[发明专利]用于从燃烧气体中集成式分离二氧化碳气体的系统和方法

说明书

在先申请

本申请涉及申请日为2012年6月29日的、名称为“用于燃烧气体集成式吸附气体分离的系统和方法”的在先PCT申请PCT/CA2012/050451，其内容在此整体引作参考。本发明涉及在先提交的申请日为2011年8月26日的、名称为“利用热导性接触器结构吸附气体分离方法”的PCT申请PCT/CA2011/050521，其内容整体在此整体引作参考。本申请还涉及申请日为2010年2月26日的、名称为“平行通道式流体接触器结构”的PCT申请PCT/CA2010/000251，其内容整体在此也整体引作参考。

技术领域

本发明整体涉及从燃烧气体中集成式分离二氧化碳的方法和系统。具体来说，本发明涉及从燃烧气体中集成式分离二氧化碳并将已分离的燃烧气体循环到燃烧过程的方法以及实施该方法的系统。

背景技术

现有技术中，变温吸附方法用于多组分气体混合物的吸附分离。许多传统的变温吸附方法用于在吸附材料上优先吸附进料气体混合物中一个组分，以将其从其余进料气体混合物组分中分离，随后再生所述吸附材料，以解吸所吸附的组分并允许所述吸附材料的循环利用。

一种适于分离气体的工业方法包括燃烧方法，其中氧化剂和含碳燃料燃烧以产生机械能和副产物，例如热和燃烧过程的烟道气流。需要从燃烧过程中的烟道气中分离一种或多种气体组分，例如从化石燃料燃烧过程中的烟道气混合物中移除和/或封存二氧化碳。在这样的应用中，传统的变温吸附气体分离系统的额外能耗和低效率通常导致这样的变温吸附气体分离系统不理想地、低效地与化石燃料燃烧过程集成，导致不可接受的高投资、能量效率和/或气体分离效率的降低和运营成本。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种克服了现有技术的一些缺陷的、用于燃烧气体的集成式吸附气体分离方法。

在本发明的一个实施例中，提供一种集成式吸附气体分离方法，用于分离源自燃料燃烧器的燃烧气流的至少一部分，其中，所述燃烧气流包括至少二氧化碳和水组分，所述方法包括以下步骤：

(a)允许燃料流进入一燃料入口并允许氧化剂流进入所述燃料燃烧器的一氧化剂入口，以产生所述燃烧气流；

(b)允许所述燃烧气流进入至少一吸附气体分离系统，所述吸附气体分离系统带有多个吸附剂接触器，每一吸附剂接触器包括至少一用于吸附所述二氧化碳组分的吸附材料；

(c)允许所述燃烧气流进入至少一吸附剂接触器的一入口；

(d)在至少一所述吸附材料上吸附所述燃烧气流的所述二氧化碳组分的至少一部分；

(e)从至少一所述吸附剂接触器的一出口回收一第一产品流，所述第一产品流相对所述燃烧气流消耗了所述二氧化碳组分；

(f)解吸在至少一所述吸附剂接触器内的至少一所述吸附材料上吸附的所述二氧化碳组分的一第一部分；

(g)在至少一所述吸附剂接触器的所述入口和出口中至少一个回收一第二产品流，所述第二产品流相对所述燃烧气流富集了所述二氧化碳组分；

(h)解吸吸附在至少一所述吸附材料上的所述二氧化碳组分的一第二部分；

(i)在至少一所述吸附剂接触器的所述入口和出口中至少一个回收一第三产品流，所述第三产品流包括所述二氧化碳组分的所述第二部分；和

(j)循环所述第三产品流的至少一部分到所述燃料燃烧器的氧化剂入口用于燃烧。

在所述集成式吸附气体分离方法的一个优选实施例中，除了解吸所述二氧化碳组分的一第二部分外，所述方法还包括允许一调节流进入至少一所述吸附剂接触器。

在本发明的另一个实施例中，提供一种集成式吸附气体分离系统，用于分离燃烧气流的至少一部分，其中，所述燃烧气流包括至少二氧化碳和水组分，所述系统包括：

(a)一原动机，其包括一氧化剂入口、一燃烧室和一废气出口，其在操作时产生所述燃烧气流；

(b)一辅助热交换器，其包括一流体连接的、辅助热交换导管，所述辅助热交换导管通过一流体连接的以接收一加热流体流的加热导管来接收和加热一解吸流体流；

(c)一吸附气体分离器，其包括至少一吸附剂接触器，所述接触器带有一入口和一出口并包括至少一用来吸附所述二氧化碳组分的吸附材料；