[发明专利]具有用于捕获周围CO2的功能化离子交换膜的空气收集器

说明书

本申请为2007年3月8日递交的申请号为200780008015.0的发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明一方面涉及从空气中去除选定的气体。本发明对于从空气中提取二氧化碳(CO₂)具有特别的用途，并且本发明将结合这样的用途进行描述，当然也预期有其它的用途，包括NO_x和SO₂的其它气体的隔离(sequestration)。 

背景技术

有说服力的证据表明，在大气CO₂水平的急剧增加和地球表面温度的相应增加之间存在很强的相关性。该效应通常被称作全球变暖。在各种CO₂散发源中，存在大量的小而广泛分布的散发器，这些散发器在散发源处不可能被减轻。此外，不能完全避免大规模散发器如以碳氢化合物作为燃料的发电厂向大气排出CO₂。这些主要的散发源和其它散发源的组合导致产生大气CO₂浓度的急剧增加的速度。直到散发器在它们的散发源处被修改，都需要其它技术来捕获虽然相对较低但仍增加的大气CO₂的本底水平。正在努力进行提高减少散发的现有技术以及发展用于直接捕获周围CO₂的新型且新颖的技术。这些努力需要能控制产生的浓缩CO₂废气流的方法论，以便防止所述CO₂废气流再次被引入到大气中。 

CO₂的产生发生在诸如通过煤产生电的发电厂之类的各种工业应用以及发生在碳氢化合物的使用中，CO₂通常是在燃烧装置(例如发动机)中燃烧的燃料的主要组分。从这样的燃烧装置中排出的废气包含CO₂气体，目前CO₂被简单地释放到大气中。但是，随着对温室气体的关注增加，将不得不减少从全部散发源散发的CO₂。对于移动的散发源，最佳的选择可能是直接从空气收集CO₂而不是从汽车或飞机的移动燃烧装置中收集CO₂。从空气去除CO₂的优点是，它消除了在移动装置上贮存CO₂的需求。 

从周围空气提取的二氧化碳(CO₂)将使得采用碳基燃料和在这之后处理相关的温室气体散发成为可能。由于百万分之几的浓度含量的CO₂既无毒也无害，而仅仅通过在大气中的聚积才产生环境问题，因此将CO₂从空气中去除以便抵消在别处以及在不同时间下相等尺寸的散发是可能的。 

已经开发了多种方法和装置用于从空气中去除CO₂。在一个现有技术的方法中，采用充满被称作拉西环填料(Raschig rings)的储液罐中的诸如碱性溶液之类的吸收剂清洗空气，该拉西环填料使气体和液体的混合达到最大。CO₂与吸收剂反应并且被其捕获。对于小量的CO₂的消除，也可以采用凝胶体吸收器。虽然这些方法对去除CO₂是有效的，但是对于它们来说，为了有效地从空气去除二氧化碳，这些方法仍具有严重的缺点：空气必须在相当高的压力下被驱动通过吸收剂。对于任何技术来说，从空气中净化足够量的低浓度CO₂的最令人畏惧的挑战包括采用比初始产生CO₂的能量消耗更少的能量消耗来处理大量的空气并浓缩CO₂。在清洗过程中发生的相对高的压力损耗导致压缩空气所需能量的巨大损失。用于压缩空气的这种额外能量可以具有关于该过程中的总的二氧化碳平衡的不利的效果，因为不考虑过程中的量，用于增加空气压力所需的能量可以产生其自己的、超过所捕获的量的CO₂。 

这样的现有技术方法导致不能有效地从空气中捕获CO₂，因为这些过程使空气加热或冷却，或者大量地改变空气的压力。因此，CO₂的净损失可以被忽略，因为清洁过程可以将CO₂作为用于产生为该过程提供能量的电的副产物而导入大气中。 

发明内容