СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ СБОРА ДИОКСИДА УГЛЕРОДА С ПРИМЕНЕНИЕМ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК C10G1/04 

Область техники

Изобретение относится к сбору диоксида углерода и, более конкретно, к применению диэлектрического нагревания для восстановления собранного диоксида углерода из адсорбирующего материала.

Уровень техники

Определенные молекулы, такие как диоксид углерода или вода, могут улавливаться и собираться из потоков газа для множества применений. Например, диоксид углерода может быть собран в качестве побочного продукта промышленных процессов и для удаления избытка диоксида углерода из потока воздуха.

Диоксид углерода может быть получен из различных источников с применением различных методов. Традиционные методы сбора диоксида углерода могут быть очень энергоемкими, особенно если проводятся в промышленном масштабе. Два вида энергии, потребность в которых является наибольшей при сборе диоксида углерода, обычно представляют собой энергию, требуемую для движения потока газа после или через собирающую среду, и энергию, требуемую для восстановления и улавливания диоксида углерода из собирающей среды. Поэтому затраты на материал на основе диоксида углерода могут стать значительными, особенно если используются большие количества.

В одном из способов сбора диоксида углерода используется молекулярное сито для адсорбции молекул диоксида углерода. Извлечение адсорбированного диоксида углерода требует значительного количества энергии. Такая энергия обычно подается через радиационный обогрев и/или вытягиванием молекул с применением высокого вакуума.

Однако нагревание системы требует значительного количества энергии и поэтому является неэффективным. Также требуется, чтобы структурные компоненты системы были спроектированы таким образом, что все части системы могут быстро и эффективно излучать тепло равномерно по всей системе. Это обычно требует применения металлической системы, множества радиационных нагревателей и подачи электрической энергии. Дополнительно, так как большинство молекулярных сит сделаны из керамических материалов, которые являются естественными изоляторами, они не проводят тепло легко и должны быть спроектированы в непосредственной близости ко множественным источникам тепла.

Кроме того, поскольку молекулярные сита также являются пористыми материалами, которые имеют полярные заряды, они также имеют сродство к удерживанию других заряженных молекул. Это вынуждает молекулярные сита менее вероятно выделять заряженные молекулы, такие как вода. Поэтому определенные молекулы-мишени могут потребовать, чтобы выделялись даже более высокие температуры, что требует еще большего количества энергии.

Дополнительный источник энергии, такой как высокий вакуум, также может потребоваться для эффективного выделения молекул. Применение вакуума добавляет системе еще затрат, поскольку требует дополнительной энергии для работы и дополнительных структурных компонентов. Молекулярные сита должны быть помещены в камере, которая способна выдерживать низкое давление, следовательно, камера должна быть усилена и должны быть добавлены вакуумные клапаны и уплотнители.

Известные системы сбора диоксида углерода обычно работают, пропуская поток газа через собирающий слой для адсорбции диоксида углерода из потока газа. Затем диоксид углерода необходимо восстановить, или десорбировать, из собирающего слоя теплом, вакуумом или сочетанием этих двух средств. Эта операция должна осуществляться в камере, которая способна выдерживать вакуум. Таким образом, требуется камера с толстыми стенками, обычно сделанными из металла, которые способны выдерживать тепловое облучение и высокий вакуум без деформации. Через некоторое время адсорбированный диоксид углерода выделяется в камеру. Требуемый период времени зависит от различных факторов, таких как адсорбированный газ и условия, применяемые для выделения молекул. Например, чем выше температура, тем меньше времени, но больше энергии требуется, при более высоких операционных затратах. В другом примере чем ниже вакуум, тем меньше времени, но больше энергии требуется при более высоких операционных затратах и большей стоимости вакуумной камеры и соответствующих вакуумных компонентов.

Следовательно, специалисты в данной области техники продолжают исследования и разработки в области сбора диоксида углерода.

Сущность изобретения

В одном варианте предлагаемая система для сбора диоксида углерода из технологического газа может включать адсорбирующий материал (адсорбент) для адсорбции молекул диоксида углерода из технологического газа, диэлектрический нагреватель, ближайший к адсорбирующему материалу, для десорбции диоксида углерода из адсорбирующего материала и сосуд, имеющий внутренний объем, содержащий адсорбирующий материал.

В другом варианте предлагаемая система для сбора диоксида углерода из технологического газа может включать конденсатор для извлечения тепла из технологического газа, камеру с влагопоглотителем, содержащую влагопоглотитель (влагопоглощающий материал) для адсорбции воды из технологического газа с получением по существу сухого газа и первый диэлектрический нагреватель для десорбции воды из влагопоглотителя, и контактную камеру, содержащую адсорбирующий материал для адсорбции диоксида углерода из сухого газа и второй диэлектрический нагреватель для десорбции диоксида углерода из адсорбирующего материала.

В еще одном аспекте предложен способ десорбции диоксида углерода, собранного на адсорбирующем материале, где способ может включать стадии: (1) предоставления адсорбирующего материала, (2) адсорбции диоксида углерода на адсорбирующем материале и (3) диэлектрического нагревания адсорбированного углерода для осуществления десорбции.

Другие аспекты описанной системы и способа будут очевидны из представленного ниже подробного описания, сопроводительных чертежей и формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена блок-схема варианта выполнения описанной системы для сбора диоксида углерода.

На фиг.2 представлена блок-схема варианта выполнения описанной камеры с влагопоглотителем.

На фиг.3 представлена блок-схема варианта описанной контактной камеры.

На фиг.4 представлена технологическая карта, иллюстрирующая вариант осуществления описанного способа сбора диоксида углерода.

На фиг.5 представлена схема последовательности процесса, иллюстрирующая вариант осуществления описанного способа десорбции диоксида углерода, собранного на адсорбирующем материале.

Подробное описание

Представленное ниже подробное описание относится к сопроводительным чертежам, которые иллюстрируют конкретные варианты осуществления настоящего изобретения. Другие варианты осуществления, имеющие отличающиеся структуры и операции, не выходят за объем данного описания. Также номера позиций могут относиться к одному и тому же элементу или компоненту на различных чертежах.

Согласно фиг.1, один вариант выполнения описанной системы для сбора диоксида углерода, обычно обозначенной 10, может включать источник газа 12 и контактную камеру 20. Необязательно, система 10 также может включать вентиляторный агрегат 14, конденсатор 16 и камеру с влагопоглотителем 18. Дополнительные компоненты и подсистемы могут быть введены в систему 10, не выходя за объем данного описания.

Система 10 может продвигать технологический газ 22 через ряд контролируемых окружающих сред до тех пор, пока по меньшей мере часть целевых молекул не будет собрана из технологического газа 22 и высвобождена. Как описано ниже, примеры целевых молекул, которые могут быть собраны системой 10, включают водяной пар и диоксид углерода.

Источником газа 12 может быть источник технологического газа 22. Технологическим газом 22 может быть любой газ, содержащий одну или более целевых молекул, как, например, газ, содержащий диоксид углерода, газ, содержащий водяной пар, и т.п. Например, технологическим газом 22 может быть газовая смесь, и она может включать диоксид углерода, а также другие составляющие, такие как водяной пар, азот, кислород, другие инертные газы и т.п.

В одном конкретном варианте источником газа 12 может быть электростанция, и технологическим газом 22 могут быть выбросы электростанции. Например, электростанцией может быть электростанция, работающая на углеводородном сырье, такая как газовая электростанция, и технологическим газом 22 могут быть побочные продукты сгорания от электростанции, работающей на углеводородном сырье. Поэтому технологический газ 22 может иметь относительно высокую температуру по отношению к условиям окружающей среды и может включать значительные количества диоксида углерода в результате реакции горения кислорода и углеводорода. Например, технологический газ 22 может иметь отношение водяного пара к диоксиду углерода, равное или менее одного (1) массового процента.

Технологический газ 22 может иметь повышенную температуру по сравнению с условиями окружающей среды, так что технологический газ 22 содержит избыток тепла. В одном варианте технологический газ 22 может иметь температуру по меньшей мере 25°C. В другом варианте технологический газ 22 может иметь температуру по меньшей мере 50°C. В другом варианте технологический газ 22 может иметь температуру по меньшей мере 100°С. В другом варианте технологический газ 22 может иметь температуру по меньшей мере 200°С. В другом варианте технологический газ 22 может иметь температуру по меньшей мере 300°C. В другом варианте технологический газ 22 может иметь температуру по меньшей мере 400°C. В еще одном варианте технологический газ 22 может иметь температуру по меньшей мере 500°C.

В другом варианте источником газа 12 может быть холодный, сухой окружающий воздух. В одном варианте технологический газ 22 может иметь температуру по меньшей мере 5°С. В другом варианте технологический газ 22 может иметь температуру по меньшей мере 10°C. В другом варианте технологический газ 22 может иметь температуру по меньшей мере 20°C.

Вентиляторный агрегат 14, хотя и является необязательным, может способствовать переносу технологического газа 22 из источника газа 12 через систему 10. Вентиляторным агрегатом 14 может быть вентилятор, газодувка или подобные, и он может контролировать поток (например, скорость потока) технологического газа 22 в конденсатор 16. Применение множества вентиляторных агрегатов 14 также предполагается.

Необязательно, разделительные устройства (не показаны), такие как газоочистители, могут применяться между источником газа 12 и конденсатором 16 для удаления примесей (например, металлов) из выброса до того, как технологический газ 22 поступит в систему 10.

Конденсатор 16 может получать технологический газ 22 и может конденсировать водяной пар в технологическом газе 22 для выхода частично (если не полностью) сухого газа 24. Могут применяться различные типы и конфигурации конденсатора, и применение одностадийного или мультистадийного конденсатора 16 также предполагается.

Конденсатор 16 может конденсировать водяной пар в технологическом газе 22 через охлаждение технологического газа 22. Необязательно, тепло, полученное от технологического газа 22 через конденсатор 16 во время охлаждения, может быть перенесено в теплообменный агрегат 26 для дальнейшего использования тепла.

Таким образом, конденсатор 16 может понижать температуру технологического газа 22. В одном варианте конденсатор 16 может понижать температуру технологического газа 22 по меньшей мере на 10°C. В другом варианте конденсатор 16 может понижать температуру технологического газа 22 по меньшей мере на 20°C. В другом варианте конденсатор 16 может понижать температуру технологического газа 22 на по меньшей мере 30°C. В другом варианте конденсатор 16 может понижать температуру технологического газа 22 по меньшей мере на 40°C. В другом варианте конденсатор 16 может понижать температуру технологического газа 22 по меньшей мере на 50°C. В другом варианте конденсатор 16 может понижать температуру технологического газа 22 по меньшей мере на 100°С. В другом варианте конденсатор 16 может понижать температуру технологического газа 22 по меньшей мере на 150°C. В еще одном варианте конденсатор 16 может понижать температуру технологического газа 22 по меньшей мере на 200°C.

Необязательно, любая вода, удаленная из технологического газа 22 конденсатором 16, может быть собрана в качестве побочного продукта системы 10. Вода 28 может быть собрана в камере для сбора воды 30 и затем может повторно применяться для любой подходящей цели. В альтернативном случае воду 28 можно сбрасывать в сливное отверстие.

Согласно фиг.2, камера с влагопоглотителем 18 может принимать частично сухой газ 24 либо из источника газа 12, либо из конденсатора 16 и может выпускать по существу сухой газ 32. Камера с влагопоглотителем 18 может включать влагопоглотитель 34, выбранный так, чтобы удалять по существу всю воду, остающуюся в частично сухом газе 24, по меньшей мере один диэлектрический нагреватель 36 и закрытый сосуд 38, ограничивающий полый внутренний объем 40 для помещения туда влагопоглотителя 34 и, необязательно, диэлектрического нагревателя 36.

Различные влагопоглотители 34 могут применяться в камере с влагопоглотителем 18 для первичного улавливания молекул воды, при этом указанное находится в пределах настоящего изобретения. В одном конкретном примере влагопоглотитель 34 может представлять собой (или может включать) адсорбирующий материал, такой как материал молекулярного сита. В качестве одного примера можно привести, что влагопоглотитель 34 может представлять собой (или может включать) пористый керамический материал. В другом примере влагопоглотитель 34 может представлять собой (или может включать) материал молекулярного сита со структурой алюмосиликата щелочного металла, который может иметь эффективную раскрытость пор от около 2 до около 5 ангстремов (например, 3 ангстрема). В еще одном примере влагопоглотитель 34 может представлять собой (или может включать) цеолитный материал, такой как цеолит 3A.

Влагопоглотитель 34 в камере с влагопоглотителем 18 может быть структурирован различными путями. В одном примере влагопоглотитель 34 может быть сконфигурирован в виде твердой монолитной структуры. В другом примере влагопоглотитель 34 может быть сконфигурирован в виде гранул, порошка и/или сферических экструдатов в уплотненном слое.

Влагопоглотитель 34 может стать отработанным после сбора определенного количества воды и поэтому может потребовать регенерации. Когда достаточное количество воды будет адсорбировано на влагопоглотителе 34, процесс десорбции может быть инициирован для выделения воды из влагопоглотителя 34. Процесс десорбции может проводиться с применением электромагнитного излучения к влагопоглотителю 34 для нагрева адсорбированной воды. Процесс десорбции адсорбированной воды из влагопоглотителя 34 может регенерировать влагопоглотитель 34, что позволяет дальнейшее применение влагопоглотителя 34.

Адсорбированная вода может выделяться из влагопоглотителя 34 в камере с влагопоглотителем 18 в результате диэлектрического нагревания. При применении диэлектрического тепла к влагопоглотителю 34 электромагнитное излучение может быть направлено на воду, адсорбированную на влагопоглотителе 34, с помощью диэлектрического нагревателя 36, чтобы нагреть адсорбированную воду и содействовать выделению воды из влагопоглотителя 34. Другие методики, такие как применение низкого вакуума, также могут применяться для выделения адсорбированной воды и регенерации влагопоглотителя 36. Например, необязательный источник вакуума 42 может применяться для создания вакуума во внутреннем объеме 40 сосуда 38. Также предполагаются комбинации методик десорбции, таких как диэлектрическое тепло и вакуум.

Любая вода 28 (фиг.1), удаленная из частично сухого газа 24 в камере с влагопоглотителем 18, может быть собрана в камере для сбора воды 30 (фиг.1).

Таким образом, конденсатор 16 и камера с влагопоглотителем 18 могут удалять по существу всю воду, которая изначально содержалась в технологическом газе 22. Полученный сухой газ 32 затем может применяться для сбора диоксида углерода. Хотя применение конденсатора 16 и камеры с влагопоглотителем 18 является необязательным, одним из преимуществ описанной системы 10 является экономичность затрат на сбор диоксида углерода, где отношение водяного пара к диоксиду углерода в сухом газе 30 равно или меньше одного массового процента.

Согласно фиг.3, контактная камера 20 может принимать сухой газ 32 из источника газа 12, конденсатора 16 или камеры с влагопоглотителем 18 и может выпускать по существу не содержащий диоксид углерода сухой газ 44. Контактная камера 20 может включать адсорбирующий материал, который адсорбирует по существу весь диоксид углерода из сухого газа 32, по меньшей мере один диэлектрический нагреватель 48 и закрытый сосуд 50, ограничивающий полый внутренний объем 52 для размещения адсорбирующего материала 46 и, необязательно, диэлектрического нагревателя 48. Адсорбирующий материал 46 может адсорбировать диоксид углерода из сухого газа 32.

Хотя ссылка сделана на по существу не содержащий диоксид углерода сухой газ 44, выходящий из контактной камеры 20, также предполагается вариант, когда только часть диоксида углерода в сухом газе 32 может быть адсорбирована в контактной камере 20. Поэтому в одном варианте "по существу не содержащий диоксид углерода сухой газ 44" может не быть по существу не содержащим диоксид углерода, но также может содержать значительные количества диоксида углерода.

Множество адсорбирующих материалов 46 могут подходить для применения в контактной камере 20 для адсорбции молекул диоксида углерода из сухого газа 32. В одном примере адсорбирующий материал 46 может представлять собой (или может включать) материал молекулярного сита. В другом примере адсорбирующий материал 46 может представлять собой (или может включать) пористый керамический материал. В другом примере адсорбирующий материал 46 может представлять собой (или может включать) материал молекулярного сита со структурой на основе алюмосиликата щелочного металла, который может иметь эффективную раскрытость пор от около 8 до около 13 ангстремов (например, 10 ангстремов). В другом примере адсорбирующий материал 46 может представлять собой (или может включать) цеолитный материал, такой как цеолит 13X.

Адсорбирующий материал 46 в контактной камере 20 может быть структурирован различными путями. В одном примере адсорбирующий материал 46 может быть сконфигурирован в виде твердой монолитной структуры. В другом варианте адсорбирующий материал 46 может быть сконфигурирован в виде гранул, порошка и/или сферических экструдатов в уплотненном слое.

Адсорбирующий материал 46 может стать отработанным после сбора определенного количества диоксида углерода и поэтому может потребовать регенерации. Когда достаточное количество диоксида углерода будет адсорбировано в адсорбирующий материал 46, процесс десорбции может быть инициирован для выделения диоксида углерода из адсорбирующего материала 46. Процесс десорбции может проводиться с применением электромагнитного излучения к адсорбирующему материалу 46 для нагрева адсорбированного диоксида углерода. Процесс десорбции адсорбированного диоксида углерода из адсорбирующего материала 46 может регенерировать адсорбирующий материал 46, что позволяет дальнейшее применение адсорбирующего материала 46.

Адсорбированный диоксид углерода может быть выделен из адсорбирующего материала 46 в контактной камере 20 с помощью диэлектрического нагревателя 48. При применении диэлектрического тепла к адсорбирующему материалу 46 электромагнитное излучение может быть направлено на диоксид углерода, адсорбированный на адсорбирующем материале 46, с помощью диэлектрического нагревателя 48, чтобы нагреть адсорбированный диоксид углерода и содействовать выделению молекул диоксида углерода из адсорбирующего материала 46. Другие методики, такие как применение вакуума, также могут применяться для выделения захваченного диоксида углерода и регенерации адсорбирующего материала 48.

Например, источник вакуума 54 может применяться для создания вакуума во внутреннем объеме 52 сосуда 50. Контактная камера 20 может быть по существу герметичной для потока газа, и вакуум может создаваться в контактной камере 20 с помощью источника вакуума 54. Следовательно, приложенный вакуум может способствовать процессу десорбции диоксида углерода из адсорбирующего материала 48. Предполагаются комбинации методик, такие как диэлектрическое тепло и вакуум.

Таким образом, контактная камера 20 может удалять большую часть (если не по существу весь) диоксида углерода, который изначально содержался в технологическом газе 22. Необязательно, газообразный диоксид углерода 56, удаленный из контактной камеры 20, может быть выделен и собран в камере для сбора диоксида углерода 58 (фиг.1). Вакуумный источник 54 также может помогать в сборе газообразного диоксида углерода 56 в камере для сбора диоксида углерода 58. Собранный газообразный диоксид углерода 56 и полученный газ 44, не содержащий диоксид углерода, затем могут быть переданы на хранение или для транспортировки к месту использования.

Газообразный диоксид углерода 56 может быть превращен в твердое вещество с применением любой подходящей методики. Например, охлажденная поверхность, такая как «холодный палец», может быть расположена после контактной камеры 20 для контакта с газообразным диоксидом углерода 56. Охлажденная поверхность может быть охлаждена криогенным насосом, который прокачивает холодную жидкость через охлажденную поверхность. Охлажденная поверхность может быть охлаждена до температуры, которая является достаточно низкой, чтобы вызвать отверждение газообразного диоксида углерода 56 на охлажденной поверхности. Другие методики отверждения диоксида углерода также предполагаются. Отвержденный диоксид углерода может быть извлечен с применением любого подходящего метода сбора. Например, отвержденный диоксид углерода может быть собран либо в виде твердого вещества, либо превращением диоксида углерода обратно в газ (например, нагреванием).

Диэлектрические нагреватели 36, 48 могут обеспечивать высокочастотное переменное поле, радиоволновое или микроволновое электромагнитное излучение для нагревания адсорбированных целевых молекул (например, воды; диоксида углерода). Адсорбированные целевые молекулы могут поляризоваться приложенным электрическим полем, созданным диэлектрическими нагревателями 36, 48. Нагревание может быть вызвано молекулярным дипольным вращением внутри адсорбированных целевых молекул.

Молекулярное вращение может возникать в адсорбированных целевых молекулах, когда полярные молекулы сами выстраиваются в соответствии с электромагнитным полем, созданным диэлектрическим нагревателем 36, 48. Когда электромагнитное поле является осциллирующим, полярные молекулы вращаются, тем самым непрерывно выстраиваясь в соответствии с электромагнитным полем (т.е. дипольное вращение). При изменении электромагнитного поля молекулы меняют направление на обратное. Вращающиеся молекулы отталкиваются, притягиваются и сталкиваются с другими молекулами, распределяя энергию на соседние молекулы, что вызывает образование энергии, которая проявляется в виде тепла.

Например, диэлектрические нагреватели 36, 48 могут включать источник высокого напряжения (например, трансформатор или силовой электронный преобразователь), который передает энергию на многорезонаторный магнетрон. Конденсатор высокого напряжения может быть соединен с магнетроном и источником напряжения. Магнетрон может превращать высоковольтную электрическую энергию в электромагнитную энергию (например, микроволновое излучение). Цепь управления (например, микроконтроллер) может применяться для управления магнетроном. Источник излучения может применяться для направления электромагнитной энергии в отношении влагопоглотителя 34 и/или адсорбирующего материала 46. Волновод также может применяться для управления направлением электромагнитного излучения, направленного на влагопоглотитель 34 и/или адсорбирующий материал 46. Закрытые сосуды 38, 50 камеры с влагопоглотителем 18 и контактной камеры 20, соответственно, могут действовать как нагревательные камеры. Внутренняя поверхность стенок сосуда 58 (фиг.2 и 3) может быть выстлана металлом для отражения электромагнитной энергии.

В одном варианте диэлектрический нагреватель 36, 48 может вырабатывать электромагнитные волны, имеющие электрические поля высокой частоты и короткие длины волн (например, микроволны). Например, электромагнитные волны могут быть 2,45 гигагерц (ГГц) с длиной волны 122 миллиметра. В другом примере электромагнитные волы могут быть 915 мегагерц (МГц) с длиной волны 328 миллиметров. Микроволны могут быть направлены на влагопоглотитель 34 и/или адсорбирующий материал 46 из небольшого излучателя и проходить через внутренний объем 40, 52 сосуда 38, 50 до влагопоглотителя 34 и адсорбирующего материала 46, соответственно.

Диэлектрические нагреватели 36, 48 могут работать при минимальном уровне энергии и приращении времени для выделения адсорбированной воды и диоксида углерода из влагопоглотителя 34 и адсорбирующего материала 46, соответственно, при минимальном нагревании и при минимальном вакууме. При применении диэлектрических нагревателей 36, 48 молекулы воды и/или молекулы диоксида углерода могут быть возбуждены до достаточного состояния, чтобы они быстро выделялись из влагопоглотителя 34 и адсорбирующего материала 46, соответственно. Путем контроля мощности и времени воздействия диэлектрического нагревателя 36, 48 можно минимизировать количество энергии, требуемое для проведения необходимого нагревания, что позволяет значительно снизить эксплуатационные расходы.

В одном примере системы 10 вода может выделяться из влагопоглотителя за приблизительно 3,5 минуты при - 2 фунтах на квадратный дюйм избыточного давления (фунт/кв. дюйм изб.). В другом примере системы 10 диоксид углерода может выделяться из адсорбирующего материала за приблизительно 1,5 минуты при атмосферном давлении.

Более того, применение диэлектрического нагревания при низком вакууме или атмосферном давлении также снижает материальные затраты системы 10, особенно на стенки 58 (фиг.2 и 3) сосудов 38, 50 камеры с влагопоглотителем 18 и контактной камеры 20, соответственно. Стенки сосуда 58 могут быть сконструированы из недорогого тонкого материала на основе полимера.

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что применение конденсатора 16, теплообменного агрегата 26 и камеры с влагопоглотителем 18 может не потребоваться в системе 10 для сбора диоксида углерода из технологического газа 22, и применение таких компонентов может зависеть от различных факторов, включая характеристики технологического газа 22, особенно количества воды и температуры технологического газа 22.

Как таковая, если не показана явным образом, система 10 может включать только один источник газа 12 и контактную камеру 20, в которых применяется адсорбирующий материал 46 для адсорбции диоксида углерода из содержащего диоксид углерода технологического газа 22, и диэлектрический нагреватель 48 для выделения адсорбированного диоксида углерода.

На фиг.4 также описан способ, обычно обозначенный 100, для сбора диоксида углерода. Способ 100 может начинаться в блоке 102 со стадии предоставления газа, содержащего диоксид углерода. Как описано выше, технологический газ, содержащий диоксид углерода, может представлять собой горячие выбросы электростанции, такой как электростанция, работающая на углеводородном топливе. Применение других технологических газов, содержащих диоксид углерода, также предполагается.

Как показано в блоке 104, необязательно, избыточное тепло и вода могут быть удалены из технологического газа, содержащего диоксид углерода. Например, избыточное тепло может быть удалено с помощью конденсатора, как описано выше, который также может предпочтительно удалять некоторое количество (если не все) водяного пара из технологического газа, содержащего диоксид углерода.

Как показано в блоке 106, вода может быть удалена из технологического газа, содержащего диоксид углерода. Стадия удаления воды может проводиться с применением влагопоглотителя для адсорбции воды, как описано выше.

Как показано в блоке 110, адсорбированная вода может быть десорбирована из влагопоглотителя посредством диэлектрического нагревания. Необязательно, также может применяться вакуум, чтобы способствовать десорбции воды из влагопоглотителя. Затем, как показано в блоке 112, выделенная вода может быть собрана или сброшена в водосток.

Как показано в блоке 108, диоксид углерода может быть удален из технологического газа, содержащего диоксид углерода. Стадия удаления диоксида углерода может проводиться с применением адсорбирующего материала, как описано выше.

Как показано в блоке 114, адсорбированный диоксид углерода может быть десорбирован из адсорбирующего материала путем диэлектрического нагревания. Необязательно, также может применяться вакуум, чтобы способствовать десорбции диоксида углерода из адсорбирующего материала. Затем, как показано в блоке 116, десорбированный диоксид углерода может быть собран.

Согласно фиг.5, также описан способ, обычно обозначенный 200, для десорбции диоксида углерода, собранного на адсорбирующем материале. Способ 200 может начинаться в блоке 202 со стадии предоставления адсорбирующего материала, содержащего некоторое количество адсорбированного диоксида углерода. Как показано в блоке 204, диэлектрическое тепло может применяться к адсорбирующему материалу, например, с помощью диэлектрического нагревателя для десорбции диоксида углерода из адсорбирующего материала. Необязательно, вакуум также может применяться, чтобы способствовать десорбции диоксида углерода из адсорбирующего материала. Как показано в блоке 206, десорбированный диоксид углерода может быть собран.

Следовательно, в описанных системах и способах может применяться диэлектрическое нагревание для быстрого и эффективного выделения адсорбированных целевых молекул, таких как вода или диоксид углерода, быстрее, чем в традиционных способах, и с менее дорогостоящими энергозатратами и конструкционными материалами благодаря отсутствию необходимости в высоких температурах или вакууме.

Хотя различные аспекты описанной системы и способа сбора целевых молекул были показаны и описаны, специалисту в данной области техники при прочтении описания станут очевидны различные модификации. Данное изобретение включает такие модификации и ограничено только формулой изобретения.

Пункт A. Система 10 для сбора целевых молекул из технологического газа 22, где указанная система содержит: адсорбирующий материал для адсорбции указанных целевых молекул из указанного технологического газа 22; и диэлектрический нагреватель 36, помещенный для диэлектрического нагревания указанных целевых молекул на указанном адсорбирующем материале.

Пункт B. Система по пункту A, где указанными целевыми молекулами являются молекулы диоксида углерода.

Пункт C. Система по пункту A, где указанными целевыми молекулами являются молекулы воды.

Пункт D. Система по любому из пунктов A-C, дополнительно содержащая сосуд, который ограничивает внутренний объем 40, где указанный адсорбирующий материал расположен в указанном внутреннем объеме 40.

Пункт E. Система по пункту A, где указанный диэлектрический нагреватель 36 также расположен в указанном внутреннем объеме 40.

Пункт F. Система по пункту D, дополнительно содержащая источник вакуума для создания вакуума в указанном внутреннем объеме 40.

Пункт G. Система по пункту A, где указанный адсорбирующий материал содержит материал молекулярного сита.

Пункт H. Система по пункту A, где указанный адсорбирующий материал содержит цеолитный материал.

Пункт I. Система по пункту H, где указанный цеолитный материал содержит цеолит 13X.

Пункт J. Система по пункту Н, где указанный цеолитный материал содержит цеолит 3A.

Пункт K. Система по пункту A, где указанный диэлектрический нагреватель 36 содержит генератор электромагнитной энергии.

Пункт L. Система по пункту A, где указанный диэлектрический нагреватель 36 направлен на указанный адсорбирующий материал.

Пункт M. Система для сбора диоксида углерода из технологического газа 22, где указанная система содержит: камеру с влагопоглотителем 18, содержащую влагопоглотитель для адсорбции воды из указанного технологического газа 22 с получением по существу сухого газа и первый диэлектрический нагреватель 36 для десорбции указанной воды из указанного влагопоглотителя; и контактную камеру, содержащую адсорбирующий материал для адсорбции диоксида углерода из указанного сухого газа и второй диэлектрический нагреватель 36 для десорбции указанного диоксида углерода из указанного адсорбирующего материала.

Пункт N. Система по пункту M, где указанный адсорбирующий материал содержит цеолитный материал.

Пункт O. Система по пункту M, где указанный влагопоглотитель содержит цеолитный материал.

Пункт P. Система по пункту M, дополнительно содержащая конденсатор 16 для удаления тепла из указанного технологического газа.

Пункт Q. Способ сбора целевой молекулы из технологического газа 22, включающий стадии: предоставления адсорбирующего материала [блок 202]; контакта указанного адсорбирующего материала с указанным технологическим газом 22, где по меньшей мере часть указанной целевой молекулы в указанном технологическом газе 22 адсорбируется на указанном адсорбирующем материале во время указанной стадии контакта; и диэлектрического нагревания указанного адсорбированного диоксида углерода [блок 204].

Пункт R. Способ по пункту Q, где указанный адсорбирующий материал содержит материал молекулярного сита.

Пункт S. Способ по пункту Q, где указанной целевой молекулой является диоксид углерода.

Пункт T. Способ по пункту Q, где указанную стадию контакта повторяют после указанной стадии диэлектрического нагревания.

Система для сбора диоксида углерода из технологического газа включает адсорбирующий материал для адсорбции молекул диоксида углерода из технологического газа, диэлектрический нагреватель, ближайший к адсорбирующему материалу, и сосуд, имеющий внутренний объем, который вмещает адсорбирующий материал и, необязательно, диэлектрический нагреватель. Изобретение позволяет более эффективно очищать технологический газ от диоксида углерода. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система 10 для сбора целевых молекул из технологического газа 22, содержащая:

емкость, ограничивающую внутренний объем;

адсорбирующий материал для адсорбции указанных целевых молекул из указанного технологического газа 22;

причем адсорбирующий материал выполнен в виде твердой монолитной конструкции и расположен во внутреннем объеме емкости; и

диэлектрический нагреватель 36, расположенный во внутреннем объеме емкости для диэлектрического нагревания целевых молекул, адсорбированных на адсорбирующем материале; и

источник вакуума для создания вакуума в указанном внутреннем объеме, причем создание вакуума обеспечено при нагревании адсорбирующего материала диэлектрическим нагревателем.

2. Система по п. 1, в которой целевыми молекулами являются молекулы диоксида углерода.

3. Система по п. 1, в которой целевыми молекулами являются молекулы воды.

4. Система по п. 1, в которой адсорбирующий материал содержит материал молекулярного сита.

5. Система по п. 1, в которой адсорбирующий материал содержит цеолитный материал.

6. Система по п. 5, в которой цеолитный материал содержит цеолит 13Х.

7. Система по п. 5, в которой цеолитный материал содержит цеолит 3А.

8. Система по п. 1, в которой диэлектрический нагреватель 36 содержит генератор электромагнитной энергии.

9. Система по п. 1, в которой диэлектрический нагреватель 36 направлен на адсорбирующий материал.

10. Система для сбора диоксида углерода из технологического газа 22, содержащая:

камеру 18 с влагопоглотителем, содержащую влагопоглотитель для адсорбции воды из указанного технологического газа 22 с получением по существу сухого газа, и первый диэлектрический нагреватель 36 для десорбции воды из влагопоглотителя;

причем обеспечено создание вакуума внутри камеры с влагопоглотителем с помощью соответствующего источника вакуума, когда первый диэлектрический нагреватель обеспечивает нагревание; и

контактную камеру, содержащую адсорбирующий материал для адсорбции диоксида углерода из сухого газа и второй диэлектрический нагреватель 36 для десорбции диоксида углерода из адсорбирующего материала, причем адсорбирующий материал выполнен в виде твердой монолитной конструкции, а создание вакуума в контактной камере обеспечено с помощью соответствующего источника вакуума, когда второй диэлектрический нагреватель обеспечивает нагревание.

11. Система по п. 10, в которой адсорбирующий материал содержит цеолитный материал.

12. Система по п. 10, в которой влагопоглотитель содержит цеолитный материал.

13. Система по п. 10, дополнительно содержащая конденсатор 16 для извлечения тепла из технологического газа.

14. Способ сбора целевых молекул из технологического газа 22, включающий стадии:

обеспечения наличия адсорбирующего материала в емкости, выполненного в виде твердой монолитной конструкции;

приведения в контакт указанного адсорбирующего материала с технологическим газом 22, причем по меньшей мере часть целевых молекул в технологическом газе 22 адсорбируют на адсорбирующем материале в ходе стадии приведения в контакт;

диэлектрического нагревания адсорбированных целевых молекул; и

создания вакуума в емкости в ходе стадии диэлекрического нагревания.

15. Способ по п. 14, согласно которому адсорбирующий материал содержит материал молекулярного сита.

16. Способ по п. 14, согласно которому целевой молекулой является диоксид углерода.

17. Способ по п. 14, согласно которому стадию приведения в контакт повторяют после стадии диэлектрического нагревания.