(57)【要約】【解決手段】ガス流から二酸化炭素を捕集するための方法とシステムを開示する。前記方法とシステムはガス流から汚染物質を低減するためにも使用することができる。前記システムのノズル配置は、表面積の損失を伴う液滴の衝突と合体を防止する。前記液滴の表面積を大きくすることによりＣＯ２の捕集効率を高めることが可能になる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを処理する方法であって、
二酸化炭素を含み、第１の方向に流れるガスの流れを供給し、
少なくとも９０％が約５０ミクロン未満の液滴サイズを有する流体の液滴を噴霧し、水を含み、実質的にアミンを含まない流体を分配する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記液滴の噴霧は、マッハ１未満の液滴速度で液滴を噴霧する方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
前記液滴速度は、６５，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満である方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ガスは、約５０°Ｆから約３５０°Ｆまでの範囲の温度で供給される方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ガスは、連続流で供給される方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法であって、
前記流体の分配は、湿りボリュームの生成を含む方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記湿りボリュームは、ガス１０００立方フィート当たり流体２０ガロンの流体液滴密度を有する方法。
【請求項８】
請求項６及び７のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ガスは、前記湿りボリュームにおいて約２秒未満の滞留時間を有する方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法であって、
前記流体の分配は、ガス１０００立方フィート当たり２０ガロン未満の割合での前記流体の分配を含む方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法であって、
前記流体は５５°Ｆを超える温度で供給される方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法であって、
前記流体を６０°Ｆを超える温度での供給を備える方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法であって、
前記流体を７０°Ｆを超える温度での供給を備える方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法であって、
前記流体を８０°Ｆを超える温度での供給を備える方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法であって、
前記流体は、実質的に水から成る方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法であって、
前記第１の方向とは反対の方向をほぼ中心とするパターンで噴霧される前記液滴を噴霧する方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法であって、
前記液滴は、ほぼ前記第１の方向を中心とするパターンで噴霧される方法。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記液滴は、前記第１の方向に対して角度を付けられるパターンで噴霧される方法。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の方法であって、
前記流体の液滴の噴霧は、ノズルのアレイへの前記流体の供給を含む方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
ノズルのアレイへの前記流体の供給は、少なくとも７００ｐｓｉの流体圧力での前記流体の供給を含む方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
前記ノズルは複数のヘッダ内に配置され、
前記ヘッダは、前記ガスの流動方向に対して直交して配置され、
前記複数のヘッダは前記ガスの前記流動方向を横切って延び、
前記ヘッダは、互いに少なくとも約８インチの間隔で離間され、また前記ノズルは、各ヘッダに沿って互いに少なくとも約１２インチの間隔で離間される方法。
【請求項２１】
請求項１９及び２０のいずれか１項に記載の方法であって、
前記流体圧力は、約７００ｐｓｉから約２，０００ｐｓｉまでの間である方法。
【請求項２２】
請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ノズルのアレイは１２個のヘッダを含む方法。
【請求項２３】
請求項１９乃至２２のいずれか１項に記載の方法であって、
各ヘッダは、少なくとも１４個のノズルを含む方法。
【請求項２４】
請求項１９乃至２３のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ヘッダとノズルの構成は、
１４個のノズルを有する第１ヘッダと、
２２個のノズルを有する第２ヘッダと、
２８個のノズルを有する第３ヘッダと、
３２個のノズルを有する第４ヘッダと、
３３個のノズルを有する第５ヘッダと、
３２個のノズルを有する第６ヘッダと、
３３個のノズルを有する第７ヘッダと、
３３個のノズルを有する第８ヘッダと、
３２個のノズルを有する第９ヘッダと、
２８個のノズルを有する第１０ヘッダと、
２２個のノズルを有する第１１ヘッダと、
１４個のノズルを有する第１２ヘッダと、
を含む方法。
【請求項２５】
二酸化炭素を生成する方法であって、
請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の前記方法に従ってガスを処理し、
前記流体から二酸化炭素を収集する方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、
前記流体からの二酸化炭素の収集は、
第１の流体タンクの流体液滴を結合させ、
前記流体から気体の二酸化炭素をガス放出し、
前記気体の二酸化炭素を二酸化炭素容器に導く方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、
前記ガス放出は、前記流体のかくはんを含む方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法であって、
前記ガス放出は、前記流体の加熱を含む方法。
【請求項２９】
煙道ガスから二酸化炭素を捕集するためのシステムであって、
第１の方向に沿って配向されるガスの導管と、
複数のヘッダに沿って配置されるとともに煙道ガス流に直交して配向され、実質的に水から成る流体を分配するように構成され、またその９０％が約５０ミクロン未満の大きさを有する液滴を供給するように構成される複数のノズルと、
を備えるシステム。
【請求項３０】
請求項２７に記載のシステムであって、
前記ノズルからマッハ１未満の液滴速度で前記液滴を噴霧するように構成されるシステム。
【請求項３１】
請求項３０に記載のシステムであって、
前記液滴速度は、６５，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満であるシステム。
【請求項３２】
請求項２９乃至３１のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記ガスを約５０°Ｆから約３５０°Ｆまでの範囲の温度で供給するように構成されるシステム。
【請求項３３】
請求項２９乃至３２のいずれか１項に記載のシステムであって、
ガス１０００立方フィート当たり流体２０ガロンの液滴密度を有する湿りボリュームを供給するように構成されるシステム。
【請求項３４】
請求項２９乃至３３のいずれか１項に記載のシステムであって、
煙道ガス流をさらに備えるシステム。
【請求項３５】
請求項２９乃至３４のいずれか１項に記載のシステムであって、
湿りボリュームをさらに備えるシステム。
【請求項３６】
請求項２９乃至３５のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記湿りボリュームは、ガス１０００立方フィート当たり流体２０ガロンの流体密度を有するシステム。
【請求項３７】
請求項２９乃至３６のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記システムは、ガス１０００立方フィート当たり流体２０ガロン未満の割合で前記流体を分配するように構成されるシステム。
【請求項３８】
請求項２９乃至３７のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記システムは、前記煙道ガスが前記湿りボリュームにおいて約２秒未満の滞留時間を有するように構成されるシステム。
【請求項３９】
請求項２９乃至３８のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記流体を５５°Ｆを超える温度で供給するように構成されるシステム。
【請求項４０】
請求項２９乃至３９のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記流体を６０°Ｆを超える温度で供給するように構成されるシステム。
【請求項４１】
請求項２９乃至４０のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記流体を７０°Ｆを超える温度で供給するように構成されるシステム。
【請求項４２】
請求項２９乃至４１のいずれか１項に記載のシステムであって、
８０°Ｆを超える温度で供給される前記流体を供給するように構成されるシステム。
【請求項４３】
請求項２９乃至４２のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記流体は実質的にアミンを含まないシステム。
【請求項４４】
請求項２９乃至４３のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記ノズルは、前記流体を分配するための単一の導管を含むシステム。
【請求項４５】
請求項２９乃至４４のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記ノズルは、前記第１の方向と反対の方向に前記液滴を噴霧するように構成されるシステム。
【請求項４６】
請求項２９乃至４５のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記ノズルは、前記第１の方向に前記液滴を噴霧するように構成されるシステム。
【請求項４７】
請求項２９乃至４６のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記ノズルは、前記第１の方向に対して角度を有する方向に前記液滴を噴霧するように構成されるシステム。
【請求項４８】
請求項２９乃至４７のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記ノズルは、アレイにおいて、
前記煙道ガス流内の、３個のヘッダを含む第１分配ゾーン、
前記煙道ガス流内の、２個のヘッダを含む第２分配ゾーン、
前記煙道ガス流内の、２個のヘッダを含む第３分配ゾーン、
前記煙道ガス流内の、２個のヘッダを含む第４分配ゾーン、
前記煙道ガス流内の、３個のヘッダを含む第５分配ゾーン、
を有して構成されるシステム。
【請求項４９】
請求項４８に記載のシステムであって、
前記第１分配ゾーンは、
１４個のノズルを有し、各ノズルが約１２インチ離間している第１ヘッダと、
２２個のノズルを有し、各ノズルが約１４インチ離間している第２ヘッダと、
２８個のノズルを有し、各ノズルが約１３．５インチ離間している第３ヘッダと、
を含むシステム。
【請求項５０】
請求項４８及び４９のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第１分配ゾーンの前記ヘッダは、約３．２５フィート離間しているシステム。
【請求項５１】
請求項４８乃至５０のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第２分配ゾーンは、３２個のノズルを有し、各ノズルが約１３インチ離間している第１ヘッダと、３３個のノズルを有し、各ノズルが約１３．５インチ離間している第２ヘッダとを含むシステム。
【請求項５２】
請求項４８乃至５１のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第２分配ゾーンの前記ヘッダは、約３フィート離間しているシステム。
【請求項５３】
請求項４８乃至５２のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第３分配ゾーンは、３２個のノズルを有し、各ノズルが約１４インチ離間している第１ヘッダと、３３個のノズルを有し、各ノズルが約１４インチ離間している第２ヘッダとを含むシステム。
【請求項５４】
請求項４８乃至５３のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第３分配ゾーンの前記ヘッダは、約３フィート離間しているシステム。
【請求項５５】
請求項４８乃至５４のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第４分配ゾーンは、３３個のノズルを有し、各ノズルが約１３インチ離間している第１ヘッダと、３２個のノズルを有し、各ノズルが約１３インチ離間している第２ヘッダとを含むシステム。
【請求項５６】
請求項４８乃至５５のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第４分配ゾーンの前記ヘッダは、約３フィート離間しているシステム。
【請求項５７】
請求項４８乃至５６のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第５分配ゾーンは、２８個のノズルを有し、各ノズルが約１３．５インチ離間している第１ヘッダと、２２個のノズルを有し、各ノズルが約１４インチ離間している第２ヘッダと、１４個のノズルを有し、各ノズルが約１２インチ離間している第３ヘッダとを含むシステム。
【請求項５８】
請求項４８乃至５７のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第５分配ゾーンの前記ヘッダは、約３．２５フィート離間しているシステム。
【請求項５９】
請求項４８乃至５８のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第１分配ゾーンの前記３個のヘッダは、互いに流体連通しているシステム。
【請求項６０】
請求項４８乃至５９のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第２分配ゾーンの前記２個のヘッダは、互いに流体連通しているシステム。
【請求項６１】
請求項４８乃至６０のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第３分配ゾーンの前記２個のヘッダは、互いに流体連通しているシステム。
【請求項６２】
請求項４８乃至６１のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第４分配ゾーンの前記２個のヘッダは、互いに流体連通しているシステム。
【請求項６３】
請求項４８乃至６２のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記第５分配ゾーンの前記３個のヘッダは、互いに流体連通しているシステム。
【請求項６４】
請求項４８乃至６３のいずれか１項に記載のシステムであって、
ヘッダに沿った各ノズルが、前記ヘッダに対して同じ角度に配向しているシステム。
【請求項６５】
請求項４８乃至６４のいずれか１項に記載のシステムであって、
少なくとも１つのノズルは、前記流体を分配するための複数のオリフィスを含む多面ノズルであるシステム。
【請求項６６】
請求項６５に記載のシステムであって、
クモ状の前記ノズルは中心軸を有し、少なくとも１つのオリフィスは前記中心軸に対してある角度をなして配置されるシステム。
【請求項６７】
請求項６６に記載のシステムであって、
少なくとも１つのオリフィスは、前記中心軸に対して４５度の角度で配置されるシステム。
【請求項６８】
請求項６５に記載のシステムであって、
少なくとも１つのオリフィスは、１００ミクロンを超える直径を有するシステム。
【請求項６９】
請求項６５に記載のシステムであって、
少なくとも１つのオリフィスは、８０ミクロンを超える直径を有するシステム。
【請求項７０】
請求項２９乃至６９のいずれか１項に記載のシステムであって、
複数のヘッダと複数のノズルは、共通の給水導管と流体連通しているシステム。
【請求項７１】
請求項２９乃至６９のいずれか１項に記載のシステムであって、
各ヘッダは別個の給水導管を有するシステム。
【請求項７２】
請求項２９乃至７１のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記複数のヘッダは、約２インチ未満の直径を有するシステム。
【請求項７３】
請求項２９乃至７２のいずれか１項に記載のシステムであって、
少なくとも１つのヘッダは、非線形形状で構成されるシステム。
【請求項７４】
請求項２９乃至７３のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記ヘッダは、ヘッダ間が均一の間隔を有するアレイで構成されるシステム。
【請求項７５】
請求項２９乃至７４のいずれか１項に記載のシステムであって、
前記ヘッダは、ヘッダ間が不均一の間隔を有するアレイで構成されるシステム。
【請求項７６】
請求項２９乃至７５のいずれか１項に記載のシステムであって、
第１ヘッダの前記ノズルは、ノズル間が均一な間隔で構成されるシステム。
【請求項７７】
請求項２９乃至７６のいずれか１項に記載のシステムであって、
第１ヘッダの前記ノズルは、ノズル間が不均一な間隔で構成されるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０１６年１２月１日付米国仮特許出願第６２／４２８，９０７及び２０１６年８月４日付米国仮特許出願第６２／５４１，４８４の利益を主張する。前記の米国仮特許出願のそれぞれの内容は、その全体が引用により本明細書に全面的に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素（ＣＯ２）は重大な温室効果ガスであり、大気と海洋における濃度の増大がそれぞれ地球温暖化と海洋の酸性化を引き起こしている。ＣＯ２は、発電所、産業プロセス、及び自動車の排ガスを含む様々な発生源により生成される。ＣＯ２の捕集と隔離技術により、特定の発生源からのＣＯ２放出を大幅に低減することができる。捕集されたＣＯ２は、化学産業（例えば、尿素、メタノール、及び金属炭酸塩用）、炭酸飲料の先駆物質として、また携帯用圧力ツール（例えば、溶接やエアガン）の圧縮ガスとしての用途を含め、多くの用途がある。現在のＣＯ２の捕集及び隔離方法には、一定の限界と欠点がある。例えば、アミノ系技術は補助負荷が大きく費用がかかる。ＷＯ２０１５／０２４０１４号はＣＯ２の捕集方法とシステムを開示する。記載された方法とシステムは、排ガスをアミン溶液に接触させる工程を含む。さらに、前記方法とシステムは、効率的にＣＯ２を捕集するために、高速度（例えば、マッハ１）の水滴を使用して高エネルギ衝突でＣＯ２を吸収する（ＷＯ２０１５／０２４０１４号、段落［００１２１］、［００１５９］、及び［００１６１］）。マッハ１近くの水滴速度に対して必要な高圧と圧縮空気は高いエネルギ消費と特殊機械に関連する。ＣＯ２捕集の別の方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００３】
本開示は、ガス流から二酸化炭素を捕集するための方法とシステムを提供する。実施形態によっては、前記方法とシステムはガス流から汚染物質も低減する。
一態様において、本明細書に提供されるガスを処理する方法は、
二酸化炭素を含み、第１の方向に流れるガス流を供給し、
マッハ１未満の速度で、少なくとも９０％が約５０ミクロン未満の液滴サイズを有する流体の液滴を噴霧し、水を含み、実質的にアミンを含まない流体を分配する。
別の態様において、本明細書に提供される二酸化炭素を生成する方法は、
本明細書に記載の方法に従ってガスを処理し、
前記流体から二酸化炭素を収集する。
さらに別の態様において、本明細書に提供される、煙道ガスから二酸化炭素を捕集するためのシステムは、
第１の方向に沿って配向されるガス導管と、
複数のヘッダに沿って配置されるとともに煙道ガス流に直交して配向され、実質的に水から成る流体を分配するように構成され、またその９０％が約５０ミクロン未満の大きさを有する液滴を供給するように構成される複数のノズルと、
を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１Ａ】汚染物質を捕集することができる本開示のシステムに関する例示の配置を示す。
【図１Ｂ】汚染物質を捕集することができる本開示のシステムに関する例示の配置を示す。
【図１Ｃ】汚染物質を捕集することができる本開示のシステムに関する例示の配置を示す。
【図１Ｄ】汚染物質を捕集することができる本開示のシステムに関する例示の配置を示す。
【図２Ａ】汚染物質を捕集することができる本開示の別の例示の配置を示す。
【図２Ｂ】汚染物質を捕集することができる本開示の別の例示の配置を示す。
【図２Ｃ】汚染物質を捕集することができる本開示の別の例示の配置を示す。
【図２Ｄ】汚染物質を捕集することができる本開示の別の例示の配置を示す。
【図２Ｅ】汚染物質を捕集することができる本開示の別の例示の配置を示す。
【図２Ｆ】汚染物質を捕集することができる本開示の別の例示の配置を示す。
【図２Ｇ】汚染物質を捕集することができる本開示の別の例示の配置を示す。
【図２Ｈ】汚染物質を捕集することができる本開示の別の例示の配置を示す。
【図２Ｉ】汚染物質を捕集することができる本開示の別の例示の配置を示す。
【図２Ｊ】汚染物質を捕集することができる本開示の別の例示の配置を示す。
【図３Ａ】ＣＯ２ガスを回収できる本開示のシステムに関する例示の配置の複数のヘッダとノズルを描写する煙道ガス流の内部ビューを示す。
【図３Ｂ】ＣＯ２ガスを回収できる本開示のシステムに関する例示の配置のヘッダとノズルの構成を示す。
【図４】本開示のシステムに関するＣＯ２ガスを回収できる例示のノズルを示す。
【図５】本開示のシステムに関するＣＯ２ガスを回収できる例示のノズルを示す。
【図６】本開示のシステムに関するＣＯ２ガスを回収できる例示のノズルを示す。
【図７】本開示のシステムに関するノズルの液滴サイズのグラフ表示を示す。
【図８】本開示のシステムに関する例示のＣＯ２捕集容器と噴霧アレイのグラフ表示を示す。
【図９】小さい水滴による揮発性化合物の吸着と吸収の略図を示す。
【図１０】水中のＣＯ２の平衡溶解に対する温度の効果を示す。
【図１１】Ｈ２ＣＯ３とＨＣＯ３−の平衡形成に対する温度の効果を示す。
【図１２】ＣＯ２の平衡表面吸着に対する液滴サイズの効果を示す。
【図１３】第２モデルで使用される水滴の概略図を示す。
【図１４】基本ケースの設定と液滴速度の範囲を用いて得られる液滴中心での［ＣＯ２］Ｌと［Ｈ２ＣＯ３，Ｔ］Ｌの予測動的挙動を示す。
【図１５】基本ケースの設定と界面内の耐フラクション性の値の範囲を用いて得られる液滴中心での［ＣＯ２］Ｌと［Ｈ２ＣＯ３，Ｔ］Ｌの予測動的挙動を示す。
【図１６】基本ケースの設定と液滴サイズの値の範囲を用いて得られる液滴中心での［ＣＯ２］Ｌと［Ｈ２ＣＯ３，Ｔ］Ｌの予測動的挙動を示す。
【図１７】基本ケースの設定と温度の値の範囲を用いて得られる液滴中心での［ＣＯ２］Ｌと［Ｈ２ＣＯ３，Ｔ］Ｌの予測動的挙動を示す。
【図１８】基本ケースの設定と界面分配係数の値の範囲を用いて得られる予測全ＣＯ２除去量を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
ガス流から汚染物質を低減するための方法とシステムをここに開示する。実施形態によっては、前記方法とシステムはガス流から二酸化炭素を捕集する。本明細書中に記載のＣＯ２除去は、より大きい補助負荷、大きな設置面積を有し、また費用がよりかかるアミン系技術に比較すると、非常に効率的である。本明細書中に記載のＣＯ２除去は、排水流中の大量のＣＯ２ガスを捕集する。さらに、その他のＣＯ２捕集は、液体対ガスの比率が大きい。本明細書中に記載の方法とシステムに関する液体対ガスの比率は、煙道ガス１０００ＡＣＦＭ当たり噴霧水１０ｇｐｍ未満である。これらの細かい液滴を使用する方法とシステムはエネルギを効率的に利用する。本システムのノズル配置は、表面積の損失を伴う液滴の衝突や凝集を防止する。液滴の大きな表面積により、ＣＯ２捕集の効率を高めることができる。水滴の速度はマッハ１未満であり、それによりエネルギ消費を低減し、特殊機械の使用を避ける。
定義
【０００６】
便宜上、本明細書、例、及び添付の請求項で使用する特定の用語をここに集めた。
【０００７】
本明細書において、冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、当該冠詞の文法上の対象物の１つ又は２以上（すなわち、少なくとも１つ）を指すために使用される。例として、「ａｎ  ｅｌｅｍｅｎｔ」は、１つの要素又は２以上の要素を意味する。
【０００８】
本明細書において、明細書及び請求項において使用される語句「ａｎｄ／ｏｒ（及び／又は）」は、そのように結合した要素、すなわち、ある場合には連言的に存在し、他の場合には選言的に存在する要素の「いずれか又は両方」を意味すると理解されたい。「ａｎｄ／ｏｒ」を用いて記載される複数の要素は、同じように、すなわちそのように結合される「１以上」の要素と解釈するものとする。「ａｎｄ／ｏｒ」節によって具体的に特定される要素以外のその他の要素は、具体的に特定される要素に関連するか否かを問わず、選択的に存在してもよい。従って、非限定的な例として、「Ａ  ａｎｄ／ｏｒ  Ｂ」への参照は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」等のオープンエンドの言葉と組み合わせて使用される場合、一実施形態ではＡのみ（Ｂ以外の要素を選択的に含んで）を指し、別の実施形態ではＢのみ（Ａ以外の要素を選択的に含んで）を指し、さらに別の実施形態ではＡとＢの両方（その他の要素を選択的に含んで）を指す等の場合がある。
【０００９】
本明細書において、明細書及び請求項において使用されるように、「ｏｒ（又は）」は、上記で定義したように、「ａｎｄ／ｏｒ」と同じ意味を有することを理解されたい。例えば、リスト内で項目を分離する場合、「ｏｒ」又は「ａｎｄ／ｏｒ」は、包含的であるとして、すなわち、多くの又はリストの要素のうち、少なくとも１つを含むだけでなく、２以上を含むこと、また選択的に、付加的なリストに挙げられていない項目も含むと解釈されるものとする。「ｏｎｌｙ  ｏｎｅ  ｏｆ（のうちの１つのみ）」又は「ｅｘａｃｔｌｙ  ｏｎｅ  ｏｆ（のうちのちょうど１つ）」、又は請求項で使用される場合の、「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ（から成る）」等の、これに反して明確に示される用語のみ（ｏｎｌｙ）は、多くの又はリストの要素のうちちょうど１つの要素を含むことを指す。通例では、本明細書で使用されるように、用語「ｏｒ」は、「ｅｉｔｈｅｒ（いずれか一方の）」、「ｏｎｅ  ｏｆ（いずれか１つ）」、「ｏｎｌｙ  ｏｎｅ  ｏｆ（のうちの１つのみ）」、又は「ｅｘａｃｔｌｙ  ｏｎｅ  ｏｆ（いずれか１つだけ）」等の排他性用語に続く場合、排他的な選択肢を示す（すなわち、どちらか一方であって両方ではない）としてのみ解釈されるものとする。「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ（実質的に成る）」は、請求項で使用される場合、特許法の分野で用いられるそれの通常の意味を有するものとする。
【００１０】
本明細書において、明細書及び請求項において使用されるように、語句「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ」は、１以上の要素のリストに関連して、要素のリスト中の任意の１以上の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味するものと理解されるものとするが、要素のリスト内に具体的に挙げられる全ての要素の少なくとも１つを必ずしも含まない、また要素のリストにおいて任意の要素の組み合わせを排除するものでもないと理解されるものとする。この定義によると、語句「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ」が指す要素のリスト内で具体的に特定される要素以外の要素が、具体的に特定される要素に関連するか否かを問わず、選択的に存在することも可能にする。従って、非限定的な例として、「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ  Ａ  ａｎｄ  Ｂ」（又は、同等に、「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ  Ａ  ｏｒ  Ｂ」、又は、同等に、「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ  Ａ  ａｎｄ／ｏｒ  Ｂ」）は、一実施形態において、Ｂの存在なしで、２以上を選択的に含めて、少なくとも１つのＡを指し（また、Ｂ以外の要素を選択的に含める）、別の実施形態では、Ａの存在なしで、２以上を選択的に含めて、少なくとも１つのＢを指し（また、Ａ以外の要素を選択的に含める）、さらに別の実施形態では、２以上を選択的に含めて、少なくとも１つのＡ、及び２以上を選択的に含めて、少なくとも１つのＢを指し得る（また、それ以外の要素を選択的に含める）。
【００１１】
そうでないことが明確に示されていない限り、本明細書中で主張される２以上の工程又は作用を含むあらゆる方法において、当該方法の工程又は作用の順序は、当該方法の工程又は作用が列挙される順序に必ずしも限定されないことも理解されたい。
【００１２】
請求項において、上記の本明細書においても同様に、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｃａｒｒｙｉｎｇ」、「ｈａｖｉｎｇ」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ」、「ｈｏｌｄｉｎｇ」、「ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ」等の全ての移行句は、オープンエンドであると理解されるべきである、すなわち、「含むがこれに限定されない」意味と理解されるべきである。移行句「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ」と「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ」のみが、米国特許庁の特許審査処理手順マニュアル、セクション２１１１．０３に記載されるように、それぞれクローズの又は半ばクローズの移行句であるものとする。
【００１３】
本開示の目的のために、化学元素は、元素の周期表、ＣＡＳバージョン、化学と物理のハンドブック、第６７版、１９８６年‐１９８７年、表紙裏に従って特定される。
【００１４】
本明細書中で使用されるように用語「ＮＯｘ」は、一酸化窒素（ＮＯ）、酸化窒素（ＮＯ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、及び五酸化二窒素（Ｎ２Ｏ５）等のその他の窒素の高級酸化物を含む、窒素酸化物の汚染物質を指す。窒素酸化物は、自動車の排気、石炭、オイル、ディーゼル燃料、及び天然ガスの燃焼（例えば、発電所から）、又は産業プロセス（例えば、溶接、電気メッキ、エッチング、及びダイナマイトの爆破）から、大気中に放出される。
【００１５】
本明細書中で使用されるように用語「ＳＯｘ」は、二酸化硫黄（ＳＯ２）、三酸化硫黄（ＳＯ３）、硫酸ミスト（Ｈ２ＳＯ４）、及び硫酸塩を含む、硫黄酸化物の汚染物質を指す。大半のＳＯｘ汚染物質は、硫黄を含む燃料（例えば、瀝青炭及び残留燃料油）の燃焼からＳＯ２の形態をとる。
【００１６】
本明細書中で使用されるように用語「アミン（ａｍｉｎｅ）」は、−ＮＨ２及びそれの置換誘導体を指し、水素の１つ又は両方は、アルキル、ハロアルキル、フルオロアルキル、アルケニル、アルキニル、カルボシクリル、ヘテロシクリル、アリール、アラルキル、ヘテロアリール、ヘテロアラルキル、アルキルカルボニル、ハロアルキルカルボニル、フルオロアルキルカルボニル、アルケニルカルボニル、アルキニルカルボニル、カルボシクリルカルボニル、ヘテロシクリルカルボニル、アリールカルボニル、アラルキルカルボニル、ヘテロアリールカルボニル、ヘテロアラルキルカルボニル、スルホニル、及び上記で定義されたスルフィニル基から成る基から選択される置換基によって個別に置換されるか、又は両水素は、共にアルキレン基によって置換される（窒素を含む環を形成する）。代表例にはメチルアミノ、アセチルアミノ、及びジメチルアミノが挙げられるが、これに限定されない。
【００１７】
本明細書中で使用されるように用語「ノズル」は、流体の流れ（例えば、液体又はガス）が密閉室又はパイプに出入りする場合にその方向又は特性（例えば、速度）を制御する装置を指す。ノズルは、流体を分配するための少なくとも１つのオリフィスを有する。ノズルは、パイプ又はホースの端部において円筒形、円形又は円錐形の噴出口であり得る。
【００１８】
本明細書中で使用されるように用語「ヘッダ」は、１以上のノズルが搭載されるアッセンブリを指す。ヘッダ上のノズルの数は、タンクの直径、体積流量、煙道ガス温度、捕集されるＣＯ２の量、及び存在する他のヘッダの数に依存して変わり得る。例えば、各ヘッダは、少なくとも１個、１４個、２２個、２８個、３２個、又は３３個のノズルを含み得る。本明細書に開示されるヘッダにおいて、ノズルは互いに一定の間隔で離間され得る。
【００１９】
本明細書中で使用されるように用語「アレイ」は、多数のヘッダを含むアッセンブリを指す。アレイのヘッダは、互いから様々な間隔で離間され得る。
【００２０】
本明細書中で使用されるように用語「マッハ」は、周囲の媒体中の音の速度に対する液滴の速度の比率を指す。例えば、マッハ１は、音の速度（標準海面条件及び５９°Ｆで、３４０．２９ｍ／ｓ又は６７，５１９．７  ｆｔ／ｍｉｎ）を示す。マッハ１で表される速度は、例えば、温度に依存するために、一定ではない。
【００２１】
本明細書中で使用されるように用語「平方インチ当たりの重量ポンド」（ｐｓｉ）は、１平方インチの面積に印加される１重量ポンドの力から生じる圧力を指す。
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本開示の方法
【００２２】
一態様において、本明細書中に提供されるガスを処理する方法は、
二酸化炭素を含み、第１の方向に流れるガス流を供給し、
少なくとも９０％が約５０ミクロン未満の液滴サイズを有する流体の液滴を噴霧し、水を含み、実質的にアミンを含まない流体を分配する。
【００２３】
本明細書中に記載の方法の他の実施形態において、ガス流は、二酸化炭素及び少なくとも１つの汚染物質、すなわち、ＨＣｌ、ＨＦ、重金属（水銀を含む）、ＮＯｘ、ＳＯｘ、又は微粒子を含む。
【００２４】
亜音速で液滴を分配すると、ノズルのオリフィスでの差圧が、ＷＯ２０１５／０２４０１４に記載されるシステムより小さい点で有利である。その結果、ノズルにかかる力が減少し、より様々なノズルの取り付け方法が可能になる。さらに、ノズルを出る液滴は、超音速システムによって遭遇するような圧力、温度、及びエントロピーの急激な変化にさらされることはない。
【００２５】
本明細書中に記載の方法の特定の実施形態において、液滴の噴霧は、マッハ１未満の液滴速度での液滴の噴霧を含む。別の実施形態において、液滴の相対速度は、マッハ１未満、マッハ０．９未満、マッハ０．８未満、マッハ０．７未満、マッハ０．６未満、マッハ０．５未満、マッハ０．４未満、マッハ０．３未満、マッハ０．２未満、又はマッハ０．１未満である。さらに別の実施形態において、液滴の相対速度はマッハ０．５未満である。
【００２６】
特定の実施形態において、液滴の噴霧は、６５，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満の液滴速度での液滴の噴霧を含む。他の実施形態において、液滴速度は、６０，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満である。その他の実施形態において、液滴速度は、５０，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満、４０，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満、３０，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満、２０，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満、１０，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満、又は５，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満である。
【００２７】
本明細書中に記載の方法の別の実施形態において、ガスは、約５０°Ｆから約３５０°Ｆまでの範囲の温度で供給される。一実施形態において、ガスは５５°Ｆを超える温度で供給される。別の実施形態において、ガスは６０°Ｆを超える温度で供給される。さらに別の実施形態において、ガスは７０°Ｆを超える温度で供給される。さらに別の実施形態において、ガスは８０°Ｆを超える温度で供給される。特定の実施形態において、ガスは、約１００°Ｆ、約１１０°Ｆ、約１２０°Ｆ、約１３０°Ｆ、約１３５°Ｆ、約１４０°Ｆ、約１５０°Ｆ、約１６０°Ｆ、又は約１７０°Ｆの温度で供給される。
【００２８】
本明細書中に記載の方法のさらに別の実施形態において、ガスは連続流で供給される。
【００２９】
本明細書中に記載の方法のさらに別の実施形態において、流体の分配は、湿りボリュームの生成を含む。湿りボリュームは、もしあれば、次のガス処理段階まで広がり得る、又はノズルから一定の距離だけ広がり得る。湿りボリュームは、噴霧の方向及びガス流の方向にノズルから広がり得る。湿りボリュームは、ノズルの上流からノズルの下流まで広がり得る、そして湿りボリュームの範囲はガス流の流量、流体の流量、及び液滴の速度に依存し得る。湿りボリュームは、アプリケーションに依拠して、総炭素捕集量又は炭素捕集効率を最適化するために、これらのパラメータ及び当業者にとって明らかなその他のパラメータに基づいて調整され得る。
【００３０】
実施形態によっては、湿りボリュームは、ガス１０００立方フィート当たり流体１５ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体１２ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体１１ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体１０ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体９ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体８ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体７ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体６ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体５ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体４ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体３ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体２ガロン、又はガス１０００立方フィート当たり流体１ガロンの流体液滴密度を有する。他の実施形態において、湿りボリュームはガス１０００立方フィート当たり流体１０ガロンの流体液滴密度を有する。
【００３１】
特定の実施形態において、ガスの湿りボリュームでの滞留時間は、約１０秒未満、約８秒未満、約６秒未満、約５秒未満、約４秒未満、約３秒未満、約２秒未満、約１秒未満、又は約０．５秒未満である。別の実施形態において、ガスの湿りボリュームでの滞留時間は、約２秒未満である。上述したように、ガスの滞留時間は、本明細書中に記載のその他のパラメータと共に、システムの性能を最適化するために変えることができる。
【００３２】
本明細書中に記載の方法の別の実施形態において、湿りボリュームは、ガス１０００立方フィート当たり流体１５ガロンの流体密度、ガス１０００立方フィート当たり流体１２ガロンの流体密度、ガス１０００立方フィート当たり流体１１ガロンの流体密度、ガス１０００立方フィート当たり流体１０ガロンの流体密度、ガス１０００立方フィート当たり流体９ガロンの流体密度、ガス１０００立方フィート当たり流体８ガロンの流体密度、ガス１０００立方フィート当たり流体７ガロンの流体密度、ガス１０００立方フィート当たり流体６ガロンの流体密度、ガス１０００立方フィート当たり流体５ガロンの流体密度、ガス１０００立方フィート当たり流体４ガロンの流体密度、ガス１０００立方フィート当たり流体３ガロンの流体密度、ガス１０００立方フィート当たり流体２ガロンの流体密度、又はガス１０００立方フィート当たり流体１ガロンの流体密度を有する。その他の実施形態において、湿りボリュームはガス１０００立方フィート当たり流体１０ガロンの流体密度を有する。上述したように、湿りボリュームの流体密度は、本明細書中に記載のその他のパラメータと共に、システムの性能を最適化するために変えることができる。
【００３３】
本明細書中に記載の方法の実施形態によっては、液体対ガスの比率は、１０００立方フィート当たり２０ガロン未満、すなわち、液体：ガスの比率は２．６７：１０００である。別の実施形態において、液体対ガスの比率は、１０００立方フィート当たり１５ガロン未満、すなわち、液体：ガスの比率は２．０１：１０００である。別の実施形態において、液体対ガスの比率は、１０００立方フィート当たり１０ガロン未満、すなわち、液体：ガスの比率は１．３３：１０００である。別の実施形態において、液体対ガスの比率は、１０００立方フィート当たり５ガロン未満、すなわち、液体：ガスの比率は０．６７：１０００である。別の実施形態において、液体対ガスの比率は、１０００立方フィート当たり２ガロン未満、すなわち、液体：ガスの比率は０．２６７：１０００である。その他の実施形態において、液体対ガスの比率は、１：１０００、９：１０，０００、８：１０，０００、７：１０，０００、６：１０，０００、５：１０，０００、４：１０，０００、３：１０，０００、２：１０，０００、又は１：１０，０００である。
【００３４】
本明細書中に記載の方法の１つの利点は、流体は、周囲温度で、すなわち、貯蔵タンクの位置での温度から人工的に加熱又は冷却しないで供給できることである。本明細書中に記載の方法の実施形態によっては、流体は、約３２°Ｆから約２１２°Ｆまでの範囲の温度で供給される。一実施形態において、流体は、５０°Ｆを超える温度で供給される。一実施形態において、流体は、５５°Ｆを超える温度で供給される。別の実施形態において、流体は、６０°Ｆを超える温度で供給される。さらに別の実施形態において、流体は、７０°Ｆを超える温度で供給される。さらに別の実施形態において、流体は、８０°Ｆを超える温度で供給される。
【００３５】
本明細書中に記載の方法の特定の実施形態において、流体は、実質的にアミンを含まない。本明細書中に記載の方法のその他の実施形態において、流体は実質的に水から成る。
【００３６】
本明細書中に記載の方法の特定の実施形態において、方法は、液滴の噴霧を含み、液滴は、第１の方向と反対の方向をほぼ中心としたパターンで噴霧される。さらに別の実施形態において、液滴は、第１の方向をほぼ中心としたパターンで噴霧される。その他の実施形態において、液滴は、第１の方向に対して角度を付けられたパターンで噴霧される。付加的に、又は代わりに、液滴は複数の方向に同時に噴霧され、ガス流の方向に沿って分配される異なる量の液滴の勾配又はゾーンを設けることができる。噴霧パターンは、円錐、四角錐、又は当技術分野で周知の任意の他の噴霧パターンであってもよい。
【００３７】
本明細書中に記載の方法の特定の実施形態において、流体の液滴を噴霧する工程は、ノズルのアレイへの流体の供給を含む。別の実施形態において、ノズルのアレイへの流体の供給は、少なくとも７００ｐｓｉの流体圧力での流体の供給を含む。さらなる実施形態において、圧力は約７００ｐｓｉから約２、０００ｐｓｉまでの間である。実施形態によっては、流体圧力は、約１，０００ｐｓｉから約２，０００ｐｓｉまでの間である。別の実施形態において、流体圧力は、約１，５００ｐｓｉから約２，０００ｐｓｉまでの間である。
【００３８】
本明細書中に記載の方法の別の実施形態において、ノズルは、複数のヘッダ内に配置される。ヘッダは、ガスの流動方向に直交して配置され、複数のヘッダはガスの流動方向を横切って延びる。ヘッダは、互いに少なくとも約８インチの間隔で離間され、またノズルは、それのそれぞれのヘッダに沿って、互いに少なくとも約１２インチの間隔で離間される。
【００３９】
本明細書中に記載の方法の他の実施形態において、ノズルのアレイは、１個から２０個の間のヘッダを含む。別の実施形態において、ノズルのアレイは、５個のヘッダ、６個のヘッダ、７個のヘッダ、８個のヘッダ、９個のヘッダ、１０個のヘッダ、１１個のヘッダ、１２個のヘッダ、１３個のヘッダ、１４個のヘッダ、１５個のヘッダ、又は１６個のヘッダを含む。別の実施形態において、ノズルのアレイは、１２個のヘッダを含む。
【００４０】
本明細書中に記載の方法の別の実施形態において、各ヘッダは、少なくとも１０個のノズル、少なくとも１４個のノズル、少なくとも１８個のノズル、少なくとも２２個のノズル、少なくとも２６個のノズル、又は少なくとも３０個のノズルを含む。実施形態によっては、各ヘッダは、少なくとも１４個のノズルを含む。さらに別の実施形態において、各ヘッダは、１２個のノズル、１４個のノズル、１６個のノズル、１８個のノズル、２０個のノズル、２２個のノズル、２４個のノズル、２６個のノズル、２８個のノズル、３０個のノズル、３２個のノズル、３３個のノズル、３４個のノズル、又は３５個のノズルを含む。さらに別の実施形態において、各ヘッダは、１４個のノズル、２２個のノズル、２８個のノズル、３２個のノズル、又は３３個のノズルを含む。
【００４１】
特定の実施形態において、ヘッダとノズルの構成は、
１４個のノズルを有する第１ヘッダ、
２２個のノズルを有する第２ヘッダ、
２８個のノズルを有する第３ヘッダ、
３２個のノズルを有する第４ヘッダ、
３３個のノズルを有する第５ヘッダ、
３２個のノズルを有する第６ヘッダ、
３３個のノズルを有する第７ヘッダ、
３３個のノズルを有する第８ヘッダ、
３２個のノズルを有する第９ヘッダ、
２８個のノズルを有する第１０ヘッダ、
２２個のノズルを有する第１１ヘッダ、及び
１４個のノズルを有する第１２ヘッダを含む。
【００４２】
一実施形態において、ヘッダとノズルの構成は、図３Ａに示すとおりである。別の態様において、本明細書中に提供される二酸化炭素を生成する方法は、
本明細書中に記載の方法に従ってガスを処理し、
流体から二酸化炭素を収集する。
【００４３】
別の実施形態において、排水はタンクに捕集される。理論に縛られることなく、表面積効果によって、本方法によって用いられるミクロンサイズの液滴は、バルク飽和濃度より高い濃度でＣＯ２を収集すると考えられている。従って、排水がバルク相で収集された場合、ＣＯ２は自然発生的に泡となって排水から出る。実施形態によっては、排水からのＣＯ２の放出を促進させるために、当業者に周知の方法が使用されるかもしれない。例えば、タンク中の水はかくはんされるか又は加熱され得る。実施形態によっては、ＣＯ２は、大気圧下で、すなわち、ポンプによって積極的に操作されていない排水タンクの圧力の下で水から漏れ出る。実施形態によっては、ＣＯ２は、周囲温度の下で水から漏れ出る、すなわち、積極的な加熱又は冷却構成要素が排水タンクに関連付けられて存在していない。
【００４４】
実施形態によっては、排水タンクは、排水からＣＯ２の放出を促進する過剰な核形成部位を含む。
【００４５】
実施形態によっては、排水を通してガスが泡立てられてもよい。実施形態によっては、ガスはＣＯ２であってもよい。他の実施形態において、ガスはＣＯ２以外であってもよい。排水をかくはんするためにＣＯ２を用いると、かくはんと付加的な表面積が得られる。さらに、排水中のＣＯ２は、平衡（飽和）濃度を超える濃度にあるので、ＣＯ２を泡立たせても排水中のＣＯ２の濃度は増加しない。代わりに、かくはんによって排水中からＣＯ２の放出を促進し、ＣＯ２に対して付加的な表面積を与えて過飽和の排水から漏れ出させる効果が得られる。本質的に、排水を通してＣＯ２を泡立たせることにより、付加的な核形成部位が得られる。排水をかくはんするためにＣＯ２の泡を用いるもう１つの利点は、収集されるガスはなお純粋なＣＯ２であるということである。
【００４６】
排水は、必要に応じて又は所望どおり、多数の流体タンクを通じて送ることができる。例えば、排水は第１の流体タンクに収集され、次に第２の流体タンクに送られる。実施形態によっては、ＣＯ２は第１のタンクの排水から受動的に放出され（すなわち、放出を促進するためのかくはん又はその他の手段なしで）、第２のタンクの排水から積極的に放出される（例えば、かくはんにより促進されて）。実施形態によっては、排水は、第１及び第２タンク両方の排水から積極的に放出される。必要に応じて、付加的なタンクを追加してもよい。実施形態によっては、複数のタンクシステムが並列で使用される。例えば、２つの並列のタンクシステムがあって、それぞれは、第１の受動的放出のタンクと第２の積極的放出のタンクとから構成される。
【００４７】
実施形態によっては、流体からの二酸化炭素の収集は、
気密の第１流体タンクの流体液滴を結合させ、
流体から気体の二酸化炭素をガス放出し、
気体の二酸化炭素を二酸化炭素容器に導く。
【００４８】
二酸化炭素容器は、任意の適切な容器であってもよい。二酸化炭素は、浄化、圧縮されて二酸化炭素容器に収容されてもよい。実施形態によっては、収集される二酸化炭素は工業的用途に対して十分純粋であり、さらなる浄化は行われない。実施形態によっては、二酸化炭素中の唯一の不純物は水蒸気であり、二酸化炭素は、二酸化炭素容器に収集される前に水蒸気を除去するためのシステムを通過させられる。水蒸気を除去するための多くのシステムは当業者に周知であり、任意の適切なシステムを使用することができる。
【００４９】
ＣＯ２のガス放出の後、排水はＣＯ２捕集システムを通して再利用され得る。任意に、排水は再利用される前に浄化されてもよい。浄化には、例えば、ろ過及び／又は逆浸透が含まれ得る。
本開示のシステム
【００５０】
本開示の一態様は、煙道ガスから二酸化炭素を捕集するためのシステムである。特定の実施形態において、当該システムは排水流中の大量のＣＯ２ガスを収集する。実施形態によっては、煙道ガスの速度は減速される。他の実施形態において、水噴霧の流れは増大される。別の実施形態において、排水は、最小限のかくはんによりＣＯ２を水から分離させるタンクに捕集される。実施形態によっては、当該システムは濃縮ＣＯ２としてＣＯ２を捕集する。例えば、煙道ガス流中のＣＯ２の８０％は当該システムによって捕集することができ、少なくとも純度８５％である。好適な実施形態において、回収されたＣＯ２は、純度９０％を超える又は純度９５％を超える。さらに別の実施形態において、濃縮ＣＯ２により、当該システムの大きさの低減が可能になる。さらに別の実施形態において、濃縮ＣＯ２は、圧縮する必要なしに、別の工程に直接パイプで送ることができる。別の実施形態において、当該システムは図２に示すように配置される。
【００５１】
排水タンクは、多くの方法で構成され得る。実施形態によっては、当該システムは１つの排水タンクを含み、それはさらにかくはん装置を含み得る。実施形態によっては、当該システムは沈殿タンク、アグラベイタタンク、及び貯蔵タンクを含む。これらの実施形態において、アグラベイタタンクはかくはん装置を含む。沈殿タンクは、存在する場合、排水中に同様に捕集されている可能性のある望ましくない粒子をかくはん前に沈殿させる。実施形態によっては、当該システムは、多数のパラレルアームの排水タンクを含み、各アームは流体移動のための双方向導管としての機能を果たす。各アームは１つのタンクを含み得る、又は付加的に沈殿タンク、アグラベイタタンク及び貯蔵タンクを含み得る。実施形態によっては、複数のパラレルアームがあり、それぞれは沈殿タンクとアグラベイタタンクを含む、また当該システムは、１以上の貯蔵タンクをさらに含む。本明細書中に記載のいずれの構成においても、アームとタンクは、閉鎖メカニズム（例えば、バルブ）と流体連結されて、必要に応じて、流体移動を選択的に開放、閉鎖することができる。多数のパラレルアームを使用することにより、排水流がアーム間で切り替えられ、各アームの各タンクの排水が、当該システムによって究極的に再利用される前に、完全にガス放出する十分な時間を可能にする。
【００５２】
上述の実施形態において、かくはん装置は、排水に溶解しているＣＯ２が気相に放出される速度を増加させることに適した任意のメカニズムであってもよい。いくつかのそのような種類のかくはん装置は本明細書に記載されている。例えば、かくはん器、泡だて器等の機械的かくはん装置、又はガス気泡のための付加的な核形成部位の発生源であってもよい。
【００５３】
本明細書中に記載の排水タンクのいくつかはＣＯ２収集システムに連結される。好適な実施形態において、これらのタンクは、当該システムが作動している場合、タンク中の唯一のガスはＣＯ２であるようにさもなければ密閉されている。密閉されているので、周囲の空気がタンクに侵入してＣＯ２を希薄化することが防止される。好適には、上記の沈殿タンク及びアグラベイタタンクは、ＣＯ２収集システムを含む。しかしながら、全体のシステムの必要性に依存して、一方又は他方はＣＯ２収集システムを欠く場合がある。さらに、１つの収集システムが多数のタンク全体に及ぶ場合がある。これらの実施形態において、ガスマニホールドは、各排水タンクから収集システムにＣＯ２を送る。実施形態によっては、収集システムは乾燥機及びコンプレッサを含み、また工業用に対して十分な純度のＣＯ２を製造するよう構成されている。
【００５４】
他の実施形態において、煙道ガスの特性とあらゆる上流の処理の性質に依存して、当該システムは少なくとも１つの汚染物質、すなわち、ＨＣｌ、ＨＦ、重金属（水銀を含む）、ＮＯｘ、ＳＯｘ又は微粒子も捕集し、低減する。別の実施形態において、当該システムは、ＨＣｌ、ＨＦ、ＳＯ２、ＳＯ３、水銀、及び微粒子を低減する。さらに別の実施形態において、当該システムは、開示された凝縮プロセスの性質により、粒子状物質を低減する。特定の実施形態において、排水はこれらの汚染物質を除去するために処理される。
【００５５】
別の実施形態において、当該システムは、１つのユニット内で、煙道ガスから二酸化炭素と少なくとも１つの汚染物質の両方を捕集する。別の実施形態において、当該システムは、煙道ガスから二酸化炭素を捕集するためのユニットと少なくとも１つの汚染物質を捕集するための別個のユニットを含む。実施形態によっては、少なくとも１つの汚染物質を捕集するためのユニットは、図１の配置を有する。他の実施形態において、少なくとも１つの汚染物質を捕集するためのユニットは、図２のカーボンフィルターを含む。
【００５６】
実施形態によっては、当該システムは、煙道ガス流に過酸化水素を導入することによってＳＯ２を除去する。別の実施形態において、当該システムのリアクターモジュールは、ＳＯ２を硫酸に転換する。実施形態によっては、煙道ガスは水を吸収するので、その温度は断熱冷却によって低下する、そしてこの酸露点を下回る温度の低下は、硫酸及びその他の酸がガス流から凝縮することを可能にする。実施形態によっては、当該システムで使用される専用ノズルによって、細かい霧状の液滴が生成されて効率が高まる。
【００５７】
特定の実施形態において、ノズルは、当該システム内部の断面全体で一様な分布を提供するように配置される。ノズルは、排ガスが容器に流入する地点からある範囲の距離に配置することができる。実施形態によっては、ノズルは、排ガスの流入地点から約４フィート乃至５フィートに配置することができる。実施形態によっては、ノズルは、ノズルの第２のサブセットと異なる間隔で（排ガスの流入地点から）離間するノズルの第１のサブセットと互い違いの関係又は離間した関係で構成され得る。
【００５８】
別の態様において、本開示は、煙道ガスから二酸化炭素を捕集するためのシステムを提供する。当該システムは、
第１の方向に沿って配向されるガスの導管と、
複数のヘッダに沿って配置されるとともに前記煙道ガス流に直交して配向され、実質的に水から成る流体を分配するように構成され、またその９０％が約５０ミクロン未満の大きさを有する液滴を供給するように構成される複数のノズルと、
を備える。
【００５９】
小さいサイズの液滴は、より大きい液滴よりも効率の良いＣＯ２の捕集が可能になるので望ましい。理論に縛られることなく、小さい液滴（例えば、約１００ミクロン未満、好適には約５０ミクロン未満の直径を有する）の体積当たりの表面積が大きいほど、ヘンリーの法則に従って、液滴は、バルク相において可能な濃度より大きな濃度でＣＯ２を吸収することが可能になると考えられている。液滴の表面は、ＣＯ２又は炭酸が集まるのに好ましい環境を提供することが可能である。
【００６０】
実施形態によっては、当該システムは、液滴を供給するように構成され、液滴の９０％は約１００ミクロン未満、約８０ミクロン未満、約６０ミクロン未満、約５０ミクロン未満、約４０ミクロン未満、約３０ミクロン未満、約２０ミクロン未満、又は約１０ミクロン未満の大きさを有する。実施形態によっては、当該システムは、液滴を供給するように構成され、液滴の９０％は約６０ミクロン未満、約５０ミクロン未満、約４０ミクロン未満、約３０ミクロン未満、約２０ミクロン未満、約１０ミクロン未満、約５ミクロン未満、約３ミクロン未満、又は約１ミクロン未満の大きさを有する。
【００６１】
別の実施形態において、ヘンリーの法則に基づいて予測されるものと比較した流体液滴によって収集されるＣＯ２の量の比率は１より大きい。さらに別の実施形態において、前記比率は、１から１０の間、１から２０の間、１から５０の間、又は１から１００の間である。さらに別の実施形態において、前記比率は、約１．２５、約１．５、約１．７５、約２、約２．２５、約２．５、約２．７５、約３、約３．２５、約３．５、約３．７５、約４、約４．２５、約４．５、約４．７５、約５、約６、約７、約８、約９、約１０、約１５、約２０、約５０、約７５、又は約１００である。
【００６２】
実施形態によっては、流体液滴によって収集されるＣＯ２の量は３０ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏより大きい。実施形態によっては、流体液滴によって収集されるＣＯ２の量は、５０ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏ、１００ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏ、１５０ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏ、２００ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏ、２２５ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏ、又は２５０ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏより大きい。実施形態によっては、流体液滴によって収集されるＣＯ２の量は、３０ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏから３００ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏの間である。実施形態によっては、流体液滴によって収集されるＣＯ２の量は、５０ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏから３００ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏの間、１００ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏから３００ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏの間、１５０ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏから３００ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏの間、２００ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏから３００ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏの間、又は２５０ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏからと３００ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏの間である。
【００６３】
亜音速での液滴の分配は、ノズルのオリフィスでの差圧がＷＯ２０１５／０２４０１４に記載されるシステムより小さい点で有利である。その結果、ノズルにかかる力が低減し、ノズルのより多様な取り付け方法を可能にする。さらに、ノズルを出る液滴は、超音速システムによって遭遇するような圧力、温度及びエントロピーの急激な変化にさらされない。これにより、液滴特性に対するより良い制御が可能になる。
【００６４】
本明細書中に記載のシステムの特定の実施形態において、当該システムは、ノズルから液滴をマッハ１未満の液滴速度で噴霧するように構成される。別の実施形態において、液滴の相対速度はマッハ１未満、マッハ０．９未満、マッハ０．８未満、マッハ０．７未満、マッハ０．６未満、マッハ０．５未満、マッハ０．４未満、マッハ０．３未満、マッハ０．２未満、又はマッハ０．１未満である。さらに別の実施形態において、液滴の相対速度はマッハ０．５未満である。
【００６５】
特定の実施形態において、液滴速度は、６５，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満である。他の実施形態において、液滴速度は、６０，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満である。他の実施形態において、液滴速度は、５０，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満、４０，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満、３０，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満、２０，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満、１０，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満、又は５，０００ｆｔ／ｍｉｎ未満である。
【００６６】
本明細書中に記載のシステムの別の実施形態において、当該システムは、ガスを約５０°Ｆから約３５０°Ｆまでの範囲の温度で供給するように構成される。一実施形態において、ガスは、５５°Ｆを超える温度で供給される。別の実施形態において、ガスは６０°Ｆを超える温度で供給される。さらに別の実施形態において、ガスは７０°Ｆを超える温度で供給される。さらに別の実施形態において、ガスは８０°Ｆを超える温度で供給される。特定の実施形態において、ガスは、約１００°Ｆ、約１１０°Ｆ、約１２０°Ｆ、約１３０°Ｆ、約１３５°Ｆ、約１４０°Ｆ、約１５０°Ｆ、約１６０°Ｆ、又は約１７０°Ｆの温度で供給される。
【００６７】
本明細書中に記載のシステムのさらに別の実施形態において、当該システムは、さらに、湿りボリュームを含む又は提供するように構成される。湿りボリュームは、もしあれば、次のガス処理段階まで延び得る、又はノズルから一定の距離だけ延び得る。湿りボリュームは、ノズルから、噴霧方向及びガス流の方向に延び得る。湿りボリュームは、ノズルの上流からノズルの下流まで延び得る、そして湿りボリュームの範囲は、ガス流の速度、流体流の速度、及び液滴速度に依存し得る。湿りボリュームはこれらのパラメータ及び当業者にとって明らかなその他のパラメータに基づいて調整され、アプリケーションに依存して、全炭素捕集量又は炭素捕集効率が最適化され得る。
【００６８】
実施形態によっては、当該システムは、ガス１０００立方フィート当たり流体１５ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体１２ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体１１ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体１０ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体９ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体８ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体７ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体６ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体５ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体４ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体３ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体２ガロン、又はガス１０００立方フィート当たり流体１ガロンの液滴密度を有する湿りボリュームを含む又は提供するように構成される。他の実施形態において、湿りボリュームはガス１０００立方フィート当たり流体１０ガロンの流体液滴密度を有する。
【００６９】
本明細書中に記載のシステムの特定の実施形態において、当該システムは、煙道ガス流をさらに含む。
【００７０】
本明細書中に記載のシステムの別の実施形態において、湿りボリュームは、ガス１０００立方フィート当たり流体１５ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体１２ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体１１ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体１０ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体９ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体８ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体７ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体６ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体５ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体４ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体３ガロン、ガス１０００立方フィート当たり流体２ガロン、又はガス１０００立方フィート当たり流体１ガロンの流体密度を有する。他の実施形態において、湿りボリュームは、ガス１０００立方フィート当たり流体１０ガロンの流体密度を有する。
【００７１】
本明細書中に記載の方法の実施形態によっては、液体対ガスの比率は、１０００立方フィート当たり２０ガロン未満、すなわち、液体：ガスの比率は２．６７：１０００である。別の実施形態において、液体対ガスの比率は、１０００立方フィート当たり１５ガロン未満、すなわち、液体：ガスの比率は２．０１：１０００である。別の実施形態において、液体対ガスの比率は、１０００立方フィート当たり１０ガロン未満、すなわち、液体：ガスの比率は１．３３：１０００である。別の実施形態において、液体対ガスの比率は、１０００立方フィート当たり５ガロン未満、すなわち、液体：ガスの比率は０．６７：１０００である。別の実施形態において、液体対ガスの比率は、１０００立方フィート当たり２ガロン未満、すなわち、液体：ガスの比率は０．２６７：１０００である。他の実施形態において、液体対ガスの比率は、１：１０００、９：１０，０００、８：１０，０００、７：１０，０００、６：１０，０００、５：１０，０００、４：１０，０００、３：１０，０００、２：１０，０００、又は１：１０，０００である。
【００７２】
本明細書中に記載のシステムのさらなる実施形態において、当該システムは、ガス１０００立方フィート当たり毎分１５ガロン（ｇｐｍ）未満、ガス１０００ｆｔ３当たり１２ｇｐｍ未満、ガス１０００ｆｔ３当たり１０ｇｐｍ未満、ガス１０００ｆｔ３当たり９ｇｐｍ未満、ガス１０００ｆｔ３当たり８ｇｐｍ未満、ガス１０００ｆｔ３当たり７ｇｐｍ未満、ガス１０００ｆｔ３当たり６ｇｐｍ未満、ガス１０００ｆｔ３当たり５ｇｐｍ未満、ガス１０００ｆｔ３当たり４ｇｐｍ未満、ガス１０００ｆｔ３当たり３ｇｐｍ未満、ガス１０００ｆｔ３当たり２ｇｐｍ未満、又はガス１０００ｆｔ３当たり１ｇｐｍ未満の割合で流体を分配するように構成される。別の実施形態において、流体の分配は、ガス１０００ｆｔ３当たり１０ｇｐｍ未満の割合での流体の分配を含む。
【００７３】
特定の実施形態において、当該システムは、煙道ガスが湿りボリューム中で約１０秒未満、約８秒未満、約６秒未満、約５秒未満、約４秒未満、約３秒未満、約２秒未満、約１秒未満、又は約０．５秒未満の滞留時間を有するように構成される。別の実施形態において、ガスは、湿りボリューム中で約２秒未満の滞留時間を有する。
【００７４】
本明細書中に記載のシステムのその他の実施形態において、当該システムは、約５０°Ｆから３５０°Ｆまでの範囲の温度で流体を供給するように構成される。一実施形態において、流体は、５５°Ｆを超える温度で供給される。別の実施形態において、流体は、６０°Ｆを超える温度で供給される。さらに別の実施形態において、流体は、７０°Ｆを超える温度で供給される。さらに別の実施形態において、流体は、８０°Ｆを超える温度で供給される。
【００７５】
本明細書中に記載のシステムの別の実施形態において、流体は実質的に水から成る。本明細書中に記載のシステムのさらなる別の実施形態において、流体は実質的にアミンを含まない。
【００７６】
本明細書中に記載のシステムのさらなる別の実施形態において、ノズルは流体を分配するための単一の導管を含む。
【００７７】
本明細書中に記載のシステムのその他の実施形態において、ノズルは、第１の方向と反対の方向に液滴を噴霧するように構成される。別の実施形態において、ノズルは、第１の方向に液滴を噴霧するように構成される。実施形態によっては、ノズルは、第１の方向に対して角度を付けられた方向に液滴を噴霧するように構成される。噴霧パターンは、円錐、四角錐、又は当技術分野で周知の任意のその他の噴霧パターンでもよい。
【００７８】
本明細書中に記載のシステムのその他の実施形態において、ノズルのアレイは、包含する１個から２０個の間のヘッダを含む。別の実施形態において、ノズルのアレイは、５個のヘッダ、６個のヘッダ、７個のヘッダ、８個のヘッダ、９個のヘッダ、１０個のヘッダ、１１個のヘッダ、１２個のヘッダ、１３個のヘッダ、１４個のヘッダ、１５個のヘッダ、又は１６個のヘッダを含む。別の実施形態において、ノズルのアレイは１２個のヘッダを含む。
【００７９】
さらに別の実施形態において、ノズルは、アレイにおいて、
３個のヘッダを含む煙道ガス流内の第１分配ゾーン、
２個のヘッダを含む煙道ガス流内の第２分配ゾーン、
２個のヘッダを含む煙道ガス流内の第３分配ゾーン、
２個のヘッダを含む煙道ガス流内の第４分配ゾーン、
３個のヘッダを含む煙道ガス流内の第５分配ゾーン、
を有するように構成される。
【００８０】
本明細書中に記載のシステムの別の実施形態において、各ヘッダは、少なくとも１０個のノズル、少なくとも１４個のノズル、少なくとも１８個のノズル、少なくとも２２個のノズル、少なくとも２６個のノズル、又は少なくとも３０個のノズルを含む。実施形態によっては、各ヘッダは少なくとも１４個のノズルを含む。さらに別の実施形態において、各ヘッダは、１２個のノズル、１４個のノズル、１６個のノズル、１８個のノズル、２０個のノズル、２２個のノズル、２４個のノズル、２６個のノズル、２８個のノズル、３０個のノズル、３２個のノズル、３３個のノズル、３４個のノズル、又は３５個のノズルを含む。さらに別の実施形態において、各ヘッダは、１４個のノズル、２２個のノズル、２８個のノズル、３２個のノズル、又は３３個のノズルを含む。
【００８１】
本明細書中に記載のシステムのその他の実施形態において、ヘッダ上の第１ノズルは、第２ノズルから、約１０インチ、約１１インチ、約１２インチ、約１３インチ、約１３．５インチ、約１４インチ、約１４．５インチ、又は約１５インチ離間している。別の実施形態において、ヘッダ上の第１ノズルは、第２ノズルから、約１２インチ、約１３インチ、約１３．５インチ、又は約１４インチ離間している。
【００８２】
実施形態によっては、第１分配ゾーンは、
各ノズルが約１２インチ離間している、１４個のノズルを有する第１ヘッダ、
各ノズルが約１４インチ離間している、２２個のノズルを有する第２ヘッダ、及び
各ノズルが約１３．５インチ離間している、２８個のノズルを有する第３ヘッダ
を含む。
【００８３】
本明細書中に記載のシステムのその他の実施形態において、第１ヘッダは、第２ヘッダから、約２．５０フィート、約２．７５フィート、約３フィート、約３．２５フィート、約３．５０フィート、約３．７５フィート、又は約４フィート離間している。別の実施形態において、第１ヘッダは、第２ヘッダから、約３フィート又は約３．２５フィート離間している。さらに別の実施形態において、第１分配ゾーンのヘッダは約３．２５フィート離間している。
【００８４】
さらに別の実施形態において、第２分配ゾーンは、
各ノズルが約１３インチ離間している、３２個のノズルを有する第１ヘッダ、
各ノズルが約１３．５インチ離間している、３３個のノズルを有する第２ヘッダ
を含む。
【００８５】
さらに別の実施形態において、第２分配ゾーンのヘッダは約３フィート離間している。
【００８６】
その他の実施形態において、第３分配ゾーンは、
各ノズルが約１４インチ離間している、３２個のノズルを有する第１ヘッダ、
各ノズルが約１４インチ離間している、３３個のノズルを有する第２ヘッダ
を含む。
【００８７】
別の実施形態において、第３分配ゾーンのヘッダは約３フィート離間している。
【００８８】
実施形態によっては、第４分配ゾーンは、
各ノズルが約１３インチ離間している、３３個のノズルを有する第１ヘッダ、
各ノズルが約１３インチ離間している、３２個のノズルを有する第２ヘッダ
を含む。
【００８９】
さらなる実施形態において、第４分配ゾーンのヘッダは約３フィート離間している。
【００９０】
特定の実施形態において、第５分配ゾーンは、
各ノズルが約１３．５インチ離間している、２８個のノズルを有する第１ヘッダ、
各ノズルが約１４インチ離間している、２２個のノズルを有する第２ヘッダ、及び
各ノズルが約１２インチ離間している、１４個のノズルを有する第３ヘッダ
を含む。
【００９１】
その他の実施形態において、第５分配ゾーンのヘッダは約３．２５フィート離間している。
【００９２】
一実施形態において、当該システムのヘッダとノズルの構成は、図３Ａに示す通りである。特定の実施形態において、当該システムのノズルを有するヘッダアッセンブリは、図３Ｂに示す通りである。
【００９３】
別の実施形態において、第１分配ゾーンの３個のヘッダは、互いに流体連通している。
【００９４】
さらに別の実施形態において、第２分配ゾーンの２個のヘッダは、互いに流体連通している。
【００９５】
さらに別の実施形態において、第３分配ゾーンの２個のヘッダは、互いに流体連通している。
【００９６】
さらなる実施形態において、第４分配ゾーンの２個のヘッダは、互いに流体連通している。
【００９７】
実施形態によっては、第５分配ゾーンの３個のヘッダは、互いに流体連通している。
【００９８】
本明細書中に記載のシステムのその他の実施形態において、ヘッダに沿った各ノズルは、ヘッダに対して同じ角度で配向される。
【００９９】
本明細書中に記載のシステムの別の実施形態において、少なくとも１つのノズルは、流体を分配するための複数のオリフィスを備える多面ノズルである。さらに別の実施形態において、多面ノズルは中心軸を有し、少なくとも１つのオリフィスは中心軸に対して角度を持って配置される。さらに別の実施形態において、少なくとも１つのオリフィスは中心軸に対して４５度の角度で配置される。
【０１００】
さらに、当該システム内で使用されるノズルと本明細書中に開示される技術は、ヘッダから送出される流体を受け入れるための単一のボア又は導管で構成される。これは、液体を受け取るための第１のボア又は導管と次に液体を超音速に加速する加圧ガスを受け取るための第２の、直角の導管を必要とするＷＯ２０１５／０２４０１４（米国特許第５，４５４，５１８に記載のノズル等）で開示されたノズルとは対照的である。逆に、また前に述べたように、本開示のノズルは、亜音速で流体を分配する。さらに、また上記で説明した利点に加えて、図４乃至図６に示されるように、本開示のノズルは、単一の流体供給を受け取るための単一のポート又は栓を必要とするのみであるため、先行技術のノズルと比較して大きな設計と設置の柔軟性がある。例えば、本明細書中に開示されたノズルは、液体と空気の別個の供給を必要とする先行技術より、必要な構成部品（単一の流体供給源）が少なく、従って必要な接続位置が少ない。さらに、本明細書中に記載のノズルは、先行技術において開示された高圧で供給される空気を必要としないので、コンプレッサ（加圧空気を供給するための）と別個のポンプ（液体を供給するための）の両方の存在を必要としない。
【０１０１】
その他の実施形態において、オリフィスは、約５００ミクロンから約１０ミクロンまでの直径を有する。実施形態によっては、オリフィスは、約５００ミクロンから約１００ミクロンまでの直径を有する。好適な実施形態において、オリフィスは、約２００ミクロンから約１５０ミクロンまでの直径を有し、別の実施形態において、オリフィスは約２５０ミクロン、約２００ミクロン、約１７５ミクロン、約１５０ミクロン、約１４０ミクロン、約１３０ミクロン、約１２０ミクロン、約１１０ミクロン、約１００ミクロン、約９０ミクロン、約８０ミクロン、約７０ミクロン、約６０ミクロン、約５０ミクロン、約２５ミクロン、又は約１０ミクロンの直径を有する。さらに別の実施形態において、少なくとも１つのオリフィスは１００ミクロンを超える直径を有する。図７は、本開示に適用可能な直径、圧力及び流量の範囲のグラフ表示を示す。
【０１０２】
本明細書中に記載のシステムの実施形態によっては、複数のヘッダと複数のノズルは共通の給水導管と流体連通している。
【０１０３】
別の実施形態において、各ヘッダは、個別の給水導管を有する。
【０１０４】
本明細書中に記載のシステムの実施形態によっては、複数のヘッダは、約６インチ、約５インチ、約４インチ、約３インチ、約２．５インチ、約２．２５インチ、約２インチ、約１．７５インチ、約１．５インチ、約１．２５インチ、約１インチ、約０．７５インチ、約０．５インチ、又は約０．２５インチの直径を有する。さらに別の実施形態において、複数のヘッダは約２インチ未満の直径を有する。
【０１０５】
本明細書中に記載のシステムの別の実施形態において、少なくとも１つのヘッダは非線形形状で構成されている。
【０１０６】
本明細書中に記載のシステムの別の実施形態において、ヘッダは、ヘッダ間が均一な間隔を有するアレイで構成される。さらに別の実施形態において、ヘッダは、ヘッダ間が不均一な間隔を有するアレイで構成される。
【０１０７】
本明細書中に記載のシステムのさらに別の実施形態において、第１ヘッダのノズルは、ノズル間が均一な間隔で構成される。さらなる実施形態において、第１ヘッダのノズルは、ノズル間が不均一な間隔で構成される。例えば、ノズル及び／又はヘッダは、ガス流の中心位置により多くの量の分配があるように構成され得る。換言すると、全面的に広がったガス流に対して、隣接するヘッダは、ガス流の中心部（そこでは、ガス流の速度が最大になる）で共により近く離間し、またガス流の外縁（そこでは、ガス流と煙道ガス用パイプ／ハウジングとの境界層の相互作用のため、ガス流の速度は最小になる）でより離れて離間する形状（例えば、湾曲形状、収束／発散形状等）に作られ得る。同様に、ノズルは、より多くの数のノズルがガス流の外縁よりガス流の中心部に配置される同様な仕方で配置され得る。
【０１０８】
ＣＯ２捕集の反応メカニズム研究
本開示のシステムによって形成されるＣＯ２捕集のための１つの可能性のあるメカニズムは、水滴内のＣＯ２の溶解である。水中のＣＯ２の溶解度はヘンリーの法則により支配される。
2020500701.tif 000004
ヘンリーの法則は、最大２ｍｏｌ％の液相のＣＯ２の濃度に対して有効である。温度の関数としてのヘンリーの法則の係数の相関関係を明らかにするために実験が行われてきた。ヘンリーの法則は、液相［ＣＯ２］ＬのＣＯ２のモル濃度と気相［ＣＯ２］ＶのＣＯ２のモル濃度の間の平衡関係を説明するための気液分配係数ＫＶＬを計算するために使用することができる。
2020500701.tif 000005
水中の溶存ＣＯ２は、Ｈ２Ｏと反応してＨ２ＣＯ３とそのイオンを形成し得る。ｐＨ＜７のシステムに対して、次の反応スキームが適用される。
2020500701.tif 000006
2020500701.tif 000007
2020500701.tif 000008
【０１０９】
ＣＯ２がミクロンサイズの水滴に捕集され得る別の方法は、液滴の外表面での吸着による。図９で概略的に示されるように、揮発性種は、液滴の外表面で吸着し、次に液滴中心に向かって拡散し得る。平衡状態で吸着され得る揮発性種Ｓの量は、界面‐液体分配係数ＫＩＬを用いて様々な種に対して研究されてきた。
2020500701.tif 000009
2020500701.tif 000010
ここで、
2020500701.tif 000011
は、純粋なＳ蒸気とその純成分蒸気圧（
2020500701.tif 000012
）で平衡状態になる液相中の種Ｓの仮想濃度である。純成分蒸気圧（
2020500701.tif 000013
）を得るために、気液分配係数を用いることができる。
2020500701.tif 000014
（
2020500701.tif 000015
）は、アントワーヌ方程式から得られる。
【０１１０】
小さい水滴によるＣＯ２の捕集のための別の可能性のあるメカニズムは、いくつかの酸性種が気液界面のすぐ内側に集まる性向である。いくつかのＸ線の光電子分光法による研究により、カルボン酸は、バルク水中の濃度に比較して界面近傍の非常に薄い層中で高い濃度で現れることが分かっている。また、表面の吸収部位の利用可能性が比較的高いため、酸の濃度がバルク水滴で低い場合、カルボン酸分子が界面で優先的に吸収する高い性向があることをいくつかの研究が指摘している。カルボン酸のイオンへの平衡解離は、界面近傍でバルク水中とはかなり異なる場合があるという事実により状況はさらに複雑である。しかしながら、この現象が、多くの点でカルボン酸とかなり異なるＨ２ＣＯ３に当てはまるかどうかは分かっていない。
【０１１１】
いくつかのその他の可能性のあるメカニズムが小さい水滴によるＣＯ２除去の向上に貢献する可能性がある。すなわち、ｉ）Ｈ２ＣＯ３の形成をもたらす気相反応、ｉｉ）気液界面でＨ２ＣＯ３を形成する表面反応、ｉｉｉ）液滴界面の液体側での溶解ＣＯ２分子の集合である。単一の水分子とのＣＯ２の反応は、ｎ＝２、３、又は４であるサイズｎの気相の水クラスターとのＣＯ２の反応に比べはるかに好まれない。
2020500701.tif 000016
これは水がＨ２ＣＯ３の形成に対して触媒効果を有するからである。水クラスターは、ＣＯ２（Ｈ２Ｏ）ｎ錯体と同様に、水素結合を介して気相中に生じることが知られている。このようにして生じる水和Ｈ２ＣＯ３は、Ｃ‐３プロセスで水滴の外表面に吸着し、ＣＯ２除去率と平衡吸着の向上をもたらし得る。ＣＯ２除去を向上し得る別の最近提案された現象は、振動励起された気相のＣＯ２分子が水滴の表面と衝突し、そこで反応してＨ２ＣＯ３（及びそのイオン）を形成する場合に生じる。さらに、Ｈ２ＣＯ３は、バルク液体中よりも界面でより早く解離し、それが状況をさらに複雑にすると示唆する研究者もいる。さらに、水相内で、溶存ＣＯ２は、疎水性溶質として振舞うことが可能であり、そのため、他の疎水性溶質のように、水滴表面近傍の液相中に集まる傾向がある。最終的に、Ｈ２ＣＯ３はモノカルボン酸でもジカルボン酸でもないので、水相中でカルボン酸と同じように振舞うことはできず、カルボン酸より水／蒸気界面で集まる性向を多かれ少なかれ有し得る。要約すると、ＣＯ２と水表面との間の相互作用に関する複雑なメカニズムは、依然として、よく分かっていない。最近のレビュー記事において、Ｔａｉｆａｎらは、「ＣＯ２の流体相への取り込みの実際のメカニズムは分かりにくいままである。特に、空気／水界面はこのプロセスの根本的役割を果たす。」と結論付けた。結果的に、小さい水滴を介したＣＯ２捕集中のこれらの様々な現象の潜在的重要性をより良く理解するために、さらなる実験的研究が必要とされている。
【０１１２】
小さい水滴によるＣＯ２捕集は、平衡プロセスというより動的プロセスであるため、ＣＯ２捕集をモデル化する場合、関連する物質と熱の移動現象を説明することが重要である。熱と物質の移動は気相内、液相内及び気液界面で研究されてきた。気相から液相への移動に関して、ヌッセルト数Ｎｕ及びシャーウッド数Ｓｈを予測するために多くの相関関係が明らかにされてきた。例えば、ＲａｎｚとＭａｒｓｈａｌｌの相関関係、すなわち、
2020500701.tif 000017
は、気化しない液滴又は気泡への又はそれからの熱と物質の移動に関する様々な研究に広く利用されてきた。方程式１０ａと方程式１０ｂは、液滴直径ｄｄ、熱伝導率ｋＶを用いて気相中の種Ｓの対流熱伝達率ｈＶと対流物質移動係数ｋｍＳ、ＶＬを計算するため、及び
2020500701.tif 000018
に対する適切な表現を用いて種Ｓの気相拡散係数ＤＳを計算するために使用することができる。低いレイノルズ数を有するシステムに対して、代替相関関係が推奨される。
2020500701.tif 000019
ここで、Ｒｅ≦１に対して、ｆ（Ｒｅ）＝１及びＲｅ≦４００に対して、ｆ（Ｒｅ）＝Ｒｅ０．０７７である。ＡｂｒａｍｚｏｎとＳｉｒｉｇｎａｎｏは、ＮｕとＳｈに対して補正係数を導入した、それは蒸発液滴を含む熱と物質の移動に対して気相中のＳｔｅｆａｎ流（化学種の蒸発、吸収、及び／又は吸着により引き起こされる流れ）の影響を考慮に入れるものである。その結果、それらは、ＣＯ２の吸収中に液滴から大幅な水の蒸発がある状況において、熱の移動と水塊移動を予測するために有用であり得る。私たちの知る限りでは、小さい水滴によるＣＯ２の吸着又は吸収中に蒸気側の熱又は物質移動係数を判定するための実験的研究は行われてきていない。
【０１１３】
下記は、ミクロンサイズの水滴によるＣＯ２の吸着／吸収を検討し説明するための予備的な数学モデルである。最初に、ｉ）水滴内部のＣＯ２の溶解、ｉｉ）溶存ＣＯ２のＨ２ＣＯ３への転換、ｉｉｉ）液滴表面上のＣＯ２の吸着、及びｉｖ）液滴表面近傍のＨ２ＣＯ３分子の集合によってミクロンサイズの水滴により捕集されるＣＯ２の量を判定するために、平衡計算を行う。次に、動的モデルを導出、使用して物質移動と反応速度についての理解を深める。
【０１１４】
予備的平衡計算
本計算において、液滴は、表１に示される組成を有する希薄煙道ガスで平衡状態にあると想定する。水中のＣＯ２の溶解度は、ヘンリーの法則（方程式１）によって支配され、ヘンリーの法則の定数Ｈ（単位はＰａ）に関する温度依存式は表２に示す。
表１：希薄煙道ガスの組成
2020500701.tif 000020
表２：モデルのパラメータを計算するための代数方程式
2020500701.tif 000021
【０１１５】
図１０に示されるように、バルク液体水に吸収され得るＣＯ２の量は、温度が上昇するにつれ減少する。例えば、吸収されたＣＯ２の平衡量は２５°Ｃにおいて水１ｋｇ当たりＣＯ２０．０６ｇであり、それは１００°Ｃの平衡量の３倍大きい。これらの量はＨ２ＣＯ３とそのイオン転換されるＣＯ２を考慮していないし、液滴表面でのＣＯ２とＨ２ＣＯ３の吸着／吸収も考慮していない。
2020500701.tif 000022
【０１１６】
反応３乃至５によりＣＯ２とＨ２ＯからのＨ２ＣＯ３とそのイオンの形成を考える。反応５から生成される
2020500701.tif 000023
の濃度は無視することができる、というのは［Ｈ２ＣＯ３］Ｌと
2020500701.tif 000024
に比べて小さいからである。表２は、反応３に関する順方向及び逆方向の速度定数（すなわち、ｋ１とｋ−１）及び反応１１に関する平衡定数Ｋ２に対するアレニウスの式を示す。本メカニズムにより捕集されるＣＯ２の付加的平衡量は、温度の関数として、図１１にプロットされている。Ｈ２ＣＯ３とＨＣＯ３−に転換される液滴内のＣＯ２の量は、溶存ＣＯ２の濃度がより高い低温でより高くなる。
【０１１７】
表２のｋ１とｋ−１に関する式は、６．６°Ｃから４２．８°Ｃまでの温度範囲における実験結果から得られたことに留意されたい。従って、図１１に示される結果を得るためには外挿が必要であった。
【０１１８】
３番目に提案されたメカニズムは、水滴表面へのＣＯ２の吸着である。２５°Ｃで水滴の表面に吸着されるＣＯ２の平衡量の概算（単位はｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏ）を得るために、方程式２、８、７及び６が連続して使用された、その中で［ＣＯ２］Ｖ、［ＣＯ２］Ｌ及び
2020500701.tif 000025
は、表１の組成、ヘンリーの法則、理想気体の法則及びアントワーヌの数式を用いて得られた。方程式６から計算された［ＣＯ２］Ｉは（約４・１０−９ｍｏｌ／ｍ２）、次に、使用水１ｋｇ当たり吸着されるＣＯ２の平衡質量を計算するために使用することができる。図１２は、様々な液滴直径を用いて得られた水１ｋｇ当たり吸着されるＣＯ２の結果としての予測質量を示す。吸着されるＣＯ２の量は、単位体積当たりの表面積の増加によって、液滴サイズが減少するに従って大幅に増大する（例えば、平衡状態で直径２μｍの液滴により吸着されるＣＯ２の量は、直径５０μｍの液滴により吸着されるＣＯ２の量より２５倍大きい）ことが分かる。
【０１１９】
図１２の結果は、方程式７の相関関係に依存し、ＣＯ２より揮発性がはるかに低い比較的に高分子量の種に対する実験から得られたことに留意されたい。その結果、方程式７は、小さい水滴の表面に吸着されるＣＯ２の量を大幅に過小又は過大予測する場合がある。図１２は、また、液滴の外表面に吸着される可能性のある全ての気体状のＨ２ＣＯ３も無視している。
【０１２０】
ＣＯ２を捕集するための４番目に提案されたメカニズムは、水滴表面のすぐ内側のＨ２ＣＯ３とそのイオンの付加的な吸収である。様々なカルボン酸の平衡濃度は、Ｘ線の光電子分光法を用いて水溶液の表面近傍で測定されてきた。残念ながら、液体水表面でのＨ２ＣＯ３に関する同様な研究はされてきていない。従って、水滴表面のすぐ内側の付加的なＨ２ＣＯ３とＨＣＯ３−の平衡量について、信頼性がある推定ができない。
【０１２１】
要約すれば、Ｃ‐３プロセスにおいて小さい水滴により捕集されるＣＯ２の量は、上記で提案されたメカニズムを用いた平衡計算によって直ちに説明することはできない。これらのメカニズムによるＣＯ２の吸着／吸収プロセスのダイナミックスをより良く理解するために、次のセクションにおいて、物質の移動を考慮に入れた数学モデルを展開して示す。
【０１２２】
動的モデルの計算
次の理論的研究において、半径Ｒの球状の水滴が煙道ガスに囲まれている単純な場合を検討する。水滴は、４つの提案されたメカニズム、すなわち、ｉ）水中へのＣＯ２の溶解、ｉｉ）ＣＯ２のＨ２ＣＯ３及びそのイオンへの転換、ｉｉｉ）水滴表面へのＣＯ２の吸着、及びｉｖ）液滴表面のすぐ内側のＨ２ＣＯ３の集合により煙道ガスからＣＯ２を捕集する。提案されたＣＯ２の捕集メカニズムを考慮する数学モデルは、下記の表３に列挙される前提に基づいて展開された。モデル方程式に現れるパラメータを計算するために必要な代数方程式は、表２に示す。
表３：モデル展開において用いられる前提
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図１３は、本モデルにおいて考慮された３つの領域を示す（すなわち、液滴内のバルク液体領域、気液界面領域、及びバルク蒸気領域）。気液界面は、種が集まり得る別個の領域として扱われるので、以下で定義される分数ｆｍＩを用いて、本モデルにおいて界面内の物質移動抵抗も考慮される。
2020500701.tif 000027
煙道ガスとバルク液体表面との間の物質移動に対する総抵抗を２つの部分に分解すると、次式が得られる。
2020500701.tif 000028
【０１２３】
本モデルに対して導出される偏微分方程式（ＰＤＥｓ）は表４に示され、ｒは水滴内の半径方向位置、［Ｈ２ＣＯ３、Ｔ］Ｌは、液相中のＨ２ＣＯ３の全濃度である（すなわち、
2020500701.tif 000029
）。方程式４．１は、液滴中のバルク液体内のＣＯ２の物質収支である。方程式４．１の右辺に関して、第１項は液滴内のＣＯ２の拡散を表す。第２項と第３項は、それぞれ、溶存ＣＯ２の形成と消費を説明する。初期において、水滴内のＣＯ２の濃度は、方程式４．１ａに示されるように、極めて低いと想定される。方程式４．１を解くために、境界条件も必要になる。ＣＯ２の濃度は、方程式４．１ｂにより示されるように、中心において液滴内で最小の値となる。方程式４．１ｃは、バルク液体領域の表面でのＣＯ２の物質収支であり、その中で
2020500701.tif 000030
は、界面領域と平衡状態にあるバルク液体領域中のＣＯ２の仮想濃度である。
表４：単一の水滴におけるＣＯ２の吸着／吸収プロセスに対するモデル方程式
2020500701.tif 000031
同様に、液滴内の［Ｈ２ＣＯ３、Ｔ］Ｌの拡散と反応を説明するために、方程式４．２に［Ｈ２ＣＯ３、Ｔ］Ｌに対するＰＤＥが示される。初期において、方程式４．２ａに示されるように、［Ｈ２ＣＯ３、Ｔ］Ｌはゼロと想定される。境界条件（４．２ｃ）において、
2020500701.tif 000032
は、界面領域と平衡状態にあるバルク液体領域のＨ２ＣＯ３、Ｔの仮想濃度であり、
2020500701.tif 000033
は、界面とバルク液体領域の表面との間のＨ２ＣＯ３、Ｔの物質移動係数である。
【０１２４】
常微分方程式（ＯＤＥ）４．３は、液滴表面に吸着する（また界面の液相で吸収する）ＣＯ２の物質収支である。蓄積するＣＯ２量はバルク蒸気から界面領域へのＣＯ２の物質移動速度及び界面からバルク液体表面への物質移動速度に依存する。同様に、ＯＤＥ４．４は、界面領域内のＨ２ＣＯ３の（及びそのイオン）の物質収支である。界面での化学反応は無視していることに留意されたい（前提３．７）。
【０１２５】
表４に提示されるモデルは、数値的に解かれた。表５に示す設定を使用して感度解析を行い、以下の調整可能なパラメータ、ｉ）煙道ガスに対する水滴の速度（ｕ）、ｉｉ）界面内の物質移動抵抗の比（ｆｍＩ）、ｉｉｉ）水滴の半径（Ｒ）、ｉｖ）温度（Ｔ）、ｖ）界面と液体間のＣＯ２分配係数（
2020500701.tif 000034
）、及びｖｉ）界面と液体間のＨ２ＣＯ３分配係数（
2020500701.tif 000035
）の影響を調査した。対流物質移動係数
2020500701.tif 000036
に影響するので、水滴の速度を検討した。
2020500701.tif 000037
と
2020500701.tif 000038
の値は実験的に決定されていないことに留意されたい。従って、基本ケースシミュレーション（表５）に対して使用される値は、揮発性有機化合物とカルボニル酸に焦点を当てた他の研究に基づいている。表５の下限値と上限値は本シミュレーション研究で考慮された値の範囲を示す。
表５：モデルシミュレーションのための設定
2020500701.tif 000039
【０１２６】
図１４は、水滴の速度を調整し、その他のパラメータを表５のそれらの基本ケース値に固定した場合に得られたシミュレーション結果を示す。液滴内の濃度の動的挙動おける顕著な差異は予測されない、というのは、Ｒ＝２．５μｍの液滴の物質移動に対する主要な抵抗は、気相や界面よりもむしろ液滴内部にあるからである。［Ｈ２ＣＯ３、Ｔ］Ｌは、〜０．１秒後に液滴中心で０．０２ｍｏｌ／ｍ３の平衡値に達し、反応ダイナミックスは物質移動ダイナミックスよりかなり遅いことを示していることに留意されたい。図１５は、界面内の比抵抗が調整されている場合の同様な結果を示す。
【０１２７】
図１６は、小さい液滴が大きな液滴よりもずっと速くＣＯ２を吸収するという、［ＣＯ２］Ｌ吸収及び［Ｈ２ＣＯ３、Ｔ］Ｌ形成のダイナミックスに対する液滴サイズの重要な影響を示し、液滴サイズが二酸化炭素捕集プロセスに対して重要な影響を有することを示唆している。長いシミュレーション時間で予測される平衡濃度は、予想通り、全ての液滴サイズで同じであることに留意されたい。
【０１２８】
図１７は、２５°Ｃ、６２．５°Ｃ、及び１００°Ｃの温度を用いて得られたシミュレーション結果を比較しており、表２の方程式２．１、２．２乃至２．４、２．１１、及び２．１２で示されるように、ヘンリーの法則の定数、運動速度定数及び拡散係数に対する温度の影響を説明する。ヘンリーの法則の定数は温度が上昇するにつれて大きくなり、それにより液滴内に溶解されるＣＯ２の平衡濃度が低くなる結果となる。温度が上昇すると物質移動係数、拡散係数及び反応速度は大きくなるため、ＣＯ２捕集のダイナミックスはより高い温度で速くなる。
【０１２９】
本感度研究において、
2020500701.tif 000040
と
2020500701.tif 000041
は両方とも大きな範囲にわたって調整される、というのは妥当な値が分かっていないからである。図１８は、両界面分配係数が全ＣＯ２除去量に対して重要な影響を有することを示す。図１８のｙ軸で示されるように、
2020500701.tif 000042
と
2020500701.tif 000043
が大きくなるにつれて、予測ＣＯ２除去量に対するそれらの影響はより大きくなる。例えば、他のパラメータが基本ケース値に固定されている場合で、
2020500701.tif 000044
が１・１０−３ｍと大きい場合、半径２．５μｍの水滴を用いた予測平衡ＣＯ２除去量は、〜３５ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏである。同様に、
2020500701.tif 000045
が１・１０−２ｍに設定され、また他のパラメータが表５の基本ケース値に設定されている場合、予測ＣＯ２除去量は、〜１０ｇＣＯ２／ｋｇＨ２Ｏである。図１８は、水滴のサイズが減少するにつれ、
2020500701.tif 000046
と
2020500701.tif 000047
の影響が著しく大きくなることも示す。これらのシミュレーション結果及び感度解析結果は、界面分配係数（すなわち、
2020500701.tif 000048
と
2020500701.tif 000049
）のうちの１つが１・１０−３ｍから１・１０−２ｍまでの範囲にある場合、及び／又はプロセスの平均液滴サイズがＲ＝２．５μｍよりかなり小さい場合、液滴表面でのＣＯ２及び／又はＨ２ＣＯ３の吸着／吸収が、観測されてきた高いレベルのＣＯ２除去を説明し得ることを示す。係数の値と慎重な測定から得られた平均液滴サイズは、モデリング努力への大きな助けとなるとともに、提案されたこれらの表面現象に関する大きさが現実的かどうかを確認する助けとなるであろう。温度の効果、水蒸気と液滴の合体を説明する数学モデルは、また、ＣＯ２除去プロセスの明確な全体像も提供することができる。
【０１３０】
要約すると、上記の考察は、ｉ）水へのＣＯ２の溶解、ｉｉ）ＣＯ２のＨ２ＣＯ３及びそのイオンへの転換、ｉｉｉ）水滴表面へのＣＯ２の吸着及び、ｉｖ）液滴表面のすぐ内側へのＨ２ＣＯ３の集合を含む、ミクロンサイズの水滴でＣＯ２を捕集するためのいくつかのメカニズムの動的モデルを説明する。シミュレーションによると、また一定の液滴サイズを前提とすると、水滴速度と液滴界面での物質移動抵抗は、ＣＯ２の吸着／吸収プロセスに対して顕著な効果を有しない。その一方で、ＣＯ２除去量は、温度が低下するにつれ、また水滴サイズが小さくなるにつれて増加する。界面分配係数（
2020500701.tif 000050
と
2020500701.tif 000051
）は非常に重要であることが示された。残念ながら、
2020500701.tif 000052
と
2020500701.tif 000053
に関する実験値は文献で利用できない。
【０１３１】
注記
2020500701.tif 000054
【０１３２】
本開示の説明は、以下の例を参照することによってより明確に理解できるであろう、またその例は例示目的のためにのみ本明細書に含まれており、限定することを意図しない。
【０１３３】
例
例１：２５ＭＷ石炭火力発電所下流と同等の煙道ガスからＣＯ２を捕集するための、既存の排ガス制御装置のシステム
【０１３４】
図３Ａに示されるように、システムは、ノズルアレイのグリッドが容器の内部に設置された２８２，０００ガロンの容器で構築されている。ノズルは、直径０．０１２インチのオリフィスを有する。ヘッダは、図３Ａ及び図３Ｂに示されるように配置されている。各ノズルの水流は、１から１．５ｇｐｍまでの割合である。ノズルはＣＯ２を除去するために流体の液滴を煙道ガス流中に噴霧する。液滴速度は３１，７１６ｆｔ／ｍｉｎである。本システムでは、煙道ガス温度は１３５°Ｆである。煙道ガスは、３２３，１４０ｌｂ／ｈｒの割合で容器に流入する。湿りボリュームは煙道ガス１０００立方フィート当たり流体４ガロンの流体液滴密度を有する。噴霧スキッドは、２，０００ｐｓｉの適切な水圧を確保するために４つの２５％高圧ポンプを有する。
【０１３５】
液滴速度の計算
システムは、図３乃至図６に示されるようなノズルレイアウトで構築されている。当該システムは、水で２０００ｐｓｉに加圧されている。多面ノズルを使用して、各ノズルを通る流れは以下の特性を有する。
2020500701.tif 000055
＊温度に対して補正されている
【０１３６】
排水は容器の底から収集されて繊維強化ポリマーで作られた沈殿タンクに送られる。沈殿タンクは１６時間の排水量を保管する容量を有する。排水が沈殿タンクに流入する場合、一部のＣＯ２は分離し、収集用のタンクの最上部に設けられた排出口を通って流出する。排水は、流体が混合されて残留ＣＯ２が捕集されるようにするアグラベイタタンクに送られる。排水は混合器を備え得る貯蔵タンクに送られる。混合器は、全ての付加的ＣＯ２が、確実に排水から分離して換気システムに流入するようにする。当該システムは、１台の沈殿タンク、１台のアグラベイタタンク及び１台の貯蔵タンクを有する。これらのタンクは、それぞれ、３１４，０００ガロン、７５，０００ガロン、及び２２２，０００ガロンの容量を有する。
【０１３７】
貯蔵タンクから、水は、ＣＯ２を捕集するために、当該システムへ再注入するために処理される逆浸透システムに送られる。当該システムは、一定の水質要件を満たす場合、市水も使用することができる。
【０１３８】
例２：２５０ＭＷの石炭火力発電所からの煙道ガスからＣＯ２を捕集するための大規模なモジュールシステム
【０１３９】
システムは、４台の並列のＣＯ２捕集容器で構築される（図２）。各５６０，０００ガロン容器は、図３Ａに示されるような、容器内部に設置されたノズルアレイのレイアウト（噴霧アレイ）を有する。ノズルは、直径０．０１２５インチのオリフィスを有する。ヘッダは図３Ａに示されるように配置されている。水流は、各ＣＯ２捕集容器に対して７６７ｇｐｍの割合である。ノズルは、ＣＯ２を除去するために流体の液滴を煙道ガス流中に噴霧する。液滴速度は３１，７１６ｆｔ／ｍｉｎである。煙道ガスの温度は、当該システムが少なくとも一つの汚染物質も捕集又は低減する場合、当該システムでは１３５°Ｆである。煙道ガスは、各容器に６６１，９９６ｌｂ／ｈｒの割合で流入する。湿りボリュームは、煙道ガス１０００立方フィート当たり流体４ガロンの流体液滴密度を有する。当該システムは１，５００ｐｓｉの適切な水圧に加圧される。
【０１４０】
液滴速度の計算
多面ノズルを使用して、各ノズルを通る流れは以下の特性を有する。
2020500701.tif 000056
【０１４１】
排水は容器の底から収集されて繊維強化ポリマーで作られた沈殿タンクに送られる。排水が沈殿タンクに１，４１３ｇｐｍの割合で流入する場合、一部のＣＯ２は分離し、収集用のタンクの最上部に設けられた排出口を通って流出する。排水は、流体が混合されて残留ＣＯ２が捕集されるようにするアグラベイタタンクに１，３５４ｇｐｍの割合で送られる。排水は１，２７４ｇｐｍの割合で貯蔵タンクに送られる。混合器は、全ての付加的ＣＯ２が、確実に排水から分離して換気システムに流入するようにする。当該システムは、各ＣＯ２捕集容器に対して１セットの沈殿タンク、アグラベイタタンク及び貯蔵タンクを有する。
【０１４２】
貯蔵タンクから、水は、ＣＯ２を捕集するために、当該システムへ再注入するために処理される逆浸透システムに送られる。当該システムは、一定の水質要件を満たす場合、市水も使用することができる。
【０１４３】
当該システムは、平均１，１５７ｇｐｍの水を使用する。全体として、当該システムは約３４９，４５１ｌｂ／ｈｒのＣＯ２回収率を有する。
【０１４４】
参照による組み込み
上記の説明で言及された全ての米国特許並びに米国及びＰＣＴ公開特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０１４５】
同等物
明確な理解の目的のために説明と例によりかなり詳しく二酸化炭素を捕集するための方法とシステムを十分に説明したので、方法とシステムの範囲又は全ての具体的な実施形態に影響を及ぼすことなく、条件、化学式及びその他のパラメータの広範な及び同等の範囲内で、方法とシステムを修正又は変更することにより同じことが行われ得ること、並びにそのような修正又は変更は、添付の請求項の範囲内に含まれるように意図されていることは、当業者には明白であろう。
【図１Ａ】
2020500701.tif 000057
【図１Ｂ】
2020500701.tif 000058
【図１Ｃ】
2020500701.tif 000059
【図１Ｄ】
2020500701.tif 000060
【図２Ａ】
2020500701.tif 000061
【図２Ｂ】
2020500701.tif 000062
【図２Ｃ】
2020500701.tif 000063
【図２Ｄ】
2020500701.tif 000064
【図２Ｅ】
2020500701.tif 000065
【図２Ｆ】
2020500701.tif 000066
【図２Ｇ】
2020500701.tif 000067
【図２Ｈ】
2020500701.tif 000068
【図２Ｉ】
2020500701.tif 000069
【図２Ｊ】
2020500701.tif 000070
【図３Ａ】
2020500701.tif 000071
【図３Ｂ】
2020500701.tif 000072
【図４】
2020500701.tif 000073
【図５】
2020500701.tif 000074
【図６】
2020500701.tif 000075
【図７】
2020500701.tif 000076
【図８】
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【図９】
2020500701.tif 000078
【図１０】
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【図１１】
2020500701.tif 000080
【図１２】
2020500701.tif 000081
【図１３】
2020500701.tif 000082
【図１４】
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【図１５】
2020500701.tif 000084
【図１６】
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【図１７】
2020500701.tif 000086
【図１８】
2020500701.tif 000087
【国際調査報告】
2020500701.tif 000088
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