用于海洋船舶中的CO2封存的系统和方法与流程

用于海洋船舶中的co2封存的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求adkins等人于2019年5月23日提交的题为“systems and methods for co
2 sequestration in marine vessels”的美国临时申请编号62/852,236的权益，将其完全引入本文作为参考。
技术领域
3.本发明总体上涉及用于封存(sequester，隔离)来自海洋船舶的排放物的系统和方法。


背景技术：

4.二氧化碳(co2)构成大气的约0.04％(百万分之400)。尽管co2的总浓度相对小，但是，它是在调节地球表面温度方面起到重要作用的强效温室气体。目前，co2的人为生成以大于co2被消耗和/或储存的速度发生，导致大气中co2浓度的提高。日渐担心的是，地球大气中的co2的含量的上升可能带来显著的环境挑战。因此，越来越关注的是，开发出用于以防止co2未来释放到大气中的方式从排放物物流和大气移除co2并对其进行储存的方法。该捕获和储存统称为co2封存。


技术实现要素：

5.本发明的许多实施方式涉及用于封存来自海洋船舶的排放物的系统和方法。
6.在一个实施方式中，用于海洋船舶的排放物封存反应器包括：反应容器，其至少具有与来自海洋船舶的排放物输出物流流体连通的气体入口、与海水来源流体连通的海水入口、以及流体出口，该反应容器进一步至少具有与海水及气体入口相邻的混合区、以及设置在混合区和出口之间的反应区；反应介质，其设置在反应区内并且配置成封存来自输出的排放物的碳和硫的至少一者；以及，扩散隔栅，其上设置有多孔反应介质、位于混合区和反应区之间、并且配置成在允许海水从混合区通过进入到反应区中的同时允许流体阻止多孔反应介质通过进入到混合区中。
7.在进一步的实施方式中，海水入口与海洋船舶的船体上的结构接入点相连。
8.在另一实施方式中，流体出口将水引导至接近海洋船舶的推进器的位置。
9.在又进一步的实施方式中，排放物封存反应器进一步包括与海水入口流体连通的流入泵，用于以期望的流速将海水泵送进反应容器。
10.在又一实施方式中，排放物封存反应器进一步包括与海水出口流体连通的流出泵，用于以期望的流速将海水泵送出反应容器。
11.在还进一步的实施方式中，排放物封存反应器进一步包括用于监测排放物封存反应器内的反应参数的传感器。
12.在还另一实施方式中，传感器测量选自以下的参数：温度、ph、压力、pco2、碱度、离子浓度、浊度、光学深度、波谱数据、以及流速。
13.在再进一步的实施方式中，使传感器与配置成控制反应动力学的控制器通讯。
14.在再另一实施方式中，控制器经由以下的至少一者来控制反应动力学：引入另外的反应介质；提高进水量；提高出水量；降低进水量；降低出水量；释放压力；提高压力；升高温度；和降低温度。
15.在进一步的其它实施方式中，排放物封存反应器进一步包括与反应容器相连以向反应区提供另外的反应介质的反应介质入口。
16.在另一其它实施方式中，排放物封存反应器进一步包括用于向反应器容器提供反应介质的重力式供料系统或传送机系统。
17.在仍然还进一步实施方式中，反应器容器是封闭系统。
18.在仍然还另一实施方式中，反应器容器包括用于维持反应容器压力的过压排气口。
19.在再又进一步的实施方式中，反应介质选自碳酸盐和硅酸盐的至少一者。
20.在再又一实施方式中，排放物封存反应器进一步包括用于控制废气向反应容器中流动的系统。
21.在又进一步的其它实施方式中，排放物封存反应器进一步包括利用废气的热量控制反应器容器的温度的系统。
22.在又另一其它实施方式中，反应介质包括直径约500-700μm的颗粒。
23.在再还进一步的实施方式中，反应介质包括直径约70-100μm的颗粒。
24.在再还另一实施方式中，排放物封存反应器进一步包括用于提高气相与液相之间的接触的系统。
25.在又进一步的其它实施方式中，用于海洋船舶的排放物封存，包括：第一反应容器，其至少具有与来自海洋船舶的排放物输出物流流体连通的气体入口、与海水来源流体连通的海水入口；至少具有流体出口的第二反应容器；和反应介质，其设置在第二反应容器内并且配置成封存来自输出的排放物的碳和硫的至少一者，其中第一反应容器和第二反应容器经由导管流体连通。
26.在进一步的实施方式中，海水入口与海洋船舶的船体上的结构接入点相连。
27.在另一实施方式中，流体出口将水引导至接近海洋船舶推进器的位置。
28.在又进一步的实施方式中，排放物封存反应器进一步包括与海水入口流体连通的流入泵，用于以期望的流速将海水泵送到反应容器中。
29.在又一实施方式中，排放物封存反应器进一步包括与海水出口流体连通的流出泵，用于以期望的流速将海水从反应容器泵出。
30.在还进一步的实施方式中，排放物封存反应器进一步包括用于监测排放物封存反应器内的反应参数的传感器。
31.在还另一实施方式中，传感器测量选自以下的参数：温度、ph、压力、pco2、碱度、离子浓度、浊度、光学深度、波谱数据、以及流速。
32.在再进一步的实施方式中，传感器与配置成控制反应动力学的控制器通讯。
33.在再另一实施方式中，控制器经由以下的至少一者来控制反应动力学：引入另外的反应介质；提高进水量；提高出水量；降低进水量；降低出水量；释放压力；提高压力；升高温度；和降低温度。
34.在进一步的其它实施方式中，排放物封存反应器进一步包括与反应容器相连以向反应区提供另外的反应介质的反应介质入口。
35.在另一其它实施方式中，排放物封存反应器进一步包括用于向反应器容器提供反应介质的重力式供料系统或传送机系统。
36.在仍然还进一步实施方式中，反应器容器是封闭系统。
37.在仍然还另一实施方式中，反应器容器包括用于维持反应容器压力的过压排气口。
38.在再又进一步的实施方式中，反应介质选自碳酸盐和硅酸盐的至少一者。
39.在再又一实施方式中，排放物封存反应器进一步包括用于控制废气向反应容器中流动的系统。
40.在又进一步的其它实施方式中，排放物封存反应器进一步包括利用废气的热量来控制反应器容器的温度的系统。
41.在又另一其它实施方式中，反应介质包括直径约500-700μm的颗粒。
42.在再还进一步的实施方式中，反应介质包括直径约70-100μm的颗粒。
43.在再还另一实施方式中，排放物封存反应器进一步包括用于提高气相与液相之间的接触的系统。
44.在又另一其它实施方式中，封存来自海洋船舶的碳的方法，包括：提供设置在反应容器的反应区内的反应介质，反应介质配置成封存来自排放物来源的污染物，其中污染物包含碳和硫的至少一者；使海水与来自海洋船舶的排放物混合在一起；以及，使海水与排放物的混合物流动通过多孔介质，从而将污染物从混合物中封存。
45.在再进一步的其它实施方式中，反应介质选自碳酸盐和硅酸盐的至少一者。
46.在再另一其它实施方式中，反应介质包括直径约500-700μm的颗粒。
47.在再仍然还进一步实施方式中，反应介质包括直径约70-100μm的颗粒。
48.在再仍然还另一实施方式中，海水从海洋船舶的船体上的与反应容器流体连通的结构接入点获得。
49.在仍然还进一步的另一实施方式中，反应容器包括流体出口。
50.其它实施方式和特征部分地阐述在以下描述中，并且，当考查本说明书时，部分地对于本领域技术人员而言将变得明晰，或者可以通过所公开的主题的实践而获知。通过参考形成本公开内容的一部分的说明书和附图的其余部分，可以实现对本公开内容的性质和优点的进一步理解。
附图说明
51.当结合所附数据和附图进行考虑时，通过参考以下详细描述将更好地理解本装置和方法的这些和其它特征和优点，所述附图作为本公开内容的示例性实施方式呈现并且不应被解释为本发明方法的范围的彻底叙述，其中：
52.图1a-1b提供了根据实施方式的反应器系统的示意图。
53.图2提供了根据实施方式的排放物封存方法。
54.图3提供了根据实施方式的关于反应器系统的稳态计算方法的数据。
55.图4提供了根据实施方式的关于海水混合对反应器系统的影响的数据。
56.图5提供了根据实施方式的关于体积和流速对反应器系统的影响的数据。
57.图6提供了根据实施方式的关于体积和流速对来自反应器系统的dic通量(flux)的影响的数据。
58.图7提供了根据实施方式的关于体积和流速对来自反应器系统的pco2输出的影响的数据。
59.图8提供了根据实施方式的关于混合比对反应器系统的影响的数据。
具体实施方式
60.现在参考附图，提供用于对排放物(例如，co2)进行封存的系统和方法。在各种实施方式中，碳排放物是从如下来源获得的：例如，周围环境捕获(例如，直接空气捕获)、来自船或其它发射装置(排放器，emitter)、或者来自被容纳或压缩的co2的废气(exhaust)。在某些实施方式中，使排放物(来自船舶的废气的烟道气，或者在船上携带的在气瓶中的处于压力下的co2，或者在船航行期间经由捕获获得的co2)在反应器中与海水混合(例如，经由通过顶部空间平衡的气体交换或者通过扩散器的鼓泡)，直至海水被酸化(例如，具有5.5-6.5的ph)。系统和反应器的各种实施方式将海水泵送通过包含反应介质粒子的反应器容器。根据各种实施方式的反应介质包括碳酸盐(例如，caco3、霰石、方解石、碳酸氢钠等)和/或硅酸盐(例如，mgsio3、橄榄石、辉石、镁铁质岩等)中的一种或多种。很多实施方式利用具有100μm平均粒度(例如，细砂大小)的caco3。某些实施方式具有比100μm细的粒度。在一些实施方式中，反应器产生能够被排出到海洋中的流出物。使用caco3介质的示例性反应包括co2 海水 caco3，其中流出物包括溶解的ca
2
和hco
3-离子，使得离开反应器容器的水具有大约两倍或更大的如同所引入的海水的溶解无机碳(dic)浓度和碱度(alk)并且具有高于海水值的提高的ca
2
浓度(例如，比海水值高约至少10％)。
61.与前面所述类似，进一步的实施方式还从来源(包括废气、环境捕获、或储存在内)移除硫排放物，其中使二氧化硫(so2)或其它硫氧化物(so
x
)与海水混合并且与碳酸盐或硅酸盐反应介质反应。在这样的实施方式中，so2 海水 caco3产生流出物中的so4。
62.实施反应器系统的实施方式
63.参考附图，提供了用于处理来自海洋船舶的排放物的系统的实施方式。图1a-1b说明了根据很多实施方式的排放物处理反应器。特别地，图1a说明了单级反应器100，而图1b说明了双级反应器150。
64.在图1a中，很多实施方式具有与用于排放物(例如，气态的碳、硫等)的入口104流体连通的反应容器102。另外的实施方式包括与反应容器102流体连通的用于海水的水入口106。在很多实施方式中，入口106与船舶的船体中的结构接入点(例如洞、孔、或排水口)相连，使得进入的水能够直接地流入反应容器102。一些实施方式包括与入口106流体连通的流入泵108，其用于帮助将海水移动到反应容器102中。进一步的实施方式包括用于海水的水出口110，其中一些实施方式包括与出口110流体连通的流出泵112，用于帮助水离开反应容器102。在很多实施方式的反应器容器102内设置大量的反应介质114，其中，将反应介质114配置成封存来自输出的排放物的碳。在各种实施方式中，反应介质114包括碳酸盐和硅酸盐的一种或多种。在各种实施方式中，反应介质114通过扩散隔栅116与入口104分开。虽然一些实施方式被配置成在环境压力下操作，但是另外的实施方式被配置成在特定的压力
或压力范围下操作。某些实施方式包括过压排气口118，用于在反应容器102内的压力超过适当极限的情况下通过排出过量流体(例如，气体或水)而保持反应容器的压力和/或充当释压(卸载)排气口。进一步地，一些实施方式包括与反应容器102相连的反应介质入口120，用于在反应区115中提供另外的反应介质114。某些实施方式进一步包括用于提高自入口104上升的气相与自入口106上升的液相之间的接触的系统119。在某些实施方式中，用于提高气相与液相之间的接触的系统119是鼓泡器。
65.在这样的系统实施方式的操作期间，将排放气体经由入口104用管道输送到反应系统100中。在一些这样的实施方式中，船舶废气从主发动机经由歧管通过(典型地)位于船或船舶的后部(船尾)附近的烟囱发射。在某些实施方式中，入口104包括阀门、喷嘴、连接器、特殊几何形状体(例如，u形体)、鼓风机、和/或用于改善进入反应容器102的流动和/或用于防止反应容器102内的任何物质回流到入口104中的其它固定装置。根据实施方式可采用用于捕获船排气的任何方法或系统以引导废气通过海水反应系统。将理解，根据实施方式的反应器系统可以与典型地与船排气系统结合的其它排放物系统(包括例如配置成移除颗粒状废弃物或标准污染物(例如，nox、sox、pm、voc等)的“洗涤器”)组合。实施方式也可采用使废气与海水混合的排气系统(也称为“湿排气”系统)，其用在许多舷内发动机船(inboard motor boat)上。在这样的过程中，水被加热而气体被冷却。对海水进行的加热可增强其动力学“功率(能量)”，使得溶解发生得比下面关于基线测量(对于在t＝21℃下的海水的基线测量)所描述的更快。各种计算和/或测量已经表明，在不饱和的水平下海水中的作为温度函数的碳酸盐溶解速率，如同对于应用所预期的那些，对于温度从5℃增至37℃将提高3-4倍。
66.当将烟道气通过气体入口104引导到系统中时，水入口106在具有或不具有泵108的情况下将海水移动到反应容器102中，并且，海水在具有或不具有第二泵112的情况下经由出口110离开反应容器102。入口106和出口110的组合使水以所需的速率循环(例如，1000-2000升/秒)通过系统。流入泵108和流出泵112的具体配置随具体的反应器100位置而变化。例如，如果反应器位于船的吃水线以下，则可经由重力式供料提供入口106，使得水在没有泵108的帮助的情况下被推动到反应室102中。然而，可能需要流出泵112，以使水从反应容器102移出。作为推论，如果反应器100在船舶的吃水线以上，则可能需要流入泵108，以将水引入反应容器102中，而出口110可加工成经由重力式供料进行。流入泵108或流出泵112的泵送强度取决于反应器100的具体位置，使得更大的从船的吃水线到反应器100的距离可使得更强的泵变得必要。
67.在各种实施方式中，使进入的水从位于船下方的海底阀箱(海底门，sea-chest)泵入到反应系统中，该海底阀箱筛除大的碎屑(杂物)。尽管在图中示出了这样的一种配置，在该配置中，水当进入反应容器102的底部时与烟道气混合，但应理解，水可以任何配置(例如从反应容器的顶部或侧面)与烟道气混合。在一些实施方式中，以表面海洋温度(0-30℃)进入的海水可通过烟道气(如前所述)或由来自使用热交换器的发动机的废热而加热。
68.在很多实施方式中，流出泵112可被配置成以与水进入相同的速率从反应容器除去水。在各种实施方式中，通过允许在沉积物-水淤浆上方的水柱充当沉积物隔栅，可使细粒化介质(例如，caco3)从出口泵的移出最少化。在各种实施方式中，在该配置允许海水通过溢出或重力供料而返回至海洋时，可省略返回泵。
69.在各种实施方式中，使海水/气体在反应容器100的混合区122处混合。该混合部可以通过扩散隔栅116与主反应容器102分开。在该隔栅上设置大量的反应介质(例如，约6”的直径约1.3cm的石灰石的层)。该反应介质层充当用于水和气体的混合物在遇到细砂大小的石灰石之前移动通过的可渗透层面(horizon)。在该可渗透层面上，设置另外的大量反应介质(例如，直径尺寸100μm的caco3(石灰石))，使得其可在反应器内部的水停留时间(例如约8分钟)期间与海水 co2反应。在实施方式中，反应容器内的湍流可使碳酸钙彻底混合，从而允许气体/海水的混合物渗透反应介质。理解，在一些实施方式中，气体和海水在其中混合的反应容器的体积可以通过移动隔栅的位置来调节。此外，尽管提供了反应介质的颗粒尺寸的具体实例，但是，其它尺寸的颗粒也可以直接地位于隔栅116的顶部上，正如可提供卵石-鹅卵石尺寸的石灰石颗粒层，以当水-气体混合物渗透通过细砂大小的石灰石颗粒堆时帮助水-气体混合物的混合。
70.在过程期间，该细小的反应介质(例如石灰石砂)被转化为离子产物(例如ca和hco3)且因此必须不断地补充。因此，在很多实施方式中，可提供接入部件以确保在反应容器内实现介质的连续供应(例如，经由重力式供料、传送机系统、或其它加载装置)。例如，在各种实施方式中，反应介质可以经由包含具有表面海水的淤浆的传输机构来提供。在这样的配置中，使水由该输入装置携带(例如，水和烟道气可经由入口104和入口106进入)。这样的石灰石淤浆可以设置在航运容器内(例如，在可移动皮囊(bladder)内)，使得淤浆可以通过重力流动到其混合目的地。这样的皮囊的实施方式可以是可移动的，使得它们可以在目的地处被折叠并返回到始发港，以便在返航时腾出容器以用于货物。在各种其它实施方式中，可以使用专用的航运容器来容纳淤浆混合物。在一些这样的实施方式中，容器可以被制成可折叠的，以使它们可在不像很多货物容器那样移位的情况下被运回。
71.但是，标准航运容器或二十英尺当量单位(teu)可就质量而言承受不了填满介质，例如用碳酸盐介质填满的teu可超过teu的装载极限。因此，某些实施方式使用各种替代方法来保持和/或存储介质。一些实施方式可以使用拖曳的淤浆袋，使得反应介质不占用货物空间。这样的袋的实施方式可以具有一个或多个用于使淤浆到达船舶的机构，包括，例如，布置成通过拖绳将淤浆泵送到船上电力(electric power)、经由正在泵入的水(淡水或海水)而膨胀以将淤浆挤出的内部皮囊、以及将淤浆挤出或真空抽出的机械装置。各种实施方式中的淤浆系统也可被集成到船的压载机构中。在这样的实施方式中，加载淤浆，然后，随着淤浆消耗，淤浆被海水置换。在这样的实施方式中，皮囊和/或其它机构可保持分离。理解，前述的任何和所有都可以提供有监测、控制和安全机构。另外的实施方式使用构建并配置以容纳大量介质的料斗或其它储存系统。
72.虽然上述讨论提供caco3作为可能的反应介质，但将理解，也可以使用能够封存co2的任何反应介质。示例性的材料包括，例如，方解石、霰石、碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸镁等。某些实施方式引入用于反应的碳酸盐和硅酸盐介质的组合。各种实施方式使用1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1、或更高的碳酸盐/硅酸盐比率以优化反应条件和/或动力学。某些实施方式能够改变碳酸盐/硅酸盐比率以优化反应条件和/或反应动力学。
73.此外，反应介质不需要是纯的，使得一些介质可包含另外的组分，只要反应介质能够在反应器中反应以封存碳、硫、或其它排放物。当反应材料是caco3时，它可以是经磨碎的
高纯度石灰石或者可以是由挖掘(dredge)富含碳酸盐的沉积物(包括富含碳酸钙的沉积物)获得的caco3。caco3的组成(无论其是纯的方解石还是纯的霰石或其它物质)将影响溶解的速率以及因此的co2和/或硫的中和速率。例如，在各种实施方式中，如果使用霰石代替方解石，则可以提高反应的溶解速率。还可以通过改变反应物材料(例如，碳酸盐、硅酸盐等)的颗粒尺寸来改变反应速率。例如，直径约500-700μm的颗粒的溶解比约70-100μm的颗粒慢30倍。因此，在很多实施方式中，可以使用更细的粒化介质(例如，碳酸盐和/或硅酸盐)来提高反应速率。此外，可以调节颗粒尺寸以控制气泡尺寸，这可以增大气相和液相之间的相互作用。
74.在进一步的实施方式中，压力、温度、和/或其它相关反应参数被改变以控制反应动力学。通过使用经配置以捕获从一个或多个发动机产生的热量的循环管线，某些实施方式经由使用发动机热量来调节温度。另外的实施方式被配置成利用来自废气的热量来升高用于反应的温度。某些实施方式包括用于冷却反应器或反应器容器的系统。在一些这样的实施方式中，反应器冷却是通过穿过水体的循环管线实现的。其它实施方式可以通过使用辅助的加热或冷却元件(例如加热器和冷却器)来控制温度。
75.某些实施方式是允许反应在环境压力下在特定场所进行的开放系统。另外的实施方式是封闭系统，其允许压力在反应容器内逐渐增大和/或调节。反应压力可以通过将水和气体引入到反应器中而逐渐增大。在一些实施方式中，反应压力使用阀门(例如过压排气口118)进行调节，所述阀门可以打开以释放或维持压力，同时压力通过引入废气而升高。
76.某些实施方式具有一个或多个传感器124以监测反应参数，例如温度、ph、压力、pco2、碱度、离子浓度、浊度、光学深度、波谱数据、流速、和/或任何其它相关参数。在这些实施方式的许多中，传感器124与监测器或控制器126通信(例如有线的或无线的)，以提供读数、警报和/或以记录正在进行的反应的状态。在进一步的实施方式中，监测器或控制器126被配置成通过引入另外的反应介质、提高或降低进水量或出水量、释放或提高压力、提高或降低温度、和/或用于控制反应动力学的任何其它相关参数来控制反应动力学。监测和控制反应参数的优点是保持反应器效率并保持流出物水的化学组成。例如，在流出物中过多碱的引入可以导致碳酸盐的沉淀，导致co2的释放，从而使捕获效率的部分或全部无效。
77.在很多实施方式的反应容器内，co2与海水平衡并溶解于水中；然而，可将其它气体(例如，n2和/或ar)和未反应的co2引导至过压排气口118(例如，经由合适的通风烟囱)。类似地，带有或不带有流出泵112的流出口(outflow)110引导水从反应容器经由合适的管道离开该容器返回海洋。在很多实施方式中，该水可以通过位于任何合适位置的(锥形和穿孔的)扩散管离开船。允许流出物水沿着穿孔以较小的量从排放管通过增强流出物与周围海水的混合和稀释。在各种实施方式中，出口可位于船推进器附近。在这样的实施方式中，实现反应容器流出物的即时稀释(50x)。随后，通过推进器叶片的作用和船尾流中的湍流，使水进一步与表层海水混合。
78.图1b说明根据很多实施方式的双级反应反应器150。在很多实施方式的双级反应器150中，第一反应容器152用于使经由入口104进入的气体来料(coming)与经由入口106进入的水混合以产生酸化水，其中两个入口104、106都与第一反应容器152流体连通。此外，第二反应容器154允许在第一反应容器152中产生的酸化水与反应介质114之间的反应。来自第二反应容器154的经中和的流出物通过与第二反应容器154流体连通的出口110排出。如
本文其它地方所述的，通过使用与水入口106或出口110流体连通的一个或多个泵108、112可辅助水的流入和流出。在某些实施方式中，第一反应容器152经由导管156与第二反应容器154流体连通以允许来自第一反应容器152的酸化水行进到第二反应容器154。在很多实施方式中，通过导管156的流动是使用与导管156流体连通的泵158支持的。然而，某些实施方式通过将第一反应容器152放置在第二反应容器154的上方来使用重力辅助输送。反应室152、154的任一者内的过压可通过过压排气口118排出，并且，另外的反应介质可经由反应介质入口120输入至第二反应容器154。一个或多个传感器124可被添加到反应容器152、154之一或两者中，以监测反应条件。如本文其它地方所述的，传感器124可以与监测器或控制器126通讯以监测或控制反应容器152、154内的反应条件。
79.将理解，反应容器102、152、154可采用任何合适的尺寸或体积。例如，船或其它海洋船舶的尺寸增大与动力装置源增大相伴，这产生了更多的排放物。较大的反应容器102、152、154将补偿由这样的尺寸增加而增大的co2产生。此外，船或其它海洋船舶的增大的速度提高了由增大的推进力带来的co2排放，从而，另外的反应容器尺寸将补偿更快的海洋运输。
80.在各种实施方式中，反应容器可以是多个标准容器(或二十英尺当量单位或teu)。例如，在一些实施方式中，反应容器可为10m
×
10m
×
10m，因此大约为1000m3(＝35,000英尺3)的体积，这相当于27个teu或具有3
×3×
3构型的20'容器的堆叠。理解，这样的反应容器将被配置成容纳可重达48,000磅的腐蚀性(ph 6)海水。在一些实施方式中，这样的反应容器可由例如不锈钢、钛、或任何其它合适的金属制成。尽管描述了反应容器的一个特定体积，但是，可以以多种体积提供这样的容器，使得可以根据所需的操作条件以不同的速率和体积实施co2中和。
81.应当理解，反应器100、150可以被包括在任意数量的如下船舶或应用(use)上：包括货船、渡轮、油轮、邮轮、远洋轮、和其它海洋船舶。还应理解，如本文所述的反应器100、150适用于捕获或封存许多类型的排放物并且不限于船或其它海洋船舶。某些实施方式被配置成静态的且捕获大气的碳、硫、或其它排放物，使得反应器与直接空气捕获系统相结合。进一步地，当在海洋船舶上实施时，各种实施方式被配置成可在现有的海洋船舶的改造期间安装的独立系统，而另外的实施方式是在新建船舶的建造期间一体构建的。
82.参考图2，另外的实施方式涉及使用碳封存反应器(例如本文所述的)来封存碳的方法。具体地说，图2说明了使用反应器实施方式来封存碳的方法200。在202处，很多实施方式在反应容器中提供反应介质，例如本文别处所描述的，设置在反应容器内。在204处，各种实施方式将海水和来自来源的排放物在反应容器内混合。如本文别处所描述的，可使用一个或多个反应容器，这取决于单级或双级反应器的使用。同样地，一些实施方式可以在单个反应容器中提供反应介质202并且混合海水和排放物204，或者，可以向第一反应容器提供反应介质202而在第二反应容器中混合海水和排放物204。在206处，很多实施方式使海水与排放物的混合物流过反应介质，使得将碳从混合物中封存。应当注意，各种实施方式将同时地和/或以不同于图2中所描述和说明的次序执行方法200的特征。
83.某些实施方式在更大的系统内包括超过一个反应器100、150，以用于封存碳、硫、或其它排放物。在这样的实施方式中，多个反应器100、150联或并联放置。例如，在串联中，可以将来自一个反应器的流出物进料到第二个反应器中，以允许另外的反应以及水中的酸
度的中和。当使用双级反应器150时，一些系统仅使用第二反应室154以允许经由反应介质114继续对水进行中和。在使用并联系统的实施方式中，一个气体入口104可以被进料到多个反应器110、150以增加溶解到水中并使水酸化的碳、硫、或其它排放物的量。
84.示例性实施方式
85.尽管在以下部分中讨论了反应系统、反应系统功能以及反应系统应用的具体实施方式，但应理解，这些实施方式是作为示例提供的且不旨在进行限制。
86.示例性设置
87.在一个示例性的预示实例中，每天1.25
×
109g供应量的caco3将滴定由一艘每天燃烧175吨柴油燃料的船(以21节行驶的10,000teu船)所产生的co2。假设孔隙率为50％，该质量(以及因此的体积)的颗粒状caco3可以被装在体积相当于24.3个三标准20'航运容器(shipping container)(teu)的空间中。航运容器(一个teu)是8'
×
8.5'
×
20'。其是38.14m3。因此，必须使用每天约24个航运容器的caco3(孔隙率50％)来中和以20节行进的》10,000teu的船。这是基于每天175吨燃料以及0.855的向碳的转换系数。这是装在一个teu中的约15
×
107克caco3(514,890摩尔的碳)。
88.在以下的实例模拟中，做出以下假设：
89.·
在烟道气中的5％的co2，
90.·
体积10
×
10
×
10m3的反应器，
91.·
以250升/秒海水流速穿过体积为50％岩石和50％经预鼓泡的co2/海水，
92.·
起始碱度(alk)为2200μmol/l、起始溶解无机碳(dic)为2000μmol/l且起始[ca]为10.3mmol/l
[0093]
·
研磨至100μm直径的石灰石反应介质，
[0094]
·
由实验确定的21℃溶解速率数据(未经催化)。
[0095]
在这些实施方式中，计算分3步进行：
[0096]
1.将烟道气鼓泡到海水中并假设完全平衡。
[0097]
2.计算在反应器中的溶解反应的时间进程(进展时间)。
[0098]
3.获取稳态反应器的输出物并使其与不同量的环境海水混合。
[0099]
基于这些参数以及跨越大西洋(9天)和太平洋(16天)的平均运输时间，船将需要携带219到389个相当于装满caco3的航运容器(teu)的体积。然而，装满caco3的teu的质量可超过teu的重量规格，因此，teu可未完全充满反应介质。同样地，为容纳所有反应介质可需要另外的teu和/或为容纳反应介质而安装料斗。
[0100]
如下面将更详细讨论的，根据经由动力学分析确定的速率，要实现该co2中和度，必须将海水以36,000-72,000升/秒(571,000-1，141,000克/分钟)的速率从表层海洋泵出、进入气体平衡室并且穿过反应室(容纳caco3)。假设船速为20节(约10米/秒)，则该最大水通量需要7.25m2(约9
′×9′
)的船体开口以达到所需的72,000升/秒。
[0101]
实施例1：研究反应器达到稳态的时间进程
[0102]
方法：在第一项研究中，提供根据实施方式的反应器的如下多种参数的在稳态方向上的时间进程：包括ph、pco2、[co3]、碱度(alk)、溶解无机碳(dic))和饱和度(ω，其是矿物的根据如下的形成或溶解的热力学势的量度：)。
[0103]
结果：该数据汇总在图3中。在该研究中，环境海水具有2000μmol/l的dic和2200μeq/l的alk。反应器输入物(在海水与烟道气之间的混合后)具有3768μmol/l的dic、2200μeq/l的alk、和5000ppm的pco2。经计算，反应后的输出物为：4880μmol/l的dic、4425μeq/l的alk以及1562ppm的pco2。这表明，该反应确实溶解相当大分数的引入至反应器的碳。具体地，该反应每天溶解1.05
×
105摩尔的c，这相当于每4天一个teu的碳酸盐。如所讨论的，基于估算，这将不足以捕获所有的co2排放物。然而，也如所示的，反应器内的ω或饱和度水平仅为0.73(其中1代表饱和度)。
[0104]
结论：这意味着可以进一步设计反应器条件(例如，体积、流量(flow)等)以提高反应速率。在以下部分中，将提供如何(根据实施方式的)反应器内的反应速率的进一步讨论。
[0105]
实施例2：对pco2输出物的混合的研究
[0106]
方法：如上所述，在反应器中以稳态输出的pco2约为1562ppm。该pco2输出是高的且可以导致从反应器流出物的脱气(outgassing)，这将减少净碳封存。根据一些实施方式，流出物可在输出处与海水混合以减少该pco2。
[0107]
结果：如图4的数据图所示的，将输出的流出物与海水混合显著地降低输出物的pco2。具体地，在5倍的混合比下，pco2下降到约1350ppm，在10倍下，下降到约889ppm，并且，在30倍下，下降到约641ppm。
[0108]
实施例3：反应器的体积和流速对反应器效率的影响
[0109]
方法：在第三项研究中，如图5-7中所汇总的，研究了反应器体积和流速对多个反应器参数的影响。
[0110]
结果：具体地，如图5中所示的，较低的流速和较大的体积允许反应进一步进行到完全化，例如增大反应器流出物中的dic、碱度等。然而，更重要的参数是通过该系统的dic通量(例如，[dic]与流速的乘积)。来自该dic通量的研究的数据提供在图6中。如所示的，dic通量不依赖于反应器的体积，但是，与dic的变化相比，流速的变化是大的。
[0111]
结论：根据这些研究，约2000升/秒的流速将提供0.66teu/天的停留时间，这意味着使用四到五个这样的系统将有可能达到3teu/天的目标封存速率。如图7中所示的，pco2的输出受流量和体积这两者的影响。在给定的流速下，较大的反应器体积导致较小的pco2值。该影响将在下面的部分中进一步讨论。
[0112]
实施例4：体积对后混合的影响
[0113]
方法：如前所讨论的，已经表明，通过对流速和反应后混合进行设计，有可能改善反应器实施方式在捕获碳方面的效率。如图8中所示的，与此同时，反应器的体积确实对与海水混合后的pco2具有影响。
[0114]
结论：因此，可以对反应器的体积进行设计(如由船舶的占用空间所允许的)，以进一步提高反应器实施方式的效率。
[0115]
等同物的声明(doctrine of equivalents)
[0116]
虽然已经描述了针对系统的若干替代性构造，但是，应当清楚的是，可以根据本发明的很多实施方式来实施各种系统结构中的任一种。
[0117]
更通常地，如可从上述讨论推断的，上述概念可根据本发明的实施方式以各种布置进行实施。因此，虽然在某些特定方面中已经描述了本发明，但是，对于本领域技术人员来说，许多另外的修改和变化将是明晰的。因此，应当理解，本发明可以以不同于所具体描
述的方式进行实践。因此，本发明的实施方式在所有方面都应被视为说明性的而非限制性的。