-
Hintergrund
-
(a) Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fixieren von Kohlenstoffdioxid, das in einem Abgas enthalten ist. Genauer gesagt betrifft sie ein Verfahren zum Fixieren von Kohlenstoffdioxid, bei dem eine Erdalkalimetallkomponente aus einer Rohschlacke extrahiert wird und die extrahierte Erdalkalimetallkomponente unter Erzeugung eines Carbonatpräzipitats des Erdalkalimetalls mit Kohlenstoffdioxid umgesetzt wird.
-
(b) Stand der Technik
-
Aus Umweltgründen ist es in vielen Industriebereichen erforderlich, Abgase, die Kohlenstoffdioxid enthalten, zu behandeln. Ein üblicher Prozess zum Behandeln eines Abgases umfasst einen Abtrennungs-/Rückgewinnungsprozess und einen Fixierungs(Immobilisierungs-)prozess.
-
Der Fixierungsprozess soll das Kohlenstoffdioxid in eine Kohlenstoff enthaltende Verbindung (z. B. ein Carbonat) und die Kohlenstoff enthaltende Verbindung in eine Verbindung, die in anderen industriellen Prozessen eingesetzt werden kann, umwandeln, so dass das Kohlenstoffdioxid, welches bekanntermaßen eine globale Erwärmung verursacht, auf umweltfreundliche Weise entfernt werden kann und das Kohlenstoffdioxid als nützliches Material verwendet werden kann.
-
Bislang wurde nur ein einziger Reaktor eingesetzt, in dem eine Extraktion einer Erdalkalimetallkomponente aus einer Rohschlacke gleichzeitig mit einer Carbonisierungsreaktion durchgeführt wird. Da die Extraktion der Erdalkalimetallkomponente und die Carbonisierungsreaktion gleichzeitig durchgeführt werden, wird bei diesem herkömmlichen Verfahren jedoch eine extrahierte Erdalkalimetallkomponente carbonisiert, die carbonisierte Komponente wird als Niederschlag bzw. Präzipitat gebildet und das Carbonatpräzipitat wird dann auf der Oberfläche der Schlacke gesammelt, was zu einer Behinderung der Extraktion der Erdalkalimetallkomponente führt, die Carbonisierungsreaktion verzögert und eine Abnahme der Geschwindigkeit der Carbonisierung verursacht.
-
Daneben ist es beim herkömmlichen Verfahren, da die Schlacke, das Carbonatpräzipitat und das restliche Prozesswasser/die Lösung nebeneinander vorliegen, schwierig, das Prozesswasser/die Lösung und das für die Extraktion verwendete chemische Lösungsmittel (z. B. Essigsäure) wiederzuverwenden.
-
Insbesondere in einem Fall, in dem Essigsäure zur Extraktion einer Erdalkalimetallkomponente wie beispielsweise Calcium (Ca), Magnesium und dergleichen aus einer Rohstahlschlacke oder einem natürlichen Mineral verwendet wird, ist eine große Menge an Essigsäure erforderlich, wodurch die Verarbeitungskosten ansteigen. Ferner ist für die Carbonisierungsreaktion eine große Menge an NaOH als Mittel zum Einstellen den pH-Werts erforderlich, wodurch die Verarbeitungskosten ebenfalls ansteigen.
-
In manchen Fällen bewirkt die Verwendung von NaOH zudem eine übermäßige Produktion suspendierter Feststoffe (z. B. Ca(OH)2), wodurch verhindert wird, dass die Erdalkalimetallkomponente (z. B. Ca) in ein Carbonat (z. B. CaCO3) umgewandelt wird.
-
Die in diesem Abschnitt Hintergrund gemachten Angaben dienen lediglich dazu, den Hintergrund der Erfindung besser verständlich zu machen und können daher Informationen enthalten, die keinen Stand der Technik bilden, wie er einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
-
Zusammenfassung der Offenbarung
-
Es wird ein Verfahren zum Fixieren von Kohlenstoffdioxid, das in einem Abgas enthalten ist, bereitgestellt. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte: Extrahieren einer Erdalkalimetallkomponente aus einer Rohschlacke in einem ersten Reaktor unter Verwenden eines Ammoniumsalzlösungsmittels, um eine Lösung zu erzeugen, die die extrahierte Erdalkalimetallkomponente enthält; und Umsetzen der Lösung mit Kohlenstoffdioxid in einem zweiten Reaktor, um ein Carbonatpräzipitat zu erzeugen.
-
Das Ammoniumsalz kann vorzugsweise eines sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ammoniumchlorid, Ammoniumnitrat und Ammoniumacetat.
-
Das Ammoniumsalz kann vorzugsweise einen pH-Wert von etwa 6 aufweisen, und die Lösung, die die extrahierte Erdalkalimetallkomponente enthält, und die nach der Extraktion erzeugt wurde, kann vorzugsweise – ohne dabei einen separaten Schritt zum Einstellen des pH-Werts durchzuführen – einen pH-Wert von etwa 8–9 aufweisen.
-
Nachdem das Carbonatpräzipitat erzeugt wurde, kann die Lösung in geeigneter Weise einen pH-Wert von etwa 6–7 aufweisen.
-
Nachdem das Carbonatpräzipitat erzeugt wurde, kann wenigstens ein Teil der Lösung in geeigneter Weise zur Wiederverwendung zum ersten Reaktor zurückgeführt werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren ferner – vor dem Umsetzen der Lösung mit Kohlenstoffdioxid – einen Schritt des Zugebens eines Mittels zum Einstellen des pH-Werts, um den pH der Lösung zu erhöhen, umfassen. Das Mittel zum Einstellen des pH-Werts kann NaOH sein und der pH der Lösung kann auf etwa 12 erhöht werden.
-
Kurze Beschreibung, der Figuren
-
Im Folgenden werden die vorstehend angegebenen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben beschrieben, die in den beigefügten Figuren veranschaulicht sind, die hierin nachstehend lediglich zu Veranschaulichungszwecken angegeben sind und die vorliegende Erfindung daher in keiner Weise einschränken sollen. In den Figuren gilt:
-
1 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Fixierung von Kohlenstoffdioxid gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
-
2 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Fixierung von Kohlenstoffdioxid gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
-
Die in den Figuren angegebenen Bezugszeichen bezeichnen die folgenden Bauteile, wie sie nachstehend weiter erläutert sind:
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Reaktor für die Extraktion der Erdalkalimetallkomponente
- 20
- Reaktor für die Carbonisierung (Carbonisierungsreaktor)
- 30
- Kohlenstoffdioxidquelle
-
Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, sondern eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale zeigen, welche die zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung veranschaulichen. Spezielle Merkmale der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; wie sie hierin offenbart sind, einschließlich von zum Beispiel bestimmten Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die Bedingungen und Umstände der speziell angestrebten Anwendung und Verwendung bestimmt werden.
-
In allen Figuren bezeichnen die Bezugszeichen jeweils gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
-
Ausführliche Beschreibung
-
Im Folgenden wird mm ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, die beispielhaft in den beigefügten Figuren veranschaulicht und nachfolgend beschrieben sind. Obwohl die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, soll verstanden werden, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaft angegebenen Ausführungsformen einschränken soll. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur die beispielhaft angegebenen Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen abdecken, die im Geiste und Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, enthalten sein können.
-
Erste Ausführungsform
-
Wie in 1 gezeigt ist, wird eine Erdalkalimetallkomponente (z. B. Ca, Mg, usw.) in einem Reaktor für die Extraktion der Erdalkalimetallkomponente (10) extrahiert. Genauer gesagt wird eine Rohschlacke (z. B. eine Schlacke aus einem Eisenerzeugungsprozess in einem Hochofen, eine Schlacke aus einem Stahlherstellungsprozess in einem elektrischen Ofen, usw.) dem Reaktor für die Extraktion der Erdalkalimetallkomponente (10) zugeführt. Als Lösungsmittel für die Extraktion wird ein Ammoniumsalzlösungsmittel zugeführt. Die resultierende Lösung wird so lange gerührt, bis wenigstens 90% der in der Rohschlacke enthaltenden Erdalkalimetallkomponente extrahiert wurden.
-
Beispiele für das Lösungsmittel für die Extraktion können, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Ammoniumchlorid, Ammoniumnitrat und Ammoniumacetat einschließen. Der pH des Lösungsmittel für die Extraktion selbst beträgt etwa 6 und der pH der Post-Extraktionslösung beträgt etwa 8–9. Ohne den pH der Post-Extraktionslösung einstellen zu müssen, kann das in der Post-Extraktionslösung enthaltene, extrahierte Erdalkalimetall daher leicht durch eine Carbonisierungsreaktion bei Raumtemperatur und bei Atmosphärendruck in einem Carbonisierungsreaktor (20) in ein Carbonat umgewandelt werden.
-
Die Post-Extraktionslösung, die den Reaktor für die Extraktion der Erdalkalimetallkomponente (10) verlässt, wird dem Carbonisierungsreaktor (20) zugeführt. Den Carbonisierungsreaktor (20) wird das Kohlenstoffdioxid aus einer Kohlenstoffdioxidquelle (30) zugeführt. Die Menge des zugeführten Kohlenstoffdioxids wird entsprechend einem Konzentrationsanteil der Erdalkalimetallkomponente der in den Carbonisierungsreaktor (20) eingebrachten Lösung gesteuert. Es kann ein Luftverteiler (nicht gezeigt) in dem Carbonisierungsreaktor (20) vorgesehen sein, um das aus der Kohlenstoffdioxidquelle (30) zugeführte Kohlenstoffdioxid aufzunehmen und Kohlenstoffdioxidblasen zu erzeugen.
-
In dem Carbonisierungsreaktor (20) wird eine Carbonisierungsreaktion durchgeführt und es wird ein Carbonatpräzipitat erzeugt. Und zwar wird das gasförmige Kohlenstoffdioxid bei einem pH von etwa 8–9 im Carbonisierungsreaktor (20) mit einem Erdalkalimetallion umgesetzt, um ein Carbonatpräzipitat zu erzeugen. Das Carbonatpräzipitat wird mit Hilfe eines Fest-/Flüssig-Trennungspozesses von der in dem Carbonisierungsreaktor (20) enthaltenen Lösung abgetrennt.
-
Die mit Hilfe eines Fest-/Flüssig-Trennungsprozesses abgetrennte Lösung weist einen pH-Wert von etwa 6–7 auf. Wenigstens ein Teil der Lösung wird zur Wiederverwendung zum Reaktor für die Extraktion der Erdalkalimetallkomponente (10) zurückgeführt.
-
Zweite Ausführungsform
-
Wie in 2 gezeigt ist, wird eine Erdalkalimetallkomponente (z. B. Ca, Mg, usw.) in einem Reaktor für die Extraktion der Erdalkalimetallkomponente (10) extrahiert. Genauer gesagt wird eine Rohschlacke (z. B. eine Schlacke aus einem Eisenerzeugungsprozess in einem Hochofen, eine Schlacke aus einem Stahlherstellungsprozess in einem elektrischen Ofen, usw.) dem Reaktor für die Extraktion der Erdalkalimetallkomponente (10) zugeführt. Als Lösungsmittel für die Extraktion wird ein Ammoniumsalzlösungsmittel zugeführt. Die resultierende Lösung wird so lange gerührt, bis wenigstens 90% der in der Rohschlacke enthaltenden Erdalkalimetallkomponente extrahiert wurden.
-
Beispiele für das Lösungsmittel für die Extraktion können, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Ammoniumchlorid, Ammoniumnitrat und Ammoniumacetat einschließen. Der pH des Lösungsmittel für die Extraktion selbst beträgt etwa 6 und der pH der Post-Extraktionslösung beträgt etwa 8–9. In dieser Ausführungsform wird der pH der Post-Extraktionslösung vor dem Einbringen der Post-Extraktionslösung in den Carbonisierungsreaktor (20) auf etwa 12 eingestellt. Zum Beispiel kann ein Mittel zum Einstellen des pH (z. B. NaOH) in geeigneter Weise zur Post-Extraktionslösung gegeben werden. Bei dieser Art, den pH einzustellen, wird die Menge an Carbonatpräzipitat nach der Carbonisierungsreaktion in dem Carbonisierungsreaktor größer.
-
Die Post-Extraktionslösung, die den Reaktor für die Extraktion der Erdalkalimetallkomponente (10) verlässt, wird – nach dem Einstelen des pH-Werts – dem Carbonisierungsreaktor (20) zugeführt. Dem Carbonisierungsreaktor (20) wird das Kohlenstoffdioxid aus einer Kohlenstoffdioxidquelle (30) zugeführt. Die Menge des zugeführten Kohlenstoffdioxids wird entsprechend einem Konzentrationsanteil der Menge der Erdalkalimetallkomponente der in den Carbonisierungsreaktor (20) eingebrachten Lösung gesteuert. Es kann ein Luftverteiler (nicht gezeigt) in dem Carbonisierungsreaktor (20) vorgesehen sein, um das aus der Kohlenstoffdioxidquelle (30) zugeführte Kohlenstoffdioxid aufzunehmen und Kohlenstoffdioxidblasen zu erzeugen.
-
In dem Carbonisierungsreaktor (20) wird eine Carbonisierungsreaktion durchgeführt und es wird ein Carbonatpräzipitat erzeugt. Und zwar wird das gasförmige Kohlenstoffdioxid bei einem von etwa 8–9 im Carbonisierungsreaktor (20) mit einem Erdalkalimetallion umgesetzt, um ein Carbonatpräzipitat zu erzeugen. Das Carbonatpräzipitat wird mit Hilfe eines Fest-/Flüssig-Trennungspozesses von der in dem Carbonisierungsreaktor (20) enthaltenen Lösung abgetrennt. Anschließend wird der pH des gelösten Carbonats auf 7 oder mehr eingestellt, wodurch eine hohe Reinheit des Carbonats erhalten wird.
-
Die mit Hilfe eines Fest-/Flüssig-Abtrennungsprozesses abgetrennte Lösung weist einen pH-Wert von etwa 6–7 auf. Wenigstens ein Teil der Lösung wird zur Wiederverwendung zu dem Reaktor für die Extraktion der Erdalkalimetallkomponente (10) zurückgeführt.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann – bei Verwenden eines Ammoniumsalzlösungsmittels – auf hochselektive und effiziente Weise, kostengünstig und unter milderen Bedingungen (Raumtemperatur und Atmosphärendruck) eine Carbonisierungsreaktion durchgeführt werden. Durch Verwenden eines Ammoniumsalzlösungsmittels anstelle eines Essigsäurelösungsmittels kann der Schritt des Einstellen des pH eliminiert werden, wodurch der Prozessschritt vereinfacht wird und die Gesamtprozesskosten reduziert werden. Durch Einstellen des pH der Post-Extraktionslösung vor dem Einbringen der Post-Extraktionslösung in einen Carbonisierungsreaktor wird zudem die Menge des Carbonatpräzipitats nach der Carbonisierungsreaktion in dem Carbonisierungsreaktor größer. Da die Lösung, die den Carbonisierungsreaktor verlässt, einen geeigneten pH-Wert aufweist, so dass sie in dem Reaktor für die Extraktion erneut verwendet werden kann, können dadurch zudem die Gesamtprozesskosten verringert werden. Ferner kann, da keine oder nur wenige suspendierte Feststoffe, ein Nebenprodukt, das erzeugt werden kann, wenn eine große Menge eines Mittels zum Einstellen des pH verwendet wird (z. B. NaOH), erzeugt werden, ein hochreines Carbonat (z. B. CaCO3) in einfacherer und kostengünstigerer Weise erhalten werden.
