CN107106937B - 从加热的液体吸附剂中旋风分离和回收二氧化碳 - Google Patents

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Abstract

用于提高再生富含CO2的液体吸附剂流和回收基本纯CO2流的效率的方法和系统，液体吸附剂流在吸附区域中与例如烟道气流接触而从该烟道气流中吸附CO2，该方法和系统包括：使得增压的液体吸附剂通过加热区域，以将其加热至解吸温度，例如对于含水的K2CO3吸附剂为大约80℃‑85℃；将加热的液体吸附剂引入至旋风分离区域中，在区域中，升高温度、减小压力以及作用在液体/气体混合物上的离心力的组合导致CO2从液体吸附剂中相对更快速和高效地分离，CO2从该液体吸附剂中释放。贫CO2的液体吸附剂下降至旋风分离器的底部，并被回收、冷却和再循环至吸附区域；从旋风分离区域取出的CO2通过冷凝器，以除去存在的水分和任何其它冷凝液，且回收CO2，用于储存或者在下游处理中使用。

Description

从加热的液体吸附剂中旋风分离和回收二氧化碳
技术领域
本发明涉及从液体吸附剂中分离CO2和回收基本纯的CO2，用于进行封存或其它处理，以便防止它释放至大气中。
背景技术
已经开发了多种方法来使用液体吸附剂，用于从发电厂和其它工业源发出的燃烧烟道气中捕获二氧化碳。在吸收/吸附CO2之后，它将转移至解吸单元，在该解吸单元中，它通常被加热至更高的温度，以便释放基本纯的CO2，该CO2能够被回收，以便进一步处理。典型的CO2吸附剂在大约30℃至40℃的初始温度下接触烟道气，然后，富含CO2的液体吸附剂的温度通常升高至100℃至125℃的范围，以便解吸二氧化碳气体。液体吸附剂的温度能够通过与换热器接触而升高至解吸范围。
从富含CO2的液体吸附剂中解吸CO2所需的能量必须以热量的形式由发电设备中的其它系统来提供，且热的贫CO2吸附剂液体必须在它能够返回接触烟道气之前再次降低温度。商业发电设备的研究表明，即使是用于从烟道气中回收CO2和进行液体吸附剂再循环的最有效和最有效的系统，与操作没有CO2捕获(以便减少CO2释放到大气中)的相同设备相比，也导致发电设备的总效率明显降低。
因此，存在这样的问题，该问题涉及由用于液体吸附剂再生的本发电系统和方法消耗的能量的量，该液体吸附剂用于从烟道气中捕获和回收CO2。
在USP8512660('660专利)中公开了一种使用旋风分离器的方法，该旋风分离器有压力控制装置，以便选择性地从液体吸附剂回收甲烷，该液体吸附剂还包含从沼气中分离的CO2。在使用洗涤液或吸附剂来从甲烷沼气中吸附除去二氧化碳时，大约10％的、存在于沼气中的甲烷也能够被吸附。通过仔细维持CO2释放开始的温度，能够实现只从富含CO2和甲烷的洗涤溶液中有效分离甲烷，例如，在最先释放1％至2％的CO2的情况下，几乎全部的吸附甲烷都从液体吸附剂中释放。在这种温度控制加热之后，富含CO2和包含甲烷的液体吸附剂供给至离心分离器，用于从液相中分离甲烷气体，其中，甲烷和小部分溶解的CO2通过气相来逸出。对该气相进行回收，并通入吸附器单元，在该吸附器单元中，它与新鲜粗制沼气混合。然后，从离心分离器中取出的液相(该液相是几乎不含甲烷和富含CO2的液体吸附剂)通过第二个换热器，并在这里将它加热至所需的CO2解吸温度，因此，吸附剂在解吸单元中再生，并再循环至吸附单元。
在'660专利的一个实施例中，控制在旋风分离器中的气相的压力，以使得离心分离器中的温度波动和供给的液体吸附剂的气体负载变化能够通过压力控制器来补偿。
因此，'660专利涉及在已经用于处理沼气的液体吸附剂中使得10％左右的甲烷与CO2分离的问题，这依赖于动力学和溶解度参数的差异，该差异导致甲烷更快速的解吸。'660专利采用在解吸单元中将富含CO2的液体吸附剂加热至足够高温度的常规现有技术方法，以便释放CO2。再有，在计算系统的总效率时，在加热和冷却液体吸附剂时消耗的能量必须加入至处理中。
因此，需要一种改进的系统和方法，它能够接收富含CO2的液体吸附剂流，并比当前的系统更高效地处理它，以便将CO2从液体吸附剂中剥离至预定浓度，用于再循环，还回收基本纯的CO2流，且与目前已知的可用方法相比有更低的能量消耗。
具体地说，本发明要解决的问题是怎样通过降低富含CO2的液体吸附剂必须加热的温度(以便解吸预定比例的吸附CO2)来在常规燃烧烟道气中降低能量消耗以及提高CO2捕获和回收处理的效率，从而使得贫CO2的液体吸附剂能够再循环，以便接触烟道气。
发明内容
通过本发明的方法和系统解决了上述问题和提供了其它优点，其中，富含CO2的液体吸附剂在与烟道气接触之后作为增压流通过加热区域，在该加热区域中，液体吸附剂的温度升高至预定温度，例如，在一个优选实施例中升高至大约85℃，然后在减小压力的情况下引入普通类型的旋风分离器，该旋风分离器在USP8337603中公开。在液体/气体混合物上的离心力、升高的温度和减小的压力的组合导致CO2与液体吸附剂(CO2从该液体吸附剂中释放)相对更快速和高效地分离。液体吸附剂下降到旋风分离器的底部，并作为贫CO2吸附剂流而回收，对它进行冷却和再循环至吸附单元。包含CO2的气体流从旋风分离器中取出，并通过冷凝器，以便除去存在的任何水分和其它蒸汽。然后，回收基本纯的CO2，用于储存或在下游进一步处理。
本发明的方法在广义上包括：使得增压的、富含CO2的液体吸附剂流通过加热区域，通常在湍流状态下，以便使它的温度升高至小于CO2将在系统压力下基本完全解吸的温度；在过渡区域中使得加热的、富含CO2的液体吸附剂流从湍流状态转变成大致线性流，然后在向下螺旋流动通路中转变成的旋转流动状态(该向下螺旋流动通路在形成旋风分离器时也使得液体吸附剂受到离心力)，且在向上的气体流动通路中同时从所述液体吸附剂中抽取CO2、水蒸汽和任何其它微量气体；使包含CO2的气体流通过冷凝区域，以便冷凝和除去存在的水和任何其它液体；以及从冷凝区域回收基本纯的CO2流。
本发明的装置和系统包括：加热区域，该加热区域具有至少一个换热器和相关联的温度控制器，具有一个或多个交换器的加热区域有用于从烟道气接触吸附区域接收富含CO2的液体吸附剂流的进口以及用于在预定温度下排出富含CO2的液体吸附剂的出口；来自换热器出口的吸附剂导管；以及旋风分离器，该旋风分离器具有与吸附剂导管出口流体连通的进口。在优选实施例中，旋风分离器的结构和尺寸设置成使得从加热区域接收的、加热的富含CO2的液体吸附剂流的任何湍流最小化，并使液体吸附剂流通过过渡区域，在该过渡区域中，它在进入向下螺旋流动区域(该向下螺旋流动区域使得液体吸附剂受到离心力)时经历从大致线性流动通路转变成旋转流动状态，同时降低在液体吸附剂表面上的压力。
减压装置(例如与包含CO2的气体和蒸汽流流体连通的泵)可以用于使得该流通向在旋风分离器下游的冷凝区域中的冷凝器。冷凝器保持在有效冷凝从液体吸附剂移出的基本全部解吸水和/或其它汽化化合物的温度。冷凝区域包括分别用于排出基本纯的CO2流(该CO2流被回收以便用于进一步处理)和用于排出冷凝液的出口。
已经发现，当如下面详细所述而变化时，USP8337603('603专利)中公开的旋风分离器的结构能够用于以高效方式从加热的液体吸附剂流中有效地解吸和分离CO2，即使该CO2液体吸附剂的温度显著低于CO2将在大气压下解吸的温度。
'603专利的旋风分离器的这种效用和改进效率是惊人的。这也背离了'603专利中介绍的操作模式和使用，该'603专利涉及油和水的混合物的调节，以便促进液滴聚结以及气体组分分离(作为气/油分离设备或GOSP的一部分)。在从储油岩层生产原油时，液体原油伴随着石油气，还包含一定比例的水。包括石油、天然气和水的多相流体在井口下游在GOSP中进行处理，以便尽可能地除去水以及它溶解的盐，因为盐对油田和炼油设备有很高的腐蚀性。
在本发明的方法实践中，富含CO2的液体吸附剂流首先在基本没有气体组分的情况下输送，因为CO2与吸附剂分子结合。在方法的第一步骤中，富含CO2的液体吸附剂的温度升高至预定值，这将导致CO2分子在本发明的旋风分离器中在减压状态和离心力作用下向下游的释放。提供给增压吸附剂流的热量预定为提供足够能量来破坏在CO2和该方法使用的特殊吸附剂之间的吸引结合。旋风效果的应用将在装置中产生集中的低压区域，该低压区域用于降低在流动的液体吸附剂的表面处的CO2蒸汽压力，同时还使CO2分子离开表面，以便提供双重效果，即驱动自由CO2分子从液体吸附剂传质，以及它们的向上运动离开降低的贫CO2液体吸附剂，以便离开旋风分离器的上部区域。
通过换热器的液体吸附剂将经历湍流状态，以便使它的温度有效提高至合适水平。从换热器排出的加热液体吸附剂优选是进入吸附剂导管，在该吸附剂导管中，它从湍流状态转变成大致更线性的流动状态。为了使得湍流的产生最小化，吸附剂导管优选是设置为线性通道，而在它的出口之前以及在加热的吸附剂排入至旋风分离器的主体中之前没有肘节或尖锐弯头。
旋风分离器优选是包括预旋转元件，该预旋转元件提供从吸附剂导管的平滑过渡，从而保持和进一步促进加热的、富含CO2的吸附剂的线性流动。已经发现，使湍流状态最小化将增加CO2的分离效率，因此，在分离器的旋风部分中存在湍流状态将降低CO2的解吸效率。
如本领域普通技术人员所理解，基于成本、设备布局和系统部件布置的考虑，上述吸附剂管道能够制造为旋风分离器的一部分，而不是作为单独的一段管。
当加热的液体吸附剂从吸附剂导管中的增压状态通入分离器的预旋转部分内时，横截面积增加，液体表面上的压力立即减小，从而促进二氧化碳的解吸。液体进入分离器的旋转部分，并通过中间出口进入竖直部分。维持旋风效果，以便进一步促进CO2和水蒸汽从液体吸附剂的解吸。CO2和水蒸汽以及释放的任何其它蒸汽都从分离器的竖直旋风部分的顶部出来，并通过气体蒸汽排出导管而进入冷凝器，在该冷凝器中，水和任何其它蒸汽将液化，并作为单独的流而回收，而基本纯的CO2流也进行回收，用于封存、储存和/或其它下游用途。
在通过一个或多个换热器之后，贫CO2的吸附剂在大约40℃或更低的温度下再循环至吸附单元。
在较低温度下执行CO2分离的能力导致能量的按比例节省，还延长了液体吸附剂的寿命以及在系统中使用更少的吸附剂。因此，相对于现有技术的系统，用于处理给定体积的液体吸附剂的本发明系统的尺寸和相关投资成本能够减小。
附图说明
下面将参考附图更详细地介绍本发明，附图中：
图1是本发明系统的实施例的简化示意图，该系统用于从CO2吸附单元再生富含CO2的液体吸附剂流和回收基本纯的CO2流；
图2是在本发明的方法和系统中使用的旋风分离器的实施例的简化透视图；
图3A-3F分别是在本发明中使用的旋风分离器系统的一部分的实施例在从不同方位看的一系列四个俯视侧视透视图，以及正视图和俯视图；
图4A和4B分别是在本发明中使用的旋风分离器系统的简化示意尺寸俯视图和侧视图；
图5是在实例1的液体吸附剂中的CO2浓度和相应CO2吸附百分比的曲线图；以及
图6是与图5相对应的情况的曲线图，表示了实例2的CO2浓度。
具体实施方式
下面参考图1的示意图，根据本发明的系统100表示为在常规CO2吸附单元10的下游，该常规CO2吸附单元包含合适的包装材料12，并包括原料烟道气进口管线14和处理后烟道气出口16(用于排出减少CO2含量的气体)。吸附单元10在进口18处接收贫CO2的液体吸附剂，并通过与吸附剂泵20流体连通的吸附剂出口19而排出富含CO2的液体吸附剂。在吸附区域中的吸附剂的温度范围为从30℃至40℃。在CO2捕获单元10中，贫CO2吸附剂流量与燃烧气体的流量成比例，以便使CO2吸附最大化。
增压的、富含CO2的液体吸附剂流通向本发明的系统100和通入加热区域30，并进入第一换热器32，在该第一换热器中，它的温度通过与返回的贫CO2液体吸附剂流18的热交换而增加，该贫CO2液体吸附剂流再循环至吸附单元10，如后面更详细所述。热的吸附剂换热器32和任选的辅助换热器36的尺寸和结构将根据要处理的液体吸附剂的体积和温度升高的所需范围而确定。这些部件的设计参数和选择在本领域技术人员的能力之内。
热的、富含CO2的液体吸附剂从换热器32通向辅助换热器36(该辅助换热器是可选的，当需要使得吸附剂升高至合适的解吸温度时)，该辅助换热器有加热流体进口35和流体出口37。任何可用的热处理流体(例如，在除去CO2之前的热烟道气)可以通过辅助换热器36，以便增加吸附剂温度。
然后将加热的吸附剂通入特别设置的旋风分离器40，在该旋风分离器中，加热的吸附剂通过进口42而引入至开放内部空间，并在向下螺旋的流动通路中受到离心力。这时未受限制的热液体吸附剂将释放自由CO2，该自由CO2通过中心立管出口44而离开旋风分离器40的本体。CO2流(该CO2流通常包括水蒸汽的和可能的少量来自液体吸附剂的其它汽化化合物)通过进口72引入冷凝器70。基本纯的CO2流从冷凝器出口74排出；冷凝液通过液体出口76而除去，该液体出口装备有普通的阀和控制器(未示出)。
热的贫CO2液体吸附剂在重力作用下向下流过旋风分离器40，并通过与再循环泵22流体连通的出口49而排出。如上所述，热的再循环吸附剂流17在它返回至吸附单元吸附剂进口18之前通入换热器32中与更冷的、富含CO2的吸附剂进行换热。图1中还显示了用于补充吸附剂溶液的可选储存容器80，该可选储存容器通过阀82和三通阀84而与再循环泵22流体连通。
本领域已知的、用于从烟道气和其它燃烧流中捕获CO2的任何液体吸附剂溶液都能够在本发明的方法中使用。液体吸附剂可以是有机材料，例如胺或含胺化合物，或者是无机材料，例如20％的K2CO3水溶液。应当理解，其它已知的液体吸附剂溶液也能够用于实施本发明的方法和系统。为了本说明和工作实例的目的，本发明将参考包含K2CO3水溶液的吸附剂溶液来介绍。在所述系统中，富含CO2的吸附剂的温度在加热区域30中升高到80℃至85℃的范围。
吸附单元10可以是任何已知和常规的设计，并不形成本发明的一部分。包含CO2的烟道气或其它燃烧气体连续地通过吸附单元10，以便接触液体吸附剂，该液体吸附剂优选是逆流地连续供给，并有足够的停留时间，以便优化CO2从气流中的吸附。在吸附区域中，烟道气的进口温度保持在30℃-40℃之间。富含CO2的吸附剂离开吸附单元10，并通向本发明的再生单元100，在该再生单元中，它在吸附剂再生之前进行预热；在大约80℃至85℃的温度下，CO2在连续操作中高效地与吸附剂分离。本发明的系统和方法应当理解为与需要使CO2解吸温度在100℃-125℃范围内的、有更高能量需求的常规再生方法相比相当有利。
在图2中进一步显示了特别适用于实施本发明的旋风分离器系统40以及吸附剂再生方法。本发明的设备包括串联的加热区域30和气液分离器系统40，该设备在比现有技术方法中所需的温度更低的温度下快速地再生吸附剂。混合物在进入旋风分离器系统40之前的预热提供了在减压条件下释放液体吸附剂-CO2结合和解吸CO2的足够能量，同时旋风分离器通过在离心力作用下的物理分离而操作液体吸附剂，从而提高在相对较低温度范围内的分离效率，并减少用于吸附剂再循环和回收CO2的停留时间。旋风分离器系统40没有运动部件，并能够在基本不维护的情况下连续作用。
现在参考旋风分离器系统40的简化透视图，加热的、富含CO2的液体吸附剂通过吸附剂导管42而进入，如图所示，该吸附剂导管为圆形，具有与它的直径D1成比例的横截面积。吸附剂导管42的出口与旋风部件43的进口部分43a以流体密封关系配合，且它们各自的轴线优选以大约0o定向，即，热吸附剂流的纵向或轴向方向在它从传热区域30通向吸附剂导管42和进入旋风部件43的进口部分43a中时没有明显的变化。进入的流体流在它进入螺旋段43b时基本沿切向行进。在液体吸附剂从吸附剂导管42通向进口部分43a时的任何湍流都能够例如通过锥形或圆锥形连接部分(未示出)而消除或最小化。
下面参考图3和图4，图中更详细地表示了旋风分离系统40，运动的液体受到离心力作用，该离心力导致CO2与吸附剂更快速和高效的分离。在旋风分离器中形成的涡旋部提供了在旋风分离器中心的开放式空间区域，该区域具有减小的压力，并促进CO2逸出，因为吸附剂由于它的相对较高的密度而朝向旋风部件的周边运动。由于作用在吸附剂上的重力的作用，该吸附剂的流动方向向下；释放的CO2朝向旋风分离器的中心和向上运动，与吸附剂的运动方向相反。液体吸附剂在旋风部件中的通路的长度预定为使得从吸附剂释放的CO2的量最大，以便提供贫CO2的再循环流。
如本文使用的术语“面积”是指与承载流动吸附剂的管或导管的直线形部分的纵向轴线或弧形段的曲率半径垂直的截面面积。为了容易参考和方便进一步介绍旋风分离单元，某些截面定义为圆形，并有直径“D”。通常，管和管道的原材料为圆形，但是也可以使用其它管形形状，并计算相应的面积。
下面参考图4A和4B的尺寸图，使用的符号具有以下意义：D表示圆形管的直径，S表示参考元件在所示位置处的截面面积，R是参考元件的曲率半径，αo是由所示弧线界定的角度，L是参考元件的长度。为了清楚，图4A和4B省略了元件标号。
下面将参考旋风分离器的旋转部分和旋风竖直部分来更详细地介绍旋风分离器系统40的优选实施例。旋转部分包括：(a)控制旋转部件43，该控制旋转部件43位于截面(S1)和截面(S2)之间；以及(b)与旋风竖直部件47连接的连接元件，该连接元件位于截面(S2)和截面(S3)之间。
如图4A所示和参考图2和3A-3F的元件标号，D1是吸附剂导管42的直径，S1是进口部分43a的进口的面积，而S2是螺旋部分43b的、在通向旋风竖直部分47的进口45附近的面积。进口45的面积表示为S3。打开角αo确定了沿着旋风部件43界定在与S1和S2相对应的截面之间的圆弧。
在图4B中，D2是具有截面S4的竖直部分47的直径，D3是水平部分48的直径，该竖直部分和水平部分彼此正交，如图所示。CO2出口44的直径定义为D4。旋风进口45上面的竖直管至旋风竖直部分47的长度为L1，L2是从旋风进口下面至水平部件顶部的交叉点的长度，而L3是沿水平部件48从与竖直部件的交叉点至排出导管49的中线的长度。
下面的表包括表示用于处理含水的K2CO3液体吸附剂的本发明系统的某些优选实施例的设计参数和关系。
表
Figure GDA0001618145640000101
曲率半径R1能够沿着吸附剂的通路连续减小或以逐步方式减少，例如，其中，旋风部件43的形状是螺旋形，或者是螺旋形的一部分，或者R1能够成两个或多个具有不同曲率半径的弧形部分的形式，这些弧形部分进行连接，以便产生平滑线性流动通路，它在吸附剂进入开口45和沿着竖直部分47的壁下降时加速该吸附剂。
参考图3A-3F和4，通过具有直径(D1)的吸附剂导管42而来自于吸附单元10的、富含CO2的混合物在截面(S1)处切向进入分离器系统40。用于进入吸附剂的进口部分(S1)的截面面积优选是比导管42的面积大至少10％。
液体在它通过旋风分离器时获得的旋转速度与预旋转元件的中心线的曲率半径(R1)有关。曲率半径(R1)优选是在2<R1/D1<6的范围内，且开口角度在150o<αo<250o的范围内。
从截面(S2)处来自于预旋转进口部分43a的流体流通过连接部分43b而经过截面(S3)通向旋风竖直部分47，且有较高旋转速度，该旋转速度产生具有低压中心区域的旋风，该低压中心区域促进CO2的解吸和收集。在连接元件出口截面(S3)和进口截面(S2)之间的比率优选是保持在2<S3/S1<5的范围内。
如上所述，与现有技术的系统相比，本发明的系统和方法在解吸过程中在相对低得多的温度下高效地进行。在加热区域中，K2CO3的CO2吸附剂的温度升高至大约80℃，加热后，加热的吸附剂混合物在较低压力的中心区域通过旋风部件，以便通过在离心力的附加作用下进行物理分离而加速地提高CO2的解吸。与现有技术的方法相比，该效果有在相对较低温度下提高分离效率的明显优点。这又减少了在解吸温度下的停留时间，从而延长了吸附剂的使用寿命。上述旋风分离器系统40的新颖设计参数提高了CO2与吸附剂的物理分离。更具体地说，具有高旋转速度的吸附剂和CO2混合物从截面(S3)处进入受控的旋风竖直管，且CO2气体分子在旋风作用的影响下与液体吸附剂快速地分离。
旋风部形成于旋风竖直部分47的上部部分和下部部分中。在上部部分中，混合物的特征在于较高CO2浓度，而在下部部分中，混合物的特征在于贫CO2液体吸附剂中的较低CO2浓度。
管形部件47的内径(D2)(如在任何水平平面中测量)优选是在1.2<D2/D1<5的范围内。内径D2优选是从顶部到底部恒定。
旋风竖直部分47的上端装配有直径在0.05<D4/D2<0.4范围内的CO2和蒸汽排出导管44。
设备的尺寸和结构将根据进入的混合物的特性来设置，在吸附剂中的较大百分比CO2将释放并从上部CO2排放导管44离开分离器；贫CO2的吸附剂在截面(S4)处从竖直部件穿过水平部件48至再循环导管49，用于再循环至吸附器10。
水平部件48的直径(D3)(如在竖直平面中测量)优选是在2<D3/D1<45范围内，且优选是在该部件的长度上恒定。长度(L3)优选是在1.2<L3/D3<5的范围内。
具有减少的CO2浓度的吸附剂(即贫CO2的液体吸附剂)通过再循环导管49从分离器中除去，该再循环导管附接在由端盖48a密封的水平部件48的下部部分出口上。再循环导管的内径(D5)优选是在0.05<D5/D3<0.4的范围内。
由上面所述可以理解，当旋风分离器旋转部分43b的有效半径R1减小以便形成螺旋通路时，在液体吸附剂上的离心力增加，液体沿该螺旋通路运动通过系统。一旦吸附剂离开吸附剂导管42的增压状态并进入预旋转进口部分43a的较大截面面积，CO2的蒸汽压力就增加。当CO2从旋风分离器的中心区域中抽取时，从动力学角度其有利于从液体吸附剂连续地逸出，直到在系统中达到主要温度和压力状态的平衡。
由上面所述可以理解，本发明与USP8337603('603专利)的方法和装置的区别在于返回部件是开口的以便排出液体。如在'603专利的图1所示，当装置30位于水平重力分离容器14的进口处时，在返回部件38设置和定位成使得出口40面向容器14的上游端板20时获得良好的导向叶片效果。在装置30位于竖直重力分离器的进口处的实施例中，根据容器的进口和出口的位置，旋风部件36能够定向在任何竖直平面中。在本发明中，返回部件48是关闭的，吸附剂通过其底部的开口而经由再循环导管49排出
在优选实施例中，包含旋风分离器的元件进行隔热，以防止向周围大气的热损失，以便节省为了解吸CO2而添加的能量。承载加热的吸附剂的元件包括吸附剂导管42、旋风部件43、竖直部分47和水平部分48以及通过换热器32的返回再循环导管18。绝缘对于这个系统100的节能的重要性随着环境空气温度的降低而增加。
实例
在随后的实例中，K2CO3的20％吸附剂水溶液与CO2浓度分别为5.1％和13.9％的两种氮气混合物接触。对于两种CO2浓度，液体和气体混合物的恒定流量分别保持在0.85L/min和6.5L/min。操作情况如下：
吸附器温度：33℃；
再生器温度：大约83℃；以及
运行时间-大约15分钟。
测试结果表明，对于在供给气体中的5％CO2浓度，CO2吸附为25％，对于在供给气体中的13.9％CO2浓度，CO2吸附为55％。继续对大量的吸附循环进行测试。测试结果的详细说明将在图5和图6中表示。测试表明，通过贫CO2的吸附剂连续流过CO2吸附单元以便捕获CO2；离开该单元的吸附剂富含吸附的CO2气体。富含CO2的吸附剂连续地进入本发明的旋风分离器再生单元并释放CO2。离开再生单元的贫CO2吸附剂连续地再循环至吸附单元，用于再次CO2吸附。
实例1：
图5中以点线表示了在使用吸附单元的CO2吸附测试之前(区域I/基线)、过程中(区域II/吸附)和之后(区域III/返回基线)的CO2的浓度型面。另外，计算了吸附百分比，并在图6中以虚线来表示。
整个处理连续运行多个循环，这样，CO2的吸附在吸附单元中在33℃下进行，而CO2的解吸在旋风分离器再生单元中在83℃下进行。温度驱动再生和传质驱动旋风效果的组合效果加速了CO2从吸附剂中的解吸。
在区域I中，绕过吸附和解吸步骤并进入气体分析器的气体混合物直接显示在气体混合物中的CO2浓度为大约5％(体积百分比)。应当注意，吸附和再生单元都已经在没有气体混合物进入单元时就已经操作，以便建立稳定状态。一旦气体混合物流导向吸附单元，就在图5中表示测试的区域II中存在CO2浓度急剧下降，在气体混合物浓度稳定在3.8之前直接到达3.3％CO2处的急剧拐点。在区域II的末端，气体混合物绕过吸附单元，气体混合物浓度返回至区域I的水平，从而证实在区域II中出现的吸附试验结果是由于CO2吸附而产生，该CO2吸附等于在吸附剂中的25％，即5.1-3.8÷5.1＝0.25。
实例2：
在图6中示出了另一代表性的测试结果，该图6表示了在供给气体混合物中的CO2浓度在吸附CO2之前(区域I)为13.9％，而在区域II中，55％的CO2被吸附。该处理连续操作多个循环，这样，CO2的吸附在吸附单元中在35℃下进行，而CO2的解吸在旋风分离器再生单元中在83℃下进行。从区域III(其中，气体混合物绕过吸附)记录的数据，将观察到的CO2浓度返回至16％的较高浓度，这与区域I的浓度相当。已经确定，该差异归因于在这一系列测试过程中的不完全流动控制。
尽管在上面以及在附图和表示特殊实施例的实例中已经详细介绍了本发明，但是本领域普通技术人员由本说明书将清楚其它变化和改变，本发明的范围将由下面的权利要求来确定。

Claims (11)

1.一种用于从来源于CO2吸附单元的、富含CO2的液体吸附剂流中分离和回收二氧化碳的方法，该方法包括：
a.通过使得导管中的吸附剂流在压力下通过加热区域(30)而使得富含CO2的液体吸附剂的温度从CO2吸附温度升高到在80℃到85℃范围内的预定的解吸温度；
b.使得被加热、增压的富含CO2的液体吸附剂从所述加热区域在大致线性流动通路中通过吸附剂导管；
c.将被加热的富含CO2的液体吸附剂流在减小的压力下从吸附剂导管(42)引入至旋风部件(43)的进口部分(43a)中，以便开始CO2从富含CO2的液体吸附剂中的解吸，然后使得液体吸附剂流通入旋风部件(43)的螺旋部分(43b)，同时保持液体吸附剂的非湍流流动，该螺旋部分终止于减小的曲率半径；
d.使得液体吸附剂和解吸的CO2通过进口(45)进入封闭柱形的旋风竖直部分(47)的上部部分中；
e.在旋风竖直部分(47)的中心开放区域中回收从吸附剂解吸的CO2，并使得CO2通过CO2排出立管出口(44)导管，该CO2排出立管出口导管与旋风竖直部分的上部部分流体连通；
f.在与旋风竖直部分的底部流体连通的水平部分(48)中回收CO2已被解吸的贫CO2液体吸附剂流；
g.将贫CO2的吸附剂流再循环至CO2吸附单元。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
h.使得回收的CO2从CO2排出立管出口(44)通向在冷凝区域中的冷凝器(70)，以便将CO2与任何水蒸汽和其它从液体吸附剂解吸的化合物分离开；以及
i.从冷凝区域回收基本纯的CO2气体流。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：旋风竖直部分(47)有大致圆形截面。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：所述圆形截面的直径是均匀的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：所述旋风部件(43)的截面面积沿其长度增加。
6.根据权利要求1所述的方法，其中：所述旋风部件(43)在所述旋风竖直部分(47)的进口(45)与所述进口部分之间围绕的角度在150°至250°的范围内。
7.根据权利要求1所述的方法，其中：液体吸附剂在通入旋风竖直部分(47)之前沿着靠近进口(45)的旋风部件(43)中的下降螺旋通路行进。
8.根据权利要求1所述的方法，其中：所述旋风部件(43)的流动通路包括具有不同直径的弧形部分。
9.根据权利要求1所述的方法，其中：来自步骤g的贫CO2吸附剂再循环流与来自CO2吸附单元的富含CO2的液体吸附剂进行换热。
10.根据权利要求1所述的方法，其中：液体吸附剂是K2CO3的水溶液。
11.根据权利要求10所述的方法，其中：再循环的贫CO2吸附剂的温度降低至40℃或更低，以便返回至CO2吸附单元。
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