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CN104812467A - 用于恢复被热稳定盐污染的吸附剂上的功能位置的方法和系统 - Google Patents

用于恢复被热稳定盐污染的吸附剂上的功能位置的方法和系统 Download PDF

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CN104812467A
CN104812467A CN201380059240.2A CN201380059240A CN104812467A CN 104812467 A CN104812467 A CN 104812467A CN 201380059240 A CN201380059240 A CN 201380059240A CN 104812467 A CN104812467 A CN 104812467A
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Abstract

本发明的目的是开发用于恢复已经与酸性气体(非CO2)反应生成热稳定盐(HSS)的CO2吸附剂上的功能位置的方法。HSS是基于干吸附剂的CO2捕集的重要关注点，因为HSS随时间的聚集将降低该CO2吸附剂的总体功能。化学处理能够除去该非CO2酸性气体并恢复功能位置，然后能够将其用于进一步的CO2吸附。

Description

用于恢复被热稳定盐污染的吸附剂上的功能位置的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年9月20日申请的名称为"用于恢复与酸性气体形成了热稳定盐的CO2吸附剂上的功能位置的方法(Method to Reclaim FunctionalSites on a CO2 Sorbent That Have Formed Heat Stable Salts with an Acid Gas)"的美国临时申请序列号61/703,591的优先权，将其通过引用方式全部并入本文。
交叉引用2012年4月11日申请的序列号为13/441,119、2013年4月11日申请的序列号为13/861,183的美国申请，将其通过引用方式全部并入本文。
关于联邦政府资助研发的声明
美国政府在本发明中具有已付许可，并有权在有限条件下要求专利所有人以美国能源部授予的合同编号DE-FE0004343的条款设定的合理的条件许可他人。
技术领域
本发明总的来讲涉及废气处理，特别地涉及在废气处理中所用的吸附剂的循环。
背景技术
CO2捕集和隔离(sequestration)是显著降低燃煤电厂的CO2排放的唯一可行方法。一种有前途的进行CO2捕集的方法是在变温方法中使用干吸附剂。工业中正在广泛地发明和评价潜在的吸附剂。最常见类型的固体吸附剂之一是用胺官能化的那些。
尽管使用胺的吸附剂证实具有与CO2捕集相关的有前景的特性，但胺通常将会与烟气中常见的SO2或其他酸性气体反应生成热稳定盐。如果该热稳定盐位置不能得到恢复或再生，那么商业方法中所用的吸附剂将由于功能的丧失而需要过早更换。这样能够导致CO2捕集系统操作成本的显著提高。仅更换形成显著量的热稳定盐的吸附剂通常也是不可行的。
因此现有技术中存在对具有较长工作寿命周期、较好的降解特征和/或较好的功能位置再生特征的基于胺的吸附剂的需求。
发明概述
通过本发明的各个方面、实施方案和构造解决了这些和其他需求。本发明涉及一种方法和系统，通过其能够从吸附剂(特别是基于胺的吸附剂)中除去热稳定盐，而不会对吸附剂结构或其功能位置的效用产生相反的或不利的影响。
本发明涉及一种方法，其能够包括以下步骤：
(a)接收气流，该气流包括目标气体组分和与该目标气体组分不同的至少一种酸性气体；
(b)将该气流与吸附剂接触以除去至少一部分该目标气体组分以形成净化气流和载荷吸附剂，该吸附剂还除去一部分该酸性气体；
(c)从该载荷吸附剂上除去大部分或全部的该目标气体组分以形成贫吸附剂，该贫吸附剂包括大部分或全部的被吸附剂从该气流中收集的该酸性气体和/或其盐；和
(d)将该贫吸附剂与再生溶液接触以除去大部分或全部的该酸性气体和/或其盐并形成经完全处理的吸附剂用于循环。
本发明涉及一种系统，其能够包括：
(a)气体组分分离器，经配置以(a)接收气流，该气流包括目标气体组分和一种或多种与该目标气体组分不同的酸性气体；和(b)将该气流与吸附剂接触以除去一些或全部该目标气体组分以形成净化气流和载荷吸附剂，该载荷吸附剂还除去一些或全部该酸性气体；
(b)吸附剂再生器，经配置以从该载荷吸附剂上除去大部分或全部该目标气体组分以形成贫吸附剂，该贫吸附剂仍包括大部分或全部该酸性气体和/或其盐；和
(c)再生容器，经配置以将该贫吸附剂与再生溶液接触以除去大部分或全部该酸性气体和/或其盐并形成经完全处理的吸附剂用于循环到该气体组分分离器。
该目标气体组分能够是碳氧化物。
该酸性气体能够是一种或多种硫氧化物、氮氧化物和硫化氢。
该吸附剂能够是固体的形式。
该吸附剂能够是基于胺的吸附剂。
该再生溶液能够包括碱。
该碱是一种或多种碱金属的或碱土金属的碳酸盐、碱金属的或碱土金属的氢氧化物、醇盐、金属氧化物、氨、金属胺、羧酸盐、膦、醚、酮、烯烃和CH3 -。
该再生溶液通常具有至少约pH 10的pH值。
该酸性气体能够包括SO2。
该目标气体组分为CO2。气流中大部分或全部的CO2都能够被该吸附剂除去。
能够通过变压、变温及其组合中的一种或多种将CO2从载荷吸附剂上除去。
相邻的吸附剂组分之间的键和在吸附剂组分与相邻的吸附剂基体之间的键(bonds)能够强于吸附剂组分和目标气体组分之间的键和吸附剂组分与该酸性气体和/或其盐之间的键。
该再生溶液通常不显著影响相邻吸附剂组分之间和吸附剂组分与相邻的吸附剂基体之间的键的强度。
在贫吸附剂与再生溶液接触之后，能够将该吸附剂与洗涤溶液接触以除去在与再生溶液接触之后在该吸附剂上的任何沉积物。
该系统能够包括非临时(non-transient)且有形(tangible)的计算机可读介质，其包括微处理器可读取和可执行的指令，其在执行时，实施包括以下的操作：
测定气流和/或净化气流中的目标气体组分和/或酸性气体的浓度，且在认为关于该气流和/或净化气流中的该目标气体组分和/或酸性气体的测定的浓度之间存在确定关系时，实施以下子操作：
(a)从载荷吸附剂中除去大部分或全部该目标气体组分以形成贫吸附剂，该贫吸附剂仍包括大部分或全部的该酸性气体和/或其盐；和
(b)将该贫吸附剂与再生溶液接触以除去大部分或全部的该酸性气体和/或其盐并形成经完全处理的吸附剂用于循环。
该指令在执行时能够基于被认为是否存在确定关系，在该系统的第一和第二操作模式之间进行选择。在第一操作模式下，气流通过第一气体组分分离器但不通过第二气体组分分离器，第一气体组分分离器所用的第一吸附剂不再生，第二气体组分分离器使用的第二吸附剂进行再生。在第二操作模式下，气流通过第二气体组分分离器但不通过第一气体组分分离器，第二气体组分分离器使用的第二吸附剂不再生，第一气体组分分离器使用的第一吸附剂进行再生
本发明能够根据特定的构造提供多个优点。其能够提供具有较长工作寿命循环、较好降解特征和/或较好功能位置再生特征的吸附剂，特别是基于胺的吸附剂。其能够提供包含热稳定酸和盐沉积物的基于胺的吸附剂的洗涤方法。其能够通过恢复否则由于热稳定酸和/或盐复合物的生成而失效的功能位置而降低CO2捕集系统中吸附剂更换的频率。其能够比通常需要更换全部的吸附剂的更换中毒吸附剂的方法更廉价。通过提供洗涤该溶液并回收热稳定盐的方法，本发明能够大大降低基于胺的吸附剂CO2捕集系统的操作成本。
从此处包含的方面、实施方案和构造的公开，这些和其他优点将显而易见。
“a”或“an”个体表示一个或多个该个体。同样地，术语“a”(或“an”)、“一个或多个”和“至少一个”在此处能够互换使用。还应当指出术语“包括”、“包含”和“具有”能够互换使用。
“吸收”是将一种状态的物质结合到不同状态的另一物质中(例如液体被固体吸收或气体被液体吸收)。吸收是物理或化学现象或者过程，其中原子、分子或离子进入一些体相(气体、液体或固体材料)中。这与吸附是不同的方法，因为被吸收的分子是通过体积而非表面(如吸附的情况中那样)进行的。
“吸附”是气体、液体或溶解固体的原子、离子、生物分子或分子附着到表面上。该方法在吸附剂的表面上产生了吸附物(聚集的分子或原子)的膜。其与吸收不同，在吸收中流体渗透到液体或固体中或被其溶解。与表面张力类似，吸附通常是表面能的结果。键的精确性质取决于所包括的物种的细节，但吸附过程通常被分类为物理吸附(弱范德华力的特征)或化学吸附(共价键的特征)。其也可以由于静电吸引而发生。
“酸”是具有与碱和某些金属(例如钙)反应生成盐的能力的化学物质。对于酸有三种常见的定义：Arrhenius定义、-Lowry定义和Lewis定义。Arrhenius定义将酸定义为在溶解在水中时提高氢离子H+)浓度或更精确而言提高水合氢离子(H3O+)浓度的物质。-Lowry定义是一个扩张：酸是能够作为质子供体的物质。通过该定义，任何能够容易脱质子的化合物都能够被认为是酸。实例包括包含O-H或N-H片段的醇和胺。Lewis酸是能够接收电子对形成共价键的物质。Lewis酸的实例包括所有金属阳离子和缺电子分子，例如三氟化硼和三氯化铝。
“酸性气体”表示在与水混合时生成酸性化合物的任意类型的气体或气体混合物。最常见类型的酸性气体是硫化氢(H2S)、硫氧化物(SOX)(其在与水混合时能够生成硫酸)、氮氧化物(其在与水混合时能够生成硝酸)和一氧化碳(CO)和/或二氧化碳(CO2)(其在与水混合时能够生成碳酸)。
“烯烃”、“烯”或“烯族烃”是包含至少一个碳碳双键的不饱和化合物。
“胺”是包含具有非共有电子对的碱性氮原子的有机化合物和官能团。胺是氨的衍生物，其中一个或多个氢原子被取代基(例如烷基或芳基)取代。重要的胺包括氨基酸、生物胺、三甲基胺和苯胺。氨的无机衍生物也称作胺，例如氯胺(NClH2)。具有连接到羰基上的氮原子的结构为R–CO–NR′R″的化合物称作酰胺，其具有与胺不同的化学性质。
“灰”表示煤颗粒完全燃烧后剩余的残余物。灰通常能够包括矿物质(二氧化硅、氧化铝、铁氧化物等)。
术语“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”在操作中是联合的(conjunctive)和分立的(disjunctive)开放式表述。例如，表述方式“A、B和C中至少一个”、“A、B或C中至少一个”、“A、B和C中一个或多个”、“A、B或C中一个或多个”和“A、B和/或C”各自都表示仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起或A、B和C一起。当上述表述方式中A、B和C中各自表示要素(例如X、Y和Z)或一组要素(例如X1-Xn、Y1-Ym和Z1-Zo)时，该术语意于表示选自X、Y和Z的单一要素、选自同一组的要素组合(例如X1和X2)以及选自两个或不同组的要素组合(例如Y1和Zo)。
此处所用的术语“自动”及其变型表示在该方法或操作进行时没有实质的人输入而进行的任何方法或操作。然而，即使方法或操作使用实质或非实质的人输入，如果该输入是在该方法或操作进行之前接收的，那么该方法或操作也能够是自动的。如果人输入影响了该方法或操作将进行的方式，那么该输入被认为是实质的。同意该方法或操作的人输入不被认为是“实质的”。
“碱”是与酸反应生成盐且能够促进某些化学反应(碱催化)的物质。对于被归类为Arrhenius碱的物质，其必须在溶液中生成氢氧根离子。Arrhenius碱的实例是碱金属和碱土金属的氢氧化物(NaOH、Ca(OH)2等)。在–Lowry酸-碱理论中，碱是能够接收氢离子(H+)(在其他方式中也称作质子)的物质。在Lewis模型中，碱是电子对供体。碱能够被认为是酸的化学对立面。碱和酸被认为是相反的，因为酸的作用是提高水中水合氢离子(H3O+)的浓度，而碱则降低其浓度。酸和碱之间的反应被称为中和。在中和反应中，碱的水溶液与酸的水溶液反应生成水和盐的溶液，其中盐分离成其组分离子。
“生物质”表示来自活体或近代活体有机体的生物物质。生物质的实例包括但不限于木材、废物、(氢)气体、海草、藻类和醇燃料。生物质能够是生长的植物物质以产生电或热。生物质也包括但不限于用于制备纤维或化学物的织物或动物物质。生物质进一步包括但不限于可生物降解的废物，其能够作为燃料燃烧但通常不包括有机物质，例如化石燃料，其已经通过地质过程转变为例如煤或石油的物质。工业生物质能够由多种类型的植物(包括miscanthus、柳枝稷、大麻、玉米、白杨、柳木、高梁、甘蔗和多种树种，范围从桉树到油棕榈树(或棕榈油))生长。
“碳质”表示含碳材料，特别是非常富含碳的材料。
“碳酸盐(酯)”是碳酸的盐，其特征在于存在碳酸根离子CO3 2-；或碳酸的酯，包含碳酸根基团C(＝O)(O-)2的有机化合物。
“煤”表示由史前植物生命形成的可燃烧材料。煤包括但不限于泥煤、褐煤、次烟煤、烟煤、锅炉用煤、无烟煤和石墨。在化学上，煤是通过氧、硫和脂肪族桥基在其上连接有次环的多元芳香环的组构成的大分子网络。
“组合物”表示由一个或多个原子构成的一个或多个化学单元，例如分子、多原子离子、化合物、配位复合物、配位化合物等。如将被认为的那样，组合物能够通过各种类型的键和/或力(例如共价键、金属键、配位键、离子键、氢键、静电力(例如范德华力和伦敦力)等)保持在一起。
此处所用的术语“计算机可读介质”表示参与为处理器提供指令以便执行的任何存储和/或传送介质。这种介质是通常有形的和非临时性的，且能够采取很多形式，包括但不限于非易失性的介质、易失性的介质和传送介质，且包括但不限于随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)等。非易失性的介质包括例如NVRAM或磁盘或光盘。易失性的介质包括动态存储器，例如主存储器。计算机可读介质的常见形式例如包括软盘(包括但不限于Bernoulli盒式磁带、ZIP驱动器和JAZ驱动器)、软磁盘、硬盘、磁带或盒式磁带或任意其他磁性介质、磁光介质、数字视频盘(例如CD-ROM)、任意其他光学介质、穿孔卡片、纸带、任意其他具有孔图形的物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、固态介质(例如内存卡)、任何其他存储芯片或盒、后文所述的载波或任意其他计算机能够阅读的介质。电子邮件或其他自包含信息的文档或文档组的数字文件附件被认为是等同于有形的存储介质的分配介质。当计算机可读介质被构造为数据库时，应当认为该数据库可以是任意类型的数据库，例如关系数据库、层次数据库、对象定向数据库和/或其他。因此，本发明被认为包括其中存储本发明的软件执行指令的有形存储介质或分配介质和现有技术认为的等价物和后继介质。计算机可读存储介质通常不包括瞬时存储介质，特别是电、磁、电磁、光、磁光信号。
“醚”是通式为R–O–R'的包含醚基团(氧原子与两个烷基或芳基相连)的一类有机化合物。
此处所用的术语“测定”、“计算”和“求解”及其变型可互换使用，且包括任意类型的方法学、方法、数学操作或技术。
“烟气脱硫”或“FGD”表示用于(特别是从化石燃料电厂的废烟气中以及从其他硫氧化物释放方法的排气中)除去气相二氧化硫(SO2)的一组技术。
“高碱煤”表示通常作为CaO计具有至少约20wt％(灰的干基)的总碱(例如钙)含量的煤，而“低碱煤”表示通常作为CaO计具有小于20wt％且更通常地小于15wt％碱(灰的干基)的总碱含量的煤。
“高铁煤”表示通常作为Fe2O3计具有至少约10wt％(灰的干基)的总铁含量的煤，而“低铁煤”表示通常作为Fe2O3计具有小于约10wt％(灰的干基)的总铁含量的煤。如将认识到的那样，铁和硫通常以亚铁或铁的碳酸盐和/或硫化物(例如黄铁矿)的形式存在于煤中。
“高硫煤”表示具有至少约1.5wt％(煤的干基)的总硫含量的煤，而“中硫煤”表示具有约1.5-3wt％(煤的干基)的煤，“低硫煤”表示通常具有小于约1.5wt％(煤的干基)的总硫含量，更通常具有小于约1.0wt％的总硫含量，甚至更通常具有小于煤的约0.8wt％(煤的干基)的总硫含量的煤。
“氢氧化物”是具有化学式OH-的双原子阴离子。其包括通过共价键保持在一起的氧原子和氢原子，且带有负电荷。
“酮”是具有RC(＝O)R'结构的有机化合物，其中R和R'能够是多种含碳取代基。酮的特征是与两个其他碳原子连接的羰基(C＝O)。
此处所用的术语“方式”应当依照35U.S.C.,第112部分第6段以其最宽泛的可能解释提供。因此，包括术语“方式”的权利要求应当包括此处提出的所有结构、材料或行为及其所有等效方式。进一步地，该结构、材料或行为及其等效方式应当包括所有在发明概述、附图简述、详细描述、附图和权利要求本身中描述的那些。
此处所用的术语“模块”表示能够执行与该要素相关的功能的任何已知的或后开发的硬件、软件、固件、人工智能、模糊逻辑或硬件和软件的组合。
“颗粒物”表示通常夹带在气流中的细颗粒，例如飞灰、未燃烧的碳、烟灰和细工艺固体。
词组“ppmwX”表示仅X的基于重量计的百万分率。其不包括与X结合的其他物质。
词组“ppmv X”表示仅X的基于体积计的百万分率。其不包括与X结合的其他物质。
“膦”是具有化学式PH3的化合物。膦也是具有通式R3P(R＝有机衍生基团)的一组有机磷化合物。
“吡啶”是具有化学式C5H5N的碱性杂环有机化合物。其在结构上与苯相关，一个次甲基(＝CH-)被氮原子取代。吡啶环见于很多重要化合物中，包括但不限于吖嗪和维生素尼克酸和吡哆醛。
术语“去除”或“除去”包括目标材料的吸着、沉淀、吸附、吸收、转化、失活、分解、降解、中和和/或杀灭。
“洗涤器”或“洗涤器系统”是能够用于从工业排气中除去一些颗粒物和/或气体的空气污染控制装置。传统上，术语“洗涤器”表示用于“洗净”排气流(例如烟气)中的酸性气体的污染控制装置。
“分离”及其同根词表示从混合物或组合中分开、保持分开、分类、去除，或隔离。在气体混合物的内容中，分离能够通过很多技术进行，包括静电沉淀器、集尘袋、洗涤器和热交换表面。
“可溶”表示材料容易溶解在水中。为了本发明的目的，预期可溶化合物的溶解将会需要在分钟而非天的时间尺度上进行。对于被认为可溶的化合物，需要其具有非常高溶解度的产物使得高达5g/L的该化合物将会稳定在溶液中。
“吸附剂”是吸附另一物质的材料，即该材料具有通过吸附进行吸取的能力或趋势。
“吸附”及其同根词表示通过吸附吸取液体或气体。
“吸着”及其同根词表示吸收和吸附，而脱附是吸附的反义词。
除非另外指出，所有组分或组合物含量都是关于该组分或组合物的活性部分，不包括在该组分或组合物的商业上可获得的来源中可能存在的杂质，例如残余的溶剂或副产物。
除非另外指明，所有百分比和比例都由总组合物重量计算。
应当认识到在整个本发明给出的所有数值上限都被认为包括每个较小的数值限值作为替代方式，如同该较小的数值限制明确记载在此处。在整个本发明给出的所有数值下限都被认为包括每个较大的数值限值作为替代方式，如同该较大的数值限制明确记载在此处。在整个本发明给出的所有数值范围都被认为包括落入该较宽数值范围内的每个较窄的数值范围，如同该较窄的数值范围都明确记载在此处。作为实例，词组约2-约4包括约2-约3、约3-约4的整数范围以及基于实数(例如无理数和/或有理数)的各可能范围(例如约2.1-约4.9、约2.1-约3.4等)。
前面是对本发明的简单概述以提供对本发明的一些方面的理解。该概述并不是对本发明及其各个方面、实施方案和构造的泛指或穷举概述。并不意于确定本发明的关键或重要要素，也不意于描绘本发明的范围，而是意于以简化形式呈现所选择的本发明的概念作为对下面呈现的更详细的描述的介绍。如将认识到的那样，本发明的其他方面、实施方案和构造可以单独或组合地使用上面提出的或后文详细描述的一个或多个特征。
附图说明
该附图包括在本说明书中并构成其一部分以示例本发明的几个实施例。这些附图与说明书一起解释了本发明的原理。该附图仅示例了本发明能够制备和使用的方式的优选的可替代实施例，并不应当被解释为将本发明限制到仅所示例和描述的实施例。从下面对如下面参照附图示例的本发明的各个方面、实施方案和构造的更详细描述中，其他特征和优点将变得显而易见。
图1是在污染物去除装置下游的依照本发明的实施方案的典型的废气流处理的框图；
图2是依照本发明的分离系统的框图；
图3是依照本发明的实施方案的分离系统的框图；
图4是依照本发明的实施方案的再生系统的框图；
图5是依照本发明的实施方案的再生系统的框图；
图6是依照本发明的实施方案的再生逻辑的流程图；和
图7是依照本发明的实施方案的再生方法的流程图。
详细描述
      方法综述
本发明涉及使用再生水溶液从用于从含酸气流中除去目标组分的吸附剂上除去热稳定酸性气体和/或其他酸和/或盐组分。该目标组分能够是目标除去的污染物、副产物、产物或其他物质。该气体例如能够是由气体释放设备(例如熔炉、煅烧炉、钢铁铸造车间、钢厂、水泥窑、电厂、废物焚烧炉、锅炉和其他产生污染气流的工业设备)产生的污染废气。尽管该目标污染物通常是由燃烧释放的，但其也可以是由其他氧化和/或还原反应(例如煅烧、高压釜处理和其他将包含污染物的材料暴露于升高温度的热方法)释放的。
不希望被任何理论所束缚，我们相信该酸性气体能够与吸附剂上的功能位置形成热稳定盐。对于基于胺的吸附剂，我们相信该热稳定盐是胺和酸分子之间的复合物。在复合物形成中可能涉及水蒸气。该再生溶液(其能够是碱水溶液)能够处理该吸附剂以恢复被热稳定盐饱和的功能或活性位置。我们相信再生溶液中的碱将该酸中和以生成至少一种弱碱性和/或弱酸性盐，其与吸附剂上的活性位置具有更弱得多的键，且可以通过水洗有效去除。
在一种应用中，该吸附剂是基于胺的吸附剂，该吸附剂的目标气体组分是碳氧化物(例如一氧化碳和/或二氧化碳)污染物，能够造成吸附剂结垢的该酸性气体是硫氧化物(例如SOx)、氮氧化物(例如NOx)和/或硫化氢(其在水中生成氢硫酸或硫氢酸)。通常，该基于胺的吸附剂用于燃烧后环境中。通常，该基于胺的吸附剂用作烟气吸附剂系统的活性组分。典型的应用包括燃煤电厂系统中的燃烧后烟气，尽管任何具有包含碳氧化物和酸性气体的混合物的燃烧后或者气体清洁系统都能够在本申请中处理。
在一种应用中，该吸附剂是活性炭、沸石、粘土(或页硅酸盐材料，例如高岭土、蒙脱石-绿土、伊利石和绿泥石)和/或飞灰，该吸附剂的目标气体组分是碳氧化物、元素和/或物种形成的(speciated)汞等，能够造成该吸附剂结垢的酸性气体是硫氧化物、氮氧化物和/或硫化氢。如在先申请的情况中那样，该吸附剂能够用于燃烧后环境中，例如作为烟气吸附剂系统的活性组分处理燃煤电厂系统中的燃烧后烟气，尽管任何具有包含碳氧化物和酸性气体的混合物的燃烧后或者气体清洁系统都能够在本申请中处理。
在一种应用中，该吸附剂是基于胺的或其他烃收集吸附剂，该吸附剂回收或除去的目标气体组分是烃，酸性气体是硫化氢。该吸附剂处理气体的实例是天然气。通常，该吸附剂用于处理地下岩层或工业设备产生的气体。通常，该吸附剂用作产气净化系统中的活性组分。
根据目标气体组分，该吸附剂能够具有其他组成。实例不仅包括上述确定的吸附剂组合物，还包括含金属的吸附剂，特别是金属-有机吸附剂。通常，后一种吸附剂组合物中的金属是来自元素周期表的3B、4B、5B、6B、7B、8、1B和2B族(更通常地来自8、1B和2B族，甚至更通常地来自1B族)中的一种或多种金属。
      气体处理方法
图1描绘了燃煤电厂、天然气组合循环电厂、合作生产厂、生物质燃烧电厂、废物焚烧炉等的示例装置100。尽管该方法关于从污染气流中除去碳氧化物进行讨论，但应当认识到该方法可以用于在相同或不同方法中收集不同目标气体组分的吸附剂的再生。
转向图1，给料(例如煤(例如高碱煤、高铁煤和/或高硫煤))在炉子104中燃烧，生成气流108。该气流108通常包含很多杂质和/或污染物，包括酸性气体、颗粒物、元素的和物种形成的(speciated)汞、未燃烧的烃(例如煤、灰、甲烷、丙烷、乙烷等)、碳氧化物(CO和CO2)、水蒸汽等。任何这些都能够是目标气体组分。
气流通常包括至少约1vol％CO2，更通常至少约5vol％CO2，且通常不超过约15vol％CO2，更通常不超过约20vol％CO2。然而，在某些应用中，气流可以包括高达60％CO2，或高达95％或更多的CO2。
该气流108通过热交换器112将热能传递给待引入该炉子104的含氧气体，然后通过一个或多个污染物去除装置116以除去选定的污染物，例如酸性气体、颗粒物和/或汞。用于除去酸性气体的常用装置包括干式和湿式洗涤器和FGD系统；用于除去颗粒物的包括静电沉淀器和集尘袋；为了除去汞的包括添加剂，特别是粉末状活性炭和卤素。
处理气流120非必要地通过烟气预处理装置122以形成预处理气流126。该气体预处理装置122将特定用于特定的处理气体。例如，可能需要进一步降低其他组分(例如SO2)的浓度。此外，可能需要冷却和/或提高气体的压力。在一些情况中，冷却气体或提高压力能够导致水从气相中冷凝出来。如果需要的话，能够进一步除去水分，但这可能不是必需的。气体压力的最小值必需足以克服由于该CO2捕集方法造成的任何压降。
参照图1和2，然后将处理气流120(或预处理气流126)引入该分离系统124的气体组分分离器128以从该处理气流120(或预处理气流126)中除去通常大部分，更通常约50％或更多，甚至更通常约85％或更多的CO2并形成净化气流130、富CO2产物气体132和CO2载荷吸附剂200。将该CO2载荷吸附剂200引入吸附剂再生器136中用于从吸附剂中释放出吸附的气体组分(即CO2)以形成用于循环到气体组分分离器128(在如下所述去除热稳定盐之后)的贫CO2吸附剂204和富CO2产物气体132。
图2描绘了逆流系统，其中处理气流120进入气体组分分离器138的一侧，而贫CO2吸附剂204进入相反侧。通常如图2中所示，处理气流120和吸附剂逆向流动，即处理气流120向上流动，同时贫吸附剂204向下流动。然而，应当认识到也可以是其中处理气流120和吸附剂同向流动的其他构造。
该CO2能够通过任意适合的机理释放出，包括变压和/或变温。在前一种机理中，气体组分分离器128和吸附剂再生器136中的操作压力之间存在压差，该压差使CO2进入气相。在使用变压的情况中，气体组分分离器128中的操作压力通常高于吸附剂再生器136中的操作压力。与常压相比，该操作压力能够是正压或负压(例如在真空下)。在后一种机理中，在气体组分分离器128和吸附剂再生器136的操作温度之间存在温度差，该温度差使CO2进入气相。通常，气体组分分离器128中的操作温度低于吸附剂再生器136中的操作温度。
在一种构造中，吸附剂再生器136使用温度、总压或分压的改变来使吸附剂再生并释放CO2。在使用温度升高在再生器中再生吸附剂时，该温度能够通过直接、间接或直接和间接加热的组合来升高。热输入应当足以解决改变吸附剂的温度所需的热焓以及克服释放CO2和任意其他吸附组分(其可能是吸热的)所需的反应焓。在一种应用中，将扫气(水蒸气或水蒸气与CO2的混合物)注入吸附剂再生器136中。在一种设计中，该气体组分分离器128和吸附剂再生器136各自包括多级流化床。该贫CO2吸附剂204能够从最后一级取出(其中CO2负载量低于其他级)。在另一设计中，该气体组分分离器128和再生器136各自使用单一流化床。
净化气流130通常包含不超过约1000ppm，更通常不超过约2vol％，甚至更通常不超过约10vol％CO2。因为上述大部分其他污染物都已经通过污染物去除装置116和非必要的预处理装置122从气流108中除去了，因此该净化气流130能够通过烟囱(未示出)排放到大气中。
富CO2产物气体132通常包含大部分、更通常约75％或更多、甚至更通常约90％或更多的从处理气流120中除去的CO2。该富CO2产物气体132通常具有较高纯度的CO2，杂质含量较低。该富CO2产物气体132通常包含约1vol％-约99vol％、更通常约25vol％-约95vol％、甚至更通常约50vol％-约90vol％CO2和约1000ppm-约90vol％、更通常约1vol％-约50vol％、甚至更通常约5vol％-约15vol％水蒸气。富CO2产物气体132中的余量由杂质构成，杂质包括氧分子、氮分子和一氧化碳。
在一种应用中，基于胺的吸附剂用于气体组分分离器128中并因此用作废气处理系统的活性组分。典型的应用包括燃煤电厂系统的燃烧后烟气，尽管具有包含碳氧化物和酸性气体的混合物的任何燃烧后或任何气体净化系统都将会适用于该应用。在应用时，该基于胺的吸附剂系统吸附烟气污染物，例如二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)和其他酸性气体。优选该基于胺的吸附剂系统目标是CO2收集。这是因为存在其他通常更廉价的系统用于处理其他酸性气体。尽管其目标是CO2收集，但该基于胺的吸附剂将容易收集烟气流中残余的其他酸性气体。
该酸性气体(特别是基于硫的气体)将与基于胺的吸附剂反应生成热稳定盐。热稳定盐的生成必然会降低该吸附剂收集CO2的容量。酸性气体(例如SO2)与该吸附剂的胺官能团键合并堵塞CO2吸附的活性区域。通常，当CO2收集容量降低到不可接受的水平时，该吸附剂必须再生。从该基于胺的吸附剂上除去热稳定盐能使该吸附剂重复利用并循环以进一步捕获CO2。
因此在将其循环到处理气流接触操作之前，将至少一部分吸附剂208从吸附剂再生器中去除以从吸附剂上除去热稳定酸性气体和/或其他酸和/或盐组分。该经过进一步处理或完全再生的吸附剂然后能够作为全部或部分贫吸附剂204循环到气体组分分离器128。
将气体组分分离器128中使用的固体吸附剂配制以耐受重复的变温循环和/或与再生溶液接触。“耐受”表示固体吸附剂不仅充分保持其吸附目标气体组分的能力，而且还充分阻止其固体质量的实质损失。这通常需要在吸附剂组分(例如，基体和胺官能团)之间和/或在吸附剂组分和任何吸附剂基体之间的键比吸附剂与待从吸附剂表面和/或活性或功能位置去除的目标气体组分或热稳定酸和/或盐的键更强。
例如，基于胺的吸附剂将适当地具有比酸性气体或盐与胺的键(例如SO2与胺的键)更强的内部胺与吸附剂基体的键，特别是在变温或变压方法的升高温度和/或压力时。SO2能够与基于胺的吸附剂的功能位置形成较强的键。该SO2与胺的键能够比胺与吸附剂基体之间的键更强。这在尝试解吸SO2组分时呈现为一个挑战，因为该方法能够导致该基于胺的吸附剂的结构的降解或分解。这可导致在变温法中SO2从基于胺的吸附剂的热解吸时问题特别严重。通常，SO2与胺的键非常强使得解吸SO2需要超过180℃的温度。在这么高的温度下，胺能够热分解，由此导致胺官能团从吸附剂基体上的损失。
      从贫目标气体组分吸附剂上去除热稳定酸和盐
参照图7，将吸附剂200从与处理气流120的接触中去除(步骤700)，将目标气体组分从载荷吸附剂上去除(步骤704)，在从吸附剂200上去除目标气体组分之前、期间和之后，将贫目标气体组分的吸附剂与再生溶液接触以除去吸附剂上的酸和/或盐沉积物(步骤708)，将部分再生的吸附剂与洗涤溶液接触以除去来自步骤708的表面沉积物(步骤712)，将完全再生的吸附剂再次与处理气流120接触(步骤716)。该再生溶液包括一种或多种碱以将热稳定酸和/或盐从吸附剂上脱附和/或降解，洗涤溶液通常是水溶液以从吸附剂的活性或功能位置除去碱和/或其衍生物(例如来自酸和/或盐与碱的反应的)。
该再生溶液的组成取决于所选择的固体吸附剂的特定特征。该再生溶液对吸附剂基体内的化学和其他键的稳定性和/或强度基本没有不利的影响。对于未负载的和负载的吸附剂，吸附剂材料相邻分子之间以及吸附剂材料分子与任何基体之间的键基本上不受与再生溶液接触的影响。
尽管可以使用任何碱，但碱的有效性取决于吸附剂组合物。特别地，强碱(例如超强碱(例如负碳离子、酰胺和氢化物的第1族盐))能够不利地影响吸附剂基体内的一种或两种类型的键。弱碱可能不能使酸和/或盐从吸附剂表面除去。通常使用中等强度的碱。碱的实例包括碱金属的和碱土金属的氢氧化物、碳酸盐和醇盐、金属氧化物、氨、金属胺和羧酸盐。能够使用酸的共轭碱(例如卤化物、硫酸氢根离子、硝酸根离子、水、硫酸根离子、磷酸二氢根离子、乙酸根离子、碳酸氢根离子、硫氢根离子、磷酸氢根离子、氨、碳酸根离子、磷酸根离子和氢氧根离子)。
因为一些基于胺的吸附剂制剂由于与再生溶液不利的化学反应能够随时间降解，因此配制优选的基于胺的吸附剂以耐受重复酸性气体和热稳定盐脱附循环，具有足够的热稳定性以耐受重复的变温脱附循环并具有足够的结构稳定性以耐受重复用再生溶液的洗涤而不会发生显著的结构分解或目标气体组分容量的降低。另外指出，该优选的基于胺的吸附剂在吸附剂基体内具有比SO2与胺的键更强的热稳定和化学稳定的键。
基于胺的吸附剂作为Lewis碱与作为Lewis酸的CO2、SO2和其他分子键合。同样地，可以使用较强的Lewis碱与该SO2分子竞争所述基于胺的吸附剂并由此使用多种溶剂或水相离子(包括但不限于OH-、CH3 -等)再生该吸附剂。其他Lewis碱包括吡啶及其化合物族、膦、水、醚、酮和其他包含未共享电子对的化合物(包括有机化合物，例如烯烃(乙烯、苯等))。
在一种应用中，将包含热稳定盐的贫目标气体组分的基于胺的吸附剂暴露于含水消石灰。该含水消石灰与热稳定盐反应生成亚硫酸钙(CaSO3)。该亚硫酸钙能够氧化生成石膏。所得到的石膏能够废弃到电厂输出的石膏堆中。在将热稳定盐从基于胺的吸附剂中除去之后，该基于胺的吸附剂能够再次引入废吸附剂系统中，所得到的废物添加到收入产生流中用于电厂。
该再生溶液是碱性水溶液，通常具有超过pH 7，更通常至少约pH 8，更通常至少约pH 9，甚至更通常至少约pH 12的pH值。
如将认识到的那样，能够使用广泛范围的碱性水溶液作为该再生溶液。上述实施例仅是代表，并不意于限制潜在应用的范围。
在适当配制时，该吸附剂能够在促进热稳定盐脱附同时耐受吸附剂的分解的优选温度区域中操作。
该再生溶液能够恢复被热稳定酸和盐组分饱和的活性或功能位置。通常，该再生溶液除去该吸附剂的功能位置处吸附的酸和盐组分的至少约50摩尔％，更通常至少约70摩尔％，甚至更通常至少约80摩尔％。
在与再生溶液接触之后，该贫目标气体组分的吸附剂的活性或功能位置处的酸和/或盐被碱或其衍生物置换。为了从活性或功能位置除去该碱或碱衍生物，将再生吸附剂用水洗涤溶液洗涤。通常，该水溶液从该吸附剂的功能位置除去至少约70摩尔％，更通常至少约80摩尔％，甚至更通常至少约90摩尔％的碱和碱衍生物。该洗涤溶液的pH值通常在约pH 6-约pH 8，更通常地约pH 6.5-约pH 7.5的范围内。
通常，吸附剂的再生和漂洗是在约0-100℃的温度，更优选在约20-40℃的温度进行的。
作为示例，在将目标气体组分从该基于胺的吸附剂上除去之后，首先将该包含热稳定酸和/或盐(通常来自与烟气流中氮氧化物或硫氧化物的反应)的贫目标气体组分的基于胺的吸附剂与含水碳酸钠(Na2CO3(aq))接触。该热稳定盐(例如由SO2和基于胺的吸附剂生成的复合物)通过与Na2CO3的反应而分解或降解。通常该方法破坏了至少约50％，更通常至少约75％的热稳定酸和/或盐。该不再包含热稳定盐的基于胺的吸附剂用洗涤溶液漂洗以确保在吸附剂上不再残留Na2CO3(或者该吸附剂基本不含Na2CO3或其衍生物)。
该再生溶液自身可以再生并与新鲜溶液组合。其可以通过细颗粒分离器(例如旋风分离器、过滤器、膜、细固体沉降槽、倾析或洗涤回路等)以除去沉淀物，然后与新鲜碱接触以将pH值提高到所需水平。
由于将碱从吸附剂上除去，洗涤溶液的pH值可能随时间升高。为了将洗涤溶液的pH值保持在所需的范围内，其可以与酸(例如从废气中去除的酸)接触。
在任意再生系统中，从再生和/或洗涤溶液中除去选择的溶解污染物以避免在溶液循环过程中的过度聚集可能是重要的。这种溶解污染物的实例例如包括硒、碱、碱衍生物、汞、砷、铬及其混合物。这能够通过处理整个再生或洗涤溶液或只处理其渗出的流而进行。任意适合的技术都能够使用以除去至少一部分，通常至少大部分的该溶解污染物，包括沉淀、离子交换、吸附、吸收、电解、膜分离、中和等。
      用于再生吸附剂的系统
能够使用各种系统将该吸附剂与目标气体组分接触并再生和处理该载荷吸附剂。
参照图2，将吸附剂208去除(在吸附剂再生器136中除去吸附的目标气体组分之后)并在间歇式再生反应器容器(未示出)中再生和除去酸和/或盐沉积物，其中该再生过程(其中贫目标气体组分的吸附剂与再生和洗涤溶液接触)与目标气体组分(例如CO2)捕集和去除过程分开。气动、机械或其他输送机构的一些装置能够将吸附剂颗粒在吸附剂再生器136和吸附剂再生反应容器之间输送。在任一种构造中，分离器和/或再生器中吸附剂添加和取出位置都使用一个或多个挡板分隔开。
可替代地，在贫吸附剂从吸附剂再生器136(其有利于从吸附剂中去除吸附的目标气体组分(例如CO2))通到气体组分分离器128(其中吸附剂与处理气流120(或预处理气流126)中的目标气体组分相键合)的同时，可以对该贫目标气体组分的吸附剂在连续“抛光(polishing)”过程中在线再生。
将参照图3讨论该方法的第一实施例，其显示了分级流化床反应器构造。分级流化床能够用于趋近逆流接触(即无限数量的级能够得到逆流接触)。
该处理气流120进入包括第一、第二、……、第n级308a-n的流化床分离器138的下端。该流化吸附剂床通常的分级方式使得目标气体组分(例如CO2)的去除可以分布在整个该容器中。该流化床分离器的各级包括支撑吸附剂颗粒床的分布器312和冷却装置316。随着预处理气流304和吸附剂颗粒接触，该预处理气流304中的目标气体组分将吸附在吸附剂上。由于目标气体组分和吸附剂之间的吸附反应通常是放热的，因此冷却装置316通过除去热量控制任何温度的升高，并尝试在该床内以及沿该分离器138的高度保持基本恒定的温度。
尽管可以使用任意适合的冷却机构，但该冷却装置316通常是间接热交换装置，其将冷却流体移动通过该床400以在整个床体积上维持基本均匀的选定温度。图3中所示的冷却装置316是间接热交换器，其中吸附剂在板之间或在包括冷却介质的管周围移动。如图3中所示，(冷侧)冷却流体320输入各个冷却装置316中。该冷却流体从相应的吸附剂颗粒床中取出热量并形成(热侧)冷却流体324。在一种构造中，该热冷却流体324收集的热能被充分除去，并将该经冷却的冷却流体作为(冷侧)冷却流体320循环。
该分布器312将各单独的流化床级分隔开，并设计用以从底部支撑上面的流化床并随着其移动通过流化床分离器138容器而再次分布该流化气体。该分布器能够设计用以使随着流化气体通过分布器时使压力损失充分最小化，同时基本保持各级中不同的流化床水平并充分优化以将气体有效分布在整个吸附剂床上。
尽管可以使用任意适合的方法将吸附剂颗粒从一个床转移到另一个，但常用的用于将吸附剂颗粒从上部的床400移动到下部的床400的机构是通过下降管350，其能够在分离器138容器的内部或外部或二者。从图3中能够看出，相邻的下降管350彼此偏置且并不对准以防止吸附剂颗粒的短路(shortcircuiting)。
在吸附剂离开分离器138之后，其被转移到包括多级370a-z的吸附剂再生器136，与分离器138的级308a-n类似，各级包括分离器312，但与分离器138不同的是，其包括加热装置382而非冷却装置316。这些组分的上述描述同样适用于吸附剂分离器136。该加热装置382能够是任意适合的加热装置，典型的是间接热交换器。在一种构造中，该再生器136是单一流化床。在一种构造中，该分离器和再生器容器堆叠在一起使得在两个容器中不需要吸附剂输送。在另一构造中，气动、机械或其它输送机构的一些装置将吸附剂颗粒在容器之间输送。在任一种构造中，使用一个或多个挡板将分离器和/或再生器中的吸附剂添加和取出位置分隔开。
尽管能够使用吸附剂的机械输送将吸附剂从一个反应容器输送到下一个，但为了提高系统的可靠性，优选使具有移动部件的设备最少化。因此，通常使用气动输送以将吸附剂从分离器138移动到再生器136或从再生器136移动到分离器138。参照图3，来自分离器138的最下一级308n的载荷吸附剂颗粒被气动输送到再生器136的最上一级370a。载气380可以是处理和/或预处理气流120或304和/或富目标气体组分的产物气体132的滑流或溢流。在一种构造中，产物流132的滑流部分干燥并加压，然后用于将吸附剂从分离器138输送到再生器136和从再生器136输送到分离器138。在另一构造中，烟气、贫目标气体组分的烟气、水蒸气、氮气或空气用于将吸附剂从再生器136输送到分离器138。
再生器136使用温度、压力或分压的改变来再生吸附剂并释放吸附的目标气体组分，由此形成贫目标气体组分的吸附剂。在再生器136中使用温度升高再生吸附剂时，温度能够通过直接、间接或直接和间接加热的组合来升高。热输入应当足以解决改变吸附剂的温度所需的热焓以及克服释放目标气体组分和任意其他吸附物(其可能是吸热的)所需的反应焓。分离器138的操作温度通常在约25℃-约500℃，甚至更通常约30-约80℃范围内，再生器136的操作温度通常在约35-约600℃，甚至更通常约80-约150℃范围内。分离器138和再生器136之间的操作温度差通常在约5-约300℃范围内，更通常在约60-约100℃范围内。在再生器136中使用压力改变再生吸附剂时，分离器138中的(总)操作压力通常在约1-约150atm，甚至更通常约1-约80atm范围内，而再生器136的操作压力通常在约0.5-约100atm，甚至更通常约1-约20atm范围内。在使用压力改变时，分离器138和再生器136之间的操作压力差通常在约0.5-约80atm范围内，更通常在约0.5-约10atm范围内。在一种构造中，将扫气(水蒸气或水蒸气和目标气体组分的混合物)注入再生器136中。在分级流化床再生器136的情况中，该贫目标气体组分的吸附剂从最后一级370z(其中目标气体组分负载量低于其他级)取出。
该分离器138和再生器136的流化气体是不同的。在分离器128中，流化气体是从中需要分离目标气体组分或一些其他组分的气流304。在再生器136中，流化气体是目标气体组分、水蒸气、惰性气体或其组合。
为了控制吸附剂上吸附的酸性气体和/或其他酸和/或盐组分的含量，渗流下降管390(其能够在再生器136容器的内部或外部或二者)从再生器136中抽出一部分吸附剂394用于进一步再生处理。如上所述，该贫目标气体组分的吸附剂394与再生和洗涤溶液按顺序接触以形成完全再生的吸附剂用于循环到分离器138。该完全再生的吸附剂与贫吸附剂204组合用于循环到气体组分分离器138。
该方法的第二实施例将参照图4讨论。分离器128和再生器136可以连续或不连续(例如间歇操作)操作。该处理气流120通过包含吸附剂的分离器128，其除去目标气体组分并将来自处理气流120中的酸和/或衍生自其的盐收集在吸附剂表面上。将载荷吸附剂200连续或不连续地从分离器128输送到再生器136用于去除目标气体组分和酸和/或盐。通过从载荷吸附剂200上解吸目标气体组分开始再生，由此形成含目标气体组分的流体流(其可以是液体或气流)400。然后将该再生溶液404在再生器136中与该贫目标气体组分的吸附剂接触，以从该吸附剂上除去大部分的酸和/或盐沉积物并形成被污染的再生溶液408。然后该经部分处理的吸附剂在再生器136中与洗涤溶液412接触以从该经部分处理的吸附剂的表面上除去大部分的任意残余的酸和/或盐沉积物、碱和/或由酸和/或盐与碱反应得到的衍生物，以形成完全处理或再生的吸附剂420和被污染的洗涤溶液416。如上所述，能够将被污染的再生和洗涤溶液408和416中的污染物除去，然后在下一个再生循环中循环到再生器136中。该完全处理的吸附剂420连续或不连续地从再生器136输送到分离器128用于从处理气流120中除去目标气体组分。
控制器424与传感器428和阀432通过控制线436和440电连通。该控制器424包括储存在有形且非临时性的计算机可读介质(未示出)中的再生指令。该传感器428能够检测净化气流130中目标气体组分的浓度或含量。该传感器428能够使用任意已知的技术进行该检测，包括火焰离子检测器、非分散红外检测器、光离子化检测器、氧化锆传感器单元、催化传感器、金属氧化物半导体传感器、热导检测器、电化学气体传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、全息传感器、硫化氢传感器、氮氧化物传感器、硫氧化物传感器等。该阀432能够使处理气流120流动或不流动到分离器128并通过其。例如在将吸附剂移动到再生器136时，能够用阀432中止或阻塞流动。一些构造仅在处理气流120通过分离器138的同时将一部分载荷吸附剂从分离器128中去除用于在再生器136中再生，并将完全处理的吸附剂420以连续或半连续方式返回。该再生指令从传感器428接收表示净化气流130中目标气体组分含量的信号，并基于感应到的含量开启或关闭该阀432以允许吸附剂再生。
该方法的另一实施例将参照图5讨论。第一和第二分离器和再生器系统500a-b可以连续或不连续(例如间歇操作)操作。尽管可以仅使用一个容器进行分离和再生，但应当认识到通常使用多个分开的容器进行如上所述的分离和再生。处理气流120通过选定的一个包含吸附剂的分离器和再生器系统，其除去目标气体组分并在吸附剂表面上收集来自处理气流120中的酸和/或衍生自其的盐。尽管第一和第二分离器和再生器系统500a-b能够同时操作，但其通常在不连续的时间段操作。
控制器424与上游和下游的传感器504和428以及第一和第二阀508和512通过控制线516、520、524和528分别电连通。控制器424包括储存在有形且非临时性的计算机可读介质(未示出)中的再生指令。该上游传感器504与下游传感器428类似，检测净化气流130中目标气体组分和/或酸性气体的浓度或含量。该上游传感器504与下游传感器428类似，能够使用任意已知的技术进行该检测。该第一和第二阀508和512能够使处理气流120流动或不流动到各分离器和再生器系统500a,b并通过其。换言之，第一和第二阀508和512一起操作以将处理气流120的流动转向到该第一和第二分离器和再生器系统500a,b中的选定一个，由此绕过该第一和第二分离器和再生器系统500a,b的另一个。该再生指令从上游和下游传感器504和428接收各自表示处理气流120和净化气流130中目标气体组分和/或酸性气体的含量的信号，并基于感应到的含量设定第一和第二阀508和512将气流转向到所需的分离器和再生器系统。
在第一操作模式中，该处理气流120沿第一流路550和554通过第一分离器和再生器系统500a，同时绕过第二分离器和再生器系统500b。在该第一操作模式中，绕过的第二分离器和再生器系统500b中的吸附剂如上所述进行再生以从该吸附剂表面除去吸附的目标气体组分和酸和/或盐沉积物。
在第二操作模式中，该处理气流120沿第一流路558和562通过第二分离器和再生器系统500b，同时绕过第一分离器和再生器系统500a。在该第二操作模式中，绕过的第一分离器和再生器系统500a中的吸附剂如上所述进行再生以从该吸附剂表面除去吸附的目标气体组分和酸和/或盐沉积物。
第一或第二操作模式的选择是由控制器424基于分别检测到的处理气流120和净化气流130的目标气体组分和/或酸性气体的含量而进行的。换言之，当分别检测到的处理气流120和净化气流130的目标气体组分和/或酸性气体的含量表明至少预设量的目标气体组分和/或酸性气体通过吸附剂床而未被收集并因此该吸附剂处于或接近其收集容量时，控制器424操作第一和第二阀508和512中止第一操作模式并启动第二操作模式，由此使第一分离器和再生器系统500a中的载荷吸附剂完全再生。类似地，当分别检测到的处理气流120和净化气流130的目标气体组分和/或酸性气体的含量表明至少预设量的目标气体组分和/或酸性气体通过吸附剂床而未被收集并因此该吸附剂处于或接近其收集容量时，控制器424操作第一和第二阀508和512中止第二操作模式并启动第一操作模式，由此使第二分离器和再生器系统500a中的载荷吸附剂完全再生。
以这种方式，提供了二元方法，其中吸附剂可以在连续方法中再生，当吸附剂不含污染物时可以将其绕过。
      再生逻辑
现在将参照图6讨论该控制器424的微处理器可执行的(自动化的)再生逻辑。
在非必要的步骤600中，该控制器424测定输入废气(例如处理气流120)中选定污染物(例如目标气体组分和酸性气体任一种或二者)的输入浓度。
在步骤604中，该控制器424测定输出废气(例如净化气流130)中选定污染物(例如目标气体组分和酸性气体任一种或二者)的输入浓度。
在选择菱形框608中，该控制器424确定该第一和第二污染物浓度是否具有相对于彼此的确定关系。该确定关系能够采取很多形式。在一种形式中，该控制器424使用该第一(输入)和第二(输出)污染物浓度以确定该吸附剂处于或接近其收集容量的时间。当处于或接近容量时，则认为存在确定关系。在另一形式中，该控制器424仅使用第二污染物浓度。当第二污染物浓度处于或高于选定水平时，则认为存在确定关系。在另一形式中，该控制器424仅使用第一污染物浓度以确定接触该吸附剂床的污染物的量。当该量表明该吸附剂处于或接近其收集容量时，则认为存在确定关系。也可以使用本领域普通技术人员将意识到的其他关系。
当认为存在该确定关系时，该控制器424将吸附剂床隔离并启动再生序列(例如如图7中所述)(步骤612)。在图5的系统中，这意味着例如从第一操作模式进入第二操作模式或反之亦然。
当再生序列完成时，该控制器424启动用经再生的吸附剂去除污染物(步骤616)。在图5的系统中，这意味着例如从第二操作模式再次进入第一操作模式或反之亦然。在其他应用中，在该吸附剂完全再生且认为存在该确定关系时再次进入第一操作模式。
当认为不存在确定关系或在步骤616之后，该控制器返回步骤600。
实验
提供以下实施例以示例本发明的某些方面、实施方案和构造，其并不应当被解释为对后附权利要求中提出的本发明的限制。除非另外指出，所有份数和百分比都以重量计。
在实验室规模试验本发明的再生系统。第一步是将CO2吸附剂暴露于SO2。将约2.0g吸附剂放置在石英固定床反应器中，并将该反应器放置在通风橱中。然后，将1％在氮气中的SO2以100mL/min的流速运行通过该管980分钟，使得暴露总计98L气体。一旦将气体关闭，将氮气运行通过该装置以将管内的SO2冲刷出来并使暴露风险最小化。
为了制备用于除去热稳定盐(“HSS”)的溶液，将4.24g(参见计算1)Na2CO3放置在75mL去离子(DI)水中并在搅拌板上放置5分钟直至所有固体都溶解。pH值测得为12(即强碱性)。然后，将该吸附剂加入该混合物中并使其在搅拌板上混合1小时。在该时间过去之后，将吸附剂从该溶液中过滤出来并用DI水漂洗。假设一次漂洗将不足以完全去除所有残余的Na2CO3溶液，因此将该吸附剂放置在具有搅拌棒和水的烧杯中，使其搅拌15分钟的时间，然后将其过滤出并然后用新鲜的DI水再搅拌15分钟。该漂洗过程完成三次，然后溶液达到接近7的pH值(即中性)。
因此试验结果确定所公开的系统能够将该CO2吸附剂返回到中性的pH值水平。这能够实现延长吸附剂寿命由此降低操作成本的目的。
能够使用本发明的多种变型和改进。将会可以提供本发明的一些特征而不提供其他特征。
例如，在一种可替代的实施方案中，自动化的控制逻辑仅在确定的时间进行再生，而不管吸附剂除去目标气体组分的剩余容量如何。
在另一可替代的实施方案中，使用自动化程度较低的控制逻辑，因为一个或多个步骤是手动进行的。
本发明在各种方面、实施方案和构造中包括此处充分描绘和描述的组分、方法、过程、系统和/或设备，包括其各种方面、实施方案、构造、子自合和子集。本领域技术人员在理解了本发明之后将认识到如何制备和使用该各种方面、实施方案和构造。本发明在各种方面、实施方案和构造中提供包括不存在此处未描绘和/或描述的项目的设备和方法，或者在各种方面、实施方案和其构造中包括不存在可能在之前的装置或方法中已经使用过的项目的情况，例如用于提高性能、容易实现和/或降低实施成本。
前面已经对本发明进行了讨论用于示例和描述。前述并不意于将本发明限制到此处公开的形式。例如在前面的详细描述中，本发明的各个特征被共同分组在一个或多个方面、实施方案和构造中用于使本发明简单化。本发明的方面、实施方案和构造的特征可以结合在可替代的非上述讨论那些的方面、实施方案和构造中。本发明的方法并不应当被解释为反映了要求保护的发明需要比各权利要求中明确叙述的更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的那样，发明的方面在于比单一前述公开方面、实施方案和构造的所有特征更少。因此，以下权利要求由此并入此处的详细描述中，各权利要求自身独立地为本发明的单独的优选实施方案。
而且，尽管本发明的说明书包括了对一种或多种方面、实施方案和构造和某些变型和改进的描述，但在理解了本发明之后，其他变型、组合和改进也再本发明的范围之内，例如可以在本领域技术人员的技能和知识之内的。意于获得以被允许的程度包括可替代的方面、实施方案和构造的权利，包括要求保护那些的可替代的、可互换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤，无论这种可替代的、可互换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤是否在此处被公开，且并不意于公开捐献任何可专利的主题。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
接收气流，该气流包括目标气体组分和至少一种酸性气体，该至少一种酸性气体与该目标气体组分不同；
将该气流与吸附剂接触以除去至少一部分该目标气体组分以形成净化气流和载荷吸附剂，该吸附剂还除去一部分该至少一种酸性气体；
从该载荷吸附剂上除去至少大部分被除去的至少一部分该目标气体组分以形成贫吸附剂，该贫吸附剂包括至少大部分该被除去部分的该至少一种酸性气体和/或其盐；和
将该贫吸附剂与再生溶液接触以除去至少大部分该被除去部分的该至少一种酸性气体和/或其盐并形成经完全处理的吸附剂用于循环到该气流接触步骤。
2.权利要求1的方法，其中该目标气体组分是碳氧化物，其中该至少一种酸性气体是一种或多种硫氧化物、氮氧化物和硫化氢，其中该吸附剂是基于胺的吸附剂，且其中该再生溶液具有至少约pH 10的pH值。
3.权利要求2的方法，其中该酸性气体包括SO2，其中该目标气体组分是CO2，其中该再生溶液包括碱，其中该接收的气流中至少大部分的CO2被该吸附剂除去，其中通过变压、变温及其组合中的一种或多种将CO2从载荷吸附剂上除去，且其中该吸附剂是固体的形式。
4.权利要求1的方法，其中在相邻的吸附剂组分之间的键和在吸附剂组分与相邻的吸附剂基体之间的键强于吸附剂组分和目标气体组分之间的键和吸附剂组分与至少一种酸性气体和/或其盐之间的键。
5.权利要求4的方法，其中该再生溶液不显著影响相邻吸附剂组分之间和吸附剂组分与相邻的吸附剂基体之间的键的强度。
6.权利要求5的方法，其中该再生溶液包括碱，该碱是至少一种碱金属的或碱土金属的碳酸盐、至少一种碱金属的或碱土金属的氢氧化物、醇盐、金属氧化物、氨、金属胺、羧酸盐、膦、醚、酮、烯烃和CH3 -。
7.权利要求1的方法，进一步包括：
在贫吸附剂与再生溶液接触之后，将该吸附剂与洗涤溶液接触以除去在与再生溶液接触之后在该吸附剂上的任何沉积物。
8.系统，包括：
气体组分分离器，经配置以(a)接收气流，该气流包括目标气体组分和至少一种酸性气体，该至少一种酸性气体与该目标气体组分不同；和(b)将该气流与吸附剂接触以除去至少一部分该目标气体组分以形成净化气流和载荷吸附剂，该吸附剂还除去一部分该至少一种酸性气体；
吸附剂再生器，经配置以从该载荷吸附剂上除去至少大部分被除去的至少一部分该目标气体组分以形成贫吸附剂，该贫吸附剂包括至少大部分该被除去部分的该至少一种酸性气体和/或其盐；和
再生容器，经配置以将该贫吸附剂与再生溶液接触以除去至少大部分该被除去部分的该至少一种酸性气体和/或其盐并形成经完全处理的吸附剂用于循环到该气体组分分离器。
9.权利要求8的系统，其中该目标气体组分是碳氧化物，其中该至少一种酸性气体是一种或多种硫氧化物、氮氧化物和硫化氢，其中该吸附剂是基于胺的吸附剂，且其中该再生溶液具有至少约pH 10的pH值。
10.权利要求9的系统，其中该酸性气体包括SO2，其中该目标气体是CO2，其中该再生溶液包括碱，其中该接收的气流中至少大部分的CO2被该吸附剂除去，其中在该吸附剂再生器中，通过变压、变温及其组合中的一种或多种将CO2从载荷吸附剂上除去，且其中该吸附剂是固体的形式。
11.权利要求10的系统，其中在相邻的吸附剂组分之间的键和在吸附剂组分与相邻的吸附剂基体之间的键强于吸附剂组分和目标气体组分之间的键和吸附剂组分与至少一种酸性气体和/或其盐之间的键，且其中该再生溶液不显著影响相邻吸附剂组分之间和吸附剂组分与相邻的吸附剂基体之间的键的强度。
12.权利要求11的系统，其中该再生容器进一步经配置以在贫吸附剂与再生溶液接触之后，将该吸附剂与洗涤溶液接触以除去在与再生溶液接触之后在该吸附剂上的任何沉积物。
13.权利要求8的系统，进一步包括：
控制器，其包括存储在非临时且有形的计算机可读介质上的微处理器可读取和可执行的指令，其在执行时，测定接收的气流和/或净化气流中的该目标气体组分和/或至少一种酸性气体的浓度，且在认为关于该接收的气流和/或净化气流中的该目标气体组分和/或至少一种酸性气体的测定的浓度之间存在确定关系时，开始该载荷吸附剂的再生。
14.在用于从气流中去除目标气体组分的系统中，该气流包含目标气体组分和至少一种酸性气体，该至少一种酸性气体与该目标气体组分不同，通过将该气流与吸附剂接触以除去至少一部分目标气体组分以形成净化气流和目标组分载荷的吸附剂，该吸附剂还除去一部分该至少一种酸性气体，非临时且有形的计算机可读介质，其包括微处理器可读取和可执行的指令，该指令在执行时进行包括以下的操作：
测定该气流和净化气流的至少一个中的该目标气体组分和/或至少一种酸性气体的浓度，且在认为关于该气流和净化气流的至少一个中的该目标气体组分和/或至少一种酸性气体的测定的浓度之间存在确定关系时，进行以下子操作：
从该载荷吸附剂上除去至少大部分被除去的至少一部分该目标气体组分以形成贫吸附剂，该贫吸附剂包括至少大部分该被除去部分的该至少一种酸性气体和/或其盐；和
将该贫吸附剂与再生溶液接触以除去至少大部分该被除去部分的该至少一种酸性气体和/或其盐并形成经完全处理的吸附剂用于循环。
15.权利要求14的计算机可读介质，其中该指令在执行时，基于被认为是否测得存在关系，在该系统的第一和第二操作模式之间进行选择，其中在第一操作模式下，气流通过第一气体组分分离器但不通过第二气体组分分离器，第一气体组分分离器所用的第一吸附剂不再生，第二气体组分分离器使用的第二吸附剂进行再生；且其中在第二操作模式下，气流通过第二气体组分分离器但不通过第一气体组分分离器，第二气体组分分离器使用的第二吸附剂不再生，第一气体组分分离器使用的第一吸附剂进行再生。
16.权利要求14的计算机可读介质，其中该测得的关系评估吸附剂的使用中和未使用吸附容量中的至少一种。
17.权利要求14的计算机可读介质，其中该目标气体组分是碳氧化物，其中该至少一种酸性气体是一种或多种硫氧化物、氮氧化物和硫化氢，其中该吸附剂是基于胺的吸附剂，且其中该再生溶液具有至少约pH 10的pH值。
18.权利要求17的计算机可读介质，其中该酸性气体包括SO2，其中该目标气体组分是CO2，其中该再生溶液包括碱，其中该接收的气流中至少大部分的CO2被该吸附剂除去，其中在吸附剂再生器中通过变压、变温及其组合中的一种或多种将CO2从载荷吸附剂上除去，且其中该吸附剂是固体的形式。
19.权利要求18的计算机可读介质，其中在相邻的吸附剂组分之间的键和在吸附剂组分与相邻的吸附剂基体之间的键强于吸附剂组分和目标气体组分之间的键和吸附剂组分与至少一种酸性气体和/或其盐之间的键，且其中该再生溶液不显著影响相邻吸附剂组分之间和吸附剂组分与相邻的吸附剂基体之间的键的强度。
20.权利要求19的计算机可读介质，其中该再生溶液与该贫吸附剂在再生容器中接触，其中该再生容器进一步经配置以在该贫吸附剂与该再生溶液接触之后将该吸附剂与洗涤溶液接触以除去在与再生溶液接触之后在该吸附剂上的任何沉积物。
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