CN113348030A - CO2、NOx和SO2的化学封存 - Google Patents

Abstract

本公开提供了使用闭环技术化学封存二氧化碳(CO₂)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)(统称为NO_x，其中x＝1,2)和二氧化硫(SO₂)的七种集成方法。这些方法回收过程试剂和质量平衡消耗试剂，这些试剂可以使用电化学分离氯化钠(NaCl)或氯化钾(KCl)来制备。该技术适用于海洋和陆地排放CO₂、NO_x和SO₂的废气源。所述集成技术结合了兼容和绿色过程，将CO₂、NO_x和SO₂捕集和/或转化为改善环境的化合物，其中许多化合物具有商业价值。

Description

CO2、NOx和SO2的化学封存

相关申请的交叉引用

本申请要求根据37U.S.C.§119(e)对2019年1月28日提交的标题为“使用封闭锂技术进行CO₂的化学封存”的美国临时专利申请第62/797,468号的优先权权益，在此以引用方式将其全部内容并入本文以达到所有目的。

技术领域

本公开通常涉及大气气体的封存，更具体地涉及使用闭环技术对二氧化碳(CO₂)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)[统称“NO_x”，其中x＝1或2]和二氧化硫(SO₂)的化学封存。

背景技术

大气气体如CO₂、NO_x和SO₂是国际公认的有毒气体，可能导致危险的全球变暖。已经并将继续有许多技术专注于减少这些气体的生产和封存。然而，这些气体的化学特性给开发低成本的封存技术带来了困难。这些气体是稳定的实体，需要大量昂贵的化学能或机械能来诱使它们发生化学反应。

科学研究证实，大气和海洋中的温室气体积累正在导致地球上支持生命的环境发生巨大变化。世界各地的大多数政府都认识到这一点，并正在采取措施扭转这一趋势，以减轻损害。2019年9月23日期间发生的事件就是这一承诺的示例。联合国气候变化峰会作出了以下决议和承诺：

欧盟宣布下一个欧盟预算的至少25％将用于与气候相关的活动。

法国宣布不与政策与《巴黎协定》背道而驰的国家签订任何贸易协定。

德国等65个国家承诺到2050年实现碳中和。

12个国家对绿色气候基金做出了财政承诺，该基金是协助发展中国家采取适应和减缓措施以应对气候变化的官方财政机制。这包括挪威、德国、法国和英国最近将其以前的捐款增加了一倍。

英国做出了重大的额外贡献，在2020年至2025年期间将其国际气候融资总额翻了一番，达到116亿英镑。

印度承诺到2022年将可再生能源产能提高到175GW，然后继续提高到450GW。

80个国家加入了国际太阳能联盟。

中国表示，将每年减排120亿吨以上，并将走高质量增长和低碳发展的道路。

俄罗斯联邦宣布将批准《巴黎协定》，使加入该协定的国家总数达到187个。

巴基斯坦表示，它将在未来五年内种植超100亿棵树。

联合国政府间气候变化专门委员会于9月23日发表了一份长达1170页的报告，记录了气候变化的影响，证实了气候紧急情况。

在伦敦举行的第三次会议也于9月23日达到高潮，这次会议与海运业直接有关。主要港口、银行、石油和航运公司于9月23日星期一举行会议，并发起了一项倡议，旨在到2030年在公海实现船舶和海洋燃料零碳排放。这是海事部门减少CO₂的又一举措。

60家商业集团，包括拥有世界上最大集装箱航运公司的马士基(MAERSKB.CO)等航运公司，中粮国际、嘉吉、托克、矿业集团英美资源集团(AAL.L)等大宗商品公司，以及花旗集团(C.N)、荷兰银行(ABNd.AS)和法国兴业银行(SOGN.PA)等银行，都致力于“零排放联盟”。该联盟正在推动船只和燃料在2030年前准备就绪，并得到所需基础设施的支持。

虽然在减少这些气体的产生方面取得了进展，但一旦释放到大气中，在捕集这些气体方面取得的成功有限。因此，本领域仍然需要新的方法和技术来有效和经济地封存大气气体，如CO₂、NO_x和SO₂。

发明内容

所公开的方法提供了一种技术，该技术以高去除效率从点源气流或大气中有效地封存诸如CO₂、NO_x和SO₂(目标气体)的气体，然后以能量有效的方式将它们转化为商业上可行的产品，如碳酸氢钠(NaHCO₃)，即，一种可以保护海洋免受CO₂酸化的化合物，以及硝酸钠(NaNO₃)，即一种肥料，所有这些气体的净碳足迹为零。

所公开的方法使用强制醇沉淀以能量有效的方式回收其中间试剂。这些醇去除由CO₂、NO_x和SO₂制成的盐，这些盐在预先确定的点从该方法的处理液中被重新利用，以避免不必要的设备堵塞。对于该方法选择的醇具有独特的能力，可以通过在70℃的温度下利用燃烧产生的废热进行蒸发，或在低于25℃的温度下通过凝固重新获得，例如可从海水中获得。

本公开描述了在两个不同的循环过程组中协同配对的七个战略性选择的主要过程的组合。这些组被标识为单循环过程和双循环过程。两个过程循环通过一个新型的集成传感器和控制逻辑联系起来。这种过程和控制技术的结合包含了几种新型的CO₂,NO_x或SO₂封存及再利用方法的特点。

所有七个主要的CO₂、NO_x和SO₂再利用反应都被战略性地选择为协同工作，从而最大限度地减少反应物的使用。存在很多一个反应的副产物被用作其他反应的反应物的示例。

该方法独特地解决了与空间有限的应用相关的空间问题，例如处理海洋船只的废气。这是通过以下两种方式实现的：首先，不需要在船上储存过程试剂。该方法中的七个战略性选择的主要过程也具有从海水电化学处理中提供其主要消耗试剂的新型能力。其次，集成过程最大限度地减少了对反应室大小的需要，从而使技术设备的大小与海洋船舶或拥挤的陆地工业设施的有限空间相容。

由于所有反应的速率都取决于氢氧化钠(NaOH)或次氯酸钠(NaOCl)的消耗，因此该过程组合是新型的。

至少一个CO₂处理过程和一个NO_x处理过程的速率由NaOH的剂量控制，各组中至少一个过程的速率由作为反应物的次氯酸钠(NaOCl)的浓度控制。该特点使得过程控制系统能够以平衡氯化钠(NaCl)电化学处理所提供的化学制品的使用的方式来调节七个主要过程中各个过程的速率。

新过程控制逻辑的第二个特征是它能够利用处理前和处理后CO₂、NO_x和SO₂的气体浓度和其他变量，通过选择性地只提供处理气流中CO₂、NO_x或SO₂浓度所需的反应物的所需量，来主动地和被动地调整各个反应的速率。这种“根据要求”的化学剂量特征通过消除任何浪费的化学制品，最大限度地减少了整体化学制品的使用。该新型过程控制还选择了7个过程中更适合于气态CO₂、NO_x和SO₂的综合处理的过程。

由于这七种过程是战略性地选择的，其中至少一种CO₂处理方法和一种NO_x处理方法使用NaOH作为其反应控制试剂，并且各组中至少一个其他过程使用NaOCl作为反应控制试剂，因此还有第三个特征。主要过程的这种战略性选择使得集成过程控制逻辑能够通过响应传感器数据来平衡NaOH和NaOCl的总体消耗，然后根据需要优先安排用于CO₂处理和/或NO_x处理的NaOH或NaOCl过程,以平衡来自电化学发生器的总体化工生产。

过程和过程控制系统的集成组合的第四个特征是，能够在可以朝向任意方向的管道内使用雾或气相反应处理气态CO₂、NO_x和SO₂。与这些气体的传统处理方法相比，这一特点导致物理尺寸小。可以使用大型反应室，但不是必需的。设备体积小使得这种集成气体处理技术能够用于空间要求小的海洋船舶和拥挤的工业设施，而传统的气体处理过程无法满足这些要求。

这一战略性选择的七个过程组和新型的过程控制技术的第五个特点是能够根据需要单独调整所有过程的反应速度，以补偿CO₂的变化。实时测定废气中NO_x和SO₂的化合物比例和化合物的总浓度。

前面描述的CO₂再利用过程利用NaOH再生氢氧化锂(LiOH)。该过程具有较高的CO₂去除效率，能有效地与其它以次氯酸钠(NaOCl)为消耗剂的CO₂捕集和再利用技术相配合。使用两种可以由NaCl制成的化合物提供了一种巧妙的方法来平衡如前所述的消耗试剂需求。当这种方法用于海上船舶或其他应用时，这是一种属性，通过电化学转换海水或盐水中的氯化钠，使现场制造消耗性试剂受益。

该专利还描述CO₂捕集和再利用技术的其他方法。在这种基于氢氧化锂的CO₂捕集过程中，消耗性试剂是氢氧化钾(KOH)。KOH用于再生LiOH。这一过程不提供平衡电化学过程现场生产的反应物的能力，但与使用NaOH作为消耗试剂的基于LiOH的CO₂捕集系统相比，该过程实际上具有更小的管道系统。这种设备尺寸差异是基于KOH的CO₂捕集技术中二级反应物溶解度增加的结果。

无论在CO₂捕集技术中使用何种试剂回收LiOH，该技术都能提供99.0％的CO₂去除效率，并产生碳酸氢钠(NaHCO₃)，这种化合物对海洋稳定性大有好处。然而，该过程受到气流中NO_x的影响，并因大量SO₂的存在而减慢。这就是为什么基于LiOH的CO₂捕集过程包括在前面描述的处理NO_x、SO₂和CO₂的过程组中。该组还提供平衡NaOH和NaOCl消耗的能力。

利用KOH作为其消耗试剂的基于LiOH的CO₂捕集过程也需要具有最低水平的SO₂和NO_x的气体或液体流，但由于化学相容性，必须使用除上述方法以外的方法来实现这一目标。不相关的过程是对此应用的理想选择。利用非离子二氧化氯(ClO₂ ⁰)从气体或液体流中去除99.5％的NO_x和SO_x。

附图说明

根据一个或多个不同实施例，参照以下附图详细描述本公开。所提供的附图仅用于说明的目的，并且仅描述本公开的示例性实施例。提供这些附图是为了便于读者理解本公开，并且不应被认为是对本公开的广度、范围或适用性的限制。应该注意的是，为了清晰和便于说明，这些附图不一定按比例绘制。

图1示出了协同捕集CO₂、NO_x和SO₂集成闭环系统(单循环过程)的实施例；

图2示出了在集成闭环系统(单循环过程)中不同pH环境下NaOCl/NaOCl百分比形态的实施例；

图3A和图3B示出了协同捕集CO₂的集成闭环系统(双循环过程)的其他实施例；

图4A和图4B示出了如何配置单循环过程和双循环过程的实施例；

图5示出了用于单循环过程和双循环过程的试剂生成、转化和分配技术的实施例；

图6示出了在单循环过程中使用的过程流量计的实施例；和

图7说明了在双循环过程中使用的过程流量计的实施例。

具体实施方式

提供了以下描述以使本领域普通技术人员能够制作和使用本文描述的实施例。对特定设备、技术和应用的描述仅作为示例提供。本文所描述的示例的各种修改对于本领域的那些普通技术人员而言将是极为明显的，并且本文所定义的一般原理可应用于其它示例和应用而不偏离本公开的精神和范围。因此，本公开并不旨在限于这里描述和示出的示例，而是要赋予与权利要求相一致的范围。

“示例性”一词在本文中用于表示“用作示例说明”。在此描述为“示例性”的任何方面或设计不应解释为比其他方面或设计更优选或有利。

现在将详细参照本主题技术的各个方面，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终指代相同的元件。

本文公开的过程中步骤的特定序列或层次结构是示例性方法的示例。基于设计偏好，应当理解，在保持在本公开的范围内的同时，可以重新安排过程中步骤的特定序列或层次结构。任何附带的方法权利要求以示例序列呈现各个步骤的元素，并不意味着局限于所呈现的特定序列或层次结构。

本文公开的技术与上述致力于加强环境管理的团体的目标和任务相关。该技术为陆地和海洋提供了一种新的资源，用于CO₂捕集和再利用、NO_x减排和SO₂销毁。例如，本文所述的CO₂捕集过程的副产品是碳酸氢钠(NaHCO₃)，这是海洋用来维持生命所必需的化学平衡的化合物。如果这种产品与海洋共享，它将逆转CO₂不可避免地从大气转移到海洋和其他水体时造成的酸化。

本公开的技术可应用于海洋和陆地排放CO₂、NO_x和SO₂的废气源，或直接处理大气中的这些化合物。这种集成技术提供了一种兼容且非常绿色的过程的组合，可以捕集和/或将这些气体转化为改善环境的化合物，其中许多过程具有商业价值。

所公开的使用NaOH和NaOCl作为消耗性反应物的化学过程组合已经通过实验室规模的测试得到验证，可从燃烧和化学过程废气中去除99％CO₂、90％NO_x和99％SO₂。基于ClO₂ ⁰的NO_x去除技术的去除效率为99.5％。该结果是基于对气体流的测试，包括但不限于柴油废气、重燃料油燃烧废气和化学消化过程的废气。

所公开的技术适用于陆地和海洋船舶应用。该技术还需要小的物理“足迹”，并且在处理过程中使用的电力生产产生的废气时是碳中性的。当使用太阳能或风能发电时，该技术也是碳中性的。所有目标气体在容器内以连续雾、干/湿气溶胶、气相或液相反应的形式去除，在给定的废气流量下，容器的直径不会比传统管道大很多。

CO₂、NO_x和SO₂的联合减排过程是相互协作的。由于一个过程的反应产物通常是另一个过程中的试剂，因此化学制品的使用被减少到最低限度。例如，在图1所示的反应序列中，在第一次捕集CO₂时形成的HOCl被用于在随后的两次的NO_x捕集过程中生成NaOCl。

所有这些过程的主要消耗品是氯化钠(NaCl)或氯化钾(KCl)。将NaCl或KCl转化为过程中使用的其他消耗品所需的能量包括在下面所示的质量平衡和能量研究中。

在CO₂、NO_x和SO₂捕集和再利用过程中使用的大多数化学制品都可以回收。整个试剂回收仅需70℃(可由燃烧余热提供)或冷却至25℃以下(可由海水或其他等温或较低温度的液体提供)。

设备运行所需的电力也包括在所提供的能量研究和质量平衡中。如果发电源是本地的，例如船舶或发电厂应用，则该过程可以处理由产生该过程所需的电力而产生的CO₂、NO_x和SO₂。

用于协同管理本文所述过程的过程控制系统逻辑程序具有根据需要独立地单独调整所有过程的反应速率的能力，以实时补偿废气中CO₂、NO_x和SO₂化合物比例和化合物总浓度的变化。这是通过检测CO₂、NO_x和/或SO₂的浓度，然后仅添加处理所需量的CO₂、NO_x或SO₂所需的试剂量来实现的。

所公开的方法提供了有效封存点源和包括CO₂、NO_x和SO₂的大气气体的技术。该技术可以应用于这些气体的点源，例如，来自燃烧源的排气烟囱，或产生这些气体的化学反应。这些气体也可能存在于液相中，例如当它们溶解到水溶液中时。这项技术也适用于已经释放到大气中或存在于水中的气体。由于这项技术会产生无害的并且具有商业价值反应副产物，例如碳酸氢钠(NaHCO₃)(也被称为小苏打)，因此该技术也是对环境负责的。

本公开提供了用于去除CO₂、NO_x和SO₂(目标气体)的七种协同相关的化学过程。本公开还描述了辅助反应，并揭示了集成化学过程方法的有用方面。这七个化学过程及其辅助反应具有多方面的化学协同作用，从而减少反应室体积，缩短停留时间，以低能耗回收化合物，并有效生产商业上可行的产品。例如，图1中描述的五个化学反应可以在单个反应室内发生。通过改变只含有三种化学制品的溶液的浓度和pH值，可以单独调节所有五种反应的反应速度。有些反应的产物也是后续反应的反应物。

过程控制技术可以使用策略性放置的传感器的数据，这些数据通过传感器与已知化学公理之间的比较而被确认是准确的，过程逻辑控制(PLC)程序采用复杂的“if-then”逻辑和算法，以如下方式灵活地调节所有反应的反应速率：

调整三种目标化合物比例的变化。

调整目标化合物浓度的变化。

根据需要确定单独获得预定的CO₂和NO_x及SO₂去除效率所需的化学剂量。这种方法消除了过量的化学制品使用。

平衡了所有七个反应中两种主要反应物的摩尔比：NaOH和Cl₂/NaOCL。

PLC的多变量if-then逻辑能够完成这些任务，由于处理目标化合物的七个主要反应是特意选择了使用NaOH/NaOCl作为其主要速率决定试剂的CO₂和NO_x反应。这种用任一组化合物处理CO₂或NO_x或SO₂的能力使得PLC程序能够根据需要调整七个反应式的反应速度，以平衡对NaOH和NaOCL的化学制品的需求。整个七个过程组也可以作为“抛光洗涤器”，在需要时用作效率较低的CO₂、NO_x、SO₂或其他化合物洗涤器。

由于平衡的试剂使得一个单一的电化学(E-Chem)过程通过将NaCl转化为NaOH和Cl₂来生成本文所描述的所有七个过程的两个主要试剂，因此强调试剂使用的平衡是很重要的。使用常规的次级反应将Cl₂立即转化为NaOCl和HOCl,该反应需要一部分由E-Chem过程生成的NaOH。由于选择具有化学共生化学计量比和易于管理的反应机理的7个反应式的步骤消除或减少了对试剂储存容器的需要，因此该步骤具有商业价值。这一特点是非常重要的，当集成过程用于船舶上，选择用电化学过程从海水中生成其反应物，而不是利用船舶货物空间来存放化学试剂。在船上或陆地应用中，电化学过程也可以使用氯化钠盐水。

将NaHCO₃返回海洋有一个非常重要的原因是其补偿了海洋从大气中吸附的CO₂。海洋利用NaHCO₃作为其主要缓冲化合物，以保持海洋pH稳定在约8.1。CO₂从大气进入海洋是为了平衡气相大气和液相海水中CO₂的浓度，此时，世界海洋正在使用更多的NaHCO₃来补偿吸附的CO₂，而不是通过溶解贝壳和其他海洋物质中的氧化钙(CaCO₃)来补偿吸附的CO₂。如果这一过程在某种程度上不平衡，海洋将失去维持pH值的能力。由此产生的pH值的快速变化将杀死藻类，而藻类产生的氧气约占全球大气中氧气的70％。如果发生这种情况，人类和其他依赖大气中氧气的东西都将死亡！这将导致世界上第六次物种灭绝。不幸的是，大气中来自自然和拟人化来源的CO₂已经如此之多，即使我们立即停止从燃烧和其他来源向大气中引入更多的CO₂，在大气和海洋中的CO₂到平衡之前，世界海洋将耗尽可用的NaHCO₃。

因此，需要进行干预，以防止海洋pH值突变。幸运的是，本文公开的CO₂捕集过程每从任何来源封存1摩尔CO₂，就会产生1摩尔的NaHCO₃副产品。本文公开的过程是防止海洋失去维持生命的pH平衡的能力的解决方案的一部分。

因此，在一个实施例中，本公开提供了一种技术，该技术结合了用于使用单个反应器内的三个或更多个连续反应阶段或三个或更多个单独反应阶段的组合从废气或液体流中去除CO₂、NO_x和SO₂的方法。气体/雾或气体/(湿或干气溶胶)或液/液相反应技术使得单独和集体洗涤阶段能够处理从500立方米/分钟以下到可构建的任意尺寸的任何气体/液体体积。反应速率可以足够快，以促进反应容器的尺寸调整，这对于移动应用以及空间有限的陆地应用来说是足够小的。该方法也可以做得更大，以适应特殊的目标气体处理要求。尽管没有商业化的销售，该方法已经成功地适应了空间有限的具有挑战性的海洋船舶应用。此项工作的质量平衡包括在本文中。该过程可以很容易地针对更大的陆地应用进行调整。

如图1所示，单循环过程技术包括SO₂的初始捕集。当将含有SO₂的气体引入含有次氯酸钠(NaOCl或NaClO,也称为“漂白剂”)的水雾中或者通过逆流填充床洗涤器、泡罩板洗涤器或类似设备移动含有SO₂的气体,其中该设备再循环有含有NaOCl的溶液，或者使含有SO₂的溶液与含有NaOCl的溶液发生反应，都会发生这一过程。在所有情况下，反应都会生成氯化钠(NaCl)和硫酸(H₂SO₄)。如下面反应式[1]所示，1摩尔NaOCl可与1摩尔SO₂和1摩尔H₂O反应生成1摩尔NaCl和1摩尔H₂SO4:

SO₂+NaOCl+H₂O→NaCl+H2SO₄ [1]

接下来，如图1所示，NO_x(包括NO和NO₂)的第一次捕集可以通过其与NaOCl和H₂O反应生成硝酸钠(NaNO₃)和盐酸(HCl)而发生。如反应式[2]所示，1摩尔NO和1摩尔NO₂可与1摩尔NaOCl和1摩尔H₂O反应生成2摩尔NaNO₃和2摩尔HCl：

NO+NO₂+NaOCl+H₂O→2NaNO₃+2HCl [2].

接下来，如图1所示，CO₂的第一次捕集可以通过其与NaOCl和H₂O反应生成次氯酸(HOCl)和NaHCO而发生。如反应式[3]所示，1摩尔CO₂可与1摩尔NaOCl和1摩尔H₂O反应生成1摩尔HOCl和1摩尔NaHCO₃:

CO₂+NaOCl+H₂O→HOCl+NaHCO₃ [3].

接下来，如图1所示，NO_x的第二次捕集可以通过其与NaOH和NaOCl反应生成亚硝酸钠(NaNO₂)和H₂O而发生。如反应式[4]所示，1摩尔NO和1摩尔NO₂可以与2摩尔NaOH和1摩尔NaOCl反应生成2摩尔NaNO₂和1摩尔H₂O：

NO+NO₂+2NaOH+NaOCl→2NaNO₂+H₂O [4].

最后，如图1所示，CO₂的第二次捕集可以通过其与NaOH反应生成NaHCO₃而发生。如反应式[5]所示，1摩尔CO₂可与1摩尔NaOH反应生成1摩尔NaHCO₃:

CO₂+NaOH→NaHCO₃ [5].

在含有产物NaHCO₃、Na₂SO₄和NaCl的反应混合物中加入醇，包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、丁醇(包括叔丁醇)等，可以发生产物的第一次强制沉淀。一旦沉淀的材料从水/醇相中分离出来，醇(甲醇)就可以热分离和回收，固体NaHCO₃、Na₂SO₄和NaCl产品可以储存用于商业用途或返回海洋。或者，一旦沉淀的物质从水/醇溶液中去除，醇(叔丁醇)就可以从水相中分离出来，并通过用海水或其他25℃或更低温度的冷阱冷却混合物，再用任何适当的方法分离凝胶或固体来循环使用。固体NaHCO₃、Na₂SO₄和NaCl产品可储存用于商业用途或返回海洋。

在含有NaNO₂、NaNO₃的水性反应混合物中加入二烷基酮，包括但不限于丙酮、甲基乙基酮、二乙基酮等时，可以发生产物的第二次强制沉淀。一旦沉淀的材料从水/丙酮混合物中分离出来，丙酮可以热回收，固体NaNO₃产品可以储存起来用作肥料。

此外，如图1所示，可以将NaOCl和NaOH以及任意回收的H₂O添加回循环序列中，以维持反应循环。

图1所示的反应序列使用基于多种算法的过程控制序列，通过改变试剂剂量参数有效地调节五个略微重叠的序列反应的相互关联的反应速率。该过程控制可以使用多变量联立方程整合来自多个传感器的数据，该联立方程采用if-then逻辑，并参照已知的动力学反应参数来确定传感器数据的有效性。这一过程控制，还调节试剂注入到单一反应室的时间。该过程控制还包括对注入试剂的质量和所用试剂混合物的pH值的调节。通过调节NaOCl、NaOH和HCl三种反应物，可以实现对五个反应的多变量过程控制。

循环序列内反应的协同选择使得过程早期阶段的反应产物能够在同一容器内的半重叠环境中发生的后续反应中充当试剂。例如，在图1所示的反应序列中，在第一次捕集CO₂时形成的HOCl被用于在随后的两次的NO_x捕集过程中生成NaOCl。

能够对图1所示的反应进行精确的过程控制，由于为该过程选择的独特和不同的反应具有独特的不同的动力学反应速率，并且对NaHCO₃在其环境的pH下形成的两种离子的响应也不同。

对反应序列的了解和如前所述有意改变投入反应室的NaOCl试剂的pH、时间和量提供了一种可预测的方式来选择性地捕集和/或去除过程序列中的SO₂、NO_x和CO₂。

图1循环中的第五个反应使用NaOH作为试剂。响应于预先确定的传感器数据，由PLC程序指定的引入NaOH的速度和时间也对该过程进行调节。

本系统中使用的过程控制逻辑需要来自传感器的可靠数据。氧化还原电位(ORP)等非特异性传感器可能提供不可靠的过程信息。例如，如果ORP被用来调节NaOCl在反应混合物中的剂量，则随着NaOCl的加入，ORP会发生变化，如果NaOCl是唯一能影响溶液ORP值的化合物，这将是一个有效的过程控制变量。但是由于ORP不是专门检测反应混合物中的HClO和ClO^-离子，因此来自ORP探针的数据可能是不可靠的。反应混合物中的其他化合物或离子也会影响反应液体的ORP值。这个问题不能通过使用两个或更多相同的传感器来解决。因此，用于调节本文公开的反应的过程控制逻辑并不依赖于可能发生过程混乱的非特定传感器。本专利申请中描述的过程控制依赖于在过程传感器可能混淆的各种情况下，来自两个独特地不同传感器的信息的比较。

例如，可以通过两个不同传感器的数据确定NaOCl的剂量：处理液的pH值和反应室中Cl₂气的浓度。如图2所示，将两个传感器的数值与已知的NaOCl形态进行比较。刚才描述的组合用于为各个领域提供可靠的过程变量数据，其中NaOCl的添加是过程化学的一部分。

验证传感器数据的概念也适用于其他过程变量。反应室特定部分气体的特性和浓度的傅里叶变换红外光谱(FTIR)数据可以与已知的气体比例之间的关系进行比较，如SO₂的存在与过程液雾的pH值之间的关系。

单个反应器内的多个过程的监控和调节集成是反应室比在单独的反应室中完成七个过程并用常规过程控制进行调节时所需的要小得多的主要原因。

在基于LiOH的CO₂捕集之前从气体或液体流中去除SO₂和NO_x的替代方法是基于二氧化氯(ClO₂ ⁰)。

这一过程的关键是生成非离子二氧化氯，用上标有“0”区分，如下所示:ClO₂ ⁰。这可以通过前面引用的专利中描述的几种方法来完成。过程控制，根据需要将ClO₂ ⁰加入到反应室中，以与已知量的NO和NO₂反应，所述已知量的NO和NO₂是由FTIR或其他能够检测气体或液体流中这些化合物和ClO₂ ⁰的传感器。ClO₂ ⁰与NO和NO2根据反应式[6]和[7]发生反应：

5NO+2(ClO₂)⁰+H₂O→5NO₂+2HCl [6]

5NO₂+(ClO₂)⁰+3H₂O→5HNO₃+HCl [7]

由反应式[6]和反应式[7]生成的HCl和HNO₃用反应式[8]和反应式[9]中所述的KOH中和：

HCl+KOH→KCl+H₂O [8]

HNO₃+KOH→KNO₃+H₂O [9]

反应式[8]和反应式[9]所示的KCl和KNO₃产物可以用乙醇或其他溶剂的强制沉淀去除。

在另一实施例中，本公开提供了集成闭合双循环系统的双循环过程技术，其协同捕集CO₂并将其转化为NaHCO₃。在这一过程中，主要反应物包括氢氧化锂(LiOH)，其可再生并通过回收回到循环中。引入循环的速率控制消耗品包括氢氧化钠(NaOH)。可以生成副产物碳酸钠(Na₂CO₃)，并可用于将CO₂进一步转化为NaHCO₃。这项技术有许多用途，包括在空间飞行器、船舶、潜艇和麻醉中的使用。

如图3A和图3B所示，双循环过程的循环1包括CO₂的初始捕集和CO₂的第二次捕集。当CO₂被引入氢氧化锂(LiOH)或碳酸钠(Na₂CO₃)时，就会发生该过程。LiOH和/或Na₂CO₃与CO₂之间的接触和随后的反应可以以下几种方式发生：含有CO₂的气体可以暴露于含有LiOH和/或Na₂CO₃的水雾中，导致CO₂通过气相与液滴之间的膜转移，在液滴中与LiOH和/或Na₂CO₃反应。含有CO₂的气体可以冲击含有LiOH的液体薄膜，导致CO₂通过气相与液膜之间的膜转移，并与液膜中的LiOH和/或Na₂CO₃反应。

在另一个实施例中，CO₂可以溶解或悬浮在水溶液中，该水溶液含有溶解的LiOH和/或Na₂CO₃的溶液混合，在水溶液中，CO₂随后与LiOH和/或Na₂CO₃反应。在最后一个示例中，含有CO₂的气体可以暴露于气溶胶中，气溶胶输送干燥或潮湿的LiOH颗粒或纳米颗粒，这些颗粒接触气相CO₂或溶解/悬浮在液滴中的CO₂导致如反应式[10a和10B]所述的反应。反应产物和过量的反应物随后被捕集在雾或液体中，最终在这个过程序列中回收。

上述方法中使用的CO₂捕集与众所周知的工业实践的“干式”方法有独特的去吧，干式方法通过将气体暴露于颗粒状LiOH或浸渍有LiOH或其他锂材料的颗粒状材料的固定床中来捕集CO₂。

图3A所述的本方法中使用的所有CO₂捕集的示例最终都将CO₂转移到水相中，在水相中根据如下反应式进行反应。

如下式[10A]所示，2摩尔LiOH可与1摩尔CO₂反应生成1摩尔碳酸锂(Li₂CO₃)和1摩尔水(H₂O)。此外，如反应式[10B]所示，2摩尔一水氢氧化锂(LiOH·H₂O)可与1摩尔CO₂反应生成1摩尔Li₂CO₃和3摩尔H₂O：

2LiOH+CO₂→Li₂CO₃+H₂O [10A]

2LiOH·H₂O+CO₂→Li₂CO₃+3H₂O [10B]

即，CO₂可以从大气和/或水溶液中捕集，然后被封存成固体Li盐，即Li₂CO₃。反应式[10A]和[10B]中所描述的CO₂的捕集可以在气相或液相中发生。

接着，如图3A和图3B所示，通过分别用NaOH或氢氧化钾(KOH)处理，将反应式[11A或11B]中生成的Li₂CO₃转化为碳酸钠(Na₂CO₃)或碳酸钾(K₂CO₃)。这些反应如下式[11A]和[11B]所示，1摩尔Li₂CO₃可与2摩尔NaOH或2摩尔KOH反应生成2摩尔LiOH和1摩尔碳酸钠(Na₂CO₃)或1摩尔碳酸钾(K₂CO₃)：

Li₂CO₃+2NaOH→2LiOH+Na₂CO₃ [11A]

Li₂CO₃+2KOH→2LiOH+K₂CO₃ [11B]

除了再生LiOH，生成的Na₂CO₃或K₂CO₃可用于下一步，以捕集更多的CO₂(见下面反应式[8A]和[8B])。

如反应式[11A]和[11B]所示，Li₂CO₃与NaOH/KOH反应生成LiOH和Na₂CO₃/K₂CO₃发生在液相中。

接着，使用上述气体/液体或液体/液体或气体/固体传质方法，将反应式[11A和11B]的反应产物再次暴露于CO₂中。

传质导致反应，其中1摩尔Na₂CO₃或1摩尔KHCO₃可与1摩尔CO₂和1摩尔H₂O反应生成2摩尔NaHCO₃或2摩尔KHCO₃，如反应式[12A]和[12B]所示：

Na₂CO₃+CO₂+H₂O→2NaHCO₃ [12A]

K₂CO₃+CO₂+H₂O→2KHCO₃ [12B]

只要通过加入NaOH或KOH将pH升高到碱性，该反应就可以持续(取决于水相中固体的浓度)。

如图3A和图3B所示，并在质量平衡表(表5)中所述，LiOH被循环使用，整个过程要求每捕集的1摩尔CO₂需要1摩尔NaOH或LOH。整个反应每捕集1摩尔CO₂产生1摩尔NaHCO₃。

过程化学使用一种方法来调节过程停留时间。这包括液体流过双循环过程序列的循环1和循环2。循环2是循环1过程流的滑流。循环2实际上是两个或多个具有相同机械构造的过程循环，可能处理或不处理相同体积的过程液。多循环2过程设备系统可以具有相同或不同的反应容器横截面面积。

两个或多个循环2过程液流路的比例或百分比可以根据需要进行监控和调节，以提供理想的反应停留时间。整个循环2过程流的横截面积是根据需要进行调整的，以达到减缓或增加反应器内停留时间的液体流动速度。调整停留时间以使得循环内的反应能够达到所需的过程完成百分比。通过改变循环2过程路径的总横截面积，直到横截面积的任何进一步变化将对循环2内所需的过程完成百分比产生不利影响，从而实现最佳过程调整。

循环1进程路径停留时间也可以根据需要进行调整，以获得该循环中发生的进程的最佳完成百分百。这是通过调整经过循环的处理液流速来实现的，也就是通过改变分流到循环2反应器的液体分流来实现的。

过程控制逻辑通过响应确定液体和气体流中化合物浓度的分析传感器加上流量传感器数据和循环的已知循环横截面积，来有效地监测和调整循环2路径的数量以及循环1和循环2之间的分流比，以在循环1和循环2内产生期望的停留时间，从而在两个循环中实现期望的反应完成。这个过程会自动调整，以适应目标气体的浓度比例和每种目标气体的总量的变化。

本公开提供了从循环2再循环过程中去除NaHCO₃，而不从相同处理液中去除LiOH的方法。这是通过在向循环2滑流步骤添加醇时使用醇进行强制沉淀来完成的。选择合适的醇对于该过程的成功至关重要。

两种醇被确定为该过程的理想选择。每一种都有一套独特的理想物理特性。由于甲醇能与在水混溶而不形成共沸物，与H₂O相比，对NaHCO₃的溶解度低，对LiOH的溶解度等于或高于H₂O，因此甲醇是理想的。甲醇是唯一不与水形成共沸物的醇，这一特性使得在蒸馏过程中能够更完全地分离醇和水。甲醇的沸点为64.7℃。这种低温使得能够通过蒸馏利用燃烧过程中的废热回收甲醇。叔丁醇的固化温度为25℃至26℃，这为该方法的应用提供了一个解决方案，即可以使用大型散热器，例如安装在海船上的过程。海洋可以免费提供叔丁醇凝固所需的冷却。该特性使得其随后可以通过离心机或过滤从过程流中分离。

这种分离序列利用了NaHCO₃在醇中的溶解度低于LiOH的事实。例如，在过程温度下，LiOH在水中的溶解度在108至128克/升之间，在常温下NaHCO₃在水中的溶解度在69至169克/升之间。然而，当向LiOH水溶液中加入乙醇等醇时，其溶解度保持在23克/升左右，而NaHCO₃水溶液在乙醇中的溶解度为0。

NaHCO₃和LiOH之间溶解度的差异使得这一强制沉淀步骤得以实现：NaHCO₃沉淀，将LiOH留在在溶液中。甲醇、叔丁醇(或其他合适的醇)可以添加到该滑流液体中，以影响钠盐或钾盐的沉淀。

可以将醇，优选甲醇或叔丁醇添加到循环2液体中。醇的体积与循环2液体流速、过程液温度和过程流中影响NaHCO₃或KHCO₃沉淀的化合物的浓度成正比。可以使用任何常规的剂量法将醇添加到循环2过程液流动管道中，该方法有助于在过程流动系统中引入最小的静压，实现良好的液体混合。

再生的LiOH留在含水反应混合物中，可通过循环1重新用于封存其他CO₂，固体NaHCO₃可转化为糊状物，并根据所需纯度或物理状态洗涤或干燥。例如，薄膜干燥机、离心机或其他类似装置可以去除NaHCO₃浆料或浆料中存在的水分。然后，固体NaHCO₃被包装用于商业用途或存放在海洋中，以换取税收捐赠。

如果循环1和可选的SO₂预洗涤器没有从气流中去除所有SO₂，任何剩余的SO₂都可以与LiOH反应生成Li₂SO₃。在循环2过程的强制两步沉淀NaHCO₃和Li₂SO₃的步骤中，Li₂SO₃也从循环液中去除。该过程遵循以下反应步骤，见反应式[13]至反应式[17]

2LiOH(saturated)+SO₂→Li₂SO₃+H₂O [13]

Li₂SO₃+H₂O+SO₂→2LiHSO₃ [14]

Li₂SO₃+H₂SO₄→Li₂SO₄+SO₂+H₂O [15]

Li₂SO₄(浓缩)+Na₂CO₃→Li₂CO₃↓+Na₂SO₄ [16]

Li₂CO₃+2NaOH→2LiOH+Na₂CO₃ [17]

已对照燃烧废气中常见的其他化合物检查了所公开的CO₂封存过程中使用的化学制品，并确定在该过程中没有发生未补救的重大遗漏。

图4A和图4B示出了如何配置本文公开的用于单循环过程和双循环过程的CO₂、NO_x和SO₂捕集和再利用方法的实施例。序列很重要，但这些步骤可以发生在一个、两个或多个独立但相联的反应容器中。该过程也可以发生在两个或多个平行的反应容器中，只要所有平行的容器都使用这里所示的反应序列。单循环过程和双循环过程可以在单个洗涤容器内依次组合，也可以分成两个或多个部分。

图4A和图4B还示出了当废气高于环境温度时，单循环和双循环过程通常是如何由SO2洗涤器和/或废气冷却/节能器/淬火模块进行的。图的右侧还示出了试剂的生产及其流入单循环过程和双循环过程的情况。

图4A和图4B示出了图1的名为“单循环过程”的黑色矩形内分组的五个过程的序列如何可以集成到单个洗涤容器内的洗涤过程中的实施例。这种化学反应的组合被定义为单循环过程。其被设计用于处理燃烧或其他化学和生物来源的CO₂、NO_x和SO₂排出的废气。

图4A和图4B左侧的单循环和双循环过程图分别在图1、图3A和图3B中详细显示。图4A和图4B中所示的配置只是可能配置的一个示例，并不意味着是限制性的。图4A和图4B所示的试剂生成、转化和分配技术在图5中有更详细的描述。

图4A和图4B还示出了在电化学(E-Chem)生产NaOH和Cl₂过程中产生的氢气被排放到双循环过程下游的燃烧器中。这个燃烧模块可以包括一个横跨气流的金属炉架。当存在时，炉架由氢气燃烧加热。热金属表面和/或燃烧器火焰被设计以燃烧剩余的碳氢化合物并加热废气，以尽量减少排气堆处的冷凝云。

图5说明了七个单独的气体洗涤过程如何被分成两个洗涤组：

SO₂、NO_x和CO₂洗涤化学反应被标识为单循环过程，被分组在一个用双实线封闭的矩形内。

另外两个CO₂捕集过程被标识为双循环过程，显示在虚线包围的矩形内。

图5还示出，单个电化学发生器可以从海水或其他含有NaCl的溶液中制造所有七个过程的主要化学消耗品，而不会产生其他会干扰E-Chem过程的化合物。以NaCl为原料制备NaOH和Cl₂的电子化学方法在工业上得到了很好的应用。更新、更节能、对环境挑战较小的技术正在出现。建议采用改进的技术，但所公布的技术不依赖于任意一种电化学方法。

将Cl₂转化为NaOCl也是一种行之有效的方法。本公开不依赖于任意一种方法，但是推荐使用最节能和对环境无害的方法。

图5还示出了如何平衡电子化学过程中试剂的用量。目前存在多种捕集和再利用CO₂和NO_x的方法。各种类型的方法中至少有一种使用NaOCl作为试剂，另一种使用NaOH作为试剂。这种双试剂消耗选项使得能够根据需要为CO₂和/或NO_x洗涤分配任一种或两种试剂，以平衡E-Chem过程的总试剂产量。

图5中仅示出了一种用于捕集SO₂的方法，但可以通过可选的SO₂预洗涤阶段进行补充。

在使用NaOH或NaOCl作为消耗品的整个过程中，多种CO₂、NO_x和SO₂处理方法的集成使得在不浪费试剂的情况下调节废气流中CO₂、NO_x和SO₂比例的波动成为可能。

例如，本技术方案中特意包括了三种去除CO₂的过程。其中一种CO₂过程利用NaOCl作为消耗品，另外两种使用NaOH/KOH。这一点很重要，由于在某些过程气体中，例如燃烧，CO₂的质量负荷通常比NO_x或SO_x的质量负荷高40倍，因此必须用NaOH/KOH处理部分CO₂，用NaOCl处理其余CO₂，以平衡NaCl的E-Chem转化反应中所产生的试剂的化学有效性。监测NO_x和SO₂浓度的变化，并通过调整为CO₂反应选择的总比例来轻松调节。过程控制系统逻辑通过前面描述的多方面过程来调整每个CO₂封存过程的百分比。

本文所述的单循环过程被设计为作为双循环过程的先决条件。但是，单循环过程和双循环过程也可以在独立模式下使用。

单循环过程也可以充当抛光洗涤器。在一个示例中，单循环过程可以充当任意设计的SO₂消除洗涤装置或任意设计的NO_x消除洗涤装置。在另一个示例中，单循环过程可以充当从废气流中捕集废热的淬火器，用于在单循环过程中使用的回收反应物或用于其他目的。

此外，如果气流中不含有可与过程化学制品反应的化合物，例如：SO₂和NO_x，则双循环过程可作为一项独立技术使用。

示例

示例1：图6和表2描述了单循环过程中使用的过程流量计：

表2

示例2：图7和表3描述了双循环过程中使用的过程流量计：

表3

本文公开的集成CO₂、NO_x和SO₂过程适用于基于海洋和陆地的应用。这一系列过程的固有设计为其提供了海洋应用所必需的特性。如果需要，这些相同的特点可以应用于地面应用程序，或者可以以需要较大设备占地面积的方式隔离地面应用程序。这些特点概述如下：

反应室以一定速度处理废气，使得反应室的体积略微大于典型废气流所需的体积。

由于反应室利用雾状反应，因此反应室可以沿任意方向取向。图中所示的向上流动只是示例。

该方法可以从海水中生成NaOH和NaOCl，因此不需要在船上储存NaCl。

这些过程生成NaHCO₃，海洋自然使用它来控制pH值。在船上直接处理这种化合物将有利于海洋。这样就不需要在船上储存NaHCO₃了。

本文公开的方法将NaNO₃从过程流中分离出来，并将其作为商业上可行的糊状物储存。

在此公开的方法具有处理发电系统的废气的能力，所述发电系统需要产生运行所述方法所需的电力，从而由于操作所述组合组的方法，基本上不排放CO₂、NO_x和SO₂。

如果使用过时的技术生产NaOH/KOH，使用E-Chem发电将会引起关注。在过去的几年中，生产NaOH/KOH的技术逐渐变得更加环保。电极技术的升级已经用于商业生产。其他最新技术突破表明，对细胞膜的需求是如何消除的。据报道，这一最新的变化将电力需求减少到传统电力需求的1/3至1/5之间。

表4示出了可用于制造所公开方法所需的NaOH和NaOCl的海水的化学成分组成。

表4

本研究中的质量平衡采用了NO_x中95％NO/5％NO₂的混合物，但数值是近似的。准确的NO/NO₂比值将取决于NO_x生成和洗涤之间的实际时间、气体温度和气流中的其他成分。在SO_x洗涤之前，还受到雾淬的影响。一些NO₂会溶解到淬火水中。

本公开还提供了用于单循环过程和双循环过程洗涤阶段的单独的质量平衡表。文献报道了海洋废气中NO_x和CO₂的比例差异很大，因此，本研究计算了SO₂、NO_x和CO各去除1千克的质量平衡，然后基于一艘“典型的汽车运输船型”和定义的操作参数将其结合起来。表5示出了以双循环过程中捕集的1千克CO₂计算，捕集和再利用的CO₂量*。

表5

*所有质量按100％物料的干重计算。

*蒸馏过程中通过H₂O损失的甲醇消耗是一个估计量。

表6示出了以单循环过程中捕集的1千克CO₂计算，NaOCl捕集的CO₂量*。

表6

表7说明了以单循环过程中捕集的1千克SO₂计算，NaOCl捕集的SO₂的量*。

表7

*所有质量按100％物料的干重计算。

表8示出了以1千克经过单循环过程中的减排过程处理的95％NO/5％NO₂计算，NaOCl捕集的NO_x的量。*

表8

*所有质量按100％物料的干重计算。

描述以假定为累积的比例从废气中去除NO_x的两个反应式共同处理了大约90％的可用NO_x。如果需要去除99+％NO_x，则需要基于ClO₂的NO_x过程。

表9说明了在100％发动机容量下，燃烧HFO燃料的2缸发动机的船舶排气中NO_x、SO₂和CO₂的比例。

表9

表10说明了在所公开的计算中使用的“典型船舶”的物理特性。

表10

表11说明了在规定的速度和风力条件下船只实际使用的燃料消耗。

表11

表12说明了二冲程船用发动机燃油燃烧的典型NO_x、SO₂和CO₂排放。

表12

表13说明了上文所述典型船舶的NO_x、SO₂和CO₂排放量(千克/小时)。

表13

*NO/NO₂的NO_x的比值定义为95/5。

表14示出了在100％发动机容量下，基于HFO每小时二冲程船用燃烧的实际比例的CO₂、SO₂和NO_x的综合捕集。*

表14

1.H₂O的回收率为90％以上。从海水淡化装置补给水。

2.NaOH、NaOCl和HOCl都是由船上携带的NaCl或从海水中捕集的NaCl生成

表14报告的数据用于调整表中所报告的NO_x、CO₂和SO₂的比例，使之与本报告中所使用的典型船舶在发动机容量为100％的情况下所显示的实际排气化学比例相符。

以下数据是指电化学过程中生成NaOH和NaOCl以及HOCl所需的能量，所需的能量是处理100％CO₂、90％NO_x和100％SO₂所需的能量。此计算假设没有SO₂预洗涤器。上述三种化学制品都是由船上携带或从海水中去除的NaCl制成的。

通过单循环过程和双循环过程模块回收化学制品的所有其他能量完全来自燃烧源产生的废物能量。废热还含有产生化学加工中使用的泵、混合器和其他机械设备所需的电力所需的能量，但利用这些废热需要附加设备。因此，使用少量的附加燃料来产生这种电能是切实可行的。

从饱和NaCl溶液中产生1kg NaOH所需的理想能量为0.911kWh。如果用海水作为NaCl的来源，电能消耗会更大。表15说明了各种燃油中的能量*。

表15

1千瓦时＝3412BTU

根据表12和表15，只需要95,77加仑5号燃料油(重型)就可以处理表10和表11所述典型船舶每小时100％发动机容量产生的所有CO₂、90％的NOx和所有SO2。

虽然参照本公开的优选实施例特别示出和描述了本公开的特征，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在其中进行前述和其他改变。同样，各种图可以描绘用于本公开的示例架构或其他配置，这样做是为了帮助理解可包括在本公开中的特征和功能。本公开不限于所示的示例架构或配置，而是可以使用各种替代架构和配置来实现。此外，尽管以上根据各种示例性实施例和实现描述了本公开，但应当理解，在一个或多个单独实施例中描述的各种特征和功能不限于其对描述它们的特定实施例的适用性，相反，它们可以单独或以某种组合应用于本公开的一个或多个其他实施例，无论是否描述了这些实施例，以及无论这些特征是否被呈现为所描述的实施例的一部分。因此，本公开的广度和范围不应受到上述示例性实施例中任何一个的限制。

Claims (23)

1.一种通过循环序列化学封存二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NO)、二氧化氮(NO₂)和二氧化碳(CO₂)的方法，所述方法包括：

a)在一个或多个第二反应室中提供SO₂、NO、NO₂、CO₂、次氯酸钠(NaOCl)、氢氧化钠(NaOH)和水(H₂O)的混合物；

b)使SO₂与NaOCl和H₂O反应在混合物中生成氯化钠(NaCl)和硫酸(H₂SO₄)；

c)使NO和NO₂与NaOCl和H₂O反应在混合物中生成硝酸钠(NaNO₃)和盐酸(HCl)；

d)使CO₂与NaOCl和H₂O反应在混合物中生成次氯酸(HOCl)和碳酸氢钠(NaHCO₃)；

e)使NO和NO₂与NaOH和NaOCl反应在混合物中生成亚硝酸钠(NaNO2)和H₂O；

f)使CO₂与NaOH反应，以在混合物中提供NaHCO₃；

g)向混合物中加入醇溶剂，使生成的NaCl、NaHCO₃、Na₂SO₄沉淀，并将沉淀物从混合物中去除；

h)从混合物中去除醇溶剂；

i)向混合物中加入二烷基酮溶剂，强制生成的NaNO₂、NaNO₃沉淀，并将沉淀物从混合物中去除；

j)从混合物中去除二烷基酮溶剂；

k)可选择地向混合物中加入NaOCl、NaOH和/或H₂O；和

l)在所述一个或多个第二反应室中向所述混合物中加入SO₂、NO、NO₂和CO₂，并按照步骤b使所述混合物反应以完成所述循环序列。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述醇溶剂是甲醇或叔丁醇；以及二烷基酮溶剂为丙酮。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个反应室中的混合物在水溶液、水雾或气相中。

4.如权利要求1所述的方法，其中，NaOCl、NaOH和H₂O以水溶液或水雾的形式引入到所述一个或多个反应室。

5.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括在所述一个或多个反应室中提供SO₂、NO、NO₂和CO₂的混合物，其有助于调节所述混合物作为气体或液体流暴露于NaOCl、NaOH和H₂O的水性混合物或NaOCl和NaOH的干粉混合物中。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个反应室通过气体/气体相互作用、气体/雾相互作用、气体/液体相互作用、液体/雾或液体/液体相互作用的组合引起混合物之间的相互作用。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述气体/雾的相互作用包括使用具有或不具有机械液滴剪切诱导增强喷嘴使SO₂、NO、NO₂、CO₂气体与NaOCl、NaOH和H₂O液滴相互作用。

8.如权利要求6所述的方法，其中，所述气体/液体相互作用包括使用气泡室或逆流填充床洗涤器、冲击板式塔盘洗涤器或等同物使SO₂、NO、NO₂、CO₂气体与NaOCl、NaOH和H₂O溶液相互作用。

9.如权利要求6所述的方法，其中所述液体/液体相互作用包括使用静态混合器或声波混合器或等同物使溶液中的SO₂、NO、NO₂、CO₂与溶液中的NaOCl、NaOH和H₂O相互作用。

10.如权利要求1所述的方法，其中，可选择添加的NaOCl和NaOH是由NaCl电化学分解成NaOH和Cl₂产生的，并且一部分NaOH和Cl₂分别结合生成NaOCl。

11.一种通过循环序列化学封存二氧化碳(CO₂)的方法，所述方法包括：

a)在一个或多个反应室中提供CO₂、氢氧化锂(LiOH)、氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)和水(H₂O)的混合物；

b)使CO₂与LiOH反应在混合物中生成碳酸锂(Li₂CO₃)和水(H₂O)；

c)使Li₂CO₃与NaOH或KOH反应在混合物中生成LiOH与碳酸钠(Na₂CO₃)或碳酸钾(K₂CO₃)；

d)使Na₂CO₃或K₂CO₃与CO₂和H₂O反应在混合物中生成碳酸氢钠(NaHCO₃)或碳酸氢钾(KHCO₃)；

e)向混合物中加入醇溶剂，强制生成的NaHCO₃或KHCO₃沉淀，并从溶液中去除沉淀的NaHCO₃或KHCO₃；

f)从混合物中去除醇溶剂；

g)可选择地向混合物中加入NaOH或KOH和/或H₂O；和

h)在所述一个或多个反应室中向所述混合物中加入CO₂并按照步骤b使所述混合物反应以完成所述循环序列。

12.如权利要求11所述的方法，其中，醇溶剂是叔丁醇或甲醇。

13.如权利要求11所述的方法，其中，CO₂以水溶液、水雾或气相的形式引入所述一个或多个反应室。

14.如权利要求11所述的方法，其中，所述LiOH、NaOH或KOH以水溶液、水雾或干粉末气溶胶的形式引入所述一个或多个反应室。

15.如权利要求11所述的方法，其中，在所述一个或多个反应室中提供CO₂，其有助于调节将CO₂作为气体或液体流暴露于LiOH、NaOH或KOH和H₂O的含水混合物或LiOH、NaOH或KOH的干粉混合物中。

16.如权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个反应室经由气体/雾相互作用、或气体/液体相互作用、或液体/液体相互作用或气体/气溶胶粉末相互作用的组合引起混合物之间的相互作用。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述气体/雾的相互作用包括使用具有或不具有机械液滴剪切诱导增强喷嘴使CO₂气体与LiOH、NaOH或KOH、Na₂CO₃或K₂CO₃和H₂O液滴相互作用。

18.如权利要求16所述的方法，其中，所述气体/液体相互作用包括使用气泡室或逆流填充床洗涤器、冲击板式塔盘洗涤器或等同物使CO₂气体与LiOH、NaOH或KOH、Na₂CO₃或K₂CO₃和H₂O溶液相互作用。

19.如权利要求16所述的方法，其中所述液体/液体相互作用包括使用静态混合器或声波混合器或等同物使溶液中CO₂气体与LiOH、NaOH或KOH、Na₂CO₃或K₂CO₃和H₂O溶液相互作用。

20.如权利要求11所述的方法，其中，可选择添加的NaOH或KOH分别由NaCl或KCl电化学分解成NaOH或KOH产生的。

21.一种化学封存二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NO)、二氧化氮(NO₂)和二氧化碳(CO₂₎的系统，所述系统包括：

a)一个或多个第一反应室，其用于用水(H₂O)、次氯酸(HOCl)溶液或氢氧化钠(NaOH)溶液猝灭/吸收SO₂、NO、NO₂和CO₂；

b)电化学发生器，其用于使氯化钠(NaCl)或氯化钾(KCl)和H₂O反应生成NaOH或KOH、氢气(H₂)和氯气(Cl₂)，其中NaOH或KOH与Cl₂反应生成次氯酸钠(NaOCl)或次氯酸钾(KOCl)和H₂O；

c)一个或多个第二反应室，其用于通过循环序列化学封存SO₂、NO、NO₂和CO₂，其中生成的NaOH或KOH以及NaOCl或KOCl可选择地送入所述一个或多个第二反应室；和

d)一个或多个第三反应室，其用于通过另一循环序列化学封存二氧化碳(CO₂)，其中生成的NaOH或KOH可选择地送入所述一个或多个第三反应室；

e)输送干燥或潮湿的LiOH颗粒或纳米颗粒的气溶胶，这些颗粒与气相CO₂或溶解/悬浮在液滴中的CO₂接触，产生反应，反应产物和过量的反应物随后被捕集在雾或液体中，最终在该过程序列中再循环；

f)装置，其促进气相CO₂、NOx和SO₂向液相传质，例如，将含有在有或没有机械/液压剪切力的情况下形成的试剂的液滴喷入气体。

22.如权利要求21所述的系统，其中，通过循环序列化学封存SO₂、NO、NO₂和CO₂包括；

a)在一个或多个反应室中提供CO₂、氢氧化锂(LiOH)、氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)和水(H₂O)的混合物；

b)使CO₂与LiOH反应在混合物中生成碳酸锂(Li₂CO₃)和水(H₂O)；

c)使Li₂CO₃与NaOH或KOH反应在混合物中生成LiOH与碳酸钠(Na₂CO₃)或碳酸钾(K₂CO₃)；

d)使Na₂CO₃或K₂CO₃与CO₂和H₂O反应在混合物中生成碳酸氢钠(NaHCO₃)或碳酸氢钾(KHCO₃)；

e)向混合物中加入醇溶剂，强制生成的NaHCO₃或KHCO₃沉淀，并从溶液中去除沉淀的NaHCO₃或KHCO₃；

f)从混合物中去除醇溶剂；

g)可选择地向混合物中加入NaOH或KOH和/或H₂O；和

h)在所述一个或多个反应室中向所述混合物中加入CO₂并按照步骤b使所述混合物反应以完成所述循环序列。

23.如权利要求21所述的系统，其中，通过循环序列化学封存二氧化碳(CO₂)包括：

a)在一个或多个反应室中提供CO₂、氢氧化锂(LiOH)、氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)和水(H₂O)的混合物；

b)使CO₂与LiOH反应在混合物中生成碳酸锂(Li₂CO₃)和水(H₂O)；

c)使Li₂CO₃与NaOH或KOH反应在混合物中生成LiOH与碳酸钠(Na₂CO₃)或碳酸钾(K₂CO₃)；

d)使Na₂CO₃或K₂CO₃与CO₂和H₂O反应在混合物中生成碳酸氢钠(NaHCO₃)或碳酸氢钾(KHCO₃)；

e)向混合物中加入醇溶剂，强制生成的NaHCO₃或KHCO₃沉淀，并从溶液中去除沉淀的NaHCO₃或KHCO₃；

f)从混合物中去除醇溶剂；

g)可选择地向混合物中加入NaOH或KOH和/或H₂O；和

h)在所述一个或多个第三反应室中向所述混合物中加入CO₂并按照步骤b使所述混合物反应以完成所述循环序列。

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