用于降低流体的CO2浓度的方法和设备技术

本发明专利技术旨在降低CO2浓度。本发明专利技术利用流体和用于降低流体的CO2浓度的设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术旨在降低CO2浓度。本专利技术利用流体和用于降低流体的CO2浓度的设备。
技术介绍
气候变化显著影响地球的岩石圈。影响气候变化的主要因素之一是多种温室气体排放到大气中，加剧了全球变暖。排放的大部分温室气体源于人类活动，主要是化石燃料(例如，煤、油、汽油、天然气)燃烧的副产物，排放的主要气体是co2。在可以利用替代能源之前，或可以利用其他便宜的、清洁的且充裕的技术之前，必须减少CO2排放。化石燃料是本世纪的主导能源，因为还没有替代能源供应可以在没有其他限制的情况下大量代替化石燃料能源。此外，在世界的很多地方，伴随着全球生活水平的提高，全球能源消耗正在显著增大。为了防止，或至少缓和大规模全球气候变化，开发减小或稳定大气CO2浓度的有效方法至关重要；提高能源生产和利用效率，开发可再生能源不能完全解决由目前(和将来)的温室气体排放引起的问题。大气中CO2的增加将影响地球的水圈。在水中，CO2处于碳酸氢盐(hco3_)和碳酸(H2CO3)的化学平衡(等式I)中。改变该平衡中的组分之一的浓度将相应地改变pH。H20+CO_ ^rico2 CA,) Ξ Ht+HCO3-^z!: 2Η +0 2' ^Z^H2C03(I)pH和CO2浓度还影响水中的化学过程和矿物的形成。例如，当碱性条件占主导时，平衡条件偏向于碳酸氢盐和碳酸基团以碳酸盐矿物沉淀。另一方面，酸性条件则通过碳酸盐的溶解和分解而释放CO2。显然，减少CO2排放对于避免对生物圈潜在的有害变化是必要的。CO2螯合是已知的用于减少排放到大气的CO2的方法。例如，位于北海的Sleipner油气田用于储存压缩的CO2,在海床下约1000米压缩的CO2被泵入200米厚的砂石层中。每年在Sleipner螯合了约I百万吨的CO2 (相当于挪威每年CO2排放总量的约3% )。这种螯合的长期效率有待深入研究和讨论。特别地，储存寿命(由于渗漏)的不确定性，地震的不稳定性，由于压力和/或由储存的CO2参加和/或引起和/或催化的化学反应引起的层结构的变化，和具有浮力的CO2的潜在迁移，引起了对这种系统的长期完整性的重大怀疑。矿物螯合涉及CO2反应形成地质稳定的碳酸盐，即，矿物碳酸盐化。已提出多种方法实现碳酸盐化，主要基于CO2和各种硅酸盐之间的酸碱反应。在105°C和90atm的压力下进行的地下注入设计中，CO2用于测试CO2俘获矿物的有效性。该注入设计因反应的动力学过程缓慢而失败。然而，人们相信，将CO2注入蓄水层材料，随着地质年代的相互作用，可能实现预期结果。CO2俘获和存储是艰巨的任务，仍存在许多挑战。矿物碳酸盐化是一种有前景的方法，因为通过矿物碳酸盐化而降低CO2浓度存在很多优点。一个优点是形成的碳酸盐的长期稳定性，所述碳酸盐在地质时间范围内是环境安全和稳定的材料。另一个优点是可得到大量用于螯合CO2的原材料。矿物碳酸盐化的另一个优点是潜在的经济可行性，因为整体过程放热。此外，在碳酸盐化过程期间产生增值副产物的可能性可进一步补偿其成本。矿物碳酸盐化方法的另一个优点还在于有大量可实施螯合的位点。因此，目前缺乏可行的CO2螯合方法，以在实际可用的时间尺度上充分降低大气和水中的CO2浓度。
技术实现思路
在一个实施方案中，本专利技术提供降低流体中CO2浓度的方法，所述方法包括将包含痕量或不含CO2的第一气体流和CO2浓度高于空气-水平衡中的CO2浓度的第二气体流施加到包含盐和液体的流体中，从而在所述流体中形成固体碳酸盐，且所述流体中的CO2浓度降低。在一个实施方案中，本专利技术提供包含加压的第一气体、第二气体，和盐的流体，所述第一气体包含痕量或不含CO2，所述第二气体的CO2浓度至少高于空气-水平衡中的CO2浓度。在一个实施方案中，本专利技术提供降低流体中CO2浓度的方法，其包括下列步骤将CO2流施加至包含盐的液体，在溶液中形成碳酸；并将⑴中的所述碳酸溶液和碱混合，使得在(ii)中所述混合物的pH在9-12之间；并形成固体碳酸盐且在所述流体样品中的CO2浓度降低。在一个实施方案中，本专利技术提供用于降低流体的CO2浓度的设备，所述设备包括-用于引入包含痕量或不含CO2的第一气体的第一传送器；-用于引入CO2浓度至少高于空气-水平衡中的CO2浓度的第二气体的第二传送器；和-反应室；向所述反应室加入包含盐的溶液时，通过所述第一传送器将所述第一气体引入所述反应室，并通过所述第二传送器将所述第二气体引入所述反应室，在所述反应室中形成固体碳酸盐，且放出CO2浓度降低的未反应气体。在另一个实施方案中，本专利技术提供降低流体的CO2浓度的方法，其中所述方法包括将所述流体施加至本专利技术的设备。在一个实施方案中，本专利技术提供用于降低流体样品中的CO2浓度的设备，所述设备包括-用于引入碱的第一传送器；-用于引入包含CO2的流体样品的第二传送器；-反应室；并且向所述反应室加入包含盐的溶液时，通过所述第一传送器将所述碱引入所述反应室，并通过所述第二传送器将所述流体样品引入所述反应室，使得在所述反应室中形成固体碳酸盐并放出未反应的气体。在另一个实施方案中，本专利技术提供降低流体样品的CO2浓度的方法，其中所述方法包括将流体样品施加至本专利技术的设备，以降低流体的CO2浓度。附图说明本专利技术的主题内容在说明书的总结部分特别指出并明确说明。然而，通过参考下列详细说明，并阅读附图，可以最好地理解本专利技术，包括构造和操作方法，及其目的、特点和优势。图I示意性地地描绘了实施本专利技术方法的一个实施方案的设备的元件。传送器(1-10)从外部供应源向反应室供水，在本实施方案中所述反应室是贮水池(reservoir)(1-20)。应用压力或泵，使水从室传送出(1-30)并可循环。注入压缩的CO2传 导气体(140)。空气，或含有一种或多种添加剂以进一步提高/控制PH的空气，或气相中的碱或室中的基础溶液(basic solution) (1-90)和固体碳酸盐沉淀(1-20A)。所述设备可包含用于释放空气或CO2的出口(1-100)，所述空气或CO2可分别通过进口(1-40)和(1-90)回收到所述室中。可使用管道和其他相似类型的设备将气体循环至所需的位置。任意开口均可引入(或另外引入)悬浮于水中的矿物颗粒(或胶体)和/或任何其他固体基质材料(作为促进碳酸盐沉淀的成核材料)(1-50)和(1-70);和/或盐源，比如钙盐或镁盐(1-60)和(1-80)。图2是实验性的流通池(flow cell)的示意图。所述流通池分成三个区域贮水池(2-110)、位于两端的流入源(2-50)和流出流(2-60)。设置连续工作的蠕动泵(2_70和2-80)使水循环。用于注入空气(2-100)和C02 (2-90)的传送器位于流通池内。所述流通池中填充沙子并任选地部分用粘土盖元件覆盖。所述传送器与控制空气(2-100A)和C02(2-90A)的流量和压力的阀门连通。将4个样品放置在流通池中，以在不同区域，在由A、B或C描述的不同高度处取样。图3是图2的流通池的示意图，取样区域根据它们与传送器(3-100 ;3_110)的接近度而显示。图4是地下的,双井系统(well doublet system)的简图。二氧化碳(富集的,浓缩的气体形式，纯CO2或和其他气体混合的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2006.08.29 US 60/840,7081.降低流体样品的CO2浓度的方法，其包括下列步骤 (i)将CO2流施加至包含盐的液体，在溶液中形成碳酸；并 ( )将⑴中的碳酸溶液和碱混合，使得(ii)中的混合物的pH在9-12之间；形成固体碳酸盐且所述流体样品中的CO2浓度降低。2.权利要求I的方法，其中所述CCV流处于环境压力下。3.权利要求I的方法，其中所述碱包括NH3、NH40H、NaOH或石灰水或它们的任意组合。4.权利要求3的方法，其中所述NH3或NH4OH来自人工合成的氨源、家养或野生的鸟粪源、家禽农场、矿床、牛的、猪的、羊的或马的尿或粪便、养鱼场、海洋哺乳动物、动物尿或动 物粪肥或它们的任意组合。5.权利要求I的方法，其中在步骤(ii)中向所述混合物中加入另外的盐。6.权利要求I的方法，其中所述CCV流还包含硫氧化物，从而形成固体碳酸盐和固体硫酸盐。7.权利要求I的方法，其中所述流体样品还包含硫氧化物，从而形成固体碳酸盐和固体硫酸盐。8.权利要求I的方法，其中所述液体是水溶液。9.权利要求I的方法，其中所述液体包含来自淡化装置的流出物。10.权利要求I的方法，其中所述第二气体是被人为过程或自然过程污染的大气。11.权利要求I的方法，其中所述盐包含钙离子、钠离子、钾离子、镁离子、钡离子、锰离子、铁离子、锶离子、锌离子、铝离子、或它们的任意组合。12.用于降低流体样品中的CO2浓度的设备，所述设备包括 -用于引入碱的第一传送器； -用于引入包含CO2的流体样品的第二传送器； -反应室；并 在向所述反应室加入含有盐的溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·伯科威茨，I·德罗尔，
申请(专利权)人：耶德研究和发展有限公司，
类型：发明
国别省市：