[發(fā)明專(zhuān)利]二氧化碳捕獲方法和設(shè)施

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610825390.5
• 申請(qǐng)日: 2009-08-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106621705A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·基斯;M·瑪墨克哈尼;A·比格利昂利;B·哈特;K·海德?tīng)?/a>;M·弗尼恩克
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 碳工程合伙有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01D53/14
• 分類(lèi)號(hào): B01D53/14;B01D53/18
• 代理公司: 上海專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司31100
• 代理人: 茅翊忞

本申請(qǐng)是申請(qǐng)人為碳工程合伙有限公司、國(guó)際申請(qǐng)日為2009年8月21日、申請(qǐng)?zhí)枮?00980137997.2(國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2009/054626)、題為“二氧化碳捕獲方法和設(shè)施”的PCT發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本申請(qǐng)要求2008年8月21日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/090,867的優(yōu)先權(quán)，該份申請(qǐng)通過(guò)引用全文納入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣體-液體接觸系統(tǒng)和方法，包括從大氣中回收CO₂的二氧化碳捕獲系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

為避免危險(xiǎn)的氣候變化，必須終止并且可能必須減少大氣二氧化碳濃度的增長(zhǎng)。最重要的溫室氣體-二氧化碳的濃度已經(jīng)從前工業(yè)時(shí)期的約280ppm增加到385ppm以上，目前全球CO₂排放每年增長(zhǎng)超過(guò)3.3％，造成它以高于2ppm每年的速度增加(Canadell等，2007)。

碳捕獲和儲(chǔ)存(Carbon capture and storage，CCS)技術(shù)的目標(biāo)在于除去諸如發(fā)電廠等大型定點(diǎn)來(lái)源的CO₂。但是，分散來(lái)源的排放量占全球CO₂排放量一半以上。從環(huán)境空氣中直接捕獲CO₂，即“空氣捕獲(air capture)”，是能夠系統(tǒng)化控制分散排放的幾種方法之一。因此，盡管空氣捕獲比從大型點(diǎn)來(lái)源捕獲更加昂貴，其仍是重要的，因?yàn)槠渲饕c從分散來(lái)源，例如運(yùn)輸?shù)呐欧艤p少相競(jìng)爭(zhēng)，而要減輕該排放可能非常昂貴。

1.1空氣捕獲

用堿溶液從大氣中吸收二氧化碳已經(jīng)研究了半個(gè)世紀(jì)(Spector和Dodge1946，Tepe和Dodge 1943)。Lackner在20世紀(jì)90年代后期首次提出大規(guī)模洗滌環(huán)境空氣中的二氧化碳(Lackner等，1999)。在濕法洗滌技術(shù)中，CO₂吸收入氫氧化鈉(NaOH)溶液，形成氫氧化鈉和碳酸鈉(Na2CO3)的水溶液。對(duì)于該過(guò)程，作為使CO₂與氫氧化鈉之間接觸的系統(tǒng)組件的接觸器迄今為止一直是爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。大型對(duì)流塔(Lackner等，1999)和填料洗滌塔(Baciocchi等，2006和Zeman，2007)是最常提出的接觸器設(shè)計(jì)。裝備有蘇采爾孔板波紋填料(Sulzer Mellapak)的填料塔由Baciocchi等(2006)提出，其使用2M NaOH溶液從空氣中吸收CO₂，CO₂入口濃度為500ppm，出口濃度為250ppm。

Stolaroff等(2007)提出的替代策略是產(chǎn)生吸收溶液的細(xì)小噴霧以便為流經(jīng)開(kāi)放塔的氣流提供大表面。該策略可能在小空氣壓降下操作，并避免填料的資金成本(capital cost)。Stolaroff等(2007)通過(guò)估算捕獲每單位CO₂所需的成本和能源研究了NaOH噴霧接觸器的可行性。水損失(該設(shè)計(jì)的主要關(guān)注點(diǎn))已得到解決，并發(fā)現(xiàn)可通過(guò)調(diào)整NaOH濃度及空氣溫度和濕度來(lái)控制水損失，即，氫氧化鈉濃度越高，水損失越低，例如，在15℃和65％相對(duì)濕度時(shí)使用約7.2M NaOH，可消除水損失。

常規(guī)的洗滌塔可充滿整裝填料(structured packing)，并且采用與通過(guò)所述整裝填料的液體排出相對(duì)流的氣流。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)了一種二氧化碳捕獲設(shè)施，其包括形成板的填料，和至少一個(gè)液體源。所述板有相對(duì)的主表面，所述相對(duì)的主表面至少部分透風(fēng)以使風(fēng)能流過(guò)所述填料。所述至少一個(gè)液體源定向成引導(dǎo)二氧化碳吸收劑液體進(jìn)入所述填料以便流過(guò)所述板。所述板安置在風(fēng)流(wind flow)中，該風(fēng)流和所述相對(duì)的主表面之一具有非零入射角。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種二氧化碳捕獲方法。將二氧化碳吸收液在連續(xù)脈沖中施加入填料中。使含有二氧化碳的氣體流過(guò)填料，從而所述氣體中的二氧化碳至少部分吸收入二氧化碳吸收液。所述氣體可以連續(xù)地流動(dòng)，即使在液體間歇性流動(dòng)時(shí)。在一些實(shí)施方式中，所述液體和氣體采取彼此錯(cuò)流(cross-flow)的幾何結(jié)構(gòu)流動(dòng)。對(duì)于本說(shuō)明書(shū)，“錯(cuò)流”是指氣體流動(dòng)的方向相對(duì)于液體流動(dòng)的方向正交或垂直。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種二氧化碳捕獲方法。二氧化碳吸收液采取平均液流方向(mean liquid flow direction)流過(guò)填料。使含二氧化碳的氣體與平均液流方向傾斜或垂直地流過(guò)填料，從而該氣體中的二氧化碳至少部分吸收入二氧化碳吸收液。