[发明专利]用于封存二氧化碳的系统、装置和方法

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及用于二氧化碳封存的系统、装置和方法，更具体地但不唯一地涉及用于从燃煤型发电厂烟气中捕获并封存二氧化碳的系统和方法。

背景技术

为了帮助使全球变暖效应最小化，越来越关注减少向大气排放二氧化碳。天然存在二氧化碳吸附物，最主要的天然存在的吸附物是海洋。植物也是二氧化碳吸附物的有效形式，其采用光合作用通过将二氧化碳吸收到生物质中来将二氧化碳从大气中去除。然而，这些天然存在的吸附物不能有效地赶上当今能源饥渴潮流中产生的二氧化碳的巨大数量。

有害二氧化碳的一个主要来源是大型矿物燃料发电厂，在燃烧烟煤时，矿物燃料发电厂每产生一兆瓦时(MWh)的电力通常平均排放大约0.8至1吨的气体。例如，大型发电厂，如澳大利亚新南威尔士州的猎人谷中2,640MW的Bayswater发电厂，在每年产生20,000,000MWh的电力的情况下，将排放18,000,000吨的二氧化碳。如果存在能够将这些发电厂排放的二氧化碳中的至少一些捕获并永久封存的系统和方法，将是有利的。如果提供永久处理被独立检查的气体的系统和方法，也将是有利的。

发明内容

在第一方面中，本发明提供一种二氧化碳封存方法，包括以下步骤：

(i)使用能够吸收二氧化碳的富含正碳酸铵的溶液洗涤含有二氧化碳的气流，其中，二氧化碳与碳酸铵反应产生含有碳酸氢铵的溶液；

(ii)使包含金属硅酸盐岩石和碳酸氢铵溶液的浆料通过反应器，控制所述反应器以便促进碳酸氢盐与硅酸盐岩石之间的反应从而产生金属碳酸盐和二氧化硅。

在本说明书的上下文中，短语“富含正碳酸铵的溶液”应当理解为存在的主要的盐与普通形式碳酸铵的分子式(NH₄)₂CO₃对应。但是，所述溶液可以包含其他碳酸铵盐，并且还可以存在一些分子氨NH₃，并且也可以存在氢氧化铵NH₄OH。另外，应当注意，术语“含有二氧化碳的气流”并不是指仅含有二氧化碳的气流，并可以含有其他废气。

在一个实施方案中，在步骤(i)中吸收二氧化碳之前，将金属硅酸盐岩石与正碳酸铵溶液混合。

在一个实施方案中，所述反应使碳酸氢盐在金属硅酸盐的存在下部分地分解，从而产生富含分子氨和二氧化碳的水相。

在一个实施方案中，所述方法还包括冷却水相的步骤以使游离氨和二氧化碳分子结合以形成碳酸铵盐溶液，所述碳酸铵盐溶液将被回收用于在所述方法的步骤(i)中重复使用。

在一个实施方案中，所述方法还包括在步骤(i)中重复使用之前向回收的碳酸铵溶液中加入碱的步骤。所述碱可以是氧化钙和/或氢氧化钙。在一个实施方案中，在步骤(i)中的洗涤之前将氧化钙从气流中取出。

在一个实施方案中，所述方法还包括向产生富二氧化碳气体的来源中引入粉碎的石灰石的步骤。所述来源可以是燃煤型发电厂锅炉，在发电厂锅炉节热器部分的上游加入所述粉碎的石灰岩。

在一个实施方案中，将用于在向大气排放之前洗涤所述气流的混合溶液的一部分急冷，以确保气体中游离氨的量在临界水平以下。所述临界水平例如可以由有关政府或其他管理部门制定。

在一个实施方案中，洗涤气流的步骤包括以喷雾或喷淋的方式使含有二氧化碳的气体接触所述浆料以使所述浆料与含有二氧化碳的气体之间的接触面积最大化。

在一个实施方案中，控制反应器的步骤包括提高反应器的压力和温度中的至少一个，以便促进二氧化碳与金属硅酸盐之间的反应。

在一个实施方案中，所述反应器为管道。所述管道可以包括多个流体通道，并且其中所述反应沿着所述流体通道中的一个的长度进行。使用流体通道中的另一个向第一阶段供给金属硅酸盐浆料。

在一个实施方案中，所述方法还包括在管道之前和/或之后在活性浆料与金属硅酸盐浆料之间交换压力和热量中的至少一个的步骤。

在一个实施方案中，所述反应器为位于地下的腔室。所述腔室可以位于一定的深度，所述深度以静压头的方式提供足够的压力以促进二氧化碳与金属硅酸盐之间的反应。

在一个实施方案中，所述方法还包括研磨金属硅酸盐岩石的步骤以制备所述金属硅酸盐浆料。所述金属硅酸盐浆料可以包含大约25重量％的精细研磨的金属硅酸盐固体。

在一个实施方案中，所述金属硅酸盐为富镁硅酸盐。在一个实施方案中，所述富镁硅酸盐为蛇纹石和/或橄榄石和/或辉石矿物，所有这些矿物通常被称为超基性或超镁铁矿物。