用于可逆吸附二氧化碳的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于从气体混合物中可逆吸附二氧化碳的装置，所述装置包括至少一个吸附剂容器，所述至少一个吸附剂容器包括惰性且尺寸上稳定的材料的一个或多个透气的盒容器，并且每个盒包含具有伯氨基官能度的合适的聚合的特定吸附剂；涉及包括该装置的设备，并且涉及用于使二氧化碳吸附和脱附的方法。

Method and apparatus for reversibly adsorbing carbon dioxide

The invention relates to a device for reversible adsorption of carbon dioxide from the gas mixture, the device comprises at least one adsorbent vessel, one or more breathable box container the at least one adsorbent vessel including inert and dimensionally stable materials, and each box containing primary amino functionality appropriate the polymerization of specific adsorbent; including the device equipment, and relates to the carbon dioxide adsorption and desorption method.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于可逆吸附二氧化碳的方法和装置专利
本专利技术涉及用于从气体混合物中可逆吸附二氧化碳的方法和装置。本专利技术涉及再生系统，所述再生系统包含吸附剂，所述吸附剂用于从气流(gasstream)(包括周围空气)可逆地捕获二氧化碳。用于使二氧化碳吸附和脱附的当前应用的工艺集中于具有较高浓度二氧化碳的气流，例如来自工业和能量产生工艺比如例如整体煤气化联合循环(integratedgasificationcombinedcycle)(IGCC)工艺的烟道气体。这里，通常使用流体组分，所述流体组分与气体混合物接触，并且是能量密集的，和/或通过相当高的二氧化碳浓度来驱动。通常，这些工艺还从烟道气体中除去其他气态组分，例如氮气和硫的氧化物(sulphuricoxide)。如此获得的二氧化碳可以被分离出并且通常然后被加压用于储存和使用；然而其通常包含难以分离出的杂质。在具有官能化表面的固体吸附剂材料被用于二氧化碳吸附的情况下，其通常被包含在封闭的系统例如烟道堆(fluestack)中。在用于受限空间(confinedspace)例如办公室、潜水艇和航天器的空气再循环系统的情况下，材料被保持呈填充床形式并且用加压气体来供给。可选择地，瓶装二氧化碳(bottledcarbondioxide)可购自通常使用大规模低温恒温空气液化工艺(largescalecryostaticairliquefactionprocess)，通过分离空气生产瓶装气体的公司。再次，产品通常包括通常具有高质量的、浓缩的固体和瓶装液体二氧化碳。然而，液化工艺消耗大量的能量，附加的是到合适的使用者的运输成本和用于储存和运输的能量使用。相反地，二氧化碳的主要用途是在温室中产生植物，并且渐增地，还用于在光生物反应器(photo-bioreactor)中产生微藻，用于燃料和衍生自其的产品。然而，上文描述的二氧化碳生产工艺通常位于远离可能的应用的区域的工业区域，这增加用于运输瓶装二氧化碳的成本，或要求为昂贵的且难以维护的管道的安装。同时，已知温室所有者常常燃烧天然气或甚至煤并且使用烟道气体混合物以增加植物在温室中的生长，因为用于此的成本低于用于瓶装二氧化碳的成本，尽管有负面环境影响。此外，烟道气体混合物的组分可能非常大地负面地影响植物生长。因此，对于可以效率高地且在低能耗下产生包含比周围空气更高浓度的二氧化碳的气体混合物，优选地还不包含有害组分的工艺仍然存在需求。最近，使用固体胺吸附以捕获大气二氧化碳的工艺已经被报告。例如，WO-A-2010/091831公开了包括纤维丝(fibrefilament)的结构，其中纤维材料是碳和/或聚丙烯腈并且包含具有能够可逆吸附和脱附用于从气体混合物中捕获CO2的、具有氨基的吸附剂。WO-A-2007/016271和WO-A-2008/131132公开了用于从气流中除去二氧化碳的方法，所述方法包括将气流设置成与置于辊列室(roll-geometrychamber)或串联地连接的多个辊列室中的叔胺或季铵官能化的树脂接触，用水润湿树脂，收集来自树脂的水蒸气和二氧化碳，以及使二氧化碳与水蒸气分离。US20110296872公开了用于从气流中除去二氧化碳的工艺，所述工艺包括使气流与包含作为吸附剂的固定化的铵官能化的无机材料的固体无机吸附剂基质接触，以及随后释放二氧化碳。所公开的工艺具有通过吸附剂基质实现合适的吸附和流速、同时还必须移动基质以释放二氧化碳的问题。WO00/02643公开了用于从封闭的或半封闭的航天器或潜水艇舱除去二氧化碳的工艺，所述工艺使用用于从封闭的或半封闭的空间、航天器或潜水艇舱除去二氧化碳的、具有苄胺基团的离子交换树脂的珠的一个或更多个平行的床；借此再生可以仅仅在进入外部空气之后发生，而没有释放的二氧化碳的毒性的问题。本申请人现在已经发现提供具有增大的二氧化碳水平的气体混合物的工艺和用于执行该工艺的装置，所述工艺允许在较高的二氧化碳收率下并且在明显地较低的能量使用下操作。主题工艺和装置允许在比其他已知的空气捕获工艺低的财务支出下，产生具有增大的二氧化碳水平的气体混合物，而不需要使用高度加压的设备和/或低温恒温装置。其还具有较低的体积要求、较高的稳定性；不产生可察觉的气味，例如通常当季铵将被使用时的情况，并且提供相对于重量的至少相等的或较高的CO2捕获性能，并且比使用固体或液体吸附剂的当前工艺更实用。专利技术概述因此，在第一方面中，本专利技术涉及用于从气体混合物中可逆吸附二氧化碳的装置，所述装置包括至少一个吸附剂容器，其包括惰性且尺寸上稳定的材料的一个或多个透气的盒容器(gaspermeablecartridgevessel)，每个盒包含具有以至少2.0当量/l的总容量的伯氨基官能度、在从25m2/g至75m2/g的范围内的表面积(BET)和0.01mm至0.25mm的平均孔径的合适的聚合的特定吸附剂。在第二方面中，本主题专利技术涉及一种用于增强植物生长的设备，所述设备包括根据前述权利要求中任一项的装置，并且还包括用于分布脱附的二氧化碳的工具，例如气体导管(gasduct)和/或喷雾器(sparger)。本文，术语“喷雾器”可以是用于分布气体的任何合适的工具，包括用于水产用途的陶瓷扩散器或金属扩散器。在又一另外的方面中，本专利技术涉及用于通过压力、温度和/或湿度改变吸附-脱附过程(swingadsorption-desorptionprocess)从气体混合物中分离二氧化碳的工艺，所述工艺包括以下步骤：(a)在包括惰性且尺寸上稳定的材料的多个透气的盒容器的吸附剂容器中，并且在压力P1、湿度H1和温度T1下，使气体混合物与至少一种具有以至少2.0当量/l的总容量的伯氨基官能度、在从25m2/g至75m2/g的范围内的表面积(BET)和0.01mm至0.25mm的平均孔径的聚合的特定吸附剂接触，直到期望的量的二氧化碳被吸附到吸附剂上，以及(b)在总压力P2和/或温度T2下、和/或在湿度水平H2下，使在步骤(a)中吸附的二氧化碳的至少一部分脱附，以产生富含二氧化碳的流，在所述温度和/或压力下，二氧化碳具有相对于吸附剂的较低的吸附常数，并且因此至少部分地脱附。附图简述这些特征和另外的特征可以从权利要求、说明书和附图获得，并且单个的特征可以单独地且以子组合的形式在本专利技术的实施方案和其他领域中被认识到，并且可以代表有利的、独立地可保护的构造，该构造据此被要求保护。本专利技术的实施方案关于附图在下文中更详细地被描述，在附图中：图1公开了上文描述的工艺的示意图，其包括三个主要部件：盒、安置盒的可密封外壳体积以及工艺有关的能量和流体流动。图2公开了吸附剂堆(adsorbentstack)的表示，包括关于周围大气CO2捕获而优化的优选的盒厚度和盒间距。图3示出优选的设备的示意图。图4示出CO2随时间的脱附。图5示出在1cm和5cm厚的盒中、在周围条件(22℃，380ppmCO2，45％湿度)下，以吸附剂的％wt.计的质量增加。图6和图7示意地示出用于水族箱的优选的设备，其具有用于再生的单个盒和电加热。图8示出与水族箱一起使用的管线(lineup)。参考数字在表1中被整理：表1参考数字专利技术详述本专利技术涉及从气体混合物优选地周围空气中的二氧化碳捕获，其可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从气体混合物中可逆吸附二氧化碳的装置，所述装置包括至少一个吸附剂容器，所述至少一个吸附剂容器包括惰性且尺寸上稳定的材料的一个或多个透气的盒容器，并且每个盒包含具有以至少2.0当量/l的总容量的伯氨基官能度、在从25m

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从气体混合物中可逆吸附二氧化碳的装置，所述装置包括至少一个吸附剂容器，所述至少一个吸附剂容器包括惰性且尺寸上稳定的材料的一个或多个透气的盒容器，并且每个盒包含具有以至少2.0当量/l的总容量的伯氨基官能度、在从25m2/g至75m2/g的范围内的表面积(BET)和1nm至200nm的平均孔径的合适的聚合的特定吸附剂。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述盒容器包括具有在从0.01-0.25mm的范围内的平均孔径的透气膜。3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述盒具有在从5mm至50mm的范围内的厚度，并且以足以允许在其之间的大气二氧化碳充分扩散的距离间隔开。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述盒的形状和厚度通过允许在2小时和24小时之间的吸附-脱附再生循环来确定。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述盒相对于所述气体混合物的方向被相继地放置。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括用于将所述气体混合物供应至所述盒的工具。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括用于通过压力、湿度和/或温度吸附改变使吸附的二氧化碳脱附的工具，以及用于引导来自所述吸附剂盒的脱附的气体混合物的工具。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括用于使热和/或流体、和脱附的气体混合物恢复的工具。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括用于测量二氧化碳吸附水平和/或气体流速的工具。10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括用于使所述吸附剂与温热流体接触用于诱导所述二氧化碳的脱附的工具。11.根据权利要求10所述的装置，包括使所述盒经历减压、并且随后使所述盒与具有在从60℃至100℃的范围内的温度的水接触的设备，以及用于从释放的二氧化碳中分离水或水蒸气用于再循环至设备的工具。12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中一个或更多个盒被相继地布置和/或是平行的，使得一个或更多个盒能够在不必须使所述吸附过程停止或不迫使拆卸所述捕获单元的情况下被移除用于替换和/或维修任一个盒。13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包含储存缓冲器。14.根据权利要求13所述的装置，其中所述储存缓冲器具有等于按照用于特定应用的从0.1日CO2至2日CO2用量所要求的富含二氧化碳的气体混合物的量的储存体积。15.一种用于将富含二氧化碳的气流提供至水族箱的装置，所述装置包括容器，所述容器包括惰性且尺寸上稳定的材料的一个或多个透气的盒容器，并且每个盒包含具有以至少2.0当量/l的总容量的伯氨基官能度、在从25m2/g至75m2/g的范围内的表面积(BET)和1nm至200nm的平均孔径的合适的聚合的特定吸附剂，所述装置还包括用于使吸附的二氧化碳随后脱附以形成富含二氧化碳气流的工具和用于将所述富含二氧化碳的气流供应至水族箱以形成至少部分地溶解的二氧化碳的工具。16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括用于电加热所述饱和的吸附剂的工具。17.根据权利要求13至16所述的装置，其中所述储存缓冲器使所述二氧化碳保持呈压缩形式，或保持在包括活性炭和/或金属有机框架的固体储存结构中。18.一种用于增强植物生长、饮料碳酸化、pH控制和/或易腐商品的储存的设备，所述设备包括根据前述权利要求中任一项的装置，并且还包括用于分布脱附的二氧化碳的工具，例如气体导管、泵和/或喷雾器。19.根据权利要求18所述的设备，还包括用于提高植物生长的温室、生态箱、水族箱或用于微藻生长的光生物反应器。20.根据权利要求18或19所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克西姆斯·卢埃林·博蒙特，安东尼·查尔斯·瑟克特尔，
申请(专利权)人：斯凯特里有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL