本申請要求2008年8月21日提交的美國臨時申請序列號61/090,867的優(yōu)先權，該份申請通過引用全文納入本文。

技術領域

本發(fā)明涉及氣體-液體接觸系統(tǒng)和方法，包括從大氣中回收CO₂的二氧化碳捕獲系統(tǒng)和方法。

背景技術：

為避免危險的氣候變化，必須終止并且可能必須減少大氣二氧化碳濃度的增長。最重要的溫室氣體-二氧化碳的濃度已經從前工業(yè)時期的約280ppm增加到385ppm以上，目前全球CO₂排放每年增長超過3.3％，造成它以高于2ppm每年的速度增加(Canadell等，2007)。

碳捕獲和儲存(Carbon capture and storage，CCS)技術的目標在于除去諸如發(fā)電廠等大型定點來源的CO₂。但是，分散來源的排放量占全球CO₂排放量一半以上。從環(huán)境空氣中直接捕獲CO₂，即“空氣捕獲(air capture)”，是能夠系統(tǒng)化控制分散排放的幾種方法之一。因此，盡管空氣捕獲比從大型點來源捕獲更加昂貴，其仍是重要的，因為其主要與從分散來源，例如運輸?shù)呐欧艤p少相競爭，而要減輕該排放可能非常昂貴。

1.1空氣捕獲

用堿溶液從大氣中吸收二氧化碳已經研究了半個世紀(Spector和Dodge1946，Tepe和Dodge 1943)。Lackner在20世紀90年代后期首次提出大規(guī)模洗滌環(huán)境空氣中的二氧化碳(Lackner等，1999)。在濕法洗滌技術中，CO₂吸收入氫氧化鈉(NaOH)溶液，形成氫氧化鈉和碳酸鈉(Na2CO3)的水溶液。對于該過程，作為使CO₂與氫氧化鈉之間接觸的系統(tǒng)組件的接觸器迄今為止一直是爭論的焦點。大型對流塔(Lackner等，1999)和填料洗滌塔(Baciocchi等，2006和Zeman，2007)是最常提出的接觸器設計。裝備有蘇采爾孔板波紋填料(Sulzer Mellapak)的填料塔由Baciocchi等(2006)提出，其使用2M NaOH溶液從空氣中吸收CO₂，CO₂入口濃度為500ppm，出口濃度為250ppm。

Stolaroff等(2007)提出的替代策略是產生吸收溶液的細小噴霧以便為流經開放塔的氣流提供大表面。該策略可能在小空氣壓降下操作，并避免填料的資金成本(capital cost)。Stolaroff等(2007)通過估算捕獲每單位CO₂所需的成本和能源研究了NaOH噴霧接觸器的可行性。水損失(該設計的主要關注點)已得到解決，并發(fā)現(xiàn)可通過調整NaOH濃度及空氣溫度和濕度來控制水損失，即，氫氧化鈉濃度越高，水損失越低，例如，在15℃和65％相對濕度時使用約7.2M NaOH，可消除水損失。

常規(guī)的洗滌塔可充滿整裝填料(structured packing)，并且采用與通過所述整裝填料的液體排出相對流的氣流。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種二氧化碳捕獲設施，其包括形成板的填料，和至少一個液體源。所述板有相對的主表面，所述相對的主表面至少部分透風以使風能流過所述填料。所述至少一個液體源定向成引導二氧化碳吸收劑液體進入所述填料以便流過所述板。所述板安置在風流(wind flow)中，該風流和所述相對的主表面之一具有非零入射角。

本發(fā)明還公開了一種二氧化碳捕獲方法。將二氧化碳吸收液在連續(xù)脈沖中施加入填料中。使含有二氧化碳的氣體流過填料，從而所述氣體中的二氧化碳至少部分吸收入二氧化碳吸收液。所述氣體可以連續(xù)地流動，即使在液體間歇性流動時。在一些實施方式中，所述液體和氣體采取彼此錯流(cross-flow)的幾何結構流動。對于本說明書，“錯流”是指氣體流動的方向相對于液體流動的方向正交或垂直。

本發(fā)明還公開了一種二氧化碳捕獲方法。二氧化碳吸收液采取平均液流方向(mean liquid flow direction)流過填料。使含二氧化碳的氣體與平均液流方向傾斜或垂直地流過填料，從而該氣體中的二氧化碳至少部分吸收入二氧化碳吸收液。

本發(fā)明還公開了一種使液體與氣體接觸的方法。所述液體以在連續(xù)脈沖中施加于填料中，使所述氣體流過填料。

本發(fā)明還公開了一種使液體與氣體接觸的方法。使所述液體采取均值液流方向流過填料。使所述氣體與平均液流方向傾斜或垂直地流過填料。

本發(fā)明還公開了一種氣體-液體接觸器，其包括填料和至少一個液體源。所述填料形成板，所述板有相對的主表面，所述相對的主表面至少部分透風，以使風能流過填料。所述至少一個液體源定向成引導液體進入填料進而流過板。所述板安置在風流中，所述風流和相對的主表面之一具有非零入射角。

本發(fā)明還公開了一種包括板結構和液體源的氣體-液體接觸器。所述板結構包括填料。所述液體源定向成引導所述液體以平均液流方向流入所述填料。所述板結構安置在與平均液流方向傾斜或垂直流動的風流中。

本發(fā)明還公開了一種使液體與流動氣體接觸的方法。所述液體流過填料，并驅動所述流動氣體以驅動方向流過填料，所述驅動方向至少部分朝向流動氣體的環(huán)境流動方向(ambient flow direction)。

可能包含于權利要求的本發(fā)明的一個或多個非限制性實施方式的細節(jié)如附圖和下文描述所示。通過閱讀本說明書，本領域普通技術人員將明白本發(fā)明的其他實施方式。例如，盡管本發(fā)明與從環(huán)境空氣中除去二氧化碳特別相關，但不難改進本文所述的方法和產品以便從環(huán)境空氣中去除其他組分，例如SO_x，NO_x和氟化物。普通技術人員通過閱讀本說明書，應當理解為了捕獲其他組分需要作出何種改進(如果有的話)，比如對液體源的選擇。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖來描述實施方式，其中類似的指示標志通過舉例的方法表示類似元件，其中：

圖1是垂直的板式接觸器的透視圖。

圖2是水平的板式接觸器的剖面?zhèn)纫晥D。

圖3是圖2接觸器的透視圖。

圖4是具有中央處理設施的一系列二氧化碳捕獲設施的俯視圖。

圖5是水平板式接觸器透視圖，包括其一系列分解圖，部分是剖面圖。

圖6和7說明了空氣通過根據本文公開的實施方式構建的填料和泵送不同濃度NaOH(圖6)和KOH(圖7)吸收劑時的CO₂去除。連續(xù)流動由Y軸上的點圖示，而一次流動脈沖后的捕獲效率由描繪出的線圖示。

圖8通過顯示不同NaOH濃度下每次脈沖的CO₂去除來說明脈沖式泵送液體吸收劑通過填料的效率。

圖9是具有多個板的垂直板式接觸器的側視圖。

具體實施方式

US61/074,458和相關的US 12/488,230以及PCT PCT/US2009/047999通過引用全文納入本文。

本發(fā)明提供從環(huán)境空氣中除去碳和/或其他空氣組分的方法，以及從環(huán)境空氣中去除環(huán)境CO₂和/或其他空氣組分的裝置。

在一些實施方式中，該方法包括至少用風能、一個或多個風扇或兩者一起引導環(huán)境空氣通過包含填料的接觸器；使二氧化碳吸收液間歇性流過填料，以獲得平均流速；和，從環(huán)境空氣中將CO₂捕獲入液體，從而二氧化碳捕獲率相對于液體以平均流速恒定流動的類似方法得到增加，或者填料表面的清潔效率相對于液體以平均流速恒定流動的類似方法得到改善，或者兩者都得到改善?！伴g歇性流動”表示流體以第一速率流動，而該第一速率高于至少一個第二速率(即，改變通過接觸器的液流)，從而導致平均流速，其中所述至少一個第二速率可以為零。在一些此類實施方式中，所述至少一個第二速率是零，且間歇性流動產生連續(xù)脈沖。

在一些實施方式中，所述方法包括使高摩爾濃度的液體間歇性流過接觸器，和使環(huán)境空氣流過接觸器，從而捕獲環(huán)境空氣中的CO₂。在一些實施方式中，該方法包括使高摩爾濃度液體以相對于環(huán)境空氣流動方向的錯流幾何結構間歇性流過接觸器，從而捕獲環(huán)境空氣中的CO₂。在一些實施方式中，該方法包括使高摩爾濃度液體以基本垂直于環(huán)境空氣流動方向的方向間歇性通過接觸器，從而捕獲環(huán)境空氣中的CO₂。在本段述及的一些實施方式中，可以使液體以脈沖方式通過接觸器(流過填料)來實施“間歇性流過”。例如，在液體高速地短暫流動以便均勻覆蓋填料與關閉液體流一段時間之間反復切換。

在一些實施方式中，該裝置是碳(或其他環(huán)境空氣組分)捕獲設施，包括至少一種有二氧化碳(或其他環(huán)境氣體組分)吸收容量的液體；至少一種相對于液體具有持液率(holdup)的填料；以及至少一個泵以使所述液體流過所述填料，該泵設置成可刻意改變流速以產生平均流速，其中選擇所述液體的容量和所述填料的持液率以協(xié)作實現(xiàn)二氧化碳捕獲率相對于類似二氧化碳捕獲設施(其中所述泵以平均流速恒定操作)得到增加，或者相對于類似二氧化碳捕獲設施(其中所述泵以平均流速恒定操作)改善填料表面的清潔效率，或者二者都實現(xiàn)。

在一些實施方式中，該碳捕獲設施包括具有足夠持液率，從而可被CO₂(或其他環(huán)境氣體組分)捕獲溶液間歇性潤濕的填料，該捕獲設施具有垂直板狀幾何結構。在一些實施方式中，該捕獲設施包括能被間歇性潤濕并以錯流幾何結構使用的填料，該捕獲設施具有垂直板狀幾何結構。在一些實施方式中，該捕獲設施包括可被間歇性潤濕并以基本上垂直的幾何結構使用的填料，該捕獲設施具有垂直的板狀幾何結構。在一些實施方式中，該捕獲設備還包括去除灰塵污染的裝置，例如可將捕獲設施舉離地面，例如至少離地面5米的結構性支撐物，從而使灰塵在該設施底下吹動。

該碳捕獲設施可以用模塊建造，例如圖1所示。作為一個實例，各模塊可以具有約5米×約5米×約7米的尺寸。所述模塊包括填料并能支撐風扇。一旦模塊組裝形成碳捕獲設施，所述填料可最后占據約200米×約20米×約3米的尺寸。該模塊可由鋼材建造。最終結構可包括位于底部的盛有液體的儲槽。設置一個泵將液體周期性地從儲槽移動到填料頂端的分配器。利用風、風扇或其組合使氣相通過填料。在圖示的實施方式中，各模塊支撐一個風扇，形成了一堵風扇壁。

“填料”是填充空間并促進氣流和液流之間接觸的材料。填料可是不規(guī)則的或整裝的。不規(guī)則的填料包含適當材料形成的小形狀，將其倒入液體和氣體接觸的空間。整裝填料可是任意填料，其設計成以系統(tǒng)性和計劃的方式適合某一區(qū)域，從而產生特定的空氣和液體流動模式。

在一些實施方式中，適用于本發(fā)明范圍的填料具有：錯流幾何結構，其設計成限制或最大程度減少吸收每單位CO₂的空氣壓降；可被間歇性液流有效潤濕；并且具有一定持液率從而能在每次潤濕之間的較長間隔時間進行間歇性操作。在一些實施方式中，適用于本發(fā)明范圍的填料可容許操作失誤，即，即使填料的顯著部分沒有潤濕。對于本發(fā)明的目的，在文中，“顯著”表示超過整裝填料通常認為可接受的程度。在一些實施方式中，適用于本發(fā)明范圍的填料可包括不能被潤濕的瑕疵或死點，只要這些死點不顯著增加捕獲每單位CO₂的負擔，或者換言之，當考慮到資金和運行成本都可能阻止該填料使用的程度時，這些死點的作用不會影響到每噸所捕獲CO₂的總成本。在一些實施方式中，當資金和運行成本都考慮時，死點的作用不會增加每噸所捕獲CO₂的總成本。在一些實施方式中，適用于本發(fā)明范圍內的填料包括最多10％的死點或瑕疵。使用有瑕疵或氣體部分(gas part)的填料可降低填料的資金成本。

在一些實施方式中，適用于本發(fā)明的填料易于清潔空氣傳播的污染物。在一些實施方式中，可利用間歇性流動進行清潔。

在一些實施方式中，將適用于本發(fā)明范圍內的碳捕獲設施的填料設計成具有液體持液率，對氣流阻力低(如氣流為2米/秒時阻力約為100Pa或更小)，和/或可以通過間歇性潤濕來沖洗。

在一些實施方式中，填料可從低密度商品化整裝填料中選擇。不想受理論的束縛，但據認為與低空隙分數(shù)填料(void fraction)相比，低密度商品化整裝填料，即具有高空隙分數(shù)的填料具有較大面積以供氣相通過，從而有利影響(即，降低)穿過填料的壓降。據認為，壓降的降低可減少氣相穿過填料能耗的能量。合適填料的非限制性實施例包括Brentwood AccuPak CF-1200，Brentwood XF74，Sulzer 250X，Sulzer I-ring，Montz-Pak M型。

“垂直板”指平行于氣流的尺寸小于垂直于氣流的尺寸的填料布局。例如，在一些實施方式中，所述垂直板的厚度(平行于氣流的尺寸)約為3米，而其他兩個尺寸約為200米左右(長)和20米(高)。

與所述碳捕獲設施聯(lián)用的液體或CO₂捕獲溶液可以是能夠從環(huán)境空氣除去至少一些CO₂的任意液體。在一些實施方式中，利用堿性溶液。在一些實施方式中，利用KOH或NaOH溶液。在一些實施方式中，所述KOH溶液的摩爾濃度是小于1摩爾到約6摩爾。在一些實施方式中，所述NaOH溶液的摩爾濃度是小于1摩爾到約6摩爾?？筛鶕鄠€因素來選擇所述溶液的摩爾濃度，包括位置、填料結構、操作條件、設備和CO₂的捕獲值。通常選擇單位體積具有足夠的CO₂吸收容量的液體從而能間歇性流動或潤濕填料。

在本發(fā)明之前，據信環(huán)境二氧化碳捕獲應采用逆流幾何結構的填料塔。比如，見H.Herzog，“從空氣捕獲CO₂可行性評估”(麻省理工大學能量與環(huán)境實驗室，2003)(“Assessing the Feasibility of Capturing CO₂from the Air”(MIT Laboratory for Energy and the Environment,2003))。與常識相反，在一些實施方式中顯示與包含填料但具有采用逆流設計的圓柱形塔幾何結構的常規(guī)環(huán)境空氣碳捕獲設施，特別是…中描述的塔形幾何結構的碳捕獲設施相比，所述碳捕獲設施改進了運行成本、資金成本和壓降(填料以外的任意地方)中的一種或多種。

在一些實施方式中，通過改善從環(huán)境風中提取能量以減少能量使用來改善操作成本，例如定向接觸器以從風中獲得最大能量，其中定向是風向和空氣處理設備呈函數(shù)關系。在一些實施方式中，將板定向，從而盛行的風向不與通過填料的碳捕獲溶液的流動方向平行(即，盛行的風向不與板的方向平行)。在一些實施方式中，采用錯流設計提高從環(huán)境空氣中提取能量。在一些實施方式中，盛行的風向相對于板的方向在約80度到約100度不等?？傊?，應當根據起風和當?shù)氐匦芜x擇方向從而最大程度減小年平均風扇能量。在一些實施方式中，盛行風向相對于板的方向約為90度。

在一些實施方式中，通過用碳捕獲液間歇性潤濕，而非連續(xù)浸漬填料來改善操作成本。在一些實施方式中，使碳捕獲液脈沖，該脈沖具有足夠的持續(xù)時間以將一些用過的溶液(捕獲CO₂速率降低)從填料沖洗去，并替換以捕獲CO₂速率更快的新鮮溶液。在一些實施方式中，考慮到系統(tǒng)運行所需的能量和建造系統(tǒng)所使用資金成本，選擇脈沖之間的時間以減少或最大程度減少CO₂捕獲成本。在一些實施方式中，填料的氣體入口表面積約為200米x 20米，厚度約為3米，脈沖持續(xù)時間從約30秒到約60秒，脈沖之間的時間可以是約1分鐘到約20分鐘。在一些實施方式中，脈沖持續(xù)時間可以是約60秒到約200秒，脈沖之間的時間可以是約1分鐘到約20分鐘。在一些實施方式中，泵可開啟150秒，關閉240秒。

在一些實施方式中，可通過減少每單位容積的占地面積和總結構規(guī)模減少資金成本。

從空氣捕獲CO₂的低能耗接觸器。本文公開的一些實施方式與三個概念有關：

1.與高摩爾濃度苛性溶液聯(lián)用的低密度商品化整裝填料顯示足夠低的壓降從而其對于空氣捕獲在成本上有效。

2.當使用高摩爾濃度苛性溶液時，可利用間歇液流操作此類填料?？衫酶咚僖毫?即，匹配制造商提供的說明書的液流)潤濕表面，所述表面隨后展示出足夠的“持液率”以使其能夠從空氣中捕獲CO₂ 100秒，同時捕獲效率損失最低。相比于常規(guī)對流塔形幾何結構，這種操作模式可提高總能量效率三倍或更多，因為基本消除了液體泵送功。在一些實施方式中，在以分鐘計的時間跨度內攝取率降低小于30％體現(xiàn)了“捕獲效率損失最低”。填料制造商宣稱如果液流低于某一閾值(各類填料不同)，溶液和氣體間的接觸會顯著下降，導致攝取率下降10倍甚至最多100倍的多種情形。

3.構建大規(guī)模接觸器，其填料區(qū)與總占地面積之比高并與環(huán)境空氣相互作用，從而最大程度減少或降低低CO₂空氣進入接觸器入口的再循環(huán)。如果建造矩形排列的常規(guī)填料塔，從一個單位離開的CO₂濃度低于周圍的空氣會被吸入它的下風向的塔。該塔將隨后發(fā)生CO₂捕獲效率降低，但是成本仍然與操作第一塔一樣。在任意排列的標準填料塔中(而不是成一列的填料塔)，這將影響這些塔的大部分并降低CO₂總的設施捕獲(率)，卻不改變操作成本。如果擁有并操作該系統(tǒng)的成本恒定，但捕獲率下降，則每捕獲的CO₂的成本增加。板形接觸器的幾何結構每單位空氣洗滌容量的資金成本遠低于常規(guī)“塔形”幾何結構可達到的。

圖6-8提供了證明前兩個構思的實驗室數(shù)據。該數(shù)據闡述了商品化整裝填料(如Sultzer 250X)可與高摩爾濃度NaOH或KOH共同操作，例如，以小于全部時間的例如10％(例如，按設計液流速度操作約30秒，然后沒有液流約600秒)的脈沖方式流動，而能獲得>80％的設計液流速度獲得的捕獲率。該數(shù)據將使人能夠選擇特定接觸液和填料的最佳循環(huán)時間，也將為改善本申請?zhí)盍显O計提供了基礎。

圖6-8公開了采用連續(xù)和間歇性液流時，寬濃度范圍的NaOH和KOH溶液的性能數(shù)據。對于本文所述的任一實施方式，總的機械功需求小于每噸CO2100千瓦時(100kWhr/t-CO2)，捕獲率大于每年每平方米20噸CO2(20t-CO2/m2-yr)。盡管本發(fā)明各部分強調的是垂直板形幾何結構，但本文作為實施方式公開的是兩種板形幾何結構接觸器：垂直板形幾何結構(圖1)和水平板形幾何結構(圖2、3和5)。應理解提供該公開的實施方式是為了說明，在任何情況下不應解釋為限制。

圖1說明了一種二氧化碳捕獲設施10，包括形成板15的填料12，所述板15具有相對的主表面14，所述相對的主表面14至少部分透風以容許風流過填料12。將至少一個液體源16定向以引導二氧化碳吸收液進入填料12并流過板15。將所述板15安置在與所述相對主表面14之一具有非零入射角的風流18中?？蓪⑺鎏盍?2定向以引導二氧化碳吸收液以平行于所述相對的主表面14限定的平面22的平均流動方向20流過板15。應當理解的是，相對的主表面14并不一定是精確平行的。例如，在一個實施方式中，所述表面14可以是匯聚的、發(fā)散的或彎曲的。如附圖所示，可將填料12定向以使二氧化碳液體吸收劑在重力作用下流過填料12。在一些實施方式中，填料的尺寸可以是約200米x約20米x約3米，并包含在約200米x 25米x 7米大小的結構內。在一些實施方式中，尺寸可以是約10米x約7米x約2米到約1000米x約50米x約15米。

根據圖1，所述非零入射角是指風流18以大于零的角度撞擊表面14的實際情況。這可能與傳統(tǒng)的填料排列形成對比，其中氣體從最底部開始通過填料塔的填料流過。在一些實施方式中，所述非零入射角與相對的主表面之一正交。應當理解，所述非零入射角可以在完全正交的10％以內。所述非零入射角也可表示風流的平均角度。所述風流的平均角度可以是在一段時間內的平均值。

根據圖2，在一些實施方式中，填料12還包括整裝填料。例如，填料12可以在相對的主表面14之間有1-2米厚。在其他實施方式中，填料12可以更厚或更薄。術語整裝填料可指一系列專門設計的材料以便用于吸收和蒸餾柱以及化學反應器中。整裝填料通常包括薄的波浪形材料24，諸如排列成迫使液體以復雜路徑通過柱，從而為不同相之間的接觸產生大表面積的金屬板或金屬網(gauze)。整裝填料可以由交叉排列的波浪形片材制造，以產生氣相的流動通道。所述波浪形片材的交叉形成液相和氣相的混合點?？墒褂帽诓潦闷?wall wiper)以避免液體和/或氣體沿柱壁繞過。繞柱軸旋轉各整裝填料層可交叉混合使氣體和液體流并使它們向所有方向擴散。

根據圖1，所述相對的主表面14可垂直定向。表面14的方向可相對于例如地面來確定。在其他實施方式中，表面14可與地面成一定角度定向，即，傾斜的。根據圖5，相對的主表面14可以水平定向。該實施方式易于具有比所述垂直板形實施方式更大的占地面積。根據圖9，填料12形成多個板15。例如，多個板也可以是端對端排列的多個板，如相反于圖9所示堆放定向。在一些實施方式中，所述板可以是垂直分區(qū)的，從而有效提供了端對端，一個在另一個上面的多個板。這可能是為在如此狹窄的高徑比(例如20米高x 1.5米)下得到足夠好的液體分布所需的。在垂直的部分之間可以有收集器/分布器系統(tǒng)，收集從上面流下來的液體并將其重新平均分散到下面的填料板。在一些實施方式中，此類收集器/分布器系統(tǒng)可以存在于本文公開的任意板中。

根據圖1，所述至少一個液體源16還可包括至少一個泵26。泵26可具有受閥門(未顯示)控制的數(shù)個分配管28，以便將液體選擇性地施加入填料12的各部分?？蓪⑺鲋辽僖粋€泵26構建成在連續(xù)脈沖中提供二氧化碳吸收液。

根據圖1，可定向至少一個風扇30以影響風流通過填料12的相對主表面14之一的至少一部分。風扇30可以反轉。在一些實施方式中，風扇30可以阻止已經流過填料12的風流循環(huán)回來進入填料12。根據圖5，在一些實施方式中，至少一個風扇30可驅使風流進入填料12。根據圖1，所述至少一個風扇30還可包括多個風扇，所述多個風扇各自定向以影響通過至少填料12各部分的風流。在一些實施方式中，所述各部分應理解為是填料12中通過風扇30的氣流受影響最多的那部分，例如，最鄰近或接近風扇30的填料12。提供的所述至少一個風扇30可作為臨近相對主表面14中至少一個的風扇壁32的一部分。應當理解，風扇壁(未顯示)可臨近各表面14。在本文中，臨近應理解為表示靠近，可包括其中風扇壁32與表面14隔開，但臨近的實施方式(如附圖所示)。根據圖1，所述風扇32可臨近相對的主表面14中風流18穿過其離開填料12的那面。在風扇壁32中，各風扇可被非透過性材料隔開。風扇30產生跨壁32的壓降，該壓降驅動風流通過填料12。在一些實施方式中，風扇壁32設計成在某風扇失效和最終阻斷其各自風流的情況下，穿過填料12的風流幾乎不受影響，即使不是完全不受影響。例如，可通過接近地放置相鄰的風扇，以及使風扇壁32與填料12隔開來實現(xiàn)。

根據圖2，設施10還可包括被定向以引導風18流入填料12的風導(wind guide)34。設施10還可包括引導風18流出填料12的風導36。風導34和36可以是例如百葉窗。如圖2所示，風導34和36可以是可獨立控制的。在圖2的實施方式中，風流18從右側引向左側。因此，上風導34打開，而下風導34關閉。類似地，上風導36關閉，而下風導36打開。這樣，風流18具有從上風導24到下風導36的凈流動，并在該過程中穿過填料12。根據圖2，設施10可以是至少部分閉合的結構38的一部分。因為本文所公開的實施方式的性質是它們可涉及大量風的處理，所以將設施10與包括動物和昆蟲在內的自然環(huán)境隔離可能至關重要。風導36和34連同環(huán)繞結構有助于此，所述環(huán)繞結構適應于選擇性地使風流進入并處理風流。在一些實施方式中，可在填料12之上提供保護性遮蓋物(未顯示)以阻止動物侵入但允許風流通過。根據圖1，可提供清潔裝置40以便清潔至少部分閉合的結構38的壁。如圖所示，清潔裝置40可以是例如繞軸旋轉以清潔風扇壁32外部的擦拭器。風導34和36可被例如水平定向。

根據圖2，設施10還可包括至少一個風通道42，延伸通過相對的主表面14以選擇性地遞送風流至相對的主表面14之一。根據圖2，風通道42可附有風扇30以影響氣流通過風通道42。風通道42允許風穿過表面14，在其中風被釋放入凹槽44，在凹槽中風可自由穿過表面14A進入填料12中，并穿過表面14B離開填料12。這樣，風流可被引導流過填料12的平行板的平行表面14。風通道42可以是例如10米高的空氣管道。在圖示的實施方式中，風通道42是垂直的管道，其中富含CO₂的入口空氣向下移動。這些管道可覆蓋表面積的約1/5(例如，直徑約1.2米的管排列成5米間隔網格狀)。

根據圖1，可提供接收器46以收集已經流過填料12的二氧化碳吸收液。根據圖2，所述接收器是所示的凹槽44。凹槽44可以是例如混凝土襯砌的凹槽，其盛有氫氧化物并包含維持填料的支撐物。根據圖5，如圖所示在填料12和凹槽44之間可以有一個間隙60，該間隙60可以是例如約1米到1.5米。在一些實施方式中(未顯示)，接收器46可以是例如直接從填料12運輸液體的導管或一系列管線。該類系統(tǒng)可包括漏斗或排水設備，其設計成將液體排進單個導管或導管道網絡中。接觸的液體隨后可通過填料再循環(huán)，或可回收隨后再循環(huán)。根據圖4，在一些實施方式中，設施10還包括回收系統(tǒng)48以再生消耗的二氧化碳吸收液。所述合適系統(tǒng)可以是，例如，構成本說明書一部分的附件A中公開的用作回收消耗的二氧化碳液體吸收劑的任意系統(tǒng)。如附錄A所公開的，所述二氧化碳吸收液可包括氫氧化物溶液，例如氫氧化鈉溶液。液體源16優(yōu)選提供回收的二氧化碳吸收液。

圖1和圖2說明了一種二氧化碳捕獲方法。將二氧化碳吸收液在連續(xù)脈沖中施加入填料12。根據圖9，每一個脈沖50可包括，例如一個短的時間段，這期間液體源16將液體供應入填料12。各脈沖并不一定是一個很短暫的應用，而可以是一段時間，在這期間提供液體。含有二氧化碳的氣體，例如風流18所示的空氣流過填料12以將氣體中的二氧化碳至少部分吸收入二氧化碳吸收液。施加還可包括泵送。流動還可包括含二氧化碳的氣體至少在施加二氧化碳吸收液時流過所述填料。根據圖1，可使用例如風扇30來控制氣體流動。根據圖2，可使用風扇30和風導34和36來控制氣體流動。根據圖1和圖2，在施加二氧化碳吸收液時氣體流動受限制最低。根據圖1，可以設想，當液體脈沖應用于填料12時，風扇壁32的風扇30停止旋轉和拉動風流通過填料12。

在一些實施方式中，所述連續(xù)脈沖具有1-50％的負載循環(huán)(duty cycle)。在其他實施方式中，諸如圖9所示的，負載循環(huán)可以是例如5％。所述負載循環(huán)指施加液體的脈沖持續(xù)時間與周期總持續(xù)時間之比。例如，50％的負載循環(huán)指液體僅在設施運轉的一半時間內流動。這表示所述脈沖作用時間占系統(tǒng)運轉時間的1％到50％，因此1％的負載循環(huán)是指液體每流動1秒鐘就關閉100秒鐘。在更多實際的數(shù)值中，液流開啟30秒并關閉3000秒，并且50％的負載循環(huán)指泵運轉30秒，隨后關閉30秒。在一些實施方式中，所述連續(xù)脈沖具有10-1000秒的關閉時間。在其他實施方式中，所述連續(xù)脈沖具有100-10000秒的關閉時間。

根據圖1，所述施加步驟還可包括在第一連續(xù)脈沖中將二氧化碳吸收液施加入填料12的第一部分，并在第二連續(xù)脈沖中將二氧化碳吸收液施加入填料12的第二部分。通過分配管28A和28B將液體選擇性施加于填料12來設想這點。因為管28A和28B僅供應填料12的一部分(即最左面的部分)，所以液體僅施加于該部分。然后通過管28C和28D施加液體，從而將液體選擇性地施加到填料12的右手部分。例如，所述第一和第二連續(xù)脈沖可以是彼此同步的、異步的、完全不同的、或同步異相的，從而允許從連續(xù)運轉的泵中間歇性地提供液體。在這些實施方式中，氣體流動還可包括當未施加二氧化碳吸收液時至少限制含二氧化碳的氣體流過填料的第一部分，以及當未施加二氧化碳吸收液時至少限制含二氧化碳的氣體流經過填料的第二部分。這樣，當所述第一部分施加有液體時，例如液體經過管28A和28B施加于表面14的左手部分時，氣體流動可被整個限制或停止通過表面14的左手部分。這可通過例如減緩、停止、或甚至反轉風扇30A和30B來實現(xiàn)。類似地，當?shù)诙糠质┘佑幸后w時，例如液體正經過管28C和28D施加于表面14的右手部分時，所述氣體流可被整個限制或停止通過表面14的右手部分。這可通過例如減緩、停止、或甚至反轉風扇30D和30E來實現(xiàn)。

在一些實施方式中，所述第一連續(xù)脈沖和第二連續(xù)脈沖是交錯的。根據圖2，這可以是有益的，如上所述，當表面14的左部分施加有液體時，右手部分和中間部分就沒有。類似地，當左手部分的液體供應停止時，液體源16隨后可將液體施加至例如中間或右手部分。這樣，液體源16可以更有效的方式將液體循環(huán)供給填料12的整個體積，而不是將液體連續(xù)供給填料12的整個體積體液。根據圖5，還可構想具有水平板填料12的此類實施例。在這個實施方式中，可控制所述風流過任意的風管42，以便獲得與上述具有垂直板的實施方式相同的效果。圖2說明的實施方式中只有一個風管42A有風正沿其驅動往下。這可通過例如選擇性開動風扇30A來實現(xiàn)。這樣，最接近風管42A出口的填料12可具有供給其的氣流。

在一些實施方式中，所述連續(xù)脈沖的關閉周期(off-cycle)可小于或等于用于二氧化碳吸收液在一個脈沖以后停止從填料排出所花的時間。應當是理解的是，這不是全部脈沖從填料12除去所需的時間，因為一些液體總會殘留在填料12中。在其他實施方式中，連續(xù)脈沖的關閉周期時間可小于或等于二氧化碳吸收液的脈沖損失70-80％的脈沖二氧化碳吸收容量所花的時間。

根據圖1，可定向所述填料以使二氧化碳吸收液以平均液流方向20流過填料12。流動還可包括使氣體與平均液流方向20傾斜或垂直地流過填料12。如上所述，當氣流相比于液體的平均液流方向20具有不同的流動方向并且不與所述液體平均液流方向20對流時是有益的。因此，可采用較大的填料表面積以在一定時間內有助于大大增加接觸填料12中液體的風或氣體的量同時仍允許液體通過并排出填料12。在這些實施方式中，板并不是完全必要的，實際上也設想了填料12的其他形狀，包括但不限于立方體、圓柱體以及其他各種形狀。根據圖1，在一些實施方式中，使氣體流動還包括使氣體垂直于平均液流方向20流過所述填料12。應當理解并不需要精確的垂直。使流動還可包括使所述氣體流過相對主表面14中至少一個，例如所示的通過表面14的兩個表面。

如上所述，這些方法可以包括回收二氧化碳吸收液。仍然如上所述，該方法可以包括影響氣體流過填料。影響可以包括，例如阻止已經流過填料12的氣體循環(huán)回來進入填料12。影響還可包括驅動氣體流向至少部分根據環(huán)境風流方向定向的驅動方向。這可以使用風扇30來實現(xiàn)，所述風扇30可以是可反轉的以便實現(xiàn)該功能。此外，這些方法可包括，例如使用已公開的百葉窗來引導氣體流進或流出所述填料。

根據圖1，在一些實施方式中，風扇30可以是可反轉的從而可驅動氣流朝向環(huán)境風場，這比引導氣流面對盛行風向更有效率。根據圖4，板15的定向可以使得盛行風18垂直于板15，并且風扇壁(未顯示)工作最有效的方向。填料設計可使用垂直方向的板。這是對，例如能夠使得液體和氣體流動方向正交的常規(guī)整裝填料設計的改進。填料可以用于間歇性液體流動，從而最大程度提高填料內液體吸收劑的持液率。根據圖1，如上所述，所述風扇壁32可分區(qū)，從而在液體流動時降低或終止(氣體)流動速度以便最大程度減少流動液體損失。各分區(qū)可非同步操作以使一次只有一個分區(qū)接受液流，從而能使液體泵連續(xù)運轉。例如，如果1000秒中需要100秒的液體流動，可以分成11個部分，并引導液體一次進入其中一個。

與平行的板幾何形狀相比，垂直板：最大程度減小每單位容量的占地面積和總的結構規(guī)模以減少資金成本，降低峰值速度(peak velocity)，改善效率，以及使得填料能夠以較高的峰值速度操作以進一步減少資金成本。

如上所示，一些實施方式可包括使用百葉窗以驅動氣流朝向環(huán)境風向而不改變風扇的運轉。根據圖5，填料設計可使用共軸氣流或對流氣流，同時仍然能從較大的板表面積獲益以便增加流過平板的風量。所述流動幾何特征甚至可以得到流過安裝在液體蓄器之上的大平行板的氣流，同時保持空氣速度低于約5米/秒?？諝馑俣鹊南拗茮Q定了所述結構的高徑比。具體地說，高度/寬度大約等于填料中空氣速度/出口處的空氣速度。相比于垂直板幾何結構，平行板的占地面積更大，成本可能更高，但是其益處是可以使用更多常規(guī)填料和液體分布。

圖4的草圖闡述了具有8個捕獲單位的英里X英里的網格(例如北美洲大草原上的道路)，每個捕獲單位具有，例如300X 50m占地面積的設施10以及具有連接管道56的中心處理站48。該規(guī)模的系統(tǒng)每年有望捕獲1-5兆噸CO₂。

圖3顯示了完整單元，例如50米寬乘300米長乘20米高的視圖。在一些實施方式中，所述平板的高度可以是10-30米如果風從右向左吹，使用者可以打開百葉窗，以使入口空氣從右下方流進并從左上方流出。(這和圖2所示的交叉部分所顯示的相反)。頂部58可以是粗糙的，就像這里所示的之字形設計，其在結構上是有效率的。在一些實施方式中，所述頂部58不需要防水，它只需要防止風負載。根據圖5，液體源可以是例如填料12頂部的液體分配系統(tǒng)。

圖1顯示了另一二氧化碳捕獲方法。二氧化碳吸收液以平均液流方向20流過填料12，包含二氧化碳的氣體與平均液流方向20傾斜或垂直地流過填料12以將氣體中的二氧化碳至少部分吸收入二氧化碳吸收液。使二氧化碳吸收液流過填料12還可包括在連續(xù)脈沖中將二氧化碳吸收液施加入填料12。所述連續(xù)脈沖已經在本文件通篇詳細公開，在此無需贅述。如上所述，使氣體流動還可包括使氣體垂直于平均液流方向20流過填料12。

本發(fā)明還公開了使液體和氣體相接觸的方法，包括在連續(xù)脈沖中將液體施加入填料12并使氣體流過填料12。根據圖8，在施加脈沖50后，各曲線向下的斜率表示CO₂仍然被正在緩慢排出或停滯的液體吸收。這說明填料12的設計是高效的，因為其連續(xù)有效率地使氣體和液體接觸而不需要持續(xù)的泵送。圖6和7說明并對比了持續(xù)液流(由y軸上的點圖示)和單個脈沖液流(由描繪出的線圖示)的CO₂捕獲效率。時間尺度是關閉脈沖液流的流動后的時間。向下的斜線顯示了200-1000秒內捕獲效率逐漸下降，但是說明即使經過了數(shù)百秒，液體仍有高捕獲效率。盡管在本文的一些實施方式中也構想了該方法，其并不如脈沖方法有效，因為需要更多的泵送動作。因此，脈沖方法可以適用于任意氣體-液體接觸器，因為本文已經證明盡管缺少持續(xù)的泵送，其仍可提供足夠的氣體-液體接觸。該方法的示例性應用見，例如冶煉廠的洗滌單位。應當理解的是，所述氣體-液體接觸器可以具有本文公開的二氧化碳捕獲設施的所有相同特征。

本發(fā)明還公開了使液體和氣體相接觸的方法，包括使液體以平均液流方向流過填料，并使氣體與平均液流方向傾斜或垂直地流過填料。該方法可通過附圖所示實施方式來實現(xiàn)。與所述氣體-液體接觸器類似，圖6-8的結果確認了該方法可適用于任何氣體-液體接觸系統(tǒng)。通過使氣體以某一角度流過填料，可極大簡化采用該方法的該接觸器結構，因為氣體入口和出口可位于填料中的不同位置，而不是液體源和水槽。這與以液流的對流方向供應氣體的先前系統(tǒng)形成相反。應當理解的是，該方法可以具有本文公開的二氧化碳捕獲方法的所有相同特征。例如，使液體流過填料還可包括在連續(xù)脈沖中將液體施加入填料。此外，使氣體流動還可包括使氣體垂直于平均液流方向流過填料。

圖1還公開了氣體-液體接觸器(由設施10圖示)。根據圖1，接觸器(圖示為設施10)包括形成板15的填料12，所述板15具有相對的主表面14，所述相對的主表面14至少是部分透風的，以使風可以流過填料12。定向至少一個液體源16以引導液體進入填料12并流過板15。所述板安置在風流18中，風流18和相對的主表面14之一具有非零入射角。類似于所述氣體-液體接觸器和上述方法，圖6-8的結果證實了該方法可適用于任意氣體-液體接觸器。應當理解的是，該氣體-液體接觸器可具有本文公開的二氧化碳捕獲設施和接觸器的所有相同特征。

圖1還公開了一種氣體-液體接觸器(由設施10圖示)，包括板15結構，板15包括填料12以及被定向以引導液體以平均液流方向20流入填料12的液體源16。所述板結構安置在風流18中，風流18與平均液流方向20傾斜或垂直地流動。類似于所述氣體-液體接觸器和上述方法，圖6-8的結果證實該方法可以適用于任何氣體-液體接觸器。應當理解的是，該氣體-液體接觸器可具有本文公開的二氧化碳捕獲設施和接觸器的所有相同特征。

圖1公開了使液體和移動的氣體(圖示為風流18)相接觸的方法。該方法包括使液體流過填料12，并驅動移動的氣體以驅動方向通過填料12(如18B所示，與該實施方式中的風向18相同)，驅動方向至少部分根據移動氣體的環(huán)境流動方向18定向。在一些所示實施方式中，所述流動氣體是風，并且環(huán)境流動方向是環(huán)境風向18。該方法還可包括當環(huán)境流動方向18反轉時反轉驅動方向18B。以此方式反轉風扇方向(或更通常的，反轉迫使通過填料的氣流)以驅動至少部分根據環(huán)境風18定向的矢量方向空氣可減少所需的風扇能量。另外，這可減少回收進入系統(tǒng)入口的低CO₂空氣量，從而改善其效率。因此，排列填料以使相對主表面14之一大體垂直于盛行風，從而最大程度增大風扇的效率是有益的。

在本文件中，風流應理解為包含CO₂的移動空氣。

產生碳信用

采用本文所述方法從包含二氧化碳的氣體中吸收的碳可等同于例如環(huán)境信用額，如碳信用額。通過為年度排放總量設置上限并讓市場為可交易的單位分配貨幣價值，將碳信用額用來為減少溫室氣體排放提供激勵。本文所用的碳信用額包括在申請時由適當條款定義的碳信用額，但不限于此。碳信用額還涉及任何類型的用于估價吸收的碳量、減少的溫室氣體排放量或任何其他類型的碳中性或碳負性行為的有形或無形現(xiàn)金、股票、債券、票據、或其他可交易或可銷售的單位。類似的環(huán)境信用額，例如可應用于實現(xiàn)環(huán)境土地實踐相關的最佳實踐。

可通過例如申請并接收減少的碳排放量(例如吸收的碳量、沒有釋放到大氣中的CO₂和其他溫室氣體量)的認證來獲取碳信用額。該信用額的質量部分依賴于作為碳項目贊助者的基金或開發(fā)公司的認證過程和復雜性。參見例如，美國專利公布號2002/0173979和2007/0073604中證實和估價碳信用額的代表性方法。碳信用額可在公司間交換或以現(xiàn)行市場價在國內或國際市場買賣。另外，公司可出售碳信用額給自愿抵消其碳足跡的感興趣商業(yè)或個人客戶。這些公司可以從例如多個單個項目中收集了碳信用額的投資基金或碳開發(fā)公司購買信用額。

申請、獲得和/或批準一個或多個碳信用額的過程可以包括或不包括采取實際的措施。只是作為舉例，在歐洲，各碳信用額的轉讓由ETS批準，各國際轉讓由聯(lián)合國氣候變化框架公約(UNFCCC)批準。

在權利要求中，詞語“包括”以包括性含義使用，并不排除存在其他要素。權利要求特征前的不定冠詞“一(種/個)”不排除存在多于一個的特征。本文所述的各單獨特征可用于一個或多個實施方式，不應僅根據本文所所述解釋為權利要求限定的所有實施方式必需的。