CN1336846A - 再生式二氧化碳分离器和二氧化碳分离系统 - Google Patents

再生式二氧化碳分离器和二氧化碳分离系统 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种再生式二氧化碳气体分离器和二氧化碳气体分离系统,与传统情况相比,借助于更加简单的结构使它们更加高效地、可靠地分离出二氧化碳气体。转子在它的周围包括高温部分和低温部分。只借助于使转子旋转,可以在流出气或废气中吸收和分离二氧化碳气体。因此,可以得到可靠的吸收/分离系统。该系统明显被简化,它的再生费用显著减少,并且它的维护十分容易。固定型系统具有相同的优点。锆酸锂、碱金属氧化物和/或碱土金属氧化物用作吸收剂/分离剂。这种吸收剂/分离剂化学性质和机械性能稳定,并且可以稳定地、可逆地吸收和释放二氧化碳气体。

Description

再生式二氧化碳分离器和二氧化碳分离系统
技术领域
本发明涉及再生式二氧化碳气体分离器和二氧化碳气体分离系统。尤其地，本发明涉及以有效而又经济的方式分离含在来自燃烧锅炉和类似物的排出气或废气中的二氧化碳气体(CO2)的再生式二氧化碳气体分离器和二氧化碳气体分离系统。
背景技术
从各种工业设备如热动力设备、废物焚烧设备等释放到大气中的二氧化碳气体造成了“温室效应”所引起的全球暖化。因此，需要减少释放到大气中的二氧化碳气体的量。例如，在热动力厂中，在锅炉中燃烧燃料如石油燃料、煤燃料、LNG(液化天然气)等燃料，从而产生相当多的二氧化碳气体量。
传统地，作为从排出气或废气中分离出二氧化碳气体的方法，提出了使用含有胺的“吸收液”的方法和使用醋酸纤维素薄膜的“薄膜分离方法”及类似方法。
例如，日本专利No.2809368公开了一种使用不可燃烧的、含水的链烷醇胺溶液来回收二氧化碳气体的方法。此外，日本专利No.2809381公开了一种使用一乙醇胺吸收液体的分离系统，在该系统中，吸收液体再生塔的再沸器的加热源得以优化。
但是，在这些使用“吸收液体”的方法中，吸收效率不高。例如，含有胺的吸收液体所收集的二氧化碳量至多大约为20到30倍的吸收液体的量。因此，在大型燃烧设备中，总是使大量的吸收液体进行循环。
而且，这些使用“吸收液体”的方法需要用来吸收二氧化碳气体的吸收塔、再生吸收液体的再生塔、再沸器和连接这些的循环系统。因此，该系统非常复杂。
同样地，在“薄膜分离方法”中，需要压力控制机构，以致只有二氧化碳气体从正压侧穿到分离薄膜的负压侧并被吸收。因此，该系统非常复杂。
此外，用在上述方法中的吸收液体和分离薄膜所能承受的允许温度大约为200℃。因此，吸收液体和分离薄膜的耐热性低。由于各种燃烧源如热设备的锅炉所排出的大多数废气的温度为600℃或者更高，因此在把废气加入到二氧化碳气体分离器之前需要提供废气冷却系统。因此，该系统被复杂化了，并且分离二氧化碳气体的费用较高。
发明内容
由于上述这些问题，因此提出了本发明。本发明的目的是提供一种再生式二氧化碳气体分离器和二氧化碳气体分离系统，尽管它们与传统装置或者系统相比结构简单得多，但是它们可以高效地分离出二氧化碳气体。
为了实现上面目的，因此本发明的再生式二氧化碳气体分离器包括：可旋转的转子；装在转子内的吸收剂/分离剂，它们在低于预定温度时吸收二氧化碳气体，并且在高于该预定温度时释放所吸收的二氧化碳气体；第一气流通道，它使第一气体沿着基本上平行于转子的旋转中心轴线的方向而通过转子；第二气流通道，它使第二气体沿着基本平行于转子的旋转中心轴线的方向而通过转子；及密封机构，它防止第一气体和第二气体进行混合，其特征在于：当第一气流通道的温度设置成低于预定温度而第二气流通道的温度设置成高于该预定温度时，借助于使转子旋转，含在第一气体中的二氧化碳气体由吸收剂/分离剂吸收，并且由吸收剂/分离剂所吸收的二氧化碳气体释放到第二气体中。
采用上述的结构，可以得到这样一种二氧化碳气体分离器：与传统装置相比，它效率高、更加节省费用并且更加可靠。
二氧化碳气体分离器包括若干篮，这些篮连接到转子上，每个篮沿气流方向具有开口。吸收剂/分离剂可以装在这些篮内。
此外，本发明的再生式二氧化碳气体分离器包括：若干反应室；装在该若干反应室内的吸收剂/分离剂，该吸收剂/分离剂在低于预定温度的温度下吸收二氧化碳气体，并且在高于预定温度的温度下释放所吸收的二氧化碳气体；及切换装置，它可选择地把第一气体和第二气体中的一种供给到该若干反应室中；其特征在于再生式二氧化碳气体分离器在反应室内连续地进行：吸收循环，在该吸收循环中，把第一气体供给到反应室中，从而在反应室的温度保持低于预定温度时形成第一气流通道，并且吸收剂/分离剂吸收含在第一气体中的二氧化碳气体；及再生循环，在该循环中，把第二气体供给到反应室中，从而在该反应室的温度保持高于预定温度时形成第二气流通道，并且吸收剂/分离剂把所吸收的二氧化碳气体释放到第二气体中。
采用上述的结构，可以得到效率较高、节省费用的固定型再生式二氧化碳气体分离器。
如果反应室包括用来把吸收剂/分离剂加热到高于预定温度的温度的加热装置，那么可确定地且容易地把吸收剂/分离剂加热到高于拐点的温度。
如果吸收剂/分离剂包括锆酸锂、碱金属氧化物和碱土金属氧化物中的至少一个，那么可以实现高效吸收/分离。
如果吸收剂/分离剂成形成颗粒、多孔、团粒(aggregated)、管形、变形平面和线形中的任何一种，或者成形成沿气流方向具有通孔的团粒或者平面结构的物体，那么可以有效地吸收/分离二氧化碳气体。
而且，如果吸收剂/分离剂支撑在颗粒、多孔、团粒、管形、变形平面和线性模制的物体中的至少一个上，或者支撑在沿气流方向具有通孔的团粒或者平面结构的模制物体上，那么这种物体具有较高的效率和可靠性。
如果提供了若干吸收剂/分离剂，每个吸收剂/分离剂的所述预定温度不相同，那么可以进一步提高吸收/分离效率。
本发明的二氧化碳气体分离系统包括：上述再生式二氧化碳气体分离器中的任何一个；加热装置，它把再生式二氧化碳气体分离器的第二气流通道加热到高于预定温度的温度；热量回收装置，它冷却从第一气流通道中流出的气体；及热交换装置，它把来自从第二气流通道中流出来的含有二氧化碳气体的气体的热能输送到第一气体中，第一气体供给到第一气流通道中。
二氧化碳气体分离系统还包括循环装置，该循环装置把至少部分第二气流通道中所排出来的含有二氧化碳气体的气体再一次供给到第二气流通道中，并且加热装置是蓄热式燃烧器或者间接型炉子，该燃烧器或者炉子燃烧燃料从而加热含有二氧化碳气体的气体，而该二氧化碳气体借助于循环装置进行循环。
热量回收装置包括锅炉，它使用由第一气流通道所排出的气体来产生蒸气，或者该热量回收装置包括：锅炉；由蒸气驱动的蒸气轮机，而蒸气由该锅炉来产生；及由蒸气轮机驱动的发电机。
热交换装置可以是板式、管式或者旋转型再生热交换器。
附图说明
图1是本发明的旋转再生式二氧化碳气体分离器的透视图；
图2是示意图，它示出了使用Li2ZrO3作为吸收剂/分离剂的反应模式；
图3从原理上示出了有关图2的、本发明的再生式二氧化碳气体分离器的工作方式；
图4是示意图，它示出了气流在本发明的再生式二氧化碳气体分离器中的内部温度分布的例子；
图5从原理上示出了本发明的固定型再生式二氧化碳气体分离器的主要部分的结构；
图6从原理上示出了使用本发明的旋转再生式二氧化碳气体分离器的废气净化系统的结构。
优选实施例的描述
下面将参照附图来描述本发明的优选实施例。
图1是透视图，它示出了本发明的再生式二氧化碳气体分离器。图1所示出的再生式二氧化碳气体分离器1属于旋转型。分离器1包括：旋转轴1a；转子1b，它绕着旋转轴1a以预定速度沿箭头所示的方向进行旋转；及隔舱(有时称为“扇形体”)1c，它安装在转子1b内。每个隔舱1c填充有吸收剂/分离剂1g，这些吸收剂/分离剂根据温度变化而可逆地吸收或者释放二氧化碳气体。具体地说，隔舱1c设置有如若干篮ba，这些篮填充有吸收剂/分离剂1g。在这种情况下，每个篮ba沿着气体的流动方向具有开口，从而确保吸收剂/分离剂1g和二氧化碳气体之间的接触。为此，每个篮ba的开口被形成如网或者格子。
如后面所描述的一样，具有这样特性的材料用作吸收剂/分离剂1g：该材料在相对较低的温度下吸收二氧化碳气体，而在相对较高的温度下释放所吸收的二氧化碳。在图1中，标号1d和1e各自表示转子壳体和扇形板。
因此而构成的分离器1具有高温部分1h和低温部分1L，这些部分设置成绕着转子1b的旋转轴1a的间隔部分。把从锅炉、焚烧炉等(未示出)中排出的排出气或废气G1供给到低温部分1L中。用来运送由吸收剂/分离剂所释放出来的二氧化碳气体的运载气体A1被供给到高温部分1h中。
当废气G1通过低温部分1L时，含在废气G1中的二氧化碳气体被装在隔舱1c中的吸收剂/分离剂1g吸收了，因而与废气G1分离了。在二氧化碳气体分离之后，从分离器的出口除去其余的废气G1即废气G2。
当转子旋转时，隔舱1c移动到高温部分1h中并且接触高温运载气体A1，从而导致吸收剂/分离剂1g所吸收的二氧化碳气体从吸收剂/分离剂1g中释放出来，并且作为含二氧化碳气体和运载气体的气流A2来排出。在二氧化碳气体分离之后，当转子1b旋转时，吸收剂/分离剂1g再一次移动到低温部分1L中，并且再一次从废气G1中吸收和分离二氧化碳气体。
高温部分1h和低温部分1L借助于未示出的密封系统来密封，从而防止气体泄漏。因此，废气G1和G2与运载气体A1和A2相互之间没有发生混合。
在图1所示出的实施例中，气流G1和气流A1相互平行，并且向下移动。但是，它们可以相互平行并且沿相反方向移动。在这个实施例中，假设转子的上部是高温侧并且转子的下部是低温侧，那么耐热不锈钢用于高温侧，并且用于焊接结构的钢或软钢用于低温侧，这些钢用作热交换器的材料。转子的整个重量借助于设置在低温侧下方的转子轴承来支撑。
转子的内部是空气冷却结构，并且它的外侧是绝热结构，以与转子热断开。设置在上部分处的转子轴承可以沿垂直方向进行热膨胀，并且只在水平方向上支撑转子。
这种旋转再生式分离器可以安装成旋转轴沿着水平方向进行延伸。
根据本发明，含在废气中的二氧化碳气体借助于简单地旋转转子1b被吸收并且分离，因为高温部分1h和低温部分1L设置在转子1b的圆周上。因此，可以得到既非常简单又非常可靠的吸收/分离系统。这种系统的再生费用明显减少，并且这种系统的维护十分容易。
接下来将描述用在本发明的再生式二氧化碳气体分离器中的、优选的吸收剂/分离剂。锆酸锂、碱金属氧化物或者碱土金属氧化物可以用作吸收剂/分离剂1g。例如，日本专利公报No.99214/1997和152302/1998详细公开了这些化合物。
作为吸收剂/分离剂，可以使用锆酸锂即锂和锆的氧化物。具体地说，可以使用Li2ZrO3和Li4ZrO4。
下面的吸收/释放反应产生于Li2ZrO3和二氧化碳气体之间：
…(1)
…(2)
借助于上面的吸收反应(1)和上面的释放反应(2)，可以可逆地吸收和释放二氧化碳气体。吸收反应(1)在大约400℃到大约580℃的温度范围内是较显著的。释放反应(2)在大约600℃或者更大的温度范围内是较显著的。因此，如果吸收剂/分离剂1g放置在大约400℃到大约580℃的温度范围内的低温部分中，那么吸收剂/分离剂1g主动地吸收废气中的二氧化碳气体。如果吸收剂/分离剂1g移动到大约600℃或者更高的温度范围内的高温部分，那么所吸收的二氧化碳被释放了。
图2是示意图，它示出了使用Li2ZrO3作为吸收剂/分离剂的反应模型。示意图的横坐标轴表示温度，而纵坐标轴表示含在吸收剂/分离剂中的二氧化碳气体的体积。
图3从理论上示出了与这个实施例有关的、本发明的再生式二氧化碳气体分离器的工作方式。
当Li2ZrO3用作吸收剂/分离剂时，含在吸收剂/分离剂中的二氧化碳量在大约600℃的温度处达到了最大值。如果这个温度确定为“拐点”，那么二氧化碳的量在高于拐点和低于拐点的两个温度范围内都会减少。例如，当含有二氧化碳气体的废气接触冷却到500℃的吸收剂/分离剂时，上面化学式(1)所表示的、用来吸收二氧化碳气体的反应开始了，从而放出反应的热量。如果接触更多的二氧化碳气体，那么吸收剂/分离剂保持吸收二氧化碳气体并且借助于所述热来加热，直到温度到达拐点即600℃为止。
在拐点处，含在吸收剂/分离剂中的二氧化碳的量达到最大值，因此吸收反应停止了。如果吸收剂/分离剂进一步被加热，那么它开始释放二氧化碳气体，同时吸收热能作为反应的热量，如上面化学式(2)所表示的一样。连续释放二氧化碳气体，直到吸收剂/分离剂的温度到达大约700℃为止，在该温度处，含在吸收剂/分离剂中的二氧化碳的量达到最小值。
图4是示意图，它示出了气流在本发明的再生式二氧化碳气体分离器中的内部温度分布的例子。例如，当温度为145℃的废气G1被加入到低温部分1L处的分离器中时，吸收剂/分离剂1g吸收二氧化碳气体，因此借助于反应热量使它的温度升高了，如曲线C1所示一样。在分离器的出口周围，废气G2的温度大约为388℃。如图4中的曲线C2所示一样，废气在高于145℃和低于拐点的温度范围中的温度分布位于曲线C1和拐点之间。
另一方面，当温度为1072℃的运载气体Al加入到高温部分1h处的分离器中时，吸收剂/分离剂1g借助于吸收热能作为反应热量来释放二氧化碳气体，因此降低了它的温度，如图4中的曲线C4所示一样。在分离器的出口周围，运载气体A2的温度大约为795℃。此外，如图4的曲线C3所示一样，运载气体在低于1072℃和高于拐点的温度范围内的温度分布位于曲线C4和拐点之间。
从化学式(1)可以知道，1mol的固态吸收剂/分离剂可以吸收1mol的二氧化碳气体。以体积计算，吸收剂/分离剂可以吸收400倍的二氧化碳气体的体积。如果使用在传统技术描述中提到的、包括胺的吸收液体，那么吸收液体所能吸收的二氧化碳体积大约为吸收液体的体积的20倍。因此，借助于使用碱金属氧化物等作为吸收剂/分离剂，与传统的吸收液体相比，可以再吸收多于10倍于二氧化碳。因此，可以得到体积小得多但效率非常高的回收系统。
除了Li2ZrO3和Li4ZrO4之外，例如Li2O或者Na2O可以用作本发明的吸收剂/分离剂1g的碱金属氧化物。下面的吸收/释放反应产生于Li2O和二氧化碳气体之间：
…(3)
…(4)
吸收反应(3)明显发生在大约700℃到大约1000℃的温度范围内。释放反应(4)明显发生在大约1100℃或者更高的温度范围内。因此，如果吸收剂/分离剂1g放置在大约700℃到大约1000℃的温度范围内的低温部分中，那么吸收剂/分离剂1g主动地吸收废气中的二氧化碳气体。如果吸收剂/分离剂1g移动到1100℃或者更高的温度范围内的高温部分，那么所吸收的二氧化碳被释放了。
在使用Na2O的情况下，吸收反应(3)明显发生在大约700℃到大约1700℃的温度范围内。释放反应(4)明显发生在大约1800℃或者更高的温度范围内。
作为吸收剂/分离剂1g的其它材料的碱土金属氧化物，例如可以使用MgO或者CaO。在使用MgO的情况下，吸收反应明显发生在大约300℃到大约400℃的温度范围内。释放反应明显发生在大约800℃或者更高的温度范围内。
借助于合适地使用上述材料作为吸收剂/分离剂1g，可以使用本发明的旋转再生式二氧化碳气体分离器来处理处于各种温度范围内的废气。
即，当处理高温废气时，最好使用具有较高拐点的吸收剂/分离剂。当处理低温废气时，最好使用具有较低拐点的吸收剂/分离剂。
而且，借助于合适地使用两种或者多种材料作为吸收剂/分离剂可以使处理的温度范围扩大，因此提高了吸收效率。具体地说，本发明的分离器具有沿着气流的内部温度分布，如图4所示。因此，如果在每个温度范围内提供了在那个温度范围内可以最有效地吸收二氧化碳气体的材料，那么可以进一步提高吸收效率。
在图4所示的温度分布情况下，可设置一些吸收剂/分离剂以使拐点根据废气的温度分布进行改变。
如从上面的化学式(1)所知道的一样，含有固体Li2ZrO3的吸收剂/分离剂1g吸收二氧化碳气体，从而产生了固体ZrO2和液体Li2CO3。总之，最好地，将作为具有平均颗粒直径为0.01微米到几个微米的细颗粒而得到的吸收剂/分离剂如锆酸锂成形为颗粒或者多孔物质。
在吸收剂/分离剂呈颗粒形状的情况下，可以使固体ZrO2作为核和把液体Li2CO3附在该核周围。
在吸收剂/分离剂呈多孔物质的情况下，可以使固体ZrO2作为骨架，并且把液体Li2CO3附在骨架的周围。
上面两种状态化学性质和机械性能稳定，并且可以稳定地、可逆地吸收和释放二氧化碳气体。
此外，借助于处理成团粒的、管形的、变形平面或者线性形状，可以将这种粉末形、颗粒形或者多孔形的吸收剂/分离剂制成“模制物质”。而且，可以使模制物质形成团粒或者平面结构形如蜂窝形或者团块形，这种形状沿着气流方向具有通孔。
还可以使借助于把陶瓷材料或者金属成形到上述的一种形状中而得到的支撑物体支撑位于它表面上的吸收剂/分离剂。即，可以把吸收剂/分离剂支撑在由陶瓷材料或者金属形成的模制物体的表面上，而模制物体借助于施用、粘附、粘结或者涂覆形成颗粒形、多孔形、团粒形、管形、变形平面或者线性形状。例如，可以把吸收剂/分离剂施加到多孔(粒状)材料如沸石中。另一方面，吸收剂/分离剂可以被支撑在由陶瓷材料或者金属所形成的模制物体的表面上，而模制物体形成为团粒或者平面结构形如蜂窝形或者团块形，该形状沿着气流方向具有通孔。
最好地，这种模制物体或者支撑物体所形成的形状可以增加与气体的接触面积，并且可以提高填充效率。
借助于在表面上设置开口或者突出部，还可以提高颗粒、多孔、团粒或者变形平面模制物体或者支撑物体的气体接触效率。
沿气流方向具有开口的、呈团粒形的模制物体或者支撑物体可以包括各种元件块，这些元件块具有圆形、方形、三角形、蜂窝形和星形截面。例如，日本专利No.2879599公开了上述形状。
沿气流方向具有通孔的、呈平面结构形状的模制物体或者支撑物体可以包括借助于下面方法形成的物体或者具有波形截面的各种元件板：使若干平片和波形片进行组合，并且把它们设置成平行于气流方向。例如，日本专利No.2660577、日本专利特开平No.280761/1997和316608/1997和日本意匠公报No.721191(K6-592)和类似1的721191(K5-592)类似物公开了这种平面结构形状。
本领域普通技术人员所使用的、称为“管形”、“变形表面”、“线形”、“沿气流方向具有通孔的团粒或者平面结构形”的物体的具体术语如下：
“拉希格圈”、“泰勒式氏填料”、“孔环”、“联锁鞍形填充帽”、“鞍型填料”、“莱辛环”、“隔开环”、“单螺旋”、“双螺旋”、“三螺旋”、“英特帕克填料”、“螺旋填料”、“θ形填料”、“麦克马洪填料”、“坎农填料”、“斯太特曼填料”、“古得洛填料”、“板条网孔填料”、“帕纳帕克填料”、“木栅”等。
例如上述物体的具体形状示出在例如“Kagaku Kojo”(化学工厂)第12卷No.9(1968)-第14卷No.7(1970)或者第15卷No.7(1971)。
这种模制或者支撑物体的外部尺寸大小的范围例如，为几个厘米到几十个厘米。由于图1所示的二氧化碳气体分离器的转子1b的外部尺寸大小范围为大于几米，因此许多模制物体或者支撑物体装在隔舱1c的篮中。
而且，由于转子1b的高度超过几米，如图1所示，在气流方向具有若干篮有利于装载和更换吸收剂/分离剂。如果把网状或者格状分隔物设置到每个篮中，那么篮可以以固定的方式容纳吸收剂/分离剂。另一方面，沿着气流方向可以设置单篮，并且格状元件沿气流把篮的内部分开，以便装入吸收剂/分离剂。
此外，可以根据气流在篮ba内移动呈颗粒、多孔、团粒、管形、变形平面或者线型的模制或者支撑物体。这个原理例如与日本专利特开昭No.123989/1980所公开的“旋转型流化床热交换器”的相似。这种结构有利于进一步提高气体接触效率。
此外，呈团粒或者平面结构形状的模制或者支撑物体可以布置在篮内，其中该物体沿气流方向具有通孔，并且具有与篮的深度(气流方向)相等的长度。另一方面，长度短于篮的深度的模制或者支撑物体可以布置成几层。
而且，具有不同截面或者形状的模制或者支撑物体(article)可以进行结合从而装在隔舱中。例如，颗粒物体和团粒物体可以被组合，或者线性物体和平面结构物体可以被组合，从而装在隔舱中。
此外，吸收剂/分离剂可形成为ABB ALSTON Power K.K所供给的搪瓷元件。术语“搪瓷元件”表示借助于层压上釉的波形钢片所得到的元件。例如，这些元件的结构公开在日本专利No.2660577、日本专利特开平No.280761/1997和316608/1997、日本意匠公报No.721191(K6-592)和与1(K6-592A相似)相似的721191。
在本发明中，借助于下面方法可以以极高的气体接触效率来实现稳定吸收/分离反应：借助于各种方法如涂覆、粘接、焊接等把搪瓷或者吸收剂/分离剂如锆酸锂施加到波形片的表面上。
尤其地，由ABB ALSTOM Power K.K供给的搪瓷元件是有利的，因为它们几乎不引起压力损失、保持气流的质量体积并且实现与废气的较高接触效率。
接下来，描述作为本发明的再生式二氧化碳气体分离器的变形实施例的固定型二氧化碳气体分离器。
图5从原理上示出了本发明的固定再生式二氧化碳气体分离器的主要部分的结构。二氧化碳分离器10包括：两个反应塔T1和T2；为连通反应塔而提供的导管，它们把第一和第二气体的入口和出口连接起来；及选择阀V1-V4，这些选择阀屏蔽和通过第一和第二气体。反应塔T1和T2填充有前面参照图1到4所提到的吸收剂/分离剂1g。
废气G1通过选择阀V1供给到反应塔T1中，而该塔的温度保持低于吸收剂/分离剂的拐点。在这个吸收循环中，含在废气G1中的二氧化碳气体借助于吸收剂/分离剂1g来吸收，并且在废气G1通过反应塔T1时从废气G1中分离出来。在二氧化碳气体分离出来之后，通过选择阀V2从反应塔T1的出口除去其余的气体即废气G2。
接下来，切换选择阀V1到V4从而实现再生循环，在该循环中，把高温运载气体A1供给到反应塔T1中，而不是废气G1。然后，释放由吸收剂/分离剂1g所吸收的二氧化碳，并且作为含有二氧化碳气体和运载气体的气流A2来排出。同时，反应塔T2供给有废气G1，从而连续地吸收/分离二氧化碳气体。
因此，在这个实施例中，借助于下面方法可以实现连续地吸收/分离二氧化碳气体：处理废气直到在反应塔中使吸收/分离反应发生饱和(完成)为止，然后借助于使用选择阀来切换气流，从而选择另一个反应塔。
即，借助于下面方法可以实现连续的废气处理：在每个反应塔中，以链式的方式进行吸收循环和再生循环。
根据这个实施例，在每个反应塔在不需要机械移动件。借助于合适地操作选择阀，可以连续地实现吸收和再生工作。
在图5中，借助于使用高温运载气体A1来加热吸收剂/分离剂1g，从而吸收和分离二氧化碳。但是，本发明不局限于这个实施例。例如，可以把加热装置如电加热器作为辅助加热装置而合适地设置在每个反应塔中，从而把吸收剂/分离剂1g加热到高于拐点的温度。
此外，导管的结构不局限于所画出的那种。借助于合适地提供选择阀可以形成不同的处理路径。
而且，反应塔的数目不局限于两个。可以把三个或者更多个反应塔结合起来从而构成再生式二氧化碳气体分离器。例如，可以根据分离器的压力损失值或者废气和运载气体的数量来合适地确定反应塔的数目。
此外，可使第三反应塔进行工作，从而在切换第一和第二反应塔时清除剩余在导管和这些反应塔中的废气G1。在这种方法中，剩余在导管和反应塔中的未处理废气G1没有排出或者与运载气体进行混合。
接下来，描述使用本发明的再生式二氧化碳气体分离器的废气净化系统。
图6从原理上示出了使用本发明的旋转再生式二氧化碳气体分离器的废气净化系统的结构。
表1示出了在使用了图1所示的旋转再生式二氧化碳气体分离器的系统的气流通道中测得的数据如气体种类、流量、CO2体积、温度、比热和气流的焓。
表1
 流体 流体类型   流量 CO2体积   温度   比热    焓
测量单位/Pos KNm3/Hr   ％   ℃ KCal/Nm3℃ Mcal/Hr
    A    废气    3,000     13.5     100     0.25     279,750
    B    废气    3,000     13.5     134     0.25     305,288
    C    废气    2,798     6.75     557     0.25     580,248
    D    废气    2,798     6.75     100     0.25     260,867
    E     CO2    2,633     100    1078     0.25     889,290
    F     CO2    2,798     100     631     0.25     632,260
    H     CO2    2,633     100     631     0.25     594,969
    I     CO2     203     100     631     0.25      45,765
    J     CO2     203     100     127     0.25      20,227
在图6所示的系统中，在脱硫装置7中从由锅炉或者焚烧炉(未示出)所排出的废气G1中除去硫分，而该锅炉或者焚烧炉燃烧石油燃料、煤燃料、LNG气体等。然后，通过通道A把废气G1加入到CO2热交换器5中，从而使之加热到预定温度。接下来，通过通道B把废气G1加入到本发明的二氧化碳气体分离器1、10中，从而分离出二氧化碳气体。通过通道C把其余的废气G1即废气G2送到热量回收系统2中进行冷却。在热量回收系统2中，例如，借助于废气热量来产生蒸气，该蒸气使蒸气轮机进行旋转，从而产生电力，  因此回收了热能。另一方面，热量回收系统2所冷却的废气G2由吸气风扇6来吸出，并且最后把它从烟囱8排出到大气中。
在二氧化碳气体分离器1、10中，可以实施从废气G1中除去二氧化碳气体并且使二氧化碳气体与运载气体A1进行混合的质量传递。从二氧化碳气体分离器1、10中排出的运载气体A2通过通道F输送到风扇4中。由风扇4送出的、含有二氧化碳气体的一部分运载气体A2通过通道H、加热装置3和通道E循环到二氧化碳气体分离器1、10中，因此保持了二氧化碳气体分离器1、10的高温部分1h的温度或者保持了再生循环的反应塔的温度。加热装置3可以是用来燃烧LNG和燃烧空气的混合物的蓄热式燃烧器或者间接式炉子。在转子1b进行一些旋转期间，含有二氧化碳气体的运载气体通过通道E、F和H进行再循环。
从风扇4送到通道I中的运载气体加入到热交换器5中，从而在进行前面所描述的处理之前，与废气G1进行热交换。热交换器5最好是再生式炉子的间接式炉子，从而可以防止运载气体(二氧化碳气体)混合到废气中。热交换器5所冷却的运载气体(二氧化碳气体)通过通道J来进行回收。
因此而得到的二氧化碳气体以各种方式进行重新使用或者重新处理，例如，供给到塑料大棚中的农业产品，或者借助于通过与氢进行反应合成甲醇从而二次利用。
就热交换器5而言，可以使用不担心热交换介质与之混合的“板式”热交换器、“管式”热交换器或者“旋转再生式”热交换器。板式热交换器包括热交换板层压结构。管式热交换器包括热交换管组结构。高温气体通道和低温气体通道设置在这些层压结构和组结构中。高温气体的热量通过热交换板或者热交换管从通道壁输送到低温气体中，因此实现了热交换。
旋转再生式热交换器包括设置在旋转转子内的热量储存元件。在高温气流中，热量储存元件吸收热量，并且在低温气流中，热量储存元件释放热量，因此实现了热交换。这种旋转再生式热交换器的典型样品由ABB ALSTOM power K.K供给，它的商业名称为“Ljungstrom热交换器”。
如前面所述一样，借助于使用本发明的再生式二氧化碳气体分离器，与传统系统相比，可以用简单得多的结构以高效的方式回收二氧化碳气体。根据本发明，只需借助于加热和冷却来实现供给能量和接受能量，从而可以实现二氧化碳气体的吸收和释放。借助于使本发明和热量回收系统结合，可以得到更加经济的系统，该系统的能量损失最小。
具体地说，如果图1所示的旋转再生式分离器用在图6所示的系统中，那么回收1吨二氧化碳气体所需要的费用大约为1500日元。这个与电厂每产生1KW电力大约需要0.6日元相一致。
出于比较目的，描述传统分离方法所需要的费用。在化学吸收方法中，产生电力的费用大约为1.8日元。在物理分离方法中，这个费用大约为4.0日元。因此，在本发明中，分离二氧化碳气体的费用小于传统物理分离方法的费用的六分之一，并且大约是传统化学吸收方法的三分之一。
参照一些具体的例子描述了本发明的优选实施例。但是，本发明不局限于这些具体的例子。例如，吸收剂/分离剂不局限于锆酸锂，而是任何根据温度可以可逆地吸收和释放二氧化碳气体的材料可以用来产生相同的效果。此外，显而易见的是，处理温度可以根据所使用的材料进行调整，或者根据要处理的废气的温度合适地选择吸收剂/分离剂的材料。
而且，作为例子还描述了图6所示的二氧化碳气体分离系统。本领域普通技术人员可以使用各种气流通道、加热装置和热量回收装置。例如，第二气流通道可以不进行循环。在这种情况下，作为加热第二气流的装置，可以使用与前面所描述的循环系统具有相同效果的热量储存燃烧器或者间接式炉子。
此外，本发明不局限于处理由燃烧燃料的燃烧锅炉所排出的废气。本发明对排出二氧化碳气体的各种炉子如焚烧炉、化学设备等具有相同的效果。
本发明以前述方法来实现，并且具有下面优点。
根据本发明，高温部分和低温部分设置在转子的圆周上。因此，简便地借助于旋转转子可以吸收和分离含在废气中的二氧化碳气体。相应地，可以得到非常简单、可靠的吸收和分离系统。这种系统的再生费用明显减少了，并且这种系统的维护十分容易。本发明的固定型二氧化碳气体分离器具有相似的优点。
此外，本发明使用碱金属氧化物如锆酸锂或者碱土金属氧化物作为吸收剂/分离剂。因此，本发明以稳定的化学性质和机械性能来可逆地吸收/释放二氧化碳气体。
此外，吸收剂/分离剂可成形为颗粒、多孔、团粒、管形、变形平面或者线形形式的“模制物体”，或者成形为沿气流方向具有通孔的团粒或者平面结构的物体。而且，吸收剂/分离剂支撑在呈颗粒、多孔、团粒、管形、变形平面或者线形的“支撑物体”上，或者支撑在沿气流方向具有通孔的团粒或者平面结构的物体上。这些物体的优点在于：它们与废气具有较宽的接触区域，因此加速了吸收速度。具体地说，上述物体可以吸收和分离超过10倍的传统情况下所能吸收和分离的二氧化碳气体。因此，用上述物体得到这样的回收系统：与传统情况相比，它的尺寸更加紧凑，并且可以得到更高的效率。
另一方面，本发明的再生式二氧化碳气体分离系统用比传统情况简单得多的结构以非常高的效率回收二氧化碳气体。即，在本发明中，只需要借助于加热和冷却来产生能量和接受能量，从而可以实现二氧化碳气体的吸收和释放。因此，采用热量回收系统，本发明的再生式二氧化碳气体分离系统可以构成能量损失最小的经济系统。
如详细描述一样，本发明对相关工业产生很大的利益：初始投资费用和维护费用较低，可以高效率地回收二氧化碳气体，及有效地抑制了地球温度暖化而不需要限制工业活动。

Claims (13)

1.一种再生式二氧化碳气体分离器，它包括：
可旋转的转子；
装在所述转子内的吸收剂/分离剂，它们在低于预定温度的温度时吸收二氧化碳气体，并且在高于该预定温度的温度时释放所吸收的二氧化碳气体；
第一气流通道，它使第一气体沿着基本上平行于所述转子的旋转中心轴线的方向而通过所述转子；
第二气流通道，它使第二气体沿着基本平行于所述转子的旋转中心轴线的方向而通过所述转子；及
密封机构，它防止所述第一气体和所述第二气体进行混合，
其特征在于：当所述第一气流通道的温度设置成低于所述预定温度而所述第二气流通道的温度设置成高于该所述预定温度时，借助于使所述转子旋转，使含在所述第一气体中的二氧化碳气体由所述吸收剂/分离剂来吸收，并且把所述吸收剂/分离剂所吸收的二氧化碳气体释放到所述第二气体中。
2.如权利要求1所述的再生式二氧化碳气体分离器，其特征在于：所述转子包括若干篮，这些篮可连接到所述转子上，每个所述篮沿气流方向具有开口，并且所述吸收剂/分离剂装在所述的若干篮内。
3.一种再生式二氧化碳气体分离器，它包括：
若干反应室；
装在所述若干反应室内的吸收剂/分离剂，该吸收剂/分离剂在低于预定温度的温度下吸收二氧化碳气体，并且在高于预定温度的温度下释放所吸收的二氧化碳气体；及
切换装置，它可选择地把第一气体和第二气体中的一种供给到所述的若干反应室中；
其特征在于该再生式二氧化碳气体分离器在反应室内连续地进行：
吸收循环，在该吸收循环中，把所述第一气体供给到反应室中，从而在反应室的温度保持低于预定温度时形成第一气流通道，并且所述吸收剂/分离剂吸收含在所述第一气体中的二氧化碳气体；及
再生循环，在该循环中，把所述第二气体供给到反应室中，从而在该反应室的温度保持高于预定温度时形成第二气流通道，并且所述吸收剂/分离剂把所吸收的二氧化碳气体释放到第二气体中。
4.如权利要求3所述的再生式二氧化碳气体分离器，其特征在于：所述反应室包括用来把所述吸收剂/分离剂加热到高于预定温度的温度的加热装置。
5.如权利要求1到4任一所述的再生式二氧化碳气体分离器，其特征在于：所述吸收剂/分离剂包括锆酸锂、碱金属氧化物和碱土金属氧化物中的至少一种。
6.如权利要求1到5任一所述的再生式二氧化碳气体分离器，其特征在于：所述吸收剂/分离剂形成颗粒、多孔、团粒、管形、变形平面和线形中的任何一种，或者形成沿气流方向具有通孔的团粒或者平面结构的物体。
7.如权利要求1至6任一所述的再生式二氧化碳气体分离器，其特征在于：所述吸收剂/分离剂支撑在颗粒、多孔、团粒、管形、变形平面和线性模制的物体中的至少一个上，或者支撑在沿气流方向具有通孔的团粒或者平面结构的模制物体上。
8.如权利要求1到7任一所述的再生式二氧化碳气体分离器，其特征在于：所述吸收剂/分离剂是若干吸收剂/分离剂，每个吸收剂/分离剂的所述预定温度不相同。
9.一种二氧化碳气体分离系统，它包括：
权利要求1至8任一所述的再生式二氧化碳气体分离器；
加热装置，它把所述再生式二氧化碳气体分离器的所述第二气流通道加热到高于所述预定温度的温度；
热量回收装置，它冷却从所述第一气流通道中流出的气体；及
热交换装置，它把来自从所述第二气流通道中流出来的含有二氧化碳气体的气体的热能输送到所述第一气体中，所述第一气体供给到所述第一气流通道中。
10.如权利要求9所述的二氧化碳气体分离系统，还包括循环装置，该循环装置把所述第二气流通道中所流出来的含有二氧化碳气体的至少部分气体重新供给到所述第二气流通道中，
其特征在于所述加热装置是蓄热式燃烧器或者间接型炉子，该燃烧器或者炉子燃烧燃料从而加热借助于所述循环装置进行循环的含有二氧化碳气体的气体。
11.如权利要求9或者10所述的二氧化碳气体分离系统，其特征在于所述热量回收装置包括锅炉，它使用由所述第一气流通道所流出的气体来产生蒸气。
12.如权利要求9或者10所述的二氧化碳气体分离系统，其特征在于所述热量回收装置包括：锅炉，它使用由所述第一气流通道所流出的气体来产生蒸气；由蒸气驱动的蒸气轮机，而蒸气由所述锅炉来产生；及由所述蒸气轮机驱动的发电机。
13.如权利要求9到12任一所述的二氧化碳气体分离系统，其特征在于所述热交换装置可以是板式、管式或者旋转型再生热交换器中的任一种。
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