從氣流中捕獲二氧化碳的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了一種從氣流中捕獲二氧化碳的方法和系統(tǒng)。所述方法和系統(tǒng)包括第一反應(yīng)器，金屬硅酸鹽漿料在該第一反應(yīng)器中與水溶液中的銨鹽反應(yīng)。所述銨鹽為不與金屬硅酸鹽形成沉淀的鹽。在所述第一反應(yīng)器中，所述金屬硅酸鹽與所述溶液反應(yīng)，在金屬和氨組成的鹽的水溶液中形成二氧化硅漿料。氨氣被從所述第一反應(yīng)器中直接脫離，氨，包括從所述第一反應(yīng)器脫離的氨，被添加到所述氣流中。所述方法和系統(tǒng)還包括洗滌所述氣流，包括利用所添加的氨、水溶液，由此所述二氧化碳和氨被吸收入所述溶液，生成碳酸銨鹽。
【專利說明】從氣流中捕獲二氧化碳的方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]公開了一種從氣流中捕獲二氧化碳的方法和系統(tǒng)。所述氣流可以為源自燃煤發(fā)電廠的煙氣或者源自其他點源，如燃燒包括天然氣在內(nèi)的其他化石燃料的發(fā)電廠，以及鋼鐵廠、水泥廠和包括石油和金屬精煉廠在內(nèi)的其他工業(yè)用地，或者源自其他含碳燃料的燃燒，包括生物質(zhì)衍生燃料，如醇、農(nóng)業(yè)殘余物和生物氣。
【背景技術(shù)】
[0002]減少向大氣中排放二氧化碳越來越受到重視，以幫助最小化全球變暖的效應(yīng)。二氧化碳會自然沉降，包括硅酸鹽巖石風(fēng)化形成碳酸鹽，以及全球的海洋。植物也是二氧化碳沉降的一種有效形式，利用光合作用通過將其吸收入生物體而將碳從大氣中清除。然而，這些自然發(fā)生的沉降無法有效地跟上當(dāng)今電力緊缺環(huán)境下產(chǎn)生的大量二氧化碳。
[0003]盡管已表明點源很多，這種過量二氧化碳?xì)鈦碓吹闹饕愋蜑榇笮突剂习l(fā)電廠，當(dāng)以黑煤為燃料時，這種化石燃料發(fā)電廠通常平均每產(chǎn)生I兆瓦時(MWh)的電力便排放約0.8至I噸氣體。例如，如澳大利亞新南威爾士州的獵人谷中的2640MW的貝斯沃特(Bayswater)大型發(fā)電廠一年產(chǎn)生兩千萬MWh的電力，同樣將排放一千八百萬噸的二氧化碳。如果存在一種能夠捕獲并永久隔離至少一部分由這種發(fā)電廠排放的二氧化碳的系統(tǒng)和方法將是有利的。如果能提供一種用于對永久需要獨立檢查的氣體進行處置的系統(tǒng)和方法同樣是很有利的。
[0004]與本申請同一 申請人:的AU2008217572公開了一種隔離二氧化碳的系統(tǒng)、裝置和方法。在AU2008217572的方法中，對金屬娃酸鹽巖石進行開米、研磨并形成衆(zhòng)料,所述衆(zhòng)料將通過管道從巖石礦/采石場傳輸至含二氧化碳?xì)怏w的點源。將所述漿料噴射到氨吸收器中，與氨氣接觸并反應(yīng)以形成由金屬硅酸鹽組成的漿料，所述金屬硅酸鹽分散在以水中的氨為主要成分的溶液中。然后將所述漿料輸送入洗滌塔，二氧化碳?xì)怏w被送入該洗滌塔進行洗滌。將所述漿料噴射到所述洗滌塔的上部區(qū)域，用于捕獲其中的二氧化碳。所述漿料的水相變成包括碳酸氫銨NH4HCO3、普通碳酸銨(NH4) 2C03在內(nèi)的碳酸銨鹽溶液，并含有少量氨基甲酸銨NH4COONH2和尿素CO (NH2)20然后通過管道將所述漿料從所述洗滌塔送回巖石礦/采石場，在這方面，所述管道形成反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中，溶液中的碳酸銨鹽與分散在所述漿料中的金屬硅酸鹽巖石反應(yīng)形成金屬碳酸鹽、二氧化硅以及氨，其中所述碳酸鹽和二氧化硅不溶于所述溶液，而氨主要以氫氧化銨的形式留在溶液中。在巖石礦/采石場中，氨從金屬碳酸鹽/ 二氧化硅漿料中分離，然后通過管道返回點源處的氨吸收器。所述金屬碳酸鹽/二氧化硅固體作為清潔的填充劑返回礦場/采石場。
[0005]在專利AU2008217572的方法中，裝置必須能夠在較高溫度和壓力下將固體含量相對較高的漿料泵送很長距離。此外，在主要的碳化反應(yīng)期間形成的不可溶的金屬碳酸鹽可能會作用于煤，并因此鈍化金屬硅酸鹽巖石顆粒表面，從而減慢金屬硅酸鹽向金屬碳酸鹽的轉(zhuǎn)化。此外，在管道或其他反應(yīng)器中，金屬硅酸鹽向碳酸鹽和二氧化硅的轉(zhuǎn)化不完全時，氨的回收變得更加困難，因為所采用的熱處理會使未反應(yīng)的碳酸銨/碳酸氫銨分解產(chǎn)生大量二氧化碳。
[0006]以上【背景技術(shù)】中的參考內(nèi)容并不意味著承認(rèn)這些技術(shù)形成本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識的一部分。上述參考內(nèi)容同樣并非意在限定此處所公開的本申請的方法和系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本文公開了一種從氣流中捕獲二氧化碳的方法。所述氣流可以來源于燃燒煤及其他含碳燃料的發(fā)電廠(例如，化石燃料，如天然氣，生物質(zhì)衍生燃料，如醇、農(nóng)業(yè)殘余物、生物氣等)的煙氣。所述氣流可以來源于其他點源，如鋼鐵廠、水泥廠、石油和金屬精煉廠等。所述氣流可以包含其他廢氣。例如，二氧化碳可能僅為所述氣流的次要成分。在這方面，在燃煤發(fā)電廠的情況下，所述煙氣的主要成分為大氣中的氮。
[0008]所述方法包括在第一反應(yīng)器中使金屬硅酸鹽漿料與水溶液中的銨鹽反應(yīng)。
[0009]為了防止所述第一反應(yīng)器結(jié)垢并能夠進一步加工所述漿料，選擇不與金屬硅酸鹽形成沉淀的銨鹽。例如，鑒于有效性和易操作，溶液中常用的銨鹽可以是氯化銨NH4Cl,所述銨鹽可以包含其他銨鹽，如硫酸銨(NH4)2SO4、硝酸銨NH4NO3或者是任何或所有這些銨鹽的混合物。硫酸銨和硝酸銨可以是含氨漿料或溶液洗滌來自例如燃煤發(fā)電廠的煙氣中的二氧化碳產(chǎn)生的副產(chǎn)物。
[0010]進一步，通常要對所述第一反應(yīng)器進行控制，以便所述溶液基本上不含有如碳酸銨(NH4) 2C03、碳酸氫銨NH4HC03、氨基甲酸銨NH4COONH2、尿素CO (NH2) 2等鹽，或其他能夠在所述第一反應(yīng)器中形成不可溶金屬碳酸鹽沉淀的銨鹽。
[0011]操作所述第一反應(yīng)器，使得所述金屬硅酸鹽與所述溶液反應(yīng)，形成二氧化硅在金屬和銨組成的鹽的水溶液中的漿料。最初，所述漿料可以包含氨和銨鹽的溶液，形成氨/銨鹽/金屬硅酸鹽/水的漿料，隨后進行反應(yīng)。例如，可以控制所述第一反應(yīng)器中的條件，由此使所述銨鹽部分分解，作為分解產(chǎn)物而形成的氨以氣體形式從溶液中排出。
[0012]所述方法還包含直接從所述第一反應(yīng)器脫離氨氣。這與AU2008217572中的方法相反，在AU2008217572中，氨氣必須從漿料中分離，通過管道進入單獨的氣體回收容器中。
[0013]所述方法還包括向所述氣流中添加氨，包括從所述第一反應(yīng)器中脫離的氨。在這方面，所述氨和含二氧化碳的氣流(例如，發(fā)電廠煙氣)中的每個可以單獨地添加(例如，通過供應(yīng)或噴射)到洗滌容器中。或者，所述氨和含二氧化碳的氣流可以進行預(yù)混合然后添加(例如，通過供應(yīng)或噴射)到所述洗滌容器中。在另一選擇中，可以將所述氨和含二氧化碳的氣流添加到在所述洗滌容器中循環(huán)的洗滌水溶液中。這同樣與AU2008217572中的方法相反，在AU2008217572中，氨氣首先供應(yīng)至指定的氨吸收塔，在該吸收塔中與金屬硅酸鹽漿料接觸并反應(yīng)，形成氨/銨鹽/金屬硅酸鹽/水的溶液。僅在所述氨吸收塔階段之后，所述溶液才會隨后用于洗滌含二氧化碳的氣體。
[0014]所述方法還包括洗滌所述氣流，包括使用添加的氨、使用水溶液。所述氣流中的二氧化碳和添加的氨一起被吸收入所述溶液，生成碳酸銨鹽(例如，碳酸銨和碳酸氫銨)。
[0015]所述方法能夠設(shè)置為，使得所述第一反應(yīng)器可以位于金屬硅酸鹽的礦場或采石場現(xiàn)場，而洗滌設(shè)備位于含二氧化碳?xì)饬鞯狞c源(例如，發(fā)電廠)。此外，僅氨氣可以從所述第一浸出反應(yīng)器(leach reactor)向點源處的洗滌設(shè)備輸送(例如通過管道)。此外，可以僅將在所述洗滌塔設(shè)備處形成的碳酸銨溶液輸送(例如通過管道)回礦場或采石場現(xiàn)場。因此，可以省略AU2008217572的方法中發(fā)生的礦物漿料的泵送/輸送。
[0016]所述第一反應(yīng)器可以設(shè)計為促進表示在銨鹽和金屬硅酸鹽巖石之間的以下一個或其他的反應(yīng)變體(例如，當(dāng)所述金屬硅酸鹽巖石包含鎂硅酸鹽礦物，如蛇紋石Mg3Si2O5 (OH) 4(化學(xué)反應(yīng)式(Ia))或者礦物橄欖石Mg2SiO4 (化學(xué)反應(yīng)式(Ib)),或者韓娃酸鹽礦物硅灰石CaSiO3 (Ic)):
[0017]Mg3Si2O5 (OH) 4+6NH4Cl+H20 — 3MgCl2+2Si02+6NH40H (la)
[0018]Mg2Si04+4NH4Cl+2H20 — 2MgCl2+Si02+4NH40H(lb)
[0019]CaSi03+2NH4Cl+H20 — CaCl2+Si02+2NH40H(Ic)
[0020]盡管化學(xué)反應(yīng)式(la)、l(lb)和(Ic)顯示了氯化銨NH4Cl的反應(yīng)，但是所述銨鹽還可以是其他前述的可溶性鹽(例如(NH4)2SO4, NH4NO3),在這種情況下，上述化學(xué)反應(yīng)式相應(yīng)地改變。
[0021]在一實施例中，所述金屬硅酸鹽和所述銨鹽溶液可以在所述第一反應(yīng)器中在升高的壓力以及相應(yīng)升高的溫度下反應(yīng)，例如，所述溫度接近在該壓力下的溶液沸點。這可以提高化學(xué)反應(yīng)式(la)、l(lb)和(Ic)顯示的反應(yīng)的速度。通過例子，如果所述第一反應(yīng)器中的壓力被控制在25巴左右，則所述第一反應(yīng)器中的溫度將會維持在220°C左右。在此條件下，根據(jù)以下化學(xué)反應(yīng)式，部分氨以氣體形式從溶液中脫離，這會與一些水蒸氣一起發(fā)生(即所述溶液沸騰):
[0022]NH4Cl — NH:+Cr — NH3 i +H++CF
[0023]因此，所述第一反應(yīng)器的液相內(nèi)含物能夠變得富含氫離子，使其酸性更高(pH值下降)，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)式(la)、l(lb)和(Ic)的反應(yīng)速率加快，如下所述:
[0024]Mg3Si2O5 (OH) 4+6H.+6Cr — 3MgCl2+2Si02+5H20 (Id)
[0025]Mg2Si04+4H.+4Cr — 2MgCl2+Si02+2H20(Ie)
[0026]CaSi03+2H++2Cr — CaCl2+Si02+H20(If)
[0027]可以看出，氨并不參與這些在液相中發(fā)生的反應(yīng)。
[0028]在一實施例中，從所述第一反應(yīng)器脫離的氨氣可以從蒸餾塔的這種水蒸氣中分離?？梢詫⒎蛛x的水蒸氣冷凝，并且至少部分所述冷凝水可返回所述第一反應(yīng)器。
[0029]在一實施例中，化學(xué)反應(yīng)式(la)、l(lb)和(Ic)的右手側(cè)顯示的反應(yīng)產(chǎn)物(但不包括氨，其已基本被蒸發(fā)出所述溶液)，(或者化學(xué)反應(yīng)式(ld)、l(le)和(lf))，也就是，溶液中的金屬鹽和二氧化硅漿料，可以被傳送至第二反應(yīng)器。在所述第二反應(yīng)器中，所述溶液中的金屬鹽可以與從洗滌所述含二氧化碳的氣流產(chǎn)生和返回的碳酸銨鹽溶液反應(yīng)。
[0030]可以操作所述第二反應(yīng)器中的反應(yīng)，使得金屬碳酸鹽沉淀形成和在水溶液中再生銨鹽。所述金屬碳酸鹽沉淀可以從在水溶液中再生的銨鹽中分離，再生的銨鹽可以回收至所述第一反應(yīng)器(即，重新用于與金屬硅酸鹽反應(yīng))。
[0031]溶液或漿料中的金屬鹽(即，取決于是否仍存在二氧化硅)與碳酸銨反應(yīng)(參見以下化學(xué)反應(yīng)式(2a)和(2b))，形成金屬碳酸鹽沉淀。例如，菱鎂礦礦物MgCO3形式的不可溶碳酸鎂由存在的鎂鹽(化學(xué)反應(yīng)式(2a))形成，或者不可溶碳酸鈣CaCO3(例如方解石或文石或石灰華礦物形式)由存在的鈣鹽形成(化學(xué)反應(yīng)式(2b)): [0032]MgCl2+ (NH4) 2C03 — MgC03+2NH4Cl(2a)
[0033]CaCl2+ (NH4) 2C03 — CaC03+2NH4Cl(2b)[0034]可以將所述第二反應(yīng)器中的反應(yīng)壓力控制到與所述第一反應(yīng)器中的相同(例如，將所述第二反應(yīng)器中的溫度維持在大于150°C )。低溫下(例如低于150°C )，包括水碳鎂石礦物(MgCO3.3H20)在內(nèi)的水合形式的菱鎂礦可以沉淀出，這不是將二氧化碳以礦物形式永久存儲所希望的)。
[0035]在一實施例中，可以將所述不可溶二氧化硅過濾或在第二反應(yīng)器之前從液相分離，其目的包括生產(chǎn)可能找到獨立市場的具有潛在價值的多孔二氧化硅產(chǎn)品，以及獲得基本上清潔的金屬鹽溶液，而非漿料。在其他實施例中，可以允許所述二氧化硅留在所述第一反應(yīng)器的產(chǎn)物中，進入所述第二反應(yīng)器，然后在不影響整個方法的化學(xué)作用(chemistry)的情況下進入隨后的分離階段。
[0036]在一實施例中，壓力和熱中的至少一個可以在供應(yīng)至第一反應(yīng)器的漿料/溶液和離開所述第二反應(yīng)器的溶液之間進行交換(例如，通過利用熱交換裝置和泵/壓頭回收渦輪裝置)。這些裝置能夠?qū)崿F(xiàn)所述第一反應(yīng)器中的壓力和溫度的高效節(jié)能控制。
[0037]例如，可以將所述金屬碳酸鹽沉淀和不可溶二氧化硅(如果不可溶二氧化硅還沒有在該階段之前被分離)在所述第二反應(yīng)器后的一個或多個濃縮和/或過濾階段中從再生銨鹽溶液中分離。所述濃縮階段可選地包括溢流溶液內(nèi)循環(huán)以改善回收。
[0038]在一實施例中，可以將來自所述第一反應(yīng)器的所述氨氣和伴隨的水蒸氣在受壓下傳送至蒸餾塔。在所述蒸餾塔中，所述氣流可被分成可從所述蒸餾塔頂部流出的富氨氣流，以及可從所述蒸餾塔的底部流出的無氨富水底流。所述富水底流可以部分或全部返回所述第一反應(yīng)器，盡管一些水會因其他處理目的而被取出。
[0039]在一實施例中，可以將來自所述蒸餾塔的氨氣在環(huán)境溫度下冷凝(例如，在如至少15巴的壓力下)成液態(tài)?？梢詫⒗淠陌币砸后w形式從所述蒸餾塔現(xiàn)場輸送至，例如，二氧化碳點源現(xiàn)場(例如，發(fā)電廠等)。
[0040]例如，一個或多個管道可以在受壓情況下將所述液氨輸送至二氧化碳點源。所述管道的長度可以由點源和蛇紋巖或其他巖石礦場/采石場間隔多遠(yuǎn)決定(例如，它們可以是間隔200公里，或更遠(yuǎn))。
[0041]在洗滌中使用之前，可以使所述液氨膨脹至以氣體形式供應(yīng)至洗滌階段，洗滌所述氣流。例如，可以使所述液氨通過降壓閥，其中允許所述氨的壓力下降至接近大氣壓。在這種情況下，所述液氨(在環(huán)境溫度和壓力下通常為氣態(tài))立即開始閃蒸成蒸汽。從初始液氨獲取閃蒸成蒸汽的該氨的汽化潛熱，將所獲得的氣體加上液體(即霧)流的冷卻到遠(yuǎn)低于水的冰點的溫度。
[0042]在一實施例中，可以將從降壓閥傳送的氨傳送至洗滌溶液通過的封閉多組導(dǎo)管的腔室(例如，管殼式熱交換器(shell and tube heat exchanger))。例如,所述導(dǎo)管可以在外部裝配以散熱片(fin)，以增加它們的有效熱傳遞表面積。隨著氨(零度以下的蒸汽(氣體)和沸騰液體的混合物)通過所述腔室，它可以冷卻管中的洗滌溶液，可選地，使得總的冷卻效果能夠持續(xù)直到所有剩余液氨沸騰成氣氣。
[0043]在一實施例中，現(xiàn)有的氣相氨可以，例如，被噴射入含二氧化碳的氣流中(例如，來自燃煤發(fā)電廠的煙氣或水-氣變換反應(yīng)器的氣流產(chǎn)物，其可選地供應(yīng)有合成氣，或者是含有二氧化碳的原料天然氣流)。該噴射可以發(fā)生在洗滌容器之前或之中。通常，這種煙氣中的，例如飛灰固體，已經(jīng)基本上通過已知纖維過濾器或靜電除塵器清除。[0044]在一實施例中，水溶液可以通過多組洪流噴霧(deluging spray)在洗漆容器中循環(huán)，可以將含二氧化碳的氣體(例如，發(fā)電廠煙氣)和氨，單獨地或預(yù)混合后，供應(yīng)或噴射至洗滌容器中，或者可以供應(yīng)或噴射至水溶液中。在任何情況下，所述含二氧化碳的氣體和氨對噴霧或洪流的暴露能夠最大化循環(huán)溶液和混合氣之間的暴露面積。在另一實施例中，所述洗滌容器可以配置成，使得所述溶液向下流過填充物或塔板(tray)，所述填充物或塔板設(shè)計成，使所述溶液和所述混合氣之間的暴露面積最大化。
[0045]具有很高水溶性的氨迅速吸收入循環(huán)水溶液中，形成富氨溶液，進一步增強對CO2的吸收。
[0046]借助于以下平衡反應(yīng)，所述氨可以以分子氨NH3和氫氧化銨NH4OH的形式存在于溶液中:
[0047]ΝΗ3+Η20 <- NH4OH(3a)
[0048]根據(jù)以下化學(xué)反應(yīng)式，溶液中兩種形式的氨均可以迅速吸收(洗滌)氣流中存在的二氧化碳，生成碳酸氫銨:
[0049]NH40H+C02 — NH4HCO3(3b)
[0050]在存在過量氨的情況下，可根據(jù)以下化學(xué)反應(yīng)式形成常態(tài)碳酸:
[0051]NH4HC03+NH3 — (NH4) 2C03(3c) [0052]因此，有補充水的循環(huán)溶液能夠迅速變成碳酸銨和碳酸氫銨在水中的溶液(即，“碳酸銨鹽”溶液)。
[0053]在一實施例中，可以設(shè)置所述溶液的循環(huán)，使得所述洗滌容器的上部區(qū)域(或那些在釋放至大氣之前持續(xù)與煙氣接觸的其他區(qū)域)可以被具有最低氨濃度的溶液洗滌。該溶液可以通過所述熱交換器(例如，通過多組導(dǎo)管)，由通過降壓閥而被冷卻的氨冷卻。因此，在離開所述洗滌容器之前，可以將所述煙氣冷卻并去濕，從而使這些氣體中的游離氨氣體的分壓低于釋放至大氣中的氣體中的游離氨濃度所具有的分壓的界限。例如，所述方法可以使最終釋放到大氣中的洗滌后的氣體中的游離氨濃度保持在低于百萬分之一(體積)。
[0054]在一實施例中，在所述洗滌容器的下部區(qū)域中，氨濃度和溫度會更高，這就是為何大部分二氧化碳可以從含二氧化碳?xì)怏w中去除。當(dāng)二氧化碳與含氨的水溶液反應(yīng)而形成碳酸銨和碳酸氫銨溶液時，釋放出大量的熱。
[0055]在一實施例中，可以通過首先將循環(huán)溶液傳送通過另一熱交換器中的多組導(dǎo)管的方式將溶液中的熱去除。在這種情況下，可以通過，例如，循環(huán)冷卻水來冷卻所述另一熱交換器(即，在溶液返回洗滌塔之前)。
[0056]在一實施例中，可以隨后在傳統(tǒng)的蒸發(fā)式(濕式)冷卻塔或非蒸發(fā)式(干式)冷卻塔或濕-干混合冷卻塔中冷卻該冷卻水。
[0057]在一實施例中，例如，可在所述吸收容器的基底上形成有循環(huán)碳酸銨溶液(即，碳酸銨鹽)的池。一部分所述碳酸銨溶液可以在洗滌塔中再循環(huán)，一部分可以被取出或分離以返回所述第二反應(yīng)器。返回所述第二反應(yīng)器的那部分可以包含過剩的碳酸銨溶液(例如，質(zhì)量上等于補充的水，加上氨，加上二氧化碳和其他從原始煙氣中去除的氣體)?？梢詫⒃摬糠謴乃鱿礈烊萜鞯幕妆贸霾⒔?jīng)陸上泵送至礦場現(xiàn)場(例如，經(jīng)過相當(dāng)長的距離，比如超過200公里)。此處涉及的補充水是指添加至洗滌塔的循環(huán)水溶液中以維持氣體洗滌系統(tǒng)中正確量的水(即，通過計算出從進入所述洗滌塔的煙氣冷凝的水，以及經(jīng)陸上泵送至礦場現(xiàn)場的碳酸銨水溶液的水成分)。
[0058] 在一實施例中，適當(dāng)量的壓縮空氣可以被吹入或以其他方式分散在該溶液中。這會產(chǎn)生亞硫酸根離子(當(dāng)存在于溶液中時一例如，由煙氣中原始存在的二氧化硫形成，而所述二氧化硫由煤或其他燃料中的還原形態(tài)的硫的燃燒產(chǎn)生)和亞硝酸根離子(當(dāng)存在于溶液中時一例如，由氧氣和空氣中的氮氣之間在高溫下的反應(yīng)，以及煤或其他燃料中任何含氮物的燃燒形成)，以在溶液中分別形成硫酸和硝酸根離子。
[0059]因此，除了捕獲氣流中的二氧化碳之外，所述方法還可用于捕獲氣流中的SOx和NOx (如果存在)(例如，通過如上所述形成氨的硝酸鹽或硫酸鹽)。
[0060]在一實施例中，可以對所述金屬娃酸鹽巖石進行預(yù)處理，使化學(xué)反應(yīng)式(la)、I(Ib)和(Ic)所描述的反應(yīng)以經(jīng)濟上可接受的速率進行。
[0061 ] 在一實施例中，所述硅酸鹽巖石可以是蛇紋巖(即，含有蛇紋石礦物葉蛇紋石和/或利蛇紋石和/或纖維蛇紋石)?？梢栽诎ǜ邏狠伳C和球磨機的設(shè)備項目組合中將所述蛇紋巖巖石研磨至200微米顆粒尺寸。
[0062]在一實施例中，所述金屬硅酸鹽可以包含富鎂硅酸鹽，如蛇紋石和/或橄欖石和/或輝石礦物(即，超基性礦物或超鎂鐵礦物(ultrabasic or ultramafic minerals))。
[0063]在一實施例中，在所述第一反應(yīng)器中反應(yīng)的水溶液中的銨鹽可以主要包含氯化銨。所述氯化銨可以由碳酸銨(洗滌過程產(chǎn)物)和食鹽(氯化鈉)反應(yīng)生成。
[0064]例如，可以分離從洗滌階段傳送至所述第二反應(yīng)器的部分碳酸銨鹽溶液(例如，可以分割溶液流)。隨后可以將該部分用于在分離過程階段形成最終回收至所述第一反應(yīng)器的銨鹽水溶液。
[0065]在一實施例中，所述分離過程階段可以包括氯化銨制備過程。在該過程階段，所分離的部分碳酸銨鹽溶液可以與鹽水形式的食鹽混合。然后可以將該混合溶液用于洗滌含二氧化碳的氣體。所述二氧化碳被吸收并按以下化學(xué)反應(yīng)式與碳酸銨鹽反應(yīng)，使得所述溶液中存在的銨鹽主要為碳酸氫銨:
[0066](NH4) 2C03+C02+H20 — 2NH4HC03 (4)
[0067]所述碳酸氫銨與鹽水溶液中的氯化鈉反應(yīng)(化學(xué)反應(yīng)式(5))，結(jié)果是生成碳酸氫鈉沉淀，因為該鹽僅微溶于此溶液。
[0068]NH4HC03+NaCl — NaHCO3 I +NH4Cl (5)
[0069]在過濾掉所述碳酸氫鈉并清洗掉任何粘性溶液以后，留下氯化銨水溶液，可以將所述氯化銨水溶液傳送到所述第一反應(yīng)器，在此可使其與新鮮的金屬硅酸鹽巖石根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式(la)、(Ib)或(Ic)反應(yīng)。
[0070]可以對所形成的碳酸氫鈉沉淀加熱，生成純堿:
[0071]2NaHC03 — Na2C03+H20+C02(6)
[0072]會釋放出二氧化碳和水蒸氣氣流，可以回收該氣流，以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式(4)與碳酸銨鹽和鹽水溶液反應(yīng)，被所述碳酸銨鹽和鹽水溶液洗滌。
[0073]在分離過程階段，所述氣流還可以進一步包含從原始?xì)饬?例如煙氣)提取的滑流(slip stream),所述原始?xì)饬饔写邳c源處由氨在洗漆階段洗漆。
[0074]在所述分離過程階段的進一步變形中，從所述碳酸氫鈉沉淀分離的氯化銨溶液可以與金屬硅酸鹽混合。可選地，其還可以與在所述第二反應(yīng)器中再生的銨鹽溶液混合。該混合物可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式(la)、(Ib)或(Ic)反應(yīng)形成同樣可傳送至所述第一反應(yīng)器的含氯化銨的溶液。
[0075]在一實施例中，所述第一和/或第二反應(yīng)器可以包含兩個或多個相互串聯(lián)連接的攪拌罐或其他容器；或者一條管道或一系列管道；或者相互串聯(lián)連接的攪拌罐/容器和管道的組合。所述罐/容器和/或攪拌管道在使用中可以位于地下的通過靜壓頭提供足夠壓力的深度處，以提高金屬硅酸鹽和銨鹽之間的反應(yīng)，或者溶液中的金屬與碳酸鹽之間的沉淀反應(yīng)。
[0076]本文還公開了一種能夠使氣流中的二氧化碳被捕獲的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括第一反應(yīng)器，用于接收和控制金屬硅酸鹽漿料與水溶液中的銨鹽的反應(yīng)。和前述方法一樣，不與金屬硅酸鹽生成沉淀的銨鹽被供應(yīng)至所述第一反應(yīng)器。在所述第一反應(yīng)器中，所述金屬硅酸鹽與所述溶液反應(yīng)，在金屬和氨的鹽的水溶液中形成二氧化硅漿料。所述系統(tǒng)還包括第二反應(yīng)器，用于接收來自所述第一反應(yīng)器的金屬鹽溶液并用于對其與碳酸銨鹽溶液反應(yīng)生成金屬碳酸鹽沉淀和再生用于所述第一反應(yīng)器的銨鹽水溶液進行控制。
[0077]和前述方法一樣，所述碳酸銨溶液可以代表二氧化碳的“被捕獲形式”(例如，如在洗滌設(shè)備中形成)。
[0078]所述系統(tǒng)還可以包括分離階段，用于回收銨鹽溶液以再利用于所述第一反應(yīng)器，即，從不可溶金屬碳酸鹽和二氧化硅相中分離富銨鹽水相。所述分離階段，例如，可以包括濃縮器和/或過濾器(和前述過程一樣)。
[0079]在所述系統(tǒng)中，傳送至所述第二反應(yīng)器的所述碳酸銨溶液可以在洗滌設(shè)備中產(chǎn)生。所述洗滌設(shè)備還可以形成所述系統(tǒng)的一部分并可以用于從點源(例如，燃燒化石燃料的發(fā)電廠等)排放的氣流中去除二氧化碳。在所述洗滌設(shè)備中，可以將所述二氧化碳吸收入由氨氣產(chǎn)生的氨化溶液?？蛇x地，所述氨氣可以包括從所述第二反應(yīng)器獲取的氨氣。
[0080]可以以前述方法中所公開的方式操作所述洗滌設(shè)備。例如，可以對釋放到大氣中的任何氣體的氨濃度進行控制，將其限制到，例如，低于百萬分之一(體積)的低水平。此夕卜，所述第一和/或第二反應(yīng)器可以和前述方法中限定的一樣。
[0081]所述系統(tǒng)還可以包括熱交換器和泵/壓頭回收渦輪中的一個或兩個?？梢詫⑺鼋粨Q器和渦輪中的每個設(shè)置為以如下方式運行:使得壓力和熱中的至少一個可以在供應(yīng)至第一反應(yīng)器和離開所述第二反應(yīng)器的漿料/溶液之間進行交換。
[0082]所述系統(tǒng)還可以包括氯化銨制備階段。該階段可用于調(diào)節(jié)可能在此處所公開的方法中出現(xiàn)的氯化銨的任何輕微損失。
[0083]所述氯化銨制備階段可以包括混合容器，在所述混合容器中，部分前往所述第二反應(yīng)器的碳酸銨鹽溶液改為與鹽水混合。所述氯化銨制備階段還可以包括洗滌容器，在所述洗滌容器中，碳酸銨鹽和鹽水的混合溶液被用于洗滌含二氧化碳的氣體，并產(chǎn)生用于傳送到所述第一反應(yīng)器的氯化銨水溶液。該氣體還可以在所述氯化銨制備階段產(chǎn)生，并還可以進一步包括從點源產(chǎn)生的氣流中提取的滑流。
[0084]在所述氯化銨制備階段，可以操作所述洗滌容器，使得所述二氧化碳被吸收入所述混合溶液，以與所述碳酸銨反應(yīng)，生成碳酸氫銨(化學(xué)反應(yīng)式(4))。所述碳酸氫銨轉(zhuǎn)而可以與鹽水中的氯反應(yīng)生成氯化銨和碳酸氫鈉沉淀(化學(xué)反應(yīng)式(5))。[0085]所述氯化銨制備階段還可以包括碳酸氫鈉分離階段和加熱階段。
[0086]在所述分離階段，所述碳酸氫鈉沉淀可以從洗滌容器中循環(huán)的溶液中分離。例如，首先該溶液可以通過水力旋流器傳送，所述碳酸氫鈉沉淀和少部分溶液被從所述水力旋流器中分離出，剩余產(chǎn)物供應(yīng)回所述洗滌容器。其次，所述碳酸氫鈉沉淀和少量料溶液可以被傳送至旋轉(zhuǎn)式真空過濾器以分離碳酸氫鈉晶體。
[0087]在所述加熱階段，可以在例如旋轉(zhuǎn)式干燥器中將來自所述旋轉(zhuǎn)式真空過濾器的所述碳酸氫鈉沉淀加熱。這可以生成純堿并釋放二氧化碳和水蒸氣的氣流(化學(xué)反應(yīng)式
(6))。隨后可以將該氣流回收至洗滌容器，在所述洗滌容器中，通過所述混合溶液洗滌所述二氧化碳并與之反應(yīng)。
[0088]所述氯化銨制備階段還可以包括氯化銨補加階段(top-up stage)。在該階段中，可以將在旋轉(zhuǎn)式真空過濾器中分離的氯化銨溶液傳送至另一混合容器。在此它可以與金屬硅酸鹽混合(即，要不然會被供應(yīng)至所述第一反應(yīng)器)?？蛇x地，它可以與在所述第二反應(yīng)器中再生的銨鹽溶液混合。在另一混合容器中，所述各成分反應(yīng)形成含附加的氯化銨的溶液，該溶液會被傳送回所述第一反應(yīng)器。
[0089]本文還公開了一種應(yīng)用如前公開和所述的方法和/或系統(tǒng)的發(fā)電廠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0090]現(xiàn)在將參照所述附圖，僅以示例性方式描述
【發(fā)明內(nèi)容】
部分所述的方法和系統(tǒng)的實施例，其中:
[0091]圖1A為根據(jù)第一實施例的二氧化碳隔離方法和系統(tǒng)的示意圖，適于二氧化碳包含在處于大氣壓或接近大氣壓狀態(tài)下的煙氣或其他氣體中的情況；
[0092]圖1B為根據(jù)第二實施例的二氧化碳隔離方法和系統(tǒng)的示意圖，適于二氧化碳包含在氣壓升高的氣流中時；
[0093]圖2為示出了用于從食鹽的鹽水生產(chǎn)氯化銨的方法和系統(tǒng)的示意圖，適于氯化銨為在硅酸鹽巖石浸出過程中使用的銨鹽時的實施例的情況。在該實施例中，可生成作為副產(chǎn)物的碳酸氫鈉和碳酸鈉(純堿)。
【具體實施方式】
[0094]以下說明中，描述了捕獲燃燒化石燃料的發(fā)電廠排放的煙氣中的二氧化碳的方法和系統(tǒng)的實施例。然而應(yīng)當(dāng)理解，所述方法和系統(tǒng)可以同等地用于捕獲來自任何“點”源的二氧化碳，而并非將其限定在此處所描述的特定設(shè)置中。
[0095]參照圖1A，示出了根據(jù)第一實施例的、執(zhí)行從發(fā)電廠排出的含有二氧化碳(CO2)的氣體供應(yīng)流中捕獲二氧化碳方法的系統(tǒng)10的流程圖。圖1B中描述的實施例與圖1A所示的流程圖區(qū)別在于，所述氣體供應(yīng)流處于壓力升高狀態(tài)(例如25巴表壓(gauge))。發(fā)生這種情況的氣體供應(yīng)流可能是由水-氣變換反應(yīng)器產(chǎn)生的氣體流(例如，向所述水-氣變換反應(yīng)器中供應(yīng)了合成氣，或者被二氧化碳污染的原始天然氣流)。圖1B所描述的實施例中，在供應(yīng)或者噴射入洗滌階段之前，氨氣還可以預(yù)先與氣體供應(yīng)流混合。此外，圖1B中相同的附圖標(biāo)記表示圖1A中相似或相同部分。
[0096]系統(tǒng)10包含本文描述的多個裝置，所述裝置被設(shè)置為用以執(zhí)行金屬硅酸鹽巖石與銨鹽水溶液反應(yīng)生成金屬鹽/ 二氧化硅/水的漿料和氨的方法100。操作該系統(tǒng)和方法，使得或允許所述氨從第一浸出反應(yīng)器中的金屬鹽/二氧化硅/水的漿料中以氣體的形式蒸發(fā)出。在所述系統(tǒng)和方法中，含二氧化碳的氣流被氨和碳酸銨的水溶液洗滌，在溶液中形成碳酸銨。該溶液直接利用尤其是從第一浸出反應(yīng)器捕獲的氨制成。在所述系統(tǒng)和方法中，來自第一反應(yīng)器的漿料中的金屬鹽與來自洗滌裝置的碳酸銨溶液在第二沉淀反應(yīng)器中反應(yīng)，形成不可溶的金屬碳酸鹽沉淀物并再生出銨鹽水溶液。
[0097]圖1A和IB中所描述的系統(tǒng)和方法的實施例中，第一浸出反應(yīng)器和第二沉淀反應(yīng)器位于金屬硅酸鹽的礦場或采石場處。進一步，在圖1A和IB中，洗滌裝置位于含二氧化碳?xì)饬鞯狞c源處(例如發(fā)電廠)。因此，僅有氨氣需要從第一浸出反應(yīng)器輸送到(例如經(jīng)管道)洗滌裝置。此外，僅有洗滌裝置中產(chǎn)生的碳酸銨溶液需要輸送回(例如經(jīng)管道)第二反應(yīng)器。
[0098]從第一浸出反應(yīng)器釋放的氨通過蒸餾進行濃縮，并在受壓情況下進行冷凝，形成至少含70重量％氨的液體，其余量物為同樣被冷凝到液體狀態(tài)的水。液化的氨隨后在受壓情況下從第一浸出反應(yīng)器所在位置經(jīng)陸上被泵送到點源處洗滌塔所在的位置。
[0099]點源處的煙氣可以在容器中以逆流、分階段的方式與可被冷卻到所需程度的循環(huán)水流或者稀溶液接觸。因此，洗滌后的煙氣中殘留的氨能夠進一步由這些氣體洗滌，直至其含量低到足以允許最終排放入大氣。
[0100]可以通過使加壓的液氨通過降壓閥以將其壓力從管道壓力(例如至少15巴表壓)降低到接近大氣壓來提供所述冷卻。在通過所述閥時，部分氨閃蒸成蒸汽。用于蒸發(fā)氨的汽化潛熱從剩余的氨中獲取，從而將剩余的氨的溫度冷卻至遠(yuǎn)低于O V。在一實施例中,循環(huán)水流或稀溶液通過以封閉的換熱器(氨蒸發(fā)器)形式設(shè)置的多組導(dǎo)管。管道或?qū)Ч芡獠勘┞队谶^冷氨中，過冷氨隨著汽化潛熱經(jīng)導(dǎo)管壁的釋放繼續(xù)汽化，從而冷卻循環(huán)水流/稀溶液。
[0101]來自氨蒸發(fā)器的、溫度仍接近(TC的氨送至洗滌容器(二氧化碳吸收塔/洗滌塔)的入口，在此與來自發(fā)電廠鍋爐的經(jīng)過濾的煙氣混合。該混合可以發(fā)生在吸收塔/洗滌塔中(圖1A)，或者發(fā)生在供應(yīng)至吸收塔/洗滌塔之前(圖1B)，甚或是發(fā)生在經(jīng)吸收塔/洗滌塔循環(huán)的溶液中。
[0102]來自氨蒸發(fā)器的溫度如此低的氨可以進一步冷卻煙氣，該煙氣現(xiàn)在為煙氣和氨的混合氣體。供應(yīng)至吸收塔/洗滌塔的點源煙氣可以通過使其逆流通過熱交換器而冷卻，來自吸收塔/洗滌塔的經(jīng)洗滌(即C02成分被洗滌)的煙氣經(jīng)所述熱交換器輸送。這些經(jīng)洗滌的煙氣同樣會被噴射入吸收塔/洗滌塔上游的冷卻水/稀溶液的作用冷卻，由此控制氨的泄露(ammonia slip)。
[0103]所述系統(tǒng)和方法可以進一步包括金屬碳酸鹽晶體分類階段，以控制金屬碳酸鹽晶體的增長，幫助其隨后的脫水作用以及從金屬碳酸鹽和二氧化硅結(jié)塊中回收銨鹽，二氧化硅結(jié)塊為二氧化碳最終儲存的形式。
[0104]所述系統(tǒng)和方法可以進一步包括以下階段:通過過濾和/或其他固-液分離過程從第二沉淀反應(yīng)器分離漿料的不可溶內(nèi)含物，包括金屬碳酸鹽和二氧化硅，以形成濾餅和能夠回收回第一浸出反應(yīng)器中的銨鹽清液。
[0105]所述系統(tǒng)和方法還進一步包括以下階段:在此階段中，首先對來自第一浸出反應(yīng)器的金屬鹽溶液和二氧化硅的漿料進行過濾，以去除其中存在的不可溶顆粒(主要是二氧化硅)，形成二氧化硅結(jié)塊和金屬鹽清液，該金屬鹽清液將會進入第二沉淀反應(yīng)器。這樣做十分有利的例子是，當(dāng)二氧化硅顆粒具有使其對第三方十分有價值的特性時(例如，高孔隙率和大表面積，這會大幅降低其密度并提高其清理污染流的能力；在某種程度上類似于木炭和其他形式的活性炭；或者用作輕質(zhì)集料；或者，經(jīng)適當(dāng)處理后，作為建筑材料，如磚或塊料)。
[0106]圖2示出了所述系統(tǒng)和方法的可選階段，也就是用于生產(chǎn)或制造氯化銨的階段，所生產(chǎn)或制造的氯化銨的量足以補充在最后的濾餅中可能損失的銨鹽。氯化銨制造階段采用食鹽的鹽水，加上一部分(例如，通常為一小部分)洗滌產(chǎn)生的碳酸銨，會產(chǎn)生具有潛在價值的副產(chǎn)品、碳酸鈉(純堿)和碳酸氫鈉。在制造氯化銨中使用的所述方法的一部分是用于從鹽水和氨制造碳酸氫鈉的索爾維(Solvay)方法(氨堿法(ammonia_soda))的專業(yè)人士所已知的，盡管該方法經(jīng)過了改進。在這方面，該方法并不繼續(xù)實施索爾維方法的第二部分，在所述第二部分中，利用石灰從氯化銨中回收氨。更確切地說，回收氯化銨以返回第一浸出反應(yīng)器，以補充最后碳酸鹽礦結(jié)塊中的損失(如果有的話)。 [0107]所述系統(tǒng)和方法通常包括發(fā)生在第一浸出反應(yīng)器之前的階段，在該階段中，對金屬硅酸鹽巖石通過破碎、篩分和研磨進行預(yù)處理，以達到最大200微米的顆粒尺寸。在一實施例中，到目前為止處于干燥狀態(tài)的經(jīng)過細(xì)磨的巖石能夠與水或者來自壓濾機的濾液混合，然后以濃稠漿液的形式存儲在攪拌罐中，適于輸送至第一浸出反應(yīng)器。
[0108]從巖石中浸出金屬
[0109]在圖1A和IB所示的實施例中，金屬硅酸鹽的浸出是在第一浸出反應(yīng)器20中進行。圖1和圖2僅示意性地示出了該反應(yīng)器。在實施例中，該反應(yīng)器20可以為具有適當(dāng)長度的管道或者一系列密封攪拌罐的形式，并可以安裝在地面的表面或接近表面處，或地下一定深度處，即足以將靜壓頭壓力下反應(yīng)器中的內(nèi)容物放置到有利于發(fā)生金屬浸出反應(yīng)條件的深度處，所述金屬浸出反應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式(Ia)(蛇紋巖)、(Ib)(橄欖石)和Ic (硅灰石)發(fā)生:
[0110]Mg3Si2O5 (OH) 4+6NH4Cl — 3MgCl2+2Si02+6NH3+5H20 (la)
[0111]Mg2Si04+4NH4Cl+ — 2MgCl2+Si02+4NH3+2H20(lb)
[0112]CaSi03+2NH4Cl+— CaCl2+Si02+2NH3+H20(Ic)
[0113]根據(jù)圖1A和1B，浸出反應(yīng)器20可以與熱交換器21連接，使得反應(yīng)器20在高于周圍環(huán)境溫度下工作。
[0114]同樣根據(jù)圖1A和1B，浸出反應(yīng)器20可以與壓力轉(zhuǎn)換裝置23連接，該壓力轉(zhuǎn)換裝置23可以由在同一軸上的水輪機和電機進行泵驅(qū)動(或一系列這種泵-渦輪發(fā)動機的組合)，以控制浸出反應(yīng)器20在高于周圍環(huán)境壓力下工作。
[0115]預(yù)處理的金屬硅酸鹽和銨鹽溶液(可能包含氨)在混合容器22中混合，形成漿料。該漿料經(jīng)壓力轉(zhuǎn)換裝置23的泵送部分加壓，并經(jīng)金屬碳酸鹽沉淀反應(yīng)器26中的熱漿料加熱。浸出反應(yīng)器20中發(fā)生的反應(yīng)，包括那些由化學(xué)反應(yīng)式(la)、(Ib)和(Ic)所描述的反應(yīng)，為放熱反應(yīng)，這些熱中的一部分使通過化學(xué)反應(yīng)式(la)、(Ib)和(Ic)形成的氨蒸化，剩余的熱被輸送至將通過所述熱交換器21進入的漿料，并在經(jīng)氨化的漿料離開浸出反應(yīng)器20時冷卻該經(jīng)氨化的漿料。浸出反應(yīng)器20中的壓力和溫度被調(diào)整為能夠最大化反應(yīng)率。例如，溫度保持在225°C左右，壓力保持在25巴左右。
[0116]氨和部分在浸出反應(yīng)器20環(huán)境下形成的水被汽化，并以蒸汽混合物的形式從浸出反應(yīng)器釋放出來。它們被傳送至蒸懼柱，在此處為整流管(Rectifying vessel) 32。在整流管32中，蒸汽流被分成兩路，最終變成兩路液體流。一路在底部，主要是水，從柱的底部流動，可選地流回浸出反應(yīng)器20。另一路在頂部，主要為氨，在氨冷凝器33中受壓冷凝。氨冷凝器33中對氨和水蒸氣進行冷凝產(chǎn)生的大部分潛熱可以將加壓的工作流體轉(zhuǎn)化成高壓蒸汽，并能根據(jù)朗肯循環(huán)(Rankine Cycle)產(chǎn)生電力。
[0117]朗肯循環(huán)可以是已知的卡琳娜循環(huán)(Kalina Cycle)的變體，并可以利用氨-水溶液作為工作流體(發(fā)電設(shè)備和電廠配套設(shè)施并未在圖1A或IB中示出)。
[0118]浸出反應(yīng)器20的產(chǎn)物，對應(yīng)于化學(xué)反應(yīng)式(la)、(Ib)和(Ic)的右手側(cè)，仍具有很高溫度，并且具有幾乎與浸出反應(yīng)器20的內(nèi)容物相同的壓力(例如225°C和25巴)，所述產(chǎn)物通過管道34以及陸上溶液傳送泵35與來自發(fā)電廠的碳酸銨溶液混合。
[0119]進入金屬碳酸鹽沉淀反應(yīng)器26時，混合后的兩路流的溫度可以為150°C或更高，其壓力仍為約25巴。在反應(yīng)器26中，可發(fā)生以下反應(yīng):
[0120]MgCl2+(NH4) 2C03 — MgC03+2NH4Cl(2a)
[0121]CaCl2+(NH4) 2C03 — CaC03+2NH4Cl(2b)
[0122]含有主要成分為金屬碳酸鹽(不可溶)、二氧化硅(不可溶)和氯化銨水溶液的混合物的漿料在通過金屬碳酸鹽沉淀反應(yīng)器26后被冷卻，其顯熱大部分經(jīng)熱交換器21被輸送至即將進入浸出反應(yīng)器20的漿料，并被降壓，其壓頭大部分經(jīng)泵/壓頭回收渦輪壓力轉(zhuǎn)換裝置23被輸送至即將到來的漿料。
[0123]二氧化碳的吸收
[0124]在圖1A和IB所示的實施例中，來自氨冷凝器33的液氨在受壓情況下通過泵37和管道38從金屬硅酸鹽巖石礦場輸送到二氧化碳點源，例如燃煤發(fā)電廠。陸上管道的長度取決于礦場和發(fā)電廠或其他二氧化塔點源之間的距離，其范圍可以從相互鄰近至相隔200公里甚至更遠(yuǎn)。
[0125]在發(fā)電廠或其他點源現(xiàn)場，煙氣進入洗滌容器:C02吸收塔30。在一實施例中，該容器可以分為上部區(qū)域和下部區(qū)域，然而如圖1A和IB所示，在實踐中，這兩個區(qū)域之間存在小的物理分離。
[0126]參照圖1A，容器的下部區(qū)域接收煙氣，該煙氣中所含的大量固體顆粒(例如飛灰)已經(jīng)被去除，并且已逆流通過氣-氣熱交換器39而被冷卻，最終煙氣被冷卻至最小化其游離氨含量。因為熱被傳遞，最終煙氣被加熱至遠(yuǎn)高于消除在煙?頂部形成蒸汽羽流(vapourplume)的風(fēng)險所需的溫度(例如，大于100°C)。反過來，原料煙氣被冷卻至接近、甚至低于其露點的溫度(例如45°C左右)。如果冷卻至露點以下，將在煙氣中形成水滴狀霧。所述容器的下部區(qū)域也接收在接近0°C的溫度被冷卻成氣體或蒸汽形式的氨。其可以單獨(圖1A中的實線)進入所述容器，或者被噴射至上游，進入所述容器上游的經(jīng)過濾的煙氣(圖1A中的虛線)。這些氨與經(jīng)陸上管道38到達發(fā)電廠現(xiàn)場的氨相同。
[0127]在CO2吸收塔30的一種形式中，一組泵42使流經(jīng)吸收塔30的洗滌溶液循環(huán)，該溶液以與向上流動的煙氣流呈逆流的方向向下流動。開始時主要為水的該溶液迅速吸收氨，形成氫氧化銨。氫氧化銨迅速與煙氣中的二氧化碳結(jié)合，形成含碳酸銨和碳酸氫銨的銨鹽溶液。在一實施例中，在吸收塔的上部區(qū)域，二氧化碳比能夠與之結(jié)合的氨具有更大的濃度，這往往有利于碳酸氫銨的形成:
[0128]ΝΗ3+Η20 — NH4OH(3a)
[0129]NH40H+C02 — NH4HCO3(3b)
[0130]該碳酸氫銨將保留在溶液中，從而洗滌溶液在循環(huán)時首先從開始作為較純水的補充流轉(zhuǎn)換成碳酸氫銨溶液。
[0131]由于該溶液經(jīng)CO2吸收塔30的下部區(qū)域循環(huán)，在一實施例中，其與具有更高濃度的氨相遇，使得在將有更多的二氧化碳繼續(xù)通過化學(xué)反應(yīng)式(4b)被吸收時，其趨勢將會是碳酸氫銨與氨進一步反應(yīng)，生成普通的碳酸銨。
[0132]NH4HC03+NH3 — (NH4) 2C03(3c)
[0133]確保釋放到大氣當(dāng)中的最終煙氣中的氨減少到低于可接受閾值是很重要的，該閾值可以是低于百萬分之一(體積)(Ippmv)。為此，經(jīng)C02吸收塔30的上部區(qū)域循環(huán)流動的洗滌溶液被冷卻至低于 7°C;當(dāng)其向下通過從CO2吸收塔30下部區(qū)域上升的煙氣時，這些氣體將以如下方式進行再冷卻(sub-cool):氨傾向于通過此時本來應(yīng)該是清潔的煙氣(還可以是其他形式)進入液相(冷卻的循環(huán)溶液)。
[0134]在一實施例中，通過以下方式實現(xiàn)冷卻:允許液氨在其首次經(jīng)管道38到達發(fā)電廠現(xiàn)場時通過氨降壓閥39，以使其壓力從管道38中的壓力(在一實施例中至少為15巴表壓)降至接近大氣壓。在通過閥39過程中，部分氨閃蒸成蒸汽。用于蒸發(fā)氨的汽化潛熱從剩余的氨中獲取，從而將剩余的氨冷卻至遠(yuǎn)低于O攝氏度的溫度。在一實施例中,稀洗滌溶液的循環(huán)流通過以封閉的熱交換器:氨蒸發(fā)器40形式設(shè)置的多組導(dǎo)管。導(dǎo)管的外部暴露于過冷氨中，過冷氨隨著熱經(jīng)導(dǎo)管壁從循環(huán)溶液中脫除而繼續(xù)汽化，從而對其進行冷卻。在一實施例中，導(dǎo)管的外部帶有散熱片，以增加氣-管的有效熱交換面積。
[0135]如前所述，從氨蒸發(fā)器40釋放的、溫度仍接近(TC的氨被混入經(jīng)過濾的煙氣流中，或者直接傳送至洗滌容器30 (CO2吸收塔/洗滌塔)的入口區(qū)域。
[0136]CO2吸收塔30的下部區(qū)域中，首先將氨溶解入稀洗滌循環(huán)溶液，然后二氧化碳被吸收入該溶液，最終都通過化學(xué)反應(yīng)式(3a)、(3b)和(3c)將其轉(zhuǎn)化成普通碳酸銨。該溶液的形成的同時會釋放大量的低品位熱能(low-gradeheat energy)。因此有必要使流經(jīng)CO2吸收塔下部區(qū)域的溶液循環(huán)流通過熱交換器41繼續(xù)進行冷卻，即，隨后由已經(jīng)在蒸發(fā)冷卻塔，或者風(fēng)冷散熱器，或者風(fēng)冷和水冷混合冷卻塔(未在圖1A或IB中示出)中被冷卻的水進行冷卻。
[0137]通過CO2吸收塔的所有區(qū)域所需的洗滌溶液的高容積流由多組泵42實現(xiàn)。
[0138]在一實施例中，泵42為至少兩個并聯(lián)安裝的泵，從而在向下流經(jīng)CO2吸收塔30的氨化漿料流下降至低于CO2吸收塔30正常工作的最小預(yù)設(shè)極限時，第二泵自動啟動服務(wù)。在一實施例中，可以有多個并聯(lián)工作的泵42，所有這些泵在方法100進行過程中有助于實現(xiàn)更加精確的過程控制。
[0139]有價值溶質(zhì)的回收
[0140]來自菱鎂礦沉淀反應(yīng)器26的漿料一以氯化銨為主要成分的水溶液混合物，在經(jīng)熱交換器21冷卻并經(jīng)壓力轉(zhuǎn)換裝置23降壓后，所述水溶液混合物中懸浮有菱鎂礦和二氧化硅的顆粒——進入一個或多個固-液分離過程以去除具有最小氯化銨和其他溶質(zhì)含量的不可溶固體，以產(chǎn)出氯化銨和其他主要不含懸浮固體的溶質(zhì)的濃縮溶液。
[0141]在圖1A和圖1B所描述的實施例中，固-液分離過程可以是一系列設(shè)備項目:一系列兩個或多個逆流傾析(CO))濃縮機27,之后是一組板框壓濾機(plate and frame filterpresses)(未在圖1A或IB中示出)。例如，CXD濃縮機27的階段數(shù)可以為4個或更多。替代地，過濾器可以是封閉以防止氨泄漏進入周圍環(huán)境的旋轉(zhuǎn)真空過濾器。在進一步替代方案中，過濾器可以是一組潷析器型離心機。
[0142]清洗設(shè)施可以包括在脫水過濾器或其他固-液分離系統(tǒng)中，以使氨化溶液和不可溶固體之間的分離更加徹底，從而改善(最小化損失)對氨和銨鹽以及不可溶固體(碳酸鹽礦物結(jié)塊)的回收。
[0143]原煙氣的預(yù)清潔
[0144]在圖1A的實施例中，對來自燃煤發(fā)電廠等的煙氣進行多種處理。典型地利用業(yè)內(nèi)人士所熟悉的處理方式去除來自現(xiàn)代燃煤發(fā)電廠的煙氣中的顆粒物(飛灰)，例如利用纖維過濾或靜電除塵器。煙氣流日益多地利用石灰?guī)r水漿料或其他方法進行洗滌而進一步純化，所述其他方法被設(shè)計為用以去除存在于煤中的少量硫(例如，金屬硫化物如黃鐵礦FeS2，以及有機形式的硫，如硫醇)的燃燒產(chǎn)生的大部分硫氧化物(稱為SOx)。此外，現(xiàn)代燃煤發(fā)電廠被越來越多地要求盡可能地去除原煙氣中所含的另一污染物:氮氧化物，也就是一氧化氮NO和其他氧化物的混合物，其他氧化物包括二氧化物NO2、三氧化物N2O3和四氧化物N2O4,統(tǒng)稱為NOx。 [0145]因此，在方法100擬施用到現(xiàn)有燃煤發(fā)電廠或類似點源以捕獲和永久存儲煤或其他含碳燃料燃燒產(chǎn)生的大部分二氧化碳的情況下，煙氣36可以至少基本上沒有塵埃顆粒，并主要沒有SOx和NOx。
[0146]重要的是，方法100不需要煙氣基本沒有顆粒，或者SOx或NOx。方法100即使在沒有事先去除這些污染物的情況下也能正常起作用。事實上，除非煤的含硫量很高(例如，S重量高于2% )，更合乎邏輯的是不去嘗試在方法100之前去除SOx。如果不去除飛灰，它可以基本不變地順利通過所述方法，除非以生石灰CaO或氧化鎂MgO(許多飛灰的常見成分)形式存在的任何游離堿能夠與氨化漿料中存在的陰離子(包括硫酸根和硝酸根)相化合，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式(7)(以鈣為例示出)形成鈣和鎂的加成鹽。
[0147]MgCHH2O — Mg (OH) 2
[0148]2NH4C1+Mg (OH) 2 — MgCl2+2NH40H(7)
[0149]如前所述，這些反應(yīng)顯然與方法100其他部分發(fā)生的反應(yīng)相同，并不會影響其運行。然而，事先將飛灰去除可能是有利的，因為飛灰為干燥形式時對其他市場來說很有價值(例如，用于混凝土制劑中)。然而并不需要如滿足顆粒物排放限值所需的那樣強調(diào)去除99.9%的飛灰；99%去除就完全足夠，隨后飛灰顆粒將會在CO2吸收塔30中去除。
[0150]在通過CO2吸收塔30的過程中，原煙氣中含有的SOx可經(jīng)一系列反應(yīng)被轉(zhuǎn)化成硫酸:
[0151]SO2+H2O — H2SO3(二氧化硫生成亞硫酸)(8a)
[0152]S03+H20 — H2SO4(三氧化硫生成硫酸)(8b)
[0153]H2S03+02 — 2H2S04(氧氣氧化亞硫酸成硫酸(8c)
[0154]硫酸與通過CO2吸收塔30的循環(huán)溶液中存在的大量過剩氨(大部分為氫氧化銨和一些由煙氣中捕獲的二氧化碳產(chǎn)生的碳酸銨)立即反應(yīng)，然后流經(jīng)O2吸收塔30形成硫酸銨。
[0155]2NH40H+H2S04 — (NH4) 2S04+2H20 (9)
[0156]在通過CO2吸收塔30的過程中，原煙氣中含有的NOx可經(jīng)一系列反應(yīng)被轉(zhuǎn)化成硝酸，大部分可能會因CO2吸收塔30上部出現(xiàn)的低溫環(huán)境發(fā)生如下反應(yīng):
[0157]2N0+02 —N2O4(生成四氧化二氮)(IOa)
[0158]N204+H20 - ΗΝ02+ΗΝ03 (生成亞硝酸和硝酸的混合物)(IOb)
[0159]2HN02+02 — 2HN03 (氧氣氧化亞硝酸成硝酸)(IOc)
[0160]硝酸與循環(huán)溶液中存在的大量過剩氨(大部分為氫氧化銨和一些由煙氣中捕獲的二氧化碳產(chǎn)生的碳酸銨)立即反應(yīng)，然后流經(jīng)CO2吸收塔形成硝酸銨。
[0161]nh4oh+hno3 — ΝΗ4Ν03+Η20(11)
[0162]在溶液中形成的硝酸銨和硫酸銨會加入在CO2吸收塔中形成的主要成分為碳酸銨的循環(huán)流中，進入混合容器22，隨后在陸上經(jīng)泵35和陸上管道34輸送到巖石礦。
[0163]因為陰離子:氯離子、硫酸根和硝酸根中的一些，會不可避免地從固-液分離系統(tǒng)(具有CCD濃縮機27和壓濾機29)損失，硫酸根和硝酸根陰離子加入循環(huán)流的比例(rate)降低了為彌補損失而必須添加的氯離子數(shù)量。在方法100中，氯離子、硫酸根和硝酸根的銨鹽均為可接受的陰離子，并可互換，而不會影響方法的運行。
[0164]由此可見，原煙氣中SOx和NOx的存在非但不是方法100的一個不利因素，還可被視為是一個有利因素，一旦最終的碳酸鹽礦物被永久地存放，所述方法100還能夠部分地彌補最終的碳酸鹽礦物中氯離子、硫酸根和硝酸根陰離子的損失。
[0165]因此還可以看出，在方法100的開端設(shè)置的用以捕獲和永久保存燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳的新型發(fā)電廠不需要配備用以去除多于99%的顆粒，或者用于控制或去除SOx和NOx的單獨的通常比較昂貴的設(shè)備和設(shè)施。這與那些需要供應(yīng)基本不含顆粒、SOx或NOx的煙氣的其他CCS方法相比，可以顯著節(jié)省成本。
[0166]應(yīng)當(dāng)注意，在進入混合罐22之前，可以對回收的銨鹽溶液進行處理，以回收任何因銨鹽持續(xù)循環(huán)通過方法100而在系統(tǒng)中獲得一定濃度的重金屬或者其他可溶材料。
[0167]從本說明書中可以明顯看出，方法100能夠有效去除燃煤發(fā)電廠和其他點源產(chǎn)生的煙氣中的正常范圍內(nèi)的污染物:S0x、NOx和顆粒物，甚至是諸如汞的揮發(fā)性金屬，其基本上可以在CO2吸收塔30的上部區(qū)域的低溫環(huán)境下從煙氣中被冷凝出來。
[0168]在最廣泛的意義上，系統(tǒng)10和方法100可被視為完整的多污染物控制系統(tǒng)和方法，其用于清潔來自燃煤發(fā)電廠和其他點源的煙氣，程度直到最終釋放到大氣中的煙氣包含約95%的氮氣(包括通常存在于大氣中的氬氣及其他惰性氣體)，加上一些殘余氧氣(可能為3.5% )和殘余二氧化碳(約1.5% )，也就是，原來存在量的90%被捕獲后的剩余量(均為體積百分比)。
[0169]圖1A實施例和IB實施例之間的區(qū)別 [0170]在圖1B所示的實施例中，所發(fā)生的反應(yīng)與圖1A實施例所描述的相同。然而，將被送往CO2吸收塔30洗滌的含二氧化碳的原料氣的成分有所區(qū)別。例如，原料氣可以包含硫化氫。例如，如果原料氣為煤或重燃料油的氣化產(chǎn)物或從“酸”井(‘sour’well)中獲得的原天然氣，則硫化氫為在將被洗滌的含二氧化碳的原料氣流中發(fā)現(xiàn)的硫的常見形式。在圖IB所示的實施例中，從浸出反應(yīng)器20返回的氨氣能夠與含硫化氫的原料氣混合。在這種情況下，硫化氫能夠通過溶液中的氨從原料氣中汽提出，在溶液中形成硫氫化銨。經(jīng)暴露于空氣，該化合物被氧化形成作為沉淀的元素硫，加上仍留存在溶液中的硫代硫酸銨鹽。雖然所有這些材料均不會以任何顯著方式對方法100的運行造成傷害，但優(yōu)選的是，當(dāng)存在于原料氣中的硫化氫大于微量時，可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法(如斯特雷特福德法(Stretford Process))將硫成分從進入方法100的氣體的上游去除。
[0171]氯化銨的制備
[0172]彌補在最后碳酸鹽礦物中損失的所有陰離子所需的氯化銨量可以根據(jù)圖2所描述的方法從鹽水制備。
[0173]圖2所示的方法非常類似于用于通過氨堿或索爾維方法制備碳酸氫鈉(NaHCO3)的方法的一部分，所述氨堿或索爾維方法已經(jīng)在商業(yè)上運用了超過150年。然而，當(dāng)應(yīng)用于方法100時，如圖2所示，將飽和或接近飽和的氯化鈉鹽水與從圖1A和IB所示的主循環(huán)流適量排出的碳酸銨溶液51混合。該混合物用作CO2吸收塔50 (其類似于圖1A中的CO2吸收塔30)中的洗滌介質(zhì)。首先從碳酸氫鹽干燥器57中的碳酸氫鈉的分解、必要時通過從主發(fā)電廠或其他點源的煙氣排放獲得的二氧化碳，與碳酸銨/鹽水溶液反應(yīng)，于是形成難溶的碳酸氫鈉形式的沉淀。將該沉淀過濾掉，使氯化銨留在溶液中，整個反應(yīng)根據(jù)以下化學(xué)反應(yīng)式進行:
[0174](NH4) 2C03+2NaCl+C02 — 2NaHC03+2NH4Cl(11) [0175]然而，在方法100中，所形成的氯化銨溶液在混合罐22 (即圖1A和IB所示的混合罐22)中被泵送回循環(huán)通過方法100的氨化漿料的主流中。
[0176]在變形實施例中，可在形成于CO2吸收塔50下部的池中的NaHCO3沉淀區(qū)52中以及在循環(huán)流中的晶體分類中，通過水力旋流器組55促進碳酸氫鈉沉淀沉淀(其在這些條件下僅微溶)的結(jié)晶。水力旋流器55將流體分為兩路，其中上溢流(overflow)返回CO2吸收塔而下溢流(沉砂口(spigot))產(chǎn)品前往特定類型的旋轉(zhuǎn)式真空過濾器:碳酸氫鹽過濾器58。碳酸氫鈉濾餅被傳送至轉(zhuǎn)筒烘干器57，在此將其烘干。還可以將其進一步處理，包括通過以下化學(xué)反應(yīng)式加熱生成純堿。
[0177]2NaHC03 — Na2C03+H20+C02(12)
[0178]加熱碳酸氫鈉濾餅產(chǎn)生的二氧化碳可以直接返回CO2吸收塔50。
[0179]來自旋轉(zhuǎn)式真空過濾器58的濾液(主要成分為氯化銨的溶液)可以流入主混合罐22，其在此并入主要從方法100 (圖1A和1B)回收的，也就是從固-液分離設(shè)備27回收的氯化銨溶液。
[0180]實施例
[0181]在非限制性實例中，下表概括地描述了方法100在實踐中的一個實施例的物料平衡。
[0182]表1:表示來自1，000兆瓦的燃燒黑煤的發(fā)電廠的蛇紋巖的氯化銨浸出預(yù)處理的物料平衡圖。
[0183]
[0184]
【權(quán)利要求】
1.一種從氣流中捕獲二氧化碳的方法，包括: 在第一反應(yīng)器中，使金屬硅酸鹽漿料與水溶液中的銨鹽反應(yīng)，其中所述銨鹽為不與金屬硅酸鹽形成沉淀的鹽，使得金屬硅酸鹽與所述溶液反應(yīng)，在金屬和氨組成的鹽的水溶液中形成二氧化硅漿料； 從所述第一反應(yīng)器中直接脫除氨氣； 向所述氣流中添加氨，包括從所述第一反應(yīng)器脫除的氨； 利用水溶液洗滌所述氣流，包括利用所添加的氨，由此二氧化碳和氨被吸收入所述溶液并生成碳酸銨鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述金屬鹽溶液傳送至第二反應(yīng)器，在所述第二反應(yīng)器中，所述金屬鹽溶液與來自洗滌階段的碳酸銨鹽溶液反應(yīng)，形成金屬碳酸鹽沉淀并再生形成銨鹽水溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在供應(yīng)至第一反應(yīng)器的漿料/溶液和離開所述第二反應(yīng)器的溶液之間進行壓力交換和熱交換中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，從再生的銨鹽水溶液中分離所述金屬碳酸鹽沉淀，將所述銨鹽回收至所述第一反應(yīng)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在第二反應(yīng)器之后的一個或多個濃縮和/或過濾階段中從再生的銨鹽溶液分離所述金屬碳酸鹽沉淀。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5任一所述的方法，其特征在于，將洗滌獲得的第一部分碳酸銨鹽溶液回收至洗滌階段，形成其中使用的水溶液的至少一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6任一所述的方法，其特征在于，從即將傳送至第二反應(yīng)器的碳酸銨鹽溶液中分離第二部分碳酸銨鹽溶液，所述第二部分碳酸銨鹽溶液用于在分離處理階段形成銨鹽水溶液，用于最終回收至所述第一反應(yīng)器。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述金屬硅酸鹽和所述銨鹽溶液在所述第一反應(yīng)器中，在升高的壓力以及該壓力下相應(yīng)升高的接近溶液沸點的溫度下反應(yīng)。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，將來自所述第一反應(yīng)器的所述氨氣與蒸餾塔中任何伴隨產(chǎn)生的水蒸氣分離，在蒸餾塔中所述水蒸氣被冷凝，并且至少部分冷凝水返回所述第一反應(yīng)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，將來自所述蒸餾塔的所述氨氣在升高的壓力下冷凝，以液態(tài)輸送，并且在洗滌之前使其膨脹以作為氣體供應(yīng)至洗滌階段。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，膨脹之后洗滌之前，使所述氨氣通過熱交換器，以冷卻將要在洗滌中使用的水溶液。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在洗滌期間，將所述氨氣和氣流供應(yīng)至洗滌塔的下部區(qū)域，而將所述水溶液從所述洗滌塔的上部區(qū)域噴射。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在所述第一反應(yīng)器中反應(yīng)的銨鹽為氯化銨、硫酸銨或硝酸銨中的一種或多種。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，當(dāng)即將在所述第一反應(yīng)器中反應(yīng)的銨鹽為硫酸銨或硝酸銨時，所述硫酸銨或硝酸銨為來自煙氣，例如來自燃煤發(fā)電廠的二氧化碳的洗滌副產(chǎn)物。
15.根據(jù)基于權(quán)利要求7的權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述分離處理階段包括氯化銨制備過程，在該制備過程中所述第二部分碳酸銨鹽溶液與鹽水混合并被用于洗滌含二氧化碳的氣流以及生成用于傳送至所述第一反應(yīng)器的氯化銨水溶液。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，將所述二氧化碳吸收入所述混合溶液并與碳酸銨反應(yīng)生成碳酸氫銨，所述碳酸氫銨轉(zhuǎn)而與鹽水中的氯反應(yīng)生成氯化銨和碳酸氫鈉沉淀。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，將所述碳酸氫鈉沉淀從所述溶液中分離，隨后對其進行加熱以生成純堿并釋放出含二氧化碳和水蒸氣的氣流，將所述氣流回收以與碳酸銨和鹽水混合溶液反應(yīng)并由該混合溶液洗滌。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，將從所述碳酸氫鈉沉淀中分離的所述氯化銨溶液與金屬硅酸鹽以及，可選地，與在所述第二反應(yīng)器中再生的銨鹽溶液混合，反應(yīng)生成用于傳送至所述第一反應(yīng)器的、含氯化銨的附加溶液。
19.根據(jù)權(quán)利要求15-18任一所述的方法，其特征在于，在所述分離處理階段，包含二氧化碳的氣體，還包含從將被氨洗滌的氣流中提取的滑流。
20.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，將要從中捕獲二氧化碳的所述氣流為水氣變換反應(yīng)器的產(chǎn)物，可選地，所述水氣變換反應(yīng)器中供應(yīng)有合成氣。
21.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，用水溶液以噴霧或洪流的方式對所述氣流進行洗滌，以最大化所述溶液與所述氣流中二氧化碳之間的暴露面積。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在向下流過設(shè)置在洗滌塔中的填充物或塔板時，所述氣流暴露于所述水溶液，以進一步最大化所述溶液與所述氣流中二氧化碳之間的暴露面積。
23.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述金屬硅酸鹽為富鎂硅酸鹽。
24.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述富鎂硅酸鹽為超基性或超堿性礦物，如蛇紋石和/或橄欖石和/或輝石。
25.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述漿料中的金屬硅酸鹽由預(yù)處理的巖石形成，以促進其與銨鹽溶液的反應(yīng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述預(yù)處理包括研磨以及，可選地，熱處理所述金屬娃酸鹽巖石，以增加其反應(yīng)性。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，當(dāng)需要預(yù)處理的金屬硅酸鹽為: 通過蛇紋巖化過程改性的包含礦物橄欖石和/或輝石的原生超鎂鐵巖時，對所述金屬硅酸鹽巖石進行破碎、篩分和研磨預(yù)處理，至最大顆粒尺寸為100微米； 包含礦物葉蛇紋石、利蛇紋石和/或角閃石的次級蛇紋巖化超鎂鐵巖時，對所述金屬硅酸鹽巖石進行破碎、篩分和研磨預(yù)處理，至最大顆粒尺寸為100微米，并可選地，進一步通過將研磨后的巖石加熱至足以使所述礦物中的至少一部分化學(xué)結(jié)合水脫離的溫度而對其進行預(yù)處理。
28.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在傳送至所述第一反應(yīng)器之前，將所述金屬硅酸鹽漿料與銨鹽溶液混合。
29.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述第一和/或第二反應(yīng)器包括:相互串聯(lián)連接的兩個或多個攪拌罐或其他容器； 一條管道或一系列管道； 相互串聯(lián)連接的攪拌罐/容器和管道的組合。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述攪拌罐/容器和/或攪拌管道在使用中位于地下一深度處，所述深度為通過靜壓頭提供足夠壓力的深度，以加強金屬硅酸鹽和銨鹽之間或者溶液中的金屬與碳酸鹽之間的反應(yīng)。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的方法，其特征在于，所述管道包括多個流道，并且所述反應(yīng)沿其中一個所述流道的長度發(fā)生。
32.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，將要供應(yīng)至洗滌的氣流設(shè)置為與離開洗滌的煙氣進行熱交換。
33.一種用于從氣流中捕獲二氧化碳的方法，所述方法在此主要參照附圖和實施例進行描述。
34.一種能夠使氣流中的二氧化碳被捕獲的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 第一反應(yīng)器，用于接收金屬硅酸鹽漿料與水溶液中的銨鹽并和控制它們的反應(yīng)，所述銨鹽為不與金屬硅酸鹽形成沉淀的鹽，使得金屬硅酸鹽與所述溶液反應(yīng)，在金屬和氨組成的鹽的水溶液中形成二氧化硅漿料；以及 第二反應(yīng)器，用于接收來自所述第一反應(yīng)器的金屬鹽溶液并用于對其與碳酸銨鹽的反應(yīng)生成金屬碳酸鹽沉淀并再生形成用于所述第一反應(yīng)器的銨鹽水溶液進行控制。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，進一步包括分離階段，用于從再生銨鹽溶液中分離二氧化硅和金屬碳酸鹽沉淀，以使所述溶液能夠返回所述第一反應(yīng)器。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分離階段包括:所述第二反應(yīng)器后的一個或多個濃縮和/或過濾階段。
37.根據(jù)權(quán)利要求34-36任一所述的系統(tǒng)，進一步包括:洗滌設(shè)備，用于從所述氣流中去除二氧化碳，并將其吸收入由氨氣形成的氨化溶液，所述氨氣包含從所述第一反應(yīng)器獲取的氨氣。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氨化溶液通過利用氨和水溶液洗滌形成，由此將所述二氧化碳和氨吸收入所述溶液，并且形成傳送至所述第二反應(yīng)器的碳酸銨鹽溶液。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述洗滌設(shè)備以權(quán)利要求10-12任一項中所限定的方法運行。
40.根據(jù)權(quán)利要求34-39任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和/或第二反應(yīng)器如權(quán)利要求29-31任一項中所述。
41.根據(jù)權(quán)利要求34-40任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，進一步包括熱交換器和/或泵/壓頭回收渦輪，其中每一個被設(shè)置為以如下方式運行:使得壓力和/或熱中的至少一種可以在供應(yīng)至所述第一反應(yīng)器和離開所述第二反應(yīng)器的漿料/溶液之間進行交換。
42.根據(jù)權(quán)利要求34-41任一所述的系統(tǒng)，進一步包括氯化銨制備階段，該階段包括: 混合容器，其中部分用于第二反應(yīng)器的碳酸銨鹽溶液改為與鹽水混合；以及 洗滌容器，其中碳酸銨鹽和鹽水的混合溶液被用于洗滌含二氧化碳的氣體，并形成用于傳送至所述第一反應(yīng)器的氯化銨水溶液。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其特征在于，操作所述洗滌容器，使得所述二氧化碳被吸收入所述混合溶液，與所述碳酸銨反應(yīng)，生成碳酸氫銨，所述碳酸氫銨轉(zhuǎn)而與鹽水中的氯反應(yīng)生成氯化銨和碳酸氫鈉沉淀。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，進一步包括碳酸氫鈉分離和加熱階段，其中: 在所述分離階段，首先在水力旋流器，然后在旋轉(zhuǎn)式真空過濾器中將所述碳酸氫鈉沉淀從洗滌容器中的循環(huán)溶液中分離； 在所述加熱階段，在旋轉(zhuǎn)式干燥器中將來自所述旋轉(zhuǎn)式真空過濾器的所述碳酸氫鈉沉淀加熱，生成純堿并釋放含二氧化碳和水蒸氣的氣流，將該氣流回收至洗滌容器，在所述洗滌容器中，通過所述混合溶液洗滌所述二氧化碳并與之反應(yīng)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，進一步包括氯化銨補加階段，其中將在所述旋轉(zhuǎn)式真空過濾器中分離的氯化銨溶液傳送至另一混合容器，在所述另一混合容器中，其與金屬硅酸鹽混合，并可選地，與所述第二反應(yīng)器中再生的銨鹽溶液混合，反應(yīng)形成包含用于傳送至所述第一反應(yīng)器的附加氯化銨的溶液。
46.根據(jù)權(quán)利要求42-45任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，供應(yīng)至所述洗滌容器的含二氧化碳的氣體進一步包含從點源產(chǎn)生的氣流中提取的滑流。
47.一種能捕獲氣流中的二氧化碳的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在此主要參照附圖和實施例進行描述。
48.—種應(yīng)用前述任一權(quán)利要求所述的方法或系統(tǒng)的發(fā)電廠。
【文檔編號】B01J19/00GK103974757SQ201280060442
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年10月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月7日
【發(fā)明者】理查德·J·洪威克 申請人:理查德·J·洪威克