CN109414642B - 吸附气体分离方法和系统 - Google Patents

吸附气体分离方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109414642B
CN109414642B CN201780028673.XA CN201780028673A CN109414642B CN 109414642 B CN109414642 B CN 109414642B CN 201780028673 A CN201780028673 A CN 201780028673A CN 109414642 B CN109414642 B CN 109414642B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stream
contactor
component
gas separation
separation process
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780028673.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109414642A (zh
Inventor
安德烈·布雷特
苏蕾·卡维
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Inventys Thermal Technologies Inc
Original Assignee
Inventys Thermal Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inventys Thermal Technologies Inc filed Critical Inventys Thermal Technologies Inc
Publication of CN109414642A publication Critical patent/CN109414642A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109414642B publication Critical patent/CN109414642B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/06—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/002—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by condensation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0462—Temperature swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B01D53/0476—Vacuum pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/261—Drying gases or vapours by adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/606—Carbonates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/102—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/104—Alumina
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B01D2253/108—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/112—Metals or metal compounds not provided for in B01D2253/104 or B01D2253/106
    • B01D2253/1124—Metal oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/20—Organic adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/20—Organic adsorbents
    • B01D2253/202—Polymeric adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/20—Organic adsorbents
    • B01D2253/204—Metal organic frameworks (MOF's)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/20—Organic adsorbents
    • B01D2253/206—Ion exchange resins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/10—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/102—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/104—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/302—Sulfur oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/60—Heavy metals or heavy metal compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/80—Water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40043—Purging
    • B01D2259/4005—Nature of purge gas
    • B01D2259/40056—Gases other than recycled product or process gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40083—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40088—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating
    • B01D2259/4009—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating using hot gas
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供了一种吸附气体分离方法和系统，用于从多组分流体混合物中分离出至少第一组分，或特别是用于从燃烧气流中分离二氧化碳。吸附气体分离方法包括吸附步骤、第一再生步骤、可选的第二再生步骤和可选的调节步骤。

Description

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，本发明涉及用于从燃烧气流中吸附气体分离二氧化碳的 方法以及包括该方法的系统。
背景技术
在本领域中已知吸附气体分离方法和系统(例如温度摇摆吸附，压力摇摆吸 附和分压摇摆吸附)用于多组分流体混合物的吸附气体分离。例如可能需要气体 分离的一种类型的工业处理包括燃烧处理，其中，氧化剂和含碳燃料燃烧，从而 产生至少热量和燃烧气流(也称为燃烧烟道气流)。可能需要从燃烧气流中分离 至少一种组分，包括例如二氧化碳的燃烧后气体分离，但是提出了多个挑战，包 括例如但不局限于要用于分离处理的气体体积可能较大，燃烧气流可能包括稀释 量的、希望分离的目标组分，和/或燃烧气流可能在低压下供给。
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：吸附步骤和 再生步骤。在典型的吸附步骤中，供给流例如多组分流体混合物可以进入吸附分 离系统和包括吸附材料的接触器，其中，吸附材料可以吸附供给流的组分，从而 使得吸附的组分与供给流的其余组分分离。在典型的随后再生步骤中，流体流(例 如加热的流体流)可以进入吸附分离系统和接触器，以便升高吸附材料的温度， 从而导致吸附组分的至少一部分从吸附材料释放，并能够循环地重新利用吸附材 料。在一些常规的系统和方法中，可以使用可选的冷却或调节步骤来在再生步骤 后降低吸附材料的温度，以便有助于在随后的吸附步骤之前恢复该吸附材料的吸 附能力。冷却剂或调节流(例如接近环境温度的空气流)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、再生和调节步骤可以顺序重 复。
在常规的吸附气体分离方法和系统中，用于再生吸附材料所消耗的能量通常 可代表这种系统和方法的大部分操作成本，且该成本通常可能成为常规吸附气体 分离技术的广泛适应和实施的障碍。使用蒸汽作为示例再生流以使得一种或多种 组分从吸附材料中解吸附的常规吸附气体分离方法和系统可能不希望地消耗和 减少了可以在工业应用中用于其它处理的高能量蒸汽的量，从而导致总体效率降 低和增加集成吸附气体分离方法和系统的操作成本。而且，当使用蒸汽作为示例 再生流以使得一种或多种组分从吸附材料中解吸附时，蒸汽可能不希望地冷凝和 吸附在吸附材料上，这可能不合适地降低吸附材料的吸附能力和/或增加用于除去 冷凝蒸汽的能量消耗，从而导致增加吸附气体分离方法和系统的操作成本。因此， 需要一种吸附气体分离方法和系统，它可以合适地解决常规方法和系统的一个或 多个缺点。
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吸附气体分离方法。在一个这样的实施例中，提供了一种方 法，包括以下步骤：
使得多组分流体混合物作为供给流进入至少一个吸附剂接触器，该吸附剂接 触器包括至少一种吸附材料，使得供给流的第一组分的至少一部分吸附在至少一 个接触器中的至少一种吸附材料上，并从至少一个吸附剂接触器中重获第一产物 流，该第一产物流还包括至少第二组分，且至少周期性地相对于供给流减少第一 组分；
使得还包括至少第三组分的第一再生流进入至少一个接触器中，使得第一再 生流的第三组分的至少一部分吸附在该至少一个接触器中的该至少一种吸附材 料上，解吸附在至少一个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，从至少一个接触器中重获第二产物流，该第二产物流相对于供给流富含 第一组分；
使得第二再生流进入该至少一个接触器中，通过温度摇摆或分压摇摆中的至 少一种来解吸附在至少一个接触器中的至少一种吸附材料上吸附的第三组分的 一部分和第一组分的一部分，并从该至少一个接触器中重获第三产物流。
在根据本发明的还一实施例中，提供了一种吸附气体分离系统，用于使得至 少第一组分从多组分流体混合物中分离，它包括：至少一个吸附剂接触器，该吸 附剂接触器还包括至少一种吸附材料、第一端和第二端，其中，第一和第二端轴 向相对。在一个这样的实施例中，吸附气体分离系统流体连接成使得多组分流体 混合物的至少一部分作为供给流而进入至少一个接触器的第一端，以便使得第一 组分的至少一部分吸附在至少一个接触器中的至少一种吸附材料上，并流体连接 成从至少一个接触器的第二端中重获第一产物流。吸附气体分离系统还可以流体 连接成使得第一再生流进入至少一个接触器的第二端，以便解吸附在至少一种吸 附材料上的第一组分的至少一部分，从而产生第二产物流，且流体连接成从至少 一个接触器的第一端重获第二产物流。吸附气体分离系统还可以流体连接成使得 多组分流体混合物作为第二再生流而进入至少一个接触器的第一端，以便解吸附 在至少一种吸附材料上吸附第一再生流的至少一部分，且流体连接成从至少一个 接触器的第二端中重获第三产物流。
在根据本发明的其它实施例中，提供了一种用于使得多组分流体混合物的至 少一部分分离成一种或多种组分的吸附气体分离方法。在一个这样的实施例中， 提供了一种方法，包括以下步骤：
使得多组分流体混合物作为供给流进入至少一个吸附剂接触器；使得供给流 的第一组分的至少一部分吸附在所述至少一个吸附剂接触器中的至少一种吸附 材料上；从至少一个接触器中重获第一产物流，该第一产物流还包括至少第二组 分，且相对于的供给流减少第一组分；
使得包括至少第三组分的第一再生流进入所述至少一个接触器；解吸附在至 少一个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；从至少一 个接触器中重获第二产物流，该第二产物流相对于供给流富含第一组分；以及
使得第二产物流进入冷凝器，冷凝第三组分的至少一部分，从而形成第一级 冷凝液流和第一级提纯的第二产物流，并导致冷凝器和至少一个接触器中的压力 由于所述冷凝而降低。
在根据本发明的另一实施例中，提供了一种用于使得多组分流体混合物的至 少一部分分离成一种或多种组分的吸附气体分离方法。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而进入至少一个吸附剂接触器；使得供给 流的第一组分的至少一部分吸附在所述至少一个吸附剂接触器中的至少一种吸 附材料上；从所述至少一个接触器中重获第一产物流，该第一产物流还包括至少 第二组分，并相对于供给流减少第一组分；
使得还包括至少第三组分的第一再生流进入所述至少一个接触器中；解吸附 在所述至少一个接触器的至少一种吸附材料上中吸附的第一组分的至少一部分； 从所述至少一个接触器中重获第二产物流，该第二产物流相对于供给流富含第一 组分；
使得第二再生流进入所述至少一个接触器，解吸附在所述至少一个接触器中 的至少一种吸附材料上吸附的第一组分的至少一部分和第三组分的至少一部分， 并从所述至少一个接触器中重获第三产物流。
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进入至少一个吸附剂接触器；使得供给流 的第一组分的至少一部分吸附在所述至少一个接触器中的至少一种吸附材料上； 从所述至少一个接触器中重获还包括至少第二组分的第一产物流；
使得还包括至少第三组分的至少一个第一再生流进入所述至少一个接触器 中；解吸附在所述至少一个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；从所述至少一个接触器中重获第二产物流，该第二产物流相对于供给 流富含第一组分；
其中，第一再生流的热能量少于用于解吸附在所述至少一个接触器中的所述 至少一种吸附材料上吸附的第一组分所消耗的热能量。
附图说明
下面将参考附图介绍根据本发明的多种实施例的、用于从多组分流体混合物 中吸附气体分离至少一种流体组分的系统和方法，附图中：
图1是表示根据本发明实施例的吸附气体分离系统或吸附分离系统的简化示 意图，该吸附气体分离系统或吸附分离系统包括可选的直接接触冷却器、吸附气 体分离器或吸附分离器和冷凝换热器。吸附气体分离器流体连接成接收用于吸附 分离系统的供给流的一部分，作为供给流和再生流中的至少一种。
图2是表示根据替代实施例的吸附气体分离系统或吸附分离系统的简化示意 图，该吸附气体分离系统或吸附分离系统包括可选的气体-气体换热器、吸附气体 分离器或吸附分离器和冷凝换热器。吸附气体分离器与气体-气体换热器流体连 接，其中，来自吸附分离系统的供给流的热量用于使得空气流的温度升高至合适 用作第二再生流的温度。
图3是表示根据还一实施例的吸附气体分离系统的简化示意图，该吸附气体 分离系统包括吸附气体分离器、第一级冷凝器、第二级冷凝器和多级压缩机。该 第一级冷凝器包括第一级冷凝换热器和喷射器，该第二级冷凝器包括冷凝换热 器。
在全部附图中，相同的参考标号表示相对应的部件。
具体实施方式
根据本发明实施例而提供了一种吸附气体分离方法(本文中称为“吸附方 法”)，用于吸附气体分离包括至少第一组分的多组分流体混合物或流(该第一组 分可以包括例如二氧化碳、硫氧化物、氮气、氧气和/或重金属)。在一个这样的 实施例中，吸附方法可以合适地使得第一组分的至少一部分从多组分流体混合物 或流中分离，例如通过使用根据本发明实施例的吸附气体分离系统(本文中称为” 吸附系统“)，该多组分流体混合物或流可以包括例如燃烧气流或烟道气物流(在 本文中称为“燃烧气流”)，由燃料燃烧器产生。在一个方面，吸附方法可以特别 适用于其中存在以下一种或多种条件的气体分离应用：供给流来源于低压力；压 力摇摆吸附方法不理想；供给流包括低浓度或稀浓度的目标组分，例如其中，目 标组分占供给流的大约3％；要分离的供给流的容积较大；希望重获目标组分纯度高的产物流，例如纯度大约大于80％；希望在吸附方法中有较低的能量和/或 蒸汽消耗；和/或希望运行成本低。在一个方面，示例的这种气体分离应用可以包 括例如二氧化碳从联合循环发电厂的燃烧气流中的燃烧后气体分离。
通常，用作吸附方法的供给流的多组分流体混合物可以有多种组分，其中， 各组分对于吸附系统中的吸附材料可以有不同的亲和力。例如在根据本发明一个 方面的示例燃烧后吸附气体分离应用中，燃烧气流可以包括至少：第一组分，例 如对于吸附材料具有较弱亲和力(相对于燃烧气流中的其它组分)的二氧化碳(在 本文中称为“CO2”)；第二组分，例如具有非常弱亲和力(相对于燃烧气流中的 其它组分)的氮气(在本文中称为“N2”)；以及可选的第三组分，例如对于吸附 材料具有较强亲和力(相对于燃烧气流中的其它组分)的水(本文中称为“H2O”)。
在根据本发明的特殊实施例中，吸附系统包括：可选的换热器；至少一个吸 附分离器；至少第一级冷凝器，该第一级冷凝器还包括至少一个或第一冷凝器(例 如冷凝换热器)；以及可选的至少一个流体泵，例如喷射器。在一个这样的实施 例中，吸附分离器可以静止或运动，并可以包括至少一个静止或运动的接触器， 用于支承至少一种吸附材料。吸附分离器还可以包括外壳，用于容纳该至少一个 接触器，并可选地帮助确定在外壳内的多个静止或运动区域，例如吸附区域、第 一再生区域、第二再生区域和可选的调节区域，其中，各区域基本流体分离，并 在该至少一个接触器上的点可以循环通过各区域。在一个这样的实施例中，例如 吸附分离器包括至少一个运动接触器，该运动接触器可以循环或旋转通过多个静 止区域，或者吸附分离器包括至少一个静止接触器，该静止接触器可以有多个运 动区域，这些运动区域绕该至少一个静止接触器循环或旋转。在一个实施例中， 吸附剂接触器包括：多个基本平行的壁，该壁可以确定多个基本平行的流体流动 通道，这些流体流动通道可选地沿接触器的纵向轴线定向，在轴向相对的第一端 和第二端之间；至少一种吸附材料，该吸附材料在接触器的壁中和/或壁上；以及 可选的多个轴向连续的导电和/或导热细丝，这些导电和/或导热细丝基本沿接触 器的纵向轴线定向，它们可以与在接触器的壁中和/或壁上的至少一种吸附材料直 接接触。在一个方面，示例的这种吸附剂接触器结构可以包括示例的平行通道吸 附剂接触器结构，如本申请人的美国专利申请No.13/203714中所公开，该美国专 利申请No.13/203714现在授予美国专利No.8940072，该文献的内容整个被本文 参引。在一个方面，吸附剂接触器可以是静止或在外壳内运动。在一个特殊实施 例中，接触器的至少一种吸附材料可以合适地动态选择成用于吸附第一组分(超过多组分流体混合物的至少一种其它组分)，以使得动态选择性足够高，以便可 用于提供流体混合物的吸附分离(通过选择地吸附第一组分)。在吸附方法的循 环中，这种动态选择性可以包括至少一种吸附材料对于第一组分的均衡选择性和 至少一种吸附材料对于第一组分的动态选择性中的至少一种。
在根据本发明的方法实施例中，可以选择地使用吸附方法的初始步骤或供给 流的冷却步骤，以便在供给流进入吸附分离器和至少一个接触器之前降低供给流 的温度。在初始步骤或供给流的可选冷却步骤中，供给流源(例如燃料燃烧器) 可以选择地产生和使得多组分流体混合物或供给流进入吸附系统和可选的传热 装置，例如气体-气体换热器，气体-液体换热器或直接接触式冷却器(本文中称 为“DCC”)，其中，来自供给流的热量可以传递给进入DCC的冷却剂流例如水 流，从而使得供给流的温度降低至等于或小于第一温度阈值。在一个这样的实施 例中，供给流的温度可以降低至等于或小于第一温度阈值，例如大约50℃，或特 别是大约40℃，或更特别是大约30℃。然后，供给流和冷却剂流可以从DCC中 重获。
在一个实施例中，在吸附步骤中，供给流可以包括多组分气流，在例如等于 或小于第一温度阈值的温度下和在可选地大于大约环境压力的压力下。在一个这 样的实施例中，环境压力可以包括例如在大约70-100kPa绝对压力(本文中称为 “kPaabs”)之间，取决于例如(但不局限于)在特殊位置处的周围环境的位置、 高度、条件和温度的因素。在一个这样的实施例中，供给流可以进入吸附分离器、 吸附分离器的可选吸附区域以及在可选吸附区域内的至少一个接触器或可选的 接触器的一部分，以便进入接触器的第一端，基本沿朝向接触器第二端的方向流 动。当供给流接触在可选吸附区域内的接触器中或接触器的可选部分中的至少一 种吸附材料时，供给流的第一组分的至少一部分(例如在包括燃气供给流的示例 实施例中的CO2)可以吸附在至少一种吸附材料上，从而使得第一组分与供给流 的剩余未吸附组分分离。在一个这样的实施例中，吸附方法为放热，其中，在吸 附于吸附材料上时释放的吸附热可以形成热波，该热波沿与接触器中的供给流的 流动方向基本相同的方向运动，例如沿从接触器的第一端朝向第二端的方向。供 给流的剩余未吸附组分(例如在包括燃气供给流的示例实施例中的第二组分或 N2)可以基本形成第一产物流，该第一产物流可以至少周期性地相对于供给流减 少第一组分，例如CO2。第一产物流可以从接触器的第二端、可选的吸附区域、 吸附分离器和吸附系统中重获。在一个实施例中，当已经达到预定值时，例如当 已经经过预定吸附时间时、当已经达到预定事件时和/或在第一组分从接触器的一 端(例如第二端)处或附近的位置突破之前或之后，吸附步骤可以完成和/或终止。 在吸附步骤完成和/或终止后，在一个方面，随后的第一再生步骤可以在吸附步骤 之后进行。
在根据本发明的一个方面的方法实施例中，在吸附步骤中可以使用可选的第 一产物流再循环步骤，其中，第一产物流的至少一部分(由于第一组分从接触器 突破，该第一产物流可以局部富含第一组分)可以选择地从接触器的第二端或选 择地从吸附区域中重获，并进入吸附分离器、可选的吸附区域和至少一个接触器 的第一端中的至少一个，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。在一个这样的实施例中，当例如第一组分从接触 器的端部突破时、在第一组分从接触器的端部突破之前、当在接触器的端部处或 附近已经达到的预定温度阈值时、或者当已经达到预定经过时间阈值时，可以开 始可选的第一产物流再循环步骤。在还一实施例中，可选的第一产物流再循环步 骤可以完成和/或终止，例如当已经达到预定时间阈值时、在第一再生步骤开始时 或接近开始时、或者当在第一产物流中实现了第一组分或第二组分中的至少一个的预定浓度时。
在一个方面，可以使用第一再生步骤来至少局部再生或解吸附在可选的第一 再生区域中的接触器或接触器的一部分的至少一种吸附材料上吸附的第一组分 的至少一部分。在一个这样的方面，例如在吸附步骤完成时、吸附步骤终止时、 或在吸附步骤中形成的热波突破接触器的端部(供给流流向该端部，例如第二端) 之前，可以开始第一再生步骤。也可选择，在大量第一组分突破接触器的端部时 或之前，和/或一旦达到一个或多个预定阈值(例如已经达到关于经过时间、持续 时间、吸附温度的阈值)、和/或当达到选定组分的一个或多个预定阈值浓度时， 可以开始第一再生步骤。
在特殊的方法实施例中，第一再生步骤可以使用希望有较低有效能的第一再 生流，例如低压的蒸汽流，这可以有利地利用能量和/或低压蒸汽流，否则该能量 和/或低压蒸汽流可能在特殊处理中排出和/或不使用，或者通过集成的吸附气体 分离系统，从而合适地减少高压蒸汽流或高有效量蒸汽流的消耗。在一个方面， 这样利用低有效能再生流可以导致减少与吸附方法相关的能量损失或操作成本。 在特殊实施例中，第一再生流可选择地包括基本第三组分，在等于或大于第二温 度阈值的温度下，例如第一再生流的冷凝温度，或者在第一再生流处于大约 100kPaabs压力的实施例中大约100℃。在第一再生步骤中，解吸附在至少一种吸 附材料上吸附的第一组分的至少一部分可以主要通过以下至少一个来驱动：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；和/或分 压摇摆，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均衡分压的差；和/或吸附能量的热摇摆，例如第一再生流 的至少一种组分和吸附在至少一种吸附材料上的至少一种组分的吸附能量的热 量差；和/或真空摇摆，例如在吸附步骤和再生步骤(例如第一再生步骤)中的压 力摇摆。在还一实施例中，可以使用其它帮助机构来帮助使得第一组分的至少一 部分从所述至少一种吸附材料中解吸附，包括例如温度摇摆、分压摇摆、真空或 置换清吹。可选地，第一再生流可以使用再生介质，该再生介质的吸附热与再生 介质的相变熵大约相同。在一个这样的实施例中，再生流的相变条件可以落在吸 附方法的温度摇摆范围内，第一再生步骤可以在第一再生流保持低于毛细管冷凝 阈值的情况下进行，以避免形成酸和/或处于升高的温度(以便管理该至少一种吸 附材料的污染)。在还一实施例中，第一再生流可以包括基本可冷凝的流体流， 且在第一再生步骤中，可以使用多个第一再生流，例如包括基本第一组分的(第 一)第一再生流和基本包括第三组分的(第二)第一再生流。
根据特殊的方法实施例，在第一再生步骤中，第一再生流源(例如多级蒸汽 涡轮机的低压级或极低压级、极低压蒸汽涡轮机、加热器或换热器)可以使得第 一再生流进入吸附系统、吸附分离器、可选的第一再生区域、接触器或者在可选 第一再生区域中的接触器的一部分，该第一再生流包括较低有效能，例如蒸汽流 形式的水，压力等于或小于大约300kPaabs，或特别是等于或小于大约200kPaabs， 或更特别是等于或小于大约100kPaabs。在这样的示例第一再生步骤中，第一再 生流可以进入接触器的第二端，以便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逆流的流动方向来流动，这可以有利地将在吸附步骤中形 成的热波朝向第一端引导，在该第一端处，热波的热量可以在第一再生步骤中利 用。
在一个这样的方面，当第一再生流接触至少一种吸附材料时，对于该至少一 种吸附材料具有强亲和力(相对于第一组分，例如CO2)的第三组分(例如H2O) 可以吸收在该至少一种吸附材料，从而产生吸附热，该吸附热可以与以下至少一 个组合使用：第一再生流中的热量，以及在吸附步骤中在吸附第一组分时产生的 热波的热量；以便在第一再生步骤中解吸附在可选第一再生区域中的接触器或接 触器的一部分上的至少一种吸附材料上吸附的第一组分的至少一部分。在第一再 生步骤使用中产生的吸附热的至少一部分(例如第三组分或H2O的吸附)可以 有利地：减少在第一再生流在所需或所希望和使用的能量的量，例如热能和/或有 效能；使得第一再生流包括的热量小于用于解吸附至少一种组分(例如第一组分) 所消耗的热量，该至少一种组分在接触器中的至少一种吸附材料上吸附，并在第 二产物流中重获；能够使用低有效能的第一再生流；和/或减少在第一再生步骤中 进入的第一再生流的量(这可以导致减少能量消耗和/或在至少一种吸附材料上形 成冷凝)。在一个方面，第一再生流的一部分和/或从该至少一种吸附材料上解吸 附的第一组分可以形成第二产物流，该第二产物流可以相对于供给流富含第一组 分。第二产物流可以从端部重获，例如接触器的第一端或可选的第一再生区域中 的接触器部分的第一端、可选的第一再生区域和吸附分离器。在特殊的这种实施 例中，从接触器中重获的第二产物流的第一部分可以相对于供给流富含第一组 分，或选择地基本包括第一组分，且第三组分(或具有较低相对湿度的大浓度第 一组分)有较低的分压与饱和压力的比率，而第二产物流的第二或随后部分(从 接触器或可选的第一再生区域中的接触器的一部分、可选的第一再生区域和吸附 分离器中重获)可以相对于供给流富含第三组分或选择地基本包括第三组分。可 选地，可以使用富含第一组分或选择地基本包括第一组分的第二产物流的第一部 分，并在再生步骤中进入作为再生流的至少一部分，例如在第二再生步骤中作为 第二再生流。在一个这样的方面，富含第三组分或选择地基本包括第三组分的第 二产物流的第二部分可以在冷凝步骤中进入至少一个冷凝器或冷凝换热器。可选 地，在第一再生步骤中，接触器可以在例如小于大约100kPaabs的、低于环境压 力的压力下操作，但并不是必须。也可选择，在第一再生步骤中：第一再生流可 以包括可冷凝流体，例如溶剂，温度高于冷冻温度，例如高于大约-180℃；可以 使用基本包括相似或不同组分的多个第一再生流，例如基本包括第三组分的流体 流和富含第一组分的流体流(高于吸附温度)，且一个或多个第一再生流可以进入吸附分离器和/或接触器的第一端，以便沿基本朝向接触器的第二端的方向流 动，或者沿相对于第一再生步骤中的供给流的流动方向并流的流动方向流动。
在特殊的方法实施例中，可使用冷凝步骤来冷凝和使得至少一种可冷凝组分 与从接触器和吸附分离器中重获的第二产物流的至少一部分和可选的第三产物 流的至少一部分分离，从而形成冷凝液流和提纯的第二产物流，该提纯的第二产 物流可以相对于从吸附分离器和接触器中重获的第二产物流具有更高的纯度。可 选地，在冷凝步骤中可以引起压力降或真空，但并不是必须。在一个实施例中， 冷凝步骤在第一再生步骤之后，并可以与再生步骤基本同时和基本连续地发生， 例如第一再生步骤和/或第二再生步骤。冷凝步骤可以包括：使得从接触器和吸附 分离器中重获的第二产物流的至少一部分和可选的第三产物流的至少一部分进 入至少第一冷凝器的产物回路或热回路，例如至少第一级冷凝器的第一冷凝换热 器；使得从冷却剂源中重获的冷却剂流进入至少第一冷凝器(例如至少第一级冷 凝器的第一冷凝换热器)的冷却剂回路或冷回路中，从至少第一冷凝器(例如至 少第一级冷凝器的第一冷凝换热器)的产物回路或热回路中移除热量，从而使得 在至少第一冷凝器(例如至少第一级冷凝器的第一冷凝换热器)的产物回路或热 回路中的第二产物流的至少一部分和可选的第三产物流的至少一部分中的至少 一种组分冷凝从第二产物流的至少一部分和可选的第三产物流的至少一部分中 分离，从而形成提纯的第二产物流和冷凝液流，同时可选地在至少第一冷凝器(例 如第一冷凝换热器)的至少热回路以及可选的吸附分离器的至少一部分和接触器 的至少一部分中引起降低压力和/或真空，例如等于或小于大约100kPaabs，或特 别是等于或小于大约80kPaabs，或更特别是等于或小于大约50kPaabs，或最特别 是等于或小于大约20kPaabs；从至少第一冷凝器(例如至少第一级冷凝器的第一 冷凝换热器)的冷却剂回路或冷回路中重获冷却剂流；在至少第一冷凝器(例如 至少第一级冷凝器的第一冷凝换热器)的冷却剂回路或冷回路中的冷却剂流；从 至少第一冷凝器(例如至少第一级冷凝器的第一冷凝换热器)的产物回路或热回 路中重获提纯的第二产物流和冷凝液流。
在特殊的方法实施例中，在冷凝步骤中，可以使用至少第一级冷凝器，包括 至少第一冷凝器，例如第一冷凝换热器，具有流体分离的冷却回路或冷回路以及 产物回路或热回路。在冷凝步骤中，从至少一个接触器、吸附分离器的可选第一 再生区域、吸附分离器的可选第二再生区域、吸附分离器中重获的第二产物流的 至少一部分和可选的第三产物流的至少一部分(例如可以富含第三组分的第三产 物流的至少一部分)可以进入至少第一冷凝级的至少第一冷凝换热器的产物或热 回路中。冷却剂流可以从冷凝器冷却剂源中重获，进入至少第一冷凝级的至少第 一冷凝换热器的冷却或冷回路中，以便从至少第一冷凝级的至少第一冷凝换热器 的产物回路中传递和移除热量，这可以使得在产物回路中的第二产物流的至少一 部分和可选的第三产物流的至少一部分中的可冷凝组分(例如第三组分)冷凝和 分离，从而形成冷凝液流和包括第一组分的提纯第二产物流，同时选择地在产物回路和流体连接的通道(包括例如吸附分离器的流体连接部分、吸附分离器的可 选第一再生区域、吸附分离器的可选的第二再生区域、接触器的流体连接部分以 及吸附分离器上游的通道)内引起压力降和/或真空，例如等于或小于大约 100kPaabs，或特别是等于或小于大约80kPaabs，或更特别是等于或小于大约 50kPaabs，或甚至更特别是等于或小于大约20kPaabs，冷却剂流可以从至少第一 冷凝级和至少第一冷凝换热器的冷却回路中重获，冷凝液流可以从至少第一冷凝 换热器和至少第一冷凝级的产物或热回路中重获，可选地通过泵。在可冷凝组分 从在产物回路中的第二产物流的至少一部分和可选的第三产物流的至少一部分 中至少部分冷凝或分离之后，可以形成提纯的第二产物流，且它可以从至少第一 冷凝换热器和至少第一冷凝级的产物回路中重获。可选地，至少一个泵(包括例 如可选地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/或至少一个阀(例如止回阀或节流阀)可以流体连接在冷凝器或冷凝换热 器和/或冷凝级的产物回路的下游，以便选择地帮助以下至少一个：从冷凝器或冷 凝换热器和/或冷凝级中重获提纯的第二产物流、保持在冷凝器或冷凝换热器和/ 或冷凝级中的降低压力或真空、和/或进一步降低在冷凝器或冷凝换热器和/或冷 凝级中的压力。从至少第一冷凝换热器和/或至少第一冷凝级或泵中重获的提纯第 二产物流可以引导和进入该提纯第二产物流的最终用途，选择地通过压缩机，以 便增加提纯的第二产物流的压力，从而形成压缩的第二产物流。
在一个方面，在第一再生步骤和/或可选的第二再生步骤中，保持在至少第一 冷凝换热器和至少第一冷凝级的产物回路以及吸附分离器的流体连接部分、可选 的第一再生区域、可选的第二再生区域和接触器的至少一部分中的压力降低或真 空可以有利地实现真空解吸附机构或者使得一个或多个组分从接触器的至少一 种吸附材料或接触器的一部分的至少一种吸附材料中真空帮助解吸附，区域和/ 或可选的第二再生区域。而且，在特殊实施例中，接触器内的压力减小或真空还 可以有利地减少用于第一再生步骤、形成冷凝和/或可冷凝组分的吸附(成冷凝形 式，例如在至少一种吸附材料上的第三组分或H2O)所希望或所需的第一再生流 或第三组分的量，这可以进一步减少用于吸附组分的解吸附或至少一种吸附材料 的再生所消耗的能量以及操作成本。在替代实施例中，使用至少第一级冷凝器(包 括至少第一冷凝换热器和可选的至少一个喷射器)可以有利地在不使用机械驱动 真空泵(例如电动真空泵)的情况下引起压力降低或真空，这可以导致在至少第 一再生步骤和吸附气体分离方法中降低能量消耗和操作成本。在还一方面，当使 用上述真空解吸附机构来帮助至少一种吸附材料的再生时，例如在第一再生步骤 中，第一再生流可以在合适压力降低情况下进入接触器，以方便第一组分从吸附 材料中真空帮助解吸附。第一再生流的这种压力降低可以选择地通过节流(例如 通过阀)或通过机械膨胀来实现，以便提供一些能量重获。
在根据本发明的方法实施例中，可以重获来自真空泵或压缩机的下游或多级 压缩机的压缩机级之间的后冷却器或中间冷却器的压缩热，并用于吸附气体分离 处理，例如产生低压蒸汽流。在一个这样的实施例中，低压蒸汽流可以在等于或 小于大约300kPaabs的压力下产生，或特别是等于或小于大约200kPaabs，或更 特别是等于或小于大约100kPaabs，它可以形成第一再生流的至少一部分和/或补 充从低有效能再生流源、第一再生流源或蒸汽涡轮机中重获的蒸汽，或者用于使 得基本包括第三组分的流体流的温度升高至适合作为第一和/或第二再生流的温 度。在另一方面，第三组分从提纯的第二产物流中进一步或附加冷凝可以通过使 用附加的冷凝器或冷凝换热器级来实现和/或在用于压缩从冷凝换热器中重获的 提纯第二产物流的多级压缩机的至少低压级之间来实现。
在替代的方法实施例中，在冷凝步骤中，可以使用多级冷凝器，该多级冷凝 器包括串联地流体连接的至少一个冷凝器或至少一个冷凝换热器。冷凝器级可以 选择地有泵和/或至少一个阀，该泵包括例如选择地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，该阀例如止回阀或节流阀，流体连接 在冷凝器或冷凝换热器的下游和/或各冷凝器级之间。
在根据本发明的另一方法实施例中，在冷凝步骤中，可以使用至少第一喷射 器来帮助以下至少一个：从冷凝器中重获提纯的第二产物流、保持在冷凝器中的 降低压力或真空、和/或进一步降低在冷凝器中的压力；且它可以流体连接在冷凝 器或冷凝换热器的下游，并与可以在升高压力下供给提纯第二产物流的提纯第二 产物流源(例如压缩机)流体连接。在一个方面，提纯的第二产物流可以从冷凝 器或冷凝换热器中重获，并进入喷射器的低压端口。在还一方面，在升高压力下 (例如大于大约150kPaabs，或特别是大于大约200kPaabs，或更特别是大于大约 600kPaabs)的提纯第二产物流(本文称为“压缩的第二产物流”)可以选择地从 压缩机或者多级压缩机的一个或多个低压级中重获，并作为动力流进入喷射器的 高压端口，这可以合适地帮助从冷凝器中重获提纯的第二产物流，在流体连接的 冷凝器或冷凝换热器、吸附分离器、接触器和吸附分离器上游的部件中进一步降 低压力和/或保持降低压力或真空。在一个这样的方面，进入低压端口的提纯第二 产物流和进入喷射器的高压端口的压缩第二产物流可以在喷射器内组合，然后它 们可以作为组合的第二产物流而从喷射器中重获。组合的第二产物流可以选择地 进入串联流体连接的至少一个喷射器中，以便进一步降低压力和/或保持喷射器上 游的真空，或进入压缩机或多级压缩机，以便增加组合的第二产物的压力，从而 形成压缩的第二产物流，在引导和使得压缩的提纯第二产物流进入最终用途或最 终用户之前。可选地，组合的第二产物流可以进入至少第二级冷凝器或第二级冷 凝换热器，进一步使得在组合的第二产物流中的可冷凝组分(例如第三组分)冷 凝，从而形成冷凝液流和提纯的第二产物流，该提纯的第二产物流可以相对于从 第一级中重获的提纯第二产物流具有更高的纯度。在另一方面，提纯的第二产物 流可以从第二级冷凝器或第二级冷凝换热器中重获，并选择地进入一个或多个泵 或喷射器、压缩机或多级压缩机，而冷凝液流可以从第二级冷凝器或第二级冷凝 换热器中重获。可选地，可以使用附加的冷凝器级、冷凝器、冷凝换热器、喷射 器或泵来进一步使得可冷凝组分从提纯的第二产物流中分离，降低压力和/或保持 在流体连接的通道和/或部件中的降低压力或真空。
在根据本发明的还一方法实施例中，可选的预再生步骤可以选择地用于在吸 附步骤之后和第一再生步骤之前增加在至少一种吸附材料上吸附的第一组分的 量，这可以导致在第一再生步骤中增加从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 基本包括第三组分的流体流的至少一部分，可以选择地从第一再生流源中重获， 并进入吸附系统、吸附分离器和至少一个接触器，以便选择地进入接触器的第二 端，以便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逆流 的流动方向来流动。在一个方面，预再生流可以解吸附第二组分或其它稀释剂流 体组分的至少一部分，该第二组分或其它稀释剂流体组分可能不希望地共同吸附 在至少一种吸附材料上，从而形成重回流，该重回流可以包括更大的第二组分浓 度的(相对于重回流中的其它组分)，并可以富含第一组分(相对于供给流)。在吸附步骤之前或在吸附步骤之后，重回流可以选择地从接触器的第一端中重获， 并再循环和进入接触器。
在特殊的方法实施例中，在第一再生步骤之后的第二再生步骤可以用于至少 部分地再生接触器的至少一种吸附材料，例如以便至少部分地解吸附在至少一种 吸附材料上吸附的第一组分和/或第三组分。在第二再生步骤中，解吸附在至少一 种吸附材料上吸附的组分可以主要通过温度的摇摆和/或至少一种组分的分压或 浓度的摇摆来驱动。第二再生流可以选择地包括至少一种组分，该组分的分压小 于在接触器中的至少一种吸附材料上吸附的至少一种组分的均衡分压，和/或富含 第二组分的流体流(相对于供给流)，例如第二组分的浓度大于大约50％，根据 一个方面，第二再生流可以在等于或大于第三温度阈值的温度，例如大约第二再 生流的冷凝温度，且可选地在第一再生步骤中低于该至少一种吸附材料的温度。 在一个这样的方面，用作第二再生流的合适流体流可以包括例如从燃料燃烧器中 产生和重获的燃烧气流或在升高温度下的空气流、和/或第二产物流的一部分，例 如富含第一组分的第二产物流的第一部分，具有较低的第三组分分压或者低湿 度。
在特殊的方法实施例中，在第二再生步骤中，第二再生流源(例如燃料燃烧 器)可以使得第二再生流进入吸附系统、吸附分离器，可选的第二再生区域以及 在可选的第二再生区域中的接触器或接触器的一部分，以便进入接触器的第一 端，以便沿基本朝向接触器的第二端的方向流动或者沿与供给流的流动方向同向 流的流动方向来流动。当第二再生流在接触器中流动并与至少一种吸附材料接触 时，温度摇摆和/或在第二再生流和吸附组分(例如第三组分和第一组分)的均衡 分压之间的分压或浓度差可以合适地使吸附组分的至少一部分从至少一种吸附 材料中解吸附。在一个这样的方面，第二再生流和/或解吸附组分的一部分可以形 成第三产物流，该第三产物流可以相对于供给流富含第一组分和/或第三组分。第 三产物流可以从以下至少一个中重获：接触器的第二端、可选的第二再生区域、 吸附分离器和吸附系统。在一个这样的实例中，从接触器中重获的第三产物流的 第一部分可以富含第三组分，或者可以例如基本包括第三组分或第三组分的浓度 更高(相对于第一和/或第二组分中的至少一种的浓度)，而从接触器中重获的第 三产物流的第二或随后部分可以富含第一组分，例如可以基本包括第一组分和/ 或第一组分中的至少一种或者第一组分和/或第二组分中的至少一种的浓度更高 (相对于第三组分的浓度)。在一个这样的实施例中，使用包括不同再生介质和 流的、在第一再生步骤中的第一再生流和在第二再生步骤中的第二再生流可以有 利地减少第一或第二再生介质和流中的至少一个的消耗(用于再生至少一种吸附 材料或吸附方法)。例如，在一个这样的方面，使用在第一再生步骤中的第一再 生流和在第二再生步骤中的第二再生流可以合适地减少用于再生至少一种吸附 材料所消耗的蒸汽量(相对于只采用一个再生步骤使用蒸汽作为再生介质的方 法)。在这样的示例实施例中，第二再生步骤还可以使得至少一种吸附材料和接 触器的温度降低至例如小于在第一再生步骤中的温度(由于解吸附在至少一种吸 附材料上吸附的第三组分和/或第一组分)，同时减少冷凝的形成，这可以有利地 帮助再生处理，同时降低吸附气体分离方法的能量消耗和操作成本。可选地，在 第二再生步骤中，接触器和/或至少一种吸附材料可以保持在低于环境的压力，例 如小于大约100kPaabs(或者例如在大约70-100kPaabs之间，取决于例如但不局 限于在特殊位置处的周围环境的位置、高度、条件和温度的因素)，且第三产物 流可以从接触器或接触器的第二端中重获，并进入组合为供给流的一部分，例如 在进入接触器之前进入DCC，或者进入接触器。在一个这样的实施例中，在第二 再生步骤中的这种低于环境的压力可以有利地提高吸附方法的效率、用于分离所 需的组分的重获(例如第一组分)和/或第二产物流的纯度。
在根据本发明的替代方法实施例中，在第二再生步骤中，第二再生流可以包 括富含第一组分的流体流(相对于供给流)。可选地，第二再生流可以在等于或 大于示例第三温度阈值的温度下提供，或者可以在等于或大于第四温度阈值的温 度下提供(例如，大约在第一再生步骤中或在解吸附在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时该至少一种吸附材料的上部温度)。在还一 可选的实施例中，第二再生流可以选择地提供，该第二再生流包括至少一种组分 (例如第三组分)，该组分的分压小于在接触器中的至少一种吸附材料上吸附的 所述至少一种组分(例如第三组分)的均衡分压。在一个这样的实施例中，合适 的第二再生流可以包括例如：在第一再生步骤中从接触器和可选的第一再生区域 中重获的第二产物流(相对于供给流富含第一组分或基本包括第一组分，具有较低的第三组分的分压或较低的相对湿度)的一部分(例如第一部分和/或第一时 期)；提纯的第二产物流(它可以在至少一个冷凝器或冷凝换热器的下游重获， 具有从第二产物流中分离和移除的第三组分的至少一部分)的至少一部分；和/ 或从压缩机级间或压缩机的下游重获的压缩第二产物流的至少一部分，该压缩机 用于压缩提纯的第二产物流。在这样的特殊实施例中，通过进入和重获第二再生 流(通过辅助换热器或辅助加热器)，包括例如第二产物流或提纯第二产物流的 第二再生流的温度可以升高至适合用作第二再生流的温度。辅助换热器可以从例 如热回收蒸汽发生器、由燃料燃烧器产生的燃烧气流、用于吸附系统的供给流、 冷却剂流或用于压缩机(用于压缩来自吸附系统的第二产物流或处理流)的级间 冷却剂流中接收热能。辅助加热器可以是例如烧气体的加热器或电加热器。可选地，在第二再生步骤中，接触器和/或至少一种吸附材料可以保持在例如低于环境 的压力，或小于大约100kPaabs(或例如在大约70-100kPaabs之间，取决于例如 但不局限于在特殊位置处的周围环境的位置、高度、条件和温度的因素)，第二 再生流可以进入吸附分离器和接触器，以便进入接触器的第二端，以便沿基本朝向接触器的第一端的方向流动(或相对于供给流的流动方向沿逆流的流动方向)， 和/或从接触器中重获的第三产物流的至少一部分可以进入至少一个冷凝器或冷 凝换热器。当从接触器中重获的第二产物流的第一部分和/或第一周期(在第一再 生步骤中)用作在第二再生步骤中的第二再生流的至少一部分时，第二产物流的 第二和/或随后部分可以从接触器中重获(在第一再生步骤中)，并进入至少一个 冷凝器或冷凝换热器，如上述第一再生和冷凝步骤中所述。
在根据本发明的替代方法实施例中，在第一再生步骤之后的第二再生步骤可 以用于至少部分地再生接触器的至少一种吸附材料。在一个这样的实施例中，在 第二再生步骤中，解吸附在至少一种吸附材料上吸附的组分可以主要由至少一种 组分的分压摇摆或差异和/或湿度摇摆来驱动。在第二再生步骤中，可以使用第二 再生流，例如燃烧气流、空气流、惰性气流、相对于供给流富含第一组分的流体 流、包括较大浓度的第一组分或基本包括第一组分的流体流、来自吸附分离器的 第一产物流、或来自吸附分离器的第四产物流，其中，在第二再生流中的至少一 种组分的分压(包括例如相对湿度)可以主动或被动地进行控制，并保持分压低 于在第二再生流中的至少一种组分的饱和压力阈值或第二再生流的相对湿度阈 值。在这样的特殊实施例中，例如在第二再生流中的至少一种组分的分压可以保 持低于相对湿度阈值，小于大约100％，或特别是小于大约50％，或更特别是小 于大约10％。在一个这样的实施例中，第二再生流的温度可以主动或被动地控制， 以便在第一再生步骤中使得温度例如大于第三温度阈值和可选地小于至少一种 吸附材料的温度。在这样的示例实施例中，第二再生步骤中使用第二再生流(该 第二再生流的分压至饱和压力或相对湿度小于100％)可以有利地减少在接触器 内的可冷凝组分的形成和/或吸附在至少一种吸附材料上。
在根据本发明的还一替代方法实施例中，吸附系统可使用气体-气体换热器 来用于上述供给流的冷却步骤，其中，供给流源(例如燃料燃烧器)使得多组分 流体混合物或供给流进入吸附系统和气体-气体换热器，以便供给、传递热量至气 体-气体换热器和第二再生流，并增加气体-气体换热器和第二再生流的温度，同 时降低供给流的温度(在使得供给流进入接触器之前)。在一个这样的实施例中， 在第二再生步骤中，第二再生流源(例如鼓风机)可以使得第二再生流(例如燃 烧气流、空气流、惰性气流或第一再生流、或来自吸附分离器的产物流)进入吸 附系统和进入气体-气体换热器，以便提高第二再生流的温度。第二再生流可以从 气体-气体换热器中重获，并进入吸附分离器和接触器，以便进入接触器的第一端， 以便沿基本朝向接触器的第二端的方向流动，或者相对于供给流的流动方向沿同 向流的流动方向来流动。当第二再生流在接触器中流动时，第二再生流可以引起 湿度摇摆，同时从至少一种吸附材料中置换和清吹吸附组分，例如第一组分和第 三组分。在一个这样的方面，第二再生流和/或解吸附组分(例如第三组分和H2O) 的一部分可以形成第三产物流，该第三产物流可以相对于供给流富含第三组分。 第三产物流可以从接触器的第二端、吸附分离器和吸附系统中重获。可选地，第 三产物流可以进入燃烧器作为用于燃烧器的氧化剂流的一部分。第二再生步骤和 第二再生流可以使得至少一种吸附材料和接触器的温度降低至低于在第一再生 步骤中的温度，这可以有利地帮助再生该至少一种吸附材料，还可以有利地降低 了吸附方法的能量消耗和操作成本。可选地，第三产物流可以从接触器或接触器 的第二端中重获，并进入以便组合为供给流的一部分，用于在进入接触器之前进 入气体-气体换热器，或者直接进入接触器，在一个实施例中，这可以有利地提高吸附方法的效率、重获用于分离所需的组分(例如第一组分)和/或第二产物流的 纯度。也可选择，第二再生流可以从气体-气体换热器中重获，并进入吸附分离器 和接触器，以便进入接触器的第二端，以便沿基本朝向接触器的第一端的方向流 动，或者相对于供给流的流动方向沿逆流的流动方向来流动，且第三产物流可以 从接触器的第一端、吸附分离器和吸附系统中重获。
在特殊实施例中，在第二再生步骤之后的调节步骤可以选择地用于部分再生 至少一种吸附材料、从接触器中扫除组分、和/或改变所述至少一种吸附材料的温 度，和/或改变至少一种吸附材料和接触器的温度，准备用于随后的吸附步骤。在 调节步骤中，可以使用包括对于该至少一种吸附材料具有更弱亲和力的组分(例 如第二组分或N2)的调节流(相对于选择性吸附的组分，例如第一组分或CO2)。 在包括调节步骤的一个这样的实施例中，可以使用基本包括第三组分的调节流， 例如空气流，温度等于或小于第一温度阈值(例如大约50℃，或特别是大约40℃， 或更特别是大约30℃)。
在包括调节步骤的另一实施例中，调节源可以适当调节流进入吸附系统、吸 附分离器、可选的调节区域和接触器或者可选调节区域中的接触器的一部分，以 便进入接触器的第一端，以便沿基本朝向接触器的第二端的方向流动，或相对于 供给流的流动方向沿同向流的流动方向流动。当调节流在接触器中流动时，该调 节流可以从至少一种吸附材料和接触器中清吹残余组分和水分，同时使得至少一 种吸附材料和接触器的温度降低至可选的等于或小于第一个温度阈值的温度。调 节流和从该至少一种吸附材料中清吹的组分可以形成第四产物流，该第四产物流 可以从接触器的第二端、吸附分离器和吸附系统中重获。也可选择，可以从接触 器的第二端、可选的调节区域、吸附分离器、吸附系统中重获第四产物流，并进 入燃料燃烧器作为氧化剂流的至少一部分，用于燃烧和产生燃烧气流。
在根据本发明的另一实施例中，吸附方法包括用于供给流的可选冷却步骤、 吸附步骤、可选的预再生步骤、第一再生步骤、第二再生步骤和可选的调节步骤。 在一个这样的实施例中，吸附步骤、可选的预再生步骤、第一再生步骤、第二再 生步骤和可选的调节步骤可以顺序循环，并基本连续或间歇地重复。可选的冷却 步骤、吸附步骤、可选的预再生步骤、第一再生步骤、第二再生步骤和可选的调 节步骤可以在吸附系统中基本同时发生，例如在使用五个或更多个吸附分离器和 接触器的吸附系统中，或者在使用具有单个接触器的单个吸附分离器的吸附系统 中，该单个接触器在吸附分离器内运动或循环通过至少五个区域。
在根据本发明的另一替代方法实施例中，吸附方法可以还包括至少一个可选 的减压步骤和至少一个增压步骤，其中，至少一个可选的减压步骤可以在吸附步 骤之后和第一次再生之前进行，至少一个可选的增压步骤可以在第一再生步骤之 后和可选的调节步骤或吸附步骤之前进行。在一个这样的实施例中，可选的减压 步骤包括：使得可选的减压区域与至少一个可选的增压区域流体连接；形成压力 均衡流；从可选的减压区域重获压力均衡流；以及降低可选减压区域中的压力。 在吸附步骤结束或可选的减压步骤开始之前，可选的减压区域可以基本密封，以 便减少气体泄漏至可选的减压区域中。在可选的减压步骤开始时，可选的减压区 域的压力可以大于可选的增压区域的压力。由于可选的减压区域与可选的增压区 域流体连接，因此吸附在可选减压区域内的接触器中的至少一种吸附材料上的第 一组分的至少一部分可以解吸附，从而形成可以富含第一个组件的压力均衡流(相对于供给流)。在一个这样的实施例中，可选的增压步骤包括：使得至少一 个可选的增压区域与可选的减压区域流体连接；使得压力均衡流的至少一部分进 入至少一个可选的增压区域；以及增加至少一个可选的增压区域的压力。当压力 均衡流的至少一部分进入至少一个可选的增压区域时，压力均衡流中的第一组分 的至少一部分可以吸附在接触器中的至少一种吸附材料上。
图1是表示示例实施例的吸附气体分离系统或吸附系统100的简化示意图， 该吸附气体分离系统或吸附系统100包括可选的换热器或直接接触冷却器108、 包括运动接触器102的吸附气体分离器或吸附分离器101、以及冷凝器或特别是 冷凝换热器123。示例吸附气体分离器100设置成具有单个接触器102，该接触 器102绕轴线循环或旋转通过四个静止区域，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，适合于根据上述吸附方法的示例实施例 的应用。吸附气体分离器101流体连接成接收用于吸附分离系统的供给流的至少 一部分，作为供给流和再生流。在示例应用中，实施例的吸附气体分离系统可以 用于使得至少第一组分(例如二氧化碳、硫氧化物、氮气、氧气和/或重金属)从多组分流体混合物或流(例如由燃料燃烧器产生的烟道气流或燃烧气流)中吸附 气体分离。在一个实施例中，燃烧气流还包括第二组分(例如氮气或N2)和第 三组分(例如水或H2O)，但并不是必需。
在根据本发明的系统实施例中，示例吸附气体分离系统或吸附系统100包括 可选的传热装置(例如直接接触冷却器或DCC 108)、冷凝换热器123和示例吸 附气体分离器或吸附分离器101，该吸附气体分离器或吸附分离器101包括外壳 (图1中未示出)和接触器102。外壳(图1中未示出)可以帮助确定多个静止 区域(在图1中表示在虚线之间)，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，区域在外壳(图1中未示出)和接触器102 内基本彼此流体分离。在一个这样的实施例中，接触器102可以包括：多个基本 上平行的壁，这些壁可以确定多个基本上平行的流体流动通道(图1中未示出)，这些流体流动通道沿平行于纵向轴线或第一轴线103的轴向方向来定向，在轴向 相对的第一端104和第二端105之间；在接触器102的壁中和/或壁上的至少一种 吸附材料(图1中未示出)；可选的多个连续导电和/或导热细丝(图1中未示出)， 这些连续导电和/或导热细丝定向成基本平行于第一轴线103，它们选择地与在接 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)，该电动机使得接触器102沿箭头106所示的方向绕 第一轴线103基本连续地或间歇地循环或旋转，并通过多个静止区域，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。
在示例系统实施例中，多组分流体流源或供给源例如燃烧器(图1中未示出) 可以流体连接成使得多组分流体混合物(例如燃烧气流)作为供给流107而进入 吸附系统100、可选的传热装置(例如直接接触冷却器或DCC 108)、吸附分离器 101、第二再生区域130和第二再生区域120内的接触器120的一部分。在一个 方面，冷却剂源(图1中未示出)可以流体连接成使得冷却剂流109a进入DCC 108，并可选地从DCC 108重获冷却剂流109b。供给流107的至少一部分可以进 入DCC 108，以便降低供给流107的温度，例如等于或小于第一温度阈值，例如 大约50℃，或特别是大约40℃，或更特别是大约30℃，从而形成供给流111。也可选择，DCC 108可以包括任何合适的换热装置，包括例如气体-气体换热器 或气体-液体换热器。
在一个实施例中，DCC 108可以流体连接成使得供给流111进入吸附分离器 101、吸附区域110和吸附区域110内的接触器102的一部分，以便沿基本从接 触器的第一端104至第二端105的方向流动。当供给流111接触吸附区域110内 的至少一种吸附材料(图1中未示出)时，第一组分的至少一部分(例如CO2) 可以吸附在至少一种吸附材料(图1中未示出)上，从而使得第一组分从供给流 111中分离。未吸附组分(例如第二组分或N2)可以形成第一产物流112，该第 一产物流112可以合适地减少第一组分(相对于供给流111)，并可以从吸附区域 110内的接触器102的一部分的第二端105、吸附区域110、吸附分离器101和吸 附系统100中重获。吸附区域110、吸附分离器101和吸附系统100可以流体连 接成使得第一产物流112的至少一部分引导至例如烟囱,用于分散和释放至大气 中，或者至另一气体分离处理或工业处理(图中都未示出)。在吸附区域110(和 吸附分离器101的部分)内的接触器102的一部分的第二端105可以选择地流体 连接成周期性地重获和使得第一产物流112的至少一部分(例如富含第一组分的 第一产物流112的一部分，由于第一组分的突破)进入吸附区域110和吸附分离 器101内的接触器102的一部分的第一端104，例如通过周期性地使得第一产物 流112的至少一部分进入和与供给流111或供给流107组合。在一个这样的实施例中，第一产物流112的至少一部分周期性地再循环至吸附区域110中可以有利 地增加第一组分从供给流111中的重获。
在根据本发明方面的还一系统实施例中，第一再生流源或低有效能源(例如 多级蒸汽涡轮机的低压级或极低压级、极低压蒸汽涡轮机、低压锅炉或极低压锅 炉(图1中都未示出)可以流体连接成使得第一再生流121(包括例如低有效能 的蒸汽流)在等于或大于第一再生流121的冷凝温度的温度下进入吸附系统100、 吸附分离器101、第一再生区域120和在第一再生区域120内的接触器102的一 部分，以便沿基本从接触器102的第二端105至第一端104的方向流动，或者相 对于供给流111的流动方向沿基本逆流的流动方向流动。当第一再生流121接触 在吸附分离器101的第一再生区域120内的至少一种吸附材料(图1中未示出) 时，组分(例如第三组分或H2O)可吸收在该至少一种吸附材料(图1中未示出) 上，从而产生吸附热，该吸附热与第一再生流121中的热能一起可以帮助解吸附 在第一再生区域120和吸附分离器101内的接触器102中的至少一种吸附材料(图 1中未示出)上吸附的至少第一组分的至少一部分。第一再生流121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122，该第二产物流122可 以相对于供给流111富含第一组分，并可以从第一再生区域120内的接触器102 的一部分的第一端104、第一再生区域120和吸附分离器101中重获。可选地， 从第一再生区域120内的接触器102的一部分的第一端104和第一再生区域120 中重获的第二产物流122的第一部分可以相对于供给流111富含第一组分，并有 第三组分的低分压或低相对湿度，而从第一再生区域120内的接触器102的一部 分的第一端104和第一再生区域120中重获的第二产物流121的第二或随后部分 可以相对于供给流111富含第一再生流中的至少一个组件，例如第三组分。可选 地，吸附分离器101可以流体连接成可选地至少周期性地从第一再生区域120中 重获第二产物流122的第一部分，例如从第一再生区域120内的接触器102的一 部分的第一端104和可选的吸附分离器101，并使得第二产物流122的一部分进 入可选的吸附分离器101和第二再生区域130，例如进入在第二再生区域130内 的接触器102的一部分的第二端105，作为在第二再生步骤中的第二再生流的至 少一部分(图1中未示出)。第二产物流122的第二部分可以从第一再生区域120 中重获，例如从第一再生区域120内的接触器102的一部分的第一端104和吸收 分离器101，在进入冷凝换热器123的产物回路(图1中未示出)之前。
在根据本发明方面的另一系统实施例中，冷凝器冷却剂源(图1中未示出) 可以流体连接成使得冷却剂流126a进入冷凝换热器123的冷却回路或冷回路(图 1中都未示出)，并可选地从冷凝换热器123的冷却回路(图1中未示出)中重获 冷却剂流126b，以便从冷凝换热器123的产物回路或热回路(图1中都未示出) 中传递和移除热量。冷凝换热器123的产物回路(图1中未示出)可以与吸附分 离器101、第一再生区域120、第一再生区域120内的接触器102的一部分、可 选的第二再生区域130和在第二再生区域130内的接触器102的一部分、可选的 压缩机(图1中未示出)、用于提纯或压缩的第二产物流的最终用户(图1中未 示出)和可选的冷凝剂箱、源或最终用途(图1中都未示出)流体连接。在一个 方面，第二产物流122的至少一部分可以从第一再生区域120中重获，例如从在 第一再生区域120内的接触器102的一部分的第一端104和吸附分离器101中重 获，并进入冷凝换热器123的产物回路(图1中未示出)，以便例如降低第二产 物流122的温度和/或从第二产物流122中移除热量，从而使得可冷凝组分(例如 第三组分或H2O)至少部分冷凝和从第二产物流122中分离，从而形成冷凝液流 124和提纯的第二产物流125。在一个这样的方面，当可冷凝组分冷凝时，可以 在冷凝换热器123的产物回路(图1中未示出)和流体连接的通道和/或组件中引 起压力降低或真空，例如吸附分离器101的第一再生区域120、可选的吸附分离 器101的第二再生区域130、以及在第一再生区域120和可选的第二再生区域130 内的接触器102的至少一部分。在这样的方面，压力降低或真空可以有利地实现 真空帮助解吸附在至少一种吸附材料(图1中未示出)上吸附的组分，例如第一 组分和/或第三组分，该至少一种吸附材料在第一再生区域120和/或可选的第二 再生区域130内的接触器102的一部分中。在还一这样的实施例中，冷凝换热器 123的产物回路(图1中未示出)可以流体连接成引导和/或使得冷凝液流124进 入例如可选的泵和冷凝液箱、源或最终用途(图1中都未示出)中，并引导和/ 或使得提纯的第二产物流125通过可选的一个或多个泵(例如可选地在低于环境 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)、可选的一个或多 个阀(例如止回阀或节流阀)、可选的至少一个附加冷凝换热器和/或冷凝器级以 及可选的压缩机(用于增加提纯的第二产物流的压力)而进入提纯或压缩的第二 产物流的最终用途或用户(图1中都未示出)。可选地，冷凝换热器123可以流 体连接成引导和使得提纯的第二产物流125的至少一部分进入可选的加热器或可 选的辅助换热器(图1中都未示出)，并进入吸附分离器101、第二再生区域130 和在第二再生区域130内的接触器102的一部分，作为第二再生流的至少一部分 (图1中未示出)。
在根据本发明的实施例的另一系统中，多组分流体混合物或供给流107的至 少一部分可以作为第二再生流131的至少一部分而进入吸附分离器101、第二再 生区域130和在第二再生区域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的方向流动，或者相对于供给流111的流动方 向沿基本同向流的流动方向来流动。第二再生流131可以包括例如第一组分、第 二组分和/或第三组分，其中，至少一种组分(例如第三组分)的分压或浓度低于 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上吸附的该 至少一种组分(例如第三组分)的均衡分压。在一个这样的实施例中，第二再生 流131还可以包括等于或大于第三温度阈值的温度，该第三温度阈值例如大约第二再生流131的冷凝温度。可选的换热装置(图1中未示出)例如热回收蒸汽发 生器、换热器或加热器(图1中都未示出)可以在供给源(例如燃烧器，图1中 未示出)和吸附分离器101或的吸附分离器101第二再生区域130之间流体连接 和使用，以便使得第二再生流131的温度升高或降低至适合用作第二再生流的温 度。在根据本发明的一个方面，当第二再生流131在第二再生区域130内的接触 器102的一部分中流动时，分压摇摆和/或湿度摇摆可以使得在第二再生区域130 内的至少一种吸附材料(图1中未示出)上吸附的至少一个组分(例如第三组分) 至少部分地解吸附。第二再生流131和/或解吸附组分(例如第三组分和第一组分) 的一部分可以形成第三产物流132，该第三产物流132可以相对于供给流111富 含至少一种组分，例如第三组分和可选的第一组分。第三产物流132可以从第二 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、吸附 分离器101和吸附系统100中重获。可选地，第二再生区域130和吸附分离器101 可以流体连接成引导和使得第三产物流132的至少一部分进入吸附分离器101的 吸附区域110作为供给流107或供给流111的一部分，或进入多组分流体流源或 供给源(图1中未示出)例如燃烧器(图1中未示出)，作为用于燃烧的氧化剂 流的一部分，并产生燃烧气流。
在根据本发明实施例的替代系统中，接触器102的至少一部分、第二再生区 域130和吸附分离器101可以与可选的压缩机(图1中未示出)流体连接，该压 缩机用于增加提纯的第二产物流125的压力，例如多级压缩机的级间(图1中未 示出)或可选的压缩机的下游(图1中未示出)，以便重获和使得相对于供给流 111富含第一组分的流体流(例如压缩的第二产物流的至少一部分)进入，用作 第二再生流的至少一部分(图1中未示出)。在根据本发明实施例的还一这样的 替代系统中，吸附分离器101可以包括附加的区域，例如预再生区域和回流区域 (图1中都未示出)，其中，吸附分离器101可以设置成具有回流区域(图1中未示出)，在吸附区域110附近和之前，例如吸附区域110、预再生区域(图1中 未示出)、第一再生区域120、第二再生区域130、可选的调节区域140和回流区 域(图1中未示出)，或者吸附分离器101可以设置成具有回流区域(图1中未 示出)，在吸附区域110附近和之后，例如吸附区域110、回流区域(图1中未示 出)、预再生区域(图1中未示出)、第一再生区域120、第二再生区域130和可 选的调节区域140。在还一这样的实施例中，吸附分离器101的预再生区域(图 1中未示出)和吸附系统100可以流体连接成从预再生流源(图1中未示出)接 收例如预再生流(图1中未示出)，和/或从第一再生流源(图1中未示出)接收 第一再生流121的至少一部分。另外，在还一方面，吸附分离器101的预再生区 域(图1中未示出)可以流体连接成从预再生区域(图1中未示出)和可选的吸 附分离器101中重获重回流(图1中未示出)，并使得重回流(图1中未示出) 选择地进入吸附分离器101和进入吸附分离器101的回流区域(图1中未示出)。 可选的第五产物流可以从回流区域(图1中未示出)、吸附分离器101和吸附系 统100中重获。在根据本发明实施例的还一这样的替代系统中，吸附分离器101 可以包括附加的压力均衡区域，例如至少一个减压区域和至少一个增压区域(图 1中都未示出)，其中，吸附分离器101可以设置成具有减压区域(图1中未示出)， 该减压区域在吸附区域110之后和在第一再生区域120之前，而增压区域(图1 中未示出)可以在第一再生区域120之后和在吸附区域110之前。例如吸附分离 器101可以选择地设置有以下序列区域：吸附区域110、减压区域(图1中未示 出)、第一再生区域120、第二再生区域130、增压区域(图1中未示出)和可选 的调节区域140；或者吸附区域110、减压区域(图1中未示出)、第一再生区域 120、增压区域(图1中未示出)、第二再生区域130、可选的调节区域140。在 还一这样的实施例中，吸附分离器101的增压区域(图1中未示出)可以流体连 接成从减压区域接收例如压力均衡流(图1中未示出)。另外，在还一方面，减 压区域可以流体连接成使得压力均衡流(图1中未示出)进入多个增压区域(图 1中未示出)。
在特殊方面，冷却剂源(例如环境空气)可以与风扇或鼓风机(图1中未示 出)流体连接，以使得调节流141(例如空气流)在等于或小于第一温度阈值(例 如大约50℃，或特别是大约40℃，或更特别是大约30℃)的温度下进入吸附系 统100、吸附分离器101、调节区域140、以及调节区域140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的方向流动，或者相 对于供给流或燃烧气流111的流动方向沿基本同向流的流动方向来流动。在一个 这样的方面，当调节流141在调节区域140内的接触器102的一部分中流动时， 调节流141可以增加或降低在调节区域140中的至少一种吸附材料的温度，和/或从至少一种吸附材料、调节区域140中的接触器102的一部分和调节区域140 中清吹组分。调节流141和/或解吸附或残余组分可以形成第四产物流142，该第 四产物流142可以从在调节区域140内的接收器102的一部分的第二端105、调 节区域140、吸附分离器101和吸附系统100中重获。在还一这样的方面，调节 区域140、吸附分离器101和吸附系统100可以流体连接成引导和使得例如第四 产物流142进入供给源(图1中未示出)例如燃烧器(图1中未示出)，作为燃 烧器的氧化剂流的一部分，或者进入烟囱(图1中未示出)，用于分散和释放至 大气中。
图2是表示根据本发明替代实施例的吸附气体分离系统或吸附系统的简化示 意图，该吸附气体分离系统或吸附系统包括可选的换热器或气体-气体换热器 208、吸附气体分离器或吸附分离器101(包括运动接触器102)、以及冷凝器或 特别是冷凝换热器123。在这样的特殊实施例中，示例吸附气体分离器设置成有 单个接触器，该接触器绕轴线循环或旋转通过四个静止区域，适用于上述替代实 施例的吸附气体分离方法。吸附分离器与气体-气体换热器流体连接，其中，来自 吸附分离系统的供给流的热量可以用于增加空气流的温度，例如达到适合用作第 二再生流的温度。
参考图1和2，在本发明的一个实施例中，图2中所示的吸附气体分离系统 或吸附系统200基本类似于图1中所示的吸附气体分离系统或吸附系统100，不 过，图1中的吸附系统100使用直接接触冷却器108来降低多组分流体混合物或 供给流107的温度，从而形成供给流111，而图2中的吸附系统200使用气体-气 体换热器208来降低多组分流体混合物或供给流107的温度。在图1和2中，相 同的参考标号表示相应部件。
参考图2，在根据本发明实施例的替代系统中，吸附气体分离系统或吸附系 统200包括：可选的换热器，例如具有产物回路或热回路(图2中未示出)和冷 却回路或冷回路(图2中未示出)的气体-气体换热器208；冷凝换热器123；以 及示例吸附气体分离器或吸附分离器101，它包括外壳(图2中未示出)和接触 器102。供给流源(例如燃料燃烧器，图2中未示出)可以流体连接使得多组分 流体混合物或供给流107进入吸附系统200和气体-气体换热器208的热回路(图 2中未示出)，以便使得供给流107的温度降低至等于或小于第一温度阈值(例如 大约50℃，或特别是大约40℃，或更特别是大约30℃)，从而形成供给流111。 气体-气体换热器208的热回路(图2中未示出)可以流体连接成使得供给流111 进入吸附分离器101、吸附区域110和在吸附区域110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的方向流动。
在根据替代实施例的系统中，第二再生流源(例如环境空气，图2中未示出) 可以通过鼓风机或风扇(图2中未示出)而流体连接成使得第二再生流201(例 如空气流)进入吸附系统200和气体-气体换热器208的冷回路(图2中未示出)， 以便使得第二再生流201的温度升高至适用于解吸附在第二再生区域130中的至 少一种吸附材料的温度，例如等于或大于第三温度阈值，从而形成第二再生流 202。气体-气体换热器208的冷回路(图2中未示出)可以流体连接成使得第二 再生流202进入吸附分离器101、第二再生区域130和在第二再生区域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1至第二端105的流动方向来流动，或者相对于供给流或燃烧气流111的流动方向沿基本同向流的流动 方向来流动。在一个这样的实施例中，第二再生流202可以主动或被动地进行控 制，以便保持相对湿度低于湿度阈值或至分压比饱和压力。在这样的特殊实施例 中，可以控制第二再生流202，以便保持相对湿度或分压比饱和压力，例如小于 大约1，或特别是小于大约0.5，或更特别是小于大约0.1。第二再生流202可以 有较低湿度，相对于在第二再生区域130内的接触器102的一部分中的湿度。在 另一实施例中，当第二再生流202流入吸附分离器101、第二再生区域130和在 第二再生区域130内的接触器102的一部分时，第二再生流202可以解吸附、置换和清吹在至少一种吸附材料上吸附的组分的至少一部分，例如第一组分和第三 组分，第二再生流202和/或解吸附组分(例如第一组分和第三组分)的一部分可 以形成第三产物流132，该第三产物流132可以相对于供给流111富含第三组分 和/或第一组分。第三产物流132可以从第二再生区域130内的接触器102的一部 分的第二端105、第二再生区域130、吸附分离器101和可选的吸附系统100中 重获。可选地，第二再生区域130和吸附分离器101以及可选的吸附系统100可 以与气体-气体换热器208的热回路(图2中未示出)和/或吸附分离器101的第 一再生区域110流体连接，以便使得第三产物流132的至少一部分进入作为供给 流107的一部分或作为供给流111的一部分，或者与供给源(图2中未示出)流 体连接，以便使得第三产物流132的至少一部分进入例如用于燃烧器的氧化剂流 的至少一部分。
图3是表示示例实施例吸附气体分离系统或吸附系统300的简化示意图，该 吸附气体分离系统或吸附系统300包括：吸附气体分离器或吸附分离器101、第 一级冷凝器310、第二级冷凝器320、以及压缩机或多级压缩机330。在一个这样 的实施例中，吸附分离器101基本类似于图1和2中所示和上面详细所述的吸附 分离器101，它包括外壳(图3中未示出)、接触器102、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、第一端104和第二端105。吸附 分离器101的第一再生区域120可以与第一冷凝级310、第一级冷凝换热器311 的产物回路或热回路(图3中未示出)、多级压缩机330和最终用途400流体连 接。第一级冷凝换热器311的冷却回路或冷回路(图3中未示出)以及第二级冷 凝换热器321的冷却回路或冷回路(图3中未示出)可以与至少一个冷却剂源(图 3中未示出)流体连接。在一个方面，至少一个冷却剂流(例如水流，图3中未 示出)可以从至少一个冷却剂源(图3中未示出)中重获，并进入吸附分离系统 300、第一冷凝级310、第二冷凝级320、第一级冷凝换热器311和第二级冷凝换 热器321的冷回路(图3中未示出)，以便移除热量，降低温度，并使得可冷凝 组分在第一级冷凝换热器311和第二级冷凝换热器321的产物回路或热回路(图 3中未示出)中冷凝。在还一方面，至少一个冷却剂流(图3中未示出)可以从 第一级冷凝换热器311和第二级冷凝换热器321的冷回路、第一冷凝级310、第 二冷凝级320和吸附分离系统300中重获。第二产物流122可以从第一再生区域 120中的接触器102的一部分中重获，可选地通过第一端104、第一再生区域120、 吸附分离器101并进入第一冷凝级310或第一级冷凝换热器311的热回路(图3 中未示出)，其中，可冷凝组分(例如第三组分或H2O)可以冷凝，从而形成冷 凝液流312和高纯度的提纯第二产物流313，同时在例如第一级冷凝换热器311的热回路(图3中未示出)、第一再生区域120、第一再生区域120内的接触器 102的一部分、以及第一再生区域120和吸附分离器101上游的流体连接通道(图 3中未示出)内引起压力降或真空。在一个这样的实施例中，引起压力降或真空 可有利地帮助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 吸附材料上吸附的组分，并减少在再生处理和第一再生步骤中的蒸汽消耗。在这 样的特殊实施例中，提纯的第二产物流313可以从第一级冷凝换热器311的热回 路(图3中未示出)中重获，并进入第一级喷射器314的低压端口(图3中未示 出)。多级压缩机330例如在第一压缩级之后、在压缩级之间、或在多级压缩机330的下游与第一级喷射器314的高压端口(图3中未示出)流体连接，以便重 获和使得压缩的第二产物流331的至少一部分进入作为第一级喷射器314的动力 流，这可以进一步降低压力和/或帮助保持在第一级冷凝换热器311的热回路(图 3中未示出)、吸附分离器101的至少一部分、第一再生区域120、第一再生区域 120中的接触器102的一部分以及吸附分离器101上游的流体连接通道中的降低 压力或真空。在一个特殊方面，组合的第二产物流315可以从第一级喷射器314 中重获，并进入第二级冷凝器321的热回路(图2中未示出)，其中，可冷凝组 分(例如第三组分或H2O)可以冷凝，从而形成冷凝液流322和更高纯度的提纯 第二产物流323(相对于提纯的第二产物流313)，同时进一步降低压力和/或帮助 保持在流体连接通道中的降低压力或真空，例如第一级喷射器314、第一级冷凝 换热器311的热回路(图3中未示出)、吸附分离器101的至少一部分、第一再 生区域120和吸附分离器上游的流体连接通道。第二级冷凝器320和第二级冷凝 器321的产物回路或热回路(图3中未示出)可以与多级压缩机330流体连接， 其中，提纯的第二产物流323可以从第二级冷凝器321的热回路(图3中未示出) 和第二级冷凝器321中重获，并进入多级压缩机330。在一个这样的方面，多级 压缩机330可以选择地在低于环境的进口压力下操作，例如小于大约100kPaabs(或者例如在大约70-100kPaabs之间，取决于例如但不局限于在特殊位置处的周 围环境的位置、高度、条件和温度的因素)，并增加提纯的第二产物流323的压 力，以便产生压缩的第二产物流333，该第二产物流333可以从多级压缩机330 中重获，并进入最终用途400。冷凝液流312可以从第一级冷凝换热器311和第 一冷凝级310的冷回路(图3中未示出)中重获，而冷凝液流322可以从第二级 冷凝换热器321和第二级冷凝器320(可选地具有至少一个泵，图3中未示出) 的冷回路(图3中未示出)中重获，并选择地组合，以便形成冷凝液流324，该 冷凝液流324可以从吸附系统300中重获。在一个方面，由压缩机330产生的冷 凝液流332可以从压缩机330和吸附系统300中重获。可选地，可以使用选择地 串联流体连接的附加冷凝换热器、冷凝器或冷凝换热器级、泵和阀(例如止回阀 或节流阀，图3中未示出)。可选地，多级压缩机330可以例如在第一压缩级之 后、在压缩级之间、或在多级压缩机330的下游与第一再生区域120或第二再生 区域130流体连接，可选地通过辅助加热器或辅助换热器，其中，压缩的第二产 物流的至少一部分(例如从多级压缩机330的级间重获的压缩第二产物流331的 至少一部分或在多级压缩机330下游重获的压缩第二产物流333的至少一部分) 可以用作再生流的至少一部分，例如作为第一和/或第二再生流的至少一部分。在一个这样的方面，辅助加热器或辅助换热器可以升高压缩第二产物流的至少一部 分的温度，例如升高至适于再生至少一种吸附材料的温度或适用于在例如第一再 生区域120和/或第二再生区域130中的再生流的温度。可选地，多级压缩机330 可以与第一再生区域120和/或第二再生区域130中的接触器102的一部分的第二 端105流体连接。
在任何上述详细实施例中所述的任何吸附分离器或吸附剂接触器可以使用 任何合适的吸附材料，包括但不局限于，例如干燥剂、活性炭、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、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、负载碱金属碳酸盐、 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。
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 (51)

1.一种用于从多组分流体混合物分离出至少第一组分的吸附气体分离方法，所述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进入包括至少一种吸附材料的至少一个接触器中；使得所述供给流的第一组分的至少一部分吸附在所述至少一个接触器中的至少一种吸附材料上；以及从所述至少一个接触器中重获第一产物流，其中，所述第一产物流包括至少第二组分，并至少周期性地相对于所述供给流减少所述第一组分；
b.使得包括至少第三组分的第一再生流进入所述至少一个接触器；使得所述第三组分的至少一部分吸附在所述至少一个接触器中的所述至少一种吸附材料上；解吸附在所述至少一个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；从所述至少一个接触器中重获第二产物流，其中，所述第二产物流相对于所述供给流至少周期性地富含所述第一组分；
c.主动地控制第二再生流中的分压至饱和压力；
d.使得第二再生流进入所述至少一个接触器；通过温度摇摆和分压摇摆和湿度摇摆解吸附中的至少一种来解吸附在所述至少一个接触器中的所述至少一种吸附材料上吸附的所述第三组分的至少一部分，并从所述至少一个接触器中重获第三产物流。
2.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，其中：所述第二再生流进入所述至少一个接触器，以便相对于所述供给流进入所述至少一个接触器的流动方向沿同向流的流动方向来流动。
3.根据权利要求2所述的吸附气体分离方法，其中：所述第二再生流还包括以下一种或多种的至少一部分：所述多组分流体流、燃烧气流、所述第二产物流、提纯的第二流产物流、压缩的第二产物流、富含所述第一组分的流体流、以及空气流。
4.根据权利要求3所述的吸附气体分离方法，其中：所述第二再生流包括所述第三组分，该第三组分的分压小于吸附在所述至少一种吸附材料上的所述第三组分的均衡分压。
5.根据权利要求4所述的吸附气体分离方法，其中：所述第二再生流的温度等于或大于第三温度阈值。
6.根据权利要求5所述的吸附气体分离方法，其中：所述第三温度阈值是所述第二再生流的冷凝温度。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的吸附气体分离方法，其中：所述第二再生流的分压与饱和压力的比率小于1。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的吸附气体分离方法，其中：所述第二再生流的分压与饱和压力的比率小于0.5。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的吸附气体分离方法，其中：所述第二再生流的分压与饱和压力的比率小于0.1。
10.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，其中：步骤b在吸附步骤中形成的热波突破所述接触器的端部之前开始，所述供给流在步骤a中朝向该端部进入。
11.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，其中：所述第一再生流进入所述至少一个接触器，以便相对于所述供给流在步骤a中的流动方向沿逆流的流动方向来流动。
12.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，其中：在步骤b中，使得所述第一再生流进入另外包括产生所述第三组分的吸附热以及使用所述第三组分的所述吸附热来解吸附在所述至少一个接触器中的所述至少一个吸附材料上吸附的所述第一组分。
13.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，其中：在步骤b中，使得所述第一再生流进入还包括使得一定量的热能进入，该热能的量小于用于解吸附在所述至少一个接触器的所述至少一种吸附材料上吸附的所述第一组分所消耗的热能的量。
14.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，其中：在步骤d中，重获所述第三产物流另外包括重获所述第三组分的浓度大于所述第一组分的浓度。
15.根据权利要求1、3、12、13和14中任意一项所述的吸附气体分离方法，其中：所述第一组分是二氧化碳。
16.根据权利要求1、4、12和13中任意一项所述的吸附气体分离方法，其中：所述第三组分是水。
17.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，其中：在步骤d结束时在所述至少一个接触器中的所述至少一种吸附材料的温度小于在步骤b中的温度。
18.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，还包括：在步骤b之后，使得所述第二产物流进入至少一个冷凝器，从而引起在所述冷凝器和所述至少一个接触器的至少一部分中的降低压力或真空。
19.根据权利要求18所述的吸附气体分离方法，其中：在所述冷凝器和所述至少一个接触器的至少一部分中的所述降低压力或所述真空通过泵或阀中的至少一个来保持。
20.根据权利要求18和19中任意一项所述的吸附气体分离方法，其中：所述冷凝器是冷凝换热器。
21.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，其中：所述第三产物流的至少一部分作为所述供给流的一部分而进入所述至少一个接触器。
22.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，还包括：在步骤d之后，
e.使得调节流进入所述至少一个接触器，使得所述至少一个接触器或所述至少一个接触器中的至少一种吸附材料的温度降低至等于或小于第一温度阈值，并从所述至少一个接触器中重获第四产物流。
23.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，还包括：在步骤a之前，使得所述多组分流体混合物进入传热装置，使得所述多组分流体混合物降低温度至等于或小于第一温度阈值。
24.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，其中：所述供给流等于或小于第一温度阈值。
25.根据权利要求22、23和24中任意一项所述的吸附气体分离方法，其中：所述第一温度阈值为50℃。
26.根据权利要求22、23和24中任意一项所述的吸附气体分离方法，其中：所述第一温度阈值为40℃。
27.根据权利要求22、23和24中任意一项所述的吸附气体分离方法，其中：所述第一温度阈值是30℃。
28.根据权利要求22所述的吸附气体分离方法，其中：所述调节流是空气流。
29.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，其中：步骤a、b、c和d同时发生。
30.根据权利要求22所述的吸附气体分离方法，其中：步骤a、b、c、d和e同时发生。
31.根据权利要求22所述的吸附气体分离方法，还包括：使得所述第四产物流进入燃烧器。
32.根据权利要求1所述的吸附气体分离方法，还包括：至少周期性地使得所述第一产物流的至少一部分作为所述供给流的一部分而进入至少一个接触器。
33.一种用于使得多组分流体混合物的至少一部分分离成一种或多种组分的吸附气体分离方法，所述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进入至少一个接触器；使得所述供给流的第一组分的至少一部分吸附在所述至少一个接触器中的至少一种吸附材料上；至少周期性地从所述至少一个接触器中重获第一产物流，该第一产物流相对于所述供给流减少所述第一组分；
b.使得第一再生流进入所述至少一个接触器还包括至少第三组分；解吸附在所述至少一个接触器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；从所述至少一个接触器中重获第二产物流，该第二产物流相对于所述供给流富含所述第一组分；
c.使得所述第二产物流进入冷凝器，冷凝所述第三组分，从而形成冷凝液流和提纯的第二产物流，且使得所述冷凝器和所述至少一个接触器中的压力降低；以及
d.从所述冷凝器中重获所述提纯的第二产物流，使得所述提纯的第二产物流进入至少一个喷射器的低压端口，以及使得压缩的第二产物流进入所述至少一个喷射器的高压端口。
34.根据权利要求33所述的吸附气体分离方法，还包括：保持在所述冷凝器和所述至少一个接触器中的所述压力降低。
35.根据权利要求34所述的吸附气体分离方法，还包括：保持在所述冷凝器、所述至少一个接触器和所述至少一个接触器上游的导管中的所述压力降低。
36.根据权利要求35所述的吸附气体分离方法，其中：所述冷凝器和所述至少一个接触器中的所述压力降低通过泵或阀来保持。
37.根据权利要求33所述的吸附气体分离方法，还包括：在使得所述压缩的第二产物流进入所述至少一个喷射器的所述高压端口之前，从与所述冷凝器或至少一个喷射器中的至少一个流体连接的压缩机中重获所述压缩的第二产物流。
38.根据权利要求33所述的吸附气体分离方法，还包括：从所述至少一个喷射器中重获组合的第二产物流，并使得所述组合的第二产物流进入压缩机或冷凝器中的至少一个。
39.根据权利要求33所述的吸附气体分离方法，还包括：在步骤c之后，
使得第二再生流进入所述至少一个接触器，解吸附在所述至少一个接触器中的所述至少一种吸附材料上吸附的所述第三组分和所述第一组分，且从所述至少一个接触器中重获第三产物流。
40.根据权利要求33和39中任意一项所述的吸附气体分离方法，还包括：
使得调节流进入所述至少一个接触器，并降低在所述至少一个接触器中的所述至少一种吸附材料的温度。
41.根据权利要求33所述的吸附气体分离方法，其中：所述步骤a至c同时发生。
42.根据权利要求40所述的吸附气体分离方法，其中：所有步骤同时发生。
43.根据权利要求33所述的吸附气体分离方法，其中：所述多组分流体混合物是燃烧气流。
44.根据权利要求33所述的吸附气体分离方法，其中：所述第一组分是二氧化碳。
45.根据权利要求33所述的吸附气体分离方法，其中：所述第三组分是水。
46.根据权利要求33至38中任意一项所述的吸附气体分离方法，其中：所述冷凝器是冷凝换热器。
47.根据权利要求39所述的吸附气体分离方法，其中：所述第三产物流进入作为进入所述至少一个接触器的所述供给流的一部分。
48.根据权利要求33所述的吸附气体分离方法，还包括：在步骤a之前，使得所述多组分流体混合物进入传热装置，使得所述多组分流体混合物降低温度至等于或小于第一温度阈值。
49.根据权利要求48所述的吸附气体分离方法，其中：所述第一温度阈值是50℃。
50.根据权利要求48所述的吸附气体分离方法，其中：所述第一温度阈值是40℃。
51.根据权利要求48所述的吸附气体分离方法，其中：所述第一温度阈值是30℃。
CN201780028673.XA 2016-03-31 2017-03-31 吸附气体分离方法和系统 Active CN109414642B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662316426P 2016-03-31 2016-03-31
US62/316,426 2016-03-31
PCT/CA2017/050393 WO2017165974A1 (en) 2016-03-31 2017-03-31 Adsorptive gas separation process and system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109414642A CN109414642A (zh) 2019-03-01
CN109414642B true CN109414642B (zh) 2022-07-22

Family

ID=59962366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780028673.XA Active CN109414642B (zh) 2016-03-31 2017-03-31 吸附气体分离方法和系统

Country Status (10)

Country Link
US (2) US11148094B2 (zh)
EP (2) EP3705169A1 (zh)
JP (2) JP2019509891A (zh)
KR (1) KR102346017B1 (zh)
CN (1) CN109414642B (zh)
AU (2) AU2017244042A1 (zh)
BR (1) BR112018070217B1 (zh)
CA (1) CA3057697C (zh)
SA (1) SA518400131B1 (zh)
WO (1) WO2017165974A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019509891A (ja) * 2016-03-31 2019-04-11 インベンティーズ サーマル テクノロジーズ インコーポレイテッド 吸着ガス分離プロセス及びシステム
AU2019373105A1 (en) * 2018-10-30 2021-05-27 Svante Inc. Sorptive gas separation processes employing chemisorbents
KR102401237B1 (ko) * 2020-07-17 2022-05-24 (주)큰나무 활성탄 탈취기
KR102668422B1 (ko) * 2021-12-29 2024-05-23 주식회사 케이티앤지 흡연 부스에서 배출되는 가스를 정화하는 장치 및 방법
JP7174205B1 (ja) 2022-05-23 2022-11-17 岡野 浩志 空調給気も可能な空気中二酸化炭素をガス源とするドライアイス製造システム
WO2024085876A1 (en) * 2022-10-20 2024-04-25 General Electric Technology Gmbh System and method for gas treatment via movable adsorption module and thermal control

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1142623A2 (en) * 1999-12-23 2001-10-10 Air Products And Chemicals, Inc. PSA Process for removal of bulk carbon dioxide from a wet high-temperature gas
CA2896836A1 (en) * 2012-12-31 2014-07-03 Inventys Thermal Technologies Inc. System and method for integrated carbon dioxide gas separation from combustion gases

Family Cites Families (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2545194A (en) 1945-11-14 1951-03-13 Allan P Colburn Adsorption process for removal of carbon dioxide from the atmosphere of a submarine
CA896836A (en) * 1969-10-28 1972-04-04 R. Fitzpatrick John Segmented building structure
JPS5922625A (ja) 1982-07-27 1984-02-04 Osaka Oxgen Ind Ltd 一酸化炭素ガス及び窒素ガスを含む混合ガスより窒素ガスを吸着法により除去する方法
US5256295A (en) 1990-12-28 1993-10-26 Membrane Technology & Research Two-stage membrane process and apparatus
US5855650A (en) 1997-09-09 1999-01-05 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of gases using solid adsorbents
US5891219A (en) 1998-01-13 1999-04-06 Durr Environmental, Inc. Two stage rotary concentrator
WO2000074819A1 (en) 1999-06-04 2000-12-14 Flair Corporation Rotating drum adsorber process and system
US6294000B1 (en) 1999-09-24 2001-09-25 Durr Environmental, Inc. Rotary concentrator and method of processing adsorbable pollutants
JP3631073B2 (ja) 1999-11-30 2005-03-23 東邦化工建設株式会社 有機溶剤の回収方法
JP2001205045A (ja) 2000-01-25 2001-07-31 Tokyo Electric Power Co Inc:The 二酸化炭素除去方法および二酸化炭素除去装置
US7354562B2 (en) * 2002-10-25 2008-04-08 Air Products And Chemicals, Inc. Simultaneous shift-reactive and adsorptive process to produce hydrogen
US7291271B2 (en) 2003-12-09 2007-11-06 Separation Design Group, Llc Meso-frequency traveling wave electro-kinetic continuous adsorption system
US7166149B2 (en) 2004-01-12 2007-01-23 Uop Llc Adsorption process for continuous purification of high value gas feeds
US20050217481A1 (en) 2004-03-31 2005-10-06 Dunne Stephen R Rotary adsorbent contactors for drying, purification and separation of gases
US7101414B2 (en) 2004-04-27 2006-09-05 Munters Corporation Rotary bed sorption system including at least one recycled isolation loop, and methods of designing and operating such a system
EP2035116A2 (en) 2006-05-05 2009-03-18 Separation Design Group, LLC Sorption method, device, and system
US7736416B2 (en) 2007-02-26 2010-06-15 Hamilton Sundstrand Corporation Thermally linked molecular sieve beds for CO2 removal
JP5544288B2 (ja) 2007-05-18 2014-07-09 エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー 平行チャネル接触器を用いる、排煙からのｃｏ２の温度スイング吸着
CN101148390B (zh) 2007-10-12 2010-11-24 中国石化扬子石油化工有限公司 变压吸附提取高纯度正己烷产品工艺
WO2009105566A2 (en) 2008-02-19 2009-08-27 Global Research Technologies, Llc Extraction and sequestration of carbon dioxide
US8591627B2 (en) 2009-04-07 2013-11-26 Innosepra Llc Carbon dioxide recovery
EP2296786A4 (en) 2008-06-05 2012-09-19 Ind Res Ltd GUEST RACE PROCEDURE
US8535417B2 (en) 2008-07-29 2013-09-17 Praxair Technology, Inc. Recovery of carbon dioxide from flue gas
US8936727B2 (en) 2009-03-06 2015-01-20 Uop Llc Multiple bed temperature controlled adsorption
CA2753610C (en) 2009-02-27 2016-07-26 Andre Boulet Parallel passage fluid contactor structure
EP2290202A1 (en) 2009-07-13 2011-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Cogeneration plant and cogeneration method
US7905097B1 (en) 2009-10-05 2011-03-15 Hamilton Sundstrand Corporation Water-from-air system using a desiccant wheel
US8268044B2 (en) 2010-07-13 2012-09-18 Air Products And Chemicals, Inc. Separation of a sour syngas stream
US8715394B2 (en) 2010-11-24 2014-05-06 Lehigh University Autothermal cycle for CO2 capture
US9062690B2 (en) 2010-11-30 2015-06-23 General Electric Company Carbon dioxide compression systems
EP2510998B2 (en) 2011-04-15 2022-06-15 General Electric Technology GmbH Compression condensate conditioning in the flue gas condenser
JP5812694B2 (ja) 2011-05-31 2015-11-17 川崎重工業株式会社 二酸化炭素回収方法および装置
US9073005B2 (en) 2011-06-09 2015-07-07 Sri International Falling microbead counter-flow process for separating gas mixtures
JP6217934B2 (ja) 2011-07-02 2017-10-25 インヴェンティス サーマル テクノロジーズ インコーポレイテッド 燃焼ガスの統合的ガス吸着分離のシステムと方法
CN102949913A (zh) 2011-08-19 2013-03-06 杰智环境科技股份有限公司 二氧化碳捕捉装置及方法
US9103549B2 (en) 2012-08-23 2015-08-11 The Boeing Company Dual stream system and method for producing carbon dioxide
BE1021343B1 (nl) 2012-10-05 2015-11-05 Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap Werkwijze voor het onttrekken van een gas uit een gasmengsel en inrichting daarbij toegepast.
WO2014099238A1 (en) * 2012-12-20 2014-06-26 Exxonmobil Research And Engineering Company Co2 capture processes using rotary wheel configurations
KR101421611B1 (ko) 2013-06-04 2014-07-22 한국전력기술 주식회사 감압 및 상 분리를 이용하여 현열 회수 효율을 개선한 이산화탄소 분리장치
US9314731B2 (en) 2013-11-20 2016-04-19 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude RTSA method using adsorbent structure for CO2 capture from low pressure and low concentration sources
US9308486B2 (en) 2013-11-20 2016-04-12 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Method of using a structured adsorbent bed for capture of CO2 from low pressure and low pressure concentration sources
CN106163636B (zh) * 2013-12-31 2020-01-10 彼得·艾森伯格尔 用于从大气中除去co2的旋转多整料床移动系统
TWI657195B (zh) 2014-07-08 2019-04-21 美商八河資本有限公司 加熱再循環氣體流的方法、生成功率的方法及功率產出系統
US20160010852A1 (en) 2014-07-10 2016-01-14 Babcock & Wilcox Power Generation Group, Inc. Energy recovery for waste gas capture systems
JP2019509891A (ja) * 2016-03-31 2019-04-11 インベンティーズ サーマル テクノロジーズ インコーポレイテッド 吸着ガス分離プロセス及びシステム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1142623A2 (en) * 1999-12-23 2001-10-10 Air Products And Chemicals, Inc. PSA Process for removal of bulk carbon dioxide from a wet high-temperature gas
CA2896836A1 (en) * 2012-12-31 2014-07-03 Inventys Thermal Technologies Inc. System and method for integrated carbon dioxide gas separation from combustion gases

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019509891A (ja) 2019-04-11
AU2023200754A1 (en) 2023-03-09
AU2017244042A1 (en) 2018-10-25
SA518400131B1 (ar) 2022-08-14
BR112018070217A2 (pt) 2019-01-29
JP2022068314A (ja) 2022-05-09
KR102346017B1 (ko) 2021-12-31
CN109414642A (zh) 2019-03-01
BR112018070217B1 (pt) 2023-04-11
US11148094B2 (en) 2021-10-19
EP3426378A4 (en) 2019-11-06
JP7474795B2 (ja) 2024-04-25
WO2017165974A1 (en) 2017-10-05
US20200306687A1 (en) 2020-10-01
KR20180125011A (ko) 2018-11-21
US20210394111A1 (en) 2021-12-23
CA3057697C (en) 2023-10-17
EP3705169A1 (en) 2020-09-09
EP3426378A1 (en) 2019-01-16
CA3057697A1 (en) 2017-10-05
US11813563B2 (en) 2023-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109414642B (zh) 吸附气体分离方法和系统
JP7210674B2 (ja) 再生のために蒸気を使用する吸着ガス分離
US20190126190A1 (en) Multi-stage adsorptive gas separation process and system
US20210354085A1 (en) Sorptive gas separation processes employing chemisorbents
EP4337364A2 (en) Adsorptive gas separation process and system using third component adsorption to drive desorption of purified first component in rapid cycling gas separation devices

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant