用于CO２封存的方法和装置制造方法及图纸

本申请涉及用于CO2封存的方法和装置。提供了利用催化方案用于碳封存的工艺、方法和装置，所述催化方案被配置为在封存剂附近提供高浓度的水合CO2。反应物与催化剂组合，使得至少两个受控催化活性的区域形成为至少包围在封存剂和含有溶解的CO2的水溶液之间的界面。合适的反应物包括各种封存剂、催化剂和溶解在水溶液(例如海水)中的二氧化碳。可能的产物包括碳酸氢盐和金属阳离子。

Method and device for CO2 storage

【技术实现步骤摘要】
用于CO2封存的方法和装置本申请是申请日为2015年12月18日提交的申请号为201580076509.7，专利技术名称为“用于CO2封存的方法和装置”的申请的分案申请。专利
本公开内容涉及用于CO2封存(CO2sequestration)的方法和装置。联邦资助的声明本专利技术用以由美国国家科学基金会(NationalScienceFoundation)授予的1220600的政府支持来完成。政府具有本专利技术中的某些权利。专利技术背景二氧化碳(CO2)构成大气的约0.04％(百万分之400)。尽管其相对小的总浓度，但CO2是强有力的温室气体，其在调节地球的表面温度方面起着重要作用。目前，人为的CO2产生正在以大于其被消耗和/或储存的速率发生，这导致大气中CO2浓度在增加。存在的越来越多的担心是，CO2在地球的大气中的上升的水平可能呈现重大的环境挑战。因此，在开发用于从排放物流和大气中除去CO2并以防止其将来释放到大气中的方式将其储存的方法方面存在越来越多的兴趣。这种捕获和储存被统称为CO2封存。专利技术简述本公开内容大体上涉及用于经由新颖的催化系统捕获和封存CO2的装置和方法。许多实施方案涉及用于二氧化碳封存的方法，方法包括：·将二氧化碳溶解到水溶液中以形成由矿物欠饱和水平(mineralundersaturationlevel)界定的二氧化碳水溶液；·将二氧化碳水溶液与封存剂组合；·将水合催化剂滴定(titrate)到二氧化碳水溶液中，使得至少在第一催化区域内形成催化剂和二氧化碳水溶液的混合物，所述第一催化区域包围第二界面催化区域，所述第二界面催化区域位于在混合物与碳酸盐封存剂之间的界面处的层流边界层内；以及·使二氧化碳水溶液与催化剂在第一催化区域内反应，以在第二界面催化区域附近产生质子，使得质子溶解封存剂；·使在二氧化碳水溶液内的二氧化碳与在第二界面催化区域内的溶解的封存剂反应，以产生至少包含碳酸氢盐的流出物；并且·其中在第二界面催化区域内，封存剂的溶解被增强，使得在催化区域内的封存剂的总溶解速率高于当暴露于具有相同的矿物欠饱和水平的二氧化碳水溶液时的封存剂的未催化溶解速率。在一些其他实施方案中，封存剂选自由金属碳酸盐或硅酸盐矿物组成的组。在仍其他实施方案中，封存剂是碳酸钙，并且催化剂是碳酸酐酶或碳酸酐酶类似物中的一种。在还其他实施方案中，碳酸盐封存剂的总溶解速率比当暴露于具有相同的矿物欠饱和水平的二氧化碳水溶液时的碳酸盐封存剂的未催化溶解速率高至少一个数量级。在还又其他实施方案中，矿物欠饱和水平保持在小于0.5。在还又其他实施方案中，该方法还包括将至少第一催化区域和第二界面催化区域放置于至少500psi的压力下，使得封存剂的溶解速率相对于处于相同的矿物欠饱和度(mineralundersaturation)的封存剂的非加压溶解速率被增加。在还又其他实施方案中，该方法包括将至少第二界面催化区域保持在不大于200℃的温度。在还又其他实施方案中，还包括使水溶液与调节剂(conditionagent)反应，以减少在二氧化碳水溶液中的表面中毒离子(surfacepoisoningion)。在还又其他实施方案中，水溶液具有接近中性的pH。在还又其他实施方案中，水溶液是盐水溶液。在还又其他实施方案中，二氧化碳水溶液以测量的等分部分被组合，使得矿物欠饱和水平保持在恒定水平。在还又其他实施方案中，该方法还包括在至少第一催化区域内搅拌水溶液，使得形成混合区，其中二氧化碳水溶液和催化剂互相混合，并且其中混合区在第一催化区域内。在还又其他实施方案中，搅拌形成围绕第二界面催化区域的扩散边界层，所述扩散边界界定围绕封存剂的界面区域约10微米的体积。在还又其他实施方案中，该方法还包括使封存剂的表面粗糙化，使得封存剂的粒度不大于100μm。在还又其他实施方案中，该方法还包括收集和过滤来自反应的流出物以捕获催化剂或未反应的二氧化碳水溶液中的至少一种，以及将催化剂和未反应的二氧化碳水溶液重新引入第一催化区域中。在还又其他实施方案中，催化剂起作用以至少催化水溶液中的水的质子传递作用并使溶液内的CO2水合。在还又其他实施方案中，溶解速率是受扩散速率限制的。在还又其他实施方案中，存在压力被增加或温度被降低中的至少一种，以增加矿物欠饱和度。许多其他实施方案涉及用于封存二氧化碳的装置，装置包括：·至少一个反应器容器，其界定封闭的体积；·催化剂、封存剂、CO2气体和水溶液的至少一个源；·至少一个输入端，其在至少一个源和至少一个反应器容器的封闭的体积之间流体连通；和·至少一个输出端，其与至少一个反应器容器的封闭的体积流体连通；·其中所述至少一个输入端被布置成使得CO2气体和水溶液组合以形成二氧化碳水溶液，并且其中二氧化碳水溶液和催化剂作为混合物在至少一个反应器的封闭的体积内、在包围第二界面催化区域的第一催化区域内被递送，所述第二界面催化区域围绕封存剂设置并且位于在混合物和碳酸盐封存剂之间的界面处的层流边界内。在其他实施方案中，封存剂和催化剂中的至少一种被物理地限制在第一催化区域内。在还其他实施方案中，封存剂是碳酸钙，并且催化剂是碳酸酐酶或碳酸酐酶类似物。在还其他实施方案中，封存剂是非碳酸盐封存剂。在还又其他实施方案中，水溶液是盐水溶液或淡水中的一种。在还又其他实施方案中，该装置还包括被配置成至少过滤穿过其中的催化剂的至少一个酶分离过滤器，所述分离过滤器与至少一个反应器容器的至少一个输出端流体连通。在还又其他实施方案中，该装置还包括至少一个颗粒过滤系统，所述颗粒过滤系统被配置成至少过滤穿过其中的封存剂，所述颗粒过滤系统与至少一个反应器容器的至少一个输出端流体连通。在一些这样的实施方案中，颗粒过滤系统包括与至少一个反应器容器流体连通的沉降室。在还又其他实施方案中，封存剂被形成为100微米或更小的晶粒(grain)。在还又其他实施方案中，该装置还包括第一反应器容器和第二反应器容器，并且其中第二反应器容器的输入端与第一反应器容器的至少一个输出端流体连通，第二反应器容器布置成使得来自第一反应器容器的流出物在第二反应器容器的封闭的体积内被递送到第二容器催化区域，其中设置第二催化剂，所述第二催化剂包围位于在流出物和第二碳酸盐封存剂之间的界面处的层流边界内的第二容器界面催化区域。在一些这样的实施方案中，两个反应器容器的温度、压力和pH是独立地可变的。在一些其他这样的实施方案中，第二反应器容器具有比第一反应器容器更低的温度。在还又其他实施方案中，该装置还包括混合室，混合室与至少一个反应容器的入口流体连通，并且其中CO2气体输入和水溶液输入在引入少一个反应容器中之前被混合。在还又其他实施方案中，来自至少一个输出端的至少包含未反应的CO2的流出物被重新引入反应容器的至少一个输入端中的一个。在还又其他实施方案中，来自至少一个输出端的流出物具有低于引入至少一个输入端中的CO2的分压的CO2的分压。本申请提供了以下内容：1).一种用于二氧化碳封存的方法，包括：将二氧化碳溶解到水溶液中以形成由矿物欠饱和水平界定的二氧化碳水溶液；将所述二氧化碳水溶液与封存剂组合；将水合催化剂滴定到所述二氧化碳水溶液中，使得至少在第一催化区域内形成催化剂和二氧化碳水溶液的混合物，所述第一催化区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于二氧化碳封存的方法，包括：将二氧化碳溶解到水溶液中以形成由矿物欠饱和水平界定的二氧化碳水溶液；将所述二氧化碳水溶液与封存剂组合；将水合催化剂滴定到所述二氧化碳水溶液中，使得至少在第一催化区域内形成催化剂和二氧化碳水溶液的混合物，所述第一催化区域包围第二界面催化区域，所述第二界面催化区域位于在所述混合物和所述碳酸盐封存剂之间的界面处的层流边界层内；以及使所述二氧化碳水溶液与所述催化剂在所述第一催化区域内反应，以在所述第二界面催化区域附近产生质子，使得所述质子溶解所述封存剂；使在所述二氧化碳水溶液内的所述二氧化碳与在所述第二界面催化区域内的所溶解的封存剂反应，以产生至少包含碳酸氢盐的流出物；并且其中在所述第二界面催化区域内，所述封存剂的溶解被增强，使得在所述催化区域内的所述封存剂的总溶解速率高于当暴露于具有相同的矿物欠饱和水平的二氧化碳水溶液时的所述封存剂的未催化溶解速率。

【技术特征摘要】
2014.12.18 US 62/093,958;2015.08.21 US 62/208,3561.一种用于二氧化碳封存的方法，包括：将二氧化碳溶解到水溶液中以形成由矿物欠饱和水平界定的二氧化碳水溶液；将所述二氧化碳水溶液与封存剂组合；将水合催化剂滴定到所述二氧化碳水溶液中，使得至少在第一催化区域内形成催化剂和二氧化碳水溶液的混合物，所述第一催化区域包围第二界面催化区域，所述第二界面催化区域位于在所述混合物和所述碳酸盐封存剂之间的界面处的层流边界层内；以及使所述二氧化碳水溶液与所述催化剂在所述第一催化区域内反应，以在所述第二界面催化区域附近产生质子，使得所述质子溶解所述封存剂；使在所述二氧化碳水溶液内的所述二氧化碳与在所述第二界面催化区域内的所溶解的封存剂反应，以产生至少包含碳酸氢盐的流出物；并且其中在所述第二界面催化区域内，所述封存剂的溶解被增强，使得在所述催化区域内的所述封存剂的总溶解速率高于当暴露于具有相同的矿物欠饱和水平的二氧化碳水溶液时的所述封存剂的未催化溶解速率。2.如权利要求1所述的方法，其中所述封存剂选自由金属碳酸盐或硅酸盐矿物组成的组。3.如权利要求1所述的方法，其中所述封存剂是碳酸钙，并且所述催化剂是碳酸酐酶或碳酸酐酶类似物中的一种。4.如权利要求1所述的方法，其中所述碳酸盐封存剂的总溶解速率比当暴露于具有相同的矿物欠饱和水平的二氧化碳水溶液时的所述碳酸盐封存剂的未催化溶解速率高至少一个数量级。5.如权利要求1所述的方法，其中所述矿物欠饱和水平保持在小于0.5。6.如权利要求1所述的方法，还包括将至少所述第一催化区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚当·维纳伊·苏巴斯，威廉·贝雷尔森，尼克·埃弗雷特·罗林斯，杰西·菲雷·阿德金斯，约翰森·埃雷兹，
申请(专利权)人：加州理工学院，南加利福尼亚大学，耶路撒冷希伯来大学伊森姆研究发展有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US