CN118201696A - 用于从空气中去除co2的增强风化和煅烧的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本文描述的实施方式涉及CO2吸收的系统和方法。在一方面，一种方法包括向煅烧炉施加热量，以将含碳流分解为气体流和碳酸化介质流，所述气体流包括CO2。该方法还包括封存和/或利用气体流，将碳酸化介质流送至碳酸化工位，在碳酸化工位使碳酸化介质与环境空气接触，使得碳酸化介质在接触期间吸附CO2以形成含碳流，以约30分钟至约72小时的间隔向碳酸化介质中添加水流，以及将含碳流送入煅烧炉。在一些实施方式中，通过喷雾和/或喷洒添加水流。
Description
技术领域
本文描述的实施方式涉及从环境空气中吸收二氧化碳(CO2)的系统和方法。
相关申请
本申请要求2021年3月2日提交的美国临时申请第63/155,572号的优先权和权益，该申请题为"用于从空气中去除CO2的增强风化和煅烧的系统和方法"，其公开内容通过引用全文纳入本文。
背景技术
大气中CO2的浓度以体积计已达到百万分之410(410ppm)，在过去10年中增加了近20ppm。由于目前的排放水平超过35十亿吨(Gt)CO2/年，因此必须开发和战略性地部署多种CO2减排技术的组合，以避免到2100年地球温度升高2℃。由于全球对化石燃料的依赖，该组合必须包括可以消除当前和未来大气中CO2排放的技术，其中一些技术包括自然过程的加速，例如海洋和陆地生物圈(土壤、森林、矿物)的CO2吸收、生物能碳捕获与储存(BECCS)以及使用化学物质的合成方法，也称为直接空气捕获与储存(DACS)技术。
发明内容
本文描述的实施方式涉及CO2吸收的系统和方法。在一方面，一种方法包括向煅烧炉施加热量，以将含碳流分解为气体流和碳酸化介质流，所述气体流包括CO2。该方法还包括封存和/或利用气体流，将碳酸化介质流送至碳酸化工位，在碳酸化工位使碳酸化介质与环境空气接触，使得碳酸化介质在接触期间吸附CO2或与CO2反应以形成含碳流，以约30分钟至约72小时的间隔向碳酸化介质中添加水流，以及将含碳流送入煅烧炉。在一些实施方式中，通过喷雾和/或喷洒添加水流。在一些实施方式中，水的添加率为每克碳酸化介质约0.01至约0.5mL水。在一些实施方式中，碳酸化介质保持在约3重量％至约50重量％的水分含量。在一些实施方式中，该方法还可以包括通过球磨破碎机、冲击破碎机和/或圆锥破碎机来研磨吸附剂材料以形成粉末中的碳酸化介质。
附图简要说明
图1是根据一个实施方式的从环境空气中捕获CO2的方法的框图。
图2是根据一个实施方式的碳捕获设施的框图。
图3是根据一个实施方式的碳捕获设施的示意图。
图4是根据一个实施方式的碳酸化工位的示意图。
图5是根据一个实施方式的碳酸化工位的示意图。
图6是不同材料在10天内吸收CO2的曲线图。
图7是不同材料在16天内吸收CO2的曲线图。
图8是不同材料在16天内吸收CO2的曲线图。
图9是氢氧化钙(Ca(OH)2)在2天内的消耗的曲线图。
图10是不同氧化镁材料供应的吸收速率与时间的曲线图。
图11是不同材料类型的吸收速率与喷雾量的曲线图。
图12是碳捕获设施中材料和能量平衡的视觉展示图。
具体实施方式
本公开的一些实施方式涉及在风化期间从空气中吸收CO2。可以在几个月到几年的时间尺度上进行吸收，在降低循环成本的同时，实现从空气中的有价值的CO2去除。本文描述的实施方式可以涉及使用包括金属碳酸盐的材料作为碳捕获和去除的原料的方法。加热材料使得由碳酸盐产生CO2气体和固体金属氧化物和金属氢氧化物。这些金属氧化物和金属氢氧化物产物可以在室外区域分薄层堆积，并在长达数月或数年的时间里经受风化，在此期间，金属氧化物和金属氢氧化物从空气中吸收CO2，产生额外的金属碳酸盐、其他水合的碳酸镁等。然后可以重复该循环，其中加热碳酸盐以将CO2释放到受控的捕获环境中。然后，所得的反应性氧化物和/或氢氧化物可以再次分层堆积以进行风化，捕获的CO2可以装瓶出售或储存在地下。
负排放技术(NET)，也称为二氧化碳去除(CDR)技术，包括一系列从空气中去除二氧化碳的策略。所采用的一些方法包括生物能源、植树造林、直接空气捕获和海洋施肥(ocean fertilization)。能源效率对于采用和实施这些策略中的任一种都很重要。如果要大规模采用NET，NET应该是负碳的。换句话说，从空气中去除二氧化碳的方法从大气中提取的碳应该比该过程中排放的碳更多。碳去除的效率直到最近才成为一个技术焦点。
二氧化碳加剧全球变暖是有据可查的。近来，已经开发了碳捕获方法以用于释放点碳捕获(例如在烟囱处或排气口附近)。先前的方法包括在数分钟至数天的时间范围，从烟囱或反应器中的烟道气和其他浓缩源捕获CO2。这样的系统通常依赖于更快的反应时间和更高的能源投资，例如施加高热和/或高压。这些解决方式通常很昂贵，而且偶尔会使用可能难以生产的人造材料(designer material)。产生的每吨100美元的二氧化碳成本是直接空气捕获的乐观成本估计，但对于二氧化碳更集中的点源捕获来说是现实的。
政府间气候变化专门委员会(IPCC)和其他权威组织已经确定，必须从空气中去除二氧化碳以将全球变暖控制在小于2℃。从空气中去除二氧化碳比从烟道气中捕获二氧化碳更困难。目前的技术涉及以600美元/吨CO2或更高的成本从空气中去除CO2的"直接空气捕获"机器(DAC)。多年来，CO2与某些钙和镁氧化物的反应已被广泛认为是岩石风化和随后的碳汇的一种形式。自然风化去除了大量的二氧化碳，这可以用来帮助抵消全球产生的一些排放。通过二氧化碳与超镁铁质岩石的反应的增强碳捕获是一种可以规模化以减轻气候变化影响的NET。
增强的风化作用可以追溯到1990年，当时Walter Seifritz提出了一种基于自然风化的方法。在自然风化中，含碱矿物以地质时间尺度(数百万年)被碳酸化。广义的自然风化反应描述如下：
MeO+CO2→MeCO3+能量
其中Me表示二价金属阳离子。
阳离子可包括镁(Mg2+)和钙(Ca2+)，其中合适的原料包括矿物，例如橄榄石和蛇纹石，以及工业副产品，例如尾矿和飞灰。由于自然风化反应发生在地质时间尺度上，作为CO2封存的形式的多种工艺条件、预处理方法、提取机制和其他策略可以加快过程动力学。
已经探索了数种CO2捕获系统。美国物理学会在2011年的一项研究中评估了一种系统，其中CO2被氢氧化钠(NaOH)吸收，并随后与氢氧化钙(Ca(OH)2)反应生成固体碳酸钙(CaCO3)。随后在氧燃烧煅烧炉中煅烧CaCO3以释放CO2。Keith等人提出了一种连续循环方法，该方法包括水性氢氧化钾(KOH)吸附剂以及钙苛性碱回收回路的组合。KOH吸附剂与空气中的CO2反应生成碳酸钾(K2CO3)。随后，K2CO3与Ca(OH)2反应以再生KOH和CaCO3，其中Ca(OH)2由CaCO3产生。主要使用水性条件下的钙基吸附剂(以Ca(OH)2的形式)对这些类型的水性钙循环系统进行了评估。此外，Renforth和Kruger提出了一种海洋石灰处理方法，该方法将石灰(由煅烧的碳酸盐材料产生)沉积到海洋中，与目前海洋中的碳酸反应。该方法增加了海洋的pH值，使得更多的CO2溶解到海水中，降低了大气中CO2的浓度。利用矿物碳酸化反应的其他系统已经研究了多种形式的碳矿化，将其作为从更集中的点源(如发电厂)捕获CO2的方法。
在上述方法中，通常使用含钙矿物作为捕获CO2的碱性来源。然而，MgCO3的煅烧温度低于CaCO3的煅烧温度，理论上相关能量成本较低。镁也是一个有吸引力的选择，世界各地都有大量富含镁的矿物矿床。IPCC和其他组织得出结论，即使以最佳方式快速实施无碳发电和其他创新方法，除非在2050年之前从大气中去除约100亿吨二氧化碳并在2100年前增加到200亿吨，否则到2100年全球变暖将超过2℃。反过来，人们一致认为，超过2℃的变暖可能会对人类的可持续性产生灾难性影响。可增长至每年约10亿吨二氧化碳规模的负排放选择包括增加农业土壤的碳含量、重新造林、增加海洋碱性、增加海洋生物量，以及从空气中去除二氧化碳的各种工程途径(例如，直接空气捕获(DAC))。2019年美国国家科学院关于负排放技术的报告得出结论，这些方法中任意一种都不能单独达到要求的目标，因此应该使用组合方法。虽然似乎不清楚如何支持这样组合方法的成本，但似乎越来越多的共识(包括世界各地的大多数国家政府)认为，碳捕获和碳去除将是碳修复的重要组成部分。
开采石灰石作为碎石用于多种目的，用作肥料以及用于水泥和钢铁生产。然而，从实际角度来看，石灰石的储量和资源基本上是无限的。开采菱镁矿(MgCO3)主要用于生产合金中使用的镁金属。目标岩石用于许多其他行业：用于水泥的石灰石、用于耐火材料的MgCO3、农业和其他用途。全球MgCO3储量估计为70或80亿吨。
关于处理材料(例如，装载和卸载大量碳酸化介质)的机械装置，可以利用已在工业和农业领域中开发的许多材料处理基础设施。本文描述的一些实施方式包括使用电窑和光伏。在碳酸化介质地块之间布置的光伏可以提供大约30倍更多的空间来铺展碳酸化介质的地块。
本文描述的方法可以使用富含镁、钙和/或钠的地质材料。产生了基于MgCO3的使用的示例性实施方式的技术经济分析(TEA)。在低至600℃的温度下煅烧碳酸镁。将(来自空气和来自在氧燃烧煅烧炉中的CH4燃烧)所产生的CO2储存或出售。将产生的细粒MgO分布在地表上进行风化。TEA假设有一层10厘米厚的层，每天搅拌，没有厘米到毫米级的钝化，一年内碳酸化率大于90％(基于CO2在水镁石Mg(OH)2中的吸收数据)。最近的数据表明，六个月内可以实现大于90％的碳酸化。对新碳酸化的材料进行煅烧，储存或出售新产生的CO2，重新分配新产生的MgO用于下一阶段的风化。这种循环方法组合了多个工艺，使得与更复杂的DAC方法相比，成本估计可能相对稳健。估计成本为从空气中净去除每吨二氧化碳48至159美元。生产二氧化碳(包括从燃烧中捕获的二氧化碳)的成本，估计为每吨24至79美元。这些成本与其他DAC方法的估计成本相当。事实上，MgO循环的估计成本目前可能是DAC同行评审成本估计中最低的。
石灰石中包含约56重量％的CaO。煅烧后，CaO通常与空气快速反应形成Ca(OH)2。该材料通过与环境空气反应进行碳酸化，每个碳酸化+煅烧循环去除约0.78吨CO2每吨初始CaO，或0.44吨CO2每吨石灰石。来自示例性实施方式的结果已经实现了约6E-7/s的平均Ca(OH)2碳酸化速率(通过与来自环境空气的CO2反应产生CaCO3每秒消耗的Ca(OH)2质量分数)。反过来，如果此速率是恒定的，则将在约两周内导致50％的碳酸化，在约一个月内导致75％的碳酸化，在1.5个月内导致90％的碳酸化，在约两个月内导致95％的碳酸化。在一些实施方式中，取75％的值，每年将有12个煅烧循环，假设每个循环损失1％的CaO，在第一年每吨石灰石从空气中去除3.75吨CO2。十年后，该方法将从空气中去除每吨初始石灰石约23吨二氧化碳。在此计算中，为了在十年内每年从空气中去除1Gt的二氧化碳，将使用一次性开采和加工43.4Mt石灰石。这大约是目前美国年产量(3200万吨/年)的1.5倍。
在一些实施方式中，可以在可再生能源能力与全球CO2存储机会重叠的地方实施本文所述的系统。这提供了能源和二氧化碳储存共存的机会，特别是在美国南部地区。据估计，按照30美元/吨的工业标准原料运输成本，每年将花费约80万美元来运输100万吨/年发电厂的补给原料。此外，如果使用石灰石(包括CaCO3)，并由CaCO3生产氧化钙(CaO)，CaO在区域内普遍存在并且实际上是无限的资源。
在一些实施方式中，可以使用MgCO3作为原料。在一些实施方式中，可以通过开采的富含MgO的地幔橄榄岩的初始风化来生产MgCO3原料。Mg(OH)2通常只占众多橄榄岩的一小部分。Mg(OH)2在风化条件下与空气中的CO2快速反应形成MgCO3。包括矿物蛇纹石的橄榄岩的加热增加了蛇纹石与大气CO2反应形成MgCO3的速率。因此，在一个或两个加热循环后，相当大比例的改变的橄榄岩将转变为苛性氧化镁。在一些实施方式中，可以使用CaCO3或白云石(高镁钙碳酸盐)作为原料。
补充的金属氧化物和氢氧化物的一些示例性实施方式包括来自CaCO3的CaO和Ca(OH)2，来自碳酸钠和水合碳酸钠的Na2O和NaOH，来自MgCO3和水合碳酸镁的Mg(OH)2和MgO，以及它们的组合。由于CaCO3是石灰石的主要成分，CaO和CaCO3的循环可以极大地扩展可用的原料，并因此扩大本文所述方法从空气中去除CO2的能力。
如本文所用，"碳酸化地块"包括单个相邻地块，以及随后组合或处理在一起以有效地充当单个地块的半相邻或非相邻地块。在一些实施方式中，碳酸化地块包括封存目标化合物(例如CO2)的组合物。在一些实施方式中，碳酸化地块被定位和配置为将组合物暴露于环境条件。在一些实施方式中，碳酸化地块可以包括封存目标化合物的组合物。
如本文所用，"流"可指包括固体、液体和/或气体的流。例如，流可以包括在传送装置上传送的颗粒形式的固体。流还可以包括流过管道的液体和/或气体。流可以包括溶液。
如在本说明书中所用，单数形式的"一个"、"一种"和"该"包括多个指示物，除非上下文另有明确规定。因此，例如，术语"构件"旨在指单个构件或构件组合，"材料"旨在指一种或多种材料或其组合。
当与"圆柱形"、"线状"和/或其他几何关系一起使用时，术语"基本上"旨在传达如此定义的结构名义上是圆柱形、线状或类似的。作为一个示例，被描述为"基本上线状"的支撑构件的一部分旨在传达，尽管希望该部分是线状的，但在"基本上线状"的部分中可能会出现一些非线状。该非线状可以由制造公差或其他实际考虑因素(例如，施加到支撑构件的压力或力)引起。因此，用术语"基本上"修饰的几何结构包括在所述几何结构的正负5％的公差范围内的这样的几何特性。例如，"基本上线状"的部分是指限定了在线状的正负5％范围内的轴或中心线的部分。
如本文所用，术语"组"和"多个"可以指多个特征或具有多个部分的单个特征。例如，当涉及一组接触器时，该组接触器可被认为是具有多个部分的一个接触器，或者该组接触器可以被认为是多个不同的接触器。因此，一组部分或多个部分可以包括彼此相邻或不相邻的多个部分。可以由多个单独生产随后连接在一起(例如，通过混合、粘合剂或任何合适的方法)的物品来制成多个颗粒或多个材料。
如本文所用，术语"约"和"大约"通常指所述值的正负10％，例如，约250μm将包括225μm至275μm，约1000μm将包括900μm至1100μm。
图1是根据一个实施方式的从环境空气中捕获CO2的方法10的框图。如图所示，方法10包括，在步骤11中使碳酸化介质在碳酸化工位与环境空气接触以形成含碳流，在步骤12中将水流加入碳酸化介质，在步骤13中将含碳流送入煅烧炉，在步骤14中向煅烧炉施加热量以将含碳流分解为气体流和碳酸化介质流，在步骤15中封存和/或利用气体流，在步骤16中将碳酸化介质流送至碳酸化工位，其中从步骤11开始再次重复该过程。方法10任选地包括，在步骤17处理空气流以产生氧气流并将氧气流送入煅烧炉，在步骤18冷凝和/或回收来自封存的气体流的水，在步骤19研磨吸附剂材料以形成碳酸化介质，和/或在步骤21使碳酸化介质流水合。
步骤11包括在碳酸化工位使碳酸化介质与环境空气接触以形成含碳流。碳酸化介质吸附环境空气中的二氧化碳或与环境空气中的二氧化碳反应。碳酸化介质和二氧化碳发生化学反应以形成含碳流。在一些实施方式中，碳酸化介质可以来自开采的岩石。在一些实施方式中，碳酸化介质可以(例如，从煅烧炉)被回收。在一些实施方式中，碳酸化介质可以包括氧化镁、硅酸镁、二氧化硅、氧化钙、氢氧化钙、硅酸钙、氧化钠、氢氧化钠、氧化钾、氢氧化钾和/或氢氧化镁。
在一些实施方式中，碳酸化介质可以被纳入一个或多个碳酸化地块中。在一些实施方式中，碳酸化介质可以是粉末的形式。在一些实施方式中，碳酸化介质可以是卵石或大石块的形式。在一些实施方式中，碳酸化介质的平均粒径可为至少约10μm、至少约20μm、至少约30μm、至少约40μm、至少约50μm、至少约60μm、至少约70μm、至少约80μm、至少约90μm、至少约100μm、至少约200μm、至少约300μm、至少约400μm、至少约500μm、至少约600μm、至少约700μm、至少约800μm、至少约900μm、至少约1mm、至少约2mm、至少约3mm、至少约4mm、至少约5mm、至少约6mm、至少约7mm、至少约8mm、至少约9mm、至少约1cm、至少约2cm、至少约3cm或至少约4cm。在一些实施方式中，碳酸化介质的平均粒径可为不超过约5cm、不超过约4cm、不超过约3cm、不超过约2cm、不超过约1cm、不超过约9mm、不超过约8mm、不超过约7mm、不超过约6mm、不超过约5mm、不超过约4mm、不超过约3mm、不超过约2mm、不超过约1mm、不超过约900μm、不超过约800μm、不超过约700μm、不超过约600μm、不超过约500μm、不超过约400μm、不超过约300μm、不超过约200μm、不超过约100μm、不超过约90μm、不超过约80μm、不超过约70μm、不超过约60μm、不超过约50μm、不超过约40μm、不超过约30μm或不超过约20μm。
上述粒径的组合也是可能的(例如，至少约10μm且不超过约5cm，或至少约100μm且不超过约1cm)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，碳酸化介质的平均粒径可为约10μm、约20μm、约30μm、约40μm、约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm、约100μm、约200μm、约300μm、约400μm、约500μm、约600μm、约700μm、约800μm、约900μm、约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约1cm、至少约2cm、约3cm、约4cm或约5cm。
在一些实施方式中，将碳酸化介质放置在碳酸化工位以与环境空气接触的时间可为至少约1小时、至少约5小时、至少约10小时、至少约1天、至少约2天、至少约3天、至少约4天、至少约5天、至少约6天、至少约1周、至少约2周、至少约3周、至少约1个月、至少约2个月、至少约3个月、至少约4个月、至少约5个月、至少约6个月、至少约7个月、至少约8个月、至少约9个月、至少约10个月、至少约11个月、至少约1年或至少约1.5年。在一些实施方式中，将碳酸化介质放置在碳酸化工位以与环境空气接触的时间可为不超过约2年、不超过约1.5年、不超过约1年、不超过约11个月、不超过约10个月、不超过约10个月、不超过约9个月、不超过约8个月、不超过约7个月、不超过约6个月、不超过约5个月、不超过约4个月、不超过约3个月、不超过约2个月、不超过约1个月、不超过约3周、不超过约2周、不超过约1周、不超过约6天、不超过约5天、不超过约4天、不超过约3天、不超过约2天、不超过约1天、不超过约10小时或不超过约5天。
碳酸化介质在碳酸化工位的上述停留时间的组合也是可能的(例如，至少1小时且不超过约2年，或至少约1周且不超过约3个月)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，将碳酸化介质放置在碳酸化工位以与环境空气接触的时间可为约1小时、约5小时、约10小时、约1天、约2天、约3天、约4天、约5天、约6天、约1周、约2周、约3周、约1个月、约2个月、约3个月、约4个月、约5个月、约6个月、约7个月、约8个月、约9个月、约10个月、约11个月、约1年、约1.5年或约2年。
在一些实施方式中，碳酸化介质在其停留时间期间可实现至少约50％的转化率、至少约55％的转化率、至少约60％的转化率、至少约65％的转化率、至少约70％的转化率、至少约75％的转化率、至少约80％的转化率、至少约85％的转化率、至少约90％的转化率，或至少约95％的转化率。在一些实施方式中，碳酸化介质在其停留时间期间可实现不超过约99％的转化率、不超过约95％的转化率、不超过约90％的转化率、不超过约85％的转化率、不超过约80％的转化率、不超过约75％的转化率、不超过约70％的转化率、不超过约65％的转化率、不超过约60％的转化率，或不超过约55％的转化率。上述转化率的组合也是可能的(例如，至少约50％且不超过约99％，或至少约60％且不超过约80％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，碳酸化介质在其停留时间期间可实现约50％的转化率、约55％的转化率、约60％的转化率、约65％的转化率、约70％的转化率、约75％的转化率、约80％的转化率、约85％的转化率、约90％的转化率、约95％的转化率，或约99％的转化率。在一些实施方式中，CO2对碳酸化介质的转化速率可为每秒约1E-7、约2E-7、约3E-7、约4E-7、约5E-7、约6E-7、约7E-7、约8E-7、约9E-7、约9E-7、约1E-6、约2E-6、约3E-6、约4E-6、约5E-6、约6E-6、约7E-6、约8E-6、约9E-6或约1E-5质量分数，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，可以在碳酸化过程中搅拌或混合碳酸化介质。在一些实施方式中，搅拌碳酸化介质的间隔可为约6小时、约12小时、约18小时、约1天、约2天、约3天、约4天、约5天、约6天、约1周、约2周、约3周或约4周，包括其间的所有值和范围。
在一些实施方式中，碳酸化介质可以季节性地循环。例如，在夏季和春季，碳酸化介质可以在碳酸化工位暴露于环境空气中，在秋季和冬季，碳酸化介质可以被处理和/或存储在其他地方。在一些实施方式中，当碳酸化介质的第一部分可以在碳酸化工位接触环境空气时，碳酸化介质的第二部分在煅烧炉中处理；以及，当碳酸化介质的第一部分在煅烧炉中处理时，碳酸化介质的第二部分可以在碳酸化工位接触环境空气。
在步骤12中，将水流加入碳酸化介质中。碳酸化介质的水分含量可以帮助最大化从环境空气中吸附的CO2的量。在一些实施方式中，步骤12可以与步骤11同时发生。换言之，碳酸化介质在碳酸化工位接触环境空气的同时，将水流加入碳酸化介质中。在一些实施方式中，步骤12可以与步骤11完全同时进行。在一些实施方式中，步骤12可以与步骤11部分同时进行。在一些实施方式中，在步骤13将含碳流送入煅烧炉之前，可以多次实施步骤11和12。换言之，在将含碳流送入煅烧炉之前，可以使碳酸化介质与环境空气接触并且可以多次向碳酸化介质中加水。在一些实施方式中，可以以喷雾和/或喷洒的形式将水流加入碳酸化介质中。在一些实施方式中，可以通过软管、管道、管或其任何组合添加水流。在一些实施方式中，可以以蒸汽的形式添加水流。
在一些实施方式中，可以按时间间隔添加水流。在一些实施方式中，水流添加间隔(即，从开始添加一股水流到添加下一股水流的时间量)可以是至少约30分钟、至少约1小时、至少约2小时、至少约3小时、至少约4小时、至少约5小时、至少约6小时、至少约7小时、至少约8小时、至少约9小时、至少约10小时、至少约12小时、至少约18小时、至少约24小时、至少约30小时、至少约36小时、至少约42小时、至少约48小时、至少约54小时、至少约60小时或至少约66小时。在一些实施方式中，水流添加间隔可以是不超过约72小时、不超过约66小时、不超过约60小时、不超过约54小时、不超过约48小时、不超过约42小时、不超过约36小时、不超过约30小时、不超过约24小时、不超过约18小时、不超过约12小时、不超过约10小时、不超过约9小时、不超过约8小时、不超过约7小时、不超过约6小时、不超过约5小时、不超过约4小时、不超过约3小时、不超过约2小时，或不超过约1小时。
上述添加水流的间隔的组合也是可能的(例如，至少约30分钟且不超过约72小时，或至少约3小时且不超过约24小时)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，水流添加间隔(即，从开始添加一股水流到添加下一股水流的时间量)可以是约30分钟、约1小时、约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时、约7小时、约8小时、约9小时、约10小时、约12小时、约18小时、约24小时、约30小时、约36小时、约42小时、约48小时、约54小时、约60小时、约66小时，或约72小时。
在一些实施方式中，每次水流的添加率可为每克碳酸化介质至少约0.01、至少约0.02、至少约0.03、至少约0.04、至少约0.05、至少约0.06、至少约0.07、至少约0.08、至少约0.09、至少约0.1、至少约0.15、至少约0.2、至少约0.25、至少约0.3、至少约0.35、至少约0.4或至少约0.45mL的水。在一些实施方式中，每次水流的添加率可为每克碳酸化介质不超过约0.5、不超过约0.45、不超过约0.4、不超过约0.35、不超过约0.3、不超过约0.25、不超过约0.2、不超过约0.15、不超过约0.1、不超过约0.09、不超过约0.08、不超过约0.07、不超过约0.06、不超过约0.05、不超过约0.04、不超过约0.03，或不超过约0.02mL的水。
上述水添加率的组合也是可能的(例如，每克碳酸化介质至少0.01mL且不超过约0.5mL水，或每克碳酸化介质至少约0.1mL且不超过约0.3mL水)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，每次水流的添加率可为每克碳酸化介质约0.01、约0.02、约0.03、约0.04、约0.05、约0.06、约0.07、约0.08、约0.09、约0.1、约0.15、约0.2、约0.25、约0.3、约0.35、约0.4、约0.45mL或约0.5mL的水。
在一些实施方式中，碳酸化介质保持的湿度水平可为至少约3重量％、至少约4重量％、至少约5重量％、至少约6重量％、至少约7重量％、至少约8重量％、至少约9重量％、至少约10重量％、至少约15重量％、至少约20重量％、至少约25重量％、至少约30重量％、至少约35重量％、至少约40重量％，或至少约45重量％。在一些实施方式中，碳酸化介质保持的湿度水平可为不超过约50重量％、不超过约45重量％、不超过约40重量％、不超过约35重量％、不超过约30重量％、不超过约25重量％、不超过约20重量％、不超过约15重量％、不超过约10重量％、不超过约9重量％、不超过约8重量％、不超过约7重量％、不超过约6重量％、不超过约5重量％，或不超过约4重量％。上述水分含量的组合也是可能的(例如，至少约3重量％且不超过约50重量％，或至少约10重量％且不超过约40重量％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，碳酸化介质保持的湿度水平可为约3重量％、约4重量％、约5重量％、约6重量％、约7重量％、约8重量％、约9重量％、约10重量％、约15重量％、约20重量％、约25重量％、约30重量％、约35重量％、约40重量％，约45重量％，或约50重量％。
在一些实施方式中，方法10可以包括在碳酸化介质与环境空气接触期间监测碳酸化工位附近(例如，约100m内、约50m内、约10m内、约5m内、约1m内)的环境空气的相对湿度、温度和/或空气流速水平。
在一些实施方式中，可以连续添加水流(例如，以连续细雾的形式)。在一些实施方式中，水流的添加率可为每天每克碳酸化介质至少约0.01、至少约0.02、至少约0.03、至少约0.04、至少约0.05、至少约0.06、至少约0.07、至少约0.08、至少约0.09、至少约0.1、至少约0.2、至少约0.3、至少约0.4、至少约0.5、至少约0.6、至少约0.7、至少约0.8、至少约0.9、至少约1、至少约2、至少约3、至少约4、至少约5、至少约6、至少约7、至少约8，或至少约9mL的水。在一些实施方式中，水流的添加率可为每天每克碳酸化介质不超过约10、不超过约9、不超过约8、不超过约7、不超过约6、不超过约5、不超过约4、不超过约3、不超过约2、不超过约1、不超过约0.9、不超过约0.8、不超过约0.7、不超过约0.6、不超过约0.5、不超过约0.4、不超过约0.3、不超过约0.2、不超过约0.1、不超过约0.09、不超过约0.08、不超过约0.07、不超过约0.06、不超过约0.05、不超过约0.04、不超过约0.03，或不超过约0.02mL的水。
上述水流添加率的组合也是可能的(例如，每天每克碳酸化介质至少约0.01且不超过约10mL的水，或每天每克碳酸化介质至少约0.5且不超过约2mL的水)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，水流的添加率可为每天每克碳酸化介质约0.01、至少约0.02、至少约0.03、至少约0.04、至少约0.05、至少约0.06、至少约0.07、至少约0.08、至少约0.09、至少约0.1、至少约0.2、至少约0.3、至少约0.4、至少约0.5、至少约0.6、至少约0.7、至少约0.8、至少约0.9、至少约1、至少约2、至少约3、至少约4、至少约5、至少约6、至少约7、至少约8、约9，或约10mL的水。
在一些实施方式中，可以将水流添加到碳酸化介质12中，以在碳酸化介质的附近(例如，在碳酸化介质10m内、5m内或1m内的体积)保持所希望的相对湿度水平。在一些实施方式中，步骤12可以包括将碳酸化介质附近的相对湿度保持在至少约5％、至少约10％、至少约15％、至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约45％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％，或至少约95％的水平。在一些实施方式中，步骤12可以包括将碳酸化介质附近的相对湿度保持在不超过约100％、不超过约95％、不超过约90％、不超过约85％、不超过约80％、不超过约75％、不超过约70％、不超过约65％、不超过约60％、不超过约55％、不超过约50％、不超过约45％、不超过约40％、不超过约35％、不超过约30％、不超过约25％、不超过约20％、不超过约15％，或不超过约10％的水平。碳酸化介质附近的上述相对湿度值的组合也是可能的(例如，至少约5％且不超过约70％，或至少约20％且不超过约40％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，步骤12可以包括将碳酸化介质附近的相对湿度保持在约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％、约90％，约95％或约100％的水平。
不希望受理论约束，预计不会有大量的水物理吸附在碳酸化介质的表面上。而是，水的存在驱动碳酸化介质(例如氧化物和/或氢氧化物)与CO2反应的转化。在一些实施方式中，Mg(OH)2可以形成水合碳酸盐，例如水碳镁石、五水碳镁石(lansfordite)、三水碳酸镁和/或MgCO3。亚稳态水合碳酸镁矿的分解发生在比MgCO3更低的温度下，但在煅烧炉中的高纯度CO2条件下，可能转化为MgCO3而不是MgO，如下所述。
碳酸化介质与环境空气接触以从空气中吸附CO2后，碳酸化介质变成含碳流。在步骤13中，将含碳流送入煅烧炉中。在一些实施方式中，含碳流可包括MgCO3、白云石(高镁钙碳酸盐)、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸硅、碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸钾、碳酸氢钾、三水碳酸镁和/或水碳镁石。在一些实施方式中，含碳流可以包括纯橄榄岩、方解石、硅灰石和/或辉石(pyroxine)。
在一些实施方式中，含碳流可以包括粉末。在一些实施方式中，含碳流可以是卵石或大石块的形式。在一些实施方式中，含碳流的平均粒径可为至少约5μm、至少约10μm、至少约20μm、至少约30μm、至少约40μm、至少约50μm、至少约60μm、至少约70μm、至少约80μm、至少约90μm、至少约100μm、至少约200μm、至少约300μm、至少约400μm、至少约500μm、至少约600μm、至少约700μm、至少约800μm、至少约900μm、至少约1mm、至少约2mm、至少约3mm、至少约4mm、至少约5mm、至少约6mm、至少约7mm、至少约8mm、至少约9mm、至少约1cm、至少约2cm、至少约3cm，或至少约4cm。在一些实施方式中，含碳流的平均粒径可为不超过约5cm、不超过约4cm、不超过约3cm、不超过约2cm、不超过约1cm、不超过约9mm、不超过约8mm、不超过约7mm、不超过约6mm、不超过约5mm、不超过约4mm、不超过约3mm、不超过约2mm、不超过约1mm、不超过约900μm、不超过约800μm、不超过约700μm、不超过约600μm、不超过约500μm、不超过约400μm、不超过约300μm、不超过约200μm、不超过约100μm、不超过约90μm、不超过约80μm、不超过约70μm、不超过约60μm、不超过约50μm、不超过约40μm、不超过约30μm、不超过约20μm或不超过约10μm。
上述粒径的组合也是可能的(例如，至少约10μm且不超过约5cm，或至少约100μm且不超过约1cm)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，含碳流的平均粒径可为约5μm、约10μm、约20μm、约30μm、约40μm、约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm、约100μm、约200μm、约300μm、约400μm、约500μm、约600μm、约700μm、约800μm、约900μm、约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约1cm、至少约2cm、约3cm、约4cm或约5cm。
在步骤14中，向煅烧炉施加热量，以将含碳流分解为气体流和碳酸化介质流。在一些实施方式中，可以通过电阻加热向煅烧炉施加热量。在一些实施方式中，可以由可再生电力供应电阻加热。在一些实施方式中，可以由风能、太阳能、地热能、核能或任何其他合适的可再生能源或其组合提供可再生电力。在一些实施方式中，煅烧炉可以足够热(例如，来自太阳辐射)，使得不需要在步骤14提供额外的热量。在一些实施方式中，在煅烧炉中，可以根据以下反应煅烧含碳流。
MeCO3+能量→MeO+CO2
其中Me表示二价金属阳离子。
气体流包括CO2。在一些实施方式中，气体流的组成可以包括至少约80体积％、至少约85体积％、至少约90体积％、至少约91体积％、至少约92体积％、至少约93体积％、至少约94体积％、至少约95体积％、至少约96体积％、至少约97体积％、至少约98体积％、至少约99体积％、至少约99.1体积％、至少约99.2体积％、至少约99.3体积％、至少约99.4体积％、至少约99.5体积％、至少约99.6体积％、至少约99.7体积％、至少约99.8体积％，或至少约99.9体积％的CO2。
在步骤15中煅烧形成的气体流被封存和/或利用。在一些实施方式中，气体流可以被封存在封存空间(例如，地下封存空间)。在一些实施方式中，气体流可以用作富含CO2的燃料。在一些实施方式中，可以将气体流供给温室以促进植物生长。在一些实施方式中，可以将气体流供给使用受控剂量的富含CO2的气体来促进树木或植物生长的环境中。在一些实施方式中，可以对气体流进行进一步处理以增加CO2含量。在一些实施方式中，来自气体流的CO2可用于固化混凝土。在一些实施方式中，来自气体流的CO2可以用作化学品(例如乙醇)的原料。在一些实施方式中，来自气体流的CO2可用于碳酸饮料。在一些实施方式中，来自气体流的CO2可用于提高石油采收率。在一些实施方式中，所述处理可以包括水的冷凝。在一些实施方式中，可以将气体流压缩到气体存储器中。在一些实施方式中，可以将压缩的气体流直接注入位于同一地点的设施中。在一些实施方式中，可以将压缩的气体流输送到可以被封存的位置。在一些实施方式中，可以封存一部分气体流，同时利用一部分气体流。
步骤16包括将碳酸化介质流送至碳酸化工位。碳酸化介质是煅烧的产物，并且被送至碳酸化工位。在一些实施方式中，送至碳酸化工位的碳酸化介质流可以包括至少一部分回收材料。在一些实施方式中，可以在将碳酸化介质供给碳酸化工位之前研磨碳酸化介质。然后在步骤11再次开始该过程，其中使碳酸化介质接触环境空气。在一些实施方式中，可以通过输送机或一系列输送机将碳酸化介质从煅烧炉输送到碳酸化工位。在一些实施方式中，煅烧炉可以处于比碳酸化工位更高的高度，使得重力可以帮助将碳酸化介质输送到碳酸化工位。在一些实施方式中，随着碳酸化介质的循环，在每次风化步骤之后，超镁铁质岩石可以慢慢被分为例如MgCO3、少量CaCO3和SiO2等材料，并且煅烧残余物中的MgO和CaO可以变得越来越富集，因此更具反应性并且可更好地用作继续循环的原料。
步骤17是步骤13和/或步骤14前的任选步骤，并且步骤17包括处理空气流以产生氧气流以及将氧气流送入煅烧炉。将氧气引入煅烧炉可以提高煅烧的质量和彻底性。在一些实施方式中，可以通过空气分离单元进行处理。在一些实施方式中，氧气流可以包括至少约80体积％、至少约85体积％、至少约90体积％、至少约91体积％、至少约92体积％、至少约93体积％、至少约94体积％、至少约95体积％、至少约96体积％、至少约97体积％、至少约98体积％、至少约99体积％、至少约99.1体积％、至少约99.2体积％、至少约99.3体积％、至少约99.4体积％、至少约99.5体积％、至少约99.6体积％、至少约99.7体积％、至少约99.8体积％，或至少约99.9体积％的O2。在一些实施方式中，将氧气流送入煅烧炉中可以至少部分地与步骤13将含碳流送入煅烧炉中同时发生。在一些实施方式中，将氧气流送入煅烧炉中可以至少部分地与步骤14将热量施加到煅烧炉同时发生。
步骤18是任选的后处理步骤，可以将该步骤施加于在步骤15捕获的气体流。步骤18包括冷凝和/或回收来自气体流的水。不需要气体流中的水来用于封存和储存或用作燃料的目的。通过从气体流中去除水，气体流的纯度(就CO2含量而言)增加，因此气体流可以具有更大范围的可能存储位置或用途。在一些实施方式中，从气体流中捕获的水可以被回收并送至碳酸化工位(即，添加到步骤12的水流中)。
任选的步骤19包括研磨吸附剂材料以形成碳酸化介质。在一些实施方式中，吸附剂材料可以包括开采的材料。在一些实施方式中，吸附剂材料可以(例如，从煅烧炉)被回收。研磨吸附剂材料可以减小颗粒尺寸并提高单位质量对CO2的吸附。在一些实施方式中，可以通过球磨破碎机、冲击破碎机、圆锥破碎机或任何其他合适的研磨设备或其组合进行研磨。
任选的步骤21包括使碳酸化介质流水合。可以在将碳酸化介质送至碳酸化工位之前使碳酸化介质水合。在一些实施方式中，可以根据以下反应在水合工位使来自煅烧炉的碳酸化介质(或开采的碳酸化介质)水合以形成氢氧化物。
MeO+H2O→Me(OH)2+热量
其中Me表示二价金属阳离子。
使碳酸化介质水合可以提高碳酸化介质捕获CO2的亲和力。例如，Ca(OH)2和CO2之间的反应可以具有比CaO和CO2之间反应更低的活化能。包含氢氧化物的碳酸化介质在碳酸化工位的停留时间可以小于不含氢氧化物的碳酸化介质的停留时间。碳酸化介质的水合使得可以从水合反应回收热量，因为该反应是放热的。在一些实施方式中，可以通过使碳酸化介质通过潮湿的壳体(例如，具有至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％或约100％的相对湿度，包括其间的所有值和范围)来实现水合。在一些实施方式中，可以通过将水喷雾到碳酸化介质上(例如，通过一个或多个喷洒器)来实现水合。在一些实施方式中，可以通过将碳酸化介质置于水浴中来实现水合。
图2是根据一个实施方式的碳捕获设施100的框图。如图所示，碳捕获设施包括碳酸化工位110和煅烧炉120。碳捕获设施100任选地包括封存空间130、研磨工位140、水合工位150、冷凝空间160和空气分离单元170。使用时，在碳酸化工位110，碳酸化介质吸附环境空气中的CO2并与之化学反应以形成含碳流。将含碳流送入煅烧炉120，在煅烧炉120中煅烧含碳流以形成气体流和碳酸化介质流。可以在冷凝空间160中进一步处理气体流并将其存储在封存空间130中。研磨工位140可以研磨碳酸化介质和/或含碳介质，并将其送至碳酸化工位110和/或煅烧炉120。水合工位150可任选地在将含碳流送入煅烧炉120之前处理含碳流。空气分离单元170可以在将空气流送入煅烧炉之前处理空气流。碳捕获设施100利用碱性来封存目标化合物(例如CO2)。在一些实施方式中，可以通过目标化合物和碳酸化介质之间的反应进行碳捕获。在一些实施方式中，该反应可以是碳酸化反应。
碳酸化工位110是碳酸化介质接触环境空气并吸附CO2和与CO2反应以成为含碳流的位置。碳酸化工位110包括CO2接触器。本文中描述的接触器中的一些可以与2020年6月24日提交的标题为“用于增强风化和煅烧以从空气中去除CO2的系统和方法”的国际专利公开号WO2020/263910(“‘910公开”)中描述的接触器相同或基本相似，其公开内容通过引用全文纳入本文。碳酸化工位110包括一个或多个水输送装置，用于将碳酸化介质的湿度水平和/或局部湿度水平保持在期望水平。在一些实施方式中，水输送装置可以包括一个或多个喷洒器、软管、垫子、喷雾器、洒水器或任何其他合适的水输送装置或其组合。在一些实施方式中，碳酸化工位110可以包括多个碳酸化地块，这些碳酸化地块被定位成将碳酸化介质暴露于环境条件。在一些实施方式中，可以将一个或多个碳酸化地块放置在具有大量CO2排放的设施附近。在一些实施方式中，碳酸化地块可以包括粉末形式的碳酸化介质片。在一些实施方式中，可以将碳酸化地块排列在堆叠柱中。在一些实施方式中，碳酸化工位110可以包括温度传感器、湿度传感器和/或用于测量碳酸化地块附近环境空气运动的气体流量计。在一些实施方式中，碳酸化工位110可以位于室外。在一些实施方式中，碳酸化工位可以包括用于搅拌碳酸化介质的搅拌工具。在一些实施方式中，搅拌工具可以包括搅拌棒、搅拌棍、叶轮和/或用于搅拌的任何其他合适的装置。
在一些实施方式中，碳酸化工位110保持的碳酸化介质附近的相对湿度水平可为至少约5％、至少约10％、至少约15％、至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约45％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％，或至少约95％。在一些实施方式中，碳酸化工位110保持的碳酸化介质附近的相对湿度水平可为不超过约100％、不超过约95％、不超过约90％、不超过约85％、不超过约80％、不超过约75％、不超过约70％、不超过约65％、不超过约60％、不超过约55％、不超过约50％、不超过约45％、不超过约40％、不超过约35％、不超过约30％、不超过约25％、不超过约20％、不超过约15％，或不超过约10％。在碳酸化工位110的上述相对湿度值的组合也是可能的(例如，至少约5％且不超过约70％，或至少约20％且不超过约40％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，碳酸化工位110保持的相对湿度水平可为约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％、约90％，约95％或约100％。
煅烧炉120接收来自碳酸化工位110的含碳流。在一些实施方式中，煅烧炉120可以包括全流煅烧炉、流化床煅烧炉、回转窑煅烧炉、提升管反应器-煅烧炉、分离式三级气体流煅烧炉、混合煅烧炉、或任何其他合适的煅烧炉或其组合。在一些实施方式中，煅烧炉120可以包括氧燃烧煅烧炉、电燃烧煅烧炉、太阳能煅烧炉、"无碳"煅烧炉。在一些实施方式中，煅烧炉120可以使用来自其他工艺的回收废热。在一些实施方式中，煅烧炉120可以物理连接到电源。在一些实施方式中，可以通过电阻加热来加热煅烧炉120。在一些实施方式中，可以由电网供应电阻加热。在一些实施方式中，可以由可再生电力供应电阻加热。在一些实施方式中，可以由风能、太阳能、地热能、核能或任何其他合适的可再生能源或其组合提供可再生电力。在一些实施方式中，煅烧炉120可以包括用于控制输入和输出的阀门和闸门系统。在一些实施方式中，煅烧炉120的煅烧效率可为至少约90％、至少约91％、至少约92％、至少约93％、至少约94％、至少约95％、至少约96％、至少约97％、至少约98％或至少约99％，包括其间的所有值和范围。
在一些实施方式中，煅烧炉120可包括氧燃烧煅烧炉，并且煅烧炉120可以操作性地连接到空气分离单元170和冷凝器(例如，在冷凝空间160中)。空气分离单元170可以确保将纯氧或基本纯氧送入煅烧炉120。冷凝器可以冷凝来自离开煅烧炉120的气态流的水。这使得可以捕获燃料燃烧产生的CO2。使用甲烷作为示例性燃烧介质，可以按照以下反应进行完全燃烧反应。
CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+H2O(g)+能量
任选的封存空间130流体连接至煅烧炉120。封存空间130接收来自煅烧炉120的气体流。在一些实施方式中，在封存空间130接收来自煅烧炉120的气体流之前或同时，冷凝空间160可以接收来自气体流的液体。在一些实施方式中，使用冷凝器来提高气体流的纯度并从气体流中去除水。水可以在冷凝空间160中被接收。水可以在工艺中被利用或作为副产品出售。在一些实施方式中，碳捕获设施100可以包括其他后处理设备(未示出)，用于在气体流离开煅烧炉120时处理气体流。在一些实施方式中，碳捕获设施100可以包括脱水器和/或压缩机。
在一些实施方式中，封存空间130可以与煅烧炉120位于同一地点。在一些实施方式中，封存空间130可以位于地下。在一些实施方式中，封存空间130可以直接位于煅烧炉120的下方。在一些实施方式中，封存空间130可以位于离煅烧炉120足够距离的位置，使得CO2从煅烧炉120(例如，经由风扇和管道)输送到封存空间130。在一些实施方式中，封存空间130可以包括吸附剂以提高存储容量。在一些实施方式中，吸附剂可以包括活性炭、石墨烯、二氧化硅、丙烯腈、磷烯、碳纳米管、生物聚合物、金属有机骨架、沸石、接枝胺、或任何其他合适的吸附剂或其组合。在一些实施方式中，封存空间130保持的压力可为约1巴(表压)、约2巴、约3巴、约4巴、约5巴、约6巴、约7巴、约8巴、约9巴、约10巴、约15巴、约20巴、约25巴、约30巴、约35巴、约40巴、约45巴、约50巴、约55巴、约60巴、约65巴、约70巴、约75巴、约70巴、约75巴、约80巴、约85巴、约90巴、约95巴、约100巴、约150巴、约200巴、约250巴、约300巴、约350巴、约400巴、约450巴、约500巴、约550巴、约600巴、约650巴、约700巴、约750巴、约800巴、约850巴、约900巴、约950巴或约1000巴，包括其间的所有值和范围。
研磨工位140是碳捕获设施100的任选的组成部分，其包括用于处理碳酸化介质和/或含碳流的研磨介质。在一些实施方式中，在将开采的材料送入碳酸化工位110和/或煅烧炉120之前，可以将其送至研磨工位140以减小开采的材料的颗粒尺寸。在一些实施方式中，研磨介质可包括球磨破碎机、冲击破碎机和/或圆锥破碎机。
水合工位150是煅烧炉120和碳酸化工位110之间的任选的中间工位。在一些实施方式中，可以在水合工位使来自煅烧炉的碳酸化介质水合以形成氢氧化物，如上文参考图1在步骤21中所述的。在一些实施方式中，水合工位可以包括水浴、一个或多个喷雾装置(例如，水喷洒器)、潮湿壳体或其任意组合。在一些实施方式中，水合工位150可以是碳酸化工位110的一部分。换句话说，水合和碳酸化可以发生在同一位置。
空气分离单元170是任选的组成部分，其用于在将空气送入煅烧炉120之前改善空气的质量。在一些实施方式中，空气分离单元170可以增加空气流中的氧含量，然后将富氧空气流送入煅烧炉120。在一些实施方式中，空气分离单元170可以包括用于从空气中去除水的冷凝器。在一些实施方式中，空气分离单元170可以产生纯氧流来送至煅烧炉120。在一些实施方式中，空气分离单元170可以允许在煅烧炉120中进行更有效的燃烧，因为空气分离单元70可以在将空气送入煅烧炉120之前从其中去除污染物和惰性材料。
图3是根据一个实施方式的碳捕获设施200的框图。如图所示，碳捕获设施200包括碳酸化工位210、煅烧炉220、封存空间230、研磨工位240、水合工位250、冷凝空间260和空气分离单元270。在一些实施方式中，碳酸化工位210、煅烧炉220、封存空间230、研磨工位240、水合工位250、冷凝空间260和空气分离单元270可以与上述参考图2所述的碳酸化工位110、煅烧炉120、封存空间130、研磨工位140、水合工位150，冷凝空间160和空气分离单元170相同或基本相似。因此，在此不再更详细地描述碳酸化工位210、煅烧炉220、封存空间230、研磨工位240、水合工位250、冷凝空间260和空气分离单元270的某些方面。
使用时，在将碳酸化介质流CMS送入碳酸化工位210之前，通过水合工位250对其进行处理。在碳酸化地块210中碳酸化之后，将回收的含碳流CCS(R)送入煅烧炉220。同时，将吸附剂材料AM送入研磨工位240并研磨以成为新的含碳流CCS(N)。将新的含碳流CCS(N)与回收的含碳流CCS(R)一起送入煅烧炉。同时，将空气送入空气分离单元270，将富氧流从空气分离单元27送至煅烧炉220。在煅烧炉220中处理之后，含碳流CCS(R)和CCS(N)变成气体流GS和碳酸化介质流CMS。将碳酸化介质流CMS返回到水合工位250，而将气体流GS送至封存空间230。在煅烧炉220和封存空间230之间，对气体流230进行冷凝，将回收的水H2O流(R)捕获在冷凝空间260中。将回收的水H2O流(R)送到喷洒器215中。新的水流H2O(N)也被送至喷洒器215。喷洒器215将水喷射到碳酸化工位210。
碳酸化工位210包括碳酸化地块211。在一些实施方式中，碳酸化地块211可以被定位和配置为使碳酸化地块中的组合物暴露于环境风化。可以将碳酸化地块211放置在被配置为使碳酸化地块211的组合物的表面的温度最大化的环境中。在一些实施方式中，可以碳酸化地块211放置在自然环境(例如，草原、沙漠、山坡)中。在一些实施方式中，可以将碳酸化地块211聚集成组。在一些实施方式中，聚集的碳酸化地块211使得能够集中实施其他系统组成部分以更有效操作碳捕获设施200。在一些实施方式中，碳酸化地块211可以分布在地球的一整个区域上(例如，美国西部的非耕地)。在一些实施方式中，多个碳酸化地块211分布在整个地球上。
如图所示，碳酸化工位210包括九个碳酸化地块211。在一些实施方式中，碳酸化工位210可包括至少约2、至少约3、至少约4、至少约5、至少约6、至少约7、至少约8、至少约9、至少约10、至少约20、至少约30、至少约40、至少约50、至少约60、至少约70、至少约80、至少约90、至少约100、至少约100、至少约200、至少约300、至少约400、至少约500、至少约600、至少约700、至少约800、至少约900、至少约1,000、至少约1,500、至少约2,000、至少约2,500、至少约3,000、至少约3,500、至少约4,000、至少约4,500、至少约5,000、至少约5,500、至少约6,000、至少约6,500、至少约7,000、至少约7,500、至少约8,000、至少约8,500、至少约9,000、至少约9,500、至少约10,000、至少约11,000、至少约12,000、至少约13,000、至少约14,000、至少约15,000、至少约16,000、至少约17,000、至少约18,000、至少约19,000、至少约20,000、至少约25,000、至少约30,000、至少约35,000、至少约40,000、至少约45,000、至少约50,000、至少约55,000、至少约60,000或至少约65,000个碳酸化地块211。在一些实施方式中，碳酸化工位210可包括不超过约70,000、不超过约65,000、不超过约60,000、不超过约55,000、不超过约50,000、不超过约45,000、不超过约40,000、不超过约35,000、不超过约30,000、不超过约25,000、不超过约20,000、不超过约19,000、不超过约18,000、不超过约17,000、不超过约16,000、不超过约15,000、不超过约14,000、不超过约13,000、不超过约12,000、不超过约11,000、不超过约10,000、不超过约9,500、不超过约9,000、不超过约8,500、不超过约8,000、不超过约7,500、不超过约7,000、不超过约6,500、不超过约6,000、不超过约5,500、不超过约5,000、不超过约4,500、不超过约4,000、不超过约3,500、不超过约3,000、不超过约2,500、不超过约2,000、不超过约1,500、不超过约1,000、不超过约900、不超过约800、不超过约700、不超过约600、不超过约500、不超过约400、不超过约300、不超过约200、不超过约100、不超过约90、不超过约80、不超过约70、不超过约60、不超过约50、不超过约40、不超过约30、不超过约20、不超过约10、不超过约9、不超过约8、不超过约7、不超过约6、不超过约5、不超过约4或不超过约3个碳酸化地块211。
碳酸化工位210中的碳酸化地块的上述参考数量的组合也是可能的(例如，至少约2个且不超过约70000个，或至少约500个且不超过约5000个)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，碳酸化工位210可包括约2、约3、约4、约5、约6、约7、约8、约9、约10、约20、约30、约40、约50、约60、约70、约80、约90、约100、约100、约200、约300、约400、约500、约600、约700、约800、约900、约1,000、约1,500、约2,000、约2,500、约3,000、约3,500、约4,000、约4,500、约5,000、约5,500、约6,000、约6,500、约7,000、约7,500、约8,000、约8,500、约9,000、约9,500、约10,000、约11,000、约12,000、约13,000、约14,000、约15,000、约16,000、约17,000、约18,000、约19,000、约20,000、约25,000、约30,000、约35,000、约40,000、约45,000、约50,000、约55,000、约60,000、约65,000或约70,000个碳酸化地块211。
在一些实施方式中，碳酸化地块211可以包括碳酸化介质片。在一些实施方式中，碳酸化地块211的长度和/或宽度尺寸可为至少约10cm、至少约20cm、至少约30cm、至少约40cm、至少约50cm、至少约60cm、至少约70cm、至少约80cm、至少约90cm、至少约1m、至少约1.1m、至少约1.2m、至少约1.3m、至少约1.3m、至少约1.4m、至少约1.5m、至少约2m、至少约2.5m、至少约3m、至少约3.5m、至少约4m、至少约4.5m、至少约5m、至少约5.5m、至少约6m、至少约6.5m、至少约7m、至少约7.5m、至少约8m、至少约8.5m、至少约9m或至少约9.5m。在一些实施方式中，碳酸化地块211的长度和/或宽度尺寸可为不超过约10m、不超过约9.5m、不超过约9m、不超过约8.5m、不超过约8m、不超过约7.5m、不超过约7m、不超过约6.5m、不超过约6m、不超过约5.5m、不超过约5m、不超过约4.5m、不超过约4m、不超过约3.5m、不超过约3m、不超过约2.5m、不超过约2m、不超过约1.9m、不超过约1.8m、不超过约1.7m、不超过约1.6m、不超过约1.5m、不超过约1.4m、不超过约1.3m、不超过约1.2m、不超过约1.1m、不超过约1m、不超过约90cm、不超过约80cm、不超过约70cm、不超过约60cm、不超过约50cm、不超过约40cm、不超过约30cm或不超过约20cm。碳酸化工位211的上述长度和宽度尺寸的组合也是可能的(例如，至少约10cm且不超过约10m，或至少约50cm且不超过约5m)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，碳酸化地块211的长度和/或宽度尺寸可为约10cm、约20cm、约30cm、约40cm、约50cm、约60cm、约70cm、约80cm、约90cm、约1m、约1.1m、约1.2m、约1.3m、约1.4m、约1.5m、约1.6m、约1.7m、约1.8m、约1.9m、约2m、约2.5m、约3m、约3.5m、约4m、约4.5m、约5m、约5.5m、约6m、约6.5m、约7m、约7.5m、约8m、约8.5m、约9m、约9.5m或约10m。
在一些实施方式中，碳酸化地块211可以包括碳酸化介质粉末和/或卵石的薄片。在一些实施方式中，碳酸化地块211包括的片的厚度可为至少约1mm、至少约2mm、至少约3mm、至少约4mm、至少约5mm、至少约6mm、至少约7mm、至少约8mm、至少约9mm、至少约1cm、至少约2cm、至少约3cm、至少约4cm、至少约5cm、至少约6cm、至少约7cm、至少约8cm、至少约9cm、至少约10cm、至少约20cm、至少约30cm、至少约40cm。在一些实施方式中，碳酸化地块211包括的片的厚度可为不超过约50cm、不超过约40cm、不超过约30cm、不超过约20cm、不超过约10cm、不超过约9cm、不超过约8cm、不超过约7cm、不超过约6cm、不超过约5cm、不超过约4cm、不超过约3cm、不超过约2cm、不超过约1cm、不超过约9mm、不超过约8mm、不超过约7mm、不超过约6mm、不超过约5mm、不超过约4mm、不超过约3mm或不超过约2mm。上述片厚的组合也是可能的(例如，至少约1mm且不超过约50cm，或至少约5mm且不超过约1cm)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，碳酸化地块211包括的片的厚度可为约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约1cm、约2cm、约3cm、约4cm、约5cm、约6cm、约7cm、约8cm、约9cm、约10cm、约20cm、约30cm、约40cm或约50cm。
在一些实施方式中，每个碳酸化地块211可以包括至少约1,000吨、至少约2,000吨、至少约3,000吨、至少约4,000吨、至少约5,000吨、至少约6,000吨、至少约7,000吨、至少约8,000吨、至少约9,000吨、至少约10,000吨、至少约20,000吨、至少约30,000吨、至少约40,000吨或至少约50,000吨的碳酸化介质。在一些实施方式中，每个碳酸化地块211可以包括不超过约60,000吨、不超过约50,000吨、不超过约40,000吨、不超过约30,000吨、不超过约20,000吨、不超过约10,000吨、不超过约9,000吨、不超过约8,000吨、不超过约7,000吨、不超过约6,000吨、不超过约5,000吨、不超过约4,000吨、不超过约3,000吨或不超过约2,000吨的碳酸化介质。上述碳酸化介质的量的组合也是可能的(例如，至少约1,000吨且不超过约60,000吨，或至少约5,000吨且不超过约40,000吨)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，每个碳酸化地块211可以包括约1,000吨、约2,000吨、约3,000吨、约4,000吨、约5,000吨、约6,000吨、约7,000吨、约8,000吨、约9,000吨、约10,000吨、约20,000吨、约30,000吨、约40,000吨、约50,000吨或约60,000吨的碳酸化介质。
在一些实施方式中，碳酸化地块211的碳酸化介质薄片可以布置在托盘中。在一些实施方式中，托盘可以垂直堆叠。在一些实施方式中，每个碳酸化地块211可以包括至少约1、至少约2、至少约3、至少约4、至少约5、至少约6、至少约7、至少约8、至少约9、至少约10、至少约20、至少约30、至少约40、至少约50、至少约60、至少约70、至少约80、至少约90、至少约100、至少约200、至少约300、至少约400、至少约500、至少约600、至少约700、至少约800、至少约900、至少约1,000、至少约1,500、至少约2,000、至少约2,500、至少约3,000、至少约3,500、至少约4,000或至少约4,500个托盘。在一些实施方式中，每个碳酸化地块211可以包括不超过约5,000、不超过约4,500、不超过约4,000、不超过约3,500、不超过约3,000、不超过约2,500、不超过约2,000、不超过约1,500、不超过约1,000、不超过约900、不超过约800、不超过约700、不超过约600、不超过约500、不超过约400、不超过约300、不超过约200、不超过约100、不超过约90、不超过约80、不超过约70、不超过约60、不超过约50、不超过约40、不超过约30、不超过约20、不超过约10、不超过约9、不超过约8、不超过约7、不超过约6、不超过约5、不超过约4、不超过约3或不超过约2个托盘。每个碳酸化地块211的上述托盘数量的组合也是可能的(例如，至少约1个且不超过约5,000个，或至少约50个且不超过约500个)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，托盘可以垂直堆叠。在一些实施方式中，每个碳酸化地块211可以包括约1、约2、约3、约4、约5、约6、约7、约8、约9、约10、约20、约30、约40、约50、约60、约70、约80、约90、约100、约200、约300、约400、约500、约600、约700、约800、约900、约1,000、约1,500、约2,000、约2,500、约3,000、约3,500、约4,000、约4,500或约5,000个托盘。
在一些实施方式中，碳酸化地块211可以包括碳酸化介质粉末。在一些实施方式中，碳酸化介质可以是卵石或大石块的形式。在一些实施方式中，碳酸化介质的平均粒径可为至少约5μm、至少约10μm、至少约20μm、至少约30μm、至少约40μm、至少约50μm、至少约60μm、至少约70μm、至少约80μm、至少约90μm、至少约100μm、至少约200μm、至少约300μm、至少约400μm、至少约500μm、至少约600μm、至少约700μm、至少约800μm、至少约900μm、至少约1mm、至少约2mm、至少约3mm、至少约4mm、至少约5mm、至少约6mm、至少约7mm、至少约8mm、至少约9mm、至少约1cm、至少约2cm、至少约3cm，或至少约4cm。在一些实施方式中，碳酸化介质的平均粒径可为不超过约5cm、不超过约4cm、不超过约3cm、不超过约2cm、不超过约1cm、不超过约9mm、不超过约8mm、不超过约7mm、不超过约6mm、不超过约5mm、不超过约4mm、不超过约3mm、不超过约2mm、不超过约1mm、不超过约900μm、不超过约800μm、不超过约700μm、不超过约600μm、不超过约500μm、不超过约400μm、不超过约300μm、不超过约200μm、不超过约100μm、不超过约90μm、不超过约80μm、不超过约70μm、不超过约60μm、不超过约50μm、不超过约40μm、不超过约30μm、不超过约20μm，或不超过约10μm。
上述粒径的组合也是可能的(例如，至少约10μm且不超过约5cm，或至少约100μm但不超过约1cm)，包括其间的所有值和范围。在一些实施方式中，碳酸化介质的平均粒径可为约5μm、约10μm、约20μm、约30μm、约40μm、约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm、约100μm、约200μm、约300μm、约400μm、约500μm、约600μm、约700μm、约800μm、约900μm、约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约1cm、至少约2cm、约3cm、约4cm或约5cm。
图4显示了根据一个实施方式的碳酸化工位310。如图所示，碳酸化工位310包括碳酸化地块311和喷洒器315。在一些实施方式中，碳酸化工位310、碳酸化地块311和喷洒器315可以与上文参照图3描述的碳酸化工位210、碳酸化地块211和喷洒器215相同或基本相似。因此，在此不再更详细地描述碳酸化工位310、碳酸化地块311和喷洒器315的某些方面。如图所示，喷洒器315将水喷射到碳酸化地块311上，从而在碳酸化工位310中保持期望的湿度水平。在一些实施方式中，喷洒器315可以连续地喷雾。在一些实施方式中，喷洒器315可以以一定间隔进行喷洒。在一些实施方式中，喷洒器315可以是固定不动的。在一些实施方式中，喷洒器315可以在碳酸化地块311上方横向移动，以最大化喷洒器315覆盖的地面。在一些实施方式中，碳酸化地块311可以放置在喷洒器315的上方和下方，并且喷洒器可以向上和向下喷雾以将水输送到碳酸化地块311。
图5显示了碳酸化工位410围绕煅烧炉420和封存空间430的定位。如图所示，碳酸化工位包括多个碳酸化地块411。在一些实施方式中，碳酸化工位410、碳酸化地块411、煅烧炉420和封存空间430可以与如上文参考图3所述的碳酸化工位210、碳酸化地块211、煅烧炉220和封存空间230相同或基本相似。因此，在此不再更详细地描述碳酸化地块411、煅烧炉420和封存空间430的某些方面。
图5显示了碳酸化工位410的布局，其中碳酸化地块411围绕煅烧炉420。这可能是一种有利的布局，因为这种布局最大限度地减少了碳酸化介质和含碳流在工艺单元之间的输送距离。在一些实施方式中，碳酸化地块411可以围绕煅烧炉420布置成圆形图案、椭圆形图案、正方形图案、矩形图案或任何其他合适的图案，以最小化输送碳酸化介质和含碳流的能量成本。在一些实施方式中，多个碳酸化地块411的完成日期可以错开，使得能够将它们送至中央再生设施中。输送机C围绕煅烧炉420，在碳酸化工位410和煅烧炉420之间输送材料。
实施例
实施例1：将30gCaO和30gCa(OH)2粉末置于培养皿中，并在10天内测量它们的CO2吸收。每2小时向CaO中加入1克水，每2.4小时向Ca(OH)2中加入1克水。图6显示了这些粉末的CO2吸收数据。y轴显示了每种粉末每秒吸收的CO2的重量分数。如图所示，在10天的时间内，Ca(OH)2以更高的吸收速率开始，并且这两种粉末在第3天左右开始表现相似。随着更多的CaO和Ca(OH)2转化为CaCO3，这两种粉末在10天内都经历了CO2吸收的减少。吸收速率的降低随着时间的推移而减慢。生成模型曲线以拟合CaO和Ca(OH)2的全部数据团。模型曲线显示，起始吸收速率为1.2E-6重量分数/秒，作用于不断减少的剩余反应物。如果这个速率持续下去，可以在14天内产生75％的碳酸化。
实施例2：将30g CaO和30g Ca(OH)2粉末置于培养皿中，并在16天内测量它们的CO2吸收。每6小时向CaO中加入1.5克水，每6小时向Ca(OH)2中加入1.5克水。图6显示了这些粉末的CO2吸收数据。y轴显示了每种粉末每秒吸收的CO2的重量分数。平均地，CaO吸收6E-7重量分数/秒，Ca(OH)2吸收5.6E-7重量分数/秒。两种粉末的起始吸收速率约为1.2E-6重量分数/秒。如果这个速率持续下去，可以在14天内产生75％的碳酸化。
实施例3：将30g CaO和30g Ca(OH)2粉末置于培养皿中，并在16天内测量它们的CO2吸收。将水加入CaO和Ca(OH)2的不同样品中。以每6小时0.5、1、1.5和2克的速率将水加入CaO中。以每6小时1.5克的速率将水加入Ca(OH)2中。吸收速率如图8所示。在每6小时添加1.5克的粉末中观察到最佳的吸收性能。
实施例4：将Ca(OH)2粉末置于培养皿中，并在两天内测量其吸收量。每24小时向粉末中加入约2克水。图9显示了2天内粉末的吸收。顶部趋势线是恒定有效吸收速率(其中每单位质量材料的二氧化碳是恒定的)，而底部线是Ca(OH)2消耗量的下降，符合指数速率定律。结果表明，在最初的两天里，没有观察到有效吸收速率的衰减。
实施例5：将50g MgO粉末置于培养皿中，在约75天的时间内暴露于环境空气测试CO2的吸收。MgO生产品牌为Baymag、Premier和Calix(三种不同的样品)。图10显示了每种MgO样品的CO2吸收和环境中的相对湿度。以5-30mL的量以不同的间隔向每种样品中添加水。如图所示，所有样品中的CO2吸收量随着每次加水而显著增加。图11显示了添加水对每种样品的影响。如图所示，添加少量至适量的水可以提高CO2的吸收，而添加过多的水会使粉末过饱和，阻碍CO2的吸收。
实施例6：图12描述了假设的MgO循环过程的材料和能量平衡。图12表示了基于各地块的材料和能量流动。该系统同时运行多个地块。然而，由于地块的完成时间是错开的，因此一次只处理一个地块。确定全部地块的数量是为了确保煅烧炉装置的连续运行，以消除与重复启动和关闭相关的成本。
实施例7：使用Li-COR土壤通量仪测定了空气与MgO、CaO和Ca(OH)2反应形成固体碳酸盐矿物的CO2通量。通过创建这些通量的时间序列，可以观察到二氧化碳吸收随时间的变化。在Li-COR仪器的腔室的顶部空间中测量CO2浓度。将Li-COR仪器下放到管子上以形成密封，将腔室与周围空气隔开。这允许Li-COR仪器从顶部空间抽取气体，并将其循环到气体分析仪单元中。气体分析仪使用光学反馈腔增强吸收光谱(OF-CEAS)来确定气体混合物中CO2的浓度。然后，气体分析仪将气体再循环回腔室的顶部空间。测量顶部空间CO2浓度与时间的关系，得到了从空气形成固体碳酸盐矿物的CO2通量的估计值。初始以微摩尔每平方米每秒为单位报告的通量值可以转换为CO2吸收速率，单位为每秒消耗的反应物的质量分数，或摩尔每立方米反应物表面积每秒。
第一组实验使用从Premier Magnesia获得的材料评估了2至9mm厚的八个不同层的MgO粉末中的CO2吸收。八个不同的样品显示出每单位质量的MgO具有相似的CO2吸收速率。在不希望受理论约束的情况下，这可以表明，在高达9mm的层厚度中，CO2扩散到MgO粉末中并不限制反应进展。在不希望受理论约束的情况下，类似的附加实验表明，高达3cm的MgO层厚度不影响每单位质量MgO反应物的CO2吸收速率。重复类似的实验，以测试三个不同的商业MgO供应商(Baymag、Calix和Premier)的CO2吸收的变化。不同供应商的材料之间没有明显的速率差异。
在多种条件下的继续实验产生了通过环境空气与CaO、Ca(OH)2和MgO(±Mg(OH)2)的反应的相似的CO2吸收速率。一些实验已经产生了几乎恒定的观察到的速率，该速率在大约两周的时间内从每秒初始氧化物材料的约1.2E-6和4E-7重量分数逐渐下降。这样的值可能导致实验起始材料在2-6周内发生75％的碳酸化。然而，由于反应几天后残留的氧化物反应物的量减少，即使实际速率是恒定的，测量的CO2吸收也会随着时间的推移而减少。可以使用指数拟合来确定每秒消耗的剩余氧化物材料的重量分数，产生在两周或更长时间内恒定的约1.2E-6每秒范围内的最佳拟合(对于具有最快和最小可变速率的几个实验)。该速率在反应两周后应该产生75％的碳酸化。
在不希望受理论约束的情况下，仅出于从空气中去除CO2的目的，似乎不存在最小颗粒尺寸。然而，能够获得所需CO2吸收速率的颗粒越大，这些颗粒流失到环境中的可能性就越小。此外，通过保持材料潮湿来减少材料损失，从而减少被吹走或溢出的可能性。在TEA中，假设在碳酸化和煅烧的每个循环中大量损失氧化物材料。煅烧后的蒸汽处理以及其他活化方法可以再生CO2吸收能力降低的MgO。这有助于在不提取额外资源的情况下补充使用过的MgO。
多种概念可以体现为一种或多种方法，其中至少已提供了一个示例。可以以任何合适的方式排序作为方法的一部分而执行的行为。因此，可以构建不同于所示行为执行顺序的实施方式，其中可以包括同时执行一些行为，即使在示例性实施方式中显示为顺序行为。换言之，应理解，这些特征不一定限于特定的执行顺序，而是可以以符合本公开的方式串行、异步、并行、同时、同步和/或类似地执行任意数量的线程、进程、服务、服务器和/或其他。因此，这些特征中的一些可以是相互矛盾的，即它们不能同时出现在一个实施方式中。同样地，有些特征适用于创新的一个方面，而不适用于其他方面。
此外，本发明可以包括本文未描述的其他创新。申请人保留对这些创新的所有权利，包括实施这些创新的权利，提出额外的申请、继续、部分继续、分案和/或类似申请的权利。因此，应理解，本公开的优势、实施方式、实施例、功能、特征、逻辑、操作、组织、结构、拓扑和/或其他方面不应视为对由实施方式限定的公开的限制或对实施方式的等同物的限制。根据个人和/或企业用户的特定期望和/或特征、数据库配置和/或关系模型、数据类型、数据传输和/或网络框架、句法结构和/或其他，可以以能够实现本文所述的大量灵活性和定制的方式来实施本文所述的技术的各种实施方式。
如本文所限定和使用的所有定义应理解为优先于词典定义、通过引用纳入的文献中的定义和/或所限定术语的普通含义。
如本文所使用的，在特定的实施方式中，术语“约”或“大约”在数值前面时表示该值加减10％的范围。应理解，给出数值范围时，除非文中另有明确说明，否则该范围的上限和下限之间的每个间隔值(下限的单位的十分之一)以及该范围中的任何其他规定值或间隔值均包含在本公开内容中。这些较小范围内可独立地包括这些较小范围的上下限，这也包括在本公开内容内，除非明确地排除所述范围的上下限。当所述范围包括一个或两个限值时，本公开内容也包括排除所述限值中的一个或两个的范围。
在本申请的说明书和实施方式中使用的不定冠词“一”或“该/所述”，除非有明确的相反说明，否则应理解为“至少一”。
在说明书和实施方式中使用的短语“和/或”应理解为表示组合的要素中“之一或两个”，即在某些情况下一起存在而在其他情况下分开存在的要素。用“和/或”列出的多个要素应以相同方式解释，即如此组合的“一个或多个”要素。除了"和/或"子句具体指明的要素之外，还可以任选地存在其他要素，无论这些要素与具体指明的要素是相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，当“A和/或B”与开放式语言(例如“包括”)一起使用时，在一个实施方式中，可以仅指A(任选地包括除B之外的要素)；在另一个实施方式中，可以仅指B(任选地包括除A之外的要素)；在又一个实施方式中，可以指A和B两者(任选地包括其他要素)；等等。
本说明书和实施方式所用的“或”应理解为与以上定义的“和/或”有相同的含意。例如，当分隔列表中的项目时，“或”或者“和/或”应解释为是包含性的，即包括一定数量或一系列要素中的至少一项，但也包括多于一项，还包括任选的未列出的其他项。只有明确表示相反意思的术语，如"只有一"或"正好一"，或在实施方式中使用的"由......组成"，才是指包含一定数量或一系列要素中的一个要素。一般来说，本文中使用的术语"或"只有在前面有"任一"、"其一"、"仅其一"或"正好其一"等排他性术语时，才能被解释为表示排他性的选择(即"一或另一，但非两者")。“基本由……组成”用在实施方式中时具有专利法领域中的普通含义。
正如本文在说明书和实施方式中所使用的，短语“至少一”在提到一个或多个要素的列表时，应理解为从要素列表中的任何一个或多个要素中选出的至少一个要素，但不一定包括在要素列表中具体列出的每一个要素的至少一个，也不排除要素列表中任何要素的组合。该定义还允许在短语"至少一"所指的元素清单中，除了具体指明的元素之外，还可以任选地存在其他元素，无论这些元素与具体指明的元素相关或无关。因此，作为一个非限制性的例子，“A和B中的至少一个”(或者，等同地，“A或B中的至少一个”，或者，等同地“A和/或B中的至少一个”)在一个实施方式中，可以指至少一个A，任选地包括多于一个的A，而没有B存在(并任选地包括B以外的要素)；在另一个实施方式中，指至少一个B，任选地包括多于一个的B，而没有A存在(并任选地包括A以外的要素)；在又一个实施方式中，指至少一个A，任选地包括多于一个的A，以及至少一个B，任选地包括多于一个的B(并任选地包括其他要素)；等等。
在实施方式中，以及在上述说明书中，所有的过渡性短语，如“包括”、“包含”、“带由”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“包含有”等，都应理解为是开放式的，即意味着包括但不限于此。只有过渡性短语“由……组成”和“基本上由……组成”应分别是封闭或半封闭的过渡性短语，如美国专利局《专利审查程序手册(Manual of Patent ExaminingProcedures)》第2111.03节所规定。
虽然上文已经概述了本发明的具体实施方式，但对于本领域的技术人员来说，许多替代方式、修改和变化都是显而易见的。因此，本文阐述的实施方式旨在说明而不是限制。在不偏离本公开的精神和范围的情况下，可以作出各种改变。在上文描述的方法和步骤表明某些事件以某种顺序发生的情况下，受益于本发明内容的本领域普通技术人员会认识到，可以根据本发明的变体修改某些步骤的顺序。此外，在可能的情况下，可以在平行的过程中同时进行一些步骤，也可以如上所述按顺序进行。本发明的实施方式已具体显示和描述，但应理解，可以对形式和细节进行各种改变。
Claims (36)
1.一种方法，其包括：
向煅烧炉施加热量，以将含碳流分解为气体流和碳酸化介质流，所述气体流包含CO2；
封存和/或利用所述气体流；
将所述碳酸化介质流送至碳酸化工位；
在碳酸化工位使碳酸化介质与环境空气接触，使得碳酸化介质吸附CO2以形成含碳流；
在接触期间，以约30分钟至约72小时的间隔向碳酸化介质中加入水流；以及
将所述含碳流送入煅烧炉。
2.如权利要求1所述的方法，其中，通过喷雾和/或喷洒添加水流。
3.如权利要求1所述的方法，其中水的添加率为每克碳酸化介质约0.01至约0.5mL水。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述碳酸化介质保持在约3重量％至约50重量％的水分含量。
5.如权利要求1所述的方法，其还包括：
通过球磨破碎机、冲击破碎机或圆锥破碎机中的至少一种研磨吸附剂材料以形成粉末中的碳酸化介质。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述碳酸化介质包括氧化镁、硅酸镁、二氧化硅、氧化钙、氢氧化钙、硅酸钙、氧化钠、氢氧化钠、氧化钾、氢氧化钾或氢氧化镁中的至少一种。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述含碳流包括MgCO3、白云石(高镁钙碳酸盐)、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸硅、碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸钾、碳酸氢钾、三水碳酸镁或水碳镁石中的至少一种。
8.如权利要求1所述的方法，其还包括：
从所述气体流中冷凝一定量的水。
9.如权利要求8所述的方法，其还包括：
将所述量的水加入所述水流中。
10.如权利要求1所述的方法，其还包括：
通过空气分离单元处理空气流以产生氧气流，所述氧气流具有至少约95％的纯度；和
将所述氧气流送入煅烧炉。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述碳酸化介质的平均粒度小于约75μm。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述碳酸化工位包括多个碳酸化接触器，所述碳酸化接触器中的每个碳酸化接触器包括碳酸化介质片，所述碳酸化介质片具有约0.5mm至约10mm的厚度。
13.如权利要求1所述的方法，其中，通过由电力供电的电阻加热向煅烧炉施加热量。
14.如权利要求1所述的方法，其还包括：
监测接触期间碳酸化介质附近的环境空气的相对湿度、温度和空气流速水平。
15.如权利要求1所述的方法，其还包括：
在将碳酸化介质送入碳酸化工位之前，使碳酸化介质水合。
16.一种方法，其包括：
向煅烧炉施加热量，以将含碳流分解为气体流和碳酸化介质流，所述气体流包含CO2；
封存和/或利用所述气体流；
将所述碳酸化介质流送至碳酸化工位；
在碳酸化工位使碳酸化介质与环境空气接触，使得碳酸化介质吸附CO2以形成含碳流；
在接触期间，以每克碳酸化介质约0.01至约0.5mL水的添加率，将水流喷洒和/或喷雾到碳酸化介质中；和
将所述含碳流送入煅烧炉。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述气体流包括至少约95体积％的CO2。
18.如权利要求16所述的方法，其还包括：
研磨吸附剂材料以使碳酸化介质形成粉末。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述吸附剂材料包括氧化镁、硅酸镁、二氧化硅、氧化钙、氢氧化钙、硅酸钙、氧化钠、氢氧化钠、氧化钾、氢氧化钾或氢氧化镁中的至少一种。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述含碳流包括MgCO3、白云石(高镁钙碳酸盐)、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸硅、碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸钾、碳酸氢钾、三水碳酸镁或水碳镁石中的至少一种。
21.如权利要求16所述的方法，其还包括：
从所述气体流中冷凝一定量的水；以及
通过将所述量的水加入水流中来回收所述量的水。
22.如权利要求16所述的方法，其中，通过由电力供电的电阻加热向煅烧炉施加热量。
23.一种方法，其包括：
在煅烧炉中将含碳流分解成气体流和碳酸化介质流，所述气体流包括CO2，所述碳酸化介质包括MgCO3、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸硅、碳酸钙、碳酸氢钙、三水碳酸镁或水碳镁石中的至少一种；
封存所述气体流；
将所述碳酸化介质流送至碳酸化工位；
在碳酸化工位使碳酸化介质与环境空气接触，使得碳酸化介质吸附CO2以形成含碳流；
在接触期间，以每克碳酸化介质约0.01至约0.5mL水的添加率，以约30分钟至约72小时的间隔，将水流加入碳酸化介质中；和
将所述含碳流送入煅烧炉。
24.如权利要求23所述的方法，其还包括：
通过球磨破碎机、冲击破碎机或圆锥破碎机中的至少一种研磨吸附剂材料以形成粉末形式的碳酸化介质。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述含碳流包括MgCO3、白云石(高镁钙碳酸盐)、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸硅、碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸钾、碳酸氢钾、三水碳酸镁或水碳镁石中的至少一种。
26.如权利要求23所述的方法，其还包括：
通过由电力供电的电阻加热向煅烧炉施加热量。
27.如权利要求23所述的方法，其还包括：
从所述气体流中冷凝一定量的水；以及
通过将所述量的水加入水流中来回收所述量的水。
28.一种系统，其包括：
碳酸化工位，所述碳酸化工位包括：
包括碳酸化介质的多个碳酸化地块，所述碳酸化介质被配置为接触环境空气并从环境空气中吸附CO2，使得至少一部分碳酸化介质转化为含碳流；和
水输送装置，所述水输送装置被配置为影响碳酸化工位的相对湿度和/或将碳酸化介质保持在预定的含水量范围内；和
煅烧炉，所述煅烧炉被配置为接收所述含碳流，所述煅烧炉被配置为煅烧所述含碳流以形成气体流和碳酸化介质流。
29.如权利要求28所述的系统，其中，所述水输送装置包括喷洒器、软管或垫子中的至少一种。
30.如权利要求28所述的系统，其中，所述预定的水含量范围为碳酸化介质的约3重量％至约50重量％。
31.如权利要求28所述的系统，其中，所述碳酸化工位的相对湿度为约5％至约50％。
32.如权利要求28所述的系统，其还包括：
冷凝器，所述冷凝器被配置为从所述气体流冷凝水。
33.如权利要求28所述的系统，其还包括：
空气分离单元，所述空气分离单元被配置为在将所述空气流送入煅烧炉之前处理所述空气流并增加所述空气流的氧含量。
34.如权利要求28所述的系统，其还包括：
研磨工位，所述研磨工位被配置为在将所述碳酸化介质送至所述碳酸化工位之前通过球磨破碎机、冲击破碎机或圆锥破碎机中的至少一种研磨所述碳酸化介质。
35.如权利要求28所述的系统，其中所述碳酸化介质包括氧化镁、硅酸镁、二氧化硅、氧化钙、氢氧化钙、硅酸钙、氧化钠、氢氧化钠、氧化钾、氢氧化钾或氢氧化镁中的至少一种。
36.如权利要求35所述的系统，其中所述含碳流包括MgCO3、白云石(高镁钙碳酸盐)、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸硅、碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸钾、碳酸氢钾、三水碳酸镁或水碳镁石。
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