[发明专利]包括循环吸收剂的气体捕获方法和系统

说明书

本文公开了一种在气体的捕获过程中使所述气体的吸附剂再生的方法，其中，所述捕获过程包括使所述吸附剂在气体捕获系统和再生反应器系统之间再循环，该方法包括所述再生反应器系统实施以下步骤：接收待再生的固体吸附剂，其中，所述吸附剂是二氧化碳气体的吸附剂；在催化剂存在下，通过使燃料与氧化剂燃烧来产生热量；利用产生的热量来间接加热所述吸附剂以使所述吸附剂释放二氧化碳气体，从而所述吸附剂再生；输出再生的吸附剂；和输出释放的二氧化碳气体。该气体捕获系统的优点包括具有比已知技术更高的效率。

技术领域

本发明涉及气体捕获系统和方法。在特别优选的实施方式中，提供了一种气体捕获系统，该气体捕获系统包括用于捕获气体的高温固体吸附剂的循环床。实施方式特别适用于减少烟道气中二氧化碳量的燃烧后二氧化碳捕获系统。气体捕获系统的优点包括具有比已知技术更高的效率。

背景技术

化石燃料发电厂是满足全球能源需求所必需的。然而，减少二氧化碳气体向大气中的排放存在很大的环境压力。

用于大幅减少由化石燃料燃烧所释放到大气中的二氧化碳的已知技术是碳捕获和储存(CCS)。CCS技术包括燃烧前二氧化碳捕获和燃烧后二氧化碳捕获(PCCC)。PCCC系统在烟道气释放到大气中之前，从二氧化碳燃烧产生的烟道气中除去二氧化碳。提供PCCC系统是改造现有燃料发电厂以便实施CCS的唯一途径。因此，有效实施PCCC系统对于继续使用现有的化石燃料发电厂而言是必要的，而不会过度增加二氧化碳向大气中的释放。新的化石燃料发电厂也应该构建有PCCC系统。

在PCCC系统中，使用吸附剂来从化石燃料燃烧产生的烟道气中吸收二氧化碳。PCCC系统的实施高度依赖于所使用的吸附剂。吸附剂可以是流体，例如单乙醇胺(MEA)。使用流体吸附剂的PCCC系统适用于低温二氧化碳捕获应用。流体吸附剂遇到的问题是低能效和高成本。此外，还存在胺的普遍使用所引起的环境问题。

固体吸附剂由于改进的能效以及避免了上述环境问题而优于流体吸附剂使用。根据吸附剂吸收二氧化碳的碳酸化温度来限定了三类固体吸附剂。低温固体吸附剂具有低于200℃的碳酸化温度，中温固体吸附剂具有200℃至400℃的碳酸化温度，高温固体吸附剂具有高于400℃的碳酸化温度。已知使用碳、沸石和聚合物作为低温固体吸附剂。已知使用K和Na的氧化物和水滑石材料作为中温吸附剂。已知使用碱性氧化物(诸如氧化钙和MgO)作为高温固体吸附剂。

已知通过高温固体吸附剂捕获二氧化碳由变压吸附(PSA)过程来进行，该变压吸附过程在系统内需要相当大的压差，以使吸附剂捕获二氧化碳并再生。这种系统用固定床反应器实施。由固定床反应器用于气体捕获的问题在于资本成本高并且这种反应器不适合捕获大量气体。

已知流体吸附剂在变温吸附(TSA)气体捕获过程中在PCCC系统中循环。吸附剂用于捕获来自烟道气的二氧化碳，并且该烟道气在具有降低的二氧化碳含量下从系统输出。吸附剂然后在使吸附剂释放出捕获的二氧化碳的过程中再生，并且二氧化碳从系统中输出而不释放到大气中。该再生的吸附剂随后被重新用于从烟道气中捕获二氧化碳。因此，PCCC系统可以在吸附剂在系统内循环的情况下连续运行。然而，已知实施的其中使用流体吸附剂的系统是低效的，这是因为流体吸附剂在捕获气体和再生吸附剂的系统部件内的保留时间难以控制且保留时间短。

吸附剂的再生是吸热过程，并且必须提供热量以使再生发生。已知的是，吸附剂再生所需的热量通过直接或间接加热来提供。在直接加热中，使吸附剂暴露于产生热量的燃烧反应中。燃烧反应包括氧化剂与碳质燃料的反应。直接加热吸附剂的问题在于再生过程中释放的二氧化碳会与燃烧过程的产物混合。因此，为了避免二氧化碳被惰性气体稀释，优选通过使碳质燃料在纯氧或空气与高浓度氧气的混合物中燃烧来产生热量。这种方法的缺点是在煅烧器中用作氧化剂的氧气的生产是昂贵的。