2
2
ИНТЕГРАЦИЯ АДСОРБЦИИ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ ДАВЛЕНИИ С ЭНЕРГОУСТАНОВКОЙ ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ/УТИЛИЗАЦИИ CO И ПРОИЗВОДСТВА N

1. Способ выработки энергии, включающий:
2
2
сжатие рециркулируемого отработанного газа в основном компрессоре для выработки сжатого рециклового отработанного газа, причем сжатый рецикловый отработанный газ имеет температуру рецикла от примерно 400°C до примерно 500°C и давление рецикла от примерно 1,0 МПа абс. (примерно 10 бар абс.) до примерно 3,0 МПа абс. (примерно 30 бар абс), при этом рециркулируемый отработанный газ содержит по меньшей мере примерно 70 об. % N и по меньшей мере примерно 10 об. % СО;
сжатие обогащенного воздуха во входном компрессоре для выработки сжатого окислителя;
пропускание первой части сжатого рециклового отработанного газа в камеру сгорания;
стехиометрическое сжигание сжатого окислителя и топлива в камере сгорания в присутствие первой части сжатого рециклового отработанного газа, с получением таким образом выгружаемого потока, где первая часть сжатого рециклового отработанного газа действует как разбавитель, предназначенный для уменьшения температуры выгружаемого потока;
расширение выгружаемого потока в расширителе для по меньшей мере частичного приведения в движение основного компрессора и выработки рециркулируемого отработанного газа;
пропускание второй части рециркулируемого отработанного газа в реактор короткоцикловой адсорбции, содержащий адсорбирующий материал;
2
адсорбцию СО на адсорбирующем материале при температуре адсорбции, которая отличается от температуры рецикла менее чем на примерно 20°C, и при давлении адсорбции, которое отличается от давления рецикла менее чем на примерно 0,1 МПа (примерно 1 бар);
2
2
извлечение потока N с чистотой, составляющей примерно 95 об. %, из переднего конца реактора, причем извлеченный поток N имеет давление, которое отличается от давления отделения менее чем на примерно 50 кПа (примерно 0,5 бар);
уменьшение давления в реакторе короткоцикловой адсорбции до давления, составляющего от примерно 0,1 МПа абс. (примерно 1,0 бар абс.) до примерно 0,3 МПа абс. (примерно 3,0 бар абс.) путем выпускания потока выдувания из по меньшей мере одного конца реактора; и
2
2
2
2
2
продувку реактора короткоцикловой адсорбции продувочным паром при давлении от примерно 0,1 МПа абс. (примерно 1,0 бар абс.) до примерно 0,3 МПа абс. (примерно 3,0 бар абс.) для выработки потока извлеченного СО, причем поток извлеченного СО содержит по меньшей мере примерно 90% СО, присутствующего во второй части рециркулируемого отработанного газа, при этом продувочный пар содержит менее примерно 1,5 молей (например, менее примерно 1,0 моля или менее примерно 0,8 моля) HO на моль СО во второй части рециркулируемого отработанного газа.
2. Способ выработки энергии, включающий:
2
2
сжатие рециркулируемого отработанного газа в основном компрессоре для выработки сжатого рециклового отработанного газа, причем сжатый рецикловый отработанный газ имеет температуру рецикла от примерно 400°C до примерно 500°C и давление рецикла от примерно 1,0 МПа абс. (примерно 10 бар абс.) до примерно 3,0 МПа абс. (примерно 30 бар абс), при этом рециркулируемый отработанный газ содержит по меньшей мере примерно 70 об. % N и по меньшей мере примерно 10 об. % СО;
сжатие обогащенного воздуха во входном компрессоре для выработки сжатого окислителя;
пропускание первой части сжатого рециклового отработанного газа в камеру сгорания;
стехиометрическое сжигание сжатого окислителя и топлива в камере сгорания в присутствие первой части сжатого рециклового отработанного газа, с получением таким образом выгружаемого потока, где первая часть сжатого рециклового отработанного газа действует как разбавитель, предназначенный для уменьшения температуры выгружаемого потока;
расширение выгружаемого потока в расширителе для по меньшей мере частичного приведения в движение основного компрессора и выработки рециркулируемого отработанного газа;
пропускание второй части рециркулируемого отработанного газа в реактор короткоцикловой адсорбции, содержащий адсорбирующий материал;
2
адсорбцию СО на адсорбирующем материале при температуре адсорбции, которая отличается от температуры рецикла менее чем на примерно 20°C, и при давлении адсорбции, которое отличается от давления рецикла менее чем на примерно 0,1 МПа (примерно 1 бар);
2
2
извлечение потока N с чистотой, составляющей примерно 95 об. %, из переднего конца реактора, причем извлеченный поток N имеет давление, которое отличается от давления отделения менее чем на примерно 50 кПа (примерно 0,5 бар);
возможное уменьшение давления в реакторе короткоцикловой адсорбции до давления, составляющего по меньшей мере 0,3 МПа абс. (3,0 бар абс.) путем выпускания потока выдувания из по меньшей мере одного конца реактора; и
2
2
2
продувку реактора короткоцикловой адсорбции продувочным потоком, не содержащим намеренно добавленной воды/пара при давлении от 0,3 МПа абс. (3,0 бар абс.) до примерно 2,0 МПа абс. (20,0 бар абс.) для выработки потока извлеченного СО, причем поток извлеченного СО содержит по меньшей мере примерно 90% СО, присутствующего во второй части рециркулируемого отработанного газа.
3. Способ по п. 1 или п. 2, в котором сжатый окислитель имеет концентрацию кислорода, составляющую от примерно 30 об. % до примерно 50 об. %, и в котором, возможно, также выработка сжатого окислителя дополнительно включает смешивание обогащенного воздуха с атмосферным воздухом.
2
2
4. Способ получения N и СО из отработанного потока из реактора, включающий:
2
2
пропускание отработанного потока из реактора, содержащего по меньшей мере примерно 70 об. % N и по меньшей мере примерно 10 об. % СО в реактор короткоцикловой адсорбции, содержащий адсорбирующий материал, причем отработанный поток из реактора имеет давление от примерно 1,0 МПа абс. (примерно 10 бар абс.) до примерно 3,0 МПа абс. (примерно 30 бар абс);
2
адсорбцию СО на адсорбирующем материале при температуре адсорбции, составляющей по меньшей мере 400°C;
2
2
извлечение потока N с чистотой, составляющей по меньшей мере примерно 95 об. %, из переднего конца реактора, причем извлеченный поток N имеет давление, которое отличается от давления отработанного потока из реактора примерно на 50 кПа (примерно 0,5 бар) или менее;
уменьшение давления в реакторе короткоцикловой адсорбции до давления, составляющего от примерно 0,1 МПа абс. (примерно 1,0 бар абс.) до примерно 0,3 МПа абс. (примерно 3,0 бар абс.) путем выпускания потока выдувания из по меньшей мере одного конца реактора; и
2
2
2
2
2
продувку реактора короткоцикловой адсорбции продувочным паром при давлении от примерно 0,1 МПа абс. (примерно 1,0 бар абс.) до примерно 0,3 МПа абс. (примерно 3,0 бар абс.) для выработки потока извлеченного СО, причем поток извлеченного СО содержит по меньшей мере примерно 90% СО, присутствующего в отработанном потоке из реактора, при этом продувочный пар содержит менее примерно 1,5 молей (например, менее примерно 1,0 моля или менее примерно 0,8 моля) HO на моль CO в отработанном потоке из реактора.
2
2
5. Способ получения N и СО из отработанного потока из реактора, включающий:
2
2
пропускание отработанного потока из реактора, содержащего по меньшей мере примерно 70 об. % N и по меньшей мере примерно 10 об. % СО в реактор короткоцикловой адсорбции, содержащий адсорбирующий материал, причем отработанный поток из реактора имеет давление от примерно 1,0 МПа абс. (примерно 10 бар абс.) до примерно 3,0 МПа абс. (примерно 30 бар абс);
2
адсорбцию СО на адсорбирующем материале при температуре адсорбции, составляющей по меньшей мере 400°C;
2
2
извлечение потока N с чистотой, составляющей по меньшей мере примерно 95 об. %, из переднего конца реактора, причем извлеченный поток N имеет давление, которое отличается от давления отработанного потока из реактора примерно на 50 кПа (примерно 0,5 бар) или менее;
возможное уменьшение давления в реакторе короткоцикловой адсорбции до давления, составляющего по меньшей мере 0,3 МПа абс. (3,0 бар абс.) путем выпускания потока выдувания из по меньшей мере одного конца реактора; и
2
2
2
продувку реактора короткоцикловой адсорбции продувочным потоком, не содержащим намеренно добавленной воды/пара при давлении от 0,3 МПа абс. (3,0 бар абс.) до примерно 2,0 МПа абс. (20,0 бар абс.) для выработки потока извлеченного СО, причем поток извлеченного СО содержит по меньшей мере примерно 90% СО, присутствующего во второй части рециркулируемого отработанного газа.
2
6. Способ по любому из пп. 1, 2, 4 или 5, дополнительно содержащий пропускание второго продувочного потока через реактор короткоцикловой адсорбции для выработки второго потока извлеченного СО, причем второй продувочный поток имеет состав, отличный от продувочного пара.
7. Способ по любому из пп. 1, 2, 4 или 5, в котором пропускание, адсорбция, извлечение, понижение и продувка составляют цикл адсорбции при переменном давлении, причем вторая часть рециркулируемого отработанного газа, продувочный пар и второй продувочный поток, когда они присутствуют, содержат по меньшей мере примерно 95 об. % газов, введенных в реактор короткоцикловой адсорбции в течение цикла адсорбции при переменном давлении.
2
2
2
2
8. Способ по любому из пп. 1, 2, 4 или 5, дополнительно включающий разделение потока извлеченного CO на поток продукта CO и воду, причем поток продукта CO содержит по меньшей мере 90 об. % CO.
2
2
9. Способ получения N и СО из отработанного потока из реактора, включающий:
2
2
сжатие рециркулируемого отработанного газа для выработки сжатого рециклового отработанного газа, причем сжатый рецикловый отработанный газ имеет температуру рецикла от примерно 400°C до примерно 500°C и давление рецикла от примерно 1,0 МПа абс. (примерно 10 бар абс.) до примерно 3,0 МПа абс. (примерно 30 бар абс), при этом рециркулируемый отработанный газ содержит по меньшей мере примерно 70 об. % N и по меньшей мере примерно 10 об. % СО;
2
2
отделение CO от N по меньшей мере в части сжатого рециклового отработанного газа в процессе циклической адсорбции при переменном давлении, причем рабочий цикл процесса включает:
пропускание по меньшей мере части сжатого рециклового отработанного газа в реактор короткоцикловой адсорбции, содержащий адсорбирующий материал, при этом отработанный поток из реактора имеет давление от примерно 1,0 МПа абс. (примерно 10 бар абс.) до примерно 3,0 МПа абс. (примерно 30 бар абс);
2
адсорбцию СО на адсорбирующем материале при температуре адсорбции, которая отличается от температуры рецикла менее чем на примерно 20°C, и давлении адсорбции, которое отличается от давления рецикла менее чем на примерно 0,1 МПа (примерно 1 бар);
2
2
2
извлечение потока N с чистотой, составляющей по меньшей мере примерно 95 об. %, из переднего конца реактора, причем извлеченный поток N имеет давление, которое отличается от давления отработанного потока из реактора примерно на 50 кПа (примерно 0,5 бар) или менее, и извлеченный поток N имеет температуру, которая отличается от температуры рецикла на 20°C или менее;
уменьшение давления в реакторе короткоцикловой адсорбции до давления, составляющего от примерно 0,1 МПа абс. (примерно 1,0 бар абс.) до примерно 0,3 МПа абс. (примерно 3,0 бар абс) путем выпускания потока выдувания из по меньшей мере одного конца реактора; и
2
2
2
2
2
продувку реактора короткоцикловой адсорбции продувочным паром при давлении от примерно 0,1 МПа абс. (примерно 1,0 бар абс.) до примерно 0,3 МПа абс. (примерно 3,0 бар абс.) для выработки потока извлеченного CO, причем поток извлеченного СО содержит по меньшей мере примерно 90% СО, присутствующего в отработанном потоке из реактора, при этом продувочный пар содержит менее примерно 1,5 молей (например, менее примерно 1,0 моля или менее примерно 0,8 моля) НО на моль СО в отработанном потоке из реактора; и
2
2
2
2
разделение потока извлеченного СО на поток продукта CO и воду, причем поток продукта СО содержит по меньшей мере 90 об. % СО, где по меньшей мере часть сжатого рециклового отработанного газа и продувочного пара содержат по меньшей мере примерно 95 об. % газов, введенных в реактор короткоцикловой адсорбции в течение рабочего цикла.
2
2
10. Способ получения N и СО из отработанного потока из реактора, включающий:
2
2
сжатие рециркулируемого отработанного газа для выработки сжатого рециклового отработанного газа, причем сжатый рецикловый отработанный газ имеет температуру рецикла от примерно 400°C до примерно 500°C и давление рецикла от примерно 1,0 МПа абс. (примерно 10 бар абс.) до примерно 3,0 МПа абс. (примерно 30 бар абс), при этом рециркулируемый отработанный газ содержит по меньшей мере примерно 70 об. % N и по меньшей мере примерно 10 об. % СО;
2
2
отделение СО от N по меньшей мере в части сжатого рециклового отработанного газа в процессе циклической способе адсорбции при переменном давлении, причем рабочий цикл процесса включает:
пропускание по меньшей мере части сжатого рециклового отработанного газа в реактор короткоцикловой адсорбции, содержащий адсорбирующий материал, при этом отработанный поток из реактора имеет давление от примерно 1,0 МПа абс. (примерно 10 бар абс.) до примерно 3,0 МПа абс. (примерно 30 бар абс);
2
адсорбцию CO на адсорбирующем материале при температуре адсорбции, которая отличается от температуры рецикла менее чем на примерно 20°C, и давлении адсорбции, которое отличается от давления рецикла менее чем на примерно 0,1 МПа (примерно 1 бар);
2
2
2
извлечение потока N с чистотой, составляющей по меньшей мере примерно 95 об. %, из переднего конца реактора, причем извлеченный поток N имеет давление, которое отличается от давления отработанного потока из реактора примерно на 50 кПа (примерно 0,5 бар) или менее, и извлеченный поток N имеет температуру, которая отличается от температуры рецикла на 20°C или менее;
уменьшение давления в реакторе короткоцикловой адсорбции до давления, составляющего от примерно 0,1 МПа абс (примерно 1,0 бар абс.) до примерно 0,5 МПа абс. (примерно 5,0 бар абс.) путем выпускания потока выдувания из по меньшей мере одного конца реактора; и
2
2
2
2
2
продувку реактора короткоцикловой адсорбции продувочным паром при давлении от примерно 0,1 МПа абс. (примерно 1,0 бар абс.) до примерно 0,5 МПа абс. (примерно 5,0 бар абс.) для выработки потока извлеченного CO, причем поток извлеченного СО содержит по меньшей мере примерно 60% CO, присутствующего в отработанном потоке из реактора, при этом продувочный пар содержит менее примерно 1,5 молей (например, менее примерно 1,0 моля или менее примерно 0,8 моля) HO на моль CO в отработанном потоке из реактора; и
2
2
2
2
разделение потока извлеченного CO на поток продукта CO и воду, причем поток продукта CO содержит от примерно 60 об. % до примерно 99,5 об. % CO,
где по меньшей мере часть сжатого рециклового отработанного газа и продувочного пара содержат по меньшей мере примерно 90 об. % газов, введенных в реактор короткоцикловой адсорбции в течение рабочего цикла.
2
2
2
11. Способ по любому из пп. 1, 2, 4, 5, 9 или 10, в котором поток продукта CO дополнительно содержит N и температура потока извлеченного N по меньшей мере равна температуре адсорбции.
2
2
12. Способ по любому из пп. 1, 2, 4, 5, 9 или 10, в котором рециркулируемый отработанный газ имеет концентрацию CO, составляющую от примерно 5 об. % до примерно 20 об. % (например, от примерно 10 об. % до примерно 20 об. %) и/или концентрацию O, составляющую примерно 1 об. % или менее.
13. Способ по любому из пп. 1, 2, 4, 5, 9 или 10, в котором адсорбент содержит одно или более из следующих соединений: (а) карбонат щелочного металла (такой как карбонат калия, карбонат лития и/или карбонат натрия) и оксид щелочноземельного металла и/или переходного металла (такого, который образует оксид при степени окисления +2 и/или +3), например, содержит по меньшей мере одно соединение из карбоната лития или карбоната калия и по меньшей мере одно соединение из оксида лантана, оксида иттрия и оксида магния, (б) карбонат щелочноземельного металла (такой как карбонат магния и/или карбонат кальция) и оксид переходного металла (такого, который образует оксид при степени окисления +2 и/или +3), например, содержит по меньшей мере одно соединение из карбоната магния или карбоната кальция и по меньшей мере одно соединение из оксида лантана, оксида иттрия и оксида магния, и (в) гидроталькит.
14. Способ по любому из пп. 1, 2, 4, 5, 9 или 10, дополнительно включающий повторное увеличение давления в реакторе короткоцикловой адсорбции до давления, составляющего по меньшей мере примерно 1,0 МПа абс.(примерно 10 бар абс.) с помощью отработанного потока из реактора или сжатого рециклового отработанного газа.
15. Способ по любому из пп. 1, 2, 4, 5, 9 или 10, в котором уменьшение давления в реакторе короткоцикловой адсорбции включает (i) выпускание первого потока выдувания из переднего конца реактора и/или (ii) выпускание второго потока выдувания из переднего конца реактора и третьего потока выдувания из заднего конца реактора после выпускания первого потока выдувания.