(57)【要約】本発明は、エネルギー効率の良い二酸化炭素の隔離プロセスに関し、これによって、熱および化学物質を1つの工程から別の工程に循環させることができる二種類の塩の熱分解プロセスを使用してケイ酸カルシウム鉱物およびCO2を石灰石および砂に変換する。1つの態様において、MgCl2は、Mg(OH)2を形成する条件下で、水と反応し；Mg(OH)2生成物は、CaCl2および二酸化炭素とさらに反応して、MgCl2、CaCO3、および水を形成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給源によって生成された二酸化炭素を隔離する方法であって、
（a）Mg(OH)Clを含む第一の工程（a）生成物とHClを含む第二の工程（a）生成物とを含む第一の生成物混合物を形成するための適切な条件下で、MgCl2またはその水和物を、水と、第一の混和物中で反応させる工程；
（b）Mg(OH)2を含む第一の工程（b）生成物とMgCl2を含む第二の工程（b）生成物とを含む第二の生成物混合物を形成するための適切な条件下で、工程（a）からのMg(OH)Clの一部または全てを、ある分量の水およびある分量のMgCl2と、第二の混和物中で反応させる工程であって、該ある分量の水が、6：1に等しいかまたはそれを上回る第二の生成物混合物中の水対MgCl2のモル比を提供するために十分である、工程；
（c）MgCl2またはその水和物を含む第一の工程（c）生成物と、CaCO3を含む第二の工程（c）生成物と、水を含む第三の工程（c）生成物とを含む第三の生成物混合物を形成するための適切な条件下で、第一の工程（b）生成物からのMg(OH)2の一部または全てを、CaCl2またはその水和物および該供給源によって生成された二酸化炭素と、第三の混和物中で混和する工程；および
（d）第三の生成物混合物からCaCO3の一部または全てを分離する工程
を含み、それによって、二酸化炭素の一部または全てがCaCO3として隔離される、方法。
【請求項２】
工程（a）における水の一部または全てが、MgCl2の水和物の形態で存在する、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
第二の生成物混合物中のMgCl2に対する水のモル比が、6〜10の間である、請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
第二の生成物混合物中のMgCl2に対する水のモル比が、約6〜約7の間である、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
第二の混和物中のMgの濃度をモニタリングする工程をさらに含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
第二の混和物中のMg(OH)Clの量または水の分量が、前記モニタリング工程に基づいて調整される、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
工程（a）のMgCl2が、MgCl2水和物である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
工程（a）のMgCl2水和物が、MgCl2・6H2Oである、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
工程（a）のMgCl2が、90重量％超のMgCl2・6(H2O)である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
第一の工程（a）生成物が、90重量％超のMg(OH)Clを含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
工程（b）生成物を分離する工程をさらに含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
工程（b）のMg(OH)2生成物が固体であり、かつ、工程（b）生成物を分離する工程が、水およびMgCl2から該固体Mg(OH)2の一部または全てを分離することを含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
工程（b）のMgCl2生成物が、MgCl2水溶液である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
工程（b）または工程（c）において形成されたMgCl2の一部または全てが、工程（a）で使用されたMgCl2である、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
工程（a）における水の一部または全てが、水蒸気または超臨界水の形態で存在する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
工程（a）の水の一部または全てが、工程（c）の水から得られる、請求項1〜15のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
（e）CaCl2と水と二酸化ケイ素とを含む第三の生成物混合物を形成するための適切な条件下で、ケイ酸カルシウム鉱物をHClと混和する工程
をさらに含む、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
工程（e）におけるHClの一部または全てが、工程（a）から得られる、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
工程（e）が、ケイ酸カルシウム鉱物をHClと撹拌することをさらに含む、請求項17に記載の方法。
【請求項２０】
工程（e）において発生した熱の一部または全てが回収される、請求項17〜19のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
工程（c）のCaCl2の一部または全てが、工程（e）のCaCl2である、請求項17〜20のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
工程（e）において形成されたCaCl2から二酸化ケイ素を除去する分離工程をさらに含む、請求項17〜21のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
工程（a）の水の一部または全てが、工程（e）の水から得られる、請求項17〜22のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
工程（e）のケイ酸カルシウム鉱物が、イノケイ酸カルシウムを含む、請求項17〜22のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
工程（e）のケイ酸カルシウム鉱物が、CaSiO3を含む、請求項17〜22のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
工程（e）のケイ酸カルシウム鉱物が、ダイオプサイド（CaMg[Si2O6]）またはトレモライトCa2Mg5{[OH]Si4O11}2を含む、請求項17〜22のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
ケイ酸カルシウムが、ケイ酸鉄および／またはケイ酸マンガンをさらに含む、請求項17〜22のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
ケイ酸鉄が、ファイアライト（Fe2[SiO4]）である、請求項27に記載の方法。
【請求項２９】
二酸化炭素が煙道ガスの形態であり、該煙道ガスが、N2およびH2Oをさらに含む、請求項1〜28のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
工程（a）の適切な反応条件が、約200℃〜約500℃の温度を含む、請求項1〜29のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
温度が、約230℃〜約260℃である、請求項30に記載の方法。
【請求項３２】
温度が、約250℃である、請求項30に記載の方法。
【請求項３３】
温度が、約200℃〜約250℃である、請求項30に記載の方法。
【請求項３４】
温度が、約240℃である、請求項30に記載の方法。
【請求項３５】
工程（b）の適切な反応条件が、約140℃〜約240℃の温度を含む、請求項1〜34のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
工程（c）の適切な反応条件が、約20℃〜約100℃の温度を含む、請求項1〜35のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
温度が、約25℃〜約95℃である、請求項36に記載の方法。
【請求項３８】
工程（e）の適切な反応条件が、約50℃〜約200℃の温度を含む、請求項17〜37のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
温度が、約90℃〜約150℃である、請求項38に記載の方法。
【請求項４０】
工程（a）の塩化水素の一部または全てが水と混和されて塩酸を形成する、請求項1〜39のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
工程（a）が、1、2または3個の反応器中で行われる、請求項1に記載の方法。
【請求項４２】
工程（a）が、1個の反応器中で行われる、請求項1に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本出願は、2012年1月11日に出願された米国仮特許出願第61/585,597号に対する優先権の恩典を主張するものであり、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【０００２】
I. 発明の分野
本発明は、一般的に、発電所の廃棄流れ（例えば、煙道ガス）のような供給源から、二酸化炭素を除去する分野に関し、それによって、2族ケイ酸塩鉱物を2族塩化物塩およびSiO2に変換し、2族塩化物塩を2族水酸化物塩および／または2族ヒドロキシクロリド塩に変換する。これらを次に、場合により触媒の存在下で、二酸化炭素と反応させて2族炭酸塩を形成させてもよい。これらの工程を組み合わせて、二酸化炭素を炭酸塩の形態で隔離し、1つまたは複数の工程からの副生成物（たとえば熱および化学物質）を1つまたは複数の他の工程で再度使用すなわち再利用するサイクルを形成してもよい。
【背景技術】
【０００３】
II. 関連技術の説明
空気中へのCO2の排出に対して国内および国際的な関心が非常に高まっている。とりわけこの気体が大気中での太陽熱の保に与える効果（これが「温室効果」を生じさせる）に注目が集まっている。この効果の重大性に関しては議論が分かれているが、点排出源からCO2（および他の化学物質）を除去することの恩典については、特にその実施費用が十分に小さいのであれば、誰もが同意するだろう。
【０００４】
温室効果ガスは、主に二酸化炭素からなり、都市発電所および大規模産業の自家発電所によって生成されるが、これらのガスはまた、あらゆる通常の炭素燃焼（例えば、自動車、熱帯雨林の開拓、単なる燃焼など）においても生成される。これらの最も高濃度の点排出は世界中の発電所で生じているが、そのような固定された場所からの削減または除去が除去技術を実施するための魅力的な点になっている。エネルギー生産が温室効果ガス排出の主な原因であるので、種々の手段によって炭素強度を削減する方法、効率を向上させる方法、および発電所の煙道ガスから炭素を隔離する方法などが、過去30年にわたって精力的に調査および研究されてきた。
【０００５】
（気体CO2の初期形態の）炭素の隔離の試みは、概して、地質系、地球系または海洋系として分類することができる、多くの種々の技術を生み出してきた。そのような技術の概説については、Proceedings of First National Conference on Carbon Sequestration, (2001)（非特許文献1）に提供されている。今日まで、これらの技術の全てではないが多くはエネルギー多消費型であり、したがって経済的にも実現不可能であり、多くの場合に、二酸化炭素を生成することによって得られるエネルギーよりも多くのエネルギーが消費される。これらの欠点の1つまたは複数を克服する代替プロセスが有利であろう。
【０００６】
言及した欠点は完全に網羅的であることは意図されておらず、むしろ、廃棄流れから二酸化炭素を除去するための既知技術の効果を損なう傾向のある多くの欠点のうちのいくつかであるが；しかしながら、ここに挙げた欠点は、当技術分野に見られる方法が完全に満足のいくものではないこと、ならびに、本開示において記載および請求する技術の必要性が高いことを実証するのに十分である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Proceedings of First National Conference on Carbon Sequestration, (2001)
【発明の概要】
【０００８】
本明細書において、廃棄流れから二酸化炭素を除去する工程を含む、二酸化炭素の隔離のための方法および装置が開示される。
【０００９】
1つの局面において、供給源によって生成された二酸化炭素を隔離する方法であって、
（a）Mg(OH)Clを含む第一の工程（a）生成物とHClを含む第二の工程（a）生成物とを含む第一の生成物混合物を形成するための適切な条件下で、MgCl2またはその水和物を、水と、第一の混和物中で反応させる工程；
（b）Mg(OH)2を含む第一の工程（b）生成物とMgCl2を含む第二の工程（b）生成物とを含む第二の生成物混合物を形成するための適切な条件下で、工程（a）からのMg(OH)Clの一部または全てを、ある分量の水およびある分量のMgCl2と、第二の混和物中で反応させる工程であって、該ある分量の水が、6：1に等しいかまたはそれを上回る第二の生成物混合物中の水対MgCl2のモル比を提供するために十分である、工程；
（c）MgCl2またはその水和物を含む第一の工程（c）生成物と、CaCO3を含む第二の工程（c）生成物と、水を含む第三の工程（c）生成物とを含む第三の生成物混合物を形成するための適切な条件下で、第一の工程（b）生成物からのMg(OH)2の一部または全てを、CaCl2またはその水和物および該供給源によって生成された二酸化炭素と、第三の混和物中で混和する工程；および
（d）第三の生成物混合物からCaCO3の一部または全てを分離する工程
を含み、それによって、二酸化炭素の一部または全てがCaCO3として隔離される、方法が提供される。
【００１０】
ある態様において、工程（a）のMgCl2は、MgCl2水和物（例えば、MgCl2・6(H2O)）である。いくつかの態様において、工程（a）のMgCl2は、90重量％超のMgCl2・6(H2O)である。なおさらなる態様において、工程（b）および／または工程（c）において形成されるMgCl2の一部または全ては、工程（a）で使用されたMgCl2である。したがって、ある態様において、工程（a）における水の一部または全ては、MgCl2の水和物の形態で存在するか、あるいは工程（c）または工程（b）の水から得られる。ある態様において、工程（a）における水の一部または全ては、水蒸気または超臨界水の形態で存在する。いくつかの態様において、工程（a）の塩化水素の一部または全ては水と混和されて塩酸を形成する。さらなる態様において、第一の工程（a）生成物は、90重量％超のMg(OH)Clを含む。ある態様において、工程（a）は、1、2または3個の反応器中で行われる。
【００１１】
いくつかの態様において、規定量の水が、工程（b）の第二の生成物混合物中で維持される。例えば、いくつかの態様において、第二の生成物混合物中の、MgCl2に対する水のモル比は、約6〜約10、約6〜9、約6〜8、約6〜7であるか、または約6である。ある態様において、方法は、第二の生成物混合物中のMgCl2の濃度、第二の生成物混合物中のある分量の水、またはその両方をモニタリングする工程を含む。なおさらなる態様において、工程（b）におけるMgCl2および／または水の量（あるいは、第二の混和物中へのMgCl2および／または水の流量）は、そのようなモニタリングに基づいて調整される。
【００１２】
さらなる態様において、方法は、工程（b）生成物を分離する工程を含む。例えば、工程（b）のMg(OH)2生成物は、固体であることができ、工程（b）生成物を分離する工程は、水およびMgCl2溶液から該固体Mg(OH)2の一部または全てを分離することを含むことができる。したがって、いくつかの態様において、工程（b）のMgCl2生成物は、MgCl2水溶液である。
【００１３】
なおさらなる態様において、工程（b）は、Mg(OH)2を含む第一の工程（b）生成物とMgCl2を含む第二の工程（b）生成物とを含む第二の生成物混合物を形成するための適切な条件下で、工程（a）からのMg(OH)Clの一部または全てを、MgCl2およびある分量の水と、第二の混和物中で反応させる工程であって、該ある分量の水が、6：1に等しいかまたはそれを上回る前記第二の混和物中の水対Mgのモル比を提供するために十分である、工程を含む。いくつかの態様において、工程（b）の反応のためのMgCl2の一部または全ては、工程（c）のMgCl2生成物である。
【００１４】
さらなる態様において、工程（c）は、第三の混和物中、水酸化ナトリウム塩を混和することをさらに含む。
【００１５】
またなおさらなる態様において、方法は、
（e）CaCl2と水と二酸化ケイ素とを含む第三の生成物混合物を形成するための適切な条件下で、ケイ酸カルシウム鉱物をHClと混和する工程
を含む。
【００１６】
例えば、いくつかの場合において、工程（e）におけるHClの一部または全ては、工程（a）から得られる。ある態様において、工程（e）は、ケイ酸カルシウム鉱物をHClと撹拌することをさらに含む。いくつかの態様において、工程（e）において発生した熱の一部または全ては回収される。ある態様において、工程（c）のCaCl2の一部または全ては、工程（e）のCaCl2である。さらなる態様において、方法は、工程（e）において形成されたCaCl2から二酸化ケイ素を除去する分離工程を含む。なおさらなる態様において、工程（a）および／または（b）の水の一部または全ては、工程（e）の水から得られる。
【００１７】
当該態様のある局面は、イノケイ酸カルシウムのようなケイ酸カルシウム鉱物の使用を含む。いくつかの態様において、ケイ酸カルシウム鉱物は、ダイオプサイド（CaMg[Si2O6]）、トレモライトCa2Mg5{[OH]Si4O11}2またはCaSiO3を含む。いくつかの態様において、ケイ酸カルシウムは、ケイ酸鉄（例えば、ファイアライト(Fe2[SiO4])）および／またはケイ酸マンガンをさらに含む。
【００１８】
いくつかの態様において、二酸化炭素は煙道ガスの形態であり、該煙道ガスは、N2およびH2Oをさらに含む。
【００１９】
いくつかの態様において、工程（a）の適切な反応条件は、約200℃〜約500℃の温度を含む。いくつかの態様において、温度は、約230℃〜約260℃である。いくつかの態様において、温度は、約250℃である。いくつかの態様において、温度は、約200℃〜約250℃である。いくつかの態様において、温度は、約240℃である。
【００２０】
いくつかの態様において、工程（b）の適切な反応条件は、約140℃〜約240℃の温度を含む。
【００２１】
いくつかの態様において、工程（c）の適切な反応条件は、約20℃〜約100℃の温度を含む。いくつかの態様において、温度は、約25℃〜約95℃である。
【００２２】
いくつかの態様において、工程（e）の適切な反応条件は、約50℃〜約200℃の温度を含む。いくつかの態様において、温度は、約90℃〜約150℃である。
【００２３】
さらなる局面において、供給源によって生成された二酸化炭素を隔離する方法であって、
（a）第一のカチオン系水酸化物塩、第一のカチオン系酸化物塩および／または第一のカチオン系ヒドロキシクロリド塩を含む第一の工程（a）生成物とHCl、H2SO4またはHNO3を含む第二の工程（a）生成物とを含む第一の生成物混合物を形成するための適切な条件下で、第一のカチオン系ハロゲン化物、硫酸塩もしくは硝酸塩、またはその水和物を、水と、第一の混和物中で反応させる工程；
（b）第一のカチオン系ハロゲン化物、硫酸塩および／もしくは硝酸塩、またはその水和物を含む第一の工程（b）生成物と、第二のカチオン系炭酸塩を含む第二の工程（b）生成物と、水を含む第三の工程（b）生成物とを含む第二の生成物混合物を形成するための適切な条件下で、第一の工程（a）生成物の一部または全てを、第二のカチオン系ハロゲン化物、硫酸塩もしくは硝酸塩、またはその水和物、および該供給源によって生成された二酸化炭素と、第二の混和物中で混和する工程；ならびに
（c）第二の生成物混合物から第二のカチオン系炭酸塩の一部または全てを分離する工程
を含み、それによって、二酸化炭素が鉱物生成物形態へと隔離される、方法が提供される。
【００２４】
いくつかの態様において、工程（a）の第一のカチオン系ハロゲン化物、硫酸塩もしくは硝酸塩またはその水和物は、第一のカチオン系塩化物塩またはその水和物であり、第二の工程（a）生成物は、HClである。いくつかの態様において、工程（b）の第一のカチオン系ハロゲン化物、硫酸塩もしくは硝酸塩またはその水和物は、第一のカチオン系塩化物塩またはその水和物である。
【００２５】
いくつかの態様において、工程（a）の第一のカチオン系塩化物塩またはその水和物は、MgCl2である。いくつかの態様において、工程（a）の第一のカチオン系塩化物塩またはその水和物は、MgCl2の水和形態である。いくつかの態様において、工程（a）の第一のカチオン系塩化物塩またはその水和物は、MgCl2・6H2Oである。いくつかの態様において、工程（a）の第一のカチオン系水酸化物塩は、Mg(OH)2である。いくつかの態様において、工程（a）の第一のカチオン系ヒドロキシクロリド塩は、Mg(OH)Clである。いくつかの態様において、第一の工程（a）生成物は、主にMg(OH)Clを含む。いくつかの態様において、第一の工程（a）生成物は、90（重量）％超のMg(OH)Clを含む。いくつかの態様において、第一の工程（a）生成物は、Mg(OH)Clである。いくつかの態様において、工程（a）の第一のカチオン系酸化物塩は、MgOである。
【００２６】
いくつかの態様において、工程（b）の第二のカチオン系ハロゲン化物、硫酸塩もしくは硝酸塩またはその水和物は、第二のカチオン系塩化物塩またはその水和物、例えば、CaCl2である。いくつかの態様において、工程（b）の第一のカチオン系塩化物塩は、MgCl2である。いくつかの態様において、工程（b）の第一のカチオン系塩化物塩は、MgCl2の水和形態である。いくつかの態様において、工程（b）の第一のカチオン系塩化物塩は、MgCl2・6H2Oである。
【００２７】
いくつかの態様において、工程（a）における水の一部または全ては、水蒸気または超臨界水の形態で存在する。いくつかの態様において、工程（a）の水の一部または全ては、工程（b）の水から得られる。いくつかの態様において、工程（b）は、水酸化ナトリウム塩を第二の混和物中で混和することをさらに含む。
【００２８】
いくつかの態様において、当該方法は、
（d）2族塩化物塩と水と二酸化ケイ素とを含む第三の生成物混合物を形成するための適切な条件下で、2族ケイ酸塩鉱物をHClと混和する工程
をさらに含む。
【００２９】
いくつかの態様において、工程（d）におけるHClの一部または全ては、工程（a）から得られる。いくつかの態様において、工程（d）の方法は、2族ケイ酸塩鉱物をHClと撹拌することをさらに含む。いくつかの態様において、工程（d）において発生した熱の一部または全ては、回収される。いくつかの態様において、工程（b）の第二のカチオン系塩化物塩の一部または全ては、工程（d）の2族塩化物塩である。いくつかの態様において、当該方法は、工程（d）において形成された2族塩化物塩から二酸化ケイ素を除去する分離工程をさらに含む。いくつかの態様において、工程（a）の水の一部または全ては、工程（d）の水から得られる。
【００３０】
いくつかの態様において、工程（d）の2族ケイ酸塩鉱物は、2族イノケイ酸塩を含む。いくつかの態様において、工程（d）の2族ケイ酸塩鉱物は、CaSiO3を含む。いくつかの態様において、工程（d）の2族ケイ酸塩鉱物は、MgSiO3を含む。いくつかの態様において、工程（d）の2族ケイ酸塩鉱物は、オリビン（Mg2[SiO4]）を含む。いくつかの態様において、工程（d）の2族ケイ酸塩鉱物は、セルペンチン（Mg6[OH]8[Si4O10]）を含む。いくつかの態様において、工程（d）の2族ケイ酸塩鉱物は、セピオライト（Mg4[(OH)2Si6O15]・6H2O）、エンスタタイト（Mg2[Si2O6]）、ダイオプサイド（CaMg[Si2O6]）および／またはトレモライトCa2Mg5{[OH]Si4O11}2を含む。いくつかの態様において、2族ケイ酸塩は、ケイ酸鉄および／またはケイ酸マンガンをさらに含む。いくつかの態様において、ケイ酸鉄は、ファイアライト（Fe2[SiO4]）である。
【００３１】
いくつかの態様において、工程（b）において形成された第一のカチオン系塩化物塩の一部または全ては、工程（a）で使用された第一のカチオン系塩化物塩である。
【００３２】
いくつかの態様において、二酸化炭素は煙道ガスの形態であり、該煙道ガスは、N2およびH2Oをさらに含む。
【００３３】
いくつかの態様において、工程（a）の適切な反応条件は、約200℃〜約500℃の温度を含む。いくつかの態様において、温度は、約230℃〜約260℃である。いくつかの態様において、温度は、約250℃である。いくつかの態様において、温度は、約200℃〜約250℃である。いくつかの態様において、温度は、約240℃である。
【００３４】
いくつかの態様において、工程（a）の適切な反応条件は、約50℃〜約200℃の温度を含む。いくつかの態様において、温度は、約90℃〜約260℃である。いくつかの態様において、温度は、約90℃〜約230℃である。いくつかの態様において、温度は、約130℃である。
【００３５】
いくつかの態様において、工程（a）の適切な反応条件は、約400℃〜約550℃の温度を含む。いくつかの態様において、温度は、約450℃〜約500℃である。
【００３６】
いくつかの態様において、工程（a）の適切な反応条件は、約20℃〜約100℃の温度を含む。いくつかの態様において、温度は、約25℃〜約95℃である。
【００３７】
いくつかの態様において、工程（a）の適切な反応条件は、約50℃〜約200℃の温度を含む。いくつかの態様において、温度は、約90℃〜約150℃である。
【００３８】
別の局面において、本発明は、供給源によって生成された二酸化炭素を隔離する方法であって、
（a）（i）水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび／またはMg(OH)Clならびに（ii）塩化水素を形成するための適切な条件下で、塩化マグネシウム塩を、水と、第一の混和物中で混和する工程；
（b）（iv）炭酸カルシウム、（v）塩化マグネシウム塩および（vi）水を形成するための適切な条件下で、（i）水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび／またはMg(OH)Cl、（ii）CaCl2、ならびに、（iii）該供給源によって生成された二酸化炭素を、第二の混和物中で混和する工程；および
（c）第二の混和物から炭酸カルシウムを分離する工程
を含み、それによって、二酸化炭素が鉱物生成物形態へと隔離される、方法を提供する。
【００３９】
いくつかの態様において、工程（a）の塩化水素の一部または全ては水と混和されて塩酸を形成する。いくつかの態様において、工程（b）の（i）水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび／またはMg(OH)Clの一部または全ては、工程（a）の（i）から得られる。いくつかの態様において、工程（a）における水の一部または全ては、塩化マグネシウム塩の水和物の形態で存在する。いくつかの態様において、工程（a）は、1、2または3個の反応器中で行われる。いくつかの態様において、工程（a）は、1個の反応器中で行われる。いくつかの態様において、工程（a）の（i）水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび／またはMg(OH)Clは、90重量％超のMg(OH)Clである。いくつかの態様において、塩化マグネシウム塩は、90重量％超のMgCl2・6(H2O)である。
【００４０】
いくつかの態様において、当該方法は、
（d）2族塩化物塩、水および二酸化ケイ素を形成するための適切な条件下で、2族ケイ酸塩鉱物を塩化水素と混和する工程
をさらに含む。
【００４１】
いくつかの態様において、工程（d）における塩化水素の一部または全ては、工程（a）から得られる。いくつかの態様において、工程（d）は、2族ケイ酸塩鉱物を塩酸と撹拌することをさらに含む。いくつかの態様において、工程（a）における塩化マグネシウム塩の一部または全ては、工程（d）から得られる。いくつかの態様において、当該方法は、工程（d）において形成された2族塩化物塩から二酸化ケイ素を除去する分離工程をさらに含む。いくつかの態様において、工程（a）の水の一部または全ては、工程（d）の水から得られる。いくつかの態様において、工程（d）の2族ケイ酸塩鉱物は、2族イノケイ酸塩を含む。
【００４２】
いくつかの態様において、工程（d）の2族ケイ酸塩鉱物は、CaSiO3を含む。いくつかの態様において、工程（d）の2族ケイ酸塩鉱物は、MgSiO3を含む。いくつかの態様において、工程（d）の2族ケイ酸塩鉱物は、オリビンを含む。いくつかの態様において、工程（d）の2族ケイ酸塩鉱物は、セルペンチンを含む。いくつかの態様において、工程（d）の2族ケイ酸塩鉱物は、セピオライト、エンスタタイト、ダイオプサイドおよび／またはトレモライトを含む。いくつかの態様において、2族ケイ酸塩は、鉱化された鉄および／またはマンガンをさらに含む。
【００４３】
いくつかの態様において、工程（b）は、第二の混和物中で、CaCl2を水と混和することをさらに含む。
【００４４】
本開示の他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、この詳細な説明から本発明の精神および範囲内における種々の変更および改変が当業者に明らかになると考えられるため、詳細な説明および具体的な実施例は、本発明の具体的な態様を示すものであるが例示を目的として与えられるにすぎないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
添付の図面は、本明細書の一部を形成し、かつ本開示のある局面をさらに実証するために含まれる。本発明は、本明細書に提示される具体的な態様の詳細な説明と併せて、これらの図面の1つを参照することによってより理解することができる。
（図１）本発明のいくつかの態様に係る、CO2を2族炭酸塩として隔離する2族水酸化物に基づくプロセスのためのシステムのブロック図である。
（図２）本発明のいくつかの態様に係る、CO2を炭酸カルシウムとして隔離するための、Mg2+が触媒として機能するシステムのブロック図である。
（図３）本明細書に提供されるプロセスのいくつかの態様に係る、単純化プロセスフロー図である。CO2を石灰石（主に鉱物カルサイトCaCO3からなる）として隔離するII族水酸化物に基づくプロセスを示す。この図中の用語「道路用塩」は、CaCl2および／またはMgCl2のようなII族塩化物を指し、そのいずれかまたは両方は場合により水和されている。MgCl2を含む態様においては、熱を、道路用塩と水（水和の水を含む）との間の反応を促進するために使用して、HClおよび水酸化マグネシウムMg(OH)2および／またはマグネシウムヒドロキシクロリドMg(OH)Clを形成できる。CaCl2を含む態様において、熱を、道路用塩と水との間の反応を促進するために使用して、水酸化カルシウムおよびHClを形成できる。HClは、例えば、イノケイ酸カルシウム岩（場合により粉末状）と反応させて、さらなる道路用塩、例えばCaCl2、および砂（SiO2）を形成する。
（図４）本発明のいくつかの態様に対応する簡略化プロセスフロー図である。ケイ酸塩岩は、本発明のいくつかの態様において、CO2をCaCO3として隔離するために使用できる。この図中の用語「道路用塩」は、CaCl2および／またはMgCl2のようなII族塩化物を指し、そのいずれかまたは両方は場合により水和されている。道路用塩ボイラーにおいて、熱を、道路用塩（例えば、MgCl2・6H2O）と水（水和の水を含む）との間の反応を促進するために使用して、HCl、ならびにII族水酸化物、酸化物および／または混合水酸化物-塩化物（例えば、水酸化マグネシウムMg(OH)2および／またはマグネシウムヒドロキシクロリドMg(OH)Clを含む）を形成できる。CaCl2を含む態様においては、熱を、道路用塩と水との間の反応を促進するために使用して、水酸化カルシウムおよびHClを形成できる。HClは、販売しても、またはケイ酸塩岩、例えばイノケイ酸塩と反応させて、さらなる道路用塩、例えばCaCl2、および砂（SiO2）を形成してもよい。Mg2+とCa2+間のイオン交換反応を、これらの態様のいくつかにおいて使用して、例えばMg2+イオンを循環させることができる。
（図５）Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を示すプロセスフロー図である。この態様において、35％ MgCl2-65％ H2O溶液を536°F（280℃）に加熱し、次に、その流れをMgCl2および固体Mg(OH)2の溶液を含む「H2O-MgOH」と標示された流れとする。典型的には、Mg(OH)Clが水に溶解すると、Mg(OH)2（固体）およびMgCl2（溶解）を形成する。ここでMgCl2は、CO2を直接吸収するためには使用されず、むしろ再利用される。正味の反応は、安価な原料であるCaCl2および水を使用して煙道ガスからCO2を捕捉し、CaCO3を形成することである。シミュレーションの結果は、MgCl2流れを再循環させて、次に、これをH2Oおよび熱と反応させて、Mg(OH)2を形成することが効率的であることを示唆している。次に、1つまたは複数の前述の化合物を、CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させて、最終的にCaCO3を形成して、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2を第一の反応器に入れて再利用し、そのプロセスを繰り返す。
（図６）Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を示すプロセスフロー図である。正味の反応は、安価な原料であるCaCl2および水を使用して煙道ガスからCO2を捕捉し、CaCO3を形成することである。この態様において、六水和物を3個の別個のチャンバー内で脱水し、第四チャンバー内で分解し、そこで、任意の副反応を防止するために、分解から形成されたHClを第三チャンバーへ戻して再循環させる。これらのチャンバー内で起こる反応は、以下を含む。
第一チャンバー：MgCl2・6H2O → MgCl2・4H2O＋2H2O    100℃
第二チャンバー：MgCl2・4H2O → MgCl2・2H2O＋2H2O    125℃
第三チャンバー：MgCl2・2H2O → MgCl2・H2O＋H2O      160℃
（HCl蒸気が存在）
第四チャンバー：MgCl2・H2O → Mg(OH)Cl＋HCl        130℃
HClが第三チャンバーへ再循環する。
2015508332.tif 000002
* HCl蒸気が存在
** HCl蒸気が第三チャンバーへ再循環する
上記の最初の3つの反応は脱水とみなされ得ることができるが、一方、第四の反応は分解とみなされ得ることができる。このシミュレーションの結果は、実施例2においてより詳細に説明するが、比較的低い温度（130〜250℃）でのMgCl2・6H2Oの分解は、MgOの代わりにMg(OH)Clを形成させることを示している。次に、Mg(OH)ClをH2Oと反応させて、MgCl2およびMg(OH)2を形成し、次に、これを飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させてCaCO3を形成し、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2を第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。
（図７）Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を示すプロセスフロー図である。正味の反応は、安価な原料であるCaCl2および水を使用して煙道ガスからCO2を捕捉し、CaCO3を形成することである。この態様において、マグネシウム六水和物を2個の別個のチャンバー内で脱水し、第三チャンバー内で分解する。脱水反応と分解反応の両方は、第三チャンバー内で起こる。HClの再循環はない。これらのチャンバー内で起こる反応は、以下を含む。
第一チャンバー：MgCl2・6H2O → MgCl2・4H2O＋2H2O      100℃
第二チャンバー：MgCl2・4H2O → MgCl2・2H2O＋2H2O      125℃
第三チャンバー：MgCl2・2H2O → Mg(OH)Cl＋HCl＋H2O    130℃
第三チャンバー：MgCl2・2H2O → MgCl2・H2O＋H2O        130℃
2015508332.tif 000003
* HClの再循環はない
上記の第一、第二および第四の反応は脱水とみなされ得ることができるが、一方第三の反応は分解とみなされ得ることができる。図6の態様と同様に、この態様において使用される温度では、MgCl2・6H2Oから、MgOよりはむしろMg(OH)Clが形成される。次に、Mg(OH)ClをH2Oと反応させて、MgCl2およびMg(OH)2を形成し、これを飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させてCaCO3を形成し、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2を第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。このシミュレーションに関するさらなる詳細は、以下の実施例3に提供する。
（図８）Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を示すプロセスフロー図である。正味の反応は、安価な原料であるCaCl2および水を使用して煙道ガスからCO2を捕捉し、CaCO3を形成することである。このシミュレーションの結果は、MgCl2・6H2Oを加熱して、MgOを形成することが効率的であることを示している。次に、MgOをH2Oと反応させて、Mg(OH)2を形成し、次に、これを飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させてCaCO3を形成し、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2を第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。この態様において、マグネシウム六水和物を、1個のチャンバー内で450℃にて、同時に脱水および分解する。これは、モデル温度範囲である。いくつかの態様における好ましい範囲は、450℃〜500℃である。したがって、分解は、MgOまで完全に進む。このチャンバー内で起こる主反応を以下のように表すことができる。
MgCl2・6H2O → MgO＋5H2O＋2HCl      450℃
このシミュレーションに関するさらなる詳細は、以下の実施例4に提供する。
（図９）Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を示すプロセスフロー図であるが、MgCl2・6H2Oが、1個のチャンバー内で250℃の比較的低い温度にて、中間体化合物Mg(OH)Clに分解される以外は、図8の態様と同様である。次に、Mg(OH)Clを水に溶解し、MgCl2およびMg(OH)2を形成して、CaCl2およびCO2との同じ反応を遂行し、CaCO3およびMgCl2を形成する。このチャンバー内で起こる主反応を以下のように表すことができる。
MgCl2・6H2O → Mg(OH)Cl＋HCl＋5H2O      250℃
反応は、250℃でモデル化した。いくつかの態様において、好ましい範囲は、230℃〜260℃である。このシミュレーションに関するさらなる詳細は、以下の実施例5に提供する。
（図１０）MgCl2・6H2Oの加熱試料の質量百分率のグラフを示す。試料の初期質量はおよそ70mgであり、これを100％に設定した。実験の間、試料を熱分解しながら試料の質量を測定した。温度は、150℃まで急速に上昇し、次に、1分あたり0.5℃ずつゆっくり上昇した。およそ220℃で、重量は一定になり、Mg(OH)Clの形成と一致した。
（図１１）実施例7の生成物に対応するX線回折データを示す。
（図１２）実施例8のMg(OH)2を使用した反応からの生成物に対応するX線回折データを示す。
（図１３）実施例8のMg(OH)Clを使用した反応からの生成物に対応するX線回折データを示す。
（図１４）MgCl2・(H2O)の分解に及ぼす温度および圧力の効果を示す。
（図１５）本明細書に記載されるCa/Mgプロセスの1つの態様のプロセスフロー図である。
（図１６）マグネシウム化合物のみを使用することによる、当該プロセスの変形型のプロセスフロー図である。この態様において、Ca2+-Mg2+交換反応は起こらない。
（図１７）先の2つの態様の中間にある、当該プロセスの異なる変形型のプロセスフロー図である。Mg2+の半分をCa2+に置き換えて、それによって、鉱化炭酸塩MgCa(CO3)2、すなわち、ドロマイトが得られる。
（図１８）CaSiO3-Mg(OH)Clプロセス、ケース10＆11。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を提供するプロセスフロー図を示す。正味の反応は、安価な原料であるCaSiO3、CO2および水を使用して煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2およびCaCO3を形成することである。このシミュレーションの結果は、CaSiO3と反応するHClからの熱および天然ガスまたは石炭火力発電所によって排出される煙道ガスからの熱を使用して、MgCl2・6H2Oの分解を実施し、Mg(OH)Clを形成することが効率的であることを示している。次に、Mg(OH)ClをH2Oと反応させて、MgCl2およびMg(OH)2を形成し、次に、これを飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させてCaCO3を形成し、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2を第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。この態様において、塩化マグネシウム六水和物を、第一チャンバー内で、HClとCaSiO3反応からの熱を使用して脱水して塩化マグネシウム二水和物MgCl2・2H2Oとし、第二チャンバー内で、煙道ガスからの熱を使用して250℃で分解する。したがって、分解は、Mg(OH)Clまで部分的に進む。このチャンバー内で起こる主反応を以下のように表すことができる。
2015508332.tif 000004
** エンタルピーは、反応温度ならびに導入される反応物質および出ていく生成物流れの温度に基づく。このシミュレーションに関するさらなる詳細は、以下の実施例10および11に提供する。
（図１９）CaSiO3-MgOプロセス、ケース12＆13。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を提供するプロセスフロー図を示す。正味の反応は、安価な原料であるCaSiO3、CO2および水を使用して煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2およびCaCO3を形成することである。このシミュレーションの結果は、CaSiO3と反応するHClからの熱および天然ガスまたは石炭火力発電所から排出される煙道ガスからの熱を使用して、MgCl2・6H2Oの分解を実施し、MgOを形成することが効率的であることを示している。次に、MgOをH2Oと反応させて、Mg(OH)2を形成し、次に、これを飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させてCaCO3を形成し、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2を第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。この態様において、塩化マグネシウム六水和物を、第一チャンバー内で、HClとCaSiO3反応からの熱を使用して脱水して塩化マグネシウム二水和物MgCl2・2H2Oとし、そして、第二チャンバー内で、煙道ガスからの熱を使用して450℃で分解する。したがって、分解は、MgOまで完全に進む。このチャンバー内で起こる主反応を以下のように表すことができる。
2015508332.tif 000005
** エンタルピーは、反応温度ならびに導入される反応物質および出ていく生成物流れの温度に基づく。このシミュレーションに関するさらなる詳細は、以下の実施例12および13に提供する。
（図２０）MgSiO3-Mg(OH)Clプロセス、ケース14＆15。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を提供するプロセスフロー図を示す。正味の反応は、安価な原料であるMgSiO3、CO2および水を使用して煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2およびMgCO3を形成することである。このシミュレーションの結果は、MgSiO3と反応するHClからの熱および天然ガスまたは石炭火力発電所によって排出される煙道ガスからの熱を使用して、MgCl2・2H2Oの分解を実施し、Mg(OH)Clを形成することが効率的であることを示している。次に、Mg(OH)ClをH2Oと反応させて、MgCl2およびMg(OH)2を形成し、次に、これを煙道ガスからのCO2と反応させてMgCO3を形成して、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2を第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。この態様において、塩化マグネシウムは、煙道ガスからの熱を使用して250℃で分解する前には、HClおよびMgSiO3からの熱のために二水和物形態MgCl2・2H2Oのままでいつづける。したがって、分解は、Mg(OH)Clまで部分的に進む。このチャンバー内で起こる主反応を以下のように表すことができる。
2015508332.tif 000006
** エンタルピーは、反応温度ならびに導入される反応物質および出ていく生成物流れの温度に基づく。このシミュレーションに関するさらなる詳細は、以下の実施例14および15に提供する。
（図２１）MgSiO3-MgOプロセス、ケース16＆17。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を提供するプロセスフロー図を示す。正味の反応は、安価な原料であるMgSiO3、CO2および水を使用して煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2およびMgCO3を形成することである。このシミュレーションの結果は、MgSiO3と反応するHClからの熱および天然ガスまたは石炭火力発電所によって排出される煙道ガスからの熱を使用して、MgCl2・2H2Oの分解を実施し、MgOを形成することが効率的であることを示している。次に、MgOをH2Oと反応させて、Mg(OH)2を形成し、次に、これを煙道ガスからのCO2と反応させて、MgCO3を形成して、これを濾過して流れから取り除く。この態様において、塩化マグネシウムは、煙道ガスからの熱を使用して450℃で分解する前には、HClおよびMgSiO3からの熱のために二水和物形態MgCl2・2H2Oのままでいつづける。したがって、分解は、MgOまで完全に進む。このチャンバー内で起こる主反応を以下のように表すことができる。
2015508332.tif 000007
** エンタルピーは、反応温度ならびに導入される反応物質および出ていく生成物流れの温度に基づく。このシミュレーションに関するさらなる詳細は、以下の実施例16および17に提供する。
（図２２）ダイオプサイド-Mg(OH)Clプロセス、ケース18＆19。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を提供するプロセスフロー図を示す。正味の反応は、安価な原料であるダイオプサイドMgCa(SiO3)2、CO2および水を使用して煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2およびドロマイトMgCa(CO3)2を形成することである。このシミュレーションの結果は、MgCa(SiO3)2と反応するHClからの熱および天然ガスまたは石炭火力発電所によって排出される煙道ガスからの熱を使用して、MgCl2・6H2Oの分解を実施し、Mg(OH)Clを形成することが効率的であることを示している。次に、Mg(OH)ClをH2Oと反応させて、MgCl2およびMg(OH)2を形成し、次に、これを飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させて、MgCa(CO3)2を形成して、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2を第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。この態様において、塩化マグネシウム六水和物を、第一チャンバー内で、HClとCaSiO3反応からの熱を使用して脱水して塩化マグネシウム二水和物MgCl2・2H2Oとし、第二チャンバー内で、煙道ガスからの熱を使用して250℃でMg(OH)Clまで分解する。このチャンバー内で起こる主反応を以下のように表すことができる。
2015508332.tif 000008
** エンタルピーは、反応温度ならびに導入される反応物質および出ていく生成物流れの温度に基づく。このシミュレーションに関するさらなる詳細は、以下の実施例18および19に提供する。
（図２３）ダイオプサイド-MgOプロセス、ケース20＆21。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を提供するプロセスフロー図を示す。正味の反応は、安価な原料であるダイオプサイドMgCa(SiO3)2、CO2および水を使用して煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2およびドロマイトMgCa(CO3)2を形成することである。このシミュレーションの結果は、MgCa(SiO3)2と反応するHClからの熱および天然ガスまたは石炭火力発電所によって排出される煙道ガスからの熱および／または他の熱源を使用して、MgCl2・6H2Oの分解を実施し、MgOを形成することが効率的であることを示している。次に、MgOをH2Oと反応させて、Mg(OH)2を形成し、次に、これを飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させて、MgCa(CO3)2を形成して、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2を第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。この態様において、塩化マグネシウム六水和物を、第一チャンバー内で、HClとCaSiO3反応からの熱を使用して脱水して塩化マグネシウム二水和物MgCl2・2H2Oとし、第二チャンバー内で、煙道ガスからの熱を使用して450℃でMgOまで分解する。このチャンバー内で起こる主反応を以下のように表すことができる。
2015508332.tif 000009
** エンタルピーは、反応温度ならびに導入される反応物質および出ていく生成物流れの温度に基づく。このシミュレーションに関するさらなる詳細は、以下の実施例20および21に提供する。
（図２４）様々なCO2煙道ガス濃度、様々な温度、煙道ガスが石炭と天然ガスのどちらに由来するか、および、プロセスが完全分解と部分分解のどちらに依存するかについて、捕捉されたCO2パーセントを示す。CaSiO3-Mg(OH)ClプロセスおよびCaSiO3-MgOプロセスの実施例10〜13を参照されたい。
（図２５）様々なCO2煙道ガス濃度、様々な温度、煙道ガスが石炭と天然ガスのどちらに由来するか、および、プロセスが完全分解と部分分解のどちらに依存するかについて、捕捉されたCO2パーセントを示す。MgSiO3-Mg(OH)ClプロセスおよびMgSiO3-MgOプロセスの実施例14〜17を参照されたい。
（図２６）様々なCO2煙道ガス濃度、様々な温度、煙道ガスが石炭と天然ガスのどちらに由来するか、および、プロセスが完全分解と部分分解のどちらに依存するかについて、捕捉されたCO2パーセントを示す。ダイオプサイド-Mg(OH)Clプロセスおよびダイオプサイド-MgOプロセスの実施例18〜21を参照されたい。
（図２７）2種の異なる塩、例えばCa2+およびMg2+が分解および炭酸化に使用される本発明のいくつかの態様に対応する、簡略化プロセスフロー図である。
（図２８〜２９）MgCl2・6H2Oの加熱試料の質量百分率のグラフを示す。試料の初期質量は各々およそ70mgであり、これを各々100％に設定した。実験の間、試料を熱分解しながら試料の質量を測定した。温度は、200℃まで急上昇し、次に、12時間のランにわたってさらに上昇した。分解した物質の同一性は、その与えられた理論上の安定状態と比較することによって確認することができる。図28は2つのプロットの重畳であり、第一のプロットは、時間（分）対温度（℃）のプロットである実線である。その線は、継時的な温度上昇を示す；二番目のプロットは、重量％（100％＝試料の原重量）対時間のプロットである破線であり、脱水によるか分解によるかにかかわらず、試料の重量の継時的な減少を示す。図29もまた、2つのプロットの重畳であり、第一のプロット（実線）は重量％対温度（℃）のプロットであり、試料の重量が温度の上昇と共に減少することを示し；第二のプロット（破線）は、温度に対する重量％（重量％／℃）対温度℃の導関数のプロットである。この値が高ければ、各々の℃毎の変化に対する重量損失の割合がより高いことを示す。この値が0であれば、温度が上昇しても試料の重量は同じままであり、このことは脱水または分解が起こらないことを示している。図28および29が同じ試料であることに留意されたい。
（図３０）500℃で1時間後のMgCl2・6H2O分解。このグラフは、500℃で1時間加熱した後の、MgCl2・6H2Oの4つの試験ランの正規化した最終重量および初期重量を示す。一貫した最終重量は、MgOがこの温度での分解によって生成されることを裏付けている。
（図３１）3チャンバー分解。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を提供するプロセスフロー図を示す。この態様において、冷煙道ガス（チャンバー1）からの熱、鉱物溶解反応器（チャンバー2）からの熱および外部天然ガス（チャンバー3）が熱源として使用される。このプロセスフロー図は、Mg(OH)Clへの分解の3チャンバープロセスを示す。第一チャンバーは200℃の煙道ガスによって加熱され、必要な熱全体の約〜8.2％の初期熱を提供し、第二チャンバーは、鉱物溶解反応器から回収される熱に依存して分解に必要な熱の83％（このうち28％は、塩酸／鉱物ケイ酸塩反応からであり、55％は、塩酸の凝縮および形成からである）を与え、最後に第三チャンバーは、残余熱の外部源として天然ガスを使用し、これは熱全体の8.5％である。CO2は、複合サイクル天然ガス発電所からであり、そのため微量の熱が発電所から得られ、分解反応に供給される。
（図３２）4チャンバー分解。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を提供するプロセスフロー図を示す。この態様において、冷煙道ガス（チャンバー1）からの熱、追加水蒸気（チャンバー2）からの熱、鉱物溶解反応器（チャンバー3）からの熱および外部天然ガス（チャンバー4）が熱源として使用される。このプロセスフロー図は、Mg(OH)Clへの分解の4チャンバープロセスを示し、第一チャンバーは、200℃の煙道ガスを提供し、必要な熱全体の約〜8.2％の初期熱を提供し、第二チャンバーは、必要な熱全体の0.8％である過剰水蒸気の形態の熱を提供し、第三チャンバーは、鉱物溶解反応器から回収される熱に依存して分解に必要な熱の83％（このうち28％は、塩酸／鉱物ケイ酸塩反応からであり、55％は、塩酸の凝縮および形成からである）を与え、最後に第四チャンバーは、残余熱の外部源として天然ガスを使用し、これは熱全体の8.0％である。CO2は、複合サイクル天然ガス発電所からであり、そのため微量の熱が発電所から得られ、分解反応に供給される。
（図３３）2チャンバー分解。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を提供するプロセスフロー図を示す。この態様において、鉱物溶解反応器（チャンバー1）からの熱および外部天然ガス（チャンバー2）が熱源として使用される。このプロセスフロー図は、Mg(OH)Clへの分解の2チャンバープロセスを示し、第一チャンバーは、鉱物溶解反応器から回収される熱に依存して、分解に必要な熱の87％（このうち28％は、塩酸／鉱物ケイ酸塩反応からであり、59％は、塩酸の凝縮および形成からである）を与え、第二チャンバーは、残余熱の外部源として天然ガスを使用し、それは熱全体の13％である。CO2は、複合サイクル天然ガス発電所からであり、そのため微量の熱が発電所から得られ、分解反応に供給される。
（図３４）2チャンバー分解。この図は、Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を提供するプロセスフロー図を示す。この態様において、鉱物溶解反応器（チャンバー1）からの熱およびオープンサイクル天然ガスプラント（チャンバー2）からの高温煙道ガスが熱源として使用される。このプロセスフロー図は、Mg(OH)Clへの分解の2チャンバープロセスを示し、第一チャンバーは、鉱物溶解反応器から回収される熱に依存して、分解に必要な熱の87％（このうち28％は、塩酸／鉱物ケイ酸塩反応からであり、59％は、塩酸の凝縮および形成からである）を与え、第二チャンバーは、残余熱の外部源として高温煙道ガスを使用し、これは熱全体の13％である。CO2は、オープンサイクル天然ガス発電所からであり、そのために、相当量の熱が600℃の煙道ガスの形態で発電所から得られ、分解反応に供給される。
（図３５）MgCl2・6H2OのM(OH)ClまたはMgOへの分解を含む、塩分解反応に使用し得るAuger反応器の概略図を示す。そのような反応器は、効率的な熱利用のための内部加熱、効率的な熱利用のための外部絶縁、適当な固体輸送のためのネジ機構（固体が存在する場合）、HCl除去のための適当な通気口を含んでよい。そのような反応器は、約1.8kgの約90％Mg(OH)Clを調製するために使用されている。
（図３６）Auger反応器を使用したMg(OH)Clを生成するための2つの分離ランの最適化指数を示す。最適化指数＝変換％×効率％。
（図３７）CaSiO3-Mg(OH)ClプロセスをシミュレーションするAspenモデルのプロセスフロー図を示す。
（図３８Ａ〜Ｉ）Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を提供するプロセスフロー図を示す。正味の反応は、安価な原料であるCaSiO3、CO2および水を使用して煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2およびCaCO3を形成することである。熱を使用して、MgCl2・6H2Oの分解を実施し、Mg(OH)Clを形成する。次に、Mg(OH)ClをH2Oと反応させて、MgCl2およびMg(OH)2を形成する。ある分量のH2Oは、固体Mg(OH)2およびMgCl2水溶液（第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する）の形成が有利になるように調整される。次に、Mg(OH)2を飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させてCaCO3を形成し、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2を第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。Aは、プロセスの総括図である。B〜Iは、Aに示される総括図の重複する拡張図である。
（図３９Ａ〜Ｉ）Aspen Plusプロセスソフトウェアを使用したプロセスシミュレーションのパラメーターおよび結果を提供するプロセスフロー図を示す。正味の反応は、安価な原料であるCaSiO3、CO2および水を使用して煙道ガスからCO2を捕捉し、SiO2およびCaCO3を形成することである。熱を使用して、MgCl2・6H2Oの分解を実施し、Mg(OH)Clを形成する。次に、Mg(OH)ClをH2Oと反応させて、MgCl2およびMg(OH)2を形成する。ある分量のH2Oは、固体Mg(OH)2およびMgCl2水溶液（第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する）の形成が有利になるように調整される。次に、Mg(OH)2を飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させてCaCO3を形成し、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2を第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。Aは、プロセスの総括図である。B〜Iは、Aに示される総括図の重複する拡張図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
例示的態様の説明
本発明は、二酸化炭素の隔離、例えば、2族塩化物を2族水酸化物および塩化水素に変換し、次にこれらを使用して廃棄流れから二酸化炭素を除去する、エネルギー効率の良いプロセスに関する。いくつかの態様において、塩化水素を2族ケイ酸塩とさらに反応させて、追加の2族塩化物出発物質およびシリカを生成させてもよい。
【００４７】
いくつかの態様において、本発明の方法および装置は、1つまたは複数の以下の一般的構成要素を含む：（1）塩化水素を用いて2族ケイ酸塩鉱物を2族塩化物および二酸化ケイ素へ変換すること、（2）2族塩化物を2族水酸化物および塩化水素へ変換すること、（3）気体CO2が2族水酸化物を含む水性腐食性混合物に吸収されて2族炭酸塩および／または重炭酸塩生成物ならびに水を形成する、水性脱炭酸、（4）炭酸塩および／または重炭酸塩生成物が液体混合物から分離される、分離プロセス、（5）1つまたは複数の工程またはプロセス流れから別の1つまたは複数の工程またはプロセス流れへの、エネルギーを含む副生成物の再使用または再利用。これらの一般的構成要素の各々は、以下でさらに詳細に説明する。
【００４８】
本発明の多くの態様は、煙道ガス流れからのCO2および他の化学物質の吸収を達成するためならびに、本明細書に記載される本発明の態様の他の目的を達成するためにある程度のエネルギーを消費するが、本発明のある態様の利点の1つは、発電所のような所与の排出源から排出されたCO2のほとんどまたは全てを吸収するとともに、これらが先行技術のものより優れたエコロジー効率を提供することである。
【００４９】
他のCO2除去プロセスと区別された本発明のある態様の別のさらなる恩恵は、いくつかの市場環境において、その生成物が、必要な反応物質または正味の電力もしくはプラント減価償却費よりも大きな価値があることである。言い換えれば、ある態様は、問題となるCO2および付随する汚染物質の十分な除去を達成するとともに、利益を挙げてクロロ-ヒドロ-炭酸塩生成物を生成する工業的方法である。
【００５０】
I. 定義
本明細書において使用される用語「炭酸塩」または「炭酸塩生成物」は、一般的に、炭酸基[CO3]2-を含有する鉱物成分として定義される。したがって、当該用語は、炭酸塩／重炭酸塩混合物と炭酸イオンのみを含有する種の両方を包含する。用語「重炭酸塩」および「重炭酸塩生成物」は、一般的に、重炭酸基[HCO3]1-を含有する鉱物成分として定義される。したがって、当該用語は、炭酸塩／重炭酸塩混合物と重炭酸イオンのみを含有する種の両方を包含する。
【００５１】
本明細書において使用される「Ca/Mg」は、Ca単独、Mg単独またはCaとMgの両方の混合物のいずれかを表す。CaとMgの比は、例えば、1：99、5：95、10：90、20：80、30：70、40：60、50：50、60：40、70：30、80：20、90：10、95：5および99：1を含む、0：100〜100：0の範囲であり得る。記号「Ca/Mg」、「MgxCa(1-x)」および「CaxMg(1-x)」は、同義語である。対照的に、「CaMg」または「MgCa」は、これらの2つのイオンの比が1：1であることを指す。
【００５２】
本明細書において使用される用語「エコロジー効率」は、用語「熱力学的効率」と同義的に使用され、消費エネルギーあたりの本発明のある態様によって隔離されるCO2の量として定義され（式「∂CO2/∂E」によって表される）、この値の適切な単位は、kWh/CO2トンである。CO2の隔離は、プラント全体のCO2に対するパーセントの単位として表示され；エネルギー消費量も同様にプラント全体の電力消費量に対する単位として表示される。
【００５３】
用語「II族」および「2族」は、互換的に使用される。
【００５４】
「六水和物」は、MgCl2・6H2Oを指す。
【００５５】
本発明のいくつかの態様を使用した重炭酸塩および炭酸塩の形成において、用語「イオン比」は、生成物中のカチオンを生成物中に存在する炭素数で割った割合を指す。よって、重炭酸カルシウム（Ca(HCO3)2）の形成された生成物流れは、0.5（Ca/C）の「イオン比」を有すると言うことができ、一方で、純粋な炭酸カルシウム（CaCO3）の形成された生成物流れは、1.0（Ca/C）の「イオン比」を有すると言うことができる。ひいては、一価、二価および三価カチオンの炭酸塩および重炭酸塩の無限数の連続的混合物は、0.5〜3.0の間のイオン比を有すると言うことができる。
【００５６】
文脈によって、略語「MW」は、分子量またはメガワットのいずれかを意味する。
【００５７】
略語「PFD」は、プロセスフロー図である。
【００５８】
略語「Q」は、熱量（または必要熱量）であり、熱はエネルギーの一種である。これは、他の種類のエネルギーのいずれも含まない。
【００５９】
本明細書において使用される用語「隔離」は、一般的に、その一部または全体の作用が、点排出源からCO2を除去することおよび大気中に戻るのを防止するためにそのCO2をある形態で保存することである技術または実施を指すために使用される。この用語の使用は、記載された態様のいずれの形態も「隔離」技術であると見なされることを除外しない。
【００６０】
化学式の文脈において、略語「W」は、H2Oを指す。
【００６１】
輝石は、多くの火成岩および変成岩に見いだされるケイ酸塩鉱物の一群である。これらは、シリカ四面体の単鎖からなる共通の構造を有し、これらは、単斜晶系および斜方晶系で結晶化する。輝石は、一般式XY(Si,Al)2O6（式中、Xは、カルシウム、ナトリウム、鉄（II）およびマグネシウム、ごくまれに亜鉛、マンガンおよびリチウムを表し、Yは、より小さいサイズのイオン、例えば、クロム、アルミニウム、鉄（III）、マグネシウム、マンガン、スカンジウム、チタン、バナジウムさらに鉄（II）を表す）を有する。
【００６２】
加えて、本発明の化合物を構成する原子は、そのような原子の全ての同位体形態を含むことが意図される。本明細書において使用される同位体は、同じ原子数を有するが質量数が異なる原子を含む。一般的な例を挙げれば、非限定的に、水素の同位体は、トリチウムおよびジュウテリウムを含み、炭素の同位体は、13Cおよび14Cを含む。
【００６３】
語「ある」または「１つの
」の使用は、添付の特許請求の範囲および／または本明細書において、用語「含む」と併せて使用される場合、「1つの」を意味し得るが、しかし、これはまた、「1つまたは複数の」「少なくとも1つの」および「1つまたは2つ以上の」という意味と一致する。
【００６４】
本出願をとおして、用語「約」は、ある値が、その値を決定するために用いられた装置、方法についての誤差の固有の変動、またはその研究対象の中に存在する変動を含むことを指すために使用される。
【００６５】
用語「含む」、「有する」および「含有する」は、非限定的な連結動詞である。これらの動詞の1つまたは複数の任意の形態または時制、例えば、「含んだ」、「含み」、「有した」、「有し」、「含有した」および「含有し」もまた非限定的である。例えば、1つまたは複数の工程を「含む」、「有する」または「含む」任意の方法は、その1つまたは複数の工程だけを備えることに限定されず、他の列挙しない工程も網羅する。
【００６６】
用語「効果的な」は、その用語が本明細書および／または添付の特許請求の範囲において使用される場合、所望の、期待される、または意図する結果を達成するために好適であることをを意味する。
【００６７】
上記の定義は、参照により本明細書に組み入れられる参考文献のいずれかにおけるあらゆる矛盾する定義に優先する。しかしながら、ある用語が定義されているという事実は、定義されない任意の用語が不特定であることを指すものと考えるべきではない。むしろ、使用される全ての用語は、当業者が本発明の範囲および実施を理解することができるような用語で、本発明を説明すると考えられている。
【００６８】
II. II族金属の塩を使用した二酸化炭素の隔離
図1は、本開示の装置および方法の一般的な典型的態様を説明する簡略化プロセスフロー図を表す。この図は、例示目的のためだけに提供されるものであり、したがって、これは、本発明の具体的な態様を単に表すものであり、かつ決して添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。
【００６９】
図1に示す態様において、反応器10（例えば、道路用塩ボイラー）は、電力、例えば、外部電力および／または回収電力（例えば、高温煙道ガスからの熱または太陽光濃縮または燃焼のような熱の外部源）を使用して、式1によって表される反応を促進する。
(Ca/Mg)Cl2＋2H2O → (Ca/Mg)(OH)2＋2HCl          （1）
この反応において使用される水は、液体、水蒸気、結晶性水和物（例えば、MgCl2・6H2O、CaCl2・2H2O）の形態であってよく、または水は超臨界水であってもよい。いくつかの態様において、反応は、MgCl2を使用して、Mg(OH)2および／またはMg(OH)Clを形成する（例えば、図2を参照）。いくつかの態様において、反応は、CaCl2を使用して、Ca(OH)2を形成する。式1からの2族水酸化物またはヒドロキシクロリド（示さない）の一部または全ては、反応器20に送られ得る。いくつかの態様において、2族水酸化物および／または2族ヒドロキシクロリドの一部または全ては、水溶液として反応器20に送られる。いくつかの態様において、2族水酸化物の一部または全ては、水性懸濁液で反応器20に送られる。いくつかの態様において、2族水酸化物の一部または全ては、固体として反応器20に送られる。いくつかの態様において、（例えば、蒸気の形態または塩酸の形態の）塩化水素の一部または全ては、反応器30（例えば、岩溶融装置）に送られ得る。いくつかの態様において、得られた2族水酸化物をさらに加熱して水を除去し、対応する2族酸化物を形成する。いくつかの変形型において、これらの2族酸化物の一部または全ては、次いで、反応器20に送られ得る。
【００７０】
供給源（例えば、煙道ガス）からの二酸化炭素は、潜在的には、初めに廃熱／DC発生システムで廃熱を交換した後に、反応器20（例えば、流動層反応器、噴霧塔脱炭酸装置または脱炭酸バブラー）においてプロセスに入る。いくつかの態様において、煙道ガスの温度は、少なくとも125℃である。2族水酸化物（その一部または全ては、反応器10から得られ得る）は、反応器20で、式2によって表される反応に従って、二酸化炭素と反応する。
(Ca/Mg)(OH)2＋CO2 → (Ca/Mg)CO3＋H2O            （2）
この反応から生成される水は、反応器10に送り返され得る。2族炭酸塩は、典型的には、反応混合物から分離される。2族炭酸塩は、非常に小さいKsp（溶解度積定数）を有する。そのため、これらは他のものから固体として分離され、より溶解性の化合物は溶液状態で維持されることができる。いくつかの態様において、反応は、2族重炭酸塩を介して進行する。いくつかの態様において、2族重炭酸塩が生成され、場合により次に反応混合物から分離される。いくつかの態様において、2族酸化物は、場合により2族水酸化物と一緒になってまたは別々に、二酸化炭素と反応して、また2族炭酸塩を形成する。いくつかの態様において、CO2および／または他の汚染物質が除去された煙道ガスは、大気中に放出される。
【００７１】
2族ケイ酸塩（例えば、CaSiO3、MgSiO3、MgO・FeO・SiO2など）は、反応器30（例えば、岩溶融装置または鉱物解離反応器）においてプロセスに入る。いくつかの態様において、これらの2族ケイ酸塩は、先の工程で粉末状にされる。いくつかの態様において、2族ケイ酸塩は、イノケイ酸塩である。これらの鉱物は、気体としてのまたは塩酸形態のいずれかの塩酸（その一部または全ては、反応器10から得られ得る）と反応して、対応する2族金属塩化物（CaCl2および／またはMgCl2）、水および砂（SiO2）を形成し得る。反応は、式3によって表すことができる。
2HCl＋(Ca/Mg)SiO3 → (Ca/Mg)Cl2＋H2O＋SiO2            （3）
この反応から生成される水の一部または全ては、反応器10に送られ得る。式3からの2族塩化物の一部または全ては、反応器20に送られ得る。いくつかの態様において、2族塩化物の一部または全ては、水溶液として反応器20に送られる。いくつかの態様において、2族塩化物の一部または全ては、水性懸濁液で反応器20に送られる。いくつかの態様において、2族塩化物の一部または全ては、固体として反応器20に送られる。
【００７２】
式1〜3の総和を略した正味の反応は、ここで、式4として示される。
CO2＋(Ca/Mg)SiO3 → (Ca/Mg)CO3＋SiO2            （4）
【００７３】
別の態様において、得られたMgxCa(1-x)CO3隔離剤は、CO2を再生および濃縮するようにHClと反応する。このように形成されたCa/MgCl2は、分解反応器に戻り、CO2を吸収する水酸化物またはヒドロキシハロゲン化物を生成する。
【００７４】
図1に示されるプロセスおよび本明細書に記載されるプロセスをとおして、2族炭酸塩は、捕捉されたCO2から最終隔離物質として生成される。水、塩化水素および／または反応エネルギーの一部または全てが循環され得る。いくつかの態様において、これらのいくつかのみが循環されるかまたはいずれも循環されない。いくつかの態様において、生じた水、塩化水素および反応エネルギーは、他の目的に使用される。
【００７５】
いくつかの態様において、かつ、所与のプラントの煙道ガス流れ中のCO2濃度に依存して、本明細書において開示される方法を使用し、推進力として熱のみを使用して（電気的損失なし）プラントのCO2の33〜66％を捕捉し得る。いくつかの態様において、本明細書において開示される方法の効率は、比較的低いCO2濃度で向上し、かつ、比較的高い（不純物を除去しない（unscrubbed））煙道ガス温度で増大する。例えば、320℃および7％CO2濃度では、廃熱単独からの煙道ガスCO2の33％を鉱化することができる。他の態様において、例えば、天然ガスタービンの出口温度では、およそ100％の鉱化を達成することができる。
【００７６】
これらの方法および装置は、当業者によって適用されるような、例えば、モジュラーコンポーネントを用いて、さらに改変し、化学、化学工学および／または材料科学の原理および技術を使用して、最適化およびスケールアップすることができる。そのような原理および技術は、例えば、米国特許第7,727,374号、米国特許出願公開第2006/0185985号および第2009/0127127号、米国特許出願第11/233,509号（2005年9月22日に出願）、米国仮特許出願第60/718,906号（2005年9月20日に出願）；米国仮特許出願第60/642,698号（2005年1月10日に出願）；米国仮特許出願第60/612,355号（2004年9月23日に出願）、米国特許出願第12/235,482号（2008年9月22日に出願）、米国仮出願第60/973,948号（2007年9月20日に出願）、米国仮出願第61/032,802号（2008年2月29日に出願）、米国仮出願第61/033,298号（2008年3月3日に出願）、米国仮出願第61/288,242号（2010年1月20日に出願）、米国仮出願第61/362,607号（2010年7月8日に出願）、ならびに国際出願第PCT/US08/77122号（2008年9月19日に出願）に教示されている。上で言及した開示の各々の全文（任意の付録を含む）は、参照により本明細書に具体的に組み入れられる。
【００７７】
上記の例は、本発明の特定の態様を実証するために含めた。しかしながら、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本開示に照らして、開示された具体的な態様において多くの変更を行うことができ、これが、依然として同様のまたは類似の結果を得ることができることを理解すべきである。
【００７８】
III. Mg2+を触媒として使用した二酸化炭素の隔離
図2は、本開示の装置および方法の一般的な典型的態様を説明する簡略化プロセスフロー図を表す。この図は、例示目的のためだけに提供されるものであり、したがって、これは、本発明の具体的な態様を単に表すものであり、決して添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。
【００７９】
図2に示す態様において、反応器100は、電力、例えば外部電力および／または回収電力（例えば、高温煙道ガスからの熱）を使用し、式5によって表される分解型反応を促進する。
MgCl2・x(H2O)＋yH2O → z'[Mg(OH)2]＋z''[MgO]＋
z'''[MgCl(OH)]＋(2z'＋2z''＋z''')[HCl]              （5）
この反応において使用される水は、塩化マグネシウムの水和物の形態、液体、水蒸気であってよく、かつ／または水は超臨界水であってもよい。いくつかの態様において、反応は、1、2、3個またはそれ以上の反応器中で行われ得る。いくつかの態様において、反応は、連続プロセスのバッチ、セミバッチとして行われ得る。いくつかの態様において、マグネシウム塩生成物の一部または全ては、反応器200に送られ得る。いくつかの態様において、マグネシウム塩生成物の一部または全ては、水溶液として反応器200に送られる。いくつかの態様において、マグネシウム塩生成物の一部または全ては、水性懸濁液で反応器200に送られる。いくつかの態様において、マグネシウム塩生成物の一部または全ては、固体として反応器200に送られる。いくつかの態様において、（例えば、蒸気の形態または塩酸の形態の）塩化水素の一部または全ては、反応器300（例えば、岩溶融装置）に送られ得る。いくつかの態様において、Mg(OH)2をさらに加熱して水を除去し、MgOを形成する。いくつかの態様において、MgCl(OH)をさらに加熱してHClを除去し、MgOを形成する。いくつかの変形型において、Mg(OH)2、MgCl(OH)およびMgOの1つまたは複数は、次いで、反応器200に送られ得る。
【００８０】
潜在的には、初めに廃熱／DC発生システムで廃熱を交換した後に、供給源（例えば、煙道ガス）からの二酸化炭素を、反応器200（例えば、流動層反応器、噴霧塔脱炭酸装置または脱炭酸バブラー）でのプロセスに入れる。いくつかの態様において、煙道ガスの温度は、少なくとも125℃である。二酸化炭素と混和されるものは、反応器100からのマグネシウム塩生成物およびCaCl2（例えば、岩塩）である。二酸化炭素は、反応器200内で、式6によって表される反応に従って、マグネシウム塩生成物およびCaCl2と反応する。
CO2＋CaCl2＋z'[Mg(OH)2]＋z''[MgO]＋z'''[MgCl(OH)] 
→ (z'＋z''＋z''')MgCl2＋(z'＋1/2z''')H2O＋CaCO3          （6）
いくつかの態様において、この反応から生成される水は、反応器100に送り返され得る。炭酸カルシウム生成物（例えば、石灰石、カルサイト）は、典型的には、反応混合物から分離（例えば、沈殿によって）される。いくつかの態様において、反応は、炭酸マグネシウム塩および重炭酸マグネシウム塩を介して進行する。いくつかの態様において、反応は、重炭酸カルシウム塩を介して進行する。いくつかの態様において、種々の2族重炭酸塩が生成され、場合により次に反応混合物から分離される。いくつかの態様において、CO2および／または他の汚染物質が除去された煙道ガスは、場合により1つまたは複数のさらなる精製および／または処理工程の後に大気中に放出される。いくつかの態様において、MgCl2生成物（場合により水和された）は、反応器100に戻される。いくつかの態様において、MgCl2生成物は、1つまたは複数の単離、精製および／または水和工程に供した後に、反応器100に戻される。
【００８１】
ケイ酸カルシウム（例えば、3CaO・SiO2、Ca3SiO5；2CaO・SiO2、Ca2SiO4；3CaO・2SiO2、Ca3Si2O7およびCaO・SiO2、CaSiO3）は、反応器300（例えば、岩溶融装置）においてプロセスに入る。いくつかの態様において、これらの2族ケイ酸塩は、先の工程で粉末状にされる。いくつかの態様において、2族ケイ酸塩は、イノケイ酸塩である。図2の態様において、イノケイ酸塩は、CaSiO3（例えば、珪灰石それ自体、いくつかの態様においては、少量の鉄、鉄の代わりにマグネシウムおよび／またはマンガンを含有し得る珪灰石）である。CaSiO3は、気体または塩酸の形態のいずれかの塩化水素（その一部または全ては、反応器100から得られ得る）と反応して、CaCl2、水および砂（SiO2）を形成する。反応は、式7によって表すことができる。
2HCl＋(Ca/Mg)SiO3 → (Ca/Mg)Cl2＋H2O ＋ SiO2            （7）
2015508332.tif 000010
**エンタルピーは、反応温度ならびに導入される反応物質および出ていく生成物流れの温度に基づく。この反応から生成される水の一部または全ては、反応器100に送られ得る。式7からのCaCl2の一部または全ては、反応器200に送られ得る。いくつかの態様において、CaCl2の一部または全ては、水溶液として反応器200に送られる。いくつかの態様において、CaCl2の一部または全ては、水性懸濁液で反応器200に送られる。いくつかの態様において、CaCl2の一部または全ては、固体として反応器200に送られる。
【００８２】
式5〜7の総和を略した正味の反応は、ここで、式8として示される。
CO2＋CaSiO3 → CaCO3＋SiO2            （8）
2015508332.tif 000011
**標準温度および圧力（STP）で測定した。図2に示されるプロセスおよび本明細書に記載されるプロセスをとおして、炭酸カルシウムは、CO2およびイノケイ酸カルシウムから最終隔離物質として生成される。種々のマグネシウム塩、水、塩化水素および反応エネルギーの一部または全てが循環され得る。いくつかの態様において、これらのいくつかのみが循環されるかまたはいずれも循環されない。いくつかの態様において、生じた水、塩化水素および／または反応エネルギーは、他の目的に使用される。
【００８３】
これらの方法および装置は、当業者によって適用されるような、化学、化学工学および／または材料科学の原理および技術を使用して、さらに改変、最適化およびスケールアップすることができる。そのような原理および技術は、例えば、米国特許第7,727,374号、米国特許出願公開第2006/0185985号および第2009/0127127号、米国特許出願第11/233,509号（2005年9月22日に出願）、米国仮特許出願第60/718,906号（2005年9月20日に出願）；米国仮特許出願第60/642,698号（2005年1月10日に出願）；米国仮特許出願第60/612,355号（2004年9月23日に出願）、米国特許出願第12/235,482号（2008年9月22日に出願）、米国仮出願第60/973,948号（2007年9月20日に出願）、米国仮出願第61/032,802号（2008年2月29日に出願）、米国仮出願第61/033,298号（2008年3月3日に出願）、米国仮出願第61/288,242号（2010年1月20日に出願）、米国仮出願第61/362,607号（2010年7月8日に出願）、ならびに国際出願第PCT/US08/77122号（2008年9月19日に出願）に教示されている。上で言及した開示の各々の全文（任意の付録を含む）は、参照により本明細書に具体的に組み入れられる。
【００８４】
上記の例は、本発明の特定の態様を実証するために含めた。しかしながら、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本開示に照らして、開示された具体的な態様において多くの変更を行うことができ、これが、依然として同様のまたは類似の結果を得ることができることを理解すべきである。
【００８５】
IV. 2族塩化物の2族水酸化物またはII族ヒドロキシクロリドへの変換
本明細書において、2族塩化物（例えば、CaCl2またはMgCl2）と水を反応させて、2族水酸化物、2族酸化物および／または混合塩（たとえば、2族水酸化物塩化物）を形成するプロセスが開示される。そのような反応は、典型的には、分解と呼ばれる。いくつかの態様において、水は、液体の形態でも、水蒸気でも、2族塩化物の水和物由来であってもよく、かつ／または水は超臨界であってもよい。水蒸気は、非常に燃焼性の反応、すなわち、天然ガスおよび酸素または水素および塩素からの熱が水の流れを加熱することによって熱交換器からもたらされ得る。いくつかの態様において、水蒸気はまた、プラントまたは工場の廃熱の使用によっても生成され得る。いくつかの態様において、無水のまたは水和された塩化物塩もまた加熱される。
【００８６】
Mg2+およびCa2+の場合において、反応は、それぞれ、式9および10によって表され得る。
MgCl2＋2H2O → Mg(OH)2＋2HCl(g)      ΔH＝263kJ/モル**      （9）
CaCl2＋2H2O → Ca(OH)2＋2HCl(g)       ΔH＝284kJ/モル**      （10）
** 100℃で測定した。反応は吸熱であり、このことは、エネルギー、例えば熱が、これらの反応を行うために加えられたことを意味する。そのようなエネルギーは、本明細書において開示される1つまたは複数の発熱プロセス工程から生成された廃熱から得られ得る。上記の反応は、以下の工程の1つまたは複数に従って行われうる。
2015508332.tif 000012
CaCl2＋2H2O → Ca(OH)2＋2HCl(g)の反応エンタルピー（ΔH）は、100℃で284kJ/モルである。いくつかの変形型において、MgCl2・6H2O塩（マグネシウム六水和物）が使用される。水は塩の分子構造内に組み込まれているので、追加の水蒸気または水無しの直接加熱を用いて、分解が開始され得る。以下の反応の典型的な反応温度をここに示す。
2015508332.tif 000013
2015508332.tif 000014
** ΔH値は、反応の温度（「反応温度」列）で計算した。化学文献Kirk Othmer 4th ed. Vol. 15 p. 343 1998 John Wiley and Sons（参照により本明細書に組み入れられる）を参照されたい。以下の実施例1を参照されたい。実施例1では、安価な原料であるCaCl2を使用し煙道ガスからのCO2を捕捉し、CaCO3を形成する能力を実証するシミュレーションの結果を提供する。また、Energy Requirements and Equilibrium in the dehydration, hydrolysis and decomposition of Magnesium Chloride - K.K. Kelley, Bureau of Mines 1941 および Kinetic Analysis of Thermal Dehydration and Hydrolysis of MgCl2・6H2O by DTA and TG - Y. Kirsh, S. Yariv and S. Shoval - Journal of Thermal Analysis, Vol. 32 (1987)（これら両方は共に、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる）を参照されたい。
【００８７】
ある局面において、Mg(OH)2は、MgCl2(Mg(OH)Clを介して）から、Mg(OH)Clの存在下での、MgCl2と水の比率を調整することによってより効率的に生成することができる。Mg(OH)2の生成を最適化するために、チャンバー内の水の量は、MgCl2・6(H2O)水和物の形成を防止しながら、Mg(OH)2の沈澱が有利になるように調整される。具体的には、Mg(OH)Cl溶液中の水の量は、MgCl2に対する水のモル比が6以上、例えば約6〜7の比の間で維持される。これらの条件下で、Mg(OH)2は実質的に不溶性であるが、塩化マグネシウムは水溶液中に残留する。例えば、Bakker 2011（その全開示は参照により本明細書に組み入れられる）の52ページを参照されたい。
【００８８】
したがって、MgCl2・6H2OとMg(OH)2の生成物混合物に達するために、Mg(OH)Clを、例えば気泡塔からのMgCl2水溶液と反応させる。その反応は、以下であろう。
CaCl2（aq）＋ CO2＋Mg(OH)2 ⇒ MgCl2（aq）＋CaCO3↓＋H2O
MgCl2（aq）〜 MgCl2・13-16H2O（液体）
【００８９】
混合物の沸騰：MgCl2・13-16H2O（液体）＋ΔH ⇒ MgCl2・6H2O（固体）＋7-9H2O（気体）↑には、かなりのエネルギーを使用する必要があろう。したがって、MgCl2・6H2Oよりも薄い溶液は、Mg(OH)Clの不均化を必ず起こし、MgCl2・xH2O（液体）（ここで、x≧12）の溶液もまたMg(OH)Clの不均化を起こすはずである。式は、以下のように記載される。
Mg(OH)Cl＋1/2 MgCl2・13-16H2O（液体）⇒ 1/2 Mg(OH)2＋MgCl2・6.5-8H2O
例えば：Mg(OH)Cl＋1/2 MgCl2・12H2O（液体）⇒ 1/2 Mg(OH)2＋MgCl2・6H2O
【００９０】
MgCl2（aq）は、水の除去によって、元のMgCl2・6H2Oの半分に再構成され、MgCl2・6H2Oの残りの半分は、水の添加によるMg(OH)Clの不均化から形成される。
【００９１】
先に詳述したような生成されたMg(OH)2を利用する系の一例を図38A〜Iに示す。そのAspen図は、以降に示すが、定義された「水不均化部（water disproportionator）」を赤の長方形で囲む。赤の長方形の最上部で、Mg(OH)Cl、すなわち、固体1流れは、「分解」と標示された分解反応器から出ていく。次に、MGOH2と標示されたモジュールにおいて、Mg(OH)Clは、吸収カラムからのMgCl2水溶液、すなわち、再利用2流れと混合される。これらは、スラリーとして、流れ「4」としてのユニットから出て、熱交換器を通り、熱を分解チャンバーに送る。次に、その流れを「13」と称し、これを分離ユニットに通して、その流れをMGCLSLRY流れ（ほとんどMgCl2・6H2O）とMg(OH)2である固体2流れに分離し、この固体2流れを吸収カラムに進める。
【００９２】
V. 2族炭酸塩を形成するための2族水酸化物とCO2の反応
本開示の別の局面において、CO2吸着剤として2族水酸化物、2族酸化物および／または2族水酸化物塩化物を使用した、二酸化炭素源の脱炭酸のための装置および方法が提供される。いくつかの態様において、CO2は、水性の腐食性混合物および／または溶液に吸収され、そこで水酸化物および／または酸化物塩と反応して、炭酸塩および重炭酸塩生成物を形成する。水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムおよび水酸化マグネシウムは、様々な濃度で、CO2を容易に吸収することが知られている。したがって、本発明の態様において、2族水酸化物、2族酸化物（たとえば、CaOおよび／またはMgO）および／または他の水酸化物および酸化物、例えば水酸化ナトリウムを吸収試薬として使用してよい。
【００９３】
例えば、以下の反応の1つまたは両方に基づいて、2族水酸化物（例えば、2族塩化物から得られる）を吸着塔で使用して、CO2と反応させて、それによって、CO2を捕捉してよい。
Ca(OH)2＋CO2 → CaCO3＋H2O                                  （24）
ΔH＝-117.92kJ/モル**
ΔG＝-79.91kJ/モル**
Mg(OH)2＋CO2 → MgCO3＋H2O                                  （25）
ΔH＝-58.85kJ/モル**
ΔG＝-16.57kJ/モル**
** STPで計算した。
【００９４】
本発明のいくつかの態様において、二酸化炭素のほとんどまたはほぼ全てがこのように反応する。いくつかの態様において、反応は、例えば、水の除去を介して、連続プロセスを介するかそれとも不連続プロセスを介するかにかかわらず、および／または重炭酸塩、炭酸塩もしくは両方の種類の塩の混合物の沈殿によって、促進されて完了し得る。以下の実施例1を参照されたい。実施例1では、CaCl2に由来する安価な原料であるCa(CO)2を使用し煙道ガスからのCO2を捕捉してCaCO3を形成する能力を実証するシミュレーションを提供する。
【００９５】
いくつかの態様において、最初に形成された2族が第二の2族水酸化物との塩交換反応を受けて、炭酸塩アニオンが移動してもよい。例えば以下である。
CaCl2＋MgCO3＋→ MgCl2＋CaCO3            （25a）
【００９６】
これらの方法および装置は、当業者によって適用されるような、化学、化学工学および／または材料科学の原理および技術を使用して、さらに改変、最適化およびスケールアップすることができる。そのような原理および技術は、例えば、米国特許第7,727,374号、米国特許出願第11/233,509号（2005年9月22日に出願）、米国仮特許出願第60/718,906号（2005年9月20日に出願）；米国仮特許出願第60/642,698号（2005年1月10日に出願）；米国仮特許出願第60/612,355号（2004年9月23日に出願）、米国特許出願第12/235,482号（2008年9月22日に出願）、米国仮出願第60/973,948号（2007年9月20日に出願）、米国仮出願第61/032,802号（2008年2月29日に出願）、米国仮出願第61/033,298号（2008年3月3日に出願）、米国仮出願第61/288,242号（2010年1月20日に出願）、米国仮出願第61/362,607号（2010年7月8日に出願）、ならびに国際出願第PCT/US08/77122号（2008年9月19日に出願）に教示されている。上で言及した開示の各々の全文（任意の付録を含む）は、参照により本明細書に具体的に組み入れられる。
【００９７】
VI. 二酸化炭素の隔離のためのケイ酸塩鉱物
本発明の局面において、ケイ酸塩鉱物を使用して、二酸化炭素を隔離する方法が提供される。ケイ酸塩鉱物は、造岩鉱物の中で最大かつ最も重要なクラスの1つを構成し、地殻のおよそ90パーセントを占める。これらは、それらのケイ酸基の構造に基づいて分類される。ケイ酸塩鉱物は全て、ケイ素および酸素を含有する。本発明のいくつかの局面において、2族ケイ酸塩は、エネルギー効率の良い二酸化炭素の隔離を達成するために使用され得る。
【００９８】
いくつかの態様において、2族イノケイ酸塩を含む組成物を使用してよい。イノケイ酸塩または鎖状ケイ酸塩は、ケイ酸塩四面体の連鎖を有し、単鎖の場合にはSiO3（1：3比）であるか、または二重鎖の場合にはSi4O11（4：11比）であるかのいずれかである。
【００９９】
いくつかの態様において、本明細書において開示される方法は、輝石群由来の2族イノケイ酸塩を含む組成物を使用する。例えば、エンスタタイト（MgSiO3）を使用してよい。
【０１００】
いくつかの態様において、準輝石群由来の2族イノケイ酸塩を含む組成物が使用される。例えば、珪灰石（CaSiO3）を使用してよい。いくつかの態様において、2族イノケイ酸塩の混合物、例えばエンスタタイトと珪灰石との混合物を含む組成物を用いてよい。いくつかの態様において、混合金属2族イノケイ酸塩、例えばダイオプサイド（CaMgSi2O6）を含む組成物を使用してよい。
【０１０１】
珪灰石は、通常、熱変成された不純な石灰石の一般的な構成要素として生じる。典型的には、珪灰石は、以下の二酸化炭素の消失を伴うカルサイトとシリカとの間の反応（式26）から生じる。
CaCO3＋SiO2 → CaSiO3＋CO2            （26）
いくつかの態様において、本発明は、この天然プロセスを効果的に逆転させることによる成果を有する。珪灰石はまた、スカルンの拡散反応においても生成され得る。これは、砂岩内の石灰石が岩脈によって変成されるときに現れ、それにより、カルシウムイオンが外部へ移動した結果として砂岩中での珪灰石の形成がもたらされる。
【０１０２】
いくつかの態様において、2族イノケイ酸塩組成物の純度は、変動し得る。例えば、開示したプロセスにおいて使用される2族イノケイ酸塩組成物が、様々な量の他の化合物または鉱物（非2族金属イオンを含む）を含有し得ることが考慮される。例えば、珪灰石はそれ自体で、カルシウムの代わりに少量の鉄、マグネシウムおよびマンガンを含有し得る。
【０１０３】
いくつかの態様において、オリビンおよび／またはセルペンチンを含む組成物を使用してよい。これらの鉱物を利用したCO2の鉱物隔離プロセスが試みられている。Goldberg et al. (2001) の技術は、参照により本明細書に組み入れられる。
【０１０４】
鉱物オリビンは、式（Mg,Fe)2SiO4で表されるマグネシウムケイ酸鉄である。宝石品質では、これはペリドットと呼ばれる。オリビンは、苦鉄質の火成岩と超苦鉄質の火成岩の両方において生じ、ある種の変成岩では一次鉱物として生じる。Mgが豊富なオリビンは、マグマから結晶化することが知られており、マグネシウムが豊富でかつシリカが少ない。結晶化したら、マグナ（magna）は、斑糲岩および玄武岩のような苦鉄質岩を形成する。カンラン岩およびダナイトのような超苦鉄質岩は、マグマの浸出後に残る残留物であり、典型的には、部分溶融物の浸出後にオリビンがより豊富である。オリビンおよび高圧の構造変形体は、地球の上部マントルの50％超を占め、かつオリビンは、体積当たりでは地球で最も一般的な鉱物の1つである。不純なドロマイトまたは高マグネシウムおよび低シリカ含量の他の堆積岩の変成作用によっても、Mgが豊富なオリビンまたはフォルステライトが生成する。
【０１０５】
VII. 2族ケイ酸塩からの2族塩化物の生成
本明細書において開示される2族ケイ酸塩、例えばCaSiO3、MgSiO3および／または他のケイ酸塩は、塩酸（気体としてまたは塩酸水溶液の形態のいずれか）と反応して、対応する2族金属塩化物（CaCl2および／またはMgCl2）、水および砂を形成し得る。いくつかの態様において、式1において生成されるHClを使用して、式3においてMgCl2および／またはCaCl2を再生する。それによって、プロセスループが作られる。以下の表1は、単独または組み合わせのいずれかで使用され得る、いくつかの一般的なカルシウム／マグネシウム含有ケイ酸塩鉱物を表す。オリビンおよびセルペンチンをHClと反応させることによる初期試験は成功した。SiO2が沈殿することが観察され、MgCl2およびCaCl2が回収された。
【０１０６】
（表１）カルシウム／マグネシウム鉱物
2015508332.tif 000015
Handbook of Rocks, Minerals & Gemstones by Walter Schumann Published 1993, Houghton Mifflin Co., Boston, New York（参照により本明細書に組み入れられる）を参照されたい。
【０１０７】
VIII. さらなる態様
いくつかの態様において、二酸化炭素の鉱物炭酸塩への変換は、2種の塩によって定義され得る。第一の塩は、塩基（水酸化物および／または酸化物）に変換され、かつ例えば気体として酸を放出するようになるまで、加熱されて分解し得る塩である。この同じ塩基が、二酸化炭素と反応して、炭酸塩、重炭酸塩または塩基性炭酸塩を形成する。
【０１０８】
例えば、いくつかの態様において、本開示は、以下の表A〜Cからの1つまたは複数の塩と、水を反応させて、水酸化物、酸化物および／または混合ハロゲン化水酸化物を形成するプロセスを提供する。そのような反応は、典型的には、分解と呼ばれる。いくつかの態様において、水は、液体の形態でも、水蒸気でもよく、かつ／または選択した塩の水和物由来であってもよい。水蒸気は、非常に燃焼性の反応、すなわち、天然ガスおよび酸素または水素および塩素からの熱が水の流れを加熱することによって熱交換器からもたらされ得る。いくつかの態様において、水蒸気は、プラントまたは工場の廃熱の使用によっても生成され得る。いくつかの態様において、無水のまたは水和されたハロゲン化物塩もまた加熱される。
【０１０９】
（表Ａ）塩の分解
2015508332.tif 000016
【０１１０】
（表Ｂ）塩の分解（続き）
2015508332.tif 000017
* その後の試験によって、その反応熱が、加熱試料のTGA（熱重量（thermogravinometric）分析）および温度上昇設定を使用して、熱力学的に誘導された値の1.5〜4％以内であることが証明された。
【０１１１】
（表Ｃ）塩の分解（続き）
2015508332.tif 000018
【０１１２】
（表Ｄ）塩の分解（続き）
2015508332.tif 000019
表A〜Dについて、数値データは、捕捉されたCO2量あたりのエネルギー（kWh/トン）に相当する、NC＝収束しなかった、NA＝該当データなし。
【０１１３】
第一の塩のこの同じ炭酸塩、重炭酸塩または塩基性炭酸塩を、第二の塩と反応させて、炭酸塩／重炭酸塩交換を行って、第二の塩のアニオンが第一の塩のカチオンと結合し、第二の塩のカチオンが第一の塩の炭酸塩／重炭酸イオンと結合することで、最終炭酸塩／重炭酸塩が形成される。
【０１１４】
いくつかの場合において、第一の塩に由来する水酸化物は、二酸化炭素および第二の塩と直接反応して、第二の塩（そのカチオンと結合して）に由来する炭酸塩／重炭酸塩を形成する。他の場合では、第一の塩（そのカチオンと結合して）に由来する炭酸塩／重炭酸塩／塩基性炭酸塩が、反応器チャンバーから除去され、第二チャンバー内に入れられ、第二の塩と反応する。図27は、この2塩プロセスの態様を示す。
【０１１５】
この反応は、第二の金属の塩が望ましく、かつこの第二の金属が、CO2を吸収する水酸化物を形成するために分解することができない場合、および、第二の塩の炭酸塩／重炭酸塩化合物が不溶性であるすなわち溶液から沈殿する場合に、該炭酸塩／重炭酸塩を製造する際に、有益である。以下に示すのは、そのような反応例の非包括的リストであり、これらは、単独でまたは組み合わせ（本明細書において考察する1つまたは複数のいずれかの反応との組み合わせを含む）のいずれかで使用してよい。
【０１１６】
塩1の分解の例：
2NaI＋H2O → Na2O＋2HIおよび／またはNa2O＋H2O → 2NaOH
MgCl2・6H2O → MgO＋5H2O＋2HClおよび／またはMgO＋H2O → Mg(OH)2
【０１１７】
脱炭酸の例：
2NaOH＋CO2 → Na2CO3＋H2Oおよび／またはNa2CO3＋CO2＋H2O → 2NaHCO3
Mg(OH)2＋CO2 → MgCO3＋H2Oおよび／またはMg(OH)2＋2CO2 → Mg(HCO3)2
【０１１８】
塩2との炭酸交換の例：
Na2CO3＋CaCl2 → CaCO3↓＋2NaCl
Na2CO3＋2AgNO3 → Ag2CO3↓＋2NaNO3
Ca(OH)2＋Na2CO3 → CaCO3↓＋2NaOH*
* この場合、炭酸塩Na2CO3が塩2であり、分解されてCa(OH)2を形成する塩、すなわちCaCl2が塩1である。これは、炭酸イオンが塩1と共に残留する点でいくつかの前例と反対である。
【０１１９】
公知の炭酸塩化合物としては、H2CO3、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、Cs2CO3、BeCO3、MgCO3、CaCO3、MgCO3、SrCO3、BaCO3、MnCO3、FeCO3、CoCO3、CuCO3、ZnCO3、Ag2CO3、CdCO3、Al2(CO3)3、Tl2CO3、PbCO3およびLa2(CO3）3が挙げられる。IA族元素は、安定な重炭酸塩、例えば、LiHCO3、NaHCO3、RbHCO3およびCsHCO3であることが知られている。IIA族元素およびいくつかの他の元素もまた重炭酸塩を形成することができるが、場合によっては、これらは溶液中でのみ安定であり得る。典型的には、造岩元素は、H、C、O、F、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、MgおよびFeである。したがって、これらの塩は、CO2を吸収する水酸化物1モルあたり最小エネルギー量によって対応する水酸化物に熱分解することができ、よって潜在的な塩1の候補として考慮され得る。
【０１２０】
表A〜Dにおいて計算されたエネルギーによれば、数種類の塩は、MgCl2・6H2Oより低いエネルギーを有する。以下の表Eは、これらの塩およびそれらの使用によるMgCl2・6H2Oに対するペナルティ削減パーセントをまとめる。
【０１２１】
（表Ｅ）より低いエネルギーの代替塩の区分
2015508332.tif 000020
【０１２２】
以下の塩は、入手可能なそれらの各MSDS情報から分解反応を明記する。
【０１２３】
（表Ｆ）
2015508332.tif 000021
【０１２４】
IX. 石灰石の生成および使用
本発明の局面において、二酸化炭素を石灰石の形態で隔離する方法が提供される。石灰石は、主に鉱物カルサイト（炭酸カルシウム：CaCO3）からなる堆積岩である。この鉱物には多くの用途があり、そのいくつかを以下で確認する。
【０１２５】
本発明のいくつかの態様において形成されるような粉末または微粉形態の石灰石は、酸性の土壌状態を中和するために、土壌調整剤（農業用石灰）として使用してもよく、それによって、例えば、生態系における酸性雨の効果を中和する。川上用途としては、石灰石を脱硫試薬として使用することが挙げられる。
【０１２６】
石灰石は、石造および建築にとって重要な石材である。その利点の1つは、それを比較的容易にブロックまたはより精巧な彫刻へと切断することができる点である。石灰石はまた、長期持続性であり、環境曝露にも十分に耐える。石灰石は、生石灰、モルタル、セメントおよびコンクリートの主成分である。
【０１２７】
炭酸カルシウムはまた、白色顔料と安価な充填剤の両方として、紙、プラスチック、塗料、タイルおよび他の材料用の添加剤として使用される。精製された形態の炭酸カルシウムは、歯磨き粉に使用してもよく、パンおよび穀物にカルシウム源として加えてもよい。CaCO3はまた、一般的に、制酸薬として医薬に使用される。
【０１２８】
現在、工業で使用される炭酸カルシウムの大部分は、採掘または採石によって採取されている。いくつかの態様において、この鉱物を二酸化炭素の隔離の一部分として同時生成することによって、本発明は、この重要な生成物の非採取源を提供する。
【０１２９】
X. 炭酸マグネシウムの生成および使用
本発明の局面において、二酸化炭素を炭酸マグネシウムの形態で隔離する方法が提供される。炭酸マグネシウムMgCO3は、自然界に鉱物として生じる白色の固体である。最も一般的な炭酸マグネシウムの形態は、マグネサイト（MgCO3）と呼ばれる無水塩、ならびに、それぞれバリントナイト（MgCO3・2H2O）、ネスケホナイト（MgCO3・3H2O）およびランスフォルダイト（MgCO3・5H2O）として知られる、二、三および五水和物である。炭酸マグネシウムには多様な用途があり；これらのいくつかを以下に簡単に述べる。
【０１３０】
炭酸マグネシウムは、マグネシウム金属および塩基性耐火れんがを製造するために使用し得る。MgCO3はまた、フローリング、耐火加工、消火組成物、化粧品、散布剤および歯磨き粉に使用される。他の用途は、充填材、プラスチックにおける防煙剤、ネオプレンゴムにおける強化剤、乾燥剤、下剤および食品における保色用としてである。加えて、高純度の炭酸マグネシウムは、制酸薬としておよび食卓塩の自由流動性を維持するための添加剤として使用される。
【０１３１】
現在、炭酸マグネシウムは、典型的には、鉱物マグネサイトを採掘することによって得られる。いくつかの態様において、この鉱物を二酸化炭素の隔離の一部分として同時生成することによって、本発明は、この重要な生成物の非採取源を提供する。
【０１３２】
XI. 二酸化ケイ素の生成および使用
本発明の局面において、二酸化ケイ素が副生成物として生成される、二酸化炭素を隔離する方法が提供される。二酸化ケイ素は、シリカとしても知られ、化学式SiO2で表されるケイ素の酸化物であり、かつ硬いことで知られる。シリカは、最も一般的には、自然界において砂または石英として見いだされ、また珪藻類の細胞壁においても見いだされる。シリカは、地殻中の最も豊富な鉱物である。この化合物には多くの用途があり；これらのいくつかを以下に簡単に述べる。
【０１３３】
シリカは、主に窓ガラス、飲用グラスおよびボトル入り飲料の製造において使用される。また、電気通信用の光ファイバーの大部分もシリカから作られる。シリカは、多くの白色陶磁器、例えば、陶器、せっ器および磁器、ならびに工業用ポルトランドセメントの主な原料である。
【０１３４】
シリカは、食品の製造における一般的な添加剤であり、主に粉末食品のフロー剤として、または吸湿用途において水を吸収するために使用される。水和形態では、シリカは、歯垢を除去するための硬質研磨剤として歯磨き粉に使用される。シリカは、珪藻土の主成分であり、濾過から昆虫の防除まで幅広い用途がある。シリカはまた、籾殻灰の主成分であり、例えば、濾過およびセメント製造において使用される。
【０１３５】
熱酸化法によってシリコンウエハ上に成長させたシリカの薄膜は、マイクロエレクトロニクスにおいて非常に有益であり得るが、この場合、これらは高い化学安定性を有する電気絶縁体として機能する。電気的適用において、これは、ケイ素を保護し、電荷を蓄積し、電流を遮断することができ、さらには電流を制限するための制御経路としても機能し得る。
【０１３６】
シリカは、典型的には、ガラス、結晶、ゲル、エアロゲル、ヒュームドシリカおよびコロイドシリカを含む、数種類の形態で製造される。いくつかの態様において、この鉱物を二酸化炭素の隔離の一部分として同時生成することによって、本発明は、この重要な生成物の別の供給源を提供する。
【０１３７】
XII. 生成物の分離
分離プロセスは、溶液および／または反応混合物から炭酸塩および重炭酸塩生成物を分離するために用いてよい。基本濃度、温度、圧力、反応器のサイズ、流体深度および炭酸化度を操作することによって、炭酸塩および／または重炭酸塩の1つまたは複数の沈殿物を生じさせ得る。あるいは、炭酸塩／重炭酸塩生成物は、導入される煙道ガスとの熱エネルギー交換によって溶液から分離され得る。
【０１３８】
出口の液体流れは、反応器の設計に依存して、水、CaCO3、MgCO3、Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2、Ca(OH)2、Ca(OH)2、NaOH、NaHCO3、Na2CO3および他の溶解ガスを様々な平衡状態で含み得る。溶解した微量の放出成分、例えばH2SO4、HNO3およびHgもまた見いだされ得る。1つの態様において、炭酸塩生成物から水を除去／分離する工程は、例えば、再沸器を使用して、熱エネルギーを加えて混合物から水を蒸発させる工程を伴う。あるいは、部分的な塩基性（partial basic）溶液を保持し、次いで、その溶液を分離チャンバーで加熱する工程を使用して、比較的純粋な炭酸塩を貯蔵タンクに沈殿させ、残留した水酸化物塩を反応器に戻して再循環させてもよい。いくつかの態様において、平衡濃度および／またはスラリーもしくは濃縮形態の、純粋な炭酸塩、純粋な重炭酸塩およびその2つの混合物がその後トラック／タンク車に定期的に輸送され得る。いくつかの態様において、液体流れが蒸発タンク／蒸発場に移され得、そこで蒸発によって水のような液体が留去され得る。
【０１３９】
気体生成物の放出については、水酸化物または酸化物塩が安全に放出されるか否か、すなわち、「塩基性雨」の排出の問題が懸念される。そのようなエアロゾル化された腐食性塩の排出は、いくつかの態様において、単純で安価な冷却器／還流ユニットを使用することによって防止し得る。
【０１４０】
いくつかの態様において、炭酸塩は、水除去プロセスと別にまたは一緒に使用される方法を使用して沈殿し得る。種々の炭酸塩の平衡状態は、温度が上昇すると、所与の炭酸塩、例えばCaCO3が自然に沈殿して集まる特性範囲を有し、これによって、スラリーとして取り出し易く、いくつかの分画NaOHがスラリー中に抜き取られる。
【０１４１】
XIII. 廃熱の回収
本発明のある態様は、煙道ガスまたは燃焼プロセスからの他の高温ガス（例えば、発電所で生じるようなもの）の形態の大量のCO2排出の状況において用いられるので、例えば、2族塩化物塩を2族水酸化物に変換するために、この「廃」熱を利用する機会が十分にある。例えば、導入される煙道ガスの典型的な温度（例えば、静電沈殿処理後）は、およそ300℃である。熱交換器は、この変換が促進されるように水および／または2族塩化物塩を温めながら、その煙道ガスを300℃未満の点まで低下させることができる。
【０１４２】
一般的に、発電所で利用可能な煙道ガスは、100℃（典型的な不純物除去（scrubbed））、300℃（沈殿処理後）および900℃（沈殿進入）の間の温度または他のそのような温度で出ていくため、導入される煙道ガスを、電力回収サイクル、例えば、アンモニア-水サイクル（例えば、「Kalina」サイクル）、水蒸気サイクル、または同じ熱力学的手段を達成する任意のそのようなサイクルを用いた熱交換を介して冷却することによって、かなりの廃熱処理を得ることができる。本発明のいくつかの態様は、試薬／吸収剤の製造を達成するために直流電力に依存しているため、当該プロセスは、他の用途のためにその直流電力を交流電力に変換することに伴う通常の変圧器損失なしで達成される廃熱回収によって、部分的または全体的に直接稼働することができる。さらに、廃熱作動式エンジンの使用によって、発電工程を全く用いることなくかなりの効率を達成することができる。条件によっては、これらの廃熱回収のエネルギー量が本発明の態様を完全に稼働させうることが見いだされ得る。
【０１４３】
XIV. 代替プロセス
上述したように、本開示の装置および方法のいくつかの態様は、種々の反応工程から、塩化水素、2族炭酸塩、2族水酸化物塩などを含む、多数の有用な中間体、副生成物および最終生成物を生成する。いくつかの態様において、これらの一部または全てを以下に記載する1つまたは複数の方法で使用してよい。いくつかの態様において、上述した1つまたは複数の工程で用いられる出発物質または中間体の一部または全ては、以下に概説する1つまたは複数の方法を使用して得られる。
【０１４４】
A. 2族ケイ酸塩の塩素化のための塩素の使用
いくつかの態様において、塩素ガスを塩酸に液化して、次にこれを使用して、2族ケイ酸塩鉱物を塩素化してよい。塩素の液化およびその後の塩酸の使用は、とりわけ塩素の市場が飽和している状況では、特に魅力的である。塩素の液化は、式27に従って達成され得る。
Cl2(g)＋2H2O (l)＋hν(363nm) → 2HCl (l)＋1/2 O2(g)          （27）
いくつかの態様において、そのように生成された酸素を、発電所自体の空気流入口に戻してよく、その場合、酸素が豊富な流入プラントは、（a）より高いカルノー効率、（b）より高濃度のCO2出口流れ、（c）流入空気を温めるためのより低い熱交換、および（d）酸素が豊富でないプラントに勝る他の利点を有することが、電力産業調査の過程で実証された。いくつかの態様において、酸素を水素／酸素燃料電池で利用し得る。いくつかの態様において、酸素は、例えば、水素と天然ガスの混合物を使用する天然ガス発電用に設計されたタービンにおいて、酸化剤の一部として機能し得る。
【０１４５】
B. 2族水酸化物の塩素化のための塩素の使用
いくつかの態様において、塩素ガスを2族水酸化物塩と反応させて、塩化物と次亜塩素酸塩の混合物を生成してよい（式28）。例えば、HClは、製品として販売してよく、2族水酸化物塩は、過剰な塩素を除去するために使用してよい。
Ca/Mg(OH)2＋Cl2 → 1/2 Ca/Mg(OCl)2＋1/2 Ca/MgCl2＋H2O          （28）
次に、2族次亜塩素酸塩を、コバルトまたはニッケル触媒を使用して分解し、酸素および対応する塩化物を形成してよい（式29）。
Ca/Mg(OCl)2 → Ca/MgCl2＋O2            （29）
次に、塩化カルシウムおよび／または塩化マグネシウムを回収してよい。
【０１４６】
XV. 供給源からの他の汚染物質の除去
供給源からのCO2の除去に加えて、本発明のいくつかの態様において、脱炭酸条件は、SOXおよびNOXも除去し、それほどではないにせよ、水銀も除去するであろう。本発明のいくつかの態様において、付随的なNOX、SOXおよび水銀化合物の不純物除去は、より大きな経済的重要性を担うことができ；すなわち、本発明の態様を用いることによって、これらの化合物を大量に含有する石炭を、発電所において、いくつかの態様においては、高グレードの石炭をCO2吸収プロセスの恩恵なしで処理するよりも結果として少ない汚染で燃焼することができる。そのような原理および技術は、例えば、米国特許第7,727,374号、米国特許出願第11/233,509号（2005年9月22日に出願）、米国仮特許出願第60/718,906号（2005年9月20日に出願）；米国仮特許出願第60/642,698号（2005年1月10日に出願）；米国仮特許出願第60/612,355号（2004年9月23日に出願）、米国特許出願第12/235,482号（2008年9月22日に出願）、米国仮出願第60/973,948号（2007年9月20日に出願）、米国仮出願第61/032,802号（2008年2月29日に出願）、米国仮出願第61/033,298号（2008年3月3日に出願）、米国仮出願第61/288,242号（2010年1月20日に出願）、米国仮出願第61/362,607号（2010年7月8日に出願）、ならびに国際出願第PCT/US08/77122号（2008年9月19日に出願）に教示されている。上で言及した開示の各々の全文（任意の付録を含む）は、参照により本明細書に具体的に組み入れられる。
【実施例】
【０１４７】
XVI. 実施例
以下の実施例は、本発明のいくつかの態様を実証するために含まれる。当業者であれば、実施例において開示される技術が、本発明の実施において十分に機能するように本発明者によって発見された技術を提示し、したがって、その実施のための好ましい様式を構成するものと見なすことができることを理解すべきである。しかしながら、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本開示に照らして、開示された具体的な態様において多くの変更を行うことができ、これが、依然として同様のまたは類似の結果を得ることができることを理解すべきである。
【０１４８】
実施例1 − CaCl2を使用し煙道ガスからのCO2を捕捉してCaCO3を形成するプロセスシミュレーション
本発明の1つの態様は、Aspen Plus v. 7.1ソフトウェアを使用し、公知の反応エンタルピー、反応自由エネルギーおよび規定のパラメーターを使用してシミュレーションすることで、CaCl2および熱を利用し煙道ガス流れからCO2を捕捉してCaCO3生成物を形成するための質量とエネルギー収支および適切な条件を決定した。これらの結果は、安価な原料であるCaCl2および水を使用し、煙道ガスからCO2を捕捉して、CaCO3を形成することが可能であることを示している。
【０１４９】
規定のパラメーターの部分は、図5に示されるプロセスフロー図を含む。シミュレーションの結果は、MgCl2流れを再循環させ、H2Oおよび熱と反応させて、Mg(OH)2を形成することが効率的であることを示唆している。次に、このMg(OH)2を飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させて、CaCO3を形成し、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2を第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。このプロセスは、任意の特定のCaCl2源に限定されない。例えば、これは、CaCl2を生成するケイ酸カルシウムとHClの反応から得られ得る。
【０１５０】
このシミュレーションのために指定される制約およびパラメーターは、以下を含む：
・反応は、100％の効率で損失なく実施された。パイロットランによって反応効率が決定される場合には、そのシミュレーションを改変することができる。
・シミュレーションは、CaCl2供給原料中にまたは系からの損失のために必要とされる任意の補給MgCl2中に不純物を考慮しなかった。
【０１５１】
このシミュレーションの結果は、およそ130MM Btu/時間の予備正味エネルギー消費量を示す。表2aおよび2bは、シミュレーションされたプロセスの種々の流れ（表中の列）に占める質量およびエネルギーを提供する。各流れは、図5の流れに対応する。
【０１５２】
当該プロセスは、2つの主反応部分と1つの固体濾過部分からなる。第一の反応器は、MgCl2/水溶液を加熱し、これをHCl/H2O蒸気流れとMg(OH)2の液体流れに分解する。HCl/H2O蒸気流れは、HCl吸収カラムに送られる。Mg(OH)2溶液は反応器2に送られて、さらに処理される。この反応器の化学反応は、以下の式によって表すことができる。
MgCl2＋2H2O → Mg(OH)2＋2HCl            （30）
【０１５３】
CaCl2溶液および煙道ガス流れを、反応器2内のMgCl2に加える。この反応は、CaCO3、MgCl2および水を形成する。CaCO3は沈殿し、これをフィルターまたはデカンターで除去する。残りのMgCl2および水を、第一の反応器に入れて再利用する。第一の反応器によって必要とされる水収支を達成するために、追加の水を加える。この反応器の化学反応は、以下の式によって表すことができる。
Mg(OH)2＋CaCl2＋CO2 → CaCO3(s)＋MgCl2＋H2O            （31）
【０１５４】
このプロセスへの一次供給物は、CaCl2、煙道ガス（CO2）および水である。系内のMgCl2が使用され、再形成され、そして再利用される。必要な補給MgCl2は、CaCO3生成物と共に系を出ていく少量、およびHCl/水生成物と共に出ていく少量に補給できればよい。
【０１５５】
このプロセスは、正味のエネルギーを使用するものである。高温の流れ中の熱を回収し、供給流れを予熱する交差熱交換がある。このように得られた濃縮HClとケイ酸塩鉱物を反応させることによって、かなりの熱回収を取得し得る。
【０１５６】
（表２ａ）CaCl2を使用し煙道ガスからのCO2を捕捉してCaCO3を形成するシミュレーションに占める量およびエネルギー
2015508332.tif 000022
2015508332.tif 000023
2015508332.tif 000024
2015508332.tif 000025
2015508332.tif 000026
2015508332.tif 000027
【０１５７】
（表２ｂ）CaCl2を使用し煙道ガスからのCO2を捕捉してCaCO3を形成するシミュレーションに占める量およびエネルギー
2015508332.tif 000028
2015508332.tif 000029
2015508332.tif 000030
2015508332.tif 000031
2015508332.tif 000032
2015508332.tif 000033
2015508332.tif 000034
【０１５８】
実施例2（ケース1） − CaCl2を使用し煙道ガスからのCO2をマグネシウムイオン触媒によって捕捉してCaCO3を形成するプロセスシミュレーション
シミュレーションの結果は、MgCl2・6H2O流れを、3つの別個の脱水反応にて、各々独自のチャンバー内で加熱し、続いて、同様に独自のチャンバー内で分解反応を行って、Mg(OH)ClおよびHClを形成する（すなわち全体で4個のチャンバー）ことが効率的であることを示唆している。Mg(OH)Clを、H2Oと反応させて、MgCl2およびMg(OH)2を形成し、次に、これを飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させてCaCO3を形成し、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2・6H2Oを先の生成物と一緒に第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。
【０１５９】
このプロセスは、任意の特定のCaCl2源に限定されない。例えば、これは、CaCl2を生成するケイ酸カルシウムとHClの反応から得られ得る。
【０１６０】
このシミュレーションのために指定される制約およびパラメーターは、以下を含む：
・反応は、100％の効率で損失なく実施された。パイロットランによって反応効率が決定される場合には、そのシミュレーションを改変することができる。
・シミュレーションは、CaCl2供給原料中にまたは系からの損失のために必要とされる任意の補給MgCl2中に不純物を考慮しなかった。
・規定のパラメーターの部分は、図6に示されるプロセスフロー図を含む。
【０１６１】
このシミュレーションの結果は、5946kwh/CO2トンの予備正味エネルギー消費量を示す。表3は、シミュレーションされたプロセスの種々の流れに占める質量およびエネルギーを提供する。各流れは、図6の流れに対応する。
【０１６２】
当該プロセスは、2つの主反応器と1つの固体濾過部分からなる。第一の反応器は、MgCl2・6H2Oを加熱し、これをHCl/H2O蒸気流れとMg(OH)Clの固体流れに分解する。HCl/H2O蒸気流れは、熱交換器に送られ、余熱が回収される。Mg(OH)Clから形成されたMg(OH)2は反応器2に送られ、さらに処理される。この反応器中で起こる化学反応は、以下を含む。
MgCl2・6H2O＋Δ → Mg(OH)Cl＋5H2O↑＋HCl↑              （32）
2Mg(OH)Cl（aq）→ Mg(OH)2＋MgCl2                    （33）
【０１６３】
CaCl2溶液および煙道ガス流れを、反応器2内のMg(OH)2に加える。この反応は、CaCO3、MgCl2および水を形成する。CaCO3は沈殿し、これをフィルターまたはデカンターで除去する。残りのMgCl2および水を、第一の反応器に入れて再利用する。第一の反応器によって必要とされる水収支を達成するために、追加の水を加える。この反応器中で起こる化学反応は、以下を含む。
Mg(OH)2＋CaCl2＋CO2 → CaCO3↓(s)＋MgCl2＋H2O          （34）
【０１６４】
このプロセスへの一次供給物は、CaCl2、煙道ガス（CO2）および水である。系内のMgCl2が使用され、再形成され、そして再利用される。必要な補給MgCl2は、CaCO3生成物と共に系を出ていく少量、およびHCl／水生成物と共に出ていく少量に補給できればよい。
【０１６５】
このプロセスは、正味のエネルギーを使用するものである。エネルギーの量は、調査および最適化中である。高温の流れ中の熱を回収し、供給流れを予熱する交差熱交換がある。
【０１６６】
このプロセス（ケース1）の工程を以下にまとめる。
2015508332.tif 000035
【０１６７】
（表３ａ）ケース1のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000036
2015508332.tif 000037
2015508332.tif 000038
【０１６８】
（表３ｂ）ケース1のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000039
2015508332.tif 000040
2015508332.tif 000041
【０１６９】
実施例3 − CaCl2を使用し煙道ガスからのCO2をマグネシウムイオン触媒によって捕捉してCaCO3を形成するプロセスシミュレーション
規定のパラメーターの部分は、図7に示されるプロセスフロー図を含む。シミュレーションの結果は、MgCl2・6H2O流れを、2つの別々の脱水反応にて、各々独自のチャンバー内で加熱して、Mg(OH)Clを形成し、続いて、同様に独自のチャンバー内で分解反応を行って、Mg(OH)ClおよびHClを形成する（すなわち、全体で3個のチャンバー）ことが効率的であることを示唆している。Mg(OH)Clを、H2Oと反応させて、MgCl2およびMg(OH)2を形成し、次に、これを飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させてCaCO3を形成し、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2・6H2Oを第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。このプロセスは、任意の特定のCaCl2源に限定されない。例えば、これは、CaCl2を生成するケイ酸カルシウムとHClの反応から得られ得る。
【０１７０】
このシミュレーションのために指定される制約およびパラメーターは、以下を含む：
・反応は、100％の効率で損失なく実施された。パイロットランによって反応効率が決定される場合には、そのシミュレーションを改変することができる。
・シミュレーションは、CaCl2供給原料中にまたは系からの損失のために必要とされる任意の補給MgCl2中に不純物を考慮しなかった。
【０１７１】
このシミュレーションの結果は、4862kwh/CO2トンの予備正味エネルギー消費量を示す。表4は、シミュレーションされたプロセスの種々の流れに占める質量およびエネルギーを提供する。各流れは、図7の流れに対応する。
【０１７２】
当該プロセスは、2つの主反応器と1つの固体濾過部分からなる。第一の反応器は、MgCl2・6H2Oを加熱し、これをHCl/H2O蒸気流れとMg(OH)Clの固体流れに分解する。HCl/H2O蒸気流れは、熱交換器に送られ、余熱が回収される。Mg(OH)Clから形成されたMg(OH)2は反応器2に送られ、さらに処理される。この反応器中で起こる化学反応は、以下を含む。
MgCl2・6H2O＋Δ → Mg(OH)Cl＋5H2O↑＋HCl↑                （35）
2Mg(OH)Cl（aq）→ Mg(OH)2＋MgCl2                     （36）
【０１７３】
CaCl2溶液および煙道ガス流れを、反応器2内のMg(OH)2に加える。この反応は、CaCO3、MgCl2および水を形成する。CaCO3は沈殿し、これをフィルターまたはデカンターで除去する。残りのMgCl2および水を、第一の反応器に入れて再利用する。第一の反応器によって必要とされる水収支を達成するために、追加の水を加える。この反応器中で起こる化学反応は、以下を含む。
Mg(OH)2＋CaCl2＋CO2 → CaCO3↓(s)＋MgCl2＋H2O            （37）
【０１７４】
このプロセスへの一次供給物は、CaCl2、煙道ガス（CO2）および水である。系内のMgCl2が使用され、再形成され、そして再利用される。必要な補給MgCl2は、CaCO3生成物と共に系を出ていく少量、およびHCl/水生成物と共に出ていく少量に補給できればよい。
【０１７５】
このプロセスは、正味のエネルギーを使用するものである。エネルギーの量は、調査および最適化中である。高温の流れ中の熱を回収し、供給流れを予熱する交差熱交換がある。
【０１７６】
このプロセス（ケース2）の工程を以下にまとめる。
2015508332.tif 000042
【０１７７】
（表４ａ）ケース2のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000043
2015508332.tif 000044
2015508332.tif 000045
【０１７８】
（表４ｂ）ケース2のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000046
2015508332.tif 000047
2015508332.tif 000048
2015508332.tif 000049
【０１７９】
実施例4 − CaCl2を使用し煙道ガスからのCO2をマグネシウムイオン触媒によって捕捉してCaCO3を形成するプロセスシミュレーション
規定のパラメーターの部分は、図8に示されるプロセスフロー図を含む。シミュレーションの結果は、MgCl2・6H2O流れを単一チャンバー内で加熱し、MgOを形成することが効率的であることを示唆している。MgOをH2Oと反応させて、Mg(OH)2を形成し、次に、これを飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させてCaCO3を形成し、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2・6H2Oを第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。このプロセスは、任意の特定のCaCl2源に限定されない。例えば、これは、CaCl2を生成するケイ酸カルシウムとHClの反応から得られ得る。
【０１８０】
このシミュレーションのために指定される制約およびパラメーターは、以下を含む：
・反応は、100％の効率で損失なく実施された。パイロットランによって反応効率が決定される場合には、そのシミュレーションを改変することができる。
・シミュレーションは、CaCl2供給原料中にまたは系からの損失のために必要とされる任意の補給MgCl2中に不純物を考慮しなかった。
【０１８１】
このシミュレーションの結果は、3285kwh/CO2トンの予備正味エネルギー消費量を示す。表5は、シミュレーションされたプロセスの種々の流れに占める質量およびエネルギーを提供する。各流れは、図8の流れに対応する。
【０１８２】
当該プロセスは、2つの主反応器と1つの固体濾過部分からなる。第一の反応器は、MgCl2・6H2Oを加熱し、これをHCl/H2O蒸気流れとMgOの固体流れに分解する。HCl/H2O蒸気流れは、熱交換器に送られ、余熱が回収される。MgOから形成されたMg(OH)2は反応器2に送られ、さらに処理される。この反応器中で起こる化学反応は、以下を含む。
MgCl2・6H2O＋Δ → MgO＋5H2O↑＋2HCl↑              （38）
MgO＋H2O → Mg(OH)2                                 （39）
【０１８３】
CaCl2溶液および煙道ガス流れを、反応器2内のMg(OH)2に加える。この反応は、CaCO3、MgCl2および水を形成する。CaCO3は沈殿し、これをフィルターまたはデカンターで除去する。残りのMgCl2および水を、第一の反応器に入れて再利用する。第一の反応器によって必要とされる水収支を達成するために、追加の水を加える。この反応器中で起こる化学反応は、以下を含む。
Mg(OH)2＋CaCl2＋CO2 → CaCO3↓(s)＋MgCl2＋H2O          （40）
【０１８４】
このプロセスへの一次供給物は、CaCl2、煙道ガス（CO2）および水である。系内のMgCl2が使用され、再形成され、そして再利用される。必要な補給MgCl2は、CaCO3生成物と共に系を出ていく少量、およびHCl／水生成物と共に出ていく少量に補給できればよい。
【０１８５】
このプロセスは、正味のエネルギーを使用するものである。エネルギーの量は、調査および最適化中である。高温の流れ中の熱を回収し、供給流れを予熱する交差熱交換がある。
【０１８６】
このプロセス（ケース3）の工程を以下にまとめる。
2015508332.tif 000050
【０１８７】
（表５ａ）ケース3のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000051
2015508332.tif 000052
2015508332.tif 000053
【０１８８】
（表５ｂ）ケース3のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000054
2015508332.tif 000055
2015508332.tif 000056
2015508332.tif 000057
【０１８９】
実施例5 − CaCl2を使用し煙道ガスからのCO2をマグネシウムイオン触媒によって捕捉してCaCO3を形成するプロセスシミュレーション
規定のパラメーターの部分は、図9に示されるプロセスフロー図を含む。シミュレーションの結果は、MgCl2・6H2O流れを単一チャンバー内で加熱して、Mg(OH)Clを形成することが効率的であることを示唆している。Mg(OH)Clを、H2Oと反応させて、MgCl2およびMg(OH)2を形成し、次に、これを飽和CaCl2/H2O溶液および煙道ガスからのCO2と反応させてCaCO3を形成し、これを濾過して流れから取り除く。結果として形成されたMgCl2・6H2Oを第一の反応器に入れて再利用し、このプロセスを再び開始する。このプロセスは、任意の特定のCaCl2源に限定されない。例えば、これは、CaCl2を生成するケイ酸カルシウムとHClの反応から得られ得る。
【０１９０】
このシミュレーションのために指定される制約およびパラメーターは、以下を含む：
・反応は、100％の効率で損失なく実施された。パイロットランによって反応効率が決定される場合には、そのシミュレーションを改変することができる。
・シミュレーションは、CaCl2供給原料中にまたは系からの損失のために必要とされる任意の補給MgCl2中に不純物を考慮しなかった。
【０１９１】
このシミュレーションの結果は、4681kwh/CO2トンの予備正味エネルギー消費量を示す。表6は、シミュレーションされたプロセスの種々の流れに占める質量およびエネルギーを提供する。各流れは、図9の流れに対応する。
【０１９２】
当該プロセスは、2つの主反応器と1つの固体濾過部分からなる。第一の反応器は、MgCl2・6H2Oを加熱し、これをHCl/H2O蒸気流れとMg(OH)Clの固体流れに分解する。HCl/H2O蒸気流れは、熱交換器に送られ、余熱が回収される。Mg(OH)Clから形成されたMg(OH)2は反応器2に送られ、さらに処理される。この反応器中で起こる化学反応は、以下を含む。
MgCl2.6H2O＋Δ → Mg(OH)Cl＋5H2O↑＋HCl↑            （41）
2Mg(OH)Cl（aq）→ Mg(OH)2＋MgCl2                 （42）
【０１９３】
CaCl2溶液および煙道ガス流れを、反応器2内のMg(OH)2に加える。この反応は、CaCO3、MgCl2および水を形成する。CaCO3は沈殿し、これをフィルターまたはデカンターで除去する。残りのMgCl2および水を、第一の反応器に入れて再利用する。第一の反応器によって必要とされる水収支を達成するために、追加の水を加える。この反応器中で起こる化学反応は、以下を含む。
Mg(OH)2＋CaCl2＋CO2 → CaCO3↓(s)＋MgCl2＋H2O          （43）
【０１９４】
このプロセスへの一次供給物は、CaCl2、煙道ガス（CO2）および水である。系内のMgCl2が使用され、再形成され、そして再利用される。必要な補給MgCl2は、CaCO3生成物と共に系を出ていく少量、およびHCl／水生成物と共に出ていく少量に補給できればよい。
【０１９５】
このプロセスは、正味のエネルギーを使用するものである。エネルギーの量は、調査および最適化中である。高温の流れ中の熱を回収し、供給流れを予熱する交差熱交換がある。
【０１９６】
このプロセス（ケース4）の工程を以下にまとめる。
2015508332.tif 000058
【０１９７】
（表６ａ）ケース4のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000059
2015508332.tif 000060
2015508332.tif 000061
【０１９８】
（表６ｂ）ケース4のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000062
2015508332.tif 000063
2015508332.tif 000064
2015508332.tif 000065
【０１９９】
実施例6 − 道路用塩ボイラー：MgCl2・6H2Oの分解
図10は、MgCl2・6H2Oの加熱試料の質量百分率のグラフを示す。試料の初期質量はおよそ70mgであり、これを100％に設定した。実験の間、試料を熱分解しながら試料の質量を測定した。温度は、150℃まで急速に上昇し、次に、1分あたり0.5℃ずつゆっくり上昇した。およそ220℃で、重量は一定になり、Mg(OH)Clの形成と一致した。さらなる重量減少がないことは、水のほとんど全てが除去されたことを示している。2つの異なる詳細な分解質量分析を図28および29に示すが、ここでは、異なる最終物質の理論上の安定状態を示す。図30から、Mg(OH)Clを生成する温度より高い温度（ここでは、500℃）によってMgOが生成できることが確認される。
【０２００】
実施例7 − H2O中のMg(OH)Clの溶解
MgCl2・6H2Oの加熱分解によって生成されたMg(OH)Clの試料を水に溶解し、一定期間撹拌した。その後、残った沈殿物を乾燥させ、回収し、分析した。分解の式によって、Mg(OH)2の量を期待量と比較し、分析することもできる。化学反応を以下のように表すことができる。
2Mg(OH)Cl（aq）→ Mg(OH)2＋MgCl2          （44）
【０２０１】
Mg(OH)2およびMgCl2の溶解度データは、以下のとおりである。
H2O 100gmにMgCl2 52.8gm（極めて溶解性）
H2O 100gmにMg(OH)2 0.0009gm（実質的に不溶性）
回収されたMg(OH)2の理論重量：
試料の所定重量：3.0136gm
MW Mg(OH)Cl 76.764
MW Mg(OH)2 58.32
Mg(OH)Clの1モルあたりに形成されるMg(OH)2のモル＝1/2
Mg(OH)2の期待量
2Mg(OH)Cl（aq）→ Mg(OH)2＋MgCl2
3.016gm*（MW Mg(OH)2 ÷（MW Mg(OH)Cl* 1/2＝1.1447gm
回収された沈殿物＝1.1245gm
理論上の回収された％＝（1.1447÷1.1245）* 100＝98.24％
分析データ：
【０２０２】
次に、Mg(OH)2の試料を、XRD（X-線回折）およびEDS解析に送った。結果を図11に示す。ピーク列の中で最も高いものは、試料のピークであり、中ほどの列のスパイクは、Mg(OH)2の特徴であり、一方で、一番下のスパイクは、MgOの特徴である。したがって、Mg(OH)Clの溶解から回収された沈殿物が、Mg(OH)2のシグナルに類似するシグナルを有することが証明される。
2015508332.tif 000066
注記：結果は、Z＜11（Na）を有する元素を含まない。
【０２０３】
EDS分析から、非常に少ない塩素［Cl］が沈殿物中に取り込まれていたことが明らかである。この分析では、酸素または水素を検出できないことに留意されたい。
【０２０４】
実施例8 − 脱炭酸バブラー実験：CO2とMg(OH)2{またはMg(OH)Cl}およびCaCl2を反応させることによるCaCO3の生成
およそ20グラムのMg(OH)2を2リッターの水と共に気泡塔に入れ、そこにCO2をｘ分間バブリングした。その後、液体の一部を回収し、そこにCaCl2の溶液を加えた。直ちに沈殿物が生じ、これをXRDおよびEDSで調べた。化学反応を以下のように表すことができる。
Mg(OH)2＋CO2＋CaCl2 → CaCO3↓＋H2O          （45）
XRD分析（図12）は、CaCO3の特徴と一致する。
EDS
2015508332.tif 000067
注記：結果は、Z＜11（Na）を有する元素を含まない。
EDS分析によって、ほぼ純粋なCaCO3に、1.55重量％のわずかなマグネシウム不純物があり、かつCaCl2からの塩素がほとんど存在しないことが示される。
【０２０５】
Mg(OH)2の代わりに、MgCl2・6H2Oの分解からのMg(OH)Clを使用した以外は同じ試験を実施した。Mg(OH)Clは、Mg(OH)2と比べて半分の水酸化物［OH-］を有するが、これはCO2を吸収して、沈殿CaCO3(PCC)を形成すると予測される。
【０２０６】
XRD分析（図13）は、CaCO3の特徴と一致する。
EDS
カイ二乗＝5.83  ライブタイム＝300.0秒
スタンダードレス分析
PROZA補正  加速電圧＝20kV  取り出し角＝35.00°
反復回数＝3
2015508332.tif 000068
注記：結果は、Z＜11（Na）を有する元素を含まない。
この場合も、結果から、ほぼ純粋なCaCO3に、MgまたはCl化合物がほとんど存在しないことが示される。
【０２０７】
実施例9A − 岩溶融装置実験：オリビンおよびセルペンチンとHClの反応
オリビン(Mg,Fe)2SiO4およびセルペンチンMg3Si2O5(OH)4の試料を粉砕し、およそ72時間かけて6.1モルのHClと反応させた。2セットの試験を実行し、第一の試験は室温で、第二の試験は70℃で実行した。これらの鉱物は、可変の式を有し、しばしば鉄を含有する。試料を濾過した後、得られた濾取物および濾液を一晩乾燥器で乾燥させた。次に、試料をXRDおよびEDS分析で調べた。濾液には、MgCl2が存在するはずであり、濾取物は、主にSiO2であるはずである。
HClと室温で反応させたオリビンの濾液
2015508332.tif 000069
HClと70℃で反応させたオリビンの濾液
注記：結果は、Z＜11（Na）を有する元素を含まない。
2015508332.tif 000070
HClと室温で反応させたセルペンチンの濾液
注記：結果は、Z＜11（Na）を有する元素を含まない。
2015508332.tif 000071
HClと70℃で反応させたセルペンチンの濾液
注記：結果は、Z＜11（Na）を有する元素を含まない。
2015508332.tif 000072
注記：結果は、Z＜11（Na）を有する元素を含まない。
【０２０８】
濾液は、周囲条件および70℃で、セルペンチンとオリビンの両方の鉱物に関し全てで、MgCl2の存在を示し、オリビンの場合では少量のFeCl2を示す。
HClと室温で反応させたオリビンの濾取物
2015508332.tif 000073
注記：結果は、Z＜11（Na）を有する元素を含まない。
HClと70℃で反応させたオリビンの濾取物
2015508332.tif 000074
注記：結果は、Z＜11（Na）を有する元素を含まない。
【０２０９】
オリビンの式が(Mg,Fe)2SiO4であるならば、これはマグネシウムが豊富なオリビンである。原料化合物は、Mg：Si比が2：1である。しかしながら、フィルターを通過しない濾取物は、（Mg＋Fe：Si）比が、（37＋5.5：52）、すなわち、0.817：1である。（表上の原子％から）、マグネシウムの50％超がフィルターを通過したことが明らかである。
HClと室温で反応させたセルペンチンの濾取物
2015508332.tif 000075
注記：結果は、Z＜11（Na）を有する元素を含まない。
HClと70℃で反応させたセルペンチンの濾取物
2015508332.tif 000076
注記：結果は、Z＜11（Na）を有する元素を含まない。
【０２１０】
セルペンチンの式が(Mg,Fe)3Si2O5(OH)4であるならば、(Mg＋Fe)とSiの初期比1.5：1は、（37＋9.3：56.5）＝0.898：1まで減少した。
【０２１１】
実施例9B − MgCl2・6(H2O)の分解の温度／圧力シミュレーション
以下の（表7）および図14に示すように、圧力および温度を変えて、これがMgCl2・6(H2O)の分解の平衡に及ぼす効果を決定した。
入力データは、以下である。
1）MgCl2・6H2O
2）CaCl2
3）熱交換器（HX）に預けるMg(OH)Clと標示された高温流れの温度（図7〜8を参照）
4）デカンター中の分離された固体の百分率
5）H2Oと標示された必要とされる水
6）煙道ガス
【０２１２】
（表７）
2015508332.tif 000077
2015508332.tif 000078
2015508332.tif 000079
【０２１３】
実施例10〜21
以下の残りの実施例は、石炭発電所または天然ガス発電所のいずれかからの廃熱放射を使用して分解反応を実施するために必要な熱を得ることに関する。石炭の煙道ガス排出からの必要な熱を得るために、熱源は、空気予熱器の代わりに、温度が320〜480℃の範囲にあるバグハウスより前に設置し得る。参考文献："The structural design of air and gas ducts for power stations and industrial Boiler Applications"の11〜15ページ、発行元：American Society of Civil Engineers (August 1995)を参照されたい（参照によりその全体が本明細書に組み入れられる）。オープンサイクル天然ガスプラントは、600℃の非常に高い排出温度を有する。参考文献："The structural design of air and gas ducts for power stations and industrial Boiler Applications"の11〜15ページ、発行元：American Society of Civil Engineers (August 1995)を参照されたい（参照によりその全体が本明細書に組み入れられる）。加えて、MgCl2・6H2Oの分解反応はまた、MgOまで完全に分解するかまたはMg(OH)Clまで部分的に分解する、2つの異なるモードで実行してよい。Mg(OH)Clまでの部分的な分解は、いくつかの態様において、180℃を超える温度を必要とするが、一方で、MgOまでの完全分解は、いくつかの態様において、440℃以上の温度を必要とする。
【０２１４】
加えて、プロセスへ導入される供給物は、100％ケイ酸カルシウム（CaSiO3）と100％ケイ酸マグネシウム（MgSiO3）との間の連続体として表すことができ、ダイオプサイド（MgCa(SiO3)2）（すなわち、CaSiO3とMgSiO3の1：1モル比の混合物）は、中間の50％の事例である。これらのケースの各々について、生じたアウトプットは、いくつかの態様において、炭酸カルシウム（CaCO3）から炭酸マグネシウム（MgCO3）の範囲にあり、ドロマイトCaMg（CO3）2は、中間の事例である。100％ケイ酸カルシウムを使用するプロセスは、先にモデル化された態様の全てにおいて使用されるCa-Mgプロセスである。また、100％ケイ酸マグネシウムのプロセスが、カルシウム化合物を使用しないことに留意することが重要であり；一方で、100％ケイ酸カルシウムの導入供給プロセスは、マグネシウム化合物を使用するが、再利用ループにおいては、補給マグネシウム化合物のみが必要である。
【０２１５】
例えば、水和されたMgCl2のMgOおよびMg(OH)Clへの完全および部分分解を使用した、Ca-Mgプロセス、Mg単独プロセス、ダイオプサイドプロセスに関するさらなる詳細を、それぞれ、以下に記述する。
【０２１６】
I）Ca-Mgプロセス
反応全体  CaSiO3＋CO2 → CaCO3＋SiO2
a）完全分解（「CaSiO3-MgOプロセス」）：
1）MgCl2・6H2O＋Δ → MgO＋5H2O↑＋2HCl↑
熱分解反応。
2）2HCl（aq）＋CaSiO3 → CaCl2（aq）＋SiO2↓＋H2O
岩溶融反応。
反応の間、2モルのHClあたり5H2Oが存在することに留意されたい。
3）MgO＋CaCl2（aq）＋CO2 → CaCO3↓＋MgCl2（aq）
この式のいくつかのバージョンは、MgOおよびH2Oから形成されるMg(OH)2を使用する。
4）MgCl2（aq）＋6H2O → MgCl2・6H2O
MgCl2・6H2Oを再生させ、#1まで戻す。
b）部分分解（「CaSiO3-Mg(OH)Clプロセス」）：
1）2×［MgCl2・6H2O＋Δ → Mg(OH)Cl＋5H2O↑＋HCl↑］
熱分解。
同じ量のCO2をトラップするのに2倍のMgCl2・6H2Oが必要である。
2）2HCl（aq）＋CaSiO3 → CaCl2（aq）＋SiO2↓＋H2O
岩溶融反応。
3）2Mg(OH)Cl＋CaCl2（aq）＋CO2 → CaCO3↓＋2MgCl2（aq）＋H2O
CO2捕捉反応。
4）2MgCl2＋12H2O →2MgCl2・6H2O
MgCl2・6H2Oを再生させ、#1まで戻す。
【０２１７】
II）Mg単独プロセス
反応全体  MgSiO3＋CO2 → MgCO3＋SiO2
c）完全分解（「MgSiO3-MgOプロセス」）
1）2HCl（aq）＋MgSiO3＋(x-1)H2O → MgCl2＋SiO2↓＋xH2O
岩溶融反応。
2）MgCl2・xH2O＋Δ → MgO＋(x-1)H2O↑＋2HCl↑
熱分解反応。
2モルのHClあたり「x-1」モルのH2Oが生成されることに留意されたい。
3）MgO＋CO2 → MgCO3
CO2捕捉反応。
【０２１８】
この態様において、MgCl2の再利用が必要ないことに留意されたい。xの値、すなわち、水和の水の数は、6個よりずっと少なく、それは、MgCl2が由来する岩溶融反応が水の多くを蒸気相にするのに十分に熱いからである。そのために、岩溶融からの経路は定常状態で進み、この場合、モデル化された「x」は、およそ2の値である。
【０２１９】
d）部分分解（「MgSiO3-Mg(OH)Clプロセス」）
1）2HCl（aq）＋MgSiO3 → MgCl2＋SiO2↓＋H2O
岩溶融反応。
反応の間、1モルのHClあたり「x-1」H2Oが存在することに留意されたい。
2）2×［MgCl2・xH2O＋Δ → Mg(OH)Cl＋(x-1)H2O↑＋HCl↑］
分解。
同じ量のCO2をトラップするのに2倍のMgCl2・(x-1)H2Oが必要である。
3）2Mg(OH)Cl＋CO2 → MgCO3↓＋MgCl2＋H2O
CO2捕捉反応。
4）MgCl2（aq）＋6H2O → MgCl2・6H2O
MgCl2・6H2Oを再生させ、#1まで戻す。
【０２２０】
この態様において、MgCl2の半分が再利用されることに留意されたい。xの値、すなわち、水和の水の数は、6個よりいくらか少なく、それは、MgCl2の半分が、水の多くを蒸気相にするのに十分に熱い岩溶融反応に由来し、残りの半分が、吸収カラムから再利用されるからである。そのために、定常状態のMgCl2の総量に対する水和の数は、MgCl2・6H2OとMgCl2・2H2Oの間の平均であるおよそ4の値を有するだろう。
【０２２１】
III）ダイオプサイドまたは混合プロセス：
ダイオプサイドが、カルシウムとマグネシウムの混合ケイ酸塩であり、ドロマイトが、カルシウムとマグネシウムの混合炭酸塩であることに留意されたい。
【０２２２】
反応全体：1/2 CaMg(SiO3)2＋CO2 → 1/2 CaMg(CO3)2＋SiO2
e）完全分解（「ダイオプサイド-MgOプロセス」）：
1）MgCl2・6H2O＋Δ → MgO＋5H2O↑＋2HCl↑
熱分解。
2）HCl＋1/2 CaMg(SiO3)2 → 1/2 CaCl2＋1/2 MgSiO3↓＋1/2 SiO2↓＋1/2 H2O
第一の岩溶融反応。
3）HCl＋1/2 MgSiO3 → 1/2 MgCl2＋1/2 SiO2↓＋1/2 H2O
第二の岩溶融反応。MgCl2が#1まで戻る。
4）MgO＋1/2 CaCl2＋CO2 → 1/2 CaMg(CO3)2↓＋1/2 MgCl2
5）1/2 MgCl2＋3H2O → 1/2 MgCl2・6H2O
MgCl2・6H2Oを再生させ、#1まで戻す。
f）部分分解（「ダイオプサイド-Mg(OH)Clプロセス」）：
1）2×［MgCl2・6H2O＋Δ → Mg(OH)Cl＋5H2O↑＋HCl↑］
熱分解。
同じ量のCO2をトラップするのに2倍のMgCl2・6H2Oが必要である。
2）HCl＋1/2 CaMg(SiO3)2 → 1/2 CaCl2＋1/2 MgSiO3↓＋1/2 SiO2↓＋1/2 H2O
第一の岩溶融反応。
3）HCl＋1/2 MgSiO3 → 1/2 MgCl2＋1/2 SiO2↓＋1/2 H2O
第二の岩溶融反応。ここで、MgCl2が＃1まで戻る。
4）2Mg(OH)Cl＋1/2 CaCl2＋CO2 → 1/2 CaMg(CO3)2↓＋3/2 MgCl2＋H2O
5）3/2 MgCl2＋9H2O → 3/2 MgCl2・6H2O
MgCl2・6H2Oを再生させ、#1まで戻す。
【０２２３】
（表９）プロセスの概要
2015508332.tif 000080
1 − 320〜550℃の温度範囲は、それぞれ、320、360、400、440および550℃で実行されたモデルを含む。
2 − 煙道ガスのCO2百分率7.2％〜18％は、それぞれ、7.2％、10％、14％および18％で実行されたモデルを含む。
【０２２４】
ケイ酸カルシウムプロセス：
CaSiO3-MgOおよびCaSiO3-Mg(OH)Cl分解プロセスは、2つの段階にさらに分けられ、第一の工程は、MgCl2・6H2OがMgCl2・2H2O＋4H2Oに変換される脱水反応からなり、第二の工程では、MgCl2・2H2Oが、部分分解が望まれるまたは必要とされる場合はMg(OH)Cl＋HCl＋H2Oに、完全分解が望まれるまたは必要とされる場合はMgO＋2HCl＋H2Oに、変換される。図15は、このプロセスの構成を記載する。
【０２２５】
ケイ酸マグネシウムプロセス：
MgSiO3-MgOおよびMgSiO3-Mg(OH)Clプロセスは、1個のチャンバーの分解工程からなり、その工程において、分解チャンバーからのHClが岩溶融反応器内でMgSiO3と反応し、それに続く反応熱によって、MgCl2が、岩溶融チャンバーから出て分解反応器に近づくにつれて二水和物形態のMgCl2・2H2Oになり、その分解反応器で、先に記載したようにMgOまたはMg(OH)Clのいずれかに変換される。このプロセスは、ケイ酸カルシウムを利用できない場合に好ましい場合がある。分解から放出されたHClはMgSiO3と反応して、さらにMgCl2を形成する。ケイ酸マグネシウムプロセスは、カルシウムの場合と異なる経路で進む。プロセスは、「岩溶融反応HCl＋ケイ酸塩」から始まり、次に、「分解反応（MgCl2＋熱）」に、最後に吸収カラムまで進む。ケイ酸カルシウムプロセスでは、全てのマグネシウム化合物は、分解反応と吸収反応の間を循環する。図16は、このプロセスの構成を記載する。
【０２２６】
マグネシウムおよびカルシウム混合ケイ酸塩「ダイオプサイド」プロセス：
ダイオプサイド-MgOおよびダイオプサイド-Mg(OH)Clの中間プロセスは、また、脱水反応MgCl2・6H2O＋Δ → MgCl2・2H2O＋4H2O、続く、分解反応MgCl2・2H2O＋Δ → MgO＋2HCl＋H2O（完全分解）またはMgCl2・2H2O＋Δ → Mg(OH)Cl＋HCl＋H2O（部分分解）からなる2段階の分解を伴う。図17は、このプロセスの構成を記載する。
【０２２７】
分解からの続くHClは、次に、ダイオプサイドCaMg(SiO3)2と2工程の「岩溶融反応」で反応する。第一の反応は、反応2HCl＋CaMg(SiO3)2 → CaCl2（aq）＋MgSiO3↓＋SiO2↓＋H2OによってCaCl2を生じる。次に、先の反応からの固体は、反応MgSiO3＋2HCl → MgCl2＋SiO2↓＋H2Oによって、HClと2回反応してMgCl2を生成する。第一の岩溶解装置からのCaCl2は吸収カラムまで輸送され、第二の岩溶解装置からのMgCl2は分解反応器に輸送され、Mg(OH)ClまたはMgOを生成する。
【０２２８】
反応の基準：
これらの実施例の全ては、関心対象となる公知の石炭火力発電所からの基準煙道ガスのCO2吸収を50％と想定している。これを行うことで各実施例間の比較が可能となった。このプラントからの煙道ガスの放出流量は、1年あたり136,903,680トンであり、このガスのCO2含量は10重量％である。このCO2量は、実施例10〜21の基準となり、それは以下である。
1年あたりの煙道ガス中に存在するCO2量：        1年あたり136,903,680トン* 10％＝1年あたり13,690,368トン
1年あたりの吸収されたCO2量
1年あたり13,690,368トン* 50％＝1年あたりCO2 6,845,184トン
【０２２９】
吸収されたCO2量が一定なので、各化合物の反応化学量論および分子量に依存して反応物質の消費量および生成物の生成量も一定である。
【０２３０】
CaSiO3-MgOプロセスとCaSiO3-Mg(OH)Clプロセスの両方の実施例全て（実施例10〜13）について、反応全体は、以下である。
CaSiO3＋CO2 → CaCO3＋SiO2
【０２３１】
MgSiO3-MgOプロセスとMgSiO3-Mg(OH)Clプロセスの両方の実施例全て（実施例14〜17）について、反応全体は、以下である。
MgSiO3＋CO2 → MgCO3＋SiO2
【０２３２】
ダイオプサイド-MgOプロセスとダイオプサイド-Mg(OH)Clプロセスの両方の実施例全て（実施例18〜21）について、反応全体は、以下である。
1/2 CaMg(SiO3)2＋CO2 → 1/2 CaMg(CO3)2＋SiO2
【０２３３】
Aspenモデルは、プロセスに関する必要な入力データを入力し、必要な煙道ガスを計算して、二酸化炭素を吸収する化合物MgO、Mg(OH)2またはMg(OH)Clを生成する分解反応において必要とされる熱を提供する。この煙道ガスは、天然ガスまたは石炭プラントからであってよく、この煙道ガスは、石炭の場合では320℃〜550℃の温度範囲で試験した。この煙道ガスは、実施例毎に特定のCO2除去量を提供するための標準として使用された基準煙道ガスと混同すべきではない。煙道ガスの温度がより高いプロセスでは、典型的には、その基準から同量の二酸化炭素を捕捉するためにより少ない量の煙道ガスを必要とするだろう。また、二酸化炭素濃度がより高い煙道ガスは、典型的には、捕捉されるべき二酸化炭素の量がより多いために、二酸化炭素を捕捉するためにより多い量の煙道ガスを必要とするだろう。
【０２３４】
反応物質の消費量および生成物の生成量は、各実施例についての捕捉されるCO2と各インプットおよび各アウトプットの分子量に基づいて決定することができる。
【０２３５】
（表１０）インプットおよびアウトプットの分子量（全ての態様）
2015508332.tif 000081
* 他のプロセスと比較可能なCO2吸収を測定するために、モル数を2で割らなければならない。
【０２３６】
実施例10〜13の場合：
CaSiO3消費量は、以下である。
1年あたり6,845,184トン*（116.16/44.01）＝1年あたり18,066,577トン
CaCO3生成量は、以下である。
1年あたり6,845,184トン＊（100.09/44.01）＝1年あたり15,559,282トン
SiO2生成量は、以下である。
1年あたり6,845,184トン*（60.08/44.01）＝1年あたり9,344,884トン
【０２３７】
残りの実施例について同じタイプの計算を行ってもよい。この以下の表は、実施例10〜21についてのインプットおよびアウトプットを含有する。基準：1年あたりの吸収されたCO2 6,845,184トン。
【０２３８】
（表１１）実施例10〜21についてのインプットおよびアウトプットの質量流量
2015508332.tif 000082
【０２３９】
Aspenモデルを実行して、以下の分解反応、すなわち、脱水および分解の各工程についての必要熱量の結果を得た。各実施例についての結果を以下の表にまとめる。
【０２４０】
（表１２）電力（特定の基準のCO2吸収における各プロセスのエネルギー比率）
2015508332.tif 000083
* D&Dは、脱水および分解と同じである。
【０２４１】
（表１３）煙道ガス温度およびCO2濃度に応じて捕捉されたCO2百分率。実施例10〜13。
2015508332.tif 000084
【０２４２】
100％を超える値は、過剰な熱を利用して、より多くのMg(OH)ClまたはMgOを生成することができることを意味する。図24は、CaSiO3-Mg(OH)ClプロセスおよびCaSiO3-MgOプロセスの実施例10〜13について、様々なCO2煙道ガス濃度、様々な温度、煙道ガスが石炭と天然ガスのどちらに由来するか、および、プロセスが完全分解と部分分解のどちらに依存するかについて、捕捉されたCO2パーセントを示す。
【０２４３】
（表１４）煙道ガス温度およびCO2濃度に応じて捕捉されたCO2百分率。実施例14〜17。
2015508332.tif 000085
【０２４４】
図25は、MgSiO3-Mg(OH)ClプロセスおよびMgSiO3-MgOプロセスの実施例14〜17について、様々なCO2煙道ガス濃度、様々な温度、煙道ガスが石炭と天然ガスのどちらに由来するか、および、プロセスが完全分解と部分分解のどちらに依存するかについて、捕捉されたCO2パーセントを示す。
【０２４５】
（表１５）煙道ガス温度およびCO2濃度に応じて捕捉されたCO2百分率。実施例18〜21。
2015508332.tif 000086
* Diopは、ダイオプサイドと同じであることに留意されたい。
【０２４６】
図26は、ダイオプサイド-Mg(OH)Clプロセスおよびダイオプサイド-MgOプロセスの実施例18〜21について、様々なCO2煙道ガス濃度、様々な温度、煙道ガスが石炭と天然ガスのどちらに由来するか、および、プロセスが完全分解と部分分解のどちらに依存するかについて、捕捉されたCO2パーセントを示す。
【０２４７】
（表１６ａ）実施例10および11のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000087
2015508332.tif 000088
【０２４８】
（表１６ｂ）実施例10および11のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000089
2015508332.tif 000090
2015508332.tif 000091
【０２４９】
（表１７ａ）実施例12および13のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000092
2015508332.tif 000093
【０２５０】
（表１７ｂ）実施例12および13のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000094
2015508332.tif 000095
2015508332.tif 000096
【０２５１】
（表１８ａ）実施例14および15のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000097
2015508332.tif 000098
【０２５２】
（表１８ｂ）実施例14および15のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000099
2015508332.tif 000100
【０２５３】
（表１９ａ）実施例16および17のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000101
2015508332.tif 000102
【０２５４】
（表１９ｂ）実施例16および17のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000103
2015508332.tif 000104
【０２５５】
（表２０ａ）実施例18および19のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000105
2015508332.tif 000106
2015508332.tif 000107
【０２５６】
（表２０ｂ）実施例18および19のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000108
2015508332.tif 000109
2015508332.tif 000110
【０２５７】
（表２１ａ）実施例20および21のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
2015508332.tif 000111
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【０２５８】
（表２１ｂ）実施例20および21のシミュレーションに占める質量およびエネルギー
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【０２５９】
実施例22：他の塩の分解
他の塩の熱分解を実験室で測定した。いくつかの試験結果の概要を以下の表に示す。
【０２６０】
（表２２）他の塩の分解
2015508332.tif 000115
【０２６１】
実施例22：2、3および4チャンバー分解モデル
表23（以下参照）は、図31〜34に対応する4つの構成の比較である。チャンバーの数および説明、消費される熱量MW（メガワット）、特定の供給源からの熱の百分率および必要な外部熱の削減（kW-H/CO2トン）（プロセス中の他の反応、すなわち、塩酸と鉱物ケイ酸塩の反応および塩酸の凝縮から熱が利用可能であるため）を記述する。図34の例において、オープンサイクル天然ガスプラントからの高温煙道ガスも対象とする。
【０２６２】
実施例23：インプット鉱物と比較したアウトプット鉱物−石炭
石炭系発電所からの煙道ガスを伴うこの事例研究において、表24は、アウトプット鉱物（石灰石および砂）の体積が、インプット鉱物（石炭およびイノケイ酸塩）の体積の83％であることを示す。表24にまとめた結果は、600MWeの石炭プラントに基づき；合計4.66 E6トンのCO2は、プロセスに必要な熱のCO2を含む。
【０２６３】
実施例24：インプット鉱物と比較したアウトプット鉱物−天然ガス
表25（以下）にまとめた、天然ガス系発電所からの煙道ガスを伴うこの事例研究において、鉱物の「レールバック（rail-back）体積」は、鉱物の「レールイン（rail-in）体積」の92％である。表25にまとめた結果は、600MWeのCC天然ガスプラントに基づき；合計2.41 E6トンのCO2は、プロセスに必要な熱のCO2を含む。
【０２６４】
（表２３）2、3および4チャンバー分解の結果
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【０２６５】
（表２４）石炭シナリオ−インプット鉱物の体積と比較したアウトプット鉱物の体積
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【０２６６】
（表２５）天然ガスシナリオ−インプット鉱物の体積と比較したアウトプット鉱物の体積
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【０２６７】
実施例25：水と塩化マグネシウムの不均化による水酸化マグネシウムの選択的生成
以下の反応において、Mg(OH)2を使用してCO2ガスから石灰石を生成することができる。
CaCl2（aq）＋CO2＋Mg(OH)2 ⇒ MgCl2（aq）＋CaCO3↓＋H2O
【０２６８】
Mg(OH)2の生成を最適化するために、MgCl2をMg(OH)Clに変換したら、反応チャンバー内の水の量を、Mg(OH)2の沈澱が有利になるように調整する。具体的には、Mg(OH)ClおよびMgCl2を十分に多い体積の水中に供給した場合、水酸化マグネシウムは、実質的に不溶性であるため沈殿し、一方で、塩化マグネシウムは水溶液を形成する。したがって、2種の化合物は効率的に分離され得る。以下の反応中の水（H2O）が、生成物の一部とならないことに注目されたい。これは、まれにMg2+およびCl-を溶媒和し、そのため、これらはイオン溶液になる。
Mg(OH)Cl(H2O) ⇒ 1/2 Mg(OH)2↓＋1/2 MgCl2（aq）
【０２６９】
水の量が、マグネシウムに対して、約6：1の比まで減少すると、MgCl2（aq）の代わりにMgCl2・6H2Oを形成することが可能となるだろう。その式は、以下のとおりであろう。
Mg(OH)Cl＋3H2O ⇒ 1/2 Mg(OH)2↓＋1/2 MgCl2・6H2O
【０２７０】
したがって、MgCl2と水の比を6：1以上に維持することによって、MgCl2水溶液および固体Mg(OH)2の生成が優先する。したがって、CO2捕捉反応の一例を、以下のように表すことができる。
i）MgCl2・H2O ⇒ Mg(OH)CL＋H2O＋HCl
ii）HCl＋CaSiO3 ⇒ CaCl2＋H2O＋SiO2
iii）Mg(OH)Cl＋MgCl2＋H2O ⇒ Mg(OH)2＋MgCl2＋H2O
iv）H2O＋Mg(OH)2＋CO2＋CaCl2 ⇒ MgCl2＋CaCO3＋H2O
反応全体は：CaSiO3  CO2 ⇒ CaCO3＋SiO2である。
【０２７１】
この系は、図38A〜Iおよび図39A〜IのAspen図に示す。図の中心に描いた長方形は、定義された「水不均化部」を囲んでいる。長方形の最上部で、Mg(OH)Cl、すなわち、固体1流れは、「分解」と標示された分解反応器から出ていく。次に、MGOH2と標示されたモジュールにおいて、Mg(OH)Clは、吸収カラムからのMgCl2水溶液、すなわち、再利用2流れと混合される。これらは、スラリーとして、流れ「4」としてのユニットから出て、熱交換器を通り、熱を分解チャンバーに送る。次に、その流れを「13」と称し、これを分離ユニットに通して、その流れをMGCLSLRY流れ（ほとんどMgCl2・6H2O）とMg(OH)2である固体2流れに分離し、この固体2流れを吸収カラムに進める。
【０２７２】
本明細書に開示および特許請求した方法の全ては、本開示に照らして、過度の実験をすることなく作製および遂行することができる。本発明の組成物および方法を特定の態様に関して記載してきたが、当業者であれば、本発明の概念、精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される方法、当該方法の工程または当該工程の順序に対して変形を適用してよいことが理解されよう。当業者に明らかであるそのような類似の代用および改変の全ては、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の精神、範囲および概念の範囲内にあると見なされる。
【０２７３】
参考文献
本明細書に記載されたものの補足となる例示的な手順またはその他についての詳細を提供するという範囲において、以下の参考文献は、参照により本明細書に具体的に組み入れられる。
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１−１】
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【図３１−２】
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【図３２−１】
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【図３２−２】
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【図３３−１】
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【図３３−２】
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【図３４−１】
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【図３４−２】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３８Ｃ】
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【図３８Ｄ】
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【図３８Ｅ】
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【図３８Ｆ】
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【図３８Ｇ】
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【図３８Ｈ】
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【図３８Ｉ】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
2015508332.tif 000171
【図３９Ｃ】
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【図３９Ｄ】
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【図３９Ｅ】
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【図３９Ｆ】
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【図３９Ｇ】
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【図３９Ｈ】
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【図３９Ｉ】
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【国際調査報告】
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