CN103764254A - 用于燃烧气体的集成式吸附气体分离的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种带有吸附气体分离的集成式燃料燃烧系统，从燃烧气体混合物中分离至少一部分二氧化碳并将分离的二氧化碳循环到燃料燃烧器的摄入口用于燃烧。一种用于二氧化碳的分离和循环的方法，包括允许燃烧气体进入一吸附气体分离系统的、包括吸附材料的接触器；吸附二氧化碳的一部分；回收一消耗了二氧化碳的第一产品气体，用于排放或使用；从所述吸附材料解吸二氧化碳并回收一解吸的第二产品气体，所述第二产品富集所述二氧化碳组分，用于封存或使用；允许一调节流体进入所述接触器并解吸二氧化碳组分的第二部分，以回收富集二氧化碳的调节流；和将富集二氧化碳的调节流的至少一部分再循环到所述燃料燃烧器的一进气口并通过所述燃料燃烧器用于燃烧。

Description

用于燃烧气体的集成式吸附气体分离的系统和方法
在先申请
本申请要求申请日为2011年7月2日的、名称为“用于燃烧气体集成式吸附气体分离的系统和方法”的美国临时申请61/504,197的优先权，其内容在此引作参考。本发明涉及申请日为2011年8月26日的、名称为“利用热导性接触器结构的吸附气体分离方法”的PCT申请PCT/CA2011/050521，其内容整体在此引作参考。本发明还涉及申请日为2010年2月26日的、名称为“平行通道式流体接触器结构”的PCT申请PCT/CA2010/000251，其内容整体在此引作参考。
技术领域
本发明涉及用于燃烧气体的集成式吸附气体分离的方法和系统。具体来说，本发明涉及用于燃烧气体的集成式吸附气体分离和将已分离的燃烧气体循环利用到燃烧过程的方法以及实施这些的系统。
背景技术
现有技术中，变温吸附方法用于多组分气体混合物的吸附分离。许多传统的变温吸附方法用于在吸附材料上优先吸附进料气体混合物中一个组分，以将其从其余进料气体混合物组分中分离，随后再生所述吸附材料，以解吸所吸附的组分并允许所述吸附材料的循环利用。但是，传统的变温吸附方法通常效率较低，部分原因是吸附分离系统中所用的吸附材料的解吸或再生时热和/或质量迁移现象的限制，也因为变温吸附过程中吸附阶段的限制。传统的变温温度吸附系统和方法的这些缺点导致在这些系统集成到适合用于分离气体混合物的工业系统时效率较低，导致不理想的资金和能量的消耗和或运营效率。
一种适于分离气体的工业方法包括燃烧方法。其中需要从燃烧过程中的烟道气中分离一种或多种气体组分，例如从化石燃料燃烧过程中的烟道气混合物中移除和/或分离二氧化碳。在这样的应用中，传统的变温吸附气体分离系统的缺点通常导致这样的变温吸附气体分离系统不理想地、低效地与化石燃料燃烧过程集成，导致不可接受的高投资、能量效率和/或气体分离效率降低和运营成本。
在化石燃料应用中传统的变温吸附过程的低效率在于吸附材料对理想的燃气组分的低效吸附，这可能源自由于伴随气体组分的吸附释放的吸附热，吸附前缘移动通过吸附材料时吸附前缘的温度快速升高。在许多传统的变温吸附方法中，在吸附时吸附材料的温度的这种升高可能导致与吸附材料的“热点”相关联的降低的吸附容量和该变温吸附过程的效率的降低。在化石燃料燃烧的应用中，传统的变温吸附方法的另一个缺点是，吸附材料的不充分的解附或再生，其可能源自均匀加热吸附材料的困难，这是由于在解吸或再生时需要热量满足吸附组分的解吸热。在加热吸附材料时的这种非均匀性通常导致与吸附材料的“冷点”关联的气体组分的保持吸附，或者需要不必要大的热流量来充分解吸该气体组分，这可能导致不理想的加热成本并使得吸附材料解吸后不必要的过分加热，这不理想地影响吸附系统的持续表现，通常需要额外的高成本的运营费用补救诸如额外的冷却步骤以维持吸附功能。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种克服了现有技术的一些缺陷的、用于燃烧气体的集成式吸附气体分离方法。
本发明的另一个目的在于，提供一种克服了现有技术的一些缺陷的、用于燃烧气体的集成式吸附气体分离方法，该方法利用根据本发明的、在化石燃料燃烧系统内集成的平行通道式变温吸附（TSA）系统。
本发明的又一个目的在于，提供一种克服了现有技术的一些缺陷的、用于燃烧气体的集成式吸附气体分离方法，该方法利用根据本发明的、在化石燃料燃烧系统内集成的平行通道式分压变压吸附（PPSA）系统。
本发明的又一个目的在于，提供一种克服了现有技术的一些缺陷的、用于燃烧气体的集成式吸附气体分离，该方法利用根据本发明的、在化石燃料燃烧系统内集成的平行通道式变压吸附（PSA）系统。
本发明的又一个目的在于，提供一种克服了现有技术的一些缺陷的集成式化石燃料燃烧系统，其包括一TSA（变温吸附）气体分离方法，用于根据本发明从燃烧气体混合物中分离二氧化碳。
本发明的又一个目的在于，提供一种克服了现有技术的一些缺陷的集成式化石燃料燃烧系统，其包括一PPSA和PSA气体分离方法中至少一个，用于根据本发明从燃烧气体混合物中分离二氧化碳。在本发明的一个实施例中，提供一种集成式吸附气体分离方法，用于从源自燃料燃烧器的燃烧气体混合物中分离至少一部分。在该实施例中，所述燃烧气体混合物至少包括二氧化碳和氮气组分，所述方法包括以下步骤：
允许所述燃烧气体混合物进入一吸附气体分离系统；
允许所述燃烧气体混合物进入至少一吸附剂接触器的一入口端，该吸附剂接触器包括至少一吸附材料；
在至少一所述吸附材料上吸附所述二氧化碳燃烧气体组分的至少一部分；
从所述吸附剂接触器的一出口回收一第一产品气体，所述第一产品气体相对所述燃烧气体混合物缺乏所述二氧化碳组分；
解吸吸附在所述吸附材料上的所述二氧化碳组分的第一部分；
从所述吸附剂接触器的所述入口和出口中至少一个回收一解吸的第二产品气体，所述第二产品气体富集所述二氧化碳组分；
允许一调节流体进入所述吸附剂接触器并解吸吸附在所述吸附材料上的所述二氧化碳组分的第二部分，以回收富集二氧化碳的调节流；和
将从所述吸附剂接触器回收的所述富集二氧化碳的调节流的至少一部分再循环到所述燃料燃烧器的一进气口并通过所述燃料燃烧器用于燃烧。
在本发明的另一个实施例中，所述解吸所述二氧化碳组分的第一部分的步骤可以包括通过以下方法中的至少一个来解吸吸附在至少一所述吸附材料上的所述二氧化碳组分的第一部分：
通过加热至少一所述吸附材料来变温解吸；
变压解吸；和
分压变压解吸。
在本发明的又一个实施例中，提供一种集成式吸附气体分离系统，用于分离燃烧气体混合物的至少一部分。在这样的一个实施例中，所述燃烧气体混合物包括至少二氧化碳和氮气组分，所述吸附气体分离系统包括：
一燃料燃烧器，其包括一燃烧器进气口、一燃烧室和一燃烧气体出口，其中所述燃烧气体混合物包括至少二氧化碳和氮气组分；
一吸附气体分离器，其包括至少一带有一入口端和一出口端的吸附剂接触器，其中所述吸附气体分离器与所述燃料燃烧器流体连接，以接收所述燃烧气体作为进料气体混合物进入所述至少一吸附剂接触器的所述入口端，并在包括在所述吸附剂接触器内的至少一吸附材料上吸附所述二氧化碳组分的至少一部分；和
一燃烧气体循环流体导管，其流体连接到所述吸附气体分离器和所述燃烧器进气口，适于接收一解吸的燃烧循环气体并将所述解吸的燃烧循环气体送回所述燃烧器的进料口，所述解吸的燃烧循环气体包括从所述吸附材料解吸的所述二氧化碳组分的至少一部分。
结合附图和详细描述，本发明的更多优点或容易理解
附图说明
现在参考附图描述根据本发明实施例的、用于燃烧气体的集成式吸附气体分离的系统和方法，附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例的、用于分离来自燃气涡轮的燃烧气体的一个集成式吸附气体分离系统的示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的、用于分离来自燃气涡轮的燃烧气体的一个集成式吸附气体分离系统的另一个示意图；
图3示出了根据本发明一个实施例的、用于分离来自燃气涡轮的燃烧气体的一个集成式吸附气体分离系统的又一个示意图；
图4示出了根据本发明另一个实施例的、用于分离燃烧气体的一个集成式吸附气体分离系统的一个示意图，所述燃烧气体来自化石燃料燃烧过程，其包括一热回收蒸汽发生器（HRSG），热回收蒸汽发生器包括一用于所述气体分离系统的蒸汽回路。
在整个附图中，类似的附图标记标明相应的部件。
具体实施方式
在本发明的一个实施例中，提供一种集成式吸附气体分离方法，用于从燃料燃烧器中分离燃烧气体混合物的至少一部分，其中所述燃烧气体混合物至少包括二氧化碳和氮气组分。在一个这样的实施例中，所述吸附气体分离方法可以包括一变温吸附方法（称作“TSA”），其中用于将吸附在一吸附材料上的燃烧气体组分解吸的至少一解吸步骤主要通过加热所述吸附材料进行，尽管次要的解吸机制诸如用冲洗流体清洗或置换清洗也可以用于解吸吸附的组分。在另一个这样的实施例中，所述吸附气体分离方法可以包括一变压吸附方法（称作“PSA”），其中用于将吸附在一吸附材料上的燃烧气体组分解吸的至少一解吸步骤主要通过改变包括所述吸附材料的吸附剂接触器的压力来进行，尽管次要的解吸机制诸如用冲洗流体清洗或置换清洗或加热所述吸附材料也可以用于解吸吸附的燃烧气体组分。在又一个这样的实施例中，所述吸附气体分离方法可以包括一分压变压吸附方法（称作“PPSA”），其中用于将吸附在一吸附材料上的燃烧气体组分解吸的至少一解吸步骤主要通过改变包括所述吸附材料的吸附剂接触器中至少一种吸附气体组分的分压来进行，尽管次要的解吸机制诸如加热所述吸附材料或变压也可以用于解吸吸附的燃烧气体组分。
在本发明的一个实施例中，所述燃料燃烧器可以包括任何适当类型的、主要使用周围空气作为燃烧气体来源的燃料燃烧装置，例如但不限于气体燃料、液体燃料和/或固体燃料燃烧器。在一个特定实施例中，所述燃料燃烧器可以包括下列中的至少一个：燃气涡轮燃烧器、组合式循环气体涡轮燃烧器、液体燃料（油/煤油/柴油和其他可燃烧的液体燃料）燃烧器、燃煤燃烧器（包括固体的、粉末状的、汽化的或其他形式的燃煤燃烧器，例如燃煤发电厂）、生物质固体和/或液体燃烧器、蒸汽发生器/锅炉燃烧器和余热燃烧器（process heater combustor）（例如用于冶炼厂和或工业方法中加热处理流体和/或气体）。
在本发明的一个实施例中，所述集成式吸附气体分离方法可以包括一允许来自一燃料燃烧器的所述气体混合物作为进料混合物进入一吸附气体分离系统的初始步骤，所述气体混合物包括至少二氧化碳和氮气组分。所述气体混合物随后可以允许进入包括至少一吸附材料的至少一吸附剂接触器的入口端。所述方法还包括在所述吸附材料上吸附所述二氧化碳燃烧气体组分的至少一部分。吸附后，相对进料混合物消耗了二氧化碳燃烧气体组分的第一产品气体可以从所述吸附剂接触器的出口端回收。在一优选实施例中，所述吸附步骤可以理想地导致所述燃烧气体中的基本上所有二氧化碳燃气组分吸附在所述吸附气体分离系统中的所述吸附材料上，因而从所述吸附剂接触器回收的所述第一产品气体基本上不含二氧化碳。在一个这样的实施例中，理想的是从所述燃烧气体混合物中基本上完全移除二氧化碳，以允许所述第一产品气体作为废气排出到环境中而基本上不含二氧化碳，从而减少燃料燃烧器操作的碳排放。在一个这样的特定实施例中，所述第一产品气体可以具有一理想的二氧化碳浓度，该浓度低于环境中二氧化碳的浓度，例如低于环境中大致的二氧化碳浓度390ppm，这样，从吸附过程中排放第一产品废气的实际效果可以是净移除二氧化碳。
在一个实施例中，所述集成式吸附气体方法还可以包括通过加热所述至少一吸附材料来解吸吸附在所述至少一吸附材料上的所述二氧化碳组分的第一部分。如上所述，在一个实施例中，吸附的二氧化碳的解吸可以主要由TSA方法热驱动，但也可以由一种或多种辅助解吸机制来协助，所述辅助解吸机制例如是变压解吸、分压解吸和/或清洗解吸机制。所述方法还可以包括从所述吸附剂接触器的入口或出口端回收富集二氧化碳的、解吸的第二产品气体。或者，吸附的二氧化碳的解吸主要由变压方法和/或分压变压方法来驱动，所述变压方法和/或分压变压方法可以结合TSA方法或替代TSA方法。
在一个优选实施例中，只有一部分吸附的二氧化碳从所述接触器解吸并作为所述第二产品气体回收，这样至少一部分的二氧化碳保持吸附在所述吸附剂接触器。在一个特定的优选实施例中，在所述第二产品气体中回收的解吸部分的二氧化碳可以包括仅仅约为总的吸附的二氧化碳的三分之一，剩下约三分之二的二氧化碳组分在所述第一解吸步骤结束时吸附在所述吸附剂接触器上。因此，由于仅有一部分的吸附的二氧化碳在所述第一解吸步骤解吸，与解吸大部分或基本上全部吸附二氧化碳的方法相比，需要解吸的热量大大减小。在一个优选的实施例中，可以使用蒸汽来加热所述吸附材料并解吸二氧化碳的第一部分，例如通过加热和/或置换清洗解吸机制，因此，需要显著减少量的蒸汽来从所述吸附剂接触器解吸约三分之一的吸附的二氧化碳。在一个这样的优选实施例中，解吸的第二产品气体理想地包括基本上纯的二氧化碳，或者在蒸汽用于在解吸时清洗吸附剂接触器的情形，解吸的第二产品气体基本上只含二氧化碳和蒸汽。因此，这种第二产品气体理想地具有高的二氧化碳浓度并因此适于高效压缩（蒸汽组分凝析后），以供使用和或储存，例如用于碳封存或其他应用诸如提高原油采收率目的，以减少燃料燃烧器操作的碳排放。
在第一解吸步骤之后，所述集成式吸附气体分离方法可以包括允许空气或者其他适当的调节气流进入所述吸附剂接触器并解吸吸附在所述接触器内的所述至少一吸附材料上的二氧化碳组分的第二部分，以回收富集二氧化碳的空气或调节流。在一个实施例中，所述二氧化碳组分的所述第二部分可以由TSA、PSA和PPSA解吸方法中的至少一个驱动。富集二氧化碳的空气或调节流的至少一部分随后循环到燃料燃烧器的进气口，以通过所述燃烧器用于燃烧。在一个这样的实施例中，所述富集二氧化碳的空气流可以理想地与周围空气相比具有较高的二氧化碳浓度，例如二氧化碳浓度高于大气的大约的二氧化碳浓度值400ppm。在一个优选实施例中，允许进入的空气可以理想地、有效地解吸吸附在所述吸附材料上的所述剩余二氧化碳的大部分，更优选基本上全部，并将二氧化碳的所述第二部分循环到所述燃料燃烧器的燃烧进气口。
将二氧化碳的所述第二部分循环到所述燃料燃烧器的摄入口的主要好处在于增加燃烧后的气体混合物中的二氧化碳的浓度，所述气体混合物作为进料混合物进入所述吸附气体分离系统，这是因为所述燃烧气体包括循环的二氧化碳以及燃烧过程中产生的二氧化碳。特别是在燃烧气体混合物中的基准二氧化碳含量较低的燃料燃烧器中，例如燃气涡轮，以及在一些燃煤热燃烧器、蒸汽发生器/锅炉、余热加热器的实施例中，与含较少二氧化碳的、不循环的燃气混合物相比，燃烧气体中二氧化碳含量的这种增加可以理想地增加吸附分离二氧化碳的效率。在本发明的实施例中，源自燃烧气体中的增加的二氧化碳浓度的、这种吸附分离二氧化碳的效率的增加可以理想地允许以下之一：降低的解吸吸附的二氧化碳的能耗，例如降低的蒸汽或其他清洗流体的消耗或解吸加热；在富集二氧化碳的解吸的第二产品气体中增加的二氧化碳纯度；吸附分离系统的大小和/或资金的减小；和提高的二氧化碳的系统回收率。
在一个特定实施例中，所述第二部分的二氧化碳的解吸主要通过空气和/或其他调节流置换清洗来实现，在这种情况下解吸二氧化碳所需的能量可以理想地小。而且，在一个这样的优选实施例中，用于解吸所述第二部分的二氧化碳的所述空气和/或其他调节流由于二氧化碳的解吸热效应还可以理想地被冷却，因此，与现有的室温空气相比，循环到燃烧器进气口的冷却的、浓的气体更有益，这可以理想地提高所述燃料燃烧器的效率，例如在所述燃料燃烧器在超大气压下操作的情形，例如燃气涡轮燃烧器，其中燃烧空气在燃烧前被压缩。在另一实施例中，由于吸附系统中二氧化碳的循环，燃烧器入口混合物中二氧化碳的增加可以理想地提供比周围入口空气更大的热容量。燃烧器入口混合物的这种增加的热容量可以理想地允许入口混合物中不燃烧的过量空气部分的减少，这要求维持燃烧温度低于燃料燃烧器诸如燃气涡轮的临界水平，由于入口质量流下降这会理想地增加燃气涡轮的效率或者增大燃料的燃烧率，从而增加净功率输出。
在一个燃料燃烧器在基本上大气压下操作的替代实施例中，例如燃煤蒸汽发生器或锅炉或余热燃烧器，用于解吸二氧化碳的所述第二部分的气体可以使用在解吸步骤被较热的吸附剂接触器和或吸附材料加热的气体。在这一情形，循环到燃烧器进气口的富集二氧化碳的调节气流可以有益地加热到高于室温，并可以理想地提高大气压燃料燃烧器的效率。
在又一个实施例中，在包括从燃烧废气中传热或回收热的燃料燃烧器中，例如组合式循环气体轮、热电厂、蒸汽发生器/锅炉、余热加热器等，由于将吸附的二氧化碳的一部分循环到燃烧器入口，燃烧后的废气中二氧化碳的浓度的增加还可以理想地增加燃烧后的废气的热容量，这是因为二氧化碳比空气的热容量更高。燃烧后的废气的热容量的这种增加可以理想地允许所述燃烧系统中热传递/回收部分的更高的对流传热效率，例如在热交换器和/或热回收蒸汽发生器（HRSG）系统中。
在又一个实施例中，在包括从燃烧废气中辐射传热或回收的燃料燃烧器中，例如蒸汽发生器/锅炉、余热加热器和一些热电厂等，由于将吸附的二氧化碳的一部分循环到燃烧器入口，燃烧后的废气中二氧化碳的浓度的增加还可以理想地增加燃烧后的废气的辐射传热容量，这是因为相对于所述废气中的空气组分的可以忽略的辐射传热容量，废气中的增大浓度的二氧化碳组分的红外辐射色谱。燃烧后的废气的辐射传热容量的这种增加可以理想地例如允许在热交换器的辐射区更高的辐射热回收。
在又一个实施例中，由于将吸附的二氧化碳的一部分循环到燃烧器入口，燃烧后的废气中二氧化碳的浓度的增加还可以理想地导致相对于低浓度的二氧化碳入口混合物更低的绝对火焰温度，这可以理想地导致燃烧过程中产生较少的氮氧化物。在燃烧后的废气中这种减少的氮氧化物对于例如提高排放质量和/或减少对排放处理系统的需求是理想的。
在又一个实施例中，可以提供用于从吸附材料解吸二氧化碳的水蒸气流来循环到燃烧器入口混合物，例如在燃烧前的入口混合物中注入水的燃料燃烧器应用中。在一个这样的实施例中，通过这种将循环自吸附过程的解吸水蒸气的使用，注水的需求可以理想地降低，和/或从蒸汽清洗步骤回收的水可以增加。根据上述实施例的当前的集成式吸附气体分离方法可以理想地重复，以提供连续的或重复的循环燃烧气体分离方法，用于从燃烧气体混合物中分离二氧化碳的第一部分，例如出于碳封存目的。特别是，根据当前的集成式吸附气体分离方法的吸附气体分离系统可以理想地包括两个或多个吸附剂接触器，以提供当前的集成式吸附气体分离方法的交错式操作，并允许从所述燃料燃烧器连续地和或半连续地吸附分离。特别地，集成式吸附分离系统可以包括三个或多个吸附剂接触器，使得所述第一产品流体可以从一个接触器回收，而解吸的第二产品流体从第二接触器回收，富集二氧化碳的调节气流从第三接触器回收。所述集成式吸附分离系统可以采用任何适当的机械设置来实施，以提供实施本实施例的集成式气体分离方法要求的流体流和控制，例如采用机械/气动或其他类型的阀或其他流动控制装置的吸附分离系统，以实施本发明的TSA和/或PPSA和/或PSA吸附方法的流体流动，现有技术已知用于包括一个、两个、三个或更多个包含吸附材料的吸附器的系统。在一个特定实施例中，一转动轮或转子机械设置可以用来提供实施本发明的集成式气体分离方法要求的流体流和控制，其中包括吸附材料的吸附器位于转动部件中，例如类似于在转轮式全热或其他吸附剂轮所使用。
在一个特定实施例中，所述一个或多个吸附剂接触器可以包括平行通道式吸附剂接触器。在这样一个实施例中，适当的这种平行通道式吸附剂接触器可以包括多个基本上平行的流体流动通道和多个室壁，这些通道在所述接触器的入口端和出口端之间以第一方向朝向，以允许流体流经所述接触器，所述室壁包括至少一位于所述流体流动通道之间并分开所述流体流动通道的吸附材料。所述平行通道式吸附剂接触器还可以理想地包括多个轴向连续的导热丝，所述导热丝朝向所述接触器的轴向方向并与所述至少一吸附材料直接接触，所述至少一吸附材料位于所述接触器的室壁之内或之上。适于实施根据本发明的一个实施例的集成式燃烧气体分离方法的一些这样的平行通道式在申请人的同时在审的申请号为PCT/CA2010/000251、申请日为2010年2月26日PCT国际专利申请中有描述，其内容在此引作参考，就像其是本申请的一部分。
图1示出了根据本发明一个实施例的、用于分离来自燃气涡轮30的燃烧气体的一个集成式吸附气体分离系统10的示意图。在一个实施例中，集成式吸附气体分离系统10可以用于实施上面描述的本发明的集成式燃烧气体分离方法。系统10包括一燃气涡轮30，例如天然气发电涡轮。涡轮30包括一进气口36，允许空气进入涡轮30来和燃料32在燃烧室混合，以产生燃烧气体或废气，所述燃烧气体或废气包括二氧化碳和氮气组分并且从涡轮30排出。
在所述集成式吸附气体分离系统10的一个优选的实施例中，燃气涡轮30为联合循环气体涡轮（CCGT）并包括一热回收蒸汽发生器（HRSG）40，其从涡轮30接收燃烧气体并产生蒸汽，蒸汽在一个或多个热回收膨胀涡轮膨胀，以回收热能并发电。在HRSG40中产生蒸汽后，燃烧气体从燃烧气体出口41排出HRSG40。在一个这样的实施例中，HRSG40还可以包括一低压蒸汽出口48，用于向吸附气体分离系统20的一入口25提供低压蒸汽。在另一个优选实施例中，集成式吸附气体分离系统10还包括一冷却器50，例如直接接触式冷却器50，其从HRSG40的出口41接收燃烧气体并冷却燃烧气体，以用于吸附气体分离系统20的入口24的进料混合物。
吸附气体分离系统20包括一个或多个吸附剂接触器，每一个吸附剂接触器包括至少一适当的吸附材料。在一个优选的实施例中，分离系统20可以包括至少三个吸附剂接触器21、22和23。在一个实施例中，第一接触器21可以在入口24接收冷却的燃烧气体混合物，用于在接触器21的吸附材料上吸附燃烧气体中的二氧化碳组分，以在出口29回收理想地消耗了二氧化碳的第一产品气体。在一这样的实施例中，第一产品气体可以包括基本上不含二氧化碳的废气，例如可以释放到环境中。第二接触器22可以通过加热吸附材料来解吸吸附的二氧化碳的第一部分，例如通过允许低压蒸汽从入口25进入，以在出口28回收理想地富集二氧化碳的第二产品气体。在一个实施例中，所述第二产品气体流可以包括基本上纯的二氧化碳和/或二氧化碳和蒸汽（或者其他适当的清洗流体），其可以有效地压缩以供使用或储存，例如用于碳封存或用于提高原油采收率。第三接触器23可以通过入口26接收一清洗气流，以在接触器23从吸附材料上解吸二氧化碳的第二部分，以通过出口27回收富集二氧化碳的、循环的调节气流，以循环到燃气涡轮30的入口36用作穿过涡轮30燃烧的气体的一部分用于燃烧。
在一个这样的实施例中，第一吸附器21优选吸附进入入口24的燃烧气体的基本上所有二氧化碳组分，导致从出口29回收的第一产品气体基本上不含二氧化碳。而且，在一优选实施例中，从第二接触器22解吸的第一部分二氧化碳可以理想地包括不超过从燃烧气体吸附的总二氧化碳的一半，更理想的是，包括总吸附的二氧化碳的约三分之一。因此，从第三接触器23解吸的第二部分二氧化碳包括不低于从燃烧气体吸附的总二氧化碳的一半，更理想的是，包括总吸附的二氧化碳的约三分之二。在这样的优选实施例中，解吸和循环不低于一半的二氧化碳到燃气涡轮30的入口36，更优选解吸和循环约三分之二的总的吸附的二氧化碳，这可以有益地增加传递到气体分离系统20的燃烧气体中二氧化碳的浓度，从而增加在第一接触器21的二氧化碳吸附效率并增加在第二接触器22解吸第一部分二氧化碳的效率，从而增加气体分离系统20的能效并降低生产消耗了二氧化碳的第一产品气体和富集二氧化碳的第二产品气体的成本。另外，二氧化碳和空气循环回涡轮入口36也可以有降低再循环的摄入气体的温度的好处，这是因为第二部分的二氧化碳的解吸热降低了再循环的摄入气体的温度，从而增加了燃气涡轮30的效率。而且，在一个实施例中，涡轮30的压缩阶段的效率也可以理想地增加，这是因为相对于在进入涡轮入口36的再循环部分的空气，二氧化碳具有增加的热容量。
图2和图3示出了根据本发明的实施例的、用于分离来自燃气涡轮300的燃烧气体的一个示例性集成式吸附气体分离系统的100的更多的示意图。在一个实施例中，集成式吸附气体分离系统的100可以用于实施上述的本发明的集成式燃烧气体分离方法，类似于图1所示的气体分离系统。系统100包括一燃气涡轮300，适当的例子包括美国纽约州斯克内克塔迪的通用电气公司制造的天然气发电涡轮。涡轮300包括一进气口306，允许空气进入涡轮300来和燃料302（通常天然气主要包括甲醇，但是也可以包括任何适当的气态、蒸汽、液态或空气可燃的燃料）在燃烧室混合，以产生燃烧气体或废气混合物，所述燃烧气体或废气混合物包括二氧化碳和氮气组分并且通过涡轮的燃烧气体排放口304从涡轮300排出。
在所述集成式吸附气体分离系统100的一个优选的实施例中，燃气涡轮300为联合循环气体轮（CCGT）并包括一热回收蒸汽发生器（HRSG）400，其从涡轮300的排气口304接收燃烧气体并利用燃烧气体排出的热量产生蒸汽，蒸汽在一个或多个热回收膨胀蒸汽涡轮膨胀，以回收热能并发电。在本实施例中，HRSG可以包括一高温蒸汽涡轮402、一中压蒸汽涡轮404和低压蒸汽涡轮406，它们依次操作以从从涡轮300排出的燃烧气体所产生蒸汽的冷却中提取能量。在HRSG400内这样使用产生蒸汽后，燃烧气体从燃烧气体出口410排出HRSG400。在一个这样的实施例中，RSG400还可以包括一低压蒸汽出口408，用于从低压蒸汽涡轮406的出口型向吸附气体分离系统200的入口214提供低压蒸汽。在另一个优选实施例中，集成式吸附气体分离系统100还包括一燃烧气体冷却器220，例如直接接触式冷却器220，其从HRSG400的出口410接收燃烧气体并冷却燃烧气体，以用作吸附气体分离系统200的入口212的进料混合物。
吸附气体分离系统200包括一个或多个吸附剂接触器，每一个吸附剂接触器包括至少一适当的吸附材料。在一个优选的实施例中，分离系统200可以包括至少三个吸附剂接触器202、204和206。在一个实施例中，示例性的第一接触器202可以在入口212接收冷却的燃烧气体混合物，用于在接触器202的吸附材料上吸附燃烧气体中的二氧化碳组分，以在出口222回收理想地消耗了二氧化碳的第一产品气体，所述第一接触器在一优选实施例中可以包括一平行通道式吸附剂接触器202。在一这样的实施例中，第一产品气体可以理想地包括基本上不含二氧化碳的燃烧废气，例如可以释放到环境中。第二接触器204可以通过例如加热吸附材料来解吸所述吸附材料吸附的二氧化碳的第一部分，在一个这样的实施例中，通过允许低压蒸汽从入口214进入来加热所述吸附材料以解吸二氧化碳的第一部分，以在出口224回收理想地富集二氧化碳的第二产品气体。在另一个这样的实施例中，可以提供替代的或额外的热源来加热所述吸附材料来解吸二氧化碳的第一部分，所述热源例如来自燃气涡轮300下游的加热的燃烧废气。在一个实施例中，所述第二产品气体流可以包括基本上纯的二氧化碳和/或二氧化碳和蒸汽（或者其他适当的清洗流体），其可以理想地适于有效压缩以供使用或储存，例如用于碳封存或用于提高原油采收率。第三接触器206可以通过入口216接收一清洗气流，以在接触器206从吸附材料上解吸二氧化碳的第二部分，以通过出口226回收富集二氧化碳的、循环的调节气流，以循环到燃气涡轮300的入口306用作穿过涡轮300用于燃烧的气体的一部分。
在一个这样的实施例中，第一吸附器202优选吸附进入入口212的燃烧气体的基本上所有二氧化碳组分，导致从出口222回收的第一产品气体基本上不含二氧化碳。而且，在一优选实施例中，从第二接触器204解吸的第一部分二氧化碳可以理想地包括不超过从燃烧气体吸附的总二氧化碳的一半，更理想的是，包括总吸附的二氧化碳的约三分之一。因此，从第三接触器206解吸的第二部分二氧化碳包括不低于从燃烧气体吸附的总二氧化碳的一半，更理想的是，包括总吸附的二氧化碳的约三分之二。在这样的优选实施例中，解吸和循环不低于一半的二氧化碳到燃气涡轮300的入口306，更优选解吸和循环约三分之二的总的吸附的二氧化碳，这可以有益地增加传递到气体分离系统200的燃烧气体中二氧化碳的浓度，从而增加在第一接触器202的二氧化碳吸附效率并增加在第二接触器204解吸第一部分二氧化碳的效率，从而增加气体分离系统200的能效并降低生产消耗了二氧化碳的第一产品气体和富集二氧化碳的第二产品气体的成本。另外，二氧化碳和空气循环回涡轮入口306也可以有降低再循环的摄入气体的温度的好处，这是因为第二部分的二氧化碳的解吸热降低了再循环的摄入气体的温度，从而增加了燃气涡轮300的效率。而且，在一个实施例中，涡轮300的压缩阶段的效率也可以理想地增加，这是因为相对于从吸附气体分离系统200进入涡轮入口306的再循环部分的空气，二氧化碳具有增加的热容量。
在上述发明的一个实施例中，从所述气体分离系统200的出口224回收的、富集二氧化碳的第二产品气体可以理想地流体连接到一二氧化碳压缩队列系统240。所述二氧化碳压缩队列系统240可以理想地适于压缩富集二氧化碳的第二产品气体，例如通过一系列依次的压缩阶段，以提供高压的和/或液化浓缩的二氧化碳产品气体，例如用于其他工业应用和/或封存,例如封存储存和或提高原油采收率。
在一个适于从组合式循环天然气发电涡轮的燃烧气体吸附气体分离的特定实施例中，吸附气体分离系统可以理想地从燃气涡轮气体中分离约三分之一的二氧化碳到富集二氧化碳的第一产品气体，这样，来自涡轮燃烧气体的二氧化碳的约三分之二以循环调节气流形式循环回燃气涡轮入口。在一个这样的包括约三分之二的二氧化碳循环的实施例中，涡轮燃烧气体的二氧化碳浓度可以理想地控制在约12%二氧化碳，其中12%二氧化碳含量中约4%移除到富集二氧化碳的第二产品气体（例如用于封存和或工业应用）中，12%二氧化碳含量中约8%循环回到涡轮的摄入口。在一个替代实施例中，涡轮燃烧气体的二氧化碳浓度可以理想地控制为明显高于12%二氧化碳，例如在涡轮中高至50%二氧化碳，所述涡轮设置为适于这样的二氧化碳浓度，例如可以有额外的优点，例如进一步增加吸附系统中二氧化碳吸附分离的效率，和/或提高涡轮燃烧和/或热回收过程的效率。
图4示出了根据本发明另一个实施例的、用于分离燃烧气体的一个集成式吸附气体分离系统的一部分的示意图，所述燃烧气体来自化石燃料燃烧过程，其包括一热回收蒸汽发生器（HRSG）402。图4的系统的HRSG402包括三个示例性的热回收蒸汽产生和膨胀的下部回路，所述回路包括一高压蒸汽回路404，其以第一高压接收锅炉供水（BFW）403，将输送通过高压膨胀器406产生的蒸汽以从燃烧器废气中获取额外的能量。HRSG402还类似地包括中压蒸汽回路408，其以中压从源408接收BFW，通过输送蒸汽通过中压膨胀器410以回收能量。类似地，HRSG402还包括低压蒸汽回路414，其以低压从源414接收BFW，并输送蒸汽通过低压膨胀器412。
HRSG402还包括一辅助的非常低压的回路416，其从源409以非常低的压力接收BFW。在图4所示的特定实施例中，从非常低压的回路416产生的蒸汽可以理想地例如通过非常低压的蒸汽出口420供应给吸附分离系统（未示出），而不经过回路416后的膨胀步骤。在这样一个实施例中，最低压的蒸汽回路416可以理想地设置为提供比HRSG402其余部分更低压的蒸汽，例如可以适于在吸附气体分离系统（未示出）中非常低的压力应用，该吸附气体分离系统优选在基本上大气压或者稍高于大气压下操作。如上面参考本发明的其他实施例所述，从示例性最低压回路416提供的最低压蒸汽可以理想地用于提供清洗蒸汽流，例如用于从吸附分离系统的吸附器解吸二氧化碳，例如用于富集二氧化碳的产品气体的解吸和/或循环到燃料燃烧器入口用于燃烧。
在这样的一个实施例中，从最低压蒸汽回路416产生和使用非常低压的蒸汽，用于从气体分离系统的吸附剂解吸吸附的气体诸如二氧化碳，与在HRSG402的另一较高压力回路产生的清洗流体蒸汽的实施例相比，可以理想地在辅助的最低压力回路416产生蒸汽而消耗较少能量，所述另一较高压力回路例如是传统的HRSG内现有的高、中、低压蒸汽产生回路中一升高的压力。在传统的HRSG内，用于在气体分离系统中解吸的蒸汽可以例如从一传统的低压蒸汽回路414接收蒸汽，所述低压蒸汽回路414可以理想地减少可用于在低压膨胀器412的蒸汽。
在根据本发明的另一方面，根据本发明的一个实施例的集成式吸附气体分离方法可以包括一变温吸附（TSA）方法，所述变温吸附方法特别适于从燃料燃烧器的燃烧气体进料混合物中分离二氧化碳，其中所述燃烧气体混合物包括至少二氧化碳和氮气组分。在一个这样的实施例中，所述用于分离二氧化碳的TSA方法可以适于从热电厂的燃烧气体或排出气体中或者从一蒸汽发生器/锅炉或余热加热器中移除至少一部分二氧化碳，所述热电厂例如是煤或天然气发电厂。在一些这样的实施例中，移除燃烧气体中二氧化碳含量的一部分以在第二产品气体中回收可以理想地具有这样的优点，增加从燃料燃烧器排出的燃烧气体的二氧化碳的浓度，使得在吸附气体分离系统中燃烧气体的二氧化碳可以更有效地通过例如TSA方法吸附分离。在另一个可选实施例中，吸附二氧化碳气体分离方法可以主要基于变压和/或分压变压和/或转换清洗吸附方法，例如上述参照其他实施例所描述，其中TSA不是主要的吸附方法而可以包括辅助的吸附驱动。
在本发明的一个实施例中，一TSA（或者PSA和/或PPSA）二氧化碳分离方法可以理想地在吸附气体分离系统中的多个平行通道式吸附剂接触器的每一个重复，以提供连续的或重复循环的分离方法，以用于从燃烧气体进料混合物中分离二氧化碳的一部分，同时循环二氧化碳的一部分到燃料燃烧器的进气口。特别地，类似于上述描述的其他实施例，根据本发明的一个实施例操作的吸附气体分离系统可以理想地包括两个或多个这种平行通道式吸附剂接触器，以提供适当的TSA（或者PSA和/或PPSA）分离方法的交错式操作并允许从燃烧气体的燃料燃烧器源的连续的和/或半连续的吸附分离。如上所述，任何使用机械/气动或其他类型的阀或其他流动控制装置的、适当的现有吸附分离系统可以用来实施本发明的TSA（或者PSA和/或PPSA）方法的步骤中的气体流动，现有技术系统包括一个、两个或三个或更多个包含吸附材料的吸附器。
类似于上面所描述，在本发明的一个实施例中，适于实施二氧化碳分离方法的吸附气体分离系统包括至少一平行通道式吸附剂接触器，每一平行通道式吸附剂接触器包括多个基本上平行的流体流动通道和多个室壁，这些通道在所述接触器的入口端和出口端之间的第一轴向方向朝向，以允许流体流经所述接触器，所述室壁包括至少一位于所述流体流动通道之间并分开所述流体流动通道的吸附材料。每一适当的这种平行通道式吸附剂接触器还包括多个轴向连续的导热丝，所述导热丝朝向所述接触器的轴向方向并与所述至少一吸附材料直接接触，所述至少一吸附材料位于所述接触器的室壁内。如上面所描述，适于实施根据本发明的一个实施例的TSA二氧化碳分离方法的一些这种平行通道式在申请人的同时在审的申请号为PCT/CA2010/000251、申请日为2010年2月26日PCT国际专利申请中有描述，其内容在此引作参考，就像其是本申请的一部分。在另一可选实施例中，吸附气体分离系统适于主要基于变压和/或分压变压和/或置换清洗吸附方法来实施二氧化碳分离方法，例如上面参照其他实施例所描述，其中TSA不是主要的吸附方法而可以包括辅助的吸附驱动。
在本发明的集成式吸附燃烧气体分离方法的一些实施例中，任何适当的现有的二氧化碳吸附材料可以用于吸附分离系统的吸附剂接触器，以在该方法的吸附步骤吸附二氧化碳。适当的二氧化碳吸附剂可以包括但不限于：活性碳吸附剂、浸渍胺的吸附剂支撑（包括硅土、活性碳、氧化铝、沸石、聚合物和陶瓷支撑）、金属盐、金属氢氧化物、金属氧化物、沸石、水滑石、硅沸石、金属有机框架和沸石咪唑框架吸附材料以及它们的组合。在一个特定实施例中，适当的二氧化碳吸附材料也可以理想地相对燃烧气体进料混合物中的其他气体组分对二氧化碳具有吸附选择性。
类似于上述的其他实施例，在本发明的一个实施例中，TSA（或者PSA和/或PPSA）二氧化碳气体分离方法的步骤可以理想地在基本上常压或等压条件下进行。在一特定实施例中，允许燃烧气体进料混合物进入吸附剂接触器、吸附二氧化碳、回收一废气产品流、解吸一部分的二氧化碳作为二氧化碳第二产品流以及在一循环调节流下回收第二部分的解吸的二氧化碳所有均在基本上大气压下进行。在一替代实施例中，本发明的TSA（或者PPSA或者与PPSA相结合）方法可以在一恒定的升高的压力下进行，例如在超过大气压的恒压下。在另一替代实施例中，本发明的TSA（或者PPSA或者与PPSA相结合）方法中的允许、吸附和回收废气产品流步骤可以在第一基本上恒定的压力条件下进行，例如在大气压下，而解吸和回收一解吸的二氧化碳的第二产品的步骤可以在一升高的压力下进行，例如在一升高的超大气压下。在一个这样的实施例中，吸附剂接触器在解吸步骤之前是基本上密封的，在解吸步骤，随着吸附的二氧化碳从吸附材料上解吸，吸附剂接触器的热量可以导致接触器内增大的压力，从而将接触器内的压力升高到一超大气压的水平。这样，解吸的二氧化碳产品流体可以可选地在一高于吸附步骤进行的压力的、理想的升高的压力下回收，以提供增压的二氧化碳第二产品流，其在一些应用中可能是理想的，例如在需要进一步压缩二氧化碳来运输、储存、封存或工业使用的情形。
在又一个可选实施例中，吸附气体分离系统可以在一高于常压的升高的压力下从燃料燃烧器（例如从组合式循环气体涡轮的HRSG的排气中或从不带HRSG的燃气涡轮的涡轮排气中）接收燃烧气体，以提供足够的压力，以供应和驱动燃烧气体穿过分离系统。在一个这样的实施例中，燃烧气体可以以适当的超大气压诸如高于大气压10kPa（千帕）提供给气体分离系统。在一个这样的特定实施例中，在足够高的压力下提供燃烧气体以提供燃烧气体穿过分离系统的驱动可以理想地允许移除气体分离系统中相关的、用于移动燃烧气体穿过分离系统的辅助设备，例如通风机或其他压缩设备，这可以理想地减少集成式气体分离系统和燃料燃烧器的能耗。
可以理解，本发明的集成式吸附气体分离方法和系统的更多的可选实施例可以与一天然气组合式燃气涡轮发电机相结合，其包括至少部分循环从燃烧气体流中吸附的二氧化碳到所述燃气涡轮的摄入气体，可以理解，可以结合其他的现有技术的气体分离方法。
在此描述了本发明的示例性选实施例并不意在穷举或限制本发明的精确形式，它们选来解释本发明的原理、使用和实际应用，以帮助本领域技术人员理解本发明的教导。
根据上面公开的内容，本领域技术人员显然可以理解，可以进行多种变动、变化和替代而不背离本发明。因此，本发明的范围应当由后附的权利要求限定的内容解释。

Claims (29)

1.一种集成式吸附气体分离方法，用于从源自燃料燃烧器的燃烧气体混合物中分离至少一部分，所述燃烧气体混合物至少包括二氧化碳和氮气组分，所述方法包括以下步骤：
允许所述燃烧气体混合物进入一吸附气体分离系统；
允许所述燃烧气体混合物进入至少一吸附剂接触器的一入口端，所述吸附剂接触器包括至少一吸附材料；
在至少一所述吸附材料上吸附所述二氧化碳燃烧气体组分的至少一部分；
在所述吸附剂接触器的一出口端回收一第一产品气体，所述第一产品气体相对所述燃烧气体混合物消耗了所述二氧化碳组分；
解吸吸附在至少一所述吸附材料上的所述二氧化碳组分的第一部分；
从所述吸附剂接触器的所述入口端和出口端中至少一个回收一解吸的第二产品气体，所述第二产品富集所述二氧化碳组分；
允许一调节流体进入所述吸附剂接触器并解吸吸附在所述吸附材料上的所述二氧化碳组分的第二部分，以回收富集二氧化碳的调节流；和
将从所述吸附剂接触器回收的所述富集二氧化碳的调节流的至少一部分再循环到所述燃料燃烧器的一进气口并通过所述燃料燃烧器用于燃烧。
2.根据权利要求1的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述解吸所述二氧化碳组分的第一部分的步骤包括通过以下方法中的至少一个解吸吸附在至少一所述吸附材料上的所述二氧化碳组分的第一部分：通过加热至少一所述吸附材料来变温解吸；变压解吸；分压变压解吸。
3.根据权利要求1或2的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述燃料燃烧器包括气体燃料燃烧器、液体燃料燃烧器和固体燃料燃烧器中的至少一个。
4.根据权利要求1-3之一的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述燃料燃烧器可以包括下列中的至少一个：
组合式循环气体涡轮燃烧器；
燃气涡轮燃烧器；
燃煤热力燃烧器；
蒸汽发生器或锅炉燃烧器；和
余热燃烧器。
5.根据权利要求1-4之一的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述二氧化碳组分的所述第一部分包括吸附在所述至少一吸附材料上的总的二氧化碳的约三分之一，所述二氧化碳组分的所述第二部分包括吸附在所述至少一吸附材料上的总的二氧化碳的约三分之二。
6.根据权利要求1-5之一的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述燃烧气体混合物包括约12%的二氧化碳，所述二氧化碳组分的所述第一部分约为所述燃烧气体混合物的4%，循环到所述燃烧器的、所述二氧化碳组分的所述第二部分约为所述燃烧气体混合物的8%。
7.根据权利要求1-6之一的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述第一产品气体基本上不含二氧化碳，所述第二产品气体基本上由二氧化碳组成。
8.根据权利要求1-7之一的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述至少一吸附剂接触器包括一平行通道式吸附剂接触器，所述平行通道式吸附剂接触器包括：
多个基本上平行的流体流动通道，这些通道在所述接触器的入口端和出口端之间以第一轴向方向朝向；和
多个室壁，所述室壁位于所述流体流动通道之间并包括至少一吸附材料。
9.根据权利要求8的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述至少一吸附剂接触器还包括多个轴向连续的导热丝，所述导热丝朝向所述轴向方向并与所述至少一吸附材料直接接触，所述方法还包括沿所述导热丝的至少一部分以所述第一或第二轴向方向传热，以在解吸步骤提供所述二氧化碳组分的解吸热的至少一部分。
10.根据权利要求1的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述方法包括一变温吸附气体分离方法，所述吸附还包括在第一吸附材料温度吸附所述二氧化碳组分的至少一部分，所述解附还包括在一第二吸附材料温度通过加热所述吸附材料来解吸吸附在所述至少一吸附材料上的所述二氧化碳组分的至少一部分。
11.根据权利要求1的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述方法包括一变温吸附气体分离方法，所述解附还包括利用加热的处理流体进入所述至少一吸附剂接触器来加热所述至少一吸附材料，所述加热的处理流体包括蒸汽、燃烧废气和二氧化碳中至少一个。
12.根据权利要求1的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述方法包括一变压吸附气体分离方法，所述吸附还包括在第一压力下在所述至少一吸附材料上吸附所述二氧化碳组分的至少一部分，所述解附还包括在一低于所述第一压力的第二压力下解吸吸附在所述至少一吸附材料上的所述二氧化碳组分的至少一部分。
13.根据权利要求1的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述方法包括一分压变压吸附气体分离方法，所述吸附还包括在第一二氧化碳分压下在所述至少一吸附材料上吸附所述二氧化碳组分的至少一部分，所述解附还包括在一低于所述第一分压的第二二氧化碳分压下解吸吸附在所述至少一吸附材料上的所述二氧化碳组分的至少一部分。
14.根据权利要求1的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述燃料燃烧器包括一组合式循环气体涡轮，所述组合式循环气体涡轮还包括一热回收蒸汽发生器，所述吸附还包括利用来自所述热回收蒸汽发生器的蒸汽进入所述至少一吸附剂接触器来加热所述至少一吸附材料。
15.根据权利要求8-10之一的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述方法包括一变温吸附气体分离方法，所述解附还包括通过提供热量给所述导热丝以直接加热包括所述至少一吸附材料的所述室壁来直接加热至少一所述吸附材料。
16.根据权利要求8-10之一的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述轴向连续的导热丝还包括轴向连续的导电丝，所述解吸还包括通过电加热所述导电和导热的丝以直接加热包括所述至少一吸附材料的所述室壁来直接加热所述至少一吸附材料。
17.根据权利要求1-16之一的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述至少一吸附材料选择下列材料组成的组：活性碳吸附剂、浸渍胺的吸附剂支撑（包括硅土、活性碳、氧化铝、沸石、聚合物和陶瓷支撑）、金属盐、金属氢氧化物、金属氧化物、沸石、水滑石、硅沸石、金属有机框架和沸石咪唑框架吸附材料以及它们的组合。
18.根据权利要求1的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述允许、吸附、回收第一产品气体、解吸和回收一解吸的第二产品流体的步骤基本上在恒压下进行并在基本上大气压和超大气压的升高的压力之一进行。
19.根据权利要求1的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述允许、吸附、回收第一产品流体的步骤在基本上大气压下进行，所述解吸和回收一解吸的第二产品流体的步骤基本上在一超大气压的升高的压力下进行。
20.根据权利要求1的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，在解吸吸附在所述至少一吸附材料上的所述二氧化碳组分的所述第二部分时，通过与所述吸附剂接触器接触来加热所述富集二氧化碳的调节流。
21.根据权利要求1的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述富集二氧化碳的调节流通过解吸吸附在所述至少一吸附材料上的所述二氧化碳组分的所述第二部分来冷却。
22.根据权利要求1-21之一的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，所述富集二氧化碳的调节流相对于所述气体的周围二氧化碳浓度富集了二氧化碳。。
23.根据权利要求1-22之一的集成式吸附气体分离方法，其特征在于，消耗了二氧化碳组分的所述第一产品气体的二氧化碳浓度低于所述气体的周围二氧化碳浓度。
24.一种集成式吸附气体分离系统，用于分离燃烧气体混合物的至少一部分，所述燃烧气体混合物包括至少二氧化碳和氮气组分，所述系统包括：
一燃料燃烧器，其包括一燃烧器进气口、一燃烧室和一燃烧气体出口，其中所述燃烧气体混合物包括至少二氧化碳和氮气组分；
一吸附气体分离器，其包括至少一带有一入口端和一出口端的吸附剂接触器，其中所述吸附气体分离器与所述燃料燃烧器流体连接，以接收所述燃烧气体作为进料气体混合物进入所述至少一吸附剂接触器的所述入口端，并在包括在所述吸附剂接触器内的至少一吸附材料上吸附所述二氧化碳组分的至少一部分；和
一燃烧气体循环流体导管，其流体连接到所述吸附气体分离器和所述燃烧器进气口，适于接收一解吸的燃烧循环气体并将所述解吸的燃烧循环气体送回所述燃烧器的进气口，所述解吸的燃烧循环气体包括从吸附在所述吸附材料上的所述二氧化碳组分的至少一部分。
25.根据权利要求24的集成式吸附气体分离系统，其特征在于，所述吸附气体分离器还包括至少一平行通道式吸附剂接触器，所述吸附剂接触器包括：
多个基本上平行的流体流动通道，这些通道在所述接触器的入口端和出口端之间以第一轴向方向朝向；和
多个室壁，所述室壁位于所述流体流动通道之间并包括至少一吸附材料。
26.根据权利要求24或25的集成式吸附气体分离方法系统，其特征在于，所述吸附剂气体分离器还包括多个轴向连续的导热丝，所述导热丝朝向所述轴向方向并与所述至少一吸附材料直接接触。
27.根据权利要求24或25的集成式吸附气体分离系统，其特征在于，所述燃料燃烧器包括下列中的至少一个：
组合式循环气体涡轮燃烧器；
燃气涡轮燃烧器；
燃煤热力燃烧器；
蒸汽发生器或锅炉燃烧器；和
余热燃烧器。
28.根据权利要求24-27之一的集成式吸附气体分离系统，其特征在于，所述燃料燃烧器包括一组合式循环气体涡轮燃烧器，所述组合式循环涡轮燃烧器还包括一热回收蒸汽发生器和一蒸汽输送导管，所述蒸汽输送导管与所述热回收蒸汽发生器流体连接并可以操作将蒸汽输送到所述吸附气体分离器，用于进入所述至少一吸附剂接触器，以将吸附在所述至少一吸附剂接触器上的所述二氧化碳组分的至少一部分解吸。
29.根据权利要求24-28之一的集成式吸附气体分离系统，其特征在于，所述至少一吸附材料选择下列材料组成的组：活性碳吸附剂、浸渍胺的吸附剂支撑（包括硅土、活性碳、氧化铝、沸石、聚合物和陶瓷支撑）、金属盐、金属氢氧化物、金属氧化物、沸石、水滑石、硅沸石、金属有机框架和沸石咪唑框架吸附材料以及它们的组合。
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