[发明专利]用于从燃煤发电厂除去二氧化碳气体的方法和设备

说明书

背景技术

按照目前的使用速度，据估计全美国的矿藏还中有大约300年的煤储备。煤是一种重要的自然资源，代表了现在在美国可用的最丰富和最有效率的能量来源。同时，煤的使用还涉及严重的环境危害和后果，包括可以引起全球变暖和其它气候变化的二氧化碳气体排放。

温室气体存在于地球的大气中并且有助于温室效应。如果没有温室效应，地球的平均温度可以降低到大约负19℃(或负2°F)，而不是现在的大约15℃(或59°F)的平均温度，由此使地球不适于居住。另一方面，随着温室气体的增加，地球可以经历相反的作用-全球变暖。

温室气体按照相对丰度的顺序包括水蒸汽、二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、和臭氧，以及其它。这些温室气体的大部分是自然存在的，但是任一种特定气体(例如，二氧化碳)增加的程度都可以由于人类活动而改变。

在现在存在于地球上的主要温室气体中，据估计水蒸汽引起总的温室效应的大约36-70％(不包括云)；二氧化碳据估计引起大约9-26％；甲烷据估计引起大约4-9％，臭氧据估计引起大约3-7％。确定由任一种气体所引起的温室效应的确切百分比是不可能的，因为各种气体的影响不是相加性的。例如，范围的上端适用于单独的一种气体，而下端适用于多种气体，包括重叠部分。其它温室气体包括但不限于一氧化二氮、六氟化硫、氢氟烃、全氟化碳和氯氟烃。

全球变暖的一个主要贡献因素被认为是由于各种人为活动和技术而被排放到地球大气中的二氧化碳气体的增加。在可以影响地球大气并由此增加全球变暖的二氧化碳排放的主要贡献因素中，最主要的七个因素列于如下(以2000-2004的贡献百分率表示)：

1.固体燃料(例如，煤)：35％

2.液体燃料(例如，汽油)：36％

3.气体燃料(例如，天然气)：20％

4.工业上和油井的燃烧气体：＜1％

5.水泥生产：3％

6.非燃料烃类：＜1％

7.未被包括在国家报表中的航运和空运的“国际性燃料仓”：4％

由于煤的效率和丰富，在具有强烈的动机来使用煤产生能量的同时，对于消除在标准燃煤发电厂中的煤燃烧所产生的二氧化碳气体到大气中的不期望的排放也有强烈的兴趣。

用于消除过度二氧化碳排放的现有技术之一包括在CO₂从烟囱中排出时将其“捕获”，其目的是要将二氧化碳储存在各种场所，包括地下储集层、海洋、岩石、消费品、化学制品或燃料。首次在20世纪70年代引入的碳捕获和储存(CCS)的想法通过利用在其中储存CO₂气体的已有地下储集层开始。在这方面，值得一提的可能是存在有已经存在并包含气体达数百万年的许多天然的CO₂储集层。此外，地下储集层中的可用储存空间(例如，耗尽的油气贮藏、煤层和含盐层)可能足够大，足以储存在剩余化石燃料贮藏中所包含的所有二氧化碳气体。

最近，前沿的科学和能量研究所强烈地提倡开发碳捕获和储存技术。例如，在2008年6月，世界上13个主要经济势力的科学研究院呼吁碳隔离(carbon sequestration)的履行为“应予最优先考虑的事”。大约在同时，国际能量协会(IEA)赞同其中碳捕获和储存形成重要组成的能源技术革命。同时，许多非主流(spin-offs)和先驱(start-ups)提供了与将CO₂储存在地下洞穴和储集层中的传统方法不同的各种“创新”观念。

例如，从用于纯化天然气的烟囱或在氨生产设施处捕获CO₂已经是持续多年的普通作法。此外，已经在北海、阿尔及利亚、和德克萨斯出现二氧化碳的注射和储存，并且在这些情况中，CO₂被注射到油气储集层中，与其他情况下使用被称为提高采收率法采油(EOR)的方法可能抽出的化石燃料相比，这样提供了能够抽出更多化石燃料的附加利益。并且，对于这些应用中的一些，通过管道或船来运输二氧化碳。