[发明专利]二氧化碳分离材料和方法

说明书

本发明是申请日为2007年3月8日、申请号为200780008692.2的发明“二氧化碳分离材料和方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及排放物消除方法，具体涉及从含二氧化碳的流体流中分离二氧化碳的方法。

背景技术

本部分的记述仅仅提供与本发明有关的背景信息，而不构成现有技术。

相信是温室气体的人为排放引起了全球气候变化(即全球变暖)。全球变暖效应的模型预见了温度和海平面的全球性上涨、气候模式的改变、和更极端的天气现象，包括洪水和干旱。温室气体包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、水蒸汽、臭氧和全氟化碳/含氯氟烃。据估计二氧化碳构成美国2000年温室气体排放的大约84％。二氧化碳(CO₂)和其他有害气体污染物的排放率与经济和工业增长高度相关，并且自从19世纪中叶起有显著的增高。通常CO₂由烃、矿物燃料的燃烧，和/或各种产生二氧化碳副产物的工业过程产生，所述工业过程包括水泥、石灰、铁和钢的生产。美国环境保护局(EPA)和联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)根据燃料燃烧(主要包括机动车和发电厂)和其他工业来源对排放物进行了分类。美国97％的人为二氧化碳排放来自矿物燃料燃烧源，例如发电厂、焚化炉和机动车。二氧化碳排放的其他重要点源包括水泥、石灰和铁/钢生产厂，所有这些厂都在生产过程中产生大量的二氧化碳，既是反应副产物也是通过烃类燃料的燃烧的产物。

除了是一种不希望有的温室气体外，二氧化碳还有产生操作和经济问题的可能，因为它是没有任何燃烧价值的稀释剂。它是一种酸性气体而且会在水存在下引起腐蚀问题，产生对一些合金非常有腐蚀性的碳酸。

通过国际条约，例如京都议定书，许多国家已经答应负责减少包括二氧化碳在内的各种温室气体的排放。在美国，已经有将很大注意力集中在开发可有效减少规定的空气污染物的排放的装置上的传统，其中空气污染物例如微粒物质、硫氧化物和氮氧化物。但是，对于减少未规定的二氧化碳排放技术的发展滞后于其他控制技术。然而，由于各个国家实施了限制各种温室气体尤其是二氧化碳产生的规章和交易程序，所以急需更加有效且廉价的减少二氧化碳的技术。

从气流中去除二氧化碳的现有方法包括用特有的溶剂系统的化学吸收/吸附(胺洗涤)、膜分离、低温分馏和/或用分子筛吸附。在一次性的系统中，活性材料进行一次性通过反应器/洗涤器，然后就被丢弃。由于与处置大量用过的活性材料相关的增加的费用和维护，一次性使用的系统不太理想。再生系统被设计用来再生活性材料，使其适于随后生产性通过所述反应器。分子筛，例如沸石和活性炭，被用于再生的变压吸附(PSA)或变温吸附系统中，这些系统通过在高压和/或低温下选择性吸附一种或多种所述气体分离气体混合物来从气流中除去不想要的成分。然后这些俘获的杂质通过降低吸附系统的压力或升高吸附系统的温度来脱附(所以系统从高压到低压或从低温到高温间“摆动”)。脱附步骤使吸附材料再生，来重复利用于后面的吸附步骤中。PSA系统通常包括若干吸附床，气体通过这些吸附床，分离所选择的气体种类。上述方法中的每一个都有缺点，包括高资本投资和运行费用，以及某些情况下的相对小的吞吐容量和低去除效率。这些系统对于各种应用是潜在的受成本限制的系统，特别对于那些产生大量二氧化碳和其他排放物的高生产量的生产工厂。

所以，需要那种以有效且成本节约的方式减少固定来源的废气中的二氧化碳排放的方法。并且，优选CO₂排放减少装置在获得所需的去除效率的同时，能处理与工业应用相关的高流量。优选的，这样的去除方法是可再生的，并且采用再循环来体现可承担的发展主动性。

发明内容

在各个方面，本发明提供了从含有二氧化碳的工业废物流体流中分离作为污染物存在的二氧化碳的方法。在一个方面，本发明提供的方法包括通过将所述流体流与洗涤材料相接触来减少流体流中的二氧化碳的量。所述洗涤材料包括第一组分和第二组分。在某些方面中，反应在水存在下进行(例如，在浆料中或在半干形式下进行)。第一组分不同于第二组分。进一步地，第一组分含有氧化钙源和碱金属离子源，且第二组分含有具有一种或多种反应性硅酸盐化合物的矿渣。