CN104994936A - 存储燃烧废品的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在一方面中，本文描述了存储一种或多种燃烧废品的方法。通过在本文中描述的方法存储的燃烧废品可以包含诸如煤灰的固体燃烧废品和/或诸如二氧化碳的气体燃烧产物。在一些实施方式中，存储二氧化碳的方法包括：提供包含多孔混凝土的二氧化碳存储介质，该多孔混凝土具有大孔和微孔结构；以及使从燃烧烟道气体源获取的二氧化碳流动至多孔混凝土的孔结构中。

Description

存储燃烧废品的系统和方法
相关申请的相互引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2012年8月30日提交的美国临时专利申请系列号61/694,852的优先权，在此将其全部内容通过引用结合于此。
由联邦政府发起的研究的声明
在美国能源部(United States Department of Energy)授予的合同号DE-FC26-06NT43029下，政府支持进行本发明。政府对本发明具有特定的权利。
技术领域
本发明涉及存储燃烧废品的系统和方法，以及具体涉及存储煤灰和/或二氧化碳(CO2)的系统和方法。
背景技术
矿物燃料(化石燃料，fossil fuel)目前提供大约85％的世界能源需求，并且由于这些燃料的低成本和持续不断的可用性，因而未来几十年矿物燃料的使用将可能继续。然而，由于产生和释放大量温室气体(如二氧化碳)至大气中，矿物燃料的燃烧也引发了全球变暖的相关担忧。在不降低矿物燃料消耗量的情况下，降低由矿物燃料的燃烧所引起的二氧化碳排放量的一种方法是在诸如深地质或海洋存储库的存储库中隔离(sequester)二氧化碳。然而，地质和海洋隔离法不能隔离通过矿物燃料的燃烧排放的如此多的二氧化碳。此外，地质隔离通常需要在隔离场地保持高压。此外，各种热力学和动力学因素随着时间的推移可以引起存储器的劣化，导致先前隔离的二氧化碳释放。
因此，存在对用于存储燃烧废品(如二氧化碳)的改进的系统、方法和组合物的需求。
发明内容
在第一方面中，在本文中描述了存储一种或多种燃烧废品的方法，其中，在一些实施方式中，该方法可以提供相比于其它方法的一个或多个优势。例如，在一些情况下，通过在本文中所描述的方法存储的燃烧废品可以包括固体燃烧废品(如煤灰)和气体燃烧产物(如二氧化碳或另一种含碳气体)。此外，在一些情况下，在本文中所描述的方法可以用于以稳定方式长期存储大量燃烧废品。另外，在一些实施方式中，与一些其它方法相比，可以更快和/或更高能效地进行在本文中所描述的方法。在一些情况下，例如，在本文中所描述的存储一种或多种燃烧废品的方法可以在环境温度进行超过两天或更少的时段(时程，course)。
在一些实施方式中，存储燃烧废品的方法包括存储煤灰。在一些情况下，存储煤灰的方法包括混合煤灰和水泥以提供一种未固化的混凝土组合物，以及固化该未固化的混凝土组合物。
在其它实施方式中，存储燃烧废品的方法包括存储碳。在一些情况下，存储碳的方法包括提供包含多孔混凝土的二氧化碳存储介质，该多孔混凝土具有大孔和微孔结构，以及使由燃烧烟道气体(废气，flue gas)获取(捕获，captured)的二氧化碳的源流动至多孔混凝土的孔结构中。此外，在一些实施方式中，用来隔离二氧化碳的多孔混凝土也可以包括固体燃烧废料。在一些情况下，例如，多孔混凝土包含煤灰和水泥的混合物。因此，在一些实施方式中，在本文中所描述的方法可以用于存储固体和气体燃烧废品。
在另一方面中，本文描述了碳存储系统。在一些实施方式中，碳存储系统包括由燃烧烟道气体获取的二氧化碳的源和包含多孔混凝土的二氧化碳存储介质，其中，多孔混凝土具有大孔和微孔结构。此外，该系统可以进一步包括一个或多个管路，用于将获取的二氧化碳递送至多孔混凝土。
在又一方面中，本文描述了包括一种或多种燃烧废品的组合物。例如，在一些实施方式中，在本文中所描述的组合物包含具有大孔和微孔结构的多孔混凝土，其中，多孔混凝土包含煤灰和水泥的混合物。在其它实施方式中，在本文中所描述的组合物包含具有大孔和微孔结构的多孔混凝土以及存留(存驻，residing)于多孔混凝土内的二氧化碳。
在一些情况下，在本文中所描述的组合物的煤灰和/或二氧化碳可以以宽范围的量存在。例如，在一些实施方式中，基于多孔混凝土的总重量，煤灰可以以约5重量百分数至约90重量百分数的量存在于组合物的多孔混凝土中。二氧化碳可以以大于二氧化碳的大气浓度的量，如大于约1重量百分数的多孔混凝土的量存在于组合物的多孔混凝土中。另外，在一些实施方式中，二氧化碳可以以高渗透存在于本文中所描述的组合物的多孔混凝土中。例如，在一些情况下，二氧化碳可以以距离多孔混凝土的表面超过5cm或超过100cm的深度存在于多孔混凝土中。
在另一方面中，本文描述了通过诸如多孔混凝土的吸附材料测量诸如二氧化碳的气体的吸附的装置和方法。在一些实施方式中，通过在本文中描述的吸附材料测量气体吸附的方法包括在具有第一体积的样品室中布置吸附材料；在具有第二体积的参照室中分布处于初始压力的气体；从样品室去除大气以在样品室中提供真空；将至少一部分气体从参照室转移至样品室；测量在样品室中的气体压力；以及基于在样品室中的气体的第一体积、第二体积、初始压力和测得的压力，确定由吸附材料吸附的气体的量。另外，在一些情况下，样品室和参照室在吸附过程期间保持在恒温。此外，在一些实施方式中，多孔混凝土是至少部分未固化的，并且该方法进一步包括固化多孔混凝土。
相应地，在本文中所描述的用于测量由吸附材料吸附气体的装置可以包括样品室，具有第一体积；参照室，具有第二体积并且与样品室选择性地流体连通；吸附气体的源，配置为向参照室提供吸附气体；压力表，配置为测量在样品室内的压力；等温浴(isothermal bath)，配置为在通过吸附材料对吸附气体进行吸附的测量期间使样品室和参照室保持在恒温。另外，在一些实施方式中，样品室配置为包括具有至少约1g的质量的吸附材料。
在又一方面中，本文描述了回填(装填，backfilling)的方法。在一些实施方式中，回填的方法包括在空隙(孔穴，void)中布置回填材料以至少部分地填充空隙，该回填材料包括在本文中所描述的组合物。例如，在一些情况下，回填材料包括多孔混凝土，该多孔混凝土具有大孔和微孔结构，并且二氧化碳以大于1重量百分数的多孔混凝土的量存留于多孔混凝土内。在本文中所描述的回填材料的多孔混凝土也可以包含煤灰和水泥的混合物。此外，在本文中所描述的回填材料的多孔混凝土可以是基本上固化的或至少部分未固化的。
在以下详细描述中更加详细地描述了这些和其它实施方式。
附图说明
图1示出了下述装置，其用于进行存储一种或多种燃烧废品的方法和/或测量根据在本文中所描述的一种实施方式的气体的吸附。
图2示出了根据在本文中所描述的一种实施方式的碳存储系统。
图3示出了根据在本文中所描述的一种实施方式的碳存储系统。
图4示出了根据在本文中所描述的一种实施方式的回填的方法。
图5示出了根据在本文中所描述的一些实施方式的组合物的二氧化碳吸附曲线。
图6示出了根据在本文中所描述的一些实施方式的组合物的二氧化碳吸附曲线。
图7示出了根据在本文中所描述的一些实施方式的组合物的二氧化碳吸附曲线。
图8A示出了根据在本文中所描述的一种实施方式的组合物的扫描电镜(SEM)图像。
图8B示出了根据在本文中所描述的一种实施方式的组合物的SEM图像。
图9A示出了根据在本文中所描述的一种实施方式的组合物的SEM图像。
图9B示出了根据在本文中所描述的一种实施方式的组合物的SEM图像。
具体实施方式
通过参考以下详细说明、实施例和附图以及它们之前和以下描述，可以更容易地理解在本文中所描述的实施方式。然而，在本文中所描述的元件、装置和方法不限于在详细说明、实施例和附图中呈现的具体实施方式。应意识到这些实施方式仅说明本发明的原理。本领域技术人员将容易明了多种修改和变型而没有离开本发明的精神和范围。
此外，在本文中公开的所有范围将被理解为包括在其中包含的任何和所有子范围。例如，“1.0至10.0”确定的范围应当认为包括以1.0或更大的最小值开始并以10.0或更小的最大值结束的任何和所有子范围，例如，1.0至5.3，或4.7至10.0，或3.6至7.9。
除非另外清楚地指出，在本文中公开的所有范围也将被认为包括范围的端点。例如，“5至10”的范围通常应当被认为包括端点5和10。
另外，当短语“至多达”与量或数量一起使用时，将理解的是，该量是至少可检测的量或数量。例如，一种材料以“至多达”特定量的量存在可以是从可检测的量到至多达且包括特定量存在。
I.存储一种或多种燃烧废品的方法
在第一方面中，本文描述了存储一种或多种燃烧废品的方法。燃烧废品可以包括固体燃烧废品(如煤灰)和/或气体燃烧废品(如二氧化碳)。
在一些实施方式中，存储燃烧废品的方法包括通过存储含碳气体(如二氧化碳)存储碳。在一些情况下，在本文中所描述的存储碳的方法包括：提供二氧化碳存储介质，该二氧化碳存储介质包括具有大孔和微孔结构的多孔混凝土，并且使从燃烧烟道气体源获取的二氧化碳流动至多孔混凝土的孔结构中。如本领域普通技术人员所理解的，也可以使二氧化碳流动至多孔混凝土的孔结构中，其中，二氧化碳不必是从燃烧烟道气体源获取的。
现在讨论存储碳的方法的具体步骤，在本文中所描述的存储碳的方法包括：提供二氧化碳存储介质，该二氧化碳存储介质包括具有大孔和微孔结构的多孔混凝土。具有大孔和微孔结构的多孔混凝土，在此处供参考，包括大孔和微孔两者。在一些实施方式中，大孔可以具有大于约100μm的直径或尺寸。在一些情况下，大孔可以具有约100μm至约1000μm、约200μm至约800μm或约300μm至约700μm的直径或尺寸。相比之下，微孔可以具有较小的尺寸。例如，在一些实施方式中，在本文中所描述的多孔混凝土的微孔可以具有小于约50μm或小于约10μm的直径或尺寸。在一些情况下，微孔可以具有约50nm至约50μm、约100nm至约20μm或约500nm至约10μm的直径或尺寸。因此，在本文中所描述的多孔混凝土的孔结构可以具有多模(多模式，multi-modal)孔径分布，如双模尺寸分布。如本领域普通技术人员所理解的，与孔的长度相反，孔的直径或尺寸是孔的开口的直径或尺寸。此外，在本文中所描述的多孔混凝土的孔可以具有任何形状。因此，在本文中引用的“直径”或“尺寸”不限于具有诸如环形的特定形状的孔，而是相反可以指孔开口的最长尺寸。
而且，在本文中所描述的多孔混凝土可以具有约10％至约70％、约15％至约30％或约20％至约50％的孔隙率或空隙分数(void fraction)。多孔混凝土的孔隙率或空隙分数，在此处供参考，指的是与多孔混凝土的总体积相比在多孔混凝土中空隙的体积。
此外，在本文中所描述的多孔混凝土可以包括或由符合本发明目的的任何水泥或填料物质形成。例如，在一些实施方式中，多孔混凝土包括或由包含钙和/或硅盐或氧化物的无机水泥形成。在一些情况下，在本文中所描述的多孔混凝土包括或由水凝水泥或含石灰水泥形成。在一些实施方式中，在本文中所描述的多孔混凝土包括或由波兰特水泥形成。在一些实施方式中，在本文中所描述的多孔混凝土可以包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、Ca(OH)2、CaSO4·2H2O中的一种或多种以及它们的混合物和组合，如硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙或铁铝酸四钙。
在本文中所描述的多孔混凝土也可以包括与上文描述的水泥混合的一种或多种填料物质和/或一种或多种发泡剂或起泡剂。可以使用符合本发明目的的在本文中所描述的水泥与在本文中所描述的填料物质和/或在本文中所描述的发泡剂或起泡剂的任何组合。例如，在一些实施方式中，填料物质包括一种或多种沙、沙砾和碎石。另外，在一些情况下，填料物质包括固体燃烧废品，如煤灰。可以使用符合本发明目的的任何煤灰。例如，煤灰可以包括飞尘和/或底灰。发泡剂或起泡剂，在此处供参考，包括可以通过产生气体或以一些其它方式，用多孔混凝土促进孔的形成的物质。在本文中所描述的一些实施方式中，适于使用的发泡剂或起泡剂的非限制实例包括固体无机材料(如铝粉或另外的金属粉)；低分子量有机物质，如丁烷、戊烷或另外的烷烃；表面活性剂；植物或动物蛋白。也可以使用其它发泡剂或起泡剂。
此外，在本文中所描述的多孔混凝土可以包括符合本发明目的的任何量的上文描述的水泥和/或上文描述的填料物质和/或上文描述的发泡剂或起泡剂。例如，在一些情况下，多孔混凝土具有在下表1中所描述的组成。在表1中提供的量是基于在本文中所描述的多孔混凝土的任何碳酸化作用之前多孔混凝土的总重量，每种组分的重量百分数。
表1
在本文中所描述的存储碳的方法也包括使从燃烧烟道气体源获取的二氧化碳流动至多孔混凝土的孔结构中。二氧化碳可以通过符合本发明目的的任何方式和从任何燃烧烟道气体源获取或获得。例如，在一些情况下，燃烧烟道气体源包括燃烧矿物燃料的装置，如工业炉、锅炉(汽锅，boiler)、蒸汽生成器或发电站。在一些情况下，燃烧烟道气体源是燃煤、燃石油、或燃天然气炉，锅炉，蒸汽生成器或发电站。也可以使用其它燃烧烟道气体源。此外，在一些实施方式中，燃烧烟道气体源是固定源，与诸如汽车、船、飞机或其他交通工具的可移动源相对。
另外，在一些实施方式中，使用在燃烧烟道气体源和多孔混凝土之间布置的一个或多个管路进行使得从燃烧烟道气体源获取的二氧化碳流动至在本文中所描述的多孔混凝土的孔结构中。
另外，使从燃烧烟道气体源获取的二氧化碳流动至在本文中所描述的多孔混凝土的孔结构中可以导致二氧化碳被多孔混凝土吸附。在此处供参考，“吸附”可以包括吸收和/或附着工艺。吸附也可以包括化学吸附和/或物理吸附。例如，在一些情况下，二氧化碳通过碳酸化反应(如在二氧化碳和金属氧化物(如CaO)之间的反应以形成金属碳酸盐(如CaCO3))由多孔混凝土化学吸附。因此，在一些实施方式中，通过化学吸附分布或存留于多孔混凝土的二氧化碳可以作为碳酸盐(如碳酸钙)存在于多孔混凝土中。在一些情况下，通过多孔混凝土化学吸附和物理吸附二氧化碳。
而且，在本文中所描述的方法可以允许二氧化碳快速吸附，包括以大量快速吸附。例如，在一些实施方式中，以至少约0.001克二氧化碳、至少约0.01克二氧化碳或至少约0.05克二氧化碳每克多孔混凝土每分钟的速率通过多孔混凝土吸附二氧化碳。在一些实施方式中，以至少约0.1克二氧化碳每克多孔混凝土每分钟或至少约0.25克二氧化碳每克多孔混凝土每分钟的速率通过多孔混凝土吸附二氧化碳。在一些情况下，以至少约0.001-0.25克二氧化碳每克多孔混凝土每分钟、以至少约0.01-0.1克二氧化碳每克多孔混凝土每分钟，以至少约0.05-0.15克二氧化碳每克多孔混凝土每分钟，以至少约0.1-0.25克二氧化碳每克多孔混凝土每分钟的速率通过多孔混凝土吸附二氧化碳。此外，如进一步在下文中描述的，在一些情况下，基于多孔混凝土的总表面积、多孔混凝土的孔隙率、多孔混凝土的孔径分布、多孔混凝土的pH、多孔混凝土的水含量和多孔混凝土的化学组分中的一种或多种，可以根据期望选择由在本文中描述的方法达到的二氧化碳吸附速率。
另外，二氧化碳可以以大量流动至和/或吸附于在本文中所描述的多孔混凝土组合物。例如，在一些实施方式中，流动至多孔混凝土的孔结构中的二氧化碳的浓度或量大于二氧化碳的大气浓度。此外，在一些情况下，基于多孔混凝土的总重量，使二氧化碳流动至多孔混凝土的孔结构中包括在多孔混凝土中分布、隔离或存储至多达约50重量百分数的量的二氧化碳。在一些实施方式中，基于多孔混凝土的总重量，二氧化碳以约1重量百分数至约50重量百分数、约1重量百分数至约33重量百分数、约1重量百分数至约25重量百分数、约5重量百分数至约33重量百分数、约5重量百分数至约25重量百分数或约10重量百分数至约20重量百分数的量存在于多孔混凝土中。
此外，在一些情况下，二氧化碳可以在相对高压和/或相对低温下流动至和/或吸附于在本文中所描述的多孔混凝土组合物。例如，在一些实施方式中，二氧化碳可以在约30psi至约500psi、约50psi至约300psi或约100psi至约200psi的压力流动至在本文中所描述的多孔混凝土组合物。另外，在一些情况下，二氧化碳可以在环境温度，如在约15℃至约40℃、约15℃至约35℃、约20℃至约30℃的温度流动至在本文中所描述的多孔混凝土组合物中。
另外，在一些实施方式中，当多孔混凝土基本上固化时，或者当多孔混凝土至少部分未固化时，可以进行在本文中所描述的存储碳的方法。例如，在一些情况下，使二氧化碳流动至多孔混凝土的孔结构中包括：提供未固化的多孔混凝土组合物，以及在二氧化碳存在下固化该未固化的多孔混凝土组合物。
在此处供参考，“固化”混凝土组合物包括硬化、凝固(setting)或水化混凝土组合物。此外，在一些实施方式中，固化混凝土组合物包括基本上固化或完全固化组合物。“基本上”固化混凝土组合物可以包括完成至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％或至少约99％的固化。如由本领域普通技术人员所理解的，固化程度可以基于以下各项中的一个或多个确定：混凝土组合物的水化、混凝土组合物的可加工性、混凝土组合物的粘度、混凝土组合物的机械强度和混凝土组合物的残余水含量。例如，完全“固化的”混凝土组合物可以是完全含水的并且可以包含很少或不含残余水。此外，在一些情况下，“基本上固化的”混凝土组合物已经进行了至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％或至少约99％的与固化有关的水化反应。
在此处供参考，“未固化的”混凝土组合物包括基本上未固化的混凝土组合物。例如，未固化的混凝土组合物可以包括以下组合物，其中已发生小于约60％、小于约50％、小于约40％、小于约30％、小于约20％、小于约10％、小于约5％、少于约1％或小于约0.1％的固化。在一些实施方式中，未固化的混凝土组合物包括未发生固化的组合物。另外，在一些情况下，未固化的混凝土组合物包括诸如残余水的水。在一些实施方式中，这样的水可以包含在未固化的混凝土组合物的孔结构的孔内，并且其可以促进通过混凝土组合物的二氧化碳吸附。
在包括未固化的多孔混凝土组合物的应用的一些实施方式中，未固化的多孔混凝土组合物包括在上文中描述的水泥和/或填料物质，并且进一步包括水和发泡剂或起泡剂。在未固化的混凝土组合物中发泡剂或起泡剂的应用可以提供具有多孔结构的混凝土组合物，如在本文中所描述的大孔和微孔结构。可以使用符合本发明目的的任何发泡剂/起泡剂。例如，在一些实施方式中，发泡剂或起泡剂包括铝粉。也可以使用符合本发明目的的任何量的发泡剂或起泡剂。在一些情况下，例如，基于未固化的多孔混凝土组合物的总重量，发泡剂或起泡剂以至多达约20重量百分数、至多达约15重量百分数或至多达约10重量百分数的量存在于未固化的多孔混凝土组合物中。
此外，在一些情况下，在本文中所描述的未固化的多孔混凝土组合物具有酸性pH，如约5或更低、约4或更低、约3或更低或者约2或更低的pH。在一些实施方式中，未固化的多孔混凝土组合物具有约1至约6、约1至约4、约2至约4或约2至约3的pH。
而且，在一些情况下，在升高的压力进行未固化的多孔混凝土组合物的固化。例如，在一些实施方式中，在约30psi至约500psi、约50psi至约300psi或约100psi至约200psi的压力进行固化。
此外，在一些情况下，在恒温进行在本文中所描述的未固化的多孔混凝土组合物的固化。在此处供参考，“恒”温包括在固化工艺期间变化小于约10℃或小于约5℃的温度。另外，在一些实施方式中，在相对低温或环境温度进行固化。在此处供参考，在“环境”温度固化包括在不离开环境的环境温度加热或冷却未固化的多孔混凝土组合物的情况下的固化。然而，如由本领域普通技术人员所理解的，固化过程可以是放热的。此外，提供加压的气体可以具有冷却效果。因此，在一些情况下，在环境温度固化包括以除了如在本文中描述的，在二氧化碳存在下固化未固化的多孔混凝土组合物的过程中所固有的那些的方式，在不加热或冷却未固化的多孔混凝土组合物的情况下的固化。在一些实施方式中，环境温度是约20℃至约40℃、约15℃至约35℃或约20℃至约30℃。
除二氧化碳外，在本文中所描述的存储燃烧废品的方法也可以包括存储固体燃烧废品，如煤灰。在一些情况下，存储煤灰的方法包括混合煤灰和水泥以提供未固化的混凝土组合物，以及固化该未固化的混凝土组合物。另外，在一些情况下，未固化的混凝土组合物进一步包括水和发泡剂或起泡剂。煤灰、水泥和发泡剂可以包括在上文中描述的任何煤灰、水泥和发泡剂或起泡剂。此外，可以以在上文中描述的任何方式，包括在升高的压力和/或恒定或环境温度进行未固化的混凝土组合物的固化。
使用符合本发明目的的任何设备或装置，可以进行在本文中所描述的存储燃烧废品的方法。在一些情况下，例如，使用如在下文中进一步描述的图1的装置，可以进行存储燃烧废品的方法。
进一步需要理解的是，使用在本文中描述的组合物、装置和具体步骤的任何适合的组合，可以进行在本文中所描述的存储燃烧废品的方法。例如，在本文中所描述的任何固化的或者未固化的多孔混凝土组合物可以与在本文中所描述的任何燃烧烟道气体源、在本文中所描述的任何二氧化碳压力和/或在本文中所描述的任何固化时间或温度一起使用。
II.碳存储系统
在另一方面中，本文描述了碳存储系统。在一些实施方式中，碳存储系统包括从燃烧烟道气体中获取的二氧化碳的源和二氧化碳存储介质，该二氧化碳存储介质包括具有大孔和微孔结构的多孔混凝土。此外，在一些实施方式中，在本文中所描述的碳存储系统进一步包括用于将获取的二氧化碳递送至多孔混凝土的一个或多个管路。在一些情况下，二氧化碳的源配置为向多孔混凝土提供加压或压缩二氧化碳，包括具有约30psi至约500psi、约50psi至约300psi，或约100psi至约200psi的压力的二氧化碳。此外，在本文中所描述的碳存储系统也可以包括一种或多种其它组件，如连接至一个或多个管路的一个或多个二氧化碳贮槽，或者用于测量二氧化碳存储介质中或其附近的结构应力或二氧化碳含量的一个或多个传感器。另外，将要理解的是，在本文中所描述的碳存储系统也可以包括二氧化碳的源，其中，二氧化碳不必是从燃烧烟道气体中获取的。
现在讨论碳存储系统的具体组件，在一些实施方式中，在本文中所描述的碳存储系统包括从燃烧烟道气体获取的二氧化碳的源。可以使用符合本发明目的的任何二氧化碳的源。在一些情况下，例如，二氧化碳的源包括贮槽或管线。在其它情况下，二氧化碳的源包括燃烧烟道气体排气口。此外，可以可任何方式以及从符合本发明目的的任何燃烧烟道气体源，包括以上面第I部分中描述的任何方式，获取或获得二氧化碳。例如，在一些情况下，燃烧烟道气体包括来自于燃烧矿物燃料的装置(如工业炉、锅炉、蒸汽生成器或发电站)的烟道气体。在一些情况下，燃烧烟道气体源是燃煤、燃石油或燃天然气的炉、锅炉、蒸汽生成器或发电站。此外，在一些实施方式中，与可移动的源(如汽车、船、飞机或其他交通工具)相对，燃烧烟道气体从固定源获得。
在本文中所描述的碳存储系统也包括，包括多孔混凝土的二氧化碳存储介质。可以使用符合本发明目的的任何二氧化碳存储介质和多孔混凝土。例如，在一些实施方式中，多孔混凝土包括在上文第I部分中描述的多孔混凝土。可以使用在上文中描述的任何多孔混凝土。
另外，在一些实施方式中，在本文中所描述的碳存储系统进一步包括用于将二氧化碳递送至多孔混凝土的一个或多个管路。可以使用符合本发明目的的任何管路。在一些实施方式中，一个或多个管路包括管段(管区段，pipe segment)或软管。另外，诸如管段或软管的管路可以具有任何尺寸并且由符合本发明目的的任何材料形成。在一些情况下，例如，在本文中所描述的系统的管路由金属、陶瓷、塑料、橡胶或复合材料(如玻璃纤维复合材料)形成。
在本文中所描述的碳存储系统也可以包括一种或多种其它组件，如连接至一个或多个管路的一个或多个二氧化碳贮槽，或者用于测量二氧化碳存储介质中或其附近的二氧化碳含量的一个或多个传感器。可以使用符合本发明目的的任何贮槽、传感器或其它另外的组件。例如，在一些情况下，系统进一步包括一个或多个加压的地面贮槽(ground storage tank)。此外，在一些情况下，传感器包括一个或多个应力传感器、压力传感器、地下水传感器和二氧化碳传感器。
进一步将理解的是，在本文中所描述的碳存储系统可以包括符合本发明目的的在本文中所描述的组件的任何组合。例如，在本文中所描述的任何固化的或者未固化的多孔混凝土组合物可以与在本文中所描述的任何燃烧烟道气体源、与在本文中所描述的任何二氧化碳压力和/或与在本文中所描述的任何传感器一起使用。
现在将参考附图进一步描述碳存储系统的一些非限制的示例性实施方式。图2示出了根据在本文中所描述的一种实施方式的碳存储系统的示意图。如图2所示，碳存储系统(200)包括从燃烧烟道气体(未显示)获取的二氧化碳的源(210)以及二氧化碳存储介质，该存储介质包括具有大孔和微孔结构的多孔混凝土(220)。碳存储系统(200)进一步包括二氧化碳贮槽(211)以及用于将获取的二氧化碳从贮槽(211)递送至多孔混凝土(220)的管路(212)。
图2的碳存储系统(200)配置为在地表(240)下的浅矿(230)中存储二氧化碳。具体地，通过管路(212)从位于表面(240)的贮槽(211)输送二氧化碳并进入多孔混凝土(220)中，二氧化碳通过管路(212)的远端(213)离开管路(212)。管路(212)的远端(213)定位在多孔混凝土(220)的底部。因此，二氧化碳以总体向上的方向(如在图2中的箭头所示)渗透至多孔混凝土(220)中。
在将二氧化碳输送和/或渗透至和/或到多孔混凝土(220)期间，多孔混凝土(220)可以是固化的或未固化的。另外，如在上文中所描述的，在将二氧化碳从碳源(210)提供至多孔混凝土(220)期间和/或之后，可以固化未固化的多孔混凝土(220)。
如图2所示，碳存储系统(200)也包括多个传感器，其用于监测多孔混凝土(220)和矿(230)中或其附近的条件。具体地，在矿(230)上方的地面内布置土壤应力传感器(261)。也使用地面传感器(262)进行被动表面地球物理和/或地球化学监测。使用在矿(230)下布置的传感器在地下水监测区域(263)中进行地下水监测。此外，使用在多孔混凝土(220)和/或矿(230)的开口附近布置的传感器(264)可以监测矿(230)和/或多孔混凝土(220)的结构完整性。各个传感器和监测区(261、262、263、264)可以用于测量在二氧化碳存储介质中或其附近的结构应力或二氧化碳含量，以防止或最小化矿(230)或多孔混凝土(220)的结构失败或在多孔混凝土(220)中隔离的二氧化碳的意外或其它释放。作为进一步预防措施，碳存储系统(200)也包括围绕矿(230)和多孔混凝土(220)的衬(liner)(250)。衬(250)可以包括气体和/或水不可透过的材料(如土工袋(Geo-Bag))。
图3示出了根据在本文中所描述的一种实施方式的另外的碳存储系统的示意图。与图2的碳存储系统(200)相比，图3的碳存储系统(300)配置为在深矿(与浅矿相对)中隔离二氧化碳。如图3所示，碳存储系统(300)包括从燃烧烟道气体获取的二氧化碳的源(310)和二氧化碳存储介质，该二氧化碳存储介质包括具有大孔和微孔结构的多孔混凝土(320)。碳存储系统(300)进一步包括二氧化碳贮槽(311)以及用于将从贮槽(311)获取的二氧化碳递送至多孔混凝土(320)的管路(312)。
如上面所指出的，图3的碳存储系统(300)配置为在地表(340)下的深矿(330)中存储二氧化碳。具体地，通过管路(312)从贮槽(311)输送二氧化碳并且进入在表面(340)下深处布置的多孔混凝土(320)。二氧化碳通过位于多孔混凝土(320)内的远端(313)离开管路(312)。如果期望，则多孔混凝土(320)可以以基本上未固化的状态被灌注离开表面(340)的矿(330)中。在将二氧化碳从碳源(310)提供至多孔混凝土(320)期间和/或之后，可以固化多孔混凝土(320)。
如图3所示，碳存储系统(300)也包括多个传感器，其用于监测多孔混凝土(320)和矿(330)中或其附近的条件。具体地，在矿(330)上方的地面内布置土壤应力传感器(361)。也使用地面传感器(362)进行被动表面地球物理和/或地球化学的监测。使用在矿(330)下布置的传感器在地下水监测区域(363)中进行地下水监测。此外，使用传感器(364)可以监测矿(330)和/或多孔混凝土(320)的结构完整性。各种传感器和监测区(361、362、363、364、365)可以用于测量在二氧化碳存储介质中或其附近的结构应力或二氧化碳含量，以防止或最小化矿(330)或多孔混凝土(320)的结构失败或在多孔混凝土(320)中隔离的二氧化碳的意外或其它释放。
III.包括一种或多种燃烧废品的组合物
在另一方面中，本文描述了包括一种或多种燃烧废品的组合物。在一些实施方式中，在本文中所描述的组合物包括具有大孔和微孔结构的多孔混凝土，该多孔混凝土包括煤灰和水泥的混合物。此外，在一些情况下，该组合物进一步包括存留于多孔混凝土内的二氧化碳。
在其它情况下，在本文中所描述的组合物不必包括含有煤灰和水泥的混合物的多孔混凝土。相反，在一些情况下，组合物可以包括具有大孔和微孔结构的多孔混凝土，以及存留于该多孔混凝土内的二氧化碳，其中多孔混凝土不包含煤灰。
而且，在一些实施方式中，在本文中所描述的组合物的多孔混凝土是至少部分未固化的。在其它情况下，多孔混凝土是基本上固化的。此外，在一些实施方式中，在本文中所描述的组合物不包括钢筋条或“钢筋”。
现在讨论组合物的具体组分，在本文中所描述的组合物包括多孔混凝土。多孔混凝土可以包括在上文的第I部分中描述的任何多孔混凝土。此外，多孔混凝土的各种组分(如煤灰、水泥)和/或存留于多孔混凝土内的二氧化碳可以以符合本发明目的的任何量存在，包括以上文的第I部分或表1中描述的量存在。例如，在包括煤灰的一些实施方式中，基于多孔混凝土的总重量，煤灰以约5重量百分数至约90重量百分数的量存在于多孔混凝土中。类似地，在包括二氧化碳的一些实施方式中，基于多孔混凝土的总重量，二氧化碳以大于约1重量百分数的量存在于多孔混凝土中。在一些情况下，基于多孔混凝土的总重量，二氧化碳以约1重量百分数至约50重量百分数、约1重量百分数至约33重量百分数、约1重量百分数到约25重量百分数、约5重量百分数至约33重量百分数、约5重量百分数到约25重量百分数或约10重量百分数至约20重量百分数的量存在于多孔混凝土中。
此外，在一些实施方式中，二氧化碳以距离多孔混凝土的表面大于5cm或大于100cm的深度存在于多孔混凝土中。在一些情况下，二氧化碳以约1cm至约500cm、约1cm至约250cm、约5cm至约250cm、约10cm至约100cm或约50cm至约250cm的深度存在于多孔混凝土中。另外，在一些情况下，二氧化碳遍及多孔混凝土的整个体积分散。
进一步将理解的是，在本文中所描述的组合物可以包括符合本发明目的的在本文中所描述的组分的任何组合。例如，组合物可以包括在本文中所描述的任何固化或未固化的多孔混凝土组合物，组合任何量的在本文中所描述的二氧化碳，组合在本文中所描述的在组合物内二氧化碳的任何渗透深度或分布。此外，如由本领域普通技术人员所理解的，通过在上文的第I部分中描述的方法可以形成在本文中描述的组合物。也可以使用其它方法。
IV.测量气体吸附的装置和方法
在另一方面中，本文描述了测量由吸附材料(如多孔混凝土)对气体(如二氧化碳)进行吸附的装置和方法。在一些实施方式中，测量的吸附包括气体由吸附材料的化学吸附和/或物理吸附，如在上文中进一步描述的。因此，与一些其它装置和方法不同，在本文中所描述的装置和/或方法可以用于测量气体由吸附材料的化学吸附和物理吸附。此外，在本文中所描述的装置和/或方法的一些实施方式中，吸附气体包括二氧化碳，并且吸附材料包括具有大孔和微孔结构的多孔混凝土。在一些情况下，吸附气体包括包含二氧化碳的烟道气体。多孔混凝土可以包括在上文的第I部分和/或第III部分中描述的任何多孔混凝土。
在一些实施方式中，在本文中所描述的用于测量由吸附材料吸附气体的装置包括：样品室，具有第一体积；参照室，具有第二体积并且与样品室选择性地流体连通；吸附气体的源，配置为向参照室提供吸附气体；压力表，配置为测量在样品室内的压力；以及等温浴，配置为在由吸附材料对吸附气体进行吸附的测量期间使样品室和参照室保持在恒温。另外，在一些实施方式中，样品室和参照室至少部分浸没在等温浴中。
现在讨论装置的具体组件，在本文中所描述的装置包括具有第一体积的样品室。样品室可以由任何材料组成，并且具有符合本发明目的的任何形状、结构和/或体积。例如，在一些实施方式中，样品室由诸如不锈钢的金属形成。也可以使用其它材料。另外，在一些情况下，样品室具有适于包括具有至少约1g或至少10g的质量的吸附材料的尺寸、形状和/或体积。在一些实施方式中，样品室适于包括具有约1g至约100g、约5g至约80g或约10g至约50g的质量的吸收材料。
在本文中所描述的装置也包括具有第二体积的参照室。如同样品室一样，在本文中所描述的装置的参考室可以由任何材料形成，并且具有符合本发明目的的任何形状、结构和/或体积。例如，在一些实施方式中，参照室由诸如不锈钢的金属形成。
在本文中所描述的装置也包括吸附气体的源。可以使用任何符合本发明目的的吸附气体的源。在一些情况下，吸附气体的源包括在上文的第I部分或第II部分中描述的二氧化碳源。例如，在一些情况下，吸附气体的源包括加压或压缩二氧化碳的源。
在本文中所描述的装置也包括一个或多个压力表。可以使用任何符合本发明目的的压力表。例如，在一些实施方式中，压力表包括电子压力表。
在本文中所描述的装置也包括等温浴。在此处供参考，等温浴包括配置为使在本文中所描述的装置的一个或多个组件保持在恒温的浴。可以使用任何符合本发明目的的等温浴。在一些情况下，等温浴包括液体浴，如水浴或油浴。此外，在本文中所描述的等温浴可以保持在符合本发明目的的任何期望温度。例如，在一些情况下，等温浴保持在本文中描述的环境温度，如约15℃至约40℃、约15℃至约35℃或约20℃至约30℃的温度。
进一步将要理解的是，在本文中所描述的装置可以包括符合本发明目的的在本文中所描述的组件的任何组合。例如，装置可以包括在本文中所描述的任何样品室，与在本文中所描述的任何参照室组合，与在本文中所描述的任何压力表组合，与在本文中所描述的任何等温浴组合，与在本文中所描述的任何吸附材料组合，与在本文中所描述的任何吸附气体组合。
现在将参考附图进一步描述在本文中所描述的装置的一个非限制的示例性实施方式。如图1所示，装置(100)包括具有第一内体积(111)和盖或封口(112)的样品室(110)。在样品室(110)中布置吸附材料(120)。除提供用于吸附材料(120)的添加或去除的第一内体积(111)的入口(access)之外，盖或封口(112)在装置(100)使用期间也可以向样品室(110)提供气密性和/或水密性封口。
在图1的实施方式中，样品室(110)也包括第一连接器(113)、第二连接器(114)和第三连接器(115)。连接器(113、114、115)可以提供在样品室(110)的内体积(111)和装置(100)的其它部分之间的流体连通，如在下文中进一步描述的。例如，第一连接器(113)可以用于提供在样品室(110)的内体积(111)和真空泵(140)之间的流体连通。真空泵(140)可以用于根据需要或期望完全或部分排放样品室(110)，正如在下文中进一步描述的。
类似地，第二连接器(114)可以提供在样品室(110)的内体积(111)与在管路或管段(162)中布置的压力表(163)之间的流体连通。可以配置压力表(163)以测量样品室(110)内的压力，以及在一个或多个期望时间点将样品室(110)内的压力报告给数据记录器(161)和/或数据处理系统(160)，如在下文中进一步描述的。
第三连接器(115)可以用于提供样品室(110)的内体积(111)和装置(100)的参照室(130)之间的流体连通。参照室(130)具有第二内体积(131)。参照室(130)和样品室(110)之间的选择性流体连通通过第三连接器(115)和在管路或管段(132)中布置的压力控制阀(133)提供。
如图1所示，吸附气体的源(150)配置为通过管路或管段(152)向参照室(130)提供吸附气体。在图1的实施方式中，气体源(150)是具有压力控制阀(151)的压缩气体的圆筒。然而，如由本领域普通技术人员所理解的，也可以使用其它气体的源，代替或连同压缩气体的圆筒一起。另外，除压力控制阀(151)外，在管路或管段(152)中还布置有另外的压力控制阀(153)和压力表(154)。压力控制阀(151、153)可以用于向装置提供吸附气体的期望压力，包括通过降低压缩气体源(150)的压力，在一些情况下，该压力可以比在本文中所描述的吸附实验所期望的压力更高。压力表(154)可以用于表明达到期望吸附气体压力的时间。此外，当压力控制阀(133)打开时，压力表(154)可以用作为备用的压力表以测量样品室(110)内的压力，从而向压力表(163)提供备份测量。
装置(100)也包括等温浴(180)，该等温浴配置为使样品室(110)和参照室(130)在由吸附材料(120)对吸附气体进行吸附的测量期间保持在恒温。如图1所示，样品室(110)和参照室(130)完全浸没在等温浴(180)的水平面(181)下。然而，如由本领域普通技术人员所理解的，其它结构也是可以的。另外，在图1的实施方式中，装置(100)也包括在等温浴(180)中布置的温度计(182)。如果期望，则温度指示计(182)也可以连接至配置以帮助等温浴(180)根据需要保持期望温度的加热元件或冷却元件(未显示)。
图1的装置(100)也包括分析系统(170)，其通过管路或管段(171)、压力控制阀(172)和连接器(173)与样品室(110)的内体积(111)选择性地流体连通。分析系统(170)可以包括用于分析存在于样品室(110)的内体积(111)中一种或多种气体的化学识别和/或量的系统。例如，在一些情况下，分析系统(170)可以包括气相色谱系统，如配置为检测和/或定量二氧化碳的气相色谱系统。
如在本文中所描述的，诸如图1的装置(100)的装置可以用于通过吸附材料测量气体的吸附。在一些实施方式中，在本文中所描述的测量由吸附材料对气体的吸附的方法包括：在具有第一体积的样品室中布置吸附材料；在具有第二体积的参照室中分布在初始压力的气体；从样品室去除大气以在样品室中提供真空；将至少一部分气体从参照室转移至样品室；测量在样品室的气体压力；以及基于在样品室中气体的第一体积、第二体积、初始压力和测得的压力，确定由吸附材料对气体的吸附的量。而且，在一些情况下，样品室和参照室在吸附过程期间保持在恒温。此外，在一些实施方式中，在本文中所描述的方法可以用于测量吸附材料的吸附曲线，如在多个不同的时间点确定气体的吸附的量。在本文中所描述的方法也可以用于测量湿的吸附材料或干的吸附材料的吸附。因此，在一些情况下，在本文中所描述的吸附材料(如在本文中所描述的多孔混凝土)在样品室中布置时，其是至少部分未固化的，并且该方法进一步包括固化多孔混凝土，包括以在上文的第I部分中描述的方式。
在一些实施方式中，基于在样品室中的气体的第一体积、第二体积、初始压力和测得的压力，可以使用方程(1)至(3)进行确定由吸附材料进行气体吸附的量：
和
其中，是由吸附材料吸附(通过任何工艺，包括吸收、附着、化学吸附和/或物理吸附)的吸附气体的质量，是没有被吸附材料吸附的吸附气体的质量，是在吸附过程开始时(即，一旦在样品室中达到P初始)存在的吸附气体的质量，P初始是在吸附过程开始时吸附气体的压力(例如，在下面的实施例2中的150psi)，P剩余是在吸附过程结束时或在期望的时间点(例如，在期望的吸附时间段(如48小时)之后正好在从样品室释放压力之前)的吸附气体的压力，V空隙是包括样品室的内体积的封闭系统的总体积，M是吸附气体物质(例如，CO2)的摩尔质量，Z是纯吸附气体物质(例如，CO2)的压缩系数，R是通用气体常数，以及T是系统温度。
V.回填的方法
在另一方面中，本文描述了回填的方法。在一些实施方式中，回填的方法包括在空隙中布置回填材料以完全、基本上完全或至少部分填充空隙，该回填材料包括在上文的第I部分中描述的多孔混凝土或在上文的第III部分中描述的组合物。可以使用任何这样的多孔混凝土或组合物。例如，在一些情况下，在本文中所描述的回填材料的多孔混凝土具有大孔和微孔结构并且二氧化碳以大于1重量百分数的多孔混凝土的量存留于多孔混凝土内。在一些实施方式中，在本文中所描述的回填材料的多孔混凝土包括煤灰和水泥的混合物。而且，多孔混凝土可以基本上是固化的或至少部分未固化的。另外，在一些实施方式中，在本文中所描述的回填材料可以进一步包括一种或多种其他组分，如一种或多种水、岩石和沙砾。当回填材料包括至少部分未固化的材料(如部分为固化的混凝土)时，在本文中所描述的回填的方法可以进一步包括固化该未固化的材料，包括以在上文的第I部分中描述的方法。
此外，在本文中所描述的回填材料的各种组分可以以符合本发明目的的任何量存在于回填材料中。在一些情况下，例如，基于回填材料的总重量，在本文中所描述的多孔混凝土或组合物以至多达约100重量百分数、至多达约95重量百分数、至多达约90重量百分数、至多达约70重量百分数、至多达约60重量百分数、至多达约50重量百分数、至多达约30重量百分数、至多达约20重量百分数、至多达约10重量百分数或至多达约5重量百分数的量存在于在回填材料中。
此外，可以以符合本发明目的的任何方式在任何空隙中布置在本文中所描述的回填材料。例如，在一些情况下，在本文中所描述的方法的空隙包括矿或矿的部分，如煤矿或煤矿的部分。在一些实施方式中，空隙包括在矿的底部(底层，floor)和顶部(顶层，ceiling)之间的空间，使得在本文中所描述的回填方法向矿提供结构支持。在本文中所描述的方法的空隙也可以包括其它挖掘区或侵蚀区，包括在诸如建筑物的地面结构下的挖掘区或侵蚀区。此外，在本文中所描述的空隙可以具有符合本发明目的的任何尺寸和/或形状。
可以手动或使用一种或多种装置(包括一种或多种重型机械)进行在本文中所描述的空隙中布置回填材料。例如，在一些情况下，使用挖掘机、水泥搅拌运输车或专门的回填机以在本文中所描述的空隙中布置回填材料。此外，在本文中所描述的回填方法可以包括压实回填(compactionbackfilling)、水喷射回填(water jet backfilling)或流动填充回填(flowablefill backfilling)中一个或多个。
进一步将要理解的是，可以使用在本文中描述的组合物、装置和具体步骤的任何合适组合进行在本文中所描述的回填方法。例如，在本文中所描述的任何固化的或者未固化的多孔混凝土组合物可以以在本文中所描述的任何量，与在本文中所描述的任何其它的回填材料组分组合使用，与在本文中所描述的回填的任何方式组合使用。
现在将参考图进一步说明在本文中所描述的回填方法的非限制的示例性实施方式。如图4所示，在表面空隙(420)中布置回填材料(410)以至少部分地填充空隙(420)。虽然图4的实施方式说明了表面回填，但是也可以使用在本文中描述的方法回填其它空隙类型。
参考以下非限制性实施例，现在将进一步描述另外的实施方式。
实施例1
存储燃烧废品的方法
根据在本文中所描述的一些实施方式，燃烧废品的方法如下进行。首先，制备一系列包括多孔混凝土的组合物。以表2中提供的量通过混合水泥(通常重量ASTM I型波兰特水泥)、飞尘、水和铝粉(5微米，ASIN：B007J6Q3JU)制备组合物。使用研钵和研杵混合组分。然而，混合在本文中所描述的混凝土组合物的组分的其它方法也是可以的。
在多孔混凝土组合物的制备之后，在加压二氧化碳(在150psi的初始压力)存在下，通过固化混凝土将二氧化碳布置在多孔混凝土的孔结构中。使用在下文的实施例2中描述的装置和方法进行该工艺。
表2
样品 水泥(g) 灰(g) 水(mL) 铝(g) pH 初始重量 CO2(psi)
1 30 0 14 0 -- 44 150
2 30 0 14 0.5 8.2 44.5 150
3 30 0 14 0.5 8.2 44.5 150
4 3 27 14 0.5 -- 44.5 150
5 30 0 14 0.5 2.2 44.5 150
6 3 27 14 0 -- 44 150
如在在下的实施例2中描述的，也确定了样品碳酸化的量和速率。应当指出的是，在这种背景下，“碳酸化”可以指的是通过物理吸附和/或化学吸附的总吸附。图5-7示出了样品1-5在48小时内二氧化碳压力对时间的曲线，其中，时间t＝0秒相当于二氧化碳开始引入至样品室。不意图受到理论的限制，据信通过增加吸附材料的透气性增加碳酸化。因此，在本文中所描述的吸附材料的表面积和孔隙率都可以影响二氧化碳吸附，特别是物理吸附(例如，参见图5)。
再次不意图受到理论的限制，还据信二氧化碳的化学吸附可以受到吸附材料的水含量、pH和钙含量的影响。例如，如图6所示，更高的钙含量可以增加碳酸化的量。同样，如图7所示，可以通过促使二氧化碳扩散至吸附材料的饱和孔中，酸性pH也可以增强碳酸化。相比之下，据信通过限制二氧化碳在吸附材料的表面上存在的水中的浓度，吸附材料中过量的水可以减少吸附速率。
使用上面的方程(1)至(3)，对于上面的样品，计算消耗的二氧化碳的量，其中“消耗的”二氧化碳是指不再处于气相中的二氧化碳。在表3里提供了一些结果。在表3中的“初始重量”是指在碳酸化之前，吸附材料样品的初始重量。在表3里的“碳酸化的重量”是指在碳酸化之后样品的重量。将要指出的是，在表3中碳酸化的重量小于初始重量和消耗的二氧化碳的重量的总和。再次不意图受到理论的限制，据信系统较低的重量是由于存在于样品的液态水中(因此不存在于气相中)的未反应的二氧化碳的存在。这些“未反应的”二氧化碳不进行诸如钙的碳酸化的化学吸附反应。据信当在碳酸化工艺之后从样品室中释放压力时，一些溶解的但是未反应的二氧化碳可以从液态水中逸出并重新进入气相。
表3
样品 初始重量(g) 消耗的CO2(g) 碳酸化的重量(g) 误差(％)
1 44 2.26 45.87 0.8
2 44.5 3.80 47.76 1.1
4 44.5 1.1 45.15 0.9
5 44.5 15.25 58.86 1.4
除上面描述的吸附特性外，还使用超高分辨率SEM检查样品2和6的混凝土组合物的形态。图8示出了碳酸化(即，将二氧化碳处理至本文中描述的多孔混凝土中之后)之后样品2的组合物的SEM图像。图8A是在100X放大倍数下样品的SEM图像，图8B是在400X放大倍数下样品的SEM图像。图9示出了在碳酸化前后样品6的SEM图像。图9A是在碳酸化之前样品6的SEM图像。图9B在碳酸化之后样品6的SEM图像。
实施例2
测量二氧化碳吸附的方法
测量由根据在本文中所描述的一种实施方式的吸附材料吸附二氧化碳的方法如下进行。首先，构建与在图1中描述的装置相类似的装置。参考图1，在22℃的温度，使用水浴作为等温浴(180)以在该方法的实施期间使样品室(110)和参照室(130)保持在恒温。然后，通过管路或管段(152)在已知的初始压力，在参照室(130)的内体积(131)中分布来自于压缩贮气筒(150)的二氧化碳(CO2)气体。使用压力控制阀(151)和(153)以提供通过压力传感器(154)测量的约150psi的二氧化碳压力。
在装置(100)的样品室(110)的内体积(111)中布置吸附材料(120)(如在上文的实施例1中描述的吸附材料)。吸附材料(120)处于未固化的状态并且重约44g至45g。使用盖(112)密封样品室(110)，并且随后使用由氦源(未显示)提供的已知体积的氦作为非吸附气体来确定样品室(110)的内体积(111)。在使用真空泵(140)从样品室(110)排出氦以在样品室(110)中提供真空后，通过打开压力控制阀(133)从参照室(130)转移二氧化碳至样品室(110)，以提供在系统内的150psi的二氧化碳压力。随后关闭压力控制阀(153)以提供封闭系统，该封闭系统包括样品室(110)、参照室(130)、管路或管段(132)、管路或管段(162)以及在压力控制阀(153)和参照室(130)之间的管路或管段(152)的部分。封闭系统的初始压力是约150psi。
在系统没有任何另外的加热或冷却的情况下，随后在超过48小时的时段内固化吸附材料(120)。在固化过程期间，使用压力传感器(154)和压力传感器(163)监测在封闭系统中的二氧化碳压力。提供两个压力传感器(154，163)，用于在试验期间在一个压力传感器失效的情况下备用。通过数据记录器(161)和数据处理系统(160)处理压力读数(NationalInstruments NIPXIS1075系统)。
随后使用上面的方程(1)至(3)确定通过吸附材料(120)对二氧化碳吸附的量。
为了达到本发明的各个目的，已描述了本发明的各种实施方式。应认识到的是，这些实施方式仅仅示出了本发明的原理。在没有离开本发明的精神和范围的情况下，大量修改和变型对于本领域技术人员将是容易明了的。

Claims (31)

1.一种存储碳的方法，包括：
提供包含多孔混凝土的二氧化碳存储介质，所述多孔混凝土具有大孔和微孔结构；以及
使从燃烧烟道气体源获取的二氧化碳流动至所述多孔混凝土的所述孔结构中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多孔混凝土包含煤灰和水泥的混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，以至少0.01克二氧化碳每克多孔混凝土每分钟的速率，通过所述多孔混凝土吸附所述二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述多孔混凝土化学吸附和物理吸附所述二氧化碳。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，流动至所述多孔混凝土的所述孔结构中的二氧化碳的浓度大于二氧化碳的大气浓度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，使二氧化碳流动至所述多孔混凝土的所述孔结构中包括使所述二氧化碳以基于所述多孔混凝土的总重量的至多达50重量百分数的量分布在所述多孔混凝土中。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多孔混凝土是至少部分未固化的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多孔混凝土是基本上固化的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，使二氧化碳流动至所述多孔混凝土的所述孔结构中包括：
提供未固化的多孔混凝土组合物；以及
在所述二氧化碳存在下，固化所述未固化的多孔混凝土组合物。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述未固化的多孔混凝土组合物包含煤灰、水泥、水和发泡剂或起泡剂。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述未固化的多孔混凝土组合物具有酸性pH。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，在30psi至500psi的压力进行固化。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，在恒温进行固化。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，在环境温度进行固化。
15.一种组合物，包含：
具有大孔和微孔结构的多孔混凝土，以及以大于1重量百分数的所述多孔混凝土的量存留于所述多孔混凝土内的二氧化碳。
16.根据权利要求15所述的组合物，其中，所述二氧化碳以基于所述多孔混凝土的总重量的1重量百分数至25重量百分数的量存在于所述多孔混凝土中。
17.根据权利要求15所述的组合物，其中，所述二氧化碳存在于距离所述多孔混凝土的表面超过5cm的深度处。
18.根据权利要求15所述的组合物，其中，所述多孔混凝土包含煤灰和水泥的混合物。
19.根据权利要求15所述的组合物，其中，所述组合物不包含钢筋。
20.根据权利要求15所述的组合物，其中，所述多孔混凝土是至少部分未固化的。
21.根据权利要求15所述的组合物，其中，所述多孔混凝土是基本上固化的。
22.一种碳存储系统，包括：
从燃烧烟道气体获取的二氧化碳的源；和
包含多孔混凝土的二氧化碳存储介质，所述多孔混凝土具有大孔和微孔结构，以及
一个或多个管路，用于将所获取的二氧化碳递送至所述多孔混凝土。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，将所述二氧化碳的源配置为向所述多孔混凝土提供压缩二氧化碳。
24.一种组合物，包含：
具有大孔和微孔结构的多孔混凝土，所述多孔混凝土包含煤灰和水泥的混合物。
25.根据权利要求24所述的组合物，其中，所述煤灰以基于所述多孔混凝土的总重量的5重量百分数至90重量百分数的量存在于所述多孔混凝土中。
26.根据权利要求25所述的组合物，进一步包含以基于所述多孔混凝土的总重量的大于1重量百分数的量存留于所述多孔混凝土内的二氧化碳。
27.一种回填的方法，包括在空隙中布置回填材料以至少部分填充空隙，所述回填材料包含：
具有大孔和微孔结构的多孔混凝土，以及以大于1重量百分数的所述多孔混凝土的量存留于所述多孔混凝土内的二氧化碳。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述多孔混凝土包含煤灰和水泥的混合物。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述多孔混凝土是至少部分未固化的。
30.根据权利要求27所述的方法，其中，所述多孔混凝土是基本上固化的。
31.根据权利要求27所述的方法，其中，所述回填材料进一步包含水、岩石和沙砾中的一种或多种。
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