[发明专利]连接至凝华热交换器的循环流化床

说明书

将例如二氧化碳的可冷凝蒸气从一工艺流中的多种轻质气体中分离出。多个系统及多个方法采用一种通过一床外热交换器进行冷却的循环流化床，以使固体形式的所述可冷凝蒸气从所述工艺流中凝华。在一分离器中可分离出气体及多个固体，接着可在一热交换器中将所述多个固体进行过冷。所述可冷凝蒸气在多个床颗粒上或在所述热交换器中被冷凝，同时来自所述工艺流的未被冷凝的所述多种轻质气体形成一个别的轻质气体流。

官方参与声明

本发明是在能源部授予的DE-FE0028697的官方支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

技术领域

本发明关于用以将凝华性蒸气(例如，二氧化碳)从多种气体中分离出的多个方法及多个系统，其通过所述蒸气在一颗粒床上进行凝华作用。

背景技术

将像是二氧化碳的可凝结蒸气从其他的轻质气体中分离出为气体制备及纯化的一重要的部分。例如，一常见的发电站的烟道气通常含有(体积)约4％至约16％的二氧化碳(CO₂)。二氧化碳可能在气候变化上扮演的一重要因素。因此，显然需要多个从所述烟道气中捕获二氧化碳的有效率的方法，以便产生可容易输送至一安全的储存位置或可进一步应用的一浓缩的二氧化碳流。相似地，必须将二氧化碳从天然气、汽化或重整过的合成气及炉煤气、可呼吸的空气及用于空气分离单元的一空气入口分离出。其他可冷凝的气体，例如水，必须从空气、化学流、天然气及前面提到的大部分的物流中分离出。必须从多个工艺流中分离出的其他可冷凝的气体包括天然气液体、像是氮氧化物(NO_x)、硫氧化物(SO_x)、汞、臭氧的污染物、杂质、致污物、有气味的气体及空气中的有毒物质。虽然本发明者直接感兴趣的是二氧化碳，但在本文所描述的公开内容显而易见地可应用于其他气体的分离系统。

通过五个主要的技术已经或计画将二氧化碳从多个气流中进行捕获：吸附，其中二氧化碳选择性地被吸附至多个液体溶剂中；吸附或化学循环，其中二氧化碳通过在特别设计过的多个固体颗粒的表面上的吸附或反应来被分离，所述多个固体颗粒可能被诱导或可能不被诱导以将二氧化碳在此过程的后期释放至多个基本上纯净的物流中；薄膜，其中二氧化碳通过多种半透性塑料或陶瓷膜来被分离；增氧燃烧，其中氧气在燃烧之前从空气中分离出，以产生一基本上纯净的二氧化碳流出物；以及低温/高压流程，其中通过将二氧化碳压缩来实现所述分离。

目前最为大家接受且在经济上已证明的从一烟道气中捕获二氧化碳的一技术是以一胺溶液洗涤所述烟道气以将二氧化碳吸收至所述溶液中。此技术对于从多个小规模烟道气及多个特殊流程中捕获二氧化碳的多个系统已经达到了一商业运行状态。然而，它的应用大大降低了一发电厂的总效率。

另一种受到重视的工艺是氧气燃烧系统，使用氧气的所述氧气燃烧系统通常在一空气分离单元(ASU)中生产，但有时候在多个膜分离单元中，而不是空气，其用于燃烧一主要燃料。所述氧气经常与一惰性气体混合，例如一再循环烟道气，以将一燃烧温度及热能的吸收维持在一合适的水平上。氧燃烧的过程产生烟道气，所述烟道气具有作为其主要成分的二氧化碳、水及氧气；所述二氧化碳的浓度通常高于体积的约70％。在将二氧化碳送入储存之前，通常需要处理所述烟道气以从所述烟道气中移除多个空气污染物及不可冷凝的气体(例如氮气)。

另外，一流化床通常具有一冷却表面及多个颗粒，所述多个颗粒位于所述流化床的内侧且用于鼓泡气体。

发明内容