CN101721899A - 液体环境中碳氧化物和/或硫氧化物的捕集 - Google Patents

液体环境中碳氧化物和/或硫氧化物的捕集 Download PDF

Info

Publication number
CN101721899A
CN101721899A CN200910207973A CN200910207973A CN101721899A CN 101721899 A CN101721899 A CN 101721899A CN 200910207973 A CN200910207973 A CN 200910207973A CN 200910207973 A CN200910207973 A CN 200910207973A CN 101721899 A CN101721899 A CN 101721899A
Authority
CN
China
Prior art keywords
catalyst
metal
oxysulfide
family
metal ions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN200910207973A
Other languages
English (en)
Inventor
M·P·迈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Babcock and Wilcox Power Generation Group Inc
Original Assignee
Babcock and Wilcox Power Generation Group Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Babcock and Wilcox Power Generation Group Inc filed Critical Babcock and Wilcox Power Generation Group Inc
Publication of CN101721899A publication Critical patent/CN101721899A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8603—Removing sulfur compounds
    • B01D53/8609—Sulfur oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B01D53/50—Sulfur oxides
    • B01D53/501—Sulfur oxides by treating the gases with a solution or a suspension of an alkali or earth-alkali or ammonium compound
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B01D53/50—Sulfur oxides
    • B01D53/507—Sulfur oxides by treating the gases with other liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/864—Removing carbon monoxide or hydrocarbons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/06—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of zinc, cadmium or mercury
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/44—Palladium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/48—Silver or gold
    • B01J23/50—Silver
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/48—Silver or gold
    • B01J23/52—Gold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/90—Regeneration or reactivation
    • B01J23/92—Regeneration or reactivation of catalysts comprising metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/90—Regeneration or reactivation
    • B01J23/96—Regeneration or reactivation of catalysts comprising metals, oxides or hydroxides of the noble metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
    • B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J38/00—Regeneration or reactivation of catalysts, in general
    • B01J38/04—Gas or vapour treating; Treating by using liquids vaporisable upon contacting spent catalyst
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/04—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material using washing fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1021—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1023—Palladium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/104—Silver
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/106—Gold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/92—Dimensions
    • B01D2255/9202—Linear dimensions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/302—Sulfur oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/502—Carbon monoxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/20—Sulfur; Compounds thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/50—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2219/00—Treatment devices
    • F23J2219/10—Catalytic reduction devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32—Direct CO2 mitigation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

本发明总体上涉及锅炉、加热器、窑或其他产生烟道气或燃烧气的设备(例如电厂、加工厂的那些设备)所用的排放物控制装置领域，尤其涉及用于从产生烟道气或燃烧气的设备中除去和/或捕集碳氧化物(例如CO2或CO)的新型、实用方法和装置。在另一个实施方式中，本发明涉及对产生烟道气或燃烧气的设备实现排放物控制的方法，该方法可减少或消除产生烟道气或燃烧气的设备中的碳氧化物或硫氧化物。

Description

液体环境中碳氧化物和/或硫氧化物的捕集
技术领域
本发明总体上涉及锅炉、加热器、窑或其他产生烟道气或燃烧气的设备(例如电厂、加工厂的那些设备)所用的排放物控制装置领域，尤其涉及用于从产生烟道气或燃烧气的设备中除去和/或捕集碳氧化物(例如CO2或CO)的新型、实用方法和装置。在另一个实施方式中，本发明涉及对产生烟道气或燃烧气的设备实现排放物控制的方法，该方法可减少或消除产生烟道气或燃烧气的设备中的碳氧化物或硫氧化物。
背景技术
化石燃料燃烧产生的二氧化碳已被认定为引起“温室效应”的主要因素，也就是说与“全球变暖”有关。因此，在化石燃料(例如煤、油、天然气)燃烧产生的二氧化碳以及任何含碳物质(包括但不限于乙醇、甲醇、其他醇、木材、泥煤、甲烷、废物或任何碳质材料)燃烧产生的二氧化碳释放到大气中之前，限制或消除这些二氧化碳将是对控制和/或限制“全球变暖”的观点的支持。
尽管如此，人们仍然需要借以从产生烟道气体或燃烧气体的设备清除一种或多种碳氧化物的方法和/或装置。
发明内容
本发明总体上涉及锅炉、加热器、窑或其他产生烟道气或燃烧气的设备(例如电厂、加工厂的那些设备)所用的排放物控制装置领域，尤其涉及用于从产生烟道气或燃烧气的设备中除去和/或捕集碳氧化物(例如CO2或CO)的新型、实用方法和装置领域。
本发明提供了捕集烟道气中一种或多种气态碳氧化物和/或硫氧化物的方法，该方法包括以下步骤：(I)向反应釜提供含至少一种气态碳氧化物和/或硫氧化物的烟道气，其中反应釜装有水性或液体反应介质，所述水性或液体反应介质包含一种或多种牺牲金属催化剂，所述催化剂选自中性金属原子、中性金属颗粒、金属离子或两种或更多种上述物质的混合物；(II)使来自步骤(I)的烟道气在该水性或液体反应介质中反应或与该水性或液体反应介质反应，自该至少一种气态碳氧化物和/或硫氧化物形成一种或多种固体聚合物络合物；以及(III)从反应介质中移除该一种或多种固体聚合物络合物。
相应地，本发明另一方面涉及捕集烟道气中的一种或多种气态碳氧化物和/或硫氧化物的方法，该方法包括以下步骤：(a)向反应容纳结构提供含至少一种气态碳氧化物和/或硫氧化物的烟道气，其中反应容纳结构装有至少一种溶液，该溶液包含一种或多种金属原子和/或金属离子，用作一种或多种牺牲催化剂，所述催化剂在一种或多种碳氧化物和/或硫氧化物中引发聚合反应；以及(b)使来自步骤(a)的烟道气与所述至少一种溶液反应或在该溶液中反应，通过以下一种或多种反应形成一种或多种固体聚合物络合物：
Figure G2009102079731D0000021
Figure G2009102079731D0000022
其中n各自独立地表示所存在的碳氧化物和/或硫氧化物的摩尔数，x和y各自独立地表示氧原子数，x和y可以彼此相等或不等。
相应地，本发明又一方面涉及捕集烟道气中的一种或多种气态碳氧化物和/或硫氧化物的方法，该方法包括以下步骤：(i)向反应容纳结构提供含至少一种气态碳氧化物和/或硫氧化物的烟道气，其中反应容纳结构装有至少一种均相溶液，该均相溶液包含一种或多种金属原子和/或金属离子，用作一种或多种牺牲催化剂，所述催化剂在一种或多种碳氧化物和/或硫氧化物中引发聚合反应；以及(ii)使来自步骤(i)的烟道气与所述至少一种均相溶液反应或在该溶液中反应，通过以下一种或多种反应形成一种或多种固体聚合物络合物：
Figure G2009102079731D0000031
Figure G2009102079731D0000032
其中n各自独立地表示所存在的碳氧化物和/或硫氧化物的摩尔数，x和y各自独立地表示氧原子数，x和y可以彼此相等或不等。
在另一个实施方式中，上述方法还包括以下步骤：(iii)加入至少一种稳定剂化合物，以提高均相溶液的pH水平，提高所述一种或多种固体聚合物络合物的分解温度，以利于所述一种或多种固体聚合物络合物的湿贮存。
在又一个实施方式中，上述方法还包括以下步骤：(iv)以黏合剂或涂料形式加入至少一种稳定剂化合物，使得干燥的时候，所述一种或多种固体聚合物络合物不会分解。
本发明另一方面涉及用于实现上述任意方法的装置，这种装置如附图所示，如本说明书所述。本发明又一方面提供了从烟道气或燃烧气中连续捕集一种或多种碳氧化物和/或硫氧化物的方法，这种方法如附图所示，如本说明书所述。
作为本发明特征的各种新颖特点在所附权利要求书中已特别指出，构成本说明书的一部分。为了更好地理解本发明、其操作优点及其使用带来的具体益处，可参考附图和文字内容，它们阐释了本发明的示例性实施方式。
附图说明
图1所示为本发明用于捕集碳氧化物和/或硫氧化物的装置的一个实施方式。
图2所示为本发明用于捕集碳氧化物和/或硫氧化物的装置的另一个实施方式。
图3所示为本发明用于捕集碳氧化物和/或硫氧化物的装置的又一个实施方式。
图4所示为本发明用于捕集碳氧化物和/或硫氧化物的装置的又一个实施方式。
图5所示为本发明用于捕集碳氧化物和/或硫氧化物的装置的又一个实施方式。
图6是图5中沿线6-6的端面视图。
图7是图5中沿线7-7的俯视图。
图8-10详细显示了利用图5-7所示装置捕集碳氧化物和/或硫氧化物的示例性方法。
具体实施方式
虽然下面对本发明的描述是就从产生烟道气、燃烧气的设施如发电厂清除碳氧化物进行的，但是本发明并非仅限于这几类系统。相反，本发明的方法可应用于产生包含碳氧化物或硫氧化物的烟道气或燃烧气的任何设备。
说明书和权利要求书所用词汇“均相溶液”(以下有时仅称作溶液)是指所有反应组分，包括但不限于反应物、任何催化剂、任何pH调节剂、任何悬浮剂或任何稳定剂，均处在水相、液相和/或溶液相中。这里所用词语“均相”并非意味着这里所讨论的任何一种或多种溶液完全是随机化的。
说明书和权利要求书所用词汇“反应介质”是指所有反应组分，包括但不限于反应物、任何催化剂、任何pH调节剂、任何悬浮剂或任何稳定剂，均处在水相、液相和/或溶液相。本发明的反应介质实际上等同于前述本发明的“均相溶液”，只是它们可以或可能均匀性低于前述“均相溶液”。
说明书和权利要求书所用词汇“固体聚合物络合物”不仅包括无水的、干燥的(即液体含量少于约5重量％)、液体含量少于约20重量％的(即高固含量溶液)乃至作为含一种或多种固体的悬浮体(即液体含量超过20重量％的溶液)的聚合物络合物，而且，“固体聚合物络合物”的定义包括液体和/或水溶液中存在的沉淀。
说明书和权利要求书所用术语“聚合物”不仅包括烃聚合物、共聚物(不考虑聚合物嵌段的取向)、三元共聚物或高级聚合物类似物，而且包括由一种或多种单体形成的所有聚合物、共聚物(不考虑聚合物嵌段的取向)、三元共聚物或高级聚合物类似物，所述单体衍生自一种或多种碳氧化物、一种或多种硫氧化物或者源自这些氧化物的两种或更多种单体的任意组合。
说明书和权利要求书所用词汇“催化触发(catalytic lite-off)”是指由于存在一个或多个最佳反应条件，在一种或多种催化剂以及一种或多种反应物存在下，引发了化学反应。
虽然本发明是结合锅炉或化石燃料锅炉描述的，但它并非仅限于所述锅炉。相反，本发明可应用于任何能产生碳氧化物和/或硫氧化物的燃烧源，而不管这种燃烧源是否用于锅炉或蒸汽发生器。例如，本发明可与窑、加热器、玻璃炉、废气燃烧器或其他任何类型的能整体或部分产生含碳氧化物和/或硫氧化物的烟道气或燃烧气的燃烧工艺组合使用。因此，以下描述应理解为仅仅是示例。
在一个实施方式中，本发明涉及从包括但不限于烟道气或燃烧气的任何源头捕集碳氧化物和/或硫氧化物的方法和装置，具体做法是使气态碳氧化物和/或硫氧化物与水性或液体溶液或反应介质接触，自一种或多种碳氧化物或硫氧化物形成固体聚合物络合物，从而以沉淀、高纯气体或稳定固体的形式将捕集的碳氧化物和/或硫氧化物从水性或液体溶液或反应介质中清除，其中水性或液体溶液或反应介质包含一种或多种中性原子或带电离子形式的金属催化剂，所述聚合物络合物的单体衍生自CO、CO2、CO3 -2、SO、SO2、SO3中的任何一种或多种，甚至其中两种或更多种的任意组合。在此情况下，一种或多种金属催化剂促进了一种或多种碳氧化物和/或硫氧化物形成一种或多种聚合物络合物。
在另一个实施方式中，烟道气或燃烧气以任意合适方式通过前述水性或液体溶液或反应介质。合适的方式包括但不限于气体鼓泡、气体喷射(通过气体喷射器产生细小或微细的气泡)或气-液界面吸收(反应物分子由此被液体吸收)。在气-液界面吸收中，可能需要在催化触发前使得气体与液体进行静态接触。
在又一个实施方式中，使烟道气或燃烧气与水性或液体溶液或反应介质反应的其他方式包括但不限于使烟道气或燃烧气从停滞的液体上方或当中流过，或者使得所述水性或液态的溶液或反应介质从停滞的气体上方或当中流过，或者使气体流入流动的水性或液体溶液或反应介质。在一种情况下，聚合反应可能需要滞止区(例如不动的区域)，以促成催化触发，甚至可能维持聚合反应。
一旦以一种或多种固体聚合物络合物形式捕集了碳氧化物和/或硫氧化物，即可通过任何合适的方法将这种化合物从水性或液体溶液或反应介质中清除和/或回收。这种合适的方法包括但不限于过滤、蒸发、蒸馏、重力分离、固体稠化、干燥、分解或其中任何两种或更多种方法的组合。
在一个实施方式中，为了提供适于永久收藏和/或贮存的稳定固体，减小其重新分解为初始气态碳氧化物和/或硫氧化物的可能性，可在从水性或液体溶液或反应介质中分离所述一种或多种聚合物络合物之前，在水性或液体溶液或反应介质中加入一种或多种涂料或黏合剂形式的稳定剂，以稳定该一种或多种固体聚合物络合物。
在一种情况中，所述一种或多种固体聚合物络合物无须从水性或液体溶液或反应介质中回收，而是可以将包含一种或多种固体聚合物络合物的水性或液体溶液或反应介质本身贮存或收藏起来。或者，为了获得升高的温度下的稳定性，可通过提高水性或液体溶液或反应介质的pH来稳定湿“固体”聚合物络合物，然后可通过重力分离或使用固体增稠剂降低其液含量。在此情况中，高固含量溶液本身可贮存或收藏。
在一个实施方式中，溶液中的碳氧化物和/或硫氧化物通过均相催化发生反应，其中使用的是一种或多种中性金属原子或者一种或多种具有合适氧化态的金属离子催化剂。合适的氧化态包括元素态或中性金属原子以及金属离子。适用于本发明的金属包括但不限于碱金属原子或离子(第1族金属-新符号体系)、碱土金属原子或离子(第2族)、过渡金属原子或离子(包括第3-11族金属)、第12族中的其他金属原子或离子，或者其中任何两种或更多种的组合。在另一个实施方式中，可用于本发明的一种或多种金属原子或离子还包括从第13-17族所列元素形成的离子选择的一种或多种原子或离子。在又一个实施方式中，可用于本发明的一种或多种金属原子或离子还包括周期表中镧系和锕系所列元素的原子或离子。在又一个实施方式中，可用于本发明的一种或多种金属原子或离子还可以是上面列出的不同族原子或离子中两种或更多种离子的任意组合，只要所用离子在与一种或多种碳氧化物和/或硫氧化物反应时可形成可捕集的化合物。在又一个实施方式中，本发明的水性或液体溶液或反应介质可由海水形成，因为海水包含足够的上述一种或多种金属原子或离子。
在一个实施方式中，由于捕集了一种或多种碳氧化物和/或硫氧化物，本发明的捕集方法产生一种或多种不溶的含碳和/或含硫化合物。在另一个实施方式中，由于捕集了一种或多种碳氧化物和/或硫氧化物，本发明的捕集方法产生一种或多种可溶的含碳和/或含硫化合物。在又一个实施方式中，由于捕集了一种或多种碳氧化物和/或硫氧化物，本发明的捕集方法产生可溶和不溶的含碳和/或含硫化合物的混合物。
如上面所讨论的，本发明的方法利用一种或多种催化剂。在一个实施方式中，本发明的一种或多种催化剂选自贵金属颗粒催化剂，包括但不限于金、银、钯、铂或其中两种或更多种的组合的中性原子和/或离子。在另一个实施方式中，本发明的一种或多种催化剂选自贵金属颗粒催化剂，包括但不限于金颗粒、银颗粒、钯颗粒、铂颗粒或者其中两种或更多种的混合物。在又一个实施方式中，本发明的一种或多种催化剂选自贵金属纳米颗粒催化剂，包括但不限于金纳米颗粒、银纳米颗粒、钯纳米颗粒、铂纳米颗粒或其中两种或更多种的混合物。纳米颗粒是指元素态的贵金属催化剂或贵金属化合物催化剂的平均粒径小于约1000纳米(1微米)、小于约500纳米、小于约250纳米、小于约100纳米、小于50纳米、小于25纳米、小于10纳米或小于5纳米，甚至达到一个金属原子的尺寸。在此处以及本说明书和权利要求书中其他地方，各范围限值或各数值可组合成未披露的范围。
在另一个实施方式中，类似于上面所讨论的但由上述非贵金属形成的颗粒或纳米颗粒可用于本发明。
在另一个实施方式中，用于本发明的金属颗粒、金属纳米颗粒或金属离子包括但不限于中性金颗粒(Au0)、中性金原子(Au0)或金离子；中性锌颗粒、中性锌原子或锌离子(所有氧化态)；钯离子(例如Pd2+等)；钪离子(例如Sc2+等)；锰离子(例如Mn5+等)；钛离子(例如Ti2+等)；铬离子(例如Cr2+等)；铯离子；铁离子；镨离子；钴离子；镍离子；钼离子；镉离子；钌离子；钆离子；或者其中两种或更多种的混合物。
若存在催化剂，则它在本发明各实施方式中的用量并不重要，只要催化剂的存在量足以引发或促进任何一种或多种碳氧化物和/或硫氧化物的捕集反应和/或螯合反应即可，所述碳氧化物和/或硫氧化物存在于烟道气或燃烧气流出物中，所述流出物通过前述海水或者本发明含催化剂的水性或液体溶液或反应介质。催化剂的示例性浓度水平包括但不限于至少约5份/万亿份(ppt)、至少约10ppt、至少约20ppt、至少约25ppt、至少约40ppt、甚至至少约50ppt。约250毫克/升数量级的更高浓度也是可以的，包括在本发明范围内。在此处以及本说明书和权利要求书中其他地方，各范围限值或各数值可组合成未披露的范围。
在另一个实施方式中，本发明反应介质中所述一种或多种催化剂可具有任何含量水平，其中每种最高可到达其溶解度极限，具体取决于反应介质的各种化学和物理性质(例如pH、温度、含水量等)。
应当指出，就颗粒的几何形状而言，本发明的催化剂颗粒可采用任何颗粒形状。合适的颗粒形状包括但不限于球形、长方形、圆柱形、椭圆形、不规则形状或者其中两种或更多种的任意组合。如上所述，一种或多种贵金属催化剂可以是离子颗粒或元素态颗粒形式。
在一个实施方式中，用于实施本发明的水性或液体溶液或反应介质是含有上述一种或多种金属原子、颗粒和/或离子的水基介质。在另一个实施方式中，海水可用来实现对前述碳氧化物和/或硫氧化物的捕集。在又一个实施方式中，用于本发明的水性或液体溶液或反应介质可以是来自海水淡化工厂的盐水流出物。
在又一个实施方式中，本发明涉及在不存在一种或多种前述催化剂的情况下，烟道气或燃烧气流出物中的碳氧化物和/或硫氧化物与含金属或水性金属原子和/或离子的海水或者水性或液体溶液或反应介质(例如水)接触的方法。在本实施方式的一个变化形式中，所述一种或多种金属原子和/或离子可同时用来螯合前述碳氧化物和/或硫氧化物以及催化反应过程。在此实施方式中，所述一种或多种金属原子和/或离子通常由第10和11族的金属形成。
本发明提供了一种捕集烟道气中一种或多种气态碳氧化物和/或硫氧化物的方法，该方法包括以下步骤：(a)向反应容纳结构提供含至少一种气态碳氧化物和/或硫氧化物的烟道气，其中反应容纳结构装有至少一种溶液，该溶液包含一种或多种金属原子和/或金属离子，用作一种或多种牺牲催化剂，所述催化剂在一种或多种碳氧化物和/或硫氧化物中引发聚合反应；以及(b)使来自步骤(a)的烟道气与所述至少一种溶液反应，通过以下一种或多种反应形成一种或多种固体聚合物络合物：
Figure G2009102079731D0000091
Figure G2009102079731D0000092
其中n各自独立地表示所存在的碳氧化物和/或硫氧化物的摩尔数，x和y表示氧原子数，x和y可以彼此相等或不等。
相应地，本发明又一方面涉及一种捕集烟道气中一种或多种气态碳氧化物和/或硫氧化物的方法，该方法包括以下步骤：(i)向反应容纳结构提供含至少一种气态碳氧化物和/或硫氧化物的烟道气，其中反应容纳结构装有至少一种均相溶液，该均相溶液包含一种或多种金属原子和/或金属离子，用作一种或多种牺牲催化剂，所述催化剂在一种或多种气态碳氧化物和/或硫氧化物中引发聚合反应；以及(ii)使来自步骤(i)的烟道气与所述至少一种均相溶液反应，通过以下一种或多种反应形成一种或多种固体聚合物络合物：
Figure G2009102079731D0000094
其中n表示所存在的碳氧化物和/或硫氧化物的摩尔数，x和y表示氧原子数，x和y可以彼此相等或不等。
在另一个实施方式中，上述方法还包括以下步骤：(iii)加入至少一种稳定剂化合物，以提高均相溶液的pH水平，提高所述一种或多种固体聚合物络合物的反应温度和/或分解温度，以利于所述一种或多种固体聚合物络合物的湿贮存。
在又一个实施方式中，上述方法还包括以下步骤：(iv)以黏合剂或涂料形式加入至少一种稳定剂化合物，使得在干燥时，所述一种或多种固体聚合物络合物不会分解。在此实施方式中，加入至少一种稳定剂化合物有助于促进一种或多种固体聚合物络合物从反应介质中的回收，因为若不使用前述至少一种稳定剂化合物，根据本发明形成的一些固体聚合物络合物在从反应介质中回收时会分解。
本发明另一方面涉及用于实现上述任意方法的装置，这种装置如附图所示，如本说明书所述。本发明又一方面提供了从烟道气中连续捕集一种或多种碳氧化物和/或硫氧化物的方法，这种方法如附图所示，如本说明书所述。
前述任何实施方式可产生固体产物，该产物包含所捕集的碳氧化物和/或硫氧化物通过上述催化金属连接的聚合物链。在一个实施方式中，本发明方法可产生固体产物，该产物包含所捕集的碳氧化物和/或硫氧化物通过上述催化性中性金原子或中性金颗粒连接的聚合物链。
在本发明的又一个实施方式中，烟道气或燃烧气流出物中的碳氧化物与海水或者水性或液体溶液或反应介质(例如水)接触，所述海水或者水性或液体溶液或反应介质包含一种或多种可用作牺牲催化剂的金属原子、颗粒和/或离子。在此实施方式中，一种或多种金属原子、颗粒和/或离子选自一种或多种可与碳酸根、亚硫酸根和/或硫酸根离子反应形成固体碳酸盐、亚硫酸盐和/或硫酸盐化合物的离子。在一种情况下，一种或多种金属原子、颗粒和/或离子与水性或液体溶液或反应介质中可能存在的一种或多种羧酸根、亚硫酸根和/或硫酸根离子反应，形成一种或多种非气态金属碳酸盐化合物、一种或斗争非气态金属硫酸盐化合物、一种或多种非气态金属亚硫酸盐化合物或者其中两种或更多种的混合物。这种化合物的例子包括但不限于碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸镁、碳酸氢镁，以及钙、镁、锰的其他碳酸盐。对本领域的技术人员来说显而易见的是，其他碳酸盐化合物也是可能的，具体取决于上面讨论的一种或多种金属原子、颗粒和/或离子的确切组成。此同一实施方式可应用于硫氧化物，甚至适用于存在碳氧化物和硫氧化物的混合物的情况。
现在参见附图。图1-4显示了用来根据上述方法捕集碳氧化物和/或硫氧化物的各种装置的示例性实施方式。在图1-4中，相同的附图标记表示相同的部件。参见图1，该图显示了用来根据上面讨论的方法捕集碳氧化物和/或硫氧化物的装置100。图1所示装置包含均相催化反应器102，其中装有上面讨论过的水性或液体溶液或反应介质。反应器102具有进口104，用来将烟道气或燃烧气引入反应器102，其中烟道气或燃烧气包含碳氧化物和/或硫氧化物以及其他物质。在反应器102内，烟道气或燃烧气中的碳氧化物和/或硫氧化物与反应器102内所装水性或液体溶液或反应介质107反应，产生被捕集的碳氧化物的固体聚合物络合物、被捕集的硫氧化物的固体聚合物络合物以及被捕集的非气态碳酸盐、硫酸盐和/或亚硫酸盐，用分离器106将它们从反应器102中除去。在一个实施方式中，非气态碳酸盐、硫酸盐和/或亚硫酸盐是固体沉淀，若需要，可利用包括过滤、蒸发、增稠、干燥等在内的任何技术，将其从上面讨论的水性或液体溶液或反应介质中除去。若这样收集起来，则固体碳酸盐、硫酸盐和/或亚硫酸盐可用于其他工业(例如制造墙板)。一旦从反应器102里的烟道气或燃烧气中除去了碳氧化物和/或硫氧化物，“经清洁的”烟道气或燃烧气可通过出口108离开反应器102。从分离器106底部收集非气态碳酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐，并通过区段112除去。此外，若存在一种或多种贵金属催化剂，可利用区段112收集、除去或截留一种或多种贵金属催化剂。在图1所示实施方式中，被捕集的碳氧化物和/或硫氧化物保持湿润，这样可将它们泵入分离区段114，利用例如干燥、加热或加热到变回气体形式移出碳氧化物和/或硫氧化物，以便送去贮存之处。
在另一个实施方式中，图1所示系统100任选具有进口118，用于引入附加的水性或液体溶液或反应介质。在一个实施方式中，水性或液体溶液或反应介质可以是海水、来自海水淡化厂的盐水浓缩物或者包含至少一种上述金属催化剂的水性或液体溶液或反应介质。
现在看图2所示实施方式，其中实施方式200与实施方式100的差别在于，非气态的被捕集碳氧化物、被捕集硫氧化物、碳酸盐、硫酸盐和/或亚硫酸盐是固体形式，由分离器208捕集和除去。在此实施方式中，反应器202所装水性或液体溶液或反应介质不是必须包含一种或多种金属催化剂。然而，若催化剂是有利的和/或需要的，可以使用海水，因为海水包含可接受水平的例如溶解的元素态金。
在另一个实施方式中，图2所示系统200任选具有进口218，用于引入增加的水性或液体溶液或反应介质。在一个实施方式中，水性或液体溶液或反应介质可以是海水、来自海水淡化厂的盐水浓缩物或者包含至少一种上述金属催化剂的水性或液体溶液或反应介质。
现在看图3所示的实施方式，其中实施方式300与实施方式100的区别在于，利用供料管线320向反应器302补充含催化剂的水性或液体溶液或反应介质。补料管线320用于向反应器302供应所需含有催化剂的合成型水性或液体溶液或反应介质，以便按照连续方式实施本发明的方法。
现在看图4所示实施方式，其中实施方式400与实施方式200的区别在于，采用两个或更多个反应器402，以提高可通过本发明方法处理的烟道气或燃烧气的物料通过体积。此外，利用供料管线420向反应器402补充水性或液体溶液或反应介质。补料管线420用于向反应器402供应所需的水性或液体溶液或反应介质，以便按照连续方式实施本发明的方法。此外，从图4可以看出，装置400还包含一个或多个控制系统，用于控制装置400的反应器402内的各种化学参数。这种参数包括但不限于温度和/或pH。
现在看图5-7，这些图显示了本发明的一个替代实施方式。在图5-7所示系统500中，用可膨胀罐式反应器502代替装置100-400中的硬壁反应器。在装置500中，可膨胀罐式反应器502之所以能够膨胀，是因为例如它具有可膨胀弹性圆顶503，该圆顶由任何能够“伸展”、从而发生膨胀的合适材料形成。适用于弹性圆顶503的可膨胀材料的例子包括但不限于乳胶、橡胶、可膨胀织物。唯一要求可膨胀弹性圆顶503具有的性质是，其中所用材料是不透气的。适用于可膨胀弹性圆顶503的材料是本领域的技术人员所公知的。因此，为简洁起见，这里省略对它的详细讨论。
在一个实施方式中，可膨胀罐式反应器502具有不可膨胀的侧面505，所述侧面可用任何合适的材料(例如，金属、塑料、陶瓷等)制成。此外，对本领域的技术人员来说显而易见的是，可膨胀罐式反应器502的形状并不重要。因此，可不受限制地采用任何所需形状。一些合适的形状包括但不限于圆形、卵形、椭圆形、方形、矩形、多边形等。此外，可膨胀罐式反应器502的尺寸不受限于任何具体尺寸。相反，可膨胀罐式反应器502的尺寸由例如将在任何指定时间间隔内处理的气体量和/或气体流速决定。
从图5-7可看出，本发明的这个实施方式还包含进口504，用于将烟道气或燃烧气引入可膨胀罐式反应器502，其中烟道气或燃烧气包含碳氧化物和/或硫氧化物及其他物质。在可膨胀罐式反应器502内，烟道气或燃烧气中的碳氧化物和/或硫氧化物与可膨胀罐式反应器502内所装水性或液体溶液或反应介质507反应，产生被捕集的碳氧化物的固体聚合物络合物、被捕集的硫氧化物的固体聚合物络合物以及被捕集的非气态碳酸盐、硫酸盐和/或亚硫酸盐，用任何合适的技术，包括但不限于分离器、沉降等，通过任选的收集出口560将它们从可膨胀罐式反应器502中除去。在一个实施方式中，非气态碳酸盐、硫酸盐和/或亚硫酸盐是固体沉淀，若需要，可利用包括过滤、蒸发、增稠、干燥等在内的任何技术，将其从上面讨论的水性或液体溶液或反应介质中除去。若这样收集起来，则固体碳酸盐、硫酸盐和/或亚硫酸盐可用于其他工业(例如制造墙板)。一旦从可膨胀罐式反应器502里的烟道气或燃烧气中除去了碳氧化物和/或硫氧化物，“经清洁的”烟道气或燃烧气可通过出口508离开可膨胀罐式反应器502。
从图5-7可看出，可膨胀罐式反应器502还包含多个喷射器550，它们通过喷射器供料管线552连接到进口504。此外，每个喷射器552具有多个附连在其上的喷嘴556，目的是利用进口504供应的烟道气或燃烧气产生气泡。合适的喷射器机构是本领域的技术人员所公知的，因此，为简洁起见，这里省略对它的详细讨论。
现在看图8-10，这些图显示了利用图5-7所示机构的示例性实施方式。图8-10详细显示了本发明的示例性过程的各个阶段。具体而言，如图8-10所示，这些图所示示例性过程的步骤I是通过进口504向可膨胀罐式反应器502和喷射器552供应烟道气或燃烧气。进入可膨胀罐式反应器502内部后，烟道气或燃烧气从喷射器552喷出并鼓泡，与可膨胀罐式反应器502所装水性或液体溶液或反应介质反应，产生被捕集的碳氧化物的固体聚合物络合物、被捕集的硫氧化物的固体聚合物络合物以及被捕集的非气态碳酸盐、硫酸盐和/或亚硫酸盐570(见图9)，用任何合适的技术，包括但不限于分离器、沉降等，通过任选的收集出口560将它们从可膨胀罐式反应器502中除去。在步骤II中(见图9)，通过例如任选的收集出口560除去固体聚合物络合物570，若需要，可通过进口518向可膨胀罐式反应器502内部增加反应介质507。在步骤III中(见图10)，该过程可重新回到开始状态，并连续地重复进行。
下面利用多个实施例进一步详细描述上文披露的本发明和方法。应当指出，本发明不限于以下实施例。因此，以下实施例仅用于示例的目的，不对其本质构成限制。
实施例1
此实施例采用均相催化方法，利用含溶解金的海水作为二氧化碳反应的催化剂，形成CO3聚合物/基质。如本领域的技术人员所公知的，海水中的“金”一般呈中性氧化态(Au0)。反应器运行的温度可在28.4°F(盐水的凝固点)与稍低于约80°F(观察到的CO2固体回到CO2气体的分解温度)之间。应当指出，反应温度和/或反应速率可通过增大反应介质的pH而增大。主过程在高效吸收设备中引发，该设备可使海水或盐水浓缩物或合成溶液与烟道气之间发生极佳的接触，以利于液体介质对二氧化碳的最大吸收。
当二氧化碳反应(被捕集)形成固体聚合物链时，液体介质中溶解/吸收更多的二氧化碳，以补充已被除去/被捕集/反应形成固体聚合物的二氧化碳。在这些液体介质中的任意一种内，金原子催化的化学反应持续进行，直至达到金原子的实际限度或者烟道气中的所有二氧化碳受到清除/捕集。经验观察表明，被捕集的CO2形成柔软的聚合物链，它们具有例如均匀、稳定的长度，长约12毫米，在同一平面内沿4个彼此成90°的方向、远离每个金原子发散出来。经验数据支持一些计算结果，这些结果估计转换数(TON)为二十亿个CO2分子/1个Au0原子。
被捕集的CO2看上去是柔软而纤细的白色絮状沉淀。未经处理的固体CO2聚合物络合物从溶液中取出时立即分解为CO2气体；分解也发生在约90°F±15°F的升高的环境温度下。在制备永久湿存物时，通过提高pH水平，可将聚合物络合物固体形式的被捕集CO2稳定在水性或液体溶液或反应介质中。或者，在制备永久湿存物时，向聚合物络合物固体形式的被捕集CO2中加入其他稳定剂如涂料和/或黏合剂后，可对被捕集CO2固体进行干燥。若让被捕集二氧化碳分解为高纯二氧化碳气体，可压缩该高纯CO2气体，将其物理状态变到聚合物或化学工业上为处理或进料目的所需的物理状态。余下材料是金化合物的浓缩物，可将其送入熔炉，得到高纯元素态金。
实施例2
此实施例类似于实施例1，不同之处在于被捕集CO2保持为未经处理的固态，金未经提取，而是保持为牺牲催化剂。可将固态CO2返还到低温海底，让它像沙一样潜藏在那里，或者将其用于其他工业。尽管无意受限于任何理论，但是据信，用作牺牲催化剂的一种或多种金属催化剂(例如，金、锌、钯催化剂)固持着含被捕集的二氧化碳的固体聚合物络合物。
实施例3
此实施例采用均相催化方法，利用含受控量金原子的水性或液体溶液或反应介质作为二氧化碳反应的牺牲催化剂，形成CO2固体聚合物/基质。反应器运行的温度可在28.4°F(盐水的冰点)与稍低于约80°F(观察到的CO2固体变回CO2气体的分解温度)之间。应当指出，反应温度和/或反应速率可通过增大水性或液体溶液或反应介质的pH而增大。由于海水中金的浓度约为1毫克金/公吨海水，当金具有更高的浓度和/或受控水性或液体溶液或反应介质具有更高的pH时，有可能在60°F-75°F的较高运行环境温度下获得高CO2捕集效率，此时反应时间更短。主过程涉及高效吸收设备，该设备可使受控的水性或液体金溶液与烟道气之间发生极佳的接触，以利于水性或液体溶液对二氧化碳的最大吸收。本发明的均相催化反应还与CO2的局部浓度和/或pH水平有关，由此支持较高的CO2溶解性，该溶剂性随温度降低而增加。
尽管无意受限于任何理论，但上述反应可代表用于捕集此实施例中的气态二氧化碳并转化为固态的一种可能的方法。在另一个实施方式中，本发明的固体产物可以是或不是含[CO2]n重复单元或单体的形式。反之，本发明的固体产物中可能存在一种或多种衍生自二氧化碳分子的其他聚合物结构。
将所产生的白色絮状沉淀送入重力分离器。将金回收并与废溶液合并，由此重新形成水性或液体金溶液，再循环到反应器中。在一些实施方式中，可能需要一个或多个额外的步骤，使金催化剂适合返回到反应器中。若需要如此，可对白色沉淀进行干燥或将其温热到约90°F，由此将纯CO2气体除去。可压缩高纯CO2气体，将其改变到适于处理或者用作聚合物原料或化工原料的物理状态。
实施例4
此实施例采用多相催化方法，利用浸没在水中的具有最佳几何形状的固体金催化剂(见图4)。主过程涉及高效吸收设备，该设备可使淡水与烟道气之间发生极佳的接触，以利于水对二氧化碳的最大吸收。当溶解的二氧化碳接触金表面时，就发生反应。金表面催化二氧化碳反应，形成固体CO2的长链聚合物/基质。操作条件与之前的实施例相同。用涂料或黏合剂稳定白色沉淀。使多相催化反应器构成循环，将其冲下(水清洁催化表面)，然后除去白色沉淀形式的被捕集CO2。将该白色沉淀送到重力分离器。回收水并循环再利用。将稳定的高纯CO2沉淀送去贮存。
实施例5：
此实施例采用多相催化方法，利用浸没在水中的具有最佳几何形状的固体金催化剂。主过程涉及高效吸收设备，该设备可使烟道气中的二氧化碳发生极佳的接触，以利于固体催化金表面上二氧化碳的最大吸收。当二氧化碳(气体)接触金固体表面时，就发生反应。金表面催化二氧化碳反应，形成固体CO2的长链聚合物/基质。操作条件与实施例3相同。用涂料或黏合剂稳定固体CO2，然后除去固体CO2。使多相催化反应器构成循环，用水将其冲下(水清洁催化表面)，除去白色沉淀形式的被捕集CO2。将该白色沉淀送到重力分离器。回收水并循环再利用。将稳定的高纯CO2沉淀送去贮存，或者用于本领域公知的其他各种工业。
实施例6
材料：(1)一只5加仑玻璃瓶；(2)一只直径为14英尺的探空气球；(3)宽范围石蕊pH试纸；(4)用4只塑料“矿泉水”瓶在墨脱海滩(MyrtleBeach)收集的4加仑海水；(4)6.46磅干冰；(5)2块10磅的冰和22磅碎冰；以及(6)一只科尔曼(Coleman)冷却箱——容量为2立方英尺。
利用以下程序进行此实施例：将pH约为7的海水(经宽范围pH试纸测定，稍呈酸性)加入5加仑玻璃瓶。通过漏斗向此瓶中加入3磅碎干冰。干冰开始升华为CO2气体，从玻璃瓶颈部逸出。尽可能迅速地将探空气球连接到5加仑玻璃瓶颈部。干冰继续升华为CO2气体，直至所有干冰“耗尽”。目测探空气球，证实该气球装入了3-4立方英尺CO2气体。3小时后，再次检测气球，发现它似乎在瘪下去(即二氧化碳正被海水捕集)。再过2.5小时，气球进一步变瘪，终止此实施例的程序。气球里仅剩余约1夸脱至半加仑CO2气体(目测)。
接下来观察5加仑玻璃瓶中所装的水。用手轻轻旋动瓶子，看见白色絮状物从瓶底升起，悬浮/漂浮在海水中。白色絮状物看上去是蓬松物质，像是互连物组成的复杂迷宫。
下表详细列出了其他实施例；这些其他的实施例在本质上是非限制性的，详细说明了本发明范围内的其他实施方式。
Figure G2009102079731D0000181
关于实施例7中的沉淀，在超过90°F的环境温度下，白色絮状物在7天内保持稳定。在实施例13和14中，将金颗粒撒到3.5升蒸馏水中。实施例8、16和17用于确定在本发明一个或多个实施方式中发生的螯合反应的性质。
虽然详细显示和描述了本发明的具体实施方式，以阐明本发明的应用和原理，但应当理解，这不是为了将本发明限制在它们身上，相反，只要不背离这些原理，本发明可通过其他方式实现。在本发明的一些实施方式中，利用本发明的某些特征而不相应地利用其他特征有时也可能具有其优点。因此，所有这种变化和实施方式都恰当地落在以下权利要求的范围内。

Claims (40)

1.一种从烟道气中捕集一种或多种气态碳氧化物和/或硫氧化物的方法，该方法包括以下步骤：
(I)向反应釜提供含至少一种气态碳氧化物和/或硫氧化物的烟道气，其中反应釜装有水性或液体反应介质，所述水性或液体反应介质包含一种或多种牺牲金属催化剂，所述催化剂选自中性金属原子、中性金属颗粒、金属离子或其中两种或更多种的混合物；
(II)使来自步骤(I)的烟道气在该水性或液体反应介质中反应或与该水性或液体反应介质反应，自该至少一种气态碳氧化物和/或硫氧化物形成一种或多种固体聚合物络合物；以及
(III)从反应介质中移除该一种或多种固体聚合物络合物。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述一种或多种牺牲金属催化剂选自贵金属催化剂。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述一种或多种牺牲金属催化剂选自金金属催化剂。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述一种或多种牺牲金属催化剂选自中性金金属颗粒。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述一种或多种牺牲金属催化剂选自中性金金属纳米颗粒。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述一种或多种牺牲金属催化剂选自中性金金属原子Au0。
7.一种从烟道气中捕集一种或多种气态碳氧化物和/或硫氧化物的方法，该方法包括以下步骤：
(a)向反应容纳结构提供含至少一种气态碳氧化物和/或硫氧化物的烟道气，其中反应容纳结构装有至少一种溶液，该溶液包含一种或多种金属原子和/或金属离子，用作一种或多种牺牲催化剂，所述催化剂在一种或多种气态碳氧化物和/或硫氧化物中引发聚合反应；以及
(b)使来自步骤(a)的烟道气与所述至少一种溶液反应或在该溶液中反应，通过以下一种或多种反应形成一种或多种固体聚合物络合物：
Figure F2009102079731C0000021
Figure F2009102079731C0000022
其中n各自独立地表示所存在的碳氧化物和/或硫氧化物的摩尔数，x和y各自独立地表示氧原子数，x和y可以彼此相等或不等。
8.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自碱金属离子，即第1族金属-新符号体系；碱土金属离子，即第2族；过渡金属离子，包括第3-11族金属；第12族中的其他金属离子；或者其中任何两种或更多种的组合。
9.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自第13-17族所列元素形成的离子。
10.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自周期表中镧系和锕系所列元素。
11.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自碱金属离子，即第1族金属-新符号体系；碱土金属离子，即第2族；过渡金属离子，包括第3-11族金属；第12族中的其他金属离子；选自第13-17族所列元素形成的离子的一种或多种离子；选自周期表中镧系和锕系所列元素形成的一种或多种离子；或者其中任何两种或更多种的组合。
12.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自金组合物、银组合物、钯组合物、铂组合物或其中两种或更多种的混合物。
13.如权利要求12所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自金催化剂。
14.如权利要求12所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种金属原子是中性金金属原子Au0。
15.如权利要求12所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自贵金属纳米颗粒催化剂，包括金纳米颗粒催化剂化合物、银纳米颗粒催化剂化合物、钯纳米颗粒催化剂化合物、铂纳米颗粒催化剂化合物或其中两种或更多种的混合物。
16.如权利要求15所述方法，其特征在于，所述纳米颗粒的平均粒径小于约1000纳米。
17.如权利要求15所述方法，其特征在于，所述纳米颗粒的平均粒径小于约500纳米。
18.如权利要求15所述方法，其特征在于，所述纳米颗粒的平均粒径小于约250纳米。
19.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述至少一种催化剂的浓度为至少约5份/万亿份，即ppt。
20.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述至少一种催化剂的浓度为至少约10ppt。
21.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述至少一种催化剂的浓度为至少约20ppt。
22.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述至少一种催化剂的浓度为至少约25ppt。
23.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述至少一种催化剂的浓度为至少约50ppt。
24.一种用来从烟道气中捕集一种或多种气态碳氧化物和/或硫氧化物的方法，该方法包括以下步骤：
(i)向反应容纳结构提供含至少一种气态碳氧化物和/或硫氧化物的烟道气，其中反应容纳结构装有至少一种均相溶液，该均相溶液包含一种或多种金属原子和/或金属离子，用作一种或多种牺牲催化剂，所述催化剂在一种或多种气态碳氧化物和/或硫氧化物中引发聚合反应；以及
(ii)使来自步骤(i)的烟道气与所述至少一种均相溶液反应或在该溶液中反应，通过以下一种或多种反应形成一种或多种固体聚合物络合物：
Figure F2009102079731C0000041
Figure F2009102079731C0000042
其中n各自独立地表示所存在的碳氧化物和/或硫氧化物的摩尔数，x和y各自独立地表示氧原子数，x和y可以彼此相等或不等。
25.如权利要求24所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自碱金属离子，即第1族金属-新符号系统；碱土金属离子，即第2族；过渡金属离子，包括第3-11族金属；第12族中的其他金属离子；或者其中任何两种或更多种的组合。
26.如权利要求24所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自第13-17族所列元素形成的离子。
27.如权利要求24所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自周期表中镧系和锕系所列元素。
28.如权利要求24所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自碱金属离子，即第1族金属-新符号体系；碱土金属离子，即第2族；过渡金属离子，包括第3-11族金属；第12族中的其他金属离子；选自第13-17族所列元素形成的离子的一种或多种离子；选自周期表中镧系和锕系所列元素形成的一种或多种离子；或者其中任何两种或更多种的组合。
29.如权利要求24所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自金组合物、银组合物、钯组合物、铂组合物或其中两种或更多种的混合物。
30.如权利要求29所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自金催化剂。
31.如权利要求29所述方法，其特征在于，所述一种或多种金属原子是中性金金属原子Au0。
32.如权利要求29所述方法，其特征在于，所述用作一种或多种牺牲催化剂的一种或多种金属原子和/或金属离子选自贵金属纳米颗粒催化剂，包括金纳米颗粒催化剂化合物、银纳米颗粒催化剂化合物、钯纳米颗粒催化剂化合物、铂纳米颗粒催化剂化合物或其中两种或更多种的混合物。
33.如权利要求32所述方法，其特征在于，所述纳米颗粒的平均粒径小于约1000纳米。
34.如权利要求32所述方法，其特征在于，所述纳米颗粒的平均粒径小于约500纳米。
35.如权利要求32所述方法，其特征在于，所述纳米颗粒的平均粒径小于约250纳米。
36.如权利要求24所述方法，其特征在于，所述至少一种催化剂的浓度为至少约5份/万亿份，即ppt。
37.如权利要求24所述方法，其特征在于，所述至少一种催化剂的浓度为至少约10ppt。
38.如权利要求24所述方法，其特征在于，所述至少一种催化剂的浓度为至少约20ppt。
39.如权利要求24所述方法，其特征在于，所述至少一种催化剂的浓度为至少约25ppt。
40.如权利要求24所述方法，其特征在于，所述至少一种催化剂的浓度为至少约50ppt。
CN200910207973A 2008-10-29 2009-10-28 液体环境中碳氧化物和/或硫氧化物的捕集 Pending CN101721899A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10922208P 2008-10-29 2008-10-29
US61/109,222 2008-10-29
US12/577,806 2009-10-13
US12/577,806 US20100104492A1 (en) 2008-10-29 2009-10-13 Carbon oxide and/or sulfur oxide capture in a liquid environment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101721899A true CN101721899A (zh) 2010-06-09

Family

ID=42117698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910207973A Pending CN101721899A (zh) 2008-10-29 2009-10-28 液体环境中碳氧化物和/或硫氧化物的捕集

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20100104492A1 (zh)
EP (1) EP2204227A3 (zh)
JP (1) JP2010104988A (zh)
CN (1) CN101721899A (zh)
AU (1) AU2009227917A1 (zh)
CA (1) CA2683246A1 (zh)
NZ (1) NZ580456A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104245091A (zh) * 2012-04-17 2014-12-24 西门子公司 通过使用正电性金属还原烟道气来实施节能脱硫和脱碳的方法和设备
CN104428051A (zh) * 2012-05-15 2015-03-18 泰恩河畔纽卡斯尔大学 碳捕获

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2628525A1 (en) * 2010-06-03 2013-08-21 I.D.E. Technologies Ltd. Flue gas treatment and permeate hardening
WO2013089380A1 (ko) * 2011-12-15 2013-06-20 포항공과대학교 산학협력단 축합중합 반응을 이용한 이산화탄소의 고정방법, 이에 의해 형성된 고분자 재료, 이 고분자 재료로부터 탄소 회수 방법 및 이 탄소 회수 방법을 통해 생성된 흑연
WO2016014491A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-28 Ohio State Innovation Foundation Composite membranes for separation of gases
KR102217708B1 (ko) * 2016-06-28 2021-02-22 살라만드라 존 엘티디. 공기 처리 시스템 및 방법
CN114279807A (zh) * 2021-12-27 2022-04-05 苏州思萃同位素技术研究所有限公司 一种固化放射性碳同位素的方法和装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4151263A (en) * 1977-07-29 1979-04-24 Air Products And Chemicals, Inc. Removal of sulfur oxides from gases by scrubbing with ammoniacal solutions
US6180012B1 (en) * 1997-03-19 2001-01-30 Paul I. Rongved Sea water desalination using CO2 gas from combustion exhaust
US6037307A (en) * 1998-07-10 2000-03-14 Goal Line Environmental Technologies Llc Catalyst/sorber for treating sulfur compound containing effluent
AU5568099A (en) * 1998-08-18 2000-03-14 United States Department Of Energy Method and apparatus for extracting and sequestering carbon dioxide
JP3954009B2 (ja) * 2003-08-18 2007-08-08 財団法人地球環境産業技術研究機構 炭酸ガスの固定化方法
US7947239B2 (en) * 2004-05-04 2011-05-24 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Carbon dioxide capture and mitigation of carbon dioxide emissions
US7727374B2 (en) * 2004-09-23 2010-06-01 Skyonic Corporation Removing carbon dioxide from waste streams through co-generation of carbonate and/or bicarbonate minerals
US7799120B2 (en) * 2005-09-26 2010-09-21 The Regents Of The University Of Michigan Metal-organic frameworks with exceptionally high capacity for storage of carbon dioxide at room-temperature
IL172305A0 (en) * 2005-12-01 2006-04-10 Clue As A method for the combined production of a sulfur oxide containing product and a fertilizer
US20070154373A1 (en) * 2006-01-05 2007-07-05 Envirosolv Energy Llc Methods for regenerating oxidants used for removing pollutants from a gas stream

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104245091A (zh) * 2012-04-17 2014-12-24 西门子公司 通过使用正电性金属还原烟道气来实施节能脱硫和脱碳的方法和设备
CN104245091B (zh) * 2012-04-17 2016-12-07 西门子公司 通过使用正电性金属还原烟道气来实施节能脱硫和脱碳的方法和设备
CN104428051A (zh) * 2012-05-15 2015-03-18 泰恩河畔纽卡斯尔大学 碳捕获

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010104988A (ja) 2010-05-13
NZ580456A (en) 2011-04-29
CA2683246A1 (en) 2010-04-29
EP2204227A3 (en) 2012-04-25
EP2204227A2 (en) 2010-07-07
US20100104492A1 (en) 2010-04-29
AU2009227917A1 (en) 2010-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101721899A (zh) 液体环境中碳氧化物和/或硫氧化物的捕集
RU2446871C2 (ru) Совместно проводимый химический процесс
CN102217152B (zh) 气液接触器和排放物清洁系统及方法
CN101553430A (zh) 用于降低流体的co2浓度的方法和设备
AU2009296245B2 (en) Indirect and direct method of sequestering contaminates
WO2009012338A1 (en) Waste treatment and energy production utilizing halogenation processes
KR20100105860A (ko) Ｃｏ2 분리 방법
CN103949144B (zh) 一种净化含有二氧化硫的烟气的方法及装置
CN100443137C (zh) 含氨氮废水雾化闪蒸脱氨方法
AU2010201373A1 (en) System and methods for processing CO2
CN103221114A (zh) 从气流中俘获二氧化碳和/或二氧化硫的方法和系统
GB1577365A (en) Gas-liquid contacting method and apparatus
CN102438732A (zh) 从烟气中去除污染物和温室气体的方法和系统
US8167979B2 (en) High efficiency, non-toxic scrubbing system and method for removing carbon dioxide from a gas
de Luna et al. Operating pH influences homogeneous calcium carbonate granulation in the frame of CO2 capture
EP3895785A1 (en) Unit for desalination and greenhouse gas sequestration
CN101983098A (zh) 加工co2的系统和方法
Dong et al. Effect of nanoparticles on desulfurization/regeneration performance of deep eutectic solvent based nanofluid system
KR20180101543A (ko) 연도 가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 방법 및 장치
WO2010104402A1 (en) Method and system for gas capture
CN201196110Y (zh) 汽车尾气净化装置
CN102992322B (zh) 用于固定二氧化碳的系统
GB2573124A (en) Near zero emission exhaust system
CN110452741B (zh) 生物质气化气相脱焦方法、液相脱焦方法及联合脱焦方法
KR102039719B1 (ko) 배기 오염물질 처리장치

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CI01 Publication of corrected invention patent application

Correction item: Applicant

Correct: Babcock & Wilcox Power Generation|ohio

False: Babcock & Wilcox Power Generat|ohio

Number: 23

Volume: 26

CI02 Correction of invention patent application

Correction item: Applicant name

Correct: Babcock & Wilcox Power Generation

False: Babcock & Wilcox Power Generat

Number: 23

Page: The title page

Volume: 26

ERR Gazette correction

Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: BABCOCK + WILCOX POWER GENERATION GROUP, INC: OHIO STATE, THE US TO: BABCOCK + WILCOX POWER GENERATION: OHIO STATE, THE US

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20100609