(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境負荷を減少させるためのプロセスであり、当該プロセスが、
実質的に非水性の溶媒と、供給原料源からのアルカリ性供給原料とが溶媒懸濁液を形成するように、実質的に非水性の溶媒と、供給原料源からのアルカリ性供給原料とを混合することであって、前記アルカリ性供給原料が１以上の毒性金属を含み、前記アルカリ性供給原料が、フライアッシュ、石炭灰、バイオマスからの灰、都市の焼却炉の灰、廃土、下水処理スラッジ、汚染土、赤泥、鉄の製錬およびセメントキルンの廃棄物の１以上であること、
反応が起こるように反応容器中で前記溶媒懸濁液と、水および二酸化炭素とを混合することであって、前記反応によってカーボネート、溶液中の１以上の前記毒性金属種、水および熱の迅速な形成が生じ、前記生成するカーボネートが実質的に非水性であること、
前記生成するカーボネートを溶液から沈殿させることであって、さらなる化学的な処理工程を必要とせずに、前記反応容器の底部に向かって沈降し、前記毒性金属種を含むいくらかの溶液とともに前記反応容器の底部に堆積させること、
濃縮された形態で前記毒性金属種を得るとともに前記非水性の溶媒を再生すること
を含む、プロセス。
【請求項２】
前記実質的に非水性の溶媒がメタノールである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記アルカリ性供給原料がフライアッシュである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記フライアッシュが酸化カルシウムを含む、請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記供給原料源が、石炭火力発電所、固形廃棄物焼却炉、ボーキサイト精製施設、下水処理プラントからのスラッジ、アルカリ性灰と混合された酸性灰、アルカリ性灰と混合された酸性土、アルカリ性灰と混合された廃土、またはセメントキルンからの廃棄物流の１以上である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記アルカリ性供給原料が赤泥である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記アルカリ性供給原料がアルカリ性の土である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記アルカリ性供給原料のｐＨが７．０以上である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記生成するカーボネートが炭酸カルシウムを含み、前記生成するカーボネートが二酸化硫黄と反応して亜硫酸カルシウムを形成するように、二酸化硫黄を含む煙道ガスを導入することを更に含む、請求項４に記載のプロセス。
【請求項１０】
廃棄物から金属を回収する方法であり、当該方法が、
実質的に非水性の溶媒と、塩または無機物の形態で濃縮された金属を含む廃棄物流とが溶媒懸濁液を形成するように、実質的に非水性の溶媒と、塩または無機物の形態で濃縮された金属を含む廃棄物流とを混合することであって、前記廃棄物流が、フライアッシュ、石炭灰、バイオマスからの灰、都市の焼却炉の灰、鉄の製錬およびセメントキルンの廃棄物、汚染土、廃土、赤泥、アルカリ性灰と混合された酸性灰、アルカリ性灰と混合された酸性土、アルカリ性灰と混合された廃土、またはアルカリ性供給原料と混合された下水スラッジの１以上であること、
反応が起こるように反応容器中で前記溶媒懸濁液と、水および二酸化炭素とを混合することであって、前記反応によってカーボネートを含む組成物、溶液中の１以上の前記金属種、水および熱が生じ、前記生成するカーボネートが実質的に非水性であること、
前記生成するカーボネートを溶液から沈殿させることであって、さらなる化学的な処理工程を必要とせずに、前記反応容器の底部に向かって沈降し、前記金属種を含むいくらかの溶液とともに前記反応容器の底部に堆積させること、
濃縮された形態で前記金属種を得るとともに前記非水性の溶媒を再生すること
を含む、
方法。
【請求項１１】
前記実質的に非水性の溶媒がメタノールである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記二酸化炭素が、ランドフィルガス火力発電所または嫌気性ガス消化装置の火力発電所からの排気によって提供される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
環境負荷を減少させるための方法であり、当該方法が、
溶媒懸濁液を形成するように、実質的に非水性の溶媒と廃棄物流とを混合することであって、前記廃棄物流が、アルカリ性供給原料と、塩または無機物の形態で濃縮された金属とを含み、前記アルカリ性供給原料が、フライアッシュ、石炭灰、バイオマスからの灰、都市の焼却炉の灰、廃土、下水処理スラッジ、汚染土、赤泥、鉄の製錬およびセメントキルンの廃棄物の１以上であること、
反応が起こるように反応容器中で前記溶媒懸濁液と、水および二酸化炭素とを混合することであって、前記反応によって、カーボネートを含む組成物、溶液中の１以上の前記金属種、水および熱が生じ、前記生成するカーボネートが実質的に非水性であること、
前記生成するカーボネートを溶液から沈殿させること、
濃縮された形態で前記金属種を得るとともに前記非水性の溶媒を再生すること
を含む、
方法。
【請求項１４】
前記実質的に非水性の溶媒がメタノールである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アルカリ性供給原料が赤泥である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属が、希土類元素を含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００８年１０月８日に出願された米国特許出願番号第１２／２４７，９０２号の一部係属出願である２０１１年５月１６日に出願された米国特許出願番号第１３／１０８，２６０号の優先権を主張するものであり、そのそれぞれが本明細書中にその全体が参考として援用される。
【０００２】
（開示の分野）
本発明は、炭素の捕捉および分離（又は隔離）（sequestration）のためのシステム、ならびに環境修復（又は環境の処置もしくは治癒）（environmental remediation）および金属回収のための方法およびプロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
二酸化炭素（ＣＯ２）の排出による気候変動の結果を制御または縮小すべき場合には、かかる二酸化炭素（ＣＯ２）の排出の捕捉および分離を顕著に改善する必要がある。発電所の煙道ガス（又は燃焼排ガス）を含む燃焼および産業プロセスから生成されるＣＯ２は、最大の単一の温室効果ガスの排出であるかもしれない。大半の既存の炭素の捕捉および分離の方法は、２段階のアプローチを採用する。これらの方法では、第１段階において、煙道ガスまたは他の気体排出源からＣＯ２を分離することが要求される。これらの方法には、液体の溶媒、固体のゼオライトまたは様々な膜（又はメンブレン）でＣＯ２を捕捉することが含まれ得る。しかし、このような捕捉媒体には、ＣＯ２を大気中に放出することなく、再生させることが必要とされ、これを標準的な物理的な分離プロセスで達成することは困難である。
【０００４】
第２段階は、ＣＯ２のガスまたは液体を地下の地層の間または海洋深層の間に挿入することによって、かかるＣＯ２のガスまたは液体を分離（又は隔離）することである。しかし、かかるＣＯ２の処分（又は廃棄）には極めて特異的な地質学的な形状が要求され、これらはＣＯ２排出の場所（又は用地）で一般に利用することができない。従って、輸送には実質的なコストおよび困難が付随する。さらにＣＯ２が地下で恒久的に分離（又は隔離）できるかどうかわからない。また、この２段階のアプローチは経済的でない。なぜなら、ＣＯ２は、しばしば、大量の煙道ガスにおいて極めて小さな割合で存在し、大量のフローストリームを処理して、これをＣＯ２として少量で回収することは無駄であり不経済であるからである。
【０００５】
ＣＯ２の捕捉および分離への別のアプローチには、岩石を採掘して破砕してＣＯ２の排出現場へと輸送し、この破砕した岩石をそこで使用してＣＯ２を吸収させることが挙げられる。しかし、これには大量の熱および圧力が必要である。岩石を採掘してそれをＣＯ２源に輸送し、なおかつＣＯ２源から輸送するエネルギー投入のコストおよび環境コスト、ならびにその破砕した岩石にＣＯ２を受容させて吸収させるエネルギーコストは極めて高い。
【０００６】
ＣＯ２を捕捉する他の方法には、アミンなどの液体、または塩基の水溶液を用いる化学的な吸着や、適切な溶液中への物理的な吸着、膜分離が挙げられる。これらの方法には全てＣＯ２を逃すことなく吸着媒体を再生させる必要があるという問題を抱える。物理的な吸着および低温分離などの他の捕捉方法には、熱または圧力の形態において顕著な量のエネルギーが必要である。いくつかのＣＯ２の捕捉の方法では、ＣＯ２（又は水とＣＯ２とから形成される炭酸）をアルカリの水溶液と反応させてカーボネート（又は炭酸塩もしくは炭酸エステル）を形成させる。しかし、このアプローチの顕著な欠点は、カーボネートがこのプロセスを経て水と共に溶液中に存在することであり、さらに固体と水とを分離するためにエネルギー集約的な処理が必要であるか、あるいはこれは大量の重くて湿潤したセメント様のペーストを生成し、これは得られる乾燥生成物の寸法、形状および重量を制御するためにエネルギー集約的な乾燥および機械的なシステムを必要とする。大気中からＣＯ２を捕捉および分離するための技術が幾つか試験されているが、これらの技術は発電所からのＣＯ２の排出には適していない。なぜなら、大気と煙道ガスとの間ではＣＯ２の濃度が実質的に異なるからである。大気は、一般的に、約０．０３％〜約０．０４％のＣＯ２を含み、これに対して、煙道ガスは、３．０％以上の濃度のＣＯ２を含む。非常に大量の大気中から非常に少量のＣＯ２を除去することは、ＣＯ２がさらに濃縮されている煙道ガスなどの流れ（又はストリーム）から大量のＣＯ２を捕捉および分離する場合と比べて、実行可能でなく、なおかつ生産的でもない。ＣＯ２が大気中に放出されると、ＣＯ２の制御は失われる。その唯一の有効なチェックポイントは、ＣＯ２の発生源においてである。
【０００７】
ＣＯ２の排出を引き起こす多くの同一の産業プロセスも環境を汚染する。例えば、赤泥（Red Mud）（これはアルミニウム精製の副生成物である）；またはフライアッシュおよびボトムアッシュ（これらは石炭の燃焼の副生成物である）；または都市固形廃棄物焼却炉（ＭＳＷＩ）からの灰（又はアッシュ）（この灰は焼却された都市廃棄物の副生成物である）などの多くの産業廃棄物中で重金属が濃縮または豊富化（又は濃縮もしくはエンリッチ）される。これらの全ておよび他の同様の廃棄物流（又は廃棄物ストリーム）において、痕跡量（又は微量）の金属が小さな絶対濃度で百万分率（ｐｐｍ）レベルで存在する。かかる金属が灰（又はアッシュ）または赤泥で汚染される領域から浸出する場合、環境負荷が発生し得る。灰中（および赤泥中）において見出された金属の大半は、低いｐｐｍ濃度レベルであっても有毒である。このような金属は、化学的には周期表の全て（ただし２つのグループ）のメンバーであり、一般的な例は、ヒ素、水銀、鉛、ウラン、バナジウムおよびニッケルである。これによってフライアッシュ（およびボトムアッシュならびに赤泥）を処分する特別な必要が創出され、灰中において観察されるｐＨレベルに関する責任（又は義務もしくはライアビリティ）を超える顕著な環境負荷が確立される。
【０００８】
他方、石炭およびＭＳＷＩの灰（および赤泥）において、これらが少量で見出される場合であっても顕著な経済的価値を有する濃縮（又は豊富化）された元素を見出すことは普通ではない。そのような元素としては、以下のものがアルファベット順で列挙して挙げられるが、これらに限定されるものではない：セリウム（Ｃｅ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、ニオブ（Ｎｂ）、テルビウム（Ｔｂ）、ウラン（Ｕ）、イットリウム（Ｙ）およびジルコニウム（Ｚｒ）。これらの金属のいくつかには経済的価値があり、それによって、場合によっては２０ｐｐｍ未満のレベルであっても、回収が実行可能となる。これには、ウランなどの元素およびいくつかの「希土類元素」が含まれる。例えば、ゲルマニウムの最近のコモディティ価格は、ウェブ上のコモディティ価格サイトで約＄５４５／ｌｂであると掲載されていた。テルビウムは約＄３６４／ｌｂであると掲載されていた。しかし、いくつかのより低価値の元素によって、灰から回収する場合、より高い収益性の流れ（又はストリーム）が得られる。なぜなら、これらのより低価値の元素は、灰中において、より高い濃度で見出されるからである。例えば、ジルコニウム、イットリウムおよびセリウムは、多くの灰の流れにおいて、例えば２〜５ｐｐｍで見出され得るユーロピウムよりも高い濃度（最大で５００ｐｐｍ）で見出される。様々な回収可能な元素をそれらのコモディティ価格およびそれらのフライアッシュ中での割合と比較すると、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、セリウムおよびランタンが最も価値のある回収可能な５つの元素である。希土類元素は、多くの他の用途のうち、コンピュータ、光電池、風力タービン、および他の再生可能なエネルギーシステム、ハイブリッドカー、先進兵器システム、およびユビキタス・コミュニケーション・デバイスにおいて使用される。これらの用途は、排出の削減を目的とした最先端テクノロジーの全範囲にわたり、一般的には多くの製品の環境プロファイル（カーボンフットプリント）を包含する。
【０００９】
現在、アメリカにはこのような元素の供給源はほとんどない。現在、全世界の希土類元素の産出の９０％以上を中国が占める。最近の中国の希土類元素の輸出規制は、ドイツおよび日本におけるテクノロジー商品の製造に影響を与えていて、原材料の入手可能性に関する地政学的な制限を示している。アメリカでは閉鎖された鉱山を再開しようとする新しい提案が幾つか存在している。そこでは採掘および精製作業を正当化するのに十分に高濃度でこのような希土類元素が見出され得る。本発明は、より効率的で、かつ環境へのダメージが少ない方法を提案し、既存の廃棄物流を「採掘」して、以下の問題（ＣＯ２の排出や、廃棄物流の軽減、希土類元素の「採掘（又はマイニング）」）を一度に解決する。強調すると、本明細書中に開示のプロセスによって処理される金属は、記載された具体的な例に関係なく、周期表の全ての族の金属および半金属であり、これらの多くは毒性を示すか、経済的価値を有するか、あるいはその両方を有する。
【００１０】
廃棄物処理場（又はごみ埋立地）（これはファンドフィル（又はゴミ処理用地）としても知られている）は、ランドフィルガス（ＬＦＧ）を天然に産出する。ランドフィルにて受け入れられる最も一般的な廃棄物供給源は、家庭廃棄物（「ゴミ」）であり、これは市町村に奉仕する公共および民間のごみ収集業者によって回収されるものである。また、いくつかのランドフィルは、産業廃棄物を受け入れ、これには建設および解体の廃棄物（硫黄化合物を含む解体された乾式工法の壁など）、ならびにアルカリ性灰が含まれていてよい。この埋設された廃棄物の破壊（又は破損）によって産出されるＬＦＧは、主に二酸化炭素、メタンおよび水分から構成される。典型的なＬＦＧのＣＯ２含量は、５０％を超えてもよい。ほとんどのＬＦＧの敷地（又は用地）では、電気を発生させる発電機を駆動するエンジン（又はタービン）でメタン含有ＬＦＧを燃焼させるか、あるいはＬＦＧをメラメラ燃焼させる。他の方法では、ＬＦＧのＣＯ２含量およびメタンの燃焼により生成されるＣＯ２は、大気中に放出される。また、ＣＯ２とともに硫黄化合物も放出され、ここで建設廃棄物（又は建設廃材）はランドフィルの廃棄物流（又は廃棄物ストリーム）の一部として受け入れられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、産業スケールで機能する商業上で利用可能な炭素の捕捉および分離（又は隔離）のプロセスの必要があり、このような分離が完全であり、なおかつ恒久的である必要がある。具体的には、煩雑かつエネルギー集約的な再生を必要とする捕捉媒体を使用することがなく、またエネルギー集約的な乾燥および他の捕捉後の処理が必要な重くて湿潤した最終生成物を与えない炭素捕捉のシステムの必要がある。さらに、炭素の捕捉および分離のプロセスであって、ＣＯ２排出の場所（又は現場）で恒久的にＣＯ２を分離（又は隔離）するものが必要である。要約すると、以下の（１）および（２）が必要である。
（１）炭素の捕捉および分離のシステムであって、費用効果があり、エネルギー集約的ではなく、なおかつＣＯ２の恒久的な分離（又は隔離）が得られるもの
（２）フライアッシュ、赤泥および他の産業廃棄物の流れ（又はストリーム）を環境に優しい材料に変換し、その一方で価値のある痕跡量（又は微量）の金属を単離するためのエネルギー効果的な方法
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（開示の要旨）
本明細書の開示は、その多くの実施形態において、二酸化炭素を炭酸の形態でアルカリと反応させて、水と、乾燥した容易に除去可能なカーボネート（又は炭酸塩もしくは炭酸エステル）（これは溶液から沈殿する）とを形成する化学的なプロセスを提供することによって、公知の炭素の捕捉および分離の方法の不都合を大幅に軽減する。この方法によって形成されるカーボネート沈殿物（カーボネート）は、カーボネート化された（又はカーボネートを含む）供給原料材料（又はフィードストック材料）（例えば、カーボネート化された（又はカーボネートを含む）フライアッシュ又はカーボネート化された（又はカーボネートを含む）赤泥）としてみなされるべきである。カーボネート化（又はカーボネーション）の程度は、その供給原料（又はフィードストック）のアルカリ含量に依存する。アルカリとは、二酸化炭素と反応してカーボネートを形成することができ、アルコールのマトリクス中に溶解性または不溶性である化学種（species）（例えばＣａＯ）について言及するために使用される。二酸化炭素の分離（又は隔離）は、生じるカーボネート沈殿物の地上での処分によって達成される。このプロセスは、産業スケールで比較的に低コストでのＣＯ２の捕捉および分離を可能とする。また、本明細書の開示の実施形態は、恒久的なＣＯ２の現場での捕捉および分離を提供し、これらは比較的に少ないエネルギー消費を要求し、回収された金属化合物を与える。そのいくつかは市場価値を有し、その他は費用効果があり環境に安全な処分を必要とする。
【００１３】
本発明の実施形態では、これは「Ｖａｎｄｏｒの炭素の捕捉および分離のサイクル」（Vandor's Carbon Capture and Sequestration Cycle：ＶＣＣＳ）として知られ、二酸化炭素の捕捉および分離の方法が提供され、当該方法において、実質的に非水性の溶媒とアルカリとが溶媒懸濁液を形成するように実質的に非水性の溶媒をアルカリと混合する。この混合工程は、任意の適切な混合容器中で行われ得る。この実質的に非水性の溶媒は、好ましくはアルコールであり、最も好ましい実施形態ではメタノールである。それ故、かかるアルカリは、メタノールと反応してメトキシドを形成し、また、これは溶媒和した金属水酸化物を含んでいてもよい。反応性化学種の正確な組成は、供給原料および平衡に依存する。例えば、メタノールのスラリーは、水酸化物およびメトキシドを同時に相対的に変動する量で含み得る。これに関連して、メトキシドの使用とは、主としてアルコール溶媒中の反応性塩基を指し、このときメタノールが好ましい溶媒である。制御された量の水と、二酸化炭素を含む煙道ガスとを上記の溶媒懸濁液と混合して反応を起こさせ、その反応によって、カーボネート、水および熱の形成が生じる。「溶媒」および「非水性の溶媒」なる用語は、本明細書中において、互換的に使用され、あらゆる実質的に非水性の溶媒を意味し、これは、その中に溶解されるある程度の有意な量のアルカリに対して耐性があり、なおかつ古典的な酸と塩基との反応によって生成される塩を沈殿させるものである。非水性の溶媒は、５０％未満の水を含み、最も好ましくは１０％未満の水を含む。
【００１４】
ガスは、好ましくは発電所からの煙道ガスであり、任意のエネルギー生成プロセスまたは産業プロセス（セメントキルンなどであるが、これに限定されるものではない）からのＣＯ２を含むあらゆる種類の排ガスであってもよい。煙道ガスは、同様に窒素（Ｎ２）を含む。本明細書中、「煙道ガス」なる用語は、二酸化炭素と、必要に応じて窒素、硫黄および／または空気とを含む任意の排ガス流を意味するために使用され、この排ガスは、石炭火力発電所、天然ガス火力発電所、石油火力発電所およびランドフィルガス（ＬＦＧ）火力発電所または嫌気性消化装置（ＡＤＧ）の火力発電所を含む発電所の煙道からの排ガスであるか、ＭＳＷＩからの排ガス、あるいは、あらゆるエネルギー生成プロセスまたは産業プロセス（キルンでのセメント製造、ガラス、鋼、ゴム、紙、アルミ、または他の材料の製造、石油精製、エタノールまたは他の液体燃料の生産が挙げられるがこれらに限定されない）からの排ガス、ならびに煙道ガスおよび処理ガスの任意の組み合わせに由来する排ガスである。
【００１５】
１つの実施形態においては、灰を上記の溶媒に導入し、上記のアルカリは、灰の構成成分である。本明細書中において使用されるように、「灰」（又は灰分もしくはアッシュ）なる用語は、あらゆる供給源からのフライアッシュ、ボトムアッシュおよび全ての種類のアルカリを含有する灰（石炭の燃焼、木材の燃焼および他のバイオマスの燃焼からのものが挙げられるが、これらに限定されない）を意味するために使用される。さらに、供給原料（又はフィードストック）は、燃焼に由来しない材料（他の種類の灰、汚染土、下水スラッジの材料または赤泥が挙げられるがこれらに限定されない）を含んでいてもよい。
【００１６】
炭素の捕捉および分離の化学的なプロセス（又は処理もしくは工程）は、水、および二酸化炭素を含む煙道ガスを溶媒（好ましくはメタノール）中に懸濁したアルカリと混合することを包含し、そして反応が起こり、それによって固体のカーボネート、水および熱の形成が実質的に生じる。また、この反応では少量の炭酸が形成され、この炭酸はアルカリと迅速に反応する。これらの反応は、任意の適切な反応容器にて行われ得る。好ましい実施形態において、カーボネートは、溶液から沈殿し、その容器から除去される。沈殿したカーボネートの除去は、好ましくは機械式で行われ、容器を同じ位置に置いたままで、液体を含まない固体の除去が可能なオーガまたは別の適切なメカニカルデバイスを用いて行われる。除去されたカーボネートとともに残存するメタノールは、少量の低級の熱を付与すると蒸発する。除去されたカーボネートは、さらさらの粉末状であり、反応に使用される溶媒が水である場合のように、凝集したセメント様ではない。
【００１７】
この反応容器中での反応から生じる水は、溶媒とともに溶液を形成し、そして当該方法は、さらに、水と溶媒との溶液の除去、ならびにこの溶媒からの水の分離を包含する。水と溶媒を分離した後、分離された溶媒は、新たなアルカリと再混合され、そうすることで、再度、溶媒とアルカリとが溶媒懸濁液を形成するようにして、その溶媒懸濁液をさらなる炭素の捕捉に使用することができる。制御された量の分離された水を反応容器中の溶媒懸濁液に戻して、そこでこれを煙道ガスおよびメタノールのスラリーと一緒にして新たな反応を起こさせる。好ましい実施形態では、低温乾燥器中で水および溶媒の溶液を冷却することによって、この水を溶媒から分離する。溶液が冷却されると、水は実質的に低温乾燥器の底部に降下し、溶媒は低温乾燥器の頂部に実質的に上昇する。いくつかの実施形態では、水と溶媒の溶液と共に一部のカーボネートを移動させて低温乾燥器中で溶液から沈殿させ、そこから、これは、オーガまたは別の同様のデバイスによって機械的に除去される。反応容器中のさらに大きな固体を捕獲するために、これらのより大きな固体が低温乾燥器へと移動できないようにして、フィルタを使用してもよい。
【００１８】
残存する水は、水と溶媒の溶液に熱を付与して少なくとも部分的に溶媒を気化させることによって、高温蒸留器を用いて溶媒から分離され得る。部分減圧（又は部分真空）を使用して蒸留装置から蒸気の溶媒を吸引してもよく、この蒸気の溶媒は冷却により液体に濃縮され、従って、炭素の捕捉および分離の反応での再使用に適切なものとされ得る。
【００１９】
本発明の実施形態は、炭素の捕捉および分離のプロセスのための冷却を提供するために、煙道ガスからの窒素を使用する方法を包含する。このような方法は、窒素を液化すること、およびこの液化された窒素から冷却（refrigeration）を回収すること（又は回復もしくは戻すこと）を含んでいてもよい。この窒素から回収される冷却は、次いで、溶媒を冷却するために使用され、そして溶媒再生工程に冷却を提供する。この冷却のための窒素の使用によって、本発明の実施形態のエネルギー効率が増加する。
【００２０】
例示の実施形態において、煙道ガスは、さらに、窒素を含み、この窒素は３通りの方法で使用される。窒素の第１の部分は、溶媒再生プロセスの間に冷却に使用される。第２の部分は、発電所の電力出力（又はパワー出力）を向上させるために使用される。第３の部分は、外部の取引先に販売される。全ての窒素が最初に圧縮される。冷却に使用される部分については、冷媒源が熱交換器に冷媒を提供し、熱交換器内で窒素が冷却されて、これが実質的に液化されるようになる。冷却は、実質的に液化された窒素から回収され得る。その前に、これは、ポンピングされ、加圧され、そして、煙道ガスの供給源である発電所の電力出力を高めるためのパワーサイクルに送られる。この回収された冷却は、溶媒から水を分離する低温溶媒除去プロセス（以下にて説明する）に冷却を提供するために使用される。
【００２１】
窒素の第２の部分は、発電所の電力出力を高めるために使用され得る。例示の実施形態において、この実質的に液化された窒素の第１の部分は、圧縮されて加熱される。加熱されて圧縮された窒素は、発電所の電力出力を高めるために発電所のスチームサイクルに向けられる。この実質的に液化された窒素の第２の部分は、貯蔵装置内で貯蔵されてもよい。実質的に液化された窒素の第２の部分は、それをポンピングして加圧することにより加圧される。これは、次いで、気化され、発電所の電力出力を高めるために高温ガスエキスパンダを通すように向けられる。この液化された窒素の第３の部分は、冷媒として、ならびにオイルおよびガスの十分な回収を高めるための流体としての用途を含む様々な用途のために、外部の取引先に販売され得る。好ましい実施形態において、この液化された窒素は、液体のアルゴンを除去することによって更に精製される。この液体の窒素は、回収された窒素流の容量の約０．９％であり、これは、高価値な生成物であり、これも市場において販売され得る。
【００２２】
例示の実施形態は、炭素の捕捉および分離のシステムを含み、このシステムは、炭素捕捉アセンブリと溶媒再生アセンブリとを含む。炭素捕捉アセンブリは、混合容器と、少なくとも１つの反応容器とを含み、そして、さらに、前記反応容器に流体接続される溶媒濃縮器を含んでいてもよい。混合容器において、アルカリ（またはアルカリ性の供給原料）は、実質的に非水性の溶媒と混合されて、懸濁液を形成する。１つの実施形態において、灰を溶媒中に導入し、アルカリは、この灰の構成成分である。非水性の溶媒は、好ましくはアルコールであり、最も好ましい実施形態ではメタノールである。それ故、このアルカリは、反応容器中でメタノールと反応して、メトキシドおよび可能であれば幾つかの金属水酸化物を形成する。また、少量のジメチルカーボネート（ＤＭＣ）が形成されてもよいが、これらの条件下で迅速に分解する。
【００２３】
反応容器は、混合容器に流体接続されて、これは、第１のインプット（又は注入もしくは入力）を通して、混合容器から、アルカリおよび実質的に非水性の溶媒の懸濁液を受容する。また、この反応容器は、第２のインプット（又は注入もしくは入力）を通して、熱および二酸化炭素を含む煙道ガスを受容し、かつ第３のインプット（又は注入もしくは入力）を通して、制御された量の水を受容し、そうすることで炭酸、カーボネート、水および熱が反応容器中で形成されるようになる。より具体的には、二酸化炭素および水ならびに反応容器中の反応で生じる任意の少量の炭酸は、容器中でアルカリと反応し、カーボネート、水および熱の形成を生じる。煙道ガスは、同様に窒素を含む。いくつかの実施形態において、炭素捕捉アセンブリは、さらに、反応容器に流体接続される溶媒濃縮器を含み、ここで、大半の窒素を含む既存の流れ（又はストリーム）の溶媒部分を濃縮するために冷却（refrigeration）を使用する。
【００２４】
溶媒再生アセンブリは、反応容器に流体接続され、そして少なくとも１つの熱交換器と、この熱交換器に流体接続される低温乾燥器と、この低温乾燥器に流体接続される高温蒸留器とを含む。溶媒再生アセンブリは、好ましくは、幾つかの中間熱回収工程を行うために複数の熱交換器を有し、高温蒸留器に到達する大半の水流を暖め、高温蒸留器から出るメタノールの蒸気を冷却する。
【００２５】
反応中に形成されるカーボネートイオンは、溶液から主に沈殿し、反応容器の底部に向かって沈降し、そして不溶性のカーボネートとして反応容器から除去される。炭素捕捉アセンブリは、沈殿したカーボネートを反応容器から除去するために、オーガまたは他の適切なデバイスを更に含んでいてもよい。反応で生成される水は、反応容器中において溶媒とともに溶液を形成し、この水と溶媒との溶液は、反応容器から除去され、溶媒再生アセンブリへと向けられる。この水は、溶媒再生アセンブリによって溶媒から分離され、その分離された溶媒は混合容器へと戻され、ここで溶媒は新たなアルカリと再び混合されて、溶媒懸濁液を形成する。また、制御された量の分離された水が、反応容器へと戻され、反応を継続させる。
【００２６】
いくつかの実施形態において、より少量のカーボネート（例えば、１０容量％未満）が溶媒中に滞在し、溶媒再生アセンブリを通して溶媒懸濁液とともに移動する。供給原料から浸出される全ての回収可能な有毒の金属は、この再生アセンブリを通して移動するメタノール中に含まれる。メタノールの再生の際、これらの金属は、固体またはブラインとして、再生残渣中に濃縮された形態で存在する。この選択されたアルカリがＣａＯである場合、水と溶媒の溶液は、あらゆるカーボネートが含まれていない。この選択されたアルカリがＫＨである場合、いくつかのカーボネートが、水および溶媒とともに溶液を形成する。この少量のカーボネートは、水とともに溶媒懸濁液から沈降し、この水はカーボネートから分離される。まず、この分離プロセスは、低温乾燥器を使用し、ここで水と溶媒の溶液が冷却され、この低温乾燥器の底部に水が実質的に降下し、この低温乾燥器の頂部に溶媒が実質的に上昇する。この分離プロセスの一部（または、よりエネルギー集約的な選択肢（又はオプション）、全て）が高温蒸留器を使用し、ここで水と溶媒の溶液に熱を付与し、部分真空によって、高温蒸留器から、蒸気の溶媒が吸引されて、この蒸気の溶媒が濃縮される。
【００２７】
いくつかの実施形態は、窒素液化アセンブリを含んでいてもよく、これは煙道ガス中に含まれる窒素を実質的に液化して、この実質的に液化された窒素から冷却（refrigeration）を回収する（又は回復もしくは戻す）ものである。この窒素から回収（又は回復）された冷却は、溶媒を冷却するため、および溶媒再生アセンブリに冷却を提供するために使用されてもよい。その液体窒素の部分は、低温ポンプによってポンピングされて加圧されていて、加圧下で再生アセンブリへと送られる。溶媒再生アセンブリは、実質的に液化された窒素の第１の部分を加熱し、この加熱された窒素を発電所のスチームサイクルに向かわせて、発電所の電力出力を向上させる。貯蔵装置は、実質的に液化された窒素の第２の部分を貯蔵し、この実質的に液化された窒素の第２の部分を放出し、そしてこれを高温ガスエキスパンダに向かわせて、発電所の電力出力を向上させる。
【００２８】
いくつかの実施形態は、アンモニア吸収チラー（Ammonia Absorption Chiller）を含んでいてもよく、これは開示される冷却（refrigeration）へのプロセスのいくつかの箇所からの廃熱を変換するものであり、これは低温乾燥機において使用されるものである。このような廃熱には、本発明の開示に固有の化学反応によって生成する熱が含まれ得るが、これに限定されるものではない。
【００２９】
例示の実施形態は、煙道ガス（これはＣＯ２、比較的に大部分のＮ２、およびかなり小部分のアルゴンを含む）の化学的な構成成分を分離するための方法を包含し、当該方法は、実質的に非水性の溶媒とアルカリとが溶媒懸濁液を形成するように、実質的に非水性の溶媒とアルカリとを混合することを含む。水、ならびに二酸化炭素および窒素を含む煙道ガスは、この溶媒懸濁液に導入される。一連の速いペースの化学反応が生じるように、この溶媒懸濁液中のアルカリを水および煙道ガス中の二酸化炭素と接触させる。この反応によって、カーボネート、水および熱の形成が生じ、未反応の大半の窒素の部分は気体として反応容器から放出され、それとともに、少量の気化した溶媒を運ぶ。
【００３０】
この大半の窒素の流れ（又はストリーム）は、溶媒濃縮器中で冷却され、その小さな溶媒の部分を液化し、これはメタノールおよびアルカリの混合容器へと戻される。残りの大半の窒素ガス流を圧縮により液化し、その窒素を冷却する。好ましい実施形態において、実質的に液化された窒素の冷却量は、回収されて溶媒から水を分離する工程に冷却を提供するために使用される。この冷却に使用される窒素の部分は、まず、それを低温液体ポンプを使用してポンピングにより加圧して圧縮し、次いで、溶媒再生アセンブリにおいて、回収された熱によって加熱する。この窒素は、次いで、発電所のスチームサイクルに向けられるか、あるいは発電機を備えた高温ガスエキスパンダに向けられ、発電所の電力出力を向上させる。実質的に液化された窒素の第２の部分は、貯蔵され、次いで、気化されてもよく、そして、発電所の電力出力を高めるために、高温ガスエキスパンダを通すように向けられてもよい。実質的に液化された窒素の第３の部分は、外部の取引先に販売されてもよい。
【００３１】
例示の実施形態は、環境修復プロセスを包含し、当該プロセスは、実質的に非水性の溶媒と、供給原料源からのアルカリ性供給原料とが溶媒懸濁液を形成するように、実質的に非水性の溶媒と、供給原料源からのアルカリ性供給原料とを混合する工程と、反応が起こるように、反応容器中で溶媒懸濁液と水および二酸化炭素とを混合する工程とを含む。このアルカリ性供給原料のｐＨは、約５．６以上であり、約７．０以上のｐＨを有していてもよい。この反応によって、カーボネート、水および熱の迅速な形成が生じ、そして、この生じるカーボネートは実質的に非水性である。この生じるカーボネートは溶液から沈殿し、さらなる化学的な処理工程を必要とせず、反応容器の底部に向かって沈降し、そしていくつかの実質的に非水性の溶媒と一緒に反応容器の底部に堆積する。
【００３２】
例示の実施形態において、実質的に非水性の溶媒はメタノールである。アルカリ性の供給原料は、酸化カルシウムを含むフライアッシュ（または他のアルカリ性の材料）であってもよく、その供給原料源は、石炭火力発電所、固形廃棄物焼却炉、木材加工施設、ボーキサイト精製施設、アルカリ性灰と混合された酸性灰、アルカリ性灰と混合された酸性土、アルカリ性灰と混合された廃土（mine spoil）、またはセメントキルンの１以上における廃棄物流として生成され得る。例示の実施形態において、アルカリ性の供給原料は、赤泥または汚染土であってもよい。本発明の環境修復プロセスは、生じるカーボネートが二酸化硫黄と反応して亜硫酸カルシウムを形成するように、二酸化硫黄を含む煙道ガスを導入することを更に含んでいてもよい。この生成するカーボネートは、鉄の製錬に使用されてもよい。いくつかの実施形態では、ＬＦＧは、まず、反応容器に送られ、ここで、これは、上記および下記で概説するように、メタノール中に懸濁した供給原料と反応する。この反応によって、ＬＦＧ中のＣＯ２は、カーボネートに変換され、大半のメタンの流れ（又はストリーム）を反応容器から放出させることができ、そして、発電機を備えたエンジンまたはタービンの燃料として使用することができる。その燃焼の生成物（これはＣＯ２を含む）は、ＬＦＧの流れ（又はストリーム）に添加され、これは反応容器に送られ、より多くのＣＯ２をこの反応プロセスに添加する。適切な供給原料の送達速度で、ランドフィルの全てのＣＯ２の排出を低減することができ、これらのランドフィルにおいて発電用にメタンを使用するゼロＣＯ２発電システムが得られる。
【００３３】
硫黄化合物は、上記／下記で説明するように、亜硫酸エステル（又は亜硫酸塩）を形成する。従って、本発明のこの実施形態では、ランドフィルからのＣＯ２および硫黄化合物の排出が低減され得る。ランドフィルから出るＣＯ２および硫黄化合物とバランスを取るために必要なアルカリ度を提供する供給原料は、大量の有毒な廃棄物の流れ（又はストリーム）から、処分できる金属塩および／または個別に回収できる金属塩のより濃縮した流れ（又はストリーム）へと変換される。従って、ランドフィルの核となる機能（その「目的」）は、廃棄物流の低減、および価値のある金属の回収を含むように高められる。
【００３４】
直前に上記に概説した実施形態において、アルカリ性の供給原料は、ＣＯ２（および硫黄化合物）の供給源へと送達される。他の実施形態において、例えば石炭火力発電所において、ＣＯ２および供給原料は、同じ場所で生成され、ＣＯ２または供給原料のいずれかを送達する必要なく、全てのガスおよび固体の成分を開示のプロセスに受容させることができる。
【００３５】
さらに別の実施形態において、ＣＯ２は、圧縮された（超臨界）ガスまたは液体として、供給原料の製造源に配置されるシステム（例えば金属を加工する産業施設であって、アルカリ性の（有毒な）金属廃棄物を排出するもの）に送達される。このような廃棄物には、メッキ槽および金属フィニッシングからの使用済みの溶液（これは銅、亜鉛およびカドミウムを含んでいてもよい）；アルミニウム表面コーティングおよびエッチング処理からのアルカリ性の溶液；廃棄物のスラッジおよびスラリー；ならびに金属のボンデライジングに由来するアルカリ性のホスフェート（ボンデライジングは、腐食の防止に役立つ化学的なプロセス（又は処理もしくは工程）である）が挙げられ得るが、これらに限定されない。このような高い毒性の廃棄物流を処分するために輸送する代わりに、かかる廃棄物は、本発明に記載の方法によって、その供給源において処理される。なお、この処理に必要なＣＯ２は、外部のＣＯ２源から、例えば、供給原料（およびシステムの配置)の場所（又は用地）から１５０マイルの範囲内から送達される。
【００３６】
この「輸入」されるＣＯ２は、その供給源とは区別されるが、しかし、「食品等級」の標準ではなく、他の周知のＣＯ２捕捉の方法を使用するが、これは費用効果がなく、なおかつ証明された「分離」の選択肢を欠くものであり、次いで、輸送に適した密度を達成するために圧縮および／または液化される。換言すると、本発明中に概説されるプロセスは、いくつかの周知のＣＯ２捕捉の方法のうちの１つによって、特に、供給原料源において達成される軽減および金属回収の価値と比較して、ＣＯ２の捕捉およびシステムの配置へのＣＯ２の輸送が比較的に低コストである場所に関し、任意のＣＯ２含有ストリーム（CO2 carrying stream）から入手可能な「不純」なＣＯ２を使用することができる。
【００３７】
危険な成分の固定（又は不動化）に起因してカーボネート化された材料において浸出（又はリーチング）は低減されることに留意すべきである。本発明者の１つの顕著な発見は、液体型のカーボネーションの間にいくつかの金属材料がスラリーの液体成分中に浸出することである。第１に、この発見は、カーボネートの形成による金属の固定に加えて、スラリーのカーボネート化された固体において重金属による環境負荷が減少されることを示唆する。第２に、これによって、経済的および地政学的に重要な金属の再生利用への道が開け、そして有毒物質の単離への道が開ける。浸出した材料の化学的な性質は、塩、錯体などの様々な化学種があり、さらに、溶解した無機物（又はミネラル）さえも形成され、または抽出されるので、複雑である。開示のプロセスに適した供給原料は、組成が広範に変動し得るので、固体のカーボネーションのためのプロセスを最適化すること、あるいはこれらの固体中に存在する金属種の回収が可能であり、これは最良の環境および経済的な結果を目的とする。供給原料からの希少金属（又はレアメタル）元素などの金属分の再生利用によって、金属鉱物の産出による環境へのフットプリントが減少され、ＣＯ２の点源（又はポイントソース）での炭素排出の減少の環境上のインパクトが等しいか、それ以上であってもよい利益がある。金属の経済レベルは、鉱石の市場価格およびフライアッシュ中に見出される実際の濃度に依存する。ウランについては、これは、５ｐｐｍ程度の低さであってもよい。
【００３８】
従って、例示の実施形態は、アルカリ性の廃棄物から金属を回収する方法を包含し、当該方法は、実質的に非水性の溶媒と、塩または無機物（又は鉱物もしくはミネラル）の形態で濃縮された（エンリッチの）金属を含む廃棄物流とが溶媒懸濁液を形成するように、実質的に非水性の溶媒と、塩または無機物（又は鉱物もしくはミネラル）の形態で濃縮された（エンリッチの）金属を含む廃棄物流とを混合する工程と、反応が起こるように反応容器中において溶媒懸濁液と、水および二酸化炭素とを混合する工程とを含む。反応によって、カーボネートを含む組成物、１以上の金属種、水および熱が生じ、その生成するカーボネートは、実質的に非水性である。この生成するカーボネートは、溶液から沈殿し、さらなる化学的な処理工程を必要とせず、反応容器の底部に向かって沈降し、そしていくらかの実質的に非水性の溶媒と一緒に反応容器の底部に堆積する。生じる金属種は、精製金属の製造または危険な廃棄物の処分に適している。本明細書中で使用されるように「精製金属」には、精製金属の塩、金属化合物、元素の形態での金属、セラミック（すなわち、熱処理された金属種の粒状物）または金属アロイが含まれ、金属の特定の化学的または物理的な形態に限定されるものではない。例示の実施形態において、実質的に非水性の溶媒はメタノールである。廃棄物流は、フライアッシュ、あるいはアルカリ性灰と混合された酸性灰、アルカリ性灰と混合された酸性土、アルカリ性灰と混合された廃土、またはアルカリ性供給原料と混合された下水スラッジの１種以上であってもよく、その濃縮された（エンリッチの）金属は、ヒ素、水銀、鉛、ウラン、バナジウム、バリウム、ストロンチウム、ジルコニウムまたはニッケルの１種以上であってもよい。また、廃棄物流または「供給原料」は、赤泥であってもよく、その中で代表的な濃縮された（エンリッチの）金属は、アルミニウム、鉄またはチタンに加えて、バリウム、ストロンチウム、ニッケルおよびジルコニウムの１種以上であってもよいが、これらに限定されるものではない。
【００３９】
例示の実施形態は、環境修復方法を包含し、当該方法は、溶媒懸濁液が形成されるように、実質的に非水性の溶媒と廃棄物流とを混合する工程と、反応が起こるように反応容器中で溶媒懸濁液と、水および二酸化炭素とを混合する工程とを含む。廃棄物流は、アルカリ性供給原料と、塩または無機物（又は鉱物もしくはミネラル）の形態で濃縮された（エンリッチの）金属種を含む。この反応によって、カーボネートを含む組成物、１種以上の金属種、水および熱が生じ、その生成されるカーボネートは、実質的に非水性である。この生成されるカーボネートは、溶液から沈殿する。例えば、供給原料としてＣａＯ含量を有するフライアッシュを使用する場合、沈殿して回収されるカーボネートは、石灰岩に類似し、「人工石灰岩」と呼ばれ得る。生成する金属種は、カーボネートとともに移動しないが、再生される湿潤溶媒とともに移動し、精製金属の製造または管理された危険な廃棄物の処分に適している。これに関連して、用語「危険な廃棄物」には、その毒性から経済的に回収することができない全ての金属化合物が含まれ、受け入れられる処分の規約（又はプロトコル）によって処分されない場合、環境的な被害を引き起こす。例示の実施形態では、実質的に非水性の溶媒はメタノールである。廃棄物流（または供給原料）は、フライアッシュ、あるいは赤泥、汚染土、廃土、アルカリ性供給原料と混合された酸性の廃土、アルカリ性供給原料と混合された酸性の汚染土、アルカリ性供給原料と混合された酸性の灰（又はアッシュ）、および任意の他のアルカリ性の廃棄物の生成物の一種以上であってもよく、追加のアルカリによって意図的に増大されてもよい。
【００４０】
従って、大規模でその供給源にて現場（又は用地）で二酸化炭素を確実かつ費用効果的に捕捉および分離するための化学的なプロセスが提供されることが見受けられ、ここでは、二酸化炭素が炭酸の形態で溶液中のアルカリと反応して、カーボネート、水および熱を形成する。また、産業廃棄物の流れ（又はストリーム）を環境に優しい材料に変換して、価値のある痕跡量（又は微量）の金属を単離し、そして毒性のある化合物を単離して適切に処分するプロセスが提供されることが見受けられる。本発明のこれらの特徴および他の特徴は、添付の図面（図面を通して同じ参照番号は、同じ部分を指す）とともに以下の本発明の詳細な説明を見ることから理解される。
【００４１】
本発明の上記の目的および他の目的は、以下の添付の図面と共に以下の詳細な説明を考慮することで明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明に従う炭素の捕捉および分離のためのシステムの一実施形態のプロセスダイアグラムである。
【図２】図２は、本発明に従う溶媒再生アセンブリの一実施形態のプロセスダイアグラムである。
【図３】図３は、発電所に設置される本発明に従う炭素の捕捉および分離のためのシステムの一実施形態のプロセスダイアグラムである。
【図４】図４は、本発明に従う窒素液化アセンブリの一実施形態のプロセスダイアグラムである。
【図５】図５は、本明細書中の開示に従う環境修復プロセスおよび金属の回収方法の一実施形態のプロセスダイアグラムである。
【図６】図６は、本明細書中の開示に従う溶媒再生アセンブリの一実施形態のプロセスダイアグラムである。
【図７】図７は、本明細書の開示に従って鉄基材（iron-substrate）のカーボネートの製造を包含する環境修復プロセスの一実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
（詳細な説明）
以下の段落において、本発明の実施形態を添付の図面を参照しながら例示により詳細に説明する。かかる図面は、縮尺の通り記載されておらず、記載のコンポーネント（又は成分）は、必ずしも互いに比例して記載されていない。この説明を通して、記載の実施形態および例は、典型例としてみなされるべきであり、本発明を限定するものではない。本明細書中で使用するように、「本発明」とは、本明細書中に記載の発明の実施形態および任意の等価物（均等物）のいずれか１つを指す。さらに、本明細書を通して、本発明の様々な特徴は、全ての特許請求された実施形態または方法がこの参照された特徴を含むべきであることを意味するものではない。温度、圧力、密度および他のパラメータについての言及は、本発明の実施形態の可能性を示して例示するものとみなされるべきであり、実施形態は、このような広範なパラメータで実施され得る。図は、装置の全ての部分を示すものではなく、また、様々な流れ（又はストリーム）の圧力、温度および流速（又はフローレート）を示すものではないことに留意すべきである。さらに、本明細書中に記載され、図面で示される方法およびシステムの実施形態は例示の実施形態であり、化学的および熱力学のプロセスをよく知る者が様々な状況で最適な様々な変更（又はアレンジメント）を見出し得ることを理解すべきである。このようなバリエーションおよび最適化は、本開示によって教示される基本原理を変更するものではなく、本開示および本明細書中に記載の特許請求の範囲の一部であると考えられる。
【００４４】
本発明の種々の実施形態によって生成される気体、液体および固体の生成物の例は、包括的であることは意図されない。本発明の実施形態の幾つかの少量の生成物（一時的に形成されて溶解されるものを含む）は、以下にて大いに詳細に説明されないが、本発明の範囲内に含まれることが理解される。熱が発生する点（又は冷却が生じる点）（又はポイント）は、全てではないが、以下にて説明する。しかし、本発明の実施形態において生成される全ての価値のある熱および／または冷却は、熱回収の可能性および潜在的な用途を有することが理解され、従って、当該プロセス（又は方法）に必要な全エネルギーの入力（又は注入もしくはインプット）は低下する。例えば、いくつかの実施形態において、本発明において説明されるプロセスによって生成されるあらゆる廃熱、または受け入れる（ホスト）の側で利用可能な廃熱は、アンモニア吸収チラー（Ammonia Absorption Chiller）を駆動するために使用され得、これによって、溶媒を濃縮し、かつ／または水から溶媒を分離するために使用される冷却の一部が提供される。
【００４５】
図１は、本発明の実施形態の２つの主要なサブシステムである炭素捕捉アセンブリ１００と、溶媒再生アセンブリ２００とを示す。炭素捕捉アセンブリ１００は、反応容器１０１と、混合容器１０２とを含み、好ましくは溶媒濃縮器１０３を含む。溶媒再生アセンブリ２００は、図２に関連して、本明細書中にて詳細に説明する。この図示されるシステムは、あらゆる発電所（又は発電装置もしくはパワープラント）（あるいは煙道ガス源）とともに、あらゆる種類の排ガスとともに使用することができ、石炭火力発電所からの煙道ガスからの二酸化炭素の捕捉および分離（又は隔離）に特によく適している。例えばＬＦＧサイトにおいて、エンジン（又は機関）からの煙道ガス（又は燃焼排ガス）は、９００ｏＦに近い煙道ガスを生成する。ほとんどのこのようなエンジン駆動システムは、熱回収の付属装置を有していないが、この低級の熱含量の煙道ガスは、本発明のシステムおよび方法の実施形態において、有意なエネルギー源である。
【００４６】
炭素の捕捉および分離の化学的なプロセス（又は処理）は、メトキシド５中に懸濁したアルカリ２と、ＣＯ２および水ならびに幾分かの一時的に形成される炭酸１４とを接触させることを包含し、そうすることで、沈殿するカーボネート６、水−メタノールの溶液１０および熱の形成を生じる反応が存在する。はじめに、ＣＯ２が負荷された煙道ガス１および水４がメトキシド５に導入される。これら両方の流れ（又はストリーム）は、別々に同時に反応容器１０１に入る。この分離は、両方の流れの流速を完全に制御することができ、水の流れ４を調節して、煙道ガス中に含まれるあらゆる少量の水蒸気に応答させることができる。反応容器１０１は、混合容器１０２から、第１のインプット１１３（これは、好ましくはインプットバルブである）を通して、アルカリ２と、実質的に非水性の溶媒１２とから構成されるメトキシドの懸濁液５を受ける。反応容器１０１は、第２のインプット１１１を通して煙道ガス１を受け、第３のインプット１１２を通して水を受ける。これらは両方とも好ましくは、インプットバルブである。ＣＯ２＋水（および少量の一時的な炭酸１４）と、メトキシド５中に含まれるアルカリ２との間の反応は、迅速に生じ（ときには１秒未満であり）、気体のＣＯ２をカーボネートならびに水および熱の副生成物へと有効に変換する。
【００４７】
好ましい実施形態において、カーボネート６は、溶液から沈殿し、オーガ１０４またはカーボネートの沈殿物を機械的に除去するのに適した任意の他のデバイスもしくはシステムを用いて、機械的に反応容器１０１から除去される。いくつかの実施形態において、反応容器１０１中に残存する最大で約１０％の容量の水−メタノールの溶液１０は、懸濁したカーボネートを含み、これは、反応容器の底部に沈降しないが、メタノール再生プロセスの間に溶液から沈降する。酸と塩基との反応から生成する水は、溶媒とともに溶液を形成する。この水−溶媒の溶液１０は、フィルタ１１４を通して除去される。これによって、より大きな固体が反応容器から出るのを抑制し、これらは、この容器の底部に沈降する。ここで、これらは機械的に除去される。この方法は、さらに、反応容器１０１から水−溶媒の溶液１０を除去して溶媒から水を分離することを包含する。水−溶媒の溶液１０中でカーボネートを輸送するこれらの実施形態において、カーボネートは水とともに分離し、当該プロセスの幾つかの場所で回収され得る。水とメタノールとの溶液１０は、暖かい温度（これは反応の最適温度を反映する）で反応容器１０１の頂部付近で引き抜かれ、これによって、反応に必要な時間を最小にする。
【００４８】
予備のステップ（又は工程）として、混合容器１０２において、アルカリ２を溶媒１２と混合して、懸濁液５を形成する。このアルカリは、処理されるべき供給原料内に本質的に含まれていてもよく、これは、そのアルカリ度を増加させるために供給原料に添加されてもよい。当該分野で公知の任意の数のアルカリを選択して煙道ガス中のＣＯ２を中和することができ、それらのそれぞれそのカーボネートを生成する。アルカリは、強塩基でも、弱塩基でもよく、一般の塩基（パウダー形態の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）または水酸化カリウム（ＫＯＨ）など）、あるいはヒドリド（マグネシウムヒドリド、カリウムヒドリドまたはナトリウムヒドリド（ＭｇＨ、ＫＨ、ＮａＨ）など）、あるいは無水アンモニア、あるいは石炭火力発電所またはバイオマス発電所およびボイラの別の副生成物であるフライアッシュ（およびボトムアッシュ）中に見出される酸化カルシウム（ＣａＯ）、あるいは任意の他の適切なアルカリ、天然または合成であり、ＣＯ２と反応するものが挙げられ得る。
【００４９】
本発明の実施形態の他の利点は、これを使用して炭素の捕捉および分離を大きな産業規模で実施できることである。本明細書中に記載のシステムおよび方法を全ての大きさの施設において用いることによって、複数のアルカリを使用することができ、それぞれそれらのカーボネートが得られる。ここで例示のリストを提供するが、各アルカリの化学記号の後にＣＯ２と反応する場合に生じるカーボネートおよび各カーボネートの化学記号を示す。
アンモニア（無水）：ＮＨ３→アンモニウムカーボネート：（ＮＨ４）２ＣＯ３
リチウムヒドリド：ＬｉＨ→リチウムカーボネート：Ｌｉ２ＣＯ３
リチウムヒドロキシド：ＬｉＯＨ→リチウムカーボネート：Ｌｉ２ＣＯ３
マグネシウムヒドリド：ＭｇＨ２→マグネシウムカーボネート：ＭｇＣＯ３
マグネシウムヒドロキシド：Ｍｇ（ＯＨ）２→マグネシウムカーボネート：ＭｇＣＯ３
カリウムヒドリド：ＫＨ→カリウムカーボネート：Ｋ２ＣＯ３
カリウムヒドロキシド：ＫＯＨ→ポタシウムカーボネート：Ｋ２ＣＯ３
ナトリウムヒドリド：ＮａＨ→ナトリウムカーボネート：Ｎａ２ＣＯ３
ナトリウムヒドロキシド：ＮａＯＨ→ナトリウムカーボネート：Ｎａ２ＣＯ３
【００５０】
一実施形態ではカリウムヒドリド（ＫＨ）を使用する。可能であれば、他のアルカリと組み合わせて使用する。ＣＯ２の捕捉の割合（又は速度）を向上させるために、ＭｇＨ２および灰をＫＨと組み合わせて使用することができる。カリウム、ナトリウム、マグネシウムのヒドリド（それぞれ、ＫＨ、ＮａＨおよびＭｇＨ）は、そのヒドロキシドの対応物（ＫＯＨ、ＮａＯＨ、Ｍｇ［ＯＨ］２）よりも高価ではなく、かかるヒドロキシドよりもヒドリド１単位につき大量のカーボネートが得られ、このヒドリドは、より経済的なものとなる。このようなアルカリの組み合わせは、多数の混合容器および多数の反応容器を必要とする。また、特定のヒドリドを使用した場合に副生成物として、いくらかの水素が形成されてもよい。例えば、約９３０Ｌの水素がＮａＨから生じ、約５６０Ｌの水素がＫＨから生じ、これはメタノール中に溶解した２ボンドのヒドリドからそれぞれ生じる。このようなＨ２の流れ（又はストリーム）は排出されずに、本発明の実施形態では、幾つかの可能な場所の１つにおいて、燃料として使用される。例えば、Ｈ２の流れは、発電所の燃焼チャンバに直接的に配送され得るか、あるいは、これは、向上した電力出力のために使用されるＮ２の流れにさらなる熱を提供する補助ヒータ中で燃焼され得る。アルカリの選択および得られるカーボネートは、これらのカーボネートの市場に依存し、そしてカーボネートの価値と比較した場合のアルカリの相対的なコストに依存する。
【００５１】
好ましい実施形態では、フライアッシュ中に存在するアルカリを使用し、これは石炭火力発電所およびバイオマス発電所あるいは石炭火力ボイラおよびバイオマスボイラの煙道ガスから回収した微粉末であり、この煙道ガスが大気中に放出される前のものである。同様に、ボトムアッシュは、煙道を上昇しない石炭またはバイオマスの残留物から得られるものであり、これは、そのための用途が求められる物であるが、これは、未だ重要な廃棄物流である。以下の灰についての議論は、フライアッシュおよびボトムアッシュの両方にあてはまるものであり、同様の化学的な成分、ならびに任意の供給源からの全ての他のアルカリ性灰が含まれる。また、これは、セメントキルンからの主な固形廃棄物、赤泥、要するに供給原料の基本的な定義中に包含される任意の材料にまで及ぶ（下記参照）。
【００５２】
石炭火力発電所で生成される殆どの灰には用途がない。その大半は、ランドフィルに輸送されて処分されるか、あるいは他の価値の低い応用のためのものである。広く使用されている種類の石炭である亜炭からの灰は、１５〜４５％のＳｉＯ２（砂）、２０〜２５％のＡｌＯ３（酸化アルミニウム）、４〜１５％のＦｅ２Ｏ３（酸化鉄）および１５〜４０％のＣａＯ（酸化カルシウム）、最大で５％の未燃焼の炭素を含む。亜歴青炭は、より少ない割合のＣａＯ（５〜３０％）を含むライアッシュを生成する。また、これはアルカリ源としても使用することができるが、同様の炭素捕捉の結果を得るためには、より多くの量の灰が必要である。磁気手段による酸化鉄の除去は、好ましくは灰をその後にメタノール中に懸濁させる場合、メタノールの懸濁液中でＣａＯの量を増加させるのに役立ってもよく、これにより、別の有益な副生成物（酸化鉄）が得られ、この比較的に重たい鉄の除去によって、最終的なカーボネートが負荷された固体の生成物の流れの重量および輸送費が低減される。このフライアッシュ中に含まれるＣａＯは、同一のアルカリであり、これは他人が石灰として購入することのできるものであるが、これに関しては、カルシウムカーボネートを含む石炭の燃焼の副生成物である。従って、ＣａＯは、灰から得られ、さらなるＣＯ２の排出は伴わず、これは発電所が通常に出すものを超えるものではない。対して、製造されたＣａＯを購入することは、このプロセスのカーボンフットプリントを増大させる。なぜなら、ＣａＯを製造することによって、多くのＣＯ２の排出が起こるからである。
【００５３】
炭素の捕捉および分離の方法の一実施形態は、メタノール１２中で灰およびＣＯ２含有煙道ガス１を受け入れ（又はホストし）、実質的には反応容器１０１における水の量を制限する。これによって、上記の反応により、さらに乾燥したより制御可能な（寸法および形状に関して制御可能な）最終生成物が得られ得る。この好ましい実施形態では、最終生成物は、均一な寸法の顆粒であり、これは乾燥後の破砕を殆ど必要としないか、全く必要とせず、「人工石灰岩」が得られ、これは適切な農業の石灰の代替品であり、その一方で、このプロセスによって必要な注入（又はインプット）のエネルギーの量を最小にする。
【００５４】
微細灰粒子を砕く急速な冷却プロセスからのガラス様の灰は有益であってもよく、従って、流れ（又はストリーム）１および４によって反応容器に送達されるＣＯ２および水と、灰中のアルカリとの反応を促進する。この急速な冷却は、好ましくは、まず灰を温めて、次いで、かなり冷却したメタノール中でこれを急速に冷却し、それにより微細灰のガラス様ビーズをそれぞれ破砕することを包含する。温かいメタノール中で反応が起こる場合（可能性がある場合）、次いで、灰の流れのクエンチングは、まず１つの容器内で起こり得、続いて、別の反応容器中でメタノールと灰の溶液を温かいメタノールと混合する。この急速な冷却の前に灰を温めるために必要な熱は、このプロセスの多くの熱回収ポイントの１つから配送され得る。
【００５５】
酸＋塩基の反応は、溶液中にアルカリまたは塩基を含む受け入れ（ホスト）の液体中で起こることが好ましく、これにより、この塩基とＣＯ２＋水（＋少量の一時的な炭酸）（これはアルカリを負荷した溶媒にＣＯ２および水を導入するときに形成される）との間の容易な接触が可能となる。従って、好ましい実施形態は、この反応をもてなすために実質的に非水性の溶媒を使用する。これは、この反応が水を生成するのと同じ速度で、反応容器１０１の頂部から水−メタノールの溶液１０を引き抜き、この水−メタノールの溶液１０を等量の濃い（又はリッチな）（すなわち、実質的には水を含まない）メトキシド５と置換することによって達成される。反応容器への水の流入量は、煙道ガスの含水量や、以前に流入した煙道ガスからのメタノールの溶液中に残存し得る水の量に依存する。
【００５６】
さらに、この酸＋塩基の反応の生成物である水は、メトキシド５が加水分解するのを防止するのに十分な速度で反応容器１０１から引き抜かれる必要がある。ほとんど乾燥した煙道ガス１は、適切な量の水（流れ４）と一緒に、メトキシド５を通過して泡立ち、それにより、ＣＯ２はアルカリと反応して一時的に少量の炭酸１４を形成することができ、また、これは、溶媒１２によって、溶液５中に保持されるアルカリ２と反応する。煙道ガス１が十分な圧力で反応容器１０１に入ることが好ましく、そうすることで、煙道ガス１が受け入れ（ホスト）のメトキシド５を通って上昇し得るようになり、それにより、この煙道ガスの未反応の部分（殆どがＮ２）が反応容器１０１から、殆どがＮ２および蒸発したメタノールの流れ８として出ることができ、これは溶媒濃縮器１０３において濃縮されることによって回収される。煙道ガスの予備冷却ルートに沿って圧力が低下することを説明すると、本発明は、大気圧よりも高い圧力でおそらく２０ｐｉｓａ以下、例えば約１７ｐｓｉａの煙道ガスを受けることを求める。
【００５７】
好ましい実施形態では、非水性の溶媒はアルコールであり、最も好ましくはメタノールである。しかし、任意の他の適切な非水性の溶媒を使用してもよく、これは、その中に溶解されるいくらかの有意な量のアルカリに耐えるものであり、古典的な酸と塩基との反応において生成される任意の塩を沈殿させる。エタノールは、いくらか費用の高い代替品であり、例えばこのプロセスを使用してエタノール工場において製造されるＣＯ２を捕捉および分離する場合には、これを選択してもよい。これに関連して、エタノールは、卸売価格に等しい価格で入手可能であり、製造したエタノールは、輸送を必要としない。この溶媒の目的は、実質的に乾燥した液体中で酸と塩基との反応を生じさせ得ることであり、それにより、塩水、または水中に懸濁したカーボネートの形成を回避し、最終生成物が高い割合で水を含みそれを駆除しなければならないことを回避する。
【００５８】
アルカリ２はメタノール溶媒１２と混合して、メトキシド５、あるいはメタノールと任意の適切なヒドリドまたはヒドロキシドの塩基との溶液を形成し、ここで塩基は懸濁状態である。以下の式は、アルカリ（ＫＨ（すなわちカリウムヒドリド））をメタノールと混合する場合の一般的な化学式の１つの例である：２ＫＨ＋ＭｅＯＨ→２ＭｅＯＫ＋Ｈ２。このメトキシドは、いくつかのアルカリをメタノール中に導入するときに生じる反応の熱を回収して中和するために冷却されてもよい。メトキシドをどの程度まで冷却すべきかの選択は、どのアルカリを選択して、どのカーボネートが反応の最終生成物であるかに依存し、さらに反応容器１０１の温度を制御して反応容器からのメタノールの蒸発を制限するために選択される方法による。
【００５９】
混合容器１０２においてアルカリ２を周囲温度のメタノール１２と混合することによって、２つの化合物が互いに作用するので、熱が形成され、メトキシド５のイオン溶液が得られる。これは、溶媒和した金属水酸化物を含んでいてもよい。この得られる溶液中における反応の熱は、典型的には約２２５ｏＦ〜約３００ｏＦの範囲内であり、回収されて、このプロセスの他の部分（又はセグメント）を温めるために使用され得る。また、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）が混合容器１０２中で形成されるが、その後に分解する場合もあることに留意すべきである。熱回収の後、メトキシド５は、反応容器１０１に送られ、入ってくる水４のストリームと、殆ど乾燥した煙道ガス１（これはメトキシド５を通して泡立つ）とをもてなす。メトキシド５の反応容器１０１への流速、ならびに反応容器１０１から水−メタノールの溶液１０の低温乾燥器２０２（第１の熱交換器２０１を介して）およびこの高温蒸留カラム２０５への流出の流速は、第１に、煙道ガス１の流速およびこの煙道ガスのＣＯ２含量に依存する。第２に、この流速は、反応容器において水が約１０％以下となり得るように厳しく制御される。なぜなら、より多くの水分含量を有するメトキシド媒体は、カーボネート塩を迅速に沈殿させるようなものではないからである。
【００６０】
メトキシド５は、反応容器１０１に入り、その内部に煙道ガスの流れ１および水４を導入する。いくつかの実施形態では、連続した多数の反応容器を使用してもよく、煙道ガスの一定の流れ（又は流量もしくはフロー）を可能とする。好ましい反応容器は、約４０フィートの高さを有し、ステンレス鋼、または適切にコーティングされた炭素鋼、あるいは腐食することなく酸、塩基、水および熱に耐えることのできる任意の他の材料から作製されていてもよい。反応容器１０１は、混合容器１０２に流体接続され、そうすることで、アルカリ−溶媒の懸濁液（ここではメトキシド）が第１のインプットを通して反応容器に入る。本明細書中にさらに詳しく記載されるように、煙道ガスの流れ１は、第２のインプットを通して反応容器１０１内に到達する。この第２のインプットは、メタノールの再生に関連する高温蒸留工程において放出されるその熱含量の幾らかを有するものである。容器内において反応を駆動する基本的な化学的なプロセスは以下の式でまとめることができる。
【００６１】
【化１】
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【００６２】
上記（１）の第１の工程は、実質的に非水性の溶媒中における二酸化炭素ガスの物理的な溶解である。この溶解は、二重の矢印で示す通り、可逆的である。（１）の第２の工程は、かなり少量の水または塩基によるＣＯ２の捕捉であり、少量の一時的な炭酸を形成し、これは、溶媒和されたＣＯ２（ＣＯ２ｓｏｌ）とカーボネートイオンとして最も良く示される。イオンの形成は、溶液のアルカリ度に依存する。反応は迅速であり、実質的には瞬間である。ＣＯ２ｓｏｌの利用度（又はアベイラビリティ）は、ガスカラムにおいて、液体よりも上部でのＣＯ２ｇａｓの分圧（ｐＣＯ２）によって決定される。カーボネートシステムのイオンの形態へのシフトおよびそれらの間でのシフトは、（２）および（３）で示されるイオン化工程によって説明できる。ｐＫａの値は、２つの酸の解離定数の負の対数である。
【００６３】
様々な溶解度の塩は、正しい条件下で形成され得る。一般的なカーボネートは炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムおよび炭酸マグネシウムである。ビカーボネートのうち、最も一般的で安定な化学種は、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）である。
【００６４】
不溶性のカーボネートは、容器から金属の塩（例えば、炭酸カルシウムまたは炭酸カリウム）（これらは底部に沈殿するものである）として除去されるので、反応を続けることができる。溶液のアルカリ度および溶媒中のカーボネートの溶解度によって、カーボネートの形成および沈殿の速度が決定される。従って、実際の反応の操作は、選択されるカーボネート生成物の溶解度に対して、溶媒のアルカリ度ならびに様々な流れの温度、圧力および流速を制御することによって、最適化され得る。化学的な処理（又はプロセスもしくは工程）の分野および科学をよく知る者は、プロセスの条件および構成要素（又はコンポーネント）の配置を変更して最適化して、任意の必要なエネルギーの注入（又は入力もしくはインプット）に対して、アルカリの中和の速度によって測定されるように、開示のプロセスの効率を向上させてもよい。
【００６５】
好ましくは、酸−塩基反応から生成される水は、反応容器中のメタノールの容量の約１０％を超えるべきではない。水の制御は、反応容器から水−溶媒の溶液１０を絶えず引き抜いて、それを純粋な再生されたメタノールと置換することによって達成される。この溶媒再生プロセスは、以下にて詳細に記載する。
【００６６】
アルカリ２と炭酸１４との反応によって、カーボネート６が生成され、これは反応容器１０１の底部に沈殿し、ここで、これはオーガ１０４、あるいは沈殿したカーボネートを機械的に除去することのできる任意の他のデバイスまたはシステムによって除去される。ＫＨをアルカリとして使用する場合、カーボネート６の一部は、メタノール中の溶液中に残存するようであり、水−メタノールの溶液１０とともに放出されて、低温乾燥の間に後に沈降する。この除去された材料は、このプロセスの他の場所から回収される熱による乾燥を受けてもよく、微粉末またはペレットが得られる。反応容器１０１の底部に沈降するカーボネート６は、それとともに、少量のメタノールを運んでもよいが、好ましくは水を運ばない。この反応は、水−メタノール溶液の生成物１０を反応容器１０１の上方に上昇させ、その一方で、沈殿するカーボネート６は底部に向かって沈降する。
【００６７】
従って、反応容器の設計は、上昇する液体および煙道ガスの流れ、ならびに沈降するカーボネートから利益を得る。例えば、メトキシド５および冷たい煙道ガス１は反応容器１０１の底部付近に入り、その一方で、それよりも温かい水−メタノールの溶液１０はその頂部付近から引き抜かれ、不活性ガス（Ｎ２、および場合によってはＯ２）が窒素液化アセンブリ３００のさらなる処理工程に移動する。このことは、図３、およびより詳細には図４に示す。反応容器１０１から放出されるメタノール（水−メタノールの溶液１０の形態）は、カーボネートと一緒に蒸発させることができる。乾燥したカーボネートは、石灰の代替品である肥料として、鉱山の埋め立て（又は再生利用）、道路の充填、または他の産業上の用途において、使用の最終使用者（又はエンドユーザ）に配送される。また、煙道ガスの流れに含まれる実質的な割合の窒素の酸性酸化物は、メトキシド中でアルカリと反応して、窒素を含む様々な塩が得られ、これにはニトリドが挙げられるが、これは限定されない。従って、発電所からの排出が低減される。
【００６８】
炭酸１４とアルカリ２との反応から生成されるカーボネート６は、選択したアルカリに依存する。アルカリがカルシウムの場合、これは人工石灰岩であり、これは農業用の肥料における石灰の代替品として、あるいは製鋼、石油採掘、おむつ（diapers）、ガラス製造において使用され得る。別の可能性のある生成物は、マグネシウムの多いカーボネートであり、これは、ドロマイト質石灰岩の代替品として肥料として使用することができ、石灰の散布を回避することが可能となり、石灰製造の間に放出されるＣＯ２を低減することによって、ＣＯ２排出が回避されることになる。カリウムの多いカーボネートは、別の可能な生成物であり、これは肥料として使用することができ、また、石灰の散布を回避することもできる。本発明の実施形態の他の可能性のある最終生成物は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化カルシウム（Ｃａ３Ｎ２）または窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）を含んでいてもよい（金属が純粋な窒素中で燃焼される場合）。液体窒素生成物の流れからのアルゴン（液体アルゴンとして）の分離は、とりわけ魅力的である。なぜなら、ＬＮ２製造ループ内に低温蒸留カラムが含まれる場合、煙道ガスの約１％のアルゴン含量が高価値の液体のアルゴンの流れを与えるからである。
【００６９】
ＣＯ２を煙道ガス１から除去して、化学的にカーボネート６に変換されると、煙道ガスの残りの部分は殆どが窒素である。流れ８、これは窒素および幾らかのメタノールを含み、反応容器１０１の頂部から放出される。反応が高温であるほど、より多くの気化したメタノールがＮ２ガスとともに放出される。１５０ｏＦよりも高い反応温度によって、過度の量のメタノールが、Ｎ２と共に容器から放出される。従って、反応の熱を制御する必要がある。例えば、反応容器１０１への入口（又はインレット）のメトキシドの流れ５は、予め冷却され得る。あるいは、反応容器１０１は、容器の頂部付近に吊した熱交換器によって内部から、例えば、冷たいＮ２の流れ９を用いて冷却されて、反応容器中の液体を冷却して、そのメタノール含量を濃縮された（液体の）状態で維持することができ、それによって、残りのＮ２の蒸気が、液化のために窒素液化アセンブリ３００へと移動され得る。好ましくは、反応は、１５０ｏＦ付近に到達することが可能であり、幾らかのメタノールの蒸発を許容するが、それが反応容器１０１から出た直後にこのメタノールを溶媒濃縮器１０３中で回収する。
【００７０】
反応容器内において温度を制御する方法は、入口（又はインレット）の流れ（メトキシド、水など）を冷却すること、および／または内部の熱交換器により反応容器中で液体を冷却すること、および／またはこれらの技術の組み合わせを包含し得る。これらの選択肢（又はオプション）は、図１には示していない。このような熱制御システムの工学をよく知る者は、最適な方法を選択する。反応容器を１５０ｏＦよりも低く冷却する必要がある範囲は、反応の速度を最適化する熱力学の計算によって決定されるが、反応容器から過度にメタノールを蒸発させることはない。
【００７１】
溶媒濃縮器１０３を出る流れは、殆どがＮ２７を伴う煙道ガスであるが、これは、また、アルゴンおよび低量のＯ２をも含み得、煙道ガスの供給源に依存する。痕跡量の水またはＣＯ２（ｐｐｍ）は、以下に記載のＮ２の流れ７の液化の前に、モレキュラーシーブ３０５で除去される（図４に示す）。多くのＮ２は、費用効果的に圧縮されて冷却され、従って、当該分野で公知のプロセスによって液化され得て、比較的に高い純度の液体窒素（ＬＮ２）が得られるが標準的な空気の分離のプラントにおいて製造され得るよりもかなり低コストで得られる。このプロセスは、図３および図４に示す窒素液化アセンブリ３００によって行われる。
【００７２】
図２を見ると、溶媒再生アセンブリ２００がより詳細に示される。溶媒再生アセンブリ２００は、反応容器１０１に流体接続されて、第１の熱交換器２０１と、この第１の熱交換器に流体接続される低温乾燥器２０２と、第１の熱交換器に流体接続される高温蒸留器２０５とを含む。追加の熱交換器を使用してもよく、これは、本明細書中に記載される。水−メタノールの溶液１０は、第１の熱交換器２０１に送られる。ここで、これは、高圧（例えば約８００ｐｓｉａ）あるいは以下に記載の電力向上の特徴に適した任意の他の圧力までポンピング（低温ポンプ（図示せず）によりポンピング）された液体Ｎ２９を用いて熱交換によって、深く冷却される。深く冷却された水−メタノールの溶液１０は、次いで、低温乾燥器２０２へと送られ、まさしく、ここで、ほぼ凍った水（これは（少量のメタノールを伴う水の「スラッシュ」）を含む）が低温乾燥器２０２の底部に沈降し、そのほとんどが水である流れ１１が、低温乾燥器２０２の底部２１２から排出され得、ほとんどメタノールの流れが放出されて、この容器の頂部２１１から排出され得る。アルカリとしてＫＨを使用する場合、カーボネートの一部は、低温乾燥器２０２内に沈降する。
【００７３】
いくつかの実施形態では、水−メタノールの流れ１０がメタノールとともに溶液中のカーボネートを運ぶ。これらの固体は、低温乾燥器２０２の底部２１２に向かって沈殿し、機械的な手段によって、容器の底部から除去され、このとき、水−メタノールの流れ１１は、容器２１２のより高い地点からほとんど水として除去される。技術的に実行できる限り、流れ１１および１２はいずれも、固体を運ばないが、これらは、それらとともに、そおとき、開示のプロセス中で移動する。
【００７４】
次に、このほとんどが水の流れ１１は、第２の熱交換器２０３へと移動し、これは、好ましくは、温めるための周囲空気の熱交換器である。流れが溶媒濃縮器１０３から放出された後、他の熱の供給源は、様々な熱輸送の流れ（図１の流れ７など）を含んでいてもよい。この選択は、Ｎ２の流れを予備冷却するのに役立ち、その後、これは液化のための窒素液化アセンブリ３００に到達する。第２の熱交換器２０３から、そのほとんどが水の流れ１１が、第３の熱交換器２０４に入り、ここで、これはメタノールの蒸気３によってさらに温められ、高温蒸留器２０５から排除される。明確にするために、第３の熱交換器２０４は、第２の熱交換器２０３と、蒸留カラム２０５との間に直接的に示す。完全に操作されたバージョンのプロセスでは、第３の熱交換機２０４を蒸留カラム２０５の上方に配置するようであり、これにより、制御バルブ２０７を通過して進む還流溶媒の流れを重力によりカラム内を降下させることが可能となる。あるいは、小さなポンプによって、この還流の流れを２０４から２０５に移動させる。
【００７５】
第３の熱交換器２０４において用いられるメタノールの蒸気３は、好ましくは、約１５０ｏＦ以上であり、実質的には純粋なメタノールの蒸気である。水は、高温蒸留器２０５から回収されてもよく、Ｎ２の流れを温めるのに使用されてもよい。このとき、その発電所４００の出力向上機能への途中で、Ｎ２の流れが第１の熱交換器２０１から出る。なお、このパワーサイクルは、第１の場所において煙道ガスを出して、窒素液化アセンブリ３００に電力（又はパワー）を与えるものである。メタノールの流れ３、これはこの場所（又はポイント）において蒸気であり、そのほとんどが水である流れ１１によって液体に濃縮され、回収されたメタノール１２が、さらにメトキシドを生成するために混合容器１０２へと返送されることを可能にする。この得られるメトキシドの懸濁液は、水をいくらか含んでいてもよい。
【００７６】
この流れ１２（水含量を殆ど含まない）は、乾燥メタノールとして、低温乾燥器２０２の頂部から除去され、第１の熱交換器２０１（その冷たさを回復させる）を通して戻され、次いで、第３の熱交換器２０４を出る戻りの流れと一緒になり、このとき合わされるほとんどがメタノールの流れ１２は、混合容器１０２へと送り返される。流れ１２のリターンフロー（ほとんどが乾燥メタノール）は、第１の熱交換器２０１を通って移動し、液体のＮ２が、反応容器１０１からの水−メタノールの流れ１０を冷却するのを助ける。
【００７７】
低温乾燥器２０２を出て、第２の熱交換器２０３および第３の熱交換器２０４で温められるその殆どが水である流れ１１は、高温蒸留器２０５内で加熱されて、その限定された含量のメタノールの蒸気を排出して、純粋な水を高温蒸留器２０５の底部から出すことを可能にする。この蒸留の熱源は、熱い煙道ガス４１であり、これは、高温蒸留器２０５の底部のリボイラー２０６を通って移動する。この熱い煙道ガスは、かなりのその熱をこの工程に与えるが、未だどこかで使用するために回収され得る熱を十分に残している。高温蒸留器２０５を出る回収された水４のほとんどは、反応容器１０１へと送り返され、そうすることで煙道ガス中のＣＯ２は、図１に示すように、炭酸１４を形成することができる。生成され得るあらゆる余分な水は、１以上の活性炭濾過の層を通して送られ得、これが高温蒸留器２０５を出た後、この水を飲料用にすることができる。あるいは、過剰に回収された水は、水製造の供給源として、このスチームサイクル中で失った水の代わりに、発電所のスチームサイクルに送られ得る。天然ガス火力発電所からの煙道ガスは、水の含量がさらに高く、高温蒸留器２０５から回収される水４を低減することが要求され、反応容器１０１へと戻して、煙道ガス中のＣＯ２とともに炭酸を形成する。
【００７８】
低圧のメタノールの蒸気３は、高温蒸留器２０５（また、蒸留カラムとして知られる）の頂部から出る。この蒸気の熱を使用して、高温蒸留器２０５へと送られる冷たい（ほとんどが水である）流れ１１を予め温める。この熱交換によって、メタノールの蒸気３を濃縮させる。この濃縮されたメタノールの流れの一部は、一種の還流の流れとして高温蒸留器２０５の頂部に送り返され、これは、その下方でそのほとんどが水の混合物中でメタノールを気化するのに役立つ。好ましくは、高温蒸留器２０５の頂部へと送り返される一部の濃縮されたメタノールの流れは、この流れの約１０％である。バルブ２０７を還流ライン上に示すが、これは流れが容器に入る前である。
【００７９】
液体のＮ２の流れ９は、第１の熱交換器２０１を通って移動して、水−メタノールの流れ１０を深く冷却する（約−５０〜−８０ｏＦまで）。液体のＮ２９の第１の熱交換器２０１を通る流速（又はフローレート）によって、この気化した液体のＮ２（ここではＮ２）の出口温度を制御する。好ましい実施形態において、この気化したＮ２は、溶媒濃縮器１０３内で冷媒として役立つのに十分に冷たく、これにより、反応容器１０１を出るそのほとんどがＮ２の流れに含まれるメタノールを濃縮する（図１を参照のこと）。このＮ２のサイドループは、反応容器１０１から流出する流れ８中のメタノールを濃縮するのに役立っていて、これは、第１の熱交換器２０１を出る高圧のＮ２の流れと再び一緒になり、基礎的な電力（又はパワー）製造サイクルの出力を向上させる仕事をするように送られる。溶媒濃縮器１０３は、温かい反応容器１０１から出るＮ２＋メタノールの流れ８の熱含量を回復させ、この熱を第１の熱交換器２０１を出る冷たいＮ２の測流（又はサイドストリーム）９に移動させて、これが、そのパワーサイクルの途中で、主たるＮ２の流れ７と再び一緒になる。これによって、この容器中で酸＋塩基の反応が最も高温の条件で生じさせることが可能となり、Ｎ２の流れ７へと移動される価値のある低級の熱を与え、熱交換器２０１を出るメインのＮ２の流れを再び一緒にすることが示される。この２０１からサブシステム４００へと移動するＮ２の流れの加温は、このサブシステム３００での液化への途中で、溶媒濃縮器１０３を出るＮ２の流れ７の冷却によって達成される。
【００８０】
反応容器１０１から排出される水−メタノールの溶液１０の蒸留は、いくつかの方法、例えば、熱（煙道ガスの熱含量からの熱など）によって、高温蒸留器２０５からメタノールの蒸気を排出するための部分減圧によって増大した熱によって、あるいは蒸気再圧縮法によって起こり得ることに留意すべきである。しかし、全てのこれらの方法は、煙道ガスにおいて入手可能である熱よりも多くの熱を必要とする。その代わりに、本発明は、この湿潤したメタノールの流れを「予め蒸留」し、水−メタノールの溶液１０を深く冷却する。そうすることで、より濃密な水が容器の底部に移動して、これにより、飽和したメタノールの流れが、上記の方法のいずれか１つまたはそれらの任意の組み合わせによってさらに蒸留され得ることとなる。
【００８１】
図２に示す好ましい実施形態は、水−メタノールの溶液１０の蒸留（再生）を達成するために液体のＮ２の形態で貯蔵されるオフピーク電力（又はパワー）に依存する。この低温の蒸留工程は、ほとんどが水の流れを与え、そこから出る残りのメタノールを熱により蒸留する。好ましい２段階（低温および高温）の再生プロセスは、水の割合がメタノールの割合に対して非常に高い場合、例えば、到着するほとんどが水の流れ１１（これは高温蒸留器２０５へと送られる）の場合、水−メタノールの溶液１０を蒸留するためにかなり少ない熱を必要とする。メタノールの生成に必要なネット（又は正味）のエネルギーは、冷却（refrigeration）が本発明の実施形態に含まれる場合には少ない。なぜなら、より広い温度範囲（蒸留の高温側と低温側との間）によって、大量の熱および冷気の回復（又は回収）が可能となるからである。さらに、液体のＮ２の製造によって、大量の低コストの冷却（refrigeration）が提供される。図２は、プロセスの効率を最適化し得るすべての可能な熱回収工程を示さず、１つの制御バルブのみを示すことに留意すべきである。他のバルブ、ゲージ、センサ、機器およびポンプは示さない。他の冷却源、例えば、廃熱および／または火力ヒータによって電力供給されるアンモニア吸収チラー（Ammonia Absorption Chiller）によって生成される冷アンモニアであり、これは、また、図２に示される冷媒の流れの代替に使用され得る。
【００８２】
図３は、いくつかのサブシステムを統合した炭素の捕捉および分離のプロセスおよびシステムの実施形態を示し、これらは、発電所への流入および流出の流れと、サブシステム間の流れとを含む。これらは、炭素捕捉アセンブリ１００と、溶媒再生アセンブリ２００と、窒素液化アセンブリ３００と、電気製造アセンブリ（又は発電アセンブリ）４００とを含む。この最後の部分は、石炭火力およびバイオマスのスチームサイクル、天然ガス燃料を組み合わせたサイクル、ランドフィルガスの火力発電所または嫌気性消化装置による火力発電所、および任意の他の炭化水素燃料のＣＯ２を排出する電気製造システムを含み得る。
【００８３】
ＬＮ２の生成は、供給ガスとして、ほとんどＮ２を用いて、窒素液化アセンブリ３００において生じる。１つの実施例において、５００ＭＷの石炭火力発電所におけるＬＮ２生成の流れは、約３００００トン／日である。この３００００トン／日は、約０．９％のアルゴンを含み、これは、また、価値があり、そしてＬＮ２から分離されて、収入を得るために使用されるものである。好ましい実施形態において、ＬＮ２は、３つの部分に分けられる。第１の部分は、冷却用途のために、外部（又はオフサイト）の最終使用者（又はエンドユーザ）に高価値製品として販売され、油田およびガス田においてこのような資源を井戸ケーシングに移動（および上昇）させるために使用される製品として販売される。
【００８４】
第２の部分は、図２に示すように、低温乾燥によってメタノールを再生するために使用される。この同一のＮ２は、これが熱交換によって気化された後、高圧のストリームとして、発電所のスチームサイクルへと送られ、スチームタービンを通して、マスフローを増加させるか、あるいは発電機を搭載した分離高温ガスエキスパンダへと送られ、従って、さらに燃料を使用することなく、約６．５％の電力出力を向上させる。高圧のＮ２の流れは、まず、ＮＬ２をポンピングして加圧することによって達成され、その熱は、本明細書中に記載され、図２に示される様々な熱回収工程によって、この高圧の流れの中に吸収される。
【００８５】
高圧のＮ２の蒸気を温めるために本発明の実施形態によって提供される熱源としては、以下のものが挙げられる：
図１に示すように、その再生への途中で、反応容器１０１を出る温かい水−溶媒の溶液１０（ここで、熱交換器２０１のＮ２の流れ９と、水−溶媒の溶液の流れ１０との間で熱交換が起こる）；
図１に示す様に、反応容器１０１を出る温かいＮ２（ここで、Ｎ２の流れ９は、溶媒濃縮器１０３中のメタノールを含有するＮ２の流れ８によって温められる）；
煙道ガス１がその熱の一部を高温蒸留カラム２０５に与えた後に煙道ガス１中に残存する熱；
高温蒸留カラム２０５から回収される水４に含まれる熱；
混合容器１０２においてメトキシド５を製造する間において、選択したアルカリ２とメタノール１２との間のイオン反応によって生成される熱；
パワーサイクルでのスチームの濃縮であり、通常は冷却塔によって行われ、冷たいＮ２の流れによって置換されるもの；および
天然ガス火力複合サイクル発電所において、ガスタービンへの周囲の流入空気を冷却するための冷却流として冷たいＮ２を使用することから吸収される熱。
【００８６】
毎日のＬＮ２の製造の第３の部分は、１以上の低温貯蔵タンク３０７中に貯蔵され、ピークパワー需要期間の間に放出されて、電力（又はパワー）製造サイクルをさらに促進させる。この貯蔵されたエネルギーの放出は、まず、ＬＮ２をポンピングして加圧することによって生じ、好ましくは低温ポンプを使用し、次いでこれをこのプロセスのどこかからの廃熱を用いて気化し、次いで高圧の熱いＮ２の流れを発電機を搭載した高温ガスエキスパンダを通して送る。この電力出力によって、ピーク期間の電力出力をさらに約５％増加させて、これにより、１日の残りの間に製造される６．５％の電力増加と組み合わせて、電力が最も大切なときであるピーク出力の期間の間に約１１％の全電力の増大を与える。この電力向上の実施形態で使用するＬＮ２は、好ましくはオフピーク電力（又はパワー）を使用する夜に製造され、後者の電力放出のためのその貯蔵は、発電所規模の電力貯蔵の方法を構成するが、これはバッテリー、フライホイールまたは圧縮空気空洞貯蔵システムを用いない。
【００８７】
この貯蔵および放出の方法は、ピークパワー需要期間の間の流出とともに、電力貯蔵計画を構成し、これは、ＣＯ２の捕捉プロセスの副生成物として製造される低コストの液体窒素を変換して、この回収された窒素の流れを高価格なピーク期間電力へと変換する。例えば、米国特許第７，８２１，１５８号明細書および同第７，８７０，７４６号明細書中に記載の実施形態と同様であり、これらは、そのそれぞれが、本明細書によって、その全体が参照として援用される。熱くて加圧された窒素ガスを電力（又はパワー）に変換する発電機を搭載した高温ガスエキスパンダは、メタノール再生プロセスにおいて温められた第１の部分の窒素を変換するのと同一のエキスパンダであってもよい。
【００８８】
窒素の流れ７は、発電所４００で使用される燃料を燃焼するのに最初に使用された空気（Ｏ２含量を含む燃料の燃焼に使用される空気）から既に分離され、そして、また、燃料の燃焼から空気中に生じる煙道ガス中に含まれるＣＯ２から分離される。反応容器１０１を出る窒素の流れ８に残存する痕跡量の水およびＣＯ２は、モレキュラーシーブ３０５によって除去することができ、好ましくはゼオライトを包含する。水およびＣＯ２を含むＮ２の流れは、実質的には、大気中のものよりも少なく、より小さなモルシーブ吸着材、あるいは頻繁ではないが再生されたものを必要とする。
【００８９】
図４を参照しながら、窒素液化アセンブリ３００をより詳細に示す。図４は、冷媒として、分離Ｎ２ループを使用するＮ２の液化を示し、これは、低温熱交換器３０６において、炭素捕捉アセンブリ１００を出るＮ２の流れを冷却する。Ｎ２の流れ７は、まず、多段コンプレッサ３０２によって示されるように、いくつかの段階で中程度の圧力（例えば約８０ｐｓｉａ）に圧縮され、これは、ドライブシャフト３０９によってコンプレッサに接続されるモータ３０１によって駆動される。１以上のインタークーラおよびアフタークーラ３０３における熱回収の後、この圧縮されたＮ２をモレキュラーシーブ３０５を通して移動させる。図４は、いくつかの位置を示し、ここで、圧縮の熱は、熱交換器（インタークーラおよびアフタークーラ）において回収され、炭素の捕捉および分離のプロセスの他の部分に熱を提供するように使用される。この圧縮されたＮ２の流れは、低温熱交換器３０６へと送られ、ここで、これは、冷媒Ｎ２の流れ（９で示される流れ）を用いた熱交換によって、約−２８０ｏＦに冷却される。この冷却によって、この流れがほとんど液体の相を形成するようにし、これは、低温熱交換器３０６と、貯蔵装置３０７、好ましくは得られるＬＮ２が貯蔵される低温液体貯蔵タンクとの間において、減圧バルブ／圧力制御バルブ２０７を通して送られる。
【００９０】
バルブ２０４を通した減圧によって、９０％超の深く冷却されたＮ２９を液体として貯蔵タンクに入れることができ、１０％未満の流れが、濃くて冷たくて（約−２８０ｏＦ）の蒸気３５として揮発する。この蒸気の部分（フラッシュガス）は、貯蔵タンクを出ることができ、入口（又はインレット）のＮ２の流れを冷却する主たる熱交換器において、小さな冷却源の一部として使用される。その冷気を入口（又はインレット）の流れに与えた後、フラッシュの流れ３５は、さらに、他の流れ（図４に示さず）とともに熱交換によって温められ、スイープガスとして、モレキュラーシーブ３０５に送られ、このモレキュラーシーブ中に捕捉された水およびＣＯ２を除去し、次いで、ベント３０８を通して大気中にベントされる。このベントの流れは、優しいものである。なぜなら、これは、少量の水およびＣＯ２をともなって、ほとんどがＮ２を含む（その主たる成分は空気である）からである。
【００９１】
また、Ｎ２の流れを液化する主たる冷却ループは、冷媒として乾燥Ｎ２（あるいは乾燥空気、または任意の他の適切な流体）を使用するが、液化すべきＮ２のストリームとこの冷媒の流れとを混合させることはない。この独立した冷却ループは、いくつかの段階の圧縮およびいくつかの段階の膨張から成り（全てが単一のシャフト３０９上、あるいは別々に２以上のシャフト上にある）、ここで、電気モータ３０１が、コンプレッサの段階（又はステージ）３０２を駆動し、以下に記載のように、エキスパンダの段階（又はステージ）３０４は、冷却を引き起こす仕事に貢献する。さまざまな段階（又はステージ））のコンプレッサおよびエキスパンダについて示される単一のシャフトの形状は、このような低温冷却システムのまさしく１つの例示の例である。多重シャフト、ならびに圧縮および膨張の機能の位置でのバリエーションについて、他のレイアウトが当業者によって設計され得る。
【００９２】
このコンプレッサの段階（又はステージ）は、低圧の「温められた」冷媒を採用し、これは、低温の熱交換器３０６（これはＮ２の入口（又はインレット）の流れを深く冷却している）を出て、冷媒の流れをいくつかの段階（又はステージ）の圧縮で高圧（例えば、約８００ｐｓｉａ）にし、このとき圧縮の熱は、他の場所で使用するためのインタークーラおよびアフタークーラ３０３で回復されている。周囲温度に近い高圧の冷媒は、次いで、多段エキスパンダ３０４において段階的に膨脹される。これらの膨張は冷媒を約−３００ｏＦに冷却するが、その圧力は約８０ｐｓｉａに下げられている。約−３００ｏＦの冷媒は、熱交換器３０６において、約５０ｏＦのＮ２の流れを約−２８０ｏＦに冷却する。次に、戻りのＮ２の流れ７は、冷媒を約４０ｏＦに温め、上記の通り、連続ループにおいて、これは、再圧縮されて膨張により冷却されることが要求される。本明細書中に記載の開示のプロセスは、上述の可能なバリエーションに加えて、バリエーションを有していてもよい。例えば、入口（又はインレット）のＮ２は、様々な段階において、より高圧に圧縮されてもよく、さまざまな割合の液体を与え、この液体は気化して、ＬＮ２貯蔵タンクに入り、さまざまな量の回収可能な圧縮の熱を与える。圧縮の廃熱および本発明の実施形態からの他の廃熱源によって駆動される吸収チラーは、このＮ２のストリームの予備冷却を提供してもよい。
【００９３】
同様の電力向上（又はパワー向上）は、天然ガス火力複合サイクル発電所において可能であるが、以下の点で異なる：
天然ガス火力発電所は、少ないＣＯ２を生成するので、Ｎ２ストリームは、ＣＯ２の流れに対して、より大きな部分の煙道ガスの流れであること；
冷たいＮ２は、まず、ガスタービンの入口（又はインレット）の空気を冷却するために送られ得ること。次いで、Ｎ２がいったん温められると、これは、本発明の実施形態において、廃熱供給源からより多くの熱を拾い上げるために送られ得、次いで、複合サイクルの流れの一部に送られ得る。
【００９４】
液化サイクルは、Ｎ２の流れのコンプレッサにおいて、および冷媒の流れのコンプレッサにおいて、モータ３０１への電力の供給（又はインプット）、ならびに様々なポンプ、機器およびバルブへの少量の電力の供給（又はインプット）を必要とする。しかし、この電力の要求は、本明細書中に記載のこの電力向上の工程によって実質的には相殺され、これは、カーボネートの総価値、液体窒素および液体アルゴンの販売、回収されたＨ２、ならびに灰からの酸化鉄の可能な回収、および煙道ガスから分離されるＮ２ストリームから生成され得る任意の他の副生成物による埋め合わせよりも多い。いくつかの実施形態では、ＬＮ２の液化は、オフピーク電力需要期間の間においてのみ行われることが適当であり、これは、メタノールの再生および電力向上のシーケンスにおいて使用されるのに十分なＬＮ２および外部で販売するためのさらなるＬＮ２を製造するのに低価値の電力を使用するものである。低温蒸留カラムが含まれる場合（図４には示さない）、次いで、液体のアルゴンをＬＮ２から排出することができ、それによって別の収入となる流れが得られる。
【００９５】
図５を参照しながら、環境修復プロセス（又は環境処置システムまたは環境治癒システム）をここで説明する。環境修復プロセスの例示の実施形態は、アルカリを含む供給原料５０２（本明細書中、「アルカリ性供給原料」と呼ぶ）を二酸化炭素５０１および水５０４とメタノールなどの実質的に非水性の溶媒５１２とともに接触させることを包含する。（用語「二酸化炭素」は、本明細書中、全体を通して、任意の等級の二酸化炭素ガス、および二酸化炭素を含む様々な「煙道ガス」を包含する任意のガスの流れとして使用される。）アルカリ性供給原料５０２は、多くの様々な材料の１以上であってもよく、石炭灰、バイオマスからの灰、都市の焼却炉の灰、廃土、下水処理スラッジ、汚染土、赤泥、鉄の製錬およびセメントキルンの廃棄物などが挙げられるが、これらに限定されず、これらは約５．６以上のｐＨを有するべきである。これらのプロセスは、２つの主要なサブシステムである炭素捕捉アセンブリ５００と溶媒再生アセンブリ６００とによって実施され得る。炭素捕捉アセンブリ５００は、反応容器５０３と混合容器５０７とを含み、また、溶媒濃縮器５１７を含んでいてもよい。溶媒再生アセンブリ６００を図６に関連して本明細書中に詳細に説明する。
【００９６】
予備的な工程として、アルカリ性供給原料５０２は、混合容器５０７中でメタノール溶媒５１２と反応してメトキシド５０５の懸濁液を形成する。二酸化炭素５０１と、水５０４と、メトキシド５０５中に含まれるアルカリ性供給原料５０２との間の反応は、迅速に起こり、そして二酸化炭素５０１およびアルカリ性供給原料５０２をカーボネート５０６および副生成物の水および熱へと効果的に変換する。より具体的には、ＣＯ２の流れ５０１と水の流れ５０４とをメトキシド５０５に導入し、この両方の流れを反応容器５０３に別々にほぼ同時に入れる。この分離によって、両方の流れの流速（又はフローレート）を完全に制御することができ、水のストリーム５０４をＣＯ２の流れ５０１に含まれる任意の少量の水蒸気に応答させて調節することができる。反応容器５０３は、第１のインプット５１３（これは好ましくはインプットバルブである）を通して混合容器５０７から、アルカリ性供給原料５０２と実質的に非水性の溶媒５１２とからなるメトキシドの懸濁液５０５を受容する。反応容器５０３は、第２のインプット５１１を通してＣＯ２の流れ５０１を受容し、第３のインプット５１１ａを通して水を受容し、これらは両方とも好ましくはインプットバルブである。ＣＯ２および水（および少量の一時的な炭酸５１４）と、メトキシド５０５中に含まれるアルカリ性供給原料５０２との間の反応は迅速に生じ、ガス状のＣＯ２５０１およびアルカリ性供給原料５０２をカーボネート５０６と副生成物の水と熱とに効果的に変換する。
【００９７】
混合容器５０７中でアルカリ性供給原料５０２を周囲温度のメタノール５１２と混合することによって、これら２つの化合物の相互作用として熱が生成され、メトキシド５０５のイオン溶液を生成させ、これは溶媒和した金属水酸化物を含み得る。この得られる溶液中において反応の熱は、典型的には約２２５ｏＦ〜約３００ｏＦの範囲内であり、これは、回収されてもよく、このプロセスの他の部分（又はセグメント）を温めるために使用されてもよい。いくつかのジメチルカーボネート（ＤＭＣ）もまた混合容器５０７中で形成されてもよいが、その後に分解することに留意すべきである。熱を回収した後、メトキシド５０５は、反応容器５０３へと送られ、入ってくる水５０４の流れと、ほとんどが乾燥ＣＯ２の流れ５０１とを受け入れ（ホストし）、これは、メトキシド５０５を通して泡立たされる。反応容器５０３へのメトキシド５０５の流速（又はフローレート）、ならびに反応容器５０３から、低温乾燥器６０２（第１の熱交換器６０１を経由する）および高温蒸留カラム６１５への水−メタノールの溶液５１０の流出の流速は、第１に、ＣＯ２の流れ５０１の流速とそのＣＯ２の含量とに依存する。第２に、ＣＯ２の流れの流速は、厳密に調整され、そうすることで生成物の特性および収率に悪影響を及ぼし得る反応容器中への一定量の水は許容しないようになる。
【００９８】
メトキシド５０５は、反応容器５０３に入り、その中にＣＯ２のストリーム５０１および水５０４が導入される。いくつかの実施形態は、連続した多数の反応容器を使用してもよく、それによって煙道ガスの一定フローが可能となる。反応容器５０３の例示の実施形態は、約４０フィートの高さを有し、ステンレス鋼または適切にコーティングされた炭素鋼から作製されてもよく、あるいは腐食することなく、酸、塩基、水および熱に耐えることができる任意の他の材料から作製されてもよい。反応容器５０３は、混合容器５０７に流体接続され、そうすることで、アルカリ−溶媒の懸濁液５１０は、ここではメトキシド５０５が、第１のインプット５１３を通して、反応容器に入るようになる。本明細書中により詳細に記載されるように、ＣＯ２の流れ５０１は、メタノールの再生に関連して、高温蒸留工程においてその熱含量のいくらかを与える第２のインプット５１１を通して、反応容器５０３内に到達する。
【００９９】
この得られるカーボネート化した沈殿物５０６は、オーガ５１６、あるいはカーボネートの沈殿物を機械的に除去するのに適した任意の他のデバイスまたはシステムを用いて、反応容器５０３から機械的に除去されてもよい。いくつかの実施形態において、反応容器５０３中に残存する最大で約１０％の容量の水−メタノールの溶液５１０は、懸濁したカーボネートを含み、これは反応容器の底部に沈降しないが、メタノールの再生プロセスの間に溶液から沈降する。酸と塩基との反応から得られる水は、溶媒とともに溶液を形成するが、この水は、過剰の水を表すものではない。なぜなら、これは、反応を促進するためにそもそも存在していたものであるからである。この水−溶媒の溶液５１０は、フィルタ１１４を通して除去され、これは、より大きな固体が反応容器から出ることを防止し、これは、容器の底部に沈降し、ここで、これらは機械的に除去される。この方法は、さらに、反応容器５０３から水−溶媒の溶液５１０を除去すること、および溶媒５１２から水５０４を分離することを包含する。水−溶媒の溶液５１０の中で有用金属（metallic value）を運ぶこれらの実施形態において、金属６０９は、水５０４とともに分離し、このプロセスのいくつかの位置において回収され得る。この分離および回収のプロセスは、図６に関連して、以下により完全に説明される。この水およびメタノールの溶液５１０は、反応の最適温度を反映する温かい温度で反応容器５０３の頂部付近から引き抜かれ、これによって、反応に必要な時間を最小化する。
【０１００】
このカーボネート化された沈殿物５０６は、このプロセスのどこかから回収した熱による乾燥を受けてもよく、それにより、微粉末またはペレットを与える。反応容器５０３の底部に沈降するカーボネート化された沈殿物５０６は、それとともに、少量のメタノールを運んでもよいが、好ましくは水は運ばない。この反応は、水−メタノールの溶液の生成物５１０を反応容器５０３の上方に上昇させ、その一方で、沈殿するカーボネート５０６は、その底部に向かって沈降する。従って、反応容器５０３の設計は、上昇する液体およびＣＯ２の流れ５０１と、沈降するカーボネート５０６から利益を得る。例えば、メトキシド５０５および冷たいＣＯ２の流れ５０１は、反応容器５０３の底部付近に入り、その一方で、より温かい水−メタノールの溶液５１０は、頂部付近から引き抜かれ、その一方で、不活性ガス５１５（Ｎ２、場合によってはＯ２）は、窒素液化アセンブリ３００における更なる処理工程に進み得る。このことは、図３を参照しながら図４においてより詳細に説明して示す通りである。カーボネートとともに反応容器５０３から出るメタノール（水−メタノールの溶液５１０の形態で）は蒸発させることができる。この乾燥カーボネートは、石灰の代替物として使用するための肥料、鉱山の埋め立て（又は再生利用）、道路の充填または他の産業上の用途において使用するために最終使用者（又はエンドユーザ）に送られ得る。また、煙道ガスの流れに含まれる実質的な割合の窒素の酸性酸化物は、メトキシド中のアルカリと反応して、窒素を含む様々な塩（ニトリドが挙げられるが、これに限定されない）を生成し、従って、発電所からの排出を低減する。
【０１０１】
例示の実施形態は、実質的に非水性の溶媒を使用して、反応をホストする。これは、反応が水を生成するのと同じ速度で、反応容器５０３の頂部から水−メタノールの溶液５１０を引き抜くことと、水−メタノールの溶液５１０を等しい容量の濃い（リッチな）（すなわち、実質的には水を含まない）メトキシド５０５と置換することとによって達成される。反応容器５０３への水の流入量は、ＣＯ２の流れ５０１の含水量と、ＣＯ２の流れ５０１の先の流入からのメタノール中の溶液中に残存し得る水の量とに依存する。
【０１０２】
さらに、酸と塩基との反応の生成物である水は、メトキシド５０５が加水分解することを抑制すように十分な速度で反応容器５０３から引き抜かれる必要がある。このほとんどが乾燥ＣＯ２である流れ５０１が、適切な量の水（流れ５０４）と一緒にメトキシド５０５を通って泡立ち、ＣＯ２をアルカリ性供給原料５０２と反応させて、少量の炭酸５１４を一時的に形成することができ、これは、また、溶媒５１２によって溶液５０５中に保持されるアルカリ性供給原料５０２とも反応する。ＣＯ２の流れ５０１が十分な圧力（例えば、約１６．５ｐｓｉａ）で反応容器５０３に入ることが好ましく、そうすることで、ＣＯ２の流れ５０１は、ホストのメトキシド５０５を通って上昇し得、ＣＯ２の流れの未反応の部分を、ほとんどがＮ２および気化したメタノールの流れ５０８として、反応容器５０３から出ることができ、ここで、メタノールが溶媒濃縮器５１７での濃縮によって回収される。ＣＯ２の流れ５０１の予備冷却ルートに沿う圧力低下を説明すると、このシステムは、約１７ｐｓｉａにおいて煙道ガスを受容することを求める。
【０１０３】
このＣＯ２の流れ５０１からＣＯ２が除去されてカーボネート化された沈殿物５０６へと化学的に変換されると、ＣＯ２の流れ５０１の残りの部分は、ほとんどが窒素である。窒素および幾分かのメタノールを含むストリーム５０８は、反応容器５０３の頂部から出る。反応が高温であるほど、より多くの気化したメタノールがＮ２ガスとともに出る。１５０ｏＦよりも高い反応温度は、あまりにも多くのメタノールをＮ２とともに容器から放出させる。従って、反応の熱は、制御される必要がある。例えば、反応容器５０３への入口（又はインレット）のメトキシドの流れ５０５は、予備冷却され得る。あるいは、反応容器５０３は、例えば冷たいＮ２の流れ５０９を用いて、容器の頂部付近につり下げられた熱交換器によって内部から冷却されてもよく、反応容器５０３内で液体を冷却して、濃縮された（液体の）状態でそのメタノール含量を維持してもよく、それにより、残りのＮ２の蒸気を液化のための窒素液化アセンブリ３００に移動させることができる。好ましくは、反応を１５０ｏＦ付近に到達させて、一部のメタノールの蒸発を許容することができるが、このメタノールが反応容器５０３を出た直後にこのメタノールを溶媒濃縮器５１７中で回収することができる。
【０１０４】
反応容器内で温度を制御する方法は、入口（又はインレット）の流れ（メトキシド、水など）を冷却すること、および／または内部の熱交換器によって反応容器内の液体を冷却すること、および／またはこれらの技術の組み合わせを包含し得る。これらの選択肢は、図５には示していない。このような熱の制御システムの工学をよく知る者は、最適な方法を選択する。反応容器が１５０ｏＦよりも低く冷却される必要がある程度は、反応の速度を最適化する熱力学の計算によって決定されるが、過剰のメタノールの反応容器からの蒸発を引き起こすことはない。
【０１０５】
溶媒濃縮器５１７を出る流れは、ほとんどがＮ２５１５を含む煙道ガスであるが、これは、また、煙道ガスの供給源に依存して、アルゴンおよび低量のＯ２を含み得る。痕跡量（又は微量）の水またはＣＯ２（ｐｐｍ）は、以下に述べる通り、Ｎ２の流れ５１５の液化の前に、モレキュラーシーブ３０５（図４に示す）において除去される。大量のＮ２は、費用効果的に圧縮されて冷却され得、従って、当該分野において公知のプロセスによって液化され得、比較的に高い純度の液体窒素（ＬＮ２）を与えることができるが、標準の空気の分離プラントにおいて製造され得るよりもかなり低コストである。このプロセスは、図３および図４を参照して上記に述べる通り、窒素液化アセンブリ３００によって行われる。
【０１０６】
供給原料として適切な材料は、それらの供給源に独立した特徴の重要な組（又はセット）によって特徴付けられる。全体では、適切な供給原料は、主として乾燥状態で無機の性質を有する小さな粒状の寸法のアモルファスの固体の混合物である。供給原料に必要な乾燥は、カーボネート化された生成物の特徴が悪影響を受けない程度にまで、含水量がメタノール溶媒によって除去され得るようなものである。含水量がこの限界を超える場合、このとき、過剰に湿潤した供給原料は、風乾されてもよく、あるいは沈降または濾過などの物理的な水／固体の分離に付されてもよい。本明細書中、「少量の水」または「非常に少量の水」および「実質的には非水性」などの用語は、カーボネート化された沈殿物の生成物の特徴および収率に悪影響を与える閾値未満の水の量を表す。これは、供給原料、溶媒および生成物に依存する。供給原料を構造的に支持する要素（又はエレメント）は、ガラス型の材料からなる微細な粒子および／または様々な微晶質もしくはアモルファスのシリケートである。化学的な反応性は、塩基性または両親媒性の塩または無機物（又は鉱物、鉱石もしくはミネラル）の存在によって規定される。金属の酸化物および水酸化物は、このような化学種の例である。供給原料のｐＨは、水性カーボネートイオン系の第１のイオン化工程よりも高いことが必要である。一般に、供給原料材料は、約ｐＨ５．６以上、およびより具体的には約ｐＨ７．０以上のｐＨ値によって特徴付けられる。供給原料のｐＨの下限およびこのプロセスの操作の下限をｐＨ５．６付近および／またはｐＨ５．６よりも上に設定することによって、カーボネート化された固体の生成物を雨に対して安定であることが保証される。本明細書中に述べる全ての例は、様々な量のガラス型の材料およびシリケートを含む。環境修復または金属の回収（又は再生利用）を目的として、酸性のスラッジまたは酸性のフライアッシュなどの酸性の材料は、標準のフライアッシュなどのアルカリ性供給原料と混合して、カーボネート化および金属回収またはｐＨの安定化に適したｐＨが調節された材料を生成することができる。
【０１０７】
約５．６のｐＨにおいて、ＣＯ２およびＨＣＯ３−の曲線は交差する。また、このポイントは「理想」の雨のｐＨ値を示す。このポイントから、それ以上の高いｐＨ値では、このカーボネートのシステム（又は系）は、ＣＯ２を結合させる能力、すなわち、現在の地球の大気からＣＯ２を除去する能力を有する。より低いｐＨにおいて、ＣＯ２は遊離し（又は自由になり）、大気中へと排出される。この理由から、地球化学的な意義において、ＣＯ２を分離（又は隔離）するための開示のプロセスの適用性の理論的な下限は、供給原料のｐＨが約５．７ある。フライアッシュの二酸化炭素結合効率は、ＣａＣＯ３のレベルまで実証されていて、図５において、これは約ｐＨ９においてである。
【０１０８】
一般に、セメントのＣＯ２結合能力は、以下のスタイナーの等式（４）を用いて計算することができる。ここで、重量％でのＣＯ２の結合は、カルシウム、ナトリウムおよびカリウムの酸化物に基づいて見積もられる。スタイナーの等式は、同様に灰において妥当性を有し、一般に「セメント」様の材料に適用され得ることが示されている。三酸化硫黄のように硫黄は、ＣＯ２の結合を減少させる。ｐＨ範囲の検討の一部として、他の金属の酸化物の存在は、ある役割を演じ得る。これは、酸化マグネシウムおよびアルカリの形態のアルミニウムおよびチタンの酸化物を含み得る。一方、例えば、赤泥において、アルミネートは、ＣＯ２結合のための塩基の供給源とは考えられない。これは、このさらなるｐＨ低下作用が、ＣＯ２の曝露の間に援助し得る。
（４）ＣＯ２（ｗ％）＝０．７８５（ＣａＯ２−０．７ＳＯ３）＋１．０９Ｎａ２Ｏ＋０．９３Ｋ２Ｏ
【０１０９】
ＣＯ２／ＣＯ３２−のシステム（又は系）の特徴に基づいて、供給原料は、様々な程度の効率で炭酸の第１のイオン化の工程に近いｐＨレベルまでＣＯ２を消費することができる。ベンチマークとして水を使用すると、約５．６のｐＨにおいて、ビカーボネートの形成は有効となり、ＣＯ２は、ｐＨがこの値よりもかなり下側に低下するまで、このような系中に吸収され得る。固体または溶液などのカーボネート化された媒体の安定性の検討に関して、「きれいな雨」のｐＨは、開示のプロセスから誘導されたカーボネート化された生成物の環境上の安定性を規定する下限であると考えられた。このｐＨは、約５．６であり、大気のＣＯ２の分圧によって得られる雨中での炭酸の濃縮の結果である。開示のプロセスの間でのカーボネート固体の形成の存在下では、最適ｐＨは５．６よりもかなり高くてもよく、プロセスの制御において最適値についてモニタリングされなければならい。これは、このｐＨの範囲が、石灰岩などの固体の形成、あるいはこの供給原料からの経済学的または毒物学的に関連する金属塩の回収に最適化され得ることを意味する。ｐＨ範囲の制御は、例えば、カーボネーションプロセスの持続によって達成され得る。しかし、詳細は、各種の供給原料（例えば、様々なフライアッシュ）またはこの開示のプロセスの特定の用途内においてでさえも変動し得る。強調すると、開示のプロセスの実行可能性によって選択されるより低いｐＨの値を選択したことによって、広範なバラエティの供給原料を収容し、その限界は、カーボネート系の大気の安定性へと設定された。
【０１１０】
溶液または固体の酸性度とアルカリ度との間には差があることに留意すべきである。一方、関連して、アルカリ度とは、ある系（しばしばＣＯ２／ＣＯ３２−の緩衝液の系に関して）のｐＨ値の変化に耐える系の能力として説明される。この開示のプロセスにおいて、これは物質収支（又はマスバランス）のことであり、ある系が耐えるｐＨの変化のことではない。フライアッシュの場合において、炭素結合能は、厳密な物質収支の等式であるスタイナーの式（上記参照）を用いて決定され得る。アルカリ度は、カーボネーションの間の反応の挙動を決定することができる。
【０１１１】
環境修復プロセスの実施形態の主要な用途の１つは、供給原料源５５０（石炭火力発電所、都市固形廃棄物焼却炉（ＭＳＷＩ）およびパルプ工場など）の二酸化炭素の排出およびフライアッシュの生成の処置（又は修復）（remediation）である。これらの例において、ＣＯ２供給源は、固定量の環境に負荷を与える（environmentally challenging）フライアッシュを生成し、これは、この場所（又は領地）で生成される二酸化炭素を利用して中和することができる。これらの生成物は、人工石灰岩の基材ならびに危険もしくは価値のある金属の分離した残渣である。人工石灰岩の基材は、様々な用途、例えば、農業における土（又は土壌）の捕捉物質、自然景観、建築および土（又は土壌）の安定化として適している。回収される金属（価値のあるものも、危険なものもある）は、さらなる処理のために除去される。
【０１１２】
供給原料源５５０の１つの例は、石炭火力発電所からの廃棄物であり、ここでは、アルカリ性供給原料は石炭からのフライアッシュである。ＣａＯ（酸化カルシウム）は、ＣＯ２に対して反応性を提供する石炭灰中に見出される原則の金属酸化物である。しばしば、これは、フライアッシュ中に存在する最も豊富な塩基性の金属酸化物である。カルシウムに加えて、他の塩基性の金属酸化物は、バリウム、ストリンチウムまたはマグネシウムの酸化物または水酸化物を含み得る。石炭によってもたらされるフライアッシュの組成は、複雑であり、高く変動し得る。この等級の石炭およびその地理的な起源は、フライアッシュの組成および鉱物特性において重要な役割を担う。例示の実施形態では、ＣＯ２はフライアッシュによって、主にカルシウムまたはカルシウム−マグネシウムのカーボネートとして結合される。カーボネーションのレベルに依存して、様々な他のカーボネートが形成されることが期待される。これは、アルカリのカーボネートおよびビカーボネート、鉄カーボネート、マグネシウムカーボネートなどを含むことができる。
【０１１３】
供給原料源５５０の別の例は、都市固形廃棄物焼却炉である。ＭＳＷＩからのライアッシュは、原則の金属の塩基として酸化カルシウムを含む。石炭に対して、ＭＳＷＩフライアッシュの鉱物特性は、複雑さが少ないようであるが、これは、同様に潜在的に高レベルの重金属を含む。フライアッシュとＭＳＷＩの灰との間の類似性に基づいて、ＭＳＷＩの灰中の浸出可能な金属は、メタノール性の液相中に移動することが期待され、金属の浸出可能な重金属の含有量を減少させて、これらの金属をメタノール性の反応媒体によって回収するのに利用可能になる。
【０１１４】
パルプ工場の廃棄物流は、別の可能な供給原料源５５０である。パルプ工場などの木材加工に由来する灰は、高レベルの酸化カルシウムを含み、ガラス／セラミック型の材料およびシリケートによって構造的に支持される。酸化カルシウムの含有量は、燃やされる木の種類に依存する（例えば、オーク、バーチ、パイン）。木材由来のフライアッシュは、容易にカーボネート化され、様々な重金属を含み得る。重金属は、プラントの要素（plant matter）中に痕跡量の形態で含まれ、また、プラントの要素への埃の付着によって入る。木材および木材の破片を燃やすことにより、元々の質量が減少して少量となり、灰中で金属を濃縮する。フライアッシュの別の供給原料源５５０は、セメントキルンである。セメントキルンにおいて、ＣａＯは、そのカーボネートの石の脱カルボキシル化の点よりも高い点で石灰石を加熱することによって製造される。熱を発生させるために、大量の石炭または他の燃料が燃やされる。この理由から、セメントキルンに存在する２つの大きなＣＯ２の供給源、バーナー、および実際のＣａＯの製造からの排気が存在する。この筋書き（又はシナリオ）において、この開示の環境修復プロセスを利用して２つの問題を解決することができる。
【０１１５】
この開示のプロセスを採用することで、炉によって生成されるフライアッシュをカーボネート化すること、および／または石灰岩を脱気することによって、あらゆる煙道ガスの流れからＣＯ２を除去することができる。フライアッシュは、製造されるセメントの種類およびセメント工場の操作に応じて、セメントまたはセメント前駆体に添加するための良好な基材であり得ることが十分に確立されている。別の検討は、セメント工場が残土（又はスポイル）を生成することであり、これは、開示の環境修復プロセスへの適切な供給原料となり得る。アルコール性の溶媒は、同様に供給原料の有機負荷の減少を援助し得ることに留意すべきである。なぜなら、特定量の危険な有機材料、例えば、揮発性有機化合物（ＶＯＣ類）、フーゼル油、芳香族炭化水素類、ダイオキシン類などは、アルコール性の溶媒中に少なくとも部分的に溶解することが期待されるからである。これらの有機材料は、メタノールの再生プロセスの間に適切に処分するために回収され得る。
【０１１６】
別の可能な供給原料である赤泥は、ボーキサイトからの酸化アルミニウムの抽出の間に発生する最初の廃棄物生成物である。バイヤー抽出プロセスの結果として、赤泥中の液相のアルカリ度の主たる供給源は、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）である。固相のアルカリ度は、カルシウムアルミネートなどの化学種から誘導される。赤泥の含水量は高く、そして、処置（又は修復）の目的では、これは、しばしば、濾過されて、より多くの固体を含むスラリーを過度の液体を含むものから分離する。赤泥中に見出される一般の無機の化学種は、シリケートや、アルミニウム、鉄およびチタンの酸化物、ならびに様々なカルシウムおよびナトリウムの化学種である。
【０１１７】
液体のカーボネーション（又はカーボネート化）において形成される主たるカーボネートは、ナトリウムカーボネート（Ｎａ２ＣＯ３）である。固体のカーボネート化は、カルシウムおよびナトリウムのカーボネートを主に形成する。さらに別の本発明の実施形態では、下水処理プラントで生成されるバイオマス（スラッジ）は、供給原料として役立つことができる。下水処理プラントのスラッジは、別の重要な廃棄物の負荷（又はチャレンジ）を示す。その一方で、下水スラッジのホスフェートの含有量は、望ましい肥料の供給源となり得る。しかし、重金属およびスラッジのバイオハザードの負荷は顕著である。下水処理プラントからのスラッジが肥料として使用され得る前に広範囲にわたる処理が必要である。このような処理は、他の処理の中でも、ライミング、焼却、熱溶解、または金属の酸抽出を含んでいてもよい。しばしば、これらの工程の組み合わせが含まれる。
【０１１８】
スラッジ焼却からの灰は、４０％超の酸化カルシウムを含み得るが、典型的には、酸化カルシウムのレベルは、ほとんどの石炭の灰と同様であり、このような灰のバルクの組成は、石炭またはＭＳＷＩの灰からと同様にほとんど異ならない。しかし、痕跡量の元素のレベルは、増大し、希土類元素は、濃縮されたレベルで存在し得る。なぜなら、本発明は、灰材料から金属を浸出して灰のｐＨを安定化するからであり、下水プラントからのバイオマスは、開示のプロセスの供給原料の別の例示である。十分に乾燥した形態において、スラッジは、開示のプロセスにおいて、直接的にカーボネート化されてもよい。焼却される場合、焼却からの煙道ガスを灰の石灰化に利用することができ、その一方で、分離処理工程なしで浸出可能な金属の含有量を減少させる。さらに、バイオマスの燃焼からの残りの熱は、これらのプロセスに電力（又はパワー）を石炭火力発電所のそれと調和する方法で供給することができる。
【０１１９】
さらに、下水処理プラントは、嫌気性消化装置を用いて、湿ったガスの流れを生成し、これは５０％超のＣＯ２を含むことができるものであり、この流れの残りの大半はメタンである。本発明の一実施形態において、このような嫌気性消化装置のガスは、まず、開示のプロセスを通して送られ、ここで、このガス中のＣＯ２は、そのほとんどが固体の供給原料(スラッジ)（これも同一の下水処理プラントで製造される）をカーボネート化する。次いで、そのほとんどが純粋なメタンを、電力（又はパワー）を製造する原動機において燃料として使用する。燃焼の生成物は、反応容器に入るＣＯ２の流れに添加される。従って、この実施形態は、ゼロＣＯ２排出を有する包括的なプロセスを与え、スラッジ処理 (これは肥料および回収可能な金属を製造する)を低減し、そして電気の形態で「再生可能な」エネルギーを製造する。さらに、下水スラッジは、灰と混合することができ、その後、石灰化したスラッジを直接的に形成するためのカーボネーションプロセスに直接的に供され、スラッジを予め焼却することはない。
【０１２０】
環境修復プロセスの実施形態への赤泥の適合性が本質的に与えられる。なぜなら、これは赤泥の高い塩基度が原因であり、なおかつセーターベースのカーボネーションモデルが赤泥のｐＨの処置（又は修復）という意味で炭素の分離（又は隔離）の可能性を実証しているからである。しかし、水ベースの用途は、ｐＨが低減された大量の泥の発生を受け、これは、新たな処分の問題を生む。この泥の処分の問題は、乾燥した粉末の最終生成物を与える開示のプロセスの適用によって完全に回避される。中和の前に赤泥の風乾が実行できる場合、次いで、風乾された赤泥は、良好な供給原料であり、濾過された、または濾過されていない湿潤した赤泥よりも好ましい。
【０１２１】
汚染土は、この開示の環境修復プロセス、例えば「スーパーファンド」の土（又は土壌）の修復（又は処置）の筋書き（又はシナリオ）の少なくとも２つの場合において、適した供給原料である。第１の筋書きは、高く塩基性となった土（又は土壌）あるいはそのｐＨ緩衝能力を失った土（又は土壌）のｐＨの安定化に関する。例は、廃棄物の沼（尾を引く池）および他の産業用地を囲む土（又は土壌）である。別の筋書きは、例えば、ヒ素、ゲルマニウム、ウラン、水銀、ニッケルまたはバナジウムなどの重金属が負荷されることとなった土（又は土壌）の浄化である。この場合、メタノールでのカーボネーションは、ｐＨおよび／または他の塩の溶解性の効果に基づいて、土（又は土壌）から重金属を浸出させて、これらの重金属の単離および回収が可能となる。
【０１２２】
例示の実施形態において、ＣＯ２の流れは、煙道ガス５０１をメトキシドの懸濁液５０５に導入することによって提供され得、そうすることで、この得られるカーボネート５０６は、煙道ガス中の二酸化硫黄と反応して亜硫酸カルシウムを形成する。従って、アルカリ性供給原料５０２がフライアッシュである場合、フライアッシュ中のカルシウムは、カーボンニュートラルの様式でＳＯ２と反応することができる。脱硫プロセスのカルシウムカーボネートは、フライアッシュからインサイチュで形成され、脱硫基材の製造および輸送を必要としない。硫黄の多い煙道ガスの供給源の場合、２段階のプロセスが予想され得、ここで、第１の工程でＣＯ２を結合し、第２の工程で脱硫する。
【０１２３】
【化２】
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【０１２４】
等式５に示すとおり、供給原料中に存在するＣａＯは、カーボネートとして、廃棄物ガスのＣＯ２と結合して、カーボネート化された生成物を形成する。二酸化硫黄の存在下では、このカーボネートが後に反応して亜硫酸カルシウムを形成する。この第２の工程は、石炭火力発電所における煙道ガス脱硫の基礎である。供えられた脱硫工程とは異なり、開示のプロセスからのこの結果は、カーボンニュートラルであり、脱硫は、この開示のプロセスに本質的である。従来の煙道ガス脱硫とは異なり、この特徴によって、過剰に製造される石灰石の必要を排除する。ここで、化石のＣＯ２が石炭の燃焼のＣＯ２に加えて遊離する（又は自由になる）。図５に示される水は、反応の水であり、このとき、その一部はこの転化に必要とされるようである。その必要な水の量は状況によるものであり、供給原料および煙道ガスの硫黄の負荷に依存し得る。しかし、ほとんどの煙道ガスにおいて、水は、少なくともパーセントレベルの濃度で存在し、その結果、これは、反応を起こすのに利用できる十分な水が典型的に存在することが仮定され得る。この脱硫を超えて、開示のプロセスは、灰の処置および石炭のフライアッシュからの金属塩の回収を達成し、カーボンニュートラルな様式でＳＯ２と反応し得る。この実施形態は、公知の脱硫プロセスに対して、顕著な利点を提供し、これは、高カルシウム含料の石を利用して、高硫黄の石炭火力発電所および石油火力発電所からの放出ガスを脱硫する。公知のプロセスにおいて、発電所のカーボンフットプリントを増加させる石炭の燃焼の間に発生するＣＯ２に加えて化石のＣＯ２が遊離する（又は自由になる）。さらに、この種の脱硫において、一般に用いられる溶媒は水であり、湿潤した材料を生成し、これは乾燥して生成物を仕上げるために顕著なエネルギーの注入（又はインプット）を必要とする。
【０１２５】
上記の実施形態の多くにおいて、供給原料およびＣＯ２の供給源は、同じ場所で製造されることが仮定された。例示の実施形態は、基材をＣＯ２の供給源に輸送し、この供給原料の一部を有用な固体の生成物に変換するための環境修復プロセスを使用し、さらなる処理のために特定の危険で高価値の回収可能な材料を単離し、この供給源でのＣＯ２の排出を軽減する。このモデルの１つの例は、石炭火力発電所に由来するフライアッシュ（あるいは他の供給源からの灰）を天然ガス火力複合サイクル発電所に輸送することであり、これらは、この開示のプロセスにあわせて改造される。例えば、単一の５００ＭＷの複合サイクルの発電所の全てのＣＯ２の出力（又は排出もしくはアプトプット）は、２つの５００ＭＷの石炭火力発電所のフライアッシュの出力によって軽減することができ、この複合サイクルの発電所を「ゼロエミッション」の設備に変換して、２つの石炭火力発電所からの灰の出力（又はアウトプット）の生産用途を可能とする。ここで、この灰の出力が処分のための特定のランドフィルに送られる場合、次いで、この複合サイクルの発電所への灰の輸送に関するＣＯ２のフットプリントは、本質的に同一のままである。各第３の石炭火力発電所（本質的には最も古く、効率の最も低いもの）が天然ガス火力複合サイクル発電所に置換される場合、および残りの２つの石炭火力発電所が、この「置換」の複合サイクル発電所において、開示の実施形態に灰を供給する場合、ネット（又は正味）のＣＯ２排出の減少は３３％である。残りの石炭火力発電所において生成される、より少ない量の灰の生産用途は、等しく重要な成果となる。
【０１２６】
多くのランドフィルの用地では、現在、その用地で燃焼される成分の分解によって、ランドフィルで発生したランドフィルガス（ＬＦＧ）から発電する。これらの「ＬＦＧ−ｔｏ−ｋＷ」の施設は、煙道ガス中にＣＯ２を発生し、これは燃焼プロセスの生成物であり、ＣＯ２は、生成されるＬＦＧの重要な（５０％を超える）部分である。複合サイクル発電所について記載した通り、基材のこのようなＬＦＧ用地への輸送によって、「ゼロエミッション」の形を作ることができ、固体の有用な生成物の流れを生じさせることができる。灰を埋める代わりに、ランドフィルの能力を取り上げて、この灰を使用して、ランドフィルのＣＯ２出力を軽減し、価値のある固体の生成物（単数または複数）を与える。上記のように、灰をその生成用地から、この開示のプロセスの「再生利用」の設備に移動させる輸送に関するＣＯ２の「コスト」は変わらない。
【０１２７】
例示の実施形態において、環境修復プロセスで得られるカーボネート化された沈殿物５０６は、鉄製錬プロセスにおいて使用され得る。石炭の燃焼は、有意量の鉄の無機物（又は鉱物、鉱石もしくはミネラル）を含むフライアッシュを発生し得る。図７に示す通り、フライアッシュは、磁気分離器を利用して、その特定成分の磁気特性に基づいて磁気によってフラクションへと分離され得る。分離器の磁石によって回収されるフラクションでは、酸化鉄が濃縮され、一方で、残りの成分では鉄が枯渇している。鉄が濃縮された成分のカーボネーションの際には、鉄基材のカーボネートが生成され、これは、鉄製錬プロセスにおいて直接的に利用され得る。鉄が枯渇した成分は、カーボネーションに供されて、従来の様式のカーボネートを生成する。
【０１２８】
より具体的には、図７に示す通り、金属回収方法の実施形態は、磁気分離器７０１中の供給原料５０２を磁気の流れ（磁気の灰など）７０２と非磁気の流れ７０３とに分離する。後者を反応アレイ５００（炭素捕捉アセンブリ５００として図５中により完全に示す）中で処理して、本明細書中に記載のカーボネート化された沈殿物５０６（人工石灰岩など）を得る。磁気の流れ７０２を分離反応アレイ５００で処理して、鉄基材のカーボネート７０４を与え、これは鉄の製錬所７０５に送られ、ここで基材７０４は、酸化鉄およびカーボネートを鉄の精錬および製造プロセスに有益に貢献する。
【０１２９】
表１に示す通り、フライアッシュは、ＣＯ２負荷能力の有意な損失はなく、磁気によって濃縮され得る。
【０１３０】
【表１】
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【０１３１】
カーボネートは鉄の精錬に広く使用され、酸化鉄の金属鉄への還元を促進する。これらは、それと同時に、酸素および炭素の供給源である。さらに、カルシウムを含む材料での鉄鉱石のロースティングは、鉄鉱石からのバナジウムの回収を促進する。開示の環境修復プロセスは、カーボネート化されてカルシウムが多く、カーボネートとバナジウムとを含む材料を生成する。従って、この開示のプロセスで製造されたカーボネート化されたフライアッシュは、鉄のロースティングプロセスに理想の材料であり、このとき、石炭中に含まれるバナジウムが、鉄製錬プロセスにおいて回収され得る。フライアッシュの鉄の含有量が十分に高く、１５重量％超の鉄の場合、このとき、この磁気分離は省略されてもよい。高バナジウム含有量のフライアッシュなどの他の要因に依存して、フライアッシュは、同様に任意の磁気分離なく、鉄製錬プロセスにおいて直接的に利用され得る。磁気分離の正確な範囲および高バナジウム含有量に寄与するものは、原材料のコストまたは戦略的な供給の問題などの経済の要因に大きく依存する。
【０１３２】
鉄製造産業において、カーボネート化されたフライアッシュを用いることによって、この開示のプロセスの物理的な位置は、フライアッシュの供給源から鉄製錬所へと移動され得る。この点において、全てのフライアッシュは、その場でカーボネート化することができ、このカーボネート化された生成物の仕上げ（又はフィニッシング）が要求することは、技術的な性質のものだけである。なぜなら、このカーボネート化されたフライアッシュは、環境中に分配されないが、技術的なプロセスに用いられるからである。さらに、フライアッシュの流れは、磁気分離器７０１を通してフライアッシュを通過させることによって、磁気および非磁気の流れへと分離され得る（図７参照）。この得られる鉄の少ないフライアッシュは、フライアッシュの発生場所でカーボネート化することができ、例えば農業用途の最終製品を生成する。この鉄が濃縮された流れを鉄の製錬所に輸送することができ、ここで、これを製錬所のＣＯ２廃棄物流を利用してカーボネート化することができ、鉄のロースティングプロセスに直接に送ることができる。このカーボンフットプリントの減少は、炭素の供給源として、カーボネート岩石からの化石のカーボネートではなく、人造のＣＯ２を利用することに由来する。フライアッシュの処分の問題は、同様に解決される。なぜなら、フライアッシュの有意な成分は、無機物（又は鉱物、鉱石もしくはミネラル）および鉄製造の炭素供給源として使用することができるからである。
【０１３３】
例示の実施形態は、廃棄物から金属を回収するために使用され得る。岩石、土（又は土壌）および灰では、金属は、ほとんどはその元素の形態では生じない。これらは塩または無機物（又は鉱物、鉱石もしくはミネラル）として存在する。典型的には、これらの塩および無機物は、シリケート、ヒドロキシド、オキシド、クロリド、ホスフェートなどである。これらの塩のいくらかは集合して、事実上、不溶性の無機構造を形成するが、その一方で、他方は、様々な溶解度を有する塩の形態のままである。浸出、回収および再生利用に関する用語「金属」は、金属塩または無機物（又はミネラル、鉱物もしくは鉱石）を指す。「金属分」とは、すべてのその形態、塩であろうとも、他の金属種または元素の形態での金属を指す。従って、開示のプロセスの１つの有意な利点は、ＣＯ２の吸収に加えて、廃棄物流から価値のある金属の「採掘」（又はマイニング）である。
【０１３４】
灰の場合、灰の供給源の元々の重量の１０％〜２０％のみが燃焼後に灰中に残存する。全ての揮発性の材料は、例えば水またはＣＯ２として燃焼中にほとんど失われる。これによって、灰の金属の含有量は、最初の可燃性の材料に対して、５〜１０の数（又はファクター）だけ増加する。一般にフライアッシュの組成は変動する。実際の化学の形態から独立して、フライアッシュの基本成分は、対応する酸化物の重量％で示される。典型的な主要な構成成分およびその範囲は、ＳｉＯ２（シリカ、５〜６０％）、Ｆｅ２Ｏ３（鉄の塩、２〜５０％）、ＣａＯ（酸化カルシウム、２〜４５％）、ＳＯ３（三酸化硫黄としての硫黄、１〜２０％）、Ａ１２Ｏ３（アルミナ、５〜３０％）である。他の主要な化学種は、ナトリウム、マグネシウム、リン、チタンおよびカリウムの酸化物である。
【０１３５】
灰などの複雑な混合物を水などの溶媒に曝す場合、灰中に存在する塩は、その溶解度に応じて溶媒中に放出される。このプロセスは煩雑であり、そして浸出と呼ばれ、これは金属塩の溶解のことである。いったん浸出が起こると、イオンが交換し得て、少なくてより多くの溶解性の金属塩を形成することができ、異なる浸出挙動が生じる。カーボネーションの反応の場合、塩化バリウムなどの前もって可溶性の金属塩は、かなり溶解度の低いカーボネートを形成し得、その後、浸出可能な化学種として利用できることは少なくなり得る。ウランの塩が例であり、ここでカーボネートは、特定の条件下で、より可溶性の形態であり得る。この例は、また、特定の溶液のプロセスのｐＨ依存性を強調する。ウランの場合、より安定の形態は、ウラミルホスフェート種であるが、このホスフェートの対イオンの溶解性はｐＨ依存性である。スラリーのｐＨが減少するにつれて、ホスフェートは、ウラミウム塩の全体の溶解度を減少させる無機物（又は鉱物、鉱石もしくはミネラル）の粒子上に段々と吸収（又は吸着）されるようになる。未だ、カーボネートイオンの存在下、ウラミルカーボネートの形成が実行可能となり、サンプル中に存在するウランに浸出の経路を提供する。カーボネートイオンは、記載の金属回収方法において利用可能であるので、この開示の方法は、汚染土からウランの除去を促進し得る。
【０１３６】
図５は、また、例示の金属回収方法を示し、これは、メタノールなどの実質的に非水性の溶媒５１２とともに、二酸化炭素の流れ５０１および水５０４と供給原料または廃棄物流５０２とを接触させることを包含する。本明細書中により詳細に記載される通り、廃棄物流は、アルカリ性供給原料と、塩または無機物（又は鉱物、鉱石もしくはミネラル）の形態で濃縮された１以上の金属とを含む。廃棄物流５０２は、メタノール５１２と反応して、メトキシド５０５の懸濁液を形成する。二酸化炭素５０１と、水５０４と、メトキシド５０５中に含まれる廃棄物流５０２中の濃縮された金属との間の反応は、迅速に起こり（１秒未満の場合もある）、二酸化炭素５０１と濃縮された金属とをカーボネート５０６と、図６およびこの図の説明においてより完全に説明される湿潤したメタノールの流れとともに移動する金属と、副生成物の水と、熱とに効果的に変換する。この得られるカーボネート化された沈殿物５０６を機械的に反応容器５０３から移動させてもよい。この得られる金属（図６に関して、以下により完全に説明されるもの）は、精製金属または精製金属塩の製造に適している。精製金属に適しているとは、経済的な検討に基づいて、商業的に価値のある金属を回収する目的で、さらに処理することを正当化するためにｐｐｍで測定されるほど十分に高い金属濃度と定義される。管理された危険な廃棄物の処分に適しているとは、高温焼却または他の公知かつ認可された毒性金属の処分の規約（又はプロトコル）などの方法によって処分される商業価値のない毒性金属と定義される。
【０１３７】
塩の性質に依存して、所定の固体／上澄み溶液のマトリクス中での最適な溶解度は、溶液媒体の酸性、中性または塩基性のｐＨ値で達成され得る。これらの場合において、開示のプロセスの間の溶媒のｐＨの修正によって、問題の金属塩によるカーボネートの形成とは独立して、溶解度の向上を支援し得る。この操作において、これは、ＣＯ２の暴露の制御によって達成され得る。残りの水−メタノールの溶液５１０のいくらかは、メタノールの再生プロセスの一部として溶液から沈降する懸濁したカーボネート化された沈殿物５０６を含み得る。水−メタノールの溶液５１０は除去されてもよく、水はこのメタノール溶媒から分離される。
【０１３８】
廃棄物流中の濃縮される金属の一部は、ヒ素、水銀、鉛、バナジウムおよびニッケルである。上述の通り、汚染土を廃棄物流として使用する場合、ウラン、水銀またはヒ素などの重金属は土（又は土壌）中に含まれる。開示の金属回収方法のメタノールによるカーボネーションは、ｐＨおよび／または他の塩の溶解度の効果に基づいて、土（又は土壌）から重金属を浸出させて、これらの重金属の単離および回収が可能となる。
【０１３９】
浸出可能な金属は、特定の範囲へのカーボネーションの間に灰から除去されるので、その得られるカーボネート化された生成物は、毒性の金属を環境中に負荷することは少ないようである。具体的には、この点において、金属の毒性は減少される。なぜなら、浸出可能な危険で価値のある金属は、反応器の操作の間に液相５１０によって懸濁したカーボネートの沈殿物５０６から除去されているからである。一旦、カーボネートの沈殿物５０６が反応器から除去されていると、カーボネート化された供給原料および浸出可能な金属の流れは別々である。カーボネーションの間に供給原料から浸出された危険で価値のある金属は、図６に示される廃棄物濃縮物６０９中に見出され、これは、湿潤メタノールの再生の間に、液相５１０から誘導され得る。ここで、これらの金属は、濃縮された形態６０９中に見出され、これは取り扱いおよび輸送が容易である。これらは、たとえば、価値のある金属種の回収のために、管理された小規模の危険な廃棄物の管理設備で処分され得るか、あるいは塩の精製者によって利用され得る。
【０１４０】
図５の説明を続けると、ＣＯ２は、煙道ガス５０１から除去され、カーボネート化された沈殿物５０６に化学的に変換され、煙道ガスの残りの部分は、ほとんどが窒素である。窒素および幾らかのメタノールを含む流れ５０８は、反応容器５０３の頂部を出る。より高温の反応では、より多くの気化したメタノールがＮ２ガスとともに出る。１５０ｏＦよりも高い反応温度によって、メタノールがあまりにも多くなり、Ｎ２とともに容器を出る。従って、反応の熱は制御される必要がある。例えば、反応容器５０３への入口（又はインレット）のメトキシドの流れ５０５は、予備冷却され得る。あるいは、反応容器５０３は、容器の頂部付近に吊下げられた熱交換器によって内部から冷却され得る。例えば、冷たいＮ２の流れ５０９を用いて反応容器中の液体を冷却してそのメタノール含有量を濃縮された（液体の）状態で維持する。そうすることで、残りのＮ２の蒸気を液化のための窒素液化アセンブリ３００へと移動させることができる。好ましくは、反応は１５０ｏＦ付近に到達させることができ、幾分かのメタノールの蒸発を許容するが、このメタノールが反応容器５０３を出た直後にこのメタノールを溶媒濃縮器５１７中で回収することができる。
【０１４１】
反応容器中で温度を制御する方法は、入口（又はインレット）の流れ（メトキシド、水など）を冷却すること、および／または内部の熱交換器によって反応容器中の液体を冷却すること、および／またはこれらの技術の組み合わせを包含し得る。これらの選択肢は図５には示していない。このような熱制御システムの工学をよく知る者は、最適な方法を選択する。反応容器が１５０ｏＦよりも低く冷却される必要がある程度は、反応の速度を最適化する熱力学の計算によって決定されるが、反応容器から過剰のメタノールを蒸発させることはない。
【０１４２】
溶媒濃縮器５１７を出る流れは、煙道ガスであり、ほとんどがＮ２５１５であるが、これは、また、煙道ガスの供給源に依存して、アルゴンおよび少量のＯ２を含んでいてもよい。痕跡量の水またはＣＯ２（ｐｐｍ）は、以下にて述べる通り、そのほとんどがＮ２の流れ５１５の液化の前に、モレキュラーシーブで除去される。多くのＮ２は、費用効果的に圧縮されて冷却され、従って、当該分野で公知のプロセスによって液化されて、比較的に高い純度の液体窒素（ＬＮ２）を与え得るが、これは標準的な大気の分離プラントにおいて製造され得るよりもかなり低コストである。このプロセスは、図３に示す窒素液化アセンブリ３００によって実施される。
【０１４３】
図６を見ると、溶媒再生アセンブリ６００がより詳細に示される。溶媒再生アセンブリ６００は、反応容器５０３に流体接続され、第１の熱交換器６０１、低温乾燥器６０２を含み、低温乾燥器６０２は、第１の熱交換器に流体接続され、これは第２の熱交換器６０３に流体接続され、これは第３の熱交換器６０４に流体接続され、これは高温蒸留器６０５に流体接続される。追加またはより少ない数の熱交換器を使用してもよい。なぜなら、本発明は、プロセスの設計、熱力学、特に液体と気体との間で熱を移動させるための様々な利用可能な熱交換器をよく知る者によって最適化される。水−メタノールの溶液５１０は、第１の熱交換器６０１に送られ、ここで、これは、高圧（例えば、約８００ｐｓｉａ）、あるいは以下にて述べる出力向上の特徴に適した任意の他の圧力へとポンピングされた（低温ポンプによって、図示せず）、液体のＮ２５０９を用いた熱交換によって深く冷却される。この深く冷却された水−メタノールの溶液５１０は、次いで、低温乾燥器６０２へと送られ、ここでほぼ凍った水（これは（少量のメタノールを含む、水の「スラッシュ」）を含む）が低温乾燥器６０２の底部に沈降して、ほとんど水の流れ６０６を低温乾燥器６０２の底部６１２から排出することができ、ほとんどメタノールの流れ５１２を出して、容器の頂部６１１から排出される。アルカリとしてＫＨを使用している場合、カーボネートのいくらかは低温乾燥器６０２中で沈降する。低温脱塩プロセスから残存するブラインは、塩、無機物（又は鉱物、鉱石もしくはミネラル）および他の化学的な形態などの様々な金属種として、抽出可能な金属を含む。この残存するブラインは有意に減少した用量を有するので、金属は、例えば、逆浸透圧法または分別再結晶によって、このブラインから単離され得るか、あるいは６０５での溶媒除去によってさらに濃縮され得る。高レベルの特定の元素が見出される場合、この残渣は、６０５での処理の後に金属自体の生成に直接的に役立ち得る。必要に応じて、容器６０２は、液体／固体の分離器を備える。低温乾燥工程の後、メタノール５１２および水性のメタノール５１０の画分（又はフラクション）は、あらゆる溶解されていないものを運ぶことは期待されていない。これは、特定量の溶解した固体がこれらの液体の流れの中に残存することを排除し得るものではない。残りの溶解した固体は、以下にて述べるとおり、回収される。
【０１４４】
いくつかの実施形態において、水−メタノールの流れ５１０は、メタノールとともに溶液中の生成金属種６０９を運ぶ。これらの生成金属種６０９は、低温乾燥器６０２の底部６１２に向って沈殿し、容器の底部から機械的な手段（オーガ６０８など）によって除去され、水−メタノールの流れ６０６は、容器６１２のより高い点から、ほとんど水として除去される。流れ６０６または５１２は、それらがこの開示のプロセスにおいて移動する際、これらと技術的に排除することのできない量の固体のみを運ぶ。
【０１４５】
次に、このほとんど水の流れ６０６は、第２の熱交換器６０３に移動し、これは好ましくは、周囲空気の熱交換器であり、温めるためのものである。（図６のストリーム４３は、周囲空気であってもよく、ファンまたは任意の他の低級の熱源によって移動され得る。）熱の他の供給源は、様々な熱輸送の流れ（図５の流れ５０９など）をこの流れが溶媒濃縮器５１７を出た後に含み得る。この選択は、Ｎ２の流れの予備冷却に役立ち、その後、これは液化のための窒素液化アセンブリ３００に到達する。第２の熱交換器６０３から、このほとんど水の流れ６０６は、第３の熱交換器６０４に入り、これはメタノール蒸気の濃縮器として作用し、ここで、これは、さらに、高温蒸留器６０５から放出されるメタノールの蒸気５１２によって温められる。明確にすることを目的として、第３の熱交換器６０４は、第２の熱交換器６０３と蒸留容器（または蒸留カラム）６０５との間に直接的に示す。このプロセスの完全に工学化された変形では、第３の熱交換器６０４を蒸留カラム６０５の上方に配置するようであり、制御バルブ６１３を通して移動する還流の溶媒の流れを重力でカラム中に落とすことができる。あるいは、小さなポンプは、この還流の流れを６０４から６０５へと移動させる。複数のユニットを組み合わせて、より少ない数のユニットにすることを含む（例えば、単一の熱交換器であっても）熱交換器の他の配置が可能であってもよく、これは本発明によって考えられる。
【０１４６】
第３の熱交換器６０４で使用されるメタノールの蒸気５１２は、好ましくは約１５０ｏＦ以上であり、実質的には純粋なメタノールの蒸気である。水は、高温蒸留器６０５から回収され得て、Ｎ２の流れ５０９が第１の熱交換器６０１を出るときにこれを温めるために使用されてもよく、これは発電所４００でのその出力向上機能の途中であり、このパワーサイクルによって、この第１の場所において煙道ガスが生成され、窒素液化アセンブリ３００に電力（又はパワー）が与えられる。この地点において蒸気であるメタノールの流れ５１２は、ほとんど水の流れ６０６によって液体に濃縮され、回収したメタノール５１２を液体の形態でさらなるメトキシドの製造のための混合容器５０７に送り返すことができる。
【０１４７】
この流れ５１２（非常に少ない含水量を有する）は、「乾燥（又はドライ）」メタノールとして、低温乾燥器６０２の頂部から回収され、第１の熱交換器６０１（その冷気を回収数する）を通して戻され、次いで、第３の熱交換器６０４を出る戻りの流れと一緒にして、この混合したほとんどメタノールの流れ５１２を混合容器５０７に送り返す。流れ５１２（ほどんど乾燥メタノール）のリターンフローは、第１の熱交換器６０１を通して移動し、液体Ｎ２が反応容器５０３からの水−メタノールの流れ５１０を冷却するのを助ける。
【０１４８】
低温乾燥器６０２を出て第２の熱交換器６０３および第３の熱交換器６０４で温められるそのほとんどが水の流れ５１１は、高温蒸留器６０５で加熱され、その限定された含有量のメタノールの蒸気を放出して、純粋な水を高温蒸留器６０５の底部から出すことができる。この蒸留の熱源は、熱い煙道ガス５０１であり、これは高温蒸留器６０５の底部のリボイラー６１４を通って移動する。この熱い煙道ガスは、この工程において、その熱のほとんどを与えるが、未だ他の場所で使用するために回収され得る十分な残りの熱を有する。高温蒸留器６０５を出るこの回収された水５０４のほとんどが反応容器５０３に送り返され、そうすることでこの煙道ガス中のＣＯ２は、図５に示すように、炭酸５１４を形成し得る。製造され得る任意の余分な水は、これが高温蒸留器６０５を出た後、活性炭濾過の１以上の層を通して送られ得、この水は飲料用とすることができる。あるいは、余剰の回収した水は、水製造の供給源として、発電所のスチームサイクルに送られて、このスチームサイクルで失った水と置換してもよい。天然ガス火力発電所からの煙道ガスは、高含水量を有し、煙道ガス中のＣＯ２とともに炭酸を形成するために反応容器５０３へと戻される高温蒸留器６０５から回収される水５０４の損失を必要とする。
【０１４９】
低圧のメタノールの蒸気５１２は、高温蒸留器６０５（蒸留カラムとしても知られる）の頂部を出る。この蒸気の熱を使用して、冷たい（ほとんど水）の流れ６０６を予備加熱して、これを高温蒸留器６０５へと戻す。この熱交換によって、メタノールの蒸気５１２を濃縮させる。従って、上述の通り、熱交換器６０４は、メタノール蒸気濃縮器とも呼ばれ得る。この濃縮されたメタノールの流れの一部は、一種の還流の流れとして、高温蒸留器６０５の頂部へと送り返され、これは、その下方のそのほとんどが水の混合物中でメタノールを気化させるのを助ける。好ましくは、高温蒸留器６０５の頂部へと送り返されるこの濃縮されたメタノールの流れの一部は、約１０％の流れである。バルブ６１３は、還流ライン上に示されるが、これは、その流れが容器に入る前である。
【０１５０】
液体Ｎ２の流れ５０９は、水−メタノールの流れ５１０を深く冷却（約−５０〜−８０ｏＦ）する第１の熱交換器６０１を通して流れる。液体Ｎ２５０９の流速は、第１の熱交換器６０１を通して、気化された液体のＮ２の出口温度を調節する（ここではＮ２）。好ましい実施形態において、この気化したＮ２は、反応容器５０３を出るほとんどがＮ２の流れ５０８中に含まれるメタノールを濃縮する溶媒濃縮器５１７における冷媒として役立つには十分に冷たい（図５に示す通り）。反応容器５０３から流出する流れ５０８中のメタノールを濃縮するのに役立っているこのサイドループのＮ２は、第１の熱交換器６０１を出る高圧のＮ２の流れと一緒になって、基本的な電力（又はパワー）製造サイクルにおいて、出力向上の仕事をするように送られる。溶媒濃縮器５１７は、温かい反応容器５０３を出るＮ２＋メタノールの流れ５０８の熱含量を回収し、第１の熱交換器６０１を出る冷たいＮ２のサイドストリーム５０９に熱を移動させるが、これは主たるＮ２の流れ５１５と一緒になるものであり、このパワーサイクルの途中である。これによって、最も高温の条件で酸＋塩基の反応を容器中で起こすことができ、価値のある低級の熱を与え、これはＮ２の流れ５０９に移されるものであり、熱交換器６０１を出る主たるＮ２の流れと一緒になることが示されている。サブシステム４００に向って６０１から移動するこのＮ２の流れの加温は、サブシステム３００での液化の途中で、溶媒濃縮器６０３を出るＮ２の流れ５１５の冷却によって達成される。
【０１５１】
反応容器５０３から排出される水―メタノールの溶液５１０の蒸留は、いくつかの方法で起こり得ることに留意すべきであり、これには、熱（煙道ガスの熱含量からの熱など）による方法、高温蒸留器６０５からメタノールの蒸気を排出するための部分減圧によって増加される熱による方法、あるいは蒸気の再圧縮による方法によるものが含まれる。しかし、全てのこれらの方法は、煙道ガスにおいて利用可能な熱よりも多くの熱を要求する。その代り、本発明は、湿潤したメタノールの流れを「予め蒸留」し、水−メタノールの溶液５１０を深く冷却する。そうすることで、より密な水が容器の底部に移動して、上記の方法のいずれか１つまたはそれらの組み合わせによって、この飽和したメタノールの流れをさらに蒸留させることができるようになる。図５、図６および図７は、このプロセスの効率を最適化し得る全ての可能な熱回収工程を示していないことに留意すべきである。また、全てのバルブ、ゲージ、センサ、ポンプまたは機器は示されていない。プロセスの設計および熱力学の当業者は、本発明の核となる技術から逸脱することなく、本明細書中に述べた様々な実施形態を実施する最適な方法を見出す。
【０１５２】
図２に示す好ましい実施形態は、水−メタノールの溶液５１０の蒸留（再生）を達成するために、液体のＮ２の形態で貯蔵したオフピーク電力（又はパワー）に依存する。低温蒸留工程によって、ほとんど水の流れが得られ、ここから、残存するメタノールを熱によって蒸留する。好ましい２段階（低温および高温）の再生プロセスは、水−メタノールの溶液５１０を蒸留するために、かなり少ない熱を必要とする。これは、水の割合がメタノールの割合に対して非常に高い場合であり、到着するほとんどが水であり高温蒸留器６０５へと送られる流れ５１１の場合に当てはまる。冷却が本発明の実施形態に含まれる場合、メタノールの再生に必要なネット（又は正味）のエネルギーは少なくなる。なぜなら、より広い温度の範囲（蒸留の高温側と低温側との間）によって、大量の熱および冷気の回収が可能となる。さらに、液体のＮ２の製造によって、大量の低コストの冷却が提供される。上記の通り、図６は、このプロセスの効率を最適化し得る全ての可能な熱回収工程を示さず、唯一の制御バルブを示す。他のバルブ、ゲージ、センサ、機器およびポンプは示さない。図６に示す冷媒の流れの代替として、廃熱および／または火力ヒータによって電力（又はパワー）が供給されるアンモニア吸収チラー（Ammonia Absorption Chiller）によって製造される冷たいアンモニアなどの他の冷却源もまた使用することができる。
【０１５３】
従って、炭素の捕捉および分離のシステムおよび方法ならびに環境修復および金属回収のプロセスが提供されることがわかる。あらゆる上記の構成および具体的な構成要素または化学的な化合物は、上記の実施形態のあらゆるシステムとともに相互に交換可能に使用されてもよいことを理解すべきである。本発明の好ましい例示の実施形態を本明細書の上記に記載するが、様々な変化および修飾が、本発明から逸脱することなく、この中で行われ得ることは当業者には明らかである。添付の特許請求の範囲において、本発明の真の精神および範囲内に入るこのような変化および修飾が包含されることを意図する。
本明細書の開示内容は、以下の態様を含み得る。
（態様１）
環境修復プロセスであり、当該環境修復プロセスが、
実質的に非水性の溶媒と、供給原料源からのアルカリ性供給原料とが溶媒懸濁液を形成するように、実質的に非水性の溶媒と、供給原料源からのアルカリ性供給原料とを混合することであって、前記アルカリ性供給原料が約５．６以上のｐＨを有すること、
反応が起こるように反応容器中で前記溶媒懸濁液と、水および二酸化炭素とを混合することであって、前記反応によってカーボネート、水および熱の迅速な形成が生じ、前記生成するカーボネートが実質的に非水性であること、
前記生成するカーボネートを溶液から沈殿させることであって、さらなる化学的な処理工程を必要とせずに、前記反応容器の底部に向かって沈降し、いくらかの実質的に非水性の溶媒とともに前記反応容器の底部に堆積させること
を含む、環境修復プロセス。
（態様２）
前記実質的に非水性の溶媒がメタノールである、態様１に記載の環境修復プロセス。
（態様３）
前記アルカリ性供給原料がフライアッシュである、態様１に記載の環境修復プロセス。
（態様４）
前記フライアッシュが酸化カルシウムを含む、態様３に記載の環境修復プロセス。
（態様５）
前記供給原料源が、石炭火力発電所、固形廃棄物焼却炉、木材加工施設、ボーキサイト精製施設、下水処理プラントからのスラッジ、アルカリ性灰と混合された酸性灰、アルカリ性灰と混合された酸性土、アルカリ性灰と混合された廃土、またはセメントキルンからの廃棄物流の１以上である、態様１に記載の環境修復プロセス。
（態様６）
前記アルカリ性供給原料が赤泥である、態様１に記載の環境修復プロセス。
（態様７）
前記アルカリ性供給原料が土である、態様１に記載の環境修復プロセス。
（態様８）
前記アルカリ性供給原料のｐＨが約７．０以上である、態様１に記載の環境修復プロセス。
（態様９）
前記生成するカーボネートを鉄製錬プロセスにおいて用いることを更に含む、態様１に記載の環境修復プロセス。
（態様１０）
前記生成するカーボネートが二酸化硫黄と反応して亜硫酸カルシウムを形成するように、二酸化硫黄を含む煙道ガスを導入することを更に含む、態様３に記載の環境修復プロセス。
（態様１１）
廃棄物から金属を回収する方法であり、当該方法が、
実質的に非水性の溶媒と、塩または無機物の形態で濃縮された金属を含む廃棄物流とが溶媒懸濁液を形成するように、実質的に非水性の溶媒と、塩または無機物の形態で濃縮された金属を含む廃棄物流とを混合すること、
反応が起こるように反応容器中で前記溶媒懸濁液と、水および二酸化炭素とを混合することであって、前記反応によってカーボネートを含む組成物、１以上の金属種、水および熱が生じ、前記生成するカーボネートが実質的に非水性であること、
前記生成するカーボネートを溶液から沈殿させることであって、さらなる化学的な処理工程を必要とせずに、前記反応容器の底部に向かって沈降し、いくらかの実質的に非水性の溶媒とともに前記反応容器の底部に堆積させること
を含み、
前記生成する金属種が、精製金属の製造、精製金属種または管理された危険な廃棄物の処分に適している、
方法。
（態様１２）
前記実質的に非水性の溶媒がメタノールである、態様１１に記載の方法。
（態様１３）
前記廃棄物流がフライアッシュである、態様１１に記載の方法。
（態様１４）
前記廃棄物流が、赤泥、アルカリ性灰と混合された酸性灰、アルカリ性灰と混合された酸性土、アルカリ性灰と混合された廃土、またはアルカリ性供給原料と混合された下水スラッジの１以上である、態様１１に記載の方法。
（態様１５）
前記二酸化炭素が、ランドフィルガス火力発電所または嫌気性ガス消化装置の火力発電所からの排気によって提供される、態様１１に記載の方法。
（態様１６）
環境修復方法であり、当該環境修復方法が、
溶媒懸濁液を形成するように、実質的に非水性の溶媒と廃棄物流とを混合することであって、前記廃棄物流が、アルカリ性供給原料と、塩または無機物の形態で濃縮された金属とを含むこと、
反応が起こるように反応容器中で前記溶媒懸濁液と、水および二酸化炭素とを混合することであって、前記反応によって、カーボネートを含む組成物、１以上の金属種、水および熱が生じ、前記生成するカーボネートが実質的に非水性であること、
前記生成するカーボネートを溶液から沈殿させること
を含み、
前記生成する金属種が、精製金属の製造、精製金属種または管理された危険な廃棄物の処分に適している、
環境修復方法。
（態様１７）
前記実質的に非水性の溶媒がメタノールである、態様１６に記載の環境修復方法。
（態様１８）
前記廃棄物流が、フライアッシュ、汚染土、廃土、アルカリ性供給原料と混合された酸性廃土、アルカリ性供給原料と混合された酸性汚染土、アルカリ性供給原料と混合された酸性灰の１以上である、態様１６に記載の環境修復方法。
（態様１９）
前記廃棄物流が赤泥である、態様１６に記載の環境修復方法。
（態様２０）
前記生成する金属種が、希土類元素、ならびに価値および関心のある全ての他の金属を含む、態様１６に記載の環境修復方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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