CN102686297A - 从气流去除二氧化碳的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种降低包含二氧化碳的气体的二氧化碳浓度的方法，所述方法包括，在第一阶段中将包含二氧化碳的气体与包含碱金属碳酸盐和/或碱金属氢氧化物的处理溶液以及催化剂接触，以促进二氧化碳的吸收，从而形成包含碱金属碳酸盐和碱金属碳酸氢盐的第二溶液，和在第二阶段中将所述第二溶液与包含可碳酸盐化的硅酸盐的材料接触，所述包含可碳酸盐化的硅酸盐的材料包含能够形成不溶的碳酸盐的碱土金属阳离子，从而生成二氧化硅和包含所述阳离子的固体碳酸盐并使包含碱金属碳酸盐的溶液再生。

Description

从气流去除二氧化碳的方法
技术领域
本发明涉及降低包含二氧化碳的气体中的二氧化碳浓度的方法。
背景技术
许多工业方法（包括水泥的制造）产生了大量的在烟道气中排放的二氧化碳。二氧化碳被认为是造成全球变暖的“温室气体”。因此需要减少释放到大气中二氧化碳的量。
一种减少二氧化碳工业排放的方法是在将烟道气释放到大气中之前处理包含所述二氧化碳的烟道气，从而捕集二氧化碳。原则上，使用包含碱土金属的可碳酸盐化的固体材料，二氧化碳可作为稳定的碱土金属碳酸盐而被捕集。然而，在典型的烟道气的温度和压力下，即使该碳酸盐化通常在热力学上是有利的，但是使用二氧化碳对这种材料进行直接的碳酸盐化可能会非常缓慢。烟道气通常具有约200°C以下的温度和约一个大气压的压力，并且还通常具有高含量的水蒸气。
为了在尺寸和成本合理的处理单元中俘获大部分的水泥厂二氧化碳排放物，必须具有能迅速去除二氧化碳的有效的气体洗涤系统。一种以稳定形式储存被俘获的二氧化碳的方法是将其转化成为稳定的矿物碳酸盐，例如碱土金属碳酸盐（如碳酸钙、碳酸镁或混合的碳酸钙/碳酸镁的形式）。
已知碱金属碳酸盐在水溶液中与二氧化碳反应形成包含碳酸氢盐离子的溶液。所涉及的反应可通过以下方程式来描述。
1碱金属碳酸盐在水中解离以得到离子溶液：
Figure BDA00001682924400011
其中R表示碱金属。
2二氧化碳气体的溶剂化：
Figure BDA00001682924400012
3溶剂化的CO2与碳酸的平衡：
Figure BDA00001682924400021
4碳酸盐与碳酸氢盐的平衡：
方程式2、3和4所表述的平衡能够显示，在任意给定温度下，与溶液平衡的CO2气体分压应该近似地与水溶液离子活度比{(HCO3 -)2/(CO3 =)}成比例地变化，并且假设除了以上所示的那些离子以外不存在大量的其他已溶解离子，则初始碱金属碳酸盐溶液溶解二氧化碳气体的有效能力近似地与已溶解的碱金属浓度成比例地增加。在最引人关注的用于气体洗涤的操作条件下，即在接近大气压力和例如10°C至80°C（通常10°C至70°C）的温度下，与使用纯净水相比，使用浓缩的碱金属碳酸盐溶液作为洗涤液能够使二氧化碳在水中的有效溶解度增加多达两个数量级。
在用于溶解二氧化碳气体的碱金属碳酸盐溶液还包含显著浓度的氢氧离子的情况下，所述氢氧离子进一步增加了所述碱金属碳酸盐溶液的碱度并且由此提高了其溶解二氧化碳气体的能力，反应（5）会趋于优先于反应（4）而发生，直到所有的氢氧离子已经耗尽，其后反应（4）会再次如上文地占主导地位：
5氢氧化物与碳酸盐的平衡：
发明内容
本发明涉及包括两个阶段的方法，通过根据需求独立地调节（scale）两个阶段，所述方法能够适应不同反应速率的二氧化碳俘获及其在稳定碳酸盐中的后续包埋（entrapment）。本发明的方法还寻求通过包含碳酸盐的溶液来促进二氧化碳的吸收，例如通过使用催化剂来加速吸收速率。
本发明相应地提供降低包含二氧化碳的气体（优选烟道气，更优选水泥厂烟道气）的二氧化碳浓度的方法，所述方法包括，在第一阶段中将包含二氧化碳的气体与包含碱金属碳酸盐和/或碱金属氢氧化物的处理溶液以及催化剂接触，以促进二氧化碳的吸收，从而形成包含碱金属碳酸盐和碱金属碳酸氢盐的第二溶液，和在下一阶段中将所述第二溶液与包含可碳酸盐化的硅酸盐的材料接触，所述包含可碳酸盐化的硅酸盐的材料包含能够形成不溶的碳酸盐的碱土金属阳离子，从而生成二氧化硅和包含所述阳离子的固体碳酸盐并由此使包含碱金属碳酸盐的溶液再生。
所述碱金属优选钠或钾。
所述能够形成不溶的碳酸盐的阳离子通常是碱土金属，优选镁或钙。用于该方法的碱土金属的来源应该优选便宜的可碳酸盐化的化合物，例如钙和/或镁矿物或者具有足够的固有碱度从而能够被烟道气碳酸盐化的工业副产物材料。
在本说明书和随同的权利要求书中使用的术语“不溶的”是指在本发明方法中普遍存在的条件下从溶液中沉淀的材料。
所述包含可碳酸盐化的硅酸盐的材料通常是包含硅酸钙和/或硅酸镁的矿物或包含硅酸盐的工业材料。所述矿物包括超基性岩，例如橄榄石、蛇纹石和滑石（包含碱性硅酸镁），还例如绿泥石、透辉石、顽辉石、钙镁橄榄石以及硅灰石。所述包含硅酸盐的工业材料包括含钙的燃煤灰以及冶金炉渣（包含碱性硅酸钙以及任选的铝酸盐）。
可通过研磨和/或加热来提高包含所述可碳酸盐化的硅酸盐的材料的反应活性。
所述处理溶液包含碱金属碳酸盐、碱金属氢氧化物或其混合物。优选使用包含碱金属碳酸盐或包含碱金属碳酸盐和碱金属氢氧化物的处理溶液。包含碱金属氢氧化物的处理溶液（如果使用的话）通常仅用于本发明方法的开车。
当存在碱金属碳酸盐时，所述处理溶液通常包含2至40%、优选3至20%、更优选4至12%、例如约5%重量/重量的碱金属碳酸盐。碱金属碳酸盐以各种水合形式存在。在本说明书中（包括随同的权利要求书），百分比依照无水材料来表述。
除了碱金属碳酸盐以外，当使用碱金属氢氧化物时，例如在本发明方法的开车时，所述处理溶液通常包含0.01至40%、更优选0.1至10%、例如约4%重量/重量的碱金属氢氧化物。在本说明书中（包括随同的权利要求书），碱金属氢氧化物的百分比依照无水材料来表述。
使用同时包含碱金属碳酸盐和碱金属氢氧化物的溶液是有利的，其对溶解二氧化碳更加有效。
根据本发明另一个具体实施方式，用包含碱金属氢氧化物和碱金属碳酸盐的溶液处理所述包含二氧化碳的气体。所述碱金属氢氧化物在与包含二氧化碳的气体接触后形成碱金属碳酸盐。
待处理的气体通常包含10至30%的二氧化碳。经处理的气体通常包含至多为处理前气体的一半以下的二氧化碳。
在本说明书和随同的权利要求书中，气体的百分比以基于干燥气体的体积计。
可使用表面活性剂以降低第一溶液和/或第二溶液的表面张力。
可使用消泡剂以控制第一和/或第二溶液的发泡，否则所述发泡可能会干扰本发明方法中的这些溶液的流量控制。
可使用螯合剂或第二催化剂以促进进一步反应。
所述两个阶段通常在独立的反应器中进行：用于第一阶段的第一个反应器和用于另一阶段的第二个反应器。优选地，循环来自第二阶段的经再生的碱金属碳酸盐溶液，从而在第一阶段中重新使用。优选将碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐添加至所述经再生的溶液，从而例如补偿本发明方法中碱金属阳离子的损失。
在本发明方法中使用的催化剂可为无机或有机的。所述催化剂通常是催化从二氧化碳形成碳酸的催化剂。
催化剂的例子是：哌嗪、N-2-羟乙基哌嗪、N-(羟丙基)哌嗪、二乙醇三胺（diethanoltriamine）、2-{(2-氨乙基)氨基}乙醇、单乙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、甲氨基丙胺、3-氨丙醇、2,2-二甲基-1,3-丙二胺、3-氨基-1-环己基氨基丙烷、二甘醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇、1-氨基-2-丙醇、单甲基甲醇胺、哌啶及其混合物；亚砷酸盐、次氯酸盐、亚硫酸盐及其混合物；甘氨酸、肌氨酸、丙氨酸、N-仲丁基甘氨酸和2-哌啶酸及其混合物。
所述催化剂优选酶，例如含锌的酶，最优选碳酸酐酶。
应理解的是，在本说明书和随同的权利要求书中，术语“碳酸酐酶”应理解为包括碳酸酐酶及其保持催化二氧化碳和碳酸相互转化的能力的同工型（isoform）和类似物。
在第一阶段中，催化剂的使用提高了二氧化碳的吸收效率。这允许减小用于第一阶段的反应器的尺寸，随之减少了投资成本。
碳酸酐酶（根据国际生物化学与分子生物学联合会命名委员会（NC-IUBMB）的建议，也称作碳酸水解酶：EC 4.2.1.1.）是分子量约30,000道尔顿的球状锌金属酶。所述酶在植物和动物组织中均有发现并且调节二氧化碳和碳酸的相互转化。所述碳酸酐酶的广泛存在反映出CO2作为关键代谢物的重要性。在生理pH值下，二氧化碳和碳酸的相互转化进行得相对缓慢：碳酸酐酶加速该相互转化。所述酶催化的反应本质上是前文给出的反应（3）：
Figure BDA00001682924400051
然而，在正常的使用条件下，溶液中的碳酸和碳酸氢盐离子之间存在即时的且非常迅速的平衡，传统上用以下给出的反应来表示所述平衡，本文中指反应（6）：
Figure BDA00001682924400052
因此，还可说明的是，所述催化剂或酶催化了溶解的二氧化碳气体解离以得到碳酸氢盐离子的整个过程。
应理解的是，所述催化剂在本发明方法中普遍存在的条件下应该是有活性的。具体而言，所述催化剂在碱金属碳酸盐溶液中存在的高pH值下应该是有活性的。碳酸酐酶能够同时催化正反应（二氧化碳的水合）以及其逆反应，但本发明方法中需要的是正反应，并且所述正反应通常被认为是在中等pH（例如pH 4-11）溶液中的限速步骤。碱金属碳酸盐溶液的pH随着浓度以及碳酸盐离子/碳酸氢盐离子的比例而变化，但通常为7以上。
当碱金属氢氧化物存在时，pH甚至将进一步上升，例如约11以上。在本发明的优选的具体实施方案中，所述包含二氧化碳的气体在高pH、无催化剂时与包含碱金属碳酸盐和碱金属氢氧化物的溶液接触，并且当所述氢氧化物转化成碱金属碳酸盐而所述碳酸盐形成碳酸氢盐并且所述溶液的pH降低时，将该pH降低的溶液与催化剂接触。
本发明方法中所用的催化剂（例如酶，例如碳酸酐酶）还优选地在高于环境温度的温度下稳定（即长时期的活性），所述温度例如为25°C以上，并且通常为约100°C以下，例如为约80°C以下或约70°C以下。所述催化剂（例如酶）优选在约37°C以上的温度下稳定，所述温度更优选约50°C以上，并且甚至更优选约60°C以上。
如果必要的话，所述包含二氧化碳的气体可在与催化剂接触之前冷却。该冷却可通过所述气体的间接冷却（例如在热交换器中）而实现。在与催化剂接触之前，所述气体还可通过将其与碱金属碳酸盐溶液或碱土金属碳酸盐悬浮液接触而冷却，所述溶液或悬浮液具有低于所述气体的温度。当所述催化剂（例如酶）可能在升高的温度下易于失活时，优选进行冷却。
独立反应器的使用，并且特别是用于使碳酸盐化的溶液与包含可碳酸盐化的硅酸盐的材料（包含能够形成不溶的碳酸盐的碱土金属阳离子）接触以生成二氧化硅和包含所述阳离子的固体碳酸盐的独立反应器的使用，允许在无催化剂（例如酶）时进行沉淀，或者在数量减少的所述催化剂的存在下进行沉淀。这是有用的，因为催化剂（例如酶）可能通过与第二反应器中所用的包含可碳酸盐化的硅酸盐的矿物接触而被吸附和/或失活，导致催化剂（例如酶）的损失，此时必须重新装填所述催化剂。由于此原因，在二氧化碳气体已经被吸收至所述溶液中之后但在所述溶液已经送入第二反应器之前，能够从所述溶液分离催化剂（例如酶）是有利的。催化剂（例如酶）优选地在所述溶液与所述包含可碳酸盐化的硅酸盐的材料接触之前从所述碳酸盐化的溶液中去除。所述催化剂（例如酶）可基本上完全去除或部分去除。这可用数种方法完成，例如通过使用以下形式的催化剂（例如酶）：负载形式；吸附于基体（substrate）上或吸收于基体中；当催化剂为酶时共价键合至基体；或包埋在载体内。
所述基体或载体优选为固体。该共价键合、吸收、吸附或包埋可提高本发明方法中的催化剂（例如酶）的稳定性。
酶可键合至保持固定在第一阶段（气体吸收）的反应器内的基体上。可选地，所述酶可键合至例如颗粒的基体，所述颗粒通常为小颗粒，通常悬浮在碱金属碳酸盐溶液中但所述颗粒可在将所述溶液送入第二反应器之前通过例如沉淀或离心来分离。另一种分离酶的方法是使用包含附着的疏水化学基团或颗粒的经修饰的酶，所述疏水化学基团或颗粒给予所述酶表面活性性质以使得所述酶集中在气-水界面，同时维持所述酶在水相中的催化活性。这种“疏水修饰”或“表面活性”的酶的一个优势在于其能通过“浮选池”而从溶液分离，在所述“浮选池”中气体（例如一些包含CO2的烟道气）鼓泡穿过溶液以产生富集酶的泡沫，所述泡沫溢出到收集容器中。如果必要的话，可将单独的发泡剂加入到溶液中以促进此过程。这种经修饰的酶的第二个优势在于其还在第一阶段中充当表面活性剂的角色，促进气/液接触面积增加并由此进一步提高CO2吸收速率。
如果使用基体或载体来负载催化剂（例如酶），所述基体或载体可为无机或有机的。在本发明方法中所使用的基体或载体包括氧化铝、膨润土、生物聚合物、碳酸钙、磷酸钙凝胶、碳、纤维素、陶瓷载体、黏土、胶原、玻璃、羟磷灰石、离子交换树脂、沸石、高岭土、尼龙、酚聚合物、聚氨苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚丙烯、聚合物水凝胶、交联葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶、二氧化硅凝胶和PTFE。
当所述酶共价键合至基体时，键合剂可为例如亚氨碳酸盐（用于二氧化硅基体）、碳二亚胺（用于二氧化硅或尼龙基体）或亚胺（用于二氧化硅或尼龙基体）。如聚苯乙烯的聚合物基体可用硝酸化学修饰，以促进与酶中的胺基共价键合。
合适的基体的例子包括珠粒、织物、纤维、膜、微粒、多孔表面、棒和管。
使包含二氧化碳的气体与碱金属碳酸盐溶液接触的方法是已知的。例如，可将所述溶液喷雾到所述气体的流中，或者可将所述气体引入到容纳所述溶液或所述溶液在其中流动的容器中。
可将包含碱金属碳酸盐的溶液引入所述容器中，在所述容器中该溶液与包含二氧化碳的气体在单个点或多个点处接触。可将所述包含二氧化碳的气体引入所述容器中，在所述容器中该气体与所述包含碱金属碳酸盐的溶液在单个点或多个点处接触。为了促进二氧化碳在液相中的溶解，可使用填料塔使气相与液相接触。在填料塔中使用填料以促进气相和液相之间的传质。填料包括具有不同形式、几何形状和尺寸的固体载体，并且包括不同的材料。已知的填料包括腊西环（Raschig ring）、弧鞍形填料（Berl saddle）、英特洛克斯鞍形填料（Intalox saddle）以及鲍尔环（Pall ring）。
负载形式的催化剂（例如酶）可附着至所述气相和液相在其中接触的容器的壁，悬浮于液体中或附着至填料，或者可加工成所述容器中的内部固体结构。
如果有必要在第二阶段之前从溶液回收经负载的催化剂（例如酶），所述回收可通过例如过滤、旋液分离器或磁性分离器（如果使用磁性载体颗粒）或者通过受到发泡和浮选（在使用表面活性酶的情况下）而实现。该回收避免与第二阶段中的固体材料接触。
本发明方法中的第二溶液包含碳酸盐和碳酸氢盐。所述溶液与可碳酸盐化的材料在独立反应器中接触，从而使该矿物碳酸盐化成为不可溶的碳酸盐并使碱金属碳酸盐再生。
最典型地，碳酸盐化反应为如下所示的普遍类型：
2HCO3 -(aq)+MO·xSiO2·nH2O→MCO3·pH2O↓+x(SiO2·qH2O)↓+CO3 =(aq)
其中M代表例如钙或镁，并且x,n,p,q≥0且x优选≥0.01，例如≥0.5。
在某些情况下，例如可碳酸盐化的材料为强碱性时，可能会发生以下类型的额外碳酸盐化步骤，产生氢氧离子：
CO3 =(aq)+MO·xSiO2·nH2O→MCO3·pH2O↓+x(SiO2·qH2O)↓+2OH-(aq)
其中各个符号如前文所限定。
在独立容器中进行碳酸盐化反应具有不需要直接气/固接触的优势。因此，所述反应器可小于需要这种接触的反应器。如果需要的话，所述反应器还可在比根据本发明的方法的第一阶段中的温度更高的温度下操作。所述反应器可加压以避免水或二氧化碳在高温下损失。所述反应可在直至约250°C的高压釜中进行。可使用直至约200个大气压的压力。在可选的具体实施方案中，可使用约120°C的温度。可使用约3个大气压的压力。
碳酸盐化反应也可在大气压力和/或接近环境的温度下进行。此时所述反应器可为例如大型的具有内衬的存贮池（holding pond），以容纳第二溶液和可碳酸盐化的材料。该池可被覆盖。考虑到低反应速率，可允许所述反应在延长的时期内进行。
所得的经再生的碱金属碳酸盐溶液（其还可包含氢氧离子或碳酸氢盐离子，加上少量的杂质离子）可被循环从而在本发明方法中进一步使用。通过沉淀和/或过滤，继而进行干燥，从而制备能够用作填埋物（例如在矿山或采石场的修复中）的稳定固体材料，可处理其中化学包埋二氧化碳的固体产物。所述固体材料也可用于形成用于该处理形式的可泵送浆料。还可用合适的粘合剂（例如水泥）使所述固体材料稳定，从而制备成形形式的产品，如建筑产品：例如砌块、砖块、铺路板以及瓷砖。该成形形式的产品也构成了本发明的特征。
通过本发明方法处理的包含二氧化碳的气体也可包含灰分颗粒，所述灰分颗粒可在处理前例如通过已知的方法（如织物过滤器或静电沉淀）而去除。可选地，在一些情况下可能有益的是，通过第一步骤中使用的溶液来收集所述灰分，并且由此将其引入先前段落中提到的固体产品中。
通过本发明方法处理的包含二氧化碳的气体也可包含氮氧化物和/或硫氧化物。如果必要的话，可通过已知的方法在该气体氧化物与第一阶段中所用的包含碳酸盐离子的溶液接触之前去除该气体氧化物或降低他们的浓度，以便避免由于形成稳定、可溶的阴离子（如硫酸盐和硝酸盐）而使该溶液有可能失活。可选地，所述包含碳酸盐离子的溶液可用于从气流中洗涤气体氧化物，但在该情况下，可增加单独的步骤，从而从循环的碳酸盐溶液中去除所得的稳定、可溶的阴离子。
在与第一步骤的碳酸盐溶液接触之前，可去除氮氧化物和/或硫氧化物的优选方法包括用包含碱土金属碳酸盐的悬浮液来预处理（例如在预洗涤器中）包含这些气体的所述包含二氧化碳的气体。所用的碳酸盐可为通过本发明方法制备的矿物碳酸盐。如果在与碳酸盐溶液接触之前没有去除氮氧化物和/或硫氧化物，则氮氧化物和/或硫氧化物可能会通过形成硫酸盐、亚硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐（通过置换碳酸盐离子而消耗碱度）而不利地影响本发明方法的效率。用碱土金属碳酸盐的预处理将替代地形成可潜在地用作例如水泥添加剂的碱土金属硫酸盐、亚硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐。
应理解的是，在本发明方法中的溶液通常是水性的。
具体实施方式
以下非限定性实施例举例说明了本发明。
实施例1
来自水泥制造厂的120°C的待处理烟道气以体积计包含约14%的二氧化碳、9%的氧气以及12%的水蒸气，其余主要是氮气。通过静电沉淀从烟道气中去除灰分。通过在气体洗涤塔中用包含碳酸钙的浆料进行预处理，使该气体冷却到50°C的温度，以便俘获烟道气中大部分的硫氧化物气体和氮氧化物气体。然后将该气体与包含5重量%的碳酸钠和0.1重量%的氢氧化钠的水溶液（具有约12.4的pH）接触。该溶液还包含表面活性剂和消泡剂。所述接触在装有填料的塔中实现以促进二氧化碳有效吸收于溶液中。所述填料包含固定在其表面的碳酸酐酶。在环境温度下，溶液在塔顶处引入并且在其下行时吸收二氧化碳，从而形成包含碳酸氢盐和碳酸盐的溶液，所述包含碳酸氢盐和碳酸盐的溶液通过塔底处的出口取出。待处理的气体在塔底处引入：经处理的气体经出口离开塔顶。所述经处理的气体包含6%或更少的二氧化碳。当气体在塔中上行时，气体被下行的溶液所冷却。为了避免碳酸酐酶的热失活，当溶液在塔中下行时监控溶液温度。
将包含碳酸氢盐离子和碳酸盐离子的溶液引入经覆盖的存贮池（装有内衬）的顶部，所述存贮池装有包含硅酸钙的经细磨的冶金炉渣。池中的炉渣颗粒与溶液反应，从而使碳酸钙和无定形水合二氧化硅沉淀。用泵从池的底部取出已反应的包含碳酸钠的溶液，并且在必要时将其在旋液分离器中处理以去除细小固体。然后将氢氧化钠溶液和/或碳酸钠溶液加入到循环的溶液中以使其回到约12.4的pH，并且在将其送回如上所述的气体洗涤塔之前保证足够的液体体积。
一旦存贮池中的固体已经耗尽了其与碳酸氢盐离子反应的能力，则过量的液体被泵出以用于阶段1，并且在必要时加入水以尽可能多地清洗剩余的碳酸盐溶液以进行循环。使包含化学包埋二氧化碳的固体自然沉淀并脱水，随后可将其回收以进行干燥并用作水泥中的补充胶凝材料，或者用作制造预制混凝土产品时的反应活性填料。
实施例2
来自水泥制造厂的120°C的待处理烟道气以体积计包含约14%的二氧化碳、9%的氧气以及12%的水蒸气，其余主要是氮气。通过静电沉淀从烟道气中去除灰分。通过在气体洗涤塔中用包含碳酸钙的浆料进行预处理，使该气体冷却到50°C的温度，以便俘获烟道气中大部分的硫氧化物气体和氮氧化物气体。然后将该气体与包含4重量%的碳酸钠和1重量%的碳酸氢钠的水溶液（具有约10.4的pH）接触。该溶液还包含表面活性剂和消泡剂。所述接触在装有填料的塔中实现以促进二氧化碳有效吸收于溶液中。所述填料包含固定在其表面的碳酸酐酶。在环境温度下，溶液在塔顶处引入并且在其下行时吸收二氧化碳，从而形成包含碳酸氢盐和碳酸盐的溶液，所述包含碳酸氢盐和碳酸盐的溶液通过塔底处的出口取出。待处理的气体在塔底处引入：经处理的气体经出口离开塔顶。所述经处理的气体包含6%或更少的二氧化碳。当气体在塔中上行时，气体被下行的溶液所冷却。为了避免碳酸酐酶的热失活，当溶液在塔中下行时监控溶液温度。
将包含碳酸氢盐和碳酸盐的溶液引入加压且加热的第二反应器中，所述第二反应器的温度为约120°C，而压力为约3个大气压，在所述反应器中，所述溶液与来自超基性岩矿床的采矿和加工过程的富含水镁石（Mg(OH)2）的蛇纹石废料接触。碳酸氢盐与废料中的氢氧化镁和硅酸镁反应以生成碳酸镁加二氧化硅以及其他稳定的副产品。
在将包含化学包埋的二氧化碳的固体材料与包含经再生的碱金属碳酸盐的液体（用于在第一阶段中重新使用）分离之前，使混合物冷却。然后将氢氧化钠溶液和/或碳酸钠溶液加入到循环的溶液中，以使其回到约12.4的pH，并且在将其送回如上所述的气体洗涤塔之前保证足够的液体体积。
实施例3
来自水泥制造厂的120°C的待处理烟道气以体积计包含约15%的二氧化碳、9%的氧气以及10%的水蒸气，其余主要是氮气。通过静电沉淀从烟道气中去除灰分。所述气体与包含8重量%的碳酸钾和2重量%的碳酸氢钾以及0.01%的碳酸酐酶的水溶液接触，所述碳酸酐酶在直至80°C的温度下稳定，并且用疏水基团修饰从而起到无泡表面活性剂的作用。所述接触在喷淋塔中实现。在环境温度下，溶液在塔顶处引入并且在其下行时吸收二氧化碳，从而形成包含约7%的碳酸氢钾和3%的碳酸钾的溶液。溶液由于与气体接触而变热。所述溶液在约70°C的温度下通过塔底处的出口而取出。待处理气体在塔底处引入：经处理的气体经出口离开塔顶。所述经处理的气体包含7%或更少的二氧化碳。当气体在塔中上行时，气体被下行的溶液所冷却。
从气体洗涤塔的底部取出后，将所述溶液用发泡剂处理并且导入浮选池中，通过合适的喷嘴向所述浮选池中泵送烟道气的滑流（slip-stream）以产生泡沫。溢出的泡沫富含酶并被收集以循环至注入喷淋塔顶部的液体流。将经碳酸盐化的溶液的剩余物（现在耗尽了酶）进料至第二反应器中，所述第二反应器是在直至200°C且直至150个大气压的压力下操作的间歇式加压反应器，在所述第二反应器中所述剩余物与细磨的镁橄榄石（forsterite olivine）粉末接触。包含碳酸氢盐的溶液根据以下方程式与橄榄石反应，从而形成碳酸镁和硅胶：
4HCO3 -(aq)+2MgO·SiO2→2MgCO3↓+SiO2↓+2CO3 =(aq)
在反应后期，将溶液（现在包含约8重量%的碳酸钾和2重量%的碳酸氢钾）在热交换器中冷却，并与来自浮选池的经分离的富含酶的溶液（加上额外的“补充（make-up）”酶）、碳酸钾、水以及消泡剂（如果需要的话）相结合，然后将其进料回第一步骤的气体洗涤塔。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种降低包含二氧化碳的气体的二氧化碳浓度的方法，所述方法包括，在第一阶段中将包含二氧化碳的气体与包含碱金属碳酸盐和/或碱金属氢氧化物的处理溶液以及催化剂接触，以促进二氧化碳的吸收，从而形成包含碱金属碳酸盐和碱金属碳酸氢盐的第二溶液，和在第二阶段中将所述第二溶液与包含可碳酸盐化的硅酸盐的材料接触，所述包含可碳酸盐化的硅酸盐的材料包含能够形成不溶的碳酸盐的碱土金属阳离子，从而生成二氧化硅和包含所述阳离子的固体碳酸盐，并由此使包含碱金属碳酸盐的溶液再生。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述碱金属碳酸盐溶液再生之后，将所述碱金属碳酸盐溶液重新用于所述处理溶液中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中将碱金属氢氧化物加入至待重新使用的所述碱金属碳酸盐溶液。
4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述碱金属是钠或钾。
5.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述碱土金属阳离子是钙或镁。
6.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述催化剂是碳酸酐酶。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述第二溶液形成之后，在所述第二阶段之前从所述溶液去除酶。
8.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述包含二氧化碳的气体是水泥厂烟道气。
9.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述包含二氧化碳的气体在高pH、无催化剂时与包含碱金属碳酸盐和碱金属氢氧化物的溶液接触，并且当所述氢氧化物转化成碱金属碳酸盐而所述碳酸盐形成碳酸氢盐、所述溶液的pH降低时，将该pH降低的溶液与催化剂接触。
10.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中用包含碱土金属碳酸盐的悬浮液预处理所述包含二氧化碳的气体。

Claims (11)

1.一种降低包含二氧化碳的气体的二氧化碳浓度的方法，所述方法包括，在第一阶段中将包含二氧化碳的气体与包含碱金属碳酸盐和/或碱金属氢氧化物的处理溶液以及催化剂接触，以促进二氧化碳的吸收，从而形成包含碱金属碳酸盐和碱金属碳酸氢盐的第二溶液，和在第二阶段中将所述第二溶液与包含可碳酸盐化的硅酸盐的材料接触，所述包含可碳酸盐化的硅酸盐的材料包含能够形成不溶的碳酸盐的碱土金属阳离子，从而生成二氧化硅和包含所述阳离子的固体碳酸盐，并由此使包含碱金属碳酸盐的溶液再生。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述碱金属碳酸盐溶液再生之后，将所述碱金属碳酸盐溶液重新用于所述处理溶液中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中将碱金属氢氧化物加入至待重新使用的所述碱金属碳酸盐溶液。
4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述碱金属是钠或钾。
5.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述碱土金属阳离子是钙或镁。
6.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述催化剂是碳酸酐酶。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述第二溶液形成之后，在所述第二阶段之前从所述溶液去除酶。
8.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述包含二氧化碳的气体是水泥厂烟道气。
9.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述包含二氧化碳的气体在高pH、无催化剂时与包含碱金属碳酸盐和碱金属氢氧化物的溶液接触，并且当所述氢氧化物转化成碱金属碳酸盐而所述碳酸盐形成碳酸氢盐、所述溶液的pH降低时，将该pH降低的溶液与催化剂接触。
10.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中用包含碱土金属碳酸盐的悬浮液预处理所述包含二氧化碳的气体。
11.一种成形形式的组合物，所述组合物包含可通过前述权利要求任一项所述的方法得到的不溶的碳酸盐和二氧化硅。
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