PL231697B1

PL231697B1 - Method for trapping carbon dioxide from gaseous mixtures by the method of variable pressure vacuum adsorption

Info

Publication number: PL231697B1
Application number: PL412965A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Nowak; Zbigniew Budner; Izabela Majchrzak-Kucęba; Dariusz Wawrzyńczak
Original assignee: Politechnika Czestochowska
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2019-03-29
Also published as: PL412965A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wychwytu ditlenku węgla z mieszanin gazowych metodą próżniowej adsorpcji zmiennociśnieniowej do wykorzystania zwłaszcza w branży energetycznej.The subject of the invention is a method of capturing carbon dioxide from gas mixtures by vacuum pressure swing adsorption, for use in particular in the energy industry.

Produkcja energii elektrycznej, ciepła, cementu, stali oraz innych dóbr oparta na technologiach spalania paliw stałych wiąże się z generowaniem, a następnie emitowaniem do atmosfery znacznych ilości szkodliwych substancji, w tym ditlenku węgla, będącego jednym ze składników gazów cieplarnianych. Prowadzone prace rozwojowe w tym zakresie mają na celu efektywne ograniczenie emisji ditlenku węgla poprzez poprawę efektywności procesu produkcyjnego, zamianę paliw na bardziej ekologiczne, czy też poprzez zastosowanie technologii wychwytywania ditlenku węgla po procesie spalania, w celu otrzymania gazu bogatego w CO2, który następnie będzie można sprzedać jako produkt, sprężyć do transportu i przeznaczyć do składowania, bądź też zastosować w technologii wspomagającej wydobycie gazu ziemnego czy ropy naftowej.The production of electricity, heat, cement, steel and other goods based on solid fuel combustion technologies is associated with the generation and then emission to the atmosphere of significant amounts of harmful substances, including carbon dioxide, which is one of the components of greenhouse gases. The ongoing development work in this area is aimed at effective reduction of carbon dioxide emissions by improving the efficiency of the production process, replacing fuels with more ecological ones, or by using the technology of capturing carbon dioxide after the combustion process, in order to obtain gas rich in CO2, which can then be used sell as a product, pressurize for transport and store it, or use it in technology supporting natural gas or crude oil extraction.

Metoda próżniowej adsorpcji zmiennociśnieniowej, zwana potocznie metodą V-PSA wykorzystuje różnicę ciśnienia w etapie adsorpcji oraz desorpcji w celu wzbogacenia mieszaniny gazowej w jeden z wybranych składników gazowych. Proces realizuje się w instalacjach składających się z minimum dwóch adsorberów, które to zapewniają realizację procesu w sposób ciągły, wypełnionych jednym rodzajem sorbentu, bądź warstwami rożnych sorbentów, takich jak węgle aktywne, węglowe lub zeolitowe sita molekularne, tlenek glinu i inne.The vacuum pressure swing adsorption method, commonly known as the V-PSA method, uses the pressure difference in the adsorption and desorption stage to enrich the gas mixture with one of the selected gaseous components. The process is carried out in installations consisting of at least two adsorbers, which ensure the implementation of the process in a continuous manner, filled with one type of sorbent, or with layers of various sorbents, such as activated carbons, carbon or zeolite molecular sieves, aluminum oxide and others.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL 163 229 sposób selektywnej adsorpcji zmiennociśnieniowej do oczyszczania wodoru, gdzie strumień gazu odbierany z adsorberów znajdujących się w stadium adsorpcji, dzielony jest na dwa strumienie, z których jeden odprowadza się z instalacji jako produkt, a drugi doprowadza się przemiennie do zbiornika buforowego przyłączonego do instalacji i lub do adsorbera, w którym wykonywana jest operacja końcowego wyrównywania ciśnienia, a ze zbiornika buforowego gaz jest następnie doprowadzany do adsorbera, w którym wykonuje się operację płukania oczyszczającego. Taka sytuacja ma miejsce, gdy w stadium adsorpcji znajduje się zawsze tylko jeden adsorber lub gdy wykonuje się parzystą ilość stopni obniżania ciśnienia, wliczając w to ostatni stopień obniżania ciśnienia, z którego gaz wykorzystuje się do wykonania operacji płukania oczyszczającego. Zastosowanie zbiornika buforowego ma na celu zmniejszenie zmian ciśnienia produktu, wywołanych jednoczesnym wykonywaniem operacji płukania oczyszczającego i końcowego wyrównywania ciśnienia. Strumień gazu w odpowiedniej ilości doprowadzany jest przemiennie do zbiornika buforowego lub adsorbera, co praktycznie minimalizuje zmiany ciśnienia produktu. W większości przypadków do zbiornika buforowego doprowadzany jest gaz z początkowej fazy adsorpcji, gaz o najwyższej czystości, co powoduje dodatkowy efekt wzrostu czystości produktu, wskutek jeszcze lepszego oczyszczania końcowych warstw sorbentów, w trakcie płukania oczyszczającego.A method of selective pressure swing adsorption for hydrogen purification is known from the Polish patent specification PL 163 229, where the gas stream received from the adsorbers in the adsorption stage is divided into two streams, one of which is discharged from the installation as a product, and the other is fed alternately to a buffer vessel connected to the plant and or to an adsorber in which the final pressure equalization operation is performed, and from the buffer vessel, gas is then fed to the adsorber in which the scrubbing operation is performed. This is the case when there is always only one adsorber in the adsorption stage, or when an even number of pressure reduction stages are performed, including the last pressure reduction stage, from which the gas is used to perform a purge rinse operation. The use of a buffer tank is intended to reduce the variation in product pressure due to the simultaneous performance of the purge rinsing and final pressure equalization operations. The appropriate amount of gas stream is alternately fed to the buffer vessel or the adsorber, which practically minimizes changes in product pressure. In most cases, the gas from the initial adsorption phase, the gas of the highest purity, is supplied to the buffer tank, which has the additional effect of increasing the purity of the product, due to even better cleaning of the final layers of sorbents during the purifying rinse.

Znana z opisu patentowego WO 201119500 metoda do usuwania zanieczyszczeń z gazu ziemnego, takich jak ditlenek węgla, azot oraz tlen, oparta na technologii VSA proponuje zastosowanie czteroadsorberowej instalacji ze wstępnym usunięciem ditlenku węgla za pomocą metody membranowej. Kolumna adsorpcyjna instalacji VSA wypełniona jest dwoma, bądź trzema rodzajami adsorbentów, zaczynając od dołu: zeolitem 13X, sitem molekularnym na przykład ETS-4 oraz w przypadku trzech warstw adsorbentu - węglowym sitem molekularnym. Proces realizuje się według dwóch rozwiązań z jednym bądź dwoma etapami wyrównania ciśnienia.The method for removing pollutants from natural gas, such as carbon dioxide, nitrogen and oxygen, known from the patent description WO 201119500, based on the VSA technology, proposes the use of a four-adsorber installation with preliminary removal of carbon dioxide using the membrane method. The adsorption column of the VSA installation is filled with two or three types of adsorbents, starting from the bottom: zeolite 13X, molecular sieve, for example ETS-4, and in the case of three adsorbent layers - carbon molecular sieve. The process is carried out according to two solutions with one or two pressure equalization stages.

Znany z opisu patentowego PL 191 724 proces adsorpcji zmiennociśnieniowej do rozdzielania mieszanin gazowych tlenu, argonu i azotu na węglowych lub zeolitowych sitach molekularnych polega na tym, że proces prowadzi się w instalacji zawierającej co najmniej dwa adsorbery oraz zbiornik buforowy frakcji argonowej, a pełny cykl PSA zawiera kolejno po sobie wykonywane operacje technologiczne: napełniania adsorbera zanieczyszczonym tlenem i odprowadzania z adsorbera do zbiornika buforowego frakcji argonowej, napełniania adsorbera czystym tlenem wytworzonym w czasie operacji desorpcji i odprowadzania z adsorbera do zbiornika buforowego frakcji argonowej, wypłukiwania czystym tlenem i odprowadzania z adsorbera do zbiornika buforowego frakcji argonowej, obniżania ciśnienia wraz z doprowadzeniem do adsorbera czystego tlenu i współprądowym odprowadzeniem gazu, desorpcji podczas której odprowadza się desorbujący czysty tlen, która może być realizowana również przy pomocy pompy próżniowej, podwyższania ciśnienia za pomocą gazu wytworzonego w operacji obniżania ciśnienia, zwrotnego napełniania frakcją argonową zawartą w zbiorniku buforowym.The pressure swing adsorption process known from the patent description PL 191 724 for separating gas mixtures of oxygen, argon and nitrogen on carbon or zeolite molecular sieves is based on the fact that the process is carried out in an installation containing at least two adsorbers and an argon fraction buffer tank, and a full PSA cycle consists of successive technological operations: filling the adsorber with contaminated oxygen and discharging from the adsorber to the argon fraction buffer tank, filling the adsorber with pure oxygen produced during the desorption operation and discharging from the adsorber to the argon fraction buffer tank, rinsing with pure oxygen and discharging from the adsorber to the tank buffer of the argon fraction, pressure reduction with supplying pure oxygen to the adsorber and downstream gas discharge, desorption during which desorbing pure oxygen is removed, which can also be carried out using a vacuum pump, increase pressure with the gas generated in the pressure reduction operation, backfilling with the argon fraction contained in the buffer vessel.

Celem rozwiązania według wynalazku jest opracowanie efektywnego sposobu wychwytu ditlenku węgla z mieszanin gazowych metodą próżniowej adsorpcji zmiennociśnieniowej.The aim of the solution according to the invention is to develop an effective method of carbon dioxide capture from gas mixtures by means of vacuum pressure swing adsorption.

PL 231 697 B1PL 231 697 B1

Istota sposobu wychwytu ditlenku węgla z mieszanin gazowych metodą próżniowej adsorpcji zmiennociśnieniowej, realizowana w układzie co najmniej trzech kolumn adsorpcyjnych, z których jedna znajduje się zawsze w etapie adsorpcji, pracujących według cyklicznie powtarzalnego harmonogramu i według procesu technologicznego, podczas którego są wykonywane kolejno następujące po sobie operacje adsorpcji, współprądowego obniżania ciśnienia, przeciwprądowej desorpcji i przeciwprądowego próżniowego płukania złoża, odbudowywania ciśnienia i końcowego wyrównywania ciśnienia, polega na tym, że współprądowe obniżanie ciśnienia osiąga się poprzez operację wyrównania ciśnienia, a następnie poprzez operację wytwarzania gazu płuczącego do zbiornika buforowego gazu płuczącego, przy czym po każdej z tych operacji występuje co najmniej 10-sekundowa przerwa w pracy adsorbera w celu częściowego zdesorbowania ditlenku węgla do przestrzeni międzyziarnowej złoża, dzięki podciśnieniu panującemu w adsorberze. Etap przeciwprądowej desorpcji wykonuje się po ostatnim z etapów przerwy w pracy adsorbera, przy czym gaz z etapu desorpcji dzieli się na gaz do recyrkulacji z pierwszego etapu desorpcji, który następnie miesza się z gazem spalinowym doprowad zanym do instalacji w celu podwyższenia stężenia ditlenku węgla w gazie kierowanym do adsorberów będących w etapie adsorpcji, zaś gaz bogaty w ditlenek węgla, jako końcowy produkt, otrzymuje się z drugiego etapu desorpcji oraz etapu próżniowego płukania złoża, przy czym etap próżniowego płukania złoża gazem ze zbiornika buforowego wykonuje się po etapie desorpcji.The essence of the method of capturing carbon dioxide from gas mixtures using the vacuum pressure swing adsorption method, implemented in a system of at least three adsorption columns, one of which is always in the adsorption stage, working according to a cyclically repeating schedule and according to a technological process during which they are performed sequentially the operations of adsorption, cocurrent pressure reduction, countercurrent desorption and countercurrent vacuum rinsing of the bed, pressure restoration and final pressure equalization is that cocurrent pressure reduction is achieved by pressure equalization operation followed by purge gas production operation to the purge gas buffer tank, each of these operations is followed by a break of at least 10 seconds in the operation of the adsorber to partially desorb the carbon dioxide into the intergrain space of the bed, due to the negative pressure in the adsorber. The countercurrent desorption step is performed after the last adsorber stop step, the gas from the desorption step being divided into recirculation gas from the first desorption step, which is then mixed with the flue gas supplied to the plant to increase the carbon dioxide concentration in the gas. directed to the adsorbers in the adsorption step, and the carbon dioxide-rich gas as the final product is obtained from the second desorption step and the vacuum bed rinse step, the bed vacuum purge step with gas from the buffer vessel being performed after the desorption step.

Sposób według wynalazku pozwala na uzyskanie strumienia gazu o dużej czystości ditlenku węgla przy jednocześnie wysokim stopniu odzysku. Zastosowanie metody próżniowej adsorpcji zmiennociśnieniowej nie wymaga sprężania do wysokiego ciśnienia olbrzymiej ilości gazów spalinowych, zaś otrzymywanie skoncentrowanego produktu przy podciśnieniu, w ilości znacznie mniejszej od ilości doprowadzanej mieszaniny gazu, obniża koszty energetyczne procesu wychwytu CO2.The method according to the invention makes it possible to obtain a gas stream of high purity of carbon dioxide with a simultaneous high degree of recovery. The use of the vacuum pressure swing adsorption method does not require compressing a huge amount of flue gases to high pressure, and obtaining a concentrated product under negative pressure, in an amount much smaller than the amount of the supplied gas mixture, lowers the energy costs of the CO2 capture process.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu do wychwytu ditlenku węgla, fig. 2 - wykres przebiegu ciśnienia w poszczególnych etapach pracy adsorbera dla przykładu 3, fig. 3 - konfiguracja etapów pracy adsorbera dla przykładu 3, fig. 4 - wykres przebiegu ciśnienia w poszczególnych etapach pracy adsorbera dla przykładu 1, fig. 5 - konfiguracja etapów pracy adsorbera dla przykładu 1, fig. 6 - wykres przebiegu ciśnienia w poszczególnych etapach pracy adsorbera dla przykładu 2, a fig. 7 - konfiguracja etapów pracy adsorbera dla przykładu 2.The subject of the invention is illustrated by the exemplary embodiments in the drawing, in which Fig. 1 shows a schematic diagram of the system for capturing carbon dioxide, Fig. 2 - pressure course diagram in the various stages of the adsorber operation for example 3, Fig. Fig. 3, Fig. 4 - graph of the pressure course in individual stages of the adsorber operation for example 1, Fig. 5 - configuration of the adsorber operating stages for the example 1, Fig. 6 - pressure course diagram for the individual stages of the adsorber operation for example 2, - configuration of the adsorber work steps for example 2.

Spaliny FG są kierowane do zespołu przygotowania spalin 1 dla ich suszenia i wydzielenia agresywnych składników, skąd trafiają do mieszalnika gazu 2, gdzie po zmieszaniu z gazem do recyrkulacji RG, pochodzącym z jednego z etapów przeciwprądowej desorpcji E1, są następnie sprężane za pomocą dmuchawy B do ciśnienia wyższego niż ciśnienie otoczenia, po czym trafiają do zespołu adsorpcyjnego wychwytu ditlenku węgla 4, gdzie jest realizowany proces adsorpcyjnego wychwytu ditlenku węgla zgodnie z ustalonym harmonogramem. Przepływ gazu zgodnie z ustalonym harmonogramem jest możliwy dzięki odpowiedniemu otwieraniu poszczególnych zaworów w górnej 3 oraz dolnej 5 stacji zaworowej. Gaz otrzymywany z dołu adsorbera w etapie desorpcji oraz płukania złoża, usuwany za pomocą pompy próżniowej VP, stanowi produkt niskociśnieniowy, który przy stosunkowo niskim stężeniu ditlenku węgla, poniżej 95%, jest kierowany do zbiornika buforowego gazu recyrkulowanego BR, zaś produkt o wysokim stężeniu 95% i więcej jest kierowany do zbiornika buforowego gazu bogatego w CO2 - BP. Do zbiornika buforowego produktu wysokociśnieniowego BH jest odprowadzany gaz oczyszczony z ditlenku węgla, który otrzymywany jest z góry adsorbera podczas etapu adsorpcji. Nadmiar produktu wysokociśnieniowego jest usuwany do komina, zaś gaz do recyrkulacji RG jest kierowany do mieszalnika ze zbiornika buforowego gazu recyrkulowanego BR. Zbiornik buforowy gazu płuczącego BG magazynuje gaz pochodzący z etapu wytwarzania gazu płuczącego.The FG exhaust gas is directed to the exhaust gas preparation unit 1 for drying and separating aggressive components, from where it goes to the gas mixer 2, where, after mixing with the gas for recirculation RG, coming from one of the countercurrent desorption stages E1, they are then compressed by means of the blower B to pressure higher than ambient pressure, and then they go to the carbon dioxide adsorption unit 4, where the carbon dioxide adsorption capture process is carried out in accordance with the established schedule. The gas flow according to the established schedule is possible thanks to the appropriate opening of individual valves in the upper 3 and lower 5 valve stations. The gas obtained from the bottom of the adsorber in the desorption and bed rinsing stage, removed by a vacuum pump VP, is a low-pressure product, which, at a relatively low concentration of carbon dioxide, below 95%, is directed to the buffer tank of recirculated gas BR, and the product with a high concentration 95 % and more is routed to the CO2-BP rich gas buffer tank. Carbon dioxide purified gas which is obtained in advance of the adsorber during the adsorption step is discharged into the buffer tank of the high pressure product BH. The excess high pressure product is discharged into the stack and the recirculation gas RG is routed to the mixer from the recirculated gas buffer tank BR. The purge gas buffer tank BG stores gas from the purge gas production step.

W przedstawionym wykresie przebiegu ciśnienia - fig. 2 zastosowano następujące oznaczenie:In the pressure course diagram shown - Fig. 2, the following notation has been used:

A - etap adsorpcji,A - adsorption stage,

EQ1 - etap współprądowego obniżania ciśnienia, wyrównywanie ciśnień między adsorberami,EQ1 - stage of co-current pressure reduction, equalization of pressure between the adsorbers,

I - przerwa w pracy adsorbera,I - break in the adsorber's operation,

PP - etap współprądowego wytwarzania gazu płuczącego, kierowanego do zbiornika buforowego gazu płuczącego BG,PP - co-current purge gas production stage directed to the BG purge gas buffer tank,

E1 - etap przeciwprądowej, próżniowej desorpcji z wytworzeniem gazu do recyrkulacji, magazynowany w zbiorniku buforowym gazu recyrkulowanego - BR,E1 - countercurrent, vacuum desorption stage to generate recirculation gas, stored in the recirculated gas buffer tank - BR,

E2 - etap przeciwprądowej, próżniowej desorpcji z wytworzeniem gazu bogatego w CO2, magazynowany w zbiorniku buforowym gazu bogatego w CO2 - BP,E2 - stage of countercurrent, vacuum desorption to produce CO2-rich gas, stored in a CO2-rich gas buffer tank - BP,

PL 231 697 Β1PL 231 697 Β1

P - etap przeciwprądowego, próżniowego płukania złoża gazem ze zbiornika buforowego gazu płuczącego z wytworzeniem gazu bogatego w CO2, magazynowany w zbiorniku buforowym gazu bogatego w CO2 - BP,P - stage of countercurrent, vacuum flushing of the bed with gas from the purge gas buffer tank to produce CO2-rich gas, stored in the CO2-rich gas buffer tank - BP,

EQ2 - etap przeciwprądowego podwyższania ciśnienia, wyrównanie ciśnień między adsorberami,EQ2 - countercurrent pressure increase stage, equalization of pressures between the adsorbers,

R - etap przeciwprądowego wyrównywania ciśnienia strumieniem gazu odbieranym z adsorbera/adsorberów, w którym realizowany jest etap adsorpcji.R - countercurrent pressure equalization step with a gas stream received from the adsorber (s) in which the adsorption step is performed.

Przykład 1Example 1

W czteroadsorberowej instalacji V-PSA, wypełnionej węglem aktywnym z łupin orzecha kokosowego, o powierzchni BET N2 1080 m²/g i granulacji 2,4+4,8 mm, w ilości 4,5 kg w każdym adsorberze, wyposażonej w zbiorniki buforowe gazu płuczącego, recyrkulowanego, produktu wysokociśnieniowego oraz gazu bogatego w CO2 o pojemności 0,048 m³ każdy, prowadzono rozdział mieszaniny zawierającej: 30,4% CO₂, 54,4% O₂, 14,5% O₂ oraz 0,7% Ar.In a four-adsorber V-PSA installation, filled with activated carbon from coconut shells, with a BET N2 surface of 1080 m ² / g and granulation of 2.4 + 4.8 mm, in the amount of 4.5 kg in each adsorber, equipped with purge gas buffer tanks , recirculated, high-pressure product and CO2-rich gas with a capacity of 0.048 m ³ each, the mixture containing: 30.4% CO ₂ , 54.4% O ₂ , 14.5% O ₂ and 0.7% Ar was separated.

Instalacja pracowała według harmonogramu Fig. 5, dla którego przebieg ciśnienia prezentuje Fig. 4. Czas trwania wszystkich etapów pracy adsorbera wyniósł 840 sekund, parametry procesu przedstawia tabela 1. Proces realizowano stosując następujące etapy:The installation worked according to the schedule in Fig. 5, for which the pressure course is presented in Fig. 4. The duration of all stages of the adsorber operation was 840 seconds, the process parameters are presented in Table 1. The process was carried out using the following stages:

A - etap adsorpcji,A - adsorption stage,

I - przerwa w pracy adsorbera,I - break in the adsorber's operation,

PP - etap współprądowego wytwarzania gazu płuczącego PG, kierowanego do adsorbera będącego w stadium płukania złoża,PP - the stage of co-current production of purging gas PG, directed to the adsorber in the bed rinsing stage,

E - etap przeciwprądowej, próżniowej desorpcji z wytworzeniem gazu bogatego w CO2, magazynowany w zbiorniku buforowym gazu bogatego w CO2 - BP,E - stage of countercurrent, vacuum desorption to produce CO2-rich gas, stored in a CO2-rich gas buffer tank - BP,

P - etap przeciwprądowego, próżniowego płukania złoża gazem pochodzącym z adsorbera będącego w stadium wytwarzania gazu płuczącego (PP) z wytworzeniem gazu bogatego w CO2, magazynowany w zbiorniku buforowym gazu bogatego w CO2 - BP,P - stage of countercurrent, vacuum rinsing of the bed with gas coming from the adsorber being in the scrubbing gas (PP) stage to produce CO2-rich gas, stored in the CO2-rich gas buffer tank - BP,

Tabela 1Table 1

Parametry procesu V-PSAV-PSA process parameters

Symbol etapu Stage symbol Czas trwania etapu The duration of the stage Ciśnienie początkowe Pressure initial Ciśnienie końcowe Final pressure [s] [s] [kPa_abs][kPa _abs ] [kPa_abs][kPa _abs ] A AND 210 210 160 160 160 160 EQ1 EQ1 17,5 17.5 160 160 75 75 T T. 175 175 75 75 77 77 PP PP 17,5 17.5 77 77 66 66 E E. 192,5 192.5 66 66 9 9 P P. 17,5 17.5 9 9 15 15 EQ2 EQ2 17,5 17.5 15 15 75 75 R R 192,5 192.5 75 75 160 160

Do instalacji doprowadzono mieszaninę gazów w ilości 2,79 m³/h.For the installation of the gas mixture fed in an amount of 2.79 m ³ / h.

Z instalacji odebrano 1,15 m³/h gazu bogatego w dwutlenek węgla. Czystość CO2 mierzona przy pomocy analizatora z sensorem NDIR wyniosła 74,4% objętościowych. Stopień odzysku CO2 z gazu zasilającego instalację liczony jako ilość dwutlenku węgla uzyskanego w produkcie do ilości CO2 wprowadzonego z gazem do instalacji wyniósł 96,8%. Wartości natężeń przepływu są odniesione do ciśnienia 101,3 kPa i temperatury 273 K.With the installation received 1,15 m ³ / h of gas rich in carbon dioxide. The purity of CO2 measured by the analyzer with the NDIR sensor was 74.4% by volume. The degree of CO2 recovery from the gas supplied to the installation, calculated as the amount of carbon dioxide obtained in the product to the amount of CO2 introduced with the gas into the installation, was 96.8%. The flow rates are related to a pressure of 101.3 kPa and a temperature of 273 K.

PL 231 697 Β1PL 231 697 Β1

Przykład 2Example 2

W instalacji opisanej w przykładzie 1 rozdziela się tą samą mieszaninę gazową (30,6% CO2, 54,2% O2, 14,5% O2 oraz 0,7% Ar) sposobem według harmonogramu Fig. 7, dla którego przebieg ciśnienia prezentuje Fig. 6. Czas trwania wszystkich etapów pracy adsorbera wyniósł 840 sekund, parametry procesu przedstawia tabela 2. Proces realizowano stosując następujące etapy:In the plant described in example 1, the same gas mixture (30.6% CO2, 54.2% O2, 14.5% O2 and 0.7% Ar) is separated by the method according to the schedule Fig. 7, for which the pressure course is shown in Fig. 6. The duration of all stages of the adsorber operation was 840 seconds, the process parameters are presented in Table 2. The process was carried out using the following stages:

A - etap adsorpcji,A - adsorption stage,

I - przerwa w pracy adsorbera,I - break in the adsorber's operation,

El - etap przeciwprądowej, próżniowej desorpcji z wytworzeniem gazu do recyrkulacji, magazynowany w zbiorniku buforowym gazu recyrkulowanego - BR,El - countercurrent, vacuum desorption stage to produce recirculation gas, stored in a recirculated gas buffer tank - BR,

Tabela 2Table 2

Parametry procesu V-PSAV-PSA process parameters

Symbol etapu Stage symbol Czas trwania etapu The duration of the stage Ciśnienie początkowe Pressure initial Ciśnienie końcowe Final pressure [s] [s] [kPa_abs][kPa _a bs] [kPa_abs][kPa _a bs] A AND 210 210 160 160 160 160 EQ1 EQ1 17,5 17.5 160 160 72 72 I AND 175 175 72 72 72 72 PP PP 17,5 17.5 72 72 55 55 El El 70 70 55 55 18 18 E2 E2 122,5 122.5 18 18 10 10 P P. 17,5 17.5 10 10 18 18 EQ2 EQ2 17,5 17.5 18 18 72 72 R R 192,5 192.5 72 72 160 160

Do instalacji doprowadzono mieszaninę gazów w ilości 2,85 m³/h.For the installation of the gas mixture fed in an amount of 2.85 m ³ / h.

Z instalacji odebrano 0,61 m³/h gazu bogatego w dwutlenek węgla o czystości 97,6% objętościowych, zaś ilość gazu do recyrkulacji wyniosła 0,72 m³/h. W efekcie ilość gazu kierowana do adsorbera wyniosła 3,57 m³/h. Stopień odzysku CO2 z gazu zasilającego instalację wyniósł 67,6%. Stężenie dwutlenku węgla mierzono przy pomocy analizatora z sensorem NDIR. Wartości natężeń przepływu są odniesione do ciśnienia 101,3 kPa i temperatury 273 K.With the installation received 0.61 m ³ / h of gas rich in carbon dioxide with a purity of 97.6% by volume and the amount of recirculation gas 0.72 m ³ / h. As a result, the amount of gas directed to the adsorber was 3.57 m ³ / h. The CO2 recovery rate from the gas supplied to the installation was 67.6%. Carbon dioxide concentration was measured using an analyzer with an NDIR sensor. The flow rates are related to a pressure of 101.3 kPa and a temperature of 273 K.

Przykład 3Example 3

W instalacji opisanej w przykładzie 1 rozdziela się tą samą mieszaninę gazową (30,3% CO2, 54,4% O2, 14,6% O2 oraz 0,7% Ar) sposobem według wynalazku. Instalacja pracuje według harmonogramu (Fig. 3) dla którego przebieg ciśnienia prezentuje Fig. 2. Czas trwania wszystkich etapów pracy adsorbera wyniósł 840 sekund.In the plant described in example 1, the same gas mixture (30.3% CO2, 54.4% O2, 14.6% O2 and 0.7% Ar) is separated by the process according to the invention. The plant operates according to the schedule (Fig. 3) for which the pressure course is shown in Fig. 2. The duration of all the steps of the adsorber operation was 840 seconds.

PL 231 697 Β1PL 231 697 Β1

Parametry procesu przedstawia tabela 3.The process parameters are presented in Table 3.

Tabela 3Table 3

Parametry procesu V-PSAV-PSA process parameters

Symbol etapu Stage symbol Czas trwania etapu The duration of the stage Ciśnienie początkowe Pressure initial Ciśnienie końcowe Final pressure [s] [s] [kPa_abs][kPa _abs ] [kPa_abs][kPa _abs ] A AND 210 210 160 160 160 160 EQ1 EQ1 17,5 17.5 160 160 72 72 I AND 17,5 17.5 72 72 72 72 PP PP 35 35 72 72 55 55 I AND 140 140 55 55 55 55 El El 70 70 55 55 18 18 E2 E2 122,5 122.5 18 18 9 9 P P. 17,5 17.5 9 9 16 16 EQ2 EQ2 17,5 17.5 16 16 72 72 R R 192,5 192.5 72 72 160 160

Do instalacji doprowadzono mieszaninę gazów w ilości 2,83 m³/h.For the installation of the gas mixture fed in an amount of 2.83 m ³ / h.

Z instalacji odebrano 0,6 m³/h gazu bogatego w dwutlenek węgla o czystości 98,3% objętościowych, zaś ilość gazu do recyrkulacji wyniosła 0,73 m³/h. W efekcie ilość gazu kierowana do adsorbera wyniosła 3,55 m³/h. Stopień odzysku CO2 z gazu zasilającego instalację wyniósł 68,3%. Stężenie dwutlenku węgla mierzono przy pomocy analizatora z sensorem ND IR. Wartości natężeń przepływu są odniesione do ciśnienia 101,3 kPa i temperatury 273 K.With the installation received 0.6 m ³ / h of gas rich in carbon dioxide with a purity of 98.3% by volume and the amount of recirculation gas was 0.73 m ³ / h. As a result, the amount of gas directed to the adsorber was 3.55 m ³ / h. The CO2 recovery rate from the gas supplied to the installation was 68.3%. The carbon dioxide concentration was measured with an ND IR sensor analyzer. The flow rates are related to a pressure of 101.3 kPa and a temperature of 273 K.

Zastrzeżenie patentowePatent claim

Claims

1. Method of capturing carbon dioxide from gas mixtures using the vacuum pressure swing adsorption method, implemented in a system of at least three adsorption columns, one of which is always in the adsorption stage, operating according to a cyclically repeating schedule and according to a technological process during which the following adsorption, cocurrent pressure reduction, countercurrent desorption and countercurrent vacuum bed rinsing, pressure restoration and final pressure equalization operations, characterized in that cocurrent pressure reduction is achieved by a pressure equalization operation (EQ1) followed by a purge gas (PP) production operation to the purge gas buffer tank (BG), whereby each of these operations is followed by at least a 10-second pause in the adsorber (I) in order to partially desorb the carbon dioxide into the intergrain space of the bed, thanks to the negative pressure prevailing in wa dsorber, and the countercurrent desorption step (E1) is performed after the last of the adsorber stoppages (I), the gas from the desorption step being divided into recirculation gas (RG) from the first desorption step (E1) which is then mixed with flue gas supplied to the installation to increase the concentration of carbon dioxide in the gas directed to the adsorbers in the adsorption stage, and the carbon dioxide-rich gas (CO2 RG) as the final product is obtained from the second desorption stage (E2) and the vacuum scrubbing stage the bed (P), the bed being vacuum flushed with gas from the buffer vessel (P) after the desorption step (E2).