(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給源により生成された二酸化炭素を隔離する方法であって、
(a)  水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび/または水酸化塩化マグネシウムを含む工程(a)生成物と、HCl、H2SO4またはHNO3を含む酸を形成させるために、水と、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウムもしくは硝酸マグネシウムまたはそれらの水和物を加熱する工程;
(b)  塩化マグネシウム、硫酸マグネシウムおよび/もしくは硝酸マグネシウムまたはそれらの水和物と、炭酸カルシウムと、水を含む工程(b)生成物を形成させるために、塩化カルシウム、硫酸カルシウムもしくは硝酸カルシウムまたはそれらの水和物、および該供給源により生成された二酸化炭素と、工程(a)生成物の一部または全部を混合する工程; ならびに
(c)  該炭酸カルシウムの一部または全部を該工程(b)生成物から分離する工程
を含み、
それによって該二酸化炭素を鉱物性生成物の形態にして隔離する、方法。
【請求項２】
工程(a)の塩化マグネシウム、硫酸マグネシウムもしくは硝酸マグネシウムまたはそれらの水和物が、塩化マグネシウムまたはその水和物であり、かつ酸がHClである、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
工程(b)の塩化カルシウム、硫酸カルシウムもしくは硝酸カルシウムまたはそれらの水和物が、塩化カルシウムまたはその水和物である、請求項1または2のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
工程(a)における水の一部または全部が、蒸気または超臨界水の形態で存在する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
工程(a)の水の一部または全部が、工程(b)の水から得られる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
工程(b)が、水酸化ナトリウム塩を混合することをさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
(d)  2族の塩化物塩と、水と、二酸化ケイ素とを含む生成混合物を形成させるために、HClと2族のケイ酸塩鉱物を混合する工程
をさらに含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
工程(d)におけるHClの一部または全部が工程(a)から得られる、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
工程(d)が、2族のケイ酸塩鉱物をHClとともに撹拌することをさらに含む、請求項7に記載の方法。
【請求項１０】
工程(d)において生成された熱の一部または全部が回収される、請求項7〜9のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
工程(b)の塩化カルシウムの一部または全部が、工程(d)の2族の塩化物塩である、請求項7〜10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
工程(d)において形成された生成混合物から前記二酸化ケイ素を取り除く分離工程をさらに含む、請求項7〜11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
工程(a)の水の一部または全部が工程(d)の水から得られる、請求項7〜12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物が2族のイノケイ酸塩を含む、請求項7〜12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物がCaSiO3、MgSiO3、かんらん石(Mg2[SiO4])、蛇紋石(Mg6[OH]8[Si4O10])、海泡石(Mg4[(OH)2Si6O15]・6H2O)、頑火輝石(Mg2[Si2O6])、透輝石(CaMg[Si2O6])、および/または透角閃石Ca2Mg5{[OH]Si4O11}2を含む、請求項7〜12のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2010年7月8日付で出願された米国特許仮出願第61/362,607号、2010年8月2日付で出願された同第61/370,030号、2010年10月25日付で出願された同第61/406,536号、および2011年3月9日付で出願された同第61/451,078号に対する優先権を主張するものであり、これらの各々の全内容はその全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
I. 発明の分野
本発明は全体として、発電所の廃棄物流(例えば煙道ガス)のなどの供給源から二酸化炭素を除去し、それによって2族のケイ酸塩鉱物が2族の塩化物塩およびSiO2に転換され、2族の塩化物塩が2族の水酸化物および/または2族のヒドロキシ塩化物の塩に転換される、技術分野に関する。これらをさらには、任意で触媒の存在下において、二酸化炭素と反応させて2族の炭酸塩を形成させてもよい。これらの工程は、二酸化炭素が炭酸塩の形態で隔離され、かつ熱および化学物質などの、1つまたは複数の工程由来の副生成物が、1つまたは複数の他の工程において再使用またはリサイクルされる、サイクルを形成するように組み合わされてもよい。
【背景技術】
【０００３】
II. 関連技術の説明
空気中へのCO2の放出に対して相当な国内的および国際的関心がますます向けられている。特に、このガスが大気中での太陽熱の滞留に作用して、「温室効果」を生み出すことに注目が集まっている。作用の大きさに関する何らかの議論にかかわらず、点放出源からCO2 (および他の化学物質)を除去するためのコストが十分に小さい場合には特に、そうすることに利益があるということにはだれもが同意見である。
【０００４】
温室効果ガスは主に二酸化炭素から構成され、地域の発電所および大規模産業の工場内発電所によって生成されるが、任意の通常の炭素燃焼(例えば自動車、多雨林皆伐、単純燃焼など)によっても生成される。しかしながら、もっとも集中的な点放出は、地球上の発電所で起こっており、そのような固定場所からの削減または除去を除去技術の実施にとって魅力的な点にしている。エネルギー生産が温室効果ガス放出の主要な原因であるため、種々の手段によって炭素強度を減らし、効率を改善し、発電所煙道ガス由来の炭素を隔離するなどの方法が過去30年にわたり集中的に研究され、試験されている。
【０００５】
炭素(初期形態の気体CO2)の隔離の試みは、地質システム、陸上システム、または海洋システムとして一般には分類されることができる多くの異なる技術を生み出した。そのような技術の概要は、the Proceedings of First National Conference on Carbon Sequestration, (2001) (非特許文献1)に示されている。これまで、これらの技術の全てとまではいかないがその多くがあまりにエネルギーを大量消費し、それゆえ、経済的可能性がなく、多くの場合、二酸化炭素を生成することによって得られるエネルギーよりも多くのエネルギーを消費する。これらの不都合の1つまたは複数を克服する代替的なプロセスは好都合であろう。
【０００６】
参照した欠点は、全てを網羅するものとして意図したものではなく、むしろ、廃棄物流から二酸化炭素を除去する公知技術の有効性を損なう傾向にある多くの欠点のうちいくつかであるが、ここで挙げた欠点は、当技術分野で見られる方法が全く満足というわけではなく、本開示で記載し、主張される技術に対する有意な要望が存在するということを実証するのには十分である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】the Proceedings of First National Conference on Carbon Sequestration, (2001)
【発明の概要】
【０００８】
本明細書において開示されるのは、廃棄物流から二酸化炭素を除去することを含む、二酸化炭素隔離のための方法および装置である。1つの局面において、供給源により生成された二酸化炭素を隔離する方法であって、
(a) 第1のカチオンに基づく水酸化物塩、第1のカチオンに基づく酸化物塩および/または第1のカチオンに基づくヒドロキシ塩化物塩を含む第1の工程(a)生成物と、HCl、H2SO4またはHNO3を含む第2の工程(a)生成物とを含む第1の生成混合物を形成させるのに適した条件の下で、第1の混合物中において、水と、第1のカチオンに基づくハロゲン化物塩、硫酸塩もしくは硝酸塩またはそれらの水和物を反応させる工程;
(b) 第1のカチオンに基づくハロゲン化物塩、硫酸塩および/もしくは硝酸塩またはそれらの水和物を含む第1の工程(b)生成物と、第2のカチオンに基づく炭酸塩を含む第2の工程(b)生成物と、水を含む第3の工程(b)生成物とを含む第2の生成混合物を形成させるのに適した条件の下で、第2の混合物中において、第2のカチオンに基づくハロゲン化物塩、硫酸塩もしくは硝酸塩またはそれらの水和物、および該供給源により生成された二酸化炭素と、該第1の工程(a)生成物の一部または全部を混合する工程; ならびに
(c) 該第2のカチオンに基づく炭酸塩の一部または全部を該第2の生成混合物から分離する工程
を含み、
それによって該二酸化炭素を鉱物性生成物の形態にして隔離する、方法が提供される。
【０００９】
いくつかの態様において、工程(a)の第1のカチオンに基づくハロゲン化物塩、硫酸塩もしくは硝酸塩またはそれらの水和物は、第1のカチオンに基づく塩化物塩またはその水和物であり、かつ第2の工程(a)生成物はHClである。いくつかの態様において、工程(b)の第1のカチオンに基づくハロゲン化物塩、硫酸塩もしくは硝酸塩またはそれらの水和物は、第1のカチオンに基づく塩化物塩またはその水和物である。
【００１０】
いくつかの態様において、工程(a)の第1のカチオンに基づく塩化物塩またはその水和物はMgCl2である。いくつかの態様において、工程(a)の第1のカチオンに基づく塩化物塩またはその水和物は、MgCl2の水和型である。いくつかの態様において、工程(a)の第1のカチオンに基づく塩化物塩またはその水和物はMgCl2・6H2Oである。いくつかの態様において、工程(a)の第1のカチオンに基づく水酸化物塩はMg(OH)2である。いくつかの態様において、工程(a)の第1のカチオンに基づくヒドロキシ塩化物塩はMg(OH)Clである。いくつかの態様において、第1の工程(a)生成物は主にMg(OH)Clを含む。いくつかの態様において、第1の工程(a)生成物は90重量%超のMg(OH)Clを含む。いくつかの態様において、第1の工程(a)生成物はMg(OH)Clである。いくつかの態様において、工程(a)の第1のカチオンに基づく酸化物塩はMgOである。
【００１１】
いくつかの態様において、工程(b)の第2のカチオンに基づくハロゲン化物塩、硫酸塩もしくは硝酸塩またはそれらの水和物は、第2のカチオンに基づく塩化物塩またはその水和物、例えば、CaCl2である。いくつかの態様において、工程(b)の第1のカチオンに基づく塩化物塩はMgCl2である。いくつかの態様において、工程(b)の第1のカチオンに基づく塩化物塩は、MgCl2の水和型である。いくつかの態様において、工程(b)の第1のカチオンに基づく塩化物塩はMgCl2・6H2Oである。
【００１２】
いくつかの態様において、工程(a)における水の一部または全部が蒸気または超臨界水の形態で存在する。いくつかの態様において、工程(a)の水の一部または全部が工程(b)の水から得られる。いくつかの態様において、工程(b)は、第2の混合物中において水酸化ナトリウム塩を混合することをさらに含む。
【００１３】
いくつかの態様において、それらの方法は、
(d) 2族の塩化物塩と、水と、二酸化ケイ素とを含む第3の生成混合物を形成させるのに適した条件の下で、HClと2族のケイ酸塩鉱物を混合する工程
をさらに含む。
【００１４】
いくつかの態様において、工程(d)におけるHClの一部または全部が工程(a)から得られる。いくつかの態様において、工程(d)の方法は、2族のケイ酸塩鉱物をHClとともに撹拌することをさらに含む。いくつかの態様において、工程(d)において生成された熱の一部または全部が回収される。いくつかの態様において、工程(b)の第2のカチオンに基づく塩化物塩の一部または全部が工程(d)の2族の塩化物塩である。いくつかの態様において、それらの方法は、工程(d)において形成された2族の塩化物塩から二酸化ケイ素を取り除く分離工程をさらに含む。いくつかの態様において、工程(a)の水の一部または全部が工程(d)の水から得られる。
【００１５】
いくつかの態様において、工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物は2族のイノケイ酸塩を含む。いくつかの態様において、工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物はCaSiO3を含む。いくつかの態様において、工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物はMgSiO3を含む。いくつかの態様において、工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物はかんらん石(Mg2[SiO4])を含む。いくつかの態様において、工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物は蛇紋石(Mg6[OH]8[Si4O10])を含む。いくつかの態様において、工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物は海泡石(Mg4[(OH)2Si6O15]・6H2O)、頑火輝石(Mg2[Si2O6])、透輝石(CaMg[Si2O6])、および/または透角閃石Ca2Mg5{[OH]Si4O11}2を含む。いくつかの態様において、2族のケイ酸塩は、鉄ケイ酸塩およびまたはマンガンケイ酸塩をさらに含む。いくつかの態様において、鉄ケイ酸塩は鉄かんらん石(Fe2[SiO4])である。
【００１６】
いくつかの態様において、工程(b)において形成された第1のカチオンに基づく塩化物塩の一部または全部が、工程(a)において用いられる第1のカチオンに基づく塩化物塩である。
【００１７】
いくつかの態様において、二酸化炭素は、N2およびH2Oをさらに含む煙道ガスの形態である。
【００１８】
いくつかの態様において、工程(a)の適した反応条件は約200℃〜約500℃の温度を含む。いくつかの態様において、温度は約230℃〜約260℃である。いくつかの態様において、温度は約250℃である。いくつかの態様において、温度は約200℃〜約250℃である。いくつかの態様において、温度は約240℃である。
【００１９】
いくつかの態様において、工程(a)の適した反応条件は約50℃〜約200℃の温度を含む。いくつかの態様において、温度は約90℃〜約260℃である。いくつかの態様において、温度は約90℃〜約230℃である。いくつかの態様において、温度は約130℃である。
【００２０】
いくつかの態様において、工程(a)の適した反応条件は約400℃〜約550℃の温度を含む。いくつかの態様において、温度は約450℃〜約500℃である。
【００２１】
いくつかの態様において、工程(a)の適した反応条件は約20℃〜約100℃の温度を含む。いくつかの態様において、温度は約25℃〜約95℃である。
【００２２】
いくつかの態様において、工程(a)の適した反応条件は約50℃〜約200℃の温度を含む。いくつかの態様において、温度は約90℃〜約150℃である。
【００２３】
別の局面において、本発明は、供給源により生成された二酸化炭素を隔離する方法であって、
(a) (i) 水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび/またはMg(OH)Clならびに(ii) 塩化水素を形成させるのに適した条件の下で、第1の混合物中において塩化マグネシウム塩および水を混合する工程;
(b) (iv) 炭酸カルシウム、(v) 塩化マグネシウム塩、および(vi) 水を形成させるのに適した条件の下で、第2の混合物中において、(i) 水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび/またはMg(OH)Cl、(ii) CaCl2、ならびに (iii) 該供給源により生成された二酸化炭素を混合する工程; ならびに
(c) 該炭酸カルシウムを該第2の混合物から分離し、それによって、該二酸化炭素を鉱物性生成物の形態にして隔離する工程
を含む、方法を提供する。
【００２４】
いくつかの態様において、工程(a)の塩化水素の一部または全部を水と混合して、塩酸を形成させる。いくつかの態様において、工程(b)(i)の水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび/またはMg(OH)Clの一部または全部が、工程(a)(i)から得られる。いくつかの態様において、工程(a)における全ての水のうちの一部が塩化マグネシウム塩の水和物の形態で存在する。いくつかの態様において、工程(a)は1つ、2つまたは3つのリアクタ中で行われる。いくつかの態様において、工程(a)は1つのリアクタ中で行われる。いくつかの態様において、工程(a)(i)の水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび/またはMg(OH)Clは、90重量%超のMg(OH)Clである。いくつかの態様において、塩化マグネシウム塩は90重量%超のMgCl2・6(H2O)である。
【００２５】
いくつかの態様において、それらの方法は、
(d) 2族の塩化物塩、水および二酸化ケイ素を形成させるのに適した条件の下で、塩化水素と2族のケイ酸塩鉱物を混合する工程
をさらに含む。
【００２６】
いくつかの態様において、工程(d)における塩化水素の一部または全部が工程(a)から得られる。いくつかの態様において、工程(d)は、2族のケイ酸塩鉱物を塩化水素とともに撹拌することをさらに含む。いくつかの態様において、工程(a)における塩化マグネシウム塩の一部または全部が工程(d)から得られる。いくつかの態様において、それらの方法は、工程(d)において形成された2族の塩化物塩から二酸化ケイ素を取り除く分離工程をさらに含む。いくつかの態様において、工程(a)の水の一部または全部が工程(d)の水から得られる。いくつかの態様において、工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物は2族のイノケイ酸塩を含む。
【００２７】
いくつかの態様において、工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物はCaSiO3を含む。いくつかの態様において、工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物はMgSiO3を含む。いくつかの態様において、工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物はかんらん石を含む。いくつかの態様において、工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物は蛇紋石を含む。いくつかの態様において、工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物は海泡石、頑火輝石、透輝石、および/または透角閃石を含む。いくつかの態様において、2族のケイ酸塩は、鉱化された鉄およびまたはマンガンをさらに含む。
【００２８】
いくつかの態様において、工程(b)は、CaCl2および水を第2の混合物に混合することをさらに含む。
【００２９】
[本発明1001]
供給源により生成された二酸化炭素を隔離する方法であって、
(a) 第1のカチオンに基づく水酸化物塩、第1のカチオンに基づく酸化物塩および/または第1のカチオンに基づくヒドロキシ塩化物塩を含む第1の工程(a)生成物と、HCl、H2SO4またはHNO3を含む第2の工程(a)生成物とを含む第1の生成混合物を形成させるのに適した条件の下で、第1の混合物中において、水と、第1のカチオンに基づくハロゲン化物塩、硫酸塩もしくは硝酸塩またはそれらの水和物を反応させる工程;
(b) 第1のカチオンに基づくハロゲン化物塩、硫酸塩および/もしくは硝酸塩またはそれらの水和物を含む第1の工程(b)生成物と、第2のカチオンに基づく炭酸塩を含む第2の工程(b)生成物と、水を含む第3の工程(b)生成物とを含む第2の生成混合物を形成させるのに適した条件の下で、第2の混合物中において、第2のカチオンに基づくハロゲン化物塩、硫酸塩もしくは硝酸塩またはそれらの水和物、および該供給源により生成された二酸化炭素と、第1の工程(a)生成物の一部または全部を混合する工程; ならびに
(c) 該第2のカチオンに基づく炭酸塩の一部または全部を該第2の生成混合物から分離する工程
を含み、
それによって該二酸化炭素を鉱物性生成物の形態にして隔離する、方法。
[本発明1002]
工程(a)の第1のカチオンに基づくハロゲン化物塩、硫酸塩もしくは硝酸塩またはそれらの水和物が、第1のカチオンに基づく塩化物塩またはその水和物であり、かつ前記第2の工程(a)生成物がHClである、本発明1001の方法。
[本発明1003]
工程(b)の第1のカチオンに基づくハロゲン化物塩、硫酸塩もしくは硝酸塩またはそれらの水和物が、第1のカチオンに基づく塩化物塩またはその水和物である、本発明1001または1002の方法。
[本発明1004]
工程(a)の第1のカチオンに基づく塩化物塩またはその水和物がMgCl2である、本発明1002の方法。
[本発明1005]
工程(a)の第1のカチオンに基づく塩化物塩またはその水和物が、MgCl2の水和型である、本発明1004の方法。
[本発明1006]
工程(a)の第1のカチオンに基づく塩化物塩またはその水和物がMgCl2・6H2Oである、本発明1005の方法。
[本発明1007]
工程(a)の第1のカチオンに基づく水酸化物塩がMg(OH)2である、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1008]
工程(a)の第1のカチオンに基づくヒドロキシ塩化物塩がMg(OH)Clである、本発明1002〜1006のいずれかの方法。
[本発明1009]
前記第1の工程(a)生成物が主にMg(OH)Clを含む、本発明1008の方法。
[本発明1010]
前記第1の工程(a)生成物が90重量%超のMg(OH)Clを含む、本発明1008の方法。
[本発明1011]
前記第1の工程(a)生成物がMg(OH)Clである、本発明1008の方法。
[本発明1012]
工程(a)の第1のカチオンに基づく酸化物塩がMgOである、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1013]
工程(b)の第2のカチオンに基づくハロゲン化物塩、硫酸塩もしくは硝酸塩またはそれらの水和物が、第2のカチオンに基づく塩化物塩またはその水和物である、本発明1001〜1012のいずれかの方法。
[本発明1014]
前記第2のカチオンに基づく塩化物塩またはその水和物がCaCl2である、本発明1013の方法。
[本発明1015]
工程(b)の第1のカチオンに基づく塩化物塩がMgCl2である、本発明1003〜1012のいずれかの方法。
[本発明1016]
工程(b)の第1のカチオンに基づく塩化物塩が、MgCl2の水和型である、本発明1015の方法。
[本発明1017]
工程(b)の第1のカチオンに基づく塩化物塩がMgCl2・6H2Oである、本発明1015の方法。
[本発明1018]
工程(a)における水の一部または全部が、蒸気または超臨界水の形態で存在する、本発明1001〜1017のいずれかの方法。
[本発明1019]
工程(a)の水の一部または全部が、工程(b)の水から得られる、本発明1001〜1018のいずれかの方法。
[本発明1020]
工程(b)が、前記第2の混合物中において水酸化ナトリウム塩を混合することをさらに含む、本発明1001〜1019のいずれかの方法。
[本発明1021]
(d) 2族の塩化物塩と、水と、二酸化ケイ素とを含む第3の生成混合物を形成させるのに適した条件の下で、HClと2族のケイ酸塩鉱物を混合する工程
をさらに含む、本発明1001〜1020のいずれかの方法。
[本発明1022]
工程(d)におけるHClの一部または全部が工程(a)から得られる、本発明1021の方法。
[本発明1023]
工程(d)のHClが、2族のケイ酸塩鉱物をHClとともに撹拌することをさらに含む、本発明1021の方法。
[本発明1024]
工程(d)において生成された熱の一部または全部が回収される、本発明1021〜1023のいずれかの方法。
[本発明1025]
工程(b)の第2のカチオンに基づく塩化物塩の一部または全部が、工程(d)の2族の塩化物塩である、本発明1021〜1024のいずれかの方法。
[本発明1026]
工程(d)において形成された2族の塩化物塩から前記二酸化ケイ素を取り除く分離工程をさらに含む、本発明1021〜1025のいずれかの方法。
[本発明1027]
工程(a)の水の一部または全部が工程(d)の水から得られる、本発明1021〜1026のいずれかの方法。
[本発明1028]
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物が2族のイノケイ酸塩を含む、本発明1021〜1026のいずれかの方法。
[本発明1029]
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物がCaSiO3を含む、本発明1021〜1026のいずれかの方法。
[本発明1030]
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物がMgSiO3を含む、本発明1021〜1026のいずれかの方法。
[本発明1031]
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物がかんらん石(Mg2[SiO4])を含む、本発明1021〜1026のいずれかの方法。
[本発明1032]
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物が蛇紋石(Mg6[OH]8[Si4O10])を含む、本発明1021〜1026のいずれかの方法。
[本発明1033]
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物が、海泡石(Mg4[(OH)2Si6O15]・6H2O)、頑火輝石(Mg2[Si2O6])、透輝石(CaMg[Si2O6])、および/または透角閃石Ca2Mg5{[OH]Si4O11}2を含む、本発明1021〜1026のいずれかの方法。
[本発明1034]
前記2族のケイ酸塩が、鉄ケイ酸塩およびまたはマンガンケイ酸塩をさらに含む、本発明1021〜1026のいずれかの方法。
[本発明1035]
前記鉄ケイ酸塩が鉄かんらん石(Fe2[SiO4])である、本発明1034の方法。
[本発明1036]
工程(b)において形成された第1のカチオンに基づく塩化物塩の一部または全部が、工程(a)において用いられる第1のカチオンに基づく塩化物塩である、本発明1003〜1035のいずれかの方法。
[本発明1037]
前記二酸化炭素が、N2およびH2Oをさらに含む煙道ガスの形態である、本発明1001〜1036のいずれかの方法。
[本発明1038]
工程(a)の適した反応条件が、約200℃〜約500℃の温度を含む、本発明1001〜1037のいずれかの方法。
[本発明1039]
前記温度が約230℃〜約260℃である、本発明1038の方法。
[本発明1040]
前記温度が約250℃である、本発明1038の方法。
[本発明1041]
前記温度が約200℃〜約250℃である、本発明1038の方法。
[本発明1042]
前記温度が約240℃である、本発明1038の方法。
[本発明1043]
工程(a)の適した反応条件が、約50℃〜約200℃の温度を含む、本発明1001〜1037のいずれかの方法。
[本発明1044]
前記温度が約90℃〜約260℃である、本発明1043の方法。
[本発明1045]
前記温度が約90℃〜約230℃である、本発明1044の方法。
[本発明1046]
前記温度が約130℃である、本発明1045の方法。
[本発明1047]
工程(a)の適した反応条件が、約400℃〜約550℃の温度を含む、本発明1001〜1037のいずれかの方法。
[本発明1048]
前記温度が約450℃〜約500℃である、本発明1047の方法。
[本発明1049]
工程(b)の適した反応条件が、約20℃〜約100℃の温度を含む、本発明1001〜1037のいずれかの方法。
[本発明1050]
前記温度が約25℃〜約95℃である、本発明1049の方法。
[本発明1051]
工程(d)の適した反応条件が、約50℃〜約200℃の温度を含む、本発明1021〜1037のいずれかの方法。
[本発明1052]
前記温度が約90℃〜約150℃である、本発明1051の方法。
[本発明1053]
供給源により生成された二酸化炭素を隔離する方法であって、
(a) (i) 水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび/またはMg(OH)Clならびに(ii) 塩化水素を形成させるのに適した条件の下で、第1の混合物中において塩化マグネシウム塩および水を混合する工程;
(b) (iv) 炭酸カルシウム、(v) 塩化マグネシウム塩、および(vi) 水を形成させるのに適した条件の下で、第2の混合物中において、(i) 水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび/またはMg(OH)Cl、(ii) CaCl2、ならびに(iii) 該供給源により生成された二酸化炭素を混合する工程; ならびに
(c)該第2の混合物から該炭酸カルシウムを分離する工程
を含み、
それによって該二酸化炭素を鉱物性生成物の形態にして隔離する、方法。
[本発明1054]
工程(a)の塩化水素の一部または全部を水と混合して塩酸を形成させる、本発明1053の方法。
[本発明1055]
工程(b)(i)の水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび/またはMg(OH)Clの一部または全部が工程(a)(i)から得られる、本発明1053の方法。
[本発明1056]
工程(a)における全ての水のうちの一部が、塩化マグネシウム塩の水和物の形態で存在する、本発明1053の方法。
[本発明1057]
工程(a)が1つ、2つまたは3つのリアクタ中で行われる、本発明1053の方法。
[本発明1058]
工程(a)が1つのリアクタ中で行われる、本発明1053の方法。
[本発明1059]
工程(a)(i)の水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび/またはMg(OH)Clが、90重量%超のMg(OH)Clである、本発明1053の方法。
[本発明1060]
前記塩化マグネシウム塩が90重量%超のMgCl2・6(H2O)である、本発明1053の方法。
[本発明1061]
(d) 2族の塩化物塩、水および二酸化ケイ素を形成させるのに適した条件の下で、塩化水素と2族のケイ酸塩鉱物を混合する工程
をさらに含む、本発明1053〜1060のいずれかの方法。
[本発明1062]
工程(d)における塩化水素の一部または全部が工程(a)から得られる、本発明1061の方法。
[本発明1063]
工程(d)が、前記2族のケイ酸塩鉱物を塩化水素とともに撹拌することをさらに含む、本発明1061の方法。
[本発明1064]
工程(a)における塩化マグネシウム塩の一部または全部が工程(d)から得られる、本発明1061の方法。
[本発明1065]
工程(d)において形成された2族の塩化物塩から前記二酸化ケイ素を取り除く分離工程をさらに含む、本発明1061の方法。
[本発明1066]
工程(a)の水の一部または全部が工程(d)の水から得られる、本発明1061の方法。
[本発明1067]
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物が2族のイノケイ酸塩を含む、本発明1061の方法。
[本発明1068]
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物がCaSiO3を含む、本発明1061の方法。
[本発明1069]
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物がMgSiO3を含む、本発明1061の方法。
[本発明1070]
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物がかんらん石を含む、本発明1061の方法。
[本発明1071]
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物が蛇紋石を含む、本発明1061の方法。
[本発明1072]
工程(d)の2族のケイ酸塩鉱物が、海泡石、頑火輝石、透輝石、および/または透角閃石を含む、本発明1061の方法。
[本発明1073]
前記2族のケイ酸塩が、鉱化された鉄およびまたはマンガンをさらに含む、本発明1061の方法。
[本発明1074]
工程(b)が、CaCl2および水を前記第2の混合物に混合することをさらに含む、本発明1053〜1066のいずれかの方法。
本開示の他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、詳細な説明および具体的な例は、本発明の具体的な態様を示してはいるものの、本発明の趣旨および範囲内にあるさまざまな変化および修正がこの詳細な説明から当業者には明らかになると考えられるため、単に例示として与えられることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
添付の図面は、本明細書の一部を形成し、本開示のある種の局面をさらに実証するために含まれる。これらの図面のうちの1つを本明細書において提示される具体的な態様の詳細な説明と合わせて参照することにより、本発明をよりよく理解することができる。
（図１）本発明のいくつかの態様による2族の炭酸塩としてCO2を隔離するための2族の水酸化物に基づくプロセスのシステムのブロック図である。
（図２）本発明のいくつかの態様による炭酸カルシウムとしてのCO2の隔離のための触媒としてMg2+が機能するシステムのブロック図である。
（図３）本明細書において提供されるプロセスのいくつかの態様による簡略化されたプロセス流れ図である。示されているのはII族の水酸化物に基づくプロセスであり、このプロセスではCO2を石灰石(主に鉱物方解石CaCO3から構成される)として隔離する。この図における「道路用塩」という用語は、CaCl2および/またはMgCl2などのII族の塩化物をいい、これらの一方または両方が任意で水和されていてもよい。MgCl2を含む態様では、道路用塩と水(水和水を含む)との反応を駆動してHClならびに水酸化マグネシウムMg(OH)2、および/または水酸化塩化マグネシウムMg(OH)Clを形成させるために、熱を用いてもよい。CaCl2を含む態様では、道路用塩と水との反応を駆動して水酸化カルシウムおよびHClを形成させるために、熱を用いてもよい。HClは、例えば、イノケイ酸カルシウム岩(任意で粉砕されていてもよい)と反応されて、さらなる道路用塩、例えば、CaCl2、および砂(SiO2)を形成する。
（図４）本発明のいくつかの態様に対応する簡略化されたプロセス流れ図である。ケイ酸塩岩を本発明のいくつかの態様において用い、CO2をCaCO3として隔離してもよい。この図における「道路用塩」という用語はCaCl2および/またはMgCl2などのII族の塩化物をいい、これらの一方または両方が任意で水和されていてもよい。道路用塩ボイラにおいて、道路用塩、例えば、MgCl2・6H2Oと水(水和水を含む)との反応を駆動して、HCl、ならびに、例えば水酸化マグネシウム、Mg(OH)2および/または水酸化塩化マグネシウム、Mg(OH)Clを含むII族の水酸化物、酸化物および/または混合水酸化塩化物を形成させるために、熱を用いてもよい。CaCl2を含む態様では、道路用塩と水との反応を駆動して水酸化カルシウムおよびHClを形成させるために、熱を用いてもよい。HClは、固体であってもよいか、またはケイ酸塩岩、例えば、イノケイ酸塩と反応されて、さらなる道路用塩、例えば、CaCl2、および砂(SiO2)を形成してもよい。Mg2+とCa2+とのイオン交換反応をこれらの態様のいくつかにおいて用い、例えば、Mg2+イオンのサイクリングを可能にしてもよい。
（図５）Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を示すプロセス流れ図である。この態様では、35% MgCl2、65% H2O溶液を536°F (280℃)まで加熱し、流れを、MgCl2の溶液および固体Mg(OH)2を含む「H2O-MgOH」と標示された流れにしておく。典型的には、Mg(OH)Clが水に溶解すると、それはMg(OH)2 (固体)およびMgCl2 (溶解されている)を形成する。ここでは、MgCl2は、CO2を直接吸収するために使われるのではなく、むしろリサイクルされる。正味の反応は、安価な原材料CaCl2および水を用いて煙道ガスからCO2を捕捉し、CaCO3を形成させるものである。模擬実験の結果から、MgCl2流を再循環させ、その後、それをH2Oと反応させ、加熱してMg(OH)2を形成させることが効率的であることが示唆される。上記の化合物の1つまたは複数が次に、CaCl2/H2O溶液および煙道ガス由来のCO2と反応してCaCO3を最終的に形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2は第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを繰り返す。
（図６）Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を示すプロセス流れ図である。正味の反応は、安価な原材料CaCl2および水を用いて煙道ガスからCO2を捕捉し、CaCO3を形成させるものである。この態様では、六水和物が3つの別個のチャンバ中で脱水され、第4のチャンバ中で分解されるが、ここでは分解から生じたHClが、もとの第3のチャンバへ再循環されていかなる副反応も防ぐ。これらのチャンバ中で行われる反応には、以下が含まれる。
0005860460.tif 000002
HClは第3のチャンバへ再循環する。
0005860460.tif 000003
＊HCl蒸気が存在する。
＊＊HCl蒸気は第3のチャンバへ再循環する。
上記の最初の3反応は脱水と特徴付けることができるのに対し、4番目の反応は分解と特徴付けることができる。実施例2においてさらに詳細に説明されるこの模擬実験の結果から、より低い温度(130〜250℃)で、MgCl2・6H2Oの分解がMgOの代わりにMg(OH)Clの形成を引き起こすことが示唆される。Mg(OH)Clは次に、H2Oと反応してMgCl2およびMg(OH)2を形成し、これが次に、飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガス由来のCO2と反応してCaCO3を形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2は第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを再び開始する。
（図７）Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を示すプロセス流れ図である。正味の反応は、安価な原材料CaCl2および水を用いて煙道ガスからCO2を捕捉し、CaCO3を形成させるものである。この態様では、マグネシウム六水和物が2つの別個のチャンバ中で脱水され、第3のチャンバ中で分解される。脱水反応および分解反応の両方が第3のチャンバ中で行われる。再循環しているHClはない。これらのチャンバ中で行われる反応には、以下が含まれる。
0005860460.tif 000004
0005860460.tif 000005
＊再循環しているHClなし
上記の第1、第2および第4の反応は脱水と特徴付けることができるのに対し、第3の反応は分解と特徴付けることができる。図6の態様と同様に、この態様において用いられる温度によって、MgOではなくMgCl2・6H2OからのMg(OH)Clの形成が引き起こされる。Mg(OH)Clは次に、H2Oと反応してMgCl2およびMg(OH)2を形成し、これが飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガス由来のCO2と反応してCaCO3を形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2は第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを再び開始する。この模擬実験に関するさらなる詳細は、以下の実施例3において提供される。
（図８）Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を示すプロセス流れ図である。正味の反応は、安価な原材料CaCl2および水を用いて煙道ガスからCO2を捕捉し、CaCO3を形成させるものである。この模擬実験の結果から、MgCl2・6H2Oを加熱してMgOを形成させることが効率的であることが示唆される。MgOは次に、H2Oと反応してMg(OH)2を形成し、これが次に、飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガス由来のCO2と反応してCaCO3を形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2は第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを再び開始する。この態様では、マグネシウム六水和物が450℃の1つのチャンバ中で同時に脱水および分解される。これはモデル温度範囲である。いくつかの態様における好ましい範囲は450℃〜500℃である。したがって分解はMgOまで完全に進む。このチャンバ中で行われる主反応は、以下のように表すことができる。
MgCl2・6H2O → MgO + 5H2O + 2HCl         450℃
この模擬実験に関するさらなる詳細は、以下の実施例4において提供される。
（図９）MgCl2・6H2Oが1つのチャンバ中250℃のいっそう低温度で中間化合物Mg(OH)Clへ分解されることを除いて図8の態様に類似している、Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を示すプロセス流れ図である。Mg(OH)Clは次に、水に溶解されてMgCl2およびMg(OH)2を形成し、CaCl2およびCO2とともに同じ反応を遂行してCaCO3およびMgCl2を形成する。このチャンバ中で行われる主反応は、以下のように表すことができる。
MgCl2・6H2O → Mg(OH)Cl + HCl + 5H2O         250℃
反応は250℃でモデル化された。いくつかの態様において、好ましい範囲は230℃〜260℃である。この模擬実験に関するさらなる詳細は、以下の実施例5において提供される。
（図１０）MgCl2・6H2Oの加熱試料の質量百分率のグラフを示す。試料の初期質量は、およそ70 mgであり、100%に設定した。実験の間、試料の質量をその熱分解中に測定した。温度は、最大150℃まで素早く上昇していった後、1分あたり0.5℃ずつ徐々に上昇した。およそ220℃で、重量は一定になり、Mg(OH)Clの形成と一致した。
（図１１）実施例7の生成物に対応するX線回折データを示す。
（図１２）実施例8のMg(OH)2を用いた反応由来の生成物に対応するX線回折データを示す。
（図１３）実施例8のMg(OH)Clを用いた反応由来の生成物に対応するX線回折データを示す。
（図１４）MgCl2・(H2O)の分解に及ぼす温度および圧力の効果を示す。
（図１５）本明細書において記載されたCa/Mgプロセスの態様のプロセス流れ図である。
（図１６）マグネシウム化合物のみを用いたプロセス変化形のプロセス流れ図である。この態様では、Ca2+-Mg2+スイッチング反応が起こらない。
（図１７）先の2つの態様の中間にある異なるプロセス変化形のプロセス流れ図である。Mg2+の半分がCa2+に置き換わり、それによって、結果として得られた鉱化炭酸塩MgCa(CO3)2または白雲石を生ずる。
（図１８）CaSiO3-Mg(OH)Clプロセス、事例10および11。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を提供するプロセス流れ図を示す。正味の反応は、安価な原材料CaSiO3、CO2および水を用いて煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2およびCaCO3を形成させるものである。この模擬実験の結果から、MgCl2・6H2Oの分解を実施してMg(OH)Clを形成させるために、CaSiO3と反応するHClからの熱、および天然ガスまたは石炭火力発電所により放出される煙道ガスからの熱を用いることが効率的であることが示される。Mg(OH)Clは次に、H2Oと反応してMgCl2およびMg(OH)2を形成し、これらが次に、飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガス由来のCO2と反応してCaCO3を形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2は第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを再び開始する。この態様では、塩化マグネシウム六水和物がHClおよびCaSiO3の反応からの熱を用いて第1のチャンバ中で塩化マグネシウム二水和物MgCl2・2H2Oへ脱水され、煙道ガスからの熱を用いて250℃の第2のチャンバ中で分解される。したがって分解はMg(OH)Clまで部分的に進む。このチャンバ中で行われる主反応は、以下のとおりに表すことができる。
0005860460.tif 000006
＊＊エンタルピーは、反応温度、ならびに、流入する反応物質および流出する生成物の流れの温度に基づく。この模擬実験に関するさらなる詳細は、以下の実施例10および11において提供される。
（図１９）CaSiO3-MgOプロセス、事例12および13。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を提供するプロセス流れ図を示す。正味の反応は、安価な原材料CaSiO3、CO2および水を用いて煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2およびCaCO3を形成させるものである。この模擬実験の結果から、MgCl2・6H2Oの分解を実施してMgOを形成させるために、CaSiO3と反応するHClからの熱、および天然ガスまたは石炭火力発電所により放出される煙道ガスからの熱を用いることが効率的であることが示される。MgOは次に、H2Oと反応してMg(OH)2を形成し、これが次に、飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガス由来のCO2と反応してCaCO3を形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2は第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを再び開始する。この態様では、塩化マグネシウム六水和物が、HClおよびCaSiO3の反応からの熱を用いて第1のチャンバ中で塩化マグネシウム二水和物MgCl2・2H2Oへ脱水され、煙道ガスからの熱を用いて450℃の第2のチャンバ中で分解される。したがって分解はMgOまで完全に進む。このチャンバ中で行われる主反応は、以下のとおりに表すことができる。
0005860460.tif 000007
＊＊エンタルピーは、反応温度、ならびに流入する反応物質および流出する生成物の流れの温度に基づく。この模擬実験に関するさらなる詳細は、以下の実施例12および13において提供される。
（図２０）MgSiO3-Mg(OH)Clプロセス、事例14および15。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を提供するプロセス流れ図を示す。正味の反応は、安価な原材料MgSiO3、CO2および水を用いて煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2およびMgCO3を形成させるものである。この模擬実験の結果から、MgCl2・2H2Oの分解を実施してMg(OH)Clを形成させるために、MgSiO3と反応するHClからの熱、および天然ガスまたは石炭火力発電所により放出される煙道ガスからの熱を用いることが効率的であることが示される。Mg(OH)Clは次に、H2Oと反応してMgCl2およびMg(OH)2を形成し、これらが次に、煙道ガス由来のCO2と反応してMgCO3を形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2は第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを再び開始する。この態様では、塩化マグネシウムは、煙道ガスからの熱を用いた250℃での分解の前にHClおよびMgSiO3からの熱によって二水和物の形態MgCl2・2H2Oのままでいる。したがって分解はMg(OH)Clまで部分的に進む。このチャンバ中で行われる主反応は、以下のとおりに表すことができる。
0005860460.tif 000008
＊＊エンタルピーは反応温度、ならびに流入する反応物質および流出する生成物の流れの温度に基づく。この模擬実験に関するさらなる詳細は、以下の実施例14および15において提供される。
（図２１）MgSiO3-MgOプロセス、事例16および17。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を提供するプロセス流れ図を示す。正味の反応は、安価な原材料MgSiO3、CO2および水を用いて煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2およびMgCO3を形成させるものである。この模擬実験の結果から、MgCl2・2H2Oの分解を実施してMgOを形成させるために、MgSiO3と反応するHClからの熱、および天然ガスまたは石炭火力発電所により放出される煙道ガスからの熱を用いることが効率的であることが示される。MgOは次に、H2Oと反応してMg(OH)2を形成し、これらが次に、煙道ガス由来のCO2と反応してMgCO3を形成し、これをろ過して流れから取り除く。この態様では、塩化マグネシウムは煙道ガスからの熱を用いた450℃での分解の前にHClおよびMgSiO3からの熱によって二水和物の形態MgCl2・2H2Oのままでいる。したがって分解はMgOまで完全に進む。このチャンバ中で行われる主反応は、以下のように表すことができる。
0005860460.tif 000009
＊＊エンタルピーは、反応温度、ならびに流入する反応物質および流出する生成物の流れの温度に基づく。この模擬実験に関するさらなる詳細は、以下の実施例16および17において提供される。
（図２２）透輝石-Mg(OH)Clプロセス、事例18および19。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を提供するプロセス流れ図を示す。正味の反応は、安価な原材料の透輝石MgCa(SiO3)2、CO2および水を用いて煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2および白雲石MgCa(CO3)2を形成させるものである。この模擬実験の結果から、MgCl2・6H2Oの分解を実施してMg(OH)Clを形成させるために、MgCa(SiO3)2と反応するHClからの熱、および天然ガスまたは石炭火力発電所により放出される煙道ガスからの熱を用いることが効率的であることが示される。Mg(OH)Clは次に、H2Oと反応してMgCl2およびMg(OH)2を形成し、これらが次に、飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガス由来のCO2と反応してMgCa(CO3)2を形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2は第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを再び開始する。この態様では、塩化マグネシウム六水和物が、HClおよびCaSiO3の反応からの熱を用いて第1のチャンバ中で塩化マグネシウム二水和物MgCl2・2H2Oへ脱水され、煙道ガスからの熱を用いて250℃の第2のチャンバ中でMg(OH)Clへ分解される。このチャンバ中で行われる主反応は、以下のとおりに表すことができる。
0005860460.tif 000010
＊＊エンタルピーは、反応温度、ならびに流入する反応物質および流出する生成物の流れの温度に基づく。この模擬実験に関するさらなる詳細は、以下の実施例18および19において提供される。
（図２３）透輝石-MgOプロセス、事例20および21。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を提供するプロセス流れ図を示す。正味の反応は、安価な原材料の透輝石MgCa(SiO3)2、CO2および水を用いて煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2および白雲石MgCa(CO3)2を形成させるものである。この模擬実験の結果から、MgCl2・6H2Oの分解を実施してMgOを形成させるために、MgCa(SiO3)2と反応するHClからの熱、および天然ガスもしくは石炭火力発電所および/または他の熱源により放出される煙道ガスからの熱を用いることが効率的であることが示される。MgOは次に、H2Oと反応してMg(OH)2を形成し、これが次に、飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガス由来のCO2と反応してMgCa(CO3)2を形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2は第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを再び開始する。この態様では、塩化マグネシウム六水和物が、HClおよびCaSiO3の反応からの熱を用いて第1のチャンバ中で塩化マグネシウム二水和物MgCl2・2H2Oへ脱水され、煙道ガスからの熱を用いて450℃の第2のチャンバ中でMgOへ分解される。このチャンバ中で行われる主反応は、以下のとおりに表すことができる。
0005860460.tif 000011
＊＊エンタルピーは、反応温度、ならびに流入する反応物質および流出する生成物の流れの温度に基づく。この模擬実験に関するさらなる詳細は、以下の実施例20および21において提供される。
（図２４）さまざまなCO2煙道ガス濃度、さまざまな温度に関して、煙道ガスが石炭または天然ガスから生じたかどうか、かつまたプロセスが完全分解または部分分解に依ったかどうかも捕捉されたCO2%を図示する。CaSiO3-Mg(OH)ClおよびCaSiO3-MgOプロセスの実施例10〜13を参照されたい。
（図２５）さまざまなCO2煙道ガス濃度、さまざまな温度、煙道ガスが石炭または天然ガスから生じたかどうか、かつまたプロセスが完全分解または部分分解に依ったかどうかも捕捉されたCO2%を図示する。MgSiO3-Mg(OH)ClおよびMgSiO3-MgOプロセスの実施例14〜17を参照されたい。
（図２６）さまざまなCO2煙道ガス濃度、さまざまな温度に関して、煙道ガスが石炭または天然ガスから生じたかどうか、かつまたプロセスが完全分解または部分分解に依ったかどうかも捕捉されたCO2%を図示する。透輝石-Mg(OH)Clおよび透輝石-MgOプロセスの実施例18〜21を参照されたい。
（図２７）2種類の異なる塩、例えば、Ca2+およびMg2+が分解および炭酸塩化に用いられる本発明のいくつかの態様に対応する簡略化されたプロセス流れ図である。
（図２８）MgCl2・6H2Oの加熱試料の質量百分率のグラフを示す。試料の初期質量は、およそ70 mgであり、各々、100%に設定した。実験の間、試料の質量をその熱分解中に測定した。温度は、最大200℃まで上昇していった後、12時間の運転の間にさらに上昇した。分解された材料の同一性は、提供される理論上のプラトーに対する比較によって確認することができる。2つのプロットの重ね合わせであり、第1のプロットは実線となっており、これは時間(分)対温度(℃)のプロットである。この線は経時的な温度の上昇を図示する。点線である第2のプロットは、重量% (100% = 試料の原重量)対時間のプロットであり、これは脱水によるものであれ分解によるものであれ経時的な試料の重量の低減を図示する。図28および29は試料が同じであることに留意されたい。
（図２９）MgCl2・6H2Oの加熱試料の質量百分率のグラフを示す。試料の初期質量は、およそ70 mgであり、各々、100%に設定した。実験の間、試料の質量をその熱分解中に測定した。温度は、最大200℃まで上昇していった後、12時間の運転の間にさらに上昇した。分解された材料の同一性は、提供される理論上のプラトーに対する比較によって確認することができる。2つのプロットの重ね合わせであり、第1のもの(実線)は重量%対温度(℃)のプロットであり、温度が上昇するのにつれて試料の重量が減少することを図示し; 第2のプロット(点線)は温度に対する重量%の微分(wt.%/℃)対温度℃のプロットである。この値が高い場合、これは変化/度ごとの重量減少率がより高いことを示す。この値がゼロであるなら、試料の重量は、温度が上昇していても同じままであり、脱水または分解のないことを示す。図28および29は試料が同じであることに留意されたい。
（図３０）1時間後の500℃でのMgCl2・6H2Oの分解。このグラフは1時間500℃で加熱後の、MgCl2・6H2Oの試運転4回の規準化された最終重量および初期重量を示す。一貫した最終重量から、MgOがこの温度での分解によって生じることが確認される。
（図３１）3チャンバ分解。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を提供するプロセス流れ図を示す。この態様では、冷煙道ガスからの熱(チャンバ1)、鉱物溶解リアクタからの熱(チャンバ2)、および外部天然ガス(チャンバ3)が熱源として用いられる。このプロセス流れ図はMg(OH)Clへの分解の3チャンバプロセスを図示する。第1のチャンバは200℃の煙道ガスにより加熱されて、必要とされる総熱量のおよそ8.2%前後のいくらかの初期熱を提供し、第2のチャンバ、これは鉱物分解リアクタから回収される熱に依って、28%が塩酸/鉱物ケイ酸塩の反応からでありかつ55%が塩酸の凝縮および形成からである、分解に必要とされる熱の83%を提供し、最後に、第3のチャンバ、これは総熱量の8.5%である残りの熱の外部熱源として天然ガスを用いる。CO2は複合サイクル天然ガス発電所からであり、分解反応の動力を供給するのに発電所からは、ごくわずかな熱しか得られない。
（図３２）4チャンバ分解。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を提供するプロセス流れ図を示す。この態様では、冷煙道ガスからの熱(チャンバ1)、さらなる蒸気からの熱(チャンバ2)、鉱物溶解リアクタからの熱(チャンバ3)、および外部天然ガス(チャンバ4)が熱源として用いられる。このプロセス流れ図はMg(OH)Clへの分解の4チャンバプロセスを図示し、第1のチャンバは200℃の煙道ガスを提供して、必要とされる総熱量のおよそ8.2%前後のいくらかの初期熱を提供し、第2のチャンバは必要とされる総熱量の0.8%である抽気の形態の熱を提供し、第3のチャンバ、これは鉱物分解リアクタから回収される熱に依って、28%が塩酸/鉱物ケイ酸塩の反応からでありかつ55%が塩酸の凝縮および形成からである、分解に必要とされる熱の83%を提供し、最後に、第4のチャンバ、これは総熱量の8.0%である残りの熱の外部熱源として天然ガスを用いる。CO2は複合サイクル天然ガス発電所からであり、分解反応の動力を供給するのに発電所からは、ごくわずかな熱しか得られない。
（図３３）2チャンバ分解。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を提供するプロセス流れ図を示す。この態様では、鉱物溶解リアクタからの熱(チャンバ1)、および外部天然ガス(チャンバ2)が熱源として用いられる。このプロセス流れ図はMg(OH)Clへの分解の2チャンバプロセスを図示し、第1のチャンバ、これは鉱物分解リアクタから回収される熱に依って、28%が塩酸/鉱物ケイ酸塩の反応からでありかつ59%が塩酸の凝縮および形成からである、分解に必要とされる熱の87%を提供し、かつ第2のチャンバ、これは総熱量の13%である残りの熱の外部熱源として天然ガスを用いる。CO2は複合サイクル天然ガス発電所からであり、分解反応の動力を供給するのに発電所からは、ごくわずかな熱しか得られない。
（図３４）2チャンバ分解。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを用いたプロセス模擬実験のパラメータおよび結果を提供するプロセス流れ図を示す。この態様では、鉱物溶解リアクタからの熱(チャンバ1)、および開放サイクル天然ガス発電所からの熱煙道ガス(チャンバ2)が熱源として用いられる。このプロセス流れ図はMg(OH)Clへの分解の2チャンバプロセスを図示し、第1のチャンバ、これは鉱物分解リアクタから回収される熱に依って、28%が塩酸/鉱物ケイ酸塩の反応からでありかつ59%が塩酸の凝縮および形成からである、分解に必要とされる熱の87%を提供し、かつ第2のチャンバ、これは総熱量の13%である残りの熱の外部熱源として熱煙道ガスを用いる。CO2は開放サイクル天然ガス発電所からであり、それゆえ、かなりの熱が分解反応の動力を供給するのに600℃の煙道ガスの形態で発電所から得られる。
（図３５）M(OH)ClまたはMgOへのMgCl2・6H2Oの分解を含む塩分解反応に使用されうるAugerリアクタの接続図を示す。このようなリアクタは、効率的な熱利用のための内部加熱、効率的な熱利用のための外部断熱、十分な固体輸送のためのねじ機構(固体が存在する場合)、HCl除去のために十分な放出口を含みうる。このようなリアクタはおよそ90%のMg(OH)Clおよそ1.8 kgを調製するために用いられた。
（図３６）Augerリアクタを用いてMg(OH)Clを生成する2回の別運転の最適化指標を示す。最適化指標 =転換%×効率%。
（図３７）CaSiO3-Mg(OH)Clプロセスを模擬実験するAspenモデルのプロセス流れ図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
例示的な態様の説明
本発明は、エネルギー効率の良いプロセスを含む二酸化炭素隔離に関し、このプロセスでは、2族の塩化物が2族の水酸化物および塩化水素に転換され、次にこれらを用いて二酸化炭素を廃棄物流から除去する。いくつかの態様において、塩化水素を2族のケイ酸塩とさらに反応させて、さらなる2族の塩化物出発材料およびシリカを生成させてもよい。
【００３２】
いくつかの態様において、本発明の方法および装置は、以下の一般的な構成要素の1つまたは複数を含む: (1) 塩化水素による2族のケイ酸塩鉱物の2族の塩化物および二酸化ケイ素への転換、(2) 2族の塩化物の2族の水酸化物および塩化水素への転換、(3) 気体のCO2が、2族の水酸化物を含む水性の腐食性混合物へ吸収されて、2族の炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物ならびに水を形成する、水性脱炭酸、(4) 炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物が液体混合物から分離される分離プロセス、(5) 工程またはプロセスの流れの1つまたは複数から別の1つまたは複数の工程またはプロセスの流れへの、エネルギーを含む副生成物の再使用またはサイクリング。これらの一般的な構成要素の各々を以下でさらに詳細に説明する。
【００３３】
本発明の多くの態様は、煙道ガス流由来のCO2および他の化学物質の吸収を達成するために、ならびに本明細書において記述される本発明の態様の他の目的を達成するためにいくらかのエネルギーを消費するが、本発明のある種の態様の一つの利点は、発電所のような所与の供給源から放出されたCO2の大部分または全部を吸収しながら、先行技術の生態学的効率よりも優れた生態学的効率を提供するということである。
【００３４】
本発明のある種の態様によって他のCO2除去プロセスと区別されるこの態様の別のさらなる利点は、いくつかの市場状況において、生成物が、必要とされる反応物、または正味電力もしくはプラント減価償却費よりもかなり多くの価値を有するということである。換言するならば、ある種の態様は、CO2および問題の偶発的汚染物質の相当な除去を達成しながらも、クロロヒドロ炭酸塩生成物を、利益を上げて製造する工業的方法である。
【００３５】
I. 定義
本明細書において用いられる「炭酸塩」または「炭酸塩生成物」という用語は一般に、炭酸基、[CO3]2-を含有する鉱物成分と定義される。したがって、この用語は、炭酸塩/炭酸水素塩混合物および炭酸イオンのみを含有する種の両方を包含する。「炭酸水素塩」および「炭酸水素塩生成物」という用語は一般に、炭酸水素基、[HCO3]1-を含有する鉱物成分と定義される。したがって、この用語は、炭酸塩/炭酸水素塩混合物および炭酸水素イオンのみを含有する種の両方を包含する。
【００３６】
本明細書において用いられる場合、「Ca/Mg」は、Caのみ、MgのみまたはCaおよびMgの両方の混合物を表す。CaとMgとの比率は、例えば1:99、5:95、10:90、20:80、30:70、40:60、50:50、60:40、70:30、80:20、90:10、95:5および99:1を含む、0:100から100:0でありうる。「Ca/Mg」、「MgxCa(1〜x)」および「CaxMg(1〜x)」という記号は同義語である。対照的に、「CaMg」または「MgCa」は、これらの2つのイオンの1:1の比率をいう。
【００３７】
本明細書において用いられる場合、「生態学的効率」という用語は、「熱力学的効率」という用語と同義的に用いられ、消費されるエネルギーあたり本発明のある種の態様によって隔離されるCO2の量(式「∂CO2/∂E」によって表される)と定義され、この値に適した単位はkWh/トンCO2である。CO2隔離は、プラント全体のCO2の%に換算して表され; エネルギー消費も同様に、プラント全体の電力消費に換算して表される。
【００３８】
「II族」および「2族」という用語は互換的に用いられる。
【００３９】
「六水和物」はMgCl2・6H2Oをいう。
【００４０】
本発明のいくつかの態様を用いる炭酸水素塩および炭酸塩の形成において、「イオン比」という用語は、生成物中のカチオンをその生成物中に存在する炭素の数で割った比をいう。ゆえに、炭酸水素カルシウム(Ca(HCO3)2)で形成された生成物流は、0.5の「イオン比」(Ca/C)を有するということができ、純粋な炭酸カルシウム(CaCO3)で形成された生成物流は、1.0の「イオン比」(Ca/C)を有するということができる。拡大解釈すると、無限数の、一価、二価および三価カチオンの炭酸塩と炭酸水素塩との連続的混合物が、0.5〜3.0の間で変動するイオン比を有するということができる。
【００４１】
文脈に基づき、「MW」という略語は、分子量またはメガワットのどちらかを意味する。
【００４２】
「PFD」という略語は、プロセス流れ図である。
【００４３】
「Q」という略語は熱(また熱負荷)であり、熱はエネルギーの一種である。これは他のどの種類のエネルギーも含まない。
【００４４】
本明細書において用いられる場合、「隔離」という用語は、一般に、部分的または全体的な効果が、CO2を点放出源から除去し、かつそのCO2をある形態で貯蔵して大気中に戻るのを防ぐことである、技術または実践をいうように用いられる。この用語の使用は、記述される態様の任意の形態が「隔離」技術とみなされることを排除しない。
【００４５】
化学式との関連で、「W」という略語はH2Oをいう。
【００４６】
輝石は、多くの火成岩および変成岩において見出される一群のケイ酸塩鉱物である。それらは、単一鎖のシリカ4面体からなる共通構造を共有し、それらは単斜晶系および斜方晶系に結晶化する。輝石は一般式XY(Si,Al)2O6を有し、ここでXはカルシウム、ナトリウム、鉄(II)およびマグネシウム、ごく稀には、亜鉛、マンガンおよびリチウムを表し、Yはクロム、アルミニウム、鉄(III)、マグネシウム、マンガン、スカンジウム、チタン、バナジウムおよび場合により鉄(II)などの、より小さなサイズのイオンを表す。
【００４７】
さらに、本発明の化合物を構成する原子は、このような原子の全ての同位体形態を含むよう意図される。同位体は、本明細書において用いられる場合、同じ原子数を有するが、異なる質量数を有する原子を含む。限定するものではなく一般的な例として、水素の同位体は三重水素および重水素を含み、炭素の同位体は13Cおよび14Cを含む。
【００４８】
「1つの(a)」または「1つの(an)」という単語の使用は、特許請求の範囲および/または明細書において「含む(comprising)」という用語とともに用いられる場合、「1つ(one)」を意味することもあるが、「1つまたは複数」、「少なくとも1つ」および「1つまたは2つ以上」の意味とも一致する。
【００４９】
本出願の全体を通じて、「約」という用語は、ある値が、その値を決定するために利用される機器、方法に関する誤差に固有のバラツキ、または試験対象間に存在するバラツキを含むことを示すために用いられる。
【００５０】
「含む(comprise)」、「有する(have)」および「含む(include)」という用語は開放型連結動詞である。「含む(comprises)」、「含む(comprising)」、「有する(has)」、「有する(having)」、「含む(includes)」および「含む(including)」などのこれらの動詞のうちの1つまたは複数の任意の形態または時制も開放型である。例えば、1つまたは複数の工程を「含む(comprises)」、「有する(has)」または「含む(includes)」任意の方法は、それらの1つまたは複数の工程のみを持つことに限定されず、他の記載されていない工程も網羅する。
【００５１】
「有効な」という用語は、この用語が明細書および/または特許請求の範囲において用いられる場合、望まれる、期待されるまたは意図される結果を達成するのに適切なことを意味する。
【００５２】
上記の定義は、参照により本明細書に組み入れられるいずれかの参照文献における任意の矛盾する定義にとって代わるものである。しかしながら、ある種の用語が定義されるという事実は、定義されていない用語がいずれも不確定であることを示すと解釈されるべきではない。むしろ、用いられる全ての用語は、当業者が範囲を理解しかつ本発明を実践することができるような用語で本発明を説明するものと考えられる。
【００５３】
II. II族の金属の塩を用いた二酸化炭素の隔離
図1は、本開示の装置および方法の一般的な例示的態様を示す簡略化されたプロセス流れ図を示している。この図は、図示するためだけに提供され、したがって、本発明の特定の態様を単に示しているものであり、特許請求の範囲を何らかの方法で限定することを意図するものではない。
【００５４】
図1に示される態様において、リアクタ10 (例えば、道路用塩ボイラ)は、式1によって表される反応を駆動するために、外部動力および/または再捕捉動力(例えば、熱煙道ガス由来の熱、または太陽光集光もしくは燃焼などの外部熱源)などの、動力を用いる。
(Ca/Mg)Cl2 + 2H2O → (Ca/Mg)(OH)2 + 2HCl        (1)
この反応において用いられる水は、液体、蒸気、結晶性水和物、例えば、MgCl2・6H2O、CaCl2・2H2Oの形態であってもよいか、またはそれは超臨界水であってもよい。いくつかの態様において、反応はMgCl2を用いてMg(OH)2および/またはMg(OH)Clを形成させる(例えば、図2を参照のこと)。いくつかの態様において、反応はCaCl2を用いてCa(OH)2を形成させる。式1からの2族の水酸化物またはヒドロキシ塩化物(示されていない)の一部または全部がリアクタ20へ送られてもよい。いくつかの態様において、2族の水酸化物および/または2族のヒドロキシ塩化物の一部または全部が水溶液としてリアクタ20へ送られる。いくつかの態様において、2族の水酸化物の一部または全部が水性懸濁液中でリアクタ20へ送られる。いくつかの態様において、2族の水酸化物の一部または全部が固体としてリアクタ20へ送られる。いくつかの態様において、塩化水素(例えば、蒸気の形態でのまたは塩酸の形態での)の一部または全部がリアクタ30 (例えば、岩溶融装置)へ送られてもよい。いくつかの態様において、結果として得られた2族の水酸化物はさらに、加熱されて、水を除去し、対応する2族の酸化物を形成させる。いくつかの変化形において、これらの2族の酸化物の一部または全部がその後、リアクタ20へ送られてもよい。
【００５５】
供給源、例えば、煙道ガス由来の二酸化炭素は、場合によっては廃熱/DC発生システムと廃熱を最初に取り換えた後に、リアクタ20 (例えば、流動層リアクタ、噴霧塔脱炭酸塔(spray-tower decarbonator)または脱炭酸バブラ)においてプロセスに入る。いくつかの態様において、煙道ガスの温度は少なくとも125℃である。一部または全部がリアクタ10から得られうる2族の水酸化物は、式2によって表される反応によりリアクタ20中にて二酸化炭素と反応する。
(Ca/Mg)(OH)2 + CO2 → (Ca/Mg)CO3 + H2O        (2)
この反応から生成された水はリアクタ10へ送り戻されうる。2族の炭酸塩は、典型的には、反応混合物から分離される。2族の炭酸塩は、非常に低いKsp (溶解度積定数)を有する。したがってそれらは、溶液中で保持されうる他の、より可溶性の化合物から固体として分離されるはずである。いくつかの態様において、反応は2族の炭酸水素塩を介して進行する。いくつかの態様において、2族の炭酸水素塩が生成され、任意でその後、反応混合物から分離される。いくつかの態様において、2族の酸化物は、任意で2族の水酸化物とともにまたは2族の水酸化物とは別々に、二酸化炭素と反応されて、同様に2族の炭酸塩を形成する。いくつかの態様において、CO2および/または他の汚染物質が除去された煙道ガスが空気へ放出される。
【００５６】
2族のケイ酸塩(例えば、CaSiO3、MgSiO3、MgO・FeO・SiO2など)は、リアクタ30 (例えば、岩溶融装置または鉱物溶解リアクタ)においてプロセスに入る。いくつかの態様において、これらの2族のケイ酸塩は前の工程において粉砕される。いくつかの態様において、2族のケイ酸塩はイノケイ酸塩である。これらの鉱物は、一部または全部がリアクタ10から得られうる、塩酸の形態でのまたはガスとしての、塩酸と反応して、対応する2族の金属塩化物(CaCl2および/またはMgCl2)、水および砂(SiO2)を形成しうる。反応は式3によって表すことができる。
2HCl + (Ca/Mg)SiO3 → (Ca/Mg)Cl2 + H2O + SiO2        (3)
この反応から生成された水の一部または全部がリアクタ10へ送られてもよい。式3からの2族の塩化物の一部または全部がリアクタ20へ送られてもよい。いくつかの態様において、2族の塩化物の一部または全部が水溶液としてリアクタ20へ送られる。いくつかの態様において、2族の塩化物の一部または全部が水性懸濁液中でリアクタ20へ送られる。いくつかの態様において、2族の塩化物の一部または全部が固体としてリアクタ20へ送られる。
【００５７】
式1〜3の相加を捉えた正味の反応を式4としてここに示す。
CO2 + (Ca/Mg)SiO3 → (Ca/Mg)CO3 + SiO2        (4)
【００５８】
別の態様において、結果として得られたMgxCa(1-x)CO3隔離剤は、CO2を再生かつ濃縮するような形でHClと反応される。このようにして形成されたCa/MgCl2は分解リアクタへ戻されて、CO2を吸収する水酸化物またはヒドロキシハロゲン化物を生成する。
【００５９】
図1に示されるおよび本明細書において記述されるプロセスを通じて、2族の炭酸塩が、捕捉されたCO2から最終隔離物質(end-sequestrant material)として生成される。水、塩化水素および/または反応エネルギーの一部または全部がサイクリングされうる。いくつかの態様において、これらのうち一部しかまたはどれもサイクリングされない。いくつかの態様において、生成された水、塩化水素および反応エネルギーは他の目的に用いられる。
【００６０】
いくつかの態様において、および所与のプラントの煙道ガス流中のCO2の濃度に依って、本明細書において開示される方法は、駆動体として熱だけを用いて(電気的な不利益なし)プラントのCO2の33〜66%を捕捉するために用いられてもよい。いくつかの態様において、本明細書において開示される方法の効率は、より低いCO2濃度で改善し、より高い(未洗浄の)煙道ガス温度で増大する。例えば、320℃および7% CO2濃度で、煙道ガスCO2の33%を廃熱だけから鉱化することができる。他の態様において、例えば、天然ガスタービンの出口温度で、およそ100%の鉱化を達成することができる。
【００６１】
これらの方法および機器はさらに、当業者によって適用される化学、化学工業および/または材料科学の原理および技術を用いて、例えば、モジュラー構成材で修正することができ、最適化かつスケールアップすることができる。そのような原理および技術は、例えば、米国特許第7,727,374号、米国特許出願公開第2006/0185985号および同第2009/0127127号、2005年9月22日付で出願された米国特許出願第11/233,509号、2005年9月20日付で出願された米国特許仮出願第60/718,906号; 2005年1月10日付で出願された米国特許仮出願第60/642,698号; 2004年9月23日付で出願された米国特許仮出願第60/612,355号、2008年9月22日付で出願された米国特許出願第12/235,482号、2007年9月20日付で出願された米国特許仮出願第60/973,948号、2008年2月29日付で出願された米国特許仮出願第61/032,802号、2008年3月3日付で出願された米国特許仮出願第61/033,298号、2010年1月20日付で出願された米国特許仮出願第61/288,242号、2010年7月8日付で出願された米国特許仮出願第61/362,607号、ならびに2008年9月19日付で出願された国際出願番号PCT/US08/77122に教示されている。上記の開示(任意の付録を含む)の各々の全文が参照により本明細書に具体的に組み入れられる。
【００６２】
上記の例は、本発明の特定の態様を実証するために含まれた。しかしながら、当業者は、本開示に照らして、開示された特定の態様において多数の変更を行うことができ、それでもなお、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく同様のまたは類似の結果を得ることができるものと理解するはずである。
【００６３】
III. 触媒としてMg2+を用いた二酸化炭素の隔離
図2は、本開示の装置および方法の一般の、例示的な態様を図示する簡略化されたプロセス流れ図を示している。この図は、単に例示を目的とするものであり、したがって、本発明の具体的な態様を示しているだけにすぎず、特許請求の範囲を決して限定することを意図するものではない。
【００６４】
図2に示される態様において、リアクタ100は、式5によって表される分解型の反応を駆動するために、外部動力および/または再捕捉動力(例えば、熱煙道ガス由来の熱)などの動力を用いる。
0005860460.tif 000012
この反応において用いられる水は、塩化マグネシウムの水和物、液体、蒸気の形態であってもよく、および/またはそれは超臨界水であってもよい。いくつかの態様において、反応は1つ、2つ、3つまたはそれ以上のリアクタにおいて行われてもよい。いくつかの態様において、反応は連続プロセスのバッチ、半バッチとして行われてもよい。いくつかの態様において、マグネシウム塩生成物の一部または全部がリアクタ200へ送られてもよい。いくつかの態様において、マグネシウム塩生成物の一部または全部が水溶液としてリアクタ200へ送られる。いくつかの態様において、マグネシウム塩生成物の一部または全部が水性懸濁液中でリアクタ200へ送られる。いくつかの態様において、マグネシウム塩生成物の一部または全部が固体としてリアクタ200へ送られる。いくつかの態様において、塩化水素(例えば、蒸気の形態でまたは塩酸の形態で)の一部または全部がリアクタ300 (例えば、岩溶融装置)へ送られてもよい。いくつかの態様において、Mg(OH)2はさらに、加熱されて、水を除去し、MgOを形成させる。いくつかの態様において、MgCl(OH)はさらに、加熱されて、HClを除去し、MgOを形成させる。いくつかの変化形において、Mg(OH)2、MgCl(OH)およびMgOの1つまたは複数がその後、リアクタ200へ送られてもよい。
【００６５】
供給源、例えば、煙道ガス由来の二酸化炭素は、潜在的に廃熱/DC発生システムと廃熱を最初に取り換えた後に、リアクタ200 (例えば、流動層リアクタ、噴霧塔脱炭酸塔または脱炭酸バブラ)においてプロセスに入る。いくつかの態様において、煙道ガスの温度は少なくとも125℃である。二酸化炭素と混合されるのは、リアクタ100およびCaCl2 (例えば、道路用塩)からのマグネシウム塩生成物である。二酸化炭素は、式6によって表される反応によりリアクタ200中にてマグネシウム塩生成物およびCaCl2と反応する。
0005860460.tif 000013
いくつかの態様において、この反応から生成された水はリアクタ100へ送り戻されうる。炭酸カルシウム生成物(例えば、石灰石、方解石)は、典型的には、反応混合物から(例えば、沈殿を通じて)分離される。いくつかの態様において、反応は炭酸マグネシウムおよび炭酸水素塩を介して進行する。いくつかの態様において、反応は炭酸水素カルシウム塩を介して進行する。いくつかの態様において、さまざまな2族の炭酸水素塩が生成され、任意でその後、反応混合物から分離される。いくつかの態様において、CO2および/または他の汚染物質が除去された煙道ガスは、任意で1つまたは複数のさらなる精製および/または処理工程の後に、空気へ放出される。いくつかの態様において、任意で水和されてもよい、MgCl2生成物はリアクタ100へ戻される。いくつかの態様において、MgCl2生成物は、リアクタ100へ戻される前に1つまたは複数の単離、精製および/または水和工程に供される。
【００６６】
ケイ酸カルシウム(例えば、3CaO・SiO2, Ca3SiO5; 2CaO・SiO2, Ca2SiO4; 3CaO・2SiO2, Ca3Si2O7およびCaO・SiO2, CaSiO3はリアクタ300 (例えば、岩溶融装置)においてプロセスに入る。いくつかの態様において、これらの2族のケイ酸塩は前の工程において粉砕される。いくつかの態様において、2族のケイ酸塩はイノケイ酸塩である。図2の態様において、イノケイ酸塩はCaSiO3 (例えば、珪灰石、これはそれ自体が、いくつかの態様において、鉄、鉄の代わりのマグネシウムおよび/またはマンガンの少量を含みうる)である。CaSiO3は、一部または全部がリアクタ100から得られうる、塩酸の形態でのまたはガスとしての塩化水素と反応して、CaCl2、水および砂(SiO2)を形成する。反応は式7によって表すことができる。
2HCl + (Ca/Mg)SiO3 → (Ca/Mg)Cl2 + H2O + SiO2        (7)
0005860460.tif 000014
＊＊エンタルピーは、反応温度、ならびに流入する反応物質および流出する生成物の流れの温度に基づく。この反応から生成された水の一部または全部がリアクタ100へ送られてもよい。式7からのCaCl2の一部または全部がリアクタ200へ送られてもよい。いくつかの態様において、CaCl2の一部または全部が水溶液としてリアクタ200へ送られる。いくつかの態様において、CaCl2の一部または全部が水性懸濁液中でリアクタ200へ送られる。いくつかの態様において、CaCl2の一部または全部が固体としてリアクタ200へ送られる。
【００６７】
式5〜7の相加を捉えた正味の反応を式8としてここに示す。
CO2 + CaSiO3 → CaCO3 + SiO2        (8)
0005860460.tif 000015
＊＊標準温度および標準圧力(STP)で測定された。図2に示されるおよび本明細書において記述されるプロセスを通じて、炭酸カルシウムが、CO2およびイノケイ酸カルシウムから最終隔離物質として生成される。さまざまなマグネシウム塩、水、塩化水素および反応エネルギーの一部または全部がサイクリングされうる。いくつかの態様において、これらのうち一部しかまたはどれもサイクリングされない。いくつかの態様において、生成された水、塩化水素および/または反応エネルギーは他の目的に用いられる。
【００６８】
これらの方法および機器はさらに、当業者によって適用される化学、化学工業および/または材料科学の原理および技術を用いて、修正、最適化かつスケールアップすることができる。そのような原理および技術は、例えば、米国特許第7,727,374号、米国特許出願公開第2006/0185985号および同第2009/0127127号、2005年9月22日付で出願された米国特許出願第11/233,509号、2005年9月20日付で出願された米国特許仮出願第60/718,906号; 2005年1月10日付で出願された米国特許仮出願第60/642,698号; 2004年9月23日付で出願された米国特許仮出願第60/612,355号、2008年9月22日付で出願された米国特許出願第12/235,482号、2007年9月20日付で出願された米国特許仮出願第60/973,948号、2008年2月29日付で出願された米国特許仮出願第61/032,802号、2008年3月3日付で出願された米国特許仮出願第61/033,298号、2010年1月20日付で出願された米国特許仮出願第61/288,242号、2010年7月8日付で出願された米国特許仮出願第61/362,607号、ならびに2008年9月19日付で出願された国際出願番号PCT/US08/77122に教示されている。上記の開示(任意の付録を含む)の各々の全文が参照により本明細書に具体的に組み入れられる。
【００６９】
上記の例は、本発明の特定の態様を実証するために含まれた。しかしながら、当業者は、本開示に照らし合わせて、開示された特定の態様において多数の変更を行うことができ、それでもなお、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく同様のまたは類似の結果を得ることができるものと理解するはずである。
【００７０】
IV. 2族の水酸化物またはII族のヒドロキシ塩化物への2族の塩化物の転換
本明細書において開示されるのは、2族の塩化物、例えば、CaCl2またはMgCl2を水と反応させて、2族の水酸化物、2族の酸化物、および/または2族の水酸化塩化物などの混合塩を形成させるプロセスである。そのような反応は、典型的には、分解といわれる。いくつかの態様において、水は、液体、蒸気の形態であってもよく、2族の塩化物の水和物由来であってもよく、かつ/またはそれは超臨界水であってもよい。蒸気は、非常に可燃性の反応、すなわち天然ガスならびに酸素または水素および塩素からの熱が水の流れを加熱する、熱交換器によってもたらされうる。いくつかの態様において、蒸気はプラントまたは工場の廃熱の使用を通じて生成されてもよい。いくつかの態様において、無水のまたは水和した塩化物塩も加熱される。
【００７１】
Mg2+およびCa2+の場合、反応はそれぞれ、式9および10によって表されうる。
0005860460.tif 000016
＊＊100℃で測定された。反応は吸熱反応であり、これらの反応を起こすためにはエネルギー、例えば、熱が加えられなければならないことを意味する。そのようなエネルギーは、本明細書において開示される発熱プロセスの工程の1つまたは複数から発生された廃熱から得られうる。上記の反応は以下の工程の1つまたは複数にしたがって起こりうる。
0005860460.tif 000017
CaCl2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2 HCl(g)の反応エンタルピー(ΔH)は、100℃で284 kJ/モルである。いくつかの変化形において、塩のMgCl2・6H2O、つまりマグネシウム六水和物が用いられる。水は塩の分子構造へ組み入れられるので、さらなる蒸気または水なしで直接加熱を用いて、分解を開始させてもよい。以下の反応に典型的な反応温度をここに示す。
0005860460.tif 000018
0005860460.tif 000019
＊＊ΔH値は反応の温度(縦列の「反応温度」)で算出された。化学文献Kirk Othmer 4th ed. Vol. 15 p. 343 1998 John Wiley and Sonsを参照されたく、これは参照により本明細書に組み入れられる。安価な原材料CaCl2を用いて煙道ガスからCO2を捕捉し、CaCO3を形成させることが可能なことを実証する模擬実験の結果を提供している、以下の実施例1を参照されたい。同様に、Energy Requirements and Equilibrium in the dehydration, hydrolysis and decomposition of Magnesium Chloride - K.K. Kelley, Bureau of Mines 1941およびKinetic Analysis of Thermal Dehydration and Hydrolysis of MgCl2.6H2O by DTA and TG - Y. Kirsh, S. Yariv and S. Shoval - Journal of Thermal Analysis, Vol. 32 (1987)を参照されたく、このどちらもその全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【００７２】
V. 2族の炭酸塩を形成させるための2族の水酸化物およびCO2の反応
本開示の別の局面において、2族の水酸化物、2族の酸化物、および/または2族の水酸化塩化物をCO2吸着剤として用いた二酸化炭素供給源の脱炭酸のための装置および方法が提供される。いくつかの態様において、CO2は水性の腐食性混合物および/または溶液へ吸収され、そこで水酸化物および/または酸化物の塩と反応して、炭酸塩および炭酸水素塩生成物を形成する。水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムおよび水酸化マグネシウムは、さまざまな濃度で、CO2を容易に吸収することが知られている。したがって、本発明の態様において、2族の水酸化物、2族の酸化物(CaOおよび/もしくはMgOのような)ならびに/または他の水酸化物および酸化物、例えば、水酸化ナトリウムが吸収試薬として用いられてもよい。
【００７３】
例えば、2族の水酸化物、例えば2族の塩化物から得られた2族の水酸化物が、以下の反応の一方または両方に基づいてCO2と反応し、それによってCO2を捕捉するように吸着塔において用いられてもよい。
0005860460.tif 000020
＊＊STPで算出した。
【００７４】
本発明のいくつかの態様において、二酸化炭素の大部分またはほぼ全部がこのように反応される。いくつかの態様において、反応は、例えば、連続プロセスであれ非連続プロセスであれ、水の除去を通じて、および/または炭酸水素塩、炭酸塩、もしくは両タイプの塩の混合物の沈殿によって、完了するまで駆動されうる。CaCl2から得られた安価な原材料Ca(CO)2を用いて煙道ガスからCO2を捕捉し、CaCO3を形成させることが可能なことを実証する模擬実験を提供している、以下の実施例1を参照されたい。
【００７５】
いくつかの態様において、最初に形成された2族のものは、第2の2族の水酸化物と塩交換反応を起こして、炭酸アニオンを移動させうる。例えば、以下である。
CaCl2 + MgCO3 + → MgCl2 + CaCO3        (25a)
【００７６】
これらの方法および機器はさらに、当業者によって適用される化学、化学工業および/または材料科学の原理および技術を用いて、修正、最適化かつスケールアップすることができる。そのような原理および技術は、例えば、米国特許第7,727,374号、2005年9月22日付で出願された米国特許出願第11/233,509号、2005年9月20日付で出願された米国特許仮出願第60/718,906号; 2005年1月10日付で出願された米国特許仮出願第60/642,698号; 2004年9月23日付で出願された米国特許仮出願第60/612,355号、2008年9月22日付で出願された米国特許出願第12/235,482号、2007年9月20日付で出願された米国特許仮出願第60/973,948号、2008年2月29日付で出願された米国特許仮出願第61/032,802号、2008年3月3日付で出願された米国特許仮出願第61/033,298号、2010年1月20日付で出願された米国特許仮出願第61/288,242号、2010年7月8日付で出願された米国特許仮出願第61/362,607号、ならびに2008年9月19日付で出願された国際出願番号PCT/US08/77122に教示されている。上記の開示(任意の付録を含む)の各々の全文が参照により本明細書に具体的に組み入れられる。
【００７７】
VI. 二酸化炭素の隔離のためのケイ酸塩鉱物
本発明の局面において、ケイ酸塩鉱物を用いて二酸化炭素を隔離する方法が提供される。ケイ酸塩鉱物は、地球の地殻のおよそ90%になる、最も大きなかつ最も重要なクラスの造岩鉱物のうちの1つを構成する。それらはそのケイ酸基の構造に基づいて分類される。ケイ酸塩鉱物は全て、ケイ素および酸素を含有する。本発明のいくつかの局面において、2族のケイ酸塩を用いて、エネルギー効率の良い二酸化炭素の隔離を達成してもよい。
【００７８】
いくつかの態様において、2族のイノケイ酸塩を含む組成物が用いられてもよい。イノケイ酸塩、または鎖状ケイ酸塩は、単鎖の場合には比率1:3のSiO3か、または二重鎖の場合には比率4:11のSi4O11のどちらかの、ケイ酸塩4面体の結合している鎖を有する。
【００７９】
いくつかの態様において、本明細書において開示される方法では、輝石族由来の2族のイノケイ酸塩を含む組成物を用いる。例えば、頑火輝石(MgSiO3)が用いられてもよい。
【００８０】
いくつかの態様において、準輝石族由来の2族のイノケイ酸塩を含む組成物が用いられる。例えば、珪灰石(CaSiO3)が用いられてもよい。いくつかの態様において、頑火輝石および珪灰石の混合物などの2族のイノケイ酸塩の混合物を含む組成物が利用されてもよい。いくつかの態様において、透輝石(CaMgSi2O6)などの混合2族金属イノケイ酸塩(mixed-metal Group 2 inosilicate)を含む組成物が用いられてもよい。
【００８１】
珪灰石は、通常、熱変成した不純な石灰石の共通成分として生じる。典型的には、珪灰石は、二酸化炭素を失って方解石とシリカとの間で以下の反応(式26)から生じる。
CaCO3 + SiO2 → CaSiO3 + CO2        (26)
いくつかの態様において、本発明は、この天然プロセスを効果的に反転するという結果を有する。珪灰石はまた、スカルンでの拡散反応において生成されうる。珪灰石は、砂岩内の石灰石が岩脈によって変成される際に生じ、それによってカルシウムイオンの外側への移動の結果として砂岩中での珪灰石の形成が起こる。
【００８２】
いくつかの態様において、2族のイノケイ酸塩組成物の純度は変わりうる。例えば、開示されるプロセスにおいて用いられる2族のイノケイ酸塩組成物は、2族以外の金属イオンを含む、他の化合物または鉱物のさまざまな量を含有しうるものと考えられる。例えば、珪灰石はそれ自体が、カルシウムの代わりの鉄、マグネシウム、およびマンガンの少量を含みうる。
【００８３】
いくつかの態様において、かんらん石および/または蛇紋石を含む組成物が用いられてもよい。これらの鉱物を用いるCO2鉱物隔離プロセスが試みられている。Goldberg et al. (2001)の技術は、参照により本明細書に組み入れられる。
【００８４】
鉱物かんらん石は、式(Mg,Fe)2SiO4を有するマグネシウム鉄ケイ酸塩である。宝石質では、かんらん石はペリドットと呼ばれる。かんらん石は、苦鉄質および超苦鉄質の両方の火成岩において生じ、ある種の変成岩においては初生鉱物として生じる。Mgに富むかんらん石は、マグネシウムが多く、シリカが少ないマグマから結晶化することが知られている。結晶化により、マグマは斑糲岩および玄武岩のような苦鉄質岩を形成する。かんらん岩およびダンかんらん岩のような超苦鉄質岩は、マグマの浸出後に残された残留物でありえ、典型的には、部分溶融物の浸出後のかんらん石においてさらに豊富である。かんらん石および高圧構造変異種は地球の上部マントルの50%超を構成し、かんらん石は、容積で地球の最も一般的な鉱物のうちの1つである。不純な白雲石または高いマグネシウム含量および低いシリカ含量を有する他の堆積岩の変成作用も、Mgに富むかんらん石、または苦土かんらん石を生み出す。
【００８５】
VII. 2族のケイ酸塩からの2族の塩化物の生成
2族のケイ酸塩、例えば、CaSiO3、MgSiO3、および/または本明細書において開示される他のケイ酸塩を、含水塩酸の形態でのまたはガスとしての塩酸と反応させて、対応する2族の金属塩化物(CaCl2および/またはMgCl2)、水ならびに砂を形成させてもよい。いくつかの態様において、式1で生成されたHClを用いて、式3でのMgCl2および/またはCaCl2を再生させる。その結果、プロセスのループが生じる。下記表1は、単独または組み合わせのいずれかで、使用されうる一般的なカルシウム/マグネシウム含有鉱物のいくつかを示している。かんらん石および蛇紋石をHClと反応させることによる初期試験は成功した。SiO2は沈殿析出することが観察され、MgCl2およびCaCl2が回収された。
【００８６】
（表１）カルシウム/マグネシウム鉱物
0005860460.tif 000021
"Handbook of Rocks, Minerals & Gemstones by Walter Schumann Published 
1993, Houghton Mifflin Co., Boston, New Yorkを参照されたく、これは参照により本明細書に組み入れられる。
【００８７】
VIII. さらなる態様
いくつかの態様において、鉱物炭酸塩への二酸化炭素の転換は、2種類の塩によって定義されうる。第1の塩は、塩基(水酸化物および/または酸化物)へ転換されるようになり、酸を、例えば、ガスとして放出するまで加熱分解されうるものである。この同一の塩基が二酸化炭素と反応して、炭酸塩、炭酸水素塩または塩基性炭酸塩を形成する。
【００８８】
例えば、いくつかの態様において、本開示は、下記表A〜C由来の1種類または複数種の塩を水と反応させて、水酸化物、酸化物、および/または混合水酸化ハロゲン化物を形成させるプロセスを提供する。そのような反応は、典型的には、分解といわれる。いくつかの態様において、水は液体、蒸気の形態であってもよく、かつ/または選択した塩の水和物由来であってもよい。蒸気は、非常に可燃性の反応、すなわち天然ガスならびに酸素または水素および塩素からの熱が水の流れを加熱する、熱交換器によってもたらされうる。いくつかの態様において、蒸気はプラントまたは工場の廃熱の使用を通じて生成されてもよい。いくつかの態様において、無水のまたは水和したハロゲン化物塩も加熱される。
【００８９】
（表Ａ）分解塩
0005860460.tif 000022
【００９０】
（表Ｂ）分解塩（続き）
0005860460.tif 000023
＊その後の試験によって、反応の熱が、加熱試料のTGA (熱重量分析)および温度上昇の設定を用いて熱力学的に由来する値の1.5〜4%内にあることが証明された。
【００９１】
（表Ｃ）分解塩（続き）
0005860460.tif 000024
【００９２】
（表Ｄ）分解塩（続き）
0005860460.tif 000025
表A〜Dの場合、数値データは、kWh/トン単位の捕捉CO2量あたりのエネルギーに対応しており、NC = 収束せず、およびNA = 該当データなし。
【００９３】
第1の塩のこの同一の炭酸塩、炭酸水素塩または塩基性炭酸塩は、炭酸塩/炭酸水素塩交換をするように第2の塩と反応し、その結果、第2の塩のアニオンが第1の塩のカチオンと結合し、第2の塩のカチオンが第1の塩の炭酸/炭酸水素イオンと結合し、それによって最終の炭酸塩/炭酸水素塩が形成される。
【００９４】
ある事例では、第1の塩に由来する水酸化物が二酸化炭素および第2の塩と直接反応して、第2の塩に由来する(第2の塩のカチオンと結合した)炭酸塩/炭酸水素塩を形成する。他の事例では、第1の塩に由来する(第1の塩のカチオンと結合した)炭酸塩/炭酸水素塩/塩基性炭酸塩が、リアクタチャンバから除去され、第2のチャンバに入れられて、第2の塩と反応する。図27はこの2塩プロセスの態様を示す。
【００９５】
この反応は、炭酸塩/炭酸水素塩を生成する場合に、第2の金属の塩が望まれるが、この第2の金属が分解してCO2吸収水酸化物を形成できない場合、および第2の塩の炭酸塩/炭酸水素塩化合物が不溶性である場合には、すなわち溶液から沈殿する場合には、有益でありうる。以下は、本明細書において論じられる1つもしくは複数のいずれかの反応との組み合わせでなどの組み合わせでまたは単独で使用されうるそのような反応の例についての非包括的なリストである。
塩1の分解の例:
0005860460.tif 000026
脱炭酸の例:
0005860460.tif 000027
塩2との炭酸塩交換の例:
0005860460.tif 000028
＊この場合、炭酸塩Na2CO3が塩2であり、Ca(OH)2を形成するように分解される塩、すなわちCaCl2が塩1である。これは、炭酸イオンが塩1とともに残存するという点で前例のいくつかの逆である。
【００９６】
公知の炭酸塩化合物は、H2CO3、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、Cs2CO3、BeCO3、MgCO3、CaCO3、MgCO3、SrCO3、BaCO3、MnCO3、FeCO3、CoCO3、CuCO3、ZnCO3、Ag2CO3、CdCO3、Al2(CO3)3、Tl2CO3、PbCO3,およびLa2(CO3)3を含む。IA族の元素は安定な炭酸水素塩、例えば、LiHCO3、NaHCO3、RbHCO3、およびCsHCO3であることが知られている。IIA族およびいくつかの他の元素も炭酸水素塩を形成できるが、場合によっては、それらは溶液中で安定なだけでありうる。典型的には、造岩元素はH、C、O、F、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、MgおよびFeである。最少量のエネルギー/モルのCO2吸収水酸化物によって対応する水酸化物へ熱分解されうるこれらの塩は、それゆえ、潜在的な塩1の候補と考えることができる。
【００９７】
表A〜Dにおいて算出されたエネルギーに基づけば、いくつかの塩はMgCl2・6H2Oよりも低いエネルギーを有する。下記表Eに、これらの塩およびその使用によるMgCl2・6H2Oに対してのペナルティ削減%をまとめている。
【００９８】
（表Ｅ）セクション 低エネルギー代替塩
0005860460.tif 000029
【００９９】
以下の塩は、利用可能なその各MSDS情報によって分解反応を明示している。
【０１００】
（表Ｆ）
0005860460.tif 000030
【０１０１】
IX. 石灰石の生成および使用
本発明の局面において、石灰石の形態で二酸化炭素を隔離する方法が提供される。石灰石は、主に鉱物方解石(炭酸カルシウム: CaCO3)から構成される堆積岩である。この鉱物には多くの用途があり、そのうちのいくつかを以下で特定する。
【０１０２】
本発明のいくつかの態様において形成されるような粉末状または粉砕状の石灰石を土壌調整剤(農業用石灰)として用い、酸性土の状態を中和し、それによって、例えば、生態系における酸性雨の影響を中和してもよい。上流の応用には、脱硫における試薬としての石灰石の使用が含まれる。
【０１０３】
石灰石は石工術および建築術にとって重要な岩石である。その利点の1つは、石灰石が角状にまたはさらに手の込んだ彫刻に切ることが比較的容易だということである。石灰石はまた、長持ちし、曝露にかなり強い。石灰石は生石灰、モルタル、セメント、およびコンクリートの主成分である。
【０１０４】
炭酸カルシウムはまた、紙、プラスチック、ペンキ、タイル、および他の材料の添加物として、白色顔料および安価な増量剤の両方として用いられる。精製された形態の炭酸カルシウムが歯磨き粉に用いられることもあり、カルシウム源としてパンおよびシリアルに加えられることもある。CaCO3はまた、制酸薬として医学的によく用いられる。
【０１０５】
現在、産業界で用いられる炭酸カルシウムの大部分は、採鉱または採石によって抽出されている。いくつかの態様での二酸化炭素隔離の一環としてこの鉱物を同時生成することにより、本発明は、この重要な生成物の、抽出以外の供給源を提供する。
【０１０６】
X. 炭酸マグネシウムの生成および使用
本発明の局面において、炭酸マグネシウムの形態で二酸化炭素を隔離する方法が提供される。炭酸マグネシウムMgCO3は、鉱物として天然に存在する白色の固体である。最も一般的な炭酸マグネシウムの形態は、菱苦土鉱(MgCO3)と呼ばれる無水塩、ならびに、それぞれ、バーリントン石(MgCO3・2H2O)、ネスケホン石(MgCO3・3H2O)およびランスフォード石(MgCO3・5H2O)として公知の二水和物、三水和物および五水和物である。炭酸マグネシウムには種々の用途があり; これらのうちのいくつかを以下で簡単に論じる。
【０１０７】
炭酸マグネシウムは、金属マグネシウムおよび塩基性耐火れんがを作製するために用いられてもよい。MgCO3はまた、床張り、耐火性化、消火組成物、化粧品、散布剤、および歯磨き粉に用いられる。他の適用は、充填材料、プラスチックの煙抑制剤、ネオプレンゴムの補強材、乾燥剤、緩下剤としての適用であり、かつ食品での色の保持のための適用である。さらに、高純度の炭酸マグネシウムが制酸薬として、および食卓塩の添加物としてその自由流動性を保つために用いられる。
【０１０８】
現在、炭酸マグネシウムは、典型的には、鉱物の菱苦土鉱を採鉱することによって得られている。いくつかの態様での二酸化炭素隔離の一環としてこの鉱物を同時生成することにより、本発明は、この重要な生成物の、抽出以外の供給源を提供する。
【０１０９】
XI. 二酸化ケイ素の生成および使用
本発明の局面において、二酸化ケイ素を副生成物として生成する、二酸化炭素を隔離する方法が提供される。シリカとしても知られる二酸化ケイ素は、SiO2の化学式を有するケイ素の酸化物であり、その硬さで知られている。シリカは砂または石英として天然に、および珪藻の細胞壁に最も多く見出される。シリカは地球の地殻において最も豊富な鉱物である。この化合物には多くの用途があり; これらのうちのいくつかを以下で簡単に論じる。
【０１１０】
シリカは、窓ガラス、飲用グラスおよび瓶入り飲料の生産において主に用いられる。遠隔通信用の光ファイバーの大部分もシリカから作製される。シリカは、陶器、せっ器および磁器のような多くの白色陶磁器セラミック、ならびに工業用ポルトランドセメントのための主原材料である。
【０１１１】
シリカは食品生産での一般的な添加物であり、この場合、それは粉末食品での流動化剤として、または吸湿の応用で水を吸収するために、主に用いられる。水和物の形態で、シリカは歯垢を除去するための硬質の研磨剤として歯磨き粉に用いられる。シリカは、ろ過から昆虫防除に及ぶ多くの用途がある珪藻土の主成分である。シリカはまた、例えば、ろ過およびセメント製造に用いられるもみ殻灰の主成分である。
【０１１２】
熱酸化法によりシリコンウエハ上に成長させたこのシリカの薄膜は、超小型電子技術においてかなり有益でありえ、この場合、それらは、高い化学安定性を有する電気絶縁体として働く。電気的応用では、それはケイ素を保護し、電荷を蓄え、電流を遮断し、場合により、電流フローを制限するための制御経路として働きうる。
【０１１３】
シリカは、典型的には、ガラス、結晶、ゲル、エアロゲル、ヒュームドシリカ、およびコロイド状シリカを含むさまざまな形態で製造される。いくつかの態様での二酸化炭素隔離の一環としてこの鉱物を同時生成することにより、本発明は、この重要な生成物の別の供給源を提供する。
【０１１４】
XII. 生成物の分離
分離プロセスを用いて炭酸塩および炭酸水素塩生成物を液体溶液および/または反応混合物から分離してもよい。基本的な濃度、温度、圧力、リアクタサイズ、流体深さ、および炭酸塩化の度合いを操作することにより、1つまたは複数の炭酸塩および/または炭酸水素塩の沈殿物を生じさせてもよい。あるいは、炭酸塩/炭酸水素塩生成物が、流入する煙道ガスとの熱エネルギーの交換によって溶液から分離されてもよい。
【０１１５】
出口の液流は、リアクタのデザインに依り、水、CaCO3、MgCO3、Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2、Ca(OH)2、Ca(OH)2、NaOH、NaHCO3、Na2CO3、および他の溶存ガスをさまざまな平衡状態で含みうる。H2SO4、HNO3、およびHgのような溶存した微量放出成分も見出されることがある。1つの態様において、炭酸塩生成物から水を除去/分離することには、例えばリボイラを用い、熱エネルギーを加えて混合物から水を蒸発させることを伴う。あるいは、部分的な基本溶液を保持し、続いて、その溶液を分離チャンバで加熱することを用いて、相対的に純粋な炭酸塩を保持タンク中に沈殿させ、残る水酸化物塩を再循環させてリアクタに戻してもよい。いくつかの態様において、その後、平衡濃度および/またはスラリーもしくは濃縮形態にある純粋な炭酸塩、純粋な炭酸水素塩およびそれら二つの混合物を定期的にトラック/タンク車に輸送してもよい。いくつかの態様において、液流を蒸発タンク/フィールドに移動させて、そこで、水のような液体を蒸発によって留去してもよい。
【０１１６】
気体生成物の放出は、水酸化物または酸化物の塩を安全に放出できるかどうかの、すなわち「塩基性雨」の放出の懸念を含む。そのようなエアロゾル化された腐食塩の放出は、簡単で安価な凝縮器/還流ユニットを用いることによりいくつかの態様において防ぐことができる。
【０１１７】
いくつかの態様において、炭酸塩は、水除去プロセスとともにまたは別々に用いられる方法を用いて沈殿されてもよい。さまざまな炭酸塩平衡は、温度が上昇すると、所与の炭酸塩、例えば、CaCO3が自然に沈殿し、集まり、それによってスラリーとして回収し易くし、いくらかの分画NaOHがスラリー中に抜き取られるという特徴的範囲を有する。
【０１１８】
XIII. 廃熱の回収
本発明のある種の態様は、煙道ガスまたは発電所で行われるものなどの燃焼プロセスからの他の高温ガスの形態の多量のCO2放出との関連で用いられるので、例えば、2族の水酸化物への2族の塩化物塩の転換のために、この「廃」熱を利用する機会が十分にある。例えば、流入する煙道ガスの典型的な温度(例えば、静電沈殿処理の後)は、およそ300℃である。熱交換器は、水および/または2族の塩化物塩を加温してこの転換を促進しながら、300℃未満の点までその煙道ガスを低下させることができる。
【０１１９】
一般に、発電所で利用可能な煙道ガスは、100℃(スクラビング済み、一般的)、300℃(沈殿処理後)、および900℃(沈殿進入)またはそのような他の数値の間の温度で出るため、流入する煙道ガスを電力回収サイクル、例えばアンモニア-水サイクル(例えば「Kalina」サイクル)、蒸気サイクルまたは同じ熱力学的手段を達成するそのようなサイクルとの熱交換に通して冷却することにより、相当な廃熱処理を得ることができる。本発明のいくつかの態様は直流電力に依存して試薬/吸収剤の生成を達成するため、プロセスは、他の使用のために直流電力を交流電力に転換することに伴う通常の変成器損失なしで達成される廃熱回収によって部分的または完全に直接動かされることができる。さらには、廃熱作動式エンジンの使用により、発電工程を全く用いることなく有意な効率を達成することができる。条件によっては、これらの廃熱回収エネルギー量が本発明の態様を完全に駆動するということが判明しうる。
【０１２０】
XIV. 代替プロセス
上記のとおり、本開示の装置および方法のいくつかの態様は、塩化水素、2族の炭酸塩、2族の水酸化物塩などを含めて、さまざまな反応工程からいくつかの有用な中間体、副生成物、および最終生成物を生成する。いくつかの態様において、これらの一部または全部が下記の方法の1つまたは複数において用いられてもよい。いくつかの態様において、上記の工程の1つまたは複数において利用される出発材料または中間体のうちの1つの一部または全部が、以下に概説する方法の1つまたは複数を用いて得られる。
【０１２１】
A. 2族のケイ酸塩の塩素化のための塩素の使用
いくつかの態様において、塩素ガスを塩酸へ液化し、これを次に用いて2族のケイ酸塩鉱物を塩素化してもよい。塩素の液化とその後の塩酸の使用は、とりわけ塩素市場が飽和状態にある状況では特に魅力的である。塩素の液化は、式27によって達成されうる。
Cl2(g) + 2H2O(l) + hv (363 nm) → 2HCl(l) + 1/2 O2 (g)        (27)
いくつかの態様において、そうして生成された酸素は、発電所自体の空気入口に戻されてもよく、そこで酸素に富む入口プラントが、(a) より高いカルノー効率、(b) より濃縮されたCO2出口流、(c) 入口空気を加温するための低い熱交換、および(d) 酸素が豊富でないプラントに勝る他の利点を有することが、電力工業調査の過程を通して実証された。いくつかの態様において、酸素は水素/酸素燃料電池において利用されてもよい。いくつかの態様において、酸素は、例えば、水素および天然ガスの混合物を用いた、天然ガスによる発電用にデザインされたタービンにて酸化剤の一部として役立ててもよい。
【０１２２】
B. 2族の水酸化物の塩素化のための塩素の使用
いくつかの態様において、塩素ガスを2族の水酸化物塩と反応させて、塩化物および次亜塩素酸塩の混合物を得てもよい(式28)。例えば、HClは製品として売られてもよく、2族の水酸化物塩は過剰の塩素を除去するために用いられてもよい。
Ca/Mg(OH)2 + Cl2 → 1/2 Ca/Mg(OCl)2 + 1/2 Ca/MgCl2 + H2O        (28)
2族の次亜塩素酸塩を次に、コバルトまたはニッケル触媒を用いて分解し、酸素および対応する塩化物を形成させてもよい(式29)。
Ca/Mg(OCl)2 → Ca/MgCl2 + O2        (29)
塩化カルシウムおよび/または塩化マグネシウムが次に、回収されうる。
【０１２３】
XV. 供給源からの他の汚染物質の除去
供給源からCO2を除去することに加えて、本発明のいくつかの態様では、脱炭酸条件により、SOxおよびNOxならびに、それほどではないにせよ、水銀も除去されると考えられる。本発明のいくつかの態様において、NOx、SOx、および水銀化合物の偶発的スクラビングがより大きな経済的重要性を帯びることができる。すなわち、本発明の態様を利用することにより、これらの化合物を多量に含有する石炭を発電所で燃焼させることができ、いくつかの態様では、結果的に、CO2吸収プロセスの利点なしで処理された高級石炭を用いる場合よりも汚染が少ない。そのような原理および技術は、例えば、米国特許第7,727,374号、2005年9月22日付で出願された米国特許出願第11/233,509号、2005年9月20日付で出願された米国特許仮出願第60/718,906号; 2005年1月10日付で出願された米国特許仮出願第60/642,698号; 2004年9月23日付で出願された米国特許仮出願第60/612,355号、2008年9月22日付で出願された米国特許出願第12/235,482号、2007年9月20日付で出願された米国特許仮出願第60/973,948号、2008年2月29日付で出願された米国特許仮出願第61/032,802号、2008年3月3日付で出願された米国特許仮出願第61/033,298号、2010年1月20日付で出願された米国特許仮出願第61/288,242号、2010年7月8日付で出願された米国特許仮出願第61/362,607号、ならびに2008年9月19日付で出願された国際出願番号PCT/US08/77122に教示されている。上記の開示(任意の付録を含む)の各々の全文が参照により本明細書に具体的に組み入れられる。
【実施例】
【０１２４】
XVI. 実施例
以下の例は、本発明のいくつかの態様を実証するために含まれる。以下の例において開示される技術は、本発明の実践において十分に機能することが本発明者によって見いだされた技術を表し、したがって、その実践のための好ましい様式を構成するものとみなすことができると当業者は理解するはずである。しかしながら、当業者は、本開示に照らして、開示された特定の態様において多数の変更を行うことができ、それでもなお、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく同様のまたは類似の結果を得ることができるものと理解するはずである。
【０１２５】
実施例1 - CaCl2を用いて煙道ガスからCO2を捕捉してCaCO3を形成させるプロセスの模擬実験
本発明の1つの態様では、既知の反応エンタルピー、反応自由エネルギーおよび規定のパラメータを用いAspen Plus v. 7.1ソフトウェアによって模擬実験をし、質量とエネルギー収支、ならびにCaCl2および熱を利用して煙道ガス流からCO2を捕捉しCaCO3生成物を形成させるのに適した条件を決定した。これらの結果は、安価な原材料CaCl2および水を用いて煙道ガスからCO2を捕捉し、CaCO3を形成させることが可能であることを示す。
【０１２６】
規定のパラメータの一部には、図5に示されるプロセス流れ図が含まれる。模擬実験の結果から、MgCl2流を再循環させてH2Oと反応させ、加熱してMg(OH)2を形成させることが効率的であるものと示唆される。このMg(OH)2が次に、飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガス由来のCO2と反応してCaCO3を形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2は第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを再び開始する。このプロセスはCaCl2のいずれかの特定の供給源に限定されない。例えば、ケイ酸カルシウムをHClと反応させてCaCl2を得ることから、CaCl2を得てもよい。
【０１２７】
この模擬実験に対して指定された制約およびパラメータには以下が含まれる。
・反応は損失なく100%の効率で行われた。模擬実験は、試験的運転によって反応効率が決定される場合には、修正することができる。
・模擬実験では、系からの損失によって必要とされるいずれの補充MgCl2中のまたはCaCl2供給原料中の不純物は考慮されなかった。
【０１２８】
この模擬実験の結果から、およそ130 MM Btu/時間の予備的な正味エネルギー消費が示唆される。表2aおよび2bは、模擬実験プロセスのさまざまな流れ(表中の縦列)に関する質量およびエネルギー収支計算を提供する。各流れは図5の流れに対応する。
【０１２９】
このプロセスは2つの一次反応部分および1つの固体ろ過部分からなる。第1のリアクタではMgCl2/水溶液を加熱し、これをHCl/H2O蒸気流およびMg(OH)2の液流へ分解させる。HCl/H2O蒸気流はHCl吸収カラムへ送られる。Mg(OH)2溶液はさらなる処理のためにリアクタ2へ送られる。このリアクタに関する化学反応は以下の式によって表すことができる。
MgCl2 + 2H2O → Mg(OH)2 + 2HCl        (30)
【０１３０】
CaCl2溶液および煙道ガス流をリアクタ2中のMgCl2に加える。この反応はCaCO3、MgCl2および水を形成する。CaCO3が沈殿し、フィルタまたはデカンタにて除去される。残るMgCl2および水は第1のリアクタへリサイクルされる。さらなる水を加えて、第1のリアクタにより必要とされる水分平衡を完了する。このリアクタに関する化学反応は以下の式によって表すことができる。
Mg(OH)2 + CaCl2 + CO2 → CaCO3(s) + MgCl2 + H2O        (31)
【０１３１】
このプロセスへの一次供給はCaCl2、煙道ガス(CO2)および水である。系におけるMgCl2が使用され、再形成され、リサイクルされる。必要とされる唯一のMgCl2補充は、系にCaCO3生成物が残っている少量、およびHCl/水生成物が残っている少量を交換するためである。
【０１３２】
このプロセスは正味のエネルギー使用者側である。交差熱交換があり、高温流の熱を回収して供給流を予熱する。このようにして形成された濃HClをケイ酸塩鉱物と反応させることにより、かなりの熱回収を達成することができる。
【０１３３】
（表２ａ）CaCl2を用いて煙道ガスからCO2を捕捉してCaCO3を形成させる模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000031
0005860460.tif 000032
0005860460.tif 000033
0005860460.tif 000034
0005860460.tif 000035
0005860460.tif 000036
【０１３４】
（表２ｂ）CaCl2を用いて煙道ガスからCO2を捕捉してCaCO3を形成させる模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000037
0005860460.tif 000038
0005860460.tif 000039
0005860460.tif 000040
0005860460.tif 000041
0005860460.tif 000042
0005860460.tif 000043
【０１３５】
実施例2 (事例1) - CaCl2を用いて煙道ガスからCO2をマグネシウムイオン触媒によって捕捉してCaCO3を形成させるプロセスの模擬実験
模擬実験の結果から、別々の3脱水反応にてMgCl2・6H2O流を、各独自のチャンバ中で加熱し、引き続いて分解反応を、同様に独自のチャンバ中で行って、Mg(OH)ClおよびHClを形成させること、すなわち全部で4つのチャンバが効率的であるものと示唆される。Mg(OH)ClはH2Oと反応してMgCl2およびMg(OH)2を形成し、これが次に、飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガス由来のCO2と反応してCaCO3を形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2・6H2Oは初期の生成物とともに第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを再び開始する。
【０１３６】
このプロセスはCaCl2のいずれかの特定の供給源に限定されない。例えば、ケイ酸カルシウムをHClと反応させてCaCl2を得ることから、CaCl2を得てもよい。
【０１３７】
この模擬実験に対して指定された制約およびパラメータには以下が含まれる。
・反応は損失なく100%の効率で行われた。模擬実験は、試験的運転によって反応効率が決定される場合には、修正することができる。
・模擬実験では、系からの損失によって必要とされるいずれの補充MgCl2中のまたはCaCl2供給原料中の不純物は考慮されなかった。
・規定のパラメータの一部には、図6に示されるプロセス流れ図が含まれる。
【０１３８】
この模擬実験の結果から、5946 kwh/トンCO2の予備的な正味エネルギー消費が示唆される。表3は、模擬実験プロセスのさまざまな流れに関する質量およびエネルギー収支計算を提供する。各流れは図6の流れに対応する。
【０１３９】
このプロセスは2つの一次リアクタおよび1つの固体ろ過部分からなる。第1のリアクタではMgCl2・6H2Oを加熱し、これをHCl/H2O蒸気流およびMg(OH)Clの固体流へ分解させる。HCl/H2O蒸気流は余分な熱を回収するために熱交換器へ送られる。Mg(OH)Clから形成されたMg(OH)2はさらなる処理のためにリアクタ2へ送られる。このリアクタ中で行われる化学反応には以下が含まれる。
0005860460.tif 000044
【０１４０】
CaCl2溶液および煙道ガス流をリアクタ2中のMg(OH)2に加える。この反応はCaCO3、MgCl2および水を形成する。CaCO3が沈殿し、フィルタまたはデカンタにて除去される。残るMgCl2および水は第1のリアクタへリサイクルされる。さらなる水を加えて、第1のリアクタにより必要とされる水分平衡を完了する。このリアクタ中で行われる化学反応には以下が含まれる。
Mg(OH)2 + CaCl2 + CO2 → CaCO3 ↓(s) + MgCl2 + H2O        (34)
【０１４１】
このプロセスへの一次供給はCaCl2、煙道ガス(CO2)および水である。系におけるMgCl2が使用され、再形成され、リサイクルされる。必要とされる唯一のMgCl2補充は、系にCaCO3生成物が残っている少量が、およびHCl/水生成物が残っている少量を交換するためである。
【０１４２】
このプロセスは正味のエネルギー使用者側である。エネルギーの量は調査および最適化の最中である。交差熱交換があり、高温流の熱を回収して供給流を予熱する。
【０１４３】
このプロセス(事例1)の工程を以下にまとめる。
0005860460.tif 000045
【０１４４】
（表３ａ）事例1の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000046
0005860460.tif 000047
0005860460.tif 000048
【０１４５】
（表３ｂ）事例1の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000049
0005860460.tif 000050
0005860460.tif 000051
【０１４６】
実施例3 - CaCl2を用いて煙道ガスからCO2をマグネシウムイオン触媒によって捕捉してCaCO3を形成させるプロセスの模擬実験
規定のパラメータの一部には、図7に示されるプロセス流れ図が含まれる。模擬実験の結果から、別々の2脱水反応にてMgCl2・6H2O流を、各独自のチャンバ中で加熱してMg(OH)Clを形成させ、引き続き分解反応を、同様に独自のチャンバ中で行って、Mg(OH)ClおよびHClを形成させること、すなわち全部で3つのチャンバが効率的であるものと示唆される。Mg(OH)ClはH2Oと反応してMgCl2およびMg(OH)2を形成し、これが次に、飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガス由来のCO2と反応してCaCO3を形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2・6H2Oは第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを再び開始する。このプロセスはCaCl2のいずれかの特定の供給源に限定されない。例えば、ケイ酸カルシウムをHClと反応させてCaCl2を得ることから、CaCl2を得てもよい。
【０１４７】
この模擬実験に対して指定された制約およびパラメータには以下が含まれる。
・反応は損失なく100%の効率で行われた。模擬実験は、試験的運転によって反応効率が決定される場合には、修正することができる。
・模擬実験では、系からの損失によって必要とされるいずれの補充MgCl2中のまたはCaCl2供給原料中の不純物は考慮されなかった。
【０１４８】
この模擬実験の結果から、4862 kwh/トンCO2の予備的な正味エネルギー消費が示唆される。表4は、模擬実験プロセスのさまざまな流れに関する質量およびエネルギー収支計算を提供する。各流れは図7の流れに対応する。
【０１４９】
このプロセスは2つの一次リアクタおよび1つの固体ろ過部分からなる。第1のリアクタではMgCl2・6H2Oを加熱し、これをHCl/H2O蒸気流およびMg(OH)Clの固体流へ分解させる。HCl/H2O蒸気流は余分な熱を回収するために熱交換器へ送られる。Mg(OH)Clから形成されたMg(OH)2はさらなる処理のためにリアクタ2へ送られる。このリアクタ中で行われる化学反応には以下が含まれる。
0005860460.tif 000052
【０１５０】
CaCl2溶液および煙道ガス流をリアクタ2中のMg(OH)2に加える。この反応はCaCO3、MgCl2および水を形成する。CaCO3が沈殿し、フィルタまたはデカンタにて除去される。残るMgCl2および水は第1のリアクタへリサイクルされる。さらなる水を加えて、第1のリアクタにより必要とされる水分平衡を完了する。このリアクタ中で行われる化学反応には以下が含まれる。
Mg(OH)2 + CaCl2 + CO2 → CaCO3 ↓(s) + MgCl2 + H2O        (37)
【０１５１】
このプロセスへの一次供給はCaCl2、煙道ガス(CO2)および水である。系におけるMgCl2が使用され、再形成され、リサイクルされる。必要とされる唯一のMgCl2補充は、系にCaCO3生成物が残っている少量が、およびHCl/水生成物が残っている少量を交換するためである。
【０１５２】
このプロセスは正味のエネルギー使用者側である。エネルギーの量は調査および最適化の最中である。交差熱交換があり、高温流の熱を回収して供給流を予熱する。
【０１５３】
このプロセス(事例2)の工程を以下にまとめる。
0005860460.tif 000053
【０１５４】
（表４ａ）事例2の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000054
0005860460.tif 000055
0005860460.tif 000056
【０１５５】
（表４ｂ）事例2の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000057
0005860460.tif 000058
0005860460.tif 000059
0005860460.tif 000060
【０１５６】
実施例4 - CaCl2を用いて煙道ガスからCO2をマグネシウムイオン触媒によって捕捉してCaCO3を形成させるプロセスの模擬実験
規定のパラメータの一部には、図8に示されるプロセス流れ図が含まれる。模擬実験の結果から、単一のチャンバ中でMgCl2・6H2O流を加熱してMgOを形成させることが効率的であるものと示唆される。MgOはH2Oと反応してMg(OH)2を形成し、これが次に、飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガス由来のCO2と反応してCaCO3を形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2・6H2Oは第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを再び開始する。このプロセスはCaCl2のいずれかの特定の供給源に限定されない。例えば、ケイ酸カルシウムをHClと反応させてCaCl2を得ることから、CaCl2を得てもよい。
【０１５７】
この模擬実験に対して指定された制約およびパラメータには以下が含まれる。
・反応は損失なく100%の効率で行われた。模擬実験は、試験的運転によって反応効率が決定される場合には、修正することができる。
・模擬実験では、系からの損失によって必要とされるいずれの補充MgCl2中のまたはCaCl2供給原料中の不純物は考慮されなかった。
【０１５８】
この模擬実験の結果から、3285 kwh/トンCO2の予備的な正味エネルギー消費が示唆される。表5は、模擬実験プロセスのさまざまな流れに関する質量およびエネルギー収支計算を提供する。各流れは図8の流れに対応する。
【０１５９】
このプロセスは2つの一次リアクタおよび1つの固体ろ過部分からなる。第1のリアクタではMgCl2・6H2Oを加熱し、これをHCl/H2O蒸気流およびMgOの固体流へ分解させる。HCl/H2O蒸気流は余分な熱を回収するために熱交換器へ送られる。MgOから形成されたMg(OH)2はさらなる処理のためにリアクタ2へ送られる。このリアクタ中で行われる化学反応には以下が含まれる。
0005860460.tif 000061
【０１６０】
CaCl2溶液および煙道ガス流をリアクタ2中のMg(OH)2に加える。この反応はCaCO3、MgCl2および水を形成する。CaCO3が沈殿し、フィルタまたはデカンタにて除去される。残るMgCl2および水は第1のリアクタへリサイクルされる。さらなる水を加えて、第1のリアクタにより必要とされる水分平衡を完了する。このリアクタ中で行われる化学反応には以下が含まれる。
Mg(OH)2 + CaCl2 + CO2 → CaCO3 ↓(s) + MgCl2 + H2O        (40)
【０１６１】
このプロセスへの一次供給はCaCl2、煙道ガス(CO2)および水である。系におけるMgCl2が使用され、再形成され、リサイクルされる。必要とされる唯一のMgCl2補充は、系にCaCO3生成物が残っている少量が、およびHCl/水生成物が残っている少量を交換するためである。
【０１６２】
このプロセスは正味のエネルギー使用者側である。エネルギーの量は調査および最適化の最中である。交差熱交換があり、高温流の熱を回収して供給流を予熱する。
【０１６３】
このプロセス(事例3)の工程を以下にまとめる。
0005860460.tif 000062
【０１６４】
（表５ａ）事例3の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000063
0005860460.tif 000064
0005860460.tif 000065
【０１６５】
（表５ｂ）事例3の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000066
0005860460.tif 000067
0005860460.tif 000068
0005860460.tif 000069
【０１６６】
実施例5 - CaCl2を用いて煙道ガスからCO2をマグネシウムイオン触媒によって捕捉してCaCO3を形成させるプロセスの模擬実験
規定のパラメータの一部には、図9に示されるプロセス流れ図が含まれる。模擬実験の結果から、単一のチャンバ中でMgCl2・6H2O流を加熱してMg(OH)Clを形成させることが効率的であるものと示唆される。Mg(OH)ClはH2Oと反応してMgCl2およびMg(OH)2を形成し、これが次に、飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガス由来のCO2と反応してCaCO3を形成し、これをろ過して流れから取り除く。形成され結果として得られたMgCl2・6H2Oは第1のリアクタへリサイクルされて、このプロセスを再び開始する。このプロセスはCaCl2のいずれかの特定の供給源に限定されない。例えば、ケイ酸カルシウムをHClと反応させてCaCl2を得ることから、CaCl2を得てもよい。
【０１６７】
この模擬実験に対して指定された制約およびパラメータには以下が含まれる。
・反応は損失なく100%の効率で行われた。模擬実験は、試験的運転によって反応効率が決定される場合には、修正することができる。
・模擬実験では、系からの損失によって必要とされるいずれの補充MgCl2中のまたはCaCl2供給原料中の不純物は考慮されなかった。
【０１６８】
この模擬実験の結果から、4681 kwh/トンCO2の予備的な正味エネルギー消費が示唆される。表6は、模擬実験プロセスのさまざまな流れに関する質量およびエネルギー収支計算を提供する。各流れは図9の流れに対応する。
【０１６９】
このプロセスは2つの一次リアクタおよび1つの固体ろ過部分からなる。第1のリアクタではMgCl2・6H2Oを加熱し、これをHCl/H2O蒸気流およびMg(OH)Clの固体流へ分解させる。HCl/H2O蒸気流は余分な熱を回収するために熱交換器へ送られる。Mg(OH)Clから形成されたMg(OH)2はさらなる処理のためにリアクタ2へ送られる。このリアクタ中で行われる化学反応には以下が含まれる。
0005860460.tif 000070
【０１７０】
CaCl2溶液および煙道ガス流をリアクタ2中のMg(OH)2に加える。この反応はCaCO3、MgCl2および水を形成する。CaCO3が沈殿し、フィルタまたはデカンタにて除去される。残るMgCl2および水は第1のリアクタへリサイクルされる。さらなる水を加えて、第1のリアクタにより必要とされる水分平衡を完了する。このリアクタ中で行われる化学反応には以下が含まれる。
Mg(OH)2 + CaCl2 + CO2 → CaCO3 ↓(s) + MgCl2 + H2O        (43)
【０１７１】
このプロセスへの一次供給はCaCl2、煙道ガス(CO2)および水である。系におけるMgCl2が使用され、再形成され、リサイクルされる。必要とされる唯一のMgCl2補充は、系にCaCO3生成物が残っている少量が、およびHCl/水生成物が残っている少量を交換するためである。
【０１７２】
このプロセスは正味のエネルギー使用者側である。エネルギーの量は調査および最適化の最中である。交差熱交換があり、高温流の熱を回収して供給流を予熱する。
【０１７３】
このプロセス(事例4)の工程を以下にまとめる。
0005860460.tif 000071
【０１７４】
（表６ａ）事例4の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000072
0005860460.tif 000073
0005860460.tif 000074
【０１７５】
（表６ｂ）事例4の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000075
0005860460.tif 000076
0005860460.tif 000077
0005860460.tif 000078
【０１７６】
実施例6 - 道路用塩ボイラ: MgCl2・6H2Oの分解
図10はMgCl2・6H2Oの加熱試料の質量百分率のグラフを示す。試料の初期質量はおよそ70 mgであり、100%に設定した。実験の間、試料の質量をその熱分解中に測定した。温度は、最大150℃まで素早く上昇していった後、1分あたり0.5℃ずつ徐々に上昇した。およそ220℃で、重量は一定になり、Mg(OH)Clの形成と一致した。さらなる重量減少がないことから、ほぼ全ての水が除去されたことが示唆された。2つの異なる詳細な分解質量分析は図28および29に示されており、異なる最終材料の理論上のプラトーが示されている。図30から、Mg(OH)Clを生成する温度よりも高い温度(ここでは、500℃)によってMgOを生成できることが確認される。
【０１７７】
実施例7 - H2O中でのMg(OH)Clの溶解
MgCl2・6H2Oの加熱分解により生成されたMg(OH)Clの試料を、水に溶解し、一定時間撹拌した。その後、残る沈殿物を乾燥し、回収し、分析した。分解式によって、Mg(OH)2の量を予想される量と比較し、分析しえた。化学反応は次のように表すことができる。
2Mg(OH)Cl(aq) → Mg(OH)2 + MgCl2        (44)
【０１７８】
Mg(OH)2およびMgCl2の溶解データは、次の通りである。
H2O 100 gm中にMgCl2 52.8 gm (非常に溶解性)
H2O 100 gm中にMg(OH)2 0.0009 gm (実質的に不溶性)
【０１７９】
回収されるMg(OH)2の理論重量:
試料の所与の重量: 3.0136 gm。
Mg(OH)Clの分子量(MW) 76.764
Mg(OH)2の分子量(MW) 58.32
Mg(OH)Cl 1モルあたりに形成されるMg(OH)2のモル数 = 1/2
【０１８０】
予想されるMg(OH)2量
2Mg(OH)Cl(aq) → Mg(OH)2 + MgCl2
3.016 gm ＊ (Mg(OH)2の分子量(MW) ÷ (Mg(OH)Clの分子量(MW) ＊ 1/2 = 1.1447 gm
【０１８１】
回収される沈殿物 = 1.1245 gm
理論上の回収% = (1.1447 ÷ 1.1245) ＊ 100 = 98.24%
【０１８２】
分析データ:
次に、Mg(OH)2の試料をXRD (X線回折)およびEDSの分析に回した。結果を図11に示す。列一番上のピークは試料のものであり、列真ん中のスパイクはMg(OH)2のサインであり、さらに底部のスパイクはMgOのものである。かくして、Mg(OH)Clの溶解から回収された沈殿物がMg(OH)2のシグナルに似たシグナルを有することが確認される。
0005860460.tif 000079
注記: 結果には、Z<11(Na)を有する元素が含まれていない。
EDS分析から、ほんの少しの塩素[Cl]が沈殿物に組み入れられたことが明らかである。この分析では酸素または水素を検出できないことに留意されたい。
【０１８３】
実施例8 - 脱炭酸バブラ実験: CO2をMg(OH)2 {またはMg(OH)Cl}およびCaCl2と反応させることによるCaCO3の生成
Mg(OH)2およそ20グラムを、水2リットルを有するバブルカラムに入れ、CO2をカラムに通してx分間バブリングした。その後、液体の一部を回収し、これにCaCl2の溶液を加えた。沈殿物がすぐに生じ、XRDおよびEDSを通して送られた。化学反応は次のように表すことができる。
Mg(OH)2 + CO2 + CaCl2 → CaCO3↓ + H2O        (45)
【０１８４】
XRD分析(図12)はCaCO3のサインと一致する。
【０１８５】
EDS
0005860460.tif 000080
注記: 結果には、Z<11(Na)を有する元素が含まれていない。
【０１８６】
EDS分析から、1.55重量%のマグネシウム不純物しか含まず、CaCl2由来の塩素をほとんど含まないほぼ純粋なCaCO3が示唆される。
【０１８７】
MgCl2・6H2Oの分解からのMg(OH)ClをMg(OH)2の代わりに用いたことを除き、同じ試験を行った。Mg(OH)Clは水酸化物[OH-]が半分であるものの、Mg(OH)2のように、CO2を吸収し、沈殿CaCO3(PCC)を形成するものと予想される。
【０１８８】
XRD分析(図13)はCaCO3のサインと一致する。
【０１８９】
EDS
カイ二乗 = 5.83 ライブタイム = 300.0秒。
非標準分析
PROZA補正 加速電圧 = 20 kV 取り出し角度 = 35.00°
反復回数 = 3
0005860460.tif 000081
注記: 結果には、Z<11(Na)を有する元素が含まれていない。
この場合もやはり、結果から、MgまたはCl化合物がほとんどない、ほぼ純粋なCaCO3が示唆される。
【０１９０】
実施例9A - 岩溶融装置実験: HClとのかんらん石および蛇紋石の反応
かんらん石(Mg,Fe)2SiO4および蛇紋石Mg3Si2O5(OH)4の試料を破砕し、およそ72時間にわたって6.1モルのHClと反応させた。1回目は室温にておよび2回目は70℃にて、2セットの試験を行った。これらの材料は可変の式を有し、鉄を含有することも多い。試料をろ過した後に、得られたろ取およびろ液を終夜オーブン中で乾燥させた。試料にその後、XRDおよびEDS分析を行った。ろ液にはMgCl2が存在するはずであり、ろ取は主にSiO2のはずである。
【０１９１】
室温にてHClと反応させたかんらん石のろ液
0005860460.tif 000082
70℃にてHClと反応させたかんらん石のろ液
注記: 結果には、Z<11(Na)を有する元素が含まれていない。
0005860460.tif 000083
室温にてHClと反応させた蛇紋石のろ液
注記: 結果には、Z<11(Na)を有する元素が含まれていない。
0005860460.tif 000084
70℃にてHClと反応させた蛇紋石のろ液
注記: 結果には、Z<11(Na)を有する元素が含まれていない。
0005860460.tif 000085
注記: 結果には、Z<11(Na)を有する元素が含まれていない。
【０１９２】
ろ液は、明らかに鉱物かんらん石についても蛇紋石についても周囲条件および70℃にて全て、MgCl2、およびかんらん石の場合には少量のFeCl2の存在を示す。
【０１９３】
室温にてHClと反応させたかんらん石のろ取
0005860460.tif 000086
注記: 結果には、Z<11(Na)を有する元素が含まれていない。
70℃にてHClと反応させたかんらん石のろ取
0005860460.tif 000087
注記: 結果には、Z<11(Na)を有する元素が含まれていない。
【０１９４】
かんらん石の式が(Mg,Fe)2SiO4であることを考慮すれば、これはマグネシウムに富むかんらん石である。この原化合物は2:1のMg:Si比を有する。しかしながら、フィルタを通過しないろ取は、(37+5.5:52)または0.817:1の(Mg + Fe:Si)比を有する。(チャートの原子%)、明らかにフィルタを通過したマグネシウムの50%超。
【０１９５】
室温にてHClと反応させた蛇紋石のろ取
0005860460.tif 000088
注記: 結果には、Z<11(Na)を有する元素が含まれていない。
70℃にてHClと反応させた蛇紋石のろ取
0005860460.tif 000089
注記: 結果には、Z<11(Na)を有する元素が含まれていない。
【０１９６】
蛇紋石の式が(Mg,Fe)3Si2O5(OH)4であることを考慮すれば、(Mg + Fe)とSiとの初期比1.5:1は、(37+9.3:56.5) = 0.898:1へ減らされた。
【０１９７】
実施例9B - MgCl2・6(H2O)の分解のための温度/圧力模擬実験
以下(表7)におよび図14に示されるように、圧力および温度を変化させて、これがMgCl2・6(H2O)の分解の平衡に及ぼす影響を判定した。
入力情報は以下である。
(1) MgCl2・6H2O
(2) CaCl2
(3) 標示の付いたMg(OH)Clを熱交換器(HX)に残す熱流の温度(図7〜8を参照のこと)。
(4) デカンタにて分離される固体の割合。
(5) 標示の付いたH2Oに必要な水。
(6) 煙道ガス。
【０１９８】
（表７）
0005860460.tif 000090
0005860460.tif 000091
0005860460.tif 000092
【０１９９】
実施例10〜21
残る以下の例は、石炭または天然ガス発電所からの廃熱放出を用いて分解反応を行うのに必要な熱を得ることに関する。石炭煙道ガス放出から必要な熱を得るために、熱源は、空気予熱器の代わりに温度が320〜480℃に及ぶ集塵装置の前に設置することができる。参照文献: 「The structural design of air and gas ducts for power stations and industrial Boiler Applications」の11〜15頁、発行元: American Society of Civil Engineers (August 1995)を参照されたく、これはその全体が参照により本明細書に組み入れられる。開放サイクル天然ガスプラントはずっと高い600℃の排気温度を有する。参照文献: 「The structural design of air and gas ducts for power stations and industrial Boiler Applications」の11〜15頁、発行元: American Society of Civil Engineers (August 1995)を参照されたく、これはその全体が参照により本明細書に組み入れられる。さらに、MgCl2・6H2Oの分解反応はまた、2つの異なる様式、つまりMgOへの完全分解またはMg(OH)Clへの部分分解で進みうる。Mg(OH)Clへの部分分解には、いくつかの態様において180℃を超える温度が必要とされるが、MgOへの全分解には、いくつかの態様において440℃または440℃超の温度が必要とされる。
【０２００】
さらに、プロセスに流入する供給は100%ケイ酸カルシウム(CaSiO3)と100%ケイ酸マグネシウム(MgSiO3)間の連続性として表すことができ、透輝石(MgCa(SiO3)2) (またはモル比1:1のCaSiO3およびMgSiO3の混合物)が中間の50%の事例を表す。これらの事例の各々で、得られる生産物は、いくつかの態様において、炭酸カルシウム(CaCO3)から炭酸マグネシウム(MgCO3)に及び、白雲石CaMg(CO3)2が中間事例を表す。100%ケイ酸カルシウムを用いるプロセスは、先にモデル化された態様の全てにおいて用いられるCa-Mgプロセスである。100%ケイ酸マグネシウムのプロセスではカルシウム化合物を用いないことに留意することも重要である; その一方で100%ケイ酸カルシウムが流入する供給プロセスではマグネシウム化合物を用いるが、しかしリサイクルループでは、補充マグネシウム化合物しか必要とされない。
【０２０１】
例えば、それぞれ、MgOおよびMg(OH)Clへの水和MgCl2の完全分解および部分分解を用いた、Ca-Mgプロセス、Mgだけのプロセス、透輝石プロセスに関するさらなる詳細を以下に示す。
【０２０２】
(I) Ca-Mgプロセス
反応全体 CaSiO3 + CO2 → CaCO3 + SiO2
(a) 完全な分解(「CaSiO3-MgOプロセス」):
(1) MgCl2.6H2O + Δ → MgO + 5H2O↑ + 2HCl↑ 
熱分解反応。
(2) 2HCl(aq) + CaSiO3 → CaCl2(aq) + SiO2↓ + H2O 
岩溶融反応。
反応中にHCl 2モルあたり5H2Oが存在することに留意されたい。
(3) MgO + CaCl2(aq) + CO2 → CaCO3↓ + MgCl2(aq)
この式の異形のなかには、MgOおよびH2Oから形成されたMg(OH)2を用いるものもある。
(4) MgCl2(aq) + 6H2O → MgCl2・6H2O
MgCl2.6H2Oの再生、#1に戻る。
(b) 部分分解(「CaSiO3-Mg(OH)Clプロセス」): 
(1) 2×[MgCl2・6H2O + Δ → Mg(OH)Cl + 5H2O↑ + HCl↑]
熱分解。
同じ量のCO2をトラップするために2倍多いMgCl2・6H2Oが必要とされる。
(2) 2HCl(aq) + CaSiO3 → CaCl2(aq) + SiO2↓ + H2O
岩溶融反応。
(3) 2Mg(OH)Cl + CaCl2(aq) + CO2 → CaCO3↓ + 2MgCl2(aq) + H2O
CO2捕捉反応
(4) 2MgCl2 + 12H2O → 2MgCl2・6H2O
MgCl2.6H2Oの再生、#1に戻る。
【０２０３】
(II) Mgだけのプロセス
反応全体 MgSiO3 + CO2 → MgCO3 + SiO2
(c) 完全な分解(「MgSiO3-MgOプロセス」)
(1) 2HCl(aq) + MgSiO3 + (x-1)H2O → MgCl2 + SiO2↓ + xH2O
岩溶融反応。
(2) MgCl2・xH2O + Δ → MgO + (x-1)H2O↑ + 2HCl↑
熱分解反応。
HCl 2モルあたり「x-1」モルのH2Oが生成されることに留意されたい。
(3) MgO + CO2 → MgCO3
CO2捕捉反応。
【０２０４】
この態様においては、MgCl2のリサイクルが必要とされないことに留意されたい。xの値、つまり水和水の数は、岩溶融反応由来のMgCl2が水の多くを蒸気相へ押しやるくらい十分に熱いので、6よりもずっと低い。それゆえ、岩溶融からの経路は、およそ2の値でモデル化された通りの「x」により安定状態で進む。
【０２０５】
(d) 部分分解(「MgSiO3-Mg(OH)Clプロセス」) 
(1) 2HCl(aq) + MgSiO3 → MgCl2 + SiO2↓ + H2O
岩溶融反応。
反応中にHCl 1モルあたり「x-1」H2Oが存在することに留意されたい。
(2) 2×[MgCl2.xH2O + Δ → Mg(OH)Cl + (x-1)H2O↑ + HCl↑]
分解。
同じ量のCO2をトラップするために2倍多いMgCl2・(x-1)H2Oが必要とされる。
(3) 2Mg(OH)Cl + CO2 → MgCO3↓ + MgCl2 + H2O
CO2捕捉反応。
(4) MgCl2(aq) + 6H2O → MgCl2・6H2O
MgCl2・6H2Oを再生、#1に戻る。
【０２０６】
この態様においてMgCl2の半分がリサイクルされることに留意されたい。xの値、つまり水和水の数は、MgCl2の半分が、水の多くを蒸気相へ押しやるくらい十分に熱い岩溶融反応由来であり、残りの半分が吸収カラムからリサイクルされるので、6よりも若干低い。それゆえ、安定状態でのMgCl2の総量に対する水和数は、およそ4の値を有し、MgCl2・6H2OとMgCl2・2H2Oとの間の平均であるものと考えられる。
【０２０７】
(III) 透輝石および混合プロセス:
透輝石は混合ケイ酸カルシウム・マグネシウムであり、白雲石は混合炭酸カルシウム・マグネシウムであることに留意されたい。
【０２０８】
反応全体: 1/2 CaMg(SiO3)2 + CO2 → 1/2 CaMg(CO3)2 + SiO2
(e) 完全な分解(「透輝石-MgOプロセス」):
(1) MgCl2.6H2O + Δ → MgO + 5H2O↑ + 2HCl↑
熱分解。
(2) HCl + 1/2 CaMg(SiO3)2 → 1/2 CaCl2 + 1/2 MgSiO3↓ + 1/2 SiO2↓ + 1/2 H2O
第1の岩溶融反応。
(3) HCl + 1/2 MgSiO3 → 1/2 MgCl2 + 1/2 SiO2↓ + 1/2 H2O
第2の岩溶融反応。MgCl2は#1に戻る。
(4) MgO + 1/2 CaCl2 + CO2 → 1/2 CaMg(CO3)2↓ + 1/2 MgCl2
(5) 1/2 MgCl2 + 3 H2O → 1/2 MgCl2.6H2O
MgCl2.6H2Oを再生、#1に戻る。
(f) 部分分解(「透輝石-Mg(OH)Clプロセス」):
(1) 2×[MgCl2・6H2O + Δ → Mg(OH)Cl + 5H2O↑ + HCl↑]
熱分解。
同じ量のCO2をトラップするために2倍多いMgCl2・6H2Oが必要とされる。
(2) HCl + 1/2 CaMg(SiO3)2 → 1/2 CaCl2 + 1/2 MgSiO3↓ + 1/2 SiO2↓ + 1/2 H2O
第1の岩溶融反応。
(3) HCl + 1/2 MgSiO3 → 1/2 MgCl2 + 1/2 SiO2↓ + 1/2 H2O
第2の岩溶融反応。ここでMgCl2は#1に戻る。
(4) 2Mg(OH)Cl + 1/2 CaCl2 + CO2 → 1/2 CaMg(CO3)2↓ + 3/2 MgCl2 + H2O
(5) 3/2 MgCl2 + 9 H2O → 3/2 MgCl2・6H2O
MgCl2.6H2Oを再生、#1に戻る。
【０２０９】
（表９）プロセスの概要
0005860460.tif 000093
1 - 320〜550℃の温度範囲は、それぞれ320、360、400、440および550℃で行われたモデルを含む。
2 - 煙道ガスのCO2百分率7.2%〜18%は、それぞれ7.2%、10%、14%および18%で行われたモデルを含む。
【０２１０】
ケイ酸カルシウムプロセス:
CaSiO3-MgOおよびCaSiO3-Mg(OH)Cl分解プロセスは2つの段階にさらに分けられ、第1工程は、MgCl2・6H2OがMgCl2・2H2O + 4H2Oへ転換される脱水反応からなり、第2工程ではMgCl2・2H2Oが、部分分解を所望または必要とするならMg(OH)Cl + HCl + H2Oへ転換され、全分解を所望または必要とするならMgO + 2HCl + H2Oへ転換される。図15はこのプロセスのレイアウトを記述している。
【０２１１】
ケイ酸マグネシウムプロセス:
MgSiO3-MgOおよびMgSiO3-Mg(OH)Clプロセスは、分解チャンバからのHClが岩溶融リアクタ中のMgSiO3と反応し、その後の反応熱が、岩溶融チャンバから離れて分解リアクタへ近づくMgCl2を二水和物の形態MgCl2・2H2Oとし、これは分解リアクタで前述のようにMgOまたはMg(OH)Clのどちらかへ転換される、1チャンバ分解工程からなる。このプロセスは、ケイ酸カルシウムを利用できないなら好ましいかもしれない。分解から放出されたHClはMgSiO3と反応して、より多くのMgCl2を形成する。ケイ酸マグネシウムプロセスはカルシウムとは異なる経路をたどる。このプロセスは「岩溶融反応HCl + ケイ酸塩」から出発し、その後「分解反応(MgCl2 + 熱)」へ移動し、最後に吸収カラムへ移動する。ケイ酸カルシウムプロセスにおいては、マグネシウム化合物の全てが分解反応と吸収反応との間を循環する。図16はこのプロセスのレイアウトを記述している。
【０２１２】
混合ケイ酸マグネシウム・カルシウム「透輝石」プロセス:
中間プロセスの透輝石-MgOおよび透輝石-Mg(OH)Clはまた、脱水反応MgCl2・6H2O + Δ → MgCl2・2H2O + 4H2O、その後、分解反応MgCl2・2H2O + Δ → MgO + 2HCl + H2O (完全分解)またはMgCl2・2H2O + Δ → Mg(OH)Cl + HCl + H2Oの部分分解からなる2段階分解を伴う。図17はこのプロセスのレイアウトを記述している。
【０２１３】
分解の結果として生じるHClがその後、2段階の「岩溶融反応」にて透輝石CaMg(SiO3)2と反応する。第1の反応は、反応2HCl + CaMg(SiO3)2 → CaCl2(aq) + MgSiO3↓ + SiO2↓ + H2OによってCaCl2を生じる。前反応由来のこの固体が次に、2回目のHClと反応し、反応MgSiO3 + 2HCl → MgCl2 + SiO2↓ + H2OによってMgCl2を生成する。第1の岩溶融装置からのCaCl2は吸収カラムへ運ばれ、第2の岩溶融装置からのMgCl2は分解リアクタへ運ばれて、Mg(OH)ClまたはMgOを生成する。
【０２１４】
反応の基礎:
これらの実施例の全てで、関心対象の既知の石炭火力発電所からの参照煙道ガスのCO2吸収を50%と見なす。これを行って各実施例の間の比較を可能にした。この発電所からの煙道ガスの放出流量は1年あたり136,903,680トンであり、このガスのCO2含量は10重量%である。このCO2量は実施例10〜21の基礎とされ、それは以下である。
煙道ガス中に存在するCO2量/年:
136,903,680トン/年 ＊ 10% = 13,690,368トン/年。
吸収されるCO2量/年
13,690,368トン/年 ＊ 50% = 6,845,184トン/年のCO2。
【０２１５】
吸収されるCO2量は一定であるため、反応物質の消費および生成物の生成も、各化合物に対する反応化学量論および分子量に依って一定である。
【０２１６】
CaSiO3-MgOプロセスおよびCaSiO3-Mg(OH)Clプロセスの両方の実施例の全て(実施例10〜13)の場合、反応全体は以下である。
CaSiO3 + CO2 → CaCO3 + SiO2
【０２１７】
MgSiO3-MgOプロセスおよびMgSiO3-Mg(OH)Clプロセスの両方の実施例の全て(実施例14〜17)の場合、反応全体は以下である。
MgSiO3 + CO2 → MgCO3 + SiO2
【０２１８】
透輝石-MgOプロセスおよび透輝石-Mg(OH)Clプロセスの両方の実施例の全て(実施例18〜21)の場合、反応全体は以下である。
1/2 CaMg(SiO3)2 + CO2 → 1/2 CaMg(CO3)2 + SiO2
【０２１９】
Aspenモデルではプロセスに必要とれる入力情報を入力し、必要とされる煙道ガスを算出し、分解反応に必要とされる熱を提供して、二酸化炭素吸収化合物MgO、Mg(OH)2またはMg(OH)Clを生成させる。この煙道ガスは天然ガスまたは石炭プラント由来であってよく、石炭の場合には320℃〜550℃の温度の範囲で試験された。この煙道ガスは、実施例ごとに具体的なCO2除去量を提供するための標準として用いられた参照煙道ガスと混同されるべきではない。さらに高温度の煙道ガスによるプロセスでは、典型的には、基準から同じ量の二酸化炭素を捕捉するために必要とされる煙道ガスはさらに少量であろう。また、さらに高い二酸化炭素濃度を有する煙道ガスでは、典型的には、捕捉されることが必要な二酸化炭素の量はさらに高くなるため、二酸化炭素を捕捉するために必要とされる煙道ガスの量はさらに高くなるであろう。
【０２２０】
反応物質の消費および生成物の生成は、捕捉されるCO2の基準ならびに各例についての各流入および各流出の分子量から判定することができる。
【０２２１】
（表１０）流入および流出の分子量(全ての態様)
0005860460.tif 000094
＊モル数を2で割って、他のプロセスと比較可能なCO2吸収を測定しなければならない。
【０２２２】
実施例10〜13の場合:
CaSiO3消費は以下である。
6,845,184トン/年 ＊ (116.16/44.01) = 18,066,577トン/年。
【０２２３】
CaCO3生成は以下である。
6,845,184トン/年 ＊ (100.09/44.01) = 15,559,282トン/年。
【０２２４】
SiO2は以下である。
6,845,184トン/年 ＊ (60.08/44.01) = 9,344,884トン/年。
【０２２５】
同種の算出を残りの実施例について行うことができる。この以下の表は実施例10〜21の流入および流出を含む。基準: 吸収されるCO2 6,845,184トン/年。
【０２２６】
（表１１）実施例10〜21の流入および流出の質量流量
0005860460.tif 000095
【０２２７】
Aspenモデルの実行により、分解反応、つまり脱水および分解の各工程の熱負荷に関する以下の結果が得られた。各実施例の結果を下記の表にまとめる。
【０２２８】
（表１２）動力(特定の基準のCO2吸収での各プロセスのエネルギー比率)
0005860460.tif 000096
＊D&Dは脱水および分解に相当する
【０２２９】
（表１３）煙道ガス温度およびCO2濃度に応じて捕捉されたCO2百分率。実施例10〜13。
0005860460.tif 000097
100%超の値は、より多くのMg(OH)ClまたはMgOを生成するために過剰の熱が利用可能であることを意味する。図24は、さまざまなCO2煙道ガス濃度、さまざまな温度、煙道ガスが石炭または天然ガスから生じたかどうか、また、プロセスがCaSiO3-Mg(OH)ClプロセスおよびCaSiO3-MgOプロセスに関する実施例10〜13の完全分解または部分分解に依ったかどうかで捕捉されたCO2%を図示する。
【０２３０】
（表１４）煙道ガス温度およびCO2濃度に応じて捕捉されたCO2百分率。実施例14〜17。
0005860460.tif 000098
図25は、さまざまなCO2煙道ガス濃度、さまざまな温度、煙道ガスが石炭または天然ガスから生じたかどうか、また、プロセスがMgSiO3-Mg(OH)ClプロセスおよびMgSiO3-MgOプロセスに関する実施例14〜17の完全分解または部分分解に依ったかどうかで捕捉されたCO2%を図示する。
【０２３１】
（表１５）煙道ガス温度およびCO2濃度に応じて捕捉されたCO2百分率。実施例18〜21。
0005860460.tif 000099
＊Diopは透輝石に相当することに留意されたい
図26は、さまざまなCO2煙道ガス濃度、さまざまな温度、煙道ガスが石炭または天然ガスから生じたかどうか、また、プロセスが透輝石-Mg(OH)Clプロセスおよび透輝石-MgOプロセスに関する実施例18〜21の完全分解または部分分解に依ったかどうかで捕捉されたCO2%を図示する。
【０２３２】
（表１６ａ）実施例10および11の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000100
0005860460.tif 000101
【０２３３】
（表１６ｂ）実施例10および11の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000102
0005860460.tif 000103
0005860460.tif 000104
【０２３４】
（表１７ａ）実施例12および13の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000105
0005860460.tif 000106
【０２３５】
（表１７ｂ）実施例12および13の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000107
0005860460.tif 000108
【０２３６】
（表１８ａ）実施例14および15の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000109
0005860460.tif 000110
【０２３７】
（表１８ｂ）実施例14および15の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000111
0005860460.tif 000112
【０２３８】
（表１９ａ）実施例16および17の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000113
0005860460.tif 000114
【０２３９】
（表１９ｂ）実施例16および17の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000115
0005860460.tif 000116
【０２４０】
（表２０ａ）実施例18および19の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000117
0005860460.tif 000118
0005860460.tif 000119
【０２４１】
（表２０ｂ）実施例18および19の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000120
0005860460.tif 000121
0005860460.tif 000122
【０２４２】
（表２１ａ）実施例20および21の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000123
0005860460.tif 000124
【０２４３】
（表２１ｂ）実施例20および21の模擬実験に関する質量およびエネルギー収支計算
0005860460.tif 000125
0005860460.tif 000126
【０２４４】
実施例22: 他の塩の分解
他の塩の熱分解を研究室にて測定した。一部の試験結果の概要を下記の表に示す。
【０２４５】
（表２２）他の塩の分解
0005860460.tif 000127
【０２４６】
実施例22: 2チャンバ分解、3チャンバ分解および4チャンバ分解のモデル
表23 (以下を参照のこと)は、図31〜34に対応する4種類の構成についての比較である。示していているのは、チャンバの数および説明、MW (メガワット)単位で消費された熱、その特定の供給源からの熱の割合ならびにプロセスにおける他の反応、すなわち鉱物ケイ酸塩との塩酸の反応および塩酸の凝縮から利用可能な熱を理由とした、必要とされる外部熱のkW-H/トンCO2単位での低減である。図34の例では、開放サイクル天然ガスプラントからの熱煙道ガスも適していている。
【０２４７】
実施例23: 流入鉱物石炭と比べた流出鉱物
石炭に基づく発電所からの煙道ガスを伴うこの事例研究において、表24は、鉱物の流出(石灰石および砂)の体積が流入鉱物(石炭およびイノケイ酸塩)の体積の83%であることを例証する。表24にまとめた結果は、600 MWeの石炭プラントに基づき; 計4.66 E6トンのCO2には、プロセスに必要とされる熱のためのCO2が含まれる。
【０２４８】
実施例24: 流入鉱物天然ガスと比べた流出鉱物
天然ガスに基づく発電所からの煙道ガスを伴う表25 (以下)にまとめたこの事例研究において、鉱物の「レールバック体積(rail-back volume)」は鉱物の「レールイン体積(rail-in volume)」の92%である。表25にまとめた結果は、600 MWeのCC天然ガスプラントに基づき; 計2.41 E6トンのCO2、これにはプロセスに必要とされる熱のためのCO2が含まれる。
【０２４９】
（表２３）2チャンバ分解、3チャンバ分解および4チャンバ分解の結果
0005860460.tif 000128
【０２５０】
（表２４）石炭のケース-鉱物の流入体積と比べた鉱物の流出体積
0005860460.tif 000129
【０２５１】
（表２５）天然ガスのケース-鉱物の流入体積と比べた鉱物の流出体積
0005860460.tif 000130
【０２５２】
本明細書において開示および主張される方法は全て、本開示に照らして過度の実験なしに為され、行われうる。本発明の組成物および方法を特定の態様に関して記述してきたが、本発明の概念、趣旨および範囲から逸脱することなく、その方法に、およびその工程において、または本明細書において記述した方法の工程の順序においてさまざまな変形を適用できることは当業者には明らかであると考えられる。当業者には明らかなそのような全ての類似の置換および変更は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨、範囲および概念の範囲内であると見なされる。
【０２５３】
参照文献
以下の参照文献は、本明細書において記載したものを補充する例証的手法または他の詳細を提供する範囲で、参照により本明細書に具体的に組み入れられる。
0005860460.tif 000131
【図１】
0005860460.tif 000132
【図２】
0005860460.tif 000133
【図３】
0005860460.tif 000134
【図４】
0005860460.tif 000135
【図５】
0005860460.tif 000136
【図６】
0005860460.tif 000137
【図７】
0005860460.tif 000138
【図８】
0005860460.tif 000139
【図９】
0005860460.tif 000140
【図１０】
0005860460.tif 000141
【図１１】
0005860460.tif 000142
【図１２】
0005860460.tif 000143
【図１３】
0005860460.tif 000144
【図１４】
0005860460.tif 000145
【図１５】
0005860460.tif 000146
【図１６】
0005860460.tif 000147
【図１７】
0005860460.tif 000148
【図１８】
0005860460.tif 000149
【図１９】
0005860460.tif 000150
【図２０】
0005860460.tif 000151
【図２１】
0005860460.tif 000152
【図２２】
0005860460.tif 000153
【図２３】
0005860460.tif 000154
【図２４】
0005860460.tif 000155
【図２５】
0005860460.tif 000156
【図２６】
0005860460.tif 000157
【図２８】
0005860460.tif 000158
【図２９】
0005860460.tif 000159
【図３０】
0005860460.tif 000160
【図３１−１】
0005860460.tif 000161
【図３１−２】
0005860460.tif 000162
【図３２−１】
0005860460.tif 000163
【図３２−２】
0005860460.tif 000164
【図３３−１】
0005860460.tif 000165
【図３３−２】
0005860460.tif 000166
【図３４−１】
0005860460.tif 000167
【図３４−２】
0005860460.tif 000168
【図３５】
0005860460.tif 000169
【図３６】
0005860460.tif 000170
【図３７】
0005860460.tif 000171