專利名稱：從氣流去除二氧化碳的方法
技術領域：
本發明涉及降低包含ニ氧化碳的氣體中的ニ氧化碳濃度的方法。
背景技術：
許多エ業方法(包括水泥的制造)產生了大量的在煙道氣中排放的ニ氧化碳。ニ氧化碳被認為是造成全球變暖的“溫室氣體”。因此需要減少釋放到大氣中二氧化碳的量。一種減少ニ氧化碳エ業排放的方法是在將煙道氣釋放到大氣中之前處理包含所述ニ氧化碳的煙道氣，從而捕集ニ氧化碳。原則上，使用包含堿土金屬的可碳酸鹽化的固體材料，ニ氧化碳可作為穩定的堿土金屬碳酸鹽而被捕集。然而，在典型的煙道氣的溫度和壓力下，即使該碳酸鹽化通常在熱力學上是有利的，但是使用ニ氧化碳對這種材料進行直接的碳酸鹽化可能會非常緩慢。煙道氣通常具有約200° C以下的溫度和約ー個大氣壓的壓 力，并且還通常具有高含量的水蒸氣。為了在尺寸和成本合理的處理單元中俘獲大部分的水泥廠ニ氧化碳排放物，必須具有能迅速去除ニ氧化碳的有效的氣體洗滌系統。一種以穩定形式儲存被俘獲的ニ氧化碳的方法是將其轉化成為穩定的礦物碳酸鹽，例如堿土金屬碳酸鹽(如碳酸鈣、碳酸鎂或混合的碳酸鈣/碳酸鎂的形式)。已知堿金屬碳酸鹽在水溶液中與ニ氧化碳反應形成包含碳酸氫鹽離子的溶液。所涉及的反應可通過以下方程式來描述。I堿金屬碳酸鹽在水中解離以得到離子溶液
R2CO3 + H20(液體，過量)B 2R+(aq) + C03=(aq)其中R表示堿金屬。2 ニ氧化碳氣體的溶劑化
C02 + H20(液體，過量)HC02(aq) 3溶劑化的CO2與碳酸的平衡
C02(aq) + H2O H2CO^aq)4碳酸鹽與碳酸氫鹽的平衡
H2CO;,(aq)ネ CO,(aq) ^ 2HCO,(aq)方程式2、3和4所表述的平衡能夠顯示，在任意給定溫度下，與溶液平衡的CO2氣體分壓應該近似地與水溶液離子活度比{ (hco3_)2/(CO3=M成比例地變化，并且假設除了以上所示的那些離子以外不存在大量的其他已溶解離子，則初始堿金屬碳酸鹽溶液溶解ニ氧化碳氣體的有效能力近似地與已溶解的堿金屬濃度成比例地増加。在最引人關注的用于氣體洗滌的操作條件下，即在接近大氣壓力和例如10° C至80° C (通常10° C至70° C)的溫度下，與使用純凈水相比，使用濃縮的堿金屬碳酸鹽溶液作為洗滌液能夠使ニ氧化碳在水中的有效溶解度增加多達兩個數量級。在用于溶解ニ氧化碳氣體的堿金屬碳酸鹽溶液還包含顯著濃度的氫氧離子的情況下，所述氫氧離子進一步增加了所述堿金屬碳酸鹽溶液的堿度并且由此提高了其溶解ニ氧化碳氣體的能力，反應(5)會趨于優先于反應(4)而發生，直到所有的氫氧離子已經耗盡，其后反應(4)會再次如上文地占主導地位5氫氧化物與碳酸鹽的平衡
權利要求
1.一種降低包含ニ氧化碳的氣體的ニ氧化碳濃度的方法，所述方法包括，在第一階段中將包含ニ氧化碳的氣體與包含堿金屬碳酸鹽和/或堿金屬氫氧化物的處理溶液以及催化劑接觸，以促進ニ氧化碳的吸收，從而形成包含堿金屬碳酸鹽和堿金屬碳酸氫鹽的第二溶液，和在第二階段中將所述第二溶液與包含可碳酸鹽化的硅酸鹽的材料接觸，所述包含可碳酸鹽化的硅酸鹽的材料包含能夠形成不溶的碳酸鹽的堿土金屬陽離子，從而生成ニ氧化硅和包含所述陽離子的固體碳酸鹽，并由此使包含堿金屬碳酸鹽的溶液再生。
2.根據權利要求I所述的方法，其中在所述堿金屬碳酸鹽溶液再生之后，將所述堿金屬碳酸鹽溶液重新用于所述處理溶液中。
3.根據權利要求2所述的方法，其中將堿金屬氫氧化物加入至待重新使用的所述堿金屬碳酸鹽溶液。
4.根據前述權利要求任一項所述的方法，其中所述堿金屬是鈉或鉀。
5.根據前述權利要求任一項所述的方法，其中所述堿土金屬陽離子是鈣或鎂。
6.根據前述權利要求任一項所述的方法，其中所述催化劑是碳酸酐酶。
7.根據權利要求6所述的方法，其中在所述第二溶液形成之后，在所述第二階段之前從所述溶液去除酶。
8.根據前述權利要求任一項所述的方法，其中所述包含ニ氧化碳的氣體是水泥廠煙道氣。
9.根據前述權利要求任一項所述的方法，其中所述包含ニ氧化碳的氣體在高pH、無催化劑時與包含堿金屬碳酸鹽和堿金屬氫氧化物的溶液接觸，并且當所述氫氧化物轉化成堿金屬碳酸鹽而所述碳酸鹽形成碳酸氫鹽、所述溶液的PH降低時，將該pH降低的溶液與催化劑接觸。
10.根據前述權利要求任一項所述的方法，其中用包含堿土金屬碳酸鹽的懸浮液預處理所述包含ニ氧化碳的氣體。
11.ー種成形形式的組合物，所述組合物包含可通過前述權利要求任一項所述的方法得到的不溶的碳酸鹽和ニ氧化硅。
全文摘要
本發明提供一種降低包含二氧化碳的氣體的二氧化碳濃度的方法，所述方法包括，在第一階段中將包含二氧化碳的氣體與包含堿金屬碳酸鹽和/或堿金屬氫氧化物的處理溶液以及催化劑接觸，以促進二氧化碳的吸收，從而形成包含堿金屬碳酸鹽和堿金屬碳酸氫鹽的第二溶液，和在第二階段中將所述第二溶液與包含可碳酸鹽化的硅酸鹽的材料接觸，所述包含可碳酸鹽化的硅酸鹽的材料包含能夠形成不溶的碳酸鹽的堿土金屬陽離子，從而生成二氧化硅和包含所述陽離子的固體碳酸鹽并使包含堿金屬碳酸鹽的溶液再生。
文檔編號B01D53/14GK102686297SQ201080053416
公開日2012年9月19日 申請日期2010年11月22日 優先權日2009年11月30日
發明者E·加特納, M·吉梅內斯, M·帕利亞德 申請人:拉法基公司