專利名稱：變溫吸附系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從煙道氣捕集并富集二氧化碳(C02)的吸附劑，并且具有通過加熱該吸附劑可進(jìn)行再生的獨特的移動床結(jié)構(gòu)。這類體系通常稱為變溫吸附(temperature swing adsorption)(TSA),因為在吸收和釋放期間，同步循環(huán)吸 附劑溫度。該特定類型TSA原理包括吸附劑的移動床。它提供明顯優(yōu)點， 例如相對于為獲得相同目的而使用的固定床(靜止吸附劑)體系，效率更高、 熱質(zhì)量更低、熱損失更低、成本更低。這類吸附劑特別適用于包含至少3% 二氧化碳的煙道氣、和至少1,000標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時的煙道氣。此外，本發(fā)明涉及從用于工業(yè)用途的氣流(例如包含二氧化硫的空氣、 天然氣或包含過量二氧化碳的填埋氣體)、千燥空氣、和烴類混合物的分離 物中除去某些成分。2. 背景技術(shù)我們現(xiàn)代社會的 一 個問題是由礦物燃料的燃燒產(chǎn)生能量以及相關(guān)的排 放物。盡管還有一些爭論，與該排放物有關(guān)的兩個主要問題是酸雨和全球變暖。例如，某些煤沉積層中存在的硫?qū)е屡欧帕蜓趸?SOx)，其中主要是二 氧化硫。自從二十世紀(jì)六十年代，已經(jīng)認(rèn)識到SOx有助于形成所謂的酸雨，酸雨導(dǎo)致森林、 湖和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的毀壞(http:〃www.epa.gov/airmarkets/acidrain/effects/surfacewater,htm1, 2006年2月21日)。幸好已經(jīng)采取措施防止SC^進(jìn)入環(huán)境。
在二十世紀(jì)九十年代，全球變暖(或更廣泛地，氣候變化)被認(rèn)為是嚴(yán) 重 的 潛 在 問 題 。
(http:〃yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/content/climate.html， 2006年2 月21日)。燃燒礦物燃料(包括煤炭和天然氣)、以及其它烴類燃料(包括 丙烷、液化石油氣(LPG)、取暖用油、填埋氣體、汽油、噴氣發(fā)動機(jī)燃料、 柴油機(jī)燃料和石腦油)產(chǎn)生二氧化碳。二氧化碳被稱作溫室氣體，因為與空 氣的主要成分相比，它有助于接收太陽能，但是限制從地球表面散熱。
因此，許多個人和組織認(rèn)為二氧化碳對全球變暖或氣候變化負(fù)主要責(zé) 任，他們想要限定排放二氧化碳進(jìn)入環(huán)境?，F(xiàn)在，沒有從發(fā)電廠或其它來源 收集二氧化碳排放物的經(jīng)濟(jì)化的手段。本發(fā)明涉及在排放物進(jìn)入環(huán)境之前， 從煙道氣捕集二氧化碳，盡管它也適用于其它氣體分離應(yīng)用。
認(rèn)識到氣候變化問題與逐漸耗盡的礦物燃料源(例如原油)有關(guān)。因此， 已經(jīng)發(fā)展多種技術(shù)，以增強(qiáng)從地質(zhì)貯藏處回收原油。 一種更加有前景的增強(qiáng) 原油回收的技術(shù)是將二氧化碳注入已使用常規(guī)初級技術(shù)部分貧化的原油貯 藏處。該油回收技術(shù)公開于美國專利No3442332和其它參考文獻(xiàn)中。從煙道 氣回收二氧化碳的廉價方式將改善從現(xiàn)有貯藏處提取原油的經(jīng)濟(jì)性。
3.移動床吸附器的背景
大部分已知類型的移動床吸附器用于從空氣捕集揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC)。 Berg在美國專利No2519873中；Murakami和Okamoto在美國專利 號4047906中;Jacquish在美國專利號No48693734中;Dingfors在美國專利 號4卯2311中；Cioffi和Cowles在美國專利號5676738中；Vickery在美國 專利No6027550中公開了實例。
Berg的專利教導(dǎo)通過選擇性吸附，使用具有吸附段和汽提段的裝置，以 分離氣體混合物。該專利基于所謂的超吸器，其用于以活性碳分餾烴類氣體。 汽提段具有接觸部分和加熱部分，通過熱量和汽提氣(例如蒸汽)的聯(lián)合作用 進(jìn)行再生。此外，存在提引器(elevator)，用以從汽提段底部至吸附段頂部轉(zhuǎn) 移再生的吸附劑。由Treybal報道了 "構(gòu)造幾種非常大型的吸附塔，但是非 常易碎的碳遭受嚴(yán)重的磨耗損失，并且用于固體和氣體的活塞流的非新型連 續(xù)流、逆流裝置被認(rèn)為是有效的。"Treybal, R.E., "Mass-Transfer Operations",York, 1980"。 Wankat (Wankat, P.C,， "Large Scale Adsorption and Chromatography"第II巻,CRC Press, Boca Raton, 1986)述 評了其它信息，其提到"磨耗損失是問題，但是如果使用現(xiàn)代化球形碳珠粒， 可以減小磨耗損失"。
Murakami和Okamoto的專利公開了 一種凈化包含污染物的廢氣的裝置。 該裝置是由吸附部分構(gòu)成的塔，包含具有堰(weir)的塔板，每個塔板被隔開 為兩個區(qū)域，用來調(diào)節(jié)吸附劑橫過塔板的橫向流動。兩個區(qū)域均被穿孔，但 是一個區(qū)域中孔穴太小，以致吸附劑無法滲入，而另一個區(qū)域允許吸附劑落 至下面的塔板，進(jìn)入其無法通過的區(qū)域。將該氣體送到塔的下部塔板，并將 吸附劑送到塔的頂部塔板，產(chǎn)生整個逆向流動，盡管吸附劑在任何塔板上將 為交叉流動。
Jacquish的專利展示了用于處理被溶劑蒸氣(即，VOC)污染的空氣的吸 附系統(tǒng)。吸附段包含由篩構(gòu)成的平行通道，通過其吸附劑下降，而污染氣流 水平流動，其在氣體和吸附劑之間產(chǎn)生交叉流動。從平行通道收集吸附劑， 并由于重力向下轉(zhuǎn)移至解吸器，其中VOC被解吸進(jìn)入載氣例如氮氣中。氣 體分離，并且其中一些以與吸附劑相同方向向下垂直流動，而其余向上流動 或多或少地與吸附劑形成逆流。最后效果是交叉流動。通過輸送器將吸附劑 轉(zhuǎn)移至吸附^:頂部。
Dingfors的專利教導(dǎo)使用大孔隙聚合顆粒流化床進(jìn)行吸附，將被溶劑蒸 氣(即VOC)污染的空氣通過該流化床。該聚合顆粒吸收溶劑蒸氣，并轉(zhuǎn)移至 獨立的汽提塔(解吸器)，其通過以逆向流動施加熱空氣以解吸溶劑，同時通 過熱交換器。冷卻該解吸的溶劑蒸氣和空氣，以冷凝該溶劑用于重復(fù)利用。
Cioffi和Cowles的專利展示了另一種VOC回收系統(tǒng)，其中污染氣體向 上流動，吸附劑向下流動，與氣路相反。吸附段包含l至20個篩板塔板(多 孔板)-其允許氣體向上流動(通過穿孔)，以及通路(下導(dǎo)管)-其允許吸附劑向 下通過至下面的塔板。將吸附劑轉(zhuǎn)移到自立的解吸器頂部，其中VOC被解 吸進(jìn)入載氣中，其流動與固體相反，即向上流動。吸附劑進(jìn)行氣動轉(zhuǎn)移。
Vickery的專利7>開了另 一種VOC回收系統(tǒng)，其中污染氣體向上流動， 吸附劑向下流動，與氣路相反。吸附段包含兩個區(qū)域，其允許在分開、自立 的解吸器中再生吸附劑。每個吸附區(qū)域包含具有堰的塔板，其用來調(diào)節(jié)吸附 劑橫過塔板以及至下面塔板的橫向流動。該塔板是穿孔的，但是孔太小以致于吸附劑無法滲入。通過吸附區(qū)域后，將吸附劑轉(zhuǎn)移到獨立的解吸器，其中 VOC解吸進(jìn)入載氣中，其流向自立的熱氧化器。將吸附劑氣動轉(zhuǎn)移回到吸 附段。
來自O(shè)ak Ridge National Laboratory的D. Aaron和C. Tsouris最近乂>開了 論文"Separation of C02 from Flue Gas: A Review", Separation Science and Technology,第40巻，321-348頁(2005)。該文摘陳述了 "截止至該綜述完 成時，總結(jié)為用于二氧化碳分離的最有前途的方法是使用單乙醇胺(MEA)吸 收流體"。接著說到某些薄膜法可以是有吸引力的，"分離比流體吸收可以更 加有效"，并且其它方法(例如吸附)"或者太新不能比較，或者不可能顯著 改變使它們合乎實施的需要"。
4.其它二氧化碳捕集技術(shù)的背景
捕集技術(shù)可以被分成兩大類燃燒后捕集技術(shù)(所謂的從煙道氣管末端 捕集二氧化碳)、和預(yù)燃燒捕集技術(shù)(經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)，通過燃料轉(zhuǎn)化來捕集二 氧化碳)。第一類包括吸收(例如用MEA)、吸附(變壓或變溫)、和膜分離。第 二類包括煤氣化，即通過部分氧化，其產(chǎn)生合成氣主要為一氧化碳(CO) 和氫氣(H》。然后在受控環(huán)境中分離一氧化碳和氫氣，并燃燒，釋放幾乎純 二氧化碳和水?？蛇x擇地，隨著合成氣的形成而除去碳，該合成氣通過金屬 (例如《丐、鎂或其它)的氧化物的碳化，以產(chǎn)生氬氣。另一種預(yù)燃燒方法被 稱作氧氣燃燒捕集(或有時稱為氧化燃料)，其包括分離空氣(以除去氮氣)， 以獲得相對純氧(02),其與循環(huán)的二氧化碳混合，以避免過度的溫度。
當(dāng)能源部門考慮這樣的假設(shè)問題"什么捕集技術(shù)可以用于我的地方性發(fā) 電廠？"時，答案是"將來，新興的研究與開發(fā)將提供多種成本有效的技 術(shù)，用于從發(fā)電廠捕集二氧化碳。然而，現(xiàn)在現(xiàn)有發(fā)電廠現(xiàn)代化的技術(shù)基本 上 局 限 于 ' 胺 吸 收 劑 ， "
2005年1月5日)。該出處接著說明吸收的基本概念該方法如下所述運行。 通過水和胺溶液，使通常離開煙自的煙道氣起泡。水中胺與煙道氣中二氧化 碳反應(yīng)，以形成稱為富集胺的中間化學(xué)品。富集胺是可溶的，并保留在水溶 液中。某些煙道氣鼓泡離開胺溶液，并排放到空氣中，就象之前的煙道氣， 但是二氧化碳部分與胺反應(yīng)，并保留在溶液中。泵送該富集胺至另一個管，氣體。從該管收集純二 氧化碳?xì)怏w，并循環(huán)正常的胺至煙道接觸塔氣體管。沒有提到的是在再生洗 滌液的過程中消耗大量蒸汽，相當(dāng)于發(fā)電廠凈輸出的約三分之一至二分之
所需能量的固有成本防礙依靠壓縮或排氣(例如變壓吸附、薄膜法、和 某些吸收變型)的其它技術(shù)。為了說明，給定流量所需的功率為Q，初始壓
力為P^和最終壓力為PH，溫度為T，熱容比^Cp/Cv是
如果必須壓縮煙道氣以對其進(jìn)行處理(例如通過薄膜裝置)，能量成本將 取決于所需壓力。例如，如果從水泥廠以0.1478的排出摩爾分?jǐn)?shù)收集二氧化 碳，總體流量為243.1千標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分鐘(相應(yīng)于排放率3000噸二氧化碳 /天)，如果所需壓力Pf44.1磅/平方英寸(起始于Pi^大氣壓)，所需功率是約 30MW。如果能量耗費$0.05每千瓦小時，捕集二氧化碳的成本將是約$11.86 每噸。同樣，如果必須使用真空用于收集濃縮二氧化碳，成本將取決于抽氣 程度。例如，對于相同水泥廠和基本能量耗費，如果每天僅在PL=1.0磅/平 方英寸下收集3000噸二氧化碳，并僅壓縮至Pf大氣壓，所需能量將是約 IOMW。僅每噸二氧化碳的能量耗費將是約$4.17。請注意對于這兩個說明， 所述耗費僅代表耗費的能量，不是用于泵送氣體的裝置的費用，也不是用于 進(jìn)行分離的裝置的費用。
5.吸附劑的選擇
對于任何應(yīng)用來說，吸附劑最重要的特征是工作容量(吸收步驟和釋 放步驟之間的所需強(qiáng)吸附成分的載荷變化，如圖2所示)、選擇性(吸收所需 強(qiáng)吸附成分并且不吸收其它不需要成分的性能)、動力學(xué)(吸收和釋放所需強(qiáng) 吸附成分的速度)、耐用性(經(jīng)過許多循環(huán)或周期，承受移動床吸附劑體系中 應(yīng)力的性能，即耐受由機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生的磨損的性能)、化學(xué)相容性(合適的惰 性，即耐受進(jìn)料混合物中雜質(zhì)降解或毒害的性能)、和費用(即，適當(dāng)?shù)偷某?本，以使整個方法是經(jīng)濟(jì)的)。該方法的總體性能和經(jīng)濟(jì)效益取決于全部這些。
用于該應(yīng)用的合適的吸附劑是在相關(guān)溫度范圍和成分范圍內(nèi)具有相當(dāng) 大工作容量的吸附劑，相對于不需要的成分(例如氮氣和氧氣)來說，對于二 氧化碳具有良好的選擇性、良好的動力學(xué)、高耐用性、良好的化學(xué)相容性和 適度的低成本。幾種吸附劑是可用于二氧化碳捕集的選擇物。例如，分子篩 是原子布置在點陣或框架中的材料，以致存在大量互連的均勻尺寸的孔隙。 該孔隙通常僅接收分子尺寸大約相同或小于該孔隙的分子。因而，相對于孔 隙，分子篩可以基于分子尺寸進(jìn)行吸收和分離或篩選。 一類分子篩是沸石。 沸石是鋁的水合硅酸鹽，通常包含可交換的陽離子。因而，由于其化學(xué)組成， 沸石是被稱為硅鋁酸鹽的較大范圍吸附劑中的 一 部分。其它分子篩由稱為
ALP04的磷酸鋁、硅酸鈦、鋁酸金屬鹽等形成。沸石可以自然形成或人工制 造。自然形成的沸石類型包括菱沸石、斜發(fā)沸石、毛沸石、片沸石和絲光沸 石，略舉數(shù)例。人造沸石特別包括A、 D、 L、 R、 S、 T、 X、 Y、 ZSM型沸 石、絲光沸石或斜發(fā)沸石。這些沸石的某些具體變種包括相應(yīng)于占優(yōu)勢陽離 子的縮寫的數(shù)字命名或前綴?；钚匝趸X、活性碳和硅膠包含其它可用于從 煙道氣捕集二氧化碳的大量吸附劑種類。
為了產(chǎn)生移動床吸附劑，吸附劑必須流動。吸附劑的三種普通顆粒形狀 是可商購的，即珠粒、粒狀(或擠出物)和微粒，優(yōu)選珠粒。相對于其它形狀， 它們較小傾向于聚集、橋接或阻塞需要流動通過的溝道。
化學(xué)相容性、或耐受進(jìn)料混合物中雜質(zhì)降解或毒害的性能對于從煙道氣 捕集二氧化碳是非常重要的。許多煙道氣源包含除二氧化碳之外的成分，例 如水蒸汽、NOx和SOx。關(guān)心NOx和S(X，因為它們與水縮合形成腐蝕性酸。 因此，如果這些成分被水吸附，特別是在包含顯著比例的鋁的吸附劑中，產(chǎn) 物可以損失吸附能力、弱化結(jié)構(gòu)、和最終破壞、或甚至分解。
Harlick和Tezel研究了用于從煙道氣分離二氧化碳的幾種沸石選擇物， 包4舌沸石5A、 13X、 NaY、和ZSM-5(Harlick, PJ.E.和F.H.Tezel， "An Experimental Screening Study for C02 Removal from N2，， ， Mesoporous and Microporous Materials, 76， 71-79(2004))。除了這些，根據(jù)上述列舉的特征， 某些類型的活性氧化鋁、硅膠、4A沸石和活性碳是可能的(plausible)選擇， 但是取決于產(chǎn)品規(guī)格和專門應(yīng)用的操作條件。Mello和Eic測量了在氮氣中 從包含水蒸汽和二氧化硫的氣體混合物吸收二氧化碳。考慮到高硅沸石(highsilica zeolite),即，MFI-26和MOR-20,分別具有26和20的Si/Al比例(Mello, M.和M. Eic， "Adsorption of Sulfur Dioxide from Pseudo Binary Mixtures on Hydrophobic Zeolites: Modeling of the Breakthrough Curves", Adsorption, 8, 279-289(2002))。它們沒有評論其吸附劑與氣體混合物的化學(xué)相容性。
用于本目的的"吸附劑"包括多孔固體、顆粒材料或各材料的混合物，
其有選擇地從包含至少一種其它成分的混合物接收并保持(或吸附)一種或多 種成分在其孔隙中。在這種情況下，該混合物是用其污染的工藝氣體，例如 下文討論的這些吸附劑。雖然說明書為了方便起見通常使用術(shù)語"吸附劑"， 但實際上其是指且本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解為尺寸通常約0.1mm至10mm 的多孔固體、顆粒材料。此外，使用的術(shù)語"顆粒吸附劑"或"固體吸附劑" 也是指此處限定的"吸附劑"。

發(fā)明內(nèi)容
從工藝氣流(例如，通常稱為煙道氣的燃燒產(chǎn)物)中除去一種或多種強(qiáng) 吸附成分(簡稱"SAC"，無論一種或多種)(例如二氧化碳)，其包含下列步 驟
方案1:工藝氣體是熱源
(a) 工藝氣流的溫度為約8(TC至約500°C,
(b) 將工藝氣流與熱交換面進(jìn)行接觸，以熱接觸的形式與吸附劑接觸；所 述熱交換面從所述工藝氣流轉(zhuǎn)移熱量至所述吸附劑，以冷卻所述工藝氣流， 并可以從所述工藝氣流除去冷凝物，如果達(dá)到露點溫度的話；
(c) 任選地流動所述冷卻工藝氣流以接觸外換熱器表面，冷卻劑流過該外 換熱器表面的另一側(cè)，從而獲得進(jìn)一步冷卻的溫度為約-20。C至約U(TC的工 藝氣流；
方案2:輔助的熱介質(zhì)是熱源
(a) 使用約8(TC至約500。C的輔助熱介質(zhì)(例如蒸汽冷凝物、放熱反應(yīng)的 流出物、地?zé)崃黧w)，
(b) 將輔助熱介質(zhì)與任選的第 一熱交換面進(jìn)行接觸，以熱接觸的形式與吸 附劑接觸；所述熱交換面從所述加工輔助熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移熱量至所述吸附劑，以 冷卻所述輔助熱介質(zhì)；(c) 提供約-2(TC至約12(TC的工藝氣流； 對于每個方案
(d) 流動約-20。C至約120。C的所述工藝氣流以直接接觸所述吸附劑的冷 卻部分，以從其中吸附SAC，產(chǎn)生SAC貧化的工藝氣流；
(e) 通過與任選的第二熱交換面熱接觸，部分加熱所述吸附劑，所述熱交 換面的另 一側(cè)接觸已經(jīng)用通過與后續(xù)的熱交換面熱接觸的熱吸附劑加熱的 流體，其隨后循環(huán)；
(f) 如步驟(b)中描述，通過與所述第二任選的熱交換面熱接觸以充分加熱 所述吸附劑，從而導(dǎo)致吸附的SAC被解吸，并回收解吸的SAC以用于收集；
(g) 流動得自步驟(f)的所述SAC貧化的吸附劑以接觸熱交換面，所述熱 交換面的另 一側(cè)接觸已經(jīng)用通過與得自步驟(e)的前述熱交換面熱接觸的冷 卻的吸附劑冷卻的流體，其隨后循環(huán)；
(h) 充分冷卻，用于返回該方法的步驟(c);和
(i) 回收任何細(xì)粉以用于收集。
從而，本發(fā)明是一種通過將負(fù)載了 二氧化碳的工藝氣流的溫度調(diào)節(jié)為約 80。C至約500°C,從具有二氧化碳和其它氣體成分的工藝氣流中除去二氧化 碳的多步方法。該調(diào)節(jié)了溫度的工藝氣流接觸熱交換面，以轉(zhuǎn)移熱量至吸附 劑，從而導(dǎo)致任何吸附的二氧化碳解吸以用于收集，并冷卻所述工藝氣流， 從所述冷卻的工藝氣流除去任何冷凝物。流動冷卻的工藝氣流以接觸所述吸 附劑的冷卻部分，以從其中吸附二氧化碳，產(chǎn)生二氧化碳貧化的工藝氣流。 回收解吸的二氧化碳以用于收集。任選地流動二氧化碳貧化的工藝氣流以接 觸加熱的再生吸附劑，以充分冷卻用于返回該方法。最后，回收任何細(xì)粉以 用于收集。
此前用以實現(xiàn)逆流移動床吸附的努力已經(jīng)由于吸附劑磨損而受到阻礙， 例如在超吸器中所注意到的情況。某些人已經(jīng)試圖通過生產(chǎn)更強(qiáng)、更剛性的 吸附劑來減少磨損。這可以是有用的方法，但是因為利用額外粘合劑，或更 剛性和更少的多孔粘合劑，該吸附劑可表現(xiàn)出較差的吸收和釋放動力學(xué)。本 發(fā)明特別地建議兩種特征，以最小化磨損影響。 一個特征是連續(xù)除去吸附劑 細(xì)粉(碎屑)的手段，以防止其積累在容器中，其中吸附劑細(xì)粉(碎屑)可以干 擾氣體和吸附劑的流動，并可能由于其研磨性質(zhì)，使磨損加重。另一個特征是用于減少發(fā)生磨損的趨勢，其被許多人認(rèn)為是神秘的。例如Chou,提到
"磨損(和其它主題)產(chǎn)生顆粒材料成為令人感興趣的研究課題，，(Chou, C-S, Proc. Natl. Sci. Council, ROC(A)，第24巻，No.5，第317-329頁(2000))。 類似地，在佛羅里達(dá)大學(xué)的電磁學(xué)和固體力學(xué)計算實驗室網(wǎng)站提到"在許多 用于從一地到另一地的移動材料的工程領(lǐng)域中，顆粒材料的流動是關(guān)鍵的。 然而，在粒狀流性能方面的神秘性仍然沒有很好地被了解。" (http:〃aemes.mae.ufl.edu/ vql/clesm/clesm gran flow.html; 2006年2月22日)。 未能充分理解該問題的部分原因是大部分涉及固體流的專家關(guān)心斜槽、漏 斗、氣動輸送系統(tǒng)、燃燒、回轉(zhuǎn)爐、流化床、混合機(jī)、貯藏器、振動、渦流、 振蕩、俯仰(pitching)和非常緩慢的展開(deployment)。相反，本申請主要涉 及相對緩慢的固體和氣體的逆流活塞流，以及固體靜止表面和移動吸附劑之 間的熱傳遞。對于固體和氣體，速度必須足夠緩慢，以達(dá)到足夠的停留時間， 并因此獲得幾乎完全吸收，并在受限體積內(nèi)釋放。因此，本發(fā)明的目的顯著 不同于其它大部分的固體流應(yīng)用目的。
然而，本發(fā)明基于下列發(fā)現(xiàn)的原則，即移動床設(shè)計中的吸附劑磨損主要 是因為摩擦(剪切)力，較少因為法向力。因此，為了最小化吸附劑磨損，重 要的是最小化剪切應(yīng)力，并僅允許基本上小于壓碎強(qiáng)度的法向力。當(dāng)固體顆 粒移動同時接觸靜止固體表面和其它吸附劑顆粒時，由于與靜止面接觸的摩 擦，往往發(fā)生旋轉(zhuǎn)，而且在移動顆粒和其它接觸顆粒之間產(chǎn)生剪切應(yīng)力。同 樣地，該由其它顆粒施加的剪切應(yīng)力可以有助于限制第一顆粒的轉(zhuǎn)動，并且 可以有助于導(dǎo)致它滑動(而不是旋轉(zhuǎn))通過靜止表面，其涉及形成剪切應(yīng)力。 剪切應(yīng)力的^:值if又決于施加的法向力。
流體和固體力學(xué)的已知原則是如果顆粒相對于另 一個顆?；虮砻嬉苿樱?在顆粒上的顆粒的柱高(heightofacolumn)(即所謂的靜壓"頭")對顆粒上的 法向力產(chǎn)生影響，隨后影響剪切應(yīng)力(其等于剪切力除以接觸面積)。由此， 本發(fā)明人認(rèn)識到必須例如通過以相對短的垂直間隔引入多孔板(其分布法向 力)，以限定吸附劑的高度，并且如果尺寸合適，可以防止法向力在移動吸 附劑柱中積累。為了說明，在具有適當(dāng)尺寸的間隔為1英尺的多孔板的10 英尺高吸附劑柱的底部顆粒上的法向力，將比10英尺高連續(xù)吸附劑柱更接 近i英尺高吸附劑柱中吸附劑.的法向力。
剪切應(yīng)力的影響對于作為球形珠粒的顆粒是嚴(yán)重的，因為這有助于幾乎以單個點(或總表面積的非常小的部分)接觸鄰近的顆粒和相鄰的固體表面； 因此法向力施加在產(chǎn)生非常高的壓力(法向力/接觸面積)的位置，其產(chǎn)生相應(yīng) 的高剪切應(yīng)力。因為移動床吸附劑體系對于全部吸附劑的性質(zhì)是通過其中剪 切力最高的區(qū)域，同時使所有吸附劑通過該體系，關(guān)鍵是保證最高的剪切力 適當(dāng)?shù)氐停员３旨羟?和磨損)的累積作用為可接受的程度。


為了更充分地理解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點，應(yīng)該參考下列詳細(xì)說明和附
圖，其中
圖l示意地代表用于實現(xiàn)本發(fā)明的一個實施方式的裝置和流程圖； 圖2示意地代表用于實現(xiàn)本發(fā)明的第二實施方式的裝置和流程圖； 圖3代表吸附劑對強(qiáng)吸附組分的溫度和濃度變化的一般響應(yīng)，在這種情 況下為二氧化碳；
圖4和5分別代表沸石4A和沸石13X的實際等溫線組，且每種吸附劑 的3個等溫線；和 圖6代表與實施例有關(guān)的所用的裝置。 以下進(jìn)一步描述附圖。
具體實施例方式
圖1中描述的該新型吸附系統(tǒng)優(yōu)選處理熱工藝氣體流。該熱工藝氣體l 包含一種或多種強(qiáng)吸附成分SAC (例如，二氧化碳和載氣)，其包含一種或 多種弱吸附成分(例如氮氣)。
吸附系統(tǒng)包含下列加工步驟。
將溫度為約8(TC至約50(TC或處理至約8(TC至約500。C的工藝氣流引入 吸附劑容器2。更特別地，氣體進(jìn)入熱交換器部分3的氣體側(cè)，并接觸其表 面的單面。其表面的相對側(cè)熱接觸吸附劑4。熱交換器部分可以由平行板通
道、殼中的管組件或任何其它用于從吸附劑物理分離該熱工藝氣體的裝置組 成。熱交換面從工藝氣流1轉(zhuǎn)移熱量至吸附劑4,從而產(chǎn)生冷卻工藝氣流5， 并可以提供從所述冷卻工藝氣流除去冷凝物的裝置，如果達(dá)到露點溫度的話。
冷卻工藝氣流5任選地可以接觸外部氣體冷卻器6,冷卻劑9通過該外部氣體冷卻器6的相對側(cè)，產(chǎn)生約-20。C至120。C(對應(yīng)于圖2中T!)的冷卻工 藝氣流8;外部氣體冷卻器6可以從冷卻工藝氣流5收集并除去冷凝物7， 如果達(dá)到露點溫度的話。
參考圖2 (其中相同的數(shù)字表示類似/相同的組件)，圖1中描述的該新 型吸附系統(tǒng)任選地可以處理約-20。C至120。C(對應(yīng)于圖2中TO冷卻工藝氣流 8,并使用輔助熱介質(zhì)作為熱源。該輔助熱介質(zhì)是便宜或方便的熱源，例如 約8(TC至約50(TC的蒸汽冷凝物、放熱反應(yīng)流出液或地?zé)崃黧w。它將代替熱 工藝氣體流l。它將引入吸附劑容器2中，更具體地說，引入至熱交換器部 分3的氣體側(cè)，其中它接觸其表面的單面。其表面的相對側(cè)熱接觸吸附劑4。 熱交換面從所述輔助熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移熱量至所述吸附劑，從而產(chǎn)生冷卻輔助介質(zhì) 27。冷卻輔助介質(zhì)27將被排出。冷卻工藝氣流包含一種或多種SAC和載氣， 其包含一種或多種弱吸附成分(例如氮氣)。
吸附系統(tǒng)包含下列加工步驟。
冷卻工藝氣流8通過吸附劑容器2的吸附段11內(nèi)的氣體分配器10進(jìn)入 吸附劑容器2，使得氣體直接接觸吸附劑4的冷卻部分，而前者向上通過， 后者向下通過，相對通過一系列多孔塔板12。塔板的用途是促進(jìn)氣體和吸附 劑的接觸。盡管可用多種增強(qiáng)固體和氣體接觸的方法，但建議使用能夠使吸 附劑和氣體通過穿孔的多孔塔板，目的是使SAC的吸附最大化。這些塔板 的設(shè)計包括一些考慮。例如，穿孔必須具有合適的直徑和間距以防止阻塞' 塔板必須垂直間隔，以保持吸附劑在吸附劑容器中的合適停留時間，以及合 適的物質(zhì)傳遞、合理的氣體壓降、和合理的免于碎屑(例如吸附劑細(xì)粉)積 聚。其它塔板設(shè)計考慮將影響其振動、重量、所需的維修、以及物理或化學(xué) 劣化(例如通過腐蝕或侵蝕)、或其它機(jī)械故障、和其最終成本。該氣體和 吸附劑接觸的目的是產(chǎn)生SAC貧化的工藝氣流13和SAC富集的吸附劑流， 其靠重力朝著熱交換面14的方向推進(jìn)。通過與所述熱交換面進(jìn)行熱接觸而 部分加熱該SAC富集的吸附劑流，其相對側(cè)接觸已經(jīng)通過經(jīng)由與后續(xù)的熱 交換面熱4妄觸而由熱吸附劑加熱的流體，并且該流體在兩個表面之間循環(huán)。 SAC富集的吸附劑流通過熱接觸所述的內(nèi)熱交換器3而實現(xiàn)充分加熱，對應(yīng) 于圖2中T2。熱效應(yīng)導(dǎo)致吸附的SAC解吸，按照圖2中展示的原理，產(chǎn)生 SAC貧化的吸附劑。
用機(jī)械裝置17(例如鼓風(fēng)機(jī))，在輕微抽氣下，相對于加工氣體可以進(jìn)入吸附容器的壓力，在物流16中，使解吸的SAC通過氣體收集器15?？梢允?用兩組或多組氣體收集器15和機(jī)械裝置17來部分分離強(qiáng)吸附成分，產(chǎn)生不 同的物流16,其成分在解吸器中不同軸向位置可達(dá)到不同的濃度。壓力必須 足夠低，以除去吸附的SAC，但是沒有低至產(chǎn)生很多的要回收的載氣。該 SAC貧化的吸附劑通過可以使吸附劑流過的節(jié)流(restriction)靠重力向下推 進(jìn)，但是限制SAC向下流動和外部氣體例如空氣的向上整體運動，進(jìn)入解 吸器部分。通過所述節(jié)流(其中該節(jié)流可以是被動的，例如長狹窄通道或旋 轉(zhuǎn)聯(lián)鎖(rotary interlock))后，所述SAC貧化的吸附劑靠重力向下朝著熱交 換面19進(jìn)行推進(jìn)。其相對側(cè)接觸經(jīng)過換熱器14的流體，從而通過泵20冷 卻并循環(huán)。隨后，SAC貧化的吸附劑靠重力推進(jìn)進(jìn)入輸送器21,例如斗式 提升機(jī)、氣動輸送機(jī)或某些其它的裝置，其輸送吸附劑至吸附劑容器2的頂 部。轉(zhuǎn)移的時候，可以通過轉(zhuǎn)移熱量至環(huán)境、至冷卻的SAC貧化的氣體、 或至冷卻劑(其可以在輸送器殼體中通過夾套或管道進(jìn)行循環(huán))，進(jìn)一步冷
卻SAC貧化的吸附劑。如果使用冷卻的SAC貧化的氣體用于冷卻，可以將 該氣體從吸附段頂部引至流體，與在斗式輸送機(jī)中通過鼓風(fēng)機(jī)向底部推進(jìn)的 該輸送的吸附劑逆流。在這樣情況下，隨后排出該SAC貧化的氣體。吸附 劑已經(jīng)貧化了 SAC,且在充分冷卻時完成再生。隨著將再生吸附劑提供至吸 附劑容器頂部，其可以任選通過篩或尺寸選擇性篩22,該篩或尺寸選擇性篩 22設(shè)計成能通過任何細(xì)粉(這些細(xì)粉可以在吸附劑容器中形成或聚集)，但 該篩或尺寸選擇性篩22保持(retain)整個吸附劑顆粒(其靠重力推進(jìn)流入吸 附劑容器頂部，到達(dá)一系列多孔塔板12上)。即使存在細(xì)粉，細(xì)粉聚集并隨 著物流23除去。
應(yīng)該注意到，因為工藝氣流通過的壓差相對小，重要的是吸附容器是基 本上氣密的罩(enclosure)。此外應(yīng)該認(rèn)識到，可以從煙道氣除去除了 二氧化 碳之外的其它成分(即，作為SAC)。該其它成分的實例是NOx、 SOx、汞和 其它有毒物質(zhì)。除去該成分的趨勢取決于吸附劑、條件(溫度、壓力、和流 量)和傳熱特性。
工藝成分和條件 條件(I)
特別地，吸附劑是一種或多種分子篩(由于其根據(jù)尺寸而對分子進(jìn)行篩選的功能而得名)、沸石(特定類型分子篩)、鋁硅酸鹽、活性氧化鋁、硅膠、 多孔金屬氧化物、活性碳，或這類材料的共混物。此外，可以用增強(qiáng)其選擇 性吸附所需SAC性能的物質(zhì)滲透吸附劑。吸附劑的粒徑是該類型操作慣用 的。根據(jù)例如在"背景技術(shù)"的"第5部分.吸收劑選擇"中描述的考慮因素， 選擇材料的類型、尺寸和其它性質(zhì)。顆粒形狀可以是例如微粒、小球或珠粒， 但是優(yōu)選形式是珠粒。
條件(II)
接觸方法是移動床吸附器，即吸附劑和氣體都通常相互逆流移動。到達(dá) 吸附劑容器底部時，吸附劑可以機(jī)械地(例如通過輸送器)或氣動地向上移 動。重要的是防止冷卻工藝氣體進(jìn)入內(nèi)部熱交換器，即通過向下流動，并防
止解吸SAC進(jìn)入吸附劑容器的吸附段，并且可以通過控制壓力(例如通過 利用鼓風(fēng)機(jī)和/或閥門以控制氣流的流量和壓力、或通過阻塞吸附劑流動以增 加氣體通過的流動阻力)來實現(xiàn)這些目的。
條件(in)
可選擇地，接觸方法為模擬移動床吸附器，即吸附劑是靜止的，但對引 導(dǎo)氣流的閥門進(jìn)行控制，以獲得吸附劑通常與氣體逆流移動的效果。不同的 固定床實現(xiàn)不同的用途，例如吸收、釋放和冷卻。
現(xiàn)在，將參考具體實施例更充分地描述本發(fā)明。應(yīng)該注意的是，這些實 施例并不用以限定本發(fā)明。
實施例
裝配實驗裝置以試驗本發(fā)明的基本原則，該裝置以與圖l和2相對應(yīng)的 標(biāo)號在圖6中進(jìn)行展示。實施例的目的是從模擬煙道氣除去二氧化碳。在這 種情況下，二氧化碳是SAC。該實施例，且特別是，該裝置沒有完全具備本 發(fā)明的一些機(jī)械特征，其不能用于實驗室規(guī)模。例如，沒有使用普通意義上 的輸送器(圖1中21)。相反地，設(shè)計可以互換的儲集器，只要吸附劑供給儲 集器24、填充的收集儲集器25，并使用備件，其實際上可不間斷地操作。 此外，使用燃燒源作為熱量是不實際的，而是如在"發(fā)明內(nèi)容"部分的"方 案2:輔助的熱介質(zhì)是熱源，，中所述的，將熱油熱源26循環(huán)通過熱交換器。以進(jìn)行能量平衡，且性能上基本沒有變化， 雖然使用煙道氣中包含的固有能量，能夠再生并回收二氧化碳以提供經(jīng)濟(jì)效 益。此外，該實驗室裝置不包含內(nèi)部熱交換器(圖1中的14和19)。試驗的 目的是減化以實踐本發(fā)明的主要特征，而不是節(jié)約能源或以最小可能成本進(jìn) 行操作。試驗數(shù)據(jù)列于下面和表1中。
通常的實驗條件
吸附劑ZeochemZ4-04， 4A沸石，珠粒，平均直徑4.46mm(Zeochem，
AG)
進(jìn)氣二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)二y產(chǎn)0.153;進(jìn)氣流量=20.95標(biāo)準(zhǔn)升/分種，吸 附劑質(zhì)量流量-mad^0.222千克/分鐘=0.4881磅/分鐘。熱源(熱礦物油)流量 =67.7克/分鐘。
柱直徑二7.4cm-2.91英寸。吸附劑部分(玻璃)長度=1.22米=4.0英尺。 吸附劑部分中塔板數(shù)量=49。再生段(玻璃)長度=0.61米=2.0英尺。再生段中 ;荅板數(shù)量=17。多孔板孔徑=0.47厘米=0.187英寸，間隔=0.81-0.97厘米 =0.32-0.38英寸。
環(huán)境壓力=0.9866巴=14.31磅/平方英寸。環(huán)境溫度-18t:。
表l:試驗數(shù)據(jù)
試驗溫度(。C )yL二氧化 碳產(chǎn)率△P (psidx103)12412
123917116829180.9900.0190.8977
223511610332180.9000駕0.9077
2371059131180.6070.0120.941213
4233賜9234180.5450.0140.9397
52461059541390.6380細(xì)0.84811
62371079251410.6220.0250.871214
724511010242410.6700.0590.671212
82271129546360.6000.0290.851012二氧化碳的產(chǎn)率，即在富集二氧化碳的流中捕集的量與進(jìn)料中允許含有
的量的比例為67%至94%,而在富集的流中的二氧化碳的摩爾分?jǐn)?shù)yR為 54.5%至99%。
數(shù)據(jù)說明二氧化碳產(chǎn)率強(qiáng)烈取決于貧化了 二氧化碳的流的成分，而在富 集的流中的二氧化碳的摩爾分?jǐn)?shù)強(qiáng)烈取決于抽氣點處的溫度T"顯示在圖6 中)。通過控制進(jìn)氣和吸附劑流量的比例、在吸附部分中提供合適的吸附劑 停留時間、經(jīng)由吸附容器在加工通道中徹底再生吸附劑、在吸附部分中使氣 體和吸附劑相進(jìn)行適當(dāng)接觸，可以控制貧化了 二氧化碳的流中的二氧化碳的 量。可以通過提供或多或少的熱交換器區(qū)域、控制熱交換器中吸附劑的流量 (或停留時間)、和/或控制熱源的流量或溫度，調(diào)節(jié)抽氣點處的溫度。這些因 素依次影響在富集二氧化碳的流中的二氧化碳的量。
整個實驗持續(xù)六天，在該塔的玻璃部分中觀察到極少的灰塵。看來可以 忽略吸附劑的累積磨損。
隨后對相同的硅鋁酸鹽吸附劑進(jìn)行實驗，第二個實驗評估H20和二氧化 硫?qū)Χ趸脊ぷ魅萘?working capacity)和吸附劑壓碎強(qiáng)度的影響。二氧化 碳的工作容量是指溫度循環(huán)期間吸收和釋放的二氧化碳量。因為在第 一吸附 劑上，H20和二氧化硫以與二氧化碳基本相同的親合性或甚至更大的親合性 被吸附，它們可能干擾二氧化碳的吸收和釋放。同樣地，因為二氧化硫和 H20形成可以溶解硅鋁酸鹽吸附劑的酸，所以這些組分在一起會不利地影響 第一吸附劑的結(jié)構(gòu)完整性。
使用第一吸附劑的第一組實驗考察了在不含二氧化硫的模擬煙道氣中， 水對二氧化碳工作容量的影響。其實驗結(jié)果產(chǎn)生約9.3重量％的干燥氣體工 作容量，且當(dāng)濕潤(95%相對濕度)時為約4.1%。在第二組實驗中，當(dāng)將二氧 化硫加入到模擬煙道氣中時，干燥二氧化碳的工作容量減小至8.8%。相反 地，當(dāng)存在二氧化硫和水時，二氧化碳工作容量為約4.0%。除了工作容量， 所提供的第一吸附劑的壓碎強(qiáng)度試驗結(jié)果(單位為克)為約M00,而在幾次 TSA循環(huán)(其中，吸附劑暴露于二氧化碳和水)后，壓碎強(qiáng)度增加到約1540。 最后，在暴露于二氧化碳、二氧化疏和水的幾次TSA循環(huán)后，壓碎強(qiáng)度增 加到1560。當(dāng)然，如果條件是不同的(例如，更高的二氧化硫含量)或更多次 TSA循環(huán)，可以改變結(jié)果。然而，根據(jù)這些結(jié)果，由于摩擦而導(dǎo)致的明顯損 失是不期望的，其由于煙道氣成分而加重。使用第二吸附劑的實驗測定了在不含二氧化硫的模擬煙道氣中的二氧 化碳工作容量、壓碎強(qiáng)度。干燥氣體和濕潤氣體(95。/。相對濕度)的結(jié)果是約 1.9重量％的二氧化碳工作容量。在使用第二吸附劑的第二組實驗中，當(dāng)將
二氧化硫加入至模擬煙道氣時，干燥二氧化碳工作容量增加到2.1%，盡管 當(dāng)同時存在二氧化^S克和水時，二氧化碳工作容量回復(fù)到約1.9%。因此，二
氧化硫或水對第二吸附劑沒有不利影響，盡管在典型煙道氣條件下，工作容 量是第一吸附劑的約一半。然而，盡管使用這類吸附劑的前景沒有現(xiàn)在的第 一吸附劑強(qiáng)，但如果可以增加二氧化碳工作容量，它們的前景可以升高。第 二吸附劑的壓碎強(qiáng)度試驗結(jié)果類似于第一吸附劑，但其值是約兩倍高。即，
所達(dá)到的壓^ff強(qiáng)度(單位為克)為約3130，而在幾次TSA循環(huán)(其中，吸附 劑暴露于二氧化碳和水)后，壓碎強(qiáng)度增加到約3160。最后，在暴露于二氧 化碳、二氧化硫和水的幾次TSA循環(huán)后，壓碎強(qiáng)度增加到3180。此外，如 果條件是不同的，可以改變結(jié)果。然而，根據(jù)這些結(jié)果，由于摩擦而導(dǎo)致的 明顯損失是不期望的，其由于煙道氣成分而加重。
此外，對于兩種吸附劑來說，我們期望NOx表現(xiàn)非常類似于二氧化硫。 相對于二氧化硫，NOx在煙道氣中通常稀薄，二氧化硫本身相對于二氧化碳 和水稀薄。這些濃度含量意味著，因為二氧化硫具有可以忽略或者甚至稍微 有益的影響，NOx不會對二氧化碳工作容量有不利影響，且不會對吸附劑結(jié) 構(gòu)完整性有不利影響。
雖然已經(jīng)參考多種實施方案描述本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，不 脫離本發(fā)明的范圍和本質(zhì)，可以做出多種改變，并且可以用等效物代替其成 分。此外，不脫離本發(fā)明的本質(zhì)范圍，可以對本發(fā)明的教導(dǎo)進(jìn)行許多改進(jìn)， 以適應(yīng)特定情況或材料。因此，本發(fā)明不限于公開的特定實施方式，而是本 發(fā)明將包括屬于附加權(quán)利要求范圍的全部實施方案。本申請中全部單位是公 制的，并且全部量和百分?jǐn)?shù)是基于重量的，除非另外清楚地表示。此外，全 部在此引用的參考文獻(xiàn)在這里清楚地引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種從具有強(qiáng)吸附成分(SAC)和其它氣態(tài)成分的工藝氣流中除去一種或多種SAC的方法，其包括下列步驟(a)調(diào)節(jié)負(fù)載有SAC的工藝氣流的溫度為約80℃至約500℃，(b)取該調(diào)節(jié)了溫度的工藝氣流，并將其與熱交換面接觸，以轉(zhuǎn)移熱量至吸附劑，從而導(dǎo)致吸附的SAC解吸以用于收集，并冷卻所述工藝氣流，從所述冷卻的工藝氣流除去任何冷凝物；(c)將所述冷卻的工藝氣流與所述吸附劑的冷卻部分相接觸，以從其中吸附SAC，產(chǎn)生SAC貧化的工藝氣流和負(fù)載有SAC的吸附劑；(d)回收來自步驟(b)的解吸的SAC以用于收集；和(e)回收任何吸附劑細(xì)粉以用于收集。
2. 權(quán)利要求1的方法，其另外包括下列步驟(cl)流動所述得自步驟(c)的冷卻工藝氣流以接觸外換熱器表面，冷卻劑流過該外換熱器表面的另一側(cè)，從而產(chǎn)生進(jìn)一步冷卻至約-20。C至120。C的工藝氣流D
3. 權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括下列步驟(f) 流動所述得自步驟(c)的SAC貧化的工藝氣流以接觸得自步驟(b)的加熱的再生吸附劑，以充分冷卻所述再生吸附劑，用于返回所述吸附劑到該方法的步驟(c)。
4. 權(quán)利要求3的方法，進(jìn)一步包括下列步驟(g) 將所述得自步驟(f)的再生吸附劑與另外的冷卻劑進(jìn)行接觸，以進(jìn)一步冷卻所述再生吸附劑，用于返回所述吸附劑至該方法的步驟(c)。
5. 權(quán)利要求1的方法，其中所述吸附劑是分子篩、氧化鋁、硅膠、活性碳或沸石中的 一種或多種。
6. 權(quán)利要求5的方法，其中所述沸石吸附劑是A、 D、 L、 R、 S、 T、 X、Y、 ZSM、絲光沸石或斜發(fā)沸石中的一種或多種類型。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中所述沸石吸附劑是4A、 5A、 13X、 NaY或ZSM-5中的一種或多種類型。
8. 權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括下列步驟(g)使用溫度約8(TC至約50(TC的輔助熱介質(zhì)；(h) 將所述輔助熱介質(zhì)與熱交換面進(jìn)行接觸，以熱接觸的形式與所述吸附劑接觸；所述熱交換面從所述輔助熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移熱量至所述吸附劑，并冷卻所述輔助熱介質(zhì)；和(i) 提供溫度為約-2(TC至約120 °C的所述工藝氣流。
9. 權(quán)利要求1的方法，其中所述工藝氣流是煙道氣流。
10. 權(quán)利要求1的方法，其中所述SAC是二氧化碳、NOx、 SOx或汞中的一種或多種。
11. 權(quán)利要求1的方法，其中通過使所述調(diào)節(jié)了溫度的工藝氣流與所述吸附劑進(jìn)行逆流接觸來進(jìn)行步驟(b)。
12. 權(quán)利要求11的方法，其中所述吸附劑向下通過裝配有多個水平布置的用于延緩所述吸附劑向下流動的多孔塔板的容器，并且所述吸附劑通過該多孔塔板的穿孔可以到達(dá)相鄰的下部塔板。
13. —種從具有強(qiáng)吸附成分(SAC)和其它氣態(tài)成分的工藝氣流中除去一種或多種SAC的方法，其包括下列步驟(a) 調(diào)節(jié)該工藝氣流的溫度為約8(TC至約500°C;(b) 將該工藝氣流與第一熱交換面進(jìn)行接觸，以熱接觸的形式與吸附劑接觸；所述第一熱交換面從所述工藝氣流轉(zhuǎn)移熱量至所述吸附劑，并冷卻所述工藝氣流，并且如果達(dá)到露點溫度，任選地從所述工藝氣流中除去冷凝物；(c) 任選流動所述冷卻的工藝氣流以接觸外換熱器表面，冷卻劑流過該外換熱器表面的另一側(cè)，從而產(chǎn)生進(jìn)一步冷卻至約-20。C-約120。C的工藝氣流。(d) 流動約-20°C至約120°C的所述工藝氣流以直接接觸所述吸附劑的冷卻部分，以從其中吸附SAC，產(chǎn)生SAC貧化的工藝氣流和負(fù)載有SAC的吸附劑；(e) 通過與第二熱交換面熱接觸，部分加熱所述吸附劑，該第二熱交換面的另 一側(cè)接觸已經(jīng)用通過與第三熱交換面熱接觸的該熱吸附劑加熱的流體，其隨后循環(huán)；(f) 通過與所述第一熱交換面熱接觸，充分加熱所述吸附劑，從而導(dǎo)致吸附的SAC解吸，并回收解吸的SAC以用于收集；(g) 流動得自步驟(f)的所述SAC貧化的吸附劑以接觸所述第三熱交換面，冷卻劑接觸該第三熱交換面的另一側(cè)，其中該冷卻劑已經(jīng)通過與得自步驟(e)的第二熱交換面熱接觸的該冷卻的吸附劑而進(jìn)行冷卻，其隨后循環(huán)，以充分冷卻所述冷卻劑，用于返回該方法的步驟(C);和(h) 回收任何細(xì)粉以用于收集。
14. 權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括下列步驟(i) 流動所述得自步驟(c)的二氧化碳貧化的工藝氣流以接觸加熱的得自 步驟(b)的再生吸附劑，以充分冷卻所述二氧化碳貧化的吸附劑，用于返回該 方法的步驟(c)。
15. 權(quán)利要求13的方法，其中所述吸附劑是分子篩、氧化鋁、硅膠、活 性碳或沸石中的 一種或多種。
16. 權(quán)利要求15的方法，其中所述沸石吸附劑是A、 D、 L、 R、 S、 T、 X、 Y、 ZSM、發(fā)光沸石或斜發(fā)沸石中的一種或多種類型。
17. 權(quán)利要求16的方法，其中所述沸石吸附劑是4A、 5A、 13X、 NaY 或ZSM-5中的一種或多種類型。
18. 權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括下列步驟(g) 使用溫度約8(TC至約50(TC的輔助熱介質(zhì)；(h) 將所述輔助熱介質(zhì)與熱交換面進(jìn)行接觸，以熱接觸的形式與吸附劑接 觸；所述熱交換面從所述加工輔助熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移熱量至所述吸附劑，并冷卻所 述輔助熱介質(zhì)；和(i) 提供溫度為約-20°C至約120 °C的所述工藝氣流。
19. 權(quán)利要求13的方法，其中所述工藝氣流是煙道氣流。
20. 權(quán)利要求13的方法，其中所述SAC是二氧化碳、NOx、 SOx或汞中 的一種或多種。
21. 權(quán)利要求13的方法，其中通過使所述調(diào)節(jié)了溫度的工藝氣流與所述 吸附劑進(jìn)行逆流接觸來進(jìn)行步驟(d)。
22. 權(quán)利要求21的方法，其中所述吸附劑向下通過裝配有多個水平布置 的用于延緩所述吸附劑向下流動的多孔塔板的容器，并且所述吸附劑通過該 多孔塔板的穿孔可以到達(dá)相鄰的下部塔板。
23. —種通過將所述工藝氣流與容器內(nèi)的吸附劑進(jìn)行逆流接觸，以從被所 述強(qiáng)吸附成分(SAQ污染的工藝氣流中除去SAC的方法，其包括下列步驟(a)提供所述容器，其具有用于工藝氣流進(jìn)入所述容器的下部氣體入口 、 用于回收貧化了所述SAC的產(chǎn)物氣流的上部氣體出口 、上部吸附劑入口、 以及從所述容器回收用過的吸附劑的下部吸附劑出口 ；(b) 在所述容器上裝配用于延緩所述吸附劑向下流動的多個水平布置的 多孔塔板，并且所述吸附劑通過該多孔塔板的穿孔可以到達(dá)相鄰的下部塔板；(c) 通過所述下部氣體入口 ，將所述工藝氣流通入所述容器內(nèi)；(d) 通過所述吸附劑入口 ，將吸附劑通入所述容器內(nèi)；(e) 隨著所述吸附劑從多孔塔板向下移動到多孔塔板，向上流動的工藝氣 流接觸所述吸附劑；(f) 通過所述上部氣體出口，從所述容器回收SAC貧化的工藝氣流；和(g) 通過所述下部吸附劑出口，從所述容器回收富集了所述SAC的用過 的吸附劑。
24. 權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括下列步驟(h) 利用通過與富集了所述SAC的所述吸附劑相接觸的表面而轉(zhuǎn)移的熱 源熱量，以使SAC解吸以用于隨后的收集。
25. 權(quán)利要求24的方法，其中所述熱源包含至少部分所述工藝氣流。
26. 權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括下列步驟(k)流動得自步驟(f)的所述SAC貧化的工藝氣流以接觸得自步驟(h)的加熱的再生吸附劑，以充分冷卻該吸附劑，用于返回所述吸附劑到該方法的步 驟(d)。
27. 權(quán)利要求23的方法，其中所述吸附劑是分子篩、氧化鋁、硅膠、活 性碳或沸石中的一種或多種。
28. 權(quán)利要求27的方法，其中所述沸石吸附劑是A、 D、 L、 R、 S、 T、 X、 Y、 ZSM、絲光沸石或斜發(fā)沸石中的一種或多種類型。
29. 權(quán)利要求28的方法，其中所述沸石吸附劑是4A、 5A、 13X、 NaY 或ZSM-5中的一種或多種類型。
30. 權(quán)利要求24的方法，進(jìn)一步包括下列步驟(g) 使用溫度約8(TC至約50(TC的輔助熱介質(zhì)；(h) 將所述輔助熱介質(zhì)與熱交換面相接觸，以熱接觸的形式與吸附劑接 觸；所述熱交換面從所述工藝輔助熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移熱量至所述吸附劑，并冷卻所 述輔助熱介質(zhì)；和(i) 提供溫度約-20 。C至約120°C的所述工藝氣流。
31. 權(quán)利要求23的方法，其中所述工藝氣流是煙道氣流。
32. 權(quán)利要求23的方法，其中所述SAC是二氧化碳、NOx、 SOx或汞中 的一種或多種。
33. 權(quán)利要求23的方法，其中通過使所述調(diào)節(jié)了溫度的工藝氣流與所述 吸附劑進(jìn)行逆流接觸來進(jìn)行步驟(b)。
34. —種用于通過將所述工藝氣流與吸附劑進(jìn)行逆流接觸，以從被所述強(qiáng) 吸附成分(SAC)污染的工藝氣流中除去SAC的裝置，其包含具有以下組件的 合為(i) 用于使工藝氣流進(jìn)入所述容器的下部氣體入口 ；(ii) 用于回收貧化了所述SAC的產(chǎn)物氣流的上部氣體出口 ；(iii) 上部吸附劑入口；(iv) 用于從所述容器回收用過的吸附劑的下部吸附劑出口 ；(v) 布置在所述容器內(nèi)的用于延緩所述吸附劑向下流動的多個水平布置 的多孔塔板，并且所述吸附劑通過所述多孔塔板的穿孔可以到達(dá)相鄰的下部 塔板；(vi) 用于從所述下部吸附劑出口轉(zhuǎn)移吸附劑的回流管，用于使所述吸附 劑通過所述上部吸附劑入口，返回到所述容器，所述回流管裝有用于除去任 何所述容器中可能形成的細(xì)粉的尺寸選擇性篩。
35. 權(quán)利要求34的裝置，其中所述容器進(jìn)一步包含(vii) 中間工藝氣體出口 ，用于回收工藝氣體以進(jìn)行冷卻；和(viii) 冷卻工藝氣體入口 ，用于使冷卻的產(chǎn)物氣體接觸所述吸附劑，以冷 卻所述吸附劑。
36. 權(quán)利要求34的裝置，其中所述容器進(jìn)一步包含(ix) 在所述回流管(vi)中布置的第一熱交換面，該熱交換面與設(shè)置在鄰近 于所述冷卻工藝氣體入口 (viii)的所述容器內(nèi)的第二熱交換面流體連通，所述 冷卻工藝氣體入口用于冷卻通過所述回流管(vi)從所述容器回收的所述吸附 劑。
37. 權(quán)利要求34的裝置，其中所述回流管(vi)與用于冷卻其中所述吸附劑 的傳熱介質(zhì)進(jìn)行熱接觸。
全文摘要
一種從具有強(qiáng)吸附成分(SAC)和其它氣態(tài)成分的工藝氣流除去一種或多種SAC的方法調(diào)節(jié)負(fù)載有SAC的工藝氣流的溫度為約80℃至約500℃。調(diào)節(jié)了溫度的工藝氣流接觸熱交換面，以轉(zhuǎn)移熱量至吸附劑，從而導(dǎo)致吸附的SAC解吸以用于收集，并冷卻工藝氣流，從冷卻的工藝氣流除去任何冷凝物。冷卻的工藝氣流接觸吸附劑的冷卻部分，以從其中吸收SAC，產(chǎn)生SAC貧化的工藝氣流和負(fù)載有SAC的吸附劑。回收解吸的SAC以用于收集，并回收任何吸附劑細(xì)粉以用于收集。
文檔編號B01D53/08GK101541396SQ200680022027
公開日2009年9月23日 申請日期2006年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月19日
發(fā)明者肯特·S·內(nèi)布爾 申請人:肯特·S·內(nèi)布爾