质量传递系统技术方案

本文公开了一种气体捕获系统，包括：气体入口，布置成接收进入该系统的气体流；气体出口，布置成提供流出该系统的气体流；气体捕获区，用于在气体与气体的吸附剂之间进行质量传递；以及，吸附剂再生区，用于通过加热吸附剂来使该吸附剂释放出气体来再生吸附剂；其中：气体捕获区布置成接收来自吸附剂再生区的吸附剂；吸附剂再生区布置成接收来自气体捕获区的吸附剂用于再生；吸附剂是二氧化碳气体的固体吸附剂；并且气体捕获区包括：布置成接收输入至气体捕获区的吸附剂的吸附剂入口；布置成将吸附剂从气体捕获区中输出的吸附剂出口；一个或多个传质区，布置在吸附剂入口和吸附剂出口之间，使得在使用中随着吸附剂移动穿过传质区，吸附剂被保留在一个或多个传质区内并且在该一个或多个传质区中，气体与吸附剂之间发生质量传递；第一气体腔室；以及不同于第一气体腔室的第二气体腔室；其中，第一气体腔室、第二气体腔室以及一个或多个传质区布置成使得在使用中，存在气体的流动路径，该气体的流动路径包括气体从第一气体腔室流入到一个或多个传质区之一中，然后该气体从这一传质区流入到第二气体腔室中，以及然后该气体从第二气体腔室流回到这一传质区中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】质量传递系统
本专利技术的领域是用于气体和固体之间反应的反应器以及用于支持气体从固体中释放的反应器的设计。实施方式提供了与已知的反应器设计相比具有许多优点的新的反应器设计。
技术介绍
化石燃料占世界能源需求的很大一部分。化石燃料燃烧的问题在于，它是人为二氧化碳(CO2)排放的主要来源。减少CO2向大气中的排放的已知技术是碳捕获和储存(CCS)。燃烧后、燃烧前和氧燃烧(oxy-combustion)是从化石燃料工厂捕获CO2是三种主要选择。燃烧后技术的重要优点是该技术可重装进入现有的发电厂。在CCS系统中，吸附剂从含碳气体中去除CO2。CCS系统还包括吸附剂再生器，在其中吸附剂将CO2释放到受控环境中，从而CO2不会被释放到大气中。然后将再生的吸附剂重新用于从气体中去除CO2。因此，吸附剂以回路的形式在CCS系统中移动。用于燃烧后CO2捕获的吸附剂可以是多种市售水性胺溶剂中的任何一种，或者也可以是基于吸附技术的吸附剂。使用胺溶剂的吸附方法的优点是吸附反应器中的快速动力学。然而，缺点包括高昂的基建和运行成本。使用胺溶剂还会引起环境问题。与使用胺溶剂相比，使用固体吸附剂用于CCS具有许多技术和经济优点。用于CCS的固体吸附剂的实例是氧化钙(CaO)。为了实现基于固体吸附剂的CCS系统，需要气-固反应器来支持固体吸附剂与含碳气体(例如来自化石燃料发电厂的烟道气)之间的反应。气固反应器中通常使用三种类型的床。这些是固定床、流化床和移动床。当在连续运行的系统中使用具有固定床的反应器时，反应器需要复杂的操作和控制程序以使得该床以循环的方式交替地饱和和再生。固定床反应器的另一个问题是，在CCS应用于使用CaO吸附剂的化石燃料燃烧工厂的烟道气的特定应用中，烟道气的体积比固体颗粒的最佳体积流量高三个数量级。由于为了防止床流化来限制气体速度，从而需要大量的固定床，这大大增加了基建成本。反应器的流化床是在其中固体和气体充分混合的鼓泡循环床。混合确保良好的传热和传质特性。由于反应器内部的大量流动，使得流化床反应器是固体颗粒的有效混合装置。然而，流化床反应器的问题在于各个固体颗粒的保留时间具有非常宽的概率分布。一些颗粒可能在反应器中停留数秒，而其他颗粒可能在反应器中停留数分钟。当反应的最佳保留时间为大约几分钟时，显著部分的固体将在反应器中停留很短的时间，以至于无法有效地完成反应，而另外的显著部分的固体在反应完成后的很长时间内仍会停留在反应器中。这降低了流化床反应器的效率并降低了其经济可行性。使用流化床反应器的另一个问题在于吸附剂颗粒的显著损耗以及反应器容器和内部部件的腐蚀。在移动床反应器的已知设计中，固体颗粒容纳在竖直定向的反应器腔室中。固体颗粒以受控的方式被连续地送入到反应器的顶部并从反应器的底部取出。通过重力作用，反应器内部的固体床作为填料(plug)从反应器的顶部移动到反应器的底部。这确保了固体颗粒穿过反应器的特定保留时间。固体颗粒相当密集地堆积在移动床中，为气相留出相对较小的体积。气态反应物可以同流、逆流或错流的方式穿过反应器。已知设计的移动床反应器在气体具有相对较低浓度的反应物时是有问题的，在此时导致反应器内部存在需要穿过固体床运送的大比例的惰性气体。这会在气相产生较大的压降，并且在气体逆流的情况下，气体可能会使固体床迅速开始流化，使得系统不具备移动床反应器的特性。通常需要提供一种用于大规模CCS应用的有效反应器。更一般地，需要提供一种用于其他传质应用的有效反应器。特别地，需要提供一种用于使用吸附剂来分离CO2和H2的有效反应器，其在通过重整过程产生H2时可能需要。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种气体捕获系统，该气体捕获系统包括：气体入口，该气体入口布置成接收进入该系统的气体流；气体出口，该气体出口布置成提供离开该系统的气体流；气体捕获区，该气体捕获区用于在气体与气体的吸附剂之间进行质量传递；以及吸附剂再生区，该吸附剂再生区用于通过加热吸附剂来使吸附剂释放出气体以再生吸附剂；其中：气体捕获区布置成接收来自吸附剂再生区的吸附剂；吸附剂再生区布置成接收来自气体捕获区的吸附剂以用于再生；该吸附剂是二氧化碳气体的固体吸附剂；并且所述气体捕获区包括：吸附剂入口，该吸附剂入口布置成接收输入至气体捕获区的吸附剂；吸附剂出口，该吸附剂出口布置成从气体捕获区输出将吸附剂；一个或多个传质区，该一个或多个传质区布置在吸附剂入口和吸附剂出口之间，使得在使用中，随着吸附剂移动穿过传质区时，吸附剂被保留在一个或多个传质区内并且在一个或多个传质区中，气体与吸附剂之间发生质量传递；第一气体腔室；以及第二气体腔室，该第二气体腔室不同于第一气体腔室；其中，第一气体腔室、第二气体腔室以及一个或多个传质区被布置成使得在使用中，存在气体的流动路径，该气体的流动路径包括气体从第一气体腔室流入到一个或多个传质区中之一中，然后气体从这一传质区流入到第二气体腔室中，以及然后气体从第二气体腔室流回到这一传质区中。优选地，吸附剂再生区包括：布置成接收输入的吸附剂以用于再生的吸附剂入口；布置成输出再生的吸附剂的吸附剂出口；布置在吸附剂入口和吸附剂出口之间的一个或多个传质区，使得在使用中随着吸附剂移动穿过传质区，吸附剂被保留在一个或多个传质区内，并且在使用中在一个或多个传质区中加热吸附剂以产生气体；第一气体腔室；以及第二气体腔室，该第二气体腔室不同于第一气体腔室；其中，第一气体腔室、第二气体腔室以及一个或多个传质区被布置成使得在使用中，存在从气体入口到气体出口的气体流动路径，该气体流动路径包括气体从第一气体腔室流入到一个或多个传质区之一中，然后气体从这一传质区流入到第二气体腔室中，以及然后气体从第二气体腔室流回到这一传质区中。优选地：气体捕获区中的传质区的数量与吸附剂再生区中的传质区的数量相同；存在多个传质区；并且可选地，传质区的数量在2至20之间。优选地：气体捕获区和/或吸附剂再生区由一个或多个大致长方体的反应器提供；并且传质区中的一个或多个大致为长方体。优选地：每个传质区是移动床；并且每个传质区布置成使得在使用中，穿过每个传质区的吸附剂的流动路是径竖直向下的。优选地，传质区中的一个或多个包括侧壁，该侧壁将传质区与气体腔室隔开；其中，侧壁中的每个配置成使得在使用中，气体能够流过侧壁并且基本上没有吸附剂可以穿过侧壁。优选地：在每两个相邻的传质区之间设置一个或多个气体导管；一个或多个气体导管中的每个包括多个气体腔室，其中，一个或多个气体导管中的每个气体导管中的气体腔室由气体不能流过的一个或多个挡板隔开；并且每个气体导管中的气体腔室竖直地对齐，且竖直相邻的气体腔室由大致水平的挡板隔开。优选地，气体捕获系统进一步包括在每个传质区的端部处的流动控制机构，用于控制吸附剂可移动穿过传质区的速率。优选地，气体捕获区包括在气体腔室中的一个或多个气体腔室中的冷却管；并且在使用中，冷却管布置成在气体腔室中冷却气体。优选地，吸附剂再生区包括用于向吸附剂再生区供应热的热源。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体捕获系统，所述气体捕获系统包括：/n气体入口，所述气体入口布置成接收进入所述系统的气体流；/n气体出口，所述气体出口布置成提供离开所述系统的气体流；/n气体捕获区，所述气体捕获区用于在气体与所述气体的吸附剂之间进行质量传递；以及，/n吸附剂再生区，所述吸附剂再生区用于通过加热所述吸附剂来使所述吸附剂释放出气体以再生所述吸附剂；/n其中：/n所述气体捕获区布置成接收来自所述吸附剂再生区的吸附剂；/n所述吸附剂再生区布置成接收来自所述气体捕获区的吸附剂以用于再生；/n所述吸附剂是二氧化碳气体的固体吸附剂；并且/n所述气体捕获区包括：/n吸附剂入口，所述吸附剂入口布置成接收输入至所述气体捕获区的吸附剂；/n吸附剂出口，所述吸附剂出口布置成从所述气体捕获区输出所述吸附剂；/n一个或多个传质区，所述一个或多个传质区布置在所述吸附剂入口和所述吸附剂出口之间，使得在使用中随着所述吸附剂移动穿过所述传质区，所述吸附剂被保留在所述一个或多个传质区内并且在所述一个或多个传质区中，所述气体与所述吸附剂之间发生质量传递；/n第一气体腔室；以及/n第二气体腔室，所述第二气体腔室不同于所述第一气体腔室；/n其中，所述第一气体腔室、所述第二气体腔室以及所述一个或多个传质区布置成使得在使用中，存在气体的流动路径，所述流动路径包括气体从所述第一气体腔室流入到所述一个或多个传质区之一中，然后所述气体从这一传质区流入到所述第二气体腔室中，以及然后所述气体从所述第二气体腔室流回到这一传质区中。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171215 GB 1721034.5;20181019 GB 1817072.01.一种气体捕获系统，所述气体捕获系统包括：
气体入口，所述气体入口布置成接收进入所述系统的气体流；
气体出口，所述气体出口布置成提供离开所述系统的气体流；
气体捕获区，所述气体捕获区用于在气体与所述气体的吸附剂之间进行质量传递；以及，
吸附剂再生区，所述吸附剂再生区用于通过加热所述吸附剂来使所述吸附剂释放出气体以再生所述吸附剂；
其中：
所述气体捕获区布置成接收来自所述吸附剂再生区的吸附剂；
所述吸附剂再生区布置成接收来自所述气体捕获区的吸附剂以用于再生；
所述吸附剂是二氧化碳气体的固体吸附剂；并且
所述气体捕获区包括：
吸附剂入口，所述吸附剂入口布置成接收输入至所述气体捕获区的吸附剂；
吸附剂出口，所述吸附剂出口布置成从所述气体捕获区输出所述吸附剂；
一个或多个传质区，所述一个或多个传质区布置在所述吸附剂入口和所述吸附剂出口之间，使得在使用中随着所述吸附剂移动穿过所述传质区，所述吸附剂被保留在所述一个或多个传质区内并且在所述一个或多个传质区中，所述气体与所述吸附剂之间发生质量传递；
第一气体腔室；以及
第二气体腔室，所述第二气体腔室不同于所述第一气体腔室；
其中，所述第一气体腔室、所述第二气体腔室以及所述一个或多个传质区布置成使得在使用中，存在气体的流动路径，所述流动路径包括气体从所述第一气体腔室流入到所述一个或多个传质区之一中，然后所述气体从这一传质区流入到所述第二气体腔室中，以及然后所述气体从所述第二气体腔室流回到这一传质区中。


2.根据权利要求1所述的气体捕获系统，其中，所述吸附剂再生区包括：
布置成接收输入的吸附剂以用于再生的吸附剂入口；
布置成输出再生的吸附剂的吸附剂出口；
布置在所述吸附剂入口和所述吸附剂出口之间的一个或多个传质区，使得在使用中随着所述吸附剂移动穿过所述传质区，所述吸附剂被保留在所述一个或多个传质区内，并且在使用中在所述一个或多个传质区中加热所述吸附剂以产生气体；
第一气体腔室；以及
第二气体腔室，所述第二气体腔室不同于所述第一气体腔室；
其中，所述第一气体腔室、所述第二气体腔室以及所述一个或多个传质区布置成使得在使用中，存在从所述气体入口到所述气体出口的气体流动路径，所述气体流动路径包括气体从所述第一气体腔室流入到所述一个或多个传质区之一中，然后所述气体从这一传质区流入到所述第二气体腔室中，以及然后所述气体从所述第二气体腔室流回到这一传质区中。


3.根据权利要求1或2所述的气体捕获系统，其中：
所述气体捕获区中的传质区的数量与所述吸附剂再生区中的传质区的数量相同；
存在多个传质区；并且
可选地，传质区的数量在2至20之间。


4.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，其中：
所述气体捕获区和/或所述吸附剂再生区由一个或多个大致长方体的反应器提供；并且
所述传质区中的一个或多个大致为长方体。


5.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，其中：
每个传质区是移动床；并且
每个传质区布置成使得在使用中，穿过每个传质区的所述吸附剂的流动路径是竖直向下的。


6.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，所述传质区中的一个或多个包括侧壁，所述侧壁将所述传质区与气体腔室隔开；
其中，所述侧壁中的每个配置成使得在使用中，气体能够流过所述侧壁并且基本上没有吸附剂能够穿过所述侧壁。


7.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，其中：
在每两个相邻的传质区之间设置一个或多个气体导管；
所述一个或多个气体导管中的每个包括多个气体腔室，其中，所述一个或多个气体导管中的每个气体导管中的所述气体腔室由气体不能流过的一个或多个挡板隔开；并且
每个气体导管中的所述气体腔室竖直地对齐，且竖直相邻的气体腔室由大致水平的挡板隔开。


8.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，所述气体捕获系统进一步包括在每个传质区的端部处的流动控制机构，所述流动控制机构用于控制吸附剂能够移动穿过所述传质区的速率。


9.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，其中，所述气体捕获区包括在所述气体腔室中的一个或多个气体腔室中的冷却管；并且
在使用中，所述冷却管布置成在所述气体腔室中冷却气体。


10.根据任一项前述权利要求所述的气体捕获系统，其中，所述吸附剂再生区包括用于向所述吸附剂再生区供应热的热源。


11.根据权利要求10所述的气体捕获系统，其中，所述吸附剂再生区中的热源接收来自所述气体捕获系统外部的热源的热；
其中，可选地，所述质量传递系统外部的所述热源是催化燃烧器，优选催化完全燃烧器。


12.根据权利要求2至11中任一项所述的气体捕获系统，其中，所述气体捕获系统包括：
加热区，所述加热区包括用于在所述加热区中加热吸附剂的加热系统、一个或多个移动床、一个或多个气体入口、一个或多个气体出口以及一个或多个气体腔室，其中，在使用中，当所述吸附剂在所述气体捕获区的吸附剂出口与所述吸附剂再生区的吸附剂入口之间移动时，所述吸附剂被保留在所述加热区的一个或多个移动床内；以及
冷却区，所述冷却区包括用于在所述冷却区中冷却吸附剂的冷却系统、一个或多个移动床、一个或多个气体入口、一个或多个气体出口以及一个或多个气体腔室，其中，在使用中，所述冷却区的一个或多个移动床接收从所述吸附剂再生区的吸附...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿斯比约恩·斯特兰德，库马·兰詹·鲁特，陈德，
申请(专利权)人：弗杰尔生物干燥公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO