RU2813572C2 - High-performance device for direct capture of co2 from air and method of its operation - Google Patents
High-performance device for direct capture of co2 from air and method of its operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813572C2 RU2813572C2 RU2021130939A RU2021130939A RU2813572C2 RU 2813572 C2 RU2813572 C2 RU 2813572C2 RU 2021130939 A RU2021130939 A RU 2021130939A RU 2021130939 A RU2021130939 A RU 2021130939A RU 2813572 C2 RU2813572 C2 RU 2813572C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- gas
- cavities
- separation
- air
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 32
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 122
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 64
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 62
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 43
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 24
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims description 24
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000004323 axial length Effects 0.000 claims description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 3
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 claims description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000280 densification Methods 0.000 claims 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 118
- 230000008569 process Effects 0.000 description 22
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 9
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 5
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 4
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 2
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229920005994 diacetyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 210000003660 reticulum Anatomy 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
Настоящее изобретение относится к новому высокопроизводительному газоразделительному устройству, в частности, для прямого улавливания воздуха, например, улавливания CO2 из воздуха, обеспечивающему, в частности, большой поток через поперечные сечения, низкие перепады давления, низкую тепловую массу, малое количество небольших структурных элементов и высокую эффективность. Также предложен способ работы таких устройств и частей таких устройств, например, новых подвижных дверных систем для уплотнения газоразделительных структур. The present invention relates to a new high-performance gas separation device, in particular for direct air capture, for example CO 2 capture from air, providing, in particular, high cross-sectional flow, low pressure drops, low thermal mass, a small number of small structural elements and high efficiency. A method for operating such devices and parts of such devices, such as new movable door systems for sealing gas separation structures, is also proposed.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART
Разделение газа посредством адсорбции имеет множество различных вариантов применения в промышленности, например, удаление определенного компонента из газового потока, где желаемым продуктом может быть либо компонент, удаленный из потока, либо оставшийся обедненный поток, либо то и другое. Таким образом, процесс адсорбции может быть направлен как на микрокомпоненты, так и на основные компоненты газового потока. Одним из важных применений является улавливание двуокиси углерода (CO2) из газовых потоков, например, из дымовых газов, выхлопных газов, газообразных промышленных отходов или атмосферного воздуха. Улавливание CO2 непосредственно из атмосферы, называемое прямым улавливанием воздуха (DAC, от англ. direct air capture), является одним из нескольких средств смягчения антропогенных выбросов парниковых газов и имеет привлекательные экономические перспективы в качестве неископаемого, независимого от местоположения источника CO2 для товарного рынка и производства синтетического топлива. Gas separation by adsorption has many different industrial applications, such as the removal of a specific component from a gas stream, where the desired product may be either the component removed from the stream, the remaining lean stream, or both. Thus, the adsorption process can be aimed at both microcomponents and the main components of the gas flow. One important application is the capture of carbon dioxide (CO 2 ) from gas streams, such as flue gases, exhaust gases, industrial waste gases or atmospheric air. Capturing CO 2 directly from the atmosphere, called direct air capture (DAC), is one of several means of mitigating anthropogenic greenhouse gas emissions and has attractive economic prospects as a non-fossil, location-independent source of CO 2 for the commodity market. and production of synthetic fuels.
В частности, один из подходов для DAC основан на циклическом процессе адсорбции/десорбции на твердых, химически функционализированных сорбентах. Например, в патентных документах WO-A-2016005226 и WO-A-2017009241 раскрыты процессы, основанные на циклической адсорбции/десорбции с помощью соответственно пара и подходящего аминного функционализированного сорбента для извлечения двуокиси углерода из окружающего атмосферного воздуха. Кроме того, в патентном документе WO 2019/092128 раскрыт другой класс сорбентов на основе функционализации карбонатом калия, также подходящих для циклических процессов адсорбции/десорбции CO2.In particular, one approach for DAC is based on a cyclic adsorption/desorption process on solid, chemically functionalized sorbents. For example, patent documents WO-A-2016005226 and WO-A-2017009241 disclose processes based on cyclic adsorption/desorption using, respectively, steam and a suitable amine functionalized sorbent for recovering carbon dioxide from ambient air. In addition, patent document WO 2019/092128 discloses another class of sorbents based on potassium carbonate functionalization, also suitable for cyclic CO 2 adsorption/desorption processes.
Процесс адсорбции обычно происходит при атмосферных условиях, при этом воздух пропускают через сорбент, и часть CO2, содержащегося в воздухе, химически и/или физически связывается/адсорбируется на поверхности или внутри адсорбентов.The adsorption process typically occurs under atmospheric conditions, where air is passed through the sorbent and a portion of the CO 2 contained in the air is chemically and/or physically bound/adsorbed on the surface or within the adsorbents.
При последующей десорбции CO2 адсорбент обычно нагревают и, в некоторых случаях, парциальное давление двуокиси углерода, окружающего сорбент, может быть снижено (короткоцикловая безнагревная адсорбция - КЦА (PSA, от англ. Pressure Swing Adsorption)) с применением вакуума или с воздействием на сорбент потока продувочного газа, например, пара, но не ограничиваясь им. Таким образом, ранее уловленная двуокись углерода будет удалена из сорбента и получена в концентрированном виде.In subsequent CO 2 desorption, the adsorbent is usually heated and, in some cases, the partial pressure of carbon dioxide surrounding the sorbent can be reduced (pressure swing adsorption (PSA)) using a vacuum or exposing the sorbent to purge gas flow, such as, but not limited to, steam. Thus, previously captured carbon dioxide will be removed from the sorbent and obtained in concentrated form.
Одна из основных проблем для энерго- и экономически эффективной реализации DAC возникает из-за низкой концентрации CO2 в атмосферном воздухе (номинально около 400 ppm по состоянию на 2019 год) и доставки соответственно необходимых больших объемов атмосферного воздуха в подходящую газоразделительную структуру. Подходящие газоразделительные структуры, содержащие заключенный в них сорбент, были представлены в патентных документах US 2017/0326494 и WO-A-2018083109 и могут быть применены в процессах адсорбции/десорбции партий газа, при которых указанная структура, содержащая сорбент, нуждается в попеременном воздействии высокообъемного потока воздуха (адсорбция/контактирование), а затем десорбционных условий, отличающихся повышенными температурами и/или вакуумным давлением, например, до 10 мбар(абс). Для этого необходимы структуры типа камеры, которые, с одной стороны, позволяют подвергать сорбент воздействию высокообъемного потока атмосферного воздуха для адсорбции CO2, а с другой стороны, могут надлежащим образом изолировать сорбент от окружающего воздуха во время десорбции и выдерживать температуру сорбента до 130°С, смесь CO2, воздуха и воды в виде пара и жидкости, а также, в некоторых случаях, вакуумное давление до 10 мбар(абс) или ниже (если вакуум необходим для десорбции). Одной из таких подходящих структур является установка, раскрытая в патентном документе WO-A-2015185434. В целом, особенно целесообразной является инфраструктура, которая, во-первых, минимизирует перепад давления при прохождении адсорбционного потока и, во-вторых, относит наибольшую часть указанного перепада давления на часть установки, фактически улавливающую CO2.One of the major challenges for energy- and cost-effective implementation of DAC arises from the low concentration of CO 2 in the ambient air (nominally around 400 ppm as of 2019) and the delivery of the correspondingly large volumes of ambient air required to a suitable gas separation structure. Suitable gas separation structures containing an enclosed sorbent have been presented in patent documents US 2017/0326494 and WO-A-2018083109 and can be used in adsorption/desorption processes of gas batches in which the said sorbent-containing structure requires alternating exposure to high-volume air flow (adsorption/contact), and then desorption conditions characterized by elevated temperatures and/or vacuum pressure, for example up to 10 mbar (abs). This requires chamber-type structures that, on the one hand, allow the sorbent to be exposed to high-volume atmospheric air flow for CO2 adsorption, and on the other hand, can properly isolate the sorbent from the surrounding air during desorption and withstand sorbent temperatures up to 130°C, a mixture of CO 2 , air and water in the form of vapor and liquid, and, in some cases, a vacuum pressure of up to 10 mbar (abs) or lower (if vacuum is necessary for desorption). One such suitable structure is the apparatus disclosed in patent document WO-A-2015185434. In general, an infrastructure that, firstly, minimizes the pressure drop across the adsorption stream and, secondly, allocates the largest portion of said pressure drop to the portion of the plant that actually captures the CO 2 is particularly advantageous.
В существующем уровне техники имеется множество примеров циклических процессов адсорбции/десорбции, которые обычно происходят в длинных, узких, толстостенных колоннах с малым поперечным сечением потока. Указанные устройства используются для разделения газов на основе колебаний давления и/или вакуума и обычно работают с очень коротким временем цикла от нескольких секунд до нескольких минут, в течение которого их тепловая масса или тепловая инерция не играют большой роли. Кроме того, устройства обычно подвергаются воздействию потоков высокого давления с высокой концентрацией адсорбата и поэтому могут использовать отверстия и проточные каналы, значительно меньшие, чем их поперечное сечение, поскольку перепады давления на указанных элементах относительно малы. Например, US 8,034,164 относится к многочисленным параллельно работающим колоннам короткоцикловой адсорбции и раскрывает детали конструкции и сборки колонн, подробности управления потоками и оптимизации цикла. US 6,878,186 относится к способу и аппарату для чисто вакуумной короткоцикловой десорбции в классической адсорбционной колонне, а также к способам и аппаратам классических адсорбционных колонн. Некоторые системы существующего уровня техники, например, WO-A-2013117827, раскрывают газоразделительную структуру, основанную на параллельных проходах, которые действительно стремятся уменьшить перепад давления, будучи заключены в цилиндрическом сосуде под давлением для процессов КЦА (PSA).There are many examples of cyclic adsorption/desorption processes in the prior art, which typically occur in long, narrow, thick-walled columns with small flow cross-sections. These devices are used to separate gases based on pressure and/or vacuum fluctuations and typically operate with very short cycle times of a few seconds to a few minutes, during which their thermal mass or thermal inertia plays little role. In addition, the devices are typically exposed to high-pressure flows with high adsorbate concentrations and can therefore use orifices and flow channels that are significantly smaller than their cross-sectional area because the pressure drops across these elements are relatively small. For example, US 8,034,164 relates to multiple parallel swing adsorption columns and discloses column design and assembly details, flow control details and cycle optimization. US 6,878,186 relates to a method and apparatus for pure vacuum short-cycle desorption in a classical adsorption column, as well as to methods and apparatus for classical adsorption columns. Some prior art systems, such as WO-A-2013117827, disclose a gas separation structure based on parallel passages that do tend to reduce pressure drop while being contained within a cylindrical pressure vessel for PSA processes.
Если для этапа десорбции используется вакуум, то возникает проблема перепада давления в структурах управления газом на впуске и выпуске. Ряд систем существующего уровня техники использует большие поворотные крышки с приводом, обозначенные далее как заслонки или демпферы, причем указанные установки обычно не рассчитаны на перепад давления более 0,2 бар. Некоторые запорные клапаны специально приспособлены для применения в вакууме, но они должны иметь значительную толщину материала и ограниченные размеры, чтобы выдерживать большие усилия, возникающие при работе с вакуумом. Как следствие, такие клапаны имеют высокую тепловую массу при чередовании этапов нагрева/охлаждения и не могут обеспечить необходимую площадь проходного сечения. Кроме того, некоторые системы существующего уровня техники могут иметь приводные механизмы. ЕР-0 864 819 раскрывает вращающийся клапан для вытяжного колпака, встроенный в воздуховод для применения в вентиляционных системах, но непригодный для вакуума. US 2005/005609 относится к перепускной/направляющей заслонке (клапану) для применения в газовых турбинах, но непригодной для вакуума. GB-A-621195 раскрывает изогнутую вакуумную крышку, которая стремится уменьшить толщину материала, но несовместима с требованием минимального перепада давления по поперечному сечению потока из-за эффективной толщины крышки в воздуховоде. FR-A-1148736 и US 3,857,545 предлагают приводные вакуумные крышки и клапаны, через которые можно откачивать воздух из емкости, но они непригодны для потоков воздуха, применяемых в DAC, так как они больше во много тысяч раз.If a vacuum is used for the desorption step, there is a problem of pressure drop in the inlet and outlet gas control structures. A number of prior art systems use large motorized rotary bonnets, hereinafter referred to as dampers or dampers, which are typically not rated for pressure drops greater than 0.2 bar. Some check valves are specially designed for vacuum applications, but they must have a significant thickness of material and limited dimensions to withstand the high forces encountered in vacuum applications. As a consequence, such valves have a high thermal mass during alternating heating/cooling stages and cannot provide the required flow area. In addition, some prior art systems may have drive mechanisms. EP-0 864 819 discloses a rotating hood valve built into the duct for ventilation applications, but not suitable for vacuum applications. US 2005/005609 relates to a wastegate/diverter valve for use in gas turbines, but not suitable for vacuum. GB-A-621195 discloses a curved vacuum cap that tends to reduce material thickness but is inconsistent with the minimum cross-flow pressure drop requirement due to the effective thickness of the cap in the duct. FR-A-1148736 and US 3,857,545 offer actuated vacuum caps and valves that can evacuate air from a container, but they are not suitable for the air flows used in DACs since they are many thousands of times larger.
Частное решение для сосуда DAC с откидной крышкой можно найти в WO-A-2015185434, однако здесь ограничения потока могут снизить пропускную способность. Некоторые системы существующего уровня техники для контактирования и регенерации твердого сорбента в применении DAC включают в себя перемещение сорбента и газоразделительной структуры между первой областью воздушного потока для адсорбции и второй областью в виде камеры для регенерации, как показано в US 2012/0174779, US 2011Z0296872 и WO-A-2013166432.A particular solution for a DAC with a hinged lid can be found in WO-A-2015185434, however here flow restrictions may reduce the throughput. Some prior art systems for contacting and regenerating solid sorbent in DAC applications involve moving the sorbent and gas separation structure between a first airflow region for adsorption and a second chamber-like region for regeneration, as shown in US 2012/0174779, US 2011Z0296872 and WO -A-2013166432.
JP-A-2009172479 предлагает средство для удаления двуокиси углерода, которое может эффективно адсорбировать двуокись углерода из атмосферы и удалять ее лишь при слабом нагревании. Предлагаемое устройство для удаления двуокиси углерода оборудовано соответствующей адсорбционной пленкой со структурой типа перовскита и поверхностью, на которую воздействует атмосфера, содержащая молекулы двуокиси углерода, нагревателем для нагревания пленки, адсорбирующей двуокись углерода, и эксгаустером для откачивания пространства вокруг пленки, адсорбирующей двуокись углерода. Адсорбционная пленка осуществляет химическую адсорбцию молекул двуокиси углерода из атмосферы, а нагреватель вызывает высвобождение молекул двуокиси углерода, адсорбированных соответствующей адсорбционной пленкой.JP-A-2009172479 proposes a carbon dioxide remover that can effectively adsorb carbon dioxide from the atmosphere and remove it only under low heating. The proposed carbon dioxide removal device is equipped with a corresponding adsorption film with a perovskite type structure and a surface exposed to an atmosphere containing carbon dioxide molecules, a heater for heating the carbon dioxide adsorbing film, and an exhauster for pumping out the space around the carbon dioxide adsorbing film. The adsorption film chemically adsorbs carbon dioxide molecules from the atmosphere, and the heater causes the carbon dioxide molecules adsorbed by the corresponding adsorption film to be released.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
Поэтому задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной структуры для процессов газоразделения, в частности для процессов DAC, которая имеет минимальные компоненты / минимум компонентов, проста в эксплуатации, обеспечивает эффективность процессов газоразделения и обладает высокой надежностью при долговременном использовании.It is therefore an object of the present invention to provide an improved structure for gas separation processes, in particular for DAC processes, which has minimal components/minimal components, is easy to operate, provides efficient gas separation processes and is highly reliable for long-term use.
Таким образом, в настоящем изобретении предложена разделительная установка и компоновка разделительных установок согласно формуле изобретения, а также способ работы такой разделительной установки или компоновки таких разделительных установок и применение этих элементов, в частности, для процессов DAC.Thus, the present invention provides a separation plant and a separation plant arrangement according to the claims, as well as a method for operating such a separation plant or a separation plant arrangement and the use of these elements, in particular for DAC processes.
Более конкретно, в настоящем изобретении предложена разделительная установка для отделения по меньшей мере одного газообразного компонента от газовой смеси, содержащей этот компонент, предпочтительно подходящая и приспособленная для отделения двуокиси углерода и/или водяного пара от окружающего воздуха.More specifically, the present invention provides a separation apparatus for separating at least one gaseous component from a gas mixture containing that component, preferably suitable and adapted for separating carbon dioxide and/or water vapor from ambient air.
Предлагаемая разделительная установка содержит по меньшей мере один смежный и уплотнительный элемент окружающей стенки, охватывающий по окружности по меньшей мере одну полость и определяющий верхнее по потоку отверстие и противоположное нижнее по потоку отверстие этой по меньшей мере одной полости. Устройство выполнено таким образом, что газовая смесь на фазе адсорбции проходит через верхнее по потоку отверстие, затем в поперечном направлении через внутреннюю часть полости и через или минуя газоадсорбционную структуру, расположенную в полости, и снова выходит через нижнее по потоку отверстие, причем весь поток воздуха является предпочтительно по существу линейным, за исключением турбулентностей и отклонений в/на газоадсорбционной структуре.The proposed separation installation contains at least one adjacent and sealing element of the surrounding wall, surrounding the circumference of at least one cavity and defining an upstream opening and an opposite downstream opening of this at least one cavity. The device is designed in such a way that the gas mixture in the adsorption phase passes through the upstream hole, then in the transverse direction through the interior of the cavity and through or bypassing the gas adsorption structure located in the cavity, and again exits through the downstream hole, with the entire air flow is preferably substantially linear, except for turbulences and deviations in/on the gas adsorption structure.
По меньшей мере одна полость может предпочтительно иметь прямоугольное или квадратное поперечное сечение, и в этом случае предусмотрен набор из четырех смежных и уплотнительных элементов окружающей стенки, нижний элемент стенки, противоположный верхний элемент стенки и два противоположных боковых элемента окружающей стенки, соединяющих соответствующие концы верхнего и нижнего элементов стенки и охватывающих по окружности полость. Указанный набор из четырех смежных и уплотнительных элементов окружающей стенки определяет верхнее по потоку отверстие и противоположное нижнее по потоку отверстие полости.The at least one cavity may preferably have a rectangular or square cross-section, in which case a set of four adjacent and sealing surrounding wall elements, a bottom wall element, an opposing top wall element and two opposing side surrounding wall elements are provided connecting the respective ends of the top and lower wall elements and surrounding the circumference of the cavity. Said set of four adjacent and sealing elements of the surrounding wall defines an upstream opening and an opposing downstream opening of the cavity.
Если смежные полости разделительной установки расположены в одной группе, то смежные стенки соседних полостей могут быть образованы общими элементами.If adjacent cavities of the separating installation are located in one group, then adjacent walls of adjacent cavities can be formed by common elements.
При определении нижнего элемента стенки и противоположного верхнего элемента стенки это не означает, что соответствующая полость должна быть ориентирована на горизонтальное направление потока. Она также может быть ориентирована под углом к горизонтальному направлению или же направление потока может быть вертикальным. Нижний элемент стенки и противоположный верхний элемент стенки в общем случае следует понимать, глядя по направлению основного потока через полость, как два элемента, соединяющие два боковых элемента окружающей стенки.When defining a lower wall element and an opposite upper wall element, this does not mean that the corresponding cavity must be oriented in the horizontal direction of flow. It can also be oriented at an angle to the horizontal direction or the flow direction can be vertical. The bottom wall element and the opposing top wall element are generally understood, looking in the direction of the main flow through the cavity, as two elements connecting two side elements of the surrounding wall.
По меньшей мере одна полость может также иметь многоугольное поперечное сечение, например, она может содержать набор из восьми смежных и уплотнительных элементов окружающей стенки, по меньшей мере один нижний элемент стенки, по меньшей мере один противоположный верхний элемент стенки и по меньшей мере два противоположных боковых элемента окружающей стенки, соединяющие соответствующие концы верхнего и нижнего элементов стенки напрямую или через наклонные дополнительные элементы стенки, предпочтительно в этом случае образуя предпочтительно шестиугольную структуру, и охватывая по окружности полость, причем указанный набор из восьми смежных и уплотнительных элементов окружающей стенки определяет верхнее по потоку отверстие и противоположное нижнее по потоку отверстие полости.The at least one cavity may also have a polygonal cross-section, for example it may comprise a set of eight adjacent and sealing surrounding wall elements, at least one bottom wall element, at least one opposing top wall element and at least two opposing side walls. surrounding wall elements connecting the respective ends of the upper and lower wall elements directly or through inclined additional wall elements, preferably in this case forming a preferably hexagonal structure, and circumferentially enclosing the cavity, said set of eight adjacent and sealing surrounding wall elements defining the upstream hole and the opposite downstream hole of the cavity.
Предлагаемый принцип может быть применен к любой многоугольной или круглой форме поперечного сечения, определяемой по существу цилиндрическим смежным и уплотнительным элементом окружающей стенки или набором элементов стенки, образующих соответствующую полость. Возможны, например, треугольные, прямоугольные, четырехугольные, пятиугольные, шестиугольные, восьмиугольные формы поперечного сечения.The proposed principle can be applied to any polygonal or circular cross-sectional shape defined by a substantially cylindrical adjacent and sealing surrounding wall element or a set of wall elements defining a corresponding cavity. Possible, for example, triangular, rectangular, quadrangular, pentagonal, hexagonal, octagonal cross-sectional shapes.
Возможны также круглые структуры. В этом случае по меньшей мере одна полость содержит один единственный круглый или овальный элемент окружающей стенки.Round structures are also possible. In this case, at least one cavity contains one single round or oval surrounding wall element.
Указанная по меньшей мере одна полость содержит или по меньшей мере позволяет содержать по меньшей мере одну газоадсорбционную структуру для адсорбции указанного по меньшей мере одного газообразного компонента, предпочтительно при давлении и/или температуре окружающей среды. Если разделительная установка содержит более одной полости, например, в одной группе, то каждая полость содержит или может содержать по меньшей мере одну отдельную газоадсорбционную структуру такого типа.Said at least one cavity contains, or at least allows to contain, at least one gas adsorption structure for adsorption of said at least one gaseous component, preferably at ambient pressure and/or temperature. If the separation unit contains more than one cavity, for example in one group, then each cavity contains or may contain at least one separate gas adsorption structure of this type.
В соответствии с настоящим изобретением, разделительная установка содержит пару противоположных сдвижных дверей для уплотнения верхнего по потоку отверстия и нижнего по потоку отверстия, соответственно, по меньшей мере одной полости в закрытом состоянии. Если имеется только одна полость, то пара противоположных сдвижных дверей уплотняет эту полость. Если предусмотрено более одной полости, то пара противоположных сдвижных дверей может одновременно уплотнять более одной из этих полостей (но не обязательно все).According to the present invention, the separating apparatus includes a pair of opposing sliding doors for sealing the upstream opening and the downstream opening, respectively, of at least one cavity in a closed state. If there is only one cavity, a pair of opposing sliding doors seals the cavity. If more than one cavity is provided, then a pair of opposing sliding doors can simultaneously seal more than one of these cavities (but not necessarily all).
Как правило, пара противоположных сдвижных дверей смонтирована таким образом, чтобы синхронно открывать и закрывать полости в зависимости от их рабочего состояния.Typically, a pair of opposing sliding doors are mounted in such a way as to synchronously open and close the cavities depending on their operating state.
Если более одной полости являются частью разделительной установки, например, имеется группа полостей, то пара противоположных сдвижных дверей смонтирована так, чтобы попеременно закрывать только одну полость за один раз, а затем переходить к следующей полости и так далее, предпочтительно циклически, как будет подробно раскрыто ниже. В такой группе пара противоположных сдвижных дверей также может быть смонтирована с возможностью выбора позиции, при которой ни одна полость не уплотнена, и предпочтительно все полости доступны для прохождения потока или других функций, не требующих уплотнения указанной парой противоположных сдвижных дверей, как будет подробно раскрыто ниже.If more than one cavity is part of a separation arrangement, for example a group of cavities, then a pair of opposing sliding doors are mounted to alternately close only one cavity at a time and then move on to the next cavity and so on, preferably cyclically, as will be detailed. below. In such an array, a pair of opposing sliding doors may also be mounted in a selectable position wherein no cavity is sealed, and preferably all cavities are accessible for flow or other functions not requiring sealing by said pair of opposing sliding doors, as will be discussed in detail below. .
Чтобы открыть по меньшей мере одну полость, пара противоположных сдвижных дверей может быть сдвинута в направлении, по существу параллельном плоскости соответствующей сдвижной двери, чтобы открыть верхнее и нижнее по потоку отверстия, соответственно, и обеспечить сквозное прохождение газовой смеси через соответствующую полость и расположенную в ней газоадсорбционную структуру. Для освобождения соответствующего уплотнительного механизма движение двери при сдвиге может содержать фазы, в которых дверь поднимается от соответствующего отверстия в дополнение или одновременно со сдвигом.To open at least one cavity, a pair of opposing sliding doors may be slid in a direction substantially parallel to the plane of the corresponding sliding door to open the upstream and downstream openings, respectively, and allow a gas mixture to pass through the respective cavity and located therein. gas adsorption structure. To release the associated sealing mechanism, the sliding movement of the door may include phases in which the door is lifted from the corresponding opening in addition to or simultaneously with the sliding.
Механизмы сдвижных уплотнительных дверей как таковые известны из других областей применения, однако не из области процессов газоразделения, и никогда их не использовали для этого специального оборудования, где предусмотрена не одна дверь, а пара противоположных параллельных сдвижных дверей, действующих как уплотнительные двери для полости, имеющей верхнее и нижнее по потоку отверстия. Действительно, из этих других областей и вариантов применения известны двери уплотнительных механизмов, например, в US 2015/0157030, GB-A-2420711 и KR-A-20110095014, причем в каждом случае одиночная сдвижная дверь может альтернативно изолировать и обеспечивать доступ к вакуумной полости, а в открытом состоянии оставлять полностью свободное поперечное сечение. Однако эти системы не предназначены для прохождения газового потока в поперечном направлении через вакуумную полость и, соответственно, не имеют второй такой двери и средств для направления газового потока.Sliding seal door mechanisms as such are known from other applications, but not from the field of gas separation processes, and have never been used for this special equipment, where there is not one door, but a pair of opposing parallel sliding doors acting as seal doors for a cavity having upstream and downstream openings. Indeed, from these other areas and applications, doors of sealing mechanisms are known, for example in US 2015/0157030, GB-A-2420711 and KR-A-20110095014, in each case a single sliding door can alternatively isolate and provide access to the vacuum cavity , and when open, leave a completely free cross-section. However, these systems are not designed to allow gas flow to flow transversely through a vacuum cavity and, accordingly, do not have a second such door or means for directing the gas flow.
Предлагаемая разделительная установка, в частности, позволяет предусмотреть группу полостей, как будет раскрыто ниже, в которой одна единственная пара сдвижных дверей используется для поочередного закрывания и открывания смежных полостей, содержащих адсорбционные структуры, и позволяет осуществлять циклическую работу смежных полостей. Соответствующее количество полостей может быть объединено в такую группу, помимо прочего, зависящую от распределения времени между адсорбцией и десорбцией. Если, например, соотношение между двумя фазами составляет 2:1, то структура в виде разделительной установки, содержащей группу из трех полостей и одну пару противоположных сдвижных дверей, смонтирована так, чтобы попеременно закрывать одну из полостей в группе на этапах десорбции, в то время как в двух других полостях группы проходит поперечный сквозной поток воздуха и/или газовой смеси и происходит процесс адсорбции.The proposed separating installation, in particular, allows the provision of a group of cavities, as will be disclosed below, in which one single pair of sliding doors is used to alternately close and open adjacent cavities containing adsorption structures, and allows cyclic operation of adjacent cavities. An appropriate number of cavities can be combined into such a group, depending, among other things, on the time distribution between adsorption and desorption. If, for example, the ratio between the two phases is 2:1, then a structure in the form of a separation unit containing a group of three cavities and one pair of opposing sliding doors is mounted so as to alternately close one of the cavities in the group during the desorption stages, while how in the other two cavities of the group a transverse through flow of air and/or gas mixture passes and the adsorption process occurs.
В другом варианте осуществления изобретения сдвижные двери могут перемещаться в позицию за пределами группы полостей, содержащих адсорбирующие структуры. При такой "нейтральной" позиции распределение времени в процессе адсорбции/десорбции не связано с геометрическим конструктивным расположением полостей и группы, поскольку двери могут быть установлены в эту позицию, если нет необходимости закрывать полость, что позволяет задавать любое время десорбции и адсорбции. Размещение этой "нейтральной" позиции внизу или сбоку такой группы полостей дополнительно обеспечивает безопасную позицию для удерживания дверей во время ввода в эксплуатацию, технического обслуживания или других работ, проводимых на адсорбционных структурах внутри группы.In another embodiment of the invention, the sliding doors can be moved to a position outside the group of cavities containing absorbent structures. With such a “neutral” position, the time distribution in the adsorption/desorption process is not related to the geometric structural arrangement of the cavities and the group, since the doors can be installed in this position if there is no need to close the cavity, which allows you to set any desorption and adsorption time. Placing this "neutral" position at the bottom or side of such a group of cavities further provides a safe position for holding the doors during commissioning, maintenance or other work carried out on the adsorption structures within the group.
То есть в группе полостей пара сдвижных дверей может быть расположена смежно с ней или в зазоре между полостями так, чтобы не уплотнять ни одну полость и чтобы все полости были открыты для сквозного потока газовой смеси, а затем сдвижные двери могли быть перемещены в полость, где происходила адсорбция газовой смеси в течение самого длительного периода времени, для уплотнения этой следующей полости, после чего в этой полости создают условия для десорбции и извлечения газообразного компонента, требующего десорбции по мере необходимости, или сдвижные двери остаются в позиции рядом, чтобы провести ввод в эксплуатацию, техническое обслуживание или другие работы на всей структуре или группе полостей.That is, in a group of cavities, a pair of sliding doors can be located adjacent to it or in the gap between the cavities so as not to seal any cavity and so that all cavities are open to the through flow of the gas mixture, and then the sliding doors can be moved into the cavity where adsorption of the gas mixture has occurred for the longest period of time to seal this next cavity, after which this cavity is conditioned to desorb and extract the gaseous component requiring desorption as needed, or the sliding doors remain in position nearby to carry out commissioning , maintenance or other work on an entire structure or group of cavities.
Предпочтительно разделительная установка позволяет откачивать воздух из полости, которая затем становится вакуумной полостью, до давления менее 700 мбар(абс) или менее 500 мбар(абс), предпочтительно до давления менее 300 мбар(абс) или менее 150 мбар(абс), или не более 100 мбар(абс). Предпочтительно разделительная установка в закрытом состоянии позволяет откачивать воздух из полости до давления в пределах 500-10 мбар(абс).Preferably, the separation unit allows air to be evacuated from the cavity, which then becomes a vacuum cavity, to a pressure of less than 700 mbar(a) or less than 500 mbar(a), preferably to a pressure of less than 300 mbar(a) or less than 150 mbar(a), or not more than 100 mbar(abs). Preferably, the separation unit, when closed, allows air to be pumped out of the cavity to a pressure in the range of 500-10 mbar(abs).
Предпочтительно, разделительная установка позволяет подвергать полость избыточному давлению (обычно относительно нормального наружного давления 1,01325 бар до +0,1 бар(изб) или до +0,2 бар(изб) или +0,5 бар(изб).Preferably, the separation apparatus allows the cavity to be subjected to overpressure (typically relative to normal external pressure of 1.01325 barg to +0.1 barg) or to +0.2 barg or +0.5 barg.
Согласно предпочтительному варианту осуществления предлагаемой разделительной установки, верхний и нижний элементы стенки по меньшей мере одной полости расположены параллельно друг другу, боковые элементы стенки расположены параллельно друг другу, и предпочтительно пара противоположных сдвижных дверей также расположена параллельно друг другу.According to a preferred embodiment of the proposed separation installation, the upper and lower wall elements of at least one cavity are arranged parallel to each other, the side wall elements are arranged parallel to each other, and preferably a pair of opposing sliding doors are also arranged parallel to each other.
Кроме того, разделительная установка может содержать на верхнем по потоку отверстии по меньшей мере одной полости, содержащей адсорбционные структуры, или при наличии более одной полости, множества полостей, содержащих адсорбционные структуры, впускной газосборник, в котором расположена верхняя по потоку сдвижная дверь, а на нижнем по потоку отверстии - выпускной газосборник, в котором расположена сдвижная нижняя по потоку дверь.In addition, the separation unit may comprise, at the upstream opening of at least one cavity containing adsorption structures, or if there is more than one cavity, a plurality of cavities containing adsorption structures, an inlet gas collector in which an upstream sliding door is located, and on downstream of the hole is an exhaust gas collector in which a sliding downstream door is located.
Предпочтительно, при наличии более одной полости, содержащей адсорбционные структуры, впускной газосборник и/или выпускной газосборник являются общими для всех полостей.Preferably, if there is more than one cavity containing adsorption structures, the inlet gas collector and/or the outlet gas collector are common to all cavities.
Предпочтительно, выше по потоку от впускного газосборника или в виде входа во впускной газосборник предусмотрены одни или несколько предпочтительно подвижных жалюзи и/или по меньшей мере одно устройство для приведения в движение газа или воздуха, и/или ниже по потоку от выпускного газосборника или в виде выхода из выпускного газосборника, предпочтительно в выпускном трубопроводе, смонтировано по меньшей мере одно устройство для приведения в движение газа или воздуха, предпочтительно в виде вентилятора, и/или предусмотрен набор предпочтительно подвижных жалюзи.Preferably, one or more preferably movable louvres and/or at least one device for driving gas or air are provided upstream of the inlet gas manifold or as an entrance to the inlet gas manifold, and/or downstream of the outlet gas manifold or as at the exit from the exhaust gas collector, preferably in the exhaust pipe, at least one device for driving gas or air is mounted, preferably in the form of a fan, and/or a set of preferably movable louvres is provided.
Одна или обе сдвижные двери могут быть смонтированы на паре верхней и нижней направляющих или на паре направляющих на противоположных боковых сторонах установки. Направляющие могут иметь С-образную форму. Предпочтительно двери перемещаются в этих направляющих или по ним с помощью роликов, и при этом предпочтительно предусмотрены средства, которые могут прижимать соответствующую дверь к соответствующей осевой поверхности соответствующего отверстия в положении закрывания, в частности, с целью создания уплотнения, и снова отводить дверь от этого положения уплотнения, чтобы позволить сдвинуть дверь для освобождения соответствующего отверстия, и кроме того, верхняя и нижняя направляющие, по которым перемещается дверь (или боковые направляющие, если двери перемещаются вверх и вниз), могут выходить за пределы размеров группы, чтобы позволить двери переходить в вышеупомянутое нейтральное положение.One or both sliding doors can be mounted on a pair of top and bottom tracks, or on a pair of tracks on opposite sides of the unit. The guides can be C-shaped. Preferably, the doors are moved in or along these guides by means of rollers, and means are preferably provided which can press the respective door against the corresponding axial surface of the corresponding opening in the closing position, in particular to create a seal, and again move the door away from this position seals to allow the door to slide to clear the corresponding opening, and in addition, the top and bottom tracks along which the door moves (or side tracks if the doors move up and down) may extend beyond the dimensions of the group to allow the door to move into the above neutral position.
Сдвижная дверь и/или соответствующее отверстие полости (полостей) могут быть оборудованы по меньшей мере одним уплотнительным элементом по окружности, предпочтительно в виде по меньшей мере одного уплотнительного кольца и/или уплотнительного слоя.The sliding door and/or the corresponding opening of the cavity(s) may be equipped with at least one sealing element around the circumference, preferably in the form of at least one sealing ring and/or sealing layer.
Средства, позволяющие прижимать соответствующую дверь к соответствующей осевой поверхности и освобождать соответствующее отверстие для повторного отведения двери, могут быть, например, оборудованы парой верхней и нижней направляющих, смонтированных на каркасе или окружавших стенках с возможностью сдвига в осевом направлении, предпочтительно с помощью пневматического привода.The means for pressing the corresponding door against the corresponding axial surface and releasing the corresponding opening for the door to be retracted may, for example, be equipped with a pair of upper and lower guides mounted on the frame or surrounding walls with the possibility of sliding in the axial direction, preferably using a pneumatic drive.
Предпочтительно пара сдвижных дверей приводится в движение по отдельности или вместе с помощью ремня, например, смонтированного на паре шкивов.Preferably, the pair of sliding doors is driven individually or together by a belt, for example mounted on a pair of pulleys.
Осевая длина окружающей стенки, т.е. длина стенки в направлении сквозного потока по меньшей мере в одной полости, предпочтительно меньше, чем минимальное расстояние между противоположными элементами окружающей стенки.The axial length of the surrounding wall, i.e. the length of the wall in the through flow direction of the at least one cavity is preferably less than the minimum distance between opposing elements of the surrounding wall.
Окружающая стенка может иметь прямоугольное или квадратное поперечное сечение, и сдвижные двери в паре будут, соответственно, прямоугольными или квадратными.The surrounding wall may have a rectangular or square cross-section, and the sliding doors in a pair will be rectangular or square respectively.
Привод для сдвига пары дверей может быть выполнен с возможностью (только) синхронного попарно-параллельного перемещения дверей.The drive for shifting a pair of doors can be configured with the possibility of (only) synchronous pairwise-parallel movement of the doors.
Кроме того, разделительная установка может содержать по меньшей мере один стабилизирующий элемент, предпочтительно в виде по меньшей мере одной стабилизирующей стойки, по меньшей мере в одной или предпочтительно во всех полостях, чтобы обеспечить достаточную прочность структуры и при необходимости выдержать условия вакуума или избыточного давления. С этой же целью по меньшей мере одна, предпочтительно обе сдвижные двери могут содержать стабилизирующие элементы, предпочтительно в виде ребер жесткости, предпочтительно на внешней стороне по отношению к полости.In addition, the separating apparatus may contain at least one stabilizing element, preferably in the form of at least one stabilizing strut, in at least one or preferably in all cavities, to ensure sufficient structural strength and, if necessary, withstand vacuum or overpressure conditions. For the same purpose, at least one, preferably both, sliding doors can contain stabilizing elements, preferably in the form of stiffeners, preferably on the outer side relative to the cavity.
Как указано выше, согласно другому особенно предпочтительному аспекту изобретения, оно относится к разделительной установке не с одной, а с более чем одной полостью, предпочтительно с группой полостей, т.е. содержащей по меньшей мере две, предпочтительно по меньшей мере три, или по меньшей мере четыре, либо в пределах 2-8 или 2-6 полостей с элементами окружающей стенки, охватывающими полости, причем каждая полость содержит соответствующие газоадсорбционные структуры. Как правило, указанная пара противоположных сдвижных дверей смонтирована с возможностью поочередно уплотнять одну полость разделительной установки, а также последовательно другую полость (другие полости). Предпочтительно указанная пара противоположных сдвижных дверей смонтирована в такой группе с возможностью выбора позиции, в которой ни одна полость не уплотнена, и предпочтительно все полости доступны для сквозного потока или других функций, не требующих уплотнения с помощью указанной пары противоположных сдвижных дверей.As indicated above, according to another particularly preferred aspect of the invention, it relates to a separation unit with not one but more than one cavity, preferably a group of cavities, i.e. comprising at least two, preferably at least three, or at least four, or within 2-8 or 2-6 cavities with surrounding wall elements enclosing the cavities, each cavity containing corresponding gas adsorption structures. Typically, said pair of opposing sliding doors is mounted with the ability to alternately seal one cavity of the separation installation, as well as sequentially another cavity (other cavities). Preferably, said pair of opposing sliding doors is mounted in a selectable position in a group in which no cavity is sealed, and preferably all cavities are accessible to through flow or other functions not requiring sealing by said pair of opposing sliding doors.
Полости в такой группе могут содержать любые из раскрытых выше структур, т.е. могут иметь прямоугольную, треугольную, квадратную, шестиугольную, восьмиугольную или круглую форму поперечного сечения, и предпочтительно все полости разделительной установки имеют одинаковую форму поперечного сечения и размер, что позволяет уплотнять каждую из полостей поочередно одной и той же парой противоположных уплотнительных дверей.The cavities in such a group may contain any of the structures disclosed above, i.e. may have a rectangular, triangular, square, hexagonal, octagonal or circular cross-sectional shape, and preferably all cavities of the separation apparatus have the same cross-sectional shape and size, allowing each of the cavities to be sealed in turn with the same pair of opposing sealing doors.
Одно преимущество этого решения по сравнению с существующим уровнем техники заключается в том, что инфраструктура пары противоположных подвижных уплотнительных дверей может быть использована для многих полостей, что позволяет сэкономить средства и повысить надежность по сравнению с использованием множества дверей или крышек. Кроме того, по сравнению с изобретениями существующего уровня техники, в которых газоразделительная структура перемещается в камеры регенерации и из них, сложность и чувствительность подвижного элемента значительно ниже, что снижает риск. Кроме того, в способах регенерации, использующих тепловые циклические процессы, двери остаются горячими при перемещении между регенерационными полостями, тем самым уменьшая эффективную тепловую массу регенерации и, следовательно, энергопотребление. Еще одним удивительным преимуществом настоящего изобретения по сравнению с устройствами существующего уровня техники, применяемыми в процессах с циклическими колебаниями давления и температуры, является количество структурного материала полостей на единицу замкнутого объема, которое благодаря общим разделительным стенкам, общей двери и взаимно стабилизирующим окружающим стенкам в настоящем изобретении значительно меньше, чем в любом устройстве существующего уровня техники, что приводит к значительному снижению затрат, сложности и энергопотребления в тепловых циклических процессах. Наконец, по сравнению с устройствами существующего уровня техники, используемыми для пропускания потока, очевидным преимуществом изобретения является доступность полного поперечного сечения полости в качестве площади проходного сечения без препятствий, присущих заслонкам, крышкам, клапанам или другим ограничителям потока. Соответственно, учитывая допустимый "бюджет" перепада давления, это полное значение может быть применено к газоадсорбционной структуре, удерживаемой в полости, через которую должен пройти газовый поток, в результате чего увеличивается объем газовых потоков и, в случае применения газоразделения, скорость поглощения соответствующих веществ.One advantage of this solution over the state of the art is that the infrastructure of a pair of opposing movable seal doors can be used for many cavities, resulting in cost savings and increased reliability compared to using multiple doors or covers. Additionally, compared to prior art inventions in which the gas separation structure moves in and out of regeneration chambers, the complexity and sensitivity of the moving element is significantly lower, reducing risk. Additionally, in regeneration methods using thermal cycling processes, the doors remain hot as they move between regeneration cavities, thereby reducing the effective thermal mass of the regeneration and therefore energy consumption. Another surprising advantage of the present invention compared to prior art devices used in processes with cyclic fluctuations in pressure and temperature is the amount of structural material of the cavities per unit of enclosed volume, which, due to the common dividing walls, common door and mutually stabilizing surrounding walls in the present invention significantly less than any device in the prior art, resulting in significant reductions in cost, complexity and energy consumption in thermal cycling processes. Finally, compared to prior art devices used to convey flow, an obvious advantage of the invention is the availability of the full cross-section of the cavity as flow area without the obstruction of baffles, caps, valves or other flow restrictors. Accordingly, given the allowable pressure drop "budget", this full value can be applied to the gas adsorption structure held in the cavity through which the gas flow must pass, thereby increasing the volume of gas flows and, in the case of gas separation, the rate of absorption of the relevant substances.
В такой группе полости могут быть расположены смежно друг с другом в один или несколько рядов, а элементы окружающей стенки смежных полостей могут быть образованы общими разделительными стенками. Предпочтительно полости группы расположены в один единственный горизонтальный или вертикальный ряд и непосредственно примыкают друг к другу.In such a group, the cavities can be located adjacent to each other in one or more rows, and the elements of the surrounding wall of adjacent cavities can be formed by common dividing walls. Preferably, the cavities of the group are located in one single horizontal or vertical row and are directly adjacent to each other.
Такая группа полостей предпочтительно присоединяет или содержит только один общий откачной блок, и/или только один общий нагревательный блок, и/или только один общий коллекторный блок для газообразного компонента, и/или только один общий привод для дверей с верхней по потоку стороны и с нижней по потоку стороны, и/или только один набор жалюзи с верхней по потоку стороны, в каждом случае общий для всех полостей, при этом предпочтительно для каждой полости предусмотрено индивидуально управляемое устройство для приведения в движение воздуха с верхней по потоку стороны и/или с нижней по потоку стороны.Such a group of cavities preferably connects or contains only one common pumping unit, and/or only one common heating unit, and/or only one common gas component manifold unit, and/or only one common drive for the upstream and downstream doors. downstream side, and/or only one set of louvers on the upstream side, in each case common to all cavities, preferably each cavity having an individually controlled device for driving air from the upstream side and/or from downstream side.
Как правило, такая группа полостей содержит один единственный каркас, образующий элементы окружающей стенки для всех полостей.Typically, such a group of cavities contains one single frame that forms the surrounding wall elements for all cavities.
Как указано выше, согласно особенно предпочтительному аспекту изобретения, оно относится к компоновке двух разделительных установок, как подробно объяснено выше, причем две разделительные установки расположены V-образно, при этом соответствующие верхние по потоку отверстия обращены вниз или наклонно вниз/вбок, а соответствующие нижние по потоку отверстия обращены вверх или наклонно вверх/вбок и при этом наклонно друг к другу, и по меньшей мере одно или пара устройств для приведения в движение газа или воздуха предпочтительно расположены с возможностью приведения в движение газовой смеси, проходящей через разделительные установки, в направлении вертикально вверх.As stated above, according to a particularly preferred aspect of the invention, it relates to an arrangement of two separation units as explained in detail above, the two separation units being arranged in a V-shape, with respective upstream openings facing downward or obliquely downward/sideways, and corresponding downstream openings the downstream openings face upward or obliquely upward/sideways and are oblique to each other, and at least one or a pair of devices for driving gas or air are preferably arranged to drive the gas mixture passing through the separation units in the direction vertically up.
Таким образом, разделительная установка может быть ориентирована в направлении вниз, обычно с передней поверхностью под углом 30° и 60°, а в некоторых случаях соседние разделительные установки прилегают друг к другу зеркально по горизонтали. Таким образом, газоразделительная структура, в частности, защищена от осадков и падающих атмосферных примесей - листьев, снега и т.д. Кроме того, при ориентации под углом диагональ, образованная осевой глубиной и максимальной габаритной высотой, может быть наилучшим образом использована для получения максимально возможного проходного сечения.Thus, the separating installation can be oriented in a downward direction, typically with the front surface at an angle of 30° and 60°, and in some cases, adjacent separating installations are adjacent to each other in a mirror image horizontally. Thus, the gas separation structure is, in particular, protected from precipitation and falling atmospheric impurities - leaves, snow, etc. In addition, with an angled orientation, the diagonal formed by the axial depth and the maximum overall height can be best used to obtain the largest possible flow area.
Кроме того, настоящее изобретение относится к способу работы разделительной установки или компоновки, как раскрыто выше, при этом пара сдвижных дверей расположена с возможностью уплотнять одну полость группы или расположена в нейтральном положении снаружи группы, в то время как другие полости группы открыты для пропускания поперечного потока газовой смеси, в уплотненной полости создают условия для десорбции и извлечения газообразного компонента, в то время как в других полостях обеспечивают работу устройств для приведения в движение воздуха для адсорбции газообразного компонента из проходящей газовой смеси, и как только десорбция в уплотненной полости завершается, пару сдвижных дверей смещают в следующую полость, предпочтительно ту из группы, в которой происходила адсорбция газовой смеси в течение самого длительного периода времени на данный момент, для уплотнения этой следующей полости, и затем в этой следующей полости создают условия для десорбции и извлечения газообразного компонента, в то время как в других полостях обеспечивают работу устройств для приведения в движение воздуха для адсорбции газообразного компонента из газовой смеси, при этом предпочтительно последовательность этапов продолжается аналогичным образом для последовательного уплотнения и извлечения всех полостей в группе и для циклического повторения этой последовательности этапов адсорбции и десорбции, эквивалентно количеству полостей в группе, по меньшей мере один раз, предпочтительно по меньшей мере 100 раз, или по меньшей мере 500 или 1000 раз.Additionally, the present invention relates to a method of operating a separation unit or arrangement as disclosed above, wherein a pair of sliding doors are positioned to seal one cavity of the group or are positioned in a neutral position outside the group while the other cavities of the group are open to allow cross flow to pass through. gas mixture, conditions are created in the compacted cavity for desorption and extraction of the gaseous component, while in other cavities devices are provided for driving air to adsorb the gaseous component from the passing gas mixture, and as soon as desorption in the compacted cavity is completed, a pair of sliding doors are shifted into the next cavity, preferably the one from the group in which the gas mixture has been adsorbed for the longest period of time to date, to seal this next cavity, and then in this next cavity conditions are created for desorption and recovery of the gaseous component, while while in the other cavities, devices are provided for driving air to adsorb the gaseous component from the gas mixture, wherein preferably the sequence of steps continues in a similar manner to sequentially seal and extract all cavities in the group and to cyclically repeat this sequence of adsorption and desorption steps, equivalent the number of cavities in the group at least once, preferably at least 100 times, or at least 500 or 1000 times.
И наконец, но не в последнюю очередь, настоящее изобретение относится к применению разделительной установки, или компоновки, как раскрыто выше, или способа в соответствии с предыдущим разделом, для отделения двуокиси углерода и/или водяного пара от окружающего воздуха.Last but not least, the present invention relates to the use of a separation unit, or arrangement, as disclosed above, or a method in accordance with the previous section, for separating carbon dioxide and/or water vapor from ambient air.
Таким образом, целью настоящего изобретения является предпочтительно создание системы DAC на основе проходных блоков, обеспечивающих максимально возможную площадь проходного сечения, индивидуально уплотняемых для процессов газоразделения, обладающих минимальной тепловой массой и эффективно группируемых в повторяющиеся блоки.Thus, it is an object of the present invention to preferably provide a DAC system based on flow blocks that provide the largest possible flow area, are individually sealed for gas separation processes, have minimal thermal mass, and are efficiently grouped into repeating blocks.
Таким образом, представлена разделительная установка для разделения газа, содержащая по меньшей мере одно, предпочтительно множество, замкнутых пространств, обозначенных как полости, причем указанные полости отделены друг от друга разделительными стенками и дополнительно охвачены поперечными окружающими стенками, а кроме того, имеют по меньшей мере одну пару осевых дверей, причем одна дверь из каждой пары расположена на газовпускной и газовыпускной поверхности установки соответственно, причем указанные двери могут перемещаться попарно и в поперечном направлении между полостями, уплотняя пространство, которое они закрывают, и позволяя газу проходить через полости, которые они более не изолируют, причем пространство внутри полостей может быть занято газоадсорбционной структурой, через которую проходит газовый поток для адсорбции компонента, подлежащего отделению. При одиночной полости разделительная установка и полость по существу образуют устройство.Thus, a gas separation plant is provided comprising at least one, preferably a plurality of, enclosed spaces, designated as cavities, said cavities being separated from each other by dividing walls and further enclosed by transverse surrounding walls, and in addition having at least one pair of axial doors, one door of each pair located on the gas inlet and gas outlet surfaces of the installation, respectively, and said doors can move in pairs and in a transverse direction between the cavities, sealing the space they close and allowing gas to pass through the cavities they cover are not isolated, and the space inside the cavities can be occupied by a gas adsorption structure through which a gas flow passes to adsorb the component to be separated. With a single cavity, the separation device and the cavity essentially form a device.
Если разделительная установка должна обеспечивать откачивание из полости до давления ниже атмосферного, это означает, что структура, если она находится в среде с атмосферным давлением (около 1 атм, т.е. около 101325 кПа), способна выдерживать внутреннее давление ниже 1000 мбар(абс), предпочтительно 700 мбар(абс), или 500 мбар(абс), или 100 мбар(абс), или более предпочтительно менее 10 мбар (абс). Таким образом, предусмотрено, что структура способна выдерживать, например, давление, в диапазоне 5-350 мбар(абс) или 5-200 мбар(абс), либо даже ниже, например, 10 мбар(абс) или 5 мбар(абс). Таким образом, структура способна выдерживать разрежение с перепадом между наружным и внутренним пространством в диапазоне -0,3 бар(изб) или -0,5 бар(изб), предпочтительно -0,95 бар(изб), или -0,99 бар(изб), или даже -0,9999 бар(изб), то есть близко или даже около -1 бар(изб), а также перепад избыточного давления до +0,1 бар(изб) или до +0,5 бар(изб).If the separation unit must be capable of pumping out a cavity to sub-atmospheric pressure, this means that the structure, if placed in an atmospheric pressure environment (about 1 atm, i.e. about 101325 kPa), is capable of withstanding an internal pressure below 1000 mbar(abs). ), preferably 700 mbar (abs), or 500 mbar (abs), or 100 mbar (abs), or more preferably less than 10 mbar (abs). Thus, it is envisaged that the structure is capable of withstanding, for example, pressures in the range of 5-350 mbar(a) or 5-200 mbar(a), or even lower, for example 10 mbar(a) or 5 mbar(a). Thus, the structure is able to withstand vacuum with a difference between the outer and inner spaces in the range of -0.3 bar(g) or -0.5 bar(g), preferably -0.95 bar(g), or -0.99 bar (g), or even -0.9999 bar(g), that is, close to or even about -1 bar(g), as well as an excess pressure drop of up to +0.1 bar(g) or up to +0.5 bar( hut).
В приведенном выше раскрытии под осевым подразумевают глобальное направление потока газа через разделительную установку, который может протекать в любом направлении, проходящем по глубине разделительной установки, в том числе в направлении снизу вверх или сверху вниз, а также все другие варианты, независимо оттого, изменяет ли поток локально направление в установке, а поперечное означает направление, по существу перпендикулярное глобальному потоку газа через разделительную установку и полость, независимо от локальных отклонений направления потока, и поэтому может означать по существу горизонтальное или вертикальное или фактически любое направление между ними. Кроме того, в приведенном выше раскрытии газоразделение следует понимать как отделение смешиваемого газообразных веществ от газообразной смеси, то есть это понятие охватывает газообразные потоки, например, воздух, дымовые, биологические или геотермальные газы или, по сути, любую газообразную смесь.In the above disclosure, by axial is meant the global direction of gas flow through the separation plant, which can flow in any direction passing through the depth of the separation plant, including in the direction from bottom to top or from top to bottom, as well as all other options, regardless of whether it changes flow is locally a direction in the apparatus, and transverse means a direction substantially perpendicular to the global flow of gas through the separation apparatus and cavity, regardless of local variations in the direction of flow, and therefore can mean substantially horizontal or vertical, or virtually any direction in between. In addition, in the above disclosure, gas separation should be understood as the separation of a miscible gaseous substance from a gaseous mixture, that is, this concept covers gaseous streams, for example, air, flue, biological or geothermal gases, or, in fact, any gaseous mixture.
Подвижные двери могут иметь характеристические размеры (ширина, высота и толщина) от 0,6 × 0,6 м × 0,05 м до 12 м × 3,8 м × 0,3 м, предпочтительно 2 м × 2 м × 0,14 м, и могут, в качестве окружающей стенки, образующей полости, быть изготовлены из металлов (в частности, алюминия, железа, стали, нержавеющей стали, углеродистой стали), композитов, керамики, пластика или их комбинаций. Аналогично, полость, не закрытая от газового потока подвижной дверью, т.е. открытая для газового потока, отличается проходным сечением характеристического размера от 0,55 × 0,55 м до 11,75 м × 3,8 м и глубиной - осевым удлинением полости от 0,1 м до 1,8 м, предпочтительно от 0,2 м до 1,2 м. В целом, габаритные размеры разделительной установки, содержащей двери, могут быть ограничены, в основном, размерами высокого транспортного контейнера по стандарту ISO 668, что позволяет осуществлять стандартизированную, экономически эффективную транспортировку. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что такие разделительные установки могут быть объединены в более крупные системы путем совместного размещения нескольких разделительных установок и эксплуатации их как одной установки.Sliding doors can have characteristic dimensions (width, height and thickness) from 0.6 × 0.6 m × 0.05 m to 12 m × 3.8 m × 0.3 m, preferably 2 m × 2 m × 0, 14 m, and may, as the surrounding wall forming the cavity, be made of metals (in particular aluminum, iron, steel, stainless steel, carbon steel), composites, ceramics, plastics or combinations thereof. Similarly, a cavity that is not closed from the gas flow by a movable door, i.e. open to gas flow, characterized by a flow area of characteristic size from 0.55 × 0.55 m to 11.75 m × 3.8 m and depth - axial elongation of the cavity from 0.1 m to 1.8 m, preferably from 0. 2 m to 1.2 m. In general, the overall dimensions of a separation unit containing doors can be limited mainly to the dimensions of a tall ISO 668 shipping container, allowing standardized, cost-effective transport. Those skilled in the art will appreciate that such separation units can be combined into larger systems by co-locating multiple separation units and operating them as a single unit.
Подвижные двери и полости могут иметь круглое, шестиугольное или прямоугольное поперечное сечение, а в некоторых случаях, двери могут иметь усиливающие ребра для предотвращения чрезмерной деформации при нагрузках под давлением, причем такие ребра могут иметь шаг 50-500 мм и толщину 2-20 мм.Sliding doors and cavities may have a circular, hexagonal or rectangular cross-section, and in some cases, the doors may have reinforcing ribs to prevent excessive deformation under pressure loads, such ribs may be 50-500 mm pitched and 2-20 mm thick.
В частности, у прямоугольных дверей и полостей плоскость осевых поверхностей на впуске и выпуске разделительной установки может быть усилена поперечными растягивающими стойками, такими как, но не ограничиваясь ими, тросы, цепи, тяги или рейки, проходящими через площадь проходного сечения и закрепленными на несущей конструкции - окружающих и разделительных стенках полости -, при этом уменьшение поперечного потока в результате этой особенности по сравнению с полным поперечным сечением полости составляет менее 10%, предпочтительно менее 1% от площади проходного сечения полости. Таким образом, как известно по опыту использования структур из ферм, можно предотвратить поперечное опрокидывание разделительной установки под действием сдавливающих нагрузок или нагрузок от собственного веса. В другом предпочтительном варианте осуществления этого же аспекта изобретения газоразделительная структура может быть прикреплена к полости вдоль ее окружающей и разделительной стенки, причем в некоторых случаях внутренняя окружность полости дополнительно оборудована не несущей нагрузки проволочной или пластиковой сеткой или по существу газопроницаемым материалом с порами пределах 0,5-10 мм. Таким образом, газоразделительная структура может воспринимать опрокидывающие нагрузки без необходимости дополнительной стабилизирующей структуры, что предотвращает деформацию всей разделительной установки и позволяет увеличить глубину газоразделительной структуры в полости, поскольку не требуется дополнительная глубина для стабилизирующих структур.In particular, for rectangular doors and cavities, the plane of the axial surfaces at the inlet and outlet of the separating installation can be strengthened by transverse tensile struts, such as, but not limited to, cables, chains, rods or slats, passing through the flow area and fixed to the supporting structure - the surrounding and dividing walls of the cavity - wherein the reduction in transverse flow as a result of this feature compared to the total cross-section of the cavity is less than 10%, preferably less than 1% of the flow area of the cavity. In this way, as is known from experience with truss structures, it is possible to prevent the separating plant from tipping over laterally under pressure or dead weight loads. In another preferred embodiment of the same aspect of the invention, the gas separation structure can be attached to the cavity along its surrounding and dividing wall, and in some cases the inner circumference of the cavity is additionally equipped with a non-load-bearing wire or plastic mesh or a substantially gas-permeable material with pores within 0.5 -10 mm. In this way, the gas separation structure can accommodate overturning loads without the need for an additional stabilizing structure, which prevents deformation of the entire separation apparatus and allows the depth of the gas separation structure in the cavity to be increased since additional depth is not required for the stabilizing structures.
Двери можно перемещать попарно в поперечном направлении с помощью различных типов приводных систем, в том числе, но не ограничиваясь этим, ремней, шестерен или лебедок с шаговыми или другими двигателями, при этом позиция дверей находится под контролем для останова в полости, подлежащей изоляции.The doors can be moved in pairs laterally using various types of drive systems, including, but not limited to, belts, gears or winches with stepper or other motors, the position of the doors being controlled to stop in the cavity to be insulated.
Поверхности на впуске могут быть оборудованы газосборником, имеющим размеры, соответствующие характеристическим размерам разделительной установки, и глубину, лишь немного превышающую глубину подвижной двери, и отличающимся набором наклонных пластин (жалюзи), проходящих по всей поперечной длине разделительной установки или группы со стороны входного газового потока, с основной плоскостью, наклоненной под углом 30-60° вниз от горизонтали или, в некоторых случаях, регулируемой от горизонтальной до полностью вертикальной позиции. Таким образом, жалюзи могут эффективно закрывать впуск газа в разделительную установку.The inlet surfaces may be equipped with a gas collector having dimensions corresponding to the characteristic dimensions of the separation unit and a depth only slightly greater than the depth of the movable door, and a different set of inclined plates (louvres) extending along the entire transverse length of the separation unit or group on the side of the inlet gas flow , with the main plane inclined at an angle of 30-60° down from the horizontal or, in some cases, adjustable from a horizontal to a completely vertical position. In this way, the louvers can effectively close the gas inlet into the separation unit.
Вентилятор для приведения в движение газа, предпочтительно атмосферного воздуха, может быть размещен в осевой стенке газосборника, предпочтительно на стороне выпуска газа из разделительной установки, при этом минимальная площадь проходного сечения газосборника составляет минимум 20%, предпочтительно минимум 50% от проходного сечения неизолированной полости, и указанный газосборник является непроницаемым для газового потока, но не для перепада давления более 1000 Па, при этом не происходит дальнейшего разделения газового потока, и указанный газосборник может быть изготовлен из такого материала, как металлы, пластмассы, композиты или керамика, а в некоторых случаях усилен изнутри для выдерживания внешних нагрузок, таких как снег, лед, дождь, ветер и т.д.A fan for driving gas, preferably atmospheric air, can be placed in the axial wall of the gas collector, preferably on the gas outlet side of the separation unit, with the minimum flow area of the gas collector being at least 20%, preferably at least 50% of the flow area of the uninsulated cavity, and said gas collector is impervious to gas flow, but not to a pressure drop greater than 1000 Pa, wherein no further separation of the gas flow occurs, and said gas collector may be made of a material such as metals, plastics, composites or ceramics, and in some cases reinforced on the inside to withstand external loads such as snow, ice, rain, wind, etc.
Одна или обе подвижные двери могут быть оборудованы контактным кольцом, имеющим ту же форму, что и полость, но с характеристическим размером, лишь немного превышающим размер полости, и в состоянии изоляции указанное кольцо контактирует в осевом направлении с осевой поверхностью разделительной установки. Указанное контактное кольцо может быть оборудовано на своей осевой поверхности эластичным уплотнительным элементом по всему периметру, например, уплотнительным кольцом, профильным уплотнением на краевом профиле, уплотнительным профилем, закрепленным на клею, или любыми обычными профилями для газовых уплотнений. Эластичный уплотнительный элемент имеет диаметр корда 2-25 мм, предпочтительно в пределах 3-15 мм. Кроме того, вся осевая поверхность двери или ее части, аксиально противоположные осевой поверхности полости, могут иметь покрытие из эластичного материала. Преимущество этого предпочтительного варианта осуществления изобретения в том, что не требуется изготавливать уплотнительную структуру в явном виде (т.е. кольцевую канавку), что позволяет сэкономить затраты. Еще одним преимуществом этого предпочтительного варианта осуществления изобретения является теплоизоляция, обеспечиваемая таким покрытием, что позволяет уменьшить эффективную тепловую массу двери в цикле адсорбции/десорбции с колебанием температуры.One or both of the movable doors may be equipped with a slip ring having the same shape as the cavity, but with a characteristic dimension only slightly larger than the size of the cavity, and when insulated, said ring is in axial contact with the axial surface of the separating device. Said slip ring can be equipped on its axial surface with an elastic sealing element around its entire perimeter, for example an O-ring, a profile seal on an edge profile, an adhesive sealing profile or any of the usual profiles for gas seals. The elastic sealing element has a cord diameter of 2-25 mm, preferably in the range of 3-15 mm. In addition, the entire axial surface of the door or parts thereof axially opposite to the axial surface of the cavity may be coated with an elastic material. The advantage of this preferred embodiment of the invention is that it is not necessary to manufacture the sealing structure explicitly (ie the annular groove), thereby saving costs. Another advantage of this preferred embodiment of the invention is the thermal insulation provided by such a coating, which allows the effective thermal mass of the door to be reduced in the temperature swing adsorption/desorption cycle.
На подвижных дверях может быть предусмотрен по меньшей мере один привод для уплотнения подвижных дверей на осевых стенках полости, который взаимодействует с защелками, рычагами или направляющими на разделительной установке, перемещая двери в осевом направлении к наружным осевым стенкам разделительной установки, тем самым воздействуя на газонепроницаемое уплотнение. Предпочтительно, эти устройства могут содержать, но не ограничиваясь этим, пневматические или гидравлические приводы, или соленоиды, причем предпочтительно из каждой полости газ можно откачать любой обычной вакуумной системой для достижения давления менее 1000 мбар(абс), предпочтительно менее 200 мбар(абс), а в другом предпочтительном варианте осуществления устройства первоначальное быстрое применение вакуумной системы может обеспечить достаточное всасывание для реализации начального уплотнения и дальнейшего откачивания.The movable doors may be provided with at least one movable door seal actuator on the axial walls of the cavity that interacts with latches, levers or guides on the separating apparatus to move the doors axially toward the outer axial walls of the separating apparatus, thereby acting on a gas-tight seal . Preferably, these devices may contain, but are not limited to, pneumatic or hydraulic actuators or solenoids, and preferably each cavity can be evacuated by any conventional vacuum system to achieve a pressure of less than 1000 mbar (abs), preferably less than 200 mbar (abs), and in another preferred embodiment of the device, the initial rapid application of the vacuum system can provide sufficient suction to effect initial compaction and further pumping.
Разделительная установка может содержать дополнительные впускные/выпускные элементы для присоединения по меньшей мере одного вакуумного насоса и/или для извлечения газов и/или жидкостей из полости, и/или для введения дополнительных технологических сред, в частности, воды и/или пара в полости разделительной установки, изолированные дверью, причем два впускных/выпускных элемента на полость размерами DN40-DN500 могут быть закреплены на окружающих горизонтальных стенках разделительной установки, а в некоторых случаях указанные впускные/выпускные элементы дополнительно соединены с коллекторами, проходящими по всей длине одиночной разделительной установки, соединяя все ее полости.The separation unit may contain additional inlet/outlet elements for connecting at least one vacuum pump and/or for extracting gases and/or liquids from the cavity, and/or for introducing additional process media, in particular water and/or steam, into the separation cavity installations isolated by a door, and two inlet/outlet elements per cavity of dimensions DN40-DN500 can be fixed to the surrounding horizontal walls of the separation installation, and in some cases, said inlet/outlet elements are additionally connected to manifolds running along the entire length of the single separation installation, connecting all its cavities.
В другом варианте осуществления изобретения коллекторы, проходящие по всей длине одиночной разделительной установки, образованы первой верхней и нижней окружающими горизонтальными стенками, при этом вторая окружающая горизонтальная стенка охватывает упомянутое пространство между двумя окружающими стенками с дополнительными отверстиями в первой окружающей стенке, обеспечивающими доступ к отдельным полостям. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, по меньшей мере один или предпочтительно по меньшей мере два из элементов стенки или их участков, образующих вышеупомянутую смежную и уплотнительную окружающую стенку, являются двустенными, так что пространство между этими двумя стенками можно использовать в качестве впускных/выпускных элементов для введения или извлечения среды из полости. Предпочтительно, если окружающая стенка выполнена из прямоугольных структур, то верхний и/или нижний элемент стенки или, предпочтительно, оба выполнены как двустенные структуры, при этом промежуток между двумя стенками доступен для этой функции. Это дает преимущество, т.к. пространство между двустенными элементами верхней стенки смежных полостей и пространство между двустенными элементами нижней стенки смежных полостей могут быть соединены так, чтобы образовать один единственный канал в верхнем и/или нижнем пространстве полости.In another embodiment of the invention, manifolds extending the entire length of a single separation unit are formed by first upper and lower surrounding horizontal walls, wherein a second surrounding horizontal wall spans said space between the two surrounding walls with additional openings in the first surrounding wall providing access to the individual cavities . According to another embodiment of the invention, at least one or preferably at least two of the wall elements or sections thereof forming the above-mentioned adjacent and sealing surrounding wall are double-walled, so that the space between these two walls can be used as inlet/outlet elements for introducing or extracting a medium from a cavity. Preferably, if the surrounding wall is made of rectangular structures, the upper and/or lower wall element or, preferably, both are made as double-walled structures, with the gap between the two walls being accessible for this function. This gives an advantage because the space between the double-walled elements of the upper wall of adjacent cavities and the space between the double-walled elements of the lower wall of adjacent cavities can be connected to form one single channel in the upper and/or lower space of the cavity.
Как указано выше, разделительную установку можно использовать для прямого улавливания двуокиси углерода, связанного с циклическим процессом между адсорбцией двуокиси углерода при температуре и давлении окружающей атмосферы и десорбцией двуокиси углерода при давлении ниже атмосферного, предпочтительно не более 1200 мбар(абс), и при повышенной температуре сорбента 60-130°С, предпочтительно 80-120°С.As stated above, the separator can be used to directly capture carbon dioxide associated with a cyclic process between the adsorption of carbon dioxide at ambient temperature and pressure and the desorption of carbon dioxide at subatmospheric pressure, preferably not more than 1200 mbar(a), and at elevated temperature sorbent 60-130°C, preferably 80-120°C.
Дополнительные варианты осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.Additional embodiments of the invention are set forth in the dependent claims.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылкой на чертежи, которые приведены для иллюстрации настоящих предпочтительных вариантов осуществления изобретения, но не для их ограничения. На чертежах:Preferred embodiments of the invention are described below with reference to the drawings, which are provided to illustrate the present preferred embodiments of the invention, but not to limit them. On the drawings:
На фиг. 1 показан поперечный разрез разделительной установки/компоновки в двух возможных ориентациях: (а) одиночная, вертикально выровненная разделительная установка, и (b), компоновка из двух наклонных, симметрично смежных разделительных установок;In fig. 1 shows a cross-section of a separation unit/arrangement in two possible orientations: (a) a single, vertically aligned separation unit, and (b), an arrangement of two inclined, symmetrically adjacent separation units;
На фиг. 2 показан вид в аксонометрии разделительной установки, содержащей группу из шести полостей и одну пару горизонтально перемещающихся дверей (изображена только передняя) и без газоадсорбционных структур, чтобы показать положение подвижной двери, полостей и жалюзи;In fig. 2 is a perspective view of a separation unit containing a group of six cavities and one pair of horizontally moving doors (only the front one is shown) and without gas adsorption structures to show the position of the moving door, cavities and louvers;
На фиг. 3 показан вид в аксонометрии разделительной установки, содержащей группу из шести полостей и одну пару горизонтально перемещающихся дверей (изображена только передняя) без газоадсорбционных структур и с различными стабилизаторами в/на отдельных полостях;In fig. 3 shows a perspective view of a separation installation containing a group of six cavities and one pair of horizontally moving doors (only the front one is shown) without gas adsorption structures and with various stabilizers in/on individual cavities;
На фиг. 4 показано распределение перепада давления вдоль направления воздушного потока для установки DAC существующего уровня техники и настоящего изобретения;In fig. 4 shows the pressure drop distribution along the air flow direction for the DAC installation of the prior art and the present invention;
На фиг. 5 показаны детали механизма для поперечного перемещения сдвижной двери между отдельными полостями группы внутри разделительной установки;In fig. 5 shows details of the mechanism for the transverse movement of the sliding door between the individual cavities of the group inside the separation installation;
На фиг. 6 показаны детали механизма для обеспечения газонепроницаемого уплотнения между дверью и осевой поверхностью разделительной установки;In fig. 6 shows details of the mechanism for providing a gas-tight seal between the door and the axial surface of the separation device;
На фиг. 7 показано повышение давления в полости разделительной установки с подвижными дверями, работающими при повторяющихся вакуумных откачках и выдерживающими более 1000 циклов; иIn fig. Figure 7 shows the increase in pressure in the cavity of a separation plant with movable doors operating with repeated vacuum pumping and withstanding more than 1000 cycles; And
На фиг. 8 показано использование двойных окружающих горизонтальных стенок в качестве коллекторов для транспортировки сред в полость разделительной установки и из них.In fig. Figure 8 shows the use of double surrounding horizontal walls as collectors for transporting media into and out of the separation plant cavity.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION
На фиг. 1а показан вертикальный поперечный разрез разделительной установки 1, используемой, например, для прямого улавливания атмосферного CO2, в которой проходящий воздушный поток 2 является по существу горизонтальным. Воздушный поток 2 проходит через жалюзи 9, через первый входной газосборник 6, через верхнее по потоку отверстие 31 на осевой поверхности 13а и попадает в полость 3, содержащую газоадсорбционную структуру 4, прежде чем пройти через нижнее по потоку отверстие 32, расположенное на осевой поверхности 13b, во второй выпускной газосборник 7 и выйти из разделительной установки в виде выходного воздушного потока 2+, приводимого в движение вентилятором 8, смонтированным в или на выпускном трубопроводе 33.In fig. 1a shows a vertical cross-section of a
Вводной и выводной сборные трубопроводы 10 соединены вводным и выводным трубопроводами 11 с элементами впуска/выпуска отдельной полости 3 и в данном примере встроены в нижнюю окружающую стенку 5а разделительной установки 1 или прикреплены к ней.The inlet and
Также имеется возможность наклонить разделительную установку, показанную на фиг. 1а, на 90°, так чтобы поток воздуха через разделительную установку 1 был по существу вертикальным, либо в направлении вверх по потоку, либо в направлении вниз по потоку.It is also possible to tilt the separation unit shown in FIG. 1a, by 90°, so that the air flow through the
Другая возможная ориентация разделительной установки 1 показана на фиг. 1b. Здесь выходной воздушный поток 2+ по существу вертикален, а разделительная установка 1 сориентирована под углом относительно вертикального направления (наклонена). Такая разделительная установка 1 может быть объединена с другой, расположенной зеркально по горизонтали и примыкающей разделительной установкой 1'.Another possible orientation of the
В этом случае жалюзи 9 можно быть пропустить, и входной воздушный поток 2 может поступать непосредственно через входной газосборник 6, верхнее по потоку отверстие 31 осевой поверхности 13а и газоадсорбционную структуру 4 внутри полости 3.In this case, the
По существу треугольный выпускной газосборник 7, начинающийся на нижней по потоку осевой поверхности 13b и расположенный на нижнем по потоку отверстии 32 предусмотрен для обеспечения необходимой зоны выпуска, а устройство для приведения в движение - в данном случае вентилятор 8 - находится на выходе из выпускного газосборника 7 в выпускном трубопроводе 33.A substantially triangular
На фиг. 1b показаны два выпускных газосборника 7 и 7'; которые могут быть также объединены в один общий выпускной газосборник, т.е. без разделительной стенки между ними, и вместо двух устройств для приведения в движение (8, 8') или двух соответствующих рядов устройств для приведения в движение (8, 8') в направлении обзора может быть одно единственное центрированное устройство для приведения в движение (или ряд устройств для приведения в движение в направлении обзора).In fig. 1b shows two
Как и на фиг. 1а, разделительная установка 1 соединена вводным и выводным сборными трубопроводами 10, соединенными вводным и выводным трубопроводами 11 с полостью 3 в или на нижней окружающей стенке 5а.As in FIG. 1a, the
Следует понимать, что пара сдвижных дверей 12 не показана на этих видах на фиг. 1, поскольку они не находятся в плоскости разреза. Они перемещаются в пределах входного 6 и выходного 7 газосборников, ориентированы перпендикулярно направлению входных потоков воздуха 2 и 2+, и при компоновке согласно фиг. 1b, верхние по потоку сдвижные двери расположены во входном газосборнике 6 и 6', а нижние по потоку сдвижные двери расположены параллельно верхним по потоку сдвижным дверям в области 27 выходного газосборника 7, по существу справа ниже по потоку от газоадсорбционной структуры 4.It should be understood that the pair of sliding
Кроме того, на фиг. 1а и 1b показаны разделительные установки и 1,1' каждая соответственно лишь с одной единственной полостью 3, но обычно в каждой разделительной установке имеется по меньшей мере две смежных полости, расположенных одна за другой в направлении, параллельном направлению обзора. Далее концепция может быть распространена на любое количество разделительных установок в случае их укладки в штабель при вертикальной компоновке или в случае прилегающих друг к другу установок при наклонной компоновке.In addition, in FIG. 1a and 1b show the separating installations and 1,1' each with only one
В частности, при компоновке согласно фиг. 1b, если используются по меньшей мере две полости в каждой разделительной установке, то выпускные газосборники 7 и 7' (или общий выпускной газосборник, как раскрыто выше) могут быть сформированы в один общий выпускной газосборник (или два параллельных) над каждой разделительной установкой, и в этом случае отдельные устройства для приведения в движение воздуха не обязательно должны быть отнесены каждый к одной полости, и количество устройств для приведения в движение воздуха в каждой разделительной установке не обязательно должно соответствовать количеству полостей в этой разделительной установке.In particular, when arranged according to FIG. 1b, if at least two cavities are used in each separation apparatus, then the
На фиг. 2 показан вид в аксонометрии возможной разделительной установки 1, содержащей группу 28 из шести смежных полостей 3, образованных окружающими стенками 5а, 5b и 5с, причем последние в случае смежных полостей будут образованы разделительными стенками 14, при этом, как показано на чертеже, вторая полость слева уплотнена парой подвижных дверей квадратной формы (показана только верхняя дверь 12а), расположенных во входном газосборнике, а остальные пять полостей подвергаются воздействию газового потока 2, проходящего в данном случае через жалюзи 9, прикрепленные к боковой стенке 29, и приводимого в движение вентилятором 8. Дверь 12b (не показана) находится в нижнем по потоку газосборнике 7. В основании разделительной установки в или на нижней окружающей стенке 5а имеется пара вводных и выводных сборных труб 10 для транспортировки среды в отдельные полости 3 или из них.In fig. 2 shows a perspective view of a
В этом конкретном предпочтительном варианте боковые стенки каждой из полостей 3, как показано на чертеже, изготовлены из стали, нержавеющей стали или углеродистой стали толщиной 8 мм и имеют осевую длину (в направлении потока) в пределах 1,8 м. В этом случае полости обычно имеют внутреннюю высоту 2,1 м и внутреннюю ширину 2,1 м. Сдвижная дверь может быть выполнена с размерами по высоте и ширине 2,2 м × 2,2 м из стали, нержавеющей стали или углеродистой стали толщиной 8 мм, с ребрами жесткости глубиной 0,16 м и толщиной 5 мм, причем указанные ребра жесткости приварены к полотну двери с шагом 0,2 м по обеим осям плоскости двери.In this particular preferred embodiment, the side walls of each of the
Разделительная установка 1, показанная на фигуре 2, может работать следующим образом: в ситуации, представленной на этой фигуре, вторая полость слева уплотнена верхней по потоку сдвижной дверью 12а и нижней по потоку сдвижной дверью 12b. Вводной трубопровод 11 закрыт клапаном, а выводной трубопровод 11 используется для откачивания воздуха из этой полости. В то же время эта полость может быть нагрета путем введения нагревательной жидкости в соответствующие трубопроводы, расположенные в полости и/или в газоадсорбционной структуре 4, и/или путем введения горячего пара по вводному трубопроводу 11.The
Также во время или после, или вместо откачивания и/или нагрева возможно введение пара или других газов в качестве потока продувочного газа, а для извлечения двуокиси углерода используют выводной трубопровод 11 и двуокись углерода извлекают из полости. Таким образом, извлечение двуокиси углерода может быть проведено с вакуумом или без него в зависимости от конфигурации процесса. В то время как этот процесс происходит во второй полости слева, вентилятор 8 второй полости слева не работает или, предпочтительно, работает с пониженной скоростью, как раскрыто ниже, в то время как другие вентиляторы работают, а первая полость слева и четыре полости справа открыты для прохождения потока и для адсорбции двуокиси углерода.Also, during or after, or instead of pumping and/or heating, it is possible to introduce steam or other gases as a purge gas stream, and to extract carbon dioxide, an
После завершения этапа извлечения двуокиси углерода во второй полости слева и, в некоторых случаях, после того, как вторая полость слева снова достигла температуры и/или давления окружающей среды, пара сдвижных дверей перемещается, например, чтобы закрыть первую полость слева и с помощью манипуляций уплотнить эту первую полость слева. Производительность вентилятора первой полости слева уменьшается, а вентилятора второй полости слева увеличивается. Такое снижение мощности соседних вентиляторов в активно адсорбирующей полости без полного останова является предпочтительным, так как в противном случае воздух через остановленный вентилятор будет засасываться в выпускной газосборник 7, снижая поглощение адсорбата.After the carbon dioxide extraction step in the second cavity on the left has been completed and, in some cases, after the second cavity on the left has again reached ambient temperature and/or pressure, a pair of sliding doors are moved, for example, to close the first cavity on the left and manipulated to seal this first cavity on the left. The performance of the fan of the first cavity on the left decreases, and the performance of the fan of the second cavity on the left increases. Such a reduction in the power of adjacent fans in the actively adsorbing cavity without completely stopping is preferable, since otherwise air through the stopped fan will be sucked into the
Теперь операции, раскрытые выше для второй полости слева, выполняются для первой полости слева, в то время как через остальные полости проходит поток для адсорбции двуокиси углерода из окружающего воздуха. В следующем цикле обычно пара сдвижных дверей перемещается для уплотнения полости показанной на чертеже в самой правой позиции, поскольку предполагается, что именно эта полость подвергалась воздействию потока окружающего воздуха в течение наибольшего количества времени на данный момент.Now, the operations disclosed above for the second cavity on the left are performed on the first cavity on the left, while a flow is passed through the remaining cavities to adsorb carbon dioxide from the surrounding air. In the next cycle, usually a pair of sliding doors is moved to seal the cavity shown in the drawing at the rightmost position, since it is assumed that this cavity has been exposed to the ambient air flow for the greatest amount of time at that time.
Цикл продолжается таким образом, что после уплотнения первой полости справа сдвижные двери перемещаются ко второй полости справа и уплотняют ее, затем к третьей полости справа и так далее. Таким образом, происходит циклический процесс, в котором присутствует минимум структурных элементов для работы максимального количества адсорбционных полостей, оптимальным образом учитывая, что обычно этап адсорбции занимает больше времени, чем этапы десорбции. Фактически, количество полостей, расположенных в такой группе, может быть адаптировано к соотношению времени для адсорбции и десорбции. Если, например, адсорбция и десорбция занимают одинаковое количество времени, то группа из двух смежных полостей может быть наиболее подходящей. Оптимальный рабочий процесс, как показано на фиг. 2, обеспечивается, если соотношение времени адсорбции и десорбции составляет 5:1.The cycle continues so that after sealing the first cavity on the right, the sliding doors move to the second cavity on the right and seal it, then to the third cavity on the right, and so on. Thus, a cyclic process occurs in which a minimum of structural elements are present to operate the maximum number of adsorption cavities, optimally taking into account that the adsorption stage usually takes longer than the desorption stages. In fact, the number of cavities located in such a group can be adapted to the time ratio for adsorption and desorption. If, for example, adsorption and desorption take the same amount of time, then a group of two adjacent cavities may be most suitable. The optimal workflow as shown in FIG. 2 is ensured if the ratio of adsorption and desorption time is 5:1.
От этого оптимального соотношения времени можно отказаться или ослабить его путем удерживания дверей или приведения их в нейтральное положение вне группы, что позволяет отвязать время процесса от конфигурации полостей и группы, поскольку двери могут быть установлены в это положение, если не требуется закрывать полости, что позволяет устанавливать любое время для десорбции и адсорбции.This optimal time ratio can be waived or relaxed by holding the doors or placing them in a neutral position outside the group, which allows the process time to be decoupled from the configuration of the cavities and the group, since the doors can be set to this position if the cavities are not required to be closed, allowing set any time for desorption and adsorption.
На фиг. 3 показаны детали варианта каркасного элемента 30 возможной разделительной установки 1, содержащей группу 28 из шести полостей 3 с разделительными стенками 14, то есть каждая полость охвачена окружающими стенками 5а, b и c с парой подвижных дверей 12а и b (показана только верхняя дверь), прилегающих к верхней и нижней по потоку поверхностям 13а и b, соответственно, для уплотнения в данном случае второй полости слева. В или на некоторых полостях показаны различные варианты осуществления стабилизаторов 15 на базе структур из ферм, образованных различными комбинациями поперечных стоек, прикрепленных в полости 3 к окружающим стенкам 5 и разделительным стенкам 14, или, как в первой полости слева, газопроницаемого листа, охватывающего поперечное сечение полости, который также может быть элементом газоадсорбционной структуры. В некоторых случаях, в зависимости от требуемого диапазона давления и размера разделительной установки 1, стабилизаторы могут не потребоваться, как в самой правой полости.In fig. 3 shows details of an embodiment of the
На фиг. 4а и b показаны соответствующие положения (О-iv) для учета падения давления в условиях воздушного потока 2 для установки DAC существующего уровня техники и разделительной установки настоящего изобретения соответственно. На фиг. 4с) показаны результирующие профили давления для двух установок, работающих с одинаковыми вентиляторами 8 и одинаковыми газоадсорбционными структурами 4. Обе установки начинают всасывать воздух при атмосферном давлении в точке 0, однако введение воздуховодов в установку существующего уровня техники а) немедленно вызывает падение давления, в то время как установка согласно настоящему изобретению поддерживает уровень давления практически неизменным до точки i, где воздух попадает в газоадсорбционную структуру 4. Над газоадсорбционной структурой (точки i-ii) происходит основное падение давления до того, как вентилятор 8 снова повысит давление до уровня атмосферного. Поскольку вентилятор 8 установки а) должен преодолеть перепад давления, создаваемый газоадсорбционной структурой 4 и воздуховодами, в том числе с учетом любых крышек, приводов и ограничений потока, результирующий поток воздуха определяется комплексным перепадом давления и соответственно становится больше, чем в случае б), где вентилятор должен преодолеть по существу только перепад давления газоадсорбционной структуры. Соответственно, воздушный поток в случае b) и скорость поглощения CO2 выше, чем в случае а).In fig. 4a and b show the corresponding positions (O-iv) for taking into account the pressure drop under the condition of the
На фиг. 5 показаны детали возможного приводного механизма разделительной установки 1 для поперечного перемещения двери 12 между, в данном случае, тремя полостями 3 группы 28, причем каждая из двух внешних полостей 3 подвергаются воздействию воздушного потока 2, приводимого в движение вентилятором 8. Направление и перемещение двери 12 происходит в верхней и нижней направляющих 16, прикрепленных к каркасу 30 группы 28 для ограничения движения двери только в поперечном направлении, кроме того, дверь прикреплена к приводному ремню 18 с помощью одной или пары защелок 20. Ремень 18 перемещается на двух шкивах 17, причем по меньшей мере один шкив приводится в движение электрическим шаговым двигателем 19. Дверь 12, как указано, может двигаться как влево, так и вправо.In fig. 5 shows details of a possible drive mechanism for a
На фиг. 6 показаны детали одного из возможных механизмов для уплотнения подвижной двери 12 относительно верхней по потоку поверхности 13 каркаса разделительной установки 1. На этом чертеже установка изображена сбоку и показана только верхняя подвижная дверь 12а, имеющая верхний и нижний ролики 21, расположенные в С-образных направляющих 16, прикрепленных посредством тяги 22 к пневматическому приводу 23 и, кроме того, прикрепленных посредством L-образного кронштейна 24 к окружающей стенке 5 разделительной установки 1, при этом сжатие пневматического привода 23 тянет С-образную направляющую 16 и, соответственно, верхнюю по потоку дверь 12а к верхней по потоку поверхности 13а, при этом уплотнительное кольцо 26 (показанное в разрезе) входит в контакт с верхней по потоку поверхностью 13а и обеспечивает уплотнение полости 3 внутри разделительной установки 1. Движение С-образных направляющих 16 дополнительно поддерживает и направляет пара тяг 25, образуя шарнирный четырехзвенник. Хотя показана только одна дверь (только на одной стороне разделительной установки, например, в данном случае на верхней по потоку стороне впуска газа), следует понимать, что такой же зеркально расположенный механизм может быть применен и на другой стороне разделительной установки.In fig. 6 shows details of one possible mechanism for sealing the
На фиг. 7 показаны результаты длительных испытаний одной из возможных компоновок разделительной установки, содержащей подвижную дверь размером 2,2×2,2 м и группу из двух вакуумных полостей. Пару дверей многократно перемещали между полостями с помощью ременного привода и выполняли уплотнение на осевых поверхностях разделительной установки с помощью набора пневмоприводов. Затем полость вакуумировали с атмосферного давления до 100 мбар(абс) с последующей выдержкой под давлением в течение 15 минут, после чего полость снова вакуумировали, а затем перемещали дверь во вторую полость и повторяли процедуру вакуумирования и выдержки под давлением. Разделительная установка работала в условиях окружающей атмосферы в течение более чем 1000 циклов с показанным на фиг. 7 окончательным повышением давления при заключительной выдержке под давлением, то есть утечке воздуха в откачанную вакуумную полость. Во-первых, видно, что это повышение за все циклы составляет менее 10 мбар и находится в пределах, установленных для системы, а во-вторых, повышение остается практически неизменным между первым и последним циклом, обеспечивая циклическую стабильность и надежность разделительной установки.In fig. Figure 7 shows the results of long-term tests of one of the possible layouts of a separation plant, containing a movable door measuring 2.2 × 2.2 m and a group of two vacuum cavities. A pair of doors was repeatedly moved between cavities using a belt drive and sealed on the axial surfaces of the separation unit using a set of pneumatic actuators. The cavity was then evacuated from atmospheric pressure to 100 mbar(a) followed by holding under pressure for 15 minutes, after which the cavity was evacuated again, and then the door was moved into the second cavity and the procedure of evacuating and holding under pressure was repeated. The separation unit was operated under ambient atmospheric conditions for more than 1000 cycles as shown in FIG. 7 by the final increase in pressure during the final holding time under pressure, that is, air leakage into the evacuated vacuum cavity. Firstly, it can be seen that this rise for all cycles is less than 10 mbar and is within the limits established for the system, and secondly, the rise remains practically unchanged between the first and last cycle, ensuring cyclic stability and reliability of the separation plant.
Пример 1. Количество материала и материалоемкость короткоциклового вакуумного устройства для прямого улавливания воздухаExample 1. Amount of material and material consumption of a short-cycle vacuum device for direct air collection
В таблице 1 показаны количество материала и материалоемкость одного из возможных вариантов осуществления разделительной установки, содержащей группу из шести смежных полостей с одной горизонтально сдвижной парой дверей. Она сравнивается с разделительным устройством, содержащим шесть отдельных установок существующего уровня техники согласно WO-A-2015185434. Оба варианта в данном примере осуществлены в пределах габаритных размеров 40-футового транспортного контейнера ISO 668.Table 1 shows the amount of material and material consumption of one of the possible embodiments of a separation installation containing a group of six adjacent cavities with one horizontally sliding pair of doors. It is compared with a separating device comprising six separate state-of-the-art units according to WO-A-2015185434. Both options in this example are implemented within the overall dimensions of a 40-foot ISO 668 shipping container.
Видно, что настоящее изобретение имеет материалоемкость на 40% меньше (где материалоемкость описывает конкретное количество массы конструкционного материала, необходимое для замыкания определенного объема, который может быть использован для адсорбционной структуры), что приводит к значительной экономии затрат на производство. Кроме того, особенно для процессов прямого улавливания воздуха, использующих колебания температуры, соответствующая сниженная тепловая масса создает значительную экономию энергии.It can be seen that the present invention has a 40% lower material intensity (where material intensity describes the specific amount of mass of structural material required to enclose a specific volume that can be used for an adsorption structure), resulting in significant manufacturing cost savings. Additionally, especially for direct air capture processes that exploit temperature fluctuations, the associated reduced thermal mass creates significant energy savings.
На фиг. 8 показан один из возможных вариантов разделительной установки 1, содержащей полость 3, образованную окружающими стенками 5. Нижняя и верхняя окружающие стенки 5а и 5b образуют со второй нижней и верхней окружающими стенками 5а' и 5b' соответственно в виде двустенных элементов, пространство, которое, в свою очередь, образует коллектор 10, где среда может течь в полость 3 и из нее через ввод или вывод 11. Таким образом, структура разделительной установки может быть использована двойственным образом - для восприятия конструктивных нагрузок и содержания среды.In fig. 8 shows one of the possible variants of a separating
Claims (28)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP19170232.3 | 2019-04-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021130939A RU2021130939A (en) | 2023-05-18 |
| RU2813572C2 true RU2813572C2 (en) | 2024-02-13 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009172479A (en) * | 2008-01-22 | 2009-08-06 | Fujitsu Ltd | Carbon dioxide removal apparatus and carbon dioxide removal method |
| US7992409B1 (en) * | 2010-07-21 | 2011-08-09 | Willard Cooper | Cryogenic process for separation of carbon dioxide from the atmosphere using a superconducting wind turbine |
| EP2782657A2 (en) * | 2011-11-25 | 2014-10-01 | Climeworks AG | Distributed building-integrated carbon dioxide extraction system reducing fresh air requirements |
| RU2615042C1 (en) * | 2016-03-21 | 2017-04-03 | АО "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" (АО "СПМБМ "Малахит") | Device for removing carbon dioxide |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009172479A (en) * | 2008-01-22 | 2009-08-06 | Fujitsu Ltd | Carbon dioxide removal apparatus and carbon dioxide removal method |
| US7992409B1 (en) * | 2010-07-21 | 2011-08-09 | Willard Cooper | Cryogenic process for separation of carbon dioxide from the atmosphere using a superconducting wind turbine |
| EP2782657A2 (en) * | 2011-11-25 | 2014-10-01 | Climeworks AG | Distributed building-integrated carbon dioxide extraction system reducing fresh air requirements |
| RU2615042C1 (en) * | 2016-03-21 | 2017-04-03 | АО "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" (АО "СПМБМ "Малахит") | Device for removing carbon dioxide |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20240189761A1 (en) | High throughput direct air capture device and method of its operation | |
| US11266943B1 (en) | System and method for improving the performance and lowering the cost of atmospheric carbon dioxide removal by direct air capture | |
| US11944931B2 (en) | Direct air capture device | |
| US12121848B2 (en) | System and method for improving the performance and lowering the cost of atmospheric carbon dioxide removal by direct air capture | |
| US11266951B1 (en) | System and method for improving the performance and lowering the cost of atmospheric carbon dioxide removal by direct air capture | |
| CN106163636B (en) | For removing CO from the atmosphere2Rotary multiple material bed moving system | |
| EP3151947B1 (en) | Vacuum chamber for direct air capture device | |
| CN115515700A (en) | Rotating continuous multi-capture system and apparatus for improved direct air capture (DAC+) of carbon dioxide | |
| KR20230023723A (en) | Continuous-action direct air capture system | |
| JP2024543500A (en) | Modular radial adsorbent bed for direct air capture. | |
| RU2813572C2 (en) | High-performance device for direct capture of co2 from air and method of its operation | |
| EP4427833A1 (en) | Direct air capture device | |
| WO2023247481A1 (en) | Direct air capture device | |
| WO2024184329A1 (en) | Direct air capture device | |
| WO2024184330A1 (en) | Direct air capture device | |
| US12194408B1 (en) | System and method for carbon dioxide removal by direct air capture | |
| WO2023222441A1 (en) | A system for capture of carbon dioxide | |
| EA040334B1 (en) | ROTATING SYSTEM FOR MOVING A LAYER WITH MULTIPLE MONOLITHIC LAYERS TO REMOVE CO2 FROM THE ATMOSPHERE |