碳捕获和封存的系统和方法技术方案

捕获和封存二氧化碳的系统和方法，所述方法包括：将基本非水性的溶剂和碱混合，以使所述溶剂和碱形成溶剂悬浮液，将水和含有二氧化碳的废气与所述溶剂悬浮液混合，以发生反应，所述反应生成碳酸盐、水并放出热量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
如果要控制或削减二氧化碳(CO2)的排放所导致的气候变化，二氧化碳(CO2)的捕获和封存就需要得到明显地改善。由燃烧和工业过程产生的、尤其是电厂废气中的CO2可能是最大的单一温室气体排放源。大部分已有的碳捕获和封存方法采取两步法。首先，需要寻找一种从废气或其他气体排放源中分离出(X)2的方法。这些方法可以包括将(X)2捕获在液体溶剂、固体沸石或各种膜中。然而，捕获介质需要在不将(X)2排放到大气中的情况下获得再生，而且使用标准的物理分离方法是难以实现的。第二步是通过将CO2气体或液体植入到地下地质构造或深海层中。然而，处置这样的CO2需要非常特殊的地质构造，而且这些构造通常不存在于在(X)2的排放地点。因此， 运输大大增加了成本和难度。除此之外，CO2是否能够被长期封存在地下还不得而知。因为通常(X)2只占大量废气的小部分，而且通过处理大量的气流来回收其中小部分的(X)2是浪费且昂贵的，所以这样的两步法也是不经济的。另一种捕获和封存(X)2的方法包括开采、粉碎和将岩石运输到排放地点，在那里粉碎的岩石用来吸收co2。但这需要大量的热量和很大的压力。开采岩石所需的量输入、环境保护费用以及将岩石运入和运出CO2排放源的费用，以及使粉碎的岩石接受和吸收(X)2的量消耗都非常高。其他捕获(X)2的方法包括使用胺或碱的水溶液等液体的化学吸收方法、在适当的溶液中的物理吸收方法及膜分离的方法。所有这些方法都有在不释放(X)2的情况下需要再生吸收介质的问题。其他的捕获方法例如物理吸附和低温分离的方法都需要大量的热量或压力形式的量。一些(X)2捕获方法是使(X)2 (或由水和(X)2形成的碳酸)和碱的水溶液发生反应生成碳酸盐。但是，这种方法的显著缺点是该方法中，碳酸盐以水溶液的形式存在，因此需要另外的耗能处理以将固体和水分离，或该方法产生量的、重质的、潮湿的、水泥状的浆状物， 这需要采用耗能的干燥方法和机械系统以控制获得的干燥后的产物的尺寸、外形和重量。尽管存在一些用来从环境空气中捕获并封存(X)2的检测技术，但这样的技术不适用于从电厂排放的CO2，这是因为环境空气和废气中的(X)2的浓度差异很大。环境空气中含有浓度约为0. 03% -0. 04%的CO2,而废气中含有浓度为3. 0%或更高的C02。从如此大量的环境空气中除去极少量的(X)2不如从废气等气流中捕获和封存大量的(X)2可行且富有成效，其中在废气中的(X)2更浓。因此，存在一种适用于工业化规模并且完整和持久的商业化可行的碳捕获和封存方法的需求。具体而言，存在一种不需要使用复杂且耗能的再生捕获介质、并且不会产生对耗能的干燥方法和另外的捕获后处理过程中的重质且潮湿的终产物的碳捕获系统的需求。 还存在一种能够在CO2排放地点永久封存(X)2的碳捕获和封存方法的需求。总体来说，存在一种成本低、耗能少并且能够永久封存(X)2的碳捕获和封存系统的需求。
技术实现思路
本专利技术在其多个实施方案中提供了一种很大程度上克服了现有的碳捕获和封存方法的缺陷的化学方法，通过本专利技术所提供的方法，以碳酸形式存在的二氧化碳和碱发生反应，生成水和能够从溶液中沉淀出来的无水的且易除去的碳酸盐。通过在地面上处理所得的碳酸盐实现二氧化碳的封存。使用这种方法能够以相对低的成本捕获和封存工业化规模的C02。本专利技术的实施方案还实现了永久性的且量消耗相对低的就地捕获和封存(X)2量。在本专利技术的一个实施方案中，提供了一种被称为威登的(Vandor’ s)碳捕获和封存循环法(VCCQ的用于捕获和封存二氧化碳的方法，其中通过基本非水性的溶剂与碱混合，以使所述溶剂和碱形成溶剂悬浮液。可以在任意适宜的混合容器中进行所述混合步骤。 所述基本非水性的溶剂优选为醇，并且在一个最优选的实施方案中为甲醇。因此，所述碱和甲醇反应生成甲醇盐，所述甲醇盐还可能含有溶剂化的金属氢氧化物。将水和含有二氧化碳的废气与所述溶剂悬浮液混合以发生反应，所述反应生成碳酸盐、水并放出热量。在本文中术语“溶剂”和“非水性的溶剂”可以互换使用，以表示能够溶解某些大量碱而且促使在典型的酸碱反应中生成的任意盐沉淀的任意基本非水性的溶剂。所述非水性的溶剂中含有少于50 %的水，并且最优选含有少于10 %的水。所述气体优选为来自电厂的废气，但也可以为来自任意工业过程的任意类型的含有CO2的废气。所述气体中还可以含有氮气(N2)。在本文中使用术语“废气”表示任意的含有二氧化碳和氮气或空气的废气流，所述废气来自电厂的通气道，包括煤燃烧、天然气燃烧、油燃烧和填埋气(LFG)燃烧或厌氧消化池(ADG)燃烧的电厂或来自任意的工业生产过程，包括但不限于烧窑中制水泥、玻璃、钢铁、橡胶、纸张或其他材料的生产过程、乙醇的生产过程和来自任意的废气和工业废气的组合。在一个实施方案中，将灰末引入所述溶剂中，并且所述碱是所述灰末的组成成分。 如本文中所使用的那样，使用“灰末”表示来自任意来源(包括来自煤燃烧、木材燃烧和其他生物质燃烧)的飞灰、底灰和所有类型的含碱灰末其他。所述碳捕获和封存的化学方法包括将水和含有二氧化碳的废气与悬浮在所述溶剂中的碱(优选为甲醇盐)混合，发生反应，生成大量的固体碳酸盐、水并放出热量。在所述反应中还生成少量的碳酸，并且所述碳酸和所述碱快速反应。可以在任何适宜的容器中进行所述反应。在一个优选的实施方案中，使碳酸盐从溶液中沉淀出来并将其从容器中除去。优选通过机械的方式除去沉淀的碳酸盐，通过使用螺旋钻或其他适合的机械装置其他除去固体而不允许任何液体从相同的位置流出容器。通过提供适量废热(low-grade heat) 蒸发碳酸盐中残留的甲醇。在反应容器中由所述反应生成的水和所述溶剂形成溶液，并且所述方法还包括除去由水和溶剂形成的溶液并将所述水与所述溶剂分离。所述水和溶剂分离后，将被分离的溶剂和所述碱再混合，以使所述溶剂和碱再次形成能够用于进一步捕获碳的溶剂悬浮液。 使被分离的水返回到反应容器中的溶剂悬浮液中，在所述容器中，所述被分离的水与所述废气和甲醇盐继续反应。在一个优选的实施方案中，采用在低温干燥容器中冷却由水和溶剂形成的溶液的方法，使水与所述溶剂分离。当所述溶液被冷却时，水基本沉降至所述低温干燥容器的底部，而所述溶剂基本上升至所述低温干燥容器的顶部。在某些实施方案中，部分碳酸盐将伴随由水和溶剂形成的溶液运动，从而在所述低温干燥容器中从所述溶液中沉淀出来。可以使用过滤器将较大的固体留在反应容器中，阻止那些较大的固体在所述低温干燥容器中移动。采用加热由水和溶剂形成的溶液以至少部分蒸发所述溶剂的方式，可以使用热蒸馏容器使剩余的水与所述溶剂分离。使用部分真空机从所述蒸馏装置中抽出溶剂蒸气，然后通过冷却将所述溶剂蒸气冷凝成适合在碳捕获和封存反应中重新利用的液体。本专利技术的实施方案包括用来自废气中的氮气以为碳捕获和封存过程提供冷量的方法。所述方法可以包括使氮气液化和从被液化的氮气中回收制冷源。然后将回收的制冷源用于冷却所述溶剂并为所述溶剂的再生步骤提供冷量。使用氮气冷却的方法提高了本专利技术实施方案的能源利用率。在一个优选的实施方案中，废气还包含氮气并且通过三种方式对所述氮气加以利用。在所述溶剂的再生过程中，将第一部分氮气用来制冷，将第本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种捕获或封存二氧化碳的方法，所述方法包括：将基本非水性的溶剂和碱混合，以使所述溶剂和碱形成溶剂悬浮液；将水和含有二氧化碳的废气与所述溶剂悬浮液混合，以发生反应，所述反应生成碳酸盐、水并放出热量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·班多尔，
申请(专利权)人：膨胀能量有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US