碳隔离方法和系统以及由此产生的组合物的制作方法
【专利说明】碳隔离方法和系统以及由此产生的组合物
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请依据35U.S.C. § 119(e)要求以下申请的提交日期的优先权：2012年9 月4日提交的美国临时申请号61/696, 372 ;2012年12月3日提交的美国临时申请号 61/732,855 ;2013年3月15日提交的美国临时申请号61/793, 512 ;2013年4月5日提交的 美国临时申请号61/809, 165 ;2013年3月15日提交的美国临时申请号61/793, 585 ;2013 年3月15日提交的美国临时申请号61/793,731 ;2013年4月1日提交的美国临时申请号 61/807, 230 ;2013年5月3日提交的美国临时申请号61/819, 427 ;2013年7月10日提交 的美国临时申请号61/844,808 ;2013年8月16日提交的美国临时申请号61/866,988 ;以 及2013年7月10日提交的美国临时申请号61/844, 809 ;所述申请的公开内容以引用的方 式并入本文。
[0003] 引言
[0004] 二氧化碳（CO2)是一种以气体形式存在于地球的大气中的天然存在的化合物。大 气〇) 2的来源是不同的，并且包括在呼吸过程中产生CO2的人和其它活生物体以及其它天然 存在的来源，如火山、热泉和间歇泉。
[0005] 大气〇)2的其它主要来源包括工业工厂。许多类型的工业工厂（包括水泥厂、精炼 厂、炼钢厂和发电厂）燃烧各种碳基燃料，如化石燃料和合成气。采用的化石燃料包括煤、 天然气、油、石油焦炭和生物燃料。燃料也源于焦油砂、油页岩、煤液体和煤气化以及通过合 成气制备的生物燃料。
[0006] 0)2的环境影响具有显著重要性。CO2通常被视为一种温室气体。因为自工业革命 以来的人类活动已快速增加大气CO 2的浓度，所以人为CO2已牵涉于全球变暖和气候变化以 及增加大洋碳酸氢盐浓度中。大洋摄取化石燃料CO 2目前正以每小时约1百万公吨〇)2进 行。
[0007] 隔离人为CO2具有巨大全球紧急性，并且在试图减缓或逆转全球变暖和大洋酸化 方面是重要的。当前碳捕集和地质隔离方法已被证明是不实用的、昂贵的和体积潜力有限 的，以及是潜在危险的。碳酸盐矿物化已作为用以可持续地隔离大量CO 2 (例如以十亿吨体 积计）的最具潜力的方法而出现。然而，当前开发的碳酸盐矿物化工艺在原材料输入和能 量平衡方面的挑战已使所述方法的适用性受限。在一些方法中，最重大限制是每摩尔吸收 的二氧化碳需要两摩尔碱度来使碳酸转化成碳酸盐。这个方法需要向吸收场所递送碱度或 通过如电化学产生氢氧化钠的能量密集性工艺来产生碱度。这个限制使碳酸盐矿物化方法 局限于其中稀有原材料可廉价获得或有希望进一步开发用以产生碱度的电化学技术的少 数地点（Service R.F·，"Pave the World ! ",Science (2012) 337:676-678) 〇
[0008] 因此，对开发新型CO2隔离技术存在持续关注。
[0009] 概述
[0010] 本发明的方面包括自含CO2的气体移除二氧化碳（CO2)的方法。在一些情况下，方 法包括使含CO 2的气体与水性介质在足以自气体流移除CO 2，并且产生富含碳酸氢根的产物 (BRP)的条件下接触，所述富含碳酸氢根的产物可包括含液体凝聚相（LCP)的小滴的主体 介质。所得产物或其组分（例如LCP)可加以储存，用于多种应用中和/或根据需要进一步 处理。本发明的方面还包括用于实施方法的系统以及通过主题方法产生的产物。
[0011] 本发明的方面包括隔离CO2的方法，其需要少许（如果有的话）添加的碱度（即 所述方法不需要大量碱度，或所述方法不需要添加的碱度），但产生对〇) 2的净隔离。在一 些方面，方法产生碳酸盐矿物质，包括具有适用应用的碳酸盐矿物质，如用于建筑道路等的 水泥和骨料，例如如以下更详细所述；以及纯化的co 2。
[0012] 附图简述
[0013] 图1提供根据本发明的一实施方案的CO2隔离过程的概述。
[0014] 图2提供可存在于在本发明方法中产生的富含碳酸氢根的产物中的液体凝聚相 的表示。
[0015] 图3提供可存在于本发明的BRP组合物的LCP小滴中的二齿络合Ca2+和HCO 3_离 子的表不。
[0016] 图4提供根据本发明的一实施方案的CO2隔离方法的步骤的示意性描绘。
[0017] 图5提供根据本发明的一实施方案的单级BRLCP反应器的示意图。
[0018] 图6提供根据本发明的一实施方案的两级BRLCP反应器的示意图。
[0019] 图7提供根据本发明的一实施方案的两级BRLCP反应器的示意图，其中进一步处 理反应器的输出物以产生碳酸盐矿物质。
[0020] 图8提供根据本发明的一实施方案的三级反应器的示意图。
[0021] 图9和10提供以下实验章节中采用的R. 0.和N. F.过滤膜反应器的示意图。
[0022] 图11提供如以下实验章节中报道的富含碳酸氢根的产物产生方案的结果的图。
[0023] 图12比较以下三个不同样品中溶解的无机碳（DIC)的量：水、第一 0)2隔离性水 泥添加剂I (Al)和第二CO2隔离性水泥添加剂2 (A2)。
[0024] 图13比较用和不用（对照）含有隔离的0)2组分的掺合物制备的砂浆立方体样品 的压缩强度。数据代表用水、CO 2隔离性水泥添加剂I (Al)和CO 2隔离性水泥添加剂2 (A2) 制备的砂浆立方体的3天、7天和28天测试。
[0025] 图14显示通过添加含0)2的气体至CO 2隔离性水泥添加剂2 (A2)的水溶液中制备 的固体物质的X射线衍射图样。
[0026] 图15A和15B提供在以下实验章节的实施例1II中产生的LCP小滴特征的图示结 果。
[0027] 详述
[0028] 本发明的方面包括自含CO2的气体移除二氧化碳（CO2)的方法。在一些情况下， 方法包括使含CO 2的气体流与水性介质在足以产生富含碳酸氢根的产物（BRP)的条件下接 触，所述产物可包括含液体凝聚相（LCP)的小滴的主体介质。所得产物或其组分（例如LCP) 可加以储存，用于多种应用中和/或根据需要进一步处理。本发明的方面还包括用于实施 方法的系统以及通过主题方法产生的产物。
[0029] 在更详细描述本发明之前，应了解本发明不限于所述的特定实施方案，因此所述 实施方案当然可变化。也应了解本文所用的术语仅出于描述特定实施方案的目的，并且不 意图限制具有限制性，因为本发明的范围将仅受限于随附权利要求。
[0030] 当提供数值范围时，应了解除非上下文另外明确规定，否则在那个范围的上限与 下限之间的直至下限的十分之一单位的各间插值以及在那个陈述的范围内的任何其它陈 述值或间插值都涵盖在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在较小范围 中，并且也涵盖在本发明内，属于陈述的范围内的任何明确排除的界限。当陈述的范围包括 一个或两个界限时，排除那些包括的界限中的任一个或两个的范围也包括在本发明中。
[0031] 某些范围在本文中是以前置有术语"约"的数值呈现。术语"约"在本文中用于对 它所前置的精确数值以及接近或近似是所述术语所前置的数值的数值提供字面支持。在确 定数值是否接近或近似是明确叙述的数值时，接近或近似未叙述的数值可为在它被呈现所 处的情形下提供明确叙述的数值的大致上等效值的数值。
[0032] 除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语都与本发明所属的本领域中 的普通技术人员通常所理解具有相同含义。尽管在实施或测试本发明时也可使用与本文所 述的那些方法和材料类似或等效的任何方法和材料，但现描述代表性说明性方法和材料。
[0033] 在本说明书中引用的所有公布和专利都以引用的方式整体并入本文，所述引用的 程度就如同已特定地和个别地指示将各个别公布或专利以引用的方式并入一般，并且以引 用的方式并入本文来公开和描述与所述公布引用的内容相关的方法和/或材料。引用任何 公布都是因为它的公开内容在提交日期之前，而不应解释为认可本发明由于先前发明而无 权先于所述公布。此外，提供的公开日期可不同于可能需要独立确认的实际公开日期。
[0034] 应注意，除非上下文另外明确规定，否则如本文以及随附权利要求中所用，单数形 式"一"和"所述