CN104248902A - 用于介质的处理的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开用于介质的处理的系统和方法。该系统包括多个分离器区和多个传热区。多个分离器区和传热区之中的分离器区和传热区的每个交替设置在流管中。此外，各分离器区包括用于将吸附剂注入对应分离器区中的注入器装置。在对应分离器区中，所注入的吸附剂与流管中流动的气体介质发生反应，以便生成经反应气体介质和经反应吸附剂。此外，各传热区在从对应分离器区所馈送的经反应气体介质与传热介质之间交换热量。

Description

用于介质的处理的系统和方法
技术领域
本发明在美国能源部所授予的合同号DE-AR0000084下以政府支持进行。政府在本发明中具有某些权利。
一般来说，本发明涉及介质的处理，以及更具体来说，涉及用于气体介质和/或吸附剂的处理的系统和方法。
背景技术
二氧化碳（本文中又称作“CO2”）放射到环境被认为是温室效应的原因，其促成全球变暖。温室效应通过降低CO2放射到环境来控制。已经部署一些已知技术，以降低CO2从排放气体介质放射到环境。这类已知技术包括将吸着剂、分子过滤器或隔膜和吸收器系统用于从排放气体介质中去除CO2。
当前，存在用于从排放气体介质中去除CO2的各种类型的吸收器系统或者处理系统。一种这样的吸收器系统包括“盘式塔”或“填料塔”，其配置成使排放气体介质与吸附剂接触以用于从气体介质中吸收CO2。气体介质通过盘式塔或填料塔的底部引入并且向上流动，同时液体吸附剂沿逆流方向向下流动到盘式塔或填料塔中的气体介质。盘式塔或填料塔不适合于经历相变或者在从气体介质中吸收CO2期间变成高度粘性的吸附剂，因为它可导致在塔的操作期间堵塞这类塔。这种吸附剂可在盘式塔或填料塔中连同稀释剂一起使用，以便降低吸附剂的相变或粘性。但是，这种稀释剂的使用可引起附加成本，或者可能不是现成可用的。此外，吸附剂的高粘性和相变限制在低能量和资本费用方面可具有商业优势的吸附剂的使用。
此外，从气体介质中去除CO2的这种过程因气体介质与吸附剂的化学反应而引起气体介质和吸附剂的温度的增加。另外，CO2吸收到吸附剂中的程度一般随气体介质和吸附剂的温度的增加而降低，并且因此吸收过程可因填料塔或盘式塔中的温度平衡而减缓或停止。此外，气体介质可能经历压力下降，因为气体介质沿填料塔或盘式塔向上移动。盘式塔或填料塔中的压力下降可通过增加这类塔的柱直径得到解决。但是，安装成本和材料成本可因塔的结构中所需的变更而增加。
因此，需要用于处理气体介质和/或吸附剂的改进系统和方法。
发明内容
按照一个示范实施例，公开一种用于处理介质的系统。该系统包括多个分离器区和多个传热区。多个分离器区之中的各分离器区以及多个分离器区之中的各传热区交替设置在流管中。此外，各分离器区包括注入器装置，其用于将吸附剂注入对应分离器区中，使得所注入吸附剂与流经对应分离器区的气体介质发生反应，并且生成经反应气体介质和经反应吸附剂。此外，各传热区在从对应分离器区所馈送的经反应气体介质与传热介质之间交换热量。
按照一个实施例，公开一种处理介质的方法。该方法包括将气体介质的流动定向到具有多个分离器区和多个传热区的流管中。该方法还包括在流管中交替设置多个分离器区之中的各分离器区以及多个传热区之中的各传热区。此外，该方法包括将吸附剂注入对应分离器区，以用于使吸附剂与流经对应分离器区的气体介质发生反应，以便生成经反应气体介质和经反应吸附剂。此外，该方法包括将传热介质馈入对应传热区中，以用于在传热介质与从对应分离器区所馈送的经反应气体介质之间交换热量。
按照本公开的第一方面，提供一种系统，包括：
多个分离器区；以及
多个传热区，其中所述多个分离器区之中的各分离器区以及所述多个传热区之中的各传热区交替设置在流管中，其中各分离器区包括用于将吸附剂注入对应分离器区的注入器装置，以用于使所述吸附剂与流经所述对应分离器区的气体介质发生反应，以便生成经反应气体介质和经反应吸附剂，其中各传热区在从所述对应分离器区所馈送的所述经反应气体介质与传热介质之间交换热量。
按照第一方面的系统，其中，所述多个分离器区之中的各分离器区包括吸收器区。
按照第一方面的系统，其中，对应注入器装置注入与对应吸收器区中的所述气体介质的流动垂直的所述吸附剂，以用于吸收来自所述气体介质的成分的一部分，以便生成所述经反应气体介质和所述经反应吸附剂。
按照第一方面的系统，其中，各传热区馈送与所述经反应气体介质的所述流动垂直的所述传热介质，以用于冷却所述经反应气体介质。
按照第一方面的系统，其中，所述多个分离器区之中的各分离器区包括解吸器区。
按照第一方面的系统，其中，对应注入器装置注入与所述对应解吸器区中的所述气体介质的所述流动垂直的所述吸附剂，以用于解吸来自所述吸附剂的成分的一部分，以便生成所述经反应气体介质和所述经反应吸附剂。
按照第一方面的系统，其中，各传热区馈送与所述经反应气体介质的所述流动垂直的所述传热介质，以用于加热所述经反应气体介质。
按照第一方面的系统，其中，各传热区通过使所述经反应气体介质与所述传热介质直接接触，在所述经反应气体介质与所述传热介质之间交换热量。
按照第一方面的系统，其中，各传热区在所述经反应气体介质与所述传热介质之间间接地交换热量。
按照第一方面的系统，其中，各传热区包括用于防止所述传热区的积垢的不粘涂层。
按照第一方面的系统，其中，各传热区包括用于振动所述传热区以防止所述传热区的积垢的振动器装置。
按照第一方面的系统，还包括多个收集器区，其中所述多个收集器区之中的各收集器区耦合到所述对应分离器区的下游侧，以用于从所述对应分离器区接收所述经反应吸附剂。
按照第一方面的系统，其中，集成彼此相邻的分离器区和所述传热区的每个。
按照第一方面的系统，还包括耦合到各传热区的下游侧的有机兰金循环，其中所述有机兰金循环使包含所述传热介质的工作流体循环。
按照第一方面的系统，其中，各分离器区的长度基于所述气体介质的流率、所述气体介质的组成、所述吸附剂的流率、所述吸附剂的组成、从所述注入器装置所注入的所述吸附剂的各微滴的大小以及所述对应分离器区中的所述吸附剂与所述气体介质之间的密度差中的至少一个来设计。
按照本公开的第二方面，提供一种方法，包括：
将气体介质的流动定向到包括多个分离器区和多个传热区的流管中，其中所述多个分离器区之中的各分离器区以及所述多个传热区之中的各传热区交替设置在所述流管中；
将吸附剂注入对应分离器区，以用于使所述吸附剂与流经所述对应分离器区的所述气体介质发生反应，以便生成经反应气体介质和经反应吸附剂；以及
将传热介质馈入对应传热区中，以用于在所述传热介质与从所述对应分离器区所馈送的所述经反应气体介质之间交换热量。
按照第二方面的方法，其中，所述注入包括注入与所述对应分离器区中的所述气体介质的流动垂直的所述吸附剂。
按照第二方面的方法，其中，所述馈送包括馈送与所述对应传热区中的所述经反应气体介质的流动垂直的所述传热介质。
按照第二方面的方法，其中，所述交换还包括使所述传热介质与所述经反应气体介质直接或间接地接触。
按照第二方面的方法，其中，所述反应包括经由所述吸附剂吸收来自所述气体介质的成分的一部分。
按照第二方面的方法，其中，所述交换包括冷却所述经反应气体介质。
按照第二方面的方法，其中，所述反应包括经由所述气体介质解吸来自所述吸附剂的成分的一部分。
按照第二方面的方法，其中，所述交换包括加热所述经反应气体介质。
按照第二方面的方法，还包括使所述经反应吸附剂从设置在下游的一个分离器区再循环到设置在上游的另一个分离器区，以用于使所述经反应吸附剂与流经所述另一分离器区的所述气体介质或者所述经反应气体介质发生反应。
附图说明
通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地了解本公开的实施例的这些及其它特征和方面，附图中，相似符号在附图中通篇表示相似部件，附图包括：
图1是按照一个示范实施例的示范处理系统的示意图；
图2是按照另一个示范实施例的示范处理系统的示意图；
图3是按照又一个示范实施例的示范处理系统的示意图；
图4表示按照一个示范实施例、具有再循环管线的处理系统的框图；
图5表示按照一个示范实施例的吸收器系统的框图；以及
图6表示按照一个示范实施例的解吸器系统的框图。
具体实施方式
虽然本文中仅示出和描述了本发明的实施例的某些特征，但是本领域的技术人员将会想到多种修改和变更。因此要理解，所附权利要求预计涵盖落入本发明的真实精神之内的所有这类修改和变更。
本文所述的实施例公开一种用于介质的处理的系统。更具体来说，本发明的某些实施例公开一种包括多个分离器区和多个传热区的系统。多个分离器区之中的各分离器区以及多个传热区之中的各传热区交替设置在流管中。流管接收来自气体源的气体介质。此外，各分离器区包括用于将吸附剂注入对应分离器区中的注入器装置。所注入的吸附剂与流经流管中的对应分离器区的气体介质发生反应，以便生成经反应气体介质和经反应吸附剂。此外，各传热区在从对应分离器区所馈送的经反应气体介质与传热介质之间交换热量。
更具体来说，本发明的某些实施例公开一种吸收器系统。更具体来说，本发明的吸收器系统包括多个分离器区和多个冷却区。多个分离器区之中的各分离器区以及多个冷却区之中的各冷却区交替设置在流管中。流管接收来自气体源的气体介质。此外，各分离器区包括用于将贫吸附剂注入对应分离器区中的注入器装置。所注入的贫吸附剂与流经流管中的对应分离器区的气体介质发生反应，以便生成经反应气体介质和反应富吸附剂。此外，各传热区使用传热介质来冷却从对应分离器区所馈送的经反应气体介质。本文中应当注意，术语“贫吸附剂”可说成是具有介质中的所吸收气体的较低百分比的介质。类似地，术语“富吸附剂”可说成是具有介质中的所吸收气体的较高百分比的介质。
更具体来说，本发明的某些实施例公开一种解吸器系统。更具体来说，本发明的解吸器系统包括多个分离器区和多个加热区。多个分离器区之中的各分离器区以及多个加热区之中的各加热区交替设置在流管中。流管接收来自气体源的气体介质。此外，各分离器区包括用于将富吸附剂注入对应分离器区中的注入器装置。所注入的富吸附剂与流经流管中的对应分离器区的气体介质发生反应，以便生成经反应气体介质和反应贫吸附剂。此外，各传热区使用传热介质来加热从对应分离器区所馈送的经反应气体介质。
图1是示范处理系统100的示意图。在本示范实施例中，处理系统100包括多个分离器区102、多个传热区104、流管106、多个收集器区108和过滤装置110。此外，处理系统100包括设置在传递介质收集器区115下游的有机兰金循环112，其中传递介质收集器区115经由传热收集器区123耦合到多个传热区104。
在所示实施例中，多个分离器区102之中的各分离器区以及多个传热区104之中的各传热区交替设置在流管106中。本文中应当注意，各分离器区102包括一般集成的接触器段和分离器段。接触器段可用于接触来自不同源的介质，以及分离器段用于将一个介质与另一个介质分离。所示实施例没有明确示出接触器段和分离器段。在所示实施例中，流管106是沿预定义方向107所设置的水平管。流管106包括沿流管106的总长度“L”所设置的多个分离器区102和多个传热区104。流管106的总长度“L”基于各分离器区102的长度“L1”、各传热区104的长度“L2”、处理系统100的分离器区102的数量和传热区104的数量来设计。类似地，流管106的宽度“S”基于各分离器区102和各传热区104的宽度来设计。在所示实施例中，示出两个分离器区102、两个传热区104和一个过滤装置110。流管106的下游端116包括过滤装置110，其用于有选择地允许经反应气体介质126流经流管106，同时俘获经反应吸附剂130。流管106的取向可基于应用和设计标准而改变。在一个实施例中，流管106可以是发电站的废气传递管线。在这种实施例中，流管106可排放源自烧煤发电站的废气管流或气体介质。在另一个实施例中，气体介质118可源自气体源，其可用于收集和储存来自气体始发源、即发电站的气体介质118。用于得到气体介质118的源不应当被理解为对本发明的限制。
在所示实施例中，设置在流管106的上游端114的分离器区102从气体源接收气体介质118。在所示实施例中，气体介质118沿预定义方向107馈入流管106的对应分离器区102中。将气体介质118馈入对应分离器区102的预定义方向可基于应用和设计标准而改变。在所示实施例中，设置在流管106的上游端114的分离器区102从吸附剂源(图1中未示出)接收吸附剂120。在所示实施例中，吸附剂120沿预定义方向109馈入流管106的对应分离器区102中。将吸附剂120馈入对应分离器区102的预定义方向可基于应用和设计标准而改变。在所示实施例中，分离器区102经由对应注入器装置122来接收与对应分离器区102中的气体介质118的流动垂直的吸附剂120。与吸附剂120的流动垂直的气体介质118的流动又可称作“横流流动”。在一些其它实施例中，气体介质118和吸附剂120可沿相同预定义方向、例如沿预定义方向107流动。在这类实施例中，与吸附剂120的流动平行的气体介质118的流动又可称作“并流流动”。在其它实施例中，介质的流动可基于应用和设计标准而改变。
在一个实施例中，设置在上游端114的分离器区102以每秒五米的流率来接收气体介质118。各分离器区102中的气体介质118的流率可从流管106的上游端114到下游端116逐渐减小。气体介质118的流率可基于应用和设计标准而改变。在一个实施例中，各分离器区102以每秒一米的流率来接收吸附剂120。上述流率不应当被理解为对本发明的限制。吸附剂120的流率可基于应用和设计标准而改变。
如先前所述，各分离器区102包括注入器装置122，以用于馈送与气体介质118的流动垂直的吸附剂120。处理系统100中使用的注入器装置122的类型可基于应用和设计标准而改变。在一个实施例中，吸附剂120可注入成使得各微滴的大小为500 μm直径。吸附剂120的各微滴的大小可与注入器装置122的孔径大小相关。吸附剂120的微滴的大小可根据应用和设计标准而改变。本文中应当注意，其它适当方法和装置也可用于控制微滴的大小。此外，微滴的大小可影响气体介质与吸附剂的反应速率，并且还可影响吸附剂的沉淀速率以及成分的一部分与气体介质的分离。各分离器区102的长度“L1”可基于微滴的大小。
在一个实施例中，气体介质118是包含二氧化碳(“CO2”)、氧、一氧化碳、氧化氮、硫化氢和氧化硫中的至少一个的废气。在一些其它实施例中，气体介质118的组成可根据从其中接收气体介质的气体源而改变。在一个实施例中，吸附剂120是来自GAP-0或GAP-1介质的氨基硅酮。本文中应当注意，术语“GAP-0”可定义为“1,3-二(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷”。类似地，术语“GAP-1”可定义为“1,5-二(3-氨基丙基)-1,1,3,3,5,5-六甲基三硅氧烷”。来自GAP-0或GAP-1介质的吸收介质可包括受阻胺，例如甲基二乙醇胺(“MDEA”)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(“AMP”)。具有溶质、例如CO2的高百分比的吸附剂120可称作富吸附剂，以及具有溶质、例如CO2的低百分比的吸附剂120可称作贫吸附剂。在一些其它实施例中，吸附剂120的组成可根据从其中接收吸附剂的吸附剂源而改变。
各分离器区102中的所注入的吸附剂120和气体介质118可起反应以生成经反应气体介质126和经反应吸附剂124。反应可以是化学反应(即，化学吸收)或者物理反应(即，物理吸收)。吸附剂120与气体介质118的反应引起来自气体介质118的成分、例如CO2的一部分的吸收或者来自吸附剂120的成分、例如CO2的一部分的解吸。此外，吸附剂120与气体介质118的反应引起经反应气体介质126的温度的增加或降低。
在所示实施例中，多个分离器区102之中的各分离器区耦合到多个收集器区108之中的对应收集器区。各收集器区108设置在对应分离器区102的下游端，以用于接收经反应吸附剂124。经反应吸附剂124可采取液体形式，或者可采取固体形式。在一个实施例中，各收集器区108可耦合到螺旋输送器或泵，以用于排放来自对应收集器区108的经反应吸附剂124。具体来说，如果经反应吸附剂124采取固体形式，则可使用螺旋输送器，以及如果经反应吸附剂124采取液体形式，则可使用泵。经反应吸附剂124的类型可取决于用于与气体介质118发生反应的吸附剂120的类型。被排放的经反应吸附剂124可进一步用于生成吸着物。
在所示实施例中，多个传热区104之中的各传热区从对应相邻分离器区102接收经反应气体介质126。经反应气体介质126可根据对应分离器区102中的气体介质118与吸附剂120之间的反应而处于高温或低温。各传热区104从源(图1中未示出)接收传热介质128。在所示实施例中，传热介质128沿预定义方向109馈入流管106的对应传热区104中。将传热介质128馈入对应传热区102的预定义方向可基于应用和设计标准而改变。在所示实施例中，具体来说，传热区104接收与从对应相邻分离器区102所接收的经反应气体介质126的流动垂直的传热介质128。
在一个实施例中，通过使经反应气体介质126与传热介质128直接接触，各传热区104实现经反应气体介质126与传热介质128之间的热量交换。在一些其它实施例中，各传热区104间接地实现经反应气体介质126与传热介质128之间的热量交换。在一个实施例中，热量交换包括加热对应传热区104中的经反应气体介质126。在一些其它实施例中，热量交换包括冷却对应传热区104中的经反应气体介质126。在一个实施例中，传热介质128是蒸汽，以及在另一个实施例中，传热介质128是冷却流体。用于加热或冷却经反应气体介质126的传热介质128的类型可根据应用和设计标准而改变。
在所示实施例中，传热介质128经由热交换器装置132来提供给对应传热区104。热交换器装置132可包括多个通道，以用于循环传热介质128，以便与从对应相邻分离器区102所馈送的经反应气体介质126交换热量，并且生成传热介质130。在所示实施例中，冷却经反应气体介质126，并且加热传热介质128。
各传热区104的下游端耦合到传热收集器区123。传热收集器区123用来分离从传热介质130所俘获的经反应吸附剂124。各传热收集器区123经由传输管线125耦合到对应收集器区108，以用于再循环所俘获的经反应吸附剂124。此外，各传热区104的下游端经由传递介质收集器区115耦合到有机兰金循环112。传递介质收集器区115从传热区104的每个收集传热介质130。然后，在有机兰金循环112中循环传热介质130以供发电。在一些实施例中，发电过程是可选的。有机兰金循环112通常包括蒸发器135、涡轮机136、负载138、凝结器140和冷却塔142。在所示实施例中，蒸发器135耦合到传递介质收集器区115，以用于按照与工作流体137的热交换关系来接收传热介质130，以便加热工作流体137，并且由此生成经冷却的传热介质128。传热介质128稍后再循环到各传热区104中。在一些实施例中，来自传递介质130的热量可传递给有机兰金循环112中循环的蒸汽或有机溶剂，以及经冷却的传热介质128可在再循环到各传热区104中之前进一步经过过冷却。在这类实施例中，经加热的工作流体137在涡轮机136中膨胀，以便驱动耦合到涡轮机36的负载138、即发电机。涡轮机136耦合到凝结器140，以用于凝结从涡轮机136所馈送的膨胀工作流体。凝结器140耦合到冷却塔142，以用于接收冷流，以便冷却凝结器140中的膨胀工作流体137。
在一些其它实施例中，经反应气体介质126在对应传热区104中加热，以便生成经冷却的传热介质130。在这类实施例中，经冷却的传热介质130按照与凝结器140中的工作流体的热交换关系、通过有机兰金循环112的冷却塔142进行循环。
在所示实施例中，流管106的下游端116包括过滤装置110。如先前所述，过滤装置110用于阻止任何剩余经反应吸附剂124连同经反应气体介质126一起离开最后一个分离器区102。经反应吸附剂124可使用过滤装置110的隔膜134来过滤，由此允许经反应气体介质126的剩余部分127流过。所俘获的经反应吸附剂124在收集器区108中采取固体形式或液体形式来收集。
在一个实施例中，各分离器区102的长度“L1”沿流管106的长度可改变。换言之，与其它分离器区102相比，各分离器区102可具有不同的长度。在一些其它实施例中，各分离器区102的长度“L1”沿流管106的长度可以是恒定的。在一个实施例中，各传热区104的长度“L2”沿流管106的长度可以是恒定的。对应分离器区102中的气体介质118的停留时间取决于对应分离器区102沿气体介质118的流动的预定义方向、即沿预定义方向107的长度。多个分离器区102之中的各分离器区的长度“L1”基于气体介质118的流率、气体介质118的组成、吸附剂120的流率、吸附剂120的组成、从注入器装置122所注入的吸附剂120的各微滴的大小以及对应分离器区102中的吸附剂120与气体介质118之间的密度差中的至少一个来设计。
图2是按照另一个实施例的示范处理系统200的示意图。在另一个实施例中，处理系统200包括多个分离器区202、多个传热区204、流管206、多个收集器区208和过滤装置210。
在所示实施例中，多个分离器区202之中的各对应分离器区以及多个传热区204之中的各对应传热区经过集成以形成集成区203。在所示实施例中，各传热区204设置在对应分离器区202中。设置在流管206的上游端214的分离器区202接收气体介质218。所接收气体介质218经由对应分离器区202和传热区204流经流管206，直到气体介质218到达流管206的下游端216。各分离器区202包括用于注入吸附剂220的注入器装置222。类似地，各传热区204包括用于循环传热介质228的热交换器232。热交换器232包括不粘涂层233，以用于防止对应传热区204的积垢。多个传热区204之中的对应传热区包括振动器装置237，以便周期地振动热交换器232，并且由此防止对应传热区204的积垢。在所示实施例中，振动器装置237经由控制器装置235来起动。在一个实施例中，交替传热区204中的热交换器232可包括振动器装置237和不粘涂层233。在另一个实施例中，各传热区204中的热交换器232可包括振动器装置237和不粘涂层233。
分离器区202沿预定义方向207从气体源(图2中未示出)接收气体介质218。类似地，对应分离器区202还经由对应注入器装置222、沿预定义方向209从吸附剂源接收吸附剂120。此外，对应传热区204沿预定义方向209从传热介质源(图2中未示出)接收传热介质228，并且经由热交换器232来循环所接收传热介质228。本文中应当注意，在其它实施例中，预定义方向可改变，而没有限制本发明的范围。
吸附剂220与对应集成区203中的气体介质218发生反应。气体介质218与吸附剂220的反应引起吸收来自气体介质218的成分的一部分或者解吸来自吸附剂220的成分的一部分，以便生成对应集成区203中的经反应气体介质226和经反应吸附剂224。吸收引起经反应气体介质226的温度的增加，而解吸引起经反应气体介质226的温度的降低。对应传热区204经由热交换器232在经反应气体介质226与传热介质228之间交换热量。不粘涂层233防止经反应吸附剂224的粘附，以便避免对应传热区204的积垢。将经反应气体介质226传递到相邻集成区203中，供与吸附剂220的进一步反应。在流管206的下游端216，在经由过滤装置210俘获任何剩余经反应吸附剂224之后，收集经反应气体介质226中的成分的剩余部分。在各集成区203的下游端，设置对应收集器区208以用于收集经反应吸附剂224。来自各收集器区208的经反应吸附剂224经由泵或螺旋输送器(图2中未示出)被去除，供对经反应吸附剂224的进一步处理。
图3是按照又一个实施例的示范处理系统300的示意图。在所示实施例中，处理系统300包括多个分离器区302、多个传热区304、流管306、多个收集器区308和过滤装置310。
多个分离器区302之中的各对应分离器区以及多个传热区304之中的各对应传热区经过集成以形成集成区303。在所示实施例中，各传热区304设置在对应分离器区302中。在一个实施例中，设置在流管306的上游端314的分离器区302接收气体介质318。所接收气体介质318经由对应分离器区302和传热区304流经流管306，直到气体介质到达流管306的下游端316。各分离器区302包括用于注入吸附剂320的注入器装置322。各传热区304包括喷射器装置332，以用于喷射分离器区302中的传热介质328。对应传热区304通过将传热介质328注入到经反应气体介质326，在经反应气体介质326与传热介质328之间直接交换热量。在收集器区308，经反应吸附剂324经由分离过滤器331而与传热介质330分离。
图4表示按照图1的示范实施例、具有再循环通道160的处理系统100的框图。在所示实施例中，一个下游分离器区102耦合到一个上游分离器区102的注入器装置122(如图1所示)，以用于经由再循环通道160将经反应吸附剂124再循环到上游分离器区102。上游分离器区102接收吸附剂120和经反应吸附剂124，以用于与气体介质118或者经反应气体介质126发生反应。再循环经反应吸附剂124，以用于最佳地耗尽经反应吸附剂124与气体介质118或者经反应气体介质126发生反应、以便吸收来自气体介质118的成分的一部分或者解吸来自经反应吸附剂124的成分的一部分的能力。经反应吸附剂124在上游分离器区102中沿逐级逆流方向再循环，以用于最佳地耗尽经反应吸附剂124的能力。
图5表示按照一个示范实施例的处理系统400的框图。在所示实施例中，处理系统400是吸收器系统。处理系统400包括多个分离器区402、多个传热区404、流管406、多个收集器区408和过滤装置410。此外，吸收器系统400包括吸附剂再生区419。在所示实施例中，分离器区402是吸收器区，以及传热区404是冷却区。本文中应当注意，在所示实施例中，术语“分离器区”和“吸收器区”可以可互换地使用。类似地，术语“传热区”和“冷却区”可互换地使用。
在一个实施例中，多个吸收器区402之中的各对应吸收器区以及多个冷却区404之中的各对应冷却区交替设置在流管406中。设置在流管406的上游端414的吸收器区402接收沿预定义方向407的气体介质418以及沿预定义方向409的吸附剂420。在所示实施例中，吸附剂420可以是贫吸附剂。气体介质418包括作为气体介质418的成分的CO2。气体介质418与吸附剂420发生反应，以便吸收来自气体介质418的CO2的一部分。吸附剂420与气体介质418的反应引起经反应吸附剂424和可包含CO2的某个部分的经反应气体介质426的形成。经反应吸附剂可以是富吸附剂。在所示实施例中，吸附剂420与气体介质418的反应因放热反应而引起经反应气体介质426的温度的增加。
经反应气体介质426则传递给对应相邻冷却区404。在冷却区404，传热介质428沿预定义方向409馈送。在所示实施例中，传热介质428是冷却流体。在所示实施例中，术语“传热介质”和“冷却流体”可互换地使用。热量在传热介质428与经反应气体介质426之间交换，以便降低气体介质426的温度，并且生成传热介质。将经反应气体介质426传递给下一个吸收器区402，以用于通过使经反应气体介质426与吸附剂420进一步发生反应，从经反应气体介质426中去除成分、即CO2的另一部分。在流管406的下游端416，过滤装置410用来去除经反应吸附剂424以免连同经反应气体介质427的成分的剩余部分一起被排放。
各吸收器区402的下游端耦合到对应收集器区408，以用于从对应吸收器区402接收经反应吸附剂424。在所示实施例中，经反应吸附剂424经由螺旋输送器425从多个收集器区408中去除。另外，经反应吸附剂424(富吸附剂)在吸附剂再生区419中经过处理，以便生成贫吸附剂420和吸着物421。
图6表示按照一个示范实施例的处理系统500的框图。在所示实施例中，处理系统500是解吸器系统。处理系统500包括多个分离器区502、多个传热区504、流管506、多个收集器区508和过滤装置510。在所示实施例中，分离器区502是解吸器区，以及传热区504是加热区。术语“分离器区”和“解吸器区”可以可互换地使用。类似地，术语“传热区”和“加热区”可互换地使用。
在一个实施例中，多个解吸器区502之中的各对应解吸器区以及多个加热区504之中的各对应加热区交替设置在流管506中。设置在流管506的上游端514的解吸器区502接收沿预定义方向507的气体介质518以及沿预定义方向509的吸附剂520。在所示实施例中，吸附剂520是富吸附剂。在一个示例中，气体介质518可包含CO2或蒸汽。气体介质518与吸附剂520发生反应，以便解吸来自吸附剂520的CO2的一部分。吸附剂520与气体介质518的反应引起经反应吸附剂524(贫吸附剂)和具有CO2的一部分的经反应气体介质526的形成。吸附剂520与气体介质518的反应引起经反应气体介质526的温度的降低。
将经反应气体介质526传递给对应加热区504。在加热区504，传热介质528沿预定义方向509馈送。在所示实施例中，传热介质528是加热介质。传热区504馈送与经反应气体介质526的流动垂直的传热介质528。热量在气体介质与传热介质528之间交换，以便增加经反应气体介质526的温度，并且生成经冷却的传热介质(未示出)。具有CO2的一部分的经反应气体介质526则传递给下一个解吸器区502，以用于从富吸附剂520中进一步去除CO2的一部分。在流管506的下游端516，过滤装置510用来去除贫吸附剂524以免连同富反应气体介质527一起被排放。
各解吸器区502的下游端耦合到对应收集器区508，以用于从对应解吸器区502接收贫吸附剂524。贫吸附剂524经由液体泵525从多个收集器区508中去除。此外，贫吸附剂524在贫吸附剂收集器521中收集，供系统500外部进一步利用。
本文所述的本发明的实施例有助于提高经由吸附剂吸收来自废气的CO2的效率，并且因此增加对给定吸附剂数量来捕获的碳量。此外，在吸收器中回收的废热可在有机兰金循环中用来产生附加电力。此外，本文所述的实施例可扩展到可产生采取液体或固体形式的高粘性吸附剂的不同类型的气体介质应用。另外，高粘性吸附剂在低能量和资本费用方面可具有优于常规溶剂/吸附剂的各种商业优势。此外，本文所公开的实施例可有效地解决气体介质的吸收过程期间的中间加热问题以及处理系统中的吸附剂的解吸过程期间的中间冷却问题。另外，本文所公开的实施例可用于大规模商业应用，供去除CO2、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)以及从发电站或化学工厂或炼油厂所放射的其它污染物。实施例可操控大量气体流率，并且还解决与气体介质的压力下降相关的问题。
虽然本文中示出和描述了某些特征，但是本领域的技术人员将会想到许多修改和变更。因此要理解，所附权利要求预计涵盖落入本发明的真实精神之内的所有这类修改和变更。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
多个分离器区；以及
多个传热区，其中所述多个分离器区之中的各分离器区以及所述多个传热区之中的各传热区交替设置在流管中，其中各分离器区包括用于将吸附剂注入对应分离器区的注入器装置，以用于使所述吸附剂与流经所述对应分离器区的气体介质发生反应，以便生成经反应气体介质和经反应吸附剂，其中各传热区在从所述对应分离器区所馈送的所述经反应气体介质与传热介质之间交换热量。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个分离器区之中的各分离器区包括吸收器区。
3.如权利要求2所述的系统，其中，对应注入器装置注入与对应吸收器区中的所述气体介质的流动垂直的所述吸附剂，以用于吸收来自所述气体介质的成分的一部分，以便生成所述经反应气体介质和所述经反应吸附剂。
4.如权利要求3所述的系统，其中，各传热区馈送与所述经反应气体介质的所述流动垂直的所述传热介质，以用于冷却所述经反应气体介质。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个分离器区之中的各分离器区包括解吸器区。
6.如权利要求5所述的系统，其中，对应注入器装置注入与所述对应解吸器区中的所述气体介质的所述流动垂直的所述吸附剂，以用于解吸来自所述吸附剂的成分的一部分，以便生成所述经反应气体介质和所述经反应吸附剂。
7.如权利要求6所述的系统，其中，各传热区馈送与所述经反应气体介质的所述流动垂直的所述传热介质，以用于加热所述经反应气体介质。
8.如权利要求1所述的系统，其中，各传热区通过使所述经反应气体介质与所述传热介质直接接触，在所述经反应气体介质与所述传热介质之间交换热量。
9.如权利要求1所述的系统，其中，各传热区在所述经反应气体介质与所述传热介质之间间接地交换热量。
10.如权利要求1所述的系统，其中，各传热区包括用于防止所述传热区的积垢的不粘涂层。
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