捕集和封存二氧化碳的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种能够直接从环境空气中除去二氧化碳以得到纯CO2的方法和系统。所述方法包括如下步骤：从生产工艺产生热；将所述热施加到水上以联合产生饱和蒸汽，其中在所述去除阶段期间将所述吸收剂交替暴露在环境空气流下，由此使得所述吸收剂吸收并因此从所述环境空气中除去二氧化碳，并在所述吸收剂已经吸附所述二氧化碳之后，在所述再生和捕集阶段期间将所述吸收剂暴露在所述联合产生的蒸汽流下，由此使得这种吸收剂再生，且得到捕集的相对纯形式的吸附的二氧化碳。所述系统提供用于实施上述方法的吸收剂基材和装置，并提供所得到的提纯的二氧化碳以进一步用于农业和化学工艺中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及用于从大气中除去温室气体的系统和方法，具体地涉及用于从大气中除去二氧化碳的系统和方法。美国申请序号12/124，864如同在美国申请序号12/124，864中所述的，a.当前大量注意力集中在设法实现三个能量相关的且稍微冲突的能量相关的目标1)为经济发展提供承受得起的能量；2)实现能源安全性；和3)避免由全球变暖所引起的破坏性气候变化。然而，如果我们要拥有经济繁荣所需的能量且避免可导致冲突的能量不足，则在本世纪的其余时间期间没有避免使用化石燃料的可行途径。b.几乎毫无疑问的是，所谓温室气体例如二氧化碳(甲烷和水蒸气为其它主要的温室气体)的量的增加将提高本行星的温度。c.很明显，除了降低人类对于二氧化碳排放的贡献以外没有可除去气候变化风险的解决方案。利用空气提取和增加或降低大气中二氧化碳的量的能力，在原理上能够补偿其它温室气体例如甲烷，这可改变其浓度且引起气候变化。专利技术概述本专利技术提供更新的且更有用的系统和方法概念，以通过引导载有CO2的空气通过用于结合(捕集)co2的吸收剂结构，并通过使用工艺热、优选蒸汽形式的工艺热来加热所述吸收剂结构以从所述吸收剂结构中除去CO2 (由此有效地再生所述吸收剂结构)，从而从载有二氧化碳的空气物质中除去二氧化碳。在该申请中，吸收剂结构优选包含结合CO2的胺，该胺通过基材承载，其能够为固体颗粒的形式或整体料型吸收剂结构。无论所述基材是否是微粒材料形式的床或整体料型，优选将所述吸收剂吸附在所述基材的表面上。此外，在该申请中，所提及的“载有CO2的空气(或载有二氧化碳的空气)”的“物质”(“流”或“流股”)是指在特定位置处的具有一定CO2浓度的空气，所述一定的CO2浓度类似于在该特定位置处且在所述位置处的温度下大气中的CO2浓度。先前认为，引导载有二氧化碳的空气通过涂布有(或其中嵌有)吸收剂的基材，以将二氧化碳从空气中除去，所述吸收剂用于吸收或结合二氧化碳。将转化成蒸汽或其他介质(例如气体)形式的工艺热导向吸收剂，以将二氧化碳与所述吸收剂分离(由此能够排出二氧化碳并封存)并对所述吸收剂进行再生(从而能够连续使用所述吸收剂以从空气中除去二氧化碳)。 在其基本方面之一中，本申请提供一种附加结构和技术以从载有二氧化碳的空气中分离二氧化碳，并使用工艺热将二氧化碳与吸收剂分离并对吸收剂进行再生。此外，在其方面的另一个方面中，本申请提供一些附加的结构和技术，从载有二氧化碳的空气中捕集二氧化碳，并使用工艺热将二氧化碳与吸收剂分离并对所述吸收剂进行再生，所述结构和技术进一步能够用烟道气源直接在线进行二氧化碳的分离和再生，否则烟道气将直接从所述源排放并将载有二氧化碳的空气导入大气中。另外，本专利技术提供一种相对低成本且相对纯的CO2源，以将其有利地用作生产生物燃料的海藻农场的进料，其中捕集成本代表供应CO2的全部成本。本专利技术的这些及其它特征在以下详细说明以及附图和显示中进行了描述或使其显而易见。附图和展示简述附图说明图1、显示了在该同一专利技术人早期的美国申请即美国申请序号12/124，864中所描述的系统和方法概念；具体地，a.图1为根据美国申请序号12/124，864的专利技术的不例性实施方案用于从大气中除去二氧化碳的系统的概括性框图；b.图2为根据序号12/124，864的专利技术的示例性实施方案用于从大气中除去二氧化碳的系统的框图；c.图3为根据序号12/124,864的专利技术的示例性实施方案的空气提取系统的框图；d.图4为显示根据序号12/124，864的专利技术的示例性实施方案的全球恒温器的地图；e.图5为根据序号12/124，864的专利技术的示例性实施方案用于从大气中除去二氧化碳的系统的框图；f.图6为根据序号12/124，864的专利技术用于从大气中除去二氧化碳的介质和用于从所述介质中除去二氧化碳的一种变型的示意图；g.图7为根据序号12/124，864的专利技术用于从大气中除去二氧化碳的介质和用于从所述介质中除去二氧化碳的另一变型的示意图；h.图8为根据序号12/124，864的专利技术用于从大气中除去二氧化碳的介质和用于从所述介质中除去二氧化碳的又一变型的示意图；和1.图9为根据序号12/124，864的专利技术用于从大气中除去二氧化碳的介质和用于从所述介质中除去二氧化碳的再一变型的示意图；图1Oa和10b_l、2示意性显示了根据本专利技术的原理用于从载有二氧化碳的空气中除去二氧化碳并对吸收或结合二氧化碳的吸收剂进行再生的结构和技术的两种变型；图10a，其中吸收时间明显大于再生时间；且图10b-l、2-l、21、2，其中吸收时间约等于再生时间。图1Oc和IOd是在其操作位置之一中在图1Oa和10b_l、2_l、2的系统和方法中所使用的升降机结构的一种形式的顶视图和侧视图；图1Oe和IOf是在其操作位置的另一处中图1Oc和IOd的升降机结构的顶视图和侧视图；图1Og示意性显示了根据本专利技术的原理能够用于汽提捕集的CO2并再生吸收剂的结构的细节；图1Oh是图1Oa和10b_l、2_l、2的实施方案的升降机结构基本原理的示意性放大显示;图1la和Ilb示意性显示了根据本专利技术的原理用于从载有二氧化碳的空气中除去二氧化碳并对吸收或结合二氧化碳的吸收剂进行再生的结构和技术的两种其他变型；图12是根据本专利技术的原理由Corning制造的商标为CELCOR 的一种整体料型吸收剂负载结构的示意图，所述吸收剂负载结构能够用作吸收剂基材。图13(a广(C)是合适的多孔基材的示意图，其显示了在各种基材的孔中的负载的胺；图14显示了实验用CO2去除设备的一个实例的示意图；图15描绘了典型的CO2脱附曲线，在此情况中，是I类吸附剂，PEI，吸附在微粒状多孔二氧化硅基材上。专利技术详述串请序号12/124,864的系统和方法概念的背景说明首先，认为对美国申请序号12/124，864的方法和系统进行描述是有用的，以为本专利技术进一步开发那些原理的另外方式提供背景。图1、显示了美国申请序号12/124，864的系统和方法。图1为根据该专利技术的示例性实施方案用于从大气中除去二氧化碳的系统(通常以参考数字I标明)的概括性框图。系统I包括空气提取系统40和收集系统50，收集系统50隔离所除去的二氧化碳到封存、储存和可再生碳燃料的产生的至少一者的位置或非燃料产品例如肥料和建筑材料的产生的位置(或用于温室中或用于提高生物燃料的微生物生产速率)。该空气提取系统40优选合并任何已知或以后发现的CO2提取法，包括使用介质(也称作吸收剂)以通过使所述介质与捕集的空气中的CO2进行化学、电学和/或物理相互作用而从在2001处进入的大气空气中吸收和/或结合(吸附)CO2的方法。所述介质可为液态、气态或固态，或液态物质、气态物质与固态物质的组合，其中在固体情况下，所述物质优选为多孔的。所述介质优选可再循环，以使得在CO2由介质捕集且与介质分离以封存之后，所述介质可再次用于吸收/结合其它C02。如图1中所示，CO2与介质的分离以及通过封存系统50执行的对通过2002进入的CO2的封存，可通过利用管线2000向空气提取系统40中加入热量而变得更有效。在本专利技术中，热量为例如通过将在下文进一步详细描述的太阳能产生器例如太阳能收集器产生的工艺热。在其它实施方案中，工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.30 US 61/330,108;2010.06.03 US 61/351,216;1.一种从载有二氧化碳的空气中除去并浓缩二氧化碳的方法，所述方法包括: 导引载有二氧化碳的空气流穿过包含能够吸附或可释放地结合二氧化碳的吸收剂的二氧化碳捕集结构以从所述空气中除去二氧化碳，所述吸收剂保持在多孔固体物质的表面上，从而将所述二氧化碳吸附或结合到在所述固体物质表面上的所述吸收剂上； 将工艺热导引至含二氧化碳的捕集结构处以将二氧化碳作为更浓形式的CO2与所述吸收剂分离，并对所述吸收剂进行再生；以及 导引另一个载有二氧化碳的空气流穿过所述再生的二氧化碳捕集结构，使得所述再生的吸收剂能够吸附或结合另外的二氧化碳，以从所述另外的载有二氧化碳的空气流中除去另外的二氧化碳。2.权利要求1的方法，其中将载有二氧化碳的空气流导引穿过去除室并将所述工艺热导引至在再生室中的含二氧化碳的捕集结构处；且所述方法还包括在所述去除室与所述再生室之间交替移动所述含二氧化碳的捕集结构。3.权利要求2的方法，其中在所述去除室与所述再生室之间竖直移动所述含二氧化碳的捕集结构，当所述含二氧化碳的捕集结构在所述再生室中时，所述再生室是可密封的。4.权利要求2的方法，其中流入所述去除室中的空气基本处于环境温度下。5.权利要求2的方法，其中在进入所述去除室之前，将所述空气与小比例的含有二氧化碳的废气混合。6.权利要求5的方法，其中将所述空气与不超过25体积％的废气混合。7.权利要求6的方法，其中将所述空气与不超过5体积％的废气混合，其中所述废气为源自烃的燃烧的烟道气。8.权利要求2的方法，其中在将所述工艺热导引至所述含二氧化碳的捕集结构处之前，首先对所述再生室中的所述含二氧化碳的捕集结构进行空气吹扫。9.权利要求8的方法，其中在所述含二氧化碳的捕集结构再生之后，对所述捕集结构进行冷却，然后返回至所述去除室。10.权利要求2的方法，其中以在至多130°C的范围内的温度下的饱和蒸汽的形式将所述工艺热导引至所述含二氧化碳的捕集结构处。11.权利要求10的方法，其中所述饱和蒸汽在约105°C 120°C范围内的温度下。12.权利要求2的方法，其中对在穿过所述捕集结构之后排出所述去除室的所述空气中的CO2浓度进行测量，以确定将所述捕集结构移出所述去除室并移入所述再生室的时机。13.权利要求12的方法，其中在利用CO2使得所述吸收剂完全饱和之前，将所述捕集结构移入所述再生室中。14.权利要求12的方法，其中对在穿过所述捕集结构之后排出所述再生室的所述蒸汽中的CO2浓度进行测量，以确定将所述捕集结构移出所述再生室的时机。15.权利要求14的方法，其中将所述捕集结构从所述再生室中移出，然后从所述吸收剂中汽提所有的CO2。16.权利要求2的方法，其中对在穿过所述捕集结构之后排出所述去除室之后的CO2和蒸汽进行冷却并冷凝以将水与所述CO2分离，从而得到高纯co2。17.权利要求16的方法，还包括如下步骤: 通过含碳燃料的燃烧，向初级生产工艺提供热能，以产生可使用的工艺热，所述初级工艺排放一种或多种将所述工艺热带走的废气， 所述废气处于明显比环境空气更高的温度下且含有的二氧化碳浓度明显比环境空气更高， 利用源自所述废气的所述工艺热的一部分以联合产生饱和蒸汽， 从所述废气中除去不期望的组分以产生经处理的废气， 将所述经处理的废气的一部分与所述环境空气混合以产生具有含有小比例的所述经处理废气的与空气的混合物，使得在所述混合物中二氧化碳的浓度小于5%。18.权利要求1的方法，其中所述多孔捕集结构包含多个高度多孔的颗粒，其中各个颗粒在其孔中承载所述吸收剂。19.权利要求17的方法，其中所述多个高度多孔的颗粒形成在去除部分与再生部分之间移动的移动床，其中各个颗粒包含在其孔内承载所述吸收剂的基材，所述颗粒的基材包含陶瓷材料且所述吸收剂包含伯胺。20.权利要求1所 限定的方法，其中所述多孔固体物质包含在其孔的表面上承载所述二氧化碳吸收剂的高度多孔的整体料型基材，所述二氧化碳吸收剂用于从所述流体中吸收或结合二氧化碳。21.权利要求19所限定的方法，其中所述基材包含陶瓷材料且所述吸收剂为伯胺。22.权利要求19所限定的方法，其中所述多孔固体物质包含整体料型聚合物物质，遍布其表面形成有胺位点。23.一种从载有二氧化碳的空气中除去二氧化碳的系统，所述系统包含: 二氧化碳捕集结构，其包含具有高表面积并含有吸收剂的多孔固体物质，所述吸收剂沿所述多孔固体物质的表面分布并能够可逆地吸附、或结合二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·艾森伯格尔，
申请(专利权)人：彼得·艾森伯格尔，
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国别省市：