方法和设备 本发明涉及一种方法和设备， 用于从至少包括可捕获的目标化合物 ( 可捕获的靶 化合物， captive target compound) 和一种其它材料的气体和 / 或蒸气混合物捕获可捕 获的目标化合物或用于从至少包括目标化合物和一种其它材料的液体混合物或溶液回收 或浓缩目标化合物。本发明在环境改善方面具有特别的适用性， 并且可以例如用来从大气 ( 气氛 ) 中除去温室或污染气体或从废物流 ( 废流股 )( 废水 ) 中除去污染物。本发明还可 以用来从废物流或从其它来源回收有用物质， 并且可以例如用来从废物流回收和 / 或浓缩 回收的污染物或用来实现目标化合物的结晶。
本说明书将强调本发明用来实现碳捕获的适合性， 尤其是从大气或从二氧化碳富 集的空气或从包含大量二氧化碳的废物流除去二氧化碳， 但从上文应当明了， 本发明的方 法和设备可以被更广泛地利用。
目前大气中二氧化碳的浓度正在升高并已确定为是引起气候变化的主要温室气 体。对发现一种降低或停止大气中二氧化碳水平的升高以便管理气候变化的方式 ( 方法 ) 存在很大的需要。其它人开发从大气中提取二氧化碳的可行方法的先前尝试已遇到困难， 这是由于相对高的能源消耗、 高建设成本以及经济困难。在本申请书中概述的方法旨在专 门解决这些问题。本发明的方法还是高度可扩展的， 因为将需要大规模地进行大气碳捕获 以解决气候变化的问题。
目前二氧化碳以大约 385ppm 存在于空气中。这意味着， 它是非常扩散的并且大量 的空气需要与吸收剂混合以提取任何有意义量的二氧化碳。 这很难以有意义的比率常规实 现并仍使用低能量。对于此已考虑使用风， 但它通常不是连续的并且这具有降低基本构造 的收益率和增加捕获设备的操作成本的效果。类似地， 风扇具有基本费用并且需要显著的 电力来操作。
还存在紧迫的环境需求来提供目前可用方法的改善， 用于从废物流中回收污染物 和 / 或浓缩这样的材料用于随后的回收， 以及用于实现从其溶液结晶目标化合物。
本发明寻求解决这些困难。
根据本发明， 提供了一种用于从包含目标化合物和至少一种其它材料的混合物捕 获或浓缩或结晶目标化合物的方法， 该方法包括 ：
提供外壳 (enclosure)， 该外壳具有顶部区域、 底部区域以及限定外壳的至少一个 侧面， 该外壳 ：
在它的顶部区域与气体和 / 或蒸气混合物连通， 用于允许气体和 / 或蒸气混合物 进入外壳 ；
在它的底部区域与容器 ( 贮存器 ) 连通， 用于接收捕获到的或浓缩的目标化合 物；
具有与其至少一个侧面和 / 或其底部区域相连的装置， 用于允许气体和 / 或蒸气 混合物从外壳流出 ；
具有用于从顶部到底部至少部分地喷射液体混合物或溶液通过外壳的装置， 其中 目标化合物存在于气体和 / 或蒸气混合物中和 / 或存在于液体混合物或溶液中 ；
喷射液体混合物或溶液通过外壳以产生气体和 / 或蒸气混合物通过外壳的下降气流 ； 当目标化合物存在于气体和 / 或蒸气混合物中时， 在液体混合物或溶液中或混合 于液体混合物或溶液和 / 或在容器中提供活性剂， 该活性剂具有与可捕获的目标化合物相 互作用以使它可以以非气体和非蒸气形式被捕获的能力 ；
当目标化合物存在于液体混合物或溶液中时， 至少部分使在下降气流中的液体混 合物或溶液蒸发以浓缩或结晶目标化合物 ；
在容器中收集捕获到的、 浓缩的或结晶的目标化合物 ； 以及
通过至少一个侧面和 / 或通过容器从外壳排出气体和 / 或蒸气混合物， 可选地以 至少部分可捕获的目标化合物耗尽形式。
本发明在从气体和 / 或蒸气混合物捕获目标化合物方面， 以及在从液体混合物或 溶液捕获目标化合物方面具有适用性。 在前一种情况下， 在方法开始时， 目标化合物存在于 气体和 / 或蒸气混合物中。在后一种情况下， 作为液体混合物或溶液或作为液体混合物或 溶液的一部分或连同液体混合物或溶液一起来提供目标化合物。在一些情况下， 当然可以 的是， 目标化合物存在于气体和 / 或蒸气混合物中并存在于液体混合物或溶液中， 或第一 目标化合物存在于气体和 / 或蒸气混合物中而第二目标化合物存在于液体混合物或溶液 中。
因此， 根据本发明的一个方面， 提供了一种用于从至少包括可捕获的目标化合物 和一种其它材料的气体和 / 或蒸气混合物捕获可捕获的目标化合物的方法， 该方法包括 ：
提供外壳， 该外壳具有顶部区域、 底部区域以及限定外壳的至少一个侧面， 该外 壳：
在它的顶部区域与气体和 / 或蒸气混合物连通， 用于允许气体和 / 或蒸气混合物 进入外壳 ；
在它的底部区域与容器连通， 用于接收捕获到的可捕获的目标化合物 ；
具有与其至少一个侧面和 / 或其底部区域相连的装置， 用于允许至少部分可捕获 的目标化合物耗尽形式的气体和 / 或蒸气混合物从外壳流出 ；
具有这样的装置， 该装置用于从顶部到底部至少部分地喷射液体混合物或溶液通 过外壳， 用于夹带在外壳中的气体和 / 或蒸气混合物并将夹带的气体和 / 或蒸气混合物朝 向外壳的底部区域携带 ；
通过外壳喷射液体混合物或溶液并夹带其中的气体和 / 或蒸气混合物， 使得气体 和 / 或蒸气混合物朝向外壳的底部区域流动 ；
作为液体混合物或溶液或在液体混合物或溶液中或混合于液体混合物或溶液、 和 / 或在容器中， 提供活性剂， 该活性剂具有与可捕获的目标化合物相互作用以使它可以以非 气体和非蒸气形式被捕获到的能力 ；
在容器中收集捕获到的可捕获的目标化合物 ； 以及
从外壳通过至少一个侧面和 / 或通过容器排出以至少部分可捕获的目标化合物 耗尽形式的气体和 / 或蒸气混合物。
在这种情况下， 可捕获的目标化合物可以选自任何一种或多种已知的气体或蒸气 污染物、 温室气体、 或其它不期望的环境成分， 和 / 或它可以选自有用的化合物， 其可以是
期望捕获的并重新用于有用目的或用于直接分解。 可捕获的目标化合物的非限制性实例包 括二氧化碳、 甲烷以及一氧化二氮。二氧化碳是优选的可捕获目标化合物。
气体和 / 或蒸气混合物可以是大气或可以是例如来自工业设备或矿井的废物流。
在本发明的另一个方面中， 本发明提供了一种用于从至少包括目标化合物和一种 其它材料的混合物回收或浓缩目标化合物的方法， 该方法包括 ：
提供外壳， 该外壳具有顶部区域、 底部区域以及限定外壳的至少一个侧面， 该外 壳：
在它的顶部区域与气体和 / 或蒸气混合物连通， 用于允许气体和 / 或蒸气混合物 进入外壳 ；
在它的底部区域与容器连通， 用于接收回收的或浓缩的目标化合物 ；
具有与其至少一个侧面和 / 或其底部区域相连的装置， 用于允许气体和 / 或蒸气 混合物从外壳流出 ；
具有这样的装置， 该装置用于从顶部到底部至少部分地喷射包含目标化合物和至 少一种其它材料的液体混合物或溶液通过外壳 ；
通过外壳喷射液体混合物或溶液以产生气体和 / 或蒸气混合物通过外壳的下降 气流 ；
至少部分地蒸发在下降气流中的液体混合物或溶液以浓缩或结晶目标化合物 ；
在容器中回收浓缩的或结晶的目标化合物 ； 以及
从外壳通过至少一个侧面和 / 或通过容器排出气体和 / 或蒸气混合物。
在这种情况下， 目标化合物可以选自任何一种或多种已知的污染物和 / 或它可以 选自有用的化合物， 其可以是期望回收的并重新用于有用目的。目标化合物的非限制性实 例包括磷酸钠水合物或硫酸钠水合物。当溶解的盐 ( 硫酸钠 ) 的浓度逐渐增加超过它的溶 解度点 ( 其中在结晶以后发生结合水 ) 时， 水合物盐诸如芒硝 (Na2SO4 10H2O) 特别适合于 利用这种方法加以结晶。这具有进一步减少用来溶解其它硫酸钠的可用水的效应。该方法 足够慢地蒸发水以使得可以生长较大晶体， 但足够快速以成为用于产生大规模结晶的可行 方法。所描述的结晶方法适用于非水合盐或化合物。
在本发明的方法用来结晶目标化合物的情况下， 所提供的混合于目标化合物的至 少一种其它材料可以简单地是用于目标化合物的溶剂或溶剂混合物。在这方面， 在本说明 书中术语 “混合物” 明确包括包含溶质和溶剂的混合物的溶液。
本发明的方法便于连同相对较低能量需求的过程一起来浓缩稀释材料。 应用有许 多， 但包括浓缩在废水中的污染物以促进它们的最终回收和 / 或处置， 以及来自采矿业的 废物流的处理， 例如从其回收硫酸钙或磷酸钠。
在根据本发明的一种方法中， 可能通过结晶来捕获可捕获的目标化合物。这样的 化合物的一个实例是磷酸钠， 在本发明的方法中， 其可以在溶液中被供给到外壳并在下降 气流中结晶， 从而按照上述方法回收磷酸钠晶体。
优选通过至少一个侧壁来限定外壳， 所述侧壁优选具有圆形截面。 然而， 基本上任 何构造的侧壁可以用来提供具有卵形、 多边形或不规则截面的外壳。在外壳的整个长度上 截面不需要是相同的， 虽然它可以是相同的。可以选择外壳的截面积以适合应用， 但通常 2 2 2 2 2 是例如至少约 1m 、 或至少约 5m 、 或至少约 10m 、 或至少约 50m 、 或至少约 100m 、 或至少约250m2、 或至少约 500m2。
所述至少一个侧壁可以是具有常规烟囱的方式的实心壁， 其构造自任何合适的材 料， 如例如金属或塑料的块、 砖 ( 片， brick)、 板。然而， 在外壳的构造中， 还设想使用柔性材 料， 例如帷、 幕 ( 帘 ) 以及织物。合适的塑性材料 ( 塑料 ) 如例如聚丙烯或聚乙烯的空心圆 柱体将构成用于外壳的合适布置。
还设想， 所述至少一个侧壁至少部分地由流体材料构成， 该流体材料连续地从外 壳的顶部流向底部以产生构成侧壁的流体幕。流体材料可以是流动固体如细分的颗粒材 料， 例如砂子， 但将通常优选是液体， 最优选水或至少基于水的材料 ( 水基材料 )。
外壳在它的顶部可以是完全敞开的， 从而便于外壳与气体和 / 或蒸气混合物之间 的最大连通。 然而， 在一些情况下， 它可以优选部分地关闭外壳的顶部， 例如， 以过滤碎屑或 引导下降气流流动。
在其底部， 外壳还可以是完全敞开的并完全与容器连通。然而， 再次， 在一些情况 下， 它可以优选部分地关闭外壳的底部， 例如， 以过滤碎屑或引导循环流 ( 循环流股 )。
用于允许以至少部分可捕获的目标化合物耗尽形式的气体和 / 或蒸气化合物流 出的装置可以包括在至少一个侧壁中的一个或多个出口， 优选朝向或在外壳的底部区域 中。 如果至少一个侧壁是连续流动的侧壁 ( 例如水幕 )， 则例如， 在至少一个侧壁中、 围绕偏 转板 ( 折流板 ) 或其它种类的突出物 ( 突起 )， 通过偏转流体材料的流动， 可以提供至少一 个出口。 为了防止在外壳内产生由吹过外壳的顶部的风引起的负压， 有用的是， 在外壳的 顶部安装向下指示百叶窗以重新引导流动空气向下进入外壳。重要的是， 防止在外壳内产 生负压， 这是因为这会严重干扰空气的向下流动。
因此， 根据本发明， 还提供了一种按照上述的方法， 其中提供了与外壳的顶部区域 相连的装置， 用于引导气体和 / 或蒸气混合物向下进入外壳。这样的装置可以包括例如向 下定向的百叶窗。
优选地， 喷射装置朝向外壳的顶部区域定位。 它可以位于外壳的顶部， 但在所有情 况下这可能不是优选的， 例如当活性剂被提供为液体混合物或溶液或混合于液体混合物或 溶液以及是挥发性化合物时， 其中最好不应允许上述挥发性化合物从外壳逃逸。喷射装置 通常将被布置成至少穿过外壳截面积的主要部分来分布液体混合物或溶液， 使得下降的喷 射的液体混合物或溶液在外壳中产生下降气流。
本发明的方法的一个重要特点是与液体混合物或溶液的以下能力有关 ： 在外壳中 产生相当大的下降气流并因此实现较大体积的气体和 / 或蒸气混合物通过其中的运动。如 果液体混合物或溶液具有蒸汽压使得在外壳中发生液体混合物或溶液的至少部分蒸发， 则 情况尤其是如此。 液体混合物或溶液的蒸发会引起在外壳中的残留液体混合物或溶液的温 度下降， 并且这又会加速下降气流。因此， 在根据本发明的一种优选方法中， 液体混合物或 溶液具有蒸汽压， 使得在外壳中发生液体混合物或溶液的至少部分蒸发。
液体混合物或溶液可以选自任何合适的材料或材料的混合物， 但将通常包括水， 其可以是盐水、 废水或淡水。
应当明了， 当混合于液体混合物或溶液来提供活性剂时， 这样的混合无需在喷射 液体混合物或溶液以前进行。 例如， 如果期望的话， 可以通过与液体混合物或溶液喷射器分
开的第二喷射装置将活性剂喷射到外壳中。 例如， 本发明的方法可以使用双喷射系统， 其中 第一盐水喷射夹带气体和 / 或蒸气混合物， 其然后在外壳中前进通过第二淡水喷射， 其中 提供有活性剂。以这种方式， 至少主要借助于盐水蒸发来实现气体和 / 或蒸气混合物的夹 带 ( 带走 )， 并且因此发生相对很少或没有发生淡水的蒸发。在淡水供应有限的地方， 这可 能具有优点。
当以至少部分可捕获的目标化合物耗尽形式的气体和 / 或蒸气混合物从外壳排 出时， 可能期望的是， 在出口的区域中设置提取机构 (strippingmechanism)， 用于例如从排 出流 (vented stream) 中除去外来活性剂。例如， 可以引导排出流或至少部分排出流通过 流动的提取介质 (strippingmedium)， 其本身可以是例如流动水幕。以这种方式， 可以通过 提取流从排出流中回收任何外来活性剂。然而， 应当强调的是， 提取介质不一定是水基的， 而是可以包括例如非挥发性油。
活性剂可以选自这样的材料， 其与可捕获的目标化合物化学反应或以其它方式破 坏可捕获的目标化合物， 优选以产生非气体和非蒸气产物， 或其与可捕获的目标化合物物 理上相互作用， 例如以在活性剂的表面上吸附可捕获的目标化合物或在活性剂的基体 ( 基 质 ) 内吸收或螯合可捕获的目标化合物。然而， 在本说明书中， 术语吸收剂在上下文中还将 理解为是指化学相互作用的材料， 其具有化学吸收可捕获的目标化合物以便例如产生新的 化学实体， 其中的可捕获的目标化合物或化学组分已被活性剂化学吸收的效果。 例如， 在本 文中我们将氨称为碳吸收剂， 因为它与二氧化碳化学反应以产生碳酸氢铵。 在目标捕获化合物是二氧化碳的情况下， 优选的活性剂是氨连同硫酸钙或石膏。 在这种情况下， 驱动该过程的化学反应可以方便地总结如下 ：
1)2NH3( 气体 )+2H2O → 2NH4OH
2)CaSO4·2H2O → CaSO4( 溶解的 )+2H2O
3)CaSO4+CO2+2NH4OH → CaCO3+H2O+(NH4)2SO4
以这种方式， 将可以看到， 通过与氨和硫酸钙形式的活性剂的相互作用， 可以将二 氧化碳转化成捕获的形式， 作为碳酸钙。石膏可以作为悬浮液被溶解或夹带。可以将氨溶 解在水中或作为气体添加。 如果将氨作为气体加入到系统中， 则可以产生更高的捕获效率。 石膏的使用是特别有利的， 这是因为可以以采矿废物的形式来供给石膏， 其经常被氟化钙 和放射性物质污染。 本发明的方法便于从这样的废物流选择性地溶解硫酸钙并从而是用于 回收硫酸钙供进一步使用的有效方式。
因此， 在根据本发明的一种优选方法中， 以气体形式来提供活性剂并与可捕获的 目标化合物发生直接气气反应以使可捕获的目标化合物能够被捕获。 在一种特别优选的方 法中， 在这点上， 可捕获的目标化合物是二氧化碳而活性剂是氨。可以认为， 虽然本发明的 方法不受该理论的束缚或限制， 但是氨气可以直接与二氧化碳气体反应以形成氨基甲酸铵 和碳酸氢铵。两者均是不稳定的并且遭受分解， 但并不足以快速地使二氧化碳被有效地捕 获到。可以在根据本发明的特别优选的方法中处理上述两种物质以与硫酸钙反应， 以产生 硫酸铵和碳酸钙， 从而实现二氧化碳可捕获的目标化合物的长期捕获。
如果期望的话， 可以改变反应 3) 以产生干燥的反应产物。这可以通过仅向反应 1 中添加一分子的水使得产生一分子的氨和氢氧化铵来实现， 然后将其供应到反应 3 中使得 没有产生水副产物。这产生干燥的碳酸钙 ( 白垩 ) 和硫酸铵。
反应 1-3 可以总结为以下方程式 ：
4)CaSO4·2H2O+CO2+2NH3 → CaCO3+(NH4)2SO4+H2O
本发明的方法进一步设想以适合于下游使用的形式随后再生可捕获的目标化合 物。例如， 当可捕获的目标化合物是二氧化碳， 并且以白垩的形式被捕获 ( 通过与氨和石膏 反应以产生白垩和硫酸铵 ) 时， 可以再生可捕获的目标化合物， 供下游使用。存在两种途径 来再生氨和石膏， 其将在优选实施方式的描述中加以进一步说明。第一种途径是通过将硫 酸铵热离解成硫酸和氨气。 然后使硫酸与先前产生的白垩反应以产生二氧化碳的高压流股 和石膏。反应是 ：
5)(NH4)2SO4 → 2 NH3+H2SO4
6)CaCO3+H2SO4 → CaSO4+CO2 ↑ +H2O
第二种途径是通过硫酸铵与白垩的直接反应。在高于 60℃的加热温度下， 在高压 下使硫酸铵、 白垩、 以及水反应以形成石膏、 氨气、 以及二氧化碳。 该反应需要热量的恒定输 入以向前进行。反应是 ：
7)(NH4)2SO4+CaCO3+H2O → 2NH3 ↑ +CaSO4·2H2O+CO2 ↑
反应 7 是高度有利的， 这是因为它可以由如发电过程产生的废热来提供动力。在 方程式中概括描述的反应物是基于钙的。包括钙的任何碱金属是可适用的 因此， 根据本发明的一种优选方法包括至少一个再生可捕获的目标化合物的下游 步骤， 在这种情况下为二氧化碳， 供进一步使用。 优选地， 通过碳酸钙与硫酸铵的反应， 优选 由来自工业过程如发电的废热所驱动， 来进行二氧化碳的这样的下游再生。
根据本发明， 还提供了一种捕获槽， 用于从至少包含可捕获的目标化合物和一种 其它材料的气体和 / 或蒸气混合物捕获可捕获的目标化合物， 或用于从包含目标化合物和 至少一种其它材料的液体混合物或溶液捕获、 浓缩或结晶目标化合物， 该捕获槽包括外壳， 该外壳具有顶部区域、 底部区域以及限定外壳的至少一个侧面， 外壳在其顶部区域是至少 部分敞开的以便在捕获槽的使用中与气体和 / 或蒸气混合物连通以及用于允许气体和 / 或 蒸气混合物进入外壳 ； 外壳在它的底部区域与容器连通， 用于接收捕获到的可捕获目标化 合物 ； 具有与其至少一个侧面和 / 或其底部区域相连的装置， 用于允许从外壳中流出至少 部分可捕获的目标化合物耗尽形式的气体和 / 或蒸气混合物 ； 以及具有这样的装置， 该装 置用于从顶部到底部至少部分地喷射液体混合物或溶液通过外壳， 用于夹带在外壳中的气 体和 / 或蒸气混合物以及用于将夹带的气体和 / 或蒸气混合物朝向外壳的底部区域携带。
根据本发明， 还提供了一种如本文前面描述的捕获槽， 其被构造和布置成操作本 发明的方法 ( 如前文所述 )。
现在将参照许多优选方面连同碳捕获， 尤其是二氧化碳， 来更具体地描述本发明。 应当理解， 借助于本发明的方法和设备， 还可以捕获其它类型的温室气体或环境或工业污 染物或有用的化合物， 并且应基于此来理解以下描述。
应当明了， 一般来说， 通过以下本发明可以克服现有技术概述的问题 ： 在外壳中 引入空气流， 以及通过蒸发冷却 ( 在液体混合物或溶液是水的情况下通过水蒸发来冷却空 气 ) 产生逆向抽吸效应 ( 逆向烟囱效应 )、 和 / 或借助于下降的水滴来夹带气体。
当水蒸发时， 它会冷却未蒸发的水和周围空气。冷却塔和动物利用这种效应来驱 散热量。冷却塔是水的非常有效的蒸发器， 这是因为它们混合由喷射细雾或使水薄膜通过
具有大量空气的填充包所产生的大量的高表面积水。 冷却塔可以对通过它们的空气和水产 生 10℃或更大的冷却效应。冷却塔并不产生空气的向下流动， 这是因为它们辐射过剩的热 量使得进入冷却塔的空气的温度低于离开该过程的空气的温度。 喷射水或使水通过填充包 的空气捕获过程将不会经受温度增加而是经受温度下降。 如果这是在在底部具有开口的敞 式拔顶槽中进行的 ( 参见图 1)， 则将产生向下的空气运动。这是因为进入槽顶部的空气将 比在底部离开槽的冷却空气更温和。除通过蒸发来冷却空气以外， 水的蒸发将提高离开槽 的空气的湿度。湿空气重于非湿空气并会下沉。同样取决于所喷射的水滴的尺寸， 存在从 空气到水的向下动量的一些传输。
由蒸发水产生的空气的向下流动可以是较大的并且通常可以按照烟囱方程来计 算。该方程并没有考虑空气密度变化或水与空气夹带效应。该方程是 ：
其中 ：Q ＝烟囱效应气流 ( 通风， draft)/ 通风流量， m3/s
A ＝离开槽的空气的截面积， m3
C ＝流量系数 ( 孔流系数 )( 通常采取的是 0.65 至 0.70)
g ＝重力加速度， 9.81m/s2
h ＝烟囱的高度， m
Ti ＝进入槽的空气的温度， K
T0 ＝离开槽的空气的温度， K
本质上， 在本发明中使用的外壳作为相反的烟囱操作， 即冷空气在底部而热空气 在顶部。一个实例可用来进一步解释该效应 ：
对于具有 400m2 的顶部截面积的捕获槽， 其中 3
A ＝ 324m
C ＝ 0.65
g ＝ 9.81m/s2
h ＝ 15m
Ti ＝ 298K T0 ＝ 295K
气流速率是 362.5m3/ 秒。通过顶部截面的气流速率的速度仅为 1.12 米 / 秒。与 活性剂 ( 例如吸收剂 ) 的空气接触时间为 13.4 秒。
本质上， 可以在外壳中产生较大的气流， 但空气的速率较慢。 这对于可捕获的目标 化合物 ( 例如二氧化碳 ) 的空气捕获是理想的， 因为过程限制步骤是在气态可捕获的目标 化合物与液体或固体表面 ( 其包含活性剂 ) 之间的相互作用的缓慢速率， 例如二氧化碳扩 散到吸收剂 ( 其溶解在水中 ) 中的缓慢速率。通常， 气体扩散到吸收剂表面的速率比在目 标化合物与吸收剂之间的反应速率小许多数量级。因此， 它是全过程的限速步骤。更快的 空气速率会减少可用于二氧化碳扩散到水中然后与碳吸收剂反应的时间长度。 这倾向于是 起反作用的并且必须取得平衡， 使得足够的空气需要通过空气捕获槽， 同时为目标气体到
达吸收剂并起反应提供足够的时间。
就基本构造费用而言， 产生用于大体积的水的细喷雾 ( 细喷射 ) 来代替用填充包 填充较大的空隙， 通常是便宜的。如果使用水喷雾 ( 喷射 )， 则有利的是， 使用可行的细喷 雾， 因为这增加可用于使二氧化碳扩散到吸收剂中的表面积。这具有增加收获自空气的二 氧化碳的量的效果。 如果使用填充包， 则相对于压力降具有高表面积的填充包是最有利的。 同样地， 利用较大的开孔塑料泡沫 ( 泡沫塑料 )， 可以产生较大的表面积。这样的泡沫具有 以下优点 ： 可压缩的和可压紧的以便于运输并且当允许膨胀时能够返回到低密度材料。这 大大降低了运输成本。 所生产的产品如填充包本质上遭受高度大容量并且具有相对高的运 输成本。可以结合使用喷雾、 填充包和 / 或开孔泡沫。
因此， 根据本发明的以上描述和陈述， 本发明还提供了一种用于可捕获的目标化 合物的捕获槽， 其中所述捕获槽设置有填充材料 ( 填料 )。优选地， 该填充材料具有高表面 积与容积比 ( 体积比 )。优选地， 该填充材料具有开孔结构。例如， 可以使用开孔泡沫。尤 其优选的是可压缩的开孔材料， 其可以被压缩以便于运输和储存。
在空气离开捕获槽以前， 细水喷雾或薄雾将不会从空气中沉降出来。为了避免吸 收剂的损失， 有必要具有粗喷雾的水幕以除去夹带的吸收剂或使空气通过偏移消除器。
与提供的用于捕获大气物质的改善的方法一样， 本发明的方法可以具有与水蒸气 的生成相关的进一步的益处。诱导流捕获塔可以被看作是用低能量来蒸发大体积水的方 式。可能的应用包括使用这样的蒸发来浓缩在废水中的稀污染物。如果使用废水 ( 有用的 湿度源 ) 作为蒸发水源， 则使非常稀的污染物变得显著更浓， 然后可以被除去。
本发明的另一个辅助益处可能在于在碳捕获中生产性使用由采矿 ( 尤其是磷酸 盐开采 ) 或石膏循环利用所产生的废石膏。在磷酸盐采矿废物烟囱中的石膏目前被认为是 无用的， 因为它被天然存在的放射性矿物和氟化钙污染。 本发明的方法可以用来溶解石膏， 但放射性矿物和氟化钙并不是可溶的。这使得可以进行分离和提纯 ( 清除 )。
本发明的方法的另一个可能的益处在于为水泥制造提供中性碳白垩供应的可能 来源。水泥制造采用石灰石或白垩并对它进行加热以释放 CO2。本发明的方法可以从空气 中捕获 CO2 并将它变成白垩以回料给水泥制造商。来自水泥制造的大约 60％的排放物来自 碳酸钙的分解。
本发明的另一个方面涉及多元喷射系统的应用， 该系统采用盐水或废水以及淡水 喷雾， 目的在于使淡水的使用最小化， 尤其在那些淡水的供给可能受限的地区。 如将显而易 见的， 基于空气的碳捕获具有蒸发非常大量的水的潜力， 这是由于需要处理的大量的空气。 甚至相对于空气 ( 其通过上述过程 ) 的少量水蒸发可以导致需要大量的补充水。淡水是压 力正增加的有限资源。将进一步增加淡水需求的应用的产生很可能产生使用冲突。可以利 用高度浓缩的碱性溶液来操作基于空气的碳捕获， 使得发生很少或不发生蒸发， 或可以使 用选择性离子塑料板 ( 塑料片材 )， 但这些方法经受许多缺点诸如高基本费用、 碱偏移、 以 及需要操作风扇来产生连续气流。自生成气流的缺乏是一个重大问题， 这是因为它将相当 大的能源负担强加于基于空气的碳捕获的方法并限制防止上述方法发生碱漂移的能力。 通 常， 更容易使用基于稀水的捕获溶液， 因为可以控制蒸发水效应以通过该过程诱导气流。 这 可以节省能源和基本构造费用。有用的是， 使喷雾位于湿度源喷雾 ( 盐水或废水 ) 和过程 的捕获侧之间以从该过程 ( 其可以包含吸收剂和产生的盐 ) 中除去漂移物。这具有在碳捕获过程的碳吸收侧内不产生盐或化学污染的优点， 因为污染物的后来分离会使该过程复杂 化。污染物分离会增加成本并增加过程的能量消耗。在增湿源水中的盐或污染物的浓度可 以被增加许多倍， 使得离开过程的溶液具有比用来补充 ( 构成 ) 过程的容积小得多的容积。
在本发明的一个方面， 本发明因此涉及使用盐水或废水来产生诱导的气流以及限 制来自碳吸收过程中的淡水蒸发。这可以通过最初使空气通过盐水或废水的细喷雾来实 现， 使得水蒸发并增加空气的湿度。 然后使较冷和高湿度空气转到碳捕获过程， 其可以是基 于淡水的。高湿度空气处于或接近饱和湿度， 因而将从过程的淡水侧蒸发很少的水或不蒸 发水。可以优化这种双过程使得很少的水蒸发自过程的淡水侧而不是蒸发自盐水或废水。
水的蒸发是高表面与空气比的函数。因此优选产生细水喷雾， 因为这些细水喷雾 将增加水的蒸发。 还可以利用水的薄膜如将在冷却塔填充包中所产生的水的薄膜来实现相 同的效应。喷雾或填充包将产生盐水或废水的漂移 ( 漂浮物 )， 其将污染过程的碳吸收侧。 可以通过在盐水喷雾与过程的碳吸收侧之间的填充包上添加喷雾 / 薄流体膜来消除这种 漂移。这将捕获污染漂移。它将产生少量的低污染物漂移 ( 从第二喷雾 )， 但这可以通过控 制污染物如在第二喷雾环中的盐的浓度来加以管理。还可以在填充包上添加另外的喷雾 / 薄流体膜以进一步减少污染物漂移。应该指出的是， 在过程中额外步骤的添加将增加穿过 全过程的压力降并将减少气流 / 增加需要给予风扇的能量， 其中上述风扇 ( 如果使用 ) 驱 动空气通过过程。 在漂移减少步骤中管理污染物浓度的一种方式是将一定比例的洗涤液 ( 如果它 是基于水的 ) 持续传输到湿度源喷雾。这将消耗少量但可接受量的淡水。
先前描述的蒸发过程可以用来浓缩碳吸收剂， 使得可以产生高度浓缩的溶液。这 是有利的， 因为更加浓缩的溶液通常需要较少的能量来处理。 同样地， 小容积的液体吸收剂 通常需要较小容积的设备， 这意味着需要较低的基本费用。它同样可用于从碳捕获过程产 生副产物的浓缩溶液。
在这点上， 本发明的方法的一种操作模式涉及使用反向烟囱， 通过水的蒸发， 其产 生空气冷却以及增加的空气密度， 上述反向烟囱引起空气的较大的下降气流。在这种实施 方式中， 空气在烟囱的顶部进入并与盐水的喷雾混合， 使得空气变得被湿气饱和。 冷的更稠 密的空气下降并通过淡水的喷雾， 其从盐水喷雾中除去高盐漂移。通过将一定比例的洗涤 水持续加入盐喷雾中并用淡水补充洗涤喷雾来控制洗涤喷雾的盐度。 然后使空气传送到过 程的碳吸收侧， 其中从空气中除去二氧化碳。碳吸收剂系统可以或可以不是液体以及可以 或可以不是基于吸收剂的淡水溶液。 然后空气离开碳吸收侧并且在烟囱的底部离开以前可 以或可以不通过漂移减少水雾。 该方法通常被设计成从过程的盐水侧而不是从碳吸收侧来 主要蒸发水。该方法被构造成使不同水喷雾的混合最小化。存在许多方式来做到这一点， 其将是本领域技术人员显而易见的。一个这样的解决方案的简单例证是笔直的竖式管， 其 在顶部和底部是敞开的。空气进入管的顶部并通过盐水喷雾， 且增加湿度。在管的顶部附 近是盐水喷雾落入的 “底板” 。使空气从位于盐水喷雾底板上方的管的封闭和突起侧掉出， 其中上述盐水喷雾底板位于管内。 在突起侧内， 喷射淡水以消除与空气混合的高盐漂移。 空 气持续下降并进入过程的碳吸收部分， 其位于盐水喷雾底板下方。空气沿管下降通过捕获 过程， 然后在管的底部离开。将突出部和流体阻挡层安装在适当的位置以防止各种液体流 到过程的其它部分。可以持续再次使用流体。
开发和实施从废物流和空气进行碳捕获的努力已严重受阻于在低温下再生二氧 化碳吸收剂的困难。通常， 再生吸收剂系统所需的温度为几百摄氏度。这将显著的成本和 能量限制强加于碳捕获过程。
本发明的另一个优点是， 如果期望的话， 该过程的捕获到的产物可以被再生， 供下 游使用， 并且这样的再生可以在相对低的温度下进行， 使得在低于 100℃下再生吸收过程的 副产物。 先前已总结了在活性剂是氨和石膏的组合的情况下用于再生生产二氧化碳的化学 反应。
该再生反应 ( 反应 7) 需要热量的输入。 当将热量输入到系统中时， 反应向前进行。 该反应在水的沸点和低于水的沸点下进行。过量的水并不阻碍反应并且通常是有利的。通 常， 如果使用细粉末状的白垩， 则通过热量输入到系统中的速率来控制反应速率。 更高的温 度通常会增加反应速率。石膏通过反应产生并且具有低溶解度， 并沉淀出来。与释放的二 氧化碳一起， 氨气离开系统。重要的是， 保持释放的气体温热， 使得没有形成碳酸氢铵。如 果气体被保持高于铵和二氧化碳反应以形成稳定的碳酸氢铵和氨基甲酸铵的温度， 则可以 使气体通过水幕并使氨与二氧化碳分离。 氨在水中是高度可溶的并且二氧化碳通常具有低 水溶解度 ( 如果压力被保持较低 )。这便于直接分离。产生的氢氧化铵被再循环回到反应 3 以固定更多的二氧化碳。 可以通过再循环二氧化碳通过再生系统对过程进行进一步改善， 在所述再生系统 中正发生反应 7 以便从浆料中提取氨并改善反应速率。
为了从高浓度 CO2 气流捕获 CO2， 有必要喷射石膏和氨的水浆料， 因为硫酸钙在水 中的低溶解度会成为问题。这产生石膏和白垩的混合物。该混合物 ( 或仅白垩 ) 以及产生 的溶解在水中的硫酸铵可以被加热以产生氨蒸气、 二氧化碳以及石膏。
可以使用来自如发电厂的来源的废过程热来提供为使反应 7 继续进行所需的热 量。反应 5 和 7 产生氨和石膏， 其可以被再循环以产生循环反应周期如在循环 1 和 2 中概 述的周期。这些循环持续再循环除二氧化碳之外的反应物。净结果是能够将稀二氧化碳浓 缩成纯二氧化碳流股的化学系统。在循环 1 中使用丰富的低级废热作为热源来再生吸附剂 系统的能力是高度有利的。
循环 1 是 ：
化学反应是 ： a)NH3+H2O → NH4OH b)CaSO4·2H2O → CaSO4( 溶解的 )+2H2O c)CaSO4+CO2+2NH4OH → CaCO3+H2O+(NH4)2SO4 d)(NH4)2SO4+CaCO3+H2O → 2NH3 ↑ +CaSO4·2H2O+CO2 施加低温热量以使反应 d 继续进行。 循环 2 是 ：
化学反应是 ： a)NH3+H2O → NH4OH b)CaSO4·2H2O → CaSO4( 溶解的 )+2H2O c)CaSO4+CO2+2NH4OH → CaCO3+H2O+(NH4)2SO4 e)(NH4)2SO4 → 2NH3+H2SO4 f)CaCO3+H2SO4 → CaSO4+CO2 ↑ +H2O取决于条件， 在大约 280℃下反应 e 继续进行。
现在将参照附图来更具体地描述本发明， 其中 ：
图 1 以示意性形式示出了根据本发明的碳捕获设备 ；
图 2 示出了这样的设备的可替换布置。
参照图 1， 示出了由圆筒状侧壁 2 限定的外壳 1， 在该实施方式中所述侧壁是由块 或其它合适材料构造的实心壁。外壳 1 的顶部区域 3 通向大气， 图 1 所示设备的用途是从 其捕获二氧化碳。箭头 4 指示在操作设备时大气进入外壳 1 的通道。
外壳 1 的底部区域 5 与容器 6 连通， 在该实施方式中上述容器作为用于捕获到的 碳 ( 在 7 处以示意性形式示出为沉降的白垩 ) 的收集装置以及作为用于硫酸铵溶液 8 的存 储容器， 在该实施方式中上述硫酸铵溶液与溶解的硫酸钙一起形成用于上述过程的活性剂 之一。
外壳 1 在它的底端设置有出口 ( 通风孔 )9， 其允许流出 CO2 耗尽的空气， 如在操作 设备中由箭头 10 所指示的。
喷射器 ( 喷雾器 )11 朝向外壳 1 的顶部定位并被供给硫酸钙溶液和氨的混合物， 硫酸钙溶液从容器 6 通过管道 12、 循环泵 13、 以及管道 14、 15 以及 16 被供给。用管道 17 将氨供给至系统， 而管道 18 是流出管道， 用于从再循环流股抽出硫酸铵溶液以防止其在系 统中的积累。
可以在管道 19 中定期或持续提取白垩， 而在经管道 21 流动到石膏沉淀槽 22 以 前， 将硫酸钙连续或定期供给到系统的石膏混合槽 20 中， 在此处任何不溶性石膏盐被允许 沉降， 并从此处硫酸钙溶液流经管道 23 到容器 6。借助于通过管道 24、 25、 混合槽 20、 管道 21、 沉降槽 22 以及管道 23 的再循环来维持容器 6 的硫酸钙含量， 通过循环泵 26 来驱动再 循环。
在操作设备时， 通过循环泵 13 的操作使在这种情况下由硫酸钙溶液和氨构成的 活性剂流流入喷射器 ( 喷雾器 )11 中并下降通过外壳 1， 作为下降细吸收剂喷雾 27， 其夹带 来自外壳 1 的顶部区域的空气并引起其中空气的向下流动。吸附剂喷雾蒸发水 ( 当它下降 时 ) 并提高空气密度， 从而使在蒸发区域中的空气下降并增强外壳 1 中的下降气流效应， 通 过对水蒸发的空气的冷却效应引起这种效应的进一步增强。
当活性剂喷雾和夹带的大气下降通过外壳时， 按照先前描述和讨论的方程式 3， 溶 解的硫酸钙与氨和来自空气的二氧化碳结合以形成硫酸铵和白垩。
回收的白垩以固体形式沉降在容器 6 的底部， 而 CO2 耗尽的空气通过出口 9 从外 壳 1 排出， 如图所示。将硫酸铵溶液回收在容器 6 中， 并从系统经管道 18 流出， 以防止其聚 集。
在图 1 中未示出， 但优选存在至少一个漂移消除器或向下或靠近侧壁 2 运行的水 幕， 用于提取除去任何挥发性物质如外来氨， 例如存在于排出流中或来自排出流的颗粒漂 移物中。
因此， 可以看出， 在操作中， 图 1 的设备可以提供一种有效的方式， 用于从大气中 大规模除去二氧化碳， 并且通过本发明的方法和设备可以实现主要的环境益处。
参照图 2， 示出了一种诱导通风碳捕获槽。参考数字 31 表示包含二氧化碳的进入 空气 ( 引入空气 )。水 / 吸收剂喷头 32 产生吸收剂和水的细雾。参考数字 33 表示碳捕获槽的侧壁， 而参考数字 34 表示细雾水、 吸收剂以及空气的下降混合物。参考数字 35 表示吸 收剂 / 水的粗喷雾， 其用来从通过开口 43 离开碳捕获槽的空气除去过多的漂移物和薄雾。 参考数字 36 表示已离开碳捕获槽的二氧化碳耗尽空气。空气 36 的湿度高于进入碳捕获槽 的空气 31， 这是由于来自水吸收剂喷头 32 的水蒸发。参考数字 37 表示已从碳捕获装置下 降的水 / 吸收剂混合物， 并且 38 是接收水 / 吸收剂混合物的池 ( 贮槽 )。参考数字 39 表示 离开池 38 并前往再循环泵 40 的水 / 吸收剂， 所述再循环泵将水 / 吸收剂泵送至将水 / 吸 收剂递送至水幕的喷头 35 的管道 41 以及将水 / 吸收剂递送至喷头 32 的管道 42。
略示的空气捕获槽将通常具有如在图 1 中所概述的形式， 其中空气被吸入到槽的 敞口式顶部， 与细水喷雾混合。水喷雾将水蒸发到经过空气 ( 通过空气 ) 中并冷却空气和 水两者。水喷雾内的吸收剂反应 / 吸收来自空气的二氧化碳。水下降到槽的底部， 在此处 它被收集并再循环回喷头。冷的稠密空气通过槽的底侧离开槽， 在此处它通过水幕以除去 夹带的水 / 吸收剂漂移物。水幕可以使用包含吸收剂的水 ( 示出的 ) 以除去漂移物或它可 以使用淡水 ( 未示出 ) 以除去漂移物。
概述的捕获方法将与可以被溶解或被夹带在水中的任何吸收剂一起工作。 还可以 采用挥发性吸收剂如氨来使用该方法。用作二氧化碳吸收剂的氨具有以下优点 ：
·低成本和可广泛获得的
·可以通过空气汽提从水溶液中除去氨。同样地， 可以通过水幕从空气中除去氨。 氨的溶解度是高度温度相关的并具有良好的可能性来控制溶解性能。
·可以通过环境来生物降解氨。
如果使用挥发性碳吸收剂如氨， 则有必要管理离开碳捕获槽的吸收剂和产生的吸 收剂以及目标化合物的蒸汽压问题。这可以以两种方式来管理。第一种方式是使用水幕， 其通过利用氨气在水中的高溶解度来除去氨蒸气。通常， 需要两个分开的水幕来除去氨蒸 气。取决于在碳捕获槽中运行的特定过程动力学， 需要或多或少的水幕。以这种方式， 氨蒸 气仅留在槽内， 并且不离开上述过程。可替换地， 可以将氨加入到上述过程中， 使得所有添 加的氨起反应以形成基本上没有氨蒸汽压的硫酸铵。以这种方式， 无需额外的水幕并且不 会从系统中失去蒸气。
随着时间的过去， 在其中使用水幕的过程的操作中， 水幕的氨浓度会升高， 使得幕 将不会除去足够的氨。为了对此进行控制， 必须除去用于幕的一些水并添加淡水。在两个 或更多水幕用来除去氨蒸气的情况下， 将淡水加入到外水幕中。从外幕中除去水并加入到 内水幕中， 然后从内幕中除去水并加入到在碳吸收剂槽中循环的一般吸收剂溶液中以补充 水蒸发损失。建立了在水幕中氨浓度与空气逆流的梯度， 以使从空气中除去氨最大化。来 自碳吸收剂槽过程的水损失是显著的， 但不足以支持为防止在水幕中氨的过度积累所需的 必要更新率。因此， 有必要再生一些幕水以控制氨浓度。这是通过以下来完成的 ： 首先加热 水使得大大增加氨的蒸汽压， 然后空气汽提混合物以降低氨浓度。然后冷却再生水并返回 到水幕。逆流热交换器的使用可以减少在再生过程中所需的幕水的加热和冷却量。将用来 从幕水提取氨的空气转到主要碳捕获槽的顶部， 在此处它补充小部分的通过碳捕获槽的总 空气。
诱导通风捕获过程可以用来产生有用的副产物以补充操作和构造碳捕获过程的 经济情况。硫酸铵循环对此是特别有利的， 因为它可以被控制成产生广泛的有用产物。它还可以用来产生二氧化碳的极高压力流股， 使得在其它使用或处置前， 可以通常避免或大 大减少进一步的压缩。就减少的设备和能源成本而言， 这是有利的。
反应 3 发生在捕获槽中。没有必要运行整个反应循环。可以使用上述反应来运行 开放过程 ( 可用的过程 ) 以仅产生硫酸铵、 白垩、 硫酸、 细颗粒石膏或二氧化碳的高压流股。 硫酸铵在作为低于硫酸沸点的 280℃下分解 ( 反应 5)。这意味着， 可以相当容易地从液体 硫酸分离氨， 其变成气体。 如果盐水被用作补充运行硫酸铵循环的过程， 则可以在硫酸铵分 解期间分离盐。在无水硫酸中盐实际上没有溶解度， 因此可以被简单地过滤掉。
用来操作硫酸铵空气捕获循环的一种良好的来源是使用来自磷酸盐岩开采和加 工的废水。 这种水倾向于包含高水平的溶解的硫酸钙， 其是在磷酸盐岩提炼期间所产生的。 当硫酸钙在硫酸铵循环中被消耗时， 这种水是高度有用的。其它废水源很可能具有类似的 优点。
同样有用的是， 可以容易地分离来自反应 4 的起始成分和产生的产物。石膏是微 溶的 ： 大约 2.8g/ 升。白垩具有非常低的溶解度并容易沉淀。硫酸铵是非常可溶的。这意 味着， 可以产生一种过程， 其中所有的溶解的石膏起反应并形成硫酸铵和白垩。 产生的白垩 简单地沉淀出来并留下硫酸铵的溶液。如果循环地重复反应 1、 2、 以及 3， 则结果是硫酸铵 的高浓度溶液。
硫酸铵循环的一种有用的改进是使用由磷酸盐开采和提炼所产生的废石膏， 从空 气中捕获二氧化碳并产生硫酸铵和白垩。借助于加热来分解硫酸铵并产生纯硫酸， 其用作 磷酸盐开采和提炼过程的一部分。使磷酸盐岩与硫酸反应以产生磷酸和石膏。将氨返回到 碳捕获过程。该过程本身具有许多值得推荐之处。它消耗来自采矿的有问题的废产物 ( 废 水和石膏 )， 消除了对购买硫酸 ( 磷酸盐开采和生产使用了世界硫酸产量的几乎一半 ) 的需 要， 并且将二氧化碳螯合成高度稳定的白垩。 沉淀的白垩可用于多种用途如造纸， 但特别有 利于稳定和缓冲来自废石膏桩的酸流出， 其会产生局部环境问题。
潜在地， 所描述的改进的硫酸铵循环可以显著降低磷酸盐岩开采和加工的环境损 失。
作为硫酸铵循环的一部分的反应循环 1d 和循环 2f 是非常有用的， 因为它们产生 非常高压力的二氧化碳。反应循环 2f 是一种驱动反应， 当压力升高时， 上述反应倾向于加 快反应速率。这使得这些反应很好地适合于产生高压二氧化碳气体。通常， 消除了对气体 的进一步压缩的需要。这是高度有利的， 因为压缩设备是显着增加的成本并且对于操作来 说是相对能源密集的。
还可以操作硫酸铵过程， 使得碳捕获在碳捕获槽中按照方程式 3 进行。
通常有利的是， 具有单独的操作以溶解石膏的泵以及用来将水和吸收剂泵送到碳 捕获槽中的泵。需要两个泵是由于石膏的温和溶解度。显著地， 与泵送和喷射到槽中以诱 导气流所需要的水相比， 需要循环更多水以溶解石膏。因此， 更加有效的是， 单独循环水以 溶解石膏而没有上行泵送水以及仅上行泵送为诱导下降气流所必要的水和吸收剂的量。 以 这种方式， 过程的两部分均可以被优化。
还通常有利的是， 将白垩沉降槽定位在碳捕获槽下方。 这种布置意味着， 需要更小 的蒸气容量， 因为碳捕获槽和下方的沉降槽共享相同的空气空间 ( 空气室 )。同样地， 这种 布置使用更少的土地。这种布置还避免需要在碳捕获槽下方产生单独的池面积。如果槽上方的距离不足， 则通过风可以扰乱通过槽的向下气流。因此， 有利的是， 在水喷雾上方允许一定距离， 使得通过风并不夹带喷射的水吸收剂并从捕获槽中除去它。
所描述的诱导通风捕获过程可以用来捕获不同于二氧化碳的气体， 只要使用正确 的吸收剂 / 反应物。利用这种过程可以捕获诸如一氧化二氮或甲烷的气体。本文具体期待 使用诱导通风捕获过程来从大气中捕获其它气体。
例如， 可以通过在碱性条件下与溶解的硫代硫酸钠的反应来捕获和破坏一氧化二 氮。捕获过程如针对碳捕获所概述的过程通常是通过扩散到水滴中的速率来控制的。该过 程具有以下优点 ： 由于在空气中一氧化二氮的浓度较低， 仅数百 ppb， 所以仅需要少量的硫 代硫酸钠。 同样地， 所产生的破坏产物的量较少， 并且通常可以被处置而无需重大或任何处 理。一氧化二氮， 虽然在空气中水平较低， 与二氧化碳相比， 几乎是三百倍更加有效的温室 气体。因此， 通过除去和破坏适量的一氧化二氮， 可以获得较大的效应。
如上文指出的， 可以在没有永久侧壁的情况下， 产生诱导通风碳捕获。 这种改进可 以减少捕获过程的构造成本。 壁是必要的以产生逆向烟囱效应， 其抽吸通过水喷雾的空气。 壁并不必须是永久壁 ( 固定壁 )， 而是可以通过水的下降片或紧密喷雾来产生。 一些饮水器 可以完成此并产生连续下降的水幕。这将产生与永久壁相同的烟囱效应。仍然需要在下降 水幕底部的开口使得空气可以逃逸。这可以通过在水幕中产生开口的简单缺陷来完成。一 种改善是使水下降到粗开孔泡沫上。这将提供合适的排气出口并截留细喷雾漂移。
使用临时水壁将意味着需要泵送更多的水， 但用于水泵送的总成本相当低并且是 资本成本的小部分。风可以扰乱水壁和通过喷雾槽顶部的气流， 但它通常用横向气流代替 向下气流。总气流在很大程度上是未改变的直到风速的上限， 其会完全扰乱诱导通风。
所描述的使用临时水壁的诱导向下气流可以通过具有水排出环来产生， 其中上述 水排出环围绕喷头阵列以产生水壁。环的高度比喷头阵列高若干米以避免风干扰效应。将 水和吸收剂喷头安装在柱上。 取决于构造， 可以有利的是， 将柱彼此结合以产生更加弹性的 结构。有必要用在地面上的不透性膜围绕利用水壁的诱导气流碳捕获以捕捉过多水漂移。 为了改善上述过程的经济情况， 有用的是， 将许多捕获单元聚集在一起并用普通膜围绕它 们。需要无蒸气或低蒸汽压吸收剂用于使用临时水壁的过程。
与利用永久壁的方法相比， 利用临时水壁的诱导通风将蒸发更多的水。 本质上， 利 用水壁的诱导通风被优化， 用于水蒸发。这具有超越碳捕获的用途并且可以用于积极的人 工影响天气。具体地， 如果上述使用临时水壁的诱导通风被用来蒸发海水而不考虑捕获二 氧化碳或防止漂移， 则可以产生廉价高效的水蒸发装置。 该装置按照以下结构来循环海水。 本质上， 在柱上的喷头环产生临时水壁。 该环围绕在柱上的喷头阵列， 其产生引起空气向下 排出的蒸发水喷雾。 该结构具有以下优点 ： 构造的成本低， 以及提供对波的破坏作用的低阻 力。
有用的是， 仅计算这些结构可以蒸发多少水， 以表明相对于消耗的动力， 蒸发了非 常大量的水。在该实施例中， 进入水蒸发装置的空气在 25 ℃下具有 70 ％的湿度， 其包含 3 16.1g 水 /m 空气。离开水蒸发装置的空气在 25℃下具有 90％的湿度， 其包含 20.7g 水 /m3 空气。空气的密度＝ 1200g/M3。空气的比热＝ 1.012J/g/℃。为了便于计算， 假设当湿度 增加时， 空气的密度和比热并不改变。在 25℃下蒸发 1 克水的能量＝ 2.258kJ/g。该装置 具有 169m2 的喷雾面积并且具有 7 米高的壁， 并且其在低两米处喷射水使得产生 100m2 的开口。 该装置添加 4.6g 水 / 立方米的通过过程的空气。水的蒸发还使空气的温度降低 8.5℃。如果水蒸发装置具有 0.65 的流量系数， 则一年中仅需要 11,086 单元来蒸发立方千 米的水。该水容积大约等于用 5cm 雨水覆盖以色列国。11,086 单元还将具有以下效应 ： 冷 却大约 607 立方千米的空气 8.5℃ / 天。具有实心壁的 11,086 装置的预测的电消耗量将稍 微高于 1 百万 KWH/24 小时天。这是利用传统方式进行海水淡化以产生 1km3 淡水所需要的 动力需求的一部分。
对于较低湿度的温热空气， 所描述的水蒸发效应将更大。
因此， 可以看到， 除碳捕获的益处之外， 还可以使用所描述的海水蒸发装置来改良 当地气候。
诱导的流动喷雾塔善于产生溶解在水中的溶液的大规模结晶， 其中上述水被喷射 在塔内。该过程使用非常低的能量并且可以产生较大的晶体。如果塔被用于结晶， 则需要 将种子结晶点置于塔内， 以便晶体生长。这可以是棒或带子。晶体在棒或带子上生长并且 可以容易收获， 然后返回到塔， 供再利用。
现在将通过实施例来更详细地描述本发明， 其中图 1 的设备用于碳捕获， 并使用 包括石膏和氨的活性剂。
实施例 在通过喷射水溶液的细滴所产生的 1.44M2 诱导流动反向烟囱中， 空气被吸入图 2 中示意性示出的单元中。水在其内已溶解有来自石膏的硫酸钙和加入到水中的氨。仅加入 足够的氨， 使得所有氨起反应以形成硫酸铵， 其基本上没有蒸汽压。以这种方式， 避免了氨 蒸气离开上述过程。具有细尼龙网幕形式的漂移消除器用来截留来自塔的喷雾漂移。塔 是 6 米高并且离地面 1 米且包括 8 个中细水喷头， 其中流体排出速率为 12.6 升 / 分钟。在 40psi 的压力下从在塔底部的再循环泵排出水。从泵到喷头的管道具有 22mm 的直径。烟 囱装配有向下指示百叶窗以防止通过风扰乱气流。观测到 0.9 至 1.0 米 / 秒的气流速度。 在塔底部观测到空气温度最少降低 4 度。温度下降和气流均随环境条件 ( 如通过风、 空气 湿度和温度 ) 稍有变化但通常是一致的。该过程以 8.5kg/ 天的速率从空气捕获二氧化碳。 产生了大量的白垩和硫酸铵。借助于很小过量的氨来维持过程 pH 高于 7.0， 但这也可以借 助于非反应性碱或缓冲剂来实现。
捕获速率通常由滴的总表面积来控制， 使得喷雾越细， 则捕获速率越好。 发生的一 般反应是按照先前已描述的方程式 1) 至 3)。
产生的白垩由极细的颗粒构成并具有许多用途。理想地， 最好在远离产生的白垩 的条件下溶解石膏， 使得纯白垩沉淀在塔池的底部。 重要的是， 如果夹带的石膏颗粒被用来 产生落水， 则避免夹带的石膏颗粒递送至喷头从而避免堵塞。
在塔内使用淡水。会发生显著的蒸发， 除非向通过过程的空气提供湿度源。如果 在空气进入过程以前喷射废水或盐水 ( 细喷雾 )， 则可以使空气饱和有湿气并且实际上所 有水损失可以来自废水或盐水。 因而， 从淡水源溶液几乎不会失去水， 上述淡水源溶液在捕 获 CO2 的主塔中再循环。可替换地， 在塔内可以使用盐水或废水， 但产生的硫酸铵将与氯化 钠混合 ( 如果使用盐水 )。如果操作上述过程仅为了捕获 CO2， 则不需要分离两种盐。氯化
钠的存在对反应 7 没有不利影响。
在溶解的石膏存在的情况下、 在碱性条件下 (pH 为 10.8 至 11.4)， 先前描述的 2 1.44M 捕获塔被用来结晶硫酸钠水合物。通过最初添加氢氧化钠来产生上述 pH 条件。在 开始结晶以前没有确定溶解的硫酸盐水平， 但在结晶点发现为大约 69,000ppm 硫酸盐 ( 作 为 SO4)。系统容积为大约 200 升。没有将补充水加入到系统中。在大约 24 小时内， 发生大 规模结晶， 产生较大的晶体状物 ( 结晶状物 )。一些单个晶体跨越若干厘米。塔、 池以及漂 移幕被涂布有显著重量的较大晶体。
输入以产生结晶的近似能量被计算为大约 14 千瓦小时。
本领域技术人员将明了， 本文描述的通过蒸发的诱导通风、 气体捕获过程以及高 压二氧化碳的生产可以存在另外的变化。