CN111712315A - 气体捕获*** - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种用于吸附剂与气体之间的传质的旋转填充床，即RPB，所述RPB包括：中心腔室，其被布置成接收为液体的吸附剂流；以及用于吸附剂的流动路径，其在所述中心腔室与用于气体和吸附剂之间的传质的区域之间；其中，在使用中，通过用于传质的区域的吸附剂流大致与通过用于传质的区域的气体流交叉流动。有利地，改善了液体吸附剂和气体之间的传质。
Description
技术领域
本公开涉及气体捕获***和过程。气体捕获***降低气体混合物中的至少一种气体的浓度。例如，气体捕获***可以清洁脏气体(dirty gas)，比如烟气，并且气体捕获在脏气体释放到大气之前降低脏气体中的二氧化碳的浓度。另一示例是气体混合物是氢气和二氧化碳的混合物，其可能因重整过程而产生。气体捕获***可以降低气体混合物中二氧化碳的浓度，以产生大致纯的氢气。根据一些实施例的气体捕获***包括一个或更多个旋转填充床，所述旋转填充床有利地包括用于在接收到的气体混合物与所述接收到的气体混合物中的至少一种气体的液体吸附剂之间提供有效传质的多个特征。所述实施例的气体捕获***具有相对低的容积，并且因此适合于需要紧凑的气体捕获***的应用，比如在海上平台上。
背景技术
一种已知的用于大幅减少因化石燃料的燃烧而释放到大气中的二氧化碳的量的技术是碳捕获和存储(CCS)。
燃烧后的CCS***在烟气被释放到大气中之前将二氧化碳从烟气去除。吸附剂用于从因化石燃料燃烧而生成的烟气中捕获二氧化碳。吸附剂通常是液体，比如单乙醇胺(MEA)。
CCS的实施目前仅存在于非常大的工业规模上，其中，烟气源是化石燃料发电厂。提供填充柱，其中，烟气中的二氧化碳被吸附剂吸附/吸收。发电厂产生的烟气量很大，且近似为大气压。因此，需要用于烟气与吸附剂之间的传质的非常大的吸收柱。所述柱可以包括液体吸附剂托盘，气体起泡通过所述液体吸附剂托盘。替代地，所述柱可以包括填料，所述填料在吸附剂与气体之间提供大的接触面积。例如，填料可以是苏尔寿(Sulzer)制造的MellapakTM(参见，http://www.sulzer.com/nb/Products-and-Services/Separation-Technology/Structured-Packings/Mellapak-MellapakPlus-Mellapak-Plastic，如2017年8月2日所看到的)。烟气被输入到柱的底部，并且液体吸附剂被输入到柱的顶部。当吸附剂竖直地向下流动通过柱，而气体竖直地向上流动通过柱时，由于吸附剂和气体的混合，会发生传质。对于CCGT发电厂的400MW联合循环燃气轮机，通过柱的线性气体速度约为2m/s。柱的直径约为15-20米，且所需的柱高度约为20-40米。因此，捕获气体所需的柱非常大。
气体捕获***的替代设计使用旋转填充床(RPB)，用于混合液体吸附剂和气体。在RPB中，传质发生在旋转的填料中。由于旋转引入的人工重力，气体与吸附剂之间的有效接触面积增加，而不会导致早期溢流。有利地，可以实现通过气体捕获***的较高的气体速度，并因此减小了气体捕获***的容积。EP0020055A1公开了一种已知的RPB设计，其中，气体和吸附剂的流动是同线式流动。
已知的用于CCS的RPB气体捕获***的实施存在许多问题。因此，普遍需要改进RPB气体捕获***。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于吸附剂和气体之间的传质的旋转填充床，即RPB，所述RPB包括：中心腔室，其被布置成接收为液体的吸附剂流；以及用于吸附剂的流动路径，其在所述中心腔室与用于气体和吸附剂之间的传质的区域之间；其中，在使用中，通过用于传质的区域的吸附剂流大致与通过用于传质的区域的气体流交叉流动。
优选地，所述RPB包括：第一填充材料；以及第二填充材料，其被构造成提供用于气体与吸附剂之间的传质的区域；其中，在使用中：所述第一填充材料被布置成接收来自所述中心腔室的吸附剂；所述第二填充材料被布置成接收来自所述第一填充材料的吸附剂；并且所述第二填充材料的吸附剂流动阻力小于所述第一填充材料的吸附剂流动阻力。
优选地，所述中心腔室、所述第一填充材料和所述第二填充材料被构造成使得，在所述RPB的截面中：所述中心腔室是圆形的；所述第一填充材料和所述第二填充材料是环形的；所述中心腔室、所述第一填充材料和所述第二填充材料是同心的；所述第二填充材料包围所述第一填充材料；并且所述第一填充材料包围所述中心腔室。
优选地，在使用中，所述吸附剂在所述第一填充材料和所述第二填充材料之间的界面上的分配大致是均匀的。
优选地，所述RPB包括多个喷嘴，其布置在所述中心腔室和用于传质的区域之间的吸附剂的流动路径中。
优选地，所述RPB进一步包括：第二腔室；其中：所述第二腔室的外壁包括多个喷嘴；所述第二腔室的内壁包括多个开口，所述开口被布置成提供在所述中心腔室内的吸附剂到所述第二腔室的流动路径；并且在所述RPB的截面中，所述第二腔室是环形的，所述第一填充材料包围所述第二腔室，并且所述第二腔室包围所述中心腔室。
优选地，所述RPB进一步包括：一个或更多个吸附剂再分配***，其中每个吸附剂再分配***包括：填充材料的内环形圈；以及填充材料的外环形圈；其中：在使用中，吸附剂被填充材料的内环形圈接收，并通过填充材料的内圈流动到填充材料的外圈；填充材料的外环形圈被布置成提供用于传质的区域；填充材料的外环形圈的吸附剂流动阻力小于填充材料的内环形圈的流动阻力；并且填充材料的内环形圈和外环形圈被构造成使得，在所述RPB的截面中：所述填充材料的内环形圈和外环形圈是环形的，并与所述中心腔室同心；并且填充材料的外环形圈包围填充材料的内环形圈。
优选地，所述RPB进一步包括：填充材料的内环形圈与吸附剂流的源之间的屏障；其中，所述屏障包括开口，所述开口布置成使得在使用中，吸附剂通过所述屏障流动到填充材料的内环形圈。
优选地，填充材料的内环形圈具有与所述第一填充材料相同的吸附剂流动阻力；填充材料的外环形圈具有与所述第二填充材料相同的吸附剂流动阻力；并且填充材料的内环形圈包围所述第二填充材料。
优选地，所述RPB进一步包括：一个或更多个轴向补偿器，其中每个轴向补偿器包括导流器，所述导流器在使用中被布置成改变通过所述RPB的吸附剂流的轴向分量，使得从所述RPB的内表面到所述RPB的外表面的吸附剂流的轴向分量减小。
优选地，在使用中，从所述RPB的内表面到所述RPB的外表面的吸附剂流大致是径向的。
优选地，所述轴向补偿器中的一个或更多个包括：填充材料的内环形圈；以及填充材料的外环形圈；其中：在使用中，吸附剂被填充材料的内环形圈接收，并通过填充材料的内圈流动到填充材料的外圈；填充材料的外环形圈被布置成提供用于传质的区域；填充材料的外环形圈的吸附剂流动阻力小于填充材料的内环形圈的流动阻力；并且填充材料的内环形圈和外环形圈被构造成使得，在所述RPB的截面中：所述填充材料的内环形圈和外环形圈是环形的，并与所述中心腔室同心；并且填充材料的外环形圈包围填充材料的内环形圈。
优选地，所述导流器是包括多个开口的冲压金属片。
优选地，在包括所述RPB的旋转轴线的平面中，用于所述RPB中的传质的区域的至少上表面是弯曲的，因此其在气体流动穿过所述RPB的方向上延伸。
优选地，用于传质的区域对吸附剂流的径向阻力高于气体流的轴向阻力。
优选地，所述填充材料中的一种或更多种包括金属网。
优选地，每种填充材料的吸附剂流动阻力取决于所述网的密集度。
优选地，所述填充材料中的一种或更多种通过在波纹形金属片中形成狭槽而形成。
优选地，在所述RPB的截面中，所述RPB包括多个环形同心部段；并且所述部段中的每个包括由填充材料的外环形圈包围的填充材料的内环形圈，其中填充材料的外环形圈具有比填充材料的内环形圈低的吸附剂流动阻力。
优选地，所述部段的数量在2至6的范围内。
优选地，填充材料的外环形圈的吸附剂流动阻力取决于外环形圈的径向厚度，使得吸附剂流动阻力随着环形圈的径向厚度的增加而增加。
优选地，所述RPB包括根据本文的方面的一个或更多个轴向补偿器。
优选地，所述RPB包括根据本文的方面的一个或更多个吸附剂再分配***。
优选地，在包括所述RPB的旋转轴线的平面中，所述填充材料中的一者或更多者的吸附剂流动阻力在气体流动穿过所述RPB的方向上增加。
优选地，RPB的外直径在3m至10m的范围内。
优选地，RPB的内直径在0.5m至4m的范围内。
优选地，所述第一填充材料和所述第二填充材料由相同的材料制造。
优选地，在使用中，所述吸附剂是二氧化碳气体的吸附剂。
优选地，在使用中，流动进入RPB中的气体是包含二氧化碳气体的烟气。
优选地，在使用中，流动进入RPB中的气体是包含氢气和二氧化碳的气体混合物。
根据本发明的第二方面，提供了一种旋转填充床(RPB)***，包括：一个或更多个根据第一方面的RPB；可旋转轴，其包括每个RPB的中心腔室；以及轴内的一个或更多个导管，用于向可旋转轴内的每个中心腔室供应吸附剂。
优选地，每个RPB的第二腔室的内壁是轴的壁。
根据本发明的第三方面，提供了一种旋转填充床(RPB)***，包括：根据第一方面的一个或更多个RPB；固定轴，其包括每个RPB的中心腔室；以及所述固定轴内的一个或更多个导管，用于向所述可旋转轴内的每个中心腔室供应吸附剂；其中每个RPB被布置成围绕所述固定轴旋转。
优选地，用于传质的区域与所述喷嘴间隔开。
优选地，所述***包括多个RPB；所述RPB的数量在2至10的范围内；并且在使用中，进入到所述RPB***中的气体输入被布置成流动穿过所述多个RPB中的每个。
优选地，所述***包括位于一个或更多个相邻RPB之间的一个或更多个叶片；并且每个叶片被构造成减少气体流的旋转/径向分量并增加气体流的轴向分量。
优选地，所述RPB***进一步包括：气体输入，其用于接收气体；气体输出，其用于输出气体；吸附剂输入，其用于接收液体吸附剂；以及吸附剂输出，其用于输出吸附剂。
优选地，所述RPB***进一步包括：设置在所述气体输入处的喷射***，其中，在使用中，所述喷射***将水喷射到通过所述气体输入接收的气体中。
优选地，所述气体输入被布置成使得在使用时，通过所述气体输入的气体流的方向正交于所述RPB***的轴线。
优选地：所述气体输入布置在所述RPB***的第一部段中；所述RPB***的第一部段不包括RPB；并且在与所述RPB***的轴线正交的截面中，所述第一部段是圆形的，使得在使用中，所述第一部段致使通过所述气体输入流动到所述第一部段的气体旋转。
优选地，所述气体输出被布置成使得在使用中，通过所述气体输出的气体流的方向正交于所述RPB***的轴线。
优选地，所述气体输出布置在所述RPB***的第二部段中；并且所述RPB***的第二部段不包括RPB；并且在与所述RPB***的轴线正交的截面中，所述第二部段是圆形的，使得在使用中，所述第二部段中的气体旋转。
优选地，所述气体输出包括入口管道；并且所述入口管道布置成从所述第二部段的内表面朝向所述RPB***的轴线延伸。
优选地：所述RPB***包括多个RPB；所述多个RPB中的至少一个被构造成使得在使用中吸附剂被供应到所述RPB，使得所述RPB提供用于由所述RPB***接收的气体与吸附剂之间的传质的区域；并且所述多个RPB中的至少一个被构造成使得在使用中，水被供应到所述RPB，使得所述RPB洗涤穿过所述RPB的气体。
优选地，所述多个RPB中的至少一个被构造成使得在使用中，液体不被供应到所述RPB，使得所述RPB干燥和/或除雾穿过所述RPB的气体。
优选地，所述RPB***进一步包括：液体收集腔室，其用于收集已经流动穿过RPB的液体；以及液位传感器，其用于测量所述液体收集腔室中液体的液位。
优选地，多个RPB中的每个都具有对应的液体收集腔室和液位传感器，所述液位传感器用于测量所述液体收集腔室中的液体的液位。
优选地，所述RPB***进一步包括计算***；其中，在使用中，所述计算***接收来自一个或更多个液位传感器的测量值，其中所述一个或更多个液位传感器各自测量对应于RPB的液体收集腔室中的液体的液位；并且所述计算***被布置成根据接收到的测量值自动地控制每个RPB的旋转速度、进入每个RPB的吸附剂的流动速率和进入RPB***的气体的流动速率中的一个或更多个。
优选地，RPB***的轴线竖直地定向；所述气体输入处于所述RPB***的底部处；并且所述气体输出在所述RPB***的顶部处。
优选地，RPB***的轴线水平地定向。
根据本发明的第四方面，提供了一种***，包括：分流器，其用于将接收到的气体流分成多个独立的气体流；多个根据第一至第三方面中任一者的RPB***，其中，所述RPB***中的每个被布置成接收所述多个独立的气体流中不同的一个；以及流动组合器，用于组合从所述多个RPB***中的每个流出的多个独立的气体。
根据本发明的第五方面，提供了根据第一方面的RPB的吸附剂再分配***。
根据本发明的第六方面，提供了一种根据第一方面的RPB的轴向补偿器。
根据本发明的第七方面，提供了一种通过旋转填充床(RPB)在吸附剂和气体之间传质的方法，所述方法包括：由RPB接收气体流；由RPB接收吸附剂流，其中所述吸附剂是液体；在所述RPB的传质的区域中提供接收到的吸附剂和接收到的气体的交叉流动。
附图说明
图1示出了根据一实施例的RPB；
图2示出了根据一实施例的串联布置的多个RPB；
图3示出了根据一实施例的RPB；
图4示出了根据一实施例的RPB的至少一部分；
图5的a)、b)和c)示出了根据一些实施例的三种不同的喷嘴实施方式；
图6示出了根据一实施例的RPB的至少一部分；
图7的a)和b)示出了根据一实施例的RPB传质部段中的吸附剂再分配***；
图8的a)和b)示出了根据一实施例的轴向补偿器；
图9的a)和b)示出了根据一实施例的导流器；
图10示出了根据一实施例的RPB的至少一部分；
图11的a)和b)示出了根据一实施例的填充材料；
图12示出了根据一实施例的RPB的一部分；
图13示出了根据一实施例的填充材料的布置；
图14示出了根据一实施例的RPB的至少一部分；
图15示出了根据一实施例的RPB的至少一部分；
图16示出了根据一实施例的RPB的至少一部分；
图17示出了根据一实施例的填充材料的布置；
图18的a)和b)示出了根据一实施例的用于RPB***中的静态叶片。
图19示出了根据一实施例的RPB***的实施方式；
图20示出了根据一实施例的RPB***的实施方式；以及
图21示出了根据一实施例的用于RPB***中的挡板的设计。
具体实施方式
本发明的各实施例提供了一种RPB气体捕获***，其中，气体被液体吸附剂捕获。所述实施例的特别有利的方面是旋转填充床(RPB)的新的实施方式，其改进了用于气体捕获***中的已知RPB。所述实施例的RPB气体捕获***的特别优选的应用是在CCS中。所述实施例的RPB气体捕获***的另一特别优选的应用是从二氧化碳和氢气的混合物中去除二氧化碳。当通过蒸气重整和水煤气变换反应从天然气产生氢气时，这是必需的。
所述实施例优于已知气体捕获***的优点包括气体与吸附剂之间传质效率的提高、更高的通过气体捕获***的流动速率和气体捕获***所需的更低质量和/或容积中的一个或更多个。根据所述实施例的RPB允许在非常高的气体流动速度和相应的高的液体流动速率下操作。这导致非常强化的状态，进而导致高的传质速率。增加的气体流动速度允许减小RPB的截面面积，并且增加的传质速率允许减小RPB长度/高度。因此，设备的尺寸和重量都有了显著的降低。设备的尺寸和重量对于在海上设施上实施CO2捕获非常重要，并且在考虑将CO2捕获装置改装至其它应用中的现有设施时也是一个重要因素。
在下面描述的实施例中，通过用液体吸附剂捕获至少一些CO2来清洁包含CO2的烟气。然而，所述实施例包括被用于通过液体吸附剂捕获任何其它气体的相同***和技术。例如，吸附剂可以是H2S或SO2的吸附剂。由所述实施例清洁的气体混合物也并不局限于烟气，并且例如可以是酸性气体。气体混合物可以替代地是二氧化碳和氢气的混合物，其中，所述实施例通过降低气体混合物中的二氧化碳的浓度来清洁该气体混合物。
存在许多脏气体源。脏气体可以是烟气，比如来自燃气轮机的排放气体，来自柴油发动机的排放气体，来自燃烧燃气、石油、煤、废物或生物燃料中的任一种的锅炉的排放气体。来自燃烧天然气的燃气轮机的烟气通常具有3.5-4％体积的CO2。来自燃烧煤的锅炉的烟气通常具有13-14％体积的CO2。脏气体可以替代地是天然气。所述气体捕获***可用于许多行业，比如发电行业、金属生产行业、水泥生产行业和矿物加工行业。
吸附剂可以是许多已知的和市售的液体吸附剂中的任何一种。例如，吸附剂的主要成分可以是单乙醇胺(MEA)。吸附剂还可以包括不同吸附剂的混合物，其中，混合的吸附剂中的每种都是用于不同气体的吸附剂。气体捕获***因此可以从被清洁的气体中捕获多种不同的气体。
本发明的实施例在大致处于大气压和相对低的CO2浓度的清洁烟气(比如来自燃气轮机的烟气)的应用中特别有利。
所述实施例提供了交叉流动式RPB(CF-RPB)。在CF-RPB中，气体通过RPB的流动与吸附剂在RPB的传质区域的流动正交。吸附剂流动大致从RPB的中心径向向外，而气体流动大致平行于RPB的轴线。尽管所述实施例提供了CF-RPB，但是在本文件中，各实施例的CF-RPB被称为RPB。
在EP 0020055A1中公开的已知的RPB是同线式RPB，而不是交叉流动式RPB，因为气体和吸附剂的相对流动是彼此成一直线的。另外，在EP 0020055A1中没有公开在CCS应用中使用RPB。
交叉流动式RPB相比于同线式RPB具有许多优势。这些优势包括提高的效率和更简化的设计。
图1示出了根据一实施例的交叉流动式旋转填充床(CF-RPB)。该RPB包括旋转轴(1)，其中，填充床(2)安装在通道(3)内。当沿着轴的轴线观察时，填充床(2)是环形的，并且通道(3)是圆形的。填充床(2)是多孔的，使得液体吸附剂和气体都可以流动穿过它。在使用中，当填充床(2)旋转时，吸附剂被输入到填充床(2)的内周边上。由于填充床(2)旋转产生的离心力，吸附剂的流动路径(4)主要是径向向外的。烟气(5)流动穿过圆形通道，并且大致在垂直于液体的径向流动的轴向方向上通行穿过RPB。所述实施例包括RPB被定向成使得RPB的纵向轴线是竖直的(如图1中所示出的)，或者该纵向轴线是水平的。当纵向轴线竖直地定向时，通过RPB的气体流动方向可以是向上或向下。
为了实现气体与吸附剂之间的有效传质，希望的是吸附剂在由多孔填充床(2)提供的大表面面积上形成薄的液体膜，并且希望在填充床(2)的由气体流动通过的空隙中形成吸附剂的液滴。这为CO2从气相到液相的传质创造了大的液体表面面积，在液相中，CO2被吸附剂吸收/吸附。当RPB***在稳态条件下运行时，填充床(2)内的气相和液相(即吸附剂)中的CO2浓度在轴向方向和径向方向上都发生变化。
吸附剂捕获CO2的有效性取决于以下全部：填充床(2)旋转的速度、液体吸附剂流动进入到填充床中的速率和气体流动穿过***的速率。当吸附剂流动速率和旋转速度适于特定的质量流率时，传质速率比不使用旋转填充床的常规基于重力的气体捕获***高若干个数量级。
尽管单个大的RPB可以有能力从烟气流中捕获80-90％的CO2，但是对于气体捕获***来说，包括多个彼此串联布置的较小的RPB更有效。图2示出了根据一实施例的具有多个串联布置的RPB的气体捕获***的实施方式。在图2中，示出了四个RPB级，然而所述实施例包括任意数量的RPB。在使用中，烟气(5)通过RPB级一(6)、RPB级二(7)、RPB级三(8)和RPB级四(9)，而液体吸附剂(10)以相反的顺序通过所述RPB级，即RPB级四(9)、RPB级三(8)、RPB级二(7)和RPB级一(6)。来自一个级的吸附剂在下一级的内周边处被重新引入。这种构造有利地具有用于整个填料的传质的高驱动力。另外，采用多级构造，在各级之间重新引入吸收剂，还可以包括用于在各级之间对吸附剂和/或烟气进行中间冷却、以及使已冷却的吸附剂在各级上再循环的***。所述***还可以灵活操作，从而使气体捕获***适用于在不同烟气成分、气体流动速率和吸附剂情况下的高效操作。
根据所述实施例的RPB包括用于提供有利性能的多个特征。
根据所述实施例的CF-RPB包括一个或更多个用于改进对每个RBP内的传质容积的利用的特征，以便提供比已知的气体捕获***更有效的传质。目标是确保每个RPB的传质容积内的所有表面都被液体吸附剂润湿，并且润湿的表面被更新，以便保持用于传质的合适的吸附剂流动。交叉流动式气体流优选地能够进入填料内的所有区域，以便向润湿的表面适当地供应富含CO2的气体。
为了实现上述目的，根据所述实施例的每个RPB优选地被设计和操作成使得在发生传质的填料内，吸附剂在轴向方向上的流动非常少或者基本上没有。吸附剂的流动基本上是径向的，并且基本上沿切向均匀地分配。
RPB的外半径与内半径之比可以是2比4。当液体吸附剂从RPB的内表面流到外周边时，液体吸附剂的通量密度将以相应的系数下降，并且离心力将以相应的系数增加。
因此：
-优选的是，以一定的径向距离安装用于液体的再分配的各个装置，以避免填料的干燥区域；
-填料性质，比如孔隙率、比表面积和球当量等效粒径，可在径向和/或轴向方向上变化；并且
-填料性质优选地是各向异性的，使得液体在径向方向上的流动阻力高于气体在轴向方向上的流动阻力。
相应地，CF-RPB优选地被设计和操作成使得：
-液体吸附剂在RPB的内周边处沿切向均匀地分配；
-液体吸附剂根据适当的轮廓在RPB的内周边处适当地轴向地分配；
–液体吸附剂在径向切向平面内移动时基本上不会因交叉流动的气体和/或由于重力的作用而沿轴向方向偏斜；
-随着半径和离心力增加，液体吸附剂沿切向方向平均地散布在填料中；
-通过RPB中的变化的流动阻力实现了符合特定径向轮廓的径向气体流动速率；并且
-径向气体流动控制是通过平衡由于填料的孔隙率、填料的液体负荷以及因RPB的旋转移动产生的惯性力而导致的压力梯度的同步影响来实现的。
所述实施例的其它优选特征包括：
-在每个RPB上方使用固定叶片，用于将旋转能量转化为烟气中的静压；
-用于模拟逆流填充柱的多级构造的CF-RPB；
-在多级构造中使用级间冷却来优化吸收器***中的温度分布；
-在各个CF-RPB中使用吸收剂回流，以增加液体负荷，用于优化的液体更新速率；
-用于分配液体到填料的可构造***；
-用于从外壳中有效去除液体的***。
图3更详细地示出了图1和图2中示出的RPB中的一个的实施例。所述RPB具有用于接收吸附剂的入口(15)、用于将吸附剂给送到喷嘴(19)的布置(16)和(17)、为CF-RPB提供支撑和旋转的同心旋转轴(18)、用于将吸附剂(24)平均地分配到填料(22)中的喷嘴(19)、RPB中的用于提供吸附剂在RPB中的所有轴向和/或切向位置处的基本上均匀的分配的流量调节部段(20)、用于机械完整性和用于引导烟气(25)流动穿过RPB的外壳(21)、用于提供用于传质的表面和区域的填料(22)、用于回收烟气在通过RPB时获得的旋转能量的位于RPB上方的静态叶片(23)、用于收集在填料(22)的外周边处离开RPB的吸附剂的液体收集托盘(26)以及吸附剂出口(27)。
根据一实施例的RPB不需要包括图3中示出的所有特征，并且可以包括图3中示出的特征之外的其它特征。例如，RPB可以不包括静态叶片(23)。作为另一示例，可以有一个或更多个金属杆(图3中未示出)，当RPB的轴线竖直地对齐时，这些金属杆沿着填料的上表面和下表面中的每个径向设置。这些有助于支撑填料的结构，使得填料保持其形状。
下面详细描述RPB用于提供一个或更多个以上指出的优点的特征。
在RPB中可能出现的一个问题是，液体吸附剂在填料内的分配不均匀，并且初始的不均匀分配继续存在着。当液体吸附剂径向地流动通过填料并且存在沿着RPB的轴线的气体流动，使得气体和液体交叉流动时，吸附剂在填料中的不均匀分配导致一些气体在不接触吸附剂的情况下行进穿过RPB。
下面描述的是根据所述实施例的技术，用于通过旋转轴供应液体吸附剂并在旋转填充床的传质区域的内周边上平滑地(即平均地/均匀地)分配吸附剂来解决上述问题。
在本文中，平滑/平均/均匀分配意味着气体和液体的质量通量在填料的几个(即2至10个)相邻的特性结构元件上基本上没有变化。吸附剂和气体的均匀分配是优选的，因为CF-RPB的效率因填料内的无吸附剂的干燥区域的存在而降低。
图4示出了根据一实施例的单个RPB。图2中示出的RPB***的多个RPB部段(6)、(7)、(8)和(9)中的每个都可以通过安装在主承重旋转轴(1)的中心中的独立的管道(即，导管(29)和(30))独立地供应液体吸附剂。挡板(31)密封中空的轴(1)内的隔室(32)。RPB***中的每个RPB都具有隔室(32)。每个隔室(32)是RPB内的中心腔室，应用于该具体RPB中的吸附剂通过管道(29)供应到该中心腔室。管道(30)是多个管道中的一个，其被示出为在通向该管道被布置成用于将吸附剂输送到其的相应部段的途中穿过隔室(32)。吸附剂从隔室(32)通过轴(1)中的多个端口(33)分配到环容积(34)。环容积(34)由穿孔管道(35)包围，穿孔管道(35)具有固定到轴(1)的内部凸缘(36)。
相同的吸附剂可以应用于每个RPB，或者应用于每个RPB的吸附剂可能有所不同。例如，不同类型的相同吸附剂可以应用于每个RPB，其中，这些类型的吸附剂具有不同的气体捕获性质。第一气体的吸附剂可以应用于RPB中的一个，并且不同于第一气体的第二气体的吸附剂可以应用于RPB中的另一个。RPB中的一个或更多个可以具有例如供应给它的水而不是吸附剂，和/或可以存在没有液体供应的一个或更多个RPB。
所述***定尺寸为具有足够的流动容积，以确保环容积(34)中的液体压力均匀。管道(35)中的穿孔(37)示出在图5的a)、b)或c)中的任一个中。穿孔优选地为大量喷嘴，其可以是用作吸附剂喷射器的部分圆锥形孔。喷嘴的作用可以是吸附剂在撞击填料(38)的内分配层之前已经呈圆锥形地散布。内分配层是具有非常小的孔隙尺寸的多孔层，使得它对吸附剂具有高流动阻力。由于高流动阻力，吸附剂将在进入填料的传质部段(6)、(7)、(8)、(9)之前在切向和轴向方向上变得平滑。内分配层可以例如在径向方向上为5mm至10mm厚。
环容积(34)可被认为是第二腔室。填料(38)的内分配层可被认为是第一填充材料。传质部段可被认为是第二填充材料。第一填充材料和第二填充材料可以是相同的材料，但是例如，材料的部分可以被压缩/挤压以增加其对吸附剂的流动阻力。
从管道(29)的出口到环容积(34)的出口的入口通过穿孔(37)，流体压力优选地保持在低水平。这确保了主流体压降穿过穿孔(37)，例如喷嘴，并通过穿孔(37)辅助流体分配。
中心腔室、第二腔室、第一填充材料和第二填充材料被构造成使得，在RPB的当沿着轴的轴线观察时的截面中：中心腔室是圆形的，而第二腔室、第一填充材料和第二填充材料是环形的。在该截面中：中心腔室、第二腔室、第一填充材料和第二填充材料同心；并且第二填充材料包围第一填充材料，第一填充材料包围第二腔室，并且第二腔室包围中心腔室。
所述实施例还包括对图4所示的实施方式的替代实施方式。例如，隔室(32)与环容积(34)之间的端口(33)可以全部布置在同一平面中，其中所述平面与RPB的轴线正交。例如，图4中示出的RPB可以仅具有示出的端口(33)的最高水平位置，而没有另外两个水平位置的端口(33)。有利地，这种实施方式降低了在隔室(32)中发生气塞的可能性。所述实施例所包括的另一替代实施方式是，到隔室(32)的吸附剂供应管道(29)从与图4中示出的隔室(32)的相对端被给送到隔室。也就是说，当RPB的轴线竖直地对齐时，吸附剂通过管道(29)竖直地向上流入隔室(32)中，然后流出管道(29)的开口端。管道(29)可以延伸到隔室(32)中，使得管道(29)的开口端靠近隔室(32)的顶部。
图5的a)、b)和c)示出了根据所述实施例的三种不同的喷嘴实施方式，这三种实施方式可以确保液体以轴向地和切向地平滑分配的方式进入RPB的传质填料。优选的是，使用小直径的内孔(37)，以确保喷嘴(37)中的压降比端口(33)和环容积(34)中的压降高得多。这可以确保吸附剂基本上均匀地流至所有喷嘴(37)。
作为圆柱/圆锥形形状的替代方案，喷嘴(37)可以是钻设有内孔和外孔的阶梯结构，外孔具有比内孔大的直径，并且在内孔与外孔之间具有圆锥形部段(39)。
根据一实施例，构造环容积(34)(即第二腔室)的外壁的方式是使用管道壁厚为3-10mm的相当刚性的管道。当穿孔(40)形成为如图5的c)所示时，穿孔包括第一圆筒和第二圆筒，其中，第一圆筒具有大于第二圆筒的直径的直径。第一圆筒的直径可以在2-10mm的范围内，并且优选地在3-4mm的范围内。可以通过激光形成的第二圆筒的直径可以在0.1-5mm的范围内，并且优选地在0.4-0.6mm的范围内。第一圆筒和第二圆筒可以形成在同一管壁中。替代地，如图5的c)所示出的，仅第一圆筒可以形成在管壁中，并且第二圆筒可以由单独的穿孔金属片层(41)提供。
根据一实施例的管道(35)的替代设计是环形楔形丝筛，其具有面向液体进入侧的小的狭槽。这种部件在废水处理行业中可能已知用于各种过滤目的，但是在气体捕获技术中不使用。
内孔(37)可以具有约为100-1000微米的直径，并且管道(35)的壁厚约为3-10mm。使用三角形样式的孔，并且孔之间的节距为这些孔的最大直径的1-1.5倍，当吸附剂撞击分配筛网(38)时，吸附剂可以被均匀地分配，使得接触筛网(38)的每个部分的吸附剂的量的变化不大。圆锥形孔可以具有最小的节距，因为仍然留有足够的固体材料来保证管道(35)所需的机械强度。约5-10mm厚的致密多孔材料，例如多层缠绕的细丝网(丝直径约为20-200微米，并且丝之间的节距为丝直径的2-3倍)，当在10-100G离心力作用下操作时，可确保基本上均匀的分配。也可以使用模制金属泡沫或其它类似的非缠绕材料。丝网可以是RetimetTM材料，比如RetimetTM80(参见http://nearyou.imeche.org/docs/default-source/Staffordshire-Area/metal-foams-in-aerospace.pdf？sfvrsn＝0，如在2017年9月14日所看到的)。
在一替代实施例中，管道(35)和分配层(38)是分开的，使得喷射锥体在撞击层(38)之前直径增大。例如，可以通过缠绕在管道(35)周围的一些非常开放的丝网层来提供分离。在这种情况下，开放可以意味着丝之间的节距为5-10倍的丝直径或更大的丝网。
所述实施例还包括喷嘴(37)和分配层(38)的相同组合效果，这是通过使用现代快速原型技术制造单个元件来实现的。环形元件提供内喷嘴效果，然后提供允许喷射散布的开口，接着是致密的多孔区域。这些可以被制造成单个元件，然后叠置以构成所需的(35)和(38)的轴向长度。
图6示出了另一实施例，其中，液体吸附剂从安装在旋转RPB内的固定中心腔室供应。
图6示出了确保吸收剂液体在RPB的传质填料(9)(即第二填充材料)的内周边上的平滑分配的替代方式。液体供应管道(39)、管道支撑毂(41)和分配圆筒(44)的组件现在固定安装在旋转组件内，并支撑在旋转轴(1)内侧的滚柱轴承(42)上。所述组件固定至外部结构，并因此被阻止旋转。密封件(43)防止轴承润滑油侵入中部环容积或吸收剂液体流出轴承。在旋转填充床(9)内，分配圆筒(44)在其整个圆柱形表面周围钻设有喷嘴。这些喷嘴确保吸收剂均匀分配到分配层(38)的内表面。由于(38)的内表面高速旋转，液体容易沿切向方向分配。
支撑杆(45)用作中部芯体，并且分配层(38)可以由多层缠绕的丝筛制成。芯体(45)可由几毫米厚的细长扁杆制成，其中，沿径向方向的宽边间距在切向方向为20-50mm。尽管存在支撑杆，分配层(38)可以确保均匀分配到传质区域中。
所述实施例还包括使用由多孔介质如结构泡沫或烧结材料制成的管作为分配层(38)。在该实施例中，可以不提供支撑芯体(45)。
与图4所示的相比，图6示出的RPB的优点是，圆筒(44)中的分配喷嘴的数量可以减少一到两个数量级，因为用于喷射的径向距离要大得多，且在厘米到分米的数量级。这意味着每个喷嘴的最小直径可以更大，并且具有对应的较大的流动速率和压降，并且吸附剂中存在的颗粒导致堵塞的风险也低得多。分配层也可以制成为具有较大的孔隙直径。这可以有利地减少维修RPB***的需求。
RPB的已知设计遇到的一个问题是液体吸附剂会形成流体溪流。这种溪流导致大部分的吸附剂仅以溪流形式流动，并且吸附剂的流动不平均地分配在RPB的传质区域中。
图7的a)和图7的b)示出了通过在RPB的传质部段中提供一个或更多个吸附剂再分配***来解决上述问题的实施例。
图7的a)和图7的b)示出了提供在RPB中的一个或更多个吸附剂再分配***中的一个。每个吸附剂再分配***(也称为再分配部段(20))平行于RPB的中心轴线并与该中心轴线径向地间隔开。内传质填料(46)中的吸附剂同时受到径向方向(即在图7的a)中的左侧)上的离心力、表面张力和来自气体的拖曳力的影响。结果是形成溪流，其中，吸附剂变得不平均地分配，并且以溪流的方式流动到位。为了解决形成溪流的问题，在形成RPB的中心的一个或更多个径向距离处，可以是波纹形金属片(47)的屏障(47)围绕整个内传质填料(46)缠绕。图7的b)中示出了屏障(47)的顶视图。
屏障的形状形成槽(48)，在槽中形成吸附剂池。离心力增加了液体池中的流体静压力，即使当池中的吸附剂的液位只有1-2mm深时，该流体静压力也会相对较大。吸附剂通过屏障中的窄狭槽(49)或穿孔流出每个池。屏障和槽的多种不同设计是可能的，但是其特点是吸附剂被阻止继续其在径向方向上通过RPB的传质区域的路径，而是在通过多个孔或狭槽(49)喷射之前被重新分配。狭槽(49)被设计成使得狭槽(49)中的流动能力和压降根据实际离心力场和预期吸附剂液位(48)来设定。
在屏障(47)和传质区域(51)之间的是由非常细的金属网、结构泡沫或其它致密的多孔介质制成的液体分配多孔区域(50)，其对吸附剂的流动阻力比传质区域(51)高。这辅助吸附剂在切向和轴向方向的分配，使得吸附剂平均地/平滑地分配(52)在与外传质区域(51)的填料的整个界面上。
RPB的已知设计所经历的问题是气体通过RPB的轴向移动在吸附剂上施加了拖曳力，因此吸附剂轴向地和径向地移动。吸附剂的轴向移动降低了部分传质区域中吸附剂的浓度，并因此降低了RPB中的传质的有效性。
所述实施例可以包括在RPB中提供轴向补偿器以解决上述问题。轴向补偿器可以是导流器的任何实施方式，其改变通过RPB的传质区域的吸附剂流的轴向位置，使得通过RPB的吸附剂的整个流基本上是径向的。
图8的a)和b)示出了根据一实施例的轴向补偿器。轴向补偿器是围绕填料的冲压和预先形成的金属片缠绕件(53)，其将流动穿过填料的吸附剂移动到较低的轴向位置。冲压的金属片的顶视图也在图8的b)中示出。对吸附剂流动的总体影响用箭头(54)表示。金属片具有椭圆形或矩形狭槽(55)，并且可以通过在三个侧面冲压出狭槽以及接着在相同的操作中向内按压中部的部件(56)来容易地制造。轴向补偿器可以将吸附剂流动直接提供到另一传质区域，或者如图8的a)示出的，可以在轴向补偿器和传质区域/填料(51)之间提供液体分配层(38)。液体分配层(38)对吸附剂的流动阻力高于传质填料(51)，并具有确保吸附剂均匀地分配在与传质填料(51)的界面上的效果。
图9的a)和b)中示出了轴向补偿器的另一实施例。有利地，通过在吸附剂流入到具有较低流动阻力的填充材料之前将吸附剂喷射到一层高吸附剂流动阻力的填充材料中，轴向补偿器既可以改变吸附剂流的轴向分量，也可以改善吸附剂分配的均匀性。
图9的a)和b)示出了导流器，所述导流器可以是带有波纹的预先形成的金属片(57)，所述波纹形成允许形成吸附剂池(48)的不对称槽(58)。在槽(58)的底部中冲压出狭槽(49)，以产生喷射到再分配填料(38)上的液体喷雾。对吸附剂的总体影响用箭头(59)表示。
图10示出了用于防止吸附剂的轴向流动降低RPB的有效性的另一实施例。
根据本实施例的RPB替代地定形状为使得在包括RPB的旋转轴线的平面中，至少在RPB中用于传质的区域的上表面是弯曲的，使得RPB的外部部分在气体流动穿过RPB的方向上延伸。RPB的形状基于吸附剂的预期流动路径，并且这确保了通过吸附剂对传质区域进行有效润湿。本实施例的优点在于，不存在通过轴向补偿器对吸附剂流动的重新定向，因此可以提高能量效率。
所述实施例中使用的填料例如可以是苏尔寿(Sulzer)制造的MellapakTM(参见http://www.sulzer.com/nb/Products-and-Services/Separation-Technology/Structured-Packings/Mellapak-MellapakPlus-Mellapak-Plastic，如在2017年8月2日所看到的)。
下面描述的是根据所述实施例的RPB的特别优选的填充材料和构造。
旋转填充床的传质部段/区域优选地包括大的比表面积，仅导致气体在轴向方向上的低压降，并保持吸附剂基本上均匀地分配在填充材料的表面上，使得大部分表面保持润湿。
另外，如果在液体从RPB的内周边向周缘移动时，填料促进液滴和液体膜的形成，使得有效质量传输面积甚至高于填料的实际表面面积，则是有利的。所述实施例包括使用金属网(57)作为填充材料，如图11的a)中示出的。金属网可以有多种尺寸、几何形状，并且所述材料的这些性质可用于提供非常大的孔隙率和低比表面积，或者非常致密的孔隙率和高比表面积。丝网可以是RetimetTM材料，比如RetimetTM 80(参见http://nearyou.imeche.org/docs/default-source/Staffordshire-Area/metal-foams-in-aerospace.pdf？sfvrsn＝0，如在2017年9月14日所看到的)。
金属网可以缠绕在RPB的芯体周围。替代地，环形的圆形物可以彼此叠置。通过叠置具有小丝直径(大节距/直径比)的非常开放的金属网，气体流动在轴向方向上的阻力低，并且吸附剂流动在径向方向上的阻力高。如果相同的金属网被螺旋地缠绕，流动阻力性质则相反。
从设计和构造的角度来看，网螺旋地缠绕在RPB的中心腔室周围是有利的。通过使用螺旋缠绕在中心腔室周围的非常开放的金属网，可以实现径向地用于吸附剂的高流动阻力和轴向地低气体流动阻力。
图11b)示出了根据一实施例的替代填充材料。该填充材料由金属片形成，其具有特定波纹和冲压的狭槽，以便液体和/或气体可以通过。一种简单类型的冲压样式(58)如图11的b)示出。该具有波纹的金属片被螺旋地缠绕，并且吸附剂可以通过交叉形成的狭槽从一个片流到另一片。气体在片层之间的间隙中通过，片层之间的间距取决于冲压狭槽时金属凸片(59)压入的程度。这种填充材料设计在轴向方向上提供了低气体流动阻力，并且在径向方向上在大面积上有效地阻止和分配吸附剂。所述实施例包括冲压样式的几何形状的多种变化。也可以切出圆形冲压金属片，并沿轴向方向叠置这些金属片。圆形金属片的优选几何形状不同于金属片螺旋地缠绕时的几何形状。需要更多的开口(58)以允许大的气体流动能力。
所述实施例包括在平面金属网片中形成一个或更多个凹口。例如，平面金属网片可以穿过一对紧密间隔开的辊，其中在辊的表面中有一个或更多个突起，并且可选地有对应的凹口，使得平面金属网片穿过辊在金属网中形成凹口。有利地，当金属网螺旋地缠绕在RPB的芯体周围时，金属网的相邻线圈之间的间距取决于凹口的尺寸。当网缠绕在RPB的芯体上时，网的密度因此可以由RPB制造商通过控制在平面片中形成的凹口的尺寸来根据需要进行设定。
根据所述实施例的完整RPB的组装描述如下。
根据所述实施例的RPB优选地在径向方向上具有可变的比表面积，在轴向方向上具有低气体流动阻力，被构造成保持吸附剂平均地地分配在整个填充材料上，并补偿吸附剂的轴向移动。RPB优选地也具有简单且稳固的设计。
图12示出了根据一实施例的RPB的一部分。该RPB包括如参考图4的先前实施例中描述的液体分配***。填料的几何形状细节未按比例示出。提供填充材料的网的尺寸通常在毫米范围内，而RPB的整体几何形状通常在米范围内。
RPB在内周边处具有液体分配层(60)/(38)。这是一种致密的丝网，其中小的丝直径螺旋地缠绕成若干毫米或若干厘米的厚度。在此之外的是致密度较小的内传质填料(61)，它也是螺旋缠绕的丝网。基于参考图9描述的技术，由层(62)和(63)提供轴向补偿和吸附剂再分配，其使液体向下移动以补偿在内传质填料(61)中发生的吸附剂的轴向拖曳。下一传质填料(64)优选地由比(61)更致密的丝网构成，因为离心力场更高，而液体通量由于RPB直径的增加而较低。用于轴向补偿和液体再分配的另一区域由(65)、(66)以及外传质填料(67)提供。外传质填料(67)优选地是比传质填料(64)更致密的填料。
相应地，RPB在包括RPB的轴线的平面中的截面包括多个径向间隔开的部段，其中相邻部段之间的间隔由轴向补偿器和/或吸附剂再分配器提供，或者由轴向补偿器和/或吸附剂再分配器所包括的部件提供。可以有任意数量的部段。优选地，部段的数量在2至20的范围内。
所述实施例还包括只有一个部段，并且除了(60)之外没有轴向补偿器或吸附剂再分配器。
例如，对于3至10m/s的表观气体速度，根据用于来自单个GM LM2500燃气轮机的烟气的实施例的RPB可以具有3-5m的直径。RPB的内直径约为外直径的三分之一，使得RPB的传质区域的单个旋转部分的径向厚度(即如图12中示出的从(60)到(67))在1–2m之间。RPB可以包括多达10个不同的传质部段，每个部段之间具有液体再分配和/或轴向补偿。并非必须在每个部段中使用不同的填充材料。然而，至少使用2-4种不同的填充材料。所使用的填充材料优选地具有100-1000m2/m3范围内的比表面积。
为了确保气体的低流动阻力，可以在每个传质部段中使用如图13示出的填料布置。存在径向厚度为几毫米的紧密填料层和径向厚度为几厘米的松散填料层的交替层。紧密填料层可以具有1000-4000m2/m3的比表面积。
图14示出了根据一实施例的RPB的替代设计。环形丝网片在轴向方向上彼此叠置，以形成RPB的传质部段。还存在如针对图12所示实施例描述的液体再分配部段。需要不同直径的环形片来组装具有内部液体再分配的RPB。网几何形状可以轴向地和径向地变化。以这种方式构造RPB允许填充材料的性质容易地径向地和轴向地变化，这对于确保RPB的最合适的性能是必要的。
图15中示出了根据一实施例的RPB的另一组件。该RPB是将具有如图11的b)示出的冲压样式(58)的金属片螺旋地缠绕在RPB的中心腔室周围而构成的。该RPB在其它方面与图12示出的相同。对于具有非常粘性吸附剂的应用，优选用金属片叠置形成RPB。
图16中示出了根据一实施例的RPB的另一组件。在该实施例中，圆形波纹形和开槽片在轴向方向上彼此叠置，以形成RPB的传质部段。尽管液体再分配器和轴向补偿器没有在图16中示出，但是它们也可以被包括在示出和描述的其它实施例内。
图16中的实施例的优点在于，对于任何的片，狭槽和波纹的几何形状可以容易地在径向方向上变化。考虑到离心力和液体通量的变化，因此可以合适地构造这些片的几何形状。另外，所述几何形状可以容易地构造成带有翼片，其引导液体流动对抗气体流动，使得在轴向方向上对液体的任何拖曳在传质填料中是相对的。
当使用叠置的圆形物时，可以使用比图11的b)所示出的样式更开放的样式。可以有开口，用于气体以合适的速率轴向地通过，以防止高压降的积累。在从排放气体中捕获CO2的应用中，轴向方向上的开口面积优选地为约75％或更多。
图17示出了根据一实施例的填料设计，所述填料设计具有致密的V形狭槽，V形内的三角形翼片向上弯曲以产生用于气体流动的开口。狭槽也可以围绕RPB的旋转轴线组织成圆形路径，以有利地在所有切向位置提供相同的传质性质。V形狭槽优选地具有几毫米到几厘米的数量级的宽度，并且金属片优选地具有几百微米厚。狭槽也可以具有圆形、矩形或其它形状。
图18的a)和b)示出了根据一实施例的用于RPB***中的静态叶片。
图18的a)和b)示出了静态叶片(23)，其优选地安装在包括多个RPB的RPB***中的相邻RPB之间。叶片在气体离开RPB和进入下一RPB之前调节气体的径向速度分布。
在通过RPB后，气体的切向/旋转速度分量增加。叶片的目的是减少这种情况，并将多余的速度分量转化为静压，从而减少RPB***的总压降。第一RPB级之前的叶片优选地定形状为建立适于最大化RPB***中的传质的特定的分布。相邻RPB之间的叶片重建该分布，最后一级后的叶片优选地构造成尽可能多地将速度恢复到静压。静态叶片固定到RPB***的外圆柱形壳体(21)上，并且如图18的a)示出的，几乎延伸到旋转轴(1)。叶片的轮廓从内半径到外半径变化。叶片(23)的变化的轮廓在图18的a)和b)中由径向和轴向截面示出。还示出了径向位置处的近似气体流动矢量(69)。这表示静态叶片的作用，即减小速度矢量的大小，并使速度主要沿轴向方向重新引导。根据空气动力学中的已知技术，由于叶片轮廓的类似扩散器的设计，速度大小减小，并且如果轮廓被合适地设计，则动态压力将被恢复。切向气体流动速度在流动环带的内半径附近较小，因此切向速度到静压的转换在那里将较低，并且如图18的a)示出的，叶片轮廓优选地变化以补偿这一点。
叶片的另一优点是它们在气体进入每个RPB级之前冷却气体。
图19示出了包括多个部段的RPB***，其中每个部段包括根据任何前述实施例的RPB中的一个。RPB***的轴线是竖直地对齐的，并且这些RPB处于沿着同一轴线的叠置构造。RPB***包括驱动***(1906)，其使RPB旋转。
尽管图19中未示出，RPB***也可以包括用于自动地控制RPB***的电子可控部分的计算***。RPB***的电子可控部分可以包括驱动***(1906)、进入每个RPB的液体流动速率(如后所述，这可以通过控制液体流出液体收集腔室(1911)的流动速率和对应于RPB的流动路径来控制)以及进入RPB***的气体流动速率。
RPB***包括气体输入(1901)。气体输入(1901)被布置成使得通过气体输入(1901)的气体流与RPB***的轴线正交。在图19中，RPB***的轴线竖直地对齐，并且因此气体输入(1901)水平地对齐。
可以在气体输入(1901)和最低RPB部段之间提供喷射***。喷射***接收来自水入口(1903)的水，并将水喷射到气体中，以便利用水使气体饱和。这是一个淬火操作，既冷却气体，又增加气体的湿度。这可以辅助液体吸附剂捕获气体，比如由胺捕获二氧化碳。
气体流入RPB***的最低部段。RPB***的最低部段优选地不包括RPB。如图19示出的，在包括RPB***的轴线的RPB***的截面中，最低部段的基部是圆锥形的。在大致正交于RPB***的轴线的截面中，RPB***的所有部段大致都是圆形的。最低部段的形状和水平地进入最低部段中的气体流的方向致使气体在最低部段中绕RPB***的轴线回转。这就产生了气体竖直地回转离开最低级的效果。优选地，至少最低RPB级***作成以与流出最低部段的气体相同的方向和大约相同的旋转速度回转。这保持了气体流动的速度。当气体已经通过喷射***时，气体在RPB***的最低部段中的回转也可以在气体流入RPB之前从气体流动中去除过量的水，因为最低部段可以有效地用作气体和水的旋流分离器。因此，在最低部段处存在用于水的出口(1904)。
气体从最低部段流出，并且进入一系列RPB中的第一个。前三个RPB是气体捕获RPB。每个气体捕获RPB都有吸附剂输入，其中吸附剂从吸附剂流动(1905)通过RPB***的基部一直供应到每个RPB。前三个气体捕获RPB中的每个都可以是如前面参考图1至图18所述的气体捕获RPB。优选地，这些气体捕获RPB中的每个如前面针对图4示出的变型所述，其中隔室(32)和环容积(34)之间的端口(33)都布置在同一平面内，该平面与RPB的轴线正交。
每个RPB都可以设置有来自其它RPB的单独的吸附剂供应。这允许不同的吸附剂和/或不同类型的相同吸附剂被供应到这些RPB中。替代地，可以将相同的吸附剂提供给所有的RPB，其中，吸附剂循环通过这些RPB。例如，吸附剂可以被供应到最高的RPB。已经流动穿过该最高的RPB的吸附剂可以被供应到紧邻该最高的RPB下方的RPB的吸附剂输入。已经流动穿过该RPB的吸附剂可以被供应到紧在其下方的RPB的吸附剂输入，重复这种布置，直到到达最低的RPB，并且吸附剂流出RPB***。
当气体流动穿过这三个气体捕获RPB级(其在气体和液体吸附剂之间提供传质)后，可以布置RPB***，如图19示出的，使得气体流动穿过两个洗涤RPB。每个洗涤RPB的目的是洗涤气体流中的任何吸附剂液滴和/或浮质，从而显著降低从RPB***输出的气体流中的任何吸附剂的浓度。每个洗涤RPB可以具有喷射***，其在水输入(1907)或(1909)处接收水，并将水喷射到气体中。水可以由液体收集腔室(1911)收集，如图19示出的并在下面描述，并分别通过RPB的水输出口(1908)或(1910)输出。所述实施例还包括，没有用于每个洗涤RPB的喷射***，而是通过RPB中的中心腔室以类似于将吸附剂供应给气体捕获RPB的方式将水供应给每个洗涤RPB。
然后气体流入RPB***的上部段中。上部段具有水平气体输出(1902)。气体在RPB***的上部段中回转。RPB***的上部段有效地用作旋流分离器，并且这减少了通过气体输出离开RPB***的气体中的液体量。
气体输出(1902)优选地布置成延伸到RPB***的上部段中，使得气体输出(1902)的入口不与上部段的内表面齐平，而是气体输出(1902)的入口靠近上部段的中心。由于液体上的离心力，流入上部段中的回转的气体中的任何液体大部分沿着或靠近上部段的内壁流动。该液体被阻止流动穿过气体输出(1902)的入口，因为入口远离内表面延伸到上部段中。因此，液体向下流动，并且可以流入液体收集腔室(1911)，如图19中示出且如下所述的。可以提供一个或更多个挡板/叶片来辅助液体向下流出上部段。
气体捕获RPB的数量并不局限于三个，并且所述实施例包括有一个或更多个气体捕获RPB的情形。例如，气体捕获RPB的数量可以是1、2、5、10或更多。
洗涤RPB的数量并不局限于两个，并且所述实施例包括没有洗涤RPB或者具有一个或更多个洗涤RPB的情形。例如，洗涤RPB的数量可以是0、1、2、5、10或更多。
RPB***还可以包括一个或更多个干式RPB。干式RPB是一种没有液体供应的RPB，并且其目的是去除液体和/或对流动穿过它的气体进行除雾。例如，图19中的顶部RPB可以是干式RPB。洗涤RPB可以通过不通过RPB的水输入供应任何水而***作成干式RPB。干式RPB的数量可以是例如0、1、2、5或更多。
如图19示出的，每个RPB具有对应的液体收集腔室(1911)，用于收集流动穿过RPB的液体。在与RPB***的轴线正交的截面中，每个液体收集腔室(1911)是环形的，并且环绕整个对应的RPB。在图19中示出的截面中，其中截面包括RPB***的轴线，每个液体收集腔室(1911)被布置成使得至液体收集腔室(1911)的液体入口的最高部分定位为低于液体收集腔室(1911)对应的RPB的底部的高度，或者在与液体收集腔室(1911)对应的RPB的底部的高度大致相同的高度处。至每个腔室(1911)的液体入口可以是圆锥形部段，使得沿RPB***的内壁向下流动的液体被引导流动穿过液体入口。如图19中示出的，液体收集腔室(1911)有效地导致RPB***的一部分具有双外壁，其中液体收集腔室(1911)设置在该双外壁内。
优选地，每个液体收集腔室(1911)中的液体由对应的可变速度泵(1913)泵送出液体收集腔室(1911)。液体优选地被布置成流动经由液位传感器(1912)。液位传感器优选地包括：电子液位传感器，比如基于雷达的传感器；以及液位视镜(level glass)，其提供液体收集腔室(1911)中的液位的视觉指示。还可以提供自动液位控制器。
每个电子液位传感器可以被布置成自动地测量液体收集腔室(1911)中的液位并将该液位传送给计算***。所述计算***可以被布置成控制每个液体收集腔室(1911)的自动液位控制器，使得可以自动地控制从每个液体收集腔室(1911)流出的液体的流动速率。计算***优选地被布置成向显示装置输出表示每个液体收集腔室中的液体量的数据，使得RPB***的操作者能够容易地确定每个液体收集腔室(1911)中的液位。
即使当计算***不运行时，液位视镜也将始终提供液体收集腔室(1911)中的液位的视觉指示。
流出每个液体收集腔室的吸附剂可以被供应到RPB的吸附剂输入，或者通过RPB***的吸附剂输出(1914)流出RPB***。
当从液体收集腔室流出的吸附剂被供应到RPB的吸附剂输入时，供应到该RPB的吸附剂的流动速率可由可变速度泵和吸附剂流动路径中的任何其它液位控制器控制。当通过液体收集腔室(1911)的入口收集的吸附剂的流动速率大于该吸附剂被供应至的下一个RPB被供应的吸附剂的供应流动速率时，液体收集腔室和吸附剂流动路径的其它部分中的吸附剂的量将增加。就吸附剂可增加的程度而言，吸附剂流动路径中存在缓冲，该缓冲允许通过每个RPB的吸附剂的流动速率被单独地控制。优选地，所提供的吸附剂的缓冲容积足够大，以允许在RPB***中的不同RPB中对吸附剂流动速率进行合适范围的单独控制。增加缓冲容积的缺点是，随着缓冲容积的增加，RPB***变得不太紧凑。当缓冲能力增加时，吸附剂的性能也会降低。
流出RPB***的吸附剂优选地由吸附剂再生器再生，然后被供应回RPB***。吸附剂再生器在受控的环境中从吸附剂中释放被捕获的气体。再生的吸附剂然后可以被供应回RPB***的吸附剂输入，使得吸附剂被再循环。RPB***的吸附剂再生器可以是例如US 14/888,241中公开的再生器。
图20中示出了RPB***的实施例，其中，RPB***的轴线水平地对齐。
图20中的RPB***的实施方式可以包括已经针对图19中示出的竖直地对齐的RPB***描述的所有特征，但是，在必要的情况下，这些特征的对齐从水平变为轴向。例如，在本实施例中，气体输入(1901)现在在RPB***的左手侧处，并且气体输出(1902)在RPB***的右手侧处。RPB***的第一部段仍然具有进入第一部段的气体流动，该气体流动正交于RPB***的轴线，并且这辅助液体与气体流的分离。类似地，RPB***的最后部段仍然具有从该最后部段流出的气体流，该气体流正交于RPB***的轴线，且这辅助液体与气体流的分离。
如前面参考图19描述的，RPB***可以包括三个气体捕获RPB和两个洗涤RPB。
在图20中，水通过RPB的中心腔室供应到洗涤RPB中，其方式类似于图19中示出的吸附剂供应到气体捕获RPB的方式。替代地，可以为每个洗涤RPB提供水喷射***，如前面针对竖直地对齐的RPB***描述的。
水平对齐的RPB***和竖直地对齐的RPB***的实施方式之间的区别可在于，在RPB中的每个之间提供屏障(2003)，以限制吸附剂沿着RPB***的内壁水平地流动的程度。在正交于RPB***的轴线的RPB***的截面中，每个屏障都是环形的。
水平对齐的RPB***和竖直地对齐的RPB***的实施方式之间的另一不同之处可在于，对于RPB***的包括RPB或气体输出的部段中的每个，沿着RPB***的内壁提供挡板(2002)。挡板(2002)的目的是将已经流动穿过RPB的液体向下引导到每个RPB的底部处的液体收集腔室。挡板(2002)可以减少落回到RPB上的液体量，从而减少积聚和晃动的液体量。积聚和晃动的液体可能会增加以期望的速度旋转RPB的所需的动力。
在图21中示出了可以使用的挡板(2002)的设计。在包括RPB***的轴线的截面中，挡板(2002)可以包括连接的(例如焊接的)一系列锥体，在每个锥体的离RPB***的轴线最远的尖端处具有开口。液体收集在每个尖端之间的槽中，并且这些槽引导液体向下流到RPB***的外壁中的开口中，使得液体可以流入每个RPB下方的液体收集腔室(2001)中。
所述实施例还包括挡板(2002)的替代设计，其通过在圆柱形筛网中形成大量孔而制成。这些孔可以从内到外冲压到圆柱形筛网的壁上。
所述实施例还可以包括US 10/168,047中描述的用于引导已经流动穿过RPB的液体的流动的任何方式。
根据所述实施例的RPB***可以包括图19和图20中未示出的其它部件。例如，RPB***可以包括一个或更多个冷却***，用于冷却相邻RPB级之间的吸附剂和/或烟气。
计算***优选地被布置成使得其自动地控制RPB***的操作。计算***优选地自动地控制RPB***以在给定的环境(即所接收的气体流的含量和速率)高效率运行。计算***可以通过自动地控制供应到每个RPB的吸附剂的流动速率、每个RPB的旋转速率、吸附剂通过RPB***的流动路径、供应到每个RPB的吸附剂的类型和进入RPB***的气体的流动速率中的一个或更多个来自动地控制RPB***以高效率运行。驱动***可以只能以相同的旋转速度旋转各个RPB。然后，计算***只能一起控制所有RPB的旋转速度。替代地，可以有多个驱动***或其它机构，使得计算***可以单独地控制各个RPB的旋转速度。
下面提供了所述实施例的应用的示例。
所述实施例在从烟气中捕获CO2的应用中是特别有利的。
所述实施例提供了一种与常规填充柱相比，占用面积和高度显著减少的CCS吸收器。这可以通过操作根据所述实施例的CF-RPB吸收器来实现，其中气体流动速度比已知技术高1个数量级，并且每单位填料容积的传质速率比已知技术高1-2个数量级。
已知的填充柱以约1m/s的表观气体流动速度操作。所述实施例的CF-RPB可以以约10m/s的表观气体流动速度操作。
在海上石油和天然气设施中，燃气轮机通常用于发电，并且典型的设施将安装有2至4个燃气轮机。典型的单元是功率输出为22-24MW的GE LM2500。排放气体流量通常约为60kg/s。气体优选地在进入CO2吸收器之前冷却至40-60℃，因此比容约为1m3/kg。因此，用于处理来自一个LM2500燃气轮机的排放的吸收器***应该能够处理大约60m3/s的排放气体流量。已知的以2m/s的表观速度操作的填充吸收器将需要具有30m2的截面。然而，当吸收器是根据所述实施例的CF-RPB并且其被构造成以10m/s运行时，所需的截面减小到6m2。
相应地，根据所述实施例的CF-RPB对于海上平台上的CCS特别有利。
在一优选实施例中，CF-RPB以大约5-15m/s的表观气体流动速度和大约2mol m-3s-1的CO2吸收率或更高的运行。同时，用于CF-RPB***的旋转的功率消耗和用于补偿通过该***的压降的功率使用应小于燃气轮机的能量输出的5％，即大约1MW。
所述实施例还包括用于全尺寸燃煤发电厂的CF-RPB。常规的燃煤发电厂产生550MWel的电，释放131kg/s的CO2，参见例如NETL 2013年案例9：NETL,2013.Cost andPerformance Baseline for Fossil Energy Plants(用于化石能源厂的成本和性能基准),卷1:Bituminous Coal and Natural Gas to Electricity(烟煤和天然气发电).DOE/2010/1397,修订本2a。这给CO2吸收器提供了大约600m3/s的烟气。
所述实施例有利地提供了一种吸收器，所述吸收器可以具有已知***的大约五分之一的截面，因此是一个显著的改进，并且适合于将CCS改造成适于现有的发电厂。
尽管在所呈现的实施例中待清洁的气体是烟气，但是所述实施例可以与任何气体一起使用，并且并不局限于来自燃烧过程的烟气。待清洁的气体可以称为脏气体。脏气体可以是从井口直接输出的酸性气体。酸性气体将通过捕获硫化氢成分来清洁。所述实施例还包括清洁比如发电行业、金属生产行业、水泥生产行业和矿物处理行业等行业中的气体。特别地，所述实施例可用于清洁来自水泥生产过程、高炉过程、钢铁生产过程和重整过程(例如用于氢气生产)的气体。
所述实施例的另一应用是在氢气生产过程中。众所周知，氢气是通过吸附强化重整(SER)产生的。在该过程中，甲烷和蒸气被转化成大致包含氢气和二氧化碳的气体混合物。根据本文中描述的实施例的RPB***(其可以用胺吸附剂操作)特别适合于从气体混合物中分离二氧化碳，以便获得大致纯的氢气。
在所述实施例的实施方式中，提供了一种用于吸附剂和气体之间的传质的旋转填充床(RPB)，所述RPB包括：中心腔室，其被布置成接收为液体的吸附剂流；以及用于吸附剂的流动路径，其在用于气体和吸附剂之间的传质的区域与中心腔室之间；其中，在使用中，通过该用于传质的区域的吸附剂流大致与通过该用于传质的区域的气体流交叉流动。
优选地，所述RPB进一步包括：第一填充材料；以及第二填充材料，其被构造成提供用于气体和吸附剂之间的传质的区域；其中，在使用中：第一填充材料被布置成接收来自中心腔室的吸附剂；第二填充材料被布置成接收来自第一填充材料的吸附剂；并且第二填充材料的吸附剂流动阻力小于第一填充材料的吸附剂流动阻力。
尽管上述的特征是优选的，但是这些特征对于实施例的实施不是必需的。因此，所述实施例的实现可以不包括上述的优选特征，而是进一步包括如本文参考图1至图21中的任何一个描述的任何其它特征。
所述实施例包括对上述技术的各种修改和变化。
根据所述实施例的RPB可以具有宽范围的尺寸。优选地，环形RPB的内径，即环带中的中心孔的直径，在0.5m至4m的范围内。优选地，环形RPB的外直径在3m至10m的范围内。优选地，环形RPB的内直径是该环形RPB的外直径的三分之一。
可以操作RPB，使得它具有优选地在范围10-100G内的离心力，并且所述离心力更更优选为60G。
至少图4示出了由用于传质的区域(6)、(7)、(8)和(9)包围的第一层填充材料(38)。第一层填充材料与用于传质的区域的不同之处在于对吸附剂具有较高的流动阻力，并且具有当吸附剂流入用于传质的区域时改善吸附剂的分配均匀性的目的。然而，第一层填充材料(38)不是必需的，并且所述实施例还包括本文中公开的不具有第一层填充材料(38)的RPB的所有实施方式。特别地，对于如图6示出的RPB，由于喷嘴和填料之间的间距，当吸附剂流入用于传质的区域时，其可以固有地具有良好的吸附剂分配均匀性。另外，本文中公开的RPB的所有实施方式可以具有在用于传质的区域和喷嘴之间的这种间距。
所述实施例还包括彼此平行布置的多个RPB***。气体分流器将输入气体流分成多个独立的气体流。每个独立的气体流然后被引导到所述多个RPB***中的一个。气体组合器然后组合从所述多个RPB***中的每个流出的独立的气体流。有利地，与单个RPB***相比，可以处理更大容积的气体流，并且每个独立的RPB***仍然可以是紧凑的。所使用的可用RPB***的数量也是可适配的，因为在气体分流器处打开和关闭任何独立的气体流将改变所使用的RPB***的数量。适当确定所使用的RPB***的数量可以提高每个独立的RPB***的效率，从而提高整个***的总效率。
根据RPB中的吸收剂的CO2负荷的预期变化和烟气中CO2浓度的对应变化，吸附剂可以优选地以针对每单位轴向长度的流动速率的特定轴向分布引入。类似地，对于烟气流，设计***以使针对径向切向平面的每单位面积的气体流动速率在径向方向上具有特定的分布是有利的。因此，用于径向-轴向平面中的传质的化学驱动力的变化可以与液体表面面积和更新速率的变化相匹配。因此，根据所述实施例的RPB***可以被设计成具有这些性质。
本文的流程图及其描述不应被理解为规定了执行本文描述的方法步骤的固定顺序。相反，所述方法步骤可以以任何实际可行的顺序执行。尽管已经结合特定示例性实施例描述了本发明，但是应该明白的是，在不背离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以对所公开的实施例进行对本领域技术人员来说明显的各种改变、替换和变更。
Claims (50)
1.一种旋转填充床，即RPB，其被布置成在吸附剂与气体之间提供传质，所述RPB包括：
中心腔室，其布置成使得在使用中，所述中心腔室接收为液体的吸附剂流；以及
用于吸附剂的流动路径，其在所述中心腔室与用于气体和吸附剂之间的传质的区域之间；
其中，在使用中，通过用于传质的区域的吸附剂流大致与通过用于传质的区域的气体流交叉流动；
其中，所述RPB进一步包括：
第一填充材料；以及
第二填充材料，其被构造成提供用于气体与吸附剂之间的传质的区域；
其中，在使用中：
所述第一填充材料被布置成接收来自所述中心腔室的吸附剂；
所述第二填充材料被布置成接收来自所述第一填充材料的吸附剂；并且
所述第二填充材料的吸附剂流动阻力小于所述第一填充材料的吸附剂流动阻力。
2.根据权利要求1所述的RPB，其中，所述中心腔室、所述第一填充材料和所述第二填充材料被构造成使得，在所述RPB的截面中：
所述中心腔室是圆形的；
所述第一填充材料和所述第二填充材料是环形的；
所述中心腔室、所述第一填充材料和所述第二填充材料是同心的；
所述第二填充材料包围所述第一填充材料；并且
所述第一填充材料包围所述中心腔室。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的RPB，其中，在使用中，吸附剂在所述第一填充材料和所述第二填充材料之间的界面上的分配大致是均匀的。
4.根据任一前述权利要求所述的RPB，其中，所述RPB包括多个喷嘴，其布置在所述中心腔室和用于传质的区域之间的吸附剂的流动路径中。
5.根据权利要求4所述的RPB，进一步包括第二腔室；
其中：
所述第二腔室的外壁包括所述多个喷嘴；
所述第二腔室的内壁包括一个或更多个开口，所述开口被布置成提供所述中心腔室内的吸附剂到所述第二腔室的流动路径；并且
在所述RPB的截面中，所述第二腔室是环形的，所述第一填充材料包围所述第二腔室，并且所述第二腔室包围所述中心腔室。
6.根据任一前述权利要求所述的RPB，进一步包括一个或更多个吸附剂再分配***，其中，每个吸附剂再分配***包括：
填充材料的内环形圈；以及
填充材料的外环形圈；
其中：
在使用中，吸附剂被填充材料的内环形圈接收，并通过填充材料的内圈流动到填充材料的外圈；
填充材料的外环形圈被布置成提供用于传质的区域；
填充材料的外环形圈的吸附剂流动阻力小于填充材料的内环形圈的流动阻力；并且
填充材料的内环形圈和填充材料的外环形圈被构造成使得，在所述RPB的截面中：
填充材料的内环形圈和填充材料的外环形圈是环形的，并与所述中心腔室同心；并且
填充材料的外环形圈包围填充材料的内环形圈。
7.根据权利要求6所述的RPB，进一步包括在填充材料的内环形圈与吸附剂流源之间的屏障；
其中，所述屏障包括被布置成使得在使用中，吸附剂通过所述屏障流动到填充材料的内环形圈的开口。
8.根据权利要求7所述的RPB，其中，填充材料的内环形圈具有与所述第一填充材料基本上相同的吸附剂流动阻力；
填充材料的外环形圈具有与所述第二填充材料基本上相同的吸附剂流动阻力；并且
填充材料的内环形圈包围所述第二填充材料。
9.根据任一前述权利要求所述的RPB，进一步包括一个或更多个轴向补偿器，其中，每个轴向补偿器包括导流器，所述导流器在使用中改变通过所述RPB的吸附剂流的轴向分量，使得从所述RPB的内表面到所述RPB的外表面的吸附剂流的轴向分量减小。
10.根据权利要求9所述的RPB，其中，在使用中，从所述RPB的内表面到所述RPB的外表面的吸附剂流基本上是径向的。
11.根据权利要求9或10所述的RPB，其中，所述轴向补偿器中的一个或更多个包括：
填充材料的内环形圈；以及
填充材料的外环形圈；
其中：
在使用中，吸附剂被填充材料的内环形圈接收，并通过填充材料的内圈流动到填充材料的外圈；
填充材料的外环形圈被布置成提供用于传质的区域；
填充材料的外环形圈的吸附剂流动阻力小于填充材料的内环形圈的流动阻力；并且
填充材料的内环形圈和填充材料的外环形圈被构造成使得，在所述RPB的截面中：
填充材料的内环形圈和填充材料的外环形圈是环形的，并与所述中心腔室同心；并且
填充材料的外环形圈包围填充材料的内环形圈。
12.根据权利要求9至11所述的RPB，其中，所述导流器是包括多个开口的冲压金属片。
13.根据任一前述权利要求所述的RPB，其中，在包括所述RPB的旋转轴线的平面中，用于在所述RPB中的传质的区域的至少一个表面是弯曲的，使得所述RPB的外圆周在气体流动穿过所述RPB的方向上延伸。
14.根据任一前述权利要求所述的RPB，其中，用于传质的区域对吸附剂流的径向阻力高于对气体流的轴向阻力。
15.根据任一前述权利要求所述的RPB，其中，所述填充材料中的一种或更多种包括金属网。
16.根据权利要求15所述的RPB，其中，每种填充材料的吸附剂流动阻力取决于网的密度。
17.根据任一前述权利要求所述的RPB，其中，所述填充材料中的一种或更多种通过在波纹形金属片中形成狭槽而形成。
18.根据任一前述权利要求所述的RPB，其中，在所述RPB的截面中，所述RPB包括多个环形同心部段；并且
所述部段中的每个包括由填充材料的外环形圈包围的填充材料的内环形圈，其中，填充材料的外环形圈具有比填充材料的内环形圈低的吸附剂流动阻力。
19.根据权利要求18所述的RPB，其中，所述部段的数量在2至20的范围内，并且优选地在2至6的范围内。
20.根据权利要求18或19中任一项所述的RPB，其中，填充材料的外环形圈的吸附剂流动阻力取决于外环形圈的径向厚度，使得吸附剂流动阻力随着环形圈的径向厚度的增加而增加。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的RPB，其中，所述RPB包括一个或更多个根据权利要求9至12中任一项所述的轴向补偿器。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的RPB，其中，所述RPB包括一个或更多个根据权利要求6至8中任一项所述的吸附剂再分配***。
23.根据任一前述权利要求所述的RPB，其中，在包括所述RPB的旋转轴线的平面中，所述填充材料中的一者或更多者的吸附剂流动阻力在气体流动穿过所述RPB的方向上增加。
24.根据任一前述权利要求所述的RPB，其中，所述RPB的外直径在1m至12m的范围内，并且优选地在3m至10m的范围内。
25.根据任一前述权利要求所述的RPB，其中，所述RPB的内直径在0.1m至6m的范围内，并且优选地在0.5m至4m的范围内。
26.根据任一前述权利要求所述的RPB，其中，所述第一填充材料和所述第二填充材料由相同的材料制造。
27.根据任一前述权利要求所述的RPB，其中，在使用中，吸附剂是二氧化碳气体的吸附剂。
28.根据任一前述权利要求所述的RPB，其中，在使用中，流入所述RPB的气体是包含氢气、二氧化碳和可选地的氮气的气体混合物。
29.一种旋转填充床***，即RPB***，包括：
一个或更多个RPB，所述RPB为根据权利要求1至28中任一项所述的RPB；
可旋转轴，其包括每个RPB的中心腔室；以及
所述轴内的一个或更多个导管，用于向所述可旋转轴内的每个中心腔室供应吸附剂。
30.根据权利要求29所述的RPB***，其中，所述一个或更多个RPB中的每个都是根据权利要求5或任何从属于其的权利要求所述的RPB；并且
每个RPB的第二腔室的内壁是所述轴的壁。
31.一种旋转填充床***，即RPB***，包括：
一个或更多个根据权利要求1至28中任一项所述的RPB；
固定轴，其包括每个RPB的中心腔室；以及
所述固定轴内的一个或更多个导管，用于向可旋转轴内的每个中心腔室供应吸附剂；
其中，每个RPB被布置成围绕所述固定轴旋转。
32.根据权利要求29至31中的任一项权利要求在从属于权利要求5时所述的RPB***，其中，用于传质的区域与喷嘴间隔开。
33.根据权利要求29至32中任一项所述的RPB***，其中，所述***包括多个RPB；
所述RPB的数量优选地在2至10的范围内；并且
在使用中，进入到所述RPB***中的气体输入被布置成流动穿过所述多个RPB中的每个。
34.根据权利要求33所述的RPB***，其中，所述***包括位于一个或更多个相邻RPB之间的一个或更多个叶片；并且
每个叶片被构造成减少气体流的旋转/径向分量并增加气体流的轴向分量。
35.根据权利要求29至34中任一项所述的RPB***，进一步包括：
气体输入，其用于接收气体；
气体输出，其用于输出气体；
吸附剂输入，其用于接收液体吸附剂；以及
吸附剂输出，其用于输出吸附剂。
36.根据权利要求35所述的RPB***，进一步包括：
设置在所述气体输入处的喷射***，其中，在使用中，所述喷射***将水喷射到通过所述气体输入接收的气体中。
37.根据权利要求35或36所述的RPB***，其中，所述气体输入被布置成使得在使用时，通过所述气体输入的气体流的方向正交于所述RPB***的轴线。
38.根据权利要求37所述的RPB***，其中：
所述气体输入布置在所述RPB***的第一部段中；
所述RPB***的第一部段不包括RPB；并且
在与所述RPB***的轴线正交的截面中，所述第一部段是圆形的，使得在使用中，所述第一部段致使通过所述气体输入流动到所述第一部段的气体旋转。
39.根据权利要求35至38中任一项所述的RPB***，其中，所述气体输出被布置成使得在使用中，通过所述气体输出的气体流的方向正交于所述RPB***的轴线。
40.根据权利要求39所述的RPB***，其中，所述气体输出布置在所述RPB***的第二部段中；
所述RPB***的第二部段不包括RPB；并且
在与所述RPB***的轴线正交的截面中，所述第二部段是圆形的，使得在使用中，所述第二部段中的气体旋转。
41.根据权利要求40所述的RPB***，其中，所述气体输出包括入口管道；并且
所述入口管道布置成从所述第二部段的内表面朝向所述RPB***的轴线延伸。
42.根据权利要求35至41中任一项所述的RPB***，其中：
所述RPB***包括多个RPB；
所述多个RPB中的至少一个RPB被构造成使得在使用中，吸附剂被供应到该RPB，使得该RPB提供由所述RPB***接收的气体与吸附剂之间的用于传质的区域；并且
所述多个RPB中的至少一个RPB被构造成使得在使用中，水被供应到该RPB，使得该RPB洗涤通过该RPB的气体。
43.根据权利要求42所述的RPB***，其中，所述多个RPB中的至少一个RPB被构造成使得在使用中，液体不被供应到该RPB，使得该RPB干燥通过该RPB的气体和/或给通过该RPB的气体除雾。
44.根据权利要求35至43中任一项所述的RPB***，进一步包括：
液体收集腔室，其用于收集已经流动穿过RPB的液体；以及
液位传感器，其用于测量所述液体收集腔室中液体的液位。
45.根据权利要求44所述的RPB***，其中，多个RPB中的每个都具有相应的液体收集腔室和用于测量所述液体收集腔室中液体的液位的液位传感器。
46.根据权利要求44和45中任一项所述的RPB***，进一步包括计算***；
其中，在使用中，所述计算***接收来自一个或更多个液位传感器的测量值，其中，所述一个或更多个液位传感器各自测量对应于RPB的液体收集腔室中的液体的液位；并且
所述计算***被布置成根据接收到的测量值自动地控制所述RPB的旋转速度、进入每个RPB的吸附剂的流动速率和进入RPB***的气体的流动速率中的一者或更多者。
47.根据权利要求35至46中任一项所述的RPB***，其中，所述RPB***的轴线竖直地定向；
所述气体输入处于所述RPB***的底部处；并且
所述气体输出在所述RPB***的顶部处。
48.根据权利要求35至47中任一项所述的RPB***，其中，所述RPB***的轴线水平地定向。
49.一种***，包括：
分流器，其用于将接收到的气体流分成多个独立的气体流；
多个根据权利要求35至48中任一项所述的RPB***，其中，所述RPB***中的每个被布置成接收所述多个独立的气体流中一个不同的气体流；以及
流动组合器，用于组合流出该多个RPB***中的每个的多个独立的气体流。
50.一种通过旋转填充床在吸附剂和气体之间传质的方法，其中，所述旋转填充床即RPB，所述方法包括：
由RPB接收气体流；
由RPB接收吸附剂流，其中，吸附剂是液体；
在所述RPB的传质的区域中提供接收到的吸附剂和接收到的气体的交叉流动；
其中，所述RPB是根据权利要求1至28中任一项所述的RPB、根据权利要求29至48中任一项所述的RPB***中的RPB、和/或根据权利要求49所述的***中的RPB。
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