[发明专利]用于从空气中捕获CO2的高通量直接空气捕获装置及其操作方法

说明书

一种用于从气体混合物中分离至少一种气态组分的分离单元(1)，或者这样的分离单元的布置，其中其包括至少一个周向壁元件(5)，所述周向壁元件限定至少一个腔(3)的上游开口(31)和相反的下游开口(32)，所述至少一个腔(3)包括用于在环境压力和/或温度条件下吸附所述气态组分的至少一个气体吸附结构(4)，或者至少两个这样的腔(3)的阵列，其中所述分离单元(1)包括用于密封腔(3)的开口并且优选地允许将腔(3)抽空的一对相反的滑动门(12)，并且其中这对相反的滑动门(12)可以在基本上平行于相应滑动门(12)的平面的方向上移动并且允许气体混合物经气体吸附结构(4)流过。

技术领域

本发明涉及用于气体分离特别是用于直接空气捕获例如从空气中捕获CO2的新的高通量装置，特别地，所述新的高通量装置提供了大的流通截面、低的压降、低的热质量、很少/较少的结构部件和高的效率。还提供了用于操作这样的装置的方法以及这样的装置的部件，例如用于密封气体分离结构的新的可移动门系统。

背景技术

通过吸附进行的气体分离在工业中具有许多不同的应用，例如从气体流中去除特定组分，其中期望的产物可以为从所述流中去除的组分、剩余的贫化流、或者二者。从而，气体流的痕量组分以及主要组分二者均可以被吸附过程作为目标。一个重要的应用是从气体流例如从烟道气、废气、工业废气或大气空气中捕获二氧化碳(CO2)。

直接从大气中捕获CO2(被称为直接空气捕获(direct air capture，DAC))是减轻人为温室气体排放的数种手段之一，并且对于商品市场和对于合成燃料的生产，作为非化石、不受位置限制的CO2来源具有有吸引力的经济前景。

DAC的一种特定方法是基于关于固体化学官能化的吸附剂材料的循环吸附/解吸过程。例如，在WO-A-2016005226和WO-A-2017009241中，分别公开了基于蒸汽辅助循环吸附/解吸的方法和合适的胺官能化吸附剂材料用于从环境大气空气中提取二氧化碳。此外，WO 2019/092128描述了另一类也适用于循环CO2吸附/解吸过程的基于碳酸钾官能化的吸附剂材料。

吸附过程通常在环境大气条件下发生，在所述环境大气条件下空气流过吸附剂材料并且空气中包含的一部分CO2化学地和/或物理地结合/吸附在吸附剂的表面处或内部。在随后的CO2解吸期间，通常将吸附剂材料加热，并且任选地，可以通过施加真空或使吸附剂暴露于吹扫气流(例如但不限于蒸汽)来降低吸附剂周围的二氧化碳的分压(PSA-变压吸附)。由此，先前捕获的二氧化碳从吸附剂材料中被去除并以浓缩的形式获得。

实现DAC的能源和成本效益的主要挑战之一起因于大气气体中的CO2浓度低(在2019年名义上为约400ppm)以及将相应必要的大量大气空气输送至合适的气体分离结构。包含封闭的吸附剂材料的合适的气体分离结构在US2017/0326494和WO-A-2018083109中被提出，并且可以应用于分批吸附-解吸过程，在所述分批吸附-解吸过程中，包含吸附剂材料的所述结构需要交替地暴露于高体积流量空气流(吸附/接触)，然后暴露于以升高的温度和/或低至例如10毫巴(abs)的真空压力为特征的解吸条件。这需要这样的室结构：其一方面使吸附剂材料暴露于高体积流量的大气空气以吸附CO2，以及其另一方面可以在解吸期间适当地将吸附剂材料与环境空气隔离并且承受最高至130℃的吸附剂材料温度，CO2、空气和水的作为蒸气和液体的混合物，以及任选地低至10毫巴(abs)或更低的真空压力(如果解吸需要真空)。一种这样的合适结构为WO-A-2015185434中所公开的单元。通常，因此特别有利的是这样的基础设施：首先使吸附流通期间的压降最小化，其次将所述压降的最大部分归因于实际捕获CO2的单元部分。