專利名稱：用于二氧化碳隔離的體系、裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及用于二氧化碳隔離的體系、裝置和方法，且更 特別地，但并不僅僅涉及用于來自發(fā)電廠煙道氣的二氧化碳的捕獲和 隔離的體系和方法。
背景技術：
越來越關注降低二氧化碳向大氣排放以協(xié)助最小化全球變暖效
應。二氧化碳匯集點(sinks)自然地存在，主要的自然發(fā)生的匯集點 為海洋。植物也是二氧化碳匯集點的有效形式，并利用光合成以通過 將二氧化碳摻入生物質來從大氣中去除碳。然而，這些自然發(fā)生的匯
集點不能有效地跟上如今渴求電力的趨勢中產生的大量二氧化碳。
有害二氧化碳氣體的主要來源為大型火力發(fā)電廠，當由黑煤供以 燃料時，它們產生每兆瓦時(MWh)電力則通常平均輸出大約0.8至1 噸氣體。例如， 一年中產生2000萬MWh電力的如在澳大利亞新南威 爾士的獵人谷(Hunter Valley)中的2,640 MW Bayswater的大型發(fā)電 廠也將輸出1800萬噸的二氧化碳。如果有能夠捕獲并長久隔離至少一 些由這種發(fā)電廠放出的二氧化碳的體系和方法，則將是有利的。如果 提供用于獨立檢査氣體配置的體系和方法，也將是有利的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一方面提供一種二氧化碳隔離方法，該方法包括如下
步驟
(0在第一階段中，將金屬硅酸鹽巖石的槳料與氨混合以制備氨/
水/金屬硅酸鹽漿料；
(ii) 在第二階段中，用得自(i)的溶液洗滌含有二氧化碳的氣流，
由此將二氧化碳吸收進入反應性漿料；以及
(iii) 在第三階段中，將得自(ii)的反應性漿料通過反應器，控制該反應器以促進二氧化碳與金屬硅酸鹽之間的反應并制備金屬碳酸。
應注意術語"含有二氧化碳的氣流"不意指僅含有二氧化碳的流， 其可含有其他廢氣。
在步驟(i)的具體實施方案中，將加壓液氨以如下方式裝入金屬 硅酸鹽漿料液氨部分閃蒸為蒸汽以制備氨/金屬硅酸鹽漿料。
步驟(ii)的具體實施方案可包含將含有二氧化碳的氣流暴露于漿 料的噴霧。
步驟(iii)的具體實施方案可包含升高反應器的壓力和溫度的至少 一個以提高二氧化碳與金屬硅酸鹽之間的反應。
在一個具體實施方案中，所述反應器為管線。該管線優(yōu)選包含多
個流路(flowpaths)。在一個具體實施方案中，反應沿流路之一的長度
發(fā)生。另一流路可用來將金屬硅酸鹽漿料供應至第一階段。
在一個具體實施方案中，所述方法包含在管線之前和/或之后在反 應性漿料與金屬硅酸鹽槳料之間交換壓力和熱量的至少一個的進一步 的步驟。
在一個具體實施方案中，所述反應器為位于地下使用(use imdergroimd)的室。優(yōu)選地，所述室位于的深度可提供足以提高二氧 化碳與金屬硅酸鹽之間的反應的壓力。在一個具體實施方案中，所述 深度足以僅僅通過靜壓頭而提供足夠的壓力。
在一個具體實施方案中，所述方法也可包含回收得自反應階段(iii) 的氨并將其再循環(huán)至第一階段的步驟。在一個具體實施方案中，在進 行回收氨的步驟之前將堿加入最終產物。所述堿可為通過過濾或清洗 含有二氧化碳的煙道氣流而獲得的發(fā)電廠粉煤灰或粉碎底灰。氨可作
為液體和氣體回收，液體被部分轉化至蒸汽以用于再循環(huán)至第一階段， 且氣體在供應至第一階段之前被抽提、濃縮并與金屬硅酸鹽混合。
在一個具體實施方案中，回收氨的步驟在回收容器中完成，該回 收容器被加壓以促進在環(huán)境溫度下液體形式的氨的回收。在一個具體 實施方案中，在用的所述回收容器位于的深度足以獲得回收液體形式 的氨的壓力。在一個具體實施方案中，所述深度足以僅僅通過靜壓頭 而提供足夠的壓力。在一個具體實施方案中，所述方法包含研磨金屬硅酸鹽巖石以制
備金屬硅酸鹽漿料的進一步的步驟。所述金屬硅酸鹽漿料可包含30至 60重量％的細磨固體。在一個具體實施方案中，所述金屬硅酸鹽為富 鎂硅酸鹽礦物。該富鎂硅酸鹽可由富蛇紋石和/或富橄欖石和/或富輝石 的礦物組成。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了一種用于隔離來自氣流的二氧化碳
的體系，該體系包含
(a) 用于從氣流去除二氧化碳并將其吸收進入氨化漿料的第一裝 置，所述氨化漿料含有分散其中的金屬硅酸鹽；以及
(b) 用于接收得自(a)的槳料的反應器，控制該反應器以促進 二氧化碳與金屬硅酸鹽之間的反應并制得金屬碳酸鹽。
在一個具體實施方案中，所述第一裝置包含氨吸收冷凍器，配置 該冷凍器從而(a)冷凍金屬硅酸鹽漿料和(b)將冷凍槳料與氨混合 以制備氨化槳料。在一個具體實施方案中，在步驟(b)之前進行步驟 (a)。
所述反應器可包含如第一方面所述的管線。在可選擇的具體實施 方案中，所述反應器可包含如第一方面所述的室。所述金屬硅酸鹽可 包含如第一方面所述的富鎂硅酸鹽。在一個具體實施方案中，所述體 系包含配備用于回收包含于金屬碳酸鹽產物中的氨的回收容器。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在管線中，提供帶有金屬硅酸鹽漿料的 第一流路，所述金屬硅酸鹽漿料由第一裝置在碳隔離方法中使用；以 及帶有來自第一裝置的反應性漿料并包含吸收于氨/水/金屬硅酸鹽漿 料中的二氧化碳的第二流路，其中控制所述第二流路以促進二氧化碳 與金屬硅酸鹽反應并制得金屬碳酸鹽。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種用于引起包含吸收于氨/水/ 金屬硅酸鹽漿料中的二氧化碳的槳料反應以制得金屬碳酸鹽的方法， 該方法包含如下步驟將室置于地下的深度，該深度足以提供提高二
氧化碳與金屬硅酸鹽之間的反應以制得金屬碳酸鹽的室中的壓力；以 及將漿料提供至室中足夠的時間以使其能夠反應。
在一個具體實施方案中，提供至室中的漿料為在如第一方面所述 的方法中生成的反應性漿料。在一個具體實施方案中，所述深度足以僅僅通過靜壓頭而提供足夠的壓力。
在一個具體實施方案中，所述方法包含與提供至室中的漿料交換 來自室的產物的熱量的進一步的步驟。在一個具體實施方案中，在一 個或多個熱交換器單元中交換熱量，所述熱交換器單元安排在室產物
和漿料的相鄰流路內或相鄰流路處(heat exchanger units arranged in or at adjacent flow paths of the chamber product and the slurry)。
根據(jù)第五方面，提供了一種使用根據(jù)第二方面所述的碳隔離體系 的發(fā)電廠，配置所述體系以隔離得自由發(fā)電廠排放的煙道氣的二氧化 碳。
根據(jù)第六方面，在其中金屬硅酸鹽巖石的漿料與氨混合以制備用 于二氧化碳隔離方法中的氨/水/金屬硅酸鹽漿料的氨吸收方法中，提供
如下步驟(i)在將氨通至吸收方法之前，使得加壓液體形式的氨在蒸 發(fā)器階段中膨脹以提供在該階段中的冷卻效果；以及(ii)在將水/金屬
硅酸鹽漿料與氨在氨吸收器方法中混合之前，將水/金屬硅酸鹽漿料通 過蒸發(fā)器階段以冷卻所述水/金屬硅酸鹽漿料。
在一個具體實施方案中，所述方法包含將氨化漿料提供至洗滌階 段的進一步的步驟，其中用冷凍的氨/水/金屬硅酸鹽漿料洗滌含有二氧 化碳的氣流，由此將二氧化碳吸收進入反應性槳料。
在一個具體實施方案中，所述方法包含在再循環(huán)之前，將待再循 環(huán)的反應性漿料經由蒸發(fā)器階段通過洗滌室的進一步的步驟。所述蒸 發(fā)器階段可在蒸發(fā)器室中完成。所述洗滌階段可在如第二方面所述的 第一裝置中完成。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種配置用于完成如第六方面所 述的方法的氨吸收室。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了一種從金屬硅酸鹽抽提目標金屬 的方法，該方法包含將金屬硅酸鹽與包含氨和銨鹽的溶液混合的步驟， 由此氨與金屬硅酸鹽反應以使得目標金屬溶于溶液。
在一個具體實施方案中，所述方法包含在將金屬硅酸鹽與溶液混 合之前研磨金屬硅酸鹽并使其進入漿料的進一步的步驟。
在一個具體實施方案中，所述混合在氨吸收室中進行。
在一個具體實施方案中，所述金屬硅酸鹽為富鎂硅酸鹽。在一個具體實施方案中，所述富鎂硅酸鹽為蛇紋石和/或橄欖石和/ 或輝石硅酸鹽金屬。
在一個具體實施方案中，溶液中的銨包含碳酸銨。
在一個具體實施方案中，目標金屬溶于溶液，然后作為金屬碳酸 鹽沉淀以被移出而回收。
在一個具體實施方案中，所述目標金屬為鎂、鐵、銅和鎳的一種 或多種。金屬硅酸鹽內的主要金屬可包含鎂。
在第九方面，本發(fā)明提供一種二氧化碳隔離方法，該方法包括如 下步驟
(i) 在第一階段中，將冷凍的金屬硅酸鹽巖石的漿料與氨混合以 制備冷凍的氨/水/金屬硅酸鹽漿料；
(ii) 在第二階段中，用得自(i)的冷凍溶液洗滌含有二氧化碳的
氣流，由此將二氧化碳吸收進入反應性漿料；以及
(iii) 在第三階段中，將得自(ii)的反應性漿料通過反應器，控 制該反應器以促進二氧化碳與金屬硅酸鹽之間的反應并制備金屬碳酸


本發(fā)明的一個具體實施方案現(xiàn)在將參照附圖僅通過實施例的方式
進行描述，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案的二氧化碳隔離體系的示 意圖1A為具有所示的剩余氨洗滌器、氨吸收器和C02吸收器的另外 細節(jié)的根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案的二氧化碳隔離體系的進一步 的示意圖。
圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案使用圖1的體系隔離 二氧化碳的方法的過程流程圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案由圖1的二氧化碳隔離體 系使用的壓力交換裝置的示意圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案由圖1的二氧化碳隔離體 系使用的熱交換裝置的示意圖；以及圖5為根據(jù)本發(fā)明的可選擇的具體實施方案的二氧化碳隔離體系
的示意圖。
圖5A為具有所示的剩余氨洗滌器、氨吸收器和C02吸收器的另外 細節(jié)的根據(jù)本發(fā)明的可選擇的具體實施方案的二氧化碳隔離體系的進 一步的示意圖。
具體實施例方式
在如下描述中，按照用于捕獲和隔離包含于火力發(fā)電廠排放的煙 道氣中的二氧化碳的體系、裝置和方法描述本發(fā)明的具體實施方案。 然而，應了解所述體系、裝置和方法能同樣用于得自任何來源的二氧 化碳的永久隔離，并不限于本文描述的特定配置。
參照圖1，顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案，從含有由發(fā)電
廠輸出的二氧化碳的原料氣流進行二氧化碳(co2)隔離方法的體系
10的流程圖。另外參照圖2，配置所述體系以進行方法100: (i)在 第一階段中，將冷凍的研磨金屬硅酸鹽巖石的漿料與氨混合以制備氨/ 水/金屬硅酸鹽漿料；(ii)在第二階段中，用氨/水/金屬硅酸鹽溶液洗
滌含有二氧化碳的氣流，由此將二氧化碳吸收進入反應性溶液；以及
(iii)將反應性溶液通過反應器，控制該反應器以促進二氧化碳與金屬
硅酸鹽之間的反應并制備金屬碳酸鹽和副產物二氧化硅(階段3)。
在一個具體實施方案中，研磨金屬硅酸鹽巖石的漿料通過將該漿 料循環(huán)通過其中氨蒸發(fā)的容器進行冷卻。在一個具體實施方案中，在 階段(ii)之前進行另一階段，該階段稱為以逆流分級的方式在容器中 接觸煙道氣，從而從這些氣體中洗滌煙道氣中的剩余氨而達到允許它 們被最終放出至大氣中的足夠低的水平。
在說明性的具體實施方案中，所述三個階段連續(xù)進行，前兩個階 段在第一裝置20內發(fā)生，所述第一裝置為稱作吸收室28和洗滌室30 的兩個分開的反應室的形式，且最后階段在反應器內發(fā)生，所述反應 器為管線52的形式，該管線可例如將礦場連接至發(fā)電廠。如將在說明 書的隨后段落詳細所描述，所述反應器可選擇地采取地下室(參見圖5) 的形式，該地下室挖掘在足以有利于發(fā)生碳酸化反應的條件的深度。 在本發(fā)明的具體實施方案中使用的二氧化碳隔離方法基于礦物碳酸化。礦物碳酸化為帶有金屬氧化物的材料與二氧化碳之間的反應。
所述帶有金屬氧化物的材料可例如為堿土金屬。有利地，方法100不
要求二氧化碳源特別純凈。在礦物碳酸化中，二氧化碳與帶有金屬氧
化物的材料反應產生不可溶碳酸鹽，也就是說
MO + C02 —MC03+熱量 (1)
該反應為在高溫(通常200°C以上)下發(fā)生更迅速的放熱反應。
某些化學藥品可用于增加該反應進行的速率而不會消耗自身，即它們
用作催化劑。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)使用氨作為催化劑具有特定的優(yōu)點能夠 用單個集成方法既用于從氣體混合物中分離二氧化碳(稱為碳捕獲)，
也用于其永久隔離。
由所述反應形成的不可溶碳酸鹽的確切特性取決于所述帶有金屬 氧化物的材料。合適的材料可為天然生成的富堿土金屬硅酸鹽巖石， 其含有如蛇紋巖(Mg3Si205(OH)4)、橄欖石(Mg2Si04)、斜方輝石 (MgSi03)、滑石(Mg3Si4Cho(OH)2)和硅灰石(CaSi03)的礦物成分。 在實踐中，元素鐵(Fe)可取代一些鎂(Mg)或鈣(Ca)。其他合適 的材料包括堿工業(yè)殘留物，如來自鋼鐵制造的熔渣、來自煤粉鍋爐的 灰末(飛灰和底灰)、紙回收殘留物燃燒剩余的灰末(脫墨灰)，和水 泥。反應中產生的熱量取決于特定的金屬和含有金屬氧化物的礦物， 如由下述三種天然硅酸鹽的情況可知(熱值以每單位摩爾C02并在標 準條件(25。C和0.1兆帕)下給出) 橄欖石
Mg2Si04 + 2C02 — 2MgC03+ Si02+ 89千焦摩爾"C02 (2a) 蛇紋石
Mg3Si205(OH)4 + 3C02— 3MgC03+ 2Si02+ 2H20 + 64千焦摩爾"C02 (2b) 硅灰石
CaSi03 + C02 — CaC03 + Si02 + 90千焦摩爾-1 C02 ( 2c )
優(yōu)選的硅酸鹽巖石(由于其在大陸板塊中的更高豐度)包含礦物 蛇紋石、Mg3Si205(OH)4。所有這些礦物可進行預處理以增加將與二氧 化碳直接接觸的巖石表面積。在一個具體實施方案中，所述預處理包 括礦物的粉碎(crushing)、研磨(grinding)和/或銑削(milling)， 以及一些機械分類和分離。通常，這些礦物在球磨機或類似物中進行濕磨以形成細磨金屬硅酸鹽漿料(此后稱為'硅酸鹽漿料，)36，其
中90%的礦物質細于40微米。然而，所述預處理的程度取決于在所述
方法中所用礦物質的來源和類型。
具體參照圖1，現(xiàn)將詳細描述二氧化碳隔離體系10。體系10接收由發(fā)電廠(未顯示)產生并隨后排放的粗煙道氣混合物原料流32。在本文描述的具體實施方案中，粗煙道氣混合物32通過過濾器34以去除顆粒物質。合適的過濾器可包括織物過濾器、靜電沉降器等。清洗粗煙道氣混合物32是用于最小化下游氣處理設備的維護費用以及最后放出至大氣的煙道氣中的顆粒濃度。然而應了解的是，盡管由于工藝的原因是可取的，但在粗煙道氣混合物32進入洗滌室30之前清洗該粗煙道氣混合物的顆粒并非必需的。
為了最大化體系IO中的熱量回收，然后將過濾的煙道氣混合物通過熱交換器34形式的熱交換裝置，從而使得過濾的煙道氣混合物(通常以大約135°C的溫度排放)的顯熱與從第一裝置20的洗滌室30排出的較冷氣體交換，且使得過濾的煙道氣混合物冷卻至其水蒸氣飽和溫度(即冷卻至約50。C)。合適的熱交換器可包括例如回熱型熱交換器，如用于發(fā)電廠中的空氣預熱的Ljungstrom回轉設計。
如前述段落所述，二氧化碳隔離體系10接收硅酸鹽衆(zhòng)料源36。根據(jù)本文描述的具體實施方案，所述硅酸鹽漿料源接近或位于硅酸鹽巖石來源的礦場。如前所述，來源于礦場的硅酸鹽礦物被細磨(優(yōu)選通過球磨機或類似物中的濕磨形成漿料)，其中90%的礦物質細于40微米。硅酸鹽漿料36隨后逋過第一壓力交換裝置38。為了最小化功耗，硅酸鹽漿料36的壓力可通過與最終金屬碳酸鹽/二氧化硅產物(此后稱為"最終產物")交換壓力來增加，通常增加至大約10巴的壓力。此外，為了最小化從體系10的熱量損失(并確保在將最終產物安置于其最終永久貯藏室(repository)之前將其冷卻至合適的溫度)，硅酸鹽漿料36逆流通過第二熱交換器40以吸收包含于最終產物中的剩余顯熱。在第二壓力交換裝置42中，硅酸鹽漿料36的壓力此時進一步增加至顯著更高的水平(通常100巴)。該壓力的增加再次通過交換壓力實現(xiàn)，但此次在碳酸鹽/硅酸鹽漿料進行在氨氣回收容器54中的處理之前與其進行交換(如將在隨后段落中詳細所述)。管線44將第一裝置20連接至礦場，并用于傳送在隔離方法100中所用的硅酸鹽漿料36。如將在隨后段落更詳細地描述，在該具體實施方案中，在管線44中的交替路(alternate path) 52也用作其中金屬碳酸化反應主要進行的受控反應器。在發(fā)電廠址或接近發(fā)電廠址處，硅酸鹽漿料36逆流通過第三熱交換器46和第三壓力交換裝置48，其中硅酸鹽漿料36在直接送料至蒸發(fā)器容器82之前通過與從第一裝置20放出的反應性漿料交換而被冷卻并降低壓力，其中已通過膨脹閥29并在此時處于極低溫度的氨將該硅酸鹽漿料冷卻至接近凝固。為了確保所述硅酸鹽漿料36實際上不凝固， 一部分該漿料循環(huán)通過蒸發(fā)器容器。冷凍的硅酸鹽漿料向下通過容器、殘留氨洗滌器，這樣，大部分二氧化碳含量被洗滌的清洗并冷卻的煙道氣由下向上通過?？纱嬖诙嘀?個逆流接觸級(contacting stages)，使得清潔的主要不含二氧化碳的煙道氣以具有小于百萬分之一的氨而離開所述體系。
現(xiàn)在裝有由下方到達煙道氣的任何氨的硅酸鹽漿料進入氨吸收器28，其中所述硅酸鹽漿料將在氨回收容器54中回收的所有氨吸收進入溶液，從而制備氨/水/金屬硅酸鹽漿料。
氨由所述方法的氨氣回收階段(在隨后段落中描述)再循環(huán)，其具有僅要求補償損失的較小的額外量?；厥盏囊喊?其可含有少量水)在壓力下通過管線60供應至吸收室28。在一個優(yōu)選的具體實施方案中，加壓液氨通過壓力降低閥29，所述閥將液氨的壓力降低至接近大氣壓，液氨在進入吸收室28之前在此壓力下被放出至容器，蒸發(fā)器室82。 一部分氨在進入蒸發(fā)器室82時閃蒸為蒸汽。在蒸發(fā)時，氨吸收大量的潛熱，由此冷凍至接近凝固，所述潛熱從循環(huán)通過蒸發(fā)器室82中的管束的漿料抽出。在圖1所示的具體實施方案中，在氨蒸發(fā)時吸收的熱量從用作殘留氨洗滌室中的殘留二氧化碳洗滌介質的硅酸鹽漿料中提取。這是為了確保最后與冷卻過濾的煙道氣接觸的洗滌介質是大多數(shù)冷凍的。
蒸發(fā)的氨從蒸發(fā)器室82直接流入氨吸收室28，其中該蒸發(fā)的氨迅速吸收進入向下通過殘留二氧化碳洗滌器的數(shù)級之后的循環(huán)的硅酸鹽漿料36的雨淋(deluging)噴霧中，從而制備用作二氧化碳洗滌室30的循環(huán)洗滌介質的氨/水/金屬槳料。當氨被吸收進入硅酸鹽漿料36時
16釋放大量的熱氨氣在水中的溶液的熱量。許多所述熱量在漿料循環(huán)
通過熱交換器84時被去除。如所說明的，熱交換器84和冷卻塔也用作去除許多產生自氨吸收進入硅酸鹽漿料的過量低勢熱。
通過熱交換器34的冷卻過濾的煙道氣混合物進入洗滌室30，其中氣體混合物向上通過吸收劑漿料的雨淋噴霧，所述吸收劑漿料從氨吸收室28提取并放出至洗滌室30的頂部空間。當二氧化碳被吸收進入氨/水/金屬硅酸鹽漿料時，由于二氧化碳和氨在溶液中形成一系列碳酸銨化合物，進一步大量的熱被釋放。當供應至吸收室28的氨足以獲得二氧化碳的90%捕獲時，趨勢是形成碳酸氫鹽NH4HC03而不是通常的碳酸鹽(NH4)2C03和也可以較少量存在的氨基甲酸鹽NH2COONH4 (可能與一些尿素CO(NH2)2—起存在)。以基本上消除氨流失(最終煙道氣至大氣的損失)的方式配置體系10使得最冷的漿料最后接觸汽提(二氧化碳)的煙道氣混合物。在圖1所示的具體實施方案中，顯示洗滌室30與吸收室28分開建造。合適的洗滌室通?？深愃朴谟糜跓煹罋饷摿虻念愋?。
如前所述，在過濾的煙道氣混合物進入洗滌室30之前在第一熱交換器34中從該煙道氣混合物去除顯熱，將其冷卻至大約50°C。退出洗滌室30的清潔的煙道氣通常包含大約95體積％的氮氣和惰性氣體。剩余物包含一些氧氣和大約1.5%的二氧化碳，其為在一些90%在洗滌室30中被汽提出之后該氣體的殘余量。
該二級方法的所得產物為在水相中的金屬硅酸鹽漿料形式的反應性溶液，該溶液本身主要為碳酸銨的溶液。反應性氨化金屬硅酸鹽漿料(此后稱為"反應性漿料")流從洗滌室30被提取并經由管線44的回路52進入礦場，所述回路也有利地充當受控反應器。在通向礦場的路徑上、在發(fā)電廠或接近發(fā)電廠處，所述反應性漿料在第三壓力交換裝置48被加壓至大約120巴的高壓(氨的臨界壓力以上)，且也被加熱至接近在所述壓力下水的沸點。加熱首先伴隨著在熱交換器46中從來自礦的進入的硅酸鹽漿料傳遞熱，也伴隨著蒸汽54的注入。不受限于理論，本發(fā)明人預期，根據(jù)實施例1 (參見下表)的方法設計假設，需要大約600噸/小時的蒸汽以將反應性漿料的溫度升高大約100°C至比方說225。C，在此溫度下碳酸化反應可能達到可接受的速率。反應性漿料中的二氧化碳與金屬硅酸鹽之間的反應(該反應高度放熱)所釋
放的熱量自身能夠將反應性漿料的溫度升高大約75。C (在實施例1的假設下)，從而在反應性漿料到達礦場附近或其他最終位置時得到大約300。C的最終溫度。盡管沿回路管線52的長度有一些損失，但也將獲得該溫度升高，雖然試圖通過用合適的絕熱層(防護套)沿該管線52的長度將其覆蓋來最小化這種損失。
在管道反應器的回路管線52中，在運輸?shù)拇蠹s最初數(shù)小時的過程中，反應性漿料中存在的大多數(shù)(若不是全部)二氧化碳能與硅酸鹽礦物反應并轉化為不可溶碳酸鹽。每小時可對應于10公里長的該管線。然而在實踐中，發(fā)電廠和礦場可比該距離分得遠得多，由此提供多于反應基本上完全進行而生成含有大多數(shù)(若不是全部)最初來自發(fā)電廠煙道氣洗滌的二氧化碳的金屬碳酸鹽產物的足夠時間。氨的高濃度在其從發(fā)電廠至礦/采石場或其他位置的整個通路中保持于漿料中。
當回路管線52中的最終產物到達礦場附近時，如上所述，在進入氨氣回收容器54之前，該最終產物通過第二壓力交換裝置42以將流的壓力由可能高至120巴降低至大約15-20巴。在圖1中指出的溫度時，當最終產物進入氨氣回收容器54時，所有的氨和一些水閃蒸為蒸汽(水將沸騰，氨被趕出溶液)，結果是溫度下降100°C以上。如圖1所示，熱的加壓最終產物將其顯熱傳遞給氨氣回收容器54的內容物。該熱量輸入協(xié)助最大化體系的效率，在氣體吸收大量熱能時從產物汽提氨。為了最小化體系10產生的廢品，在進入用于傳遞至連續(xù)反應器22的管線44之前，來自礦場的硅酸鹽漿料被送料并再循環(huán)至殘留氨吸收器56，其中通過來自氨氣回收容器54的殘留蒸汽。從氨氣回收容器54頂部放出的氣相流基本上含有所有的自由氨，該自由氨與一些水蒸氣在冷凝器58中冷凝下來形成大部分為氨的液相。在一個具體實施方案中，冷凝器58由來自干燥(例如散熱器型)冷卻塔、翅扇式冷卻器，或如用于發(fā)電廠中的冷卻的自然通風冷卻塔(未顯示)(由于不需要風扇)的循環(huán)水冷卻。該回收的液氨在壓力下(由泵協(xié)助，未顯示)經由陸上氨管線60流至發(fā)電廠址，所述回收的液氨為注入吸收室28中的循環(huán)漿料的大部分氨。
最終產物碳酸鹽漿料(含有接近全部在原發(fā)電廠煙道氣中但現(xiàn)在作為碳酸鹽被隔離的二氧化碳)離開氨氣回收容器54的底部。所述最 終產物漿料不含氨，并采取適于永久安置于礦空隙或其他特建的貯藏 室(未顯示)的形式。在這些位置固體能沉淀并結合，釋放許多作為 透明上清液的水相。該上清液可被收集并在方法中再次使用，例如， 從而經由管線44制備硅酸鹽漿料36并返回至發(fā)電廠址。
應注意并非在第一裝置20中加入的所有氨能被回收并經由陸上氨 管線60返回至所述方法。 一些氨可作為亞硫酸銨鹽和硫酸銨鹽，以及 作為亞硝酸銨和硝酸銨告終，上述銨鹽分別得自粗煙道氣中的SOx和 NOx。若所述粗煙道氣源為典型火力發(fā)電廠產生的煙道氣，且假設使 用現(xiàn)代低-NOx燃燒器，則經由這些反應的氨的損失會較小。它們在最 終碳酸鹽產物漿料中的存在可另外協(xié)助碳酸鹽礦物的最終位置的復 原。圖1A說明了包括置于洗漆室30內的殘留氨洗滌器的可選擇的具 體實施方案。
降低以此方式發(fā)生的氨的損失是需要的。在一個具體實施方案中， 這通過在反應漿料進入氨回收容器58之前立刻投配(dosing)或向該 反應漿料加入適當量的熟石灰或其他合適的堿來實現(xiàn)。這種堿的來源 可為發(fā)電廠飛灰或粉狀底灰。石灰石或白云石在原煤中的存在可使得 它們適于此責任，在通過鍋爐時許多該石灰石或白云石將轉化為適于 氨回收的堿分別為生石灰或煅燒白云石(白云石-石灰)。
若石灰石或白云石在煤燃料中的含量不足以用于所述責任(其可 能是大多數(shù)發(fā)電廠飛灰的情況)，有可能將適當量的粉狀石灰石或白 云石投配至發(fā)電廠鍋爐(未顯示)。該投配可在熱燃燒氣道中的位置 進行，在其中氣體溫度為800-l,000°C，即足以將這些礦物轉化為反應 性氧化物形式(分別為石灰，或煅燒白云石)。例如，這可發(fā)生在鍋 爐節(jié)熱器的上游。當氨回收容器接近發(fā)電廠時，正如在地下室反應器 具體實施方案的情況(圖5) —樣，將所有發(fā)電廠飛灰加入最終產物漿 料以最大化再使用于所述方法的氨的再生是適當?shù)?。以此方式，飛灰 和得自碳隔離方法的最終產物漿料可作為單流進行處理和共同處理。 源于在最終產物中具有火山灰性能(在堿和濕氣的存在下凝結的趨勢) 的飛灰的存在的預期優(yōu)點將通過促進最終產物/飛灰混合物"凝結"而 協(xié)助復原方法。參照圖3，顯示了如上所述的壓力交換裝置的配置。在反應方法結 束時，最終富碳酸鹽產物的壓力必須由大約120巴降低至大氣壓。如 上所述，這以兩個階段進行由120巴降低至大約15巴(適于氨回收 階段的操作的壓力)，然后由15巴降低至大氣壓。該壓力具有的能量 可通過將其以盡可能的程度以兩個階段傳遞至硅酸鹽漿料而被保存， 而不是僅通過節(jié)流閥降低壓力從而損失該壓力中具有的能量。在圖3 中，漿料A包含當氨化、碳酸化的硅酸鹽漿料經由管線44從發(fā)電廠流 到礦場時所發(fā)生的反應的產物，而漿料B表示得自礦的硅酸鹽漿料。 在這兩個階段中的壓力交換的結果是漿料A的壓力從大約120巴下降 至接近環(huán)境壓力，而漿料B的壓力上升在第一階段中(由右到左工 作)上升至大約10巴，然后在第二階段中上升至可能100巴。
另一壓力交換裝置也在發(fā)電廠址使用。這里，使用圖3的術語， 漿料A表示從礦經由管線到達的熱硅酸鹽漿料，而漿料B包含離開洗 滌室30的漿料(即現(xiàn)在裝有氨和二氧化碳，但在接近環(huán)境壓力下的硅 酸鹽漿料)。在此階段中的壓力交換的結果是漿料A的壓力從其到達 壓力(可為120巴，該壓力通過在戰(zhàn)略位置的加壓泵站(未顯示)沿 管線44保持以克服摩擦損失)下降至接近環(huán)境壓力。該壓力可以盡可 能的程度傳遞(交換)至漿料B，由此最小化將該漿料的壓力升高至 所需水平(這里假設為120巴)而需要的抽運能的量。由于此時漿料A 遠低于120巴，因此僅僅漿料A和B之間的壓力交換不能將槳料B的 壓力升高至120巴。而且，漿料B的體積可超過漿料A的體積。這是 由于高得多的二氧化碳和氨含量，以及從發(fā)電廠煙道氣冷凝出的水含 量。在一個具體實施方案中，可安裝另外的抽運能力以將漿料B壓力 增加至管線44所需的壓力，并將不能通過與漿料A的壓力交換加壓的 漿料B的那些(相對較小)量加壓。為了該功能，可運用常規(guī)高壓隔 膜泵，如Weir Netherlands b.v.制造的Geho泵。該抽運與沿管線長度保 持壓力所需的抽運能一起占輸入整個方法的總機械能的重要比例。其 他合適的壓力交換/水泵水輪機(pump-turbine)組可包含離心泵和輻射 式水輪機。由于壓力相對較高，離心泵的類型可為多級桶式泵。
參照圖4，顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案的熱交換器配置 40和46的結構。如前所述，需要高溫來引發(fā)并加速碳隔離反應硅酸鹽轉化至碳酸鹽。這些放熱反應產生另外的熱，所述另外的熱能夠并 應該被用于協(xié)助創(chuàng)造這些反應最有效進行所需的條件。如所示，熱交 換器配置為簡單的管殼式熱交換器，其由兩個同心管組成內部的形 成"管"，外部的為"殼"。該配置的一個優(yōu)點是熱交換器可制成如 所需一樣長以完成期望的熱傳遞如需要，數(shù)百米長。對于熱交換器 40 (即在礦場側的熱交換器)，熱能在熱的最終碳酸鹽/二氧化硅產物 (即漿料A)和冷的硅酸鹽漿料(漿料B)之間傳遞。對于熱交換器
46 (即在發(fā)電廠側的熱交換器)，漿料A為來自礦的熱硅酸鹽漿料， 而漿料B為離開洗滌室30 (即現(xiàn)在裝有氨和二氧化碳，但在接近環(huán)境 溫度下)的漿料。
現(xiàn)在轉向圖5，顯示了用于進行二氧化碳隔離的可選擇的體系200， 與圖1說明的管線反應器相反，該體系使用(其中地質條件允許)地 下室作為反應器。在該具體實施方案中，反應器為在足夠深度的基巖 挖掘的室70的形式，所述深度足以提供僅通過靜壓頭完全或部分產生 芯碳酸化反應的條件(例如對于碳酸化反應的120巴，和對于從反應 產物回收氨氣的20巴)。可設想在大約1,000米的深度挖掘并具有 150,000立方米體積，足以提供內容物24小時的停留時間的室70用于 保留從安裝在效率1，000兆瓦的燃煤發(fā)電廠的體系200輸出的反應性漿 料。如果反應在較短時間內基本上完成，則在實踐中更小的室可足夠。
硅酸鹽漿料36可在蛇紋石礦場制得并陸上抽運至發(fā)電廠址，或者 可將礦物火車裝運、汽車裝運或另外合適地運輸至發(fā)電廠址，并在那 里制得。若采用前者操作過程，管線配置44將比參照圖l如上描述的 管線反應器實施例明顯更加簡單。特定地，硅酸鹽漿料36無需由礦場 至發(fā)電廠址收集并傳遞熱和壓力能，也無需承載任何殘留氨。管線44 僅用于礦石傳輸，其作為塊狀產品通過鐵路運輸還是作為漿料通過管 線運輸主要由經濟考慮來確定。將認識到在該具體實施方案中，硅酸 鹽漿料密度可顯著更高(例如60%固體)，由此降低需要抽運的硅酸 鹽槳料的體積，并由于在較密漿料中固體分離并堵塞管線44的趨勢的 降低而允許更低的管線速度。而且，保存熱量和壓力的配置比管線反 應器選擇所需的簡單得多。
在圖5中，噴射泵72用于驅動反應性漿料從洗滌室40，經過多個逆流熱交換器74、 76，地下反應器70和氨氣回收容器78 (閃蒸/整流 容器)并返回至表面的循環(huán)?？稍O想當反應漿料從地下反應器70上升 (上升伴隨著靜壓頭的損失，從而壓力的損失)時，可發(fā)生氨氣起泡 的形成，由此降低從反應器上升的反應漿料的堆積密度。因此所需循 環(huán)可通過完全天然的方式獲得在噴射泵72獲得反應進行所需的循環(huán) 之后，可使其脫離線路。噴射泵72的設計可為若通過在反應器出口 管80中形成的氨氣泡的浮力效應所產生的天然循環(huán)速率足夠強，則所 述噴射泵可向后運行以產生動力。
熱交換器74、 76在圖5中以示意圖方式顯示在兩個位置。在實踐 中，所述熱交換器74、 76可為長的管殼設計，如圖4所示它們可延 伸由洗滌室40直至地下室70的大部分垂直距離。也就是說，在圖5 中暗示兩個分開的管線，在實踐中，對于大部分它們的長度，它們可 為同心的在外部和同心內部管道之間形成的套管傳遞熱反應產物， 而內部管道傳遞向下前往反應室的產物。本領域技術人員應了解該選 擇可顛倒。
相比于圖1所示的管線反應器結構，反應性漿料的加熱的完成是 通過首先從由氨氣回收容器78上升的熱反應產物交換熱量，并隨著粗 漿料進一步下降，從由地下室70上升的熱漿料交換熱量。在需要一些 補充熱量的同時，由公式2 (b)產生的熱量可被保持，并可用于加熱 粗反應性漿料。
地下室70的設計可被優(yōu)化以獲得一些栓塞流特征。在一個具體實 施方案中，室70可具有高長徑比，并可垂直排列。以此方式，比反應 室70的平均內容物更冷并因此略微更密的進入的反應性漿料趨于在更 低水平成層，向上置換較熱的漿料。在一個具體實施方案中，地下室 70可細分為兩個或更多個垂直堆積的副室。
在反應室中不需要分開的攪拌設備以保持懸浮液中的固體。如圖5 所示，進入的反應性漿料進入容器接近其基底，可設想沉降速率相對 于漿料總的上流(up-flow)速率將是小的。然而如果需要大的停留時 間(反之暗示大的反應器體積)，可進行攪拌形式。
易于理解地，從地下室70和管線的熱量損失可比從帶套的地上管 線的熱量損失小得多，并可通過包圍反應器、管線和所有其他地下方法容器的絕熱而進一步降低。盡管陸上管線表示栓塞流反應器，碳隔
離涉及的相對較慢的系列反應的理想條件也可在圖5所示的具體實施
方案中得到。
可選擇的氨吸收回收方法也在圖5中使用。在該具體實施方案中， 當最終產物漿料從地下室70上升時，其經歷的靜壓頭可降低。其結果 是沸點溫度下降，最終低于在產物管線中上升的漿料的沸點溫度，從 而導致一些水閃蒸為蒸汽，且氨從溶液汽提。當氨作為氣體從溶液跑 出時，其將從最終產物漿料吸收潛熱，部分冷卻該最終產物漿料，溫 度會趨于在現(xiàn)行(prevailing)壓力下追蹤(track)水的沸點。氨的氣 泡將熱產品管線中漿料的平均密度降低至進入反應物管線中槳料的平 均密度以下，從而造成體系的壓差，該壓差用于驅動反應物和產物槳 料從C02吸收器30經過地下室70、熱交換器和處理廠的其他項目的循 環(huán)。如圖5所示，氨回收容器78和用于從產物槳料回收氨的其他必要 的工廠和設備被安裝的水平(可能在地面水平以下150米)促進使用 靜壓頭來保持容器78內的壓力為15巴，即足夠高以使得氨在接近環(huán) 境溫度下為液體。
對于管線反應器的情況，氨作為氣體從容器78的頂部排出，然而 由于如上所列的情況，該容器78在設計上簡單得多，在一個具體實施 方案中，該容器78需要只不過是氣-液分離器。需要另外一些熱能以回 收基本上全部的氨(其作為氣體，通常作為蒸汽)，所提出的配置可極 大降低碳隔離的熱能負擔。
實施例
再次具體參照圖2，現(xiàn)在給出本文所述的第一體系結構10 (即圖1 描述的體系)的碳隔離過程流程的非限制性的例子，其中為了方便， 那些與在先具體實施方案所示的部分類似的部分以同樣的數(shù)字編號。
實施例l表l:來自1.000兆瓦黑燃煤發(fā)電廠的指示質量和熱平衡數(shù)字
#辨每年
產生的總co2:6.4百萬噸800噸
吸收90%的該C02的硅酸鹽巖石14.5百萬噸1，800噸
制備30重量％漿料所需的水33.6百萬噸4，200噸
將90%的C02轉化為(NH4)2C03的氨4.45百萬噸560噸
釋放的熱量(3.6千兆焦/噸C02):2,800千兆焦
與(NH4)2C03的總漿料58百萬噸7,250噸
漿料密度-1.3噸/立方米1.3噸/立方米
漿料管道直徑(均具有2米/秒的速度1.0米1.0米
氨管道直徑，2米/秒的速度0.4米0.4米
在吸收器水相中氨的濃度12重量％
由于SOx的氨損失16,000噸2.0噸
由于NOx的氨損失3,000噸0.37噸
其他氨損失ll，OOO噸1.38噸
至吸收器的流的氨補充％:0.67%0.67%
表l提供了二氧化碳隔離方法的詳細質量和熱平衡，假設 -從1,000兆瓦黑燃煤發(fā)電廠捕獲和隔離90%的二氧化碳，當以基 本負載模式運行時，所述發(fā)電廠預期每年產生8,000百萬千瓦小時 (GWh)電；
-以不含干燥煤灰計，煤炭具有81.3重量％碳和0.65重量％硫(作 為S)，且煙道氣含有400ppmNOx。
由氨、水和二氧化碳形成溶液中的碳酸銨的熱量為大約2.0千兆焦 /噸二氧化碳當量，足以加熱漿料75。C。當每噸氨在吸收區(qū)域汽化時吸 收的熱量(大約1.0千兆焦/噸氨)抵消上述熱量。這相當于每噸二氧 化碳吸收的大約1.8千兆焦，并足以將漿料進料冷卻大約60°C。接著 在漿料進料進入吸收區(qū)域的時候和其進入回路管線52的時候之間有總 的大約15°C的溫度升高。在實踐中，有必要設計所述方法使得最終不 含大部分二氧化碳的煙道氣為最冷的最后漿料進料低于5°C。
同樣地，當溶液中的碳酸銨與硅酸鹽巖石反應時釋放的熱量(大 致1.45千兆焦/噸吸收的二氧化碳)足以將漿料進料的溫度升高大約55°C。這在回路管線52中發(fā)生。
在礦上，大約300噸/小時氨的冷凝將釋放大約160兆瓦熱能，該 熱能可經由冷卻塔排向環(huán)境。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案的二氧化碳隔離方法100和體系10、 20的一個優(yōu)點是通過選擇氨作為催化劑/促進劑，可提供既捕獲也隔離 二氧化碳的單個集成方法。在一個具體實施方案中，二氧化碳的隔離 在反應器中發(fā)生，該反應器為管線44的回路52的形式，所述管線44 有利地將發(fā)電廠(即二氧化碳的源頭)連接至所述方法中使用的吸收 劑材料的源頭/終點。在可選擇的具體實施方案中，當?shù)刭|條件允許時， 所述反應器可采取地下室的形式，所述地下室有利地促進反應而無需 管線具體實施方案所需的壓力交換和頭回收(head-recovery)設備。二 氧化碳隔離方法和體系的另一優(yōu)點是反應動力學可通過使用氨被改 進。因此，通過使用氨并利用放熱反應產生的熱量，方法100的能耗 能保持最小。由于反應產物為熱力學穩(wěn)定的，二氧化碳能以永久穩(wěn)定 固體形式貯存。因此，進一步的優(yōu)點包括更低操作和資本成本。
本領域技術人員將認識到進一步的優(yōu)點可來自在分離中進行上述 具體實施方案的某些步驟。例如，氨溶液與銨鹽(其可為通過將富氨 溶液暴露于含有二氧化碳的氣流而形成的碳酸銨)在二氧化碳隔離方 法中的催化效應也能用于從如富鎂金屬硅酸鹽的金屬硅酸鹽中抽提金 屬(例如鎂、鐵、鎳、銅和其他存在于硅酸鹽巖石中的金屬)。在這種 具體實施方案中，包含氨和銨的溶液可與金屬硅酸鹽(通常為漿料形 式)混合以通過氨使得鎂離子溶解，從而回收金屬，在此具體實施方 案中，金屬化合物為碳酸鎂的形式。所述混合可在如先前與在前具體 實施方案相關描述的氨吸收室中發(fā)生。氨溶液優(yōu)選包含在溶液中的銨 鹽(如碳酸銨)存在下的濃縮氨以防止氫氧化鎂的沉淀，因此使得通 過氨的鎂離子的溶解繼續(xù)。源于該方法的進一步的優(yōu)點是在抽提碳酸 鎂之后，在硅酸鹽巖石內存在的其他礦物(金屬)也易于回收。所述 硅酸鹽巖石可包含鎂鐵質(mafic)或超鎂鐵質巖石(即具有高鎂含量 的巖石)。
氨的催化效應產生自其與包括鎂(Mg2+)、 二價鐵(Fe2+)、銅(Cu2+) 和鎳(Ni2+)的某些金屬離子形成絡合物(氨絡物)的趨勢。銨鹽，尤其是氨與二氧化碳之間的反應形成的碳酸鹽的存在防止不可溶氫氧化 鎂的沉淀。然而碳酸鎂在這種環(huán)境中是不可溶的，因此該化合物的沉 淀將形成自氫氧化鎂與碳酸銨的反應，從而在溶液中生成氫氧化銨和
自由氨，后者繼續(xù)通過形成氨絡物絡合物從硅酸鹽巖石中抽提另外的 鎂和其他金屬直至全部這種易感金屬被抽提。
隨后，氨通過氨回收容器從溶液中回收，結果是在反應性漿料中
自由氨濃度的逐漸降低。這導致金屬氨絡物絡合物的破壞，但是以逐 步的方式，取決于絡合物的穩(wěn)定性，該穩(wěn)定性反之在金屬之間不同。 鎂的絡合物相對較弱(原因是大部分鎂作為碳酸鎂沉淀出來)，因此沉 淀的第一種鹽為進一步的碳酸鎂。隨著溶液中的氨濃度繼續(xù)下降，其 他金屬依次沉淀，從而提供以相對較純的形式獲得每單個金屬的沉淀 的機會。
最后，可認識到在不脫離本發(fā)明的精神或范圍下可對前述部分進 行各種變化或增加。所述方法不限于具有單個二級連續(xù)反應器，或單 個管狀反應器，因為所述方法可安排另外使用適應源于不同原始材料、 資本和操作成本的工藝變量所需的設備的配置項目。例如，在前述的 示例性具體實施方案中，工廠設計是基于從現(xiàn)有技術的黑燃煤發(fā)電廠
產生的800噸C02/百萬千瓦小時的排放。作為比較，分別能夠產生2，640 兆瓦和2,040兆瓦，并更古老且因此效率較低的在澳大利亞新南威爾士 的獵人谷中的Bayswater發(fā)電廠和Liddell發(fā)電廠預期排放850至900
噸C02/百萬千瓦小時。
因此由發(fā)電廠放出的煙道氣中的二氧化碳排放濃度和速率可變 化，使得工廠設備設計可進行再配置以適應這些變量。例如，能配置 可選擇的設備用于不同的熱和壓力交換站。二氧化碳吸收區(qū)域和洗滌 區(qū)域可成系列安排在兩個分開的容器中(而不是如圖1所示的嵌套結 構)。二氧化碳向不可溶碳酸鹽的轉化可限制在較低值(如70%)而 仍然獲得反應器的良好的總轉化。同樣地，漿料進料中的相應固體濃 度可高于或低于30重量％固體。金屬硅酸鹽溶液可能包含金屬硅酸鹽 的摻合物，例如蛇紋石和橄欖石，甚至輝石的混合物。反應動力學可 要求從反應性溶液中去除熱量(而不是如上所述的添加熱量)。這些 因素將影響并改變體系壓力?？纱嬖趦蓚€或兩個以上用于運輸金屬硅酸鹽溶液和反應性溶液的管線，由于存在更多的管線，可使用另外的 熱交換器和壓力交換裝置。發(fā)電廠煙道氣可包括另外的預加工步驟，
所述步驟包括煙道氣脫硫(FGD)和選擇性催化還原(SCR)以分別 降低SOx和NOx的濃度，從而降低氨從體系損失。此外，服務有效性 (the availability of services)，如蒸汽和冷卻水，可能需要不同的設備 配置。
除非另外指出，本文包含的任何對現(xiàn)有技術的引用不被認為是承 認該信息為公知常識。
在本發(fā)明的權利要求和在前描述中，除了上下文由于表述語言或 必要的暗示而另外要求，詞語"包含"或其變體(例如"包括"或"含 有")以包括的方式使用，即明確說明所述特征的存在而不排除在本發(fā) 明的各種具體實施方案中存在或加入另外的特征。
權利要求
1、一種二氧化碳隔離方法，該方法包括如下步驟(i)在第一階段中，將金屬硅酸鹽巖石的漿料與氨混合以制備氨/水/金屬硅酸鹽漿料；(ii)在第二階段中，用得自(i)的溶液洗滌含有二氧化碳的氣流，由此將二氧化碳吸收進入反應性漿料；以及(iii)在第三階段中，將得自(ii)的反應性漿料通過反應器，控制該反應器以促進二氧化碳與金屬硅酸鹽之間的反應并制備金屬碳酸鹽。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在步驟(0中，將加壓的液氨以如下方式裝入金屬硅酸鹽漿料液氨部分閃蒸為蒸汽以制備氨/水/ 金屬硅酸鹽漿料。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中洗滌氣流的步驟包含將 含有二氧化碳的氣流暴露于漿料的噴霧。
4、 根據(jù)前述權利要求的任一項所述的方法，其中控制反應器的步 驟包含升高反應器的壓力和溫度的至少一個以提高二氧化碳與金屬硅 酸鹽之間的反應。
5、 根據(jù)前述權利要求的任一項所述的方法，其中所述反應器為管線。
6、 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述管線包含多個流路，且 其中反應沿流路之一的長度發(fā)生。
7、 根據(jù)權利要求6所述的方法，其中另一流路用于將金屬硅酸鹽 漿料供應至第一階段。
8、 根據(jù)權利要求7所述的方法，其包含在管線之前和/或之后在反應性漿料與金屬硅酸鹽漿料之間交換壓力和熱量的至少一個的進一步 的步驟。
9、 根據(jù)權利要求1至4的任一項所述的方法，其中所述反應器為 位于地下使用的室。
10、 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述室位于的深度提供足 以提高二氧化碳與金屬硅酸鹽之間的反應的壓力。
11、 根據(jù)前述權利要求的任一項所述的方法，該方法包含回收得 自反應階段(iii)的氨并將其再循環(huán)至第一階段的進一步的步驟。
12、 根據(jù)權利要求ll所述的方法，該方法包含在進行氨回收步驟 之前將堿引入得自反應階段(iii)的金屬碳酸鹽產物的進一步的步驟。
13、 根據(jù)權利要求11或12所述的方法，其中氨作為液體和氣體 回收，液體被部分轉化至蒸汽以用于再循環(huán)至第一階段，且氣體在供 應至第一階段之前被抽提、濃縮并與金屬硅酸鹽混合。
14、 根據(jù)權利要求11至13所述的方法，其中回收氨的步驟在回 收容器中完成，該回收容器被加壓以促進液體形式的氨的回收。
15、 根據(jù)權利要求14所述的方法，其中在用的所述回收容器位于 的深度足以獲得回收液體形式的氨的壓力。
16、 根據(jù)前述權利要求的任一項所述的方法，該方法包含研磨金 屬硅酸鹽巖石以制備金屬硅酸鹽漿料的進一步的步驟。
17、 根據(jù)權利要求16所述的方法，其中所述金屬硅酸鹽漿料包含 30重量％的細磨固體。
18、 根據(jù)前述權利要求的任一項所述的方法，其中所述金屬硅酸鹽為富鎂硅酸鹽。
19、 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述富鎂硅酸鹽為蛇紋石 和/或橄欖石和/或輝石。
20、 根據(jù)前述權利要求的任一項所述的方法，其中在將所述金屬 硅酸鹽巖石的漿料通入第二階段之前冷凍該槳料。
21、 一種用于隔離得自氣流的二氧化碳的體系，該體系包含(a) 用于從氣流去除二氧化碳并將其吸收進入氨化漿料的第一裝 置，所述氨化漿料含有分散其中的金屬硅酸鹽；以及(b) 用于接收得自(a)的漿料的反應器，控制該反應器以促進 二氧化碳與金屬硅酸鹽之間的反應并制得金屬碳酸鹽。
22、 根據(jù)權利要求21所述的體系，其中所述第一裝置包含氨吸收 冷凍器，配置該冷凍器以將金屬硅酸鹽與氨混合從而制備氨化漿料。
23、 根據(jù)權利要求21或22任一項所述的體系，其中所述反應器 為如權利要求5至8任一項所限定的管線。
24、 根據(jù)權利要求21或22任一項所述的體系，其中所述反應器 為如權利要求9或10任一項所限定的室。
25、 根據(jù)權利要求21至24任一項所述的體系，其中所述金屬硅 酸鹽包含如權利要求17或18任一項所限定的富鎂硅酸鹽。
26、 根據(jù)權利要求21至25任一項所述的體系，該體系進一步包 含配置用于回收包含于金屬碳酸鹽產物中的氨的氨吸收回收容器。
27、 在管線中，提供帶有金屬硅酸鹽漿料的第一流路，所述金屬 硅酸鹽漿料由第一裝置在碳隔離方法中使用；以及帶有來自第一裝置 的反應性漿料并包含吸收于氨/水/金屬硅酸鹽漿料中的二氧化碳的第二流路，其中控制所述第二流路以促進二氧化碳與金屬硅酸鹽反應并 制得金屬碳酸鹽。
28、 一種用于引起包含吸收于氨/水/金屬硅酸鹽漿料中的二氧化碳 的漿料反應以制得金屬碳酸鹽的方法，該方法包含如下步驟-將室置于地下足以提供提高二氧化碳與金屬硅酸鹽之間的反應以 制得金屬碳酸鹽的室中的壓力的深度；以及將漿料提供至室中足夠的時間以使其能夠反應。
29、 根據(jù)權利要求28所述的方法，其中提供至室中的漿料為在權 利要求1至4中的任一項，或從屬于權利要求1至4任一項時的權利 要求11至20中的任一項的方法中制得的反應性漿料。
30、 根據(jù)權利要求28或29所述的方法，該方法包含與提供至室 中的漿料交換來自室的產物的熱量的進一步的步驟。
31、 根據(jù)權利要求30所述的方法，其中在一個或多個熱交換器單 元中交換熱量，所述熱交換器單元安排在室產物和漿料的相鄰流路內 或相鄰流路處。
32、 一種使用根據(jù)權利要求21至27任一項所述的碳隔離體系的 發(fā)電廠，配置所述體系以隔離得自由發(fā)電廠排放的煙道氣的二氧化碳。
33、 在其中金屬硅酸鹽巖石的漿料與氨混合以制備用于二氧化碳 隔離方法中的氨/水/金屬硅酸鹽槳料的氨吸收方法中，提供如下步驟(i) 在將氨通至吸收方法之前，使得加壓液體形式的氨在蒸發(fā)器 階段中膨脹以提供在該階段中的冷卻效果；以及(ii) 將在吸收方法中生成的氨/水/金屬硅酸鹽漿料通過蒸發(fā)器階 段以冷卻該氨/水/金屬硅酸鹽漿料。
34、 根據(jù)權利要求33所述的方法，該方法包含將冷凍漿料提供至 洗滌階段的進一步的步驟，其中用冷凍的氨/水/金屬硅酸鹽漿料洗滌含有二氧化碳的氣流，由此將二氧化碳吸收進入反應性漿料。
35、 根據(jù)權利要求34所述的方法，該方法包含在再循環(huán)之前，將 待再循環(huán)的反應性漿料經由蒸發(fā)器階段通過洗滌室的進一步的步驟。
36、 根據(jù)權利要求33至35任一項所述的方法，其中所述蒸發(fā)器 階段在蒸發(fā)器室中完成。
37、 根據(jù)權利要求34或36所述的方法，其中所述洗漆階段在如 權利要求21或22所限定的第一裝置中完成。
38、 一種配置用于完成根據(jù)權利要求33至37任一項所述的方法 的氨吸收室。
39、 一種從金屬硅酸鹽抽提目標金屬的方法，該方法包含將金屬 硅酸鹽與包含氨和銨鹽的溶液混合的步驟，由此氨與金屬硅酸鹽反應 以使得目標金屬溶于溶液。
40、 根據(jù)權利要求39所述的方法，該方法包含在將金屬硅酸鹽與 溶液混合之前研磨金屬硅酸鹽并使其進入漿料的進一步的步驟。
41、 根據(jù)權利要求39或40所述的方法，其中所述混合在氨吸收 室中進行。
42、 根據(jù)權利要求39至41任一項所述的方法，其中所述金屬硅 酸鹽為富鎂硅酸鹽。
43、 根據(jù)權利要求42所述的方法，其中所述富鎂硅酸鹽為蛇紋石 和/或橄欖石和/或輝石硅酸鹽金屬。
44、 根據(jù)權利要求39至43任一項所述的方法，其中溶液中的銨 包含碳酸銨。
45、 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中所述目標金屬溶于溶液， 然后作為金屬碳酸鹽沉淀以被移出而回收。
46、 根據(jù)前述權利要求39至45任一項所述的方法，其中所述目 標金屬為鎂、鐵、銅和鎳中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括如下步驟的二氧化碳隔離方法。在第一階段中，將金屬硅酸鹽巖石的漿料與氨混合以制備氨/水/金屬硅酸鹽漿料。在第二階段中，所述方法包括用得自第一階段的溶液洗滌含有二氧化碳的氣流，由此將二氧化碳吸收進入反應性漿料。在第三階段中，將得自第二階段的反應性漿料通過反應器，控制該反應器以促進二氧化碳與金屬硅酸鹽之間的反應并由此制備金屬碳酸鹽。
文檔編號B01D53/62GK101641145SQ200880006610
公開日2010年2月3日 申請日期2008年2月20日 優(yōu)先權日2007年2月20日
發(fā)明者R·J·安維科 申請人:R·J·安維科