[发明专利]碳捕获和封存的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请请求申请日为2008年10月8日提交的申请号为12/247902的美国专利申请的优先权，这些在先申请的全部内容以引文方式并入本专利申请。

技术领域

本发明涉及碳捕获和封存的系统和方法。

背景技术

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CO₂的方法。这些方法可以包括将CO₂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CO₂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CO₂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CO₂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CO₂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CO₂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CO₂的量消耗都非常高。

其他捕获CO₂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CO₂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CO₂捕获方法是使CO₂(或由水和CO₂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CO₂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CO₂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CO₂。从如此大量的环境空气中除去极少量的CO₂不如从废气等气流中捕获和封存大量的CO₂可行且富有成效，其中在废气中的CO₂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CO₂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CO₂的碳捕获和封存系统的需求。

发明内容