專利名稱：：從流體物流中除去二氧化碳的方法和設備的制作方法從流⑩流中除去二氧^^的方法^i殳備關于^P贊助研究MLH的聲明本發(fā)明是在美國能源部授予的合同號doenetlde-fc26-05nt42451下^EjW支持下進行的。iW可以旨發(fā)明中的一定^U'J。背景本發(fā)明總的涉及氣體分離工藝禾4殳備，更M的涉及CU的隔離。合成^4爭^M屯化的應用，種'j來說，在合成^A^氣^x藝中產生以后，其可以應用于a^發(fā)電的^^氣4^^循環(huán)(igcc)電廠以;5l^漆中生產諸如氬和電的多種產物的基于IGCC的多聯(lián)產設備，并且其對^i舌二氧4t^離的設^t4賄用。它也可用^^屯化可以用來發(fā)電或多聯(lián)產的其它源自烴的合成氣，包括衍生自天然氣、重油、生物質和別的含疏重^^料。已知的"齡'j氫(H2)和電，，技術(基于煤氣化的多聯(lián)產設備或IGCC電廠)的商業(yè)化已經受到與除去雜質相關的高資本費用的FJL^"。對于氫B^^嚴粉^！要4^用于燃氣源論的燃^^^通常通過一系列凈^^t^Mt來滿足，這有助于一氧孑誠(C0)轉化、石;fU^去、二氧4誠(C02)除去以;5l^的氣體高純處理。一些已知的合成氣;f^支術集中于在^f的it件操怍中除4^種雜質。從氣化器逸出的原料燃^^'沐煤U換(wgs)^元件之前被轉并除去微粒，該元件M在于合成氣中的CO和H20轉化成C02和H2，因jt化高壓原料合成^^勿流中絲了它。同樣，為了獲得期望的co轉化，一^將高度過量的^真氣引AJ'J合成^[勿流中以驅使WGSM接近徹底。結果是，WGS^需要大量的能量來產生M需要的過量的7jO蒸氣。所4f^成^i^"有作為期望產物的氬，以及在利用H2之前應當除去的C02和別的雜質(例如硫)。從產生大量的C02的電廠和別的商業(yè)設備中隔離出C02是期望的。^iJ^的C02捕獲技術中，對于基于煤氣化的電廠或H2生產廠來說，在;^*燃燒前在高壓下從輛諸如基于p及收劑的技術的商業(yè)可獲得技術的預燃燒C02捕獲的費用高達40美元/-屯，這雖然遠低于補雄^T獲的費用，但是對于碳排出物ii^應用來說仍然太高。而且,"-^估計二氧^^捕獲代表了碳捕獲、■、運^隔離系統(tǒng)總費用的四分之三。因此，仍然有對減少或消除別的系^i且件、增加系M^t率、和/或否則簡化H2物流的純化的高效的和簡化的CO轉化和co2除去系統(tǒng)的需要。i^JUHf的，^y^生除去氣體并生產氫的設備的實財式，以，來使用它的方法和系統(tǒng)。在一個實施方式中，用于生產氬氣的設備可以包舍外殼，位于外殼中、接i^A口^N皮iU來接4M^自入口的流^4勿流的第一4ff匕-除^分，以及泣于外殼中、處于第一轉化-除^分的下游^N皮iU來接收來自第一^^-除^P分的物流的第_=4令化-除^分。所必卜殼具有接i^Jl游端的入口禾*^近下游端的出口。第一轉化-除去部分包^f皮iU^Me物流中co轉化成co2的第一催^^部件，以及位于第一催化劑部件下;W與其流動i^t的第一膜部件。第^#化-除*^分包含被設置iMe4勿流中co轉化成co2的第二催^^部件，以及位于笫二催化劑部降下;;絲與其流動i^it的第二膜部件。第二膜^ft被i^^M勿流中選擇性的除去C02并與第二尾氣(sweepgas)流動i^i^。在另一個實施方式中，生產氫氣的設備可以包舍具有接i^h游端的入口和接近下游端的出口的外殼，第一轉化-除⑩分，第1爭化-除擲妙第三轉化-除去部分。第一轉化-除^P分位于外殼中、接i^口和被iU來接收來自入口的流^4勿流。第一轉化-除擲分包^f皮iO:;jMe^流中C0轉4誠C02的第"-^化劑部件以及位于第《化劑部件下iJHf與其流動逸逸的笫一膜部件。設置第一膜部^H吏其從物流中選捧性的除去C02并與第一尾氣流動iiit。第^#化-除^分位于外殼中、處于第一轉化-除^p分的下游。設置第《^#化-除，分來接>)^自第一轉化-除擲輛物流。第^^爭化-除擲分包^^皮"&UMe^流中co轉化成C02的第二催化劑部件以及位于第二催化劑部降下*與其流動i^it的第二膜部件。設置第二膜部^H吏其從物流中選棒〖生的除去C02并與第二尾氣流動疆。第三轉化-除一分位于外殼中、處于第^^爭化-除擲分的下游。iu笫三轉化-除去部分來接^M^自第H"化-除^賴物流。第三轉化-除^|^包^^1￡棘物流中co轉化成co2的第三催4b^部件以及位于第三催^^部ft下游并與其流動逸逸的第三膜部件。設置第三膜部^H吏其從物流中選捧〖生的除去cu并與第^c氣流動逸逸。外殼具有縮減的直徑，這樣位于第一轉化-除^p分的第一直徑^^近第三轉化-除M^i第三直徑大。在一個實施方式中，從流絲流中除去C02的方法&^:^4勿流中0)#^成C02以形成第一C02物流，改變第一C02物流中的第一^平^v乂增加CO轉化成co2的驅動力，把第一C02物流中的另外的CO轉化成C02以形成第二C02物流，改變第二C02物流中的第二>^1平#^增加CO轉化成co2的驅動力，以及從第二cu物流中除去C02以得到H2物流。在沒有向第一C02物流中引入另外的反應物的情況下改變了第一A^平衡，以4沒有向第二co2物流中引入另外的^物的情況下^了第二M平衡。通過下面的圖M細說明舉例說明了上述的和別的特征。附困的簡M明^!^參考附圖，它們是例證性的、非限定的，其中同樣的數(shù)字以同樣的方式標教。圖1是例證性的包含^^合成氣;ff匕辦的鄉(xiāng)氣^^合循環(huán)(IGCC)多聯(lián)產i殳備的示意圖。圖2是^i^合成^^化部件、包含多個轉化-除^^;反應器的一個實^r式的剖面圖。圖3是)^交具有多個轉化-除^^i反應器與具有單一轉化-除^P分的反應器通ii^I器的C02和H2^的圖形展示。發(fā)明的詳g明iL4勿濟u的純4匕，特別是一氧^^到二氧^^的轉化以及二勤w友的除去可能是高耗費而^^:率的。具有多個轉化-除^P賴設備(其中每轉分把一氧^^(CO)轉化^Ji氧4誠(C02)，然后從物流中除去二氧4誠)可以斷氐電廠的這轉件(section)的尺寸(footprint)。通過具有多個二氧4^1^^件(例如膜部件)，娜合成氣相部件獲得了把一氧艦和,匕^n氧艦和氬的簡化。以前，高度過量的J^，氣(即大于化學計U:的230。/。)被引Ai，J物流中以驅^Ml完成，即，轉4緣流中的;Lf所有一IU誠。如^jfcM所用的，化學i情量的^蒼^^汰物流中的所有一氧^^被#<匕以產生二氧^^和|^斤實際消耗的扣蒸氣量。當合成^f勿流消耗大量的能量時在同樣的壓力下產生這種過量的水蒸氣，因此制氐了設備的總熱效率。^!器下:^^需JN^凝器以除去^(匕的氬(H2)物流中的過量的水。在具有多個轉化-除^P輛設備中，一氧^^友和7K^^L每個轉化部件中被轉化^i氧^^友和氫，然后在緊接著其的除擲件中二氧^^^^物流中除去，這樣增強了在船的轉化辦中的另外的一氧^^轉化的^驅動力。因此，為了一氧^^1的紋全4H匕(例如大于95%)而引A^物流中的7jO蒸氣的量可以被充分斷氐(例州氐于或等于大約化學ihj7K^氣量的150。/。，更明確的低于或等于大約130%，甚至低于或等于大約110%)。這個工藝所需的7]<^氣量的減少直#^致了該工藝所需的能量量的減少。另外，該設備可以與需要用^M^得勤以水平的一氧^^轉^^二氧^^i^去率的^#"級轉化-除去>^器大小一樣或比其小，并且(在同樣的^ii、初始氫^!和初始一氧^^^下)可以獲得更高的一氧^^l^^:率和更低的氬損失(例^^氐于或等于大約8%的氬損失)。doil^所用的，H2損失的百分比的定:^從C02除去的H2的量除以原^^成，流中的H2^H(o^^fr^成場流中的所有C0被轉化成H2的量的總和。圖1是例證性的伴醋二勤械(C02)分離而產生氬氣(H2)和電的糾氣^^:合循環(huán)(IGCC)多聯(lián)產設備10示意圖。設備IO^i雄收低^f^辨(LVF)和含M料的氣批件12并生成合成氣RLVF^舌氣^^(例如其為部分氧^X藝提供l^p碳源)，流體舍烴燃料(例如在流體中(例如氣體的、液體的或液化固體態(tài)的)包舍經^^類的組合物)，和固體含石1^、料，以及包含至少前述之一的結合。流體舍烴燃料包括石油產品(包、括條出物和殘余物，例如原油、常壓淹油、汽油、石腦油、-彩由、粗油瀝青、柴油、殘油、瀝青妙袖、頁巖油、循環(huán)氣油、衍生自煤(coal)、褐性煙煤、芳烴(例如苯、甲#二曱苯餾分)、煤焦油、禁微柴油的鵬萃城的油)；氧化的含烴有枳源料(包括碳水4^物、纖維素、醛、有機酸、醇、酮和氧W^樸'由)；包含氧化的舍賄才;u^料的化學工藝的廢'姊副產物；氣體烴(包括天然氣、橋煉^A^包含lt^/或類似于甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等的飽和或不#烴的別的氣流)；廢氣包括有機氮、減或氧^^物；和別的合it^、料，以及包含至少前述之一的結合。別的合ii^f"是固體含^^料，即由-^t或多種固體含碳^^f始誠的組^l勿。固體含^^料^i套煤(例如無煙煤、嫩煤、亞煙煤)；來自煤的傳艱褐性煙煤，衍生自煤液化的殘余物；石油蒸餾和裂化工藝的粗殘^^/;油頁巖；瀝青妙、，石油焦；瀝青(asphalt);瀝青(pitch);孩妍立碳黑(煙灰)；濃縮下水it^泥；7K塘(tank)和池塘(pond)底部分離煤泥；空^f選固體；和別的合適材料，以及包含至少前ii^、料之一的結合。一些可憤料公開于美國專利第5，441,990號中。氣^^L件12與一系列合成^Hp器16(被i5LUM^去熱禾嗜財立)以及被設置iMe^成氣14中COS轉化^/危化氫(H2S)的^J危4械(COS)7辦膽18流動親然后通過紗合成，Wt處理合成氣14。#^合成^[匕部件具有包含環(huán)^"笫一轉化-除^|^30、第^T4fft-除^分32和H2S膜28的外殼36的^Ml器20。每個轉化-除:i^包含位于膜部件26的上游的催化劑耕24,這樣流膽^it鄉(xiāng)-"^H^耕，輛一氧^f&l和7jO蒸^f皮轉化成h2和c02，然后物^itit^一膜^K^|5通過0)2#^^從物流中除去c02。c02從物流中的除去增加了CO和h2在物流中(與物流中殘余的c02*4目比)的濃度，因j^曽強了另外的CO轉化的驅動力。然后該0)2貧化的物流與第二催化劑部件接觸，^p存在于物流中的更多的一氧^^和^，^皮#^成另外的&和另外的0)2。然后物流通it^二膜部件，在那另外的c02被從物流中除去'通iM的尾^A^器20中除去co2。然后在富h2物流42逸出^器20前，使物^itii/人物流中選棒性除去貼的貼選捧^莫^f牛。膜可以密封^frf可形式的合成氣流動，這使得尾^殳有iiA^合成氣系統(tǒng)就除去了c02。例如，c02通ii^壁到組另一邊的密封區(qū)域，而合成^f爾她續(xù)通itMl器。尾^^v密封區(qū)域，^M通過并除去已^itii^壁的c02。通過分離出口(未顯示)尾氣而不是富h2物流42把c02帶出^器。參照圖2，闡釋了^^J^器的另一個實財式。Ail器22包含4^Mi于外殼36中的第一轉化-除^分30、第1爭化-除^分32和笫三轉化-除^p分34。每個轉化-除^分包含位于膜部件26的上游的催化劑部件24，這樣流絲^tit^"H^化劑部件，在那一氧^^Mo蒸^f皮轉化成h2和c02，然后物流通過第一膜部件，徊匕CO通過C02選棒^M從物流中除去并由jtkititC氣38將C02從反應器22中去除。然后貧化的C0i物流與第二催^^'i部件接觸，徊(5存在于物流中的更多的一氧^^和7jO蒸^i皮轉化成另外的Ha和另外的C02。然后物沭通iif二膜部件，在那另外的0)2經0)2選##^#^物流中除去，以;5L^C氣40被M^！器中除去。該工藝在第三轉化-除^#所有1^轉^^^分中再次重復。應器催化劑。可能的催化劑W封失(Fe),諸如把(Pd)、粕(Pt)、銠(Rh)的貴金屬催化劑，以及包"^至少一#^迷催^^的結合，例:H失書(Fe"Cr)^r、^H^(Pt-Re)^r^等。這些催化劑可以負栽于高表面積的陶資上，例如二氧^/4市(Ce02)、IU膽、氧4膽(A1A)、堇青石，以及包^^至少一^ii^體的結合。在一*')證性的實;^式中，第Hlt化劑部件包^4失，而第三催化劑耕當合成氣14^卜殼36中通過催化劑辦24時，放熱的水-(CO+H20<=〉c02+H2)把c0專ff誠c02?？梢証e^化劑"W^膜WM的相互隔開(即不與后面的或前面的部⑩理^^觸)，^'沐說，以PJjL催〗^H^H^膜部件間的熱交換和使得能夠熱沐另外，通itM耕的入口尾氣可以處于tb^成^f勿流低的溫度(例如tb^成，添顯度低大于或等于大約100°c)，這樣4AA反應器中除去了C02和熱。在沒有應用單獨的熱交換器的情況下，可以獲得^X的冷卻以進一步增強最大CO轉化的WGSM驅動力，因此降低了反應器復雜性和費用。另夕卜，逸出M器的M勿流可以具有比逸出非^^WGS/0)2分離系統(tǒng)(例如大約環(huán)J^顯度(大約25。C-大約50°C))更高的溫度(例如大約250。C-大約350°C)。合成^l^^沐C02除去工藝增加的^t^1，以及因此更高的逸出M器的&物流42的溫;l減少了對于在大約室溫下(例如大約30°C)運4沐產生&物流的傳統(tǒng)C02除去工藝來iH必需的與^H卩^4加熱相關的能量損失。例如，第一轉化-除^Mt可以具有大約350。C-大約"0。C的溫度，尾氣可以冷卻合成氣物流，因此進入第二轉化-除^件的合成氣物流具有大約300°C的溫度。然后第^^4令化-除^P件可以在大約300。C-大約350°C的溫度運行，尾氣可以冷卻合成氣物流，因此進入第三4^件的合成氣物流具有大約250°C的溫度。然后第三轉化-除^P件可以在大約250。C-大約300。C的溫度運行，尾氣可以冷卻合成氣物流，因此逸出反應器的合成氣物流具有大約250°C的溫度。膜部件26是C02選棒性的，因jH^除^^R^部件24中產生的C02，使得CO到C02的平l^f(tii行到接^全的CO轉化(率)(和百萬分之10份^f只(ppm)—才ff氐的CO殘留在H2產物流中)。任選的，如果除去H2S也是期望的，膜部件26也可以是H2S選棒t生的，這樣M除去H2S而幫助獲得了H2產物中低水平的H2S(低于或等于100ppm),和/或可以應用單獨的H2Si^^^部件28。應當注意雖然H2S選捧^M部件28解釋性的位于轉化-除^"W30,32的下游，然而H2S選棒^M部件可以位于轉化-除^P州門的之前、之間和/i^r。膜部件26可以包含在操作條件下穩(wěn)定并在操作條件下具有所需的C02(以及任選的H2S)滲透'f^4捧性的任何膜材料。而且，可以選擇膜材料，這樣依賴于特定膜部件的操作溫度范圍膜部件26可以包含不同的組合物。例如，第一膜部件可以包含在大約250。C-大約500。C的溫度(例如大約30(TC-大約450"C)可操作的陶瓷基膜，接下來的(例如第二個)膜部件可以包含同樣的或不同的在大約200t-大約400。C的溫度(例如大約25(TC-大約350eC)可操作的陶瓷基膜，然而接下來的(例如笫三個或最后的)膜部件可以包含在大約50。C-大約。C的溫度(例如對于陶資基膜、聚合物基膜或雜化膜大約50。C-大約1506C,以及大約175°0大約250。C溫度的陶瓷基膜)可操作的陶瓷基膜、聚合物基膜或雜化膜(hybridmembrane),對于C02選捧法的可能膜材料包含特定的無機和聚合物材料，以及包含至少一種這些材料的結合。無機材料包括微孔硅石、微孔混合氧化物和沸石材料，以及包含至少一種這些材料的結合。一些可能的膜材料描述于Ruud等人于2005年10月31日提出的美國專利申請第11/263165號中。雖然不是限于特定的理論，C02在微^Ut料中的選棒〖生包括表面擴散和毛細冷凝。相對于對物流中別的氣沐而言對0)2具有親和力的材料#^顯示對0)2的優(yōu)先吸附和表面擴lt而且，通過毛細冷凝作用，吸附的0)2襯的存在#^有效的阻滯孔更弱的吸附氣體，這樣F聘了它們的M。通iM的氣^^選棒〖沐決于自由襯^^表面擴W"氣體總敝的相贈獻。例如，為了獲得C02選擇性，表面擴散必須取得對C02總凝的絲貢獻。表面擴散的速率決定于吸附的C02的量以及它的相對遷移性。對于第一次近似，可以從吸附熱來估計氣體在材料上的表面擴散性。由于擴散性隨吸附熱的負數(shù)呈指數(shù)變化，因此具有低吸附熱的材料展示出更高的表面擴散性。在物理上，這意味著適于作為功能材料的材料對于C(Ub^物流中別的氣^Ml"有更大的親和力，但是對于C02的親和力沒有;U'J使C02結合到表面上而不負誠過孑Ui。低吸附熱相應于弱結^C02，這有助于高擴散性。相應的，適于作為功能材料的材料的特征在于高的表面覆蓋衍生(de/dp)和低吸附熱(AH)?？梢詮牟牧系腃02吸附等溫線決定這些性質和可以選擇合適的材料。在一個例證性的實施方式中，陶瓷包含諸如SiOhBaTi03、BaZr03、LaFe03，以及包含至少一種這些材料的結合。這些氧化物理論上對C02的表面擴散顯示充分高的遷移性，因此可以提供所需的滲透性。在較低溫度下對C02有選棒性的膜可以包^i者如^M^^I共混物的聚合物材料以及諸如M化Y-氧化鋁的雜化膜?？梢园阎T如2-乙酰氧基乙基、2-碳酰甲氧基乙基和3-氨丙基的^與陶究膜結合以獲^^擇f生C02通達實際上，膜經常包含設置于載體層上的分離層。對于不對稱的無機膜，多孔栽體可以包含不同于分離層的材料。用于不對稱的無機膜的載體材料包括多孔氧化鋁、氧化鈦、堇青石、碳、硅石玻璃(例如Vycor)和金屬，以及包含至少一種這些材料的結合。多孔金屬栽體層包括含鐵材料、含鎳材料，以及包含至少一種這些材料的結合，例如不銹鋼、鐵基合金、和鎳基合金。聚合物膜可以設置于聚合物或無機載體上。膜材料一般是相互平行設置的管狀形式?？梢园压芘帕行纬烧麄€膜部件或者將其排列形成組，由此眾多的組可以平行排列的方式形成膜部件。在這種排列中，單個的組可以被除去/替換，而保留剩下的組。幾乎每個膜部件的端部都可以是阻止尾氣與合成氣混合的分界線或封O。如在圖1和2中能看到的，反應器可以包含交替的催化劑部件和膜部件。交替部件的數(shù)目依賴于反應器的預期效率，以及尺寸和費用考慮。一般的，反應器包含大于或等于2個轉化-除^j^，或者更明確的，大約3-大約10個，或者甚至更明確的，大約3-大約6個轉化-除^分。這些轉化-除*^，以及由此的每^H^化劑部^^個膜^Hs可以是不同尺寸。期望的是，M器具有有些圓錐形的形狀，這樣它在接近下游端40b^接i^Ji游端46具有較小的直徑。直徑的變^^呈度可以基于要從流⑩流14中除去的二氧^^的量。期望的是，a器直徑(以及由此的內^^只)AUi游端到下游端有^化以維^^危員流壓力為ii^^應器的流^4勿流壓力(例如初始壓力或流⑩i^力)的±10%。更明確的是，最終壓力(例^^出A^器的物《u^力或者H2物^a力)可以^_初始壓力的±5%。作為改變反應器尺寸以及降低通過反應器的流體物流量的結果，轉化-除^分也可以包括與位于其上游的々N^I^目比斷氐的^^流動區(qū)域。例如，其中第一^化劑部件可以具有比第二催化劑耕的第二催化劑區(qū)^t蹄第二催化劑區(qū)^^P次的第Hlt化劑區(qū)^^沐第"H1lH^^區(qū)^^。另外，笫一膜部件可以具有比第二膜部降的第^區(qū)^J:^第二膜區(qū)^^大的第一膜區(qū)i4K沐第一膜區(qū)J^K。每轉輛特狄寸絲于流雑流的妙^il、要轉化的C0的量以;5L要除去的C0a的量。處理的合成氣14的大部分以貧化了C02和任選的H2S的流體物流(富&物流)44的形式逸出反應器20/22。如提到的，如果除去H2S是期望的，可以把它與C(X同時除去(例如使用對(U和H2S都有選擇性的膜)，或者隨后和/或之前例如用H2S選擇性膜28。一旦出了反應器，就可以如預期的使用富H2物流。例如，物流可以被存儲(例如在金屬氫化物、碳納米管、高壓罐中等等)和/或應用來例如發(fā)電。例如，一部分富&物流可以用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電元件48，它包含燃氣渦輪50和熱回收蒸汽發(fā)生器52來產生電54。下面的實施例用來進一步解釋反應器的實施方式，而不是有意限定該應用的寬廣范圍。實施例二個反應器設計被用來評估以決定單一除去部分(反應器l)對多轉化-除去部分(反應器2)的效果。對于每個反應器，反應器l和反應器2，對于CU的膜滲透系數(shù)是10,000Barrer,C02對m選擇性是25,膜功能層的厚度是l微米，每個膜管的內徑是l厘米(cm),每個膜部件被分成8個平行的列，以及帶有29體積百分比(vol%)的C0、31vol歸、12vol%C02和26voiy。H2的入口合成氣摩爾流速是4，000千摩/小時(kmol/hr)，而合成氣物流壓力是30巴以及溫度是350°C。出口溫度是大約250°C。應當注意滲透系數(shù)是乘以材料厚度，除以通過材料的面積和壓力差的氣體流速。為了測量這個量，barrer是10—"立方厘米/秒的流速(在標準溫度和壓力，(TC和1個大氣壓下的體積)，乘以l厘米的厚度，每平方厘米的面積和壓力上的厘米汞柱差表示的滲透系數(shù)。術語"膜選擇性"或"選擇性"兩種氣體滲透系數(shù)的比率，是膜分離兩種氣體能力的測量。例如，C02選擇性膜的選擇性是通過膜的C02滲透系數(shù)與通過膜的H2滲透系數(shù)的比率。想得到的膜具有大于或等于大約20，或更明確的大于或等于大約25，或者益發(fā)明確的大于或等于大約40，以及甚至更明確的大于或等于大約60的選擇性。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>如從表l可以看出的，雖然反應器M沒有變化，反應器直徑減小了，膜管的數(shù)目減少了，并JLi^棒法(selectivity)、、絲性、膜功育^&厚度和膜管內徑相同，但;IA應器2減少了氬損失并增加了CO轉化。與反應器l相比，反應器2減少的1^員^￡過40%。另夕卜，與^Jl器l的95財目比CO轉^^曾加到99.2。/。。圖3用圖形闡釋了這些優(yōu)勢,其中線10表示反應器2中在不同點存在于膜部件中的C02的量，線20表示反應器1中在不同點存在于膜部件中的C02的量，線30表示反應器l中在不同點存在于膜部件中的H2的量，以及線40表示反應器2中在不同點存在于膜部件中的H2的量(或者說線20表示^器1中在不同點存在于膜部件中的H2的量，以及線40表示反應器2中在不同點存在于膜部件中的C02的量)?；诙鮚^從合成氣中高溫膜分離的上ii^器系統(tǒng)對^(^0'JH2和電多聯(lián)產工藝提供了許多有利條件。整體概念能獲得捕獲C02的降低的能量耗費、更低的資本費用和對于反應器和設備來說更小的整體尺寸。此外，整體方法通過杠桿作用影響了水-氣變換反應間的協(xié)同以及除去C02的要求。除去貼的膜的使用消除了需要消耗大量能量的吸收和溶劑再生的需要。該模塊的經濟效益將會有助于IGCC發(fā)電廠或帶有0)2分離的IGCC多聯(lián)產設備的商業(yè)化。兩個工藝的消除(溶劑再生和PSA)以及四個別的工藝(HTS、LTS、H2S除去、C02除去)合并進整體模塊將會顯著減少資本費用，它將會顯著影響基于煤的Hi生產工藝的可行性。如上面討論的，^^合成^^議應器與非整體M器相比具有許多優(yōu)勢，例如物流中減少的7)0蒸氣量(因必咸少了用iM^^^生的能量耗費)，可選擇的除去反應器中的熱交換器，改善的效率(例如更高的一氧^^轉4沐更低的氫損失)，以及^ilL的，通it^器時維持大體上'to。這種反應器的別的優(yōu)勢是膜部#<門和催化劑部州門的^禺。這種超射吏#^轉分樹該部分更有利的溫度下運行(例如可以應用適于反應器中該點溫度的催化劑和/或膜)。例如，可以為每*化劑部#^##定催化劑(例如在該特定^^/運布顯度下展示出增強^的催化劑)，以及可以為每個膜部#^##^來同樣最#^^^/或減少費用。超禺的另外的優(yōu)勢^i^口果損壞減者其它T^P章下的部分可單獨替換，以及每^Ni^S殳計M^i拓寬。上面詳細描述了整體的、高溫合成^ff匕部件的一^W正性的實施方式。合成氣;fj匕部件并非限定于i!E描述的特定實施方式，而是;ff匕部件的組件可以獨立的并且單獨于i!E描述的別的組^H吏用。而且，除去(U的需要對源自煤的工廠不是唯一的，同樣的，^^合成^ff匕部件可以用于可選的Wf或生物質(biomass)系統(tǒng)以^f氐值合成^^令化成高純Ik因此，可以把該設備和方法與許多別的燃料系鄉(xiāng)脈^^Ji^吉^M^實4沐利用。ii^公開的范圍是包括釈艮的和可結合的(例如"最高到大約25wW或更明確的大約5wty。到大約20wtr的范圍包括端點和"大約5wtyn到大約25wtW"的范圍的所有中間值等等)。"結合"包括共^4勿、^^、*、^產物，以及類似物。jH^卜，術語"第一"、"第二"和類似物^e不表示^f可斬、數(shù)量或重要性，而;Uf)綠別的元件區(qū)^-個元件，以及術語"a"和"an"i!e不表示數(shù)量限定，而A^示存在至少一個所M的事物。與數(shù)量"""^^用的修飾語"大約"包括指定(state)值并且具有通過上下文指示的意思(例如包括與特定數(shù)量的測對目關的^Jj復)。il^所用的后綴"(s)"趨向于包^&#^的術語的單數(shù)和復數(shù)，因此包括一個或多個該術語(例如colorant(s)包括一個或多個colorants)。整^H兌明書中的參考"一個實^r式"、"另一個實旨式"、"實施方式"等等意思是與實M式一^描述的特定元素(例如特征、結構和/或寸)包^it^描述的至少一個實施方式中，并且可以或不可以存在于別的實施方式中。另夕卜，應當明白可以將不同實施方式中的描迷的元素以^^可適當?shù)姆绞浇Y合絲。通過^^考將所有引用的專利、專利申i沐別的參考結合于此。然而，如果本申請中的術語與結合參考中的術語矛盾或沖突，來自本申請的術^^先于來自結合參考中的沖突術語。雖然參照他逸實施方iU葛迷了本發(fā)明，然而本領于4支術人員應當明白，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以對其元素進行^t變4沐等^"換。另外，在不脫材料。;此，應當意k^本發(fā)明并非p艮定;作為實^^發(fā)明預期i好的模式'而二開的特定實施方式，而是本發(fā)明將包括落a/斤附;f5^，]^求的范圍之內的所有實施方式。部件列表208693-1(GE3-0178)設備10氣踏元12合成氣14合成錫p器16li^脅友(cos)水解元18餅合成氣凈化部件20外殼22催化劑部分24膜部分26H2S膜28第一轉化-除去部分30第二轉化-除去部分32笫三轉化-除去部分34外殼36尾氣38，40富H2物流42下游端44上游端46聯(lián)合循環(huán)發(fā)電元件48燃氣淵侖5052電5權利要求1、一種流體物流中除去二氧化碳的設備，包含具有接近上游端(46)的入口和接近下游端(44)的出口的外殼(22)；位于外殼(22)中、接近入口、被設置來接收來自入口的流體物流的第一轉化-除去部分(30)，其中第一轉化-除去部分(30)包含被設置來把物流中CO轉化成CO2的第一催化劑部件(24)；以及位于第一催化劑部件(24)下游并與其流動連通的第一膜部件(26)，其中第一膜部件(26)被設置來從物流中選擇性的除去CO2并與第一尾氣(38)流動連通；以及位于外殼(22)中及第一轉化-除去部分(30)下游的第二轉化-除去部分(32)，第二轉化-除去部分(32)被設置來接收來自第一轉化-除去部分(30)的物流，其中第二轉化-除去部分(32)包含被設置來把物流中CO轉化成CO2的第二催化劑部件(24)；以及位于第二催化劑部件(24)下游并與其流動連通的第二膜部件(26)，其中第二膜部件(26)被設置來從物流中選擇性的除去CO2并與第二尾氣(40)流動連通。2、權利要求1的設備,其中第一催化劑部件(24)具有比第二催化劑部件(24)的第二催化劑區(qū)域直徑和第二催化劑區(qū)域容積大的第一催化劑區(qū)域直徑和催化劑區(qū)域容織，并且其中第一膜部件(26)可以具有比第二膜部件(26)的第二膜區(qū)域直徑和第二膜區(qū)域容積大的第一膜區(qū)域直徑和第一膜區(qū)域容積。3、權利要求1-2任何之一的設備，其中設置所述設備從而使得當采用低于或等于化學計量量的水蒸氣的大約110％的水蒸氣時可以獲得大于或等于大約98％CO轉化率。4、權利要求1-3任何之一的設備，其中第一膜部件(26)能在與第二膜部件(26)不同的溫度下運行，并且其中在該不同的溫度下，第一膜部件(26)具有大于或等于大約60的C02對H2的選捧法。5、權利要求1-4任何之一的設備，其中第一催化部件(24)包括包含鐵的第一催化劑，其中第二催化劑部件(24)包括由把、鉬、銠，以及包含至少一種第二催化劑的結合構成的組的第二催化劑，并且其中第一催化劑與第二催化劑不同。6、權利要求1-5任何之一的設備，另外包括位于外殼(22)中及第二轉化－除去部分(32)下游的第三轉化-除去部分(34),第三轉化-除去部分(34)被設置來接收來自第二轉化-除去部分(32)的物流，其中第三－除去部分(34)包含被設置缺物流中CO轉化成C02的第三催化劑部件(24);以及位于第三催化劑部件(24)下*與其流動^^的第三膜部泮(26),其中笫三膜部件(26)被iMJlUM勿流中選捧法的除去C02并與第^C氣(38，40)7、權矛漆求1-5^f可之一的設備，W舌總教3-10個轉化-除擲分。8、權矛虔求1-7任何之一的設備，其中第一膜部件(26)和/或第二膜部件(26)被另夕KM^^物流中除去H2S。9、一種從流體物流中除去二氧化碳的方法，包含^e^/^4勿流中CO轉化成C02以形成第一C02物流；改變第一C02物流中的第一^平^rv乂增加CO轉化成CO,的驅動力，其中在沒有向第一C02物流引入別的反應物的情況下改變了^平衡，把在第一C02物流中另外的CO轉化成C02以形成第二C02物^fu;改變第二C02物流中的第二^平^v乂增力。CO轉化成C02的驅動力，其中x^殳有向第二C02物流《I入別的反應物的情況下改變了vMl平衡從第二C02物流中除去C02以獲得H2物流。10、權矛決求9的方法，另外包含向流飾流引入一定量的7jO蒸氣，其中水蒸氣的量低于或等于化學計量量的水蒸氣的大約uo%。全文摘要從流體物流中除去二氧化碳的方法和設備，一種制備氫氣的設備，其中該設備包括反應器。在一個實施方式中，反應器包括至少兩個轉化-除去部分。每個轉化-除去部分包含被設置來把物流中的CO轉化成CO₂的催化劑部件(24)和位于催化劑部件(24)下游并與其流動連通的膜部件(26)。膜部件(26)被設置來從物流中選擇性的除去CO₂并與尾氣(38，40)流動連通。文檔編號C01B3/16GK101186276SQ20071014966公開日2008年5月28日申請日期2007年9月10日優(yōu)先權日2006年11月9日發(fā)明者J·A·魯?shù)?V·拉馬斯瓦米,科劉,巍衛(wèi),顧佑宗申請人:通用電氣公司