(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸塩の一部を水酸化物に変換する方法であって、
０．１Ｍ（溶液１リットル当たりのモル）から４．０Ｍの間の水酸化物と、０．１Ｍから４．１Ｍの間の炭酸塩とを含むアルカリ炭酸塩溶液を受け取る段階と、
消和工程において、生石灰（ＣａＯ）および低炭酸塩含有量の流体を反応させて主に消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）のスラリを生成する段階と、
前記Ｃａ（ＯＨ）２のスラリおよび前記アルカリ炭酸塩溶液を反応させて、流動層型反応晶析装置において体積が０．０００５ｍｍ３から５ｍｍ３の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）結晶集合体を成長させる段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記ＣａＣＯ３結晶集合体を調整する段階と、
前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体をか焼してＣａＯおよび二酸化炭素（ＣＯ２）を生成する段階と、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＣａＣＯ３結晶集合体を調整する段階が、
前記ＣａＣＯ３結晶集合体を洗浄する段階と、
前記洗浄されたＣａＣＯ３結晶集合体を乾燥させる段階と、 
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記洗浄を介して、アルカリ金属、硫黄、ケイ素、鉄、銅、マグネシウム、ホウ素、クロム、アンチモン、カドミウム、モリブデン、バナジウム、亜鉛、または亜リン酸の１つまたは複数を含む化合物を部分的に除去する段階をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記洗浄されたＣａＣＯ３結晶集合体を乾燥させる段階が、
熱源から熱を取り込む段階と、
取り込まれた熱を供給して前記洗浄されたＣａＣＯ３結晶集合体を２０℃から５００℃の間の温度で乾燥させる段階と、
を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体をか焼する段階が、アルカリ金属、硫黄、銅、マグネシウム、ホウ素、クロム、アンチモン、カドミウム、モリブデン、バナジウム、亜鉛、亜リン酸、鉄、またはケイ素の１つまたは複数を含む化合物によるファウリングを生じる傾向がある設備において前記ＣａＣＯ３結晶集合体をか焼する段階を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体をか焼する段階が、前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体を１００Ｐａから１０００ｋＰａの間のゲージ圧でか焼する段階を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体をか焼してＣａＯおよびＣＯ２を生成する段階が、前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体をか焼して、ＣａＯと、ＣＯ２と、固体生成物またはオフガスとしての熱とを生成する段階を含み、前記方法が、
前記熱から電気を生成する段階と、前記熱を使用して前記か焼炉に入れる前に材料の温度を上昇させる段階と、前記熱を使用してＣａＣＯ３結晶集合体を乾燥させる段階と、この方法またはその他の工業プロセスにおいて採用されるその他の設備に前記熱を伝達する段階とをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記低炭酸塩含有量の流体が水を含み、
前記水中の炭酸塩の量が、消和工程に送られるＣａＯ１モル当たり０．１モル未満の炭酸塩を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
１０モル％未満の窒素を含む空気分離ユニット（ＡＳＵ）からの第１の流れにおける酸素と炭化水素を燃焼させることによって前記か焼する段階に熱を供給する段階と、
空気に関する酸素が消耗され、ＡＳＵからの０．１モル％未満の水蒸気を含む第２の流れを生成する段階と、
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
洗浄されたＣａＣＯ３結晶集合体を調整する段階が、前記洗浄されたＣａＣＯ３結晶集合体をＡＳＵからの前記第２の流れで乾燥させる段階を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ＡＳＵによって供給される第３の流れにおける酸素と、前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体のか焼からのガスを混合する段階と、
酸素及びガスの混合物をボイラにおいて燃焼させて蒸気を生成し、前記蒸気を乾燥器、別の工業プロセス、または電力を生成するための蒸気タービンに供給する段階と、 
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記アルカリ炭酸塩溶液がパルプ製造プラントからの緑液を含み、前記方法が、
前記Ｃａ（ＯＨ）２のスラリと前記アルカリ炭酸塩溶液との反応から形成されるアルカリ溶液を清澄白液としてパルプ製造プラントに提供する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
捕獲されたＣＯ２を、前記捕獲されたＣＯ２を使用してパルプ化プラントにおける黒液の成分の一部を沈殿させるプロセスに供給する段階と、前記プロセスから副生成物を生成する段階と、をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１５】
前記Ｃａ（ＯＨ）２のスラリと前記アルカリ炭酸塩溶液との反応から形成される塩基溶液を捕獲する段階と、
前記捕獲された塩基溶液を、大気中のＣＯ２を捕獲するガス吸収装置に提供する段階と、
前記ガス吸収装置から前記アルカリ炭酸塩溶液を受け取る段階と、 
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記Ｃａ（ＯＨ）２のスラリと前記アルカリ炭酸塩溶液との反応から形成される塩基溶液を捕獲する段階と、
前記捕獲された塩基溶液を、工業プロセスからのＣＯ２を捕獲するガス吸収装置に提供する段階と、
前記ガス吸収装置からアルカリ炭酸塩溶液を受け取る段階と、 
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記低炭酸塩含有量の流体が、蒸気または液体の水の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。 
【請求項１８】
消和工程においてＣａＯおよび低炭酸塩含有量の流体を反応させる段階が、消和工程において、１００℃から２００℃の間の温度および水の平衡状態が液体である圧力を含む条件で、ＣａＯおよび低炭酸塩含有量の液体を反応させる段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記消和工程から生成される熱を捕獲する段階と、
前記熱を使用して、蒸気の生成、前記熱のプロセス流れへの伝達、または電力の生成、の少なくとも１つを実施する段階と、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
生成されたＣａＣＯ３結晶集合体の少なくとも一部を処理してシード材を生成する段階と、
前記シード材上に新たなＣａＣＯ３結晶集合体を成長させる段階と、 
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
１．０Ｍから４．０Ｍの間の水酸化物および０．１Ｍから４．１Ｍの間の炭酸塩を含む溶液において、炭酸塩の一部を水酸化物に変換する装置であって、
生石灰（ＣａＯ）および低炭酸塩含有量の流体を反応させて主に消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）のスラリを生成するように構成された消和装置と、
前記消和装置と流体連結しており、かつ前記Ｃａ（ＯＨ）２をアルカリ炭酸塩溶液と反応させて体積が０．０００５ｍｍ３から５ｍｍ３の間の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）結晶集合体を成長させるように構成された流動層型反応晶析装置と、
を備える装置。
【請求項２２】
前記流動層型反応晶析装置が前記ＣａＣＯ３結晶集合体を含む塩基溶液のスラリのための放出出口を備え、前記装置が、
前記放出出口と流体連結しており、前記塩基溶液のスラリを受け取って前記塩基溶液から前記ＣａＣＯ３結晶集合体を分離するように構成された、固液分離器と、
前記分離器と材料連結しており、前記前記ＣａＣＯ３結晶集合体を受け取って洗浄するように構成された、洗浄器と、
前記洗浄器と流体連結しており、前記ＣａＣＯ３結晶集合体から液体を蒸発させるように構成された乾燥器と、
前記乾燥器と流体連結しており、前記ＣａＣＯ３結晶集合体をＣａＯおよび二酸化炭素（ＣＯ２）に変換するように構成されたか焼炉と、
をさらに備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
ＡＳＵが、前記か焼炉と連結しており、窒素を含まない酸素を送るように構成されている、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記ＡＳＵが、前記乾燥器と連結しており、水を含まないガスを前記乾燥器に送るように構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
パルプ製造プラント、捕獲されたＣＯ２を使用してパルプ化プラントにおける黒液の成分の一部を沈殿させるプロセス、ＣＯ２貯蔵器、ＥＯＲフィールド、ＣＯ２パイプライン、藻類培養、温室、またはＣＯ２の工業消費者の少なくとも１つと流体連結するように構成されたＣＯ２出口をさらに備える、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
ＣＯ２の工業供給源からＣＯ２を受け取るためのガス吸収装置と流体連結するように構成された入口をさらに備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２７】
前記ＣａＣＯ３結晶集合体を粉砕‐ふるいユニットと材料連結するように構成された出口と、
前記粉砕‐ふるいユニットからシード材を受け取るために、前記流動層型反応晶析装置と前記粉砕‐ふるいユニットとの間を材料連結するように構成された入口と、
をさらに備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２８】
大気からＣＯ２を受け取るために、ガス吸収装置と流体連結するように構成された入口をさらに備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２９】
緑液を受け取るためにパルププラントと流体連結するように構成された入口と、清澄白液を運ぶためにパルププラントと流体連結するように構成された出口と、をさらに備える、請求項２１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、炭酸塩溶液から苛性アルカリ溶液を回収する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業クラフト法は木材を使用し、それを木材チップへと変換する。一般的に、プロセスは、パルプ業界において白液として知られている、水酸化ナトリウムおよび硫化ナトリウムの混合物を主に含む化学物質で、木材チップを蒸解する段階を含む。蒸解プロセスの後、蒸解された木材は液体から分離され、生じた液体は一般的に黒液と称され、木材の種類に応じて様々な化学組成を有する。黒液は、薬品回収プロセスまたは化学物質回収プロセスとして一般的に知られるプロセスにおいて、白液へと変換されて戻される。
【０００３】
従来の薬品回収プロセスにおける第１ステップは、パルプ化プロセスからの黒液の濃縮である。濃縮された黒液は、（１）炭酸ナトリウム、硫化物などの主要な化学化合物を回収する、（２）黒液中の有機材料を燃焼する、および（３）パルプおよび紙の粉砕を通して使用され得るかまたはプラントの外に送られるエネルギーを回復するために、回収ボイラへと送られる。回収ボイラからのスメルトは、薬品回収プロセスからの弱液として一般的に知られている溶液と混合され、弱液とボイラスメルトの混合物は一般的に緑液と称され、通常、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、硫化水素ナトリウムを含み、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、およびその他のプロセスまたは非プロセス不純物を含み得る。
【０００４】
緑液および下流のか焼炉からの酸化カルシウム、ＣａＯ、固体（一般的に生石灰として知られる）は、一般的に消和装置として知られる撹拌タンク反応器に供給される。消和装置では、２つの反応、反応（１）および反応（２）が起こる。第１に、反応（１）を介してＣａＯが緑液中の水と反応して、消石灰、水和石灰、建築石灰、酸洗石灰またはＣｈｕｎａとして一般的に知られる水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２が形成される。
ＣａＯ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ａｑ）→Ｃａ（ＯＨ）２（ｓ）    （１）
【０００５】
水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）２が形成されるとすぐに、反応（２）を介して緑液中の炭酸ナトリウムと反応を開始して固体炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が形成される。
Ｃａ（ＯＨ）２（ｓ）＋Ｎａ２ＣＯ３（ａｑ）⇔ＣａＣＯ３（ｓ）＋２ＮａＯＨ（ａｑ）    （２）
【０００６】
反応（１）および反応（２）は、それぞれ消和反応および苛性化反応として一般的に知られており、２つの反応は水含有炭酸塩が生石灰と混合されると、同時に起こる。
【０００７】
苛性化反応の大部分は、消和装置において行われる。一般的に、消和装置からの内容物は、典型的に苛性化槽と称される一連の撹拌タンクに供給され、そこで反応がほぼ完了するまで進められる。その結果得られる溶液は、清澄化されていない白液と称され、約１５ｍの寸法を有する石灰泥と呼ばれる懸濁ＣａＣＯ３粒子を含む。
【０００８】
その後、一般的に、清澄化タンクまたは加圧フィルタを介して初めに石灰泥が白液から除去される。このステップの典型的なろ過設備は、加圧管状フィルタまたは加圧ディスクフィルタを含む。結果として得られる清澄白液は、木材チップを蒸解するためにパルプ化プロセスに戻され、石灰泥は、か焼される前に洗浄およびろ過工程に送られる。か焼とは、石灰泥（ＣａＣＯ３）を生石灰（ＣａＯ）に変換することである。
ＣａＣＯ３（ｓ）→ＣａＯ（ｓ）＋ＣＯ２（ｇ）    （３）
【０００９】
結果として生じるオフガスは、典型的に、洗浄され、大気中に放出される一方で、生成されたＣａＯは緑液との反応のために消和装置に送り戻される。
【００１０】
従来の薬品回収プロセスにおける石灰泥は、か焼炉および下流のガス処理設備の両方を汚染する。回転炉は、石灰泥によって生じるファウリングに対して耐性を有し、洗浄およびメンテナンスのためのわずかな停止のみを必要として連続的に作動するものとして示されてきた。結果として、回転炉は、現在石灰泥をか焼するために適用される最も一般的な種類のか焼炉であり、炉からの高温のオフガスは、任意のその他の種類の設備を汚染し得るため、入ってくる石灰泥を乾燥させるために使用される。回転炉は大きく、高価であり、設備の一部分を作動するのが困難であり、約４０％の全体熱効率をもたらす多量の高度の熱を含んだまま大気中に放出される。従来の薬品回収プロセスのか焼部分における課題の多くは、微粒子サイズの石灰泥の直接の結果および高温固体処理設備を汚染する傾向である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
１つの一般的な実装では、炭酸塩の一部を水酸化物に変換する方法は、０．１Ｍ（溶液１リットル当たりのモル）から４．０Ｍの間の水酸化物と、０．１Ｍから４．１Ｍの間の炭酸塩と、を含むアルカリ炭酸塩溶液を受け取る段階と、消和工程において、生石灰（ＣａＯ）および低炭酸塩含有量の流体を反応させて主に消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）のスラリを生成する段階と、Ｃａ（ＯＨ）２のスラリおよび前記アルカリ炭酸塩溶液を反応させて、流動層型反応晶析装置において体積が０．０００５ｍｍ３から５ｍｍ３の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）結晶集合体を成長させる段階と、を含む。
【００１２】
一般的な実装と組み合わせ可能な第１の態様は、ＣａＣＯ３結晶集合体を調整する段階と、前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体をか焼してＣａＯおよび二酸化炭素（ＣＯ２）を生成する段階と、をさらに含む。
【００１３】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第２の態様では、前記ＣａＣＯ３結晶集合体を調整する段階は、前記ＣａＣＯ３結晶集合体を洗浄する段階と、前記洗浄されたＣａＣＯ３結晶集合体を乾燥させる段階と、を含む。
【００１４】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第３の態様は、前記洗浄を介して、アルカリ金属、硫黄、ケイ素、鉄、銅、マグネシウム、ホウ素、クロム、アンチモン、カドミウム、モリブデン、バナジウム、亜鉛、または亜リン酸の１つまたは複数を含む化合物を部分的に除去する段階をさらに含む。
【００１５】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第４の態様では、前記洗浄されたＣａＣＯ３結晶集合体を乾燥させる段階は、熱源から熱を取り込む段階と、取り込まれた熱を供給して前記洗浄されたＣａＣＯ３結晶集合体を２０℃から５００℃の間の温度で乾燥させる段階と、を含む。
【００１６】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第５の態様では、前記熱源は、水蒸気再圧縮プロセスまたは調製されたＣａＣＯ３結晶集合体のか焼の少なくとも１つを含む。
【００１７】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第６の態様では、前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体をか焼する段階は、回転炉、バブリング流動床、循環流動床、フラッシュか焼炉、またはシャフト炉の１つまたは複数において前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体をか焼する段階を含む。
【００１８】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第７の態様では、前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体をか焼する段階は、アルカリ金属、硫黄、銅、マグネシウム、ホウ素、クロム、アンチモン、カドミウム、モリブデン、バナジウム、亜鉛、亜リン酸、鉄、またはケイ素の１つまたは複数を含む化合物に敏感な設備において前記ＣａＣＯ３結晶集合体をか焼する段階を含む。
【００１９】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第８の態様では、前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体を１００Ｐａから１０００ｋＰａの間のゲージ圧でか焼する段階を含む。
【００２０】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第９の態様は、前記か焼する段階からのオフガスを捕獲する段階と、前記捕獲されたオフガスを洗浄する段階と、前記洗浄されたオフガスを圧縮する段階と、をさらに含む。
【００２１】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１０の態様は、生成された熱の少なくとも一部を工業プロセスのために除去する段階をさらに含む。
【００２２】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１１の態様では、前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体をか焼してＣａＯおよびＣＯ２を生成する段階は、前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体をか焼してＣａＯと、ＣＯ２と、固体生成物またはオフガスとしての熱とを生成する段階を含む。
【００２３】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１２の態様は、前記熱から電気を生成する段階と、前記熱を使用してか焼炉に入れる前に材料の温度を上昇させる段階と、前記熱を使用してＣａＣＯ３結晶集合体を乾燥させる段階と、本方法またはその他の工業プロセスにおいて採用されるその他の設備に前記熱を伝達する段階と、をさらに含む。
【００２４】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１３の態様では、前記Ｃａ（ＯＨ）２のスラリは、２重量％から５重量％の間、５重量％から１０重量％の間、１０重量％から４０重量％の間、または４０重量％から１００重量％の間の範囲の固体の濃度を有する、Ｃａ（ＯＨ）２および水を含む。
【００２５】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１４の態様では、前記低炭酸塩含有量の流体は水を含み、前記水中の炭酸塩の量が、消和工程に送られるＣａＯ１モル当たり０．１モル未満の炭酸塩を含む。
【００２６】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１５の態様では、ＣａＣＯ３結晶集合体の大部分は、０．１ｍｍから２ｍｍの間のサイズまたは直径（０．０００５ｍｍ３から５ｍｍ３の間の体積）、０．５ｍｍから１．５ｍｍのサイズまたは直径（０．０６ｍｍ３から１．８ｍｍ３の間の体積）、または０．８ｍｍから１．２ｍｍのサイズまたは直径（０．２ｍｍ３から０．９ｍｍ３の間の体積）の範囲の球体と同等の体積である。
【００２７】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１６の態様は、炭化水素を実質的に窒素を含まない酸素、特に１０モル％未満の窒素を含む空気分離ユニット（ＡＳＵ）からの酸素と燃焼させることによってか焼段階に熱を供給する段階と、空気に関する酸素が消耗され、ＡＳＵからの０．１モル未満の水蒸気を含む第２の流れを生成する段階と、をさらに含む。
【００２８】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１７の態様では、前記洗浄されたＣａＣＯ３結晶集合体を調整する段階は、前記洗浄されたＣａＣＯ３結晶集合体を、酸素および水を実質的に含まないＡＳＵからの前記第２の流れで乾燥させる段階を含む。
【００２９】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１８の態様は、ＡＳＵによって供給される第２の量の酸素と、前記調整されたＣａＣＯ３結晶集合体のか焼からの気体を混合する段階をさらに含む。
【００３０】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１９の態様は、酸素及び気体の混合物をボイラにおいて燃焼させて蒸気を生成し、前記蒸気を乾燥器、別の工業プロセス、または電力を生成するための蒸気タービンに供給する段階をさらに含む。
【００３１】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第２０の態様では、前記アルカリ炭酸塩溶液は、パルプ製造プラントからの緑液を含む。
【００３２】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第２１の態様は、前記Ｃａ（ＯＨ）２のスラリと前記アルカリ炭酸塩溶液との反応から形成される塩基溶液を清澄白液としてパルプ製造プラントに提供する段階をさらに含む。
【００３３】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第２２の態様は、捕獲されたＣＯ２をＬｉｇｎｏＢｏｏｓｔ（登録商標）プロセスに供給する段階をさらに含む。
【００３４】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第２３の態様は、前記Ｃａ（ＯＨ）２のスラリと前記アルカリ炭酸塩溶液との反応から形成される塩基溶液を捕獲する段階と、前記捕獲された塩基溶液を、大気中のＣＯ２を捕獲するガス吸収装置に提供する段階と、前記ガス吸収装置から前記アルカリ炭酸塩溶液を受け取る段階と、をさらに含む。
【００３５】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第２４の態様は、前記Ｃａ（ＯＨ）２のスラリと前記アルカリ炭酸塩溶液との反応から形成される塩基溶液を捕獲する段階と、前記捕獲された塩基溶液を、工業プロセスからのＣＯ２を捕獲するガス吸収装置に提供する段階と、前記ガス吸収装置からアルカリ炭酸塩溶液を受け取る段階と、をさらに含む。
【００３６】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第２５の態様では、前記工業プロセスは、発電プラント、セメントプラント、精製所、鋳造所、製錬所、鉄プラント、鋼プラント、アルミニウムプラント、または焼却炉の少なくとも１つを含む。
【００３７】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第２６の態様では、前記低炭酸塩含有量の流体は、蒸気または液体の水の少なくとも１つを含む。
【００３８】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第２７の態様では、消和工程においてＣａＯおよび低炭酸塩含有量の流体を反応させる段階は、消和工程において、１００℃から２００℃の間の温度および水の平衡状態が液体である圧力を含む条件で、ＣａＯおよび低炭酸塩含有量の液体を反応させる段階を含む。
【００３９】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第２８の態様では、前記消和工程から生成される熱を捕獲する段階と、前記熱を使用して、蒸気の生成、前記熱のプロセス流れへの伝達、または力の生成、の少なくとも１つを実施する段階と、をさらに含む。
【００４０】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第２９の態様は、ＣａＣＯ３結晶集合体をシード材上に成長させる段階をさらに含む。
【００４１】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第３０の態様は、ＣａＣＯ３結晶集合体の少なくとも一部を処理してシード材を生成する段階をさらに含む。
【００４２】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第３１の態様では、前記ＣａＣＯ３結晶集合体を処理する段階は、前記ＣａＣＯ３結晶集合体を破砕する段階を含む。
【００４３】
別の一般的な実装では、０．１Ｍから４．０Ｍの間の水酸化物および０．１Ｍから４．１Ｍの間の炭酸塩を含む溶液において炭酸塩の一部を水酸化物に変換する装置は、生石灰（ＣａＯ）および低炭酸塩含有量の流体を反応させて主に消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）のスラリを生成するように構成された消和装置と、前記消和装置と流体連結しており、かつＣａ（ＯＨ）２をアルカリ炭酸塩溶液と反応させて体積が０．０００５ｍｍ３から５ｍｍ３の間の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）結晶集合体を成長させるように構成された流動層型反応晶析装置と、を備える。
【００４４】
一般的な実装と組み合わせ可能な第１の態様では、前記流動層型反応晶析装置は、前記ＣａＣＯ３結晶集合体を含む塩基溶液のスラリの放出口を備える。
【００４５】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第２の態様は、前記排出口と流体連結しており、前記塩基溶液のスラリを受け取るように構成され、前記塩基溶液から前記ＣａＣＯ３結晶集合体を分離する固液分離装置と、洗浄装置と流体連結しており、前記ＣａＣＯ３結晶集合体から液体を蒸発させるように構成された乾燥装置と、前記乾燥器と流体連結しており、前記ＣａＣＯ３結晶集合体をＣａＯおよび二酸化炭素（ＣＯ２）に変換するように構成されたか焼炉と、をさらに備える。
【００４６】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第３の態様では、前記か焼炉は、回転炉、バブリング流動床、循環流動床、フラッシュか焼炉、またはシャフト炉の少なくとも１つを含む。
【００４７】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第４の態様では、前記か焼炉は、１００Ｐａから１０００ｋＰａの間のゲージ圧を保持するように構成されている。
【００４８】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第５の態様では、ＡＳＵは、前記か焼炉と連結されており、実質的に窒素を含まない酸素を送るように構成されている。
【００４９】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第６の態様では、ＡＳＵは、前記乾燥装置と連結されており、実質的に水を含まないガスを前記乾燥器に送るように構成されている。
【００５０】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第７の態様では、前記固液分離装置は、分級器、ふるい、加圧フィルタ、吸引フィルタ、フィルタプレス、沈降タンク、遠心分離機、または液体サイクロンの少なくとも１つを含む。
【００５１】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第８の態様は、パルプ製造プラント、ＬｉｇｎｏＢｏｏｓｔプロセス、ＣＯ２貯蔵器、ＥＯＲフィールド、ＣＯ２パイプライン、藻類培養、温室またはＣＯ２の工業消費者の少なくとも１つと流体連結するように構成されたＣＯ２出口をさらに備える。
【００５２】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第９の態様は、ＣＯ２の工業発生源からのＣＯ２を受け取るガス吸収装置と流体連結するように構成された入口をさらに備える。
【００５３】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１０の態様では、前記工業発生源は、発電プラント、セメントプラント、精製所、鋳造所、製錬所、鉄プラント、鋼プラント、アルミニウムプラント、または焼却炉の少なくとも１つを含む。
【００５４】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１１の態様は、前記ＣａＣＯ３結晶集合体を粉砕‐ふるいユニットと材料連結するように構成された出口と、前記粉砕‐ふるいユニットからシード材を受け取るために、前記流動層型反応晶析装置と前記粉砕‐ふるいユニットとの間を材料連結するように構成された入口と、をさらに備える。
【００５５】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１２の態様は、大気からＣＯ２を受け取るために、ガス吸収装置と流体連結するように構成された入口をさらに備える。
【００５６】
任意の前述の態様と組み合わせ可能な第１３の態様は、緑液を受け取るためにパルププラントと流体連結するように構成された入口と、清澄白液を運ぶためにパルププラントと流体連結するように構成された出口と、をさらに備える。
【００５７】
本明細書中に記載された多様な実装は、以下の特徴の１つ、複数、全てを含むかまたは１つも含まないこともある。例えば、か焼プロセスおよび下流の設備において発生および使用される低炭酸塩溶液および炭酸カルシウム結晶集合体は、酸素燃焼流動床か焼炉などの広範囲のエネルギー効率か焼設備、および振動ふるいなどの経済的洗浄設備の使用を可能にする。さらに、より反応性の高いＣａＯ生成物流れの生成が可能となる。
【００５８】
いくつかの態様では、記載されたプロセスにおいて形成される炭酸カルシウム結晶集合体の硬度および多孔性などの物理的特性、ならびにサイズ（多くの場合体積で記載される）および形状などの形態的特性は、プロセス全体を通していくつかの利点を有する。例えば、低多孔性および大きなサイズの炭酸カルシウム結晶集合体は、より多孔性であり、かつ／またはサイズの小さな材料と比較して、分離および洗浄工程の間に溶液を除去するのが容易である。コンベヤなどの固体輸送設備および流動床システムによって引き起こされる破砕および摩擦に対する耐性が、より硬い粒子はより高いため、炭酸カルシウム結晶集合体の硬度は、か焼に関連するいくつかの問題を軽減することができる。破砕および摩擦は、材料の平均粒子サイズの低減をもたらし得、開始材料よりも粒子サイズの小さな材料の部分が形成され得る。結晶集合体の大きな粒子サイズおよび／または球形形状は、か焼炉におけるより高速のガス速度を可能にするため、よりサイズが小さく、かつ／または形状が球形でない材料よりも高い能力を可能にする。
【００５９】
いくつかの例示的態様では、開示されたプロセスは、８０％を超える熱効率で設計され得るがファウリングに敏感であり、石灰泥などの固体を処理することができない流動床か焼炉の使用を可能にし得る。いくつかの態様では、炭酸カルシウム結晶集合体からの溶液の除去の容易さは、８５重量％を超える固体を有する材料の流れをか焼炉に運ぶことを可能にするため、望ましくない溶解した化学物質をか焼炉へと導入する量が低減される。アルカリなどのこれらの望ましくない化学物質のいくつかは、か焼炉の動作温度で溶解し得る。これらの溶融化学物質および小さな粒子サイズを有する供給材料の両方は、か焼炉、固体取扱い装置、およびガス取扱い装置のファウリングをもたらし得る。開示されたプロセスは、か焼装置で生じるファウリングの量を低減し、か焼プロセスにおいて熱効率の高いか焼炉の使用を可能にする炭酸カルシウム結晶集合体を生成し得る。
【００６０】
いくつかの態様では、１つまたは複数の開示されたプロセスまたは装置は、か焼炉から出る固体および／またはガス内に含まれる熱から電力を生成することを可能にし得る。例えば、結晶集合体の物理的特性（例えば、硬度、低多孔性）および形態（例えば形状、サイズ、体積、テクスチャ）に起因して、炭酸カルシウム結晶集合体のか焼は、か焼装置から出る高温オフガス中に取り込まれ得る粉塵および空中浮遊化学物質を生成する可能性が低い。石灰泥などの微粒子を取り扱うシステムでは、オフガスへの固有の粉塵および化学物質の取り込みにより熱交換面のファウリングを引き起こし、動作不能にし得るため、得られる高温オフガスは、補助ボイラ（電気を生成するためのタービン用の蒸気を発生させるために使用され得る）などのその他の熱交換装置に送ることはできない場合がある。炭酸カルシウム結晶集合体を生成する、１つまたは複数の開示されたプロセスまたは装置では、か焼炉からの高温オフガス中に粉塵および化学物質が存在する可能性は低いため、オフガス中の熱を、このプロセス（またはその他のプロセス）内で使用するための蒸気、次いで電力の生成に考慮することができる。例えば、か焼炉からの高温オフガスは補助ボイラへと送られ得、そこで燃料および酸素源と混合されて燃焼し、高い等級の蒸気を生成するための熱を提供し、上記はタービンにおいて使用されて電気を発生させることができる。
【００６１】
いくつかの態様では、１つまたは複数の開示されたプロセスまたは装置は、パルププラントのＣＯ２排出を低減するために、アミンユニットなどの装置でＣＯ２のガス洗浄を行うよりも費用効果の高い酸素燃焼を可能にし得る。例えば、開示されたプロセスの生成された炭酸カルシウム結晶集合体は回転炉以外のか焼炉の使用を可能にし得るため、酸素燃焼であり得るか焼炉は（例えば、回転炉よりも優れたリークレートのため）、容器への空気漏れおよび窒素でのガスの希釈を考慮せずに使用することができる。ＣＯ２の捕獲が望ましい場合、酸素燃焼か焼炉は、同一のか焼炉を空気燃焼し、次いでアミンユニットなどのガス洗浄システムを使用してオフガス中のＣＯ２を捕獲するよりも費用効果が高くなり得る。場合によっては、１モルの燃料を燃焼するために空気分離ユニット（ＡＳＵ）を用いて２モルの酸素を生成すると、生成されたモルのＣＯ２をアミンユニットなどの燃焼後捕獲ユニットで捕獲するのとほぼ同等の費用がかかる。メタンガスの完全燃焼が以下に示されており、この概念を例示するのに役立つ。
ＣＨ４（ｇ）＋２Ｏ２（ｇ）→ＣＯ２（ｇ）＋２Ｈ２Ｏ（ｇ）    （４）
ＡＳＵで２モルのＯ２を生成する費用＝アミンで１モルのＣＯ２を捕獲する費用
【００６２】
か焼炉から出る総ＣＯ２の約３分の１が、燃料の燃焼からのものであり、残りは、酸素燃焼か焼炉における一連の反応全体を形成する、反応（３）を介したＣａＣＯ３のか焼からのものである。
２ＣａＣＯ３（ｓ）＋ＣＨ４（ｇ）＋２Ｏ２（ｇ）→２ＣａＯ（ｓ）＋３ＣＯ２（ｇ）＋２Ｈ２Ｏ（ｇ）    （５）
【００６３】
したがって、ＡＳＵは、燃料を燃焼するために２モルの酸素を生成すればよい一方で、アミンユニットは３モルのＣＯ２を捕獲しなければならない。いくつかの態様では、このことは、アミンユニットの使用と比較して、このプロセスからＣＯ２を捕獲するのに約６７％のコスト低減を生じ得る。いくつかの態様では、このようなプロセスは、既存のパルプおよび製紙プラント、ならびに大気中の空気からＣＯ２を捕獲するなどの新たな今後のプロセスに適用することができる。
【００６４】
いくつかの態様では、１つまたは複数の開示されたプロセスまたは装置は、従来のシステムより資本コスト／ユニット容量が低いか焼炉を可能にし得る。例えば、炭酸カルシウム結晶集合体の使用は、非常に高濃度の酸素または純酸素がガスの流れに供給され得る、流動床か焼炉などのか焼装置の使用を可能にするため、開示されたプロセスは、ユニット当たりの処理能力を増加し、か焼装置のコストを低減し得る。通常は約２１％酸素を含む空気で運転されるが、か焼炉の能力は酸素処理量に関して直線形であり、所与のサイズのか焼炉は所与量のガスを処理することができるため、純酸素の流れが供給された場合、その能力は５倍増加し得る。回転炉などの多くのか焼炉は、固体およびガスの混合に十分な強度を有さない場合があり、純酸素環境における火炎温度はか焼炉を破壊し得る熱点をもたらすため、純酸素での運転が不可能であり得る。流動床か焼炉は、このような制限を受けず、開示されたプロセスにおいて形成される炭酸カルシウム結晶集合体によって可能となる。
【００６５】
いくつかの態様では、１つまたは複数の開示されたプロセスまたは装置は、高価かつ複雑なＣａＣＯ３の洗浄を必要としない。例えば、炭酸カルシウム結晶集合体の低い溶液含有量、サイズおよび形態に起因して、結晶集合体からの溶液の洗浄および除去は、振動ふるいおよび噴霧洗浄などの装置を使用して実現することができる。これらの装置のオプションは、石灰泥などのより溶液含有量の高い微細粒子を含む固体流れの類似の洗浄を受けなければならない加圧管状フィルタまたは加圧ディスクフィルタよりも複雑でなく、高価でない。
【００６６】
いくつかの態様では、１つまたは複数の開示されたプロセスまたは装置は、ファウリングまたは小さな粒子サイズに敏感な乾燥装置の使用を可能にし得る。例えば、炭酸カルシウム結晶集合体のサイズおよび形態に起因して、流動床乾燥器を採用することができ、過熱蒸気乾燥器、蒸気再圧縮乾燥機、および流動床熱交換管などの高度乾燥方法を使用して供給された熱を利用することができる。例えば、エバポレータにおいてなされる蒸気再圧縮（例えばヒートポンプを駆動する電気エネルギー）は、蒸発した水の量に対して非常に少量の電気しか使用しないため、６０を超える成績係数（ＣＯＰ）を達成することができる。ＣＯＰが６０であるとは、１ｋＪの電力を消費して最大６０ｋＪの熱をもたらすと定義される。さらに、流動床乾燥器は、開示されたプロセス中のその他のポイントからの高温流体から得られる、１００℃未満もしくはわずかに１００℃を超え得る低温の熱で作動することができる。
【００６７】
いくつかの態様では、システムがよく混合され、熱分布が回転炉か焼炉よりも効率的な流動床か焼炉などのか焼装置は、固体がか焼の間に熱点にさらされないため、回転炉によって生成されるより過剰燃焼の少ない（例えば処理された固体の質量当たり反応性のより高いＣａＯを含む）材料の含有量が少ないＣａＯ生成物流れを生成し得る。これは、所望のＣａＯ生成速度およびカルシウムなどの化学物質を交換しなければならない速度を達成するために、か焼炉および下流設備に要求される容量またはサイズを低減することができ、設備容量のより効率的な使用および動作コストの低減がもたらされる。
【００６８】
本明細書に記載された対象の１つまたは複数の実装の詳細については、添付の図面および以下の説明において明らかとなる。対象のその他の特徴、態様および利点は、明細書の説明、図面および特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理して液体流中の炭酸塩分の一部を水酸化物に変換するプロセスの例を図示する。
【図２】炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理してパルププラントからの清澄緑液を清澄白液に変換するプロセスの例を示す。
【図３Ａ】酸素燃焼か焼炉およびＣＯ２捕獲に関する、炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理してパルププラントからの清澄緑液を清澄白液に変換するプロセスの例を示す。
【図３Ｂ】酸素燃焼か焼炉、ＣＯ２捕獲、および補助ボイラを使用したＣＯ２フリーの発電に関する、炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理してパルププラントからの清澄緑液を清澄白液に変換するプロセスの例を示す。
【図４】酸素燃焼か焼炉およびＣＯ２捕獲に関する、炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理して工業プラントにおける液体流中の炭酸塩分の一部を水酸化物に変換するプロセスの例を図示する。
【図５】酸素燃焼か焼炉、ＣＯ２捕獲、およびガス吸収装置に関する、炭酸カルシウム  結晶集合体を成長させ、処理して空気捕獲プラントにおける液体流中の炭酸塩分の一部を水酸化物に変換するプロセスの例を図示する。
【図６】ガス吸収装置、酸素燃焼か焼炉、ＣＯ２捕獲、および補助ボイラを使用したＣＯ２フリーの発電に関する、炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理して空気捕獲プラントにおける液体流中の炭酸塩分の一部を水酸化物に変換するプロセスの例を図示する。
【図７Ａ】大気中の二酸化炭素を捕獲するシステムの実装例を図示する。
【図７Ｂ】大気中の二酸化炭素を捕獲するシステムの実装例を図示する。
【図７Ｃ】大気中の二酸化炭素を捕獲するシステムの実装例を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
図１は、炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理して液体流中の炭酸塩分の一部を水酸化物に変換するプロセス１００の例を図示する。図示されているように、例示的プロセス１００は、ユニット１１０（例えば消和装置ユニット）、流動層型反応晶析装置１２０、分離および洗浄ステーション１３０、乾燥器１４０、か焼炉１５０、および制御システム１０８を含む。
【００７１】
この例示的プロセスにおける第１のステップでは、上記の反応（１）を介して、ユニット１１０（例えば工業用石灰消和装置）において、酸化カルシウムを水と反応させて水酸化カルシウムを形成する。この反応において使用される水は、液体または気体状態のいずれであってもよい。水が液体状態の場合、反応は、混合タンク反応器、１実施例は工業用石灰消和装置において、非反応性汚染物を流れ１１２として除去および処分する必須の方法とともに実施され得る。この装置に水を供給する流れ１０１は、２つの目的を達するものであり、１つ目は、水の一部が、反応（１）を介して水酸化カルシウムを形成するための反応によって消費され、２つ目は、流れ１１１として表示されている、輸送可能な水酸化カルシウムのスラリを生成するために過量の水を加えなければならないことである。水酸化カルシウムスラリの流れ１１１の特性は、続くプロセスユニットの要件を満たすように選択および制御される。ユニット１１０に送られる流れ１０１の水が溶解した炭酸塩を含む場合、生成される水酸化カルシウムは、上記の反応（２）を介して、制御されていない形で自発的にこれらの化合物と反応して炭酸カルシウムの析出物を生成するであろう。この析出物は、各々が１００マイクロメートル径の球体の体積未満の体積を有する粒子からなり得るものであり、本明細書に記載のプロセスにとって望ましくないものである。この制御不能な反応を低減するためには、このプロセスステップに、流れ１０１の一部としての水とともに入る溶解した炭酸塩のモルの少なくとも１０倍のモルの酸化カルシウムを供給しなければならない。
【００７２】
水酸化カルシウムのスラリ（流れ１１１）が生成されるとすぐに、反応（２）を介した制御した形での水酸化カルシウムのスラリと液体流れ１０６に含まれる溶解した炭酸塩の反応によって炭酸カルシウム結晶集合体を成長させるユニット１２０へと移動される。この反応は、高いｐＨ環境で動作するように最適化された流動層型反応晶析装置（ユニット１２０）において実施される。ユニット１２０の１つの例として、Ｃｒｙｓｔａｌａｃｔｏｒ（登録商標）またはペレット反応器が挙げられる。水酸化カルシウムのスラリの流れ１１１は、炭酸カルシウムが形成される速度を制御するためにメータを介してこの装置に供給され、装置は、反応（２）が炭酸カルシウム結晶集合体の成長に近接して起こるように配置される。反応（２）の速度および反応（２）が起こる環境を制御した結果、各々が０．１ｍｍから２ｍｍの間の直径を有する球体と同等の平均体積を有する炭酸カルシウム結晶集合体が生成される。この設備からの液体は炭酸塩が水酸化物に変換された部分を有し、水酸化物は生成水酸化物の流れ１２２として排出される一方で、所望のサイズに成長した固体炭酸カルシウム結晶集合体は溶液および炭酸カルシウム結晶集合体の混合物として流動層型反応晶析装置から除去され、流れ１２１として次のプロセスステップへと送られる。ユニット１２０には、固体炭酸カルシウム結晶集合体の成長を促進するためのシード材が設けられ得る。シード材は、生成された炭酸カルシウム結晶集合体の一部を破砕または粉砕することによって作製されるかまたは石灰岩もしくは砂などの外部ソースから供給され得る。
【００７３】
流れ１２１における炭酸カルシウム結晶集合体のサイズ、形態、および物理的特性に起因して、ふるいまたはスパイラル分級器などの工業分離設備を使用したユニット１３０において、分離後に付随する溶液が炭酸カルシウム結晶集合体の総重量の１５％未満となるように、流れ１２１における溶液から結晶集合体を容易に分離することができる。炭酸カルシウム結晶集合体は次いで、浄水を含む流れ１０３で洗浄され、炭酸カルシウム結晶集合体表面上の残留溶液の大部分が除去される。このプロセスステップにおいて除去された溶液および水は、水酸化物の流れ１３１の一部として運ばれ得るかまたは流動層型反応晶析装置で再利用され得る。水酸化物溶液から分離された炭酸カルシウム結晶集合体は、流れ１３２として、残留水分を蒸発させる乾燥システム（ユニット１４０）へと送られる。
【００７４】
このプロセスにおける炭酸カルシウム結晶集合体は、ユニット１３０において溶液から分離され、次いで残留水分を除去するためにユニット１４０において乾燥された後にはその表面上にほとんど水を有していない。液相または気相のいずれかである残留水分は、流れ１４１の一部としてプロセスから排出される。結晶集合体のサイズおよび形態に起因して、過熱蒸気乾燥器、蒸気再圧縮乾燥器、および流動床熱交換管などの高度乾燥方法を使用して供給された熱を利用することができるユニット１４０として流動床乾燥器が採用され得る。特に、流動床乾燥器は、１００℃未満もしくはわずかに１００℃を超え得る低温の熱、プロセス中のその他のポイントからの高温ガスで作動することができ、または蒸気再圧縮システムの場合には、電気エネルギーが１ｋＪの電力を消費して最大６０ｋＪの熱をもたらすことができるヒートポンプを駆動する。代替として、乾燥器１４０は、例えば、真空トレイ、鉛直撹拌、ダブルコーン、水平パン、プレート、真空バンド、水平、パドル、または間接回転乾燥器などの接触乾燥器であり得る。乾燥器１４０は、噴流床、直接回転、および空気輸送方式乾燥器などの流動床乾燥器以外の分散対流乾燥器、または対流トレイ、通気、ターボトレイ、トンネル、移動床、パドル、もしくは回転ルーバー乾燥器などの層対流乾燥器であってもよい。
【００７５】
流れ１３２における炭酸カルシウム結晶集合体に加えて、プロセスを通したカルシウム化合物の損失のために、用意された炭酸カルシウムの流れ１０５が乾燥ユニット１４０に導入される。用意される炭酸カルシウム源は石灰岩であり得る。ここで、乾燥炭酸カルシウム結晶集合体および用意された炭酸カルシウムの流れ１４２は、最終的なプロセスステップに備える。
【００７６】
炭酸カルシウム結晶集合体は次いで、プロセスの第１ステップにおいて使用された酸化カルシウムを改質するように反応して、上記反応（３）を介してＣＯ２を含有するガス流れを放出する。この反応は、９００℃で起こり、入力エネルギーとして熱エネルギーを必要とし、か焼炉として一般的に知られるユニット１５０において実施される。熱は、天然ガス、燃料油もしくは石炭などの炭化水素の燃焼、バイオマス、電気、太陽熱の使用、またはそれらの組み合わせによってか焼炉に供給される。
【００７７】
採用されるか焼炉（例えばユニット１５０）は、回転炉、シャフト炉、フラッシュか焼炉、または流動床か焼炉であり得る。いくつかの実施形態では、必要な熱は、燃料の流れ１０４が、空気分離ユニット（ＡＳＵ）からの空気または酸素からなり得るガスの流れ１０２中の酸素とともに燃焼したときに供給される。燃料の燃焼からの生成物および反応（３）からのＣＯ２は混合され、か焼ユニット１５０からオフガス１５２として放出される。先に記載され、炭酸カルシウム結晶集合体によって達成可能な洗浄は、流動床か焼炉の使用を可能にする。流動床か焼炉は本質的に制御が可能であり、非常に均一な内部状態を有し、その両方が、過熱、過燃焼、または焼結され、処分しなければならない材料が少ない流れ１５１においてより反応性の高いＣａＯをもたらす要因であるため、望ましい。流れ１５１は、プロセスを繰り返すことができるように、ユニット１１０に戻される。オフガスの流れ１５２は高温であり、乾燥ユニット１４０の熱源として、またはボイラにおいて蒸気を発生させるために、か焼ユニット１４０に入る前に流れ１０２、１０４、または１４２を予備加熱するために使用され得る。溶液の大部分がユニット１３０において除去され、炭酸カルシウム結晶集合体のサイズおよび形態は、制御困難な量の、流れ１４２もしくは流れ１５１からの粉塵、または流れ１２１からの化学物質で流れ１５２が汚染されることを防ぐため、流れ１５２は、これらの多様なプロセスに適用され得る。流れ１５２の熱が上述のように使用されると、結果として生じるガスは、温室または農業施設などのＣＯ２濃縮空気の消費者へと輸送され得る。
【００７８】
プロセス１００はまた、通信素子１１５を介して、ユニット１１０（例えば消和装置）、流動層型反応晶析装置１２０、分離および洗浄ステーション１３０、乾燥器１４０、およびか焼炉１５０の少なくとも１つと通信可能に連結された制御システム１０８を含む。制御システム１０８の実装は、本明細書に記載された構造、構造の等価物、またはそれらの１つもしくは複数の組み合わせを含む、デジタル電子回路部品、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェアを備え得る。例えば、制御システム１０８は、マイクロプロセッサベースのコントローラ（または制御システム）、および電気機械ベースのコントローラ（または制御システム）であり得る。制御システムにおける命令および／または論理（例えばプロセス１００またはユニット１１０（例えば消和装置）流動層型反応晶析装置１２０、分離および洗浄ステーション１３０、乾燥器１４０、およびか焼炉１５０によって実施されるその他のプロセスを制御するための）は、データ処理装置によって実行される、またはその動作を制御するために、コンピュータ記憶媒体にエンコードされた１つまたは複数のコンピュータプログラム、すなわち１つまたは複数のコンピュータプログラム命令のモジュールとして実装され得る。代替としてまたは追加として、プログラム命令は、人工的に生成されて伝搬された固定信号、例えば、データ処理装置によって実行するための適切な受信機へと伝送するために情報をエンコードするために生成された、機械生成電気信号、光信号、または電磁信号にエンコードされ得る。
【００７９】
制御システム１０８は、クライアントおよびサーバ、ならびに／または親子式コントローラを含み得る。クライアントおよびサーバは、一般的に互いに距離があり、典型的に通信ネットワークを介して相互作用する。クライアントおよびサーバの関係は、それぞれのコンピュータ上で起動しており、互いにクライアント‐サーバ関係を有するコンピュータプログラムによって生じる。いくつかの態様では、制御システム１０８は、通信素子１１５（例えば有線または無線）を介してプロセス１００の図示された構成要素の各々に通信可能に連結された主要コントローラ（例えば親機）を表す。
【００８０】
図２は、炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理してパルププラントからの液体流れ（緑液として知られる）に含まれる炭酸塩の一部を水酸化物に変換し、結果として生じる流れを清澄白液としてパルププラントへと送るプロセス２００の例を図示する。図示されているように、プロセス２００は、流動層型反応晶析装置１２０と材料連結しているパルププラント２１０、ならびに分離および洗浄ユニット１３０を含む。さらに、図示された実装では、プロセス２００は、ユニット１１０（例えば消和装置）、乾燥器１４０、およびか焼炉１５０を含む。
【００８１】
図示されたプロセス２００では、パルププラントユニット２１０は、流動層型反応晶析装置１２０からの清澄白液流れ２２１およびユニット１３０からの清澄白液流れ２３１を使用してパルプ製造プロセスの間に木材チップを処理または蒸解する。分離および洗浄ユニット１３０からの苛性洗浄水流れ２３２は、流動層型反応晶析装置ユニット１２０に供給する炭酸塩リッチ緑液流れ２１１を生成するために、パルププラント２１０における黒液と混合され得る。したがって、いくつかの態様では、プロセスは、少なくとも清澄白液をパルププラントに提供し、代わりにプロセスはパルププラントから炭酸塩リッチ緑液を受け取る。
【００８２】
いくつかの態様では、この実施形態において採用されている消和ユニット１１０は、図１に示され、第１の実施形態において説明されたものと同一または類似の供給材料流れを使用して、同一または類似の材料を生成する、同一または類似のやり方で動作する。
【００８３】
水酸化カルシウムのスラリ（流れ１１１）が生成されるとすぐに、水酸化カルシウムのスラリとパルププラントユニット２１０から放出された緑液流れ２１１の反応によって炭酸カルシウム結晶集合体を成長させるユニット１２０へと移動される。水酸化カルシウムは、反応（２）を介して制御された形で溶解した炭酸塩を含有する流れ２１１と反応する。この反応は、高いｐＨ環境で動作するように最適化された流動層型反応晶析装置（商標名：Ｃｒｙｓｔａｌａｃｔｏｒまたはペレット反応器）において実施される。水酸化カルシウムのスラリの流れ１１１は、炭酸カルシウムが形成される速度を制御するためにメータを介してこの装置に供給され、装置は、反応（２）が炭酸カルシウム結晶集合体の成長に近接して起こるように配置される。反応（２）の速度および反応（２）が起こる環境を制御した結果、各々が０．１ｍｍから２ｍｍの間の直径を有する球体と同等の平均体積を有する炭酸カルシウム結晶集合体が生成される。この設備からの液体は炭酸塩が水酸化物に変換された部分を有し、生成清澄白液流れ２２１としてパルププラントユニット２１０に戻される一方で、所望のサイズに成長した固体炭酸カルシウム結晶集合体は溶液および炭酸カルシウム結晶集合体の混合物として流動層型反応晶析装置から除去され、流れ１２１として次のプロセスステップへと送られる。
【００８４】
流れ１２１における炭酸カルシウム結晶集合体のサイズ、形態、および物理的特性に起因して、ふるいまたはスパイラル分級器などの工業分離設備を使用したユニット１３０において、分離後に付随する溶液が炭酸カルシウム結晶集合体の総重量の１５％未満となるように、流れ１２１における溶液から結晶集合体をほぼ完全に分離することができる。無希釈の水酸化物溶液は、流れ２３１としてパルププラント（ユニット１２０）へと戻され、パルプ製造プロセスにおける清澄白液と類似の特性を有する。炭酸カルシウム結晶集合体は次いで、浄水からなる流れ１０３で洗浄され、炭酸カルシウム結晶集合体表面上の残留溶液の大部分が除去される。使用された苛性洗浄水（流れ２３２）もまた、黒液を溶解して緑液を形成するために使用されるため、パルププラント（ユニット２１０）へと戻される。このプロセスステップにおいて除去された溶液および水は、流動層型反応晶析装置ユニット１２０で再利用され得る。洗浄され、水酸化物溶液から分離された炭酸カルシウム結晶集合体は、流れ１３２として、残留水分を蒸発させる乾燥システムへと送られる。
【００８５】
いくつかの態様では、この実施形態において採用されている乾燥ユニット１４０およびか焼ユニット１５０は、図１に示され、第１の実施形態において説明されたものと同一または類似の供給材料流れを使用して、同一または類似の材料を生成する、同一または類似のやり方で動作する。
【００８６】
図３Ａは、炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理してパルププラントにおける緑液流れに含まれる炭酸塩の一部を水酸化物に変換し、酸素燃焼か焼炉およびＣＯ２捕獲を含む例示的プロセス３００を図示する。図示されているように、例示的プロセス３００は、乾燥器１４０と材料連結しているＡＳＵ３１０、およびか焼炉１５０を含む。例示的プロセス３００はまた、ユニット１１０（例えば消和装置）、流動層型反応晶析装置１２０、ならびに分離および洗浄ユニット１３０を含む。
【００８７】
図示されたプロセス３００では、図示されたパルププラントユニット２１０は、流動層型反応晶析装置１２０からの清澄白液流れ２２１およびユニット１３０からの流れ２３１を使用してパルプ製造プロセスの間に木材チップを処理または蒸解する。分離および洗浄ユニット１３０からの苛性浄水流れ２３２は、流動層型反応晶析装置ユニット１２０に供給する炭酸塩リッチ緑液流れ２１１を生成するために、パルププラント２１０における黒液と結合され得る。したがって、いくつかの態様では、プロセスは、少なくとも清澄白液をパルププラントに提供し、代わりにパルププラントから炭酸塩リッチ緑液を受け取る。
【００８８】
いくつかの態様では、この実施形態において採用されている消和ユニット１１０は、図１に示され、第１の実施形態において説明されたものと同一または類似の供給材料流れを使用して、同一または類似の材料を生成する、同一または類似のやり方で動作する。
【００８９】
いくつかの態様では、この実施形態において採用されている流動層型反応晶析装置ユニット１２０および分離および洗浄ユニット１３０は、図２に示され、第２の実施形態において説明されたものと同一または類似の供給材料流れを使用して、同一または類似の材料を生成する、同一または類似のやり方で動作する。
【００９０】
このプロセスにおける炭酸カルシウム結晶集合体は、ユニット１３０において溶液から分離され、次いで残留水分を除去するためにユニット１４０において乾燥された後にはその表面上にほとんど水を有していない。液相または気相のいずれかである残留水分は、流れ３４１の一部としてプロセスから排出される。結晶集合体のサイズおよび形態に起因して、ユニット１４０として流動床乾燥器が採用され得る。この実装では、主に窒素からなる乾燥ガスの流れ（流れ３１２）がＡＳＵユニット３１０から取り入れられ、ユニット１４０における固体を乾燥させるために使用される。流れ１３２における炭酸カルシウム結晶集合体に加えて、プロセスを通したカルシウム化合物の損失のために、用意された炭酸カルシウムの流れ１０５が乾燥ユニット１４０に導入される。ここで、乾燥炭酸カルシウム結晶集合体および用意された炭酸カルシウムの流れ１４２は、最終的なプロセスステップに備える。
【００９１】
炭酸カルシウム結晶集合体は次いで、プロセスの第１ステップにおいて使用された酸化カルシウムを精製するように反応して、上記反応（３）を介してＣＯ２を含有するガス流れを放出する。この反応は、９００℃で起こり、入力エネルギーとして熱を必要とし、か焼炉と一般的に称されるユニット１５０において実施される。採用されるか焼炉は、流動床か焼炉である。必要な熱を供給するために、天然ガスまたは油などの燃料の流れ１０４が、高純度酸素流れ３１１と燃焼される。流れ３１１は、ＡＳＵユニット３１０から生成される。高純度酸素の使用により、ユニット１５０か焼炉の構成は、酸素燃焼か焼炉と称される。純酸素をか焼炉に供給することにより、エネルギー消費が低減され、か焼炉のユニット容量が増加する。燃料の燃焼からの生成物および反応（３）からのＣＯ２は混合され、か焼ユニット１５０からオフガス（流れ３５１）として放出される。オフガスは、高濃度ＣＯ２を含み、パルププラントユニット２１０内のＬｉｇｎｏＢｏｏｓｔ（登録商標）プロセスにおいて使用する、ＥＯＲでの使用のために売却する、または地下の貯蔵器に保管することができる。
【００９２】
この実装および生成されたＣＯ２の捕獲および精製が望ましいその他の実装では、炭酸カルシウム結晶集合体は、酸素燃焼か焼プロセスの使用を可能にする。いくつかの態様では、回転炉以外の酸素燃焼か焼炉（例えば炭酸カルシウム結晶集合体によって可能とされた）が使用され得る（例えば気密性に起因して）。場合によっては、１モルの燃料を燃焼するためにＡＳＵで２モルの酸素を生成するのに、生成されたモルのＣＯ２をアミンユニットで捕獲するのとほぼ同一の費用がかかる。メタンガスの完全燃焼が以下に示されており、この概念を例示するのに役立つ。
ＣＨ４（ｇ）＋２Ｏ２（ｇ）→ＣＯ２（ｇ）＋２Ｈ２Ｏ（ｇ）    （４）
ＡＳＵで２モルのＯ２を生成する費用＝アミンで１モルのＣＯ２を捕獲する費用
【００９３】
この実施形態において、か焼炉から出る総ＣＯ２の約３分の１が、燃料の燃焼からのものであり、残りは、酸素燃焼か焼炉における一連の反応全体を形成する、反応（３）を介したＣａＣＯ３のか焼からのものである。
２ＣａＣＯ３（ｓ）＋ＣＨ４（ｇ）＋２Ｏ２（ｇ）→２ＣａＯ（ｓ）＋３ＣＯ２（ｇ）＋２Ｈ２Ｏ（ｇ）    （５）
【００９４】
したがって、ＡＳＵは、燃料を燃焼するために２モルの酸素を生成すればよい一方で、アミンユニットは３モルのＣＯ２を捕獲しなければならない。このことは、アミンユニットの使用と比較して、このプロセスからＣＯ２を捕獲するのに約６７％のコスト低減に相当するであろう。
【００９５】
このような酸素燃焼スキームは、ＣＯ２を捕獲するためのコスト低減以外にもプロセスに対する利点を有する。第１に、ＡＳＵは、多量の非常に乾燥したＮ２を同時に生成し得る。これは、流動床乾燥器（ユニット１４０）への流動ガスとして使用することができ、炭酸カルシウム結晶集合体上のいかなる水もこのガス流れへと蒸発して平衡水蒸気圧に達し得る。炭酸カルシウム結晶集合体の濡れの程度によっては、外部熱の入力なしで乾燥することが可能であり、炭酸カルシウム結晶集合体の乾燥に必要とされるエネルギーが完全に排除され得る。
【００９６】
加えて、か焼炉の容量は、１秒当たり処理することができる酸素の量によって決定される。通常は２１％酸素を含む空気で運転されるが、か焼炉の容量は酸素処理量に関して直線形であり、所与のサイズのか焼炉は所与の容量のガスを処理することができるため、純酸素の流れが供給された場合、その容量は５倍増加し得る。回転炉などの多くのか焼炉は、固体およびガスの混合に十分な強度を有さない場合があり、純酸素環境における火炎温度はか焼炉を破壊し得る熱点をもたらし、酸化カルシウムを過熱して不活性にするため、純酸素での運転が不可能であり得る。流動床か焼炉は、このような制限を受けず、このプロセスにおいて形成される炭酸カルシウム結晶集合体によって可能となる。
【００９７】
図３Ｂは、ＡＳＵ、酸素燃焼か焼炉、ボイラ、およびＣＯ２捕獲に関する、炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理してパルププラントからの緑液中の炭酸塩の一部を水酸化物に変換する例示的プロセス３５０を図示する。図示されているように、例示的プロセス３５０は、乾燥器１４０と材料連結しているＡＳＵ３１０、か焼炉１５０（例えば酸素燃焼か焼炉）、およびボイラ３２０を含む、例示的プロセス３５０はまた、ユニット１１０（例えば消和装置）、流動層型反応晶析装置１２０、ならびに分離および洗浄ユニット１３０を含む。
【００９８】
図示されたプロセス３５０では、図示されたパルププラントユニット２１０は、流動層型反応晶析装置１２０からの清澄白液流れ２２１およびユニット１３０からの流れ２３１を使用してパルプ製造プロセスの間に木材チップを処理または蒸解する。分離および洗浄ユニット１３０からの苛性浄水流れ２３２は、流動層型反応晶析装置ユニット１２０に供給する炭酸塩リッチ緑液流れ２１１を生成するために、パルププラント２１０における黒液と結合され得る。したがって、いくつかの態様では、プロセスは、少なくとも清澄白液をパルププラントに提供し、代わりにパルププラントから炭酸塩リッチ緑液を受け取る。
【００９９】
この実施形態において採用されている消和ユニット１１０は、図１に示され、第１の実施形態において説明されたものと同一または類似の供給材料流れを使用して、同一または類似の材料を生成する、同一または類似のやり方で動作する。
【０１００】
この実施形態のいくつかの態様では、ユニット１２０、１３０、１４０、および１５０は、流れ３５１における高温ガスが補助ボイラユニット３２０へと移動すること以外については、図３Ａに示され、第３の実施形態において説明されたものと同一または類似の供給材料流れを使用して、同一または類似の材料を生成する、同一または類似のやり方で動作する。
【０１０１】
補助ボイラは、ＣＯ２を排出せずに電力を生成することができるのが望ましい。補助ボイラは、図３Ｂおよび６に示されるように、酸素燃焼か焼炉と一体形成される。ここで、か焼炉のオフガス（流れ３５１）は補助ボイラに入り、ＡＳＵユニット３１０からの追加の高純度酸素（流れ３１３）と混合される。天然ガスまたは油などの燃料源が流れ１０４として導入され、燃焼反応は、入ってくるボイラ供給水（流れ３０１）を蒸気（流れ３２２）へと変換するための熱を生成する。この蒸気は、発電に使用することができる。結果として生じるボイラオフガス（流れ３２１）は、高いＣＯ２含有量を含み、パルププラントユニット２１０内のＬｉｇｎｏＢｏｏｓｔプロセスにおいて使用する、ＥＯＲ工程における使用のために売却する、または地下の貯蔵器に保管することができる。
【０１０２】
酸素を取り入れ、自体のオフガスから再利用されたＣＯ２で希釈し、結果生じる混合された流れにおいて天然ガスを燃焼する別個のボイラ（例えばプロセス３００に示された部材に加えて）を設置することができる。ボイラにおいて、火炎温度がボイラ管を融解する程度に温度が高くなり得るため、酸素は希釈され得る。前述の別個のボイラは、補助ボイラ３２０に供給される酸素と完全に別の流れを必要とし得る。本実装では、ボイラで発生したＣＯ２をボイラの入口に戻して再利用する代わりに、流れ３５１に示されるように、か焼炉からのオフガス（流れ３５１）を使用して酸素が希釈される。か焼炉は、一般的に、過量の酸素で運転され、この過量の酸素は、か焼炉から出るオフガス（流れ３５１）中に存在し得る。この過量の酸素は、補助ボイラ３２０において燃料１０４を燃焼するために必要な酸素の一部またはすべてを構成することができ、プロセスによって使用される酸素の総量（したがって、ＡＳＵのサイズおよびコスト）が低減される。か焼炉からのオフガス中に残留する熱もまたボイラに送られ、蒸気を発生させるために使用される。上記の２つの要因により、ＣＯ２を排出せずに電力を生成するコストが低減される。
【０１０３】
図４は、酸素燃焼か焼炉およびＣＯ２捕獲を備えた、炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理して、工業プロセスにおいてに適用されるように、液体流れ中の炭酸塩分の一部を水酸化物に変換する例示的プロセス４００を図示する。図示されているように、例示的プロセス４００は、乾燥器１４０と材料連結しているＡＳＵ３１０、およびか焼炉１５０を含む。例示的プロセス４００はまた、ユニット１１０（例えば消和装置）、流動層型反応晶析装置１２０、分離および洗浄ユニット１３０、ならびにか焼炉１５０（例えば酸素燃焼か焼炉）を含む。
【０１０４】
図示されたプロセス４００では、工業ガス吸収装置ユニット４１０は、流動層型反応晶析装置からのＣＯ２リーン流れ４２１と分離および洗浄ユニット１３０からの希釈ＣＯ２リーン流れ４３１の組み合わせを使用した工業プロセス気体流れからのＣＯ２部分を吸収する。いくつかの態様では、「ＣＯ２リーン」とは、関連するＣＯ２リッチ流れよりも炭酸塩に関してより少量のＣＯ２を含む流れを表し得る。例えば、いくつかの態様では、水酸化物濃度（［ＯＨ−］）に対する炭酸塩濃度（［ＣＯ３２−］）の比率は、ＣＯ２リッチ流れのほうがＣＯ２リーン流れよりも高い。例えば、ＣＯ２リーン溶液における［ＣＯ３２−］：［ＯＨ−］比が０．２５（［ＣＯ３２−］＝０．５、［ＯＨ−］＝２．０）である場合、ＣＯ２リッチ流れにおける［ＣＯ３２−］：［ＯＨ−］比は０．２５を超え、例えば０．３（［ＣＯ３２−］＝０．６、［ＯＨ−］＝１．８）となるであろう。ＣＯ２の吸収後、工業ガス吸収装置は、ＣＯ２リッチ流れ４１１をユニット１２０へと戻す。いくつかの態様では、「ＣＯ２リッチ」とは、関連するＣＯ２リーン流れ（この場合、流れ４２１および４３１）よりも多くのＣＯ２を含む流れを意味し得る。したがって、いくつかの態様では、プロセスは、少なくともＣＯ２リーン溶液を工業ガス吸収装置に提供し、代わりに工業ガス吸収装置からＣＯ２リッチ溶液を受け取る。
【０１０５】
工業ガス吸収装置は、精製燃焼排ガスおよびボイラ排ガスなどの工業プロセスから放出されたガスを取り込み、ＣＯ２の一部（場合によってはＳＯ２、Ｈ２Ｓ、およびその他の化合物）を吸収するＣＯ２リーン吸収流体と接触させるカラムである。放出されたガスは、プロセスにおける次のステップへと送られるか、場合によっては大気中に放出され、一方で結果として生じるＣＯ２リッチ吸収流体は再生ユニットに送られ、そこで処理されてＣＯ２リーン吸収流体に転換され、ガス吸収カラムに送り戻される。工業ＣＯ２捕獲は、ガス中のＣＯ２含有量が例えば１〜１５ｖｏｌ％の間で変化し得る、発電プラントなどの発生源からのガスを処理する。この範囲は、例えば１ｖｏｌ％未満である空気中に存在するＣＯ２含有量より高い。これは、工業ガスに関連するＣＯ２の分圧が大気に関連するＣＯ２分圧より高いことを意味する。本明細書に記載されたプロセスの１実施形態は、大気からＣＯ２を捕獲するように設計されているが、ＣＯ２分圧がより高いため捕獲がより容易である工業発生源からのＣＯ２を捕獲するように適用することも可能である。
【０１０６】
いくつかの態様では、本実施形態において採用される消和ユニット１１０は、図１に示され、第１の実施形態において説明されたものと同一または類似の供給材料流れを使用して、同一または類似の材料を生成する、同一または類似のやり方で動作し得る。
【０１０７】
水酸化カルシウムのスラリ（流れ１１１）が生成されるとすぐに、水酸化カルシウムのスラリと工業ガス吸収体ユニット４１０から放出されたＣＯ２リッチ流れ４１１の反応によって炭酸カルシウム集合体を成長させるユニット１２０へと移動される。水酸化カルシウムは、反応（２）を介して制御された形で溶解した炭酸塩を含有する流れ４１１と反応する。この反応は、高いｐＨ環境で作動するように最適化された流動層型反応晶析装置（商標名：Ｃｒｙｓｔａｌａｃｔｏｒまたはペレット反応器）において実施される。水酸化カルシウムのスラリの流れ１１１は、炭酸カルシウムが形成される速度を制御するためにメータを介してこの装置に供給され、装置は、炭酸カルシウムが形成される反応が炭酸カルシウム結晶集合体の成長に近接して起こるように配置される。反応（２）の速度および反応（２）が起こる環境を制御した結果、各々が０．１ｍｍから２ｍｍの間の直径を有する球体と同等の平均体積を有する炭酸カルシウム結晶集合体が生成される。このユニットからの液体は炭酸塩が水酸化物に変換された部分を有し、ＣＯ２リーン水酸化物溶液液流れ４２１として工業ガス吸収体ユニット４１０に戻される一方で、所望のサイズに成長した固体炭酸カルシウム結晶集合体は溶液および炭酸カルシウム結晶集合体の混合物として流動層型反応晶析装置から除去され、流れ１２１として次のプロセスステップへと送られる。
【０１０８】
流れ１２１における炭酸カルシウム結晶集合体のサイズ、形態、および物理的特性に起因して、ふるいまたはスパイラル分級器などの工業分離設備を使用したユニット１３０によって、分離後に付随する溶液が炭酸カルシウム結晶集合体の総重量の１５％未満となるように、流れ１２１における溶液から結晶集合体をほぼ完全に分離することができる。炭酸カルシウム結晶集合体は次いで浄水からなる流れ１０３で洗浄され、炭酸カルシウム結晶集合体表面上の残留溶液の大部分が除去される。使用された苛性洗浄水および無希釈の水酸化物溶液の両方が混合され、ＣＯ２リーン溶液の流れ４３１として工業ガス吸収体（ユニット４１０）へと戻される。このプロセスステップにおいて除去された溶液および水は、工業ガス吸収体ユニット４１０に戻されるかまたは流動層型反応晶析装置ユニット１２０で再利用され得る。洗浄され、水酸化物溶液から分離された炭酸カルシウム結晶集合体は、流れ１３２として、残留水分を蒸発させる乾燥システムへと送られる。
【０１０９】
いくつかの態様では、この実施形態において採用されているユニット１４０および１５０は、図３Ａに示され、第３の実施形態において説明されたものと同一または類似の供給材料流れを使用して、同一または類似の材料を生成する、同一または類似のやり方で動作する。この実施形態では、オフガスは、高濃度のＣＯ２を含み、受け取り手または最終消費者に送られる前に、商業的に利用可能な技術を使用して、これらに限定されるわけではないが、塩水帯水層などの地下貯水槽に隔離のためにＣＯ２を送ること、石油増進回収（ＥＯＲ）またはガス増進回収（ＥＧＲ）のためのＣＯ２の使用、化学物質または消費物資を製造するための工業プロセスにおけるＣＯ２の使用、温室での使用、またはバイオマス系製品もしくはエネルギーを生成するための藻類バイオマスの生成など、ＣＯ２のさらなる処理、精製、および圧縮に送られ得る。ＥＯＲは、槽から表面へ油の移動を容易にするためにＣＯ２を貯油槽に注入するプロセスである。ＥＧＲは、ＥＯＲと類似のプロセスであるが、油の代わりにガスの移動を容易にするために適用される。
【０１１０】
図５は、炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理して大気中の空気からＣＯ２を捕獲するプロセスにおいて適用されるように、液体流中の炭酸塩分の一部を水酸化物に変換する例示的プロセス５００を図示する。図示されているように、プロセス５００は、流動層型反応晶析装置１２０ならびに分離および洗浄ステーション１３０と材料連結しているガス吸収装置または空気吸収装置または空気接触器５１０を含む、さらに、図示されている実装では、プロセス５００は、ユニット１１０（例えば消和装置）、乾燥装置１４０、およびか焼炉１５０を含む。
【０１１１】
図示されたプロセス５００では、ガス吸収体ユニット５１０は、流動層型反応晶析装置１２０からのＣＯ２リーン溶液流れ４２１および分離および洗浄ユニット１３０からの希釈ＣＯ２リーン流れ４３１の組み合わせを使用した大気中の空気からＣＯ２の一部を吸収する。したがって、１つの態様では、少なくともＣＯ２リーン溶液がガス吸収体に提供され得、プロセスは代わりにガス吸収体からＣＯ２リッチ溶液を受け取る。
【０１１２】
図７Ａ〜７Ｃを参照すると、ガス吸収体ユニット５１０として実装され得る大気中に二酸化炭素を捕獲するシステムの例示的実装がより詳細に示される。例えば、特に図７Ａを参照すると、二酸化炭素捕獲装置１０は、スラブ１５として形成されたパッキング１２を備え、スラブ１５は対向する主面１４を有し、対向する主面１４は、パッキング１２を風が通り抜けられるように少なくとも部分的に風が通過できる。少なくとも１つの液体源１６は、二酸化炭素吸収液体がスラブ１５を貫流するようにパッキング１２に向けられている。スラブ１５は、対向する主面１４の１つと風の流れ１８が非ゼロ入射角をなすように配置される。パッキング１２は、二酸化炭素吸収液体の流れが、対向する主面１４によって画定される面２２と平行な平均流れ方向２０においてスラブ１５を通るように向けられ得る。対向する主面１４が完全に平行でなくてもよいことを理解すべきである。１つの実装において、面１４は、例えば１点に集中しているか、放射状に広がっているか、または湾曲し得る。図示されているように、パッキング１２は、二酸化炭素液体吸収体が重力によってパッキング１２を貫流するように向けられ得る。いくつかの実装では、パッキングの寸法は、２００ｍ×２５ｍ×７ｍの構造に含まれる２００ｍ×２０ｍ×３ｍとすることができる。いくつかの実装では、寸法は、１０ｍ×７ｍ×２ｍから１０００ｍ×５０ｍ×１５ｍの範囲であり得る。
【０１１３】
非ゼロ入射角とは、風の流れ１８がゼロを超える角度で面１４に当たることを意味する。これは、最底部からパッキングのタワーをガスが流れる従来のパッキング配置と対比され得る。いくつかの実装では、非ゼロ入射角は、対向する主面の一方に垂直である。非ゼロ入射角は完全に垂直の１０％以内であり得ることを理解すべきである。非ゼロ入射角はまた、風の流れの平均角度を意味し得る。風の流れの平均角度は、時間にわたって平均化され得る。
【０１１４】
いくつかの実装では、パッキング１２は、構造化されたパッキングをさらに含む。パッキング１２は、例えば、対向する主面１４間が１〜２ｍ厚であり得る。その他の実装では、パッキング１２は、より厚くてもより薄くてもよい。構造化されたパッキングとは、吸収および蒸留カラム、化学反応装置に使用されるさまざまな特別に設計された材料を意味し得る。構造化されたパッキングは典型的に、流体が複雑な経路でカラム内を通るようにして異なる相の間に大きな接触面積を形成するように配置された金網、または金属板などの薄い波形材料２５からなる。構造化されたパッキングは、気相のフローチャネルを形成するために十字交雑関係に配置された波形板から作製され得る。波形板の交差部分は、液相および気相の混合点を形成する。壁ワイパーは、液体および／または蒸気がカラム壁に沿ってバイパス形成することを防ぐために使用される。構造化されたパッキング層の各々をカラム軸周りに回転させることによって、蒸気および液体の流れをあらゆる方向に混合し、広げる。
【０１１５】
対向する主面１４は、垂直に向けられ得る。面１４の方向は、例えば地面に対して決定され得る。その他の実装では、面１４は、地面に対して例えば傾斜した角度に向けられ得る。対向する主面１４は、いくつかの実装では水平に向けられ得る。これらの実装は、垂直スラブ実装よりも大きな設置面積を有する傾向にある。パッキング１２は、複数のスラブ１５として形成され得る。図７Ｃに示される配置と対照的に、複数のスラブはまた、例えば端から端まで配置された複数のスラブに形成され得る。いくつかの実装では、スラブは、互いの頂部上に複数のスラブを端から端まで効果的に提供することで垂直に区分され得る。これは、狭いアスペクト比（例えば２０ｍ高さ×１．５ｍ幅）で液体を十分に分散させるために必要であり得る。垂直区分の間に、上部から流れてくる流体を回収し、下部のパッケージスラブに均等に再分配する回収／分配システムが存在し得る。いくつかの実装では、そのような回収／分配システムは、本明細書に記載される任意のスラブに存在し得る。
【０１１６】
少なくとも１つの液体源１６は、少なくとも１つのポンプ２６をさらに含み得る。ポンプ２６は、選択的に液体をパッキング１２のさまざまな部分に適用するために、バルブ（図示せず）によって制御されるいくつかの分配管２８を含み得る。少なくとも１つのポンプ２６は、一連のパルスで二酸化炭素吸収液体を供給するように構成され得る。
【０１１７】
少なくとも１つのファン３０は、パッキング１２の対向する主面の１つの少なくとも一部分を風が流れるように向けられ得る。ファン３０は、両面使用可能であり得る。いくつかの実装では、ファン３０は、パッキング１２をすでに流れた風の流れがパッキング１２に循環することを防止し得る。いくつかの実装では、少なくとも１つのファン３０は、風の流れをパッキング１２に送ることができる。図７Ａを参照すると、ファン３０は、複数のファンをさらに含み得、ファンの各々は、少なくともパッキング１２のそれぞれの部分を風が流れるように向けられる。いくつかの実装では、それぞれの部分は、例えばファン３０に最も隣接した又は近いパッキング１２に風の流れが最も大きな影響を及ぼし得るパッキング１２の部分として理解される。少なくとも１つのファン３０は、対向する主面１４の少なくとも１つに隣接するファン壁３２の一部として設けられ得る。ファン壁（図示せず）は、各ファン１４に隣接して配置され得るものと理解すべきである。本明細書において、隣接とは、隣にあることを意味し、ファン壁３２が面１４との間に空間を有するが隣り合う実装（図面に示されたものなど）を含み得る。
【０１１８】
ファン壁３２は、流れ１８がパッキング１２から出る対向する主面１４の１つに隣接し得る。ファン壁３２において、個々のファンは、不浸透性材料によって分離され得る。ファン３０は、壁３２にわたって圧力降下を形成する。いくつかの実装では、ファン壁３２は、ファンが故障し、その流れを最終的に遮断する場合に、パッキング１２を通る流れがほぼ影響を受けないように設計される。これは、例えば、隣接するファンを近接して離間し、ファン壁３２をパッキング１２から離間することによって成し遂げられる。
【０１１９】
設備１０は、風の流れ１８をパッキング１２内に向ける風ガイド３４をさらに含み得る。設備１０は、風の流れ１８をパッキング１２から外に向ける風ガイド３６をさらに含み得る。風ガイド３４および３６は、例えばルーバーであり得る。風ガイド３４および３６は、独立して制御可能であり得る。この実装では、風の流れ１８は、右から左に向かう。したがって、上部の風ガイド３４は開いており、下部の風ガイド３４は閉じている。同様に、上部の風ガイド３６は閉じており、下部の風ガイド３６は開いている。したがって、風の流れ１８は、パッキング１２を通過する上部の風ガイド３４から下部の風ガイド３６への純流動を有する。
【０１２０】
設備１０は、少なくとも部分的に囲まれた構造体３８の一部であり得る。本明細書に記載された多量の風の処理を含み得る実装の性質のため、動物および昆虫を含む、要素から設備１０を遮蔽することが重要であり得る。風ガイド３６および３４は、風の流れを選択的に取り入れ、処理するのに適した周囲構造とともにこれを補助し得る。いくつかの実装では、動物の侵入を防止するが風の流れの通過は可能にするように、パッキング１２を覆って保護カバー（図示せず）が設けられ得る。少なくとも部分的に囲まれた構造体３８の壁を洗浄するための洗浄装置４０が提供され得る。洗浄装置４０は、例えば図示されたように、ファン壁３２の外側を洗浄するために軸の周りに回転するワイパーであり得る。風ガイド３４および３６は、例えば水平に向けられ得る。
【０１２１】
設備１０は、対向する主面１４を通って延び、風の流れを選択的に対向する主面１４の１つに運ぶ少なくとも１つの風流路４２をさらに含み得る。風流路４２は、空気の流れが風流路４２を通るように取り付けられたファン３０を有し得る。風流路４２は、風が面１４Ａを通ってパッキング１２内に入り、面１４Ｂを通ってパッキング１２から出る、面１４を通る風の移動を可能にする。このやり方で、風の流れは、パッキング１２の水平スラブの水平面１４を通って流れるように誘導され得る。風流路４２は、例えば、１０ｍの高さの空気ダクトであり得る。図示された実装では、風流路４２は、二酸化炭素リッチ入口空気が下方に移動する鉛直ダクトである。これらのダクトは、表面の約１／５を被覆し得る（例えば、５ｍ間隔の格子に配置された約１．２ｍ径の管）。
【０１２２】
パッキング１２を通って流れた二酸化炭素吸収液体またはＣＯ２リーン溶液の流れを回収するためのシンク４６が提供され得る。シンクは、受け皿４４として図示されている。受け皿４４は、例えば、水酸化物を捕獲し、パッキングを保持するための支持体を含むコンクリートで裏打ちされた受け皿であり得る。いくつかの態様では、例えば約１から１．５ｍであり得る、パッキング１２と受け皿４４との間に隙間が存在し得る。いくつかの実装（図示せず）では、シンク４６は、液体をパッキング１２から直接輸送する例えばパイプまたは一連の導管であり得る。この種のシステムは、液体の排水を単一のパイプまたはパイプのネットワークに集中させるように設計されたじょうご状または排水装置であり得る。接触した液体は、パッキングを再循環され得るかまたはリサイクルされて次いで再循環され得る。
【０１２３】
いくつかの実装では、設備１０は、使用した二酸化炭素吸収液体を再生するためのリサイクルシステムをさらに含む。リサイクルシステムは、例えば、使用済み二酸化炭素吸収液体をリサイクルするための任意のシステムであり得る。例えば、二酸化炭素吸収液体は、水酸化物溶液、たとえば水酸化ナトリウム溶液を含み得る。液体１６の供給源は、好ましくはリサイクルした二酸化炭素吸収液体を供給する。
【０１２４】
図７Ａおよび７Ｂは、二酸化炭素捕獲の方法を図示する。二酸化炭素吸収液体は、一連のパルスでパッキング１２に供給される。図７Ｃを参照すると、各パルスは、例えば、液体１６の供給原によってパッキング１２へと液体を供給する間の短い期間を含み得る。各パルスは、鋭い瞬間的な印加でなくてもよいが、その間に液体が供給される期間であり得る。二酸化炭素を含むガス、例えば風の流れ１８で図示されている空気は、ガスからの二酸化炭素を少なくとも部分的に二酸化炭素吸収液体に吸収させるために、パッキング１２を通って流れる。適用は、ポンプをさらに含み得る。ガスを流す段階は、少なくとも二酸化炭素吸収液体が適用されていないときに、二酸化炭素を含むガスをパッキング内に流す段階をさらに含み得る。ガスの流れは、例えばファン３０を使用して制御され得る。ガスの流れは、ファン３０ならびに風ガイド３４および３６を使用して制御され得る。ガスの流れは、二酸化炭素吸収液体が適用されているときに少なくとも制限され得る。これは、液体のパルスがパッキング１２へと供給されているときに回転およびパッキング１２を通る風の流れを止めるファン壁３２のファン３０によって想定され得る。
【０１２５】
いくつかの実装では、一連のパルスは、１〜５０％のデューティ比を有する。その他の実装では、デューティ比は、例えば５％であり得る。デューティ比とは、サイクルの全持続時間に対する適用された液体のパルスの持続時間の比率を意味する。例えば、５０％のデューティ比とは、設備が動作する時間の半分のみに流体を流すことを意味する。このことは、システムが動作可能な時間の１から５０％パルスが稼働することを意味し、１％のデューティ比とは、１００秒に対して１秒ごとに流体が流れることを意味する。より現実的な値では、３０秒間オンで、３０００秒間オフであり、５０％のデューティ比はポンプが３０秒間稼働して次の３０秒間停止することを意味する。いくつかの実装では、一連のパルスは、１０〜１０００秒のオフ時間を有する。その他の実装では、一連のパルスは、１００〜１００００秒のオフ時間を有する。
【０１２６】
適用のステップは、第１シリーズのパルスにおいて二酸化炭素吸収液体をパッキング１２の第１部分に適用し、第２シリーズのパルスにおいて二酸化炭素吸収液体をパッキング１２の第２部分に適用するステップをさらに含み得る。これは、分配管２８Ａおよび２８Ｂを介して液体をパッキング１２に選択的に適用することによって想定され得る。管２８Ａおよび２８Ｂはパッキングの一部（例えば一番左の部分）のみに供給するため、その部分のみが適用された液体を有し得る。液体は次いで、管２８Ｃおよび２８Ｄを介して液体を適用することによって、パッキング１２の右手部分に選択的に適用され得る。第１および第２シリーズのパルスは、例えば同期化され、非同期化され、完全に異なり、または互いに異なる位相で同期化され、連続的に動作しているパンプから断続的に液体を供給することを可能にする。
【０１２７】
これらの実装では、ガスを流す段階は、二酸化炭素吸収液体が適用されていないときにパッキングの第１部分を通る二酸化炭素を含むガスの流れを少なくとも制限し、二酸化炭素吸収液体が適用されていないときにパッキングの第２部分を通る二酸化炭素を含むガスの流れを少なくとも制限する段階をさらに含み得る。したがって、液体が管２８Ａおよび２８Ｂを介して適用されているときに、例えば面１４の左手部分である第１部分は適用された液体を有し、面１４の左手部分を通るガスの流れは制限されるかまたは完全に停止され得る。これは、例えばファン３０Ａおよび３０Ｂを低減、停止、または逆転させることによって実現され得る。同様に、液体が管２８Ｃおよび２８Ｄを介して適用されているときに、例えば面１４の右手部分である第２部分は適用された液体を有し、面１４の右手部分を通るガスの流れは制限されるかまたは完全に停止され得る。これは、例えばファン３０Ｄおよび３０Ｅを低減、停止、または逆転させることによって実現され得る。
【０１２８】
いくつかの実装では、第１シリーズのパルスおよび第２シリーズのパルスは、互い違いである。これは、面１４の左部分が適用された液体を有し、右手部分および中央部分が有さない場合に有利であり得る。同様に、左手部分への液体の供給が停止されると、液体源１６は、例えば右手部分または中央部分に液体を適用し得る。このやり方で、液体の供給源１６は、パッキング１２の全体に液体を連続的に供給するよりも効率的に液体をパッキング１２の全体に周期的に供給し得る。いくつかの態様では、この例は、水平スラブパッキング１２でさらに想定され得る。そのような態様では、水平スラブ実装で実現される効果と同一の効果を実現するために、様々な風管４２を通る風の流れが制御され得る。図７Ｂを参照すると、１つの風管４２Ａのみに風が通過している実装が図示される。これは、例えばファン３０Ａの選択的駆動によって実現され得る。したがって、風管４２Ａの出口に最も近いパッキング１２が供給されたガスの流れを有し得る。
【０１２９】
いくつかの実装では、一連のパルスのオフサイクルは、パルス後にパッキングから二酸化炭素吸収液体の排出が停止するのに要する時間と同等またはそれ未満であり得る。パッキング１２内部には残留物として液体が常に残留し得るため、全てのパルスがパッキング１２から除去されるのに要する時間でないことを理解すべきである。その他の実装では、一連のパルスのオフサイクルは、二酸化炭素吸収能の７０〜８０％が失われるのに要する時間と同等またはそれ未満であり得る。
【０１３０】
パッキングは、二酸化炭素吸収液体の平均液体流方向２０がパッキング１２を通るように向けられ得る。流れは、平均液体流方向２０に対して斜めにまたは垂直にパッキング１２を通ってガスを流すことをさらに含み得る。上述のように、ガスの流れが平均液体流方向２０と異なる流れ方向を有し、向流でないと有利である。したがって、液体がパッキング１２を通過し、排出されることを可能にしつつ、パッキング１２において液体と接触し得る風またはガスの量を大幅に増加させる大面積のパッキングが効果的に使用され得る。これらの実装では、スラブは完全に必要なものではなく、実際には、立方体、円筒形、およびその他の形状を含むがそれらに限定されないその他の形状のパッキング１２が想定される。図７Ａを参照すると、いくつかの実装では、ガスを流すステップは、平均液体流方向２０と垂直にパッキング１２を通してガスを流すステップをさらに含む。完全な垂直が必要条件ではないことを理解すべきである。ガスを流すステップは、対向する主面１４の少なくとも一方を通して、例えば示されているように面１４の両方を通してガスを流すステップをさらに含み得る。
【０１３１】
これらの方法は、二酸化炭素吸収液体のリサイクルを含み得る。方法はまた、パッキングを通るガスの流れに影響を与えることを含み得る。影響を与えることは、例えばパッキング１２を既に通過したガスがパッキング１２内に戻るのを防ぐことを含み得る。影響を与えることは、外気の風の流れの方向に少なくとも部分的に方向付けられる駆動方向にガスの流れを駆動することをさらに含み得る。これは、ファン３０を使用して実施され得、ファンは、この機能を実施するために両側使用可能であり得る。さらに、これらの方法は、例えば既に説明されたルーバーを使用して、ガスの流れをパッキングの中へと外への少なくとも一方向に方向付けることを含み得る。
【０１３２】
いくつかの実装では、ファン３０は、外気の風の方向に流れを向けることができるように両側使用可能であり得、卓越風と逆方向の流れを引き起こすよりも効率的である。いくつかの態様では、スラブ１５の方向は、卓越風１８がスラブ１５と垂直になり、ファン壁（図示せず）が最も効率的に機能する方向であり得る。パッキングの設計は、鉛直方向に向けられたプレートを使用し得る。これは、例えば直交する液体とガスの流れの方向を可能にするように設計された従来の構造化パッキングの修正であり得る。パッキングは、パッキング材料内への液体吸収体の保持を最大化するように断続する流体の流れのものであり得る。図７Ａを参照すると、上述のように、流体損失を最小化するように流体が流れているときに流れの速さを低下または停止することができるように、ファン壁３２は区分化され得る。区切られた部分は、流体ポンプを連続的に作動させることを可能にするように、一度に１区分のみが流体の流れを受けるように非同期的に作動され得る。例えば、流体の流れが１０００のうちの１００秒間必要とされるのであれば、１１区分を有し得、一度にそれらの１つに流体を向け得る。
【０１３３】
水平スラブ形態と比較して、鉛直スラブは、資本コストを低減し、ピーク速度を低減し、効率を向上させ、資本コストをさらに低減するより高いピーク速度でパッキングが作動することを可能にするために、設置面積および容積単位値の総構造サイズを最小化し得る。
【０１３４】
いくつかの実装は、ファンの動作を変更せずに流れを外気の風の方向に向けることを可能にするためにルーバーの使用を含み得る。例えば、パッキングの設計は、同軸の流れまたは逆の流れを使用し得る一方で、スラブを通る風の流れの量を増加させるためにスラブのより大きな表面積からの恩恵を受ける。流れのジオメトリは、約５ｍ秒未満の空気速度を維持しつつ、流体リザーバの直上に搭載された大きな水平スラブを通る一様な流れを可能にする。空気の速度制約は、構造体の高さ対幅の比率を決定する。特に、高さ／幅は、パッキングでの空気速度／出口での空気速度にほぼ等しい。鉛直スラブジオメトリと比較すると、水平スラブは設置面積が大きく、コストが高い可能性があるが、より一般的なパッキングおよび流体分布を使用することができる利点を有する。
【０１３５】
図７Ａから７Ｃはまた、二酸化炭素捕獲の別の方法を図示する。二酸化炭素吸収液体またはＣＯ２リーン溶液の流れは、平均液体流れ方向２０にパッキング１２を通って流れ、二酸化炭素を含むガスは、ガスからの二酸化炭素を二酸化炭素吸収液体中に少なくとも部分的に吸収するために、平均液体流れ方向２０に対して斜めにまたは直交してパッキング１２を通って流れる。パッキング１２を通して二酸化炭素吸収液体を流す段階は、二酸化炭素吸収液体を一連のパルスでパッキング１２に適用する段階をさらに含み得る。一連のパルスについては、本明細書中に詳細に記載されているため、ここでは省略する。先に記載したように、ガスを流す段階はさらに、平均液体流れ方向２０に直交してパッキング１２を通してガスを流す段階を含み得る。
【０１３６】
図７Ａから７Ｃはまた、液体を一連のパルスでパッキング１２に適用する段階と、ガスをパッキング１２に流す段階とを含む、液体をガスと接触させる方法を図示する。この方法は明細書中のいくつかの実装に対して想定される一方で、より大きなポンプ動作を必要とするため、パルス化する方法ほどは効果的でない場合がある。したがって、パルス化する方法は、連続したポンピングでないにもかかわらず、十分なガス‐液体接触が可能であることがここで証明されているため、任意のガス‐液体吸収体に適用され得る。この例示的適用は、例えば製錬装置のスクラビングユニットとして提供され得る。ガス‐液体吸収体は、明細書に開示された二酸化炭素捕獲装置と同一の全ての特徴を有し得ることを理解すべきである。
【０１３７】
図７Ａから７Ｃはまた、液体を平均液体流れ方向にパッキングを通して流す段階と、平均液体流れ方向に対して斜めにまたは直交してガスを流す段階とを含む、液体をガスと接触される方法を図示する。ガス‐液体吸収体または接触器と同様に、この方法は、任意のガス‐液体接触システムに適用され得る。パッキング内でガスを角度をなして流すことによって、ガスの入口および出口が液体供給源およびシンクとは異なるパッキング内の位置にあり得るため、この方法を採用する吸収体の構造は大幅に簡略化され得る。この方法は、本明細書に記載の二酸化炭素捕獲方法と大部分または全て同一の特徴を有し得る。例えば、パッキング内に液体を流す段階は、一連のパルスでパッキングに液体を適用する段階をさらに含み得る。さらに、ガスを流す段階は、平均液体流れ方向に対して垂直にパッキングを通してガスを流す段階をさらに含み得る。
【０１３８】
図７Ａを参照すると、ガス‐液体吸収体（吸収装置１０として図示）は、スラブ１５として形成されたパッキング１２を備え、スラブ１５は対向する主面１４を有し、対向する主面１４は、パッキング１２を風が通過することができるように少なくとも部分的に風を透過可能である。少なくとも１つの液体供給源は、スラブ１５を通って流れるように液体をパッキング１２内に方向付ける。スラブは、風の流れ１８が対向する主面１４の１つと非ゼロ入射角をなすように配置される。ガス‐液体吸収体は、本明細書に記載の二酸化炭素捕獲装置と全て同一の特徴を有し得ることを理解すべきである。
【０１３９】
図７Ａを参照すると、ガス‐液体吸収体（装置１０として図示）は、パッキング１２と、平均液体流れ方向２０に流すために液体をパッキング１２内に方向付ける液体供給源１６を含むスラブ１５構造体を備える。スラブ構造体は、風の流れ１８が平均液体流れ方向２０に対して斜めにまたは垂直に流れるように配置される。このガス‐液体吸収体は、本明細書に記載の二酸化炭素捕獲装置と全て同一の特徴を有し得ることを理解すべきである。
【０１４０】
移動するガス（風の流れ１８として図示）に液体を接触させる方法はまた、図７Ａ〜７Ｃに図示されている。該方法は、パッキング１２内に液体を流す段階と、移動するガスの流れ方向１８と少なくとも部分的に配向された駆動方向（１８Ｂとして図示されており、この実装では風の方向１８と同一である）においてパッキング１２内に移動するガスを駆動する段階とを含む。示された実装では、ガスの流れは風であり、流れ方向は風の流れ方向１８である。この方法は、流れ方向１８が逆転すると、駆動方向１８Ｂを逆転させる段階をさらに含み得る。風１８と少なくとも部分的に配向されたベクトル方向に空気を駆動するようにファンの方向を逆転すると（またはより一般的には、パッキング内の空気の強制流を逆転すると）、必要なファンの力が低減される。さらに、これは、システムの入口にリサイクルして戻される低二酸化炭素空気の量を減少させるため、効率が向上する。したがって、ファンの効率を最大化するために、対向する主面１４の１つが卓越風とほぼ垂直になるようにパッキングを配置すると有利である。
【０１４１】
図５に戻ると、酸素燃焼か焼炉、Ｃｏ２捕獲、およびガス吸収装置に関する、炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理して空気捕獲プラントにおける液体流れに含まれる炭酸塩の一部を水酸化物に変換するプロセスが図示されている。いくつかの態様では、この実施形態に採用される消和ユニット１１０は、図１に示され、第１の実施形態において説明されたものと同一または類似の供給材料流れを使用して、同一または類似の材料を生成する、同一または類似のやり方で動作する。
【０１４２】
水酸化カルシウムのスラリ（流れ１１１）が生成されるとすぐに、水酸化カルシウムのスラリと空気またはガス吸収体ユニット５１０から放出されるＣＯ２リッチ流れ４１１の反応によって炭酸カルシウム集合体を成長させるユニット１２０へと移動される。水酸化カルシウムは、反応（２）を介した制御した形で流れ４１１の溶解した炭酸塩の一部と反応する。この反応は、高いｐＨ環境で動作するように最適化された流動層型反応晶析装置（商標名：Ｃｒｙｓｔａｌａｃｔｏｒまたはペレット反応器）において実施される。水酸化カルシウムスラリの流れ１１１は、炭酸カルシウムが形成される速度を制御するためにメータを介してこの装置に供給され、装置は、炭酸カルシウムを形成する反応が炭酸カルシウム結晶集合体の成長に近接して起こるように配置される。反応（２）の速度および反応（２）が起こる環境を制御した結果、０．１ｍｍから２ｍｍの間の直径を有する球体と同等の平均体積を有する炭酸カルシウム結晶集合体が生成される。この装置から液体は、炭酸塩が水酸化物に変換された部分を有し、ＣＯ２リーン流れとして空気またはガス吸収体ユニット５１０に戻される一方で、所望のサイズに成長した固体炭酸カルシウム結晶集合体は、溶液および炭酸カルシウム結晶集合体の混合物として流動層型反応晶析装置から除去され、流れ１２１として次のプロセスステップへと送られる。
【０１４３】
流れ１２１における炭酸カルシウム結晶集合体のサイズ、形態、および物理的特性に起因して、ふるいまたはスパイラス分級器などの工業分離設備を使用したユニット１３０において、分離後に付随する溶液が炭酸カルシウム結晶集合体の総重量の約１５％未満となるように、流れ１２１における溶液から結晶集合体をほぼ完全に分離することができる。炭酸カルシウム結晶集合体は次いで、浄水を含む流れ１０３で洗浄され、炭酸カルシウム結晶集合体表面上の残留溶液の大部分が除去される。使用した苛性洗浄水および希釈していない水酸化物溶液は混合され、ＣＯ２リーン流れ４３１としてガス吸収体ユニット５１０へと戻される。このプロセスステップにおいて除去された溶液および水は、ガス吸収体ユニット５１０へと戻されるかまたは流動型反応晶析装置ユニット１２０で再利用され得る。洗浄され、水酸化物溶液から分離された炭酸カルシウム結晶集合体は、流れ１３２として、残留水分を蒸発させる乾燥ユニット１４０へと送られる。
【０１４４】
いくつかの態様では、この実施形態において採用されているユニット１４０および１５０は、図１に示され、第１の実施形態において説明されたものと同一または類似の供給材料を使用して、同一または類似の材料を生成する、同一または類似のやり方で動作する。しかし、この実施形態では、か焼ユニット１５０から出る高温ガスの流れ１５２を使用して流れ１３２の乾燥および予備加熱を行う。
【０１４５】
図６は、空気分離ユニット（ＡＳＵ）、酸素燃焼か焼炉、ボイラ、およびＣＯ２捕獲を備えた、炭酸カルシウム結晶集合体を成長させ、処理して空気捕獲プラントに適用された液体流れにおける炭酸塩分の一部を水酸化物に変換する例示的プロセス６００を図示する。図示されているように、例示的プロセス６００は、乾燥装置１４０と材料連結しているＡＳＵ３１０と、か焼炉１５０とを含む。例示的プロセス６００はまた、ガス吸収体５１０、ユニット１１０（例えば消和装置）、流動層型反応晶析装置１２０、分離および洗浄ユニット１３０、か焼炉１５０（例えば酸素燃焼か焼炉）、およびボイラ３２０を含む。
【０１４６】
図示されているプロセス６００において、図示されているガス吸収体ユニット５１０は、流動層型反応晶析装置１２０からのＣＯ２リーン溶液流れ４２１と分離および洗浄ユニット１３０からの希釈ＣＯ２リーン流れ４３１の組み合わせを使用して、大気中の空気からＣＯ２を吸収する。ＣＯ２の吸収後、ガス吸収体は、得られたＣＯ２リッチ流れ４１１をユニット１２０に戻す。したがって、いくつかの態様では、プロセスは、少なくともＣＯ２リーン溶液をガス吸収体に提供し、代わりにガス吸収体からＣＯ２リッチ溶液を受け取る。
【０１４７】
この実施形態において採用されている消和ユニット１１０は、図１に示され、第１の実施形態において説明されたものと同一または類似の供給材料流れを使用して、同一または類似の材料を生成する、同一または類似のやり方で動作する。
【０１４８】
この実施形態において採用されているユニット１２０および１３０は、図５に示され、第６の実施形態において説明されたものと同一または類似の供給材料を使用して、同一または類似の材料を生成する、同一または類似のやり方で動作する。
【０１４９】
この実施形態において採用されている乾燥ユニット１４０、か焼炉１５０、および補助ボイラ３２０は、図３Ｂに示され、そこで説明されたものと同一または類似の供給材料を使用して、同一または類似の材料を生成する、同一または類似のやり方で動作する。この実施形態では、得られたＣＯ２リッチ燃焼排気ガス３２１は、商業的に利用可能な技術を使用して、さらなる処理、精製、およびＣＯ２の圧縮に送られ得る。
【０１５０】
多数の実装について説明された。しかしながら、多様な修正がなされ得ることが理解されるであろう。例えば、記載された技術を異なる順序で実施する、記載されたシステムの部材を異なるやり方で組み合わせる、または部材をその他の部材で置き替えるかもしくは追加することで、有利な結果が実現され得る。さらに、いくつかの実装では、本明細書に記載された１つまたは複数の方法またはプロセス、例えばプロセス１００、２００、３００、３５０、４００、５００、および６００は、本開示の範囲内で、追加のステップ、より少ないステップで実施することができ、または異なる順序で実施することができる。別の例として、制御システム（例えば制御システム１０８）はプロセス２００、３００、３５０、４００、５００、および６００の一部として図示されていないが、前述のプロセスの各々は、図示された部材と連通接続され、そのプロセス（およびその他のプロセス）を実装するために動作を実施し、かつ／または命令を実行するように構成された制御システム（例えば制御システム１０８）を含み得る。したがって、その他の実装は、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。
【符号の説明】
【０１５１】
１０  二酸化炭素捕獲装置
１２  パッキング
１４  主面
１５  スラブ
１６  液体供給源
１８  風の流れ
２０  平均液体流れ方向
２８  分配管
３０  ファン
１０８  制御システム
１１０  消和装置
１２０  流動層型反応晶析装置
１３０  分離及び洗浄ステーション
１４０  乾燥器
１５０  か焼炉
２１０  パルププラント
３１０  空気分離ユニット（ＡＳＵ）
３２０  ボイラ
４１０  工業ガス吸収装置ユニット
５１０  ガス吸収体ユニット
【図１】
0006390050.tif 000002
【図２】
0006390050.tif 000003
【図３Ａ】
0006390050.tif 000004
【図３Ｂ】
0006390050.tif 000005
【図４】
0006390050.tif 000006
【図５】
0006390050.tif 000007
【図６】
0006390050.tif 000008
【図７Ａ】
0006390050.tif 000009
【図７Ｂ】
0006390050.tif 000010
【図７Ｃ】
0006390050.tif 000011