專利名稱：從氣體混合物中提取氣體組分的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及氣體組分提取，并且更具體地，涉及從氣體混合物中提取氣體組分的方法。
背景技術(shù)：
從空氣中大量地提取氣體，如二氧化碳或氧化氮，需要處理大量的空氣。產(chǎn)生大量空氣的連續(xù)運(yùn)動(dòng)通常需要通過使用風(fēng)扇輸入大量的能量。鼓風(fēng)能夠移動(dòng)大量的空氣，但很少是連續(xù)的，因此不能提供氣體捕獲設(shè)備的最佳使用。為此，需要空氣連續(xù)流動(dòng)。通過利用煙囪效應(yīng)(chimney effect)蒸發(fā)水分引起空氣流動(dòng)在專利申請(qǐng)W02010/032049中進(jìn)行描述。在此過程中，處于其常規(guī)形式的水噴灑在煙 頂部使得水蒸發(fā)。這使空氣冷卻并且由于堆積效應(yīng)(stack effect)以及通過降水夾帶空氣,使空氣沿著塔向下移動(dòng)。能夠以這種方式引起大流量的緩慢移動(dòng)的空氣。當(dāng)水蒸發(fā)時(shí)，這個(gè)過程通常由溫度、表面積和空氣濕度控制。在流動(dòng)的空氣流中，濕度限定了可以進(jìn)一步蒸發(fā)的水量。升高的溫度增加了蒸發(fā)速率以及能夠加入到空氣中的濕氣量。然而，提高大流量空氣的溫度，需要低能量過程中不可行的顯著能量輸入。這使得表面積成為可以對(duì)其進(jìn)行有效控制的唯一參數(shù)。理想地，為了將能源使用降至最低，液滴大小需要盡可能小，從而產(chǎn)生最大的表面積相對(duì)于體積的比率。以此方式，消耗較少的能量泵送水以產(chǎn)生最大的表面積。然而，產(chǎn)生越來越細(xì)小的液滴具有實(shí)際的限制，并在大多數(shù)情況下，當(dāng)更細(xì)小的液滴產(chǎn)生時(shí)需要增加的能量使用。噴嘴堵塞和聚結(jié)也是顯著的問題。因此，將水噴霧用于蒸發(fā)是指除非煙 高度非常高，否則泵送的大多數(shù)水將不會(huì)蒸發(fā)。非常高的煙囪建造昂貴并且通常并不實(shí)用。氣泡提供了減少泵送水以產(chǎn)生用于蒸發(fā)的較大表面積所消耗的能量的有效方法。氣泡具有自組裝結(jié)構(gòu)，這會(huì)自然地自我限制氣泡壁厚度。同樣地氣泡為空氣提供兩個(gè)表面，這使有用的表面積加倍。形成氣泡的能量非常小。如果存在足夠的發(fā)泡劑則易于形成氣泡而具有非常大的表面積相對(duì)于體積的比率。水體積相對(duì)于表面積的比率并不受氣泡尺寸的影響。氣泡厚度可以不同，但是限制于最大厚度。氣泡通常由較厚的壁開始產(chǎn)生，當(dāng)水從氣泡表面蒸發(fā)時(shí)這些較厚的壁不斷地變薄，直到壁厚度減少到爆破點(diǎn)。當(dāng)氣泡破裂時(shí)，形成細(xì)顆粒的水，這進(jìn)一步有助于蒸發(fā)。雖然氣泡大小對(duì)水體積相對(duì)于表面積的比率沒有影響，氣泡尺寸確實(shí)會(huì)影響可以填充到給定空間內(nèi)的氣泡量:氣泡越小，每立方米空氣的表面積相對(duì)于水體積的比率越大。出于這個(gè)原因，降低氣泡尺寸通常是有用的。理想地，氣泡需要足夠小使得它們不會(huì)過度地互相碰撞并粘在一起，這降低表面積，但同時(shí)并不小到使得氣泡內(nèi)部的空氣如此降低使得很少發(fā)生蒸發(fā)并且浪費(fèi)雙重表面。同樣地，氣泡需要與盡可能多的空氣塔(空氣柱)相互作用從而實(shí)現(xiàn)飽和濕度。這可以通過橫過塔頂部噴灑形成氣泡使得下降的氣泡能夠與進(jìn)入空氣的所有部分混合來輔助。典型應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例是具有一個(gè)煙囪，其中橫過塔橫截面朝向塔頂部均勻地產(chǎn)生適當(dāng)大小的氣泡使得通過的風(fēng)不會(huì)抽出所產(chǎn)生的氣泡。氣泡下降而水從已經(jīng)產(chǎn)生的較大表面積中蒸發(fā)。通過蒸發(fā)將空氣冷卻。朝向塔的底部，大部分氣泡壁足夠薄，使得氣泡爆裂。剩余的氣泡和破碎的氣泡碎片下降至塔底部。大部分落入水貯槽中。有些氣泡和碎片被夾帶在空氣中，離開空氣煙囪?？諝饬鳈M過一系列尖銳點(diǎn)從而破壞剩余的氣泡，然后通過漂浮物清除器用來捕獲夾帶的水顆粒。由于堆積效應(yīng)(stack effect)在煙囪內(nèi)冷卻后的空氣產(chǎn)生向下下降的空氣流。氣泡提供的表面積相對(duì)于體積比率的高比率是指泵送的全部水的非常高的百分?jǐn)?shù)被直接地蒸發(fā)。在煙 內(nèi)使用下降的氣泡對(duì)于較低的能量輸入產(chǎn)生較大體積的冷卻空氣。在誘導(dǎo)流動(dòng)泡罩塔的大多數(shù)應(yīng)用中，在塔底部誘導(dǎo)的氣流將進(jìn)行90°的重新定向使得破碎的氣泡顆粒能夠落入貯槽中而空氣水平地離開。對(duì)于由隨后能夠通過一系列吸附劑的噴霧、填充包裝、或氣泡從所述空氣中捕獲或分解所希望氣體的所產(chǎn)生的空氣流中進(jìn)行氣體捕獲而言這是理想的。所描述的誘導(dǎo)流動(dòng)泡罩塔具有延伸超過從氣體流中選擇性捕獲氣體的應(yīng)用。下降泡罩塔提供了非常低的能量蒸發(fā)水的手段。這可用于例如污水濃縮或產(chǎn)生冷卻空氣流的應(yīng)用中。所描述的方法使用了足夠低的能量使得其能夠用于通過增加該區(qū)域空氣的濕度并降低大量空氣的溫度而改變局部或區(qū)域的水循環(huán)。這些效應(yīng)將取決于局部地理，天氣條件和水蒸發(fā)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明方法可以用于蒸發(fā)水，濃縮溶于所述水中的物質(zhì)，和/或供給相對(duì)于濕度飽和的空氣。

如在專利申請(qǐng)W02010/032049中概述的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以下反應(yīng)序列對(duì)于從空氣中捕獲二氧化碳特別有用: 1) CaSO4.2H20 — CaS04+2H20(石膏)(硫酸鈣)(水)3.91g — 3.09g+0.82g2) NH3+H20 — NH4OH(氨)(水)(氫氧化銨)0.77g+0.82g — 1.59g3) CaSO4 + CO2 + 2NH40H — CaC03+H20+ (NH4) 2S04(硫酸鈣)(二氧化碳)(氫氧化銨)(碳酸鈣)(水)(硫酸銨)3.09g+lg+l.59g2.27g+0.41g+3.0Og通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果提高懸浮石膏和氨的水平，反應(yīng)3能夠進(jìn)行優(yōu)化以捕獲更高百分?jǐn)?shù)的給定空氣流量。氨和氫氧化銨是堿，并且氨濃度越大，PH值越高?？傮w上，氨/氫氧化銨的水平越高，碳捕獲率越大。然而，更高的氨濃度意味著氨的蒸氣壓越大。這就意味著隨著工作吸附劑的PH值升高氨氣逐漸逸出溶液。這并非所希望的。由以下的討論，可以清楚如何通過本發(fā)明解決與已知結(jié)構(gòu)和技術(shù)相關(guān)的上述缺陷，同時(shí)提供迄今為止還未考慮或有可能采用已知結(jié)構(gòu)的大量額外優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了從氣體混合物中提取氣體組分的方法，所述方法包括以下步驟:提供氣體混合物；將所述氣體混合物通過吸附劑介質(zhì)，由此選擇性地提取所述組分；并且再循環(huán)所述吸附劑介質(zhì)；其中所述吸附劑介質(zhì)包括濃度梯度。這種吸附劑介質(zhì)可以包括石膏、氨和水中至少一種。在至少一些實(shí)施方式中，這可以防止吸附劑物質(zhì)如氨蒸氣從本過程中溢出。濃度梯度也同樣容許用戶管理介質(zhì)如水蒸汽。在至少一些實(shí)施方式中，這可以容許用戶提高所產(chǎn)生的碳酸鈣例如相對(duì)于石膏反應(yīng)物的比率。另外，例如，這也能夠濃縮硫酸銨溶液。本方法可以包括由所述氣體混合物形成氣泡并使其沿著塔垂直地通過的步驟。所述氣體混合物流可以在所述塔的末端進(jìn)行約90°的重新定向。在實(shí)施方式中，誘導(dǎo)流煙囪可以用于產(chǎn)生空氣/氣體混合物流并隨后使本方法的碳/氣體組分捕獲部分沿著地面離開。例如，本方法的碳捕獲部分可以長達(dá)26米。在這種情況下，塔可以不必是垂直的。同樣地，在一些實(shí)施方式中，可能更希望的是操作連接的捕獲對(duì)來管理處于其中塔并未完全垂直的配置中的氨蒸汽。然而，必須牢記的是，當(dāng)誘導(dǎo)的空氣流塔垂直從而使堆疊效應(yīng)(stack effect)最有效地工作時(shí)可以實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)果。例如，在水平配置中采取連接對(duì)捕獲碳可能是唯一可行的。所述氣體混合物流可以基本上垂直于與其接觸的所述吸附劑介質(zhì)流。這樣的布置可能是令人希望的，因?yàn)檫@會(huì)產(chǎn)生連接的捕獲部分的更簡單的布置。還有其他替代方案，但是它們可能更復(fù)雜并且建造昂貴，這是不受歡迎的成本。在這種布置中，有可能建造基本上具有填充包裝壁安裝于其中的管?？蛇x地，這有可能具有一系列的迷你塔(mini tower)，其中空氣沿著一個(gè)塔向上流動(dòng)，然后可能會(huì)被重定向，隨后進(jìn)入另一個(gè)塔并再次上升。然而，這樣的布置可能建造更加昂貴并且運(yùn)行更復(fù)雜。潛在地，這還可以使用更多的能量。本方法可以包括使用發(fā)泡劑來誘使氣泡形成的步驟。所述氣體組分可以包括二氧化碳、氧化氮、氨、甲烷和水蒸汽中至少一種。所述氣體混合物可以包括空氣。所述空氣可以富含由燃燒或另外的工業(yè)過程產(chǎn)生的氣體。所述吸附劑介質(zhì)可以處于噴霧劑、填充包裝、氣泡的溶液或聚結(jié)體的形式。氣泡是特別有利的，因?yàn)樗鼈冃枰^低的能量來形成。它們具有相對(duì)于液體體積巨大的表面積，這意味著泵送流體量用于最佳優(yōu)點(diǎn)。氣泡對(duì)于非常低的能量可以產(chǎn)生巨大的表面積。與其他吸附劑介質(zhì)形式相比，氣泡提供了產(chǎn)生大表面積的非常低資本成本的方法。同樣地，與提供顯著更多風(fēng)阻力的其他吸附劑介質(zhì)形式相比，氣泡產(chǎn)生較低的反壓(back pressure)。本方法可以包括使用硫酸來洗滌氨蒸氣的步驟。采用捕獲和釋放對(duì)在離開之前從所述氣體混合物中完全除去氨蒸氣的成本可以通過結(jié)合除去低水平氨蒸氣的硫酸洗滌步驟而降低。添加最終酸洗滌器降低了控制氨蒸氣的能量和資本成本。如果使用以下在反應(yīng)3中概述的碳捕獲反應(yīng)，在最終的酸洗滌器中使用硫酸作為酸是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楫a(chǎn)生硫酸銨，它是由反應(yīng)3產(chǎn)生的產(chǎn)物之一。
所述氣體組分的提取可以用于其捕獲和/或分解。這可以使用以上所述的方法，根據(jù)以下反應(yīng)從空氣中提取二氧化碳:I) CaSO4.2H20 — CaS04+2H202) NH3+H20 — NH4OH3) CaS04+C02+2NH40H — CaC03+H20+ (NH4) 2S04根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，涵蓋了使用水冷卻空氣的方法，包括以下步驟:產(chǎn)生水氣泡；提供在其頂端開放的塔；將水氣泡在其頂端進(jìn)料到所述塔中；容許氣泡下沉和蒸發(fā)，由此產(chǎn)生冷卻空氣并且產(chǎn)生向下的空氣流。在至少一些實(shí)施方式中，通過使用氣泡，如果煙囪造得足夠高，并且有可能地，如果沒有淋降(這使得空氣具有100%濕度)，實(shí)際上所有泵送的水都會(huì)被蒸發(fā)。這使得本方法成為產(chǎn)生非常大的空氣流量的顯著地較低的能量成本方法。氣泡提供了能夠產(chǎn)生較大表面積且不會(huì)產(chǎn)生顯著空氣阻力并且不需要高能量輸入的優(yōu)點(diǎn)。以此方式使用氣泡可以產(chǎn)生與常規(guī)方法相比較需要低高達(dá)約1000倍的能量來產(chǎn)生冷卻空氣并且誘導(dǎo)空氣流。所述水可以是淡水，鹽水或來自雜質(zhì)污染的污水。根據(jù)本發(fā)明另外的方面，設(shè)計(jì)了從氣體混合物中提取氣體組分的裝置，包含相互流體連通的至少一對(duì)吸附劑部分，和儲(chǔ)存用于提取所述氣體組分的吸附劑介質(zhì)的裝置，所述吸附劑部分能夠通過流體連通可操作地再循環(huán)吸附劑介質(zhì)，其中所述至少一對(duì)吸附劑部分產(chǎn)生所述吸附劑介質(zhì)的濃度梯度。所述裝置可以用于捕獲和/或分解氣體混合物的氣體組分。所述裝置可以包含另外的氣體組分提取部分。所述氣體組分提取部分可以位于至少一對(duì)吸附劑部分之間。當(dāng)然，應(yīng)該理解的是，在系列對(duì)的吸附劑部分中，所有這些對(duì)可以捕獲氣體組分，例如，CO2或其他氣體，但是當(dāng)你遠(yuǎn)離該過程級(jí)聯(lián)中心時(shí)(因?yàn)檫@具有最佳條件)，它們以降低的效率來完成。有可能配置這種級(jí)聯(lián)為僅具有捕獲對(duì)，但是通過這樣做，你能夠具有其中氨濃度更高并且提供給你更高的捕獲速率的部分。本方法可以看作是自精煉方法。因此能夠以有效方式(例如，白堊)來管理產(chǎn)物濃度。氣泡提供了比已知方法更大程度地管理介質(zhì)濃度的方式。所述氣體組分提取部分和/或所述至少一對(duì)吸附劑部分可以是容器和/或塔。所述裝置可以包含將所述氣體混合物進(jìn)料至所述至少一對(duì)吸附劑部分的裝置。所述進(jìn)料裝置可以配置成在基本上垂直于吸附劑介質(zhì)流的方向上進(jìn)料所述氣體混合物。所述部分可以包含用于接收吸附劑介質(zhì)的貯槽。所述吸附劑部分對(duì)之一的所述貯槽可以與所述吸附劑部分對(duì)的另一個(gè)的頂部流體連通。所述裝置可以適宜于包含石膏、氨和水中至少一種的吸附劑介質(zhì)。所述裝置可以包含由所述氣體混合物形成氣泡的裝置，以及用于使所述氣泡通過其中的塔。所述塔的端部能夠可操作地將所述氣體混合物流重新定向約90°。所述裝置可以適宜于包括二氧化碳、氧化氮、氨、甲烷和水蒸汽中至少一種的氣體組分。所述氣體混合物可以包括空氣。所述空氣可以富含由燃燒或另外的工業(yè)過程產(chǎn)生的氣體。所述裝置可以適宜于處于噴霧劑、填充包裝、氣泡的溶液或聚結(jié)體形式的吸附劑介質(zhì)。所述裝置可以包含遞送流體和固體橫過填充包裝吸附劑介質(zhì)的轉(zhuǎn)臂撒布機(jī)。如果使用填充包裝產(chǎn)生較大表面積，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用轉(zhuǎn)臂水撒布機(jī)來橫過填充包裝頂部分配流體是有益的。轉(zhuǎn)臂撒布機(jī)已經(jīng)廣泛用于將水撒布在冷卻塔中并且在污水行業(yè)中使用多年。它們代表了撒布水的低能量方法。這是有用的，但是旋轉(zhuǎn)撒布機(jī)對(duì)于捕獲碳具有另外特別有用的優(yōu)點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)撒布機(jī)并不會(huì)同時(shí)向填充包裝的所有部分連續(xù)地遞送流體。通過氣體分子擴(kuò)散進(jìn)入液體表面的速率來限制碳捕獲或氣體吸附過程。這相對(duì)較慢地發(fā)生。遞送至填充包裝表面的流體和物質(zhì)在它們被遞送到填充包裝表面上之后并不會(huì)立即從填充包裝跌落并且繼續(xù)產(chǎn)生薄膜持續(xù)一定時(shí)間。這意味著用于產(chǎn)生薄膜的流體并不需要連續(xù)加入。旋轉(zhuǎn)撒布機(jī)在這種應(yīng)用中是獨(dú)特地有用設(shè)備，其周期性地更新橫過填充包裝的流體同時(shí)還低能量地遞送流體至填充包裝的表面。這意味著較少的反應(yīng)物和流體必須遞送橫過填充包裝以捕獲給定量的碳。減少泵送是指與連續(xù)泵送流體橫過填充包裝頂部相比較需要更少的能量，這是一個(gè)顯著且有用的優(yōu)點(diǎn)。撒布機(jī)的旋轉(zhuǎn)速率直接地與流體更新速率的速率相關(guān)。調(diào)節(jié)這個(gè)速率是指能夠優(yōu)化泵送能量以遞送最低能量輸入。根據(jù)又另一個(gè)方面，本發(fā)明囊括了如本文中所述的裝置在本文中所述的方法中的用途。


現(xiàn)在根據(jù)附圖更具體地僅作為舉例說明本發(fā)明，其中:圖1是從氣體混合物中提取氣體組分的裝置的示意圖，所述裝置根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式形成。
具體實(shí)施例方式圖1的特征和方法的簡單概述如下；進(jìn)入空氣或氣體流標(biāo)識(shí)為I。第一單元101的再循環(huán)泵2將溶液進(jìn)料至第三單元303的頂部。第二單元202包含再循環(huán)泵16。第三單元303的再循環(huán)泵3將溶液進(jìn)料至第一單元101的頂部。流體在第一單元101的填充包裝17上以薄膜形式向下滴流?？諝庖韵鄬?duì)于下落流體90°角通過。填充包裝4和5具有相同的配置但是分別處于第二和第三單元(202和303)中。第一單元101包含錐形罐6用于收集從填充包裝17落下的下落流體。第二和第三單元202和303分別包含貯槽7和8。流體分配系統(tǒng)12將流體均勻地撒布橫過填充包裝17、4和5的頂部。指示的13，是空氣或其中混有來自發(fā)生于填充包裝17的汽提過程的氨的氣體。指示的14，是空氣或具有從第二單元202中高濃度氨中蒸發(fā)的另外氨氣的氣體。指示的15，是空氣或由于氨吸附到填充包裝5中溶液中具有相對(duì)于14降低氨濃度的氣體?，F(xiàn)在更詳細(xì)地參考圖1，在該系統(tǒng)/設(shè)備中，氣體混合物(空氣)1進(jìn)入第一單元(部分)101，其中氨蒸氣從落下的流體溶液中釋放出來。該空氣13隨后遞送至第二單元202，在此單元中發(fā)生碳捕獲。來自吸附劑系統(tǒng)的高濃度氨意味著氨蒸氣不可避免地加入到空氣13中。該空氣14隨后傳遞至第三單元303。下落通過第三單元303的泵送液體從第一單元101的貯槽6供給。該溶液氨含量低，氨釋放到第一單元101中的空氣I中。低氨溶液在第三單元303中噴霧并且從通過第三單元303的空氣14中吸收氨。離開第三單元303的空氣15具有減少的氨蒸氣。在第三單元303的貯槽8中的液體具有增加的氨濃度并且隨后被傳遞至第一單元101的頂部，在此隨著其下落通過第一單元101釋放了其過量的氨。以此方式，維持了第三單元303中的氨吸收和第一單元101中的釋放的平衡。單對(duì)的氨捕獲和釋放單元將不足以包含商業(yè)系統(tǒng)中所有的氨蒸氣。所需吸收對(duì)的數(shù)量取決于操作中央捕獲塔的PH值、空氣溫度和相對(duì)于吸收表面積的空氣速率。溫度對(duì)此具有特殊的意義。在較冷的條件下，氨蒸氣較少而在溫暖的條件下，氨蒸氣更多。任何商業(yè)碳捕集系統(tǒng)需要為該年最熱部分進(jìn)行計(jì)劃。這可以通過確保針對(duì)有可能的最熱天存在足夠?qū)Φ牟东@和釋放單元或通過降低工作氨濃度來降低過熱天對(duì)氨捕獲的需求的計(jì)劃而完成。由于通過本方法(反應(yīng)3)連續(xù)地消耗氨，有可能調(diào)節(jié)氨濃度。采用捕獲和釋放對(duì)在離開之前從所述氣體混合物中完全除去氨蒸氣的成本可以通過結(jié)合除去低水平氨蒸氣的硫酸洗滌步驟來降低。添加最終酸洗滌器降低了控制氨蒸氣的能量和資本成本。如果使用在反應(yīng)3中概述的碳捕獲反應(yīng)，在最終酸洗滌器中使用硫酸作為酸是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楫a(chǎn)生硫酸銨，它是由反應(yīng)3產(chǎn)生的產(chǎn)物之一。如果用于捕獲的吸附劑溶液的pH為10.2 (對(duì)于該測(cè)試空氣溫度為28°C)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)單對(duì)捕獲和釋放單元能夠控制過量氨蒸氣并不會(huì)產(chǎn)生氣味。氨捕獲的過程通過不同捕獲單元的pH差異可見。記錄pH的穩(wěn)定狀態(tài)為:第一單元(氨釋放單元):9.5第二單元(碳捕獲單元):10.22第三單元(氨捕獲單元):9.65在每個(gè)單元中，流體橫過填充包裝的頂部噴霧從而產(chǎn)生具有較大的表面積相對(duì)于體積比率的溶液的下落薄膜。這種流體與水平地移動(dòng)通過填充包裝17，4和5孔的空氣1，13，14和15相互作用。存在替代方法用于產(chǎn)生針對(duì)良好氣體相互作用的較大的表面積相對(duì)于體積比率，如水的細(xì)小噴霧或溶液氣泡。所描述的方法不排除產(chǎn)生吸附劑/溶劑的較大表面積相對(duì)于體積比率的任何一種方法。這有可能使用含有硫酸銨和沉淀白堊的內(nèi)部單元的填充包裝的混合物，以及通過加入發(fā)泡劑產(chǎn)生的氣泡來完全地吸收和釋放外部單元中的氨蒸氣。這種配置避免了發(fā)泡劑污染所產(chǎn)生的硫酸銨溶液并且因?yàn)樾枰俚奶畛浒b，建造更便宜。在使用氣泡和發(fā)泡劑之前在這些單元的外部對(duì)101和303中將硫酸銨和沉淀的碳酸鈣除去。為了防止水顆粒和發(fā)泡劑的漂浮，將漂浮物清除器安裝于使用氣泡的單元和基于填充包裝的單元之間。在其中并未將硫酸銨與發(fā)泡劑的混合視為一個(gè)問題的情況下，在整個(gè)過程中能夠使用氣泡并且避免填充包裝。由于不需要填充包裝，該實(shí)施方式具有低資本建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn)。吸附劑溶液包含于第二單元202 (氣體組分提取部分)中。利用反應(yīng)3從氣體流中捕獲CO2的有用吸附劑溶液是懸浮的粉碎粉狀石膏、氨和水的混合物。當(dāng)該混合物與來自空氣的二氧化碳反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生了沉淀的碳酸鈣和硫酸銨(其是高度可溶的)，這就產(chǎn)生硫酸銨的稀溶液和石膏和白堊混合物。該混合物連續(xù)地再循環(huán)從而提高硫酸銨的濃度并且提高白堊的濃度。吸附劑從過程中心的主捕獲單元202轉(zhuǎn)移至氨捕獲單元101和直接地緊接著它的單元303的對(duì)。在氨捕獲和釋放單元中，發(fā)生碳捕獲，這增加白堊相對(duì)于石膏的比率。然后來自第一對(duì)的氨捕獲和釋放單元的吸附劑通過這些對(duì)的氨捕獲和釋放單元向外逐步移動(dòng)。在外部對(duì)的單元中，除去高純度白堊和高濃度硫酸銨溶液。這種布置是特別有利的，因?yàn)檫@通常會(huì)避免通過差別沉降級(jí)聯(lián)從輸入石膏中分離所產(chǎn)生的白堊的需要。當(dāng)石膏/白堊混合物移動(dòng)通過該過程時(shí)通過反應(yīng)3逐漸降低石膏濃度，直至當(dāng)純化的白堊除去之處石膏污染水平較低。所描述的系統(tǒng)是指當(dāng)你朝向中心單元202 (其中它處于最大值)移動(dòng)時(shí)氨濃度升高。當(dāng)你從中心捕獲單元202向外移動(dòng)時(shí)碳捕獲率(這依賴于氨濃度)降低。當(dāng)你朝向外部對(duì)的單元向外移動(dòng)時(shí)硫酸銨濃度升高。同樣地當(dāng)你從中心向外移動(dòng)時(shí)白堊混合物的純度升高。濃度梯度具有另外有用的性質(zhì)，水蒸汽控制。高濃度鹽溶液傾向于與大氣中的水分達(dá)到平衡使得在足夠的濃度下，它們從空氣中吸收水分。以此方式，全規(guī)模過程(full sizeprocess)將蒸發(fā)很少至沒有淡水，因?yàn)橥獠繉?duì)的單元將終止產(chǎn)生硫酸銨溶液，所述硫酸銨溶液具有與空氣平衡的水蒸汽壓力。以此方式，除了當(dāng)提取硫酸銨溶液時(shí)補(bǔ)充所去除的水以及平衡少量的漂浮物損失之外很少需要向該過程中加入淡水。如果氫氧化銨溶液供給至中心碳捕獲單元202時(shí)確實(shí)會(huì)發(fā)生少量水蒸發(fā)。如果使用所描述的誘導(dǎo)流動(dòng)泡罩塔，然后飽和的潮濕空氣通過碳捕獲單元的連續(xù)過程。實(shí)質(zhì)上，水蒸汽將不會(huì)從系列捕獲單元中損失，因?yàn)檫M(jìn)入這些單元的空氣都將會(huì)被水蒸汽飽和。因此，在整個(gè)系列的碳捕獲單元中水含量將保持恒定并且與如果可能發(fā)生水蒸發(fā)相比較硫酸銨可以濃縮至更低的濃度。此外，濃縮硫酸銨用于產(chǎn)生飽和溶液將需要水蒸發(fā)。這能夠在捕獲過程之外完成。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是具有誘導(dǎo)流動(dòng)泡罩塔，所述誘導(dǎo)流動(dòng)泡罩塔向使二氧化碳捕獲最大化的系列捕獲單元供給空氣流并且完全包含給方法中所用的氨蒸氣。從外部對(duì)的捕獲塔中去除濃縮的硫酸銨和高純度的沉淀碳酸鈣。僅從誘導(dǎo)流動(dòng)泡罩塔蒸發(fā)水，所述誘導(dǎo)流動(dòng)泡罩塔能夠使用淡水，污水、半咸水或鹽水作為供應(yīng)源。所述布置能夠與其他化學(xué)反應(yīng)一起使用。許多變化對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的用戶是清楚的并且對(duì)此要求優(yōu)先權(quán)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種方法，其中從頂部和底部都開放的塔中的氣泡中蒸發(fā)水，使得由于蒸發(fā)將空氣冷卻，并且由于堆疊效應(yīng)(stack effect)產(chǎn)生向下的空氣流，并且所用的水是淡水，鹽水或來自雜質(zhì)污染的污水。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了從移動(dòng)空氣中的氣泡中蒸發(fā)水從而產(chǎn)生蒸發(fā)水和/或濃縮溶于所述水中的物質(zhì)和/或供給相對(duì)于濕度飽和的空氣的低能量過程的方法。根據(jù)本發(fā)明的另外的方面，提供了使用系列成對(duì)的部分的方法，其中下落至一個(gè)部分的底部的流體被遞送至相對(duì)部分的頂部用來吸收或釋放氨或水蒸汽，并且連接這些成對(duì)部分使得流體和固體能夠從結(jié)合的部分對(duì)中心向外逐漸移動(dòng)。在實(shí)施方式中，以上方法可以如此使得反應(yīng)物進(jìn)料至成對(duì)部分的進(jìn)行部分(progression)的中心,并且從外部連接對(duì)中移除純化的反應(yīng)產(chǎn)物。在這些實(shí)施方式中，以上方法可以用于捕獲二氧化碳、氮氧化物和甲烷氣體。在這些實(shí)施方式中，以上方法可以操作富含由燃燒或另外的工業(yè)過程產(chǎn)生的氣體的空氣。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了轉(zhuǎn)臂撒布機(jī)遞送流體和固體橫過填充包裝部分的用途，所述填充包裝部分用于捕獲二氧化碳和/或管理氨和水蒸汽。根據(jù)本發(fā)明又其他方面，提供了將反應(yīng)物溶解/懸浮在用于補(bǔ)充氣體流中的氣泡的流體中用于捕獲或釋放所述氣體流中的氣體。在這些實(shí)施方式中，以上方法可以使得其用于:-捕獲二氧化碳-捕獲和釋放氨-捕獲和釋放水蒸汽。
權(quán)利要求
1.一種從氣體混合物中提取氣體組分的方法，所述方法包括以下步驟: 提供氣體混合物； 將所述氣體混合物通過吸附劑介質(zhì)，由此選擇性地提取所述組分；以及 再循環(huán)所述吸附劑介質(zhì)； 其中所述吸附劑介質(zhì)包括濃度梯度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方 法，其中所述吸附劑介質(zhì)包含石膏、氨和水中至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，包括由所述氣體混合物形成氣泡以及使所述氣泡沿著塔垂直地通過的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述氣體混合物流在所述塔的末端進(jìn)行約90°的重新定向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氣體混合物流基本上垂直于與其接觸的所述吸附劑介質(zhì)流。
6.根據(jù)權(quán)利要求3 5中任一項(xiàng)所述的方法，包括使用發(fā)泡劑誘使氣泡形成的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氣體組分包括二氧化碳、氧化氮、氨、甲烷和水蒸汽中至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氣體混合物包括空氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述空氣富含由燃燒或另外的工業(yè)過程產(chǎn)生的氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述吸附劑介質(zhì)處于噴霧劑、填充包裝、氣泡的溶液或聚集體的形式。
11.根據(jù)權(quán)利要求1 10中任一項(xiàng)所述的方法，包括使用硫酸洗滌氨蒸汽的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氣體組分的提取用于其捕獲和/或分解。
13.根據(jù)權(quán)利要求1 12中任一項(xiàng)所述的方法，其中根據(jù)以下反應(yīng)從空氣中提取二氧化碳:1)CaSO4 2H20 — CaS04+2H202)NH3+H20 — NH4OH3)CaS04+C02+2NH40H — CaC03+H20+(NH4) 2S04。
14.一種使用水冷卻空氣的方法，包括以下步驟: 產(chǎn)生水氣泡； 提供在其頂端開放的塔； 將所述水氣泡在塔頂端進(jìn)料至所述塔中； 允許所述氣泡下沉和蒸發(fā)，由此產(chǎn)生冷卻空氣并且產(chǎn)生向下的空氣流。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述水是淡水，鹽水，或來自雜質(zhì)污染的污水。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，用于蒸發(fā)水，濃縮溶于所述水中的物質(zhì)，和/或供給相對(duì)于濕度飽和的空氣。
17.一種從氣體混合物中提取氣體組分的裝置，包括至少一對(duì)彼此流體連通的吸附劑部分，以及儲(chǔ)存用于提取所述氣體組分的吸附劑介質(zhì)的裝置，所述吸附劑部分可以通過流體連通操作地再循環(huán)吸附劑介質(zhì)，其中所述至少一對(duì)吸附劑部分實(shí)現(xiàn)所述吸附劑介質(zhì)的濃度梯度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述裝置用于捕獲和/或分解氣體混合物的氣體組分。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或權(quán)利要求18所述的裝置，包含另外的氣體組分提取部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述氣體組分提取部分位于所述至少一對(duì)吸附劑部分之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述氣體組分提取部分和/或所述至少一對(duì)吸附劑部分是容器和/或塔。
22.根據(jù)權(quán)利要求17 21中任一項(xiàng)所述的裝置，包含將所述氣體混合物進(jìn)料至所述至少一對(duì)吸附劑部分的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述進(jìn)料裝置配置成在基本上垂直于所述吸附劑介質(zhì)流的方向上進(jìn)料所述氣體混合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求17 23中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述部分包含用于接收吸附劑介質(zhì)的貯槽。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述對(duì)的吸附劑部分之一的貯槽與所述對(duì)的吸附劑部分的另一個(gè)的頂部流體連通。
26.根據(jù)權(quán)利要求17 25中任一項(xiàng)所述的裝置，適宜于包含石膏、氨和水中至少一種的吸附劑介質(zhì)。
27.根據(jù)權(quán)利要求17 26中任一項(xiàng)所述的裝置，包含由所述氣體混合物形成氣泡的裝置，以及將所述氣泡通過其中的塔。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述塔的端部可操作從而使所述氣體混合物流重新定向約90°。
29.根據(jù)權(quán)利要求17 28中任一項(xiàng)所述的裝置，適宜于包括二氧化碳、氧化氮、氨、甲烷和水蒸汽中至少一種的氣體組分。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述氣體混合物包括空氣。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其中所述空氣富含由燃燒或另外的工業(yè)過程產(chǎn)生的氣體。
32.根據(jù)權(quán)利要求17 31中任一項(xiàng)所述的裝置，適宜于處于噴霧劑、填充包裝、氣泡的溶液或聚結(jié)體形式的吸附劑介質(zhì)。
33.根據(jù)權(quán)利要求17 32中任一項(xiàng)所述的裝置，包含用于遞送流體和固體穿過填充包裝吸附劑介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)臂撒布機(jī)。
34.根據(jù)權(quán)利要求17 33中任一項(xiàng)所述的裝置在根據(jù)權(quán)利要求1 13中任一項(xiàng)所述的方法中的用途。
35.一種基本上如在 本文中參照附圖所述以及如附圖所示從氣體混合物中提取氣體組分的方法。
36.一種基本上如在本文中參照附圖所述以及如附圖所示使用水冷卻空氣的方法。
37.一種基本上如在本文中參照附圖所述以及如附圖所示從氣體混合物中提取氣體組分的裝置。
38.基本上如在本文中參照附圖所述以及如附圖所示的所述裝置的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及從氣體混合物中提取氣體組分的方法，所述方法包括以下步驟提供氣體混合物；將所述氣體混合物通過吸附劑介質(zhì)，由此選擇性地提取所述組分；以及再循環(huán)所述吸附劑介質(zhì)；其中所述吸附劑介質(zhì)包括濃度梯度。
文檔編號(hào)B01D53/14GK103118761SQ201180045308
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月24日
發(fā)明者戴維·塞維爾 申請(qǐng)人:碳循環(huán)有限公司