DE102015003939A1 - Process and apparatus for recovering carbon dioxide from a gas mixture containing carbon dioxide - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (100) zur Gewinnung von Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid enthaltenden Gasgemisch. Dabei wird wenigstens ein Sorptionselement (1) in wenigstens einem Adsorptionsraum (10) mit Kohlendioxid aus dem Gasgemisch beladen und in wenigstens einem Desorptionsraum (4) mittels wenigstens eines Desorptionsfluids von dem Kohlendioxid wieder befreit. Es wird vorgeschlagen, dass beim Durchleiten des Gasgemisches durch das Sorptionselement Strömungsverhältnisse und Verweilzeiten derart eingestellt werden, dass der Druckverlust des Gasgemisches zwischen Eintritt in das Sorptionselement und Austritt aus dem Sorptionselement auf einen Bereich zwischen 0,5 und 2 mbar begrenzt wird.The invention relates to a method and a device (100) for obtaining carbon dioxide from a gas mixture containing carbon dioxide. In this case, at least one sorption element (1) is loaded with carbon dioxide from the gas mixture in at least one adsorption space (10) and freed from the carbon dioxide in at least one desorption space (4) by means of at least one desorption fluid. It is proposed that when the gas mixture is passed through the sorption element, flow conditions and residence times are set such that the pressure loss of the gas mixture between entry into the sorption element and exit from the sorption element is limited to a range between 0.5 and 2 mbar.

Figure DE102015003939A1_0001
Figure DE102015003939A1_0001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid enthaltenden Gasgemisch, wobei das Gasgemisch in einem Adsorptionsraum durch wenigstens ein Sorptionselement geleitet wird und Kohlendioxid an dem Sorptionselement adsorbiert wird, und das Sorptionselement anschließend in einen Desorptionsraum überführt wird und dort das Kohlendioxid mit Hilfe eines Desorptionsfluides desorbiert wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Gewinnung von Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid enthaltenden Gasgemisch mit wenigstens einem beweglichen Sorptionselement, das dafür eingerichtet ist, in wenigstens einem Adsorptionsraum mit Kohlendioxid, aus dem Gasgemisch, beladen und in wenigstens einem Desorptionsraum mittels wenigstens eines Desorptionsfluides von dem Kohlendioxid befreit zu werden.The invention relates to a method for obtaining carbon dioxide from a gas mixture containing carbon dioxide, wherein the gas mixture is passed through at least one sorbent in an adsorption space and carbon dioxide is adsorbed on the sorption, and then the sorbent is transferred to a desorption and there the carbon dioxide with the help desorption of a desorption fluid. Furthermore, the invention relates to a device for obtaining carbon dioxide from a gas mixture containing carbon dioxide with at least one movable sorption element which is adapted to be loaded in at least one adsorption space with carbon dioxide from the gas mixture and in at least one desorption space by means of at least one desorption fluid from the carbon dioxide to be freed.

Die Abtrennung von Kohlendioxid (CO2) aus der Luft ist in Bezug auf die Klimaschädlichkeit des CO2 von besonderem Interesse. Zudem kann CO2 in verschiedenen chemischen oder lebensmitteltechnischen Prozessen als Rohstoff oder Zusatz eingesetzt werden. Bisher wird CO2 jedoch hauptsächlich aus den Nebenströmen von Erdgasanlagen, Raffinerien oder anderen chemischen Anlagen gewonnen, da mit den dort vorhandenen hohen CO2 Konzentrationen und den eingesetzten chemischen oder physikalischen Aufreinigungsmethoden, Kosten von weniger als 50 $/t gasförmiges CO2 erreicht werden. In den chemischen Aufreinigungsmethoden werden bevorzugt Waschverfahren mit aminhaltigen Lösungen eingesetzt. CO2 liegt, im Vergleich mit den oben genannten CO2 haltigen Strömen, in Luft allerdings nur mit einem Anteil von ca. 400 vppm vor, so dass bei der Verwendung der gleichen Verfahren zur Abtrennung von CO2 aus Luft, Kosten von ca. 2500 $/t CO2 entstehen würden ( A. Grübler, 2003, Technology and Global Change, Cambridge University Press, S. 230 ). Ein alternatives Verfahren zur adsorptiven Entfernung von Kohlendioxid aus der Umgebungsluft oder anderen kohlendioxidhaltigen Gasgemischen bieten feste Adsorbentien. So wird CO2 aus der Atemluft in geschlossenen Räumen, beispielsweise auf Unterseebooten oder in der Raumfahrt, mit festen Adsorbentien entfernt. In seit langem bekannten Anlagen zur kryogenen Luftzerlegung, welche ebenfalls feste Adsorbentien aufweisen, wird neben verschiedenen Hauptprodukten auch CO2 abgetrennt, da es sich hier um eine Verunreinigung der Hauptprodukte handelt. Die gezielte CO2 Gewinnung durch ein solches Verfahren (als Hauptprodukt), ist jedoch selbst in modernen Luftzerlegungsanlagen unwirtschaftlich und wird daher nicht verfolgt. Die festen Adsorbentien haben bei konventioneller Anwendung den Nachteil, dass sie in der Herstellung wesentlich teurer sind und Verunreinigungen in der Luft, wie SOx oder NOx zur Deaktivierung führen und die Adsorbentien daher mit der Zeit ausgetauscht werden müssen. Durch Verbesserungen der Adsorbentien, in dem sie beispielsweise, mit mit CO2 reagierenden Chemikalien, funktionalisiert werden, wird versucht eine wirtschaftlichere Möglichkeit zur CO2 Abtrennung zu realisieren. Als Adsorbens in derartigen Verfahren können insbesondere Aminfunktionalisierte Stoffe eingesetzt werden, wie sie in WO 2013/052637 beschrieben werden. Die Amine, beispielsweise Polyethylenimin, werden typischerweise mittels geeigneter Koppler, auf poröse Träger (Matrices) aufgebracht oder sogar bei der Herstellung der Träger direkt dem Trägermaterial zugemischt. Als Träger können geeignete Polymere und insbesondere Silikate eingesetzt werden. Weitere einsetzbare Träger sind Zellstoffe oder Glasfasern und, wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung von besonderem Interesse, poröse Monolithstrukturen. Geeignete Silikate wie MCM-41 weisen eine hexagonale Mesostruktur auf. Soll das adsorbierte Kohlendioxid durch Desorption mittels Dampf zurückgewonnen werden, eignen sich insbesondere thermisch und hydrothermisch stabile Silikate wie SBA-15 als Träger. Entsprechende Materialien sind insbesondere für die bei der Desorption verwendeten Bedingungen ausgelegt. Bei der Desorption wird beispielsweise Dampf mit einer Temperatur von bis zu 120°C eingesetzt.The separation of carbon dioxide (CO 2 ) from the air is of particular interest in terms of the climate-damaging nature of CO 2 . In addition, CO 2 can be used in various chemical or food processing processes as a raw material or additive. So far, however, CO 2 is mainly derived from the by-passes of natural gas plants, refineries or other chemical plants, since with the existing high CO 2 concentrations and the chemical or physical purification methods used, costs of less than 50 $ / t gaseous CO 2 can be achieved. Washing methods with amine-containing solutions are preferably used in the chemical purification methods. CO 2 is located, in comparison with the above-mentioned CO 2 containing streams, in air, however, only a proportion of about 400 vppm before, so that when using the same process for removing CO 2 from air, a cost of approximately 2500 $ / t CO 2 would arise ( A. Grübler, 2003, Technology and Global Change, Cambridge University Press, p. 230 ). An alternative method of adsorptively removing carbon dioxide from the ambient air or other carbon dioxide-containing gas mixtures provides solid adsorbents. Thus, CO 2 is removed from the breathing air in closed rooms, for example, on submarines or in space, with solid adsorbents. In long-known systems for cryogenic air separation, which also have solid adsorbents, CO 2 is separated in addition to various main products, since this is an impurity of the main products. The targeted production of CO 2 by such a process (as the main product), however, is uneconomical even in modern air separation plants and is therefore not pursued. The solid adsorbents have the disadvantage in conventional use that they are much more expensive to manufacture and impurities in the air, such as SO x or NO x lead to deactivation and the adsorbents must therefore be replaced over time. Improvements in the adsorbents in which they are functionalized, for example, with chemicals that react with CO 2 , are trying to realize a more economical possibility for CO 2 separation. As adsorbent in such processes, in particular amine-functionalized substances can be used, as described in WO 2013/052637 to be discribed. The amines, for example polyethyleneimine, are typically applied to porous carriers (matrices) by means of suitable couplers or even added directly to the carrier material during the preparation of the carriers. As carrier suitable polymers and in particular silicates can be used. Further usable carriers are pulps or glass fibers and, as is of particular interest in the context of the present invention, porous monolith structures. Suitable silicates such as MCM-41 have a hexagonal mesostructure. If the adsorbed carbon dioxide is to be recovered by desorption by means of steam, in particular thermally and hydrothermally stable silicates such as SBA-15 are suitable as a carrier. Corresponding materials are especially designed for the conditions used during desorption. In the desorption, for example, steam at a temperature of up to 120 ° C is used.

Die vorliegende Erfindung eignet sich grundsätzlich zur Verwendung mit sämtlichen der erwähnten Adsorptionsmaterialien, wobei unter einem ”Adsorptionsmaterial” im Folgenden ein Träger mit dem darauf aufgebrachten oder integrierten Adsorbens verstanden wird. Die Erfindung ist grundsätzlich auch für andere Adsorbentien als Polyethylenimin geeignet.The present invention is in principle suitable for use with all of the adsorption materials mentioned, wherein an "adsorption material" is understood below to mean a carrier having the adsorbent applied or integrated thereon. The invention is in principle also suitable for adsorbents other than polyethyleneimine.

Aus US 8 163 066 B2 ist ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus kohlendioxidhaltiger Umgebungsluft bekannt, bei dem ein Luftstrom durch eine vertikal angeordnete Kohlendioxideinfangstruktur geleitet wird. Die Einfangstruktur trägt ein Aminadsorbens, an das das Kohlendioxid adsorbiert.Out US 8 163 066 B2 For example, there is known a method of removing carbon dioxide from carbon dioxide-containing ambient air by passing an air stream through a vertically disposed carbon dioxide capture structure. The capture structure carries an amine adsorbent to which the carbon dioxide adsorbs.

Nach der Adsorption des Kohlendioxids wird die Kohlendioxideinfangstruktur gemäß der US 8 163 066 B2 komplett in einen Desorptionsraum bewegt. In diesem wird Dampf durch die Kohlendioxideinfangstruktur geleitet. Das desorbierte Kohlendioxid wird aus dem Desorptionsraum zusammen mit verbleibendem Dampf ausgeleitet. Anschließend wird die Kohlendioxideinfangstruktur wieder aus dem Desorptionsraum entnommen und steht damit in regenerierter Form zur Adsorption von Kohlendioxid bereit.After adsorption of the carbon dioxide, the carbon dioxide scavenging structure becomes US 8 163 066 B2 moved completely into a desorption room. In this, steam is passed through the carbon dioxide capture structure. The desorbed carbon dioxide is discharged from the desorption space together with remaining steam. Subsequently, the carbon dioxide capture structure is removed again from the desorption space and is thus ready in regenerated form for the adsorption of carbon dioxide.

Vorrichtungen zur adsorptiven Entfernung von Verunreinigungen aus Gasgemischen oder zur Gastrocknung, die ein bewegliches Sorptionselement besitzen, sind bekannt. So beschreibt US 3 176 466 bereits einen keramischen, waagerecht gelagerten, drehbaren Monolithen oder DE 197 03 793 ein drehbares Rad, welches eine Sorptionsschüttung enthält, zur Trocknung und Entfeuchtung von Gasen. Die Länge der Sorptionsbetten oder Dicke der Sorptionselemente wurde für die Entfeuchtung von Gasen jedoch bisher nicht beschrieben.Devices for the adsorptive removal of impurities from gas mixtures or Gas drying, which possess a movable sorption element, are known. So describes US 3,176,466 already a ceramic, horizontally mounted, rotatable monolith or DE 197 03 793 a rotatable wheel containing a sorbent bed for drying and dehumidifying gases. However, the length of sorption beds or thickness of the sorbents has not been previously described for the dehumidification of gases.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Gewinnung von Kohlendioxid aus entsprechenden Gasgemischen erweisen sich jedoch in ihrer Erstellung und in ihrem Betrieb als energetisch und wirtschaftlich ausgesprochen aufwändig.However, the known from the prior art devices for the production of carbon dioxide from corresponding gas mixtures prove to be in their preparation and in their operation as energetically and economically extremely complex.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren benötigen zur Gewinnung von Kohlendioxid aus einem Gasgemisch in der Regel dicke bzw. lange Sorptionselemente oder spezielle und teure Adsorbentien. Durch die Dicke steigt nicht nur der Materialaufwand, sondern auch der apparative Aufwand zur Strömungsführung des Gasgemisches um etwaige Druckverluste zu minimieren. Die Gewinnung von CO2 aus der Umgebungsluft ist deshalb bisher unwirtschaftlich. Die Gewinnung einer Tonne CO2 aus Umgebungsluft darf nicht mehr kosten als die Gewinnung aus konventionellen Quellen also weniger als 50 $.The devices and methods known from the prior art generally require thick or long sorption elements or special and expensive adsorbents for obtaining carbon dioxide from a gas mixture. The thickness increases not only the cost of materials, but also the equipment required for flow guidance of the gas mixture to minimize any pressure losses. The recovery of CO 2 from the ambient air is therefore previously uneconomical. Extraction of one ton of CO 2 from ambient air must not cost more than extraction from conventional sources, ie less than $ 50.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Gewinnung von Kohlendioxid bereitzustellen, die sich einfach und kostengünstig erstellen und betreiben lässt.The present invention therefore has for its object to provide an improved method and apparatus for obtaining carbon dioxide, which can be easily and inexpensively created and operated.

Diese Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, dass beim Durchleiten des Gasgemisches durch das Sorptionselement Strömungsverhältnisse und Verweilzeiten derart eingestellt werden, dass der Druckverlust des Gasgemisches zwischen Eintritt in das Sorptionselement und Austritt aus dem Sorptionselement auf einen Bereich zwischen 0,5 und 2 mbar begrenzt wird.On the method side, this object is achieved by regulating flow conditions and residence times during passage of the gas mixture through the sorption element such that the pressure loss of the gas mixture between entry into the sorption element and exit from the sorption element is limited to a range between 0.5 and 2 mbar.

Der Erfindung liegt die für den Fachmann überraschende Erkenntnis zu Grunde, dass bei einer optimierten Betrachtung verschiedener Faktoren, die zu den Kosten einer Tonne CO2 beitragen (beispielsweise Kosten und Geometrie der Sorptionselemente, Kosten für die Aufrechthaltung der Strömungsführung), der Druckverlust als der entscheidende Faktor zur Reduzierung der Kosten identifiziert werden konnte. Der Druckverlust ist ein wesentliches Kriterium, um ein Verfahren wirtschaftlich zu gestalten, da um eine Tonne CO2 aus Luft zu gewinnen, ca. 1666 t Luft bewegt werden müssen. Das Diagramm in 1 stellt die Energiekosten A (in US $ pro Tonne Gas bei einem Energiepreis von 0,08 /kWh) der Konzentration verschiedener Gase B in Luft gegenüber. Gezeigt sind vier verschiedene Gewinnungsmethoden. Kurve 1 stellt die Gewinnung in einem konventionellen Luftzerleger dar und Kurve 4 ein ideales reversibles Verfahren zur Trennung der Bestandteile. Kurve 2 zeigt im Vergleich zum idealen Verfahren ein Verfahren mit einem Druckverlust von 250 mbar und Kurve 3 ein Verfahren mit nur 1 mbar Druckverlust. Bisher verwendete Verfahren weisen einen Druckverlust im Bereich von 250 mbar auf, sodass CO2 nicht kostengünstig aus Luft gewonnen werden kann. Wenn der Druckverlust nun auf weniger als 2 mbar reduziert wird, kann die Tonne CO2 für ca. 20 US $ Energiekosten aus Luft abgetrennt werden und weiteren Speichereinrichtungen oder Verarbeitungseinrichtungen zugeführt werden.The invention is based on the discovery, which is surprising for the skilled worker, that, when optimizing various factors contributing to the costs of one tonne of CO 2 (for example cost and geometry of the sorption elements, costs for maintaining the flow guidance), the pressure loss is the decisive one Factor to reduce costs could be identified. The pressure loss is an essential criterion to make a process economical, since to win a ton of CO 2 from air, about 1666 t of air must be moved. The diagram in 1 represents the energy cost A (in US $ per ton of gas at an energy price of 0.08 / kWh) of the concentration of various gases B in air. Shown are four different extraction methods. Curve 1 represents the recovery in a conventional air separation and curve 4 represents an ideal reversible process for separating the components. Curve 2 shows a process with a pressure loss of 250 mbar and curve 3 shows a process with only 1 mbar pressure loss compared to the ideal process. Previously used methods have a pressure drop in the range of 250 mbar, so that CO 2 can not be obtained inexpensively from air. If the pressure loss is now reduced to less than 2 mbar, the ton of CO 2 can be separated from air for about $ 20 in energy costs and fed to other storage facilities or processing facilities.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem ”Sorptionselement” eine Struktur verstanden, die ein zuvor erläutertes Adsorptionsmaterial, also beispielsweise einen Träger mit darauf aufgebrachtem oder im Träger integrierten Adsorbens, beispielsweise Polyethylenimin, aufweist. Wie erläutert, kann das Adsorptionsmaterial insbesondere als mit Polyethylenimin beschichtete Monolithstruktur, beispielsweise aus keramischem Material, ausgebildet sein. Entsprechende Monolithstrukturen weisen beispielsweise wabenförmig angeordnete, parallele Kanäle auf, die eine große spezifische Oberfläche bereitstellen und einen geringen Druckverlust aufweisen. Ein Sorptionselement kann neben dem eigentlichen Adsorptionsmaterial auch geeignete Stütz- und/oder Isolationsstrukturen aufweisen, beispielsweise um, wie auch unten erläutert, Segmente des Sorptionselements voneinander zu trennen.In the context of the present invention, a "sorption element" is understood as meaning a structure which has a previously explained adsorption material, that is, for example, a carrier with an adsorbent, for example polyethyleneimine, applied thereto or integrated in the carrier. As explained, the adsorption material may in particular be formed as a polyethyleneimine-coated monolith structure, for example of ceramic material. Corresponding monolith structures have, for example, honeycomb-shaped, parallel channels which provide a large specific surface area and have a low pressure loss. In addition to the actual adsorption material, a sorption element can also have suitable supporting and / or insulating structures, for example in order to separate segments of the sorption element from one another, as explained below.

Der im vorliegenden Fall angegebene Druckverlust bezieht sich auf den Druckverlust, den die Gasmischung, während der Adsorption, zwischen dem Eintritt in das Sorptionselement und dem Austritt aus dem Sorptionselement erfährt. Die Dicke des Sorptionselementes ist gleichzusetzen mit der Länge eines Adsorptionsbettes. Gemeint ist die Ausdehnung des Sorptionselements in Strömungsrichtung des Gasgemisches. Der Druckverlust ist dabei insbesondere abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches und der geometrischen Eigenschaften des Sorptionselementes wie Dicke bzw. Länge, Porosität und Tortuosität.The pressure loss indicated in the present case refers to the pressure loss experienced by the gas mixture, during the adsorption, between the entry into the sorption element and the exit from the sorption element. The thickness of the sorption element is equal to the length of an adsorption bed. What is meant is the expansion of the sorption element in the flow direction of the gas mixture. The pressure loss is dependent in particular on the flow velocity of the gas mixture and the geometric properties of the sorption element such as thickness or length, porosity and tortuosity.

Um bei dickeren, bisher verwendeten, Sorptionselementen zu einem Druckverlust von 1 bis 2 mbar zu kommen, ist es notwendig, die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches zu reduzieren. Dies führt wiederum dazu, dass die Adsorptionszeit erhöht werden muss, damit eine ausreichende Menge an CO2 adsorbiert werden kann. Bisher hat der Fachmann zur Reduktion des Druckverlustes eher die Strömungsgeschwindigkeit der Gasmischung reduziert, da davon ausgegangen wurde, dass durch die geringeren Energiekosten der Strömungsführung die geringeren Adsorptionsmengen pro Zeiteinheit ausgeglichen werden können. Durch die optimierte Betrachtung der verschiedenen Faktoren, in die beispielsweise auch die Kosten für die Sorptionselemente mit eingegangen sind, wurde für den Fachmann überraschend festgestellt, dass der einzuhaltende Druckverlust von unter 2 mbar kostengünstig eher durch eine angepasste Geometrie der Sorptionselemente zu erreichen ist als durch eine Reduzierung der Energiekosten für die Strömungsführung.In order to achieve a pressure loss of 1 to 2 mbar for thicker, previously used, sorption elements, it is necessary to reduce the flow velocity of the gas mixture. This in turn means that the adsorption time must be increased so that a sufficient amount of CO 2 can be adsorbed. So far, the expert has reduced to reduce the pressure loss rather the flow rate of the gas mixture, since it was assumed that by the lower energy costs of the flow guide, the lower adsorption amounts per unit time can be compensated. Through the optimized consideration of the various factors, in which, for example, the costs for the sorption elements have been received, it was surprisingly found for the skilled person that the pressure loss of less than 2 mbar to be maintained is more cost-effective to achieve by an adapted geometry of the sorption rather than by a Reduction of energy costs for flow guidance.

Bei dünneren Sorptionselementen ist der Druckverlust geringer und um den Druckverlust maximal im Bereich von 1 bis 2 mbar oder geringer zu halten kann die Strömungsgeschwindigkeit höher gewählt werden als bei dickeren und so pro Zeiteinheit mehr CO2 gewonnen werden. Für den Fachmann unerwartet ist, dass eine Kombination aus dünnen Sorptionselementen mit einer geeigneten Porosität und einer hohen Strömungsgeschwindigkeit wirtschaftliche Vorteile gegenüber einem dickeren Sorptionselement mit einer niedrigeren Strömungsgeschwindigkeit bietet. Dies ist möglich, da der stofftransportlimitierende Schritt der CO2 Transport von der Gasphase an die Wandfläche der Poren bzw. Kanäle, innerhalb eines Sorptionselementes, ist und nicht die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion des CO2 mit dem CO2 adsorbierendem Stoff, mit dem das Sorptionselement beschichtet oder der in den Träger integriert ist, ist. (z. B. CO2 mit einem Amin).In the case of thinner sorption elements, the pressure loss is lower and, in order to keep the pressure loss at a maximum in the range of 1 to 2 mbar or less, the flow velocity can be selected to be higher than in the case of thicker ones and thus more CO 2 per unit time. It is unexpected to those skilled in the art that a combination of thin sorbent elements having a suitable porosity and a high flow rate offers economic advantages over a thicker sorbent element having a lower flow rate. This is possible because the material transport limiting step is the CO 2 transport from the gas phase to the wall surface of the pores or channels, within a sorbent element, and not the rate of chemical reaction of the CO 2 with the CO 2 adsorbing material with which the sorbent element coated or integrated into the carrier is. (eg CO 2 with an amine).

Besonders bevorzugt wird das Verfahren, wenn es sich bei dem Gasgemisch um Luft handelt und als Desorptionsfluid Wasserdampf verwendet wird. Bei dem Gasgemisch kann es sich um natürlich vorkommende Luft oder um mit CO2 ab- oder angereicherter Luft handeln. Diese weist eine CO2 Konzentration von 350 bis 800 vppm auf, insbesondere 400 vppm. Der CO2 Gehalt der Umgebungsluft schwankt jedoch standortbedingt und durch klimatische Bedingungen. Zur Herstellung des Wasserdampfes als Desorptionsfluid können vom Fachmann bekannte Verfahren angewandt werden.The method is particularly preferred when the gas mixture is air and water vapor is used as the desorption fluid. The gas mixture may be naturally occurring air or off with CO 2 or enriched air act. This has a CO 2 concentration of 350 to 800 vppm, in particular 400 vppm. However, the CO 2 content of the ambient air varies due to location and climatic conditions. To produce the water vapor as a desorption fluid, methods known to those skilled in the art can be used.

Vorteilhafterweise wird das Gasgemisch mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 bis 20 m/s, insbesondere von 3 bis 10 m/s durch das Sorptionselement geführt. Die geeignete Strömungsgeschwindigkeit kann durch eine geschickte Strömungsführung angepasst werden oder durch Ventilatoren erzeugt werden.Advantageously, the gas mixture is passed through the sorption element at a flow rate of 1 to 20 m / s, in particular of 3 to 10 m / s. The appropriate flow rate can be adjusted by skillful flow guidance or generated by fans.

Das Desorptionsfluid wird bevorzugter Weise mit einer Menge von 5 bis 200 kg/h, insbesondere von 30 bis 100 kg/h durch das Sorptionselement geführt.The desorption fluid is preferably passed through the sorption element at a rate of from 5 to 200 kg / h, in particular from 30 to 100 kg / h.

Das Sorptionselement hat vorteilhafterweise eine Verweilzeit von 1 bis 5 min im Adsorptionsraum und eine Verweilzeit von 1,5 bis 2,5 min im Desorptionsraum.The sorption element advantageously has a residence time of 1 to 5 minutes in the adsorption space and a residence time of 1.5 to 2.5 minutes in the desorption space.

Besonders bevorzugt wird ein Verfahren bei dem die Adsorption bei 1 bis 50°C, insbesondere 40°C und die Desorption bei 50 bis 120°C, bevorzugt bei 60 bis 119°C durchgeführt wird. Die Abtrennung des desorbierten CO2 vom Wasserdampf geschieht durch einen einfachen Kondensationsprozess bei dem das Gemisch von CO2 und Wasserdampf abgekühlt wird und der Wasserdampf zu flüssigem Wasser kondensiert.Particularly preferred is a method in which the adsorption at 1 to 50 ° C, in particular 40 ° C and the desorption at 50 to 120 ° C, preferably at 60 to 119 ° C is performed. The separation of the desorbed CO 2 from the steam is done by a simple condensation process in which the mixture of CO 2 and water vapor is cooled and the water vapor condenses to liquid water.

Hierbei werden je nach verfügbarer Kühlmethode Temperaturen zwischen 5 und 40°C verwendet. Das CO2 kann anschließend gespeichert werden oder direkt weiter verwendet werden. Das flüssige Wasser kann entsorgt werden oder im Kreislauf gefahren werden und wieder zu Wasserdampf erhitzt werden.Depending on the available cooling method, temperatures between 5 and 40 ° C are used. The CO 2 can then be stored or used directly. The liquid water can be disposed of or recycled and heated again to steam.

Das Verfahren wird bevorzugt so durchgeführt, dass das wenigstens eine Sorptionselement so gedreht wird, dass sich zu jedem Zeitpunkt ein Teil des wenigstens einen Sorptionselementes in dem wenigstens einen Adsorptionsraum und ein anderer Teil des wenigstens einen Sorptionselementes in dem wenigstens einen Desorptionsraum befindet.The method is preferably carried out such that the at least one sorption element is rotated such that a part of the at least one sorption element is located in the at least one adsorption space and another part of the at least one sorption element in the at least one desorption space at any time.

Vorrichtungsseitig wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Sorptionselement derart ausgebildet ist, dass der Druckverlust des Gasgemisches zwischen Eintritt und Austritt in das Sorptionselement auf einen Bereich zwischen 0,5 und 2 mbar begrenzbar ist. Besonders bevorzugt weist das Sorptionselement in Anströmrichtung eine Dicke zwischen 1 und 20 cm, bevorzugt zwischen 2 und 5 cm, insbesondere 3 cm auf.On the device side, the object is achieved in that the at least one sorption element is designed such that the pressure loss of the gas mixture between the inlet and outlet in the sorption element can be limited to a range between 0.5 and 2 mbar. Particularly preferably, the sorption element in the direction of flow has a thickness between 1 and 20 cm, preferably between 2 and 5 cm, in particular 3 cm.

Vorteilhafterweise ist das das bewegliche Sorptionselement scheibenförmig ausgebildet ist und um eine Achse drehbar angebracht. Mit anderen Worten kann ein derartiges Sorptionselement in der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart gedreht werden, dass sich ein Teil des Sorptionselements, der sich zuvor in einem Desorptionsraum befunden hat, in einen Adsorptionsraum gedreht wird und ein anderer Teil des wenigstens einen Sorptionselements, der sich zuvor in dem Adsorptionsraum befunden hat, in den Desorptionsraum gedreht wird. Die Achse ist dabei vorzugsweise senkrecht zu einer Scheibenfläche angeordnet. Die Sorptionselemente sind so bevorzugter Weise senkrecht im Ad- und Desorptionsraum angeordnet. Abweichungen und leichte Neigungen sind jedoch möglich. Die Positionierung ist unter anderem abhängig von der Strömungsführung der Gasmischung. Der Durchmesser des Sorptionselementes beträgt vorteilhafterweise von 1 bis 10 m. Der Durchmesser kann jedoch auch kleiner als 1 m sein. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird hierdurch eine einfache und kostengünstige sowie platzsparende Vorrichtung geschaffen, bei der ein Sorptionselement bzw. dessen Adsorptionsmaterial lediglich durch eine einfach zu realisierende Drehbewegung von der Adsorption zur Desorption und umgekehrt überführt werden kann. Ein entsprechendes Sorptionselement muss daher nicht mehr, wie aus dem Stand der Technik bekannt, aufwändig verschoben und ggf. angehoben oder abgesenkt werden. Es ist lediglich eine Drehbewegung erforderlich, bei der im Gegensatz zum Stand der Technik keine großen Massen bewegt werden müssen. Es werden so geringere Wartungs- und Energiekosten erreicht.Advantageously, the movable sorption element is disc-shaped and rotatably mounted about an axis. In other words, such a sorption element in the device according to the invention can be rotated in such a way that a part of the sorption element, which was previously located in a desorption space, is turned into an adsorption space and another part of the at least one sorption element which was previously located in the desorption space Adsorption space has been found in the desorption space is rotated. The axis is preferably arranged perpendicular to a disk surface. The sorption elements are thus preferably arranged vertically in the adsorption and desorption space. Deviations and slight inclinations are possible. The positioning depends, among other things, on the flow guidance of the gas mixture. The diameter of the sorption element is advantageously from 1 to 10 m. However, the diameter may be less than 1 m. Unlike the prior art will In this way, a simple and cost-effective and space-saving device is provided in which a sorption element or its adsorption material can only be transferred from the adsorption to the desorption and vice versa by means of an easily realized rotary movement. Therefore, a corresponding sorption element no longer has to be laboriously displaced and possibly raised or lowered, as is known from the prior art. It is only a rotary motion required in which, in contrast to the prior art, no large masses must be moved. Lower maintenance and energy costs are achieved.

Das Sorptionselement hat in einer bevorzugten Ausgestaltungsform eine Porosität von 70 bis 300 Kanäle pro Quadratzoll. Bei dem Sorptionselement kann es sich um eine Kreisscheibe handeln, es sind jedoch auch andere nahezu runde Formen, Vielecke oder rechteckige Formen denkbar. Eine scheibenförmige Ausbildung eines entsprechenden Sorptionselements ermöglicht eine besonders platzsparende Erstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bevorzugterweise ist das Sorptionselement als Monolith ausgestaltet. Hierbei kann es sich um regelmäßig geformte Monolithe mit geraden Kanälen handeln. Die Wanddicke beträgt am besten weniger als 0,5 mm. Denkbar sind jedoch auch Schaumstrukturen oder Schüttungen, die in einen Käfig eingebracht werden. Ebenso eignen sich Vliese oder andere Textilien. Das Sorptionselement kann aus einer Vielzahl von gleichen Elementen zusammengesetzt sein. Wichtig dabei ist, dass zur Aufrechterhaltung der Strömungsgeschwindigkeit von 1 bis 20 m/s, insbesondere von 3 bis 10 m/s, kein Druckabfall, über das Adsorptionsbett, größer als 10 mbar, insbesondere 2 mbar auftritt.The sorbent in a preferred embodiment has a porosity of 70 to 300 channels per square inch. The sorption element may be a circular disk, but other nearly round shapes, polygons or rectangular shapes are also conceivable. A disc-shaped design of a corresponding sorption element allows a particularly space-saving creation of a device according to the invention. Preferably, the sorption element is configured as a monolith. These can be regularly shaped monoliths with straight channels. The wall thickness is best less than 0.5 mm. However, it is also conceivable foam structures or beds, which are introduced into a cage. Likewise, nonwovens or other textiles are suitable. The sorption element can be composed of a plurality of identical elements. It is important that to maintain the flow rate of 1 to 20 m / s, in particular from 3 to 10 m / s, no pressure drop over the adsorption, greater than 10 mbar, especially 2 mbar occurs.

Bevorzugt ist das Sorptionselement zur Adsorption von Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid enthaltenden Gasgemisch eingerichtet. Es besteht vorzugsweise aus einem Trägermaterial mit niedriger spezifischer Wärmekapazität, beispielsweise aus Cordierit oder Al2O3 und weist eine Beschichtung mit einem aminfunktionalisierten Adsorbent, beispielsweise Polyethylenimin, auf. Es können auch andere dem Fachmann bekannte Stoffe zur Adsorption von CO2 verwendet werden. Das Sorptionselement ist vorzugsweise in zwei Bereiche, die mittels einer thermisch isolierenden Struktur voneinander getrennt sind, aufgeteilt. Die thermisch isolierende Struktur ist so angeordnet, dass sie die Teile des Sorptionselementes, welche sich gerade im Ad- oder Desorptionsraum befinden voneinander isoliert. Es können beliebig viele Unterteilungen gewählt werden, bevorzugt werden jedoch vier Bereiche.The sorption element is preferably designed for the adsorption of carbon dioxide from a gas mixture containing carbon dioxide. It preferably consists of a carrier material with a low specific heat capacity, for example of cordierite or Al 2 O 3, and has a coating with an amine-functionalized adsorbent, for example polyethyleneimine. It is also possible to use other substances known to the person skilled in the art for the adsorption of CO 2 . The sorption element is preferably divided into two regions, which are separated from one another by means of a thermally insulating structure. The thermally insulating structure is arranged to isolate the parts of the sorbent element that are currently in the adsorption or desorption space. Any number of subdivisions can be selected, but four areas are preferred.

Die vorliegende Erfindung eignet sich in besonderer Weise zur Erstellung von transportablen Vorrichtungen zur Gewinnung von Kohlendioxid, die beispielsweise unter Verwendung bekannter Normcontainer realisiert werden können. Ein entsprechender Normcontainer, beispielsweise ein sogenannter 40'-Container, bildet in diesem Fall zumindest teilweise den Desorptionsraum. Auf einem entsprechenden Container ist erfindungsgemäß eine Aufnahme angeordnet, die das wenigstens eine Sorptionselement drehbar aufnimmt. Das wenigstens eine Sorptionselement ist dabei beispielsweise mit seiner unteren Hälfte in dem Innenraum des Containers angeordnet, die obere Hälfte ragt über den oberen Rand des Containers hinaus und in einen auf dem Container ausgebildeten Adsorptionsraum hinein. Eine entsprechende Vorrichtung kann besonders einfach und kostengünstig erstellt werden, da Normcontainer der erläuterten Art weltweit zu geringen Kosten verfügbar sind. Ferner ermöglicht die Verwendung eines Normcontainers eine besonders einfache Erstellung einer transportablen Vorrichtung, die mit überall verfügbaren Transporteinrichtungen transportiert werden kann. Die Vorrichtung kann insbesondere auch zerlegbar ausgebildet sein. Aufgrund der einfachen und kostengünstigen Erstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können für größere Kapazitätserfordernisse mehrere solcher Vorrichtungen verwendet und beispielsweise an eine gemeinsame Verflüssigungs-, Aufreinigungs- und Dampferzeugungseinheit angebunden werden. Wie erläutert, ist das Drehen des wenigstens einen Sorptionselements im Vergleich zum Anheben mittels einer beispielsweise hydraulischen Anordnung unter Verwendung eines vergleichsweise kleinen elektrischen Motors mit geringem Energiebedarf und einem einfach und kostengünstig ausbildbaren Getriebe möglich. Das Sorptionselement ist aus der Anordnung für Transport und Wartung, beispielsweise die Neubeschichtung mit Polyethylenimin, einfach entnehmbar. Als Betriebsmittel für eine entsprechende Vorrichtung sind nur Strom und Niederdruckdampf, beispielsweise Abwärmedampf, erforderlich. Diese können unproblematisch bereitgestellt werden.The present invention is particularly suitable for the production of portable devices for the production of carbon dioxide, which can be realized, for example, using known standard containers. A corresponding standard container, for example a so-called 40 'container, in this case at least partially forms the desorption space. On a corresponding container according to the invention a receptacle is arranged, which rotatably receives the at least one sorption element. The at least one sorption element is arranged, for example, with its lower half in the interior of the container, the upper half protrudes beyond the upper edge of the container and into an adsorption space formed on the container. A corresponding device can be created in a particularly simple and cost-effective manner, since standard containers of the type explained are available worldwide at low cost. Furthermore, the use of a standard container allows a particularly simple creation of a portable device that can be transported with widely available transport facilities. The device may in particular also be designed to be dismantled. Due to the simple and inexpensive construction of the device according to the invention, a plurality of such devices can be used for larger capacity requirements and, for example, connected to a common liquefaction, purification and steam generation unit. As explained, it is possible to rotate the at least one sorption element in comparison to lifting by means of, for example, a hydraulic arrangement using a comparatively small, low-power electric motor and a transmission which can be formed simply and inexpensively. The sorption element can be easily removed from the arrangement for transport and maintenance, for example the recoating with polyethyleneimine. As a resource for a corresponding device only electricity and low pressure steam, such as waste heat, required. These can be provided without problems.

Besonders bevorzugt ist zwischen dem wenigstens einen Adsorptionsraum und dem wenigstens einen Desorptionsraum eine Trennwand mit einer Aussparung vorgesehen, in die das wenigstens eine Sorptionselement eingepasst ist. Ein scheibenförmig ausgebildetes Sorptionselement kann dabei vertikal in eine entsprechende Aussparung eingesetzt werden und ist innerhalb dieser Aussparung drehbar, wobei jedoch beide Hälften (z. B. oberhalb und unterhalb der Trennwand) weitgehend voneinander isoliert sind. Insbesondere kann in einer derartigen Anordnung eine Abdichtung vorgesehen sein, die dafür sorgt, dass in dem Desorptionsraum vorhandener Dampf nicht in den Adsorptionsraum übertritt.Particularly preferably, between the at least one adsorption space and the at least one desorption space a partition wall is provided with a recess into which the at least one sorption element is fitted. A disc-shaped sorption element can be inserted vertically into a corresponding recess and is rotatable within this recess, but both halves (eg, above and below the partition) are largely isolated from each other. In particular, in such an arrangement, a seal may be provided which ensures that in the desorption space existing vapor does not pass into the adsorption space.

Vorteilhafterweise ist der wenigstens eine Adsorptionsraum als beidseitig zu einem Luftraum geöffnete Kanalstruktur ausgebildet. Ein entsprechender Kanal kann beispielsweise auf einer Oberseite des bereits erwähnten Normcontainers ausgebildet sein, beispielsweise in Form zweier Halbbögen, wie auch unter Bezugnahme auf die 2 erläutert. Ein oder mehrere entsprechende Kanäle können passiv durchströmbar ausgebildet sein, beispielsweise wenn diese an Orten aufgestellt werden, an denen eine Luftströmung zu erwarten ist, die für einen Luftaustausch und damit eine Durchströmung des oder der Sorptionselemente sorgt. Wie erwähnt, ist ein Teil des wenigstens einen Sorptionselement zu jedem Zeitpunkt in dem wenigstens einen Adsorptionsraum angeordnet, kann also von einem entsprechenden Luftstrom durchströmt werden.Advantageously, the at least one adsorption space is designed as a channel structure open on both sides to form an air space. One corresponding channel can be formed for example on an upper side of the already mentioned standard container, for example in the form of two semi-arches, as well as with reference to the 2 explained. One or more corresponding channels may be designed to passively pass through, for example, if they are placed in places where an air flow is to be expected, which ensures an exchange of air and thus a flow through the sorbent or elements. As mentioned, a part of the at least one sorption element is arranged at any time in the at least one adsorption space, so that it can be flowed through by a corresponding air flow.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren und die dazu verwendete Vorrichtung eignen sich zur kostensparenden Gewinnung von CO2. Sie können einerseits zur Abtrennung von CO2 aus Luft oder auch aus Abgasen verwendet werden. Durch die einfache Ausgestaltung sind sie mobil und können auch in entlegenen Gebieten eingesetzt werden, an denen andere Gewinnungsprozesse, beispielsweise Adsorption in flüssigen Adsorbern, zu aufwendig sind.A method according to the invention and the apparatus used therefor are suitable for the cost-saving production of CO 2 . They can be used on the one hand for the separation of CO 2 from air or exhaust gases. Due to the simple design they are mobile and can also be used in remote areas where other extraction processes, such as adsorption in liquid adsorbers, are too expensive.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.The invention will be elucidated below with reference to the attached figures which show preferred embodiments of the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

2 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht, 2 shows a device according to a particularly preferred embodiment of the invention in perspective view,

3 zeigt ein Sorptionselement gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht und 3 shows a sorption according to a particularly preferred embodiment of the invention in plan view and

4 zeigt ein Sorptionselement gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht. 4 shows a sorption according to a particularly preferred embodiment of the invention in plan view.

In den Figuren tragen einander entsprechende Elemente identische Bezugszeichen und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.In the figures, corresponding elements carry identical reference numerals and will not be explained repeatedly for the sake of clarity.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 2 ist eine Vorrichtung zur Gewinnung von Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid enthaltenden Gasgemisch, insbesondere aus Luft, schematisch in perspektivischer Ansicht gezeigt und insgesamt mit 100 bezeichnet.In 2 is a device for recovering carbon dioxide from a gas mixture containing carbon dioxide, in particular from air, shown schematically in perspective view and in total with 100 designated.

Die Vorrichtung 100 ist beispielsweise auf Basis eines 40'-Normcontainers ausgebildet, der den auch unten erläuterten Desorptionsraum 4 der Vorrichtung bildet.The device 100 is designed, for example, on the basis of a 40 'standard container, which also has the desorption space explained below 4 of the device.

Kern der Vorrichtung 100 sind im dargestellten Beispiel zwei kreisscheibenförmig ausgebildete Sorptionselemente 1, die vertikal in der Vorrichtung 100 angeordnet und jeweils um eine Achse 2 drehbar sind, welche senkrecht zu einer Scheibenoberfläche verläuft.Core of the device 100 are in the example shown two circular disk-shaped sorption 1 vertically in the device 100 arranged and each about an axis 2 are rotatable, which is perpendicular to a disc surface.

Die Achsen 2 sind jeweils in geeigneten Aufnahmen 3 gehaltert und können mit nicht dargestellten Antrieben, beispielsweise einem Elektromotor mit Getriebe, angetrieben werden. Die Sorptionselemente 1 können um die Achsen 2 gedreht werden und dabei vorzugsweise zwei oder mehr (Rast-)Positionen einnehmen.The axes 2 are each in appropriate shots 3 supported and can be driven with drives, not shown, for example, an electric motor with gearbox. The sorption elements 1 can around the axes 2 be rotated and preferably occupy two or more (detent) positions.

Zu jedem Zeitpunkt befindet sich ein Teil jedes Sorptionselements 1 in jeweils einem Adsorptionsraum 10, der wie nachfolgend erläutert aufgebaut ist, ein anderer Teil befindet sich in einem Desorptionsraum 4, der beispielsweise durch den erwähnten 40'-Normcontainer gebildet ist. Die in den Adsorptionsräumen 10 angeordneten Teile der Sorptionselemente 1 stehen zu einer Adsorption von Kohlendioxid aus einem Gasgemisch zur Verfügung.At any given time there is a part of each sorption element 1 in each case in an adsorption space 10 , which is constructed as explained below, another part is located in a desorption space 4 , which is formed for example by the mentioned 40 'standard container. The in the Adsorptionsräumen 10 arranged parts of the sorbent elements 1 are available for adsorption of carbon dioxide from a gas mixture.

Zwischen den Adsorptionsräumen 10 und dem Desorptionsraum 4 ist eine Trennwand 5 ausgebildet, die beispielsweise abdichtbare Aussparungen für die Sorptionselemente 1 aufweist, so dass in dem Desorptionsraum 4 eingebrachter Dampf nicht in die Adsorptionsräume 10 übertreten kann und keine Luft aus den Adsorptionsräumen 10 in den Desorptionsraum 4 gelangt.Between the adsorption spaces 10 and the desorption space 4 is a partition 5 formed, for example, the sealable recesses for the sorption 1 so that in the desorption space 4 steam is not introduced into the adsorption chambers 10 can pass and no air from the Adsorptionsräumen 10 in the desorption room 4 arrives.

Die Adsorptionsräume 10 sind unter Verwendung zweier hier halbbogenförmig ausgebildeter Strukturen 6 definiert, die wie im Beispiel dargestellt ausgebildet sein können, jedoch auch beispielsweise ein- oder beidseitig trichterförmig ausbildbar sind, um eine günstige Beeinflussung eines Luftstroms, der die Sorptionselemente 1 durchströmt, sicherzustellen. Um eine in Papierebene vorne und eine in Papierebene hinten liegende Hälfte der Adsorptionsräume 10 voneinander zu trennen und damit sicherzustellen, dass ein Gasstrom nur durch die Sorptionselemente 1 und nicht seitlich daran vorbei strömt, kann eine Trennstruktur 7 vorgesehen sein, die gegenüber den Sorptionselementen 1 abgedichtet ist oder ausreichend nahe zu diesen ausgebildet ist. Es versteht sich, dass auch die Größe bzw. Form der Strukturen 6, die die Adsorptionsräume 10 definieren, entsprechend ausgebildet sein kann.The adsorption rooms 10 are using two here semi-bow-shaped structures 6 defined, which may be formed as shown in the example, but also, for example, on one or both sides funnel-shaped be formed to a favorable effect on an air flow, the sorption 1 flows through, to ensure. To one in paper plane front and one in the paper plane back half of the Adsorptionsräume 10 to separate from each other and thus ensure that a gas flow only through the sorption elements 1 and does not flow past it laterally, may have a separation structure 7 be provided, which is opposite to the sorption elements 1 is sealed or formed sufficiently close to them. It is understood that also the size or shape of the structures 6 that the adsorption rooms 10 define, can be trained accordingly.

Wie auch nachfolgend erläutert, sind die Sorptionselemente 1 mit Kanälen ausgebildet, durch die ein Strom eines kohlendioxidhaltigen Gasgemischs, beispielsweise von Luft, hindurchtreten kann. Die Sorptionselemente 1 können beispielsweise aus zwei Halbscheiben ausgebildet sein, wie unter Bezugnahme auf die 3 erläutert, wobei jede der Halbscheiben, ggf. in Segmente unterteilt, beispielsweise eine mit Polyethylenimin beschichtete keramische Monolithstruktur in einer Dicke von 1 bis 20 cm mit 70 bis 300 Kanälen pro Quadratzoll Querschnittsfläche aufweisen kann.As also explained below, the sorption elements 1 formed with channels through which a stream of a carbon dioxide-containing gas mixture, such as air, can pass. The sorption elements 1 can be formed, for example, from two half-discs, as with reference to the 3 explained, with each of the Half slices, optionally divided into segments, for example, may have a polyethylene monimide coated ceramic monolith structure in a thickness of 1 to 20 cm with 70 to 300 channels per square inch of cross-sectional area.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können ferner Ventilatoren oder andere strömungsbeeinflussende Mittel 9 vorgesehen sein, um eine Luftströmung durch die Sorptionselemente 1 sicherzustellen.In the context of the present invention may also be fans or other flow-influencing means 9 be provided to allow air flow through the sorption elements 1 sure.

Ist der in dem Adsorptionsraum 10 angeordnete Teil der Sorptionselemente 1 jeweils mit Kohlendioxid beladen, kann das entsprechende Sorptionselement 1 um 180° gedreht werden, beispielsweise mittels nicht dargestellter Motoren, so dass dieser Teil in den Desorptionsraum 4 verbracht wird. Durch Dampf, der beispielsweise über Leitungen 8 durch den Desorptionsraum 4 geleitet werden kann, kann das Kohlendioxid von dem Adsorptionsmaterial der Sorptionselemente 1 desorbiert werden. Das Adsorptionsmaterial wird hierdurch regeneriert und kann anschließend wieder in die Adsorptionsräume 10 verbracht werden, wo zwischenzeitlich seinerseits regeneriertes Adsorptionsmaterial Kohlendioxid aus dem Gasstrom adsorbiert.Is that in the adsorption space 10 arranged part of the sorption elements 1 each loaded with carbon dioxide, the corresponding sorption 1 rotated by 180 °, for example by means not shown motors, so that this part in the desorption space 4 is spent. By steam, for example via lines 8th through the desorption room 4 can be conducted, the carbon dioxide from the adsorbent material of the sorbent elements 1 be desorbed. The adsorption material is thereby regenerated and can then be returned to the adsorption spaces 10 be spent where in turn regenerated adsorbent adsorbs carbon dioxide from the gas stream in the meantime.

In 3 ist ein Sorptionselement 1, das sich zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß 2 eignet, in Draufsicht schematisch dargestellt und, wie zuvor, mit 1 bezeichnet. Das Sorptionselement 1 ist kreisscheibenförmig ausgebildet, wobei die Achse 2 vertikal zur Scheibenfläche verläuft. Im dargestellten Beispiel weist das Sorptionselement 1 zwei Hälften auf, die jeweils ein Adsorptionsmaterial 11 enthalten. Die beiden Hälften sind voneinander durch eine Trenn- bzw. Isolierstruktur 12 voneinander getrennt. Das Adsorptionsmaterial 11 kann wie zuvor erläutert ausgebildet sein. Das Adsorptionsmaterial 11 kann auch von einer geeigneten Stützstruktur 13 umgeben sein. Abweichend zur Darstellung der 3 können die zwei Hälften des Sorptionselements 1 auch jeweils segmentiert ausgebildet sein, beispielsweise zur Erhöhung der strukturellen Stabilität.In 3 is a sorption element 1 suitable for use in a device according to 2 is shown schematically in plan view and, as before, with 1 designated. The sorption element 1 is formed circular disk-shaped, wherein the axis 2 runs vertically to the disk surface. In the example shown, the sorption element 1 two halves, each an adsorption material 11 contain. The two halves are separated by a separating or insulating structure 12 separated from each other. The adsorption material 11 may be formed as previously explained. The adsorption material 11 may also be of a suitable support structure 13 be surrounded. Deviating from the presentation of 3 can the two halves of the sorption element 1 each also be segmented, for example, to increase the structural stability.

4 zeigt ein Sorptionselement 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit vier Segmenten, die durch eine Trennstruktur 12 getrennt sind, und die jeweils ein zuvor erläutertes Adsorptionsmaterial 11 enthalten. Abweichend zu den obigen Erläuterungen ist es hier auch möglich, das Sorptionselement jeweils nur um 90° in der Vorrichtung 100 der 2 zu drehen, so dass jeweils ein Viertel eines entsprechenden Sorptionselements der Desorption bzw. Adsorption zugeführt wird. 4 shows a sorption element 1 according to a further embodiment of the invention with four segments through a separating structure 12 are separated, and each a previously discussed adsorption material 11 contain. Notwithstanding the above explanations, it is also possible here, the sorption each only by 90 ° in the device 100 of the 2 to rotate, so that in each case a quarter of a corresponding sorption of desorption or adsorption is supplied.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2013/052637 [0002] WO 2013/052637 [0002]
  • US 8163066 B2 [0004, 0005] US 8163066 B2 [0004, 0005]
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  • DE 19703793 [0006] DE 19703793 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • A. Grübler, 2003, Technology and Global Change, Cambridge University Press, S. 230 [0002] A. Grübler, 2003, Technology and Global Change, Cambridge University Press, p. 230 [0002]

Claims (15)

Verfahren zur Gewinnung von Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid enthaltenden Gasgemisch, wobei das Gasgemisch in einem Adsorptionsraum (10) durch wenigstens ein Sorptionselement (1) geleitet wird und Kohlendioxid an dem Sorptionselement (1) adsorbiert wird, und das Sorptionselement (1) anschließend in einen Desorptionsraum (4) überführt wird und dort das Kohlendioxid mit Hilfe eines Desorptionsfluides desorbiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchleiten des Gasgemisches durch das Sorptionselement Strömungsverhältnisse und Verweilzeiten derart eingestellt werden, dass der Druckverlust des Gasgemisches zwischen Eintritt in das Sorptionselement und Austritt aus dem Sorptionselement auf einen Bereich zwischen 0,5 und 2 mbar begrenzt wird.A method for obtaining carbon dioxide from a gas mixture containing carbon dioxide, wherein the gas mixture in an adsorption space ( 10 ) by at least one sorption element ( 1 ) and carbon dioxide on the sorption element ( 1 ) is adsorbed, and the sorption element ( 1 ) then into a desorption space ( 4 ) is converted there and the carbon dioxide is desorbed by means of a desorption fluid, characterized in that when passing the gas mixture through the sorbent flow conditions and residence times are adjusted such that the pressure drop of the gas mixture between entry into the sorbent and exit from the sorbent to a range between 0.5 and 2 mbar is limited. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gasgemisch um Luft handelt und als Desorptionsfluid Wasserdampf verwendet wird.A method according to claim 1, characterized in that it is the gas mixture is air and is used as desorption fluid water vapor. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 bis 20 m/s, insbesondere von 3 bis 10 m/s durch das Sorptionselement geführt wird.Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that the gas mixture at a flow rate of 1 to 20 m / s, in particular from 3 to 10 m / s is passed through the sorption. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Desorptionsfluid mit einer Menge von 5 bis 200 kg/h, insbesondere von 30 bis 100 kg/h durch das Sorptionselement geführt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the desorption fluid at a rate of 5 to 200 kg / h, in particular from 30 to 100 kg / h is passed through the sorption. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des Sorptionselements (1) im Adsorptionsraum (10) auf 1 bis 5 min und im Desorptionsraum (4) auf 1,5 bis 2,5 min eingestellt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the residence time of the sorption element ( 1 ) in the adsorption space ( 10 ) for 1 to 5 minutes and in the desorption space ( 4 ) is set to 1.5 to 2.5 minutes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorption bei 1 bis 50°C und die Desorption bei 50 bis 120°C durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the adsorption at 1 to 50 ° C and the desorption at 50 to 120 ° C is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sorptionselement (1) so gedreht wird, dass sich zu jedem Zeitpunkt ein Teil des wenigstens einen Sorptionselementes (1) in dem wenigstens einen Adsorptionsraum (10) und ein anderer Teil des wenigstens einen Sorptionselementes (1) in dem wenigstens einen Desorptionsraum (4) befindet.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one sorption element ( 1 ) is rotated so that at any time a part of the at least one sorption element ( 1 ) in the at least one adsorption space ( 10 ) and another part of the at least one sorption element ( 1 ) in the at least one desorption space ( 4 ) is located. Vorrichtung (100) zur Gewinnung von Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid enthaltenden Gasgemisch mit wenigstens einem beweglichen Sorptionselement (1), das dafür eingerichtet ist, in wenigstens einem Adsorptionsraum (10) mit Kohlendioxid, aus dem Gasgemisch, beladen und in wenigstens einem Desorptionsraum (4) mittels wenigstens eines Desorptionsfluides von dem Kohlendioxid befreit zu werden und dadurch gekennzeichnet ist, dass das wenigstens eine Sorptionselement (1) derart ausgebildet ist, dass der Druckverlust des Gasgemisches zwischen Eintritt und Austritt in das Sorptionselement auf einen Bereich zwischen 0,5 und 2 mbar begrenzbar ist.Contraption ( 100 ) for obtaining carbon dioxide from a gas mixture containing carbon dioxide with at least one mobile sorption element ( 1 ), which is adapted for use in at least one adsorption space ( 10 ) loaded with carbon dioxide from the gas mixture and in at least one desorption space ( 4 ) is freed from the carbon dioxide by means of at least one desorption fluid and characterized in that the at least one sorption element ( 1 ) is designed such that the pressure loss of the gas mixture between inlet and outlet in the sorption element can be limited to a range between 0.5 and 2 mbar. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionselement (1) in Anströmrichtung eine Dicke zwischen 1 und 20 cm, bevorzugt zwischen 2 und 5 cm, insbesondere 3 cm aufweist.Device according to claim 8, characterized in that the sorption element ( 1 ) in the direction of flow has a thickness between 1 and 20 cm, preferably between 2 and 5 cm, in particular 3 cm. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionselement (1) eine Porosität von 70 bis 300 Kanäle pro Quadratzoll hat.Device according to at least one of claims 8 to 9, characterized in that the sorption element ( 1 ) has a porosity of 70 to 300 channels per square inch. Vorrichtung nach Anspruch einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Sorptionselement (1) scheibenförmig ausgebildet ist und um eine Achse drehbar angebracht ist.Apparatus according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the movable sorption element ( 1 ) is disc-shaped and is mounted rotatably about an axis. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionselement (1) zur Adsorption von Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid enthaltenden Gasgemisch eingerichtet ist, vorzugsweise aus einem Trägermaterial mit niedriger spezifischer Wärmekapazität, beispielsweise aus Cordierite oder Al2O3 gefertigt ist und eine Beschichtung mit einem aminfunktionalisierten Adsorbent, beispielsweise Polyethylenimin aufweist und vorzugsweise in zwei Bereiche, die mittels einer thermisch isolierenden Struktur voneinander getrennt sind aufgeteilt ist.Device according to at least one of claims 8 to 11, characterized in that the sorption element ( 1 ) is arranged for adsorption of carbon dioxide from a gas mixture containing carbon dioxide, preferably made of a carrier material with low specific heat capacity, for example of cordierite or Al 2 O 3 and having a coating with an amine-functionalized adsorbent, for example polyethyleneimine and preferably in two areas divided by a thermally insulating structure are separated. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Desorptionsraum (4) zumindest teilweise aus einem Normcontainer gebildet ist.Device according to at least one of claims 8 to 12, characterized in that the at least one desorption space ( 4 ) is at least partially formed from a standard container. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem wenigstens einen Adsorptionsraum (10) und dem wenigstens einen Desorptionsraum (4) eine Trennwand (5) mit einer Aussparung vorgesehen ist, in die das wenigstens eine Sorptionselement eingepasst ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the at least one adsorption space ( 10 ) and the at least one desorption space ( 4 ) a partition wall ( 5 ) is provided with a recess into which the at least one sorption element is fitted. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der wenigstens eine Adsorptionsraum (10) als beidseitig zu einem Luftraum geöffnete Kanalstruktur ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the at least one adsorption space ( 10 ) is formed as an open on both sides to an air space channel structure.
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