用于二氧化碳捕集和儲存的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】降低工業(yè)方法的凈二氧化碳足跡的系統(tǒng)和方法，其由烴燃料的燃燒來產生能量，其中環(huán)境空氣與來自該工業(yè)方法的至多50體積％的廢氣進行混合，以在處理之前顯著增加空氣中的CO2濃度。該處理包括使用冷卻的多孔基底負載的胺吸著劑來從混合的環(huán)境空氣中吸附CO2，其中該多孔基底初始時在它的孔中接觸含有冷凝水的混合的環(huán)境空氣，其充當了由該吸附方法所產生的放熱熱量的固有冷卻劑。另外，在再生該負載的吸著劑之前，在密封的再生室中顯著降低空氣壓力，并且將低壓室與含有蒸汽和二氧化碳的高壓再生室流體連接放置，以預熱待再生的吸著劑和在用于進一步CO2吸附之前快速冷卻該再生的吸著劑。
【專利說明】用于二氧化碳捕集和儲存的系統(tǒng)和方法
[0001]本申請要求依照35U.S.C.119(e)來自于下面的申請的權益或優(yōu)先權:2010年4月30日提交的申請?zhí)?1/643，103的美國臨時專利申請；2010年4月30日提交的申請?zhí)?1/330，108的美國臨時專利申請；2010年6月3日提交的申請?zhí)?1/351，216的美國臨時專利申請，和2011年2月15日提交的申請?zhí)?1/443，061的美國臨時專利申請，和2011年4月29日提交的共同待決美國申請序列號13/098,370。
[0002]發(fā)明背景
[0003]本發(fā)明涉及用于從大氣中除去溫室氣體的系統(tǒng)和方法，和特別是涉及用于從氣流包括環(huán)境空氣中除去二氧化碳的系統(tǒng)和方法。
[0004]作為2011年4月29日提交的共同待決美國申請序列號13/098，370中所述系統(tǒng)的進一步改進，提出了一種合適的系統(tǒng)和方法，其現在公認可以用于比較早申請所公開的更寬的應用范圍，特別是當進一步改進時更是如此。該共同待決申請的公開內容在此引入作為參考，如同全部重復一樣，作為這里提出的新公開內容所改進的。
[0005]目前許多的關注集中于嘗試實現三種稍微矛盾的與能量有關的目標:1)提供用于經濟發(fā)展的供應得起的能量；2)實現能量安全；和3)避免由于全球變暖引起的破壞性氣候變化。但是，如果我們打算具有發(fā)展經濟所需的能量和避免能量不足(其會導致矛盾)，則沒有可行的方式在本世紀剩余的時間內避免使用化石燃料。
[0006]科學家們最沒有爭議的是所謂溫室氣體如二氧化碳(甲烷和水蒸氣是其他主要的溫室氣體)的量的增加將會增加行星的平均溫度。
[0007]同樣很顯然的是不存在這樣的解決方案，其僅降低正在發(fā)生的人類引起的二氧化碳排放，其能夠成功地消除氣候變化的風險。從大氣中除去另外的CO2也是必需的。具有空氣提取和增加或降低大氣中二氧化碳的量的能力，原則上會抵償其他溫室氣體如甲烷(天然存在的和來自人類活動)，這會增加它們的濃度和引起氣候變化。
[0008]直至本 申請人:的本發(fā)明之前，通常本領域技術人員公認的是直接從大氣中捕集二氧化碳是不可行的，這歸因于該化合物的低濃度。后來所述共同待決在先申請顯示，在規(guī)定的條件下進行這樣的CO2降低實際上是實用的和有效的。
[0009]它顯示了在環(huán)境條件下，可以使用合適的可再生吸著劑系統(tǒng)和低溫汽提或再生方法來從空氣中有效提取CO2。


【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明提供了進一步的新穎和有用的系統(tǒng)和方法，用于從大量帶有二氧化碳的空氣中除去二氧化碳。
[0011]本發(fā)明現在已經通過這樣的發(fā)現而進一步改進，即相同的低溫系統(tǒng)也可以如下來用于從具有增加的二氧化碳濃度的氣體混合物中捕集CO2:將空氣與相對濃縮的含CO2的煙道來源的氣體(用占優(yōu)量的環(huán)境空氣進行了稀釋)混合；作為另一令人驚訝的，這進一步改進了效率。這會產生對于這種另外的“臟”源例如發(fā)電廠或者煉廠或者水泥制造廠而言減CO2系統(tǒng)事件。在這樣的情況中，通常優(yōu)選的是在接觸二氧化碳吸著劑之前，預處理該廢氣來除去微粒和某些破壞性化合物例如硫氧化物和氮氧化物化合物，例如在來源于煤燃燒的氣體的情況中。
[0012]通常，具有直接從大氣中提取，和具有通過與高CO2含量的氣體混合物例如煙道來源的氣體混合來增加要處理的環(huán)境空氣中二氧化碳濃度的能力時，能夠降低大氣中以前存在的CO2濃度，因此提供了一種組合的減碳方法，并且抵償了會以其他增加它們濃度的方式添加到大氣中的其他溫室氣體例如甲烷。因此現在可以降低或者甚至逆轉氣候變化。
[0013]在我們早期的工作中，已經認識到用于從環(huán)境空氣中除去相對低濃度的CO2的高度有效的系統(tǒng)是可以實現的，而無需使用飽和工藝蒸汽，使用大量能量來再生該載有CO2的吸著劑?，F在已經發(fā)現可以如下來獲得改進的結果:使用相對薄的、大表面積的整料多孔基底的陣列，作為用于活性吸著劑位的載體，彼此串聯(lián)。對于這樣的系統(tǒng)，大量的煙道來源的氣體可以與環(huán)境空氣混合，來將被處理的空氣中的CO2濃度增加一個數量級，并且甚至更可能的，同時通過改變所述條件和與另一整料系統(tǒng)串聯(lián)操作，來持續(xù)改進單獨的環(huán)境空氣之前所達到的低溫效率。
[0014]在這種改進的系統(tǒng)中，所述串聯(lián)對是分階段的，以使得當該對之一在它的再生盒中完成再生時，第二成員剛剛進入它的再生盒。將該第二再生盒密封，如共同待決的申請和同樣如下所述，并且將所捕集的大氣從該第二再生盒排出，到低于0.4巴絕壓，和優(yōu)選低于0.3巴絕壓和最佳地下降到0.1-0.2巴絕壓。該第一再生盒(其也已經排出了它的空氣)已經用飽和蒸汽再生，該蒸汽在CO2從吸著劑中汽提時冷凝在該整料的孔中。當再生已經達到其期望的終點時，該整料包含熱的冷凝水，并且密封盒周圍的大氣(其含有一些蒸汽蒸氣和剩余CO2)已經增加到至少約0.7巴絕壓。這兩個串聯(lián)再生盒的內部然后互連，以產生朝著平衡的急劇快速的壓力變化；該第一整料中的熱的冷凝水在低壓蒸發(fā)，并且當該蒸氣遇到第二整料時，其升溫和釋放出一些CO2,同時該蒸氣在第二整料上冷凝；因此快速冷卻該第一整料和將它準備移出第一盒并與帶有CO2的氣體混合物接觸。對該陣列的全部成員繼續(xù)進行這種串聯(lián)操作，來實現帶有CO2的氣體混合物的基本連續(xù)處理，并且不斷重復。
[0015]必須要理解的是，“多孔基底”是具有開放孔的基底，其中氣體或蒸氣會在前表面進入孔和從后表面離開，以使得該氣體或蒸氣可以經由該開放孔完全通過基底厚度。該整料的厚度優(yōu)選比與待處理的帶有CO2的氣體混合物的流動方向垂直的整料表面的任一尺寸小了至少一個數量級。
[0016]作為本說明書中所用的，術語“環(huán)境空氣”表示和包括在具體的地理位置上，在大氣中存在的物質的條件和濃度下的未封閉的空氣。術語“煙道來源的氣體”指的是含有高濃度的CO2,并且從含碳物質例如所謂化石燃料的燃燒所排出的氣體，包括在從燃燒點排出后已經進行了預處理的氣體。
[0017]已經發(fā)現這種方法對于環(huán)境空氣的幾乎任何混合物都是成功的，其包含至少占優(yōu)體積量的環(huán)境空氣，來稀釋煙道來源的氣體。與環(huán)境空氣相比，該煙道來源的氣體將明顯增加混合物中CO2的濃度，并且通過例如在先共同待決申請的圖25和26所示的系統(tǒng)混入到空氣中，來形成基本均勻的高CO2含量的氣體混合物。
[0018]該處于環(huán)境溫度的帶有CO2的氣體混合物如下來處理:將它引導通過吸著劑結構，該結構包含相對薄的高表面積多孔整料，其負載了活性CO2吸著劑位，其可以結合(捕集)CO2，然后如下來再生該吸著劑:使吸附的CO2從吸著劑釋放，在低溫處理該吸著劑結構，優(yōu)選在大于約120°C的溫度用不飽和的工藝蒸汽處理，并且取出所釋放的CO2(由此有效的再生該吸著劑結構)和獲得高品質C02。該吸著劑優(yōu)選放熱吸附CO2，其允許從吸著劑中以相對低的溫度汽提CO2。
[0019]在本申請中，該基底結構優(yōu)選包含胺，其結合到CO2，并且其被基底結構所攜帶。該吸著劑優(yōu)選將保持在基底的表面上，包括孔內表面。之前的觀點是，當二氧化碳濃度遠高于環(huán)境空氣時，CO2吸著劑溫度將由于CO2吸附的放熱而過高，這將升高該整料的溫度。已知的是在空氣存在下，吸著劑的有效性在這種較高溫度時將降低。可以預期的是，捕集CO2的有效性將減小，并且需要較高的溫度來再生該吸著劑。
[0020]已知的是，對于可獲得的伯胺吸著劑而言，通過吸附所捕集的部分將以它的Langmuir等溫線所給出的方式來取決于放熱吸著劑的溫度。該等溫線是溫度的指數，這是因為吸著劑與CO2反應的高熱量，即約84kj/mol。例如，從25°C到35°C的溫度增加，在平衡時能夠捕集CO2的胺位的百分比降低了約e—1。結果，在寒冷氣候(即在中或較高緯度或海拔地區(qū)的冬天)中的環(huán)境溫度減少了這個問題，或者允許處理更高濃度的C02。例如，如果環(huán)境溫度是15°C，則升高10°C將產生與在25°C情況的環(huán)境位置中處理低濃度CO2相同的性能。用于伯胺的Langmuir等溫線在約15°C時，在如下方面中接近于最佳:在平衡的胺位的分數，和從吸著劑中汽提和收集CO2以在約100°C有效地再生該吸著劑所需要的顯熱。在先共同待決申請的圖27顯示了一種概念性設計，其中廢氣通過合適的設備與空氣完全混合，并且分析了溫度升高。
[0021]如果將它整合到產生CO2的方法例如發(fā)電廠中(其包括現有技術的處理方法，其最起碼除去了微粒和吸著劑毒物，例如硫和氮的氧化物)，則可以實現本發(fā)明的特別有效的實施方案。通常，在北美或歐洲的大多數燃煤廠提供了后燃燒處理，其使用了通常被稱為CSS技術的方法。一種通常使用的這樣的方法是所謂的“后燃燒MEA方法”，如英格蘭的Costain Group PLC所實施的，并且如圖3中所示，其顯示了它在燃煤發(fā)電廠中的使用，和送到本發(fā)明方法的其經處理的流出物。來自CSS方法的流出物(其沒有微粒和本發(fā)明方法所用的吸著劑的通常的毒物)與環(huán)境空氣混合，用于用本發(fā)明的方法處理來捕集所合并的co2。當增加從氣體混合物中除去的CO2的百分比時，通過CSS方法除去每噸CO2的邊際成本急劇增加，并且在將90%增加到95%除去時變得非常昂貴。另一方面，當降低CSS方法單獨所捕集的百分比時，它經常變得非常昂貴，這是因為在管制CO2排放的情況中，對于沒有捕集的CO2的罰款增加了，因此降低了整個方法的價值。由于這些原因，CSS的目標通常是 90%。
[0022]另一方面，通過本發(fā)明的方法捕集的每單位量的純CO2的成本隨著進入本發(fā)明方法的工藝流中的CO2百分比的增加而降低；當與來自這樣的CSS方法的流出物相組合，或者其他廢氣預處理相組合時，這是特別有效的。但是，隨著進料流中CO2濃度的增加，本發(fā)明的方法必須提供必需的冷卻手段，來確保來自于混合的CO2的放熱捕集的升溫不會導致吸著劑效力的下降。因此存在著一個機會來通過降低在CSS階段中所除去的CO2的百分比(假如退回到現有技術的CSS方法的80% CO2除去率，并且將剩余的CO2含量相對高的CSS流出物(其包含例如2%的CO2)與環(huán)境空氣混合)，通過校正CSS方法和本發(fā)明的組合中的相對效應，來優(yōu)化所捕集的每噸CO2的成本。在那種情況中，對于每I %的與空氣混合的CSS流出物流，在進入本發(fā)明方法的進料氣體混合物中CO2濃度將增加約50%。
[0023]相關的升溫是可以確定的，因為該升溫取決于CO2吸附速率和因此取決于混合的加工進料流中的CO2濃度。如果在5%的CSS流出物中混合，則相對于單獨的純環(huán)境空氣捕集方法，本發(fā)明方法的資金成本將降低為3分之一(因為所述混合流中的濃度是單獨的空氣的三(3)倍)。那種情況的升溫接近于當混合汽化器的全部廢氣流形式時的升溫，或者約3.5°C。最重要的，如果本發(fā)明的空氣捕集方法設置來除去混合流中僅70%的CO2,則該組合方法將除去發(fā)電廠所排出的100%的C02。因此將產生無碳的或減碳的電力或其他產品，其用于作為能源的化石燃料的燃燒。在通過本發(fā)明的方法從混合氣體中除去75-80%的CO2中，結果將是減碳的發(fā)電方法。
[0024]除了通過優(yōu)化另一個的成本的各方法來實現從降低所收集的每噸CO2的成本中所獲得的直接好處之外，從所述方法整合中還獲得了其他好處。這些好處包括來自該廢氣處理的排出流是清潔的，消除了用于混合步驟的問題/成本，和能量使用更有效以及成本更低。除了 CSS方法之外，還存在著許多所尋求的不同的預燃燒和后燃燒CO2除去方法，并且新的方法也會在將來出現。環(huán)境空氣和CSS流出物的混合量的細節(jié)，和來自第一級廢氣方法的廢氣可能的另外的處理，將會在細節(jié)上發(fā)生變化，但是所述組合方法的基本優(yōu)點保持了定性相同。
[0025]為了能夠從較高濃度的CO2中捕集，本發(fā)明基于這樣的發(fā)現，即在完成CO2的汽提之后，將冷凝蒸汽以水的形式保持在整料孔中，快速蒸發(fā)熱的冷凝物液體的一部分是用于快速冷卻所述整料的一種非常有用的工具。該汽提的、冷卻的整料然后返回到CO2捕集站和用于進一步的吸附步驟，同時通過初步預熱該載有CO2的吸著劑來汽提而保存所述熱。所述整料和吸著劑否則會在吸附步驟期間發(fā)生不期望的受熱，和因此在暴露于帶有CO2的空氣時更易于降解。這種效果在這樣的整料上是最容易實現的，該整料在進入空氣流的方向上的厚度或長度優(yōu)選不大于該整料的最大的其他尺寸的10%，例如厚度為十五(15)厘米，和長度或寬度是至少二(2)米乘以0.5米，即垂直于空氣流的表面積至少是I平方米。
[0026]冷卻該再生的基底的速率也可以如下來改進:在工藝蒸汽開始流過基底之前，將該再生盒壓力抽氣(pump down)到例如優(yōu)選小于0.3巴絕壓和最優(yōu)選0.1-0.2巴絕壓,來除去大部分空氣。這也將通過在汽提CO2之前消除大部分不可冷凝的氣體，來增加高純度CO2的除去效率。
[0027]在它的基礎方面之一中，本發(fā)明提供了另外的結構和技術來從帶有二氧化碳的空氣中捕集二氧化碳，并且使用工藝熱來從吸著劑中分離二氧化碳和再生該吸著劑。
[0028]此外，在它的另一方面，本發(fā)明提供一些另外的結構和技術，其能夠從空氣中的高濃度二氧化碳中有效地捕集二氧化碳，而不失去使用低溫工藝熱來從吸著劑中分離二氧化碳和再生該吸著劑。本發(fā)明進一步能夠通過吸附來從空氣與廢氣的混合物中捕集二氧化碳，并且分離和再生。這使得CO2發(fā)生初級系統(tǒng)實現CO2凈減少，和因此降低大氣中CO2的量。
[0029]另外，本發(fā)明提供了一種相對低成本和相對純的CO2源，用于如生物燃料生產的飼料藻類養(yǎng)殖場這樣的有益的用途，這里該捕集成本代表了 CO2供給的整體成本。
[0030]在另一實施方案中，打算進一步改進所述系統(tǒng)的性能和效率，對該再生室盒進行構造，以使得再生盒3051的后壁(氣體收集側，與蒸汽注入側相對)充當以蒸氣形式送過所述整料的任何蒸汽的冷凝器。如果該壁通過循環(huán)水冷卻或者具有足夠的熱質量來除去熱，和因此通過空氣冷卻，則該蒸汽將通過將它的潛熱傳給所述壁而在冷卻表面上冷凝，形成水。另外的節(jié)約通過消除另外的熱交換器來實現。如果該后壁通過冷卻它的熱質量而保持在40°C或更低，則通過降低封閉的再生盒中的溫度，該后壁將充當泵。該后壁的內表面可以具有向下的傾斜肋條，來將冷凝水導入所述盒的側邊，以防止冷凝水在該后壁上大量累積；這樣的累積將減緩冷卻。由于下面的原因，這樣的系統(tǒng)提供了一種有效的方式來冷卻所述整料:1)它可以快速進行；2)不需要另外的資金支出來用于分別的冷凝器；和3)不需要泵送水蒸氣來用于蒸發(fā)性冷卻，這節(jié)約了大量的能量。
[0031]雖然本發(fā)明的方法最好用于較冷的氣候中，來優(yōu)化吸著劑的有效再生，同時限制任何潛在的效力損失，但是困難在于在最冷的氣候中(即在最高的緯度)，存在著非常少的先前存在的附屬于CO2捕集方法的設備設施。但是現在已經認識到，歸因于在這樣的位置處較大的效率，存在著提供獨立的設備的基礎，在這里沒有其他的設施來提供增強的CO2濃度或者提供必需的工藝熱。根據這種實施方案，一種系統(tǒng)提供了獨立的單元，其不可使用外部的工藝熱或電能，并且存在于具有極低溫度的較冷氣候中例如北極地區(qū)?；旧蠠o限制地，所述溫度越低，將產生越有效的操作系統(tǒng)。當整個包括該系統(tǒng)時，甚至在例如易于發(fā)生極寒和冷凍沉淀的北極地區(qū)的條件下，也應當不會干擾這種系統(tǒng)的運行。在下面的情況中尤其如此:該系統(tǒng)在長距離管線的鄰近或附近運行，所述管線將例如原油或天然氣從例如遙遠的北方攜帶到人類居住的那些地區(qū)(在這里它通常更可能有用)。
[0032]根據本發(fā)明的一個實施方案，一種系統(tǒng)包括熱發(fā)生器例如鍋爐，其連接到發(fā)電機上來運行必需的輔助系統(tǒng)例如升降機系統(tǒng)，必需的控制裝置，閥和壓縮機泵，用于高純co2。該高溫熱被用于產生高壓蒸汽來運行發(fā)電機，并且通過與環(huán)境空氣混合來使用排出的廢氣，以根據早前所述的系統(tǒng)來進行。以此方式，提供熱和其他能量來運行所述系統(tǒng)，并且為了沒有另外的成本，將該環(huán)境空氣進一步富含CO2，來允許更有效地捕集合并的CO2。這樣的系統(tǒng)可以是幾乎收入中性的(但是幾乎總是CO2減少的)，甚至這里存在著能量成本也是如此，只要存在著市場或者用于產生純CO2的用途就行。例如，在長距離管線的情形中，凈化的CO2可以至少部分地存儲在所述管線鄰近。在任何的意外著火或者泄露事件中，該CO2可以用于消滅大部分會噴出的火焰。
[0033]要注意的是會存在這樣的情形，凈化的CO2的價值實際上大于在具體位置上用于發(fā)電的燃料的成本。在那種情形中，例如緊鄰管線或者高緯度天然氣井，所用的能量越大和所產生的煙道氣越多，用于產生純二氧化碳的最終方法的價值越大。在這種情況中，表現得非常令人驚訝，更有價值的是使用盡可能多的能量和因此產生更多的CO2，而不是在更普通的情形中保存能量。這樣的情形未必總是存在于高緯度的室外，而是在那種情況中(例如在中緯度的冬天)，這種實施方案將是非常實用的。
[0034]用于吸著劑的基底可以是整料，其例如由二氧化硅材料例如堇青石形成，或者由氧化鋁結構形成，或者由具有固有的吸附位置的聚合物材料，例如具有伯胺側基的聚合物形成。通常該堇青石整料將預期需要比氧化鋁基底更多的熱。在CO2具有增加的價值的情形中，將因此產生更大的益處。
[0035]在操作中，一種體現這種能量增強方法的系統(tǒng)將使用高溫熱源和微型渦輪機來產生所需的電能。從該渦輪機排出的低溫熱將用于再生CO2吸著劑。到0)2吸著劑的原料將包含環(huán)境空氣加上來自熱源的排氣的混合物。在該熱源是天然氣的情況中，在供入吸著劑之前極少需要預熱所述排氣。但是，如果使用煤或燃料油，則將需要一些初始的緩解性預處理來除去微粒材料，其否則將堵塞基底孔，以及來除去某些副產物例如硫和氮氧化物，其否則會使得吸著劑中毒。
[0036]在計算本發(fā)明任何系統(tǒng)的成本效率之前，可以使用下面的等式，其中
[0037]CE/T等于每噸CO2的能量成本
[0038]CE/MMBTU等于每百萬BTU的能量成本，即1.055 X 19焦耳X I/CE
[0039]E/T等于每噸CO2所需能量，以MMBTU來計
[0040]C02/MMBTU等于每百萬BTU所排出的CO2的量。
[0041]REV等于每噸CO2的收入
[0042]當計算所述系統(tǒng)的操作成本時，鍋爐和發(fā)電的資金成本應當忽略，并且將假定沒有用于燃料產生的CO2的額外的資金支出，而僅是用于燃料的成本。假定這種情況的SH/HR等于1.2，其轉化為E/T等于4MMBTU和REV等于$40.00/每噸天然氣，CE/MMBTU等于$3.00 ；C02/MMBTU 等于 53kg,因此 CE/T 等于 4X3 減去 40X4X0.053 等于 $3.50/ 噸。
[0043]另一方面，對于煤來說，每百萬BTU的能量成本是高度變化的，但是可以假定等于$2.50 ；C02/MMBTU 同樣等于.092，因此 CE/T 等于 4X $2.50 減去 40X4X0.092 等于 $7.60/噸。令人感興趣的，電的成本將等于從煙道加入的CO2的百分比，即在天然氣的情況中是21%和在煤的情況中是37%。
[0044]此外，對于EOR和商業(yè)氣體市場的遙遠位置來說，收入應當遠大于$40.00/噸，因此進一步降低了所提供的任何能量的凈成本，假定用于生產另外的CO2的邊際成本是低的。通過使用高溫能量來產生電和工藝熱來從吸著劑中汽提CO2,經濟性變得極為有利。
[0045]本發(fā)明的這些和其他特征描述在下面的詳細說明和附圖中，或者從中是清晰可見的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1是根據本發(fā)明的一個示例性實施方案，一種用于從大氣中除去二氧化碳的系統(tǒng)的框圖；
[0047]圖2是一幅地圖，其顯示了根據本發(fā)明的一個示例性實施方案的多單元全球系統(tǒng)，其適于充當全球氣候變化系統(tǒng)；
[0048]圖3是現有技術的用于廢氣的預處理系統(tǒng)的圖示，并且其連接到本發(fā)明的這種系統(tǒng)中；
[0049]圖4圖示了優(yōu)選的串聯(lián)形式的系統(tǒng)和技術，用于根據本發(fā)明的原理，從帶有二氧化碳的空氣中除去二氧化碳，和再生所述的吸收或結合了二氧化碳的吸著劑；其中吸收時間約等于再生時間，來實現最大效率；
[0050]圖5是豎直形式的整料介質的圖示，其用于從大氣中除去二氧化碳和用于從該介質中除去二氧化碳，使用了豎直運動系統(tǒng)或升降機來將該整料在上部空氣接觸位置和下部再生位置之間移動，其中該空氣移動借助機械鼓風機；
[0051]圖6是水平形式的整料介質的圖示，其用于從大氣中除去二氧化碳和用于從該介質中除去二氧化碳，使用了水平軌跡；和
[0052]圖7圖示了圖4的串聯(lián)系統(tǒng)升降機結構之一的截去側視圖，其顯示了再生室中的整料。
[0053]圖8是最初顯示于所引入的在先申請13/098，370中的二氧化碳除去系統(tǒng)的圖示，其顯示了形成本發(fā)明的一部分的增加的串聯(lián)對的二氧化碳除去結構之一。

【具體實施方式】
[0054]申請序列號13/098370的系統(tǒng)和方法概念的背景說明_依照共同待決申請(美國專利公布2011/0296872)中所示的系統(tǒng)，已經發(fā)現本發(fā)明下面的優(yōu)選實施方案能夠處理CO2的更高濃縮的氣體混合物。通過依照這里所述的方法，確保了基底滿足本說明書中所述的要求，一種濃縮的CO2混合物可以有效地和低成本地成功處理，以使得不僅從大氣中完全除去了來自于例如發(fā)電廠的溫室氣體，而且本發(fā)明的方法將產生一種凈減碳效應，從大氣中取出比工廠排放更多的CO2，和因此導致大氣中CO2的總體減少。
[0055]將帶有CO2的空氣送過該吸著劑結構，其優(yōu)選成形以使得在空氣流動方向上的尺寸遠小于限定了面朝空氣流動路徑的表面的其他兩個尺寸，例如小了至少一個數量級和優(yōu)選至少兩個數量級。基底結構表面上的CO2結合位例如伯胺位，必須能夠同時結合CO2,這通常意味著它在環(huán)境條件是放熱反應，直到該吸著劑結構達到接近于飽和水平；這可以例如通過測量離開該吸著劑結構的空氣的CO2濃度來確定,也稱作貫穿量(breakthroughamount)。
[0056]當達到期望的CO2貫穿量時，將該吸著劑結構從帶有二氧化碳的空氣流中除去，并且在密封的再生室中與大氣分離，并且汽提掉CO2和以下面進一步所述的方式，通過暴露于送過該吸著劑結構的低溫飽和(在環(huán)境壓力)蒸汽形式的工藝熱，而再生該吸著劑結構。所述蒸汽在它從吸著劑結構前部送出和送過，直到整個吸著劑結構達到均勻的升高的飽和溫度為止時，將初始冷凝和將它的冷凝潛熱傳遞給該吸著劑結構，加熱該結構，直到溫度達到CO2從吸著劑位汽提的溫度，并且通過蒸汽從基底結構中逐出。在該蒸汽接觸和加熱吸著劑時，它在整料上冷凝，對于約二(2)摩爾的各蒸汽，冷凝它提供了從伯胺吸著劑釋放或者汽提一(I)摩爾的CO2和將該CO2從吸著劑結構逐出所需的足夠的潛熱；排氣扇/泵也可以用于在汽提掉CO2時從再生室收集和除去co2。這種技術被稱作“蒸汽汽提”，并且也在下面進一步描述。出于能量效率和成本的原因，令人期望的是使得蒸汽的用量最小和混入CO2流出物中，和回收熱的冷凝物來重新加熱到蒸汽。因此，無論有多少(或者可以)冷凝，通過離開再生室，該冷凝物可以加入到再生室中所產生的中，并且再循環(huán)來加熱和轉化回蒸汽，進一步使用。
[0057]當從吸著劑結構后端出現的未冷凝的蒸汽的量變得大于新汽提的CO2時，該汽提方法通常將在蒸汽貫穿開始時終止。用于終止新蒸汽注入的精確條件將如下來確定:當蒸汽方法在每單位蒸汽用量所釋放的CO2的比率方面變得不太有效時，通過平衡所除去的CO2增加的分數與增加的能量成本來確定。當蒸汽和冷凝物重新加熱用于接下來的汽提循環(huán)時，需要更換所述能量，即維持CO2捕集時間和CO2汽提和冷卻時間之間的平衡所需的能量。
[0058]蓋統(tǒng)
[0059]在設計待商業(yè)化的包括本發(fā)明的系統(tǒng)的結構時，應當考慮下面的設計參數。通常當增加基底上的吸著劑位的負載量時，也希望高胺效率(由所存在的胺位的分數來定義)可用于結合co2。這是伯胺優(yōu)選的原因，也是用于調整所述負載量來使得過量吸著劑導致的孔堵塞最小化的原因。實驗結果表明最佳的負載量(其平衡了胺效率與增加的負載量)是40-60體積％的有機胺含量，其相對于它連接到或者它沉積到的孔表面上的多孔基底/骨架。這可以通過下面的計算來確定，其中:
[0060]Pcm =骨架材料(例如二氧化硅或氧化鋁)的密度，單位是kg/立方米
[0061]PORc =孔隙率，開放壁面積與垂直于空氣流方向的總表面積之比
[0062]PUR =所釋放的CO2與捕集的空氣之比，CO2的純度，
[0063]RH =反應熱；
[0064]SH/RH =顯熱與再生期間反應熱RH之比
[0065]Savc =表面積/骨架體積，單位是I/表面的平方米/立方米
[0066]SH=顯熱
[0067]TA =用CO2填充到飽和的時間，吸附時間，
[0068]TS =使用蒸汽汽提再生的時間，
[0069]w =骨架孔壁厚
[0070]d=平均孔/通道尺寸
[0071]它們是這種方法設計中要考慮的重要設計參數。在這種模型中，為了便于計算，PORc等于平均開放通道面積與總的平均面積之比，忽略了多孔介質壁的通道中的曲面的彎曲性。因此，PORc = d2/ (d+w)2。該表面積/體積通過Save = 4d/ (d+w)2 = 4P0Rc/d來給出。壓力降低取決于通道中開口的尺寸，整料的空隙分數，長度和穿過孔的氣流的速度。
[0072]吸著劑結構和吸著劑的通用操作
[0073]可以使用的基底類型的一個例子是二氧化硅整料，由Corning以商標CELC0R.RTM生產。根據本發(fā)明的原理，該整料可以用作吸著劑結構的載體。吸著劑(例如伯胺)通過(例如涂覆于或者以其他方式固定在)一種或多種的CELCOR.RTM.，多孔陶瓷基底上來攜帶，其在帶有CO2的空氣流過基底時提供了高表面積和低壓力降。該吸著劑整料結構可以包括例如多個CELCOR.RTM.多孔陶瓷基底，其作為塊堆疊，或者是單個的整料基底，如相關的共同待決申請中所述。其他例子包括公開在申請US2011/0179948中的基底和吸著齊Li，或者描述在 Choi 等人的期干1J文章，Amine-Tethered Solid Adsorbents CouplingHigh Adsorpt1n Capacity and Regenerability for CO。 Capture From Ambient Air,Sunho Choi 等人，CHEMSUSCHEM 2011,4,628-635 (201 Iffi ley-VCH Verlag GmbH&C0.KGaA,ffeinheim)中。
[0074]將該帶有CO2的空氣導過吸著劑結構的孔。還可以預期的是該吸著劑結構可以如下來形成:將吸著劑材料植入例如CELCOR.RTM.多孔陶瓷結構壁上的氧化鋁涂層中，來形成整料吸著劑結構。
[0075]還要注意的是一種甚至更優(yōu)選的結構由多孔氧化鋁的塊形成，代替堇青石的二氧化硅。雖然該氧化鋁結構沒有二氧化硅結構在物理和/或熱方面那樣堅固，但是在這種環(huán)境溫度捕集方法中所遇到的不太苛刻的條件以及相對低溫的汽提方法，允許使用不太堅固的結構。另外，應當注意的是除了上述陶瓷結構，無機材料之外，所述基底，吸著劑結構可以是有機材料例如由聚合的多胺，通過將該胺聚合物交聯(lián)來形成固體聚合物而形成，該固體聚合物應當能夠在足夠低的溫度擠出，在該溫度時，所述聚合物不揮發(fā)，在用于再生吸著劑的汽提蒸汽的溫度(即在高到120°C )也不軟化。
[0076]通常當增加負載量時，也希望高胺效率(由所存在的胺位的分數來定義)可用于結合co2。這是伯胺優(yōu)選的原因，也是用于調整所述負載量來使得孔堵塞最小化的原因。實驗結果表明最佳的負載量(其平衡了胺效率與增加的負載量)是40-60體積％的有機胺含量，其相對于它連接到或者它沉積的孔表面上的多孔基底/骨架。
[0077]如果Ns是每平方米孔表面的CO2結合位的數目，Av是Avogadro值，和如果骨架結構的材料的密度是Pcm，則該多孔骨架將具有通過Pc = (1-PORc) Pcm給出的密度Pc ;則吸著劑結構的負載量L(mol/kg)如下來給出:
[0078]L = Ns Savc/Av Pc = 4Ns PORc/Av d Pcm(1-PORc)
[0079]如果解決了上述用于PORc的表達，會發(fā)現
[0080]L = (4Ns/Av Pcm) (I/ (2w+w2/d))
[0081]因為令人期望的是使得所述結構所吸附的CO2的負載量最大化，該多胺吸著劑提供了期望的高Ns。在任何情況中，從上面的分析很顯然優(yōu)選的是在多孔載體的孔/通道之間具有盡可能薄的壁。負載量(mol/kg)是一階，獨立于孔的尺寸，并且Save下降，因為孔隙率通過使得孔尺寸更大而增加，通過降低多孔載體的密度Pcm來取消一階。
[0082]可以插入用于Av和用于Pcm的值2，500Kg/m3 (備注:取石英和氣相法二氧化硅的值中的差值的平均值)和將Ns轉化成Nsn，其是每平方納米的連接位的數目，其中
[0083]w和d是納米單位的,來獲得:骨架結構的L=L 33 (Nsn/w(l+w/2d)mol/kg。對于Nsn = 5個位/平方納米和w = 2納米,約0.5的孔隙率產生了每克為400mm2或160，OOOmm2的表面積，和骨架結構的L = 2.5mol/kg。
[0084]實際的CO2負載能力(單位為kg/m3輸入空氣，Ld/a，其中載體壁厚是We和整料長度(在空氣流動方向上)是Lm)通過下式給出:Ld/a = L(0.044) (Pcm(1-PORc))Savm WcLm，其代替了 L，
[0085]Ld/a = (Ns Savc/Av Pcm(1-PORc)) X (0.044) (Pcm(1-PORc)) XSavmXffeXLm ；
[0086]Ld/a = Ns (0.044) /Av) (Save X Savm Xffe X Lm),代替 Save，
[0087]Ld/a = Ns (0.044) /Αν) X (Savm We Lm) X (4/d (1+w/d).sup.2)。
[0088]在一個例子中,對于一定量的CO2 (單位kg/輸入空氣面積m2),使用Corning230孔CELCOR整料，孔流動長度Lm是0.146米，表面積/整料體積Savm是約2000m2/m3，和整料的孔壁厚 Wm 是 0.265mm,由 Ld/a = L(.044kg/mol) (Pc Savm0.146ffm)來確定。一個通用的設計標準是使得L和Ld/a盡可能大，其被壓力降限制因素所限制，即，受限于風和/或風扇陣列的力，其在本發(fā)明的第一實施方案中遇到，該方案使用了用于230個孔的Corning整料的Savm的模擬結果，并且在空氣流動方向上的孔長度是0.146m和輸入空氣流速是2.5m/s。
[0089]該整料的壁應當具有期望的PORc，和連接位數，來提供高的Nsn。Wm基于優(yōu)化(最小化)壓力降/Savm來確定，其基于其他限制因素(見下面)，又將受限于以下限制，即多小可以使得Wm具有可接受的負載量。應當注意的是，L隨著w降低而增加,和對于固定的w,當增加孔尺寸時，d增加，但是Ld/a降低，因為隨著孔隙率增加，Pc降低。在通常的術語中，該優(yōu)化設計具有可能最小的《，和孔隙率，其平衡了孔尺寸對于下述性能參數的影響。必須要記住的是，胺化合物可以以液體形式浸潰到整料的孔中，以及或者代替地，負載到孔結構的壁上。
[0090]按照本發(fā)明的空氣捕集是相對溫和的條件。本發(fā)明的這個特征允許使用明顯不太堅固的整料結構。具體地，這允許使用相對薄的壁，其由具有高孔隙率的材料制成，在其上沉積了吸著劑；一種這樣的材料是氧化鋁。使用通常不太堅固和因此制造成本不高的材料，這將節(jié)約成本。為了防止吸著劑降解，在吸附階段，將它暴露于空氣(氧氣)之前，必須將再生的整料冷卻降溫到低于70°C。該冷卻降溫必須快速進行，來使得整料吸附CO2的時間最大化。在不可冷凝物的存在下，在短時間內(即10-20S)需要除去大量的熱(對于目前的系統(tǒng)是約19焦耳-是氧化鋁情況的約2/3多)是非常大的挑戰(zhàn)；作為另一挑戰(zhàn)，經濟性要求避免對于具有快速水流的大型冷凝器的需要。雖然這可以與幾個單元共享，來攤薄它的成本，但是它會具有成本影響，并且對于熱回收不是有效的。另外，下面的方案也對所用的蒸汽和水和CO2純度產生積極作用。此外，這種理念可用于這樣的吸著劑系統(tǒng)，其當使用較高濃度的氣體混合物時串聯(lián)作用，但是也可以用于僅在環(huán)境空氣運行的單個吸附系統(tǒng)。
[0091]在該系統(tǒng)中，如圖4所示，密封的盒3051包括整料陣列3041，其剛剛完成蒸汽再生和CO2捕集，并且蒸脫(steam off)壓力是約0.7-0.8巴絕壓，大部分CO2通過管線3021取出，該管線已經封閉。在那時，盒3052包括整料陣列3042，其已經下降(在從空氣混合物中吸收CO2之后)進入再生盒3052中，并且盒3052被泵送出來將盒3052降壓到0.1巴絕壓，其允許45°C的飽和蒸汽溫度。通過降低盒壓，最終的結果將是從再生的吸著劑中汽提的更大純度的CO2，這是因為空氣的量當然僅是初始的I巴絕壓大氣的10%。當使用電能時，將盒中空氣抽氣到期望壓力的成本小于移動100帕壓力降的空氣的成本的10%。
[0092]另外量的蒸汽可以加入盒3051來使用蒸汽力逐出所述盒中的剩余CO2，其也驅使了一些另外的冷凝物來聚集在整料陣列3041的孔中。當盒3051暴露于盒3052的低壓時，通過管線3014，盒3051中的任何蒸汽和熱冷凝物將突然膨脹和蒸發(fā)，產生進入盒3052的初始蒸汽爆破。盒3051出口管線3014(當盒3051和盒3052達到平衡時)封閉，并且盒3052與蒸汽分配器輸入管3012連接。來自盒3051的這種蒸汽爆破，加入到盒3052中在盒3052的冷卻器整料陣列上冷凝，升高了它的溫度。該蒸汽爆破還用于當冷凝物蒸發(fā)和任何的蒸汽膨脹時，快速冷卻整料陣列3041。來自盒3051整料陣列的水蒸發(fā)的這種初始蒸汽爆破的速度被設計來達到這樣的速度，其至少是空氣流速的10倍，或者0.5mps。兩個連接的盒(盒3051和盒3052)在低于！^生-T空$/2的溫度達到平衡，這是因為一部分熱將通過來自盒3052的汽提的CO2而除去。
[0093]盒3051和盒3052之間的連接3014在盒3051達到低溫時然后封閉，并且將工藝蒸汽引入穿過管線3012進入盒3052，并且使得壓力增加到0.7-0.8巴絕壓，該工藝蒸汽從整料陣列3042中汽提了 C02。該工藝蒸汽將整料陣列加熱到1^生溫度，并且當CO2收集下降到較低速率時，其給出了吸著劑在盒3042中的再生完成的信號。在初始蒸汽從盒3051中爆破后，盒3051中較低的壓力(其由于整料陣列3041上熱的冷凝水蒸發(fā)而形成)也將整料陣列3041的溫度快速降低到低于70°C，其允許引入空氣來將整料陣列3041進一步冷卻下降到它的吸附操作溫度，其基本上是環(huán)境溫度。該冷卻的整料陣列3041在它進行空氣冷卻時升高到吸附位，接收新的帶有CO2的空氣或者混合的高濃度氣體。當整料陣列3042變成充分汽提的和整料陣列3041從空氣捕集區(qū)返回進入密封的盒3051時，將這個循環(huán)反向重復。
[0094]除了顯著降低的冷卻時間之外，在水中和使用熱的優(yōu)點是清楚的，都節(jié)約了至少2倍?；滋峁┝朔浅：玫纳崞?，這歸因于它們的大表面積和薄孔壁。來自盒3051的盒3052中濃縮的二氧化碳和冷凝蒸汽經由管線3022從盒3052回收到捕集容器，并且管線3022中的閥關閉，蒸汽從管線3012送入盒3052中。
[0095]雖然本發(fā)明的二氧化硅基整料陣列(即堇青石)具有足夠的熱導率，但是氧化鋁整料陣列將具有進一步改進的傳導率和因此當與盒3051中的冷凝水的蒸發(fā)和盒3052上蒸汽爆破的冷凝相組合時，將產生甚至更快的冷卻。已經顯示熱交換效應是19焦耳，在10秒內導致整料陣列3041冷卻到低于70°C的溫度。這種方法避免了用于分別的水冷卻的冷凝器的任何另外的成本，并且超過工藝蒸汽所用的水當然是不必需的。
[0096]令人期望的是，使得整料陣列3041或盒3042整料陣列中，不發(fā)生CO2吸附期間的時間盡可能最小化。這如下來實現:將兩組整料陣列串聯(lián)操作，優(yōu)選并排操作，以使得所述兩個盒的循環(huán)可以分階段布置，以使得當一個吸附時，另一個再生，來允許冷卻一個來產生另一個的加熱，如上面所解釋的。這使得最短的期間，在其過程中在兩種整料陣列中沒有發(fā)生吸附，和實際上，所述對的成員優(yōu)選限制到冷卻步驟的每個循環(huán)稍大于10s。當使用這種雙串聯(lián)循環(huán)時，較高濃度CO2氣體混合物的處理會更成功。
[0097]作為進一步的能量和設備節(jié)約，如圖4所示，所述串聯(lián)對可以充當彼此的升降機配重，因此降低了每個升高和下降循環(huán)所需能量的量，同時也降低了如果使用更常規(guī)的配重系統(tǒng)時所需升降機系統(tǒng)的數目，包括發(fā)動機和配重。但是這樣的系統(tǒng)需要仔細平衡捕集和汽提循環(huán)每個所需的時間，包括加熱和冷卻整料陣列，和捕集和汽提co2。
[0098]已經證實了化石燃料燃燒器，特別是天然氣點火的共發(fā)生設施(cogen)可以有效地但是最低程度地預處理，來除去一些CO2和任何潛在的堵塞或者有毒雜質，相對于本發(fā)明方法的整料陣列。隨后，該預處理流出物可以用環(huán)境空氣稀釋，并且用作整料陣列的原料。雖然某些氣體點火的燃燒器僅需要最小的預處理來除去問題雜質，但是通常來自燃煤鍋爐的廢氣需要廣泛的預處理來除去微粒和任何化合物(其會使得吸著劑中毒或者其傾向于降解基底)。在一個實施方案中，將來自該共發(fā)生方法的預處理的廢氣與另外的環(huán)境空氣一起注入到本發(fā)明的吸附系統(tǒng)中。在這種混合方法中，空氣中的CO2濃度明顯增加(甚至使用小比例的另外的廢氣)，以使得該吸附步驟可以在與再生步驟相當的較短時間內進行。在一個優(yōu)選實施方案中，平行組的吸著劑/再生模塊與現有的設施串聯(lián)操作。即，一個將吸附CO2，而另一個再生，反之亦然。這模擬了 CO2連續(xù)的捕集。該方法通過兩個階段=CO2吸附和例如渦輪機排氣的再生來表示，如附圖的圖1所示。在一個優(yōu)選系統(tǒng)中，兩對一起操作，以使得每個受限的(tethered)對可以充當彼此的平衡，由此節(jié)約用于升降機的資金成本。
[0099]在階段I中，大氣空氣與共發(fā)生的廢氣混合，并且將該混合物送過CO2吸附模塊。這種方法使用了低成本的高孔隙率陶瓷基底(整料)，例如用于汽車催化轉化器的那些，例如堇青石，一種二氧化硅產品。CO2被捕集到固體吸著劑上，其結合到和被基底所負載。所述吸著劑在吸附和汽提二者期間，或者在再生的操作條件下不蒸發(fā)或者溶解。同樣，用于本發(fā)明的效力的基礎是汽提和吸附二者在相對低的溫度操作。
[0100]如前，階段2如下來提供了吸著劑的再生:使用低溫加工(蒸汽)在分別的再生室中汽提吸附的CO2，優(yōu)選位于這樣的高度，其不同于、優(yōu)選低于吸附外殼位置。這允許簡單升降機系統(tǒng)將整料陣列吸著劑3041在兩個水平之間移動。在發(fā)達地區(qū)，這里土地具有價值，所述豎直偏移排列具有減少的面積。在不太發(fā)達地區(qū)中，例如極地地區(qū)，并排排列在布置時會是優(yōu)選的，并且例如沿著軌道的側面移動可以優(yōu)選用于代替升降機。
[0101]CO2和蒸汽冷凝物是來自于階段2再生器的唯一流出物。通常，已經顯示了當在這里所述的溫度操作時，該蒸汽冷凝物液體基本上沒有用它除去的吸著劑材料。該方法從環(huán)境空氣中吸附CO2和可以產生相對純的CO2產物氣體流，其適于儲存(sequestrat1n)，或者更有意義的，適于進一步的工業(yè)用途。這樣的用途的一個例子是使用CO2作為生物系統(tǒng)的原料來產生新燃料。CO2捕集效率具有能量使用的度量，并且吸著劑參數基于進料流中的CO2濃度和提供到吸附系統(tǒng)的任何天然可利用的空氣速度(即主風(prevailing wind))來確定。該效率也進一步通過來自用于從吸著劑中汽提CO2和再生該吸著劑的共發(fā)生方法的飽和的相對低的溫度蒸汽可利用性來確定。通過提供相對純的CO2廢氣，這樣的CO2除去成本最小，或者當使用該CO2例如來培育藻類(其能夠提供新燃料)，用于油田中來增強石油回收率，或者用于其他商業(yè)或者工業(yè)應用(現在提出的或者其在未來會變成可利用的)時，甚至會是有利可圖的。培育用于生物燃料的藻類被預期是使用這種方法的二氧化碳產物的主要利潤核心。
[0102]串聯(lián)操作:
[0103]作為這種方法的進一步改進，已經發(fā)現通過整合所述吸附/再生單元相鄰的模塊來優(yōu)化每個單元的性能，能夠實現顯著量的資金和能量節(jié)約。
[0104]已經發(fā)現所述系統(tǒng)的操作和經濟性可以通過快速冷卻該再生的整料到低于這樣的溫度來優(yōu)化，在該溫度時它將與環(huán)境空氣接觸降解。雖然具體的溫度將取決于所用的吸著劑和整料的性質，但是對于堇青石基底和胺吸著劑，這個溫度限度低于70°C，目的是避免整料在環(huán)境空氣存在下過度降解。另外，這應當作為規(guī)則的一部分，完成來最小化到與需要加入到所述方法的外部提供的熱的量盡可能相同的程度，同時收集從吸著劑所除去的高純度 CO2。
[0105]為了優(yōu)化這種系統(tǒng)的整體效率，和為了獲得有效的操作系統(tǒng)，再生后整料的冷卻必須非?？斓耐瓿桑允沟猛ㄟ^吸著劑在整料上捕集CO2的步驟可以與再生步驟同步進行。最有利地，該冷卻降溫應當優(yōu)選在不大于約10秒內完成，以使得二氧化碳沒有被整料吸附的時間最小化?；诒景l(fā)明，這種效應可以根據下面的加工參數的使用來實現:
[0106]已經發(fā)現通過將多個模塊的操作串聯(lián)組合，當處理環(huán)境空氣和煙道來源的氣態(tài)流出物(其加入來將進料氣體中的CO2的濃度增加到高于環(huán)境空氣數倍)的均勻混合物時，提供了一種高效的系統(tǒng)。另外，從汽提步驟獲得期望純度的CO2要求在CO2從吸著劑中汽提之前，所述再生盒具有排出的空氣的大部分。該第一陣列整料3041剛剛已經通過完全的蒸汽再生循環(huán)，并且二氧化碳廢氣壓力是約0.7-1巴。串聯(lián)操作的第二整料陣列3042在完成CO2吸附步驟之后已經下降進入再生室，并且再生室3042中的空氣抽氣到0.2-0.1巴(其提供了飽和溫度分別是60°C _45°C的蒸汽)。該空氣排出允許提高再生后從再生室抽出的汽提的CO2的純度，并且在整料陣列已經進入所述室和所述室密封之后排出空氣的成本是相對少量的能量(通常是電能形式)。
[0107]這兩個串聯(lián)陣列在T = O是同步的，來滿足這些條件。在那一點時，第一再生的陣列盒3041的出口切換到盒3042的輸入管，以使得當管線3014由于大的壓力差(0.7-1到0.2-0.1巴)而打開時，盒3041中所捕集的和通過盒3051中的整料陣列蒸發(fā)性冷卻所產生的任何蒸汽被泵入盒3042中，并且該蒸汽然后冷凝到盒3052中相對冷卻的整料陣列3042上，升高它的溫度，如再生所需的那樣。以此方式，當冷卻時，從第一整料陣列中除去的熱被直接轉移到第二整料陣列，來提供至少初始熱來增加它的溫度。從盒3051進入盒3052的蒸汽爆破以快的流速發(fā)生，并且優(yōu)選的流速是至少約0.5m/s,目的是實現10秒的目標。兩個再生室之間大的壓力降應當使得這是可行的。當該方法完成時，所述系統(tǒng)處于冷卻時間
(T冷卻)。
[0108]盒3052優(yōu)選泵送下降到0.1巴絕壓，但是當盒3052達到0.15巴絕壓的壓力時，盒3051相對于盒3052關閉。這將導致盒3052中產生令人期望的空氣減少，和因此進一步提高最終所除去的CO2的純度。在盒3051和盒3052之間的連接關閉之后，使得用于再生的蒸氣進入盒3052中，并且初始冷凝在整料陣列3042上(其已經預先升溫到某種程度)。當CO2從整料陣列上的吸著劑中被除去和送入盒3052中，并且通過最終的蒸汽逐出時，允許蒸汽進入導致壓力累積到約0.7-1巴絕壓。作為CO2和蒸汽收集結果，通過使得盒3052中的壓力增加到0.7-1，盒3052如盒3051那樣在T = O終止，其包括了當CO2從整料陣列上的吸著劑中除去時收集它。達到這一點的時間等于TVip+T(到收集再生的CO2的時間)。
[0109]同時，當它升高到吸附位時，將該冷卻的整料陣列3041暴露于空氣和環(huán)境溫度。整料陣列3041返回到吸附位的時間等于T_ (到冷卻整料陣列3041的時間)+ΤΛ_ (到整料陣列升高到吸附位置的時間)。整料陣列3041暴露于空氣流，并且在Twft的時間，直到所述吸附達到期望的程度，如飽和的百分比，或者平衡。要注意的是，為了以最有效的方式來操作此，對于進料氣體中的CO2的濃度，吸附不要持續(xù)到平衡，而是通過從較低水平的吸附位置除去來終止，其通常處于平衡量的80% -90%。
[0110]為了將這種結果構建成數學式，可以說明的是T冷卻+T收集2等于T冷卻+2Τ升降機+T吸附10要注意的是1^_和Twft可以獨立調整，來達到這個期望的結果。因為通常令人期望的是使得Twft最大，通常T M卩和Tlfeft應當最小化到可行的程度，并且應當保持在低值。
[0111]當處理混合的高濃度CO2氣體時，令人期望的是兩個串聯(lián)模塊每個具有兩個模塊陣列，并且每個串聯(lián)模塊的兩個前盒和兩個串聯(lián)模塊的兩個后盒將連接，以使得從空氣中處理和除去CO2的循環(huán)將僅是彼此異相的1/2循環(huán)；在處理沒有加入CO2的環(huán)境空氣的情況中，串聯(lián)設計不是必需的，但是Twft可以高到1^_的10倍，以使得如果要分段執(zhí)行10個裝置(其中裝置N將提供用于裝置Ν+1的1/2顯熱)，則原則上，來自NlO的熱能夠再循環(huán)回到NI，但是效率的增加可能不足以抵消成本。這種類型的串聯(lián)系統(tǒng)使水和熱的用量幾乎減半，并且消除了使用冷凝器或其他冷卻輔助手段，以及對于分離冷卻水的需要。
[0112]該整料基底提供了大型散熱器。作為它們的大表面積、薄多孔壁和在許多情況中良好熱導率的結果，當蒸汽經過多孔整料時，通過冷凝該蒸汽來提供快速冷卻。
[0113]已經發(fā)現，通過產生這種過程集成的系統(tǒng)，可以增加吸著劑的壽命，可以降低熱需求和水用量，同時可以增加CO2產物的純度。還已經發(fā)現資金和能量節(jié)約通過整合相鄰的模塊來獲得。此外，它也對于單個模塊的性能具有顯著影響。因此，成本有效解決了下面三個處理目標:
[0114]目標1.在將它們暴露于空氣之前，將目前的實施方案(即堇青石)的整料冷卻到低于70°C，來防止降解。必須要注意的是，另外的吸著劑可以是更耐氧的，以使得溫度不必降低得那么大；但是，整料的溫度越低，CO2吸附越快。
[0115]目標2.在所述方法中使用盡可能少的熱；和
[0116]目標3.收集高純度CO2。
[0117]目標I已經變得越來越重要，這是因為在汽提后需要非?？斓睦鋮s所述整料，因為該整料陣列通常在所述方法的該點具有大量顯熱。用于冷卻的設計目標是10秒，目的是使得未吸附CO2的時間最小?，F有技術相信需要分別的冷凝器來實現這個結果。但是，已經開發(fā)了使用冷凝器的許多替代選項，但是因為它們全部都需要非常大的表面積和大量的冷卻水，由于它的除去需要大量熱和短時間，因此它們尚未獲得實際應用。確實如此，不管所用的整料基底的性質如何；雖然堇青石需要除去最大量的熱，但是另一類型例如氧化鋁整料需要顯著程度的較少量。但是，甚至對于那些類型，分別的冷凝器也未獲得實際應用。其他吸著劑負載整料會需要除去甚至更少的熱，但是在任何事件中，使用冷凝器已經顯示出在幾乎任何可行的情形下是低效的。
[0118]目標2也無法通過使用冷凝器來滿足，因為傳熱到冷卻水(這里水溫需要保持在低溫，來用于有效的傳熱速率)使得它幾乎不可能經濟地回收熱，和因此不能降低系統(tǒng)所需的凈能量。
[0119]最后，目標3要求在收集CO2之前，從再生盒3052除去所捕集的空氣。另外，通過設計用于活塞流的系統(tǒng)，以使得在系統(tǒng)切換來收集CO2之前，產生的CO2將逐出空氣，剩余空氣首先從再生室中除去。為了實現至少95%的目標純度，高度的活塞流是令人期望的?；钊饕鬀]有組分隨溫度的徑向濃度差和在氣體流動方向上沒有軸向混合。當在單模塊中處理環(huán)境空氣時，或者當在串聯(lián)模塊系統(tǒng)中處理CO2高濃縮氣體時，可以實現此。下面的文本僅考慮了兩個相鄰的串聯(lián)分子來說明所述方法。該方法步驟如下:
[0120]盒3051/整料陣列3041:該整料陣列處于密封的再生盒3051中，并且剛完成蒸汽再生和CO2收集；-蒸脫壓力是約0.7-1.0巴絕壓。這可以包括在貫穿后將一些外部的蒸汽引入來逐出任何剩余的CO2 (見下面)。
[0121]在捕集CO2后，盒3052/整料陣列3042剛經降低進入密封的再生盒3052中。將盒3052抽氣到0.2-0.1巴，其分別在那些壓力提供了 60°C和45°C的蒸汽飽和溫度。空氣的這種排出當然將大大有助于CO2產物的純度，這是因為空氣的量僅是環(huán)境空氣的20-10%，并且使用電能泵送一盒空氣的成本小于在100帕的壓力降時移動空氣的成本的10%，并且在目前的實施方案中僅是5%。
[0122]在這種方法之前，我們預期在再生后僅抽氣來冷卻，并且如果我們還想在再生之前抽氣來改進純度，則將必須將它進行兩次。兩個相鄰模塊的這種整合用單次排空同時實現了這兩種任務。可以調度兩個相鄰的模塊，其具有獨立的循環(huán)，以使得它們同時都達到它們的上述條件?？梢詫⒋朔Q作T = O。
[0123]從二氧化碳捕集中除去二氧化碳和冷凝蒸汽與一些蒸汽和冷凝蒸汽進入分離室一起進行，在其之前通過完成汽提和CO2從整料3041排出，盒3051輸出管3021然后切換到封閉，和盒3051敞開到來自盒3052的蒸汽分配器輸入管3014。盒3051所捕集的和通過整料陣列3041蒸發(fā)(冷卻)所產生的剩余蒸汽通過大的初始壓力差(-0.7-1:0.2-0.1巴絕壓)“泵”入盒3052中，并且冷凝在盒3052中的冷卻整料陣列上，升高它的溫度。這樣從整料陣列3041除去來冷卻它的熱被直接轉移到整料陣列3042，來加熱它。來自整料陣列的水蒸發(fā)的這種初始蒸汽爆破速度要求至少為目前用于蒸汽再生的5cm速度的10倍，或者0.5m/s，來滿足10秒的設計目標。當整料陣列中存在大質量流量和低壓力降時，給定大壓力差，這應當易于實現。所述兩盒將在0.2-0.1巴絕壓的蒸汽的飽和蒸氣溫度達到平衡，其是 60-45C。
[0124]為了確保所述方法足夠快，優(yōu)選的是將盒3052中的壓力降低到0.1巴絕壓，但是盒3052的出口閥在0.15巴絕壓封閉。所尋求的溫度將取決于所限制來使得降解最小化的最大溫度。所述泵將在它上面具有檢查閥，并且如果在盒3052中存在著CO2累積(其是不太可能的，因為在低溫時，CO2的分壓低于0.15巴絕壓將代表的15% )，則將僅在初始泵送之后泵送。因此吸著劑將可能將CO2的分壓保持低于I %?？梢匀缦聛碚{整這個:在我們打開閥3014之前，我們在盒3051中留下了多少CO2，其又會逐出剩余空氣，進一步增加純度，甚至在再生方法開始之前也是如此。冷卻時間加上蒸汽切換和轉接的時間=T^ip:然后關閉盒3051和3052之間的連接3014，并且通過管線3012將正常的蒸汽源引入盒3052中；該蒸汽冷凝在預升溫的整料陣列3042上，并且在開始CO2收集之前，通過CO2的存在，讓壓力累積高到0.7-1，并且以較慢的速率完成該蒸汽再生方法和CO2收集，來完成盒3052的再生一在盒30511開始的情況中，由盒3052來終止。這花費了時間T，所以盒3052所消耗的總時間是T +T _。
[0125]當冷卻的整料陣列3041升高到吸附位時，冷卻的盒3051返回環(huán)境壓力。它花費了總時間τ冷卻+T升降機，和吸附時間是T麵，因此下降總消耗時間T冷卻為了使得兩個盒處于同相，以使得它們可以在需要時前后交換它們的熱
[0? 26] T冷卻+T收集=T冷卻+2T升降機+T吸附
[0127]因為Tlfe^P Tw是獨立的可調整的，因此這種條件會易于滿足。為了最大化Tw，會想到最小化T&卩和1^_和具有低Τ#_Λ。對于汽化器和串聯(lián)設計的情況，兩個相鄰的模塊每個將具有兩個模塊陣列，并且將兩個前盒和兩個后盒每個相連，以使得在工作循環(huán)中不存在損失，它們將是彼此異相的一半周期。
[0128]在僅是空氣的情況中，非串聯(lián)設計是有用的，這里Twft可以是1^_的10倍，原則上可以分段執(zhí)行10個裝置，這里裝置η將提供用于裝置η+1的1/2顯熱。原則上也可以將來自NlO的熱再循環(huán)回到NI，但是將僅獲得額外的5%熱效率，具有很大的附加成本和復雜性。
[0129]這種方法在水中和熱使用中的優(yōu)點是明顯的，通過兩種輸入的兩倍而降低了接近一半。不存在用于大型冷凝器的額外的資金成本，并且也不需要任何冷卻水?；资谴笮蜕崞?，這歸因于它們的大表面積和薄壁，并且氧化鋁具有良好的熱導率和因此提供了冷凝蒸汽的可能的極快的“冷卻”。
[0130]為了證實這些優(yōu)點，下面的計算說明了這種系統(tǒng)的基本性能在于能夠使用前述系統(tǒng)，以足夠的速率除去再生的整料陣列的熱，以滿足10秒的設計目標。雖然使用整料作為散熱器以前已經是公知的，但是以這樣的方式和在從空氣中捕集CO2的這種方法的上下文中使用它們是未知的或者未建議的。
[0131]基本性能
[0132]為了在目前的系統(tǒng)中操作，必須從640個單個整料的熱的整料陣列中蒸發(fā)22Kg的水/蒸汽，來將該陣列例如整料陣列3042從110°C冷卻到55°C和在10秒內將該蒸發(fā)的蒸汽冷凝到冷卻的例如整料陣列3041上，來預熱該陣列。處于這個溫度范圍的蒸汽的潛熱是2.3X 16焦耳，這樣需要在T = 10秒中除去HR= 50.6X 16焦耳。
[0133]單個整料的表面積相當大。在每個6inX6inX6in整料中存在著6.4m2(Nc =230 孔/in2，SA=表面積 / 整料=4s Ne L FA)，其中 s 是開口 = L 3mm，36.8 X 14 孔 /m2，L =.15)。對于640個整料的標準單元陣列例如單元3041或3042，總表面積是TSA =4，216m2 ο
[0134]因此，所需的10秒內的熱通量是TFN = HR/TSA = 12X 13焦耳/m2，其相當低；即使存在著任何不可冷凝的氣體，該蒸汽也將足夠快地冷凝來冷卻所述單元。唯一的問題是熱能否足夠快地除去。要注意的是，冷凝水(其傾向于限制大部分冷凝系統(tǒng)中的傳熱)不太可能在這種情況的傳熱中出現大的問題。22kg水占據了 22X10_3m3，其如果除以TSA4, 216m2，則將產生僅0.005mm的水深，甚至不考慮一些水將處于壁的孔中也是如此。此外在這些低溫和壓力，整料本身上的吸著劑將除去和固定CO2，這限制了氣相中CO2濃度的任何累積。
[0135]氧化鋁的熱導率k是18瓦/m/° K，但是因為它是多孔的，因此假定k = 10瓦/m° K。由于TF，整料壁中的10秒中的熱通量/m2 = kT( Λ溫度/w)，其中w是整料的1/2通道壁厚。采用保守的w值0.2mm，和對于僅10° K的Λ溫度，TF = 5X 16焦耳/m2，其遠大于TFN。潛在性能超過了足夠量的要求，它增加了以非?？斓乃俾蔬M行CO2收集的可能性。這會使得非常短的循環(huán)時間成為可能，其會具有其他益處。最顯著的是使得能夠使用短整料陣列來捕集混合氣體情況中處于非常高濃度的C02。可選地，也可以考慮較小尺寸的模塊陣列單元，用于少量的廢氣，因為它們的生產率將非常高。
[0136]在該基礎的實施方案中，對于在單元3051中在再生后處理整料陣列來將它冷卻降溫和同時傳熱到單元3052中相鄰的整料陣列來說，載有CO2，可以假定負載的整料陣列的溫度與輸入進料環(huán)境空氣廢氣混合物(其具有8倍增加的CO2濃度)溫度相同。應當注意在一些情形中，令人期望的是排列來加熱單元3052中的整料陣列，這歸因于CO2吸附因此存儲了反應熱。例如通過減少在吸附過程中可用于冷卻的冷凝水；這可以甚至更大地升高所述方法的整體熱效率一
[0137]在基礎的情況中，可以節(jié)約一半的顯熱一在這種情況中，它將是1/2反應熱+1/2顯熱之和。
[0138]可以考慮這個，通過調整它的操作溫度來增加氣體混合熱效率:最佳結果將取決于整料的氧化性降解的溫度相關性。通常，將考慮吸著劑的反應熱，和每噸CO2的顯熱與反應熱之比(例如整料壁的負載量和材料和密度)。
[0139]一旦不可冷凝的氣體的濃度降低到實現所需的冷凝速率所需的水平，則接下來的挑戰(zhàn)是足夠快的除熱。如Martin和其他人所指出的一這是質量問題(多少冷卻劑-比熱)和熱導率問題(多快可以從冷凝表面除熱)。
[0140]在圖8的實施方案中(取自所引入的在先申請13/098，370，其中僅顯示了成對二氧化碳除去結構之一，但是增加連接到第二再生室2006A)，二氧化碳除去結構在CO2捕集區(qū)2003和可密封的CO2汽提/再生室2006之間移動。當基底移動到CO2汽提室2006 (即圖8所示的較低位置)時，該基底基本上處于環(huán)境溫度，這歸因于當移出二氧化碳捕集室時，基底中冷凝蒸汽的冷卻效應，吸附活動的反應熱已經通過水的蒸發(fā)效應并結合空氣(從其中除去CO2)的吹出質量(其遠大于CO2的量)的對流效應而除去。
[0141]在基底2002和室2006中所捕集的任何空氣可以例如通過空氣排出泵2023泵出，或者甚至通過排氣扇排出，來在室2006中形成部分真空。接著，將工藝熱(例如處于來自蒸汽共發(fā)生器2019的飽和蒸汽的形式)引導至并穿過二氧化碳捕集室2006中的載有CO2的基底2002。
[0142]二氧化碳通過相對熱的蒸汽的流動來從吸著劑除去(汽提掉);進入蒸汽的溫度不大于130°C和優(yōu)選不大于120°C，最優(yōu)選不大于110°C。在多數情況下，100°C的蒸汽溫度是足夠的。包含主要的二氧化碳和一些蒸汽的蒸氣流出二氧化碳捕集室2006，通過排氣管2008進入分離器3009，這里液體水如所示進行分離，并且所存在的至少一些蒸汽冷凝。液體冷凝水與氣態(tài)汽提的CO2分離。一些蒸汽(其在汽提方法過程中在吸著劑結構本身中冷凝)將收集在再生室底部的排水管中(例如通過將所述結構傾斜稍偏離水平，并且送入容器20中)，或者在大部分CO2已經從室3009中除去后，在泵出成對的第二再生室2006A時通過暴露于低壓而蒸發(fā)。留在多孔基底結構中的冷凝水將在混合的環(huán)境空氣在吸附步驟期間送過二氧化碳除去結構時蒸發(fā)。
[0143]從再生的吸著劑中汽提的CO2依次泵入存儲容器2012，其中它保持在稍高的壓力來用于即刻使用，例如來提供富含CO2的大氣來增強藻類生長，或者該二氧化碳氣體可以依靠壓縮機2014壓縮到較高壓力，用于長期存儲或者通過管線送到遠處最終使用，例如儲存或者處理油井或天然氣井來改進生產。在任何壓縮階段中，CO2通過冷凝任何剩余水蒸氣來進一步凈化，該水冷凝物又通過已知手段與CO2分離。
[0144]所述理念可以用于二者串聯(lián)(其是優(yōu)選的實施方案)，但是也可以用于非串聯(lián)的情況。盒/整料I已經完成蒸汽再生，并且蒸汽關閉。盒3052在吸附CO2后剛降低，并且開始從盒3052中泵出空氣，來將盒3052中的壓力降低到0.2-0.1巴絕壓。將盒3051輸出管切換到盒3052的蒸汽分配器輸入管；來自盒3051的蒸發(fā)冷凝水的蒸汽在盒3052中相對冷卻的整料上冷凝，升高了它的溫度。來自整料的水蒸發(fā)的這種初始蒸汽爆破的速度需要至少為目前速度的10倍，或者0.5m/s ;這將有助于分散所述加熱，但是仍將比空氣的情況陡峭5倍，因此沒有蒸汽從后端出來。兩個盒將在小于sn)/2的溫度達到平衡，因為一些熱將通過蒸發(fā)CO2而消耗。然后關閉3051連接，和將蒸汽從蒸汽源引入盒3052中，來完成加熱到和以較慢的速度收集CO2，來完成盒3052的再生。含有冷卻的整料陣列3041的盒3051然后暴露于環(huán)境空氣，并且升高到吸附位置。
[0145]一種不利的減碳方法是，在短時間內盒3051和盒3052 二者沒有從空氣中吸收C02。在盒3051和3050是并排的空氣捕集的情況中；用于這兩個盒的循環(huán)可以分段執(zhí)行，以使得二者在工作循環(huán)中沒有減少。同樣在串聯(lián)應用的另一實施方案中，如果整料是背對背排列的，則一個盒將在與捕集方向相反的方向上進行蒸汽汽提。
【權利要求】
1.從帶有二氧化碳的空氣中除去和捕集濃縮的二氧化碳的方法，該方法包括: 將帶有二氧化碳的環(huán)境空氣的第一流與不大于50體積％的廢氣進行混合，其中該廢氣來源于烴燃燒的煙道氣，和將該混合的環(huán)境空氣的第一流導至第一二氧化碳除去結構；該二氧化碳除去結構包括負載在多孔基底上的吸著劑，并且其能夠放熱地和可釋放地結合二氧化碳，以從該第一混合的環(huán)境空氣混合物中除去預定部分的二氧化碳； 將該第一二氧化碳除去結構送入第一密封的二氧化碳捕集室中，從該第一密封的捕集室中排出空氣以降低其中的空氣壓力，和將溫度不高于1201的蒸汽送入和送過該第一二氧化碳除去結構，以從該吸著劑中汽提二氧化碳并再生該吸著劑，和從該第一密封的捕集室中除去該汽提的二氧化碳，從而捕集濃縮的二氧化碳； 將帶有二氧化碳的環(huán)境空氣的第二流與不大于50體積％的廢氣進行混合，其中該廢氣來源于烴燃燒的煙道氣，和將該混合的環(huán)境空氣流導入第二二氧化碳除去結構；該第二二氧化碳除去結構包括負載在多孔基底上的吸著劑，并且其能夠可釋放地結合二氧化碳，以從該第二混合的環(huán)境空氣混合物中除去預定部分的二氧化碳； 將該第二二氧化碳除去結構送入第二密封的二氧化碳捕集室中，從該第二密封的捕集室中排出空氣以降低其中的空氣壓力，和將溫度不高于1201的蒸汽送入和送過該第二二氧化碳除去結構，以從該吸著劑中汽提二氧化碳并再生該吸著劑，同時該蒸汽冷凝，和從該第二密封的捕集室中除去該汽提的二氧化碳，從而捕集濃縮的二氧化碳； 該第一和第二二氧化碳除去結構串聯(lián)操作，以使得當該第一二氧化碳除去結構完成再生循環(huán)，和該第二二氧化碳除去結構準備好進行它的再生時，將該第一二氧化碳捕集室中的剩余蒸汽閃蒸到降壓的第二二氧化碳捕集室中，以冷卻該第一二氧化碳除去結構和在用飽和蒸汽再生之前預熱該第二二氧化碳除去結構；和將該第一二氧化碳除去結構從該第一捕集室中除去并移入混合的環(huán)境空氣流中； 將飽和蒸汽送入該第二二氧化碳捕集室中，以再生該第二二氧化碳除去結構，和從該第二二氧化碳除去結構中除去二氧化碳和冷凝蒸汽；和 重復所述串聯(lián)操作，以使得該第一二氧化碳除去結構在從混合的空氣流中吸附二氧化碳之后返回到該第一二氧化碳捕集室，和該第一二氧化碳捕集室中的壓力降低，并向該第二二氧化碳捕集室中的較高壓力敞開。
2.根據權利要求1所述的方法，其中將從各捕集結構除去的二氧化碳和冷凝蒸汽送到分離容器，以除去液體形式的冷凝蒸汽和將該濃縮的二氧化碳送去進一步處理。
3.根據權利要求2所述的方法，其中該二氧化碳通過以下來進一步處理:充分壓縮以除去剩余水蒸氣，來獲得至少95%純度的高度濃縮的002。
4.根據權利要求1所述的方法，其中將各二氧化碳捕集室中的壓力降低到不大于0.2巴絕壓。
5.根據權利要求1所述的方法，其中將各二氧化碳捕集室中的壓力降低到不大于0.15巴絕壓。
6.根據權利要求1所述的方法，其中該混合的環(huán)境空氣包含(?的濃度比環(huán)境空氣中002的濃度高至少兩個數量級。
7.根據權利要求1所述的方法，其中該二氧化碳除去結構包括多孔基底整料的陣列，其由選自二氧化硅、氧化鋁和氧化鋁涂覆的二氧化硅中的材料形成，和其中該基底負載著胺吸著劑。
8.根據權利要求7所述的方法，其中該吸著劑是伯胺。
9.根據權利要求1所述的方法，其中該蒸汽是飽和蒸汽。
10.根據權利要求9所述的方法，其中該飽和蒸汽是工藝熱蒸汽。
11.根據權利要求5所述的方法，其中將各二氧化碳捕集室中的壓力降低到0.1巴絕壓。
12.根據權利要求1所述的方法，其中當將再生的二氧化碳除去結構從捕集室中除去，并且返回到混合的環(huán)境空氣流中時，冷凝蒸汽保持在基底的孔中，以用于當從該混合的空氣中吸附(?時緩和吸著劑和基底的溫度。
13.根據權利要求12所述的方法，其中將該環(huán)境空氣與小于50體積％的廢氣進行混入口。
14.用于從帶有二氧化碳的空氣中除去二氧化碳的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 一對二氧化碳除去結構，各結構包括吸著劑，該吸著劑能夠吸收或者結合二氧化碳，以從該空氣中除去二氧化碳，和該吸著劑負載在其表面上的多孔實體基底，和用于該基底的可移動的結構載體；該結構載體將吸著劑負載在將要暴露于帶有二氧化碳的空氣流以能夠從該空氣中除去002的位置； 一對可密封的(?捕集室，分別用于各二氧化碳除去結構以從載有(?的除去結構中捕集二氧化碳；在該二氧化碳捕集室與排氣泵之間的可打開的流體連接裝置，其用于在除去結構入口之后降低密封的二氧化碳捕集室內的大氣壓；在該二氧化碳捕集室與工藝熱蒸汽源之間的可打開的流體連接裝置；在兩個二氧化碳捕集室之間的可打開的流體連接裝置；和在各二氧化碳捕集室與(?收集室之間的可打開的流體連接裝置；和用于將二氧化碳除去結構移入和移出二氧化碳捕集室的設備。
15.根據權利要求9所述的系統(tǒng)，其中該多孔實體包括高度多孔的整料陶瓷結構，其負載該二氧化碳吸著劑以吸收或結合該空氣中的二氧化碳。
16.根據權利要求9所述的系統(tǒng)，其包括一對豎直取向的碳捕集結構，其每個能夠以以下方式選擇性操作:其中，該一對豎直取向的碳捕集結構之一交替地和相繼地位于帶有二氧化碳的空氣的路徑上，而該一對豎直取向的碳捕集結構的另一個用工藝熱來加熱，以從該吸著劑中分離之前吸附的二氧化碳和再生在該多孔載體上的該吸著劑。
17.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中該豎直取向的碳捕集結構經配置并且可操作，從而它交替地和相繼地位于帶有二氧化碳的空氣的路徑上，以從該空氣中除去該二氧化碳，并且暴露以用工藝熱加熱，來從該吸著劑中分離該二氧化碳和再生該吸著劑。
18.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其包括自動運行閥系統(tǒng)，其經設計和調整以交替地和相繼地將帶有二氧化碳的空氣送到碳捕集結構和將工藝熱送到該碳捕集結構，以從該吸著劑中分離該二氧化碳和再生該吸著劑。
【文檔編號】B01D53/02GK104380021SQ201380031698
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年5月3日 優(yōu)先權日:2012年5月4日
【發(fā)明者】彼得·艾森伯格爾 申請人:彼得·艾森伯格爾