用于从大气中除去CO制造技术

技术编号:14058004 阅读:113 留言:0更新日期:2016-11-27 10:20
用于从带有二氧化碳的气体混合物中除去二氧化碳的系统,该系统包括两组二氧化碳除去结构,每组内的每个除去结构包括承载于该结构上的多孔固体基底;和吸着剂,该吸着剂能够吸附或结合到二氧化碳,以从气体混合物中除去二氧化碳,该吸着剂承载于该多孔实体基底固体的表面上;用于该除去结构的组中的每个的环形回路载体,该环形回路载体这样布置,以沿着闭合曲线移动每个组的该承载结构,同时暴露于该气体混合物的流;和沿着该环形回路载体中的每个处于一定位置上的可密封的再生盒,其中,当多孔固体实体基底密封在其中的适当位置时,该吸着剂上所吸附的二氧化碳从该吸着剂汽提,并且该吸着剂再生;每个除去结构在一定位置承载多孔基底,以暴露于带有二氧化碳的气体混合物的流,以允许从该气体混合物中除去CO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景本专利技术涉及用于从大气中除去温室气体的系统和方法,和具体地涉及从气流中除去二氧化碳的系统和方法,包括环境空气。作为2011年4月29日提交的共同待决的美国申请序列号13/098,370中所述系统的进一步改进,提出了合适的系统和方法,其现在公认可以用于比在先申请中公开的更宽的使用范围,特别是当经过了进一步改进。该共同待决申请的公开内容在此如同完全重复一样引入作为参考,经过这里提出的新公开内容的改进。目前许多的关注集中于尝试实现三个稍微矛盾的能量有关的目标:1)提供用于经济发展的可负担的能量;2)实现能量安全;和3)避免全球变暖导致的破坏性气候变化。但是,如果我们想具有经济发展所需的能量和避免能量短缺(其会导致矛盾),则在这个世纪的其余时间内没有可行方式来避免使用化石燃料。科学家最无争议的是所谓温室气体如二氧化碳(甲烷和水蒸气是其他的主要温室气体)的量的增加将导致行星的平均温度增加。还清楚的是,不存在这样的解决方案,其仅降低正在进行的人类导致的能够成功消除气候变化风险的二氧化碳排放。从大气中除去另外的CO2也是必需的。使用空气抽取和增加或降低大气中的二氧化碳的量的能力,原则上可以补偿其他温室气体如甲烷(天然存在的和来自于人类活动的二者),其会增加它们的浓度和引起气候变化。在本申请人最近的专利技术之前,通常本领域技术人员公认的概念是直接从大气中捕集二氧化碳来至少减慢大气中所谓“温室气体”增加在经济上不可行,这归因于那种化合物的低浓度。随后由共同待决、共有的在先申请表明,在特定条件下进行这样的CO2降低实际上是现实的和有效的。已经显示了在环境条件下,CO2可以在环境条件,使用合适的可再生吸着剂系统和低温汽提或再生方法来从空气中有效地提取,并且这样的方法可以扩展来从与大量环境空气混合的流出气体的混合物中除去CO2,从而不仅从烟气中除去CO2,而且从大气中除去另外的CO2,以实现以较低的成本和较高的效率净降低大气中的CO2。
技术实现思路
本专利技术提供进一步地新的和有用的系统和方法,用于以较高的效率和较低的整体成本(包括较低的资金支出(“CAPEX”)和较低的运行支出(“OPEX”))从带有二氧化碳的大量空气中除去二氧化碳。根据本专利技术,已经开发了新的方法和系统,其使用多个整料的组件,或床,其与单个再生盒组合,比率取决于吸附速度相对于吸着剂再生速度的比率。在优选的实施方案中,整料负载于闭合回路轨道上,优选形成闭合曲线;在其上整料沿着轨道连续旋转,同时暴露于环境空气或包含大比例的环境空气的气体混合物的移动流。在沿着轨道的一个位置处,中断旋转,并且将整料之一移入密封盒中,用于处理以从吸着剂中汽提CO2以再生该吸着剂。当吸着剂再生时,整料围绕轨道旋转,直到当全部整料的旋转接着中断时,下一个整料处于进入再生盒的位置。每个整料由多孔基底形成,该多孔基底在它的表面上具有二氧化碳吸附胺位置,优选具有高比例的伯胺。当整料沿着轨道移动时,它们从移动的气流中吸附CO2,直到每个整料到达密封盒。一旦在盒内密封,吸着剂经处理以使CO2从该吸着剂中汽提,再生该吸着剂。将汽提的CO2从盒中除去和捕集。带有再生的吸着剂的整料然后移出密封盒和沿着轨道与其他整料一起移动,以吸附更多的CO2,直到下一个整料旋转到移入再生盒的位置。在汽提/再生位置,整料可以移入低于或高于轨道的阶段的盒中,或者盒可以经布置,以使整料在与轨道相同的阶段水平移入盒中,形成用该整料的密封。这几个选项在下面进一步定义,并且在附图中图示。在再生盒低于或高于阶段的情况中,系统必须包括子系统,用于升高或降低整料。在再生盒在轨道的阶段上的系统中,将需要更复杂的密封布置,以提供沿着侧面以及沿着上表面和/或下表面的密封。CO2吸附和除去方法这种方法的基本前提是通过将空气或者空气和流出气体的混合物送过吸着剂床,优选在或接近于环境条件,以从大气中吸附CO2。一旦CO2已经被吸着剂吸附,则必须收集CO2,并且再生该吸着剂。后者的步骤通过在密封容纳盒中用蒸汽加热吸着剂,以释放CO2和再生该吸着剂来进行。从盒中收集CO2,然后吸着剂可用于从大气中再吸附CO2。对该方法唯一的主要限制是如果暴露于空气,如果它处于“过高”温度,则吸着剂会失活。因此,在整料离开盒和返回空气流之前,吸着剂可能必须冷却。通常,与再生步骤中释放CO2相比,需要更长的时间来从环境空气中吸附CO2。对于目前水平的吸着剂来说,当处理环境空气时,这种差异将需要吸附步骤的吸附时间是CO2释放和吸着剂再生所需时间的约10倍。因此,已经采用了具有10个整料和单个再生单元的系统作为目前用于单个旋转系统的基础。如果吸着剂的性能经时改进,则应当降低吸附时间与解吸时间的这种比率,因而降低系统中所需的整料的数目。具体地,如果使用吸着剂的较高负载量的实施方案,则1小时的吸附时间将是可行的,因此需要一个再生盒来用于仅五个整料。另外,相对处理时间将随着所处理的气体混合物中CO2的浓度而变化,以使CO2含量越高,则吸附时间相对于再生时间越短,例如通过气体混合器将燃烧流出物(“烟气”)与环境空气相混合。整料内的化学和物理活性(在密封盒中的吸附周期和再生周期二者中)与在先共同待决申请13/886,207和13/925,679基本上相同。那些共同待决申请的内容在此如同完全重复一样引入作为参考,经过这里提出的新公开内容的改进。在本专利技术的系统中,每个旋转系统提供一个可密封的再生盒,用于每组旋转整料,整料的数目依赖于实现期望的吸附和期望的再生的相对时间。另外,已经发现通过以合适的关系在空间上关联和暂时运行旋转系统中的两个以使用于该两个旋转整料系统的再生盒相互作用,从而使每个通过另一个中的剩余热(作为另一个中再生的结果)来预热,实现了更大的效率和更低的成本;这还在它返回它在旋转轨道上的吸附周期之前有效地冷却了经再生的整料。再生盒之间的这种相互作用根据本专利技术,通过降低第一盒系统的压力,以使在释放CO2之后,保留在第一盒中的蒸汽和水蒸发来实现,并且该系统冷却到蒸汽处于它降低的分压时的饱和温度。此外,如下所述,在这种方法中所释放的热被用于预热第二吸着剂床,因而供了约50%的显热回收率,并且对于能量和水的使用产生了有益的影响。即使使用耐氧吸着剂,也可以使用这种概念。吸着剂对于高温的氧失活的敏感性在开发方法过程中得到解决,并且可以预期它的性能将经时改进。如上所述,吸着剂床优选在它暴露于空气之前冷却,以避免被空气中的氧失活。这种冷却通过降低系统压力和因而降低蒸汽饱和温度来实现。这已经表现出在消除吸着剂失活问题方面是有效的,因为它降低了系统的温度。因此,存在着从在降压步骤过程中冷却的床中除去的大量能量。已经完成了CO2吸附步骤新的床必须经加热来释放CO2和再生吸着剂。这种热可以仅通过大气压蒸汽来提供,但是这是另外的运行成本。为了使得这种运行成本最小化,已经开发了双床设计概念。在这个概念中,从通过降低系统压力和因而降低蒸汽饱和温度来冷却的盒中除去的热被用于部分地预热第二盒,第二盒含有床,该床已经完成从空气中吸附CO2和被加热来开始CO2除去和吸着剂再生步骤。因此,通过使用来自于第一盒冷却的热量来增加第二盒的温度,而降低蒸汽的用量。第二盒的其余热负荷通过加入蒸汽(优选处于大本文档来自技高网
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【技术保护点】
用于从带有二氧化碳的气体混合物中除去二氧化碳的系统,该系统包括两组二氧化碳除去结构,每组内的每个除去结构包括承载于该结构上的多孔固体基底,每个多孔基底具有承载于它的表面上的吸着剂,该吸着剂能够吸附或结合到二氧化碳,以从气体混合物中除去二氧化碳;用于每个该除去结构的组的环形回路载体,该环形回路载体经布置以允许每个组的该除去结构沿着闭合曲线移动,同时暴露于带有二氧化碳的气体混合物的流;和沿着该环形回路载体中的每个处于一定位置上的可密封的再生盒,除去结构可以密封置于其中,以使得当除去结构密封在其中的适当位置时,该吸着剂上所吸着的二氧化碳从该吸着剂汽提和捕集,并且该吸着剂再生;该除去结构中的每个在一定位置承载该多孔基底,以使该吸着剂暴露于带有二氧化碳的气体混合物的流,以允许从该气体混合物中除去CO2;除去结构的数目与再生盒的数目直接取决于吸附时间(用于从气体混合物中除去CO2)与再生时间(用于从该多孔基底上的吸着剂汽提CO2)的比率,该吸附时间是在该吸着剂上从气体混合物中吸附CO2,在该吸着剂上从基础水平到所需水平的时间,和该再生时间是在该吸着剂上将该CO2从所需水平汽提回到该基础水平的时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.31 US 61/922,3381.用于从带有二氧化碳的气体混合物中除去二氧化碳的系统,该系统包括两组二氧化碳除去结构,每组内的每个除去结构包括承载于该结构上的多孔固体基底,每个多孔基底具有承载于它的表面上的吸着剂,该吸着剂能够吸附或结合到二氧化碳,以从气体混合物中除去二氧化碳;用于每个该除去结构的组的环形回路载体,该环形回路载体经布置以允许每个组的该除去结构沿着闭合曲线移动,同时暴露于带有二氧化碳的气体混合物的流;和沿着该环形回路载体中的每个处于一定位置上的可密封的再生盒,除去结构可以密封置于其中,以使得当除去结构密封在其中的适当位置时,该吸着剂上所吸着的二氧化碳从该吸着剂汽提和捕集,并且该吸着剂再生;该除去结构中的每个在一定位置承载该多孔基底,以使该吸着剂暴露于带有二氧化碳的气体混合物的流,以允许从该气体混合物中除去CO2;除去结构的数目与再生盒的数目直接取决于吸附时间(用于从气体混合物中除去CO2)与再生时间(用于从该多孔基底上的吸着剂汽提CO2)的比率,该吸附时间是在该吸着剂上从气体混合物中吸附CO2,在该吸着剂上从基础水平到所需水平的时间,和该再生时间是在该吸着剂上将该CO2从所需水平汽提回到该基础水平的时间。2.根据权利要求1所述的系统,其中该两组二氧化碳除去结构中的每个包括一个再生盒,和5-10个除去结构。3.根据权利要求1所述的系统,其中该再生盒和该除去结构中的每个进一步包括相互作用的流体密封条,以使得当除去结构保持在该再生盒内时,形成不透流体的密封。4.根据权利要求1所述的系统,其进一步包括在每个再生盒和排气泵之间的可密封的流体连接,该排气泵用于在除去结构密封在该再生盒内之后,降低密封的再生盒内的大气压。5.根据权利要求4所述的系统,其进一步包括在该再生盒中的每个和用于每个再生盒的工艺热蒸汽的源之间的可密封的流体连接;和在每个再生盒和CO2收集室之间的可密封的流体连接。6.根据权利要求1所述的系统,其中用于二氧化碳除去结构的每组的该再生盒位于与该除去结构不同的竖直水平,其进一步包括提升设备,其用于将二氧化碳除去结构竖直地移入和移出再生盒内的可密封的位置。7.根据权利要求2所述的系统,其中进一步包括风扇,以产生通过该除去结构中的每个的气体混合物的流,以使该吸着剂从该气体混合物中吸附该CO2。8.根据权利要求1所述的系统,其中该两组二氧化碳除去结构中的每个的旋转移动是旁支的,以使得在一个再生盒中的二氧化碳除去结构的再生开始之后,二氧化碳除去结构进入再生盒中的另一个中。9.根据权利要求7所述的系统,其中该风扇是固定的,并且位于该环形回路载体的径向向内的位置上,以使得当二氧化碳除去结构组的该二氧化碳除去结构中的一个在用于该组的该再生盒内时,其他二氧化碳除去结构中的每个处于密封的位置,并且该风扇中的一个接收该带有二氧化碳的气体混合物的流。10.根据权利要求2所述的系统,其中该风扇位于闭合曲线轨道的径向内侧中,并且每个连接到该二氧化碳除去结构中的一个,从而以它的二氧化碳除去结构围...

【专利技术属性】
技术研发人员:彼得·艾森伯格尔
申请(专利权)人:彼得·艾森伯格尔格雷谢拉·奇奇尔尼斯基
类型:发明
国别省市:美国;US

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