(57)【要約】  発電の間の排出物を低下または軽減する複合サイクル発電のためのシステムおよび方法が提供される。分離のために必要とされるエネルギーを低下／最小化しながら、かつ排気ガスの温度を低下させる必要のない、高純度ＣＯ２流を発生させるためにスイング吸着プロセスを使用して、発電燃焼反応からのリサイクルされた排気ガスを分離することができる。これによって、二酸化炭素および窒素の高純度流を発生させながら、改善されたエネルギー回収を可能にする。
2015522744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力を発生させる方法であって、
メイン圧縮器において、少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなるリサイクルされた排気ガスを圧縮して、約４００℃〜約５００℃のリサイクル温度および約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）のリサイクル圧力を有する圧縮リサイクル排気ガスを発生させる工程；
インレット圧縮器において富化空気を圧縮して、圧縮酸化剤を発生させる工程；
前記圧縮リサイクル排気ガスの第１の部分を燃焼室に通過させる工程；
燃焼室において、かつ放出流の温度を調節するように構成される希釈剤として作用する前記圧縮リサイクル排気ガスの第１の部分の存在下で、前記圧縮酸化剤および燃料を化学量論的に燃焼させて、それによって、放出流を発生させる工程；
膨張器において前記放出流を膨張させて、前記メイン圧縮器を少なくとも部分的に駆動して、前記リサイクルされた排気ガスを発生させる工程；
前記リサイクルされた排気ガスの第２の部分を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程；
前記リサイクル温度とは約２０℃未満異なる吸着温度および前記リサイクル圧力とは約１ｂａｒ（約０．１ＭＰａ）未満異なる吸着圧力において前記吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程；前記反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、前記回収されたＮ２流が前記分離圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）未満異なる圧力を有する工程；前記反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、スイング吸着反応器における圧力を、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力まで低下させる工程；及び
約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力において、前記リサイクルされた排気ガスの前記第２の部分のＣＯ２の１モルあたり約１．５モル未満（例えば、約１．０モル未満または約０．８モル未満）のＨ２Ｏを含有する蒸気パージを用いて、前記スイング吸着反応器をパージして、前記リサイクルされた排気ガスの前記第２の部分において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程
を含んでなる方法。
【請求項２】
動力を発生させる方法であって、
メイン圧縮器において、少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなるリサイクルされた排気ガスを圧縮して、約４００℃〜約５００℃のリサイクル温度および約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）のリサイクル圧力を有する圧縮リサイクル排気ガスを発生させる工程；
インレット圧縮器において富化空気を圧縮して、圧縮酸化剤を発生させる工程；
前記圧縮リサイクル排気ガスの第１の部分を燃焼室に通過させる工程；
燃焼室において、かつ放出流の温度を調節するように構成される希釈剤として作用する前記圧縮リサイクル排気ガスの第１の部分の存在下で、前記圧縮酸化剤および燃料を化学量論的に燃焼させて、それによって、放出流を発生させる工程；
膨張器において前記放出流を膨張させて、前記メイン圧縮器を少なくとも部分的に駆動して、前記リサイクルされた排気ガスを発生させる工程；前記リサイクルされた排気ガスの第２の部分を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程；
前記リサイクル温度とは約２０℃未満異なる吸着温度および前記リサイクル圧力とは約１ｂａｒ（約０．１ＭＰａ）未満異なる吸着圧力において吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程；
前記反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、前記回収されたＮ２流が前記分離圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）未満異なる圧力を有する工程；
前記反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、前記スイング吸着反応器における圧力を、少なくとも３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）の圧力まで任意選択的に低下させる工程；及び
３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）〜２０．０ｂａｒａ（２．０ＭＰａａ）の圧力において、故意に添加された水／蒸気を含有しないパージを用いて、前記スイング吸着反応器をパージして、前記リサイクルされた排気ガスの前記第２の部分において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程
を含んでなる方法。
【請求項３】
前記圧縮酸化剤は約３０体積％〜約５０体積％の酸素濃度を有し、かつ任意選択的に、前記圧縮酸化剤を発生させる工程が、前記富化空気を大気空気と混合する工程をさらに含んでなる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
反応器排気流からのＮ２およびＣＯ２の製造方法であって、
少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなり、約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）の圧力を有する反応器排気流を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程と；少なくとも４００℃の吸着温度において前記吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程と；
前記反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、前記回収されたＮ２流が前記反応器排気流の圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）未満異なる圧力を有する工程と；
前記反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、前記スイング吸着反応器における圧力を、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力まで低下させる工程と；
約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力において、前記反応器排気流のＣＯ２の１モルあたり約１．５モル未満（例えば、約１．０モル未満または約０．８モル未満）のＨ２Ｏを含有する蒸気パージを用いて、前記スイング吸着反応器をパージして、前記反応器排気流において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程と
を含んでなる方法。
【請求項５】
反応器排気流からのＮ２およびＣＯ２の製造方法であって、
少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなり、約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）の圧力を有する反応器排気流を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程；
少なくとも４００℃の吸着温度において前記吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程；前記反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、前記回収されたＮ２流が前記反応器排気流の圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）未満異なる圧力を有する工程；
前記反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、前記スイング吸着反応器における圧力を、少なくとも３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）の圧力まで任意選択的に低下させる工程；
３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）〜約２０．０ｂａｒａ（約２．０ＭＰａａ）の圧力において、故意に添加された水／蒸気を含有しないパージを用いて、前記スイング吸着反応器をパージして、前記リサイクルされた排気ガスの前記第２の部分において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程
を含んでなる方法。
【請求項６】
前記蒸気パージとは異なる組成を有する第２のパージ流を前記スイング吸着反応器に通過させて、第２のＣＯ２回収流を発生させる工程をさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記通過させる工程、前記吸着させる工程、前記回収する工程、前記低下させる工程および前記パージする工程が、圧力スイング吸着サイクルを含んでなり、前記リサイクルされた排気ガスの前記第２の部分、前記蒸気パージおよび前記第２のパージ流が、存在する場合、前記圧力スイング吸着サイクルの間に前記スイング吸着反応器に導入されるガスの少なくとも約９５体積％を含んでなる、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記ＣＯ２回収流を、少なくとも９０体積％のＣＯ２を含有するＣＯ２生産物流および水に分離する工程をさらに含んでなる、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
反応器排気流からのＮ２およびＣＯ２の製造方法であって、
少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなるリサイクルされた排気ガスを圧縮して、約４００℃〜約５００℃のリサイクル温度および約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）のリサイクル圧力を有する圧縮リサイクル排気ガスを発生させる工程；
周期的圧力スイング吸着プロセスにおいて、前記圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部においてＮ２からＣＯ２を分離する工程を含み、
プロセスサイクルは、
前記圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させ、前記反応器排気流が約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）の圧力を有する工程；
前記リサイクル温度とは約２０℃未満異なる吸着温度および前記リサイクル圧力とは約１ｂａｒ（０．１ＭＰａ）未満異なる吸着圧力において前記吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程；
前記反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、前記回収されたＮ２流が前記反応器排気流の圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）以下異なる圧力を有し、前記回収されたＮ２流が前記リサイクル温度とは２０℃以下異なる温度を有する工程；
前記反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、前記スイング吸着反応器における圧力を、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力まで低下させる工程；及び約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力において、前記反応器排気流のＣＯ２の１モルあたり約１．５モル未満（例えば、約１．０モル未満または約０．８モル未満）のＨ２Ｏを含有する蒸気パージを用いて、前記スイング吸着反応器をパージして、前記反応器排気流において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程；及び
前記ＣＯ２回収流を、少なくとも約９０体積％のＣＯ２を含有するＣＯ２生産物流および水に分離する工程
を含み、
前記蒸気パージ及び前記圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部が、プロセスサイクルの間に前記スイング吸着反応器に導入される前記ガスの少なくとも約９５体積％を含んでなる方法。
【請求項１０】
反応器排気流からのＮ２およびＣＯ２の製造方法であって、
少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなるリサイクルされた排気ガスを圧縮して、約４００℃〜約５００℃のリサイクル温度および約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）のリサイクル圧力を有する圧縮リサイクル排気ガスを発生させる工程；
周期的圧力スイング吸着プロセスにおいて、前記圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部においてＮ２からＣＯ２を分離する工程を含み、
プロセスサイクルは、
前記圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程であり、前記反応器排気流が約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）の圧力を有する工程；
前記リサイクル温度とは約２０℃未満異なる吸着温度および前記リサイクル圧力とは約１ｂａｒ（０．１ＭＰａ）未満異なる吸着圧力において前記吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程；
前記反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、前記回収されたＮ２流が前記反応器排気流の前記圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）以下異なる圧力を有し、前記回収されたＮ２流が前記リサイクル温度とは２０℃以下異なる温度を有する工程；
前記反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、前記スイング吸着反応器における前記圧力を、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約５．０ｂａｒａ（約０．５ＭＰａａ）の圧力まで低下させる工程；及び約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約５．０ｂａｒａ（約０．５ＭＰａａ）の圧力において、前記反応器排気流のＣＯ２の１モルあたり約１．５モル未満（例えば、約１．０モル未満または約０．８モル未満）のＨ２Ｏを含有する蒸気パージを用いて、前記スイング吸着反応器をパージして、前記反応器排気流において少なくとも約６０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程；及び
前記ＣＯ２回収流を、約６０体積％〜約９９．５体積％のＣＯ２を含有するＣＯ２生産物流および水に分離する工程
を含み、
前記蒸気パージ及び前記圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部が、プロセスサイクルの間に前記スイング吸着反応器に導入される前記ガスの少なくとも約９０体積％を含んでなる方法。
【請求項１１】
前記ＣＯ２生産物流がＮ２をさらに含んでなり、かつ前記回収されたＮ２流の温度が少なくとも前記吸着温度である、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記リサイクルされた排気ガスが、約５体積％〜約２０体積％（例えば、約１０体積％〜約２０体積％）のＣＯ２濃度および／または約１体積％以下のＯ２濃度を有する、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記吸着剤が、（ａ）アルカリ金属炭酸塩（炭酸カリウム、炭酸リチウムおよび／または炭酸ナトリウムなど）、ならびにアルカリ土類金属および／または遷移金属（＋２および／または＋３の酸化状態で酸化物を形成するものなど）の酸化物、例えば、炭酸リチウムまたは炭酸カリウムの少なくとも１種、ならびに酸化ランタン、酸化イットリウムおよび酸化マグネシウムの少なくとも１種を含んでなる、（ｂ）アルカリ土類金属炭酸塩（炭酸マグネシウムおよび／または炭酸カルシウムなど）、ならびに遷移金属（＋２および／または＋３の酸化状態で酸化物を形成するものなど）の酸化物、例えば、炭酸マグネシウムまたは炭酸カルシウムで少なくとも１種、ならびに酸化ランタン、酸化イットリウムおよび酸化マグネシウムの少なくとも１種を含んでなる、ならびに（ｃ）ヒドロタルサイトの１種以上を含んでなる、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記反応器排気流または前記圧縮リサイクル排気ガスによって、少なくとも約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）の圧力まで前記スイング吸着反応器を再加圧する工程をさらに含んでなる、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記スイング吸着反応器において圧力を低下させる工程が、（ｉ）前記反応器の前記前方端部から第１のブローダウン流を産出する工程、ならびに／または（ｉｉ）前記第１のブローダウン流の産出後、前記反応器の前記前方端部から第２のブローダウン流および前記反応器の後方端部から第３のブローダウン流を産出する工程を含んでなる、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
様々な態様において、本発明は、得られた排出物の分離および／または捕獲による低排出物動力生産に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所から排出されるガスの捕獲は、関心の高まる領域である。石油製品の燃焼に基づく発電所では、反応副産物として二酸化炭素が発生する。歴史的に、この二酸化炭素は、燃焼後、大気中に放出されていた。しかしながら、燃焼の間に発生する二酸化炭素の他の用途を見出す方法を特定することはますます望ましくなっている。
【０００３】
複合サイクル発電所は、石油製品または他の炭素をベースとする燃料の燃焼から電気を発生させる効率的な方法を提供する。複合サイクル発電所は、発電のために複数のタービンを動かす初期燃焼反応を導入し、より効率的な発電へと導くことができる。しかしながら、二酸化炭素を捕獲するための従来の方法は、二酸化炭素を捕獲および／または分離するために必要とされるさらなるエネルギーのため、発電の効率を低下させる傾向ある。
【０００４】
特許文献１には、炭素をベースとする燃料の燃焼に基づく複合サイクル発電所を使用する電気発生システムおよび方法が記載される。このシステムおよび方法は、燃焼反応における燃料と酸素との化学量論的比率の使用、ならびに燃焼反応への投入の一部としての燃焼排気ガスのリサイクルを含む。燃焼生産物は、パージガス流としてシステムから引き出される。パージガス流のＣＯ２は、例えば、炭酸カリウムなどの溶媒を使用して除去される。
【０００５】
特許文献２には、スイング吸着によって分離を実行する方法が記載されているが、その場合、分離されたガス流中の成分の１種と、スイング吸着装置をパージするために使用されるガス流の成分との間の相互作用を最小化または回避することが望ましい。合成ガス流からの水素および二酸化炭素の分離が一例として示されており、典型的な酸素含有パージ流からのいずれかの酸素による水素生産物流の汚染を回避することが望ましい。分離方法には、分離の間の１種またはそれ以上のバッファガス工程の使用が含まれ、他のいずれの成分とも異なるバッファが、分離プロセスの工程の間に汚染を防止するために使用される。
【０００６】
特許文献３には、ＣＯ２捕獲のためのオートサーマルサイクルが記載される。ＣＯ２を吸着するために、燃焼排気ガスを吸着剤層と接触させる。次いで、ＣＯ２は、蒸気を含んでなるガスと吸着剤を接触させることによって除去される。蒸気およびＣＯ２を含有する得られた産出ガスは、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２および熱を回収するために、蒸気再圧縮システムへ運搬される。次いで、回収されたＨ２Ｏおよび熱は、スイープガス用蒸気を提供するために使用される。ＣＯ２回収のために必要とされる蒸気スイープガスの量は、投入供給ガス１モルあたり約１モルの蒸気であると記載されている。燃焼ガス投入供給は、１５モル％以下のＣＯ２含有量を有すると記載されている。したがって、蒸気／ＣＯ２モル比は、ＣＯ２１モルあたり少なくとも約６モルの蒸気であると記載されている。このプロセスは、燃焼排気ガス中の炭素の少なくとも９０％を産出ガスの一部として回収すると記載されている。
【０００７】
他の潜在的に関連する刊行物には、特許文献４、特許文献５、Ｒｅｉｊｅｒｓらによる論文、非特許文献１およびＷｒｉｇｈｔらによる論文、非特許文献２が特に含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１２／００３０７９号パンフレット
【特許文献２】米国特許第６，９０２，６０２号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２／０１２５１９４号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１２０３１８５３３号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第２２２０３３８号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．，２００９，４８，６９６６
【非特許文献２】Ｅｎｅｒｇｙ  Ｐｒｏｃｅｄｉａ，２０１１，４，１４５７
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、動力（出力又は電力）を発生させる方法であって、メイン圧縮器において、少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなるリサイクルされた排気ガスを圧縮して、約４００℃〜約５００℃のリサイクル温度および約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）のリサイクル圧力を有する圧縮リサイクル排気ガスを発生させる工程と；インレット（又は入り口）圧縮器において富化空気を圧縮して、圧縮酸化剤を発生させる工程と；圧縮リサイクル排気ガスの第１の部分を燃焼室に通過させる工程と；燃焼室において、かつ放出流の温度を調節するように構成される希釈剤として作用する圧縮リサイクル排気ガスの第１の部分の存在下で、圧縮酸化剤および燃料を化学量論的に燃焼させて、それによって、放出流を発生させる工程と；膨張器において放出流を膨張させて、メイン圧縮器を少なくとも部分的に駆動して、リサイクルされた排気ガスを発生させる工程と；リサイクルされた排気ガスの第２の部分を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程と；リサイクル温度とは約２０℃未満異なる吸着温度およびリサイクル圧力とは約１ｂａｒ（約０．１ＭＰａ）未満異なる吸着圧力において吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程と；反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、回収されたＮ２流が分離圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）未満異なる圧力を有する工程と；反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出（出力又は生成）することによって、スイング吸着反応器における圧力を、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力まで低下させる工程と；約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力において、リサイクルされた排気ガスの第２の部分のＣＯ２の１モルあたり１．０モル未満（例えば、約０．８モル未満）のＨ２Ｏを含有する蒸気パージを用いて、スイング吸着反応器をパージして、リサイクルされた排気ガスの第２の部分において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程とを含んでなる方法に関する。
【００１１】
本発明の別の態様は、反応器排気流からのＮ２およびＣＯ２の製造方法であって、少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなり、約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）の圧力を有する反応器排気流を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程と；少なくとも４００℃の吸着温度において吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程と；反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、回収されたＮ２流が反応器排気流の圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）未満異なる圧力を有する工程と；反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、スイング吸着反応器における圧力を、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力まで低下させる工程と；約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力において、反応器排気流のＣＯ２の１モルあたり約１．０モル未満（例えば、約０．８モル未満）のＨ２Ｏを含有する蒸気パージを用いて、スイング吸着反応器をパージして、反応器排気流において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程とを含んでなる方法に関する。
【００１２】
本発明のさらに別の態様は、反応器排気流からのＮ２およびＣＯ２の製造方法であって、少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなるリサイクルされた排気ガスを圧縮して、約４００℃〜約５００℃のリサイクル温度および約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）のリサイクル圧力を有する圧縮リサイクル排気ガスを発生させる工程と；周期的圧力スイング吸着プロセスにおいて、圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部においてＮ２からＣＯ２を分離する工程を含み、プロセスサイクルが、圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させ、反応器排気流が約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）の圧力を有する工程と；リサイクル温度とは約２０℃未満異なる吸着温度およびリサイクル圧力とは約１ｂａｒ（０．１ＭＰａ）未満異なる吸着圧力において吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程と；反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、回収されたＮ２流が反応器排気流の圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）以下異なる圧力を有し、回収されたＮ２流がリサイクル温度とは２０℃以下異なる温度を有する工程と；反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、スイング吸着反応器における圧力を、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力まで低下させる工程と；約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力において、反応器排気流のＣＯ２の１モルあたり約１．０モル未満（例えば、約０．８モル未満）のＨ２Ｏを含有する蒸気パージを用いて、スイング吸着反応器をパージして、反応器排気流において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程と；ＣＯ２回収流を、少なくとも約９０体積％のＣＯ２を含有するＣＯ２生産物流および水に分離する工程を含み、蒸気パージ及び圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部が、プロセスサイクルの間にスイング吸着反応器に導入されるガスの少なくとも約９５体積％を含んでなる方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】炭素をベースとする燃料の燃焼をベースとする電気発生のための複合サイクルシステムの実施例を概略的に示す。
【図２】圧力スイング吸着プロセスの構成を概略的に示す。
【図３】実施例４に関するＣＯ２純度対蒸気パージ含有量のグラフを示す。
【図４】容器間で相互連絡を含まない３容器吸着配列のサイクル構成を図示する。
【図５】容器間で相互連絡を含まない４容器吸着配列のサイクル構成を図示する。
【図６】容器間でいくらかのレベルの相互連絡を有する４容器吸着配列のサイクル構成を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
様々な態様において、発電の間に排出物を低下および／または軽減しながらタービンを使用する発電のためのシステムおよび方法が提供される。複合サイクル発生システムでは、ガスタービンの燃焼反応からの燃焼ガスも蒸気タービンに動力を供給するために使用することができる。次いで、燃焼ガスは、ガスタービンへの投入の一部としての使用のためにリサイクル可能である。リサイクルされた排気ガスの一部は、分離のために必要とされるエネルギーを低下および／または最小化しながら、そして燃焼ガスの温度を低下させる必要もなく、高純度二酸化炭素流を発生させるために効果的に分離することができる。これによって、典型的に大部分が窒素から構成される可能性のあるリサイクルされた排気ガスの別の（例えば、残りの）部分を使用して、例えば、二酸化炭素分離プロセスに必要とされる条件に適合するように、リサイクルされた排気ガスの圧力および／または温度を調節することを必要とせずに、さらなる電気を発生させることができる。したがって、二酸化炭素および窒素の相対的に高純度の流れも発生させながら、複合サイクルシステムから改善されたエネルギー回収を実現することができる。
【００１５】
さらなる使用のために効果的に分離および／または捕獲することも可能である排出物の低い発電には、様々なシステム構成および処理条件が寄付する可能性がある。例えば、ガスタービンへの燃焼室のための投入ガス流は、望ましい組成、例えば、燃料対酸素のおおよそ化学量論的な比率を有するように選択することができる。燃料対酸素のおおよその化学量論的な比率を有することは、燃焼後のガス産出に存在する未反応の酸素の量を低下させることができる。これは、他の燃焼生産物）の分離を促進すること、ならびにＮＯｘ種の生産を潜在的に低下／排除することができる。より一般に、望ましい供給によるおおよその化学量論的な燃焼反応は、主にＣＯ２、Ｎ２およびＨ２Ｏから構成される排気を生じることができる。
【００１６】
効果的に分離および／または捕獲することが可能である排出物の低い発電に寄付することが可能なシステム構成および／またはプロセス条件の別の実施例は、投入ガス流の一部として、リサイクルされた排気ガスを使用することが含まれる。燃焼プロセスから出るガス流は、ガスタービンに動力を供給するために有利には使用することができる。ガスタービンに動力を供給した後、このガス流は排気ガスに相当する。この排気ガスは、排気ガスから熱を抽出するための熱交換器を使用して、複合サイクル構成において蒸気タービンに動力を供給するために使用することができる。この排気ガスは、次いで、水の除去後、投入ガス流の一部として使用するためにリサイクルすることができる。排気ガスは、外気と比較して、高い体積パーセントのＣＯ２を有利に有することができ、燃焼反応への投入ガス流のＣＯ２含有量を選択する際に助けとなることができる。燃焼生産物におけるＣＯ２の量を制御することは、燃焼反応から捕獲されるエネルギー産出を向上させるために有利であることができる。
【００１７】
排気ガスの全てをリサイクルすることによって、流れを炭素捕獲プロセスに転送することができるまで、排気中の炭素の全てを単一の流れに維持することができる。しかしながら、典型的に、全てのリサイクルされた排気ガスが、燃焼への投入ガス流のためのさらなるガスを提供するために必要とされなくてもよい。その結果、いずれかの過剰な排気ガスを、例えば、高純度ＣＯ２およびＮ２ガス流への分離のために転送することができる。この転送を実行するプロセスの都合のよい位置は、燃焼への投入ガス流のために所望の温度および圧力を達成するために、リサイクルされた排気ガスが変性された後であることができる。この点で、温度／圧力低下によるエネルギー損失量を低下／最小化しながら、ＣＯ２およびＮ２の分離を実行することが望ましくなることができる。例えば、ＣＯ２およびＮ２を分離するための典型的な溶媒法は、リサイクルされた排気ガスの温度の低下を必要とする。そのような従来の溶媒法に関して、Ｎ２流において可能な限り多くのエネルギーを維持するために、リサイクルされた排気ガスから分離されたＮ２流へと熱を移動するために、熱交換器を使用することができる。
【００１８】
いくつかの態様において、ＣＯ２およびＮ２の分離は、燃焼反応への投入ガス流の温度および圧力においてＣＯ２およびＮ２を分離するための圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスを使用することにより実行することができる。分離を実行するために圧力スイング吸着を使用することによって、例えば、少なくとも約９０％の純度（例えば、少なくとも約９３％の純度、少なくとも約９５％の純度、少なくとも約９７％の純度、少なくとも約９８％の純度または少なくとも約９９％の純度）を有するＮ２流および／または少なくとも約８０％の純度（例えば、少なくとも約８５％の純度、少なくとも約９０％の純度、少なくとも約９５％の純度、少なくとも約９７％の純度、少なくとも約９８％の純度、少なくとも約９９％の純度、少なくとも約９９．３％の純度または少なくとも約９９．５％の純度）を有するＣＯ２流も発生させながら、リサイクルされた排気ガス中、例えば、少なくとも約６０％（例えば、少なくとも約６５％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、少なくとも約９９％、少なくとも約９９．３％または少なくとも約９９．５％）のＣＯ２の回収が可能となる。
【００１９】
様々な態様において、ＰＳＡ反応器のための動作条件は、なお排気ガスを効果的に捕獲しながら、発電プロセスを促進するために選択されることができる。相対的に高温のＰＳＡを使用することによって、リサイクルされた排気ガスのＮ２部分のエネルギー含有量を維持することができ、このＮ２ガス流を使用して、発電のためにさらなるタービンに動力を供給することができる。対照的に、溶媒分離などのＣＯ２分離のための従来の分離方法は、典型的に、分離を促進するために、流れの温度および／または圧力の調整を必要とする可能性がある。したがって、排気ガスを処理する前に、リサイクルされた排気を変性するためにエネルギーを必要とする代わりに、ＰＳＡ反応器の使用によって、回収プロセスを、発電のための動作条件に適合させることができる。
【００２０】
高温ＰＳＡは、高温蒸気および／または別のエネルギー消費型パージガスの必要性を回避するプロセスサイクルを使用して実行することもできる。これによって、排気ガスの捕獲のためのエネルギー損失量を低下／最小化しながら、高純度ＣＯ２が回収される。
【００２１】
低排出物による発電のための複合サイクルプロセス
様々な態様において、発電の間に生産される排出物を制御および／または捕獲しながら動力を発生させるためのシステムおよび方法が提供される。発電の１つの目標は、燃料および／または装置の所与の量に関して、発電を増加／最適化することができるように、可能な限り効率的に投入供給（例えば燃料）を使用することである。有効な発電のための条件に基づき、排出物の制御／捕獲のための目標は、発電のための条件への変化を低下／最小化しながら、排出物の有効な捕獲を提供することであることができる。
【００２２】
本明細書で使用される場合、「化学量論的な燃焼」という用語は、燃料および酸化剤を含んでなる反応物の体積と、反応物を燃焼させることによって形成される生産物の体積とを有する燃焼反応を指し、ここでは実質的に、反応物の全体積は、生産物を形成するために使用される。本明細書で使用される場合、「実質的に化学量論的な燃焼」という用語は、化学量論的な比率のために必要とされる酸素の約＋１０％〜約−１０％、例えば約＋５％〜約−５％の範囲の、酸素に対する燃焼燃料のモル比を有する燃焼反応を指す。例えば、メタンに関する燃料対酸素の化学量論的な比率は、１：２（ＣＨ４＋２Ｏ２←→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ）であるのに対し、プロパンは、１：５の燃料対酸素の化学量論的な比率を有するであろう。実質的に化学量論的な燃焼を測定する別の方法は、供給される酸素対化学量論的な燃焼のために必要とされる酸素の比率として、例えば、約０．９：１〜約１．１：１、または約０．９５：１〜約１．０５：１が可能である。
【００２３】
いくつかの態様において、本明細書に記載されるプロセスを使用して、石油増進回収法（ＥＯＲ）、炭化水素増進回収法（ＥＨＲ）および／または分離／捕獲用途のための超低排出物電力およびＣＯ２を生産することができ、そのような場合、ＥＯＲ／ＥＨＲのためのプロセス条件は、分離／捕獲用途と同様でもよいか、またはわずかに異なってもよい。１つまたはそれ以上の態様において、酸素富化ガス（例えば富化空気）および燃料の混合物は、化学量論的に、または実質的に化学量論的に燃焼することができて、リサイクルされた排気ガスの流れと同時に混合することができる。リサイクルされた排気ガスの流れは、一般にＣＯなどの燃焼の生産物を含むが、燃焼の温度および後続する膨張器に入る排気を制御、調節および／または別の様式で調節する希釈剤として使用することができる。酸素富化を使用することの結果として、リサイクルされた排気ガスは、増加したＣＯ２含有量を有することができ、それによって、膨張器を、同一インレットおよび放出温度に関して、より高い膨張比で動作することが可能となり、それによって、有意に増加した動力が生産される。
【００２４】
化学量論的な条件または実質的に化学量論的な条件における商業的なガスタービンの燃焼（例えば、「わずかに富化の」燃焼）は、過剰な酸素除去の費用を排除するための利点を提供することができる。排気を冷却して、冷却された排気流から水を凝縮することによって、相対的に高含有量のＣＯ２排気流を生産することができる。リサイクルされた排気ガスの一部を、クローズドブレイトンサイクルにおいて温度節度のために利用することができるが、残りのパージ流を、ＥＯＲおよび／または炭化水素増進回収用途のために使用することができ、かつ／または酸化硫黄（ＳＯｘ）、酸化窒素（ＮＯｘ）および／またはＣＯ２が大気にほとんど排出されずに電力を生産することができる。このプロセスの結果は、３つの別々のサイクルにおける動力の生産、およびさらなるＣＯ２の製造を含むことができる。いくつかの態様において、化学量論的な燃焼を実行することは、ＣＯ２、Ｈ２ＯおよびＮ２から実質的になる排気流の発生を可能にする。ＣＯ２、Ｈ２ＯおよびＮ２から実質的になる排気流は、約５モル％以下、例えば、約２．５モル％以下または約１モル％以下の他のガス分子を含有する排気流として定義される。
【００２５】
図１は、１つまたはそれ以上の実施形態による複合サイクル配列を使用する、発電およびＣＯ２回収のための統合化されたシステム１００の実例の概略図を示す。少なくとも１つの実施形態において、発電システム１００は、動力生産、クローズドブレイトンサイクルとして特徴づけられるガスタービンシステム１０２を含むことができる。ガスタービンシステム１０２は、シャフト１０８を経由して膨張器１０６に連結された第１またはメイン圧縮器１０４を有することができる。シャフト１０８は、いずれかの機械的、電気的および／または他の動力カップリングであることができ、それによって、膨張器１０６によって発生した機械的エネルギーの一部がメイン圧縮器１０４を駆動することを可能にする。少なくとも１つの実施形態において、ガスタービンシステム１０２は標準ガスタービンであることができ、ここで、メイン圧縮器１０４および膨張器１０６が、それぞれ、圧縮器および膨張器端部を形成する。しかしながら、他の実施形態において、メイン圧縮器１０４および膨張器１０６は、システム１０２の個別的構成要素であることができる。
【００２６】
ガスタービンシステム１０２は、ライン１１４を経由して導入される酸化剤と混合される、ライン１１２を経由して導入される燃料を燃焼させるように構成される燃焼室１１０を含むこともできる。１つまたはそれ以上の実施形態において、ライン１１２の燃料は、天然ガス、メタン、エタン、ナフサ、ブタン、プロパン、合成ガス、ディーゼル、ケロシン、航空燃料、石炭由来燃料、生物燃料、酸素化炭化水素原料またはそれらのいずれかの組み合わせなどのいずれかの適切な炭化水素ガスまたは液体を含むことができる。ライン１１４を経由する酸化剤は、燃焼室１１０に流動的に連結され、そしてライン１２０を経由して導入される供給酸化剤を圧縮するために適応される第２またはインレット圧縮器１１８から誘導することができる。１つまたはそれ以上の実施形態において、ライン１２０の供給酸化剤は、大気空気、富化空気またはそれらの組み合わせを含むことができる。ライン１１４の酸化剤が大気空気および富化空気の混合物を含む場合、富化空気を、大気空気との混合前および／または後にインレット圧縮器１１８によって圧縮することができる。富化空気は、少なくとも約３０体積％、例えば、少なくとも約３５体積％、少なくとも約４０体積％、少なくとも約４５体積％、少なくとも約５０体積％、約３０体積％〜約７０体積％、約３０体積％〜約６５体積％、約３０体積％〜約６０体積％、約３０体積％〜約５５体積％、約３０体積％〜約５０体積％、約３５体積％〜約７０体積％、約３５体積％〜約６５体積％、約３５体積％〜約６０体積％、約３５体積％〜約５５体積％、約３５体積％〜約５０体積％、約４０体積％〜約７０体積％、約４０体積％〜約６５体積％、約４０体積％〜約６０体積％、約４０体積％〜約５５体積％、約４０体積％〜約５０体積％、約４５体積％〜約７０体積％、約４５体積％〜約６５体積％、約４５体積％〜約６０体積％、約４５体積％〜約５５体積％、約４５体積％〜約５０体積％、約５０体積％〜約７０体積％、約５０体積％〜約６５体積％または約５０体積％〜約６０体積％の全酸素濃度を有することができる。
【００２７】
富化空気は、富化空気を生産するためにインレット圧縮器１１８の上流で様々な技術を実施することを含む、いくつかの供給源のいずれかの１種またはそれ以上から誘導することができる。例えば、富化空気は、膜分離、圧力スイング吸着、温度スイング吸着、窒素プラント副産物流および／またはそれらの組み合わせなどの分離技術から誘導することができる。富化空気は、圧力維持または他の目的のための窒素生産のために、低温ＡＳＵなどの空気分離ユニット（ＡＳＵ）から追加的に、または代わりとして誘導されることができる。例えば、ＡＳＵからのリジャクト流は酸素富化であることが可能であり、例えば、約５０体積％〜約７０体積％の全酸素含有量を有する。このリジェクト流は、富化空気の少なくとも一部として使用することができ、その後、必要に応じて、未処理の大気空気によって希釈し、用途のために所望の酸素濃度を得ることができる。
【００２８】
以下、より詳細に記載されるように、燃焼室１１０は、主にＣＯ２および窒素成分を有する排気ガス再循環を含む、ライン１４４の圧縮リサイクル排気ガスを受けることもでる。ライン１４４の圧縮リサイクル排気ガスは、メイン圧縮器１０４から誘導され、そして燃焼生産物の温度を調節することによって、ライン１１４の圧縮酸化剤およびライン１１２の燃料の化学量論的または実質的に化学量論的な燃焼の促進に役立つように適応されることができる。認識できるように、排気ガスを再循環させることは、排気ガス中のＣＯ２濃度を増加させるために役に立つことができる。
【００２９】
膨張器１０６のインレットに誘導されるライン１１６の排気ガスは、ライン１４４の圧縮リサイクル排気ガスの存在下で、ライン１１４の燃料およびライン１１２の圧縮酸化剤の燃焼の生産物として発生することができる。少なくとも１つの実施形態において、ライン１１２の燃料は主に天然ガスであることができ、それによって、ライン１１６を経由して、蒸発した水、ＣＯ２、窒素、酸化窒素（ＮＯｘ）および酸化硫黄（ＳＯｘ）の体積測定部分を含むことができる放出または排気ガスが発生する。いくつかの実施形態において、ライン１１２の不燃焼燃料または他の化合物の小部分も、燃焼平衡の限界のため、ライン１１６の排気ガスに存在する可能性がある。ライン１１６の排気ガスが膨張器１０６を通して膨張すると、メイン圧縮器１０４を駆動するための機械的動力、電気発電機および／または他の設備を発生させることができ、そしてライン１４４の圧縮リサイクル排気ガスの流入から生じる、高められたＣＯ２含有量を有するライン１２２のガス排気を生産することもできる。いくつかの実施において、膨張器１０６は他の目的のために使用されてもよいさらなる機械的動力を生産するために適応されてもよい。
【００３０】
追加的に、または代わりとして、発電システム１００は、蒸気ガスタービン１２８に流動的に連結された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１２６または同様のデバイスを含むことができる排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム１２４を含むことができる。少なくとも１つの実施形態において、ＨＲＳＧ１２６および蒸気ガスタービン１２８の組み合わせは、動力生産クローズドランキンサイクルとして特徴づけることができる。ガスタービンシステム１０２と組み合わせて、ＨＲＳＧ１２６および蒸気ガスタービン１２８は、天然ガス複合サイクル（ＮＧＣＣ）プラントなどの複合サイクル発電プラントの一部分を形成することができる。ライン１２２のガス排気は、ライン１３０を経由して蒸気と、ライン１３２の冷却された排気ガスとを発生させるために、ＨＲＳＧ１２６に導入することができる。追加的に、または代わりとして、ライン１３０の蒸気は、さらなる電力を発生させるために、蒸気ガスタービン１２８に送ることができる。
【００３１】
ライン１３２の冷却された排気ガスを、ライン１３２の冷却された排気ガスを冷却して、冷却されたリサイクルガス流１４０を発生させるために適応される第１の冷却ユニット１３４に送ることができる。第１の冷却ユニット１３４は、例えば、接触冷却器、トリム冷却器、蒸発冷却ユニットまたはそれらのいずれかの組み合わせの１種またはそれ以上を含むことができる。第１の冷却ユニット１３４は、水ドロップアウト流１３８を経由してライン１３２の冷却された排気ガスから、いずれかの凝縮された水の一部を除去するために、追加的に、または代わりとして適応することができる。少なくとも１つの実施形態において、水ドロップアウト流１３８は、ライン１３０の追加的な蒸気を発生させるため、水供給源を提供するために、ライン１４１を経由してＨＲＳＧ１２６に送られてもよい。追加的に、または代わりとして、水ドロップアウト流１３８を経由して回収される水は、補助熱交換プロセスなどの他の下流用途のために使用することができる。
【００３２】
ほとんどの実施形態において、冷却されたリサイクルガス流１４０は、ブースト圧縮器１４２に導かれることができる。ラインライン１３２の冷却された排気ガスを第１の冷却ユニット１３４において冷却することによって、冷却されたリサイクルガス流１４０をブースト圧縮器１４２において圧縮するために必要とされる動力を低下させることができる。従来のファンまたは送風装置システムとは対照的に、ブースト圧縮器１４２は、冷却されたリサイクルガス流１４０の全体的な密度を圧縮、したがって、増加するように構成されることができ、それによって、ライン１４５の下流において、加圧されたリサイクルガスが導かれて、したがって、ライン１４５の加圧されたリサイクルガスは、同一体積測定流に関して増加した質量流量を示すことができる。有利に、メイン圧縮器１０４が体積流れ限定である可能性があるため、メイン圧縮器１０４を通してより多くの質量流れを導くことによって、より高い放出圧力を得ることができ、それによって、膨張器１０６全体でより高い圧力比に変換されるということが証明される。膨張器１０６全体で発生するより高い圧力比は、より高いインレット温度と、したがって、膨張器１０６の動力および／または効率における増加を可能にすることができる。認識することができるように、ライン１１６のＣＯ２富化排気ガスがより高い比熱能力を一般に維持することができることが証明され得る。
【００３３】
メイン圧縮器１０４の吸引圧力は、典型的にその吸引温度の関数であることができるので、より冷たい吸引力温度では、同一質量流れに関して、メイン圧縮器１０４を動作するためにより少ない動力が一般に要求されることができる。従って、ライン１４５の加圧されたリサイクルガスは、例えば、１種またはそれ以上の直接接触冷却器、トリム冷却器、蒸発冷却ユニットまたはそれらのいずれかの組み合わせを含むことができる第２の冷却ユニット１３６に任意に導かれることができる。少なくとも１つの実施形態において、第２の冷却ユニット１３６は、ライン１４５の加圧されたリサイクルガスにおいてブースト圧縮器１４２によって発生する少なくとも一部の圧縮熱を除去するために適応させたアフタークーラーとして役に立つことができる。第２の冷却ユニット１３６は、水ドロップアウト流１４３を経由して、さらなる凝縮された水を追加的に、または代わりとして抽出することができる。いくつかのそのよう実施形態において、水ドロップアウト流１３８、１４３は、流れ１４１に収束することができ、ライン１３０を経由して追加の蒸気を発生させるためにＨＲＳＧ１２６に送られても、送られなくてもよい。第１および第２の冷却ユニット１３４、１３６のみが本明細書に示されるが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な用途に適するように、冷却ユニットのいずれかの所望の数が使用されることができる。
【００３４】
メイン圧縮器１０４は、名目上、燃焼室１１０の圧力以上の圧力までライン１４５の加圧されたリサイクルガスを受け取って、圧縮するように構成されることができ、それによって、ライン１４４の圧縮リサイクル排気ガスを発生させる。認識することができるように、ブースト圧縮器１４２の圧縮後に、第２の冷却ユニット１３６において、ライン１４５の加圧されたリサイクルガスを冷却することは、メイン圧縮器１０４への排気ガスの体積測定質量流れの増加を可能にする。従って、これは、予め定められた圧力までライン１４５の加圧されたリサイクルガスを圧縮するために必要とされる動力の量を低下させることができる。
【００３５】
多くの実施形態において、パージ流１４６は、ライン１４４の圧縮リサイクル排気ガスから回収することができ、そして、その後、ライン１５０を経由して高圧でＣＯ２を捕獲するためにＣＯ２分離器１４８で処理される。好ましくは、以下にさらに詳細に記載されるように、ＣＯ２分離器は圧力スイング吸着ユニットであることができる。ライン１５０の分離されたＣＯ２は、販売のために使用されることができ、ＣＯ２を必要とする別のプロセスに使用されることができ、および／または石油増進回収法（ＥＯＲ）、炭化水素増進回収法（ＥＨＲ）、分離または別の目的のための地上貯蔵器にさらに圧縮およびに注入することができる。ブースト圧縮器１４２からの高圧と組み合わせられたライン１１２の燃料の化学量論的または実質的に化学量論的な燃焼のため、パージ流１４６のＣＯ２分圧は、従来のガスタービン排気におけるよりも非常に高くなることができる。
【００３６】
本質的にＣＯ２が減少して、主に窒素からなる残留流１５１は、追加的に、または代わりとしてＣＯ２分離器１４８から誘導することができる。いくつかの実施形態において、残留流１５１は、ライン１５６を経由して、動力および膨張した減圧ガスまたは排気ガスを提供するために、ガス膨張器１５２に導入することができる。膨張器１５２は、例えば、動力生産窒素膨張器であることができる。示されるように、ガス膨張器１５２は、一般的なシャフト１５４または他の機械的、電気的または他の動力カップリングを通してインレット圧縮器１１８に任意に連結することができ、それによって、ガス膨張器１５２で発生する動力の一部によって、インレット圧縮器１１８を駆動することが可能となる。しかしながら、システム１００のスタートアップの間、および／または通常の操作の間、ガス膨張器１５２が、インレット圧縮器１１８を動作するために必要とされる全ての動力を供給することができない場合、電気モーターなどの少なくとも１種のモーター１５８は、ガス膨張器１５２との相乗作用で使用可能である。例えば、モーター１５８は、システム１００の通常の操作の間、モーター１５８が、ガス膨張器１５２からの動力不足を供給するように構成されることができるように、賢明にサイズ設定されることができる。しかしながら、他の実施形態において、ガス膨張器１５２は、他の用途に動力を提供するために使用されることができ、そして直接ではなくインレット圧縮器１１８に連結することができる。例えば、実質的に不適当な組合せが、膨張器１５２で発生する動力と圧縮器１１８の必要条件との間にあってもよい。そのような場合、膨張器１５２は、より少ない（またはより多くの）動力を要求し得るより小さい（またはより大きい）圧縮器（図示せず）を駆動するために適応することができるであろう。
【００３７】
主に乾燥窒素ガスからなるライン１５６の膨張した減圧ガスは、ガス膨張器１５２から放出することができる。少なくとも１つの実施形態において、ガス膨張器１５２、インレット圧縮器１１８およびＣＯ２分離器１４８の組み合わせは、オープンブレイトンサイクルおよび／または発電システム１００の第３の動力生産構成要素として特徴づけることができる。残留流１５１の窒素ガスを膨張させる従来のシステムおよび方法ならびにそれらの変形物は、当該技術において既知であると考えられ、したがって、本明細書には検討されない。
【００３８】
追加的に、または代わりとして、ガス膨張器１５２は、下流の圧縮器１５８によって置き換えられることができ、かつ／または補足されることができる。残留流１５１の少なくとも一部（全部まで）を下流の圧縮器で圧縮して、圧力維持用途のために貯蔵器への注入に適切であることが可能である圧縮排気ガスを、ライン１６０を経由して発生させることができる。ウェル圧力を維持するためにメタンガスが典型的に炭化水素ウェルに注入される用途において、残留流１５１を圧縮することは、有利であることが証明され得る。例えば、ライン１６０の加圧された窒素ガスを、その代わりに炭化水素ウェルに注入することができ、そしていずれかの残留メタンガスは、販売することができるか、またはライン１１２などの関連用途において燃料として他の様式で使用することができる。
【００３９】
ライン１１４の圧縮された酸化剤として富化空気を使用すること、そしてブースト圧縮器１４２の排気ガスに加圧することによって、発電システム１００は、排気ガス中ＣＯ２のより高濃度を達成することができ、それによって、より有効なＣＯ２分離および捕獲が可能となる。本明細書に開示される実施形態は、例えば、ライン１１６の排気ガス中のＣＯ２濃度を、約１０体積％〜約２０体積％の範囲のＣＯ２濃度まで効果的に増加させることができる。そのようなＣＯ２濃度を達成するために、燃焼室１１０は、ライン１１２の燃料と、ライン１１４の圧縮された酸化剤との入ってくる混合物を化学量論的、または実質的に化学量論的に燃焼させるために適応することができ、ここでは、ライン１１４の圧縮された酸化剤は、約３０体積％、約３５体積％、約４０体積％、約４５体積％または約５０体積％の全酸素濃度を有するなどの、約２１体積％より高い酸素含有量を有する流れ、例えば、富化空気を含むことができる。
【００４０】
化学量論的な燃焼の温度を調節するため、そして膨張器１０６インレット温度および構成要素冷却の必要条件を満たすため、ライン１４４の圧縮リサイクル排気ガスから誘導された、増加したＣＯ２含有量を有する排気ガスの一部を、希釈剤として燃焼室１１０に注入することができる。したがって、本開示の実施形態は、例えば、約２０体積％または任意により高濃度までＣＯ２濃度を有利に増加させながら、ライン１１６の排気ガスから過剰な酸素を本質的に排除することができる。そのようなものとして、ライン１２２のガス排気は、約３．０体積％未満の酸素、例えば、約１．０体積％未満の酸素、約０．１体積％未満の酸素、または約０．０１体積％未満の酸素を有することができる。
【００４１】
増加したＣＯ２濃度を有することの少なくとも１つの利点は、膨張器１０６を、同一インレットおよび放出温度に関して、より高い膨張比でも動作することができ、それによって、増加した動力を生産することができるということである。これは、外気で見られる窒素と比較して、ＣＯ２のより高い熱容量のためである可能性がある。１つまたはそれ以上の態様において、膨張器１０６の膨張比は、約１７．０から約２０．０まで増加可能であり、これはそれぞれ、約１０体積％および約２０体積％のＣＯ２リサイクル流に相当する。例えば、約３５体積％の酸素を有する富化空気は、ＣＯ２リサイクル流において約２０体積％を達成するために使用されることができる。
【００４２】
リサイクルガスにおいて増加したＣＯ２濃度を有することの追加または別の利点には、限定されないが、ＣＯ２分離のために使用される抽出されたパージ流１４６におけるＣＯ２の濃度の増加が含まれる。その増加したＣＯ２濃度のため、パージ流１４６は、ＣＯ２の必要とされる量を抽出するために大きい必要がない。例えば、ＣＯ２分離のための抽出を取り扱う装置は、より小さくなることが可能であり、その配管、熱交換器、弁、吸収剤塔などを含むことができる。そのうえ、増加したＣＯ２濃度によって、別の様式では維持できない、よりエネルギー集約型ではない溶媒を使用するなど、低エネルギー分離プロセスを使用することを含むＣＯ２除去技術の性能を改善することができる。従って、ＣＯ２を捕獲するための資本的支出を劇的に低下させることができる。
【００４３】
システム１００の操作の例について、以下に検討する。認識されるように、本明細書に開示される実施形態のいずれかの様々な構成要素において達成／経験される特定の温度および圧力は、他のファクターの間でも、使用される酸化剤の純度、ならびに／あるいは膨張器、圧縮器、冷却器などの特定の型および／またはモデル次第で変化することができる。したがって、本明細書に記載される特定のデータは、例示の目的のためのみであり、それらの唯一の解釈として解釈されてはならないことを認識するべきである。一実施形態において、インレット圧縮器１１８は、約２８０ｐｓｉａ（約１．９ＭＰａａ）〜約３００ｐｓｉａ（約２．１ＭＰａａ）の圧力においてライン１１４の圧縮酸化剤を提供することができる。しかしながら、約７５０ｐｓｉａ（約５．２ＭＰａａ）以上までの圧力を生産および消費することができるエアロデリバティブガスタービン技術もまた、本明細書に考察される。
【００４４】
メイン圧縮器１０４は、名目上、燃焼室１１０の圧力以上の圧力でライン１４４のリサイクルされた排気ガスを圧縮リサイクル排気ガスにリサイクルおよび圧縮するように、そして燃焼室１１０において希釈剤としてそのリサイクルされた排気ガスの一部を使用するように構成することができる。燃焼室１１０で必要とされる希釈剤の量が、化学量論的な燃焼のために使用される酸化剤の純度、または膨張器１０６の特定のモデル／デザイン次第でありえるので、熱電対および／または酸素センサーの環（図示せず）を膨張器１０６のアウトレット上に配置することができる。操作中、希釈剤が、必要とされる膨張器インレット温度まで燃焼の生産物を冷却する必要があったため、熱電対および／またはセンサーを、必要とされる排気ガスの体積を調節および決定するために、そのうえ、燃焼室１１０に注入される酸化剤の量を調節するためにフィードバックを提供するために適応することができ。したがって、熱電対で検出される熱必要条件および／または酸素センサーで検出される酸素レベルに応じて、ライン１４４の圧縮リサイクル排気ガスおよびライン１１４の圧縮酸化剤の体積測定質量流れは、要求を追跡するため、上または下に操作することができる。
【００４５】
少なくとも１つの実施形態において、約１２〜１３ｐｓｉ（約８３〜９０ｋＰａ）の圧力低下は、化学量論的または実質的に化学量論的な燃焼の間、燃焼室１１０全体で経験することができる。ライン１１２の燃料およびライン１１４の圧縮酸化剤の燃焼によって、約２０００°Ｆ（約１０９３℃）〜約３０００°Ｆ（約１６４９℃）の温度および約２５０ｐｓｉａ（約１．７ＭＰａａ）〜約３００ｐｓｉａ（約２．１ＭＰａａ）の範囲の圧力を発生させることができる。上記の通り、ライン１４４の圧縮リサイクル排気ガスから誘導されるＣＯ２富化排気ガスの増加した質量流れおよびより高い比熱能力のため、膨張器１０６全体でより高い圧力比を達成することができ、それによって、より高いインレット温度および増加した膨張器１０６動力が可能となる。
【００４６】
膨張器１０６を出たライン１２２のガス排気は、周囲、例えば、約１３〜１７ｐｓｉａ（約９０〜１２０ｋＰａａまたはその付近の圧力を示すことができる。１２２のガス排気の温度は、ライン１３０の蒸気およびライン１３２の冷却された排気ガスを発生させるためにＨＲＳＧ１２６を通過する前に、約１２２５°Ｆ（約６６３℃）〜約１２７５°Ｆ（約６９１℃）であることができる。１つまたはそれ以上の実施形態において、冷却しているユニット１３４は、ライン１３２の冷却された排気ガスの温度を低下させることができ、それによって、約３２°Ｆ（約０℃）〜約１２０°Ｆ（約４９℃）の温度を有する冷却されたリサイクルガス流体１４０を発生させる。認識することができるように、そのような温度は、例えば、世界の特定の位置において特定の季節の間に湿球温度に応じて変動することができる。
【００４７】
１つまたはそれ以上の実施形態に従って、ブースト圧縮器１４２は、冷却されたリサイクルガス流体１４０の圧力を、約１７ｐｓｉａ（約１２０ｋＰａａ）〜約２１ｐｓｉａ（約１４０ｋＰａａ）の範囲の圧力まで高めるように構成することができる。その結果、メイン圧縮器１０４は、最終的に、より高密度かつ増加した質量流れを有するリサイクルされた排気管を受け取って、圧縮することができて、それによって、同一または同様の圧力比を維持しながら、実質的により高い放出圧力を可能にする。リサイクル排気ガスの密度および質量流れをさらに増加させるため、次いで、ブースト圧縮器１４２から出るライン１４５の加圧されたリサイクルガスを、いくつかの実施形態において、ライン１４５の加圧されたリサイクルガス温度を、メイン圧縮器１０４に導かれる前に、約１０５°Ｆ（約４１℃）まで低下させるように構成されることができる任意の第２の冷却ユニット１３６でさらに冷却することができる。
【００４８】
追加的に、または代わりとして、メイン圧縮器１０４から出るライン１４４の圧縮リサイクル排気ガスの温度、したがって、パージ流１４６の温度は、約２８０ｐｓｉａ（約１．９ＭＰａａ）の圧力で、約８００°Ｆ（約４２７℃）であることができる。ブースト圧縮器１４２の追加および富化空気の化学量論的な燃焼によって、パージ流１４６中のＣＯ２パージ圧力を増加することができ、そして、より高いＣＯ２分圧のため、ＣＯ２分離器１４８における改善された溶媒処理性能を導くことができる。
【００４９】
スイング吸着プロセス−概要
圧力スイング吸着（ＰＳＡ）は、値の範囲を通って、吸着剤の層上の圧力を変動またはサイクルすることに依拠する。ＰＳＡプロセスにおいて、ガス混合物は、しばらくの間、圧力下で、通常、ガス混合物から除去されるべき汚染物質と見なされる１種またはそれ以上の成分に対して選択的または相対的に選択的である固体吸着剤の第１の層に送達される。例えば、供給を、供給圧力でＰＳＡ装置に導入することができる。供給圧力において、供給の成分（ガス）の１種またはそれ以上は、選択的（または相対的に選択的）に吸着されることが可能であるが、一方、１種またはそれ以上の他の成分（ガス）は、より低いか最小限の吸着によって通過することができる。選択的に吸着されるガスを、供給の「重質」成分と呼ぶことができ、一方、選択的に吸着されないガスを、供給の「軽質」成分と呼ぶことができる。便宜上、供給の「重質」成分という記載は、特に明記されない限り、選択的に吸着される全ての成分（ガス）を指すことができる。同様に、「軽質」成分という記載は、特に明記されない限り、選択的に吸着されない全ての成分（ガス）を指すことができる。一定期間後、ＰＳＡ装置への供給の流れを停止することができる。供給の流れは、予め定められたスケジュールに基づき、１種またはそれ以上の重質成分のブレークスルーの検出に基づき、吸着剤の全体の能力の少なくとも閾値パーセントに相当する重質成分の吸着に基づき、または他のいずれかの都合のよい特徴に基づき、停止することができる。次いで、反応器の圧力は、選択的に吸着された成分（ガス）が吸着剤から放出することが可能である脱着圧力まで低下させることができる。任意選択的に、選択的に吸着された成分（ガス）の放出を促進するための圧力低下の前、間および／または後に、１種またはそれ以上のパージガスを使用することができる。その性質次第で、完全なＰＳＡサイクルは、ほぼ一定の温度で任意に実行することができる。ＰＳＡは通常、少なくとも吸着によって可能であり、通常ガス成分上で生じるため、「吸着」／「吸着剤」および「ガス」という用語が本明細書および請求の範囲の記載に使用されるが、範囲を限定することを意図せず、「吸収」／「吸収剤」／「吸着剤」／吸着」および「成分」がより一般に適用可能であり得る。
【００５０】
完全なサイクルを可能にするために、複数の層を使用することができ、典型的に層ごとに連続して同一サイクルを経験する。第１のＰＳＡ反応器が、十分に飽和している反応器中の吸着剤などの条件を満たす場合、供給の流れを第２の反応器に移すことができる。次いで、第１のＰＳＡ反応器は、吸着されたガスが放出されることによって再生することができる。連続的な供給の流れを可能にするため、第１のＰＳＡ反応器は、反応器を切り換える条件を満たす少なくとも１つの他のＰＳＡ反応器の前に再生して仕上げられるように、十分な数のＰＳＡ反応器および／または吸着剤層を使用することができる。
【００５１】
スイング吸着プロセス−プロセスサイクル
様々な態様において、ＰＳＡ反応器は、ＣＯ２およびＮ２を含有する流れにおいて分離を実行するために使用することができる。そのような流れの例は、動力をガスタービンに提供するための燃焼反応からの排気流を含むことができる。好ましくは、排気流は、酸素および燃料の量に関して実質的に化学量論的な組成で実行される燃焼反応からの排気であることができる。ＰＳＡによる分離のための供給として使用する前、排気流は、水を除去するための凝縮、過剰な燃料を除去するための燃焼、ＮＯｘ種の除去のための吸着、および／またはＣＯ２およびＮ２とは異なる成分を除去するための他の種類の処理などのさらなる処理を受けることができる。いくつかの態様において、ＰＳＡ反応器のための供給として使用される排気流の部分は、約１．０体積％未満、例えば、約０．５体積％未満の含水量を有することができる。追加的に、または代わりとして、ＰＳＡ反応器のための供給として使用される排気流の部分は、約３．０体積％未満、例えば、約１．０体積％未満または約０．５体積％未満のＯ２含有量を有することができる。さらに追加的に、または代わりとして、ＰＳＡ反応器への供給は、ＣＯ２およびＮ２から実質的に構成されることができ、ＣＯ２およびＮ２とは異なる投入ガス供給の成分は、それぞれ、約１．０体積％以下、例えば、それぞれ、約０．５体積％未満の量で存在する。なおさらに追加的に、または代わりとして、ＣＯ２およびＮ２から実質的に構成される供給において、ＣＯ２およびＮ２以外の成分の組み合わせられた体積％は、約２．０体積％以下、例えば約１．０体積％以下、または０．５体積％以下であることができる。
【００５２】
分離を実行するために、排気流リサイクルループからのパージ流などのリサイクルされた排気流の一部をＰＳＡ反応器に導入することができる。リサイクルされた排気流の部分は、燃焼反応への投入ガス流の一部として使用するために、リサイクルされた排気流の温度および圧力が変更された後（および／または所望の温度および圧力が得られた後）、ある位置で排気リサイクルシステムから引き出すことができる。リサイクルシステムのそのような点で、排気流は、約３００℃〜約６００℃、例えば、約３００℃〜約５５０℃、約３００℃〜約５００℃、約３００℃〜約４５０℃、約３００℃〜約４００℃、約３５０℃〜約６００℃、約３５０℃〜約５５０℃、約３５０℃〜約５００℃、約３５０℃〜約４５０℃、約４００℃〜約６００℃、約４００℃〜約５５０℃、約４００℃〜約５００℃、約４２５℃〜約６００℃、約４２５℃〜約５５０℃、約４２５℃〜約５００℃、約４２５℃〜約４６０℃、約４５０℃〜約６００℃、約４５０℃〜約５５０℃、約５００℃〜約６００℃の温度を有することができる。追加的に、または代わりとして、温度は、少なくとも約３２５℃、例えば、少なくとも約３５０℃、少なくとも約４００℃、少なくとも約４２５℃、少なくとも約４４０℃であることができる。さらに追加的に、または代わりとして、温度は、約５７５℃以下、約５５０℃以下、約５００℃以下、約４７５℃以下、約４６０℃以下、約４４０℃以下であることができる。なおさらに追加的に、または代わりとして、リサイクルされた排気流の圧力は、少なくとも約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）、例えば、少なくとも約１５ｂａｒａ（約１．５ＭＰａａ）、少なくとも約２０ｂａｒａ（約２．０ＭＰａａ）、少なくとも約２５ｂａｒａ（約２．５ＭＰａａ）、少なくとも約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）であることができる。なおさらに追加的に、または代わりとして、圧力は、約６０ｂａｒａ（６．０ＭＰａａ）以下、例えば、約５０ｂａｒａ（約５．０ＭＰａａ）以下、約４０ｂａｒａ（約４．０ＭＰａａ）以下、約３５ｂａｒａ（約３．５ＭＰａａ）以下、約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）以下、約２５ｂａｒａ（約２．５ＭＰａａ）以下、約２２．５ｂａｒａ（約２．２５ＭＰａａ）以下であることができる。いくつかの他の態様において、引き出された部分が同様の温度および圧力値を有する限り、リサイクルされた排気流の部分を引き出すための他の位置を選択することができる。
【００５３】
いくつかの態様において、リサイクルされた排気流は、リサイクル流の温度および圧力に相当することができる分離温度および分離圧力でＰＳＡ反応器に導入することができる。しかしながら、リサイクルシステムからのリサイクルされた排気流の部分の引き出しと、ＰＳＡ反応器へのリサイクルされた排気流の導入との間で、温度および／または圧力のいくらかの変動は生じてもよい。例えば、ＰＳＡ反応器に導入されるリサイクルされた排気流の部分のための分離温度は、リサイクルシステムの温度とは約２０℃以下、例えば、約１５℃以下、または約１０℃以下異なることができる。分離温度とリサイクル流の温度に関して同様の温度を有すること（すなわち、約０℃の差異）は、列挙された差異に含まれるが、いくつかのまれな実施形態において、温度差は０℃を任意に除外することができることは留意される。追加的に、または代わりとして、ＰＳＡ反応器に導入されるリサイクルされた排気流の部分のための分離圧力は、リサイクルシステムの圧力とは約５ｂａｒ（０．５ＭＰａ）以下、例えば、約２ｂａｒａ（０．２ＭＰａ）以下、約１ｂａｒａ（約０．１ＭＰａ）以下、または約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）以下異なることができる。
【００５４】
排気流がＰＳＡ反応器に導入される場合、排気流のＮ２は「軽質」成分に相当し、ＣＯ２は「重質」成分に相当する。したがって、Ｎ２は主に反応器を通過することができるが、ＣＯ２は反応器内で選択的に吸着されることができる。供給からのＣＯ２の吸着によって、生産物Ｎ２流を得ることができる。供給は、供給を別のＰＳＡ反応器に切り替えるか、または別の様式で供給ガスの流れを停止するための１つまたはそれ以上の予め定義された基準が満たされるまで、ＰＳＡ反応器を通過させることができる。いずれかの都合のよい予め定義された基準を使用することができる。例えば、供給は、特定の時間、反応器を通過させることができる。追加的に、または代わりとして、ＣＯ２のブレークスルー量が生産物Ｎ２流に検出されるまで、供給を反応器に通過させることができる。さらに追加的に、または代わりとして、反応器に入ったＣＯ２の量が、反応器の吸着能力の閾値とほぼ等しくなるまで、供給を反応器に通過させることができる。こうした状況では、例えば、反応器に入ったＣＯ２の量が、反応器中の吸着性材料の吸着能力の少なくとも約７５％、例えば少なくとも約８０％、少なくとも約８５％または少なくとも約９０％とほぼ等しくなるまで、供給を反応器に通過させることができる。典型的なＰＳＡサイクルは、約３０秒〜約３００秒間、例えば、約６０秒〜約１２０秒間、供給を反応器に導入することを含むことができる。
【００５５】
生産物Ｎ２流は、少なくとも約８５体積％、例えば、少なくとも約８８体積％、少なくとも約９０体積％、少なくとも約９２体積％、少なくとも約９３体積％、少なくとも約９４体積％、少なくとも約９５体積％、少なくとも約９６体積％、少なくとも約９７体積％、または少なくとも約９８体積％の純度を有することができる。水の任意の除去後、生産物Ｎ２流は、少なくとも約９０体積％、例えば、少なくとも約９５体積％、少なくとも約９７体積％、少なくとも約９８体積％、または少なくとも９９体積％の純度を有することができる。Ｎ２流の圧力は、ＰＳＡ反応器への投入として使用されるリサイクルされた排気の圧力の少なくとも約９０％、例えば、少なくとも約９５％であることができる。追加的に、または代わりとして、Ｎ２流の圧力は、分離圧力とは、約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）未満、例えば、約０．３ｂａｒ（約３０ｋＰａ）未満または約０．１ｂａｒ（約１０ｋＰａ）未満異なることができる。さらに追加的に、または代わりとして、ＰＳＡ反応器に導入されるリサイクルされた排気流の部分のための分離温度は、Ｎ２生産物流の温度とは、約２０℃以下、例えば、約１５℃以下または約１０℃以下異なることができる。分離温度とリサイクル流の温度に関して同様の温度を有すること（すなわち、約０℃の差異）は、列挙された差異に含まれるが、いくつかのまれな実施形態において、温度差は０℃を任意に除外することができることは留意される。追加的に、または代わりとして、Ｎ２生産物流の温度は、少なくとも、分離サイクルの吸着部分の間のＰＳＡ反応器の温度（吸着温度）であることができる。
【００５６】
供給を停止した後、例えば、ＰＳＡ反応器の圧力は、例えば、１つまたはそれ以上のブローダウンプロセスを使用することによって低下させることができる。ブローダウンプロセスにおいて、ＰＳＡ反応器の一方または両方の側面を、ブローダウンガス流の形態で放出するために圧力を可能にするため開封することができる。ブローダウンガス流は、一般に、Ｎ２の多数部分を含むことができ、そして典型的にいくらかのＣＯ２を含むこともできる。ブローダウンプロセスで放出される吸着されたＣＯ２の量は、吸着剤の性質次第であることができる。いくつかの従来のＰＳＡ反応器において、ブローダウンガス流は、反応器の供給投入面から排気されることができる。あるいは、１種またはそれ以上のブローダウンガス流は、反応器の生産物面から排気されることができる。例えば、１つの選択としては、反応器の生産物面から出る初期ブローダウンプロセスと、続いて、ガス流が反応器の両側から出ることを可能にする第２のブローダウンプロセスとを有することが含まれる。ブローダウンプロセスは、反応器の圧力を、約０．９ｂａｒａ（約９０ｋＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）、例えば、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）、約１．１ｂａｒａ（約１１０ｋＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）、約１．３ｂａｒａ（約１３０ｋＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）、約０．９ｂａｒａ（約９０ｋＰａａ）〜約２．６ｂａｒａ（約２６０ｋＰａａ）、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約２．６ｂａｒａ（約２６０ｋＰａａ）、約１．１ｂａｒａ（約１１０ｋＰａａ）〜約２．６ｂａｒａ（約２６０ｋＰａａ）、約１．３ｂａｒａ（約１３０ｋＰａａ）〜約２．６ｂａｒａ（約２６０ｋＰａａ）、約０．９ｂａｒａ（約９０ｋＰａａ）〜約２．０ｂａｒａ（約０．２ＭＰａａ）、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約２．０ｂａｒａ（約０．２ＭＰａａ）、約１．１ｂａｒａ（約１１０ｋＰａａ）〜約２．０ｂａｒａ（約０．２ＭＰａａ）、または約１．３ｂａｒａ（約１３０ｋＰａａ）〜約２．０ｂａｒａ（約０．２ＭＰａａ）の値まで低下させることができる。多くの実施形態において、反応器中で気圧より高い圧力を維持することは、脱着が所望であるその後のパージ工程まで吸着剤がＣＯ２を保持することを促進することができる。いくつかの実施形態において、ブローダウンプロセスのための時間が、約３０秒〜約１２０秒であることができる。
【００５７】
いくつかの態様において、複数のブローダウン工程の使用は、その後プロセスにより容易であるブローダウン流を作成することにとって望ましくなる可能性がある。例えば、排気ガスからのＣＯ２の吸着の間、反応器中で典型的に、反応器の背面（投入）端部付近で非吸着ＣＯ２のより高い含有量および反応器の出口（前面）端部付近でＣＯ２のより低い含有量のプロフィールが展開することができる。このプロフィールに基づき、反応器の出口（前面）端部のみからの部分的ブローダウンは、低ＣＯ２含有量でブローダウン産出を生産するために使用することができる。この初期のブローダウン工程によって、反応器を通してより均一に分配される反応器の背面（投入）端部付近で、より高いＣＯ２含有量を生じることができる。これが生じると、次いで、所望のより低い圧力が達成されることができるまで、それはブローダウン産出流が反応器の両端から出ることを可能にすることがより効率的となる可能性がある。
【００５８】
好ましくは、バッファガスは、排気ガスの流れを停止することと、ブローダウンプロセス工程を始開始することとの間の時間は反応器に導入されない。追加的に、または代わりとして、ブローダウンプロセス工程が、さらなるガスを反応器に導入することなく実行されることができることが好ましくなる可能性がある。排気ガスの流れを停止した後のそのようなガスの導入は、典型的に、低い値の流れへの値のさらなる損失をもたらす可能性があるため、ブローダウン工程でバッファガスおよび／またはさらなるガスの使用を回避することが望ましくなる可能性がある。例えば、ブローダウン工程によって発生する産出フローは、定義上、排気ガスの分離の間に発生する生産物Ｎ２流と比較して、より低圧の産出流である。したがって、ブローダウン産出のＮ２は、典型的に、発電の観点から、その値の大きな損失を有する。さらなる使用の前に、ブローダウン産出流のＮ２は、おそらく再圧縮される必要がある可能性がある。排気ガスの流れが停止した後に、さらなるＮ２を添加することは、この低い値の産出流におけるＮ２の量を典型的に増加することができるのみである。ブローダウン産出流は、好ましくはＣＯ２が相対的に低くなることができ、その後のパージ工程の開始まで可能な限り同程度のＣＯ２を保持することが一般に望ましくなる可能性がある。ブローダウン流の一部としてＰＳＡ反応器を出るいずれかのＣＯ２は、所望のＣＯ２生産物流以外の流れのさらなるＣＯ２を表す。このさらなるＣＯ２は、典型的に低濃度であることができ、次いで、可能な限り高い炭素捕獲および回収の量を達成することが所望であるならば、別々に取り扱われる必要があることができる。したがって、さらなるＣＯ２をここで添加することも、典型的に望ましくない。最終的に、そのようなガスの導入が分離を必要とする別の成分をおそらく生じる可能性があるため、ＣＯ２、Ｎ２またはＨ２Ｏとは異なる第３のガスを添加することは望ましくなり得ない。
【００５９】
ブローダウンプロセスの後、１種またはそれ以上のパージガス流は、反応器から吸着されたＣＯ２を除去するために使用することができる。１つの選択として、ＣＯ２の脱着を促進するため、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）、例えば、約１．１ｂａｒａ（約１１０ｋＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）、約１．３ｂａｒａ（約１３０ｋＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約２．６ｂａｒａ（約２６０ｋＰａａ）、約１．１ｂａｒａ（約１１０ｋＰａａ）〜約２．６ｂａｒａ（約２６０ｋＰａａ）、約１．３ｂａｒａ（約１３０ｋＰａａ）〜約２．６ｂａｒａ（約２６０ｋＰａａ）、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約２．０ｂａｒａ（約０．２ＭＰａａ）、約１．１ｂａｒａ（約１１０ｋＰａａ）〜約２．０ｂａｒａ（約０．２ＭＰａａ）、または約１．３ｂａｒａ（約１３０ｋＰａａ）〜約２．０ｂａｒａ（約０．２ＭＰａａ）の圧力の蒸気パージを使用することを含むことができる。他の選択として、３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）より高い、例えば、少なくとも４．０ｂａｒａ（０．４ＭＰａａ）、少なくとも５．０ｂａｒａ（０．５ＭＰａａ）、３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）より高く〜約２０ｂａｒａ（約２ＭＰａａ）、３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）より高く〜約１５ｂａｒａ（約１．５ＭＰａａ）、３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）より高く〜約１０ｂａｒａ（約１ＭＰａａ）、３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）より高く〜約８ｂａｒａ（約０．８ＭＰａａ）、３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）より高く〜約６ｂａｒａ（約０．６ＭＰａａ）、３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）より高く〜約５ｂａｒａ（約０．５ＭＰａａ）、４．０ｂａｒａ（０．４ＭＰａａ）〜約２０ｂａｒａ（約２ＭＰａａ）、４．０ｂａｒａ（０．４ＭＰａａ）〜約１５ｂａｒａ（約１．５ＭＰａａ）、４．０ｂａｒａ（０．４ＭＰａａ）〜約１０ｂａｒａ（約１ＭＰａａ）、４．０ｂａｒａ（０．４ＭＰａａ）〜約８ｂａｒａ（約０．８ＭＰａａ）、４．０ｂａｒａ（０．４ＭＰａａ）〜約６ｂａｒａ（約０．６ＭＰａａ）、４．０ｂａｒａ（０．４ＭＰａａ）〜約５ｂａｒａ（約０．５ＭＰａａ）、５．０ｂａｒａ（０．５ＭＰａａ）〜約２０ｂａｒａ（約２ＭＰａａ）、５．０ｂａｒａ（０．５ＭＰａａ）〜約１５ｂａｒａ（約１．５ＭＰａａ）、５．０ｂａｒａ（０．５ＭＰａａ）〜約１０ｂａｒａ（約１ＭＰａａ）、５．０ｂａｒａ（０．５ＭＰａａ）〜約８ｂａｒａ（約０．８ＭＰａａ）、または５．０ｂａｒａ（０．５ＭＰａａ）〜約６ｂａｒａ（約０．６ＭＰａａ）の圧力の蒸気パージを使用することを含むことができる。蒸気パージは、Ｈ２Ｏおよびより少ない量のＮ２を含むこともできる生産物ＣＯ２産出流を生じることができる。いくつかの実施形態において、蒸気パージを約２５秒〜約６０秒間継続することができる。水の除去後、生産物ＣＯ２流は、少なくとも約６０％、例えば、少なくとも約６５％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５体積％、少なくとも約９０体積％、少なくとも約９２体積％、少なくとも約９４体積％、少なくとも約９５体積％、少なくとも約９６％、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、少なくとも約９９％、少なくとも約９９．３％、または少なくとも約９９．５％の純度を有することができる。追加的に、または代わりとして、回収されたＣＯ２の量は、少なくとも約８０体積％、例えば、少なくとも約８５体積％、少なくとも約９０体積％、少なくとも約９２体積％、少なくとも約９４体積％、少なくとも約９５体積％、少なくとも約９６％、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、少なくとも約９９％、少なくとも約９９．３％、または少なくとも約９９．５％に相当することができる。
【００６０】
蒸気パージで使用される蒸気の量は、供給中のＣＯ２の１モルあたり約１．０モル以下の水、例えば、供給中のＣＯ２の１モルあたり約０．９モル以下の水、供給中のＣＯ２の１モルあたり約０．７５モル以下の水、供給中のＣＯ２の１モルあたり約０．６モル以下の水、供給中のＣＯ２の１モルあたり約０．５モル以下の水、供給中のＣＯ２の１モルあたり約０．４モル以下の水に相当することができる。使用される蒸気の量がＣＯ２回収のために使用されるエネルギー量に典型的に相当することができるので、パージ中により少ない蒸気が使用されることが有利である可能性がある。供給は少なくとも５０モル％、しばしば、少なくとも７５モル％のＮ２を典型的に含有することができることに留意する。したがって、供給中のガス（Ｎ２およびＣＯ２の両方を含む）の全モルあたりの水のモル数の比較は、なお低い値、例えば、供給中のガスの１モルあたり約０．５モル以下の水、供給中のガスの１モルあたり約０．４モル以下の水、供給中のガスの１モルあたり約０．３モル以下の水、供給中のガスの１モルあたり約０．２５モル以下の水、供給中のガスの１モルあたり約０．２モル以下の水、供給中のガスの１モルあたり約０．１５モル以下の水、供給中のガスの１モルあたり約０．１モル以下の水を生じることができる。蒸気パージで使用される蒸気のゼロ以外の量があるそのような実施形態において、蒸気のモル比は、供給中のＣＯ２の１モルあたり少なくとも約０．０５モル以下の水（例えば、供給中のＣＯ２の１モルあたり少なくとも約０．１モル以下の水、供給中のＣＯ２の１モルあたり少なくとも約０．２モル以下の水、または供給中のＣＯ２の１モルあたり少なくとも約０．３モル以下の水）であることができ、かつ／または供給中のガスの１モルあたり少なくとも約０．０１モル以下の水（例えば、供給中のガスの１モルあたり少なくとも約０．０２モル以下の水、供給中のガスの１モルあたり少なくとも約０．０５モル以下の水、または供給中のガスの１モルあたり少なくとも約０．１モル以下の水）であることができる。
【００６１】
蒸気パージの後、反応器から水およびいずれかの残存するＣＯ２を除去するために、第２の窒素パージを任意に使用することができる。第２のパージが使用されない場合、次サイクルのＮ２産出流は、より高い含水量を有し得るが、さらなる水が有意に分離プロセスに影響を与えるとは考えられない。第２の窒素パージが使用される場合、それは約１０秒〜約４５秒間実行されることができる。蒸気パージおよび任意の第２の窒素パージ後、次いで、反応器は、次の分離サイクルを開始するために再加圧することができる。再加圧は、投入供給（リサイクルされた排気ガス）を使用して実行することができる。あるいは、しかし好ましくは、そのような第２のパージは、パージ工程の終了と、Ｎ２およびＣＯ２の分離のために排気ガスを導入する次のサイクルの開始との間のバッファガス流に相当する可能性があるため、第２の窒素パージなどの第２のパージは実行されなくてもよい。上記の理由のため、そのようなバッファ工程は低い値のガス流体に関してさらなる体積を生じる傾向がある可能性があるため、さらなるバッファガス工程は典型的に望ましくない可能性がある。
【００６２】
他の実施形態において、ＰＳＡサイクルの脱着工程においてパージガスとして蒸気は故意に使用されない。そのような他の実施形態において、パージガスが少しでも使用される場合、それは水を故意に含まないが、例えば、窒素パージを含むことができる（例えば、約１０秒〜約６０秒間、約１０秒〜約５０秒間、約１０秒〜約４５秒間、約１５秒〜約６０秒間、約１５秒〜約５０秒間、約１５秒〜約４５秒間、約２０秒〜約６０秒間、約２０秒〜約５０秒間、約２０秒〜約４５秒間、約２５秒〜約６０秒間、約２５秒〜約５０秒間、または約２５秒〜約４５秒間継続することができる）。蒸気が故意に添加されないそのような実施形態においても、いくらかの水／蒸気は、それにもかかわらず、使用されるいずれかのパージ流の不純物／汚染物質として存在してもよいことは理解されるべきである。そのような他の実施形態において、故意に添加された蒸気を使用しないことによって、ＰＳＡプロセスからのＣＯ２が直接にＣＯ２圧縮器に導入されることを可能にし、例えば、石油増進回収プロセスのウェル注入のために、冷却器または熱交換器などの中間装置を必要としない。この他の実施形態において、ＣＯ２の同様の回収および／または純度を達成することができるが、明らかに、そのような実施形態においてそれらの回収および／または純度を達成するために、水が除去される必要はない。
【００６３】
バッファガスの使用を低下／最小化する願望を特徴づける追加／別の方法は、プロセスサイクルの間のＰＳＡ反応器に全ガス投入流を特徴づけることによることができる。上記のプロセスにおいて、プロセスの完全サイクルは、分離のために反応器に初期のガス流を通過させること、投入ガス流からＣＯ２を吸着すること、Ｎ２生産物流を回収すること、反応器の圧力をブローダウンすること、そして任意に第２のパージ流を含む蒸気で反応器をパージすることに相当することができる。蒸気パージのみが使用される場合、プロセスサイクル間のＰＳＡ反応器への主な投入ガス流は、リサイクルされた排気ガスおよび蒸気パージの投入ガス流を含むことができる。好ましくは、これらの主投入流は、ＰＳＡ反応器への全ガス流の少なくとも約９０体積％、例えば、少なくとも約９５体積％、少なくとも約９８体積％または少なくとも約９９体積％に相当することができる。Ｎ２の第２のパージまたは別の第２のパージガスが使用される場合、プロセスサイクルの間のＰＳＡ反応器への主投入ガス流は、リサイクルされた排気ガス、蒸気パージおよび第２のパージの投入ガス流を含むことができる。好ましくは、そのような実施形態において、これらの主投入流は、ＰＳＡ反応器への全ガス流の少なくとも約９０体積％、例えば、少なくとも約９５体積％、少なくとも約９８体積％または少なくとも約９９体積％に相当することができる。
【００６４】
図２は、ＣＯ２およびＮ２を含有する排気ガスを分離するために適切な圧力スイング吸着ユニット中に、または圧力スイング吸着ユニットからのガス流の例を概略的に示す。図２中、圧力スイング吸着反応器２１０は、反応器の第１の側面または背面側面からの分離のためにＣＯ２およびＮ２を含有する供給２０５を受け取ることができる。Ｎ２生産物流２０２は、反応器の第２の側面または前方側面から出ることができる。ＣＯ２のブレークスルー後などの一定期間後、ＰＳＡへの供給を停止することができる。次いで、反応器で圧力を低下させるために、１つまたはそれ以上であるブローダウンプロセスを実行することができる。図２中、前方ブローダウン産出２２２が示される。任意に、背面ブローダウンまたは背面および前方の両ブローダウンのいずれかが、前方ブローダウン２２２の代わりに使用されることができる。次いで、蒸気パージ２１５などのパージ流れを、反応器の前方側面に導入することができる。パージ流は、ＣＯ２生産物流２１２を生産するために、吸着剤からＣＯ２を脱着することを促進することができる。
【００６５】
本明細書に図のいずれにも特に詳細に描写されないが、ＰＳＡプロセスの精製されたＣＯ２産出は、地表および／または地下の堆積物（例えば、従来のダウンホール油／天然ガス貯蔵器、非慣習的な貯蔵器／ウェル、シェール油鉱床、シェールガス鉱床、タイトガスサンド、ストランデッドガス鉱床、フラッキング堆積物など）から油、ガスまたは関連する炭化水素を回収する用途で使用することができる。これらの実施形態で多くにおいて、相対的に高いＣＯ２純度は、例えば、効率を増加させ、かつ不純物を圧縮することと関連した費用を低下させるために望ましくあり得る。それにもかかわらず、ある種のこれらの実施形態において、石油／ガス／炭化水素増進回収の少なくとも一部が、より低いＣＯ２純度（例えば、約６０％〜約８５％、または約６０％〜約８０％）を効率的に利用することができ、そして特に、ＣＯ２流純度の順応性（の増加）が可能である本発明による方法とは異なる利点を提供することができる（例えば、連続した異なる純度が使用されるステージドフラッド）。そのような順応性がある純度調節は、時間とともに老化する可能性がある特定の堆積物／貯蔵器、ならびに／あるいは特定の堆積物の品質によって整列することができる。
【００６６】
スイング吸着プロセス−反応器構成
吸着剤の層は、軸方向および／または半径方向の流れ方向を含む流路をガスに提供するために、いずれかの都合のよい様式で配置されることができる。吸着剤の層を保持する容器は、いずれかの都合のよい様式で、流れ方向に関して配向することができる。ＰＳＡ反応器のための１つ典型的な配向は、流れの方向が反応器の長軸または主軸に整列される反応器を有することができることである。この例は、投入ガス流が上部または底面を通ってシリンダーに入る垂直シリンダーの形態のＰＳＡ反応器を有することを含む。これは、ガス流の方向に関してＰＳＡ反応器の従来の構成に相当することができるが、大きい流体積を取り扱うためにプロセスを拡大することは問題点を提起する可能性がある。例えば、ＰＳＡ反応器のための典型的な長さ対直径の比は、約３〜１（約１０メートルの長さと約３メートルの直径を有する反応器など）であることができる。そのような反応器のサイズを増やすことは、反応器全体で、典型的に望ましくない圧力低下の増加が一般に起こる可能性がある。したがって、大きいガス流を取り扱うため、軸流ＰＳＡ反応器を拡大するために、複数の反応器を典型的に使用することができる。
【００６７】
追加的に、または代わりとして、反応器の長軸または主軸がガス流の方向に対して垂直であることができるＰＳＡ反応器を使用することができる。例えば、ＰＳＡ反応器は、ガス流の方向に対して垂直な平行のプレートの長軸に平行の吸着剤のプレートを含むことができる。これは、ガス流が反応器を横切るために移動しなければならない距離を低下させながら、軸流配向の単一反応器で配置されるＣＯ２を捕獲するための吸着剤の非常により大きい体積を可能にする。その結果、この種類の構成は、大きい投入ガス流の体積をなお取り扱いながら、ＰＳＡ反応器全体で圧力低下を低下させることができる。これは、大きい流れを取り扱うために必要とされる別々の反応器の数を減少させることができる。
【００６８】
一例として、水平に配向されたＰＳＡ反応器は、例えば、約３０メートルの長軸と約４メートルの短軸を有する、ほぼ長方形の吸着剤の平行のプレートを有することができる。水平構成において、投入ガスは、短軸を横切って流れに導入されることができる。これは、長軸に相当する反応器の側面に沿って、いくつかの位置で投入ガスを導入することによって完成させることができる。次いで、投入ガスを長軸の全体の長さに沿って分配することができるように、流れ分配器をＰＳＡ反応器中に使用することができる。大きいガス流量のために、ＰＳＡ反応器の長軸を横切って原料を分配することからの圧力低下は、複数の従来の軸流ＰＳＡ反応器を通って、そのような大きいガス流量を強制することを試みるよりも低くなる可能性がある。
【００６９】
スイング吸着プロセス−吸着性材料
様々な態様において、スイング吸着プロセスは、組み合わせられた発電プロセスの他の態様のために有利な温度および圧力で、Ｎ２をＣＯ２から分離するために実行することができる。例えば、リサイクルされた排気ガスは、約３００℃〜約６００℃の温度（例えば、約３００℃〜約５５０℃、約３００℃〜約５００℃、約３００℃〜約４５０℃、約３００℃〜約４００℃、約３５０℃〜約６００℃、約３５０℃〜約５５０℃、約３５０℃〜約５００℃、約３５０℃〜約４５０℃、約４００℃〜約６００℃、約４００℃〜約５５０℃、約４００℃〜約５００℃、約４２５℃〜約６００℃、約４２５℃〜約５５０℃、約４２５℃〜約５００℃、約４２５℃〜約４６０℃、約４５０℃〜約６００℃、約４５０℃〜約５５０℃、または約５００℃〜約６００℃、追加的に、または代わりとして、温度は、少なくとも約３２５℃、例えば、少なくとも約３５０℃、少なくとも約４００℃、少なくとも約４２５℃、または少なくとも約４４０℃であることができ、さらに追加的に、または代わりとして、温度は、約５７５℃以下、約５５０℃以下、約５００℃以下、約４７５℃以下、約４６０℃以下、または約４４０℃以下であることができる）、ならびに約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約６０ｂａｒａ（約６．０ＭＰａａ）の圧力（例えば、少なくとも約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）、少なくとも約１５ｂａｒａ（約１．５ＭＰａａ）、少なくとも約２０ｂａｒａ（約２．０ＭＰａａ）、少なくとも約２５ｂａｒａ（約２．５ＭＰａａ）、または少なくとも約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）の圧力および／または約６０ｂａｒａ（６．０ＭＰａａ）以下、約５０ｂａｒａ（約５．０ＭＰａａ）以下、約４０ｂａｒａ（約４．０ＭＰａａ）以下、約３５ｂａｒａ（約３．５ＭＰａａ）以下、約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）以下、約２５ｂａｒａ（約２．５ＭＰａａ）以下、または約２２．５ｂａｒａ（約２．２５ＭＰａａ）以下の圧力）を有することができる。
【００７０】
上記の通り、分離プロセスの１つの目標は、発電プロセスと適合可能な条件で分離を実行することができることである。したがって、リサイクルされた排気ガスのおおよその温度および圧力で分離を実行することが望ましくなる可能性がある。リサイクルされた排気ガスの条件で分離を達成するために、圧力スイング吸着反応器中の吸着性材料は、そのような条件で一般に有効でなければならない。
【００７１】
適切な吸着剤の一例としては、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ土類金属酸化物および／または遷移金属酸化物の混合物を含む吸着剤などの混合金属酸化物吸着剤が含まれる。適切なアルカリ金属炭酸塩の例には、限定されないが、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムの炭酸塩またはそれらの組み合わせ、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウムの炭酸塩またはそれらの組み合わせが含まれる。適切なアルカリ土類金属酸化物の例には、限定されないが、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムの酸化物またはそれらの組み合わせ、例えば、マグネシウムおよび／またはカルシウムの酸化物が含まれる。適切な遷移金属酸化物のいくつかの例には、限定されないが、ランタンなどのランタノイド金属の酸化物、および／または＋２もしくは＋３の酸化状態の金属（イットリウム、鉄、亜鉛、ニッケル、バナジウム、ジルコニウム、コバルトまたはそれらの組み合わせなど）によって酸化物を形成することができる遷移金属の酸化物が含まれる。
【００７２】
いくつかの態様において、炭酸塩は、混合金属酸化物の酸化物から独立して選択されることができる。そのような態様において、炭酸塩は、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウムおよび／または炭酸セシウム（例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウムおよび／または炭酸カリウム、炭酸リチウムおよび／または炭酸カリウム、炭酸リチウムおよび／または炭酸ナトリウム、あるいは炭酸ナトリウムおよび／または炭酸カリウム）を含むことができるか、それらから本質的になることができるか、またはそれらであることができる。
【００７３】
炭酸塩が酸化物から独立して選択される態様において、酸化物は、アルカリ土属酸化物、遷移金属酸化物、２種以上のアルカリ土属酸化物の組み合わせ、２種以上の遷移金属酸化物の組み合わせ、または少なくとも１種のアルカリ土属酸化物と少なくとも１種の遷移金属酸化物とを含む酸化物の組み合わせであることができる。独立して選択される酸化物が、１種またはそれ以上のアルカリ土属酸化物を含む態様において、適切なアルカリ土属酸化物は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウムおよび／または酸化バリウムを含むことができるか、それらから本質的になることができるか、またはそれらであることができ、例えば、少なくとも酸化マグネシウムおよび／または酸化カルシウムを含む。
【００７４】
独立して選択される酸化物が、１種またはそれ以上の遷移金属酸化物を含む態様において、適切な遷移金属は、＋２もしくは＋３の酸化状態の金属によって酸化物を形成することができる１種またはそれ以上の遷移金属を含むことができるか、それらから本質的になることができるか、またはそれらであることができる（例えば、酸化イットリウム、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化バナジウム、酸化コバルト、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、他のランタニド金属の酸化物および／またはそれらの組み合わせ）。１つの好ましい選択には、酸化ランタンおよび／または酸化ジルコニウムから選択される遷移金属酸化物が含まれる。別の選択には、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムおよび／または酸化亜鉛から選択される金属酸化物が含まれる。さらにもう１つの選択には、酸化ニッケル、酸化コバルトおよび／または酸化鉄から選択される金属酸化物が含まれる。酸化ランタンと、酸化亜鉛および／または酸化バナジウムとの混合物；酸化ランタンと、酸化鉄、酸化コバルトおよび／または酸化ニッケルとの混合物；酸化ジルコニウムと、酸化イットリウム、酸化亜鉛および／または酸化バナジウムとの混合物；ならびに酸化ジルコニウムと、酸化鉄、酸化コバルトおよび／または酸化ニッケルとの混合物などの、それぞれのこれらの選択の範囲内および／または選択の中の混合物も考察される。
【００７５】
独立して選択される酸化物が、１種またはそれ以上のアルカリ金属酸化物と１種またはそれ以上の遷移金属酸化物とを含む態様において、適切なアルカリ金属酸化物は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウムおよび／または酸化バリウムを含むことができるか、それらから本質的になることができるか、またはそれらであることができ、適切な遷移金属は、酸化イットリウム、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化バナジウム、酸化コバルト、酸化ジルコニウム、酸化ランタンおよび／または他のランタニド金属の酸化物などの＋２もしくは＋３の酸化状態の金属によって酸化物を形成することができる遷移金属を含むことができるか、それらから本質的になることができるか、またはそれらであることができる。これらのアルカリ金属酸化物および遷移金属酸化物のそれぞれは、個々に、または複数の遷移金属酸化物のいずれかの組み合わせで、独立して選択されることができる。混合物の例は、少なくとも１種の酸化物が、酸化ランタン、酸化ジルコニウムおよび／または酸化マグネシウムである酸化物の混合物；酸化ランタン、酸化ジルコニウムおよび酸化マグネシウムの少なくとも２種を含む酸化物の混合物；１種の酸化物が、酸化マグネシウムおよび／または酸化カルシウムである酸化物の混合物；ならびに／あるいは少なくとも１種の酸化物が、酸化ランタン、酸化イットリウムおよび／または酸化ジルコニウムである酸化物の混合物を含むことができるか、それらから本質的になることができるか、またはそれらであることができる。
【００７６】
いくつかの代わりの態様において、混合金属酸化物は、遷移金属酸化物と組み合わせてアルカリ土属炭酸塩を含むことができる。そのような態様において、アルカリ土属炭酸塩は、炭酸マグネシウムおよび／または炭酸カルシウムを含むことができるか、それらから本質的になることができるか、またはそれらであることができる。追加的に、または代わりとして、アルカリ土属炭酸塩は、アルカリ金属炭酸塩との混合物に存在することができる。そのような炭酸塩混合物の例は、炭酸リチウムと炭酸マグネシウム、炭酸リチウムと炭酸カルシウム、炭酸カリウムと炭酸マグネシウム、炭酸カリウムと炭酸カルシウム、炭酸ナトリウムと炭酸マグネシウム、および炭酸ナトリウムと炭酸カルシウム（例えば、炭酸リチウムと炭酸マグネシウム、または炭酸カリウムと炭酸マグネシウム）の混合物を含むことができるか、それらから本質的になることができるか、またはそれらであることができる。そのような態様において、適切な遷移金属は、酸化イットリウム、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化バナジウム、酸化コバルト、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、他のランタニド金属の酸化物および／またはそれらの組み合わせなどの＋２もしくは＋３の酸化状態の金属によって酸化物を形成することができる遷移金属を含むことができるか、それらから本質的になることができるか、またはそれらであることができる。これらのアルカリ金属炭酸塩および遷移金属酸化物のそれぞれは、個々に、あるいは複数のアルカリ土属炭酸塩および／または複数の遷移金属酸化物のいずれかの組み合わせで、独立して選択されることができる。遷移金属酸化物に関して、１つの好ましい選択は、酸化ランタンまたは酸化ジルコニウムから選択される遷移金属酸化物を含むことができる。別の選択は、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムおよび／または酸化亜鉛から選択される金属酸化物を含むことができる。さらにもう１つの選択は、酸化ニッケル、酸化コバルトおよび／または酸化鉄から選択される金属酸化物を含むことができる。少なくとも１種の酸化物が、酸化ランタンおよび／または酸化ジルコニウムである酸化物の混合物；酸化ランタンと、酸化亜鉛および／または酸化バナジウムとの混合物；酸化ランタンと、酸化鉄、酸化コバルトおよび／または酸化ニッケルとの混合物；酸化ジルコニウムと、酸化イットリウム、酸化亜鉛および／または酸化バナジウムとの混合物；ならびに／あるいは酸化ジルコニウムと、酸化鉄、酸化コバルトおよび／または酸化ニッケルとの混合物などの、それぞれのこれらの選択の範囲内および／または選択の中の混合物も考察される。
【００７７】
追加的または代わりの材料は、ヒドロタルサイトを含むことができる。
【００７８】
他の実施形態
追加的に、または代わりとして、本発明は、以下の実施形態の１つ以上を含むことができる。
【００７９】
実施形態１．動力（出力又は電力）を発生させる方法であって、メイン圧縮器（又はコンプレッサー）において、少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなるリサイクルされた排気ガスを圧縮して、約４００℃〜約５００℃のリサイクル温度および約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）のリサイクル圧力を有する圧縮リサイクル排気ガスを発生させる工程と；インレット圧縮器において富化空気を圧縮して、圧縮酸化剤を発生させる工程と；圧縮リサイクル排気ガスの第１の部分を燃焼室に通過させる工程と；燃焼室において、かつ放出流の温度を調節するように構成される希釈剤として作用する圧縮リサイクル排気ガスの第１の部分の存在下で、圧縮酸化剤および燃料を化学量論的に燃焼させて、それによって、放出流を発生させる工程と；膨張器において放出流を膨張させて、メイン圧縮器を少なくとも部分的に駆動して、リサイクルされた排気ガスを発生させる工程と；リサイクルされた排気ガスの第２の部分を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程と；リサイクル温度とは約２０℃未満異なる吸着温度およびリサイクル圧力とは約１ｂａｒ（約０．１ＭＰａ）未満異なる吸着圧力において吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程と；反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、回収されたＮ２流が分離圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）未満異なる圧力を有する工程と；反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出（出力又は生成）することによって、スイング吸着反応器における圧力を、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力まで低下させる工程と；約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力において、リサイクルされた排気ガスの第２の部分のＣＯ２の１モルあたり約１．５モル未満（例えば、約１．０モル未満または約０．８モル未満）のＨ２Ｏを含有する蒸気パージを用いて、スイング吸着反応器をパージして、リサイクルされた排気ガスの第２の部分において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程とを含んでなる方法。
【００８０】
実施形態２．動力（出力又は電力）を発生させる方法であって、メイン圧縮器において、少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなるリサイクルされた排気ガスを圧縮して、約４００℃〜約５００℃のリサイクル温度および約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）のリサイクル圧力を有する圧縮リサイクル排気ガスを発生させる工程と；インレット圧縮器において富化空気を圧縮して、圧縮酸化剤を発生させる工程と；圧縮リサイクル排気ガスの第１の部分を燃焼室に通過させる工程と；燃焼室において、かつ放出流の温度を調節するように構成される希釈剤として作用する圧縮リサイクル排気ガスの第１の部分の存在下で、圧縮酸化剤および燃料を化学量論的に燃焼させて、それによって、放出流を発生させる工程と；膨張器において放出流を膨張させて、メイン圧縮器を少なくとも部分的に駆動して、リサイクルされた排気ガスを発生させる工程と；リサイクルされた排気ガスの第２の部分を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程と；リサイクル温度とは約２０℃未満異なる吸着温度およびリサイクル圧力とは約１ｂａｒ（約０．１ＭＰａ）未満異なる吸着圧力において吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程と；反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、回収されたＮ２流が分離圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）未満異なる圧力を有する工程と；反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、スイング吸着反応器における圧力を、少なくとも３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）の圧力まで任意に低下させる工程と；３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）〜２０．０ｂａｒａ（２．０ＭＰａａ）の圧力において、故意に添加された水／蒸気を含有しないパージを用いて、スイング吸着反応器をパージして、リサイクルされた排気ガスの第２の部分において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程とを含んでなる方法。
【００８１】
実施形態３．圧縮酸化剤は約３０体積％〜約５０体積％の酸素濃度を有し、かつ任意に、圧縮酸化剤を発生させる工程が、富化空気を大気空気と混合する工程をさらに含んでなる、実施形態１または実施形態２の方法。
【００８２】
実施形態４．反応器排気流からのＮ２およびＣＯ２生産のための方法であって、少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなり、約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）の圧力を有する反応器排気流を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程と；少なくとも４００℃の吸着温度において吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程と；反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、回収されたＮ２流が反応器排気流の圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）未満異なる圧力を有する工程と；反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、スイング吸着反応器における圧力を、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力まで低下させる工程と；約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力において、反応器排気流のＣＯ２の１モルあたり約１．５モル未満（例えば、約１．０モル未満または約０．８モル未満）のＨ２Ｏを含有する蒸気パージを用いて、スイング吸着反応器をパージして、反応器排気流において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程とを含んでなる方法。
【００８３】
実施形態５．反応器排気流からのＮ２およびＣＯ２生産のための方法であって、少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなり、約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）の圧力を有する反応器排気流を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程と；少なくとも４００℃の吸着温度において吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程と；反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、回収されたＮ２流が反応器排気流の圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）未満異なる圧力を有する工程と；反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、スイング吸着反応器における圧力を、少なくとも３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）の圧力まで任意に低下させる工程と；３．０ｂａｒａ（０．３ＭＰａａ）〜２０．０ｂａｒａ（２．０ＭＰａａ）の圧力において、故意に添加された水／蒸気を含有しないパージを用いて、スイング吸着反応器をパージして、リサイクルされた排気ガスの第２の部分において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程とを含んでなる方法。
【００８４】
実施形態６．蒸気パージとは異なる組成を有する第２のパージ流をスイング吸着反応器に通過させて、第２のＣＯ２回収流を発生させる工程をさらに含んでなる、実施形態１〜５のいずれか１つによる方法。
【００８５】
実施形態７．通過させる工程、吸着させる工程、回収する工程、低下させる工程およびパージする工程が、圧力スイング吸着サイクルを含んでなり、リサイクルされた排気ガスの第２の部分、蒸気パージおよび第２のパージ流が、存在する場合、圧力スイング吸着サイクルの間にスイング吸着反応器に導入されるガスの少なくとも約９５体積％を含んでなる、実施形態１〜６のいずれか１つによる方法。
【００８６】
実施形態８．ＣＯ２回収流を、少なくとも９０体積％のＣＯ２を含有するＣＯ２生産物流（ＣＯ２生成物流又はＣＯ２プロダクトストリーム）および水に分離する工程をさらに含んでなる、実施形態１〜７のいずれか１つによる方法。
【００８７】
実施形態９．反応器排気流からのＮ２およびＣＯ２の製造方法であって、
少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなるリサイクルされた排気ガスを圧縮して、約４００℃〜約５００℃のリサイクル温度および約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）のリサイクル圧力を有する圧縮リサイクル排気ガスを発生させる工程；
周期的圧力スイング吸着プロセスにおいて、前記圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部においてＮ２からＣＯ２を分離する工程を含み、
プロセスサイクルは、
前記圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させ、前記反応器排気流が約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）の圧力を有する工程；
前記リサイクル温度とは約２０℃未満異なる吸着温度および前記リサイクル圧力とは約１ｂａｒ（０．１ＭＰａ）未満異なる吸着圧力において前記吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程；
前記反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、前記回収されたＮ２流が前記反応器排気流の圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）以下異なる圧力を有し、前記回収されたＮ２流が前記リサイクル温度とは２０℃以下異なる温度を有する工程；
前記反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、前記スイング吸着反応器における圧力を、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力まで低下させる工程；及び約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力において、前記反応器排気流のＣＯ２の１モルあたり約１．５モル未満（例えば、約１．０モル未満または約０．８モル未満）のＨ２Ｏを含有する蒸気パージを用いて、前記スイング吸着反応器をパージして、前記反応器排気流において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程；及び
前記ＣＯ２回収流を、少なくとも約９０体積％のＣＯ２を含有するＣＯ２生産物流および水に分離する工程
を含み、
前記蒸気パージ及び前記圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部が、プロセスサイクルの間に前記スイング吸着反応器に導入される前記ガスの少なくとも約９５体積％を含んでなる方法。
（又は実施形態９．反応器排気流からのＮ２およびＣＯ２生産のための方法であって、少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなるリサイクルされた排気ガスを圧縮して、約４００℃〜約５００℃のリサイクル温度および約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）のリサイクル圧力を有する圧縮リサイクル排気ガスを発生させる工程と；プロセスサイクルが、圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程を含んでなる周期的圧力スイング吸着プロセスにおいて、圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部においてＮ２からＣＯ２を分離するが、反応器排気流が約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）の圧力を有する工程と；リサイクル温度とは約２０℃未満異なる吸着温度およびリサイクル圧力とは約１ｂａｒ（０．１ＭＰａ）未満異なる吸着圧力において吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程と；反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、回収されたＮ２流が反応器排気流の圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）以下異なる圧力を有し、回収されたＮ２流がリサイクル温度とは２０℃以下異なる温度を有する工程と；反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、スイング吸着反応器における圧力を、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力まで低下させる工程と；約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約３．０ｂａｒａ（約０．３ＭＰａａ）の圧力において、反応器排気流のＣＯ２の１モルあたり約１．５モル未満（例えば、約１．０モル未満または約０．８モル未満）のＨ２Ｏを含有する蒸気パージを用いて、スイング吸着反応器をパージして、反応器排気流において少なくとも約９０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程と；ＣＯ２回収流を、少なくとも約９０体積％のＣＯ２を含有するＣＯ２生産物流および水に分離するが、圧縮リサイクル排気ガスおよび蒸気パージの少なくとも一部が、プロセスサイクルの間にスイング吸着反応器に導入されるガスの少なくとも約９５体積％を含んでなる工程とを含んでなる方法。）
【００８８】
実施形態１０．ＣＯ２生産物流がＮ２をさらに含んでなる、実施形態１〜９のいずれか１つによる方法。
【００８９】
実施形態１１．リサイクルされた排気ガスが、約５体積％〜約２０体積％（例えば、約１０体積％〜約２０体積％）のＣＯ２濃度および／または約１体積％以下のＯ２濃度を有する、実施形態１〜１０のいずれか１つによる方法。
【００９０】
実施形態１２．吸着剤が、（ａ）アルカリ金属炭酸塩（炭酸カリウム、炭酸リチウムおよび／または炭酸ナトリウムなど）、ならびにアルカリ土類金属および／または遷移金属（＋２および／または＋３の酸化状態で酸化物を形成するものなど）の酸化物、例えば、炭酸リチウムまたは炭酸カリウムの少なくとも１種、ならびに酸化ランタン、酸化イットリウムおよび酸化マグネシウムの少なくとも１種を含んでなる、（ｂ）アルカリ土類金属炭酸塩（炭酸マグネシウムおよび／または炭酸カルシウムなど）、ならびに遷移金属（＋２および／または＋３の酸化状態で酸化物を形成するものなど）の酸化物、例えば、炭酸マグネシウムまたは炭酸カルシウムで少なくとも１種、ならびに酸化ランタン、酸化イットリウムおよび酸化マグネシウムの少なくとも１種を含んでなる、ならびに（ｃ）ヒドロタルサイトの１種以上を含んでなる、実施形態１〜１１のいずれか１つによる方法。
【００９１】
実施形態１３．回収されたＮ２流の温度が少なくとも吸着温度である、実施形態１〜１２のいずれか１つによる方法。
【００９２】
実施形態１４．反応器排気流または圧縮リサイクル排気ガスによって、少なくとも約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）の圧力までスイング吸着反応器を再加圧する工程をさらに含んでなる、実施形態１〜１３のいずれか１つによる方法。
【００９３】
実施形態１５．スイング吸着反応器において圧力を低下させる工程が、（ｉ）反応器の前方端部から第１のブローダウン流を産出する工程、ならびに／または（ｉｉ）第１のブローダウン流の産出後、反応器の前方端部から第２のブローダウン流および反応器の後方端部から第３のブローダウン流を産出する工程を含んでなる、実施形態１〜１４のいずれか１つによる方法。
【００９４】
実施形態１６．反応器排気流からのＮ２およびＣＯ２の製造方法であって、
少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなるリサイクルされた排気ガスを圧縮して、約４００℃〜約５００℃のリサイクル温度および約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）のリサイクル圧力を有する圧縮リサイクル排気ガスを発生させる工程；
周期的圧力スイング吸着プロセスにおいて、前記圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部においてＮ２からＣＯ２を分離する工程を含み、
プロセスサイクルは、
前記圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程であり、前記反応器排気流が約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）の圧力を有する工程；
前記リサイクル温度とは約２０℃未満異なる吸着温度および前記リサイクル圧力とは約１ｂａｒ（０．１ＭＰａ）未満異なる吸着圧力において前記吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程；
前記反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、前記回収されたＮ２流が前記反応器排気流の前記圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）以下異なる圧力を有し、前記回収されたＮ２流が前記リサイクル温度とは２０℃以下異なる温度を有する工程；
前記反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、前記スイング吸着反応器における前記圧力を、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約５．０ｂａｒａ（約０．５ＭＰａａ）の圧力まで低下させる工程；及び約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約５．０ｂａｒａ（約０．５ＭＰａａ）の圧力において、前記反応器排気流のＣＯ２の１モルあたり約１．５モル未満（例えば、約１．０モル未満または約０．８モル未満）のＨ２Ｏを含有する蒸気パージを用いて、前記スイング吸着反応器をパージして、前記反応器排気流において少なくとも約６０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程；及び
前記ＣＯ２回収流を、約６０体積％〜約９９．５体積％のＣＯ２を含有するＣＯ２生産物流および水に分離する工程
を含み、
前記蒸気パージ及び前記圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部が、プロセスサイクルの間に前記スイング吸着反応器に導入される前記ガスの少なくとも約９０体積％を含んでなる方法。
（又は実施形態１６．反応器排気流からのＮ２およびＣＯ２生産のための方法であって、少なくとも約７０体積％のＮ２および少なくとも約１０体積％のＣＯ２を含んでなるリサイクルされた排気ガスを圧縮して、約４００℃〜約５００℃のリサイクル温度および約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）のリサイクル圧力を有する圧縮リサイクル排気ガスを発生させる工程と；プロセスサイクルが、圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部を、吸着性材料を含んでなるスイング吸着反応器に通過させる工程を含んでなる周期的圧力スイング吸着プロセスにおいて、圧縮リサイクル排気ガスの少なくとも一部においてＮ２からＣＯ２を分離するが、反応器排気流が約１０ｂａｒａ（約１．０ＭＰａａ）〜約３０ｂａｒａ（約３．０ＭＰａａ）の圧力を有する工程と；リサイクル温度とは約２０℃未満異なる吸着温度およびリサイクル圧力とは約１ｂａｒ（０．１ＭＰａ）未満異なる吸着圧力において吸着性材料上でＣＯ２を吸着する工程と；反応器の前方端部から、少なくとも約９５体積％の純度を有するＮ２流を回収するが、回収されたＮ２流が反応器排気流の圧力とは約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）以下異なる圧力を有し、回収されたＮ２流がリサイクル温度とは２０℃以下異なる温度を有する工程と；反応器の少なくとも一端部からブローダウン流を産出することによって、スイング吸着反応器における圧力を、約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約５．０ｂａｒａ（約０．５ＭＰａａ）の圧力まで低下させる工程と；約１．０ｂａｒａ（約０．１ＭＰａａ）〜約５．０ｂａｒａ（約０．５ＭＰａａ）の圧力において、反応器排気流のＣＯ２の１モルあたり約１．５モル未満（例えば、約１．０モル未満または約０．８モル未満）のＨ２Ｏを含有する蒸気パージを用いて、スイング吸着反応器をパージして、反応器排気流において少なくとも約６０％のＣＯ２の存在を含んでなるＣＯ２回収流を発生させる工程と；ＣＯ２回収流を、約６０体積％〜約９９．５体積％のＣＯ２を含有するＣＯ２生産物流および水に分離するが、圧縮リサイクル排気ガスおよび蒸気パージの少なくとも一部が、プロセスサイクルの間にスイング吸着反応器に導入されるガスの少なくとも約９０体積％を含んでなる工程とを含んでなる方法。）
【実施例】
【００９５】
実施例１−リサイクルされた排気の一部における圧力スイング吸着の実行
以下の予言的な実施例は、図２に示される構成と同様の圧力スイング吸着反応器に関する構成に基づく。本実施例では、ＣＯ２およびＮ２を分離するために、複数のＰＳＡ反応器において、混合金属酸化物をベースとする吸着剤を使用する。分離は約４００℃〜約５００℃の温度で実行される。ＰＳＡ反応器は、複数の水平に整列された容器（例えば、３または４つの容器）に相当する。反応器は、平行プレート吸着剤などの反応器の長軸に対して垂直な投入流に対して水平配列での使用に適切な吸着剤構成を含む。反応器容器は、７．５〜１の長さ対幅の比率を有し、これは、約３０メートルの長軸と約４メートルの短軸に相当する。反応器は、連続工程を含むサイクルで配備される。サイクルの第１の工程は、約６０〜１２０秒間、約２１ｂａｒａ（約２．１ＭＰａａ）などの高圧の供給工程であり、この間、供給ガスはＰＳＡ反応器容器の供給端部に供給される。供給ガスの例は、低排出物発電システムからのリサイクルされたタービン排気ガスである。タービン排気ガスは、約４４０℃の温度でＰＳＡ容器に供給されることができる。タービン排気ガス組成の例は、約１１体積％の二酸化炭素、約８４体積％の窒素、ならびに残りの量の水および他のトレース種であることができる。供給されたガスが容器の供給端部に供給されて、窒素生産物は生産物側面から生産される。窒素生産物は、少なくとも約９０体積％の純度、約４４０℃の温度および約２０．７ｂａｒａ（約２．０７ＭＰａａ）の圧力を有することができる。吸着剤の能力の約８５％などの十分な量のＣＯ２が吸着された後、ブローダウン工程が開始される。ブローダウン工程は、約３０〜１２０秒間実行することができる。ブローダウン工程終了後、反応器容器は、約１．３ｂａｒａ（約１３０ｋＰａａ）〜約１．６ｂａｒａ（約１６０ｋＰａａ）の圧力である。ブローダウンは、生産物端部のみが開放される前方方向のみで実行されることができるか、または前方方向の第１のブローダウンは、供給および生産物端部が開放される第２のブローダウンによって継続されて実行されることができる。ブローダウンの後、生産物側面からの低圧蒸気パージは、吸着した二酸化炭素を掃除するため、約３５〜１３５秒間実行することができる。低圧蒸気パージによって、水および二酸化炭素を含有する産出流が発生する。水の除去後、産出流は、少なくとも約９０体積％のＣＯ２純度を有することができる。産出流は、ＰＳＡ反応器への供給において少なくとも約９０％（重量による）のＣＯ２の存在に相当することもできる。任意に、反応器で残存するいずれかの蒸気および二酸化炭素を掃除するために、さらなる窒素パージを蒸気パージの後に実行することができる。次いで、容器は、ＰＳＡ反応器容器を供給ガスの分離を実行するため、初期の圧力まで戻すため、供給側面から再加圧される。再加圧は供給ガスを使用して実行することができ、典型的に約２５〜６０秒かかることができる。このＰＳＡサイクルの実施によって、二酸化炭素が少なくとも９０％の割合で、少なくとも９０％の純度で回収される（水から凝縮後）が、同時に９０体積％より高い純度の窒素も生産するように、リサイクルされた排気ガスなどのタービン排気ガスに含有される窒素から二酸化炭素の分離が可能である。サイクルは、ＰＳＡ反応器への供給ガス中の二酸化炭素１モルあたり、約０．３〜約０．６モルの蒸気などの減少した蒸気の量を使用することもできる。
【００９６】
実施例２−タービン排気ガスの分離のシミュレーション
以下の実施例は、発電のためのタービンからの燃焼ガスまたは排気ガス中でＮ２からＣＯ２を分離するシミュレーションをベースとする。このシミュレーションは、周期的吸着／脱着プロセスに関与する一時的な材料およびエネルギー収支の数値解に基づいた。反応器構成は、図２に示される構成に相当した。
【００９７】
表１は、シミュレーションからの投入および結果を示す。排気ガスのシミュレーションされた流れは、約８億２０００万ＳＣＦ／日であった。縦列は、炭酸カリウムおよび酸化ランタンを含有する混合金属酸化物をベースとする吸着剤を使用した圧力スイング吸着サイクルの様々な工程に相当した。「供給」および「蒸気パージ」の列は、プロセスへの投入に相当し、残りの列は産出流に相当する。
【００９８】
【表１】
2015522744.tif 000003
【００９９】
表２は、別のシミュレーションからの投入および結果を示す。排気ガスのシミュレーションされた流れは、約８億３０００万ｓｃｆ／日であった。縦列は、炭酸カリウおよび酸化マグネシウムを含有する混合金属酸化物をベースとする吸着剤を使用した圧力スイング吸着サイクルの様々な工程に相当した。「供給」および「蒸気パージ」の列は、プロセスへの投入に相当し、残りの列は産出流に相当する。
【０１００】
【表２】
2015522744.tif 000004
【０１０１】
シミュレーションに基づき、供給中のＣＯ２の少なくとも９０％は、所望のＣＯ２生産物の一部として捕獲された。言い換えると、供給中のＣＯ２の１０％未満が、Ｎ２生産物またはブローダウン流のいずれかに損失した。表１および２で示すように、ＣＯ２生産物流の純度は９６％より高かった。なお初期のＣＯ２生産物流の約半分は水であり、水の除去後、Ｎ２は、同様に、残存するＣＯ２生産物流のより大きいパーセントに相当したことに留意されたい。
【０１０２】
実施例３−ＣＯ２分離のためのエネルギー必要量
ＣＯ２を排気ガスから分離するための圧力スイング吸着の使用によって、従来の分離方法と比較して利点を提供することができる。表３は、２つの比較用アミン分離プロセスに対して、圧力スイング吸着対を使用するＣＯ２分離を実行する間の、全消費エネルギーに関する推定値の比較を示す。
【０１０３】
【表３】
2015522744.tif 000005
【０１０４】
表３中、低圧および高圧アミンプロセスは、アミン分離器における吸着によるＣＯ２の分離を指す。アミン分離は約４０℃の温度で実行された。吸着圧力は、分離プロセスに入る排気流の圧力を指す。ＰｆｉｎａｌＣＯ２値は一定で、分離されたＣＯ２流の低圧（例えば周囲圧力）特性を反映する。ＰｆｉｎａｌＮ２値は、ＣＯ２から分離した後にプロセスによって発生するＮ２流の圧力に相当する。エネルギー消費推定値は、示される条件での様々なプロセス間の熱力学的計算に基づいた。
【０１０５】
表３中、圧力スイング吸着によるＣＯ２分離のために必要とされるエネルギーは、高圧アミン処理のために必要とされるエネルギーより低く、そして低圧アミン処理のために必要とされるエネルギーに匹敵した。しかしながら、表３で示すように、ＣＯ２分離のために圧力スイング吸着を使用することは、分離の間に発生するＮ２流の特性に関して、いくつかの利点を提供した。第１に、Ｎ２生産物流の温度は、圧力スイング吸着プロセスの間にほぼ維持されたが、アミン分離プロセスは、約４０℃などの温度低下を必要とした。さらなる発電のためにＮ２生産物流を使用するために、アミンプロセスからのＮ２生産物流の温度は、典型的に、少なくとも約３００〜４００℃以上に再度高める必要があり、これは、表３で示される分離エネルギー推定値に含まれないさらなるエネルｇ−費を必要とする。より高い温度にＮ２生産物流を戻すために必要とされるさらなるエネルギー費用は、次いで、分離より前の排気のエネルギーを、分離後にＮ２生産物流に移動することができるように、熱交換器の使用によって軽減することができる。しかしながら、これはさらなる実質的な装置フットプリントを必要とし、したがって、より望ましくない。
【０１０６】
低圧アミン分離に対する圧力スイング吸着分離の別の利点には、分離間のＮ２生産物流の圧力の維持が含まれ、これによって、流れを変性するためにエネルギーを費やすことなく、発電などの他の目的のためにＮ２生産物流を使用することが可能となる。
【０１０７】
実施例４−ＥＯＲ用途のためのＣＯ２純度および回収のシミュレーション
図１に相当する構成および本明細書に開示される条件を使用し、例えば、ライン１５０からの精製されたＣＯ２ガス流（燃焼ガス）は、約２１ｂａｒｇ（約２．１ＭＰａｇ）の圧力を有することができる。図３は、この圧力を有する燃焼ガスのＣＯ２回収量およびＣＯ２純度を示す。より高いガス圧力が望ましい状況において、排気ガスリサイクルタービンのアウトレットとＰＳＡ容器との間にさらなる圧縮器を追加することができる。
【０１０８】
図３は、鍵となる吸着剤特性に関する数値的なシミュレーションと実験データとの組み合わせを使用する統合化されたユニット性能を示す。シミュレーションは、約８億２０００万ＳＣＦＤ（百万立方フィート／日）の名目上の流れで、適切な高温吸着剤（例えば本明細書に開示されるような混合金属酸化物および／またはヒドロタルサイト）を使用して、少なくとも４００℃の温度での約１１体積％のＣＯ２、約８４体積％のＮ２、約５体積％の水を含有するＰＳＡユニットへの燃焼ガス投入に基づいて実行された。本明細書に使用されるシミュレーションは、ＰＳＡサイクルの吸着および脱着プロセス工程に関与する材料およびエネルギー収支の数値解に依拠した。吸着剤の飽和ＣＯ２能力は、標準熱重量（ＴＧＡ）およびブレークスルーカラム測定を使用して決定された。
【０１０９】
図３は、約２１ｂａｒａ排気ガス圧力のＵＬＥＴ発電所のために使用する蒸気に対するＣＯ２純度との交換条件を示す。ＣＯ２純度の各データポイントで示される数は、ＣＯ２回収量に相当する。図３は、ＣＯ２純度、ＣＯ２捕獲量、プラントフットプリントおよび蒸気使用間の比較も示す。
【０１１０】
精製されたＣＯ２の全てのさらなる使用、例えば、ダウンホールＥＯＲなどの炭化水素増進回収は、典型的に、必要とされる貯蔵器注入圧力、または局所的ＣＯ２パイプライン圧力（例えば、約２２１５ｐｓｉｇまたは約１５０ｂａｒｇ）へのその後の下流の圧縮を必要とすることができる。この圧力は、ＵＳ  ＣＯ２パイプラインネットワークに関して特定化される。必要とされる実際の圧力は、貯蔵器および油特性の関数であって、２２１５ｐｓｉｇより非常に小さい可能性がある。
【０１１１】
下流の圧縮費用を低下させるため、１つのアプローチは、高圧力で（例えば、約２〜３ｂａｒａで）、ＣＯ２を再発生させることであることが可能である。図３は、４層ＰＳＡプロセスは、相対的により高いＣＯ２圧力（再び約２〜３ｂａｒａ以上）で相対的に低い蒸気使用（適用された蒸気のモルと発生したＣＯ２のモルとの比率で測定され、好ましくは１．０以下である）を維持しながら、ＣＯ２捕獲量において相対的に高純度ＣＯ２（約９７％〜約９９％）を供給することができることを示す。加工される低圧力ガスの非常に大きい体積のため、圧縮の第１の段階は、最大の装置フットプリントと、したがって、最大の経済的ペナルティーを有することは留意すべきである。したがって、圧縮のより早期の段階を除去することは、最終的な圧縮値を低下させること（すなわち、圧縮のより後の段階を除去すること）より非常に高い経済的な利点を与える。ダウンホールＥＯＲ用途のための最終的な全圧縮は、１００ｂａｒａより高いことができ、例えば、約１００ｂａｒａ〜約２５０ｂａｒａである。
【０１１２】
本発明の利点は、本実施例によって明示されるように、２つの要素であることができる。［１］高められた排気圧力によって可能となる、ガスの低下した体積を伴う（配管）装置の全体的な低下があることが可能である。［２］圧縮の第１の（またはより多くの）段階を排除することから生じる低下した圧縮動力必要条件があることが可能である。利点の組み合わせられた効果には、メインフットプリントおよびエネルギー利点が含まれ、これは、特に従来のＥＯＲのための炭化水素増進回収設備による発電所を統合することにとって重要となる可能性がある。
【０１１３】
低下した純度必要条件（それはある種の貯蔵器に関して適切であり得る）の場合、高温ＰＳＡは、故意に添加された蒸気パージを使用せずに動作することができる。例えば、蒸気を用いずに約２１ｂａｒで動作する３層高温ＰＳＡ構成は、約６０％以上の純度および回収率でＣＯ２を有利に生産することができる。追加的に、または代わりとして、約５５ｂａｒで動作する３層高温ＰＳＡ構成は、故意に添加された蒸気の不在下で、約７０％以上の純度でＣＯ２を有利に生産することができる。実際に、完全に蒸気を除去することは、様々な蒸気凝縮、熱交換および腐食関連の装置が、そのシナリオにおいて有利に排除されることができるため、プロセスの複雑さの有意な低下をもたらすことができる。
【０１１４】
さらにまた、例えば、非ＣＯ２「不純物」を増加させることは、貯蔵器に注入される混合物の粘度を低下させることができ、これは、ある種の状況において、改善された吸着および／またはその後の改善された炭化水素生産を可能にするため、より低い純度のＣＯ２は、シェールガスおよびロック形成に関連するものを含む非慣習的な貯蔵器などのある種の回収操作のために適切であり得るか、または望ましくあり得る。例えば、約２０００ｐｓｉｇおよび約１００°Ｆの名目上の貯蔵器において、８０／２０  ＣＯ２／Ｎ２ガス流体は約０．０３ｃＰｓの粘度を有することができ、７０／３０  ＣＯ２／Ｎ２ガス流体が約０．０２５ｃＰｓの粘度を有することができる。異なるＣＯ２純度における増加する順応性は、ある種の状況において、本発明による方法および装置が、増加した生産効率を有すること、および／またはそのような順応性がない場合には容易に達成できない析出物／貯蔵器の全体的な生産を達成することを可能にする。
【０１１５】
例えば、シェールガスからの天然ガス増進回収のためのＣＯ２の使用において、回収投入流のＣＯ２純度は、より多くのＣＨ４が生産されると、時間とともに（連続的に、階段的に、断続的に、徐々に、または劇的に）増加させる必要があり得、例えば、貯蔵器ロックにおける有機物質に吸着されるＣＨ４を置換するために、ＣＯ２のより大きい必要性がある可能性がある。したがって、注入のために必要とされるＣＯ２の量および／または純度は、継続的な生産を通して、貯蔵器のＣＨ４の含有量が低下すると、時間とともに増加させることができる。これによって、本発明による統合化された方法を使用すると、より大きい体積に関して、および／または純度に関して、時間とともにＣＯ２のより高い要求が生じる可能性がある。次に、ある種の実施形態において、これは、ＰＳＡプロセスにおいて、より高い蒸気使用を必要とすることができ、可変的な蒸気要求は、本明細書に記載されるリアルタイム調整能力によって可能にされることができる。
【０１１６】
実施例５−高純度ＣＯ２のためのリサイクルされた排気の一部におけるＰＳＡの実行
以下の予言的な実施例は、図２に示される構成と同様の圧力スイング吸着反応器に関する構成に基づく。本実施例では、ＣＯ２およびＮ２を分離するために、複数のＰＳＡ反応器において、混合金属酸化物をベースとする吸着剤を使用する。分離は約４４０℃の温度で実行される。ＰＳＡ反応器は、約３つの水平に整列された容器に相当することができる。反応器は、平行プレート吸着剤および／または吸着剤層などの反応器の長軸に対して垂直な投入流に対して水平配列での使用に適切な吸着剤構成を含むことができる。反応器容器は、約３０メートルの長軸と約４メートルの短軸を有することができる。反応器は、連続工程を含むサイクルで配備されることができる。サイクルの第１の工程は、約１５０秒間、約２１ｂａｒａ（約２．１ＭＰａａ）などの相対的に高圧の供給工程であり、この間、供給ガスはＰＳＡ反応器容器の供給端部に供給される。供給ガスの例は、低排出物発電システムからのリサイクルされたタービン排気ガスを含むことができるか、またはそれであることができる。タービン排気ガスは、約４４０℃の温度でＰＳＡ容器に供給されることができる。タービン排気ガス組成の例は、約１１体積％のＣＯ２、約８４体積％のＮ２、ならびに残りの量の水および他のトレース種であることができる。供給ガスが容器の供給端部に供給されて、窒素生産物は生産物側面から生産される。窒素生産物は、少なくとも約９０体積％の純度、約４４０℃の温度および約２０．７ｂａｒａ（約２．０７ＭＰａａ）の圧力を有することができる。吸着剤の能力の約８５％などの十分な量のＣＯ２が吸着された後、ブローダウン工程を開始することができる。ブローダウン工程は、前方（流れ）方向で、約４０秒間実行される。ブローダウン工程終了後、反応器容器は、約１．５ｂａｒａ（約１５０ｋＰａａ）の圧力であることができる。ブローダウンは、生産物端部のみが開放される前方（流れ）方向のみで実行されることができるか、または前方（流れ）方向の第１のブローダウンは、供給および生産物端部が開放される第２のブローダウンによって継続されて実行されることができる。ブローダウンのこれらの配列の他の組み合わせは、追加的に、または代わりとして可能である。ブローダウンの後、生産物側面からの相対的に低圧蒸気パージ（約１〜１．５ｂａｒａ、約１００〜１５０ｋＰａａ）は、吸着した二酸化炭素を掃除するため、約２０５秒間実行することができる。相対的に低圧蒸気パージによって、約１．４８ｂａｒａ（約１４８ｋＰａａ）の圧力で、水および二酸化炭素を含有する産出流を発生することができる。凝縮による水の除去後、産出流は、少なくとも約９９モル％のＣＯ２純度を有することができる。産出流は、ＰＳＡ反応器への供給において少なくとも約８２％のＣＯ２の存在に相当することもできる。任意に、反応器で残存するいずれかの蒸気および二酸化炭素を掃除するために、さらなる窒素パージを蒸気パージの後に実行することができる。次いで、容器は、ＰＳＡ反応器容器を供給ガスの分離を実行するため、約２１ｂａｒａ（約２．１ＭＰａａ）の初期の圧力まで戻すため、供給側面から再加圧することができる。再加圧は供給ガスを使用して、約５５秒間実行することができる。このＰＳＡサイクルの実施によって、二酸化炭素を少なくとも８０％の割合で、少なくとも９９％の純度で回収することができる（水から凝縮後）ように、リサイクルされた排気ガスなどのタービン排気ガスに含有される窒素から二酸化炭素の分離が可能である。サイクルは、生産物として回収された二酸化炭素１モルあたり、約０．５９モルの蒸気などの減少した蒸気の量を使用することもできる。
【０１１７】
実施例６−高純度ＣＯ２のためのリサイクルされた排気の一部におけるＰＳＡの実行
以下の予言的な実施例は、図２に示される構成と同様の圧力スイング吸着反応器に関する構成に基づく。本実施例では、ＣＯ２およびＮ２を分離するために、複数のＰＳＡ反応器において、混合金属酸化物をベースとする吸着剤を使用する。分離は約４４０℃の温度で実行される。ＰＳＡ反応器は、約４つの水平に整列された容器に相当することができる。反応器は、平行プレート吸着剤および／または吸着剤層などの反応器の長軸に対して垂直な投入流に対して水平配列での使用に適切な吸着剤構成を含むことができる。反応器容器は、約３５メートルの長軸と約４メートルの短軸を有することができる。反応器は、連続工程を含むサイクルで配備されることができる。サイクルの第１の工程は、約２００秒間、約２１ｂａｒａ（約２．１ＭＰａａ）などの相対的に高圧の供給工程であり、この間、供給ガスはＰＳＡ反応器容器の供給端部に供給される。供給ガスの例は、低排出物発電システムからのリサイクルされたタービン排気ガスを含むことができるか、またはそれであることができる。タービン排気ガスは、約４４０℃の温度でＰＳＡ容器に供給されることができる。タービン排気ガス組成の例は、約１１体積％のＣＯ２、約８４体積％のＮ２、ならびに残りの量の水および他のトレース種であることができる。供給ガスが容器の供給端部に供給されて、窒素生産物は生産物側面から生産される。窒素生産物は、少なくとも約９０体積％の純度、約４４０℃の温度および約２０．７ｂａｒａ（約２．０７ＭＰａａ）の圧力を有することができる。供給工程後、ブローダウン工程を、前方（流れ）方向で、約３５秒間実行することができる。ブローダウンの後、生産物側面からの相対的に低圧蒸気パージ（約１〜１．５ｂａｒａ、約１００〜１５０ｋＰａａ）は、吸着した二酸化炭素を掃除するため、約５３０秒間実行することができる。相対的に低圧蒸気パージによって、約１．８５ｂａｒａ（約１８５ｋＰａａ）の圧力で、水および二酸化炭素を含有する産出流を発生することができる。凝縮による水の除去後、産出流は、少なくとも約９９モル％のＣＯ２純度を有することができる。産出流は、ＰＳＡ反応器への供給において少なくとも約７２％のＣＯ２の存在に相当することもできる。次いで、容器は、ＰＳＡ反応器容器を供給ガスの分離を実行するため、約２１ｂａｒａ（約２．１ＭＰａａ）の初期の圧力まで戻すため、供給側面から再加圧することができる。再加圧は供給ガスを使用して、約３５秒間実行することができる。このＰＳＡサイクルの実施によって、二酸化炭素を少なくとも７０％の割合で、少なくとも９９％の純度で回収することができる（水から凝縮後）ように、リサイクルされた排気ガスなどのタービン排気ガスに含有される窒素から二酸化炭素の分離が可能である。サイクルは、生産物として回収された二酸化炭素１モルあたり、約０．７７モルの蒸気などの減少した蒸気の量を使用することもできる。
【０１１８】
実施例７−高純度ＣＯ２のためのリサイクルされた排気の一部におけるＰＳＡの実行
以下の予言的な実施例は、図２に示される構成と同様の圧力スイング吸着反応器に関する構成に基づく。本実施例では、ＣＯ２およびＮ２を分離するために、複数のＰＳＡ反応器において、混合金属酸化物をベースとする吸着剤を使用する。分離は約４４０℃の温度で実行される。ＰＳＡ反応器は、約４つの水平に整列された容器に相当することができる。反応器は、平行プレート吸着剤などの反応器の長軸に対して垂直な投入流に対して水平配列での使用に適切な吸着剤構成を含むことができる。反応器容器は、約３５メートルの長軸と約４メートルの短軸を有することができる。反応器は、連続工程を含むサイクルで配備されることができる。サイクルの第１の工程は、約２００秒間、約２１ｂａｒａ（約２．１ＭＰａａ）などの相対的に高圧の供給工程であり、この間、供給ガスはＰＳＡ反応器容器の供給端部に供給される。供給ガスの例は、低排出物発電システムからのリサイクルされたタービン排気ガスを含むことができるか、またはそれであることができる。タービン排気ガスは、約４４０℃の温度でＰＳＡ容器に供給されることができる。タービン排気ガス組成の例は、約１１体積％のＣＯ２、約８４体積％のＮ２、ならびに残りの量の水および他のトレース種であることができる。供給ガスが容器の供給端部に供給されて、窒素生産物は生産物側面から生産される。窒素生産物は、少なくとも約９０体積％の純度、約４４０℃の温度および約２０．７ｂａｒａ（約２．０７ＭＰａａ）の圧力を有することができる。供給工程後、ブローダウン工程を、前方（流れ）方向で、約３５秒間実行することができる。ブローダウンの後、生産物側面からの相対的に低圧蒸気パージ（約１〜１．５ｂａｒａ、約１００〜１５０ｋＰａａ）は、吸着した二酸化炭素を掃除するため、約５３０秒間実行することができる。相対的に低圧蒸気パージによって、約２．８５ｂａｒａ（約２８５ｋＰａａ）の圧力で、水および二酸化炭素を含有する産出流を発生することができる。凝縮による水の除去後、産出流は、少なくとも約９７モル％のＣＯ２純度を有することができる。産出流は、ＰＳＡ反応器への供給において少なくとも約６５％のＣＯ２の存在に相当することもできる。次いで、容器は、ＰＳＡ反応器容器を供給ガスの分離を実行するため、約２１ｂａｒａ（約２．１ＭＰａａ）の初期の圧力まで戻すため、供給側面から再加圧することができる。再加圧は供給ガスを使用して、約３５秒間実行することができる。このＰＳＡサイクルの実施によって、二酸化炭素を少なくとも６０％の割合で、少なくとも９７％の純度で回収することができる（水から凝縮後）ように、リサイクルされた排気ガスなどのタービン排気ガスに含有される窒素から二酸化炭素の分離が可能である。サイクルは、生産物として回収された二酸化炭素１モルあたり、約０．６５モルの蒸気などの減少した蒸気の量を使用することもできる。
【０１１９】
実施例８−リサイクルされた排気の一部におけるＰＳＡの実行
以下の予言的な実施例は、図２に示される構成と同様の圧力スイング吸着反応器に関する構成に基づく。本実施例では、ＣＯ２およびＮ２を分離するために、複数のＰＳＡ反応器において、混合金属酸化物をベースとする吸着剤を使用する。分離は約４４０℃の温度で実行される。ＰＳＡ反応器は、約３つの水平に整列された容器に相当することができる。反応器は、平行プレート吸着剤および／または吸着剤層などの反応器の長軸に対して垂直な投入流に対して水平配列での使用に適切な吸着剤構成を含むことができる。反応器容器は、約３０メートルの長軸と約４メートルの短軸を有することができる。反応器は、連続工程を含むサイクルで配備されることができる。サイクルの第１の工程は、約１１０秒間、約２１ｂａｒａ（約２．１ＭＰａａ）などの相対的に高圧の供給工程であり、この間、供給ガスはＰＳＡ反応器容器の供給端部に供給される。供給ガスの例は、低排出物発電システムからのリサイクルされたタービン排気ガスを含むことができるか、またはそれであることができる。タービン排気ガスは、約４４０℃の温度でＰＳＡ容器に供給されることができる。タービン排気ガス組成の例は、約１１体積％のＣＯ２、約８４体積％のＮ２、ならびに残りの量の水および他のトレース種であることができる。供給ガスが容器の供給端部に供給されて、窒素生産物は生産物側面から生産される。窒素生産物は、少なくとも約９０体積％の純度、約４４０℃の温度および約２０．７ｂａｒａ（約２．０７ＭＰａａ）の圧力を有することができる。供給工程後、ブローダウン工程を、逆（向流）方向で約５秒間、続いて、前方（流れ）方向で約２５秒間実行することができる。ブローダウン工程の後、生産物側面からの相対的に低圧蒸気パージ（約１〜１．５ｂａｒａ、約１００〜１５０ｋＰａａ）は、吸着した二酸化炭素を掃除するため、約１７３秒間実行することができる。相対的に低圧蒸気パージによって、約１．３５ｂａｒａ（約１３５ｋＰａａ）の圧力で、水および二酸化炭素を含有する産出流を発生することができる。凝縮による水の除去後、産出流は、少なくとも約６３モル％のＣＯ２純度を有することができる。産出流は、ＰＳＡ反応器への供給において少なくとも約６９％のＣＯ２の存在に相当することもできる。次いで、容器は、ＰＳＡ反応器容器を供給ガスの分離を実行するため、約２１ｂａｒａ（約２．１ＭＰａａ）の初期の圧力まで戻すため、供給側面から再加圧することができる。再加圧は供給ガスを使用して、約１７秒間実行することができる。このＰＳＡサイクルの実施によって、二酸化炭素を少なくとも６５％の割合で、少なくとも６０％の純度で回収することができる（水から凝縮後）ように、リサイクルされた排気ガスなどのタービン排気ガスに含有される窒素から二酸化炭素の分離が可能である。
【０１２０】
実施例９−リサイクルされた排気の一部におけるＰＳＡの実行
図３は、本発明をさらに例示することができる例示的なＰＳＡ構成のための蒸気使用に対して、回収（モル比として表わされる）および純度（パーセントとして表わされる）がいかに交換するかを示す。示される各ケースに関して、供給組成物および圧力は、上記実施例で記載されるものと同様である。図３中、約３容器または約４容器ＰＳＡ構成が、質量移動および吸着能力の典型的な吸着剤特性のために例示される。図３に見られるように、蒸気使用の増加によって、１ｍｏｌの回収されたＣＯ２に対して約１．０ｍｏｌ未満であっても、より高純度ＣＯ２（＞９５体積％が達成可能である。加えて、約４のＰＳＡ容器の使用によって、より高い相対的パージ圧力（＞約１．３５〜１．５ｂａｒａ、典型的に、約２ｂａｒａ〜約３ｂａｒａ）の使用による減圧スイングが可能となり、これによって、ＥＯＲ設備における使用前のその後のＣＯ２圧縮に関する装置およびエネルギー必要量を低下させることができる。図３に示される約４容器回収のさらなる改善は、容器が互いに流体連通にある構成を使用して得られることができる。
【０１２１】
実施例１０−リサイクルされた排気の一部を使用する３容器ＰＳＡ構成
図４は、実例となるが、本発明の範囲内の吸着剤容器の１つの可能な配列の限定ではない、３容器構成を示す。この構成において、１つの容器は供給上にあり、したがって、窒素生産物を常に製造する。第１の容器が相対的に高圧で生産物を生産する間、その他の２つの容器は、例えば、吸着剤を再生させるサイクルの他の工程を受けていることができる。この特定の３容器配列において、容器間に流体接続（すなわち、ガス流の交換）がなく、これによって、サイクルの複雑さ、ならびに相互接続配管および弁類などの装置を減少させる。
【０１２２】
実施例１１−リサイクルされた排気の一部を使用する４容器ＰＳＡ構成
図５〜６は、実例となるが、本発明の範囲内の吸着剤容器のもう１つの可能な配列の限定ではない、４容器構成を示す。図５〜６の構成において、少なくとも１つの容器は常に供給上にある。少なくとも１つの容器が相対的に高圧で生産物を生産する間、その他の２つまたは３つの容器は、例えば、吸着剤を再生させるサイクルの他の工程を受けていることができる。図５の特定の４容器配列において、容器間に流体接続（すなわち、ガス流の交換）がなく、これによって、サイクルの複雑さ、ならびに相互接続配管および弁類などの装置を減少させる。しかしながら、４容器配列は、サイクルが実行されることを可能し、それによって、供給上にない容器の２つは、例えば、圧力平等化工程を使用することによってガスを交換することができ、それによって、相対的により高圧の第１の容器は、相対的により低圧の第２の容器まで減圧されることができ、それによって、図６に示すように、第２の容器の圧力が増加し、そして第１の容器の圧力が低下する。この種類のサイクルは、ターゲットガス（ＣＯ２）を含有する流れが周囲大気に放出されず、別の吸着剤容器に送られることから、より高い（ＣＯ２）回収を可能にすることができる。４容器構成（または４より多くの容器を使用する構成）を使用することからのより高い回収の利点は、追加された容器、相互接続配管および弁類、ならびに必要とされる関連サイクル制御装置の費用増加によって、いくらかの範囲まで相殺される可能性がある。
【０１２３】
本発明が特定の実施形態に関して記載されたが、それが必ずしもそのように限定される必要があるというわけではない。特定の条件下での操作のための適切な変更／修正は、当業者に明白でなければならない。したがって、以下の請求項は、全てのそのような変更／修正が、本発明の真の精神／範囲に含まれるものとして解釈されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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