CN102186557A - 抑制全球变暖 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于抑制全球变暖的系统和方法。该系统包括具有主体部分的容器，用以容纳碱性金属氢氧化物并收集沉淀物。位于所述容器上的至少一个进口被用于将含有CO2的空气引入到碱性金属氢氧化物，这样，空气中的CO2可与碱性金属氢氧化物反应以减少空气中CO2的含量，并在容器的主体部分形成沉淀物。所述容器上的至少一个出口用于将CO2含量减少的空气释放到大气中。该系统还包括在压力作用下将含有CO2的空气注入到碱性金属氢氧化物的泵。

Description

抑制全球变暖
技术领域
本发明涉及抑制全球变暖的系统和方法，尤其涉及减少大气中的二氧化碳(CO2)气体。
背景技术
全球变暖对环境和人类生活的影响是多样的。有些已经造成了近年来气候的变化。海平面升高、冰川后退、北极圈缩小以及农业模式的改变都是全球变暖直接引起的，而次生效应和地区影响预计包括极端的天气现象、热带疾病的流行、生态系统中季节类型的时间变化以及对经济的巨大影响。这些问题已经引起了政治行动，通过支持相关提议来减缓、消除或适应全球变暖。
由全球变暖而引起的预期的气候变化可能会在未来陆地以及全球范围内产生大规模且可能是无法挽回的影响。这种可能性、程度以及具体时间都不确定并且还有争议，但有一些预期的气候变化的例子，包括给北大西洋输送暖流的海洋环流明显放缓、格陵兰岛和西南极洲冰床大面积减少、地球生物大气层的碳循环回馈引起的全球变暖加速，以及冻土带的陆地碳释放和海岸沉积物的水化物中的甲烷的释放。
许多自然和工业过程都产生温室气体。地球大气中的温室气体有助于通过温室效应调节全球温度。温室气体对于维持地球的温度是必不可少的，如果没有这些气体，地球将变得非常冷而无法居住。
但是，过多的温室气体使得地球的温度升高到危险的程度，从而促成了全球变暖。从工业革命开始，很多温室气体的浓度已增加。CO2的浓度大约增加了百万分之一百(parts-per-million，ppm)(即，从280ppm到380ppm)。前50ppm的增加用了大约200年的时间，从工业革命开始到1973年左右；而后50ppm的增加则只用了33年的时间，从1973年到2006年。
因此，需要通过减少大气中的CO2含量来抑制全球变暖的系统和方法。
发明内容
一方面，本发明提出了一种通过减少城市和工业过程中的二氧化碳排放物来抑制全球变暖的系统。该系统包括具有主体部分的容器，以容纳碱性金属氢氧化物或其他碱并收集沉淀物。该容器包括至少一个用于将流体，如含有CO2的空气，引入到碱性金属氢氧化物的进口，这样，空气中的CO2与碱性金属氢氧化物反应以减少空气中CO2的量并在该容器的主体部分内形成沉淀物。该容器还包括至少一个用于将CO2含量减少的空气释放到大气中的出口。在CO2浓度高的地方可使用多个系统。
所述系统还包括下面一个或多个特征。具有吸收材料的过滤器，用以在将含有CO2的空气引入到碱性金属氢氧化物之前对该含有CO2的空气进行过滤，从而去除杂质颗粒；用于在压力作用下将含有CO2的空气注入到碱性金属氢氧化物的泵；将含有CO2的空气高效地分散到碱性金属氢氧化物的各部分的分散装置；至少一个用于维持碱性金属氢氧化物的循环和均匀混合的循环器或搅拌器；用于监测碱性金属氢氧化物的pH值，并在pH值超出预定阈值时发出通知和警报的监测器；用于从容器中抽出沉淀物的真空吸尘器。所述容器可包括用于从容器去除沉淀物的开口或阀门。碱性金属氢氧化物可以是氢氧化钙、氢氧化钠或氢氧化镁。所述含有CO2的空气可从大气中获得，也可以从产生CO2的工业过程中获得。所述沉淀物可以是碳酸钙、碳酸钠或碳酸镁。
另一方面，本发明提出了一种抑制全球变暖的方法。该方法包括：1)提供含有碱性金属氢氧化物的容器，2)将含有CO2的空气引入到碱性金属氢氧化物，使空气中的CO2与碱性金属氢氧化物反应从而减少空气中的CO2并形成沉淀物，3)收集容器内的沉淀物，以及4)将CO2含量减少的空气释放到大气中。
所述方法还包括下面一个或多个特征。在将含有CO2的空气引入到碱性金属氢氧化物之前，利用具有吸收材料的过滤器对该含有CO2的空气进行过滤，从而去除杂质颗粒。监测碱性金属氢氧化物的pH值。通过调节碱性金属氢氧化物的pH值来控制沉淀物的产生。当碱性金属氢氧化物的pH值低于预定值时补充碱性金属氢氧化物。从所述容器中抽出沉淀物。用额外量的CO2处理沉淀物以对该沉淀物进行提纯。在压力作用下将空气注入碱性金属氢氧化物。在压力作用下将空气均匀分散到碱性金属氢氧化物的各部分。
附图说明
图1为本发明一个实施例的流程图；
图2示出了用于本发明一个实施例的系统；
图3示出了用于本发明一个实施例的系统；
图4示出了根据本发明一个实施例配置的系统；
图5示出了用于本发明一个实施例的子系统；
图6示出了根据本发明一个实施例配置的子系统；
图7示出了用于本发明一个实施例的子系统。
具体实施方式
总体来说，本发明可减少大气中的或来自产生CO2的工业过程的CO2的含量。大气中CO2含量的减少会导致温度降低，并因此抑制全球变暖。参照图1，流程图100为根据本发明一个实施例的减少CO2的过程。大量流体，如来自大气102的含有CO2108的空气或者来自工业过程103的CO2排放物，可被引入到一个或多个装有金属氢氧化物或其他碱的容器110。在一个实施例中，该金属氢氧化物或其他碱可以是碱性金属氢氧化物117(例如，氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化镁、氢氧化铝)，也可以是其他类似的氢氧化物。
一经接触，便会发生化学反应，其中CO2与碱性金属氢氧化物117反应生成沉淀物118，该沉淀物118作为反应产物，以碳酸盐(例如，碳酸钙、碳酸钠、碳酸镁)的形式沉淀在容器110内，同时CO2119含量减少的空气被释放回大气中。收集产生的沉淀物118，在离线设备104中进行进一步的处理和提纯，并以工业标准的碳酸盐106出售以抵消运营成本。
参照图2，为根据本发明一个实施例的用于减少CO2的系统200。系统200包括具有主体部分112的容器110以容纳碱性金属氢氧化物117并收集沉淀物118。在一个实施例中，该容器110被设计为用于处理大量CO2并容纳大量碱性金属氢氧化物117。例如，将氢氧化钙(化学符号：Ca(OH)2)作为碱性金属氢氧化物117，74克氢氧化钙与44克CO2反应，生成大约100克碳酸钙(化学符号：CaCO3)作为沉淀物118(即，反应产物)。同样，740吨Ca(OH)2可与440吨CO2反应。因此，要处理75亿吨CO2排放物，则需要125亿吨Ca(OH)2。可根据特定批量生产或其他执行参数的处理要求来选择容器(或多个容器)110的尺寸。
在一个实施例中，容器110的内表面(以及所有其它要与氢氧化物117接触的元件)由耐碱材料(例如，陶瓷、氧化铝、碳化硅)制成，以抵抗碱性金属氢氧化物117的腐蚀作用。在多个实施例中，容器110包括一个或多个手动的，最好是自动的循环器212或搅拌器115，用以维持碱性金属氢氧化物117的循环和均匀混合。
容器110还包括至少一个进口114，含有CO2108的空气通过该进口114被引入到容器110中的碱性金属氢氧化物117。在一些实施例中，进口114与管子连接，该管子直接延伸到CO2排放源103，例如，附近工厂的生产过程。进口114还与泵111连接，泵111将含有CO2108的空气注入到碱性金属氢氧化物117，例如，在压力作用下将CO2分散到碱性金属氢氧化物117的各部分。
在一个实施例中，过滤器211与进口114和泵111连接。过滤器211包括吸收材料，以对含有CO2的空气118进行过滤，从而去除杂质颗粒。过滤器211还包括交叉的弯曲通道，大量空气通过该通道流通，以在被引入到容器110之前被进一步过滤并去除其中杂质颗粒。过滤后，含有CO2108的空气通过泵111注入到碱性金属氢氧化物117以降低空气中的CO2含量。
容器110还包括至少一个用于将CO2含量减少的空气119释放到大气中的出口116。出口116的形状和尺寸可根据容器110的选定实施方式而改变。例如，如图2所示，容器110可以是与水池类似的具有大的顶部开口的箱。因此，出口116可以是容器110的整个顶部开口面。作为另一个例子并结合图3，出口116可以是容器110上的窄开口。较小的出口116可防止外来颗粒和碎屑对容器110内的碱性金属氢氧化物117造成污染。
容器110还包括阀门或防漏开口113，通过该阀门或防漏开口113可将沉淀物118从容器110去除。或者，通过采用手动或自动潜水式真空吸尘器216(图2)在容器110的底部来回移动来去除沉淀物118的固体颗粒。真空吸尘器216包括挠性软管218，沉淀物118通过软管218被传输到容器110外。真空吸尘器216和附带的软管218由耐碱材料制成，以减轻碱性金属氢氧化物117的腐蚀作用。
容器110还包括自动监测碱性金属氢氧化物117的pH值的监测系统214。该监测系统214在pH值超出预定阈值时发出通知和警报。沉淀物118的产生可通过调节碱性金属氢氧化物117的pH值来控制。例如，监测系统214在碱性金属氢氧化物117的pH值低于预定值时发出通知，这样，就会有碱性金属氢氧化物117被补充进来。或者，还可以人工对碱性金属氢氧化物117的pH值进行取样并测试。
参照图3和图4，在一个实施例中，容器110包括将CO2108高效地分散到碱性金属氢氧化物117的各部分的分散装置210。在一个实施例中，该分散装置210与泵111和进口114连接，并且延伸到容器110内。在其他实施例中，该分散装置210不延伸到容器110内，但可以内置在容器110的内表面(如图2所示)。
参照图5，在另一个实施例中，容器110配置有包含一根或多根管子510的分散装置500。每根管子510包括堵塞端512，任何东西都不能通过该堵塞端512。管子510的另一端513与泵111连接。每根管子510具有分布在整个表面区域的多个孔514，管子510位于容器110内，并且与碱性金属氢氧化物117接触。
孔514包括护罩(未示出)，该护罩电性或机械驱动至打开和关闭位置。在未驱动状态下或关闭位置，任何东西都不能通过管子510进入到碱性金属氢氧化物117。同样，也避免了碱性金属氢氧化物117通过孔514进入到管子510中。但是，当泵111将含有CO2108的空气注入到分散装置500时，孔514被驱动到打开位置。这使得含有CO2108的空气穿过所有的孔，并均匀分散在容器110内的碱性金属氢氧化物117的各部分。均匀分散含有CO2108的空气有利于后续的化学反应。应当注意的是，在驱动过程中，当空气穿过孔514时，空气的流出尽可能减少，或防止碱性金属氢氧化物穿过孔514。
参照图6，在另一个实施例中，容器110配置有类似于网格或支撑板的包含多个孔610的分散装置600。如上所述，孔610以电性或机械驱动，以防止或允许含有CO2108的空气经过所有的孔610，并均匀分散在容器110内的碱性金属氢氧化物117的各部分。
参照图7，在另一个实施例中，容器110配置有作为容器110的内表面组成部分的分散装置700。分散装置700的直径比容器110的直径小，这样在分散装置700和容器110之间形成间隙712。容器110和分散装置700沿着容器110的边缘焊接或连接在一起，形成气密720。如上所述，分散装置700包含多个可以电性或机械驱动的孔，以防止或允许由泵111注入的含有CO2108的空气经过所有的孔710，并均匀分散在容器110内的碱性金属氢氧化物117的各部分。
操作中，容器110填充有一些碱性金属氢氧化物117，例如，氢氧化钙(化学符号：Ca(OH)2)。对于特殊应用，可使用循环器212或搅拌器115混合并维持氢氧化钙混合物的均匀性。
含有CO2108的空气首先通过过滤器211过滤以去除杂质颗粒，然后，在压力作用下，从泵111经由分散装置注入到氢氧化钙。当含有CO2108的空气与氢氧化钙接触时，发生下面的化学反应：
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
氢氧化钙与空气中的CO2反应，产生沉淀物碳酸钙(化学符号：CaCO3)和水(化学符号：H2O)。碳酸钙和水收集在容器110内。该反应有效地减少了空气中的CO2，并且CO2含量减少的空气通过出口116从容器110释放到大气中。
由于在所述反应中产生了水和CaCO3，因此随着时间的推移，容器110内的氢氧化钙被稀释而不能有效地处理CO2。因此，可对氢氧化钙的pH值进行连续或定期监测，以确定何时pH值低于预定值，当低于预定值时，则向容器110内补充氢氧化钙。也可调节氢氧化钙的pH值以控制沉淀物的产生。
碳酸钙为白色、结晶矿物，在大自然中广泛分布，通常在岩石中能够找到。碳酸钙不溶于水，为白垩、方解石、大理石、石灰石、珊瑚、冰洲石等矿物的主要成分。碳酸钙还是牙粉和牙膏的主要成分，并且广泛用于建筑业，以及水泥和混凝土的制造。碳酸钙用作中和胃酸的药物。碳酸钙还用于白漆、洗涤粉、石灰浆和纸填料，也是工业所需钙和二氧化碳的来源。
碳酸钙沉淀物通过开口113从容器110去除，或使用在容器110的底部来回移动的潜水式真空吸尘器216来抽出固体沉淀颗粒。从容器110中去除后，碳酸钙被进行进一步的处理。例如，可用额外量的CO2或取决于产生的工业气体的其它物质来处理碳酸钙，以将碳酸钙从大量的碱中过滤并提纯。该过程产生的提纯后的碳酸钙可出售，以抵消系统的运营和维护成本。
在上述实施例中，为了进行说明，只用了氢氧化钙作为碱性金属氢氧化物。其实任何类型的碱性金属氢氧化物都可用于上述CO2的处理。例如，可采用氢氧化钠或氢氧化镁替代氢氧化钙。生成的沉淀物则分别是碳酸钠和碳酸镁。
在另一个实施例中，碱性金属氢氧化物117可以是多种金属氢氧化物的混合物或者按比例组成的碱，可产生用于特定工业生产的所需混合物。
在其他实施例中，可通过催化、增加表面反应或给金属氢氧化物中添加会增加碳酸盐沉淀的固体来提高CO2和金属氢氧化物之间的相互作用。例如，由于CO2易溶于冷溶液中，因此，可使用冷却系统(未示出)来降低容器内氢氧化物溶液的温度。该冷却系统还可用于降低CO2与金属氢氧化物反应时产生的放热反应的温度。或者，可频繁地向容器内补充金属氢氧化物以冷却发生的反应。在另一个实施例中，可连续地补充金属氢氧化物，并通过容器循环以冷却发生的反应。
虽然已经结合具体实施例对本发明进行了说明，但可理解的是，本发明可以进行进一步的修改。另外，本申请涵盖对本发明的任何变化、使用或改动，包括虽然不在本次公开范畴但属于本发明所属领域公知或常用技术手段的内容。

Claims (29)

1.一种抑制全球变暖的系统，其特征在于，包括：
具有主体部分的、用以容纳碱性金属氢氧化物的容器；
位于所述容器上的、将含有CO2的空气引入到所述碱性金属氢氧化物以使所述空气中的CO2与所述碱性金属氢氧化物反应来减少所述空气中的CO2含量并在所述主体部分内形成沉淀物的至少一个进口；以及
位于所述容器上的、将CO2含量减少的所述空气释放到大气中的至少一个出口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括在所述含有CO2的空气被引入到所述碱性金属氢氧化物之前对所述含有CO2的空气进行过滤以去除杂质颗粒的具有吸收材料的过滤器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括在压力作用下将所述含有CO2的空气注入到所述碱性金属氢氧化物的泵。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括将所述含有CO2的空气高效地分散在所述碱性金属氢氧化物的各部分的分散装置。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括至少一个用于维持所述碱性金属氢氧化物的循环和均匀混合的循环器或搅拌器。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括监测所述碱性金属氢氧化物的pH值、并在所述pH值超出预定阈值时发出通知和警报的监测器。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括从所述容器中抽出所述沉淀物的真空吸尘器。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述容器包括从所述容器中去除所述沉淀物的开口或阀门。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述容器的所述主体部分收集所述沉淀物。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述碱性金属氢氧化物为氢氧化钙。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述碱性金属氢氧化物为氢氧化钠。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述碱性金属氢氧化物为氢氧化镁。
13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述含有CO2的空气从大气中获得。
14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述含有CO2的空气从产生CO2的工业过程中获得。
15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述沉淀物为碳酸钙。
16.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述沉淀物为碳酸钠。
17.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述沉淀物为碳酸镁。
18.一种抑制全球变暖的方法，其特征在于，包括：
提供装有碱性金属氢氧化物的容器；
将含有CO2的空气引入到所述碱性金属氢氧化物，使所述空气中的CO2与所述碱性金属氢氧化物反应；
借助于所述碱性金属氢氧化物，减少所述空气中的CO2的量；以及
将CO2含量减少的所述空气从所述容器中释放到大气中。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述减少所述空气中的CO2的量包括形成沉淀物。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括收集所述容器内的沉淀物。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，在将所述含有CO2的空气引入到所述碱性金属氢氧化物之前，通过具有吸收材料的过滤器，对所述含有CO2的空气进行过滤，从而去除杂质颗粒。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括监测所述碱性金属氢氧化物的pH值。
23.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过调节所述碱性金属氢氧化物的pH值来控制沉淀物的产生。
24.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，当所述碱性金属氢氧化物的pH值低于预定值时，补充碱性金属氢氧化物。
25.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从所述容器抽出沉淀物。
26.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括用额外量的CO2处理沉淀物以对所述沉淀物进行提纯。
27.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述引入含有CO2的空气包括，在压力作用下将所述空气注入所述碱性金属氢氧化物。
28.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述引入含有CO2的空气包括，在压力作用下将所述空气均匀分散到所述碱性金属氢氧化物的各部分。
29.一种抑制全球变暖的方法，其特征在于，包括：
提供碱性金属氢氧化物；
将含有CO2的空气引入到所述碱性金属氢氧化物，使所述空气中的CO2与所述碱性金属氢氧化物反应；
借助于所述碱性金属氢氧化物，减少所述空气中的CO2的量；以及，
将CO2含量减少的所述空气从所述容器中释放到大气中。
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