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DESCRIPTION
a modren approach towards co2 capture
Citation preview
7/17/2019 co2 capture
http://slidepdf.com/reader/full/co2-capture-5690924c3e9d2 1/6
USOO8926941B2
1 2 )
United States Patent
1 0 )
P a t e n t
N 0 . : U S
8 , 9 2 6 , 9 4 1
B2
Jadhav
( 4 5 ) Date o f
P a t e n t :
J a n . 6 , 2015
( 5 4 )
CAPTURE
OF
co2 FROM
HYDROGEN 2 2 0 3 / 0 4 7 5
( 2 0 1 3 . 0 1 ) ; C01B 2 2 0 3 / 0 6 . ?
( 7 1 )
( 7 2 )
( 7 3 )
( 2 1 )
( 2 2 )
( 6 5 )
( 6 0 )
( 5 1 )
( 5 2 )
PLANTS
USINGA TEMPERATURE
SWING
ADSORPTION
METHOD
A p p l i c a n t : R a j a A .
J d h a v ,
B e n i c i a , CA U S )
I n v e n t o r : R a j a A . J d h a v , B e n i c i a ,
CA
U S )
A s s i g n e e : Chevron USA. n c . , S a n Ramon, CA
( 1 1 3 )
N o t i c e :
S u b j e c t
t o a n y d i s c l a i m e r , t h e t e r m o f h i s
p a t e n t
i s
e x t e n d e d o r a d j u s t e d u n d e r 3 5
U . S . C . 1 5 4 ( b ) b y 0 d a y s .
A p p l .
N o . : 1 3 / 8 4 3 , 6 9 7
F i l e d :
Mar.
1 5 , 2 0 1 3
Prior P u b l i c a t i o n
Data
US
2014/0186255 A1 J u l . 3 ,
2014
R e l a t e d US. p p l i c a t i o n
Data
P r o v i s i on a l a p p l i c a t i o n
No. 6 1 / 7 4 7 , 7 7 8 , ? l e d
on
D e c .
3 1 , 2 0 1 2 .
I n t . C l .
C01B 3 / 2 4
( 2 0 0 6 . 0 1 )
COIB 3 1 / 2 0 ( 2 0 0 6 . 0 1 )
COIB 3 / 3 8 ( 2 0 0 6 . 0 1 )
B 0 1 D
5 3 / 0 4
( 2 0 0 6 . 0 1 )
COIB 3 / 5 0 ( 2 0 0 6 . 0 1 )
U S . C l .
CPC . . . . . . . . . . . . . . . . . COIB
31/2 0
(2013.01); COIB 3/382
( 2 0 1 3 . 0 1 ) ; B01D 5 3 / 0 4 6 2 ( 2 0 1 3 . 0 1 ) ; COIB
3 / 2 4
( 2 0 1 3 . 0 1 ) ;
COIB 3 / 5 0 8 ( 2 0 1 3 . 0 1 ) ; C 0 1 B
3 / 3 8 ( 2 0 1 3 . 0 1 ) ; C01B 2 2 0 3 / 0 2 3 3 ( 2 0 1 3 . 0 1 ) ;
C01B 2 2 0 3 / 0 2 4 4
( 2 0 1 3 . 0 1 ) ; C01B
2 2 0 3 / 0 2 8 8
( 2 0 1 3 . 0 1 ) ; C01B
2 2 0 3 / 0 4 3
( 2 0 1 3 . 0 1 ) ; C01B
( 2 0 1 3 . 0 1 ) ; C01B 2 2 0 3 / 0 8 2 7 ( 2 0 1 3 . 0 1 ) ; C01B
2 2 0 3 / 8 6 ( 2 0 1 3 . 0 1 ) ; B01D 2 2 5 3 / 1 0 2 ( 2 0 1 3 . 0 1 ) ;
B 0 1 D
2 2 5 3 / 1 0 8
( 2 0 1 3 . 0 1 ) ;
B 0 1 D
2 2 5 3 / 1 1 6
( 2 0 1 3 . 0 1 ) ;
B01D 2 2 5 6 / 1 6 ( 2 0 1 3 . 0 1 ) ; B01D
2 2 5 7 / 5 0 4
( 2 0 1 3 . 0 1 ) ;
B01D 2 2 5 9 / 4 1 4
( 2 0 1 3 . 0 1 )
USPC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.. 423/650
( 5 8 )
F i e l d
o f C l a s s i ? c a t i o n S e a r c h
CPC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
C01B
3/22
S e e
a p p l i c a t i o n
? l e f o r c o m p l e t e
s e a r c h h i s t o r y .
( 5 6 )
R e f e r e n c e s C i t e d
U . S . PATENT DOCUMENTS
6 , 3 0 1 , 8 7 3 B2*
1 0 / 2 0 0 1
2005/0201929 A1* 9 / 2 0 0 5
2008/0173585 A1 7 / 2 0 0 8
2008/0176174 A1 7 / 2 0 0 8
2010/0024476 A1 2 / 2 0 1 0
2010/0080754 A1
4 / 2 0 1 0
2010/0212495
A1
8 / 2 0 1 0
2010/0251887 A1* 1 0 / 2 0 1 0
Hannemann t
a 1 .
. . . . . . . . 60/3912
Hershkowitz et a 1 .
. . . . . .
. . 423/652
White
e t
a 1 .
White
e t
a 1 .
Shah
F i s c h e r e t a l .
Gadkaree
t a 1 .
Jain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 95/46
*
c i t e d by
examiner
Primary
Examiner * elvin
C
ayes
Assistant
Examiner ennethVaden
( 7 4 ) A t t o r n e y , A g e n t , o r Firm* . Stephen
Z a v e l l
( 5 7 ) ABSTRACT
The n v e n t i o n i n v o l v e s
t h e
u s e
o f
a
t e m p e r a t u r e s w i n g a d s o r p
t i o n
p r o c e s s
i n steam methane r e f o r m i n g o r
a u t o t h e r m a l
r e f o r m i n g H Z - p r o d u c t i o n p r o c e s s e s t o c a p t u r e
CO2 a n d
p r o
d u c e n e a r l y p u r e o f f
g a s s t r e a m s
o f CO2 f o r s e q u e s t r a t i o n o r
e n h a n c e d
o i l
r e c o v e r y
( E O R ) .
The
y d r o g e n
s t r e a m
o u t p u t
i s
s u b s t a n t i a l l y pure and can be r e c y c l e d
a s
a
f u e l t o
t h e steam
methane
r e f o r m e r
fumace o r u s e d i n o t h e r p e t r o l e u m
and
p e t r o c h e m i c a l
p r o c e s s e s .
1 4 C l a i m s , 1 Drawing S h e e t
H 2 0 ,
1 1 2 1 1 2 g a s
1 5
S t e a m
f
J
m -
1 8 2 2
S h i f t e d
Sygas
>+
S M R
H R S G
g
H T S I L T S jg
N E 1 4 2 3 2 4
12 A
'
24
r ‘ \
r
A i r H i g h — p r e s s £ 0 2
H 2
n g d u c i
3 3 3 5 ;
TSA
,7,
2 ; ;
H i g h ~ p r e s s C H 4
‘
\39
7/17/2019 co2 capture
http://slidepdf.com/reader/full/co2-capture-5690924c3e9d2 2/6
7/17/2019 co2 capture
http://slidepdf.com/reader/full/co2-capture-5690924c3e9d2 3/6
US
8 , 9 2 6 , 9 4 1
B2
1
CAPTURE OF O2
FROM
HYDROGEN
PLANTS
USING
A TEMPERATURE SWING
ADSORPTION METHOD
CROSS-REFERENCE TO RELATED
APPLICATIONS
T h i s a p p l i c a t i o n c l a i m s
b e n e ? t
u n d e r
3 5
USC
1 9 o f
US.
P r o v i s i o n a l P a t e n t A p p l i c a t i o n N o . 6 1 / 7 4 7 , 7 7 8 w i t h a ? l i n g
d a t e o f D e c . 3 1 , 2 0 1 2 . I n
a d d i t i o n ,
a p p l i c a t i o n S e r . N o .
6 1 / 7 4 7 , 7 4 6 ,
? l e d on e c . 3 1 , 2012 s a l s o
i n c o r p o r a t e d h e r e i n
by r e f e r e n c e f o r
a l l p u r p o s e s .
FIELD
OF THE INVENTION
The i n v e n t i o n r e l a t e s t o
t h e
? e l d o f c a p t u r i n g C O 2 from
a
h y d r o g e n
p l a n t a n d
i n p a r t i c u l a r c a p t u r i n g
CO2 f r o m
a p r o
c e s s
t h a t
produces
hydrogen f o r
use
a s
a
f u e l
o r
i n
petroleum
o p e r a t i o n s .
BACKGROUND OF THE
INVENTION
S t e a m
m e t h a n e r e f o r m e r
(SMR)
p l a n t s a r e
w i d e l y
e m p l o y e d
i n
r e ? n e r i e s
t o
s u p p l y
H2
r e q u i r e d
f o r
v a r i o u s
o p e r a t i o n s . A a r g e a m o u n t o f CO2 i s e m i t t e d
f r o m
t h e s e
p l a n t s . I n o l d e r s t y l e SMR l a n t s , t h e
CO2
s r e m o v e d f r o m
t h e syngas using a s o l v e n t - b a s e d p r o c e s s such a s an aMDEA
( a c t i v a t e d
m e t h y l d i e t h a n o l a m i n e ) . T h i s
i s
a w e t r e m o v a l
p r o c e s s a n d
r e q u i r e s r e p l e n i s h m e n t o f t h e medium o v e r t i m e .
I n more r e c e n t s t y l e SMR l a n t s , p r e s s u r e s w i n g a d s o r p t i o n
( P S A )
u n i t s a r e
employed t o p u r i f y t h e H 2
s t r e a m .
I n
b o t h
t h e s e u n i t s , a
l a r g e
amount
o f
CO2 a t
low c o n c e n t r a t i o n and
p r e s s u r e i s
e m i t t e d
f r o m
t h e SMR
u r n a c e . C a p t u r e
o f t h i s
CO2
s i n g
a p o s t - c o m b u s t i o n a m i n e p r o c e s s
t e c h n o l o g y
s u c h
a s MEA
m o n o e t h a n o l a m i n e ) i s e x p e n s i v e .
Auto h e r m a l r e f o r m e r (ATR)
n i t s
m a y e u s e d t o p r o d u c e
CO2 r e e H2 s t r e a m
a t
r e d u c e d
c o s t s . C o n v e n t i o n a l l y ,
t h e CO2
i s
removed by u s i n g
a
s o l v e n t - b a s e d p r o c e s s s i m i l a r t o t h o s e
p r o c e s s e s
u s e d
i n
o l d e r
s t y l e SMR l a n t s .
P u r i t y
o f
t h e
H2
p r o d u c t , h o w e v e r , i s lowiabout
— 9 6
mol % s t h e p r o d u c t
s t r e a m
c o n t a i n s
u n c o n v e r t e d C H4
n d o t h e r
i m p u r i t i e s , s u c h
a s N 2 , A r ,
which
r e m a i n w i t h t h e H 2 .
The H2 p r o d u c t
c a n b e
f u r t h e r p u r i ? e d
w i t h
a PSA s y s t e m , h o w e v e r , t h e
p u r g e
g a s
r e s u l t s
i n a l o s s o f v a l u a b l e H 2 a n d
C H4
c o m p o n e n t s .
One
e c e n t a p p r o a c h , US 0 1 0 / 0 0 8 0 7 5 4 , t e a c h e s a method
t o e l i m i n a t e t h e
CO2 e m i s s i o n s
f r o m t h e
SMR
l a n t s b y
s e n d i n g
t h e
PSA
f f g a s t o t h e
SMR
s a f e e d .
The
PSA ed
i s r e g e n e r a t e d u s i n g h i g h p r e s s u r e ( P ) a n d h i g h t e m p e r a t u r e
( T ) n a t u r a l g a s and
steam and h e o f f
g a s i s s e n t
t o t h e
SMR s
a
h i g h
p r e s s u r e f e e d . The SMR u r n a c e i s f u e l e d by p u r e H2
p r o d u c t .
SUMMARY
OF THE INVENTION
A r o c e s s and a p p a r a t u s i s d e s c r i b e d which r e d u c e s
t h e
CO2 e m i s s i o n s
f r o m
t h e SMR
n d
ATR l a n t s
w h i l e
p r o d u c
i n g
h i g h p u r i t y H 2
p r o d u c t . M o r e
s p e c i ? c a l l y ,
t h e i n v e n t i o n
u s e s two d i f f e r e n t t y p e s
of b s o r b e n t
beds with a
? r s t
s e t
of
b e d s
d e s i g n e d
t o c a p t u r e C O 2 and
a
s e c o n d s e t o f b e d s
d e s i g n e d t o c a p t u r e t h e
o t h e r
i m p u r i t i e s i n t h e
g a s
s t r e a m ,
s u c h a s
C H 4 , CO n d
N 2 , w h e r e b y
a
h i g h e r
p u r i t y
H2 s t r e a m
i s p r o d u c e d
( > 9 8
v o l . %
nd more
e n e ? c i a l l y
99+
o l . %
p
t o 9 9 . 9 v o l .
. ) .
B R IE F
DESCRIPTION
OF THE
DRAWINGS
F I G .
1
i s
a
s i m p l i ? e d
p r o c e s s
s c h e m a t i c o f
t h e
SMR
r o
c e s s of h e
i n v e n t i o n .
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
2
F I G .
2 i s a s i m p l i ? e d p r o c e s s s c h e m a t i c
of
h e TSA r o c e s s
o f
t h e i n v e n t i o n .
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
INCLUDINGPREFERRED EMBODIMENTS
The r o c e s s
e l i m i n a t e s
o r
r e d u c e s
t h e C O 2
m i s s i o n s
from
a n
SMR
and a n
ATR l a n t w h i l e p r o d u c i n g
a
h i g h p u r i t y
h y d r o g e n p r o d u c t .
I t
m a y l s o
?nd
s e i n anATR
l a n t .
I n t h i s
p r o c e s s , two d i f f e r e n t t y p e s of a b s o r b e n t beds a r e usedia
“ ? r s t ”
s e t o f b e d s
c a p t u r e s CO2
and
a
“ s e c o n d ” s e t of b e d s
c a p t u r e s a d d i t i o n a l i m p u r i t i e s i n t h e s y n t h e s i s g a s s t r e a m ,
s u c h a s m e t h a n e , c a r b o n monoxide and C02. When
h e s e
two
b e d s a x e
a r r a n g e d
i n a s e r i e s , a
H 2 p r o d u c t
o f >995 mol
p u r i t y
i s
o b t a i n e d . Some o f t h e b e n e ? t s o f t h e p r o c e s s areia
s t r e a m which
s
n e a r l y
100
p u r e
CO2
s r e c o v e r e d a t
h i g h
p r e s s u r e r e a d y f o r c o m p r e s s i o n a n d s e q u e s t r a t i o n o r l i q u e
f a c t i o n a n d t h e
C H 4
n t h e s y n t h e si s
g a s s t r e a m
i s
r e c y c l e d
a s
a f e e d t o t h e
r e f o r m e r
a t
high r e s s u r e
t o f u r t h e r enhance
t h e
o v e r a l l
e f ? c i e n c y
o f t h e p r o c e s s . Both t h e “ ? r s t ”
a n d
“ s e c
o n d ” b e d s a r e
o p e r a t e d i n a t e m p e r a t u r e
s w i n g
a d s o r p t i o n
mode
o
a c h i e v e t h e s e r e s u l t s . S u i t a b l e t e m p e r a t u r e s f o r
tem
p e r a t u r e
s w i n g
a d s o r p t i o n
a r e
from
b o u t
2 0 °
C .
t o
a b o u t 4 0 0 °
C . and p r e f e r a b l y from
a b o u t 4 0 °
C .
t o a b o u t 3 0 0 °
C . and
p r e s s u r e f r o m
a b o u t 1 5 0
p s i t o
a b o u t
6 0 0 p s i a n d p r e f e r a b l y
a b o u t
3 0 0 p s i
t o a b o u t 5 0 0 p s i .
P r e f e r r e d
c y c l e t i m e f o r
t h e
TSA
s
a f u n c t i o n o f t h e o v e r a l l p l a n t o p e r a t i o n s a n d d e s i r e d
p u r i t y o f
H 2 .
The ? r s t s e t
o f
b e d s
i s
composed o f a d s o r b e n t s which
s e l e c t i v e l y
a d s o r b s C02. S u i t a b l e
a d s o r b e n t s
a r e a c t i v a t e d
carbon o r carbon molecular
s i e v e ,
which r e
o b t a i n a b l e
from
s u c h
companies
s Ceca/Arkema and i c a Carbon s n o t e d i n
t h e P a t e n t A p p l i c a t i o n US 0 1 0 / 0 0 8 0 7 5 4 . O t h e r s u i t a b l e
a c t i
v a t e d c a r b o n s a x e
BPL from
Calgon o r p o r a t i o n a n d NovaC
a r b s e r i e s from
Mast
Carbon n t e r n a t i o n a l . The d s o r b e n t can
be us ed
i n
a g r a n u l a r form
a s
w e l l
a s
a s t r u c t u r e d bed f o r m .
The
s e c o n d
s e t
o f
b e d s i s
composed
o f
an a d s o r b e n t which s
h i g h l y
s e l e c t i v e f o r
t h e
a d s o r p t i o n
o f
t h e
m e t h a n e , c a r b o n
m o n o x i d e ,
n i t r o g e n
a n d
a r g o n
i m p u r i t i e s . A u i t a b l e a d s o r
b e n t i s a z e o l i t e , such
a s
5
A
olecular
s i e v e s .
A d d i t i o n a l
s h a p e d
z e o l i t e s have t h e 4 A;
o r
1 3 > < s t r u c t u r e s ,
o r
combina
t i o n s o f
4
A;
5
A;
and
x .
Both
h e ? r s t
and e c o n d
s e t
o f b e d s
h a s p r o c e s s
c o n d i t i o n s which a r e s e l e c t e d
t o
minimize t h e
a d s o r p t i o n
o f
h y d r o g e n
i n e a c h
b e d .
T h e t e m p e r a t u r e s w i n g a d s o r p t i o n ( T S A ) a p p a r a t u s , i . e . ,
r e a c t o r , i s s i z e d f o r t h e
volume
o f h y d r o g e n
t o
b e
p r o c e s s e d .
The
c y c l e t i m e
i s
a f u n c t i o n
o f
t h e amount o f
CO2
and o t h e r
i m p u r i t i e s i n t h e
g a s
s t r e a m .
The e n e r a l p r o c e s s
w i l l
b e i l l u s t r a t e d by e f e r e n c e t o F I G .
1 .
N a t u r a l g a s
1 2 and t e a m 1 0 a t p r e s s u r e s
from b o u t
1 5 0 p s i
t o a b o u t
6 0 0 p s i
a n d p r e f e r a b l y a b o u t
3 0 0 p s i t o
a b o u t
5 0 0
p s i
i s r e a c t e d i n
t h e
steam methane r e f o r m e r 14 t o
produce a
s y n t h e s i s
g a s c o n s i s t i n g o f
h y d r o g e n ,
c a r b o n
m o n o x i d e ,
CO2
a n d
u n r e a c t e d
m e t h a n e ,
CH
a n d
H20.
(CH4 a n d
HZOsCOz+H2).
T h e r e f o r m e d g a s c o n t a i n i n g
h y d r o g e n
i s
p a s s e d
t o t h e HRSG
h e a t
r e c o v e r y s t e a m g e n e r a t o r ) v i a l i n e
1 8 .
The
c a r b o n
monoxide i s
c o n v e r t e d i n t o H2 u s i n g a h i g h
t e m p e r a t u r e w a t e r
g a s s h i f t r e a c t i o n ( C O + H Z O s C O 2 H 2 ) . A
low t e m p e r a t u r e water g a s
s h i f t
m a y
a l s o be used o
c o n v e r t
r e m a i n i n g C O
i n t o
h y d r o g e n .
A
i g h
t e m p e r a t u r e
r e a c t i o n
o c c u r s a t
from about
350°
C . t o
about 500°
C . The low
temperature
water
g a s s h i f t o c c u r s
a t
a temperature from
a b o u t 1 8 0 °
C .
t o a b o u t 250° C . The h i f t e d s y n t h e s i s
g a s
26 s
f e d i n t o a t e m p e r a t u r e s w i n g a d s o r p t i o n
u n i t
2 8 v i a 2 6 . A
s u b s t a n t i a l l y p u r e u p w a r d s
o f
9 9 . 5 v o l % y d r o g e n p r o d u c t
e x i t s
t h e TSA i a
l i n e
3 2 .
O p t i o n a l l y some o f
t h e
h y d r o g e n
can be
r e c y c l e d
v i a l i n e 34 i n t o t h e steam methane r e f o r m e r
7/17/2019 co2 capture
http://slidepdf.com/reader/full/co2-capture-5690924c3e9d2 4/6
US
8 , 9 2 6 , 9 4 1
B2
3
f u r n a c e
a s a f u e l a l o n g with h e i n t r o d u c t i o n o f a i r i l l u s t r a t e d
a s 3 8 . Upon c y c l i n g o f t h e TSA, a s u b s t a n t i a l l y p u r e h i g h
p r e s s u r e
CO2 s t r e a m 36 e x i t s t h e TSA t
p r e s s u r e s
150 s i t o
a b o u t 600 p s i and
t e m p e r a t u r e s from
a b o u t
3 0 °
C . t o a b o u t
3 0 0 °
C .
a n d
s u i t a b l e
?ow r a t e s . Remaining h i g h
p r e s s u r e
methane a t a p r e s s u r e of a b o u t 150
p s i
t o 600
p s i
and tem
p e r a t u r e a b o u t 1 0 0 ° C .
t o
a b o u t
3 0 0 °
C . i s r e c y c l e d v i a
l i n e
30
w i t h new makeup n a t u r a l g a s 1 2 t o t h e SMR n i t
1 4 .
The
s i Z i n g and c y c l i n g t i m e s f o r
t h e
TSA s
a
f u n c t i o n o f
t h e
volume
o f g a s
t o
b e p r o d u c e d .
T h e
p a r t i c u l a r p r o c e s s f o r t h e t e m p e r a t u r e s w i n g a d s o r p
t i o n u n i t
2 8 i s more c l e a r l y i l l u s t r a t e d by r e f e r r i n g t o F I G .
2
where h e
TSA
n i t 28 s
i l l u s t r a t e d
a s 200 n F I G . 2 . The
TSA
u n i t
200
a s a ? r s t s e c t i o n where h e s h i f t e d
s y n g a s
202 n t e r s
t h e ? r s t
s e r i e s o f b e d s 2 0 2 a , 2 0 2 b ,
2 0 2 0 , 202dand 0 2 e . Upon
p r o c e s s i n g ,
t h e
g a s
l e a v e s t h e
? r s t
bed 202a i a l i n e
212
o t h e
s e c o n d s e t o f b e d s 2 4 0 1 1 t h r o u g h 240e i n t h e s e c o n d s e c t i o n
and e x i t s t h e TSA n i t a s a s u b s t a n t i a l l y p u r e ?b p r o d u c t v i a
l i n e s 2 2 2
and
2 4 .
S u b s t a n t i a l l y
p u r e
H2 s meant o
b e
g r e a t e r
t h a n
98
r e f e r a b l y
g r e a t e r
t h a n 99.5 H2
w i t h b a l a n c e t o
100 o f a n y s p e c i e s t h a t p e r m i t s t h e u s e o f t h e H2 e l s e w h e r e
i n
t h e r e ? n e r y .
The
r o c e s s
a d v a n c e s
a c c o r d i n g
t o
a s u b s t a n
t i a l l y
? v e - s t e p p r o c e d u r e
w h e r e t h e
s h i f t e d
s y n g a s 2 0 2
i s f e d
t o a
? r s t
s e c t i o n 2 0 2 1 1 which
e l e c t i v e l y a d s o r b s CO2 from
h e
s y n g a s .
T h e r e m a i n i n g c o m p o n e n t s
H 2 ,
C H 4 ,
CO,
a n d
N2
r e
s e n t
t o
t h e
second s e c t i o n
o f t h e
bed
c o n t a i n i n g a s u i t a b l e
a d s o r b e n t .
The s a t u r a t e d
? r s t
bed now c o n s i s t s o f c a p t u r e d
CO2 p l u s s y n g a s
r e m a i n i n g
w i t h i n t h e b e d v o i d s . T h e
g a s e s
r e m a i n i n g
i n t h e
v o i d
s p a c e a s w e l l
a s c o - a d s o r b e d w i t h
C O 2
on
t h e adsorbent s u r f a c e a r e removed i n a r i n s e
s t e p
( i . e . , a
h e a v y
r e ? u x s t e p ) i n w h i c h c o l d a n d p u r e CO2 t
h i g h
p r e s
s u r e i s s e n t t o t h e bed
a t
t e m p e r a t u r e s i n t h e range
of 2 0 °
C . - 1 0 0 ° C .
p r e f e r a b l y i n t h e
r a n g e 4 0 °
C . - 7 0 °
C . The
h i g h
p u r i t y
CO2
n e e d e d
f o r t h i s
s t e p ( w i t h > 9 5 m o l
% O2
c o n
c e n t r a t i o n ) i s
t a k e n
f r o m a p o r t i o n
o f
h e p r o d u c t
CO2
t r e a m .
S i n c e
t h e c o n c e n t r a t i o n
o f CO2
n t h e
r i n s e
s t e p i s
h i g h e r t h a n
t h a t
i n t h e
f e e d
s t r e a m , t h e
CO2
i n
t h i s
s t e p
d i s p l a c e s t h e
c o - a d s o r b e d
c o m p o n e n t s
s u c h
a s CO, C H 4 ,
N2
a n d H2 f r o m
t h e
a d s o r b e n t
and
t h e s e
components a r e “ r i n s e d ” o u t of h e
b e d . T h i s p r o d u c t g a s , w h i c h c o n t a i n s CO, C H 4 , N 2 ,
a n d
H2
and s m a l l
amount
of C02,
i s r e c y c l e d
a s
a f e e d
t o
t h e ? r s t
s e c t i o n .
A l t e r n a t i v e l y ,
t h i s
p r o d u c t
g a s c o u l d
b e mixed
w i t h
t h e
f e e d g a s g o i n g
i n t o
bed 2 4 0 1 1 i n
t h e
s e c o n d s e c t i o n . As
a n o t h e r
a l t e r n a t i v e , t h i s p r o d u c t
g a s
c o u l d be
used s a
f u e l f o r
h e a t e r s and b o i l e r s .
T h e r e a f t e r , t h e b e d now s a t u r a t e d w i t h CO2 s r e g e n e r a t e d
b y s e n d i n g
p u r e
a n d h o t CO2 o f t e m p e r a t u r e i n t h e r a n g e o f
1 0 0 ° C . - 3 5 0 ° C . and r e s s u r e i n t h e r a n g e
1 5 0
p s i - 6 0 0 p s i t o
t h e
b e d . At
t h e h i g h
t e m p e r a t u r e
o f
a b o u t
1 0 0 ° C . - 3 5 0 °
C . ,
CO2
s r e l e a s e d
from h e bed and w e p t o u t a t
h i g h p r e s s u r e
o f
f r o m a b o u t 1 5 0 p s i t o
a b o u t
6 0 0 p s i .
The
bed
c a n
a l s o b e h e a t e d
by
a p p l y i n g s u f ? c i e n t v o l t a g e
a c r o s s t h e bed
o
p r o v i d e r e s i s t i v e h e a t i n g , i n a p r o c e s s
known
a s e l e c t r i c s w i n g a d s o r p t i o n ( E S A ) . As a n o t h e r a l t e r n a t i v e ,
t h e bed a n
b e h e a t e d
by
a p p l y i n g h e a t
e x t e r n a l l y t o t h e b e d ,
f o r example by
a
h e a t e d j a c k e t
o r o v e n .
A o m b i n a t i o n
o f
t h e s e
t e c h n i q u e s c o u l d a l s o be u s e d t o
h e a t
t h e
s o r b e n t
s t r u c
t u r e . The o t bed now o n t a i n s a s m a l l amount
of CO2
hich
i s
r e m o v e d b y s e n d i n g
a
h o t H 2 a n d CH4
s t r e a m
p r o d u c t
o f
S t e p 4 , o f t h e s e c o n d s e c t i o n i n t o t h e b e d .
The g a s now e x i t s from
bed
202d c o n t a i n s p r i m a r i l y
H 2 ,
CH4,
CO2
which
h e r e a f t e r c o o l i n g
t o
a b o u t 4 0 °
C . t o
a b o u t
70° C . i s r e c y c l e d a s a f e e d
t o
t h e
? r s t
s e c t i o n o f t h e
TSA
h u s
e n h a n c i n g
t h e o v e ra l l
r e c o v e r y o f
C O 2 . I n t h e ? r s t s e c t i o n , t h e
b e d
202d
s now a t u r a t e d w i t h h o t H2 n d C H4 c c u p y i n g t h e
v o i d
s p a c e , w h i c h
i s c o o l e d i n S t e p 5
b y
u s i n g p a r t o f t h e
H2
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
4
p r o d u c t . T h e h o t H2
a n d
CH4 s t r e a m
e x i t i n g
t h e
b e d
2 0 2 e i s
s e n t a s a f e e d t o bed 202d n S t e p 4 , and h e bed
s
now
e a d y
t o
b e g i n
a g a i n .
The
p r o c e s s e d
g a s
from t h e ? r s t s e c t i o n ?ows i n t o t h e
a d s o r b e n t b e d i n t h e
s e c o n d
s e c t i o n . A l l t h e i m p u r i t i e s
C H 4 ,
CO2 a n d N2
a r e
c a p t u r e d
a n d n e a r l y
p u r e H2 i s o b t a i n e d .
A
p o r t i o n
o f t h e p r o d u c t H 2 i s u s e d
a s
a f u e l t o t h e s t e a m
methane r e f o r m e r .
I n
t h e s e c o n d s e c t i o n , i n S t e p
2 ,
t h e v o i d
g a s
i n t h e bed
s
removed by r i n s e
s t e p i n
which o l d and
u r e
C H 4 r n a t u r a l
g a s
a t h i g h
p r e s s u r e
i s
s e n t
t o
t h e b e d . The
i m p u r i t i e s
i n t h e
void
s p a c e
t h a t
a r e r i n s e d
away
a r e
adsorbed i n
t h e
unspent
s e c t i o n o f h e bed
n d
p u r e H2 s o b t a i n e d .
T h e r e a f t e r ,
t h e bed
now s a t u r a t e d w i t h
i m p u r i t i e s
i s r e g e n e r a t e d
b y s e n d i n g
p u r e
h o t
C H 4 o r n a t u r a l
g a s
a t
h i g h
p r e s s u r e . The bed
can
a l s o
be
h e a t e d by a p p l y i n g s u ? i c i e n t v o l t a g e a c r o s s t h e bed o p r o
v i d e
r e s i s t i v e
h e a t i n g , i n a p r o c e s s
known a s e l e c t r i c
swing
a d s o r p t i o n ( E S A ) . As a n o t h e r
a l t e r n a t i v e ,
t h e bed c a n b e
h e a t e d
b y
a p p l y i n g h e a t e x t e r n a l l y t o
t h e
b e d , f o r e x a m p l e b y
a
h e a t e d j a c k e t o r
o v e n .
A
combination of h e s e t e c h n i q u e s
c o u l d a l s o be u s e d t o h e a t t h e
s o r b e n t
s t r u c t u r e .
At
t h e
h i g h
t e m p e r a t u r e
o f
a b o u t 1 0 0 ° C . t o a b o u t
3 5 0 °
C . , t h e C H 4
a n d
o t h e r i m p u r i t i e s a r e r e l e a s e d
from
t h e
bed and
s w e p t o u t
a t
high p r e s s u r e . The
s t r e a m c o n t a i n s
a s u b s t a n t i a l amount of
CH4
and i s s e n t a s a feed t o t h e r e f o r m e r . The h o t bed
now
c o n t a i n s a
s m a l l
amount o f
C H4
which
s
removed by s e n d i n g
a h o t H 2 g a s s t r e a m
t o
t h e b e d . The
e x i t
g a s
now
o n t a i n s
p r i m a r i l y
H 2
and C H 4 which s s e n t a s a
f e e d
t o s t e p 4 , i n t h e
? r s t s e c t i o n v i a l i n e 2 3 0 .
F i n a l l y ,
t h e bed 240e i n t h e
s e c o n d
s e c t i o n
mat
s
now
s a t u r a t e d
w i t h h o t
H 2 o c c u p y i n g
t h e
v o i d
s p a c e i s
c o o l e d t o
a b o u t 3 0 °
C .
t o
a b o u t 7 0 °
C .
u s i n g pan
f
h e
H 2 r o d u c t .
The
o t H 2 g a s
s t r e a m e x i t i n g
t h e b e d
i s s e n t
t o a
f e e d o f S t e p
4 , a n d
t h e b e d i s now e a d y
f o r
t h e p r o c e s s o f S t e p
1
a g a i n .
F i v e
o r
more beds
n p a r a l l e l a r e
used o c a r r y o u t t h e
c y c l i c TSA r o c e s s
i n
a continuous
manner.
I n
a n o t h e r embodiment, p a r t o f h e
g a s
s t r e a m
coming u t
of h e
? r s t
s e c t i o n from 202d i s
s e n t a s
a f u e l t o t h e steam
methane
reformer
fumace
a f t e r
energy
r e c o v e r y
i n
an
e x p a n d e r . The
a d v a n t a g e i s a l e s s complex p r o c e s s a t t h e
e x p e n s e
o f r e l e a s e o f some C O 2 n t h e fumace e x h a u s t g a s e s .
I n t h e
a b o v e d e s c r i p t i o n , c o l d t e m p e r a t u r e c o r r e s p o n d s t o
a b o u t 3 0 °
C .
t o 7 0 °
C .
whereas o t
t e m p e r a t u r e s
i s a b o u t 1 0 0 °
C .
t o
350° C .
and
h e p r e s s u r e s t r e a m s a r e
from
150 s i t o
600
p s i .
I n g e n e r a l , t h e
c h o i c e
o f
t h e
a d s o r b e n t
u s e d i n t h e b e d s i n
t h e ? r s t and s e c o n d
s e c t i o n
d e p e n d s
on t h e
t e m p e r a t u r e
and
p r e s s u r e c o n d i t i o n s a s w e l l a s
t h e
t y p e and amount
of
t h e
component o be removed from h e
g a s
s t r e a m .
The
d s o r b e n t
c a n b e s e l e c t e d f r o m z e o l i t e s , m o l e c u l a r
s i e v e s ,
s i l i c a g e l ,
a c t i v a t e d
a l u m i n a , a c t i v a t e d
c a r b o n
o r
c a r b o n
m o l e c u l a r
s i e v e s .
More h a n one y p e of b s o r b e n t may e used n a b e d .
As n e x a m p l e ,
US.
a t . N o . 4 , 1 7 1 , 2 0 6
s u g g e s t e d
u s i n g BPL
a c t i v a t e d
carbon o r
MSC-V
carbon
i n
t h e
? r s t
s e c t i o n
t o
remove COz; whereas a combination
o f
BPL arbon and 5
A
m o l e c u l a r s i e v e
z e o l i t e i n t h e
second
s e c t i o n t o remove p r i
m a r i l y
CH2 a n d CO a n d p r o d u c e h i g h - p u r i t y
H 2 p r o d u c t
stream.
EXAMPLE
An e x a m p l e , w i t h o t h e r v a r i a t i o n s p o s s i b l e w i t h i n t h e
s c o p e o f h e i n v e n t i o n , i s g i v e n b e l o w f o r p r o d u c i n g H2 w h i l e
r e c y c l i n g C H 4 t o t h e
SMR
s a f e e d and p r o d u c i n g a
h i g h
p r e s s u r e p u r i ? e d CO2
s t r e a m .
I n
t h i s
e x a m p l e ,
t h e
s y n g a s
?ow a t e
a f t e r
t h e
l o w - t e m p e r a t u r e s h i f t r e a c t o r , a f t e r
remov
i n g w a t e r by c o n d e n s a t i o n a t 4 0 ° C . , i s
7000 k m o l / h
w i t h t h e
f o l l o w i n g c o m p o s i t i o n
( i n
m o l
) :
7/17/2019 co2 capture
http://slidepdf.com/reader/full/co2-capture-5690924c3e9d2 5/6
US
8 , 9 2 6 , 9 4 1
B2
5
C O 2 : 1 9 , H 2 : 7 4 . 5 ,
H Z O : 0 . 3 , N 2 : 0 . 2 .
T h i s syngas mixture a t 27 b a r i s
s e n t
t o a
TSA
n i t , which
c o n s i s t s
o f 5
b e d s
i n t h e “ ? r s t ” s e c t i o n and 5
b e d s
i n t h e
“ s e c o n d ” s e c t i o n .
Each
bed n t h e ? r s t s e c t i o n i s p a c k e d
w i t h
70
o n s
of BPL a r b o n b e a d s . Each bed n t h e second
s e c t i o n
i s packed
w i t h
a l a y e r o f 4 5 t o n s o f BPL nd 1 3 t o n s o f 5 A
molecular s i e v e s . Each bed
a s
a
dimension
of p p r o x . 7 . 5 m
d i a m e t e r
and
5 m e n g t h .
The r o c e s s
a d v a n c e s
a c c o r d i n g t o a ? v e - s t e p
p r o c e d u r e i n
both
h e ? r s t
and second s e c t i o n s . Five o r more beds a r e used
i n t h e ? r s t
and second
e c t i o n
s o
t h a t t h e
p r o c e s s i s c a r r i e d o u t
i n a continuous
f a s h i o n .
S t e p
l a :
The h i f t e d s y n g a s 202 s f e d t o
a
? r s t
s e c t i o n
2 0 2 1 1
f o r 1 0 m i n u t e s ,
w h i c h s e l e c t i v e l y a d s o r b s CO2
f r o m t h e
s y n
g a s . The e m a i n i n g c o m p o n e n t s H 2 , C H 4 ,
CO, n d
N 2 r e s e n t
t o t h e second s e c t i o n of h e
b e d .
The s a t u r a t e d ? r s t bed now
c o n s i s t s o f
c a p t u r e d CO2 p i n s
s y n g a s r e m a i n i n g
w i t h i n t h e
bed v o i d s .
S t e p
2 a :
The o i d g a s e s
and
o - a d s o r b e d g a s e s
a r e
removed
I n a r i n s e s t e p
( i . e . ,
a h e a v y r e ? u x
s t e p )
i n which
o l d
a n d p u r e
CO2 i n t h e
r a n g e 1 0 0 k m o l / h - 5 0 0
k m o l / h a t
h i g h p r e s s u r e
i n
t h e
r a n g e 1 5 0
p s i - 6 0 0
p s i
i s
s e n t
t o
t h e
bed
t
t e m p e r a t u r e s
i n
t h e
r a n g e o f 2 0° C . - 1 0 0 o
C . p r e f e r a b l y
i t s
t h e
r a n g e 4 0 ° C . - 7 0 o
C .
T h i s s t e p i s c o n t i n u e d
f o r
1 0
m i n u t e s o r
t i l l C O 2 b r e a k s
t h r o u g h t h e b e d ,
w h i c h e v e r
comes
? r s t .
The
p r o d u c t g a s i s
r e c y c l e d a s
a
f e e d t o
t h e
? r s t s e c t i o n .
A l t e r n a t i v e l y , t h e
p r o d
u c t
g a s
i s
r e c y c l e d
a s
a f e e d
t o
t h e second
s e c t i o n .
As a n o t h e r
a l t e r n a t i v e , t h i s p r o d u c t
g a s
c o u l d
b e u s e d
a s a f u e l f o r h e a t e r s
a n d
b o i l e r s . T h e
CO2 u s e d
f o r r i n s i n g i s
p r e f e r a b l y o b t a i n e d
f r o m t h e p r o d u c t
e x i t i n g S t e p 3 a
b e l o w .
S t e p
3 a :
T h e b e d now a t u r a t e d w i t h CO2 s r e g e n e r a t e d b y
s e n d i n g
p u r e a n d h o t CO2 i n
t h e
r a n g e
1 0 0
k m o l / h - 5 0 0
kmol/h
o f
t e m p e r a t u r e i n
t h e
r a n g e o f 1 0 0 ° C . - 3 5 0 o C . and
p r e s s u r e
i n t h e r a n g e 1 5 0 p s i - 6 0 0 p s i t o t h e b e d . T h i s s t e p i s
c o n t i n u e d f o r
1 0
m i n u t e s .
S t e p 4 a : The h o t bed now c o n t a i n s
a
s m a l l amount of C O 2
w h i c h i s
removed
by
s e n d i n g
a
h o t
s t r e a m
c o n s i s t i n g
o f
H2
a n d CH4 t r e a m p r o d u c t o f S t e p 4 b , o f h e s e c o n d s e c t i o n i n t o
t h e
b e d , a s w e l l a s
t h e
s t r e a m
e x i t i n g
t h e
S t e p 5 a . T h i s s t e p i s
c o n t i n u e d
f o r
1 0 m i n u t e s . The g a s
e x i t i n g S t e p
4 a
a f t e r
c o o l
i n g
t o
a b o u t 4 0 0 C .
t o
a b o u t
70° C . i s r e c y c l e d a s a f e e d
t o
t h e
? r s t s e c t i o n o f h e TSA h u s e n h a n c i n g t h e o v e r a l l
r e c o v e r y
o f
C O 2 .
S t e p 5 a : The bed 202e
i s
now s a t u r a t e d w i t h h o t
H 2
and
CH4 o c c u p y i n g
t h e
v o i d s p a c e , w h i c h
s
c o o l e d
b y u s i n g
p a r t
o f t h e p r o d u c t , i n t h e r a n g e o f 250 k m o l / h - l O O O
k m o l / h . T h i s
s t e p i s
c a r r i e d
o u t
f o r
1 0 m i n u t e s . The
o t
H2
a n d
C H 4 s t r e a m
e x i t i n g t h e bed s s e n t a s a
f e e d
t o S t e p 4 a , and h e bed
s
now
r e a d y
t o b e g i n a g a i n t h e n e x t c y c l e o f t h e p r o c e s s .
The
a d s o r p t i o n / d e s o r p t i o n
i n t h e s e c o n d s e c t i o n
i s
c a r r i e d
o u t
a c c o r d i n g t o a
? v e - s t e p
p r o c e s s t h a t o c c u r s s e q u e n t i a l l y .
S t e p l b : The
r o c e s s e d
g a s f r o m t h e
? r s t
s e c t i o n ?ows v i a
l i n e 212 i n t o t h e a d s o r b e n t bed
4 0 1 1
i n t h e s e c o n d s e c t i o n
f o r
1 0
m i n u t e s . A l l t h e i m p u r i t i e s C H 4 , CO2 n d N2 r e c a p t u r e d
a n d
n e a r l y
p u r e
H2 s
o b t a i n e d .
A
o r t i o n o f
t h e p r o d u c t H2 s
used
a s
a f u e l t o t h e steam methane reformer fumace.
S t e p 2 b :
The
o i d
g a s
i n t h e bed s removed by a r i n s e s t e p
i n which o l d and u r e C H 4 o r n a t u r a l
g a s
o f ?ow a t e i n t h e
r a n g e
100 kmol/h-lOOO kmol/h t h i g h
p r e s s u r e
i n t h e
r a n g e
1 5 0 p s i t o 6 0 0 p s i i s
s e n t
t o t h e b e d .
The
m p u r i t i e s i n t h e
v o i d
s p a c e t h a t a r e r i n s e d away
r e
adsorbed
n
t h e
unspent
s e c t i o n
o f t h e
bed
and u r e
H 2 s
o b t a i n e d .
T h i s
s t e p i s
c a r r i e d
o u t f o r
1 0
m i n u t e s .
S t e p 3 b : T h e b e d 2 4 0 0 i s p r e s s u r i z e d b y s e n d i n g p u r e
h o t
C H 4 r
n a t u r a l
g a s
a t h i g h
p r e s s u r e
w i t h
?ow
a t e
i n t h e
r a n g e
o f 1 0 0 kmol/h-lOOO m o l / h . The r e s s u r e o f h e n a t u r a l g a s
i s
c o : 0 . 5 , C H 4 : 5 . 5 ,
5
1 0
20
25
30
35
40
50
55
60
6 5
6
s e l e c t e d
s u c h
t h a t t h e
g a s s t r e a m
e x i s t i n g bed
2 4 0 0 ,
which s
used a s a
f e e d
t o t h e
S M R , i s
a t t h e
r e q u i r e d f e e d p r e s s u r e .
T h i s s t e p i s
c a r r i e d o u t
f o r 1 0
m i n u t e s .
S t e p
4 b : The
h o t bed
now
o n t a i n s a
s m a l l
amount
of C H 4
which
s
removed
by s e n d i n g
a h o t
H 2
g a s s t r e a m t o t h e
bed
f o r 1 0 m i n u t e s . The
o t H2 a s s t r e a m
e x i t i n g b e d 2 4 0 e
i n S t e p
5 b i s u s e d
f o r t h i s p u r p o s e .
T h i s H 2 s t r e a m m a y
be f u r t h e r
h e a t e d by steam o r some
o t h e r
s o u r c e p r i o r
t o
e n t e r i n g bed
2 4 0 d . The x i t g a s
now
o n t a i n s p r i m a r i l y H 2
n d
C H 4 , which
i s s e n t a s
a
f e e d
t o
S t e p
4 a , i n t h e ? r s t s e c t i o n v i a l i n e
2 3 0 .
S t e p 5 b : The bed
240e
i n t h e second s e c t i o n t h a t i s now
s a t u r a t e d w i t h h o t
H2
o c c u p y i n g t h e
v o i d s p a c e i s c o o l e d t o
a b o u t 3 0 ° C .
t o
a b o u t 7 0 ° C . b y s e n d i n g p a r t
o f
h e H2 r o d u c t
w i t h
?ow
r a t e i n
t h e r a n g e 250 kmol/h-lOOO kmol/h f o r 1 0
m i n u t e s . The o t
H 2
a s
s t r e a m e x i t i n g
t h e
bed s s e n t
t o a f e e d
o f S t e p 4 a , a n d t h e bed s now e a d y
f o r
t h e p r o c e s s o f S t e p 1
a g a i n .
Note h a t
t h e
c y c l e
t i m e i n t h e above
r o c e s s
i s t a k e n a s 1 0
m i n u t e s . H o w e v e r , i t
s h o u l d
b e n o t e d t h a t t h e c y c l e t i m e
i s
a
f u n c t i o n
o f
t h e s y n g a s ?ow
a t e , c o m p o s i t i o n ,
a d s o r b e n t
bed
c o n ? g u r a t i o n , n a t u r e
of
h e a d s o r b e n t and t can a r y
between
30 s e c and 30
minutes
o r l o n g e r .
Also
n o t e
t h a t i n
FIG.
2 ,
t h e
s t r e a m s
a r e
shown
t o
e n t e r
f r o m t h e
t o p o f
t h e b e d :
h o w e v e r , a n y
c o m b i n a t i o n o f
? o w s ,
such
a s c o - c u r r e n t and c o u n t e r - c u r r e n t
i s
p o s s i b l e .
The
a b s o r b e n t c a r s
be ? l l e d i n t h e bed
a s
a packed
b e d ,
s t r u c t u r e d
o r
monolithic f o r m a t . The s t r u c t u r e d
o r
monolithic
c o n ? g u r a t i o n f o r t h e a d s o r b e n t h a s a n a d v a n t a g e o f
l o w e r
p r e s s u r e
d r o p
and f a s t e r h e a t and
mass
t r a n s f e r r a t e s ,
which
r e d u c e s t h e bed i z e .
One s u c h example
o f a s t r u c t u r e d bed s
g i v e n i n
t h e p a t e n t a p p l i c a t i o n US 2 0 1 0 / 0 2 1 2 4 9 5 b y
C o r n i n g
l n c . ,
i n c o r p o r a t e d h e r e i n
b y
r e f e r e n c e . I n t h a t e x a m p l e ,
t h e
s o r b e n t s t r u c t u r e c o m p r i s e s a c o n t i n u o u s a c t i v a t e d c a r b o n
body n t h e f o r m
o f
a ? o w - t h r o u g h s u b s t r a t e .
The
e m p e r a t u r e
of
h e
s o r b e n t
s t r u c t u r e can be
n c r e a s e d by
s e n d i n g a h o t g a s
s t r e a m
t h r o u g h t a n d / o r by
a s s i n g
a s u f ? c i e n t v o l t a g e a c r o s s
t h e s o r b e n t s t r u c t u r e , t o
p r o v i d e
r e s i s t i v e h e a t i n g i n a p r o c e s s
c a l l e d
a s
e l e c t r i c
s w i n g
a d s o r p t i o n
( E S A ) .
T h e
a d v a n t a g e o f
h e a t i n g t h e s t r u c t u r e d
b e d
u s i n g r e s i s t i v e h e a t i n g
I s
t h a t
t h e
amount
of
ot sweep g a s
stream can be reduced
r e l i m i n a t e d ,
t h u s i n c r e a s i n g t he
c o n c e n t r a t i o n o f
t h e component t h a t i s
b e i n g r e l e a s e d
f r o m
t h e
a d s o r b e n t .
The p r o c e s s
can be c a r r i e d o u t i n
a
Ljungstrom r o t a t i n g
w h e e l c o n ? g u r a t i o n ,
i n
w h i c h t h e
r o t a t i n g
w h e e l
o f
a
s i n g l e
l a r g e
a d s o r b e r
e n a b l e s t h e s e c t i o n a l i z e d
a d s o r b e n t
s t r u c t u r e s
t o be e x p o s e d t o
t h e
a p p r o p r i a t e g a s
s t r e a m
d e p e n d i n g
on h e
s t e p s
i n t h e c y c l i c p r o c e s s .
What s c l a i m e d i s :
1 . A r o c e s s o f p r o d u c i n g s u b s t a n t i a l l y p u r e CO2
f o r
s e q u e s t r a t i o n o r e n h a n c e d o i l r e c o v e r y
(EOR)
a n d
s u b s t a n
t i a l l y pure
hydrogen f o r
u s e a s a
f u e l
i n steam methane
reformer
furnace
or a s
a feed source f o r
o t h e r hydrocarbon
p e t r o c h e m i c a l
r e a c t i o n s , t h e
p r o c e s s
c o m p r i s e s
m i x i n g s t e a m
and a t u r a l
g a s
i n
a steam
methane
reformer
h e r e a f t e r
p a s s
i n g a p r o d u c t t o a h e a t r e c o v e r y
steam
g e n e r a t o r
and
s u b s e
q u e n t l y
t o
h i g h
and o w - t e m p e r a t u r e
s h i f t r e a c t o r s
t o
c r e a t e a
s h i f t e d s y n t h e s i s g a s
which
s p a s s e d
t o a t e m p e r a t u r e
s w i n g
a d s o r p t i o n
(TSA)
u n i t
c y c l e d
s o
a s t o p r o d u c e a
s u b s t a n t i a l l y
pure
CO2
t r e a m
a t a
p r e s s u r e
f o r s e q u e s t r a t i o n
o r
d i s p o s a l
o r
EOR n d a s u b s t a n t i a l l y p u r e
H2 r o d u c t s t r e a m f o r r e c y c l i n g
a s a
f u e l
i n t o t h e steam methane reformer
fumace
or use i n
o t h e r
p e t r o l e u m
a n d p e t r o c h e m i c a l o p e r a t i o n s
w i t h a n y
r e m a i n i n g m e t h a n e r e c y c l e d
w i t h
makeup
a t u r a l g a s a s
f e e d
i n t o
t h e
steam methane
r e f o r m e r ,
and wherein
t h e
TSA a s
a
? r s t
s e t o f b e d s
t o p r o c e s s o r produce
s u b s t a n t i a l l y p u r e CO2
and s e c o n d
s e t
o f
b e d s
t o p r o c e s s and r o d u c e s u b s t a n t i a l l y
7/17/2019 co2 capture
http://slidepdf.com/reader/full/co2-capture-5690924c3e9d2 6/6
US
8 , 9 2 6 , 9 4 1
B2
7
p u r e
H 2
W i t h
t h e r e s t o f any g a s s t r e a m components
b e i n g
recycled
t o an SMR
r
used a s f u e l g a s .
2 .
The p r o c e s s
a c c o r d i n g
t o c l a i m 1 Wherein an
a d s o r b e n t
f o r t h e CO2 i s
a c t i v a t e d c a r b o n ,
c a r b o n m o l e c u l a r
s i e v e s ,
z e o l i t e s
and
c o m b i n a t i o n t h e r e o f .
3 . The p r o c e s s a c c o r d i n g t o
c l a i m
2 W h e r e i n
t h e
a c t i v a t e d
c a r b o n i s
s e l e c t e d
f r o m
t h e
g r o u p
c o n s i s t i n g
o f c a r b o n
b l a c k ,
c h a r c o a l , a n d m i x t u r e s
t h e r e o f .
4 . The p r o c e s s
a c c o r d i n g
t o
c l a i m
3
W h e r e i n
t h e
s e c o n d
a d s o r b i n g
b e d
c o n s i s t s o f a c t i v a t e d c a r b o n , c a r b o n m o l e c u l a r
s i e v e s , z e o l i t e s ,
a n d
c o m b i n a t i o n s t h e r e o f .
5 . The
r o c e s s
a c c o r d i n g t o t h e p r e c e d i n g c l a i m 4 W h e r e i n
t h e z e o l i t e
i s
s e l e c t e d from h e s t r u c t u r e d s h a p e d
g r o u p con
s i s t i n g o f 4 A , 5 A , 1 3 X , a n d
c o m b i n a t i o n s t h e r e o f .
6 .
The p r o c e s s
a c c o r d i n g t o c l a i m 1 W h e r e i n t h e
TSA
s
o p e r a t e d
a t
a t e m p e r a t u r e
of from a b o u t 3 0 ° C . t o a b o u t 350°
C . , a
p r e s s u r e o f a b o u t
1 5 0
p s i t o a b o u t 600 p s i and
a c y c l e
time of about
30 s e c t o
10
m i n u t e s .
7 .
The p r o c e s s
a c c o r d i n g t o c l a i m 1 W h e r e i n t h e makeup
n a t u r a l
g a s
and i g h
p r e s s u r e
methane e c y c l e
g a s
i s
f e d
t o an
S M R .
8 .
The
r o c e s s
a c c o r d i n g
t o
c l a i m
1
W h e r e i n
a
p r o d u c e d
H2
i s
used
a s a f u e l i n t h e a p p l i c a t i o n s e l e c t e d from t h e group
c o n s i s t i n g o f a SMR, h e a t e r s ,
b o i l e r s , g a s
t u r b i n e , r e ? n e r y
o p e r a t i o n , o p e r a t i o n s a n d c o m b i n a t i o n s t h e r e o f .
9 .
A
r o c e s s o f p r o d u c i n g s u b s t a n t i a l l y p u r e CO2 f o r
s e q u e s t r a t i o n
o r e n h a n c e d
o i l
r e c o v e r y (EOR)
a n d
s u b s t a n
t i a l l y pure
hydrogen f o r
u s e a s a
f u e l
i n steam
methane
reformer fumace or a s
a feed
source f o r o t h e r hydrocarbon
p e t r o c h e m i c a l
r e a c t i o n s ,
t h e p r o c e s s
c o m p r i s e s m i x i n g
s t e a m
and a t u r a l
g a s
i n a steam methane r e f o r m e r t h e r e a f t e r
p a s s
i n g a p r o d u c t
t o
a
h e a t
r e c o v e r y
steam
g e n e r a t o r
and
s u b s e
q u e n t l y t o h i g h and
o W - t e m p e r a t u r e
s h i f t r e a c t o r s
t o
c r e a t e a
s h i f t e d
s y n t h e s i s
g a s
Which
s p a s s e d
t o a
t e m p e r a t u r e s W i n g
a d s o r p t i o n
(TSA) u n i t c y c l e d s o a s t o p r o d u c e a
s u b s t a n t i a l l y
p u r e C O 2 s t r e a m a t
p r e s s u r e
f o r s e q u e s t r a t i o n
o r
d i s p o s a l
o r
EOR n d a s u b s t a n t i a l l y p u r e H2 r o d u c t s t r e a m f o r r e c y c l i n g
a s a
f u e l i n t o
t h e steam
methane reformer
furnace or use i n
o t h e r p e t r o l e u m
a n d p e t r o c h e m i c a l o p e r a t i o n s
W i t h
a n y
r e m a i n i n g m e t h a n e r e c y c l e d W i t h
makeup a t u r a l
g a s
a s
f e e d
i n t o t h e
steam methane r e f o r m e r and Wherein
t h e p r o c e s s
f u r t h e r i n c l u d e s
an a u t o
thermal r e f o r m e r .
1 0 . The
p r o c e s s
a c c o r d i n g t o c l a i m 1 u s e d
i n
c o n j u n c t i o n
With an
a u t o
thermal r e f o r m e r .
1 1 . I n a p r o c e s s i n c l u d i n g a
steam
methane reformer
(SMR) n d a
t e m p e r a t u r e s W i n g
a d s o r p t i o n ( T S A ) a p p a r a t u s ,
t h e
p r o c e s s
Which n c l u d e s
o p e r a t i n g
t h e TSA
n
a m u l t i - s t e p
p r o c e s s
h a v i n g ? r s t
a n d
s e c o n d
s e c t i o n s f o r
c o n t i n u o u s
o p e r a t i o n s
c o m p r i s i n g :
f e e d i n g s h i f t e d
s y n g a s
i n t o a ? r s t r e a c t o r f o r 5 t o 20
min
u t e s ,
W h i c h s e l e c t i v e l y a d s o r b s CO2
f r o m
t h e s y n g a s ,
t h e r e a f t e r ;
f e e d i n g
t h e
r e m a i n i n g
c o m p o n e n t s
H 2 ,
C H 4 ,
C O
n d
N2 o
a
second s e c t i o n of
a
bed
Wherein a
? r s t bed noW
i n c l u d e s
CO2
p l u s s y n g a s
r e m a i n i n g
W i t h i n
t h e b e d
v o i d s ,
t h e r e a f t e r ;
5
20
25
30
35
40
50
55
8
removing
any
v o i d
g a s e s
and c o - a d s o r b e d
g a s e s i n a
r i n s e
s t e p i n Which
c o l d
a n d
p u r e
CO2 i n t h e
r a n g e o f
1 0 0
kmol/h-500
kmol/h
a t
a p r e s s u r e
i n
t h e r a n g e
150 p s i
600 p s i i s
s e n t
t o t h e
bed
t t e m p e r a t u r e
i n
t h e r a n g e o f
2 0 °
C . - 1 0 0 °
C . ,
t h e r e a f t e r ;
r e c y c l i n g a p r o d u c t
g a s a s
a
f e e d t o
t h e ? r s t
s e c t i o n , t h e r e
a f t e r ;
f e e d i n g
s u b s t a n t i a l l y
p u r e
CO2
i n
a
c o n c e n t r a t i o n
o f 1 0 0
kmol/h-500
kmol/h
and e m p e r a t u r e
f o r
5 t o
20
m i n u t e s
i n t h e
r a n g e of 0 0 ° C . - 3 5 0 °
C .
and
r e s s u r e i n t h e
r a n g e
1 5 0
p s i - 6 0 0 p s i t o t h e b e d , t h e r e a f t e r ;
p a s s i n g
a m i x t u r e o f H2 a n d C H4 s t r e a m f r o m t h e p r o d u c t
o f t h e
second
s e c t i o n i n t o t h e ? r s t s e c t i o n f o r 5 t o 20
m i n u t e s ,
t h e r e a f t e r ;
c o o l i n g a g a s o f h e p a s s i n g s t e p a b o u t 4 0 ° C . a n d t h e r e a f t e r
r e c y c l i n g
a s
a f e e d
t o
t h e ? r s t s e c t i o n of t h e
TSA o
e n h a n c e t h e o v e r a l l
r e c o v e r y
o f
CO2
h e r e a f t e r ;
c o o l i n g
t h e s e c t i o n s a t u r a t e d W i t h
h o t H 2
and
CH
W i t h a
H 2
p r o d u c t , i n t h e
r a n g e o f
250
kmol/h f o r
5
t o
20
m i n u t e s ,
a n d r e c y c l i n g t h e H2
a n d
CH4
o
t h e
p r e c e d i n g
s t e p
t o
s t a r t t h e
n e x t
c y c l e o f h e
p r o c e s s
W h e r e i n t h e
h o t
H2
n d
CH4 t r e a m
e x i t i n g t h e
bed s s e n t
a s a
f e e d
and h e bed
i s
noW
e a d y
t o
b e g i n
a neW y c l e and u r i n g t h e c y c l e a
s e c o n d
s e c t i o n
f o l l o w s
t h e p r o c e s s
s t e p s
c o m p r i s i n g :
o p e r a t i n g
a
second
s e c t i o n
of
h e TSA c c o r d i n g
t o
a
?ve
s t e p p r o c e s s t h a t o c c u r s s e q u e n t i a l l y i n c l u d i n g p a s s i n g a
p r o c e s s e d
g a s
from h e ? r s t s e c t i o n i n t o t h e
a d s o r b e n t
i n
t h e
second
s e c t i o n f o r 5 t o 20 m i n u t e s t o c a p t u r e t h e
i m p u r i t i e s
C H 4 ,
CO2 a n d N 2 a n d o b t a i n s u b s t a n t i a l l y
p u r e
H 2 W i t h
a
p o r t i o n o f
t h e
p r o d u c t H 2 s
u s e d
a s
a
f u e l
t o a steam methane r e f o r m e r f u r n a c e , t h e r e a f t e r ;
removing h e
v o i d
g a s
i n
t h e
bed
i t h a r i n s e s t e p
i n Which
i n c l u d e s CH4
t a ?o w a t e i n t h e
r a n g e
100 kmol/h-1000
kmol/h
t
p r e s s u r e
i n t h e r a n g e 1 5 0 p s i
t o
600 s i
t o r i n s e
f o r
5 t o 20
m i n u t e s , t h e r e a f t e r ;
p r e s s u r i Z i n g t he s e c t i o n W i t h
C H 4
r n a t u r a l
g a s
?ow
a t e i n
t h e
r a n g e o f 100
kmol/h-1000
kmol/h and
a
p r e s s u r e of
1 5 0 t o
6 0 0
p s i f o r 5 t o 2 0 m i n u t e s , t h e r e a f t e r ;
p a s s i n g
H 2
i n t o
t h e s e c t i o n
t o
remove
C H 4
f o r
5 t o
20
m i n u t e s
H2
n d
C H4
o a p a s s i n g
s t e p o f
h e
? r s t
s e c t i o n ,
t h e r e a f t e r ;
c o o l i n g t h e
s e c o n d
s e c t i o n s a t u r a t e d W i t h h o t H2
o c c u p y i n g
t h e void
s p a c e
t o
a b o u t
30° C .
t o
a b o u t 7 0 °
C . W i t h
a d d i t i o n a l H 2 t ?ow a t e i n t h e r a n g e 250 kmol/h-1000h
f o r 5
t o 20
minutes Wherein h e H 2 g a s i s
s e n t a s
a f e e d of
t h e a p a s s i n g
s t e p o f
s e c t i o n one
and
h e bed
noW s r e a d y
f o r a
f e e d i n g
o f t h e ? r s t s e c t i o n
t o
b e g i n a n o t h e r c y c l e .
1 2 . The r o c e s s a c c o r d i n g
t o
c l a i m 1 1 W h e r e i n e a c h
s t e p
i s
c a r r i e d o u t f o r a b o u t 1 0 m i n u t e s .
1 3 .
The r o c e s s a c c o r d i n g
t o
c l a i m
9
W h e r e i n t h e p r o d u c e d
H 2 s used s a f u e l i n t h e a p p l i c a t i o n s s e l e c t e d from h e
g r o u p
c o n s i s t i n g
o f
a n
SMR,
e a t e r s , b o i l e r s , g a s
t u r b i n e s ,
r e ? n e r y
o p e r a t i o n s , c h e m i c a l o p e r a t i o n s a n d c o m b i n a t i o n s t h e r e o f .
1 4 .
The
P r o c e s s a c c o r d i n g
t o
c l a i m
1 1
W h e r e i n
t h e
r i n s e
s t e p o f
r e m o v i n g
t h e v o i d
g a s e s ,
? r s t o c c u r r e n c e , i s
i n
t h e
t e m p e r a t u r e
r a n g e 4 0 °
C . - 7 0 °
C . f o r
5 t o
20
m i n u t e s .
* * * * *
