用于分离气体的方法和装置.pdf

公开了从包含氢气的合成气流中去除二氧化碳的方法和装置。该方法包括使用物理溶剂在高压下吸收二氧化碳，然后在一系列其中溶剂上的压力降低的膨胀阶段中释放出二氧化碳。随着每个膨胀阶段，膨胀比增加。装置包括膨胀阶段，所述膨胀阶段具有节流机构和在增加的膨胀比下操作的膨胀箱。二氧化碳以这种方式释放出，使得用于通过管路输送以隔离气体的压缩所需的能量减到最少。优选隔离二氧化碳而不是将其排放到大气中，有助于控制温室气体的排放。

权利要求书
1、  除去在压力下溶于液体中的气体的方法，所述方法包括：
以第一膨胀比降低所述液体上的压力，第一部分的所述气体由此从所述液体中释放；
将所述第一部分的所述气体与所述液体分离；
以大于所述第一膨胀比的第二膨胀比降低所述液体上的压力，第二部分的所述气体由此从所述液体中释放；
将所述第二部分的所述气体与所述液体分离；和
以大于所述第二膨胀比的第三膨胀比降低所述液体上的压力，第三部分的所述气体由此从所述液体中释放。

2、  如权利要求1所述的方法，进一步包括
对所述气体部分加压；
运送所述气体部分；以及
在储存设备中隔离所述气体部分。

3、  除去在压力下溶于液体中的气体的方法，所述方法包括：
在产物回收减压阶段和开始于第一后续减压阶段的多个后续减压阶段中，降低所述液体上的压力，其中在所述第一后续减压阶段之后的每个后续减压阶段都是以大于其前面的减压阶段的膨胀比进行，一部分所述气体在每个减压阶段从所述液体中释放。

4、  如权利要求3所述的方法，包括3个后续的减压阶段。

5、  如权利要求3所述的方法，其中所述产物回收减压阶段具有大于所述第一后续减压阶段的膨胀比。

6、  从包含氢气的气体混合物中除去二氧化碳的方法，所述方法包括：
将所述气体混合物在压力下与液体物理溶剂接触，所述溶剂从所述气体混合物中优先地吸收二氧化碳；
在产物回收减压阶段降低所述溶剂上的压力；
进一步在开始于第一后续减压阶段的多个后续减压阶段中降低所述溶剂上的压力，其中在所述第一后续减压阶段之后的每个后续减压阶段以大于其前面减压阶段的膨胀比进行，在每个减压阶段中，一部分为所述溶剂吸收的所述二氧化碳从所述溶剂中释放。

7、  如权利要求6所述的方法，其中所述产物回收减压阶段具有大于所述第一后续减压阶段的膨胀比。

8、  如权利要求6所述的方法，进一步包括使从所述产物回收减压阶段释放的所述气体与所述溶剂接触。

9、  如权利要求6所述的方法，进一步包括：
在所述第一后续减压阶段之后的每个后续的减压阶段之前，从所述溶剂中分离所述二氧化碳；
压缩所述二氧化碳；和
将所述二氧化碳输送用以进行隔离。

10、  如权利要求6所述的方法，包括从选自蒸汽甲烷重整、水煤气变换反应、天然气部分氧化、煤的气化、焦炭气化、重质烃类部分氧化以及它们的组合中的工艺中得到所述气体混合物。

11、  如权利要求6所述的方法，包括执行3个后续的减压阶段。

12、  如权利要求6所述的方法，其中所述液体物理溶剂选自聚乙二醇的二甲醚、甲醇、碳酸丙烯酯和它们的组合。

13、  如权利要求6所述的方法，进一步包括通过使所述溶剂与基本上纯的气体接触，在所述减压阶段之后从所述溶剂中汽提二氧化碳。

14、  如权利要求13所述的方法，其中所述基本上纯气体选自蒸汽和氮。

15、  除去在压力下溶于液体中的气体的装置，所述装置包括：
用于接收所述溶剂的第一膨胀机构，溶于所述溶剂中的气体在所述第一膨胀机构中从所述溶剂中释放；
用于接收来自所述第一膨胀机构的所述溶剂的第二膨胀机构，所述气体在所述第二膨胀机构中从所述溶剂中释放；
用于接收来自所述第二膨胀机构的所述溶剂的第三膨胀机构，所述气体在所述第三膨胀机构中从所述溶剂中释放；其中
所述第二膨胀机构经构造以以大于所述第一膨胀机构的膨胀比的膨胀比降低所述溶剂上的压力，以及所述第三膨胀机构经构造以以大于所述第二膨胀机构的膨胀比的膨胀比降低所述溶剂上的压力。

16、  如权利要求15所述的装置，进一步包括与所述第一、第二和第三膨胀机构流体相连的压缩机设备，用于接收从所述溶剂释放的气体，所述压缩机设备压缩所述气体以输送离开。

17、  用于从气体混合物中除去二氧化碳的装置，使用液体物理溶剂来优先地吸收所述二氧化碳并产生相比所述气体混合物具有较低浓度二氧化碳的产物气体，所述装置包括：
用于使所述液体物理溶剂在压力下与所述气体混合物接触的吸收容器，所述吸收容器具有用于接纳所述溶剂到所述吸收容器中的溶剂入口，用于接纳所述气体混合物进入所述吸收容器的气体入口，用于从所述吸收容器释放所述产物气体的气体出口，以及用于从所述吸收容器释放所述溶剂的溶剂出口；
用于接收来自所述吸收容器的所述溶剂的产物回收膨胀机构，在所述产物回收膨胀机构中二氧化碳及其它从所述气体混合物中吸收的气体从所述溶剂中释放出来；
压缩机，具有与所述产物回收膨胀机构流体相连的进口以及与所述吸收容器的所述气体入口流体相连的出口，所述压缩机将在所述产物回收膨胀机构内从所述溶剂释放出的气体送回到所述吸收容器；
第一膨胀机构，用于接收来自于所述产物回收膨胀机构的所述溶剂，在所述第一膨胀机构中二氧化碳从所述溶剂中释放；
第二膨胀机构，用于接收来自于所述第一膨胀机构的所述溶剂，在所述第二膨胀机构中二氧化碳从所述溶剂中释放；
第三膨胀机构，用于接收来自于所述第二膨胀机构的所述溶剂，在所述第三膨胀机构中二氧化碳从所述溶剂中释放；
与所述第一、第二和第三膨胀机构流体相连的压缩机设备，以接收从所述溶剂中释放出的二氧化碳，所述压缩机设备压缩所述二氧化碳以输送离开；
其中，所述第二膨胀机构经构造以以大于所述第一膨胀机构的膨胀比的膨胀比降低所述溶剂上的压力，以及所述第三膨胀机构经构造以以大于所述第二膨胀机构的膨胀比的膨胀比降低所述溶剂上的压力。

18、  如权利要求17的装置，进一步包括多个附加的膨胀机构，所述附加的膨胀机构以串联方式彼此流体相连并且与所述第三膨胀机构流体相连，其中每个所述附加的膨胀机构经构造以以比所述膨胀机构的前一膨胀机构的膨胀比大的膨胀比降低所述溶剂上的压力。

19、  如权利要求18所述的装置，进一步包括：
汽提容器，具有与所述膨胀机构之一流体相连的溶剂入口，以接纳溶剂到所述汽提容器中，和与所述吸收容器的所述溶剂入口流体连接的溶剂出口；
将所述溶剂从所述汽提容器泵送到所述吸收容器的泵；
纯气体入口，用于接纳基本上纯的气体进入到所述汽提容器；以及
从所述汽提容器释放气体的气体出口。

20、  如权利要求17所述的装置，其中至少一个所述膨胀机构包括与膨胀箱流体相连的节流机构，所述溶剂通过所述节流机构进入到所述膨胀箱，二氧化碳及其他气体从所述溶剂中释放并收集在所述膨胀箱内所述溶剂上方的气体空间中。

21、  如权利要求20所述的装置，其中所述的节流机构包括选自孔口、管道和阀门的设备。

说明书用于分离气体的方法和装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于分离气体的方法和装置，例如，从包含氢气并且源自部分氧化或气化工艺的合成气体流中除去酸性气体的方法和装置。
背景技术
[0002]在制备氢气的过程中，包含氢气以及其它不希望的组分的合成气体，产自于各种工艺中，如甲烷蒸汽的重整、水煤气变换反应、以及各种固体诸如煤、焦炭和存在于油品精炼废产物中的重质液体烃的气化。所述的不希望的气体组分包含“酸性气体”，如二氧化碳和硫化氢。
[0003]由于在进行进一步加工之前通过除去酸性气体而使合成气体“脱硫”是有利的，因此各种类型的脱酸气系统被使用。脱酸气系统可以使用化学或物理溶剂。使用物理溶剂的脱酸气系统使用如聚乙二醇的二甲醚、甲醇、或者碳酸丙烯酯的溶剂，在高压(例如，1,200psia)下溶剂与所述合成气体接触，其中所述酸气体优先为所述溶剂所吸收。所述的溶剂然后经历一系列“瞬时膨胀(flashexpansion)”来降低压力，以从所述的溶剂中释放溶解的酸气体。脱酸气系统产生了有关硫化氢和二氧化碳的基本上分离的气体流。硫化氢被导入到硫回收装置中，最常见的是使用克劳斯(Claus)工艺来回收硫。二氧化碳通常被释放到大气中。
[0004]然而，为了防止对通常被认为是由于如二氧化碳的温室气体引起的全球变热起促进作用，将二氧化碳隔离开来而不是将其释放到大气中是有利的。考虑到将被隔离气体的体积，使用如油井或地下盐水蓄水层的地质构造来储存二氧化碳是优选的。所述的二氧化碳可以通过管道运输并被泵送到井口或蓄水层。隔离在油井中将带来另外的益处，即增加从油井操作中的石油采集率。
[0005]考虑到隔离所需的高压和巨大的气体体积，隔离二氧化碳需要向所述脱酸气系统增加大量的压缩和抽吸设备。据计算，为了管线输送和隔离气体，二氧化碳将被需要压缩到高达200bar的压力。在包含捕获气体、加压、和运输到存储位点的涉及从合成气体流中除去二氧化碳的各种步骤中，加压可能会占到超过50％的工艺费用。因此，毫无疑问，已经对最优化工艺的加压步骤进行了研究。
[0006]在一篇名为“Shift Reactors and Physical Absorption for Low-CO2 EmissionIGCCs”(Journal of Engineering for Gas Turbines and Power，1999年4月，卷121，P.295)，作者为Chiesa和Consonni等的文章中，描述了操作酸气体去除系统，其中，对所有膨胀阶段而言，释放被溶解的二氧化碳的溶剂膨胀阶段的膨胀比是不变的。在该文章中，Chiesa和Consonni提出，当膨胀阶段的压力变化时，酸气体脱除系统的分离和压缩部分的功率消耗并没有明显变化(第301页)。
[0007]在另一篇名为“Co-production of Hydrogen，Electricity and CO2 from coal withCommercially Ready Technology”(International Journal of Hydrogen Energy，30(2005)747-767)，作者为Chiesa，Consonni等的文章中，教导了运行具有“四闪蒸罐来减少CO2的压缩功率”的脱酸气体系统，以及其中“设定中间闪蒸罐的压力用来最小化总的CO2压缩功率”(第753页)。该文章中的表4(第760页)表明在第二和第三膨胀阶段之间膨胀比增加。然而，在第三和第四阶段之间使用恒定的膨胀比。
[0008]与上述教导的现有技术相比较，申请人发现在操作包含压缩二氧化碳的脱酸气体系统中，如果采用至少三个减压阶段，其中每个阶段的膨胀比增加，那么就可以得到进一步显著效率提高。根据本发明的方法，通过在增加膨胀比下操作，更多的二氧化碳在升高的压力下得以释放，这样降低了对随后进行的压缩所需的工作。通过计算表明，按照本发明的脱酸气体的方法可以获得比上述现有技术(Chiesa等，1999)减少达4.5％的压缩功率消耗。
发明内容
[0009]本发明涉及去除在压力下溶于液体中的气体的方法。所述方法包括在第一膨胀比下降低施加于液体上的压力。在压力降低时第一部分的所述气体从液体中释放。气体然后与液体分隔开。在比第一膨胀比高的第二膨胀比下液体上的压力再次降低，于是第二部分的所述气体从液体中释放。将第二部分的所述气体与液体分隔开，并且在比第二膨胀比大的第三膨胀比下液体上的压力第三次降低，第三部分的所述气体由此从液体中释放。
[0010]所述的方法可以进一步包括压缩从液体中释放的气体部分，输送和在储存设备中隔离所述气体部分。
[0011]在具体的实例应用中，本发明涉及从包括氢气的气体混合物中消除二氧化碳的方法。所述方法包括使气体混合物在压力下与液体物理溶剂接触。所述溶剂优先地从气体混合物中吸收二氧化碳。施加于所述溶剂上的压力然后在第一减压阶段和多个随后的减压阶段中降低，其中每个随后的减压阶段的膨胀比大于前一个减压阶段的膨胀比。一部分被溶剂吸收的二氧化碳在各自减压阶段从所述溶剂中释放。
[0012]所述方法可以进一步包括在第一减压阶段之前，在产物气体回收阶段降低溶剂上的压力。二氧化碳及其它气体，包括如氢气，在所述的产物气体回收阶段从所述溶剂中释放。所述产物气体回收阶段目的是回收为物理溶剂所吸收的氢气或其它产物气体(例如，一氧化碳或甲烷)，并可能具有大于第一减压阶段的膨胀比。
[0013]所述方法也可以包含在每个后续减压阶段之前，从溶剂中分离出二氧化碳，压缩所述的二氧化碳并输送所述二氧化碳以将其隔离。
[0014]本发明也包含从气体混合物中消除二氧化碳的装置。所述装置使用液体物理溶剂来优先地吸收二氧化碳并产生具有相比气体混合物较低的二氧化碳浓度的产物气体。所述装置包括适宜于在压力下使所述液体物理溶剂与气体混合物接触的吸收容器。所述吸收容器具有将溶剂导入到吸收容器中的溶剂入口，导入气体混合物到吸收容器中的气体入口，从吸收容器释放产物气体的气体出口，以及用于从吸收容器释放溶剂的溶剂出口。为了有利于经济操作，可以使用产物气体回收膨胀设备。所述产物气体回收膨胀设备用于从吸收容器接收溶剂。在所述产物气体回收膨胀设备中，从气体混合物中吸收的二氧化碳及其它气体从溶剂中释放出来。具有与产物气体回收膨胀机构流体相连的进口和与吸收容器的气体入口流体连接的出口的压缩机将在产物气体回收膨胀机构中从溶剂释放出的气体返回到吸收容器中。在所述产物气体回收膨胀机构中释放的气体通常除了二氧化碳外还具有大量的产物气体，因此将产物气体回收膨胀机构中释放的气体输送回吸收容器或到其它过程中以便可以回收溶剂所吸收的产物气体是具有经济效益的。其它的过程可以包含，如，吸附过程、分离过程、燃料回收和进料循环。
[0015]第一膨胀机构用于接收来自于产物气体回收膨胀机构(如果没有设置产物回收装置，则来自于吸收容器)的溶剂。在第一膨胀机构中二氧化碳从溶剂中释放。第二膨胀机构用于接收来自于第一膨胀机构的溶剂。在第二膨胀机构中二氧化碳从溶剂中释放。第三膨胀机构用于接收来自于第二膨胀机构的溶剂。在第三膨胀机构中二氧化碳从溶剂中释放。压缩机设备与所述用以接收从溶剂中释放出的二氧化碳的第一、第二和第三膨胀机构流体相连。所述压缩机设备压缩二氧化碳以输送离开。在本发明的装置中，第二膨胀机构被设置为以大于第一膨胀机构的膨胀比的膨胀比降低溶剂上的压力，并且第三膨胀机构被设置为以大于第二膨胀机构的膨胀比的膨胀比降低溶剂上的压力。另外的膨胀机构也可以被使用，每一个膨胀机构均被设置为以大于前一膨胀机构的膨胀比来降低溶剂上的压力。
[0016]至少一个膨胀机构包括与膨胀箱流体相连的的节流机构。溶剂通过节流机构进入到膨胀箱，这导致二氧化碳及其它气体从溶剂中脱除。气体收集在膨胀箱内溶剂上方的气体空间里。所述的节流机构可以包括，例如如孔口、管或阀门的设备。
[0017]本装置也可以包含汽提容器，其中通过用纯气体如蒸汽或氮接触所述溶剂来使残余的二氧化物从溶剂中汽提。所述汽提容器具有与一个膨胀机构流体相连的溶剂入口，以将溶剂导入到所述汽提容器中。针对该汽提容器的溶剂出口与吸收容器的溶剂入口流体相连。一旦所述溶剂汽提掉残余气体，泵将把所述溶剂从汽提容器中泵送回所述吸收容器。纯气体入口接纳基本上纯的气体进入到所述汽提容器中，以及气体出口从所述汽提容器中释放出气体。
附图说明
[0018]图1是按照本发明的方法去除溶于液体中的气体的装置的示意图；以及
[0019]图2是按照本发明的方法用于使合成气脱硫的装置的示意图。
具体实施方式
[0020]图1表示的是按照本发明的方法用于去除溶于液体7中的气体5的装置3的示意图。装置3包括三个或更多膨胀阶段9、11和13。每个膨胀阶段包括各个节流设备15、17和19以及各个膨胀箱21、23和25。节流设备15、17和19可以是，例如，孔口、阀门、管或其它限制流体流动到每个各自的膨胀箱的设备。如图所示，通过各自节流设备控制流体流动到各个箱中，并且这些箱彼此串联连接。
[0021]每个箱具有各自的气体空间27、29和31，从所述液体7释放的气体5可以在其中积聚并通过压缩机设备33抽出。所述压缩机设备可以引导气体到管道中进行进一步的传输，例如，到隔离设备35。
[0022]在操作中，包含溶解气体5的液体7通过节流设备15被输送进入到膨胀箱21之内，在此所述液体在第一膨胀比R1下经受降压过程。(在特定阶段的膨胀比“Rn”被定义为Rn＝Pn-1/Pn，其中Pn-1是前一阶段的气体绝对压力，Pn是随后阶段n的绝对压力)通过降压从液体释放出来的气体5，积聚在气体空间27中，在那里通过压缩机设备33被抽出。液体7然后通过膨胀箱21穿过节流设备17并进入膨胀箱23中，在那里对液体进行另外一次降压，更多的气体被释放出来。第二膨胀阶段的膨胀比R2大于第一膨胀阶段的膨胀比R1。在第二膨胀阶段释放的气体积聚在气体空间29中并通过压缩机设备33被抽出。液体7然后通过膨胀箱23穿过节流设备19并进入膨胀箱25，在那里所述液体经历另一次压降，并有更多的气体释放出来。第三膨胀阶段的膨胀比R3大于第二膨胀阶段的膨胀比R2。在第三膨胀阶段释放的气体积聚在气体空间31中并通过压缩机设备33被抽出。依照本发明，可以使用附加的膨胀阶段以用来在不断增加的膨胀比下进一步的释放气体。膨胀阶段的数目和膨胀比的关系可以依据方法和装置的具体应用来确定，以最优化各种参数。
[0023]作为依照本发明的方法和装置的实用例子，图2表示的是用于通过除去二氧化碳而使合成气脱硫的装置10的示意图，应当理解，依照本发明的装置和方法的其它应用也是可行的。
[0024]装置10包括吸收容器12。所述吸收容器具有接纳物理溶剂15进入到容器中的溶剂入口14，物理溶剂如聚乙二醇的二甲醚、甲醇或碳酸丙烯酯(propylene carbonate)，优先地从气体混合物中吸收二氧化碳。容器12也具有接纳合成气17的气体入口16。合成气包括包含氢气以及其它不希望的组分(如二氧化碳)的混合物，并且可能来自于各种工艺，如蒸汽甲烷重整、水煤气变换反应、和各种固体如煤、焦炭、和存在于炼油厂废物中的重质液体烃类的气化。容器12还具有允许含有二氧化碳的溶剂19排出容器的溶剂出口18和允许具有低二氧化碳浓度的产物气体21离开容器以供进一步处理的产物气体出口20。
[0025]吸收容器12可以是高压箱，其包含提供大表面面积的结构化填料或塔盘，以促进合成气17和溶剂15接触，用以促进气体和溶剂之间的传质，从而通过该溶剂对二氧化碳进行物理吸收。所述吸收容器在约300psia和1200psia之间的压力范围内运行并且可以获得高于95％的二氧化碳去除率。
[0026]溶剂出口18与产物气体回收膨胀机构22流体连接，所述的膨胀机构22包括节流机构24和膨胀箱26，所述的节流机构24是如下设备，例如阀门、孔口、或甚至管道或其它对在吸收容器12和膨胀箱26之间的流体流动进行限制并且当溶剂19从高压吸收容器流向低压膨胀箱时产生节流过程的设备。压力降低使得溶剂吸收的气体被释放，并且气体收集在所述膨胀箱12的上部的气体空间28中。在所述溶剂的产物气体回收膨胀阶段，大量的产物气体(氢气)从溶剂释放。为收回被溶剂吸收的产物气体，压缩机30从膨胀箱26的气体空间抽吸气体23并将其泵送回到所述吸收容器12的合成气入口16，在此二氧化碳成分可以再一次被溶剂吸收以及氢气可以被作为产物气体输送并排出吸收容器。也可以使用涡轮泵来代替所述压缩机30。
[0027]如图2所示，多个膨胀机构32、34和36彼此流体相连并与产物气体回收膨胀机构以串联关系流体连接。每个膨胀机构包括各自的节流机构38、40和42，它们限制了流体向各自的膨胀箱44、46和48的流动。虽然示出的是产物气体回收机构下游的三个膨胀机构，应理解为其是例子，并且额外的膨胀机构也是可行的。由箱26流出的溶剂19依次通过各个节流机构38、40和42流到各个膨胀箱44、46和48，在每个膨胀阶段经过减少压力并释放出二氧化碳到各个箱的气体空间50、52和54内。
[0028]压缩机设备56与所述膨胀机构32、34和36的膨胀箱44、46和48的气体空间50、52和54流体相连。所述压缩机设备包括多级压缩机或泵，其将从所述溶剂释放出的二氧化碳25从气体空间中抽吸出来，并压缩气体到大于85巴的压力，以便使气体可以在管道58中运输，用来隔离到地质构造如油田或地下盐水蓄水层中。正是在压缩机设备中可以发生超过50％的系统运行成本，并且，可以降低泵的数量和尺寸以及降低运行泵需要的压力的动作可以用来非常有效地提高装置的经济效率。
[0029]发明人发现，通过在处于增加的膨胀比的膨胀机构32、34和36中进行膨胀阶段，运行压缩机设备所需要的功率可以得到降低或最小化。膨胀阶段的膨胀比被定义为Rn＝Pn-1/Pn，其中Pn-1是在n-1阶段的绝对压力，Pn是随后阶段n的绝对压力。因此本发明揭示出，为了最小化压缩机设备的功率消耗，膨胀阶段的膨胀比之间的关系应该是R1＜R2＜R3＜......Rn，其中N是膨胀阶段的总数，其中膨胀比是增加的。为了将酸气体从合成气体中移除，具有增加膨胀比的膨胀阶段的总数优选不小于3。优选地，在特殊的膨胀阶段，Pn-1大于或等于1.005×Pn。
[0030]可以通过控制每个膨胀箱44、46和48的压力来获得在每个膨胀阶段期望的膨胀比。可以通过在每个箱中使用压力传感器实现以上目的，其中压力传感器通过各自的反馈回路来控制每个相关的节流机构38、40和42的各自的可调阀(variable valve)。可选地，节流机构可以在每个阶段使用适宜尺寸的固定孔，来获得相应于给定膨胀箱尺寸和溶剂物料通过率的期望箱压。
[0031]离开最后膨胀箱48的溶剂19基本上不含有二氧化碳。溶剂可以直接地返回到吸收容器12，或可以被输送到汽提容器60中。所述汽提容器通过用纯气体27如蒸汽或氮接触所述溶剂，从溶剂中除去最后痕量的二氧化碳。汽提容器60包括与吸收容器相似的结构化填料或塔盘，并包括纯气体入口62，以接纳用来从所述溶剂吸收残留二氧化碳的蒸汽、氮、或其它的基本上的纯气体。所述汽提容器60也具有溶剂入口64，用于接收来自于最后膨胀箱48的溶剂19。汽提掉二氧化碳后的贫溶剂(lean solvent)15通过溶剂出口66排出汽提容器，并通过泵68(或者如图所示直接地或通过中间溶剂储存器(未示出))返回到吸收容器。曾经的纯气体和汽提的二氧化碳29的混合物通过气体出口70排放到大气中。
[0032]为了证明相比较于现有技术依照本发明的所述方法和装置能够改进效率，进行了计算，来模拟如同本发明针对图2所示的具有三个后续膨胀阶段的装置所教导的采用增加的膨胀比的系统，如Chiesa等人1999年的文章描述的。为了进行逐一比较，在模拟中使用与Chiesa等人公开的相同的参数。该模拟在30°F使用甲醇溶剂。吸收容器假定在750psia和100°F进行操作。由Chiesa等确定的膨胀阶段的工作压力范围(300psia至16psia之间)用作边界条件来确定依照本发明的膨胀比。产物气体回收膨胀箱26中的压力在54°F温度为300psia，第一膨胀箱44的压力在25°F为150psia，第二膨胀箱46的压力在25°F为55psia，第三膨胀箱48在25°F的压力为16psia。因此，用于模拟本发明方法的升高的膨胀比是R1＝2.00，R2＝2.73和R3＝3.44(提示：在吸收容器12和产物气体回收膨胀阶段之间的膨胀比是2.5，但是这个阶段不会产生通过压缩设备压缩的二氧化碳气体，因此不包括进消耗或成本节约计算中)。在Chiesa等人的文章中所有三个膨胀阶段的膨胀比是不变的。下面的图表提供了本发明方法与如现有技术所述具有不变膨胀比的方法的方便比较。对每一种类而言，所述模拟值与由恒定压力比(括号中)得到的数值相邻显示。

[0033]上述图表阐明在两个系统中释放二氧化碳的百分数总数基本上相同，但是，在依照本发明采用增加的膨胀比的系统中，在300psia和16psia的固定边界条件之间，对某特定阶段而言更多二氧化碳是在较高压力下(55psia对42.5psia)被释放出来。虽然在第一阶段中释放较少的二氧化碳，但是二氧化碳是在较高的压力下被释放(例如，150psia对112.5psia)，这直接影响到压缩功率。通过采用增加的膨胀比，可以最优化气体释出量和释放气体的压力水平之间的平衡，这样意味着压缩设备在本发明的系统中压缩释放的二氧化碳25时需要的能量将更少。操作依照本发明使用增加的膨胀比的压缩设备所需的计算功率为28,000制动马力，比起在整个膨胀阶段膨胀比保持不变下需要的29,000制动马力少的多。这样节省4.5％。与Chiesa等人2005年的论文的结果相比，预测到了较少但是明显的节约，其中Chiesa等使用了在三个膨胀阶段操作中的两个使用了不变的膨胀比。应该理解的是，这个模拟的意图是提供与现有技术相比较的例子，并不完全针对当使用如本文中描述和要求保护的增加膨胀比时相信可以达到的成本节约潜力。