KR20210082209A - 화학수착제를 이용하는 수착 가스 분리 방법 - Google Patents

화학수착제를 이용하는 수착 가스 분리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210082209A
KR20210082209A KR1020217015548A KR20217015548A KR20210082209A KR 20210082209 A KR20210082209 A KR 20210082209A KR 1020217015548 A KR1020217015548 A KR 1020217015548A KR 20217015548 A KR20217015548 A KR 20217015548A KR 20210082209 A KR20210082209 A KR 20210082209A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
component
stream
sorbent
product stream
sorption
Prior art date
Application number
KR1020217015548A
Other languages
English (en)
Inventor
소헤일 키아비
Original Assignee
스반테 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스반테 인코포레이티드 filed Critical 스반테 인코포레이티드
Publication of KR20210082209A publication Critical patent/KR20210082209A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/81—Solid phase processes
    • B01D53/83—Solid phase processes with moving reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0462—Temperature swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/06—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/103—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate comprising silica
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/223—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material containing metals, e.g. organo-metallic compounds, coordination complexes
    • B01J20/226—Coordination polymers, e.g. metal-organic frameworks [MOF], zeolitic imidazolate frameworks [ZIF]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
    • B01J20/265—Synthetic macromolecular compounds modified or post-treated polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/281—Sorbents specially adapted for preparative, analytical or investigative chromatography
    • B01J20/282—Porous sorbents
    • B01J20/283—Porous sorbents based on silica
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3202—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the carrier, support or substrate used for impregnation or coating
    • B01J20/3204—Inorganic carriers, supports or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3202—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the carrier, support or substrate used for impregnation or coating
    • B01J20/3206—Organic carriers, supports or substrates
    • B01J20/3208—Polymeric carriers, supports or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3242—Layers with a functional group, e.g. an affinity material, a ligand, a reactant or a complexing group
    • B01J20/3244—Non-macromolecular compounds
    • B01J20/3246—Non-macromolecular compounds having a well defined chemical structure
    • B01J20/3248—Non-macromolecular compounds having a well defined chemical structure the functional group or the linking, spacer or anchoring group as a whole comprising at least one type of heteroatom selected from a nitrogen, oxygen or sulfur, these atoms not being part of the carrier as such
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/3425—Regenerating or reactivating of sorbents or filter aids comprising organic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/3433—Regenerating or reactivating of sorbents or filter aids other than those covered by B01J20/3408 - B01J20/3425
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/345—Regenerating or reactivating using a particular desorbing compound or mixture
    • B01J20/3475—Regenerating or reactivating using a particular desorbing compound or mixture in the liquid phase
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/20—Organic adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/20—Organic adsorbents
    • B01D2253/202—Polymeric adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/20—Organic adsorbents
    • B01D2253/204—Metal organic frameworks (MOF's)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/25—Coated, impregnated or composite adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/302—Sulfur oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B01D2257/404—Nitrogen oxides other than dinitrogen oxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/60—Heavy metals or heavy metal compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/06—Polluted air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40043—Purging
    • B01D2259/4005—Nature of purge gas
    • B01D2259/40052—Recycled product or process gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40083—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40088—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating
    • B01D2259/40096—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating by using electrical resistance heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제를 이용하는 수착 가스 분리 방법은 다성분 유체 혼합물로부터 제1 성분을 분리하거나, 구체적으로는 연소 가스 스트림으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해 제공된다. 수착 가스 분리 방법은 수착 단계를 포함하며, 상기 수착 단계의 제1 기간 동안 제2 성분, 예컨대 질소 성분을 포함하는 제1 생성물 스트림의 제1 부분이 회수되고, 수착 단계의 제2 기간 동안 제3 성분, 예컨대 물 성분을 포함하는 제1 생성물 스트림의 제2 부분이 회수된다.

Description

화학수착제를 이용하는 수착 가스 분리 방법
본 발명은 일반적으로, 고체 화학수착제(chemisorbent)를 이용하여 피드 스트림으로부터 성분의 수착 가스 분리 방법에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 아민-함유 고체 수착제(sorbent)를 이용하는 피드 스트림으로부터 이산화탄소와 같은 산 가스의 수착(sorptive) 가스 분리 방법에 관한 것이다.
수착 가스 분리 공정 및 시스템, 예를 들어, 온도 스윙 수착, 압력 스윙 수착 및 부분 압력 스윙 수착은 당업계에 다성분 유체 혼합물의 수착 가스 분리에 사용하기 위한 것으로 공지되어 있다. 가스 분리가 요구될 수 있는 하나의 유형의 산업적 공정은, 예를 들어, 산화제 및 탄소-함유 연료가 연소되어 적어도 열 및 연소 가스 스트림(연소 플루 가스 스트림으로도 알려짐)을 생성하는 연소 공정을 포함한다. 예를 들어, 연소후 이산화탄소(CO2)의 가스 분리를 포함하여, 연소 가스 스트림으로부터 적어도 하나의 성분의 분리가 요구될 수 있다.
일 양태에서, 제1 재생(regenerating) 단계, 제2 재생 단계를 포함하는 예시적인 수착 방법, 및 이를 혼입하는 시스템은 출원인의 국제 공개 특허 출원 번호 WO 2017/165974 A1, "ADSORPTIVE GAS SERARATION PROCESS AND SYSTEM"에 개시되어 있다. WO　2017/165974 A1은 제1 재생 단계 및 제2 재생 단계를 이용할 뿐만 아니라 제2 재생 단계를 위해 제1 생성물 스트림을 제2 재생 스트림으로서 이용하는 흡착(adsorptive) 가스 분리 방법을 개시한다.
화학수착제, 예를 들어, 아민 도핑된 수착제는 수착 가스 분리 방법 및 시스템을 위해 예를 들어, H2O의 존재 하에 높은 CO2 수착 역량(capacity) 및 CO2/N2 선택성과 같은 바람직한 특징을 실증하였다. 그러나, 화학수착제의 열적 및 화학적 내구성, 예를 들어, 수착 역량은 많은 수착-탈착 사이클에 걸쳐 상당히 저하된다. 수착 역량의 소실은 전형적으로, 예를 들어, 화학수착제와 흡착물질(adsorbate), 예를 들어, 산 가스 또는 CO2의 바람직하지 못한 반응, 유도된 분해 기전, 및/또는 유체 스트림에 존재하는 산화제(예를 들어, 탈착 또는 재생 유체 스트림에 존재하는 산화제)에 의한 산화로 인한 것이다. 산화는, 화학수착제가 승온, 예를 들어 약 100℃ 초과의 온도에 노출될 때 더 높은 비율(rate)로 발생하며 및/또는 증가할 수 있다. 산화는 또한, 온화한 농도의 산소, 예를 들어 약 주위 농도의 산소, 및/또는 낮은 습도 또는 건조한 조건에서 더 높은 비율로 발생하며 및/또는 증가할 수 있다. 화학수착제가 상대적으로 고온 및 건조한 조건에서 예를 들어, 산 가스, 예컨대 CO2에 노출될 때 흡착물질 또는 CO2 유도 분해 기전이 발생할 수 있다. 유체 스트림 내 산 가스 또는 CO2는 수착제의 아민 부위와 상호작용하여, 상대적으로 강하게 결합된 아미드 작용성 또는 우레아 기를 형성할 수 있으며, 이는 전형적인 재생 조건 및 에너지를 이용하는 전형적인 재생 방법 동안 CO2의 방출을 방해하고 아민 부위를 탈활성화시킬 수 있다.
미국 특허 번호 9,314,730은 습식 피드 가스(feed gas) 및/또는 습식 퍼지 가스(purge gas)를 사용하여 아민-함유 CO2 흡착제(adsorbent)의 성능을 안정화시키기 위한 방법 및 시스템 및 탈활성화 동안 형성되는 우레아기의 가수분해를 통해 탈활성화된 아민-함유 CO2 흡착제의 재생 방법을 개시한다.
수착 가스 분리 방법에 대해, 수착 분리기 및 수착 시스템에 대해 외부에서 공급되는 물의 양을 감소시키는 한편 증가된 내구성 또는 설계된 수명을 갖는 화학수착제가 필요하며, 이는 수착 가스 분리 방법 및/또는 시스템의 복잡성, 자본 및 작동 비용을 감소시킬 수 있다.
본 개시내용에 따른 다양한 구현예에서, 적어도 제1 성분, 제2 성분, 및 제3 성분을 함유하는 피드 스트림의 성분을 피드 스트림으로부터 분리하기 위한 수착 가스 분리 방법이 제공된다.
본 발명의 넓은 양태에서, 적어도 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분을 함유하는 피드 스트림의 성분을 분리하기 위한 수착 가스 분리 방법은, 적어도 하나의 수착제를 따라 피드 스트림을 통과시켜 상기 피드 스트림의 제1 성분을 수착제 상으로 수착시키는 단계, 제1 생성물 스트림의 제1 부분을 생성하는 단계, 제1 생성물 스트림의 제2 부분을 생성하는 단계, 수착제를 따라 제1 재생 스트림을 통과시켜 상기 수착제로부터 제1 성분을 탈착시키는 단계, 적어도 제1 성분을 함유하는 제2 생성물 스트림을 생성하는 단계, 상기 제1 생성물 스트림의 제1 부분 및/또는 제2 성분 중 적어도 일부를 회수하는 단계, 및 상기 제1 생성물 스트림의 제2 부분, 제2 성분, 및/또는 제3 성분 중 적어도 일부를 회수하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 넓은 양태에서, 적어도 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분을 함유하는 피드 스트림의 성분을 분리하기 위한 수착 가스 분리 방법은, 적어도 하나의 수착제를 따라 피드 스트림을 통과시켜 상기 피드 스트림의 제1 성분을 수착제 상으로 수착시키는 단계, 적어도 제2 성분 및 제3 성분을 함유하는 제1 생성물 스트림을 생성하는 단계, 수착제를 따라 제1 재생 스트림을 통과시켜 상기 수착제로부터 제1 성분을 탈착시키는 단계, 및 적어도 제1 성분을 함유하는 제2 생성물 스트림을 생성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 생성물 스트림의 제3 성분는 제1 생성물 스트림으로부터 회수된다.
본 발명의 또 다른 넓은 양태에서, 적어도 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분을 함유하는 피드 스트림의 성분을 분리하기 위한 수착 가스 분리 방법은, 수착제를 따라 피드 스트림을 통과시켜 상기 피드 스트림의 제1 성분을 수착제 상으로 수착시키는 단계, 적어도 제2 성분 및 제3 성분을 함유하는 제1 생성물 스트림을 생성하는 단계, 수착제를 따라 제1 재생 스트림을 통과시켜 상기 수착제로부터 제1 성분을 탈착시키는 단계, 및 탈착된 제1 성분을 회수하는 단계를 포함하며, 상기 피드 스트림 내 제3 성분의 농도 또는 플럭스(flux)에 대한 제1 생성물 스트림 내 제3 성분의 농도 또는 플럭스의 비는 제1 기간보다 제2 기간에서 상대적으로 더크다.
본 개시내용의 다양한 구현예에 따라 적어도 제1 성분을 다성분 유체 혼합물로부터 수착 가스 분리하는 방법은 현재 첨부된 도면을 참조로 하여 기재될 것이며, 여기서:
도 1a는 피드 스트림으로부터 적어도 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분을 분리하고, 제1 재생 스트림의 일부로서 재순환될 제3 성분 중 적어도 일부를 회수하는 방법에 대한 예비 사이클 및 정상(steady) 사이클을 예시하는 본 발명의 일 구현예의 순서도이며;
도 1b는 피드 스트림으로부터 적어도 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분을 분리하고, 제1 재생 스트림의 일부로서 재순환될 제3 성분 중 적어도 일부를 회수하는 방법에 대한 예비 사이클 및 정상 사이클을 예시하는 본 발명의 일 구현예의 순서도이며;
도 2는 물리수착제를 이용하는 흡착 가스 분리 방법의 수착 단계 동안 접촉기로부터 회수된 제1 생성물 스트림에서 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 및 물(H2O)의 농도(부피에 의함)를 예시하는 그래프이며;
도 3은 아민 도핑된 수착제와 같은 화학수착제를 이용하는 흡착 가스 분리 방법의 수착 단계 동안 접촉기로부터 회수된 제1 생성물 스트림에서 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 및 물(H2O)의 농도(부피에 의함)를 예시하는 그래프이며;
도 4는 피드 스트림으로부터 적어도 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분을 분리하고, 제1 재생 스트림의 일부로서 재순환될 제3 성분 중 적어도 일부를 회수하는 방법에 대한 정상 사이클의 단계를 예시하는 본 발명의 일 구현예의 순서도이며;
도 5는 도 4에 따른 순서도이고;
도 6은 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제를 갖는 수착 분리기를 포함하는 수착 가스 분리 시스템 또는 수착 분리 시스템을 예시하는 단순화된 도식도이다. 수착 가스 분리기는 제1 생성물 스트림의 일부를 제2 재생 스트림으로서 수용하도록 유체적으로 연결된다.
본원에 사용된 용어 "화학수착제"는 아민 도핑된 수착제를 (비제한적으로) 포함하는 것으로 의미된다.
본원에 사용된 용여 "아민 도핑된 수착제"는 아민 그래프팅된 실리카, 아민 함침된 메조다공성 실리카, 알킬화된 아민 함침된 다공성 수착제, 아민 작용화된 다공성 나노-중합체, 아민 작용화된 유기 프레임워크, 아민 작용화된 금속 유기 프레임워크, 아민 테터드 다공성 중합체, 및 이들의 임의의 조합을 (비제한적으로) 포함하는 것으로 의미되고 이들과 상호교환적으로 사용될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "피드 스트림"은 연소 가스 스트림, 플루 가스(flue gas) 스트림, 공정 피드 스트림, 공정 스트림, 공정 폐기물 스트림, 주위 공기 스트림, 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것으로 의미되고 이들과 상호교환적으로 사용될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "제1 성분"은 산 가스 성분, 이산화탄소 성분, 황 옥사이드 성분, 질소의 옥사이드 성분, 또는 중금속 화합물을 포함하는 것으로 의미되고 이들과 상호교환적으로 사용될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "제2 성분"은 불활성 성분, 질소 성분, 또는 산소 성분을 포함하는 것으로 의미되고 이들과 상호교환적으로 사용될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "제3 성분"은 물 성분, 용매, 또는 축합성 유체를 포함하는 것으로 의미되고 이들과 상호교환적으로 사용될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "플럭스"는 특정 스트림과 관련된 단위 시간당 몰(mole) 또는 그램으로 표현된 성분의 양을 의미한다.
본원에 사용된 용어 "예비 사이클"은 정상 사이클의 제조에서 적어도 수착 단계 및 수착제를 적어도 하나의 성분으로 포화시키거나 로딩(loading)하기 위한 후속적인 재생 단계를 포함하는 스타트업 사이클을 기재하는 것으로 의미된다.
본원에 사용된 용어 "정상 사이클"은 적어도 수착 단계 및 후속적인 재생 단계를 포함하는 공정 사이클을 기재하는 것으로 의미되며, 상기 공정 사이클은 반복되고, 수착 분리기로부터 회수된 제1 생성물 스트림 및/또는 제2 생성물 스트림은 상기 사이클의 임의의 주어진 경과 시간에서 유동(flow) 및 조성물이 실질적으로 유사하다. 대안적으로, 제1 및 제2 생성물 스트림에 함유된 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분의 필수 양(integral amount)은 각각의 사이클에서 실질적으로 반복된다.
본원에 사용된 용어 "수착 분리기"는 적어도 하나의 성분을 피드 스트림으로부터 분리하기 위한 적어도 하나의 수착제를 함유하는 장치를 기재하는 것으로 의미된다. 수착제 분리기는 하나 이상의 접촉기를 포함할 수 있으며, 각각의 접촉기는 적어도 하나의 수착제를 포함할 수 있고, 각각의 서브-유닛은 실질적으로 유사한 또는 상이한 수착제와 함께 배치될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "접촉기"는 본원에 사용된 용어 "수착 분리기"와 상호교환적으로 사용될 수 있다. 수착 방법은 적어도 하나의 수착 분리기를 이용할 수 있다. 복수의 수착 분리기들이 이용되는 적용에서, 각각의 수착 분리기는 실질적으로 유사한 또는 상이한 수착제와 함께 배치될 수 있고, 각각의 수착 분리기는 실질적으로 유사한 또는 상이한 공정 사이클에서 작동될 수 있다.
수착 또는 수착 방법의 소정의 작동 조건 동안, 예를 들어, 승온에서 낮은 습도 또는 건조한 작동 조건 및/또는 상승된 수준의 산소와 함께 유체 스트림에의 노출 하에, 화학수착제, 예컨대 아민 도핑된 수착제는 많은 수착 및 탈착 사이클에 걸쳐 수착 역량의 감소 또는 손실 또는 감소된 내구성을 경험할 수 있으며, 이는 예를 들어, 수착 부위의 탈활성화 및/또는 산화의 결과일 수 있다. 수착제 부위의 탈활성화를 감소시키고 내구성을 증가시키기 위해, 수착 방법 동안 수분 및/또는 감소된 수준의 산소(예를 들어, 주위 공기에서 발견되는 대략의 산소 농도보다 더 적음)를 함유하는 유체 스트림을 이용하는 것이 유리하다.
일부 지리학적 장소 및/또는 적용에서, 물의 적합한 공급은 제한될 수 있으며 및/또는 비용이 많이 들 수 잇어서, 유체 스트림을 함유하는 수분을 이용하는 결과 증가된 내구성을 갖는 수착 방법의 실시에 대한 장벽으로서 역할을 한다. 수착 가스 분리 방법에 대해 외부적으로 공급되는 물의 양을 감소시키거나 실질적으로 없애는 수착 방법 및/또는 수착 가스 분리 방법 및/또는 수착 가스 분리기의 복잡성, 자본 및 작동 비용을 유리하게 감소시키는 수착 가스 분리기를 갖는 것이 유리할 수 있다.
본 개시내용의 구현예에 따라, 적어도 제1 성분(예를 들어, 산 가스 성분, 이산화탄소 성분, 황 옥사이드 성분, 질소 성분의 옥사이드, 또는 중금속 화합물), 제2 성분(예를 들어, 불활성 성분, 질소 성분, 또는 산소 성분), 및 제3 성분(예를 들어, 물 성분, 용매, 또는 축합성 유체)을 포함하는 다성분 유체 혼합물 또는 피드 스트림의 수착 가스 분리를 위한 수착 가스 분리 방법(본원에서 "수착 방법"으로 지칭됨)이 제공된다. 일 구현예에서, 상기 수착 방법은 예컨대 본 개시내용의 일 구현예에 따라 적어도 하나의 수착제가 고정된 적어도 하나의 접촉기를 포함하는 수착 가스 분리기(본원에서 "수착 분리기"로 지칭됨)를 이용함으로써 예를 들어, 연료 연소기에 의해 생성된 연소 가스 스트림 또는 플루 가스 스트림(본원에서 "연소 가스 스트림"으로 지칭됨), 공정 피드 스트림, 공정 스트림, 공정 폐기물 스트림, 주위 공기 스트림, 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있는 다성분 유체 혼합물 또는 피드 스트림으로부터 제1 성분 중 적어도 일부를 바람직하게 분리할 수 있다. 일 양태에서, 상기 수착 방법은, 수착 분리기 및/또는 적어도 하나의 접촉기가; 비제한적으로 아민 그래프팅된 실리카, 아민 함침된 메조다공성 실리카, 알킬화된 아민 함침된 다공성 수착제, 아민 작용화된 다공성 나노-중합체, 아민 작용화된 유기 프레임워크, 아민 작용화된 금속 유기 프레임워크, 아민 테터드 다공성 중합체, 및 이들의 임의의 조합을 포함하는 화학수착제, 예를 들어, 아민 도핑된 수착제와 같은 적어도 하나의 수착제를 이용하며; 수착 방법에 수분을 함유한느 적어도 하나의 유체 스트림을 이용하고; 수착 방법 및/또는 수착 분리기에 대해 외부적으로 공급되는 물의 양을 감소시키거나 실질적으로 없애는 가스 분리 적용에 특히 적합할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 수착 방법은 온도 스윙 방법, 분압 스윙 방법, 습도 스윙 방법, 압력 스윙 방법, 진공 스윙 방법, 및/또는 이들의 임의의 조합에 특히 적합하다. 또 다른 구현예에서, 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제는 고체 수착제일 수 있다. 일 구현예에서, 수착 방법은 복수의 단계들을 포함할 수 있으며, 상기 방법 단계는 많은 사이클에 걸쳐 사이클적으로 반복될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 수착 방법은 정상 사이클에 선행하는 적어도 하나의 예비 사이클을 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 예비 사이클은, 요망된다면 선택적으로는 실질적으로 연속해서 사이클링될 수 있는 정상 사이클을 가능하게 하며 및/또는 달성하기 위해 이용될 수 있다.
일 구현예에서, 수착 방법은 적어도 하나의 예비 사이클을 포함하며, 상기 적어도 하나의 예비 사이클은 수착제, 예를 들어, 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제를 예를 들어, 제1 성분, 예컨대 산 가스 성분, 황 옥사이드 성분, 질소 성분의 옥사이드, 이산화탄소(본원에서 "CO2"로 지칭됨) 성분 또는 중금속 화합물, 및/또는 제3 성분, 예컨대 물, 용매 또는 축합성 가스)을 포함하는 하나 이상의 성분으로 실질적으로 포화시키거나 로딩하며 및/또는 정상 사이클을 가능하게 하며 및/또는 달성하는 데 이용될 수 있으며, 이는 그 후에 실질적으로 연속해서 사이클링되고 작동될 수 있다. 일 구현예에서, 수착 방법은, 제1 생성물 스트림의 파트를 형성하며 및/또는 생성하는 제1 생성물 스트림에서 제3 성분의 분해 시까지; 제1 생성물 스트림이 제3 성분을 포함하며 및/또는 제1 생성물 스트림이 제3 성분의 예정된 역치와 동일하거나 그보다 많은 양에 도달하거나 달성할 때까지 적어도 하나의 예비 사이클을 반복하는 단계를 포함한다. 일 구현예에서, 수착 방법은 제2 생성물 스트림의 파트를 형성하며 및/또는 생성하는 제2 생성물 스트림에서 제1 성분의 분해 시까지; 제2 생성물 스트림이 제1 성분을 포함하며 및/또는 제2 생성물 스트림이 제1 성분의 예정된 역치와 동일하거나 그보다 많은 양에 도달하거나 달성할 때까지 적어도 하나의 예비 사이클을 반복하는 단계를 포함한다.
도 1a는 수착 방법(200)에 대한 예비 사이클(202) 및 정상 사이클(210)을 예시하는 본 발명의 일 구현예의 순서도이다. 적어도 하나의 예비 사이클(202)은 수착제를 하나 이상의 성분으로 실질적으로 포화시키거나 로딩하는 데 이용될 수 있으며, 하나 이상의 예비 사이클(202) 후, 생성물 스트림의 측정은 수착제가 로딩되거나 로딩되지 않는지 결정하기 위해 수행될 수 있다. 수착제가 로딩되지 않는다면, 반복 예비 사이클(206)은 예비 사이클(202)의 개시 및 반복을 초래할 수 있다. 수착제가 로딩된다면, 종결 예비 사이클(208)은 예비 사이클(202), 및/또는 정상 사이클(210)의 종결을 초래할 수 있으며, 이는 요망된다면 반복 정상 사이클(212)과 함께 반복될 수 있거나 종결 정상 사이클(294) 및 말단(296)으로 종결될 수 있다.
도 1b는 수착 방법에 대한 예비 사이클 단계를 예시하는 본 발명의 일 구현예의 순서도이다. 일 구현예에서, 예비 사이클(202)은 수착 단계(222), 및 적어도 하나의 재생 단계(224)를 포함한다. 일 구현예에서, 수착 단계(222)는, 피드 스트림을 접촉기 내로 수용시키며 및/또는 통과시키기 위한 선택적인 수용부(230); 적어도 하나의 수착제(예를 들어, 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제)를 따라 피드 스트림을 통과시키기 위한 통로(232); 적어도 하나의 수착제 상에서 및/또는 적어도 하나의 수착제 내에서 피드 스트림의 제1 성분(예를 들어, 산 가스 성분, 황 옥사이드 성분, 질소 성분의 옥사이드, CO2 성분, 또는 중금속 화합물), 및 제3 성분(예를 들어, 물, 용매, 또는 축합성 유체)을 흡착시키고, 제2 성분, 예를 들어, 불활성 성분, 질소(본원에서 "N2"로 지칭됨) 성분, 또는 산소 성분 및 피드 스트림과 비교하여 제3 성분이 실질적으로 결실된 제1 생성물 스트림을 생성하기 위한 흡착 및 생성부(234); 및 제1 생성물 스트림을 선택적으로 접촉기로부터 회수하며 및/또는 배출시키기 위한 회수부(236)를 추가로 포함한다. 일 구현예에서, 재생 단계(224)는, 제3 성분을 포함하는 유체 스트림과 같은 재생 스트림(예를 들어, 제1 재생 스트림)을 접촉기 내로 수용시키기 위한 선택적인 수용부(240); 적어도 하나의 수착제를 따라 재생 스트림을 통과시키기 위한 통로(242); 재생 스트림의 제3 성분 중 적어도 일부를 적어도 하나의 수착제 상으로 수착시키기 위한 수착부(244); 상기 수착제 상에 수착된 제1 성분 중 적어도 일부를 탈착시키기 위한 탈착부(246); 적어도 제1 성분을 포함하는 제2 생성물 스트림을 생성하기 위한 생성부(248); 및 제1 성분 및/또는 제2 생성물 스트림을 선택적으로 접촉기로부터 회수하기 위한 회수부(250)를 추가로 포함한다. 회수(250) 및/또는 재생 단계(224) 후, 판단(decision)(204), 예를 들어 로딩된 수착제 또는 로딩되지 않은 수착제가 이루어질 수 있다. 판단(204)이 로딩되지 않은 수착제 및 반복 예비 사이클(206)을 초래한다면, 예비 사이클(202)이 반복될 수 있다. 판단(204)이 포화되거나 로딩된 수착제 및 종결 예비 사이클(208)을 초래한다면, 예비 사이클(202)은 선택적으로 단부(258), 후속적으로 뒤이어 수착 또는 수착 방법의 정상 사이클(도 1b에 도시되지 않음)을 초래할 수 있다. 추가 구현예에서, 예비 사이클(202)은 선택적인 제2 재생 단계(도 1b에 도시되지 않음) 및/또는 선택적인 냉각 단계(도 1b에 도시되지 않음)를 (재생 단계(224)에 후속하여 그리고 판단(204) 전에)포함한다.
일 구현예에서, 예비 사이클의 수착 단계 및 후속적인 적어도 하나의 재생 단계는, 수착 단계 및 적어도 하나의 재생 단계 동안 수착제가 제3 성분으로 로딩될 때까지 제3 성분(피드 스트림 및/또는 재생 스트림에 함유됨)이 적어도 하나의 수착제 상으로 수착되도록 반복될 수 있다. 예비 사이클 및/또는 정상 사이클 동안 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제와 같은 수착제를 이용하는 수착 방법의 일 양태에서, 제3 성분은 수착제 상으로 수착되고 예를 들어, 수착 단계로부터 재생 단계로, 및/또는 재생 단계로부터 수착 단계로 이송될 수 있다.
일 구현예에서, 적어도 하나의 수착제가 고정된 접촉기 및/또는 적어도 하나의 수착제는, 예를 들어 수착 단계 동안 생성된 제1 생성물 스트림이 피드 스트림과 비교하여 제3 성분에서 결여될 때 및/또는 피드 스트림에 제3 성분의 플럭스(flux)보다 더 적은 제3 성분의 농도 또는 플럭스를 포함할 때 로딩되지 않은 것으로 간주될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 접촉기 및/또는 적어도 하나의 수착제는, 수착 단계 동안 생성된 제1 생성물 스트림이 피드 스트림과 비교하여 제3 성분이 강화(enrich)되어 있으며 피드 스트림 내 제3 성분의 플럭스보다 더 많은 제3 성분의 플럭스를 포함할 때 로딩된 것으로 간주될 수 있으며, 이는 피드 스트림의 제1 성분이 적어도 하나의 수착제 상으로 수착되고 임의의 제3 성분(적어도 하나의 수착제 상에 수착됨)을 탈착시키는 데 일조할 때 수착 단계 동안 달성될 수 있으며, 이는 제1 생성물 스트림의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 접촉기 및/또는 적어도 하나의 수착제는, 재생 단계(또는 제1 재생 단계) 동안 생성된 제2 생성물 스트림이 피드 스트림과 비교하여 제1 성분이 강화되어 있으며 및/또는 피드 스트림 내 제1 성분의 농도 또는 플럭스보다 더 큰 제3 성분의 농도 또는 플럭스를 포함할 때 로딩된 것으로 간주될 수 있으며, 이는 제1 재생 스트림의 제3 성분이 적어도 하나의 수착제 상으로 수착되고 임의의 제1 성분(적어도 하나의 수착제 상에 수착됨)을 탈착시키는 데 일조할 때 재생 단계 동안 달성될 수 있으며, 이는 제2 생성물 스트림의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 접촉기 또는 접촉기 단부로부터 제1 생성물 스트림 내 제3 성분 및/또는 제2 생성물 스트림 내 제1 성분의 돌파(breakthrough)가 발생하거나 검출될 때, 제1 생성물 스트림이 제3 성분을 포함할 때, 및/또는 제2 생성물 스트림이 제1 성분을 포함할 때, 예비 사이클은 완료 및 종결될 수 있으며, 및/또는 후속적인 정상 사이클이 개시될 수 있다.
전형적으로, 수착 또는 수착 방법에 대한 피드 스트림은 복수의 성분들을 갖는 다성분 유체 혼합물일 수 있으며, 각각의 개별 성분은 접촉기에 이용되는 수착제에 대해 상이한 친화도를 가질 수 있다. 일 구현예에서, 수착 방법은 제1 성분, 제2 성분 또는 불활성 성분, 및 제3 성분의 가스 분리를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 제1 성분은 산 가스 성분, 황 옥사이드 성분, 질소 성분의 옥사이드, CO2 성분, 또는 중금속 화합물을 포함할 수 있으며; 제2 성분은 질소(이하 "N2"로 지칭됨) 성분을 포함할 수 있고, 제3 성분은 물(이하 "H2O"로 지칭됨) 성분을 포함할 수 있다.
당업계에 알려진 전형적인 수착 또는 수착 가스 분리 방법에서, 종래의 물리수착제, 예를 들어, 제올라이트 및 활성탄이 이용될 수 있으며, 제1 성분 또는 CO2 성분은 흡착제에 대해 (피드 또는 연소 가스 스트림 내 다른 성분과 비교하여) 상대적으로 중앙값 또는 평균 친화도를 가질 수 있으며, 제2 성분 또는 N2 성분은 흡착제에 대해 상대적으로 약한 친화도를 가질 수 있는 한편, 제3 성분 또는 H2O 성분은 흡착제에 대해 상대적으로 강한 친화도를 가질 수 있다.
도 2는 실질적으로 약 정상 사이클에서 작동하는(예비 사이클에서 작동 후) 물리수착제를 이용하는 전형적인 기지의 수착 가스 분리 방법을 시험하는 것으로부터 본 발명자들에 의해 발생된 데이터 결과의 그래프 예시이다. y-축은 부피 농도를 백분율로 나타낸 것이고, x-축은 시간을 초(second)로 나타낸 것이다. 전형적인 연소 가스 스트림을 시뮬레이션하는 유체 스트림은 접촉기에 대한 피드 스트림으로서 이용된 한편, 질량 분광계는 생성되고 접촉기로부터 회수된 제1 생성물 스트림을 측정하는 데 이용되었다. 질량 분광계에 대한 센서는 접촉기의 유출구 근처에 놓였다. 연소 가스 스트림을 피드 스트림으로서 이용하며 유사한 결과를 나타내는 추가 시험이 수행되었다. 도 2는 수착 방법의 수착 단계 동안 적어도 하나의 물리수착제가 고정된 접촉기로부터 회수된 제1 생성물 스트림의 제1 성분 또는 CO2(플롯(10)), 제2 성분 또는 N2(플롯(12)), 및 제3 성분 또는 H2O(플롯(14))의 부피 농도를 도시한다. 제1 기간(16)은 제2 성분 또는 N2가 접촉기를 통과함에 따라 그리고/또는 접촉기의 단부 또는 유출구로부터 제1 성분 또는 CO2의 돌파 전에 수착 단계를 나타낼 수 있는 한편, 제2 기간(18)은 CO2의 돌파 후에 수착 단계를 나타낼 수 있다. 제1 생성물 스트림의 제1 부분은 제1 기간(16) 동안 생성되며, 제1 생성물 스트림의 제1 부분에서 제1 성분 또는 CO2(플롯(10))의 농도는 피드 스트림 내 제1 성분 또는 CO2의 농도보다 더 작으며, 제1 생성물 스트림의 제1 부분 내 제2 성분 또는 N2(플롯(12))의 농도는 피드 스트림 내 제2 성분 또는 N2의 농도보다 더 큰 한편, 제1 생성물 스트림의 제1 부분 내 제3 성분 또는 H2O(플롯(14))의 농도는 피드 스트림 내 제3 성분 또는 H2O의 농도와 실질적으로 유사하다. 제1 생성물 스트림의 제2 부분은 제2 기간(18) 동안 생성되며, 제1 생성물 스트림의 제2 부분 내 제1 성분 또는 CO2(플롯(10))의 농도는 피드 스트림 내 제1 성분 또는 CO2의 실질적으로 유사한 농도에 접근하며, 제1 생성물 스트림의 제2 부분 내 제2 성분 또는 N2 (플롯(12))의 농도는 피드 스트림 내 제2 성분 또는 N2의 실질적으로 유사한 농도에 접근하는 한편, 제1 생성물 스트림의 제2 부분 내 제3 성분 또는 H2O (플롯(14))의 농도는 피드 스트림 내 제3 성분 또는 H2O의 농도와 실질적으로 유사하다. 제1 생성물 스트림 내 제3 성분 또는 H2O (플롯(14))의 농도는 제1 기간(16) 동안 생성된 제1 생성물 스트림의 제1 부분 및 제2 기간(18) 동안 생성된 제1 생성물 스트림의 제2 부분에서 실질적으로 변하지 않은 채로 있다. 피드 스트림 내 제2 성분의 농도에 대한 제1 생성물 스트림 내 제2 성분의 농도의 비는 제2 기간(18) 동안 생성된 제1 생성물 스트림의 제2 부분보다 제1 기간(16) 동안 생성된 제1 생성물 스트림의 제1 부분보다 상대적으로 더 크다. 피드 스트림 내 제3 성분의 농도에 대한 제1 생성물 스트림 내 제3 성분의 농도의 비는 제1 기간(16) 동안 생성된 제1 생성물 스트림의 제1 부분에서 그리고 제2 기간(18) 동안 생성된 제1 생성물 스트림의 제2 부분에서 상대적으로 실질적으로 동일하거나 또는 실질적으로 유사하다. 차이의 결여는 기존의 수착 방법의 단점을 강조한다.
물리수착제와 대조적으로, 본 발명의 일 구현예에서, 아민 도핑된 수착제와 같은 화학수착제는, 제1 성분(예를 들어, CO2) 성분이 수착제에 대해 상대적으로 강한 친화도를 가질 수 있으며, 제3 성분(예를 들어, H2O 성분)이 수착제에 대해 상대적으로 강한 친화도를 가질 수 있고, 제1 성분과 제3 성분이 수착제에 대해 상대적으로 증강된 공동-수착 친화도(피드(feed) 또는 연소 가스 스트림 내 다른 성분과 비교하여)를 가질 수 있는 한편, 제2 성분(예를 들어, N2) 성분이 수착제에 대해 상대적으로 약한 친화도를 가질 수 있는 방식으로 이용될 수 있으며, 따라서, 제1 성분과 제3 성분은 수착제에 대해 동일한 정도의 친화도를 갖는다.
도 3은 아민 도핑된 수착제와 같은 화학수착제를 사용하는 본 발명의 일 구현예의 그래프 예시이다. y-축은 부피 농도를 백분율로 나타낸 것이고, x-축은 시간을 초로 나타낸 것이다. 도 3은 일 구현예의 수착 또는 수착 방법, 특히 실질적으로 약 사이클릭(cyclic) 정상 사이클(예비 사이클에서 작동 후)에서 작동하는 수착 가스 분리 방법의 수착 단계를 시험하는 본 발명자들에 의해 발생된 데이터 결과를 도시한다. 전형적인 연소 가스 스트림을 시뮬레이션하는 유체 스트림은 접촉기에 대한 피드 스트림으로서 이용된 한편, 질량 분광계는 생성되고 접촉기로부터 회수된 제1 생성물 스트림을 측정하는 데 이용되었다. 질량 분광계에 대한 센서는 접촉기의 유출구 근처에 놓였다. 연소 가스 스트림을 피드 스트림으로서 이용하며 유사한 결과를 나타내는 추가 시험이 수행되었다. 도 3은 접촉기로부터 회수된 제1 생성물 스트림의 제1 성분 또는 CO2(플롯(20)), 제2 성분 또는 N2(플롯(222)), 및 제3 성분 또는 H2O(플롯(24))의 부피 농도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제1 기간(26)은 제2 성분이 접촉기를 통과함에 따라 제3 성분(예컨대 H2O) 또는 제1 성분(예컨대 CO2)의 돌파 전에 수착 단계를 나타내는 한편, 제2 기간(28)은 제3 성분의 돌파 동안(그리고 제1 성분의 돌파 전의) 수착 단계를 나타내고, 제3 기간(30)은 제1 성분의 돌파 동안의 수착 단계를 나타낸다. 제1 생성물 스트림의 제1 부분은 제1 기간(26) 동안 생성되며, 제1 기간(26) 동안 생성되는 제1 생성물 스트림의 제1 부분에서 제1 성분 또는 CO2(플롯(20))의 농도는 피드 스트림 내 제1 성분 또는 CO2의 농도보다 더 작으며, 제1 생성물 스트림의 제1 부분 내 제2 성분 또는 N2(플롯(22))의 농도는 피드 스트림 내 제2 성분 또는 N2의 농도보다 더 큰 한편, 제1 생성물 스트림의 제1 부분 내 제3 성분 또는 H2O(플롯(24))의 농도는 피드 스트림 내 제3 성분 또는 H2O의 농도와 실질적으로 유사하다. 또한 제1 기간(26) 동안, 제1 생성물 스트림의 제1 부분 내 제3 성분 또는 H2O (플롯 24)이 피드 스트림 내 제3 성분의 농도보다 더 큰 제3 성분의 농도를 나타내는 지점(27)이 있으며, 이는 수착제 상으로 수착되고 이전의 재생 단계로부터 이송된 제3 성분의 결과이다. 제1 생성물 스트림의 제2 부분은 제2 기간(28) 동안 생성되며, 제1 생성물 스트림의 제2 부분에서 제1 성분 또는 CO2(플롯(20))의 농도는 피드 스트림 내 제1 성분 또는 CO2의 농도보다 더 작으며, 제1 생성물 스트림의 제2 부분 내 제2 성분 또는 N2(플롯(22))의 농도는 피드 스트림 내 제2 성분 또는 N2의 실질적으로 유사한 농도에 접근하는 한편, 제1 생성물 스트림의 제2 부분 내 제3 성분 또는 H2O(플롯(24))의 농도는 피드 스트림 내 제3 성분 또는 H2O의 농도보더 더 크다. 제1 생성물 스트림의 제3 부분은 제3 기간(30) 동안 생성되며, 제1 생성물 스트림의 제3 부분에서 제1 성분 또는 CO2(플롯(20))의 농도는 피드 스트림 내 제1 성분 또는 CO2의 실질적으로 유사한 농도에 접근하며, 제1 생성물 스트림의 제3 부분 내 제2 성분 또는 N2(플롯(22))의 농도는 피드 스트림 내 제2 성분 또는 N2의 실질적으로 유사한 농도에 접근하는 한편, 제1 생성물 스트림의 제3 부분 내 제3 성분 또는 H2O(플롯(24))의 농도는 피드 스트림 내 제3 성분 또는 H2O의 농도의 실질적으로 유사한 농도에 접근한다. 피드 스트림 내 제3 성분의 농도에 대한 제1 생성물 스트림 내 제3 성분의 농도의 비는 제1 기간(26) 동안 생성된 제1 생성물 스트림의 제1 부분보다 제2 기간(28) 동안 생성되는 제1 생성물 스트림의 제2 부분보다 상대적으로 더 크다. 제2 기간(28) 동안 생성되는 제1 생성물 스트림, 특히 제1 생성물 스트림의 제2 부분에서 제3 성분 또는 H2O(플롯 24)의 농도 프로파일은 유리하게는, 수착 방법을 위해 제3 성분 또는 H2O의 회수 및 이용을 가능하게 한다.
본 개시내용에 따른 특정 구현예에서, 수착 분리기 및/또는 접촉기는 적어도 하나의 수착제, 예컨대 화학수착제, 예를 들어, 아민 도핑된 수착제, 예컨대 비제한적으로 아민 그래프팅된 실리카, 아민 함침된 메조다공성 실리카, 알킬화된 아민 함침된 다공성 수착제, 아민 작용화된 다공성 나노-중합체, 아민 작용화된 유기 프레임워크, 아민 작용화된 금속 유기 프레임워크, 아민 테터드 다공성 중합체, 및 이들의 임의의 조합; 및 선택적으로 인클로저(enclosure)(적어도 하나의 접촉기를 유치(housing)시키기 위해)를 포함한다. 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제는 고체일 수 있다.
도 4는 수착 방법에 대한 정상 사이클의 단계를 예시하는 본 발명의 일 구현예의 순서도이다. 공정 구현예에서, 수착 방법은 적어도 하나의 수착 단계(260), 및 적어도 하나의 재생 단계(262)를 추가로 포함하는 적어도 하나의 정상 사이클(210)을 포함한다. 일 구현예에서, 수착 단계(260)는, 피드 스트림(예를 들어, 연료 연소기에 의해 생성되는 연소 가스 스트림, 공정 피드 스트림, 공정 스트림, 공정 폐기물 스트림, 주위 공기 스트림, 또는 이들의 임의의 조합)을 접촉기 내로 수용하기 위한 수용부(admitting)(270); 적어도 하나의 수착제(예를 들어, 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제)를 따라 피드 스트림을 통과시키기 위한 통로(272); 피드 스트림의 제1 성분(예를 들어, 산 가스,황 옥사이드 성분, 질소 성분의 옥사이드, CO2 성분, 또는 중금속 화합물)을 적어도 하나의 수착제 상으로 수착시키고 제2 성분(예를 들어, 불활성 성분, N2 성분, 또는 산소 성분), 및 제3 성분(예를 들어, 물, 용매, 또는 축합성 유체)을 포함하는 제1 생성물 스트림을 생성하기 위한 수착 및 생성부(274); 및 제1 생성물 스트림을 선택적으로 접촉기로부터 회수하고 배출시키기 위한 회수부(276)를 포함한다. 일 구현예에서, 적어도 하나의 재생 단계(262)는, 제3 성분 및 선택적으로 제1 성분을 포함하는 유체 스트림과 같은 재생 스트림(예를 들어, 제1 재생 스트림)을 접촉기 내로 수용하기 위한 수용부(280); 적어도 하나의 수착제를 따라 재생 스트림을 통과시키기 위한 통로(282); 재생 스트림의 제3 성분 중 적어도 일부를 적어도 하나의 수착제 상으로 수착시키기 위한 수착부(284); 상기 수착제 상에 수착된 제1 성분 중 적어도 일부를 탈착시키기 위한 탈착부(286); 적어도 제1 성분을 포함하는 제2 생성물 스트림을 생성하기 위한 생성부(288); 및 제1 성분 및/또는 제2 생성물 스트림을 선택적으로 접촉기로부터 회수하기 위한 회수부(290)를 포함한다. 회수(290) 및/또는 재생 단계(262) 후, 판단(292), 예를 들어, 정상 사이클(212)의 반복 또는 정상 사이클(294)의 종결이 수행될 수 있다. 선택적인 제2 재생 단계(도 4에 도시되지 않음) 및/또는 선택적인 냉각 단계(도 4에 도시되지 않음)는 정상 사이클(210)을 반복하고 수착 단계(260)를 개시하기 전에 이용될 수 있다. 정상 사이클(294)의 종결은 단부(296)를 초래할 수 있다. 추가의 구현예에서, 정상 사이클(210)은 (재생 단계(262)에 후속하여 그리고 판단(294) 전에) 선택적인 제2 재생 단계(도 4에 도시되지 않음), 선택적인 조건화 단계(도 4에 도시되지 않음), 및/또는 선택적인 냉각 단계(도 4에 도시되지 않음)를 포함한다. 대안적인 구현예에서, 정상 사이클(210)은 판단(292), 반복 정상 사이클(212), 및 종결 정상 사이클(294)을 포함한다.
추가의 구현예에서, 수착 방법은, 피드 스트림 내 제3 성분의 플럭스에 대한 제1 생성물 스트림 내 제3 성분의 플럭스의 비가, 수착 단계의 제1 기간 동안 생성되는 제1 생성물 스트림의 제1 부분보다 수착 단계의 제2 기간 동안 생성된 제1 생성물 스트림의 제2 부분에서 상대적으로 더 큰 것; 제3 성분을 제1 생성물 스트림으로부터 회수하는 것; 수착 단계의 제2 기간 동안 생성된 제1 생성물 스트림의 제2 부분으로부터 제3 성분을 회수하는 단계; 생성물 스트림을 발생시키는 접촉기와 동일한 또는 상이한 정상 사이클 하에 작동하는 동일한 또는 상이한 접촉기와 접촉된 재생 스트림(예컨대 제1 재생 스트림 및/또는 제2 재생 스트림) 중 적어도 일부에 대해 제1 생성물 스트림으로부터 회수된 제3 성분 중 적어도 일부를 재순환시키며 및/또는 이용하는 것 중 적어도 하나를 포함한다.
본 개시내용에 따른 공정 구현예에서, 수착 방법의 정상 사이클 동안, 초기 단계 또는 수착 단계는, 제1 성분(예컨대 산 가스 성분, CO2 성분, 황 옥사이드 성분, 질소 성분의 옥사이드, 또는 중금속 화합물), 제2 성분(예컨대 불활성 성분, N2 성분, 또는 산소 성분), 및 제3 성분(예컨대 H2O 성분, 용매 또는 축합성 유체)을 갖는 피드 스트림(예를 들어, 연소 가스 스트림, 공정 피드 스트림, 공정 스트림, 공정 폐기물 스트림, 주위 공기 스트림, 및/또는 이들의 임의의 조합)을 적어도 하나의 접촉기 내로 선택적으로 수용하고 통과시키는 단계; 적어도 하나의 수착제를 따라 피드 스트림을 통과시키는 단계; 및 피드 스트림의 제1 성분 중 적어도 일부를 적어도 하나의 접촉기의 적어도 하나의 수착제 상에 수착시키는 단계를 포함한다. 피드 스트림이 적어도 하나의 접촉기의 적어도 하나의 수착제, 예컨대 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제와 접촉함에 따라, 피드 스트림의 제1 성분(예컨대 CO2 성분) 및 선택적으로 제3 성분(예컨대 H2O) 중 적어도 일부는 적어도 하나의 수착제 상에 수착(예를 들어, 흡수 및/또는 흡착)되어, 적어도 제1 성분 및 선택적으로 제3 성분을 피드 스트림의 잔여 비-수착 성분으로부터 분리할 수 있다.
특정 공정 구현예에서, 수착 단계는, 수착 단계의 제1 기간을 추가로 포함하며(수착 단계와 실질적으로 동반됨), 제1 성분(예컨대 CO2 성분)에서 예를 들어, 약 80%, 약 85%, 약 90% 또는 약 95% 이상의 부피를 포함하며 선택적으로 결실된(피드 스트림과 비교하여) 제2 성분(예컨대 N2 성분)을 갖는 제1 생성물 스트림의 제1 부분은 선택적으로 적어도 하나의 접촉기로부터 회수될 수 있다. 공정 구현예에서, 수착 단계의 제1 기간은, 적어도 하나의 수착제, 예를 들어, 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제를 포함하는 적어도 하나의 접촉기 내로 피드 스트림을 선택적으로 수용하는 단계; 적어도 하나의 수착제를 따라 피드 스트림을 통과시키는 단계; 피드 스트림의 제1 성분 중 적어도 일부를 적어도 하나의 접촉기의 적어도 하나의 수착제 상에 수착시키는 단계; 제1 생성물 스트림의 제1 부분을 생성하는 단계; 제1 생성물 스트림의 제1 부분을 선택적으로 적어도 하나의 접촉기로부터 회수하는 단계; 제2 성분(예컨대 N2 성분)을 제1 생성물 스트림의 제1 부분으로부터 선택적으로 추가로 분리하고 회수하는 단계; 및 제1 생성물 스트림의 제1 부분을 회수하고 배출시키는 단계를 포함한다. 일 구현예에서, 수착 방법은 제1 생성물 스트림의 제1 부분으로부터 회수된 제1 생성물 스트림의 제1 부분 및/또는 제2 성분(예컨대 N2 성분) 중 적어도 일부를: 수착 단계 동안 피드 스트림 중 일부; 재생 단계 동안 재생 스트림 중 적어도 일부; 제1 재생 단계 동안 제1 재생 스트림 중 적어도 일부; 및/또는 선택적인 제2 재생 단계 동안 선택적인 제2 재생 스트림 중 적어도 일부 중 적어도 하나로서 이용하는 (그리고 적어도 하나의 접촉기 내로 수용하는) 단계를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 선택적으로 적어도 하나의 접촉기로부터 회수된 제1 생성물 스트림의 제1 부분 중 적어도 일부는 대기 중으로 환기시키기 전에 다운스트림 가스 가공 장치 내로 수용될 수 있다. 양태에서, 제1 생성물 스트림의 제1 부분을 생성하며 및/또는 제1 생성물 스트림의 제1 부분을 회수하는 수착 단계의 제1 기간은, 예정된 값이 달성되었을 때, 예를 들어 예정된 수착 시간이 경과하였을 때, 및/또는 제2 성분 또는 제3 성분 중 적어도 하나의 예정된 플럭스가 제1 생성물 스트림의 제1 부분에서 달성될 때 완료되고 종결될 수 있다. 제1 생성물 스트림의 제1 부분의 수착 단계 및/또는 회수의 제1 기간의 완료 및/또는 종결 시, 일 양태에서, 제1 생성물 스트림의 제2 부분의 수착 단계 및 회수의 후속적인 제2 기간은 수착 단계의 제1 기간을 따를 수 있다.
공정 구현예에서, 수착 단계는, 제1 성분의 농도 또는 플럭스와 동일하거나 그보다 더 큰, 예를 들어 대략 상기 농도 또는 플럭스이거나 선택적으로 제1 성분(예컨대 CO2 성분)이 결여된(피드 스트림과 비교하여) 제3 성분(예컨대 H2O 성분) 농도 또는 플럭스를 갖는 제1 생성물 스트림의 제2 부분이 선택적으로 적어도 하나의 접촉기로부터 회수될 수 있는 수착 단계의 제2 기간(수착 단계와 실질적으로 동반됨)을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어 수분 또는 연소 가스 스트림을 갖는 피드 스트림을 포함하는 일 구현예에서, 수착 단계는, 제1 성분(예컨대 CO2 성분)에서 예를 들어, 약 2%, 약 4%, 약 6%, 약 8%, 또는 약 10% 이상의 부피를 포함하며 선택적으로 결실된(피드 스트림과 비교하여) 제3 성분(예컨대 H2O 성분)을 갖는 제1 생성물 스트림의 제12부분은 선택적으로 적어도 하나의 접촉기로부터 회수되며 및/또는 배출될 수 있는, 수착 단계의 제2 기간(수착 단계와 실질적으로 동반됨)을 추가로 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 수착 단계의 제2 기간은, 적어도 하나의 수착제, 예를 들어, 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제를 포함하는 적어도 하나의 접촉기 내로 피드 스트림을 선택적으로 수용하는 단계; 적어도 하나의 수착제를 따라 피드 스트림을 통과시키는 단계; 피드 스트림의 제1 성분 중 적어도 일부를 적어도 하나의 접촉기의 적어도 하나의 수착제 상에 수착시키는 단계; 제1 생성물 스트림의 제2 부분을 생성하는 단계; 제1 생성물 스트림의 제2 부분을 선택적으로 적어도 하나의 접촉기로부터 회수하는 단계; 제2 성분(예컨대 N2 성분), 및/또는 제3 성분(예컨대 H2O 성분) 중 적어도 하나를 제1 생성물 스트림의 제2 부분으로부터 선택적으로 추가로 분리하고 회수하는 단계; 및 제1 생성물 스트림을 회수하고 배출시키는 단계를 포함한다. 일 구현예에서, 피드 스트림 내 제2 성분의 농도 또는 플럭스에 대한 제1 생성물 스트림 내 제2 성분의 농도 또는 플럭스의 비는 수착 단계의 제2 기간 동안 생성되는 제1 생성물 스트림의 제2 부분보다 수착 단계의 제1 기간 동안 생성되는 제1 생성물 스트림의 제1 부분에서 상대적으로 더 크며; 및/또는 피드 스트림 내 제3 성분의 플럭스에 대한 제1 생성물 스트림 내 제3 성분의 플럭스의 비는 수착 단계의 제1 기간 동안 생성되는 제1 생성물 스트림의 제1 부분보다 수착 단계의 제2 기간 동안 생성되는 제1 생성물 스트림의 제2 부분에서 상대적으로 더 크다. 일 구현예에서, 수착 방법은 제1 생성물 스트림의 제2 부분 중 적어도 일부; 제1 생성물 스트림의 제2 부분으로부터 회수된 제2 성분(예컨대 N2 성분); 및/또는 제1 생성물 스트림의 제2 부분으로부터 회수된 제3 성분(예컨대 H2O 성분) 중 적어도 하나를; 재생 단계 동안 재생 스트림, 제1 재생 단계 동안 제1 재생 스트림, 및/또는 제2 재생 단계 동안 제2 재생 스트림의 적어도 일부로서 이용하는 (그리고 적어도 하나의 접촉기 내로 수용하는) 단계를 포함할 수 있다. 수착 방법에 대한 제1 생성물 스트림의 제2 부분으로부터 회수된 제3 성분 중 적어도 일부 및/또는 제3 성분(예컨대 H2O 성분)을 포함하는 제1 생성물 스트림의 제2 부분을 회수하고 이용하는 것은 수착 방법 및/또는 수착 분리기에 대한 외부 공급원으로부터 공급되는 물의 양을 유리하게 감소시킬 수 있으며, 이는 장비, 복잡성, 자본 및 작동 비용을 감소시키는 것을 초래하며 및/또는 물이 희박할 수 있는 지리학적 지역에서 수착 방법의 작동을 가능하게 할 수 있다. 일 구현예에서, 제1 생성물 스트림의 제2 부분을 생성하며 및/또는 제1 생성물 스트림의 제2 부분을 회수하는 수착 단계, 수착 단계의 제2 기간은, 적어도 하나의 예정된 역치 또는 값이 달성되었을 때(예를 들어, 예정된 수착 시간이 경과하였을 때, 예정된 수착 온도가 도달되었을 때, 제3 성분 또는 제1 성분 중 적어도 하나의 예정된 농도 또는 플럭스가 제1 생성물 스트림의 제2 부분에서 달성될 때 및/또는 접촉기로부터 제1 성분, 예컨대 CO2 성분의 돌파 전에), 예를 들어 적어도 하나의 접촉기로의 피드 스트림의 수용을 종료시키며 및/또는 접촉기 또는 접촉기의 일부를 수착 구역 또는 피드 스트림으로부터 멀리 이동시킴으로써 완료되고 종결될 수 있다. 수착 단계, 수착 단계의 제2 기간 및/또는 제1 생성물 스트림의 제2 부분의 회수의 완료 및/또는 종결 시, 일 양태에서, 수착 단계 및/또는 재생 단계(예컨대 제1 재생 단계)의 후속적인 선택적 제3 기간은 수착 단계 또는 수착 단계의 제2 기간을 따를 수 있다.
대안적인 공정 구현예에서, 수착 단계는, 피드 스트림과 비교하여 주위 공기 내 제1 성분의 부피 농도 또는 플럭스 이상의, 예를 들어 대략 이러한 부피 농도 또는 플럭스의 부피 농도 또는 플럭스를 포함하며, 선택적으로 제3 성분(예컨대 H2O 성분)이 결여된 제1 성분(예컨대 CO2 성분)을 갖는 제1 생성물 스트림의 제3 부분이 선택적으로 적어도 하나의 접촉기로부터 회수될 수 있는 수착 단계의 제3 기간(수착 단계와 실질적으로 동반됨)을 추가로 포함할 수 있다. 공정 구현예에서, 수착 단계의 제3 기간은, 적어도 하나의 수착제, 예를 들어, 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제를 포함하는 적어도 하나의 접촉기 내로 피드 스트림을 선택적으로 수용하는 단계; 적어도 하나의 수착제를 따라 피드 스트림을 통과시키는 단계; 피드 스트림의 제1 성분 중 적어도 일부를 적어도 하나의 접촉기의 적어도 하나의 수착제 상에 수착시키는 단계; 제1 생성물 스트림의 제3 부분을 생성하는 단계; 제1 생성물 스트림의 제3 부분을 적어도 하나의 접촉기로부터 회수하는 단계; 제1 성분(예컨대 CO2 성분)을 제1 생성물 스트림의 제3 부분으로부터 선택적으로 추가로 분리하고 회수하는 단계; 및 제1 생성물 스트림을 선택적으로 회수하고 배출시키는 단계를 포함한다. 대안적인 구현예에서, 수착 방법은, 제1 생성물 스트림의 제3 부분으로부터 회수된 제1 생성물 스트림의 제3 부분 및/또는 제1 성분(예컨대 CO2 성분) 중 적어도 일부를: 재생 단계 동안 재생 스트림 중 적어도 일부, 제1 재생 단계 동안 제1 재생 스트림 중 적어도 일부, 제2 재생 단계 동안 제2 재생 스트림 중 적어도 일부, 및/또는 피드 스트림의 일부 중 적어도 하나로서 이용하는 (그리고 적어도 하나의 접촉기 내로 수용하는) 단계를 포함한다. 일 구현예에서, 제1 생성물 스트림의 제3 부분을 생성하며 및/또는 제1 생성물 스트림의 제3 부분을 회수하는 수착 단계, 수착 단계의 제3 기간은, 적어도 하나의 예정된 역치 또는 값이 달성되었을 때(예를 들어 예정된 수착 시간이 경과하였을 때, 수착 또는 수착제의 예정된 온도가 달성될 때, 제1 성분의 예정된 농도 또는 플럭스가 제1 생성물 스트림의 제3 부분에서 달성될 때), 예를 들어, 적어도 하나의 접촉기 내로의 피드 스트림의 수용을 종료하며 및/또는 접촉기 또는 접촉기의 부분을 수착 구역 또는 피드 스트림으로부터 멀리 이동시킴으로써 완료되고 종결될 수 있다. 제1 생성물 스트림의 제3 부분의 수착 단계 및/또는 수착 단계의 제3 기간, 회수의 완료 및/또는 종결 시, 일 양태에서, 적어도 하나의 후속적인 재생 단계(예컨대 제1 재생 단계)는 수착 단계 또는 수착 단계의 제3 기간을 따를 수 있다.
공정 구현예에서, 적어도 하나의 재생 단계, 예를 들어, 제1 재생 단계는 적어도 하나의 접촉기의 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제 상에 수착된 제1 성분(예컨대 산 가스 성분, CO2 성분, 황 옥사이드 성분, 질소 성분의 옥사이드, 또는 중금속 화합물)을 적어도 부분적으로 재생시키거나 탈착시키고, 적어도 하나의 접촉기로부터의 피드 스트림과 비교하여 제1 성분이 강화된 제2 생성물 스트림을 회수하는 데 이용될 수 있다. 일 구현예에서, 적어도 하나의 재생 단계, 예컨대 제1 재생 단계는 예를 들어, 온도 스윙, 분압 스윙, 습도 스윙, 압력 스윙, 진공 스윙, 퍼지, 이동 퍼지(displacement purge) 및 이들의 임의의 조합을 포함하는 적어도 하나의 탈착 기전을 이용할 수 있다. 하나의 이러한 양태에서, 적어도 하나의 재생 단계, 예컨대 제1 재생 단계는 수착 단계의 제2 기간, 수착 단계의 제3 기간, 또는 수착 단계 중 적어도 하나의 완료 및 종결 시 개시될 수 있다. 공정 구현예에서, 재생 단계, 예를 들어, 제1 재생 단계는 적어도 하나의 접촉기의 적어도 하나의 수착제 상에 수착된 제1 성분 중 적어도 일부를 탈착시키기 위한 상기 적어도 하나의 수착제를 갖는 적어도 하나의 접촉기 내로 재생 스트림, 예를 들어, 제1 재생 스트림을 이용하고 수용시키는 단계를 포함할 수 있다.
공정 구현예에서, 적어도 하나의 재생 단계, 예를 들어, 제1 재생 단계는, 예를 들어, 적어도 제3 성분(예컨대 H2O 또는 증기(steam) 성분), 또는 제1 성분(예를 들어, 산 가스 성분 또는 CO2 성분)과 제3 성분의 혼합물을 갖는 제1 재생 스트림을 선택적으로 수용하며, 적어도 하나의 수착제, 예를 들어, 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제를 포함하는 적어도 하나의 접촉기 내로 재생에 충분한 에너지(예를 들어, 스트림 온도는 수착제 상의 제1 성분의 탈착 온도보다 높음)를 이전시키거나 발생시키며; 적어도 하나의 수착제를 따라 제1 재생 스트림을 통과시키며; 적어도 하나의 수착제 상에 수착된 제1 성분 중 적어도 일부를 탈착시키며; 피드 스트림과 비교하여 제1 성분이 강화된 제2 생성물 스트림을 생성하고; 피드 스트림과 비교하여 제1 성분이 강화된 제2 생성물 스트림을 선택적으로 적어도 하나의 접촉기로부터 회수하는 것을 포함한다. 제1 재생 스트림은, 아민 산화 생성물의 형성을 감소시킴으로써 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제의 내구성을 유리하게 증가시키는, 예를 들어 약 0.01 이상의 제3 성분의 포화 압력에 대한 분압의 비를 추가로 포함할 수 있다. 감소된 농도의 산소, 예를 들어 실질적으로 증기 스트림, 실질적으로 제2 성분과 제3 성분의 혼합물, 또는 실질적으로 제1 성분과 제3 성분의 혼합물을 갖는 제1 재생 스트림을 이용하는 것은 수착제의 산화를 감소시킴으로써 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제의 내구성을 유리하게 증가시킬 수 있다. 일 구현예는, 수착 단계의 제2 기간 동안 생성되고 회수된 제1 생성물 스트림의 제2 부분 중 적어도 일부; 수착 단계의 제2 기간 동안 생성되고 회수된 제1 생성물 스트림의 제2 부분 및/또는 제2 부분으로부터 회수된 제3 성분 중 적어도 일부; 수착 단계의 제3 기간 동안 생성되고 회수된 제1 생성물 스트림의 제3 부분 중 적어도 일부; 및/또는 수착 단계의 제3 기간 동안 생성되고 회수된 제1 생성물 스트림의 제3 부분으로부터 회수된 제1 성분 중 적어도 일부를, 재생 단계 동안 재생 스트림의 적어도 일부로서 또는 제1 재생 단계 동안 제1 재생 스트림의 적어도 일부로서 이용하는 (그리고 적어도 하나의 접촉기 내로 수용하는) 단계를 포함할 수 있다. 일 양태에서, 제1 재생 단계 및 제2 생성물 스트림의 회수는, 선택된 성분 또는 성분들의 적어도 하나의 예정된 역치, 예를 들어, 경과 시간 또는 기간과 관련된 역치, 온도 역치, 및/또는 역치 농도 또는 플럭스가 달성될 때 완료되거나 종결될 수 있다. 제2 생성물 스트림의 재생 단계, 예컨대 제1 재생 단계, 및/또는 회수의 완료 및/또는 종결 시, 일 양태에서, 제2 재생 단계, 냉각 단계, 또는 수착 단계는 재생 단계 또는 제1 재생 단계를 따를 수 있다.
단일 재생 단계를 이용하는 수착 가스 분리 방법과 비교하여 다수의 재생 단계(예를 들어, 제1 재생 단계 및 제2 재생 단계)를 이용하는 수착 가스 분리 방법은 유리하게는, 단일 재생 단계를 이용하는 방법과 비교하여 수착된 성분의 탈착 및 수착제의 재생을 위한 증기 소모, 에너지 소모 및/또는 작동 비용의 감소를 가능하게 할 수 있다. 제1 재생 단계 및 제2 재생 단계를 이용하는 수착 가스 분리 방법은 국제공개특허출원 WO 2017/165974 A1에 알려져 있고 개시되어 있다. 본 발명은 예를 들어, 수착 방법(예컨대 제1 및/또는 제2 재생 단계 동안 제1 및/또는 제2 재생 스트림 내로 회수된 H2O 성분의 수용 또는 제1 및/또는 제2 재생 스트림을 회수된 H2O로 보충)을 위한 제1 생성물 스트림의 제2 부분으로부터 회수된 제3 성분(예컨대 H2O 성분)을 분리하고 이용하는 단계; 및 더 큰 농도의 H2O를 갖는 제2 재생 스트림을 제공할 수 있는 제2 재생 단계 동안 제2 재생 스트림으로서 제1 생성물 스트림의 제2 부분을 이용하고 수용하는 단계를 포함하는 WO 2017/165974 A1에 비해 개선을 교시한다.
공정 구현예에서, 제1 재생 단계에 후속적인 선택적인 제2 재생 단계는 선택적으로, 적어도 하나의 접촉기의 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제 상에 수착된 적어도 하나의 제1 성분(예를 들어, 산 가스 성분 또는 CO2 성분) 및/또는 제3 성분(예를 들어, H2O 성분) 중 적어도 일부를 적어도 부분적으로 재생시키거나 탈착시키기 위해, 그리고 선택적으로 적어도 하나의 접촉기로부터의 피드 스트림에 비해 적어도 하나의 제1 성분 및/또는 제3 성분이 강화된 제3 생성물 스트림을 회수하기 위해 이용될 수 있다. 일 구현예에서, 제2 재생 단계는 예를 들어, 온도 스윙, 분압 스윙, 습도 스윙, 압력 스윙, 진공 스윙, 퍼지, 이동 퍼지, 및 이들의 임의의 조합을 포함하는 적어도 하나의 탈착 기전을 이용할 수 있다. 하나의 이러한 양태에서, 선택적인 제2 재생 단계는 예를 들어, 제1 재생 단계의 완료 및 종결 시 개시될 수 있다.
일 구현예에서, 제2 재생 단계는, 적어도 하나의 수착제, 예를 들어, 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제를 포함하는 적어도 하나의 접촉기 내로 예를 들어, 실질적으로 제3 성분, 제2 성분 및 제3 성분, 제1 성분 및 제3 성분, 또는 이들의 조합을 갖는 제2 재생 스트림을 선택적으로 수용하는 단계; 적어도 하나의 수착제를 따라 제2 재생 스트림을 통과시키는 단계; 적어도 하나의 수착제 상에 수착된 제1 성분 및/또는 제3 성분 중 적어도 하나 중 적어도 일부를 탈착시키는 단계; 피드 스트림에 비해 제1 성분 및/또는 제3 성분 중 적어도 하나가 강화된 제3 생성물 스트림을 생성하는 단계; 및 피드 스트림에 비해 제1 성분 및/또는 제3 성분 중 적어도 하나가 강화된 제3 생성물 스트림을 선택적으로 적어도 하나의 접촉기로부터 회수하는 단계를 포함한다. 제1 성분은 예를 들어, 산 가스 성분, CO2 성분, 황 옥사이드 성분, 질소 성분의 옥사이드, 또는 중금속 화합물이며; 제2 성분은 예를 들어, 불활성 성분, 예컨대 N2 성분이고, 제3 성분은 H2O 성분, 용매, 또는 축합성 유체이다. 제2 재생 스트림은 접촉기에서 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제 상에 수착된 적어도 하나의 성분의 평형 분압보다 낮은 분압을 갖는 적어도 하나의 성분을 포함한다. 제2 재생 스트림은 제3 성분의 포화 압력에 대한 분압의 비를 예를 들어, 약 0.01 이상으로 추가로 포함할 수 있으며, 이는 아민 산화 생성물의 형성을 감소시킴으로써 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제의 내구성을 유리하게 증가시킨다. 감소된 부피 농도의 산소를 포함하는 제2 재생 스트림의 이용은 산화를 감소시킴으로써 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제의 내구성을 유리하게 증가시킬 수 있다. 더욱이, 예를 들어 약 0.01 이상의 제3 성분의 포화 압력에 대한 분압의 비와 감소된 부피 농도의 산소 둘 다 포함하는 제2 재생 스트림의 이용은 우레아 기의 형성 및 산화를 감소시킴으로써 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제의 내구성을 유리하게 증가시킬 수 있다.
일 구현예에서, 제2 재생 단계는, 수착 단계의 제1 기간 동안 회수된 제1 생성물 스트림의 제1 부분 중 적어도 일부; 수착 단계의 제1 기간 및/또는 제2 기간 동안 제1 생성물 스트림의 제1 부분 및/또는 제2 부분 중 적어도 하나로부터 회수된 제2 성분(예를 들어, 불활성 성분, 예컨대 N2 성분) 중 적어도 일부; 수착 단계의 제2 기간 동안 회수된 제1 생성물 스트림의 제2 부분 중 적어도 일부; 수착 단계의 제2 기간 동안 제1 생성물 스트림의 제2 부분으로부터 회수된 제3 성분(예컨대 H2O 성분) 중 적어도 일부; 수착 단계의 제3 기간 동안 회수된 제1 생성물 스트림의 제3 부분 중 적어도 일부; 및/또는 수착 단계의 제3 기간 동안 제1 생성물 스트림의 제3 부분으로부터 회수된 제1 성분(예를 들어, 산 가스 성분, 예컨대 CO2 성분) 중 적어도 일부 중 적어도 하나를, 제2 재생 단계 동안 제2 재생 스트림의 적어도 일부로서 이용하는 (그리고 적어도 하나의 수착제, 예를 들어, 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제를 포함하는 적어도 하나의 접촉기 내로 배치시키는 단계를 포함한다. 제2 재생 단계는, 적어도 하나의 수착제 상에 수착된 제1 성분 및/또는 제3 성분 중 적어도 하나의 적어도 일부를 탈착시키는 것; 제3 생성물 스트림을 생성하고, 피드 스트림에 비해 제1 성분 및/또는 제3 성분 중 적어도 하나가 강화된 제3 생성물 스트림을 선택적으로 적어도 하나의 접촉기로부터 회수하는 것을 추가로 포함한다. 제2 재생 단계 및/또는 수착 방법 동안 제2 재생 스트림의 적어도 일부로서 이용하기 위한 수착 단계의 제2 기간 동안 제1 생성물 스트림의 제2 부분 및/또는 제1 생성물 스트림의 제2 부분으로부터 회수된 제3 성분을 회수하고 이용하는 것은 유리하게는, 수착 방법 및/또는 수착 분리기에 대한 외부 공급원으로부터 공급되는 물의 양을 감소시키며, 이는 유리하게는, 장비, 복잡성, 자본 및 작동 비용을 감소시킨다. 제2 재생 스트림이 접촉기 내에서 유동하고 적어도 하나의 수착제와 접촉함에 따라, 제2 재생 스트림은 흡착된 성분 중 적어도 일부가 적어도 하나의 수착제로부터 탈착되도록 야기한다. 일 구현예에서, 제2 재생 스트림 사이의 온도 스윙 및/또는 분압, 농도, 또는 플럭스의 차이 및 수착된 성분(예를 들어, 제3 성분 및 제1 성분)의 평형 분압은 흡착된 성분이 탈착되도록 야기할 수 있다. 이러한 일 양태에서, 제2 재생 스트림 및/또는 탈착된 성분의 일부는 제3 생성물 스트림을 형성하며 및/또는 생성할 수 있고, 이는 예를 들어, 피드 스트림에 비해 제1 성분 및/또는 제3 성분이 강화될 수 있다. 제3 생성물 스트림은 적어도 하나의 접촉기로부터 선택적으로 회수될 수 있다. 일 양태에서, 제3 생성물 스트림의 제2 재생 단계 및 회수는, 선택된 성분 또는 성분들의 적어도 하나의 예정된 역치, 예를 들어, 경과 시간 또는 기간과 관련된 역치, 온도 역치 및/또는 농도 또는 플럭스의 역치가 도달될 때 완료 또는 종결될 수 있다. 제3 생성물 스트림의 제2 재생 단계 및/또는 회수의 완료 및/또는 종결 시, 일 양태에서, 냉각 단계 또는 수착 단계가 후속적으로 제2 재생 단계를 따를 수 있다.
대안적인 구현예에서, 복수의 수착 분리기들을 이용하는 수착 방법은, 제1 생성물 스트림의 제1 부분, 제1 생성물 스트림의 제2 부분, 및/또는 제1 생성물 스트림의 제3 부분 중 적어도 하나의 적어도 일부를 제1 수착 분리기로부터 회수하는 단계; 및 제1 생성물 스트림의 제1 부분, 제1 생성물 스트림의 제2 부분, 및/또는 제1 생성물 스트림의 제3 부분 중 적어도 하나를 제2 수착 분리기 내로 재생 스트림, 복수의 재생 스트림 및/또는 피드 스트림 중 적어도 하나의 적어도 일부로서 수용하고 이용하는 단계를 포함한다. 복수의 수착 분리기들을 이용하는 수착 방법은 적어도 하나의 화학수착제를 추가로 포함하는 적어도 하나의 수착 분리기를 포함할 수 있다. 복수의 수착 분리기들을 이용하는 수착 방법은 적어도 하나의 화학수착제를 추가로 포함하는 적어도 하나의 수착 분리기, 및 화학수착제 이외의 수착제를 추가로 포함하는 적어도 하나의 수착 분리기를 포함할 수 있다.
도 5를 참조로 하여, 일 구현예에서, 적어도 제1 성분, 제2 성분, 및 제3 성분을 갖는 피드 스트림에서 성분을 분리하기 위한 수착 방법(500)은, 수착제를 따라 피드 스트림을 통과시키는 단계를 추가로 포함하는 통과 단계(510); 수착제 내에서 및/또는 수착제 상에서 제1 성분을 수착시키는 단계를 추가로 포함하는 수착 단계(512); 제2 성분 및 제3 성분을 함유하는 제1 생성물 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는 생성 단계(514); 제1 시간 동안 제1 생성물 스트림으로부터 제2 성분을 회수하는 단계를 추가로 포함하는 회수 단계(516); 제2 시간에서 제1 생성물 스트림으로부터 제3 성분을 회수하는 단계를 추가로 포함하는 회수 단계(518); 제1 생성물 스트림으로부터 회수된 제3 성분 중 적어도 일부를 재생 스트림(예를 들어, 제1 재생 스트림)의 적어도 일부로서 재순환시키거나 이용하는 단계를 추가로 포함하는 재순환 단계(520); 수착제를 따라 제1 재생 스트림을 통과시키는 단계를 추가로 포함하는 통과 단계(522); 수착제로부터 제1 성분을 탈착시키는 단계를 추가로 포함하는 탈착 단계(524); 수착제로부터 탈착된 제1 성분을 갖는 제2 생성물 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는 생성 단계(526); 및 제2 생성물 스트림으로부터 제1 성분을 회수하는 단계를 추가로 포함하는 회수 단계(528)를 포함한다. 일 구현예에서, 제2 시간 동안 제1 생성물 스트림으로부터 회수된 제3 성분 또는 제1 생성물 스트림으로부터 회수된 제3 성분은 제1 재생 스트림의 파트로서 재순환되고 이용될 수 있다.
공정 구현예에서, 수착 방법은 적어도 수착 단계(예를 들어, 수착 단계의 제1 기간, 수착 단계의 제2 기간, 및 선택적으로 수착 단계 제3 기간), 재생 단계, 예컨대 제1 재생 단계, 및 선택적으로 제2 재생 단계를 포함할 수 있으며, 상기 단계들은 많은 사이클, 예를 들어, 약 3 사이클, 약 5 사이클, 약 10 사이클, 또는 about 50 사이클에 걸쳐 순차적으로 그리고 선택적으로 반복될 수 있다.
도 6은 선택적인 열 교환기 또는 직접 접촉 냉각기(108), 수착 가스 분리기 또는 수착 분리기(101)를 포함하며, 이동형 접촉기(102), 및 축합기 또는 구체적으로 축합 열 교환기(123)를 포함하는 예시적인 수착 가스 분리 시스템 또는 수착 시스템(100)을 예시하는 단순화된 도식도이다. 예시적인 수착 가스 분리기(100)는 상기 기재된 수착 방법의 예시적인 구현예에 따른 적용에 적합한 4개의 정지형 구역, 예를 들어, 수착 구역(110), 제1 재생 구역(120), 선택적인 제2 재생 구역(130), 및 조건화 구역(140)을 통해 축 주변으로 사이클링하거나 회전하는 단일 접촉기(102)를 갖도록 배치된다. 수착 가스 분리기(101)는 수착 분리 시스템에 대한 피드 스트림 중 적어도 일부를 피드 스트림으로서 수용하도록 유체적으로 연결된다. 예시적인 적용에서, 구현예의 수착 가스 분리 시스템은 피드 스트림(예를 들어, 연료 연소기에 의해 생성되는 플루 가스 스트림 또는 연소 가스 스트림, 공정 스트림 또는 공기 스트림 및/또는 이들의 임의의 조합)으로부터 적어도 제1 성분(예컨대, 산 가스 성분, 이산화탄소 성분, 황 옥사이드 성분, 질소 성분의 옥사이드, 또는 중금속 화합물)을 수착 가스 분리하는 데 이용될 수 있다. 연소 가스 스트림은 또한, 제2 성분(예를 들어, 불활성 성분, 예컨대 또는 N2 성분), 및 제3 성분(예를 들어, H2O, 용매, 또는 축합성 유체)을 포함한다.
예시적인 수착 가스 분리 시스템 또는 수착 시스템(100)은 선택적인 열 전달 장치, 예를 들어, 직접 접촉 냉각기 또는 DCC(108), 축합 열 교환기(123), 및 예시적인 수착 가스 분리기 또는 수착 분리기(101)를 포함하며, 인클로저(도 6에 도시되지 않음) 및 접촉기(102)를 포함한다. 상기 인클로저(도 6에 도시되지 않음)는 복수의 정지형 구역들(도 6에서 파선 사이에 도시됨), 예를 들어, 수착 구역(110), 제1 재생 구역(120), 제2 재생 구역(130), 및 조건화 구역(140)을 한정하는 데 일조할 수 있으며, 상기 구역은 인클로저(도 6에 도시되지 않음) 및 접촉기(102) 내에서 서로 실질적으로 유체적으로 분리된다. 접촉기(102)는, 축방향에서 반대되는 제1 단부(104)와 제2 단부(105) 사이에서 세로축 또는 제1 축(103)에 평행한 축방향으로 배향된 복수의 실질적으로 평행한 유체 유동 통로(도 6에 도시되지 않음) 를 한정할 수 있는 복수의 실질적으로 평행한 벽; 상기 접촉기(102)의 벽 내에 및/또는 벽 상에 비제한적으로 아민 그래프팅된 실리카, 아민 함침된 메조다공성 실리카, 알킬화된 아민 함침된 다공성 수착제, 아민 작용화된 다공성 나노-중합체, 아민 작용화된 유기 프레임워크, 아민 작용화된 금속 유기 프레임워크, 아민 테터드 다공성 중합체, 및 이들의 임의의 조합을 포함하는 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제(도 6에 도시되지 않음); 상기 접촉기(102)의 벽(도 6에 도시되지 않음) 내에 또는 벽 상에의 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제(도 6에 도시되지 않음)와 선택적으로 직접 접촉되는, 제1 축(103)에 실질적으로 평행하게(그리고 선택적으로 실질적으로 수직으로) 배향되는 선택적으로 복수의 연속적인 전기적으로 및/또는 열적으로 전도성인 필라멘트(도 6에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 접촉기(102)는 실질적으로 연속적으로 그리고 간헐적으로 그리고 정지형 구역, 예를 들어, 수착 구역(110), 제1 재생 구역(120), 제2 재생 구역(130), 및 조건화 구역(140)을 통해, 화살표(106)로 표시된 방향에서 제1 축(103) 주변으로 접촉기(102)를 사이클시키거나 회전시키는 임의의 적합한 장치(도 6에 도시되지 않음), 예를 들어, 전기 모터(도 6에 도시되지 않음)에 의해 동력을 공급받을 수 있다.
다성분 유체 스트림 공급원 또는 피드 공급원, 예를 들어, 연소기, 공정 스트림 공급원, 및/또는 주위 공기 공급원(도 6에 도시되지 않음)은 다성분 유체 혼합물, 예를 들어, 연소 가스 스트림, 공정 스트림, 주위 공기 스트림 및/또는 이들의 임의의 조합을 피드 스트림(107)으로서 수착 시스템(100), 선택적인 열 전달 장치, 예를 들어, 직접 접촉 냉각기 또는 DCC(108), 및 수착 분리기(101) 내로 수용시키기 위해 유체적으로 연결될 수 있다. 냉각제 공급원(도 6에 도시되지 않음)은 냉각제 스트림(109a)을 DCC(108) 내로 수용시키고 선택적으로 상기 DCC(108)로부터 냉각제 스트림(109b)을 회수하기 위해 유체적으로 연결될 수 있다. 피드 스트림(107) 중 적어도 일부는 DCC(108)에 수용되어, 피드 스트림(107)의 온도를 예컨대 제1 온도 역치 이하의 온도, 예를 들어, 약 50℃, 또는 특히 약 40℃, 또는 더욱 특히 약 30℃의 온도로 감소시켜, 피드 스트림(111)을 생성할 수 있다. 대안적으로, DCC(108)는 예를 들어, 가스-대-가스 열 교환기, 또는 가스-대-액체 열 교환기를 포함하여 임의의 적합한 열 교환 장치를 포함할 수 있다.
DCC(108)는 수착 구역(110) 내에서 피드 스트림(111)을 수착 분리기(101), 수착 구역(110) 및 접촉기(102) 부분 내에 수용시켜, 실질적으로 접촉기(102)의 제1 단부(104)로부터 제2 단부(105)로의 방향으로 유동시키기 위해 유체적으로 연결될 수 있다. 피드 스트림(111)이 수착 구역(110) 내에서 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제(도 6에 도시되지 않음)와 접촉됨에 따라, 제1 성분, 예를 들어, CO2 중 적어도 일부는 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제(도 6에 도시되지 않음) 상에 수착되어, 제1 성분을 피드 스트림(111)으로부터 분리시킬 수 있다. 비-수착 성분, 예를 들어, 제2 성분 또는 N2는 제1 생성물 스트림(112)을 생성할 수 있으며, 이는 바람직하게는 피드 스트림(111)에 비해 제1 성분이 결핍되어 있을 수 있고, 수착 구역(110), 수착 구역(110), 수착 분리기(101), 및 수착 시스템(100) 내에서 접촉기(102)의 부분의 제2 단부(105)로부터 회수될 수 있다. 수착 구역(110), 수착 분리기(101), 및 수착 시스템(100)은 제1 생성물 스트림(112) 중 적어도 일부를 예를 들어, 분산을 위해 스택(stack)으로 안내하고 대기 중으로, 또 다른 가스 분리 방법으로, 또는 산업용 방법(모두 도 6에 도시되지 않음)으로 방출시키기 위해 유체적으로 연결될 수 있다.
제1 재생 스트림 공급원 또는 저 엑서지(exergy) 공급원, 예를 들어, 멀티스테이지 증기 터빈, 초저압 증기 터빈, 저압 보일러 또는 초저압 보일러(모두 도 6에 도시되지 않음)의 저압 스테이지(stage) 또는 초저압 스테이지는 예를 들어, 엑서지가 낮은 증기 스트림을 포함하는 제1 재생 스트림(121)을 상기 제1 재생 스트림(121)의 축합 온도 이상의 온도에서 제1 재생 구역(120) 내에서 수착 시스템(100), 수착 분리기(101), 제1 재생 구역(120), 및 접촉기(102)의 부분 내로 수용하며, 실질적으로 접촉기(102)의 제2 단부(105)로부터 제1 단부(104)까지의 방향 또는 실질적으로 피드 스트림(111)의 유동 방향과 관련하여 역류 유동 방향으로 유동시키도록 유체적으로 연결될 수 있다. 제1 재생(121)이 수착 분리기(101)의 제1 재생 구역(120) 내에서 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제(도 6에 도시되지 않음)와 접촉됨에 따라, 성분(예를 들어, 제3 성분 또는 H2O)은 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제(도 6에 도시되지 않음) 상에 흡착되어, 적어도 하나의 수착제 상에서 및/또는 적어도 하나의 수착제 내에서 성분을 이동시키고 수착열을 발생시키며, 이는 제1 재생 스트림(121) 내 열에너지와 함께 수착 분리기(101) 및 제1 재생 구역(120) 내의 접촉기(102)에서 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제(도 6에 도시되지 않음) 상에 수착된 적어도 제1 성분 중 적어도 일부를 탈착시키는 데 일조할 수 있다. 제1 재생 스트림(121) 및/또는 탈착된 성분, 예를 들어, 제1 성분의 일부는 제2 생성물 스트림(122)을 생성할 수 있으며, 이는 피드 스트림(111)에 비해 제1 성분이 강화될 수 있고 제1 재생 구역(120), 제1 재생 구역(120) 및 수착 분리기(101) 내에서 접촉기(102)의 부분의 제1 단부(104)로부터 회수될 수 있다. 선택적으로, 제1 재생 구역(120) 및 제1 재생 구역(120) 내의 접촉기(102)의 부분의 제1 단부(104)로부터 회수된 제2 생성물 스트림(122)의 제1 부분은 피드 스트림(111)에 비해 제1 성분이 강화되고 제3 성분의 낮은 분압 또는 낮은 상대 습도를 가질 수 있는 한편, 제1 재생 구역(120) 및 제1 재생 구역(120) 내의 접촉기(102)의 부분의 제1 단부(104)로부터 회수된 제2 생성물 스트림(121)의 제2 또는 후속적인 부분은 피드 스트림(111)에 비해 제1 재생 스트림의 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제3 성분이 강화될 수 있다. 선택적으로, 수착 분리기(101)는 예를 들어, 제1 재생 구역(120)으로부터, 제1 재생 구역(120) 내의 접촉기(102)의 부분의 제1 단부(104) 및 선택적으로 수착 분리기(101)로부터 제2 생성물 스트림(122)의 제1 부분을 선택적으로 적어도 주기적으로 회수하고 제2 생성물 스트림(122)의 제1 부분을 선택적으로 수착 분리기(101) 및 제2 재생 구역(130) 내로, 예를 들어, 제2 재생 구역(130) 내의 접촉기(102)의 부분의 제2 단부(105) 내로, 제2 재생 단계에서 제2 재생 스트림(도 6에 도시되지 않음)의 적어도 일부로서 수용하기 위해 유체적으로 연결될 수 있다. 제2 생성물 스트림(122)의 제2 부분은 제1 재생 구역(120)으로부터, 예를 들어 제1 재생 구역(120) 내에서 접촉기(102)의 부분의 제1 단부(104)로부터 회수될 수 있고 축합 열 교환기(123)의 생성물 서킷(도 6에 도시되지 않음) 내로 수용되기 전에 수착 분리기(101)로부터 회수될 수 있다.
축합기 냉각제 공급원(도 6에 도시되지 않음)은, 냉각제 스트림(126a)을 축합 열 교환기(123)의 냉각 서킷 또는 냉 서킷(둘 다 도 6에 도시되지 않음) 내로 수용하며 축합 열 교환기(123)의 냉각 서킷(도 6에 도시되지 않음)으로부터 냉각제 스트림(126b)을 선택적으로 회수하고 열을 축합 열 교환기(123)의 생성물 서킷 또는 고온 서킷(둘 다 도 6에 도시되지 않음)으로부터 제거하기 위해 유체적으로 연결될 수 있다. 축합 열 교환기(123)의 생성물 서킷(도 6에 도시되지 않음)은 수착 분리기(101), 제1 재생 구역(120), 제1 재생 구역(120) 내의 접촉기(102)의 부분, 선택적으로 제2 재생 구역(130) 및 제2 재생 구역(130) 내의 접촉기(102)의 부분, 선택적으로 컴프레서(도 6에 도시되지 않음), 정제된 또는 압축된 제2 생성물 스트림(도 6에 도시되지 않음)에 대한 최종 사용자 및 선택적으로 축합 탱크, 공급원 또는 최종 용도(모두 도 6에 도시되지 않음)에 유체적으로 연결될 수 있다. 제2 생성물 스트림(122) 중 적어도 일부는 제1 재생 구역(120)으로부터, 예를 들어, 제1 재생 구역(120) 내의 접촉기(102)의 부분의 제1 단부(104), 및 그리고 수착 분리기(101)로부터 회수되고, 축합 열 교환기(123)의 생성물 서킷(도 6에 도시되지 않음)에 수용되어, 예컨대 제2 생성물 스트림(122)의 온도를 낮추며 및/또는 제2 생성물 스트림(122)으로터의 열을 제거하여, 축합성 성분, 예를 들어, 제3 성분 또는 H2O가 제2 생성물 스트림(122)으로부터 적어도 부분적으로 축합하고 분리하도록 야기하며, 축합물 스트림(124) 및 정제된 제2 생성물 스트림(125)을 생성할 수 있다. 축합성 성분이 축합됨에 따라, 압력 감소 또는 진공은 축합 열 교환기(123)의 생성물 서킷(도 6에 도시되지 않음) 및 유체적으로 연결된 통로 및/또는 성분, 예를 들어, 수착 분리기(101)의 제1 재생 구역(120), 선택적으로 수착 분리기(101)의 제2 재생 구역(130), 및 제1 재생 구역(120) 및 선택적으로 제2 재생 구역(130) 내의 접촉기(102) 중 적어도 일부에서 유도될 수 있다. 압력 감소 또는 진공은 유리하게는, 제1 재생 구역(120) 및/또는 선택적으로 제2 재생 구역(130) 내의 접촉기(102) 부분에서 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제(도 6에 도시되지 않음) 상에 수착된 성분, 예를 들어, 제1 성분 및/또는 제3 성분의 진공 보조 탈착을 가능하게 할 수 있다. 축합 열 교환기(123)의 생성물 서킷(도 6에 도시되지 않음)은 축합물 스트림(124)을 예를 들어, 선택적인 펌프 및 축합 탱크, 공급원 또는 최종 용도(모두 도 6에 도시되지 않음) 내로 안내하고 수용하도록 유체적으로 연결될 수 있고, 정제된 제2 생성물 스트림(125)은 선택적인 하나 이상의 펌프(예컨대, 예를 들어, 이젝터, 진공 펌프, 또는 선택적으로 서브-주위 유입구 압력에서 작동하는 단일 스테이지 또는 멀티스테이지 압축기), 선택적인 하나 이상의 밸브(예컨대 예를 들어, 체크 밸브 또는 교축(throttling) 밸브), 선택적인 적어도 하나의 추가 축합 열 교환기 및/또는 축합기 스테이지, 및 정제된 제2 생성물의 압력을 증가시키기 위한 선택적인 압축기를 통해 정제된 또는 압축된 제2 생성물 스트림 최종 용도 또는 사용자(모두 도 6에 도시되지 않음)에게 연결될 수 있다. 선택적으로, 축합 열 교환기(123)는 적어도 일부의 정제된 제2 생성물 스트림(125)을 선택적인 제1 가열기 또는 선택적인 보조 열 교환기(둘 다 도 6에 도시되지 않음) 내로 그리고 수착 분리기(101), 제2 재생 구역(130) 및 제2 재생 구역(130)의 접촉기(102) 부분 내로 적어도 일부의 제2 재생 스트림(도 6에 도시되지 않음)으로서 안내하고 수용하도록 유체적으로 연결될 수 있다.
일 구현예에서, 수착 구역(110)(및 수착 분리기(101)의 파트) 내에서 접촉기(102)의 부분의 제2 단부(105)는, 제1 생성물 스트림(112)(예를 들어, 수착 단계의 제2 기간 동안 피드 스트림(111)에 비해 제3 성분이 강화되고 제1 성분이 결핍된 제1 생성물 스트림(112)의 부분 및/또는 접촉기(102)의 제2 단부(105)로부터 제1 성분의 돌파 전 제1 생성물 스트림(112)의 부분, 한편으로는 제3 성분의 포화 압력에 대한 분압을 예를 들어 약 0.010 이상으로 가짐) 중 적어도 일부를 제2 재생 스트림(131)의 적어도 일부로서 수착 분리기(101), 제2 재생 구역(130) 및 제2 재생 구역(130) 내의 접촉기(102) 부분 내로 적어도 주기적으로 회수하고 수용하기 위해, 선택적으로는 실질적으로 접촉기(102)의 제1 단부(104)로부터 제2 단부(105)로 방향으로 또는 실질적으로 피드 스트림(111)의 유동 방향에 관하여 병류 방향으로 유동하기 위해 유체적으로 연결되고 제어될 수 있다.
제2 재생 스트림(131)은 수착 분리기(101), 제2 재생 구역(130) 및 제2 재생 구역(130) 내의 접촉기(102) 부분 내로 수용되어, 실질적으로 접촉기(102)의 제1 단부(104)로부터 제2 단부(105) 방향으로 또는 실질적으로 피드 스트림(111)의 유동 방향에 관하여 병류 방향으로 유동할 수 있다. 제2 재생 스트림(131)은 예를 들어, 제1 성분, 제2 성분 및/또는 제3 성분을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제3 성분은 제2 재생 구역(130) 내의 접촉기(102) 부분의 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제 상에 수착된 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제3 성분의 평형 분압보다 낮은 분압 또는 농도를 포함하는 한편, 제3 성분의 포화 압력에 대한 분압을 예를 들어 약 0.010 이상으로 갖는다. 제2 재생 스트림(131)은 또한, 제3 온도 역치 이상의 온도, 예를 들어, 제2 재생 스트림(131)의 약 축합 온도, 약 80℃, 약 70℃, 또는 약 60℃를 포함할 수 있다. 제2 재생 스트림(131)이 제2 재생 구역(130) 내에서 접촉기(102) 부분에서 유동함에 따라, 분압 스윙 및/또는 습도 스윙은 제2 재생 구역(130) 내의 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제(도 6에 도시되지 않음) 상에 수착된 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제3 성분 중 적어도 일부를 부분적으로 탈착시킬 수 있다. 제2 재생 스트림(131) 및/또는 탈착된 성분, 예를 들어, 제3 성분 및 제1 성분의 부분은 제3 생성물 스트림(132)을 생성할 수 있으며, 이는 피드 스트림(111)에 비해 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제3 성분 및 선택적으로 제1 성분이 강화될 수 있다. 제3 생성물 스트림(132)은 제2 재생 구역(130), 제2 재생 구역(130), 수착 분리기(101), 및 수착 시스템(100) 내에서 접촉기(102) 부분의 제2 단부(105)로부터 회수될 수 있다. 선택적으로, 제2 재생 구역(130), 및 수착 분리기(101)는 제3 생성물 스트림(132) 중 적어도 일부를 수착 분리기(101)의 수착 구역(110) 내로 피드 스트림(107) 또는 피드 스트림(111)의 부분으로서 안내하고 수용하기 위해, 또는 다성분 유체 스트림 공급원 또는 피드 공급원(도 6에 도시되지 않음), 예를 들어, 연소기(도 5에 도시되지 않음) 내로 연소 가스 스트림의 연소 및 생성에 이용되는 산화제 스트림의 부분으로서 안내하고 수용하기 위해 유체적으로 연결될 수 있다.
접촉기(102), 제2 재생 구역(130), 및 수착 분리기(101) 중 적어도 일부는 정제된 제2 생성물 스트림(125)의 압력을 증가시키기 위해 이용되는 선택적인 압축기(도 6에 도시되지 않음), 예를 들어, 멀티스테이지 압축기(도 6에 도시되지 않음)의 인터스테이지 또는 선택적인 압축기(도 6에 도시되지 않음)의 다운스트림에 유체적으로 연결되어, 제2 재생 스트림(도 6에 도시되지 않음)의 적어도 일부로서 이용하기 위한, 피드 스트림(111)(예를 들어, 적어도 일부의 압축된 제2 생성물 스트림)에 비해 제1 성분이 강화된 유체 스트림을 회수하고 수용할 수 있다.
냉각제 공급원, 예를 들어, 주위 공기는, 제1 온도 역치 이하의 온도(예컨대, 예를 들어, 약 50℃, 또는 특히 약 40℃, 또는 더욱 특히 약 30℃)에서 조건화 스트림(141), 예를 들어, 공기 스트림을 조건화 구역(140) 내의 수착 시스템(100), 수착 분리기(101), 조건화 구역(140), 접촉기(102)의 부분으로, 실질적으로 접촉기(102)의 제1 단부(104)로부터 제2 단부(105)로의 방향으로 또는 피드 스트림 또는 연소 가스 스트림(111)의 유동 방향에 관하여 병류 방향으로 유동시키기 위해 팬 또는 보일러(도 6에 도시되지 않음)에 유체적으로 연결될 수 있다. 조건화 스트림(141)이 조건화 구역(140) 내에서 접촉기(102) 부분에서 유동함에 따라, 조건화 스트림(141)은 조건화 구역(140)에서 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제의 온도를 증가시키거나 감소시키며 및/또는 적어도 하나의 화학수착제 또는 아민 도핑된 수착제, 조건화 구역(140) 내의 접촉기(102) 부분 및 조건화 구역(140)으로부터 성분을 퍼지할 수 있다. 조건화 스트림(141) 및/또는 탈착된 또는 잔여 성분은 조건화 구역(140) 내 접촉기(102) 부분의 제2 단부(105), 조건화 구역(140), 수착 분리기(101), 및 수착 시스템(100)으로부터 회수될 수 있는 제4 생성물 스트림(142)을 생성할 수 있다. 조건화 구역(140), 수착 분리기(101), 및 수착 시스템(100)은 상기 제4 생성물 스트림(142)을 예를 들어 피드 공급원(도 6에 도시되지 않음), 예를 들어, 연소기(도 6에 도시되지 않음)으로 분산 및 대기로의 방출을 위한 스택(도 6에 도시되지 않음) 또는 연소기에 대한 산화제 스트림 부분으로서 안내하고 수용하도록 유체적으로 연결될 수 있다.

Claims (31)

  1. 적어도 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분을 함유하는 피드 스트림(feed stream)의 성분을 분리하기 위한 수착 가스 분리 방법으로서,
    상기 수착 가스 분리 방법은
    적어도 하나의 수착제를 따라 상기 피드 스트림을 통과시키는 단계;
    상기 피드 스트림의 상기 제1 성분을 상기 수착제 상으로 수착시키는 단계;
    제1 생성물 스트림의 제1 부분을 생성하는 단계;
    상기 제1 생성물 스트림의 제2 부분을 생성하는 단계;
    상기 수착제를 따라 제1 재생 스트림을 통과시켜 상기 수착제로부터 상기 제1 성분을 탈착시키는 단계; 및
    적어도 상기 제1 성분을 함유하는 제2 생성물 스트림을 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 생성물 스트림의 상기 제1 부분 중 일부, 상기 제2 성분, 상기 제2 부분 중 일부, 상기 제2 성분, 또는 상기 제3 성분 중 적어도 하나를 회수하는 단계
    중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 생성물 스트림의 상기 제1 부분 및/또는 상기 제2 성분을 상기 피드 스트림 및/또는 상기 제1 재생 스트림의 적어도 일부로서 이용하는 단계; 및
    상기 제1 생성물 스트림의 상기 제2 부분, 상기 제2 성분, 및/또는 상기 제3 성분을 상기 제1 재생 스트림의 적어도 일부로서 이용하는 단계
    중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수착제를 따라 제2 재생 스트림을 통과시켜 상기 수착제로부터 상기 제1 성분 및/또는 상기 제3 성분을 탈착시키는 단계를 추가로 포함하고;
    상기 제1 생성물 스트림의 상기 제1 부분 및/또는 상기 제2 성분 중 적어도 일부를 회수하는 단계, 및 상기 제1 생성물 스트림의 상기 제1 부분 및/또는 상기 제2 성분을 상기 제2 재생 스트림의 적어도 일부로서 이용하는 단계; 및
    상기 제1 생성물 스트림의 상기 제2 부분, 상기 제2 성분, 및/또는 상기 제3 성분 중 적어도 일부를 회수하는 단계, 및 상기 제1 생성물 스트림의 상기 제2 부분, 상기 제2 성분, 및/또는 상기 제3 성분을 상기 제2 재생 스트림의 적어도 일부로서 이용하는 단계
    중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 생성물 스트림의 제3 부분을 생성하는 단계, 상기 제1 생성물 스트림의 상기 제3 부분 및/또는 상기 제1 성분 중 적어도 일부를 회수하는 단계, 및 상기 제1 생성물 스트림의 상기 제3 부분 및/또는 상기 제1 성분 중 상기 적어도 일부를 상기 제1 재생 스트림의 적어도 일부, 상기 제2 재생 스트림의 적어도 일부, 및/또는 상기 피드 스트림 중 일부로서 이용하는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  5. 적어도 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분을 함유하는 피드 스트림의 성분을 분리하기 위한 수착 가스 분리 방법으로서,
    상기 수착 가스 분리 방법은
    적어도 하나의 수착제를 따라 상기 피드 스트림을 통과시키는 단계;
    상기 피드 스트림의 상기 제1 성분을 상기 수착제 상으로 수착시키는 단계;
    적어도 상기 제2 성분 및 상기 제3 성분을 함유하는 제1 생성물 스트림을 생성하는 단계;
    상기 수착제를 따라 제1 재생 스트림을 통과시켜 상기 수착제로부터 상기 제1 성분을 탈착시키는 단계; 및
    상기 적어도 제1 성분을 함유하는 제2 생성물 스트림을 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 생성물 스트림의 상기 제3 성분이 상기 제1 생성물 스트림으로부터 회수되는, 수착 가스 분리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 성분이 상기 적어도 하나의 수착제를 따라 통과할 때, 상기 제1 성분은 그 위에 수착되고 상기 수착제 상에 수착된 임의의 제3 성분을 탈착시키는 데 일조하며, 상기 탈착된 제3 성분은 상기 제1 생성물 스트림의 일부를 형성하는, 수착 가스 분리 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제3 성분이 상기 적어도 하나의 수착제를 따라 통과할 때, 상기 제3 성분은 그 위에 수착되고, 상기 수착제 상에 수착된 임의의 제1 성분을 탈착시키는 데 일조하며, 상기 탈착된 제1 성분은 상기 제2 생성물 스트림의 일부를 형성하는, 수착 가스 분리 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 재생 스트림을 통과시키는 단계는 상기 제3 성분을 포함하는 상기 제1 재생 스트림을 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 재생 스트림을 통과시키는 단계는 상기 제1 재생 스트림의 축합 온도 이상의 온도에서 상기 제1 재생 스트림을 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1 재생 스트림을 통과시키는 단계는 상기 제1 성분을 추가로 포함하는 상기 제1 재생 스트림을 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 생성물 스트림의 제1 성분을 회수하는 단계, 및 상기 제1 생성물 스트림의 상기 제1 성분을 상기 제1 재생 스트림의 적어도 일부로서 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  12. 제5항, 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1 생성물 스트림의 상기 제3 성분을 상기 제1 재생 스트림의 적어도 일부로서 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 수착제를 따라 제2 재생 스트림을 통과시켜 상기 제1 성분 및 상기 제3 성분 중 적어도 하나를 상기 수착제로부터 탈착시키고, 제3 생성물 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 생성물 스트림의 제1 성분을 회수하는 단계, 및 상기 제1 생성물 스트림의 상기 제1 성분을 상기 제2 재생 스트림의 적어도 일부로서 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제1 생성물 스트림의 제2 부분을 회수하는 단계, 및 상기 제1 생성물 스트림의 상기 제2 부분을 상기 제2 재생 스트림의 적어도 일부로서 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 생성물 스트림으로부터 제2 성분을 회수하는 단계, 및 상기 제1 생성물 스트림으로부터 상기 제2 성분을 상기 제2 재생 스트림의 적어도 일부로서 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제1 생성물 스트림의 상기 제3 성분을 상기 제2 재생 스트림의 적어도 일부로서 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  18. 제5항 또는 제16항에 있어서,
    제1 기간 동안 상기 제2 성분을 상기 제1 생성물 스트림으로부터 회수하는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  19. 제5항, 제12항 또는 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 기간 동안 상기 제1 생성물 스트림의 상기 제3 성분을 회수하는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  20. 제11항에 있어서,
    제3 기간 동안 상기 제1 생성물 스트림의 상기 제1 성분을 회수하는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  21. 제5항, 제6항, 제7항 또는 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수착제는 화학수착제, 아민 도핑된 흡착제, 아민 그래프팅된 실리카, 아민 함침된 메조다공성(mesoporous) 실리카, 알킬화된 아민 함침된 다공성 흡착제, 아민 작용화된 다공성 나노-중합체, 아민 작용화된 유기 프레임워크, 아민 작용화된 금속 유기 프레임워크, 아민 테터드(tethered) 다공성 중합체, 또는 이들의 임의의 조합인, 수착 가스 분리 방법.
  22. 제5항, 제6항, 제7항, 제10항, 제11항, 제13항 또는 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 성분은 산 가스 또는 이산화탄소인, 수착 가스 분리 방법.
  23. 제5항, 제16항 또는 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 성분은 불활성 성분 또는 질소인, 수착 가스 분리 방법.
  24. 제5항, 제6항, 제7항, 제8항, 제12항, 제13항, 제17항 또는 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 성분은 물, 용매 또는 축합성 유체인, 수착 가스 분리 방법.
  25. 적어도 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분을 함유하는 피드 스트림의 성분을 분리하기 위한 수착 가스 분리 방법으로서,
    상기 수착 가스 분리 방법은
    적어도 하나의 수착제를 따라 상기 피드 스트림을 통과시키는 단계;
    상기 제1 성분을 상기 적어도 하나의 수착제 상으로 수착시키는 단계;
    적어도 상기 제2 성분 및 상기 제3 성분을 함유하는 제1 생성물 스트림을 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 수착제를 따라 제1 재생 스트림을 통과시키는 단계;
    상기 적어도 하나의 수착제로부터 상기 제1 성분을 탈착시키는 단계; 및
    상기 탈착된 제1 성분을 회수하는 단계
    를 포함하고,
    상기 피드 스트림 내 상기 제3성분의 플럭스(flux)에 대한 상기 제1 생성물 스트림 내 상기 제3 성분의 플럭스의 비는 제1 기간보다 제2 기간 동안 상대적으로 더 큰 것인, 수착 가스 분리 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제2 기간 동안 상기 제1 생성물 스트림의 상기 제3 성분을 회수하는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 재생 스트림의 적어도 일부로서 이용하기 위해, 상기 회수된 제3 성분 중 적어도 일부를 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 제1 기간 동안 상기 제1 생성물 스트림으로부터 상기 제2 성분을 회수하는 단계를 추가로 포함하며,
    상기 피드 스트림 내 상기 제2 성분의 플럭스에 대한 상기 제1 생성물 스트림 내 상기 제2 성분의 플럭스의 비는 상기 제2 기간보다 상기 제1 기간 동안 상대적으로 더 큰 것인, 수착 가스 분리 방법.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 제1 성분 및 상기 제3 성분 중 적어도 하나를 상기 적어도 하나의 수착제로부터 탈착시키기 위해, 상기 제2 재생 스트림을 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 제2 재생 스트림의 적어도 일부로서 이용하기 위해, 상기 회수된 제2 성분 중 적어도 일부를 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 수착 가스 분리 방법.
  31. 제25항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수착제는 화학수착제, 아민 도핑된 흡착제, 아민 그래프팅된 실리카, 아민 함침된 메조다공성 실리카, 알킬화된 아민 함침된 다공성 흡착제, 아민 작용화된 다공성 나노-중합체, 아민 작용화된 유기 프레임워크, 아민 작용화된 금속 유기 프레임워크, 아민 테터드 다공성 중합체, 또는 이들의 임의의 조합인, 수착 가스 분리 방법.
KR1020217015548A 2018-10-30 2019-10-30 화학수착제를 이용하는 수착 가스 분리 방법 KR20210082209A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862752836P 2018-10-30 2018-10-30
US62/752,836 2018-10-30
PCT/CA2019/051536 WO2020087167A1 (en) 2018-10-30 2019-10-30 Sorptive gas separation processes employing chemisorbents

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210082209A true KR20210082209A (ko) 2021-07-02

Family

ID=70464542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217015548A KR20210082209A (ko) 2018-10-30 2019-10-30 화학수착제를 이용하는 수착 가스 분리 방법

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20210354085A1 (ko)
EP (1) EP3873644A4 (ko)
JP (1) JP2022508976A (ko)
KR (1) KR20210082209A (ko)
CN (1) CN113423486A (ko)
AU (1) AU2019373105A1 (ko)
BR (1) BR112021008368A2 (ko)
CA (1) CA3117093A1 (ko)
WO (1) WO2020087167A1 (ko)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001205045A (ja) * 2000-01-25 2001-07-31 Tokyo Electric Power Co Inc:The 二酸化炭素除去方法および二酸化炭素除去装置
US7452406B2 (en) * 2004-03-12 2008-11-18 Mmr Technologies Inc. Device and method for removing water and carbon dioxide from a gas mixture using pressure swing adsorption
CN102438727B (zh) * 2009-05-22 2014-12-10 大金工业株式会社 流体处理方法、流体处理装置及流体
JP5485812B2 (ja) * 2010-06-24 2014-05-07 株式会社西部技研 二酸化炭素回収装置
JP5581554B2 (ja) * 2010-12-01 2014-09-03 株式会社大気社 吸脱着式濃縮装置
EP3725392A1 (en) * 2012-12-31 2020-10-21 Inventys Thermal Technologies Inc. System and method for integrated carbon dioxide gas separation from combustion gases
US9446343B2 (en) * 2013-07-08 2016-09-20 Exxonmobil Research And Engineering Company Simulated moving bed system for CO2 separation, and method of same
JP5795423B1 (ja) * 2014-12-19 2015-10-14 株式会社西部技研 吸収式除去・濃縮装置
JP2019507674A (ja) * 2016-02-12 2019-03-22 ビーエーエスエフ コーポレーション 大気質管理のための二酸化炭素吸着剤
WO2017165974A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 Inventys Thermal Technologies Inc. Adsorptive gas separation process and system
JP6181835B1 (ja) * 2016-10-11 2017-08-16 株式会社西部技研 ガス回収濃縮装置
JP6408082B1 (ja) * 2017-07-11 2018-10-17 株式会社西部技研 ガス回収濃縮装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3873644A4 (en) 2022-09-07
CN113423486A (zh) 2021-09-21
CA3117093A1 (en) 2020-05-07
EP3873644A1 (en) 2021-09-08
JP2022508976A (ja) 2022-01-19
AU2019373105A1 (en) 2021-05-27
US20210354085A1 (en) 2021-11-18
BR112021008368A2 (pt) 2021-08-03
WO2020087167A1 (en) 2020-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7474795B2 (ja) 吸着ガス分離プロセス
JP7210674B2 (ja) 再生のために蒸気を使用する吸着ガス分離
US20220233996A1 (en) Bed regeneration using low value steam
JP4979522B2 (ja) 有機溶剤ガス処理装置
KR20180123579A (ko) 멀티스테이지 가스 흡착 분리 공정 및 시스템
EP2623178A1 (en) A gas processing unit comprising a device for removing nitrogen oxides.
KR20210082209A (ko) 화학수착제를 이용하는 수착 가스 분리 방법
JP7160062B2 (ja) Ｃｏ２分離システム
US20230390693A1 (en) Adsorptive gas separation process and system using third component adsorption to drive desorption of purified first component in rapid cycling gas separation devices
RU2786205C1 (ru) Способ регенерации адсорбентов при переработке природного газа