CN101878059A - 捕获和长期封存二氧化碳的方法和装置 - Google Patents

捕获和长期封存二氧化碳的方法和装置 Download PDF

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Abstract

从气体混合物中收取CO2，并将从大气中捕获的CO2作为碳酸钙封存地质时期的使用方法，并且提供用于碳捕获和封存的CO2洗涤器。所述CO2洗涤器引入含水泡沫以使液体与气体的表面积以及气态CO2与氢氧化钙溶液之间的接触时间最大化。所述CO2洗涤器降低液体和混合气体的温度，提高气泡上的环境压力和气泡内的蒸气压，使气体通过泡间壁从具有高蒸气压的小气泡扩散到具有低蒸气压的大气泡中，并且减少所述气泡内CO2分子的平均自由程，从而提高CO2的溶解度和气态CO2从气体混合物到氢氧化钙溶液中的溶解速率。

Description

捕获和长期封存二氧化碳的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请是2007年3月28日提交的美国专利申请序列号11/729,253的部分连续申请。本申请要求如下美国临时申请的优先权和权益：
1)2007年11月27日提交的美国序列号61/004,446
2)2007年12月11日提交的美国序列号61/007,213。
发明背景和内容
气候变化政府间组织(IPCC)认为全球平均温度的升高与地球大气中二氧化碳(CO2)浓度的升高有关。化石燃料的人为燃烧和随之释放的CO2被认为是对全球平均温度升高的现行速率有贡献的因素之一。
碳捕获和封存(CCS)的实际解决方案将消耗大量的自然资源，将该自然资源与CO2结合以产生可以循环回到生产中或者销售以补偿CCS成本的商品，同时提供CO2从大气中的长期封存。
地球地壳中以质量计第五最丰富的元素钙也是在地球表面上最广泛分布的矿物之一。在天然状态下，钙与氧(O2)反应形成不稳定的氧化钙。氧化钙在与二氧化碳(CO2)接触时反应，形成非常稳定的碳酸钙(CaCO3)。
不稳定的氧化钙在天然状态下不存在，而必须人工合成产生。氧化钙通过如下产生：加热石灰石，从碳酸钙中升华CO2以形成氧化钙和气态CO2。对于本文所述的CCS过程来说，氧化钙生产期间释放的气态CO2在地质学上被封存。从环境方面看来，可靠地生产的氧化钙被从生产地点运送到CCS地点。
氧化钙与水消和时形成氢氧化钙(Ca(OH)2)。氢氧化钙在溶解在水中时解离为钙离子(Ca++)和氢氧根离子(OH-)。当CO2与溶液中的钙离子和氢氧根离子接触时，不溶的且非常稳定的碳酸钙(CaCO3)从溶液中沉淀出来。
碳酸钙沉积物用作涂料中的填充剂、塑料中的填料、用于酸性土壤和水中和、坡度稳定化、用作可流动填充物、无机物填料、和波兰特水泥的混合物。碳酸钙(石灰石)无机物填料提高混凝土混合物中集料(aggregate)和水泥之间的结合强度；提高用于建造道路、跑道和出租车道、桥梁、坝和水库的混凝土的负载承受能力、耐磨性以及减少其渗透性。石灰石无机物填料作为经混合的、预制的和自固化的混凝土被广泛地用于上述应用。石灰石无机物填料由于其纯的碳酸钙组成产生始终为白色的产品，使石灰石填料成为理想的适合预制或建筑用就地浇铸的混凝土产品。石灰石通常加工成3和10两种不同的级别，其颗粒尺寸分别为1.4～3.2微米和3.2～10微米。来自CO2洗涤器的石灰石无机物填料颗粒的直径也比典型的1型波兰特水泥集料的直径小，从而通过减少对粘合材料的需要而实现节约。
在2005年，水凝水泥(hydraulic cement)的全球产量为23亿公吨。在水之后，水泥是人类第二最通常使用的商品。
发明领域
总的来说，本发明涉及CO2捕获和封存。具体地说，本发明涉及独特的气泡柱反应器/洗涤器，并且教导了用于有效地从气体混合物分离CO2和对被捕获的CO2进行矿物封存的新方法。
现有技术
在2005年3月29日发布的题为″Method and Apparatus for Filtering an AirStream using an Aqueous Froth together with nucleation″的美国专利6,872,240中，Pellegrin描述了含水泡沫空气(AFA)过滤器，并且教导了“进入的空气流被特殊设计的润湿器喷嘴产生的细雾所饱和，所述喷嘴使进入的空气流快速过饱和”和“所述过滤器内受控的条件能够形成较小的微液滴和蒸气而不会存在在自然中出现的蒸发的限制、抵消效应”。在“冷的、优选金属表面上”冷却气泡，并且强调的关键操作点是“空气中的亚微米污染物起到引起非均质成核的凝结核的作用，有效地将污染物包围在空气流体气溶胶中”。
在现有技术的利用成核的AFA过滤器的放大替换实施方式中(参见美国专利6,872,240的图10)，在气泡柱的底部、贮液器表面之下产生气泡，并且沿向上的方向行进通过气泡柱。随着气泡向上行进通过气泡柱或随着气泡柱向上行进，该气泡上的环境压力和气泡内的蒸气压连续下降。因此没有引入气泡上或气泡内增加的压力来最大化溶液中气体的吸收。
在本发明的CO2洗涤器中，气泡通过泡沫发生器在气泡柱顶部产生并向下流动。当各气泡随着反应室中的气泡柱向下流动时，该气泡上的环境压力持续增加。随着环境压力的增加，气泡的直径减小，气泡壁上的张力增加，并且气泡内的蒸气压增加，如LaPlace规则所述。在本发明的CO2洗涤器中，气泡内包封的包括气态CO2的气体通过具有不同体积和不同蒸气压的相邻气泡之间的公共气泡壁进行扩散。具有相对较高蒸气压的相对较小气泡中的气体通过公共气泡壁扩散到具有相对较大体积和相对较低蒸气压的气泡中。因此，本发明的CO2洗涤器引入气泡上和气泡内增加的压力，以使氢氧化钙溶液中气态CO2的吸收最大化。
在现有技术的利用成核的AFA过滤器中(即美国专利6,872,240)，进入的空气流“被特殊设计的润湿器喷嘴产生的细雾所饱和”，并且所述气泡内的微液滴通过非均相成核产生，气泡内蒸气到液体的相变沉积在悬浮于空气中的冷凝核上。在利用成核的AFA过滤器中，液体和蒸气在“冷的、优选金属表面上”冷却，并且所述微液滴通过过滤器的反应室中气泡内过饱和蒸气到液体的相变形成。
在本发明的CO2洗涤器中，过滤溶液优选在将该溶液泵送到泡沫发生器之前被冷却。当混合气体、溶液液滴和气泡通过泡沫发生器中的一系列饱和筛网板时，通过之前筛网板上的破裂气泡和破碎液滴形成的微液滴被包含在接续的下一筛网板上再形成的气泡内。在形成本发明时气泡内包含的微液滴为较大液体结构体的碎片，而不是蒸气到液体的物理状态的相变结果。在本发明中，微液滴包含在气泡内并且所述气泡在离开泡沫发生器之前形成。
在利用成核的AFA过滤器中(即美国专利6,872,240)，当气体引入到过滤溶液表面之下时形成气泡，然后所述气泡通过机械装置冷却以在所述气泡内引发蒸气在空气中悬浮的冷凝核上的非均相成核。在气泡已进入成核室之后，在所述气泡的内部形成微液滴。
在本发明的CO2洗涤器中，溶液在进入泡沫发生器之前被冷却。当部分气泡破裂并形成时，气泡内包含宽范围的微液滴半径，包括凯尔文极限微液滴。离散体积的相对热的干燥混合气流、以及相对冷的微液滴和蒸气包封在相对冷的气泡内。相对热的气体使气泡内的凯尔文极限微液滴蒸发。虽然最小量的微液滴蒸发，但氢氧化钙溶液中的水在膨胀为蒸气时体积提高到一千六百(1600)倍，从而提高气泡内的蒸气压。气体的显热转化为潜热，使水分子从液体膨胀为气体，明显冷却气泡内的气体。当包封相对热气体的气泡壁中大量相对冷液体使所述气体冷却时，迫使达到了气泡内的露点。冷凝蒸气对于类似的液体表面具有亲和性，在形成气泡不久之后蒸发为蒸气的液体最初在形成期间原来包封在气泡内的微液滴上冷凝，从而随着时间的推移增加气泡内微液滴的质量和直径。
在利用成核的AFA过滤器中(即美国专利6,872,240)，将混合气流通过扩散机构引入到过滤溶液储器的表面之下。必须通过气体压力除去气体出口端口之上的溶液重量，产生跨越扩散机构的相对高的压力降。在溶液储器中形成大的气泡，其快速上升通过泡沫柱，并且建立通过该泡沫柱的稳定通道以使部分气流绕过与溶液的液体-气体接触。随着泡沫柱高度的增加，跨越扩散机构的压力降增加。因此在利用成核的AFA过滤器中，重力加速度不用于减少产生气泡柱所需的能量。
在本发明的CO2洗涤器中，通过气泡柱之上反应室顶部上的泡沫发生器产生气泡。将溶液泵送到该泡沫发生器以使筛网板的组件饱和。迫使包含气态CO2的混合气体流通过饱和的筛网板以产生气泡柱。所述气泡向下投射到反应室中。在本发明的CO2洗涤器中，所述筛网板定位成与混合气体流垂直并且与重力加速度垂直，减少了迫使溶液和气流通过筛网板所需的能量。此外，气泡柱的液体泡沫基体在反应室中形成流体塞，防止了气体绕过或者通过气泡柱。当气泡柱从所述反应室中流出时，在该反应室的顶部形成相对低的空气压力。气泡柱中储存的势能部分转化为从反应室中流出的气泡柱的动能，并且部分转化为作为气泡柱的从筛网板中引出的混合气流和溶液的动能。由此，在本发明的CO2洗涤器中，引入重力加速度以减少产生气泡柱所需的能量。
现有技术
利用CO2 压缩的埃康胺FG+胺型CO2 捕获系统
在现有技术的单乙醇胺(MEA)洗涤器中，烟道气进入接触器塔并且上升通过下降的胺溶液。CO2和H2S通过与贫胺溶液的化学反应除去。经纯化的烟道气从该塔的顶部流出。富胺溶液现在带有被吸收的酸性气体：CO2和H2S。贫胺溶液从加热阶段返回以强制释放酸性气体，并且带有CO2和H2S的富胺溶液流过换热器来加热该富胺。然后，酸性气体富胺通过再沸器提供的热量在再生蒸馏柱中进一步加热。上升通过该蒸馏柱的蒸汽释放H2S和CO2，并再生胺。将从所述富胺中分离的蒸汽和酸性气体冷凝和冷却。经冷凝的水在回流罐中分离并将返回所述蒸馏塔。将热的、再生的贫胺在溶剂空中冷却器中冷却并且循环回接触器塔，完成循环。
缺点：
反应热高、需要高的再生能量；除去/lb的CO2需要1500～3500Btu
低压蒸汽使发电设备效率减少20～40％
设备劣化和腐蚀；需要10ppm硫
高投资和操作成本
发明内容
本发明包括从气体混合物中高选择性地分离气态CO2和将CO2从大气中封存地质时期的方法，并且描述了用于碳捕获和封存的气泡柱反应器/洗涤器。从直接来自大气、来自燃烧后的烟道气、和来自释放作为过程结果的气态CO2的过程的混合气体流捕获和封存气态CO2。筛网板组件被含有钙离子(Ca++)和氢氧根离子(OH-)的溶液饱和。迫使包含气态CO2的混合气体流通过所述饱和的筛网组件以形成含水泡沫，其中所述泡沫的气泡在它们内部体积填充有离散体积的混合气体。使至少一些气泡破裂和再形成，所述破裂的气泡形成许多具有不同半径(包括凯尔文极限半径)的微液滴，其中各再形成气泡包封离散体积的所述气流、离散数量的所述溶液微液滴、和离散体积的溶液蒸气。通过限制所述筛网板上孔的尺寸来限制在氢氧化钙溶液中形成的所述气泡的尺寸，从而形成无数均匀的小气泡，从而使所述CO2分子、所述微液滴、和所述无数小气泡的内表面和外表面之间的接触最大化。
所述溶液优选在其流过所述饱和的筛网板之前被冷却。当所述气泡向下移动通过所述反应室时，经冷却的溶液对包封在所述气泡内的气体进行冷却。当相对热的气体使微液滴蒸发时，显热转化为潜热以将氢氧化钙溶液的分子分离到气体中，从而明显冷却气泡内的气体。虽然蒸发的微液滴是小的，但氢氧化钙溶液中的水当气化时其体积提高到一千六百(1600)倍，从而提高气泡内的蒸气压。所述气流通过气泡柱向下携带通过反应室以增加该气流与无数小气泡之间的反应时间，和增加含水泡沫的环境压力，从而分别降低气泡的体积和提高CO2分子的溶解度。使气泡的体积最小化以减少气泡内表面与气泡内微液滴之间的距离，从而减少气泡内CO2分子的平均自由程，以提高CO2分子与氢氧化钙溶液的表面碰撞的速率，从而提高CO2的溶解速率。CO2分子溶解在溶液中，CO2分子与溶液中的钙离子(Ca++)和氢氧根离子(OH-)反应形成碳酸钙(CaCO3)分子，并且碳酸钙从溶液中沉淀出来。
因此，本发明的CO2洗涤器从气体混合物中高选择性地分离气态CO2，并且将CO2从大气中作为碳酸钙封存地质时期。
目的和优点
本发明的目的和优点是使气体混合物中气态CO2与氢氧化钙溶液之间的氢氧化钙溶液的液体-气体(liquid-to-gas)表面积最大化，以促进来自混合气体流的CO2分子到氢氧化钙溶液中的溶解。
本发明的另一目的和优点是使混合气体流中的气态CO2与氢氧化钙溶液之间的接触时间最大化，以促进来自混合气体流的CO2分子到氢氧化钙溶液中的溶解。
本发明的另一目的和优点是使至少一些气泡破裂和再形成，所述破裂的气泡形成许多具有不同半径的微液滴，其中各再形成的气泡包封离散体积的混合气流、离散数量的所述溶液微液滴、和离散体积的溶液蒸气。
本发明的另一目的和优点是降低混合气体的温度，以促进来自混合气体流的CO2分子到氢氧化钙溶液中的溶解。
本发明的另一目的和优点是提高氢氧化钙溶液的气泡外的环境压力和气泡内的蒸气压，以促进来自混合气体流的CO2分子到氢氧化钙溶液中的溶解。
本发明的另一目的和优点是通过减少气泡体积以减小各气泡内表面与各气泡内微液滴之间的距离，使气泡内CO2分子的平均自由程最小化，以使CO2分子与用于形成气泡和微液滴的溶液之间的接触最大化。
本发明的另一目的和优点是使机械结构最小化同时使液体与气体接触面积最大化，以使CO2从气体混合物中的去除最大化同时使形成钙沉积物的机会最小化。
附图说明
图1展示了本发明的碳捕获洗涤器的主视图。
图2展示了CO2洗涤器的顶视图。
图3展示了CO2洗涤器的泡沫发生器的主视图。
图4展示了微液滴的形成和包封到气泡中。
图5展示了沉降槽的三度投影，和
图6展示了具有沉淀物加工的CCS系统的顶视图。
具体实施方式
图1显示本发明的实施方式，其包括气泡柱CO2反应器/洗涤器5和从气体混合物中分离气态CO2的方法。CO2洗涤器设计成通过如下方式使CO2在氢氧化钙溶液中的溶解度最大化：使液体-气体界面面积以及混合气体与氢氧化钙溶液之间的曝露时间最大化，同时提高气泡上的环境压力和提高气泡内的蒸气压。所述CO2洗涤器降低气体和氢氧化钙溶液的温度，同时也降低气泡的体积以及CO2分子的平均自由程。所述CO2洗涤器还设计成使形成钙沉积物的机会最小化。
气体进口导管
如图1和2所示，气体进口导管6的封闭端6a附近设置有多个气体出口端口7a、7b、7c和7d，该气体进口导管6位于反应室10的顶部。多个气体出口端口7a～7d与多重泡沫发生器41～44的多个气体进口端口41a、42a、43a、44a连接并且与它们建立流体连通。含有气态二氧化碳的气流9流过进口导管6并且进入到泡沫发生器41～44中。
氢氧化钙溶液
氢氧化钙(固体)溶解在水中以生产用于湿法碳捕获洗涤器的优选氢氧化钙溶液。颗粒尺寸范围应该为5微米～10微米(其中95％低于45微米)以促进氢氧化钙(固体)在溶液中的溶解。氢氧化钙溶液由每升水约0.8克氢氧化钙(0.8gm/L)和柔和非阴离子表面活性剂组成，所述量的氢氧化钙提供碱度为约pH 11.5的溶液并且所述表面活性剂减小该溶液的表面张力以形成气泡。
氢氧化钙溶液分配系统(图1和图2)包括主溶液供应管51、溶液泵52、垂直溶液供应管53、溶液分配歧管54、和多个溶液分配管55。具有进口端口和出口端口的氢氧化钙溶液泵52位于脱水室60之上。泵52的进口端口与来自换热器(图1和2中未示出)的主溶液供应管51连接并且与其建立流体连通。垂直溶液供应管53在下端与溶液泵52的出口端口连接，并且在上端与反应室10顶部的溶液分配歧管54连接并且与其建立流体连通。溶液分配歧管54包括进口端口和多个出口端口。溶液分配歧管54在进口端口处与垂直溶液分配管53的出口端口连接。溶液分配歧管54的多个出口端口55中各个出口端口与在泡沫发生器42中的喷雾喷嘴溶液分配管例如管56(图3)连接。各个泡沫发生器41～44类似地与歧管54连接。
CO2 选涤器
图1的CO2洗涤器包括具有上部反应室部分11、下部反应室部分12、和水下部分15的垂直、延长的不锈钢反应室罐10。沉降槽90连接到反应室罐10的水下部分15。具有封闭顶部14的垂直反应室罐10通过水平的、大体上为矩形的脱水室60与具有开口顶部的垂直圆柱状排气管(exhauststack)70连接。脱水室60的公共逐渐向下倾斜的底部61与反应室10水下部分15和沉降槽90的倾斜底部98在沿沉降槽90中的淤浆通道92的总体方向上形成连续的混合斜坡。
泡沫发生器
泡沫发生器41～44位于反应室10的顶部14上。泡沫发生器42在图3中示出并且包括鼓风机45、溶液进口端口56、溶液分配管56a、多个低压(55psi)喷雾喷嘴56b、筛网板组件80和具有筛网板组件支承轨道81、82的泡沫出口端口49。
高容量鼓风机45包括未示出的组件，包括电动机、涡轮、以及具有气体进口端口和气体出口端口的蜗壳。电动机通过机械装置赋予涡轮旋转运动。涡轮位于蜗壳内，并且包括桨叶片、浆叶、翼、或其它转化电动机的旋转运动的机械装置，以提高气流9的压力。蜗壳上的气体进口端口与气体进口导管6上的多个气体出口端口之一连接，并且与其建立流体连通。蜗壳的气体出口端口与筛网板组件80上的气体进口端口建立流体连通。
溶液进口端口56与多个低压(55psi)喷雾喷嘴56b的溶液分配管连接，并且与其建立流体连通。各喷雾喷嘴包括溶液进口端口和多个溶液出口端口56c。所述溶液进口端口与溶液分配管56连接，并且与其建立流体连通。溶液出口端口56c位于喷雾喷嘴56b的封闭端附近，并且形成与圆柱状喷雾喷嘴56b的直线轴垂直的、且同心的辐射状图案。所述喷雾喷嘴56b的溶液出口端口56c定位于邻近筛网板组件80的顶部的第一筛网板86。由喷雾喷嘴喷射出溶液的辐射状图案产生的圆形区域与混合气流9垂直，与筛网板87平行，并且与柱状喷雾喷嘴56b的直线轴同心。
可去除的筛网板组件80在位于泡沫发生器42的泡沫出口端口49内的支承轨道81、82之上，并且包括框架83、进口端口84、出口端口85、多个隔片(未示出)、和多个丝线-筛网板87。泡沫发生器和筛网板的进一步描述于母案专利申请11/729,253中，其作为参考引入本文。所述筛网板包括多个2毫米～25毫米的筛网孔，它们分布在该筛网板产生气泡的区域上。筛网板87位于矩形框架83中并且定位成筛网孔区域与混合气体9流垂直。各个后续的筛网板87平行前一筛网板87并且位于其下面。多个筛网板组装在可从泡沫发生器中除去的框架83中。取决于应用的规模和气流9的流速，筛网板87通过隔片(未示出)分离开5毫米～0.5米。筛网板组件80的出口端口在泡沫发生器的泡沫出口端口49的内部，并且与其建立流体连通。泡沫发生器的泡沫出口端口49与反应室10的上部11连接并且与其建立流体连通。
反应室
反应室10为垂直圆柱状室，其具有支撑泡沫发生器41～44的阵列的封闭顶部14、上部11、与脱水室60的进口端口62连接的下部12、和与沉降槽90的进口端口97连接的水下部分15。反应室10包括在泡沫发生器41～44下面的多个泡沫进口端口、具有流动控制阀20的通风孔19、和带角度的下壁部分18。
可调节的出口板110与电动机111连接并且通过电动机111驱动向上或向下。可调节板110控制进入脱水室60的开口62的尺寸。板110可完全关闭开口62，例如在启动时。
多个进口端口在反应室10与多个泡沫发生器41～44的多个出口端口之间建立流体连通。通风孔19位于反应室的顶部，并且当通风孔19中的流动控制阀20打开时在反应室10与大气之间建立流体连通。能调节的端口62位于反应室10的底部，并且当出口板110可调节地打开时在反应室10与脱水室60之间建立流体连通。电动机111与齿轮机构(未示出)连接，该齿轮机构与能调节的出口板110连接并且将电动机111的旋转运动转化为能调节的出口板110的垂直平移运动。
氢氧化钙溶液的表面99构成反应室12下部的底部和反应室10水下部分15的顶部边界。反应室罐10的壁形成反应室10水下部分15的相对高能流体动力水流和沉降槽90的相对平静流体动力水流之间的隔板95。
反应室10水下部分15中的底部98从脱水室60的泡沫进口端口62的底部以沿沉降槽90向下的方向30°～45°(图示为30°)的坡度延伸至沉降槽90中淤浆通道92的开头。底部98的平面切过脱水室60、和反应室罐壁与沉降槽90的垂直平行壁93、94的交叉部分之间的反应室罐壁的底部。反应室10水下部分15的底部98的平面延伸到圆柱状壁95下面，从而产生开口97并且建立反应室10的水下部分15与沉降槽90之间的流体连通。反应室10的水下部分15与沉降槽90之间的开口97的垂直中心轴定位成与沉降槽90的主溶液出口端口102的垂直中心轴成180°，并且与反应室10的泡沫出口端口62的垂直中心轴成180°。
脱水室
脱水室60为大体为矩形的室，其位于反应室10的下部段12与排气管70之间。室60具有倾斜底部61、低压(125psi)脱水溶液泵64、喷雾喷嘴分配管65、多个低压(125psi)喷雾喷嘴66。矩形泡沫进口端口62具有比相对方形的气体出口端口63的竖直轴长的竖直轴。脱水室60的顶部是水平的。通过脱水室的底部61形成10°～20°向下(负的)斜坡。
脱水泵64位于脱水室60的顶部。泵64与主溶液供应管51连接。泵64与脱水室60内的多个脱水喷雾喷嘴66连接。多个喷雾喷嘴66中的每一个在喷嘴末端具有与脱水室60中的大气建立流体连通的喷雾出口端口。
排气管
垂直排气管70位于水平脱水室60的末端，并且包括进口端口、出口端口、换热器线圈和翼型除雾器(未示出)。排气管70通过进口端口63与脱水室60流体连通。排气管70的顶部通过出口端口向大气敞开。来自主溶液供应管中换热器(未示出)的换热器线圈(未示出)安装在排气管的上壁内。安装具有带锐角的、接近梯形的不锈钢翼的翼型除雾器(未示出)，使其圆形区域与排气管的直线轴同心并且与其垂直，从而与气流9垂直。
沉降槽
如图5所示，沉降槽90的平行的、垂直的平行壁93、94与反应室罐以彼此180°连接，并且与反应室10水下部分15和沉降槽90之间的出口端口97的垂直中心轴以90°连接。沉降槽中两个平壁93、94的带角度的下部93a、94a分别向淤浆通道92的方向倾斜30°～45°(图示为45°)。在与带角度的平行壁93a、94a的底部平行的沉降槽90的底部上形成粗沉淀物淤浆收集通道92。淤浆出口端口103位于垂直中心直线轴上，靠近沉降槽90的垂直平端壁91的底部。该淤浆出口端口103与淤浆出口管(未示出)连接并且与其建立流体连通。主溶液流动出口端口102位于沉降槽90的垂直平端壁91的中心竖直轴上，接近顶部。沉降槽90的顶部向大气敞开。
操作
本发明包括CO2洗涤器，和从气体混合物中将气态CO2作为碳酸钙分离的方法。所述CO2洗涤器引入氢氧化钙溶液以高选择性地与溶解的CO2反应，并且从溶液中沉淀出碳酸钙，并且该洗涤器设计成使气态CO2在溶液中的吸收最大化并同时使形成钙沉积的机会最小化。
用含有钙离子(Ca++)和氢氧根离子(OH-)的氢氧化钙溶液使筛网板组件80(图3)中多个筛网板87上的多个网孔饱和。迫使包含气态CO2的混合气流9通过所述饱和的筛网组件80以形成含水泡沫，其中所述泡沫的氢氧化钙气泡在它们的内部体积填充有离散体积的混合气体。使至少一些所述气泡破裂和再形成，所述破裂的气泡形成许多具有不同半径的包括凯尔文极限微液滴(图3)的微液滴31，其中各再形成气泡包封离散体积的气流9、离散数量的溶液微液滴31、和离散体积的溶液蒸气。通过限制筛网板87上孔的尺寸来限制形成的气泡的尺寸，从而形成无数均匀的小气泡32，从而使CO2分子、微液滴31、所述无数小气泡32的内表面和外表面之间的接触最大化。
微液滴的凯尔文极限是环境条件下微液滴半径的极限，此时该微液滴由于微液滴表面的极度弯曲引起的蒸气损耗而导致开始不可逆的蒸发。具有宽微液滴直径分布的氢氧化钙微液滴31，包括凯尔文极限微液滴，包含于再形成的气泡32(参见图3)中。
当凯尔文极限微液滴气化时，显热转化为潜热，将氢氧化钙溶液的分子分离到气体中，从而冷却气泡中的气体。氢氧化钙溶液中的水当气化时其体积增加到一千六百(1600)倍，从而提高气泡内的蒸气压。气流9通过气泡柱30向下携带通过反应室10，从而提高气流9与无数小气泡32之间的反应时间，并且提高气泡上的环境压力，从而减小气泡的尺寸和提高CO2分子的溶解度。通过减小气泡的体积以减小气泡内表面与气泡32内微液滴31之间的距离，使气泡内CO2分子的平均自由程最小化，从而提高CO2分子与氢氧化钙溶液表面碰撞的速率。CO2分子与溶液之间提高的碰撞速率提高了CO2的溶解速率。因此，本发明的CO2洗涤器使气态CO2在氢氧化钙溶液中的溶解最大化。该溶液中携带的CO2分子通过CO2分子与溶液中钙离子(Ca++)和氢氧根离子(OH-)的反应形成碳酸钙(CaCO3)分子，并且从所述溶液中沉淀出碳酸钙。
气体进口导管
气体进口导管6将包含气态CO2的混合气体流9输送通过位于气体进口导管6的封闭端6a附近的多个气体出口端口7a～7d到达多个泡沫发生器41～44的多个气体进口端口41a、42a、43a、和44a。
氢氧化钙溶液
氢氧化钙(固体)溶解在水中以产生优选用于湿法碳捕获洗涤器的氢氧化钙溶液。颗粒尺寸范围为5微米～10微米(其中95％低于45微米)以促进氢氧化钙(固体)在溶液中的溶解。将氢氧化钙以0.8克/升的浓度与柔和非阴离子表面活性剂一起溶于水中，所述浓度的氢氧化钙将该氢氧化钙溶液的碱度提高到大约11.5，所述表面活性剂用于减小该溶液的表面张力以形成氢氧化钙的气泡。表面活性剂的浓度决定气泡的寿命。调节表面活性剂浓度，使得大部分气泡持续足够长的时间，以从泡沫发生器41～44到脱水室60包封混合气体9，但通过从脱水室60中的喷雾喷嘴66的喷射液滴冲击而脱水。
将氢氧化钙溶液冷却到至少比混合气流9的相对高温低20℃的相对低温，并且从氢氧化钙溶液泵52泵送通过垂直溶液供应管53到反应室10顶部14之上的溶液分配歧管54。该溶液分配歧管54将氢氧化钙溶液分配到反应室10顶部14上的多个泡沫发生器41～44。将氢氧化钙溶液从溶液分配歧管54分配到溶液分配管55。通过溶液分配管55中的流动控制阀58调节溶液到泡沫发生器41～44的流动。在周期性日常维护期间，可以停止溶液到泡沫发生器41～44的流动以取出和替换筛网板组件80。
CO 2 洗涤器
本发明的CO2洗涤器设计成使CO2在氢氧化钙溶液中的溶解最大化，同时使提供形成钙沉积的机会的机械结构最小化。在CO2洗涤器之前冷却氢氧化钙溶液，以提高CO2的溶解度。所述CO2洗涤器利用氢氧化钙溶液微液滴31和氢氧化钙溶液含水泡沫的气泡32内的蒸气来包封包含气态CO2的混合气体流9。气泡32内的相对热气体使最小的微液滴气化，将显热转化为潜热，从而冷却气泡32内的气体。气化的微液滴31将它们的体积膨胀为它们液体体积的1600倍，从而提高气泡32内的蒸气压。气泡柱30向下流动通过反应室10，提高了气泡上的环境压力，减小了气泡体积，并且提高了气泡32内的蒸气压。包封在气泡内的包含气态CO2的气体通过不同体积的相邻气泡之间的压差扩散通过公共气泡壁。随着气泡体积的减小，CO2分子的平均自由程减小，从而提高气态CO2溶解到氢氧化钙溶液中的速率。因此，CO2洗涤器使气态CO2在氢氧化钙溶液中的溶解最大化。溶解的CO2与溶液中的钙离子和氢氧根离子反应，并且从溶液中沉淀出碳酸钙。
气泡柱30形成如下的含水泡沫基体：普拉特奥边界、含水泡沫的相邻气泡之间的泡间壁与普拉特奥边界接点之间的交叉部分、三个或更多个普拉特奥边界的交叉部分，它们构成了随着气泡柱30流动的错综复杂地互连的流体结构体。含水泡沫基体以几何级数地增加氢氧化钙溶液的液体-气体界面面积。随着气泡柱30形成并携带沉淀物通过反应室10到CO2洗涤器底部的氢氧化钙溶液罐，所述液体泡沫基体不断地自我补充。氢氧化钙溶液99的表面在下部反应室12的底部构成反应室10水下部分15的顶部，并且在脱水室60的底部形成脱水室60的水下部分的顶部。气泡柱30的泡沫基体中悬浮的沉淀物直接沉淀到反应室10和脱水室60底部的氢氧化钙溶液中，以使形成钙沉积物的机会最小化。水力流，以及脱水室60中底部61、98和反应室10的水下部分15的斜坡将沉淀物运送到沉降槽90。因此，本发明的CO2洗涤器设计成使钙沉积的形成机会最小化。
泡沫发生器
含有气态CO2的混合气体流9从气体进口导管6流入位于垂直反应室10顶部14的多个泡沫发生器41～44中。混合气流9通过蜗壳的进口端口进入各泡沫发生器41～44。涡轮的叶片和蜗壳的形状提高气流的压力，从而迫使混合气体和氢氧化钙溶液通过筛网板组件80，以迫使得混合气流9和氢氧化钙溶液通过筛网板组件80。
氢氧化钙溶液通过泡沫发生器41～44的喷雾喷嘴分配管55中的溶液进口端口分配到喷雾喷嘴56b。喷雾喷嘴分配管55将溶液供应给多个低压喷雾喷嘴56b。低压(55psi)喷雾喷嘴56b以围绕该喷雾喷嘴周围的辐射状图案通过喷雾喷嘴中的出口端口56c分配溶液，以使用氢氧化钙溶液来饱和筛网板87。
用含有与气态CO2反应的钙离子(Ca++)和氢氧根离子(OH-)的氢氧化钙溶液使各泡沫发生器41～44中的筛网板组件80饱和。迫使具有气态CO2的混合气流9在较高的压力下从蜗壳的出口端口通过筛网板组件80的进口端口84。迫使混合气体9通过饱和的筛网板组件80的网孔以形成气泡柱30。
通过迫使混合气流9和氢氧化钙溶液通过筛网板87形成的气泡尺寸与筛网板87中孔的尺寸成正比。通过限制筛网板87上孔的尺寸来限制形成气泡的尺寸，形成无数均匀的小气泡32，从而使所述CO2分子、溶液微液滴31、以及所述气泡的内表面和外表面之间的接触最大化。迫使气泡32通过筛网板组件80中的出口端口85离开筛网板87，随后离开泡沫发生器的出口端口49，并且通过反应室10顶部14中的泡沫进口端口。
重力加速度减少了迫使混合气流9和氢氧化钙溶液通过筛网板组件80所需的能量。当气流9迫使溶液通过泡沫发生器41～44的饱和的筛网板87时产生了气泡。在混合气体、氢氧化钙溶液液滴31、气泡32、微液滴和蒸气通过网孔并依次通过筛网板组件80中的筛网板87时气泡形成、破裂，并且再形成。包括气态CO2的混合气体、氢氧化钙溶液微液滴31和蒸气包含于再形成的气泡32内。当迫使溶液和混合气体通过后续的筛网板87时，通过破裂气泡壁的液体碎片和由于混合气流9而碎裂成微液滴的液滴形成悬浮在气泡内气体中的微液滴，并且所述微液滴包含在再形成的二次气泡中。气泡32向下喷射到反应室10中。
反应室
反应室10设计成使CO2在氢氧化钙溶液中的溶解度最大化并且使形成钙沉积物的机会最小化。CO2的溶解度与压力成正比，并且与温度成反比。
混合气体被包封在氢氧化钙溶液中的气泡内以提高混合气体9与无数氢氧化钙溶液气泡32之间的接触时间。相对热的干燥混合气流9使气泡内的凯尔文极限微液滴气化，提高气泡内的蒸气压，并且冷却了气泡内的气体。组成液体泡沫基体的经冷却氢氧化钙溶液冷却气泡中的混合气体。当气泡内的气体冷却时，最开始已气化的液体冷凝回液体。冷凝的蒸气对于类似的液体表面具有亲和性，并且冷凝在悬浮于气泡内气体中的微液滴上，以及冷凝在气泡的壁上。
当反应室10被气泡32填充时，通风孔19中的流动控制阀20打开，并且反应室10中的空气通过通风孔19置换入大气中。当反应室10用气泡填充到预定体积时，通风孔19中的流动控制阀20关闭，切断了反应室10与通过通风孔19的大气之间的流体连通。
如图1所示的氢氧化钙气泡柱30形成氢氧化钙泡沫基体，该氢氧化钙泡沫基体将反应室10的直径填充至预定高度，并且在反应室10中形成流体塞，防止气体绕过或者通过气泡柱30。通过使用电动机111和齿轮机构(未示出)升起可调节出口板110，打开泡沫出口端口62。由于重力加速度和泡沫发生器41～44中鼓风机45的相对高空气压的作用，气泡柱30开始从反应室10流到脱水室60中。反应室10中带角度的下壁部分18使反应室10另一侧上气泡柱30的流动沿泡沫出口端口62的方向从泡沫出口端口62偏离。
正常运行期间，通风孔19中的流动控制阀20是关闭的，防止空气从大气中通过通风孔19进入反应室10。通过利用来自反应室10底部的泡沫出口端口62的气泡流动平衡来自泡沫发生器41～44的气泡流动来讲反应室10顶部的相对低的空气压和反应室10的泡沫体积维持在预定水平，以维持反应室10中恒定垂直的压力梯度。
CO2的溶解度与压力成正比。反应室10中气泡柱30的流动从反应室10顶部的泡沫发生器41～44向下到达反应室10底部的脱水室60，以通过之上气泡柱30的重量提高气泡上的环境压力。随着气泡在反应室10中向下移动它们变得越来越小，如图1所示。环境压力的提高减少了气泡内能用于混合气体的体积并且提高了气泡内的蒸气压，从而提高气态CO2在氢氧化钙溶液中的溶解度。随着气泡内能用于混合气体的体积的减少，CO2分子在与溶液表面的各碰撞之间所必须行进的距离按比例地减少，在与溶液表面的各碰撞之间所必须行进的分子平均自由程减少，以更快的速率提高CO2在溶液中的浓度。
气泡内的蒸气压与气泡壁上的张力成正比，并且与气泡的半径成反比(拉普拉斯定律)；因此气泡越小，则气泡内的蒸气压越高。包封在泡沫的气泡内的混合气体通过不同体积的相邻气泡之间的压差扩散通过公共气泡壁。具有相对高蒸气压的小气泡将它们包括气态CO2的混合气体体积通过公共气泡壁扩散进入具有较低蒸气压的较大气泡中。
溶解的CO2分子与溶液中的钙离子和氢氧根离子反应以形成碳酸钙分子，并且从溶液中沉淀出碳酸钙。
氢氧化钙溶液的液体表面99有助于气泡柱30从反应室10流动进入脱水室60中，并且不提供形成钙沉积物的机会。当气泡柱30通过气泡柱30的重量从反应室10流到脱水室60中时，在反应室10的顶部产生相对低的空气压力。
反应室10顶部相对低的空气压力减少了鼓风机45迫使混合气流9和氢氧化钙溶液通过筛网板组件80所需的能量。通过利用来自反应室10底部泡沫出口端口62的气泡流动平衡来自泡沫发生器41～44的气泡流动来控制反应室10顶部相对低的空气压力和反应室10中泡沫的体积。
反应室10的水下部分15位于反应室10下面，以使形成钙沉积物的机会最小化。角度30°的底部98在反应室10圆筒下面延伸，导致沉淀物向下流动到沉降槽90中。
来自反应室中排出的泡沫基体、脱水室60中喷雾喷嘴66和脱水气泡的溶液和流体动力能量的满流(full flow)通过反应室10的水下部分15。反应室10的水下部分15中氢氧化钙溶液的体积大于脱水室60中的水下部分，并且小于沉降槽90中溶液的体积，逐渐减少溶液能得到的能量以将大量沉淀物保持悬浮。通过反应室10水下部分15的氢氧化钙溶液的流体动力能量状态使几乎大部分的大量沉淀物保持悬浮。大部分沉淀物以悬浮方式被携带进入到沉降槽90中。从反应室10中的溶液沉降出的大量沉淀物的绝大部分在倾斜底部98上聚集成非常松散地固结的块体，并且，由于局部不稳定性，沿着带角度的底部98掉入沉降槽90的底部。
脱水室
当气泡柱流到脱水室60中时，通过喷射的喷雾液滴与来自位于脱水室60顶部多个喷雾喷嘴66的气泡的壁的冲击使所述气泡脱水。从所述气泡释放的气体从脱水室60流到排气管70中。包含于所述气泡中的沉淀物沉积到脱水室60底部的氢氧化钙溶液中以使形成钙沉积物的机会最小化。脱水室中溶液的表面与反应室10形成公共底部，其有助于气泡从反应室10流动到脱水室60中。
通过CO2洗涤器的溶液的主要流动是从反应室10顶部的泡沫发生器41～44和脱水室60中的喷雾喷嘴66进入脱水室60底部的溶液中和反应室10水下部分15中。来自脱水气泡和脱水室60顶部的喷雾喷嘴66的溶液流的流体动力能量在脱水室60的水下部分中相对少量的氢氧化钙溶液中集中。相对高的能量将在较低能的流体动力学条件下会从溶液中沉淀出来的大量沉淀物运送到反应室10的水下部分15中。溶液从含水泡沫产生、反应室10中含水泡沫基体的排出、脱水室60水下部分的10°～20°角度(图示为10°)倾斜底部、反应室10和沉降槽90的30°～45°角度(图示为30°)底部98的水下部分15流动通过CO2洗涤器的流体动力能量将沉淀物从脱水室60的水下部分运送通过反应室10的水下部分15和沉积到沉降槽90中。
沉降槽
沉降槽90中降低的流体动力能量将大量碳酸钙沉淀物从悬浮的细沉淀物分离。大量沉淀物从悬浮液中沉降出来，并且通过冲积过程沉积在沉降槽90底部的淤浆通道92中。较少量的沉淀物保持悬浮。从沉降槽90中的溶液中沉降出来的、不是直接在淤浆通道92之上的沉淀物沿着沉降槽90的平行壁93、94的下部93a、94a的45°角侧壁滑动或掉下。沉降槽90的静水压推动粗沉淀物淤浆通过粗沉淀物淤浆端口103。量较少的沉淀物保持悬浮并从沉降槽90流动通过主溶液流动端口102。
排气管
从脱水室60中破裂气泡释放的气体进入排气管70。在排气管70相对增加的直径中，可供气流携带微液滴的能量降低。夹带在气流9中的大量微液滴通过重力分离而除去。较少量的微液滴通过位于排气管70顶部的除雾器的带锐角的、接近梯形的翼上的惯性撞击而从气流9中除去。已经洗涤至少部分气态CO2的混合气流9释放到大气中。
操作原理
用于CCS的本发明包括CO2洗涤器和从气体混合物分离气态CO2的方法。CO2洗涤器设计成使气态CO2在溶液中的吸收最大化。CO2洗涤器引入氢氧化钙溶液高选择性地与溶解的CO2反应，并且从溶液中沉淀出碳酸钙。
将溶液冷却，并且提高气泡上的环境压力和气泡内的蒸气压，以提高CO2的溶解度。通过将气流和氢氧化钙溶液的微液滴包封在无数均匀的小氢氧化钙气泡内，使气态CO2与氢氧化钙溶液之间的液体-气体比和曝露时间最大化。气泡柱向下流入反应室，结合重力加速度以减小迫使气流通过饱和的筛网板以产生气泡柱所需的能量。当气泡向下流入反应室中时，气泡上的环境压力增加，提高了气泡壁的张力，并由此提高了气泡内的蒸气压。包含在气泡内的包括气态CO2的气体通过不同体积的相邻气泡之间的压差扩散通过公共气泡壁。气体从具有相对高蒸气压的相对较小气泡扩散到具有相对低蒸气压的相对较大气泡中，迫使CO2溶解到溶液中。
通过冷凝减小气泡的体积并且提高悬浮在气泡内空气中氢氧化钙微液滴的直径，使液体-气体接触最大化并且减小CO2分子在与氢氧化钙溶液的表面碰撞之前必须行进的平均自由程，从而分别使CO2的溶解度和CO2的吸收速率最大化。利用碳酸钙的沉淀，将溶解的CO2从大气中封存地质时期。将碳酸钙沉淀物加工并且将其出售用于无机填料、酸性土壤中和、坡度稳定化、可流动填充物、和用于波兰特水泥的混合物。混凝土是在水之后人类最常使用的商品。高纯形式的沉淀碳酸钙(PCC)用于工业过程中以制造纸张、塑料、食品、和药品。出售作为碳酸钙沉淀物回收的CO2收回至少一部分的CCS成本。
氧化钙工厂位于地质学上有利的位置，该位置接近石灰石储藏、天然气储藏、天然气分配管道，和/或该位置具有有利于地质封存在制造氧化钙期间释放的CO2的条件。在石灰窑中加热石灰石，驱除CO2以形成氧化钙。制造氧化钙期间释放的CO2气体被地质学上封存用于在含盐含水层、不可开采的煤层中、或者冠岩底层之下进行强化油田开采(EOR)、强化煤层甲烷开采(ECMR)、原位碳酸化。将对环境负责任地制造的氧化钙从制造地点运送到CCS地点。为了直接从大气中除去CO2，CCS操作可以位于与氧化钙工厂相同的在地质学上有利的位置。
在CCS的地点，用水熟化氧化钙以产生氢氧化钙(固体)。将氢氧化钙溶解在水中以产生氢氧化钙溶液。
当制备氢氧化钙和氢氧化钠溶液时释放大量的热。
在氢氧化钙的情况下，反应如下：
CaO+H2O→Ca(OH)2(aq)+热量
通过焓变确定在氢氧化钙的情况下释放的热量为65.3kj/mol。
在氢氧化钠的情况下，反应如下：
NaO+H2O→NaOH(aq)+热量
通过焓变确定在氢氧化钠的情况下释放的热量为44.5kj/mol。
20℃在水中氢氧化钙和氢氧化钠的溶解度分别为0.165gm/100ml和111gm/100ml。氢氧化钙相对较低的溶解度并不阻碍获得快速吸收二氧化碳所需的pH(＞10)。
出于动力学的考虑，使用氢氧化钙来捕获CO2时必须特别注意。如Brinkman等人[1]讨论的那样，反应速率强烈依赖于pH。存在两种形成碳酸氢盐的机理。一种情况下，首先形成碳酸：
CO2(aq)+H2O→H2CO3(aq)，随后其分解
H2CO3+H2O→H3O++HCO3 -
不存在催化剂的情况下碳酸形成步骤是相对慢的反应。
当pH＞8时，涉及第二机理：
CO2(aq)+OH-→HCO3 -，其具有快的反应速率。
然后通过如下步骤进行两种机理以形成碳酸钙：
HCO3 -+H2O→H3O++CO3 -
Ca+++CO3 --→CaCO3
当pH＞10时，第二机理是主导的，因此高pH对于使用氢氧化钙溶液捕获CO2是最佳的。
因此，在本发明的CO2洗涤器中，氢氧化钙溶液碱度的操作范围是pH 8.0以上，然而，最佳的操作范围为pH 10.0以上，从而使溶解的CO2到碳酸盐的快速反应占主导。在氢氧化钙溶液中，溶解在1升水中的0.8克氢氧化钙(0.8gm/L)产生pH约11.5的溶液。随着CO2分子与钙离子和氢氧根的结合，溶液的pH减小。溶液吸收CO2的能力与溶液的pH成正比。直接从大气中除去气态CO2的氢氧化钙溶液的最佳碱度范围为pH 11.0～11.5，以确保在相对低的大气CO2浓度下快速反应速率主导反应。后加工气体和后燃烧烟气可具有高浓度的气态CO2，并且对于氢氧化钙溶液在反应室中的时间来说可以要求高的初始碱度以具有通过快速反应(pH 10.0以上)连续吸收CO2的能力。
在本发明的CO2洗涤器的最佳碱度范围内运行可导致在所有曝露的部件上结垢。朗格利尔饱和指数(LSI)可能是最广泛使用的水垢潜力指示。它是平衡指数并且只与碳酸钙水垢形成和生长的热力学驱动力有关。它表示pH为主要变量时水垢形成和生长的驱动力。为了计算LSI，需要了解碱度(mg/l，以CaCO3计)、钙硬度(mg/l Ca2+，以CaCO3计)、总的溶解的固体(mg/l TDS)、实际pH、和水的温度(℃)。如果未知TDS但是已知电导率，可以估算mg/LTDS。LSI定义为：
LSI＝pH-pHs
其中：
pH为测得的水的pH，
pHs为方解石或碳酸钙饱和时的pH，并且定义如下：
pHs＝(9.3+A+B)-(C+D)
其中：
A＝(Log10[TDS]-1)/10
B＝-13.12×Log10(℃+273)+34.55
C＝Log10[以CaCO3计的Ca2+]-0.4
D＝Log10[以CaCO3计的碱度]
由于保持高碱度以强化CO2分子从混合气体通过溶液相到悬浮的碳酸钙的转移，所以本发明的CO2洗涤器设计成使该CO2洗涤器的机械结构上形成钙沉积物的机会最小化。在错综复杂的机械结构中，筛网板组件是CO2洗涤器中氢氧化钙溶液与包括气态CO2的混合气体接触的唯一点。可取出的筛网板组件设计成在常规周期维护期间取出和替换。使用弱酸清洗筛网板并且在下一次计划的常规维护期间重新组装和替换。从反应室顶部到沉降槽的CO2洗涤器具有使形成钙沉积物的机会最小化的最小机械结构。反应室底部的氢氧化钙溶液表面构成反应室水下部分的顶部，并且脱水室底部的氢氧化钙溶液的表面形成脱水罐水下部分的顶部。气泡柱的泡沫基体中悬浮的沉淀物直接沉积到反应室和脱水室底部的氢氧化钙溶液中以使形成钙沉积物的机会最小化。脱水室水下部分和反应室水下部分中底部的水力流和斜坡将沉淀物运送到沉降槽。因此，本发明的CO2洗涤器设计成使形成钙沉积物的机会最小化。
引入重力加速度以减小泡沫发生器迫使混合气流和氢氧化钙溶液通过筛网板所需的能量。定位泡沫发生器的饱和的筛网板，使得它们的发泡面积与反应室的直线轴垂直，从而引入重力加速度以部分地迫使混合气体和氢氧化钙溶液通过筛网板。当反应室填充有气泡时，在气泡柱中储存势能。随着气泡柱从反应室中流出，势能部分转化为从反应室流出的气泡柱的动能，部分转化到通过泡沫发生器的筛网板抽出的混合气体和溶液，以及通过低压部分抽入反应室的含水泡沫。因此，引入重力加速度以减少本发明的CO2洗涤器所需的能量。
在本发明的CO2洗涤器中，将含有气态CO2的混合气体的连续流和氢氧化钙溶液的连续流带到一起以提供碳捕获和封存。CO2洗涤器设计成使气态CO2从混合气流到进入氢氧化钙溶液中的传质最大化。
气流中CO2分子与氢氧化钙溶液之间的传质与CO2的溶解度成正比。CO2的溶解度受到许多因素的影响：液体-气体表面积、CO2气体与氢氧化钙溶液之间的曝露时间、液体和CO2气体的温度、与液体的流体压力有关的CO2蒸气压、泡沫的相邻气泡之间的蒸气压差、以及CO2分子在碰撞之间必须行进的平均自由程。
通过在氢氧化钙溶液的气泡内包封混合气流，以几何级数地提高了氢氧化钙溶液的液体-气体表面积。迫使氢氧化钙溶液通过反应室顶部多个泡沫发生器中的筛网板组件。当气泡逐渐行进通过筛网板组件的单独筛网板时，部分气泡破裂并且再形成。当部分气泡再形成并行进通过筛网板时，具有宽半径分布的氢氧化钙微液滴包含于气泡中，所述氢氧化钙微液滴是通过由与气流的空气动力摩擦引起的破裂气泡壁和较大液滴的破碎，以及氢氧化钙蒸气形成的。通过泡沫发生器中气泡破裂和液滴破碎而引入到气泡中的微液滴包括凯尔文极限微液滴。微液滴的凯尔文极限是由于微液滴表面的极度弯曲引起的蒸气损耗而使微液滴经历不可逆蒸发时的直径。相对温热的干燥混合气流使气泡内的凯尔文极限微液滴气化，提高气泡内的蒸气压。
气泡的湿内表面和外表面以及微液滴的表面积提供气体分子在气流和氢氧化钙溶液之间相间传递的主要区域。通过筛网板中孔的尺寸限制气泡的尺寸。混合气流、氢氧化钙溶液、和筛网板上的小开孔产生无数均匀的小气泡。
通过在氢氧化钙溶液的气泡内包封包括气态CO2的混合气体来最大化气流中CO2与氢氧化钙溶液之间的曝露时间。离散体积的混合气体包含在来自反应室顶部泡沫发生器的氢氧化钙溶液的气泡内，直到所述气泡通过脱水室中液滴的喷射而破碎。
CO2的溶解度与温度成反比。当形成气泡时，包封在气泡内的离散体积的相对热的干燥混合气体使凯尔文极限液滴气化。当氢氧化钙溶液中的水气化时，其体积膨胀1600倍。相对热的气体的显热转化为使氢氧化钙溶液分子从液体物理状态分离为气体物理状态所需的潜热。此外，在所述溶液引入到泡沫发生器中之前换热器将氢氧化钙溶液冷却，以提高CO2的溶解度。通过冷却的氢氧化钙溶液来冷却气泡内温热干燥的气体，所述冷却的氢氧化钙溶液构成泡沫基体、气泡柱中相邻气泡的交叉气泡间壁和交叉边缘连接部分。随着气泡内混合气体的冷却，冷凝的蒸气对于类似的液体表面具有亲和性并且提高气泡内空气中微液滴的质量和直径。
CO2的溶解度与压力成正比。提高各气泡内的蒸气压以增加CO2在氢氧化钙溶液中的溶解度。当气体在液体上的蒸气压高于该液体的静水压时，所述液体吸收的分子多于可以从该液体中逃逸的分子，并且所述液体中气体的浓度随着时间增加。通过气泡内相对热的干燥混合气体来气化凯尔文极限微液滴。气泡内氢氧化钙溶液中的水的体积膨胀1600倍，提高所述气泡内的蒸气压。
垂直的泡沫柱产生垂直的压力梯度，其随着气泡被气泡柱的流动向下携带而提高。提高的压力减小了气泡半径，并且提高了气泡内的蒸气压。此外，Pierre LaPlace(1749-1847)教导了，气泡内的蒸气压与气泡壁的表面张力成正比，并且与半径成反比(气泡的拉普拉斯定律)。气泡半径越小，则气泡内的蒸气压越高。当由于环境压力的提高气泡的直径减小时，气泡内的蒸气压增加。使用氢氧化钙含水泡沫从气体混合物中分离CO2的固有优点在于，泡沫小室之间的压力差驱动气体扩散通过泡壁(导致泡沫结构体粗化)。具有较高蒸气压的较小气泡将它们的气体体积扩散通过泡壁到较大的气泡中。本发明的CO2洗涤器相对于现有技术的优点在于，引入气泡内蒸气压的额外提高，并且如拉普拉斯定律所述的，气体通过气泡壁的扩散。提高各气泡内的蒸气压以提高CO2在氢氧化钙溶液中的溶解度。
由于环境压力增加而减小的气泡半径与由于冷凝而提高的气泡内微液滴表面积的结合，减小了气泡内可供气体使用的体积，从而减小CO2分子在碰撞之间必须行进的平均自由程。随着分子的平均自由程的减小，CO2分子与氢氧化钙溶液表面之间的碰撞速度提高，从而提高CO2到氢氧化钙溶液中的溶解速率。
CO2是水溶性的并且溶解在水溶液中直至饱和点。在含水的氢氧化钙溶液中，溶解的CO2与溶液中的钙离子和氢氧根离子反应，形成不溶的碳酸钙。碳酸钙从溶液中沉淀出来进入悬浮状态。随着溶解的CO2与溶液中钙离子和氢氧根离子反应，溶解的CO2从溶液中除去，使得更多的气态CO2溶解到氢氧化钙溶液中。CO2的溶解、CO2分子与溶液中钙离子和氢氧根离子的反应、以及碳酸钙从溶液中沉淀出来阻碍了CO2使溶液饱和。CO2分子从气流通过液相成为悬浮状态的固体碳酸钙，并且使气态CO2连续溶解到氢氧化钙溶液中。
因此，本发明的CO2洗涤器使CO2在氢氧化钙溶液中的溶解度最大化，以最大化地从气体混合物中捕获气态CO2。
沉淀进入悬浮液的碳酸钙实现了从混合气体的收集中捕获气态CO2和从大气中长期以矿物方式封存捕获的CO2。细的沉淀物悬浮液和粗的沉淀物淤浆进一步进行加工以从溶液中分离碳酸钙沉淀物。
带有沉淀物加工的CCS系统
在图6带有沉淀物加工的CCS系统中，通过传送带将氧化硅从轨道车120供应到溶液制备区130中的氧化钙保存料斗122。将氧化钙运送到氢氧化钙混合罐124，在这里用水对氧化钙进行熟化以产生氢氧化钙(固体)。放热反应的热量用于干燥最终沉淀物加工阶段中的沉淀物。通过排气管70释放余热。
将氢氧化钙运送至混合氢氧化钙溶液的补充罐126，将pH和表面活性剂水平131调节到最佳的操作范围，并且将主溶液返回流160循环回到补充罐126。
氢氧化钙溶液从补充罐126流到氢氧化钙操作储库128中。操作储库128中的氢氧化钙溶液补充碱度和表面活性剂水平，并且通过管道输送到与脱水室60相邻的换热器132。将所述溶液从换热器132泵送到氢氧化钙溶液泵，通过垂直溶液供应管向上到达位于CO2洗涤器5的反应室顶部的溶液分配歧管。将氢氧化钙溶液与泡沫发生器的筛网板组件中的混合气流结合以在反应室中产生氢氧化钙气泡柱。
所述气泡柱填充反应室并且与CO2反应形成碳酸钙沉淀物。气泡壁中悬浮的碳酸钙沉淀物从反应室被带到脱水室60中。气泡脱水时从气泡中释放的气体通过排气管70释放到大气中。沉淀物通过来自喷雾喷嘴的发射喷洒液滴清洗到脱水室60的水下部分中。脱水室60的水下部分和反应室的水下部分中的水力流将悬浮的沉淀物带入到沉降槽90中。在沉降槽90中，大量沉淀物沉积到槽底部的淤浆通道中，较少量的沉淀物保持悬浮。
较少量的沉淀物悬浮液从沉降槽90通过主溶液流动管102流到细沉淀物加工区140中的接收罐141中。细沉淀物加工以连续的模式进行，其中细沉淀物悬浮液从接收罐141流到泡沫浮选罐145中。引入到罐子底部多个喷嘴(未示出)的压缩空气用气泡填充泡沫浮选罐145。悬浮在溶液中的部分沉淀物通过气泡被带到浮选罐145顶部的含水泡沫中。所述气泡通过罐子顶部的形状导向进入到接收桶147中。接收桶147顶部中的喷雾喷嘴使气泡脱水，并且使剩余的细沉淀物淤浆通过接收桶147的漏斗部分进入到西门子J-VAC型，即结合了高压隔膜板压滤机/真空干燥器150。在压滤机150中从淤浆中挤压溶液，形成滤饼。来自围绕氢氧化钙混合罐124的换热器125的热水将空气加热至约80℃。将热空气抽吸通过滤饼以利用部分真空干燥它们。将滤饼从压滤机150转移到西门子旋转滚筒干燥器153。来自围绕氢氧化钙混合罐124的换热器125的热水将滚筒干燥器153中的空气加热至约80℃。将滤饼进一步干燥和翻转以分离单独的颗粒。将干燥的细沉淀物运送到轨道车155用于销售或循环。
主氢氧化钙溶液流从泡沫浮选罐145中流出并且进入到主溶液返回管160中。所述溶液流过主溶液返回管160到达补充罐126。为形成滤饼而从淤浆挤压出的溶液流流入细淤浆溶液返回管、主溶液返回管160，然后流入补充罐126。将碱度、表面活性剂浓度调节为最佳范围并且通过所述系统将氢氧化钙溶液循环回去。
迫使粗沉淀物淤浆从沉降槽90底部的淤浆出口端口103排出，通过淤浆管171进入到粗沉淀物加工区170的初级接收罐172中。粗沉淀物加工以间歇模式进行，随着时间的推移接收罐172通过来自沉降槽90的流动被部分填充，然后将淤浆的体积排空到粗淤浆沉降槽175中。粗沉淀物从淤浆中沉淀出来，进入被泵送至接收桶177的浓缩淤浆中。经浓缩的粗沉淀物淤浆从接收桶177中流过接收桶177的叉状漏斗部分，进入两个西门子J-VAC型中的一个，即结合了高压隔膜板压滤机/真空干燥器150中的一个中。压滤机操作同时提供用于粗沉淀物淤浆的脱水和干燥的两种途径。从滤饼中挤压溶液。来自围绕氢氧化钙混合罐124的换热器125的热水将空气加热至约80℃。将热空气抽吸通过滤饼以将它们干燥。将滤饼从压滤机150转移到两个西门子旋转滚筒干燥器153之一。来自围绕氢氧化钙混合罐124的换热器125的热水将滚筒干燥器153中的空气加热至约80℃。将滤饼进一步干燥和翻转以分离单独的颗粒。将干燥的粗沉淀物运送到轨道车155用于销售或循环。
来自粗沉淀物淤浆的氢氧化钙溶液从淤浆沉降槽175流入二级加工管181中。为形成滤饼从淤浆挤压出的溶液流流到淤浆溶液返回管中、流到二级加工管181中，然后流到二级加工接收罐183。二级淤浆加工180以间歇模式运行，随着时间的推移接收罐183大部分被来自淤浆沉降槽175的溶液流动填充，然后将溶液的体积排空到二级粗淤浆沉降槽185中。填充二级接收罐183时从溶液中沉降出来的大量沉淀物被静水压强迫通过淤浆返回管184进入初级粗沉淀物淤浆接收罐172。当二级接收罐183被部分填充时，来自二级接收罐183的溶液体积大部分都转移到二级沉降槽185中。静水压迫使从二级沉降槽185的溶液中沉淀出来的粗沉淀物通过淤浆返回管184进入初级粗沉淀物淤浆接收罐172。在二级接收罐183的溶液反复转移到二级沉降槽185中的制备中，当溶液体积填充了二级接收罐183的大部分时，来自二级沉降槽185的具有悬浮细沉淀物的溶液体积大部分通过溶液转移管187转移到高pH罐188中。高pH罐188中具有悬浮细沉淀物的溶液通过二级溶液返回管190转移到在细沉淀物加工区140起始处的主溶液流动管135。来自高pH罐188的细沉淀物悬浮液的主流与来自CO2洗涤器5中沉降槽90的细沉淀物悬浮液一起进行加工。在低pH罐189中，对于返回环境的水，将碱度调节为约pH 7.0。
碳酸钙沉淀物出售用于无机物填料、酸性土壤中和、坡度稳定化、可流动填料、和波兰特水泥的混合物。纯化形式的沉淀碳酸钙(PCC)用于制造纸张、塑料、食品、和药品。来自回收CO2的碳酸钙商品的回收或销售至少部分抵消了CCS的成本。
其它实施方式
虽然本发明的优选形式使气泡在反应室中向下移动时冷却所述气泡内的气体，但是可实施本发明的优选度较低的形式无需冷却气泡或溶液。
本发明的CO2洗涤器可任选地引入氢氧化钠溶液用于CCS。通过氯化钠水溶液的电解，由氯碱法产生氢氧化钠。当CO2洗涤器采用氢氧化钠溶液时，反应产物为碳酸氢钠。氢氧化钠溶液可以与氢氧化钙溶液一起使用，或者任一种溶液可单独使用。可将氢氧化钾加入氢氧化钙或氢氧化钠溶液以加速、催化、或强化反应。
本发明的CO2洗涤器可使用含水碳酸钙悬浮液用于烟道气体脱硫(FGD)。将压缩空气(forced air)喷雾到反应室的水下部分中时，反应产物为硫酸钙。当CO2洗涤器与FGD组合使用时，FGD从混合气体中除去抑制碳酸钙在CO2洗涤器中沉淀的硫酸，并且所述FGD中碳酸钙悬浮液和硫酸之间的反应释放的气态CO2在混合气流中被携带到CO2洗涤器。来自CCS过程的碳酸钙沉淀物可用于制造用于FGD的含水碳酸钙悬浮液。
结论、分枝和范围
结论
本发明的CO2洗涤器包括如下功能和特征以相对于现有技术提高从气体混合物中除去气态CO2的效率。
混合气流中气态CO2与氢氧化钙溶液之间氢氧化钙溶液的液体-气体表面积以几何级数地提高，从而促进CO2气体与氢氧化钙溶液之间的传质。
烟道气流包封在气泡内以提高混合气流中气态CO2与氢氧化钙溶液之间的接触时间以促进CO2气体与氢氧化钙溶液之间的质量传递。
使至少部分气泡破裂和再形成，所述破裂的气泡形成许多具有不同半径的微液滴，其中各再形成气泡包封离散体积的所述气流、离散数量的所述溶液微液滴、和离散体积的溶液蒸气。
降低氢氧化钙溶液的温度以提高气态CO2在氢氧化钙溶液中的溶解度。
提高气泡内CO2的蒸气压以提高气态CO2在氢氧化钙溶液中的溶解度。
包括气态CO2的混合气体在不同压力的两个气泡之间通过氢氧化钙溶液的公共气泡壁从具有较高蒸气压的较小气泡扩散到具有较低蒸气压的相对较大气泡中。
氢氧化钙用于碱性溶液以与气态CO2反应，以收取作为反应产物的碳酸钙。
收回的CO2作为碳酸钙商品回收，出售该碳酸钙商品以收回至少部分CCS的成本。
分枝
本发明的CO2洗涤器可从大气、燃烧后的烟道气体、以及作为过程的结果释放CO2或作为生产的结果释放CO2的过程中直接除去CO2，。
本发明的CO2洗涤器可引入用于CCS的其它碱土金属氢氧化物溶液或者碱土金属氢氧化物溶液的混合物。
本发明的CO2洗涤器可引入含水碳酸钙悬浮液用于烟道气体脱硫(FGD)。将压缩空气喷雾到反应室的水下部分中时，反应产物为硫酸钙(石膏)。FGD石膏用于制造水泥和石膏板。
本发明的CO2洗涤器可与FGD集成以从混合气流中除去SOx和CO2。可由CO2洗涤器中的反应产物碳酸钙沉淀物制造含水碳酸钙悬浮液，并且在FGD中碳酸钙沉淀物和硫酸之间的反应期间释放的CO2气体在混合气流中被携带到CO2洗涤器。
范围
已经呈现了如上所述的示例性方法和设备以进行说明和描述，其不意图为穷尽的或者将本发明限制为公开的确切形式。可根据以上教导进行改进和变型。选择实施方式以最好地解释本发明和其实际应用，以便使本领域技术人员能够在各种实施方式中以及以适合于预期的具体应用的各种变型来最好地利用本发明。
本发明的范围由以下权利要求限定。

Claims (14)

1.从混合气流中捕获和封存气态二氧化碳(CO2)的方法，其中利用反应室并且所述反应室中的筛网板组件具有多个网孔，所述方法包括如下步骤：
用含有钙离子(Ca++)和氢氧根离子(OH-)的溶液使具有多个筛网板的所述筛网组件连续饱和，
使具有气态CO2的所述气流通过所述饱和的筛网组件以形成含水泡沫，其中所述泡沫的气泡在它们的内部体积填充有所述混合气体，
使至少一些所述气泡破裂和再形成，所述破裂的气泡形成许多具有不同半径的微液滴，其中各再形成气泡包封离散体积的所述气流、离散数量的所述溶液微液滴、和离散体积的溶液蒸气，
通过限制所述筛网板上孔的尺寸来限制在所述含水泡沫中形成的所述气泡的尺寸，从而形成无数均匀的小气泡，从而使所述CO2分子、所述微液滴、以及所述无数小气泡的内表面和外表面之间的接触最大化，
所述溶液在其流过所述饱和的筛网板之前被冷却，并且当所述气泡向下移动通过所述反应室时冷却所述气泡内的所述气体，
使所述含水泡沫和所述气流一起向下移动通过所述反应室以增加所述气流与所述无数气泡之间的反应时间并提高所述含水泡沫的压力，从而减小所述气泡的尺寸和提高进入所述溶液中CO2分子的溶解度，
通过降低所述气泡的体积以减少各气泡的所述内表面与各气泡内的所述微液滴之间的距离，使所述气泡内CO2分子的平均自由程最小化，从而使所述CO2分子与用于形成所述气泡和所述微液滴的所述溶液之间的接触最大化，
通过所述CO2分子与所述溶液中的所述钙离子(Ca++)和氢氧根离子(OH-)反应以形成碳酸钙(CaCO3)分子来捕获所述溶液中携带的CO2分子，和
从所述溶液中沉淀出所述碳酸钙。
2.权利要求1的方法，还包括如下步骤：
所述溶液在流过所述饱和的筛网板之前被冷却。
3.权利要求1的方法，其中所述反应室是延长的、垂直取向的室，其底部部分与水平的脱水室流体连通，并且其中能调节的出口板改变反应室与脱水室之间的开口的尺寸，所述方法还包括如下步骤：
能调节地改变所述反应室的下部和所述脱水室之间的开口的尺寸。
4.权利要求3的方法，还包括如下步骤：
在所述脱水室中使所述含水泡沫脱水，和
将所述经脱水的气流排到大气中。
5.权利要求1的方法，其中沉降槽定位于所述反应室下面，所述方法还包括如下步骤：
通过重力将所述沉淀的碳酸钙向下沉降到所述沉降槽中。
6.权利要求5的方法，还包括如下步骤：从所述沉降槽中连续地除去所述沉淀的碳酸钙。
7.权利要求1的方法，还包括如下步骤：通过使硫与悬浮液中的所述碳酸钙反应将所述硫从所述气流分离。
8.从混合气流中捕获和封存气态二氧化碳(CO2)的方法，其中利用反应室并且所述反应室中的筛网板组件具有多个网孔，所述方法包括如下步骤：
用含有钙离子(Ca++)和氢氧根离子(OH-)的溶液使具有多个筛网板的所述筛网组件连续饱和，
使具有气态CO2的所述气流通过所述饱和的筛网组件以形成含水泡沫，其中所述泡沫的气泡在它们的内部体积填充有所述混合气体，
使至少一些所述气泡破裂和再形成，所述破裂的气泡形成许多具有不同半径的微液滴，其中各再形成气泡包封离散体积的所述气流、离散数量的所述溶液微液滴、和离散体积的溶液蒸气，
通过限制所述筛网板上孔的尺寸来限制在所述含水泡沫中形成的所述气泡的尺寸，从而形成无数均匀的小气泡，从而使所述CO2分子、所述微液滴、以及所述无数小气泡的内表面和外表面之间的接触最大化，
使所述含水泡沫和所述气流一起向下移动通过所述反应室以增加所述气流与所述无数气泡之间的反应时间，并且提高所述含水泡沫的压力，从而减小所述气泡的尺寸和提高CO2分子进入所述溶液中的溶解度，
通过降低所述气泡的体积以减少各气泡的所述内表面与各气泡内的所述微液滴之间的距离，使所述气泡内CO2分子的平均自由程最小化，从而使所述CO2分子与用于形成所述气泡和所述微液滴的所述溶液之间的接触最大化，
通过所述CO2分子与所述溶液中所述钙离子(Ca++)和氢氧根离子(OH-)的反应以形成碳酸钙(CaCO3)分子来捕获所述溶液中携带的CO2分子，和
从所述溶液中沉淀出所述碳酸钙。
9.权利要求8的方法，包括如下步骤：当所述气泡向下移动通过所述反应室时冷却所述气泡内的所述气体。
10.权利要求8的方法，其中所述溶液在其流过所述筛网板之前被冷却。
11.权利要求8的方法，其中所述溶液包含氢氧化钙和氢氧化钾。
12.从混合气流中捕获和封存气态二氧化碳(CO2)的方法，其中利用反应室并且所述反应室中的筛网板组件具有多个网孔，所述方法包括如下步骤：
用氢氧化钠溶液使具有多个筛网板的所述筛网组件连续饱和，
使具有气态CO2的所述气流通过所述饱和的筛网组件以形成含水泡沫，其中所述泡沫的气泡在它们的内部体积填充有所述混合气体，
使至少一些所述气泡破裂和再形成，所述破裂的气泡形成许多具有不同半径的微液滴，其中各再形成气泡包封离散体积的所述气流、离散数量的所述溶液微液滴、和离散体积的溶液蒸气，
通过限制所述筛网板中孔的尺寸限制在所述含水泡沫中形成的所述气泡的尺寸，从而形成无数均匀的小气泡，从而使所述CO2分子、所述微液滴、以及所述无数小气泡的内表面和外表面之间的接触最大化，
使所述含水泡沫和所述气流一起向下移动通过所述反应室以增加所述气流与所述无数气泡之间的反应时间并且提高所述含水泡沫的压力，从而减小所述气泡的尺寸和提高CO2分子进入所述溶液中的溶解度，
通过降低所述气泡的体积以减少各气泡的所述内表面与各气泡内的所述微液滴之间的距离，使所述气泡内CO2分子的平均自由程最小化，从而使所述CO2分子与用于形成所述气泡和所述微液滴的所述溶液之间的接触最大化，
通过所述CO2分子与所述氢氧化钠溶液反应以形成碳酸氢钠分子来捕获所述溶液中携带的CO2分子，和
从所述溶液中沉淀出所述碳酸氢钠。
13.权利要求12的方法，还包括如下步骤：当所述气泡向下移动通过所述反应室时冷却所述无数气泡内的所述混合气体。
14.从混合气流捕获和封存气态二氧化碳CO2的设备，其中钙或钠离子和氢氧根离子与二氧化碳反应以形成作为沉淀物的碳酸钙或碳酸氢钠，所述设备包括：
具有上段和下段的垂直延伸的反应室，
定位于所述反应室的所述上段的筛网板阵列，
用于用含有钙或钠离子和氢氧根离子的溶液使所述筛网板连续饱和的装置，
定位于所述筛网板阵列之上的泡沫产生器装置，
将所述混合气流载入所述泡沫产生器装置的导管，
其中，所述泡沫产生器装置形成具有无数小气泡的含水泡沫，其中所述气泡的内部体积填充有来自含有气态二氧化碳的所述混合气流的气体，
用于冷却所述氢氧化钙或所述氢氧化钠溶液的装置，
用于当所述泡沫向所述反应室的所述下段移动时对所述含水泡沫进行加压以减小所述无数气泡的尺寸的装置，和
在所述反应室之下用于收集碳酸钙或碳酸氢钠沉淀物的沉降槽装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102225760A (zh) * 2011-03-22 2011-10-26 华北水利水电学院 基于金属氧化物-CaCO3吸收剂的煤燃烧CO2捕获方法和装置
CN109761341A (zh) * 2017-11-09 2019-05-17 上海果联国际贸易有限责任公司 薄液膜型气液混合管及薄液膜型气液混合装置
CN113931605A (zh) * 2021-11-05 2022-01-14 西安科技大学 一种煤炭深部地下气化后co2捕捉与封存方法
TWI784901B (zh) * 2022-03-24 2022-11-21 信昌宏工業股份有限公司 捕捉二氧化碳再利用裝置之運用方法
CN117654255A (zh) * 2024-01-31 2024-03-08 浙江大学海南研究院 基于海水的重复性高效固碳方法

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2659451C (en) 2007-06-28 2011-04-12 Calera Corporation Desalination methods and systems that include carbonate compound precipitation
US7753618B2 (en) 2007-06-28 2010-07-13 Calera Corporation Rocks and aggregate, and methods of making and using the same
KR20100105860A (ko) 2007-12-28 2010-09-30 칼레라 코포레이션 Ｃｏ2 분리 방법
US7754169B2 (en) 2007-12-28 2010-07-13 Calera Corporation Methods and systems for utilizing waste sources of metal oxides
US20100239467A1 (en) 2008-06-17 2010-09-23 Brent Constantz Methods and systems for utilizing waste sources of metal oxides
US7749476B2 (en) 2007-12-28 2010-07-06 Calera Corporation Production of carbonate-containing compositions from material comprising metal silicates
US7993500B2 (en) 2008-07-16 2011-08-09 Calera Corporation Gas diffusion anode and CO2 cathode electrolyte system
CA2700721C (en) 2008-07-16 2015-04-21 Calera Corporation Low-energy 4-cell electrochemical system with carbon dioxide gas
WO2010009273A1 (en) 2008-07-16 2010-01-21 Calera Corporation Co2 utilization in electrochemical systems
CN101868806A (zh) 2008-09-11 2010-10-20 卡勒拉公司 二氧化碳商品交易系统和方法
US7815880B2 (en) 2008-09-30 2010-10-19 Calera Corporation Reduced-carbon footprint concrete compositions
US7939336B2 (en) 2008-09-30 2011-05-10 Calera Corporation Compositions and methods using substances containing carbon
US8869477B2 (en) 2008-09-30 2014-10-28 Calera Corporation Formed building materials
US7771684B2 (en) 2008-09-30 2010-08-10 Calera Corporation CO2-sequestering formed building materials
US9133581B2 (en) 2008-10-31 2015-09-15 Calera Corporation Non-cementitious compositions comprising vaterite and methods thereof
TW201033121A (en) 2008-10-31 2010-09-16 Calera Corp Non-cementitious compositions comprising CO2 sequestering additives
EP2291550A4 (en) 2008-12-23 2011-03-09 Calera Corp ELECTROMECHANICAL LOW-ENERGY HYDROXIDE SYSTEM AND METHOD
US8834688B2 (en) 2009-02-10 2014-09-16 Calera Corporation Low-voltage alkaline production using hydrogen and electrocatalytic electrodes
CA2694959A1 (en) 2009-03-02 2010-09-02 Calera Corporation Gas stream multi-pollutants control systems and methods
US20100229725A1 (en) 2009-03-10 2010-09-16 Kasra Farsad Systems and Methods for Processing CO2
US7993511B2 (en) 2009-07-15 2011-08-09 Calera Corporation Electrochemical production of an alkaline solution using CO2
GB201012439D0 (en) * 2010-07-24 2010-09-08 Sevier David Process for capture of gases from gas streams
GB201120399D0 (en) 2011-11-25 2012-01-11 Air Fuel Synthesis Ltd Convertion of carbon dioxide
GB201120398D0 (en) 2011-11-25 2012-01-11 Air Fuel Synthesis Ltd Carbon dioxide convertion process
US9808757B2 (en) * 2012-06-04 2017-11-07 The Southern Company Systems and methods for sequestering CO2
US10030254B2 (en) 2014-09-11 2018-07-24 Drexel University Maximizing production of hydrogen from waste materials by active removal of hydrogen
CN108325381A (zh) * 2018-03-02 2018-07-27 金鑫来 一种高效工业废气过滤装置
US11708279B2 (en) * 2019-08-12 2023-07-25 Energy, United States Department Of Selective material recovery from solution
CN111729340B (zh) * 2020-07-30 2021-09-10 天津普莱化工技术有限公司 立体传质塔板用帽罩、低压降喷射塔板及其气液传质方法
JP7075152B1 (ja) 2021-08-31 2022-05-25 日本船舶表示株式会社 二酸化炭素の固定装置及び二酸化炭素の固定方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6345811B1 (en) * 1997-04-03 2002-02-12 China Petro-Chemical Corporation Combined packing-tray in a vapor-liquid contacting tower and a process for effecting operation with high capacity and high turndown ratio
US7722842B2 (en) * 2003-12-31 2010-05-25 The Ohio State University Carbon dioxide sequestration using alkaline earth metal-bearing minerals
EP1836127A1 (en) * 2004-07-19 2007-09-26 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for producing cac03 or mgc03
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
WO2007106883A2 (en) * 2006-03-15 2007-09-20 Carbon Trap Technologies, L.P. Processes and systems for the sequestration of carbon dioxide utilizing effluent streams

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102225760A (zh) * 2011-03-22 2011-10-26 华北水利水电学院 基于金属氧化物-CaCO3吸收剂的煤燃烧CO2捕获方法和装置
CN109761341A (zh) * 2017-11-09 2019-05-17 上海果联国际贸易有限责任公司 薄液膜型气液混合管及薄液膜型气液混合装置
CN113931605A (zh) * 2021-11-05 2022-01-14 西安科技大学 一种煤炭深部地下气化后co2捕捉与封存方法
CN113931605B (zh) * 2021-11-05 2022-08-02 西安科技大学 一种煤炭深部地下气化后co2捕捉与封存方法
TWI784901B (zh) * 2022-03-24 2022-11-21 信昌宏工業股份有限公司 捕捉二氧化碳再利用裝置之運用方法
CN117654255A (zh) * 2024-01-31 2024-03-08 浙江大学海南研究院 基于海水的重复性高效固碳方法
CN117654255B (zh) * 2024-01-31 2024-05-03 浙江大学海南研究院 基于海水的重复性高效固碳方法

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Publication number Publication date
AU2008330155A1 (en) 2009-06-04
WO2009070273A1 (en) 2009-06-04
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EP2214803A1 (en) 2010-08-11
CA2705454A1 (en) 2009-06-04

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