DE102011087653B4

DE102011087653B4 - Vorrichtung zum Verfestigen und Unwandeln von Kohlendioxid in Karbonat

Info

Publication number: DE102011087653B4
Application number: DE102011087653.7A
Authority: DE
Inventors: Tae Young Kim; Sung Yeup Chung; Ki Chun Lee; Dong Cheol PARK; Min Ho CHO; Seok Gyu Sohn
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Hyundai Steel Co
Current assignee: Hyundai Motor Co; Hyundai Steel Co; Kia Corp
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2031-12-03
Also published as: DE102011087653A1; CN102963894B; CN102963894A; US9005553B2; KR101304943B1; US20130052088A1; KR20130023796A

Abstract

Vorrichtung zum Verfestigen und Umwandeln von Kohlendioxid in Karbonat, wobei die Vorrichtung aufweist:einen Extraktionsreaktor (10) für eine Alkalikomponente zum Extrahieren einer Alkalimetallkomponente aus einer Rohschlacke;einen Karbonisierungsreaktor (30) zum Einspeisen von Kohlendioxid in eine Lösung einer Alkalimetallkomponente, welche die extrahierte Alkalimetallkomponente enthält, um eine Ausfällung von Karbonat aus der Lösung einer Alkalimetallkomponente zu erzeugen;eine erste Filtrationsvorrichtung (20), welche zwischen dem Extraktionsreaktor (10) für die Alkalikomponente und dem Karbonisierungsreaktor (30) verbunden ist, um einen nachbehandelten Schlamm, von welchem die Alkalikomponente extrahiert wird, aus der Lösung einer Alkalimetallkomponente abzutrennen; undeine zweite Filtrationsvorrichtung (40), welche zwischen einem Einlass des Extraktionsreaktors (10) für die Alkalikomponente und einem Auslass des Karbonisierungsreaktors (30) verbunden ist, um das Karbonat aus der Lösung einer Alkalimetallkomponente nach einer Karbonisierungsreaktion abzutrennen,wobei der Extraktionsreaktor (10) für die Alkalikomponente aufweist:einen Reaktorkörper (11), welcher jeweils einen Einlass und einen Auslass an der Oberseite und der Unterseite, und in regelmäßigen Abständen eine Vielzahl von Umlenkblechen (14) an einem inneren Umfang des Reaktorkörpers (11) aufweist;einen Rührer (16), welcher mit einem Rührwerkantriebsmittel (M) verbunden ist, und in dem Reaktorkörper (11) drehbar ist, um ein Gemisch aus Prozesswasser, welches die Rohschlacke aufweist, und einem Lösungsmittel umzurühren.

Description

HINTERGRUND
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verfestigen und Umwandeln von Kohlendioxid in Karbonat. Genauer betrifft sie eine Vorrichtung zum Verfestigen und Umwandeln von Kohlendioxid in Karbonat, welches stabil Kohlendioxid festwerden lassen und in Karbonatmineralien unter Verwendung von Stahlschlacke oder natürlichen Mineralien umwandeln kann.
(b) Hintergrund der Erfindung
Ein Prozess zum Behandeln eines Abgases, welches Kohlendioxid enthält, wird für gewöhnlich in unterschiedlichen Industrieanlagen angewandt, welche Abgase abgeben, die Kohlendioxid enthalten. Ein Prozess zum Abtrennen von Kohlendioxid ist jedoch nicht erforderlich, und der Prozess zum Behandeln eines Abgases, welches Kohlendioxid enthält, kann in einen Prozess der Kohlendioxid-Abtrennung und einen Verwertungsprozess und einen Prozess der Kohlendioxid-Verfestigung aufgeteilt werden.
Verfahren zum Verfestigen von Kohlendioxid in Karbonat, um das abgetrennte und verwertete Kohlendioxid zu behandeln, haben in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit als eine Alternative zum Speichern des behandelten Kohlendioxids im Boden oder unter dem Meer gewonnen.
Der Zweck der Verfestigungstechnik von Kohlendioxid liegt in der Herstellung einer Kohlenstoffkomponente durch Umwandlung von Kohlendioxid, und der Umwandlung der hergestellten Kohlenstoffkomponente in Brennstoff oder Basisverbindungen, welche für industrielle Verfahren benötigt werden.
Gemäß der Verfestigungstechnik von Kohlendioxid, wird Kohlendioxid, welches eine globale Erwärmung verursacht, in stabile Verbindungen, wie zum Beispiel Karbonat, umgewandelt, welche umweltfreundlicher sind und als industrielles Ausgangsmaterial verwendet werden können.
Für gewöhnlich wurde ein einzelner Reaktor, in welchem eine alkalische Extraktion und eine Karbonisierungsreaktion gleichzeitig auftreten, eingesetzt. Bei diesem herkömmlichen Verfahren sind die alkalische Extraktion und die Karbonisierungsreaktion nicht voneinander getrennt, und die Ausfällung, welche von der Karbonisierungsreaktion der abgetrennten Alkalikomponente erzeugt wird, wird an der Oberfläche von Schlacke als ein Rohmaterial abgelagert, und verhindert auf diese Weise die Alkaliextraktion. Als Folge davon wird die Reaktionszeit, welche für die Umwandlung in Karbonat benötigt wird, erhöht und die Umwandlungsrate von Kohlendioxid in Karbonat wird verringert.
Andere Nachteile des herkömmlichen Verfahrens beinhalten Schwierigkeiten beim erneuten Verwenden des Prozesswassers und des chemischen Lösungsmittels, welches für die Extraktion verwendet wird.
Die Druckschrift WO 2009/144382 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Calciumcarbonat, das die Schritte der Extraktion von alkalischen Industrieabfällen oder Nebenprodukten unter Verwendung einer wässrigen Lösung eines Salzes, das aus einer schwachen Säure und einer schwachen Base gebildet wird, als erstes Extraktionslösungsmittel umfasst.
Die Druckschrift KR 10 0 958 593 B1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Calciumcarbonat unter Verwendung eines auf Kalk basierenden Nebenprodukts zur Herstellung eines hochwertigen Fällungscalciumcarbonats durch Reaktion von Abgas aus einem Eisenherstellungsprozess mit einem Calciumionenausfluss.
Die Druckschrift US 2007/0217981 A1 offenbart Verfahren und Systeme zur Sequestrierung von Kohlendioxid aus dem Abgas eines Hauptprozesses, z. B. eines kohlebefeuerten Kraftwerks.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
In einem Aspekt stellt die Erfindung eine Vorrichtung zum Verfestigen und Umwandeln von Kohlendioxid in Karbonat zur Verfügung, welche stabil Kohlendioxid festwerden lassen und in Karbonatmineralien unter Verwendung von Stahlschlacke oder natürlichen Mineralien als Ausgangsmaterial umwandeln kann, wobei die Vorrichtung einen Extraktionsreaktor zum Extrahieren einer Alkalimetallkomponente, einen Karbonisierungsreaktor zum Herstellen einer Ausfällung von Karbonat durch das zulassen, dass die extrahierte Alkalimetallkomponente mit Kohlendioxid reagiert, und eine Filtrationsvorrichtung zum Abtrennen der Ausfällung von einer Lösung nach einer Karbonisierungsreaktion aufweist.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Verfestigen und Umwandeln von Kohlendioxid in Karbonat zur Verfügung, wobei die Vorrichtung aufweist:

(i) einen Extraktionsreaktor für eine Alkalikomponente zum Extrahieren einer Alkalimetallkomponente aus einer Rohschlacke;
(ii) einen Karbonisierungsreaktor zum Einspeisen von Kohlendioxid in eine Lösung einer Alkalimetallkomponente, welche die extrahierte Alkalimetallkomponente enthält, um eine Ausfällung von Karbonat aus der Lösung einer Alkalimetallkomponente zu erzeugen;
(iii) eine erste Filtrationsvorrichtung, welche zwischen dem Extraktionsreaktor für die Alkalikomponente und dem Karbonisierungsreaktor verbunden ist, um einen nachbehandelten Schlamm, von welchem die Alkalikomponente extrahiert wird, aus der Lösung einer Alkalimetallkomponente abzutrennen; und
(iv) eine zweite Filtrationsvorrichtung, welche zwischen einem Einlass des Extraktionsreaktors für die Alkalikomponente und einem Auslass des Karbonisierungsreaktors verbunden ist, um das Karbonat aus der Lösung einer Alkalimetallkomponente nach einer Karbonisierungsreaktion abzutrennen.

Der Extraktionsreaktor für eine Alkalikomponente weist das Folgende auf: einen Reaktorkörper, welcher jeweils einen Einlass und einen Auslass an der Oberseite und der Unterseite, und in regelmäßigen Abständen eine Vielzahl von Umlenkblechen an einem inneren Umfang des Reaktorkörpers aufweist; und einen Rührer, welcher mit einem Rührwerkantriebsmittel verbunden ist, und in dem Reaktorkörper drehbar ist, um ein Gemisch aus Prozesswasser, welches die Rohschlacke aufweist, und einem Lösungsmittel umzurühren.
In einer Ausführungsform weist der Extraktionsreaktor für eine Alkalikomponente ferner einen pH-Meter und ein Konzentrationsmessgerät für Ca auf, welche an einer Seite des Reaktorkörpers eingebaut sind.
In bestimmten Ausführungsformen ist das Lösungsmittel Essigsäure, CH₃COONH₄, NH₄NO₃, HNO₃, oder H₂SO₄. In bestimmten Ausführungsformen ist das Lösungsmittel eine wässrige Lösung von Essigsäure, CH₃COONH₄, NH₄NO₃, HNO₃, oder H₂SO₄. In einer weiteren Ausführungsform ist das Lösungsmittel Essigsäure oder eine wässrige Lösung von Essigsäure.
In einer anderen Ausführungsform umfasst der Karbonisierungsreaktor: einen Reaktorkörper, in welchem die Lösung einer Alkalimetallkomponente mit Kohlendioxid reagiert; ein Injektionsrohr, welches an einer Seite des Reaktorkörpers zum Einspeisen von Kohlendioxid in die Lösung einer Alkalimetallkomponente eingebaut ist; einen pH-Meter und einen pH-Regulator zum Regulieren der Menge eines pH-Wert einstellenden Mittels, welches in den Reaktor eingespeist werden soll, welche an einer gegenüber liegenden Seite des Injektionsrohrs des Reaktorkörpers eingebaut sind; und ein Konzentrationsmessgerät für Ca zum Messen der Konzentration von Ca, um die Menge an Kohlendioxid zu bestimmen, welche eingespeist werden soll.
In unterschiedlichen Ausführungsformen ist das pH-Wert einstellende Mittel NaOH, KOH, CaOH₂, NH₄OH oder NH₄(HCO₃).
In einer weiteren Ausführungsform weist die erste Filtrationsvorrichtung einen Druckfilter auf, welcher Partikel entfernen kann, die eine Partikelgröße von 2 µm bis zu 1000 µm besitzen, bei einem Druck von 0 Bar bis zu 2 Bar, um gleichzeitig den nachbehandelten Schlamm zu filtern, von welchem die Alkalikomponente extrahiert wird, und die Lösung einer Alkalimetallkomponente dem Karbonisierungsreaktor bereitzustellen.
In unterschiedlichen Ausführungsformen reicht die Größe der entfernten Partikel von 2 µm bis zu 100 µm. In unterschiedlichen Ausführungsformen reicht die Größe der entfernten Partikel von 2 µm bis zu 50 µm. In unterschiedlichen Ausführungsformen reicht die Größe der entfernten Partikel von 2 µm bis zu 10 µm. In unterschiedlichen Ausführungsformen reicht die Größe der entfernten Partikel von 10 µm bis zu 100 µm. In unterschiedlichen Ausführungsformen reicht die Größe der entfernten Partikel von 50 µm bis zu 500 µm.
In anderen Ausführungsformen reicht der Druck von 0 Bar bis zu 1 Bar. In anderen Ausführungsformen reicht der Druck von 1 Bar bis zu 2 Bar.
In noch einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Filtrationsvorrichtung einen Druckfilter auf, welcher Partikel entfernen kann, die eine Partikelgröße von 2 µm bis zu 1000 µm besitzen, um gleichzeitig die Ausfällung von Karbonat nach der Karbonisierungsreaktion zu filtern, und um eine restliche Lösung in dem Extraktionsreaktor für eine Alkalikomponente zirkulieren zu lassen.
In unterschiedlichen Ausführungsformen reicht die Größe der entfernten Partikel von 2 µm bis zu 100 µm. In unterschiedlichen Ausführungsformen reicht die Größe der entfernten Partikel von 2 µm bis zu 50 µm. In unterschiedlichen Ausführungsformen reicht die Größe der entfernten Partikel von 2 µm bis zu 10 µm. In unterschiedlichen Ausführungsformen reicht die Größe der entfernten Partikel von 10 µm bis zu 100 µm. In unterschiedlichen Ausführungsformen reicht die Größe der entfernten Partikel von 50 µm bis zu 500 µm.
Andere Aspekte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden unten stehend diskutiert.
Figurenliste
Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen von diesen beschrieben werden. Die Zeichnungen sollen nur zur Veranschaulichung dienen und die vorliegende Erfindung nicht einschränken.

1 ist ein schematisches Schaubild, welches die Konfiguration einer Vorrichtung zum Verfestigen und Umwandeln von Kohlendioxid in Karbonat gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein schematisches Schaubild, welches die Konfiguration eines Extraktionsreaktors für eine Alkalikomponente einer Vorrichtung zum Verfestigen und Umwandeln von Kohlendioxid in Karbonat gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
3 ist ein Prozessschaubild, welches die Verfestigung und Umwandlung von Kohlendioxid in Karbonat gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die in den Zeichnungen dargelegten Bezugszeichen enthalten eine Bezugnahme auf die folgenden Elemente, wie unten stehend diskutiert:

10: Extraktionsreaktor für eine Alkalikomponente
11: Reaktorkörper
12: Einlass
13: Auslass
14: Umlenkblech
M:: Rührwerkantriebsmittel
16: Rührer
17: pH-Meter
18: Konzentrationsmessgerät für Ca
20: erste Filtrationsvorrichtung
30: Karbonisierungsreaktor
31: Reaktorkörper
32: Injektionsrohr
33: pH-Meter
34: pH-Wert einstellendes Mittel
35: Konzentrationsmessgerät für Ca
40: zweite Filtrationsvorrichtung

Es versteht sich, dass die angefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind, und eine irgendwie vereinfachte Repräsentation von unterschiedlichen bevorzugten Merkmalen, welche für die grundsätzlichen Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht sind, darstellen. Die speziellen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung wie hierin offenbart, einschließlich, zum Beispiel bestimmter Abmaße, Orientierungen, Stellen und Gestaltungen, werden zum Teil von der bestimmten beabsichtigten Anwendung und der Verwendungsumgebung bestimmt werden.
In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen auf dieselben oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung über die mehreren Figuren der Zeichnungen hinweg.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird nun im Detail auf unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele davon in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und unten stehend beschrieben sind.
Nachstehend wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, so dass der Fachmann, welchen die vorliegende Erfindung betrifft, die vorliegende Erfindung mit Leichtigkeit praktizieren kann.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Verfestigen und Umwandeln von Kohlendioxid in Karbonat zur Verfügung, bei welcher ein Extraktionsreaktor für eine Alkalikomponente 10, welcher zum Extrahieren einer Alkalikomponente aus Stahlschlacke oder natürlichen Mineralien verwendet wird, und ein Karbonisierungsreaktor 30, zum Einspeisen von Kohlendioxid in eine Lösung einer Alkalimetallkomponente, welche die extrahierte Alkalikomponente enthält, um eine Karbonisierungsreaktion zu bewirken, getrennt voneinander vorgesehen sind, und erste und zweite Filtrationsvorrichtungen 20 und 40 sind zwischen dem Extraktionsreaktor für eine Alkalikomponente 10 und dem Karbonisierungsreaktor 30 angeordnet, wobei sie auf diese Weise die Umwandlungsrate des Kohlendioxids in Karbonat wesentlich erhöhen.
Der Extraktionsreaktor für eine Alkalikomponente 10 wird zum Extrahieren einer Alkalimetallkomponente aus seiner beliebigen Art von Metallschlacken einschließlich Stahlschlacke oder natürliche Mineralien verwendet. Der Extraktionsreaktor für eine Alkalikomponente 10 weist einen Reaktorkörper 11, welcher einen Einlass 12, der an einer vorbestimmten Position an der Oberseite des Reaktorkörpers 11 vorgesehen ist, einen Auslass 13, welcher an einer vorbestimmten Position an der Oberseite des Reaktorkörpers 11 vorgesehen ist, und eine Vielzahl von Umlenkblechen 14 auf, welche in regelmäßigen Abständen an einem inneren Umfang des Reaktorkörpers 11 in der Umfangsrichtung vorgesehen sind, um das Mischen der Schlacke und eines Lösungsmittels für die Extraktion der Alkalimetallkomponente zu erleichtern.
Des Weiteren wird ein Rührer 16, welcher mit einem Rührwerkantriebsmittel M (zum Beispiel ein Motor) verbunden ist, welcher an der Außenseite des Reaktorkörpers 11 installiert ist, in dem Reaktorkörper 11 zum Umrühren des Gemisches gedreht, während Prozesswasser (in welchem die Schlacke ein Rohmaterial ist) und ein Lösungsmittel (zum Beispiel Essigsäure) miteinander gemischt werden.
Zudem sind ein pH-Meter 17 zum Messen des pH-Werts der Alkalimetallkomponente, welche aus der Schlacke extrahiert wird, und ein Konzentrationsmessgerät für Ca 18 zum Messen der Konzentration von Ca in der extrahierten Metallkomponente, an einer vorbestimmten Position an einer Seite des Reaktorkörpers 11 eingebaut.
Auf diese Weise wird die Rohschlacke (zum Beispiel eine beliebige Art von Schlacken, welche in dem Hochofen bei dem Prozess der Stahlherstellung erzeugt wird, einem Elektroofen bei dem Prozess der Stahlherstellung, etc., und eine Partikelgröße von 8 mm oder weniger ohne einen Feinmahlungsprozess besitzt) dem Reaktorkörper 11 des Extraktionsreaktors für eine Alkalikomponente 10 bereitgestellt, und gleichzeitig wird diesem eine wässrige Lösung, welche 5 bis 30 Volumen-% schwacher Essigsäure als ein Extraktionslösungsmittel enthält, bereitgestellt. Hier beträgt das Verhältnis der Rohschlacke zu der Lösung des Lösungsmittels (Prozesswasser), welche Essigsäure enthält, das heißt, das Verhältnis von fest/flüssig, ungefähr 1 :500. In bestimmten Ausführungsformen beträgt das Verhältnis ungefähr 1:100. In bestimmten Ausführungsformen beträgt das Verhältnis ungefähr 1:50. In bestimmten Ausführungsformen beträgt das Verhältnis ungefähr 2:50. In bestimmten Ausführungsformen beträgt das Verhältnis ungefähr 2:20.
Anschließend wird der Rührer durch den Betrieb des Rührwerkantriebsmittels M gedreht, um das Gemisch der Rohschlacke und die Lösungsmittellösung, welche die Essigsäure enthält, umzurühren. In bestimmten Ausführungsformen wird das Umrühren innerhalb von 0 Stunden bis zu ungefähr 12 Stunden bei einem Geschwindigkeitsgradienten von 1.800 s^-1 oder weniger ausgeführt, bis eine Lösung mit einer Konzentration von Ca von 90% extrahiert wird. In bestimmten Ausführungsformen wird das Umrühren innerhalb von 0 Stunden bis zu ungefähr 4 Stunden bei einem Geschwindigkeitsgradienten von 1.800 s^-1 oder weniger ausgeführt, bis eine Lösung mit einer Konzentration von Ca von 90% extrahiert wird. In bestimmten Ausführungsformen wird das Umrühren innerhalb von 0 Stunden bis zu ungefähr 2 Stunden bei einem Geschwindigkeitsgradienten von 1.800 s^-1 oder weniger ausgeführt, bis eine Lösung mit einer Konzentration von Ca von 90% extrahiert wird. In bestimmten Ausführungsformen wird das Umrühren innerhalb von 0 Stunden bis zu ungefähr 1 Stunde bei einem Geschwindigkeitsgradienten von 1.800 s^-1 oder weniger ausgeführt, bis eine Lösung mit einer Konzentration von Ca von 90% extrahiert wird.
Als nächstes gelangt die resultierende Lösung, welche mit der Alkalimetallkomponente vermischt ist, welche aus der Schlacke extrahiert wurde, durch den Auslass 13 des Reaktorkörpers 11 und wird der ersten Filtrationsvorrichtung 20 bereitgestellt.
Die erste Filtrationsvorrichtung 20 dient zum Filtern der nachbehandelten Schlacke, von welcher die Alkalikomponente extrahiert wird, in dem Extraktionsreaktor für eine Alkalikomponente 10 bei einem maximalen Druck von 2 Bar oder weniger, und gleichzeitig zum Bereitstellen der Lösung einer Alkalikomponente dem Karbonisierungsreaktor 30. Vorzugsweise kann als die erste Filtrationsvorrichtung 20 ein Druckfilter verwendet werden, welcher Partikel mit einer Partikelgröße von 2 µm oder mehr entfernen kann.
Auf diese Weise werden durch die Verwendung der ersten Filtrationsvorrichtung 20, das heißt dem Druckfilter, welcher Partikel mit einer Partikelgröße von 2 µm oder mehr entfernen kann, die nachbehandelte Schlacke, von welcher die Alkalikomponente extrahiert wird, und die Lösung, welche die Alkalimetallkomponente enthält, bei einem maximalen Druck von 2 Bar oder weniger voneinander getrennt. Hier kann die Rate der Lösung der Alkalikomponente, welche in den Karbonisierungsreaktor 30 zugeführt wird, vorzugsweise 90% oder mehr betragen.
Wenn die extrahierte Lösung der Alkalikomponente in den Karbonisierungsreaktor 30 zugeführt wurde, dann wird Kohlendioxid in die Lösung der Alkalikomponente eingespeist, um eine Reaktion zu veranlassen, die eine Ausfällung von Karbonat produziert.
Der Karbonisierungsreaktor 30 weist einen Reaktorkörper 31 auf, in welchem die Lösung der Alkalikomponente mit dem eingespeisten Kohlendioxid reagiert. Ein Injektionsrohr 32, welches mit einer Quelle von Kohlendioxid verbunden ist, ist mit der Oberseite des Reaktorkörpers 31 verbunden, um das Kohlendioxid in den Reaktor 30 einzuspeisen. Des Weiteren sind ein pH-Meter 33 zum Messen des pH-Werts des Gemisches und ein Konzentrationsmessgerät für Ca 35 zum Messen der Konzentration für Ca, um die Menge an Kohlendioxid zu bestimmen, welche in den Reaktor 30 eingespeist werden soll, an einer Seite des Reaktorkörpers 31 eingebaut. Des Weiteren ist ein pH-Wert Regulator 34 zum automatischen Regulieren der Menge des pH-Wert einstellenden Mittels, welches in den Reaktor 30 eingespeist werden soll, an der anderen Seite des Reaktorkörpers 31 eingebaut.
Der Karbonisierungsreaktor 30 produziert eine Ausfällung von Karbonat durch das Einspeisen von Kohlendioxid in die Lösung der Alkalikomponente mittels eines Karbonisierungsprozess. Vorzugsweise wird ein pH-Wert einstellendes Mittel (zum Beispiel NaOH) hinzugefügt, um den pH-Wert in den Bereich von 10 bis 12 vor dem Einspeisen von Kohlendioxid zu erhöhen.
In bestimmten Ausführungsformen beträgt der pH-Wert, bei dem die Karbonisierungsreaktion mit Leichtigkeit eintritt, 7,5 bis 12,0. In bestimmten Ausführungsformen beträgt der Bereich des pH-Wertes 7,5 bis 9. In bestimmten Ausführungsformen beträgt der Bereich des pH-Wertes 9 bis 10,5. In bestimmten Ausführungsformen beträgt der Bereich des pH-Wertes 10 bis 12.
Demzufolge misst der pH-Meter 33, welcher in den Karbonisierungsreaktor 30 eingebaut ist, den pH-Wert der Lösung der Alkalikomponente. Dann öffnet und schließt ein Steuergerät (nicht dargestellt) den pH-Wert Regulator 34 zum Regulieren der Menge des pH-Wert einstellenden Mittels, welches ein Gerät von der Art eines Elektromagnetventil sein kann, basierend auf den Messergebnissen, so dass das den pH-Wert einstellende Mittel (NaOH) in einer Menge hinzugefügt wird, welche den pH-Wert der Lösung der Alkalikomponente an den Bereich von 10 bis 12 einstellen kann.
Um die Menge an Kohlendioxid zu bestimmen, welche in den Karbonisierungsreaktor 30 eingespeist werden soll, misst das Konzentrationsmessgerät für Ca 35 die Konzentration von Ca in der Lösung der Alkalikomponente. In bestimmten Ausführungsformen wird die Menge an Kohlendioxid, welche in den Karbonisierungsreaktor 30 eingespeist werden soll, durch das Messen der Konzentration von Ca in der Lösung der Alkalikomponente bestimmt, so dass das Verhältnis der Durchflussmenge von CO₂ (Mol) zu der Konzentration an Ca (molare Konzentration) 10:1 beträgt. In bestimmten Ausführungsformen wird die Menge an Kohlendioxid, welche in den Karbonisierungsreaktor 30 eingespeist werden soll, durch das Messen der Konzentration von Ca in der Lösung der Alkalikomponente bestimmt, so dass das Verhältnis der Durchflussmenge von CO₂ (Mol) zu der Konzentration an Ca (molare Konzentration) 5:1 beträgt. In bestimmten Ausführungsformen wird die Menge an Kohlendioxid, welche in den Karbonisierungsreaktor 30 eingespeist werden soll, durch das Messen der Konzentration von Ca in der Lösung der Alkalikomponente bestimmt, so dass das Verhältnis der Durchflussmenge von CO₂ (Mol) zu der Konzentration an Ca (molare Konzentration) 2:1 beträgt. In bestimmten Ausführungsformen wird die Menge an Kohlendioxid, welche in den Karbonisierungsreaktor 30 eingespeist werden soll, durch das Messen der Konzentration von Ca in der Lösung der Alkalikomponente bestimmt, so dass das Verhältnis der Durchflussmenge von CO₂ (Mol) zu der Konzentration an Ca (molare Konzentration) 1:10 beträgt. In bestimmten Ausführungsformen wird die Menge an Kohlendioxid, welche in den Karbonisierungsreaktor 30 eingespeist werden soll, durch das Messen der Konzentration von Ca in der Lösung der Alkalikomponente bestimmt, so dass das Verhältnis der Durchflussmenge von CO₂ (Mol) zu der Konzentration an Ca (molare Konzentration) 1:5 beträgt. In bestimmten Ausführungsformen wird die Menge an Kohlendioxid, welche in den Karbonisierungsreaktor 30 eingespeist werden soll, durch das Messen der Konzentration von Ca in der Lösung der Alkalikomponente bestimmt, so dass das Verhältnis der Durchflussmenge von CO₂ (Mol) zu der Konzentration an Ca (molare Konzentration) 1:2 beträgt. In unterschiedlichen Ausführungsformen wird die Menge an Kohlendioxid, welche in den Karbonisierungsreaktor 30 eingespeist werden soll, durch das Messen der Konzentration von Ca in der Lösung der Alkalikomponente bestimmt, so dass das Verhältnis der Durchflussmenge von CO₂ (Mol) zu der Konzentration an Ca (molare Konzentration) 1:1 beträgt.
Da die Karbonisierungsreaktion in dem Karbonisierungsreaktor 30 auftritt, wird somit eine Ausfällung von Karbonat aus der Lösung der Alkalimetallkomponente produziert.
In dem nächsten Schritt wird die Lösung der Alkalimetallkomponente, welche die produzierte Ausfällung von Karbonat nach der Karbonisierungsreaktion enthält, an die zweite Filtrationsvorrichtung 40 befördert, so dass die Ausfällung von Karbonat von der Lösung der Alkalimetallkomponente getrennt wird.
Die zweite Filtrationsvorrichtung 40 ist zwischen einem Einlass des Extraktionsreaktors für eine Alkalikomponente 10 und einem Auslass des Karbonisierungsreaktors 30 verbunden, um die Ausfällung von Karbonat nach der Karbonisierungsreaktion zu filtern, und gleichzeitig die restliche Lösung (das heißt, die Lösung der Alkalimetallkomponente nach der Karbonisierungsreaktion) zu dem Extraktionsreaktor für eine Alkalikomponente 10 zirkulieren zu lassen. Zu diesem Zweck kann vorzugsweise ein Druckfilter, welcher Partikel entfernen kann, die eine Partikelgröße von 2 µm oder mehr besitzen, als die zweite Filtrationsvorrichtung 40 verwendet werden.
Als Folge davon, wenn die Lösung der Alkalimetallkomponente, welche die produzierte Ausfällung von Karbonat enthält, nach der Karbonisierungsreaktion durch die zweite Filtrationsvorrichtung 40 gelangt, dann wird die Ausfällung von Karbonat von der zweiten Filtrationsvorrichtung 40 gefiltert, und die restliche Lösung (das heißt die Lösung der Alkalimetallkomponente nach der Karbonisierungsreaktion) wird erneut zu dem Extraktionsreaktor für eine Alkalikomponente 10 zirkulieren lassen und erneut in dem Extraktionsprozess für die Alkalimetallkomponente verwendet.
Wie oben stehend beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile zur Verfügung.
Die Vorrichtung der Erfindung erlaubt es, dass die Extraktion der Alkalikomponente und die Karbonisierungsreaktion fortlaufend auftreten. Als Folge davon ist es möglich, die Alkalimetallkomponente in einer Menge von ungefähr 90% oder mehr aus der Schlacke, etc. mit Leichtigkeit zu extrahieren und die Umwandlungsrate von Kohlendioxid in Karbonat dadurch wesentlich zu erhöhen, dass die extrahierte Alkalimetallkomponente mit Kohlendioxid reagieren darf.
Nachdem die Ausfällung von Karbonat von der restlichen Lösung getrennt ist, deren pH-Wert nach der Karbonisierungsreaktion verringert ist, kann des Weiteren die restliche Lösung zu dem Extraktionsreaktor für eine Alkalikomponente zirkuliert werden und in dem Extraktionsprozess für eine Alkalikomponente erneut verwendet werden.

Claims

Vorrichtung zum Verfestigen und Umwandeln von Kohlendioxid in Karbonat, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Extraktionsreaktor (10) für eine Alkalikomponente zum Extrahieren einer Alkalimetallkomponente aus einer Rohschlacke; einen Karbonisierungsreaktor (30) zum Einspeisen von Kohlendioxid in eine Lösung einer Alkalimetallkomponente, welche die extrahierte Alkalimetallkomponente enthält, um eine Ausfällung von Karbonat aus der Lösung einer Alkalimetallkomponente zu erzeugen; eine erste Filtrationsvorrichtung (20), welche zwischen dem Extraktionsreaktor (10) für die Alkalikomponente und dem Karbonisierungsreaktor (30) verbunden ist, um einen nachbehandelten Schlamm, von welchem die Alkalikomponente extrahiert wird, aus der Lösung einer Alkalimetallkomponente abzutrennen; und eine zweite Filtrationsvorrichtung (40), welche zwischen einem Einlass des Extraktionsreaktors (10) für die Alkalikomponente und einem Auslass des Karbonisierungsreaktors (30) verbunden ist, um das Karbonat aus der Lösung einer Alkalimetallkomponente nach einer Karbonisierungsreaktion abzutrennen, wobei der Extraktionsreaktor (10) für die Alkalikomponente aufweist: einen Reaktorkörper (11), welcher jeweils einen Einlass und einen Auslass an der Oberseite und der Unterseite, und in regelmäßigen Abständen eine Vielzahl von Umlenkblechen (14) an einem inneren Umfang des Reaktorkörpers (11) aufweist; einen Rührer (16), welcher mit einem Rührwerkantriebsmittel (M) verbunden ist, und in dem Reaktorkörper (11) drehbar ist, um ein Gemisch aus Prozesswasser, welches die Rohschlacke aufweist, und einem Lösungsmittel umzurühren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Extraktionsreaktor (10) für die Alkalikomponente ferner aufweist: einen pH-Meter (17) und ein Konzentrationsmessgerät (35) für Ca, welche an einer Seite des Reaktorkörpers (11) eingebaut sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Karbonisierungsreaktor (30) aufweist: einen Reaktorkörper (31), in welchem die Lösung einer Alkalimetallkomponente mit Kohlendioxid reagiert; ein Injektionsrohr(32), welches an einer Seite des Reaktorkörpers (31) zum Einspeisen von Kohlendioxid in die Lösung einer Alkalimetallkomponente eingebaut ist; einen pH-Meter (33) und einen pH-Regulator (34) zum Regulieren der Menge eines pH-Wert einstellenden Mittels, welches in den Reaktor (10) eingespeist werden soll, welche an einer gegenüber liegenden Seite des Injektionsrohrs (32) des Reaktorkörpers (31) eingebaut sind; und ein Konzentrationsmessgerät (35) für Ca zum Messen der Konzentration von Ca, um die Menge an Kohlendioxid zu bestimmen, welche eingespeist werden soll.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Filtrationsvorrichtung (20) einen Druckfilter aufweist, welcher Partikel entfernen kann, die eine Partikelgröße von 2 µm bis zu 1000 µm besitzen, bei einem Druck von 0 Bar bis zu 2 Bar, um gleichzeitig den nachbehandelten Schlamm zu filtern, von welchem die Alkalikomponente extrahiert wird, und die Lösung einer Alkalimetallkomponente dem Karbonisierungsreaktor (30) bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Filtrationsvorrichtung (40) einen Druckfilter aufweist, welcher Partikel entfernen kann, die eine Partikelgröße von 2 µm bis zu 1000 µm besitzen, um gleichzeitig die Ausfällung von Karbonat nach der Karbonisierungsreaktion zu filtern, und um eine restliche Lösung in dem Extraktionsreaktor (10) für eine Alkalikomponente zirkulieren zu lassen.