碳捕获系统的制作方法

碳捕获系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年9月10日提交的美国临时申请第63/076，521号和2021年9月1日提交的美国非临时申请第17/464，199号的优先权和权益，其全部内容通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本发明涉及碳捕获系统(例如，用于半封闭循环发动机系统)。


背景技术：

4.某些现有的碳捕获技术利用变压吸附床从排气流中捕获二氧化碳。传统的系统需要多个阶段来产生合适纯度的二氧化碳，这增加了驱动气流通过系统的能量需求，降低了整个系统的效率。
5.这种常规方法和系统通常被认为能够满足其预期目的。然而，本领域仍然需要改进的碳捕获系统。本发明提供了针对这种需求的解决方案。


技术实现要素：

6.根据本发明的至少一个方面，碳捕获系统可以包括多个co2变温吸附(tsa)床。多个co
2 tsa床可以包括至少第一tsa床、第二tsa床和第三tsa床，其经配置在捕获温度范围内捕获co2并且在高于捕获温度范围的再生温度范围再生所捕获的co2。碳捕获系统可以包括多个阀和相关联的流动路径，其经配置允许切换第一tsa床、第二tsa床和第三tsa床中的每一个的操作模式。
7.碳捕获系统可以包括控制模块，其经配置控制多个阀以提供连续操作，使得同时地，多个tsa床中的至少一个在捕获模式下操作以从排气流中除去co2并输出氮气流，多个tsa床中的至少一个在加热再生模式下使用以将co2释放到生产流中，并且多个tsa床中的一个中的至少一个在冷却模式下操作以由冷却流冷却。
8.碳捕获系统可以经配置连接到半封闭循环发动机系统以从其接收发动机排气。根据本发明的至少一个方面，半封闭循环系统(例如，活塞、涡轮机或其它)可以包括本文公开的碳捕获系统的任何合适的实施例。
9.碳捕获系统可以包括生产流循环器子系统，其选择性地连接到每个tsa床并且经配置使生产流在再生模式下循环通过相应的tsa床，以从tsa床再生附加的co2，从而增加生产流中的co2浓度。生产流循环器子系统可以包括热源，其经配置向生产流添加足以将在再生模式下操作的相应的tsa床加热到再生温度范围内的热量。生产流循环器子系统可以包括动力源，其经配置在循环器内移动生产流。生产流循环器子系统可以与co2输出子系统流体连通。
10.热源可以是废热交换器，其经配置与发动机的下游的排气流热连通。动力源可以是连接到涡轮机的压缩机。在某些实施例中，废热交换器可以在压缩机与涡轮机之间处于
流体连通，使得废热驱动涡轮机为压缩机提供动力。
11.在某些实施例中，碳捕获系统可以包括流动推进器(例如，鼓风机、压缩机或风扇)，其经配置向排气流提供动力流以流过碳捕获系统到达在捕获模式下操作的相应的tsa床。在某些实施例中，碳捕获系统可以包括脱水子系统，其在流动推进器的下游和第一、第二和第三tsa床中的至少一个的上游，以在捕获模式下操作的第一、第二和第三tsa床中的至少一个的上游除去水。
12.在某些实施例中，脱水子系统可以包括至少两个脱水tsa和相关联的阀。例如，控制模块可以经配置用于操作至少两个脱水tsa，使得第一脱水tsa可以在水捕获模式下操作以便将干燥排气输出至多个co
2 tsa中的至少一个，并且使得第二脱水tsa可以在水再生模式下操作，该水再生模式使用来自多个已加热的co
2 tsa的氮气流，或者在冷却模式下操作，该冷却模式使用来自多个已冷却的co
2 tsa的氮气流。在某些实施例中，脱水子系统可以与第一tsa床、第二tsa床和第三tsa床中的每一个集成以在相同的位置除去水和co2。
13.在某些实施例中，氮气再循环系统可以具有氮气流动推进器，其经配置以在捕获模式下再循环由相应的tsa床输出的氮气，以便在冷却模式下操作时增加第一、第二和第三tsa床的冷却效果。在某些实施例中，系统可以包括脱水子系统，当在生产模式下操作时，该脱水子系统在至少第一、第二和第三tsa床的下游，以在生产模式下操作的第一、第二和第三tsa床中的至少一个的下游除去水。
14.根据本发明的至少一个方面，碳捕获系统可以包括变温吸附(tsa)床，其经配置在捕获温度范围内捕获co2并且在高于捕获温度范围的再生温度范围再生所捕获的co2，以及生产流循环器子系统，其选择性地连接到tsa床并且经配置使加热的生产流通过变温吸附(tsa)床以从tsa床再生附加的co2，从而增加生产流中的co2浓度。生产流循环器子系统可以是例如如上所述的生产流循环器的任何合适的实施例。
15.根据本发明的至少一个方面，一种方法可以包括将加热的富含co2的生产流再循环到co
2 tsa床以在co
2 tsa床的生产模式下增加co2浓度。该方法可以包括使用发动机废热来加热已加热的富含co2的生产流并且向已加热的富含co2的生产流提供原动力。在某些实施例中，该方法可以包括再循环氮气以在冷却模式下冷却tsa床。该方法可以包括任何其它合适的方法和/或其部分。
16.通过以下结合附图的详细描述，本发明的实施例的这些和其它特征对于本领域技术人员将变得更加显而易见。
附图说明
17.因此，本发明所属领域的技术人员将容易理解如何制造和使用本发明的装置和方法而无需过度实验，下文将参考某些附图详细描述其实施例，其中：
18.图1示出了h2o和co2的典型分子筛等温线；
19.图1a是半封闭循环发动机系统的实施例的系统图，该半封闭循环发动机系统具有根据本发明的变压吸附碳捕获系统的实施例，示出了利用多级变压吸附过程；
20.图1b示出了图1a所示的实施例的阀正时图表的实施例，其用于吸附、再生/生产和冷却过程中的每一个，其中示出了双床脱水tsa图表，并且示出了三个co2变压吸附(psa)床图表；
21.图2是具有根据本发明的碳捕获系统的实施例的半封闭循环发动机系统的实施例的系统图，示出了利用co2变温吸附(tsa)过程和co2再循环系统；
22.图2a示出了例如用三个tsa同时进行的tsa分子筛吸附、再生/生产(热)和冷却过程的实施例；
23.图2b示出了图2所示的实施例的阀正时图表的实施例，其用于图2a所示的吸附、再生/生产和冷却过程中的每一个，其中示出了双床脱水tsa图表，并且示出了三个co
2 tsa床图表；
24.图3是具有根据本发明的碳捕获系统的实施例的半封闭循环发动机系统的实施例的系统图，示出了利用具有用于脱水和co2捕获的多层容器的co
2 tsa床；
25.图4是具有根据本发明的碳捕获系统的实施例的半封闭循环发动机系统的实施例的系统图，示出了利用具有用于增强冷却的n2再循环的co2tsa床；
26.图5是半封闭循环发动机系统的实施例的系统图，该半封闭循环发动机系统具有根据本发明的碳捕获系统的实施例，示出了利用具有气体涡轮启动和到半封闭循环发动机系统(例如，到排气)的co2再循环的co
2 tsa床；
27.图6是具有根据本发明的碳捕获系统的实施例的半封闭循环发动机系统的实施例的系统图，示出了利用具有机械co2鼓风机和补充co2加热的co
2 tsa床；
28.图7是具有根据本发明的碳捕获系统的实施例的半封闭循环发动机系统的实施例的系统图，示出了利用具有空气冷却和直接空气co2捕获的co
2 tsa床；
29.图8是具有根据本发明的碳捕获系统的实施例的半封闭循环发动机系统的实施例的系统图，示出了利用co
2 tsa床和用于co2再循环系统的直接点火co2涡轮；
30.图9是半封闭循环发动机系统的实施例的系统图，该半封闭循环发动机系统具有根据本发明的碳捕获系统的实施例，示出了利用co
2 tsa床和用于co2再循环系统的燃烧器增强热交换器；
31.图10是例如图2所示系统的co
2 tsa床布置(例如，用于1mw活塞发动机系统)的实施例；
32.图11a是图3的实施例的co
2 tsa床布置的侧视图，示出了三个分离的分层tsa容器的示例性机械布置；
33.图11b是图11a的实施例的正交侧视图；
34.图11c是图11a的实施例的透视图；
35.图12是具有内部衬里和绝缘体的co
2 tsa容器构造的实施例的局部透视图；
36.图13是具有集成的脱水tsa介质的co
2 tsa的实施例的截面图，例如，对于图3的实施例，示出了容器、衬里和挡板布置；
37.图13a示出了图13的实施例的透视截面图，示出了集成到图10的实施例中；
38.图13b示出了图13a的实施例的局部透视截面图；
39.图13c示出了图13b的实施例的透视截面图；
40.图13d示出了可变多孔挡板的实施例的示意性平面图；
41.图13e示出了图13的实施例的示意图，示出了挡板布置的实施例。
42.图14示出了具有分离隔室的co
2 tsa单容器构造的实施例的透视图；
43.图14a示出了图14的实施例的透视图，所示为除去顶部部件；
44.图14b示出了图14a的实施例的示意性透视图，示出了具有集成管道系统；
45.图14c示出了图14b的实施例的截面，其中顶部和底部管道被示出为透明的，使得阻尼器的位置是可见的；
46.图14d示出了图14c的实施例的端视图；
47.图15a示出了具有用于20mw半封闭循环燃气涡轮机的尺寸(例如，具有28’d
×
6.5’的尺寸)的co
2 tsa大容器的实施例的平面图；
48.图15b示出了图15a的实施例的侧视图；
49.图16示出了co
2 tsa大容器的实施例的透视图，示出了附接到用于堆叠布置的管道和/或阀的实施例；
50.图17示出了图16的实施例中的四个的堆叠布置的实施例的透视图；
51.图18a示出了co
2 tsa大容器的实施例的透视图，示出了附接到用于水平布置的管道和/或阀的实施例；
52.图18b示出了图18a的实施例的侧视图；
53.图19示出了用于水平布置的co
2 tsa容器和模块化构造方法的实施例的透视图；
54.图19a示出了图19的多个实施例的模块化布置的实施例的透视图；
55.图20示出了在模块之间具有一个或多个垂直管道的co
2 tsa模块化构造的实施例的透视图；
56.图20a示意性地示出了图20的实施例的不同模式的流动方向；以及
57.图20b示出了连接在一起的图20的多个实施例的透视图。
具体实施方式
58.现在将参考附图，其中相同的附图标记表示本发明的类似结构特征或方面。为了解释和说明而非限制的目的，图1中示出了水和co2的典型分子筛等温线的示意图。图1a-20b示出了本发明的其它实施例和/或方面。
59.实施例能够通过用于半封闭循环发动机系统的co2涡轮变温吸附(tsa)来捕获碳。实施例包括改进的碳捕获方法，其通常可应用于例如0.5-25mw范围内的分布式动力应用。实施例可以利用co2再循环变温吸附(tsa)过程，其可用于半封闭循环系统，但也可应用于任何其它合适的原始co2源。本文考虑了本发明的任何实施例的任何合适的应用。
60.该方法可以使用排气废热或补充热作为该过程的一部分，并且可以进一步使用该热机械地驱动与该过程相关联的部件。结果，可以显著降低碳捕获辅助负载。还公开了可以显著降低构造、安装和操作成本的co
2 tsa容器和布置的几种机械实现方式。
61.半封闭循环系统的实施例可以在人工大气中操作发动机，以增加发动机排气中的原始co2水平，该人工大气通过空气、冷却的排气再循环和可变水平的氧气喷射(空气富集)(包括无氧气)的组合产生。某些实施例可以使用分子筛(例如变压吸附(psa)和/或tsa)和相分离的组合以将co2纯化至螯合或其它用途所需的水平。对于分子筛过程，某些系统可以采用变热、变压或真空变压过程或其组合。实施例还可以使用系统废热和废热来为合适的部件提供动力，以将可用的废热与气体净化过程的要求集成，其结果可以为用户提供更高的净功率和更高的效率。
62.无论使用基于吸收还是基于吸附的碳捕获，都存在用于泵、鼓风机、风扇和冷却器
的电和/或机械负载，以及用于加热介质或吸收剂流体以释放co2的热负载(通常需要蒸汽)。热负载通常可以通过复杂的热交换器处理，因为热源(例如蒸汽、热油)可能与介质或吸收剂的直接接触不兼容。尽管蒸汽和其它相变热源可能是紧凑的，并且存在制造蒸汽的商业产品(例如排气蒸汽发生器)，但是水本身的汽化热通常未被完全回收，使得这种方法效率较低。
63.大气中co2的水平已经上升，这种上升与20世纪持续到今天的快速发展相关，其中co2的水平从20世纪50年代的大约300ppm上升到今天的超过400ppm。虽然传统的碳捕获技术可以应用于固定式发电厂，但是较小的分布式发电厂、压缩机站和离网电力需求通常不适用于传统的解决方案。
64.虽然将减少二氧化碳排放货币化的愿望和方法有些新，但也应减少其它发动机污染物，诸如nox、sox、co和hc(未燃烧的碳氢化合物)。如果一个系统可以减少所有污染物，而不仅仅是一个或两个，则将产生附加的价值。分子筛具有优于其它方法的优点，因为它们可以经设计捕获所有污染物，产生基本上不排放的动力系统，但是分子筛通常需要许多级，因此辅助负载很高。
65.本发明的实施例利用分子筛吸附过程。分子筛是陶瓷类介质，可以以各种物理尺寸(例如，粉末到1/4”圆)获得，并且基于介质的组成和晶体结构，能够吸附或不吸附主要基于分子尺寸的特定物质。例如，3a筛将吸附水(h2o)、氨(nh3)和少量其它物质。像co2、o2、n2和氩气的分子将穿过该筛。3a筛(和氧化铝)通常用于脱水过程。5a筛将吸收3a的所有物质，但也将吸收co2和大部分污染物(co、hc、nox)，同时允许o2、n2和氩气大部分通过。13x筛捕获较大的分子，但仍允许o2、n2和氩气通过。当分子筛是冷的和/或当所需物质的分压高时，分子筛吸附所需物质。当温度升高和/或压力降低时，分子筛释放所需物质。
66.实施例可以在小的分布式应用中降低碳捕获的成本，例如，每个发动机在大约0.5mw与25mw之间。实施例能够以不稀释co2的纯度或降低co2的捕获效率的方式在变温吸附(tsa)过程中使用高性能分子筛，实施例可以显著降低与碳捕获相关联的电和/或机械负载。实施例可以改进构造tsa“容器”的现有技术水平，以降低成本并使与泄漏相关联的性能问题最小化。而且，实施例可以减轻其它污染物，诸如nox、sox、co、hc。附加地，实施例可以以最低的成本提供适合于新构造或改进应用的解决方案。
67.实施例可以使用存在于分布式动力中的稀释的co2流(例如，按质量计3-11％co2)来操作，以包括例如燃气涡轮机、稀燃活塞发动机(火花或压缩点火)和富燃活塞发动机。本文考虑任何其它来源。根据某些实施例，在高水平下可以包括具有氧气水平管理的冷却排气再循环的半封闭循环(scc)系统可以用于增加发动机排气处的co2浓度。使用根据本发明的碳捕获系统，该冷却的排气可以被冷却，以帮助除去水，然后可以用co2脱水并在分子筛上捕获污染物。当筛接近容量时，通过使用热co2使它们再生，驱除捕获的co2和其它污染物。该热co2可以经由涡轮增压器和热源(例如，来自发动机的排气废热)产生。在捕获过程中的再循环和再生能够使co2的浓度足以在单个阶段中螯合。在实施例中，co
2 tsa过程可以是全低压的，因此容纳tsa介质的任何压力容器仅需要额定为每平方英寸几磅，并且因此不需要是重型构造。实施例使容器布置能够进一步减少空间、成本和安装时间。
68.图1是特定分子筛的一组示例等温线。y轴(垂直)表示作为分压和温度的函数的筛中水或co2的质量负载百分比。当压力增加或温度降低时，介质将吸附更多的水或更多的
co2。相反，当压力降低或温度升高时，介质将释放水或co2。从图1中还可以看出，在相同的分压温度组合下，相对于co2，该筛对于水具有非常不同的负载能力。相对于co2，该介质对水也具有不同的亲和力。作为所有这些因素的结果，有可能使用相同的介质来捕获水和co2两者，并且在该过程中的不同点处驱除那些物质。基本上，在相同的分压下，在某些实施例中，水的容量超过co2的容量。例如，在100hpa和标称95-100℃下，水的容量超过20％，但co2的容量仅为大约5％。然而，这些组分的分压在排气中是相当不同的，在1巴(1000hpa)下的10％co2将是100hpa的分压，但是小于1％的典型水蒸气负载仅是大约10hpa。如果排气被冷却，则水的分压将低于10hpa，因为更多的水将冷凝，同时co2的容量增加(例如，在25℃和100hpa下，co2容量为大约15％)。
69.图1a表示应用于半封闭循环发动机系统99的分子筛基碳捕获系统100的简化过程流程图(pfd)。图1的上半部分描绘了半封闭循环(scc)99的实施例，该半封闭循环包括冷却的排气再循环和氧气增强，如应用于燃气涡轮发动机(然而，本文考虑任何合适的发动机)。通常，使用scc技术可以将排气co2浓度从大约3％增加到大约6％-21％(例如，大约2-7倍的浓度)。未再循环的排气流的一部分，例如在燃气涡轮机应用中大约20-50％，可以经由阶段1螺杆(例如压缩机101)进入捕获过程，在某些实施例中阶段1螺杆可以压缩至大约50-100psig。螺杆排出口可以被冷却(例如，在冷却器103处)，其除去水(例如，当其在集水器/排水管处从气体中冷凝出来时)。然后，原始co2的脱水可以在脱水子系统107(例如，tsa过程，例如用氧化铝作为介质)中进行，在这种情况下使用两个tsa床，tsa1和tsa2示出。存在使用来自下一阶段的排出气体(其主要是干燥氮气)加热和冷却不在h2o捕获过程中的床的设施，例如所示的阀和管线。ps1、ps2、ps3床表示使用常规co2捕获介质诸如5a或13x(或用于co2捕获的任何其它合适材料)的三容器变压吸附(psa)过程。在减压过程中释放co2，并且已经表明，除非原始co2纯度非常高(例如，大于25％)(这通过scc是可能的)，否则在该第一阶段的排出口处的co2纯度将不足以用于大多数应用。结果，使用床ps4和ps5以及第二级2螺杆(第二压缩机111)的第二级psa组件109可以用于获得有用的纯度。最后，第三螺杆式压缩机(例如，第三压缩机113)可以用作co2压缩系统的第一级。
70.在图1a中，示出了用于碳捕获系统100的实施例的阀(例如，开/关蝶形阀)、管线、管线的连接、流动推进器和其它部件的实施例。图1b(图2b所示的脱水子系统107的正时的实施例)示出了设置有所示管线连接的所示阀的正时图表，以通过所示管线以各种模式(例如，捕获、生产/再生和/或冷却)操作碳捕获系统100(例如，初级碳捕获子系统102、第二级113)。
71.系统100可以包括控制模块115，其经配置根据图1b中的正时图表来操作所示出的阀。本文考虑任何其它合适的阀控制或方法。控制模块115(以及本文公开的任何其它控制模块)可以包括经配置用于执行本文公开的任何合适的功能的任何合适的硬件(例如，可编程逻辑控制器)和/或软件模块。
72.已经建立了系统工作的这种实施例，并且具有合理的经济性，因此具有合理的co2捕获成本。然而，螺杆(或鼓风机)功率是显著的(例如，由于操作psa所需的高压缩)，并且其次，这种捕获co2的介质的加压和减压过程也捕获类似n2的物质(虽然以小得多的速率)，并且因此至少依赖于两个阶段来达到商业co2纯度(例如，大约95％-99％或更高)。此外，在所示的实施例中，scc过程完全负担了排气冷却要求，并且除了tsa1和tsa2负载(其相对较小)
之外，来自发动机的大部分可用废热通常被浪费。最后，由于该过程通常在15psig以上操作，图1a中所示的所有容器可能需要是asme代码或等同(压力设备指令)认证的容器，这大大增加了成本。由于代码所需的高安全系数，故这种容器很重。由于它们体型笨重且不支持快速热循环，因此tsa1和tsa2容器的尺寸与循环时间一致，在某些实施例中以数小时为单位测量，而不是几分钟。
73.利用图1a的psa系统的实施例可以使用大量马力来驱动捕获流(例如，发动机hp的20％)。图1a的实施例可以经配置在脱水模式下运行一个tsa和在再生模式下运行一个tsa，这允许该过程是连续过程。如图所示，t1d和t2d是位于冷却器p2t的上游的干燥气体出口阀。这是来自捕获tsa的出口流(例如，其为脱水气体)通过的地方。出口气体可以是大约90％的n2和大约10％的co2。该流流入在捕获模式下(取决于p1in、p2in或p3in中的哪一个是打开的)操作的(ps1、ps2或ps3的)相应psa。所示的布置允许捕获co2、产生co2和从psa清除nox。
74.所示的tsa净化阀的实施例将n2发送到h2o tsa床以加热和冷却(取决于基于t1h、t2h(用于再生的热)或t1c、t2c(用于tsa床冷却的冷)打开的路径)。p2h和p2x阀可以打开以从加热器管线排出热n2。在n2管线119的一部分中可以是加热器117。可以将流动限制(例如，用不同尺寸的管)到热清洁阀(p1h、p2h、p3h)，以使得流动的较小部分在热清洁模式下转向(例如，净化nox)，同时仍然允许在再生tsa中产生/净化水。
75.图1a的实施例可以连续地使用床直到用co2饱和(例如，p1处于打开状态的ps1)，然后控制模块115可以操作这些阀以将流量从ps1切换到未饱和的另一个psa。当切换床时，饱和的床可以从干燥气体入口(其中示出p2t)关闭(例如，如果ps1是饱和的床，则通过切换关闭p1in)。然后，出口阀(例如，p1d)可以打开，并且吸附的co2由于储存的压力而释放，其进入第二级压缩机111(例如，第一级压缩机101的大约1/5hp)和第二级109。
76.如正时图表中所示，psa可以经操作以切换分钟量级的状态。tsa床可以经操作以切换小时量级的状态。实施例可以包括在阶段2螺杆(压缩机111)的下游的冷却器121。第二变压阶段可以允许例如大约95％-98％的co2纯度。如图所示，每个psa阶段可以包括用于排出n2的背压调节器(bpr)(例如，50-60psi减压阀或可控阀)阀。
77.现在参考图2，根据本发明的至少一个方面，碳捕获系统200可以包括多个co2变温吸附(tsa)床223。多个co
2 tsa床可以包括至少第一tsa床(例如，床ts3)、第二tsa床(例如，床ts4)和第三tsa床(例如，ts5)，其经配置在捕获温度范围内捕获co2并在高于捕获温度范围的再生温度范围再生所捕获的co2。碳捕获系统200可以包括多个阀(例如，t3in、t4in、t5in、t3d、t4d、t5d、t3t、t4t、t5t、t3c、t4c、t5c、t3h、t4h、t5h、t3x、t4x、t5x和bpr)和相关联的流动路径(如所示的管线和连接，例如被指示为在相交线之上的曲线的跳线)，这些阀经配置允许切换第一、第二和第三tsa床中的每一个的操作模式。
78.附加地，参考图2a和2b，碳捕获系统200可以包括控制模块215，其经配置控制多个阀以提供连续操作，使得多个tsa床(例如，图2a中的ts3)中的至少一个同时在捕获模式下操作以从排气流中除去co2并输出氮气流，多个tsa床(例如，图2a中的ts4)中的至少一个在加热再生模式下使用以将co2释放到生产流中，并且多个tsa床中的一个tsa床(例如，图2a中的ts5)中的至少一个tsa床在冷却模式下操作以由冷却流冷却。
79.图2b示出了使用两个tsa床的脱水过程和使用至少三个tsa床的捕获过程的正时
图表的实施例。如图2b所示，控制模块215可以经配置控制多个阀。
80.与图1a的实施例类似，如图2所示，碳捕获系统200可以经配置连接到半封闭循环发动机系统99以从其接收发动机排气。根据本发明的至少一个方面，半封闭循环系统(例如，活塞、涡轮机或其它)可以包括本文公开的碳捕获系统(例如，系统200)的任何合适的实施例。
81.碳捕获系统200可以包括生产流循环器子系统225，其选择性地连接(经由回路管线229和阀t3h、t4h、t5h、t3d、t4d、t5d)至每个tsa床(例如，床ts3、ts4和ts5)并且经配置在再生模式下使生产流(富co2流)循环通过相应的tsa床(例如，图2b中的ts4)以从tsa床再生附加的co2以增加生产流中的co2浓度。生产流循环器子系统225可以包括热源(例如，连接到系统99的排气管线231的热交换器227)，该热源经配置将热量添加到生产流，该热量足以将在再生模式下操作的相应的tsa床加热到再生温度范围内。生产流循环器子系统225可以包括经配置在循环器子系统225内移动生产流的动力源(例如，压缩机233)。生产流循环器子系统225可以与co2输出子系统235(例如，经配置将生产流输出到co2压缩系统的任何合适的部件)流体连通。
82.如图2所示，热源可以是废热交换器227，其经配置与发动机的下游的排气流热连通。动力源可以是连接到涡轮机237的压缩机233。在某些实施例中，废热交换器227可以在压缩机233与涡轮机237之间处于流体连通，使得废热驱动涡轮机237来为压缩机233提供动力。
83.在某些实施例中，碳捕获系统200可以包括流动推进器201(例如，鼓风机、压缩机、或风扇、螺杆、或其它装置，例如，与图1a的压缩机相比更低的马力)，流动推进器201经配置向排气流提供动力流以流动通过碳捕获系统200到达在捕获模式下操作的相应的tsa床(例如，图2a中的ts3)。在某些实施例中，类似于图1a的实施例，碳捕获系统200可以包括在流动推进器201的下游和第一、第二和第三tsa床中的至少一个的上游的脱水子系统107，以在捕获模式下操作的第一、第二和第三tsa床(例如ts3)中的至少一个的上游除去水(例如水蒸气和/或蒸汽)。
84.在某些实施例中，脱水子系统107可以包括如所示布置的至少两个脱水tsa(例如，tsa1和tsa2)和相关联的阀(例如，t1in、t2in、t1d、t2d、t1h、t2h、t1c、t2c、t1x、t2x)。控制模块215可以经配置操作该至少两个脱水tsa，使得第一脱水tsa(例如，tsa1)可以在水捕获模式下操作以将干燥排气(除去水蒸气的排气)输出至多个co
2 tsa 223中的至少一个(例如，经由冷却器p2t和用于ts3床的相应入口阀t3in)。控制模块215可以经配置操作第二脱水tsa(例如，tsa2)，第二脱水tsa可以在水再生模式下使用来自多个co
2 tsa 223(例如，来自图2a中的ts3的流出口)的已经被加热(例如，经由加热器117)的氮气流操作，或者在冷却模式下使用来自多个co
2 tsa的已经被冷却的氮气流操作。
85.如图2的系统200的实施例所示，碳捕获系统200可以利用tsa床代替psa床和热co2流以从tsa床净化co2。这样的实施例可以利用鼓风机或风扇作为流动推进器201，因为系统可以在低得多的压力下运行，例如大约3psi，而不是利用psa的某些实施例的大约60psi。
86.如图所示，用于除水/脱水的tsa布置可以与图1a所示的类似或相同。来自发动机的废热可以向生产流增加热量，该生产流可以驱动涡轮，该涡轮又驱动压缩机/风扇以向生产流提供动力流。利用tsa的实施例与图1a中的psa布置工作方式不同。tsa实施例使用热量
从介质释放co2。然后所产生的co2可以在循环器系统中循环，该循环器系统例如使用无论如何已经浪费的发动机热量将热量添加到气体，然后该循环器系统通向相应tsa的相对侧，co2被释放以将热co2提供给tsa，从而进一步加热tsa以进一步释放甚至更多的co2。这种再循环提高了生产流中co2的纯度。如图2所示，不需要第二阶段psa或其它捕获系统。
87.在某些实施例中，参考图3的碳捕获系统300，脱水子系统(未具体示出)可以与第一、第二和第三tsa床(ts3、ts4、ts5中的每一个)中的每一个集成以在相同位置除去水和co2。例如，每个tsa床可以包括h2o分子筛介质，例如将co2分子筛介质夹在中间，使得每个tsa床可以捕获水和co2。
88.如图所示，水捕获tsa与碳捕获tsa物理集成。这消除了如图1a和2所示的分离的水捕获系统级。该物理混合物可以以任何方式(例如均匀地、以层或任何合适的几何形状)进行。例如，这样的实施例允许除去所有的脱水tsa阀和管线。由于tsa介质可以处理排气中的水含量，而psa不能与水含量一起正常工作，因此任何残留的水都可以通过碳除去或之后除去。如果上游没有除去水含量，psa介质可能不能正常工作。如图所示，一个或多个冷却器303和冷凝器/分离器305可以设置在产品出口管线上。本文考虑任何合适的实施例(例如，以上描述的)的任何合适的部件和/或通过控制模块315对这些阀的任何合适的控制(例如，类似于以上描述的一个或多个实施例)。
89.附加地，参考图4，在某些实施例中，碳捕获系统400可以包括氮气再循环系统441，其可以具有氮气流动推进器443(例如，鼓风机、风扇、螺杆等)，氮气流动推进器443经配置在捕获模式下再循环由相应的tsa床(例如，图2a中的ts3)输出的氮气，以便当在冷却模式下操作时增加第一、第二和第三tsa床上的冷却效果(通过增加n2流的流速)。氮气回路445可以包括设置在其上的冷却器447以进一步冷却气流。排气阀t3x、t4x和t5x可以与氮气回路流体连通以允许否则将被排出(例如，如果tsa冷却组阀打开)的氮气在氮气回路445中循环。
90.在某些实施例中，系统400可以包括在至少第一、第二和第三tsa床(当在生产模式下操作时)的下游的脱水子系统407，以在生产模式下操作的第一、第二和第三tsa床中的至少一个的下游除去水。例如，次级psa系统可以用于脱水。为了帮助在h2o/co
2 tsa的组合中正确地选择每种模式的时机，吹送n2的风扇可以更快地移动气流并改善冷却。如果没有再循环，n2的净流可以排放到冷却组阀。
91.在图4所示的实施例中，co2压缩机/涡轮机系统还可以具有阀449和恒温器(例如，连接到控制模块415)，该恒温器经配置防止再循环的co2气体不必要地变热以减少冷却需要。可以设想，这种和/或氮气再循环系统441可以在本文公开的任何实施例中实施。本文考虑任何合适的实施例(例如，以上描述的)的任何合适的部件和/或通过控制模块415对这些阀的任何合适的控制(例如，类似于以上描述的一个或多个实施例)。
92.参考图5，碳捕获系统500可以包括co2排放551以增加排气中co2的浓度，例如稍微增加，以提高系统500的入口处的浓度，这可以提高tsa的功能和正时以及输出处的最终浓度。此外，如图5所示，系统500可以包括启动阀553(例如，止回阀或其它合适的阀)，其在压缩机开始旋转时打开。某些实施例还可以具有阀555以向co2压缩机提供起动器动力流。一旦压缩机开始旋转并产生足够的流量/压力，阀555可以关闭，并且阀553打开。
93.图5中所示的实施例可以另外类似于图3的实施例，但是包括经由气体注入启动的
co2再循环压缩机，以及到排气以进一步浓缩co2的co2排放。本文考虑任何合适的实施例(例如，以上描述的)的任何合适的部件和/或通过控制模块515对这些阀的任何合适的控制(例如，类似于以上描述的一个或多个实施例)。
94.参考图6，系统600可以包括附加的加热器657，用于确保再循环的co2流对于tsa再生是合适热的。此外，该实施例示出具有鼓风机659(例如，部分电驱动的，或其它)，而不是发动机热驱动涡轮(或除了在某些实施例中)。该实施例还示出包括类似于图4的实施例的氮气再循环系统。本文考虑任何合适的实施例(例如，以上描述的)的任何合适的部件和/或通过控制模块615对这些阀的任何合适的控制(例如，类似于以上描述的一个或多个实施例)。
95.参考图7，系统700可以具有空气风扇761而不是n2再循环系统。这可以消除大的热交换器并且可以使用现有的冷却器来冷却和冷凝空气中水。附加的益处是，直接在空气中捕获二氧化碳也可以实现。空气风扇所需的马力可以较低，并且可以除去冷氮气管线上的冷却器。所示的冷却器负载不是附加的热交换源，而是允许使用用于空气的小热交换的现有冷却器。冷却器负载后，水将从气体中滴出，并且大部分干燥空气可以被输出。空气可以在系统中与n2混合(通过捕获tsa输出)，并使混合物基本上为干燥的n2流。
96.诸如图7中的实施例允许直接空气冷却和直接空气碳捕获，使用冷却器以降低水吸附负载，和逆流scc骤冷系统。本文考虑任何合适的实施例(例如，以上描述的)的任何合适的部件和/或通过控制模块715对这些阀的任何合适的控制(例如，类似于以上描述的一个或多个实施例)。
97.参考图8，在系统800的实施例中，可以使用scc的现有氧气供应来燃烧燃料以产生热co2。通过使用o2作为氧化剂，避免了不期望的n2引入。例如，这样的实施例可以用于改进。该实施例允许在不从发动机吸取热量的情况下或使用如先前实施例中的电加热器来加热流动。
98.系统800利用燃烧的co2涡轮，其中热源是氧气燃烧器863。例如，燃烧器863可以仅与生产流再循环回路热连通，并且来自燃烧器的燃烧产物可以被输出到发动机或发动机排气，以供系统800与排气一起处理。在某些实施例中，来自氧气燃烧器863的排气可以与例如再循环回路(例如，涡轮机)处于流体连通。本文考虑任何合适的实施例(例如，以上描述的)的任何合适的类似部件和/或通过控制模块815对这些阀的任何合适的控制(例如，类似于以上描述的一个或多个实施例)。
99.参考图9，系统900可以包括常规燃烧器965，其可以经添加以将热量添加到例如图2的排气热交换器227。此外，所示实施例允许直接排出来自捕获的n2气体，并且如果需要还允许排出来自冷却的空气(例如，经由阀t3tx、t4tx、t5tx)。图9的实施例示出为不包括如图7所示的n2再循环。
100.实施例可以利用燃烧器增强的co2涡轮热交换器。例如，燃烧器排气可以是与scc排气混合的大约11％co2。本文考虑任何合适的实施例(例如，以上描述的)的任何合适的类似部件和/或通过控制模块915对这些阀的任何合适的控制(例如，类似于以上描述的一个或多个实施例)。本文考虑任何合适的实施例的任何合适部分的任何合适组合。
101.根据本发明的至少一个方面，碳捕获系统可以包括变温吸附(tsa)床，其经配置在捕获温度范围内捕获co2并且在高于捕获温度范围的再生温度范围再生所捕获的co2，以及
生产流循环器子系统，其选择性地连接到tsa床并且经配置使加热的生产流通过变温吸附(tsa)床以从tsa床再生附加的co2，从而增加生产流中的co2浓度。生产流循环器子系统可以是例如如上所述的生产流循环器的任何合适的实施例。
102.根据本发明的至少一个方面，一种方法可以包括将加热的富含co2的生产流再循环到co
2 tsa床以在co
2 tsa床的生产模式下增加co2浓度。该方法可以包括使用发动机废热来加热已加热的富含co2的生产流并且向已加热的富含co2的生产流提供原动力。在某些实施例中，该方法可以包括再循环氮气以在冷却模式下冷却tsa床。该方法可以包括任何其它合适的方法和/或其部分。
103.图10是例如图2所示系统的co
2 tsa床布置(例如，用于1mw活塞发动机系统)的实施例。图11a是图3的实施例的co
2 tsa床布置的侧视图，示出了三个分离的分层tsa容器的示例性机械布置。图11b是图11a的实施例的正交侧视图。图11c是图11a的实施例的透视图。图11a-11c示出了分层tsa容器的实施例。顶部集管可以用于热co2入口(在再生之前)、干燥n2出口(在吸附之后)和干燥n2入口(用于冷却)。底部集管可以用于排气入口(用于吸附)、co2出口(在再生之后)和n2出口(后冷却)。
104.图12是具有内部衬里和绝缘体的co
2 tsa容器构造的实施例的局部透视图。图12示出了除去盖子的单个容器。容器可以是内部绝缘的“压力容器”，其具有薄壁不锈钢衬里、分子筛介质、内壳和绝缘体。绝缘间隙可以防止与钢容器的热交换。
105.图13是具有集成的脱水tsa介质的co
2 tsa的实施例的截面图，例如，对于图3的实施例，示出了容器、衬里和挡板布置。外壳、绝缘体和内部衬里在图13中被隐藏。如图所示，“夹层”结构可以包括上凸缘、多孔挡板、防护/脱水介质、co2捕获介质、另一防护/脱水介质、介质支撑筛、多孔挡板和下凸缘。
106.图13a示出了图13的实施例的透视截面图，示出了集成到图10的实施例中。如图所示，夹层结构的实施例，例如图13所示，可以包括大约40％开口板、h2o吸附分子筛、co2吸附分子筛、另一h2o吸附分子筛、支撑介质和筛网、和另一大约40％开口面积板。本文考虑任何其它合适的布置和尺寸。
107.图13b示出了图13a的实施例的局部透视截面图。如图所示，该结构可以包括顶盖内的高温绝缘体、径向间隙内的高温绝缘体(以填充气隙)、以及底盖内的绝缘体。图13c示出了图13b的实施例的透视截面图。co2和干燥n2可以顶部进料。原始排气可以底部进料。
108.图13d示出了可变多孔挡板的实施例的示意性平面图。所示的可变多孔板示例具有大约40％开口面积板，具有33％开口面积板的外环，以及以管投影为中心的大约37.5％开口面积板的出口/入口投影面积。
109.图13e示出了图13的实施例的示意图，示出了挡板布置的实施例。图13e示出了具有易于扩散的增压空间并与切换的入口和出口位置相反的堆叠挡板示例。
110.图14示出了具有分离的隔室的co
2 tsa单容器构造的实施例的透视图。图14a示出了图14的实施例的透视图，所示为除去顶部部件。图14b示出了图14a的实施例的示意性透视图，示出了具有集成管道系统。图14c示出了图14b的实施例的截面，其中顶部和底部管道被示出为透明的，使得阻尼器的位置是可见的。图14d示出了图14c的实施例的端视图。
111.如图所示，代替三个圆柱形容器，某些实施例可以具有一个带有挡板的大容器。虽然未示出，但是阀可以正好放置在管相遇的凸缘处。实施例可以在单个容器中提供多个隔
室。由于使用tsa，实施例可以不具有显著的压力或压力差，并且具有最小增强的平坦侧面设计是可能的。隔室之间的轻微泄漏不会显著影响过程。生产是在比其余过程略高的压力下进行的，并且不需要特殊的高温或复杂的密封。
112.图14b-14d的实施例消除了复杂的管道并且将整个组件装配到iso集装箱中(例如，为了便于运输)。由于压力低，管道不需要完全密封，泄漏不会对性能产生重大影响。可以使用更便宜的金属和材料。
113.实施例可能非常大并且在制造和运输方面面临挑战。以下实施例可以解决这些挑战。图15a示出了具有用于20mw半封闭循环燃气涡轮机的尺寸(例如，具有28’d
×
6.5’的尺寸)的co
2 tsa大容器的实施例的平面图。图15a示出了示例性的20mw scc燃气涡轮机吸附器，其非常大并且需要大的部件(例如，大约60”d当量的管道系统)。图15b示出了图15a的实施例的侧视图。实施例可以使用四个容器，一个用于吸附、一个用于再生、两个用于冷却。本文考虑任何合适的尺寸。
114.图16示出了co
2 tsa大容器的实施例的透视图，示出了附接到用于堆叠布置的管道和/或阀的实施例。图16示出了单个tsa，其在顶部和底部具有三个大约84
”×
84”的阻尼器，以及过渡到大约60”的正方形管道。
115.图17示出了图16的tsa实施例中的四个的堆叠布置的实施例的透视图。图17示出了为有效的管道系统夹层而垂直构建的结构。如图所示，六个歧管和二十四(24)个阀用于床。在某些实施例中，整个系统可以具有大约50’d
×
50’h并且可以在高处包括大约300吨或更多吨的介质。
116.图18a示出了co
2 tsa大容器的实施例的透视图，示出了附接到用于水平布置的管道和/或阀的实施例。图18b示出了图18a的实施例的侧视图。图18a和18b示出了顶部和底部管道的可替代水平布置。在某些实施例中，例如，在这样的实施例中，四个容器可以装配在120
’×
30’的空间中。
117.图19示出了用于水平布置的co
2 tsa容器和模块化构造方法的实施例的透视图。图19a示出了多个图19的实施例的模块化布置的实施例的透视图。图19的实施例可以包括等效于22
’×
30’的28’直径。这样的实施例可以在两个11
’×
30’模块中运输。模块之间的密封位于绝缘体外部(例如，低温)。这样的实施例在介质的两侧具有导管和阀。
118.图20示出了在模块之间具有一个或多个垂直管道的co
2 tsa模块化构造的实施例的透视图。图20a示意性地示出了图20的实施例的不同模式的流动方向。图20b示出了连接在一起的多个图20的实施例的透视图。
119.在某些实施例中，例如，如图20的实施例中所示，管道可以设置在单个(例如，顶部)侧上。如图所示，对于单个tsa，在顶部侧有六个流动路径。这样的实施例提供了甚至进一步改进的包装，所有管道都在一侧上。例如，实施例可以包括与上述圆柱形实施例类似的夹层结构。
120.较大的表面可以使所有的管道在一侧上，如图所示，其具有到底部的垂直传输管道。在一些实施例中，该垂直管道可以在co
2 tsa模块对之间。如图20a所示，用于冷却和再生的自顶向下床流动可以提供较高的流速，而用于吸附的自底向上床流动可以提供较低的流速。
121.图20b示出了连接在一起的四个模块对。给定形状因子，这样的实施例可以建立在
基座上，并且也可以在传统的集装箱中运输。所示的四个容器可以可替代地容纳在单个混凝土基座中。在这样的实施例中不需要进入容器的下侧。
122.某些实施例的附加的非限制性描述
123.图2提供了本发明的某些实施例的一个实施例，用于scc的co
2 tsa，并且将在本文中详细讨论。与任何发动机的情况一样，燃料必须燃烧，并且需要氧化剂，氧化剂通常是空气。参考图2中的发动机，该发动机(涡轮机或活塞)是图中来自进气缓冲罐的工作流体，该工作流体是空气、氧气和冷却的排气的混合物。进气缓冲罐中氧气的混合浓度是可变的，但通常落在12-22％o2的范围内。发动机在该人工大气中燃烧燃料以产生热排气，然后热排气流过催化剂(如果存在)和补充燃烧(如果存在)，直接进入排气热交换器co2hx。该热交换器将排气部分冷却，通常冷却到大约400
°
f，然后与较冷的水混合，将排气骤冷，通常冷却到大约100
°
f。其将燃烧产物中的大部分水冷凝，并且在常规气液分离器中除去水。除非另外使用或处理水，否则水积聚在储罐中
‑‑
通常这种冷凝水用作冷却塔中的补充水，从而消除或减少水处理的问题。现在，耗尽大部分水的冷却排气返回到进气缓冲罐或tsa螺杆/鼓风机。在tsa螺杆/鼓风机处的流量间接地设置排气再循环的水平，该tsa螺杆/鼓风机通常是变速驱动器或包括其它流量调节方法，因为发动机流量基本上是固定的，无论捕获系统没有除去什么都将被再循环，并且发动机需要的平衡将由空气和/或氧气来弥补。螺杆/鼓风机的下游是co
2 tsa捕获系统的平衡。紧挨着螺杆的下游是热交换器/冷却器，通常冷却到35-50华氏度，这将导致更多的水冷凝，降低随后分子筛上的负载。
124.该方法的第一步是水脱水，通常通过在吸附容器tsa1和tsa2中混合氧化铝和3a筛。这是一个分批式过程，当一个容器正在吸附水时，另一个容器是离线的，被加热或冷却；阀t1in和t2in控制哪个容器接收冷却的排气。为了讨论的目的，假定tsa1脱水，则阀t1in打开，并且排气流过tsa1并流出阀t1d，通过另一冷却器p2t，到达三个捕获容器ts3、ts4或ts5中的一个。在捕获tsa容器的入口处，排气具有基本上为零的水，通常为5-20％的co2，0-10％的o2和余量的惰性气体(氮气，带有少量氩气)。
125.假定ts3此时正在吸附co2，阀t3in处于打开状态，t4in处于和t5in处于关闭状态。现在耗尽co2和水的排气经由t3t流出ts3，t3t是打开的，而t4t和t5t是关闭的。这种相对冷的干燥气体，主要是n2，被分流到几个位置。首先，如果所有下游阀都关闭，或者如果由于某种原因背压暂时较高，则任何过量气体将通过由背压调节器bpr控制的co
2 tsa排气口排放到空气中。通常，压力低于设置点并且bpr保持关闭。该干燥n2气体的一部分用于加热tsa1或tsa2(无论哪一个不吸附水，在该示例中为tsa2)，或用于冷却tsa2，这取决于循环时间。例如，如果tsa1和tsa2中的水吸附的设计点为8小时，则tsa1将吸附8小时，并且与tsa2并行地，将首先通过使用加热的干燥n2打开t2h和t2x大约4小时来再生(加热)，然后将通过打开t2c冷却，同时关闭t2h(t2x仍然打开)。8小时后，通过t1h、t1c和t1x处的阀作用的组合，该过程将逆转，其中tsa2接管脱水吸附任务，并且其中tsa1被加热，然后冷却。用于水吸附的循环时间通常是几个小时，通常在3和12小时之间。
126.在大多数情况下，排气中的co2比排气中的水多一个数量级，并且每单位重量分子筛的co2容量低于水的容量，因此，床ts3、ts4和ts5中co2吸附功能的循环时间以分钟测量，而不是以小时测量。如本文所讨论的，假定ts3吸附co2，t3in和t3t是打开的，并且可选地经由冷却器进一步冷却的一部分干燥n2可以穿过t4c或t5c以向那些床提供冷却，并且将经由
t4x或t5x离开。应注意的是，冷却所需的气体体积可能不能完全由来自ts3的流速来满足，并且关于如何通过再循环来增加流量或减少所需的流量的讨论将在本发明的后面进行。
127.在co2吸附循环完成之后，所捕获的co2必须被释放，并且在tsa过程中，该过程主要经由加热。在本发明的某些实施例中，通过热气体混合物提供加热，该热气体混合物主要是co2，在该示例中经由阀t3h递送至床ts3。热co2供应通常为600-800华氏度，650华氏度是最常见的设计点。气体向下流过容器ts3中的介质，逐渐加热介质，并驱除更多的co2，该暖的co2经由阀t3d流到冷却器，并且一部分气体分离，流过分离器(理论上不需要，这是干燥气体，实际上在那里增加体积以改进控制)，流到螺杆式压缩机，并在下游流到co2压缩或使用系统的其余部分。在该co2螺杆处的流速，通常也是可变的速度，在解吸过程中间接地设置容器ts3中的压力。
128.所需的解吸流速在质量和体积基础上都远高于原始排气流速。此外，给定更高的温度，通过床的压降也将更高，高达10psi，相对于吸附的1-2psi，导致高的电负载。在本发明中，co2产物被再循环以支持这些更高的流速，并且更重要的是，再循环的动力是经由“co2涡轮”，利用来自发动机排气的为涡轮增压器提供动力所需的热量，以及加热床本身。再次参考图2，在通过t3d和冷却器之后，一部分co2产物进入涡轮增压器压缩机，通常增压至15-25psi，将温度升高至300华氏度或更高，然后进入co2hx，并被加热至接近原始排气温度，通常为800-900华氏度。然后该热co2通过涡轮增压器的膨胀器侧膨胀，导致再生所需的600+华氏度co2，仍处于足够高的压力以支持通过床的流动，因为如涡轮增压器的通常情况，压缩机侧的压力增加显著超过膨胀器侧的压力降低。
129.在再生过程结束时，ts3床中几乎没有co2，当然几乎没有水。介质是热的，通常具有大约500华氏度的平均温度。介质必须冷却到准备好用于下一个吸附循环的开始，其通过打开阀t3c和t3x，同时关闭t3in、t3t、t3h和t3d来实现。冷却过程不需要使介质温度完全返回到环境温度，再次参考图1，100℃(212
°
f)以下的任何物质将提供用于co2的初始吸附的一些能力，优选接近或低于50℃(122
°
f)。床冷却将与吸附过程并行地继续到一定程度，因为原始排气流在标称10℃(50
°
f)下提供。
130.在图2a中一般性地描述了tsa过程的流速方向和操作顺序。图2b中总结了使用双床tsa的tsa脱水和使用三床tsa的tsa捕获的过程的正时的示例。对于类似尺寸的床，脱水过程将比捕获过程慢得多，每个床数小时，捕获过程在理论上可以非常快地进行，但在实践中以10-30分钟的过程间隔进行。
131.现在将回顾本发明的某些实施例的变体和优选的过程实施例。图3-9的实施例可以解决这些基本的过程变体，尽管这些变体的不同组合将经常取决于发动机细节和其它过程要求而使用。
132.如结合图1a所讨论的，现今的现有技术使用tsa过程用于脱水，但是使用多级真空变压吸附(vpsa)或psa过程用于捕获(vpsa在技术上是psa的子集，但是工业中经常使用的术语)。在本发明的某些实施例中，如在图2、2a和2b的描述中所讨论的，相同的基本过程(tsa)现在用于脱水和捕获两者，标称地具有相同的捕获和再生温度，尽管对于类似尺寸的容器，这些过程的循环时间不同。
133.参考图3，假定在本发明的某些实施例中tsa过程用于脱水和捕获两者，则可以在单个容器中组合这些功能。该容器可以具有不同介质的层以控制功能发生的位置，可以具
有介质的混合物，或具有单一介质，因为如图1所示，某些介质具有co2和h2o捕获能力。
134.具体地，图3重复了图2的基本过程，其中省略了容器tsa1和tsa2以及它们相关的阀t1in、t2in、t1x、t2x、t1c、t2c、t1h、t2h、t1d和t2d，并且省略了冷却器p2t之间的过程。
135.图3保留了与18个t3-t5系列阀相关联的所有过程。脱水介质的量现在比捕获介质少得多，因为更短的捕获循环时间仍然是占首要地位，并且可替代地，因为捕获介质具有一些脱水能力，所以可以消除脱水层，但是这在大多数情况下是不实际的，因为典型的捕获介质的成本高于氧化铝或3a。图2a的捕获过程正时被保留，尽管附加的任务将需要稍大的容器或稍短的处理时间。
136.在某些实施例中，用于捕获和再生的气体流速不相等，并且其通过用于再生的co2的再循环来调节。尽管通过从图2到图3的变化实现了资本设备和阀数量的显著减少，但是图3的冷却要求在一些情况下比图2的冷却要求更差，因为脱水介质还必须在更快的循环中冷却。这可以通过改变容器的数量来解决，只要加热和冷却时间可以在一个容器上与在另一个容器上的吸附时间并行地完成，则可以设计具有少至两个容器的系统。这类似于图2b的两容器脱水正时。也可以用四个或五个或甚至六个容器沿另一方向行进，使得用于冷却和/或加热的可用时间长于用于捕获的时间。下面表1总结了这些基本选项。
[0137][0138]
表1
[0139]
还可以具有不等的冷却和加热时间，例如四床设计可以具有用于吸附的x、用于再生的x和用于冷却的2x的循环时间，或相反，或其间的任何时间，只要循环最终能够同步和重复。
[0140]
图3的结果大大节省和简化了用于半封闭循环(scc)的现有技术分子筛捕获系统。图3的捕获和脱水部分也将在没有scc的排气再循环的情况下工作，但是在分子筛捕获过程上游浓缩co2的一些方法减少了实现co2的商业质量或螯合质量所需的阶段数，最终使得具有合适设计的用于螯合应用的单级捕获系统成为可能。
[0141]
参考图4，重复图3的所有部件及其相关联的过程和正时，一些附加的部件主要解决冷却问题，以及非螯合或管道应用所需的co2规格。使用具有冷却器的n2再循环风扇是附加的容器的替代，或者可以与附加容器结合使用，以在可用时间内实现充分冷却。还存在围
绕co
2 hx的旁通阀。这使得能够在再生循环期间降低流速和温度。一旦足够的热量“进入”容器和介质的顶层，并且co2已经被驱出该介质，就可以降低流速和温度。热波将仍然继续沿着容器向下，其中介质充当热再生器，使得较低水平的介质被加热，同时介质的顶部水平开始冷却。
[0142]
还参考图4，在co2螺杆的下游添加了新的部件，以包括两个psa容器，具有相关联的阀p1in、p2in、p1d、p2d、p1x和p2x。该psa过程的操作是常规的，但是使用诸如氧化铝或3a的介质，其将在比tsa1和tsa2存在的低得多的总流速下并且用小得多的容器进行最终脱水，并且对于要求非常低的露点的应用(如州际co2管线)，这种psa的添加使得本发明的某些实施例仍然满足那些管线规格。正如那些具有psa知识的人员所熟悉的，当p1in、p1d和p2x打开，其它阀关闭时，p1in的下游的容器将吸附水，而p2in的下游的容器排出水，并且当阀位置反向时，将发生反向。
[0143]
图5包括与图4相同的一些增强功能，具有一些辅助系统启动的附加的部件，并提供在tsa之前浓缩co2的附加的方法。参考图5，与典型发动机上的涡轮增压器不同，co2涡轮通常需要起动。co2涡轮在物理上可以是具有压缩机和膨胀器的电驱动“压缩膨胀器”，通常在共同的重载齿轮上，并且启动的马达功率将接近零(或甚至变成负的，像发电机一样作用)。如果co2涡轮更像发动机涡轮增压器，压缩机和涡轮机物理地连接在公共轴上，没有外部输入或输出，则必须启动该轴旋转。为了实现启动，压缩较高压力的co2(或在最初的过程中此时存在的任何气体)，并使其进入co2涡轮膨胀器，在压缩机的下游但在co
2 hx的上游经由止回阀或自动阀以机械地启动涡轮机的阀芯，一旦co2涡轮膨胀器看见热气体，其将快速启动，打开co2涡轮压缩机的下游的止回阀，并关闭另一个(如果不是自动的)。图5还包括附加的特征，因为通过再生过程的流量通常比原始发动机排气的流量高得多(通常为两倍)，并且因为该流量是高纯度co2(》》90％co2)，而即使具有scc的发动机排气是低得多的纯度co2(有时《10％co2)，作为co2再生流量的一部分的非常小的排放流量将对进入循环的原始co2纯度具有显著影响。co
2 tsa的这种再循环是浓缩排气co2的另一种方法，类似于scc，但不需要将co2返回到发动机的入口，后者有时需要较大的氧气装置或与某些发动机类型不兼容的其它发动机改进，尤其是在改装项目中或对于使用标准发动机制造商提供的产品、额定值和控制的新安装，对于scc没有优化。
[0144]
图6表示对图3的基本发明的另一增强。对于非常高效的发动机，特别是高效的稀燃活塞发动机，存在的排气热量不足以完全支持co
2 tsa的co2涡轮操作。在其它情况下，存在足够的热量，但是客户已经选择在他们自己的过程中使用该热量，因此可以获得更少的总排气热量。在一个极端的示例中(如图6所示)，没有一个是可用的，co2涡轮已经电驱动的鼓风机代替，并且co
2 hx已经被电加热器代替。其余过程保持相同。实际上，co
2 hx将存在，并且co2涡轮将以压缩膨胀器(电辅助)的形式存在，但是具有由压缩膨胀器上的马达提供的附加热量和功率，以及图3的co
2 hx的下游但在co2膨胀器或t#h阀的上游的小加热器。
[0145]
图7表示在图4-6中已经讨论的具有一些新特征的一些增强。具体地，图4的再循环n2鼓风机已被鼓风机或风扇和冷却器代替，以尽可能多地滴出水(露点大约40华氏度，或《《1％水)。除了用于冷却过程的干燥n2之外，还使用空气。如前所述，与图2b一致，n2从t#t阀流向t#c阀，但现在在t#c阀的上游用部分脱水的空气增加了该流速。这消除了作为大部件的n2再循环冷却器，并带来了附加的益处。在co
2 tsa中使用直接空气冷却将更有效和快速地
冷却床，因为空气处于比再循环n2更低的温度。这也将导致床从空气中捕获少量的co2。这通常是所捕获的总co2的1-2％，但足以使整个系统碳呈阴性(非发射性)，因为co
2 tsa已经能够首先用合适的设计捕获》99％的co2。
[0146]
图7的另一增强是在scc内使用逆流直接接触冷却器，其比活塞发动机更适用于燃气涡轮机。这显著降低了骤冷所需的冷水的流速，但增加了背压。涡轮发动机比活塞更能耐受这种背压，否则需要非常高的水流量来实现骤冷。
[0147]
图7的最终增强，也比活塞发动机更适用于燃气涡轮机，是使用吸附式冷却器对机械式冷却器，以支持与该循环中空气和其它冷却负载的部分脱水相关联的更大的冷却要求。应注意，图7保留了图4或5的最终脱水psa，因为使用直接空气冷却将导致co2产物中包含更多的水，在大多数应用中需要最终脱水。
[0148]
图8反映了本发明的某些实施例的另一个变体，同样适用于具有有限排气热量的活塞发动机或具有已经由其它发动机使用的全部或大部分热量的涡轮发动机。附图描述了co2涡轮压缩机和膨胀器之间的小燃烧器，其基本上将涡轮增压器转变成小的热co2发生器。由于达到所需温度的烧制量非常低，并且所得到的混合物在空气氧化时是不可燃的，并且由于这已经在捕获过程的产物侧，所以该微型气体发生器用氧气烧制。燃烧产物是co2和水，并且由于co2是热的，它将最终流过介质并被添加到捕获的co2中。如图7所示，燃烧水将通过最终psa除去。该方法仅在已经使用高纯度氧气源的scc实施例中是实用的，因为仅在大多数情况下，这种小负载的o2产生的经济性在经济上是不可行的。
[0149]
图9表示增强可用排气废热的更常用和实用的方法。与许多热回收蒸汽发生器的情况一样，通常在燃气涡轮机排气中具有补充燃烧以增加可用的热量。这与scc兼容，但是实现相同结果的另一种方法是在co
2 hx的上游安装燃烧器，但是与主排气流并联而不是串联。这与改进装置更相容，并将产生大约11％的浓缩co2流，其可以在客户热交换器的下游但在骤冷系统的上游添加到原始scc排气中。
[0150]
下面对图10-20的讨论涉及某些实施例的机械实现方式。
[0151]
co
2 tsa发明，以及在较小程度上，scc本身，具有作为发动机效率和客户安装细节(主要是由于不同量的可用排气废热)的函数的变化的实现方式。co
2 tsa发明还具有用于小系统(通常用于活塞发动机)的不同机械实现方式，其中各个容器可以是较大但仍可运输/模块化系统的子集。相反地，对于更大的系统，并且通常对于更大的燃气涡轮机，出于机械原因需要将流分成多个流，即“双排气co
2 tsa”，或者可替代地将容器隔室分成多个模块以在现场组装。这是可能的，因为co
2 tsa过程有三个功能：吸附、再生和冷却；所有都在基本相同的压力下进行，再生在稍高的压力下进行。因为存在类似的压力，并且所有压力都是低的，所以结构要求是最小的。更重要的是，由于再生(co2生产)处于稍高的压力下，任何泄漏将从产物(再生)侧返回到过程侧(吸附或冷却)，没有co2损失，并且没有产物杂质作为泄漏的函数而产生。图中，在该过程中看起来是管道系统/管道实际上可以是在更大的结构内的挡板或面板，而不用担心co2tsa发明的过程之间的紧密密封。
[0152]
图10表示本发明的某些实施例在小的，标称为1mw的活塞发动机发电机上的典型的总体布置。通常情况下，发动机安装在外壳内，在这种情况下外壳包括scc再循环系统和排气骤冷器。三个散热器安装在外壳的前部，一个用于scc骤冷水、一个用于后冷水、一个用于夹套水。co
2 hx位于外壳的顶部，设备的平衡反映了电驱动的co2鼓风机，具有n2再循环风
扇和热交换器。co
2 tsa容器ts3、ts4和ts5显示为轻质构造(在大多数情况下为不锈钢)的单个圆形压力容器。
[0153]
图11提供了顶部集管的细节，用于：热co2入口(再生前)、干燥n2出口(吸附后)、干燥n2入口(用于冷却)。图11还提供了底部集管的细节，用于：排气入口(用于吸附)、co2出口(再生后)和n2出口(后冷却)。所有上述内容都用于分层容器方法，其中脱水和捕获过程发生在单个容器中。
[0154]
图12提供了本发明的某些实施例的关键细节。介质被保持在非常薄的壁的不锈钢衬里内，该衬里在容器壁内部和盖内部是绝缘的。这样，只有介质和非常少量的支撑金属内部衬里必须改变该过程的温度。薄的高性能气凝胶绝缘体，特别是阿斯彭气凝胶的新发展使得这种设计成为可能。
[0155]
图13和子部分示出了单个容器例如ts3的截面的不同视图。示出了在捕获介质(通常为5a或13x)上方和下方的脱水(防护)层(通常使用3a或氧化铝)的相对负载。具有通过介质的良好流动分布是重要的，并且具有低压降也是重要的。两个目标都以相对短的纵横比实现-介质高度通常远小于容器直径。对于低压降和低速，管道系统也是超大的，使用挡板来帮助从管道到床的流动分布。计算流体动力学(cfd)建模已经示出，通常用作分子筛容器中的流动分布器的典型陶瓷球如果没有通过挡板完全消除，则可以在很大程度上消除。防护介质通常也比捕获介质更粗糙(更大尺寸)，以进一步帮助分发。
[0156]
图10-13都示出了三个独立的tsa容器，都是圆柱形的，具有平盖。还有其它的容器配置，包括半椭圆形头部、半球形头部、或甚至球形的容器，它们可以被使用，并且经常被用在压力容器设计中，并且可以被用在本发明中。具有非常低的压力和在三种不同过程中具有类似压力的设计的性质使得“压力容器”的设计不寻常。包括六边形或矩形/正方形截面的平侧模块或隔室可以包装在单个较大的“压力”结构中。本发明容器设计中的最大负载通常不是由气体压力驱动，而是由介质的重量与介质的压降结合驱动。
[0157]
图14示出了用于ts3、ts4和ts5的一种可替代的封装方法，尽管该方法可以用于更少或更多数量的tsa隔室。图14示出了具有三个隔室的单个矩形截面容器，其在介质装载和截面方面等同于图11的三个容器设计。图14a示出了盖被除去的内部视图，并且可以看到三个独立的隔室，具有与针对图12和13的圆形截面容器所描绘的相同的基本内部衬里和内部绝缘构造。介质内部的拉杆或内部结构将有助于支撑薄壁抵抗介质的重量。图14b在容器设计方面与图14和14a相同，但是用于n2、co2和排气的顶部和底部管道被管道和内部阻尼器代替，所有这些管道和内部阻尼器都在较大的压力边界/结构内部，尽管在操作期间在三个过程之间仍然存在一些压力差。如前面已经讨论的，从再生过程到其它过程的一些泄漏将不会显着地损害操作，并且如图14b所示的这些管道实际上可以通过将面板放置在较大结构内来产生。这些面板甚至可以包括进入端口或手孔，以便能够进入内部机构，诸如阻尼器、阻尼器致动器和连杆。
[0158]
图15a-20b说明了与较大系统相关联的本发明的某些实施例的不同机械实现方式方法。图15-20所示的尺寸与15-25mw燃气涡轮机装置一致。与图10-14中讨论的较小系统相比，较大系统具有不同的机械挑战和实现方式解决方案。具体而言，以下技术问题在较大系统中占优势：鼓风机的电力负载(大截面使压降最小化并因此使功率最小化)、水对co2吸附/介质的影响(在tsa之前帮助除去水的吸附式冷却器)、大直径/截面管道尺寸、管道中的
长度/体积/压降、大截面面积容器中的流动分布(在管道中需要甚至更低的速度)、总占地面积和用于运输的部件的尺寸。
[0159]
图15a和15b描绘了与本发明的某些实施例的标称20mw燃气涡轮机实现方式相关联的单个tsa容器的外部视图。示例20mw scc燃气涡轮机tsa为28’d
×
6.5’高，包括挡板和所有介质。管道系统需要为大约60”d当量或更大。需要四个容器，分批过程使用1个用于吸附、1个用于再生、2个用于冷却。可以设计具有相同介质负载的更小直径但更高的容器，但是更小的占地面积将导致更高的床压降，并因此导致更高的n2/空气和tsa螺杆动力要求。
[0160]
参考图16，为了保持尽可能低的速度，以帮助在容器的大直径上的均匀分布，示出了示例性机械设计，其中在顶部具有三个84
”×
84”阻尼器，在底部具有三个84
”×
84”阻尼器，具有从84”正方形阻尼器到60”正方形管道的过渡。可以存在针对不同tsa要求的不同尺寸，并且图15a-20b都旨在提供设计的实施例的示例。
[0161]
对于某些装置，四个28’d容器和所有管道的占地面积是一个挑战。管道的长度以及容器和鼓风机之间的相关联压降也可能是显著的。图17描绘了一种解决方案：具有6个歧管和24个阀的4个co
2 tsa容器的堆叠用作床。整个系统大约为50’d
×
50’h，占地面积大大减小，然而，尽管容器的尺寸相当轻，超过300吨的介质在高处，这需要仔细的结构设计，尤其是在地震区域。
[0162]
图18示出了单个28’d的tsa容器的布置，如果四个容器的选定布置是水平的而不是垂直的。在这种情况下，仍然使用84”的正方形阻尼器，但是矩形管道的顶部和底部形成更易于预制和运输到现场的部分。在这种具有顶部和底部管道的可替代布置中，4个容器将装配在120
’×
30’的空间中，尽管容器部件仍然大，可能需要现场制造。
[0163]
图19解决了大容器直径和将其直接运输到安装地点的能力的问题。代替28’d的tsa，使用22
’×
30’的矩形28’d等效tsa。该矩形容器可以在两个11
’×
30’模块中运输，其中模块之间的密封在绝缘体外部(低温)，没有特殊的垫圈或密封要求。金属与金属之间用填缝剂拧紧将是足够的。图19a示出了分别具有两个模块化隔室的这些28’d等效容器中的四个如何在现场装配在一起。占地面积仍为大约30
’×
大约100’，这更好，且重量基本上不变，但成本较低，安装内部绝缘体也是如此。
[0164]
使用两个模块形成每个tsa容器也产生了机会。图20描绘了中心垂直管道的使用，尽管垂直管道也可以在一侧或两侧使用，使得所有的阀和管道工作在一侧。如图20所示，这些管道都在顶部，但是对于底部上的所有管道也可以容易地实现。优选实施例具有在co
2 tsa模块对之间的垂直管道。
[0165]
图20a是由两个模块和一个垂直管道产生的tsa容器中的一个的截面，并且示出了对于这三个过程将如何发生流动：吸附、再生和冷却。
[0166]
图20b描绘了使用模块化构造和垂直管道的四个tsa容器的组装。所示的四个容器可替代地容纳在单个混凝土基座中，因为不需要接近容器的下侧且重量很重。这种类型的构造还有助于消除对介质隔室内部加强件的需要，并使介质在现场的装载更容易。
[0167]
本发明的某些实施例的变体包括不同数量的容器、不同数量的隔室、不同尺寸的管道、不同尺寸的阀和阻尼器，将基于特定的项目要求和安装约束来实现。
[0168]
实施例可以包括co
2 tsa系统，例如用于scc或任何其它合适的用途，用于脱水和捕获的tsa，双层或多层tsa，在相同容器中脱水和捕获(例如，在相同介质中或具有分层介
质)，具有n2再循环风扇的多层tsa，经由psa过程的最终脱水，经由气体注入的co2涡轮启动，排出以进一步浓缩co2的co2排放，电驱动co2鼓风机，部分电驱动co2鼓风机(压缩膨胀器)，用于co2的单独热源，直接空气(捕获)冷却，使用冷却器降低水吸附负载，逆流scc骤冷系统，燃烧的co2涡轮，燃烧器增强的co2涡轮热交换器，与scc排气混合的燃烧器排气co2，分层tsa容器，顶部集管(用于热co2入口(再生前)，干燥n2出口(吸附后)，干燥n2入口(用于冷却))，底部集管(用于排气入口(用于吸附)，用于co2出口(再生后)，用于n2出口(后冷却))，内部绝缘的“压力容器”，薄壁ss衬里，防护脱水介质顶部和/或底部，可变面积多孔挡板代替tsa中的陶瓷球以用于流动分布，tsa中的堆叠挡板，单个容器中的多个隔室，没有显著的压力或压力差，具有最小增强的平坦侧设计可能性，隔室之间的微小泄漏不会显著影响过程，在比过程的其余部分略高的压力下生产，使得杂质不会泄漏到co2产物中，不需要特殊的高温或复杂密封，集成在模块化容器结构内的用于n2、co2等的管道系统/挡板，垂直堆叠的scc的co2tsa容器，用于大容器的顶部和底部管道，形成有较小模块化容器的大容器，用于大型模块化容器的内部垂直管道，模块化容器部件之间的垂直管道，管道内部的阻尼器，经由单个结构内部的挡板形成的管道，使得所有阀能够在顶部上的垂直内部管道，和/或具有使得能够“在地面游泳池中”tsa构造的垂直内部管道的顶部管道布置。
[0169]
任何合适的控制模块可以包括经配置执行相关联的功能的任何合适的硬件和/或软件模块。虽然上面已经公开了关于例如阀的控制的某些实施例，并且本文考虑控制阀的其它合适的控制方案和顺序/正时。虽然示出了具有某些构造的实施例，但是本文还考虑任何合适的其它构造以及具有用于实施例的任何合适的尺寸和任何合适的形状。
[0170]
如所属领域的技术人员将了解，本发明的各方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，其所有可能性在本文中可以称为“电路”、“模块”或“系统”。“电路”、“模块”或“系统”可以包括一个或多个分离的物理硬件和/或软件部件的一个或多个部分，这些物理硬件和/或软件部件可以一起执行所公开的“电路”、“模块”或“系统”的功能，或者“电路”、“模块”或“系统”可以是单个独立的单元(例如，硬件和/或软件)。此外，本发明的各方面可以采取在其上实现有计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中体现的计算机程序产品的形式。
[0171]
可以使用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置，或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷举列表)将包括以下：具有一条或多条电线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、光存储装置、磁存储装置或前述的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是可包含或存储供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用的程序的任何有形介质。
[0172]
计算机可读信号介质可以包括其中例如在基带中或作为载波的一部分包括有计算机可读程序代码的传播数据信号。这种传播信号可以采用多种形式中的任何一种，包括但不限于电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其不是计算机可读存储介质但是能够传送、传播或传输供指令执行系统、设备或装置使
用或与之结合使用的程序。
[0173]
体现在计算机可读介质上的程序代码可以使用任何合适的介质来发送，包括但不限于无线、有线、光纤电缆、rf等，或前述的任何合适的组合。
[0174]
用于执行本发明的各方面的操作的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括诸如java、smalltalk、c++等的面向对象的编程语言以及诸如“c”编程语言或类似编程语言的常规过程编程语言。程序代码可以完全在用户的计算机上执行，部分在用户的计算机上执行，作为独立的软件包，部分在用户的计算机上执行，部分在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，包括局域网(lan)或广域网(wan)，或者连接到外部计算机(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)。
[0175]
以上可以参考根据本发明的实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述本发明的各方面。应当理解，任何流程图图示和/或框图的每个框以及任何流程图图示和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现在任何流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的装置。
[0176]
这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以引导计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置以特定方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令的制品。
[0177]
计算机程序指令还可以被加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上，使得在计算机、其它可编程设备或其它装置上执行一系列操作步骤，从而产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现本文指定的功能/动作的过程。
[0178]
本领域普通技术人员理解，本文公开的任何数值可以是精确值或可以是范围内的值。进一步地，本发明中使用的任何近似术语(例如，“大约”、“近似地”、“左右”)可以是指范围内的所述值。例如，在某些实施例中，该范围可以在(正或负)20％内，或在10％内，或在5％内，或在2％内，或在本领域普通技术人员所理解的任何其它合适的百分比或数字内(例如，对于已知的公差极限或误差范围)。
[0179]
除非上下文另外明确指出，否则如本文和所附权利要求书中所用的冠词“一”、“一个”和“该”在本文中用于指该冠词的语法对象中的一个或多于一个(即，至少一个)。例如，“元件”是指一个元件或多于一个元件。
[0180]
如本文在说明书和权利要求书中所用的短语“和/或”应理解为意指如此结合的元件中的“任一者或两者”，即在一些情况下结合地存在而在其它情况下分离地存在的元件。与“和/或”一起列出的多个元件应当以相同的方式解释，即如此结合的元件中的“一个或多个”。除了由“和/或”条款具体指明的元件之外，可以可选地存在其它元件，无论与具体指明的那些元件相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，当结合开放式语言如“包括”使用时，对“a和/或b”的引用在一个示例中可以仅指a(可选地包括除b以外的元件)；在另一个实施例中，仅b(可选地包括a以外的元件)；在又一个实施例中，a和b两者(可选地包括其它元
件)；等等。
[0181]
如本文在说明书和权利要求书中所用，“或”应理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。例如，当分离列表中的项目时，“或”或“和/或”应被解释为包括性的，即包括多个或一列元件中的至少一个，但也包括多于一个，以及可选地，附加的未列出的项目。仅有清楚地相反指示的术语，例如“仅一个”或“确切地一个”，或当在权利要求书中使用时，“由
…
组成”将是指包括多个元件或元件列表中的确切一个元件。通常，本文中使用的术语“或”应仅解释为当在排他性术语之前时指示排他性替代(即，“一个或另一个但不是两者”)，诸如“任一者”、“其中的一个”、“仅其中的一个”或“确切地其中的一个”。
[0182]
任何公开的实施例和/或其任何合适的部分的任何合适的组合在本文中考虑，如本领域普通技术人员鉴于本发明所理解的。
[0183]
如上所述并在附图中示出的本发明的实施例提供了它们所属领域的改进。虽然本发明包括对某些实施例的参考，但是本领域技术人员将容易理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行改变和/或修改。

技术特征：
1.一种碳捕获系统，包括：多个co2变温吸附(tsa)床，其包括至少：第一tsa床，其经配置在捕获温度范围内捕获co2并且在高于所述捕获温度范围的再生温度范围再生所述捕获的co2；第二tsa床，其经配置在捕获温度范围内捕获co2并且在高于所述捕获温度范围的再生温度范围再生所述捕获的co2；第三tsa床，其经配置在捕获温度范围内捕获co2并且在高于所述捕获温度范围的再生温度范围再生所述捕获的co2；多个阀和相关联的流动路径，其经配置允许切换所述第一tsa床、所述第二tsa床和所述第三tsa床中的每一个的操作模式；以及控制模块，其经配置控制所述多个阀以提供连续操作，使得同时地，所述多个tsa床中的至少一个在捕获模式下操作以从排气流中除去co2并且输出氮气流，所述多个tsa床中的至少一个在加热再生模式下使用以将co2释放到生产流中，并且所述多个tsa床中的所述一个中的至少一个在冷却模式下操作以由冷却流冷却。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述碳捕获系统经配置连接到半封闭循环发动机系统以从其接收发动机排气。3.根据权利要求1所述的系统，进一步包括生产流循环器子系统，其选择性地连接到每个tsa床并且经配置使所述生产流在再生模式下循环通过相应的tsa床，以从所述tsa床再生附加的co2，从而增加所述生产流中的co2浓度。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述生产流循环器子系统包括热源，其经配置向所述生产流添加足以将在再生模式下操作的所述相应的tsa床加热到再生温度范围内的热量。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述生产流循环器子系统包括动力源，其经配置在所述循环器内移动所述生产流。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述生产流循环器子系统与co2输出子系统流体连通。7.根据权利要求5所述的系统，其中所述热源是废热交换器，其经配置与所述发动机的下游的所述排气流热连通，并且其中所述动力源是连接到涡轮机的压缩机，其中所述废热交换器在所述压缩机与所述涡轮机之间处于流体连通，使得废热驱动所述涡轮机为所述压缩机提供动力。8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括流动推进器，其经配置向所述排气流提供动力流以流过所述碳捕获系统到达在所述捕获模式下操作的相应的tsa床。9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括脱水子系统，其在所述流动推进器的下游和在所述第一tsa床、所述第二tsa床和所述第三tsa床中的至少一个的上游，以在所述捕获模式下操作的所述第一tsa床、所述第二tsa床和所述第三tsa床中的至少一个的上游除去水。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述脱水子系统包括至少两个脱水tsa和相关联的阀，其中所述控制模块经配置用于操作所述至少两个脱水tsa，使得第一脱水tsa在水捕获模式下操作以便将干燥排气输出至所述多个co
2 tsa中的至少一个，并且使得第二脱水tsa在水再生模式下操作，所述水再生模式使用来自所述多个已加热的co
2 tsa的所述氮气
流，或者在冷却模式下操作，所述冷却模式使用来自所述多个已冷却的co
2 tsa的所述氮气流。11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括脱水子系统，其与所述第一tsa床、所述第二tsa床和所述第三tsa床中的每一个集成以在相同的位置除去水和co2。12.根据权利要求11所述的系统，进一步包括氮气再循环系统，其具有氮气流动推进器，其经配置以在所述捕获模式下再循环由相应的tsa床输出的氮气，以便在所述冷却模式下操作时增加所述第一tsa床、所述第二tsa床和所述第三tsa床的冷却效果。13.根据权利要求12所述的系统，进一步包括脱水子系统，当在生产模式下操作时，所述脱水子系统在至少第一tsa床、第二tsa床和第三tsa床的下游，以在所述生产模式下操作的所述第一tsa床、所述第二tsa床和所述第三tsa床中的至少一个的下游除去水。14.一种碳捕获系统，包括：变温吸附(tsa)床，其经配置在捕获温度范围内捕获co2并且在高于所述捕获温度范围的再生温度范围再生所述捕获的co2；以及生产流循环器子系统，其选择性地连接到所述tsa床并且经配置使加热的生产流通过变温吸附(tsa)床以从所述tsa床再生附加的co2，从而增加所述生产流中的co2浓度。15.根据权利要求14所述的系统，其中所述生产流循环器子系统包括热源，其经配置向所述生产流添加足以将所述tsa加热到再生温度范围内的热量。16.根据权利要求15所述的系统，其中所述生产流循环器子系统包括动力源，其经配置在所述循环器内移动所述生产流。17.根据权利要求16所述的系统，其中所述生产流循环器子系统与co2输出子系统流体连通。18.一种方法，包括：将加热的富含co2的生产流再循环到co
2 tsa床以在所述co
2 tsa床的生产模式下增加co2浓度。19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括使用发动机废热来加热所述已加热的富含co2的生产流并且向所述已加热的富含co2的生产流提供原动力。20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括再循环氮气以在冷却模式下冷却所述tsa床。

技术总结
一种碳捕获系统可以包括多个CO2变温吸附(TSA)床。多个CO2TSA床可以包括至少第一TSA床、第二TSA床和第三TSA床，其经配置在捕获温度范围内捕获CO2并且在高于捕获温度范围的再生温度范围再生所捕获的CO2。碳捕获系统可以包括多个阀和相关联的流动路径，其经配置允许切换第一TSA床、第二TSA床和第三TSA床中的每一个的操作模式。一个的操作模式。一个的操作模式。


技术研发人员：P
受保护的技术使用者：提高能源集团有限责任公司
技术研发日：2021.09.03
技术公布日：2023/7/4