專利名稱：CO₂收集方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開的領(lǐng)域一般地涉及二氧化碳(CO2)收集，并且更具體地涉及用于從大氣中收集CO2的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
收集CO2用于許多用途。通常,開采CO2的天然來源以收集CO2用于各種工業(yè)用途。CO2也作為工業(yè)過程的副產(chǎn)物被收集以及為了從空氣供應(yīng)中去除過量CO2而收集。大量CO2被用于提高采收率法采油(EOR)中。現(xiàn)今，石油正從許多已被廢棄但仍具有大量原油的油井中被提取出來。一般地，在一次采油階段期間油井僅提供其石油的大約30%。可使用二次采油技術(shù)如注水開發(fā)以升高地下壓力而開采另外的20%。EOR提供了已 用于從地下油層中開采另外20%或更多石油的三次采油技術(shù)。EOR階段涉及將非常大量的氣體注入地層，然后連同開采的石油一起回收許多氣體。由于CO2能與原油混合并且使石油具有充分更小的粘性和更容易提取，所以CO2是優(yōu)選氣體。進(jìn)行這些EOR操作需要大量的資本投資以獲取地層內(nèi)的殘余石油。但是，目前的油層產(chǎn)量的下降和升高的石油價(jià)格使得今天EOR更加經(jīng)濟(jì)上可行，其引起對(duì)于CO2的巨大需求。通常，用于工業(yè)過程如EOR中的CO2例如從天然來源或人為來源被收集并且被輸送至它將被使用的位置。可通過罐、管道或其它適合的輸送方法輸送co2。在許多情況中，使用的位置遠(yuǎn)離CO2收集的位置，因此增加了 CO2使用者的成本。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本公開的一個(gè)方面，收集二氧化碳的方法包括用冷凝器和干燥劑材料從大氣中去除水以產(chǎn)生干燥空氣、從干燥空氣中將二氧化碳吸附至材料、將所吸附的二氧化碳釋放至真空室、以及在真空室內(nèi)將所釋放的二氧化碳從氣體轉(zhuǎn)化為固體。在另一方面，用于收集二氧化碳的設(shè)備包括多個(gè)被配置來產(chǎn)生進(jìn)入設(shè)備的大氣流的氣體輸送裝置(air moving device),和用于從大氣流中去除水的冷凝器。設(shè)備包括從大氣流中去除其它水以產(chǎn)生基本上干燥的空氣的干燥劑，和用于將干燥空氣中的二氧化碳吸附至接觸室中的材料的接觸室。設(shè)備包括用于將所吸附的二氧化碳從所述接觸室中抽出并將所抽出的二氧化碳從氣體轉(zhuǎn)化為固體的真空室。在又另一方面，用于收集二氧化碳的設(shè)備包括多個(gè)被配置來產(chǎn)生進(jìn)入設(shè)備的大氣流的氣體輸送裝置。設(shè)備包括用于從大氣流中去除水的冷凝器、被配置來從來自冷凝器的氣流中提取二氧化碳的第一收集組件、和被配置來從來自所述冷凝器的氣流中提取二氧化碳的第二收集組件。設(shè)備包括被配置來將來自冷凝器的氣流交替地引導(dǎo)至第一收集組件和第二收集組件的控制器。已討論的特征、功能和優(yōu)勢(shì)可在各種實(shí)施方式中獨(dú)立地完成或可在其它實(shí)施方式中結(jié)合，參照下列說明和附圖可理解這些實(shí)施方式的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。


圖I是收集二氧化碳的實(shí)例方法的流程圖。圖2是根據(jù)圖I中顯示的方法用于收集二氧化碳的實(shí)例設(shè)備的方框圖。圖3是根據(jù)圖I中顯示的方法用于收集二氧化碳的另一實(shí)例設(shè)備的方框圖。圖4是用于收集二氧化碳的另一實(shí)例設(shè)備的圖。圖5是使用圖4中顯示的設(shè)備收集二氧化碳的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式如本文使用，以單數(shù)敘述以及用詞語“一個(gè)”開始的元件或步驟應(yīng)當(dāng)理解為不排除 多個(gè)元件或步驟，除非這種排除被明確地?cái)⑹?。而且，提及本發(fā)明的“一個(gè)實(shí)施方式”或“示例性實(shí)施方式”不意欲解釋為排除同樣并入所敘述特征的其它實(shí)施方式的存在。本文描述了用于收集二氧化碳(CO2)的方法和系統(tǒng)。雖然就提高采收率法采油(EOR)和固定位置CO2收集廠中的應(yīng)用描述了系統(tǒng)和方法，但本公開的方面可用于其它領(lǐng)域和應(yīng)用中。而且，本文描述的方法和系統(tǒng)可放大或縮小以用于各種其它領(lǐng)域和應(yīng)用中，包括可移動(dòng)的或便攜的CO2收集設(shè)備中的應(yīng)用。本文描述的實(shí)施方式可提供比一些已知CO2收集方法增加的CO2產(chǎn)量。此外，所述的實(shí)施方式可在具有比一些已知方法能夠操作的環(huán)境含更大水含量的大氣的環(huán)境中提供CO2收集。而且，所述的實(shí)施方式提供水作為CO2收集的副產(chǎn)物并且與在收集CO2的過程中通過實(shí)施方式產(chǎn)生的CO2相比從環(huán)境中去除更多的co2。更具體而言，參照附圖，圖I是收集CO2的示例性方法——一般地通過指代數(shù)字100表示——的流程圖。方法100包括用冷凝器和干燥劑材料從大氣中去除102水以產(chǎn)生干燥空氣。從干燥空氣中將二氧化碳吸附104至材料，以及將所吸附的二氧化碳釋放106至真空室。方法100包括在真空室內(nèi)將所釋放的二氧化碳從氣體轉(zhuǎn)化108為固體并且將固體CO2轉(zhuǎn)化110為氣體以便從真空室抽出。圖2是用于如通過上述方法100收集CO2的示例性設(shè)備200的方框圖。大量的大氣被吹過冷凝器202，所述冷凝器202從空氣中去除大部分水。然后將較干燥的空氣引導(dǎo)通過干燥室204，所述干燥室204含有干燥劑以基本上去除空氣中所有殘余的水。空氣接下來進(jìn)入接觸室206，其包括從干燥空氣中吸附CO2的材料。當(dāng)足夠量的CO2已被吸附至材料時(shí)，將所吸附的CO2釋放至真空室208。將真空室208中的氣態(tài)CO2轉(zhuǎn)化為真空室208中的固體。冷凝器202和干燥室204基本上去除空氣中含有的所有水以產(chǎn)生用于收集CO2過程的剩余步驟中的干燥空氣。從空氣中去除的水作為該過程的副產(chǎn)物被收集。然后所收集的水可用于任何適合的用途。干燥室204含有干燥劑材料以從已通過冷凝器202的空氣中基本上去除所有殘余的水。在示例性實(shí)施方式中，干燥劑材料是分子篩材料。在一些實(shí)施方式中，干燥劑材料是具有堿金屬硅鋁酸鹽結(jié)構(gòu)的分子篩材料，其具有3埃的有效孔口。在其它實(shí)施方式中，可使用其它干燥劑材料，其包括例如具有不同結(jié)構(gòu)和/或有效孔徑大小的分子篩材料。可使用適于基本上去除通過冷凝器202的空氣中殘余的所有水的任何干燥劑材料。接觸室206包括從干燥空氣中吸附CO2的材料。在示例性實(shí)施方式中，該材料是分子篩材料。在一些實(shí)施方式中，分子篩材料是具有10埃有效孔口大小的分子篩材料。在一些實(shí)施方式中，分子篩材料是沸石材料。在其它實(shí)施方式中，材料可以是適于從干燥空氣中吸附CO2的任何材料。在示例性實(shí)施方式中，通過使材料經(jīng)歷真空將所吸附的CO2從接觸室206內(nèi)的材料中釋放。在一些實(shí)施方式中，接觸室206基本上與氣流隔離，并且通過真空室208將真空施加至接觸室206。將所吸附的CO2從接觸室206內(nèi)的材料上釋放至真空室208。在真空室208內(nèi)，氣態(tài)CO2轉(zhuǎn)化為固體。在示例性實(shí)施方式中，使用真空室208中的表面將CO2轉(zhuǎn)化為固體，所述表面被冷卻至足夠低的溫度以引起氣態(tài)CO2在冷表面上固化。在一些實(shí)施方式中，真空室包括指形冷凍器，冷卻劑通過指形冷凍器以降低指形冷凍器的外表面的溫度，在指形冷凍器的外表面上CO2固化。在其它實(shí)施方式中，可使用任何其它適合的技術(shù)以固化所釋放的co2。
可通過任何適合的收集方法收集真空室208內(nèi)的固體C02。在示例性實(shí)施方式中，固體CO2被轉(zhuǎn)化回氣體并被提取用于貯藏和/或運(yùn)輸。通過升高真空室208內(nèi)的溫度直至固體CO2轉(zhuǎn)化為氣態(tài)CO2，將固體CO2轉(zhuǎn)化為氣體。在其它實(shí)施方式中，可利用使固體CO2轉(zhuǎn)化為氣體的任何其它適合的方法。圖3是根據(jù)方法100用于收集CO2的另一示例性設(shè)備300的方框圖。設(shè)備300包括冷凝器202、干燥室204、接觸室206和真空室208。設(shè)備300還包括干燥室304和接觸室306。干燥室204和接觸室206形成第一收集組件310，同時(shí)干燥室304和接觸室306形成第二收集組件312。第一收集組件310和第二收集組件312的每一個(gè)可用于以上述方式從來自冷凝器202的氣流中提取二氧化碳。第一收集組件310和第二收集組件312的每一個(gè)也可被描述為收集通道或通路?？刂破?14控制設(shè)備300的操作并且將來自冷凝器202的氣流交替地引導(dǎo)至第一收集組件310和第二收集組件312。例如，在操作第一收集組件310基本上如上關(guān)于設(shè)備200所討論的周期后，控制器314可關(guān)閉第一收集組件310并且打開第二收集312。來自冷凝器202的空氣進(jìn)入干燥室304并且如上關(guān)于設(shè)備200所述的進(jìn)行干燥。干燥空氣然后進(jìn)入接觸室306，在此CO2吸附至接觸室306內(nèi)的材料。在這正在發(fā)生的同時(shí)，干燥室204被再生以去除來自它的最后周期的收集的水(圖3中未顯示)。當(dāng)足夠的CO2已吸附于接觸室306內(nèi)時(shí)，控制器314將接觸室306與來自冷凝器202的氣流隔離，并且連接彼此流體連通的接觸室206和306。由于它的最后周期，接觸室206比接觸室306處于更低的壓力下，并且使接觸室206和306內(nèi)的壓力相等?？刂破?14流體地連接真空室208與接觸室306并減小接觸室206和306內(nèi)的壓力以從接觸室306中的材料釋放CO2。當(dāng)基本上所有CO2已從接觸室306釋放至真空室208時(shí)，關(guān)閉接觸室206和306之間的連接。然后，控制器314可將來自冷凝器202的氣流引導(dǎo)至第一收集組件310以用第一收集組件310開始提取過程，同時(shí)第二收集組件完成收集過程，并且再生干燥室304內(nèi)的干燥劑。在真空室208內(nèi)，以上述方式將氣態(tài)CO2轉(zhuǎn)化為固體。當(dāng)基本上所有所吸附的CO2已被提取至真空室208時(shí)，關(guān)閉接觸室306和真空室208之間的連接，并且控制器314增加真空室208內(nèi)的溫度以將固體CO2轉(zhuǎn)化為氣體。然后，CO2氣體從真空室208中被提取至外部貯藏設(shè)備或管道(未顯示)。圖4是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面用于收集二氧化碳的另一實(shí)例設(shè)備或系統(tǒng)400的圖。圖5是用于收集二氧化碳的設(shè)備如設(shè)備400的操作的流程圖500。設(shè)備400包括冷凝器格柵402、第一收集組件410、第二收集組件412和真空室408。第一收集組件410和第二收集組件412每一個(gè)包括干燥室404和接觸室406。第一收集組件410和第二收集組件412每一個(gè)還可被描述為收集通道或通路。第一收集組件410和第二收集組件412每一個(gè)包括多個(gè)閘門414以基本上密封干燥室404和/或接觸室406。系統(tǒng)控制器420控制設(shè)備400的操作。在操作期間，當(dāng)一個(gè)收集組件410或412正在從大氣中收集CO2時(shí)，另一個(gè)收集組件412或410正在通過從接觸室406內(nèi)釋放CO2并且通過將干燥室404內(nèi)的干燥劑干燥以釋放它收集的水而再生。設(shè)備400包括多個(gè)放置來形成通過冷凝器格柵402的大氣流的氣體輸送裝置416。在示例性實(shí)施方式中，氣體輸送裝置416是風(fēng)扇組件。在一些實(shí)施方式中，氣體輸送裝置416是具有向后傾斜的風(fēng)機(jī)葉片(fan blade)的工業(yè)級(jí)直接驅(qū)動(dòng)、雙寬度、雙入口的風(fēng)扇， 其從設(shè)備400外部吸引空氣。在示例性實(shí)施方式中，設(shè)備400包括空氣過濾組件418?？諝膺^濾組件418包括一個(gè)或多個(gè)過濾器，其放置來過濾通過氣體輸送裝置416吸入設(shè)備400中的外部大氣。在示例性實(shí)施方式中，冷凝器格柵402包括冷凝器或冷凝脫水器，其通過使用含有冷氮的層流換熱器使冷凝器格柵402的表面溫度降低至露點(diǎn)以下而降低空氣中的水含量。水在換熱器上從大氣中冷凝并作為次要產(chǎn)物被收集。在一些實(shí)施方式中，冷凝器格柵402減少空氣中的水含量90%。根據(jù)收集和再生的周期，控制器420將來自冷凝器402的輸出空氣轉(zhuǎn)移至收集組件410和412。每個(gè)收集組件410和412中的干燥室404基本上去除從冷凝器402流出的空氣內(nèi)的所有殘余的水。水在收集階段中被干燥室404內(nèi)的干燥劑捕獲并在操作周期的再生階段中被釋放。每個(gè)干燥室404可被獨(dú)立地并且周期地密封以再生。干燥室404的再生利用來自其它操作——如真空泵和低溫冷卻泵——的殘余的真空和殘余的熱。在示例性實(shí)施方式中，捕獲水的干燥劑材料是分子篩材料。在一些實(shí)施方式中，分子篩材料具有含3埃有效孔口的堿金屬硅鋁酸鹽結(jié)構(gòu)。每個(gè)接觸室406含有在其上吸附從干燥室404進(jìn)入接觸室406的干燥空氣中的CO2的材料。在示例性實(shí)施方式中，該材料是分子篩材料。在一些實(shí)施方式中，材料包括具有10埃有效孔口大小的沸石13X分子篩材料。在CO2已吸附至接觸室406中的材料后，CO2再生階段開始。通過關(guān)閉閘門414基本上將接觸室406與來自冷凝器402的氣流隔離。打開連接第一集器組件410和第二收集器組件412的接觸室406的閥(未顯示)以連接兩個(gè)接觸室406。當(dāng)一個(gè)收集器組件410或412處于周期的收集階段中時(shí)，另一個(gè)收集器組件412或410處于或已剛剛完成周期的再生階段。處于再生階段的收集器組件410或412的接觸室406準(zhǔn)備開始其收集階段并且處于低壓下。當(dāng)兩個(gè)接觸室406通過打開連接它們的閥被連接時(shí)，兩個(gè)接觸室406內(nèi)的壓力相等。在一些實(shí)施方式中，該壓力等于大約一半的大氣壓力。真空泵422通過真空室408從接觸室406提取室空氣并將空氣排至設(shè)備400外部。真空泵422進(jìn)一步降低接觸室406內(nèi)的壓力，直至壓力對(duì)于吸附劑材料足夠低以將CO2釋放至真空室408。真空室408從接觸室406提取CO2氣體并通過使用冷壁表面捕獲CO2作為固體。在示例性實(shí)施方式中，真空室包括指形冷凍器424。壓縮機(jī)426壓縮通過指形冷凍器424的冷卻劑。在示例性實(shí)施方式中，冷卻劑包括液氮。液氮降低指形冷凍器424的溫度至華氏負(fù)150度以下。在冷卻劑通過指形冷凍器424后，在返同壓縮機(jī)426之前，冷卻劑被傳送通過冷凝器402。將指形冷凍器424的表面冷卻至足以引起真空室408內(nèi)的CO2從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的溫度。從氣態(tài)CO2至固體CO2的轉(zhuǎn)化甚至更多地降低了真空室408內(nèi)的壓力，其從接觸室406提取甚至更多的C02。當(dāng)大部分CO2已經(jīng)從接觸室406中被抽出時(shí)，關(guān)閉兩個(gè)接觸室406之間的閥。為了從真空室408提取固體 CO2，將真空室408與接觸室406隔離，關(guān)掉指形冷凍器424的冷卻，并加熱至真空室408，直至固體CO2轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。在示例性實(shí)施方式中，使用真空室408內(nèi)的電阻加熱器428加熱至真空室408。在其它實(shí)施方式中，可使用能夠控制真空室408的加熱的其它加熱裝置。從固體至氣體的轉(zhuǎn)化增加了真空室408內(nèi)的壓力。打開至外部壓縮機(jī)428的閥(未顯示)并通過外部壓縮機(jī)426將氣態(tài)CO2提取至外部貯藏設(shè)備或管道(二者未顯示)。在接觸室406材料的再生期間，干燥每個(gè)干燥室404內(nèi)的干燥劑材料。在干燥室404由于來自冷凝器402的空氣而接近飽和后，使用閘414密封干燥室404。打開干燥室404和冷凝室430之間的閥(未顯示)。真空泵422在冷凝室430上抽吸，從而將干燥室404內(nèi)的干燥劑材料的水吸出并吸入冷凝室430內(nèi)。在干燥劑是干燥的之后，關(guān)閉閥，并且打開另一閥(未顯示)以從冷凝室430排出水，以及將水送至與來自冷凝器402的水一樣的貯藏處。結(jié)果，水從冷凝器402和干燥室404中被收集。系統(tǒng)控制器420監(jiān)控系統(tǒng)操作參數(shù)以及環(huán)境參數(shù)如大氣溫度、壓力和濕度。系統(tǒng)控制器420使用該信息以控制收集周期時(shí)間以及通過冷凝器402的冷卻劑流。系統(tǒng)控制器420開啟制動(dòng)器以開啟閘門和閥，從而操作設(shè)備400。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器420包括在啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行詳細(xì)的系統(tǒng)操作測(cè)試的機(jī)內(nèi)測(cè)試(built-in-test) (BIT)程序。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器420持續(xù)地監(jiān)控系統(tǒng)操作并在顯示板(未顯示)上向用戶顯示當(dāng)前的狀態(tài)。在一些實(shí)施方式中，通過具有視覺和聲音警報(bào)的系統(tǒng)控制器420警報(bào)設(shè)備400的故障。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器420可在故障發(fā)生時(shí)部分地或完全地自動(dòng)關(guān)閉設(shè)備400。在一個(gè)實(shí)例中，在具有大約四十英尺乘五十英尺的占地面積的平房?jī)?nèi)執(zhí)行設(shè)備400。在該實(shí)例實(shí)施中，設(shè)備400包括每分鐘產(chǎn)生大約五百萬立方英尺的總氣流的20個(gè)風(fēng)扇416。該實(shí)施每天收集超過一百噸的C02。對(duì)于收集的每一個(gè)100噸的CO2，在考慮為設(shè)備400供電的發(fā)電廠產(chǎn)生的CO2之后，該實(shí)施從大氣中去除大約六十至七十噸的C02?？傊?，并參照?qǐng)D5中的流程圖500，用于收集二氧化碳的設(shè)備如設(shè)備400的一個(gè)通道的操作，始于風(fēng)扇將空氣吹入水冷凝器。低溫冷卻劑流過冷凝器以冷凝來自空氣的水。閘門將空氣送入接觸器敞開通道并且空氣進(jìn)入敞開通道內(nèi)的分子篩干燥劑?，F(xiàn)在是干燥的空氣進(jìn)入通過13X分子篩收集CO2的開口接觸室。干燥空氣通過開口接觸室。在已收集足夠的二氧化碳之后，接觸室和干燥室與引入的氣流隔離。抽空干燥室，將收集的水送至貯藏處，并且干燥干燥室內(nèi)的干燥劑。同時(shí)，真空泵在接觸室中形成部分真空，并將提取自收集室的空氣排至外部。關(guān)閉至外部的空氣排放口，并且收集室內(nèi)的真空引起所收集的CO2從分子篩中被釋放并在真空室內(nèi)被收集。CO2在真空室內(nèi)的指形冷凍器上凝固。使用低溫冷卻劑將指形冷凍器冷卻至大約華氏負(fù)一百零九度。低溫冷卻劑循環(huán)通過指形冷凍器，然后傳送至上述的冷凝器中。當(dāng)已從接觸室中提取基本上所有的CO2時(shí)，接觸室與真空室隔離，并加熱真空室。固體CO2轉(zhuǎn)化為氣體并且被管送至貯藏罐。如上所述，設(shè)備400包括兩個(gè)通道或通路，其以并行交替的循環(huán)操作。因此，當(dāng)密封一個(gè)通道以提取所收集的CO2時(shí)，打開另一個(gè)通道以接收風(fēng)扇吹來的空氣并收集CO2。本文所述的系統(tǒng)和方法可放大或縮小以滿足期望的CO2捕獲。例如，減少進(jìn)入系統(tǒng)的氣流——如通過使用更少或更小的風(fēng)扇——將減少每天收集的CO2的量，但是可導(dǎo)致更小尺寸的系統(tǒng)。同樣地，增加氣體輸送裝置的數(shù)量、使用提供更大氣流的風(fēng)扇等可增加每天收集的CO2，伴隨著系統(tǒng)尺寸的增加。此外，可使用多于兩個(gè)的收集組件。例如，系統(tǒng)可包括成對(duì)周期地操作的4個(gè)收集組件(例如，兩個(gè)收集組件用于收集和兩個(gè)收集組件用于再生)。在一些實(shí)施方式中，可在所收集的CO2將被利用的位置處或附近執(zhí)行本文所述的 系統(tǒng)和方法。例如，如果收集的CO2將用于EOR中，可在將進(jìn)行EOR的油田執(zhí)行該系統(tǒng)。此夕卜，可在位于現(xiàn)有管道處或附近執(zhí)行示例性系統(tǒng)，從而減少運(yùn)輸和/或管道成本。因此，示例性實(shí)施方式可提供比一些已知CO2收集方法增加的CO2產(chǎn)量。此外，所述的實(shí)施方式可在具有比一些已知方法能夠操作的環(huán)境含更大水含量的大氣的環(huán)境中提供CO2收集。而且，所述的實(shí)施方式提供作為CO2收集的副產(chǎn)物的水并且與在收集CO2的過程中通過實(shí)施方式產(chǎn)生的CO2相比從環(huán)境中去除更多的co2。因此，本公開的實(shí)施方式可從大氣提供經(jīng)濟(jì)上可行的、環(huán)境友好的CO2收集。該書面說明書使用實(shí)例以公開各種實(shí)施方式——其包括最佳模式，使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`那些實(shí)施方式，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何并入的方法。專利范圍通過權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果它們具有未區(qū)別于權(quán)利要求的文字語言的結(jié)構(gòu)元素，或如果它們包括具有與權(quán)利要求的文字語言無實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)元素，這種其它實(shí)例意欲在權(quán)利要求的范圍內(nèi)?？梢蟊Ｗo(hù)可選實(shí)施方式，如下；A10.用于收集二氧化碳的設(shè)備，所述設(shè)備包括多個(gè)氣體輸送裝置(416)，其被配置來產(chǎn)生進(jìn)入所述設(shè)備的大氣流；冷凝器(202)，其用于從所述大氣流中去除水；干燥劑，其用于從所述大氣流中去除其它的水以產(chǎn)生基本上干燥的空氣；接觸室(306)，其用于從所述基本上干燥的空氣中將二氧化碳吸附至所述接觸室內(nèi)的材料；真空室(208)，其用于從所述接觸室中抽出吸附的二氧化碳并且將抽出的二氧化碳從氣體轉(zhuǎn)化為固體。All.根據(jù)權(quán)利要求AlO所述的設(shè)備，其中所述接觸室(306)內(nèi)的材料包括分子篩材料。A12.根據(jù)權(quán)利要求AlO所述的設(shè)備，其中所述真空室包括指形冷凍器(424)，所述指形冷凍器被冷卻至足以使所述抽出的二氧化碳從氣體轉(zhuǎn)化為固體的溫度，所述固體二氧化碳在所述指形冷凍器上收集。A13.根據(jù)權(quán)利要求A12所述的設(shè)備，其中所述指形冷凍器通過使冷卻劑流過所述指形冷凍器(424)冷卻，并且其中在流過所述指形冷凍器(424)后，所述冷卻劑被引導(dǎo)至所述冷凝器(202)。
A14.根據(jù)權(quán)利要求A12所述的設(shè)備，其中所述真空室進(jìn)一步包括加熱器，其用于將所述真空室加熱至足以使液體二氧化碳轉(zhuǎn)化為氣體的溫度。
權(quán)利要求
1.一種收集二氧化碳的方法(100、200、300、400)，所述方法包括 用冷凝器(202)和干燥劑材料(404)從大氣中去除水以產(chǎn)生干燥空氣(102)； 將二氧化碳從所述干燥空氣中吸附至材料(104)； 將吸附的二氧化碳釋放至真空室(106);和 在所述真空室內(nèi)將釋放的二氧化碳從氣體轉(zhuǎn)化為固體(108)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述從大氣中去除水包括通過使大氣流通過所述冷凝器(202)和含有所述干燥劑材料的干燥室(204)從大氣中去除水以產(chǎn)生干燥空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述吸附二氧化碳包括引導(dǎo)所述干燥空氣通過室(306)中的分子篩材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述釋放吸附的二氧化碳包括基本上密封所述室并且在所述室內(nèi)形成足以引起所述分子篩材料釋放所述吸附的二氧化碳至所述真空室(208)的真空。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)化釋放的二氧化碳包括將所述真空室(408,208)中的表面(424)冷卻至足夠低的溫度以引起所述真空室(106、408)內(nèi)的所述釋放的二氧化碳在所述表面上凝固。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其進(jìn)一步包括通過基本上密封所述真空室(408)、終止所述表面的冷卻和加熱所述真空室的內(nèi)部將所述真空室內(nèi)的二氧化碳從固體轉(zhuǎn)化為氣體以便收集。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)化所述釋放的二氧化碳包括用冷卻劑冷卻所述真空室內(nèi)的表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包括引導(dǎo)來自所述真空室的冷卻劑通過所述冷凝器。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其進(jìn)一步包括收集用所述冷凝器和所述干燥劑材料從大氣中去除的水。
10.一種用于收集二氧化碳的設(shè)備(400)，所述設(shè)備包括 多個(gè)氣體輸送裝置(416)，其被配置來產(chǎn)生進(jìn)入所述設(shè)備的大氣流； 冷凝器(202)，其用于從所述大氣流中去除水； 第一收集組件(310)，其被配置來從來自所述冷凝器的氣流中提取二氧化碳； 第二收集組件(312)，其被配置來從來自所述冷凝器(202)的氣流中提取二氧化碳；和 控制器(314)，其被配置來將來自所述冷凝器(202、402)的氣流交替地引導(dǎo)至所述第一收集組件(310)和所述第二收集組件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述第一收集組件和所述第二收集組件(312)每一個(gè)包括 干燥室(404)，其用于從來自所述冷凝器(402、202)的氣流中去除其它的水以產(chǎn)生基本上干燥空氣；和 接觸室，其用于從所述干燥空氣中將二氧化碳吸附至所述接觸室內(nèi)的材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括連接至所述第一收集組件(310)和所述第二收集組件(312)的真空室(202、408)，所述真空室(208、408)被配置用于 從所述第一收集組件和第二收集組件的接觸室中抽出吸附的二氧化碳；和將抽出的二氧化碳從氣體轉(zhuǎn)化為固體。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述控制器被配置來在收集階段中操作所述第一收集組件(310)和第二收集組件(312)中的一個(gè)，同時(shí)在再生階段中操作所述第一收集組件和第二收集組件中的另一個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述控制器(314)被配置來將所述收集階段中的所述第一收集組件或第二收集組件內(nèi)的接觸室連接至所述再生階段中的所述第一收集組件(310)或第二收集組件(312)內(nèi)的接觸室，以基本上使接觸室(306)內(nèi)的壓力相等。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括水室(430)，并且其中所述控制器被配置來將通過所述干燥室(404)和所述冷凝器從空氣中去除的水提取至所述水室。
全文摘要
本發(fā)明的名稱是CO2收集方法和系統(tǒng)。公開了收集二氧化碳的方法和系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)例中，方法包括用冷凝器和干燥劑材料從大氣中去除水以產(chǎn)生干燥空氣、從干燥空氣中將二氧化碳吸附至材料、將所吸附的二氧化碳釋放至真空室和在真空室內(nèi)將所釋放的二氧化碳從氣體轉(zhuǎn)化為固體。
文檔編號(hào)B01D53/26GK102963893SQ20121031083
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者A·M·迪肯鄒, J·P·布魯斯基, J·G·帕爾萊特, D·A·加拉索, T·H·克羅克斯 申請(qǐng)人:波音公司