(57)【要約】  本発明は、概して、汚染物質隔離に関する。本発明は、特に、高物質移動システム及び効果的なｐＨスイング反応を利用することにより、現在の鉱物炭酸化プロセスの性能を大幅に向上させることに関する。より具体的には、本発明の側面は、汚染物質を隔離する間接的方法及び直接的方法に関する。【選択図】図１
2012504043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相分子を隔離する方法であって、
それぞれが水性スラリー溶液の平面シートを含み、実質的に平行な面内に配置される、基本的に平面形状の複数の液体ジェットを形成する段階と、
気相分子を含むガスを供給する段階と、
前記気相分子と前記水性スラリー溶液との間の物質移動相互作用によって、少なくとも一部の前記気相分子を鉱化する段階と
を備える方法。
【請求項２】
前記気相分子は、二酸化炭素を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記気相分子は、石炭火力発電所からの燃焼排ガスを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記水性スラリー溶液は、固形物及び水を、水溶液中に含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記固形物は、アルカリ性物質を含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アルカリ性物質は、ケイ酸塩を含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ケイ酸塩は、ケイ酸カルシウム／ケイ酸マグネシウムを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ケイ酸カルシウム／ケイ酸マグネシウムは、かんらん石、珪灰石及び蛇紋石のうちの少なくとも１つを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記アルカリ性物質は、産業廃棄物アルカリ物質を含む請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記産業廃棄物アルカリ物質は、製鋼スラグ、セメント窯ダスト及びフライアッシュのうちの少なくとも１つを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記水性スラリー溶液は、Ｃａ（ＯＨ）２及びＭｇ（ＯＨ）２のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記水性スラリー溶液は、約１〜２０質量％（ｗ／ｗ）濃度の範囲で固形物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記水性スラリー溶液は、約５〜１０質量％（ｗ／ｗ）濃度の範囲でＣａ（ＯＨ）２を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記水性スラリー溶液は、ＣＯ２吸収の増進剤をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記増進剤はアミンを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記アミンは、モノエタノールアミン、１，４‐ピペラジンジエタノール、ピペラジン、ヒドロキシエチルピペラジン及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記水性スラリー溶液は、腐食抑制剤及び消泡剤のうちの少なくとも１つをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記腐食抑制剤は、メタバナジン酸ナトリウム及び炭酸銅のうちの少なくとも１つを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記消泡剤は、ポリジメチルシロキサン、疎水性シリカ及びシリコーングリコールのうちの少なくとも１つを含むケイ素化合物ベースの消泡剤を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
気液接触器は、複数のオペレーティングモジュールを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
等間隔に配置される前記平面形状の複数の液体ジェットのアレイを形成する段階は、約２〜２５ｐｓｉの範囲の液体プレナム圧で前記平面形状の複数の液体ジェットを形成することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
アレイにおける前記平面形状の複数の液体ジェットのうちの少なくとも１つは、約１ｃｍよりも大きい幅を有する請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
アレイにおける平面形状の複数の液体ジェットのうちの少なくとも１つは、約５〜１５ｃｍの範囲の幅を有する請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
アレイにおける平面形状の複数の液体ジェットのうちの少なくとも１つは、約１０〜２５０μｍの範囲の厚さを有する請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
アレイにおける平面形状の複数の液体ジェットのうちの少なくとも１つは、約５〜３０ｃｍの範囲の長さを有する請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
アレイにおける平面形状の複数の液体ジェットのうちの少なくとも１つは、１５ｍ／秒未満の速度を有する請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
気相分子を隔離する方法であって、
それぞれが水溶液の平面シートを含み、実質的に平行な面内に配置される、基本的に平面形状の複数の液体ジェットを気液接触器内で形成する段階と、
気相分子を含むガスを供給する段階と、
前記気相分子と前記水溶液との間の物質移動相互作用によって、少なくとも一部の前記気相分子を反応させて、反応組成物を形成する段階と、
少なくとも一部の前記反応組成物を鉱化して炭酸塩を形成する段階と
を備える方法。
【請求項２８】
前記気相分子は、二酸化炭素を含む燃焼排ガスを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記水溶液は、ピペラジン及び酸を含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記水溶液は、ピペラジン及び塩酸を含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記水溶液は、ピペラジン及び塩酸を含み、ピペラジンに対する塩酸のモル比は、約０．５〜２の範囲である請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記鉱化して炭酸塩を形成する段階は、連続プロセス反応器内で、前記反応組成物をケイ酸塩と反応させて、前記炭酸塩を形成することを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
前記鉱化して炭酸塩を形成する段階は、前記反応組成物をアルカリ性物質と反応させて、炭酸塩を形成することを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３４】
前記アルカリ性物質は、ケイ酸塩を含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記ケイ酸塩は、ケイ酸カルシウム／ケイ酸マグネシウムを含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記ケイ酸カルシウム／ケイ酸マグネシウムは、かんらん石、珪灰石及び蛇紋石のうちの少なくとも１つを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記アルカリ性物質は、産業廃棄物アルカリ物質を含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記産業廃棄物アルカリ物質は、製鋼スラグ、セメント窯ダスト及びフライアッシュのうちの少なくとも１つを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記水溶液を、再循環フィードバックループを使用して、再生利用する段階をさらに備える請求項２７に記載の方法。
【請求項４０】
石炭火力発電所の燃焼排ガスから、二酸化炭素気相分子を直接的隔離する方法であって、
それぞれが水性スラリー溶液の平面シートを含み、実質的に平行な面内に配置される、基本的に平面形状の複数の液体ジェットを形成する段階と、
前記二酸化炭素気相分子を含む前記燃焼排ガスを供給する段階と、
前記二酸化炭素気相分子と前記水性スラリー溶液との間の物質移動相互作用によって、少なくとも一部の前記二酸化炭素気相分子を鉱化する段階とを備え、
前記水性スラリー溶液は、Ｃａ（ＯＨ）２及びＭｇ（ＯＨ）２のうちの少なくとも１つを、約５〜１０質量％濃度（ｗ／ｗ）の範囲で含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、汚染物質隔離に関する。本発明は、特に、高物質移動システム及び効果的なｐＨスイング反応を利用することにより、現在の鉱物炭酸化プロセスの性能を大幅に向上させることに関し、例えば、気液接触器を利用した隔離の直接的方法及び間接的方法に関する。
【０００２】
［優先権情報及び関連出願］
本出願は、２００９年７月６日出願の米国特許出願１２／４５９，６８５号「Gas Liquid Contactor and Effluent Cleaning System and Method（気液接触器、廃液清浄システム及びその方法）」の一部継続出願であり、また、２００８年９月２６日出願の米国仮出願６１／１００，５６４号「System for Gaseous Pollutant Removal（ガス状汚染物質の除去システム）」、２００８年９月２６日出願の米国仮出願６１／１００，６０６号「Liquid-Gas Contactor System and Method（気液接触器システム及びその方法）」、及び２００８年９月２６日出願の米国仮出願６１／１００，５９１号「Liquid-Gas Contactor and Effluent Cleaning System and Method（気液接触器、廃液清浄システム及びその方法）」の優先権を主張するものであり、前記出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。また、本出願は、２００５年２月１４日出願の米国特許出願１１／０５７，５３９号「Two Phase Reactor（２相反応器）」の継続出願である２００８年２月４日出願の米国特許出願１２／０１２，５６８号「Two Phase Reactor（２相反応器）」、米国特許番号７，３７９，４８７の主題に関連し、これら出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
石炭、石油及び天然ガスを含む化石燃料の燃焼により、全国で使用する電力の３分の２及び輸送エネルギー需要のほぼ全てをまかなっている。経済及び国の安全に関する需要が拡大しており、化石燃料への依存が、次の２、３０年は続くものと予想される。二酸化炭素は、温室効果ガス（ＧＨＧ）として、人為的気候温暖化の一因になっていると指摘されている。米国では、ＣＯ２は、エネルギー関連の排出のうちの９５％を占め、また、温室効果ガス保有量のうちの８５％がＣＯ２である。大気中のＣＯ２を削減する様々な方法が提案されており、エネルギー効率が高く、再生可能な代替燃料システムの利用、並びにＣＯ２を回収及び、貯留又は隔離する技術の経済的実行可能性を高めることにより、温室効果ガス源からの放出を低減することが提案されている。
【０００４】
産業利用による大規模排出源からのＣＯ２放出を回収し、回収したＣＯ２を永久的に、ある形態で貯留することにより、ＣＯ２温室効果ガスの大気中濃度を下げることができる。例えば、回収したＣＯ２を永久的に貯留するには、加圧ＣＯ２を、地下又は海底に注入する方法がある。あるいは、ＣＯ２を、炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムに変換して、地中に埋めることもできる。ＣＯ２を注入する方法では、貯留場所からＣＯ２が逃げてしまうリスクが存在する。このようなリスクを軽減するために、ＣＯ２貯留場所を監視し、万が一ＣＯ２の漏洩が発生した場合に備えておく必要がある。ＣＯ２を固体の炭酸塩に変換しておけば、永久貯留に関連するリスクは、基本的にゼロとなり、地下にＣＯ２を貯留する方法に比べて、永久的にＣＯ２を貯留する方法の方が魅力的となる。
【０００５】
全国で使用する電力の３分の２及び輸送エネルギー需要のほぼ全てをまかなっている石炭、石油及び天然ガスを含む化石燃料の使用が継続可能となることから、温室効果ガス削減のために、二酸化炭素隔離は魅力的な技術である。経済及び国の安全に関する需要が拡大しており、化石燃料への依存が、次の２、３０年は続くものと予想される。
【０００６】
鉱物炭酸化プロセスは、別の隔離の方法と比べて多くの利点が存在することから、ＣＯ２貯蔵の方法として注目を集めいている。第１に、鉱物炭酸化の形成は、地質学的に安定しており、環境に無害の炭酸塩であることから、後世にわたって影響を及ぼす安全の問題について最小限に止めることができる。しかしながら、鉱物炭酸化プロセスの多くは、溶解速度が遅く、炭酸化エネルギー論として望ましくないことから、経済的でないと評価されている。この点に関しては、Huijgen等著「Cost evaluation of CO2 sequestration by aqueous mineral carbonation（水性鉱物炭酸化によるＣＯ２隔離のコスト評価）」Energy Conversion and Management 48、ページ１９２３〜１９３５、２００７年に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、汚染物の隔離の直接的方法及び間接的方法に関する。本発明は、特に、高物質移動システム及び効果的なｐＨスイング反応を利用することにより、現在の鉱物炭酸化プロセスの性能を大幅に向上させることに関し、それにより、従来技術の制限及び不利益な点に起因する上述した１以上の問題を未然に防ぐことができる。
【０００８】
本発明の１つの利点は、気液界面における液体表面の高更新／再生レートを有する、高物質移動システムを提供する。
【０００９】
本発明の別の利点は、弱塩基溶媒及び強酸溶媒を使用した、効率的な間接的鉱物炭酸化プロセスを提供する。弱塩基溶媒を使用することにより、二酸化炭素の吸収を促進し、強酸溶媒を使用することにより、鉱物の溶解を促進する。
【００１０】
本発明の更なる別の利点は、溶媒の相分離を利用した効率的な鉱物炭酸化プロセスを提供する。
【００１１】
本発明の更なる特徴及び効果については、以下の詳細な説明に記載され、その一部は明細書を読むことにより明らかとなり、また、本発明を実行することにより明らかとなる部分もある。本発明の目的及びその他の効果は、詳細な説明、特許請求の範囲及び図面に記載され、特に指摘される構造によって実現される。
【００１２】
本発明の一実施形態は、気相分子を隔離する方法を提供する。方法は、それぞれが水性スラリー溶液の平面シートを含み、実質的に平行な面内に配置される、基本的に平面形状の複数の液体ジェットを形成する段階を備える。気相分子を含むガスが、気液接触器に供給される。方法はまた、気相分子と水性スラリー溶液との間の物質移動相互作用によって、気相分子を少なくとも一部、気液接触器内で鉱化する段階を備える。
【００１３】
本発明の別の実施形態は、気相分子を隔離する方法を提供する。この実施形態では、基本的に平面形状の複数の液体ジェットが、気液接触器内に形成される。基本的に平面形状の複数の液体ジェットはそれぞれ、水性スラリーの溶液の平面シートを含み、実質的に平行な面内に配置される。気相分子を含むガスが、気液接触器に供給すされ、気相分子と水溶液との間の物質移動相互作用によって、少なくとも一部の気相分子を反応させて、反応組成物を形成する。方法は、また、少なくとも一部の反応組成物を鉱化して炭酸塩を形成する段階を備える。方法は、また、水溶液を気液接触器へと再び供給して、反応組成物を形成するといったように、水溶液の少なくとも一部を再循環させる段階を備える。
【００１４】
本発明のさらなる別の実施形態では、石炭火力発電所の燃焼排ガスから、二酸化炭素気相分子を直接的隔離する方法を提供する。方法は、基本的に平面形状の複数の液体ジェットを形成する段階を備える。基本的に平面形状の複数の液体ジェットは、それぞれが水性スラリー溶液の平面シートを含み、実質的に平行な面内に配置される。この実施形態では、水性スラリー溶液は、Ｃａ（ＯＨ）２及びＭｇ（ＯＨ）２のうちの少なくとも１つを、約５〜１０質量％濃度（ｗ／ｗ）の範囲で含む。二酸化炭素気相分子を含む燃焼排ガスが、気液接触器に供給される。二酸化炭素気相分子と水性スラリー溶液との間の物質移動相互作用によって、二酸化炭素が少なくとも一部鉱化される。
【００１５】
上述の従来技術の記載及び以下の詳細な説明は、本発明を例示するためのものであり、特許請求の範囲に記載された発明を説明するものである。
【００１６】
添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するためのものであり、本明細書の一部として組み込まれ、明細書の詳細な説明と共に、本発明の実施形態を例示するのに使用され、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るフラットジェットを形成するシステムのブロック図である。
【図２】本発明の別の実施形態に係る直接的隔離プロセスを示した図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係る、間接的隔離プロセスを示した図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係る隔離プロセスを示した図である。
【図５Ａ】実施例１で使用したノズル装置の分解斜視図である。
【図５Ｂ】実施例１で使用したプレナムの底面斜視図である。
【図５Ｃ】実施例１で使用したプレナムの上面斜視図である。
【図５Ｄ】実施例１で使用したノズルプレートの出口側の斜視図である。
【図５Ｅ】実施例１で使用したノズルプレートの入口側の斜視図である。
【図５Ｆ】実施例１で使用した流体調整器の斜視図である。
【図６】実施例１における、滞留時間に対する−ｌｎ（ｎ／ｎ０）のグラフである。
【図７】実施例２における、滞留時間に対する−ｌｎ（ｎ／ｎ０）のグラフである。
【図８】実施例３における、滞留時間に対する−ｌｎ（ｎ／ｎ０）のグラフである。
【図９】実施例４における、滞留時間に対する−ｌｎ（ｎ／ｎ０）のグラフである。
【図１０】実施例５における、滞留時間に対する−ｌｎ（ｎ／ｎ０）のグラフである。
【図１１】実施例６における、滞留時間に対する−ｌｎ（ｎ／ｎ０）のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態は、概して、例えば、石炭火力発電所における燃焼プロセスで発生する二酸化炭素を隔離する方法に関する。特に、高物質移動システム及び効果的なｐＨスイング反応を利用することにより、現在の鉱物炭酸化プロセスの性能を大幅に向上させることに関する。
【００１９】
また、本発明の実施形態は、ＣＯ２鉱物炭酸化のエネルギー及び経済的実現性の問題を解決し、ＣＯ２隔離の有効利用を提供する革新的な炭素収集及び隔離システムを提供する。本発明の実施形態では、高性能な物質移動システムを使用するが、これは、２００９年７月６日出願の米国特許出願１２／４５９，６８５号明細書「Gas liquid contactor and effluent cleaning system and method（気液接触器及び廃液清浄システム並びに方法）」に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。本発明の気液接触器は、新しい鉱物炭酸化システムを使用した従来の収集システムと比較して、大きさが３０分の１であり、かかるコストも６０％である。
【００２０】
本発明の一実施形態は、直接的隔離プロセスフローを提供する。直接的隔離プロセスフローは、二酸化炭素の隔離を１段階で行うことを可能とする。例えば、気液接触器を利用して、アルカリ性物質の水性スラリーと、ＣＯ２を含む燃焼排ガスと接触させることにより、炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムを形成する段階で行う。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、気相を隔離する方法を提供し、方法は、複数の基本的に平面形状の液体ジェットを形成し、液体ジェットそれぞれが、水性スラリーの平面シートを含み、複数の液体ジェットが、実質的に平行な面内に配置される段階を含む。気相分子が供給されてもよく、気相分子の少なくとも一部は、気相分子と水性スラリーとの間の物質移動相互作用によって鉱化されてもよい。
【００２２】
隔離は、気液接触器で実行される。気液接触器については、２００９年７月６日出願の米国特許出願１２／４５９，６８５号明細書「気液接触器及び廃液清浄システム並びに方法」に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。本発明の実施形態では、気相分子は、燃焼ガス、燃焼排ガス、二酸化炭素及びこれらの組み合わせを含む。好ましい実施形態では、気相分子は、隔離すべき二酸化炭素を含む。
【００２３】
本発明の実施形態では、水性スラリーは、固形物及び水を含んでもよい。固形物は、ケイ酸塩のようなアルカリ性物質及び／又は産業廃棄物アルカリ性物質を含む。ケイ酸塩は、例えば、かんらん石、珪灰石、蛇紋石、及びこれらの組み合わせのようなケイ酸カルシウム／ケイ酸マグネシウムであってもよい。産業廃棄物アルカリ性物質は、製鋼スラグ、セメント窯ダスト及びフライアッシュのうちの少なくとも１つを含んでもよい。好ましい実施形態では、水溶液は、約５〜１０質量％（ｗ／ｗ）でＣａ（ＯＨ）２を含む。固形物は、約１〜２０質量％（ｗ／ｗ）の範囲の濃度であってもよい。
【００２４】
好ましい実施形態では、水溶液は、アミンのようなＣＯ２の吸収を促進する増進剤を含む。アミンは、モノエタノールアミン、１，４‐ピペラジンジエタノール、ピペラジン、ヒドロキシエチルピペラジン、及び当技術分野で知られた二酸化炭素と素早く反応するその他のアミンを含んでもよい。
【００２５】
好ましい実施形態では、水溶液は、腐食抑制剤及び消泡剤を含んでもよい。腐食抑制剤は、メタバナジン酸ナトリウム（ＮａＶＯ３）及び炭酸銅（ＣｕＣＯ３）を含んでもよい。消泡剤は、ポリジメチルシロキサン、疎水性シリカ、シリコーングリコール、及びその他のシリコーン流体を含むケイ素化合物ベースの消泡剤を含んでもよい。
【００２６】
本発明の一実施形態で使用される気液接触器は、複数のオペレーティングモジュールを含んでもよく、これについては、２００９年７月６日出願の米国特許出願１２／４５９，６８５号明細書「気液接触器及び廃液清浄システム並びに方法」に詳細に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００２７】
方法において、等間隔に配置されたフラット液体ジェットのアレイを形成する段階は、フラット液体ジェットを、約２〜２５ｐｓｉｇの範囲の液体プレナム圧で形成することを含む。フラット液体ジェットは、アレイにおける複数のフラット液体ジェットのうち、幅が１ｃｍよりも大きいジェットを少なくとも１つ含む。アレイにおける複数のフラット液体ジェットのうち、少なくとも１つは、幅が約５〜１５ｃｍ、厚さが約１０〜２５０μｍ、及び長さが約５〜３０ｃｍの範囲であり、また、アレイにおける複数のフラット液体ジェットのうち、少なくとも１つは、速度が、１５ｍ／秒未満である。
【００２８】
好ましい実施形態では、温和な条件下での直接炭酸化が、ＣＯ２を固体の炭酸塩へと変換するのに好ましい。炭酸化全体の反応は、以下のように表せる。
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ      Ｒ１
Ｍｇ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＭｇＣＯ３＋Ｈ２Ｏ      Ｒ２
【００２９】
気液接触器を使用して、水酸化マグネシウム又は固体の製鋼スラグを含む水性スラリーが、燃焼排ガスと接触するが、これについては、２００９年７月６日出願の米国特許出願１２／４５９，６８５号明細書「気液接触器及び廃液清浄システム並びに方法」に詳細に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。この実施形態において、接触器の直接的炭酸化は、主に２つの利点を有する。１つ目の利点は、液体を継続的に攪拌することにより、固体の溶解速度が促進される点である。２つ目の利点は、高い表面再生／更新率により、ＣＯ２収集率が高くなることである。
【００３０】
炭酸化は、３段階で進行し、第１段階は、固形物の溶解であり、次のように表される。
Ｍｇ（ＯＨ）２→Ｍｇ２＋２ＯＨ−      Ｒ３
この実施形態では、水酸化マグネシウムは、実質的に溶解する。溶解により、水酸化イオンが生成された後、これらのイオンは、燃焼排ガスから収集されたＣＯ２と反応する。
ＣＯ２＋ＯＨ−→ＨＣＯ３−      Ｒ４
ＣＯ２が、重炭酸イオンに変換され、炭酸イオンとなった後、炭酸イオンは、金属イオンと反応して、固形炭素となるが、これは、例えば以下の反応式で表される。
Ｍｇ２＋＋ＣＯ３２−→ＭｇＣＯ３      Ｒ５
式Ｒ３〜Ｒ５で示した反応以外にも、炭酸化プロセスには多くの反応及び種があるが、説明を簡易にする目的から、これらの別の反応及び種については記載しない。上述したように、本発明の気液接触器は、Ｒ３及びＲ４のプロセスの反応速度を改善する。
【００３１】
一実施形態において、溶解プロセス（Ｒ３）の速度は、以下のように定義される。
【数１】
2012504043.tif 000003
溶解速度は、固形物の全表面積Ｓｓｏｌｉｄｓに比例する。
速度定数ｋｓｄの単位は、
2012504043.tif 000004
である。
固形物の全表面積Ｓｓｏｌｉｄｓは、スラリー中の固形物の質量に比例することから、もう１つの溶解速度定数ｋｄを使用してもよい。この場合の溶解速度定数の単位は、１／ｓである。したがって、ＣＯ２収集プロセスの速度は、以下のように定義される。
【数２】
2012504043.tif 000005
ここで、ｋは物質移動係数、Ｓは界面面積、及び
2012504043.tif 000006
は、ＣＯ２推進力の平均である。燃焼排ガスから所定の割合のＣＯ２を取り除く場合には、反応器における平均ＣＯ２濃度は、流入ＣＯ２濃度に比例する。物質移動係数ｋは、水酸化物濃度に依存する。物質移動係数は、９＜ｐＨ＜１３の範囲では、大きく変化することはない。
【００３２】
Ｒ５は、定常状態においては、律速段階でないとすると、溶解速度は、ＣＯ２収集速度と同じになる。定常状態の条件は、ｐＨメータの値を見ることによって、確かめることができる。定常状態の条件が満たされている場合には、ｐＨが一定になる。溶解速度は、スラリー中の水酸化マグネシウムの質量パーセントに比例する。ＣＯ２収集速度は、反応器の流入におけるＣＯ２濃度に比例する。スラリー中の固形物の質量パーセントを調整し、流入するＣＯ２濃度を変化させることにより、定常状態条件を達成させて、水酸化マグネシウムの溶解速度を、実験的に測定してもよい。
【００３３】
６回の直接的隔離の実施例を実行し、その結果及び詳細を表１に示す。実施例の詳細については、実施例１〜６として以下で説明する。物質移動係数の統計誤差は、約２０％より小さかった。物質移動係数のシステム的な誤差は、接触器の比表面積の不確かさに主に起因する。
【表１】
2012504043.tif 000007
【００３４】
アルカリ性固形物の溶解におけるパラメータの１つは、律速段階である。実施例では、ＣＯ２濃度が３％にまで下がり、水酸化マグネシウムの質量パーセントが５％に上昇した場合にのみ、溶解速度とＣＯ２収集速度との間のパリティが達成される。製鋼スラグは、溶解を遅くする大量の不活性シリカを含むが、製鋼スラグの溶解速度は、水酸化マグネシウムの溶解速度と同等である。スラグの溶解速度と水酸化マグネシウムの溶解速度とが同等であるという事実は、水酸化マグネシウムの溶解度積定数が、水酸化カルシウムの溶解度積定数よりも非常に小さいことに関連している。
【００３５】
本発明の別の実施形態では、気相隔離の方法を提供する。方法は、気液接触器において、複数の基本的に平面形状の液体ジェットを形成することを含む。液体ジェットはそれぞれ、水溶液の平面シートを含み、複数の液体ジェットが、実質的に平行な面内に配置される。この方法では、ガスは、気相分子を使用して供給され、気相分子と水溶液との間の物質移動相互作用によって気相分子が反応し、反応組成物が生成される。
【００３６】
水溶液は、例えば、ピペラジン及び塩酸のように、ピペラジン及び酸を含む。好ましい実施形態では、ピペラジンに対する塩酸のモル比は、約０．５〜２の範囲である。この方法の次の段階では、連続プロセス反応器において、ケイ酸塩と反応させて炭酸塩を形成することを含む。鉱化は、反応後の物質とアルカリ物質とを反応させて炭酸塩を生成し、反応後の組成物の少なくとも一部を鉱化させて、反応器内に炭酸塩を生成することを含む。別の段階では、水溶液の少なくとも一部を再生利用し、気液接触器に再循環させる。
【００３７】
好ましい実施形態では、連続反応器は、連続して攪拌されるタンク反応器である。熱力学的に望ましい鉱物炭酸化プロセスは、次の反応式Ｒ６及びＲ７で表されるアミン（例えば、ピペラジン二塩酸塩、ＨＮ（ＣＨ２）４ＮＨ・２ＨＣｌ又はＰｚ・２ＨＣｌ）を使用する。
２Ｐｚ・２ＨＣｌ＋ＣａＯ・ＳｉＯ２（ｓ）→ＣａＣｌ２＋ＳｉＯ２（ｓ）＋Ｈ２Ｏ＋２Ｐｚ・ＨＣｌ      Ｒ６
２Ｐｚ・ＨＣｌ＋ＣＯ２＋ＣａＣｌ２＋Ｈ２Ｏ→ＣａＣＯ３（ｓ）＋２Ｐｚ・２ＨＣｌ      Ｒ７
この実施形態では、アルカリ度抽出反応（Ｒ６）は、記載されたように進む。これは、一重でプロトン化されたピペラジン生成物は、この段階のｐＨ状態に、熱力学的に好適な種であるからである。炭酸化反応（Ｒ７）は、二重にプロトン化されたピペラジン生成物が、この段階のｐＨ状態に熱力学的に好適な種であることから、記載されたように進む。また、ケイ酸塩の炭酸塩への変換の反応は、発熱性であり、ΔＨ＝−８７ｋＪ／モル、ΔＧ＝−４４ｋＪ／モルである。ＰＺを使用することを基本とする炭酸化化学反応の１つの重要な利点は、ＳＯｘ（又はＮＯｘ）を分離して取り除く必要がないことである。分析及び実施例を通じて、収集及び隔離プロセスの大幅な改善が行われ、エネルギー効率及びコスト効率の改善が図られることが実証された。
【００３８】
本発明の一実施形態について、添付の図面に示された例を参照して詳細に説明する。
【００３９】
図１は、本発明の一実施形態に係るフラットジェットを形成するシステムのブロック図である。
【００４０】
図１に示すように、気液接触器は、参照番号１００で表されている。本発明の実施形態では、この気液接触器を、直接的及び間接的鉱化プロセスに使用している。気液接触器は、液体入口及びガス入口を含む。気液接触器は、参照番号１００で総称して表される。この実施形態において、直交流配置が利用されており、ガス流は、気液接触器１００を左側から右側に向かって流れる。液体は、気液接触器１００の上部１０２から入口プレナム１０４を通過して注入され、接触チャンバ１０８の上部に設けられたノズルプレート１０６へと圧出される。この実施形態において、安定化ユニットは、ノズルプレートに連結され、気液接触器から形成されたジェットの不安定性を低減するように構成されている。
【００４１】
ほぼ安定な複数のフラット液体ジェットが、複数のノズルによって形成され、チャンバを伝って流れる。図１に示したシステム中の平行なジェットの間を左から右にガスが流れ、物質移動が起きる。そして、入口１１３から流入し、低圧蒸気滴除去器１１０を通過して、出口１１２へと流れる。気液接触器の下部に設けられた跳ね防止グリッド１１２を通じて液体が収集され、必要であれば処理が行われ、また、再循環されてもよい。跳ね防止グリッドサブモジュール１１２は、フラットジェットを受け入れるような形に形成された開口部を有するグリッドである。また、跳ね防止ガード又は気液分離器を設けて、動作時の、液体の跳ねを実質的に低減するように構成される。跳ね防止グリッドサブモジュール１１２の複数の開口は、液体収集出口プレナム１１８の出口１１４及び／又は出口１１６の側に僅かに角度をつけて傾けられていてもよく、このように構成することにより、液体に圧力を加えることなく、流体が排出されるのを助ける。装置は、様々なモジュール及びノズルを含んでもよく、そのような例は、２００９年７月６日出願の米国特許出願１２／４５９，６８５号明細書「気液接触器及び廃液清浄システム並びに方法」に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００４２】
図２は、本発明の別の実施形態に係る直接的隔離プロセスを示したものである。
【００４３】
この実施形態において、直接的分離プロセスを３つのセクションを参照して説明する。セクション１は、気液接触器２０２、ガス流入２０４、流体流入２０６、流体流出２０８及びガス流出２１０を含む。気液接触器２０２は、炭酸塩を生成する条件下で動作する。例えば、気液接触器２０２を使用して、流入２０６中の水性スラリーに含まれるアルカリ性物質と、ガス流入２０４からの燃焼排ガスと接触させることにより炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムを生成する。燃焼排ガスは、石炭発電所又はその他の産業プロセスから排出されたものであってもよく、隔離すべき汚染物質を含む。この実施形態において、燃焼ガスには二酸化炭素が含まれ、本明細書に記載されるように、直接的プロセス、例えば、気液接触器２０２を使用した１段階のプロセスによって鉱化される。
【００４４】
この実施形態において、アルカリ性物質は、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、製鋼スラグ、セメント窯ダスト、フライアッシュ及びこれらの組み合わせを含んでもよい。アルカリ性固形物は、アルカリ性固形物の原料を、炭酸塩へ良好に変換できる程度に十分小さな粒子径となるまで粉砕して用意する。
【００４５】
セクション２は、鉱物炭酸化プロセスに適したアルカリ性物質の原料を生成するための装置を含む。原料のストリーム２１２は、当該技術分野で知られた粉砕装置を含む粉砕システム２１４に入る。原料は、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、珪灰石、製鋼スラグ、セメント窯ダスト等を含んでもよい。粉砕する前に、粉砕システムが受容可能な程度に、原料を予め砕く必要がある場合もある。粉砕された材料は、ストリーム２１８を介して、サイズ選別システム２１６に入る。サイズ選別システムは、サイクロン、又はその他の当技術分野で知られた粉砕された固形物を、大きさに応じて選別可能なシステムであってもよい。サイズの小さな固形物（メッシュの大きさ２００又はそれより小さな大きさ）は、ストリーム２２０を通じて、付加的前処理段階２１８へと送られる。サイズの大きな固形物は、ストリーム２２２を通じて、粉砕システム２１４へと再び送られる。付加的前処理段階２１８は、磁気分離、固形物への加熱、又はアルカリ性物質の溶解速度を高めるその他の段階を含んでもよい。粉砕されたアルカリ性固形物は、ミキサー２２４に送られる。
【００４６】
セクション３は、気液接触器２０２の流体出口２０８である入力２０８、及びミキサー２２４へと送られる固形物反応性生物及び液体ストリーム２３２を含む出力２３０を有する固形物分離システム２２８を含む。
【００４７】
固形物分離システム２２８は、ベルトろ過器又は加圧ろ過器のような脱水システム、及び脱水システムの動作に適切なレベルに固形物を濃縮するシステムを含む。固形物を濃縮するシステムは、沈降濃縮装置又は沈殿槽のような、重力ベースのシステムであってもよい。あるいは、固形物を濃縮するシステムは、液体遠心分離機であってもよい。
【００４８】
ミキサー２２４は、液体ストリーム２３２からの液体と、アルカリ性固形物とを混合し、所望の水性スラリーを生成して、ストリーム２０６に排出する。あるいは、液体ストリーム２３２と固体ストリーム２２６とを、収集システム２０２で混合させてもよい。
【００４９】
図３は、本発明の別の実施形態に係る、間接的隔離プロセスを示した図である。この実施形態において、間接的隔離プロセスを、３つのセクションを参照して説明する。セクション１は、気液接触器３０２、ガス流入３０４、流体流入３１０、流体流出３０８及びガス流出３０６を含む。気液接触器３０２は、例えば、二酸化炭素を含む燃焼排ガスを反応させて、二酸化炭素を収集する反応分子を生成するような条件下で動作する。燃焼排ガスは、石炭発電所又はその他の産業プロセスから排出されたものであってもよく、隔離すべき汚染物質を含む。この実施形態において、流体流入３１０は、ピペラジン二塩酸塩を含む。
【００５０】
セクション２は、鉱物炭酸化プロセスに適したアルカリ性材料を生成する装置を含む。原料ストリーム３１２は、当技術分野で知られた粉砕装置を含む粉砕システム３１４に入る。原料は、ケイ酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムを含んでもよく、また、製鋼スラグ及び／又はその他のアルカリ性物質を含んでもよい。粉砕する前に、粉砕システムが受容可能な程度に、原料を予め砕く必要がある場合もある。粉砕された原料は、ストリーム３１８を介して、サイズ選別システム３１６に入る。サイズ選別システム３１６は、サイクロン、又はその他の当技術分野で知られた粉砕された固形物を大きさで選別可能なシステムであってもよい。サイズの小さな固形物（メッシュの大きさ２００又はそれより小さな大きさ）は、ストリーム３２０を通じて、付加的前処理段階３１８へと送られる。サイズの大きな固形物は、ストリーム３２２を通じて、粉砕システム３１４へと再び送られる。付加的前処理段階３１８は、磁気分離、固形物への加熱、又はアルカリ性物質の溶解速度を高める等のその他の段階を含んでもよい。粉砕されたアルカリ性固形物は、ストリーム３２６を通じてセクション３に送られる。
【００５１】
セクション３は、炭酸塩を生成し、ストリーム３１０を通じて気液接触器３０２へと戻されるピペラジンを再循環させるためのバッチ反応器３２４を含む。バッチ反応器は、ストリーム３１６を通じて、アルカリ性固形物も受け取る。この実施形態では、アルカリ性物質は、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、製鋼スラグ、セメント窯ダスト及びこれらの組み合わせを含んでもよい。
【００５２】
連続反応器における、熱力学的に望ましい鉱物炭酸化プロセスは、次の反応式Ｒ８及びＲ９で表されるアミン（例えば、ピペラジン二塩酸塩、ＨＮ（ＣＨ２）４ＮＨ・２ＨＣｌ又はＰｚ・２ＨＣｌ）を使用する。
２Ｐｚ・２ＨＣｌ＋ＣａＯ・ＳｉＯ２（ｓ）→ＣａＣｌ２＋ＳｉＯ２（ｓ）＋Ｈ２Ｏ＋２Ｐｚ・ＨＣｌ      Ｒ８
２Ｐｚ・ＨＣｌ＋ＣＯ２＋ＣａＣｌ２＋Ｈ２Ｏ→ＣａＣＯ３（ｓ）＋２Ｐｚ・２ＨＣｌ      Ｒ９
【００５３】
この実施形態では、アルカリ度抽出反応（Ｒ８）は、記載されたように進む。これは、一重でプロトン化されたピペラジン生成物は、この段階のｐＨ状態に、熱力学的に好適な種であるからである。また、炭酸化反応（Ｒ９）は、二重にプロトン化されたピペラジン生成物が、この段階のｐＨ状態に熱力学的に好適な種であることから、記載されたように進む。また、ケイ酸塩の炭酸塩への変換の反応は、発熱性であり、ΔＨ＝−８７ｋＪ／モル、ΔＧ＝−４４ｋＪ／モルである。ＰＺを使用することを基本とする炭酸化化学反応の１つの重要な利点は、ＳＯｘ（又はＮＯｘ）を分離して取り除く必要がないことである。分析及び実施例を通じて、収集及び隔離プロセスの大幅な改善が行われ、エネルギー効率及びコスト効率の改善が図られることが実証された。
【００５４】
好ましい実施形態では、その熱力学的性質から、ピペラジンが使用される。例えば、高物質移動係数及び高いＣＯ２収集能力により、直接的プロセスの場合と比較して、小さなサイズの気液接触器を３０２を利用可能である。加えて、ピペラジンを使用して動作することにより、溶媒スリップの量が少なくて済み、良好な熱安定性が得られ、溶媒生成コストを下げることができる。また、大きい鉱物溶解速度を得ることができる。そして、ピペラジン含有水溶液を、ピペラジンが多く含まれる相と、塩が多く含まれる相とに分離することができる。ピペラジン含有水溶液の相分離特性は、方解石（カルサイト）の沈殿の制御にも利用でき、プロセスのロバスト性を改善することができる。その他のアミン又はアミンの混合物を、鉱物炭酸化プロセスに使用してもよい。
【００５５】
また、溶媒生成コストは、このパラメータを考慮すべきあらゆるシステムにとって、重要な点である。蒸気圧が低いために、燃焼排ガスにおける同伴（エントレインメント）によるピペラジン損失が最小限にでき、また、固形物の析出に伴うピペラジンの損失も最小限にすることができる。すなわち、ピペラジンは、直ちに再利用される。
【００５６】
図４は、本発明の別の実施形態に係る隔離プロセスを示したものである。
【００５７】
図４は、例えば、石炭火力発電所からの燃焼排ガス流から、二酸化炭素を隔離する鉱物炭酸化プロセスのプロセスフローである。図４に示すように、プロセスフローは１０個のセクションを含む。
【００５８】
セクション１は、随意設けられる燃焼排ガス調整システムである。セクション１は、随意設けられる熱交換器／冷却器４０４への燃焼排ガスの流入４０２、及び流出４０６を含む。燃焼排ガス調整システムは、例えば、ＳＯ２、ＨＣｌ等の酸性ガスを取り除く処理のような、上記で説明した処理で使用されるガス流入を受け入れる。熱交換器／冷却器４０４は、当技術分野で知られるように、流入するガスの組成及び吸収剤の化学反応に応じて、設けられる。例えば、アンモニア／炭酸アンモニアの場合には、冷却器が使用される。本発明の一実施形態では、燃焼排ガスは、接触器システム（図示せず）からのＳＯ２で冷却及び洗浄される。この実施形態において、燃焼排ガス４０２は、ＣＯ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ２及びその他の希ガスのような汚染物質を含む。
【００５９】
ガス調整システム（セクション１）を通過して流れる燃焼排ガスは、ＣＯ２洗浄器（セクション２）に入り、そこで溶媒と接触することにより、ストリームからＣＯ２の大部分が取り除かれる。
【００６０】
セクション２は、ＣＯ２吸収ループである。セクション２に示すように、吸収ループは、気液接触器４０８及びキャッチタンク４１０を含む。気液接触器は、２００９年７月６日出願の米国特許出願１２／４５９，６８５号明細書「気液接触器及び廃液清浄システム並びに方法」に記載されたような気液接触器であり、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。セクション５の熱交換器／冷却器４１２は、随意設けられる要素である。また、熱交換器／冷却器４１０は、当技術分野で知られるように、流入するガスの組成及び吸収剤の化学反応に応じて随意設けられる。この実施形態において、気液接触器は、セクション１の流出４０６と連結される。気液接触器４０８は、再循環ループの一部として、キャッチタンク４１０及び熱交換器／冷却器４１２（セクション５）と連結される。
【００６１】
動作時には、ＣＯ２を含む燃焼排ガスは、気液接触器４０８の流入４１４となるよう方向付けられ、そこからＣＯ２の一部が取り除かれる。セクション２のＣＯ２吸収ループは、当技術分野で知られるような、液体の適切な流れ及び再循環、並びに動作に必要とされる様々な値及びポンプを含む。気液接触器４０８でガスを接触させた後、吸収体となる溶液が、再循環ループの一部として更なる量のＣＯ２をキャッチタンク４１０に運ぶ。
【００６２】
この実施形態では、ＣＯ２吸収ループのエネルギー必要条件については、セクション５の熱交換器／冷却器４１２で対処する。炭酸アンモニウム、アミン、又はアルカノールアミンを使用した本明細書に記載される一般化学は、典型的なシステムにおける燃焼排ガスの温度よりも低い温度に冷却される場合に、ＣＯ２をより好適に吸収する。したがって、必要に応じて、セクション５の熱交換器／冷却器４１２は、冷却能力を提供して、吸収体となる溶液の最適な動作条件を維持する。
【００６３】
セクション３は、ＣＯ２ストリッパーループである。セクション３は、流出４２０、４２２を有する熱交換器／冷却器４１８に接続された流入４１６を含む。流出４２２は、再循環ループを介して、気液接触器４０８と連結される。
【００６４】
セクション４は、アンモニア又はアミン吸収ループである。セクション４は、ＣＯ２吸収器４０８を通過した後、燃焼排ガス中に滑り落ちてしまったアンモニア又はアミンを収集するように設計されている。吸収体となる溶液の温度に応じて（温度が低いほど、滑り落ちは少なくなる）、ＮＨ３に関する問題として考えられる。ループは、流入４２４に連結された気液接触器４２６を含む。気液接触器については、２００９年７月６日出願の米国特許出願１２／４５９，６８５号明細書「気液接触器及び廃液清浄システム並びに方法」に記載されおり、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００６５】
気液接触器４２６は、キャッチタンク４３０に連結された流出４２８、再循環ループ、及び流出４３２を含む。ピペラジン又はアルカノールアミンのようなアミンが、吸収体溶液として使用される場合には、セクション４の必要性は低く、セクション４の設置については、プロセス全体の必要条件及び温度を検証して決定される。分子量の小さいアミンはスリップして（滑り落ちて）しまうことから、捕捉する方が有益な場合があり、一方、分子量の大きいアミンはスリップしないことから、処理を行う必要がなく、セクション４は必要に応じて設けられる。出力４３２は、出力４３６を有する燃焼排ガス排気筒４３４へと方向付けられる。
【００６６】
セクション６は、沈殿反応器４３８において鉱物炭酸塩が沈殿する場所を表している。沈殿反応器４３８は、当技術分野で知られる連続攪拌タンク型反応器である。この反応器４３８において、炭酸イオンを多く含むストリーム４２０が、カルシウムイオンを多く含むストリーム４５６と混ぜ合わせられる。滞留時間が十分である場合には沈殿反応器には炭酸カルシウムが形成され、沈殿した炭酸カルシウムを含む液体ストリーム４４０が、分離システム４４２へと送られる。
【００６７】
セクション７は、分離システム４４２における、液体ストリームから固形物を分離する部分を表している。分離は、ベルトろ過器又は加圧ろ過器を使用する方法を含む複数の方法で行うことができる。特に、連続的動作を行う場合には、分離システムは、ベルトろ過器を含むことができる。分離システム４４２は、ベルトろ過器又は加圧ろ過器へ最適な濃度の固形物を供給する方法を含んでもよい。これらの方法としては、濃縮槽又はその他の重力沈殿方法を含んでもよい。または、重力と併用して、沈殿液体遠心分離機を使用して、最適な固形物濃度をベルトろ過器又は加圧ろ過器へ提供してもよい。分離システム４４２は、アミン損失を低減するために、固形物を洗浄する方法を含んでもよい。残留水に主に炭酸カルシウムを含んだ固形物ストリーム４４４は、地中に埋められてもよいし、セメントの生成に利用してもよい。液体ストリーム４４６は、アルカリ度抽出器４５０へと送られる。アルカリ度抽出器４５０は、当技術分野で知られた連続攪拌タンク型反応器である。
【００６８】
セクション８は、珪灰石のようなアルカリ性鉱物、又は製鋼スラグ、セメント窯ダストのようなアルカリ性産業副産物から、アルカリ度を抽出する部分を表している。アルカリ度抽出反応器４５０では、液体ストリーム４４６と固形物ストリーム４７４とが混ぜ合わせられる。アルカリ度抽出反応器は、ミキサー及びヒーターを含む。ミキサー及びヒーターは、溶解速度を上げる助けをする。溶解しているアルカリ度は、ストリーム４５２によって運ばれ、ストリーム４４８は、シリカのような不活性固体及び非溶解物質を含む。ストリーム４５２は、相分離器４５４に送られ、そこで、アミンと塩化カルシウムとを分離する。塩化カルシウムのストリーム４５６は、沈殿反応器４３８へと送られて、アミンのストリームは、ストリーム４５８を通じてＣＯ２吸収器へと送られる。
【００６９】
セクション９は、ストリーム４５２を、カルシウムを多く含むストリームとアミンを多く含むストリームとに分離する部分を示している。ピペラジンの場合の分離について、Cullinane著「Thermodynamics and Kinetics of Aqueous Piperazine with Potassium Carbonate for Carbon Dioxide Absorption（二酸化炭素吸収のための、炭酸カリウムと水性ピペラジンの熱力学及び反応速度論）」、テキサス大学オースティン校、論文、２００５年、１６７〜１７１ページに記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。アルカリ度抽出段階では、液体のｐＨが上がり、ピペラジンが溶解しにくくなる。そして、その後の温度低下により、ピペラジンが液体から沈殿する、又は液層として分離する。したがって、相分離システムは、液体の温度を低下させる手段、及びピペラジンを多く含む相と塩を多く含む相とを分離する物理的手段を含む。液体の温度は、熱交換器を使用して下げることができる。相分離に使用する熱交換器を、熱交換器４１８と組み合わせてもよい。ピペラジンを多く含む相と塩を多く含む相とを分離する物理的手段は、標準的な方法を用いて実現することができる。ピペラジンが、固体のピペラジン六水和物として沈殿する場合には、セクション７で説明したシステムと同様なシステムを機械的装置として使用し、相分離を行ってもよい。次に、ピペラジンは、再び溶解されて、ストリーム４５８を通じて、ＣＯ２収集システムへと送られる。ピペラジンが液相として分離される場合には、ピペラジンを多く含む相と塩を多く含む相とを、標準的な方法によって分離することができる。具体的には、水相から有機物質を分離するのに利用される方法を使用することができる。より具体的には、水から油を分離するシステムを、相分離を達成する機械的装置として使用することができる。
【００７０】
セクション１０は、鉱物炭酸化プロセスに適したアルカリ性原料を生成する方法を示している。原料ストリーム４６０は、当技術分野で知られた粉砕装置を含む粉砕システム４６２に入る。粉砕する前に、粉砕システムが受容可能な程度に、原料を予め砕く必要がある場合もある。粉砕された材料は、ストリーム４６４を介して、サイズ選別システム４６８に入る。サイズ選別システムは、サイクロン、又はその他の当技術分野で知られた粉砕された固形物を大きさで選別可能なシステムであってもよい。サイズの小さな固形物（メッシュの大きさ２００又はそれより小さな大きさ）は、ストリーム４７０を通じて、付加的前処理段階４７２へと送られる。サイズの大きな固形物は、ストリーム４６６を通じて、粉砕システム４６２へと再び送られる。付加的前処理段階４７２は、磁気分離、固形物への加熱、又はアルカリ性物質の溶解速度を高める等のその他の段階を含んでもよい。
【００７１】
図４のシステムの動作について説明する。システムは、燃焼排ガス中のＣＯ２及びその他の成分の鉱物炭酸化に使用され、カルシウム含有のアルカリ性物質との反応によって、炭酸カルシウムが生成される。この実施形態では、反応全体は、次の反応式で表される。
ＣａＳｉＯ３＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋ＳｉＯ２
【００７２】
この実施形態では、ストリーム４０２を通じて、二酸化炭素ＣＯ２が鉱化プロセスに入る。アルカリ性物質は、ストリーム４６０を通じてプロセスに入る。ストリーム４４４を通じて、システムから炭酸カルシウム生成物が排出される。沈殿した炭酸カルシウム生成物は、石灰石を利用した燃焼排ガスの脱硫システム、又は、塗料添加物のようなその他の周知の用途に使用するに十分な品質を有する。シリカ及び、反応しなかったアルカリ性の供給原料は、ストリーム４４８を通じて、鉱化プロセスを出る。
【００７３】
燃焼排ガスは、ガス調整システム（セクション１）を通過して、ＣＯ２洗浄器（セクション２）に流れ込み、そこで、例えば、ピペラジン塩酸塩のような溶媒と接触することにより、ストリームからＣＯ２の大部分が取り除かれる。ＣＯ２洗浄器を出た燃焼排ガスは、随意設けられる洗浄器（セクション４）を通過させることにより、ＣＯ２洗浄プロセスの間に燃料排ガスに同伴したアミンの蒸気を取り除く。排気筒についての必要条件に応じて、燃焼排ガス調整段階が必要となる場合があり、その場合は、ブロック４３４で行われる。
【００７４】
溶媒流ループは、ストリーム、４１６、４２０、４４０、４４６、４５２、４５８及び４２２を含む。ＣＯ２を高濃度で含む溶媒は（高濃度ストリーム４１６）は、セクション６〜９で構成される溶媒処理サブシステムへと入る。溶媒処理サブシステムを通過した後、溶媒のＣＯ２は下がり（希薄ストリーム４２２）、ＣＯ２気液接触器へと再び送られる。
【００７５】
水溶液は、弱塩基（アミン）と強酸（ＨＣｌ）とを含む。塩基に対する酸の比は、プロセス中に変化する。塩基に対する酸の比が最も高くなるのは、アルカリ度抽出段階４５０の前のストリーム４４６である。反対に、塩基に対する酸の比が最も低くなるのは、アルカリ度抽出段階４５０の後の、ストリーム４５２である。
【００７６】
［実施例］
＜実施例１＞
実施例１では、規模の小さいノズルアレイ試験装置が使用され、通常の動作条件の下、様々な化学物質の物質移動係数の数値を求めた。本実施例は、気液接触器中で、ＫＯＨ水溶液が直接、直交流ガス中のＣＯ２と結合する直接的鉱化の一例であり、気液接触器は、ノズルプレートを利用している。
【００７７】
図５Ａに示すように、ノズル装置は、参照番号５００で表されている。ノズル装置は、プレナムカバー５０２、流れ調整器５０４、及びノズルプレート５０６を含む。ノズル装置は、気液接触器において、複数の液体ジェットを形成するのに使用される。
【００７８】
プレナムカバー５０２は、プレナム５０８及び液体入口５１０を含む。プレナムは、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）で形成されている。ノズルプレート５０６の上方に設けられたプレナム５０８内の流体圧力を計測するために、圧力計（図示せず）が配置されている。プレナムは、ノズルプレート５０６上方に形成された密閉室であり、幅約１４２ｍｍ、高さ約７６ｍｍ、深さ約６．４ｍｍの寸法を有する。ノズルプレート５０６は、４つのノズルバンク５１２、５１４、５１６及び５１８を含む。この構成では、各ノズルバンクは、１２個のノズル５０６を含む。ノズルはそれぞれ、等間隔で設けられ、ノズル同士の間の距離は４ｍｍである。ノズルバンク５１２、５１４、５１６及び５１８の間の距離は、均一である。この例では、ノズルバンク同士の間の距離は、３ｃｍである。
【００７９】
本実施形態では、３１６Ｌステンレス鋼板を切削することによりノズルを形成した。切削は、ＣＮＣマシーンを使用して行われた。ノズルの入口側が図５Ｅに示され、出口側が図５Ｄに示されている。ノズルバンク（５０４、５０６、５０８及び５１０）は、ステンレス鋼板に切削により形成されている。ステンレス鋼板の一方の面に、ボールミルを使用して、図５Ｅに示すように、５．５ｍｍの長さの溝を形成した（５０４、５０６、５０８及び５１０）。ステンレス鋼板５０２の反対側の面（図５Ｄ）には、流路の上に位置する４つの列を切削により形成した。列に渡って、Ｖ字型の溝を深さ０．０５６インチで切り込むことにより、複数のノズルが形成されている。
【００８０】
流れ調整器５０４が、プレナムに挿入される。流れ調整器は、ノズル面に垂直な流路に沿って、流体をノズルへと流すために設けられている。流れ調整器５０４は、４つの流路（５２０、５２２、５２４、５２６）を有し、これら流路はそれぞれ、ノズルプレート５０２のノズルバンク５０４、５０６、５０８、５１０と一列になるように並べられている。流路の高さは、１０．４ｍｍであり、各流路の幅は、６．４ｍｍである。
【００８１】
この実施例の目的は、二酸化炭素の鉱化に使用される０．１ＭのＫＯＨ溶液の、物質移動係数を求めることである。以前に実行された実施例（図示せず）で求められた０．１ＭのＫＯＨ溶液の物質移動係数は、約０．１ｃｍ／秒であった。したがって、この実施例においても、物質移動係数は、約０．１ｃｍ／秒になるはずである。
【００８２】
この実施例では、長時間にわたってｐＨを一定に保つために、ＣＯ２濃度を約３％とした。このようにすることにより、より正確に物質移動係数を求めることができた。本実施例で使用された０．１ＭのＫＯＨ溶液は、キャッチタンク（図示せず）に輸送され、ジェットは、約２０ｐｓｉのプレナム圧に設定される。３％のＣＯ２ガスは、フーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）スペクトロメータを通過するように、様々な流量で送られ、基準となる吸収が記録された。以下に示す表２には、基準となる吸収を使用してサンプルを抜き出して示している。吸収を測定するために使用された波数は、２３０８．６３６ｃｍ−１である。ＣＯ２の濃度を３％に希薄するのに使用された方法に応じて、より正確性を期すために、異なる流量それぞれについて、基準吸収が記録された。表２には、３％のＣＯ２ガス流の場合の基準吸収が示されている。
【表２】
2012504043.tif 000008
【００８３】
３％のＣＯ２ガスを、様々な流量で、０．１ＭのＫＯＨ溶液に対して直交流で接触させた。ＣＯ２流量、及び対応するＦＴＩＲ吸収レベルを記録した。表３は、基準吸収を使用して抽出したサンプルを示す。吸収を測定するために使用された波数は、２３０８．６３６ｃｍ−１である。表３には、様々なＣＯ２ガス流量で測定されたＣＯ２吸収の結果が示されている。
【表３】
2012504043.tif 000009
【００８４】
上記の表２及び表３のデータを使用して、物質移動係数を式３を使用して計算した。
【数３】
2012504043.tif 000010
ここで、ｎは、ＫＯＨ溶液に直交流で接触させた間に測定された吸収レベル、ｎ０は、３％のＣＯ２流の基準吸収、ｔは、ジェットパックを通過するガスの滞留時間を表す。そして、滞留時間に対する−ｌｎ（ｎ／ｎ０）をプロットし、ｓ−１を単位とするｋａｓの勾配が得られた。式３において、ｋは、物質移動係数（ｃｍ／秒）、ａｓ（ｃｍ−１）は、ジェットパックの比面積、ｔは時間（秒）である。ジェットパックに適用した比面積は、約３ｃｍ−１であると測定された。この比面積を使用して、物質移動係数を計算することができる。
【００８５】
図６は、実施例１における、滞留時間に対する−ｌｎ（ｎ／ｎ０）のグラフである。このグラフでは、直線の勾配を、３つの吸収度のデータ点をプロットすることにより決定した。勾配は、物質移動係数とジェットパックの比面積との積を表す。従って、この勾配を、比面積（３ｃｍ−１）で割ることにより、物質移動係数を求めることができ、約０．０９ｃｍ／秒となった。この値は、測定していない過去のデータに基づく仮定値に近いものとなっている。本実施例において、０．１ＭのＫＯＨ溶液のｐＨは、ＣＯ２濃度を低くしたことにより、試験の間一定に保たれた。
【００８６】
＜実施例２＞
実施例１で説明したような試験台装置を使用して、複数ジェットのアレイが形成された。この実施例は、気液接触器中で、ＫＯＨ水溶液が直接、直交流ガス中のＣＯ２と結合する直接的鉱化の一例である。Ｍｇ（ＯＨ）２を水に添加した時、溶液のｐＨが１１．８になった。これにより、ＫＯＨとＭｇ（ＯＨ）２との溶解速度の直接の比較が可能となる。理論的には、Ｍｇ（ＯＨ）２の溶解速度は、システムにおいて律速段階であり、Ｍｇ（ＯＨ）２の濃度を上げると、利用可能性が広がる。しかしながら、Ｍｇ（ＯＨ）２と水の混合物はスラリーを形成するので、良好な利用条件を得られる程度であって、且つジェットの動きを妨げない程度に濃度を上げる必要がある。長時間にわたってｐＨを一定に保つために、ＣＯ２濃度を約３％とした。このようにすることにより、より正確に物質移動係数を求めることができた。
【００８７】
溶液は、キャッチタンクに輸送され、ジェットは、約２０ｐｓｉのプレナム圧に設定された。３％のＣＯ２ガスは、５ＳＬＭ〜２０ＳＭＬの速度で直交流方向に流され、基準吸収が記録されたＦＴ‐ＩＲへと送られた。長時間にわたってｐＨを一定に保つために、ＣＯ２の濃度を３％に希薄するのに使用された方法によって、より正確性を期すために、異なる流量それぞれについて、基準吸収が記録された。このようにすることにより、より正確に物質移動係数を求めることができる。
【００８８】
この実施例では、ｐＨが一定して１１．８になるまで、ＫＯＨを５ガロンの水に添加した。溶液は、キャッチタンク（図示せず）に輸送され、ジェットは、約２０ｐｓｉのプレナム圧に設定された。３％のＣＯ２ガスは、異なる流量でＦＴＩＲを通過するように送られ、基準となる吸収が記録された。以下に示す表４は、基準吸収を使用してサンプルを抜き出して示している。吸収を測定するために使用された波数は、２３０８．６３６ｃｍ−１である。ＣＯ２の濃度を３％に希薄するのに使用された方法により、より正確性を期すために、異なる流量それぞれについて、基準吸収が記録された。表４には、３％のＣＯ２ガス流の場合の基準吸収が示されている。
【表４】
2012504043.tif 000011
【００８９】
３％のＣＯ２ガスは、異なる流量で流れるＫＯＨ溶液に対して、直交流方向に流された。ＣＯ２流量、及び対応するＦＴＩＲ吸収レベルを記録した。表５は、基準吸収を使用して抽出したサンプルを示す。吸収を測定するために使用された波数は、２３０８．６３６ｃｍ−１であった。表５には、様々なＣＯ２ガス流量で測定されたＣＯ２吸収の結果が示されている。
【表５】
2012504043.tif 000012
【００９０】
実施例２で説明したように、表４及び表５のデータ、並びに式３を使用して、物質移動係数を計算することができる。図７は、実施例３における、滞留時間に対する−ｌｎ（ｎ／ｎ０）のグラフである。このグラフでは、直線の勾配を、４つの吸収度のデータ点をプロットすることにより決定した。勾配は、物質移動係数とジェットパックの比面積との積を表す。この実施例では、勾配は、０．２３２８ｓ−１であった。勾配を、約３ｃｍ−１の比面積で割ると、物質移動係数を求めることができ、０．０８ｃｍ／秒となった。これらのパラメータを使用することにより、この実施例で得られた物質移動係数を直接Ｍｇ（ＯＨ）２試験の結果と比較することができ、Ｍｇ（ＯＨ）２の溶解速度が、ＣＯ２収集の律速反応であるか否か判断することができる。
【００９１】
＜実施例３＞
実施例１で説明したような試験台装置を使用して、複数ジェットのアレイが形成された。本実施例では、ｐＨが１１．８であり、１％（ｗ／ｗ）のＭｇ（ＯＨ）２溶液を使用した。気液接触器中で、Ｍｇ（ＯＨ）２水溶液が直接、直交流ガス中のＣＯ２と結合する直接的鉱化が行われた。Ｍｇ（ＯＨ）２を水に添加した時、溶液のｐＨが１１．８になった。これにより、ＫＯＨ（実施例２）の溶解速度とＭｇ（ＯＨ）２の溶解速度の直接比較が可能となる。理論的には、Ｍｇ（ＯＨ）２の溶解速度は、システムにおける律速段階であり、Ｍｇ（ＯＨ）２の濃度を上げると、利用可能性が広がる。しかしながら、Ｍｇ（ＯＨ）２と水の混合物はスラリーを形成するので、良好な利用条件を得られる程度であって、且つジェットの動きを妨げない程度に濃度を上げる必要がある。長時間にわたってｐＨを一定に保つために、ＣＯ２濃度を約３％とした。このようにすることにより、より正確に物質移動係数を求めることができた。
【００９２】
この実施例では、Ｍｇ（ＯＨ）２を１８１ｇ、５ガロンの水に添加して、１％の水溶液を作成し、使用した。２００のサイズのメッシュを通過することにより、固形物が篩に掛けられ、粒子径が約７５ミクロンとなる。溶液は、キャッチタンク（図示せず）に輸送され、ジェットは、約２０ｐｓｉのプレナム圧に設定された。
【００９３】
３％のＣＯ２ガスが、異なる流量でＦＴＩＲを通過するように送られ、基準となる吸収が記録された。以下に示す表６は、基準吸収を使用してサンプルを抜き出して示している。吸収を測定するために使用された波数は、２３０８．６３６ｃｍ−１である。ＣＯ２の濃度を３％に希薄するのに使用された方法により、より正確性を期すために、異なる流量それぞれについて、基準吸収が記録された。表６には、３％のＣＯ２ガス流の場合の基準吸収が示されている。
【表６】
2012504043.tif 000013
【００９４】
３％のＣＯ２ガスは、様々な流量で流れる１％Ｍｇ（ＯＨ）２溶液に対して、直交流方向に流された。ＣＯ２流量、及び対応するＦＴＩＲ吸収レベルを記録した。表７は、基準吸収を使用して抽出したサンプルを示す。吸収を測定するために使用された波数は、２３０８．６３６ｃｍ−１であった。表７には、様々なＣＯ２ガス流量で測定されたＣＯ２吸収の結果が示されている。
【表７】
2012504043.tif 000014
【００９５】
実施例１で説明したように、上記のデータ、及び式３を使用して、物質移動係数を計算することができる。図９は、実施例３における、滞留時間に対する−ｌｎ（ｎ／ｎ０）のグラフである。このグラフでは、直線の勾配を、３つの吸収度のデータ点をプロットすることにより決定した。勾配は、物質移動係数とジェットパックの比面積との積を表す。この実施例では、勾配は、０．２０６４ｓ−１であった。勾配を、約３ｃｍ−１の比面積で割ると、物質移動係数を求めることができ、約０．０７ｃｍ／秒となった。
【００９６】
ここで求められた物質移動係数は、同じｐＨで測定したＫＯＨ水溶液の物質移動係数よりも低くなっており、ＫＯＨ溶液における溶解速度の方が大きいことを示している。Ｍｇ（ＯＨ）２の溶解速度が、ＣＯ２収集システムにおける律速反応であるならば、物質移動係数に増加が見られるはずであり、そして、Ｍｇ（ＯＨ）２濃度が大きくなれば、利用可能性も広がるはずである。
【００９７】
この実施例により、例えば、ノズルの目詰まり等の悪影響を装置に及ぼすことなく、スラリーを使用して動作可能であることが示された。また、液体を継続して攪拌することにより、固体の溶解率を促進できることも示された。さらに、高い表面再生／更新率により、収集率、例えばＣＯ２収集率が高くなることが示された。
【００９８】
＜実施例４＞
実施例１で説明したような試験台装置を使用して、複数ジェットのアレイが形成された。本実験の目的は、５％質量濃度のＭｇ（ＯＨ）２溶液の場合の物質移動係数を求めることである。本実施例では、Ｍｇ（ＯＨ）２溶液の直接的鉱化が実行された。この実験結果を直接、実施例３と比較して、Ｍｇ（ＯＨ）２の溶解速度が限定されているかを検証した。
【００９９】
この実施例では、Ｍｇ（ＯＨ）２を９０５ｇ、５ガロンの水に添加して、５％（ｗ／ｗ）の水溶液を作成し、使用した。２００のサイズのメッシュを通過することにより、固形物が篩に掛けられ、粒子径が約７５ミクロンとなった。溶液は、キャッチタンク（図示せず）に輸送され、ジェットは、約２０ｐｓｉのプレナム圧に設定された。
【０１００】
３％のＣＯ２ガスが、異なる流量でＦＴＩＲを通過するように送られ、基準となる吸収が記録された。以下に示す表８は、基準吸収を使用してサンプルを抜き出して示している。吸収を測定するために使用された波数は、２３０８．６３６ｃｍ−１である。ＣＯ２の濃度を３％に希薄するのに使用された方法により、より正確性を期すために、異なる流量それぞれについて、基準吸収が記録された。表８には、３％のＣＯ２ガス流の場合の基準吸収が示されている。
【表８】
2012504043.tif 000015
【０１０１】
３％のＣＯ２ガスは、様々な流量で流れる５％Ｍｇ（ＯＨ）２溶液に対して、直交流方向に流された。複数のＣＯ２流量、及び対応するＦＴＩＲ吸収レベルを記録した。表９は、基準吸収を使用して抽出したサンプルを示す。吸収を測定するために使用された波数は、２３０８．６３６ｃｍ−１であった。表９には、様々なＣＯ２ガス流量で測定されたＣＯ２吸収の結果が示されている。
【表９】
2012504043.tif 000016
【０１０２】
実施例１で説明したように、上記のデータ、及び式３を使用して、物質移動係数を計算することができる。図９は、実施例４における、滞留時間に対する−ｌｎ（ｎ／ｎ０）のグラフである。このグラフでは、直線の勾配を、３つの吸収度のデータ点をプロットすることにより決定した。勾配は、物質移動係数とジェットパックの比面積との積を表す。この実施例では、勾配は、０．２９９８ｓ−１であった。勾配を、約３ｃｍ−１の比面積で割ると、物質移動係数を求めることができ、約０．１０ｃｍ／秒となった。ここで求められた物質移動係数は、同じｐＨで測定したＫＯＨ水溶液の物質移動係数（実施例１及び２）及び、１％Ｍｇ（ＯＨ）２溶液の物質移動係数（実施例３）よりも高くなっている。
【０１０３】
これら２つの試験による物質移動係数のプロットは、１０ＳＬＭと１５ＳＬＭとの間の流量に焦点を合わせて調整を行っている。この結果は、ＫＯＨ溶液の溶解速度は高いが、５％Ｍｇ（ＯＨ）２溶液の方が、その高い濃度から、好適に利用できると考えられる。５％Ｍｇ（ＯＨ）２のｐＨについても、溶液中に存在する高濃度の水酸化物により、実験中は一定に保たれた。この実施例では、ＫＯＨ溶液の物質移動係数と、Ｍｇ（ＯＨ）２の物質移動係数とは、非常に近い値であることが示された。
【０１０４】
＜実施例５＞
実施例１で説明したような試験台装置を使用して、複数ジェットのアレイが形成された。本実施例の目的は、１質量％濃度（ｗ／ｗ）の製鋼スラグ溶液の場合の物質移動係数を求めることである。この実施例では、製鋼スラグ溶液の直接的鉱化が行われた。この実施例では、製鋼スラグの溶解速度とＭｇ（ＯＨ）２の溶解速度の直接比較が可能となる。いずれの溶液も、ＣＯ２と反応させて炭酸塩の固形物を生成するのに使用することができる。この実施例では、同程度のスラリー濃度において、どちらの溶液がより効率的な利用を可能とするかを示す。本実施例において、製鋼スラグと水の混合物はスラリーを形成し、良好な利用条件を得られる程度であって且つジェットの動きを妨げない程度にスラリー濃度を上げる必要がある。
【０１０５】
１８１ｇの製鋼スラグを、５ガロンの水に添加して、１％（ｗ／ｗ)の水溶液を作成し、使用した。２００のサイズのメッシュを通過することにより、固形物が篩に掛けられ、粒子径が約７５ミクロンとなった。溶液は、キャッチタンク（図示せず）に輸送され、ジェットは、約２０ｐｓｉのプレナム圧に設定された。
【０１０６】
３％のＣＯ２ガスが、異なる流量でＦＴＩＲを通過するように送られ、基準となる吸収が記録された。以下に示す表１０は、基準吸収を使用してサンプルを抜き出して示している。吸収を測定するために使用された波数は、２３０８．６３６ｃｍ−１である。ＣＯ２の濃度を３％に希薄するのに使用された方法により、より正確性を期すために、異なる流量それぞれについて、基準吸収が記録された。表１０には、３％のＣＯ２ガス流の場合の基準吸収が示されている。
【表１０】
2012504043.tif 000017
【０１０７】
３％のＣＯ２ガスは、様々な流量で流れる１％の製鋼スラグ水溶液に対して、直交流方向に流された。複数のＣＯ２流量、及び対応するＦＴＩＲ吸収レベルを記録した。表１１は、基準吸収で抽出したサンプルを示す。吸収を測定するために使用された波数は、２３０８．８４０ｃｍ−１であった。表１１には、様々なＣＯ２ガス流量で測定されたＣＯ２吸収の結果が示されている。
【表１１】
2012504043.tif 000018
【０１０８】
実施例１で説明したように、上記のデータ、及び式３を使用して、物質移動係数を計算することができる。
【０１０９】
図１０は、実施例５における、滞留時間に対する−ｌｎ（ｎ／ｎ０）のグラフである。測定結果のグラフの勾配は、０．２７４４ｓ−１であった。勾配は、物質移動係数とジェットパックの比面積との積を表す。勾配を、約３ｃｍ−１の比面積で割ると、物質移動係数を求めることができ、約０．０９ｃｍ／秒となった。ここで求められた物質移動係数は、ＫＯＨ水溶液の物質移動係数及び１％Ｍｇ（ＯＨ）２溶液の物質移動係数よりも高くなっている。これら２つの試験による物質移動係数のプロットは、１０ＳＬＭと１５ＳＬＭとの間の流量に焦点を合わせて調整を行っている。試験の結果は、ＫＯＨ溶液の物質移動係数と、１％の製鋼スラグ溶液の物質移動係数は、同様であることを示している。
【０１１０】
＜実施例６＞
実施例１で説明したような試験台装置を使用して、複数ジェットのアレイが形成された。本実施例の目的は、約５質量％（ｗ／ｗ）の濃度の製鋼スラグ溶液の場合の物質移動係数を求めることである。この実施例では、５％製鋼スラグの溶解速度とＭｇ（ＯＨ）２の溶解速度の直接比較が可能となる。いずれの溶液も、ＣＯ２と反応させて炭酸塩の固形物を生成するのに使用することができる。この実施例では、同様なスラリー濃度を示している。本実施例において、製鋼スラグと水の混合物はスラリーを形成し、良好な利用条件を得られる程度であって且つジェットの動きを妨げない程度にスラリー濃度を上げる必要がある。ｐＨを長時間一定に保つため、ＣＯ２濃度は、１２％から３％に下げられた。このようにすることにより、より正確に物質移動係数を求めることができた。
【０１１１】
９０５ｇの製鋼スラグを、５ガロンの水に添加して、５％（ｗ／ｗ)の水溶液を作成し、使用した。２００のサイズのメッシュを通過することにより、固形物が篩に掛けられ、粒子径が約７５ミクロンとなった。溶液は、キャッチタンクに輸送され、ジェットは、約２０ｐｓｉのプレナム圧に設定された。３％のＣＯ２ガスが、異なる流量でＦＴＩＲを通過するように送られ、基準となる吸収が記録された。以下に示す表１２は、基準吸収を使用してサンプルを抜き出して示している。吸収を測定するために使用された波数は、２３０８．８４０である。ＣＯ２の濃度を３％に希薄するのに使用された方法により、より正確性を期すために、異なる流量それぞれについて、基準吸収が記録された。表１２には、ＣＯ２ガス流の場合の基準吸収が示されている。
【表１２】
2012504043.tif 000019
【０１１２】
３％のＣＯ２ガスは、様々な流量で流れる５％の製鋼スラグ水溶液に対して、直交流方向に流された。複数のＣＯ２流量、及び対応するＦＴＩＲ吸収レベルを記録した。表１３は、基準吸収を使用して抽出したサンプルを示す。吸収を測定するために使用された波数は、２３０８．８４０ｃｍ−１であった。表１３には、様々なＣＯ２ガス流量で測定されたＣＯ２吸収の結果が示されている。
【表１３】
2012504043.tif 000020
【０１１３】
実施例１で説明したように、上記のデータ、及び式３を使用して、物質移動係数を計算することができる。図１１は、実施例６における、滞留時間に対する−ｌｎ（ｎ／ｎ０）のグラフである。測定結果のグラフの勾配は、０．３４５７ｓ−１であった。勾配は、物質移動係数とジェットパックの比面積との積を表す。勾配を、約３ｃｍ−１の比面積で割ると、物質移動係数を求めることができ、約０．１２ｃｍ／秒となった。ここで求められた物質移動係数は、ＫＯＨ水溶液、１％Ｍｇ（ＯＨ）２、５％Ｍｇ（ＯＨ）２及び１％製鋼スラグ溶液の物質移動係数よりも高くなっている。これら２つの試験による物質移動係数のプロットは、１０ＳＬＭと１５ＳＬＭとの間の流量に焦点を合わせて調整を行っている。実験に使用された流れ制御装置は、測定において、より高い精度を有していた。流れ制御装置のレンジは、所望の流量と適合していた。
【０１１４】
本発明の範囲及び精神の範囲内で、様々な変更及び改良が可能であることは、当業者にとって明らかである。本発明は、このような変更及び改良についても、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲に含まれるものと仮定して包含することを意図している。
【図１】
2012504043.tif 000021
【図２】
2012504043.tif 000022
【図３】
2012504043.tif 000023
【図４】
2012504043.tif 000024
【図５Ａ】
2012504043.tif 000025
【図５Ｂ】
2012504043.tif 000026
【図５Ｃ】
2012504043.tif 000027
【図５Ｄ】
2012504043.tif 000028
【図５Ｅ】
2012504043.tif 000029
【図５Ｆ】
2012504043.tif 000030
【図６】
2012504043.tif 000031
【図７】
2012504043.tif 000032
【図８】
2012504043.tif 000033
【図９】
2012504043.tif 000034
【図１０】
2012504043.tif 000035
【図１１】
2012504043.tif 000036
【国際調査報告】
2012504043.tif 000037