[发明专利]平行通道接触器和吸附气体分离方法

说明书

本发明公开了一种吸附气体分离装置和方法。还公开了吸附结构，该吸附结构可以包括具有至少第一吸附材料的第一吸附层、包括至少第二吸附材料的第二吸附层以及阻挡层，其中，该阻挡层置于第一吸附层和第二吸附层之间。还公开了一种平行通道接触器，该平行通道接触器包括多个吸附结构，各吸附结构包括阻挡层，并布置为形成第一和第二流体通道。还提供了业主用于使用吸附结构来使得至少第一组分从多组分流体流中分离的吸附方法。

本申请要求2016年11月8日提交的美国临时专利申请62/419359的优先权。

技术领域

本技术通常涉及用于多组分流体混合物的吸附气体分离的装置和方法以及包括该装置和方法的系统。更特别是，本技术涉及用于使用温度摇摆吸附处理来进行吸附气体分离的方法以及用于该方法的平行通道接触器结构，另外还涉及包括平行通道接触器结构的系统。

背景技术

在本领域中已知吸附气体分离方法和分离器(例如温度摇摆吸附和分压摇摆吸附方法和分离器)用于多组分流体混合物的吸附气体分离。可能需要气体分离的一种类型工业处理例如包括燃烧处理，其中，氧化剂和含碳燃料燃烧，从而产生至少热量和燃气流(也称为燃烧烟道气流)。可能需要使得至少一个组分从燃气流中分离，例如包含在燃烧后废气处理系统中。

常规的温度摇摆吸附气体分离方法通常可以采用两个基本步骤，即吸附步骤和再生或解吸附步骤。在典型的吸附步骤中，供给流例如多组分流体混合物可以进入包括吸附材料的吸附分离器和接触器，其中，吸附材料可以吸附供给流的组分，从而使得吸附的组分与供给流的其余组分分离。在典型的随后再生步骤中，再生或解吸附流体流(例如加热的空气或蒸汽流)可以进入吸附分离器和接触器，以便升高吸附材料的温度，从而导致吸附组分的至少一部分从吸附材料释放或解吸附，以便提供解吸附组分，并能够循环地重新使用吸附材料。常规的吸附气体分离器通常完全使用一个或多个吸附材料的单一组分，例如在常规的珠状吸附剂床或吸附剂接触器中。

常规吸附气体分离方法和分离器的一个缺点是用于吸附材料的解吸附和再生而消耗的所需蒸汽和/或其它能量源，这通常可以代表这种吸附系统和方法的大部分操作成本。在常规吸附剂分离器和方法中的解吸附/再生的高能量消耗和相关操作成本通常可能成为常规吸附气体分离技术广泛适应和实施的障碍。在常规吸附分离器和方法中使用一些常规吸附材料(例如沸石或亲水性吸附材料)的还一缺点可以包括例如这种吸附材料对于水或蒸汽的高亲和力，其中，在要分离的流体中或在再生流体中存在蒸汽和/或水可能大大降低吸附材料对于目标组分的吸附能力。而且，在常规的吸附气体分离方法中，某些吸附材料暴露于通过吸附剂接触器的一些流体流(例如解吸附流体流)中可能会从接触器中侵蚀或洗涤吸附材料，从而在经过一段时间后降低接触器的吸附能力。

包括平行通道接触器的常规吸附气体分离器通常设置成在平行通道接触器的两个小面(例如端部)上有流体进口和出口。这种典型设置可以导致各种流体流(例如用于吸附气体分离方法的供给流和解吸附流体流)以基本类似的距离来通过平行通道接触器，从而与吸附材料接触。例如，在采用包括平行通道接触器的常规吸附气体分离器的常规吸附气体分离方法的吸附步骤中，供给流可以通过在接触器的第一小面上的进口而进入吸附气体分离器和平行通道接触器，以便在通过第二小面上的出口而从平行通道接触器中回收之前以第一距离行进通过平行通道接触器，而在常规吸附气体分离处理的解吸附或再生步骤中，再生或解吸附流体流可以通过在平行通道接触器的第一或第二小面上的进口而进入吸附气体分离器和平行通道接触器，以便在通过第一小面上的出口而从平行通道接触器中回收之前以基本相同的第一距离行进通过平行通道接触器。使得各种流体流以基本相同的距离行进通过平行通道接触器可以导致例如一个或多个流体流(例如再生或解吸附流体流或冷却流体流)在平行通道接触器中的、比所需更长的停留时间，这还可能导致：组分从例如再生流体流或冷却流体流中不希望地吸附至吸附材料上和降低吸附气体分离方法的效率；从吸附剂接触器中腐蚀吸附材料；对于一个或多个流体流，高于所需的、横过吸附剂接触器的压力降或损失；以及限制了提高接触器结构和吸附气体分离方法的效率的能力。