(57)【要約】本開示の態様は、水酸化マグネシウムを用いて二酸化炭素を気体流から除去した後に、水酸化ナトリウムを再生する、システムおよび方法に向けられている。ある態様では、本システムおよび方法は、１つまたはそれ以上の気体流からの廃熱を用いて、反応を駆動するために必要な熱の一部または全てを提供することをさらに含み得る。ある態様では、塩化マグネシウムは初めは塩化マグネシウム二水和物の形態であり、分解反応器に供給されてマグネシウムヒドロキシクロリドを産生し、これが次に第二の分解反応器に供給されて、水酸化マグネシウムを産生する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化マグネシウム含有材料から水酸化マグネシウムを製造するための方法であって、
該材料を第一反応器に導入する工程と、マグネシウムヒドロキシクロリドおよびHClを形成させるために、およそ250から400℃の温度において、該塩化マグネシウム含有材料を有する第一反応器中に蒸気混合物を通す工程とを含む、第一段階、並びに
マグネシウムヒドロキシクロリドを第二反応器中に運び、水酸化マグネシウムおよびHClを形成させるためにそこに蒸気を導入する、第二段階
を含み、該塩化マグネシウム含有材料が約2:1の水対塩化マグネシウム比を含む、方法。
【請求項２】
第二反応器から出た蒸気混合物の一部が、第一反応器中に導入される蒸気混合物である、請求項1記載の方法。
【請求項３】
少なくとも一部のHClが蒸気混合物の状態で第二反応器を出て、該蒸気混合物が次に、第一反応器を通り抜ける、請求項1記載の方法。
【請求項４】
塩化マグネシウム含有材料が塩化マグネシウム二水和物を実質的に含む、請求項1記載の方法。
【請求項５】
第一反応器中で形成されたHClの一部が蒸気混合物と共に第一反応器から出る、請求項1記載の方法。
【請求項６】
第一反応器が250〜350℃の温度にある、請求項1記載の方法。
【請求項７】
熱い気体流から第一再循環加熱流体へ熱を移し、第一再循環加熱流体から第一反応器へ熱を移す、請求項6記載の方法。
【請求項８】
第二反応器が300〜500℃の温度にある、請求項1記載の方法。
【請求項９】
熱い気体流から第二再循環加熱流体へ熱を移し、第二再循環加熱流体から第二反応器へ熱を移す、請求項5記載の方法。
【請求項１０】
第二反応器中へ導入される蒸気が350〜450℃の温度である、請求項1記載の方法。
【請求項１１】
第一反応器から運ばれる産物中のものとは別に第二反応器へ運ばれるMgCl2は、全く無い、請求項1記載の方法。
【請求項１２】
気体流中に含有されるCO2量を減らすプロセスにおいてMg(OH)2を再生する方法であって、
(a)  Mg(OH)ClおよびHClを含む工程(a)産物を形成させるために、MgCl2含有材料を第一混和物中で蒸気と反応させる工程であって、MgCl2含有材料が約2.5:1を下回る水対MgCl2比を含む、工程；
(b)  HClと、主としてMg(OH)2を含むマグネシウム含有産物とを含む工程(b)産物を形成させるために、Mg(OH)Clを第二混和物中で蒸気と反応させる工程；
(c)   MgCl2およびCaCO3を含む工程(c)産物を形成させるために、Mg(OH)2をCO2、CaCl2、および蒸気と反応させる工程
を含む方法。
【請求項１３】
第二混和物から第一混和物へ気体状流出物を通し、該気体状流出物がMgCl2含有材料と反応させるためのHClおよび蒸気を含む、請求項12記載の方法。
【請求項１４】
工程(c)が、
MgCO3およびH2Oを含む第一の工程(c)産物を形成させるために、工程(b)からのMg(OH)2を気体流中に含有されるCO2と第三混和物中で混和すること、並びに
CaCO3およびMgCl2を含む第二の工程(c)産物を形成させるために、第一の工程(c)産物からのMgCO3を第四混和物中でCaCl2と混和すること
を含む、請求項12記載の方法。
【請求項１５】
工程(c)産物が液相および固相中にあり、且つ、液相が少なくとも50重量％のMgCl2である、請求項12記載の方法。
【請求項１６】
第四混和物中の水対MgCl2の比が約4対1である、請求項12記載の方法。
【請求項１７】
工程(c)において形成されるMgCl2の大部分がMgCl2四水和物の形態にある、請求項12記載の方法。
【請求項１８】
第二の工程(c)産物からのCaCO3の少なくとも一部を分離すること、および、水対MgCl2の比が約2対1となるように残りの第二の工程(c)産物からの水の一部を除くことをさらに含む、請求項16記載の方法。
【請求項１９】
残りの第二の工程(c)産物中の水の大部分がMgCl2二水和物の形態で存在する、請求項18記載の方法。
【請求項２０】
残りの工程(c)産物が少なくとも50重量％の水性MgCl2である、請求項18記載の方法。
【請求項２１】
工程(c)産物中の水対MgCl2のモル比が5またはそれを下回る、請求項12記載の方法。
【請求項２２】
工程(c)におけるMgCl2水和物がMgCl2・4H2Oである、請求項21記載の方法。
【請求項２３】
工程(c)におけるMgCl2が、90重量％を上回るMgCl2・4(H2O)である、請求項22記載の方法。
【請求項２４】
第一の工程(a)産物が、90重量％を上回るMg(OH)Clを含む、請求項12記載の方法。
【請求項２５】
気体流から第一再循環加熱流体へ熱を移すこと、および第一再循環加熱流体から第一混和物へ熱を移すことをさらに含む、請求項18記載の方法。
【請求項２６】
気体流から第二再循環加熱流体へ熱を移すこと、および第二再循環加熱流体から第二混和物へ熱を移すことをさらに含む、請求項25記載の方法。
【請求項２７】
気体流から第三再循環加熱流体へ熱を移すこと、および、水の除去を容易にするために第三再循環加熱流体から残りの工程(c)産物へ熱を移すことをさらに含む、請求項26記載の方法。
【請求項２８】
第三再循環加熱流体の温度が第二再循環加熱流体を下回り、且つ、第二再循環加熱流体の温度が第一再循環加熱流体を下回る、請求項27記載の方法。
【請求項２９】
工程(a)の好適な反応条件が約250℃から約350℃の温度を含む、請求項12記載の方法。
【請求項３０】
工程(a)の反応条件が約260℃から約300℃の温度を含む、請求項12記載の方法。
【請求項３１】
工程(b)の反応条件が約350℃から約500℃の温度を含む、請求項12記載の方法。
【請求項３２】
工程(b)の反応条件が約370℃から約430℃の温度を含む、請求項12記載の方法。
【請求項３３】
工程(c)の反応条件が約140℃から約220℃の温度を含む、請求項12記載の方法。
【請求項３４】
工程(c)の反応条件が約150℃から約200℃の温度を含む、請求項12記載の方法。
【請求項３５】
気体流中に含有されるCO2量を減らすプロセスにおいてMg(OH)2を再生するためのシステムであって、
Mg(OH)ClおよびHClを含む第一反応器産物を形成するためにMgCl2含有材料を蒸気と反応させるよう構成された第一分解反応器であって、MgCl2含有材料が、約2.5:1を下回る水対MgCl2比を含む、第一分解反応器；
HClと、主としてMg(OH)2を含むマグネシウム含有産物とを形成するために第一分解反応器からのMg(OH)Clを蒸気と反応させるよう構成された第二分解反応器；
MgCl2およびCaCO3を含む産物を形成するために第二分解反応器からのMg(OH)2をCO2、CaCl2および蒸気と反応させるよう構成された第一吸収反応器
を含む、システム。
【請求項３６】
第二分解反応器から第一分解反応器へ気体状流出物を通すよう構成された気体供給ラインをさらに含み、該気体状流出物が、MgCl2含有材料と反応させるためのHClおよび蒸気を含む、請求項35記載のシステム。
【請求項３７】
第二吸収反応器をさらに含み、
第一吸収反応器が、第二分解反応器からのMg(OH)2を気体流中に含有されるCO2と混和するようにかつMgCO3およびH2Oを形成するように構成されており、且つ
第二吸収反応器が、第一吸収反応器からのMgCO3をCaCl2と混和するようにかつCaCO3およびMgCl2を形成するように構成されている、
請求項35記載のシステム。
【請求項３８】
第一吸収反応器産物が液相および固相中にあり、且つ、液相が少なくとも50重量％のMgCl2である、請求項35記載のシステム。
【請求項３９】
第一吸収反応器が、約4対1の水対MgCl2の比を含む液相を含有する、請求項35記載のシステム。
【請求項４０】
第一吸収反応器を出る液相中のMgCl2の大部分がMgCl2四水和物の形態である、請求項39記載のシステム。
【請求項４１】
液相からCaCO3の少なくとも一部を分離するよう構成された固体液体分離器をさらに含む、請求項39記載のシステム。
【請求項４２】
水対MgCl2の比が約2対1となるように液相から水の一部を除くよう構成された乾燥器をさらに含む、請求項41記載のシステム。
【請求項４３】
乾燥器がMgCl2二水和物を形成するように構成される、請求項41記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照により全文が本明細書に組み入れられる2015年2月23日に出願された米国仮出願第62/119,633号の恩典を主張するものである。
【０００２】
A. 技術分野
本発明は概して、水酸化マグネシウムによる炭素隔離、および、ハロゲン化マグネシウムからの水酸化マグネシウムの再生のシステムおよびプロセスに関連する装置、システム、並びに方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
B. 背景
空気中へのCO2排出に対する国内的および国際的関心は、ますます高くなっている。特に、「温室効果」を生じる、大気中での太陽熱の保持にこの気体が与える影響に注意が集中している。効果の規模については議論の余地があるものの、点排出源からCO2（および他の化学物質）を除去するのが有益であることには、特にそうするためのコストが十分に小さいならば、疑問の余地はない。
【０００４】
何年もの開発にもかかわらず、排出源から二酸化炭素を除去するための、採算が取れて環境に配慮したプロセスを創造する仕事は困難であることが証明された。今日までの方法論はこの点に関し全く満足いくものでなく、そして、本開示において記載され、且つ、特許請求される技術に対する著しい必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
概要
本開示の一局面は、Mg(OH)2を再生するよう、および、Mg(OH)2の消費を介して気体流中に含有されるCO2量を減らすよう構成された、システムである。ある態様では、システムは次のものを含み得る： Mg(OH)ClおよびHClを含む第一反応器産物を形成するためにMgCl2含有材料を蒸気と反応させるよう構成された第一分解反応器； HClと、主としてMg(OH)2を含むマグネシウム含有産物とを形成するために第一分解反応器からのMg(OH)Clを蒸気と反応させるよう構成された第二分解反応器；並びに、MgCl2およびCaCO3を含む産物を形成するために第二分解反応器からのMg(OH)2とCO2、CaCl2、および蒸気とを含む混和物を形成するよう構成された第一吸収反応器。第一分解反応器に供給されるMgCl2含有材料は、約2.5:1を下回る水対MgCl2モル比を含み得る。ある態様では、システムはさらに、第二分解反応器から第一分解反応器へ気体状流出物を通すよう構成された気体供給ラインを含み得、気体状流出物はHClおよび蒸気を含む。ある態様では、システムはさらに第二吸収反応器を含み得、第一吸収反応器は、第二分解反応器からのMg(OH)2を気体流中に含有されるCO2と混和するよう、ならびにMgCO3およびH2Oを形成するよう構成され、第二吸収反応器は、第一吸収反応器からのMgCO3をCaCl2と混和するよう、ならびにCaCO3およびMgCl2を形成するよう構成される。ある態様では、第一吸収反応器産物は液相および固相中にあり、そして、液相は少なくとも50重量％のMgCl2である。ある態様では、第一吸収反応器（または、存在する場合には、第二吸収反応器）は、約4.5:1、または約4対1を下回る水対MgCl2の比を含む液相を含有する。ある態様では、吸収反応器中を出る液相中のMgCl2の大部分はMgCl2四水和物の形態である。ある態様では、システムはさらに、液相からのCaCO3の少なくとも一部を分離するよう構成された固体液体分離器を含む。ある態様では、システムは、水対MgCl2の比が約2対1となるように液相から水の一部を除くよう構成された乾燥器を含む。ある態様では、各システムモジュールのための反応条件を維持するために必要な熱を提供するために、廃熱回収および熱転移システムが利用される。
【０００６】
本開示の別の局面は、気体流中に含有されるCO2量を減らすプロセスにおいてMg(OH)2を再生する方法である。ある態様では、方法は次の工程を含み得る：(a)  Mg(OH)ClおよびHClを含む工程(a)産物を形成するために、MgCl2含有材料を第一混和物中で蒸気と反応させる工程であって、MgCl2含有材料は、約2.5:1を下回る水対MgCl2比を含む、工程；(b)  HClと、主としてMg(OH)2を含むマグネシウム含有産物とを含む工程(b)産物を形成するために、工程(a)からのMg(OH)Clを第二混和物中で蒸気と反応させる工程；並びに、(c)  MgCl2およびCaCO3を含む工程(c)産物を形成するために、工程(b)からのMg(OH)2をCO2、CaCl2、および蒸気と反応させる工程。ある態様では、方法は第二混和物からの気体状流出物を第一混和物へ通すことをさらに含み、気体状流出物は、MgCl2含有材料と反応させるためのHClおよび蒸気を含む。ある態様では、工程(c)は、工程(b)からのMg(OH)2を気体流中に含有されるCO2と第三混和物中で混和してMgCO3およびH2Oを含む第一の工程(c)産物を形成し、そして、第一の工程(c)産物からのMgCO3をCaCl2と第四混和物中で混和してCaCO3およびMgCl2を含む第二の工程(c)産物を形成する、二段階プロセスを含み得る。ある態様では、第一混和物の液相は少なくとも50重量％のMgCl2である。本方法はさらに、少なくともCaCO3の一部および水の一部を、残りの産物中の水対MgCl2の比が約2対1となるように第二の工程(c)産物から分離する、1つまたは複数の工程を含み得る。ある態様では、第一の工程(a)産物は90重量％を上回るMg(OH)Clを含む。ある態様では、第一の工程(b)産物は90重量％を上回るMg(OH)2を含む。ある態様では、方法は、廃熱を気体流から回収すること、ならびに、第一混和物、第二混和物、および/またはMgCl2二水和物を含む残りの産物に移すことを含み得る。廃熱を回収、および、移すために3つまたはそれ以上の加熱ループを使用することができる。
【０００７】
本開示の別の局面は、塩化マグネシウム含有材料から水酸化マグネシウムを製造する方法であって、当該材料を第一反応器中に導入する工程と、マグネシウムヒドロキシクロリドおよびHClを形成させるために、およそ250から400℃の温度において、塩化マグネシウム含有材料を有する第一反応器中に蒸気混合物を通す工程とを含む、第一段階；マグネシウムヒドロキシクロリドを第二反応器中に運び、水酸化マグネシウムおよびHClを形成させるためにそこに蒸気を導入する、第二段階を含み、塩化マグネシウム含有材料が約2:1の水対塩化マグネシウム比を含む、方法である。ある態様では、第二反応器から出た蒸気混合物の一部は第一反応器中へ導入される蒸気混合物である。HClの少なくとも一部が、蒸気混合物の状態で第二反応器を出た後、第一反応器を通る。ある態様では、塩化マグネシウム含有材料は塩化マグネシウム二水和物を実質的に含む。ある態様では、Mg(OH)2を形成するのに必要な熱を提供するために廃熱が利用される。
【０００８】
用語「ある」および「一つの」は、この開示が明示的にそうでないことを要求していない限り、一つまたはそれ以上として定義される。
【０００９】
用語「実質的」、「およそ」、および「約」は、当業者に理解されるように、大まかに、しかし必ずしも完全ではなく特定された数（そして、特定された数を完全に含むもの）として定義される。開示されるいずれの態様においても、用語「実質的」、「およそ」、または「約」は、特定されたもの「の[あるパーセント]以内」と置換され得、パーセントは0.1、1、5、および10パーセントを含む。
【００１０】
「含む」（および「含め」および「含んでいる」等の含むのあらゆる形）、「有する」（および「有し」および「有している」等の有するのあらゆる形）、「包含する」（および「包含し」および「包含している」等の含めるのあらゆる形）、並びに「含有する」（および「含有し」および「含有している」等の含有するのあらゆる形）という用語は制限のない連結動詞である。その結果、1または複数の要素を「含む」、「有する」、「包含する」、または「含有する」本願の装置、システム、および方法は、これら1つまたは複数の要素を所有するが、これらの1つまたは複数の要素のみを所有することに限定されない。同様に、1つまたは複数の特徴を「含む」、「有する」、「包含する」、または「含有する」、装置、システム、または方法の要素は、これら1つまたは複数の特徴を所有するが、これら1つまたは複数の特徴のみを所有することに限定されない。さらに、用語「第一」および「第二」等は単に構造または特徴を区別するために使用され、そして、異なる構造または特徴を特定の順序に限定するものではない。
【００１１】
さらに、ある機能を行うことが可能であるかまたはある特定の方式で構成されている構造は、少なくともその方式で可能であるかまたは構成されているが、挙げられていない方式でも可能であるかまたは構成され得る。
【００１２】
一つの態様の1つまたはそれ以上の特徴は、記載または図示されていなくとも、本開示または態様の性質により特定して禁じられない限り、他の態様に適用され得る。
【００１３】
現在の装置、システム、および方法のいずれも、記載された要素および/または特徴および/または工程のいずれかを含む/含める/含有する/有するよりもむしろ、これらのいずれかから成る、または、本質的にこれらのいずれかから成り得る。従って、いずれの請求項においても、用語「からなる」または「から本質的になる」は、ある請求項の範囲を制限のない連結動詞を用いた場合のものから変えるために、上述のいずれの制限のない連結動詞と置換できる。
【００１４】
上記の態様およびその他の態様に関連する詳細を以下に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
添付の図面は例として説明され限定するものではない。簡潔さおよび明確さのため、与えられた構造の全ての特徴が、当該構造が現れる全ての図において標記される訳ではない。同一の参照番号は必ずしも同一の構造を示す訳ではない。むしろ、同一の参照番号は、類似の特徴または類似の機能性を有した特徴を示すのに使われ得、非同一の参照番号も同様である。
【００１６】
【図１】図1は、本明細書中に提供されるプロセスのある態様に従った簡略化したプロセス流れ図である。
【図２】図2は、本明細書中に提供されるプロセスのある態様に従った簡略化したプロセス流れ図である。
【図３】図3は、本明細書中に提供されるプロセスのある態様に従った簡略化したプロセス流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
詳細な説明
図1を参照すると、ここで示され且つ参照番号100で表されるのは、Mg(OH)2を用いて気体流から除くようにおよびMg(OH)2を再生するように構成された、システムの第一態様である。システム100は、二酸化炭素を気体流2から吸収するよう、および、吸収プロセスにおいて使用される反応物質の少なくとも一つ、例えば、水酸化マグネシウムを再生するよう構成されている。システム100は、気体流からCO2を吸収するよう構成された吸収反応器10；炭酸塩固体を水性塩化マグネシウムから分離するよう構成された固体-液体分離器20；塩化マグネシウム固体を形成する水性塩化マグネシウムから水の一部を除くよう構成された乾燥器30；塩化マグネシウムをマグネシウムヒドロキシクロリドに変換するよう構成された第一分解反応器40、および、マグネシウムヒドロキシクロリドを水酸化マグネシウムに変換するよう構成された第二分解反応器45を含む。システム100中にさらに図示されるのは、異なる反応物質の温度を上昇させるための、複数の加熱器および加熱液体システムである。
【００１８】
二酸化炭素含有気体流2を処理する前に気体流2の温度を下げてもよい。熱い気体流の場合（例えば、ガスタービン排気）、気体流2は、システム中の異なるユニットに移されるプロセス熱を提供することができる。ある態様では、プロセス熱をシステム中の１つまたはそれ以上のボイラー、プレ加熱器、反応器、または乾燥器30に移すことができる。例えば、示される態様において、プロセス熱を分解反応器に間接的な加熱を提供するよう構成された熱油システム等の再循環加熱液体に移すことができる。ある態様では、プロセス熱は、分解反応器中への直接的蒸気注入のための過熱蒸気を産生するよう構成されたボイラーを加熱するために使用できる。ある態様では、MgCl2含有出発材料から水を除くために、第二熱油システム等の第二再循環加熱流体が間接的加熱を乾燥器30に提供するよう構成される。
【００１９】
気体流2から熱が取り出された後、気体流2は、CO2をCaCl2およびMg(OH)2と次の総括反応を介して反応させるよう構成された吸収反応器10に入る。
CaCl2＋Mg(OH)2＋CO2→CaCO3＋MgCl2＋H2O      (1) 
【００２０】
反応器10は、CaCl2供給3、気体流2、およびMg(OH)2供給を受け取るよう構成され得る。ある態様では、吸収反応10は、165℃よりも高い温度、たとえば約170〜250℃で稼働するよう構成されている。ある態様では、反応器10の稼働温度は少なくとも170、175、180、185、190、195、200、210、220、230、または240℃であり得る。ある態様では、反応器10の稼働温度は175〜185℃である。稼働温度より高い温度を維持するために、反応器10を蒸留塔のように構成することができ、該蒸留塔は、たとえば約175℃の稼働温度で底部液体産物を維持するために、該塔の上部に入る水還流および該塔の底部への入熱を伴う。
【００２１】
ある態様では、吸収反応器10中に導入する前に反応物質を稼働温度に予熱することができる。例えば、吸収反応器10に添加される前に、塩化カルシウム供給3が加熱器60中で予熱される。ある態様では、水供給4も加熱器61中で予熱し得る。CO2の水酸化物との反応は発熱性であるため、稼働温度を維持するために反応器10から熱を取り出すことができる。ある態様では、反応器10からCaCl2供給5へ、例えば加熱器60を介して熱を移すために、循環加熱流体ループ（図示せず）を構成することができる。同様に、別の循環加熱流体ループ（図示せず）を、反応器10から水供給4へ、例えば加熱器61を介して熱を移すために構成することができる。例として、1,679 lb*mol/時間のCaCl2*2H2O固体を25℃から175℃に加熱して、その融点175℃において該固体を溶融するために、並びに、1,679lb*mol/時間の水を25℃から100℃に加熱し、水を蒸発させて、蒸気を175℃まで過熱するためには（例えば反応器10からの）およそ63MMBtu/時間のプロセス熱が必要とされ得る。
【００２２】
塩化カルシウムは、吸収反応器10に対する3つの形態のいずれか一つの形態で反応器10に添加できる：無水CaCl2、CaCl2*2H2O、またはCaCl2*4H2O。ある態様では、捕捉されたCO2 1モルに対して、約3:1またはそれを下回る水対CaCl2のモル比を吸収塔に添加できる。ある態様では、CaCl2*3H2O（67.2重量％の水性CaCl2）の同等混合物を作成するため、吸収反応器10にCaCl2*2H2Oおよび水を供給する。ある態様では、反応器10に導入する前に、二水和物形態のCaCl2供給3を固相から液相に変換させることができる。
【００２３】
反応器10は、水性MgCl2中のCaCO3固体の水性スラリーのための出口、および、反応器10中に投入された量よりも少ない量のCO2を含有する気体流2のための出口を含むよう構成されている。ある態様では、CO2濃度が減少した気体流2は吸収反応器10を出た後に気体冷却器72を通ることができ、ここで、気体流2が大気中に排気されるかまたは下流においてさらに処理される前に、さらに熱が回収され得る。この熱は、CaCl2および任意で水等の反応物質を予熱するために使用することができる。吸収塔の結果として、気体流2中のCO2量は少なくとも30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、98％、または99％減らすことができる。
【００２４】
ある態様では、少なくとも50重量％の水性MgCl2が吸収反応器10を出て、CaCO3固体を水性溶液から分離する固体-液体分離機20に入る。ある態様では、重量パーセントで50〜60％の水性MgCl2、例えば51重量％、53重量％、55重量％、57重量％、または59重量％のMgCl2が、吸収反応器10を出て、固体-液体分離器20に入る。ある態様では、水性溶液中の水対MgCl2の比は約5対1、約4.5対1、または約4対1を下回る。ある態様では、水性溶液中のMgCl2の大部分はMgCl2四水和物の形態にある。
【００２５】
ある態様では、炭酸塩固体の分離を容易にするために固体-液体分離器20に水を添加してもよい。このような態様では、添加する水の量によって溶液を30％未満、25％未満、20％未満、15％未満、10％未満、または5％未満で希釈することができる。一旦分離されれば、ある態様ではエネルギー回収のために、熱いCaCO3固体を、貯蔵へ送る前に冷却器70に通すことができる。
【００２６】
水性MgCl2から炭酸塩固体を分離した後、水性溶液を乾燥器30に移し、溶液から水を除く。ある態様では、水対MgCl2の比が約3:1を下回るか、約2.5:1、または約2対1を下回るような十分量の水を溶液から蒸発させる。ある態様では、乾燥器30を出る塩化マグネシウム含有材料中の水の大部分はMgCl2二水和物の形態である。例えば、塩化マグネシウム含有材料は少なくとも55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、または98％のMgCl2*2H2O(固体)を含む。乾燥機30中の一次反応は次の通りである。
MgCl2*4H2O(液体)→MgCl2*2H2O(固体)+2H2O(気体)      (2) 
【００２７】
ある態様では、水の一部を除くために必要とされるエネルギーを供給するため、15〜250℃、たとえば160、170、180、190、200、210、220、230、または240℃の稼働温度に保つため容器に熱を供給することができる。ある態様では、温度を195〜205℃または198〜202℃に保ってもよい。乾燥器30は、過熱蒸気（および潜在的にいくらかのHCl）が容器の最上部を出る一方で二水和物塩を含む塩化マグネシウム含有材料が第一分解反応器40へと移動するように、構成される。ある態様では、稼働圧力は大気圧である。ある態様では、乾燥器30から産生される過熱蒸気は、分解反応器40および/または45で必要とされる蒸気の少なくとも一部を供給することができる。
【００２８】
ある態様では、水性MgCl2溶液を、乾燥器30の稼働温度と実質的に等しくなるまで該溶液の温度を上げるために、乾燥器30に入れる前に加熱器62にポンプで通す。ある態様では、熱を気体流2から該水性溶液へと移すよう構成された循環加熱流体ループ83によって、加熱器62において該溶液に熱を移すことができる。
【００２９】
ある態様では、システム100は、MgCl2が固体に変って該固体材料が第一分解反応器40へと移されることができるように水含量を減らすよう構成された、蒸発器30を含む。例えば、蒸発器30は、固体材料の運搬を容易にするよう構成された、スクレイパーまたは他の撹拌機を有するフラッシュドラムを含み得る。ある態様では、蒸発器30中で、稼働温度の加圧MgCl2溶液を大気圧までフラッシュして水性溶液から水を除き、MgCl2*2H2O固体を産生する。ある態様では、循環ループ83中の加熱流体の一部を、蒸発器30の稼働温度を維持するために、蒸発器30へ向けてもよい。
【００３０】
ある態様では、システム100は、水性MgCl2が固体に変わって該固体材料が第一分解反応器40へと移されることができるように水含量を減らすよう構成された、乾燥器30を含む。乾燥機30は、稼働温度を維持するために空気等の媒体を用いて間接接触加熱または直接接触加熱を加えるよう構成することができる。例えば、乾燥器30は回転乾燥器、気流乾燥器、または噴霧乾燥器であり得る。ある態様では、循環ループ83中の加熱流体の一部は、乾燥器30の稼働温度を維持するために乾燥器30に向けられて、そしてさらに、空気等の乾燥媒体を加熱するために送風機に向けられてもよい。他の態様では、乾燥器30に代えて、システム100は、モル比が約2:1であるようにおよび/または、MgCl2の大部分が二水和物形態であり且つ第一分解反応器40へ移すことができるように水含量を減らすよう構成された、削片製造機、結晶器、またはプリラーを含み得る。
【００３１】
例として、水性溶液の温度を200℃の稼働温度に上昇させるのに必要とされる入熱はおよそ7MMBtu/時間である。さらに、同じく例として、水のモル比が4:1である水性溶液の水含量を減少させるのに必要とされる入熱はおよそ71MMBtu/時間である。加熱流体ループ83を循環させるために、乾燥器30または加熱器62を離れる流体について、流体戻り温度を稼働温度より約5から15℃高く、例えば、210℃とすることができる。さらに、流体供給温度（例えば、乾燥器30または加熱器62に近づく流体の温度）を稼働温度より約20から30℃高く、または、戻り温度より10から20℃高く、例えば、225℃とすることができる。気体流2とのループ83のインターセプトでは、気体流2の温度は分解反応器40の稼働温度より少なくとも30から40℃高い温度であり得る。ある態様では、ループ83に熱を移した後の気体流2の温度は少なくとも235℃であり得る。
【００３２】
システム100は、MgCl2をMg(OH)2に変換する二段階の向流分解反応器のために構成された反応器を含む。第一段階において反応器40は次の反応が起こるよう構成される。
MgCl2*2H2O(固体)→Mg(OH)Cl(固体)+HCl(気体)+H2O(気体)      (3)
第二段階において、反応器45は次の反応が起こるよう構成される。
Mg(OH)Cl(固体)+H2O(気体)→Mg(OH)2(固体)+HCl(気体)        (4) 
【００３３】
第二反応器45において、蒸気を第一反応器40から供給されたMgOHCl固体と向流接触させることができる。ある態様では、気体流2により加熱されたボイラー90により蒸気を産生することができる。さらに、反応器40および45の排気から再循環された蒸気をボイラー90からの蒸気と混合し、反応器45へ供給できる。反応器45へ供給するための所望の最終蒸気温度を得るため、再循環蒸気は加熱器65によって加熱されてもよい。蒸気は、以下に記載するように、反応器45の稼働温度と実質的に同じ温度で、反応器45中に導入される。例えば、蒸気は385℃〜395℃、たとえば約390℃の温度で反応器45中に導入できる。
【００３４】
反応器45を出るMg(OH)2固体は反応器45を離れる気化物質と平衡状態にある。ある態様では、反応器45を離れ出る気化物質は、製造されたMg(OH)21モルに対して少なくとも0.8モルのHClを含むであろう。例えば、反応器45を離れ出る気化物質は、製造されたMg(OH)21モルに対して0.85モルのHCl、0.9モルのHCl、0.95モルのHCl、0.98モルのHClを含むことができる。反応器45を通る向流の割合は、反応(5)の平衡が右へ移動するために十分な程度低くHClの分圧を保つのに十分である。ある態様では、向流は100％の過熱蒸気である。別の態様では、向流は過熱蒸気および不活性担体気体を含む。ある態様では、HClの分圧は、分解反応器45を真空条件下で稼働することにより十分に低い値に維持できる。
【００３５】
反応器45を離れる過熱蒸気およびHClの気化物質混合物は、反応器40中、乾燥器または蒸発器30から供給されるMgCl2*2H2O固体を含む塩化マグネシウム材料と向流接触される。ある態様では、反応器45を出ていく蒸気の一部のみが反応器40へ供給される。例えば、反応器45を出る気化物質の大部分は、HCl凝縮器76中でさらなる熱が回収できるよう、反応器40を迂回することができる。ある態様では、反応器40を出るMg(OH)Cl固体は反応器40を離れる気化物質と平衡状態にある。ある態様では、反応器40を離れ出る気化物質は、製造されるMgOHCl1モルに対して少なくともさらに0.8モルのHClを含むであろう。例えば、反応器40を離れ出る気化物質は、製造されるMgOHCl１モルに対してさらに0.85モルのHCl、0.9モルのHCl、0.95モルのHCl、0.98モルのHClを含むことができる。反応器40を通る向流の割合は、反応(4)の右への移行を維持するのに十分な程度低くHClの分圧を保つのに十分である。
【００３６】
反応器45の稼働温度は、380℃〜500℃、たとえば約390、400、410、420、430、440、450、460、470、または490℃であり得る。ある態様では、反応器45の稼働温度は、約385℃〜395℃、たとえば約390℃である。反応器40の稼働温度は、250℃〜400℃、たとえば260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、または390℃であり得る。ある態様では、反応器40の稼働温度は、約275℃〜285℃、たとえば約280℃である。例としては、二段階向流構成のための蒸気の要件とは、第二反応器45で390℃および第一反応器40で280℃における、HCl 1lb/時間あたりの蒸気およそ8.6lb/時間である。
【００３７】
反応器40の産出物は固体MgOHClを含む。ある態様では、反応器40の固相産出物の少なくとも55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％、または99％はMgOHClである。反応器45の産出物は固体Mg(OH)2を含む。ある態様では、反応器45の固相産出物の少なくとも55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％、または99％はMg(OH)2である。
【００３８】
ある態様では、反応器40および45の稼働温度を維持して分解反応器を所望の温度に保つため、循環加熱流体ループを介して熱を間接的に分解反応器40、45に供給することができる。例えば、各反応器40および45の流体ジャケットを加熱することで稼働温度の維持を容易にできる。示される態様では、循環加熱流体ループ84が気体流2から反応器40に熱を移すために構成され、そして、循環加熱流体ループ85が気体流2から反応器45に熱を移すために構成される。
【００３９】
ある態様では、乾燥器30を出たMgCl2含有材料を、反応器40に入る前に、溶液の温度を反応器40の稼働温度と実質的に等しくなるまで上げるため、加熱器64を通して運搬できる。ある態様では、図示された態様では示されていないものの、循環ループ84中の加熱流体の一部は、反応器40へ供給されるMgCl2含有材料を加熱するために加熱器64に向けられてもよい。
【００４０】
ある態様では、循環加熱流体ループ85について、流体戻り温度（例えば、反応器45および加熱器65を離れる加熱流体の温度）は反応器40の稼働温度より約5から15℃高くてもよく、例えば、流体戻り温度は約400℃であり得る。さらに、流体供給温度（例えば、反応器45および加熱器65へ近づく流体の温度）は稼働温度より約10から45℃高くても、また、戻り温度より5から25℃高くてもよく、例えば、流体供給温度は約415℃であり得る。ループ85の気体流2とのインターセプトでは気体流2の温度は500℃よりも高く、または600℃よりも高くてもよく、例えば、排煙排気流の温度でもよい。ある態様では、ループ85に熱を移した後の気体流2の温度は反応器45に近づく加熱流体の温度よりも少なくとも10℃高くてもよい。
【００４１】
ある態様では、循環加熱流体ループ84について、流体戻り温度（例えば、反応器40および加熱器64を離れる加熱流体の温度）は反応器45の稼働温度より約5から15℃高くてもよく、例えば、流体戻り温度は約290℃であり得る。さらに、流体供給温度（例えば、反応器40および加熱器64へ近づく流体の温度）は稼働温度より約5から20℃高くても、また、戻り温度より60から100℃高くてもよく、例えば、流体供給温度は約355℃であり得る。ループ84の気体流2とのインターセプトでは気体流2の温度は500℃よりも高く、または600℃よりも高くてもよく、例えば、排煙排気流の温度でもよい。ある態様では、ループ85に熱を移した後の気体流2の温度は反応器40に近づく加熱流体の温度よりも少なくとも10℃高くてもよい。
【００４２】
反応器45を出た熱いMg(OH)2固体は、吸収反応器10に入る前に、固体産物冷却器74を通してもよく、反応器40を出た気化物質産物は反応器40の周りの気化物質側管6と合せられる。合わされた気化物質流は、HCl産物タンクへポンプで送られる前にHCl凝縮器76を通る。
【００４３】
分解反応器の稼働温度から明らかなように、分解反応器については重要なエンタルピー要件がある。即ち、MgCl2*2H2OからMg(OH)2およびHClへの分解の反応エンタルピー、および、分解反応器への直接的蒸気注入の過熱蒸気要件である。ある態様では、システム100はガスタービンを含んでもよく、または、示された態様中の60MWガスタービン95等のガスタービンから産生された気体流2を受けるよう構成されていてもよい。ある態様では、総CO2捕捉率は、70％超、80％超、90％超、95％超でも、または99％超でもよい。
【００４４】
第一ガスタービンに加えて、システム100は、追加の天然ガスを燃やすための炉（図示せず）を含むことができ、かつ、システム100内での蒸気産生のための追加の熱を提供するために火炎温度の排煙から回収した熱を使用することができる。ある態様では、二段階向流反応器については、プロセスについての総エンタルピー要件は約175MMBtu/時間であり得る。60MWタービン排気から得られる熱は約146MMBtu/時間であり、100％CO2捕捉を達成するために必要とされるであろう熱について、約29MMBtu/時間の総不足を残す。追加の天然ガス1.4MMSCFDを炉において燃やすことにより、排煙から44.9MMBtu/時間の熱回収を提供できる。ある態様では、この追加のCO2を捕捉するために、システム100内で追加の16〜17MMBtu/時間のエンタルピーが必要とされるであろう。これにより正味エンタルピー剰余となり、100％CO2捕捉を達成するために用い得る。この1.4MMSCFDの天然ガスが代わりにタービン中で燃やされた場合、5.6MWの追加の電気を産生できる（存在するタービン中で産生される60MWの電気に対して）。
【００４５】
ここで図2を参照すると、その中で示され且つ参照番号200で表されるのは、気体流からMg(OH)2を用いて除くようにおよびMg(OH)2を再生するように構成されたシステムの第二の態様である。態様200は上述の態様100と実質的に類似しており、分解プロセスが単一段階向流反応器48のみを含み、そして、ループ84および85に代えて循環加熱流体ループ86を含む点が異なる。ある態様では、反応器48の稼働温度は、340℃〜360℃、たとえば350℃であり得る。過熱蒸気は稼働温度と実質的に同じ温度で導入できる。
【００４６】
ここで図3を参照すると、その中で示され且つ参照番号300で表されるのは、反応器10に関して上述した一段階吸収プロセスを置換できる二段階CO2吸収プロセスの一態様である。二段階プロセスは一段階プロセスについて記載された条件と類似の条件であり、一つの反応器に代えて二つの反応器が使用され、且つ、水対MgCl2のやや高いモル比が必要とされる点が異なる。第一段階内で、反応器12は次の反応が起こるよう構成される。
Mg(OH)2(固体)＋CO2(気体)→MgCO3（水性）+H2O(液体) (5) 
第二段階内で、反応器14は次の反応が起こるよう構成される。
CaCl2(水性)+MgCO3(水性)→CaCO3(固体)+MgCl2(水性)    (6) 
【００４７】
ある態様では、反応器12中、水対MgCO3のモル比は約3.5:1または約3:1であり得る。ある態様では、反応器14中、水対MgCl2のモル比は、約5.5:1または約5:1であり得る。
【００４８】
上記の仕様および例は、例示的な態様の構造および使用についての完全な説明を提供する。特定の態様が上記においてある程度の具体性で、または、一つ若しくはそれ以上の個別の態様を参照して記載されているものの、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく開示の態様に対して多数の変更を加えることができる。従って、気体流から二酸化炭素を除きそして、水酸化マグネシウムを再生するための本システムおよびプロセスの例示的態様は限定的なものであることは意図されていない。むしろ、本装置、システム、および方法は、添付の特許請求の範囲の範疇に含まれる全ての改変および代替を含めるものであり、そして、示された以外の態様は叙述された態様のいくつかまたは全ての特徴を含み得る。例えば、構成要素は単一構造として組み合わされ得、および/または連結は置換され得る。さらに、適当な場合、上記のいずれの例の局面を、いずれの記載された他の例の局面と組合せ、匹敵するまたは異なる特性を有し、そして、同じまたは異なる課題を扱う、さらなる例を形成してもよい。同様に、上記の利益および利点が、一つの態様に関連するか、または、幾つかの態様に関連するであろうことが理解されるであろう。
【００４９】
「〜のための手段」または「〜のための工程」という文言を各々用いて所与の請求項においてそのような限定が明示的に記載されていない限り、ミーンズ・プラス・ファンクションまたはステップ・プラス・ファンクションに係る限定を含むものと解されるべきでない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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