用于降低流体的CO₂浓度的方法和设备的制作方法

专利名称：用于降低流体的CO₂浓度的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明旨在降低CO2浓度。本发明利用流体和用于降低流体的CO2浓度的设备。
背景技术：
气候变化显著影响地球的岩石圈。影响气候变化的主要因素之一是多种温室气体排放到大气中，加剧了全球变暖。排放的大部分温室气体源于人类活动，主要是化石燃料(例如，煤、油、汽油、天然气)燃烧的副产物，排放的主要气体是co2。在可以利用替代能源之前，或可以利用其他便宜的、清洁的且充裕的技术之前，必须减少CO2排放。化石燃料是本世纪的主导能源，因为还没有替代能源供应可以在没有其他限制的情况下大量代替化石燃料能源。此外，在世界的很多地方，伴随着全球生活水平的提高，全球能源消耗正在显著增大。为了防止，或至少缓和大规模全球气候变化，开发减小或稳定大气CO2浓度的有效方法至关重要；提高能源生产和利用效率，开发可再生能源不能完全解决由目前(和将来)的温室气体排放引起的问题。大气中CO2的增加将影响地球的水圈。在水中，CO2处于碳酸氢盐(hco3_)和碳酸(H2CO3)的化学平衡(等式I)中。改变该平衡中的组分之一的浓度将相应地改变pH。
H20+CO_ ^rico2 CA,) Ξ Ht+HCO3-^z!: 2Η" +0 2' ^Z^H2C03
(I)pH和CO2浓度还影响水中的化学过程和矿物的形成。例如，当碱性条件占主导时，平衡条件偏向于碳酸氢盐和碳酸基团以碳酸盐矿物沉淀。另一方面，酸性条件则通过碳酸盐的溶解和分解而释放CO2。显然，减少CO2排放对于避免对生物圈潜在的有害变化是必要的。CO2螯合是已知的用于减少排放到大气的CO2的方法。例如，位于北海的Sleipner油气田用于储存压缩的CO2,在海床下约1000米压缩的CO2被泵入200米厚的砂石层中。每年在Sleipner螯合了约I百万吨的CO2 (相当于挪威每年CO2排放总量的约3% )。这种螯合的长期效率有待深入研究和讨论。特别地，储存寿命(由于渗漏)的不确定性，地震的不稳定性，由于压力和/或由储存的CO2参加和/或引起和/或催化的化学反应引起的层结构的变化，和具有浮力的CO2的潜在迁移，引起了对这种系统的长期完整性的重大怀疑。矿物螯合涉及CO2反应形成地质稳定的碳酸盐，即，矿物碳酸盐化。已提出多种方法实现碳酸盐化，主要基于CO2和各种硅酸盐之间的酸碱反应。在105°C和90atm的压力下进行的地下注入设计中，CO2用于测试CO2俘获矿物的有效性。该注入设计因反应的动力学过程缓慢而失败。然而，人们相信，将CO2注入蓄水层材料，随着地质年代的相互作用，可能实现预期结果。CO2俘获和存储是艰巨的任务，仍存在许多挑战。矿物碳酸盐化是一种有前景的方法，因为通过矿物碳酸盐化而降低CO2浓度存在很多优点。一个优点是形成的碳酸盐的长期稳定性，所述碳酸盐在地质时间范围内是环境安全和稳定的材料。另一个优点是可得到大量用于螯合CO2的原材料。矿物碳酸盐化的另一个优点是潜在的经济可行性，因为整体过程放热。此外，在碳酸盐化过程期间产生增值副产物的可能性可进一步补偿其成本。矿物碳酸盐化方法的另一个优点还在于有大量可实施螯合的位点。因此，目前缺乏可行的CO2螯合方法，以在实际可用的时间尺度上充分降低大气和水中的CO2浓度。

发明内容
在一个实施方案中，本发明提供降低流体中CO2浓度的方法，所述方法包括将包含痕量或不含CO2的第一气体流和CO2浓度高于空气-水平衡中的CO2浓度的第二气体流施加到包含盐和液体的流体中，从而在所述流体中形成固体碳酸盐，且所述流体中的CO2浓度降低。在一个实施方案中，本发明提供包含加压的第一气体、第二气体，和盐的流体，所述第一气体包含痕量或不含CO2，所述第二气体的CO2浓度至少高于空气-水平衡中的CO2浓度。在一个实施方案中，本发明提供降低流体中CO2浓度的方法，其包括下列步骤将CO2流施加至包含盐的液体，在溶液中形成碳酸；并将⑴中的所述碳酸溶液和碱混合，使得在(ii)中所述混合物的pH在9-12之间；并形成固体碳酸盐且在所述流体样品中的CO2浓度降低。在一个实施方案中，本发明提供用于降低流体的CO2浓度的设备，所述设备包括-用于引入包含痕量或不含CO2的第一气体的第一传送器；-用于引入CO2浓度至少高于空气-水平衡中的CO2浓度的第二气体的第二传送器；和-反应室；向所述反应室加入包含盐的溶液时，通过所述第一传送器将所述第一气体引入所述反应室，并通过所述第二传送器将所述第二气体引入所述反应室，在所述反应室中形成固体碳酸盐，且放出CO2浓度降低的未反应气体。在另一个实施方案中，本发明提供降低流体的CO2浓度的方法，其中所述方法包括将所述流体施加至本发明的设备。在一个实施方案中，本发明提供用于降低流体样品中的CO2浓度的设备，所述设备包括-用于引入碱的第一传送器；-用于引入包含CO2的流体样品的第二传送器；-反应室；并且向所述反应室加入包含盐的溶液时，通过所述第一传送器将所述碱引入所述反应室，并通过所述第二传送器将所述流体样品引入所述反应室，使得在所述反应室中形成固体碳酸盐并放出未反应的气体。在另一个实施方案中，本发明提供降低流体样品的CO2浓度的方法，其中所述方法包括将流体样品施加至本发明的设备，以降低流体的CO2浓度。


本发明的主题内容在说明书的总结部分特别指出并明确说明。然而，通过参考下列详细说明，并阅读附图，可以最好地理解本发明，包括构造和操作方法，及其目的、特点和优势。图I示意性地地描绘了实施本发明方法的一个实施方案的设备的元件。传送器(1-10)从外部供应源向反应室供水，在本实施方案中所述反应室是贮水池(reservoir)(1-20)。应用压力或泵，使水从室传送出(1-30)并可循环。注入压缩的CO2传 导气体(140)。空气，或含有一种或多种添加剂以进一步提高/控制PH的空气，或气相中的碱或室中的基础溶液(basic solution) (1-90)和固体碳酸盐沉淀(1-20A)。所述设备可包含用于释放空气或CO2的出口(1-100)，所述空气或CO2可分别通过进口(1-40)和(1-90)回收到所述室中。可使用管道和其他相似类型的设备将气体循环至所需的位置。任意开口均可引入(或另外引入)悬浮于水中的矿物颗粒(或胶体)和/或任何其他固体基质材料(作为促进碳酸盐沉淀的成核材料)(1-50)和(1-70);和/或盐源，比如钙盐或镁盐(1-60)和(1-80)。图2是实验性的流通池(flow cell)的示意图。所述流通池分成三个区域贮水池(2-110)、位于两端的流入源(2-50)和流出流(2-60)。设置连续工作的蠕动泵(2_70和2-80)使水循环。用于注入空气(2-100)和C02 (2-90)的传送器位于流通池内。所述流通池中填充沙子并任选地部分用粘土盖元件覆盖。所述传送器与控制空气(2-100A)和C02(2-90A)的流量和压力的阀门连通。将4个样品放置在流通池中，以在不同区域，在由A、B或C描述的不同高度处取样。图3是图2的流通池的示意图，取样区域根据它们与传送器(3-100 ;3_110)的接近度而显示。图4是地下的,双井系统(well doublet system)的简图。二氧化碳(富集的,浓缩的气体形式，纯CO2或和其他气体混合的CO2)和空气(或其他气体或气体混合物)分别通过进口(4-100)和(4-50)传送，分别经注入井(4-80)和(4_30)，再分别经过滤(分别通过4-90和4-40)使CO2和空气通过井，并进入例如蓄水层(4-10)。所述蓄水层通过抽吸或通过注入井，或通过天然梯度，可提供地下水流。将其他进口(4-110)和(4-60)引入各个井(分别为4-80和4-30)，以任选地加入盐(比如钙盐、或镁盐)和/或悬浮在水中的矿物颗粒(或胶体)和/或任何其他固体基质材料。过量的CO2和/或空气通过任选的出口(4-70)释放并可分别循环回进口(4-100)和(4-50)。随着CO2和空气引入蓄水层，固体碳酸盐形成(4-20)。可以理解，为了图示的简洁和清晰，附图中显示的元件未必按比例描绘。例如，为了清楚，一些元件的尺寸相对于其他元件可能被夸大了。另外，当认为合适时，在附图中可重复附图标记，以表示相应或类似的元件。
具体实施例方式在下列详细说明中，为了彻底理解本发明，阐述了大量细节。然而，本领域技术人员可以理解，本发明可在这些细节之外的条件下实施。在其他情况下，对公知方法、过程和组件未作 详细描述，从而不会使本发明不明确。在一些实施方案中，本发明提供减小大气CO2浓度的方法、流体和设备。在一些实施方案中，这些流体、方法和设备可用于处理任何环境周围的空气。在另一实施方案中，这样的流体、方法和设备可用于在释放到周围环境之前处理作为工业过程的副产物的空气。因而，根据本发明使用的方法、流体和设备是环境友好的。在一些实施方案中，所述大气CO2是来自于任何被高CO2水平污染的区域的空气。在一些实施方案中，将CO2流连同另外的空气流注入包含金属离子的水溶液的贮水池，其中所述金属离子和CO2沉淀形成固体碳酸盐，从而通过形成沉淀物固体碳酸盐降低大气CO2浓度，并防止CO2逃逸至大气。在一些实施方案中，将CCV流注入包含金属离子的水溶液中，并在所述水溶液中加碱，其中所述金属离子和CO2沉淀形成固体碳酸盐，从而通过形成沉淀物固体碳酸盐降低大气CO2浓度，并防止CO2逃逸至大气。在一些实施方案中，本发明提供用于降低流体的CO2浓度的方法、流体和设备。在一些实施方案中，所述流体是水溶液。在一些实施方案中，本发明提供用于降低水溶液中的CO2浓度的方法、流体和设备。在一些实施方案中，将CO2流连同空气流注入包含金属离子的水溶液中，在所述水溶液中形成高浓度的CO2，其中CO2和金属离子形成沉淀，从而降低水溶液中的CO2浓度。在一些实施方案中，将CO2流注入包含金属离子的水溶液中并在所述水溶液中加碱，其中所述金属离子和CO2沉淀形成固体碳酸盐，从而通过形成沉淀物固体碳酸盐降低大气CO2浓度，并防止CO2逃逸至大气。在一些实施方案中，所述水溶液来自于自然界。在另一实施方案中，本发明利用自然资源减少CO2浓度。在另一实施方案中，所述自然资源是海洋、湖水、河流、海水、贮水池、地下水或富含Ca离子的微咸水。在另一实施方案中，所述水溶液是来自淡化装置的流出物。在一个实施方案中，这样的方法、流体和设备可用于含高CO2水平的空气的处理。在另一实施方案中，CO2可源于废物、塑料、碳氢化合物、木材、化石燃料、煤、褐煤、石脑油、油、汽油、柴油燃料、煤油、石油、液化石油气(LPG)、天然气、罐装液化气、甲烷、丁烷、丙烷、汽油添加剂、乙醇、甲醇、生物柴油、单烷基酯和/或它们的任意组合的燃烧。在另一实施方案中，这样的方法、流体和设备可用于作为人为过程的副产物而产生的CO2的处理。在另一实施方案中，这样的方法、流体和设备可用于减少温室效应。在另一实施方案中，这样的方法、流体和设备可用于减少全球变暖。在另一实施方案中，这样的方法、流体和设备可用于减少水力传导性，例如防止盐水或其他污染物的侵入。在一个实施方案中，本发明提供减小任何气体或液体污染物的浓度的方法，其通过将气体或液体污染物结合或储存于地层中，形成毒性较小的产物。在一个实施方案中，这样的层包含离子和/或多孔材料。在一个实施方案中，可以用本发明的方法、流体和设备进行处理的气体可包含温室气体，比如包含aKCOyNOpSOdP/或甲烷(其中，X是1-2的整数)。在另一实施方案中，大气SO2或溶于水中的SO2的浓度可通过形成固体硫酸盐(例如硫酸钙或硫酸镁)而降低。
在一个实施方案中，本发明提供降低流体的CO2浓度的方法，所述方法包括将包含痕量或不含CO2的第一气体施加到包含第二气体、盐和液体的流体中，所述第二气体包含的CO2浓度至少高于空气-水平衡中的CO2浓度，从而在所述流体中形成碳酸盐，并减小所述流体中的CO2浓度。在一些实施方案中，所述方法和设备利用包含第一气体的流体，其中所述第一气体是空气、氮气、氩气、氧气、C0、N0x、S0x、甲烷或它们的任意组合。在另一实施方案中,在所述第一气体中的痕量CO2指的是CO2在所述第一气体中在0-0. 04% v/v的范围。在另一实施方案中，所述第一气体源于化工厂。在另一实施方案中，所述第一气体源于商业来源。在另一实施方案中，所述第一气体源于大气。在一些实施方案中，所述方法和设备利用包含第二气体的流体，所述第二气体包 含的CO2浓度至少高于空气-水平衡中的CO2浓度，其中，目前影响空气-水平衡的大气CO2浓度约为350ppm(0. 035% v/v)。在另一实施方案中，在空气-水平衡中发现的CO2浓度在200-1000ppm的范围内，取决于环境条件，比如pH、盐度、温度和压力。在一个实施方案中，所述方法和设备利用包含第二气体的流体，所述第二气体包含浓度至少为O. 1% v/v的C02。在另一实施方案中，所述第二气体包含浓度至少为O. 5%v/v的C02。在另一实施方案中，所述第二气体包含浓度至少为1% v/v的C02。在另一实施方案中，所述第二气体包含浓度至少为10% v/v的C02。在另一实施方案中，所述第二气体包含浓度至少为20% v/v的C02。在另一实施方案中，所述第二气体包含浓度至少为30%v/v的C02。在另一实施方案中，所述第二气体包含浓度至少为50% v/v的C02。在另一实施方案中，所述第二气体是纯C02。在一个实施方案中，术语“纯”指的是CO2浓度在90-100% v/v之间的CO2、气体和/或液体的混合物的第二气体。在另一实施方案中，CO2浓度范围在约95-100% v/v之间。在另一实施方案中，CO2浓度范围在约99-100% v/v之间。在另一实施方案中，CO2浓度范围在约70-100% v/v之间。在另一实施方案中，术语“纯”指的是不含其他气体的C02。在一个实施方案中，用于所述方法、设备和流体的所述第二气体在水溶液中。在另一实施方案中，所述水溶液是CO2的过饱和溶液。在一个实施方案中，将用于本发明的方法、设备和流体中的第一气体和第二气体注入流体。根据这个方面，且在一个实施方案中，注入第一气体的流速足有降低流体中的CO2浓度。在另一实施方案中，第一气体的流速使第二气体比第一气体的比值在约20 I到I : 500的范围内。在另一实施方案中，注入第一气体的流速使第二气体比第一气体比值在约2 : I到I : 200的范围内。在另一实施方案，注入第一气体的流速使第二气体比第一气体比值在在约10 I到I : 10，000的范围内。在另一实施方案中，所述方法、流体和设备利用第二气体，其中向流体或溶液施加或引入所述第二气体的体积流速足以增大所述流体或溶液中的CO2浓度。在另一实施方案中，所述体积流速取决于处理区的尺寸。在一个实施方案中，所述方法、流体和设备利用第一气体，其中在第二气体的溶解、引入或注入之前，将第二气体施加、注入或引入流体或溶液。在另一实施方案中，所述方法、流体和设备包括或使用第一气体，所述第一气体可在第二气体的溶解、引入或注入之后施加、注入或引入所述流体或溶液。在另一实施方案中，所述方法、流体和设备包括或使用第一气体，所述第一气体可在第二气体的溶解、引入或注入的同时施加、注入或引入流体或溶液。在一个实施方案中，所述方法、流体和设备利用第一气体，所述第一气体除去或减少水溶液中的CO2，同时增大溶液的pH。在另一实施方案中，所述水溶液在引入第一气体的I-IOOm的区域内的pH在9-12之间。在一个实施方案中，所述水溶液在引入第一气体的O. I-IOOm区域中的pH在9-12之间。在另一实施方案中，所述水溶液在引入第一气体的50-100m区域中的pH在9-12之间。在另一个实施方案 中，所述水溶液在引入第一气体的
I-IOm区域中的pH在9-12之间。在另一实施方案中，所述水溶液在引入第一气体的O. I-Im区域中的pH在9-12之间。在另一实施方案中，所述水溶液的pH在9-12之间，其中有效区域取决于第一气体的流速。在另一实施方案中，该方法促进固体碳酸盐沉淀，因此所述第二气体的CO2结合成碳酸盐。在一个实施方案中，所述固体碳酸盐沉淀物保持在流体中。在另一实施方案中，进一步将固体碳酸盐沉淀物分离。在另一实施方案中，沉淀物的分离通过过滤和/或离心，或它们的组合进行。在另一实施方案中，回收沉淀物，或者在另一实施方案中，再循环，或者在在另一实施方案中，再生或重复使用。在另一实施方案中，所述方法、流体和设备利用第二气体，其中所述第二气体是人为过程的结果、自然过程的结果或作为人为过程的副产物产生的气体。在另一实施方案中，所述方法、流体和设备利用第二气体，其中所述第二气体释放至大气，并通过管道传送至流体。在另一实施方案中，所述方法、流体和设备利用第二气体，其中所述第二气体从排出CO2的工厂排气系统通过管道传送至流体，从而防止CO2释放至大气。在一些实施方案中，所述方法和设备利用包含第二气体的流体，所述第二气体包含的CO2浓度至少高于在空气-水平衡中发现的CO2浓度，其中所述第二气体是作为人为过程的副产物产生的气体并排放至大气，从而形成被CO2污染的空气。在一个实施方案中，所述方法、流体和设备利用C02。在另一实施方案中，CO2源于CO2浓度至少高于在空气-水平衡中发现的CO2浓度的第二气体，用于形成固体碳酸盐。在另一实施方案中，CO2源于包含痕量CO2的第一气体,用于形成固体碳酸盐。在另一实施方案中，CO2源于水，用于形成固体碳酸盐。在一个实施方案中，所述方法、流体和设备利用流体或水溶液，其中在第二气体之前或后施加或引入第一气体时引起PH增大。在另一实施方案中，在引入第一气体时所述pH是碱性pH。在另一实施方案中，引入第一气体形成的碱性pH在7-9的范围内。在另一实施方案中，引入第一气体形成的碱性pH在7-8的范围内。在另一实施方案中，引入第一气体形成的碱性pH在7-10的范围内。在一个实施方案中，所述方法、设备和流体包含和/或使用碱性PH的流体和/或水溶液。在一个实施方案中，将所述第二气体与第一气体接触时，在盐溶液存在下形成固体碳酸盐。在一个实施方案中，本发明提供降低流体的CO2浓度的方法，所述方法包括下列步骤将CO2流施加至包含盐的液体，在溶液中形成碳酸；并将(i)中的所述碳酸溶液和碱混合，(ii)中的所述混合物的pH在9-12之间；并形成固体碳酸盐且所述流体中的CO2浓度降低。在一个实施方案中，将步骤(i)的碳酸溶液加至碱中，从而增大所述碳酸溶液的pH，形成固体碳酸盐。在另一实施方案中，所述碳酸溶液包含碳酸、碳酸氢盐、盐和C02。在另一实施方案中，将碱加至碳酸溶液。在一些实施方案中，将用于所述方法、设备和流体中的CO2以足以增大所述液体中的CO2浓度的流速注入包含盐的液体中。在另一实施方案中，所使用的CO2是包含CO2的气体的混合物。在另一实施方案中，所述气体混合物是富含CO2的空气。在另一实施方案中，所述流速取决于处理区的尺寸。在另一实施方案中，较高的流速减小形成固体碳酸盐的产率，根据实施例35。在另一实施方案中，在环 境压力下注入C02。在另一实施方案中，使用12% CO2/空气，因此CO2分压将是O. 12大气压。在另一实施方案中，使用12% CO2/空气，根据实施例31-37。在另一实施方案中，术语“环境压力”指的是大气压。在另一实施方案中，发出的富含CO2空气处于环境/大气压。在另一实施方案中，在大气压下使用100% C02。在一些实施方案中，本发明的方法、设备和流体利用包含盐的液体，其中施加和/或注入了 CO2。在一个实施方案中，所述液体中的所述CO2的浓度足以形成固体碳酸盐。在另一实施方案中，所述液体被CO2饱和。在一些实施方案中,本发明的方法、设备和流体利用碳酸。在一个实施方案中，所述碳酸在将CO2施加和/或注入所述水溶液中时在包含金属盐的水溶液中形成。在另一实施方案中，所述碳酸在3-6的pH范围在所述水溶液中形成。在另一实施方案中，所述碳酸在3. 5-5. 5的pH范围形成。在另一实施方案中，所述碳酸在4-5的pH范围形成。在一些实施方案中，将用于所述方法、设备和流体中的CO2施加或注入液体。在另一实施方案中，所述CO2是CO2气体和/或液体的混合物。在另一实施方案中，所述混合物包含CO2和空气。在另一实施方案中,所述混合物是大气。在另一实施方案中,所述混合物至少包含O. 1% v/v的CO2。在另一实施方案中，所述混合物至少包含O. 5% v/v的CO2。在另一实施方案中，所述混合物至少包含1% v/v的C02。在另一实施方案中，所述混合物至少包含10% v/v的CO2。在另一实施方案中，所述混合物至少包含20% v/v的CO2。在另一实施方案中，所述混合物至少包含30% v/v的CO2。在另一实施方案中，所述混合物至少包含50% v/v的CO2。在一个实施方案中，所述CO2是纯气体。在一些实施方案中,本发明的方法、设备和流体使用碱。在一个实施方案中，所述碱包括NH3 (g)、NH3 (aq)、NaOH、石灰水、Ca (OH) 2、煤灰或它们的任意组合。在另一实施方案中，石灰水由氯化钙和氢氧化钠新鲜制备。在另一实施方案中，石灰水根据实施例4-8和16由氯化钙和氢氧化钠新鲜制备。在另一实施方案中，使用市售石灰水。在另一实施方案中，使用市售固体Ca(0H)2。在另一实施方案中，使用NaOH的水溶液。在另一实施方案中，使用NaOH颗粒。在一个实施方案中，NH3 (g)或NH3 (aq)来自于人工合成的氨源。在另一实施方案中，NH3(g)或NH3(aq)来自于家养或野外的鸟粪源，来自于家禽农场或矿床。在另一实施方案中，NH3(g)或NH3(aq)来自于牛、猪、羊、马尿和/或粪便。在另一实施方案中，NH3(g)或NH3(aq)来自于渔场或海生哺乳动物的废水。在另一实施方案中，NH3 (g)或NH3(aq)来自于尿。在一个实施方案中，动物粪肥用作所述碱源。在另一实施方案中，动物粪肥来自于猪或鸡。在一个实施方案中，将碳酸溶液加至碱，从而将pH增大至8. 5-12. 5之间。在另一实施方案中，将所述pH增大至9-12之间。在另一实施方案中,将所述pH增大至9-11之间。在另一实施方案中，将所述pH增大至10-11之间。在另一实施方案中，将碳酸溶液在惰性气氛下加至碱。在另一实施方案中，在氩气氛下加入碳酸溶液。在一个实施方案中，将CO2、碳酸和碳酸氢盐溶液加入碱中，从而所述碳酸/CO2/碳酸氢盐与碱的比值在I : 100到I : I的摩尔比范围内。在一个实施方案中，所述碳酸/CO2/碳酸氢盐与碱的比值在I : 100到I : 80的摩尔比范围内。在一个实施方案中，所述碳酸/CO2/碳酸氢盐与碱的比值在I : 80到I : 60之间的摩尔比范围内。在一个实施方案中，所述碳酸/CO2/碳酸氢盐与碱的比值在I : 60到I : 40之间的摩尔比范围内。在一个实施方案中，所述碳酸/CO2/碳酸氢盐与碱的比值在I : 40到I : 20之间的摩尔比范围内。在一个实施方案中，所述碳酸/CO2/碳酸氢盐与碱的比值在I : 20到I : 10之 间的摩尔比范围内。在另一实施方案中，在将碳酸溶液加入碱中时形成固体碳酸盐。在另一实施方案中，在pH至少为9下沉淀固体碳酸盐提高了产率。在另一实施方案中，在pH在9-12的范围内沉淀固体碳酸盐提高了产率。在另一实施方案中，在PH至少为10下沉淀固体碳酸盐提高了产率。在另一实施方案中，PH增至12. 5以上减小了固体碳酸盐的产率，但提高了固
体氢氧化物的产率。在另一实施方案中，在固体碳酸盐形成后进一步加入金属盐和/或碱，从而提高固体碳酸盐的产率。在一些实施方案中，本发明的方法、设备和流体的使用提供固体碳酸盐。在一个实施方案中，进一步将固体碳酸盐沉淀物分离。在另一实施方案中，沉淀物的分离通过过滤和/或离心，或它们的组合进行。在另一实施方案中，将沉淀物回收，或在另一实施方案中再循环，或在另一实施方案中再生，或重复使用。在另一实施方案中，将滤液回收，或在另一实施方案中再循环，或在另一实施方案中再生，或重复使用。在另一实施方案中，将滤液回收并加至碱和/或将金属离子加至滤液，以提供固体碳酸盐的进一步沉淀。在另一实施方案中，将滤液回收并加至碱和/或将金属离子、CO2、或它们的任意组合加至滤液，以提供固体碳酸盐的进一步沉淀。在另一实施方案中，本发明的方法、流体和设备使用CO2气体，其中所述CO2气体由人为过程释放，是自然过程的结果或作为人为过程的副产物产生的气体。在另一实施方案中，所述方法、流体和设备利用CO2气体，其中所述CO2气体释放至大气，并通过导管传送至流体。在另一实施方案中，所述方法、流体和设备利用CO2气体，其中所述CO2气体从排出CO2的工厂排气系统通过管道传送至流体。在一个实施方案中，术语“流体”指的是任何流动或移动的材料或物质。在一个实施方案中，术语“流体”指的是任何以半固体存在的材料或物质，或在另一实施方案中任何以液体存在的材料或物质，或在另一实施方案中任何以淤泥存在的材料或物质，或在另一实施方案中任何以蒸气存在的材料或物质，或在另一实施方案中任何以气体存在的材料或物质，或在另一实施方案中任何以任何其他形式或状态存在的材料或物质，它们流动或在另一实施方案中移动。本发明的流体，或用于本发明方法和/或设备的流体尤其包含水溶液。在另一实施方案中，本发明的流体或用于本发明方法和/或设备的流体尤其包含盐溶液。在另一实施方案中，本发明的流体或用于本发明方法和/或设备的流体尤其包含地下贮水池。在另一实施方案中，本发明的流体或用于本发明方法和/或设备的流体尤其包含天然水体。在另一实施方案中，本发明的流体或用于本发明方法和/或设备的流体尤其包含来自淡化装置的流出物。在一个实施方案中，术语“天然水体”可包含海水、来自淡化装置的流出物、富含Ca离子的微咸水、湖泊、海洋、河流或地下水。在另一实施方案中，本发明的流体或用于本发明方法和/或设备的流体尤其包含气体。在一个实施方案中，本发明的流体或用于本发明方法和/或设备的流体尤其包含注入气体的水溶液。在另一实施方案中，本发明的流体或用于本发明方法和/或设备的流体尤其包含溶于水溶液的气体。在另一实施方案中，本发明的流体或用于本发明方法和/或设备的流体尤其包含液体。在另一实施方案中，本发明的流体或用于本发明方法和/或设备的流体尤其包含蓄水层。 在一个实施方案中，术语“减小”指的是降低。在另一实施方案中，术语“减小”指的是下降、减少或废除。在本发明的一个实施方案中，“降低CO2浓度”指的是螯合CO2作为固体碳酸盐。在另一实施方案中，术语“降低CO2浓度”指的是减缓大气CO2浓度的上升。在一些实施方案中，通过本发明的方法、流体和设备降低流体的CO2浓度尤其利用固体碳酸盐的形成，从而减少co2。在一个实施方案中，术语“大气”指的是气体。在另一实施方案中，术语“大气”指的是空气。在另一实施方案中，术语“大气”指的是大气的一部分。在另一实施方案中，术语“大气”指的是任何限定的环境，例如作为副产物产生CO2的工厂外，或在作为副产物产生CO2的工厂的IOkm半径内，或乡村中心或工业区等。在一个实施方案中，所述大气因人为过程而含有高CO2水平。根据该方面，在一个实施方案中，所述过程尤其包含CO2的释放，例如通过废物、塑料、聚合物、碳氢化合物、含碳材料、木材燃料、化石燃料、煤、褐煤、石脑油、油、汽油、柴油燃料、煤油、石油、液化石油气(LPG)、天然气、罐装液化气、甲烷、丁烷、丙烷、汽油添加剂、乙醇、甲醇、生物柴油、单烷基酯或它们的任意组合的燃烧。在另一实施方案中，至少部分地通过本发明的方法、流体和设备处理的含有高CO2水平的空气由自然生物过程产生。在一个实施方案中，所述过程是例如有机材料的分解或作为农牧(例如，牲畜，农业残余的田间燃烧)的产物，以直接或间接方式(例如，甲烷的释放)产生CO2，将污染物释放到周围空气。例如，在牲畜的消化过程中产生甲烷。在另一实施方案中，动物农业甲烷排放由大的“污水池”释放，所述大的“污水池”用于储存未处理的家畜废物。在另一实施方案中，CO和包括甲烷的碳氢化合物在大气中氧化成co2。存在多种甲烷来源，包括由细菌、森林、来自牲畜、或来自油气工业中进行的处理产生或释放。在另一实施方案中，增大的CO2水平由砍伐森林而产生。糖和淀粉的发酵(由酵母催化)产生乙醇和气态co2。在另一实施方案中，大规模工业过程产生co2。在另一实施方案中,所述大规模工业过程包括产生环氧乙烷和二氧化碳的乙烯的受控氧化；通过使用碳酸钙(一般通称石灰石)进行的对来自工业处理的废液中存在的酸的中和。CO2因酸碱反应而产生。大量的副产物二氧化碳由用于产生氢或氨气的工厂产生。这些工厂将天然气、液化石油气(LPG)或石脑油通过蒸汽重整形成合成气体的混合物(即，氢、一氧化碳和二氧化碳)，然后通过水煤气变换反应催化除去一氧化碳形成另外的二氧化碳。此外，使用碳氢化合物(比如乙炔)的工业过程是已知的CO2源。其他的工业源包括(i)磷酸盐岩的处理，可释放二氧化碳；(ii)用于发电机中通过碳氢化合物和氧气的反应产生能量的燃烧过程。应当理解，通过任何方法产生的被CO2污染的流体的任何过程均可通过本发明的方法、流体和设备进行处理。在一个实施方案中，所述方法、流体和设备使用盐，其中所述盐是金属盐。在另一实施方案中，所述盐尤其可包含钙离子、钠离子、钾离子、镁离子、钡离子、锰离子、铁离子、锶离子、锌离子、铝离子、铵离子、阳离子、或其他任何形成固体碳酸盐的阳离子，或它们的任意组合。在另一实施方案中，所述盐是Ca2+离子。在另一实施方案中，本发明的盐和用于本发明的盐尤其可包含氯化钙、氢氧化钙、红海盐(Red Sea Salt)、CaSO4、氧化钙、氢氧化镁、微咸水、除盐流出物或它们的任意组合。在另一实施方案中，所述盐是矿物。在另一实施方案中，所述矿物是方解石、霰石、球霰石、石膏、菱镁矿、橄榄石、蛇纹石或它们的任意组合。在另一实施方案中，所述盐是无机盐。在另一实施方案中，所述盐是有机盐。、在另一实施方案中，在本发明所述流体中所述金属离子的浓度在O. 05M到5M之间的范围内，其中当增大金属盐/离子浓度时沉淀增加。在另一实施方案中，在所述流体中的所述金属离子的浓度在O. IM到3M之间的范围内。在另一实施方案中，所述流体中的所述金属离子的浓度在O. IM到IM之间的范围内。在另一实施方案中，在所述流体中的所述金属离子的浓度在O. IM到2M之间的范围内。在另一实施方案中，金属盐的饱和溶液减少固体碳酸盐的产率。在一个实施方案中，本发明的流体中的本发明盐的浓度< 0.01% w/w。在另一实施方案中，所述流体中的所述盐的浓度约在O. 01-20% w/w之间。在另一实施方案中，所述流体中的所述盐的浓度约在O. 01-0. 1% w/w之间。在另一实施方案中，所述流体中的所述盐的浓度约在O. 1-1% w/w之间。在另一实施方案中，所述流体中的所述盐的浓度约在O. 01-1% w/w之间。在另一实施方案中，所述流体中的所述盐的浓度约在1-3% w/w之间。在另一实施方案中，所述流体中的所述盐的浓度约在3-10% w/w之间。在另一实施方案中，所述流体中的所述盐的浓度约在10-20% w/w之间。在一个实施方案中，所述盐的选择取决于所形成的固体碳酸盐(通过使所述盐和二氧化碳反应)的溶解度常数(KSp)。在另一实施方案中，优选的盐是和二氧化碳一起产生固体碳酸盐的盐，所述固体碳酸盐在水溶液中具有低溶解度常数(KSp)。例如，优选的盐是基于钙的盐(氯化钙、氢氧化钙、硫酸钙)，其和二氧化碳一起在水溶液中形成碳酸钙作为沉淀，碳酸钙具有低溶解度常数。在一个实施方案中，本发明的方法包括形成固体碳酸盐沉淀层、固体碳酸盐小颗粒和/或所述固体碳酸盐可形成孔隙填充物。在另一实施方案中，所述固体碳酸盐沉淀层、小颗粒和/或孔隙填充物是分离层，其中在一个实施方案中，CO2可进一步注入其下方和/或CO2可进一步在所述固体碳酸盐沉淀层、小颗粒和/或孔隙填充物下复原(restored)。在另一实施方案中，术语“过饱和”指的是包含CO2的浓度高于其溶解度的水溶液。在另一实施方案中，CO2在水中在室温下的溶解度约为33mM。CO2在水中的平衡浓度与温度、压力、pH和盐度有关。在一个实施方案中，CO2在溶液中的溶解度取决于CO2的压力和溶液的平衡，其中溶解度随着压力的增大而增大。在另一实施方案中，CO2的溶解度取决于温度，其中溶解度随着温度的升高而减小。在另一实施方案中，CO2的溶解度随着盐度的增大而减小。在另一实施方案中，CO2的溶解度取决于pH，其中CO2的溶解度随着pH的增大而增大。在一个实施方案中，术语“约”指的是偏离所指定的数字或数字范围O. 0001-5%之间。在一个实施方案中，术语“约”指的是偏离所指定的数字或数字范围1-10%之间。在一个实施方案中，术语"约"指的是偏离所指定的数字或数字范围最多25%。在一个实施方案中，此处使用的术语"a"或"an"指的是至少一个或多个指定的元素，其可以任何所需的数量级存在，以适应特定的用途，熟练技术人员可以理解。在一个实施方案中，术语“气体”指的是两种或更多种气体，它们的组成不同。在一些实施方案中，本发明的流体、设备和方法可包含和/或利用多种气体用于降低CO2浓度。在一个实施方案中，在本发明中施加、引入或注入的气体的压力的选择取决于地面上的贮水池的尺寸，或在另一个实施方案中，取决于是否向地下系统(比如在另一个实 施方案中为蓄水层)施加气体。CO2解吸是已知的技术术语，在一些实施方案中指除去CO2、减少或减小释放至大气的流体的CO2含量。在一些实施方案中，被解吸的CO2可在反馈系统中重复使用，所述系统将CO2转移至本发明的流体和/或反应室。在一些实施方案中，所述方法、流体和设备可包括增大引入的流体的压力或流速以提高固体碳酸盐沉淀的速率。在一些实施方案中，所述方法、流体和设备可包括改变流体以提高固体碳酸盐沉淀的速率。在一些实施方案中，所述方法、流体和设备可包括改变反应室的尺寸以提高固体碳酸盐沉淀的速率。在一些实施方案中，所述方法、流体和设备可包括改变PH以提高固体碳酸盐的速率。在一些实施方案中，所述方法、流体和设备可包括改变注入气体和/或流体的时间以提高固体碳酸盐沉淀的速率。在一些实施方案中，所述方法、流体和设备可包括改变引入的气体和/或流体的相对流速以提高固体碳酸盐的速率。在一个实施方案中，引入的气体和/或流体是包含CO2、空气、气相中的碱、碱溶液、或本发明任何气体的气体。在一些实施方案中，固体碳酸盐沉淀的量可以与本发明中引入的气体的流量有关。在另一实施方案中，固体碳酸盐沉淀的量与第二气体、CO2气体或碱的流量有关。在另一实施方案中，固体碳酸盐沉淀的量与第一气体的流量相对于第二气体的流量的比值有关。在另一实施方案中，固体碳酸盐沉淀的量与盐浓度有关。在另一实施方案中，固体碳酸盐沉淀的量与盐和成核材料的浓度之间的比值有关。在另一实施方案中，固体碳酸盐沉淀的量与温度有关。在另一实施方案中，固体碳酸盐沉淀的量与PH有关。在另一实施方案中，固体碳酸盐沉淀的量与时间有关。在另一实施方案中，固体碳酸盐沉淀的量与流体中其他化合物的浓度有关。应当理解，螯合CO2，和固体碳酸盐的形成以及在任何后续应用中的任何后续浓缩、分离、回收和重复使用均应视为是本发明的一部分。这样的回收和重复使用对于本领域熟练技术人员而言很容易理解，并可包括例如进行过滤离心分离，或在水流的出口设置半渗透膜(semi-permeable barrier),其中传送水,而固体碳酸盐则不能被传送从而得以浓缩或分离。在一个实施方案中，可通过同位素测量来分析衍生出所述碳酸盐的CO2，其中存在原子质量数为12和13的两种稳定的碳的同位素，和原子质量数为14的放射性同位素。由于生物地球化学化合物中同位素组成的天然差别，相同元素的任意两种同位素的相对量不同。由于同位素分馏，生物地球化学研究者可利用在多种陆地、海洋和大气系统中发现的化合物的同位素比值的测量来研究多种过程。在另一实施方案中，可通过气体色谱质谱(GCMS)、质谱(MS)和/或分光光度法(比如红 外线(IR))分析CO20
根据这个方面，在一些实施方案中，检测CO2的衍生并用于估计CO2浓度的减小。在另一实施方案中，所述检测用于在引入第一气体前估计溶液中的CO2浓度。在另一实施方案中，所述检测用于估计固体碳酸盐中的CO2的量。在一些实施方案中，基于注入本发明的流体的CO2的量计算形成固体碳酸盐的产率。在另一实施方案中，基于液体中的金属离子的量计算形成固体碳酸盐的产率。在另一实施方案中，基于液体中的金属离子的量根据实施例30和33计算形成固体碳酸盐的产率。在另一实施方案中，基于注入的CO2的量根据实施例32计算形成固体碳酸盐的产率。在一个实施方案中，本发明提供降低流体的CO2浓度的方法，所述方法包括将包含痕量或不含CO2的第一气体流和包含的CO2浓度至少高于空气-水平衡中的CO2浓度的第二气体流施加至包含盐和液体的流体中，从而在所述流体中形成固体碳酸盐，且所述流体中的所述CO2的浓度降低。根据这个方面，在一个实施方案中，所述流体是蓄水层并进一步包含具有充满或未充满盐水的孔隙的岩石。在另一实施方案中，CO2储存在所述孔隙中和/或与所述孔隙中的盐水的盐形成固体碳酸盐。在一个实施方案中，本发明提供降低流体样品的CO2浓度的方法，其包括下列步骤将CO2流施加至包含盐的液体，在溶液中形成碳酸；并将(i)中的所述碳酸溶液和碱混合，使得(ii)中的所述混合物的pH在9-12之间；并形成固体碳酸盐，且在所述流体样品中的CO2浓度降低。根据这个方面，在一个实施方案中，所述流体是蓄水层并进一步包含具有充满或未充满盐水的孔隙的岩石。在另一实施方案中，CO2储存在所述孔隙中和/或与所述孔隙中的盐水中的盐形成固体碳酸盐。根据这个方面，在一个实施方案中，所述方法产生固体碳酸盐、碳酸氢盐、碳酸或它们的任意组合作为终产物。在一个实施方案中，所述固体碳酸盐或碳酸氢盐可包含钙、钠、钾、镁、钡、锰、铁、锶、锌、铵或铝离子、或形成固体碳酸盐的任何其他阳离子、或它们的任意组合。依据这个方面，在一个实施方案中，所述降低流体的CO2浓度的方法产生固体碳酸盐作为沉淀物，或在另一实施方案中产生碳酸盐作为悬浮物，或在另一实施方案中产生可溶解的碳酸盐，或在另一实施方案中产生碳酸，或在另一实施方案中产生碳酸氢盐，或它们的任意组合。依据这个方面，在一个实施方案中，所述流体是蓄水层，且CO2进一步储存在所述蓄水层的多孔岩石中。在一些实施方案中，所述方法、流体和设备在环境条件下进行。在一个实施方案中，术语“环境条件”指的是本地条件。在另一实施方案中，这种条件指的是温度，例如，当所需的流体最主要在室温下时，则用于本发明方法、流体和设备的环境条件将在室温下进行。在另一实施方案中，术语“环境条件”指的是流体在自然界中的条件，比如在海水、贮水池、海洋、湖泊、河流、土地、陆地、云层(cloud)、北极、沙漠、海床等。在一些实施方案中，环境条件近似于对希望施加或引入第一气体和/或第二气体的流体所发现的那样，例如，在诸如海水、淡水供给中发现的流体将在和海水相似的条件下，包括盐浓度、温度、压力等，使用根据本发明的方法、流体和设备。根据这个方面，在一个实施方案中，本发明的方法、流体和设备在温度、压力、盐浓度和pH方面接近于在海水、贮水池、海洋、湖泊、或河流中的条件的环境条件下进行。
在一个实施方案中，所述方法、流体和设备在室温下进行。在另一实施方案中，进行所述方法、流体和设备的温度取决于进行所述方法的环境。在一个实施方案中，所述方法、流体和设备利用作为在流体中形成碳酸盐的成核点的材料。在一个实施方案中，所述材料是矿物或胶体颗粒。在另一实施方案中，所述成核材料悬浮在水中和/或嵌入固体基质材料。下述实施例2表示本发明用于降低流体的CO2浓度并螯合CO2作为碳酸盐沉淀物的方法的一些实施方案。在一个实施方案中，碳酸钙在空气注入区中形成，由此确认了实施例2的系统通过碳酸盐沉淀螯合CO2的用途。下述实施例3表示本发明方法的一些实施方案，包括通过同位素分析测量和分析固体碳酸盐。在一个实施方案中，本发明提供用于降低流体的CO2浓度的设备，所述设备包括-用于引入包含痕量或不含CO2的第一气体的第一传送器；-用于引入第二气体的第二传送器，所述第二气体包含的CO2浓度至少高于空气-水平衡中的CO2浓度；和-反应室；向所述反应室加入包含盐的溶液时，通过所述第一传送器将所述第一气体引入所述反应室，并通过所述第二传送器将所述第二气体引入所述反应室，在所述反应室中形成固体碳酸盐，且放出CO2浓度降低的未反应气体。在一个实施方案中，本发明提供用于降低流体样品中的CO2浓度的设备，所述设备包括-用于引入碱的第一传送器；-用于引入包含CO2的流体样品的第二传送器；-反应室；并在向所述反应室加入包含盐的溶液时，通过所述第一传送器将所述碱引入所述反应室，并通过所述第二传送器将所述流体样品引入所述反应室，使得在所述反应室中形成固体碳酸盐并放出未反应的气体。应当理解，在此描述的任何实施方案，例如，就流体、第一气体、第二气体、CO2气体、碱、碳酸盐、成核材料等而言，适用于本发明的任何方面，包括方法、设备或流体，及其代表实施方案。在一个实施方案中，本发明的设备包括多个用于引入盐、水、第一气体和/或第二气体的进口。在另一实施方案中，本发明的设备任选地包含水、第一气体和/或第二气体的出口。在一些实施方案中，所述设备包括用于将各种盐、水、第一气体和/或第二气体传送到反应室的一系列沟道。在一些实施方案中，所述设备包括传送各个水、第一气体和/或第二气体以从设备排出的一系列沟道。在另一实施方案中，所述设备进一步包含用于从反应室释放气体的传送器。在一些实施方案中，这样的沟道构造促进引入的材料之间的接触。在一些实施方案中，所述设备包括促进传送材料进入反应室和/或使材料接触的泵。在一些实施方案中，出口通过例如管道布线，以将气体传送至进口，进行另一轮CO2螯合。在一个实施方案中，本发明的设备包括多个用于引入盐、水、CO2气体和/或碱的进口。在另一实施方案中，本发明的设备任选地包含水、CO2气体或任何其他未反应的气体的出口。在一些实施方案中，所述设备包括用于将各种盐、水、CO2气体和/或碱传送到反应室的一系列沟道。在一些实施方案中，所述设备包括传送各种盐、水、CO2气体和/或碱以从设备排出的一系列沟道。在另一实施方案中，所述设备进一步包含从反应室释放气体的传送器。在一些实施方案中，这样的沟道构造促进引入的材料之间的接触。在一些实施方案中，所述设备包括促进传送材料进入反应室和/或使所述材料接触。在一些实施方案中，出口通过例如管道布线以将气体传送至进口，进行另一轮CO2螯合。
在一些实施方案中，本发明的设备进一步包含水源(aqueous source),在一个实施方案中，水源于自来水、地下水、海水、淡化装置、富含Ca的微咸水、海洋水、河流和/或湖泊。在一个实施方案中，本发明的设备进一步包含从水源到反应室的传送器。在另一实施方案中，所述设备进一步包含从反应室到所述水源的传送器。在另一实施方案中，所述设备进一步包含用于在设备中循环水的泵。在另一实施方案中，所述设备进一步包含用于从反应室到水源循环水的泵，反之亦然。在另一实施方案中，所述反应室包括水源。在另一实施方案中，所述设备进一步包含用于在反应室中循环水的泵。在一个实施方案中，所述设备进一步包含盐源。在另一实施方案中，所述设备进一步包含从所述盐源到所述水源的传送器。在一个实施方案中，第一传送器、第二传送器或它们的组合传送第一气体、第二气体或它们的组合至地下水源。在一个实施方案中，第一传送器、第二传送器或它们的组合传送碱、CO2气体或它们的组合至地下水源。在一个实施方案中，本发明的设备包括使得含盐的水溶液可流过设备的流动系统，在一个实施方案中，所述流动系统可使反应进行更长时间，从而就螯合CO2的百分比而言，或在一些实施方案中就沉淀物的量而言，所述方法效率更高。在一些实施方案中，时间范围是数周到数月。在一些实施方案中是数月到数年。在另一实施方案中，本发明的设备包括使得包含盐和CO2的水溶液可流过所述设备的流动系统,在一个实施方案中,其可使所述水溶液与碱反应，从而在数分钟的时间范围内形成固体碳酸盐。在另一实施方案中，所述时间范围是数秒。在另一实施方案中，所述时间范围是数小时。在另一实施方案中，所述碱是NaOH、石灰水、或氨。在另一实施方案中，本发明的设备可包含搅拌器。在一些实施方案中，所述搅拌器位于反应室中。在一个实施方案中，所述设备可进一步包含超声系统(sonicationsystem)。在一个实施方案中，所述设备包括将磁场施加至所述设备的装置，其在一些实施方案中设置为在多个方向施加这样的磁场，其在一些实施方案中可在反应室内移动或混合磁性颗粒。熟练技术人员可以理解，在一些实施方案中，本发明的设备模块化设计以适应多种混合机械或器具，应认为是本发明的一部分。在一个实施方案中，在所述第二气体进入之前将所述第一气体传送至反应室。在一个实施方案中，在所述第二气体溶解之前将所述第一气体传送至反应室。在另一实施方案中，将第一气体注入反应室。在一个实施方案中，在所述第二气体进入之后将所述第一气体传送至反应室。在一个实施方案中，在所述第二气体在流体中溶解之后将所述第一气体传送至反应室。在一个实施方案中，将所述第二气体注入反应室中的流体。在一个实施方案中，将所述第一气体和第二气体同时传送至反应室。在一个实施方案中,在碱进入之前将CO2气体传送至反应室。在一个实施方案中， 在CO2在流体中溶解之前将碱传送至反应室。在一些实施方案中，本发明的设备包括可施压的开口或阀，或在其他实施方案中，可对流体施加特定的压力。在一个实施方案中，引入所述设备的流体在Iatm的外加压力下。在一个实施方案中，引入所述设备的流体在I-IOatm的外加压力下。在一个实施方案中，引入所述设备的流体在10-20atm的外加压力下。在一个实施方案中，引入所述设备的流体在20-30atm的压力下。在一个实施方案中，引入所述设备的流体在30_40atm的压力下。在一个实施方案中，引入所述设备的流体在40-50atm的压力下。在一个实施方案中，引入所述设备的流体在50-100atm的压力下。在另一实施方案中，将包含盐的流体引入反应室。在另一实施方案中，先将流体引入反应室，进一步将盐引入反应室。在另一实施方案中，将包含盐和成核材料的流体引入反应室。在另一实施方案中，将包含盐的流体先引入反应室，然后将成核材料引入反应室。在另一实施方案中，将包含成核材料的流体先引入反应室，进一步将盐引入反应室。在另一实施方案中，先将流体引入反应室，盐和成核材料随后或同时引入反应室。在一个实施方案中，这种传送通过所述设备内的多个单独的室或沟道，将各种材料传送至反应室。在另一实施方案中，所述室/沟道的构造使各种组分在所需的时间和特定的所需条件下混合。在一个实施方案中，本发明的设备可进一步包括环境控制元件，其控制温度、压力、PH或它们的任意组合。在另一实施方案中，所述设备进一步包含至少一个环境控制器。在另一实施方案中，所述设备进一步包含用于在受控压力下将流体引入反应室的泵。在一个实施方案中，本发明的设备可包括磁场源，和使施加至设备的材料进行磁性控制的流化的混合器。在另一实施方案中，所述设备可包括机械搅拌器、监测器、注入控制器、加热器、光源、紫外或超声源、或它们的任意组合。在Iv实施方案中，所述反应室由人造材料组成。在另一实施方案中，所述反应室由天然元件组成，其产生被视为反应室的边界或隔间。在另一实施方案中，所述反应室是贮水池。在另一实施方案中，所述反应室是蓄水层。在一个实施方案中，管道、传送器、管路、阀门和进口由人造材料组成。在另一实施方案中，人造材料包括不锈钢、金属合金、纤维、橡胶、聚氯乙烯(PVC)、塑料、铜、Teflon、玻璃、混凝土、招、ke VI ar、或它们的任意组合。在另一实施方案中，所述反应室是蓄水层，其中第一气体和第二气体通过两个单独的注入井注入其中，然后形成固体碳酸盐，任选地过量的气体通过出口除去，如图4所
/Jn ο在一个实施方案中，本发明的设备包括作为用于将大气传送至反应室的导管的传送器。在另一实施方案中，所述大气包含具有CO2污染物的气体，其因人为过程或自然过程释放至空气，或者所述气体作为人为过程的副产物而形成并释放至大气。在另一实施方案中，本发明的设备包括作为用于将气体传送至反应室的导管的传送器。在另一实施方案中，所述气体包含CO2污染物，所述CO2污染物因人为过程产生或作为人为过程的副产物而产生，并从工厂排气系统或化工厂的排气系统通过封闭系统传送至本发明的设备。在一个实施方案中，所述设备进一步包含从CO2源(例如工厂排气系统、烟道、化工厂、发电厂、或它们的任意组合)到所述设备的开口的管道、管路或传送器。在另一实施 方案中，所述管道、管路或传送器进一步包括闸门、阀门、调压器、泵或它们的任意组合。根据这个方面，在一个实施方案中，本发明的设备包括将含有CO2的气体从化工厂出口传送至反应室的传送器，从而防止大气被CO2污染。在另一实施方案中，所述传送器在包含泵、管道、沟道、管路、井、管或隧道的封闭系统中引导气体。在另一实施方案中，所述传送器可进一步包括压力控制器，其控制引入反应室的气体的压力。在另一实施方案中，本发明的设备包括用作出口的管道，所述出口使过量的第一气体和/或第二气体从反应室到传送器以再次将气体注入反应室。在另一实施方案中，所述传送器和用于将第一气体或第二气体引入流体的传送器相同或不同。在一个实施方案中，本发明的设备进一步包含管道、导管、传送器、管路、泵、井、阀门或它们的任意组合，用于将气体送达反应室，或从反应室送达环境，或再循环气体系统的流动。在另一实施方案中，管道、导管、传送器、管路、泵、井、阀门或它们的任意组合可影响气流的压力、时间或速率。在另一实施方案中，将第二气体或CO2气体送至反应室的传送器进一步包含位于传送器进口和出口之间的过滤器。在另一实施方案中，所述过滤器可过滤小颗粒，比如，灰尘、盐、沙子、或它们的任意组合，并防止其引入反应室。在一些实施方案中，本发明的设备非常靠近主要的CO2发出设备，比如发电厂和混凝土工厂。在一个实施方案中，所述设备产生大量CO2排放物，而本发明的设备具有相应的容量以将CO2溶于水并沉淀碳酸盐。在一个实施方案中，本发明的设备是非原位(ex-situ)的(在地面上)，其中具有一对用于注入空气和CO2的进口的系统位于不同的进口，如图I所示。在另一实施方案中，本发明的设备是非原位的(在地面上)，其中具有一对用于注入CO2和碱溶液的进口的系统位于不同的进口，如图I所示。在另一实施方案中，所述贮水池包含海水、除盐流出物或任选地加入了钙源的淡水。在另一实施方案中，所述设备沿海岸建设，或在湖泊或河流边。在另一实施方案中，来自贮水池的水可流入保持在碱性条件(PH9-12)的相邻贮水池中。两个贮水池的两种溶液的混合物弓I起碳酸钙沉淀。在一个实施方案中，本发明的设备是原位(in-situ)的(在地面下)，其中注入空气和CO2的双井系统(well-doublet system)处于不同的进口，如图4所示。在另一实施方案中，本发明的设备是原位的(在地面下)，其中注入CO2和碱溶液的双井系统处于不同的进口，如图4所示。在另一实施方案中，所述贮水池包含海水、除盐流出物或任选地加入了钙源的淡水。在另一实施方案中，所述贮水池离岸或沿着海岸建设，或在湖泊或河流边，其中将可能直接来自于烟道气的CO2或含有CO2的空气鼓泡以溶解C02。在另一实施方案中，来自贮水池的水可流入保持碱性条件(PH9-12)的相邻贮水池中。两个贮水池的两种溶液的混合物引起碳酸钙沉淀。在一个实施方案中，本发明提供降低流体的CO2浓度的方法，其中所述方法包括将所述流体施加至用于降低流体的CO2浓度的设备，所述设备包括-用于引入包含痕量或不含CO2的第一气体的第一传送器；-用于引入第二气体的第二传送器，所述第二气体的CO2浓度至少高于空气-水平衡中的CO2浓度；和-反应室；、向所述反应室加入包含盐的溶液时，通过所述第一传送器将所述第一气体引入所述反应室，并通过所述第二传送器将所述第二气体引入所述反应室，在所述反应室中形成固体碳酸盐，并放出CO2浓度降低的未反应气体。在一个实施方案中，本发明提供降低流体的CO2浓度的方法，其中所述方法包括将所述流体施加至用于降低流体样品中的CO2浓度的设备，所述设备包括-用于引入碱的第一传送器；-用于引入包含CO2的流体样品的第二传送器；-反应室；并在向所述反应室加入包含盐的溶液时，通过所述第一传送器将所述碱引入所述反应室，并通过所述第二传送器将所述流体样品引入所述反应室，使得在所述反应室中形成固体碳酸盐并放出未反应的气体。实施例I在此提供了本发明所包括的降低CO2浓度的方法、进行该方法的设备和流体、以及流体的实施方案，其中，注入空气和CO2 2星期后，估计形成Illg的碳酸钙。实施例33在此提供了本发明所包括的降低CO2浓度的方法，和进行该方法的设备和流体，以及流体的一些实施方案，其中估计溶液中总Ca2+的72. 5%以碳酸钙沉淀，且估计总注入的CO2的68. 6%沉淀成碳酸盐。在一个实施方案中，估计产率为根据实施例30的溶液中总Ca2+的97. 8%。在一个实施方案中，本发明提供包含加压的第一气体、第二气体和盐的流体，所述第一气体包含痕量或不含CO2，所述第二气体的CO2浓度至少高于空气-水平衡中的CO2浓度。在一个实施方案中，本发明提供包含碱、CO2、和盐的流体，所述CO2的浓度至少高于在空气-水平衡中发现的CO2浓度。可以理解，本发明的流体和在此就流体而言所述的任何实施方案均适用于本发明的任何方面，包括方法、设备及其代表实施方案。本发明的方法、流体和设备的预想的应用的一个实施方案描述于图I中。在一个实施方案中，这样的设置对于使用所述方法和/或地面上的设备降低CO2浓度可能是理想的，其中，将任选地含有溶解的钙、镁和/或其他阳离子的流入水溶液(任选地含有一些溶解的CO2) (1-10)通过含有(任选的)矿物材料的贮水池(1-20)传送，所述矿物材料通过开口传送至贮水池并作为成核点促进碳酸盐沉淀。所述液流(flow)将水导出贮水池，随即可以将水(1-30)循环回贮水池(1-20)。将包含纯CO2或高浓度CO2的气体或和其他气体混合后注入(1-40)所述流体。空气、或含有一种或多种添加剂的空气进一步提高/控制pH，或气相或基础溶液中的碱(1-90)，形成固体碳酸盐(1-20A)。在另一实施方案中，所述设备包括释放过量的气体或CO2的出口(1-100)，且释放的气体可通过进口(1-40)或(1-90)再循环至反应室。在一些实施方案中，这样的设置可进一步包含引入悬浮在水中的矿物颗粒(或胶体)和/或任何其他固体基质材料(作为促进碳酸盐沉淀的成核材料)的开口(1-50)和(1-70)。在一些实施方案中，盐源(比如钙或镁盐)通过开口(1-60)和(1-80)引入。在另一实施方案中，这样的设置可使碳酸盐在贮水池内随着时间积累。在另一实施方案中，这样的设置可使形成的固体碳酸盐分离并重复 使用。本发明的方法、流体和/或设备的设想的应用的一个实施方案显示于图4中。在一个实施方案中，这样的设置对于使用所述方法和/或地下设备降低CO2浓度可能是理想的，其中CO2 (经富集、浓缩的气体形式，纯CO2或和其他气体混合的CO2)和空气(或其他气体或气体混合物)分别通过进口(4-100)和(4-50)传送，分别经过注入井(4-80)和(4_30)，并进一步通过井区域(4-90)和(4-40)，并经过滤，使CO2和空气从井中进入蓄水层(4-10)。所述蓄水层包含通过天然设施，通过泵送或通过提供地下水流的注入井获得的水。在另一实施方案中，分别向各个井(4-80)和(4-30)引入其他进口(4-110)和(4_60)，以任选地加入盐(比如钙，或镁盐)和/或悬浮在水中的矿物颗粒(或胶体)和/或任何其他固体基质材料。在一个实施方案中，过量的CO2和/或空气通过任选的出口(4-70)释放并可分别循环回进口(4-100)和(4-50)。在另一实施方案中，随着CO2和空气引入蓄水层，固体碳酸盐形成(4-20)。在另一实施方案中，这样的设置对于螯合CO2作为固体碳酸盐可能是理想的，其中固体碳酸盐保留在蓄水层内。提供下列实施例以更充分地说明本发明的优选实施方案。然而，它们不应以任何方式理解为限制本发明的宽泛范围。实施例材料和方法设备按照图2所示构造流通池。所述流通池包含20mm厚的丙烯酸片。所述流通池的内部尺寸是86. 5cm长X IOcm宽X 48cm高。所述流通池设计用于使流体沿着长度流动。所述流通池分成三个区域含有沙子的主流动单元，和位于两端的流入和流出贮水池。流入和流出忙水池均长3. 5cm,通过栅格支持体(lattice support)和水力传导性大于沙子的细孔滤网与所述主流通池分隔。使用可调的流出烧瓶在端部贮水池保持不同的恒定水头(constant heads)。通过测量在给定的间隔内流出的水量确定流出忙水池的排放。在各个端部贮水池持续操作蠕动泵以确保完全混合。O. 5cm(内径)空气注入管和O. 5cm(内径)CO2注入管置于所述流通池内。所述管相隔40cm，然后当所述流通池被填充后，所述管被沙子包围。将所述管分别连接至以500L/h的体积流速供给空气和以I. 5L/h的体积流速供给CO2的阀门。空气和CO2流量通过流通池和压力计调节。
材料将下列成分加至所述设备筛目(mesh size)为30/40，粒径为O. 532mm，孔隙度为O. 35 的 Accusand ;膨润土 [Fisher Sci. Co. ] ；4. 12mM Cl'I. 17mMN03\3. 89mM Ca2+、I. 2mMMg2+、0. 06mM K+、0. OlmM F\0. 89mM SO42'2. 46mM Na+、3. 69mM HCO3O. 76mM CO32I 自来水)的水溶液；C02由Gordon Gas[以色列]提供。CO2 螯合将所述设备填充Accusand 30/40至36cm的总高度,部分用膨润土(如图2所示)覆盖，使用膨润土是为了通过强制形成特定的流动通道增大CO2的停留时间和扩散。在该实施方案中，粘土尺寸为43cm长X 4cm宽X (28-32) cm高。所述流通池充满pH = 7. 5的自来水。供给流入室(inlet chamber)的自来水的离子组成通过使用大的自来水供给贮水池而保持恒定。在空气流下，使所述水流隔夜稳定，之后加入CaCl2 (328g/120L)并开始注入C02。注入空气和CO2两周，并在7小时后、一周后和两周后分别测量pH。
分析典型水样，确定pH和碳酸I丐形成的关系。具有酸性pH(5-6. 5)的样品和较高的CO2溶解浓度相关，而具有碱性pH(7. 5-8)的样品和碳酸钙的形成相关。通过同位素分析进行沉淀的碳酸盐样品的分析。CO2具有特定的同位素特征。存在于停留的水中的CO2来自于δ 13C ^ -1%。--2%。的无机源(但可在+2%。一4%。的范围内)，而在注入的空气中含有的CO2的δ 13C ^ -7%ο —8%。。来自于有机源的注入的CO2的同位素特征为 δ 13C ^ -25%。一35%0。实施例I :流通池设备激发的依赖于CO2的DH变化。分析来自于流通池(如图2所示)中的不同高度和位置的样品并测量它们的pH。pH测量值作为CO2含量的指示。低pH对应于高CO2浓度。对碳酸盐沉淀的增强的促进在短时间(在流通池内几分钟到几小时)内发生，通过PH的上升明显可见(表I)。表I :7小时、一周和两周后的pH样品
权利要求
1.降低流体样品的CO2浓度的方法，其包括下列步骤 (i)将CO2流施加至包含盐的液体，在溶液中形成碳酸；并 ( )将⑴中的碳酸溶液和碱混合，使得(ii)中的混合物的pH在9-12之间；形成固体碳酸盐且所述流体样品中的CO2浓度降低。
2.权利要求I的方法，其中所述CCV流处于环境压力下。
3.权利要求I的方法，其中所述碱包括NH3、NH40H、NaOH或石灰水或它们的任意组合。
4.权利要求3的方法，其中所述NH3或NH4OH来自人工合成的氨源、家养或野生的鸟粪源、家禽农场、矿床、牛的、猪的、羊的或马的尿或粪便、养鱼场、海洋哺乳动物、动物尿或动 物粪肥或它们的任意组合。
5.权利要求I的方法，其中在步骤(ii)中向所述混合物中加入另外的盐。
6.权利要求I的方法，其中所述CCV流还包含硫氧化物，从而形成固体碳酸盐和固体硫酸盐。
7.权利要求I的方法，其中所述流体样品还包含硫氧化物，从而形成固体碳酸盐和固体硫酸盐。
8.权利要求I的方法，其中所述液体是水溶液。
9.权利要求I的方法，其中所述液体包含来自淡化装置的流出物。
10.权利要求I的方法，其中所述第二气体是被人为过程或自然过程污染的大气。
11.权利要求I的方法，其中所述盐包含钙离子、钠离子、钾离子、镁离子、钡离子、锰离子、铁离子、锶离子、锌离子、铝离子、或它们的任意组合。
12.用于降低流体样品中的CO2浓度的设备，所述设备包括 -用于引入碱的第一传送器； -用于引入包含CO2的流体样品的第二传送器； -反应室；并 在向所述反应室加入含有盐的溶液时，通过所述第一传送器将所述碱引入所述反应室，并通过所述第二传送器将所述流体样品引入所述反应室，使得在所述反应室中形成固体碳酸盐并放出未反应的气体。
13.权利要求12的设备，其还包括盐源。
14.权利要求13的设备，其还包括由所述盐源到所述水源的传送器。
15.权利要求13的设备，其还包括由所述盐源到所述反应室的传送器。
16.权利要求12的设备，其还包括用于在受控压力下将所述碱、流体样品或它们的组合引入所述反应室的泵。
17.权利要求12的设备，其中所述第一传送器、第二传送器或它们的组合传送所述碱或流体样品或它们的组合至所述反应室，所述反应室是天然水体，所述天然水体是海水、微咸水、地下忙水池、湖泊、河流或海洋。
18.权利要求12的设备，其中所述包含盐的溶液在天然水体的一部分中形成，所述天然水体是海水、微咸水、地下忙水池、湖泊、河流或海洋。
19.权利要求12的设备，其还包括水源。
20.权利要求12的设备，其还包括从所述反应室释放气体的传送器。
21.权利要求12的设备，其还包括盐源和由所述盐源到所述水源的传送器。
22.权利要求12的设备，其中所述第二传送器传送大气。
23.权利要求12的设备，其中所述第二传送器还包含位于所述第二气体的气源和所述反应室之间的过滤器。
24.权利要求12的设备，其还包括至少一个环境控制器。
25.权利要求12的设备，其中所述包含盐的溶液是水溶液。
26.降低流体样品的CO2浓度的方法，其中所述方法包括将所述流体样品施加至权利要求12的设备。
27.权利要求26的方法，其中所述固体碳酸盐是可分离的沉淀物。
28.权利要求26的方法，其中过滤所述固体碳酸盐，并将滤液回收至所述设备。
全文摘要
本发明旨在降低CO2浓度。本发明利用流体和用于降低流体的CO2浓度的设备。
文档编号C01F11/18GK102718246SQ20121002865
公开日2012年10月10日 申请日期2007年8月21日 优先权日2006年8月29日
发明者B·伯科威茨, I·德罗尔 申请人:耶德研究和发展有限公司