CN109310942A - 多级吸附气体分离方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于从多组分流体混合物中分离出至少第一组分的多级吸附气体分离方法和系统，该系统使用了至少第一和第二吸附级，用于降低吸附材料再生的总蒸汽和能量消耗。在吸附气体分离系统中，第一级吸附气体分离处理和分离器以及第二级吸附气体分离处理和分离器各自使用至少一个再生流，其中，该再生流具有不同的再生介质。

Description

多级吸附气体分离方法和系统
技术领域
本发明通常涉及用于多组分流体混合物的吸附气体分离的方法以及用于该方法的系统。更特别是，本发明涉及用于使得二氧化碳从燃气流中吸附气体分离的方法和包括该方法的系统。
背景技术
本领域中已知温度摇摆吸附气体分离方法和系统用于多组分流体混合物的吸附气体分离。可能需要气体分离的一种类型工业处理包括燃烧处理，例如其中，氧化剂和含碳燃料进行燃烧，从而产生至少热量和燃气流。可能希望从燃气流中分离至少一种组分，包括例如二氧化碳的燃烧后气体分离，但通常可能面临多个难题，包括例如用于分离的要处理气体的容积可能较大、燃气流可以含有稀释量的希望分离的目标组分、和/或燃气流可以在较低压力下供给。
常规的温度摇摆吸附气体分离方法通常可以使用两个基本步骤，即吸附步骤和再生步骤。在吸附步骤中，供给流例如多组分流体混合物通常可以进入包括吸附材料的吸附分离系统和接触器中，其中，吸附材料可以吸附供给流的组分，使得吸附的组分与供给流的其余组分分离。在随后的再生步骤中，流体流(例如加热的流体流)通常可以进入吸附分离系统和接触器中，以便提高吸附材料的温度，从而使得吸附的组分从吸附材料中释放，还允许循环地重新使用吸附材料。可以使用可选的冷却或调节步骤来在解吸附步骤之后降低吸附材料的温度，以便帮助在随后的吸附步骤之前恢复吸附材料的吸附能力。冷却剂或调节流通常可以进入吸附分离系统和接触器，以便降低吸附材料的温度。然后，吸附、再生和调节步骤通常可以顺序重复。
常规的温度摇摆吸附气体分离方法和系统的低效率通常导致不希望低效率地将这种温度摇摆吸附气体分离系统集成至化石燃料燃烧过程中。为了获得广泛的工业认可，温度摇摆吸附气体分离方法和系统必须能够满足或超过所希望的阈值，包括例如目标组分的回收阈值、包括目标组分的产物流的纯度阈值、以及操作成本阈值。对于常规的温度摇摆吸附气体分离方法和系统，可以通过使用大量的加热再生流体(例如蒸汽)来接近通常希望的回收和纯度阈值，不过这种方法通常导致操作成本过高和使得常规技术在经济上没有吸引力。因此，需要一种吸附气体分离方法和系统，它能够满足或超过工业所希望的回收和纯度阈值，同时降低蒸汽消耗和操作成本。
发明内容
在根据本发明的多种实施例中，提供了一种用于使得至少第一组分从多组分流体混合物中分离的多级吸附气体分离方法。在一个这样的实施例中，该方法包括以下步骤：
使得多组分流体混合物作为供给流的至少一部分而进入第一级吸附气体分离器，使得第一级吸附气体分离器的供给流的第一组分的至少一部分吸附在第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上，从该第一级吸附气体分离器中重获第一产物流；
使得第一再生流进入第一级吸附气体分离器，解吸附在第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上吸附的第一组分的至少一部分，从第一级吸附气体分离器中重获第二产物流，该第二产物流相对于多组分流体混合物富含第一组分，
使得来自第一级吸附气体分离器的第二产物流作为供给流而进入第二级吸附气体分离器，使得第二级吸附气体分离器的供给流中的第一组分或第二组分中的至少一个吸附在第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上，从第一级吸附气体分离器中重获第一产物流，以及
使得第一再生流进入第二级吸附气体分离器，解吸附在第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上吸附的第一组分或第二组分中的一个的至少一部分，从第一级吸附气体分离器中重获第二产物流。
在根据本发明的多种其它实施例中，提供了一种用于使得至少第一组分从多组分流体流中分离的多级吸附气体分离系统。在一个这样的实施例中，该系统包括：
第一级吸附气体分离器，该第一级吸附气体分离器还包括在至少一个接触器中的至少一种吸附材料，与多组分流体源流体连接，以便接收多组分流体流的至少一部分作为用于第一级吸附气体分离器的供给流的至少一部分，并与多组分流体源流体连接，以便接收多组分流体流的至少一部分作为第一再生流，以及
第二级吸附气体分离器，该第二级吸附气体分离器还包括在至少一个接触器中的至少一种吸附材料，与第一级吸附分离器流体连接，以便接收来自第一级吸附分离器的第二产物流作为用于第二级吸附气体分离器的供给流，并与蒸汽源流体连接，以便接收蒸汽流作为第一再生流。
在根据本发明的其它实施例中，提供了一种用于使得至少第一组分从多组分流体混合物中分离的多级吸附气体分离方法，其中，该方法可以包括以下步骤：
使得多组分流体混合物的至少一部分在等于或小于第一阈值温度的温度下进入第一级吸附气体分离器；使得多组分流体混合物的第一组分的至少一部分吸附在第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上；使得在第一级吸附气体分离器中的接触器中的该至少一种吸附材料的温度升高至第二阈值温度；从第一级吸附气体分离器中重获第一产物流，该第一产物流相对于多组分流体混合物减少第一组分；
使得用于第一级吸附气体分离器的第一再生流进入第一级吸附气体分离器，从而使得第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度升高至第三阈值温度；解吸附在第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上吸附的第一组分的至少一部分；从第一级吸附气体分离器中重获第二产物流，该第二产物流相对于来自第一级吸附气体分离器的多组分流体混合物富含第一组分；
使得用于第一级吸附气体分离器的第二再生流在第四阈值温度下进入第一级吸附气体分离器；解吸附在第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上吸附的第一组分的至少一部分；使得第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度降低至第五阈值温度；从第一级吸附气体分离器中的接触器或第一级吸附气体分离器中重获第三产物流，该第三产物流相对于多组分流体混合物富含第一组分；
使得用于第一级吸附气体分离器的调节流进入第一级吸附气体分离器；使得第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度降低至第六阈值温度；从第一级吸附气体分离器中重获第四产物流；
使得第一级吸附气体分离器的第二产物流的至少一部分进入第二级吸附气体分离器；使得多组分流体混合物的第一组分或第二组分中的至少一个吸附在第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上；使得第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度升高至第七阈值温度；从第二级吸附气体分离器中重获第一产物流，该第一产物流相对于来自第二级吸附气体分离器的多组分流体混合物减少第一组分或第二组分中的至少一个；
使得用于第二级吸附气体分离器的第一再生流进入第二级吸附气体分离器；使得第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度升高至第八阈值温度；解吸附在第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上的第一组分或第二组分中的一个的至少一部分；从第二级吸附气体分离器中的接触器和第二级吸附气体分离器中重获第二产物流，该第二产物流相对于来自第二级吸附气体分离器中的接触器和第二级吸附气体分离器的多组分流体混合物减少第一组分或第二组分中的一种；
使得用于第二级吸附气体分离器的第二再生流在第九阈值温度下进入第二级吸附气体分离器；解吸附在第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上吸附的第一组分或第二组分中的一个的至少一部分；使得第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度降低至第十阈值温度；从第二级吸附气体分离器中重获第三产物流，该第三产物流相对于多组分流体混合物富含第一组分；以及
使得用于第二级吸附气体分离器的调节流进入第二级吸附气体分离器；使得第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度降低至第十一阈值温度，并从第二级吸附气体分离器重获第四产物流。
附图说明
下面将参考附图介绍根据本发明实施例的、用于使得至少一种组分从多组分流体混合物中吸附气体分离的系统和方法，附图中：
图1是根据本发明实施例的示例多级吸附气体分离系统的简化示意图，该系统用于使得二氧化碳从多组分气体混合物中分离，例如来自燃料燃烧器的燃气流。示例多级吸附气体分离系统使用第一级吸附气体分离器和第二级吸附气体分离器，其中，第一级和第二级吸附气体分离器流体连接成使用和使得具有再生介质的至少一个再生流进入，该再生介质在第一级和第二级吸附气体分离器之间不同。第一级吸附气体分离器流体连接成使得具有作为第一再生介质的燃烧混合物的第一再生流进入，第二级吸附气体分离器流体连接成使得具有作为第一再生介质的蒸汽的第一再生流进入。
具体实施方式
根据一个实施例，提供了一种多级吸附气体分离方法，在本文中称为“MSA方法”，例如用于使得组分(例如二氧化碳)从多组分流体混合物(例如来自燃料燃烧器的燃气流)中吸附气体分离，它使用实施例的多级吸附气体分离系统(下文称为“MSA系统”)。实施例MSA方法可以特别适用于气体分离应用，其中：供给流来源于低压力，从而使得压力摇摆吸附方法低于所需；供给流包括低浓度或稀释浓度的目标组分，例如大约3％体积；要分离的供给流的体积较大；需要高纯度的产物流，例如目标组分的纯度大于大约80％(体积)；目标组分的回收率高，例如大于大约80％，并希望低能耗；和/或希望运行成本低。示例的应用包括例如二氧化碳从来自联合循环发电厂的燃气流中的燃烧后气体分离。
根据本发明一个实施例的MSA方法可以包括多个吸附级，其中，至少一个吸附级还包括吸附气体分离处理(在本文中称为“吸附处理”)，且用于解吸附在吸附材料上吸附的至少一种组分的至少一个再生步骤主要由解吸附机构来驱动，例如：温度摇摆，例如在吸附步骤和第一再生步骤中该至少一种吸附材料的温度差异；分压力摇摆，例如第一再生流的至少一种组分的分压或浓度和在至少一种吸附材料上吸附的至少一种组分的平衡分压的差异；和/或吸附能量的热量差异，例如第一再生流的至少一种组分和在至少一种吸附材料上吸附的至少一种组分的吸附能量的热量差异。其它辅助解吸附机构可以帮助从至少一种吸附材料上解吸附组分，包括例如温度摇摆、分压摇摆、真空、置换清吹和/或清吹。一种示例MSA方法可以包括吸附级，该吸附级还包括其它气体分离处理、吸附气体分离处理和/或解吸附机构，例如压力摇摆吸附气体分离处理和/或真空摇摆吸附气体分离处理。吸附处理可以顺序地循环和重复。
在一个实施例中，一种MSA方法可以使用MSA系统，该MSA系统包括：多个吸附气体分离器，本文中称为“吸附分离器”，这些吸附气体分离器有单独的接触器，其中，各吸附分离器和接触器用于MSA方法的单个吸附级；单个吸附分离器，该单个吸附分离器有多个接触器，其中，各接触器用于MSA方法的单个吸附级；或者多个吸附分离器，这些吸附分离器有多个接触器，其中，具有多个接触器的各吸附分离器用于MSA方法的单个吸附级。接触器可以是静止的或运动的，例如旋转。
在示例实施例的MSA方法中，多组分流体混合物(例如来自燃料燃烧器的烟道气流或燃气流)可以包括至少第一组分例如二氧化碳(本文中称为“CO2”)和可选的第二组分例如氮气，其中，第一组分可以通过吸附而从多组分流体混合物中分离。示例MSA方法和系统可以包括第一吸附级或第一级吸附处理和第二吸附级或第二级吸附处理。第一级吸附处理和分离器可以用于第一组分从多组分流体混合物中的大量气体分离，这可以有利地在第一级吸附处理和分离器的第一再生步骤中使用至少第一再生流，该第一再生流包括第一再生介质，例如多组分流体混合物、燃烧混合物、烟道气混合物、或相对于多组分流体混合物富含第一组分的流体混合物，或者具有低有效能、低价值和/或低成本，这可以有利地导致在第一级吸附处理、第一级吸附分离器和MSA系统中减少用于再生至少一种吸附材料的蒸汽消耗和/或操作成本。可选地，第一级吸附处理和分离器可以在第一级吸附处理和分离器的可选第二再生步骤中使用第二再生流，该第二再生流可选地包括第二再生介质，例如空气、多组分流体混合物、燃烧混合物、烟道气混合物、或相对于多组分流体混合物富含第一组分的流体混合物。第一级吸附处理和分离器的产物流(例如第二产物流和/或第三产物流)可以从第一级吸附分离器中重获，并作为用于第二级吸附处理和分离器的供给流而进入，该产物流包括相对于多组分流体混合物升高浓度的第一组分，这可以有利地提高在第二级吸附处理中的吸附气体分离处理的效率。第二级吸附处理和分离器可以在第二级吸附处理和分离器的第一再生步骤中使用至少第一再生流，该第一再生流包括第三再生介质，例如蒸汽、电、可冷凝气体或溶剂，这可以导致第二级吸附处理和分离器的第二产物流包括高浓度或高纯度的第一组分，例如大于大约80％的第一组分，或特别是大于大约90％的第一组分，或更特别是大于大约95％的第一组分。可选地，第二级吸附处理和分离器可以在第二级吸附处理和分离器的可选第二再生步骤中使用第二再生流，该第二再生流可选地包括第二再生介质或第四再生介质，例如空气、多组分流体混合物、燃烧混合物、烟道气混合物、或相对于多组分流体混合物富含第一组分的流体混合物。至少第一级吸附处理和分离器以及第二级吸附处理和分离器的新颖组合(使用和使得具有再生介质的至少一个再生流进入，该再生介质在第一级吸附处理和分离器和第二级吸附处理和分离器之间不同，例如，第一级吸附处理和分离器使用包括燃烧混合物的再生介质，第二级吸附处理和分离器使用包括蒸汽的再生介质，或者第一级吸附处理和分离器使用包括燃烧混合物的第一再生介质和包括空气的第二再生介质，第二级吸附处理和分离器使用包括蒸汽的第一再生介质和包括空气的第二再生介质)可以提供高纯度的产物流，同时有利地提高了吸附气体分离处理的效率，并减少了蒸汽消耗、能源和运行成本。
在一个实施例中，示例MSA系统包括空气源、换热器、第一级吸附分离器、第二级吸附分离器、蒸汽源、冷却剂源和冷凝器，例如冷凝换热器。示例第一级吸附分离器可以包括用于支承至少一种吸附材料的接触器，该吸附材料容纳在外壳中，该外壳可以选择地确定多个区域，例如吸附区域、第一再生区域、第二再生区域，和调节区，其中，接触器可以循环或旋转通过该多个区域，还包括：多个基本平行的流体流动通道，这些流体流动通道沿接触器的第一轴线定向，在轴向相对的第一端和第二端之间；以及可选的多个轴向连续导热细丝，该导热细丝基本沿接触器的第一轴线定向，并与在接触器的壁中或壁上的该至少一种吸附材料直接接触。在任何的本发明实施例中，第一级吸附分离器可以使用任何合适的吸附材料，包括但不限于例如干燥剂、活性炭、碳吸附剂、石墨、碳分子筛、活性氧化铝、分子筛、铝磷酸盐、硅铝磷酸盐、沸石吸附剂、离子交换沸石、亲水沸石、疏水沸石、改性沸石、天然沸石、八面沸石、斜发沸石、丝光沸石、金属交换硅铝磷酸盐、单极树脂、双极树脂、芳香族交联聚苯乙烯基质、溴化芳香基质、甲基丙烯酸酯共聚物、石墨吸附剂、碳纤维、碳纳米管、纳米材料、金属盐吸附剂、高氯酸盐、草酸盐、碱土金属颗粒、ETS、CTS、金属氧化物、支承碱金属碳酸盐、碱促进水滑石、化学吸附剂、胺、有机金属反应物和金属有机骨架吸附材料，以及它们的组合。示例第二级吸附分离器可以基本类似于示例第一级吸附分离器，但并不必须，例如，第二级吸附分离器可以包括设置成与第一级吸附分离器不同的至少一种吸附材料、多个区域和/或接触器。
在还一实施例中，用于使得至少第一组分从多组分流体混合物中分离的示例多级吸附气体分离方法可以包括以下步骤：
a.使得多组分流体流(例如燃气流)进入多级吸附气体分离系统作为供给流的至少一部分和可选地作为第一级吸附气体分离器的第一再生流；
b.可选地，使得多组分流体流的至少一部分作为用于第一级吸附气体分离器的供给流的至少一部分而进入换热器的热回路，使得用于第一级吸附气体分离器的供给流的该至少一部分的温度降低至等于或小于第一阈值温度，从换热器的热回路中重获用于第一级吸附气体分离器的供给流的至少一部分；
c.使得用于第一级吸附气体分离器的供给流的至少一部分在等于或小于第一阈值温度的温度下进入第一级吸附气体分离器，并进入第一级吸附气体分离器中的接触器的第一端；使得第一级吸附气体分离器的供给流的第一组分的至少一部分吸附在第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上；使得第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度升高至第二阈值温度；从第一级吸附气体分离器中的接触器的第二端、第一级吸附气体分离器和多级吸附气体分离系统中重获第一级吸附气体分离器的第一产物流(至少周期性地相对于多组分流体混合物和/或用于第一级吸附气体分离器的供给流减少第一组分)；
d.使得用于第一级吸附气体分离器的第一再生流进入第一级吸附气体分离器，并可选地进入第一级吸附气体分离器的中的接触器的第二端，该第一再生流有第一再生介质，例如多组分流体混合物或燃烧混合物；使得第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度从在步骤c中实现的第二阈值温度升高至第三阈值温度；解吸附在第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上吸附的第一组分的至少一部分；可选地从第一级吸附气体分离器中的接触器的第一端和第一级吸附气体分离器中重获第一级吸附气体分离器的第二产物流，该第二产物流相对于多组分流体混合物和/或用于第一级吸附气体分离器的供给流富含第一组分；
e.供给用于第一级吸附气体分离器和第二级吸附气体分离器的第二再生流以及用于第一级吸附气体分离器和第二级吸附气体分离器的调节流，例如空气流或基本包括第二组分的流体流，可选地来自单个或公共的供给源或源，例如环境空气供给源、风扇或惰性气体供给源；
f.可选地，使得第二再生流进入换热器的冷回路；使得第二再生流的温度升高至第四阈值温度，从换热器的冷回路中重获第二再生流；
g.使得用于第一级吸附气体分离器的第二再生流(该第二再生流有第二再生介质，例如空气)在第四阈值温度下进入第一级吸附气体分离器和可选的第一级吸附气体分离器的接触器的第一端；解吸附在第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上吸附的第一组分的至少一部分；使得第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度降低至第五阈值温度；可选地从第一级吸附气体分离器中的接触器的第二端和可选的第一级吸附气体分离器中重获第一级吸附气体分离器的第三产物流，该第三产物流相对于多组分流体混合物和/或用于第一级吸附气体分离器的供给流富含第一组分；使得将第一级吸附气体分离器的第三产物流作为用于第一级吸附气体分离器的供给流的一部分进入和可选地组合至第一级吸附气体分离器以及第一级吸附气体分离器中的接触器的第一端；
h.可选地，使得用于第一级吸附气体分离器的调节流进入第一级吸附气体分离器和可选的第一级吸附气体分离器中的接触器的第一端；使得第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度降低至第六阈值温度；可选地从第一级吸附气体分离器中的接触器的第二端、第一级吸附气体分离器和多级吸附气体分离系统中重获第一级吸附气体分离器的第四产物流；
i.使得第一级吸附气体分离器的第二产物流的至少一部分作为用于第二级吸附气体分离器的供给流的至少一部分而进入第二级吸附气体分离器和进入第二级吸附气体分离器中的接触器的第一端；使得多组分流体混合物和/或用于第二级吸附气体分离器的供给流的第一组分或第二组分的至少一部分吸附在第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上；使得第二级吸附气体分离器中的接触器中的该至少一种吸附材料的温度升高至第七阈值温度；从第二级吸附气体分离器中的接触器的第二端、第二级吸附气体分离器和多级吸附气体分离系统中重获第二级吸附气体分离器的第一产物流(相对于多组分流体混合物和/或用于第二级吸附气体分离器的供给流，至少周期性地减少第一组分或第二组分中的至少一个)；供给用于第二级吸附气体分离器的第一再生流，例如蒸汽流；使得具有第三再生介质(例如水)的、用于第二级吸附气体分离器的第一再生流进入第二级吸附气体分离器，并可选地进入第二级吸附气体分离器中的接触器的第二端；使得第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度升高至第八阈值温度；解吸附在第二级吸附气体分离器中的接触器中的该至少一种吸附材料上的第一组分或第二组分中的一个的至少一部分；可选地从第二级吸附气体分离器中的接触器的第一端和第二级吸附气体分离器中重获第二级吸附气体分离器的第二产物流，该第二产物流相对于多组分流体混合物和/或第二级吸附气体分离器的供给流减少第一组分或第二组分；
k.使得第二级吸附气体分离器的第二产物流进入冷凝换热器，降低第二级吸附气体分离器的第二产物流的温度，从而形成高纯度的第二产物流和冷凝液流；从冷凝换热器和多级吸附气体分离系统中重获高纯度的第二产物流；从冷凝换热器和多级吸附气体分离系统中重获冷凝液流；
l.使得具有第二再生介质的、用于第二级吸附气体分离器的第二再生流在第九阈值温度下进入第二级吸附气体分离器，并可选地进入第二级吸附气体分离器中的接触器的第一端；解吸附在第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上吸附的第一组分或第二组分中的一个的至少一部分；使得第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度降低至第十阈值温度；可选地从第二级吸附气体分离器中的接触器的第二端和可选的第二级吸附气体分离器中重获第二级吸附气体分离器的第三产物流，该第三产物流相对于多组分流体混合物和/或第二级吸附气体分离器的供给流富含第一组分或第二组分；使得第二级吸附气体分离器的第三产物流作为用于第一级吸附气体分离器的供给流的一部分而进入第一级吸附气体分离器和进入第一级吸附气体分离器中的接触器的第一端；
m.使得用于第二级吸附气体分离器的调节流进入第二级吸附气体分离器和第二级吸附气体分离器中的接触器的第一端；使得第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料的温度降低至第十一阈值温度，并从第二级吸附气体分离器中的接触器的第二端、第二级吸附气体分离器和多级吸附气体分离系统中重获第二级吸附气体分离器的第四产物流。
在示例MSA方法的一个这种实施例中，第一阈值温度可以是例如大约50℃，或特别是大约40℃，或更特别是大约30℃；第二阈值温度可以大于第一阈值温度；第三阈值温度可以大于第二阈值温度；第四阈值温度可以等于或小于第三阈值温度并等于或大于第二阈值温度；第五阈值温度可以等于或大于第二阈值温度；第六阈值温度可以等于或小于第二阈值温度；第七阈值温度可以大于第二阈值温度；第八阈值温度可以大于第七阈值温度；第九阈值温度可以等于或小于第八阈值温度；第十阈值温度可以等于或小于第九阈值温度；第十一阈值温度可以等于或小于第十阈值温度和第六阈值温度，且在第二阈值温度和第三阈值温度之间的温度变化可以等于或大于在第七阈值温度和第八阈值温度之间的温度变化。
在还一实施例中，在示例MSA方法中，多组分流体混合物还可以包括燃气混合物、烟道气混合物、来自另一气体分离处理的产物流或天然气；第一组分可以是以下任意一个：二氧化碳、氧气或污染物，该污染物包括例如硫氧化物、氮氧化物、颗粒物质和重金属例如汞和铍；第二组分可以是以下任意一个：氮气、二氧化碳、氧气或污染物，该污染物包括例如硫氧化物、氮氧化物、颗粒物质和重金属例如汞和铍；第一再生流和/或第二再生流可以选择地具有低有效能和/或选择地作为与MSA方法结合的处理的输出流体流或排出流体流的至少一部分而重获，其中，第一再生介质还可以包括来自另一气体分离处理和/或分离器的产物混合物、可冷凝气体或溶剂、空气、二氧化碳、水(成蒸汽的形式)或者电；第二再生介质还可以包括多组分流体混合物、燃气混合物、烟道气混合物、空气、惰性气体、二氧化碳、来自另一气体分离处理和/或设备的产物混合物、可冷凝气体、水(成蒸汽的形式)或者电；且第三再生介质还可以包括空气、惰性气体或二氧化碳。
在一个这样的实施例中，示例MSA方法的步骤c可以代表第一级吸附处理的吸附步骤；步骤d可以代表第一级吸附处理的第一再生步骤；步骤g可以代表第一级吸附处理的可选的第二再生步骤；步骤h可以代表第一级吸附处理的可选调节步骤；步骤i可以代表第二级吸附处理的吸附步骤；步骤j和可选的步骤k可以代表第二级吸附处理的第一再生步骤；步骤l可以代表第二级吸附处理的可选第二再生步骤；步骤m可以代表第二级吸附处理的可选调节步骤；步骤a至m可以在MSA方法和MSA系统中基本同时发生；步骤c、d、g、h、i、j、l和m可以在MSA方法和MSA系统中基本同时发生；步骤c、d、i、和j可以在MSA方法和MSA系统中基本同时发生；步骤c、d、g和h可以在吸附处理和分离器的任何级中顺序和循环地重复发生；步骤i、j、l和m可以在吸附处理和分离器的任何级中顺序和循环地重复发生。
在替代实施例中，在示例MSA方法中：可以使用多个吸附级来用于MSA方法，例如步骤b至h和/或步骤i至m；吸附级可以包括吸附步骤和再生步骤，例如步骤b和c或步骤i和j；进入第一吸附级或第一级吸附气体分离器的第二再生流可以是与进入第二吸附级或第二级吸附气体分离器的第二再生流不同的介质；进入第一吸附级或第一级吸附气体分离器和第二吸附级或第二级吸附气体分离器的第一再生流还可以包括相同的再生介质，而进入第一吸附级或第一级吸附气体分离器和第二吸附级或第二级吸附气体分离器的第二再生流还可以包括不同的再生介质；流体流(例如供给流、第一再生流、第二再生流、调节流)可以在进入吸附气体分离器中的接触器内之前进入吸附气体分离器内的区域，例如吸附区、第一再生区、第二再生区、调节区；以及MSA方法的吸附级可以用于使得不同组分从多组分混合物中的吸附气体分离，例如在实施例的MSA方法和系统中，第一级吸附处理和分离器可以用于使得污染物(例如硫氧化物、氮氧化物、颗粒物质和重金属如汞和铍)从多组分混合物中的吸附气体分离，而至少第二级吸附处理和分离器可以用于使得CO2、氧气、氮气或污染物从多组分混合物中吸附气体分离。周期性地，例如当达到预定阈值时(例如第一产物流从接触器的第二端突破、在接触器的第二端处或附近的预定温度、或在预定时间)，第一产物流(该第一产物流可以部分地富含第一组分)的一部分可以选择地再循环和进入吸附分离器和至少一个接触器的第一端，作为用于吸附步骤的供给流的一部分，这可以有利地增加第一组分从供给流中的重获，例如来自第一级吸附分离器的第一产物流可以再循环和作为供给流的一部分进入第一级吸附气体分离器，来自第二级吸附分离器的第一产物流可以再循环和作为供给流的一部分进入第一级和/或第二级吸附气体分离器中。可选地，第二产物流可以从第二级吸附气体分离器中重获，并进入冷凝换热器、泵(例如在低于环境的进口压力下操作的喷射器、真空泵、或者单级或多级压缩机)和可选的阀(例如止回阀)，其中，泵可以帮助降低压力和保持在冷凝换热器中的降低压力。可选地，第二产物流可以从第二级吸附气体分离器中重获，并进入串联地流体连接的多个冷凝换热器和泵。可选地，对于使用适合高温的吸附剂(例如支承碱金属碳酸盐和碱促进的水滑石)的吸附方法和分离器，进入吸附处理和分离器的供给流的温度可以等于或小于大约200℃的第一阈值温度。
在根据本发明的方法实施例中，可选的预再生步骤可以选择地用于MSA方法的一个或多个吸附级中，以便在吸附步骤(例如步骤c和/或步骤i)之后和在第一再生步骤(例如步骤d和/或步骤j)之前增加吸附在至少一种吸附材料上的组分(例如第一组分或第二组分)的量，这可以导致在第一再生步骤中增加从吸附分离器和接触器中重获的第二产物流的浓度或纯度。在预再生步骤中，可以使用预再生流，该预再生流可选地包括第一再生流或可选的蒸汽流的至少一部分，可以选择地从第一再生流源中重获，并进入吸附分离器和至少一个接触器，且可选地进入接触器的第二端，以便可选地沿基本朝向接触器的第一端的方向流动，或者沿与供给流的流动方向反向的方向流动。预再生流可以解吸附第二组分或其它稀释流体组分的至少一部分，该第二组分或其它稀释流体组分可能不希望地共同吸附在该至少一种吸附材料上，从而形成重回流，该重回流可以相对于供给流富含第一组分或第二组分中的一个。重回流可以选择地从接触器的第一端重获，进行再循环，并在吸附步骤(例如步骤c和/或步骤i)之前或在吸附步骤之后进入接触器。
图1是根据本发明实施例的示例多级吸附气体分离系统或MSA系统10的简化示意图，其中，MSA系统10包括可选的换热器或HEX 22、风扇30、第一级吸附气体分离器或第一级吸附分离器100、第二级吸附气体分离器或第二级吸附分离器200、蒸汽源40、冷却剂源70和冷凝换热器或CHEX 70，适用于上述实施例的多级吸附气体分离方法或MSA方法。示例实施例的多级吸附气体分离系统可以用于使得至少一种组分从多组分流体混合物中吸附分离，例如使得二氧化碳和/或硫氧化物从燃气流中吸附气体分离。
第一级吸附分离器100包括接触器102，该接触器102容纳在外壳(图1中未示出)中，该外壳可以帮助确定多个静止区域，例如吸附区域110、第一再生区域120、第二再生区域130和调节区域140，其中，这些区域在接触器105和外壳(图1中未示出)内基本彼此流体分离。接触器105还包括：多个基本平行的流体流动通道(图1中未示出)，这些流体流动通道定向成基本平行于第一轴线103，在轴向相对的第一端104和第二端105之间；以及可选的多个连续导热细丝(图1中未示出)，这些连续导热细丝定向成基本平行于第一轴线103，它们与在接触器102的壁(图1中未示出)中或壁上的至少一种吸附材料(图1中未示出)直接接触。接触器102可以由任何合适的机械装置(图1中未示出)来提供动力，例如电动机(图1中未示出)，该机械装置可以使得接触器102上的点循环或旋转，基本连续或间歇地通过吸附区域110、第一再生区域120、第二再生区域130和调节区域140。
第二级吸附分离器200包括容纳在外壳(图1中未示出)中的接触器202，该外壳可以帮助确定多个静止区域，例如吸附区域210、第一再生区域220、第二再生区域230和调节区域240，其中，这些区域在接触器202和外壳(图1中未示出)内基本彼此流体分离。接触器202还包括：多个基本平行的流体流动通道(图1中未示出)，这些流体流动通道定向成基本平行于第一轴线203，在轴向相对的第一端204和第二端205之间；以及可选地多个连续导热细丝(图1中未示出)，这些连续导热细丝定向成基本平行于第一轴线203，它们与接触器202的壁(图1中未示出)中或壁上的至少一种吸附材料(图1中未示出)直接接触。接触器202可以由任何合适的机械装置(图1中未示出)来提供动力，例如电动机(图1中未示出)，该机械装置可以使得接触器202上的点循环或旋转，基本连续或间歇地通过吸附区域210、第一再生区域220、第二再生区域230和调节区域240。
在一个实施例中，第一级吸附分离器100与多组分流体源流体连接，以便接收多组分流体流的至少一部分作为供给流的至少一部分，并可选地作为用于第一级吸附分离器100的第一再生流。第二级吸附分离器200与第一级吸附分离器100流体连接，以便从第一级吸附分离器100中接收第二产物流作为用于第二级吸附分离器200的供给流。第二级吸附分离器200也与第一再生流源(例如蒸汽源或多级蒸汽涡轮机的低压或极低压级)流体连接，以便接收蒸汽流作为第一再生流。第一级吸附分离器100和第二级吸附分离器200通过换热器而与空气源或风扇流体连接，以便接收空气流的一部分作为第二再生流。第一级吸附分离器100和第二级吸附分离器200与空气源或风扇流体连接，以便接收空气流的一部分作为调节流。
在一个实施例中，多组分流体混合物源(例如燃料燃烧器或燃烧器20)流体连接成使得多组分流体混合物或多组分流体流(例如燃气流21)进入MSA系统10。第一级吸附分离器100流体连接成接收多组分流体流或燃气流21的至少一部分，作为通过HEX 22的热回路(在图1中未示出)的供给流的至少一部分，以及接收多组分流体流或燃气流21的至少一部分作为第一再生流。燃气流21可以处于例如大约40-200℃的温度，或特别是大约70-170℃，或更特别是大约80-140℃，可以向HEX 22供给和传递热量，从而减少燃气流21的温度以及形成温度等于或小于第一阈值温度的燃气流23，例如大约50℃，或特别是大约40℃，或更特别是大约30℃。燃气流23可以从HEX 22的热回路(图1中未示出)中重获，并作为供给流的至少一部分进入第一级吸附分离器100、吸附区域110和在吸附区域110内接触器102的一部分，以便沿基本从接触器102的第一端104至第二端105的方向流动。当燃气流23接触在吸附区域110内接触器102的一部分中的至少一种吸附材料(图1中未示出)时，第一组分(例如CO2)可以吸附在该至少一种吸附材料(图1中未示出)上，从而使得第一组分与燃气流23分离。在吸附第一组分的过程中，吸附热可以使得在吸附区域110内接触器102的一部分中的该至少一种吸附材料(图1中未示出)的温度升高至第二阈值温度，该第二阈值温度例如大于第一阈值温度。燃气流23和/或未吸附组分的一部分可以形成第一产物流111，该第一产物流111可以相对于多组分流体流或用于第一级吸附分离器100的供给流(例如燃气流21和燃气流23)减少第一组分，并可以从在吸附区域110内的接触器102的一部分的第二端105、吸附区域110、第一级吸附分离器100和MSA系统10中重获。吸附区域110、第一级吸附分离器100和MSA系统10可以流体连接成引导第一产物流111至例如烟囱(图1中未示出)用于分散和释放到周围环境中，引导至另一气体分离处理或引导至工业处理(图1中都未示出)。可选地，在吸附区域110内的接触器102的一部分的第二端105可以与吸附区域110内的接触器102的一部分的第一端104流体连接，以便周期性地使得第一产物流111再循环和作为供给流或燃气流23的一部分进入在吸附区域110内的接触器102的一部分的第一端104和吸附区域110。
在一个实施例中，第一级吸附分离器100的第一再生流可以包括第一再生介质，例如来自燃料燃烧器的燃烧混合物或烟道气混合物，或者包括至少第一组分的流体流。多组分流体流的一部分或燃气流21的一部分可以作为第一再生流而进入第一级吸附分离器100、第一再生区域120和第一再生区域120内的接触器102的一部分，以便可选地沿基本从接触器102的第二端105至第一端104的方向流动，或沿相对于第一级吸附分离器100的供给流或燃气流23在第一再生区域120内的接触器102的一部分中的流动方向基本反向的方向来流动。燃气流21可以接触和使得第一再生区域120内的至少一种吸附材料(图1中未示出)的温度升高至第三阈值温度，该第三阈值温度例如大于第二阈值温度，从而解吸附在第一再生区域120内的接触器102的一部分中的至少一种吸附材料(图1中未示出)上吸附的第一组分的至少一部分，例如CO2。燃气流23和/或解吸附组分(例如第一组分)的一部分可以形成第二产物流121，该第二产物流121可以相对于第一级吸附分离器100的供给流(例如燃气流21和燃气流23)富含第一组分。第二级吸附分离器200和吸附区域210可以流体连接成从第一级吸附分离器100、第一再生区域120和接触器102的一部分的第一端104接收第二产物流121作为用于第二级吸附分离器200的供给流。第一再生区域120和第一级吸附分离器100可以流体连接成使得第一级吸附分离器100的第二产物流121作为用于第二级吸附分离器200的供给流而进入第二级吸附分离器200和吸附区域210。
第一级吸附分离器100可以用于提供第一组分的大量气体分离，这可以有利地使用燃气流21的一部分(该部分可以具有低有效能和低价值)作为第一再生流和使用多组分流体混合物或燃烧混合物作为第一再生介质，从而导致减少MSA系统100中的蒸汽消耗。引导和使得第一级吸附分离器100的第二产物流121(具有增加浓度的第一组分，例如大约16-24体积％的CO2，或特别是大约18-22体积％的CO2)作为用于第二级吸附分离器200的供给流进入第二级吸附分离器200和吸附区域210可以增加第二级吸附分离器200的吸附效率，并帮助从第二级吸附分离器200和MSA系统100中重获包括第一组分的高浓度或高纯度产物流，例如大于大约80体积％的CO2，或特别是大于大约90体积％的CO2，或更特别是大于大约95体积％的CO2。
在一个实施例中，用于第一级吸附分离器100和第二级吸附分离器200的第二再生流可以使用第二再生介质，例如空气。空气源(例如与周围环境流体连接的风扇或者风扇30)可以流体连接成使得空气蒸汽31的至少一部分进入HEX 22的冷回路(图1中未示出)作为用于第一级吸附分离器100和第二级吸附分离器200的第二再生流，并使得空气蒸汽31的至少一部分作为调节流而进入用于第一级吸附分离器100的调节区域140和作为调节流而进入用于第二级吸附分离器200的调节区域240。可选地，可以使用单独的第二再生流源和单独的调节流源，供给不同的流或介质。进入HEX 22的冷回路(图1中未示出)的空气蒸汽31的一部分可以从HEX 22传递热量，从而增加空气流31的温度，并形成空气流32。空气流32的一部分可以作为第二再生流而在第四阈值温度(例如等于或小于第三阈值温度)的温度下进入第一级吸附分离器100、第二再生区域130和在再生区域130内的接触器102的一部分，以便沿基本从接触器102的第一端104至第二端105的可选方向流动，或者沿相对于用于第一级吸附分离器100的供给流或燃气流23在吸附区域110内的接触器102的一部分中的的流动方向基本同向的方向来流动。空气流32可以接触和解吸附在第二再生区域130内的接触器102的一部分中的至少一种吸附材料(图1中未示出)上吸附的第一组分(例如CO2)的至少一部分，并使得在第二再生区域130内的接触器102的一部分中的至少一种吸附材料(图1中未示出)的温度降低至第五阈值温度，该第五阈值温度例如等于或大于第二阈值温度。空气流32和/或解吸附组分(例如第一组分)的一部分可以形成第三产物流131，该第三产物流131可以相对于多组分流体流或用于第一级吸附分离器100的供给流(例如燃气流21和燃气流23)富含第一组分。第一级吸附分离器100的第三产物流131可以选择地从在第二再生区域130内的接触器102的一部分的第二端105、第二再生区域130和第一级吸附分离器100中重获。第一级吸附分离器100的第二再生区域130可以流体连接成使得第一级吸附分离器100的第三产物流131进入，以便可选地与燃气流23组合，作为用于第一级吸附分离器100的供给流的一部分进入第一级吸附分离器100和吸附区域110，这可以有利地帮助增加第一组分从多组分流体混合物和MSA系统10中的回收率。
在一个实施例中，空气蒸汽31的至少一部分可以作为调节流而进入第一级吸附分离器100、调节区域140和在调节区域140内的接触器102的一部分，以便可选地沿基本从接触器102的第一端104至第二端105的方向流动，或者沿相对于用于第一级吸附分离器100的供给流或者燃气流23在吸附区域110内的接触器102的一部分中的流动方向基本同向的方向来流动。空气流31可以清吹残余组分，并使得在调节区域140内的接触器102的一部分中的至少一种吸附材料(图1中未示出)的温度降低至第六阈值温度，该第六阈值温度例如等于或小于第二阈值温度。空气流31、解吸附和/或清吹的组分(例如第一组分)的一部分可以形成第四产物流141，该第四产物流141可以相对于多组分流体混合物或用于第一级吸附分离器100的供给流(例如燃气流21和燃气流23)减少第一组分。第四产物流141可以从在调节区域140内的接触器102的一部分的第二端105、调节区域140、第一级吸附分离器100和MSA系统10中重获。调节区域140、第一级吸附分离器100和MSA系统10可以流体连接成将第四产物流141引导至例如烟囱用于分散和释放至周围环境中，引导至另一气体分离处理或工业处理(图1中都未示出)。
在一个实施例中，第一级吸附分离器100的第二产物流121可以作为供给流的至少一部分而进入第二级吸附分离器200、吸附区域210和在吸附区域210内的接触器202的一部分，以便沿基本从接触器202的第一端204至第二端205的方向流动。当第一级吸附分离器100的第二产物流121与在吸附区域210内的接触器的一部分中的至少一种吸附材料(图1中未示出)接触时，第一组分(例如CO2)或第二组分中的至少一种可以吸附在该至少一种吸附材料(图1中未示出)上，从而使得第一组分或第二组分中的至少一个从供给流或第一级吸附分离器100的第二产物流121中分离。在吸附该第一组分或第二组分中的至少一个的过程中，吸附热可以使得在吸附区域210内的接触器202的一部分中的至少一种吸附材料(图1中未示出)的温度升高至第七阈值温度，该第七阈值温度例如大于第二阈值温度。未吸附组分可以形成第二级吸附分离器200的第一产物流211，该第一产物流211可以相对于多组分流体混合物或用于第一级吸附分离器100的供给流(例如燃气流21和燃气流23)减少第一组分或第二组分，并可以选择地从在吸附区域210内的接触器202的一部分的第二端205、吸附区域210、第二级吸附分离器200和MSA系统10中重获。吸附区域210、第二级吸附分离器200和MSA系统10可以流体连接成引导第一产物流211至例如烟囱(图1中未示出)用于分散和释放到周围环境中，引导至另一气体分离处理，或者引导至工业处理(图1中都未示出)。可选地，在吸附区域210内的接触器202的一部分的第二端205可以与在吸附区域210内的接触器202的一部分的第一端204流体连接，以便周期性地再循环和使得第一产物流211作为供给流或第一级吸附分离器100的第二产物流121的一部分而进入在吸附区域210内的接触器202的一部分的第一端204。可选地，在第二级吸附分离器200的吸附区域210内的接触器202的一部分的第二端205可以与在第一级吸附分离器100的吸附区域110内接触器102的一部分的第一端104流体连接，以便周期性地再循环和使得第一产物流211进入作为燃气流23或第一级吸附分离器100的供给流的一部分。
在一个实施例中，第二级吸附分离器200的第一再生流可以包括第三再生介质，例如成蒸汽形式的水。蒸汽源40(例如蒸汽涡轮机、极低压蒸汽涡轮机、锅炉、热回收蒸汽发生器或蒸汽发生器)可以产生蒸汽流41，并流体连接成使得蒸汽流41作为第二级吸附分离器200的第一再生流而进入第二级吸附分离器200、第一再生区域220和在第一再生区域220内的接触器202的一部分，以并可选地沿基本从接触器202的第二端205至第一端204的方向流动，或者沿相对于用于第二级吸附分离器200的供给流或第一级吸附分离器100的第二产物流121在吸附区域210内的接触器202的一部分中的流动方向基本反向的方向而流动。蒸汽流41可以接触和使得在第一再生区域220内的接触器202的一部分中的至少一种吸附材料(图1中未示出)的温度升高至第八阈值温度，该第八阈值温度例如大于第七阈值温度，从而解吸附在第一再生区域220内的接触器202的一部分中的该至少一种吸附材料(图1中未示出)上吸附的第一组分的至少一部分，例如CO2。蒸汽流41和/或解吸附组分(例如第一组分)的一部分可以形成第二产物流221，该第二产物流221可以相对于用于第二级吸附分离器的供给流(例如第二产物流121)富含第一组分或第二组分中的至少一个。第二级吸附分离器200的第二产物流221可以选择地从第一再生区域220内的接触器202的一部分的第一端204、第一再生区域220和第二级吸附分离器200中重获。
冷却剂源70可以流体连接成使得冷却剂流71进入CHEX 72的冷回路(图1中未示出)，并从CHEX 72的冷却回路(图1中未示出)中重获冷却剂流73，以便传递和从CHEX 72移除热量。第一再生区域220和第二级吸附分离器200可以流体连接，以便使得第二级吸附分离器200的第二产物流221进入冷凝换热器70的热回路(图1中未示出)，以便降低第二产物流221的温度，从而使得可冷凝组分(例如第三组分或H2O)冷凝，形成冷凝液流74和高纯度第一组分或第二组分的第二产物流75。当可冷凝组分冷凝时，压力降低或真空可能发生，并可以保持在CHEX 72的热回路(图1中未示出)和第二级吸附分离器200的流体连接的第一再生区域220以及在第一再生区域220内的接触器202的一部分中，这可以有利地实现真空辅助解吸附在第一再生区域220内的接触器202的一部分中的至少一种吸附材料(图1中未示出)上吸附的组分，例如第一组分或第二组分。CHEX 72的热回路(图1中未示出)可以流体连接成从CHEX 72和MSA系统10中重获第二产物流75，用于进入压缩机和/或该第二产物流75的最终用途(图1中都未示出)。可选地，CHEX 72的热回路(图1中未示出)可以流体连接成从CHEX 72中重获第二产物流75，并使得第二产物流75在进入压缩机和/或第二产物流75的最终用途(图1中都未示出)之前进入可选的泵或喷射器(图1中未示出)和/或至少第二级冷凝换热器(图1中未示出)。可选地，CHEX 72的热回路(图1中未示出)可以流体连接成使得冷凝液流74进入作为水的一部分，该水用于通过蒸汽源40来产生蒸汽流41。
在一个实施例中，第二级吸附分离器200的第二再生流可以包括第二再生介质，例如空气。空气流32的一部分可以作为用于第二级吸附分离器200的第二再生流而在第九阈值温度(例如等于或小于第八阈值温度)的温度下进入第二级吸附分离器200、第二再生区域230和在第二再生区域230内的接触器202的一部分，以便可选地沿基本从接触器202的第一端204至第二端205的方向流动，或者沿相对于用于第二级吸附分离器200的供给流或第二产物流121在吸附区域210内的接触器202的一部分中的流动方向基本同向的方向来流动。空气流32可以接触和解吸附在第二再生区域230内的接触器202的一部分中的至少一种吸附材料(图1中未示出)上吸附的第一组分或第二组分的至少一部分，并使得在第二再生区域230内的接触器202的一部分中的该至少一种吸附材料(图1中未示出)的温度降低至第十阈值温度，该第十阈值温度例如等于或小于第九阈值温度。空气流32和/或解吸附组分(例如第一组分或第二组分)的一部分可以形成第三产物流231，该第三产物流231可以相对于多组分流体流或用于第一级吸附分离器100的供给流(例如燃气流21和燃气流23)富含第一组分或第二组分。第三产物流231可以选择地从在第二再生区域230内的接触器202的一部分的第二端205、第二再生区域230和第二级吸附分离器200中重获。第二级吸附分离器200的第二再生区域230可以流体连接成使得第二级吸附分离器200的第三产物流231进入，以便可选地与燃气流23组合，作为用于第一级吸附分离器100的供给流的一部分而进入第一级吸附分离器100和吸附区域110，这可以有利地帮助提高第一组分从多组分流体流和MSA系统10中的回收率。
在一个实施例中，空气蒸汽31的至少一部分可以作为调节流而进入第二级吸附分离器200、调节区域240和在调节区域240内的接触器202的一部分，以便可选地沿基本从接触器202的第一端204至第二端205的方向流动，或者沿相对于用于第二级吸附分离器200的供给流或第二产物流121在吸附区域210内的接触器202的一部分中的流动方向基本同向的方向来流动。空气流31可清吹残余组分，并使得在调节区域240内的接触器202的一部分中的至少一种吸附材料(图1中未示出)的温度降低至例如第十一阈值温度，该第十一阈值温度等于或小于第十阈值温度。空气流31、解吸附和/或清吹组分(例如第一组分)的一部分可以形成第四产物流241，该第四产物流241可以相对于多组分流体混合物或用于第一级吸附分离器100的供给流(例如燃气流21和燃气流23)减少第一组分。第四产物流241可以选择地从调节区域240内接触器202的一部分的第二端205、调节区域240、第二级吸附分离器200和MSA系统10中重获。调节区域240、第二级吸附分离器200和MSA系统10可以流体连接成引导第四产物流241至例如烟囱(图1中未示出)用于分散和释放到周围环境中，引导至另一气体分离处理，或者引导至工业处理(图1中都未示出)。
这里所述的示例实施例并不是为了穷举或将本发明的范围限制于所公开的精确形式。选择和描述它们是为了解释本发明的原理以及它的应用和实际用途，以使得本领域其它技术人员能够理解它的教导。
本领域技术人员根据前面公开的内容显然知道，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在本发明的实践中进行多种改变和变化。因此，本发明的范围将根据由以下权利要求所确定的内容来解释。

Claims (55)

1.一种用于从多组分流体混合物中分离出至少第一组分的多级吸附气体分离方法，所述多级吸附气体分离方法包括：
a.使得所述多组分流体混合物作为供给流的至少一部分而进入第一级吸附气体分离器，使得所述第一级吸附气体分离器的所述供给流的所述第一组分的至少一部分吸附在所述第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上，从所述第一级吸附气体分离器中重获第一产物流；
b.使得用于所述第一级吸附气体分离器的第一再生流进入第一级吸附气体分离器，解吸附在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料上吸附的所述第一组分的至少一部分，从所述第一级吸附气体分离器中重获第二产物流，该第二产物流相对于所述多组分流体混合物富含所述第一组分，
c.使得来自所述第一级吸附气体分离器的所述第二产物流作为供给流而进入第二级吸附气体分离器，使得所述第二级吸附气体分离器的所述供给流中的所述第一组分或第二组分中的至少一个吸附在所述第二级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上，从所述第一级吸附气体分离器中重获第一产物流，以及
d.使得用于所述第二级吸附气体分离器的第一再生流进入所述第二级吸附气体分离器，解吸附在所述第二级吸附气体分离器内的所述接触器中的至少一种吸附材料上吸附的第一组分或第二组分中的一个的至少一部分，从所述第一级吸附气体分离器中重获第二产物流。
2.根据权利要求1所述的多级吸附气体分离方法，其中：用于所述第一级吸附气体分离器的所述第一再生流还包括第一再生介质，用于所述第二级吸附气体分离器的所述第一再生流还包括第三再生介质，且所述第一再生介质包括与所述第三再生介质不同的介质。
3.根据权利要求1所述的多级吸附气体分离方法，其中：在步骤b中，使得所述第一再生流进入所述第一级吸附气体分离器将导致在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的温度升高。
4.根据权利要求1所述的多级吸附气体分离方法，其中：在步骤d中，使得用于所述第二级吸附气体分离器的所述第一再生流进入所述第二级吸附气体分离器将导致在所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的温度升高。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的多级吸附气体分离方法，还包括：使得用于所述第一级吸附气体分离器的第二再生流进入所述第一级吸附气体分离器，从而解吸附在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料上吸附的所述第一组分的至少一部分，从所述第一级吸附气体分离器中重获第三产物流。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的多级吸附气体分离方法，还包括：使得用于所述第二级吸附气体分离器的第二再生流进入所述第二级吸附气体分离器，从而解吸附在所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器中的至少一种吸附材料上吸附的所述第一组分或所述第二组分的至少一部分，从所述第二级吸附气体分离器中重获第三产物流。
7.根据权利要求5所述的多级吸附气体分离方法，其中：用于所述第一级吸附气体分离器的所述第二再生流还包括第二再生介质，所述第二再生介质包括空气、多组分流体混合物和二氧化碳中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的多级吸附气体分离方法，其中：用于所述第二级吸附气体分离器的所述第二再生流还包括第二再生介质，所述第二再生介质包括空气、所述多组分流体混合物和二氧化碳中的至少一种。
9.根据权利要求2所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第一再生介质包括空气或多组分流体混合物中的至少一种，且所述第三再生介质包括蒸汽、可冷凝气体、可冷凝溶剂和电中的至少一种。
10.根据权利要求1、7、8和9中任意一项所述的多级吸附气体分离方法，其中所述多组分流体混合物包括燃气流。
11.根据权利要求1所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第一组分包括二氧化碳和污染物中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第二组分包括氮气和污染物中的至少一种。
13.根据权利要求9和10中任意一项所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述污染物包括硫氧化物、氮氧化物、颗粒物质和重金属中的一种或多种。
14.根据权利要求1和5中任意一项所述的多级吸附气体分离方法，还包括：使得调节流进入所述第一级吸附气体分离器和在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器；降低在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的温度，从所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器和所述第一级吸附气体分离器中重获第四产物流。
15.根据权利要求1和6中任意一项所述的多级吸附气体分离方法，还包括：使得调节流进入所述第二级吸附气体分离器和在所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器；降低在所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的温度，从所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器和所述第二级吸附气体分离器中重获第四产物流。
16.根据权利要求1所述的多级吸附气体分离方法，还包括：使得用于所述第一级吸附气体分离器的所述第一再生流进入在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器，以便沿与所述供给流在所述分离器中的流动方向反向的方向来流动。
17.根据权利要求1所述的多级吸附气体分离方法，还包括：使得用于所述第二级吸附气体分离器的所述第一再生流进入在所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器，以便沿与所述供给流在所述分离器中的流动方向反向的方向来流动。
18.根据权利要求6所述的多级吸附气体分离方法，还包括：使得用于所述第一级吸附气体分离器的所述第二再生流进入在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器，以便沿与所述供给流在所述分离器中的流动方向同向的方向来流动。
19.根据权利要求7所述的多级吸附气体分离方法，还包括：使得用于所述第一级吸附气体分离器的所述第二再生流进入在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器，以便沿与所述供给流在所述分离器中的流动方向同向的方向来流动。
20.根据权利要求15的多级吸附气体分离方法，还包括：使得所述调节流进入在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器，以便沿与所述供给流在所述分离器中的流动方向同向的方向来流动。
21.根据权利要求16所述的多级吸附气体分离方法，还包括：使得所述调节流进入在所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器，以便沿与所述供给流在所述分离器中的流动方向同向的方向来流动。
22.根据权利要求1的多级吸附气体分离方法，还包括：在步骤a之前，使得所述多组分流体流的至少一部分作为用于所述第一级吸附气体分离器的所述供给流的至少一部分而进入换热器的热回路，使得用于所述第一级吸附气体分离器的供给流的所述至少一部分的温度降低至等于或小于第一阈值温度。
23.根据权利要求1的多级吸附气体分离方法，其中：在步骤a中，使得所述多组分流体混合物作为所述供给流的至少一部分而进入包括使得所述多组分流体混合物在等于或小于第一阈值温度的温度下进入。
24.根据权利要求1和22中任意一项所述的多级吸附气体分离方法，还包括：在步骤a中，使得在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的温度升高至第二阈值温度，且在步骤b中，使得在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的所述温度升高至第三阈值温度，其中，所述第三阈值温度大于所述第二阈值温度。
25.根据权利要求1所述的多级吸附气体分离方法，还包括：在步骤c中，使得在所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的温度升高至第七阈值温度，且在步骤d中，使得在所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的温度升高至第八阈值温度，其中，所述第八阈值温度大于所述第七阈值温度。
26.根据权利要求1、24和25中任意一项所述的多级吸附气体分离方法，其中：在所述第二阈值温度和所述第三阈值温度之间的温度变化等于或大于在所述第七阈值温度与所述第八阈值温度之间的温度变化。
27.根据权利要求22和23中任意一项所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第一阈值温度为50℃。
28.根据权利要求22和23中任意一项所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第一阈值温度为40℃。
29.根据权利要求22和23中任意一项所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第一阈值温度为30℃。
30.一种用于从多组分流体流中分离出至少第一组分的多级吸附气体分离系统，该多级吸附气体分离系统包括：
a.第一级吸附气体分离器，该第一级吸附气体分离器还包括在至少一个接触器中的至少一种吸附材料，与多组分流体源流体连接，以便接收所述多组分流体流的至少一部分作为用于第一级吸附气体分离器的供给流的至少一部分，并与所述多组分流体源流体连接，以便接收所述多组分流体流的至少一部分作为第一再生流；
b.第二级吸附气体分离器，该第二级吸附气体分离器还包括在至少一个接触器中的至少一种吸附材料，与所述第一级吸附分离器流体连接，以便从所述第一级吸附分离器中接收第二产物流作为用于所述第二级吸附分离器的供给流，且与第一再生流源流体连接，以便接收蒸汽流作为第一再生流。
31.根据权利要求30所述的多级吸附气体分离系统，还包括：换热器，其中，所述换热器的热回路与所述多组分流体源流体连接，以便接收所述多组分流体流，并流体连接成使得所述多组分流体流进入所述第一级吸附气体分离器。
32.根据权利要求31所述的多级吸附气体分离系统，还包括：风扇，该风扇与所述换热器的冷回路流体连接，以便使得空气流进入所述换热器的所述冷回路，且所述换热器的所述冷回路与所述第一级吸附气体分离器和所述第二级吸附气体分离器中的至少一个流体连接，以便使得所述空气流进入作为第二再生流。
33.根据权利要求32所述的多级吸附气体分离系统，其中：所述风扇与所述第一级吸附气体分离器和所述第二级吸附气体分离器中的至少一个流体连接，以便使得空气流作为调节流进入所述第一级吸附气体分离器和所述第二级吸附气体分离器中的至少一个。
34.根据权利要求30所述的多级吸附气体分离系统，还包括：冷凝换热器，该冷凝换热器与所述第二级吸附气体分离器流体连接，以便使得来自所述第二级吸附气体分离器的第二产物流进入所述冷凝换热器。
35.根据权利要求30所述的多级吸附气体分离系统，其中：所述第一级吸附气体分离器流体连接成使得来自所述第一级吸附气体分离器的第三产物流作为所述供给流的至少一部分而进入所述第一级吸附气体分离器。
36.根据权利要求30所述的多级吸附气体分离系统，其中：所述第二级吸附气体分离器流体连接成使得来自所述第二级吸附气体分离器的第三产物流作为所述供给流的至少一部分而进入所述第一级吸附气体分离器。
37.一种用于从多组分流体混合物中分离出至少第一组分的多级吸附气体分离方法，其中，所述多级吸附气体分离方法包括：
a.使得所述多组分流体混合物的至少一部分在等于或小于第一阈值温度的温度下进入第一级吸附气体分离器；使得所述多组分流体混合物的第一组分的至少一部分吸附在所述第一级吸附气体分离器中的接触器中的至少一种吸附材料上；使得在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的温度升高至第二阈值温度；从所述第一级吸附气体分离器中重获第一产物流，该第一产物流相对于所述多组分流体混合物减少第一组分；
b.使得用于第一级吸附气体分离器的第一再生流进入所述第一级吸附气体分离器，从而使得所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的温度升高至第三阈值温度；解吸附在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料上吸附的所述第一组分的至少一部分；从所述第一级吸附气体分离器中重获第二产物流，该第二产物流相对于来自所述第一级吸附气体分离器的所述多组分流体混合物富含所述第一组分；
c.使得用于第一级吸附气体分离器的第二再生流在第四阈值温度下进入所述第一级吸附气体分离器；解吸附在所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料上吸附的所述第一组分的至少一部分；使得所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的温度降低至第五阈值温度；从所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器和所述第一级吸附气体分离器中重获第三产物流，该第三产物流相对于所述多组分流体混合物富含第一组分；
d.使得用于所述第一级吸附气体分离器的调节流进入所述第一级吸附气体分离器；使得所述第一级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的所述温度降低至第六阈值温度；从所述第一级吸附气体分离器中重获第四产物流；
e.使得供给流进入第二级吸附气体分离器；使得所述多组分流体混合物的所述第一组分或第二组分中的至少一个吸附在所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料上；使得所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的所述温度升高至第七阈值温度；从所述第二级吸附气体分离器中重获第一产物流，该第一产物流相对于来自所述第二级吸附气体分离器的所述多组分流体混合物减少第一组分或第二组分中的至少一个；
f.使得用于所述第二级吸附气体分离器的第一再生流进入所述第二级吸附气体分离器；使得所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的温度升高至第八阈值温度；解吸附在所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料上的所述第一组分或所述第二组分中的一个的至少一部分；从所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器和所述第二级吸附气体分离器中重获第二产物流，该第二产物流相对于来自所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器和所述第二级吸附气体分离器的所述多组分流体混合物减少所述第一组分或所述第二组分中的一种；
g.使得用于所述第二级吸附气体分离器的第二再生流在第九阈值温度下进入所述第二级吸附气体分离器；解吸附在所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料上吸附的所述第一组分或所述第二组分中的一个的至少一部分；使得所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的所述温度降低至第十阈值温度；从所述第二级吸附气体分离器中重获第三产物流，该第三产物流相对于所述多组分流体混合物富含所述第一组分；以及
h.使得用于所述第二级吸附气体分离器的调节流进入所述第二级吸附气体分离器；使得所述第二级吸附气体分离器中的所述接触器中的所述至少一种吸附材料的温度降低至第十一阈值温度，并从所述第二级吸附气体分离器重获第四产物流。
38.根据权利要求37所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第一阈值温度为50℃。
39.根据权利要求37所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第一阈值温度为40℃。
40.根据权利要求37所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第一阈值温度为30℃。
41.根据权利要求37所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第二阈值温度大于所述第一阈值温度。
42.根据权利要求41所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第三阈值温度大于所述第二阈值温度。
43.根据权利要求42所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第四阈值温度等于或小于所述第三阈值温度，并等于或大于所述第二阈值温度。
44.根据权利要求41所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第五阈值温度等于或大于所述第二阈值温度。
45.根据权利要求41所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第六阈值温度等于或小于所述第二阈值温度。
46.根据权利要求41所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第七阈值温度大于所述第二阈值温度。
47.根据权利要求46所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第八阈值温度大于所述第七阈值温度。
48.根据权利要求47所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第九阈值温度等于或小于所述第八阈值温度。
49.根据权利要求48所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第十阈值温度等于或小于所述第九阈值温度。
50.根据权利要求49所述的多级吸附气体分离方法，其中：所述第十一阈值温度等于或小于所述第十阈值温度和所述第六阈值温度中的至少一个。
51.根据权利要求47所述的多级吸附气体分离方法，其中：在所述第二阈值温度和所述第三阈值温度之间的温度变化等于或大于在所述第七阈值温度和所述第八阈值温度之间的温度变化。
52.根据权利要求37的多级吸附气体分离方法，其中：在步骤e中，所述供给流包括所述第一级吸附气体分离器的所述第二产物流的至少一部分。
53.根据权利要求37的多级吸附气体分离方法，其中：用于所述第一级吸附气体分离器的所述第一再生流和用于所述第二级吸附气体分离器的所述第一再生流还包括不同的再生介质。
54.根据权利要求37的多级吸附气体分离方法，其中：在步骤b中，用于所述第一级吸附气体分离器的所述第一再生流还包括所述多组分流体混合物。
55.根据权利要求37的多级吸附气体分离方法，其中：用于所述第一级吸附气体分离器的所述第二再生流和用于所述第二级吸附气体分离器的所述第二再生流还包括相同的再生介质。
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