单元162接收气体混合物174，并且可以冷凝气体混合物174中的水蒸气，从而输出部分（如果不是完全）干燥的气体178。可以使用各种冷凝器类型和配置，并且也考虑使用单级或者多级冷凝器。
冷凝器164可以通过冷却气体混合物174来冷凝气体混合物174中的水蒸气。在冷却期间通过冷凝器164从气体混合物174中提取的热量可以被转移到热量转移组件172，以便进一步使用，如下面将更具体描述的。
因此，冷凝器164可以降低气体混合物174的温度。在一个表现形式中，冷凝器164可以降低气体混合物174的温度至少10°C。在另一个表现形式中，冷凝器164可以降低气体混合物174的温度至少20°C。在另一个表现形式中，冷凝器164可以降低气体混合物174的温度至少30°C。在另一个表现形式中，冷凝器164可以降低气体混合物174的温度至少40°C。在另一个表现形式中，冷凝器164可以降低气体混合物174的温度至少50°C。在另一个表现形式中，冷凝器164可以降低气体混合物174的温度至少100°C。在另一个表现形式中，冷凝器164可以降低气体混合物174的温度至少150°C。在又一个表现形式中，冷凝器164可以降低气体混合物174的温度至少200°C。
通过冷凝器164从气体混合物174中除去的水可以被收集作为副产物。然后，所收集的水可以用于任何合适的目的，或者排放到排水管中。
干燥剂室166可以从冷凝器164中接收部分干燥的气体178，并且可以输出基本上干燥的气体180。干燥剂室166可以包括干燥剂材料从而基本上除去残余在部分干燥的气体178中的所有水。
各种干燥剂材料可以适合于使用在干燥剂室166中，从而从部分干燥的气体178中基本上除去所有的水。作为一个通常的示例，干燥剂材料可以是分子筛材料。作为一个具体的示例，干燥剂材料可以是具有碱金属铝硅酸盐结构的分子筛材料，其有效孔隙开口为3埃。作为另一个具体的示例，干燥剂材料可以是（或者可以包括）3A沸石。也可以使用其他的干燥剂材料，包括具有不同结构和/或有效孔径的分子筛材料。
收集一定量的水之后，会耗尽干燥剂材料，因此，可能需要再生（regenerate）。可以通过施加热量到干燥剂材料上，例如通过下面将更详细描述的热转移组件172，可以实现干燥剂材料的再生。也可以使用其他技术，例如施加真空，从而使干燥剂材料再生。也考虑这些技术的组合，例如热量和真空。
通过干燥剂室166从部分干燥的气体178中除去的水可以被收集作为副产物。然后，所收集的水可以用于任何合适的用途，或者排放到排水管中。
因而，冷凝器164和干燥剂室166可以基本上除去起初包含在气体混合物174中的所有水。然后，所得到的干燥气体180可以用于二氧化碳收集。
接触室168可以从干燥剂室166接收干燥气体180，并且输出基本上无二氧化碳的干燥气体182。接触室168可以包括吸附材料，其从干燥气体180中吸收二氧化碳。
各种吸附材料可以适合于使用在接触室168中，从而从干燥气体180中吸附二氧化碳。作为一个示例，吸附材料可以是分子筛材料，例如具有10埃有效孔隙开口直径的分子筛材料。作为另一个示例，分子筛材料可以是沸石材料，例如13X沸石。
当足够量的二氧化碳被吸附到接触室168内的吸附材料时，可以从吸附材料中释放（解吸）出所吸附的二氧化碳，从而形成二氧化碳输出流184。从吸附材料中解吸出所吸附的二氧化碳的过程可以使吸附材料再生，由此允许吸附材料的进一步使用。
通过使吸附材料经受真空，可以从接触室168中的吸附材料中解吸出所吸附的二氧化碳。可选地，例如通过热量转移组件172，热量可以被供应到接触室168中，从而加热吸附材料（以及所吸附的二氧化碳），从而进一步促进二氧化碳从吸附材料中的解吸。
作为一个示例，接触室168可以基本上被密封以阻止气体的流动。然后，通过真空室170可以将真空施加到接触室168。因此，施加的真空和（可选的）热量可以有助于二氧化碳从接触室168中的吸附材料中释放（解吸）到真空室170，如箭头186所示。
作为另一示例，接触室168和真空室170可以是一个并且是相同的。因此，当准备使吸附材料再生时，可以密封吸附室168/真空室170。然后，可以施加真空，由此从吸附材料中抽取二氧化碳。
可以使用任何合适的技术将从吸附材料中释放的二氧化碳转变为固体。例如，可以使用冷却表面188（例如指形冷冻器）将从吸附材料中释放的二氧化碳转变为固体。如图3所示，冷却表面188可以被设置在真空室170内。替代地，冷却表面188可以被设置在真空室170的下游。然后可以使用随后的加热来从冷却表面188释放作为气体的二氧化碳。
可以通过低温泵190冷却表面188，低温泵190使冷却液循环通过冷却表面188。冷却表面188可以被冷却到一温度，该温度足够低（例如，大约-78°C或者更低），从而使气体的二氧化碳在冷却表面188上凝固。
二氧化碳输出流184（其可以是气体、固体或者液体）可以被运送以便储存，在下游使用，或者运输（例如，运输到工作地点）。
热量转移组件172可以将冷凝器164热耦合到一个或更多其他子系统，从而利用在冷凝器164处收集的热量。作为一个示例，热量转移组件172可以将冷凝器164热耦合到干燥剂室166。作为另一个示例，热量转移组件172可以将冷凝器164热耦合到接触室168。作为另一个示例，热量转移组件172可以将冷凝器164选择性地热耦合到干燥剂室166和接触室168。
热量转移组件172可以包括流体管路192、泵194、热量交换器196,198,200以及可选的吸热器202。第一热量交换器196可以与冷凝器164关联，并且可以在冷凝器164处从气体混合物174中收集热量。第二热量交换器198可以与干燥剂室166关联，并且可以在例如干燥剂材料的再生期间将热量转移到干燥剂室166。第三热量交换器200可以与接触室168关联，并且可以在例如从吸附材料中解吸二氧化碳期间将热量转移到接触室168。
流体管路192可以将第一热量交换器196与第二和第三热量交换器198,200流体耦合。泵194可以使冷却液（例如，水、乙二醇等）循环通过流体管路192，使得冷却液从第一热量交换器196中收集热量，并且将热量转移到一个或更多其他子系统中。例如，冷却液可以将收集的热量通过第二热量交换器198转移到干燥剂室166，和/或通过第三热量交换器200转移到接触室168。
第一阀门204可以耦合到靠近干燥剂室166的流体管路192，从而控制冷却液流动到第二热量交换器198。可以提供旁通管路206，从而当第一阀门204关闭时绕过第二热量交换器198。
第二阀门208可以耦合到靠近接触室168的流体管路192，从而控制冷却液流动到第三热量交换器200。可以提供旁通管路210，从而当第二阀门208关闭时绕过第三热量交换器200。
因此，可以选择性地致动阀门204、208，从而控制热量何时分别被施加到干燥剂室166和接触室168。
流体管路192也可以与吸热器202流体连通。在冷却液再循环返回通过热量转移组件172之前，吸热器202可以从冷却液中除去残余的热量。也考虑不再循环冷却液的热量转移组件。
参考图4，可以在提高石油采收率地点实施公开的用于产生二氧化碳的系统的另一个实施例，总体标为100。系统100可以包括油/气分离器102（其用作工艺气体收集子系统）、燃烧子系统104和分离子系统106以及可选的分离器108和增压注入子系统110。
油/气分离器102可以从生产井112接收油和气的混合物，并且可以将混合物分离为油组分114和气组分116。来自油/气分离器102的气组分116可以是系统100的工艺气体。
因此，工艺气体116可以包括甲烷、二氧化碳和水，连同其他可能的组分。工艺气体116的二氧化碳组分可以包括自然发生的二氧化碳以及通过EOR工艺从井112开采的二氧化碳。
油/气分离器102可以将工艺气体116供应到燃烧子系统104。例如，流体管路118（其可以由阀门120控制）可以将油/气分离器102选择性地流体耦合到燃烧子系统104，使得收集的工艺气体116可以直接流动到燃烧子系统104。
替代地，分离器108可以插在油/气分离器102和燃烧子系统104之间。分离器108可以通过流体管路122（其可以由阀门124控制）接收工艺气体116，并且可以从甲烷中分离（至少部分）二氧化碳。分离的二氧化碳可以通过流体管路126被运送到增压注入子系统110，以便注入到注入井128中。分离的甲烷可以通过流体管路130被运送到燃烧子系统104。
可选的分离器108可以利用任何可用的技术来从工艺气体116中的甲烷中分离出二氧化碳。
作为一个示例，分离器108可以利用涡流来实现从甲烷中分离二氧化碳。例如，分离器108可以包括静态漩涡分离器，并且工艺气体116可以被抽运到漩涡分离器中，使得引起涡流路径，由此由于二氧化碳和甲烷的分子量不同，导致二氧化碳与甲烷分离。
作为另一个示例，分离器108可以利用液化来实现从甲烷中分离二氧化碳。例如，分离器108可以包括压力容器和泵，其中泵将工艺气体116以一压力抽运到压力容器中，该压力足够将工艺气体116分离为液体部分和气体部分。接着，液体部分（其主要是由二氧化碳组成）可以容易地从气体部分分离出来。
作为又一个示例，分离器108可以利用物理吸附来实现从甲烷中分离二氧化碳，类似于分离子系统16,160（图2和图3）使用的分离工艺。例如，分离器108可以包括吸附材料，例如沸石。可以使工艺气体116接触吸附材料，使得工艺气体116中的二氧化碳吸附到吸附材料上，剩下工艺气体116中的甲烷。接着，吸附的二氧化碳可以通过加热或者真空从吸附材料中释放出来，由此使吸附材料再生。下面更详细地描述物理吸附。
在此，本领域技术人员将理解，是否使用可选的分离器108可以由操作条件（例如，工艺气体成分）和整体的系统经济性来决定。在一些情形下，使用可选的分离器108会是更高效的，而在其他情形下，将工艺气体116传送到燃烧子系统104而不进行分离（即，允许工艺气体116的二氧化碳组分穿过燃烧子系统104）会是更高效的。
燃烧子系统104可以接收工艺气体116（或者分离的甲烷流130），可以混合工艺气体116和环境空气132（其可以通过流体管路134供应），从而将氧气引入工艺气体116（如果需要），并且可以燃烧工艺气体116。燃烧过程可以产生电能136，并且可以输出气体燃烧排放物138。
可以使用由燃烧子系统104产生的电能136来为系统10的各种部件供电，例如，油/气分离器108、分离子系统106、可选的分离器108、增压注入子系统110和/或空气增流单元140。替代地（或者另外地），由燃烧子系统104产生的电能136可以出售给电网142。因此，由燃烧子系统104产生的电能136可以是公开的系统100的若干收益源之一。
气体燃烧排放物138可以可选地与环境空气132混合（通过空气增流单元140），如上面针对系统10所描述的，并且可以运送到分离子系统106，分离子系统106可以从气体燃烧排放物138中分离出二氧化碳和水。分离子系统106可以如上面针对分离子系统16、160（图2和图3）所描述的那样进行配置。
在分离子系统106处从气体燃烧排放物138中分离出来的水144可以通过流体管路146被运送到水收集器（例如，储存罐或者管道）。因此，在分离子系统106处产生的水144可以提供公开的系统100的额外收益源。替代地，可以排出水144（例如，排出到排水管）。
在分离子系统106处从气体燃烧排放物138中分离出来的二氧化碳（流体管路148）可以被运送到增压注入子系统110，增压注入子系统110可以将二氧化碳注入到注入井128中。增压注入子系统110可以将从气体燃烧排放物138中分离出来的二氧化碳（流体管路148）与在分离器108处从工艺气体116中可选地分离出来的二氧化碳（流体管路126）结合。
离开分离子系统106的剩余的气体燃烧排放物138（例如，氮气、氧气）可以作为废气150释放。废气150可以基本上无二氧化碳、甲烷和水。
因此，公开的系统100可以将注入到EOR注入井128中的二氧化碳再循环，并且可以使用从生产井112提取的甲烷，从而产生能量和额外量的二氧化碳。因此，公开的系统100可以就地产生EOR所需要的二氧化碳，由此减少或者消除与将二氧化碳运输到EOR地点相关联的高成本。
参考图5，公开了用于产生二氧化碳的方法300。方法300可以开始于方框302，其中步骤为提供含碳氢化合物的工艺气体。
在方框304中，可以燃烧含碳氢化合物的工艺气体，从而产生气体燃烧排放物（气体混合物）和电能。燃烧可以在氧气存在的情况下发生，例如通过混合环境空气与含碳氢化合物的工艺气体。燃烧步骤可以将含碳氢化合物的工艺气体中的大多数（如果不是所有）碳氢化合物转变为二氧化碳和水。
在方框306中，可以从气体燃烧排放物中分离出二氧化碳。可以收集分离的二氧化碳以便使用、销售或者封存（sequestration）。另外，也可以从气体燃烧排放物中分离出水。可以收集水组分以便使用、销售或者可以排出。来自分离步骤（方框306）的废气可以基本上无二氧化碳和水，并且可以释放到大气中。
因此，公开的方法300可以在含碳氢化合物的工艺气体的任何气源处产生二氧化碳（以及水和电能），由此减少或者消除了与运输二氧化碳相关联的费用。
参考图6，还公开了用于从气体混合物中分离二氧化碳的方法，总体标为350。分离方法350可以开始于方框352，其中步骤为获得含二氧化碳的气体混合物。如上面所描述，气体混合物可以是使用所公开的产生二氧化碳的方法300（图5）产生的气体燃烧排放物。也考虑使用其他含二氧化碳的气体混合物。
如方框354所示，从气体混合物中除去过多的热量。过多的热量可以在冷凝器处被除去，冷凝器还可以有利地从气体混合物中除去一些（如果不是所有）水。如方框356所示，可以使用干燥剂从气体混合物中除去残余的水，从而产生基本上干燥的气体混合物。
如方框358所示，来自干燥的气体混合物中的二氧化碳可以被吸附到吸附材料上。然后，如方框360所示，吸附的二氧化碳可以被解吸，例如通过真空和/或热量。如方框362所示，吸附的二氧化碳可以转变为固体，并且如方框364所示，可以收集二氧化碳。
如方框366所示，可以使用在方框354处从气体混合物中除去的过多的热量来使干燥剂和/或吸附材料再生。也考虑在方法350的其他步骤期间使用在方框354处收集的热量。
因此，公开的分离方法350可以有助于从气体混合物中分离二氧化碳。分离方法350可以从含二氧化碳的气体混合物中收集过多的热量——无论如何必须除去的热量——并且可以与一个或更多其他子系统相结合使用收集的热量，由此降低整体的能量需要。因此，分离方法350在多种应用中会是有用的，包括所公开的用于产生二氧化碳的方法300。
虽然已经示出并且描述了所公开的用于产生二氧化碳的系统和方法的各种实施例，但是在阅读本说明书后，本领域技术人员可以想到修改。本申请包括这类修改，并且仅受权利要求的范围所限制。

Claims (15)

1.一种用于产生二氧化碳的方法，其包括以下步骤：
提供包括二氧化碳32和水34的气体混合物174（步骤352）；
从所述气体混合物174中除去至少一部分所述水34，从而形成基本上干燥的气体混合物；以及
从所述干燥的气体混合物中吸附至少一部分所述二氧化碳32到吸附材料上（步骤358）。
2.如权利要求1所述的方法，其中提供所述气体混合物174的步骤包括：
提供包括碳氢化合物的工艺气体；以及
燃烧所述碳氢化合物从而产生所述气体混合物。
3.如权利要求1所述的方法，其中除去所述水34的步骤包括从所述气体混合物174中除去热量从而冷凝所述水。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中除去所述水的步骤包括将至少一部分所述水34转移到干燥剂材料。
5.如权利要求5所述的方法，进一步包括将至少一部分所除去的热量转移到所述干燥剂材料中的步骤。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括从所述吸附材料中解吸所吸附的二氧化碳的步骤（步骤360）。
7.如权利要求6所述的方法，其中解吸所吸附的二氧化碳的步骤包括施加真空和热量中的至少一种。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括将所解吸的二氧化碳从气体转变为液体的步骤（步骤362）。
9.一种用于产生二氧化碳的系统，其包括：
收集子系统12，其被配置为收集工艺气体，所述工艺气体包括碳氢化合物；
燃烧子系统14，其被配置为燃烧所述工艺气体中的所述碳氢化合物，并且输出气体燃烧排放物28，其中所述气体燃烧排放物包括二氧化碳和水；以及
分离子系统16，其被配置为从所述气体燃烧排放物28中分离所述二氧化碳。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述燃烧子系统14包括内燃机和涡轮机中的至少一个。
11.如权利要求9所述的系统，其中所述燃烧子系统14产生电能。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述电能被供应到所述收集子系统12和所述分离子系统16中的至少一个。
13.如权利要求9所述的系统，其中所述分离子系统16进一步被配置为从所述气体燃烧排放物28中分离所述水。
14.如权利要求9所述的系统，其中所述分离子系统16包括吸附材料。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述分离子系统16包括热量交换器，并且其中在所述气体燃烧排放物接触所述吸附材料之前，所述热量交换器降低所述气体燃烧排放物28的温度。
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