[发明专利]从气体混合物中提取气体组分

说明书

技术领域

本发明总体上涉及气体组分提取，并且更具体地，涉及从气体混合物中提取气体组分的方法。

背景技术

从空气中大量地提取气体，如二氧化碳或氧化氮，需要处理大量的空气。产生大量空气的连续运动通常需要通过使用风扇输入大量的能量。鼓风能够移动大量的空气，但很少是连续的，因此不能提供气体捕获设备的最佳使用。为此，需要空气连续流动。通过利用烟囱效应（chimney effect）蒸发水分引起空气流动在专利申请WO2010/032049中进行描述。在此过程中，处于其常规形式的水喷洒在烟囱顶部使得水蒸发。这使空气冷却并且由于堆积效应（stack effect）以及通过降水夹带空气，使空气沿着塔向下移动。能够以这种方式引起大流量的缓慢移动的空气。

当水蒸发时，这个过程通常由温度、表面积和空气湿度控制。在流动的空气流中，湿度限定了可以进一步蒸发的水量。升高的温度增加了蒸发速率以及能够加入到空气中的湿气量。然而，提高大流量空气的温度，需要低能量过程中不可行的显著能量输入。这使得表面积成为可以对其进行有效控制的唯一参数。理想地，为了将能源使用降至最低，液滴大小需要尽可能小，从而产生最大的表面积相对于体积的比率。以此方式，消耗较少的能量泵送水以产生最大的表面积。然而，产生越来越细小的液滴具有实际的限制，并在大多数情况下，当更细小的液滴产生时需要增加的能量使用。喷嘴堵塞和聚结也是显著的问题。因此，将水喷雾用于蒸发是指除非烟囱高度非常高，否则泵送的大多数水将不会蒸发。非常高的烟囱建造昂贵并且通常并不实用。

气泡提供了减少泵送水以产生用于蒸发的较大表面积所消耗的能量的有效方法。气泡具有自组装结构，这会自然地自我限制气泡壁厚度。同样地气泡为空气提供两个表面，这使有用的表面积加倍。形成气泡的能量非常小。如果存在足够的发泡剂则易于形成气泡而具有非常大的表面积相对于体积的比率。水体积相对于表面积的比率并不受气泡尺寸的影响。气泡厚度可以不同，但是限制于最大厚度。气泡通常由较厚的壁开始产生，当水从气泡表面蒸发时这些较厚的壁不断地变薄，直到壁厚度减少到爆破点。当气泡破裂时，形成细颗粒的水，这进一步有助于蒸发。

虽然气泡大小对水体积相对于表面积的比率没有影响，气泡尺寸确实会影响可以填充到给定空间内的气泡量：气泡越小，每立方米空气的表面积相对于水体积的比率越大。出于这个原因，降低气泡尺寸通常是有用的。理想地，气泡需要足够小使得它们不会过度地互相碰撞并粘在一起，这降低表面积，但同时并不小到使得气泡内部的空气如此降低使得很少发生蒸发并且浪费双重表面。同样地，气泡需要与尽可能多的空气塔（空气柱）相互作用从而实现饱和湿度。这可以通过横过塔顶部喷洒形成气泡使得下降的气泡能够与进入空气的所有部分混合来辅助。

典型应用的一个实例是具有一个烟囱，其中横过塔横截面朝向塔顶部均匀地产生适当大小的气泡使得通过的风不会抽出所产生的气泡。气泡下降而水从已经产生的较大表面积中蒸发。通过蒸发将空气冷却。朝向塔的底部，大部分气泡壁足够薄，使得气泡爆裂。剩余的气泡和破碎的气泡碎片下降至塔底部。大部分落入水贮槽中。有些气泡和碎片被夹带在空气中，离开空气烟囱。空气流横过一系列尖锐点从而破坏剩余的气泡，然后通过漂浮物清除器用来捕获夹带的水颗粒。由于堆积效应（stack effect）在烟囱内冷却后的空气产生向下下降的空气流。气泡提供的表面积相对于体积比率的高比率是指泵送的全部水的非常高的百分数被直接地蒸发。在烟囱内使用下降的气泡对于较低的能量输入产生较大体积的冷却空气。

在诱导流动泡罩塔的大多数应用中，在塔底部诱导的气流将进行90°的重新定向使得破碎的气泡颗粒能够落入贮槽中而空气水平地离开。对于由随后能够通过一系列吸附剂的喷雾、填充包装、或气泡从所述空气中捕获或分解所希望气体的所产生的空气流中进行气体捕获而言这是理想的。

所描述的诱导流动泡罩塔具有延伸超过从气体流中选择性捕获气体的应用。下降泡罩塔提供了非常低的能量蒸发水的手段。这可用于例如污水浓缩或产生冷却空气流的应用中。所描述的方法使用了足够低的能量使得其能够用于通过增加该区域空气的湿度并降低大量空气的温度而改变局部或区域的水循环。这些效应将取决于局部地理，天气条件和水蒸发量。

发明内容

本发明方法可以用于蒸发水，浓缩溶于所述水中的物质，和/或供给相对于湿度饱和的空气。

如在专利申请WO2010/032049中概述的，已经发现以下反应序列对于从空气中捕获二氧化碳特别有用：