本發(fā)明涉及用于從氣流中捕獲二氧化碳的方法。本發(fā)明尤其涉及用于從高度稀釋的co2氣流(如煙道氣)中捕獲co2的方法。

背景技術(shù)：

在最近的數(shù)十年中，排放至大氣的二氧化碳量在全球范圍內(nèi)已經(jīng)明顯增大。二氧化碳排放到大氣中而被認(rèn)為是有害的，因為其“溫室氣體”屬性，從而造成全球變暖。按京都協(xié)議，必須減少二氧化碳排放，以便防止或抵消不希望的氣候變化。二氧化碳排放的大的人為來源是燃燒化石燃料(例如煤、天然氣或石油產(chǎn)品)用于發(fā)電、運輸和加熱目的以及用于生產(chǎn)鋼和水泥的工藝。這些工藝導(dǎo)致產(chǎn)生包含二氧化碳的氣體。因此，在這些氣體排放到大氣中之前，除去二氧化碳中的至少一部分是理想的。

用于從氣體中除去二氧化碳的方法是本領(lǐng)域中已知的。許多工藝基于借助吸收液體的不同組成的液體吸收工藝。這些工藝的缺點是在回收吸收劑的汽提器單元中的高能量消耗，從而導(dǎo)致較低的整體能量輸出。

其它工藝?yán)霉腆w吸附劑。

水分對若干吸附劑的co2吸收的影響在“經(jīng)由co2吸收的煙道氣處理(fluegastreatmentviaco2absorption)”，a.sayari等人，《化學(xué)工程雜志(chem.eng.j.)》第171卷(2011年)第760頁至第774頁中有所討論，對于在文獻中研究的系統(tǒng)是可用的。sayari指出水分不利地影響在沸石和活性炭中的co2吸收，以及水分不利地影響金屬有機構(gòu)架(mof)和沸石類mof(zmof)的穩(wěn)定性和co2吸收。共價有機構(gòu)架(cof)不具有親水性吸附位點，但示出低的co2吸收。sayari進一步報道了水分增加聚乙烯-亞胺(pei)浸漬的mcm-41二氧化硅的co2容量。單-乙醇胺改善13x沸石的耐濕性。sayari指出pei浸漬的二氧化硅(cariact)和pei浸漬的mppa(diaion)示出由于水分的增加的吸附容量。

ep-a-2463013描述了用于在具有兩個反應(yīng)器(每個反應(yīng)器具有單段流化床)的循環(huán)流化床系統(tǒng)中，通過使氣流與可再生的固體吸附劑接觸，以高效節(jié)能和相對簡單的方式從氣流中去除二氧化碳的方法。該方法的缺點是高co2捕獲效率(從氣體中去除的co2百分比)需要高固體再循環(huán)率和/或進入再生器中的高流量的汽提氣體，以及因此大量的再生能量。

存在對于使用固體吸附劑從氣體中除去二氧化碳的更高效方法的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣流與可再生的固體吸附劑在逆流多段流化床系統(tǒng)中接觸時，二氧化碳可以非常高效節(jié)能和相對簡單的方式從氣流中被有效去除。

因此，本發(fā)明涉及用于從氣流中捕獲二氧化碳的方法，該方法包含以下步驟：

(a)在吸附區(qū)域中使氣流與固體吸附劑顆粒接觸，

其中吸附區(qū)域具有至少兩個流化固體吸附劑顆粒的床，并且

其中固體吸附劑顆粒從床向下流動到床，并且

其中氣流向上流動，并且

其中吸附區(qū)域在流化固體吸收劑顆粒的床中的每個中具有至少一個內(nèi)部冷卻構(gòu)件，并且

其中固體吸附劑顆粒包含按吸附劑顆粒的總重量計15重量％至75重量％的有機胺化合物，并且

其中在氣流進入吸附區(qū)域的壓力下，進入吸附區(qū)域的氣流具有低于在吸附區(qū)域中具有最低正向流動溫度的內(nèi)部冷卻構(gòu)件中的冷卻介質(zhì)的正向流動溫度至少5℃，優(yōu)選至少10℃的露點；

(b)使在步驟(a)中獲得的富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒與提升管氣體(i)一起傳遞至提升管區(qū)域(i)；

(c)在提升管區(qū)域(i)中加熱富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒中的至少一部分，任選地通過與步驟(f)的提升管區(qū)域(ii)中耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒直接或間接熱交換來加熱；

(d)在分離裝置中，將加熱的富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒從提升管區(qū)域(i)的末端處的提升管氣體(i)中分離；

(e)在解吸附區(qū)域中再生在步驟(d)中獲得的富含二氧化碳的固體吸收劑顆粒中的至少一部分，

其中解吸附區(qū)域具有至少兩個流化固體吸附劑顆粒的床，并且

其中固體吸附劑顆粒從床向下流動到床

并且汽提氣體向上流動，并且

其中汽提氣體包含至少50體積％的蒸汽，優(yōu)選地包含至少99體積％的蒸汽；其中解吸附區(qū)域在流化固體吸收劑顆粒的床中的每個中具有至少一個內(nèi)部加熱構(gòu)件；

(f)使在步驟(e)中獲得的耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒與提升管氣體(ii)一起傳遞至提升管區(qū)域(ii)；

(g)冷卻在提升管區(qū)域(ii)中耗盡二氧化碳的固體吸收劑顆粒中的至少一部分，任選地通過與步驟(b)的提升管區(qū)域(i)中富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒直接或間接熱交換來冷卻；

(h)在分離裝置中，將耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒從提升管區(qū)域(ii)的末端處的提升管氣體(ii)中分離；以及

(i)將在步驟(h)中獲得的耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒中的至少50％，優(yōu)選至少80％，更優(yōu)選地至少90％再循環(huán)至吸附區(qū)域。

具體實施方式

本發(fā)明涉及用于從氣流中捕獲二氧化碳的方法，該方法包含以下步驟：

(a)在吸附區(qū)域中使氣流與固體吸附劑顆粒接觸，

其中吸附區(qū)域具有至少兩個流化固體吸附劑顆粒的床，并且

其中固體吸附劑顆粒從床向下流動到床，并且

其中氣流向上流動，并且

其中吸附區(qū)域在流化固體吸收劑顆粒的床中的每個中具有至少一個內(nèi)部冷卻構(gòu)件，并且

其中固體吸附劑顆粒包含按吸附劑顆粒的總重量計15重量％至75重量％的有機胺化合物，并且

其中在氣流進入吸附區(qū)域的壓力下，進入吸附區(qū)域的氣流具有低于在吸附區(qū)域中具有最低正向流動溫度的內(nèi)部冷卻構(gòu)件中的冷卻介質(zhì)的正向流動溫度至少5℃，優(yōu)選至少10℃的露點；

(b)使在步驟(a)中獲得的富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒與提升管氣體(i)一起傳遞至提升管區(qū)域(i)；

(c)在提升管區(qū)域(i)中加熱富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒中的至少一部分，任選地通過與步驟(f)的提升管區(qū)域(ii)中耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒直接或間接熱交換來加熱；

(d)在分離裝置中，將加熱的富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒從提升管區(qū)域(i)的末端處的提升管氣體(i)中分離；

(e)在解吸附區(qū)域中再生在步驟(d)中獲得的富含二氧化碳的固體吸收劑顆粒中的至少一部分，

其中解吸附區(qū)域具有至少兩個流化固體吸附劑顆粒的床，并且

其中固體吸附劑顆粒從床向下流動到床

并且汽提氣體向上流動，并且

其中汽提氣體包含至少50體積％的蒸汽，優(yōu)選地包含至少99體積％的蒸汽；其中解吸附區(qū)域在流化固體吸收劑顆粒的床中的每個中具有至少一個內(nèi)部加熱構(gòu)件；

(f)使在步驟(e)中獲得的耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒與提升管氣體(ii)一起傳遞至提升管區(qū)域(ii)；

(g)冷卻在提升管區(qū)域(ii)中耗盡二氧化碳的固體吸收劑顆粒中的至少一部分，任選地通過與步驟(b)的提升管區(qū)域(i)中富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒直接或間接熱交換來冷卻；

(h)在分離裝置中，將耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒從提升管區(qū)域(ii)的末端處的提升管氣體(ii)中分離；以及

(i)將在步驟(h)中獲得的耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒中的至少50％，優(yōu)選至少80％，更優(yōu)選地至少90％再循環(huán)至吸附區(qū)域。

對于本發(fā)明，氣流的露點被定義為在氣流中的水將開始從氣相當(dāng)中冷凝的溫度(在給定壓力下)。

對于本發(fā)明，在吸附區(qū)域中的內(nèi)部冷卻構(gòu)件中的冷卻介質(zhì)的正向流動溫度是使用溫度測量裝置所測量的溫度，該溫度測量裝置為如熱電偶或電阻溫度計，其布置在流入吸附區(qū)域的入口處或附近的正向流動中。優(yōu)選地，溫度測量裝置布置在流入吸附區(qū)域的入口之前的正向流動的1cm至10cm中。在一個實施例中，正向流動溫度測量裝置可被配置為溫度差傳感器。

該方法的步驟優(yōu)選以在其中它們所列的順序執(zhí)行。

本發(fā)明的方法引起整體co2(＝二氧化碳)捕獲效率的顯著改善。可吸附在固體顆粒上的co2的量增加。在吸附區(qū)域中含有co2的氣流和固體吸附劑顆粒之間存在高效的逆流接觸。并且在解吸附區(qū)域中汽提氣體和待從co2中汽提的固體吸收劑顆粒之間存在高效的逆流接觸。

證明了借助本發(fā)明的方法可以實現(xiàn)至少80％，更優(yōu)選地90％的碳捕獲效率。因此，該方法可用于獲得包含小于20％的co2的耗盡二氧化碳的氣流，co2存在于在處理之前含有二氧化碳的氣流中。甚至可實現(xiàn)包含小于10％，或甚至小于5％的co2的料流，co2存在于在處理之前含有二氧化碳的氣流中。

本發(fā)明的方法的另外的優(yōu)點是在吸收器中對co2的高選擇性和對co2的親和力。借助該方法可主要捕獲co2，或甚至僅捕獲co2。并且方法適于處理帶有少量co2的氣體。舉例來說通常是高度稀釋的co2料流的煙道氣可用根據(jù)本發(fā)明的方法非常有效地處理。

本發(fā)明的另一優(yōu)點是在該方法期間，最小化，或甚至防止在冷卻盤管上吸附劑顆粒的團塊與冷凝水的形成。

本發(fā)明的另外的優(yōu)點是該方法具有良好的熱集成。

熱集成

在本發(fā)明的方法中，需要熱量用于在進入解吸附區(qū)域之前加熱富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒、用于在解吸附區(qū)域中的加熱構(gòu)件，以及用于產(chǎn)生蒸汽。

需要冷卻用于冷卻在再進入吸附區(qū)域之前耗盡二氧化碳的固體吸收劑顆粒、用于在吸附區(qū)域中的冷卻構(gòu)件，和任選地用于冷卻包含在該方法中處理的氣流的二氧化碳。

現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在步驟(a)中進入吸附區(qū)域的氣流的特定露點范圍與步驟(e)的蒸汽再生的組合導(dǎo)致改進的熱集成。已經(jīng)觀測到吸附區(qū)域與解吸附區(qū)域之間的內(nèi)部熱位移；還參見圖3，其在下文的實例a和圖3的部分中進行詳細(xì)闡述。

不希望受任何理論的束縛，可以是水吸附到在解吸附區(qū)域中的固體吸收劑顆粒上的情況。這可導(dǎo)致釋放熱量。這是有利的，因為解吸附區(qū)域需要加熱，用于從固體吸收劑顆粒中解吸附co2。此外，可以是水再次從吸附區(qū)域中的固體吸收劑顆粒中解吸附的情況。這可導(dǎo)致冷卻。這是有利的，因為吸附區(qū)域需要冷卻，用于將co2吸附至固體吸收劑顆粒。發(fā)現(xiàn)在步驟(a)中使用的氣流的濕度增加，并且因此增加該氣流的露點，該內(nèi)部熱位移效應(yīng)減小。

以下是熱集成的另一選擇方案。優(yōu)選地，在提升管區(qū)域(i)中富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒在步驟(c)中通過與在提升管區(qū)域(ii)中耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒直接或間接熱交換而被加熱。同時，優(yōu)選地，在提升管區(qū)域(ii)中耗盡二氧化碳的固體吸收劑顆粒在步驟(g)中通過與在提升管區(qū)域(i)中富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒直接或間接熱交換而被冷卻。

換句話說，在提升管區(qū)域(i)中相對冷的富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒與在提升管區(qū)域(ii)中相對溫的耗盡二氧化碳的固體吸收劑顆粒之間的熱交換可通過來直接或間接熱交換執(zhí)行。

在直接熱交換的情況下，可施加逆流直接熱交換。

另外或或者，間接熱交換器可存在于提升管區(qū)域中。舉例來說，管熱交換器或平板熱交換器可被用作間接熱交換器。間接熱交換器優(yōu)選存在于提升管區(qū)域的底部處。熱載體介質(zhì)可在提升管區(qū)域(i)中的間接熱交換器與在提升管區(qū)域(ii)中的間接熱交換器之間循環(huán)。

在優(yōu)選實施例中，固體顆粒以比提升管氣體高的水平進入每個提升管區(qū)域。間接熱交換器可存在于固體進口下方和提升管氣體進口上方的每個提升管中。固體進口下方的提升管區(qū)域的面積可具有比提升管區(qū)域的其余部分大的橫截面。

因此，在提升管區(qū)域(i)中相對冷的富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒與在提升管區(qū)域(ii)中相對溫的耗盡二氧化碳的吸收劑顆粒之間的熱交換是本發(fā)明方法中的熱集成的優(yōu)選的額外的選擇方案。

以下是熱集成的另外的選擇方案。捕獲的二氧化碳和汽提蒸汽的混合物離開解吸附區(qū)域。該混合物可進行壓縮，例如多段壓縮。這導(dǎo)致co2和蒸汽的混合物的溫度增加至解吸附區(qū)域的操作溫度以上?？墒褂糜酂嵋援a(chǎn)生用于解吸附區(qū)域的蒸汽。在混合物冷卻后，冷凝水可分離和再循環(huán)。

并且以下是熱集成的另一選擇方案?？墒褂脽岜孟到y(tǒng)可使用以在吸收區(qū)域的冷卻構(gòu)件(例如冷卻盤管)與解吸附區(qū)域的加熱構(gòu)件(例如加熱盤管)之間布置熱交換。這樣做的目的是將使用通過在吸附區(qū)域中co2吸附釋放的用于加熱的熱量，該熱量是在解吸附區(qū)域中co2解吸附所需的。

步驟(a)

待處理的氣體可(例如)為天然氣、伴生氣、合成氣、源自煤氣化的氣體、焦?fàn)t氣、煉廠氣、含有氫的氣體或煙道氣。合成氣可例如通過(催化)部分氧化和/或通過烴類的蒸汽甲烷重整來獲得。

待處理的氣體可包含以氣體的總體積計算的在0.1vol％至70vol％，優(yōu)選地1vol％至45vol％的范圍的二氧化碳。在氣體為煙道氣的情況下，二氧化碳的量通常將為低的。煙道氣可包含在0.1vol％至20vol％的范圍內(nèi)的co2，優(yōu)選地5vol％至15vol％，更優(yōu)選地1vol％至10vol％的co2。

煙道氣可包含氧氣。煙道氣通常包含在0.25vol％至20vol％，或0.5vol％至15vol％，或1vol％至10vol％的范圍內(nèi)的氧(o2)。

在待處理的氣流的溫度相對高的情況下，可在進行步驟(a)之前冷卻氣流。氣體的冷卻可通過本領(lǐng)域中已知的構(gòu)件來進行，例如使用風(fēng)扇、冷卻器或氣體-氣體交換器進行。

在本方法的步驟(a)中，包含二氧化碳的氣流在吸附區(qū)域中與固體吸附劑顆粒接觸。在步驟(a)中，獲得耗盡co2的氣流和富含co2的固體吸附劑顆粒。耗盡co2的氣流在吸附區(qū)域的頂部處離開吸附區(qū)域。耗盡co2的氣流的一部分可連同蒸汽一起用作在步驟(f)中的提升管區(qū)域(ii)中的提升管氣體。富含co2的固體吸附劑顆粒在吸附區(qū)域的底部處離開吸附區(qū)域。

吸附區(qū)域具有至少兩個流化固體吸附劑顆粒的床。床彼此上下布置。固體吸附劑顆粒從床向下流動到床，并且氣流向上流動。這導(dǎo)致與并流流動工藝相比更高效的co2吸附。這還導(dǎo)致與其中固體顆粒貫穿單段流化床混合的工藝相比更高效的co2吸附。

吸附區(qū)域優(yōu)選包含在3個至多30個，更優(yōu)選地4個至多15個范圍內(nèi)流化固體吸附劑顆粒的床。

優(yōu)選地，在吸附區(qū)域中的流化固體吸附劑顆粒的床存在于篩板和/或噴嘴板上方。優(yōu)選地，這些篩板和/或噴嘴板包含溢流堰。優(yōu)選地，這些篩板和/或噴嘴板包含降液管。最優(yōu)選地，篩板和/或噴嘴板包含降液管和溢流堰。

一旦固體吸附劑顆粒達到吸附區(qū)域的底部，其就富含二氧化碳。

吸附區(qū)域在流化固體吸收劑顆粒的床中的每個中具有至少一個內(nèi)部冷卻構(gòu)件。合適的冷卻構(gòu)件的實例為冷卻盤管。

在氣流進入吸附區(qū)域的壓力下，進入吸附區(qū)域的氣流具有低于在吸附區(qū)域中具有最低正向流動溫度的內(nèi)部冷卻構(gòu)件中的冷卻介質(zhì)的正向流動溫度至少5℃，優(yōu)選至少10℃的露點。

在氣流中的水將開始從氣相中冷凝的氣流的溫度是氣流的露點。露點是壓力依賴性的。在吸附區(qū)域中在吸附區(qū)域的進口處的氣流的壓力比在吸附區(qū)域的頂部處高。

當(dāng)氣流離開吸附區(qū)域的頂部處作為耗盡co2的氣流時，其壓力可等于或接近于常壓。當(dāng)氣流進入吸附區(qū)域時壓力可高于常壓，例如1.05絕對巴。在吸附區(qū)域例如吸附柱內(nèi)的總壓降可相對較小，其可例如為50毫巴。

氣流的露點(在氣流進入吸附區(qū)域的壓力下)必須比吸附區(qū)域中的冷卻介質(zhì)的最低正向流動溫度低至少5℃。換句話說，其必須比在吸附區(qū)域中具有最低正向流動溫度的內(nèi)部冷卻構(gòu)件中的冷卻介質(zhì)的正向流動溫度低至少5℃。因此，在氣流中的水將不或很難冷凝在吸附區(qū)域中的冷卻構(gòu)件(例如冷卻盤管)上。

如上所述，在吸附區(qū)域中的內(nèi)部冷卻構(gòu)件中的冷卻介質(zhì)的正向流動溫度是使用溫度測量裝置所測量的溫度，該溫度測量裝置為如熱電偶或電阻溫度計，其布置在流入吸附區(qū)域的入口處或附近的正向流動中。優(yōu)選地，溫度測量裝置布置在流入吸附區(qū)域的入口之前的正向流動的1cm至10cm中。在一個實施例中，正向流動溫度測量裝置可被配置為溫度差傳感器。

優(yōu)選地，在吸附區(qū)域中具有最低正向流動溫度的內(nèi)部冷卻構(gòu)件中的冷卻介質(zhì)的正向流動溫度低于在包含該內(nèi)部冷卻構(gòu)件的流化固體吸附劑顆粒的床中的平均溫度至少5℃，優(yōu)選至少10℃。對于流化固體吸附劑顆粒的床，通?？刹捎玫葴貤l件。在該情況下，確定在流化床中的一個或兩個場所處的溫度可足以確定在流化固體吸附劑顆粒的床中的平均溫度。

在步驟(a)中進入吸附區(qū)域的氣流的露點可通過調(diào)節(jié)氣流的濕度來調(diào)節(jié)。在煙道氣用作步驟(a)中包含co2的氣流之前干燥該煙道氣可為必要的。一個選擇方案是將煙道氣冷卻至期望的露點溫度，并且從任何冷凝水中分離氣體。

固體吸附劑顆粒包含按吸附劑顆粒的總重量計15重量％至75重量％的有機胺化合物。優(yōu)選地，固體吸附劑顆粒包含按吸附劑顆粒的總重量計30重量％至65重量％，更優(yōu)選地40重量％至60重量％的有機胺化合物。

優(yōu)選地，固體吸附劑顆粒包含載體材料和一種或多種類型的有機胺化合物。

優(yōu)選地，有機胺化合物覆蓋至少50％，更優(yōu)選地至少80％，甚至更優(yōu)選地至少90％的吸附劑顆粒的總表面積?？偙砻娣e是顆粒的外表面加孔隙的表面積。

最優(yōu)選地，固體吸附劑顆粒包含已經(jīng)用一種或多種類型的有機胺化合物浸漬或接枝的載體材料。

優(yōu)選地，固體吸附劑顆粒包含選自以下群組的一種或多種伯、仲和/或叔有機胺化合物：單乙醇胺(mea)、二乙醇胺(dea)、三乙醇胺(tea)、二異丙醇胺(dipa)、單甲基-乙醇胺(mmea)和甲基二乙醇胺(mdea)以及二乙基-單乙醇胺(demea)。

更優(yōu)選地，固體吸附劑顆粒包含選自以下群組的一種或多種仲或叔有機胺化合物：二乙醇胺(dea)、二異丙醇胺(dipa)、單甲基-乙醇胺(mmea)、甲基二乙醇胺(mdea)和二乙基-單乙醇胺(demea)，最優(yōu)選dipa和/或mdea。

甚至更優(yōu)選地，固體吸附劑顆粒包含選自以下群組的一種或多種聚乙烯胺：二亞乙基三胺(deta)、三亞乙基四胺(teta)、四亞乙基五胺(tepa)、四乙酰乙二胺(taed)、聚亞乙基六胺(peha)如五亞乙基六胺(peha)和聚乙二亞胺(pei)，再更優(yōu)選地tepa或pei，最優(yōu)選pei。當(dāng)固體吸附劑顆粒包含pei時，其可另外包含(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(aptes)。

當(dāng)固體吸附劑顆粒包含載體材料時，載體材料優(yōu)選地選自由以下組成的群組：多孔金屬氧化物、活性碳、沸石、金屬有機構(gòu)架、沸石咪唑構(gòu)架和聚合物。

更優(yōu)選地，載體材料選自由中孔金屬氧化物和聚合物組成的群組。甚至更優(yōu)選地，載體材料選自由中孔金屬氧化物和聚甲基丙烯酸甲酯(pma)組成的群組。

當(dāng)載體材料是中孔金屬氧化物時，載體材料優(yōu)選地選自由以下組成的群組：二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、非晶形二氧化硅-氧化鋁(asa)及其組合，更優(yōu)選二氧化硅。

優(yōu)選地，固體吸附劑顆粒具有在0.9g/ml至1.8g/ml的范圍內(nèi)的平均孔隙體積，在0.3g/ml至0.7g/ml，優(yōu)選地0.4g/ml至0.6g/ml的范圍內(nèi)的堆積密度，在100微米至800微米的范圍內(nèi)的平均粒徑(d50)，以及在250m2/g至1000m2/g的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在250m2/g至750m2/g的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在250m2/g至500m2/g的范圍內(nèi)的平均總表面積。

優(yōu)選地，步驟(a)在67℃至140℃，更優(yōu)選70℃至120℃，甚至更優(yōu)選70℃至80℃的范圍內(nèi)的溫度下進行。

優(yōu)選地，步驟(a)在0.8絕對巴至8絕對巴，更優(yōu)選地0.8絕對巴至4絕對巴，甚至更優(yōu)選地0.8絕對巴至1.5絕對巴的范圍內(nèi)的壓力下進行。

在吸附區(qū)域中，存在氣流和固體吸附劑顆粒。氣流的體積可比固體吸附劑顆粒的體積高。在吸附區(qū)域中，氣流的體積除以固體顆粒的體積的比率可在2至200的范圍內(nèi)。在吸附區(qū)域中，氣流的體積流率除以固體顆粒的體積流率的比率可在2至200的范圍內(nèi)。

在步驟(a)中，獲得耗盡co2的氣流和富含co2的固體吸附劑顆粒。優(yōu)選地，去除以在步驟(a)中與固體吸附劑顆粒接觸的氣流中的co2的總量計算的大于70％，更優(yōu)選地大于80％，甚至更優(yōu)選地大于90％，再更優(yōu)選地大于95％的co2。

步驟(b)

在步驟(b)中，使在步驟(a)中獲得的富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒與提升管氣體(i)一起傳遞至提升管區(qū)域(i)。提升管氣體(i)用于向上輸送固體顆粒。優(yōu)選地，包含至少80vol％的co2，優(yōu)選至少99vol％的co2的氣體用作在步驟(b)中的提升管區(qū)域(i)中的提升管氣體。使在步驟(a)中獲得的富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒中的所有或至少一部分傳遞至提升管區(qū)域(i)。

步驟(c)

在步驟(c)中，在提升管區(qū)域(i)中加熱富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒中的至少一部分。優(yōu)選地，在步驟(c)中的提升管區(qū)域(i)中加熱在吸附區(qū)域中獲得并且經(jīng)由提升管區(qū)域(i)引入到解吸附區(qū)域中富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒中的所有或至少99％。

優(yōu)選地，富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒中的至少一部分通過與在步驟(f)的提升管區(qū)域(ii)中耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒直接或間接熱交換而被加熱。如在“熱集成”部分中所解釋，在提升管區(qū)域(i)和(ii)之間可施加逆流直接熱交換，并且另外或或者，間接熱交換器可存在于提升管區(qū)域(i)和(ii)中。

步驟(d)

在步驟(d)中，在分離裝置中，將加熱的富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒從提升管區(qū)域(i)的末端處的提升管氣體(i)中分離。

固體顆粒從氣體中的分離可例如通過一種或多種旋風(fēng)分離器和/或過濾器和/或慣性分離器和/或擋扳分離器和/或重力分離器進行。

步驟(e)

在步驟(e)中，在步驟(d)中獲得的富含二氧化碳的固體吸收劑顆粒中的至少一部分，優(yōu)選至少90％，更優(yōu)選所有在解吸附區(qū)域中再生。在步驟(e)中，獲得具有增加co2含量的氣流和耗盡co2的固體吸附劑顆粒富含co2的汽提氣體在解吸附區(qū)域的頂部處離開解吸附區(qū)域。耗盡co2的固體吸附劑顆粒在解吸附區(qū)域的底部處離開解吸附區(qū)域。

解吸附區(qū)域具有至少兩個流化固體吸附劑顆粒的床。床彼此上下布置。固體吸附劑顆粒從床向下流動到床，并且汽提氣體向上流動。這導(dǎo)致與并流流動工藝相比更高效的co2解吸附。這還導(dǎo)致與其中固體顆粒貫穿單段流化床混合的工藝相比更高效的co2解吸附。

解吸附區(qū)域優(yōu)選包含在3個至多10個，更優(yōu)選地4個至多8個范圍內(nèi)的流化固體吸附劑顆粒的床。

優(yōu)選地，在吸附區(qū)域中的流化固體吸附劑顆粒的床存在于篩板和/或噴嘴板上方。優(yōu)選地，這些篩板和/或噴嘴板包含溢流堰。優(yōu)選地，這些篩板和/或噴嘴板包含降液管。最優(yōu)選地，篩板和/或噴嘴板包含降液管和溢流堰。

一旦固體吸附劑顆粒達到解吸附區(qū)域的底部，其就耗盡二氧化碳。

汽提氣體包含至少50體積％的蒸汽，優(yōu)選至少90體積％的蒸汽，更優(yōu)選地包含至少99體積％的蒸汽。

解吸附區(qū)域在流化固體吸收劑顆粒的床中的每個中具有至少一個內(nèi)部加熱構(gòu)件。合適的加熱構(gòu)件的實例為加熱盤管。

優(yōu)選地，步驟(e)在100℃至140℃，更優(yōu)選110℃至130℃的范圍內(nèi)的溫度下進行。

優(yōu)選地，步驟(e)在0.8絕對巴至8絕對巴，更優(yōu)選地0.8絕對巴至4絕對巴，甚至更優(yōu)選地0.8絕對巴至1.5絕對巴的范圍內(nèi)的壓力下進行。

在解吸附區(qū)域中，存在包含汽提氣體和富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒的蒸汽。汽提氣體的體積可比固體吸附劑顆粒的體積高。在解吸附區(qū)域中，汽提氣體的體積除以固體顆粒的體積的比率可在2至200的范圍內(nèi)。

在步驟(e)中獲得的耗盡二氧化碳的吸附劑顆?？稍儆糜诘牟襟E(a)中。

步驟(f)

在步驟(f)中，使在步驟(e)中獲得的耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒與提升管氣體(ii)一起傳遞至提升管區(qū)域(ii)。提升管氣體(ii)用于向上輸送固體顆粒。優(yōu)選地，包含至多5vol％的co2的氣體用作在提升管區(qū)域(ii)中的提升管氣體。優(yōu)選地，在步驟(f)中的提升管區(qū)域(ii)中的提升管氣體包含小于3vol％的o2和小于3vol％的n2。優(yōu)選地，包含至多5vol％co2用作在提升管區(qū)域(ii)中的提升管氣體(ii)的氣體是或包含在步驟a)中獲得的耗盡二氧化碳的氣體。可以使用蒸汽和在步驟a)中獲得的耗盡二氧化碳的氣體的混合物作為在步驟(f)中的提升管氣體(ii)。

更優(yōu)選地，將蒸汽和在步驟a)中獲得的耗盡二氧化碳的氣體的混合物用作在提升管區(qū)域(ii)中的提升管氣體。在該情況下，沒有必要再循環(huán)所有在步驟a)中獲得的耗盡二氧化碳的氣體。在步驟a)中獲得的耗盡二氧化碳的氣體中的一部分應(yīng)滿足可被用作提升管氣體(ii)的蒸汽和耗盡co2的氣體的混合物的需要。

使在步驟(e)中獲得的耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒中的所有或至少一部分傳遞至提升管區(qū)域(ii)。優(yōu)選在步驟(e)中獲得的耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒中的至少80％，更優(yōu)選地至少90％再循環(huán)至吸附區(qū)域。

步驟(g)

在步驟(g)中，冷卻在提升管區(qū)域(ii)中耗盡二氧化碳的固體吸收劑顆粒中的至少一部分。優(yōu)選地，在步驟(g)中冷卻在解吸附區(qū)域中獲得并且再循環(huán)至吸附區(qū)域的耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒中的所有或至少99％。

優(yōu)選地，耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒中的至少一部分通過與在步驟(b)的提升管區(qū)域(i)中富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒直接或間接熱交換而被冷卻。如在“熱集成”部分中所解釋，在提升管區(qū)域(i)和(ii)之間可施加逆流直接熱交換，并且另外或或者，間接熱交換器可存在于提升管區(qū)域(i)和(ii)中。.

步驟(h)

在步驟(h)中，在分離裝置中，將耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒從提升管區(qū)域(ii)的末端處的提升管氣體(ii)中分離。

固體顆粒從氣體中的分離可例如通過一種或多種旋風(fēng)分離器和/或過濾器和/或慣性分離器和/或擋扳分離器和/或重力分離器進行。

步驟(i)

在步驟(i)中，至少50％，優(yōu)選至少80％，更優(yōu)選地至少90％的在步驟(h)中獲得的耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒中再循環(huán)至吸附區(qū)域。

優(yōu)選在步驟(h)中獲得的耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒中的至少80％，更優(yōu)選地至少90％，甚至更優(yōu)選地所有再循環(huán)至吸附區(qū)域。

在優(yōu)選實施例中，將新鮮的固體吸附劑顆粒加入吸附區(qū)域。在小于100％的在步驟(e)中獲得的耗盡二氧化碳的固體吸附劑顆粒再循環(huán)至吸附區(qū)域的情況下，和/或在小于100％的在步驟(a)中獲得的富含二氧化碳的固體吸附劑顆粒進行再生的情況下，可添加新鮮的顆粒作為補充料流。固體吸附劑顆?？蓮墓に囍蟹峙蜻B續(xù)地去除，同時將新鮮的固體吸附劑顆粒加入吸附區(qū)域。

優(yōu)選地，用于根據(jù)本發(fā)明的方法中的吸附區(qū)域的高度與直徑比率在0.25至30的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，用于根據(jù)本發(fā)明的方法中的解吸附區(qū)域的高度與直徑比率在0.25至30的范圍內(nèi)。

圖1和圖3

本發(fā)明將參照附圖式進一步說明，其中：

圖1示出可用于根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置的實施例的示意圖；

圖2示出可用于根據(jù)本發(fā)明的方法的包括熱集成的產(chǎn)品陣容。

圖3示出在兩種類型的汽提氣體下解吸附區(qū)域和吸附區(qū)域的溫度分布。

圖1示出可用于根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置的實施例的示意圖。所示的裝置含有吸附器、解吸器、兩根提升管和兩個顆粒分離器。進料氣體在吸附器的底部處進入，并且汽提氣體在解吸器的底部處進入。固體吸附器顆粒流過溢流堰，并且在吸附器以及解吸器中從流化床往下移動到流化床。

圖2示出可用于根據(jù)本發(fā)明的方法的包括熱集成的產(chǎn)品陣容。當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明的方法時，可使用熱集成。這可通過一個或多個熱料流與一個或多個冷料流之間的直接或間接熱交換，或用輔助設(shè)備，例如通過應(yīng)用熱泵來進行。圖2示出在兩個提升管之間的貧富熱交換器的應(yīng)用。額外的工作流體可用于該熱交換。

實例a和圖3

用于根據(jù)本發(fā)明的方法的實例a中的設(shè)備的特征如下。吸附區(qū)域具有150mm的內(nèi)徑并且包含5個分級流化床；解吸附區(qū)域具有110mm的內(nèi)徑并且由5個分級流化床組成。

在所有情況下，流化床的堰高度為60mm。兩個提升管具有25mm的內(nèi)徑。

二氧化硅載體包含具有約300微米的平均粒徑(d50)和1.1ml/g的孔隙體積的球形顆粒，并且用pei浸漬以達成50％的pei負(fù)載。

在一個實驗中，干燥氣流進入吸附區(qū)域。圖3示出在兩種類型的汽提氣體下解吸附區(qū)域和吸附區(qū)域的溫度分布。當(dāng)進入解吸附區(qū)域時，兩種類型的汽提氣體的溫度是相同的。

當(dāng)汽提氣體是氮氣時，解吸附區(qū)域的溫度比吸附區(qū)域的溫度高。當(dāng)汽提氣體從氮氣切換至蒸汽時，在吸附區(qū)域中的溫度略微減少，并且在解吸附區(qū)域中的溫度顯著增加。這是通過實例a與圖3中的干燥氣流的數(shù)據(jù)來例示的。

在另一實驗中，在步驟(a)中進入吸附區(qū)域的氣流包含一些水分；其具有低于在吸附區(qū)域中具有最低正向流動溫度的內(nèi)部冷卻構(gòu)件中的冷卻介質(zhì)的正向流動溫度大于5℃的露點。當(dāng)汽提氣體從氮氣切換至蒸汽時，在吸附區(qū)域中的溫度略微減少，并且在解吸附區(qū)域中的溫度顯著增加。

如上文所討論，在關(guān)于熱集成的部分中，發(fā)現(xiàn)在步驟(a)中進入吸附區(qū)域的氣流的特定露點范圍與步驟(e)的蒸汽再生的組合導(dǎo)致改進的熱集成。觀測到吸附區(qū)域與解吸附區(qū)域之間的內(nèi)部熱位移。

在又一個實驗中，在步驟(a)中進入吸附區(qū)域的氣流包含太多水分。由于水在冷卻盤管上的冷凝，所以在吸附區(qū)域中催化劑顆粒的團塊形成于冷卻盤管上。

因此，通常期望干燥煙道氣，以便避免催化劑團塊在吸附區(qū)域中形成?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)完全干燥煙道氣不是必需的；這節(jié)省了能量。此外，具有特定露點范圍發(fā)氣體示出改進的熱集成。

此外，發(fā)現(xiàn)與使用氮氣作為汽提氣體相比，當(dāng)蒸汽用作汽提氣體時，整體性能較高。

實例b和表

用于根據(jù)本發(fā)明的方法的實例b中的設(shè)備的特征如下。吸附區(qū)域具有150mm的內(nèi)徑并且包含5個分級流化床；解吸附區(qū)域具有110mm的內(nèi)徑并且由5個分級流化床組成。

在所有情況下，流化床的堰高度為60mm。兩個提升管具有25mm的內(nèi)徑。

二氧化硅載體包含具有約300微米的平均粒徑(d50)和1.1ml/g的孔隙體積的球形顆粒，并且用pei浸漬以達成50％的pei負(fù)載。

干燥氣流進入吸附區(qū)域。在解吸附區(qū)域中，氮氣用作汽提氣體。

實例b示出用本發(fā)明的方法可為實現(xiàn)高捕獲效率；參見下表。

表

實例b的結(jié)果示出增加固體再循環(huán)率改善了co2捕獲效率(實例3.1、3.3和2.1)。增加總氣體進料導(dǎo)致減小捕獲效率(實例2.1和2.3)。增加在進料氣體中的co2的濃度也減小捕獲效率(實例3.3和4.2)。