專利名稱：捕獲和長期封存二氧化碳的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總的來說，本發(fā)明涉及C02捕獲和封存。具體地說，本發(fā)明涉及獨特的氣泡柱反應器/洗滌器，并且教導了用于有效地從氣體混合物分離C02和對被捕獲的C02進行礦物封存 的新方法。
現(xiàn)有技術(shù)在 2005 年 3 月 29 日發(fā)布的題為〃 Method and Apparatus for Filtering an AirStream using an Aqueous Froth together with nucleation"的美國專利6，872，240 中，Pellegrin描述了含水泡沫空氣(AFA)過濾器，并且教導了 “進入的空氣流被特殊設(shè)計 的潤濕器噴嘴產(chǎn)生的細霧所飽和，所述噴嘴使進入的空氣流快速過飽和”和“所述過濾器內(nèi) 受控的條件能夠形成較小的微液滴和蒸氣而不會存在在自然中出現(xiàn)的蒸發(fā)的限制、抵消效 應”。在“冷的、優(yōu)選金屬表面上”冷卻氣泡，并且強調(diào)的關(guān)鍵操作點是“空氣中的亞微米污 染物起到引起非均質(zhì)成核的凝結(jié)核的作用，有效地將污染物包圍在空氣流體氣溶膠中”。在現(xiàn)有技術(shù)的利用成核的AFA過濾器的放大替換實施方式中(參見美國專利 6，872，240的圖10)，在氣泡柱的底部、貯液器表面之下產(chǎn)生氣泡，并且沿向上的方向行進 通過氣泡柱。隨著氣泡向上行進通過氣泡柱或隨著氣泡柱向上行進，該氣泡上的環(huán)境壓力 和氣泡內(nèi)的蒸氣壓連續(xù)下降。因此沒有引入氣泡上或氣泡內(nèi)增加的壓力來最大化溶液中氣 體的吸收。在本發(fā)明的C02洗滌器中，氣泡通過泡沫發(fā)生器在氣泡柱頂部產(chǎn)生并向下流動。當 各氣泡隨著反應室中的氣泡柱向下流動時，該氣泡上的環(huán)境壓力持續(xù)增加。隨著環(huán)境壓力 的增加，氣泡的直徑減小，氣泡壁上的張力增加，并且氣泡內(nèi)的蒸氣壓增加，如LaPlace規(guī) 則所述。在本發(fā)明的C02洗滌器中，氣泡內(nèi)包封的包括氣態(tài)C02的氣體通過具有不同體積和 不同蒸氣壓的相鄰氣泡之間的公共氣泡壁進行擴散。具有相對較高蒸氣壓的相對較小氣泡 中的氣體通過公共氣泡壁擴散到具有相對較大體積和相對較低蒸氣壓的氣泡中。因此，本 發(fā)明的C02洗滌器引入氣泡上和氣泡內(nèi)增加的壓力，以使氫氧化鈣溶液中氣態(tài)0)2的吸收最 大化。在現(xiàn)有技術(shù)的利用成核的AFA過濾器中(即美國專利6，872，240)，進入的空氣流 “被特殊設(shè)計的潤濕器噴嘴產(chǎn)生的細霧所飽和”，并且所述氣泡內(nèi)的微液滴通過非均相成核 產(chǎn)生，氣泡內(nèi)蒸氣到液體的相變沉積在懸浮于空氣中的冷凝核上。在利用成核的AFA過濾 器中，液體和蒸氣在“冷的、優(yōu)選金屬表面上”冷卻，并且所述微液滴通過過濾器的反應室中 氣泡內(nèi)過飽和蒸氣到液體的相變形成。在本發(fā)明的C02洗滌器中，過濾溶液優(yōu)選在將該溶液泵送到泡沫發(fā)生器之前被冷 卻。當混合氣體、溶液液滴和氣泡通過泡沫發(fā)生器中的一系列飽和篩網(wǎng)板時，通過之前篩網(wǎng) 板上的破裂氣泡和破碎液滴形成的微液滴被包含在接續(xù)的下一篩網(wǎng)板上再形成的氣泡內(nèi)。 在形成本發(fā)明時氣泡內(nèi)包含的微液滴為較大液體結(jié)構(gòu)體的碎片，而不是蒸氣到液體的物理 狀態(tài)的相變結(jié)果。在本發(fā)明中，微液滴包含在氣泡內(nèi)并且所述氣泡在離開泡沫發(fā)生器之前 形成。在利用成核的AFA過濾器中(即美國專利6，872，240)，當氣體引入到過濾溶液表 面之下時形成氣泡，然后所述氣泡通過機械裝置冷卻以在所述氣泡內(nèi)引發(fā)蒸氣在空氣中懸 浮的冷凝核上的非均相成核。在氣泡已進入成核室之后，在所述氣泡的內(nèi)部形成微液滴。在本發(fā)明的C02洗滌器中，溶液在進入泡沫發(fā)生器之前被冷卻。當部分氣泡破裂并形成時，氣泡內(nèi)包含寬范圍的微液滴半徑，包括凱爾文極限微液滴。離散體積的相對熱的干 燥混合氣流、以及相對冷的微液滴和蒸氣包封在相對冷的氣泡內(nèi)。相對熱的氣體使氣泡內(nèi) 的凱爾文極限微液滴蒸發(fā)。雖然最小量的微液滴蒸發(fā)，但氫氧化鈣溶液中的水在膨脹為蒸 氣時體積提高到一千六百(1600)倍，從而提高氣泡內(nèi)的蒸氣壓。氣體的顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱， 使水分子從液體膨脹為氣體，明顯冷卻氣泡內(nèi)的氣體。當包封相對熱氣體的氣泡壁中大量 相對冷液體使所述氣體冷卻時，迫使達到了氣泡內(nèi)的露點。冷凝蒸氣對于類似的液體表面 具有親和性，在形成氣泡不久之后蒸發(fā)為蒸氣的液體最初在形成期間原來包封在氣泡內(nèi)的 微液滴上冷凝，從而隨著時間的推移增加氣泡內(nèi)微液滴的質(zhì)量和直徑。在利用成核的AFA過濾器中(即美國專利6，872，240)，將混合氣流通過擴散機構(gòu) 引入到過濾溶液儲器的表面之下。必須通過氣體壓力除去氣體出口端口之上的溶液重量， 產(chǎn)生跨越擴散機構(gòu)的相對高的壓力降。在溶液儲器中形成大的氣泡，其快速上升通過泡沫 柱，并且建立通過該泡沫柱的穩(wěn)定通道以使部分氣流繞過與溶液的液體_氣體接觸。隨著 泡沫柱高度的增加，跨越擴散機構(gòu)的壓力降增加。因此在利用成核的AFA過濾器中，重力加 速度不用于減少產(chǎn)生氣泡柱所需的能量。在本發(fā)明的C02洗滌器中，通過氣泡柱之上反應室頂部上的泡沫發(fā)生器產(chǎn)生氣泡。 將溶液泵送到該泡沫發(fā)生器以使篩網(wǎng)板的組件飽和。迫使包含氣態(tài)co2的混合氣體流通過 飽和的篩網(wǎng)板以產(chǎn)生氣泡柱。所述氣泡向下投射到反應室中。在本發(fā)明的co2洗滌器中， 所述篩網(wǎng)板定位成與混合氣體流垂直并且與重力加速度垂直，減少了迫使溶液和氣流通過 篩網(wǎng)板所需的能量。此外，氣泡柱的液體泡沫基體在反應室中形成流體塞，防止了氣體繞過 或者通過氣泡柱。當氣泡柱從所述反應室中流出時，在該反應室的頂部形成相對低的空氣 壓力。氣泡柱中儲存的勢能部分轉(zhuǎn)化為從反應室中流出的氣泡柱的動能，并且部分轉(zhuǎn)化為 作為氣泡柱的從篩網(wǎng)板中引出的混合氣流和溶液的動能。由此，在本發(fā)明的co2洗滌器中， 引入重力加速度以減少產(chǎn)生氣泡柱所需的能量?，F(xiàn)有技術(shù)利用C0。壓縮的?？蛋稦G+胺型C0。捕獲系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)的單乙醇胺(MEA)洗滌器中，煙道氣進入接觸器塔并且上升通過下降 的胺溶液。co2*H2s通過與貧胺溶液的化學反應除去。經(jīng)純化的煙道氣從該塔的頂部流 出。富胺溶液現(xiàn)在帶有被吸收的酸性氣體co2*H2S。貧胺溶液從加熱階段返回以強制釋 放酸性氣體，并且?guī)в衏o2和H2S的富胺溶液流過換熱器來加熱該富胺。然后，酸性氣體富 胺通過再沸器提供的熱量在再生蒸餾柱中進一步加熱。上升通過該蒸餾柱的蒸汽釋放H2S 和co2，并再生胺。將從所述富胺中分離的蒸汽和酸性氣體冷凝和冷卻。經(jīng)冷凝的水在回流 罐中分離并將返回所述蒸餾塔。將熱的、再生的貧胺在溶劑空中冷卻器中冷卻并且循環(huán)回 接觸器塔，完成循環(huán)。缺點反應熱高、需要高的再生能量；除去/lb的C02需要1500 3500Btu低壓蒸汽使發(fā)電設(shè)備效率減少20 40 %設(shè)備劣化和腐蝕；需要lOppm硫高投資和操作成本

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括從氣體混合物中高選擇性地分離氣態(tài)C02和將C02從大氣中封存地質(zhì) 時期的方法，并且描述了用于碳捕獲和封存的氣泡柱反應器/洗滌器。從直接來自大氣、 來自燃燒后的煙道氣、和來自釋放作為過程結(jié)果的氣態(tài)0)2的過程的混合氣體流捕獲和封 存氣態(tài)C02。篩網(wǎng)板組件被含有鈣離子(Ca++)和氫氧根離子(0H_)的溶液飽和。迫使包含 氣態(tài)C02的混合氣體流通過所述飽和的篩網(wǎng)組件以形成含水泡沫，其中所述泡沫的氣泡在 它們內(nèi)部體積填充有離散體積的混合氣體。使至少一些氣泡破裂和再形成，所述破裂的氣 泡形成許多具有不同半徑(包括凱爾文極限半徑)的微液滴，其中各再形成氣泡包封離散 體積的所述氣流、離散數(shù)量的所述溶液微液滴、和離散體積的溶液蒸氣。通過限制所述篩網(wǎng) 板上孔的尺寸來限制在氫氧化鈣溶液中形成的所述氣泡的尺寸，從而形成無數(shù)均勻的小氣 泡，從而使所述C02分子、所述微液滴、和所述無數(shù)小氣泡的內(nèi)表面和外表面之間的接觸最 大化。所述溶液優(yōu)選在其流過所述飽和的篩網(wǎng)板之前被冷卻。當所述氣泡向下移動通 過所述反應室時，經(jīng)冷卻的溶液對包封在所述氣泡內(nèi)的氣體進行冷卻。當相對熱的氣體使 微液滴蒸發(fā)時，顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱以將氫氧化鈣溶液的分子分離到氣體中，從而明顯冷卻氣 泡內(nèi)的氣體。雖然蒸發(fā)的微液滴是小的，但氫氧化鈣溶液中的水當氣化時其體積提高到 一千六百(1600)倍，從而提高氣泡內(nèi)的蒸氣壓。所述氣流通過氣泡柱向下攜帶通過反應室 以增加該氣流與無數(shù)小氣泡之間的反應時間，和增加含水泡沫的環(huán)境壓力，從而分別降低 氣泡的體積和提高C02分子的溶解度。使氣泡的體積最小化以減少氣泡內(nèi)表面與氣泡內(nèi)微 液滴之間的距離，從而減少氣泡內(nèi)C02分子的平均自由程，以提高C02分子與氫氧化鈣溶液 的表面碰撞的速率，從而提高co2的溶解速率。co2分子溶解在溶液中，0)2分子與溶液中的 鈣離子(Ca++)和氫氧根離子(0H_)反應形成碳酸鈣(CaC03)分子，并且碳酸鈣從溶液中沉淀 出來。因此，本發(fā)明的C02洗滌器從氣體混合物中高選擇性地分離氣態(tài)C02，并且將C02從 大氣中作為碳酸鈣封存地質(zhì)時期。目的和優(yōu)點本發(fā)明的目的和優(yōu)點是使氣體混合物中氣態(tài)C02與氫氧化鈣溶液之間的氫氧化鈣 溶液的液體-氣體(liquid-to-gas)表面積最大化，以促進來自混合氣體流的C02分子到 氫氧化鈣溶液中的溶解。本發(fā)明的另一目的和優(yōu)點是使混合氣體流中的氣態(tài)C02與氫氧化鈣溶液之間的接 觸時間最大化，以促進來自混合氣體流的co2分子到氫氧化鈣溶液中的溶解。本發(fā)明的另一目的和優(yōu)點是使至少一些氣泡破裂和再形成，所述破裂的氣泡形成 許多具有不同半徑的微液滴，其中各再形成的氣泡包封離散體積的混合氣流、離散數(shù)量的 所述溶液微液滴、和離散體積的溶液蒸氣。本發(fā)明的另一目的和優(yōu)點是降低混合氣體的溫度，以促進來自混合氣體流的C02 分子到氫氧化鈣溶液中的溶解。本發(fā)明的另一目的和優(yōu)點是提高氫氧化鈣溶液的氣泡外的環(huán)境壓力和氣泡內(nèi)的 蒸氣壓，以促進來自混合氣體流的co2分子到氫氧化鈣溶液中的溶解。本發(fā)明的另一目的和優(yōu)點是通過減少氣泡體積以減小各氣泡內(nèi)表面與各氣泡內(nèi)微液滴之間的距離，使氣泡內(nèi)C02分子的平均自由程最小化，以使C02分子與用于形成氣泡 和微液滴的溶液之間的接觸最大化。本發(fā)明的另一目的和優(yōu)點是使機械結(jié)構(gòu)最小化同時使液體與氣體接觸面積最大 化，以使co2從氣體混合物中的去除最大化同時使形成鈣沉積物的機會最小化。


圖1展示了本發(fā)明的碳捕獲洗滌器的主視圖。圖2展示了 C02洗滌器的頂視圖。圖3展示了 C02洗滌器的泡沫發(fā)生器的主視圖。圖4展示了微液滴的形成和包封到氣泡中。圖5展示了沉降槽的三度投影，和圖6展示了具有沉淀物加工的CCS系統(tǒng)的頂視圖。
具體實施例方式圖1顯示本發(fā)明的實施方式，其包括氣泡柱C02反應器/洗滌器5和從氣體混合 物中分離氣態(tài)co2的方法。0)2洗滌器設(shè)計成通過如下方式使co2在氫氧化鈣溶液中的溶解 度最大化使液體-氣體界面面積以及混合氣體與氫氧化鈣溶液之間的曝露時間最大化， 同時提高氣泡上的環(huán)境壓力和提高氣泡內(nèi)的蒸氣壓。所述co2洗滌器降低氣體和氫氧化鈣 溶液的溫度，同時也降低氣泡的體積以及co2分子的平均自由程。所述co2洗滌器還設(shè)計成 使形成鈣沉積物的機會最小化。氣體進口導管如圖1和2所示，氣體進口導管6的封閉端6a附近設(shè)置有多個氣體出口端口 7a、 7b、7c和7d，該氣體進口導管6位于反應室10的頂部。多個氣體出口端口 7a 7d與多重 泡沫發(fā)生器41 44的多個氣體進口端口 41a、42a、43a、44a連接并且與它們建立流體連 通。含有氣態(tài)二氧化碳的氣流9流過進口導管6并且進入到泡沫發(fā)生器41 44中。氫氧化鈣溶液氫氧化鈣(固體)溶解在水中以生產(chǎn)用于濕法碳捕獲洗滌器的優(yōu)選氫氧化鈣溶 液。顆粒尺寸范圍應該為5微米 10微米(其中95%低于45微米)以促進氫氧化鈣(固 體)在溶液中的溶解。氫氧化鈣溶液由每升水約0.8克氫氧化鈣(0.8gm/L)和柔和非陰離 子表面活性劑組成，所述量的氫氧化鈣提供堿度為約PH 11. 5的溶液并且所述表面活性劑 減小該溶液的表面張力以形成氣泡。氫氧化鈣溶液分配系統(tǒng)(圖1和圖2)包括主溶液供應管51、溶液泵52、垂直溶液 供應管53、溶液分配歧管54、和多個溶液分配管55。具有進口端口和出口端口的氫氧化鈣 溶液泵52位于脫水室60之上。泵52的進口端口與來自換熱器(圖1和2中未示出)的主 溶液供應管51連接并且與其建立流體連通。垂直溶液供應管53在下端與溶液泵52的出 口端口連接，并且在上端與反應室10頂部的溶液分配歧管54連接并且與其建立流體連通。 溶液分配歧管54包括進口端口和多個出口端口。溶液分配歧管54在進口端口處與垂直溶 液分配管53的出口端口連接。溶液分配歧管54的多個出口端口 55中各個出口端口與在 泡沫發(fā)生器42中的噴霧噴嘴溶液分配管例如管56 (圖3)連接。各個泡沫發(fā)生器41 44類似地與歧管54連接。CO。詵滌器圖1的CO2洗滌器包括具有上部反應室部分11、下部反應室部分12、和水下部分 15的垂直、延長的不銹鋼反應室罐10。沉降槽90連接到反應室罐10的水下部分15。具有 封閉頂部14的垂直反應室罐10通過水平的、大體上為矩形的脫水室60與具有開口頂部的 垂直圓柱狀排氣管(eXhauStStack)70連接。脫水室60的公共逐漸向下傾斜的底部61與 反應室10水下部分15和沉降槽90的傾斜底部98在沿沉降槽90中的淤漿通道92的總體 方向上形成連續(xù)的混合斜坡。泡沬發(fā)牛器泡沫發(fā)生器41 44位于反應室10的頂部14上。泡沫發(fā)生器42在圖3中示出 并且包括鼓風機45、溶液進口端口 56、溶液分配管56a、多個低壓(55psi)噴霧噴嘴56b、篩 網(wǎng)板組件80和具有篩網(wǎng)板組件支承軌道81、82的泡沫出口端口 49。
高容量鼓風機45包括未示出的組件，包括電動機、渦輪、以及具有氣體進口端口 和氣體出口端口的蝸殼。電動機通過機械裝置賦予渦輪旋轉(zhuǎn)運動。渦輪位于蝸殼內(nèi)，并且 包括槳葉片、漿葉、翼、或其它轉(zhuǎn)化電動機的旋轉(zhuǎn)運動的機械裝置，以提高氣流9的壓力。蝸 殼上的氣體進口端口與氣體進口導管6上的多個氣體出口端口之一連接，并且與其建立流 體連通。蝸殼的氣體出口端口與篩網(wǎng)板組件80上的氣體進口端口建立流體連通。溶液進口端口 56與多個低壓(55psi)噴霧噴嘴56b的溶液分配管連接，并且與其 建立流體連通。各噴霧噴嘴包括溶液進口端口和多個溶液出口端口 56c。所述溶液進口端 口與溶液分配管56連接，并且與其建立流體連通。溶液出口端口 56c位于噴霧噴嘴56b的 封閉端附近，并且形成與圓柱狀噴霧噴嘴56b的直線軸垂直的、且同心的輻射狀圖案。所述 噴霧噴嘴56b的溶液出口端口 56c定位于鄰近篩網(wǎng)板組件80的頂部的第一篩網(wǎng)板86。由 噴霧噴嘴噴射出溶液的輻射狀圖案產(chǎn)生的圓形區(qū)域與混合氣流9垂直，與篩網(wǎng)板87平行， 并且與柱狀噴霧噴嘴56b的直線軸同心?？扇コ暮Y網(wǎng)板組件80在位于泡沫發(fā)生器42的泡沫出口端口 49內(nèi)的支承軌道 81、82之上，并且包括框架83、進口端口 84、出口端口 85、多個隔片(未示出)、和多個絲 線-篩網(wǎng)板87。泡沫發(fā)生器和篩網(wǎng)板的進一步描述于母案專利申請11/729，253中，其作為 參考引入本文。所述篩網(wǎng)板包括多個2毫米 25毫米的篩網(wǎng)孔，它們分布在該篩網(wǎng)板產(chǎn)生 氣泡的區(qū)域上。篩網(wǎng)板87位于矩形框架83中并且定位成篩網(wǎng)孔區(qū)域與混合氣體9流垂直。 各個后續(xù)的篩網(wǎng)板87平行前一篩網(wǎng)板87并且位于其下面。多個篩網(wǎng)板組裝在可從泡沫發(fā) 生器中除去的框架83中。取決于應用的規(guī)模和氣流9的流速，篩網(wǎng)板87通過隔片(未示 出)分離開5毫米 0.5米。篩網(wǎng)板組件80的出口端口在泡沫發(fā)生器的泡沫出口端口 49 的內(nèi)部，并且與其建立流體連通。泡沫發(fā)生器的泡沫出口端口 49與反應室10的上部11連 接并且與其建立流體連通。反應室反應室10為垂直圓柱狀室，其具有支撐泡沫發(fā)生器41 44的陣列的封閉頂部 14、上部11、與脫水室60的進口端口 62連接的下部12、和與沉降槽90的進口端口 97連接 的水下部分15。反應室10包括在泡沫發(fā)生器41 44下面的多個泡沫進口端口、具有流動 控制閥20的通風孔19、和帶角度的下壁部分18。
可調(diào)節(jié)的出口板110與電動機111連接并且通過電動機111驅(qū)動向上或向下?？?調(diào)節(jié)板110控制進入脫水室60的開口 62的尺寸。板110可完全關(guān)閉開口 62，例如在啟動 時。多個進口端口在反應室10與多個泡沫發(fā)生器41 44的多個出口端口之間建立 流體連通。通風孔19位于反應室的頂部，并且當通風孔19中的流動控制閥20打開時在反 應室10與大氣之間建立流體連通。能調(diào)節(jié)的端口 62位于反應室10的底部，并且當出口板 110可調(diào)節(jié)地打開時在反應室10與脫水室60之間建立流體連通。電動機111與齒輪機構(gòu) (未示出)連接，該齒輪機構(gòu)與能調(diào)節(jié)的出口板110連接并且將電動機111的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化 為能調(diào)節(jié)的出口板110的垂直平移運動。氫氧化鈣溶液的表面99構(gòu)成反應室12下部的底部和反應室10水下部分15的頂 部邊界。反應室罐10的壁形成反應室10水下部分15的相對高能流體動力水流和沉降槽 90的相對平靜流體動力水流之間的隔板95。反應室10水下部分15中的底部98從脫水室60的泡沫進口端口 62的底部以沿 沉降槽90向下的方向30° 45° (圖示為30° )的坡度延伸至沉降槽90中淤漿通道92 的開頭。底部98的平面切過脫水室60、和反應室罐壁與沉降槽90的垂直平行壁93、94的 交叉部分之間的反應室罐壁的底部。反應室10水下部分15的底部98的平面延伸到圓柱 狀壁95下面，從而產(chǎn)生開口 97并且建立反應室10的水下部分15與沉降槽90之間的流體 連通。反應室10的水下部分15與沉降槽90之間的開口 97的垂直中心軸定位成與沉降槽 90的主溶液出口端口 102的垂直中心軸成180°，并且與反應室10的泡沫出口端口 62的 垂直中心軸成180°。脫水室脫水室60為大體為矩形的室，其位于反應室10的下部段12與排氣管70之間。室 60具有傾斜底部61、低壓(125psi)脫水溶液泵64、噴霧噴嘴分配管65、多個低壓(125psi) 噴霧噴嘴66。矩形泡沫進口端口 62具有比相對方形的氣體出口端口 63的豎直軸長的豎直 軸。脫水室60的頂部是水平的。通過脫水室的底部61形成10° 20°向下(負的)斜 坡。脫水泵64位于脫水室60的頂部。泵64與主溶液供應管51連接。泵64與脫水 室60內(nèi)的多個脫水噴霧噴嘴66連接。多個噴霧噴嘴66中的每一個在噴嘴末端具有與脫 水室60中的大氣建立流體連通的噴霧出口端口。排氣管垂直排氣管70位于水平脫水室60的末端，并且包括進口端口、出口端口、換熱器 線圈和翼型除霧器(未示出)。排氣管70通過進口端口 63與脫水室60流體連通。排氣管 70的頂部通過出口端口向大氣敞開。來自主溶液供應管中換熱器(未示出)的換熱器線 圈(未示出)安裝在排氣管的上壁內(nèi)。安裝具有帶銳角的、接近梯形的不銹鋼翼的翼型除 霧器(未示出)，使其圓形區(qū)域與排氣管的直線軸同心并且與其垂直，從而與氣流9垂直。沉降槽如圖5所示，沉降槽90的平行的、垂直的平行壁93、94與反應室罐以彼此180° 連接，并且與反應室10水下部分15和沉降槽90之間的出口端口 97的垂直中心軸以90° 連接。沉降槽中兩個平壁93、94的帶角度的下部93a、94a分別向淤漿通道92的方向傾斜30° 45° (圖示為45° )。在與帶角度的平行壁93a、94a的底部平行的沉降槽90的底 部上形成粗沉淀物淤漿收集通道92。淤漿出口端口 103位于垂直中心直線軸上，靠近沉降 槽90的垂直平端壁91的底部。該淤漿出口端口 103與淤漿出口管(未示出)連接并且與 其建立流體連通。主溶液流動出口端口 102位于沉降槽90的垂直平端壁91的中心豎直軸 上，接近頂部。沉降槽90的頂部向大氣敞開。Mii本發(fā)明包括C02洗滌器，和從氣體混合物中將氣態(tài)C02作為碳酸鈣分離的方法。所 述C02洗滌器引入氫氧化鈣溶液以高選擇性地與溶解的C02反應，并且從溶液中沉淀出碳酸 鈣，并且該洗滌器設(shè)計成使氣態(tài)co2在溶液中的吸收最大化并同時使形成鈣沉積的機會最 小化。用含有鈣離子(Ca++)和氫氧根離子(0H_)的氫氧化鈣溶液使篩網(wǎng)板組件80 (圖3) 中多個篩網(wǎng)板87上的多個網(wǎng)孔飽和。迫使包含氣態(tài)C02的混合氣流9通過所述飽和的篩 網(wǎng)組件80以形成含水泡沫，其中所述泡沫的氫氧化鈣氣泡在它們的內(nèi)部體積填充有離散 體積的混合氣體。使至少一些所述氣泡破裂和再形成，所述破裂的氣泡形成許多具有不同 半徑的包括凱爾文極限微液滴(圖3)的微液滴31，其中各再形成氣泡包封離散體積的氣 流9、離散數(shù)量的溶液微液滴31、和離散體積的溶液蒸氣。通過限制篩網(wǎng)板87上孔的尺寸 來限制形成的氣泡的尺寸，從而形成無數(shù)均勻的小氣泡32，從而使C02分子、微液滴31、所 述無數(shù)小氣泡32的內(nèi)表面和外表面之間的接觸最大化。
微液滴的凱爾文極限是環(huán)境條件下微液滴半徑的極限，此時該微液滴由于微液滴 表面的極度彎曲引起的蒸氣損耗而導致開始不可逆的蒸發(fā)。具有寬微液滴直徑分布的氫氧 化鈣微液滴31，包括凱爾文極限微液滴，包含于再形成的氣泡32(參見圖3)中。當凱爾文極限微液滴氣化時，顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱，將氫氧化鈣溶液的分子分離到 氣體中，從而冷卻氣泡中的氣體。氫氧化鈣溶液中的水當氣化時其體積增加到一千六百 (1600)倍，從而提高氣泡內(nèi)的蒸氣壓。氣流9通過氣泡柱30向下攜帶通過反應室10，從而 提高氣流9與無數(shù)小氣泡32之間的反應時間，并且提高氣泡上的環(huán)境壓力，從而減小氣泡 的尺寸和提高0)2分子的溶解度。通過減小氣泡的體積以減小氣泡內(nèi)表面與氣泡32內(nèi)微液 滴31之間的距離，使氣泡內(nèi)C02分子的平均自由程最小化，從而提高C02分子與氫氧化鈣溶 液表面碰撞的速率。C02分子與溶液之間提高的碰撞速率提高了 C02的溶解速率。因此，本 發(fā)明的C02洗滌器使氣態(tài)C02在氫氧化鈣溶液中的溶解最大化。該溶液中攜帶的C02分子 通過C02分子與溶液中鈣離子(Ca++)和氫氧根離子(0H_)的反應形成碳酸鈣(CaC03)分子， 并且從所述溶液中沉淀出碳酸鈣。氣體進口導管氣體進口導管6將包含氣態(tài)C02的混合氣體流9輸送通過位于氣體進口導管6的 封閉端6a附近的多個氣體出口端口 7a 7d到達多個泡沫發(fā)生器41 44的多個氣體進 口端口 41a、42a、43a、和 44a。氫氧化鈣溶液氫氧化鈣(固體)溶解在水中以產(chǎn)生優(yōu)選用于濕法碳捕獲洗滌器的氫氧化鈣溶 液。顆粒尺寸范圍為5微米 10微米(其中95%低于45微米)以促進氫氧化鈣(固體) 在溶液中的溶解。將氫氧化鈣以0. 8克/升的濃度與柔和非陰離子表面活性劑一起溶于水中，所述濃度的氫氧化鈣將該氫氧化鈣溶液的堿度提高到大約11. 5，所述表面活性劑用于 減小該溶液的表面張力以形成氫氧化鈣的氣泡。表面活性劑的濃度決定氣泡的壽命。調(diào)節(jié) 表面活性劑濃度，使得大部分氣泡持續(xù)足夠長的時間，以從泡沫發(fā)生器41 44到脫水室60 包封混合氣體9，但通過從脫水室60中的噴霧噴嘴66的噴射液滴沖擊而脫水。將氫氧化鈣溶液冷卻到至少比混合氣流9的相對高溫低20°C的相對低溫，并且從 氫氧化鈣溶液泵52泵送通過垂直溶液供應管53到反應室10頂部14之上的溶液分配歧 管54。該溶液分配歧管54將氫氧化鈣溶液分配到反應室10頂部14上的多個泡沫發(fā)生器 41 44。將氫氧化鈣溶液從溶液分配歧管54分配到溶液分配管55。通過溶液分配管55 中的流動控制閥58調(diào)節(jié)溶液到泡沫發(fā)生器41 44的流動。在周期性日常維護期間，可以 停止溶液到泡沫發(fā)生器41 44的流動以取出和替換篩網(wǎng)板組件80。CO,洗滌器本發(fā)明的C02洗滌器設(shè)計成使C02在氫氧化鈣溶液中的溶解最大化，同時使提供形 成鈣沉積的機會的機械結(jié)構(gòu)最小化。在co2洗滌器之前冷卻氫氧化鈣溶液，以提高co2的溶 解度。所述C02洗滌器利用氫氧化鈣溶液微液滴31和氫氧化鈣溶液含水泡沫的氣泡32內(nèi) 的蒸氣來包封包含氣態(tài)0)2的混合氣體流9。氣泡32內(nèi)的相對熱氣體使最小的微液滴氣化， 將顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱，從而冷卻氣泡32內(nèi)的氣體。氣化的微液滴31將它們的體積膨脹為它 們液體體積的1600倍，從而提高氣泡32內(nèi)的蒸氣壓。氣泡柱30向下流動通過反應室10， 提高了氣泡上的環(huán)境壓力，減小了氣泡體積，并且提高了氣泡32內(nèi)的蒸氣壓。包封在氣泡 內(nèi)的包含氣態(tài)C02的氣體通過不同體積的相鄰氣泡之間的壓差擴散通過公共氣泡壁。隨著 氣泡體積的減小，C02分子的平均自由程減小，從而提高氣態(tài)C02溶解到氫氧化鈣溶液中的 速率。因此，C02洗滌器使氣態(tài)C02在氫氧化鈣溶液中的溶解最大化。溶解的0)2與溶液中 的鈣離子和氫氧根離子反應，并且從溶液中沉淀出碳酸鈣。氣泡柱30形成如下的含水泡沫基體普拉特奧邊界、含水泡沫的相鄰氣泡之間的 泡間壁與普拉特奧邊界接點之間的交叉部分、三個或更多個普拉特奧邊界的交叉部分，它 們構(gòu)成了隨著氣泡柱30流動的錯綜復雜地互連的流體結(jié)構(gòu)體。含水泡沫基體以幾何級數(shù) 地增加氫氧化鈣溶液的液體_氣體界面面積。隨著氣泡柱30形成并攜帶沉淀物通過反應 室10到C02洗滌器底部的氫氧化鈣溶液罐，所述液體泡沫基體不斷地自我補充。氫氧化鈣 溶液99的表面在下部反應室12的底部構(gòu)成反應室10水下部分15的頂部，并且在脫水室 60的底部形成脫水室60的水下部分的頂部。氣泡柱30的泡沫基體中懸浮的沉淀物直接沉 淀到反應室10和脫水室60底部的氫氧化鈣溶液中，以使形成鈣沉積物的機會最小化。水 力流，以及脫水室60中底部61、98和反應室10的水下部分15的斜坡將沉淀物運送到沉降 槽90。因此，本發(fā)明的C02洗滌器設(shè)計成使鈣沉積的形成機會最小化。泡沬發(fā)生器含有氣態(tài)C02的混合氣體流9從氣體進口導管6流入位于垂直反應室10頂部14 的多個泡沫發(fā)生器41 44中?；旌蠚饬?通過蝸殼的進口端口進入各泡沫發(fā)生器41 44。渦輪的葉片和蝸殼的形狀提高氣流的壓力，從而迫使混合氣體和氫氧化鈣溶液通過篩 網(wǎng)板組件80，以迫使得混合氣流9和氫氧化鈣溶液通過篩網(wǎng)板組件80。氫氧化鈣溶液通過泡沫發(fā)生器41 44的噴霧噴嘴分配管55中的溶液進口端 口分配到噴霧噴嘴56b。噴霧噴嘴分配管55將溶液供應給多個低壓噴霧噴嘴56b。低壓(55psi)噴霧噴嘴56b以圍繞該噴霧噴嘴周圍的輻射狀圖案通過噴霧噴嘴中的出口端口 56c分配溶液，以使用氫氧化鈣溶液來飽和篩網(wǎng)板87。用含有與氣態(tài)C02反應的鈣離子(Ca++)和氫氧根離子(0H_)的氫氧化鈣溶液使各 泡沫發(fā)生器41 44中的篩網(wǎng)板組件80飽和。迫使具有氣態(tài)C02的混合氣流9在較高的 壓力下從蝸殼的出口端口通過篩網(wǎng)板組件80的進口端口 84。迫使混合氣體9通過飽和的 篩網(wǎng)板組件80的網(wǎng)孔以形成氣泡柱30。通過迫使混合氣流9和氫氧化鈣溶液通過篩網(wǎng)板87形成的氣泡尺寸與篩網(wǎng)板87 中孔的尺寸成正比。通過限制篩網(wǎng)板87上孔的尺寸來限制形成氣泡的尺寸，形成無數(shù)均勻 的小氣泡32，從而使所述C02分子、溶液微液滴31、以及所述氣泡的內(nèi)表面和外表面之間的 接觸最大化。迫使氣泡32通過篩網(wǎng)板組件80中的出口端口 85離開篩網(wǎng)板87，隨后離開泡 沫發(fā)生器的出口端口 49，并且通過反應室10頂部14中的泡沫進口端口。重力加速度減少了迫使混合氣流9和氫氧化鈣溶液通過篩網(wǎng)板組件80所需的能 量。當氣流9迫使溶液通過泡沫發(fā)生器41 44的飽和的篩網(wǎng)板87時產(chǎn)生了氣泡。在混 合氣體、氫氧化鈣溶液液滴31、氣泡32、微液滴和蒸氣通過網(wǎng)孔并依次通過篩網(wǎng)板組件80 中的篩網(wǎng)板87時氣泡形成、破裂，并且再形成。包括氣態(tài)C02的混合氣體、氫氧化鈣溶液微 液滴31和蒸氣包含于再形成的氣泡32內(nèi)。當迫使溶液和混合氣體通過后續(xù)的篩網(wǎng)板87 時，通過破裂氣泡壁的液體碎片和由于混合氣流9而碎裂成微液滴的液滴形成懸浮在氣泡 內(nèi)氣體中的微液滴，并且所述微液滴包含在再形成的二次氣泡中。氣泡32向下噴射到反應 室10中。反應室反應室10設(shè)計成使C02在氫氧化鈣溶液中的溶解度最大化并且使形成鈣沉積物 的機會最小化。co2的溶解度與壓力成正比，并且與溫度成反比?；旌蠚怏w被包封在氫氧化鈣溶液中的氣泡內(nèi)以提高混合氣體9與無數(shù)氫氧化鈣 溶液氣泡32之間的接觸時間。相對熱的干燥混合氣流9使氣泡內(nèi)的凱爾文極限微液滴氣 化，提高氣泡內(nèi)的蒸氣壓，并且冷卻了氣泡內(nèi)的氣體。組成液體泡沫基體的經(jīng)冷卻氫氧化鈣 溶液冷卻氣泡中的混合氣體。當氣泡內(nèi)的氣體冷卻時，最開始已氣化的液體冷凝回液體。冷 凝的蒸氣對于類似的液體表面具有親和性，并且冷凝在懸浮于氣泡內(nèi)氣體中的微液滴上， 以及冷凝在氣泡的壁上。當反應室10被氣泡32填充時，通風孔19中的流動控制閥20打開，并且反應室10 中的空氣通過通風孔19置換入大氣中。當反應室10用氣泡填充到預定體積時，通風孔19 中的流動控制閥20關(guān)閉，切斷了反應室10與通過通風孔19的大氣之間的流體連通。如圖1所示的氫氧化鈣氣泡柱30形成氫氧化鈣泡沫基體，該氫氧化鈣泡沫基體將 反應室10的直徑填充至預定高度，并且在反應室10中形成流體塞，防止氣體繞過或者通過 氣泡柱30。通過使用電動機111和齒輪機構(gòu)(未示出)升起可調(diào)節(jié)出口板110，打開泡沫 出口端口 62。由于重力加速度和泡沫發(fā)生器41 44中鼓風機45的相對高空氣壓的作用， 氣泡柱30開始從反應室10流到脫水室60中。反應室10中帶角度的下壁部分18使反應 室10另一側(cè)上氣泡柱30的流動沿泡沫出口端口 62的方向從泡沫出口端口 62偏離。正常運行期間，通風孔19中的流動控制閥20是關(guān)閉的，防止空氣從大氣中通過通 風孔19進入反應室10。通過利用來自反應室10底部的泡沫出口端口 62的氣泡流動平衡來自泡沫發(fā)生器41 44的氣泡流動來講反應室10頂部的相對低的空氣壓和反應室10的 泡沫體積維持在預定水平，以維持反應室10中恒定垂直的壓力梯度。CO2的溶解度與壓力成正比。反應室10中氣泡柱30的流動從反應室10頂部的泡 沫發(fā)生器41 44向下到達反應室10底部的脫水室60，以通過之上氣泡柱30的重量提高 氣泡上的環(huán)境壓力。隨著氣泡在反應室10中向下移動它們變得越來越小，如圖1所示。環(huán) 境壓力的提高減少了氣泡內(nèi)能用于混合氣體的體積并且提高了氣泡內(nèi)的蒸氣壓，從而提高 氣態(tài)CO2在氫氧化鈣溶液中的溶解度。隨著氣泡內(nèi)能用于混合氣體的體積的減少，CO2分子 在與溶液表面的各碰撞之間所必須行進的距離按比例地減少，在與溶液表面的各碰撞之間 所必須行進的分子平均自由程減少，以更快的速率提高CO2在溶液中的濃度。氣泡內(nèi)的蒸氣壓與氣泡壁上的張力成正比，并且與氣泡的半徑成反比(拉普拉斯 定律)；因此氣泡越小，則氣泡內(nèi)的蒸氣壓越高。包封在泡沫的氣泡內(nèi)的混合氣體通過不同 體積的相鄰氣泡之間的壓差擴散通過公共氣泡壁。具有相對高蒸氣壓的小氣泡將它們包括 氣態(tài)CO2的混合氣體體積通過公共氣泡壁擴散進入具有較低蒸氣壓的較大氣泡中。
溶解的CO2分子與溶液中的鈣離子和氫氧根離子反應以形成碳酸鈣分子，并且從 溶液中沉淀出碳酸鈣。氫氧化鈣溶液的液體表面99有助于氣泡柱30從反應室10流動進入脫水室60中， 并且不提供形成鈣沉積物的機會。當氣泡柱30通過氣泡柱30的重量從反應室10流到脫 水室60中時，在反應室10的頂部產(chǎn)生相對低的空氣壓力。反應室10頂部相對低的空氣壓力減少了鼓風機45迫使混合氣流9和氫氧化鈣溶 液通過篩網(wǎng)板組件80所需的能量。通過利用來自反應室10底部泡沫出口端口 62的氣泡 流動平衡來自泡沫發(fā)生器41 44的氣泡流動來控制反應室10頂部相對低的空氣壓力和 反應室10中泡沫的體積。反應室10的水下部分15位于反應室10下面，以使形成鈣沉積物的機會最小化。 角度30°的底部98在反應室10圓筒下面延伸，導致沉淀物向下流動到沉降槽90中。來自反應室中排出的泡沫基體、脫水室60中噴霧噴嘴66和脫水氣泡的溶液和流 體動力能量的滿流(full flow)通過反應室10的水下部分15。反應室10的水下部分15 中氫氧化鈣溶液的體積大于脫水室60中的水下部分，并且小于沉降槽90中溶液的體積，逐 漸減少溶液能得到的能量以將大量沉淀物保持懸浮。通過反應室10水下部分15的氫氧化 鈣溶液的流體動力能量狀態(tài)使幾乎大部分的大量沉淀物保持懸浮。大部分沉淀物以懸浮方 式被攜帶進入到沉降槽90中。從反應室10中的溶液沉降出的大量沉淀物的絕大部分在傾 斜底部98上聚集成非常松散地固結(jié)的塊體，并且，由于局部不穩(wěn)定性，沿著帶角度的底部 98掉入沉降槽90的底部。脫水室當氣泡柱流到脫水室60中時，通過噴射的噴霧液滴與來自位于脫水室60頂部多 個噴霧噴嘴66的氣泡的壁的沖擊使所述氣泡脫水。從所述氣泡釋放的氣體從脫水室60流 到排氣管70中。包含于所述氣泡中的沉淀物沉積到脫水室60底部的氫氧化鈣溶液中以使 形成鈣沉積物的機會最小化。脫水室中溶液的表面與反應室10形成公共底部，其有助于氣 泡從反應室10流動到脫水室60中。通過CO2洗滌器的溶液的主要流動是從反應室10頂部的泡沫發(fā)生器41 44和脫水室60中的噴霧噴嘴66進入脫水室60底部的溶液中和反應室10水下部分15中。來自 脫水氣泡和脫水室60頂部的噴霧噴嘴66的溶液流的流體動力能量在脫水室60的水下部 分中相對少量的氫氧化鈣溶液中集中。相對高的能量將在較低能的流體動力學條件下會從 溶液中沉淀出來的大量沉淀物運送到反應室10的水下部分15中。溶液從含水泡沫產(chǎn)生、 反應室10中含水泡沫基體的排出、脫水室60水下部分的10° 20°角度(圖示為10° ) 傾斜底部、反應室10和沉降槽90的30° 45°角度(圖示為30° )底部98的水下部分 15流動通過CO2洗滌器的流體動力能量將沉淀物從脫水室60的水下部分運送通過反應室 10的水下部分15和沉積到沉降槽90中。
沉降槽沉降槽90中降低的流體動力能量將大量碳酸鈣沉淀物從懸浮的細沉淀物分離。 大量沉淀物從懸浮液中沉降出來，并且通過沖積過程沉積在沉降槽90底部的淤漿通道92 中。較少量的沉淀物保持懸浮。從沉降槽90中的溶液中沉降出來的、不是直接在淤漿通道 92之上的沉淀物沿著沉降槽90的平行壁93、94的下部93a、94a的45°角側(cè)壁滑動或掉下。 沉降槽90的靜水壓推動粗沉淀物淤漿通過粗沉淀物淤漿端口 103。量較少的沉淀物保持懸 浮并從沉降槽90流動通過主溶液流動端口 102。排氣管從脫水室60中破裂氣泡釋放的氣體進入排氣管70。在排氣管70相對增加的直 徑中，可供氣流攜帶微液滴的能量降低。夾帶在氣流9中的大量微液滴通過重力分離而除 去。較少量的微液滴通過位于排氣管70頂部的除霧器的帶銳角的、接近梯形的翼上的慣性 撞擊而從氣流9中除去。已經(jīng)洗滌至少部分氣態(tài)CO2的混合氣流9釋放到大氣中。操作原理用于CCS的本發(fā)明包括CO2洗滌器和從氣體混合物分離氣態(tài)CO2的方法。CO2洗滌 器設(shè)計成使氣態(tài)CO2在溶液中的吸收最大化。CO2洗滌器引入氫氧化鈣溶液高選擇性地與 溶解的CO2反應，并且從溶液中沉淀出碳酸鈣。將溶液冷卻，并且提高氣泡上的環(huán)境壓力和氣泡內(nèi)的蒸氣壓，以提高CO2的溶解 度。通過將氣流和氫氧化鈣溶液的微液滴包封在無數(shù)均勻的小氫氧化鈣氣泡內(nèi)，使氣態(tài)CO2 與氫氧化鈣溶液之間的液體-氣體比和曝露時間最大化。氣泡柱向下流入反應室，結(jié)合重 力加速度以減小迫使氣流通過飽和的篩網(wǎng)板以產(chǎn)生氣泡柱所需的能量。當氣泡向下流入反 應室中時，氣泡上的環(huán)境壓力增加，提高了氣泡壁的張力，并由此提高了氣泡內(nèi)的蒸氣壓。 包含在氣泡內(nèi)的包括氣態(tài)CO2的氣體通過不同體積的相鄰氣泡之間的壓差擴散通過公共氣 泡壁。氣體從具有相對高蒸氣壓的相對較小氣泡擴散到具有相對低蒸氣壓的相對較大氣泡 中，迫使CO2溶解到溶液中。通過冷凝減小氣泡的體積并且提高懸浮在氣泡內(nèi)空氣中氫氧化鈣微液滴的直徑， 使液體-氣體接觸最大化并且減小CO2分子在與氫氧化鈣溶液的表面碰撞之前必須行進的 平均自由程，從而分別使CO2的溶解度和CO2的吸收速率最大化。利用碳酸鈣的沉淀，將溶 解的CO2從大氣中封存地質(zhì)時期。將碳酸鈣沉淀物加工并且將其出售用于無機填料、酸性土 壤中和、坡度穩(wěn)定化、可流動填充物、和用于波蘭特水泥的混合物。混凝土是在水之后人類 最常使用的商品。高純形式的沉淀碳酸鈣(PCC)用于工業(yè)過程中以制造紙張、塑料、食品、 和藥品。出售作為碳酸鈣沉淀物回收的CO2收回至少一部分的CCS成本。
氧化鈣工廠位于地質(zhì)學上有利的位置，該位置接近石灰石儲藏、天然氣儲藏、天然氣分配管道，和/或該位置具有有利于地質(zhì)封存在制造氧化鈣期間釋放的CO2的條件。在石 灰窯中加熱石灰石，驅(qū)除CO2以形成氧化鈣。制造氧化鈣期間釋放的CO2氣體被地質(zhì)學上封 存用于在含鹽含水層、不可開采的煤層中、或者冠巖底層之下進行強化油田開采(EOR)、強 化煤層甲烷開采(ECMR)、原位碳酸化。將對環(huán)境負責任地制造的氧化鈣從制造地點運送到 CCS地點。為了直接從大氣中除去C02，CCS操作可以位于與氧化鈣工廠相同的在地質(zhì)學上 有利的位置。在CCS的地點，用水熟化氧化鈣以產(chǎn)生氫氧化鈣(固體)。將氫氧化鈣溶解在水中 以產(chǎn)生氫氧化鈣溶液。當制備氫氧化鈣和氫氧化鈉溶液時釋放大量的熱。在氫氧化鈣的情況下，反應如下CaCHH2O — Ca(0H)2(aq)+ 熱量通過焓變確定在氫氧化鈣的情況下釋放的熱量為65. 3kj/mol。在氫氧化鈉的情況下，反應如下NaCHH2O — NaOH(aq) + 熱量通過焓變確定在氫氧化鈉的情況下釋放的熱量為44. 5kj/mol。20 °C在水中氫氧化鈣和氫氧化鈉的溶解度分別為0. 165gm/100ml和 lllgm/lOOml。氫氧化鈣相對較低的溶解度并不阻礙獲得快速吸收二氧化碳所需的pH( > 10)。出于動力學的考慮，使用氫氧化鈣來捕獲CO2時必須特別注意。如Brinkman等人 [1]討論的那樣，反應速率強烈依賴于PH。存在兩種形成碳酸氫鹽的機理。一種情況下，首 先形成碳酸C02(aq)+H20 — H2C03(a(1)，隨后其分解H2C03+H20 — H30++HC(V不存在催化劑的情況下碳酸形成步驟是相對慢的反應。當pH> 8時，涉及第二機理co2(aq)+or — HC03_，其具有快的反應速率。然后通過如下步驟進行兩種機理以形成碳酸鈣HCO3^H2O — H30++C(VCa+++C(V-— CaCO3當pH > 10時，第二機理是主導的，因此高pH對于使用氫氧化鈣溶液捕獲CO2是 最佳的。因此，在本發(fā)明的0)2洗滌器中，氫氧化鈣溶液堿度的操作范圍是pH 8.0以上，然 而，最佳的操作范圍為PH 10.0以上，從而使溶解的CO2到碳酸鹽的快速反應占主導。在氫 氧化鈣溶液中，溶解在1升水中的0. 8克氫氧化鈣(0. 8gm/L)產(chǎn)生pH約11. 5的溶液。隨 著CO2分子與鈣離子和氫氧根的結(jié)合，溶液的pH減小。溶液吸收CO2的能力與溶液的pH成 正比。直接從大氣中除去氣態(tài)CO2的氫氧化鈣溶液的最佳堿度范圍為pH 11. O 11. 5，以 確保在相對低的大氣CO2濃度下快速反應速率主導反應。后加工氣體和后燃燒煙氣可具有 高濃度的氣態(tài)CO2,并且對于氫氧化鈣溶液在反應室中的時間來說可以要求高的初始堿度以具有通過快速反應(PH 10. 0以上)連續(xù)吸收CO2的能力。在本發(fā)明的CO2洗滌器的最佳堿度范圍內(nèi)運行可導致在所有曝露的部件上結(jié)垢。 朗格利爾飽和指數(shù)(LSI)可能是最廣泛使用的水垢潛力指示。它是平衡指數(shù)并且只與碳酸 鈣水垢形成和生長的熱力學驅(qū)動力有關(guān)。它表示PH為主要變量時水垢形成和生長的驅(qū)動 力。為了計算LSI，需要了解堿度(mg/1，以CaCO3計)、鈣硬度(mg/1 Ca2+，以CaCO3計)、總 的溶解的固體(mg/1 TDS)、實際pH、和水的溫度(V)。如果未知TDS但是已知電導率，可 以估算mg/LTDS。LSI定義為LSI = pH-pHs其中
pH為測得的水的pH，pHs為方解石或碳酸鈣飽和時的pH，并且定義如下pHs = (9. 3+A+B) - (C+D)其中A= (Log10 [TDS1-1)/10B = -13. 12 X Log10 (°C +273)+34. 55C = Log10 [以 CaCO3 計的 Ca2+] —0. 4D = Logltl [以 CaCO3 計的堿度]由于保持高堿度以強化CO2分子從混合氣體通過溶液相到懸浮的碳酸鈣的轉(zhuǎn)移， 所以本發(fā)明的CO2洗滌器設(shè)計成使該CO2洗滌器的機械結(jié)構(gòu)上形成鈣沉積物的機會最小化。 在錯綜復雜的機械結(jié)構(gòu)中，篩網(wǎng)板組件是CO2洗滌器中氫氧化鈣溶液與包括氣態(tài)CO2的混合 氣體接觸的唯一點?？扇〕龅暮Y網(wǎng)板組件設(shè)計成在常規(guī)周期維護期間取出和替換。使用弱 酸清洗篩網(wǎng)板并且在下一次計劃的常規(guī)維護期間重新組裝和替換。從反應室頂部到沉降槽 的CO2洗滌器具有使形成鈣沉積物的機會最小化的最小機械結(jié)構(gòu)。反應室底部的氫氧化鈣 溶液表面構(gòu)成反應室水下部分的頂部，并且脫水室底部的氫氧化鈣溶液的表面形成脫水罐 水下部分的頂部。氣泡柱的泡沫基體中懸浮的沉淀物直接沉積到反應室和脫水室底部的氫 氧化鈣溶液中以使形成鈣沉積物的機會最小化。脫水室水下部分和反應室水下部分中底部 的水力流和斜坡將沉淀物運送到沉降槽。因此，本發(fā)明的CO2洗滌器設(shè)計成使形成鈣沉積 物的機會最小化。引入重力加速度以減小泡沫發(fā)生器迫使混合氣流和氫氧化鈣溶液通過篩網(wǎng)板所 需的能量。定位泡沫發(fā)生器的飽和的篩網(wǎng)板，使得它們的發(fā)泡面積與反應室的直線軸垂直， 從而引入重力加速度以部分地迫使混合氣體和氫氧化鈣溶液通過篩網(wǎng)板。當反應室填充有 氣泡時，在氣泡柱中儲存勢能。隨著氣泡柱從反應室中流出，勢能部分轉(zhuǎn)化為從反應室流出 的氣泡柱的動能，部分轉(zhuǎn)化到通過泡沫發(fā)生器的篩網(wǎng)板抽出的混合氣體和溶液，以及通過 低壓部分抽入反應室的含水泡沫。因此，引入重力加速度以減少本發(fā)明的CO2洗滌器所需 的能量。 在本發(fā)明的CO2洗滌器中，將含有氣態(tài)CO2的混合氣體的連續(xù)流和氫氧化鈣溶液的 連續(xù)流帶到一起以提供碳捕獲和封存。CO2洗滌器設(shè)計成使氣態(tài)CO2從混合氣流到進入氫 氧化鈣溶液中的傳質(zhì)最大化。 氣流中CO2分子與氫氧化鈣溶液之間的傳質(zhì)與CO2的溶解度成正比。CO2的溶解度受到許多因素的影響液體-氣體表面積、CO2氣體與氫氧化鈣溶液之間的曝露時間、液體 和CO2氣體的溫度、與液體的流體壓力有關(guān)的CO2蒸氣壓、泡沫的相鄰氣泡之間的蒸氣壓差、 以及CO2分子在碰撞之間必須行進的平均自由程。通過在氫氧化鈣溶液的氣泡內(nèi)包封混合氣流，以幾何級數(shù)地提高了氫氧化鈣溶液 的液體-氣體表面積。迫使氫氧化鈣溶液通過反應室頂部多個泡沫發(fā)生器中的篩網(wǎng)板組 件。當氣泡逐漸行進通過篩網(wǎng)板組件的單獨 篩網(wǎng)板時，部分氣泡破裂并且再形成。當部分 氣泡再形成并行進通過篩網(wǎng)板時，具有寬半徑分布的氫氧化鈣微液滴包含于氣泡中，所述 氫氧化鈣微液滴是通過由與氣流的空氣動力摩擦引起的破裂氣泡壁和較大液滴的破碎，以 及氫氧化鈣蒸氣形成的。通過泡沫發(fā)生器中氣泡破裂和液滴破碎而引入到氣泡中的微液滴 包括凱爾文極限微液滴。微液滴的凱爾文極限是由于微液滴表面的極度彎曲引起的蒸氣損 耗而使微液滴經(jīng)歷不可逆蒸發(fā)時的直徑。相對溫熱的干燥混合氣流使氣泡內(nèi)的凱爾文極限 微液滴氣化，提高氣泡內(nèi)的蒸氣壓。氣泡的濕內(nèi)表面和外表面以及微液滴的表面積提供氣體分子在氣流和氫氧化鈣 溶液之間相間傳遞的主要區(qū)域。通過篩網(wǎng)板中孔的尺寸限制氣泡的尺寸?；旌蠚饬鳌溲?化鈣溶液、和篩網(wǎng)板上的小開孔產(chǎn)生無數(shù)均勻的小氣泡。通過在氫氧化鈣溶液的氣泡內(nèi)包封包括氣態(tài)CO2的混合氣體來最大化氣流中CO2 與氫氧化鈣溶液之間的曝露時間。離散體積的混合氣體包含在來自反應室頂部泡沫發(fā)生器 的氫氧化鈣溶液的氣泡內(nèi)，直到所述氣泡通過脫水室中液滴的噴射而破碎。CO2的溶解度與溫度成反比。當形成氣泡時，包封在氣泡內(nèi)的離散體積的相對熱 的干燥混合氣體使凱爾文極限液滴氣化。當氫氧化鈣溶液中的水氣化時，其體積膨脹1600 倍。相對熱的氣體的顯熱轉(zhuǎn)化為使氫氧化鈣溶液分子從液體物理狀態(tài)分離為氣體物理狀態(tài) 所需的潛熱。此外，在所述溶液引入到泡沫發(fā)生器中之前換熱器將氫氧化鈣溶液冷卻，以提 高CO2的溶解度。通過冷卻的氫氧化鈣溶液來冷卻氣泡內(nèi)溫熱干燥的氣體，所述冷卻的氫 氧化鈣溶液構(gòu)成泡沫基體、氣泡柱中相鄰氣泡的交叉氣泡間壁和交叉邊緣連接部分。隨著 氣泡內(nèi)混合氣體的冷卻，冷凝的蒸氣對于類似的液體表面具有親和性并且提高氣泡內(nèi)空氣 中微液滴的質(zhì)量和直徑。CO2的溶解度與壓力成正比。提高各氣泡內(nèi)的蒸氣壓以增加CO2在氫氧化鈣溶液 中的溶解度。當氣體在液體上的蒸氣壓高于該液體的靜水壓時，所述液體吸收的分子多于 可以從該液體中逃逸的分子，并且所述液體中氣體的濃度隨著時間增加。通過氣泡內(nèi)相對 熱的干燥混合氣體來氣化凱爾文極限微液滴。氣泡內(nèi)氫氧化鈣溶液中的水的體積膨脹1600 倍，提高所述氣泡內(nèi)的蒸氣壓。垂直的泡沫柱產(chǎn)生垂直的壓力梯度，其隨著氣泡被氣泡柱的流動向下攜帶 而提高。提高的壓力減小了氣泡半徑，并且提高了氣泡內(nèi)的蒸氣壓。此外，Pierre LaPlace (1749-1847)教導了，氣泡內(nèi)的蒸氣壓與氣泡壁的表面張力成正比，并且與半徑成 反比(氣泡的拉普拉斯定律)。氣泡半徑越小，則氣泡內(nèi)的蒸氣壓越高。當由于環(huán)境壓力的 提高氣泡的直徑減小時，氣泡內(nèi)的蒸氣壓增加。使用氫氧化鈣含水泡沫從氣體混合物中分 離CO2的固有優(yōu)點在于，泡沫小室之間的壓力差驅(qū)動氣體擴散通過泡壁(導致泡沫結(jié)構(gòu)體 粗化)。具有較高蒸氣壓的較小氣泡將它們的氣體體積擴散通過泡壁到較大的氣泡中。本 發(fā)明的CO2洗滌器相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點在于，引入氣泡內(nèi)蒸氣壓的額外提高，并且如拉普拉斯定律所述的，氣體通過氣泡壁的擴散。提高各氣泡內(nèi)的蒸氣壓以提高CO2在氫氧化鈣溶液中的溶解度。由于環(huán)境壓力增加而減小的氣泡半徑與由于冷凝而提高的氣泡內(nèi)微液滴表面積 的結(jié)合，減小了氣泡內(nèi)可供氣體使用的體積，從而減小CO2分子在碰撞之間必須行進的平均 自由程。隨著分子的平均自由程的減小，CO2分子與氫氧化鈣溶液表面之間的碰撞速度提 高，從而提高CO2到氫氧化鈣溶液中的溶解速率。CO2是水溶性的并且溶解在水溶液中直至飽和點。在含水的氫氧化鈣溶液中，溶解 的CO2與溶液中的鈣離子和氫氧根離子反應，形成不溶的碳酸鈣。碳酸鈣從溶液中沉淀出 來進入懸浮狀態(tài)。隨著溶解的CO2與溶液中鈣離子和氫氧根離子反應，溶解的CO2從溶液中 除去，使得更多的氣態(tài)CO2溶解到氫氧化鈣溶液中。CO2的溶解、CO2分子與溶液中鈣離子和 氫氧根離子的反應、以及碳酸鈣從溶液中沉淀出來阻礙了 CO2使溶液飽和。CO2分子從氣流 通過液相成為懸浮狀態(tài)的固體碳酸鈣，并且使氣態(tài)CO2連續(xù)溶解到氫氧化鈣溶液中。因此，本發(fā)明的CO2洗滌器使CO2在氫氧化鈣溶液中的溶解度最大化，以最大化地 從氣體混合物中捕獲氣態(tài)co2。沉淀進入懸浮液的碳酸鈣實現(xiàn)了從混合氣體的收集中捕獲氣態(tài)CO2和從大氣中長 期以礦物方式封存捕獲的co2。細的沉淀物懸浮液和粗的沉淀物淤漿進一步進行加工以從 溶液中分離碳酸鈣沉淀物。帶有沉淀物加工的CCS系統(tǒng)在圖6帶有沉淀物加工的CCS系統(tǒng)中，通過傳送帶將氧化硅從軌道車120供應到 溶液制備區(qū)130中的氧化鈣保存料斗122。將氧化鈣運送到氫氧化鈣混合罐124，在這里用 水對氧化鈣進行熟化以產(chǎn)生氫氧化鈣(固體)。放熱反應的熱量用于干燥最終沉淀物加工 階段中的沉淀物。通過排氣管70釋放余熱。將氫氧化鈣運送至混合氫氧化鈣溶液的補充罐126，將pH和表面活性劑水平131 調(diào)節(jié)到最佳的操作范圍，并且將主溶液返回流160循環(huán)回到補充罐126。氫氧化鈣溶液從補充罐126流到氫氧化鈣操作儲庫128中。操作儲庫128中的氫 氧化鈣溶液補充堿度和表面活性劑水平，并且通過管道輸送到與脫水室60相鄰的換熱器 132。將所述溶液從換熱器132泵送到氫氧化鈣溶液泵，通過垂直溶液供應管向上到達位于 CO2洗滌器5的反應室頂部的溶液分配歧管。將氫氧化鈣溶液與泡沫發(fā)生器的篩網(wǎng)板組件 中的混合氣流結(jié)合以在反應室中產(chǎn)生氫氧化鈣氣泡柱。所述氣泡柱填充反應室并且與CO2反應形成碳酸鈣沉淀物。氣泡壁中懸浮的碳酸 鈣沉淀物從反應室被帶到脫水室60中。氣泡脫水時從氣泡中釋放的氣體通過排氣管70釋 放到大氣中。沉淀物通過來自噴霧噴嘴的發(fā)射噴灑液滴清洗到脫水室60的水下部分中。脫 水室60的水下部分和反應室的水下部分中的水力流將懸浮的沉淀物帶入到沉降槽90中。 在沉降槽90中，大量沉淀物沉積到槽底部的淤漿通道中，較少量的沉淀物保持懸浮。較少量的沉淀物懸浮液從沉降槽90通過主溶液流動管102流到細沉淀物加工區(qū) 140中的接收罐141中。細沉淀物加工以連續(xù)的模式進行，其中細沉淀物懸浮液從接收罐 141流到泡沫浮選罐145中。引入到罐子底部多個噴嘴(未示出)的壓縮空氣用氣泡填充泡 沫浮選罐145。懸浮在溶液中的部分沉淀物通過氣泡被帶到浮選罐145頂部的含水泡沫中。 所述氣泡通過罐子頂部的形狀導向進入到接收桶147中。接收桶147頂部中的噴霧噴嘴使氣泡脫水，并且使剩余的細沉淀物淤漿通過接收桶147的漏斗部分進入到西門子J-VAC型， 即結(jié)合了高壓隔膜板壓濾機/真空干燥器150。在壓濾機150中從淤漿中擠壓溶液，形成濾 餅。來自圍繞氫氧化鈣混合罐124的換熱器125的熱水將空氣加熱至約80°C。將熱空氣抽 吸通過濾餅以利用部分真空干燥它們。將濾餅從壓濾機150轉(zhuǎn)移到西門子旋轉(zhuǎn)滾筒干燥器 153。來自圍繞氫氧化鈣混合罐124的換熱器125的熱水將滾筒干燥器153中的空氣加熱 至約80°C。將濾餅進一步干燥和翻轉(zhuǎn)以分離單獨的顆粒。將干燥的細沉淀物運送到軌道車 155用于銷售或循環(huán)。主氫氧化鈣溶液流從泡沫浮選罐145中流出并且進入到主溶液返回管160中。所 述溶液流過主溶液返回管160到達補充罐126。為形成濾餅而從淤漿擠壓出的溶液流流入 細淤漿溶液返回管、主溶液返回管160，然后流入 補充罐126。將堿度、表面活性劑濃度調(diào)節(jié) 為最佳范圍并且通過所述系統(tǒng)將氫氧化鈣溶液循環(huán)回去。迫使粗沉淀物淤漿從沉降槽90底部的淤漿出口端口 103排出，通過淤漿管171進 入到粗沉淀物加工區(qū)170的初級接收罐172中。粗沉淀物加工以間歇模式進行，隨著時間的 推移接收罐172通過來自沉降槽90的流動被部分填充，然后將淤漿的體積排空到粗淤漿沉 降槽175中。粗沉淀物從淤漿中沉淀出來，進入被泵送至接收桶177的濃縮淤漿中。經(jīng)濃 縮的粗沉淀物淤漿從接收桶177中流過接收桶177的叉狀漏斗部分，進入兩個西門子J-VAC 型中的一個，即結(jié)合了高壓隔膜板壓濾機/真空干燥器150中的一個中。壓濾機操作同時 提供用于粗沉淀物淤漿的脫水和干燥的兩種途徑。從濾餅中擠壓溶液。來自圍繞氫氧化鈣 混合罐124的換熱器125的熱水將空氣加熱至約80°C。將熱空氣抽吸通過濾餅以將它們干 燥。將濾餅從壓濾機150轉(zhuǎn)移到兩個西門子旋轉(zhuǎn)滾筒干燥器153之一。來自圍繞氫氧化鈣 混合罐124的換熱器125的熱水將滾筒干燥器153中的空氣加熱至約80°C。將濾餅進一步 干燥和翻轉(zhuǎn)以分離單獨的顆粒。將干燥的粗沉淀物運送到軌道車155用于銷售或循環(huán)。來自粗沉淀物淤漿的氫氧化鈣溶液從淤漿沉降槽175流入二級加工管181中。為 形成濾餅從淤漿擠壓出的溶液流流到淤漿溶液返回管中、流到二級加工管181中，然后流 到二級加工接收罐183。二級淤漿加工180以間歇模式運行，隨著時間的推移接收罐183大 部分被來自淤漿沉降槽175的溶液流動填充，然后將溶液的體積排空到二級粗淤漿沉降槽 185中。填充二級接收罐183時從溶液中沉降出來的大量沉淀物被靜水壓強迫通過淤漿返 回管184進入初級粗沉淀物淤漿接收罐172。當二級接收罐183被部分填充時，來自二級接 收罐183的溶液體積大部分都轉(zhuǎn)移到二級沉降槽185中。靜水壓迫使從二級沉降槽185的 溶液中沉淀出來的粗沉淀物通過淤漿返回管184進入初級粗沉淀物淤漿接收罐172。在二 級接收罐183的溶液反復轉(zhuǎn)移到二級沉降槽185中的制備中，當溶液體積填充了二級接收 罐183的大部分時，來自二級沉降槽185的具有懸浮細沉淀物的溶液體積大部分通過溶液 轉(zhuǎn)移管187轉(zhuǎn)移到高pH罐188中。高pH罐188中具有懸浮細沉淀物的溶液通過二級溶液 返回管190轉(zhuǎn)移到在細沉淀物加工區(qū)140起始處的主溶液流動管135。來自高pH罐188的 細沉淀物懸浮液的主流與來自CO2洗滌器5中沉降槽90的細沉淀物懸浮液一起進行加工。 在低pH罐189中，對于返回環(huán)境的水，將堿度調(diào)節(jié)為約pH 7. 0。碳酸鈣沉淀物出售用于無機物填料、酸性土壤中和、坡度穩(wěn)定化、可流動填料、和 波蘭特水泥的混合物。純化形式的沉淀碳酸鈣(PCC)用于制造紙張、塑料、食品、和藥品。來 自回收CO2的碳酸鈣商品的回收或銷售至少部分抵消了 CCS的成本。
其它實施方式雖然本發(fā)明的優(yōu)選形式使氣泡在反應室中向下移動時冷卻所述氣泡內(nèi)的氣體，但 是可實施本發(fā)明的優(yōu)選度較低的形式無需冷卻氣泡或溶液。本發(fā)明的CO2洗滌器可任選地引入氫氧化鈉溶液用于CCS。通過氯化鈉水溶液的 電解，由氯堿法產(chǎn)生氫氧化鈉。當CO2洗滌器采用氫氧化鈉溶液時，反應產(chǎn)物為碳酸氫鈉。 氫氧化鈉溶液可以與氫氧化鈣溶液一起使用，或者任一種溶液可單獨使用?？蓪溲趸?加入氫氧化鈣或氫氧化鈉溶液以加速、催化、或強化反應。本發(fā)明的0)2洗滌器可使用含水碳酸鈣懸浮液用于煙道氣體脫硫(FGD)。將壓縮空 氣(forced air)噴霧到反應室的水下部分中時，反應產(chǎn)物為硫酸鈣。當CO2洗滌器與FGD 組合使用時，F(xiàn)GD從混合氣體中除去抑制碳酸鈣在CO2洗滌器中沉淀的硫酸，并且所述FGD 中碳酸鈣懸浮液和硫酸之間的反應釋放的氣態(tài)CO2在混合氣流中被攜帶到CO2洗滌器。來 自CCS過程的碳酸鈣沉淀物可用于制造用于FGD的含水碳酸鈣懸浮液。結(jié)論、分枝和范圍Mrk 本發(fā)明的CO2洗滌器包括如下功能和特征以相對于現(xiàn)有技術(shù)提高從氣體混合物中 除去氣態(tài)CO2的效率?；旌蠚饬髦袣鈶B(tài)CO2與氫氧化鈣溶液之間氫氧化鈣溶液的液體_氣體表面積以幾 何級數(shù)地提高，從而促進CO2氣體與氫氧化鈣溶液之間的傳質(zhì)。煙道氣流包封在氣泡內(nèi)以提高混合氣流中氣態(tài)CO2與氫氧化鈣溶液之間的接觸時 間以促進CO2氣體與氫氧化鈣溶液之間的質(zhì)量傳遞。使至少部分氣泡破裂和再形成，所述破裂的氣泡形成許多具有不同半徑的微液 滴，其中各再形成氣泡包封離散體積的所述氣流、離散數(shù)量的所述溶液微液滴、和離散體積 的溶液蒸氣。降低氫氧化鈣溶液的溫度以提高氣態(tài)CO2在氫氧化鈣溶液中的溶解度。提高氣泡內(nèi)CO2的蒸氣壓以提高氣態(tài)CO2在氫氧化鈣溶液中的溶解度。包括氣態(tài)CO2的混合氣體在不同壓力的兩個氣泡之間通過氫氧化鈣溶液的公共氣 泡壁從具有較高蒸氣壓的較小氣泡擴散到具有較低蒸氣壓的相對較大氣泡中。氫氧化鈣用于堿性溶液以與氣態(tài)CO2反應，以收取作為反應產(chǎn)物的碳酸鈣。收回的CO2作為碳酸鈣商品回收，出售該碳酸鈣商品以收回至少部分CCS的成本。iM本發(fā)明的CO2洗滌器可從大氣、燃燒后的煙道氣體、以及作為過程的結(jié)果釋放CO2 或作為生產(chǎn)的結(jié)果釋放CO2的過程中直接除去CO2,。本發(fā)明的CO2洗滌器可引入用于CCS的其它堿土金屬氫氧化物溶液或者堿土金屬 氫氧化物溶液的混合物。本發(fā)明的CO2洗滌器可引入含水碳酸鈣懸浮液用于煙道氣體脫硫(FGD)。將壓縮 空氣噴霧到反應室的水下部分中時，反應產(chǎn)物為硫酸鈣(石膏)。FGD石膏用于制造水泥和 石膏板。本發(fā)明的CO2洗滌器可與FGD集成以從混合氣流中除去SOx和CO2?？捎蒀O2洗滌 器中的反應產(chǎn)物碳酸鈣沉淀物制造含水碳酸鈣懸浮液，并且在FGD中碳酸鈣沉淀物和硫酸之間的反應期間釋放的C02氣體在混合氣流中被攜帶到C02洗滌器。范圍已經(jīng)呈現(xiàn)了如上所述的示例性方法和設(shè)備以進行說明和描述，其不意圖為窮盡的 或者將本發(fā)明限制為公開的確切形式?？筛鶕?jù)以上教導進行改進和變型。選擇實施方式以 最好地解釋本發(fā)明和其實際應用，以便使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在各種實施方式中以及以適 合于預期的具體應用的各種變型來最好地利用本發(fā)明。本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
從混合氣流中捕獲和封存氣態(tài)二氧化碳(CO2)的方法，其中利用反應室并且所述反應室中的篩網(wǎng)板組件具有多個網(wǎng)孔，所述方法包括如下步驟用含有鈣離子(Ca++)和氫氧根離子(OH-)的溶液使具有多個篩網(wǎng)板的所述篩網(wǎng)組件連續(xù)飽和，使具有氣態(tài)CO2的所述氣流通過所述飽和的篩網(wǎng)組件以形成含水泡沫，其中所述泡沫的氣泡在它們的內(nèi)部體積填充有所述混合氣體，使至少一些所述氣泡破裂和再形成，所述破裂的氣泡形成許多具有不同半徑的微液滴，其中各再形成氣泡包封離散體積的所述氣流、離散數(shù)量的所述溶液微液滴、和離散體積的溶液蒸氣，通過限制所述篩網(wǎng)板上孔的尺寸來限制在所述含水泡沫中形成的所述氣泡的尺寸，從而形成無數(shù)均勻的小氣泡，從而使所述CO2分子、所述微液滴、以及所述無數(shù)小氣泡的內(nèi)表面和外表面之間的接觸最大化，所述溶液在其流過所述飽和的篩網(wǎng)板之前被冷卻，并且當所述氣泡向下移動通過所述反應室時冷卻所述氣泡內(nèi)的所述氣體，使所述含水泡沫和所述氣流一起向下移動通過所述反應室以增加所述氣流與所述無數(shù)氣泡之間的反應時間并提高所述含水泡沫的壓力，從而減小所述氣泡的尺寸和提高進入所述溶液中CO2分子的溶解度，通過降低所述氣泡的體積以減少各氣泡的所述內(nèi)表面與各氣泡內(nèi)的所述微液滴之間的距離，使所述氣泡內(nèi)CO2分子的平均自由程最小化，從而使所述CO2分子與用于形成所述氣泡和所述微液滴的所述溶液之間的接觸最大化，通過所述CO2分子與所述溶液中的所述鈣離子(Ca++)和氫氧根離子(OH-)反應以形成碳酸鈣(CaCO3)分子來捕獲所述溶液中攜帶的CO2分子，和從所述溶液中沉淀出所述碳酸鈣。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括如下步驟所述溶液在流過所述飽和的篩網(wǎng)板之前被冷卻。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述反應室是延長的、垂直取向的室，其底部部分與水平的 脫水室流體連通，并且其中能調(diào)節(jié)的出口板改變反應室與脫水室之間的開口的尺寸，所述 方法還包括如下步驟能調(diào)節(jié)地改變所述反應室的下部和所述脫水室之間的開口的尺寸。
4.權(quán)利要求3的方法，還包括如下步驟 在所述脫水室中使所述含水泡沫脫水，和 將所述經(jīng)脫水的氣流排到大氣中。
5.權(quán)利要求1的方法，其中沉降槽定位于所述反應室下面，所述方法還包括如下步驟 通過重力將所述沉淀的碳酸鈣向下沉降到所述沉降槽中。
6.權(quán)利要求5的方法，還包括如下步驟從所述沉降槽中連續(xù)地除去所述沉淀的碳酸鈣。
7.權(quán)利要求1的方法，還包括如下步驟通過使硫與懸浮液中的所述碳酸鈣反應將所 述硫從所述氣流分離。
8.從混合氣流中捕獲和封存氣態(tài)二氧化碳(C02)的方法，其中利用反應室并且所述反應室中的篩網(wǎng)板組件具有多個網(wǎng)孔，所述方法包括如下步驟用含有鈣離子(Ca++)和氫氧根離子(0H_)的溶液使具有多個篩網(wǎng)板的所述篩網(wǎng)組件連 續(xù)飽和，使具有氣態(tài)C02的所述氣流通過所述飽和的篩網(wǎng)組件以形成含水泡沫，其中所述泡沫 的氣泡在它們的內(nèi)部體積填充有所述混合氣體，使至少一些所述氣泡破裂和再形成，所述破裂的氣泡形成許多具有不同半徑的微液 滴，其中各再形成氣泡包封離散體積的所述氣流、離散數(shù)量的所述溶液微液滴、和離散體積 的溶液蒸氣，通過限制所述篩網(wǎng)板上孔的尺寸來限制在所述含水泡沫中形成的所述氣泡的尺寸，從 而形成無數(shù)均勻的小氣泡，從而使所述C02分子、所述微液滴、以及所述無數(shù)小氣泡的內(nèi)表 面和外表面之間的接觸最大化，使所述含水泡沫和所述氣流一起向下移動通過所述反應室以增加所述氣流與所述無 數(shù)氣泡之間的反應時間，并且提高所述含水泡沫的壓力，從而減小所述氣泡的尺寸和提高 C02分子進入所述溶液中的溶解度，通過降低所述氣泡的體積以減少各氣泡的所述內(nèi)表面與各氣泡內(nèi)的所述微液滴之間 的距離，使所述氣泡內(nèi)C02分子的平均自由程最小化，從而使所述C02分子與用于形成所述 氣泡和所述微液滴的所述溶液之間的接觸最大化，通過所述0)2分子與所述溶液中所述鈣離子(Ca++)和氫氧根離子(0H_)的反應以形成 碳酸鈣(CaC03)分子來捕獲所述溶液中攜帶的0)2分子，和 從所述溶液中沉淀出所述碳酸鈣。
9.權(quán)利要求8的方法，包括如下步驟當所述氣泡向下移動通過所述反應室時冷卻所 述氣泡內(nèi)的所述氣體。
10.權(quán)利要求8的方法，其中所述溶液在其流過所述篩網(wǎng)板之前被冷卻。
11.權(quán)利要求8的方法，其中所述溶液包含氫氧化鈣和氫氧化鉀。
12.從混合氣流中捕獲和封存氣態(tài)二氧化碳(C02)的方法，其中利用反應室并且所述反 應室中的篩網(wǎng)板組件具有多個網(wǎng)孔，所述方法包括如下步驟用氫氧化鈉溶液使具有多個篩網(wǎng)板的所述篩網(wǎng)組件連續(xù)飽和， 使具有氣態(tài)C02的所述氣流通過所述飽和的篩網(wǎng)組件以形成含水泡沫，其中所述泡沫 的氣泡在它們的內(nèi)部體積填充有所述混合氣體，使至少一些所述氣泡破裂和再形成，所述破裂的氣泡形成許多具有不同半徑的微液 滴，其中各再形成氣泡包封離散體積的所述氣流、離散數(shù)量的所述溶液微液滴、和離散體積 的溶液蒸氣，通過限制所述篩網(wǎng)板中孔的尺寸限制在所述含水泡沫中形成的所述氣泡的尺寸，從而 形成無數(shù)均勻的小氣泡，從而使所述C02分子、所述微液滴、以及所述無數(shù)小氣泡的內(nèi)表面 和外表面之間的接觸最大化，使所述含水泡沫和所述氣流一起向下移動通過所述反應室以增加所述氣流與所述無 數(shù)氣泡之間的反應時間并且提高所述含水泡沫的壓力，從而減小所述氣泡的尺寸和提高 C02分子進入所述溶液中的溶解度，通過降低所述氣泡的體積以減少各氣泡的所述內(nèi)表面與各氣泡內(nèi)的所述微液滴之間的距離，使所述氣泡內(nèi)C02分子的平均自由程最小化，從而使所述C02分子與用于形成所述 氣泡和所述微液滴的所述溶液之間的接觸最大化，通過所述C02分子與所述氫氧化鈉溶液反應以形成碳酸氫鈉分子來捕獲所述溶液中攜 帶的0)2分子，和從所述溶液中沉淀出所述碳酸氫鈉。
13.權(quán)利要求12的方法，還包括如下步驟當所述氣泡向下移動通過所述反應室時冷 卻所述無數(shù)氣泡內(nèi)的所述混合氣體。
14.從混合氣流捕獲和封存氣態(tài)二氧化碳C02的設(shè)備，其中鈣或鈉離子和氫氧根離子與 二氧化碳反應以形成作為沉淀物的碳酸鈣或碳酸氫鈉，所述設(shè)備包括具有上段和下段的垂直延伸的反應室， 定位于所述反應室的所述上段的篩網(wǎng)板陣列，用于用含有鈣或鈉離子和氫氧根離子的溶液使所述篩網(wǎng)板連續(xù)飽和的裝置， 定位于所述篩網(wǎng)板陣列之上的泡沫產(chǎn)生器裝置， 將所述混合氣流載入所述泡沫產(chǎn)生器裝置的導管，其中，所述泡沫產(chǎn)生器裝置形成具有無數(shù)小氣泡的含水泡沫，其中所述氣泡的內(nèi)部體 積填充有來自含有氣態(tài)二氧化碳的所述混合氣流的氣體， 用于冷卻所述氫氧化鈣或所述氫氧化鈉溶液的裝置，用于當所述泡沫向所述反應室的所述下段移動時對所述含水泡沫進行加壓以減小所 述無數(shù)氣泡的尺寸的裝置，和在所述反應室之下用于收集碳酸鈣或碳酸氫鈉沉淀物的沉降槽裝置。
全文摘要
從氣體混合物中收取CO2，并將從大氣中捕獲的CO2作為碳酸鈣封存地質(zhì)時期的使用方法，并且提供用于碳捕獲和封存的CO2洗滌器。所述CO2洗滌器引入含水泡沫以使液體與氣體的表面積以及氣態(tài)CO2與氫氧化鈣溶液之間的接觸時間最大化。所述CO2洗滌器降低液體和混合氣體的溫度，提高氣泡上的環(huán)境壓力和氣泡內(nèi)的蒸氣壓，使氣體通過泡間壁從具有高蒸氣壓的小氣泡擴散到具有低蒸氣壓的大氣泡中，并且減少所述氣泡內(nèi)CO2分子的平均自由程，從而提高CO2的溶解度和氣態(tài)CO2從氣體混合物到氫氧化鈣溶液中的溶解速率。
文檔編號B01D53/14GK101878059SQ200880117725
公開日2010年11月3日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者羅伊·J·佩萊格林 申請人:韋斯特克環(huán)境方案有限責任公司