专利名称：从烟道气中回收二氧化碳的制作方法
技术领域：
本发明涉及从包含二氧化碳的流(例如烟道气)中回收二氧化碳。
背景技术：
很多用于从流(例如氧燃料燃烧烟道气)中除去CO2的工艺都由于CO2混合物的气 液平衡限制或由于其他约束而导致低的CO2回收率。任何未回收的CO2最后都进入待释放 到大气中的排气流中。对于将二氧化碳以更高的回收程度回收在具有更高二氧化碳含量的 产品流中产生了越来越多的兴趣。
发明内容
本发明的一个方面是用于回收二氧化碳的方法，包括
(A)通过将二氧化碳添加到由氧_燃料燃烧生成的烟道气中而提供二氧化碳增加的进 料气体，其中该烟道气至少包含二氧化碳、水蒸气、NOx和一氧化碳，其中该进料气体包含少 于0. Ivol %的氢气；
(B)压缩该进料气体，然后通过将其与吸附剂接触而干燥该经压缩的进料气体以形成 负载水分的吸附剂和经干燥的气态进料流；
(C)使该经干燥的气态进料流经受低温回收工艺，使用由所述回收工艺生成的至少一 个液态二氧化碳产物流的膨胀所提供的致冷作用，以产生至少一个气态二氧化碳产物流和 至少一个气态的含二氧化碳的排气流；
(D)通过变压吸附或通过物理或化学吸收，将该排气流分离成富二氧化碳流和贫二氧 化碳流；
(E)通过将所述负载水分的吸附剂与所述贫二氧化碳流接触而从所述负载水分的吸附 剂中解吸水分以生成负载水分的贫二氧化碳流，然后从所述吸附剂中分离出所述负载水分 的贫二氧化碳流；和
(F)将所述富二氧化碳流与所述烟道气合并以形成所述二氧化碳增加的进料气体。本发明的另一方面是用于回收二氧化碳的方法，包括
(A)通过将二氧化碳添加到由氧_燃料燃烧生成的烟道气中而提供二氧化碳增加的进 料气体，其中该烟道气至少包含二氧化碳、水蒸气、NOx和一氧化碳，其中该进料气体包含少 于0. Ivol %的氢气；
(B)压缩该进料气体，然后通过将其与吸附剂接触而干燥该经压缩的进料气体以形成 负载水分的吸附剂和经干燥的气态进料流；
(C)使该经干燥的气态进料流经受低温回收工艺，使用由所述回收工艺生成的至少一 个液态二氧化碳产物流的膨胀所提供的致冷作用，并优选仅使用由该膨胀提供的致冷作 用，以产生至少一个气态二氧化碳产物流和至少一个气态的含二氧化碳的排气流；
(D)通过变压吸附或通过物理或化学吸收，将该排气流分离成富二氧化碳流和贫二氧 化碳流；(E)使所述贫二氧化碳流膨胀以生成经膨胀的贫二氧化碳流；
(F)通过将所述负载水分的吸附剂与所述经膨胀的贫二氧化碳流接触而从所述负载水 分的吸附剂中解吸水分以生成负载水分的贫二氧化碳流，然后从所述吸附剂中分离出所述 负载水分的贫二氧化碳流；和
(G)将所述富二氧化碳流与所述烟道气合并以形成所述二氧化碳增加的进料气体。本发明的又一方面是用于回收二氧化碳的方法，包括
(A)通过将二氧化碳添加到由氧_燃料燃烧生成的烟道气中而提供二氧化碳增加的进 料气体，其中该烟道气至少包含二氧化碳、水蒸气、NOx和一氧化碳，其中该进料气体包含少 于0. Ivol %的氢气；
(B)压缩该进料气体，然后通过将其与吸附剂接触而干燥该经压缩的进料气体以形成 负载水分的吸附剂和经干燥的气态进料流；
(C)使该经干燥的气态进料流经受低温回收工艺，使用由所述回收工艺生成的至少一 个液态二氧化碳产物流的膨胀所提供的致冷作用，以产生至少一个气态二氧化碳产物流和 至少一个气态的含二氧化碳的排气流；
(D)通过变压吸附或通过物理或化学吸收，将该排气流分离成富二氧化碳流和贫二氧 化碳流；
(E)任选地使所述贫二氧化碳流膨胀以生成经膨胀的贫二氧化碳流；
(F)通过将所述负载水分的吸附剂与氮气流接触而从所述负载水分的吸附剂中解吸 水分，然后通过将所述吸附剂与所述经膨胀的贫二氧化碳流接触而从所述吸附剂中清除氮 气，然后从所述吸附剂中分离出所述贫二氧化碳流；和
(G)将所述富二氧化碳流与所述烟道气混合以形成所述二氧化碳增加的进料气体。本发明的又一方面是用于回收二氧化碳的方法，包括
(A)通过将二氧化碳添加到由氧_燃料燃烧生成的烟道气中而提供二氧化碳增加的进 料气体，其中该烟道气至少包含二氧化碳、水蒸气、NOx和一氧化碳，其中该进料气体包含少 于0. Ivol %的氢气；
(B)压缩该进料气体，然后通过将其与吸附剂接触而干燥该经压缩的进料气体以形成 负载水分的吸附剂和经干燥的气态进料流；
(C)使该经干燥的气态进料流经受低温回收工艺，使用由所述回收工艺生成的至少一 个液态二氧化碳产物流的膨胀所提供的致冷作用，以产生至少一个气态二氧化碳产物流和 至少一个气态的含二氧化碳的排气流；
(D)通过将所述负载水分的吸附剂与所述排气流接触而从所述负载水分的吸附剂上解 吸水分以生成负载水分的排气流，然后从所述吸附剂中分离出所述负载水分的排气流；
(E)通过变压吸附或通过物理或化学吸收，将该排气流分离成富二氧化碳流和贫二氧 化碳流；和
(F)将所述富二氧化碳流与所述烟道气合并以形成所述二氧化碳增加的进料气体。本发明的另一方面是用于回收二氧化碳的装置，包括
(A)压缩机装置，其能够压缩含二氧化碳的气体以生成经压缩的含二氧化碳的流；
(B)干燥器装置，其与所述用于压缩的装置连接以接收所述经压缩的含二氧化碳的流， 且能够降低所述经压缩的含二氧化碳的流的水含量以生成经干燥的含二氧化碳的流，其中该干燥器装置包括一个或多个包含水吸附剂的床，其能够交替地吸附水和通过与分离装置 (D)中生成的贫二氧化碳流接触而解吸水；
(C)处理装置，其与所述干燥器装置连接以接收所述经干燥的含二氧化碳的流，且能够 通过低温处理由其生成至少一个气态二氧化碳产物流和至少一个气态的含二氧化碳的排 气流；和
(D)分离装置，其与所述处理装置连接以接收所述排气流，且能够通过变压吸附或通过 物理或化学吸收由所述排气流生成富二氧化碳流和贫二氧化碳流，且与所述压缩机装置连 接以将所述富二氧化碳流通向所述压缩机装置，且与所述干燥器装置连接以使得所述贫二 氧化碳流能够通向所述干燥器装置。本发明的又一方面是用于回收二氧化碳的装置，包括
(A)压缩机装置，其能够压缩含二氧化碳的气体以生成经压缩的含二氧化碳的流；
(B)干燥器装置，其与所述用于压缩的装置连接以接收所述经压缩的含二氧化碳的流， 且能够降低所述经压缩的含二氧化碳的流的水含量以生成经干燥的含二氧化碳的流，其中 该干燥器装置包括一个或多个包含水吸附剂的床，其能够交替地吸附水和通过与来自处理 装置(C)的排气流接触而解吸水；
(C)处理装置，其与所述干燥器装置连接以接收所述经干燥的含二氧化碳的流，且能够 通过低温处理由其生成至少一个气态二氧化碳产物流和至少一个气态的含二氧化碳的排 气流；和
(D)分离装置，其与所述干燥器装置连接以接收所述排气流，且能够通过变压吸附或通 过物理或化学吸收由所述排气流生成富二氧化碳流和贫二氧化碳流，且与所述压缩机装置 连接以使得所述富二氧化碳流能够通向所述压缩机装置。优选地，然后将该至少一个气态二氧化碳产物流压缩以便于将其供给到用于转移 到另一位置的管道中。而且优选地，将该贫二氧化碳流加热并处理以降低其NOx和一氧化碳含量。本说明书的以下部分中描述的各种实施方案全部构成了本发明的方面。此处所用的“氧-燃料燃烧”表示将燃料和具有至少SOvol %的氧含量的氧化剂流 供给燃烧工艺并用氧气燃烧该燃料，优选将该燃烧的气态产物的至少一部分循环到该燃烧 工艺中。氧燃料燃烧工艺产生富含CO2的烟道气流。此处所用的“变压吸附”表示在第一压力将产物(在该情况中是二氧化碳)从气态 进料流中吸附到固体吸附剂上，除去贫含该吸附产物的进料流，然后在与第一压力不同的 第二压力解吸该产物。此处所用的“真空变压吸附(VPSA)”表示其中第二压力低于大气压 的变压吸附工艺。此处所用的“物理吸收”表示通过将该进料流通入优先从该进料流中溶解该二氧 化碳的液体中而从气态进料流中吸收产物(在该情况中是二氧化碳)，除去贫含该吸收产物 的进料流，然后通过例如降低作用在该液体上的压力或通过将该二氧化碳从该液体中汽提 出来而从该液体中回收该二氧化碳，其中将该二氧化碳吸收到该液体中不涉及该二氧化碳 的化学反应。此处所用的“化学吸收”表示通过将该进料流通入包含该二氧化碳优先与其反应 的组分的液体中而从气态进料流中吸收产物(在该情况中是二氧化碳)，除去贫含该吸收产物的进料流，然后通过例如降低作用在该液体上的压力或通过将该二氧化碳从该液体中汽 提出来而从该液体中回收该二氧化碳，其中将该二氧化碳吸收到该液体中涉及该二氧化碳 与该液体中的组分的化学反应。此处所用的“NOx”表示氮的氧化物，包括但不局限于Ν0、Ν02、Ν20和N3O4,以及氮的 氧化物的混合物。此处所用的“ SOx，，表示SO2、SO3及其混合物。
图1是显示将本发明的方法的一种实施方案结合到氧-燃料燃烧系统中的示意 图。图2是显示将本发明的方法的另一实施方案结合到氧-燃料燃烧系统中的示意 图。图3是显示将本发明的方法的另一实施方案结合到氧-燃料燃烧系统中的示意 图。图4是显示将本发明的方法的另一实施方案结合到氧-燃料燃烧系统中的示意 图。图5是可用于本发明的方法中的干燥器单元的实施方案的示意图。图6是可用于本发明的方法中的干燥器单元的另一实施方案的示意图。图7是可用于本发明的方法中的低温处理单元的实施方案的示意图。图8是可用于本发明的方法中的低温处理单元的另一实施方案的示意图。图9是可用于本发明的方法中的低温处理单元的另一实施方案的示意图。图10是可用于本发明的方法中的低温处理单元的另一实施方案的示意图。图11是可用于本发明的方法中的低温处理单元的另一实施方案的示意图。图12是可用于本发明的方法中的低温处理单元的另一实施方案的示意图。图13描述了可用于本发明中的具有6个床、3个等压步骤和流动通过排气床的CO2 VPSA单元的循环步骤图表。图14显示了图13的CO2 VPSA单元的示意图。图15显示了用于操作图13和14中所示的CO2 VPSA单元的阀顺序。图16描述了可用于本发明中的具有5个床、2个等压步骤和流动通过排气床的CO2 VPSA单元的可替代的循环步骤图表。图17描述了可用于本发明中的具有7个床、3个等压步骤和流动通过排气床的CO2 VPSA单元的另一可替代的循环步骤图表。图18描述了可用于本发明中的具有6个床、3个等压步骤和直接混合的CO2 VPSA 单元的另一可替代的循环步骤图表。图19显示了图18的CO2 VPSA单元的示意图。图20显示了用于操作图18和19中所示的CO2 VPSA单元的阀顺序。图21描述了可用于本发明中的具有5个床、2个等压步骤和直接混合的CO2 VPSA 单元的又一循环步骤图表。图22描述了可用于本发明中的具有8个床、2个等压步骤和直接混合(其中两个床
8连续进料且至少两个床连续排空)的CO2 VPSA单元的又一循环步骤图表。图23描述了可用于本发明中的具有11个床、2个等压步骤和直接混合(其中三个 床连续进料且两个床连续排空)的CO2 VPSA单元的又一循环步骤图表。图24是显示将使用吸收的本发明的方法的另一实施方案结合到氧-燃料燃烧系 统中的示意图。图25是可用于本发明的方法中使用吸收中的工艺的示意图。
具体实施例方式参照图1，将氧化剂流2与烟道气循环流8混合以生成氧化剂进料流3。氧化剂流 2优选包含至少80vol %的氧气，优选至少90vol %的氧气。将燃料1和氧化剂进料流3供给锅炉10中并在锅炉10中燃烧。该优选的燃料是 粉煤。其他可以使用的燃料包括可燃烧的(优选烃的)固体、液体和气体，例如生物质、焦炭、 燃油和天然气、焦炉煤气。氧燃料燃烧工艺的目的能够是多种多样的直接加热工艺流体或 物料，产生用于工艺中的蒸汽或制备用于发电的蒸汽。在图1中所示的实施方案中，能够将 从燃料1与氧化剂进料流3中的氧气的燃烧所释放的热能用于制备蒸汽，优选多种压力，示 作蒸汽流11，该蒸汽在蒸汽涡轮14中膨胀以发电15。该膨胀的蒸汽12在冷凝之后返回锅 炉10中。将来自该锅炉的烟道气7分成两个流烟道气循环流8和烟道气进料流16。该烟 道气进料流16典型地为环境压力且温度为200 400下。流16中的气体包含C02、H2O, O2、N2、氩气、一氧化碳(CO)、SOx、NOx和其他痕量杂质。如果存在，氢气占该进料流的不超过 0. Ivol %。将流16在冷却器20中通过使用冷却水或翅扇式冷却器进行间接冷却或通过直 接与冷水接触而冷却到常温。在相分离器25中将任何冷凝的水27从该烟道气流中分离出 来。将该经冷却的烟道气18与循环的富CO2流19混合以形成CO2增加的进料流21。 将该进料流21压缩(例如在多级压缩机30 (典型地包括级间冷却器和用于冷凝水的分离 罐)中)到150 800psia，优选300 500psia的压力。优选在冷却器单元35中将该经压 缩的进料流32冷却到典型为40 120 T的温度。该单元35能够使用冷却水或空气达到 60 120 °F范围内的温度或使用与冷水相结合的冷却水或空气达到40 70 °F范围内的温 度。然后将该流通过可以是例如罐或相分离器的单元40，在其中从该气流中除去并分离液 体水流45。然后将该经压缩和冷却的进料流48引入干燥器单元50中以将该进料中的水分含 量降低到小于20ppm，优选小于5ppm，更优选小于lppm。该干燥器单元50优选由两个或多 个包含水蒸气吸附剂的床构成，在任意给定的时间一些床用于从该进料流中除去水蒸气， 而另一些床进行再生(其表示从该吸附剂中除去吸附的水蒸气)。
将来自下述VPSA单元70的贫CO2流72用作用于该干燥器床的再生气体。干燥器单元的一种实施方案示于图5中。此处使用了至少三个包含水蒸气吸附剂 材料(例如氧化铝或分子筛)的床。一个床总是从进料流48中除去水分并产生经干燥的进 料流52。第二个床用流82再生以从该床中除去水分。在此处所述的另一实施方案中，视情况而定使用流72或68，但此处是指流82。在该初始再生步骤中，将流82在加热器92中 加热，然后供给以加热待再生的床，然后在该床被加热之后，该蒸汽82绕过加热器92并直 接通向所述床。进一步用富CO2流19再生该经过流82再生的第三个床(也如图4中所示)。 然后将来自该第三个床的流23循环并与该进料流18混合。在一段时间(2 24小时中的 任何值)之后，切换该床的进料，使得流48上的床将接收流82，由流82再生的床接收流19， 由流19再生的床现在接收进料流48。参照图6，详细描述了也适用于图5中所示设置的干燥器50的另一实施方案。在 该实施方案中，干燥器50具有两个包含水蒸气吸附剂(例如氧化铝)的床100和104。当床 100在线从进料流48中吸附水分时，阀106和108打开。阀110、112、128和130关闭。此时，床104正在再生；为此目的，床104经过减压，加热以解吸之前吸附的水分， 冷却并且然后再增压以使床104回到在线并吸附。在减压过程中，将干燥器旁通阀114设 定在开启位置，将用于再生的流82 (或在其他实施方案中的流72或68)绕过床104并在任 选地在冷却器119中冷却之后排向大气。将阀116设定在开启位置以使床104减压。在床 104减压之后，关闭阀114并打开阀116、117和118以使流82通过加热器92以将流82加 热到大约为约300下 600 °F的温度，然后通过床104并在任选地通过冷却器119之后排 放到大气中。这造成水分从床104内的吸附剂中解吸出来。然后通过打开加热器旁通阀126并关闭再生阀118冷却床104。在冷却之后，关 闭加热器旁通阀126和阀116和117并打开干燥器旁通阀114。此时，将阀128啪的一声 打开以使一些进料流48进入床104用于再增压的目的。一旦床104再增压，关闭阀106和 108，并打开阀128和130，使床104恢复在线，并使床100以与此处对于床104所述相同的 方式使用阀110和112再生。该工艺是连续的以允许连续流动。在一些情况中可能没有足以实现单元50中干燥器床的所有所需再生的量的贫CO2 流82(或在其他实施方案中的流72或68)。在这种情况中，可以将富CO2流19和来自单元 70的贫CO2流72都供给到单元50以用作用于从干燥器床中解吸水的再生气体。该实施方 案示于图4中。当可从贫CO2流82、72或68中得到的气体的量不足以从干燥器床中完全解吸水 时，另一种解决方案是使用氮气流，例如来自将氧气供给到用于在锅炉10中氧燃料燃烧的 流2的空气分离单元。在干燥器床的再生过程中，能够首先供给氮气用于从该床中除去水 分，能够接下来再使用流82以从该床中将氮气清除出去。来自干燥器单元50的经干燥的流52任选地但优选通过阶段54，在其中通过本技 术领域中已知的任意技术(例如吸附在活性炭上)从该流中除去汞。低温处理
将该经干燥的进料流52供给阶段60，用于从CO2中分离02、N2和氩气以及如果存在的 NOx和CO。优选地，该阶段中所用的工艺使用低温处理，例如部分冷凝然后蒸馏；部分冷凝 然后相分离；第一部分冷凝然后相分离然后再次部分冷凝来自该第一部分冷凝的气流然后 再次相分离。图7 12中描述了优选的低温工艺的实例。首先参照图7 10，将经干燥的进料 流52引入主热交换器124中，在其中将其部分冷却，然后引入用于产生煮沸或引发在蒸馏 塔228中蒸汽相上升的再沸器226中。然后将经干燥的进料流52再次引入主热交换器124中，在其中其完全冷却以使流52中的二氧化碳至少部分液化。然后将该流52通过膨胀阀 230引入塔228中以引发在该塔内液相的下降。以现有技术中公知的方式，塔228优选具有规整填料以将通过该填料向上流动的 上升的气相与液相的下降液流接触。现有技术中已知的其他气液接触元件也能够使用，例 如筛板。作为接触的结果，该下降的液相变得更富含挥发性较低的组分二氧化碳，上升的气 相变得更富含具有比二氧化碳的挥发性更高的杂质。塔228生成贫二氧化碳塔顶流231和 富二氧化碳的液态塔底流244。然后将来自塔228的塔顶流231通过辅助热交换器232以使塔顶流231中的二氧 化碳至少部分液化。然后将该二氧化碳塔顶流231通过相分离器234以产生贫二氧化碳的 蒸汽流68和富二氧化碳的液流238。将富二氧化碳的液流238通过膨胀阀240膨胀。通过 阀40的膨胀提供用于二氧化碳塔顶流231的部分液化的致冷作用。将经膨胀的流238和 流68通过辅助热交换器232并通过主热交换器124。将流68通入此处所述的阶段70。 可以将通过主热交换器124之后的流238与流68合并并供给阶段70，或者可以将 流238循环(未示出)到压缩机30的适当阶段的入口。可以从塔228中提取出作为液体的二氧化碳产物流244，其由富二氧化碳的塔底 液体构成。然后可以使该二氧化碳产物流244在膨胀阀246中膨胀以产生用于该工艺的致 冷作用，且可以然后在主热交换器124中蒸发并在产物压缩机95中压缩以产生经压缩的二 氧化碳流100作为二氧化碳产物。该产物压缩机95可以是具有级间冷却的多级压缩机。在图8中所示的实施方案中，二氧化碳产物流244并非全部在相同的压力膨胀，而 是分成次流252和254，至少该次流252通过使用膨胀阀256被膨胀到低于流254膨胀的 压力。通过分别使用为此目的具有不同的节流孔的膨胀阀256和258将流252和254膨胀 到其各自的膨胀压力。然后将次流252和254在主热交换器124中蒸发。所得到的较低压 力的次流62引入产物压缩机95的入口。较高压力的次流64引入产物压缩机95的中间阶 段。从压缩机95中回收经压缩的产物流100。在图9中所示的实施方案中，可以简单地将塔顶流231通入主热交换器124中。这 样从塔顶流231中回收致冷。在图10中所示的实施方案中，将进料流52在通过阀230膨胀之后引入相分离器 260中以产生气相流262和液相流264。将液相流264引入塔228中以产生含二氧化碳的 塔底流244和气相流231，可以将该气相流231与流262合并并通过如参照图7所述的本发 明的实施方案相关描述的辅助热交换器232中。相分离器260能够用于本发明的任意实施
方案中。图11显示了基于部分冷凝然后一个相分离阶段的低温处理的可替代的构造。将 进料流52在热交换器124中用冷流冷却，该冷流升温。进料流52冷却到0下 -70 T以 使其部分冷凝，然后供给到相分离器129。取出具有>90vol%纯度，优选>95%纯度的0)2产 物流作为液流145。将来自该相分离器129的贫CO2流作为气流161回收。将该液流145 通过至少一个膨胀阀256膨胀。将流145分成两个单独的流252和254并通过两个膨胀阀 256和258将其膨胀到两种不同的压力是有利的。CO2液体产物膨胀的压力通常比供给该低 温处理单元的进料52的压力低50 300psia。所得到的经膨胀的CO2产物流62和64和气流161通过热交换器124升温。然后将该贫CO2流68供给以在单元70中基于吸附或基 于吸收分离。可以将CO2产物流62和64如此处所述压缩并回收。图12显示了其中部分冷凝之后进行两个相分离阶段的低温处理的另一实施方 案。首先将进料流52在热交换器124中冷却到0下 -40 T以造成部分冷凝，然后将其供 给相分离器129。作为液流153回收该第一 CO2产物并通过膨胀阀256膨胀。来自相分离 器129的气流161在另一热交换器264中进一步冷却到-20下 -70 T以使其部分冷凝。 然后将该部分冷凝的流161供给到另一相分离器139。作为液流155回收第二产物CO2流 并通过膨胀阀258膨胀。从该相分离器139中回收另一贫CO2气流163。该经膨胀的第二 CO2产物流155和气流163通过热交换器264和124升温，该经膨胀的第一 CO2产物流153 通过热交换器124升温。该贫CO2流68和两个CO2产物流62和64如此处所述进一步处 理。从该低温处理中在一个流或可以具有相同压力或不同压力的两个流(例如流62 和64)中得到净化的C02。该一个或多个净化的CO2流(如果需要)可以在例如多级压缩机 95中压缩到500 3000psia，优选1500 2500psia的压力。这种压缩对于该流的管道输 送或其他处置是需要的。该CO2的纯度通常大于95%。使用该低温工艺，将流52中包含的 60 93%的CO2回收作为在流100中的产物C02。回收的程度取决于流52中的CO2浓度。 剩余的CO2包含在排气流68中，其压力通常接近进料流52的压力。排气流68中的CO2浓 度通常在25 40%范围内。流68或69的处理
如图1 4中所示，然后将流68供给到单元70，在其中其通过吸附、物理吸收或化学 吸收经过进一步的分离。单元70产生15 20psia的富CO2流19和基本上为供给单元70 的流68的压力的贫CO2流72。该流72优选在加热器76中加热到300 700 T，然后在膨 胀器80中膨胀到15 20psia以回收能量。优选地，该经加热的流78的温度使得在膨胀 之后，该经膨胀的流的温度接近流48的温度(48 120下)。该经膨胀的流82用作干燥器 单元50中的吸附剂床再生气体。将来自该干燥器单元的负载水分的流90排放到大气中。或者，在其通过干燥器单元50用于再生干燥器床之后而不是之前，将流72在加热 器76中加热并在膨胀器中膨胀。这种可替代的实施方案示于图2中，其中将来自单元70 的流72通过干燥器单元50用于再生干燥器床并从单元50中作为流75出来，在加热器76 中加热到300 700 T以形成经加热的流78，然后在膨胀器80中膨胀到15 20psia以回 收能量。将该富CO2流19循环并与来自锅炉10的烟道气混合。通过通过在单元70中将 其处理并回收而从排气流68中回收另外的CO2,总的CO2回收率能够提高到96 99%的范 围。因此，该产物流100包含该烟道气流18中所含的96% 99%的C02。靈
在本实施方案中，将排气流68通向真空变压吸附(VPSA)单元70。该VPSA单元包含 多个包含选择性吸附CO2的吸附剂的床。该VPSA单元产生15 20psia的富CO2流19和 基本上为供给该VPSA的流68的压力的贫CO2流72。优选在加热器76中将该流72加热到 300 700 T，然后在膨胀器80中膨胀到15 20psia以回收能量。优选地，该经加热的流 78的温度使得在膨胀之后该经膨胀的流的温度接近流48的温度(40 120下)。将该经膨胀的流82用作干燥器单元50中的吸附剂床再生气体。将来自该干燥器单元的负载水分的 流90排放到大气中。在通过在单元70中多级减压提高CO2浓度之后，其能够通过进一步减压用于制备 CO2产物。对于一些吸附剂，从高压到低压的减压提高了吸附剂床中的CO2浓度。该工艺中 的该步骤能够用于省去现有技术中所述的几个工艺步骤。因此，能够省去几件旋转机械(例 如冲洗压缩机、净化压缩机、循环压缩机)和相关的能量需求，因此提供提高操作并改进效 率的工艺和系统。在VPSA阶段70的一种实施方案中，该工艺提供流动通过排空床(例如参见图 13 17)。该流动通过实施方案可以通过使用不同数量的床和等压步骤实现。例如，可以 用六个床和三个等压步骤实现流动通过排空床(图13 17)。或者，可以用5个床和2个等 压步骤(图16)或7个床和3个等压步骤(图17)实现流动通过排空床。在任意这些工艺过 程中的任意时间，该床将是以下类型的步骤之一进料、减压、排空、等压和再增压。此外，在 图17中所示的实施方案的循环中可以包括净化步骤。在其他可替代的实施方案中，在最终减压步骤(DPf)过程中产生的CO2产物不通过 排空的另一床，而是将该流与来自该排空床的流直接混合。在一种优选的示例性实施方案 中，这可以用具有6个床和3个等压步骤的CO2 VPSA单元实现(图18 20)。在其他实施 方案中，这可以用具有5个床和2个等压步骤的CO2 VPSA单元实现(图21)。在任意这些工 艺过程中的任意时间，该床将是以下类型的步骤之一进料、减压、排空、等压和再增压。也可以使用流动通过和直接混合的组合。在这种实施方案中，在该减压步骤(DPf) 过程中产生的流的一部分流动通过排空床，而剩余的直接与离开该排空床的流混合。在其中需要提高装置容量的实施方案中，可以使用图22和23中所示的实施方案。 更特别地，图22显示了用于本发明的实施方案的循环步骤图表，其中使用2个等压和8个 床以及直接混合。在该实施方案中，两个床连续进料，而至少两个床连续排空。这种设置预 期可以提高该装置的容量。图23显示了用于本发明的实施方案的循环步骤图表，其中使用 2个等压和11个床以及直接混合。在该实施方案中，三个床连续进料，而两个床连续排空。 这种设置预期也可以提高该装置的容量。在任意这些工艺过程中的任意时间，该床将是以 下类型的步骤之一进料、减压、排空、等压和再增压。在任意实施方案中，各床优选装填有至少两个吸附剂层。选择在该床中朝向进料 端的吸附剂层(即水选择性吸附剂层)的类型和尺寸以除去进料流中的水分使得任意残留 的水分都不会降低该主吸附剂层(即CO2选择性的)的性能。该水选择性吸附剂层也优选能 够从该进料流中将杂质(例如痕量的硫或重烃化合物)除去到这种杂质存在的程度。该第 二主吸附剂层(即CO2选择性吸附剂层)用于在充分除去水分之后从该进料流中选择性吸附 CO2。对于该第一吸附剂层(即该水选择性吸附剂层)，优选的吸附剂例如活性氧化铝、 硅胶或沸石分子筛。这些吸附剂意于是举例性的，依照本发明其他能够充分除去水分的吸 附剂也适用。这种吸附剂的优选特征包括高压碎强度能力、高耐磨损性、大的堆积密度、低 颗粒间空隙、高热容、大的导热性、低压降和在液态水中稳定。在该水选择性吸附剂层之后的主吸附剂层(S卩CO2选择性吸附剂层)优选具有以下 特征高选择性、高工作容量、快的动力学和低吸附热。这种吸附剂的典型实例包括但不局限于NaY、HY、NaX、硅胶和活性炭。该主层吸附剂(即CO2选择性层)的其他所需物理性质 包括高压碎强度、高耐磨损性、大的堆积密度、低颗粒间空隙、高热容、大的导热性、在进料 和排空步骤过程中低的压降。本领域技术人员将认识到包含两种吸附剂的复合混合层能够用于本发明中，只要 满足了该吸附剂的特征即可。现在参照图13 15，说明了具有6个床(Al A6)并使用10个步骤以流动通过 排空床以制备富集CO2的本发明的第一实施方案。该工艺步骤包括
1.讲料步骤。将约100 500psia (例如约375psia)的高压的含二氧化碳的进料流 68供给该CO2 PSA单元。在预设时间之后或在CO2从该进料68的床中贯穿之后，终止该进 料步骤。2.同向(CoC)减压1 (DPI)。将结束该进料步骤的现在处于高进料压力(例如 100 500psia)的CO2 VPSA床以与进料流相同(示于图13中)或相反的(未示于图13中) 方向减压到中等压力(例如80 400psia)。3.同向(CoC)减压2(DP2)。讲一步将现在处于一胜中等压力(例如80 400psia) 的CO2 VPSA床以与进料流相同(示于图13中)或相反的(未示于图13中)方向减压到较低 的压力(例如60 3OOpsia)。4.同向(CoC)减压3(DP3)。讲一步将现在处于一胜中等压力(例如60 300psia) 的CO2 VPSA床以与进料流相同(示于图13中)或相反的(未示于图13中)方向减压到较低 的压力(例如50 2OOpsia)。5.最终减压(DPf)。进一步将现在处于比步骤4开始时更低的压力(约50 200psia)的CO2 VPSA床以与进料流相同(示于图13中)和/或相反的(未示于图13中)方 向减压到接近环境压力(约20psia)。如图13中箭头(即从DPf到排空床的箭头)所示，来自该步骤(DPf)的流流动通过 排空的床(例如在图13中在各循环步骤上床1到床6，床2到床1，床3到床2，床4到床 3，床5到床4或床6到床5)。6.挫空。将现在接近环境压力(约20psia)的CO2 VPSA床以与进料流相同(未示 于图13中)或相反的(示于图13中)方向排空到预设的低压，低于大气压(约1 12psia)。 如图13中所示并在上面对步骤5 (DPf)中所述，该床接收来自该DPf步骤中的另一床的气 体。来自排空的床的气体构成了该CO2产物流。7.逆向(CcC)等压3 (PE3)。现在将该排空床以与进料流相同(未示于图13中) 或相反的(示于图13中)方向等压到步骤4 (DP3)中产生的气体的压力范围(即约50 200psia)。该步骤通过将来自步骤4的CO2保持在该VPSA系统内提高了 CO2回收率。这样 通过消除将该CO2送入废气流中的需要而使得CO2的损耗最小化。8.逆向(CcC)等压2 (PE2)。现在将步骤7中等压的床以与进料流相同(未示于 图13中)或相反的(示于图13中)方向等压到步骤3 (DP2)中产生的气体的压力范围(即 约60 300psia)。该步骤通过将来自步骤3的CO2保持在该VPSA系统内提高了 CO2回收 率。这样通过消除将该CO2送入废气流中的需要而使得CO2的损耗最小化。9.逆向(CcC)等压1 (PE1)。现在将步骤8中等压的床以与进料流相同(未示于 图13中)或相反的(示于图13中)方向等压到步骤2 (DPI)中产生的气体的压力范围(即约80 400psia)。该步骤通过将来自步骤2的CO2保持在该VPSA系统内进一步提高了 CO2 回收率。这样通过消除将该CO2送入废气流中的需要而使得CO2的损耗最小化。10.再增压(FeRP)。通过该讲料气体或通过由步骤1中的另一床产牛的流出物 (即进料流出物)的一部分将该经等压的床再增压到进料压力(100 500psia)。在再增压 到进料压力之后，该床现在准备回到步骤1。上述十个步骤的工艺是用于在CO2 VPSA单元中的一个床的一个循环。用于该流 动通过排空床的实施方案的该上述十个步骤是与该单元中的其他床以循环方式进行的，使 得步骤1的进料和排料是连续的。此外，该排空步骤(6)的设计是连续的。这样确保了真 空泵连续操作，以及在该CO2 VPSA单元的进料中没有间断。在上述实施方案中使用6个吸 附床以维持关键工艺步骤的连续性。在图14中描述了与图13中所示循环相应的CO2 VPSA工艺的相应硬件和流动示意 图。图14中的各阀能够以图15中所示方式操作以在上述6床工艺中执行该十个步骤。应 当认识到所示的压力和步骤持续时间都仅用于示例性的目的。本领域的技术人员将认识到 可以使用其他压力和步骤持续时间的组合。可以从上面的描述中认识到，本发明因此依赖于至少一种CO2选择性吸附剂从高 压到低压的减压以提高该床中的CO2浓度。在CO2浓度提高之后，其通过进一步的减压产生 该CO2产物。这是基于以下认识变得可行的对于一些吸附剂，从高压到低压的压力降低提 高了吸附剂上的CO2浓度。在图13 15中所示并如上所述的实施方案中，在该最终减压(步骤5，DPf)过程 中产生的气体流动通过排空的床，如图13中的循环步骤图表中箭头所示。图16和17中描述了使用最终减压气流(DPf)流动通过排空床的可替代的和另外 的示例性实施方案。现在参照图16，显示了使用5个床和2个等压步骤的八步工艺的循环步骤图表。 这些循环步骤是以与上述参照图13所述的那些步骤同样进行的，除了省去了步骤DP3和 PE3。更具体地，图16的循环步骤包括以下
1.进料步骤。将约100 500psia (例如约375psia)的高压的含二氧化碳的进料流 68供给CO2 VPSA单元70。在预设时间之后或在CO2从该进料68的床中贯穿之后，终止该 进料步骤。2.同向(CoC)减压1 (DPI)。将结束该进料步骤的现在处于高进料压力(例如 100 500psia)的CO2 VPSA床以与进料流相同(示于图16中)或相反的(未示于图16中) 方向减压到中等压力(例如80 400psia)。3.同向(CoC)减压2(DP2)。进一步将现在处于一些中等压力(例如80 400psia) 的CO2 VPSA床以与进料流相同(示于图16中)或相反的(未示于图16中)方向减压到较低 的压力(例如60 3OOpsia)。4.最终减压(DPf)。进一步将现在处于比步骤4开始时更低的压力(约50 200psia)的CO2 VPSA床以与进料流相同(示于图16中)和/或相反的(未示于图16中)方 向减压到接近环境压力(约20psia)。如图16中箭头(即从DPf到排空床的箭头)所示，来自该步骤(DPf)的流流动通过 排空的床(例如在图16中所示在各循环步骤上床1到床5，床2到床1，床3到床2，床4到
15床3或床5到床4)。5.迹空。将现在接近环境压力(约20psia)的(X)2 VPSA床以与进料流相同(未示 于图16中)或相反的(示于图16中)方向排空到预设的低压，低于大气压(约1 12psia)。 如图16中所示并在上面对步骤4 (DPf)中所述，在DPf步骤的持续时间内，该床接收来自 该DPf步骤中的另一床的气体。来自排空的床的气体构成了该CO2产物流。6.逆向(CcC)等压2 (PE2)。现在将经排空的床以与讲料流相同(未示于图16 中)或相反的(示于图16中)方向等压到步骤3 (DP2)中产生的气体的压力范围(即约60 300psia)。该步骤通过将来自步骤3的CO2保持在该VPSA系统内提高了 CO2回收率。这样 通过消除将该(X)2送入废气流中的需要而使得(X)2的损耗最小化。7.逆向(CcC)等压1 (PE1)。现在将步骤6中等压的床以与讲料流相同(未示于 图16中)或相反的(示于图16中)方向进一步等压到步骤1 (DPI)中产生的气体的压力范 围(即约80 400psia)。该步骤通过将来自步骤2的(X)2保持在该VPSA系统内进一步提 高了(X)2回收率。这样通过消除将该(X)2送入废气流中的需要而使得(X)2的损耗最小化。8.再增压(FeRP)。通过该讲料气体或通过由步骤1中的另一床产牛的流出物(即 进料流出物)的一部分将该经等压的床再增压到进料压力(100 500psia)。在再增压到 进料压力之后，该床现在准备回到步骤1。上述八个步骤的工艺是用于在(X)2 VPSA单元中的一个床的一个循环。用于该流 动通过排空床的实施方案的该上述八个步骤是与该单元中的其他床以循环方式进行的，使 得步骤1的进料和排料是连续的。此外，该排空步骤(5)的设计是连续的。这样确保了真 空泵连续操作，以及在该⑶2 VPSA单元的进料中没有间断。在上述实施方案中使用5个吸 附床以维持关键工艺步骤的连续性。现在参照图17，显示了使用7个床和3个等压步骤的i^一步工艺的循环步骤图 表。这些循环步骤是以与上述参照图13所述的那些步骤同样进行的，除了在最终减压步骤 (DPf)和排空步骤之间包括了另外的步骤(Rf)。更具体地，图17的循环步骤包括以下
1.进料步骤。将约100 500psia (例如约375psia)的高压的含二氧化碳的进料流 68供给(X)2 VPSA单元70。在预设时间之后或在(X)2从该进料68的床中贯穿之后，终止该 进料步骤。2.同向(CoC)减压1 (DPI)。将结束该进料步骤的现在处于高进料压力(例如 100 500psia)的(X)2 VPSA床以与进料流相同(示于图17中)或相反的(未示于图17中) 方向减压到中等压力(例如80 400psia)。3.同向(CoC)减压2(DP2)。进一步将现在处于一些中等压力(例如80 400psia) 的(X)2 VPSA床以与进料流相同(示于图17中)或相反的(未示于图17中)方向减压到较低 的压力(例如60 3OOpsia)。4.同向(CoC)减压3(DP3)。进一步将现在处于一些中等压力(例如60 300psia) 的(X)2 VPSA床以与进料流相同(示于图17中)或相反的(未示于图17中)方向减压到较低 的压力(例如50 2OOpsia)。5.最终减压(DPf)。进一步将现在处于比步骤4开始时更低的压力(约50 200psia)的(X)2 VPSA床以与进料流相同(示于图17中)和/或相反的(未示于图17中)方 向减压到接近环境压力(约20psia)。
6.接警净化。将由DPf产生的流(例如图17中的床1)供给已经完成DPf但尚未 开始排空的另一床(例如图17中的床7)。在该时间过程中(Rf步骤的持续时期)，该流出物 (例如图17中的床7)作为CO2产物流向罐442。在床1的DPf的剩余时间内，该气体流动 通过该排空的床(例如图17中的床7)。7.迹空。将现在接近环境压力(约20psia)的(X)2 VPSA床以与进料流相同(未示 于图17中)或相反的(示于图17中)方向排空到预设的低压，低于大气压(约1 12psia)。 如图17中所示，该床(床1)接收来自该DPf步骤中的另一床(床2)的气体。来自排空的床 的气体构成了该(X)2产物流的至少一部分。8.逆向(CcC)等压3 (PE3)。现在将该排空床以与讲料流相同(未示于图17中) 或相反的(示于图17中)方向等压到步骤4 (DP3)中产生的气体的压力范围(即约50 200psia)。该步骤通过将来自步骤4的(X)2保持在该VPSA系统内提高了(X)2回收率。这样 通过消除将该(X)2送入废气流中的需要而使得(X)2的损耗最小化。9.逆向(CcC)等压2 (PE2)。现在将步骤7中等压的床以与讲料流相同(未示于 图17中)或相反的(示于图17中)方向等压到步骤3 (DP2)中产生的气体的压力范围(即 约60 300psia)。该步骤通过将来自步骤3的(X)2保持在该VPSA系统内提高了(X)2回收 率。这样通过消除将该(X)2送入废气流中的需要而使得(X)2的损耗最小化。10.逆向(CcC)等压1 (PE1)。现在将步骤9中等压的床以与讲料流相同(未示于 图17中)或相反的(示于图17中)方向进一步等压到步骤2 (DPI)中产生的气体的压力范 围(即约80 400psia)。该步骤通过将来自步骤2的(X)2保持在该VPSA系统内进一步提 高了(X)2回收率。这样通过消除将该(X)2送入废气流中的需要而使得(X)2的损耗最小化。11.再增压(FeRP)。通过该进料气体或通过由步骤1中的另一床产生的流出物 (即进料流出物)的一部分将该经等压的床再增压到进料压力(100 500psia)。在再增压 到进料压力之后，该床现在准备回到步骤1。上述^^一个步骤的工艺是用于在(X)2 VPSA单元中的一个床的一个循环。用于该流 动通过排空床的实施方案的该上述十一个步骤是与该单元中的其他床以循环方式进行的， 使得步骤1的进料和排料是连续的。此外，该排空步骤(7)的设计是连续的。这样确保了 真空泵连续操作，以及在该(X)2 VPSA单元的进料中没有间断。在上述实施方案中使用7个 吸附床以维持关键工艺步骤的连续性。现在参照图18 20，说明了具有6个床(Al A6)并使用10个步骤以直接混合 来自DPf步骤和排空步骤的CO2气体以制备最终富集CO2气体的本发明的实施方案。该工 艺步骤包括
1.进料步骤。将高压(例如约375psia)的含二氧化碳的进料流68供给该(X)2 PSA单 元70。在预设时间之后或在(X)2从该进料68的床中贯穿之后，终止该进料步骤。2.同向(CoC)减压1 (DPI)。将结束该进料步骤的现在处于高进料压力(例如 100 500psia)的(X)2 VPSA床以与进料流相同(示于图18中)或相反的(未示于图18中) 方向减压到中等压力(例如80 400psia)。3.同向(CoC)减压2(DP2)。进一步将现在处于一些中等压力(例如80 400psia) 的(X)2 VPSA床以与进料流相同(示于图18中)或相反的(未示于图18中)方向减压到较低 的压力(例如60 3OOpsia)。
4.同向(CoC)减压3(DP3)。讲一步将现在处于一胜中等压力(例如60 300psia) 的(X)2 VPSA床以与进料流相同(示于图18中)或相反的(未示于图18中)方向减压到较低 的压力(例如50 2OOpsia)。5.最终减压(DPf)。进一步将现在处于比步骤4开始时更低的压力(约50 200psia)的(X)2 VPSA床以与进料流相同(未示于图18中)和/或相反的(示于图18中)方 向减压到接近环境压力(约20psia)以制备图19中所示的(X)2产物438。该流可以构成该 CO2产物(流19)的一部分。6.迹空。将现在接近环境压力(约20psia)的(X)2 VPSA床以与进料流相同(未示 于图18中)或相反的(示于图18中)方向排空到预设的低压，低于大气压(约1 12psia)。 该来自排空的床的气体(图19中的流436)构成了该CO2产物流(流19)的一部分。任选地， 可以在通往罐442之前使用鼓风机(未示出)进一步压缩流436。7.逆向(CcC)等压3 (PE3)。现在将该排空床以与讲料流相同(未示于图18中) 或相反的(示于图18中)方向等压到步骤4 (DP3)中产生的气体的压力范围(即约50 200psia)。该步骤通过将来自步骤4的CO2保持在该VPSA系统内提高了 CO2回收率。这样 通过消除将该(X)2送入废气流中的需要而使得(X)2的损耗最小化。8.逆向(CcC)等压2 (PE2)。现在将步骤7中等压的床以与讲料流相同(未示于 图18中)或相反的(示于图18中)方向等压到步骤3 (DP2)中产生的气体的压力范围(即 约60 300psia)。该步骤通过将来自步骤3的(X)2保持在该VPSA系统内提高了(X)2回收 率。这样通过消除将该(X)2送入废气流中的需要而使得(X)2的损耗最小化。9.逆向(CcC)等压1 (PE1)。现在将步骤8中等压的床以与进料流相同(未示于 图18中)或相反的(示于图18中)方向进一步等压到步骤2 (DPI)中产生的气体的压力范 围(即约80 400psia)。该步骤通过将来自步骤2的(X)2保持在该VPSA系统内进一步提 高了(X)2回收率。这样通过消除将该(X)2送入废气流中的需要而使得(X)2的损耗最小化。10.再增压(FeRP)。通过该进料气体或通过由步骤1中的另一床产生的流出物 (即进料流出物)的一部分将该经等压的床再增压到进料压力(100 500psia)。在再增压 到进料压力之后，该床现在准备回到步骤1。如图18中进一步显示，CO2产物19是由来自流438 (步骤6)和436 (步骤7)的 CO2构成的，将其供给产物罐442。预期产物19具有约80摩尔％或更高的(X)2纯度水平。上述十个步骤的工艺是用于在(X)2 VPSA单元中的一个床的一个循环。用于该直接 混合实施方案的该上述十个步骤是与该单元中的其他床以循环方式进行的，使得步骤1的 进料和排料是连续的。此外，该排空步骤(6)的设计是连续的。这样确保了真空泵连续操 作，以及在该(X)2 VPSA单元的进料中没有间断。在上述实施方案中使用6个吸附床以维持 关键工艺步骤的连续性。在图19中描述了与图18中所示循环相应的(X)2 VPSA工艺的相应硬件和流动示意 图。图19中的各阀能够以图20中所示方式操作以在上述6床工艺中执行该十个步骤。应 当认识到所示的压力和步骤持续时间都仅用于说明性的目的。本领域的技术人员将认识到 可以使用其他压力和步骤的组合。在图18 20中所示并如本文所述的实施方案中，在该最终减压步骤(DPf)过程 中产生的气体与从步骤6排空的气体混合。
图21中描述了使用最终减压气流(DPf)与排空床产生的气体的直接混合的另一 示例性实施方案。现在参照图21，显示了使用5个床和2个等压步骤的八步工艺的循环步骤图表。 这些循环步骤是以与上述参照图18所述的那些步骤同样进行的，除了省去了步骤DP3和 PE3。更具体地，图21的循环步骤包括以下
1.讲料步骤。将约100 500psia (例如约375psia)的高压的含二氧化碳的进料流 68供给CO2 VPSA单元70。在预设时间之后或在(X)2从该进料68的床中贯穿之后，终止该 进料步骤。2.同向(CoC)减压1 (DPI)。将结束该进料步骤的现在处于高进料压力(例如 100 500psia)的(X)2 VPSA床以与进料流相同(示于图21中)或相反的(未示于图21中) 方向减压到中等压力(例如80 400psia)。3.同向(CoC)减压2(DP2)。讲一步将现在处于一胜中等压力(例如80 400psia) 的(X)2 VPSA床以与进料流相同(示于图21中)或相反的(未示于图21中)方向减压到较低 的压力(例如60 3OOpsia)。4.最终减压(DPf)。进一步将现在处于比步骤4开始时更低的压力(约50 200psia)的(X)2 VPSA床以与进料流相同(未示于图21中)和/或相反的(示于图21中)方 向减压到接近环境压力(约20psia)以产生(X)2产物438。该流可以构成该(X)2产物(流19) 的一部分。5.迹空。将现在接近环境压力(约20psia)的(X)2 VPSA床以与进料流相同(未示 于图21中)或相反的(示于图21中)方向排空到预设的低压，低于大气压(约1 12psia)。 该来自排空的床的气体(图19中的流36a)构成了该CO2产物流(流19)的一部分。任选地， 能够在通往罐442之前使用鼓风机(未示出)进一步压缩流436。6.逆向(CcC)等压2 (PE2)。现在将经排空的床以与进料流相同(未示于图21 中)或相反的(示于图21中)方向等压到步骤3 (DP2)中引入的气体的压力范围(即约60 300psia)。该步骤通过将来自步骤3的CO2保持在该VPSA系统内提高了 CO2回收率。这样 通过消除将该(X)2送入废气流中的需要而使得(X)2的损耗最小化。7.逆向(CcC)等压1 (PE1)。将步骤6中等压的床以与进料流相同(未示于图21 中)或相反的(示于图21中)方向进一步等压到步骤2 (DPI)中产生的气体的压力范围(即 约80 400psia)。该步骤通过将来自步骤2的(X)2保持在该VPSA系统内进一步提高了 CO2回收率。这样通过消除将该(X)2送入废气流中的需要而使得(X)2的损耗最小化。8.再增压(FeRP)。通过该进料气体或通过由步骤1中的另一床产生的流出物(即 进料流出物)的一部分将该经等压的床再增压到进料压力(100 500psia)。在再增压到 进料压力之后，该床现在准备回到步骤1。在产物罐442中的(X)2产物流19是由来自流438 (步骤4)和436 (步骤5)的(X)2 构成的。上述八个步骤的工艺是用于在(X)2 VPSA单元中的一个床的一个循环。用于该直接 混合实施方案的该上述八个步骤是与该单元中的其他床以循环方式进行的，使得步骤1的 进料和排料是连续的。此外，该排空步骤(5)的设计是连续的。这样确保了真空泵连续操 作，以及在该(X)2 VPSA单元的进料中没有间断。在上述实施方案中使用5个吸附床以维持关键工艺步骤的连续性。也预期了本发明能够改进以产生更高的(X)2含量以及因此产生高的装置容量。例 如，人们可能需要或想要处理比单一真空系列或单一装置(由于流态化或输送的限制)能够 处理的更高的进料流速。在这种情况中，该工艺步骤可以设置使得始终有至少两个床进料， 而至少两个床排空。这种示例性的循环步骤图表和设置示于图22和23中。可替代地或除 此之外，可以使用多个系列。^M
当阶段70使用用溶剂(例如聚乙二醇二甲醚和rectisol)的物理吸收时，其可以位于 低温处理阶段60的正下游。来自该物理吸收单元的贫CO2流将通常不含水分。物理吸收 单元如图1 4所示处理来自阶段60的排气流68并产生富CO2流19和贫(X)2流72。当阶段70使用用反应物流(例如烷基取代胺、氨气或碳酸钾的水溶液)的化学吸收 时，该单元优选如图M所示设置，其中化学吸收单元70优选位于该排气流68已经用作干 燥器单元50的再生气体之后。来自该吸收系统的贫(X)2流72很可能包含水，因此不适合 用作再生气体。将该负载水分的贫CO2流69通入化学吸收系统70中，在其中用任意已知 的方法对其处理，其中该气流69与烷基胺、氨气或碳酸钾的水溶液接触以将二氧化碳从该 气流中吸收到该水流中，然后将该二氧化碳从所得到的富含二氧化碳的水流中汽提出来。图25显示了适用于基于物理吸收或化学吸收的(X)2分离系统的流程图。将图1 4中所示的贫CO2流68或图M中所示的贫CO2流69从底部引入吸收器501中。将溶剂流 505 (该术语分别相对于物理吸收和化学吸收工艺使用)从顶部供给吸收器501。该溶剂从 该进料流中吸收C02。通过从贫(X)2溶剂520中回收热量，所得到的负载(X)2的流510在热 交换器512中加热。将经加热的负载CO2的流513供给汽提器503。任选地，汽提器经由再 沸器530提供热量从底部加热。从汽提器503的顶部回收富CO2流19。将该贫CO2溶剂在 热交换器512中冷却，然后在冷却器523中冷却，并作为流505循环到吸收器501中。NOx禾口 CO的去除
如果需要，可以对流72进行处理以降低一氧化碳、NOx或两者的含量。为了减少一氧化碳，首先优选将该流加热，然后通过包含催化剂的反应器中，该催 化剂促进通过与该反应器内的大气中存在的氧气反应将一氧化碳转化为二氧化碳。适用于 该转化反应的催化剂是本领域中公知的。可用的催化剂的实例包括在氧化铝载体上的氧化 铁或贵金属(例如铜、钌、钼、钯、铑、金)。该反应能够减少超过98%的CO含量。为了降低该流的NOx含量，将该流和包含氨气的流供给包含催化剂的反应器中， 该催化剂促进如下式所示的将NOx转化为氮气
4N0 + 4NH3 + O2 — 4N2 + 6H20
适用于促进该反应的催化剂是本领域中公知的。实例包括在作为载体的氧化钨上的具 有钨或钼氧化物作为助催化剂的五氧化二钒。该反应能够减少超过95%的NOx含量。图3显示了一种实施方案，其中除了 CO2排放量之外还降低了 NOx和一氧化碳(CO) 的排放量。在该方案中，将贫0)2流72在加热器76中加热到500 800下。该经加热的 流78通过催化反应器84，在此处一氧化碳氧化为二氧化碳。将该反应器84的流出物送入 另一催化反应器86，在此处在流78中包含的一氧化氮(NO)通过其与作为流87供给的氨气 的反应而转化为氮气。
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权利要求
1.用于回收二氧化碳的方法，包括(A)通过将二氧化碳添加到由氧_燃料燃烧生成的烟道气中而提供二氧化碳增加的进 料气体，其中该烟道气至少包含二氧化碳、水蒸气、NOx和一氧化碳，其中该进料气体包含少 于0. Ivol %的氢气；(B)压缩该进料气体，然后通过将其与吸附剂接触而干燥该经压缩的进料气体以形成 负载水分的吸附剂和经干燥的气态进料流；(C)使该经干燥的气态进料流经受低温回收工艺，使用由所述回收工艺生成的至少一 个液态二氧化碳产物流的膨胀所提供的致冷作用，以产生至少一个气态二氧化碳产物流和 至少一个气态的含二氧化碳的排气流；(D)通过变压吸附或通过物理或化学吸收，将该排气流分离成富二氧化碳流和贫二氧 化碳流；(E)通过将所述负载水分的吸附剂与所述贫二氧化碳流接触而从所述负载水分的吸附 剂中解吸水分以生成负载水分的贫二氧化碳流，然后从所述吸附剂中分离出所述负载水分 的贫二氧化碳流；和(F)将所述富二氧化碳流与所述烟道气合并以形成所述二氧化碳增加的进料气体。
2.权利要求1的方法，其中在步骤(C)中使用的致冷作用仅是由所述膨胀提供的。
3.权利要求1的方法，其中将所述富二氧化碳流的至少一部分与所述负载水分的吸附 剂接触以从所述负载水分的吸附剂中解吸水分，然后与所述烟道气合并。
4.权利要求1的方法，其中在使所述贫二氧化碳流膨胀之前或之后对其进行处理以降 低其NOx含量。
5.权利要求1的方法，其中在使所述贫二氧化碳流膨胀之前或之后对其进行处理以降低其一氧化碳含量。
6.权利要求1的方法，其中在将所述贫二氧化碳流与所述负载水分的吸附剂接触之前 使所述贫二氧化碳流膨胀。
7.用于回收二氧化碳的方法，包括(A)通过将二氧化碳添加到由氧_燃料燃烧生成的烟道气中而提供二氧化碳增加的进 料气体，其中该烟道气至少包含二氧化碳、水蒸气、NOx和一氧化碳，其中该进料气体包含少 于0. Ivol %的氢气；(B)压缩该进料气体，然后通过将其与吸附剂接触而干燥该经压缩的进料气体以形成 负载水分的吸附剂和经干燥的气态进料流；(C)使该经干燥的气态进料流经受低温回收工艺，使用由所述回收工艺生成的至少一 个液态二氧化碳产物流的膨胀所提供的致冷作用，以产生至少一个气态二氧化碳产物流和 至少一个气态的含二氧化碳的排气流；(D)通过变压吸附或通过物理或化学吸收，将该排气流分离成富二氧化碳流和贫二氧 化碳流；(E)使所述贫二氧化碳流膨胀以生成经膨胀的贫二氧化碳流；(F)通过将所述负载水分的吸附剂与氮气流接触而从所述负载水分的吸附剂中解吸 水分，然后通过将所述吸附剂与所述经膨胀的贫二氧化碳流接触而从所述吸附剂中清除氮 气，然后从所述吸附剂中分离出所述贫二氧化碳流；和(G)将所述富二氧化碳流与所述烟道气合并以形成所述二氧化碳增加的进料气体。
8.用于回收二氧化碳的方法，包括(A)通过将二氧化碳添加到由氧_燃料燃烧生成的烟道气中而提供二氧化碳增加的进 料气体，其中该烟道气至少包含二氧化碳、水蒸气、NOx和一氧化碳，其中该进料气体包含少 于0. Ivol %的氢气；(B)压缩该进料气体，然后通过将其与吸附剂接触而干燥该经压缩的进料气体以形成 负载水分的吸附剂和经干燥的气态进料流；(C)使该经干燥的气态进料流经受低温回收工艺，使用由所述回收工艺生成的至少一 个液态二氧化碳产物流的膨胀所提供的致冷作用，以产生至少一个气态二氧化碳产物流和 至少一个气态的含二氧化碳的排气流；(D)通过将所述负载水分的吸附剂与所述排气流接触而从所述负载水分的吸附剂中解 吸水分以生成负载水分的排气流，然后从所述吸附剂中分离出所述负载水分的排气流；(E)通过变压吸附或通过物理或化学吸收，将该排气流分离成富二氧化碳流和贫二氧 化碳流；和(F)将所述富二氧化碳流与所述烟道气合并以形成所述二氧化碳增加的进料气体。
9.用于回收二氧化碳的装置，包括(A)压缩机装置，其能够压缩含二氧化碳的气体以生成经压缩的含二氧化碳的流；(B)干燥器装置，其与所述用于压缩的装置连接以接收所述经压缩的含二氧化碳的流， 且能够降低所述经压缩的含二氧化碳的流的水含量以生成经干燥的含二氧化碳的流，其中 该干燥器装置包括一个或多个包含水吸附剂的床，其可以交替地吸附水和通过与分离装置 (D)中生成的贫二氧化碳流接触而解吸水；(C)处理装置，其与所述干燥器装置连接以接收所述经干燥的含二氧化碳的流，且能够 通过低温处理由其生成至少一个气态二氧化碳产物流和至少一个气态的含二氧化碳的排 气流；(D)分离装置，其与所述处理装置连接以接收所述排气流，且能够通过变压吸附或通过 物理或化学吸收由所述排气流生成富二氧化碳流和贫二氧化碳流，且与所述压缩机装置连 接以将所述富二氧化碳流通向所述压缩机装置，且与所述干燥器装置连接以使得所述贫二 氧化碳流可以通向所述干燥器装置。
10.权利要求9的装置，进一步包括膨胀器装置，所述膨胀器装置与所述分离装置连接 以接收并膨胀所述贫二氧化碳流，并与所述干燥器装置连接以使得所述经膨胀的贫二氧化 碳流可以通向所述干燥器装置。
11.用于回收二氧化碳的装置，包括(A)压缩机装置，其能够压缩含二氧化碳的气体以生成经压缩的含二氧化碳的流；(B)干燥器装置，其与所述用于压缩的装置连接以接收所述经压缩的含二氧化碳的流， 且能够降低所述经压缩的含二氧化碳的流的水含量以生成经干燥的含二氧化碳的流，其中 该干燥器装置包括一个或多个包含水吸附剂的床，其可以交替地吸附水和通过与来自处理 装置(C)的排气流接触而解吸水；(C)处理装置，其与所述干燥器装置连接以接收所述经干燥的含二氧化碳的流，且能够 通过低温处理由其生成至少一个气态二氧化碳产物流和至少一个气态的含二氧化碳的排气流；(D)分离装置，其与所述干燥器装置连接以接收所述排气流，且能够通过变压吸附或通 过物理或化学吸收由所述排气流生成富二氧化碳流和贫二氧化碳流，且与所述压缩机装置 连接以使得所述富二氧化碳流可以通向所述压缩机装置。
全文摘要
将含二氧化碳的气体(例如烟道气)和富含二氧化碳的流压缩，然后将该合并流处理以将水分解吸到吸附剂床上，然后经过低温处理以制备二氧化碳产物流和排气流。将该排气流进行处理以制备能够用于从该床上解吸水分的贫二氧化碳流和与该含二氧化碳的气体合并的富二氧化碳流。
文档编号B01D53/75GK102112200SQ200980130307
公开日2011年6月29日 申请日期2009年7月27日 优先权日2008年7月29日
发明者M. 沙 M. 申请人:普莱克斯技术有限公司