CN111712314A - 质量传递系统 - Google Patents

质量传递系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111712314A
CN111712314A CN201880089357.8A CN201880089357A CN111712314A CN 111712314 A CN111712314 A CN 111712314A CN 201880089357 A CN201880089357 A CN 201880089357A CN 111712314 A CN111712314 A CN 111712314A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
zone
adsorbent
mass transfer
reactor
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.)
Pending
Application number
CN201880089357.8A
Other languages
English (en)
Inventor
阿斯比约恩·斯特兰德
库马·兰詹·鲁特
陈德
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.)
Fjer Bio Drying Co
Original Assignee
Fjer Bio Drying Co
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 Fjer Bio Drying Co filed Critical Fjer Bio Drying Co
Publication of CN111712314A publication Critical patent/CN111712314A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • B01D53/08—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 according to the "moving bed" method
    • 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
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • 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
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/81—Solid phase processes
    • B01D53/83—Solid phase processes with moving reactants
    • 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
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • 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
    • B01D2253/112—Metals or metal compounds not provided for in B01D2253/104 or B01D2253/106
    • 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
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/204—Alkaline earth metals
    • B01D2255/2045—Calcium
    • 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
    • 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
    • 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
    • B01D2259/402—Further details for adsorption processes and devices using two beds
    • 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

Abstract

本文公开了一种气体捕获系统，包括：气体入口，布置成接收进入该系统的气体流；气体出口，布置成提供流出该系统的气体流；气体捕获区，用于在气体与气体的吸附剂之间进行质量传递；以及，吸附剂再生区，用于通过加热吸附剂来使该吸附剂释放出气体来再生吸附剂；其中：气体捕获区布置成接收来自吸附剂再生区的吸附剂；吸附剂再生区布置成接收来自气体捕获区的吸附剂用于再生；吸附剂是二氧化碳气体的固体吸附剂；并且气体捕获区包括：布置成接收输入至气体捕获区的吸附剂的吸附剂入口；布置成将吸附剂从气体捕获区中输出的吸附剂出口；一个或多个传质区，布置在吸附剂入口和吸附剂出口之间，使得在使用中随着吸附剂移动穿过传质区，吸附剂被保留在一个或多个传质区内并且在该一个或多个传质区中，气体与吸附剂之间发生质量传递；第一气体腔室；以及不同于第一气体腔室的第二气体腔室；其中，第一气体腔室、第二气体腔室以及一个或多个传质区布置成使得在使用中，存在气体的流动路径，该气体的流动路径包括气体从第一气体腔室流入到一个或多个传质区之一中，然后该气体从这一传质区流入到第二气体腔室中，以及然后该气体从第二气体腔室流回到这一传质区中。

Description

质量传递系统
技术领域
本发明的领域是用于气体和固体之间反应的反应器以及用于支持气体从固体中释放的反应器的设计。实施方式提供了与已知的反应器设计相比具有许多优点的新的反应器设计。
背景技术
化石燃料占世界能源需求的很大一部分。化石燃料燃烧的问题在于，它是人为二氧化碳(CO2)排放的主要来源。
减少CO2向大气中的排放的已知技术是碳捕获和储存(CCS)。燃烧后、燃烧前和氧燃烧(oxy-combustion)是从化石燃料工厂捕获CO2是三种主要选择。燃烧后技术的重要优点是该技术可重装进入现有的发电厂。
在CCS系统中，吸附剂从含碳气体中去除CO2。CCS系统还包括吸附剂再生器，在其中吸附剂将CO2释放到受控环境中，从而CO2不会被释放到大气中。然后将再生的吸附剂重新用于从气体中去除CO2。因此，吸附剂以回路的形式在CCS系统中移动。
用于燃烧后CO2捕获的吸附剂可以是多种市售水性胺溶剂中的任何一种，或者也可以是基于吸附技术的吸附剂。使用胺溶剂的吸附方法的优点是吸附反应器中的快速动力学。然而，缺点包括高昂的基建和运行成本。使用胺溶剂还会引起环境问题。与使用胺溶剂相比，使用固体吸附剂用于CCS具有许多技术和经济优点。用于CCS的固体吸附剂的实例是氧化钙(CaO)。
为了实现基于固体吸附剂的CCS系统，需要气-固反应器来支持固体吸附剂与含碳气体(例如来自化石燃料发电厂的烟道气)之间的反应。气固反应器中通常使用三种类型的床。这些是固定床、流化床和移动床。
当在连续运行的系统中使用具有固定床的反应器时，反应器需要复杂的操作和控制程序以使得该床以循环的方式交替地饱和和再生。固定床反应器的另一个问题是，在CCS应用于使用CaO吸附剂的化石燃料燃烧工厂的烟道气的特定应用中，烟道气的体积比固体颗粒的最佳体积流量高三个数量级。由于为了防止床流化来限制气体速度，从而需要大量的固定床，这大大增加了基建成本。
反应器的流化床是在其中固体和气体充分混合的鼓泡循环床。混合确保良好的传热和传质特性。由于反应器内部的大量流动，使得流化床反应器是固体颗粒的有效混合装置。然而，流化床反应器的问题在于各个固体颗粒的保留时间具有非常宽的概率分布。一些颗粒可能在反应器中停留数秒，而其他颗粒可能在反应器中停留数分钟。当反应的最佳保留时间为大约几分钟时，显著部分的固体将在反应器中停留很短的时间，以至于无法有效地完成反应，而另外的显著部分的固体在反应完成后的很长时间内仍会停留在反应器中。这降低了流化床反应器的效率并降低了其经济可行性。使用流化床反应器的另一个问题在于吸附剂颗粒的显著损耗以及反应器容器和内部部件的腐蚀。
在移动床反应器的已知设计中，固体颗粒容纳在竖直定向的反应器腔室中。固体颗粒以受控的方式被连续地送入到反应器的顶部并从反应器的底部取出。通过重力作用，反应器内部的固体床作为填料(plug)从反应器的顶部移动到反应器的底部。这确保了固体颗粒穿过反应器的特定保留时间。固体颗粒相当密集地堆积在移动床中，为气相留出相对较小的体积。气态反应物可以同流、逆流或错流的方式穿过反应器。已知设计的移动床反应器在气体具有相对较低浓度的反应物时是有问题的，在此时导致反应器内部存在需要穿过固体床运送的大比例的惰性气体。这会在气相产生较大的压降，并且在气体逆流的情况下，气体可能会使固体床迅速开始流化，使得系统不具备移动床反应器的特性。
通常需要提供一种用于大规模CCS应用的有效反应器。更一般地，需要提供一种用于其他传质应用的有效反应器。特别地，需要提供一种用于使用吸附剂来分离CO2和H2的有效反应器，其在通过重整过程产生H2时可能需要。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种气体捕获系统，该气体捕获系统包括：气体入口，该气体入口布置成接收进入该系统的气体流；气体出口，该气体出口布置成提供离开该系统的气体流；气体捕获区，该气体捕获区用于在气体与气体的吸附剂之间进行质量传递；以及吸附剂再生区，该吸附剂再生区用于通过加热吸附剂来使吸附剂释放出气体以再生吸附剂；其中：气体捕获区布置成接收来自吸附剂再生区的吸附剂；吸附剂再生区布置成接收来自气体捕获区的吸附剂以用于再生；该吸附剂是二氧化碳气体的固体吸附剂；并且所述气体捕获区包括：吸附剂入口，该吸附剂入口布置成接收输入至气体捕获区的吸附剂；吸附剂出口，该吸附剂出口布置成从气体捕获区输出将吸附剂；一个或多个传质区，该一个或多个传质区布置在吸附剂入口和吸附剂出口之间，使得在使用中，随着吸附剂移动穿过传质区时，吸附剂被保留在一个或多个传质区内并且在一个或多个传质区中，气体与吸附剂之间发生质量传递；第一气体腔室；以及第二气体腔室，该第二气体腔室不同于第一气体腔室；其中，第一气体腔室、第二气体腔室以及一个或多个传质区被布置成使得在使用中，存在气体的流动路径，该气体的流动路径包括气体从第一气体腔室流入到一个或多个传质区中之一中，然后气体从这一传质区流入到第二气体腔室中，以及然后气体从第二气体腔室流回到这一传质区中。
优选地，吸附剂再生区包括：布置成接收输入的吸附剂以用于再生的吸附剂入口；布置成输出再生的吸附剂的吸附剂出口；布置在吸附剂入口和吸附剂出口之间的一个或多个传质区，使得在使用中随着吸附剂移动穿过传质区，吸附剂被保留在一个或多个传质区内，并且在使用中在一个或多个传质区中加热吸附剂以产生气体；第一气体腔室；以及第二气体腔室，该第二气体腔室不同于第一气体腔室；其中，第一气体腔室、第二气体腔室以及一个或多个传质区被布置成使得在使用中，存在从气体入口到气体出口的气体流动路径，该气体流动路径包括气体从第一气体腔室流入到一个或多个传质区之一中，然后气体从这一传质区流入到第二气体腔室中，以及然后气体从第二气体腔室流回到这一传质区中。
优选地：气体捕获区中的传质区的数量与吸附剂再生区中的传质区的数量相同；存在多个传质区；并且可选地，传质区的数量在2至20之间。
优选地：气体捕获区和/或吸附剂再生区由一个或多个大致长方体的反应器提供；并且传质区中的一个或多个大致为长方体。
优选地：每个传质区是移动床；并且每个传质区布置成使得在使用中，穿过每个传质区的吸附剂的流动路是径竖直向下的。
优选地，传质区中的一个或多个包括侧壁，该侧壁将传质区与气体腔室隔开；其中，侧壁中的每个配置成使得在使用中，气体能够流过侧壁并且基本上没有吸附剂可以穿过侧壁。
优选地：在每两个相邻的传质区之间设置一个或多个气体导管；一个或多个气体导管中的每个包括多个气体腔室，其中，一个或多个气体导管中的每个气体导管中的气体腔室由气体不能流过的一个或多个挡板隔开；并且每个气体导管中的气体腔室竖直地对齐，且竖直相邻的气体腔室由大致水平的挡板隔开。
优选地，气体捕获系统进一步包括在每个传质区的端部处的流动控制机构，用于控制吸附剂可移动穿过传质区的速率。
优选地，气体捕获区包括在气体腔室中的一个或多个气体腔室中的冷却管；并且在使用中，冷却管布置成在气体腔室中冷却气体。
优选地，吸附剂再生区包括用于向吸附剂再生区供应热的热源。
优选地，吸附剂再生区中的热源接收来自气体捕获系统外部的热源的热；其中，可选地，质量传递系统外部的热源是催化燃烧器，优选催化完全燃烧器。
优选地，气体捕获系统包括：加热区，该加热区包括用于在加热区中加热吸附剂的加热系统、一个或多个移动床、一个或多个气体入口、一个或多个气体出口以及一个或多个气体腔室，其中，在使用中，当吸附剂在气体捕获区的吸附剂出口与吸附剂再生区的吸附剂入口之间移动时，吸附剂被保留在加热区的一个或多个移动床内；以及冷却区，该冷却区包括用于在所述冷却区中冷却吸附剂的冷却系统、一个或多个移动床、一个或多个气体入口、一个或多个气体出口以及一个或多个气体腔室，其中，在使用中，冷却区的一个或多个移动床接收从吸附剂再生区的吸附剂出口输出的吸附剂，并且当在冷却区中时，吸附剂被保留在冷却区的移动床内。
优选地，气体捕获系统进一步包括：一个或多个热回路；其中，加热系统包括每个热回路的第一部分，该第一部分布置在加热区的一个或多个气体腔室之一中；并且其中，冷却系统包括每个热回路的第二部分，该第二部分布置在冷却区的一个或多个气体腔室之一中。
优选地，所述气体捕获系统进一步包括气体循环系统，其中，所述气体循环系统布置成：将从加热区的气体出口输出的气体供应到冷却区的气体入口；并且将从冷却区的气体出口输出的气体供应到加热区的气体入口。
优选地，所述气体捕获系统进一步包括第一气体循环系统和第二气体循环系统，其中：第一气体循环系统布置成将从加热区的气体出口输出的气体供应到加热区的气体入口；并且第二气体循环将从冷却区的气体出口输出的气体供应到冷却区的气体入口。
优选地，在用于加热区和/或冷却区的每个气体循环系统中循环的气体包括空气、氮气、洁净的烟道气、氢气和惰性气体中的一种或多种。
优选地，根据前述权利要求中任一项所述的气体系统进一步包括用于吸附剂再生区中的气体的气体循环系统，其中，气体循环系统被布置成：将从吸附剂再生区的气体出口输出的气体供应到吸附剂再生区的气体入口。
优选地，由用于吸附剂再生区的气体循环系统循环的气体是基本上纯的二氧化碳。
优选地，气体捕获区、加热区、吸附剂再生区和冷却区包括在单个反应器的不同部分中。
优选地，气体捕获区包括在第一反应器中；并且加热区、吸附剂再生区和冷却区包括在第二反应器中。
优选地，气体捕获区、加热区、吸附剂再生区和冷却区中的任何两个、任何三个或全部包括在不同的反应器中。
优选地，气体捕获系统进一步包括：第一屏障，该第一屏障基本上防止了气体从气体捕获区中的气体腔室直接流至所热区中的气体腔室；第二屏障，该第二屏障基本上防止了气体从加热区中的气体腔室直接流至吸附剂再生区中的气体腔室；第三屏障，该第三屏障基本上防止了气体从吸附剂再生区中的气体腔室直接流至冷却区中的气体腔室。
优选地，在使用中，通过气体捕获系统的气体入口供应的气体包括CH4和H2O；并且在气体捕获区中进行吸附强化重整过程。
优选地，在使用中，在气体捕获区中进行吸附强化水煤气变换过程。
优选地，气体捕获区包括：在其中进行吸附强化重整过程的第一区；在其中进行吸附增强化水煤气变换过程的第二区；以及用于冷却吸附剂的一个或多个管道；其中：第一区包括气体捕获区的气体入口；第二区包括气体捕获区的气体出口；用于冷却吸附剂的一个或多个管道布置在第一区和第二区之间。
优选地，用于冷却吸附剂的一个或多个管道是热交换器的一部分，该热交换器被布置成在加热区和气体捕获区之间传递热。
优选地，在使用中，气体捕获区包括催化剂，该催化剂用于加速吸附强化重整过程和/或吸附增强化水煤气变换过程。
优选地，在使用中：颗粒在气体捕获系统中循环，其中每个颗粒同时包含催化剂和吸附剂；吸附剂和催化剂的独立颗粒在气体捕获系统中循环；和/或，催化剂的固定床设置在气体捕获区中。
优选地，吸附剂包括金属碳酸盐，诸如碳酸钙；并且在使用中，在气体捕获区中捕获的气体为二氧化碳。
根据本发明的第二方面，提供了一种发电系统，该发电系统包括：发电设备，该发电设备布置成通过燃烧碳质燃料来发电；根据第一方面的气体捕获系统；其中，气体捕获系统布置成接收从发电设备输出的烟道气并从该烟道气中除去二氧化碳。
优选地，发电设备是天然气联合循环设备。
优选地，发电设备进一步包括热交换器，该热交换器用于利用在气体捕获系统中产生的热来对发电设备中使用的空气进行预热。
根据本发明的第三方面，提供了一种从气体混合物中分离出气体的方法，该方法包括：通过根据第一方面的气体捕获系统接收气体混合物；以及使用该气体捕获系统从气体混合物中除去气体。
附图说明
图1是根据一实施方式的反应器设计的剖面图；
图2是根据一实施方式的反应器设计的剖面图；
图3是根据一实施方式的反应器设计的剖面图；
图4是根据一实施方式的反应器设计的剖面图；
图5是根据一实施方式的反应器设计的剖面图；
图6是根据一实施方式的反应器设计的剖面图；
图7A是根据一实施方式的反应器设计的横截面；
图7B是根据一实施方式的反应器设计的俯视图；
图7C是根据一实施方式的反应器设计的剖面图；
图7D是根据一实施方式的反应器设计的移动床的剖面图；
图7E是根据一实施方式的流动控制机构的一部分的剖面图；
图7F是根据一实施方式的反应器设计的回路阀的剖面图；
图8是根据一实施方式的系统；
图9是根据一实施方式的系统，其中示出了第一反应器设计和第二反应器设计；
图10是根据一实施方式的系统，其中示出了第一反应器设计和第二反应器设计；
图11A、图11B、图11C和11D示出了根据实施方式的可用于控制通过第一反应器设计和/或第二反应器设计的流量的流动控制机构；
图12是根据一实施方式的系统；
图13是根据一实施方式的系统；
图14是根据一实施方式的系统；
图15是根据一实施方式的系统；
图16是根据一实施方式的系统；以及
图17是根据一实施方式的系统。
具体实施例
根据第一实施方式，提供了用于支持吸附剂与气体之间反应的第一反应器。
根据第二实施方式，提供了用于支持其中使吸附剂再生的反应的第二反应器。
根据第三实施方式，提供了包括第一实施方式和第二实施方式的反应器的系统。
根据第四实施方式，提供了包括第一实施方式和第二实施方式的反应器的另一系统。
根据第五实施方式，提供了除气体捕获过程之外，还用于支持吸附强化重整过程以及可选地吸附强化水煤气变换过程的系统。
实施方式的优选应用是在用于大规模CCS应用的CCS系统中。CCS系统优选使用金属氧化物颗粒/丸粒，诸如氧化钙(CaO)颗粒/丸粒作为吸附剂。吸附剂优选以回路的形式在CCS系统中连续地移动，其中吸附剂用于捕获气体并随后在系统的每个回路中再生。
在从来自天然气联合循环发电厂(NGCC)的烟道气中捕获CO2的应用中，反应物的浓度小于4体积％。典型的400MW级NGCC由燃气轮机产生近2000m3/s的废气。为了在移动床反应器中通过碳酸盐回路捕获二氧化碳，需要约400kg/s的CaO颗粒。有效的CaO颗粒将需要直径为1mm至3mm的大致球状的丸粒形式，其堆积密度为约1000kg/m3。这使得循环固体的体积流量为0.4m3/s。可接受的CaO丸粒利用度需要在反应器中约3分钟的保留时间。这意味着固体丸粒床的总容积为72m3。明显不可能的是，在不会引起床的极端压降或流化的情况下，使2000m3/s的废气通过这种容积的移动床的已知设计。
对于燃煤发电厂，气体中的CO2浓度可能为12体积％至14体积％。来自诸如用于钢铁生产的高炉或水泥窑等工业过程的烟道气中可能含有浓度超过20％的CO2。然而，CO2与固体反应后剩余的惰性气体的体积实际上是相同的。因此，已知的移动床反应器设计面临与上述类似的问题。
实施方式通过提供用于在CCS系统中支持气固反应和从固体释放气体的新的反应器设计来解决上述问题。每个反应器包括用于将固体吸附剂运送通过反应器的多个移动床。每个反应器还包括用于使气体流过反应器的多个气体导管。对气流进行控制以迫使气体多次流过一个或多个移动床。
根据实施方式的反应器的具有优选应用是在CCS系统中支持固体吸附剂与含碳气体之间的反应。吸附剂优选为大致球状颗粒/丸粒形式的CaO颗粒，其直径为1mm至3mm并且堆积密度高达3000kg/m3，优选堆积密度在1000kg/m3至1500kg/m3的范围内。
实施方式还包括用于其他应用的反应器，诸如用于气体重整和/或从H2和CO2的混合物中除去CO2的反应器。
下面更详细地描述第一实施方式。
图1至图6、图7A和图7C示出了根据第一实施方式的第一反应器的剖面图。图7B是第一反应器的俯视图。如图1至图6、图7A和图7C所示，入口5位于第一反应器的顶部，吸附剂通过该入口5进入第一反应器。出口10位于第一反应器的底部，吸附剂通过该出口10离开第一反应器。在入口5和出口10之间是第一反应器的主体。
第一反应器的主体具有外壁1。第一反应器的主体的顶部设置有上部床6。在上部床6的下方设置有多个移动床7，该多个移动床7竖直向下地延伸穿过第一反应器的主体到达在第一反应器的底部的下部床9。第一反应器的主体还包括：通过其气体进行第一反应器的气体入口14，以及通过其气体离开第一反应器气体出口13。在竖直布置的移动床7与主体的外壁1之间设置有用于使气体流过主体中的腔室的气体导管。
移动床7的壁包括滤网板3。滤网板3具有将固体吸附剂保留在每个移动床7内而气体能够穿过该滤网板3的性质。滤网板3的可能设计可以是楔形丝网型，诸如Intamesh制造的那种，请参见http://www.intamesh.co.uk/(见2017年12月13日)。已知的是，该丝网作为滤网和过滤器用在除实施方式领域之外的其他行业中，诸在油气井钻井期间用于将泥浆和岩屑分离的振动筛。图7D是根据实施方式的具有楔形丝网作为壁的移动床7的剖面图。
为了使吸附剂颗粒的摩擦和应力最小化，优选将滤网板3竖直地定向。也就是说，板之间的间隙是线性并且定向的，从而该间隙平行于穿过第一反应器的吸附剂的流。出于相同的原因，如图7D所示，当滤网板3是楔形丝网时，楔形的平坦侧应提供移动床7外壁的内表面。楔形应具有以下性质：楔形中的开口不会大到导致吸附剂的颗粒能够穿过该开口，但是该开口应足够大以使得气体能够通过。吸附剂颗粒/丸粒的直径可以为约1mm至3mm，因此在楔形丝网中的合适的开口距离可以在0.2mm至0.8mm之间，优选为0.5mm。如图7D所示，提供移动床7外壁的内表面的楔形的平坦侧的宽度可以是1.5mm。
第一反应器被设计成使得其可以使用任何尺寸的吸附剂。楔形中的开口总是被设计成小于所有或基本上所有吸附剂颗粒的直径，因此颗粒不能穿过这些开口。例如，如果吸附剂颗粒的直径为0.5mm，则楔形中的开口可减小至0.3mm。
替代性地，滤网板3可以由穿孔板或覆盖有穿孔非常小(<1mm)的薄片的穿孔直径相当大(约10mm)的刚性厚穿孔板提供。在某些应用中，这些滤网板充分地将固体吸附剂颗粒保留在移动床7中，并且比楔形丝网便宜。
气体导管包括水平布置的挡板2，并且气体不能直接流过挡板2。优选地，在每个气体导管4中存在至少一个挡板2。在每个竖直排列的气体导管中设置一个或多个挡板2来将每个气体导管划分为多个单独且竖直对齐的腔室。
如图6所示，当气体导管4中的气体流到达挡板2时，挡板2迫使气体流出气体导管中的当前腔室、穿过滤网板3并进入移动床7中。然后，气体流过移动床7并进入不同气体导管的腔室。为了使气体能够从第一气体导管4中的腔室流到该同一第一气体导管中的相邻腔室中，经由第二气体导管中的腔室，相邻的气体导管中的挡板2在竖直位置优选是错开的，如图6所示。也就是说，在任何两个相邻的气体导管4中，所有的挡板2具有不同的竖直位置。如图6所示，穿过第一反应器的气体路径可包括多次流过同一移动床7。显然，穿过第一反应器的气体流动路径可以额外地或替代性地包括流过多个不同的移动床7。
因此，从气体入口14到气体出口13的气体流动路径包括气体流过多个腔室，其中只要气体在两个腔室之间流动时，气体就会流过移动床7中的一个。
优选地，第一反应器的主体大致为长方体。移动床7、气体导管和每个气体导管中的腔室中的每个均大致为长方体。每个移动床7的两个壁由滤网板3提供，每个移动床7的另外两个壁由主体的部分外壁1提供，并且移动床7在每个端部处是开放的以使吸附剂进入和离开移动床7。每个气体导管也是长方体，并且形成在两个移动床7之间，或者形成在移动床7和主体的外壁1之间。气体导管中的挡板2也是薄的长方体。有利地，第一反应器的主体的部件全部具有长方体的构造，因此可以容易地制造。当使用长方体的部件时，也将更容易构造第一反应器。
尽管第一反应器的主体优选为长方体，但是实施方式还包括柱状以及其他形状的第一反应器。
根据优选的实施方式，可以对吸附剂穿过移动床7的速率进行控制。在每个移动床7的下端部处设置有出口导管8。每个出口导管8包括流动控制机构。流动控制机构可包括例如一个或多个回路密封件(如图7F所示)和/或一个或多个可调节的挡板(如图7E所示)，并能够控制吸附剂移动进入下部床9的速率。优选地，一些气体被送入到回路密封件的气体入口中。这会产生向上的气体流，从而降低吸附剂颗粒移动穿过移动床的速率。第一反应器的流动控制机构也可以如下文参照图11A至图11D所述。
含碳气体与CaO之间的反应是放热反应。因此，需要从第一反应器中除去热，以使气体与吸附剂之间的反应条件在第一反应器的长期使用或连续使用期间保持在期望的温度范围内。为了除去第一反应器的热，第一反应器优选包括一个或多个冷却管12。如图4、图5、图7A和图7C所示，冷却管2具有进入第一反应器的入口15和离开第一反应器的出口16。冷却管2布置成穿过气体导管中的一个或多个。实施方式包括对于气体导管的每个腔室，存在一个或多个冷却管12；对于每个气体导管，存在一个或多个冷却管12；或者对于所有气体导管，存在一个或多个冷却管12。冷却管布置为直接对气体进行冷却，以便移除系统中的热。由于冷却管12不穿过移动床7，因此它们不会妨碍吸附剂在移动床7中的移动。在每个冷却管内存在根据已知技术的热交换器布置的循环的冷却剂。冷却剂可以是例如稀有元素之一(诸如氦)、钠或任何其他合适的工作流体。
图3和图5示出了用于提供进入第一反应器的气体导管4的气体流的气体入孔口312和气体出孔口311。在气体入孔口312和气体入口14之间有第一歧管，并且在气体出孔口311和气体出口13之间有第二歧管。在所示的气体入口14在气体出口13下方的配置中，穿过第一反应器的气体和吸附剂的相对流动除了错流分量外还包括逆流分量。然而，实施方式还包括气体入口14在气体出口13上方，并且穿过第一反应器的气体和吸附剂的相对流动除错流分量外还包括共流分量。
如图3所示，第一歧管和第二歧管优选地布置成连接到每个第二气体导管。实施方式还包括歧管连接到第一反应器的两侧，使得每个气体导管都连接到用于气体供应和抽出的歧管。这尤其适用于气流很大时，因为它降低了气流进入和离开第一反应器的速度。
实施方式包括在每个气体导管中有任意数量的挡板2。例如，气体导管中的挡板2的数量可以在1至10个之间。穿过第一反应器的气体的表观错流速度取决于气体导管中挡板2的竖直间距，因此挡板2的数量和间距优选被设计成使得达到对于第一个反应器的预期运行条件合适的错流速度。
在使用中，将吸附剂的固体颗粒/丸粒进料到第一反应器顶部处的入口5中。将含碳气体，诸如烟道气进料至气体入口14中。吸附剂移动穿过上部床6并被分开，从而其行进到多个平行的移动床7中。气体导管4中的挡板2迫使气体形成穿过一个或多个移动床7的多个流。在每个移动床7中，固体和气体之间的相对流动同时具有错流分量(由于气体移动穿过移动床)和竖直分量(相对于吸附剂的流动的逆流或共流)。
根据实施方式的第一反应器设计的优点是气体与吸附剂之间的接触非常有效。随着气体从气体入口流至气体出口，气体被迫使形成一个或多个移动床7的多个错流。在图6中清楚地示出，其中存在气体和吸附剂的错流和逆流。第一反应器具有类似于逆流移动床反应器的性质，在逆流移动床反应器中，固体分布在非常大的面积上并且床厚度较低。床的窄厚度使得气体错流速度较低，并且因此使得气体压降也较低。
根据实施方式的第一反应器的另一优点是气体导管的体积比移动床7的体积大得多。例如，每个气体导管的宽度可以在10cm至100cm的范围内，然而，每个移动床7的宽度可以在1cm至10cm的范围内。即使当气体与固体的体积比大于一千时，也可以容易地将第一反应器设计成将气流速度调整到10m/s至20m/s的优选范围内，并将移动床7中的吸附剂速度调整到1cm/s至10cm/s的范围内。
根据实施方式的第一反应器具有流化床反应器的气体流量大和移动床反应器的固体吸附剂特定保留时间的组合优点。由于吸附剂穿过移动床7的速度较低，所以吸附剂颗粒/丸粒上的机械应力也较低。
图6示出了相邻气体导管4之间的经过移动床7的气体流动路径18。平均竖直气流速度UFG由19来表示。气体的表观错流速度UCF由20来表示。移动床速度UMB由17来表示。
下文对冷却管的冷却要求进行进一步说明。
直径为2mm的无规堆积球的比表面积为900m2/m3。对于来自400MW级NGCC的用于烟道气的CaO循环CCS系统，第一反应器中固体吸附剂丸粒的总毛体积为72m3。这使得固体吸附剂和烟道气之间的总热表面积为64800m2。对于以约1m/s的表观速度穿过这种床的烟道气，热交换系数将为约500W/m2K。在这种系统中，为了使固体吸附剂的温度保持恒定，需要除去150MW的热。这意味着气体和固体吸附剂之间的温差为：
Figure BDA0002631538060000081
对于导管中气体流速为10m/s至20m/s，热交换系数为75W/m2K至150W/m2K。因此在管直径D为20mm至50mm的典型管束上进行强制对流。间距为2xD的矩形阵列中直径为20mm的导管的比面积为40m2。实施方式包括通过使用翅片管来增加比面积。碳酸化反应器中气体导管所需的体积将是72m3固体床体积的50倍。这在烟道气和管壁之间产生以下所需的温度差：
Figure BDA0002631538060000082
这意味着，每当气体通过安装在气体导管中的热交换器时，气体将得到有效冷却。因此，移动床7中的固体吸附剂将以有效的方式被间接地冷却。随着通过次数的增加，每通过移动床7一次将会减小气相中的温升。
图8示出了根据一实施方式的CCS系统。如整个文件所述，固体吸附剂，诸如CaO颗粒/丸粒以回路的方式在CCS系统中移动。CCS系统适合于重装进入化石燃料发电厂。
CCS系统包括烟道气的入口801、碳酸化器803、煅烧炉809、立管821以及洁净的烟道气的出口818和基本上纯的CO2的单独出口。
碳酸化器优选为如参照图1至图7F所述的第一实施方式的气固反应器。在碳酸化器803中，吸附剂与烟道气反应，从而大大降低了烟道气中的CO2浓度。在煅烧炉809中，通过加热吸附剂使其释放出CO2来再生吸附剂。然后，立管将再生的吸附剂返回至碳酸化器803的入口。
根据第一实施方式，第一反应器也可整合有一个或多个其他反应器。特别地，图9和图10还示出了根据一实施方式的CCS系统的实施，其中，第一反应器的实施整合有第二反应器，如下文将进行详细描述。
下面描述第二实施方式。
根据第二实施方式，提供了第二反应器809。第二反应器809被设计成接收固体颗粒并对颗粒进行加热，使得颗粒释放出气体。
第二反应器809的优选应用可以是作为上述煅烧炉809，在其中通过加热与碳酸化器803中使用的吸附剂相同的吸附剂使其释放二氧化碳气体来再生该吸附剂。
第二反应器809可以使用任何类型的吸附剂。优选地，吸附剂包括金属氧化物。更优选地，吸附剂包括氧化钙和/或碳酸钙。氧化钙可以在第一反应器803中与二氧化碳气体反应形成碳酸钙。然后在第二反应器809中通过加热碳酸钙使其变为氧化钙并释放出二氧化碳气体来使该吸附剂再生。
下面在第二反应器809的示例性应用中来描述第二反应器809，其接收碳酸钙颗粒并使碳酸钙再生，从而使其变成氧化钙颗粒并产生二氧化碳气体。
第二反应器809的实施方式示出在图9和图10中。示出的第二反应器809整合有上述第一反应器803和立管903的实施。
第二反应器809与第一反应器803的构造和设计特征的相似之处在于，第二反应器809的结构支持穿过固体颗粒的气体的显著错流，其与保留在移动穿中的固体颗粒一起在移动床901中竖直向下行进。
第二反应器809包括在第二反应器809的顶部处的入口，吸附剂通过该入口进入第二反应器809。在第二反应器809的底部的设置有出口，吸附剂通过该出口离开第二反应器809。在入口和出口之间的是第二反应器809的主体。第二反应器809的主体具有外壁。在第二反应器809中设置有一个或多个移动床901。每个移动床901从入口竖直向下地延伸穿过第二反应器809的主体直至第二反应器809的出口。第二反应器809的主体还包括至少一个气体入口和至少一个气体出口，气体通过该至少一个气体入口进入第二反应器809并且气体通过该至少一个气体出口离开第二反应器809。在竖直布置的移动床901与主体的外壁之间设置有用于使气体在主体中流动的气体导管。每个气体导管包括竖直叠置的多个腔室。
移动床901的壁包括滤网板。滤网板具有将固体吸附剂保留在每个移动床901内而气体能够穿过该滤网板的性质。第二反应器809中的滤网板可以与上文涉及第一反应器803所述的滤网板相同。
第二反应器809中的滤网板也可以以与上文针对第一反应器803所述的滤网板相同的方式布置。因此，为了使第二反应器809中的吸附剂颗粒的摩擦和应力最小化，优选将滤网板竖直地定向。也就是说，板之间的间隙是线性并且是定向的，从而该间隙平行于穿过第二反应器809的吸附剂的流。类似地，如在图7D示出的第一反应器803，当滤网板是楔形丝网时，楔形的平坦侧应提供第二反应器809中的移动床901的外壁的内表面。楔形应具有以下性质：楔形中的开口不会大到导致吸附剂的颗粒能够穿过该开口，但是该开口应足够大以使得气体能够通过。吸附剂颗粒/丸粒的直径可以为约1mm至2mm，因此在楔形丝网中的合适的开口距离可以在0.2mm至0.8mm之间，优选为0.5mm。如在图7D中所示出的第一反应器803，提供第二反应器809中的移动床901外壁的内表面的楔形的平坦侧的宽度可以是1.5mm。
替代性地，滤网板可以由穿孔板或覆盖有穿孔非常小(<1mm)的薄片的穿孔直径相当大(约10mm)的刚性厚穿孔板提供。在某些应用中，这些滤网板充分地将固体吸附剂颗粒保留在移动床901中，并且比楔形丝网便宜。
气体导管包括水平布置的挡板，并且气体不能直接流过挡板。优选地，在每个气体导管中存在至少一个挡板。在每个竖直排列的气体导管中设置一个或多个挡板来将每个气体导管划分为多个单独且竖直对齐的腔室。在任何两个相邻的气体导管中，优选所有的挡板具有不同的竖直位置。
第二反应器809中挡板、滤网板和移动床901的布置如涉及第一反应器803所进行的描述。因此，根据前文参照图6描述的相同过程，气体被迫使从气体导管流过滤网板并进入移动床，并且穿过滤网板进入气体导管。因此，从气体入口903到气体出口904的气体流动路径包括气体流过多个腔室，其中只要气体在两个腔室之间流动时，气体就会流过多个移动床901之一。
第二反应器809的主体大致为长方体。移动床901、气体导管和每个气体导管中的腔室中的每个均大致为长方体。每个移动床901的两个壁由滤网板提供，每个移动床901的另外两个壁由主体的部分外壁的提供，并且移动床901在每个端部处是开放的以使吸附剂进入和离开移动床。每个气体导管也是长方体，并且形成在两个移动床901之间，或者形成在移动床901和主体的外壁之间。气体导管中的挡板也是薄的长方体。有利地，第二反应器809的主体的部件全部具有长方体的构造，因此可以容易地制造。当使用长方体的部件时，也将更容易构造第二反应器809。
尽管第二反应器809的主体优选为长方体，但是实施方式还包括柱状以及其他形状的第二反应器809。
当将第二反应器809用于再生吸附剂的应用时，再生吸附剂的反应应该在对于该反应合适的温度下进行。例如，优选，在900℃下对碳酸钙进行加热以生成氧化钙和二氧化碳。当将第二反应器809用在吸附剂回路系统，诸如图8至图10所示的系统时，第二反应器809所接受的吸附剂的温度基本上处于第一反应器803中进行的反应的温度。第一反应器803中的氧化钙和二氧化碳之间的反应优选在约600℃下进行。因此，第二反应器809所接收的吸附剂的温度低于用于使吸附剂再生的合适温度。从第二反应器809输出的吸附剂经由立管返回到第一反应器803的输入。由第一反应器803接收的吸附剂的温度优选地适合于第一反应器803中的反应。因此，从第二反应器809输出的吸附剂的温度优选地基本上是第一反应器803所需的温度。
因此，第二反应器809可以在约600℃下接收吸附剂，并且第二反应器809优选在约600℃下输出吸附剂。在第二反应器809内，需要将吸附剂加热到约900℃，使得可以进行吸附剂的再生。
图9示出了第二反应器809中的三个不同的区。区1是第一区，区2是第二区，并且区3是第三区。
第一区设置在第二反应器809的顶部。在第一区中，将第二反应器809接收的吸附剂基本上加热至使吸附剂再生所需的温度。
第二区设置在第一区的下方。在第二区中，在用于使所接收的吸附剂再生的温度下，加热该所接收的吸附剂。
第三区设置在第二反应器809的底部。在第三区中，将吸附剂冷却到大约适合于输入到第一反应器803的温度。
因此，第二区设置在第一区和第三区之间，从而迫使从第二反应器809的入口到第二反应器809的出口的所有吸附剂流过第一区，然后流过第二区，并且然后再流过第三区。
图10示出了如何向第二区提供热量，使得第二区处于适合于使吸附剂再生的温度。热量可产生于外部燃烧器1001。外部燃烧器1001可以是催化燃烧器，并且优选地是催化完全燃烧器，诸如WO/2018/162675中描述的催化完全燃烧器，该文献的全部内容通过引用被并入到本文中。
热通过热回路/热交换器1002可从外部燃烧器1001传递到第二区。如图10所示，第二反应器809包括在第二区中的管道，该管道用于从外部燃烧器1001向第二区供应热量。如图10所示，工作流体可以从外部燃烧器1001流过第一歧管，从而将工作流体供应给穿过第二区的多个管道。第二歧管接收已经流过第二区的工作流体，并将工作流体返回到外部燃烧器1001。工作流体可以是任何合适的工作流体。例如，工作流体可以是稀有元素之一(诸如氦)、钠或任何其他合适的工作流体。如果使用钠，则该系统可以运行为自循环回路热管道系统。
如上所述，第一区将接收的吸附剂加热到在第二区中所需的温度，并且第三区对吸附剂进行冷却，使得从第三区输出的吸附剂与第一区接收的温度大致相同。第一区和第三区可以都连接热交换器，使得第一区中所需的热量由第三区供应到第一区。第一区和第三区之间的热传递既有效地向第一区提供热量，又从第三区除去热量。
如图10所示，在第一区和第三区之间优选地存在多个热回路/热交换器1003。每个热回路1003包括在第一区中的第一部分和在第三区中的第二部分。在每个热回路1003中，热量从热回路1003的第二部分传递到热回路1003的第一部分。
第二反应器809结构的对称性使得从第一区的输入到从第一区输出的吸附剂温度曲线基本上对应于从第三区输出到输入第三区的吸附剂温度曲线。当热回路1003的第二部分与同一热回路1003的第一部分之间的温差较小时，第一区与第三区之间的热传递效率最高。因此，对于每个热回路1003，热回路1003的第一部分相对于第一区的输入和输出的位置基本上对应于热回路1003的第二部分相对于第二区的输出和输入的位置。也就是说，第一部分靠近第一区的输入的热回路1003具有靠近第二区的输出的第二部分。类似地，第一部分靠近第一区的输出的热回路1003具有靠近第二区的输入的第二部分。因此，每个热回路1003的第一部分和第二部分处于相似的温度，从而提高了热传递的效率。
如图10所示，第一部分最靠近第一区的输入的热回路1003可以完全环绕所有的第一部分距离第一区的输入更远的热回路1003。每个热回路1003可以被另一热回路1003环绕，其中环绕第一部分和第二部分在第一区和第二区的相应位置处的热回路1003的温度低被环绕热回路1003的温度。
因此，第二反应器809的第一区、第二区和第三区都包括用于将热传递到该区或从该区传递出的管道。管道优选地不设置在第二反应器809的移动床901中，而是仅设置在移动床901之间的气体导管的腔室中。
用于将热从第三区传递到第一区并且从外部燃烧器1001传递到第二区的热回路1003可以是多种已知热回路设计中的任何一种。例如，热回路1003可以是在https://www.qats.com/cms/2014/08/04/understanding-loop-heat-pipes/(2018年10月15日查看)中公开的热回路中的任何一种。
通过迫使气体流动通过气体管道/腔室并且通过移动床901来将第二反应器809的管道的热传导到吸附剂，反之亦然。传递热的气体的源是当再生吸附剂时释放出的气体。用于热传递的气体也可以通过第二反应器809的气体入口903被供应到第二反应器809中。通过气体入口903将气体供应到第二反应器809确保了始终存在对于每个区的管道与移动床901中的吸附剂之间进行所需热传递的适当体积的气体。
通过第二反应器809的气体入口903供应到第二反应器809的气体可以是与吸附剂释放的气体相同的气体。例如，如果在吸附剂再生时释放出的气体是二氧化碳，则通过第二区的气体入口903供应的气体也可以是二氧化碳。通过供应与通过气体入口903释放的气体相同的气体，从而不会导致吸附剂释放的气体的纯度降低。
图10示出了流动穿过第二反应器809的气体出口904的一些气体如果能够进料到第二反应器809的气体入口903。进料到气体入口903的气体的比例可以通过风扇1004和/或其他气体流动控制机构来控制。没有进料到第二反应器809的气体入口的气体通过气体出口1005从系统流出，并且可以被存储或用于商业应用。
优选地，第二反应器809的气体入口903在第二反应器809的顶部，并且第二反应器809的气体出口904在第二反应器809的底部。因此，可以通过控制进入第二反应器809的气体的流量来精确地控制第二反应器809顶部的气压。
如图9所示，用于控制通过每个移动床901的吸附剂流的流动控制机构905可设置在第二反应器809的底部。流动控制机构905可以包括如涉及第一反应器803时所描述的并示出在图7E和图7F中的回路密封件或可调节的挡板。在图11A至图11D中还示出了可以使用的流动控制机构905的实例。
图11A至图11C所示的流动控制机构905通过气流来全部激活。图11A所示的流动控制机构905是回路密封件。图11B所示的流动控制机构905是L形密封件。图11C所示的流动控制机构905是J形密封件。
图11D所示的流动控制机构905是振动激活的密封件。当振动器不振动时，吸附剂颗粒之间的摩擦会阻止吸附剂从移动床流出。当振动器被激活时，振动器使容纳有吸附剂的导管的端部振动。这减小了吸附剂颗粒之间的摩擦，并且吸附剂从导管流出，并因此从移动床流出。
第二实施方式包括将第二反应器809用在任何应用中。尽管第二反应器809在图9和图10中示出第二反应器809整合有根据第一实施方式的第一反应器803，但是第二反应器809可以不整合有第一反应器803，并且可以是如图8所示的单独的反应器。第二反应器809可单独使用或与任何其他类型的反应器结合使用。
根据第三实施方式，将上文涉及第一实施方式所描述的第一反应器803和上文涉及第二实施方式所描述的第二反应器809整合在一起。
第一反应器与第二反应器的整合对于使气体吸附剂循环的特定应用特别有利。吸附剂在第一反应器803中捕获气体，然后在第二反应器809中释放气体。
如图9和图10所示，可以将第一反应器803直接设置在第二反应器809的上方。第一反应器803通过隔热部902与第二反应器809热隔绝。每个移动床901从第一反应器803畅通无阻地穿过隔热部902并到达第二反应器809。移动床901在隔热部902中的移动床901部分的壁是实心壁，而不是烧结板。
吸附剂在第一反应器803中从移动床901中的入口竖直向下在移动床901中行进，穿过第一反应器803、穿过隔热部902、穿过第二反应器809并穿过第二反应器809的移动床901的出口。
在第一反应器803的底部可能没有流动控制机构，而仅在第二反应器809的底部有流动控制机构905，如上文涉及第二实施方式所进行的描述。
第三实施方式在吸附剂回路系统中是特别优选的，在该吸附剂回路系统中，已穿过第一反应器和第二反应器的吸附剂被返回到第一反应器803的吸附剂入口。
从流动控制机构905流出的吸附剂通过立管821返回到第一反应器803的顶部。立管可以是任何类型的立管。例如，立管可以是如WO/2018/162675中所述的气体驱动式立管，该文献的全部内容通过引用被并入到本文中。可替代地，立管可以是螺旋式升运器。螺旋式升运器可以是振动驱动的。关于振动驱动的升运器的操作演示提供在：https://www.youtube.com/watch？v＝Foi_J1sJ0wI(上传于2018年10月15日)。通过升运器的振动，颗粒从螺旋式升运器的底部被运送到螺旋式升运器的顶部。可替代地，立管可以是机械输送机系统。
传感器可以测量整个系统的温度和压力。还可存在如下的传感器：该传感器测量由吸附剂捕获的气体(诸如二氧化碳)在第一反应器803接收的气体与从第一反应器803中流出的气体的混合物中的浓度。该测量可以被自动地提供给计算机系统。气体进入第一反应器803的流动、吸附剂穿过第一反应器和第二反应器的流动、气体进入第二反应器809的流动、第一反应器803的冷却以及第二反应器809的加热优选全部由计算机系统自动控制。计算机系统可以自动控制过程，以有效地从第一反应器803所接收的气体混合物中捕获气体，诸如二氧化碳。计算机系统还可以根据传感器自动反馈的数据来自动检测系统的操作错误/故障。
在第三实施方式的优选实施方式中，第一反应器803的气体入口在第一反应器803的底部，并且第一反应器803的气体出口在第一反应器803的顶部。第二反应器809的气体入口903在第二反应器809的顶部，并且第二反应器809的气体出口904在第二反应器809的底部。这种布置使得能够通过控制进入第一反应器和第二反应器中的气体流来精确地控制第一反应器803的底部与第二反应器809的顶部之间的压力差。优选地，对压力差进行控制以使得第二反应器809顶部的气压略大于第一反应器803底部的气压。这防止了第一反应器803中的任何气体流入到第二反应器803而导致的所捕获气体的纯度的降低。优选地，对压力差进行控制以使得该压力差基本上不大于防止气体从第一反应器803流向第二反应器809所必需的压力差，从而使得不会发生气体从第二反应器809到第一反应器803的明显流动。适当地控制压力差还避免了在第一反应器和第二反应器之间设置气固锁的任何需要。
根据第三实施方式的包括整合的第一反应器和第二反应器的上述吸附剂回路系统可以用于捕获烟道气的二氧化碳的应用。吸收剂在第一反应器803中捕获二氧化碳，并且吸收剂在第二反应器809中再生，同时释放出二氧化碳。释放出的二氧化碳然后可以用于商业应用或被存储。
根据实施方式的上述吸附剂回路系统包括：
碳酸化区，在该碳酸化区中，吸附剂去除包含CO2的气体混合物中的CO2；
加热区，在该加热区中，吸附剂从碳酸化温度被加热到吸附剂再生温度；
吸附剂再生区，在该吸附剂再生区中在使吸附剂释放CO2的温度下加热吸附剂；以及
冷却区，在冷却区中将吸附剂从吸附剂再生温度冷却到碳酸化温度。
该系统可以包括上述区中的每一区的多种可能的实例中的任何一种。
碳酸化区中的过程可以是前文根据第一实施方式的反应器所描述的过程。加热区、吸附剂再生区和冷却区可以分别是前文根据第二实施方式和第三实施方式所描述的第一区、第二区和第三区。
四个区中的每个区可以由单独的设备提供，或者这些区中的两个或更多个区可以在同一设备的不同部分内提供。
如上所述，可以例如通过在加热区和冷却区之间使用热交换器来将两个或更多个区彼此联接。然而，实施方式还包括每个区独立于其他区运行。即，加热区可以包括与向吸附剂再生区提供热量的热源分开的热源，并且冷却区可以包括不与加热区的热源联接的散热器。
该系统还可以包括用于使吸附剂在不同区之间移动的技术的多种可能实例中的任何一种。
图12示出了根据第四实施方式的吸附剂回路系统的实例。该系统包括碳酸化区1204、加热区1202、吸附剂再生区1201和冷却区1203。存在用于含碳气体(诸如烟道气)的气体输1206以及洁净气体的第一气体输出端1205。在吸附剂再生区1201中存在用于释放出的气体的第二气体输出端1208。存在用于将吸附剂返回到碳酸化区1204的吸附剂输入的立管821。立管可以是前文中至少涉及第一实施方式和第三实施方式所描述的立管821。
碳酸化区1204、加热区1202、吸附剂再生区1201和冷却区1203中的每个可以由单独的反应器提供或作为一个或多个反应器的不同部分提供。碳酸化区1204、加热区1202、吸附剂再生区1201和冷却区1203中的每个可以独立于其他区中的每个区运行，或者可以两个或更多个区联接在一起。
碳酸化区1204可以由在第一实施方式和第三实施方式中所描述的第一反应器803提供。加热区1202、吸附剂再生区1201和冷却区1203可以分别由在第二实施方式和第三实施方式中所描述的第一区、第二区和第三区提供。加热区1202和冷却区1203之间可设置热回路/热交换器1003，如在第二实施方式和第三实施方式涉及第一区和第三区所进行的描述。
吸附剂再生区1201的热源可以是如前文涉及第二实施方式和第三实施方式所述的将热传递到吸附剂再生区1201的外部燃烧器1001。
在碳酸化区1204、加热区1202、吸附剂再生区1201和冷却区1203的每个区中，固体吸附剂的颗粒与气体之间发生接触。用于提供这些区中的每个区的一个或多个反应器可具有如第一实施方式至第三实施方式中所描述的反应器设计，其中，反应器支持穿过固体颗粒的气体的大量错流在移动床中竖直向下行进。
在图12所示的根据第四实施方式的吸附剂回路系统1207的实例中，加热区1202和冷却区1203通过热回路1003联接在一起，如前文涉及第二实施方式和第三实施方式所进行的描述。
第一气体循环系统1207使气体在加热区1202和冷却区1203之间循环。在每个区中使用该气体以在热回路1003和吸附剂之间进行热传递。第一气体循环系统1207可包括：具有变频驱动器的一个或多个风扇，阀，以及用于控制第一气体循环系统1207中气体的量和气体在第一气体循环系统1207中流动的速率的其他部件。
第二气体循环系统1209使气体在吸附剂再生区1201内循环。在吸附剂再生区1209中使用该气体以在热回路1002和吸附剂之间进行热传递。第二气体循环系统可以包括具有变频驱动器的一个或多个风扇，阀，以及用于控制第二气体循环系统1209中气体的量和气体在第二气体循环系统1209中流动的速率的其他部件。第二气体循环系统1209包括用于输出基本上纯的CO2的第二气体输出端1208。
在第四实施方式中，第一气体循环系统1207与第二气体循环系统1209是分开的。因此，在第一气体循环系统1207中使用的气体可以与在第二气体循环系统1209中使用的气体不同。
在第一气体循环系统1207中使用的气体可以是例如空气、氮气、洁净的烟道气或惰性气体。优选地，第一气体循环系统1207中的气体是基本上不与吸附剂反应的气体，使得与吸附剂的反应基本上仅发生在碳酸化区1204和吸附剂再生区1201中。
第二气体循环系统1209中使用的气体优选是与吸附剂释放出的气体相同的气体，即CO2，使得输出基本上纯的CO2，并且不需要额外的过程来获得基本上纯的CO2。
图13和图14示出了根据第四实施方式的系统的实例的正交横截面。碳酸化和吸附剂再生过程整合在系统的单个反应器中。
该系统的反应器包括碳酸化区1204、加热区1202、吸附剂再生区1201和冷却区1203。
该反应器具有与前述实施方式中所述的反应器类似的设计。反应器包括在反应器顶部的入口，通过该入口吸附剂进入反应器的碳酸化区1204。出口位于在反应器的冷却区1203的底部，通过该出口吸附剂离开冷却区1203。在入口和出口之间是反应器的主体。反应器的主体具有外壁。反应器中设置一个或多个移动床。每个移动床从入口竖直向下延伸穿过反应器的主体到达反应器的出口。在竖直布置的移动床7与主体的外壁1之间是用于使气体在主体中流动的气体导管。每个气体导管包括多个垂直叠置的腔室。如涉及第一实施方式至第三实施方式所进行的描述，移动床的壁包括滤网板，气体导管包括挡板，用于提供吸附剂和气体的显著错流。反应器的主体优选为长方体，但是实施方式还包括柱状以及其他形状的反应器。
在反应器的底部设置有流动控制机构905，用于控制穿过反应器的吸附剂的流量。流动控制机构905可以与前文参照图7E、图7F、图11A、图11B、图11C和图11D涉及第一实施方式和第二实施方式所描述的那些相同。
碳酸化区1204包括至少一个气体入口1206和至少一个气体出口1205，通过该气体入口，气体进入碳酸化区，并且通过气体出口，气体离开碳酸化区1204。该至少一个气体入口1206可设置在碳酸化区1204的底部，并且该至少一个气体出口1205可设置在碳酸化区1204的底部。碳酸化区1204与加热区1202可通过气体屏障1309相隔开，该气体屏障包括横跨气体导管的板，其中所有的板在同一平面上。碳酸化区1204包括冷却剂输入端1401和冷却剂输出端1402。在使用中，冷却剂流过碳酸化区1204以使碳酸化区1204保持在适合用于碳酸化反应的温度。
加热区1202与吸附剂再生区1201通过第一屏障1301相隔开，该第一屏障1301允许吸附剂在加热区1202和吸附剂再生区1201之间流动但是基本上防止了气体在这些区之间流动。加热区1202包括一个或多个气体输入端1303和一个或多个气体输出端1304。该一个或多个气体输入端1303可设置在加热区1202的顶部，并且该一个或多个气体输出端1304可设置在加热区1202的底部。
吸收剂再生区1201与冷却区1203通过第二屏障1302相隔开，该第二屏障1302允许吸收剂在吸收剂再生区1201和冷却区1203之间流动但是基本上防止了气体在这些区之间流动。吸附剂再生区1201包括至少一个气体输入端1307和至少一个气体输出端1308。该至少一个气体输入端1307可设置在吸附剂再生区1201的顶部，该至少一个气体输入端1307可设置在吸附剂再生区1201的顶部。吸附剂再生区1201的热源可以是如前文涉及第二实施方式所描述的将热传递到吸附剂再生区1201的外部燃烧器1001。吸附剂再生区1201包括如上文所述的第二气体循环系统1209。第二气体循环系统1209中使用的气体优选是与吸附剂释放出的气体相同的气体，即CO2。
冷却区1203包括一个或多个气体输入端1305和一个或多个气体输出端1306。该一个或多个气体输入端1305可设置在冷却区1203的顶部，并且该一个或多个气体输出端1305可设置在冷却区1203的底部。
加热区1202和冷却区1203通过上文和前文对于第二实施方式和第三实施方式所描述的热回路1003以及上文所述的第一气体循环系统1207联接在一起。在第一气体循环系统1207中使用的气体可以是例如空气、氮气、洁净的烟道气或惰性气体。
通过反应器的温度曲线基本上如涉及第三实施方式所描述的那样。碳酸化区1204中吸附剂的温度可以为约600℃。在加热区1202的输出端处的吸附剂的温度可以为约850℃。在吸收剂再生区1201中，可以将接收的吸收剂加热到约900℃。冷却区1203的输出端处的吸附剂的温度可以为约600℃至650℃。
在第四实施方式中，传感器可以测量整个反应器/系统的温度和压力。还可存在如下的传感器：该传感器测量由吸附剂捕获的气体(诸如二氧化碳)在碳酸化区1204接收的气体与从碳酸化区1204中流出的气体的混合物中的浓度。该测量可以被自动地提供给计算机系统。气体进入碳酸化区1204的流动、吸附剂穿过反应器的流动、气体进入并在第一气体循环系统和第二气体循环系统中的流动、碳酸化区1204中的冷却、吸附剂再生区1201的加热以及加热区1202和冷却区1203之间的热交换优选全部由计算机系统自动控制。计算机系统可以自动控制过程，以有效地从气体混合物中捕获气体，诸如二氧化碳。计算机系统还可以根据传感器自动反馈的数据来自动检测系统的操作错误/故障。
优选地，对整个系统的压力进行控制，以使得反应器中的气体屏障1309、第一屏障1301和第二屏障1302之间基本上没有压力差，因此基本上在反应器的不同区之间没有穿过界面的气流。
第四实施方式还包括如下替代性的实例：碳酸化区1204、加热区1202、吸附剂再生区1201和冷却区1203中的两个或更多个由单独的反应器提供并且不一起整合在单个反应器中。
第四实施方式的吸附剂回路系统的上述实例可以用于从烟道气中捕获二氧化碳的应用。吸附剂在碳酸化区1204中捕获二氧化碳，并且随着二氧化碳的释放，吸附剂在吸附剂再生区1201中再生。释放出的二氧化碳然后可以用于商业应用或被储存。
根据第五实施方式，该系统被设计用于生产氢气H2的应用。通过重整过程生产的氢气会生成包含氢气和二氧化碳的气体混合物。第五实施方式的系统使用与涉及第四实施方式所描述的过程类似的过程来从气体混合物中除去CO2，从而产生基本上纯的H2。第五实施方式中使用的吸附剂可以是与第一实施方式至第四实施方式中所述的相同的CO2吸附剂。
已知的过程是吸附强化重整SER。在SER反应中，甲烷与H2O反应来生成CO、CO2和H2。SER反应可在大约575℃下进行。
另一种已知的过程是吸附强化水煤气变换SEWGS反应。在SEWGS反应中，CO与H2O反应来生成CO2和H2。SEWGS反应可以在大约400℃至450℃下进行。
在第五实施方式中，设置一个或多个反应器用于进行SER和SEWGS反应。通过SER和SEWGS反应生成的CO2可通过CO2吸附剂的移动床除去。然后使吸附剂再生并将其返回到移动床的吸附剂输入端。
在图15、图16和图17中示出了第五实施方式的实例。图15、图16和图17示出了根据第五实施方式的系统的实例的横截面。SER、SEWGS、碳酸化和吸附剂再生过程都整合在系统的单个反应器中。
图15示出了根据第五实施方式的系统的第一实例，其中用于加热和冷却的管道穿过反应器系统的移动床。图16和图17示出了根据第五实施方式的系统的第二实例，在该第二实例中，管道以图15中所示地正交。第二实例的管道仅穿过气体导管，而没有穿过移动床。第五实施方式的第一实例和第二实例的所有其他特征可以彼此相同。
该系统包括立管821，用于将吸附剂从反应器的吸附剂输入端移动至反应器的吸附剂输出端。立管可以基本上如针对前述实施方式所描述的。然而，对于立管的气体驱动实施方式，该气体应为输入到反应器的SER和SEWGS区的气体中之一，诸如甲烷。
该系统的反应器包括SER区1501、SEWGS区1502、加热区1202、吸附剂再生区1201和冷却区1203。SER区1501和SEWGS区1502一起提供在其中吸附剂除去反应过程中产生的二氧化碳的碳酸化区。
该反应器具有与涉及第四实施方式所描述的反应器类似的构造。反应器包括在反应器顶部的入口，吸附剂通过该入口进入反应器的SER区1501。在反应器的冷却区1203的底部设置有出口，吸附剂通过该出口离开冷却区1203。在入口和出口之间是反应器的主体。反应器的主体具有外壁。在反应器中设置一个或多个移动床。每个移动床从入口竖直向下延伸穿过反应器的主体到达反应器的出口。在竖直布置的移动床与主体的外壁之间是用于使气体在主体中流动的气体导管。每个气体导管包括多个垂直叠置的腔室。如涉及第一实施方式至第四实施方式所进行的描述，移动床的壁包括滤网板，气体导管包括挡板，用于提供吸附剂和气体的显著错流。反应器的主体和/或移动床优选为长方体，但是实施方式还包括柱状以及其他形状的反应器。
在反应器的底部设置有流动控制机构905，用于控制穿过反应器的吸附剂的流量。流动控制机构905可以与前文参照图7E、图7F、图11A、图11B、图11C和图11D涉及第一实施方式和第二实施方式所描述的那些相同。
SER区1501包括至少一个气体入口1504，通过该气体入口，气体进入SER区1501。在使用中，CH4和H2O被输入到SER区1501中，并且上述SER反应在约575℃下进行。
在SER区1501中发生的另一反应是在移动床中，吸附剂的碳酸化反应。碳酸化反应从SER区的气体混合物中除去了SER反应产生的部分或全部CO2。SER区可能不需要冷却系统或加热系统，因为SER反应是吸热的而碳酸化反应是放热的。因此，只要SER反应和碳酸化反应两者均发生，反应温度就可以大约保持恒定在约575℃至600℃。当CO2浓度下降并且发生较少的碳酸化时，反应温度可能会下降。
在本实施方式的替代性实例中，SER区可以包括加热系统和/或冷却系统，用于控制反应温度。
SEWGS区1502位于SER区1501下方，并且SER区1501和SEWGS区1502之间没有将其将隔开的屏障。在SEWGS区中进行SEWGS反应。进行SEWGS反应的温度可以为约450℃。随着碳酸化的量的降低，吸附剂和/或气体的温度可能会从575℃降至450℃。然而，如下面更详细描述的，吸附剂和/或气体的温度可以通过冷却系统来主动降低。SEWGS反应产生的CO2通过吸附剂而除去，因此基本上唯一残留的气体是SER和SEWGS反应的H2产物。SEWGS区1502包括至少一个气体出口1505，通过其气体离开SEWGS区1502。
SEWGS区1502与加热区1202可通过第三气体屏障1503而相隔开，该第三气体屏障1503允许吸附剂在SEWGS区1502和加热区1201之间流动但是基本上防止气体在这些区之间流动。
可以在SEWGS区1502和加热区1202之间设置热回路/热交换器1508。热回路/热交换器1508冷却气体和/或吸附剂，使得其处于适合于SEWGS反应的温度。热回路/热交换器1508可以具有与前文涉及第二实施方式至第四实施方式中的所述热回路相同的布置。也就是说，第一回路可以被第二回路环绕，其中第二回路具有温度比第一回路高的部分。
在本实施方式的替代性实例中，在SEWGS区1502和加热区1202之间没有热交换器。可以在SER区1501和SEWGS区1502之间设置独立的加热系统和/或冷却系统，以在气体和/或吸附剂进入SEWGS区时控制该气体和/或吸附的温度。类似地，可以在加热区1202中设置独立的加热系统和/或冷却系统，以控制其中的气体和/或吸附剂的温度。
如涉及第四实施方式所进行的描述，加热区1202与吸附剂再生区1201通过第一屏障1301相隔开。如图15至图17所示的加热区1202的实例与图12至图14所示的加热区1202的实例之间的区别在于，图15至图17中的加热区1202具有其自身的气体循环系统，该气体循环系统不与冷却区1203的气体循环系统联接。加热区1202在其他方面可以与涉及第四实施方式所描述的加热区1202基本上相同。
如涉及第四实施方式所进行的描述，吸附剂再生区1201与冷却区1203通过第二屏障1302而相隔开。吸附剂再生区1201可以与第四实施方式的吸附剂再生区1201基本上相同。吸附剂再生区1201的热源可以是通过热回路/热交换器1002将热量传递到吸附剂再生区1201的外部燃烧器1001，如涉及第二和第四实施方式所进行的描述。吸附剂再生区1201包括其自身的气体循环系统1209如涉及第四实施方式所进行的描述。第二气体循环系统1209中使用的气体优选是与吸附剂释放出的气体相同的气体，即CO2。
图15至图17所示的冷却区1203的实例与图12至图14所示的冷却区的实例之间的区别在于，图15至图17中的冷却区1203具有其自身的气体循环系统，该气体循环系统不与加热区1202的气体循环系统联接。冷却区1203在其他方面可以与涉及第四实施方式所描述的基本相同。
在加热区1202和冷却区1203的每个区中使用的气体可以是例如空气、氮气、H2或惰性气体。
在第五实施例中，传感器可以测量整个反应器/系统的温度和压力。还可以存在测量气体(诸如氢气和二氧化碳)的浓度的传感器。该测量可以被自动地提供给计算机系统气体流动，吸附剂穿过反应器的流动、加热和任何冷却全部优选由计算机系统自动控制。计算机系统还可以根据传感器自动反馈的数据来自动检测系统的操作错误/故障。
优选地，控制整个系统的压力，使得反应器中的第三气体屏障1503、第一屏障1301和第二屏障1302之间基本上没有压力差。这种压力控制有助于确保基本上没有气流穿过反应器内不同区之间的界面。
第五实施方式还包括如下替代性的实例：SER区1501、SEWGS区1502、加热区1202、吸附剂再生区1201和冷却区1203中的两个或更多个区由单独的反应器提供并且不一起整合在单个反应器中。
第五实施方式的吸附剂回路系统的上述实例可以用于通过重整过程生产氢的应用。有利地，捕获氢气生产过程中的二氧化碳副产物。
在第五实施方式的替代性实例中，存在SER区，但是没有SEWGS区。因为不需要冷却系统来冷却SER区和加热区1202之间的气体和/或吸附剂，所以这使得反应器设计更简单。如以上涉及第四实施方式所进行的描述，单个气体循环系统可以使气体在加热区1202和冷却区1203之间循环。第五实施方式的本实例在其他方面可以基本上如以上参照图15至图17所述的那些。
在本实例中，不进行SEWGS反应，因此，所产生的气体除了主产物H2外还可以包括CO和/或其他气体。可以通过使主产物H2穿过膜或使用其他技术来进行改进，即纯化。替代性地，对于H2的纯度要求不严格的应用，可以直接使用主产物H2。例如，可以使主产物H2在燃气轮机中燃烧。
可以使用其他技术来将吸附剂加热到吸附剂再生区1201中所需的温度。例如，可以从催化燃烧器中注入废气，这将直接加热吸附剂，并且也由于发生碳酸化作用而间接加热吸附剂。也可以使用具有任何适当高温源的热交换器。
可替代地，吸附剂再生区也可通过注入来自气体重整的氧气和CH4和/或CO来直接加热。
可替代地，从吸附剂再生区输出的吸附剂可通过使用冷的CH4提升气体，然后使用在SER区作为反应物的CH4来直接被立管821，即气体立管冷却。
已经参照在重整过程中使用甲烷作为反应物描述了第五实施方式。实施方式还包括施用天然气和其他含烃气体来代替甲烷。
第五实施方式的实例还包括使用催化剂来加速SER反应和/或SEWGS反应。该催化剂可以是用于SER和/或SEWGS过程的任何已知的催化剂。该催化剂可以是例如负载在水滑石衍生材料上的Pd-Ni/Co的重整催化剂，即Pd-Ni/Co HT催化剂。
可以将催化剂的丸粒/颗粒添加到吸附剂的丸粒/颗粒中，以在整个系统循环的颗粒既包括吸附剂颗粒又包括独立的催化剂颗粒。
替代性地，可以使用作为吸附剂和催化剂组合的丸粒/颗粒。例如，在吸附剂的生产期间，可以使催化剂沉积在吸附剂丸粒/颗粒的一些或全部外表面上。这种吸附剂和催化剂的组合相对于吸附剂和催化剂的单独颗粒的优点可包括降低了扩散限制、更易于在整个系统中的循环以及降低了总成本。
替代性地，向SER区和SEWGS区供应催化剂可以独立于向SER区和SEWGS区供应吸附剂。例如，SER区和SEWGS区可以包括催化剂的固定床。固定床可平行于吸附剂的移动床布置，其中气体能够穿过这两个床。该实例的优点在于，如果将吸附剂丢弃，并用新的吸附剂来代替，则可能不会丢弃包含昂贵金属的催化剂。
实施方式还包括使用已知的SER和/或SEWGS过程来生产H2和CO2气体混合物。然后，将H2和CO2气体混合物用作根据第三实施方式或第四实施方式用于分离CO2和H2气体的系统的气体输入物。
下面更详细地描述在实施方式中可使用的吸附剂。
对于二氧化碳的特别有利的吸附剂是混合氧化物，特别是基于CaO、MgO和NaO的混合氧化物形式。特别优选的吸附剂是申请号为PCT/EP2006/003507和PCT/EP2018/055828的国际专利申请中公开的吸附剂，该专利申请的全部内容通过引用被并入到本文中。
吸附剂可以由固体颗粒组成。颗粒可以是小的并且为大致球状珠和/或丸粒(例如基本上为柱状)。吸附剂的活性成分，例如氧化钙/碳酸钙优选与粘合剂结合。
吸附剂捕获和释放气体归因于吸附剂与气体的反应。反应可以是吸附和/或解吸附过程或者为引起捕获和/或释放气体的其他过程。
实施方式还包括捕获除二氧化碳以外的其他气体，在特定实施例中包括从酸性气体中捕获硫化氢。吸附剂可以是MnO、CuO和ZnO中的一种或多种。
实施方式还包括使用不同吸附剂的混合物，使得通过气体捕获系统能够捕获一种以上的气体。例如，可以将用于二氧化碳和硫化氢的不同的吸附剂颗粒混合，然后一起使用。然后，气体捕获系统可以从气流中捕获二氧化碳和硫化氢。
随着吸附剂在系统中再循环，吸附剂会在使用形式和再生形式之间变化。术语“吸附剂”通常是指在吸附剂循环中任何时刻的吸附剂颗粒，并且可以是处于其使用形式或再生形式的吸附剂。此外，吸附剂在吸附剂循环中任何时刻可以总是处于使用形式和再生形式的吸附剂颗粒的混合物。气体捕获和吸附剂再生过程会改变吸附剂循环中特定时刻的吸附剂形式的相对浓度。
实施方式包括上述技术的多种修改和变型。
实施方式不限于使用固体吸附剂，并且在根据实施方式的第一反应器和第二反应器中使用的固体可以是任何类型的固体反应物。
实施方式不限于使用如图中具体示出的反应器设计，并且根据实施方式的反应器设计可以是任何类型的质量传递系统。
每个移动床的侧壁中的开口均优选小于500μm，更优选小于400μm，进一步优选小于200μm。
取决于应用，可以在宽范围的尺寸下，制造根据实施方式的第一反应器和第二反应器。
第一反应器的下部床9的壁可以以约60度至70度之间的角度倾斜，以促进吸附剂由于重力移出第一反应器。
实施方式包括第一反应器的下部床9包括可以是中空的一个或多个空间消耗结构。这些有助于使吸附剂从第一反应器中移出。
挡板优选地基本上是刚性的，使得它们有助于加强第一反应器和第二反应器，特别是移动床7、901的壁的结构。
在第二实施方式至第五实施方式中，为吸附剂再生过程提供热的燃烧器1001不限于在第二反应器809的外部，并且实施方式包括将燃烧器1001整合在第二反应器809中。用于吸附剂再生的热源优选是催化燃烧器，更优选是催化完全燃烧器。热源可以通过吸附剂再生过程中的任何已知技术来提供。特别地，热源可以包括碳质燃料在空气和/或纯氧存在下的燃烧。用于吸附剂再生的热源可以是例如来自另一种过程的气流(诸如烟道气流)和/或来自诸如金属制造行业中的炉子的多余的热。
在第二实施方式至第四实施方式中，热通过热回路1003在第二反应器809的第一区和第三区之间传递。实施方式包括第二反应器809的第一区和第三替代性地具有各自独立的加热系统和冷却系统，并且第一区和第三区不通过热回路彼此连接。
在第二实施方式至第五实施方式中，通过第二反应器809的气体入口903供应到第二反应器809的气体不限于是与在吸附剂再生期间释放出的气体相同的气体，并且实施方式包括供应到第二反应器809的气体是与吸附剂释放出的气体不同的气体。
在至少第四实施方式中，碳酸化区1204中的一些气体可以被用作由第一气体循环系统循环的气体。可以没有气体屏障1309，也没有气体输入端1303。来自气体输出端1304的气体被供应到冷却区1203。来自冷却区的气体输出端1306通过气流出口1205可以将气体供应到包括从系统流出的主气流的气流。
将理解的是，实施方式的实例可以包括未在本文中明确描述的许多标准部件。例如，该系统可以包括超过1个的风扇和阀，用于控制系统中气体和吸附剂的流动,。
第一反应器和第二反应器均包括气体导管，其中在该气体导管中的腔室由挡板隔开。每个反应器的气体导管中的挡板数量以及随之产生的腔室数量可以不同。每个反应器中挡板之间的间隔可以是恒定的，或者也可以不是恒定的。特别地，挡板在彼此之间可具有可变的竖直间隔。因此，气体腔室的长度沿着反应器的竖直长度可增加或减少。
在整个实施方式中，描述了移动床的使用。根据实施方式的移动床通常是质量传递区。
已经参照基于CaO的固体吸附剂对实施方式进行了描述。然而，实施方式包括第一反应器和第二反应器与用于CCS中的其他类型的固体吸附剂一起使用。
实施方式包括第一反应器和第二反应器用不是CCS的其他应用中。特别地，吸附剂可以例如是SO2或其他气体的吸附剂。
尽管实施方式已经呈现的待净化的气体为烟道气，但是实施方式可以与任何气体一起使用，并且不限于来自燃烧过程的烟道气。待净化的气体可以被称为脏气体。脏气体可以是从井口直接输出的酸性气体。可以通过捕获硫化氢内容物来净化该酸性气体。
实施方式还包括对诸如发电工业、金属生产工业、水泥生产工业和矿物加工工业之类的工业中的气体进行净化(通过去除CO2和/或其他气体)。特别地，实施方式可用于对来自水泥生产过程、高炉过程、钢铁生产过程和用于氢生产的重整过程中的气体进行净化。
实施方式适用于工业规模的过程。特别地，实施方式特别适合于提供一种气体捕获系统，该气体捕获系统捕获由发电站/发电厂产生的二氧化碳气体。这包括产生二氧化碳气体的所有类型的发电厂，诸如通过燃烧碳质燃料发电的发电厂。根据实施方式的气体捕获系统被布置成接收从发电厂输出的烟道气并从该烟道气中除去二氧化碳。该发电厂可以是天然气联合循环发电厂。热交换器可用于利用气体捕获系统中产生的热来预热发电厂中使用的空气。
实施方式的气体捕获系统的所有部件都是可扩展的，使得该气体捕获系统既适合于捕获来自为最大的二氧化碳气体发生器的发电站的气体，也适合于捕获来自为相对较小的二氧化碳气体发生器的发电站的气体。
实施方式包括以下编号的各项：
1.一种用于在气体和固体反应物之间提供质量传递的质量传递系统，该质量传递包括：
气体入口，该气体入口布置成接收进入该质量传递系统的气体流；
气体出口，该气体出口布置成提供离开该质量传递的气体流；
反应物入口，该反应物入口布置成接收输入至质量传递系统中的固体反应物；
反应物出口，该反应物出口布置成从质量传递系统输出固体反应物；
一个或多个传质区，该一个或多个传质区布置在反应物入口和反应物出口之间，使得在使用中，随着固体反应物移动穿过传质区，固体反应物被保留在一个或多个传质区内并且在一个或多个传质区中，气体与固体反应物之间发生质量传递；
第一气体腔室；以及
第二气体腔室，该第二气体室不同于第一气体腔室；
其中，第一气体腔室、第二气体腔室以及一个或多个传质区布置成使得在使用中，存在从气体入口到气体出口的气体流动路径，该气体流动路径包括气体从第一气体腔室流入到一个或多个传质区之一中，然后气体从这一传质区中流入到第二气体腔室中，以及然后气体从第二气体腔室流回到这一所述传质区。
2、根据项1所述的质量传递系统，其中，第一气体腔室、第二气体腔室以及所述一个或多个传质区中的这一传质区被布置成使得在使用中，从第一气体腔室流入到所述一个或多个传质区中的这一传质区的气体流是直接气体流，并且
从所述一个或多个传质区中的这一传质区流入到第二气体腔室中的气体流是直接气体流。
3、根据项1或2所述的质量传递系统，其中，存在多个传质区。
4、根据项3所述的质量传递系统，其中，所述传质区的数量在3至20之间；优选地，传质区的数量为10。
5、根据前述项中任一项所述的质量传递系统，所述质量传递系统进一步包括：
用于固体反应物的上部床；
主体，该主体包括一个或多个传质区；以及
用于固体反应物的下部床；
其中：
上部床布置在反应物入口与主体之间；并且
下部床布置在主体与反应物出口之间。
6、根据项5所述的质量传递系统，其中：
主体是大致长方体；并且
一个或多个传质区中的每个传质区为大致长方体。
7、根据前述项中任一项所述的质量传递系统，其中，一个或多个传质区中的每个传质区布置成使得在使用中，固体反应物竖直向下地移动穿过所述传质区。
8、根据前述项中任一项所述的质量传递系统，其中，每个传质区包括侧壁，每个所述侧壁将所述传质区与气体腔室隔开。
9、根据项8所述的质量传递系统，其中，每个所述侧壁被配置成使得在使用中，气体能够流过侧壁，并且基本上没有固体反应物可以穿过侧壁。
10、根据项8或9所述的质量传递系统，其中：
每个侧壁是包括开口的板；并且
板中开口的直径为400μm或更小。
11、根据前述项中任一项所述的质量传递系统，其中：
在每两个相邻的传质区之间和/或在传质区与主传递系统的外壁之间设置有一个或多个气体导管；
每个气体导管包括多个气体腔室，其中，每个气体导管中的气体腔室由气体不能穿过的一个或多个挡板隔开。
12、根据项11所述的质量传递系统，其中，每个气体导管中的气体腔室与相邻气体腔室竖直地对齐，该相邻的气体腔室由水平的挡板隔开。
13、根据项11或12所述的质量传递系统，其中，每个挡板被布置在两个传质区的侧壁之间或者布置在传质区的侧壁与所述质量传递系统的外壁之间。
14、根据项11至13中任一项所述的质量传递系统，其中，每个气体导管中存在至少一个挡板。
15、根据项11至14中任一项所述的质量传递系统，其中，每个气体导管中，挡板的数量在2至5之间。
16、根据项11至15中任一项所述的质量传递系统，其中，所述挡板被布置成使得在使用中，当气体从所述气体入口流动到气体出口时，气体被布置成至少三次流过一个或多个传质区。
17、根据前述项中任一项所述的质量传递系统，其中，所述质量传递系统包括在一个或多个气体腔室中的冷却管；并且
在使用中，冷却管被布置成在气体腔室中冷却气体。
18、根据前述项中任一项所述的质量传递系统，该质量传递系统进一步包括在每个传质区的端部的流动控制机构，该流动控制机构用于控制固体反应物能够移动穿过所述传质区的速率。
19、根据项18所述的质量传递系统，其中，所述流动控制机构是回路密封件。
20、根据项18或19所述的质量传递系统，其中，每个流动控制机构包括气体入口；并且
在使用中，一些气体被送入到每个流动控制机构的气体入口，以控制固体反应物移动穿过一个或多个传质区的速率。
21、根据前述项中任一项所述的质量传递系统，其中：
反应物入口布置在反应物出口的上方；并且
气体入口布置在气体出口的下方，使得在使用中，存在穿过一个或多个传质区的气体和固体反应物的逆流。
22、根据项1至20中任一项所述的质量传递系统，其中：
反应物入口布置在反应物出口的上方；并且
气体入口布置在气体出口的上方，使得在使用中，存在穿过一个或多个传质区的气体和固体反应物的共流。
23、根据前述项中任一项所述的质量传递系统，其中，所述固体反应物是吸附剂。
24、根据项23所述的质量传递系统，其中，所述吸附剂是二氧化碳气体的吸附剂。
25、一种碳捕获和储存CCS系统，包括根据前述项中任一项所述的质量传递系统。
26、一种在质量传递系统在气体与固体反应物进行质量传递的方法：
提供固体反应物穿过质量传递系统的一个或多个传质区的流动路径，其中，随着固体反应物移动穿过一个或多个传质区，固体反应物被保留在一个或多个传质区内，并且气体与固体反应物之间在一个或多个传质区中发生质量传递；以及
提供气体穿过质量传递系统的流动路径，使得气体从质量传递系统的第一气体腔室流入到一个或多个传质区之一中，然后气体从这一传质区流入到质量传递系统的第二气体腔室中，并且然后气体从第二气体腔室流回到这一传质区中，该第二气体腔室不同于该第一气体腔室。
27、根据项26所述的方法，其中，所述质量传递系统是根据项1至24中任一项所述的质量传递系统。
实施方式还包括以下编号的陈述：
1、一种被布置成在固体和气体之间提供质量传递的质量传递系统，所述质量传递系统包括：
一个或多个反应物入口，该一个或多个反应物入口被布置成接收进入质量传递系统的固体反应物颗粒的输入物；
一个或多个反应物出口，该一个或多个反应物出口被布置成提供离开质量传递系统的固体反应物颗粒的输出物；
一个或多个气体出口，该一个或多个气体出口布置成提供离开质量传递系统的气体流；
热源，该热源用于向质量传递系统供应热；
一个或多个热回路，其中，每个热回路包括第一部分和第二部分；
其中，质量传递系统被配置成使得该质量传递系统包括第一区、第二区和第三区，其中，第一区设置在一个或多个反应物入口与第二区之间，第二区设置在第一区与第三区之间，并且第三区设置在第二区与一个或多个反应物出口之间，使得当质量传递系统在使用中且反应物移动穿过质量传递系统时，反应物在移动穿过第二区之前先移动穿过第一区，并且反应物在移动穿过第三区之前先移动穿过第二区；
其中，热源设置在第二区中并且布置成对第二区中的反应物进行加热，使得在使用中，反应物释放出气体。
其中，对于一个或多个热回路中的每个热回路，热回路的第一部分设置在第一区中并且布置成对第一区中的反应物进行加热；以及
其中，对于一个或多个热回路中的每个热回路，热回路的第二部分设置在第三区中并且布置成对第三区中的反应物进行冷却。
2、根据陈述1所述的质量传递系统，其中，所述第二区中的热源是一个或多个额外的热回路的一部分，所述一个或多个额外的热回路将热从所述质量传递系统外部的热源传递到所述质量传递系统中。
3、根据陈述1或2的质量传递系统，其中，存在多个反应物入口和多个反应物出口。
4、根据陈述3所述的质量传递系统，所述质量传递系统包括：
多个传质区，其中，每个传质区布置在反应物入口和反应物出口之间，使得在使用中，随着固体反应物移动穿过传质区，固体反应物被保留在传质区内，并且固体反应物和气体在传质区中发生质量传递；
多个气体导管，其中，每个气体导管设置在两个相邻的传质区之间或者设置在传质区与质量传递系统的外壁之间，其中，每个气体导管包括多个气体腔室，其中，每个气体导管中的气体腔室被一个或多个气体不能流过的挡板隔开，并且其中，每个气体导管中的气体腔室与相邻气体腔室竖直对齐，该相邻的气体腔室由水平的挡板隔开；
其中，多个气体导管中的多个气体腔室包括第一气体腔室和第二气体腔室，其中，第一气体腔室由与包括第二气体腔室的气体导管不同的气体导管构成；
其中，多个传质区中的一个传质区布置在包括第一气体腔室的气体导管和包括第二气体腔室的气体导管之间；
其中，第一气体腔室、第二气体腔室、挡板和上述多个传质区中的一个布置成使得在使用中，存在气体流动路径，该气体流动路径包括气体从第一气体腔室流入到这一传质区，然后气体从这一传质区流入到第二气体腔室中，以及然后气体从第二气体腔室流回到这一传质区。
5、根据陈述4所述的质量传递系统，其中，所述传质区的数量在2至20之间；并且
所述传质区的数量优选为10。
6、根据陈述4或5所述的质量传递系统，所述质量传递系统进一步包括：
主体，该主体包括传质区；
其中：
主体为大致长方体；并且
传质区中的每个为大致长方体。
7、根据陈述4或任一引用陈述4时所述的质量传递系统，其中，所述传质区中的每个传质区被布置成使得在使用中，固体反应物竖直向下移动穿过所述传质区。
8、根据陈述4或任一引用陈述4时所述的质量传递系统，其中，每个传质区包括侧壁，每个所述侧壁将所述传质区与气体腔室隔开。
9、根据陈述7所述的质量传递系统，其中，所述侧壁包括具有开口的板，使得在使用中，气体能够流过所述侧壁，并且基本上没有固体反应物能够穿过所述侧壁。
10、根据陈述9所述的质量传递系统，其中，每个板中开口的直径为600μm或更小。
11、根据陈述4或任一引用陈述4时所述的质量传递系统，其中，每个挡板被布置在两个传质区的侧壁之间或者布置在传质区的侧壁与所述质量传递系统的外壁之间。
12、根据陈述4或任一引用陈述4时所述的质量传递系统，其中，在每个气体导管中存在至少一个挡板。
13、根据陈述4或任一引用陈述4时所述的质量传递系统，其中，每个气体导管中挡板的数量在2至10之间。
14、根据陈述4或任一引用陈述4时所述的质量传递系统，所述质量传递系统进一步包括在每个传质区的端部的流动控制机构，该流动控制机构用于控制固体反应物能够移动穿过所述传质区的速率。
15、根据陈述14所述的质量传递系统，其中，所述流动控制机构是回路密封件。
16、根据陈述14或15所述的质量传递系统，其中，每个流动控制机构包括气体入口；并且
在使用中，气体被送入到每个流动控制机构的气体入口中，以控制固体反应物移动穿过传质区的速率。
17、根据陈述14或15所述的质量传递系统，其中，每个流动控制机构包括振动器；
其中，在使用中，固体反应物移动穿过每个流动控制机构的速率由振动器控制。
18、根据陈述4或任一引用陈述4时所述的质量传递系统，其中，热源、每个热回路的第一部分和每个热回路的第二部分布置在气体腔室中。
19、根据陈述18所述的质量传递系统，其中，热源、每个热回路的第一部分和每个热回路的第二部分不设置在所述传质区中。
20、根据陈述4或任一引用陈述4时所述的质量传递系统，所述质量传递系统进一步包括一个或多个气体入口，其中，所述气体入口设置在一个或多个气体出口的上方。
21、根据前述陈述中任一项所述的质量传递系统，其中，所述固体反应物包括金属碳酸盐，诸如碳酸钙；并且
在使用中，质量传递系统通过加热金属碳酸盐而产生二氧化碳气体。
22、一种碳捕获和储存系统，包括根据前述陈述中任一项所述的质量传递系统。
23、根据陈述22引用陈述2时的陈述22所述的系统，所述系统进一步包括在所述质量传递系统外部的热源。
其中，在质量传递系统外部的热源优选为催化燃烧器，更优选为催化完全燃烧器。
24、根据陈述22或23引用陈述20时所述的系统，所述系统进一步包括气体回路系统，所述气体回路系统被布置为将从所述一个或多个气体出口流出的一些气体供应到所述一个或多个气体入口。
25、根据陈述22至24中任一项所述的系统，所述系统进一步包括第二质量传递系统；
其中，在使用中，吸附剂在第二质量传递系统中捕获气体，吸附剂在根据陈述1至21中任一项所述的质量传递系统中再生，然后吸附剂被返回到第二质量传递系统中，使得吸附剂在系统中循环。
本文中的流程图及其描述不应被理解为规定执行其中描述的方法步骤的固定顺序。而是，该方法步骤可以以可行的任何顺序来进行。尽管已经结合特定的示例性实施方式描述了本发明，但是应当理解，在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，本领域技术人员可以对所公开的实施方式进行显而易见的各种改变、替换和变更。

Claims (33)

1.一种气体捕获系统，所述气体捕获系统包括：
气体入口，所述气体入口布置成接收进入所述系统的气体流；
气体出口，所述气体出口布置成提供离开所述系统的气体流；
气体捕获区，所述气体捕获区用于在气体与所述气体的吸附剂之间进行质量传递；以及，
吸附剂再生区，所述吸附剂再生区用于通过加热所述吸附剂来使所述吸附剂释放出气体以再生所述吸附剂；
其中：
所述气体捕获区布置成接收来自所述吸附剂再生区的吸附剂；
所述吸附剂再生区布置成接收来自所述气体捕获区的吸附剂以用于再生；
所述吸附剂是二氧化碳气体的固体吸附剂；并且
所述气体捕获区包括：
吸附剂入口，所述吸附剂入口布置成接收输入至所述气体捕获区的吸附剂；
吸附剂出口，所述吸附剂出口布置成从所述气体捕获区输出所述吸附剂；
一个或多个传质区，所述一个或多个传质区布置在所述吸附剂入口和所述吸附剂出口之间，使得在使用中随着所述吸附剂移动穿过所述传质区，所述吸附剂被保留在所述一个或多个传质区内并且在所述一个或多个传质区中，所述气体与所述吸附剂之间发生质量传递；
第一气体腔室；以及
第二气体腔室，所述第二气体腔室不同于所述第一气体腔室；
其中，所述第一气体腔室、所述第二气体腔室以及所述一个或多个传质区布置成使得在使用中，存在气体的流动路径，所述流动路径包括气体从所述第一气体腔室流入到所述一个或多个传质区之一中，然后所述气体从这一传质区流入到所述第二气体腔室中，以及然后所述气体从所述第二气体腔室流回到这一传质区中。
2.根据权利要求1所述的气体捕获系统，其中，所述吸附剂再生区包括：
布置成接收输入的吸附剂以用于再生的吸附剂入口；
布置成输出再生的吸附剂的吸附剂出口；
布置在所述吸附剂入口和所述吸附剂出口之间的一个或多个传质区，使得在使用中随着所述吸附剂移动穿过所述传质区，所述吸附剂被保留在所述一个或多个传质区内，并且在使用中在所述一个或多个传质区中加热所述吸附剂以产生气体；
第一气体腔室；以及
第二气体腔室，所述第二气体腔室不同于所述第一气体腔室；
其中，所述第一气体腔室、所述第二气体腔室以及所述一个或多个传质区布置成使得在使用中，存在从所述气体入口到所述气体出口的气体流动路径，所述气体流动路径包括气体从所述第一气体腔室流入到所述一个或多个传质区之一中，然后所述气体从这一传质区流入到所述第二气体腔室中，以及然后所述气体从所述第二气体腔室流回到这一传质区中。
3.根据权利要求1或2所述的气体捕获系统，其中：
所述气体捕获区中的传质区的数量与所述吸附剂再生区中的传质区的数量相同；
存在多个传质区；并且
可选地，传质区的数量在2至20之间。
4.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，其中：
所述气体捕获区和/或所述吸附剂再生区由一个或多个大致长方体的反应器提供；并且
所述传质区中的一个或多个大致为长方体。
5.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，其中：
每个传质区是移动床；并且
每个传质区布置成使得在使用中，穿过每个传质区的所述吸附剂的流动路径是竖直向下的。
6.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，所述传质区中的一个或多个包括侧壁，所述侧壁将所述传质区与气体腔室隔开；
其中，所述侧壁中的每个配置成使得在使用中，气体能够流过所述侧壁并且基本上没有吸附剂能够穿过所述侧壁。
7.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，其中：
在每两个相邻的传质区之间设置一个或多个气体导管；
所述一个或多个气体导管中的每个包括多个气体腔室，其中，所述一个或多个气体导管中的每个气体导管中的所述气体腔室由气体不能流过的一个或多个挡板隔开；并且
每个气体导管中的所述气体腔室竖直地对齐，且竖直相邻的气体腔室由大致水平的挡板隔开。
8.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，所述气体捕获系统进一步包括在每个传质区的端部处的流动控制机构，所述流动控制机构用于控制吸附剂能够移动穿过所述传质区的速率。
9.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，其中，所述气体捕获区包括在所述气体腔室中的一个或多个气体腔室中的冷却管；并且
在使用中，所述冷却管布置成在所述气体腔室中冷却气体。
10.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，其中，所述吸附剂再生区包括用于向所述吸附剂再生区供应热的热源。
11.根据权利要求10所述的气体捕获系统，其中，所述吸附剂再生区中的热源接收来自所述气体捕获系统外部的热源的热；
其中，可选地，所述质量传递系统外部的所述热源是催化燃烧器，优选催化完全燃烧器。
12.根据权利要求2至11中任一项所述的气体捕获系统，其中，所述气体捕获系统包括：
加热区，所述加热区包括用于在所述加热区中加热吸附剂的加热系统、一个或多个移动床、一个或多个气体入口、一个或多个气体出口以及一个或多个气体腔室，其中，在使用中，当所述吸附剂在所述气体捕获区的吸附剂出口与所述吸附剂再生区的吸附剂入口之间移动时，所述吸附剂被保留在所述加热区的一个或多个移动床内；以及
冷却区，所述冷却区包括用于在所述冷却区中冷却吸附剂的冷却系统、一个或多个移动床、一个或多个气体入口、一个或多个气体出口以及一个或多个气体腔室，其中，在使用中，所述冷却区的一个或多个移动床接收从所述吸附剂再生区的吸附剂出口输出的吸附剂，并且当在所述冷却区中时，所述吸附剂被保留在所述冷却区的移动床内。
13.根据权利要求12所述的气体捕获系统，所述气体捕获系统进一步包括：
一个或多个热回路；
其中，所述加热系统包括每个热回路的第一部分，所述第一部分布置在所述加热区的一个或多个气体腔室之一中；并且
其中，所述冷却系统包括每个热回路的第二部分，所述第二部分布置在所述冷却区的一个或多个气体腔室之一中。
14.根据权利要求12或13所述的气体捕获系统，所述气体捕获系统进一步包括气体循环系统，其中，所述气体循环系统布置成：
将从所述加热区的气体出口输出的气体供应到所述冷却区的气体入口；并且
将从所述冷却区的气体出口输出的气体供应到所述加热区的气体入口。
15.根据权利要求12或13所述的气体捕获系统，所述气体捕获系统进一步包括第一气体循环系统和第二气体循环系统，其中：
所述第一气体循环系统布置成将从所述加热区的气体出口输出的气体供应到所述加热区的气体入口；并且
所述第二气体循环将从所述冷却区的气体出口输出的气体供应到所述冷却区的气体入口。
16.根据权利要求14或15所述的气体捕获系统，其中，在用于加热区和/或冷却区的每个气体循环系统中循环的气体包括空气、氮气、洁净的烟道气、氢气和惰性气体中的一种或多种。
17.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，所述气体捕获系统进一步包括用于所述吸附剂再生区中的气体的气体循环系统，其中，所述气体循环系统被布置成：
将从所述吸附剂再生区的气体出口输出的气体供应到所述吸附剂再生区的气体入口。
18.根据权利要求17所述的气体捕获系统，其中，由用于所述吸附剂再生区的所述气体循环系统循环的气体是基本上纯的二氧化碳。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的气体捕获系统，其中，所述气体捕获区、加热区、吸附剂再生区和冷却区包括在单个反应器的不同部分中。
20.根据权利要求12至18中任一项所述的气体捕获系统，其中，所述气体捕获区包括在第一反应器中；并且
所述加热区、所述吸附剂再生区和所述冷却区包括在第二反应器中。
21.根据权利要求12至18中任一项所述的气体捕获系统，其中，所述气体捕获区、加热区、吸附剂再生区和冷却区中的任何两个、任何三个或全部包括在不同的反应器中。
22.根据权利要求12至21中任一项所述的气体捕获系统，所述气体捕获系统进一步包括：
第一屏障，所述第一屏障基本上防止了气体从所述气体捕获区中的气体腔室直接流至所述加热区中的气体腔室；
第二屏障，所述第二屏障基本上防止了气体从所述加热区中的气体腔室直接流至所述吸附剂再生区中的气体腔室；以及
第三屏障，所述第三屏障基本上防止了气体从所述吸附剂再生区中的气体腔室直接流至所述冷却区中的气体腔室。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的气体捕获系统，其中，在使用中，通过所述气体捕获系统的气体入口供应的气体包括CH4和H2O；并且
在所述气体捕获区中进行吸附强化重整过程。
24.根据权利要求23所述的气体捕获系统，其中，在使用中，在所述气体捕获区中进行吸附强化水煤气变换过程。
25.根据权利要求24所述的气体捕获系统，其中，所述气体捕获区包括：
在其中进行吸附强化重整过程的第一区；
在其中进行吸附强化水煤气变换过程的第二区；以及
用于冷却吸附剂的一个或多个管道；
其中：
所述第一区包括所述气体捕获区的气体入口；
所述第二区包括所述气体捕获区的气体出口；
所述用于冷却吸附剂的一个或多个管道布置在所述第一区和所述第二区之间。
26.根据权利要求25所述的气体捕获系统，其中，所述用于冷却吸附剂的一个或多个管道是热交换器的一部分，所述热交换器布置成在所述加热区和所述气体捕获区之间传递热。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的气体捕获系统，其中，在使用中，所述气体捕获区包括催化剂，所述催化剂用于加速所述吸附强化重整过程和/或所述吸附强化水煤气变换过程。
28.根据权利要求27所述的气体捕获系统，其中，在使用中：
颗粒在所述气体捕获系统中循环，其中，每个颗粒同时包含所述催化剂和所述吸附剂；
所述吸附剂和所述催化剂的独立颗粒在所述气体捕获系统中循环；和/或
催化剂的固定床设置在所述气体捕获区中。
29.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，其中，所述吸附剂包括金属碳酸盐，诸如碳酸钙；并且
在使用中，在所述气体捕获区中捕获的气体是二氧化碳。
30.一种发电系统，所述发电系统包括：
发电设备，所述发电设备布置成通过燃烧碳质燃料来发电；以及
根据权利要求1至22中任一项所述的气体捕获系统；
其中，所述气体捕获系统布置成接收从所述发电设备输出的烟道气并从所述烟道气中除去二氧化碳。
31.根据权利要求30所述的发电系统，其中，所述发电设备是天然气联合循环设备。
32.根据权利要求30或31所述的发电系统，其中，所述发电设备进一步包括热交换器，所述热交换器用于利用在气体捕获系统中产生的热来对所述发电设备中使用的空气进行预热。
33.一种从气体混合物中分离出气体的方法，所述方法包括：
通过根据权利要求1至29中任一项所述的气体捕获系统接收气体混合物；以及
使用所述气体捕获系统从所述气体混合物中除去气体。
CN201880089357.8A 2017-12-15 2018-12-17 质量传递系统 Pending CN111712314A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1721034.5 2017-12-15
GB1721034.5A GB2569366B (en) 2017-12-15 2017-12-15 Gas-solid reactor
GBGB1817072.0A GB201817072D0 (en) 2017-12-15 2018-10-19 Mass transfer systems
GB1817072.0 2018-10-19
PCT/EP2018/085300 WO2019115831A1 (en) 2017-12-15 2018-12-17 Mass transfer systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111712314A true CN111712314A (zh) 2020-09-25

Family

ID=61008938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880089357.8A Pending CN111712314A (zh) 2017-12-15 2018-12-17 质量传递系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11759746B2 (zh)
EP (1) EP3723891A1 (zh)
CN (1) CN111712314A (zh)
GB (2) GB2569366B (zh)
WO (1) WO2019115831A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11065575B2 (en) 2018-07-05 2021-07-20 Molecule Works Inc. Membrane device for water and energy exchange
US11458437B2 (en) 2019-09-05 2022-10-04 Molecule Works Inc. Universal planar membrane device for mass transfer
CN111389120B (zh) * 2020-04-06 2021-09-28 久兴隆工程技术无锡有限公司 一种气体监测净化方法
US11331619B1 (en) * 2021-09-22 2022-05-17 MOVA Technologies, Inc. Collecting a gaseous pollutant from air within an animal enclosure

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5343680A (en) * 1976-10-02 1978-04-19 Takeda Chem Ind Ltd Cleaning apparatus of gas containing organic solvent
WO1994001203A1 (en) * 1992-07-02 1994-01-20 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Process for removing carbon dioxide regeneratively from gas streams
US20140112856A1 (en) * 2012-10-19 2014-04-24 ADA-ES, Inc. Method and system to thermally regenerate a sorbent

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2780310A (en) * 1950-11-08 1957-02-05 Ruhrchemie Ag Purification of gases with shaped purifying materials
DE2540141C3 (de) * 1975-09-09 1979-01-11 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe Filteranlage zum Reinigen von Gas- oder Luftströmen
JPS52134875A (en) * 1976-05-08 1977-11-11 Daikin Ind Ltd Continuous adsorber by use of activated carbon
US4133659A (en) * 1977-01-24 1979-01-09 Foster Wheeler Energy Corporation System for removing pollutants from gases having internal bypass capability
US4725290A (en) * 1986-11-14 1988-02-16 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh Method for the purification of air or gas streams by a multi-path adsorption principle and moving-bed filtering apparatus for performing the method
US7594956B2 (en) * 2005-04-19 2009-09-29 Adsorption Research, Inc. Temperature swing adsorption system
US7896951B2 (en) * 2008-02-18 2011-03-01 Alstom Technology Ltd Reducing carbon dioxide (CO2) emissions from the burning of a fossil fuel
US9539540B2 (en) 2013-07-08 2017-01-10 Exxonmobil Research And Engineering Company Rotary moving bed for CO2 separation and use of same
JP6298360B2 (ja) 2014-05-28 2018-03-20 川崎重工業株式会社 二酸化炭素分離システム
AU2015345356B2 (en) 2014-11-10 2019-02-14 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for capturing CO2 from a gas stream
WO2017062526A1 (en) 2015-10-06 2017-04-13 Wormser Energy Solutions, Inc. Method and apparatus for adiabatic calcium looping
JP2017136560A (ja) * 2016-02-04 2017-08-10 川崎重工業株式会社 二酸化炭素回収システム及び二酸化炭素分離回収システム
CN107051117A (zh) * 2016-12-29 2017-08-18 中国科学院过程工程研究所 一种活性炭吸收塔及气体净化装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5343680A (en) * 1976-10-02 1978-04-19 Takeda Chem Ind Ltd Cleaning apparatus of gas containing organic solvent
WO1994001203A1 (en) * 1992-07-02 1994-01-20 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Process for removing carbon dioxide regeneratively from gas streams
US20140112856A1 (en) * 2012-10-19 2014-04-24 ADA-ES, Inc. Method and system to thermally regenerate a sorbent

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
中国科学院大连石油研究所: "《天然气加工利用文献综述及文摘》", 31 May 1959 *

Also Published As

Publication number Publication date
GB2569366A (en) 2019-06-19
GB201721034D0 (en) 2018-01-31
US20210093993A1 (en) 2021-04-01
WO2019115831A1 (en) 2019-06-20
GB201817072D0 (en) 2018-12-05
GB2569366B (en) 2022-06-01
EP3723891A1 (en) 2020-10-21
US11759746B2 (en) 2023-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220136700A1 (en) Method of generating gas turbine fuel and gas turbine system
CN111712314A (zh) 质量传递系统
US11890576B2 (en) Gas capture system
Ströhle et al. Carbonate looping experiments in a 1 MWth pilot plant and model validation
ES2912120T3 (es) Un calcinador instantáneo
CA2626418C (en) System and method for calcination/carbonation cycle processing
US8303696B2 (en) Carbon dioxide absorber and regeneration assemblies useful for power plant flue gas
EP2808073B1 (en) System for CO2 capture from a combustion flue gas using a CaO/CaCO3 chemical loop
Fang et al. Continuous CO2 capture from flue gases using a dual fluidized bed reactor with calcium-based sorbent
Kongkitisupchai et al. Carbon dioxide capture using solid sorbents in a fluidized bed with reduced pressure regeneration in a downer
McDonough et al. Intensified carbon capture using adsorption: Heat transfer challenges and potential solutions
Kim et al. Mathematical modeling of a moving bed reactor for post‐combustion CO2 capture
JP2009227704A (ja) ガス化設備のガス化炉構造
Park et al. Energy recoverable multi-stage dry sorbent CO2 capture process
EP4227266A1 (en) Methanation reaction device using endothermic reaction for removal of reaction heat and regeneration process for heat-absorbing material
JP2004137149A (ja) 燃料の蒸気改質用装置ならびにシステム、および燃料を改質する方法
Zhao Rotary bed reactor for chemical-looping combustion with carbon capture
JP7061809B2 (ja) 流動層を備えた太陽光集熱装置及びこれを用いた太陽光集熱方法
Xu et al. Sorbent-based oxygen separation with YBC114 for energy storage systems
KR20230143173A (ko) 산소 포집을 이용한 화학 공정 가열 방법
BR112019008730B1 (pt) Método e sistema de reator para produzir um material em pó nanoativo
CA3190565A1 (en) Gas capture system with combined temperature and pressure swings using moving adsorbent
AU2006303828B2 (en) System and method for calcination/carbonation cycle processing
Wang Steam Reactivation and Separation of Limestone Sorbents for High Temperature Post-combustion CO2 Capture from Flue Gas

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