从空气中除去二氧化碳制造技术

本发明专利技术涉及从空气中除去CO2的方法，该方法包括将吸收剂覆盖的表面暴露于空气。本发明专利技术也提供将空气暴露于CO2吸收剂的装置。在另一方面，本发明专利技术提供分离吸收剂中结合的二氧化碳(CO2)的方法和装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及从空气中除去所选择的气体。本专利技术特别适用于从空气中提取二氧化碳(CO2)，下面将结合这一用途描述本专利技术，当然也可以有其它用途。
技术介绍
从环境空气中提取二氧化碳(CO2)，致使可以使用碳基燃料并处理事后相关的温室气体排放。由于含量为百万分之几份的(X)2既无毒也无害，只是因简单地在大气中累积而产生环境问题，因此需要从空气中除去CO2,以便补偿在别处和在不同时间的排放。空气捕集的总体方案是公知的。在各种工业应用例如在由煤发电的工厂中和在烃的使用(所述烃典型地为在燃烧装置如发动机中燃烧的燃料的主要组分)中产生co2。从这种燃烧装置中排放的废气含有(X)2气体，这些(X)2气体目前被简单地排放到大气中。但随着对温室气体担心的确定，必需减少来自所有来源的CO2排放。对于可移动的来源来说，最佳的选择可能是直接从空气中而不是从汽车或飞机的可移动的燃烧装置中收集co2。从空气中除去(X)2的优点是不需要在可移动的装置中储存co2。已开发了各种方法和装置从空气中除去C02。在这些方法和装置之一中，利用被称为Raschig环的东西填充的罐内的碱溶液或吸收剂洗涤空气。为了消除少量的CO2,还使用了凝胶吸收剂。尽管这些方法有效地除去了 CO2,但它们具有严重的缺点，因为对于它们从空气中有效地除去二氧化碳来说，必需在相当高的压力下通过吸收剂驱动空气，因此在洗涤工艺过程中发生相对高的压力损失。此外，为了获得增加的压力，要求某些性质的压缩设备，且这些设备使用一定量的能量。就该工艺总的二氧化碳平衡来说，压缩空气所使用的这一附加的能量可能具有特别不利的影响，这是因为增加空气压力所要求的能量也将产生必须捕集和处置的C02。因此，现有技术的方法导致从空气中低效地捕集C02，这是因为这些工艺加热或冷却空气，或者明显改变空气的压力，即当清洁工艺将(X)2作为驱动该工艺的发电产生的副产物引入到大气内时，CO2的净减少可以忽略不计。此外，尽管从空气中分离(X)2的洗涤器设计是已有的，但通常它们受限于填充床类型的装置，这一装置的目的典型地是从另一气体中除去所有痕量的杂质。在美国专利 4047894中所述的一种这样的装置包括在外壳内彼此间隔组装的含由聚氯乙烯(PVC)制成的多孔烧结板或者碳泡沫体的吸收元件。在将板组装在外壳内之前，在多孔板内浸渍氢氧化钾。这一装置的缺点是，在没有拆下装置外壳的情况下，不可能补充从空气中分离CO2所使用的吸收剂材料。从空气中收集CO2的方法典型地依赖于从空气中物理或者化学结合(X)2的溶剂。一组实用的ω2溶剂包括强碱性氢氧化物溶液，例如氢氧化钠和氢氧化钾。过量0. 1摩尔浓度的氢氧化物溶液可容易地从空气中除去CO2，此时其例如以碳酸盐形式结合。较高的氢氧化物浓度是希望的，且有效的空气接触器将使用Imol过量的氢氧化物溶液。氢氧化钠是特别方便的选择，但可使用其它溶剂，例如有机胺。吸收剂的另一选择包括弱碱性盐水，例如碳酸钠或碳酸钾盐水。也参见公开的PCT 申请 PCT/US2005/015453 和 PCT/US2005/015454。现有技术的以上讨论主要来自我们较早公开的PCT申请PCT/US05/29979，其中提出了从空气中除去二氧化碳的系统，该系统包括将溶剂覆盖的表面暴露于空气流，此时空气流保持为层流或者接近于层流区。使二氧化碳气体由溶剂吸收和从空气中除去。在优选的实施方案中，溶剂包括碱性吸收剂溶液如强氢氧化物溶液。也参见我们较早公开的PCT 申请NO.PCT/US06/03646，其中我们描述了包括用于支撑液体吸收剂的开孔泡沫的空气/ 液体交换器。
技术实现思路
本专利技术提供相对于上述现有技术的改进。更特别地，本专利技术提供从空气中除去二氧化碳或其它感兴趣的气体的几种方法和系统。根据本专利技术的一个实施方案，提供用于捕集或吸收(X)2的离子交换材料。在一方面，本专利技术采用固体阴离子交换膜作为主要的CO2捕集基质。离子交换材料可包括由离子交换材料形成或由离子交换材料涂覆的固体基质。替代地，该材料可包括由离子交换材料涂覆的纤维素基基质。本专利技术的另一个实施方案采用湿的泡沫空气交换器(该交换器使用碳酸钠或碳酸钾溶液、或其它弱二氧化碳吸收剂)，以从空气中吸收二氧化碳而形成碳酸氢钠或碳酸氢钾。然后将得到的碳酸氢钠或碳酸氢钾处理以在循环吸收剂的同时更新可以回收和处理的碳酸盐吸收剂。在本专利技术的另一个实施方案中，使用离子交换材料从空气中除去二氧化碳，使用液体胺溶液再生该离子交换材料，然后将该胺溶液通入电渗析池进行回收。在本专利技术的另一方面，通过调节海水的碱度从空气中除去二氧化碳，调节海水碱度反过来增加二氧化碳从大气进入水的通量。附图说明从以下结合附图的详细描述可以看出本专利技术的进一步特征和优点，其中相同的数字表示相同的部件，和其中图1 (a)是在部分剖视的侧视图和图1 (b)是根据本专利技术另一个实施方案制备的空气洗涤器的另外替代形式的透视图；图2 (a)-2 (c)、3 (a)-3(b)和4(a)_4(c)是根据本专利技术其它实施方案制备的空气洗涤单元视情况而定的透视图或侧视图；图5是描述根据本专利技术的一个实施方案从空气中除去(X)2的方法的流程框图；图6-8图示说明随时间的ω2捕集；图9是根据本专利技术实施方案的工艺流程图10是显示根据本专利技术另一方面从空气中除去(X)2的整合系统的示意性流程图； 和图11-14是根据本专利技术的替代方面处理海水的池的示意图。 具体实施例方式本专利技术通常涉及特别地从空气中提取、减少、捕集、处理、隔离或贮存二氧化碳 (CO2),和包括从环境中降低或消除CO2的新方法和装置。CO2的提取和隔离两者由本专利技术涵盖在我们较早的U. S.专利申请系列No. 60/603, 811中，我们给出了使空气与吸收剂涂覆表面接触的策略。我们指示由于对于吸收(X)2的氢氧化物或碳酸盐溶液典型的缓慢反应动力学，人们应当提供用于层流的直通道以对于经过收集结构的压降中的给定能量投入使CO2的吸收最大化。如果可以改进液体副反应动力学，更复杂的通道会降低空气侧限制， 但对于低反应动力学，具有平滑表面的直通道显得更有效。本专利技术在一方面提供从空气物流中吸收二氧化碳的方案，该方案甚至可以用弱吸收剂和在低吸收速率下有效地进行。通过以内部泡沫表面完全或部分由弱吸收剂覆盖的方式润湿含有切割通过其中的直通道的泡沫，可以产生暴露于缓慢气体流的大的吸收剂表面。可以调节通过通道和通过本体泡沫的气流以对于经过多个泡沫层的给定压降优化稀二氧化碳的吸收。对于低浓度气体混合物到气体物流的提取，此技术不再需要具有快吸收速率的强吸收剂。结果是人们可以利用弱吸收剂如碳酸钠来从空气中捕集CO2,而不是必须依赖于强吸收剂如氢氧化钠。二氧化碳对弱吸收剂的较低结合能极大地简化了随后的吸收剂回收步骤。此公开内容描述了涉及的原则和给出产生潮湿泡沫表面以及从泡沫提取(X)2负载的吸收剂的方法和装置。这些方法可以利用任何可应用的吸收剂回收方法进行。它们不限于从空气中捕集二氧化碳，而且可以容易地延伸到从任何气体物流中捕集痕量气体混合物。如下所述，执行的详细情况依赖于痕量气体的浓度、涉及的吸附或吸收反应速率和流动速度。另外相关的是方法的目的是否是从混合物捕集出所有的痕量气体以清洁气体，或目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．从大气中捕集ＣＯ２的装置，包括暴露于空气流的固体阴离子交换材料，其中由所述固体阴离子交换材料捕集的ＣＯ２利用所述材料分离和捕集。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·B·赖特，K·S·拉克纳，E·J·彼得斯，B·赖特，M·沃伦，U·金斯特，
申请(专利权)人：乞力马扎罗能量公司，
类型：发明
国别省市：US