專(zhuān)利名稱：隔離污染物的間接法和直接法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來(lái)說(shuō)涉及一種隔離(sequestration)污染物的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及通過(guò)使用高傳質(zhì)系統(tǒng)和高效的PH擺動(dòng)反應(yīng)(swing reaction)來(lái)實(shí)現(xiàn)超過(guò)現(xiàn)有無(wú)機(jī)碳酸化(mineral carbonation)方法的顯著的性能提升，例如采用氣液接觸器隔離的直接法和間接法。
背景技術(shù)：
化石燃料包括煤炭、石油和天然氣的燃燒給我們國(guó)家提供了超過(guò)三分之二的電力供應(yīng)和幾乎我們所有的運(yùn)輸能量的需要。隨著我們經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)家安全的需要，我們對(duì)化石燃料的依賴將可能延續(xù)下一個(gè)二十到三十年。二氧化碳已經(jīng)確定是溫室氣體(GHG)，并且其與人類(lèi)活動(dòng)氣候變暖相關(guān)。在美國(guó)，(X)2占近95%的與能量相關(guān)的釋放和85%的GHG 總量。已經(jīng)提出了不同的減少大氣中(X)2的方法，包括通過(guò)使用能量效率更高的、可更新的和代用燃料系統(tǒng)來(lái)減小GHG源的釋放，以及提高捕集和存儲(chǔ)或隔離(X)2的技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性。CO2溫室氣體在大氣濃度中的減少可以通過(guò)捕集從大型工業(yè)源釋放的(X)2以及以某些形態(tài)永久存儲(chǔ)捕集的(X)2來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，所捕集(X)2的永久存儲(chǔ)可通過(guò)將加壓的(X)2注入地下或海底來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蛘?，可以將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕}或碳酸鎂以及填土。CO2注入法會(huì)帶來(lái)CO2從存儲(chǔ)位置逸出的風(fēng)險(xiǎn)。為了減輕這些風(fēng)險(xiǎn)，必須要監(jiān)控(X)2的存儲(chǔ)位置，而一旦發(fā)生了 CO2泄漏，也應(yīng)該能夠?qū)ζ浼右约s束。如果CO2轉(zhuǎn)變?yōu)榱斯腆w碳酸鹽，則與永久存儲(chǔ)有關(guān)的危險(xiǎn)實(shí)質(zhì)上為零，從而使得該永久存儲(chǔ)CO2的方法比地下存儲(chǔ)(X)2的方法更為吸引人。對(duì)于減少GHG而言，二氧化碳隔離是吸引人的，因?yàn)槠涫沟媚軌蚶^續(xù)使用化石燃料，包括煤炭、石油和天然氣，這些化石燃料給我們國(guó)家提供了超過(guò)三分之二的電力供應(yīng)和幾乎我們所有運(yùn)輸能量的需要。隨著我們經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)家安全的需要，我們對(duì)化石燃料的依賴將可能延續(xù)下一個(gè)二到三十年。
無(wú)機(jī)碳酸化方法對(duì)于CO2來(lái)說(shuō)是有吸引力的存儲(chǔ)選擇方案，因?yàn)槠淠軌蛱峁┫鄬?duì)于其它隔離方法的許多優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)主要是形成地質(zhì)穩(wěn)定且環(huán)境友好的碳酸鹽，碳酸鹽具有最小的安全和傳承問(wèn)題。然而，由于遲緩的溶解動(dòng)力學(xué)和不利的碳酸化熱力學(xué)，已經(jīng)確定大部分無(wú)機(jī)碳酸化法是不經(jīng)濟(jì)的。Huijgen等人發(fā)表了 Cost evaluation of CO2 sequestration by aqueous mineral carbonat ion, Energy Convers ion and Management，48，第1923-1935頁(yè)(2007)，在此將其如本文所充分說(shuō)明的引入結(jié)合在此。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種隔離污染物的間接法和直接法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及通過(guò)使用高的傳質(zhì)系統(tǒng)和高效的PH擺動(dòng)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)超過(guò)現(xiàn)有無(wú)機(jī)碳酸化法的性能的顯著提升，其能夠避免由于現(xiàn)有技術(shù)的局限性和缺點(diǎn)而引起的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供一種高的傳質(zhì)系統(tǒng)，其在氣液界面具有高的液面再生/ 更新率。本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供高效的使用弱堿和強(qiáng)酸溶劑的間接無(wú)機(jī)碳酸化法。弱堿促進(jìn)二氧化碳的吸收，而強(qiáng)酸促進(jìn)無(wú)機(jī)物的溶解。本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供利用溶劑的相分離的高效的無(wú)機(jī)物碳酸鹽法。在隨后的說(shuō)明中將說(shuō)明本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，并且這些其它特征和優(yōu)點(diǎn)部分從說(shuō)明書(shū)中清晰可見(jiàn)，或其可以通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明來(lái)獲悉。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在記載的說(shuō)明書(shū)和其權(quán)利要求書(shū)及附圖所具體描述的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。本發(fā)明的實(shí)施方案涉及一種隔離氣相分子的方法。該方法包括形成多個(gè)基本上平面的液體射流，每個(gè)所述的液體射流包括基本上平面的含水漿料溶液層，并且多個(gè)液體射流以基本上平行的平面排列。向氣液接觸器提供具有氣相分子的氣體。該方法還包括通過(guò)氣液接觸器內(nèi)氣相分子與含水漿料之間的傳質(zhì)相互作用而使至少一部分氣相分子礦物化。本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案涉及一種隔離氣相分子的方法。在該實(shí)施方案中，用氣液接觸器形成多個(gè)基本上平面的液體射流。基本上每個(gè)所述的液體射流包括基本上平面的含水漿料溶液層，所述多個(gè)液體射流以基本上平行的平面排列。向氣液接觸器提供具有氣相分子的氣體，該氣相分子通過(guò)氣相分子與含水溶液之間的傳質(zhì)相互作用而反應(yīng)，形成反應(yīng)過(guò)的組成物。該方法還包括在反應(yīng)器內(nèi)使至少一部分組成物反應(yīng)，形成碳酸鹽。此外，該方法包括再循環(huán)至少一部分含水組成物，以便使其重新進(jìn)料到氣液接觸器內(nèi)，形成反應(yīng)組分物。本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案涉及直接隔離來(lái)自燃煤裝置煙道氣的二氧化碳?xì)庀喾肿印Ｔ摲椒òㄓ脷庖航佑|器形成多個(gè)基本上平面的液體射流。每個(gè)液體射流包含平面的含水漿料溶液層，而且所述多個(gè)液體射流以基本上平行的平面排列。在該實(shí)施方案中，該含水漿料溶液包含約5重量％ -約10重量％的Ca (OH) 2和Mg (OH) 2中的至少一種。將具有二氧化碳?xì)庀喾肿拥臒煹罋夤?yīng)到氣液接觸器中。二氧化碳通過(guò)二氧化碳?xì)怏w分子與含水漿料溶液之間的傳質(zhì)相互作用而被礦物化。應(yīng)該理解，上述一般性說(shuō)明及以下詳細(xì)說(shuō)明均是示范性和說(shuō)明性的，其用來(lái)對(duì)如所要求保護(hù)的本發(fā)明提供進(jìn)一步地說(shuō)明。


為本發(fā)明提供進(jìn)一步認(rèn)識(shí)而包括、被引入且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)一部分的

了本發(fā)明的實(shí)施方案，并且其與說(shuō)明書(shū)一起用于說(shuō)明本發(fā)明的要素。在這些附圖中圖1所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案用于制備水平射流的系統(tǒng)的方塊圖；圖2所示為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的直接隔離的方法；圖3所示為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的間接隔離的方法；圖4所示為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的隔離方法；圖5A所示為在實(shí)施例1中使用的噴嘴裝置的分解透視圖；圖5B所示為在實(shí)施例1中使用的正壓室的底部透視圖；圖5C所示為在實(shí)施例1中使用的正壓室的頂部透視圖；圖5D所示為在實(shí)施例1中使用的噴嘴板出口一側(cè)的透視圖；圖5E所示為在實(shí)施例1中使用的噴嘴板入口一側(cè)的透視圖；圖5F所示為在實(shí)施例1中使用的流體調(diào)節(jié)的透視圖；圖6所示為實(shí)施例1的-In(IiAici)對(duì)停留時(shí)間的圖表；圖7所示為實(shí)施例2的-In(IiAici)對(duì)停留時(shí)間的圖表；圖8所示為實(shí)施例3的-In(IiAici)對(duì)停留時(shí)間的圖表；圖9所示為實(shí)施例4的-In(IiAici)對(duì)停留時(shí)間的圖表；圖10所示為實(shí)施例5的-In(IiAici)對(duì)停留時(shí)間的圖表；和圖11所示為實(shí)施例6的-In(IiAici)對(duì)停留時(shí)間的圖表。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施方案一般來(lái)說(shuō)涉及用于隔離燃燒過(guò)程例如燃煤裝置的二氧化碳的方法。特別地，本發(fā)明涉及通過(guò)使用高的傳質(zhì)系統(tǒng)和高效的PH擺動(dòng)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)超過(guò)現(xiàn)有無(wú)機(jī)碳酸化法的性能的顯著提升。實(shí)施方案涉及創(chuàng)新的碳捕集和隔離系統(tǒng)，其能夠解決CO2無(wú)機(jī)碳酸化的技術(shù)、能量和經(jīng)濟(jì)可行性的問(wèn)題，并提供對(duì)隔離(X)2的有益利用。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，使用了例如于2009年7月6日提交的US專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?2/459，685(名稱為“Gas Liquid Contactor and Effluent Cleaning System and Method”)所描述的高性能質(zhì)量傳遞系統(tǒng)，在此如該本文所充分說(shuō)明的將通過(guò)引入結(jié)合在此。與傳統(tǒng)的捕集系統(tǒng)相比，該具有新碳酸化系統(tǒng)的氣液接觸器的尺寸小約三十倍，其成本少約60%。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及直接的隔離生產(chǎn)流程。該直接的隔離生產(chǎn)流程允許在一個(gè)步驟中隔離二氧化碳，例如通過(guò)用氣液接觸器使堿性材料的含水漿料與含有(X)2的煙道氣接觸，從而形成碳酸鈣或碳酸鎂。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案涉及一種隔離氣相的方法，包括形成多個(gè)基本上平面的液體射流，每個(gè)所述的液體射流包含平面的含水漿料溶液層，且多個(gè)液體射流以基本上平行的平面排列?？梢蕴峁庀喾肿?，至少部分氣相分子可通過(guò)氣相分子與含水漿料之間的傳質(zhì)相互作用而被礦物化。隔離在氣液接觸器內(nèi)進(jìn)行。使用2009年7月6日提交的US專(zhuān)利申請(qǐng)12/459，685的所描述的氣液接觸器，其名稱為“gas liquid contactor and Effluent Cleaning System and Method”，如本文所充分說(shuō)明的通過(guò)引用將其結(jié)合在此。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，氣相分子包括燃燒氣、煙道氣、二氧化碳及它們的組合。在優(yōu)選實(shí)施方案中，氣相分子包括待隔離的二氧化碳。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，含水漿料可以包括固體材料和水。固體材料包括堿性材料如硅酸鹽和/或工業(yè)廢料堿性材料。硅酸鹽可以是硅酸鈣/硅酸鎂，例如橄欖石、硅灰石和蛇紋石硅酸鹽及它們的組合。工業(yè)廢料堿性材料可以包括鋼渣、水泥窯灰塵、飛灰中的至少一種，及它們的組合。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該含水溶液包含約5重量％ -約10重量％ 的Ca (OH)2。固體可以在約1重量％到約20重量％的范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，含水溶液還包括用于(X)2吸收的促進(jìn)劑如胺。胺可以包括單乙醇胺、1，4_哌嗪二乙醇、哌嗪、羥乙基哌嗪及本領(lǐng)域已知的可與二氧化碳進(jìn)行快速反應(yīng)的其它胺。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，含水溶液可以包括防腐蝕劑和消泡劑。防腐蝕劑可以包括偏釩酸鈉(NaVO3)和碳酸銅(CuCO3)。消泡劑可以包括基于硅化合物的消泡劑，其包括聚二甲基硅氧烷、疏水的二氧化硅、硅酮二醇及其它硅油。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，該氣液接觸器還可以包括如2009年7月6日提交的名稱為“Gas Liquid contactor and Effluent Cleaning System and Method，，的 US 專(zhuān)利申請(qǐng) 12/459，685所描述的多個(gè)操作組件，如本文中所充分說(shuō)明的將其引入結(jié)合在此。當(dāng)形成均勻間隔的水平(flat)液體射流陣列時(shí)，該方法包括在約2psig-約 25psig的液體正壓室壓力下形成水平液體射流。該水平液體射流包括在該陣列中的至少一個(gè)寬度大于約Icm的水平液體射流。在該陣列中，至少一個(gè)水平液體射流包括約5cm-約 15cm的寬度、約10 μ m到約250 μ m的厚度、約5cm到約30cm的長(zhǎng)度，并且在該陣列中至少一個(gè)水平液體射流具有小于15m/sec的速度。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在溫和條件下的直接碳酸化是將(X)2轉(zhuǎn)換成固體碳酸鹽的優(yōu)選方式。整個(gè)碳酸化反應(yīng)是Ca (OH) 2+C02 — CaC03+H20 RlMg (OH) 2+C02 — MgC03+H20 R2使用如US專(zhuān)利申請(qǐng)第12/459，685號(hào)(于2009年7月6日提交的名稱為“gas liquid contactor and Effluent Cleaning System and Method，，,在此如本文所充分說(shuō)明的通過(guò)引用將其結(jié)合在此)所述的氣液接觸器，使包含氫氧化鎂或鋼渣固體的含水漿料與煙道氣接觸。在該實(shí)施方案中，接觸器的直接碳酸化可提供兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)。第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是液體的恒定攪拌，其會(huì)促進(jìn)固體的溶解速度。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是高的表面再生/更新率，這會(huì)增加CO2捕集的速度。在三個(gè)步驟中進(jìn)行碳酸化，第一個(gè)步驟是溶解固體Mg (OH) 2 — Mg2++20r R3在該實(shí)施方案中，氫氧化鎂基本上被溶解。在溶解產(chǎn)生了氫氧離子之后，這些離子與從煙道氣捕集的(X)2反應(yīng)C02+0r ^ HCO3^R4在將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟潲}離子以及隨后轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}離子之后，碳酸鹽離子與金屬離子起反應(yīng)，形成固體碳酸鹽，例如以下反應(yīng)所示Mg2++C0: — MgCO3 R5在碳酸鹽方法中，所涉及的有比R3-R5所表示的更多的反應(yīng)和物質(zhì)，但是為了繼續(xù)討論，不包括簡(jiǎn)單的那些附加反應(yīng)和物質(zhì)。如上所述，本發(fā)明的氣液接觸器改善了 R3和 R4過(guò)程的速度。在一個(gè)實(shí)施方案中，溶解過(guò)程0 )的速度可以定義為d^(OH)2] = _Κβ磁=[Mg(OH)2 試 1溶解速度與固體的總表面積Ss。lids成正比。速度常數(shù)ksd具有的單位。因?yàn)楣腆w的總表面積&。lids與漿液中的固體重量成正比，因此可以使用另一個(gè)溶解速度常數(shù)kd。這個(gè)溶解速度常數(shù)具有的單位。因此，CO2捕集過(guò)程的速度可以定義為d[C°2]=-紡 ^ 式 2
dt其中k是傳質(zhì)系數(shù)，S是界面表面積，是平均(X)2驅(qū)動(dòng)力。對(duì)于從煙道氣除去的CO2 的給定百分比而言，反應(yīng)器內(nèi)的平均CO2濃度與入口 CO2濃度成正比。該傳質(zhì)系數(shù)k視氫氧化物的濃度而定。在9 < PH < 13的范圍內(nèi)，該傳質(zhì)系數(shù)不會(huì)顯著改變。假定在穩(wěn)定狀態(tài)下R5不是速度限制步驟，則溶解速度就等于(X)2捕集率?？赏ㄟ^(guò)查看PH計(jì)讀數(shù)來(lái)核查穩(wěn)態(tài)條件。當(dāng)穩(wěn)態(tài)條件達(dá)成時(shí)，PH保持恒定。該溶解速度與該漿液中氫氧化鎂的重量百分?jǐn)?shù)成正比。CO2捕集率與反應(yīng)器入口的CO2濃度成正比。通過(guò)調(diào)節(jié)在漿液中的固體重量百分?jǐn)?shù)和改變?nèi)肟谔幍腃O2濃度，就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)條件，并可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)測(cè)量氫氧化鎂固體的溶解速度。進(jìn)行了六個(gè)直接隔離的實(shí)施例，表1中所示為細(xì)節(jié)和結(jié)果。實(shí)施例1-6的實(shí)施例細(xì)節(jié)顯示如下。傳質(zhì)系數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差小于約20%。傳質(zhì)系數(shù)的系統(tǒng)誤差主要基于由接觸器的比表面積所導(dǎo)致的不確定性。
實(shí)施例號(hào)說(shuō)明CO2濃度傳質(zhì)系數(shù) (cm/ s)觀察10. IM KOH 溶液3%.09基準(zhǔn)測(cè)試2pH 11. 8 的 KOH 溶液3%.08添加0. IM KOH以保持 PH恒定31% Mg (OH) 23%.07添加1% Mg (OH)2以保持 PH恒定45% Mg(OH)23%.10在整個(gè)實(shí)施例期間PH 保持恒定51%鋼渣3%.09在整個(gè)實(shí)施例期間PH 保持恒定65%鋼渣3%.12在整個(gè)實(shí)施例期間pH 保持恒定 堿性固體溶解的一個(gè)參數(shù)是速度限制步驟。在實(shí)施例中，只有當(dāng)CO2濃度下降到3%，和氫氧化鎂的重量百分?jǐn)?shù)增加到5%時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)溶解速度和(X)2捕集率之間的均勢(shì)。鋼渣的溶解速度可與氫氧化鎂的溶解速度相比，即使鋼渣包含大量的會(huì)遲緩溶解的惰性二氧化硅。鋼渣和氫氧化鎂的溶解速度相類(lèi)似的事實(shí)與氫氧化鎂的溶度積(solubility product)常數(shù)遠(yuǎn)小于氫氧化鈣的溶度積常數(shù)相關(guān)。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案涉及一種隔離氣相的方法。該方法包括在氣液接觸器中形成多個(gè)基本上平面的液體射流。每個(gè)液體射流包括平面的含水溶液層，其中多個(gè)液體射流以基本上平行的平面排列。在這個(gè)方法中，氣體具有氣相分子，氣相分子可通過(guò)氣相分子與含水溶液之間的傳質(zhì)相互作用而反應(yīng)形成反應(yīng)過(guò)的組成物。該含水溶液包括哌嗪和酸，例如哌嗪和鹽酸。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，鹽酸與哌嗪的摩爾比是約0. 5-2。這個(gè)方法的下一步包括在連續(xù)式反應(yīng)器中與硅酸鹽反應(yīng)，形成碳酸鹽。 礦物化包括使反應(yīng)過(guò)的材料與堿性材料反應(yīng)形成碳酸鹽，和使至少部分起反應(yīng)過(guò)的組成物在反應(yīng)器內(nèi)礦物化而形成碳酸鹽。在另一個(gè)步驟中，回收至少一部分含水溶液，并且將其再循環(huán)到氣液接觸器中。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該連續(xù)式反應(yīng)器是連續(xù)攪拌槽反應(yīng)器。熱力學(xué)有利的無(wú)機(jī)碳酸化法使用胺(例如，哌嗪二鹽酸鹽，HN(CH2)4NH · 2HC1或I3z · 2HC1)，如以下反應(yīng)(6)和 (7)所描述的2Pz · 2HC1+Ca0 · SiO2(S) — CaCl2+Si02 (s)+H20+2Pz · HCl R62Pz · HCl+C02+CaCl2+H20 — CaCO3 (s)+2Pz · 2HC1R7在該實(shí)施方案中，進(jìn)行如所記載的堿性物提取反應(yīng)(R6)，因?yàn)閷?duì)于該步驟的pH條件，單個(gè)質(zhì)子化的哌嗪產(chǎn)物是熱力學(xué)有利的物種。進(jìn)行如所記載的碳酸化反應(yīng)(R7)，因?yàn)閷?duì)于此步驟的PH條件，雙重質(zhì)子化的哌嗪產(chǎn)物是熱力學(xué)有利的物種。總的說(shuō)來(lái)，硅酸鹽轉(zhuǎn)換成碳酸鹽的反應(yīng)是放熱的，其中ΔΗ = -87kJ/mol, AG = -44kJ/mol?；谑褂肞Z的碳酸化化學(xué)過(guò)程的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是不必單獨(dú)除去SOx(或NOx)。通過(guò)分析和實(shí)施例，已經(jīng)證明了此顯著改進(jìn)的捕集和隔離法是能量高效和成本有益?，F(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明的實(shí)施方案，其實(shí)例在各附圖中說(shuō)明。圖1所示為本發(fā)明實(shí)施方案用于生產(chǎn)水平射流的系統(tǒng)的方塊圖。參考圖1，氣液接觸器通常描述為附圖標(biāo)記100。該氣液接觸器用于本發(fā)明的直接和間接礦物化方法的實(shí)施方案中。該氣液接觸器包括液體入口和氣體入口。通常將該氣液接觸器描述為附圖標(biāo)記100。在該實(shí)施方案中利用了交叉流結(jié)構(gòu)，氣體從左至右流過(guò)接觸器100。液體穿過(guò)入口正壓室104、并被強(qiáng)制通過(guò)在接觸室108頂部的噴嘴板106而進(jìn)入該接觸器100的頂端102。在該實(shí)施方案中，將穩(wěn)定性裝置與噴嘴板連接，并設(shè)置該穩(wěn)定性裝置，以減少由氣液接觸器形成的射流的不穩(wěn)定性。由噴嘴形成基本上穩(wěn)定的水平液體射流，并使其向下流動(dòng)并穿過(guò)該室。在圖1所述的系統(tǒng)中，氣體在平行射流之間從左至右流動(dòng)，其中要進(jìn)行質(zhì)量傳遞，然后通過(guò)低壓降除霧器110，由此從入口 113到達(dá)出口 112。通過(guò)在接觸器底部的防濺格柵112收集液體，根據(jù)需要處理液體，以及可能地進(jìn)行再循環(huán)。防濺格柵子模112是具有孔口的格柵，孔口的形狀可接受水平射流。還可構(gòu)建設(shè)置防濺格柵或氣液分離器，以基本上最小化操作中液體的反向飛濺。防濺格柵112的孔口可以與液體捕集出口正壓室118的出口 114和/或116微微成一定角度，以促進(jìn)液體的離開(kāi)，無(wú)需對(duì)該液體施加壓力。該裝置可以包括不同的模塊和
9噴嘴，如US專(zhuān)利申請(qǐng)第12/459，685號(hào)中所描述的，該申請(qǐng)于2009年7月6日提交，名稱為 "Gas Liquid contactor and Effluent Cleaning System and Method，，,在此如本文所充分說(shuō)明的通過(guò)引用將其結(jié)合在此。圖2所示為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的直接隔離方法。在此實(shí)施方案中，參考三個(gè)部分描述直接隔離方法。部分1包括氣液接觸器202、 氣體入口 204、液體入口 206、液體出口 208和氣體出口 210。在形成碳酸鹽例如碳酸鈣或碳酸鎂的條件下，通過(guò)利用氣液接觸器202，使入口 206中含有堿性材料的含水漿料與來(lái)自氣體入口 204的煙道氣接觸，運(yùn)行氣液接觸器202。煙道氣可以來(lái)自煤炭發(fā)電廠或其它的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，其包括待隔離的污染物。在此實(shí)施方案中，煙道氣中包括二氧化碳，并且如本文所述在直接法中將該二氧化碳礦物化，例如使用氣液接觸器202的一步法。在此實(shí)施方案中，堿性材料可以包括氫氧化鎂、氫氧化鈣、鋼渣、水泥窯灰塵、飛灰、及它們的組合。堿性固體可以通過(guò)將該粗堿性材料研磨，直到其粒徑足夠小來(lái)制備，以便提供良好的碳酸鹽轉(zhuǎn)化率。部分2包括用于使該粗堿性材料適合于無(wú)機(jī)碳酸化的設(shè)備。原料流212進(jìn)入研磨系統(tǒng)214，該研磨系統(tǒng)214包括本領(lǐng)域已知的研磨設(shè)備。原料可以包括堿性材料如氫氧化鎂、氫氧化鈣、硅灰石、鋼渣、水泥窯灰塵等。在研磨之前，可以將該原料壓碎，使其適用于研磨系統(tǒng)。研磨材料經(jīng)由料流218進(jìn)入粒度分選系統(tǒng)216。粒度分選系統(tǒng)216可以是旋風(fēng)分離器或任何其它本領(lǐng)域已知的能按大小分離磨碎固體的系統(tǒng)。將較小尺寸的固體(篩目尺寸200目或更小的)經(jīng)由流220送入另外的預(yù)處理步驟218。將較大尺寸的固體經(jīng)由料流 222送回研磨系統(tǒng)214。該另外的預(yù)處理步驟218可以包括磁分離、固體的加熱或任何可以增加堿性材料溶解速度的其它步驟。將磨碎的堿性固體送入混合器224內(nèi)。部分3包括固體分離系統(tǒng)228，該固體分離系統(tǒng)2 具有進(jìn)料口 208和出口 230， 該進(jìn)料口是氣液接觸器202的液體出口 208，該出口 230包括送入混合器2M的固體反應(yīng)產(chǎn)物和液體料流232。固體分離系統(tǒng)2 包括脫水系統(tǒng)如帶式過(guò)濾器或壓濾機(jī)，以及將固體濃縮到該脫水系統(tǒng)操作最佳水平的系統(tǒng)。濃縮固體的系統(tǒng)可以是基于重力的系統(tǒng)，如增濃池或沉淀池。 或者，濃縮固體的系統(tǒng)可以是旋液分離器?；旌掀?M將來(lái)自液體料流232的液體與堿性固體混合，形成期望的含水漿料，含水漿料以料流206排出?；蛘?，可以在捕集系統(tǒng)202中混合液體料流232和固體流226。圖3所示為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的間接隔離方法。在該實(shí)施方案中，參考三個(gè)部分說(shuō)明該間接隔離法。部分1包括氣液接觸器302、氣體入口 304、液體入口 310、液體出口 308和氣體出口 306。在使煙道氣例如包含二氧化碳的煙道氣反應(yīng)，形成捕集二氧化碳的反應(yīng)過(guò)的分子的條件下運(yùn)行該氣液接觸器302。該煙道氣可以來(lái)自煤炭發(fā)電廠或其它的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，其包括待隔離的污染物。在該實(shí)施方案中，液體入口 310包括哌嗪二鹽酸鹽。部分2包括用于使該粗堿性材料適合于無(wú)機(jī)碳酸化法的設(shè)備。原料流312進(jìn)入研磨系統(tǒng)314，該研磨系統(tǒng)314包括本領(lǐng)域已知的研磨設(shè)備。原料可以包括鈣和鎂的硅酸鹽， 以及鋼渣和/或其它堿性材料。在研磨之前，可以將該原料壓碎，使其適用于該研磨系統(tǒng)。 研磨材料經(jīng)由料流318進(jìn)入粒度分選系統(tǒng)316。該粒度分選系統(tǒng)316可以是旋風(fēng)器，或任何其它本領(lǐng)域已知的能按大小分離磨碎固體的系統(tǒng)。將較小尺寸的固體(篩目200或更小)經(jīng)由料流320送入另外的預(yù)處理步驟318。將較大尺寸的固體經(jīng)由料流322送回研磨系統(tǒng) 314。該另外的預(yù)處理步驟318可以包括磁分離、固體的加熱或任何可以增加堿性材料溶解速度的其它步驟。將磨碎的堿性固體經(jīng)由料流3 送入部分3。部分3包括用于形成碳酸鹽以及使哌嗪再循環(huán)的間歇式反應(yīng)器324，所述哌嗪經(jīng)由料流310被送回到氣液接觸器302。該間歇式反應(yīng)器還經(jīng)由料流316接收堿性固體。在該實(shí)施方案中，該堿性材料可以包括氫氧化鎂、氫氧化鈣、鋼渣、水泥窯灰塵、飛灰、及它們的組合。在連續(xù)式反應(yīng)器中，用反應(yīng)⑶和(9)說(shuō)明使用胺(例如哌嗪二鹽酸鹽 HN(CH2)4NH · 2HC1或內(nèi)· 2HC1)的熱力學(xué)有利的無(wú)機(jī)碳酸化法。2Pz · 2HC1+Ca0 · SiO2(S) — CaCl2+Si02 (s)+H20+2Pz · HCl R82Pz · HCl+C02+CaCl2+H20 — CaCO3 (s)+2Pz · 2HC1R9在該實(shí)施方案中，進(jìn)行如所記載的堿性物提取反應(yīng)(R8)，因?yàn)閷?duì)于該步驟的pH條件而言，單個(gè)質(zhì)子化的哌嗪產(chǎn)物是熱力學(xué)有利的物質(zhì)。進(jìn)行如所記載的碳酸化反應(yīng)(R9)，因?yàn)閷?duì)于該步驟的PH條件而言，雙質(zhì)子化的哌嗪產(chǎn)物是熱力學(xué)有利的物質(zhì)?？偟恼f(shuō)來(lái)，硅酸鹽轉(zhuǎn)換成碳酸鹽的反應(yīng)是放熱的，其中AH = -87kJ/mol，ΔG =-44kJ/mol。基于使用PZ 的碳酸化化學(xué)過(guò)程的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是不必單獨(dú)除去SOx (或NOx)。通過(guò)分析和實(shí)施例，已經(jīng)證明了此顯著改進(jìn)的捕集和隔離法是能量高效和成本有益的。在優(yōu)選的實(shí)施方案，由于哌嗪的熱力學(xué)性質(zhì)而使用哌嗪。例如，與直接法相比，高傳質(zhì)系數(shù)和高的二氧化碳容量允許減小氣液接觸器302的尺寸。另外，用哌嗪進(jìn)行操作會(huì)降低溶劑的漏失(slip)，由此產(chǎn)生優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和溶劑補(bǔ)充成本(makeup cost)。還有快速的無(wú)機(jī)溶解動(dòng)力學(xué)。另外，還可將含哌嗪的水溶液分離成富含哌嗪的相和富含鹽的相。 還可利用含哌嗪溶液的相分離性質(zhì)，以控制方式進(jìn)行碳酸鈣的沉淀，由此改善該方法的堅(jiān)固耐用性。對(duì)于該無(wú)機(jī)碳酸化法，還可以使用其它的胺或胺的混合物。最后，因?yàn)槿軇┭a(bǔ)充成本是任意系統(tǒng)的重要方面，因此應(yīng)該考慮該參數(shù)。因?yàn)橛械偷恼魵鈮海蔁煹罋鈷稁Ф鴮?dǎo)致的哌嗪損失最小，而且由哌嗪與固體一起脫離而導(dǎo)致的損失也最小。即，可以迅速地再循環(huán)哌嗪。圖4所示為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的隔離方法。圖4是用于從例如來(lái)自燃煤裝置的燃?xì)饬狭魅コ趸嫉臒o(wú)機(jī)碳酸化法的生產(chǎn)流程。參考圖4，該生產(chǎn)流程包括十個(gè)部分。部分1是任選的煙氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。參考部分1，其包括煙道氣進(jìn)入任選的熱交換器/ 冷卻器404的入口 402和出口 406。該煙氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)接收入口氣體，該入口氣體可以已經(jīng)經(jīng)歷了一些處理，例如處理除去酸性氣體如S02、HCl等等。該熱交換器/冷卻器404是任選的，這取決于入口氣體的組成和本領(lǐng)域已知的吸收器化學(xué)過(guò)程，例如氨/碳酸銨就需要冷卻器。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，該煙道氣已被冷卻，且洗滌掉了 SO2,例如來(lái)自接觸器系統(tǒng) (未顯示)的。在該實(shí)施方案中，煙道氣402包含污染物如C02、N2、H20、02及其它痕量氣體。煙氣流通過(guò)氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)(部分1)流入二氧化碳洗滌器(部分2、，在二氧化碳洗滌器中，通過(guò)與溶劑接觸從該氣流中除去大部分的co2。部分2是CO2吸收器回路。參考部分2，該吸收器回路包括氣液接觸器408和捕集槽410。該液體接觸器是如US專(zhuān)利申請(qǐng)第12/459,685號(hào)(于2009年7月6日提交，名稱為"gas liquid contactor and Effluent Cleaning System and Method”)中所描述的氣液接觸器，在此如本文所充分說(shuō)明的通過(guò)引用將其結(jié)合在此。部分5的熱交換器/冷卻器 412是任選的部件。此外，熱交換器/冷卻器410是任選的，這取決于如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的進(jìn)氣成份和吸收器化學(xué)過(guò)程。在該實(shí)施方案中，氣液接觸器與部分1的出口 406連接。氣液接觸器408與捕集槽410和熱交換器/冷卻器412(部分幻連接，作為再循環(huán)回路的一部分。在操作中，引導(dǎo)包含CO2的煙道氣通過(guò)氣液接觸器408的入口 414，去除一部分 CO20根據(jù)如本領(lǐng)域已知的適于液體流動(dòng)和再循環(huán)以及操作的需要，部分2的(X)2吸收器回路包括不同的閥和泵。在接觸器408中與氣體接觸后，此刻的吸收劑溶液將額外量的CO2傳送到作為再循環(huán)回路一部分的捕集槽410中。在該實(shí)施方案中，用部分5的熱交換器/冷卻器412操控CO2吸收器回路的能量需求。當(dāng)在低于如典型系統(tǒng)所示的煙氣溫度下冷卻時(shí)，在本文描述的使用碳酸銨、胺或烷醇胺的常規(guī)化學(xué)過(guò)程下會(huì)更優(yōu)選地吸收C02。因此，如果需要，部分5的熱交換器/冷卻器412 提供了保持吸收劑溶液最佳運(yùn)行條件的冷卻能力。部分3是(X)2脫除器(stripper)回路。部分3包括與熱交換器/冷卻器418連接的入口 416，熱交換器/冷卻器418具有出口 420和422。出口 422經(jīng)由再循環(huán)回路與氣液接觸器408連接。部分4是氨或胺吸收器回路。部分4被設(shè)計(jì)用來(lái)在其離開(kāi)(X)2吸收器408之后捕集煙道氣中的氨或胺漏失。這可能是使用NH3的特別結(jié)果，取決于吸收劑溶液的溫度(越冷導(dǎo)致漏失越少)。這個(gè)回路包括與入口 4M連接的氣液接觸器426。再次地，所述氣液接觸器是如US專(zhuān)利申請(qǐng)第12/459,685號(hào)(于2009年7月6日提交的，名稱為“gas liquid contactor and Effluent Cleaning System and Method，，)中所描述的，在此如本文所充分說(shuō)明的通過(guò)引用將其結(jié)合在此。氣液接觸器似6包括與捕集槽430連接的出口 428、再循環(huán)回路和出口 432。如果使用胺如哌嗪或烷醇胺作為吸收劑溶液時(shí)，可能很小程度地需要部分4，因而可通過(guò)檢驗(yàn)全過(guò)程的要求和溫度來(lái)決定該部分的實(shí)施。部分4是任選的，因?yàn)榭梢月┦л^小分子量的胺可能會(huì)漏失，所以捕獲它們是有利的；較高分子量的胺不會(huì)漏失，因此不需要處理它們。可以將出口 432引導(dǎo)到具有出口 436的煙道氣煙囪(stack)434。部分6描繪了無(wú)機(jī)碳酸化在沉淀反應(yīng)器438中的沉淀。該沉淀反應(yīng)器438是本領(lǐng)域已知的連續(xù)式攪拌罐式反應(yīng)器。在此反應(yīng)器438中，富含碳酸鹽離子的料流420與富含鈣離子的料流456混合。隨著足夠的停留時(shí)間，沉淀反應(yīng)器碳酸鈣形成，含沉淀碳酸鈣的液體料流440被送入分離系統(tǒng)442。部分7描述了在分離系統(tǒng)442中液體料流與固體料流的分離。可以使用許多方法來(lái)進(jìn)行分離，包括帶式過(guò)濾器和壓濾機(jī)。特別是該分離系統(tǒng)可以包括連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的帶式過(guò)濾器。分離系統(tǒng)442可以包括給帶式過(guò)濾器或壓濾機(jī)提供最佳濃度的固體的方法。這些方法可以包括濃縮池或其它類(lèi)型的重力沉降方法。替換地或者與重力結(jié)合，可以使用沉降旋液分離器來(lái)給帶式過(guò)濾器或壓濾機(jī)提供最佳濃度的固體。分離系統(tǒng)442還可以包括洗滌固體的方法，以便減少胺損失。包含大部分固體碳酸鈣和殘余水的固體料流444可被埋入土壤中或被用來(lái)制造水泥。將液體料流446送去堿性物提取器450。堿性物提取器450是本領(lǐng)
12域已知的連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器。部分8描述了從堿性無(wú)機(jī)物如硅灰石中提取堿性物或從堿性工業(yè)副產(chǎn)物如鋼渣、 水泥窯灰塵等等中提取堿性物。在堿性物提取反應(yīng)器450中混合液體料流446和固體料流 474。該堿性物提取反應(yīng)器包括混合器和加熱器。該混合器和加熱器有助于加快溶解的速度。用料流452傳送溶解的堿性物質(zhì)，而料流448包含惰性固體如二氧化硅和未溶解的材料。將料流452送入相分離器妨4中，在該相分離器中氯化鈣與胺分離。將氯化鈣料流456 送入沉淀反應(yīng)器438，而將胺料流經(jīng)由料流458送入(X)2吸收器中。部分9描述了將料流452分離成富含鈣的料流和富含胺的料流。對(duì)于哌嗪，該過(guò)禾呈可以如 Cullinane, Thermodynamics and Kinetics of Aqueous piperazine with Potassium Carbonate for Carbon Dioxide Absorption,167-171 Jit, Dissertation, the University of Texas at Austin, (2005)所述來(lái)進(jìn)行，在此如本文所充分描述的通過(guò)引用將其結(jié)合在此。在堿性物提取步驟中，液體PH的增加使哌嗪的可溶性降低。隨后的溫度下降會(huì)造成哌嗪從液體中沉淀或以液相分離。因此，相分離系統(tǒng)應(yīng)該包括用于降低液體溫度的裝置和用于物理分選富含哌嗪的相和富含鹽的相的裝置?？梢允褂脽峤粨Q器降低液體的溫度。潛在地，用于相分離的熱交換器可以與熱交換器418結(jié)合?？梢杂脴?biāo)準(zhǔn)方法完成富含哌嗪的相和富含鹽的相的物理分離。如果哌嗪以固體哌嗪六水合物沉淀，則可以使用類(lèi)似于在部分7所述的系統(tǒng)作為進(jìn)行相分離的機(jī)械裝置。隨后，可將哌嗪再溶解并經(jīng)由料流458送入(X)2捕集系統(tǒng)。如果以液相分離哌嗪，可以使用標(biāo)準(zhǔn)方法完成富含哌嗪的相和富含鹽的相的分離。具體地說(shuō)，可以使用用于從水相分離有機(jī)物的方法。更準(zhǔn)確地說(shuō)，可以使用從水中分離油的系統(tǒng)作為進(jìn)行相分離的機(jī)械裝置。部分10描述了用于使粗堿性材料適合于該無(wú)機(jī)碳酸化過(guò)程的方法。使原料流460 進(jìn)入研磨系統(tǒng)462，該研磨系統(tǒng)包括本領(lǐng)域已知的研磨設(shè)備。在研磨之前，可以將該原料壓碎以使其可適用于研磨系統(tǒng)。磨碎材料經(jīng)由料流464進(jìn)入粒度分選系統(tǒng)468。該粒度分選系統(tǒng)可以是旋風(fēng)器或任何其它能按大小分離磨碎固體的系統(tǒng)。將較小尺寸的固體(篩目200 或更小)經(jīng)由料流470送入另外的預(yù)處理步驟472。將較大尺寸的固體經(jīng)由料流466送回研磨系統(tǒng)462。該另外的預(yù)處理步驟472可以包括磁分離、固體的加熱或任何可以增加堿性材料溶解速度的其它步驟。現(xiàn)在描述在圖4中的系統(tǒng)的運(yùn)行。使用這個(gè)系統(tǒng)用于通過(guò)與含鈣的堿性材料反應(yīng)而使(X)2和煙道氣內(nèi)的其它組分無(wú)機(jī)碳酸化而形成碳酸鈣。在該實(shí)施方案中，用以下反應(yīng)說(shuō)明總反應(yīng)CaS i 03+C02 — CaC03+S i O2在該實(shí)施方案中，二氧化碳(X)2經(jīng)由料流402進(jìn)入礦物化工序。堿性材料經(jīng)由料流 460進(jìn)入該工序。該碳酸鈣產(chǎn)物通過(guò)料流444脫離該系統(tǒng)。沉淀的碳酸鈣產(chǎn)物具有足夠用于石灰石煙道氣脫硫系統(tǒng)、或其它應(yīng)用如本領(lǐng)域已知的涂料添加劑的性能。二氧化硅和未反應(yīng)的堿性供應(yīng)材料經(jīng)由料流448脫離該礦物化工序。煙氣通過(guò)氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)(部分1)流入二氧化碳洗滌器(部分2、，在二氧化碳洗滌器中通過(guò)與溶劑例如哌嗪鹽酸鹽接觸而從氣流中除去大部分的co2。將從二氧化碳洗滌器離開(kāi)的煙道氣送入通過(guò)任選的洗滌器(部分4)，以便除去在(X)2洗滌工序期間夾帶在煙道氣中的任何胺蒸汽。取決于煙囪的要求，可能需要其它的煙氣調(diào)節(jié)步驟，這可以在部件434中進(jìn)行。溶劑流動(dòng)回路包括料流416、420、440、446、452、458和422。包含高濃度CO2 (富含的料流416)的溶劑進(jìn)入由部分6-9組成的溶劑處理子系統(tǒng)。在溶劑流過(guò)該溶劑處理系統(tǒng)后，將包含低濃度(X)2的溶劑(稀薄的料流42 送回到(X)2氣液接觸器。該水溶劑包含弱堿(胺)和強(qiáng)酸(HCl)。在這個(gè)工序中可以改變酸與堿的比例。 酸與堿的最高比例在堿性物提取步驟450之前的料流446中。酸與堿的最低比例是在堿性物提取步驟450之后的料流450中。實(shí)施例實(shí)施例1在實(shí)施例1中，利用小規(guī)模的噴嘴陣列試驗(yàn)裝置，以便量化確定在正常工作狀態(tài)下各種化學(xué)品的質(zhì)量傳遞。這是直接礦物化的實(shí)施例，其使用利用噴嘴板的氣液接觸器，使在氣液接觸器中所用的KOH溶液直接結(jié)合來(lái)自錯(cuò)流氣體的C02。參考圖5A-5B和6A-6D，以附圖標(biāo)記500概括描述了噴嘴設(shè)備。該噴嘴設(shè)備包括正壓室罩502、流動(dòng)調(diào)節(jié)器504和噴嘴板506。在氣液接觸器中使用該噴嘴設(shè)備來(lái)形成多個(gè)液體射流。正壓室罩502包括正壓室508和液體入口 510。該正壓室用聚氯乙烯(PVC)制成。 設(shè)置壓力計(jì)(未顯示)以測(cè)量在噴嘴板506之上的正壓室508中的流體壓力。正壓室是在噴嘴板506上方形成的密封室，其尺寸是約142mm寬X約76毫米高X約6. 4mm深。該噴嘴板506包括四個(gè)噴嘴組512、514、516和518。在此結(jié)構(gòu)中，每個(gè)噴嘴組包括12個(gè)噴嘴 506。每個(gè)噴嘴隔開(kāi)均一的距離-在噴嘴之間的距離是4mm。在噴嘴組512、514、516和518 之間的距離是一致的。在此實(shí)施例中，噴嘴組之間的距離是3cm。在該實(shí)施方案中，通過(guò)將該噴嘴磨銑(milling)成316L不銹鋼板來(lái)形成該噴嘴。 用CNC機(jī)床進(jìn)行磨銑。圖5E中顯示了噴嘴的入口側(cè)，圖5D中顯示了出口側(cè)。將每個(gè)噴嘴組(504、506、508、510)磨銑成不銹鋼板，在該板的一邊，使用球磨機(jī)切割伸入該板5. 5mm的槽，如圖5E所示(504，506，508，510)。將該板502的另一側(cè)(圖5D)磨銑掉，以在該開(kāi)槽上方保留4個(gè)排?？邕^(guò)該排以0. 056英寸的深度切割V-形槽，從而形成該噴嘴。此外，將流動(dòng)調(diào)節(jié)器504插入正壓室。存在的該調(diào)節(jié)器用于沿著垂直于該噴嘴表面的路徑將該液體傳送到噴嘴。該流動(dòng)調(diào)節(jié)器504具有四個(gè)開(kāi)槽(520，522,5 ，5 )，其與該噴嘴板502的四個(gè)噴嘴組504、506、508、510同軸。流槽的高度是10. 4mm，每個(gè)槽的寬度是 6. 4mmο此實(shí)施例的目的是確定用于礦物化二氧化碳的0. IM KOH溶液的傳質(zhì)系數(shù)。在先前的實(shí)例中(未顯示)，0. IM KOH溶液的傳質(zhì)系數(shù)是約0. lcm/s。因此，在此實(shí)施例中，傳質(zhì)系數(shù)也應(yīng)該是約0. lcm/s。在此實(shí)施例中，(X)2的濃度是約3% (ν/ν)，以便在長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)使pH保持恒定。 這有助于更精確的質(zhì)量傳遞結(jié)果。此實(shí)施例使用0. IM KOH溶液，該溶液被傳遞到捕集槽 (未顯示)中，并將射流的正壓室壓力設(shè)置為約20psi。將3%的CO2氣體以不同的流速送入傅里葉轉(zhuǎn)換紅外(FTIR)光譜儀，并且記錄參考吸收。下表2顯示了用參考吸收獲得的樣品(pulled with reference absorption)。用于測(cè)量吸收的波數(shù)是 2308. 636CHT1。分別記錄由于稀釋而使(X)2濃度降至3%的方法所產(chǎn)生較好準(zhǔn)確度的單個(gè)流速的參考吸收值。
表2 :3% CO2氣流的參考吸收
權(quán)利要求
1.一種隔離氣相分子的方法，其包括以下步驟形成多個(gè)基本上平面的液體射流，所述液體射流的每一個(gè)包含平面的含水漿料溶液層，所述多個(gè)液體射流以基本上平行的平面排列； 提供具有氣相分子的氣體；和通過(guò)氣相分子與含水漿料之間的傳質(zhì)相互作用，使至少一部分氣相分子礦物化。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該氣相分子包含二氧化碳。
3.權(quán)利要求1的方法，其中該氣相分子包含來(lái)自燃煤裝置的煙道氣。
4.權(quán)利要求1的方法，其中該含水漿料包含在溶液中的固體物料和水。
5.權(quán)利要求4的方法，其中該固體物料包含堿性材料。
6.權(quán)利要求5的方法，其中該堿性材料包含硅酸鹽。
7.權(quán)利要求6的方法，其中該硅酸鹽包含硅酸鈣/硅酸鎂。
8.權(quán)利要求7的方法，其中該硅酸鈣/硅酸鎂包含橄欖石、硅灰石和蛇紋石中的至少一種。
9.權(quán)利要求5的方法，其中該堿性材料包含工業(yè)廢料堿性材料。
10.權(quán)利要求9的方法，其中該工業(yè)廢料堿性材料包含鋼渣、水泥窯灰塵和飛灰中的至少一種。
11.權(quán)利要求1的方法，其中該含水溶液包含Ca(OH)2和Mg(OH)2中的至少一種。
12.權(quán)利要求1的方法，其中該含水漿料包含約1重量％-約20重量％的固體。
13.權(quán)利要求1的方法，其中該含水溶液包含約5重量％-約10重量％的Ca(0H)2。
14.權(quán)利要求1的方法，其中含水溶液還包含(X)2吸收的促進(jìn)劑。
15.權(quán)利要求14的方法，其中該促進(jìn)劑包含胺。
16.權(quán)利要求15的方法，其中該胺選自(單乙醇胺)、1，4_哌嗪二乙醇、哌嗪、羥乙基哌嗪及它們的組合。
17.權(quán)利要求1的方法，其中該含水溶液還包含防腐蝕劑和消泡劑中的至少一種。
18.權(quán)利要求17的方法，其中該防腐蝕劑包含偏釩酸鈉和碳酸銅中的至少一種。
19.權(quán)利要求17的方法，其中該消泡劑包含基于硅化合物的消泡劑，其包括聚二甲基硅氧烷、疏水性二氧化硅和硅酮二醇中的至少一種。
20.權(quán)利要求1的方法，其中氣液接觸器包含多個(gè)操作組件。
21.權(quán)利要求1的方法，其中形成均勻間隔的水平液體射流陣列的步驟包括在約 2psi-約25psi的液體正壓室壓力下形成該水平液體射流。
22.權(quán)利要求1的方法，其中在該陣列中的至少一個(gè)水平液體射流具有大于約Icm的寬度。
23.權(quán)利要求1的方法，其中在該陣列中的至少一個(gè)水平液體射流具有約5cm-約15cm 的寬度。
24.權(quán)利要求1的方法，其中在該陣列中的至少一個(gè)水平液體射流具有約IOym-約 250 μ m的厚度。
25.權(quán)利要求1的方法，其中在該陣列中的至少一個(gè)水平液體射流具有約5cm-約30cm 的長(zhǎng)度。
26.權(quán)利要求1的方法，其中在該陣列中的至少一個(gè)水平液體射流具有小于15m/sec的速度。
27.一種隔離氣相分子的方法，其包括以下步驟在氣液接觸器中形成多個(gè)基本上平面的液體射流，所述液體射流的每一個(gè)包括平面的含水溶液層，所述多個(gè)液體射流以基本上平行的平面排列； 提供具有氣相分子的氣體；通過(guò)氣相分子與含水溶液之間的傳質(zhì)相互作用，使至少一部分氣相分子反應(yīng)，形成反應(yīng)過(guò)的組成物；和使至少一部分反應(yīng)過(guò)的組成物礦物化，以形成碳酸鹽。
28.權(quán)利要求27的方法，其中該氣相分子包含煙道氣，該煙道氣包含C02。
29.權(quán)利要求27的方法，其中該含水溶液包含哌嗪和酸。
30.權(quán)利要求27的方法，其中該含水溶液包含哌嗪和鹽酸。
31.權(quán)利要求27的方法，其中該含水溶液包含哌嗪和鹽酸，其中鹽酸與哌嗪的摩爾比是約0. 5-2。
32.權(quán)利要求27的方法，其中該礦物化步驟包括在連續(xù)過(guò)程反應(yīng)器中使反應(yīng)過(guò)的組成物與硅酸鹽反應(yīng)，以形成碳酸鹽。
33.權(quán)利要求27的方法，其中該礦物化步驟包括使反應(yīng)過(guò)的組成物與堿性材料反應(yīng)， 以形成碳酸鹽。
34.權(quán)利要求33的方法，其中該堿性材料包含硅酸鹽。
35.權(quán)利要求33的方法，其中該硅酸鹽包含硅酸鈣/硅酸鎂。
36.權(quán)利要求34的方法，其中該硅酸鈣/硅酸鎂包含橄欖石、硅灰石和蛇紋石中的至少一種。
37.權(quán)利要求33的方法，其中該堿性材料包含工業(yè)廢料堿性材料。
38.權(quán)利要求37的方法，其中該工業(yè)廢料堿性材料包含鋼渣、水泥窯灰塵和飛灰中的至少一種。
39.權(quán)利要求27的方法，其進(jìn)一步包括用循環(huán)進(jìn)料反向回路回收該含水溶液的步驟。
40.一種從燃煤裝置的煙道氣中直接隔離二氧化碳?xì)庀喾肿拥姆椒ǎ浒ㄒ韵虏襟E形成多個(gè)基本上平面的液體射流，所述液體射流的每一個(gè)包含平面的含水漿料溶液層，所述多個(gè)液體射流以基本上平行的平面排列，其中該含水漿料溶液包含約5 (w/w)-約 10重量%的Ca (OH) 2和Mg (OH) 2中的至少一種； 提供具有二氧化碳?xì)庀喾肿拥臒煹罋?；和通過(guò)二氧化碳?xì)怏w分子與含水漿料溶液之間的傳質(zhì)相互作用，使至少一部分二氧化碳?xì)庀喾肿拥V物化。
全文摘要
本發(fā)明一般地涉及一種隔離污染物的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及通過(guò)使用高傳質(zhì)的系統(tǒng)和高效的pH擺動(dòng)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)超過(guò)現(xiàn)有無(wú)機(jī)碳酸化方法的顯著的性能提升。更具體地，本發(fā)明的各方面涉及隔離污染物的直接法和間接法。
文檔編號(hào)B01D53/18GK102215938SQ200980145931
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者B·R·尼扎莫夫, D·K·諾依曼, J·L·安德森, T·L·亨肖 申請(qǐng)人:諾依曼系統(tǒng)集團(tuán)公司