回收中等純度的二氧化碳的方法

2023-05-14 00:20:51 2

專利名稱：回收中等純度的二氧化碳的方法
技術領域：
本發明總的說來涉及從至少含有C02和H2的物流(如合成氣)中回 收純度約$80摩爾％的二氧化碳(C02)的真空變壓吸附(VPSA)方法和 設備。對C02 VPSA的進料可以高於環境壓力。C02VPSA單元產生 兩股物流，富含H2的物流和C02產物物流。過程循環(cycle)的步驟選 擇為使過程中的H2損失最小或沒有，且無需額外的處理設備。回收 的C02可進一步提濃、封存(sequester)或用於諸如強化採油(EOR)的應 用中。
背景技術：
蒸汽曱烷重整(SMR)是大量生產氫氣(H2)的主要方法。在天然氣 的催化轉化後，按如下方程(l)產生CO和H2:
(1) CH4 + H20 CO + 3 H2。
根據方程(2)對氣體混合物進行變換(通過水-煤氣變換反應)以進 一步產生H2:
(2) CO + H20^>C02 + H2。
在水-煤氣變換反應之後，通常的產物氣體具有介於約100-500psia 的壓力，介於約60-150°F的溫度，和60-80摩爾％ H2、 15-25摩爾％ C02、 0.1-5摩爾。/。CO、 3-7摩爾o/。CH4、 0-5摩爾o/。N2的組成，並被水飽和。 隨後將該氣體混合物進料至變壓吸附(PSA)單元，以產生高純H2(例如 純度至少99%的H2)。
在某些現有H2生產設備中，胺單元置於變換反應器和H2PSA單 元之間，以從變換反應器產生的物流中提取C02。然而，這種方法耗 能過多。此外，胺單元難以操作，並且公知存在操作問題，例如腐蝕、 流體損失等等。
美國專利4,171，206涉及從SMR廢氣中以高C02 (99.9+%)回收率 生產高純C02 (99.99+%)和高純H2 (99.99+%)。該專利公開了兩列吸附 床，在進料和再加壓(re-pressurization)步驟的過程中這兩列吸附床
彼此連通。C02列中的床採用了高純C02的高壓衝洗步驟。同一床按照這種步驟來進行減壓和排空。對減壓的氣體進行再壓縮，並用於高 壓衝洗。高壓高純沖洗步驟的排出物再循環至進料。
美國專利4,299，596涉及通過應用兩列床生產兩種高純產物，在 進料和並流減壓步驟過程中這兩列床結合成整體。通過再次壓縮後的 並流減壓氣體對產生更強烈吸附的物質的列進行吹掃(purge)。可將並 流減壓氣體的一部分再循環用於再加壓。排空和放氣步驟產生了更強 烈吸附的物質的 一部分和吹掃氣體的 一部分。
美國專利4,770,676涉及從垃圾填埋氣體生產曱烷和C02。其為 集成的變溫吸附(TSA)和變壓吸附(PSA)方法。PSA產生的廢物再生所 述TSA。
美國專利4,840,647涉及從含10-30% C02的環境壓力進料物流生 產295%的C02。所述加工步驟是進料、並流排空、逆流排空以產生產 物和再加壓步驟。並流排空氣體用於壓力均衡/再加壓，並與進料混合。
美國專利4,857,083考慮從氣體混合物生產C02。在進料步驟的 末尾，進料柱的排放端與排空床的入口端連接，以降低該床內的壓力。 隨後通過排空產生二氧化碳。之後進行增壓步驟。
美國專利4,913,709涉及生產兩種高純產物。該文獻建議使用兩 列床，在進料和再加壓步驟過程中這兩列床結合成整體。通過在排空 步驟過程中得到的更強烈吸附的物質對產生所述更強烈吸附的物質 的列進行吹掃。該吹掃在低壓進行，並且在床減壓後進行。吹掃步驟 中的排出物經再壓縮，並再循環作為進料。
美國專利4,915,711公開了使用單列床生產兩種高純產物。通過 在排空步驟中得到的更強烈吸附的物質對床進行吹掃。該吹掃在低壓 進行，並且在床減壓後進行。吹掃步驟和減壓步驟中的排出物經再壓 縮，並再循環作為進料。
美國專利5,026,406公開了通過使用單列床來生產兩種高純產物。 通過在排空步驟中得到的更強烈吸附的物質對床進行吹掃。該吹掃在 低壓進行，並且在床減壓後進行。吹掃步驟和減壓步驟中的排出物經 再壓縮，並再循環作為進料。
美國專利5,051,115由氣體混合物以高純度生產了更強烈吸附的 物質。通過所述高純度的強烈吸附物質來進行並流吹掃步驟。該吹掃 物流和產物在排空步驟中獲得。排空步驟的排出物再循環用於再加壓。
美國專利5,248,322涉及具有四步的方法吸附、減壓、排空和 通過減壓氣體的一部分進行壓力補償，以及再加壓。減壓氣體的第一 部分(更高壓)再循環，而第二部分(更低壓)用於壓力補償。
美國專利5,354,346涉及具有五步的方法吸附、減壓、低壓並 流吹掃、排空和通過減壓和低壓吹掃排出氣體的 一 部分進行壓力補 償，以及再加壓。減壓氣體的第一部分(更高壓)再循環，而第二部分(更 低壓)和低壓吹掃排出氣體用於壓力補償。
美國專利6,245,127論述了從低壓氣體混合物以恆定純度產生 C02。其採用同步吹掃和排空步驟。逆流吹掃通過吸附更弱的物質進 行。
需要提供經濟上有利的回收C02的方法和設備。還需要相對於現 有技術更有效且更易於使用的這類方法和設備
發明內容
本發明通常涉及從至少含有C02和H2的物流(如合成氣)中回收純 度約280摩爾％的二氧化碳(C02)的真空變壓吸附(VPSA)方法和設備。 對C02 VPSA的進料可以高於環境壓力。C02 VPSA單元產生兩股物 流，富含H2的物流和C02產物物流。過程循環的步驟選擇為使過程 中的H2損失最小或沒有，且無需額外的處理設備。
根據本發明產生的二氧化碳可用於任何所需的目的。例如且非限 制性地，如本文所述產生的C02可用於液化以產生食品級質量的產
物，用於提高油回收率的超臨界C02,或僅僅用於封存的C02以避免
在大氣中增加溫室氣體以滿足規章的要求。
本發明利用吸附劑由高壓減壓至低壓，來提高床內的C02濃度。 在C02濃度提高後，通過進一步減壓產生C02產物。這能夠實現是因 為以下認識，對某些吸附劑從高壓到減壓至低壓提高了吸附床內的 C02濃度。因此，可以消除對現有4支術中所用的沖洗、吹掃和/或再循 環步驟的需求。這進而使得能消除對某些旋轉電機部件(如衝洗壓縮 機、吹掃壓縮機和循環壓縮機)和相應的能源需求，從而提供比現有技 術的系統操作更簡單且更經濟的方法和設備。本發明方法不需要蒸 汽，從而預期能減少C02分離的成本。為了提高C02回收率，並最小化或消除H2損失，本發明使用減 壓的氣體來增加或提高低壓床內的壓力。因此，床減壓提高了產物中 的C02濃度，並且同時通過用單元內的其他床進行補償，提高了C02 回收率並最小化或消除了 H2損失。
所述方法的另一明顯特徵是最終的減壓氣體(圖2、 6、或7中的 步驟序號5(DPf)，或圖5、 10、 11或12的步驟4(DPf))沒有浪費。相 反，該氣流現在是富含C02的，可用於兩種方式中的任一種或結合使 用。首先，最終減壓氣流可與排空步驟中產生的C02混合。在該實施 方案中，混合的氣體構成了所述C02產物。在替代方案中或進一步地， 最終的減壓氣流部分或全部通過處於排空中的床。在該實施方案中， 排空的氣體構成了 C02產物。以這種方式，預期C02 VPSA的Kb損 失會最小化或完全消除。
本發明的另一特徵是通過減少對H2 PSA單元的進料物流中的 C02,預期從H2PSA單元的H2回收會提高。
在優選的C02 VPSA設備安裝在蒸汽曱烷重整器(SMR)/變換反應 器和H2 PSA單元之間的實施方案中，H2 PSA單元的進料物流中的C02 量減少，從而提高了從H2PSA單元的H2回收。在本發明的其他實施 方案中，可通過部分氧化反應器等等來提供進料物流。在這些實施方 案中任一方案中，對C02 VPSA單元的進料物流是至少含有112和C02 的高壓(例如100-500psia)物流。
通過消除上述的硬體(即旋轉電機)及相應的能源需求，預期本發 明相對於現有技術能更有效地從合成氣或其他至少含C02和H2的物 流產生C02。


為了更完整地理解本發明及其優點，應當參照以下結合附圖進行 的具體描述，其中
圖1說明了本發明的實施方案，其中C02 VPSA單元置於H2PSA 單元的上遊；
圖2說明了本發明一實施方案的具有6個床、三個壓力補償步驟 和貫穿排空床的流動的C02 VPSA單元的循環步驟框圖(cycle step chart);圖3顯示了圖2的C02 VPSA單元的示意圖4顯示了圖2和3所示的C02 VPSA單元操作的閥順序；
圖5說明了本發明的具有5個床、兩個壓力補償步驟和貫穿排空
床的流動的C02 VPSA單元的替代的循環步驟框圖6說明了本發明的具有7個床、三個壓力補償步驟和貫穿排空
床的流動的C02 VPSA單元的替代的循環步驟圖7說明了本發明另一實施方案的具有6個床、三個壓力補償步
驟和直接混合的C02 VPSA單元的另一循環步驟； 圖8顯示了圖7的C02 VPSA單元的示意圖； 圖9顯示了圖7和8所示的C02 VPSA單元操作的閥順序； 圖10說明了本發明的具有5個床、兩個壓力補償步驟和直接混
合的C02 VPSA單元的又一循環步驟圖11說明了本發明的具有8個床、兩個壓力補償步驟和直接混
合的C02VPSA單元的又一循環步驟圖，其中兩個床是連續進料且至
少兩個床連續處於排空狀態；以及
圖12說明了本發明的具有11個床、兩個壓力補償步驟和直接混
合的C02 VPSA單元的另一循環步驟圖，其中三個床是連續進料且兩
個床連續處於排空狀態。
具體實施例方式
如上所述，本發明通常涉及從至少含有C02和H2的物流(如合成
氣)中回收純度約^80摩爾％的C02的真空變壓吸附(VPSA)方法和設 備。對C02 VPSA的進料可以高於環境壓力。C02VPSA單元產生兩 股物流，富含Kb的物流和C02產物物流。
根據本發明產生的二氧化碳可用於任何所需的目的。例如且非限 制性地，如本文所述產生的C02可用於液化以產生食品級質量的產
物，用於提高油回收率的超臨界C02，或僅僅用於封存的C02以避免
在大氣中增加溫室氣體以滿足規章的要求。
如本文具體論述的，所述方法的明顯特徵是最終的減壓氣體(圖 2、 6、或7中的步驟序號5(DPf)，或圖5、 10、 11或12的步驟4 (DPf)) 沒有浪費。相反，該氣流(現在富含C02)可用於兩種方式中的任一種 或結合使用。首先，最終減壓氣流可與處於排空中的另一床產生的
iiC02混合。在該實施方案中，混合的氣體構成了所述C02產物。在替 代方案中或進一步地，最終的減壓氣流部分或全部通過排空中的床。 在該實施方案中，排空的氣體構成了 C02產物的至少一部分。以這種
方式，預期C02 VPSA的H2損失會最小化或完全消除。
在本發明的優選實施方案中且如圖1所示，系統10包括置於H2 PSA單元28上遊的C02 VPSA單元30。如上所述，天然氣12和蒸汽 14可在蒸汽曱烷重整器16中重整以產生物流18,如以上方程(1)所示。 隨後物流18進料入變換反應器20以產生物流22，如方程(2)所示， 其也在上文中進行了描述。
物流22可通過物流24進料入C02 VPSA單元30。因此，閥26 通常處於關閉位置，並且當C02 VPSA單元不使用時才處於開啟位置。 本領域技術人員可以理解，根據所需處理能力(即C02回收率)閥26 可選擇地處於部分開啟位置。
當圖1中所示的配置與本發明的方法和設備一起使用時，可產生 富含C02的物流36(如280摩爾％)以及富含H2的進料32，該進料預 期由H2 PSA單元28產生高H2回收率38。氫氣PSA單元28也可產 生用於設備10的燃料40。
本發明認識到C02選擇性吸附劑層的減壓提高了吸附床內的C02 濃度。更具體地，本發明認識到並且利用吸附劑從高壓(如100-500psia) 減壓至低壓(即接近環境壓力和/或低於環境壓力)來提高床內的C02濃 度。
本文所用的進料入本發明的co2單元的"進料物流"是至少含有 112和C02的壓力介於約100-500 psia (如375 psia)的物流。在通過多次
減壓提高了 C02濃度後，其可用於通過進一步減壓來生產C02產物。 對於某些吸附劑，從高壓減壓至低壓會提高該吸附床內的C02濃度。
所述方法中的這一步驟可用於消除現有技術中所述的多個處理步驟。 因而能夠消除多個旋轉電機部件(如衝洗壓縮機、吹掃壓縮機、循環壓 縮機)和相關的能量需求，從而提供能夠改善操作並提高效率的方法和 系統。
如上所述，本發明的C02VPSA方法和設備可用於從諸如合成氣 的進料氣產生純度約80摩爾％的C02。在本發明一實施方案中，所述 方法提供了貫穿排空床的流動(參見例如圖2-6)。貫穿流動(flowthrough)實施方案可使用不同數量的床和壓力補償步驟來實現。例如，
可利用6個床和三個壓力補償步驟來實現貫穿排空床的流動(圖2-4)。
可選擇地，可利用5個床和兩個壓力補償步驟(圖5)或者7個床和三
個壓力補償步驟(圖6)來實現貫穿排空床的流動。在這些方法中任意
方法的任何時刻，所述床必然處於以下步驟類型中的一個進料
(feed)、減壓(depressurization)、排空(evacuation)、壓力補償(pressure
equalization)以及再力口壓(repressurization)。此夕卜，在圖6所示實施方案
的循環中可包括吹掃步驟。
在本發明的其他替代實施方案中，C02 VPSA方法和設備可用於
通過直接混合從諸如合成氣的進料氣體產生純度為約80摩爾％的
C02。在這類實施方案中，最終減壓步驟(DPf)過程中產生的C02產物
不通過另一排空床。相反，該物流直接與來自排空床的物流混合。在
一個優選且示例性的實施方案中，這可利用具有6個床和三個壓力補
償步驟的C02 VPSA單元來實現(圖7-9)。在其他實施方案中，這可通
過使用具有5個床和兩個壓力補償步驟的C02 VPSA單元來實現(圖
10)。在這些方法中任意方法的任何時刻，所述床必然處於以下步驟 類型中的一個進料、減壓、排空、壓力補償以及再加壓。
也可使用貫穿流動和直接混合的組合。在這類實施方案中，減壓 步驟(DPf)中產生的物流一部分在排空下貫穿床流動，而剩餘部分與離 開排空床的物流直接混合。
在需要提高設備能力的實施方案中，可採用圖11和12所示的實 施方案。更具體地，圖11顯示了本發明一實施方案的循環步驟框圖， 其中使用了兩個壓力補償和8個床，以及直接混合。在該實施方案中， 兩個床為連續進料，而至少兩個床為連續排空。預期這種設置使得能 提高設備的能力。圖12顯示了本發明一實施方案的循環步驟圖，其 中使用了兩個壓力補償和11個床，以及直接混合。在該實施方案中， 三個床為連續進料而兩個床為連續排空。同樣預期這種設置使得能提 高設備的能力。在這些方法中任意方法的任何時刻，所述床必然處於 以下步驟類型中的一個進料、減壓、排空、壓力補償以及再加壓。
在任意所述實施方案中，每一床優選填充有至少兩層吸附劑。床
去除i料物流中;水分，—從而任何殘^的水分都不會降低主(即C02-選擇性)吸附劑層的性能。所述水選擇性吸附劑層還優選能從進料物流 中去除雜質(如痕量的硫或重碳氫化合物)，達到這類雜質存在的程度。 所述主、第二吸附劑層(即C02-選擇性吸附劑層)用於從充分去除水分 的進料物流中選擇性地吸附C02。
對於第一吸附劑層(即水-選擇性吸附劑層)，優選諸如活性氧化 鋁、矽膠或沸石分子篩的吸附劑。這些吸附劑只是說明性的，並且其 他能去除足量水分的吸附劑同樣適用於本發明。這類吸附劑的優選特
性包括高壓碎強度性能、高抗磨性、大堆積密度、低顆粒間空隙率、
高熱容量、大熱導率、低壓降，並且在液態水中穩定。
水-選擇性吸附劑層後的主吸附劑層(即co2-選擇性吸附劑層)優
選具有以下特性高選擇性、高工作容量、動力學速度快和低吸附熱。 這類吸附劑的典型例子包括，但不限於，NaY、 HY、 NaX、矽膠和活 性炭。主吸附劑(即C02-選擇性層)的其他優選物理性質包括高壓 碎強度、高抗磨性、大堆積密度、低顆粒間空隙率、高熱容量、大熱 導率，以及進料和排空步驟中壓降低。
本領域技術人員可以理解，在本發明中可使用含有兩種吸附劑的 複合混合層，只要所述吸附劑的特性滿足要求。現在參見圖2-4,描 述了本發明的第一實施方案，其具有6個床(A1-A6)，並採用了十個 步驟以及貫通排空床的流動來從合成氣產生富集的C02。處理步驟 包括
1. 進料步驟.至少含有C02和H2氣體、壓力介於約100-500 psia (如約375 psia)且由變換反應器20產生的進料物流24(圖1所示)轉移 至本發明的C02 VPSA單元。來自C02VPSA單元(圖l中的單元30) 的高壓排出物32(即富含H2的物流)被送至H2 PSA單元28,從而產生 高壓、高純的H2產物(圖1中的物流38)。在預定時間後或C02突破 處於進料24的床後，進料步驟終止。
2. 並流(CoC)減壓1 (DPI). 將現在處於高進料壓力(如100-500 psia)的已完成進料步驟的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖2所示) 或相反(圖2中未顯示)的方向減壓至中等壓力(如80-400 psia)。
3. 並流(CoCV鹹壓2 (DP2).將現在處於中等壓力(如80-400 psia) 的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖2所示)或相反(圖2中未顯示) 的方向進一步減壓至更低壓力(如60-300 psia)。4. 並流(CoCV鹹壓3 (DP3).將現在處於次中等壓力(如60-300 psia)的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖2所示)或相反(圖2中未顯 示)的方向進一步減壓至更低壓力(如50-200 psia)。
5. 最終減壓(DPf).將現在處於低於步驟4開始時的壓力(約 50-200 psia)的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖2所示)和/或相反(圖 2中未顯示)的方向進一步減壓至接近環境壓力的壓力(約20psia)。如 圖2中的箭頭所示(即從DPf至排空床的箭頭)，來自該步驟(DPf)的物 流貫穿排空床(如圖2中在各自的循環步驟上由床1至床6,床2至 床l,床3至床2，床4至床3，床5至床4或床6至床5)流動。
6. 排空.將現在接近環境壓力(約20psia)的C02 VPSA床沿與進 料流相同(圖2中未顯示)或相反(圖2中所示)的方向排空至預定的低 壓，低於環境壓力的壓力(約1-12 psia)。如圖2所示，以及上述步驟 5(DPf)的描述中所指出的，該床接收來自另一處於DPf步驟的床的氣 體。來自排空床的氣體構成了 C02產物物流。
7. 逆流(CcC)壓力補償3 (PE3).排空的床現在沿與進料流相同 (圖2中未顯示)或相反(圖2中所示)的方向壓力補償至步驟4 (DP3)產 生的氣體的壓力範圍(即至約50-200psia)。該步驟通過將來自步驟4 的C02保持在VPSA系統內提高了 C02的回收率。這樣通過消除將 C02送至廢物物流的需求而使co2的損失最小化。
8. 逆流(CcC)壓力補償2 (PE2).步驟7中經壓力補償的床現在沿 與進料流相同(圖2中未顯示)或相反(圖2中所示)的方向壓力補償至步 驟3 (DP2)產生的氣體的壓力範圍(即至約60-300psia)。該步驟通過將 來自步驟3的C02保持在VPSA系統內提高了 C02的回收率。這樣通 過消除將C02送至廢物物流的需求而使C02的損失最小化。
9. 逆流(CcC)壓力補償1 (PE1).步驟8中經壓力補償的床現在沿 與進料流相同(圖2中未顯示)或相反(圖2中所示)的方向壓力補償至步 驟2 (DPl)產生的氣體的壓力範圍(即至約80-400psia)。該步驟通過將 來自步驟2的C02保持在VPSA系統內提高了 C02的回收率。這樣通 過消除將C02送至廢物物流的需求而使co2的損失最小化。
10. 再加壓(FeRP).通過進料氣體或者通過處於步驟1的另一床 產生的排出物(即進料排出物)的 一部分將壓力補償後的床再次加壓至 進料壓力(100-500 psia)。再加壓至進料壓力後，該床現在準備好返回至步驟1了。
所述的十步過程是C02 VPSA單元中的一個床的一個循環。上述 對於這種貫通排空床流動的實施方案的十個步驟是以循環方式與該 單元內的其他床一起進行的，從而步驟1的進料-輸入和進料-排出是
連續的。此外，排空步驟(序號6)設計為連續的。這確保了真空泵連 續操作，並且對C02 VPSA單元或H2 PSA單元的進料-輸入沒有間斷。 在上述實施方案中採用了 6個吸附床來保持關鍵處理步驟的連續性。
圖2所示循環的示例性的相應硬體和相應的C02 VPSA方法的流 程圖如圖3所示。圖3中的各個閥可按圖4所示的方式操作，以執行 上述六床方法的十個步驟。應當理解，所示的壓力和步驟持續時間僅 用於說明的目的。本領域技術人員可以理解，可使用壓力和步驟持續 時間的其他組合。
如可從上述描述中理解到的，本發明依靠將至少一種C02-選擇性
吸附劑從高壓減壓至低壓來提高床中的C02濃度。在C02濃度升高後，
通過進一步降低壓力來產生C02產物。這能夠實現是基於以下認識， 即對於某些吸附劑，從高壓減壓至低壓會提高該吸附劑上的C02濃 度。
在圖2-4所示及上述的實施方案中，最終減壓(步驟序號5, DPf) 期間產生的氣體貫穿排空床流動，如圖2的循環步驟圖中的箭頭所示。 通過以這種方式利用最終減壓的氣體物流(步驟序號5), C02 VPSA單
元的H2損失最小或沒有損失。
採用最終減壓氣體物流(DPf)貫穿排空床流動的替代和額外的示 例性實施方案如圖5和6所示。
現在參見圖5,顯示了採用5個床和兩個壓力補償步驟的八步方 法的循環步驟圖。除步驟DP3和PE3被省略外，這些循環步驟以與如 上參照圖2所描述的那些步驟類似的方式執行。更具體地，圖5的循 環步驟包括如下
1.進料步驟.至少含有C02和H2氣體、壓力介於約100-500 psia (如約375 psia)且由變換反應器20產生的進料物流24(圖1所示)轉移 至本發明的C02 VPSA單元。來自C02VPSA單元(圖1中的單元30) 的高壓排出物32(即富含H2的物流)被送至H2PSA單元28，從而產生 高壓、高純的H2產物(圖1中的物流38)。在預定時間後或C02突破處於進料24的床後，進料步驟終止。
2. 並流(CoC)減壓1 (DPI). 將現在處於高進料壓力(如100-500 psia)的已完成進料步驟的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖5所示) 或相反(圖5中未顯示)的方向減壓至中等壓力(如80-400 psia)。
3. 並流(CoC)減壓2 (DP2).將現在處於中等壓力(如80-400 psia) 的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖5所示)或相反(圖5中未顯示) 的方向進一步減壓至更低壓力(如60-300 psia)。
4. 最終減壓(DPf).將現在處於低於步驟4開始時的壓力(約 50-200 psia)的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖5所示)和/或相反(圖 5中未顯示)的方向進一步減壓至接近環境壓力的壓力(約20psia)。如 圖5中的箭頭所示(即從DPf至排空床的箭頭)，來自該步驟(DPf)的物 流貫穿排空床(如圖5中所示在各自的循環步驟上由床1至床5，床 2至床1，床3至床2，床4至床3，或床5至床4"危動。
5. 排空.將現在接近環境壓力(約20psia)的C02 VPSA床沿與進 料流相同(圖5中未顯示)或相反(圖5中所示)的方向排空至預定的低 壓，低於環境壓力的壓力(約1-12 psia)。如圖5所示，以及上述步驟 4(DPf)的描述中所指出的，該床在DPf步驟持續期間接收來自另 一處 於DPf步驟的床的氣體。來自排空床的氣體構成了 C02產物物流。
6. 逆流(CcO壓力補償2 (PE2).排空的床現在沿與進料流相同 (圖5中未顯示)或相反(圖5中所示)的方向壓力補償至步驟3 (DP2)產 生的氣體的壓力範圍(即至約60-300psia)。該步驟通過將來自步驟3 的C02保持在VPSA系統內提高了 C02的回收率。這樣通過消除將 co2送至廢物物流的需求而使co2的損失最小化。
7. 逆流(CcC)壓力補償1 (PE1).步驟6中經壓力補償的床現在沿 與進料流相同(圖5中未顯示)或相反(圖5中所示)的方向壓力補償至步 驟1 (DP1)產生的氣體的壓力範圍(即至約80-400psia)。該步驟通過將 來自步驟2的C02保持在VPSA系統內提高了 C02的回收率。這樣通 過消除將co2送至廢物物流的需求而使C02的損失最小化。
8. 再加壓(FeRP).通過進料氣體或者通過處於步驟1的另一床產 生的排出物(即進料排出物)的一部分將壓力補償後的床再次加壓至進 料壓力(100-500 psia)。再加壓至進料壓力後，該床現在準備好返回至 步驟1 了 。所述的八步過程是C02 VPSA單元中的一個床的一個循環。上述 對於這種貫通排空床流動的實施方案的八個步驟是以循環方式與該 單元內的其他床一起進行的，從而步驟1的進料-輸入和進料-排出是 連續的。此外，排空步驟(序號5)設計為連續的。這確保了真空泵連 續操作，並且對C02 VPSA單元或H2 PSA單元的進料-輸入沒有間斷。 在上述實施方案中採用了 5個吸附床來保持關鍵處理步驟的連續性。
現在參見圖6，顯示了採用7個床和三個壓力補償步驟的十一步 方法的循環步驟圖。除在最終減壓步驟(DPf)和排空步驟之間包含額外 的步驟(Rf)之外，這些循環步驟以與如上參照圖2所描述的那些步驟 類似的方式執行。更具體地，圖6的循環步驟包括如下
1. 進料步驟.至少含有C02和H2氣體、壓力介於約100-500psia (如約375 psia)且由變換反應器20產生的進料物流24(圖1所示)轉移 至本發明的C02 VPSA單元。來自C02VPSA單元(圖1中的單元30) 的高壓排出物32(即富含H2的物流)被送至H2 PSA單元28，從而產生 高壓、高純的H2產物(圖1中的物流38)。在預定時間後或C02突破 處於進料24的床後，進料步驟終止。
2. 並流(CoC)減壓1 (DPI). 將現在處於高進料壓力(如100-500 psia)的已完成進料步驟的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖6所示) 或相反(圖6中未顯示)的方向減壓至中等壓力(如80-400 psia)。
3. 並流(CoC)減壓2 (DP2).將現在處於中等壓力(如80-400 psia) 的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖6所示)或相反(圖6中未顯示) 的方向進一步減壓至更低壓力(如60-300 psia)。
4. 並流(CoCV鹹壓3 (DP3).將現在處於次中等壓力(如60-300 psia)的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖6所示)或相反(圖6中未顯 示)的方向進一步減壓至更低壓力(如50-200 psia)。
5. 最終減壓(DPf).將現在處於低於步驟4開始時的壓力(約 50-200 psia)的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖6所示)和/或相反(圖 6中未顯示)的方向進一步減壓至接近環境壓力的壓力(約20 psia)。
6. 接收吹掃(Rf). DPf (如圖6中的床l)產生的物流進料至已完成 DPf但尚未進行排空的另一床(如圖6中的床7)。在這段時間中(Rf步 驟的持續期間)，排出物(如圖6中的床7)流向罐42作為C02產物。在 床1的DPf的剩餘時間段期間，氣體貫穿排空床(如圖6中的床7)流動。
7. 排空.將現在接近環境壓力(約20psia)的C02 VPSA床沿與進 料流相同(圖6中未顯示)或相反(圖6中所示)的方向排空至預定的低 壓，低於環境壓力的壓力(約l-12psia)。如圖6所示，該床(床l)接收 來自另一處於DPf步驟的床(床2)的氣體。來自排空床的氣體構成了
C02產物物流的至少一部分。
8. 逆流(CcC)壓力補償3 (PE3).排空的床現在沿與進料流相同 (圖6中未顯示)或相反(圖6中所示)的方向壓力補償至步驟4 (DP3)產 生的氣體的壓力範圍(即至約50-200psia)。該步驟通過將來自步驟4 的C02保持在VPSA系統內提高了 C02的回收率。這樣通過消除將 co2送至廢物物流的需求而使C02的損失最小化。
9. 逆流(CcC)壓力補償2 (PE2).步驟7中經壓力補償的床現在沿 與進料流相同(圖6中未顯示)或相反(圖6中所示)的方向壓力補償至步 驟3 (DP2)產生的氣體的壓力範圍(即至約60-300psia)。該步驟通過將 來自步驟3的C02保持在VPSA系統內4€高了 C02的回收率。這樣通 過消除將C O 2送至廢物物流的需求而使C O 2的損失最小化。
10. 逆流(CcC)壓力補償1 (PE1).步驟9中經壓力補償的床現在沿 與進料流相同(圖6中未顯示)或相反(圖6中所示)的方向壓力補償至步 驟2 (DP1)產生的氣體的壓力範圍(即至約80-400psia)。該步驟通過將 來自步驟2的C02保持在VPSA系統內提高了 C02的回收率。這樣通 過消除將C02送至廢物物流的需求而使co2的損失最小化。
11. 再加壓(FeRP).通過進料氣體或者通過處於步驟1的另一床 產生的排出物(即進料排出物)的 一部分將壓力均勻化後的床再次加壓 至進料壓力(100-500 psia)。再加壓至進料壓力後，該床現在準備好返 回至步驟l 了。所述的十一步過程是C02 VPSA單元中的一個床的一 個循環。
上述對於這種貫通排空床流動的實施方案的十一個步驟是以循 環方式與該單元內的其他床一起進行的，從而步驟1的進料-輸入和進 料-排出是連續的。此外，排空步驟(序號7)設計為連續的。這確保了 真空泵連續操作，並且對C02 VPSA單元或H2PSA單元的進料-輸入 沒有間斷。在上述實施方案中採用了 7個吸附床來保持關鍵處理步驟 的連續性。如上所述，通過使最終減壓步驟(DPf)中產生的氣體貫穿處於排空
過程中和/或進行排空步驟之前的床，可以消除C02 VPSA單元的所有 或幾乎所有H2損失(圖2-6)。在其他實施方案中(圖7-12)，通過將兩 股物流(即DPf和排空步驟的排出物)直接混合也可以實現極少或沒有 Hb損失。
現在參見圖7-9,顯示了具有6個床(Al-A6)並採用十個步驟的 本發明一實施方案，其採用了 DPf步驟和排空步驟的C02氣的直接混 合來從合成氣產生最終的富含C02的氣體。處理步驟包括
1. 進料步驟.至少含有C02和H2氣體、壓力介於約(如約375 psia) 且由變換反應器20產生的進料物流24 (圖1所示)轉移至本發明的C02 VPSA單元。來自C02 VPSA單元(圖1中的單元30)的高壓排出物32(即 富含H2的物流)被送至H2PSA單元28，從而產生高壓、高純的H2產 物(圖1中的物流38)。在預定時間後或C02突破處於進料24的床後， 進料步驟終止。
2. 並流(CoCV鹹壓1 (DPI). 將現在處於高進料壓力(如100-500 psia)的已完成進料步驟的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖7所示) 或相反(圖7中未顯示)的方向減壓至中等壓力(如80-400 psia)。
3. 並流(CoCV鹹壓2 (DP2).將現在處於中等壓力(如80-400 psia) 的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖7所示)或相反(圖7中未顯示) 的方向進一 步減壓至更低壓力(如60-300 psia)。
4. 並流(CoCV鹹壓3 (DP3).將現在處於次中等壓力(如60-300 psia)的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖7所示)或相反(圖7中未顯 示)的方向進一步減壓至更低壓力(如50-200 psia)。
5. 最終減壓(X)Pf).將現在處於低於步驟4開始時的壓力(約 50-200 psia)的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖7所示)或相反(圖7 中未顯示)的方向進一步減壓至接近環境壓力的壓力(約20psia),以產 生圖8所示的C02產物36b。該物流可構成C02產物(圖8中的物流 36)的一部分。
6. 排空.將現在接近環境壓力(約20psia)的C02 VPSA床沿與進 料流相同(圖7中未顯示)或相反(圖7中所示)的方向排空至預定的低 壓，低於環境壓力的壓力(約l-12psia)。來自排空床的氣體(圖8中的 物流36a)構成了 C02產物物流(圖中的物流36)的一部分。任選地，在流到罐42之前，可使用鼓風機(未顯示)對物流36a進行進一步壓縮。
7. 逆流(CcO壓力補償3 (PE3).排空的床現在沿與進料流相同 (圖7中未顯示)或相反(圖7中所示)的方向壓力補償至步驟4 (DP3)產 生的氣體的壓力範圍(即至約50-200psia)。該步驟通過將來自步驟4 的C02保持在VPSA系統內提高了 C02的回收率。這樣通過消除將 C O 2送至廢物物流的需求而使C O 2的損失最小化。
8. 逆流(CcC)壓力補償2 (PE2).步驟7中經壓力補償的床現在沿 與進料流相同(圖7中未顯示)或相反(圖7中所示)的方向壓力補償至步 驟3 (DP2)產生的氣體的壓力範圍(即至約60-300psia)。該步驟通過將 來自步驟3的C02保持在VPSA系統內提高了 C02的回收率。這樣通 過消除將C02送至廢物物流的需求而使C02的損失最小化。
9. 逆流(CcC)壓力補償1 (PE1).步驟8中經壓力補償的床現在沿 與進料流相同(圖7中未顯示)或相反(圖7中所示)的方向壓力補償至步 驟2 (DP1)產生的氣體的壓力範圍(即至約80-400psia)。該步驟通過將 來自步驟2的C02保持在VPSA系統內提高了 C02的回收率。這樣通 過消除將co2送至廢物物流的需求而使co2的損失最小化。
10. 再加壓(FeRP).通過進料氣體或者通過處於步驟1的另一床 產生的排出物(即進料排出物)的 一部分將壓力補償後的床再次加壓至 進料壓力(100-500psia)。再加壓至進料壓力後，該床現在準備好返回 至步驟1了。如圖7進一步顯示的，C02產物36由來自物流36b (步 驟6)和36a (步驟7)的C02通過產物罐42形成。預期產物36的C02 純度水平為約80摩爾％或更高。
所述的十步過程是C02 VPSA單元中的一個床的一個循環。上述 對於這種直接混合實施方案的十個步驟是以循環方式與該單元內的 其他床一起進行的，從而步驟1的進料-輸入和進料-排出是連續的。 此外，排空步驟(序號6)設計為連續的。這確保了真空泵連續操作， 並且對C02 VPSA單元或H2PSA單元的進料-輸入沒有間斷。在上述 實施方案中採用了 6個吸附床來保持關鍵處理步驟的連續性。
圖7所示循環的示例性的相應石更件和相應的C02VPSA方法的流 程圖如圖8所示。圖8中的各個閥可按圖9所示的方式操作，以執行 上述六床方法的十個步驟。
應當理解，所示的壓力和步驟持續時間僅用於說明的目的。本領
21域技術人員可以理解，可使用壓力和步驟的其他組合。在圖7-9所示 及上述的實施方案中，最終減壓(DPf)期間產生的氣體與步驟序號6的 排空氣體混合。從而，C02 VPSA單元的H2損失極小或沒有損失。
採用最終減壓氣體物流(DPf)與排空床產生的氣體直接混合的另 一示例性實施方案如圖IO所示。
現在參見圖10,顯示了採用5個床和兩個壓力補償步驟的八步方 法的循環步驟圖。除步驟DP3和PE3被省略外，這些循環步驟以與如 上參照圖7所描述的那些步驟類似的方式執行。更具體地，圖10的 循環步驟包括如下
1. 進料步驟.至少含有C02和H2氣體、壓力介於約100-500 psia (如約375 psia)且由變換反應器20產生的進料物流24(圖1所示)轉移 至本發明的C02 VPSA單元。來自C02VPSA單元(圖1中的單元30) 的高壓排出物32(即富含H2的物流)被送至H2PSA單元28，從而產生 高壓、高純的H2產物(圖1中的物流38)。在預定時間後或C02突破 處於進料24的床後，進料步驟終止。
2. 並流(CoC)減壓1 (DPI). 將現在處於高進料壓力(如100-500 psia)的已完成進料步驟的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖10所示) 或相反(圖10中未顯示)的方向減壓至中等壓力(如80-400psia)。
3. 並流(CoC)減壓2 (DP2).將現在處於中等壓力(如80-400 psia) 的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖IO所示)或相反(圖IO中未顯示) 的方向進一步減壓至更低壓力(如60-300 psia)。
4. 最終減壓(DPf).將現在處於低於步驟4開始時的壓力(約 50-200 psia)的C02 VPSA床沿與進料流相同(如圖10所示)或相反(圖 10中未顯示)的方向進一步減壓至接近環境壓力的壓力(約20 psia),以 產生C02產物36b。該物流可構成C02產物(物流36)的一部分。
5. 排空.將現在接近環境壓力(約20psia)的C02 VPSA床沿與進 料流相同(圖IO中未顯示)或相反(圖IO中所示)的方向排空至預定的低 壓，低於環境壓力的壓力(約l-12psia)。來自排空床的氣體(圖8中的 物流36a)構成了 C02產物物流(各圖中的物流36)的一部分。任選地， 在流到罐42之前，可使用鼓風機(未顯示)對物流36a進行進一步壓縮。
6. 逆流(CcC)壓力補償2 (PE2).排空的床現在沿與進料流相同 (圖IO中未顯示)或相反(圖10中所示)的方向壓力補償至步驟3 (DP2)產生的氣體的壓力範圍(即至約60-300psia)。該步驟通過將來自步驟3 的C02保持在VPSA系統內提高了 C02的回收率。這樣通過消除將 C O 2送至廢物物流的需求而使C O 2的損失最小化。
7. 逆流(CcC)壓力補償1 (PE1).步驟6中經壓力補償的床現在沿 與進料流相同(圖10中未顯示)或相反(圖10中所示)的方向壓力補償至 步驟2 (DP1)產生的氣體的壓力範圍(即至約80-400psia)。該步驟通過 將來自步驟2的C02保持在VPSA系統內提高了 C02的回收率。這樣 通過消除將C02送至廢物物流的需求而使C02的損失最小化。
8. 再加壓(FeRP).通過進料氣體或者通過處於步驟1的另一床產 生的排出物(即進料排出物)的一部分將壓力補償後的床再次加壓至進 料壓力(100-500 psia)。再加壓至進料壓力後，該床現在準備好返回至 步驟1 了 。 二氧化碳產物36由來自物流36b (步驟4)和36a (步驟5) 的C02通過產物罐42形成。預期產物36的C02純度水平為約80摩 爾％或更高。
所述的八步過程是C02 VPSA單元中的一個床的一個循環。上述 對於這種直接混合的實施方案的八個步驟是以循環方式與該單元內 的其他床一起進行的，從而步驟1的進料-輸入和進料-排出是連續的。 此外，排空步驟(序號5)設計為連續的。這確保了真空泵連續操作， 並且對C02 VPSA單元或H2PSA單元的進料-輸入沒有間斷。在上述 實施方案中採用了 5個吸附床來保持關鍵處理步驟的連續性。
還可預期，可對本發明進行更改以產生更大量的C02,從而得到 更高的設備能力。例如，技術人員可能需要或希望處理比單真空序列 或單容器可處理的(由於流化或輸送限制)更高的進料流率。在這種情
況下，所述處理步驟可設置為所有時刻均有至少兩個床處於進料而至 少兩個床處於排空。這類示例性的循環步驟圖和設置如圖11和12所 示。替代地或附加地，可使用多個序列。
實施例
在六床中試單元上測試了圖7所示的直接混合過程循環，並且預 期容易放大。柱的內徑(ID)為2.17英寸，且填充床高度為130英寸。 柱填充有1,3 lb商業銷售的活性氧化鋁，10.2 lb商業銷售的1/16，，NaY 小球，且頂部空隙填充有3"的陶瓷球。進料含有2.8% CO、 15.7% C02、6.3% CH4和0.2% N2,以及餘量的H2。進泮牛為375 psia。所述過程以 循環模式運行，直到達到循環穩態。最終減壓步驟(DPf)為從約70到 約20psia。隨後，排空至約4psia。 二氧化碳回收率為約86%,純度 約83%。
上述方法可在進料壓力高於100psia的條件下運行，更優選高於 300psia(例如，約375psia)。進料氣體中的二氧化碳應優選高於10摩 爾％，且最優選高於15摩爾％(例如，15-25摩爾％)。進料溫度可介於 約40-200。F，更優選介於約60-150°F,且最優選約100°F。
在本發明的可選實施方案中，可加入儲罐來替代過程循環中的一 些吸附床，以儲存部分中間體氣體物流如減壓氣體。這些儲罐的目的 是使進入和流出C02 VPSA單元的物流保持連續。
從而，本發明提供了用於從合成氣回收中等純度(如約$80摩爾％) 的C02的方法和設備。根據本發明的優選實施方案，採用恆定進料， 恆定產物產出，且旋轉電機優選持續運轉，從而消除了不必要的罐。 然而，如果有理由限制吸附床的數量(如吸附劑的高成本)，可如上所 說明地使用儲罐來替代吸附劑容器。雖然每 一 床都經歷相同的循環， 但考慮到這些因素，床的數目需要最小化。
如上所述對C02 VPSA單元的進料可以高於環境壓力，且可產生 C02產物。當C02 VPSA單元安裝在H2 PSA單元上遊時，預期通過 提取C02而提高H2的回收率，從而提高H2 PSA進料物流中的H2分 壓。回收的C02可以產生時的狀態使用或進一步提濃，如Shah et al. 在同 一 日提交的標題為"Carbon Dioxide Production Method ( 二氧化碳 生產方法)"的共有的美國專利申請第11/395,137號中所示，將其內 容全文以引用的方式併入本文。隨後，所回收的C02可使用、封存或 應用在諸如提高油回收率(EOR)的應用中。
本領域技術人員可以理解，本發明不限於C02 VPSA單元置於 SMR/變換反應器下遊和H2PSA單元上遊的技術方案。本發明也可與 例如部分氧化反應器，以及任何上述定義的進料物流結合使用。
同時可以理解，在某些情況下壓力補償步驟可以省略。在這類情 況下，未經壓力補償的氣體可進料入產物物流。因而，C02純度會降 低。由於更多的H2和/或C02會出現在物流36中，因而這可能會降低
H2和/或C02的回收率。本領域技術人員應當理解，可很容易地將以上公開的具體實施方 案作為基礎來變換或設計用於實現本發明相同目的的其他結構。本領 域技術人員還應當意識到，這類等同構造並沒有偏離本發明所附權利 要求中限定的精神和範圍。
權利要求
1. 真空變壓吸附(VPSA)方法，其用於在VPSA單元中從至少包含CO2和H2的多組分氣體混合物中回收CO2，所述VPSA單元包含至少一個含有至少一種CO2-選擇性吸附劑的吸附床，所述方法包括將所述至少包含CO2和H2的多組分氣體混合物以處於第一壓力範圍內的第一壓力進料給至少一個吸附床一段預定的時間，以產生富含H2的物流；在第一減壓步驟中沿與所述進料流相同的方向或相反的方向，將所述至少一個吸附床由第一壓力減壓至處於第二壓力範圍內的第二壓力；在第二減壓步驟中沿與所述進料流相同的方向或相反的方向，將所述至少一個吸附床由第二壓力減壓至處於第三壓力範圍內的第三壓力；在第三減壓步驟中沿與所述進料流相同的方向或相反的方向，將所述至少一個吸附床由第三壓力減壓至處於第四壓力範圍內的第四壓力；在最終減壓步驟中沿與所述進料流相同或與所述進料流相反的方向，將所述至少一個吸附床由第四壓力減壓至接近環境壓力的壓力範圍，以至少產生CO2產物的第一部分；將所述至少一個吸附床沿與進料流相反的方向由接近環境壓力的壓力排空至等於環境壓力或低於環境壓力的壓力，以至少產生CO2產物的第二部分，並且在所述排空步驟的過程中，所述至少一個吸附床接收CO2產物的第一部分的至少一部分；在第一壓力補償步驟中沿與所述進料流相反的方向對所述至少一個吸附床進行壓力補償；在第二壓力補償步驟中沿與所述進料流相反的方向對所述至少一個吸附床進行進一步的壓力補償；在第三壓力補償步驟中沿與所述進料流相反的方向對所述至少一個吸附床進行進一步的壓力補償；和在再加壓步驟中將所述至少一個吸附床再加壓至所述第一壓力範圍；其中所述方法循環反覆。
2. 真空變壓吸附(VPSA)方法，其用於在VPSA單元中從至少包 含C02和H2的多組分氣體混合物中回收C02，所述VPSA單元包含 至少一個含有至少一種C02-選擇性吸附劑的吸附床，所述方法包括將所述至少包含C02和H2的多組分氣體混合物以處於第一壓力範圍內的第 一壓力進料給所述至少 一個吸附床一段預定的時間，以產 生富含H2的物流；在第 一減壓步驟中沿與所述進料流相同的方向或相反的方向，將 所述至少一個吸附床由第一壓力減壓至處於第二壓力範圍內的第二 壓力；在第二減壓步驟中沿與所述進料流相同的方向或相反的方向，將 所述至少一個吸附床由第二壓力減壓至處於第三壓力範圍內的第三 壓力；在最終減壓步驟中沿與所述進料流相同或與所述進料流相反的 方向，將所述至少一個吸附床由第三壓力減壓至接近環境壓力的壓力 範圍，以至少產生C02產物的第一部分；將所述至少 一 個吸附床沿與進料流相反的方向由接近環境壓力 的壓力排空至等於環境壓力或低於環境壓力的壓力，以至少產生co2 產物的第二部分，並且在所述排空步驟的過程中，所述至少一個吸附 床接收所述C02產物的第 一部分的至少一部分；在第 一 壓力補償步驟中沿與所述進料流相反的方向對所述至少一個吸附床進行壓力補償；在第二壓力補償步驟中沿與所述進料流相反的方向對所述至少一個吸附床進行進一步的壓力補償；和在再加壓(RP)步驟中將所述至少一個吸附床再加壓至所述第一 壓力範圍；其中所述方法循環反覆。
3. 真空變壓吸附(VPSA)方法，其用於在VPSA單元中從至少包 含C02和H2的多組分氣體混合物中回收C02，所述VPSA單元包含 至少一個含有至少一種C02-選擇性吸附劑的吸附床，所述方法包括將所述至少包含C02和H2的多組分氣體混合物以處於第一壓力範圍內的第 一壓力進料給所述至少 一個吸附床一段預定的時間，以產 生富含H2的物流；在第 一減壓步驟中沿與所述進料流相同的方向或相反的方向，將 所述至少一個吸附床由第一壓力減壓至處於第二壓力範圍內的第二壓力；在第二減壓步驟中沿與所述進料流相同的方向或相反的方向，將 所述至少一個吸附床由第二壓力減壓至處於第三壓力範圍內的第三 壓力；在第三減壓步驟中沿與所述進料流相同的方向或相反的方向，將 所述至少一個吸附床由第三壓力減壓至處於第四壓力範圍內的第四 壓力；在最終減壓步驟中沿與所述進料流相同的方向或與所述進料流 相反的方向，將所述至少一個吸附床由第四壓力範圍減壓至接近環境 壓力的壓力範圍，以至少產生C02產物的第一部分；將所述至少 一 個吸附床沿與進料流相反的方向由接近環境壓力 的壓力排空至等於環境壓力或低於環境壓力的壓力，以至少產生C02 產物的第二部分；在第 一 壓力補償步驟中沿與所述進料流相反的方向對所述至少 一個吸附床進行壓力補償；在第二壓力補償步驟中沿與所述進料流相反的方向對所述至少 一個吸附床進行進一步的壓力補償；在第三壓力補償步驟中沿與所述進料流相反的方向對所述至少 一個吸附床進行進一步的壓力補償；和在再加壓步驟中將所述至少一個吸附床再加壓至所述第一壓力範圍；其中所述方法循環反覆。
4.真空變壓吸附(VPSA)方法，其用於在VPSA單元中從至少包 含C02和H2的多組分氣體混合物中回收C02，所述VPSA單元包含 至少一個含有至少一種C02-選擇性吸附劑的吸附床，所述方法包括將所述至少包含C02和H2的多組分氣體混合物以處於第一壓力 範圍內的第 一 壓力進料給所述至少 一 個吸附床 一 段預定的時間，以產 生富含Eb的物流；在第 一減壓步驟中沿與所述進料流相同的方向或相反的方向，將 所述至少一個吸附床由第一壓力減壓至處於第二壓力範圍內的第二壓力；在第二減壓步驟中沿與所述進料流相同的方向或相反的方向，將 所述至少 一個吸附床由第二壓力減壓至處於第三壓力範圍內的第三 壓力；在最終減壓步驟中沿與所述進料流相同的方向或與所述進料流 相反的方向，將所述至少一個吸附床由第三壓力減壓至接近環境壓力 的壓力範圍，以至少產生C02產物的第一部分；將所述至少 一 個吸附床沿與進料流相反的方向由接近環境壓力 的壓力排空至等於環境壓力或低於環境壓力的壓力，以至少產生C02 產物的第二部分；在第 一壓力補償步驟中沿與所述進料流相反的方向對所述至少 一個吸附床進行壓力補償；在第二壓力補償步驟中沿與所述進料流相反的方向對所述至少 一個吸附床進行進一步的壓力補償；和在再加壓步驟中將所述至少一個吸附床再加壓至所述第一壓力範圍；其中所述方法循環反覆。
5. 真空變壓吸附(VPSA)方法，其用於在VPSA單元中從至少包 含C02和H2的多組分氣體混合物中回收C02，所述VPSA單元包含 至少兩個吸附床，且每一床含有至少一種C02-選擇性吸附劑的，所述 方法包括進料步驟、減壓步驟、排空步驟、壓力補償步驟和再加壓步驟； 其中所述方法以循環方式且在穩態進行；其中產生富含H2的物流，且由至少一種C02產物物流產生最終C02產物；以及其中所述最終C02產物的純度為約三80摩爾％ C02。
6. 根據權利要求1、 3或5所述的方法，其中所述吸附床的數目 包括6個床。
7. 根據權利要求2、 4或5所述的方法，其中所述吸附床的數目 包括5個床。
8. 根據權利要求5所述的方法，其中所述吸附床的數目包括7個床。;2、 3或4所述的方法，其中所述第二壓力 2、 3或4所述的方法，其中所述第三壓力 3或4所述的方法，其中所述第四壓力範
9. 根據權利要求5所述的方法，其中所述吸附床的數目包括8個床。
10. 根據權利要求5所述的方法，其中所述吸附床的數目包括11 個床。
11. 根據權利要求l、 2、 3或4所述的方法，其中所述第一壓力 範圍為100-500 psia。
12. 根據權利要求1 範圍為80-400 psia。
13. 根據權利要求1 範圍為60—300 psia。
14. 根據權利要求1 圍為50-200 psia。
15. 根據權利要求l、 2、 3或4所述的方法，其中接近環境壓力 的所述壓力的壓力範圍為約20psia。
16. 根據權利要求l、 2、 3或4所述的方法，其中低於環境壓力 的所述壓力的壓力範圍為l-12psia。
17. 根據權利要求1、 2、 3、 4或5所述的方法，其中所述富含 H2的物流被進料給H2變壓吸附(PSA)單元。
18. 根據權利要求l、 2、 3、 4或5所述的方法，其中每一個至少 一個床包含水選擇性吸附劑和C02-選擇性吸附劑。
19. 根據權利要求18所述的方法，其中所述水選擇性吸附劑選自 包括如下物質的組活性氧化鋁、矽膠、沸石分子篩及其組合。
20. 根據權利要求18所述的方法，其中所述C02-選擇性吸附劑 選自包括如下物質的組NaY、 HY、 NaX、矽膠、活性碳及其組合。
全文摘要
本發明通常涉及從至少含有CO2和H2的物流(如合成氣)中回收純度約≥80摩爾％的二氧化碳(CO2)的真空變壓吸附(VPSA)方法和設備。對CO2 VPSA的進料可以高於環境壓力。CO2 VPSA單元產生兩股物流，富含H2的物流和CO2產物物流。過程循環的步驟選擇為使過程中的H2損失最小或沒有，且無需額外的處理設備。回收的CO2可進一步提濃、封存或用於諸如提高油回收率(EOR)的應用中。
文檔編號B01D53/047GK101460234SQ200780020678
公開日2009年6月17日 申請日期2007年3月28日 優先權日2006年4月3日
發明者R·庫馬 申請人:普萊克斯技術有限公司