[发明专利]用于二氧化碳捕集与海洋碳封存的装置及方法

权利要求书

1.一种用于二氧化碳捕集与海洋碳封存的装置，其特征在于，包括海水碱化机构(1)、硅藻繁育系统(2)、动力组件(3)和监测组件，动力组件(3)分别与海水碱化机构(1)、硅藻繁育系统(2)和监测组件连接，海水碱化机构(1)的出水口与硅藻繁育系统(2)连接，监测组件分别与海水碱化机构(1)、硅藻繁育系统(2)连接；

所述海水碱化机构(1)包括海水碱化反应釜(4)，海水碱化反应釜(4)的底部设有粉碎叶片(5)，粉碎叶片与动力组件(3)连接，海水碱化反应釜(4)的顶部设有海水进口Ⅰ(6)、碱性矿物进口(7)和泄压口(8)，泄压口(8)处设有泄压阀，海水碱化反应釜(4)的侧壁上设有气压监测器(9)、二氧化碳分压监测器(10)、PH监测器Ⅰ(11)和溶解硅监测器(12)，海水碱化反应釜(4)的下部设有进气口(13)，海水碱化反应釜(4)侧壁的中部设有出水口Ⅰ，出水口Ⅰ通过连接管路与硅藻繁育系统(2)连接；

所述硅藻繁育系统(2)包括硅藻繁育池(14)，硅藻繁育池(14)上设有海水进口Ⅱ(15)，硅藻繁育池(14)内分别设有营养盐监测器(16)、PH监测器Ⅱ(17)和温度探头(18)，硅藻繁育池(14)的底部设有出水口(19)。

2.根据权利要求1所述的用于二氧化碳捕集与海洋碳封存的装置，其特征在于，所述动力组件(3)使用风能、潮汐能、太阳能中的一种或数种可再生清洁能源，并将上述能源转化为电能。

3.一种利用权利要求1-2任一所述装置进行二氧化碳捕集与海洋碳封存的方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1.在海水碱化机构内实现二氧化碳的溶解和捕集:

通过海水进口Ⅰ，将海水注入海水碱化机构的海水碱化反应釜内，通过碱性矿物进口，将碱性矿物颗粒放入海水碱化反应釜内，碱性矿物颗粒直接落至反应釜釜体的底部，在海水碱化反应釜内注入占整个反应釜体积60％-80％的自然海水和0.1％海水质量的碱性矿物颗粒，碱性矿物颗粒的粒径不大于2mm；

通过海水碱化反应釜下部的进气口，从反应釜水体的下方通入环境大气或烟气，启动反应釜底部的粉碎叶片，粉碎叶片转动过程中，对反应釜底部的碱性矿物颗粒进行粉碎，从而加速碱性矿物在海水中的溶解，碱性矿物在海水中溶解后，提高海水水体的碱度，促使更多的CO₂溶解并以碳酸氢根形态固定在海水中；

当二氧化碳分压监测器监测到反应釜内海水的二氧化碳分压值低于300μatm、或者PH监测器Ⅰ监测到反应釜内海水的PH值超过9、或者溶解硅监测器监测到反应釜内海水的溶解硅的浓度超过40μmol/L，当满足上述条件之一时，粉碎叶片停止粉碎搅拌，静置0.5-1小时，使海水中的碱性矿物沉淀后，经过海水碱化反应釜处理后的海水流入硅藻繁育系统内；

S2.在硅藻繁育系统内进行硅藻的繁育和水体的培育:

通过硅藻繁育池上的海水进口Ⅱ，向硅藻繁育池内注入自然海水，通过PH监测器Ⅱ，将硅藻繁育池内水体的PH值降至并控制在8-9之间,通过温度探头，使硅藻繁育池内水体的温度控制在9℃以上，在水体中繁育威氏海链藻，同时对水体进行培育；

当营养盐监测器监测到硅藻培育池内水体的无机氮浓度低于1.0μmol/L、磷酸盐浓度低于0.1μmol/L或者溶解硅浓度低于2.0μmo l/L时，当满足上述三个条件之一时，对硅藻繁育系统中繁育的硅藻进行收集，经过硅藻繁育系统培养的水体释放至环境海域内；

S3.海水碱化机构继续向硅藻繁育系统中补充海水，实现了海水连续的二氧化碳捕集及海洋碳封存。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，碱性矿物的溶解增汇机理如下：

CO₂+H₂O+0.25Mg₂SiO₄→HCO₃^-+0.25H₄SiO₄+0.5Mg²⁺。