本文提供了通过以下从含水料流或气态料流中去除二氧化碳的方法：使当存在时包含二氧化碳的所述气态料流与包含能够形成不溶性碳酸盐的离子的水溶液接触；使包含二氧化碳的所述水溶液与诱导其碱化的电活性网格接触，从而迫使碳酸盐固体从所述溶液中沉淀，并且从而通过电解去除溶解无机碳；以及从所述溶液中或从所述碳酸盐固体可能沉积的所述网格的表面去除所沉淀的碳酸盐固体。本文还提供了流通式电解反应器，所述流通式电解反应器包括：与包括电活性网格的旋转圆筒流体连接的吸入装置，以及用于从所述网格表面分离固体的刮擦装置和/或基于液体喷雾的装置。或基于液体喷雾的装置。或基于液体喷雾的装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碱性阳离子富集和水电解提供CO2矿化和全球范围碳管理
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年6月14日提交的美国临时专利申请第62/861,848号的权益，该临时专利申请的全部内容以引用方式并入本文。
[0003]关于由联邦政府资助研究或开发的声明
[0004]本专利技术是根据由美国能源部授予的授权号DE
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FE0029825、DE
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FE0031718、DE
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FE0031705在政府支持下完成的。政府对本专利技术享有一定的权利。
技术介绍
[0005]需要对现有的大气二氧化碳和持续的二氧化碳排放进行管理，以减轻全球平均温度的升高并减少气候变化的影响。为了真正地实现这一点，在下个世纪，每年必须从大气中除去约10
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20千兆吨(Gt)的CO2，因此需要可以大规模实施的碳管理策略。
[0006]在处理流体状态(例如，气体、液体或超临界)的CO2方面调整比较碳捕集和储存。这种流体状态处理在用于CO2的通路、过程和处置途径方面增加了限制和复杂性，包括昂贵且耗能的分离、用于压缩的大能量需求以及具有泄漏可能性的加压容器的高成本。
[0007]将从点源或大气中捕集的CO2注入地质构造(包括：(枯竭)油气藏、不可采煤层和咸水含水层)可在北美洲封存高达22,000Gt的CO2。虽然理论容量非常大，但实际上，在50年的注入中，防止岩石破裂或现有断层的再活化所需的压力限制和/或残余烃的存在导致每年约700Mt的更适度的储存容量。尽管预期地质封存场所的可能容量超过足以适应CO2排放的当前(和未来)水平的容量，但是CO2迁移和泄漏的风险以及注入过程的管理和验证需要随时间对井、地下和地面进行大量监测。此外，基于碳捕集、封存和储存(CCSS)的碳管理的传统方法受以下项影响：(i)与从空气或烟道气料流中分离CO2的熵以及随后满足从固体或液体底物中解吸CO2的焓的需要相关的热力学罚分，以及(ii)对用于将CO2输送到地质封存场所的巨大物流和运输基础设施(例如，管道)的需要。具体地，在常规的基于吸附/解吸的CO2捕集中，能量消耗与CO2从气体混合物中的分离相关，包括体系的熵的降低、允许CO2浓度达到足以用于管道运输的等级的解吸步骤、以及随后的地质封存。综上所述，虽然技术挑战仍然存在，并且正在逐步得到解决，但CCSS的实际实现很大程度上取决于支持性政策，该政策可以在全球范围内为待定的最佳实践和限时监测授权、降低风险，在极限情况下使CCSS项目的开发人员免受损害。
[0008]除了地质封存和储存之外，土地使用、农业实践、海洋地质工程和CO2向建筑材料的化学转化的变化提供了替代的大规模途径，构成用于确保碳管理(例如，减排和大气碳去除)的方法的组合。虽然在负(CO2/碳)排放技术(NET)的开发中已取得一些进展，但还需要更多的实质性“指数”进步来以成本有效/可行的方式实现必要的CO2去除速率和耐久的碳储存。
[0009]针对这一背景，需要开发在本公开中描述的实施方案。
技术实现思路
[0010]本公开的一些实施方案包括通过以下从含水料流或气态料流中去除二氧化碳的方法：使当存在时包含二氧化碳的气态料流与包含能够形成不溶性碳酸盐的离子的水溶液接触；使包含二氧化碳的水溶液与诱导其碱化的电活性网格接触，从而迫使一种或多种碳酸盐固体从溶液中沉淀；以及从溶液中或从碳酸盐固体可能沉积的网格的表面去除所沉淀的碳酸盐固体。在一些实施方案中，存在气态料流。在一些实施方案中，气态料流包含介于0.04体积％至100体积％之间的CO2。在一些实施方案中，气态流体为大气空气。在一些实施方案中，气态流体为从天然气发电厂、燃煤发电厂、铁厂、钢厂、水泥厂、乙醇厂和化工制造厂排放的烟道气。在一些实施方案中，水溶液包含与气态料流平衡的一定量的溶解二氧化碳。在一些实施方案中，水溶液与气态料流处于热平衡。在一些实施方案中，水溶液不与气态料流处于热平衡。在一些实施方案中，不存在气态料流。在一些实施方案中，能够形成不溶性碳酸盐的离子包含包括以下中的一种或多种的离子：Ca、Mg、Ba、Sr、Fe、Zn、Pb、Cd、Mn、Ni、Co、Cu和Al。在一些实施方案中，水溶液具有约1,000ppm或更高的NaCl浓度。在一些实施方案中，水溶液具有约30,000ppm或更高的NaCl浓度。在一些实施方案中，水溶液包含海水。在一些实施方案中，电活性网格包括网状阴极，该网状阴极包含金属或非金属组合物。在一些实施方案中，方法利用每吨矿化的二氧化碳约2.5MWh或更小的端对端能量强度。在一些实施方案中，水溶液包含缓冲至大气丰度的一定量的溶解二氧化碳。在一些实施方案中，电活性网格在水溶液中在约2μm至20000μm的电活性网格内原位产生增加的碱性条件。在一些实施方案中，碱化条件为9或更大的pH。在一些实施方案中，电活性网格由金属或碳基网格组成。在一些实施方案中，电活性网格包含不锈钢、氧化钛、碳纳米管、聚合物和/或石墨，或者这些材料的其他混合组合物。在一些实施方案中，电活性网格包括直径在约0.1μm至约10000μm范围内的孔。在一些实施方案中，诱导碳酸盐固体的沉淀包括在溶液中旋转由电活性网格组成的圆筒，同时施加吸力以将溶液抽吸到网格的外表面上。在一些实施方案中，溶液为盐水溶液。在一些实施方案中，溶液为含碱金属的溶液。在一些实施方案中，诱导碳酸盐固体的沉淀包括诱导至少一种具有Ca、Mg、Ba、Sr、Fe、Zn、Pb、Cd、Mn、Ni、Co、Cu或Al的碳酸盐的沉淀。
[0011]本公开的一些实施方案包括流通式电解反应器，该流通式电解反应器包括：与包括电活性网格的旋转圆筒流体连接的吸入装置，以及用于从表面或溶液中分离固体的刮擦装置和/或基于液体喷雾的装置。在一些实施方案中，反应器还装有包含二氧化碳、Ca离子和Mg离子的水溶液。在一些实施方案中，电活性网格能够通过从包含二氧化碳和能够形成不溶性碳酸盐的离子的水溶液中沉淀碳酸盐固体来诱导溶解无机碳的去除。在一些实施方案中，电活性网格包含金属或碳基网格。在一些实施方案中，电活性网格包含不锈钢、氧化钛、碳纳米管、聚合物和/或石墨，或者这些材料的混合组合物。在一些实施方案中，反应器包括多个电活性网格。在一些实施方案中，多个电活性网格被布置成一系列平行的平面单元或平行的圆柱形单元。在一些实施方案中，反应器与脱盐装置流体连通。
附图说明
[0012]图1示出了二氧化碳矿化和处置方法的实施方案。加热元件和扩散器是任选部件。
[0013]图2(a)示出了代表性计算，其证明了对于如下组成的溶液，方解石沉淀的极限受
Ca、CO2或碱度的影响：[Ca]＝10mM，[Cl]＝20mM，[CO2]＝10mM(约30％CO2；300000ppm)，pH＝4.16(虚曲线)。最大CaCO3产率为10mmol/kg水。如果[Ca]降低至3mM或5mM(深蓝色曲线)([Cl]为6mM或10mM)，[CO2]＝10mM，pH＝4.17，则最大CaCO3产率降低至3mM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】1.一种从含水料流或气态料流中去除二氧化碳的方法，所述方法通过以下进行：使当存在时包含二氧化碳的所述气态料流与包含能够形成不溶性碳酸盐的离子的水溶液接触；使包含二氧化碳的所述水溶液与诱导其碱化的电活性网格接触，从而迫使一种或多种碳酸盐固体从所述溶液中沉淀；以及从所述溶液中或从所述碳酸盐固体可能沉积的所述网格的表面去除所沉淀的碳酸盐固体。2.如权利要求1所述的方法，其中存在所述气态料流。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述气态料流包含介于0.04体积％至100体积％之间的CO2。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述气态流体为大气空气。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述气态流体为从天然气发电厂、燃煤发电厂、铁厂、钢厂、水泥厂、乙醇厂和化工制造厂排放的烟道气。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述水溶液包含与所述气态料流平衡的一定量的溶解二氧化碳。7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述水溶液与所述气态料流处于热平衡。8.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述水溶液不与所述气态料流处于热平衡。9.如权利要求1所述的方法，其中不存在所述气态料流。10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中能够形成不溶性碳酸盐的所述离子包含包括以下中的一种或多种的离子：Ca、Mg、Ba、Sr、Fe、Zn、Pb、Cd、Mn、Ni、Co、Cu和Al。11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述水溶液具有约1,000ppm或更高的NaCl浓度。12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述水溶液具有约30,000ppm或更高的NaCl浓度。13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述水溶液包含海水。14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述电活性网格包括网状阴极，所述网状阴极包含金属或非金属组合物。15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述方法利用每吨矿化的二氧化碳约2.5MWh或更小的端对端能量强度。16.如权利要求1至15中任一项所述的方法，其中所述水溶液包含缓冲至大气丰度的一定量的溶解二氧化碳。17.如权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述电活性网格在所述水溶液中在约2μm至20000μm的所述电活性网格...
【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：加州大学评议会，
类型：发明
国别省市：
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