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CN102076398A - 含尘湿气的处理方法 - Google Patents

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CN102076398A CN2009801252577A CN200980125257A CN102076398A CN 102076398 A CN102076398 A CN 102076398A CN 2009801252577 A CN2009801252577 A CN 2009801252577A CN 200980125257 A CN200980125257 A CN 200980125257A CN 102076398 A CN102076398 A CN 102076398A
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A·达德
A·贝尔特勒莫特
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Abstract

一种使用变压吸附装置从原料气中生产富含CO2的气体的方法，其中原料气含有10-75摩尔％的二氧化碳(CO2)，水蒸气，选自氢气、CO、甲烷、氮气、氧气和氩气中的至少一个成分，和固体颗粒，其特征在于原料气在PSA装置的上游被至少部分干燥后进入所述的PSA装置，且原料气中的固体颗粒浓度是0.01-100mg/m3。

Description

含尘湿气的处理方法
本发明涉及一种从原料气生产富含CO2的气体的方法，其中原料气含有二氧化碳(CO2)，选自H2、N2、CH4、CO、O2和氩气的至少一个成分，水蒸气-任选地含有杂质例如NOx和/或SOx-以及浓度为0.01-100mg/m3的固体颗粒，其特征在于原料气在变压吸附装置(PSA)的上游至少被部分干燥，从而防止固体颗粒在变压吸附装置中结块。
气候变化是当今最严重的环境挑战之一。大气中二氧化碳浓度的增加是导致全球变暖的主要原因。由于人类原因排放到大气中的二氧化碳主要是火电厂化石燃料的燃烧产生的，或者是由水泥工厂或钢铁工厂制造的。
为了对抗二氧化碳的排放，设计了一种捕获在燃烧含碳燃料时排放的二氧化碳、并将其运输和/或封存在地下的技术。
需要注意的是，从中捕获二氧化碳的气流中还含有氮气、氧气、氩气、氢气、甲烷和/或一氧化碳，所述捕获导致该气体富含上述这些产物。已贫化二氧化碳的气流然后可被用在相邻的工艺过程或可以在生产它的工艺流程中循环利用。因此，生产富含二氧化碳的气体的方法也可以看作是一种从被处理气体中除去二氧化碳的方法，这两种自动关联的功能能够同时进行。例如，在高炉中循环使用已除去二氧化碳的气体能够使一氧化碳和氢气得到利用，与此同时富含二氧化碳的级分能够被封存起来。
在所有情况下，二氧化碳问题都需要通过从工业所产生的各种含有二氧化碳的气体中提取至少一部分二氧化碳出来进行解决。有许多用来捕获这些二氧化碳的方法。其中的一种方法是吸附。二氧化碳能够在高温下被捕获，也就是150℃以上，或者与之相反的是，在大约常温下，含二氧化碳气体的温度则优选地是在60℃以下。
吸附装置可以为PSA类型。
当通过降压进行再生时，其包括了一个PSA(变压吸附)工艺；PSA工艺是指实际的变压吸附过程，其中吸附状态发生在压力大大高于大气压时；VSA(真空变压吸附)工艺，其中吸附状态发生在大约大气压时，并在真空下再生；VPSA以及类似工艺(MPSA、MSA，等)，其中吸附状态发生在几巴的压力下，并在真空下再生。这种类别还包括通过吹扫气冲洗再生的系统，所述吹扫气可能来自工艺本身之外。在这种情况下，杂质气体的分压实际上被降低了，从而可以进行解吸。这些装置中的任何一个在下面都可以缩写为PSA。
PSA和VPSA装置(在中等压力下吸附，一般为2-10巴的绝对压力，并在适中的真空下再生，通常高于250毫巴绝对压力，优选在大约350-500毫巴的绝对压力下)对于不同类型的分离已经被广泛地研究：高纯度的氢气产品，空气中分离氧气和/或氮气，CH4/CO2混合物中分离甲烷，合成气中分离CO，等。这些变压吸附过程通过熟知的基本步骤构成：吸附步骤、平衡步骤、提供吹扫、降压、吹扫、再加压、冲洗。
这些步骤能够依次进行或某些可能是同时进行的。以相对于不同应用的多个不同PSA流程中所用的循环过程的描述为例，循环过程能容易地与捕获至少一部分CO2相适应。
-EP1004343描述了一个最初开发用于氢气的变压吸附循环过程，其有两个再生压力水平，并有4个吸附器和一个平衡过程。
-EP1095689描述了一个循环过程，其具有2个用来从空气中生产氧气的吸附器，循环过程包括一个用未吸附气体进行再加压的过程，一个平衡过程，一个用原料气进行最后再加压的过程，一个生产步骤，一个部分使用真空泵的降压步骤，以及一个吹扫阶段。
-US4840647描述了具有两个吸附器的循环过程，其尤其特别地适应于捕获容易吸附的成分，例如CO2。
-EP1023934描述了氢气PSA的循环过程，其将部分低压废气循环到待处理气体中。
-US6287366描述了氧气VSA的循环过程，其描述了以下结合步骤：如通过吸附器的两边同时进行降压、用两种不同流体进行再加压等。
在文献中描述的大多数循环过程是针对生产不容易吸附的气体，更容易吸附的气体构成废气。但是这种类型的循环过程不能用来捕获CO2。在这种情况下，例如PSA将对轻气体中的CO2含量进行调整。事实上，在低压下生产的富CO2的馏分与在吸附压力下生产的贫化CO2的流体是相等的。
US2007/0261551涉及一种CH4/CO2的分离方法，其提供了一个氢气PSA循环的例子，所述循环过程具有一个高压吸附状态、两个平衡过程、一个利用吹扫进行并流降压的过程、一个最终降压过程、一个利用之前回收的气体和产品气进行低压吹扫的过程、以及一个利用原料气和产品气进行最终再加压的过程。
这种类型的循环过程能够任选地通过增加步骤来进行改善，尤其是对于最容易被吸附的气体，在这是指CO2。这些额外的步骤实质上是将降压过程中排出的部分气体回收至原料气或者直接回收至另一个吸附器的步骤。在后面的情况下，这称为冲洗阶段。回收至原料气的过程主要在于从逆流降压或吹扫步骤的PSA排出含CO2成分最少的气体，从而得到CO2含量更高的废气。这样一来，富含CO2废气中较少的最轻馏分(氢气、一氧化碳、甲烷等)就会明显减少，并且它们能够在另一个装置中被利用。
US4077779描述了具有4或6个吸附器的循环过程，所述循环过程包括回收部分吹扫气体到原料气或直接到另一个吸附器的步骤，以及一个用来自PSA外部的气体进行吹扫的步骤。所述的这种循环过程能用于氢气的生产以及甲烷/二氧化碳的分离。
该文献中还描述了从合成气中分离一氧化碳的循环过程。这种情况下，在专用于一氧化碳的吸附剂上，一氧化碳是最容易被吸附的气体。这种类型的循环过程在进行吸附剂的替换后，能够直接转换用于捕获不易被吸附的气体中的CO2。
CO2的封存主要在生产大流量的富含CO2气体的装置中应用。在这些富含CO2的气体中，包括来自电厂的含碳燃料废气，特别是燃料的有氧燃烧、来自水泥厂的气体、来自炼钢过程中产生的气体、或者甚至是来自部分氧化或含碳燃料的蒸汽重整过程中的合成气。这些气体中除了含CO2之外，一般还含有水蒸气和灰尘。本领域习惯上采用以下方法来除去大部分灰尘：静电过滤器、水洗、文丘里、旋风分离器、静态的盒式或袋式过滤器、动态的在操作中可再生的过滤器(通过反向气体的脉冲冲洗)、并行安装的且能够再生或替换的分离式过滤器、保持工作的主要装置。一个总的过滤器的使用少不了一个只允许尺寸为气体分子的成分通过的介质，并且一般在过滤后，这些气体含有残留的灰尘，其不会造成特别的问题，因为一般被排放到空气中、烧掉或者在不用其它处理的情况下回收。更准确地说，这种气流含有少于50至100mg/m3的固体物质，甚至一般少于20mg/m3(为了表达更清楚，m3，在这里以及下文，是指在0℃和大气压下每立方米的气体，即使在本领域中，它实际上也经常是指立方米，但是每次都需要指出压力和温度)。
气体中所含的灰尘数量以及粒径的分布通过任何一个已知的方法可以获知，这些方法在这里没有进行叙述。下面，当谈及粒径分布时，都是采用微米表示，且指的是颗粒的主要尺寸(对于一个长圆柱体指长度，对于一个基本上为球形或立方体的颗粒是指其外接球的直径)。所提及的比例是有关粒径小于或大于指定值的颗粒的数量。
看起来那些细小的残留灰尘(在经过过滤或任何初步的捕获后)在没有液态水的情况下，能通过变压吸附装置的不同组件而不会有什么特别的问题，它们能够容易地通过气体传送，但是当存在湿气时，灰尘就会容易结块和沉积。上面的现象能够清楚地出现于连续地在水分饱和区域以及水分不饱和区域中进行工艺流程的工业装置中。在饱和的情况下，沉积被系统地观察到，而在非凝结区域没有灰尘的聚积。由于有过滤器的存在，发现每立方米颗粒的数量或粒径的分布并不是是否发生沉积的主导原因，而湿气(液态水)的存在才无疑是主导原因。
事实上，当同时含有水蒸气、灰尘和大量CO2的气体通过吸附装置、特别是变压吸附过程中进行处理时，由于CO2的吸附-脱附，它会经受很强的热效应。即使气体在室温下以及在处于或者高于它的冷凝点的温度下进入吸附器，吸附器中也会在生产过程中产生冷点，带来其通道温度低于水的冷凝点。
这些问题由于以下原因明显会加剧，每个循环过程都会有冷凝阶段，同时细小颗粒在经过干燥阶段后会结块，比如在吸附阶段，就会造成灰尘连续地沉积并附着于它们的载体上。
这些结块的沉积物会最终覆盖住吸附剂颗粒或者至少会堵塞吸附剂的微孔，阻碍不同仪器间的连通，使必要的设备、包括阀门停止工作。后者密闭性的损失会使PSA的操作变差，特别是性能的降低或者甚至造成系统的阻塞。当吸附剂部分被损坏后也会发生同样的情况。
在CO2的VSA的情况下，由于吸附床的压力效应比变压吸附装置的要弱，吸附床本身的热效应可能会没有这么严重，但是如果富含CO2的气体被再加压，真空泵中可能会发生冷凝。
对于这个问题，Li Gang等的文章“通过沸石13X的真空变压吸附从高湿度烟道气中捕获CO2”，吸附(2008)14：415-422，讲述了产生冷点以及在真空泵中发生水冷凝的问题。
实际上，当使用变压吸附装置时，通常不经过在先的干燥就在所述装置中直接对湿气进行处理。出于这个目的，可以采用用于阻挡水分的不同特定吸附剂。
例如，Ralph Yang的文章：“通过吸附进行气体分离”，巴特沃斯出版社1987，特别教导了水蒸气会被沸石很强烈地吸附并且当沸石用于分离、比如空气的分离时会造成严重的问题，因此趋势是利用硅胶或活性氧化铝来阻挡水分，并将这种汽提过程与主要的利用沸石的汽提过程结合起来。这样自然就增加了同一吸附器中多层床的使用，且吸附剂的每层都能用于阻挡杂质。
类似地，氮气变压吸附、氢气变压吸附和其它变压吸附能直接向设备提供空气，从而处理湿的原料气。与这里提到的变压吸附相对类似，用于生产CO2、同时还有氢气的变压吸附也是这种情况。Douglas Ruthven等的文章：“变压吸附”，对这个问题进行了详细的阐述，这篇文章中教导了通过第一系列的吸附床对水分进行阻挡。
一般来说，在没有什么特殊问题，例如灰尘的情况下，本领域技术人员不会将变温吸附和变压吸附的吸附装置串联安装，但是会通过调整它的工艺和吸附剂从而在单个变压吸附装置中进行需要的分离。特别地，原料气中存在水分的问题是众所周知的，并且在这种情况下操作的变压吸附类型的解决方案现在也是众所周知了，就像以上给出的不同例子中所示的那样。
为了解决因存在水分而发生的灰尘沉积问题，可在变压吸附装置的上游安装一个完整的过滤过程。在这种生产量很大的情况下，通常在低压下，过滤的表面区域以及设备都必须非常大。
作为另一种可选方式，可以通过改进清洗技术以及清洗阶段的数量来除去所有的残留灰尘，或者至少使得残留的成分足够低，从而不会在一年或多年内产生结块从而导致设备产生问题。简单的计算进入系统的灰尘数量，同时考虑以上所提到的巨大的处理生产量，从而得到待处理气体中可接受的残留值低于约10mg/Nm3，优选为约一微克每Nm3。这两种技术能够串联使用。这样的直接成本(投资)和间接成本(气体的压降、泵的能源等)会非常高。
另一种解决方式就是在足够高的温度下操作，从而在任何环境中都保持吸附装置在冷凝点的温度以上，包括在吸附器中和辅助设备中。对于以上提到的常规吸附剂，温度的提高会很大地降低其吸附能力，同时这种装置的效率就会不足。真空泵送热气由于花费以及能源的原因也会非常昂贵。然而，这些解决方法还处于研究阶段，现阶段还不具备确定性。
在此基础上，所出现的问题是提出一种通过变压吸附装置生产富CO2气体的方法，通过这个方法固体颗粒在变压吸附装置中的结块会减少。
本发明的一种解决方案是一种采用变压吸附装置从原料气中生产富CO2气体的方法，所属原料气含有：10-75摩尔％的二氧化碳(CO2)，水蒸气，选自氢气、一氧化碳、甲烷、氮气、氧气、氩气的至少一个成分，和固体颗粒，其特征在于原料气在PSA装置的上游至少被部分干燥，且进入到所述PSA装置时的固体颗粒的浓度是0.01-100mg/m3。
需要注意的问题是当讲到将对待处理气体进行“干燥”时，是指除去其所含有的至少部分水分，并且不仅仅是通过提高温度使气体的饱和度降低。
颗粒是指在待处理气体的压力和温度条件下的固态有机或无机成分。这些颗粒可能是用于上游处理过程的基础原料的碎屑，其没有发生反应(例如煤灰)，或夹带的反应产物。它们可能含有金属，特别是重金属。它们还可能是由烟尘组成。通常它们被称为“灰尘”。
根据需要，本发明方法可以具有以下特征之一：
-原料气还含有至少一种杂质，其来自于包括一氧化氮和二氧化氮的氮氧化物(NOx)，以及包括二氧化硫的硫氧化物(SOx)；
-进入所述PSA装置的原料气中的固体颗粒浓度是0.1-50mg/m3，优选是1-20mg/m3；
-大部分的固体颗粒的粒径小于20微米，一般更多地是小于5微米；大部分是指至少50％数量的固体颗粒；
-待处理气体中至少10％重量的颗粒的粒径小于1微米；
-原料气至少被部分干燥从而得到等于或小于50％的相对湿度，优选的是小于10％；
-原料气至少被部分干燥从而得到低于10ppm摩尔的水分含量，优选的是低于1ppm摩尔；
-原料气通过经过TSA吸附装置进行干燥；
-TSA吸附装置含有一种或多种吸附剂，所述吸附剂选自3A分子筛、无掺杂的活性氧化铝和硅胶；
-干燥的原料气在变压吸附装置的上游进行加压；
-PSA装置的第一层吸附剂选自活性氧化铝、硅胶和活性炭；
-原料气在干燥前被加压，所述的加压可以至少部分是绝热的，也就是说，没有在每个压缩阶段对加压气体进行系统冷却。但是，加压气体可能经过了冷却，并且冷凝水最好与输送到干燥器中的气流进行分离；
-原料气是来自燃料电厂的废气、水泥厂的气体、合成气或者是在炼钢过程中所产生的气体。
TSA(变温吸附)装置是指利用升温将吸附阶段吸附的水分进行脱附的装置。
在TSA装置中，优选采用的是不吸附或吸附极少量CO2的吸附剂，例如3A筛、无掺杂的活性氧化铝、硅胶。如果需要，再生过程可以在等于吸附压力或接近吸附压力的压力下进行，从而避免减压或脱附的影响。如果需要，在吸附器的内部或外部进行热隔离也可以防止热量的损失。
所述装置被设计成在CO2变压吸附装置中不会产生随后的水冷凝，如果需要，还包括在辅助装置中，或处理从CO2变压吸附装置中排出的富含CO2气体的装置，例如压缩机。
需要注意，在很多情况下，通过热交换器/水分离器系统中的冷点进行部分干燥可能足以防止在PSA装置和/或相关装置中的水分冷凝。例如在吸附和再生过程间有限的压力比(或压力差)下进行PSA操作的情况，例如吸附压低于10巴的绝对压力且再生过程的压力约为大气压。吸附剂吸附CO2的容量是有限的，例如硅胶，产生冷点现象的可能比沸石吸附剂要小。如果PSA所产生富含CO2的气体没有在低于其水饱和点的情况下进行再加压或者冷却，那么对其进行部分干燥可能也足够了。通过冷点进行干燥是指将被处理气体从温度T1，例如40℃冷却至显著更冷的温度T2，例如8℃，再将冷凝水除去并将气体加热至接近它最初的温度T1，比如这里是指35℃，或者至少比温度T2高，例如达到20℃。对于这种通过冷点进行干燥过程的类型，所述干燥器(热交换器、水/气分离器)中可装有一个内置的清洗系统，从而防止因同时存在液体和固体颗粒而导致的阻塞。
如上所述，在大多数情况下，原料气的量非常大-数十万Nm3/h-并且通常在吸附阶段使用多个并联设置的吸附器。这种工艺常用于可能具有四或五个吸附步骤的氢气PSA，并且能毫无问题地转换为CO2变压吸附，其具有多个同时处于吸附阶段的吸附器。
吸附器还可以形成群组，如含有2、3或4个并联运行吸附器的群组。按照这种方式，包括六个阶段，且用六个非常大的吸附器来运行的CO2PSA循环周期实际上可以由12或18个较小的吸附器来构成。这种处理大生产量的两种选择可以互补：比如含有两个吸附器的两个群组可以在吸附阶段同时运行。
氢气PSA可以以较少数量的吸附器用同样的方式在称为降级模式下运行，降级运行模式容易被用于CO2PSA，从而万一当一个或多个吸附器发生问题(一般是阀的问题)时可以运行。总之，效率较低的阶段，比如平衡或者回收阶段被除去了，从而使它的运行可以满足主要的要求，例如纯度的要求。
如果所述CO2PSA循环周期能与已经使用的循环周期类似，尤其与H2PSA循环周期类似，所述CO2PSA吸附剂必须适应此工艺。它们通常包括几个连续的具有不同性质的吸附剂层。
一般主要的吸附剂是硅胶(按体积计40-80％)。这种吸附剂的特性如下：化学组成：SiO2＞96wt％，Al2O3＜4wt％，比表面积(BET)：550/775m2/g，内部孔隙体积：0.3/0.5ml/g，床的体积密度：550/800kg/m3。特别的是，一个例子是巴斯夫公司Sorbead LE-32硅胶的产品手册上介绍了这样的应用，其平均特性是：化学组成：SiO2约为99.5wt％，Al2O3约为0.5％，比表面积(BET)：750m2/g，内部孔隙体积：0.45ml/g，床的体积密度：600kg/m3。
按照原料气中存在的杂质，操作条件以及性能目标，特别是加压产品气中的CO2含量和尾气中的CO2纯度，在硅胶层的这种床的前面或后面使用了不同的吸附剂层：活性氧化铝和/或掺杂的活性氧化铝，与主体床特性不同的硅胶，例如用来抵抗液态水的存在的硅胶例如巴斯夫Sorbead WS，高度活化(化学方式或用蒸汽)的活性炭，其特征在于大的孔隙体积(＞0.6ml/g)，大的平均孔隙大小(＞15埃)和/或低密度(＜450kg/m3)。
上层，即在吸附方向上，跟随主体硅胶层，可由密度更大的活性炭(密度＞450kg/m3)组成，例如NORIT RB，和/或一种A、Y或X(或LSX)类型的的沸石，例如来自以下公司的商品：UOP(NaY、13XHP、APG、APGII、APGIII等)，CECA(G5、G5DC、G5CO2M、G5CO2MLZ、G5CO2LZ等)，Zeochem(Z10-02、Z 10-02ND等)，Grace Davison(Sylobead MS C等)，CWK等。
这些同样在市场上可以买到的吸附剂-不同来源以及活化程度不同的活性炭、氧化铝、不同孔隙度的硅胶、以及A、Y、X类型的沸石，可以任意地替换-可以通过许多其它的特性来界定，所述特性与它们在标准状态或操作状态下吸附不同气体的能力以及热交换能力相关。本申请的目的并不是在此说明此类数据。
这同样适用于这些吸附剂的动力学，其通过不同的实验捕施测试，并比如关联PSA CO2的循环周期时间。实际上，对于所提到的产物以及所采用颗粒的工业尺寸，可以通过吸附剂颗粒的大小对其动力学进行控制，并且本领域技术人员会使颗粒的直径或者等效直径与所选用的方法相适用。等效直径一般是1-4mm。
对于可用的每个循环周期过程，许多最优化参数仍然存在，比如步骤持续时间的选择，特定截止压力的选择(比如：平衡阶段结束以及吹气阶段开始的压力)。这些最优化参数可以通过吸附模拟器的方法确定。这些模拟器可以在市场上得到，但是许多公司使用的是其内部开发的工具。以下文献有对这种模拟器的描述：《Trans ICemE，A部分，化学工程研究和设计，2006，84(A3)：192-208。
这些模拟器可以同优化发动机耦合后根据各种需要(如纯度等)对多个参数进行调整(如处理量、中间压、阶段时间等)，从而可以优化参数(如CO2提取率)或功能(如特定的分离能)。
吸附步骤的持续时间一般在30秒和3分钟之间。吸附阶段的持续时间相应地取决于所考虑循环阶段的吸附状态的总数量。例如，具有45秒的阶段时间和两个连续吸附步骤的CO2PSA装置的总吸附时间就是90秒。
现在通过附图1-3对本发明进行更详细的描述。
图1描述了一种CO2 PSA装置(11)直接生产富含CO2馏分的简单方法，所述馏分中的CO2含量足够高从而可以通过机器(12)进行加压并生产直接可用的组分(4)。待处理气体(1)在TSA(10)中进行干燥，且干燥的部分(2)被送至PSA中。从PSA(5)中排出的贫CO2馏分可用于TSA的再生。另一种方法是，再生过程可以在有氮气或者任何其它足够干燥气体的情况下进行，其随后地应用不会受水存在的影响。待处理气体中的CO2含量一般来说是相当高的，例如40-75摩尔％。
在存在TSA的情况下，颗粒中粒径最大的级分在吸附床中被拦截下来并被再生气体所夹带。一般会对上述级分进行回收或者燃烧。对应灰尘颗粒的级分进入PSA。其大多数一般随着废气排出，即与富含CO2的气体。设备中不会发生沉积并且装置能够在不出现什么特殊问题的情况下运行。
在不存在TSA的情况下，原料气中的湿气会在第一吸附层中被吸附，并且之后会出现在富含CO2的级分中。在吸附器中较低的级分和/或加压过程中，冷凝的发生取决于吸附剂中所采用的PSA方法。这些就是颗粒容易被捕获、在一起结块以及形成沉积物的所有位置。
图2描述了增加冷却箱(13)来提高CO2含量，在它使用前(8)。从冷却箱中排出的废气(7)可任选地循环至PSA CO2的入口。
冷却箱的目的是用来更好地冷凝CO2，因为存在其它气体比二氧化碳“更轻”，包括氮气、氧气、氩气、氢气、甲烷和一氧化碳。得到的液体(或者当CO2蒸发时为相应的气流)比如此处理的流体中的CO2含量高得多。原料气的CO2含量一般是25-70摩尔％。之前关于颗粒沉积的论述在这同样适用。
图3描述了不同于图1中方法的另一种方法，其中待处理气体(1)必须在干燥(10)前进进加压(17)。提供了终极的冷却步骤(18)，并在气/液分离器(19)中进行冷凝水(21)的分离。一个冲洗系统可位于分离器(9)中，也可任选地位于冷却器(18)或压缩机(17)中。因为对水分的冷凝进行了控制，也就是说，已知是在热交换器中进行的，那么显然可以采取一些有效的对策，例如连续或间歇地注入水分。当沉积在吸附剂上或者设备(吸附器封头、阀门等)的大范围上发生时，这种解决方式就明显不再适用了。还需要注意的是PSA的冷点取决于可发生相当规律变化的操作条件。这同样适用于沉积的位置。通过干燥的原料气(2)的级分(9)可以对干燥器在这里进行再生。一般对存在的水分进行冷却和冷凝后，可以在压缩机的入口再次注入气体。
在每个这些情况中，干燥装置(10)可以包含2个吸附器，一个在吸附阶段中，并且一个在再生阶段(加热后冷却)中。
很明显还可以使用具有很多个圆筒的更复杂的循环过程。一般来说，可具有一个或多个吸附层，所述吸附层选自活性氧化铝、硅胶、活性炭、沸石、特别是3A类型的沸石。
PSA装置(11)也可包括几个层。优选地，第一层或层组包括选自活性氧化铝、硅胶和活性炭的吸附剂。后面的层可以包含沸石或者MOF(有机金属结构)。
TSA的吸附压力优选是1.5-30巴的绝对压力，并且PSA(或者VSA)装置的压力优选是1.3-30巴的绝对压力。
干燥的气体可任选地在PSA装置之前加压。
TSA和/或PSA的吸附器可以是具有垂直轴或水平轴的圆柱形，或优选地是可处理高生产量(例如高于150000Nm3/h)的放射状。
需要注意的是，用于在PSA的上游对所述处理气体进行干燥的TSA装置可能会有意或无意地阻挡存在于这类处理气体中的其它成分，这取决于所使用的吸附剂。实际上，众所周知的是由燃烧或冶金过程产生的气体实际含有很多痕量的成分。
还需要注意的是，实际上在PSA装置的上游对原料气进行干燥可以减少对不锈钢或者其它高成本原料的损耗，而有利于采用普通碳钢。实际上，被CO2和/或NOx和SOx所饱和的冷凝水可能具有很强的腐蚀性。由于氧气的存在通常会加剧这种腐蚀。干燥器的额外花费可以因此至少通过材料上的节约而弥补一部分。

Claims (13)

1.一种使用变压吸附装置从原料气中生产富含CO2的气体的方法，其中原料气含有10-75摩尔％的二氧化碳(CO2)，水蒸气，选自氢气、CO、甲烷、氮气、氧气和氩气中的至少一个成分，和固体颗粒，其特征在于原料气在变压吸附装置的上游被至少部分干燥并以0.01-100mg/m3的固体颗粒浓度进入所述的变压吸附装置。
2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于原料气还含有至少一种杂质，所述杂质来自于包括一氧化氮和二氧化氮的氮氧化合物(NOx)，以及包括二氧化硫的硫氧化物(SOx)。
3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于进入所述变压吸附装置的原料气中的固体颗粒浓度是0.1-50mg/m3，优选1-20mg/m3。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于大部分的固体颗粒的粒径小于20微米，更一般地是小于5微米。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于待处理气体中至少10％的颗粒的粒径小于1微米。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于原料气至少被部分干燥得到等于或小于50％的相对湿度，优选小于10％。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于原料气至少被部分干燥从而得到低于10ppm摩尔的水分含量，优选的是低于1ppm摩尔。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于原料气通过经过变温吸附装置进行干燥。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于变温吸附的吸附装置含有一种或多种附剂，所述吸附剂选自3A分子筛、无掺杂的活性氧化铝和硅胶。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于干燥的原料气在变压吸附装置的上游进行加压。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于变压吸附装置的第一层吸附剂选自活性氧化铝、硅胶和活性炭。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于原料气在干燥前被加压。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于原料气是来自燃料发电厂的废气、水泥厂的气体、合成气或者是在炼钢过程中所产生的气体。
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