变温吸附方法技术

用于从气态混合物中除去目标组分的变温吸附方法，所述方法在多个反应器中进行，每个反应器进行以下步骤：(a)吸附目标组分，提供负载后的吸附剂和废气流；(b)加热负载后的吸附剂并使目标组分解吸，提供输出气流；(c)冷却吸附剂；在加热(b)之前的冲洗步骤(a1)，在该冲洗步骤中，负载后的吸附剂与包含目标组分的冲洗气流接触，产生目标组分经贫化的吹扫气流；在冷却(c)之前的吹扫步骤(b1)，在该吹扫步骤中，吸附剂与由另一反应器进行冲洗步骤(a1)时提供的吹扫气流接触，从而产生包含目标组分的输出气流，其中，所述冲洗气流包括由另一反应器在进行吹扫步骤(b1)时提供的输出气流的至少一部分。

Temperature swing adsorption method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】变温吸附方法
本专利技术涉及一种从气态混合物中分离出目标组分的方法，所述气态混合物还含有一种或多种副组分；例如，从含有二氧化碳和氮气的烟道气中分离出二氧化碳的方法。特别地，本专利技术涉及的方法涉及在固体吸附剂上变温吸附所述目标组分。
技术介绍
气态混合物中目标组分的分离在化工、燃料、食品、电力生产等领域中尤为重要。出于环境方面的考虑和/或将这种目标组分用作工业过程中的原材料，这是人们所期望的。可以通过化学洗涤从气态混合物中分离目标组分(例如，从烟道气中分离二氧化碳)，进行化学洗涤时气态混合物与包含适于选择性地除去所述目标组分的化合物的液体溶液接触。所述方法需要使溶液选择性地吸附目标组分的吸收塔和通过提供热能使溶液再生的解吸塔。但是，化学洗涤存在需要使用通常有毒、有害且会降解的溶液的缺点。降解后，需要更换溶液，这需要大量的成本。另一种方法是变温吸附(TSA)。所述方法利用固体吸附剂，并且需要对固体吸附剂进行加热和冷却的交替阶段，以分别进行吸附和再生(解吸)。用于将气态混合物中的目标组分与至少一种副组分分离开的TSA方法基本上包括：(a)吸附步骤，在此步骤中，目标组分被吸附在吸附剂床上，并产生富含副产物的气流；(b)负载后的吸附剂的加热步骤，在此步骤中，目标组分从吸附剂床中释放出来，并产生富含目标产物的气流；(c)冷却步骤，在此步骤中，吸附剂被冷却回到吸附温度。TSA方法引起了人们的极大兴趣，但仍然存在一些缺点。第一个缺点是分离性能低，导致目标产物的回收率和纯度低。为了成功分离目标组分，对新型吸附剂进行了测试，但是到目前为止，效果不佳。第二个缺点是高能量输入(以MJ/kg回收的目标产物为量度)。所述能量输入包括吸附剂再生和目标组分解吸所需的热能。在大多数情况下，气态混合物和获得的目标组分含有一些水，所述能量输入还包括干燥目标产物所需的热能。所述两个缺点是相关的。具体而言，目标产物的低回收率意味着干燥操作需要更高的能量，因为对于相同的目标产物生产率，必须干燥更多的气体。另一个缺点是目标产物的产率低，因此投资成本高。术语“产率”是指每单位质量吸附剂产生的目标产物的质量流速，并且以相对于数吨吸附剂的kg/h回收的CO2为量度。特别地，关于二氧化碳的分离，强烈地需要高性能、低能耗和低成本。从烟道气中回收的二氧化碳可以用作化学原料，生产尿素或甲醇或提高采油率；从燃烧过程的烟气中捕获二氧化碳，可最大程度地减少向大气排放的二氧化碳；从空气中去除二氧化碳对于许多工业用途也很有吸引力。US2014/0326136公开了TSA系统和用其纯化流体的方法。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术中的缺点。更具体而言，本专利技术旨在提供一种能够实现目标组分的高纯度和高回收率、低能耗、高生产率和低投资成本的方法。该目的是通过权利要求1所述的用于从气态混合物中除去目标组分的变温吸附法实现的。所述方法在多个反应器中进行，并且，每个反应器执行以下步骤：(a)吸附步骤，包括使所述气态混合物的输入气流与固体吸附剂接触并从所述输入气流中吸附目标组分，提供负载有目标组分的吸附剂和目标组分经贫化的废气流；(b)加热负载后的所述吸附剂并解吸第一量的目标组分，提供部分再生的吸附剂和包含被解吸的目标组分的第一输出气流；(c)冷却所述至少部分再生的吸附剂；每个反应器进行的所述方法的特征在于：在所述吸附步骤(a)之后且在所述加热步骤(b)之前进行冲洗步骤(a1)，在所述冲洗步骤(a1)中，负载后的所述吸附剂与包含所述目标组分的冲洗气流接触，所述冲洗气流中一定量的目标组分被吸附并产生所述目标组分经贫化的吹扫气流；在所述冷却步骤(c)之前进行吹扫步骤(b1)，在所述吹扫步骤(b1)中，部分再生的吸附剂与由所述多个反应器中的至少一个其它反应器在进行所述冲洗步骤(a1)时提供的所述吹扫气流的至少一部分接触，释放第二量的目标组分，提供包含所述目标组分的第二输出气流；其中，在所述冲洗步骤(a1)中使用的所述冲洗气流包括由所述多个反应器中的至少一个其它反应器在进行所述吹扫步骤(b1)时提供的所述第二输出气流的至少一部分。在所述冷却步骤(c)期间，有利地，将所述吸附剂冷却至适于调节所述固体吸附剂并且适于进行所述吸附步骤(a)的温度，使得可以再次开始循环。优选地，所述方法在包含吸附剂或多层吸附剂的多个反应器中进行，并且，每个反应器进行上述步骤。所述吸附剂优选是固定床吸附剂。在所述吸附步骤(a)期间，包含在所述输入气流中的所述目标组分的至少一部分被吸附。优选地，所述输入气流中的全部或基本上全部的目标组分被吸附。根据本专利技术的优选实施方案，用于反应器的吹扫步骤的所述吹扫气流和用于同一反应器的冲洗步骤的所述冲洗气流由不同的反应器提供。换句话说，根据优选的实施方案，通用反应器在执行上述顺序的步骤时，与至少两个其它反应器连接，因为它从多个反应器中的一个反应器(吹扫气流的源反应器)中获取了吹扫气流，并从另一个反应器(冲洗气流的源反应器)中获取了冲洗气流。优选地，所述方法在多个反应器中进行，其中，第一反应器执行所述吹扫步骤，从而提供包含所述目标组分的输出气流；第二反应器执行所述冲洗步骤，从而提供所述目标组分经贫化的吹扫气流，并且，其中，所述输出气流的至少一部分用作所述第二反应器的冲洗步骤的冲洗气流，并且，所述吹扫气流的至少一部分用于所述第一反应器的吹扫步骤，从而在所述第一反应器和所述第二反应器之间形成闭合回路。优选地，压缩机被用于在所述第一和第二反应器之间循环所述冲洗气流和所述吹扫气流，从而形成所述闭合回路。优选地，进行吹扫步骤的反应器的输出气流全部或基本上全部用作另一反应器的冲洗步骤的冲洗气流。优选地，所述冲洗气流由所述输出气流组成。为了简单起见，在以下描述中将模糊地使用术语“输出气流”和“冲洗气流”。优选地，进行冲洗步骤的反应器的吹扫气流全部或基本上全部用于另一反应器的吹扫步骤。在本专利技术的一些实施方案中，将所述冲洗气流在不进行中间贮存的情况下从进行吹扫步骤的反应器交换到另一进行冲洗步骤的反应器。这意味着交换所述冲洗气流的两个不同反应器的冲洗步骤和吹扫步骤是同步的，并且，当一个反应器执行吹扫步骤时，另一反应器执行冲洗步骤。在本专利技术的其它实施方案中，将所述冲洗气流在于合适的罐中进行中间贮存的情况下从进行吹扫步骤的反应器交换至另一进行冲洗步骤的反应器。这意味着交换所述冲洗气流的两个不同反应器的冲洗步骤和吹扫步骤不同步。进行所述中间贮存的实施方案提供了更大的灵活性，因为两个反应器的冲洗步骤和吹扫步骤的持续时间可以不同。类似地，上述吹扫气流可以在于合适的罐中进行中间贮存或不进行中间贮存的情况下从进行冲洗步骤的反应器交换到另一进行吹扫步骤的反应器。吸附剂优选通过与吹扫气流接触而冷却。在一些实施方案中，所述吹扫气流从各自的源反应器在不经过任何热交换器的情况下流向进行吹扫步骤的反应器，即在反应器之间不存在热交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变温吸附方法，用于从除目标组分之外还包含至少一种副组分的气态混合物(111)中除去所述目标组分，所述方法在多个反应器(101、102、103)中进行，其中每个反应器(101)执行以下步骤：/n(a)吸附步骤，包括使所述气态混合物的输入气流(111)与固体吸附剂接触，并从所述输入气流中吸附目标组分，提供负载有目标组分的吸附剂和所述目标组分经贫化的废气流(112)；/n(b)加热负载后的所述吸附剂并解吸第一量的目标组分，提供部分再生的吸附剂和包含被解吸的目标组分的第一输出气流(116)；/n(c)冷却所述至少部分再生的吸附剂；/n每个反应器(101)进行的所述方法的特征在于：/n在所述吸附步骤(a)之后且在所述加热步骤(b)之前进行冲洗步骤(a1)，在所述冲洗步骤(a1)中，负载后的所述吸附剂与包含所述目标组分的冲洗气流接触，所述冲洗气流中一定量的目标组分被吸附并产生所述目标组分经贫化的吹扫气流(115)；/n在所述冷却步骤(c)之前进行吹扫步骤(b1)，在所述吹扫步骤(b1)中，所述部分再生的吸附剂与由所述多个反应器中的至少一个其它反应器(103)在进行所述冲洗步骤(a1)时提供的吹扫气流(135)的至少一部分接触，释放第二量的目标组分，提供包含所述目标组分的第二输出气流(117)；/n其中，在所述冲洗步骤(a1)中使用的冲洗气流包括由所述多个反应器中的至少一个其它反应器(102)在进行所述吹扫步骤(b1)时提供的第二输出气流(127)的至少一部分。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170828 EP 17188071.91.一种变温吸附方法，用于从除目标组分之外还包含至少一种副组分的气态混合物(111)中除去所述目标组分，所述方法在多个反应器(101、102、103)中进行，其中每个反应器(101)执行以下步骤：
(a)吸附步骤，包括使所述气态混合物的输入气流(111)与固体吸附剂接触，并从所述输入气流中吸附目标组分，提供负载有目标组分的吸附剂和所述目标组分经贫化的废气流(112)；
(b)加热负载后的所述吸附剂并解吸第一量的目标组分，提供部分再生的吸附剂和包含被解吸的目标组分的第一输出气流(116)；
(c)冷却所述至少部分再生的吸附剂；
每个反应器(101)进行的所述方法的特征在于：
在所述吸附步骤(a)之后且在所述加热步骤(b)之前进行冲洗步骤(a1)，在所述冲洗步骤(a1)中，负载后的所述吸附剂与包含所述目标组分的冲洗气流接触，所述冲洗气流中一定量的目标组分被吸附并产生所述目标组分经贫化的吹扫气流(115)；
在所述冷却步骤(c)之前进行吹扫步骤(b1)，在所述吹扫步骤(b1)中，所述部分再生的吸附剂与由所述多个反应器中的至少一个其它反应器(103)在进行所述冲洗步骤(a1)时提供的吹扫气流(135)的至少一部分接触，释放第二量的目标组分，提供包含所述目标组分的第二输出气流(117)；
其中，在所述冲洗步骤(a1)中使用的冲洗气流包括由所述多个反应器中的至少一个其它反应器(102)在进行所述吹扫步骤(b1)时提供的第二输出气流(127)的至少一部分。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吹扫气流(135)的所述至少一部分和用作冲洗气流的所述第二输出气流(127)的所述至少一部分由两个不同的反应器(102、103)提供。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一反应器(101)执行提供所述第二输出气流(117)的吹扫步骤(b1)，第二反应器(103)执行提供所述吹扫气流(135)的冲洗步骤(a1)，其中，所述第二输出气流(117)的至少一部分用作所述第二反应器(103)的冲洗步骤(a1)的冲洗气流，并且，所述吹扫气流(135)的至少一部分用于所述第一反应器(101)的吹扫步骤(b1)，从而在所述第一和第二反应器之间形成闭合回路。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，用作冲洗气流(117)的所述第二输出气流的所述至少一部分和所述吹扫气流(135)的所述至少一部分被送至合适的压缩机以确保它们在闭合回路中的循环。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二输出气流(127)的所述至少一部分在于合适的罐中进行中间贮存或不进行中间贮存的情况下从进行吹扫步骤(b1)的所述至少一个其它反应器(102)交换到进行冲洗步骤(a1)的所述反应器(101)，并且，所述吹扫气流(135)的所述至少一部分在于合适的罐中进行中间贮存或不进行中间贮存的情况下从进行冲洗步骤(a1)的所述至少一个其它反应器(103)交换到进行吹扫步骤(b1)的所述反应器(101)。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述吹扫气流(115、135)的所述至少一部分在经受吹扫步骤(b1)之前被冷却。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二输出气流(117、...

【专利技术属性】
技术研发人员：丽莎·若斯，麦克斯·海富蒂，马尔科·马佐蒂，
申请(专利权)人：卡萨乐有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH