JP2008510600A - Removal of carbon dioxide from the air - Google Patents

Abstract

本発明は、空気流が層流状態または層流に近い状態に保たれているところで、溶媒で覆われた表面を該空気流に曝露することからなる、空気から二酸化炭素を捕捉する方法に関する。また本発明は、溶媒で覆われた表面を空気流に曝露し得るように配置された層流スクラッバーという装置を提供する。他の態様では、本発明は、溶媒中に結合された二酸化炭素（ＣＯ_２）を分離する方法および装置に関するものである。本発明は、空気から捕捉されたＣＯ_２を含有する水酸化物溶液の処理に関連してとくに有用である。
【選択図】図１
The present invention relates to a method for capturing carbon dioxide from air comprising exposing a surface covered with a solvent to the air flow where the air flow is maintained in or near laminar flow. The present invention also provides an apparatus called a laminar flow scrubber arranged so that the surface covered with the solvent can be exposed to an air flow. In another aspect, the present invention relates to a method and apparatus for separating carbon dioxide (CO ₂ ) bound in a solvent. The present invention is particularly useful in connection with the treatment of hydroxide solutions containing CO ₂ trapped from air.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、一態様では、空気中からの選択された気体の除去に関する。本発明は、空気中からの二酸化炭素（ＣＯ_２）の抽出・取り出しにとくに有用であり、その他の有用性も考えられるが、以下では、かかる有用性に関連して本発明を説明する。 The invention relates in one aspect to the removal of selected gases from the air. The present invention is particularly useful for the extraction and extraction of carbon dioxide (CO ₂ ) from the air, and other usefulness is also considered.

外界空気から二酸化炭素（ＣＯ_２）を抽出すれば、炭素を主成分とする燃料を使用し、事後の関連する温室ガス放出に対処することが可能になるであろう。ＣＯ_２は、数ｐｐｍ量では、有毒でも有害でもないが、単に大気中に蓄積するだけで、環境問題を惹起するから、空気からＣＯ_２を除去して、どこかほかの場所での、時を異にしての同規模の放出を相殺することが可能である。空気捕捉の全般的体系は周知である。 Extracting carbon dioxide (CO ₂ ) from ambient air would make it possible to use carbon-based fuels and cope with the subsequent associated greenhouse gas emissions. CO ₂ is not toxic or harmful at a few ppm, but it can cause environmental problems simply by accumulating in the atmosphere, so remove CO ₂ from the air and It is possible to offset emissions of the same scale with different values. The general system of air capture is well known.

ＣＯ_２の産出は、発電所の石炭からの発生、機関などの燃焼装置で燃焼される燃料の典型的主成分である炭化水素の使用におけるなど、種々の産業上の応用において生起する。かかる燃焼装置から排出される排気ガスはＣＯ_２を含有しており、それは、現在のところ、単に大気中へ放出されている。しかし、温室ガスへの関心が増すにつれて、すべての発生源からのＣＯ_２の放出を削減しなければならなくなるであろう。移動性発生源の場合、最上の選択肢は、おそらく、自動車や航空機中の移動性燃焼装置からではなく、直接空気からＣＯ_２を集めることであろう。空気からＣＯ_２を除去することの利点は、それによって移動性装置上でＣＯ_２を貯蔵する必要がなくなることである。 The production of CO ₂ occurs in a variety of industrial applications, such as in the generation of power plant coal, in the use of hydrocarbons, which are the typical main component of fuel burned in combustion equipment such as engines. Exhaust gas discharged from such combustion apparatus is contained CO _2, it is currently being simply discharged into the atmosphere. However, with increasing interest in green house gases, it would not have to reduce the emission of CO ₂ from all sources. For mobile sources, the best option is probably to collect CO ₂ directly from the air rather than from mobile combustion devices in automobiles and aircraft. The advantage of removing CO ₂ from the air is that it eliminates the need to store CO ₂ on the mobile device.

空気からＣＯ_２を除去するための種々の方法および装置が開発されてきている。それらの一つでは、ラシヒリングと呼ばれるものを充填したタンク中でアルカリ性溶液によって空気を洗浄する。少量のＣＯ_２を除去するには、ゲル吸収体も使用されてきた。これらの方法は、ＣＯ_２を除去するのに効率的であるが、それらが空気から二酸化炭素を効率的に除去するためには、洗浄処理の間に比較的高い圧力損失が生じるために、空気をかなり高い圧力で吸収剤のそばを流さなければならないという重大な欠点をもっている。さらに、その高圧力を得るためには、なんらかの種類の圧縮手段が必要とされ、これらの手段はある量のエネルギーを消費する。空気の圧縮に用いられるこの追加エネルギーは、空気圧増大に要するエネルギーが、捕捉、処理されなければならないそれ自身のＣＯ_２を生じるために、当該処理の全二酸化炭素収支の点からとくに不利な影響をもたらすであろう。 Various methods and apparatus have been developed for removing CO ₂ from air. In one of them, the air is washed with an alkaline solution in a tank filled with what is called Raschig rings. To remove a small amount of CO _2, the gel absorbent have also been used. Although these methods are efficient at removing CO ₂ , the air pressure is relatively high during the cleaning process in order for them to efficiently remove carbon dioxide from the air. Has the serious drawback of having to flow by the absorbent at a fairly high pressure. Furthermore, in order to obtain the high pressure, some kind of compression means is required and these means consume a certain amount of energy. This additional energy used to compress the air has a particularly detrimental effect on the total carbon dioxide budget of the process because the energy required to increase the air pressure produces its own CO ₂ that must be captured and processed. Will bring.

米国特許第４，０４７，８９４号明細書US Pat. No. 4,047,894

かくして、先行技術の諸方法では、それらの処理が空気を加熱または冷却するか、あるいは空気の圧力を相当量変化させるために、空気からのＣＯ_２の捕捉が不十分な結果となってしまう。すなわち、当該クリーニング処理により、該処理に動力を供給するための発電の際の副生物としてＣＯ_２が大気中に導入されるため、ＣＯ_２の正味の減量はごくわずかである。 Thus, in the prior art methods, the treatment heats or cools the air or changes the pressure of the air by a considerable amount, resulting in insufficient capture of CO ₂ from the air. That is, since the cleaning process introduces CO ₂ into the atmosphere as a by-product during power generation for supplying power to the process, the net reduction in CO ₂ is negligible.

それゆえ、空気からＣＯ_２を分離するためのスクラッバー構想は既に存在するが、それら構想は、通常は、典型的には他の気体から微量の不純物のすべてを除去することを目的とした充填層タイプの手段に限られている。特許文献１に記載されているかかる一装置は、ハウジング内で互いに間隔をおいて配置されたポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）または炭素製の複数の多孔性焼結板からなる吸収要素を包含している。ハウジング内でそれらの板を組立てるのに先立ち、それら多孔板に水酸化カリウムが含浸させられる。かかる装置には、空気からＣＯ_２を分離するのに用いられる吸収性材料を、装置ハウジングを分解せずには補充できないという欠点がある。 Therefore, there are already scrubber concepts for separating CO ₂ from air, but these concepts are typically packed beds aimed at removing all traces of impurities from other gases. Limited to type means. One such device described in U.S. Pat. No. 5,637,097 includes an absorbent element consisting of a plurality of porous sintered plates made of polyvinyl chloride (PVC) or carbon that are spaced apart from each other in a housing. . Prior to assembling the plates in the housing, the perforated plates are impregnated with potassium hydroxide. Such devices have the disadvantage that the absorbent material used to separate CO ₂ from the air cannot be replenished without disassembling the device housing.

他の態様では、本発明は、一般的には、溶媒中に結合された二酸化炭素（ＣＯ_２）を分離する方法および装置に関するものである。本発明は、空気から捕捉されたＣＯ_２を含有する水酸化物溶液の処理に関連してとくに有用であり、他の用途も考えられるが、以下ではかかる有用性に関連して記述する。 In another aspect, the present invention generally relates to a method and apparatus for separating carbon dioxide (CO ₂ ) bound in a solvent. The present invention is particularly useful in connection with the treatment of hydroxide solutions containing CO ₂ trapped from air, and other applications are envisaged, but will be described below in connection with such utility.

空気からＣＯ_２を捕集する処理は、典型的には、空気からＣＯ_２を物理的または化学的に結合する溶媒に従っている。実用的なＣＯ_２溶媒の一群には、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどの強アルカリ性水酸化物溶液が包含される。０．１モル濃度より多い濃度の水酸化物溶液は、容易に、空気からＣＯ_２を除去することができ、それは、たとえば炭酸塩として結合される。より高い水酸化物濃度が望ましく、効率的な空気接触器には、１モルより多い水酸化物溶液が使用されるであろう。水酸化ナトリウムがとくに有用な選択肢であるが、有機アミンなどの他の溶媒も使用できる。吸収剤のさらに別の選択肢には、炭酸ナトリウムまたは炭酸カリウム溶液などの弱アルカリ性ブラインが包含される。以下の議論では、ＣＯ_２を少なくとも部分的にイオン性炭酸塩または重炭酸塩の形で貯蔵できるすべての溶媒に適用される。 The process of collecting CO ₂ from air typically follows a solvent that physically or chemically binds CO ₂ from air. One group of practical CO ₂ solvents includes strong alkaline hydroxide solutions such as sodium hydroxide or potassium hydroxide. A hydroxide solution with a concentration greater than 0.1 molar can readily remove CO ₂ from the air, which is combined, for example, as a carbonate. Higher hydroxide concentrations are desirable and an efficient air contactor would use more than 1 molar hydroxide solution. Sodium hydroxide is a particularly useful option, but other solvents such as organic amines can also be used. Yet another option for absorbents includes weakly alkaline brines such as sodium carbonate or potassium carbonate solutions. In the following discussion, this applies to all solvents that can store CO ₂ at least partially in the form of ionic carbonates or bicarbonates.

ＣＯ_２を目的として空気と接触することを意図した空気接触器系の設計は、他の特許および文献［１，２，３］で取扱われている。本発明のこの一態様は、吸収剤の回復に関すものであり、そこではＣＯ_２含有吸収剤を活性化し、ＣＯ_２を該液体から分離するものである。以下、空気捕捉ユニットと組合せて、水酸化物溶液を回復させ、別個の、場合によっては加圧下の流れの中でＣＯ_２を捕集することのできる一連の電気化学的処理を記載する。 The design of an air contactor system intended to come into contact with air for the purpose of CO ₂ is dealt with in other patents and documents [1, 2, 3]. This aspect of the invention relates to the recovery of the absorbent, where the CO ₂ containing absorbent is activated and separates the CO ₂ from the liquid. The following describes a series of electrochemical processes that, in combination with an air capture unit, can recover a hydroxide solution and capture CO ₂ in a separate, optionally pressurized stream.

すべての処理は、水酸化ナトリウムを電気化学的手段によって炭酸塩または他の塩から分離する点で共通している。一対の電極のみを包含するいくつかの電解処理があるが、ほとんどの処理は、双極性膜および／または少なくとも一種類のタイプの陽イオン性膜または陰イオン性膜を使用する分離方式を含んでいる。さらに、これら処理のいくつかは、気体状ＣＯ_２を放出することになる通常のか焼および／または酸塩基反応を含んでいる。本発明では、いくつかのかかる処理を請求し、それらを、以下に詳細に論じるように、７つの明確に識別される類に分類する。 All treatments are common in that sodium hydroxide is separated from carbonates or other salts by electrochemical means. There are several electrolytic treatments involving only a pair of electrodes, but most treatments involve a separation scheme using bipolar membranes and / or at least one type of cationic or anionic membrane. Yes. Furthermore, some of these processes include the usual calcination and / or acid-base reaction that will release the gaseous CO _2. The present invention claims several such processes and classifies them into seven clearly identified classes, as discussed in detail below.

すなわち、本発明の一目的は、炭素に制約された世界において炭化水素燃料の使用を可能にする上で重要なツールである、空気から二酸化炭素を捕捉するための処理設計を改良し、合理化することである。これら処理の多くは、水酸化物溶媒中に結合されたＣＯ_２を該溶媒から完全にまたは部分的に除去しなければならない他の用途においても利用できるであろう。 That is, an object of the present invention is to improve and streamline the process design for capturing carbon dioxide from the air, which is an important tool in enabling the use of hydrocarbon fuels in a carbon-constrained world. That is. Many of these treatments could also be used in other applications where CO ₂ bound in a hydroxide solvent must be completely or partially removed from the solvent.

上記先行技術の不都合な点は、本発明に包含されるＣＯ_２分離膜およびそれの使用方法によって対処、克服される。 The disadvantages of the prior art described above are addressed and overcome by the CO ₂ separation membrane and method of use included in the present invention.

空気からＣＯ_２を除去する目的は、たとえば乗り物や発電所の運転で生じるＣＯ_２放出を相殺することである。本発明によって軽減可能なＣＯ_２放出のもっとも明瞭な発生源は、放出時点でＣＯ_２を捕捉することが困難または不可能なものであるが、本発明はかかる発生源に限らず、他のあらゆる発生源の場合にも相殺することができるであろう。実際に、このＣＯ_２削減へのアプローチは、いつか将来に、人間が生み出した空気中の二酸化炭素濃度が高すぎると社会が考えたならば、大気中ＣＯ_２濃度を低下させるために使用できるであろう。 The purpose of removing CO ₂ from the air is to offset the CO ₂ emissions that occur, for example, in the operation of vehicles and power plants. The most obvious sources of CO ₂ emissions that can be mitigated by the present invention are those where it is difficult or impossible to capture CO ₂ at the time of release, but the present invention is not limited to such sources and any other It can also be offset in the case of the source. In fact, this approach to CO ₂ reduction can be used to lower atmospheric CO ₂ concentration if society believes that someday in the future the human generated carbon dioxide concentration will be too high. I will.

本発明の目的は、大気の全二酸化炭素収支を管理するために空気から二酸化炭素を捕捉することであるが、ＣＯ_２濃度の低い気体から二酸化炭素を捕捉する理由が異なるものであっても、当該概念は等しく適用できるであろう。例としては、食品産業または石油産業における販売目的でのＣＯ_２捕捉あるいは室内空気、トンネル、その他の閉鎖空間中に存在する希薄気流からの二酸化炭素または他の酸性ガスの捕捉が挙げられる。 The purpose of the present invention is to capture carbon dioxide from the air to manage the total carbon dioxide balance of the atmosphere, but even if the reason for capturing carbon dioxide from a gas with a low CO ₂ concentration is different, The concept would be equally applicable. Examples include the capture of CO ₂ for sale purposes in the food or petroleum industry or the capture of carbon dioxide or other acid gases from lean airflows present in room air, tunnels, or other enclosed spaces.

本発明は、その一態様において、空気スクラッバー装置（洗浄器）、該スクラッバーで使用した溶媒からＣＯ_２を回収する方法ならびに上記装置およびＣＯ_２除去方法を利用するための商業的方法に関する。本発明の空気スクラッバーは最小限の空気圧低下で機能し、該空気スクラッバー中を流れている空気からＣＯ_２の大部分を除去するのに有効である。以下で明らかになる理由から、該スクラッバーのデザインをラメラ（薄板）デザインと呼ぶ。このラメラを主材料としたスクラッバーユニットは空気を通過させるためのより大きい上位構造のモジュールとなることができ、それは特定のデザインに適合するよう変更することができる。空気は、自然の風や熱対流やファンによって押し流すことができる。 In one aspect thereof, the present invention relates to an air scrubber device (cleaner), a method of recovering CO ₂ from a solvent used in the scrubber, and a commercial method for utilizing the above device and CO ₂ removal method. The air scrubber of the present invention functions with minimal air pressure reduction and is effective in removing most of the CO ₂ from the air flowing through the air scrubber. For reasons that will become apparent below, the scrubber design is referred to as a lamella design. This lamella-based scrubber unit can be a larger superstructure module for the passage of air, which can be modified to suit a particular design. Air can be swept away by natural wind, heat convection, or a fan.

本発明の別の態様では、前記スクラッバー装置中に捕捉された二酸化炭素を回収する方法および装置が提案される。ほとんどすべての空気捕捉デザインでは、空気からＣＯ_２を捕捉する全プロセスが、溶媒または吸収剤中へＣＯ_２を束縛することによって空気からＣＯ_２を除去する空気接触器を必要とする。使用済み吸収剤は、つぎに、好ましくは加圧下の濃縮気流中で、処理され、ＣＯ_２のすべてまたは一部が回収される。元の状態に戻った溶媒は、ＣＯ_２捕集装置へ送り返される。 In another aspect of the present invention, a method and apparatus for recovering carbon dioxide trapped in the scrubber device is proposed. Almost all of the air trapped design, the entire process to capture CO ₂ from the air, require air contactor for removing CO ₂ from the air by constraining the CO ₂ to the solvent or absorbents in. Spent absorbent is then preferably in a concentrated gas stream under pressure, are treated, all or part of the CO ₂ is recovered. The solvent that has returned to its original state is sent back to the CO ₂ trap.

本出願は、酸を塩基から分離できる電気化学的処理によって水酸化物を主成分とする吸収剤を回収するいくつかの処理について述べる。かかる処理は存在し、種々の酸について実証されている。ここでは、これら処理を採用し、それらを組合せて、機能的で効率的なＣＯ_２回収ユニットを構築せんとする。 The present application describes several treatments for recovering a hydroxide-based absorbent by an electrochemical treatment that can separate the acid from the base. Such treatment exists and has been demonstrated for various acids. Here, these processes are adopted and combined to construct a functional and efficient CO ₂ recovery unit.

本発明は、また、ここで考えている応用例にとくに適合させた諸単位工程のいくつかの新しいデザインに関するものでもある。   The invention also relates to several new designs of unit processes that are particularly adapted to the application considered here.

本発明の利点はいくつかある：第一に、炭酸イオンを炭酸カルシウムに変化させ、つぎにこれをか焼してＣＯ_２を遊離させる中間工程を回避することによって、空気から二酸化炭素を捕捉する全体のフローシートが当該方法によって大きく簡素化される。かかる転化工程での大規模取扱いは複雑である。第二に、より直接的な電気化学的処理により、全エネルギー消費を減少させる方法も提供される。第三に、従来の炭酸カルシウム経由回収ユニットでは必要な固体物質流の処理のための複雑で動く設備の必要性が大いに減じる。 There are several advantages of the present invention: First, capture carbon dioxide from the air by changing the carbonate ion to calcium carbonate and then calcining it to liberate CO _2. The entire flow sheet is greatly simplified by the method. Large scale handling in such conversion processes is complex. Second, there is also provided a method for reducing total energy consumption by more direct electrochemical processing. Third, the need for complex and moving equipment for the treatment of the solid material stream required with conventional calcium carbonate recovery units is greatly reduced.

最後に、このタイプの実施手段は、空気抽出以外にプロセスからの炭酸塩および水酸化物溶液の分離が必要な系においても使用できることが注目される。   Finally, it is noted that this type of implementation can be used in systems that require separation of carbonate and hydroxide solutions from the process in addition to air extraction.

本発明のさらなる特徴および長所は、添付の図面と関連させての以下の詳細な説明から理解されるであろう。図面中、同じ数字は同様の部分を示す。   Further features and advantages of the present invention will be understood from the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings. In the drawings, like numerals indicate like parts.

図１−４について見れば、本発明の一態様に従った空気スクラッバーユニットは、低圧力勾配によって維持された空気流からＣＯ_２を除去する。該空気スクラッバーユニットは、下向きに流れる吸収剤中に覆われ、狭い空気空間の境界となる２枚のシートまたはプレート５であるラメラを有する集風器（ウィンドコレクター）１０ならびに液体だめ１２からなる。ラメラを形成する２枚のシートは、剛性のフレーム１によって支持された通し棒２に通されたシート間のスペーサー４によって隔てられていることが好ましい。ただし、ラメラは、他の手段によって間隔を置いて支持されていてもよい。 1-4, an air scrubber unit according to one aspect of the present invention removes CO ₂ from an air stream maintained by a low pressure gradient. The air scrubber unit comprises an air collector (wind collector) 10 having a lamella which is a sheet or plate 5 covered with a downwardly flowing absorbent and serves as a boundary of a narrow air space, and a liquid reservoir 12. . The two sheets forming the lamella are preferably separated by a spacer 4 between the sheets passed through the through-rod 2 supported by the rigid frame 1. However, the lamella may be supported at intervals by other means.

一般に、吸収剤物質は、ラメラシートを伝って流下し、空気流は、シート間の狭い空気空間の間を通過する。空気と吸収剤物質との接触により化学反応が起こり、それによりＣＯ_２が除去される。しかしながら、該空気スクラッバーユニットは、空気中に存在する他の気体を捕捉することもできる。 In general, the absorbent material flows down through the lamellar sheets and the air flow passes between the narrow air spaces between the sheets. A chemical reaction occurs upon contact of air with the absorbent material, thereby removing CO ₂ . However, the air scrubber unit can also capture other gases present in the air.

吸収剤は、確立された技術水準のアプローチに従って、たとえば噴霧ノズルやたとえばヘッダー６から供給を受けている波形管３からの液体迸出によって、ラメラシートへ適用される。また、デザインによっては、頂部付近の垂直面を濡らし、液を重力によって表面上を流過させて、全面を被覆させることもできよう。別法として、表面を平らなディスクとして形成し、それらが液だめを通って回転するときに濡らすこともできよう。その動きにより、表面に沿って液が分配されることになる。   The absorbent is applied to the lamella sheet according to an established state-of-the-art approach, for example by liquid squeezing from a spray nozzle or a corrugated tube 3 fed from a header 6, for example. In addition, depending on the design, the vertical surface near the top may be wetted and the liquid may flow through the surface by gravity to cover the entire surface. Alternatively, the surface could be formed as a flat disk and wetted as they rotate through the sump. The movement causes the liquid to be distributed along the surface.

ラメラを横切っての空気流を移動させるための典型的な圧力勾配は、それらが自然の空気流、たとえば風、あるいは温度勾配によって生じるようなものである。当該ユニットを横切っての圧力低下は、ほぼゼロないし数百パスカルの範囲であり、好ましい範囲は１−３０Ｐａであり、最適範囲は３−２０Ｐａであろう。しかしながら、空気および対流を導くためのダクト配管付き、または無しのファンも、空気流を動かすために使用できよう。   Typical pressure gradients for moving airflow across the lamella are such that they are caused by natural airflow, such as wind or temperature gradients. The pressure drop across the unit will be in the range of approximately zero to a few hundred Pascals with a preferred range of 1-30 Pa and an optimum range of 3-20 Pa. However, fans with or without ducting to direct air and convection could also be used to move the air flow.

［ラメラ］
集風器の目的は、空気流を、吸収剤で覆われたスクラッバーまたは集風器の表面と密接に接触させることである。集風器の基本ユニットは、吸収剤で覆われた２枚のシートによって境界を定められた薄い空気空間である単一のラメラである。もっとも単純なデザインでは、それらのシートは平らであるが、その上を通過する空気が直線方向に動きうる限り、それらのシートは湾曲している、すなわちそれらのシートが風の流れに垂直な方向に湾曲していることも可能である。各空気スクラッバー装置は、ラメラのシート上に吸収剤を分配し、使用済み吸収剤を再捕捉する手段を包含する。 [Lamellar]
The purpose of the air collector is to bring the air stream into intimate contact with the surface of the scrubber or air collector that is covered with the absorbent. The basic unit of the air collector is a single lamella, a thin air space delimited by two sheets covered with absorbent. In the simplest design, the sheets are flat, but as long as the air passing over them can move in a linear direction, they are curved, i.e. they are perpendicular to the wind flow. It can also be curved. Each air scrubber device includes means for dispensing the absorbent onto the lamellar sheet and recapturing the used absorbent.

以下は、ウィンド室用ラメラのためのデザイン例のリストである：
１）互いに平行に整列させられた平らで長方形のシートまたはプレート。
２）互いに平行に並べられ、表面が空気流の方向には直線状の波形シート。
３）中心軸のまわりに回転し、空気は回転軸に対して直角に流れる平らなディスク。吸収剤は、円形運動の底部の近くで液中へ浸漬しているホイールによって適用できよう。静止した吸収剤は、ディスクの外縁を覆うだけであっても、ずっと軸まで達してもよい。それに代えて、軸の近くでの液濡れと重力および回転運動によるディスクのまわりを流れることとによって吸収剤が縁の上まで注がれるようにしてもよい。
４）同心管または類似の形状物であって、空気が管の軸に沿って流れているもの。かかる管は、向流デザインの場合、鉛直に配置して、濡れが上縁で始められるように、あるいは、ほぼ水平に配置して、吸収剤が一端の一点へ入り、管の緩やかな回転運動によって分配されるようにすることができる。 The following is a list of example designs for windroom lamellas:
1) Flat rectangular sheets or plates aligned parallel to each other.
2) Corrugated sheets that are arranged in parallel to each other and whose surfaces are linear in the direction of airflow.
3) A flat disk that rotates around a central axis and air flows perpendicular to the axis of rotation. The absorbent could be applied by a wheel immersed in the liquid near the bottom of the circular motion. The stationary absorbent may only cover the outer edge of the disk or may extend all the way to the axis. Alternatively, the absorbent may be poured over the edges by wetting near the shaft and flowing around the disk due to gravity and rotational movement.
4) Concentric tubes or similar shapes with air flowing along the tube axis. In the case of a countercurrent design, such a tube is placed vertically so that wetting begins at the upper edge, or is placed almost horizontally so that the absorbent enters a point at one end and the tube slowly rotates. Can be distributed.

ラメラを横切る空気流は、自然な風の流れであっても、あるいは、他の手段によって、たとえば意図的な熱による上昇気流によって得てもよい。しかし、速度が大きくなるとより高速度のエネルギーが放散されることになるから、高い風速は逆効果を生むことになろう。遅い空気流速度は、ラメラ表面での空気の吸収剤物質との接触時間を最大化し、その一方、系内での運動エネルギーの損失を最小限にする。かくして、スクラッバーユニットを通っての空気流の速度は、実質的に流れない状態から毎秒数十メートルまで変動しうる。好ましい範囲は、０．５−１５ｍ／ｓで、最適範囲は、風によって駆動される系の場合、１−６ｍ／秒である。   The air flow across the lamella may be a natural wind flow or may be obtained by other means, for example by an updraft with intentional heat. However, higher wind speeds will dissipate higher speed energy, so higher wind speeds will have the opposite effect. The slow air flow velocity maximizes the contact time of the air with the absorbent material at the lamella surface, while minimizing the loss of kinetic energy within the system. Thus, the speed of the air flow through the scrubber unit can vary from a substantially non-flowing state to tens of meters per second. The preferred range is 0.5-15 m / s and the optimum range is 1-6 m / sec for wind driven systems.

実用的には、集風器を通過する空気流の流速は、代表的風速の実質的部分である必要がある。よりよい幾何学的構造を選択すれば、流速が若干低下することになるかもしれないが、機能強化は正味２桁の倍率になるであろう。   In practice, the flow velocity of the air flow through the air collector needs to be a substantial part of the typical wind speed. Choosing a better geometry may result in a slight reduction in flow rate, but the enhancement will be a net two-digit magnification.

本発明の具体的実施例では、２ｍ／ｓの空気流速度を採用するが、空気流速は０．５ｍ／ｓから４ｍ／ｓまで変動させてよい。公称速度２ｍ／ｓの場合、風の単位面積当りのＣＯ_２流量は３０ｍｍｏｌ／ｍ^３／ｓである。水酸化ナトリウム溶液中への流量は、水酸化物表面に対して約０．０６ｍｍｏｌ／ｍ^２／ｓに限定され、約２−４ｍｍを超える境界層厚みの場合には、空気横（サイド）輸送係数が支配的影響力をもつ。 In a specific embodiment of the present invention, an air flow velocity of 2 m / s is employed, but the air flow rate may be varied from 0.5 m / s to 4 m / s. When the nominal speed is 2 m / s, the CO ₂ flow rate per unit area of the wind is 30 mmol / m ³ / s. The flow rate into the sodium hydroxide solution is limited to about 0.06 mmol / m ² / s with respect to the hydroxide surface, and in the case of a boundary layer thickness greater than about 2-4 mm, air lateral (side) transport The coefficient has the dominant influence.

この実施例では、捕捉系はできる限りコンパクトであり、寸法上の制約が装置の幾何学的形態を決定する。平らな吸収用シートをおよそ０．５ｃｍ間隔で配置すると、１立方メートルの内部のシート表面積は約５００ｍ^２になる。実際の長さは、およそ１．２ｍプラスそれらシートの最終的厚みについての許容差である。それらのシートを折りたたむか、または管状に成形すれば、若干より大きいシート表面積を得ることが可能である。しかし、液状吸収剤は集風器の頂部から底部へと流れるから、断絶部や折り目をもつシートは通過中の空気を偏向させ、系に乱れを加え、境界層厚みを減じるであろう。それゆえ、平らな鉛直シートが自然な選択肢である。平らなプレートは、最適境界層厚みですでに機能しているから、かかる乱れがＣＯ_２取込み性能を向上させることはなく、それは装置中で放散されるエネルギーを増加させるであろう。 In this embodiment, the capture system is as compact as possible, and dimensional constraints determine the geometry of the device. If flat absorbent sheets are placed at approximately 0.5 cm intervals, the internal sheet surface area of 1 cubic meter will be about 500 m ² . The actual length is approximately 1.2 m plus a tolerance for the final thickness of the sheets. If these sheets are folded or shaped into a tube, it is possible to obtain a slightly larger sheet surface area. However, since the liquid absorbent flows from the top to the bottom of the air collector, the sheet with breaks and folds will deflect the air passing through, disrupting the system and reducing the boundary layer thickness. A flat vertical sheet is therefore a natural choice. Since a flat plate is already functioning at the optimum boundary layer thickness, such turbulence will not improve CO ₂ uptake performance, which will increase the energy dissipated in the device.

しかしながら、構造上の理由から１ｍより大きい奥行きをもつ集風器をもったきわめて大型の系も考えられる。かかる装置でも、前面開口１平方メートル当り５００ｍ^２のシート表面積に最適化されよう。この実施例では、プレート間の自然な間隙は最適な境界層厚みを超えるであろうから、乱流を生じる形材の導入が必要であろう。その乱流は、境界層厚みを望ましい値２−４ｍｍへ戻してくれるであろう。たとえば、奥行き２０ｍのフィルター系には、１立方メートル当り約２５ｍ^２の充填物が必要であろう。そして、典型的なシート間隔は、最適な境界層にしてはあまりにも大きい約８ｃｍとなるであろう。センチメートル規模で渦を生じさせれば、実際に境界層厚みが減少し、かくして、必要な空気側のＣＯ_２流量がもたらされるであろう。 However, for structural reasons, very large systems with wind collectors with a depth greater than 1 m are also conceivable. Such a device would also be optimized for a sheet surface area of 500 m ² per square meter of front opening. In this embodiment, the natural gap between the plates will exceed the optimum boundary layer thickness, so it will be necessary to introduce profiles that produce turbulence. The turbulence will return the boundary layer thickness to the desired value of 2-4 mm. For example, a 20 m deep filter system would require about 25 m ² of packing per cubic meter. A typical sheet spacing would then be about 8 cm, which is too large for an optimal boundary layer. Creating vortices on a centimeter scale will actually reduce the boundary layer thickness and thus provide the required air-side CO ₂ flow rate.

シートまたはプレート間隔が０．６ｃｍで、奥行きが１ｍのユニットを通過する流れは、比較的高い流速まで層流となるであろう。レイノルズ数を

であると定義すれば、層流領域は約１４００にまで達する。言換えれば、０．６ｃｍ間隔で配置されたプレートの場合、流れは、約４ｍ／ｓまで層流のままである。以下では、かかる重ねプレート中での空気流に対する抵抗を算出した。
単位長さ当りの圧力降下は、次式によって与えられる：

２つの側壁に垂直な面を横切る圧力が一定であると仮定すれば、幅Δｙ、高さｈ、奥行きΔｘの空気部分に働く力は、

または

または

によって与えられる。
２つの積分定数は、２つの境界条件から得られる。すなわち、

それより、下記が得られる：

従って、プレート間でのピーク速度は、次の通りとなる：

ここに、Ｌはプレートの長さ、ΔＰはこの距離にわたっての圧力降下である。平均流速は、下式によって与えられる：

または

または

我々が、

となるようなＬを求めようとすれば、

となり、ｖ＝２ｍ／ｓのとき、Ｌ＝０．２ｍが得られる。
より一般的には、設計規則は、

となろう。ここに、Ｒｅは流れのレイノルズ数である。
そして、プレート間の流れは、プレート間の距離の変動によって影響される。系の単位幅当りの質量流量が次式によって与えられることを指摘しておく：

Ｑが一定であり、ｄがｘの関数であると仮定すれば、次式が得られる：

単純化した場合では、ラメラの半分の幅がｄ_１であり、他方の半分ではｄ_２である。さらに、下記を仮定する：

そうすれば、下記が得られる：

補正係数は、α＝１の場合１であるが、α＝２の場合にはそれが１．８９まで上昇する。狭いスポットのまわりを空気が流れる完全に三次元の系では、全狭窄（絞り）は実際には相対的に小さい。 A flow through a unit with a sheet or plate spacing of 0.6 cm and a depth of 1 m will be laminar to a relatively high flow rate. Reynolds number

, The laminar flow region reaches about 1400. In other words, for plates arranged at 0.6 cm intervals, the flow remains laminar up to about 4 m / s. In the following, the resistance to air flow in such a stacking plate was calculated.
The pressure drop per unit length is given by:

Assuming that the pressure across the plane perpendicular to the two sidewalls is constant, the force acting on the air portion of width Δy, height h and depth Δx is

Or

Or

Given by.
Two integral constants are obtained from two boundary conditions. That is,

From that you get:

Thus, the peak speed between plates is:

Where L is the plate length and ΔP is the pressure drop over this distance. The average flow rate is given by:

Or

Or

we,

If we try to find L such that

Thus, when v = 2 m / s, L = 0.2 m is obtained.
More generally, the design rules are

It will be. Here, Re is the Reynolds number of the flow.
And the flow between the plates is affected by variations in the distance between the plates. Note that the mass flow rate per unit width of the system is given by:

Assuming that Q is constant and d is a function of x, the following equation is obtained:

In the simplified case, the half width of the lamella is d ₁ and the other half is d ₂ . Further assume the following:

Then you get:

The correction factor is 1 when α = 1, but increases to 1.89 when α = 2. In a fully three-dimensional system where air flows around a narrow spot, the total stenosis (aperture) is actually relatively small.

上で誘導した方程式は、プレート間で十分に発達した層流に当てはまるだけであることに注意されたい。しかしながら、流れが十分に展開していないプレートの始まり部分がある。その領域では、圧力降下が、別々のプレートの表面の抗力によってもっともよく特徴付けられる。境界層厚みが増し、隣接プレートからの境界層が流れと重なり合い始めると、流れは、２つのプレートの間に観察される定常流パターンへと発展する。   Note that the equation derived above only applies to fully developed laminar flow between plates. However, there is a plate beginning where the flow is not fully developed. In that region, the pressure drop is best characterized by the drag on the surface of the separate plates. As the boundary layer thickness increases and the boundary layer from adjacent plates begins to overlap the flow, the flow develops into a steady flow pattern observed between the two plates.

無限に薄いプレートの片側での単位幅当り抗力は、次式によって与えられる：

ここに、ｘはプレートの始まりからの距離である。
抗力係数Ｃ_ｄは、文献に従い、次式によって与えられる：

いまだ互いに干渉しあわないだけ十分に短い一組の平行プレートを横切っての圧力降下は、下式によって与えられよう：

（ここに、ｄは無限に薄いプレート間の間隔である）または

最初、開始によって影響を受ける境界層が相対的に小さいので、空気流は異なって見える。 The drag per unit width on one side of an infinitely thin plate is given by:

Where x is the distance from the beginning of the plate.
The drag coefficient C _d is given by the following equation according to the literature:

The pressure drop across a set of parallel plates that are short enough that they still do not interfere with each other will be given by:

(Where d is the spacing between infinitely thin plates) or

Initially, the air flow looks different because the boundary layer affected by the initiation is relatively small.

さらに、ある特定のデザインでは、外界風速ｖ_０に遭遇するかもしれない。ラメラの前で空気はよどみ、速度ｖまで減速する。ラメラを通して空気を推し進める圧力は、下記によって与えられる：

または

二次方程式の２つの解のうち、物理的解、すなわち正のものを選択する。 In addition, in certain designs, an external wind speed v ₀ may be encountered. Air stagnate in front of the lamella and decelerates to speed v. The pressure to push air through the lamella is given by:

Or

Of the two solutions of the quadratic equation, a physical solution, that is, a positive one is selected.

［吸収剤］
強水酸化物溶液中へのＣＯ_２取込みの速度は、よく研究されている。本発明の空気スクラッバーは、自然の風の流れまたは類似の駆動力、たとえば熱によって起こる対流を受ける流れから直接ＣＯ_２または他の気体を取り出す装置である。
強水酸化物溶液へのＣＯ_２取込みは、溶解過程を大きく加速する化学反応を包含する。全反応は次の通りである：

この反応が起こりうるいくつかの異なる経路がある。高いｐＨの場合に関連する２つの段階は次の通りである：

これに続く

後者の反応は、非常に速いことが知られている；他方、最初の反応は比較的遅い速度で進行する。反応（２）の反応速度は、下記によって示される：

ゆえに、この反応速度を記述する時定数は、次の通りである：

速度定数κは、２０℃、無限希釈で下記の通り測定されている：

イオン強度補正は、下記により与えられる：

気体中のＣＯ_２濃度が高い場合、１モル溶液についての０．１４ｍｓでの時定数がかなり短くても、反応（２）の速度が取込み速度を限定する。 [Absorbent]
The rate of CO ₂ incorporation into strong hydroxide solutions has been well studied. The air scrubber of the present invention is a device that extracts CO ₂ or other gases directly from a natural wind flow or a flow that is subjected to convection caused by a similar driving force, such as heat.
Incorporation of CO ₂ into strong hydroxide solutions involves chemical reactions that greatly accelerate the dissolution process. The total reaction is as follows:

There are several different ways in which this reaction can occur. The two stages involved in the case of high pH are as follows:

Following this

The latter reaction is known to be very fast; on the other hand, the first reaction proceeds at a relatively slow rate. The reaction rate of reaction (2) is indicated by:

Thus, the time constant describing this reaction rate is:

The rate constant κ is measured at 20 ° C. and infinite dilution as follows:

The ionic strength correction is given by:

When the CO ₂ concentration in the gas is high, the rate of reaction (2) limits the uptake rate even though the time constant at 0.14 ms for a 1 molar solution is quite short.

標準的化学工学モデル、たとえばダンクヴェルトやアスタリタに従って、気体側の流れの移動係数と液体側の移動係数とを組合せて界面を通る全体の流れを示す標準モデルと一致して、気体成分が吸収剤に溶解または化学的に吸収される移動過程を示すことができる。全流量は下記によって表わされる：

ここに、ρおよびρ′はそれぞれ気体中および溶液中のＣＯ_２のモル濃度である。パラメーターｘは界面からの距離を表わす。気体中への距離は負とみなす。境界では、ヘンリーの法則が成立つので、下記が成立つ：

無次元係数として表現すれば、Ｋ_Ｈ＝０．７^１。
［^１：典型的には、気体側の濃度は分圧、すなわちパスカル単位または気圧（ａｔｍ）単位で測定され、液体側の濃度は典型的には１リットル当りのモル数として測定されるから、ヘンリーの定数は次元をもつことに注意されたい。かくして、典型的な単位はリットル／モル／ａｔｍとなろう。］
気体側については、移動定数は下記の通りであると推定できる：

ここに、Ａは、界面の表面に生じる層流をなす副層（サブレイヤー）の厚みである。この層の厚みは、流れの幾何学的形状および気体流中の乱れに依存する。流れの幾何学的形状および気体流中の乱れが与えられたならば、Ａの最適選択候補を求められるはずである。 In accordance with standard chemical engineering models such as Dunkwelt and Asterita, the gas component is an absorbent, consistent with the standard model that shows the overall flow through the interface by combining the gas side flow coefficient and the liquid side transfer coefficient. It is possible to show a migration process that is dissolved or chemically absorbed in the nuclei. The total flow is represented by:

Here, ρ and ρ ′ are the molar concentrations of CO ₂ in the gas and in the solution, respectively. The parameter x represents the distance from the interface. The distance into the gas is considered negative. At the boundary, Henry's law holds, so the following holds:

Expressed as a dimensionless coefficient, K _H = 0.7 ¹ .
[ ¹ : Typically, the gas side concentration is measured in partial pressure, ie in pascals or atm (atm), and the liquid side concentration is typically measured in moles per liter, Note that Henry's constants have dimensions. Thus, a typical unit would be liters / mole / atm. ]
For the gas side, the transfer constant can be estimated as follows:

Here, A is the thickness of the sublayer (sublayer) forming a laminar flow generated on the surface of the interface. The thickness of this layer depends on the flow geometry and the turbulence in the gas flow. Given the flow geometry and turbulence in the gas flow, the best choice of A should be sought.

流体パッケージについて、移動係数を推定する標準的アプローチは、流体表面上の一小部分について滞留時間τ_Ｄを想定する。この時間は吸収剤の流れ特性に由来し、その特性は表面の形成および破壊ならびに表面近傍での乱流性液体混合を包含する。

時間τ_Ｄ内の拡散は溶解ＣＯ_２を厚み層中へ混入させることができるので、表面からの流量は、下式によって与えられる：

ここに、Ｄ_ＬはＣＯ_２の拡散定数であり、ρ′はＣＯ_２の液体側濃度である。勾配は表面で求める。当該液体の移動係数は下記方程式から定義される：

該勾配を

によって近似すると、拡散によって推進される吸収過程について、

が示される。ここに、Ｄ_Ｌは吸収剤中でのＣＯ_２の拡散速度である。 For fluid packages, a standard approach to estimate the transfer coefficient assumes a residence time τ _D for a small portion on the fluid surface. This time is derived from the flow characteristics of the absorbent, which includes surface formation and destruction and turbulent liquid mixing near the surface.

Since diffusion within time τ _D can cause dissolved CO ₂ to be incorporated into the thick layer, the flow rate from the surface is given by:

Here, _{D L} is the diffusion constant of the CO _2, ρ 'is the liquid side concentration of CO _2. The gradient is determined on the surface. The transfer coefficient of the liquid is defined by the following equation:

The gradient

Is approximated by the diffusion process driven by diffusion,

Is shown. Here, _DL is the diffusion rate of CO _{2 in} the absorbent.

反応時間がτ_Ｒ＜＜τ_Ｄである速い化学反応が存在するとき、ＣＯ_２を吸収する層は、この短い時間によって特徴づけられ、それゆえ、移動係数は下式によって与えられる：

それゆえ、化学反応が存在するときには、移動係数はこのように下記倍率だけ増大させられる：

When a fast chemical reaction with reaction time τ _R << τ _D is present, the layer that absorbs CO ₂ is characterized by this short time and hence the transfer coefficient is given by:

Therefore, when a chemical reaction is present, the transfer coefficient is thus increased by the following factor:

しかし、この増大は、吸収剤中の反応物の供給が限られていない場合にのみ維持されうる。水酸化物溶液を中和するＣＯ_２の場合、境界層中の水酸化物を消費させることが可能である。層厚みλは、面積密度ρ_ＯＨ ⁻λの水酸化物イオンを含有し、減少速度は２κＬρ′ＣＯ_２である：かくして、速い反応の限界（方程式４１）について、下記が当てはまる：

我々の場合には、

ゆえに、当該条件は、下記のように書き直すことができる：

However, this increase can only be maintained if the supply of reactants in the absorbent is not limited. In the case of CO ₂ neutralizing the hydroxide solution, it is possible to consume the hydroxide in the boundary layer. Layer thickness lambda, the area density [rho _OH ^- containing hydroxide ions lambda, decrease rate is the 2Kappaeruro'CO _2: Thus, for a fast reaction threshold (equation 41), the following applies:

In our case

Therefore, the condition can be rewritten as:

速い反応速度論から瞬間的反応へ遷移するための臨界時間は、外界空気の場合、およそ１０秒である。この遷移は、溶液中の水酸化物濃度には依存しない。しかし、いったん遷移状態を通過すると、取込み速度は、水酸化物イオンが表面へ流れる速度によって限定される。それゆえ、それは速い限界におけるよりも低くなり、ＣＯ_２流量は下記によって与えられる：

瞬間的形態においては、流量は、境界層中のＣＯ_２濃度とは無関係である。
該流量は、有効移動係数によって特徴づけられ、それは下記のように記述することができる：

ここでは、モル濃度は、遠隔の気体および遠隔の液体中の漸近値を表わす。水酸化物溶液の場合、後者は０である。ゆえに、

または

最適デザインは、気体側限界と液体側限界との間の境界に近い。それゆえ、我々は、空気側の境界厚みの設計値を確立する。

これは、空気を主材料とするＣＯ_２抽出の場合、ほぼ４ｍｍである。 The critical time to transition from fast reaction kinetics to instantaneous reaction is approximately 10 seconds for ambient air. This transition is independent of the hydroxide concentration in the solution. However, once through the transition state, the uptake rate is limited by the rate at which hydroxide ions flow to the surface. Therefore, it will be lower than at the fast limit and the CO ₂ flow rate is given by:

In the instantaneous form, the flow rate is independent of the CO ₂ concentration in the boundary layer.
The flow rate is characterized by an effective transfer coefficient, which can be described as follows:

Here, molarity represents asymptotic values in remote gases and liquids. In the case of hydroxide solutions, the latter is zero. therefore,

Or

The optimal design is close to the boundary between the gas side limit and the liquid side limit. We therefore establish a design value for the air-side boundary thickness.

This is approximately 4 mm for CO ₂ extraction with air as the main material.

これらの制約が一緒になって、実用的デザインが著しく限定される。１モル溶液の場合、全溶液流は６ｘ１０^−５モル・ｍ^−２・ｓ^−１と測定されたが、これを有効値に変換すると０．４ｃｍ／ｓとなり、これは理論値に近い。 Together, these constraints significantly limit the practical design. In the case of a 1 molar solution, the total solution flow was measured to be 6 × 10 ⁻⁵ mol · m ⁻² · s ⁻¹ , converted to an effective value of 0.4 cm / s, which is close to the theoretical value.

ＣＯ_２を吸収する吸収剤のタイプについては、きわめて種々の使用可能な選択肢がある。一実施例では、吸収剤物質として水酸化物水溶液を使用する。これらは、０．１モルを超え、可能な最大レベル（およそ２０モル）までの強い水酸化物溶液となる傾向がある。 There are a wide variety of available options for the type of absorbent that absorbs CO ₂ . In one embodiment, an aqueous hydroxide solution is used as the absorbent material. These tend to be strong hydroxide solutions, exceeding 0.1 moles and up to the maximum possible level (approximately 20 moles).

吸収剤として使用される水酸化物は、種々の陽イオンのものでありうる。水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムがもっとも顕著なものであるが、ＭＥＡ、ＤＥＡなどの有機吸収剤を含む他のものも現実味のある可能性である。さらに、それらの水酸化物は純粋である必要はなく、吸収剤の種々の性質を変化または改良するために添加される他の混入物を含有していてもよい。たとえば、添加剤は、水酸化物と空気からのＣＯ_２との反応速度を上昇させうるであろう。かかる触媒は、当該溶液に溶解させた界面活性剤または分子であってよい。ＭＥＡなどの有機化合物の添加は、ほんの一例である。他の添加剤は、溶液をより吸湿性にすることによって水の損失が減少するのに役立つであろう。さらに別の添加剤を使用して、当該流体の流れまたは濡れ特性を改善し、あるいは水酸化物溶液の腐食作用から表面保護を助長するようにしてもよい。加うるに、本発明で使用するいずれの吸収剤も、ラメラシートの表面を濡らすものでなければならない。このためには、当該技術において種々の手段が知られている。それらには、親水性を増大させる表面処理、吸収剤中の界面活性剤および他の手段が包含される。 The hydroxide used as the absorbent can be of various cations. Sodium hydroxide and potassium hydroxide are the most prominent ones, but others including organic absorbents such as MEA, DEA are also likely to be realistic. In addition, the hydroxides need not be pure and may contain other contaminants added to alter or improve various properties of the absorbent. For example, the additive could increase the reaction rate of hydroxide and CO ₂ from the air. Such a catalyst may be a surfactant or molecule dissolved in the solution. The addition of organic compounds such as MEA is just one example. Other additives will help reduce water loss by making the solution more hygroscopic. Still other additives may be used to improve the flow or wetting characteristics of the fluid or to promote surface protection from the corrosive action of the hydroxide solution. In addition, any absorbent used in the present invention must wet the surface of the lamella sheet. For this purpose, various means are known in the art. They include surface treatments that increase hydrophilicity, surfactants in the absorbent and other means.

本発明は、下記の重要な設計上の特徴を含む：
１）ラメラシートは、その寸法でのシート間隙と矛盾しない寸法尺度で、空気流の方向に実質的に平滑である。（しかし、ずっと細かい尺度での偶然的なまたは加工した構造を使用して、ＣＯ_２移動係数を向上させるようにしてもよい。）空気流に対して直角な形状上の変化は、プレート、シートまたは表面の効率的濡れに干渉しないのであれば、相対的にあまり関心がもたれるものではない；
２）それらのシートは、それらが曲ったり、はためいたりして、ラメラ間での圧力変動を有意に減少させないよう、十分しっかりまたは固定して動かないように定位置に保持される。
３）表面における開口を通っての空気流は、それがラメラ間の圧力変動に有意に影響しないよう、止められる。
４）ラメラ間の間隔は、系が層流状態から遷移してしまわないよう、または少なくともその状態からあまり逸脱しないように、選択される。
５）膜ユニットの奥行きは、当該ユニットの前方部で空気がほぼ完全に空になるのを避けるのに十分なだけ短く保たれる。
６）シートの両側を利用するために、ラメラを鉛直に配置することが好ましい。しかし、他の流れ最適化の場合には、かかるデザインからの逸脱も考えることができよう。
７）ラメラの高さは、表面の濡れ性が最適化され、流体を何回も再処理する必要を最小限にするよう、選択される。 The present invention includes the following important design features:
1) A lamella sheet is substantially smooth in the direction of air flow, with a dimensional scale consistent with the sheet gap at that dimension. (However, using accidental or processed structure at a much finer scale, it may be to improve the CO ₂ transfer coefficient.) Changes in the perpendicular geometry with respect to air flow, plate, sheet Or relatively less of an interest if it does not interfere with the efficient wetting of the surface;
2) The sheets are held in place so that they do not move sufficiently firmly or securely so that they do not bend or flutter and significantly reduce pressure fluctuations between lamellas.
3) The air flow through the opening in the surface is stopped so that it does not significantly affect pressure fluctuations between lamellae.
4) The spacing between the lamellae is selected so that the system does not transition from the laminar flow state, or at least does not deviate significantly from that state.
5) The depth of the membrane unit is kept short enough to avoid almost completely emptying the air in front of the unit.
6) In order to utilize both sides of the sheet, it is preferable to arrange the lamella vertically. However, deviations from such designs could be considered for other flow optimizations.
7) The lamella height is chosen so that the wettability of the surface is optimized and the need to reprocess the fluid multiple times is minimized.

ＣＯ _２ 回収系の構成要素
本発明の他の態様にあっては、本発明で記述したＣＯ_２捕捉系において、またはＣＯ_２を捕捉した任意の他の装置において、下記の電気化学的処理を利用することができる。これらの電気化学的処理は、いずれも、双極性膜を用いての電気透析によって塩をそれの酸および塩基に分離することに基づいており、その酸およびその塩基は溶液中に留まる。例としては、塩化ナトリウムからの水酸化ナトリウムと塩酸の生成および酢酸ナトリウムからの水酸化ナトリウムと酢酸の生成が挙げられる。他の酸・塩基の組合せも、一般文献中で、特許文献中で、また産業上の慣例において、実証されている。本発明との関連では、このタイプのユニットが、水酸化物および炭酸塩溶液の分離に使用されるであろう。また、弱酸の塩を対応する酸および塩基に分離するユニットが使用されるであろう。 Components of the CO ₂ recovery system In another aspect of the present invention, the following electrochemical treatment is utilized in the CO ₂ capture system described in the present invention, or in any other apparatus that captures CO _2. can do. Both of these electrochemical treatments are based on the separation of a salt into its acid and base by electrodialysis using a bipolar membrane, where the acid and its base remain in solution. Examples include the production of sodium hydroxide and hydrochloric acid from sodium chloride and the production of sodium hydroxide and acetic acid from sodium acetate. Other acid / base combinations have also been demonstrated in the general literature, in the patent literature, and in industrial practice. In the context of the present invention, this type of unit will be used for the separation of hydroxide and carbonate solutions. A unit that separates the salt of the weak acid into the corresponding acid and base would be used.

以下に、我々が考えているプロセスの基本的構成要素となるいくつかの処理工程を示す。
１．水酸化ナトリウムと炭酸ナトリウムとの混合物の水酸化ナトリウムおよび炭酸ナトリウムへの電気化学的分離。この処理工程のためには、現存の構成要素に従うことができ、また分離のために電気透析を用いる特別設計のユニットを用いてもよい。これらの手法は、ナトリウム以外の陽イオン、たとえば、それらに限定されるものではないが、カリウムおよびアンモニアならびにモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）などの有機アミンのカチオン類にも拡張適用できる。いずれの場合にも、基本反応は、Ｒ−ＯＨとＲ_２ＣＯ_３との混合物の膜処理によりＲ−ＯＨおよびＲＨＣＯ_３の別々の溶液への分離である。
２．金属重炭酸塩の金属炭酸塩およびＣＯ_２への電気化学的分離。この処理には、双極性膜の関与を伴う電気透析を用いるのが好ましいが、他の電解過程が文献に記載されており、それらを使用してもよい。
３．金属重炭酸塩の金属水酸化物およびＣＯ_２への分離。この処理も、双極性膜を用いての電気透析に従うが、それは、水素を生じる金属重炭酸塩の電気分解によっても達成でき、水素は水素電極で再使用されてＣＯ_２を生ぜしめる。
４．上記構成要素２と３または４とを組合せて単一ユニットとするユニット。たとえば、炭酸塩と水酸化物との混合物を最後まで、すなわち水酸化物溶液とＣＯ_２ガスにもっていく処理。 The following are some processing steps that are the basic components of the process we are considering.
1. Electrochemical separation of a mixture of sodium hydroxide and sodium carbonate into sodium hydroxide and sodium carbonate. For this process step, existing components can be followed and specially designed units using electrodialysis for separation may be used. These approaches can be extended to cations other than sodium, such as, but not limited to, potassium and ammonia and organic amine cations such as monoethanolamine (MEA) and diethanolamine (DEA). . In either case, the basic reaction is the separation of R—OH and RHCO ₃ into separate solutions by membrane treatment of a mixture of R—OH and R ₂ CO ₃ .
2. Electrochemical separation into metal carbonate and CO ₂ metal bicarbonate. For this treatment, electrodialysis with the involvement of a bipolar membrane is preferably used, but other electrolysis processes are described in the literature and may be used.
3. Separation into metal hydroxide and CO ₂ metal bicarbonate. This process also follows the electrodialysis using bipolar membranes, which also can be achieved by electrolysis of metal bicarbonate to produce hydrogen, hydrogen causing a CO ₂ being reused in hydrogen electrode.
4). A unit combining the above-described components 2 and 3 or 4 into a single unit. For example, a process of bringing a mixture of carbonate and hydroxide to the end, that is, a hydroxide solution and CO ₂ gas.

以下は、電気化学を伴わない追加の構成要素である：
１．濃度勾配を利用して、ナトリウムなどの陽イオンを溶媒から分離し、投入溶媒中の水酸化物を減少または除去する膜処理。場合によっては、このユニットは溶媒を炭酸塩から重炭酸塩へと部分的に転化させることができる。
２．炭酸ナトリウムと水酸化ナトリウムとの混合物から沈殿を介して炭酸ナトリウムを分離するための温度変動（スウィング）処理。
３．重炭酸塩溶液を、温度または圧力変動によって炭酸塩溶液へと導く処理。かかる処理は、炭酸ナトリウムまたはカリウムとＣＯ_２との間の重炭酸塩を生成する反応のための十分に高いＣＯ_２圧で動作する一定のＣＯ_２洗浄系で普通は配備されている。
４．重炭酸塩溶液を受取り、蒸発または温度変動を用いて溶液から重炭酸塩を析出させる処理。
５．重炭酸塩をか焼して炭酸塩とする処理。ここでとくに関心がもたれるのは重炭酸ナトリウムまたはカリウムである。
６．酸を水酸化物−炭酸塩混合物と混合して該混合物を中和し、これらの塩の固体の沈殿を形成させる処理。この処理は、純粋な炭酸塩で停止することも、さらに進行して、炭酸塩／重炭酸塩混合物を形成するかまたは最後の重炭酸塩に至るまで進行することもできる。
７．酸を用いてすべてのＣＯ_２を重炭酸塩あるいは炭酸塩または水酸化物混合物から追出す処理。この処理は、配管系圧でＣＯ_２を配送するために高昇温度で実施することができる。 The following are additional components without electrochemistry:
1. A membrane process that uses a concentration gradient to separate cations such as sodium from the solvent to reduce or remove hydroxide in the input solvent. In some cases, this unit can partially convert the solvent from carbonate to bicarbonate.
2. Temperature fluctuation (swing) treatment for separating sodium carbonate from the mixture of sodium carbonate and sodium hydroxide via precipitation.
3. A process that leads a bicarbonate solution to a carbonate solution by temperature or pressure fluctuations. Such treatment is usually deployed in certain CO ₂ scrubbing systems that operate at a sufficiently high CO ₂ pressure for reactions that produce bicarbonate between sodium or potassium carbonate and CO ₂ .
4). A process of receiving a bicarbonate solution and precipitating the bicarbonate from the solution using evaporation or temperature fluctuations.
5. A process in which bicarbonate is calcined to form carbonate. Of particular interest here is sodium or potassium bicarbonate.
6). A process in which an acid is mixed with a hydroxide-carbonate mixture to neutralize the mixture and form a solid precipitate of these salts. This treatment can be stopped with pure carbonate or can proceed further to form a carbonate / bicarbonate mixture or to reach the final bicarbonate.
7). A process of expelling all CO ₂ from a bicarbonate or carbonate or hydroxide mixture with an acid. This process can be performed at high elevated temperatures to deliver CO ₂ at the piping system pressure.

プロセス全体の機構の概要
すべてのプロセスは、ユニットにおける空気からの二酸化炭素の抽出・取り出しから始まるが、ここではユニットについては詳述することはしない。特定の一実施例は、本発明の他の態様で取扱った。このユニットの詳細はここでは重要な事ではなく、ただ、このユニットが水酸化物を主成分とする溶媒を消費し、これが全部または部分的に炭酸塩に転化されることだけを指摘しておく。溶媒を部分的に重炭酸塩に転化させることも可能である。この後者の場合には、炭酸塩を出発溶媒として使用することも考えられる。投入溶媒は、まさしく水酸化物以外の化学物質を含有していてもよい。たとえば、その投入溶媒は、処理性能を改善するある種の添加剤を含有しうるが、とりわけ、先の処理サイクルからの残留炭酸塩を含有することができる。 Overview of overall process mechanism All processes start with the extraction and extraction of carbon dioxide from the air in the unit, but the unit is not described in detail here. One particular example has been dealt with in another aspect of the invention. The details of this unit are not important here, just point out that this unit consumes hydroxide-based solvent, which is wholly or partly converted to carbonate. . It is also possible to partially convert the solvent to bicarbonate. In this latter case, it is also conceivable to use carbonates as starting solvents. The input solvent may contain chemical substances other than hydroxides. For example, the input solvent may contain certain additives that improve processing performance, but may contain, inter alia, residual carbonate from previous processing cycles.

本発明のこの項の目的は、溶媒の循環ならびに好ましくは後続処理工程に適した圧力下で濃縮流中へＣＯ_２を部分的または完全に回収するための処理および方法の概略を述べることである。以下の論述では、明快を目的として、特定の水酸化物および特定の酸に言及する。しかしながら、当該処理はこれらの特定の化学物質に限定されるものではなく、他のイオン種を包含するように一般化することが容易にできることを強調しておきたい。 The purpose of this section of the invention is to outline a process and method for partial or complete recovery of CO ₂ into a concentrated stream under solvent circulation and preferably at a pressure suitable for subsequent processing steps. . In the discussion that follows, reference is made to specific hydroxides and specific acids for purposes of clarity. However, it should be emphasized that the process is not limited to these specific chemicals and can be easily generalized to include other ionic species.

下記の例では、空気接触器ユニットは、濃度が、水酸化ナトリウムが１リットル当り１モルを超える水酸化ナトリウム溶液を使用する。先行処理サイクルからの溶媒中になお若干の残留炭酸塩があるかもしれないが、該溶媒を空気に曝露するとき、水酸化物が炭酸塩に転化され、溶液の炭酸塩濃度が、それ以上の転化が望ましくはなくなるまで上昇し始める。この吸収過程を停止させるのには、いくつかの理由がある。とくに、水酸化物が消費されるから、処理が停止させられるかもしれず、あるいは炭酸塩濃度が飽和レベルに達する。ほとんどの捕捉デザインの場合、吸収器中での炭酸塩の析出は望ましくない。生じた炭酸塩溶液は、つぎに、さらなる処理のために捕捉ユニットから戻される。   In the example below, the air contactor unit uses a sodium hydroxide solution whose concentration is greater than 1 mole of sodium hydroxide per liter. There may still be some residual carbonate in the solvent from the pretreatment cycle, but when the solvent is exposed to air, the hydroxide is converted to carbonate and the carbonate concentration of the solution is higher than that. It begins to rise until conversion is not desired. There are several reasons for stopping this absorption process. In particular, since the hydroxide is consumed, the process may be stopped or the carbonate concentration reaches a saturation level. For most capture designs, carbonate deposition in the absorber is undesirable. The resulting carbonate solution is then returned from the capture unit for further processing.

概念的に、当該回収プロセスにおいて下記の３つの工程を考えることができる：
１．未転化水酸化物の炭酸塩からの分離；
２．炭酸ナトリウムの水酸化ナトリウムおよび重炭酸ナトリウムへの分解。これは酸塩基分解である；および
３．重炭酸ナトリウムの水酸化ナトリウムまたは炭酸ナトリウムと炭酸への分解。 Conceptually, the following three steps can be considered in the recovery process:
1. Separation of unconverted hydroxide from carbonate;
2. Decomposition of sodium carbonate to sodium hydroxide and sodium bicarbonate. This is acid-base decomposition; and Decomposition of sodium bicarbonate into sodium hydroxide or sodium carbonate and carbonate.

実施態様によっては、これらの工程を結びつけて、２つの処理工程に、さらには単一の処理工程とすることができる。   In some embodiments, these steps can be combined into two processing steps or even a single processing step.

別法として、これらの工程の各々を、弱酸を用いて塩基（ここではナトリウム）を中和することによって実施することができる。該酸のナトリウム塩が沈殿すれば、酸陰イオンをその沈殿した形で液体から分離することは簡単であるから、処理を任意の点で停止することができる；さもなければ、中和処理を完了まで行なわなければならず、その場合の結果は気体状ＣＯ_２および当該塩基の塩である。空気捕捉に水酸化ナトリウムを使用し、酸が酢酸であるならば、結果として酢酸ナトリウムとなる。この生じた酢酸ナトリウムは、水酸化ナトリウムと酢酸とに分離する。両者ともに再循環する。酢酸ナトリウムの分解は、双極性膜を包含する電気透析ユニットを用いて実施するのが最善である。高圧ＣＯ_２が必要ならば、酢酸よりも強い酸が必要である。 Alternatively, each of these steps can be performed by neutralizing the base (here sodium) with a weak acid. If the sodium salt of the acid precipitates, the treatment can be stopped at any point because it is easy to separate the acid anion from the liquid in its precipitated form; Must be done to completion, in which case the result is gaseous CO ₂ and a salt of the base. If sodium hydroxide is used for air capture and the acid is acetic acid, the result is sodium acetate. The resulting sodium acetate is separated into sodium hydroxide and acetic acid. Both recirculate. The decomposition of sodium acetate is best carried out using an electrodialysis unit that includes a bipolar membrane. If high pressure CO ₂ is required, an acid stronger than acetic acid is required.

プロセス１：
図５−７を参照すれば、プロセス１により、溶媒のグレードアップは３つの別個の工程に分けられる。まず、ブラインから炭酸塩の大部分を分離する。つぎに、それは電気化学的工程を用いて、ブラインからナトリウムイオンを実質的に取り出し、水酸化ナトリウムおよび重炭酸ナトリウムになる。最後に、生じた重炭酸ナトリウムが、酸を添加してそのＣＯ_２を放出し、その酸は電気化学的工程へと再循環される。この処理の実施態様の利点は、それが高いエネルギー効率を加圧ＣＯ_２を製出する能力の他に持つことである。二酸化炭素が高圧のもとで製出されうることが、電気化学的分離の長所である。 Process 1:
Referring to FIGS. 5-7, Process 1 divides the solvent upgrade into three separate steps. First, most of the carbonate is separated from the brine. Next, it uses an electrochemical process to substantially remove sodium ions from the brine to sodium hydroxide and sodium bicarbonate. Finally, the resulting sodium bicarbonate adds acid to release its CO _2, which is recycled to the electrochemical process. The advantage of this process embodiment is that it has high energy efficiency in addition to the ability to produce pressurized CO ₂ . The advantage of electrochemical separation is that carbon dioxide can be produced under high pressure.

工程１．１
使用済み溶媒から温度変動によって炭酸ナトリウムを取り出す。炭酸ナトリウムの溶解度は、水酸化ナトリウムの溶解液よりもずっと小さい。（同様の理論は他の水酸化物のいくつかにも当てはまるが、この実施態様は溶解度の範囲が適合するものに限定される）。したがって、濃縮炭酸ナトリウム溶液の場合、ＣＯ_２吸収によって炭酸ナトリウムへ転化されうる炭酸ナトリウムの最大量は限定される。高濃度の水酸化ナトリウムで運転する一つの短所は、使用済み溶媒が、水酸化ナトリウムによって、依然支配されていることであり、水酸化ナトリウムを費用のかかる多段階を経由して処理すべきではない。温度変動法は、水酸化ナトリウムすべてを膜系に通さずに炭酸塩の分離が可能になるがゆえに、上記の問題を克服する。使用済み溶液が炭酸ナトリウムでほぼ飽和している場合には、沈殿によって炭酸塩の一部を取り出すことができる。炭酸ナトリウムの溶解度は、０℃と２５℃との間で３倍よりももっと変化する。かくして、入って来る流体と出て行く流体との間の熱交換による温度変動により、水酸化ナトリウム溶液を回復させることが可能である。このアプローチにより、最大温度変動の大きい暖かく乾燥した環境状態で外界の熱が利用される。この回復された水酸化物溶液は、空気接触器ユニットへ送り返される。また、このアプローチは、高濃度のＮａＯＨが同時発生的な水分損失を減少させるのを助長するような乾燥気候条件下でより有利に展開される。 Step 1.1
Sodium carbonate is removed from the spent solvent by temperature fluctuations. The solubility of sodium carbonate is much less than the solution of sodium hydroxide. (Similar theories apply to some of the other hydroxides, but this embodiment is limited to those with a compatible solubility range). Thus, in the case of concentrated sodium carbonate solution, the maximum amount of sodium carbonate that can be converted to sodium carbonate by CO ₂ absorption is limited. One disadvantage of operating with high concentrations of sodium hydroxide is that the spent solvent is still dominated by sodium hydroxide, and sodium hydroxide should not be processed through expensive multi-steps. Absent. The temperature variation method overcomes the above problems because it allows the separation of carbonate without passing all of the sodium hydroxide through the membrane system. If the spent solution is almost saturated with sodium carbonate, some of the carbonate can be removed by precipitation. The solubility of sodium carbonate varies more than 3 times between 0 ° C and 25 ° C. Thus, it is possible to recover the sodium hydroxide solution by temperature fluctuations due to heat exchange between the incoming fluid and the outgoing fluid. This approach utilizes external heat in a warm and dry environment with a maximum temperature variation. This recovered hydroxide solution is sent back to the air contactor unit. This approach also develops more advantageously under dry climatic conditions where high concentrations of NaOH help reduce concurrent water loss.

工程１．２
炭酸ナトリウム沈殿を、水に最大濃度で溶解させる。炭酸ナトリウムを水酸化ナトリウム（塩基）と重炭酸ナトリウム（酸）とに分離できる酸／塩基分離用電気化学的ユニットの中で、炭酸ナトリウムをさらに処理する。この電気化学的分離には、いくつかの異なるデザインが可能である。いくつかのデザインは、双極性膜を使用する酸と塩基のための慣用の技術水準に属する一般的な分離器である。他のものは、水素電極を包含する。以下、炭酸ナトリウムの解離のために特に設計された特定のユニットについて記述する。 Step 1.2
The sodium carbonate precipitate is dissolved in water at maximum concentration. The sodium carbonate is further processed in an acid / base separation electrochemical unit capable of separating sodium carbonate into sodium hydroxide (base) and sodium bicarbonate (acid). Several different designs are possible for this electrochemical separation. Some designs are common separators belonging to the state of the art for acids and bases using bipolar membranes. Others include a hydrogen electrode. The following describes specific units specifically designed for dissociation of sodium carbonate.

工程１．３
工程１．２から得られた重炭酸塩溶液を、耐圧容器に注入して、そこでそれを弱酸と混合する。好ましい酸には、クエン酸、蟻酸および酢酸が含まれる。しかしながら、本発明はいずれかの特定の酸に限定されるものではない。酸塩基反応は、当該塩から炭酸を取り出す。つぎに、炭酸は分解して、ＣＯ_２と水になる。ＣＯ_２は、まず溶解してブラインになるが、まもなく、容器圧力を超える圧力に達し、加圧ＣＯ_２流が放出されることになる。このユニットについて設計上の制約があるため、酸の選択が若干制限される。もっとも重要なことは、該酸が、設計圧においても、溶液からＣＯ_２を追出すのに十分に強いものである必要があることである。このユニットのさらなる考察については、下記を参照されたい。かかる系の長所は、それが、耐圧容器中に大型の電気化学的ユニットを組み込む必要なしに、配管系圧のもとで濃縮ＣＯ_２の放出を可能ならしめることである。あとには、該弱酸の塩のブラインが残される。この塩は酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムまたは任意の他の弱酸塩であってよい。
工程１．４ Step 1.3
The bicarbonate solution obtained from step 1.2 is poured into a pressure vessel where it is mixed with a weak acid. Preferred acids include citric acid, formic acid and acetic acid. However, the present invention is not limited to any particular acid. In the acid-base reaction, carbonic acid is extracted from the salt. Next, carbonic acid decomposes into CO ₂ and water. The CO ₂ will first dissolve and become brine, but soon it will reach a pressure above the vessel pressure and a pressurized CO ₂ stream will be released. Due to design constraints on this unit, the choice of acid is somewhat limited. Most importantly, the acid needs to be strong enough to drive CO _{2 out} of solution, even at the design pressure. See below for further discussion of this unit. The advantage of such a system is that it makes it possible to release concentrated CO ₂ under piping system pressure without having to incorporate a large electrochemical unit in the pressure vessel. After that, the brine of the weak acid salt is left. This salt may be sodium acetate, sodium citrate or any other weak acid salt.
Step 1.4

捕捉に用いた弱酸と塩基との塩が、水酸化ナトリウムおよび該弱酸の回収の目的で陽イオン性、陰イオン性または双極性の膜を用いた電気透析ユニットにおいて分解される。使用可能なこのユニットにはいくつかの変形がある。工程１．４の終結とともにＣＯ_２が回収され、残留水酸化ナトリウムは全体のサイクルへ戻される。種々のデザイン選択肢のうちから選択する際、溶液から陰イオンを除去するよりもむしろ溶液からナトリウムイオンを除去するユニットを用いるのが有利である。残留陰イオンを空気接触器へ送り込むことは一般に望ましくないからである。これはまた、水酸化ナトリウムブラインの濃度を調節することをも可能にする。それゆえ、この実施態様の詳細な条件に応じて、この最後の処理は、水酸化ナトリウムの含水量を空気接触器で望まれるものに調節するのに利用できる。ここでは、電気透析処理で弱酸の回収に必要なエネルギーがより少なくてすむゆえに、概して弱酸について言及しているが、原則として、当該処理は強酸を用いても作用することに特に言及しておく。いくつかの特別な場合には、強酸は、本質的により高い電気化学ポテンシャルを克服する他の利点をもちうる。たとえば、ある種の膜は、より大きい有機酸によるよりも強酸の単純イオンによる、より大きい電流に耐えることができる。 The salt of weak acid and base used for capture is decomposed in an electrodialysis unit using a cationic, anionic or bipolar membrane for the purpose of recovery of sodium hydroxide and the weak acid. There are several variants of this unit that can be used. CO ₂ is recovered at the end of step 1.4 and residual sodium hydroxide is returned to the entire cycle. When selecting from various design options, it is advantageous to use a unit that removes sodium ions from the solution rather than removing anions from the solution. This is because it is generally undesirable to feed residual anions into the air contactor. This also makes it possible to adjust the concentration of sodium hydroxide brine. Therefore, depending on the detailed conditions of this embodiment, this last treatment can be used to adjust the water content of sodium hydroxide to what is desired in the air contactor. Here, we generally refer to weak acids because less energy is required for the recovery of weak acids in electrodialysis treatment, but in particular it should be noted that in principle the treatment also works with strong acids. . In some special cases, strong acids may have other advantages overcoming essentially higher electrochemical potentials. For example, certain membranes can withstand higher currents with simple ions of strong acids than with larger organic acids.

プロセス２：
図８を参照すれば、この処理はプロセス１にきわめて似ているが、それは第一工程を膜分離系によって置換えている。これで、濃縮が必要な相対的に希薄なＮａＯＨ溶液を生成させることになるであろう。それは、次工程で、膜の水酸化物側での出発ブラインとして使用することができよう。プロセス２は、空気抽出工程が溶媒からの蒸発による水分損失を引き起こし、かくしていずれにせよ溶媒に追加の水を添加することが必要であるとしても、とくに良好に作用する。 Process 2:
Referring to FIG. 8, this process is very similar to Process 1, but it replaces the first step with a membrane separation system. This will produce a relatively dilute NaOH solution that needs to be concentrated. It could be used as the starting brine on the hydroxide side of the membrane in the next step. Process 2 works particularly well even if the air extraction step causes water loss due to evaporation from the solvent and thus requires any additional water to be added to the solvent anyway.

工程２．１
希釈ＮａＯＨ溶液と濃縮ＮａＯＨ／Ｎａ_２ＣＯ_３ブラインとを交互に含有するセルからなる周期系を使用する。一方の側では、それらのセルは陽イオン性膜によって隔てられており、他方の側では双極性膜によって隔てられている。最後のセルは最初のセルに接続されて、系を周期的に起こるものにしている。デザインを単一のセル対まで縮小することができるが、一般的には、幾何学的制約のため多セル系が有利である。陽イオン性膜を通って、ナトリウムが拡散するとき、セルの電荷が中性であることのために、双極性膜がＨ^＋−ＯＨ⁻対を提供することが要求される。Ｈ^＋はあとに残されたＯＨ⁻を中和する；ＯＨ⁻は他の室の取り出されたナトリウムで塩基を形成する。第一近似では、２つの室中のナトリウム濃度が釣合い、使用済み溶媒中のＮａＯＨの少なくとも半分が炭酸ナトリウムに転化されていれば、この分離が電力投入なしに実施できることが示唆される。そうでなければ、この系を用いて、ＮａＯＨ濃度を部分的に低下させることがなお可能であり、溶液の含水量を高めたければ、それらのナトリウムイオンの大部分を、系の炭酸塩側の残留ナトリウムイオン濃度よりも低いナトリウムイオン濃度を維持する必要のある新しい水酸化物室へ移動させることができる。多くの空気接触器のデザインではもともと溶液中にあった水の若干が失われているであろうから、この点でのブラインの希釈は実際に望ましいことかもしれない。しかし、処理工程１．２に類似の処理工程２．２は、ＮａＯＨの抽出があまり完全でなくても、進行可能である。 Process 2.1
A periodic system consisting of cells containing alternating dilute NaOH solution and concentrated NaOH / Na ₂ CO ₃ brine is used. On one side, the cells are separated by a cationic membrane and on the other side by a bipolar membrane. The last cell is connected to the first cell, making the system occur periodically. Although the design can be reduced to a single cell pair, generally a multi-cell system is advantageous due to geometric constraints. When sodium diffuses through the cationic membrane, the bipolar membrane is required to provide an H ⁺ -OH ^- pair because of the neutral charge of the cell. H ⁺ neutralizes the remaining OH ⁻ ; OH ⁻ forms a base with the removed sodium in the other chambers. The first approximation suggests that this separation can be performed without powering if the sodium concentrations in the two chambers are balanced and at least half of the NaOH in the spent solvent has been converted to sodium carbonate. Otherwise, it is still possible to partially reduce the NaOH concentration using this system, and if one wants to increase the water content of the solution, most of their sodium ions are removed from the carbonate side of the system. It can be moved to a new hydroxide chamber that needs to maintain a sodium ion concentration lower than the residual sodium ion concentration. Since many air contactor designs will have lost some of the water originally in solution, dilution of the brine at this point may actually be desirable. However, process step 2.2, which is similar to process step 1.2, can proceed even if the NaOH extraction is not very complete.

多数のこれらのセル配置（末端を閉鎖しない）を行い、重炭酸ナトリウムを生成させるための工程２．２で使用するスタック（積層構造）にそれらを組み込むことにより、濃度によって運転されるセルの動力を利用でき、転化の第二工程のためにその駆動力発現を部分的に提供することができる（図８）。   The power of the cell operated by concentration by making a number of these cell arrangements (do not end-close) and incorporating them into the stack used in step 2.2 to produce sodium bicarbonate Can be used to partially provide its driving force expression for the second step of conversion (FIG. 8).

工程２．２
この処理は、上記の工程１．２にきわめて類似している。相違点は、炭酸ナトリウムが溶解された形で供給され、投入ブライン中に残留水酸化ナトリウムが存在している可能性があることである。 Step 2.2
This process is very similar to step 1.2 above. The difference is that sodium carbonate is supplied in dissolved form and residual sodium hydroxide may be present in the input brine.

工程２．３および工程２．４
工程１．３および１．４と同じ。 Step 2.3 and Step 2.4
Same as steps 1.3 and 1.4.

プロセス３
図９を参照すると、プロセスを単純化する目的で、炭酸ナトリウムを水酸化ナトリウムと重炭酸ナトリウムとに電気化学的に分離する工程を削除する。代りに、弱酸を用いて直接ＣＯ_２を産生させる。この実施態様は、単純化したために包含させたのであり、それは将来に技術水準を利用することを可能にするがゆえに、いくつかの特定の酸／塩基対での酸／塩基分離のためのきわめて効率的な実施態様に到達していると言ってもよい。もちろん、工程１．１と２．１をちょうど炭酸塩の境界までよりもさらに推し進めることのできるハイブリッドプロセスを生み出すことも可能である。別の代替法として、１．２および２．２での電気化学的分離を用いて、重炭酸ナトリウムの全面形成の手前で止めることもできよう。 Process 3
Referring to FIG. 9, the step of electrochemically separating sodium carbonate into sodium hydroxide and sodium bicarbonate is eliminated in order to simplify the process. Instead, CO ₂ is produced directly using a weak acid. This embodiment has been included for simplicity, which makes it possible to take advantage of the state of the art in the future, and is therefore very useful for acid / base separations with several specific acid / base pairs. It can be said that an efficient embodiment has been reached. Of course, it is also possible to create a hybrid process that can push steps 1.1 and 2.1 further than just the carbonate boundary. As another alternative, electrochemical separation at 1.2 and 2.2 could be used to stop before the full formation of sodium bicarbonate.

工程３．１
この工程は、投入ブライン中の水酸化ナトリウムから炭酸ナトリウムを分離する。この工程は、工程１．１と同様にして、または工程２．１と同様にして、実施できる。水酸化物・炭酸塩混合物を工程３．２へ導入することによって、それを完全に除去することもできる。 Step 3.1
This step separates sodium carbonate from sodium hydroxide in the input brine. This step can be performed in the same manner as in step 1.1 or in the same manner as in step 2.1. It is also possible to completely remove the hydroxide / carbonate mixture by introducing it into step 3.2.

工程３．２
この工程は、工程１．３および２．３に類似のものであるが、２倍量の酸を必要とする。かかる実施態様の利点は、フローシートの実質的合理化である。 Step 3.2
This step is similar to steps 1.3 and 2.3 but requires twice as much acid. The advantage of such an embodiment is the substantial rationalization of the flow sheet.

工程３．３
この工程は、工程１．４および２．４に類似のものであるが、２倍量の酸を製出する。 Step 3.3
This step is similar to steps 1.4 and 2.4 but produces twice as much acid.

プロセス４：
図１０を参照すれば、プロセス４は、プロセス１および２と同様にスタートするが、つぎに、酸分解を、ＣＯ_２を溶液から追出す双極性膜過程によって置換える。 Process 4:
Referring to FIG. 10, process 4 starts in the same manner as processes 1 and 2, but then acid degradation is replaced by a bipolar membrane process that drives CO _{2 out} of solution.

工程４．１
この工程は工程１．１または工程２．１と同じである。
工程４．２
この工程は工程１．２または工程２．２と同じである。 Step 4.1
This step is the same as step 1.1 or step 2.1.
Step 4.2
This step is the same as step 1.2 or step 2.2.

工程４．３
ＮａＨＣＯ_３のＣＯ_２とＮａＯＨへの電気化学的分離。これは、双極性膜による電気透析に基づいている。高圧ＣＯ_２を得るためには、当該電気透析ユニットは、セル全体にわたって所望のＣＯ_２圧を維持する耐圧容器内に配置すべきである。この理由から、工程４．２と４．３を結びつけないことが望ましい。その理由は圧力下に維持される必要のあるユニットの寸法を増大させるからである。しかし、２つのユニットを１つに合わせることは可能である。かかるデザインの利点は、プロセス工程数の減少であろう。さらに、３つのユニットを１つの結びつけることも可能であろう。他の実施態様は他の電気化学的手段、たとえば、カソードで水素を発生させ、アノードには、該カソードで産生された水素を消費する水素電極を使用する電解系を使用するものであろう。 Step 4.3
Electrochemical separation of NaHCO ₃ into CO ₂ and NaOH. This is based on electrodialysis with a bipolar membrane. To obtain a high-pressure CO ₂ is the electrodialysis unit should be placed in a pressure vessel to maintain the desired CO ₂ pressure over the entire cell. For this reason, it is desirable not to link steps 4.2 and 4.3. The reason is that it increases the size of the unit that needs to be maintained under pressure. However, it is possible to combine two units into one. The advantage of such a design would be a reduction in the number of process steps. It would also be possible to combine three units into one. Other embodiments would use other electrochemical means, for example, an electrolytic system that generates hydrogen at the cathode and the anode uses a hydrogen electrode that consumes the hydrogen produced at the cathode.

プロセス５：
プロセス５および６は、重炭酸塩ブラインからＣＯ_２を抽出し、少なくとも部分的に炭酸ナトリウムを製出し、かくして、最終諸工程と上流諸工程との間に新しい再循環ループを導入する。プロセス５は重炭酸ナトリウムを析出させ、プロセス６は該プロセスの水性版を実行する。結果として、これらのプロセスは、炭酸塩のみを産生し、この炭酸塩をＣＯ_２捕捉のための新鮮な吸収剤として使用する実施態様によく適している。図１１参照。 Process 5:
Processes 5 and 6 extract CO ₂ from bicarbonate brine and at least partially produce sodium carbonate, thus introducing a new recycle loop between the final steps and the upstream steps. Process 5 precipitates sodium bicarbonate and process 6 performs an aqueous version of the process. As a result, these processes produce only carbonate are well suited for implementation using this carbonate as fresh absorbent for CO ₂ capture. See FIG.

工程５．１
この工程は工程１．１または工程２．１と同じである。
工程５．２
この工程は工程１．２または工程２．２と同じである。しかし、このユニットへの投入物は、一部は過程５．１から、または一部は工程５．５由来の再循環炭酸ナトリウムから得られたものである。 Step 5.1
This step is the same as step 1.1 or step 2.1.
Step 5.2
This step is the same as step 1.2 or step 2.2. However, the input to this unit was partly derived from step 5.1 or partly from recycled sodium carbonate from step 5.5.

工程５．３
水除去による重炭酸塩濃度の増大。これは、水透過性膜を通して水を濃ブライン中へと通過させることによって最もよく達成できる。これらのブラインの可能な供給源は２つある：（１）空気接触器から出てくる濃ブライン；これは、工程５．１が工程２．１に続く場合にとくに有用である；（２）工程５．１が１．１に類似であり、固体炭酸ナトリウム沈殿が生じる場合には、その工程に由来する濃縮ブライン。結果は、重炭酸ナトリウムの濃縮ブラインである。それは、溶液全体にわたって外界より高いＣＯ_２分圧を含むよう、気密容器中に収容することが必要である。 Step 5.3
Increase bicarbonate concentration by removing water. This can best be achieved by passing water through a water permeable membrane into concentrated brine. There are two possible sources of these brines: (1) concentrated brine coming out of the air contactor; this is particularly useful when step 5.1 follows step 2.1; (2) If step 5.1 is similar to 1.1 and solid sodium carbonate precipitation occurs, concentrated brine from that step. The result is a concentrated brine of sodium bicarbonate. It needs to be housed in an airtight container to contain a higher CO ₂ partial pressure than the outside world throughout the solution.

ブラインから水を除くための別の選択肢は、通常の電気透析ユニット（双極性膜なし）を逆に運転することである。サイクル中のどこかで再使用される純水を用いる（系全体が水を失う）よりもむしろ、膜の他方側の濃縮ブラインを集めて、さらに使用する。このアプローチの利点は、より少量を膜に通過させるだけでよいことであるが、うまくいくためには起電力を必要とする   Another option for removing water from the brine is to run a normal electrodialysis unit (no bipolar membrane) in reverse. Rather than using pure water that is reused somewhere in the cycle (the entire system loses water), the concentrated brine on the other side of the membrane is collected and used further. The advantage of this approach is that only a smaller amount needs to pass through the membrane, but an electromotive force is required to work

工程５．４
ブラインから重炭酸ナトリウムを析出させるための温度変動。この温度変動は、Ｎａ_２ＣＯ_３析出のための温度変動ほど効率的ではない。しかし、２５℃と０℃との間で操作することにより、重炭酸塩のおよそ１／３を除去することが可能になる。投入物と産出物との間の熱交換が、系内での熱損失を最小限にしてくれる。残留ブラインは工程５．３へ送り戻され、さらに脱水される。 Step 5.4
Temperature variation to precipitate sodium bicarbonate from brine. This temperature variation is not as efficient as the temperature variation for Na ₂ CO ₃ precipitation. However, by operating between 25 ° C. and 0 ° C., approximately 1/3 of the bicarbonate can be removed. Heat exchange between the input and output minimizes heat loss in the system. Residual brine is sent back to step 5.3 for further dehydration.

工程５．５
固体重炭酸ナトリウムのか焼による炭酸ナトリウムおよび加圧ＣＯ_２の生成。ＣＯ_２を加圧するために、耐圧容器中にか焼装置を納める。かかる系は、種々の廃熱源、たとえば精錬所あるいは発電所からの廃熱を利用できよう。別の代替手段は、カーボンニュトラルという長所をもつ太陽エネルギーであろう。化石炭素を用いる場合には、その熱源は空気よりもむしろ酸素を用いるべきであり、その燃焼で生じたＣＯ_２を捕集すべきである。上流の電気透析ユニットで製出された水素および酸素は、他のＣＯ_２不含エネルギー源を提供してくれるであろう。これに代えて、製出された炭酸ナトリウムの小部分を部分的に、燃焼過程からのＣＯ_２を吸着するために使用できよう。この重炭酸ナトリウムブラインは、再度の水の除去のために５．３へ戻される。残りの炭酸ナトリウムは、工程５．２へ送り返される。ＣＯ_２の流れがこのユニットから出て行く。 Step 5.5
Production of sodium carbonate and pressurized CO ₂ by calcination of solid sodium bicarbonate. In order to pressurize the CO ₂ , the calcination apparatus is placed in a pressure vessel. Such systems could utilize waste heat from a variety of waste heat sources, such as smelters or power plants. Another alternative would be solar energy with the advantage of carbon neutral. When using fossil carbon, the heat source should use oxygen rather than air, and capture the CO ₂ produced by the combustion. Hydrogen and oxygen produced in the upstream electrodialysis unit will provide another source of CO ₂ free energy. Alternatively, a small portion of the sodium carbonate produced could be used in part to adsorb CO ₂ from the combustion process. This sodium bicarbonate brine is returned to 5.3 for re-water removal. The remaining sodium carbonate is sent back to step 5.2. A CO ₂ stream exits the unit.

この実施態様の長所は、それが電力需要を減少させ、部分的に低品位の熱で置換えることである。それゆえ、この方法は、電力が高価であるかまたはきわめてＣＯ_２が強度な地域では、とくに有用である。方法１−４は、低コスト、低炭素電力、たとえば水力発電または大規模風車農場からの余剰風力のある地域で有利である。 The advantage of this embodiment is that it reduces power demand and partially replaces it with low grade heat. Therefore, this method is particularly useful in areas where power is expensive or very CO ₂ is intense. Methods 1-4 are advantageous in areas with low cost, low carbon power, such as hydropower or surplus wind power from large wind farms.

プロセス６：
プロセス６は、プロセス５に似ているが、沈殿／か焼を、直接溶液中での重炭酸ナトリウムの熱分解で置換える。プロセス５の長所は、ＣＯ_２流中で高圧を容易に得ることができることであるが、プロセス６は、実施が容易であり、慣用の流れ処理に従っている。図１２参照。 Process 6:
Process 6 is similar to Process 5, but replaces precipitation / calcination with thermal decomposition of sodium bicarbonate directly in solution. The advantage of Process 5 is that high pressure can be easily obtained in the CO ₂ stream, while Process 6 is easy to implement and follows conventional flow treatment. See FIG.

工程６．１
この工程は工程５．１と同じである。
工程６．２
この工程は工程５．２と同じである。
工程６．３
この工程は工程５．３と同じであるが、５．３の濃度よりも濃度を低く保つことができ、実施態様によっては省略できる。 Step 6.1
This step is the same as step 5.1.
Step 6.2
This step is the same as step 5.2.
Step 6.3
This step is the same as step 5.3, but the concentration can be kept lower than the concentration of 5.3 and can be omitted in some embodiments.

工程６．４
ブラインからＣＯ_２を除去するために溶液を加熱するための温度変動および炭酸ナトリウムで富化されたブラインの工程６．２への送り戻し。エネルギー需要を最小限にするために、熱交換器を用いる。水凝縮はこのユニット内部で管理できる。考察については、下記を参照。潜在的な熱源は、工程５．５で列挙したものと同様である。６．２で生じたブラインの一部を、熱発生で生じたＣＯ_２を吸収するために使用できる。生じた炭酸ナトリウムの富化ブラインは工程６．２へ戻される。 Step 6.4
Temperature fluctuations to heat the solution to remove CO ₂ from the brine and return of sodium carbonate enriched brine to step 6.2. Use heat exchangers to minimize energy demand. Water condensation can be managed inside this unit. See below for a discussion. Potential heat sources are similar to those listed in step 5.5. A portion of the brine generated in 6.2 can be used to absorb the CO ₂ generated by heat generation. The resulting sodium carbonate enriched brine is returned to step 6.2.

プロセス７：
プロセス７は、ＣＯ_２発生ユニットを厳密に重炭酸塩と炭酸塩との間で運転する点ならびにこの点を通過後にＣＯ_２発生器の電気透析を行なおうとしない点で、プロセス５および６に類似している。実際、高ｐＨの溶液ができるのを避けるために、そのプロセスは、それよりも少し前に終ってもよい。図１３参照。 Process 7:
Process 7 is based on Processes 5 and 6 in that the CO ₂ generator unit operates strictly between bicarbonate and carbonate and does not attempt to electrodialyze the CO ₂ generator after passing through this point. It is similar. In fact, the process may be completed slightly earlier to avoid creating a high pH solution. See FIG.

工程７．１
この工程は工程６．１と同じである。
工程７．２
この工程は工程６．２と同じである。
工程７．３
この工程は工程６．３と同じである。 Step 7.1
This step is the same as step 6.1.
Step 7.2
This step is the same as step 6.2.
Step 7.3
This step is the same as step 6.3.

工程７．４
陰イオン性および双極性の膜が交互になったセルで、塩基性ブラインは重炭酸塩溶液として、酸性ブラインは純水として出発し、印加電圧が重炭酸イオンおよび炭酸イオンをして前記陰イオン性膜を通過させ、酸性側に炭酸を生ぜしめ、該酸性側がＣＯ_２を放出する。炭酸陰イオンの除去とともに、塩基性側のブラインのｐＨが徐々に上昇する。この処理は、ＯＨ⁻濃度が溶解した無機炭素と競合し始めるときに、停止しなければならない。これにより、重炭酸塩ブラインの炭酸塩ブラインへの変換が可能になる。 Step 7.4
In a cell with alternating anionic and bipolar membranes, basic brine starts as bicarbonate solution, acidic brine starts as pure water, and the applied voltage is bicarbonate and carbonate ions, and the anion The carbon dioxide is passed through the acidic membrane to produce carbonic acid on the acidic side, which releases CO ₂ . With the removal of carbonate anions, the pH of the basic side brine gradually increases. This process, OH ^- when the concentration begins to compete with inorganic carbon dissolved must stop. This allows the conversion of bicarbonate brine to carbonate brine.

残った炭酸塩ブラインは、先行ユニットへ送り返され、それは、若干の脱水ののち、重炭酸塩ブラインへと再転化されうる。   The remaining carbonate brine is sent back to the preceding unit, which can be reconverted to bicarbonate brine after some dehydration.

諸プロセスの考察
上に概略を述べた諸プロセスは、異なる状況、異なる目的に対する異なる最適化態様を示している。いずれが最適であるかは、諸ユニットが運転される典型的温度、電力の地域コストおよび炭素強度、酸および塩基を製出する種々の電気化学的方式の進行によるであろう。この分野はいまだ若く、流動的であるので、やがてはもっと全電気化学的デザインへ優位性は移行していくことであろう。 Process Considerations The processes outlined above show different optimization aspects for different situations and different purposes. Which is optimal will depend on the typical temperature at which the units are operating, the local cost of power and the progress of various electrochemical schemes to produce carbon strength, acids and bases. Since this field is still young and fluid, it will eventually shift its dominance towards all-electrochemical design.

いずれも使用済み溶媒のＣＯ_２への変換に加え、回復させた溶媒の変換を完結させるために第二の酸に依存しているプロセス１−４は、酸／塩基分離およびＣＯ_２の加圧を独立して最適化することを可能にする。これら方法の利点は、ＣＯ_２を配管系圧まで上げるため圧縮機の必要性がなくなることである。プロセス５についても同じことが言えるが、プロセス６の場合、実施可能な最大圧力は、炭酸塩／重炭酸塩ブラインを上げたい温度によって限定される。プロセス６の一つの長所は、工程６．４が過去に大規模に実施されており、したがって、新規プロセスの規模拡大に伴うコスト上の不確実性が減ることである。 Process 1-4, both relying on the second acid to complete the conversion of the recovered solvent, in addition to the conversion of the spent solvent to CO ₂ , includes acid / base separation and CO ₂ pressurization. Can be optimized independently. The advantage of these methods is that the need for a compressor is eliminated because CO ₂ is raised to the piping system pressure. The same is true for Process 5, but for Process 6, the maximum pressure that can be performed is limited by the temperature at which the carbonate / bicarbonate brine is desired to be raised. One advantage of process 6 is that step 6.4 has been performed on a large scale in the past, thus reducing the cost uncertainty associated with scaling up new processes.

他のプロセスユニットを、たとえば不純物を処理するために、全体流に組み込むことができる。たとえば、空気接触器から来た炭酸塩ブラインは濾過して、蓄積したダストを除去しなければならない。   Other process units can be incorporated into the entire stream, for example to process impurities. For example, carbonate brine coming from an air contactor must be filtered to remove accumulated dust.

我々のデザインについて最適化される諸単位工程のより特別な実施態様を以下により詳しく考察するが、すべてのプロセスユニットについて標準的実施態様を用いることができる。   More specific implementations of the unit processes that are optimized for our design are discussed in more detail below, but standard implementations can be used for all process units.

炭酸塩の重炭酸塩および水酸化物への分離の実施態様
原則として、酸と塩基の分離用に確立された電気化学的処理のいずれの実施態様も、このプロセスユニットに適合させることができる。それらのすべてが双極性膜に頼っているわけではないが、多くがそうである。この目的で我々が開発した一つは、一連の陽イオン性および双極性の膜を併用している。その系は、水素および酸素を生成する２つの標準電極で終る。これらは、全エネルギー消費の数パーセントになるであろう。それらは、燃料電池を介してプロセスへ取込んでもよく、あるいは、熱を必要とするプロセス５および６では、ＣＯ_２の放出なしに熱を発生させる目的でそれらを燃焼させてもよい。 Embodiments of separation of carbonates into bicarbonates and hydroxides In principle, any embodiment of electrochemical treatment established for the separation of acids and bases can be adapted to this process unit. Not all of them rely on bipolar membranes, but many do. One that we have developed for this purpose uses a series of cationic and bipolar membranes in combination. The system ends with two standard electrodes that produce hydrogen and oxygen. These will be a few percent of total energy consumption. They may be taken into the process via a fuel cell, or in processes 5 and 6 requiring heat, they may be burned for the purpose of generating heat without CO ₂ emissions.

ナトリウムイオンは、混合物から水酸化ナトリウムを蓄積している次のセルへの濃度勾配か電気的勾配に従う。セルの異なる部分は、系内の電位差を最小化するために、異なる濃度で動作していてもよい。とくに、先に述べたように、濃度勾配のみによって駆動可能な上流での炭酸塩からの水酸化物の分離を包含させることができる。どのユニットも酸性ｐＨには達しないから、プロトン濃度は、どこにおいても、陰イオン性膜によって隔てられた区画の必要性がなくなるのに十分なだけ小さい。それゆえ、その系は、プロトン流を制御する必要のある従来の双極性膜に比してより単純である。これらのセルでは、負イオンは、それらがその中で生じたセルを離れない。この工程に先立って溶媒ブラインから炭酸ナトリウムを取り出すことの利点は、それによって、これらの膜を通過しなければならないナトリウムの量が減ることである。しかし、この処理の簡略版では、この第一工程を削除できる。   Sodium ions follow a concentration gradient or electrical gradient from the mixture to the next cell accumulating sodium hydroxide. Different parts of the cell may be operating at different concentrations to minimize potential differences within the system. In particular, as mentioned above, it is possible to include the separation of the hydroxide from the upstream carbonate which can be driven only by the concentration gradient. Since no unit reaches the acidic pH, the proton concentration is small enough to eliminate the need for compartments separated by an anionic membrane everywhere. The system is therefore simpler than conventional bipolar membranes where the proton flow needs to be controlled. In these cells, negative ions do not leave the cell in which they originate. The advantage of removing sodium carbonate from the solvent brine prior to this step is that it reduces the amount of sodium that must pass through these membranes. However, in the simplified version of this process, this first step can be deleted.

酸によって運転されるＣＯ _２ 発生装置の実施態様
酸を炭酸ナトリウムまたは重炭酸ナトリウムと混合すると、ＣＯ_２が活発に産生することになる。その酸が十分に強い場合、反応が、所望の圧力に保たれた容器の中に封じ込められていれば、プロセス全体が高圧のＣＯ_２を産生することができる。かかる系の一つの可能性ある利用法は、配管系圧よりも高い圧力でＣＯ_２を発生させて、その後の圧縮の必要性がなくなることである。 When mixed with embodiments acid sodium carbonate or sodium bicarbonate of CO ₂ generator is driven by an acid, so that the CO ₂ is actively produced. If the acid is strong enough, the entire process can produce high pressure CO ₂ if the reaction is confined in a vessel maintained at the desired pressure. One potential uses of such systems, by generating CO ₂ at a pressure higher than the piping system pressure, is eliminates that need for subsequent compression.

かかる系の一つの可能な実施態様は、３つの小型貯蔵容器、一つは酸で満たされたもの、一つは重炭酸塩で満たされたもの、第三はその酸の塩（たとえばナトリウム塩）で満たされたもの、を想定する。重炭酸塩および酸は、それぞれの貯蔵容器から、２つの液体の混合を助長するような形状とした流路へ注入される。酸が弱く、それゆえ反応が遅ければ、積極的に撹拌される容器を採用することも可能である。速い反応器中では、混合流路が高い点まで延びていて、そこで気体が液体流から分離され、液体流はつぎに下方へ導かれて、再び塩溶液の貯蔵容器へ入る。酸および塩基の貯蔵容器中への注入器は、塩排出貯蔵容器に機械的に接続されている。出口で利用される力学的エネルギーは、注入ポンプを駆動するのにほぼ十分である。直接の機械的結合は、力学的に連結されたピストン変位ポンプに基づくものであってよい。小型タービンも同様に連結できるであろう。力学的連結のためには、多くの技術水準のアプローチがある。   One possible embodiment of such a system is three small storage containers, one filled with acid, one filled with bicarbonate, and the third a salt of that acid (eg, sodium salt). ) Is assumed. Bicarbonate and acid are injected from each storage vessel into a channel shaped to facilitate mixing of the two liquids. If the acid is weak and therefore slow, it is possible to employ a container that is actively stirred. In a fast reactor, the mixing channel extends to a high point where the gas is separated from the liquid stream, which is then directed downwards and enters the salt solution storage vessel again. The injectors into the acid and base storage containers are mechanically connected to the salt discharge storage container. The mechanical energy utilized at the outlet is nearly sufficient to drive the infusion pump. The direct mechanical coupling may be based on a mechanically coupled piston displacement pump. Small turbines could be connected as well. There are many state-of-the-art approaches for mechanical linkage.

それに代えて、小型の系は、投入タンクおよび送出タンクがたとえば隔壁によって隔てられているバッチ操作で運転される。圧力を解除するとき、空の投入タンクの充填が、充満送出タンクの排出を余儀なくさせる。つぎに、系が周囲から圧力の上で隔離され、２種の流体が投入タンクから送出タンクへポンプ輸送されるとき、ＣＯ_２が製出される。送出タンクが充満したならば、ＣＯ_２ラインのバルブが閉じられ、このサイクルが繰り返される。他の実施態様は、移動隔壁に実質的に置換わるピストンを使用できるであろう。 Instead, the small system is operated in a batch operation in which the input tank and the output tank are separated by a partition, for example. When releasing the pressure, filling the empty input tank forces the discharge of the full delivery tank. Next, the system is isolated from the surroundings in pressure and CO2 is produced when the _two fluids are pumped from the input tank to the output tank. If delivery tank is filled, CO ₂ line valve is closed, the cycle is repeated. Other embodiments could use a piston that substantially replaces the moving partition.

塩流およびＣＯ_２流の送出エネルギーを電力に変換することによって、電気的結合をもたらすことももちろん可能である。体積上の小さな不適合は、ＣＯ_２送出ラインから若干の圧力エネルギーを抜取ることによって埋合わせできよう。原則として、これが、系全体内での多くのポンプ輸送の必要性を満足させる実質的な力学的エネルギー源でありえよう。この能力を利用して、炭酸と系を駆動するために用いる酸との間の強度不釣合いを調整することができる。 By converting the power delivery energy salt flow and CO ₂ stream, it is of course also possible to provide electrical coupling. Small mismatches on volume, could fit filled by withdrawing a slight pressure energy from CO ₂ delivery line. In principle, this could be a substantial mechanical energy source that satisfies many pumping needs within the entire system. This ability can be used to adjust the strength imbalance between the carbonic acid and the acid used to drive the system.

このようにして、上記酸生成が力学的エネルギー供給の便利な方法となり、そのエネルギーは排気二酸化炭素から取り去られるものである。   In this way, the acid generation provides a convenient method of supplying mechanical energy, which energy is removed from the exhaust carbon dioxide.

送出流中への二酸化炭素の注入に先立ち、特定の用途または特定の処理手段においてそれに課されているいかなる要件にも適合するよう、二酸化炭素を精製し、乾燥する必要がある。   Prior to the injection of carbon dioxide into the delivery stream, the carbon dioxide needs to be purified and dried to meet any requirements imposed on it in a particular application or a particular processing means.

熱変動ＣＯ _２ 発生器における水管理
重炭酸塩溶液を加熱する際、ＣＯ_２は水蒸気を同伴するであろうが、それは凝縮除去する必要がある。多少の圧力のもとに溶液から出て行くＣＯ_２は、水蒸気と混合されて貯蔵容器から流出するであろう。次の段階で、それは入来溶液を予熱するのに使用され、その過程でそれは水蒸気を凝縮分離する。集められた水は、重炭酸塩溶液と一緒にすべきではない。ブライン濃度の上昇は、溶液の圧力以上の高いＣＯ_２分圧を上昇させるからである。 When heating the water management bicarbonate solution in the heat fluctuation CO ₂ generators, CO ₂ is will entrain water vapor, it is necessary to condense removed. CO ₂ leaving the solution under some pressure will mix with the water vapor and flow out of the storage vessel. In the next stage it is used to preheat the incoming solution, in the process it condenses and separates the water vapor. The collected water should not be with the bicarbonate solution. This is because the increase in the brine concentration increases the CO ₂ partial pressure that is higher than the pressure of the solution.

上記の水は、工程６．２の電気化学的な酸／塩基分離において新しい重炭酸ナトリウムをつくるための投入原料を準備するに当って使用できる。   The above water can be used in preparing the feedstock for making fresh sodium bicarbonate in the electrochemical acid / base separation of step 6.2.

石油産業におけるＣＯ_２利用の機会が使い尽くされたので、隔離によってもたらされるＣＯ_２「クレジット」について法規上の許可を導入する作業が進行中である。そうなれば、これらの「クレジット」は、多くの方法で利用される市場価値をもつであろう。一つの可能性は、地域の規制当局が、所望のレベルを実現できない乗り物の現行デザインの継続使用を許容する一方で、乗り物のマイレージを増加させる手段として、自動車の製造者および購入者に「クレジット証明書」を発行することであろう。 As the opportunity for CO ₂ utilization in the oil industry has been exhausted, work is underway to introduce regulatory permits for CO ₂ “credits” resulting from sequestration. If so, these “credits” will have market value that can be used in many ways. One possibility is that local regulators can “credit” automakers and buyers as a means to increase vehicle mileage while allowing continued use of the vehicle's current design that does not achieve the desired level. Will issue a "certificate".

従来の内燃機関技術（または炭化水素燃料に頼った進歩した推進システム）で自動車またはトラックを走らせることができ、同時に本プロセスによって大気からすでに十分なＣＯ_２が除去されているからゼロエミッションの自動車であると主張できる時代を予想することは非現実的なことではない。これは、自動車またはトラックの購入価格に対して添えられる付属証明書として、あるいは運送産業に課される規制上の要求として、あるいは未だ規定されていないその他のなんらかの取決めとして、整備されるかもしれない。あるいは、社会的意識の強い人は、先行投資として、すなわち自動車購入の時点で、炭素を「買い占める」かもしれない。 Zero-emission vehicles can be run with conventional internal combustion engine technology (or advanced propulsion systems that rely on hydrocarbon fuels) and at the same time sufficient CO ₂ is removed from the atmosphere by this process. It is not unrealistic to anticipate a time when you can claim that. This may be maintained as an attached certificate attached to the purchase price of the car or truck, as a regulatory requirement imposed on the transportation industry, or as some other arrangement not yet defined. . Alternatively, a socially conscious person may “buy up” carbon as an upfront investment, ie at the time of purchasing a car.

本発明は空気からＣＯ_２を抽出する上でとくに有用であるが、本発明の空気スクラッバーは、異なる吸収剤物質を採用することによって、空気から他の気体を除去するために使用できる。 Although the present invention is particularly useful in extracting CO ₂ from air, the air scrubber of the present invention can be used to remove other gases from the air by employing different absorbent materials.

本発明の好ましい一実施例に従って作成された空気スクラッバーユニットの斜視図である。1 is a perspective view of an air scrubber unit made in accordance with a preferred embodiment of the present invention. 図１の空気スクラッバーユニットの上面図である。It is a top view of the air scrubber unit of FIG. 図１の空気スクラッバーユニットの正面図、すなわち空気入口側の図である。It is a front view of the air scrubber unit of FIG. 図１の空気スクラッバーユニットの側面立面図である。It is a side elevation view of the air scrubber unit of FIG. 本発明の他の一態様に従った炭酸塩／水酸化物溶液分離装置の図解図である。FIG. 5 is an illustrative view of a carbonate / hydroxide solution separator according to another embodiment of the present invention. 本発明に従った炭酸塩／水酸化物溶液分離のための種々の処理および処理系の流れ図である。2 is a flow diagram of various processes and processing systems for carbonate / hydroxide solution separation according to the present invention. 本発明に従った炭酸塩／水酸化物溶液分離のための種々の処理および処理系の流れ図である。2 is a flow diagram of various processes and processing systems for carbonate / hydroxide solution separation according to the present invention. 本発明に従った炭酸塩／水酸化物溶液分離のための種々の処理および処理系の流れ図である。2 is a flow diagram of various processes and processing systems for carbonate / hydroxide solution separation according to the present invention. 本発明に従った炭酸塩／水酸化物溶液分離のための種々の処理および処理系の流れ図である。2 is a flow diagram of various processes and processing systems for carbonate / hydroxide solution separation according to the present invention. 本発明に従った炭酸塩／水酸化物溶液分離のための種々の処理および処理系の流れ図である。2 is a flow diagram of various processes and processing systems for carbonate / hydroxide solution separation according to the present invention. 本発明に従った炭酸塩／水酸化物溶液分離のための種々の処理および処理系の流れ図である。2 is a flow diagram of various processes and processing systems for carbonate / hydroxide solution separation according to the present invention. 本発明に従った炭酸塩／水酸化物溶液分離のための種々の処理および処理系の流れ図である。2 is a flow diagram of various processes and processing systems for carbonate / hydroxide solution separation according to the present invention. 本発明に従った炭酸塩／水酸化物溶液分離のための種々の処理および処理系の流れ図である。2 is a flow diagram of various processes and processing systems for carbonate / hydroxide solution separation according to the present invention.

Claims (38)

空気流が層流状態または層流に近い状態に保たれているところで、溶媒で覆われた表面を該空気流に曝露することからなる、空気から二酸化炭素を捕捉する方法。   A method of capturing carbon dioxide from air, comprising exposing a surface covered with a solvent to the air stream where the air stream is maintained in a laminar or near laminar state. 下記の特徴の一つ以上を含む請求項１に記載の方法：
（ａ）該表面が平滑な平行プレートからなる；
（ｂ）該表面は完全に平らとはいえないが、空気流の方向には平行な直線に追随している；
（ｃ）該表面が波板、パイプ、チューブ、ハーモニカカバーに類似の角張った形材、またはそれらの任意の組合せからなり、空気流は依然直線に追随している；
（ｄ）該表面が、表面間隔よりも小さい溝、くぼみ、***または他の小さい構造によって粗面化されており、それらの表面構造が空気流の層流境界内に十分に留まっている；
（ｅ）該表面が、溝、くぼみ、***または他の小さい構造によって粗面化されており、これらの溝、くぼみ、***または他の小さい構造のまわりの流れのレイノルズ数が小さく、最適には０と１００との間である；
（ｆ）該表面がサンドブラストまたは他の類似の手段によって粗面化されている；
（ｇ）該表面がエッチングまたは他の類似の手段によって粗面化されている；
（ｈ）該表面が、鋼または他の水酸化物耐性金属から作られたプレート上にある；
（ｉ）該表面がガラス製プレート上にある；
（ｊ）該表面がプラスチック製の、好ましくはポリプロピレン製のプレート上にある；
（ｋ）該表面が、プレートの親水性を高めるために被覆または処理されている。 The method of claim 1 comprising one or more of the following features:
(A) the surface comprises a smooth parallel plate;
(B) the surface is not perfectly flat but follows a straight line parallel to the direction of air flow;
(C) the surface consists of a corrugated plate, pipe, tube, angular profile similar to a harmonica cover, or any combination thereof, and the air flow still follows a straight line;
(D) the surface is roughened by grooves, depressions, ridges or other small structures that are smaller than the surface spacing, and these surface structures remain well within the laminar boundary of the air flow;
(E) the surface is roughened by grooves, dimples, ridges or other small structures, and the Reynolds number of the flow around these grooves, dimples, ridges or other small structures is small, optimally Between 0 and 100;
(F) the surface is roughened by sandblasting or other similar means;
(G) the surface is roughened by etching or other similar means;
(H) the surface is on a plate made of steel or other hydroxide resistant metal;
(I) the surface is on a glass plate;
(J) the surface is on a plate made of plastic, preferably made of polypropylene;
(K) The surface is coated or treated to increase the hydrophilicity of the plate. 該表面が、ワイヤによって緊張状態に保持され、緊張状態のワイヤまたは金網によって支持されているフォイルまたは他の薄いフィルムである請求項１に記載の方法。   The method of claim 1 wherein the surface is a foil or other thin film held in tension by a wire and supported by a tensioned wire or wire mesh. 下記の特徴の一つ以上を含む請求項３に記載の方法：
（ａ）前部および背後の少数の支持ワイヤ以外のすべてのワイヤが風の流れの方向に平行に走っている；
（ｂ）該フォイルまたはフィルムが、膜に構造上の剛性を付与しうる中実プレート、ハニカムまたは格子構造物であってよい剛性構造上に支持されている；
（ｃ）該フィルムがプラスチックフォイルからなる；
（ｄ）該フィルムが、表面の親水性を高めるために表面処理されたプラスチックフォイルからなる。 4. The method of claim 3, comprising one or more of the following features:
(A) All wires except the few support wires at the front and back run parallel to the direction of wind flow;
(B) the foil or film is supported on a rigid structure, which may be a solid plate, honeycomb or lattice structure that can impart structural rigidity to the membrane;
(C) the film comprises a plastic foil;
(D) The film is made of a plastic foil that has been surface-treated to increase the hydrophilicity of the surface. 下記の特徴の一つ以上を含む請求項１に記載の方法：
（ａ）空気流の方向が水平である；
（ｂ）該表面または表面の対称線が鉛直である；
（ｃ）該液体溶媒流が、空気流の方向に対してほぼ直角である；
（ｄ）表面間隔が約０．３ｃｍから約３ｃｍである；
（ｅ）該表面の長さが空気流の方向に対してほぼ直角をなし、約０．３０ｍから約１０ｍである；
（ｆ）空気流の速度が約０．１ｍ／ｓから約１０ｍ／ｓである；
（ｇ）該表面間の空気流の距離が約０．１０ｍから約２ｍである；
（ｈ）該液状溶媒が、該表面の上端へ噴霧によって適用される；
（ｉ）該溶媒がプレートの両側に適用される；
（ｊ）該溶媒が律動的に適用される；
（ｋ）該液状溶媒が表面またはプレートの最下部で集められる；
（ｌ）該液状溶媒が表面またはプレートの最下部で集められ、集められた流体は直接再生ユニットへ渡される；
（ｍ）該液状溶媒が表面またはプレートの最下部で集められ、集められた流体はさらなるＣＯ_２捕集のためにスクラッビングユニットの頂部へ再循環される；
（ｎ）該表面と瞬間的な風の場との間の乖離による損失を最小限にするために、装置が空気流矯正機構を包含し、備えている；
（ｏ）受動的または積極的に該表面を操縦して、それらが風の方向と同じ向きになるようにする機構を包含し、備えている。 The method of claim 1 comprising one or more of the following features:
(A) the direction of air flow is horizontal;
(B) the surface or the symmetry line of the surface is vertical;
(C) the liquid solvent stream is substantially perpendicular to the direction of air flow;
(D) the surface spacing is from about 0.3 cm to about 3 cm;
(E) the length of the surface is substantially perpendicular to the direction of air flow and is from about 0.30 m to about 10 m;
(F) the velocity of the air flow is from about 0.1 m / s to about 10 m / s;
(G) the distance of air flow between the surfaces is from about 0.10 m to about 2 m;
(H) the liquid solvent is applied by spraying to the top of the surface;
(I) the solvent is applied to both sides of the plate;
(J) the solvent is applied rhythmically;
(K) the liquid solvent is collected at the surface or at the bottom of the plate;
(L) the liquid solvent is collected at the surface or at the bottom of the plate and the collected fluid is passed directly to the regeneration unit;
(M) the liquid solvent is collected at the bottom of the surface or plate, and the collected fluid is recycled to the top of the scrubbing unit for further CO ₂ capture;
(N) the apparatus includes and includes an air flow correction mechanism to minimize losses due to the divergence between the surface and the instantaneous wind field;
(O) Includes and includes a mechanism to maneuver the surfaces passively or actively so that they are in the same direction as the wind direction. 空気スクラッバーであって、
（ａ）該スクラッバーの前面での風の停滞；
（ｂ）該スクラッバーへの入口および／または出口に対して実質的に直交する流れによって生み出された圧力降下；または
（ｃ）熱対流によって生み出された圧力降下
からなる、自然の風の流れによって生み出された圧力降下を利用する層流風のためのスクラッバー。 An air scrubber,
(A) wind stagnation in front of the scrubber;
(B) a pressure drop created by a flow substantially perpendicular to the inlet and / or outlet to the scrubber; or (c) a natural wind flow consisting of a pressure drop created by thermal convection. A scrubber for laminar winds that uses the reduced pressure drop. 下記の特徴の一つ以上を含む請求項６に記載のスクラッバー：
（ａ）該圧力降下が、冷却塔または中腹に沿っての熱対流によって生み出される；
（ｂ）液状吸収剤によって少なくとも部分的に濡らされた複数のラメラを包含する；
（ｃ）ラメラ間の間隔が、系が層流状態を変化させないように選択され、好ましくは約２−４ｍｍである。 The scrubber of claim 6 comprising one or more of the following features:
(A) the pressure drop is created by thermal convection along a cooling tower or midway;
(B) includes a plurality of lamellae that are at least partially wetted by the liquid absorbent;
(C) The spacing between lamellae is chosen so that the system does not change the laminar flow state, and is preferably about 2-4 mm. 該表面が回転ディスクであって、該ディスクの回転運動によって濡れが助長され、空気はその軸に対して直角に動いている請求項１に記載の方法。   The method of claim 1 wherein the surface is a rotating disk, the wetting is facilitated by the rotational movement of the disk, and the air is moving perpendicular to its axis. 下記の特徴の一つ以上を含む請求項８に記載の方法：
（ａ）該軸がほぼ水平であり、該ディスクがそれらの縁を該溶媒中に浸されており、それらの円を描く運動が該ディスク表面での該流体の分配を促進する；
（ｂ）該ディスクが半径方向に配置された噴射装置のそばを動くときに該液がその上に噴霧される；
（ｃ）該液体が、該軸の近傍で該ディスク上へ噴出される。 9. The method of claim 8, comprising one or more of the following features:
(A) the axis is substantially horizontal and the disks are immersed in the solvent at their edges, and their circular motion facilitates the distribution of the fluid on the disk surface;
(B) the liquid is sprayed thereon as the disc moves by a radially arranged sprayer;
(C) The liquid is ejected onto the disc in the vicinity of the shaft. 該表面が円形または他の断面形状の同心チューブであり、空気がチューブの軸の方向に流れる請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the surface is a concentric tube having a circular or other cross-sectional shape, and air flows in the direction of the axis of the tube. 下記の特徴の一つ以上を含む請求項１０に記載の方法：
（ａ）該チューブが中心軸のまわりを回転する；
（ｂ）該チューブが、ほぼ鉛直を向いた軸をもち、該溶媒が該チューブの該表面を流下するように適用される；
（ｃ）該チューブが鉛直に対してある角度を向いた軸をもち、該溶媒が上部開口の単一点で挿入され、らせん運動しながら流下して、全表面を覆う。 The method of claim 10, comprising one or more of the following features:
(A) the tube rotates about a central axis;
(B) the tube has a substantially vertical axis and is applied so that the solvent flows down the surface of the tube;
(C) The tube has an axis oriented at an angle with respect to the vertical, and the solvent is inserted at a single point in the top opening and flows down in a spiral motion to cover the entire surface. 該溶媒が水酸化物溶液である請求項１に記載の方法。   The method of claim 1 wherein the solvent is a hydroxide solution. 下記の特徴の一つ以上を含む請求項１２に記載の方法：
（ａ）水酸化物濃度が０．１モルと２０モルとの間である；
（ｂ）水酸化物濃度が１モルと３モルとの間である；
（ｃ）該溶液の濃度が３モルを超える；
（ｄ）該溶液の濃度が、水の損失または増量を最小限にするように調節されている；
（ｅ）該溶液の濃度が、それの蒸気圧が外界空気の蒸気圧に適合するまで自己調節することができる；
（ｆ）該水酸化物が水酸化ナトリウムである：
（ｇ）該水酸化物が水酸化カリウムである；
（ｈ）該溶媒が、添加物または界面活性剤が添加されている水酸化物溶液である；
（ｉ）該溶媒が、ＣＯ_２と該溶液との反応速度を高める添加物または界面活性剤を含有する水酸化物溶液である；
（ｊ）該溶媒が、該溶液の圧力以上に水の蒸気圧を低下させるべく添加物を含有する水酸化物溶液である；
（ｋ）該溶媒が、該溶媒の粘度または他のレオロジー性状を変化させる添加物または界面活性剤を含有する水酸化物溶液である；
（ｌ）該溶媒が、空気からＣＯ_２以外の気体を洗浄除去するために該溶媒の吸収性を向上させる添加物または界面活性剤を含有する水酸化物溶液である。 The method of claim 12, comprising one or more of the following features:
(A) the hydroxide concentration is between 0.1 and 20 mol;
(B) the hydroxide concentration is between 1 and 3 mol;
(C) the concentration of the solution exceeds 3 moles;
(D) the concentration of the solution is adjusted to minimize water loss or gain;
(E) the concentration of the solution can be self-adjusted until its vapor pressure matches the vapor pressure of the ambient air;
(F) the hydroxide is sodium hydroxide:
(G) the hydroxide is potassium hydroxide;
(H) the solvent is a hydroxide solution to which an additive or surfactant has been added;
(I) the solvent is, is a hydroxide solution containing an additive or surfactant enhances the rate of reaction of CO ₂ and the solution;
(J) the solvent is a hydroxide solution containing an additive to reduce the vapor pressure of water above the pressure of the solution;
(K) the solvent is a hydroxide solution containing additives or surfactants that alter the viscosity or other rheological properties of the solvent;
(L) The solvent is a hydroxide solution containing an additive or a surfactant that improves the absorbability of the solvent in order to wash away gases other than CO ₂ from the air. 二酸化炭素が生成されたところから遠隔の場所で、吸収剤を用いて外界空気から二酸化炭素を抽出し、生じた炭素クレジットを第三者に販売し、第三者と物々交換し、または第三者に移譲することを包含する取引可能な炭素クレジットを生み出す方法。   At a location remote from where the carbon dioxide was generated, the absorbent is used to extract carbon dioxide from the outside air, and the resulting carbon credits are sold to third parties, exchanged with third parties, or A method of generating tradeable carbon credits involving transfer to a tripartite. 該二酸化炭素が請求項１の方法により外界空気から捕捉される請求項１４に記載の方法。   The method of claim 14, wherein the carbon dioxide is captured from ambient air by the method of claim 1. 該二酸化炭素が請求項６の装置により外界空気から捕捉される請求項１４に記載の方法。   The method of claim 14, wherein the carbon dioxide is captured from ambient air by the apparatus of claim 6. 自動車またはトラックの販売またはリースとともに、または自動車またはトラック用の燃料とともに、炭素クレジットが販売、物々交換または移譲される請求１４に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein carbon credits are sold, bartered or transferred with the sale or lease of a car or truck or with fuel for a car or truck. 炭化水素燃料の製造者によって炭素クレジットが販売される請求項１４に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein carbon credits are sold by a hydrocarbon fuel manufacturer. 水酸化物／炭酸塩ブラインを水酸化物とＣＯ_２とに分離する方法であって、該ブラインをまず濃縮して、炭酸塩の飽和点に近づけ；濃縮された水酸化物／炭酸塩ブラインをつぎに、該ブラインからの炭酸塩の温度変動による析出によって分離し；該炭酸塩を電気化学的に、第一の電気化学的処理工程において水酸化ナトリウム溶液と重炭酸ナトリウム溶液とに分離し；該重炭酸塩を酸と混合して二酸化炭素を放出させ、該酸を第二の電気化学的処理工程においてその塩から回収する前記方法。 A method of separating hydroxide / carbonate brine into hydroxide and CO ₂ , wherein the brine is first concentrated to approach the saturation point of the carbonate; concentrated hydroxide / carbonate brine is Next, the carbonate is separated from the brine by precipitation due to temperature fluctuations; the carbonate is electrochemically separated into a sodium hydroxide solution and a sodium bicarbonate solution in a first electrochemical treatment step; The method wherein the bicarbonate is mixed with an acid to release carbon dioxide and the acid is recovered from the salt in a second electrochemical treatment step. 下記の特徴の一つ以上を含む請求項１９に記載の方法：
（ａ）該水酸化ナトリウム溶液および該重炭酸ナトリウム溶液を、双極性膜を用いての電気透析によって該ブラインから分離する；
（ｂ）該第二の電気化学的処理が双極性膜を用いての電気透析からなる；
（ｃ）該ブラインを初期濃縮なしに処理する；
（ｄ）該炭酸塩の少なくとも若干を、該第二の電気化学的処理工程において該水酸化物から分離する；
（ｅ）該ブラインがＣＯ_２を放出する前に、酸を用いてそれを中和する；
（ｆ）該ブラインがＣＯ_２を放出する前に、酸注入を用いてそれを中和し、該酸注入は、該混合物を重炭酸塩の生成を助長するｐＨレベルに調整する第一の低圧ユニットおよびＣＯ_２を産生する第二の高圧系において実施する；
（ｇ）高圧ＣＯ_２を提供すべく、ＣＯ_２が耐圧容器中での電気化学的処理によって放出される；
（ｈ）双極性膜を用いての電気透析からなる電気化学的処理において該ＣＯ_２が放出される；
（ｉ）カソードで水素を発生し、それを水素アノードで再び使用する電気化学的処理において該ＣＯ_２が放出される；
（ｊ）該炭酸塩が、最後の工程で該水酸化物から分離される；
（ｋ）該水酸化物および該炭酸塩の全部または一部がＣＯ_２放出工程で分離される。 20. The method of claim 19, comprising one or more of the following features:
(A) separating the sodium hydroxide solution and the sodium bicarbonate solution from the brine by electrodialysis with a bipolar membrane;
(B) the second electrochemical treatment comprises electrodialysis using a bipolar membrane;
(C) treating the brine without initial concentration;
(D) separating at least some of the carbonate from the hydroxide in the second electrochemical treatment step;
(E) neutralize it with acid before the brine releases CO ₂ ;
(F) Before the brine releases CO ₂ , neutralize it using acid injection, which acid injection adjusts the mixture to a pH level that facilitates bicarbonate formation. Carried out in a unit and a second high pressure system producing CO ₂ ;
(G) CO ₂ is released by electrochemical treatment in a pressure vessel to provide high pressure CO ₂ ;
(H) the CO ₂ is released in an electrochemical process consisting of electrodialysis with a bipolar membrane;
(I) the CO ₂ is released in an electrochemical process that generates hydrogen at the cathode and uses it again at the hydrogen anode;
(J) the carbonate is separated from the hydroxide in the last step;
(K) All or part of the hydroxide and the carbonate are separated in the CO ₂ releasing step. 双極性の膜と陽イオン性の膜とが交互になった膜手段によってある体積を複数のセルにわけており、一つおきの室を流れる流体は濃水酸化物／炭酸塩ブラインであり、それらと交互の室では希ＮａＯＨ溶液が流れ、ナトリウムイオンが該陽イオン性膜を横切って移動して、該双極性膜は電荷の中性を維持するために必要な水酸化物イオンおよびプロトンを提供する装置において、水酸化物／炭酸塩ブラインを部分的に水酸化物溶液および炭酸塩溶液に分離する方法。   A volume of the cell is divided into a plurality of cells by means of alternating membranes of bipolar and cationic membranes, and the fluid flowing in every other chamber is concentrated hydroxide / carbonated brine, In alternate chambers, dilute NaOH solution flows, sodium ions move across the cationic membrane, and the bipolar membrane removes the hydroxide ions and protons necessary to maintain charge neutrality. In the apparatus provided, a method for partially separating hydroxide / carbonate brine into a hydroxide solution and a carbonate solution. 下記の特徴の一つまたは双方を含む請求項２１に記載の方法：
（ａ）該セルが、同じタイプのブラインを含有する最初および最後のセルの間に液体連絡路を有するスタックとして配列されている；
（ｂ）該セルが円錐曲線回転体形状に配列されている；
（ｃ）該セルが２つの別々のセルからなるスタックとして配列されている。 The method of claim 21, comprising one or both of the following features:
(A) the cells are arranged as a stack with a liquid communication path between the first and last cells containing the same type of brine;
(B) the cells are arranged in a conic curve rotor shape;
(C) The cells are arranged as a stack of two separate cells. 炭酸塩溶液から水酸化物溶液を分離する電気化学的処理を用い；第一の電気化学的処理工程において該炭酸塩を電気化学的に水酸化ナトリウム溶液と重炭酸ナトリウム溶液とに分離し；該重炭酸塩を酸と混合して二酸化炭素を放出させ；該酸を第二の電気化学的処理工程を通じてその塩から回収する、水酸化物／炭酸塩ブラインを水酸化物溶液とＣＯ_２とに分離する方法。 Using an electrochemical treatment to separate the hydroxide solution from the carbonate solution; electrochemically separating the carbonate into a sodium hydroxide solution and a sodium bicarbonate solution in a first electrochemical treatment step; The bicarbonate is mixed with an acid to release carbon dioxide; the acid is recovered from the salt through a second electrochemical treatment step, the hydroxide / carbonate brine into the hydroxide solution and CO ₂ . How to separate. 下記の特徴の一つ以上を含む請求項２１に記載の方法：
（ａ）該水酸化ナトリウム溶液および該重炭酸ナトリウム溶液を、双極性膜を用いての電気透析によって、該ブラインから分離する；
（ｂ）該酸をその塩から回収する該電気化学的過程が双極性膜を用いる電気透析からなる；
（ｃ）該ブラインを初期濃縮なしに処理する；
（ｄ）該炭酸塩の少なくとも若干を、該第二の電気化学的処理工程において該水酸化物から分離する；
（ｅ）該ブラインがＣＯ_２を放出する前に、酸を用いてそれを中和する；
（ｆ）該ブラインがＣＯ_２を放出する前に、酸注入を用いてそれを中和し、該酸注入は、該混合物を、重炭酸塩の生成を助長するｐＨレベルに調整する第一の低圧ユニットおよびＣＯ_２を産生する第二の高圧系において実施する；
（ｇ）電気化学的処理によってＣＯ_２放出を達成する；
（ｈ）高圧ＣＯ_２を提供すべく、該ＣＯ_２が耐圧容器中での電気化学的処理によって放出される；
（ｉ）双極性膜を用いての電気透析からなる電気化学的処理において該ＣＯ_２が放出される；
（ｊ）カソードで水素を発生し、それを水素アノードで再び使用する電気化学的処理において該ＣＯ_２が放出される；
（ｋ）該炭酸塩が、最後の工程で該水酸化物から分離される；
（ｌ）該水酸化物および該炭酸塩の全部または一部がＣＯ_２放出工程で分離される。 24. The method of claim 21, comprising one or more of the following features:
(A) separating the sodium hydroxide solution and the sodium bicarbonate solution from the brine by electrodialysis with a bipolar membrane;
(B) the electrochemical process of recovering the acid from its salt comprises electrodialysis using a bipolar membrane;
(C) treating the brine without initial concentration;
(D) separating at least some of the carbonate from the hydroxide in the second electrochemical treatment step;
(E) neutralize it with acid before the brine releases CO ₂ ;
(F) Before the brine releases CO ₂ , neutralize it using acid injection, which acid injection adjusts the mixture to a pH level that facilitates the formation of bicarbonate. Carried out in a low pressure unit and a second high pressure system producing CO ₂ ;
(G) achieving CO ₂ emissions by electrochemical treatment;
(H) CO ₂ is released by electrochemical treatment in a pressure vessel to provide high pressure CO ₂ ;
(I) the CO ₂ is released in an electrochemical process consisting of electrodialysis with a bipolar membrane;
(J) The CO ₂ is released in an electrochemical process that generates hydrogen at the cathode and uses it again at the hydrogen anode;
(K) the carbonate is separated from the hydroxide in the last step;
(L) All or part of the hydroxide and the carbonate are separated in the CO ₂ releasing step. 該重炭酸ナトリウムを炭酸ナトリウムとＣＯ_２とへの熱分解に付したのち、該炭酸ナトリウムを当該プロセスの初期段階へ再循環する請求項１９に記載の方法。 After subjected heavy sodium carbonate thermal decomposition into sodium carbonate and CO ₂ Metropolitan The method of claim 19, recycling sodium carbonate acid to the initial stage of the process. 下記の特徴の一つ以上を含む請求項２５に記載の方法：
（ａ）該重炭酸塩溶液の含水量を、濃度勾配または電気化学的勾配（逆電気透析）による膜分離によって減少させ、温度変動沈殿において該濃縮されたブラインから重炭酸塩を抽出し、続いて該重炭酸塩を熱か焼してＣＯ_２と炭酸塩とし、生じた希重炭酸塩流出流を再循環して該重炭酸塩溶液を別に脱水する；
（ｂ）該重炭酸塩溶液をＣＯ_２が放出されるまで加熱して、炭酸塩／重炭酸塩ブラインを生ぜしめ、これを電気化学的に再処理して重炭酸塩とする；
（ｃ）該重炭酸塩溶液が耐圧容器内でＣＯ_２を放出する；
（ｄ）エネルギー消費を最小限にするために、熱工程の流入物および流出物の間の熱交換を包含する；
（ｅ）生じた希薄な水の流れを、該ブライン類から隔離しておき、排水として処理する；
（ｆ）希薄な水の流れを、空気接触器ユニットへの投入物中の構成水として用いる；
（ｇ）該塩基イオンがナトリウムである；
（ｈ）該塩基イオンがカリウムである；
（ｉ）該塩基イオンがナトリウムとカリウムを含む混合物である；
（ｊ）該塩基が有機塩基からなる。 26. The method of claim 25, comprising one or more of the following features:
(A) reducing the water content of the bicarbonate solution by membrane separation by concentration gradient or electrochemical gradient (reverse electrodialysis), extracting bicarbonate from the concentrated brine in a temperature-variable precipitation, followed by The bicarbonate is calcined to CO ₂ and carbonate, and the resulting dilute bicarbonate effluent is recycled to dehydrate the bicarbonate solution separately;
(B) heating the bicarbonate solution until CO ₂ is released to produce carbonate / bicarbonate brine, which is electrochemically reprocessed to bicarbonate;
(C) the bicarbonate solution releases CO _{2 in a} pressure vessel;
(D) include heat exchange between the inflow and effluent of the thermal process to minimize energy consumption;
(E) the resulting dilute water stream is isolated from the brines and treated as wastewater;
(F) using dilute water flow as constituent water in the input to the air contactor unit;
(G) the base ion is sodium;
(H) the base ion is potassium;
(I) the base ion is a mixture containing sodium and potassium;
(J) The base is an organic base. 該重炭酸ナトリウムを熱分解に付して、炭酸ナトリウムとＣＯ_２とにしたのち、該炭酸ナトリウムを当該プロセスの初期の段階へ再循環する請求項２１に記載の方法。 Bear the heavy sodium carbonate pyrolysis, after the sodium carbonate and CO ₂ and, A method according to claim 21 for recycling sodium carbonate acid to the initial stages of the process. 下記の特徴の一つ以上を含む請求項２７に記載の方法：
（ａ）該重炭酸塩溶液の含水量を、濃度勾配または電気化学的勾配（逆電気透析）による膜分離によって減少させ、温度変動沈殿において該濃縮されたブラインから重炭酸塩を抽出し、続いて該重炭酸塩を熱か焼してＣＯ_２と炭酸塩とし、生じた希重炭酸塩流出流を再循環して該重炭酸塩溶液を別に脱水する；
（ｂ）該重炭酸塩溶液をＣＯ_２が放出されるまで加熱して、炭酸塩／重炭酸塩ブラインを生ぜしめ、これを電気化学的に再処理して重炭酸塩とする；
（ｃ）該重炭酸塩溶液が耐圧容器内でＣＯ_２を放出する；
（ｄ）エネルギー消費を最小限にするために、熱工程の流入物および流出物の間の熱交換を包含する；
（ｅ）生じた希薄な水の流れを、該ブライン類から隔離しておき、排水として処理する；
（ｆ）希薄な水の流れを、空気接触器ユニットへの投入物中の構成水として用いる；
（ｇ）該塩基イオンがナトリウムである；
（ｈ）該塩基イオンがカリウムである；
（ｉ）該塩基イオンがナトリウムとカリウムを含む混合物である；
（ｊ）該塩基が有機塩基からなる。 28. The method of claim 27, comprising one or more of the following features:
(A) reducing the water content of the bicarbonate solution by membrane separation by concentration gradient or electrochemical gradient (reverse electrodialysis), extracting bicarbonate from the concentrated brine in a temperature-variable precipitation, followed by The bicarbonate is calcined to CO ₂ and carbonate, and the resulting dilute bicarbonate effluent is recycled to dehydrate the bicarbonate solution separately;
(B) heating the bicarbonate solution until CO ₂ is released to produce carbonate / bicarbonate brine, which is electrochemically reprocessed to bicarbonate;
(C) the bicarbonate solution releases CO _{2 in a} pressure vessel;
(D) include heat exchange between the inflow and effluent of the thermal process to minimize energy consumption;
(E) the resulting dilute water stream is isolated from the brines and treated as wastewater;
(F) using dilute water flow as constituent water in the input to the air contactor unit;
(G) the base ion is sodium;
(H) the base ion is potassium;
(I) the base ion is a mixture containing sodium and potassium;
(J) The base is an organic base. 酸を保持する貯蔵容器、塩基を保持する貯蔵容器および生成物である塩を保持する貯蔵容器；酸貯蔵容器と塩基貯蔵容器との流体が連通するラインであって、混合を増進する構造をもつライン；加圧下のＣＯ_２を出口圧力弁へ送る気体分離ユニットであって、該塩貯蔵容器に接続されたユニット；および酸および塩基をそれぞれ該酸貯蔵容器および塩基貯蔵容器に送るポンプに機械的に接続された該塩ブライン貯蔵容器からの出口ラインを組合せて包含する、酸と重炭酸塩との混合によってＣＯ_２を発生させる装置。 A storage container for holding an acid, a storage container for holding a base, and a storage container for holding a salt as a product; a fluid communication line between the acid storage container and the base storage container, and has a structure for promoting mixing. A line; a gas separation unit that sends CO ₂ under pressure to an outlet pressure valve, a unit connected to the salt storage vessel; and a mechanical pump to send acid and base to the acid storage base and base storage vessel, respectively An apparatus for generating CO ₂ by mixing acid and bicarbonate, including a combination of outlet lines from the salt brine storage vessel connected to the tank. 下記の特徴の一つ以上を含む請求項２９に記載の方法：
（ａ）該ＣＯ_２が、当該装置へのポンプ輸送用動力要求の大部分を提供する；
（ｂ）ＣＯ_２出口弁への過剰圧を使用可能な動力に変換する装置をさらに包含する；
（ｃ）過剰圧を、当該２つの投入ポンプへ向けられるか、または他のいずれかの場所で使用できる使用可能動力に変換する。 30. The method of claim 29, comprising one or more of the following features:
(A) the CO ₂ provides the bulk of the pumping power requirements for the device;
(B) further includes a device that converts overpressure to the CO ₂ outlet valve into usable power;
(C) Convert the excess pressure into usable power that can be directed to the two dosing pumps or used elsewhere. ３つの貯蔵容器、一つは酸を保持するためのもの、一つは塩基を保持するためのもの、一つは生成物の塩を保持するためのものを包含する、酸と重炭酸塩との混合によってＣＯ_２を発生させる装置であって、該貯蔵容器は膜によって互いに隔てられており、該装置は新しい流体が外界圧力で装入され、該流体がＣＯ_２産生の間に加圧されるバッチ方式で運転されるものである前記装置。 Three storage vessels, one for holding the acid, one for holding the base, and one for holding the product salt, acid and bicarbonate an apparatus for generating CO ₂ by mixing, the reservoir container are separated from each other by the membrane, the device new fluid is charged at ambient pressure, the fluid is pressurized between the CO ₂ production The apparatus which is operated in a batch system. アルカリ性炭酸塩ブラインを陽イオンおよび重炭酸塩に分離する装置であって、該装置はアノードおよびカソードを包含し、そこへ動力が送られると、該陽イオンが陽イオン性膜を横切って移動させられ、それによって初期ブラインを重炭酸塩に転化させ、一方、該ブラインは純水酸化物溶液として徐々に蓄積する前記装置。   An apparatus for separating alkaline carbonate brine into cations and bicarbonates, the apparatus comprising an anode and a cathode, which, when powered, causes the cations to move across the cationic membrane. Said device whereby initial brine is converted to bicarbonate, while said brine gradually accumulates as a pure hydroxide solution. 該陽イオンがナトリウムまたはカリウムであるか、もしくは溶液から析出しないイオンである請求項３２に記載の装置。   33. The apparatus of claim 32, wherein the cation is sodium or potassium or is an ion that does not precipitate from solution. ＣＯ_２含有重炭酸塩ブラインからＣＯ_２を分離する装置であって、双極性膜と交互の陰イオン性膜によって隔てられ、ＣＯ_２を産生する酸性セル中で酸と混合される流れの中で重炭酸イオンを製出し、塩基性セル中に炭酸イオンで富化された残留ブラインを残すための、酸性セルおよび塩基性セルを有する貯蔵容器を包含する前記装置。 An apparatus for separating CO ₂ from a CO ₂ -containing bicarbonate brine, separated by bipolar and alternating anionic membranes, in a stream mixed with acid in an acidic cell producing CO ₂ The apparatus comprising a storage vessel having an acidic cell and a basic cell for producing bicarbonate ions and leaving a residual brine enriched with carbonate ions in the basic cell. 該熱分解工程を請求項３４に記載の電気化学的処理で置き換えた、請求項２５に記載の通りの水酸化物ブラインから二酸化炭素を分離する方法。   36. A method for separating carbon dioxide from a hydroxide brine as claimed in claim 25, wherein the pyrolysis step is replaced by an electrochemical treatment as claimed in claim 34. 該ＣＯ_２産生ユニットがＣＯ_２の濃厚な流れを送るために加圧される請求項３５に記載の方法。 The method of claim 35, wherein the CO ₂ production unit is pressurized to send a concentrated stream of CO _2. 該熱分解工程を請求項３６に記載の電気化学的処理で置き換えた、請求項２７に記載の通りの水酸化物ブラインから二酸化炭素を分離する方法。   28. A method for separating carbon dioxide from a hydroxide brine as claimed in claim 27, wherein the pyrolysis step is replaced by an electrochemical treatment as claimed in claim 36. 該ＣＯ_２産生ユニットが濃厚な流れを送るために加圧される請求項３７に記載の方法。 The method of claim 37, wherein the CO ₂ production unit is pressurized to send a thick stream.

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