用于从大气中除去CO2的旋转多整料床移动系统的制作方法

本发明涉及用于从大气中除去温室气体的系统和方法，和具体地涉及从气流中除去二氧化碳的系统和方法，包括环境空气。

作为2011年4月29日提交的共同待决的美国申请序列号13/098,370中所述系统的进一步改进，提出了合适的系统和方法，其现在公认可以用于比在先申请中公开的更宽的使用范围，特别是当经过了进一步改进。该共同待决申请的公开内容在此如同完全重复一样引入作为参考，经过这里提出的新公开内容的改进。

目前许多的关注集中于尝试实现三个稍微矛盾的能量有关的目标：1)提供用于经济发展的可负担的能量；2)实现能量安全；和3)避免全球变暖导致的破坏性气候变化。但是，如果我们想具有经济发展所需的能量和避免能量短缺(其会导致矛盾)，则在这个世纪的其余时间内没有可行方式来避免使用化石燃料。

科学家最无争议的是所谓温室气体如二氧化碳(甲烷和水蒸气是其他的主要温室气体)的量的增加将导致行星的平均温度增加。

还清楚的是，不存在这样的解决方案，其仅降低正在进行的人类导致的能够成功消除气候变化风险的二氧化碳排放。从大气中除去另外的CO₂也是必需的。使用空气抽取和增加或降低大气中的二氧化碳的量的能力，原则上可以补偿其他温室气体如甲烷(天然存在的和来自于人类活动的二者)，其会增加它们的浓度和引起气候变化。

在本申请人最近的发明之前，通常本领域技术人员公认的概念是直接从大气中捕集二氧化碳来至少减慢大气中所谓“温室气体”增加在经济上不可行，这归因于那种化合物的低浓度。随后由共同待决、共有的在先申请表明，在特定条件下进行这样的CO₂降低实际上是现实的和有效的。

已经显示了在环境条件下，CO₂可以在环境条件，使用合适的可再生吸着剂系统和低温汽提或再生方法来从空气中有效地提取，并且这样的方法可以扩展来从与大量环境空气混合的流出气体的混合物中除去CO₂，从而不仅从烟气中除去CO₂，而且从大气中除去另外的CO₂，以实现以较低的成本和较高的效率净降低大气中的CO₂。

技术实现要素：

本发明提供进一步地新的和有用的系统和方法，用于以较高的效率和较低的整体成本(包括较低的资金支出(“CAPEX”)和较低的运行支出(“OPEX”))从带有二氧化碳的大量空气中除去二氧化碳。

根据本发明，已经开发了新的方法和系统，其使用多个整料的组件，或床，其与单个再生盒组合，比率取决于吸附速度相对于吸着剂再生速度的比率。在优选的实施方案中，整料负载于闭合回路轨道上，优选形成闭合曲线；在其上整料沿着轨道连续旋转，同时暴露于环境空气或包含大比例的环境空气的气体混合物的移动流。在沿着轨道的一个位置处，中断旋转，并且将整料之一移入密封盒中，用于处理以从吸着剂中汽提CO₂以再生该吸着剂。当吸着剂再生时，整料围绕轨道旋转，直到当全部整料的旋转接着中断时，下一个整料处于进入再生盒的位置。

每个整料由多孔基底形成，该多孔基底在它的表面上具有二氧化碳吸附胺位置，优选具有高比例的伯胺。当整料沿着轨道移动时，它们从移动的气流中吸附CO₂，直到每个整料到达密封盒。一旦在盒内密封，吸着剂经处理以使CO₂从该吸着剂中汽提，再生该吸着剂。将汽提的CO₂从盒中除去和捕集。带有再生的吸着剂的整料然后移出密封盒和沿着轨道与其他整料一起移动，以吸附更多的CO₂，直到下一个整料旋转到移入再生盒的位置。在汽提/再生位置，整料可以移入低于或高于轨道的阶段的盒中，或者盒可以经布置，以使整料在与轨道相同的阶段水平移入盒中，形成用该整料的密封。这几个选项在下面进一步定义，并且在附图中图示。

在再生盒低于或高于阶段的情况中，系统必须包括子系统，用于升高或降低整料。在再生盒在轨道的阶段上的系统中，将需要更复杂的密封布置，以提供沿着侧面以及沿着上表面和/或下表面的密封。

CO₂吸附和除去方法

这种方法的基本前提是通过将空气或者空气和流出气体的混合物送过吸着剂床，优选在或接近于环境条件，以从大气中吸附CO₂。一旦CO₂已经被吸着剂吸附，则必须收集CO₂，并且再生该吸着剂。后者的步骤通过在密封容纳盒中用蒸汽加热吸着剂，以释放CO₂和再生该吸着剂来进行。从盒中收集CO₂，然后吸着剂可用于从大气中再吸附CO₂。对该方法唯一的主要限制是如果暴露于空气，如果它处于“过高”温度，则吸着剂会失活。因此，在整料离开盒和返回空气流之前，吸着剂可能必须冷却。

通常，与再生步骤中释放CO₂相比，需要更长的时间来从环境空气中吸附CO₂。对于目前水平的吸着剂来说，当处理环境空气时，这种差异将需要吸附步骤的吸附时间是CO₂释放和吸着剂再生所需时间的约10倍。因此，已经采用了具有10个整料和单个再生单元的系统作为目前用于单个旋转系统的基础。如果吸着剂的性能经时改进，则应当降低吸附时间与解吸时间的这种比率，因而降低系统中所需的整料的数目。具体地，如果使用吸着剂的较高负载量的实施方案，则1小时的吸附时间将是可行的，因此需要一个再生盒来用于仅五个整料。另外，相对处理时间将随着所处理的气体混合物中CO₂的浓度而变化，以使CO₂含量越高，则吸附时间相对于再生时间越短，例如通过气体混合器将燃烧流出物(“烟气”)与环境空气相混合。

整料内的化学和物理活性(在密封盒中的吸附周期和再生周期二者中)与在先共同待决申请13/886,207和13/925,679基本上相同。那些共同待决申请的内容在此如同完全重复一样引入作为参考，经过这里提出的新公开内容的改进。在本发明的系统中，每个旋转系统提供一个可密封的再生盒，用于每组旋转整料，整料的数目依赖于实现期望的吸附和期望的再生的相对时间。另外，已经发现通过以合适的关系在空间上关联和暂时运行旋转系统中的两个以使用于该两个旋转整料系统的再生盒相互作用，从而使每个通过另一个中的剩余热(作为另一个中再生的结果)来预热，实现了更大的效率和更低的成本；这还在它返回它在旋转轨道上的吸附周期之前有效地冷却了经再生的整料。

再生盒之间的这种相互作用根据本发明，通过降低第一盒系统的压力，以使在释放CO₂之后，保留在第一盒中的蒸汽和水蒸发来实现，并且该系统冷却到蒸汽处于它降低的分压时的饱和温度。此外，如下所述，在这种方法中所释放的热被用于预热第二吸着剂床，因而供了约50％的显热回收率，并且对于能量和水的使用产生了有益的影响。即使使用耐氧吸着剂，也可以使用这种概念。吸着剂对于高温的氧失活的敏感性在开发方法过程中得到解决，并且可以预期它的性能将经时改进。

如上所述，吸着剂床优选在它暴露于空气之前冷却，以避免被空气中的氧失活。这种冷却通过降低系统压力和因而降低蒸汽饱和温度来实现。这已经表现出在消除吸着剂失活问题方面是有效的，因为它降低了系统的温度。因此，存在着从在降压步骤过程中冷却的床中除去的大量能量。已经完成了CO₂吸附步骤新的床必须经加热来释放CO₂和再生吸着剂。这种热可以仅通过大气压蒸汽来提供，但是这是另外的运行成本。为了使得这种运行成本最小化，已经开发了双床设计概念。在这个概念中，从通过降低系统压力和因而降低蒸汽饱和温度来冷却的盒中除去的热被用于部分地预热第二盒，第二盒含有床，该床已经完成从空气中吸附CO₂和被加热来开始CO₂除去和吸着剂再生步骤。因此，通过使用来自于第一盒冷却的热量来增加第二盒的温度，而降低蒸汽的用量。第二盒的其余热负荷通过加入蒸汽(优选处于大气压)来实现。重复这种方法用于两个盒中的每个中的其他旋转整料，并且改进系统的热效率。

本发明的这些和其他特征在以下具体实施方式和附图中描述，或者从其中是清楚的。

附图说明和展示

图1是根据本发明的一个示例性实施方案，用于从大气中除去二氧化碳的旋转多整料系统的相互作用对的顶视图；

图2是根据本发明的一个示例性实施方案，用于从大气中除去二氧化碳的图1的旋转多整料系统的正视图；

图3是根据本发明的另一示例性实施方案，用于从大气中除去二氧化碳的可选的旋转多整料系统的相互作用对的顶视图；

图4是根据本发明的那个示例性实施方案，用于从大气中除去二氧化碳的图3的旋转多整料系统的正视图；

图5和5A-H是竖直旁支(off-set)形式的一对再生室的示意图，用于从图1-4的整料介质中除去二氧化碳，使用了竖直运动系统或升降机来将整料在旋转轨道水平、上部空气接触位置(这里空气移动通过机械鼓风机来辅助)和竖直旁支再生室位置之间移动；

图6是相邻整料系统上的再生室和整料的顶平面图[示意性正视图]，显示了用于每个室和所述室之间的管道系统布置；

图7A和B是示意性正视图，显示了风扇，该风扇是固定的并且分别与每个整料一起旋转；

图8A是用于图7A、B的双感应轴向风扇和通风系统的设计的侧面正视图；

图8B是用于图7A、B的双感应轴向风扇和通风系统的设计的前面正视图；

图9是用于图8B的沿着线9-9的双感应轴向风扇和通风系统的设计的剖视正视图；

图10是整料上的密封系统的设计，这里角度和尺寸出于解释的目的而进行了夸大；

图11是根据本发明的另一示例性实施方案，用于从大气中除去二氧化碳的旋转多整料系统的相互作用对的顶视图；和

图12是用于从大气中除去二氧化碳的图11的旋转多整料系统的相互作用对沿着线11-11所取的正视图。

具体实施方式

用于进行这些操作的系统的概念设计显示在图1和2中。图3和4显示了对该概念的轻微变化。整体概念设计如上所述，操作的详细讨论和所需的辅助设备如下所述。

在这个实施方案中，存在着以十边形排列布置的10个“整料”，并且其位于圆形轨道上。存在着与每个处理单元相连的两个圆形/十边形组件，并且它们彼此相互作用(参见图1-4)。空气通过位于整料内侧的诱导通风风扇来送过该整料。在一个位置，整料处于与每个整料插入其中的单个可密封的室盒相邻的位置，如通过竖直移动该床离开轨道所示，用于处理(即这里将它们加热到不大于130℃，更优选不高于120℃的温度，优选用精确加热的蒸汽来从吸着剂中释放CO₂和再生该吸着剂)。可选地，盒可以处于阶段上。在这个实施方案中，整料吸附CO₂的吸附时间是吸着剂再生时间的10倍。

应当理解，虽然优选使用多孔整料，但是使用承载于框架内的多孔微粒或颗粒材料的固定床代替该整料也是可行的。在两种情况中，当床具有与用于承载吸附剂的整料相同的表面积时，多孔基底承载用于CO₂的胺吸着剂。

机械要求

图1-4、11和12显示了系统的基本操作概念。存在着10个“整料”21、22，每个以十边形组件排列来布置，并且其可移动地承载于圆形轨道31、33上。存在着与每个处理单元相连的两个圆形/十边形组件A、B，并且它们彼此相互作用。空气通过径向向内位于每个十边形组件中的诱导通风风扇23、26来送过整料21、22中的每个，并且诱导空气流出每个整料的内圆周表面，向上离开系统。在沿着轨道31、33的一个位置，整料21、22与可密封的再生盒25、27相邻，整料22、22插入其中以用于在轨道周围完成一个旋转之后的再生处理。

因此，如图1和2中所示，第一床21旋入再生盒25下面的位置，然后竖直向上移入盒25中用于处理；或者如果盒27位于阶段下面，图4，床22然后竖直向下移入盒127中用于处理；或者如果在阶段上，则组件旋转来将床21、22移出盒27，以使当全部整料沿着轨道的移动中断时，床21、22就位。当床21已经再生时，它移动回到轨道上，并且床组件旋转，以使接下来的床21-2、22-2就位。床2然后移入盒中用于处理，然后返回环。持续重复这种方法。两个环组件一起运行，虽然用于每个十边形的整料在稍微不同的时间移入和移出它们的盒，但是如下面所解释的，当在一个中的再生完成来提供用于其他盒的预热时，允许在例如盒25和盒27之间传热。这在再生开始时节约了热能，并且降低了再生后冷却床的成本。

存在三个用于再生盒25、27的位置。在图1和2中，再生盒25、27位于旋转床组件上面(处于名义阶段)，并且整料竖直向上移入盒中用于再生。唯一提升结构是用于盒所需的，其位于悬臂结构上的旋转整料上面。

在图3和4中，盒125、127位于阶段下面，并且处于旋转床组件下。盒将位于具有用于维护和处理管道的足够入口的单个凹陷中。床竖直向下移入盒中。

在图11和12中，再生盒321、327位于具有旋转床组件的阶段上。盒经布置以具有用于维护和处理同样处于阶段上的管道的足够入口。合适的相互密封表面将位于盒上和每个床上，以使当床旋入盒中的位置时，盒322、327被密封。

在全部情况中，辅助装置(例如，泵、控制系统等)将优选位于承载旋转床组件29、39的轨道的圆周内的阶段处。再生盒可以位于不同的水平中，特别是不脱离本发明概念的情形。

这些设计与现有技术中在先公开的设备相比，会：

·使结构钢最小；

·将全部主要装置放置在远离仅充当容纳容器的再生盒的阶段水平处；

·确保不干扰空气向整料的流动，这里该盒处于与轨道不同的水平；

·仅需要一个或不需要用于整料的竖直移动装置，用于插入例如10个整料的每组的单个盒中；

·使床移入和移出盒所需的时间最小化或消除，特别是当盒处于阶段时更是如此；

·使全部管道处于固定位置；和

·使两个再生盒以最小间隙来彼此相邻，以允许用于增加效率所需的热交换。

所需的使用必需的机器和功率的机械操作包括：

·两组床组件在承载结构上的圆形轨道周围旋转

·将元件精确布置以精确定位位置，整料将在这里停止，以确保整料自由移入和移出再生盒

·从轨道上的床组件中除去床，将该床插入再生盒中，从再生盒中除去该床和将该床重新插入它在轨道组件上的位置。全部的这些移动在竖直方向上进行，或者可选地作为在轨道上水平旋转移动的一部分。整料和再生盒经设计以使对于可竖直移动的整料来说，在每个整料的顶部或底部和盒的承载结构之间存在着气密密封。用于这样的密封的一些概念设计的例子示于图10中。

在全部情况中，参见图1-6，床21-1(环A)旋入位置中，然后向上或向下移入盒25中用于处理。盒25(包含床21-1，环A)中的压力使用例如真空泵230降低到小于0.2巴绝压。盒25用穿过管线235处于大气压的蒸汽来加热，并且CO₂从床21-1中产生，通过用于CO₂和冷凝物的出口管道237来从盒25中除去，该冷凝物在冷凝器240上分离(图5A)。床22-1(环B)然后置于盒27中(环B)，同时处理盒25，如上所述(图5B)。停止供给到盒25的蒸汽，并且将用于CO₂和冷凝物的出口管道分离。盒25和盒27通过连接管道125中的打开阀126来连接(图5C)。

盒27中的压力使用与盒27相连的真空泵330来降低。这降低了两个盒中的系统压力，和将保留在盒25中的蒸汽和惰性气体抽过盒27，然后到真空泵。这将盒25(和因此床21-1环A)冷却到较低温度(即在盒中蒸汽分压时的饱和温度)和降低当床21-1放回空气流中时吸着剂的氧失活的可能。这种方法还将盒27(和因此床22-1环B)从环境温度预热到在盒250中蒸汽分压时的饱和温度。因此，已经回收了能量，并且减少了加热第二盒27(和床22-1环B)所需的大气压蒸汽的量(图5D)。由于真空泵330降低盒25和27中的压力，第一盒25温度降低(从约100℃到某中间温度)和第二盒27温度升高(从环境温度到同样的中间温度)。CO₂和惰性气体通过真空泵330从系统中除去。

关闭第一盒25和第二盒27之间的阀门，并且盒彼此隔离。当床放回空气流中时，床21-1环A现在冷却到低于所关注的吸着剂的氧失活的温度。第二盒27和床22-1环B已经预热，因此降低了加热盒和床所需的蒸汽的量(图5E)。床21-1环A然后上升回到床组件中。环A床组件通过一个床旋转，并且床21-2环A然后插入盒25中，这里它为预热做准备。盒27用大气压蒸汽加热，并且收集汽提的CO₂(图5F)。

当第二盒27(包含床22-1环B)已经充分再生后，隔离供给到盒B的蒸汽，并且使用阀门241、242隔离用于CO₂和冷凝物的管道。打开第一盒25和第二盒27之间的阀门126，并且使用用于盒25的真空泵230系统来降低盒25、27中的压力。降低第二盒27(和因此床22-1，环B)中的温度(参见上面的5)。升高第一盒25(其包含床21-2，环A)中的温度(参见上面的5)(图5G)。真空泵230降低盒25、27中的压力。盒25温度降低(从约100℃到某中间温度)。盒27温度升高(从环境温度到相同的中间温度)。通过真空泵230来从系统中除去CO₂和惰性气体。床22-1，环B上升回到环组件中，并且该组件旋转一个床。床22-2，环B然后插入盒27中。盒25(其包含床21-2环A)用大气压蒸汽加热来释放CO₂和再生吸着剂(图5H)。然后如上所述进行盒27的预热。在十边形旋转多次时，对全部床重复该方法。

设计参数

用于系统设计的目前的基础如下：

要移动的单个整料的重量：1,500-10,000磅。(包括承载结构)

床的大致尺寸：宽度5-6米

高度9-10米

深度0.15-1米

应当注意的是，床尺寸可以调整，取决于在每对系统的区域位置处的具体条件，和所需的或可达到的处理参数。

对于在每个十边形环中包括10个整料的系统来说，优选的圆形/十边形结构的外部尺寸将是约15-17米，优选约16.5米。整料承载结构可以例如通过电动机和驱动轮沿着轨道单个驱动，或者承载结构可以固定到沿着轨道的具体位置，并且使用单个大发动机来驱动轨道和闭合回路周围的全部结构。在任一情况中，再生盒放置在一个位置，和当一个承载结构这样放置以移入再生盒时，全部的结构可以停止它们的移动。单个驱动电动机或发动机或者多个驱动电动机或发动机的经济性将取决于许多因素，例如位置和该驱动是否将通过电动机或通过某燃料驱动的发动机来完成。驱动单元的性质本身不是本发明的特征，并且是本领域技术人员全部公知的。合适的发动机的例子包括内燃机或外燃机或气体压力驱动发动机，例如使用斯特林发动机循环运行的，或处理蒸汽机或水力或气动发动机。

当再生盒位于轨道水平以上时，顶部将比轨道阶段高约20米，并且当再生盒位于轨道阶段以下时，该盒的顶部将刚刚低于该轨道阶段。阶段上的盒将仅最低限度地高于整料的顶部，以在再生过程中将整料完全容纳在该盒中。

在再生盒不处于阶段上的情况中，用于将整料移入和移出再生盒的升降机系统应当能够在30秒-120秒的时间内完成移入和移出盒子，并且优选30-45秒。该时间期间越短，可用于该方法的处理参数的灵活度越大。公认的是，在移动大质量整料中存在着某些固有的机械限制。在再生盒处于阶段上的情况中，一个优点是不需要竖直移动，因为整料仅作为它的旋转移动的一部分而旋入所述盒中，和密封；因此避免了竖直移动、时间损失和升降机另外的资金成本。在每种情况中，床的两个边缘是实心的，并且与再生盒的边缘形成密封。

运行和设计细节

这个部分被分成以下子部分：

·部分i-整个系统设计的说明和使用汽化器系统来回收能量

·部分ii-方法说明，包括简化的PFD和装置主要部件的说明

·部分iii-概念机械设计

·部分iv-必须更详细的检查来达到最终优化的设计的事项

讨论

i.CO₂吸附和除去方法

在本发明的方法中，CO₂通过将空气或者空气和流出气体的混合物送过吸着剂床来从大气中吸附，合适的吸着剂优选包括胺，和优选多胺，并且吸着剂上的至少大部分的胺基团是伯胺。一旦CO₂已经被吸着剂吸附，则在该吸着剂再生的同时，将它从该吸着剂汽提和收集。这个步骤通过在密封的容纳盒或再生盒中用蒸汽加热吸着剂来进行。这释放CO₂和再生吸着剂。收集CO₂，然后吸着剂可用于从大气中再吸附CO₂。对该方法的限制性参数是如果暴露于过高温度的空气，则吸着剂会失活。因此，通常吸着剂在它返回来接触空气流之前必须冷却。根据本发明，这通过降低该系统的压力，以使在CO₂释放后，保留在再生盒中蒸汽和水蒸发来实现，因此将系统冷却到蒸汽处于它新的降低的分压时的饱和温度。此外，如下所述，将这种方法释放的热量用于预热带有CO₂的吸着剂床，以提供约50％的显热回收率，并且对于能量和水使用具有有益的影响，这种概念是有用的，即使使用耐氧吸着剂来进一步延长吸着剂和整料基底的有效寿命。

通常，与再生步骤中释放CO₂相比，需要更长的时间来从空气中吸附CO₂。使用目前水平的吸着剂，这种差异将需要吸附步骤的吸附时间是CO₂释放和吸着剂再生所需时间的约10倍。因此，具有10个整料和单个再生单元的系统被用作目前的基础。如果吸着剂在这样的系统中运行，这里它的吸附步骤的吸附时间将仅为CO₂释放和吸着剂再生所需时间的约5倍，则对于每个再生盒，系统所需的整料的数目可以降低到例如1个再生盒用于5个整料。这还取决于所处理的气体混合物中CO₂的浓度，和任何具体吸着剂的解吸时间。

如上所述，再生的吸着剂床优选在它暴露于空气之前冷却，以避免被空气中的氧气潜在失活。根据本发明，这种冷却通过在发生再生之后，降低再生盒的系统压力来实现，因此降低了蒸汽饱和温度。根据本发明，这以一定方式来完成，即在降压步骤过程中从再生的整料除去的大量能量在解吸步骤之前被转移到包含带有CO₂的吸着剂的第二床，因此将提供能量中的一些来加热第二床以释放CO₂和再生吸着剂。这种从一个再生盒到第二个再生盒的传热降低了仅提供新蒸汽来加热整料床的运行成本。用于第二盒的其余热负荷通过添加大气压蒸汽来实现，但是不需要太多，因此节约了成本。对两个盒中的每个中的交替整料重复这种方法，并且改进了系统的整体热效率。这种概念示于图1-6、11和12中。

在这些附图中所示的优选实施方案中，存在着以十边形排列布置的10个“整料”，并且其位于圆形轨道上。存在着与每个处理单元相连的两个圆形/十边形组件，并且它们彼此相互作用(参见图1和图5A-5H)。空气通过优选与整料的径向内表面相对布置的诱导通风风扇来送过该整料。在一个位置，整料与该整料插入其中的盒相邻，如通过竖直移动该床离开轨道所示，用于处理(即这里将它们用蒸汽加热以从吸着剂中释放CO₂和再生该吸着剂)。可选地，盒可以处于阶段上，以使整料仅沿着轨道移入再生盒1中，或者从该轨道向外移入盒中，并且处于阶段上。后者的方法降低了移动床所用的能量，同时允许两个再生盒的位置彼此相邻，更接近。

用于如上所定义的图1-4和11-12的系统的基本操作步骤因此是：

1.在进行了一个完全旋转之后，床21-1(环A)旋入位置，然后例如竖直移入盒25中，用于处理，图1-4和5。

2.将盒25(包含床21-1(环A))用处于大气压的蒸汽加热，并且除去所产生的CO₂，图5A-H。

3.将床22-1(环B)置于盒27中，同时处理盒25以再生吸着剂。

4.停止供给到盒25的蒸汽，并且分离用于CO₂和冷凝物的出口管道。盒25和盒27通过连接管道125中的打开阀来连接。

5.使用与盒27相连的真空泵330降低盒27中的压力。这降低了两个盒中的系统压力和将保留在再生盒25中的蒸汽和惰性气体抽入另一盒27，然后到真空泵330。这将再生盒25(和因此床21-1环A)冷却到较低温度(即在盒中蒸汽分压时的饱和温度)和降低当放回空气流中时吸着剂氧的失活的可能。这种方法还将盒27(和因此床22-1环B)从它吸附后的温度加热到在盒27中蒸汽分压时的饱和温度。因此，已经从再生盒25中回收能量，并且减少了加热盒27(和因此床22-1环B)所需的大气压蒸汽的量。

6.关闭两个盒25、27之间的阀门125，并且盒彼此隔离。当床放回空气流中时，床21-1，环A现在冷却到低于所关注的吸着剂的氧失活的温度。第二盒27和床22-1环B已经预热，因此降低了加热盒和床所需的蒸汽的量。

7.床21-1环A然后竖直移回到十边形轨道组件上。将盒27用大气压蒸汽加热，并且收集CO₂。环A床组件通过一个床旋转，并且床21-2环A然后插入再生盒25，这里为预热做准备。图5H。

8.当盒27(包含床22-1环B)已经充分再生时，隔离供给到盒27的蒸汽，并且使用阀门来关闭用于CO₂和冷凝物的管道337。打开盒25和再生盒27之间的阀门，并且使用用于盒25的真空泵230来降低盒27、25中的压力。降低盒27(和因此床22-1环B)的温度(参见上面的5)。升高盒25(包含床21-2环A)的温度(参见上面的5)。

9.床22-1环B上升回到床组件中，并且该组件旋转一个床。床22-2环B然后插入盒27中。盒25(包含床21-2环A)用大气压蒸汽加热来释放CO₂和再生吸着剂。

要理解的是，提及“床”时包括整料基底以及保持在相同尺寸体积内的封闭的微粒床二者。

持续重复这种方法，并且两个环轨道组件一起运行，不过用于每个十边形的整料在稍微不同的时间移入和移出它们的盒，以使来自于冷却早先再生的盒的热量在后面的整料就位时预热后面的盒。

在图1和2中，盒置于旋转床组件(其位于名义阶段处)上，并且整料向上移入该盒中。唯一提升结构是用于盒所需的，其位于悬臂结构上的旋转整料上面。

在图3和4中，盒位于阶段下面和旋转床组件下。盒将位于具有用于维护和处理管道的足够入口的单个凹陷中。

在图11和12中，盒位于阶段上，优选处于轨道上以使得不需要在机器处的另外的竖直移动。可选地，阶段上的再生盒可以位于从十边形向下处，并且从轨道径向移动。

在任一情况中，辅助装置(例如，泵、控制系统等，参见部分2)将位于旋转床组件的径向内侧的阶段处。

ii.处理装置和控制

图6显示了来自于所提出的系统的通用设计：

·在单个系统中存在着两个十边形的整料。因此单个系统包含20(二十)个整料。

·对于每个十边形存在着九个风扇装置(在整料插入盒中的位置处不存在风扇组)。目前优选的是将存在上述尺寸(即高度10米和宽度5米)的与每个床相连的两个竖直排列的轴向风扇。因此，对于单个系统，将存在2×18＝36轴向风扇。但是，风扇的数目和尺寸的选择取决于许多因素。

·每个十边形9个风扇，每个保持固定(即它们将不随床旋转)。优选为密封系统例如具有挠性端部密封的壁提供每个风扇，以使绕过整料空气旁流最小化。要理解的是，整料不连续移动，而是在一个床到达再生盒位置时停止，然后在该床离开再生盒时重新开始。布置固定风扇，以使当床进入再生盒时，每个床与风扇装置相对布置和密封。可选地，风扇可以连接到旋转床结构，并且用该床固定。在那种情况中，风扇的数目将增加到每单个系统2×20＝40个轴向风扇。(参见部分3)。

·在单个双轨道环系统中存在着两个再生盒25、27；每个盒用于十边形中的一个。

·整料的尺寸没有标准化。作为初步估计，应当假定每个床是5米宽×10米高×1米深。这种初步尺寸可以基于经济性分析和其他因素来确定。

·图6中仅显示了主要的阀门，另外的阀门、仪器、管道和控制件是用于安全商业运行所需要的，其是本领域公知的。

在再生和从床中释放CO₂的过程中，将处于大气压和100℃-120℃的温度的蒸汽直接供给到含有床的再生盒25、27。蒸汽的作用是加热床和盒，和释放CO₂，以及产生冷凝物。将冷凝物除去到收集系统。通过CO₂鼓风机225、227的作用，将CO₂与一些蒸汽和惰性气体一起从盒中除去。来自于盒的排气流送过热交换器(冷凝器)240，在这里冷却该流和产生另外的冷凝物，将其送到冷凝物收集系统291。最后将产物CO₂经由管线229送去存储和压缩，或者可以直接用于另一方法例如藻类生长，无需压缩。CO₂的压缩不包括在这种方法说明的范围内。优选地，在它用床密封后，在蒸汽流开始之前，特别是将压缩CO₂的情况中，将空气至少部分地从再生盒25、27中抽出。优选地，在供给蒸汽和汽提CO₂之前，将密封的再生盒中的压力降低到不大于0.2巴绝压。优选的是从空气中除去尽可能多的不可冷凝物，以降低压缩成本。

令人期望的是，在冷凝器之后降低CO₂排气流中的水量，因为存在的水越多，与存储CO₂产物有关的压缩成本将越高；如果在上游没有除去，则在压缩机的级间冷却器中必须除去更多的冷凝物。留在送去存储的排气流中的蒸汽量将是可利用的冷却剂的最低温度和安装的冷凝器的尺寸的函数。在任何具体情况中，这些值的确定基于压缩相关的成本(资金和运行成本)、冷却剂温度(例如，使用环境空气、冷却水还是制冷剂)和热交换器的资金成本的经济性评估。

如果正确地进行设计，则冷凝器还应当能够分离液体和蒸气流。但是，在蒸气流送到CO₂鼓风机225、227之前，会需要敲除罐(knock-out drum)或类似类型的装置来分离液体和蒸气流。

CO₂鼓风机225、227可以是液体环泵。如果选择这样类型的装置，则它将能够处置进入的供料中的液体冷凝物，并且该冷凝物将从液体环系统中消除和送去冷凝物存储。如果不使用液体环类型泵装置，则会需要另外的步骤来确保进入鼓风机的蒸气流不包含大量的液体。所以，用于CO₂鼓风机的装置类型的选择会对上游装置的设计产生影响。

当再生步骤完成时，关闭全部阀门，因此隔离两个盒。为了接下来冷却盒和床(其刚刚完成CO₂释放和吸着剂再生步骤和预热了其他盒和床，其处于环境温度)，进行以下步骤：

·打开盒之间的隔离阀126

·打开与处于环境条件的床相连的真空泵230、330

·真空泵的作用是从已经完成CO₂生产和床再生的盒(“热”盒)中，将蒸汽(初始时处于例如大气压和约100℃)抽入处于环境温度的盒中。较低的压力将热的再生的盒和再生的床冷却到明显低于再生后初始温度(即约100℃)的温度，这归因于蒸汽分压的降低，其降低了蒸汽的饱和温度。在蒸气和蒸汽从“热”盒和床抽出时，这种流将开始加热第二盒和床(初始时处于环境温度)，这归因于蒸汽在盒壁上和吸着剂床的通道内的冷凝。当真空泵连续运行时，两个盒中的压力降低和达到最终压力(在目前的实施例中是约0.2巴绝压)。在这个点，两个盒和它们的整料将处于大致相同的温度(在目前的实施例中是约60℃)。因此，当它返回到空气流来进一步吸附CO₂时，“热”床已经冷却到这样的温度，这时吸着剂将不会由于空气中氧气的存在而失活到任何明显的程度。同时，已经向处于环境温度的床提供了大比例的热，其是将它的温度升高到约100℃来用于从吸着剂中汽提CO₂和再生该吸着剂所需的。组合的盒子将达到的最终压力取决于在氧气存在下吸着剂上的温度限制。

·一旦达到了两个盒25、27中规定的压力水平，则停止真空泵230、330，关闭盒之间的隔离阀126，并且将再生床返回到大气压。

·将冷却的床返回到环轨道组件，该组件旋转，直到接下来的床移到进入盒的位置，然后停止旋转。

·第二盒和第二盒25、27中的床(其预热到约60℃)同时供给有大气压蒸汽，并且加热到100℃，用于CO₂除去和吸着剂再生。CO₂、蒸汽和惰性气体通过与盒相连的CO₂真空鼓风机225、227除去。(见上文和图6)。

·然后连续重复该方法，以交替再生盒25、27。

可能的是，仅单个CO₂鼓风机和单个CO₂真空泵可以用于每对再生盒，用于每个盒的分别的鼓风机和泵，或者中心系统，即单个CO₂真空泵230、330和单个CO₂鼓风机225、227可以用于多个系统对。

图1和2显示了概念性机械设计，这里在每个系统中存在两个十边形和这里床升高进入或来自于这样的盒，其位于圆形轨道系统之上，并且通过悬臂结构钢结构承载。图3和4显示了类似的概念，除了盒位于单个凹陷中的阶段以下和该盒降低进入该盒中之外。还可行的是，在阶段上具有盒，并且当环旋转时，仅旋转每个床以与该盒处于密封的关系，然后当该床在再生盒中密封时停止。

图7A显示了用于诱导通风轴向风扇的风扇承载系统的概念设计。竖直壁38与表面密封136一起从床的每个边缘延伸到风扇的径向向内的位置(图7A中仅显示了一个这样的壁)，这里壁与床边缘接触，加上在竖直壁之间延伸的以横截面显示的顶部和底部表面36、37，竖直壁38将防止空气旁通绕过床21、22，并且风扇26保持在固定位置。优选壁38和顶部36和底部37表面中的每个具有弹性体缓冲器136，其将不接触床22的前面，而是当床21完全旋入空气捕集位置时，其将压靠在床的边缘。

图7B显示了一种概念设计，其中风扇326与它们相连的整料21一起旋转。这将需要风扇承载结构是环旋转系统的一部分，并且将增加旋转整料所需的功率，特别是开始旋转所需的起动转矩。这种选项将允许消除绕过床的空气旁流，因为密封将是持久的，并且将无需移动。

图8A、B和9显示了风扇326和通风系统425的一种概念性布置，其将用于确保当床10米高时，使用每床两个风扇时，空气沿着整料的均匀分布。

定位系统以确保整料精确地移入和移出盒所需的机械操作包括：

·两组床组件在承载结构上的圆形轨道周围旋转。

·精确的定位位置，这里将停止整料，以确保整料自由移入和移出再生盒，和当风扇固定时，处于和不处于与空气引导壁和密封条的可密封关系。

·从床组件中除去床，将该床插入再生盒，从该盒中除去该床和将该床重新插入圆形轨道组件上，这里该床竖直移动。当再生盒处于阶段上时，除去床将是必需的。

设计整料以使在整料和盒的内部件之间，和当处于空气送过床的位置时在床和风扇承载结构之间，存在着气密密封。图10显示了一种用于并排锥形密封系统的概念性设计，其将在在再生盒(图10B)的上部和下部再生盒(图10A)位置中密封床。图10C描绘了正视图。

两个密封系统并排安装在每个床框架上，每个与再生盒中的通道150匹配。一个通道在盒中，另一通道在环组件中，这里布置有床以用于从空气流中除去CO₂。

密封条将送入其中的每个通道150也是锥形的。当向上插入时，所用密封条在顶部相对于通道是窄的，该通道底部相对于该密封条是宽的。这产生了用于密封条插入通道(它将在其中滑动和密封)的容差。密封条滑入其中的通道也是锥形的，以匹配密封条的锥形。在床上升时，通道和密封条之间的间隙变窄。这逐渐将床居中到正确的位置，并且还逐渐降低了密封条和通道之间的间隙。当完全上升时，密封条和通道从顶部到底部宽度相同，该密封条靠着通道密封，这产生了密封，并且床位于恰好正确的位置。

当向下插入时，使用另一密封条，其底部窄，这允许用于将密封条插入锥形通道(其相对于该密封条是宽的)的容差，并且具有与它在其中滑动和密封的下部位置中的密封条相同的锥形。对于向上方向上的密封操作来说，在床移入位置、居中该床和产生所需密封时，密封条和锥形通道之间的间隙将降低。另外，当盒处于轨道下时，如图3和4中所示，还存在着集中于床底部和轨道上的再生盒底部和床顶部和再生盒顶部之间的密封。当再生盒在阶段上时，如图11-12中所示，床的边缘或侧面用于密封。

当设计用于向上或向下竖直移动床的升降机系统时，期望用于床竖直移动、用于约10,000磅和尺寸5m×10m×1m的整料称重(在轨道和盒之间)的大概时间期间是30秒-120秒。这个时间期间越短，可用于开发该方法的工艺参数的灵活度越大。这是由于这个原因，即阶段上的再生盒保持了一些优点。

4.1吸着剂性能和床厚度

应当理解的是，上述的具体尺寸和其他数字参数基于使用现在常规的聚乙烯胺(“PEA”)作为吸着剂。当实现改进的吸着剂时(其吸附更快和/或是不太容易受到高温时氧气的影响)，则例如可以改变尺寸和操作温度，以及每再生盒的床数目和轨道周围床的速度。

目前将通过吸着剂床(其通常是多孔二氧化硅或氧化铝基底，在它的表面上存在着PEI)的压力降低优选限制到1英寸H₂O，并且给定吸着剂床目前的结构和用于设计的表面空气速度(在空管中是2.5m/s)产生了用于床的规定深度(在空气流动方向上)。这又影响了盒的深度。假定的压力降低、床孔隙率、通道尺寸、表面空气速度可以全部通过吸着剂和/或基底中的改变而调整，这样来与吸着剂性能协同，其会产生不同的优选的床深度。一种改进的系统通过使用由氧化铝包覆的二氧化硅形成的基底(在它的表面上涂覆有伯胺聚合物，例如聚(烯丙基)胺或它的衍生物之一)来实现。

4.2最小设计压力-再生盒

所选择的最小设计压力的最重要作用在于用于加热吸着剂整料的盒的成本。该最小设计压力基于实现蒸汽饱和温度(在最小设计压力的盒中蒸汽分压时)来选择，以使当它暴露于空气流中的氧气时，床冷却到低于吸着剂发生明显失活时的温度。压力越低，板越厚，并且盒所需的硬化结构越重。使用伯多胺例如目前通常可利用的聚(烯丙基)胺，优选目前最小设计压力0.2巴绝压，需要盒是装置的大的、重的和昂贵的物品，甚至床尺寸是约3m×5m×1m。在一个商业装置中，令人期望的是具有较大的床。但是，随着床尺寸的增加，盒的重量和成本将以与盒尺寸的幂关系(非线性)而增加。另外，较高的最小设计压力将允许更大量的热回收，因为“冷”盒可以加热到较高温度，并且需要较少的大气压蒸汽。因此，如果使用在高温不失活的吸着剂，则能够使用较高的最小设计压力(即大于0.2巴绝压)将带来显著的优点。

4.3构造的盒材料

当再生盒由碳钢和不锈钢构成时，它产生了重的和昂贵的结构。其他构造材料包括例如碳纤维(或其他人造材料)，其将能够节约成本以及重量。

4.4出入整料的空气分配

基本的是，空气尽可能均匀地沿着整流动。在这个上下文中，使用具有合适设计通风系统的诱导通风的轴向风扇以引导空气流动是有用的，并且例如与石化空气冷却器装置一起使用。

与空气分配相关的第二个问题包括在十边形系统中送过整料环的空气的速度。取决于床高度与它的宽度之比，从由整料顶部形成的圆形开口上升出来的空气缕流中的空气速度可以是高的，并且应当在风扇通风系统设计中考虑。

4.5使用具有用于能量回收的潜力的单个出口通风系统

应当理解的是，如果要降低整料的尺寸，则存在使用水平安装在整料顶部的圆形开口中的单个非常大的轴向风扇的可能。这将空气抽过整料，然后将全部空气竖直移出组件。在风扇上存在通风系统来引导空气和防止再循环。另外，出口通风系统可以经设计以通过使用小的压缩，然后膨胀来实现一些能量回收，如在冷却塔中使用类似的风扇和通风系统装置进行的那样。如果要移动的空气的量变得过大，则这种选项将不实用。

4.6使用中心CO₂鼓风机和冷凝系统以及CO₂鼓风机之前所需的冷凝量

在当前设计中，在CO₂鼓风机225上游存在着冷凝器240。这除去水和降低鼓风机带有的蒸气。可选地，可以使用单个中心冷凝系统；其将处理来自于多个系统对中的全部装置的全部CO₂产物流。这将降低系统的复杂性和减少成本。但是，用于此的代价是每个CO₂鼓风机将必须经设计以处理较高流速的湿蒸气流。应当评价每个系统以确定最经济的选项。

4.7使用中心CO₂真空泵

在系统降压和从“热”再生盒到“冷”再生盒传热过程中，使用了CO₂真空泵230。在所示的优选设计中，真空泵与每个再生盒相连。在某些情形下，一个CO₂真空泵可以用于双环系统的两个盒。另外，可以使用用于多系统的单个大的CO₂真空泵。减少真空泵的数目应当减少与系统有关的资金成本。

优选地，使用液体环类型泵将看起来是有利的，因为产生的任何冷凝物将包含在液体环系统中，并且更易于除去。

4.8床除去/吸着剂更换

吸着剂整料将必须在该方法寿命期间使用。这将包括床移动系统(旋转和竖直二者)上的维护活动，吸着剂的更换和维护等。这些活动可以用合适位置的整料来进行，或者它们会需要将整料从组件中除去。除去整料通过安装第二提升系统来进行，其然后可以将整料移出轨道用于取用。可选地，整料可以经设计以使用起重机除去。有其他可用的选项。

通过考虑前述的公开，据信根据本申请的原理，运行多个床系统以从气态混合物中除去二氧化碳的不同的其他方式将对本领域技术人员来说变得清楚，其包括使用许多常规的步骤和部件，其是或应当变成公知的，并且在进行本发明中将是有用的，它们本身不是本发明的一部分。本发明的范围仅根据以下权利要求书的范围来确定。