EA023492B1 - Связывание диоксида углерода, включающее термолитические процессы на основе двух солей - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к энергоэкономичным способам связывания диоксида углерода, в результате которых содержащие силикаты металлов II группы минералы и COпревращаются в известняк и песок с использованием термолитического процесса на основе двух солей, который допускает рециркуляцию тепла и химических реагентов с одной стадии на другую.

Description

Настоящее изобретение в общем относится к области связывания диоксида углерода из источника, такого как поток отходов (например, топочный газ) электростанции, в результате чего содержащие силикаты металлов II группы минералы превращаются в хлоридные соли металлов II группы и δίΟ₂, хлоридные соли металлов II группы превращаются в гидроксиды металлов II группы и/или гидроксихлоридные соли металлов II группы. Они, в свою очередь, могут реагировать с диоксидом углерода, образуя карбонатные соли металлов II группы, необязательно в присутствии катализаторов. Эти стадии можно сочетать, образуя цикл, в котором диоксид углерода связывается в форме карбонатных солей и побочных продуктов с одной или нескольких стадий, таких как тепло, и химические реагенты повторно используют или возвращают на одной или нескольких других стадиях.

Описание предшествующего уровня техники

Значительное беспокойство на государственном и международном уровне становится все более сосредоточенным на выбросах СО₂ в атмосферу. В частности, внимание сосредоточено на влиянии данного газа на задерживание солнечного тепла в атмосфере, в результате чего образуется парниковый эффект. Несмотря на некоторые разногласия в отношении величины данного эффекта, все соглашаются в том, что было бы полезно удалять СО2 (и другие химические вещества) из источников точечных выбросов, особенно если бы стоимость этого удаления являлась достаточно низкой.

Парниковые газы состоят преимущественно из диоксида углерода и образуются муниципальными электростанциями и крупномасштабными промышленными предприятиями по месту расположения электростанций, хотя они также образуются при любом обычном сгорании углерода (например, в автомобилях, при расчистке тропических лесов, простом горении и т.д.). Поскольку точки наиболее концентрированных выбросов представляют собой электростанции по всей планете, сокращение или прекращение выбросов из этих определенных точек представляет собой привлекательную задачу для осуществления технологии удаления. Так как производство энергии представляет собой основной источник выбросов парниковых газов, в течение последних тридцати лет интенсивно исследуются и изучаются способы, такие как уменьшение удельных выбросов диоксида углерода, повышение эффективности и связывание диоксида углерода в топочных газах электростанций разнообразными средствами.

В попытках связывания углерода (исходная форма которого представляет собой газообразный СО₂) созданы многочисленные разнообразные технологии, которые можно в общем классифицировать как геологические, наземные или океанские системы. Обзор этих технологий представляют Материалы первой национальной конференции по связыванию углерода (2001 г.). В настоящее время многие, если не все, из данных технологий являются чрезмерно энергоемкими, и, таким образом, они не выгодны в экономическом отношении, потребляя во многих случаях больше энергии, чем производство энергии в связи с образованием диоксида углерода. Альтернативные способы, которые преодолевают один или несколько из данных недостатков, имели бы преимущества.

Приведенный список недостатков не следует рассматривать в качестве исчерпывающего; напротив, они входят во множество недостатков, которые снижают эффективность ранее известных технологий связывания диоксида углерода из потока отходов; однако и перечисленные выше недостатки являются достаточными, чтобы продемонстрировать, что существующие в технике способы не являются удовлетворительными, и существует значительная потребность в технологиях, которые описаны и заявлены в настоящем изобретении.

Сущность изобретения

В настоящем документе описаны способы и устройства для связывания диоксида углерода, включая связывание диоксида углерода из потоков отходов. В одном аспекте предложены способы связывания произведенного источником диоксида углерода, включающие:

(a) реакцию галогенидной, сульфатной или нитратной соли на основе первого катиона или ее гидрата с водой в первой смеси в условиях, подходящих для образования первой смеси продуктов, включающей первый продукт стадии (а), включающий гидроксидную соль на основе первого катиона, оксидную соль на основе первого катиона и/или гидроксихлоридную соль на основе первого катиона, и второй продукт стадии (а), включающий НС1, Н₂ЗО₄ или ΗΝΟ₃;

(b) смешивание некоторой части или всего количества первого продукта стадии (а) с галогенидной, сульфатной или нитратной солью на основе второго катиона или ее гидратом и произведенного источником диоксида углерода во второй смеси в условиях, подходящих для образования второго продукта, причем смесь включает первый продукт стадии (Ь), включающий галогенидную, сульфатную и/или нитратную соль на основе первого катиона или ее гидрат, второй продукт стадии (Ь), включающий карбонатную соль на основе второго катиона, и третий продукт стадии (Ь), включающий воду; и

- 1 023492 (с) отделение некоторой части или всей карбонатной соли на основе второго катиона от второй смеси продуктов, в результате чего диоксид углерода связывается в форме минерального продукта.

В некоторых вариантах осуществления на основе первого катиона галогенидная, сульфатная или нитратная соль или ее гидрат на стадии (а) представляет собой хлоридную соль на основе первого катиона или ее гидрат, и второй продукт стадии (а) представляет собой НС1. В некоторых вариантах осуществления галогенидная, сульфатная или нитратная соль на основе первого катиона или ее гидрат на стадии (Ь) представляет собой хлоридную соль на основе первого катиона или ее гидрат.

В некоторых вариантах осуществления хлоридная соль на основе первого катиона или ее гидрат на стадии (а) представляет собой МдС1₂. В некоторых вариантах осуществления хлоридная соль на основе первого катиона или ее гидрат на стадии (а) представляет собой гидратированную форму М§С1₂. В некоторых вариантах осуществления хлоридная соль на основе первого катиона или ее гидрат на стадии (а) представляет собой М§С1₂-6Н₂О. В некоторых вариантах осуществления гидроксидная соль на основе первого катиона на стадии (а) представляет собой Мд(ОН)₂. В некоторых вариантах осуществления гидроксихлоридная соль на основе первого катиона на стадии (а) представляет собой Мд(ОН)С1. В некоторых вариантах осуществления первый продукт стадии (а) включает преимущественно Мд(ОН)С1. В некоторых вариантах осуществления первый продукт стадии (а) включает более чем 90 мас.% Мд(ОН)С1. В некоторых вариантах осуществления первый продукт стадии (а) представляет собой Мд(ОН)С1. В некоторых вариантах осуществления оксидная соль на основе первого катиона на стадии (а) представляет собой МдО.

В некоторых вариантах осуществления галогенидная, сульфатная или нитратная соль на основе второго катиона или ее гидрат на стадии (Ь) представляет собой хлоридную соль на основе второго катиона или ее гидрат, например СаС1₂. В некоторых вариантах осуществления хлоридная соль на основе первого катиона на стадии (Ь) представляет собой МдС1₂. В некоторых вариантах осуществления хлоридная соль на основе первого катиона на стадии (Ь) представляет собой гидратированную форму М§С1₂. В некоторых вариантах осуществления хлоридная соль на основе первого катиона на стадии (Ь) представляет собой М§С1₂-6Н₂О.

В некоторых вариантах осуществления некоторая часть или все количество воды на стадии (а) присутствует в форме пара или сверхкритической воды. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество воды на стадии (а) получают из воды на стадии (Ь). В некоторых вариантах осуществления стадия (Ь) дополнительно включает добавление гидроксида натрия во вторую смесь.

В некоторых вариантах осуществления способы дополнительно включают:

(ά) смешивание содержащего силикаты металлов II группы минерала с НС1 в условиях, подходящих для образования третьей смеси продуктов, включающей хлоридную соль металлов II группы, воду и диоксид кремния.

В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество НС1 на стадии (ά) получают на стадии (а). В некоторых вариантах осуществления способы на стадии (ά) дополнительно включают перемешивание содержащего силикаты металлов II группы минерала с НС1. В некоторых вариантах осуществления регенерируют некоторую часть или все количество тепла, полученного на стадии (ά). В некоторых вариантах осуществления некоторая часть или все количество хлоридной соли на основе второго катиона на стадии (Ь) представляет собой хлоридную соль металлов II группы на стадии (ά). В некоторых вариантах осуществления способы дополнительно включают стадию разделения, на которой диоксид кремния отделяют от хлоридной соли металлов II группы, полученной на стадии (ά). В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество воды на стадии (а) получают из воды на стадии (ά).

В некоторых вариантах осуществления содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (ά) включает иносиликат металлов II группы. В некоторых вариантах осуществления содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (ά) включает Са5>Ю₂. В некоторых вариантах осуществления содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (ά) включает Мд§Ю₂. В некоторых вариантах осуществления содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (ά) включает оливин Мд₂[§1О₄]. В некоторых вариантах осуществления содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (ά) включает серпентин Мд₆[ОН]₈[§1₄О₁₀]. В некоторых вариантах осуществления содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (ά) включает сепиолит Мд₄[(ОН)₂§1₆О₁₅]-6Н₂О, энстатит Мд₂[§1₂О₆], диопсид СаМд[§1₂О₆] и/или тремолит Са₂Мд₅{[ОН]§1₄О₁₁}₂. В некоторых вариантах осуществления силикат металлов II группы дополнительно включает силикаты железа и/или марганца. В некоторых вариантах осуществления силикат железа представляет собой фаялит Ре₂[81О₄].

В некоторых вариантах осуществления некоторая часть или все количество хлоридной соли на основе первого катиона, полученной на стадии (Ь), представляет собой хлоридную соль на основе первого катиона, используемую на стадии (а).

В некоторых вариантах осуществления диоксид углерода находится в форме топочного газа, где топочный газ дополнительно включает Ν₂ и Н₂О.

- 2 023492

В некоторых вариантах осуществления подходящие условия реакции на стадии (а) включают температуру, составляющую от приблизительно 200 до приблизительно 500°С. В некоторых вариантах осуществления температура составляет от приблизительно 230 до приблизительно 260°С. В некоторых вариантах осуществления температура составляет приблизительно 250°С. В некоторых вариантах осуществления температура составляет от приблизительно 200 до приблизительно 250°С. В некоторых вариантах осуществления температура составляет приблизительно 240°С.

В некоторых вариантах осуществления подходящие условия реакции на стадии (а) включают температуру, составляющую от приблизительно 50 до приблизительно 200°С. В некоторых вариантах осуществления температура составляет от приблизительно 90 до приблизительно 260°С. В некоторых вариантах осуществления температура составляет от приблизительно 90 до приблизительно 230°С. В некоторых вариантах осуществления температура составляет приблизительно 130°С.

В некоторых вариантах осуществления подходящие условия реакции на стадии (а) включают температуру, составляющую от приблизительно 400 до приблизительно 550°С. В некоторых вариантах осуществления температура составляет от приблизительно 450 до приблизительно 500°С.

В некоторых вариантах осуществления подходящие условия реакции на стадии (а) включают температуру, составляющую от приблизительно 20 до приблизительно 100°С. В некоторых вариантах осуществления температура составляет от приблизительно 25 до приблизительно 95°С.

В некоторых вариантах осуществления подходящие условия реакции на стадии (а) включают температуру, составляющую от приблизительно 50 до приблизительно 200°С. В некоторых вариантах осуществления температура составляет от приблизительно 90 до приблизительно 150°С.

В еще одном аспекте настоящее изобретение предлагает способы связывания произведенного источником диоксида углерода, включающие:

(a) смешивание хлоридной соли магния и воды в первой смеси в условиях, подходящих для образования (ί) гидроксида магния, оксида магния и/или Мд(ОН)С1 и (ίί) хлористого водорода;

(b) смешивание (ί) гидроксида магния, оксида магния и/или Мд(ОН)С1, (ίί) СаС1₂ и (ίίί) произведенного источником диоксида углерода во второй смеси в условиях, подходящих для образования (ΐν) карбоната кальция, (ν) хлоридной соли магния и (νί) воды; и (c) отделение карбоната кальция от второй смеси, в результате чего диоксид углерода связывается в форме минерального продукта.

В некоторых вариантах осуществления некоторая часть или все количество хлористого водорода на стадии (а) смешивают с водой для получения хлористо-водородной кислоты. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество гидроксида магния, оксида магния и/или Мд(ОН)С1 для стадии (Ь)(1) получают на стадии (а)(1). В некоторых вариантах осуществления некоторая часть из всего количества воды на стадии (а) присутствует в форме гидрата хлоридной соли магния. В некоторых вариантах осуществления стадия (а) происходит в одном, двух или трех реакторах. В некоторых вариантах осуществления стадия (а) происходит в одном реакторе. В некоторых вариантах осуществления гидроксид магния, оксид магния и/или Мд(ОН)С1 на стадии (а)(1) содержит более чем 90 мас.% Мд(ОН)С1. В некоторых вариантах осуществления хлоридная соль магния содержит более чем 90 мас.% М§С1₂-6Н₂О.

В некоторых вариантах осуществления способы дополнительно включают:

(й) смешивание содержащего силикаты металлов II группы минерала с хлористым водородом в условиях, подходящих для образования хлоридная соль металлов II группы, вода, и диоксид кремния.

В некоторых вариантах осуществления некоторая часть или все количество хлористого водорода на стадии (й) получают на стадии (а). В некоторых вариантах осуществления стадия (й) дополнительно включает перемешивание содержащего силикаты металлов II группы минерала с хлористо-водородной кислотой. В некоторых вариантах осуществления некоторая часть или все количество хлоридной соли магния на стадии (а) получают на стадии (й). В некоторых вариантах осуществления способы дополнительно включают стадию разделения, на которой диоксид кремния отделяют от хлоридной соли металлов II группы, полученной на стадии (й). В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество воды на стадии (а) получают из воды на стадии (й). В некоторых вариантах осуществления содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (й) включает иносиликат металлов II группы.

В некоторых вариантах осуществления содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (й) включает Са8Ю₃. В некоторых вариантах осуществления содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (й) включает М§§Ю₃. В некоторых вариантах осуществления содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (й) включает оливин. В некоторых вариантах осуществления содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (й) включает серпентин. В некоторых вариантах осуществления содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (й) включает сепиолит, энстатит, диопсид и/или тремолит. В некоторых вариантах осуществления силикат металлов II группы дополнительно включает минерализованное железо и/или марганец.

В некоторых вариантах осуществления стадия (Ь) дополнительно включает добавление СаС1₂ и воды во вторую смесь.

- 3 023492

Другие цели, отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания. Следует понимать, однако, что хотя подробное описание и конкретные примеры описывают конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, они представлены исключительно в качестве иллюстраций, поскольку разнообразные изменения и модификации, соответствующие идее и объему настоящего изобретения, станут очевидными для специалистов в данной области техники из данного подробного описания.

Краткое описание чертежей

Следующие чертежи составляют часть настоящего описания и включены для дополнительной демонстрации определенных аспектов настоящего изобретения. Настоящее изобретение становится более понятным при рассмотрении одного из данных чертежей в сочетании с подробным описанием конкретных вариантов осуществления, представленных в настоящем документе.

Фиг. 1 представляет блок-схему системы для включающего гидроксиды металлов II группы способа связывания СО₂ в виде карбонатов металлов II группы согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет блок-схему системы, в которой Мд²' функционирует в качестве катализатора связывания СО₂ в виде карбоната кальция согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет упрощенную схему технологического процесса согласно некоторым вариантам осуществления способов, описанных в настоящем документе. Представлен включающий гидроксиды металлов II группы способ связывания СО₂ в виде известняка (который составляет, главным образом, минерал кальцит, СаСО₃). Термин дорожная соль на данном чертеже означает хлорид металла II группы, такой как СаС1₂ и/или МдС1₂, один или оба из которых необязательно являются гидратированными. В вариантах осуществления, включающих МдС1₂, тепло можно использовать для проведения реакции между дорожной солью и водой (включая воду гидратации) с образованием НС1 и гидроксида магния Мд(ОН)₂ и/или гидроксихлорида магния Мд(ОН)С1. В вариантах осуществления, включающих СаС1₂, тепло можно использовать для проведения реакции между дорожной солью и водой с образованием гидроксида кальция и НС1. НС1 реагирует, например, с горными породами на основе иносиликата кальция (необязательно измельченными), образуя дополнительного количества дорожной соли, например, СаС1₂, и песок (8Ю₂).

Фиг. 4 представляет упрощенную схему технологического процесса, соответствующую некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Силикатные горные породы можно использовать в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения для связывания СО₂ в виде СаСО₃. Термин дорожная соль на данном чертеже означает хлорид металла II группы, такой как СаС1₂ и/или МдС1₂, один или оба из которых необязательно являются гидратированными. В содержащем дорожную соль бойлере тепло можно использовать для проведения реакции между дорожной солью, например МдС1₂-6Н₂О, и водой (включая воду гидратации) с образованием НС1 и гидроксидов, оксидов и/или смешанных гидроксихлоридов металлов II группы, включая, например, гидроксид магния Мд(ОН)₂ и/или гидроксихлорид магния Мд(ОН)С1. В вариантах осуществления, включающих СаС1₂, тепло можно использовать для проведения реакции между дорожной солью и водой с образованием гидроксида кальция и НС1. НС1 можно продавать или вводить в реакции с силикатными горными породами, например иносиликатами, получая дополнительное количество дорожной соли, например СаС1₂, и песок (ЗЮ₂). В некоторых из данных вариантов осуществления можно использовать ионообменную реакцию между Мд²' и Са²', чтобы обеспечивать, например, циклическую работу ионов Мд²'.

Фиг. 5 представляет схему технологического процесса, показывающую параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Лкреи Р1и8 для моделирования технологических процессов. В данном варианте осуществления содержащий 35% МдС1₂, 65% Н₂О раствор нагревают до 536°Р (280°С), затем поток выходит в виде потока, обозначенного Н₂О-МдОН, который включает раствор МдС1₂ и твердый Мд(ОН)₂. Как правило, когда Мд(ОН)С1 растворяется в воде, он образует Мд(ОН)₂ (твердый) и МдС1₂ (растворенный). Здесь МдС1₂ не используют для непосредственного поглощения СО₂, вместо этого происходит его рециркуляция. Суммарная реакция представляет собой улавливание СО₂ из топочного газа с использованием дешевых исходных материалов, СаС1₂ и воды, и образование СаСО₃. Результаты моделирования показывают, что эффективной является рециркуляция потока МдС1₂ и затем его реакция с Н₂О при нагревании и образование Мд(ОН)₂. Одно или несколько из вышеупомянутых соединений затем реагируют с раствором СаС1₂/Н₂О и СО₂ из топочного газа, образуя, в конечном счете, СаСО₃, который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате МдС1₂ рециркулирует в первый реактор для повторения процесса.

Фиг. 6 представляет схему технологического процесса, показывая параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Лкреи Р1и8 для моделирования технологических процессов. Суммарная реакция представляет собой улавливание СО2 из топочного газа с использованием дешевых исходных материалов, СаС12 и воды, и образование СаСО3. В данном варианте осуществления гексагидрат дегидратируют в трех отдельных камерах и разлагают в четвертой камере, где НС1, которая образуется при разложении, рециркулирует обратно в третью камеру, что предотвраща- 4 023492 ет любые побочные реакции. Реакции, проходящие в этих камерах, включают следующие: первая камера (100°С): МдС1₂-6Н₂О>МдС1₂-4Н₂О+2Н₂О; вторая камера (125°С): МдС1₂-4Н₂О>МдС1₂-2Н₂О+2Н₂О; третья камера (160°С): МдС1₂-2Н₂О>МдС1₂-Н₂О+Н₂О;

(присутствует пар НС1);

четвертая камера (130°С): МдС1₂-Н₂О>Мд(ОН)С1+НС1;

НС1 рециркулирует в третью камеру.

Камера	Реакция	Модельная температура	П редп очтител ьн ы й температурный интервал	Приме- чание
1	МеС12-6Н20->МёС12-4НгО 2Н2О	100°С	90°С-120°С
2	МеС12-4Н2О->МёС12-2Н2О + 2Н2О	125°С	160°С-185°С
3	м§с12-2н2о -у Месьн:о+н2о	160°С	190°С-230°С	*
4	М§С12-Н2О -> Ма(ОН)С1 + НС1	130°С	230°С-260°С	**

* Присутствует пар НС1.

** Пар НС1 рециркулирует в третью камеру.

Первые три приведенные выше реакции можно охарактеризовать как реакции дегидратации, в то время как четвертую реакцию можно охарактеризовать как разложение. Результаты этого моделирования, которые разъясняются более подробно в примере 2, показывают, что при меньших температурах (130-250°С) разложение М§С1₂-6Н₂О приводит к образованию Мд(ОН)С1 вместо МдО. Мд(ОН)С1 затем реагирует с Н₂О, образуя МдС1₂ и Мд(ОН)₂, который затем реагирует с насыщенным раствором СаС1₂/Н₂О и СО₂ из топочного газа, образуя СаСО₃, который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате М§С1₂ рециркулирует в первый реактор, чтобы начать процесс снова.

Фиг. 7 представляет схему технологического процесса, показывая параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Лкреи Р1и5 для моделирования технологических процессов. Суммарная реакция представляет собой улавливание СО₂ из топочного газа с использованием дешевых исходных материалов, СаС1₂ и воды, и образование СаСО₃. В данном варианте осуществления гексагидрат хлорида магния дегидратируют в двух отдельных камерах и разлагают в третьей камере. Обе реакции (дегидратация и разложение) происходят в третьей камере. Рециркуляция НС1 отсутствует. Реакции, происходящие в данных камерах, включают следующие:

первая камера (100°С): МдС1₂-6Н₂О>МдС1₂-4Н₂О+2Н₂О; вторая камера (125°С): МдС1₂-4Н₂О>МдС1₂-2Н₂О+2Н₂О; третья камера (130°С): МдС1₂-2Н₂О>>Мд(ОН) С1+НС1+Н₂О; третья камера (130°С): МдС1₂-2Н₂О>МдС1₂-Н₂О+Н₂О.

Камера	Реакция	Модельная температура	Предпочтительный температурный интервал	Приме- чание
1	МцСЬ'бНгО >М”СЬ-4Н2О- 2Н2О	100°С	90°С-120°С
2	МуС12-41ЬО-.МуС12'21ЬО + 2Н2О	125°С	160°С-185°С
3	МёС12-2Н2О->Ме(ОН)С1+НС1+ Н2О	130°С	190°С-230°С	*
М§С12-2Н2О -> М§С12-Н2О + Н2О

* Рециркуляция НС1 отсутствует.

Первую, вторую и четвертую реакции, приведенные выше, можно охарактеризовать как реакции дегидратации, в то время как третью реакцию можно охарактеризовать как разложение. Как и в варианте осуществления на фиг. 6, температуры, используемые в данном варианте осуществления, приводят к образованию Мд(ОН)С1, а не МдО из МдС1₂-6Н₂О. Мд(ОН)С1 затем реагирует с Н₂О, образуя МдС1₂ и Мд(ОН)₂, который реагирует с насыщенным раствором СаС1₂/Н₂О и СО₂ из топочного газа, образуя СаСО₃, который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате М§С1₂ рециркулирует в первый реактор, чтобы начать процесс снова. Дополнительные подробности в отношении данного моделирования представлены ниже в примере 3.

Фиг. 8 представляет схему технологического процесса, показывая параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Лкреи Р1и5 для моделирования технологических процессов. Суммарная реакция представляет собой улавливание СО₂ из топочного газа с использованием дешевых исходных материалов, СаС1₂ и воды, и образование СаСО₃. Результаты этого моделирования показывают, что эффективным является нагревание М§С1₂-6Н₂О с образованием МдО. МдО затем реагирует с Н₂О, образуя Мд(ОН)₂, который затем реагирует с насыщенным раствором СаС1₂/Н₂О и СО₂ из топочного газа, образуя СаСО₃, который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате М§С1₂ рециркулирует в первый реактор, чтобы начать процесс снова. В данном варианте

- 5 023492 осуществления гексагидрат хлорида магния одновременно дегидратируют и разлагают в одной камере при 450°С. Это модельное значение температуры. Предпочтительный интервал в некоторых вариантах осуществления составляет от 450 до 500°С. Таким образом, разложение происходит полностью до МдО. Основную реакцию, происходящую в данной камере, можно представить следующим образом:

Дополнительные подробности в отношении данного моделирования представлены ниже в примере 4.

Фиг. 9 представляет схему технологического процесса, показывая параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Лзрсп Р1пз для моделирования технологических процессов, аналогично варианту осуществления на фиг. 8, за исключением того, что МдС1₂-6Н₂О разлагается, образуя промежуточное соединение Мд(ОН)С1 при меньшей температуре 250°С в одной камере. Мд(ОН)С1 затем растворяется в воде, образуя МдС1₂ и Мд(ОН)₂, который вступает в такую же реакцию с СаС1₂ и СО₂, образуя СаСО₃ и МдС1₂. Основную реакцию, происходящую в данной камере, можно представить следующим образом:

М_ёС1₂ 0Н₂О -> М§(ОН)С1 + НС1 + 5Н₂О 250 °С

Реакцию моделировали при 250°С. В некоторых вариантах осуществления предпочтительный интервал составляет от 230 до 260°С. Дополнительные подробности в отношении данного моделирования представлены ниже в примере 5.

Фиг. 10 представляет зависимость массы (в процентах) образца МдС1₂-6Н₂О от температуры. Исходная масса образца составляла приблизительно 70 мг, и ее считали равной 100%. Массу образца измеряли во время эксперимента по его термическому разложению. Температуру быстро увеличивали до 150°С, и затем она медленно росла со скоростью 0,5°С/мин. Приблизительно при 220°С масса становилась постоянной, что соответствовало образованию Мд(ОН)С1.

Фиг. 11 представляет рентгеновские дифракционные данные, соответствующие продукту в примере 7.

Фиг. 12 представляет рентгеновские дифракционные данные, соответствующие продукту реакции с использованием Мд(ОН)₂ в примере 8.

Фиг. 13 представляет рентгеновские дифракционные данные, соответствующие продукту реакции с использованием Мд(ОН)С1 в примере 8.

Фиг. 14 представляет влияние температуры и давления на разложение МдС1₂-(Н₂О).

Фиг. 15 представляет технологическую схему варианта осуществления процесса замещения Са/Мд, описанного в настоящем документе.

Фиг. 16 представляет технологическую схему варианта процесса, в котором используют только соединения магния. В данном варианте осуществления не происходит реакция замещения Са²⁺-Мд²⁺.

Фиг. 17 представляет технологическую схему другого варианта процесса, который находится между двумя предшествующими вариантами осуществления. Половину ионов Мд²' замещают ионы Са²'. и в результате этого получается минерализованный карбонат МдСа(СО₃)₂ или доломит.

Фиг. 18 представляет процесс Са8Ю₃-Мд(ОН)С1, случаи 10 и 11. Данный чертеж представляет схему технологического процесса, приводя параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Лзрсп Р1из для моделирования технологических процессов. Суммарная реакция представляет собой улавливание СО₂ из топочного газа с использованием дешевых исходных материалов, Са8Ю₃, СО₂ и воды, и образованием §Ю₂ и СаСО₃. Результаты этого моделирования показывают, что эффективным является изоляция реакции НС1 с Са5пО₃ и тепла топочного газа, который выделяет использующая природный газ или уголь тепловая электростанция, чтобы осуществлять разложение МдС1₂-6Н₂О, образуя Мд(ОН)С1. Мд(ОН)С1 затем реагирует с Н₂О, образуя МдС1₂ и Мд(ОН)₂, который затем реагирует с насыщенным раствором СаС1₂/Н₂О и СО₂ из топочного газа, образуя СаСО₃, который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате МдС12 рециркулирует в первый реактор, чтобы начать процесс снова. В данном варианте осуществления гексагидрат хлорида магния дегидратируют, получая дигидрат хлорида магния МдС1₂-2Н₂О в первой камере с использованием тепла реакции НС1 и Са8Ю₃, и разлагают во второй камере при 250°С с использованием тепла топочного газа. Таким образом, происходит частичное разложение до Мд(ОН)С1. Основные реакции, происходящие в данной камере, можно представить следующим образом.

Реакция	АН** кДж/моль	Интервал температуры реакции
МВС12-6Н2О -> М8(ОН)С1 + 5Н2О + НС1	433	230 °С260 °С
2НС1(евз>+ С’аЙЮт —> СаСЬ/еис.ч.,)- ИрО + ΐ	-259	90 С-150 С
2М8(ОН)С1 + СО2 + СаС12 -> 2М®С12 + СаСО3 * + Н2О	-266	25 °С-95 °С

** Энтальпии приведены на основании температур реакций и температур потоков поступающих реагентов и выходящих продуктов. Дополнительные подробности в отношении данного моделирования представлены ниже в примерах 10 и 11.

- 6 023492

Фиг. 19 представляет процесс Са8Ю₃-М§0, случаи 12 и 13. Данный чертеж представляет схему технологического процесса, приводя параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Лкреи Р1и8 для моделирования технологических процессов. Суммарная реакция представляет собой улавливание СО₂ из топочного газа с использованием дешевых исходных материалов, Са8Ю₃, С0₂ и воды, и образованием δί0₂ и СаС0₃. Результаты этого моделирования показывают, что эффективным является изоляция реакции НС1 с Са8Ю₃ и тепла топочного газа, который выделяет использующая природный газ или уголь тепловая электростанция, чтобы осуществлять разложение МдС1₂-6Н₂О, образуя Мд0. Мд0 затем реагирует с Н₂О, образуя Мд(0Н)₂, который затем реагирует с насыщенным раствором СаС1₂/Н₂О и СО₂ из топочного газа, образуя СаС0₃, который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате МдС1₂ рециркулирует в первый реактор, чтобы начать процесс снова. В данном варианте осуществления гексагидрат хлорида магния дегидратируют до дигидрата хлорида магния М§С1₂-2Н₂О в первой камере с использованием тепла реакции НС1 и Са8Ю₃ и разлагают во второй камере при 450°С с использованием тепла топочного газа. Таким образом, происходит полное разложение до Мд0. Основные реакции, происходящие в данной камере, можно представить следующим образом.

Реакция	ΔΗ кДж/моль**	Интервал температуры реакции
МвССбНзО -> МвО + 5Н3О + 2НС1	560	450 °С - 500 ’С
СаЗЮз -> НдО + ЗХМ	-264	90 ’С - 150’С
М§0 + СС)? + СаС-Ьсводн.) —> МёС^воОД + СяС03 ί	-133	25 ’С - 95’С

** Энтальпии приведены на основании температур реакций и температур потоков поступающих реагентов и выходящих продуктов. Дополнительные подробности в отношении данного моделирования представлены ниже в примерах 12 и 13.

Фиг. 20 представляет процесс М§8Ю₃-М§(ОН)С1, случаи 14 и 15. Данный чертеж представляет схему технологического процесса, приводя параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Лкреи Р1ик для моделирования технологических процессов. Суммарная реакция представляет собой улавливание СО₂ из топочного газа с использованием дешевых исходных материалов, М§8Ю₃, СО₂ и воды, и образованием δί0₂ и МдС0₃. Результаты этого моделирования показывают, что эффективным является изоляция реакции НС1 с М§8Ю₃ и тепла из топочного газа, который выделяет использующая природный газ или уголь тепловая электростанция, чтобы осуществлять разложение МдС1₂-2Н₂О, образуя Мд(0Н)С1. Мд(0Н)С1 затем реагирует с Н₂О, образуя МдС1₂ и Мд(0Н)₂, который затем реагирует с СО₂ из топочного газа, образуя МдС0₃, который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате МдС1₂ рециркулирует в первый реактор, чтобы начать процесс снова. В данном варианте осуществления хлорид магния остается в форме дигидрата М§С1₂-2Н₂О вследствие тепла реакции НС1 и М§8Ю₃ перед разложением при 250°С с использованием тепла топочного газа. Таким образом, происходит частичное разложение до Мд(0Н)С1. Основные реакции, происходящие в данной камере, можно представить следующим образом.

Реакция	ДН кДж/ыоль*	Интервал температуры реакции
М§С12'2НзО -> М§(ОН)С1 + Н2О(5аз)+ НС1<газ)	139.8	230 ’С - 260’С
2НС1(«о? + М§5Ю3 -> М§С12 + Н2О + 5ίΟ21	-282.8	90’С-150’С
2М§(ОН)С1 + СО2 -> МйС12 + М§СОз 1 + Н2О	-193.1	25 ’С - 95 ’С

** Энтальпии приведены на основании температур реакций и температур потоков поступающих реагентов и выходящих продуктов. Дополнительные подробности в отношении данного моделирования представлены ниже в примерах 14 и 15.

Фиг. 21 представляет процесс М§8Ю₃-М§0, случаи 16 и 17. Данный чертеж представляет схему технологического процесса, приводя параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Лкреи Р1ик для моделирования технологических процессов. Суммарная реакция представляет собой улавливание С02 из топочного газа с использованием дешевых исходных материалов, М§8Ю₃, С0₂ и воды, и образованием 8ί0₂ и МдС0₃. Результаты этого моделирования показывают, что эффективным является изоляция реакции НС1 с М§8Ю₃ и тепла из топочного газа, который выделяет использующая природный газ или уголь тепловая электростанция, чтобы осуществлять разложение МдС1₂-2Н₂О, образуя Мд0. Мд0 затем реагирует с Н₂0, образуя Мд(0Н)₂, который затем реагирует с С0₂ из топочного газа, образуя МдС0₃, который отделяют от потока фильтрованием. В данном варианте осуществления хлорид магния остается в форме дигидрата М§С1₂-2Н₂О вследствие тепла реакции НС1 и М§8Ю₃ перед разложением при 450°С с использованием тепла топочного газа. Таким образом, происходит полное разложение до Мд0. Основные реакции, происходящие в данной камере, можно представить следующим образом.

- 7 023492

Реакция	АН кДж/моль**	Интервал температуры реакции
Μ8Οΐ2*2Η2Ο —> М8О + Н2О (газ) + 2НС1 (газ)	232.9	450°С-500°С
2НС1(газ/4 М851Оз —> М8С12(во<Эн.)4 ТТ2О/газ/' 5Ю24	-293.5	90°С-150°С
М§0 + СО2 -> МцСОз 1	-100	25 °С-95 °С

** Энтальпии приведены на основании температур реакций и температур потоков поступающих реагентов и выходящих продуктов. Дополнительные подробности в отношении данного моделирования представлены ниже в примерах 16 и 17.

Фиг. 22 представляет процесс диопсид-Мд(ОН)С1, случаи 18 и 19. Данный чертеж представляет схему технологического процесса, приводя параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Азреп Р1из для моделирования технологических процессов. Суммарная реакция представляет собой улавливание СО₂ из топочного газа с использованием дешевых исходных материалов, диопсида МдСа(81О₃)₂, СО₂ и воды, и образованием δίθ₂ и доломита М§Са(СО₃)₂. Результаты этого моделирования показывают, что эффективным является изоляция реакции НС1 с Μ§ί'.';·ι(δίΟ₃)₂ и тепла топочного газа, который выделяет использующая природный газ или уголь тепловая электростанция, чтобы осуществлять разложение М§С1₂-6Н₂О, образуя Мд(ОН)С1. Мд(ОН)С1 затем реагирует с Н₂О, образуя МдС1₂ и Мд(ОН)₂, который затем реагирует с насыщенным раствором СаС1₂/Н₂О и СО₂ из топочного газа, образуя М§Са(СО₃)₂ который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате М§С1₂ рециркулирует в первый реактор, чтобы начать процесс снова. В данном варианте осуществления хлорид магния гексагидрат дегидратируют до дигидрата хлорида магния М§С1₂-2Н₂О в первой камере с использованием тепла реакции НС1 и Сд^Ю₃ и разлагают до Мд(ОН)С1 во второй камере при 250°С с использованием тепла топочного газа. Основные реакции, происходящие в данной камере, можно представить следующим образом.

Реакция	ΔΙΤ кДж/моль	Интервал температуры реакции
МёС12-бН2О -> Мё(ОН)С1 + 5Н2О(М+ НСКгэз)	433	230 °С 260 °С
2НС1(газ)+ М8Са(310з)2 · М85Юз 1 + 5ϊΟ2 4+ Н2О	-235	90 °С- 150 °С
2НС1(газ)4 М88Юз —> 4 3ιΟ2 4 Н2О	-282.8	90 °С- 150 °С
4М8(ОН)С1 + 2СО2 4 СаС12 МёСа(СОз)2 4 + ЗМ§С12(водн.) + 2Н2О	-442	25 °С - 95 °С

** Энтальпии приведены на основании температур реакций и температур потоков поступающих реагентов и выходящих продуктов. Дополнительные подробности в отношении данного моделирования представлены ниже в примерах 18 и 19.

Фиг. 23 представляет процесс диопсид-МдО, случаи 20 и 21. Данный чертеж представляет схему технологического процесса, приводя параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Азреп Р1из для моделирования технологических процессов. Суммарная реакция представляет собой улавливание СО2 из топочного газа с использованием дешевых исходных материалов, диопсида МдСа^Ю₃)₂, СО₂ и воды, и образованием δΏ₂ и доломита МдСа(СО₃)₂. Результаты этого моделирования показывают, что эффективным является изоляция реакции НС1 с МдСа^Ю₃)₂ и тепла топочного газа, который выделяет использующая природный газ или уголь тепловая электростанция, и/или тепла из другого источника, чтобы осуществлять разложение М§С1₂-6Н₂О, образуя МдО. МдО затем реагирует с Н₂О, образуя Мд(ОН)₂, который затем реагирует с насыщенным раствором СаС1₂/Н₂О и СО₂ из топочного газа, образуя М§Са(СО₃)₂ который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате М§С1₂ рециркулирует в первый реактор, чтобы начать процесс снова. В данном варианте осуществления хлорид магния гексагидрат дегидратируют до дигидрата хлорида магния М§С1₂-2Н₂О в первой камере с использованием тепла реакции НС1 и Сл^1О₃ и разлагают до МдО во второй камере при 450°С с использованием тепла топочного газа. Основные реакции, происходящие в данной камере, можно представить следующим образом.

- 8 023492

Реакция	ΔΗ кДж/моль**	Интервал температуры реакции
М^СЬ-бЩО -> МдО + 5Н2О + 2НС1	560	450 °С500°С
21]С1.;газ1+ МдСа(8Юз)2 —> СаС12 (еаз) + Μ§5ΪΟ31 + 8ίΟ21+ Н2О	-240	90 “ΟΙ 50 °с
2НС1 (води.) т М§5!Оз М§С12(ео0я)+ 5 Юз 1 + Н2О	-288	90 °С150 °С
2М&О + 2СОз + СаС1уео<ЭД-> М§Са(СОз)з 1 + М^СЫводн.)	-258	25 °С95 °С

** Энтальпии приведены на основании температур реакций и температур потоков поступающих реагентов и выходящих продуктов. Дополнительные подробности в отношении данного моделирования представлены ниже в примерах 20 и 21.

Фиг. 24 иллюстрирует процентную долю уловленного СО₂ для различных концентраций СО₂ в топочном газе при различных температурах, в случае топочного газа, полученного из угля или природного газа, и также в случае проведения процесса с полным или частичным разложением. См. случаи 10-13 процессов Са8Ю₃-Мд(ОН)С1 и Са8Ю₃-МдО.

Фиг. 25 иллюстрирует процентную долю уловленного СО₂ для различных концентраций СО₂ в топочном газе при различных температурах, в случае топочного газа, полученного из угля или природного газа, и также в случае проведения процесса с полным или частичным разложением. См. случаи 14-17 процессов Мд§Ю₃-Мд(ОН)С1 и Мд§Ю₃-МдО.

Фиг. 26 иллюстрирует процентную долю уловленного СО₂ для различных концентраций СО₂ в топочном газе при различных температурах, в случае топочного газа, полученного из угля или природного газа, и также в случае проведения процесса с полным или частичным разложением. См. случаи 18-21 процессов диопсид-Мд(ОН)С1 и диопсид-МдО.

Фиг. 27 представляет упрощенную схему технологического процесса, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, в котором две различные соли, например, Са²' и Мд²', используют для разложения и насыщения диоксидом углерода.

Фиг. 28 и 29 представляют зависимость массы (в процентах) образцов МдС1₂-6Н₂О от температуры. Исходная масса каждого из образцов составляла приблизительно 70 мг, и в каждом случае ее считали как 100%. Во время эксперимента измеряли массы образцов в процессе их термического разложения. Температуру резко повышали до 200°С, а затем продолжали увеличивать в ходе 12-часового эксперимента. Идентичность продуктов разложения можно подтвердить сравнением с представленными теоретическими графиками.

Фиг. 28 представляет наложение двух графиков, первый из которых, выполненный сплошной линией, представляет зависимость температуры (°С) от времени (мин). Данная линия иллюстрирует увеличение температуры с течением времени; второй график, выполненный штриховой линией, представляет зависимость процентной массы образца (исходная масса соответствует 100%) от времени, что иллюстрирует уменьшение массы образца с течением времени в процессе дегидратации или разложения.

Фиг. 29 также представляет наложение двух графиков, первый из которых, выполненный сплошной линией, представляет зависимость процентной массы от температуры (°С), иллюстрируя уменьшение массы образца при увеличении температуры; второй график, выполненный штриховой линией, представляет производную процентной массы по температуре (мас.%/°С) от температуры (°С). Когда величина данной производной является высокой, это означает более высокую скорость потери массы при каждом увеличении температуры на 1°С. Если данная величина равна нулю, масса образца остается постоянной, несмотря на увеличение температуры, что показывает отсутствие дегидратации и разложения. Следует отметить, что фиг. 28 и 29 относятся к одному и тому же образцу.

Фиг. 30 представляет разложение МдС1₂-6Н₂О при 500°С через 1 ч. Данный график представляет нормированные конечные и исходные массы четырех испытанных образцов МдС1₂-6Н₂О после нагревания при 500°С в течение одного часа. Соответствующая конечная масса подтверждает, что МдО является продуктом разложения при данной температуре.

Фиг. 31 представляет разложение в трех камерах. Данный чертеж представляет схему технологического процесса, приводя параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Лкреи Р1и8 для моделирования технологических процессов. В данном варианте осуществления тепло холодного топочного газа (камера 1), тепло из реактора для растворения минерала (камера 2) и внешний природный газ (камера 3) используют в качестве источников тепла. Данная схема технологического процесса иллюстрирует процесс разложения до Мд(ОН)С1 в трех камерах. Первую камеру нагревают до 200°С топочным газом, получая некоторое исходное тепло, составляющее приблизительно 8,2% суммарного требуемого тепла; вторая камера, которая получает тепло, извлеченное из реактора для растворения минерала, обеспечивает 83% требуемого тепла для разложения, из которого 28% дает реакция хлористо-водородной кислоты и силикатного минерала, и 55% образуется при конденсации и обра- 9 023492 зовании хлористо-водородной кислоты; и, наконец, третья камера использует природный газ в качестве внешнего источника оставшегося тепла, которое составляет 8,5% суммарного тепла. Поскольку СО₂ поставляет использующая природный газ электростанция комбинированного цикла, очень немного тепла поступает от электростанции для осуществления реакции разложения.

Фиг. 32 представляет разложение в четырех камерах. Данный чертеж представляет схему технологического процесса, приводя параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Лкрсп Р1и8 для моделирования технологических процессов. В данном варианте осуществления тепло холодного топочного газа (камера 1), тепло дополнительного пара (камера 2), тепло от реактора для растворения минерала (камера 3) и внешний природный газ (камера 4) используют в качестве источников тепла. Данная схема технологического процесса иллюстрирует процесс разложения до Мд(ОН)С1 в четырех камерах, причем первая камера использует нагретый до 200°С топочный газ, чтобы обеспечить некоторое исходное тепло, составляющее приблизительно 8,2% суммарного требуемого тепла, вторая камера использует тепло в форме дополнительного пара, обеспечивая 0,8% суммарного требуемого тепла, третья камера, которая получает тепло, извлеченное из реактора для растворения минерала, обеспечивает 83% требуемого тепла для разложения, из которого 28% дает реакция хлористоводородной кислоты и силикатного минерала, и 55% образуется при конденсации и образовании хлористо-водородной кислоты, и, наконец, четвертая камера использует природный газ в качестве внешнего источника остальной части тепла, которая составляет 8% суммарного тепла. Поскольку СО₂ поставляет использующая природный газ электростанция комбинированного цикла, очень немного тепла поступает от электростанции для осуществления реакции разложения.

Фиг. 33 представляет разложение в двух камерах. Данный чертеж представляет схему технологического процесса, приводя параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Лкрсп Р1и8 для моделирования технологических процессов. В данном варианте осуществления тепло из реактора для растворения минерала (камера 1) и внешний природный газ (камера 2) используют в качестве источников тепла. Данная схема технологического процесса иллюстрирует процесс разложение до Мд(ОН)С1 в двух камерах, причем первая камера, которая получает тепло, извлекаемое из реактора для растворения минерала, обеспечивает 87% требуемого тепла для разложения, из которого 28% дает реакция хлористо-водородной кислоты и силикатного минерала, и 59% образуется при конденсации и образовании хлористо-водородной кислоты, и вторая камера использует природный газ в качестве внешнего источника остальной части тепла, которая составляет 13% суммарного тепла. Поскольку СО₂ поставляет использующая природный газ электростанция комбинированного цикла, очень немного тепла поступает от электростанции для осуществления реакции разложения.

Фиг. 34 представляет разложение в двух камерах. Данный чертеж представляет схему технологического процесса, приводя параметры и результаты моделирования процесса с использованием программного обеспечения Лкрсп Р1и8 для моделирования технологических процессов. В данном варианте осуществления тепло от реактора для растворения минерала (камера 1) и горячий топочный газ от использующей природный газ электростанции открытого цикла (камера 2) используют в качестве источников тепла. Эта схема технологического процесса иллюстрирует процесс разложения до Мд(ОН)С1 в двух камерах, причем первая камера, которая получает тепло, извлеченное из реактора для растворения минерала, обеспечивает 87% требуемого тепла для разложения, из которого 28% дает реакция хлористоводородной кислоты и силикатного минерала, и 59% образуется при конденсации и образовании хлористо-водородной кислоты; и вторая камера использует природный газ в качестве внешнего источника остальной части тепла, которая составляет 13% суммарного тепла. Поскольку СО₂ поставляет использующая природный газ электростанция открытого цикла, существенное количество тепла поступает от электростанции в форме нагретого до 600°С топочного газа для осуществления реакции разложения.

Фиг. 35 представляет принципиальную схему реактора Оже (Аидег), который можно использовать для реакции разложения соли, включая разложение М§С1₂-6Н₂О до Мд(ОН)С1 или МдО. Такие реакторы могут включать внутреннее нагревание для эффективного использования тепла, внешнюю изоляцию для эффективного использования тепла, винтовой механизм для соответствующего переноса твердого материала (когда твердый материал присутствует), соответствующую вентиляцию для удаления НС1. Такие реакторы используют для получения приблизительно 1,8 кг приблизительно 90% Мд(ОН)С1.

Фиг. 36 представляет индекс оптимизации для двух отдельных экспериментов по получению Мд(ОН)С1 с использованием реактора Оже. Индекс оптимизации представляет собой произведение конверсии (в процентах) и эффективности (в процентах).

Фиг. 37 представляет схему технологического процесса модели Акреп. которая моделирует процесс Са5Юэ-М§(ОН)С1.

- 10 023492

Описание иллюстративных вариантов осуществления

Настоящее изобретение относится к связыванию диоксида углерода, включая энергоэкономичные процессы, в которых хлориды металлов II группы превращаются в гидроксиды металлов II группы и хлористый водород, который затем используют для удаления диоксида углерода из потоков отходов. В некоторых вариантах осуществления хлористый водород может дополнительно реагировать с силикатами металлов II группы, образуя дополнительное количество хлориды металлов II группы в качестве исходных материалов и диоксид кремния.

В некоторых вариантах осуществления способы и устройства согласно настоящему изобретению включают один или несколько из следующих общих компонентов: (1) конверсия содержащих силикаты металлов II группы минералов с хлористым водородом в хлориды металлов II группы и диоксид кремния; (2) конверсия хлоридов металлов II группы в гидроксиды металлов II группы и хлористый водород; (3) удаление диоксида углерода в водной среде, в результате которого газообразный СО₂ поглощается водным щелочным раствором, включающим гидроксиды металлов II группы, образуя в качестве продуктов карбонаты и/или бикарбонаты металлов II группы и воду; (4) процесс разделения, в результате которого карбонатные и/или бикарбонатные продукты отделяются от жидкой смеси; (5) повторное или циклическое использование побочных продуктов, включая энергию, от одной или нескольких стадий или технологических потоков для одной или более других стадий или технологических потоков. Каждый из данных общих компонентов далее разъясняется более подробно.

Хотя в многочисленных вариантах осуществления настоящего изобретения потребляется некоторое количество энергии для осуществления поглощения СО₂ и других химических веществ из потоков топочного газа и для достижения других целей вариантов осуществления настоящего изобретения, которые описаны в данном документе, одно преимущество определенных вариантов осуществления настоящего изобретения заключается в том, что они обеспечивают экологическую эффективность, которая превышает уровни предшествующего уровня техники, поглощая при этом основную или всю массу выбросов СО₂ из данного источника, такого как электростанция.

Еще одно дополнительное преимущество определенных вариантов осуществления настоящего изобретения, которое отличает их от других способов удаления СО₂, заключается в том, что в некоторых рыночных условиях стоимость продуктов оказывается значительно выше, чем стоимость требуемых реагентов или чистой потребляемой энергии или амортизационных расходов предприятия. Другими словами, определенные варианты осуществления представляют собой промышленные способы рентабельного производства содержащих хлориды и гидрокарбонаты продуктов, где также обеспечивается существенное удаление СО2 и попутных загрязняющих веществ, вызывающих беспокойство.

I. Определения.

При использовании в настоящем документе термины карбонаты или карбонатные продукты в общем определятся как минеральные компоненты, содержащие карбонатную группу [СО₃]^2-. Таким образом, данные термины обозначают также смеси карбонатов и бикарбонатов и вещества, содержащие исключительно карбонатные ионы. Термины бикарбонаты и бикарбонатные продукты в общем определяются как минеральные компоненты, содержащие бикарбонатную группу [НСО₃]^-. Таким образом, данные термины обозначают также смеси карбонатов и бикарбонатов и вещества, содержащие исключительно бикарбонатные ионы.

При использовании в настоящем документе термин Са/Мд означает только Са, только Мд или смесь Са и Мд. Соотношение Са и Мд может составлять от 0:100 до 100:0, в том числе, например, 1:99, 5:95, 10:90, 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, 80:20, 90:10, 95:5 и 99:1. Термины Са/Мд, Мд.Са. и Са_хМд1_-х являются синонимичными. Напротив, термины СаМд или МдСа означают, что соотношение данных двух ионов составляет 1:1.

При использовании в настоящем документе термин экологическая эффективность используют синонимично с термином термодинамическая эффективность и определяют как количество СО2, связанного согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения, по отношению к израсходованной энергии (представлено выражением 5СО₂/9Е), и соответствующая единица данной величины представляет собой кВт-ч/т СО₂. Связывание СО₂ выражается в процентах от суммарного количества СО2 на предприятии; аналогичным образом, потребление энергии выражается относительно суммарного потребления энергии на предприятии.

Термины группа II и группа 2 используются взаимозаменяемым образом.

Гексагидрат означает МдС1₂-6Н₂О.

При образовании бикарбонатов и карбонатов с использованием некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения термин ионное соотношение означает соотношение числа катионов в продукте и числа атомов углерода, присутствующих в данном продукте. Следовательно, можно сказать, что поток продукта, который состоит из бикарбоната кальция Са(НСО₃)₂, имеет ионное соотношение (Са/С), равное 0,5, при этом можно сказать, что поток продукта, который состоит из карбоната кальция СаСО₃, имеет ионное соотношение (Са/С), равное 1,0. В общем случае можно сказать, что смесь, содержащая неопределенное число карбонатов и бикарбонатов одновалентных, двухвалентных и трехвалентных ка- 11 023492 тионов, имеет ионное соотношение, составляющее от 0,5 до 3,0.

В зависимости от контекста сокращение Μ\ν означает молекулярную массу или мегаватты (МВт).

Сокращение РГО означает схему технологического процесса.

Сокращение О означает тепло (или тепловая нагрузка), и тепло представляет собой тип энергии. Данный термин не включает какие-либо другие типы энергии.

При использовании в настоящем документе термин связывание используют для общего обозначения технологии или практики, частичное или полное действие которой заключается в том, чтобы удалять СО₂ из точечных источников его выбросов и содержать СО₂ в некоторой форме таким образом, чтобы препятствовать его возвращению в атмосферу. Использование данного термина не запрещает рассматривать какую-либо форму описанных вариантов осуществления в качестве технологии связывания.

При использовании в химических формулах сокращение V означает Н₂О.

Пироксены представляют собой группу силикатных минералов, которые встречаются в многочисленных вулканических и метаморфических горных породах. Они отличаются общей структурой, состоящей из одинарных цепей силикатных тетраэдров, и кристаллизуются в моноклинных и орторомбических системах. Пироксены имеют общую формулу ΧΥ(δί,Λ1)₂Ο₆, где X представляет собой ион кальция, натрия, железа(11) и магния и более редкие ионы цинка, марганца и лития и Υ представляет собой ионы меньшего размера, такие как ионы хрома, алюминия, железа(111), магния, марганца, скандия, титана, ванадия и даже железа(11).

Кроме того, атомы, составляющие соединения согласно настоящему изобретению, считаются включающими все изотопные формы соответствующих атомов.

Термин изотопы при использовании в настоящем документе означает атомы, имеющие одинаковый атомный номер, но различные массовые числа. В качестве общего примера и без ограничения, изотопы водорода включают тритий и дейтерий и изотопы углерода включают ¹³С и ¹⁴С.

Использование термина включающий в формуле и/или описании настоящего изобретения может означать включающий один, но это также согласуется со значением выражений один или несколько, по меньшей мере один и один или более чем один.

Во всем описании термин приблизительно используют для обозначения того, что данное значение приведено с учетом собственной погрешности или ошибки устройства, способа, используемого для определения данного значения, или изменчивости, которая существует среди исследуемых предметов.

Термины включать, иметь и содержать представляют собой связующие глаголы без ограничения перечисляемых предметов. Любые формы или времена одного или нескольких из этих глаголов, такие как включает, включающий, имеет, имеющий, содержит и содержащий, также не ограничивают перечисляемые предметы. Например, любой способ, который включает, имеет или содержит одну или более стадий, не ограничен содержанием исключительно одной или нескольких перечисленных стадий, но также распространяется на другие, не включенные в перечисление стадии.

Термин эффективный при использовании в описании и/или формуле настоящего изобретения означает достаточный для достижения желательного, ожидаемого или заданного результата.

Приведенные выше определения имеют преобладающую силу по отношению к любому противоречащему определению в какой-либо литературе, которая включена в настоящий документ посредством ссылки. Однако тот факт, что для какого-либо термина приведено определение, не следует рассматривать как указание, что неопределенным является какой-либо термин, для которого не приведено определение. Напротив, все используемые термины считаются описывающими настоящее изобретение в таких значениях, с помощью которых обычный специалист в данной области техники сможет оценить объем и практическое осуществление настоящего изобретения.

II. Связывание диоксида углерода с использованием солей металлов II группы.

Фиг. 1 представляет упрощенную схему технологического процесса, которая иллюстрирует общие примерные варианты осуществления устройств и способов согласно настоящему изобретению. Данный чертеж представлен исключительно для иллюстративных целей, и, следовательно, он просто представляет конкретные варианты осуществления настоящего изобретения и не предназначен для ограничения объема формулы изобретения каким-либо образом.

В варианте осуществления, представленном на фиг. 1, реактор 10 (например, бойлер для дорожной соли) использует энергию, такую как внешняя энергия и/или вторичная энергия (например, тепло от горячего топочного газа или внешнего источника тепла, такого как концентратор солнечного излучения или устройство сгорания), для проведения реакции, представленной уравнением (1):

(Са/Мд)С1₂ + 2 Н₂О (Са/М§)(ОН)₂ + 2 НС1 (1)

Вода, используемая в данной реакции, может находиться в форме жидкости, пара, кристаллогидрата, например М§С1₂-6Н₂О, СаС1₂-2Н₂О, или она может находиться в сверхкритическом состоянии. В некоторых вариантах осуществления в реакции используют М§С1₂, получая Мд(ОН)₂ и/или Мд(ОН)С1 (см., например, фиг. 2). В некоторых вариантах осуществления в реакции используют СаС1₂, получая Са(ОН)₂. Некоторую часть или все количество гидроксидов или гидроксихлоридов металлов II группы (не показаны) согласно уравнению (1) можно направлять в реактор 20. В некоторых вариантах осуществления не- 12 023492 которую часть или все количество гидроксидов металлов II группы и/или гидроксихлоридов металлов II группы направляют в реактор 20 в виде водного раствора. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество гидроксидов металлов II группы направляют в реактор 20 в водной суспензии. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество гидроксидов металлов II группы направляют в реактор 20 в виде твердого вещества. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество хлористого водорода (например, в форме пара или в форме хлористо-водородной кислоты) можно направлять в реактор 30 (например, печь для плавления горных пород). В некоторых вариантах осуществления полученные гидроксиды металлов II группы дополнительно нагревают, чтобы удалять воду и получать соответствующие оксиды металлов II группы. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество этих оксидов металлов II группы можно затем направлять в реактор 20.

Диоксид углерода из источника, например топочного газа, поступает в процесс в реактор 20 (например, реактор с псевдоожиженным слоем, оросительную колонну для удаления диоксида углерода или барботер для удаления диоксида углерода), возможно, после первоначального обмена отбросным теплом с системой генератора постоянного тока за счет отбросного тепла. В некоторых вариантах осуществления температура топочного газа составляет по меньшей мере 125°С. Гидроксиды металлов II группы, некоторую часть или все количество которых можно получать из реактора 10, реагируют с диоксидом углерода в реакторе 20 согласно реакции, представленной уравнением (2):

(Са/М§)(ОН)₂ + СО₂ -> (Са/М§)СО₃ + Н₂О (2)

Воду, полученную в данной реакции, можно направлять обратно в реактор 10. Карбонаты металлов II группы, как правило, отделяют от реакционной смеси. Карбонаты металлов II группы имеют очень низкое значение Ккр (произведение растворимости). Таким образом, их можно отделять в виде твердых веществ от других, более растворимых соединений, которые могут оставаться в растворе. В некоторых вариантах осуществления реакция протекает через бикарбонатные соли металлов II группы. В некоторых вариантах осуществления бикарбонатные соли металлов II группы получают и затем необязательно отделяют от реакционной смеси. В некоторых вариантах осуществления оксиды металлов II группы, необязательно вместе с гидроксидами металлов II группы или отдельно от них, реагируют с диоксидом углерода, также образуя карбонатные соли металлов II группы. В некоторых вариантах осуществления топочный газ, из которого СО₂ и/или другие загрязняющие вещества были удалены, выпускают в атмосферу.

Силикаты металлов II группы (например, Са8Ю₃, Мд§Ю₃, МдОТсО-5>Ю₂ и т.д.) поступают в процесс в реактор 30 (например, печь для плавления горных пород или реактор для диссоциации минералов). В некоторых вариантах осуществления эти силикаты металлов II группы измельчают на предшествующей стадии. В некоторых вариантах осуществления силикаты металлов II группы представляют собой иносиликаты. Эти минералы могут реагировать с хлористо-водородной кислотой, в том числе в форме газа или в форме хлористо-водородной кислоты, причем его некоторую часть или все количество можно получать из реактора 10, образуя соответствующие хлориды металлов II группы (СаС1₂ и/или М§С1₂), воду и песок (δίθ₂). Данную реакцию можно представить уравнением (3):

НС1 + (Са/М§)8Ю₃ -э (Са/М_ё)С1₂ + Н₂О + 8ίΟ₂ (3)

Некоторую часть или все количество воды, полученной в данной реакции, можно направлять в реактор 10. Некоторую часть или все количество хлоридов металлов II группы, полученных согласно уравнению 3, можно направлять в реактор 20. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество хлоридов металлов II группы направляют в реактор 20 в виде водного раствора. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество хлоридов металлов II группы направляют в реактор 20 в форме водной суспензии. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество хлоридов металлов II группы направляют в реактор 20 в форме твердого вещества.

Суммарная реакция улавливания, представляющая собой сумму уравнений 1-3, приведена здесь как уравнение (4):

СО₂ + (Са/М§)ЗЮ₃ (Са/М§)СО₃ + ЗЮ₂ (4)

В еще одном варианте осуществления полученный продукт связывания Мд_хСа1_-хСО₃ реагирует с НС1 таким образом, чтобы регенерировать и концентрировать СО₂. Полученный в результате этого Са/М§С1₂ возвращают в реактор разложения, получая поглощающие СО₂ гидроксиды или гидроксигалогениды.

Используя процесс, представленный на фиг. 1 и описанный в настоящем документе, карбонаты металлов II группы получают в результате улавливания СО₂ как конечных продуктов его связывания. Некоторую часть или все количество воды, хлористого водорода и/или энергии реакции можно повторно использовать. В некоторых вариантах осуществления повторно используют только некоторое или нулевое количество перечисленного выше. В некоторых вариантах осуществления воду, хлористый водород и энергию реакции используют для других целей.

В некоторых вариантах осуществления и в зависимости от концентрации СО2 в потоке топочного

- 13 023492 газа данной электростанции, описанные в настоящем документе способы можно использовать для улавливания от 33 до 66% производимого электростанцией СО₂, используя только тепло в качестве движущей силы (без увеличения расхода электроэнергии). В некоторых вариантах осуществления значения эффективности описанных в настоящем документе способов повышаются при снижении концентраций СО₂, а также увеличиваются при повышении температуры (неочищенного) топочного газа. Например, при 320°С и 7% концентрации СО₂ можно минерализовать 33% СО₂ из топочного газа, используя исключительно отбросное тепло. В других вариантах осуществления, например, при температурах на выходе из использующих природный газ турбин можно обеспечить приблизительно 100% минерализацию.

Данные способы и устройства можно дополнительно модифицировать, используя, например, модульные компоненты, оптимизировать и масштабировать с помощью основ и методов химии, химической технологии и/или науки о материалах, которые применяют специалисты в данной области техники. Такие основы и методы описывают, например, патент США № 7727374, публикации патентных заявок США № 2006/0185985 и № 2009/0127127; патентная заявка США № 11/233509, поданная 22 сентября 2005 г.; предварительная патентная заявка США № 60/718906, поданная 20 сентября 2005 г.; предварительная патентная заявка США № 60/642698, поданная 10 января 2005 г.; предварительная патентная заявка США № 60/612355, поданная 23 сентября 2004 г.; патентная заявка США № 12/235482, поданная 22 сентября 2008 г.; предварительная патентная заявка США № 60/973948, поданная 20 сентября 2007 г.; предварительная патентная заявка США № 61/032802, поданная 29 февраля 2008 г.; предварительная патентная заявка США № 61/033298, поданная 03 марта 2008 г.; предварительная патентная заявка США № 61/288242, поданная 20 января 2010 г.; предварительная патентная заявка США № 61/362607, поданная 08 июля 2010 г.; и международная патентная заявка № РСТ/И808/77122, поданная 19 сентября 2008 г. Полный текст каждого из перечисленных выше описаний (включая любые приложения) определенно включается в настоящий документ посредством ссылки.

Представленные выше примеры приведены для демонстрации конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако в свете настоящего изобретения специалисты в данной области техники должны понимать, что в описанные конкретные варианты осуществления можно вносить многочисленные изменения и при этом все же получать подобные или аналогичные результаты без отклонения от идеи и выхода за пределы объема настоящего изобретения.

III. Связывание диоксида углерода с использованием Мд²' в качестве катализатора.

Фиг. 2 представляет упрощенную схему технологического процесса, которая иллюстрирует общие примерные варианты осуществления устройств и способов согласно настоящему изобретению. Данная схема приведена исключительно для иллюстративных целей, и, следовательно, она просто представляет конкретные варианты осуществления настоящего изобретения и не предназначена для ограничения объема формулы изобретения каким-либо образом.

В варианте осуществления, представленном на фиг. 2, реактор 100 использует энергию, такую как внешняя энергия и/или регенерированная энергия (например, тепло от горячего топочного газа), для осуществления реакции типа разложения, которая представлена уравнением (5):

М_еСЬ-х(Н₂О) + уН₂О ζ'[Μ§(ΟΗ)₂] + ζ[ΜβΟ] + г’[М§С1(ОН)] + (2ζ' + 2ζ'^Γ + г')[НС1] (5)

Вода, используемая в этой реакции, может находиться в форме гидрата хлорида магния, жидкости или пара, и/или она может быть сверхкритической. В некоторых вариантах осуществления реакция может происходить в одном, двух, трех или большем числе реакторов. В некоторых вариантах осуществления реакция может происходить в периодическом, полупериодическом или непрерывном режиме. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество получаемой соли магния можно направлять в реактор 200. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество получаемой соли магния направляют в реактор 200 в форме водного раствора. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество получаемой соли магния направляют в реактор 200 в форме водной суспензии. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество получаемой соли магния направляют в реактор 200 в форме твердого вещества. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество хлористого водорода (например, в форме пара или в форме хлористо-водородной кислоты) можно направлять в реактор 300 (например, печь для плавления горных пород). В некоторых вариантах осуществления Мд(ОН)₂ дополнительно нагревают для удаления воды и образования МдО. В некоторых вариантах осуществления МдС1(ОН) дополнительно нагревают для удаления НС1 и образования МдО. В некоторых вариантах осуществления одно или несколько соединений из Мд(ОН)₂, МдС1(ОН) и МдО можно затем направлять в реактор 200.

Диоксид углерода из источника, например топочного газа, поступает в процесс в реактор 200 (такой как, например, реактор с псевдоожиженным слоем, оросительная колонна для удаления диоксида углерода или барботер для удаления диоксида углерода), возможно, после первоначального обмена отбросным теплом с системой генератора постоянного тока. В некоторых вариантах осуществления температура топочного газа составляет по меньшей мере 125°С. С диоксидом углерода смешивают соль магния, получаемую из реактора 100, и СаС12 (например, дорожную соль). Диоксид углерода реагирует с полу- 14 023492 ченной солью магния продукт и СаС1₂ в реакторе 200 согласно реакции, представленной уравнением (6): СО₂ + СаСЬ + ζ'[Μ§(ΟΗ)₂] + ζ[ΜβΟ] + ζ'|Μ°(:ΐ(ΟΗ)] ->

(ζ'+ ζ + г'^МёСЬ + (ζ' + 'Λζ'^ΗζΟ + СаСО₃ (6)

В некоторых вариантах осуществления воду, полученную в данной реакции, можно направлять обратно в реактор 100.

Полученный карбонат кальция (например, известняк, кальцит), как правило, отделяют (например, посредством осаждения) от реакционной смеси. В некоторых вариантах осуществления реакция протекает через карбонатные и бикарбонатные соли магния. В некоторых вариантах осуществления реакция протекает через бикарбонат соли кальция. В некоторых вариантах осуществления разнообразные бикарбонатные соли металлов II группы получают и затем необязательно отделяют от реакционной смеси. В некоторых вариантах осуществления топочный газ, из которого были удалены СО2 и/или другие загрязняющие вещества, выпускают в атмосферу, необязательно после одной или нескольких стадий дополнительной очистки и/или обработки. В некоторых вариантах осуществления полученный МдС1₂, необязательно гидратированный, возвращают в реактор 100. В некоторых вариантах осуществления полученный МдС1₂ направляют на одну или несколько стадий выделения, очистки и/или гидратации перед возвращением в реактор 100.

Силикат кальция (например, 3СаО-8Ю₂, Са₃§1О₅; 2СаО-8Ю₂, Са₂8Ю₄; 3СаО-2§Ю₂, Са₃§1₂О₇ и СаО-8Ю₂, Са8Ю₃) поступает в процесс в реактор 300 (например, печь для плавления горных пород). В некоторых вариантах осуществления данные силикаты металлов II группы измельчают на предшествующей стадии. В некоторых вариантах осуществления силикаты металлов II группы представляют собой иносиликаты. В варианте осуществления на фиг. 2, иносиликат представляет собой Са8Ю₃ (например, волластонит, который сам может в некоторых вариантах осуществления содержать в небольших количествах железо, магний и/или марганец, замещающий железо). Са8Ю₃ реагирует с хлористым водородом, который находится в форме газа или в форме хлористо-водородной кислоты, и некоторую часть или все количество которого можно получать из реактора 100, образуя СаС1₂, воду и песок (§Ю₂). Эту реакцию можно представить уравнением (7):

НС1 + (Са/МефЗГОз -> (Са/М$)С1₂ + Н₂О + ЗЮ₂ (7)

Реакция	дн кДж/моль**	Интервал температуры реакции
2 НСЬар- СаЗЮч -+ СаС12 + Н2О + ЗЮ2	-254	90’С- 150 ’С
2 НС1ббвз) + ΜβδιΟί + Н2О + 81О2	-288	90 °С-150°С

** Энтальпии приведены на основании температур реакций и температур потоков поступающих реагентов и выходящих продуктов. Некоторую часть или все количество воды, полученной в данной реакции, можно направлять в реактор 100. Некоторую часть или все количество СаС1₂ согласно уравнению 7 можно направлять в реактор 200. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество СаС1₂ направляют в реактор 200 в форме водного раствора. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество СаС1₂ направляют в реактор 200 в форме водной суспензии. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество СаС1₂ направляют в реактор 200 в форме твердого вещества.

Суммарная реакция улавливания, представляющая собой сумму уравнений (5)-(7), приведена здесь как уравнение (8):

СО₂ + Са8Ю₃ СаСО₃ + 3ίΟ₂ (8)

Реакция	ΔΗ кДж/моль**	АС кДж/моль**
СО2 + Са81О3 -4 СаСО3 + 8Ю2	-89	-39

** Измерения при стандартных значениях температуры и давления (ЗТР). Используя процесс, представленный на фиг. 2 и описанный в настоящем документе, карбонаты кальция получают в качестве конечных продуктов связывания из СО₂ и иносиликата кальция. Некоторую часть или все количество разнообразных солей магния, воды, хлористого водорода и энергии реакции можно повторно использовать. В некоторых вариантах осуществления повторно используют только некоторое или нулевое количество перечисленного выше. В некоторых вариантах осуществления воду, хлористый водород и/или энергию реакции используют для других целей.

Данные способы и устройства можно дополнительно модифицировать, оптимизировать и масштабировать с помощью основ и методов химии, химической технологии и/или науки о материалах, которые применяют специалисты в данной области техники. Такие основы и методы описывают, например, патент США № 7727374, публикации патентных заявок США № 2006/0185985 и № 2009/0127127; патентная заявка США № 11/233509, поданная 22 сентября 2005 г.; предварительная патентная заявка США № 60/718906, поданная 20 сентября 2005 г.; предварительная патентная заявка США № 60/642698, поданная 10 января 2005 г.; предварительная патентная заявка США № 60/612355,

- 15 023492 поданная 23 сентября 2004 г.; патентная заявка США № 12/235482, поданная 22 сентября 2008 г.; предварительная патентная заявка США № 60/973948, поданная 20 сентября 2007 г.; предварительная патентная заявка США № 61/032802, поданная 29 февраля 2008 г.; предварительная патентная заявка США № 61/033298, поданная 03 марта 2008 г.; предварительная патентная заявка США № 61/288242, поданная 20 января 2010 г.; предварительная патентная заявка США № 61/362607, поданная 8 июля 2010 г.; и международная патентная заявка № РСТ/и808/77122, поданная 19 сентября 2008 г. Полный текст каждого из перечисленных выше описаний (включая любые приложения) определенно включается в настоящий документ посредством ссылки.

Представленные выше примеры приведены для демонстрации конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако в свете настоящего изобретения специалисты в данной области техники должны понимать, что в описанные конкретные варианты осуществления можно вносить многочисленные изменения и при этом все же получать подобные или аналогичные результаты без отклонения от идеи и выхода за пределы объема настоящего изобретения.

IV. Конверсия хлоридов металлов II группы в гидроксиды металлов II группы или гидроксихлориды металлов II группы

В настоящем документе описаны процессы, в которых хлориды металлов II группы, например СаС1₂ или МдС1₂, реагируют с водой, образуя гидроксиды металлов II группы, оксиды металлов II группы и/или смешанные соли, такие как гидроксихлориды металлов II группы. Такие реакции, как правило, называют реакциями разложения. В некоторых вариантах осуществления вода может находиться в форме жидкости, пара, гидратов хлоридов металлов II группы, и/или она может быть сверхкритической. Пар может поступать из теплообменника, в результате чего тепло от чрезвычайно интенсивной реакции горения, например, природного газа и кислорода или водорода и хлора, нагревает поток воды. В некоторых вариантах осуществления пар можно также получать, используя отбросное тепло завода или фабрики. В некоторых вариантах осуществления также нагревают хлоридную соль, безводную или гидратированную.

В случае Мд и Са эти реакции можно представить уравнениями (9) и (10) соответственно:

МЗС1₂ + 2 Н₂О -> Μβ(ΟΗ)₂ + 2 НСКгаз) ΔΗ = 263 кДж/моль** (9)

СаС1₂ + 2 Н₂О -> Са(ОН)₂ + 2 НС1(газ) ΔΗ = 284 кДж/моль** (10) ** Измерения при 100°С.

Данные реакции являются эндотермическими, и это означает, что необходимо вводить энергию, например, чтобы осуществлять эти реакции. Такую энергию можно получать из отбросного тепла, которое образуется на одной или нескольких экзотермических стадиях процесса, описанного в настоящем документе. Вышеупомянутые реакции могут происходить согласно одной или нескольким из следующих стадий:

СаС1₂ + (х + у + ζ) Н₂О -> Са²⁺хН₂О + СГ уН₂О + СГ-гН₂О (11)

Са^Ф2хН₂О + СГуН₂О + СГгН₂О ->

[Са²⁺(х-1)(Н2О)ОН]⁺ + СГ(уН2О) + СГ(г-1)Н₂О + Н₃О⁺ (12) [Са²⁺(х-1)(Н2О)ОНД⁺ + СГ-(уН2О) + СГ(г-1)Н₂О + Н₃О⁺ ->

[Са²-(х-1 )(Н2О)ОН]⁺+ СГ(уН2О|+ζΗ₂Ο + НС1'гзз,1 ί (13) [Са²⁺(х-1)(Н2О)ОН^-]⁺ + СГ-(уН2О) ->

[Са²⁺-(х-2)(Н₂О) (ОН7)₂] + СГ-(у-1)Н₂О + Н₃О⁺ (14) [Са²⁺ (х-2)(Н₂О) (ОН’)₂] + СГ(у-1)Н₂О + Н₃О⁺ ->

Са(ОН)₂ 4 + (х-2)Н₂О + уН₂О + НС11 (15)

Энтальпия реакции (ΔΗ) СаС1₂+2Н₂О^ Са(ОН)₂+2НС1 (газ) составляет 284 кДж/моль при 100°С. В некоторых вариантах осуществления используют соль МдС1₂-6Н₂О, гексагидрат хлорида магния. Поскольку вода внедрена в молекулярную структуру соли, можно использовать непосредственное нагревание без какого-либо дополнительного пара или воды, чтобы инициировать разложение. Типичные температуры следующих реакций представлены ниже:

от 95 до 110°С:

МдСИбШО М§С1₂*4Н₂О + 2 Н₂О (16)

М8С1₂ 4Н₂О -> МеСТЭГОО + 2 Н₂О (17) от 135 до 180°С:

- 16 023492

ΜδΟΙ₂·4Η₂Ο -+ Мё(ОН)С1 + НС1 + 3 Н₂О (18)

М§С1₂-2Н₂О -> М_ёС1₂'Н₂О + Н₂0 (19) от 185 до 230°С:

М<;С1у2Н₂О -> М§(ОН)С1 + НС1+Н₂О (20) от 230°С:

МдС1₂-Н₂О -> МдСк + Н₂О (21)

М§С1₂Н₂О -+ Мд(ОН)С1 + НС1 (22)

М§(ОН)С1 ~+ Мё.0 + НС1 (23)

Реакция	Справочный интервал температур	Δ1Ι кДж/моль**	Температура реакции
МдС12'6Н2О -> М8С12'4Н2О + 2 Н2О(гаа)	95 °С110°С	115.7	100°С
М8С12-4Н2О -+ М8С12-2Н2О + 2 ЩОггэз)	95 “ΟΙ 10 °С	134.4	100°С
М§СЬ-4Н2О -> Мё(ОН)С1 + НСЬазЛ 3 НгОсзаз)	135 “ΟΙ 80 °С	275	160°С
М§С12-2Н2О -+ М§С12-Н2О + Н20сзаз)	135 °С180 °С	70.1	160°С
М8С12-2Н2О -> Мй(ОН)С1 + НС1(гэз> +Н2О(гэз)	185 °С 230 °С	141	210°С
МдС1,Н2О -> МцСЬ + ЩО(газ)	>230 °С	76.6	240°С
М8С12-Н2О -+ М8(ОН)С1 + НСЦаз)	>230 °С	70.9	240°С
МЦОН)С1 -> МдО + НСКгаз)	>230 °С	99.2	450°С

** Значения АН вычислены при температуре реакции (столбец Температура реакции).

См. Химический справочник, автор Кик О1Ьтег, 4-е изд., издательство .Ιοίιη А'йеу &

Зопз, 1998, νο1. 15, р. 343, который включен в настоящий документ посредством ссылки. См. приведенный ниже пример 1, представляющий результаты моделирования, которые демонстрируют возможность улавливать СО₂ из топочного газа, используя дешевый исходный материал СаС1₂ и получая СаСО₃. См. также работы Расход энергии и равновесие при дегидратации, гидролизе и разложении хлорида магния, автор К.К. Ке11еу, Вигеаи οί Мтез (Горное управление министерства внутренних дел США),

1941 г. и Кинетическое исследование термической дегидратации и гидролиза М§С1₂-6Н₂О методами дифференциального термического анализа и термогравиметрии, авторы Υ. К1Г8Й, 8. Υίιπν и 8. δ1ιο\χι1. .1<)шпа1 οί Тйегта1 Апа1уз13 (Журнал термического анализа), 1987, νο1. 32, причем обе они во всей своей полноте включены в настоящий документ посредством ссылки.

V. Реакция гидроксидов металлов II группы и СО₂ с образованием карбонатов металлов II группы.

В еще одном аспекте настоящего изобретения предложены устройства и способы для удаления диоксида углерода из источников диоксида углерода с использованием гидроксидов металлов II группы, оксидов металлов II группы и/или гидроксихлоридов металлов II группы в качестве поглотителей СО₂. В некоторых вариантах осуществления СО₂ поглощается водной щелочной смесью и/или раствором, где он реагирует с гидроксидами и/или оксидами, образуя карбонатные и бикарбонатные продукты. Известно, что гидроксид натрия, гидроксид кальция и гидроксид магния в различных концентрациях легко поглощают СО₂. Таким образом, в вариантах осуществления настоящего изобретения гидроксиды металлов II группы, оксиды металлов II группы (такие как СаО и/или МдО) и/или другие гидроксиды и оксиды, например гидроксид натрия, можно использовать в качестве поглощающего реагента.

Например, гидроксиды металлов II группы, например, полученные из хлоридов металлов II группы, можно использовать в поглотительной колонне, чтобы они реагировали с СО₂ и тем самым связывали его на основании одной или обеих из следующих реакций:

- 17 023492

Са(ОН)₂ + СО₂ -> СаСОз + Н₂0 (24)

ΔΗ = 117.92 кДж/моль**

ΔΟ =-79.91 кДж/моль**

М§(ОН)_; + СО₂ -> М§СО₃ + Н₂О (25)

ΔΗ =-58.85 кДж/моль“

ΔΟ = -16.57 кДж/моль ** Вычисления при стандартных значениях температуры и давления.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения таким путем реагирует основная часть или почти все количество диоксида углерода. В некоторых вариантах осуществления реакцию можно привести к завершению, например, посредством удаления воды, используя непрерывные или периодические способы, и/или посредством осаждение бикарбонатов, карбонатов или смеси солей обоих типов. См. приведенный ниже пример 1, представляющий моделирование, которое демонстрирует возможность улавливать СО₂ из топочного газа, используя дешевый исходный материал, Са(ОН)₂, полученный из СаС12, и образуя СаСО2.

В некоторых вариантах осуществления первоначально полученная соль металла II группы может вступать в реакцию солевого обмена с карбонатом другого металла II группы, передающим карбонатный анион. Например:

СаС1₂ + М@СОз+-> МдС1₂ + СаСОз (25а)

Данные способы и устройства можно дополнительно модифицировать, оптимизировать и масштабировать с помощью основ и методов химии, химической технологии и/или науки о материалах, которые применяют специалисты в данной области техники.

Такие основы и методы описывают, например, патент США № 7727274; патентная заявка

США	№	11/222509,	поданная	22	сентября	2005	г.;	предварительная	патентная	заявка
США	№	60/718906,	поданная	20	сентября	2005	г.;	предварительная	патентная	заявка
США	№	60/642698,	поданная	10	января	2005	г.;	предварительная	патентная	заявка

США № 60/612255, поданная 22 сентября 2004 г.; патентная заявка США № 12/225482, поданная 22 сентября 2008 г.; предварительная патентная заявка США № 60/972948, поданная 20 сентября 2007 г.;

предварительная	патентная	заявка	США	№	61/022802,	поданная	29	февраля	2008	г.
предварительная	патентная	заявка	США	№	61/022298,	поданная	2	марта	2008	г.
предварительная	патентная	заявка	США	№	61/288242,	поданная	20	января	2010	г.

предварительная патентная заявка США № 61/262607, поданная 8 июля 2010 г.; и международная патентная заявка № РСТ/И808/77122, поданная 19 сентября 2008 г. Полный текст каждого из перечисленных выше описаний (включая любые приложения) определенно включается в настоящий документ посредством ссылки.

VI. Силикатные минералы для связывания диоксида углерода.

В аспектах настоящего изобретения предложены способы связывания диоксида углерода с использованием силикатных минералов. Силикатные минералы образуют один из наиболее крупных и важных классов образующих горные породы минералов, которые составляют приблизительно 90% земной коры. Их классифицируют на основании структуры силикатных групп. Все силикатные минералы содержат кремний и кислород. В некоторых аспектах настоящего изобретения силикаты металлов II группы можно использовать для осуществления энергоэкономичного связывания диоксида углерода.

В некоторых вариантах осуществления можно использовать композиции, включающие иносиликаты металлов II группы. Иносиликаты, или цепочечные силикаты, содержат взаимосвязанные цепи силикатных тетраэдров, имеющих состав §Юз (соотношение 1:2) для одинарных цепей или §1₄Оц (соотношение 4:11) для двойных цепей.

В некоторых вариантах осуществления способы, описанные в настоящем документе, используют композиции, включающие иносиликаты металлов II группы, относящиеся к группе пироксенов. Например, можно использовать энстатит

В некоторых вариантах осуществления используют композиции, включающие иносиликаты металлов II группы, относящиеся к группе пироксеноидов. Например, можно использовать волластонит (Са81ОД. В некоторых вариантах осуществления можно использовать композиции, включающие смеси иносиликатов металлов II группы, например, смеси энстатита и волластонита. В некоторых вариантах осуществления можно использовать композиции, включающие смешанно металлические иносиликаты металлов II группы, например,диопсид СаМд§1₂О₆.

Волластонит обычно встречается как общий компонент термически преобразованного загрязненного известняка. Как правило, волластонит образуется в результате следующей реакции (уравнение (26)) между кальцитом и диоксидом кремния с выделением диоксида углерода:

СаСОз + 81О2 —> Са8Юз + СО₂ (26)

В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение приводит к фактическому обраще- 18 023492 нию этого природного процесса. Волластонит можно также получать путем диффузионной реакции в скарне. Она развивается, когда известняк внутри песчаника преобразуется в насыпи, что приводит к образованию волластонита в песчанике в результате миграции ионов кальция наружу.

В некоторых вариантах осуществления чистота композиций иносиликатов металлов II группы может изменяться. Например, предполагается, что композиции иносиликатов металлов II группы, используемые в описанных процессах, могут содержать различные количества других соединений или минералов, включая ионы металлов, не относящихся к II группе. Например, сам волластонит может содержать в небольших количествах железо, магний и марганец в качестве заместителя кальция.

В некоторых вариантах осуществления можно использовать композиции, включающие оливин и/или серпентин. Сделаны попытки использования данных минералов в способах связывания СО2. Способы, которые описали СоИЬегд с1 а1. (2001), включены в настоящий документ посредством ссылки.

Минерал оливин представляет собой двойной силикат магния и железа, имеющий формулу (Мд, Ре)₂8Ю₄. Когда он имеет качество полудрагоценного камня, его называют перидот. Оливин встречается в мафических и ультрамафических вулканических горных породах и представляет собой основной минерал в определенных метаморфических горных породах. Известно, что обогащенный магнием оливин кристаллизуется из магмы, имеющей высокое содержание магния и низкое содержание диоксида кремния. В результате кристаллизации магмы образуются мафические горные породы, такие как габбро и базальт. Ультрамафические горные породы, такие как перидотит и дунит, могут представлять остатки, образующиеся после извержения магмы, которые, как правило, в большей степени обогащены оливином после выделения частичных расплавов. Оливин и его структурные разновидности, образующиеся при высоком давлении, составляют более 50% верхней мантии Земли, и оливин представляет собой один из наиболее распространенных по объему земных минералов. Метаморфизм загрязненного доломита или других осадочных горных пород с высоким содержанием магния и низким содержанием диоксида кремния также производит обогащенный магнием оливин или форстерит.

VII. Получение хлоридов металлов II группы из силикатов металлов II группы.

Силикаты металлов II группы, например Са8Ю₃, Мд8Ю₃ и/или другие силикаты, описанные в настоящем документе, могут реагировать с хлористым водородом, присутствующим в форме газа или в форме водного раствора хлористо-водородной кислоты, образуя соответствующие хлориды металлов II группы (СаС1₂ и/или МдС1₂), воду и песок. В некоторых вариантах осуществления НС1, полученный согласно уравнению (1), используют для регенерации МдС1₂ и/или СаС1₂ согласно уравнению (3). В результате этого образуется технологический цикл. Приведенная ниже табл. 1 представляет некоторые из распространенных содержащих кальций/магний силикатных минералов, которые можно использовать как индивидуально, так и в сочетании. Исходные испытания оливина и серпентина в реакции с НС1 оказались успешными. Наблюдали образование осадка 8Ю₂ и собирали МдС1₂ и СаС1₂.

Таблица 1

Минералы кальция/магния

Минерал	Формула (стандартное выражение)	Формула (оксидное выражение)	Соотношение металла II группы И 3102	Соотношение металла II группы и суммы металлов
Оливин	(Мё,Ре)2[8Ю4]	(М§О,РеО)2-ЗЮ2	1:1	1:2
Серпентин	Μ§6[ΟΗ]8[δί40,ο]	6Μ§Ο·43ϊΟ2·4Η2Ο	3:2	не определено
Сепиопит	ΜΒ4[(ΟΗ)25ί6Ο!5]6Η2Ο	3Μ§0·Μ§(0Η)2·ό5ίθ2·όΗ2Ο	2:3	не определено
Энстатит	Μ&[3ΐ2Ο6]	2Μ§Ο-28ίΟ3	1:1	не определено
Диопсид	СаМё[312О6]	СаО-МёО-23Ю2	1:1	не определено
Тремолит	Са2Мё5{[ОН]8нО,,}3	2СаО'5М§О'83Ю2Н2О	7:8	не определено
Волластонит	СаЗЮз	СаО-ЗЮг	1:1	не определено

См. Справочник горных пород, минералов и полудрагоценных камней, автор Аа11ег Зсйитаип, издательство, НоидЙоп МИНт Со., Бостон, Нью-Йорк, 1993 г., который включен в настоящий документ посредством ссылки.

VIII. Дополнительные варианты осуществления.

В некоторых вариантах осуществления конверсию диоксида углерода в минеральные карбонаты можно определить двумя солями. Первая соль представляет собой соль, которую можно нагревать до разложения, пока она не превратится в основание (гидроксид и/или оксид) с выделением кислоты, например, в форме газа. Это основание реагирует с диоксидом углерода, образуя карбонатную, бикарбонатную или основную карбонатную соль.

Например, в некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение предлагает способы, в ко- 19 023492 торых одна или несколько солей из приведенных ниже табл. А-С реагируют с водой, образуя гидроксиды, оксиды и/или смешанные гидроксигалогениды. Такие реакции, как правило, называют реакциями разложения. В некоторых вариантах осуществления вода может находиться в форме жидкости, пара и/или гидрата выбранной соли. Пар может поступать из теплообменника, в результате чего тепло от чрезвычайно интенсивной реакции горения, например, природного газа и кислорода или водорода и хлора нагревает поток воды. В некоторых вариантах осуществления пар можно также получать, используя отбросное тепло завода или фабрики. В некоторых вариантах осуществления также нагревают галогенидную соль, безводную или гидратированную.

- 20 023492

Таблица А

Разложение солей

	ίΐ+	1Ча*	К*	КЬ+	С?
Г	N0	N	4747	N	N0	N	10906	N	7490	N
сг	3876	N	19497	N	8295	N	13616	N	7785	N
Вг’	3006	N	4336	N	9428	N	13814	N	8196	N
Г	6110	N	6044	N	11859	N	9806	N	8196	М

Таблица В

Разложение солей (продолжение)

	м8 +2	Са*г	5г+г	Ва+г
Г	4698	N	3433	N	10346	N	6143	N
сг	4500*	б 40*	5847	2Нр	9855	бнр	8098	2НР
Вг'	5010	6Η£	2743	N	10346	бНр	8114	2Η;ΰ
1’	2020	N	4960	N	9855		10890	2Нр

* Последующие испытания показали, что теплота реакции находилась в пределах 1,5-4% термодинамически полученных значений с использованием термогравиметрического анализа (ТОЛ) нагретых образцов и определениях температурных интервалов.

Таблица С

Разложение солей (продолжение)

	Мп+2	Ре+2	Со+2	Νΐ+2	Ζη+2
Г	3318	N	2101	N	5847	N	5847	N	3285	N
СГ	5043	бНзО	3860	4И0	3860	640	4550	бНЮ	8098	440
Вг'	5256	640	11925	440	9855		5010	6Н0	4418	4Н№
1'	5043	640	3055	4Н0	4123	бНДО	5831	бКзО	4271	440
$О4'3	Ь1С	440	13485	4НД	3351	440	8985	бНгО	8344	7ΗΪ0

Таблица Ό

Разложение солей (продолжение)

	А§+	Ьа+3
Г	2168	N	13255	7НэО
СГ	5486	N	7490	740
Вг'	6242	N	5029	740
1'	6110	N	4813	740
5О4'г	6159	N	10561	640

Для табл. Л-Ό численные значения соответствуют энергии в расчете на количество связанного СО₂ в кВт-ч/т, ЫС означает отсутствие сходимости и ΝΑ означает отсутствие данных.

Та же карбонатная, бикарбонатная или основная карбонатная первая соль реагирует со второй солью, осуществляя карбонатный/бикарбонатный обмен, таким образом, что анион второй соли соединяется с катионом первой соли и катион второй соли соединяется с карбонатным/бикарбонатным ионом первой соли, в результате чего образуется конечный карбонат/бикарбонат.

В некоторых случаях гидроксид, полученный из первой соли, непосредственно реагирует с диоксидом углерода и второй солью, образуя карбонат/бикарбонат, полученный (присоединением катиона) из второй соли. В других случаях карбонат/бикарбонат/основной карбонат, полученный (присоединением катиона) из первой соли, удаляют из камеры реактора и помещают во вторую камеру для реакции со второй солью. Фиг. 27 представляет вариант осуществления этого процесса с использованием двух солей.

Эта реакция может оказаться полезной для получения карбоната/бикарбоната, когда желательной является соль второго металла, и этот второй металл не настолько склонен к разложению, чтобы образовывать поглощающий СО2 гидроксид, и если карбонатное/бикарбонатное соединение второго металла является нерастворимым, т.е. осаждается из раствора. Ниже приведен неисчерпывающий список примеров таких реакций, которые можно использовать, как индивидуально, так и в сочетании, в том числе в сочетании с одной или несколькими из любых реакций, обсуждаемых в настоящем документе.

Примеры разложения соли 1:

2Ма1 + Н₂О -> Ж₂О + 2ΗΙ и/или Ш₂О + Н₂О -> 2№ЮН МдСН6Н₂О -> М§О + 5Н₂О + 2НС1 и/или М§О + Н₂О -> М§(ОН)₂

- 21 023492

Примеры удаления диоксида углерода:

2ИаОН + СО₂ -> Ма₂СОз+ Н₂О и/или Ма₂СО₃ + СО₂ + Н₂О -> 2Ж11СО₃ Мд(ОН)₂ + СО₂ М_ёСО; + Н₂О и/или Мд(ОН)₂ + 2СО₂ М§(НСО₃)₂

Примеры карбонатного обмена с солью 2:

Ж₂СО₃ + СаС1₂ -> СаСОз 1 + 2ЖС1 Ж₂СО₃ + 2Α§ΝΟ₃ -> А§₂СО₃ Б- 2ΝαΝΌ₃ Са(ОН) ₂ + Ж₂СО₃ -> СаСОз 4 + 2Ж0Н* * В данном примере карбонат Ыа₂СО_з представляет собой соль 2 и соль разлагается, образуя Са(ОН)₂, т. е. СаС1₂ представляет собой соль 1. Этот пример является обратным для некоторых из предшествующих примеров в том, что карбонатный ион остается с солью 1.

Известные карбонатные соединения включают Н₂СО₃, П₂СО₃, Ыа₂СО_з, К₂СО₃, КЬ₂СО_з, С§₂СО_з, ВеСОз, МдСОз, СаСОз, МдСО_;. 8гСОз, ВаСОз, МпСОз, РеСОз, С0СО3, СиСОз, /нСО_;. Ад_;СО_;. Сс1СО_;. А1₂(СО₃)₃, Т1₂СО_з, РЬСО_з и Ьа₂(СО_з)_з. Элементы группы ΣΑ, как известно, образуют устойчивые бикарбонаты, например ЫНСО_з, ЫаНСО_з, КЬНСО_з и С§НСО_з. Элементы группа ПА и некоторые другие элементы могут также образовывать бикарбонаты, но в некоторых случаях, они могут быть устойчивыми только в растворе. Как правило, породообразующие элементы представляют собой Н, С, О, Р, Ыа, Мд, А1, δί, Р, δ, С1, К, Са, Τι, Мд и Ре. Их соли, которые можно термически разлагать до соответствующих гидроксидов, расходуя минимальное количество энергии на 1 моль поглощающего СО2 гидроксида, можно, таким образом, рассматривать в качестве потенциальных кандидатов соли 1.

На основании величин энергии, вычисленных в табл. А-Ό, несколько солей имеют меньшую энергию, чем МдС1₂-6Н₂О. Приведенная ниже табл. Е представляет обзор этих солей и процентное уменьшение расходуемой энергии при их использовании по сравнению с МдС1₂-6Н₂О.

Таблица Е

Следующие соли вступают в реакцию разложения, и для них имеется соответствующая информация о безопасной эксплуатации материала ^δΌδ).

- 22 023492

Таблица Ρ

Соединение	Энергия разложения	Примечания
МеС12'6Н2О	4500
МпС12-4Н2О	5043	только Мп+г образует устойчивый карбонат
На1-2Н2О	1023	чрезвычайно редкое соединение
Со12-6Н2О	4123	чрезвычайно редкое соединение
РеС12-4Н2О	3860	Может окисляться до оксида железа(Ш), из которого не образуется устойчивый карбонат
ивг	3006	чрезвычайно редкое соединение
ме(мо3)г-4нго	1606	выделяет Νοχ
Со5О„-4Н2О	3351	несколько редко выделяет 5О3
СЖ12-2.5Н2О	нет данных	токсичные побочные продукты
Са(1ЧО3)2-4Н2О	2331	выделяет ΝΟ2

Соединение	Источники информации
МвС12-6Н2О
МпС12-4Н2О	М±р://ауо@а6 го.сНет. !а51а1е,ес)и/М5О5/МпС12. Мт
ΝβΙ2-Η2Ο	НПр://1л™лллс11егп1са1Ьоок.солп/Рго(1ие1М5050е1а|1СВб170714 ЕН.Н1гп
Со12бН2О	МТр://'Лй^,е5р|П1Р(э15.согл/|ПЙех.рЬр/тЕс15/527-соЬаИ-1Ос1|с1е
РеС12'4Н2О
ЬгВг	ЬНр://тмлАлс11епгн:а£.сот/тзгеп'з1/са£/агсЬл/е/755(Х35-8 у1.а5р
Μβ(ΝΟ3|2·4Η2Ο	Р[1рУ/ауО8а6го.сНет3а51э1:е.еаи/М505/М£М03-6Н20.1игл
Со50,;.4Н,.0	пМр://\™«у.сНетк:а1Ьоок.согп/Рго<1ис1М505Ое1а|1СВ0323842 ЕЫ.п1т
Сс)С12-2.5Н2О	1И1р://\л/(««/.е5р1те1а15.соп1/|пс1ех.р11р/т5с15/460-сас1т1ит-сЫог1с1е
Са(1ЧО3)2'4Н2О	Ы[р://ауО£ас1го.еИе1Гыа51:а1е.ес1и/М5О5/Са%28Г'ЮЗ%292-4Н2О.111гп

IX. Получение и применения известняка.

В аспектах настоящего изобретения предложены способы связывания диоксида углерода в форме известняка. Известняк представляет собой осадочную горную породу, которую составляет, главным образом, минерал кальцит (карбонат кальция СаСО₃). Этот минерал имеет множество применений, некоторые из которых представлены ниже.

Известняк в порошкообразной или пылевидной форме, который образуется в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, можно использовать в качестве улучшителя почвы (сельскохозяйственной извести) для нейтрализации кислотного состояния почвы, и в результате этого, например, он обеспечивает нейтрализацию воздействия кислотных дождей в экосистемах. Применения известняка в качестве исходных материалов включают его использование как реагента в процессах обессеривания.

Известняк представляет собой важный материал для каменной кладки и архитектуры. Одно из его преимуществ заключается в том, что его относительно легко разрезать на блоки или более сложные резные фигуры. Кроме того, он является долговечным и хорошо выдерживает условия окружающей среды. Известняк представляет собой основной ингредиент для получения негашеной извести, строительного раствора, цемента и бетона.

Карбонат кальция также используют в качестве добавки для бумаги, пластмассы, краски, плитки и других материалов, где он служит одновременно как белый пигмент и дешевый наполнитель. Очищенные формы карбоната кальция можно использовать в зубной пасте и добавлять в хлебные и крупяные продукты в качестве источника кальция. Кроме того, СаСО3 обычно используют в медицине в качестве нейтрализатора кислоты.

В настоящее время основную массу карбоната кальция, используемого в промышленности, получают добычей из шахт или карьеров. Благодаря попутному получению данного минерала в процессе связывания диоксида углерода в некоторых вариантах осуществления, настоящее изобретение обеспечивает не связанный с добычей источник этого важного продукта.

X. Получение и применения карбоната магния.

В аспектах настоящего изобретения предложены способы связывания диоксида углерода в форме карбоната магния. Карбонат магния МдСО₃ представляет собой белое твердое вещество, которое встречается в природе в виде минерала. Наиболее распространенные формы карбоната магния представляют собой безводную соль, которая называется магнезит (МдСО₃), а также ди-, три- и пентагидраты, известные как баррингтонит (М§СО₃-2Н₂О), несквегонит (М§СО₃-3Н₂О) и лансфордит (М§СО₃-5Н₂О) соответственно. Карбонат магния находит разнообразные применения; некоторые из них кратко обсуждаются ниже.

- 23 023492

Карбонат магния можно использовать для получения металлического магния и основных огнеупорных кирпичей. Кроме того, МдСО₃ используют, чтобы изготавливать напольное покрытие, огнезащитные материалы, огнегасящие композиции, косметические изделия, присыпки и зубные пасты. Другие применения включают материалы-наполнители, снижающие дымность присадки в пластмассах, армирующие средства в неопреновом каучуке, осушители, слабительные средства, а также добавки для сохранения цвета продуктов питания. Кроме того, высокочистый карбонат магния используют в качестве нейтрализатора кислоты и добавки в столовой соли для сохранения его сыпучести.

В настоящее время карбонат магния, как правило, получают, добывая из шахт минерал магнезит. Благодаря попутному получению данного минерала в процессе связывания диоксида углерода в некоторых вариантах осуществления, настоящее изобретение обеспечивает не связанный с добычей источник этого важного продукта.

XI. Получение и применения диоксида кремния.

В аспектах настоящего изобретения предложены способы связывания диоксида углерода, в которых диоксид кремния образуется как побочный продукт. Диоксид кремния, также называемый термином кремнезем, представляет собой соединение, имеющее химическую формулу §Ю₂ и известное своей твердостью. Диоксид кремния наиболее часто встречается в природе в форме песка или кварца, а также в клеточных стенках диатомовых водорослей. Диоксид кремния представляет собой наиболее распространенный минерал в земной коре. Это соединение находит разнообразные применения; некоторые из них кратко обсуждаются ниже.

Диоксид кремния используют, в первую очередь, в производстве оконного стекла, стеклянной посуды и бутылок для напитков. Большую часть оптических волокон для телекоммуникаций также изготавливают из диоксида кремния. Он представляет собой основной исходный материал для многочисленных тонких керамических изделий, таких как фаянсовые, керамические и фарфоровые изделия, а также для промышленного портландцемента.

Диоксид кремния представляет собой распространенную добавку в производстве продуктов питания, где его используют, в первую очередь, в качестве добавки, повышающей сыпучесть порошкообразных продуктов питания, или для поглощения воды в гигроскопических применениях. В гидратированной форме диоксид кремния используют в зубной пасте в качестве твердого абразивного средства для снятия зубного налета. Диоксид кремния представляет собой основной компонент диатомовой земли, которая находит многочисленные и разнообразные применения от фильтрования до уничтожения насекомых. Кроме того, он представляет собой основной компонент золы рисовой шелухи, которую используют, например, для фильтрования и производства цемента.

Тонкие пленки диоксида кремния, выращиваемые на кремниевых пластинах способами термического окисления, могут оказываться весьма полезными в микроэлектронике, где они выступают в качестве электроизоляторов, обладающих высокой химической устойчивостью. В электрических устройствах диоксид кремния может защищать кремний, сохранять заряд, блокировать ток и даже выступать в качестве управляемой траектории для ограничения величины тока.

Как правило, диоксид кремния изготавливают в нескольких формах, включая стекло, хрусталь, гель, аэрогель, пирогенный диоксид кремния и коллоидный диоксид кремния. Благодаря попутному получению данного минерала в процессе связывания диоксида углерода в некоторых вариантах осуществления, настоящее изобретение обеспечивает не связанный с добычей источник этого важного продукта.

XII. Разделение продуктов.

Можно использовать процессы разделения, чтобы отделять карбонатные и бикарбонатные продукты от жидкого раствора и/или реакционной смеси. Путем регулирования концентрации основания, температуры, давления, размера реактора, глубины текучей среды и степени насыщения диоксидом углерода можно обеспечивать осаждение одной или нескольких карбонатных и/или бикарбонатных солей. В качестве альтернативы карбонатные/бикарбонатные продукты можно отделять от раствора путем обмена тепловой энергией с поступающими топочными газами.

В зависимости от конструкции реактора, выходящие жидкие потоки могут включать воду, СаСО₃, МдСО₃, Са(НСО₃)₂, Мд(НСО₃)₂, Са(ОН)₂, Мд(ОН)₂, ЫаОН, ЫаНСО₃, Ыа₂СО₃ и другие растворенные газы в разнообразных равновесиях. Можно также обнаружить растворенные следовые выделяемые компоненты, такие как Н₂§О₄, НЫО₃ и Нд. В одном варианте осуществления удаление/отделение воды от карбонатного продукта включает введение тепловой энергии для испарения воды из смеси, например используя ребойлер. В качестве альтернативы частичное сохранение основного раствора и последующее нагревание раствора в разделительной камере можно использовать, чтобы обеспечивать осаждение относительно чистых карбонатных солей в резервуаре для выдерживания и рециркуляцию оставшихся гидроксидных солей обратно в реактор. В некоторых вариантах осуществления чистый карбонат, чистый бикарбонат и смеси этих двух веществ в равновесных концентрациях и/или в суспензии или концентрированной форме можно затем периодически переносить в автомобильную/железнодорожную цистерну. В некоторых вариантах осуществления жидкие потоки можно помещать в испарительные резервуары/зоны, где жидкости, такие как вода, можно удалять путем испарения.

- 24 023492

Выделение газообразных продуктов вызывает беспокойство в отношении безопасности выделяющихся гидроксидных или оксидных солей, т.е. выбросов щелочного дождя. Выбросы таких превращенных в аэрозоли щелочных солей можно предотвращать в некоторых вариантах осуществления путем использования простого и дешевого блока конденсатора/дефлегматора.

В некоторых вариантах осуществления карбонатную соль можно осаждать, посредством способов, которые используют отдельно или вместе с процессом удаления воды. Различные равновесия карбонатных солей имеют свойственные им интервалы, в которых при повышении температуры данная карбонатная соль, например СаСО₃, будет естественным образом осаждаться и собираться, что делает возможным ее удаление в форме суспензии, при этом некоторое незначительное количество №ГОН остается в суспензии.

XIII. Регенерация отбросного тепла.

Поскольку определенные варианты осуществления настоящего изобретения используют в связи с большими выбросами СО2 в форме топочного газа или других горячих газов от процессов горения, таких как процессы, которые происходят на электростанции, существуют огромные возможности использования этого отбросного тепла, например, для превращения хлоридных солей металлов II группы в гидроксиды металлов II группы. Например, типичная температура поступающего топочного газа (после обработки, например, путем электростатического осаждения) составляет приблизительно 300°С. Теплообменники могут охлаждать этот топочный газ до температуры, составляющей менее чем 300°С, нагревая при этом воду и/или хлоридные соли металлов II группы, чтобы способствовать данному превращению.

Как правило, поскольку топочный газ, который существует на электростанции, выходит при температурах, составляющих 100°С (после типичной промывки), 300°С (после обработки путем осаждения) и 900°С (впуск осаждения), или других соответствующих температурах, значительное количество отбросного тепла можно извлекать путем охлаждения поступающего топочного газа посредством теплообмена в цикле регенерации энергии, используя, например, водоаммиачный цикл (например, цикл Калины (КаЛиа), паровой цикл или любой такой цикл, который выполняет такую же термодинамическую задачу. Поскольку в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения используют энергию постоянного тока для осуществления производства реагент/абсорбента, процесс можно непосредственно снабжать энергией, частично или полностью, путем регенерации отбросного тепла, которая осуществляется без обычных потерь, связанных с преобразованием энергии постоянного тока в энергию переменного тока для других применений. Кроме того, посредством использования двигателей, которые преобразуют отбросное тепло в работу, можно обеспечить значительные уровни эффективности, совершенно не используя стадию производства электроэнергии. При некоторых условиях эти количества энергии, получаемой путем регенерация отбросного тепла, могут оказаться полностью обеспечивающим энергетические потребности вариантов осуществления настоящего изобретения.

XIV. Альтернативные процессы.

Как отмечено выше, в некоторых вариантах осуществления устройств и способов согласно настоящему изобретению производится ряд полезных промежуточных, побочных и конечных продуктов на разнообразных стадиях реакций, включая хлористый водород, карбонатные соли металлов II группы, гидроксиды металлов II группы и т.д. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество этих продуктов можно использовать в одном или нескольких способах, описанных ниже. В некоторых вариантах осуществления некоторую часть или все количество одного из исходных материалов или промежуточных продуктов, используемых на одной или нескольких из стадий, описанных выше, получают с использованием одного или нескольких из способов, представленных ниже.

А. Использование хлора для хлорирования силикатов металлов II группы.

В некоторых вариантах осуществления газообразный хлор можно ожижать, получая хлористоводородную кислоту, которую затем используют для хлорирования содержащих силикаты металлов II группы минералов. Ожижение хлора и последующее использование хлористо-водородной кислоты оказывается особенно привлекательным, в частности, в ситуациях, где рынок хлора является насыщенным. Ожижение хлора можно осуществлять согласно уравнению (27):

С1+ззз+ 2 НгОрк) + Ιιν (363 нм ) —> 2 НС1рк) + ‘,4 О₂гзэз) (27)

В некоторых вариантах осуществления получаемый таким способом кислород можно возвращать во впуск воздуха самой электростанции, где было показано в ходе исследований в энергетической отрасли, что электростанции, использующие обогащенный кислородом воздух, имеют (а) повышенные значения коэффициента полезного действия по Карно (Сагпо1). (Ь) более концентрированные выходящие потоки СО₂, (с) сниженный теплообмен для нагревания входящего воздуха и (ά) другие преимущества по сравнению с электростанциями без обогащения кислородом. В некоторых вариантах осуществления кислород можно использовать в водородно-кислородном топливном элементе. В некоторых вариантах осуществления кислород может служить в качестве части окислителя в турбине, предназначенной для производства электроэнергии за счет природного газа, например, при использовании смеси водорода и природный газ.

- 25 023492

В. Использование хлора для хлорирования гидроксидов металлов II группы.

В некоторых вариантах осуществления газообразный хлор может реагировать с гидроксидами металлов II группы, образуя смесь хлоридных и гипохлоридных солей (уравнение (28)). Например, НС1 можно продавать в качестве продукта, а гидроксиды металлов II группы можно использовать для удаления избытка хлора:

Са/Ме(ОН)₂ + С1₂ -> Уг Са/Ма{ОС])₂ + Уг Са/М§С1₂ + Н₂О (28)

Гипохлориды металлов II группы можно затем разлагать, используя кобальтовый или никелевый катализатор, образуя кислород и соответствующий хлорид (уравнение (29)):

Са/М₈(ОС1)₂ Са/М_ёС1₂ + О₂ (29)

Затем можно извлекать кальция хлорид и/или хлорид магния.

XV. Удаление других загрязняющих веществ из источника.

Помимо удаления СО2 из источника, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в условиях удаления диоксида углерода также удаляют §О_Х и ΝΌ_Χ, а также, в меньшей степени, ртуть. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения попутное удаление ХО_Х, ЫО_Х и соединений ртути может оказаться более важным в экономическом отношении; т.е. за счет использования вариантов осуществления настоящего изобретения угли, которые содержат большие количества этих соединений, можно сжигать на электростанциях, получая в результате в некоторых вариантах осуществления меньшее загрязнение, чем при использовании высокосортных углей, сжигаемых без использования процесса поглощения СО₂. Такие основы и методы описывают, например, патент США № 7727374; патентная заявка США № 11/233509, поданная 22 сентября 2005 г.; предварительная патентная заявка США № 60/718906, поданная 20 сентября 2005 г.; предварительная патентная заявка США № 60/642698, поданная 10 января 2005 г.; предварительная патентная заявка США № 60/612355, поданная 23 сентября 2004 г.; патентная заявка США № 12/235482, поданная 22 сентября 2008 г.; предварительная патентная заявка США № 60/973948, поданная 20 сентября 2007 г.; предварительная патентная заявка США № 61/032802, поданная 29 февраля 2008 г.; предварительная патентная заявка США № 61/033298, поданная 03 марта 2008 г.; предварительная патентная заявка США № 61/288242, поданная 20 января 2010 г.; предварительная патентная заявка США № 61/362607, поданная 08 июля 2010 г.; и международная патентная заявка № РСТ/ И808/77122, поданная 19 сентября 2008 г. Полный текст каждого из перечисленных выше описаний (включая любые приложения) определенно включается в настоящий документ посредством ссылки.

XVI. Примеры.

Следующие примеры представлены, чтобы продемонстрировать некоторые варианты осуществления настоящего изобретения. Для специалистов в данной области техники следует отметить, что способы, описанные в примерах, соответствуют представленным способам, которые, как обнаружили авторы, хорошо функционируют при практическом осуществлении настоящего изобретения, и, таким образом, их можно рассматривать как составляющие предпочтительные способы его практического осуществления. Однако в свете настоящего изобретения специалистам в данной области следует оценить, что можно вносить многочисленные изменения в описанные конкретные варианты осуществления и все же получать при этом подобные или аналогичные результаты без отклонения от идеи и выхода за пределы объема настоящего изобретения.

Пример 1. Моделирование процесса улавливания СО₂ из топочного газа с использованием СаС1₂ и получением СаСО3.

Один вариант осуществления настоящего изобретения моделировали с применением версии 7.1 программного обеспечения Акреп Р1и8, используя известные значения энтальпии реакций, свободной энергии реакций и заданные параметры, чтобы определить балансы массы и энергии и подходящие условия для улавливания СО2 из потока топочного газа с использованием СаС12 и тепла и получением СаСО3 в качестве продукта. Эти результаты показывают, что возможно улавливание СО₂ из топочного газа с использованием дешевых исходных материалов, СаС1₂ и воды, и образованием СаСО₃.

Часть заданных параметров включает схему технологического процесса, представленная на фиг. 5. Результаты моделирования показывают, что эффективной является рециркуляция потока МдС1₂ для реакции с Н₂О при нагревании и образованием Мд(ОН)₂. Этот Мд(ОН)₂ затем реагирует с насыщенным раствором СаС12/Н2О и СО2 из топочного газа, образуя СаСО3, который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате МдС1₂ рециркулирует в первый реактор, чтобы начать процесс снова. Данный процесс не ограничен каким-либо конкретным источником СаС1₂. Например, его можно получать путем реакции силиката кальция с НС1, в которой образуется СаС1₂.

Ограничения и параметры, установленные для данного моделирования, включают следующие.

Реакции осуществляли при 100% эффективности без потерь. Моделирование можно модифицировать, когда на опытных партиях будут определены значения эффективности реакций.

Моделирование не учитывало примеси в исходном материале СаС12 или в какой-либо добавке МдС1₂, которая требовалась вследствие потерь в системе.

- 26 023492

Результаты данного моделирования показывают предварительное чистое потребление мощности, составляющее приблизительно 130 млн. БТЕ/ч (38,1 МВт). Табл. 2а и 2Ь представляют учет массы и энергии для различных потоков (столбцы в таблице) моделированного процесса. Каждый поток соответствует потоку на фиг. 5.

Процесс состоит из двух основных реакторов и одной секции фильтрации твердых веществ. В первом реакторе нагревается водный раствор М§С1₂, в результате чего он разлагается, образуя паровой поток НС1/Н₂О и жидкий поток Мд(ОН)₂. Паровой поток НС1/Н₂О направляют в колонну абсорбера НС1. Раствор Мд(ОН)₂ направляют в реактор 2 для дальнейшей обработки. Химическую реакцию для данного реактора можно представить следующим уравнением:

М§С1₂ + 2 Н₂О -> М§(ОН)₂ + 2НС1 (30)

Раствор СаС1₂ и поток топочного газа добавляют к Мд(ОН)₂ в реакторе 2. В этой реакции образуются СаСО₃, М§С1₂ и вода. СаСО₃ осаждается, и его отделяют, используя фильтр или декантатор. Оставшиеся М§С1₂ и воду рециркулируют в первый реактор. Дополнительную воду добавляют для пополнения водного баланса, требуемого для первого реактора. Химическую реакцию для этого реактора можно представить следующим уравнением:

Мд(ОН)₂ + СаС1₂ + СО₂ -> СаСО/те) + МаС1₂ + Н₂О (31)

Основные исходные материалы для данного процесса представляют собой СаС12, топочный газ (СО₂) и воду. В данной системе М§С1₂ используют, восстанавливают и рециркулируют. Требуется только добавка М§С1₂ для возмещения небольших количеств, которые выходят из системы с полученным СаСО3, и небольших количеств, которые выходят с полученной смесью НС1 и водяного пара.

В данном процессе происходит чистое потребление энергии. Существует перекрестный теплообмен для регенерации тепла в высокотемпературных потоках, чтобы подогревать потоки исходных веществ. Значительную регенерацию тепла можно обеспечивать за счет реакции получаемой концентрированной НС1 с силикатными минералами.

Таблица 2а

Учет массы и энергии для моделирования улавливания СО₂ из топочного газа с использованием СаС1₂ и получением СаСО₃

Наименования технологических потоков^·	1	2	3	Ценная фракция	СаС12	СаСОз	Поступающий топочный газ	Н2О	Н2О-МдОН
Температура (Т)	485,8	151,6	250	95	77	95	104	77	536
Абсолютное давление (фунтов на кв. дюйм)	15	15	15	15	15	15	15	15	15
Паровал фракция	0	0	0.025	0	0		1	0	0
Молярный поток (фунт-моль/ч)	1594.401	7655.248	7653.691	3568.272	139.697	139.502	611.154	2220.337	1594.401
Массовый поток (фунтАс	53195.71	162514.8	162514.8	115530.1	15504	13962.37	19206	40000	53195.71
Объемный поток (галлон/мин)	38.289	238.669	12389.12	114.43	14.159		30680.73	80.111	40.178
Энтальпия (млн. БТЕ/ч	-214.563	-918.028	-909.155	-574.405	-47.795		-27.903	-273.013	-205.695
Н2О	1473.175	105624.1	105603	33281,39			750.535	40000	1473.172
Нг
С1г
НС1	следы	следы	0.001	следы					следы
СО2		<0.001	0.091	0.005			6158,236
СО
Ог		0.055	0.055	0.055			2116.894
		0.137	0.137	0.137			10180.34
СаСЬ					15504
Са(ОН)2
СаСОз
Мд(ОН)г
Мд(ОН)С1
МдСг
МдСОз
Са(О)С12
СаС1гО2
Са21		7.797	следы	7.797
Мдг*	11114.84	14507.52	14506.86	11942.37					11115.59
Η’	<0.001	следы	следы	следы				следы	<0.001
СаОН4		<0.001	следы	<0.001
МдОН*	22.961	15.364	17.613	25.319					20.435

- 27 023492

нею
МдСО3-ЗН2О
МдС12(т.в.)
МдСЕ2-6Н2О				21433.25
МдС12-4Н2О
СаС1г(т.в.)
СаСОд(т.в.)				13962.37		13962.37
МдСОз(т.в.)		0.174
СаС1г-6Н2О			42.623
СаС12-4Н20
СаС12-2Н2О
МдС12-2Н2О
МдС13-Н2О
Са(ОН)^т.в)
Мд(ОН)г(т.в.1	8137.518	7.043	5.576	0.08					8139.306
С1О~
НСОз'		0.001	< 0.001	0.119
СГ	32447.21	42352.6	42338.81	34877.24					32447.21
ОН'	< 0.001	0.001	0.001	< 0.001				< 0.001	<0.001
СО.,2'		следы	следы	0.001
н2о	0.028	0.65	0.65	0.288			0.039	1	0.028
н2
С1г
НС1	следы	следы	3 ч/млрд	следы					следы
сог		следы	563ч/млрд	40ч/млрд			0.321
со
02		ЗЗбч/млрд	ЗЗбч/млрд	473ч/млрд			0.11
м2		844 ч/млрд	844ч/млрд	1 ч/млн			0.53
СаС12					1
Са(ОН)2
СаСОз
Мд(0Н)2
Мд(ОН)СЕ
МдС12
МдСОз
Са(О)С12
СаС12О2
Са2*		48 ч/млн	следы	67 ч/млн
Мд2’	0209	0,089	0.089	0.103					0,209
Н*	1 ч/млрд	следы	следы	следы				следы	5 ч/млрд
САОН+		1 ч/млрд	следы	1 ч/млрд
МдОН*	432 ч/млн	95 ч/млн	108 ч/млн	219 ч/млн					384 ч/млрд
нею
МдС03-ЗН20
МдС12(т.е.
МдС12-6н2О				0.186
МдС12-4Н2О
СаС1а(т.в.
СаСОз(т.в.				0.121		1
МдСОз(т.в.		1 ч/млн
СаС12-6Н2О			262 ч/млн
СаС^Н^О
СаС1г-2Н2О
МдС12-2н2О
МдС1г-Н2О
Са(ОН)г<т.в.
Мд(ОН)йт.в.	0.153	43 ч/млн	34 ч/млн	691 ч/млрд					0.153
СЮ'
НСОз'		5 ч/млрд	следы	1 ч/млн
СГ	0.61	0.261	0.261	0.302					0.61
ОН	следы	6ч/млрд	6 ч/млрд	следы				2 ч/млрд	следы
ΟΟ;/'		следы	следы	12 ч/млрд

- 28 023492

Н2О	81.774	5863.026	5861.857	1847.398			41.661	2220.337	81.773
Η,
С(2
НС1	следы	следы	<0.001	следы					следы
со2		следы	0.002	< 0.001			139.929
со
02		0.002	0.002	0.002			66.155
ν2		0 005	0,005	0,005			363.408
СаС12					139.697
Сэ(ОН)г
СаСОа
М0(ОН)2
Мд(ОН)С1
МдС12
МдСО3
Са(О)С12
СаС12О2
Са2'		0.195	следы	0.195
Мд2'	457.328	596.922	596.894	491.376					457,358
н*	< 0.001	следы	следы	следы				следы	< 0.001
САОН*		следы	следы	следы
МдОНГ	0.556	0.372	0.426	0.613					0.495
нею
МдС03-ЗН20
МдС^тв.
МдС12-6Н2О				105.426
МдС!2-4Н2О
СаС12(т.в.
СаСОз(т.в.				139.502		139.502
МдСО3(т.в.		0.002
СаС12-6Н2О			0.195

СаСИНгО
СаС1г2НгО
МдС1г-2Н2О
МдС12-Н2О
Са(ОН)г(т.в.;
Мд(ОНЪ<тя.)	139.533	0.121	0.096	0.001					139.564
СЮ'
НСОз		< 0.001	следы	0.002
сг	915.211	1194.604	1194.215	983.753					915,211
ОН'	следы	<0.001	<0.001	следы				следы	следы
СО3 2“		следы	следы	<0.001
Н2О	0.051	0.766	0.766	0.518			0.068	1	0.051
н2
С12
НС1	следы	следы	2ч/млрд	следы					следы
со2		следы	271ч/млрд	29ч/млрд			0.229
со
02		223ч/млрд	223м/млрд	478ч/млрд			0.108
ν2		640ч/мпрд	640ч/млрд	1 ч/млн			0.595
СаС12					1
Са(ОН)2
СаСО3
Мд(ОН)2
Мд(ОН)С1
МдС12
МдСО3
Са(О)С12
СаС12О2
Са2*		25 ч/млн	следы	55 ч/млн
Мд2'	0.287	0.078	0.078	0.138					0.287
н*	49ч/млрд	следы	следы	следы				2ч/ылрд	156ч/млрд

- 29 023492

СаОН*		следы	следы	следы
МдОН+	349 ч/млн	49 ч/млн	56 ч/млн	172 ч/млн					310 ч/млн
нею
МдС03-ЗН20
МдС1г(т.в.)
МдС12-6Н2О				0.03
МдС12-4Н2О
СаС^ти.)
СаСОзСт.в.)				0.039		1
МдС0з(т.в.)		269ч/млрд
СэС12-6нгО			25 ч/млн
СаС12-4н2О
СаС12-2Н2О
МдС1г-2Н2О
МдС12-Н2О
Са(ОН)2(тв
Мд(ОН)г(т-е	0.088	16 ч/млн	12 ч/млн	383ч/млрд					0.088
СЮ'
НСО3'		2ч/млрд	следы	547ч/ыгрд
СГ	0.574	0.156	0.156	0,276					0,574
он	1ч/млрд	8ч/млрд	7ч/млрд	следы				2ч/млрд	1ч/млрд
со/		следы	следы	6ч/млрд
РН	5.319	6.955	5.875	7.557				6.999	5.152

Таблица 2Ь

Учет массы и энергии для моделирования улавливания СО₂ из топочного газа с использованием СаС1₂ и получением СаСО₃

Наименования технологических потоков^	Впуск воды	НС1-Н2О	Мд-СаС12	МдОН-01	ВОЗВРАТ	КХЗ-ВЫПУСК
Температура (’Р)	77	536	250	286.8	95	95
Абсолютное давление (.фунтов не кь. дюйм)	15	15	15	15	15	15
Паровая фракция) 0	1	0.025	0.021	0	1

Молярный поток (фунт-мол ь/ч)	3383.073	5781.846	7655.866	3814.738	3427.371	433.305
Массовый лоток (фунт/ч)	60947	109319.3	162515	93195.71	101567.8	12375.59
Объемный поток (галлон/мин)	122 .063	512251.6	12240.14	5364.891	104.123	21428.56
Энтальпия (млн. БТЕ/ч)	-415.984	-561.862	-909.177	-487.581	-502.044	-0.364
Н2О	60947	99124.11	105634.7	41473.17	33262,52	59.861
Н2
С12
НС1		10195.18	0.087	0.009	следы	следы
со2					следы	18.689
со
О2					0.055	2116.839
ν2					0.137	10180.2
СаС12
Са(ОН)2
СаСОз
Мд(ОН)2
Мд(ОН)С1
МдС12
МдСОз
Са(О)С12
СаС12О2
Са					7,797
Мд2*			14519.48	11116.3	11938.09
н·	следы		<0.001	следы	следы
СаОН’					<0.001
МдОН*			0.112	17.999	25.309
нею
МдСО3-ЗН2О
МдС12(тв.

- 30 023492

МдС12-6Н2О					21468.81
МдС12-4н2О
СаС12(т.в.)
СаСО3(т,е,:
МдСОз(т.в.;					0.175
СаС12-6Н2О
СаС12-4Н2О
СаС12-2Н2О
МдС12-2Н2О
МдС12-Н20
Са(ОН)2(т,в.)
Мд(ОН)2(т.в.				8141,025	0.024
СЮ
НСО3					следы
сг			42360.62	32447.2	34864.84
ОН	<0 001		следы	< 0,001	< 0.001
СО?					следы
Массовая доля
Н2О	1	0.907	0.65	0.445	0.327	0.005
н2
С12
НС1		0.093	534 ч/млрд	92 ч/млрд	следы	следы
СО2					следы	0.002
со
О2					538 ч/млрд	0.171
N2					1 ч/млн	0.823
СаС12
Са(ОН)2
СаСОз
Мд(ОН)2
Мд(ОН)С1
МдС12
МдСО;
Са(О)С12
СаС12О2
Са2*					77 ч/млн
Мд2*			0.089	0.119	0.118
н+	следы		2 ч/млрд	следы	следы
СаОН+					1 ч/млрд
МдОН+			689 ч/млрд	193 ч/млн	249 ч/млн
нею
МдСО3-ЗН20
МдС1г(т.в.
МдС12-6Н2О					0-211
МдС12-4н2О
СаС!з(т.в.)
СаСОз(т.в,)
МдСОз(т.в.)					2 ч/млн
СаС12-6Н2О
СаС12-4Н2О
СаС12-2Н7О
МдС12-2Н2О
МдС1г-Н2О
Са(ОН)г(т.в
Мд(ОН)г(т.в.				0.087	240 ч/млрд
СЮ'
нсо3‘					следы
СГ			0.261	0.348	0.343
ОН'	2 ч/млрд		следы	2 ч/млрд	следы
СО3 2'					следы

- з1 023492

Н20	3383.073	5502.224	5863,617	2302.111	1846,35	3.323
н2
С12
НС1		279.622	0.002	< 0.001	следы	следы
со2					следы	0.425
со
02					0.002	66.154
ν2					0.005	363.404
СэС12
Са(ОН)2
СаСОз
Мд(ОН)2
Мд(ОН)С1
МдС12
МдСО3
Са(О)С12
СаС(2О2
Са2+					0.195
Мд2*			597.414	457.388	491.201
н+	следы		< 0.001	следы	следы
СаОН*					следы
МдОН*			0.003	0.436	0.613
нею
МдСОз-3 Н2О
МдС^т.е.)
МдС12-6Н2О					105.601
МдС1г-4Н2О
СаС^т-в/
Сасове.
МдСОз(т.в.'					0.002
СаС1г-ен2О
СаС12-4Н2О
СаС12-2Н2О
МдС1г-2Н2О
МдС1г-Н2О
Са(ОН)г(т.в/
Мд(ОН)г(т.в.)				139.593	< 0.001
СЮ’
нсо3					следы
сг			1194.83	915,211	983.403
ОН’	следы		следы	следы	следы
соЛ					следы
Н2О	1	0.Э52	0.766	0.603	0.539	0.008
н2
С12
НС1		0.048	311 ч/млрд	62 ч/млрд	следы	следы
со2					следы	980 ч/млн
со
О2					498ч/млрд	0.153
ν2					1 ч/млн	0.839
СаС1?
Са{ОН)2
СаСОз
Мд(ОН)2
Мд(ОН)С1
МдС12
МдСО3
Са(О)С12
СаСЬОг
Са					57 ч/млн

- 32 023492

Мд24			0.078	0.12	0.143
1-Г	2 ч/млрд		43 ч/млрд	следы	следы
СаОН*					следы
МдОН+			354 ч/млрд	114 ч/млн	179 ч/млн
нао
МдСО3-ЗН2О
МдС^т.е.)
МдС12-6Н2О					0.031
МдС12-4Н2О
СаС12(т.в.)
СаСО3(т.в.)
МдСО3(т.в.)					607 ч/млрд
СаС12-бН2О
СаС12-4Н2О
СаС12-2Н2О
МдС1г2Н2О
МдС1г-Н2О
Са{ОН)2(т.в.
Мд(ОН)г(т.в.)				0,037	122 ч/млрд
СЮ'
НСОз'					следы
сг			0.156	0.24	0,287
ОН’	2 ч/млрд		следы	2 ч/млрд	следы
СО,-					следы
РН	6.999		3.678	5.438	7.557

Пример 2 (случай 1). Моделирование процесса катализируемого ионами магния улавливания С0₂ из топочного газа с использованием СаС1₂ и получением СаС0₃.

Результаты моделирования показывают, что эффективным является нагревание потока М§С1₂-6Н₂О с проведением трех отдельных реакций дегидратации, каждой в своей собственной камере, с последующей реакцией разложения, также в своей собственной камере, с получением Мд(0Н)С1 и НС1, т.е. всего используются четыре камеры. Мд(0Н)С1 реагирует с Н₂0, образуя МдС1₂ и Мд(0Н)₂, который затем реагирует с насыщенным раствором СаС12/Н2О и С02 из топочного газа, образуя СаС03, который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате М§С1₂-6Н₂О рециркулирует с ранее полученным продуктом в первый реактор, чтобы начать процесс снова.

Данный процесс не ограничен каким-либо конкретным источником СаС12. Например, его можно получать путем реакции силиката кальция с НС1, в которой образуется СаС12.

Ограничения и параметры, установленные для данного моделирования, включают следующие.

Реакции осуществляли при 100% эффективности без потерь. Моделирование можно модифицировать, когда на опытных партиях будут определены значения эффективности реакций.

Моделирование не учитывало примеси в исходном материале СаС1₂ или в какой-либо добавке МдС1₂, которая требовалась вследствие потерь в системе.

Часть заданных параметров включает схема технологического процесса, представленная на фиг. 6.

Результаты данного моделирования показывают предварительное чистое потребление энергии, составляющее 5946 кВт-ч/т СО₂. Табл. 3 представляет учет массы и энергии для различных потоков моделированного процесса. Каждый поток соответствует потоку на фиг. 6.

Процесс состоит из двух основных реакторов и одной секции фильтрации твердых веществ. В первом реакторе нагревается водный раствор МдС1₂, в результате чего он разлагается, образуя паровой поток НС1/Н₂О и жидкий поток Мд(0Н)₂. Паровой поток НС1/Н₂0 направляют в теплообменник для регенерации дополнительного тепла. Раствор Мд(0Н)₂ направляют в реактор 2 для дальнейшей обработки. Химические реакции, происходящие в данном реакторе, включают следующие:

М_ёС1₂-6Н₂О + Δ э М§(ОН)С1 + 5 Н₂ОI + НС1Т (32)

М£(ОН)СКводн./-> М§(ОН)₂ + М§С1₂ (33)

Раствор СаС1₂ и поток топочного газа добавляют к Мд(0Н)₂ в реакторе 2. В этой реакции образуются СаС0₃, МдС1₂ и вода. СаС0₃ осаждается, и его отделяют, используя фильтр или декантатор. Оставшиеся МдС1₂ и воду рециркулируют в первый реактор. Дополнительную воду добавляют для пополнения водного баланса, требуемого для первого реактора. Химические реакции, происходящие в данном реакторе, включают следующие:

М§(ОН)₂ + СаС1₂ + СО₂ -> СаСО₃ Ч/теП М§С1₂ + Н₂О (34)

Основные исходные материалы для данного процесса представляют собой СаС12, топочный газ (С0₂) и воду. В данной системе МдС1₂ используют, восстанавливают и рециркулируют. Требуется только добавка МдС1₂ для возмещения небольших количеств, которые выходят из системы с полученным СаС03, и небольших количеств, которые выходят с полученной смесью НС1 и водяного пара.

В данном процессе происходит чистое потребление энергии. Количество энергии находится в процессе исследования и оптимизации. Существует перекрестный теплообмен для регенерации тепла в высокотемпературных потоках, чтобы подогревать потоки исходных веществ.

Стадии данного процесса (случай 1) кратко представлены ниже.

- 33 023492

СЛУЧАЙ 1
ТРЕХСТАДИЙНАЯ ДЕГИДРАТАЦИЯ С ПОСЛЕДУЮЩИМ РАЗЛОЖЕНИЕМ
Гексагидрат дегидратируют в трех отдельных камерах. На стадии
1 гексагидрат превращают в тетрагидрат, на	стадии 2 3 дигидрат в четвертой
тетрагидрат превращают в превращают в моногидрат. камере^ получая 805 Мд(ОН)	дигидрат, Моногидрат	на ра 12	стадии злагают
С1 и 20% Р	ГдС
Поглощенный СО2	53333	Метрических тонн в год
СаС12	134574	Метрических тонн в год
Сухой НС1	88360	Метрических тонн в год
СаСОз	105989	Метрических тонн в год
Возвращенный гексагидрат	597447	Метрических тонн в год
ПРЕВРАЩЕНИЕ ГЕКСАГИДРАТА ТЕТРАГИДРАТ (1ОО°С)	В	1757	ΚΒΤ·4/Τ С02
ПРЕВРАЩЕНИЕ ТЕТРАГИДРАТА (125°С)	В ДИГИДРАТ	2135	ΚΒΤ·4/Τ С02
ПРЕВРАЩЕНИЕ ДИГИДРАТА В (1бО°С + НС1)	МОНОГИДРАТ	1150	ΚΒΤ·4/τ С02
РАЗЛОЖЕНИЕ (130°С)	1051	ΚΒΤ·4/τ С02
ДО 80% МО(ОН)С1 И 20% МСС1	2
ВЫХОД 90% ПАРА НС1
	0, 9	МВт
Регенерация тепла	148	КВТ’Ч/т СО2
из 28% НС1
ИТОГО	5946	ΚΒΤ·4/τ С02

- 24 023492

Учет массы и энергии для моделирования случая 1

Таблица 3а

Наименования технологических потоков “	СаСЬ	СаСОз	Топочный газ	НзО	НгО-1	Н;О-2	НСЬРР	Пар НС1
Температура (°С)	25	95	104	25	100	125	160	130
Абсолютное давление (фунтов на кв. дюйм)	14.7	14.7	15.78	14.7	16.166	16.166	16.166	14.696
Массовая доля пара	0	0	1	0	1	1	1	1
Массовая доля твердого вещества	1	1	0	0	0	0	0	0
Молярный поток (т/год)	134573.943	121369.558	166332.6	290318.99	105883.496	105890.399	17179.526	97647.172
Объемный поток (галлон/мин)	30.929	22.514	76673.298	8099.644	82228.086	87740.919	10242.935	48861.42
Энтальпия (МВт)	-30.599	-46.174	-17.479	-146.075	-44.628	-44.47	-3.258	-10.757
Плотность (фунт/куб. фуг)	136.522	169.146	0.068	1.125	0.04	0.038	0.053	0.063
Н2О	0	0	6499.971	290318.99	105883.496	105885.779	5681.299	9278.695
Нг	0	0	0	0	0	0	0	0
СЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	0	0	0	4.62	11498.227	88368.477
СО;	0	0	53333.098	0	0	0	0	0
со	0	0	0	0	0	0	0	0
Ог	0	0	18333.252	0	0	0	0	0
Ν2	0	0	88166.278	0	0	0	0	0
СаСЬ	134573.943	80.499	0	0	0	0	0	0
Са(ОН);	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	121289.059	0	0	0	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)СЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*Н2О	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*2Н;О	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*4НгО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*6Н;О	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН);	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз-	0	0	0	0	0	0	0	0
НгО	0	0	0.039	1	1	1	0.331	0.095
Нг	0	0	0	0	0	0	0	0
СЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	0	0	0	0	0.669	0.905
СО;	0	0	0.321	0	0	0	0	0
СО	0	0	0	0	0	0	0	0
Ог	0	0	0.11	0	0	0	0	0
N2	0	0	0.53	0	0	0	0	0
СаСЬ	1	0.001	0	0	0	0	0	0
Са{ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0.999	0	0	0	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)СЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’НгО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*2Н;О	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*4НгО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*6НгО	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)г	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз*	0	0	0	0	0	0	0	0
НгО	0	0	11.441	511.008	186.372	186.376	10	16.332
Нг	0	0	0	0	0	0	0	0

- 35 023492

Учет массы и энергии для моделирования случая 1

Таблица 3Ь

Наименования технологических -X ПОТОКОВ '	МдС1г-2НгО	МдС1г-4НгО	МдС12-6Н2О	Рециркуляция1	КХ2«Выпуск	Суспензия	Твердый матери ал-1	Твердый материал-2	Пар
Температура (ФС)	125	100	104	95	95	95	160	130	160
Абсолютное давление (фунтов на кв. дюйм)	16.166	16.165	14.696	14.7	14.7	14.7	22.044	14.696	22.044
Массовая доля пара	0	0	0	0	1	0	0	0	1
Массовая доля твердого вещества	1	1		0.998	0	0.999	1	1	0
Молярный поток (т/год)	385672.688	491563.087	597446.583	598447.468	106499.178	719817,026	332737,843	235090.671	70114.371
Объемный поток (галлон/мин)	39,902	39.902	116.892	147.062	56469.408	167.321	39.902	43-473	42506.729
Энтальпия (МВт)	-117.767	-175.272	-230.554	-231.312	0.241	-277.487	-88.626	-71.431	-25.379
Плотность (фунт/куб. фут)	303.274	386,542	160.371	127.684	0.059	134.984	261-649	169.678	0.052
Н20	0	0	0	1000	0	1000	0	0	58620.764
н2	0	0	0	0	0	0	0	0	0
С12	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	0	0	0	0	0	0	11493.607
СОг	0	0	0	0	0.532	0	0	0	0
СО	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Ог	0	0	0	0.165	18333.088	0.165	0	0	0
ν2	0	0	0	0.72	88165.558	0.72	0	0	0
СаС1г	0	0	0	0	0	80.499	0	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0	0	0	0	121289.059	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)С1г	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	49037.72	0
МдС12*Н2О	0	0	0	0	0	0	332737,843	0	0
МдСЬ*2Н2О	385662.96	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСкЧНгО	0	491563.087	0	0	0	0	0	0	0

- 36 023492

МдС12*6Н2О	0	0	597446.683	597446.583	0	597446.583	0	0	0
Мд(ОН)С1	9.728	0	0	0	0	0	0	186052.951	0
Мд(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз-	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Н2О	0	0	0	0.002	0	0.001	0	0	0.836
Нг	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СЬ	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	0	0	0	0	0	0	0.164
со2	0	0	0	0	0	0	0	0	0
со	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Ог	0	0	0	0	0.172	0	0	0	0
ν2	0	0	0	0	0.828	0	0	0	0
СаС12	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0	0	0	0	0.168	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)С1г	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	0.209	0
МдСЬ'НгО	0	0	0	0	0	0	1	0	0
МдСЬ*2НгО	1	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г'4НгО	0	1	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*6Н2О	0	0	1	0.998	0	0.83	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0.	0	0	0	0	0.791	0
Мд(ОН)г	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз*	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НгО	0	0	0	1.76	0	1.76	0	0	103.182
Нг	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СЬ	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	0	0	0	0	0	0	9.996
СОг	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СО	0	0	0	0	0	0	0	0	0
02	0	0	0	0	18.168	0	0	0	0
№	0	0	0	0.001	99.799	0.001	0	0	0
СаС12	0	0	0	0	0	0.023	0	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0	0	0	0	38.427	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)С1г	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	16.332	0
МдСЬ*НгО	0	0	0	0	0	0	93.186	0	0
МдСЬ*2НгО	93.182	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*4Н2О	0	93.186	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*6НгО	0	0	93.186	93.186	0	93.186	0	0	0
Мд(ОН)С1	0.004	0	0	0	0	0	0	76.854	0
Мд(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз*	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Пример 3. Моделирование процесса катализируемого ионами магния улавливания СО2 из топочного газа с использованием СаС12 и получением СаСО3.

Часть заданных параметров включает схема технологического процесса, представленная на фиг. 7. Результаты моделирования показывают, что эффективным является нагревание потока МдС1₂-6Н₂О с получением Мд(ОН)С1 в двух отдельных реакциях дегидратации, каждой в своей собственной камере, после чего следует реакция разложения, также проводимая в своей собственной камере, с образованием Мд(ОН)С1 и НС1, т.е. всего используются три камеры. Мд(ОН)С1 реагирует с Н₂О, образуя МдС1₂ и Мд(ОН)2, который затем реагирует с насыщенным раствором СаС12/Н2О и СО2 из топочного газа, образуя СаСО₃, который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате МдС1₂-6Н₂О рециркулирует в первый реактор, чтобы начать процесс снова. Данный процесс не ограничен каким-либо конкретным источником СаС1₂. Например, его можно получать путем реакции силиката кальция с НС1, в которой образуется СаС12.

Ограничения и параметры, установленные для данного моделирования, включают следующие.

Реакции осуществляли при 100% эффективности без потерь. Моделирование можно модифицировать, когда на опытных партиях будут определены значения эффективности реакций.

Моделирование не учитывало примеси в исходном материале СаС12 или в какой-либо добавке МдС12, которая требовалась вследствие потерь в системе.

Результаты данного моделирования показывают предварительное чистое потребление энергии, составляющее 4862 кВт-ч/т СО₂. Табл. 4 представляет учет массы и энергии для различных потоков моделированного процесса. Каждый поток соответствует потоку на фиг. 7.

- 37 023492

Процесс состоит из двух основных реакторов и одной секции фильтрации твердых веществ. В первом реакторе нагревается водный раствор МдС1₂, в результате чего он разлагается, образуя паровой поток НС1/Н₂О и жидкий поток Мд(ОН)₂. Паровой поток НС1/Н₂О направляют в теплообменник для регенерации дополнительного тепла. Раствор Мд(ОН)₂ направляют в реактор 2 для дальнейшей обработки. Химические реакции, происходящие в данном реакторе, включают следующие:

М§С1₂-6Н₂О + Δ —» М§(ОН)С1 + 5 Н₂О Т + НСИ (35)

Мя(ОН)С1(водн.) -> М₈(ОН)₂ + М”СЪ (36)

Раствор СаС1₂ и поток топочного газа добавляют к Мд(ОН)₂ в реакторе 2. В этой реакции образуются СаСО₃, МдС1₂ и вода. СаСО₃ осаждается, и его отделяют, используя фильтр или декантатор. Оставшиеся МдС1₂ и воду рециркулируют в первый реактор. Дополнительную воду добавляют для пополнения водного баланса, требуемого для первого реактора. Химические реакции, происходящие в данном реакторе, включают следующие:

М_£(ОН)₂ + СаС1₂ + СО₂ СаСО₃Ф(тв.) + М§С1₂ + Н₂О (37)

Основные исходные материалы для данного процесса представляют собой СаС12, топочный газ (СО₂) и воду. В данной системе МдС1₂ используют, восстанавливают и рециркулируют. Требуется только добавка МдС1₂ для возмещения небольших количеств, которые выходят из системы с полученным СаСО₃, и небольших количеств, которые выходят с полученной смесью НС1 и водяного пара.

В данном процессе происходит чистое потребление энергии. Количество энергии находится в процессе исследования и оптимизации. Существует перекрестный теплообмен для регенерации тепла в высокотемпературных потоках, чтобы подогревать потоки исходных веществ.

Стадии данного процесса (случай 2) кратко представлены ниже.

Случай 2

ДВУХСТАДИЙНАЯ дегидратация с последующим разложением Гексагидрат дегидратируют в двух отдельных камерах. На стадии 1 гексагидрат превращают в тетрагидрат, на стадии 2 тетрагидрат превращают ϊ получая 1002 Мд(ОН)С1 Поглощенный СОз СаС1₂

Сухой НС1 СаСОз

Возвращенный гексагидрат

ПРЕВРАЩЕНИЕ ГЕКСАГИДРАТА В ТЕТРАГИДРАТ <100°С> ПРЕВРАЩЕНИЕ ТЕТРАГИДРАТА В ДИГИДРАТ (125°С)

ДИГИДРАТ

ДЕГИДРАТАЦИЯ И РАЗЛОЖЕНИЕ

ДО 100% Мд(ОН)С1 (130°С) ВЫХОД 662 ПАРА НС1 ОТСУТСТВИЕ НОСИТЕЛЯ МдС1₂ РАВНОСИЛЬНО УЛУЧШЕНИЮ

СУММАРНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ НЕ ИСПОЛВЗУЕТСЯ НС1 РР дигидрат. Дигидрат разлагают,

53333	Метрических	тонн	в	год
134574	Метрических	тонн	в	год
88368	Метрических	тонн	в	год
105989	Метрических	тонн	в	год
492737	Метрических	тонн	в	год

1445 кВт«ч/т СО₂

1774 кВт«ч/т СО₂

1790 кВт«ч/т СО₂

	0, 9
Регенерация тепла из 282	148	кВт*ч/т	СО2
НС1
Итого	4862	кВт*ч/т	со2

- 38 023492

Учет массы и энергии для моделирования случая 2

Таблица 4а

Наименования технологических . потоков	5	7	8	СаСЬ	СаСОз	Топочный газ	НгО	НгО4	НгО-2	Пар НС1
Температура (€С)	98	114.1	101	25	95	40	25	100	125	130
Абсолютное давление (фунтов на кв. дюйм)	14.696	14.696	14,696	14.7	14,7	15.78	14.7	14.696	22.044	14.696
Массовая доля пара	0	0	1	0	0		0			1
Массовая доля твердого веществе	1	1	0	1	1	0	0	0	0	0
Молярный поток (т/год)	492736.693	405410.587	306683.742	134573.943	121369.558	166332.6	234646.82	87326.106	87329.947	132027.689
Объемный поток (.галлон/мин)	96.405	32.909	224394.519	30-929	22.514	63660.018	6546.44	74598.258	53065.241	80593.954
Энтальпия (МВт)	-190.292	-144.291	-98.931	-30.599	-46.174	-17.821	-118.063	-36.806	-36.675	-25.187
Плотность (фунт/куб. фут)	160.371	386.542	0.043	136.522	169.146	0.082	1.125	0.037	0.052	0.051
НгО	0	0	218315.265	0	0	6499.971	234646.82	87326.106	87326.106	43663.053
Нг	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
С1г	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	88368.477	0	0	0	0	0	3.841	88364.636
со2	0	0	0	0	0	53333.098	0	0	0	0
со	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Ог	0	0	0	0	0	18333.252	0	0	0	0
№	0	0	0	0	0	88166.278	0	0	0	0
Сайг	0	0	0	134573.943	80.499	0	0	0	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0	0	0	121289.059	0	0	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)С1г	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	. 0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’НгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г*2НгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*4'Н2О	0	405410.587	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСк*6НгО	492736.693	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)г	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз’ -	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НгО	0	0	0.712	0	0	0.039	1	1	1	0.331
Н2	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
С1г	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	0.288	0	0	0	0	0	0	0.669
СОг	0	0	0	0	0	0.321	0	0	0	0
СО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
02	0	0	0	0	0	0.11	0	0	0	0
N2	0	0	0	0	0	0.53	0	0	0	0
СаСЬ	0	0	0		0.001	0	0	0	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0	0	0	0.999	0	0	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)С12	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’НгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’гНгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*4Н2О	0		0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12’6НгО	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)г	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз’	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
ΗίΟ	0	0	384.27	0	0	11.441	413.016	153.708	153.708	76.854

- 39 023492

Нг	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
С12	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	76.854	0	0	0	0	0	0.003	76.851
СОг	0	0	0	0	0	38.427	0	0	0	0
СО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Ог	0	0	0	0	0	18.168	0	0	0	0
Ν2	0	0	0	0	0	99.8	0	0	0	0
СаСк	0	0	0	38.45	0.023	0	0	0	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0	0	0	38.427	0	0	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)СЬ	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСк*Н2О	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г*2НгС	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСк*4Н2О	0	76.854	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*6НгО	76.854	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСО,*	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Таблица 4Ь

Учет массы и энергии для моделирования случая 2

- 40 023492

НгО	0.712	0	0	0.002	0	0.002	0	0	0.712
Нг	0	0	0	0	0	0	0	0	0
сь	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0.288	0	0	0	0	0	0	0	0.288
СОг	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СО	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Ог	0	0	0	0	0.172	0	0	0	0
ν2	0	0	0	0	0.828	0	0	0	0
СаСЬ	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0	0	0	0	0.197	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)СЬ	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’НгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г*2НгО	0	0	0	0	0	0		0	0
МдС1г*4НгО	0		0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*6НгО	0	0	1	0.998	0	0801	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
Мд(ОН)г	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСО3 +	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Н20	384.27	0	0	1.76	0	1.76	0	0	384.27
Нг	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СЬ	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	76.854	0	0	0	0	0	0	0	76.854
со2	0	0	0	0	0	0	0	0	0
со	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Ог	0	0	0	0	18,168	0	0	0	0
N2	0	0	0	0.001	99.799	0.001	0	0	0
СаСЬ	0	0	0	0	0	0.023	0	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0	0	0	0	38.427	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)С12	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г*Н2О	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г*2Н20	0	0	0	0	0	0	76.852	0	0
МдС1г*4НгО	0	76.854	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г‘6НгО	0	0	76.854	76.854	0	76.854	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0	76854	0
Мд(ОН)г	0	0	0	0	0	0	0.002	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз*	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Пример 4. Моделирование процесса катализируемого ионами магния улавливания СО₂ из топочного газа с использованием СаС12 и получением СаСО2.

Часть заданных параметров включает схема технологического процесса, представленная на фиг. 8. Результаты моделирования показывают, что эффективным является нагревание потока М§С1₂-6Н₂О с получением МдО в одной камере. МдО реагирует с Н₂О, образуя Мд(ОН), который затем реагирует с насыщенным раствором СаС12/Н2О и СО2 из топочного газа, образуя СаСО2, который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате МдС1₂-6Н₂О рециркулирует в первый реактор, чтобы начать процесс снова. Данный процесс не ограничен каким-либо конкретным источником СаС1₂. Например, его можно получать путем реакции силиката кальция с НС1, в которой образуется СаС1₂.

Ограничения и параметры, установленные для данного моделирования, включают следующие.

Реакции осуществляли при 100% эффективности без потерь. Моделирование можно модифицировать, когда на опытных партиях будут определены значения эффективности реакций.

Моделирование не учитывало примеси в исходном материале СаС12 или в какой-либо добавке МдС1₂, которая требовалась вследствие потерь в системе.

Результаты данного моделирования показывают предварительное чистое потребление энергии, составляющее 2285 кВт-ч/т СО₂. Табл. 5 представляет учет массы и энергии для различных потоков моделированного процесса. Каждый поток соответствует потоку на фиг. 8.

Процесс состоит из двух основных реакторов и одной секции фильтрации твердых веществ. В первом реакторе нагревается водный раствор МдС1₂, в результате чего он разлагается, образуя паровой поток НС1/Н₂О и поток твердого МдО. Паровой поток НС1/Н₂О направляют в теплообменник для регенерации дополнительного тепла. Мд(ОН)₂, полученный из МдО, направляют в реактор 2 для дальнейшей обработки. Химические реакции, происходящие в данном реакторе, включают следующие:

МеС1₂ бН₂О + Δ —> МцО + 5 Н₂01 + 2 НС11 (38) м§о + н₂о -»ме(он)₂ (39)

Раствор СаС1₂ и поток топочного газа добавляют к Мд(ОН)₂ в реакторе 2. В этой реакции образуют- 41 023492 ся СаСО₃, МдС1₂ и вода. СаСО₃ осаждается, и его отделяют, используя фильтр или декантатор. Оставшиеся МдС1₂ и воду рециркулируют в первый реактор. Дополнительную воду добавляют для пополнения водного баланса, требуемого для первого реактора. Химические реакции, происходящие в данном реакторе, включают следующие:

Μβ(ΟΗ)₂ + СаСЬ + СО₂ —> СаСОз ·1λτβί+ М§С1₂ + Н₂О (40)

Основные исходные материалы для данного процесса представляют собой СаС12, топочный газ (СО₂) и воду. В данной системе МдС1₂ используют, восстанавливают и рециркулируют. Требуется только добавка МдС1₂ для возмещения небольших количеств, которые выходят из системы с полученным СаСО3, и небольших количеств, которые выходят с полученной смесью НС1 и водяного пара.

В данном процессе происходит чистое потребление энергии. Количество энергии находится в процессе исследования и оптимизации. Существует перекрестный теплообмен для регенерации тепла в высокотемпературных потоках, чтобы подогревать потоки исходных веществ.

Стадии данного процесса (случай 3) кратко представлены ниже.

Случаи 3

Сочетание дегидратации и разложения до МдО

Гексагидрат дегидратируют разлагают одновременно при 450°С. В реакторе получают 100% МдО

Поглощенный СО2

СаС1₂

Сухой НС1 СаСОз

Возвращенный гексагидрат ГЕКСАГИДРАТ

Дегидратация и разложение

ДО 100¾ МдОН (450°С)

ВЫХОД 66% ПАРА НС1 РЕЦИРКУЛЯЦИЯ ДО половины ГЕКСАГИДРАТА

НО НЕОБХОДИМО

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЕ ТЕПЛО Регенерация тепла из 45¾ пара НС1 ИТОГО

53333	Метрических	тонн	в	год
134574	Метрических	тонн	в	год
ΘΘ368	Метрических	тонн	в	год
105989	Метрических	тонн	в	год
246368	Метрических	тонн	в	год

3778 кВт*ч/т СОз

493 кВт*ч/т СО₂

3285 кВт*ч/т СО₂

Учет массы и энергии для моделирования случая 3

Таблица 5а

Наименования технологических потоков^	СаСЬ	СаСО}	Топочный газ	Н20	НС1 выпуск	МдСЬ	МдСЬ-бНгО
Температура (*Р)	25	95	104	25	120	353.8	104
Абсолютное давление (фунтов на кв. дюйм)	14.7	14.7	15.78	14.7	14.696	14.7	14,7
Массовая доля пара	0	0		0	1	0	0
Массовая доля твердого вещества	1	1	0	0	0	1	1
Молярный поток (т/год)	134573.943	121369.558	166332.6	125489.188	197526.11	246368.347	246368.347
Объемный поток (галлон/мин)	30.929	22.514	76673.298	3501.038	137543.974	48.203	48.203
Энтальпия (МВт)	-30.599	-46.174	-17.479	-63.14	-52.762	-92.049	-95.073
Плотность (фунт/куб. фут)	136.522	169.146	0.068	1.125	0.045	160.371	160.371
НгО	0	0	6499.971	125489.188	109157.633	0	0
Нг	0	0	0	0	0	0	0
С1г	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	0	0	88368.477	0	0
сог	0	0	53333.098	0	0	0	0
со	0	0	0	0	0	0	0
0г	0	0	18333.252	0	0	0	0
N2	0	0	88166.278	0	0	0	0
СаСЬ	134573.943	80.499	0	0	0	0	0
Са(ОН)г	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	121289.059	0	0	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)С1г	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0
МдС^НгО	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г*2'НгО	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬЧНгО	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ'6 НгО	0	0	0	0	0	246368.347	246368.347

- 42 023492

Мд(0Н)С1	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0
НгО	0	0	0.039	1	0.553	0	0
Нг	0	0	0	0	0	0	0
Ск	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	0	0	0.447	0	0
СОг	0	0	0.321	0	0	0	0
СО	0	0	0	0	0	0	0
Ог	0	0	0.11	0	0	0	0
Ν2	0	0	0.53	0	0	0	0
СаСк	1	0.001	0	0	0	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0.999	0	0	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)Ск	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’НгО	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*2Н2О	0	0	0	0	0	0	0
МдСк*4НгО	0	0	0	0	0	0	0
МдСк’бНгО	0	0	0	0	0		1
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)г	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0
Н2О	0	0	11.441	220.881	192,135	0	0
Нг	0	0	0	0	0	0	0
Ск	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	0	0	76.854	0	0
СОг	0	0	38.427	0	0	0	0
СО	0	0	0	0	0	0	0
Ог	0	0	18.168	0	0	0	0
Ν2	0	0	99.8	0	0	0	0
СаСк	38.45	0.023	0	0	0	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	38.427	0	0	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)С1г	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0
МдСУНгО	0	0	0	0	0	0	0
МдСк*2НгО	0	0	0	0	0	0	0
МдСкЧНгО	0	0	0	0	0	0	0
МдСк’бНгО	0	0	0	0	0	38.427	38.427
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0

- 4з 023492

Таблица 5Ь

Учет массы и энергии для моделирования случая 3

- 44 023492

Пример 5. Моделирование процесса катализируемого ионами магния улавливания СО₂ из топочного газа с использованием СаС12 и получением СаСО3.

Часть заданных параметров включает схема технологического процесса, представленная на фиг. 9. Результаты моделирования показывают, что эффективным является нагревание потока М§С1₂-6Н₂О с образованием Мд(ОН)С1 в одной камере. Мд(ОН)С1 реагирует с Н₂О, образуя Мд(ОН), который затем реагирует с насыщенным раствором СаС12/Н2О и СО2 из топочного газа, образуя СаСО3, который отделяют от потока фильтрованием. Полученный в результате М§С1₂-6Н₂О рециркулирует в первый реактор, чтобы начать процесс снова. Данный процесс не ограничен каким-либо конкретным источником СаС1₂. Например, его можно получать путем реакции силиката кальция с НС1, в которой образуется СаС1₂.

Ограничения и параметры, установленные для данного моделирования, включают следующие.

Реакции осуществляли при 100% эффективности без потерь. Моделирование можно модифицировать, когда на опытных партиях будут определены значения эффективности реакций.

Моделирование не учитывало примеси в исходном материале СаС12 или в какой-либо добавке МдС1₂, которая требовалась вследствие потерь в системе.

Результаты данного моделирования показывают предварительное чистое потребление энергии, составляющее 4681 кВт-ч/т СО₂. Табл. 6 представляет учет массы и энергии для различных потоков моделированного процесса. Каждый поток соответствует потоку на фиг. 9.

Процесс состоит из двух основных реакторов и одной секции фильтрации твердых веществ. В первом реакторе нагревается М§С1₂-6Н₂О, который разлагается, образуя паровой поток НС1/Н₂О и поток твердого Мд(ОН)С1. Паровой поток НС1/Н₂О направляют в теплообменник для регенерации дополнительного тепла. Мд(ОН)₂, полученный из Мд(ОН)С1, направляют в реактор 2 для дальнейшей обработки. Химические реакции, происходящие в данном реакторе, включают следующие:

МёС1₂.6Н₂О + Δ —> Мг(ОН)С1 + 5 Н₂СН + НС11 (41)

М§(ОН)С1(водн.) —> М§(ОН)₂ + М_ёС1₂ (42)

Раствор СаС1₂ и поток топочного газа добавляют к Мд(ОН)₂ в реакторе 2. В этой реакции образуются СаСО₃, МдС1₂ и вода. СаСО₃ осаждается, и его отделяют, используя фильтр или декантатор. Оставшиеся МдС1₂ и воду рециркулируют в первый реактор. Дополнительную воду добавляют для пополнения водного баланса, требуемого для первого реактора. Химические реакции, происходящие в данном реакторе, включают следующие:

М_ё(ОНц + СаС1₂ + СО₂ -> СаСО₃ Ф <тв.) + М§С1₂ + Н₂О (43)

Основные исходные материалы для данного процесса представляют собой СаС1₂, топочный газ (СО₂) и воду. В данной системе МдС1₂ используют, восстанавливают и рециркулируют. Требуется только добавка МдС1₂ для возмещения небольших количеств, которые выходят из системы с полученным СаСО3, и небольших количеств, которые выходят с полученной смесью НС1 и водяного пара.

В данном процессе происходит чистое потребление энергии. Количество энергии находится в процессе исследования и оптимизации. Существует перекрестный теплообмен для регенерации тепла в высокотемпературных потоках, чтобы подогревать потоки исходных веществ.

Стадии данного процесса (случай 4) кратко представлены ниже.

СЛУЧАЙ 4

Сочетание дегидратации и разложения до Мд(ОН)С1

Гексагидрат дегидратируют разлагают одновременно при 250°С. В

реакторе получают 100% Мд(ОН)С1
Поглощенный СО2	53333	Метрических	тонн	в	год
СаС12	134574	Метрических	тонн	в	ГОД
Сухой НС1	88368	Метрических	тонн	в	год
СаСОэ	105989	Метрических	тонн	в	год
Возвращенный гексагидрат	492737	Метрических	тонн	в	год
ДЕГИДРАТАЦИЯ И РАЗЛОЖЕНИЕ	5043	кВт>ч/т СО2
ДО 100% Мд(ОН)С1 (250°С)
ВЫХОД 28,8% ПАРА НС1	2,2	мВ
Регенерация тепла	361	кВт»ч/т СОг
из 45% пара НС1
итого	4681	кВт»ч/т СО2

- 45 023492

Учет массы и энергии для моделирования случая 4

Таблица 6 а

Наименования технологических потоков.	СаСЬ	СаСОз	Топочный ГЭЗ	НгО	Пар НС1	МдСЬ	МдСЬ-бНгО	Мд(ОН)СИ
Температура (°С)	25	95	104	25	120	188	104	250
Абсолютное давление (фунтов на кв.	14.7	14.7	15.78	14.7	14.696	14.7	14.7	14.696
Массовая доля пара	0	0	1	0	1	0	0	0
Массовая деля твердого вещества	1	1	0	0	0	1	1	1
Молярный поток (т/год)	134573.943	121369.558	166332.6	234646.82	306683.742	492736.693	492736.693	186052.951
Объемный поток (галлон/мин)	30.929	22.514	76673.298	6546.44	235789.67	96-405	96.405	32.909
Энтальпия (МВт)	-30.599	-46.174	-17.479	-116.063	-98.638	-188.114	-190.147	-60.661
Плотность (фунт/куб фут)	136.522	169.146	0.068	1.Т25	0.041	160.371	160.371	177.393
Н30	0	0	6499.971	234646.82	218315.265	0	0	0
Нг	0	0	0	0	0	0	0	0
С1г	о	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	0	0	88368.477	0	0	0
СО;	0	0	53333.098	0	0	0	0	0
со	0	0	0	0	0	0	0	0
о2	0	0	18333.252	0	0	0	0	0
Иг	0	0	88166.278	0	0	0	0	0
СаСЬ	134573.943	30.499	0	0	0	0	0	0
Са(ОНЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	121289.059	0	0	0	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)С1г	о	θ	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12‘Нг0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*2Н2О	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г*4Н;0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’бНгО	0	0	0	0	0	492736.693	492736.693	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0	186052.951
Мд(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0
Н2О	0	0	0.039	1	0,712	0	0	0
Нг	0	0	0	0	0	0	0	0
С12	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	0	0	0.288	0	0	0
СОг	0	0	0.321	0	0	0	0	0
СО	0	0	0	0	0	0	0	0
02	0	0	0.11	0	0	0	0	0
ν2	0	0	0.53	0	0	0	0	0
СаСЬ	1	0.001	0	0	0	0	0	0
Са(ОН)г	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0.999	0	0	0	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)СЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’НгО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*2НгО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г‘4Н2О	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’бНгО	0	0	0	0	0			0
Мд(0Н)С1	0	0	0	0	0	0	0	1
Мд(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0
НгО	0	0 '	11.441	413.016	384.27	0	0	0
Нг	0	0	0	0	0	0	0	0
С1г	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	θ	0	0	0	76.854	О	0	0
СОг	0	0	38.427	0	0	0	0	0
СО	0	0	0	0	0	0	0	0
Ог	0	0	18.168	0	0	0	0	0
ν2	0	0	99.8	0	0	0	0	0
СаСЬ	38.45	0.023	0	0	0	0	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	38.427	0	0	0	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)СЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*Н2О	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*2Н2О	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*4Нг0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*бН2О	0	0	0	0	0	76.854	76.854	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0	76.854
Мд{ОН)г	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0

- 46 023492

Учет массы и энергии для моделирования случая 4

Таблица 6Ь

Наименования -А технологических потоков '	Мд(ОН*С12	Рециркуляция1	Рециркуляция2	РециркуляцияЗ	ГСХ2 -выпуск	Суспензия	Пар	Выпуск
Температура (Т)	100	95	113.8	113.8	95	95	250	113,8
Аб^сэдютное давление (фунтов на кв.	14.696	14.7	14.7	14.7	14.7	14.7	14.696	147
Массовая доля пара	0	0	0.002	0	1	0	1	1
Массовая доля твердого вещества		0.998	0.998	1	0	0.998	0	0
Молярный поток (т/год)	186052.95	493737.58	493737.58	492736.69	106499.18	615107.14	306683.74	1000.89
Объемный поток (галлон/мин)	32.909	126.575	982.405	96.405	56469.408	146.834	313756.5	886
Энтальпия (МВт)	-61.189	-190.859	-190.331	-189.91	0.241	-237.034	-96.605	-0.421
Плотность (фунт/куб. фут)	177.393	122.394	15.769	160.371	0.059	131.442	0.031	0.035
Н2О	0	1000	1000	а	0	1000	218315,27	1000
н2	0	0	0	0	0	0	0	0
С12	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	0	0	0	0	88368.477	0
со2	0	0	0	0	0.532	0	0	0
со	0	0	0	0	0	0	0	0
02	0	0.165	0.165	0	18333.088	0.165	0	0.165
Ν?	0	0.72	0.72	0	88165,558	0.72	0	072
СаС12	0	0	0	0	0	80.499	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0	0	0	0	121289.06	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)С12	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*Н2О	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г‘2НгО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСкЧНгО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*6Н2О	0	492736.69	492736.69	492736.69	0	492736.69	0	0
Мд(ОН)С1	186052.95	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0
Н20	0	0.002	0.002	0	0	0.002	0712	0.999
Н2	0	0	0	0	0	0	0	0
С12	0	0	0	0	0	0	0	0
но	0	0	0	0	0	0	0.288	0
СОг	0	0	0	0	0	0	0	0
СО	0	0	0	0	0	0	0	0
02	0	0	0	0	0.172	0	0	0
N2	0	0	0	0	0.828	0	0	0.001
СаС12	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0	0	0	0	0.197	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)С12	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*Н2О	0	0	0	0	0	0	0	0
мдС1г*2н,о	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*4Н2О	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*6Н2О	0	0.998	0.998	1	0	0.801	0	0
Мд(ОН)С!		0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)2	0	0	0	0	0	0	. 0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0
НгО	0	1.76	1.76	0	0	176	384.27	1.76
н2	0	0	0	0	0	0	0	0
С12	0	0	0	0	0	0	0	0
НС1	0	0	0	0	0	0	76.854	0
СО2	0	0	0	0	0	0	0	0
СО	0	0	0	0	0	0	0	0
Ог	0	0	0	0	18.168	0	0	0
N2	0	0.001	0.001	0	99799	0.001	0	0.001
СаС12	0	0	0	0	0	0.023	0	0
Са(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0
СаСОз	0	0	0	0	0	38.427	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0	0
Са(О)СЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*НгО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*2'НгО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г*4НгО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*6НгО	0	76.854	76.854	76.854	0	76.854	0	0
Мд(ОН)С1	76.854	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0

- 47 023492

Пример 6. Бойлер дорожной соли: разложение МдС1₂-6Н₂О.

Фиг. 10 представляет зависимость массы (в процентах) образца МдС1₂-6Н₂О от температуры. Исходная масса образца составляла приблизительно 70 мг, и ее считали равной 100%. Массу образца измеряли во время эксперимента по его термическому разложению. Температуру быстро увеличивали до 150°С, и затем она медленно росла со скоростью 0,5°С/мин. Приблизительно при 220°С масса становилась постоянной, что соответствовало образованию Мд(ОН)С1. Отсутствие последующего уменьшения массы свидетельствовало, что почти вся вода была удалена. Два различных подробных массовых анализа массы при разложении представлены на фиг. 28 и 29, где показаны теоретические плато различных конечных материалов. Фиг. 30 подтверждает, что МдО можно получать при более высоких температурах (здесь 500°С), чем температуры, при которых получается Мд(ОН)С1.

Пример 7. Растворение Мд(ОН)С1 в Н₂О.

Образец Мд(ОН)С1, полученный термическим разложением МдС1₂-6Н₂О, растворяли в воде и перемешивали в течение некоторого периода времени. После этого полученный осадок сушили, собирали и анализировали. Согласно формуле разложения, количество Мд(ОН)₂ можно было сравнивать с ожидаемым количеством и анализировать. Химическую реакцию можно представить следующим образом:

М§(ОН)С1(водн.) -> М§(ОН)₂ + ΜβΟ1₂ (44)

Растворимость Мд(ОН)₂ и МдС1₂ характеризуется следующим образом:

МдС1₂: 52,8 г в 100 г Н₂О (очень хорошо растворяется),

Мд(ОН)₂: 0,0009 г в 100 г Н₂О (практически не растворяется).

Теоретическая масса извлеченного Мд(ОН)₂:

масса образца: 3,0136 г, молекулярная масса (М\У) Мд(ОН)С1: 76,764, молекулярная масса (М\У) Мд(ОН)₂: 58,32, число моль полученного Мд(ОН)₂ на 1 моль Мд(ОН)С1: 1/2.

Ожидаемое количество Мд(ОН):

М§(ОН)С1 (водн.)—> М§(ОН)₂ + МКТ 3,016 г-М№ М§(ОН)₂/М№ Мд(ОН)С1· 1/2=1,1447 г.

Масса собранного осадка: 1,1245 г.

Выход в процентах от теоретического значения: (1,1447/1,1245)-100=98,24%.

Аналитические данные.

После этого образец Мд(ОН)₂ направляли на анализ методами рентгеновской дифракции (ΧΚΌ) и энергодисперсионной спектроскопии (ΕΌδ). Результаты представлены на фиг. 11. Пики верхнего ряда представляют собой пики образца, линии среднего ряда характеризуют Мд(ОН)₂, и линии нижнего ряда характеризуют МдО. Таким образом, подтверждено, что полученный осадок из раствора Мд(ОН)С1 проявляет сигнал, подобный сигналу Мд(ОН)₂.

Элемент	Коэффициент	Поправка	Атомное	Массовое	Ошибка
(выч.)	к (мае.8)	ΖΑΓ (1-	содержание	содержание
		σ)	(%)	элемента
				(мае.3)
Мд-К	0,9472	1,014	96, 88	96, 02	±0,23
31-К	0,0073	2,737	1,74	1,99	±0, 17
С1-К	0,0127	1,570	1,38	2,00	±0,16
Итого	100,00	100,00

Примечание: результаты не включают элементы с Ζ<11 (Иа).

Анализ методом ΕΌδ показывает, что в осадке содержится очень малое количество хлора [С1]. Следует отметить, что данным анализом невозможно обнаружить кислород или водород.

Пример 8. Эксперимент с барботером для удаления диоксида углерода: получение СаСО₃ в реакции СО2 с М§(ОН)2 {или М§(ОН)С1} и СаС1₂.

Приблизительно 20 г Мд(ОН)₂ помещали в барботажную колонну, содержащую 2 л воды, и через нее барботировали СО₂ в течение периода времени, составлявшего х минут. После этого собирали некоторое количество жидкости, в которую добавляли раствор СаС12. Немедленно образовывался осадок, который исследовали методами ΧΚΌ и ΕΌδ. Химическую реакцию можно представить следующим образом:

М§(ОН)₂ + СО₂ + СаС1₂ СаСОз Ф + Н₂О (45)

Анализ методом ΧΚΌ (фиг. 12) показал совпадение с образцом СаСО₃.

- 48 023492

Данные ΕΌ8.

Элемент	Коэффициент	Поправка	Атомное	Массовое
(выч.)	к (мас.%)	ΖΑΚ (Ι-	содержание	содержание
		ο)	(%)	элемента

Ошибка

Мд-К	0,0070	2,211
А1-К	0,0013	1, 750
3Ϊ-Κ	0,0006	1,382
С1-К	0,0033	1, 027
Са-К	0,9731	1,005
Итого	100,00	100,00

(мае.%)

2, 52	1,55	±0, 10
0, 33	0,22	±0,04
0, 12	0,09	±0,03
0, 38	0,34	±0,03
96, 64	97, 80	±0,30

Примечание: результаты не включают элементы с Ζ<11 (На).

Анализ методом ΕΌ8 показывает почти чистый СаС0₃, содержащий только 1,55 мас.% примеси магния и почти полное отсутствие хлора от СаС12.

Проводили такое же испытание, за исключением того, что вместо Мд(0Н)₂ использовали Мд(0Н)С1 от разложения МдС1₂-6Н₂О. Хотя Мд(0Н)С1 содержит в два раза меньше гидроксидных ионов ОН^-, чем Мд(0Н)₂, предполагается, что он поглощает С0₂ и образует осажденный СаС0₃ (РСС).

Анализ методом ΧΚΌ (фиг. 13) показал совпадение с образцом СаС0₃.

Данные ΕΌ8.

Х² = 5,83.

Время существования = 300,0 с. Безэталонный анализ.

Поправка ΡΚ0ΖΑ.

Ускоряющее напряжение = 20 кВ. Угол выхода = 35,00°.

Число итераций = 3.

Элемент	Коэффициент	Поправка	Атомное	Массовое	Ошибка
(выч.)	к (мас.%)	ΖΑΚ (Ι-	содержание	содержание
		ο)	т	элемента
				(мае.%)
Мд-К	0,0041	2,224	1,48	0,90	±0, 09
5-К	0, ООП	1,071	0,14	0,11	+ 0, 04
Са-К	0,9874	1, 003	98, 38	98, 98	±0, 34
Итого	100,00	100,00

Примечание: результаты не включают элементы с Ζ<11 (На).

Снова результаты показывают почти чистый СаС0₃, практически не содержащий соединений Мд или С1.

Пример 9А. Эксперимент в печи для плавления горных пород: реакция оливина и серпентина с НС1.

Образцы оливина (Мд,Ре)₂8Ю₄ и серпентина Мд₃81₂0₅(ОН)₄ измельчали и помещали в 6,1 М НС1 для реакции в течение периода, составлявшего приблизительно 72 ч. Проводили две серии экспериментов, первую при комнатной температуре и вторую при 70°С. Данные минералы имеют различные формулы и часто содержат железо. После фильтрации образцов полученные в результате осадок на фильтре и фильтрат сушили в печи в течение ночи. Затем образцы направляли на анализ методами ΧΚΌ и ΕΌ8. Фильтраты обычно содержали МдС1₂, а осадки на фильтре обычно представляли собой, главным образом 8Ю2.

Фильтрат после реакции оливина с НС1 при комнатной температуре

Элемент	Коэффициент	Поправка	Атомное	Массовое	Ошибка
(выч.)	к (мас.%)	ΖΑΓ (1-	содержание	содержание
		σ)	(%)	элемента
				(мае.%)
Мд-К	0,1960	1,451	37, 06	28, 45	±0,18
51-К	0,0103	1,512	1,75	1,56	±0,11
С1-К	0,5643	1,169	58, 89	65, 94	±0,31
Ге-К	0,0350	1,161	2,30	4,06	±0,22
Итого	100,00	100,00

- 49 023492

Фильтрат после реакции оливина с НС1 при 70°С Примечание: результаты не включают элементы с Ζ<11 (На).

)лемент	Коэффициент	Поправка	Атомное	Массовое	Ошибка
(выч.)	к (мае.%)	ΖΑΡ (1-	содержание	содержание
		σ)		элемента
				(мае.%)
Мд-К	0,1172	1, 684	27,39	19, 74	±0, 12
5ί-Κ	0,0101	1,459	1,77	1, 48	±0, 07
С1-К	0,5864	1,142	63,70	66, 94	±0,24
Ре-К	0,0990	1,144	6, 94	11, 33	±0,21
Νί-Κ	0,0045	1, 128	0,29	0, 51	±0, 09
Итого	100,00	100,00

Фильтрат после реакции серпентина с НС1 при комнатной температуре Примечание: результаты не включают элементы с Ζ<11 (На)

Элемент	Коэффициент	Поправка	Атомное	Массовое	Ошибка
(выч.)	к (мае.®)	ΖΑΓ (1-	содержание	содержание
		σ)	(%>	элемента
				(мае.й)
Мд-К	0,1674	1,466	32, 47	24, 53	±0,15
А1-К	0,0025	1,863	0, 55	0,46	±0,06
3Ϊ-Κ	0,0033	1,456	0, 55	0, 48	±0,04
С1-К	0,6203	1,141	64, 22	70, 77	±0,27
Са-К	0,0016	1,334	0, 17	0,21	±0,05
Сг-К	0,0026	1,200	0, 19	0,31	±0,07
Мп-К	0, ООН	1,200	0, 08	0, 14	±0,08
Ре-К	0,0226	1, 160	1,51	2, 62	±0,10
Νί-Κ	0,0042	1,128	0,26	0, 48	±0,10
Итого	100,00	100,00
	Фильтрат после реакции серпентина с НС1 при 70°С

Примечание: результаты не включают элементы с Ζ<11 (На).

Элемент	Коэффициент	Поправка	Атомное	Массовое	Ошибка
(выч.)	к (мае.Й)	ΖΑΡ (1-	содержание	содержание
		σ)	т	элемента
				(мае.%)
Мд-К	0,1759	1,455	33, 67	25, 59	±0, 14
А1-К	0,0017	1,886	0,39	0,33	±0,06
5Ϊ-Κ	0,0087	1,468	1,46	1,28	±0, 04
С1-К	0,6014	1, 152	62,46	69, 27	±0, 25
Сг-К	0,0016	1,199	0, 12	0, 19	±0, 06
Ре-к	0,0268	1,161	1,78	3, 11	±0, 17
Νί-Κ	0,0020	1, 130	0, 12	0, 22	±0, 08
Итого	100,00	100,00

Фильтрат после реакции обоих минералов (серпентина и оливина) при комнатной температуре и при 70°С очевидно показывал присутствие МдС1₂, а также небольшое количество РеС1₂ в случае оливина.

- 50 023492

Осадок на фильтре после реакции оливина с НС1 при комнатной температуре

Элемент	Коэффициент	Поправка	Атомное	Массовое	Ошибка
(выч.)	к (мас.%)	ΖΑΠ (1-	содержание	содержание
		о)	(%)	элемента
				(мае.%)
Мд-К	0,2239	1,431	37, 68	32, 04	+ 0, 14
31-К	0,3269	1, 622	53, 96	53, 02	±0,19
С1-К	0,0140	1, 658	1,87	2, 32	+ 0,06
Сг-К	0,0090	1, 160	0, 58	1, 05	±0,08
Мп-к	0,0013	1, 195	0, 08	0,16	±0,09
Ке-К	0,0933	1, 167	5, 57	10, 89	±0,26
Νί-Κ	0,0045	1, 160	0,25	0, 52	+ 0, 11
Итого	100,00	100,00

Примечание: результаты не включают элементы с Ζ<11 (Иа).

Осадок на фильтре после реакции оливина с НС1 при 70°С

Элемент	Коэффициент	Поправка	Атомное	Массовое	Ошибка
(выч.)	к (мас.%)	ΖΑΓ (1-	содержание	содержание
		σ)	(%)	элемента
				(мае.%)
Мд-К	0,2249	1,461	38, 87	32, 86	+ 0,16
з±-к	0,3030	1, 649	51, 12	49, 94	±0,21
С1-К	0,0223	1, 638	2, 96	3, 65	±0,14
Са-К	0,0033	1,220	0,29	0,41	±0,05
Сг-К	0,0066	1, 158	0, 42	0, 76	±0, 08
Мп-к	0,0023	1, 193	0, 15	0, 28	±0, 10
Ге-К	0,0937	1, 163	5, 61	10, 89	±0, 29
Νί-Κ	0,0074	1, 188	0, 42	0, 86	±0, 13
Си-К	0,0029	1,211	0, 16	0, 35	±0,16
Итого	100,00	100,00

Примечание: результаты не включают элементы с Ζ<11 (Иа).

Следует учитывать, что формула оливина представляет собой (М§,Ре)₂8Ю₄, и данный оливин обогащен магнием. Исходное соединение имеет атомное соотношение М§:§1, составляющее 2:1. Однако осадок на фильтре, который не проходит через фильтр имеет атомное соотношение (М§+Ре):§1 составляющее (37+5,5):52 или 0,817:1; таким образом, очевидно, что через фильтр прошло более чем 50% магния.

Осадок на фильтре после реакции серпентина с НС1 при комнатной температуре

Элемент	Коэффициент	Поправка	Атомное	Массовое	Ошибка
(выч.)	к (мас.%)	ΖΑΚ (1-	содержание	содержание
		σ)	(%)	элемента
				(мае.%)
Мд-К	0,1930	1, 595	37, 32	30, 78	±0,15
3ί-Κ	0,2965	1, 670	51, 94	49, 50	+ 0,20
С1-К	0,0065	1, 633	0, 88	1, 06	±0,06
Сг-К	0,0056	1, 130	0, 36	0, 63	±0,08
Ге-К	0,1532	1, 155	9, 33	17, 69	±0,31
Νί-Κ	0,0029	1, 159	0, 17	0, 34	+ 0, 12
Итого	100,00	100,00

Примечание: результаты не включают элементы с Ζ<11 (Иа).

- 51 023492

Осадок на фильтре после реакции оливина с НС1 при 70°С

Элемент	Коэффициент	Поправка	Атомное	Массовое	Ошибка
(выч.)	к (мас.%)	ΖΑΓ (1-	содержание	содержание
		σ)	(%)	элемента
				(мае.%)
Мд-К	0,1812	1,536	33, 53	27, 83	±0, 13
31-к	0,3401	1,593	56, 49	54, 18	±0, 18
С1-К	0,0106	1, 651	1, 45	1,75	±0, 11
Сг-к	0,0037	1, 142	0, 24	0, 43	±0, 07
Мп-К	0,0009	1,188	0, 05	0, 10	±0, 08
Ге-К	0,1324	1, 159	8, 05	15, 35	±0, 26
ΝΪ-Κ	0,0032	1, 160	0, 18	0, 37	±0, 11
Итого	100,00	100,00

Примечание: результаты не включают элементы с Ζ<11 (Να).

Учитывая, что формула серпентина представляет собой (Мд,Ре)₃§1₂О₅(ОН)₄, исходное соотношение (Мд+Ре):§1, составлявшее 1,5:1, уменьшилось до (37+9,3):56,5=0,898:1.

Пример 9В. Моделирование влияния температуры и давления на разложение МдС1₂-6Н₂О.

Давление и температуру изменяли, как показано ниже в табл. 7 и на фиг. 14, чтобы определить влияние этих изменений на равновесие реакции разложения МдС1₂-6Н₂О. Исходные параметры представляли собой:

1) МдС1₂-6Н₂О,

2) СаС12,

3) температура горячего потока, выходящего из теплообменника (НХ) и обозначенного Мд(ОН)С1 (см. фиг. 7, 8),

4) процентная доля твердого вещества, отделенного в декантатор,

5) требуемая вода, обозначенная Н2О,

6) топочный газ.

Таблица 7

Переменная 1	Переменная 2	Исходные материалы	Мд(ОН)С1	МдО	0
Реактор 1	Реактор 2
Параметр	Параметр
Температура	Абсолютное давление
’С	фунтов на кв. дюйм	моль/с	моль/с	моль/с	Молекулярная масса (МА)	кВтч/τ СО 2
400	5	51.00399	25.31399	25.77001	23.63765	3883
410	5	38.427	0	38.427	19.85614	3261
420	5	38.427	0	38.427	19.87482	3264
430	5	38.427	0	38.427	19.89354	3268
440	5	38.427	0	38.427	19.9123	3271
450	5	38.427	0	38.427	19.93111	3274
400	1	76.854	76.854	0	31.37484	5153
410	7	53.24627	29.63854	23.60773	24.31186	3993
420	7	38.427	0	38.427	19.87482	3264
430	7	38.427	0	38.427	19.89354	3268
440	7	38.427	0	38.427	19.9123	3271
450	7	38.427	0	38.427	19-93111	3274
400	9	76.854	76.854	0	31.37484	5153
410	9	72.85115	68.84829	4.002853	30.20645	4961
420	9	50.2148	23.5756	26.8392	23.42411	3847
430	9	38.427	0	38.427	19.89354	3268
440	9	38.427	0	38.427	19.9123	3271
450	9	38427	0	38.427	19.93111	3274
400	11	76.854	76.854	0	31.37484	5153
410	11	76.854	76.854	0	31.41	5159
420	11	64.78938	52.72476	12.06462	27.81251	4568
430	11	44.67748	12,50096	32.17652	21.77822	3577
440	11	38.427	0	38.427	19.9123	3271
450	11	38.427	0	38.427	19.93111	3274
400	13	76.854	76.854	0	31.37484	5153

- 52 023492

410	13	76.854	76.854	0	31.41	5159
420	13	76.854	76.854	0	31.44515	5165
430	13	55.59535	34.3367	21.25865	25.07026	4118
440	13	38.427	0	38.427	19.9123	3271
450	13	38.427	0	38.427	19.93111	3274
400	15	76.854	76.854	0	31.37484	5153
410	15	76.854	76.854	0	31.41	5159
420	15	76.854	76.854	0	31.44515	5165
430	15	66.51322	56.17244	10.34078	28.36229	4659
440	15	46.41875	15.98351	30.43525	22.32544	3667
450	15	38.427	0	38.427	19.93111	3274
200	5	127	76.854	0	47.51946	7805
210	5	85	76.854	0	33.34109	5476
220	5	77	76.854	0	30.74184	5049
230	5	77	76.854	0	30.77702	5055
240	5	77	76.854	0	30.8122	5061
250	5	77	76.854	0	30.84739	5067
200	7	184	76.854	0	66.57309	10935
210	7	125	76.854	0	46.75184	7679
220	7	85	76.854	0	33.32609	5474
230	7	77	76.854	0	30.777	5055
240	7	77	76.354	0	30.81218	5061
250	7	77	76.854	0	30.84737	5067
200	9	297	76.854	0	89.51079	14702
210	9	165	76.854	0	60.16258	9882
220	9	113	76.854	0	42.92123	7050
230	9	78	76.854	0	31.04401	5099
240	9	77	76.854	0	30.81217	5061
250	9	77	76.854	0	30.84735	5067
200	11	473	76.854	0	136.5784	22433
210	11	205	76.854	0	73.57332	12084
220	11	142	76.854	0	52.51638	8626
230	11	98	76.854	0	38.01558	6244
240	11	77	76.854	0	30.81216	5061
250	11	77	76,854	0	30.84734	5067
200	13	684	76.854	0	192.9858	31698
210	13	303	76.854	0	91.43505	15018
220	13	170	76.854	0	62.11162	10202
230	13	119	76,854	0	44.98715	7389
240	13	83.3323	76.854	0	33.00459	5421
250	13	76.854	76.854	0	30.84733	5067
200	15	930.5287	76.854	0	258.7607	42502
210	15	422.9236	76.854	0	123.7223	20322
220	15	198.7291	76.854	0	71.70666	11778
230	15	139.6567	76.854	0	51.95871	8534
240	15	98.51739	76.854	0	38.14363	6265
250	15	76.854	76.854	0	30.84733	5067

Примеры 10-21.

Следующие оставшиеся примеры относятся к получению необходимого тепла для осуществления реакции разложения с использованием тепловых выбросов от работающих на угле или природном газе электростанций. Чтобы получить необходимое тепло выбросов топочного газа от горения угля, источник тепла может быть расположен перед рукавным пылеуловителем, где температура составляет от 320 до 480°С, вместо воздушного подогревателя. См. работу Проектирование конструкций воздухопроводов и газопроводов для применения на электростанциях и промышленных бойлерах, изданную Американским обществом инженеров-строителей, август 1995 г., с. 11-15, которая во всей своей полноте включена в настоящий документ посредством ссылки. Использующие природный газ электростанции открытого цикла имеют значительно более высокие температуры отходящих газов, составляющие 600°С. См. работу Проектирование конструкций воздухопроводов и газопроводов для применения на электростанциях и промышленных бойлерах, изданную Американским обществом инженеров-строителей, август 1995 г., с. 11-15, которая во всей своей полноте включена в настоящий документ посредством ссылки. Кроме того, реакцию разложения МдС1₂-6Н₂О можно также осуществлять в двух различных режимах, включая полное разложение до МдО или частичное разложение до Мд(ОН)С1. Для частичного разложения до Мд(ОН)С1 в некоторых вариантах осуществления требуется температура, составляющая более чем

- 53 023492

180°С, в то время как для полного разложения до МдО в некоторых вариантах осуществления требуется температура, составляющая 440°С или более.

Кроме того, поступающий исходный материал для обработки можно представить как непрерывный интервал от 100% силиката кальция Са8Ю₃ до 100% силиката магния Мд8Ю₃, причем промежуточный случай 50% представляет собой диопсид МдСа(8Ю₃)₂ (или смесь Са8Ю₃ и Мд8Ю₃ в молярном соотношении 1:1). Для каждого из этих случаев получаемый в результате продукт будет изменяться в некоторых вариантах осуществления от карбоната кальция СаСО3 до карбоната магния МдСО3, причем промежуточный случай 50% представляет собой доломит СаМд(СО₃)₂. Процесс с использованием 100% силиката кальция представляет собой обработку Са-Мд, применяемый во всех ранее смоделированных вариантах осуществления. Кроме того, важно отметить, что в обработке 100% силиката магния не используются соединения кальция, в то время как в обработке исходного 100% силиката кальция не используются соединения магния, но в схеме рециркуляции требуется только компенсирующая потери добавка соединений магния.

Далее подробно описаны процессы с использованием Са-Мд, только Мд и диопсида, например полное и частичное разложение гидратированного МдС1₂ до МдО и Мд(ОН)С1 соответственно.

I) Процесс Са-Мд.

Суммарная реакция:

СаЗЮз + СО₂ -> СаСОз + 3ίΟ₂

a) Полное разложение (процесс Са8Ю₃-МдО):

_1} МдС1₂.6Н₂О + Δ -> МдО + 5Н₂О Т + 2НС1 ί

Реакция термического разложения:

2) 2НС1(водн.) + СаЗЮз -» СаС1₂(водн.)+ 3ίΟ₂ Ф + Н₂О

Реакция плавления горной породы.

Примечание: во время реакции 5 моль Н₂О будет присутствовать на 2 моль НС1:

2} МдО + СаС1₂(водн.) + СО₂ —> СаСОз 1 + МдС1₂(водн.)

В некоторых вариантах данного уравнения используют Мд(ОН)2, который образуется из МдО и

Н2О:

) МдСЦводн.) + 6Н₂О > МцС1₂'6П?О

Регенерация МдС1₂-6Н₂О, возвращение в п.1.

b) Частичное разложение (процесс Са8Ю₃-Мд(ОН)С1):

_х) 2 χ [М§С1₂-6Н₂О + Δ -> Мд(ОН)С1 + 5Н₂ОI + НС1 ί ]

Термическое разложение.

Требуется двойное количество МдС1₂-6Н₂О для улавливания такого же количества СО₂:

2) 2НС1(водн.) + СаЗГОз —> СаС1₂(водн,)+8ίΟ₂Ί +Н₂О

Реакция плавления горной породы:

2) 2М§(ОН)С1 + СаС1₂ (водн.) + СО₂ —> СаСОз I + 2М§С1₂(водн.) + Н₂О

Реакция улавливания СО₂:

4) 2 МдС1₂ + 12Н₂О -> 2МдС1₂-6Н₂О

Регенерация МдС1₂-6Н₂О, возвращение в п. 1.

II) Процесс с использованием только Мд.

Суммарная реакция:

МдЗЮз + СО₂ —> МдСОз + 8ϊΟ₂

c) Полное разложение (процесс Мд8Ю₃-МдО):

_χ, 2НС1(вод_В.и- МдЗ)О₃ + (х-1)Н₂О -> М§С1₂ + 3<О₂ * + хН₂О

Реакция плавления горной породы:

_2} МдС1₂хН₂О + Δ -> МдО + (х-1)Н₂01 + 2НС1 ί

Реакция термического разложения.

Примечание: будет получено х-1 моль Н₂О на 2 моль НС1:

3) МдО + СО₂ -> МдСОз

Реакция улавливания СО₂.

Следует отметить, что в данном варианте осуществления не требуется рециркуляция МдС1₂. Значение х, т.е. число молекул гидратной воды, существенно меньше 6, поскольку МдС1₂ после реакции плавления горной породы является достаточно горячим, чтобы переводить большое количество воды в паровую фазу. Таким образом, путь от плавления горной породы проходит в равновесном состоянии, где значение х согласно моделированию составляет приблизительно 2.

б) Частичное разложение (процесс Мд8Ю₃-Мд(ОН)С1):

4_} 2НС1(водн.)+ МдЗГОз МдС1₂ + 3ίΟ₂1 + Н₂О

Реакция плавления горной породы:

Примечание: во время реакции х-1 моль Н₂О будет присутствовать на 1 моль НС1:

Разложение.

Требуется двойное количество М§С1₂-6Н₂О для улавливания такого же количества СО₂:

Реакция улавливания СО₂:

4) М§СЬ(водн.)+ 6Н₂О —> М§С1₂'6Н₂О

Регенерация М§С1₂-6Н₂О, возвращение в п.1.

Следует отметить, что в данном варианте осуществления рециркулирует половина МдС1₂. Значение х, т.е. число молекул гидратной воды, существенно меньше 6, поскольку МдС1₂ после реакции плавления горной породы является достаточно горячим, чтобы переводить большое количество воды в паровую фазу, и оставшаяся половина рециркулирует из абсорбционной колонны. Таким образом, гидратное число всего количества МдС1₂ в равновесном состоянии будет составлять приблизительно 4, что представляет собой среднее значение между МдС1₂-6Н₂О и МдС1₂-2Н₂О.

III) Диопсидный или смешанный процесс.

Следует отметить, что диопсид представляет собой смешанный силикат кальция и магния, и доломит представляет собой смешанный карбонат кальция и магния.

Суммарная реакция:

Уг СаМ8(ЗЮз)₂ + СО₂ ->‘Л СаМ£(СО₃)₂ + 5ГО₂ е) Полное разложение (процесс диопсид-МдО):

Термическое разложение:

₂) НС1 + 'Л СаМ_ё($10з)₂ Уг СаС1₂ + 'Л М_ё8Ю, I + Уг 8ΐΟ₂ * + ‘Л Н₂О

Первая реакция плавления горной породы:

Вторая реакция плавления горной породы. Возвращение МдС1₂ в п.1:

₄) М§О + ‘Л СаС1₂ + СО₂ -> У СаМ§(СО₃) ₂1 + У М§С1₂

5) ’Л М£С1₂ + ЗН₂О -> Уг М£С1₂,6Н2О

Регенерация М§С1₂-6Н₂О, возвращение в п.1. ί) Частичное разложение (процесс диопсид-Мд(ОН)С1):

- ) 2 χ [М§С1₂-6Н₂О + Δ -> Мв(ОН)С1 + 5Н₂О ί + НСИ]

Термическое разложение.

Требуется двойное количество М§С1₂-6Н₂О для улавливания такого же количества СО₂: ₂ > НС1 + Уг СаМ_ё(ЗЮ₃)₂ -> Уг СаС1₂ + У М_ё8Ю₃ί + 'Λ 3ίΟ₂1 + ‘Λ Н₂О

Первая реакция плавления горной породы:

3) НС1 + Уг Μ§8ϊΟ₃ -> УгМёСЬ + У 8ϊΟ₂ I + У Н₂О

Вторая реакция плавления горной породы. Здесь МдС1₂ возвращается в п.1.

4) 2М§(ОН)С1 + Уг СаС1₂ + СО₂ -> Уг СаМ£(СО₃) ₂ И- 3/2 М§С1₂ + Н₂О ₅) 3/2 МеС1₂ + 9Н₂О -> 3/2 Μ^1₂·6Η₂Ο

Регенерация М§С1₂-6Н₂О, возвращение в п.1.

- 55 023492

Таблица 8

Краткий обзор процессов

Пример	Процесс	Источник топочного газа	Температура °с'	Содержание СО£ в топочном газе (%)	Детальная масса и энергетический баланс каждого процесса потока
10	Са5Ю3-М§(ОН)С1	Уголь	320-550	7.2%-18%	Таблица 13
11	СаЗЮ3-Мд(ОН)С1	Природный газ	600	7.2% -18%	Таблица 13
12	СаЗЮз-МвО	Уголь	550	7.2% -18%	Таблица 14
13	Са5Ю,-М§0	Природный газ	600	7.2% - 18%	Таблицам
14	мгзю3-м§(он)С1	Уголь	320-550	7.2% - 18%	Таблицам
15	Мд8Юз-Мд(ОН)С1	Природный газ	600	7.2% -18%	Таблицам
16	МдЗЮэ-МдО	Уголь	550	7.2% - 18%	Таблицам
17	Мд8Юз-МдО	Природный газ	600	7.2%-18%	Таблицам
18	Диолсид- Мд(ОН)С1	Уголь	320-550	7.2% -18%	Таблица 17
19	Диопсид- Мд(ОН)С1	Природный газ	600	7.2%-18%	Таблицам
20	Диопсид-МдО	Уголь	550	7.2% -18%	Таблица м
21	Диопсид-МдО	Природный газ	600	7.2% - 18%	Таблицам

¹ Температурный интервал от 320 до 550°С включает модельные эксперименты при

320, 360, 400, 440 и 550°С соответственно.

² Интервал процентного содержания СО₂ в топочном газе от 7,2% до 18% включает модельные эксперименты при 7,2, 10, 14 и 18% соответственно.

Процесс с использованием силиката кальция.

Процессы разложения С;^Ю₃-МдО и Саδ^Ο₃-Мд(ОН)С1 подразделяются на две стадии, причем первая стадия представляет собой реакцию, в которой МдС1₂-6Н₂О превращается в МдС1₂-2Н₂О+4Н₂О и вторая стадия представляет собой реакцию, в которой МдС1₂-2Н₂О превращается в Мд(ОН)С1+НС1+Н₂О, если желательным или необходимым является частичное разложение, и в МдО+2НС1+Н2О, желательным или необходимым является полное разложение. Фиг. 15 описывает схему этого процесса.

Процесс с использованием силиката магния.

Процессы разложения Мдδ^Ο_;-МдΟ и Мдδ^Ο_;-Мд(ОН)С1 представляют собой разложение в одной камере, причем после камеры разложения НС1 реагирует с Мдδ^Ο_; в реакторе для плавления горных пород, и за счет выделяющейся теплоты реакции МдС1₂ остается в форме дигидрата МдС1₂-2Н₂О при выходе из камеры для плавления горных пород при подходе в реактор разложения, где он превращается в МдО или Мд(ОН)С1, как описано выше. Этот процесс может оказаться предпочтительным, если силикаты кальция не имеются в наличии. Выделяющийся при разложении НС1 реагирует с Мдδ^Ο₃. образуя дополнительное количество МдС1₂. Процесс с использованием силиката магния проходит по другому пути, чем в случае силиката кальция. Процесс начинает реакция плавления горной породы НС1+силикат, затем происходит реакция разложения (МдС1₂+тепло), и, наконец, следует абсорбционная колонна. В процессе с использованием силиката кальция происходит оборот всех соединений магния между реакцией разложения и реакцией абсорбции. Фиг. 16 описывает схему данного процесса.

Процесс с использованием смешанного силиката магния и кальция (диопсида).

Промежуточный процесс диопсид-МдО и диопсид-Мд(ОН)С1 также включает двухстадийное разложение, которое составляют реакция дегидратации МдС1₂-6Н₂О+Д^МдС1₂-2Н₂О+4Н₂О и последующая реакция разложения МдС1₂-2Н₂О+Д^МдО+2НС1+Н₂О (полное разложение) или

МдС1₂-2Н₂О+Д^Мд(ОН)С1+НС1+Н₂О (частичное разложение). Фиг. 17 описывает схему данного процесса.

Выделяющийся при разложении НС1 затем реагирует с диопсидом СаМд^Ю₃)₂, в две стадии реакции плавления горной породы. На первой стадии образуется СаС1₂ в реакции 2НС1+СаМд(δ^Ο₃)₂^СаС1₂(водн.)+Мдδ^Ο₃^+δ^Ο₂^+Н₂Ο. Твердые продукты предшествующей реакции затем реагируют с НС1 повторно, образуя МдС1₂ в реакции Мдδ^Ο₃+2НС1^МдС1₂+δ^Ο₃^+Н₂Ο. Из первой печи для плавления горных пород СаС1₂ переносят в абсорбционную колонну, и из второй печи для плавления горных пород МдС1₂ переносят в реактор разложения для получения Мд(ОН)С1 или МдО.

Основание реакции.

Во всех данных примерах принята 50% абсорбция СО₂ эталонного топочного газа из известной угольной электростанции, представляющей интерес. Это было сделано, чтобы обеспечить сравнение между всеми примерами. Скорость потока топочного газа, выбрасываемого данной электростанцией, составляет 136903680 т/год, и содержание СО₂ данного газа составляет 10 мас.%. Это количество СО₂ представляет собой основание для примеров 10-21, и его вычисляют следующим образом.

- 56 023492

Годовое количество СО₂, содержащееся в топочном газе:

136903680 т/год· 10% = 13690368 т/год.

Годовое количество абсорбированного СО2:

13690368 т/год-50% = 6845184 т/год СО₂.

Поскольку количество абсорбированного СО2 является постоянным, расход реагентов и производство продуктов также является постоянным и зависит от стехиометрии реакции и молекулярной массы каждого соединения.

Для всех примеров обоих процессов Са8Ю₃-МдО и Са8Ю₃-Мд(ОН)С1 (примеры 10-13) суммарная реакция представляет собой:

СаЗЮз + СО₂ СаСОз + ЗЮ₂

Для всех примеров обоих процессов Мд§Ю₃-МдО и Мд§Ю₃-Мд(ОН)С1 (примеры 14-117) суммарная реакция представляет собой:

М^ЗЮз + СО; -> М^СОз + 8ίΟ;>

Для всех примеров обоих процессов диопсид-МдО и диопсид-Мд(ОН)С1 (примеры 18-21) суммарная реакция представляет собой:

'Л СаМд(8Юз)₂+ СО₂ —> Уг СаМд(СО₃)₂+ 8ίΟ₂

Модель Акреп входит в число необходимых исходных условий процесса и предназначена для вычисления требуемого количества топочного газа для обеспечения тепла, расходуемого в реакции разложения, в которой образуются поглощающие диоксид углерода соединения МдО, Мд(ОН)₂ или Мд(ОН)С1. Этот топочный газ может поступать от использующей природный газ или уголь электростанции, причем в случае угля его испытывали в интервале температур от 320 до 550°С. Этот топочный газ не следует смешивать со сравнительным топочным газом, который использовали в качестве эталона, чтобы обеспечить определенную величину удаления СО2 для каждого примера. В процессе с имеющим повышенную температуру топочным газом, как правило, требуется меньшее количество топочного газа для улавливания такого же количества диоксида углерода из основы. Кроме того, более высокая концентрация диоксида углерода в топочном газе, как правило, приводит к повышению количества топочного газа, требуемого для улавливания диоксида углерода, поскольку необходимо улавливать большее количество диоксида углерода.

Расход реагентов и производство продуктов можно определять на основании улавливания СО₂ и молекулярных масс каждого исходного вещества и каждого конечного вещества для каждого примера.

Таблица 9

Молекулярные массы исходных и конечных веществ (все варианты осуществления)

* Число моль необходимо разделить на 2, чтобы определить сопоставимую абсорбцию СО₂ по сравнению с другими процессами.

Для примеров 10-13:

Расход Са8Ю₃ составляет:

6845184 т/год · (116,16/44,01) = 18066577 т/год.

Производство СаСО3 составляет:

6845184 т/год · (100,09/44,01) = 15559282 т/год.

Производство 8Ю₂ составляет:

6845184 т/год · (60,08/44,01) = 9344884 т/год

Вычисления такого же типа можно выполнить для остальных примеров. Следующая таблица представляет количества исходных и конечных веществ для примеров 10-21. Основание: абсорбция СО2 составляет 6845184 т/год.

- 57 023492

Таблица 10

Массовые потоки исходных и конечных веществ для примеров 10-21

Все измерения приведены в количестве тонн в год (ТРУ)
		Примеры
	10-13	14-17	18-21
Поглощенный СО?	6 845 184	6 845 184	6 845 184
Исходные вещества
Топочный газ для улавливания СО2	136 903 680	136 903 680	136 903 680
10%СО2	13 690 368	13 690 368	13 690.368
СаЗЮз	18 066 577
Μ§8ϊΟ3		15 613,410
Диопсид			16 839 993
Конечные вещества
3ΪΟ2	9 344 884	9 344 884	9 344 884
СаСО3	15 559 282
М§СО3		13 111 817
Доломит !			14 319845

Применение моделей Лзреи привело к следующим результатам тепловой нагрузки для каждой стадии реакции, включая дегидратацию и разложение. Результаты для каждого примера кратко представлены в приведенной ниже таблице.

Таблица 11

Мощность (расход энергии для каждого процесса на основании определенной абсорбции СО₂)

Тепловой баланс
Процесс	Са5Ю3-Мд(ОН)С1	Са8Юз-М§О	М8ЗЮз- М?(О11)С1	М§8Юз- М§О	Диопсид- МВ(ОН>С1	Диолсид- ΜεΟ
Примеры	10,11	12,13	14,15	16,17	18,19	20,21
Камера дегидратации (МВт)	2670	1087	нет данных	нет данных	2614	1306
Превращение гексагид0ата в дигидрат (2Ю°С)
Источник	Реакция КС) с силикатом
Камера разложения (МВт)	1033	1207	1226	1264	1231	1374
Температура разложения (°С)	210	450	210	450	210	450
Источник	Топочный газ
Суммарный расход тепла на дегидратацию и разложение (МВт)	3703	2384	1226	1264	: 3854	2680

Таблица 12

Процентное улавливание СО₂ в зависимости от температуры топочного газа и концентрация СО₂. Примеры 10-13

Процесс	Са8ЮЛ-Ме(ОН)С1	СаЗЮз М?О	СаЗЮз Ме(ОН)С1	СаЗЮзМкО
Источ н и к/тем перату ра топочного газа	Уголь 320 °С	Уголь 360 “С	Уголь 400 °С	Уголь 440 °С	Уголь 550 °С	Уголь550 °С	Природный газ 600 °С	Природный бйо’с
Номер примера	10	10	10	10	10	12	11	13
% СОг
7%	33%	45%	57%	70%	105%	83%	121%	96%
10%	24%	32%	41%	50%	75%	60%	87%	69%
14%	17%	23%	29%	36%	54%	43%	62%	50%
18%	13%	18%	23%	28%	42%	33%	48%	39%

Величина, превышающая 100%, означает, что имеется избыточное тепло для производства большего количества Мд(ОН)С1 или МдО. Фиг. 24 иллюстрирует процентное улавливание СО2 для различных концентраций СО2 в топочном газе при различных температурах в случае топочного газа, полученного из угля или природного газа, а также в случае проведения процесса с полным или частичным разложением для примеров 10-13 процессов Са8Ю₃-Мд(ОН)С1 и Са8Ю₃-МдО.

- 58 023492

Процентное улавливание СО2 в зависимости от температуры топочного газа и концентрация СО2. Примеры 14-17

Таблица 13

Процесс	М£ВЮ3-Мв(ОН)С1	Мв8Ю3- М§О	Мг5Ю3 Мй(ОН)С1	М^ВЮз МеО
Источ н и к/тем лерагура топочного газа	Уголь 32(1 “С	Уголь 3«В°С	Уголь 400 °С	Уголь 440 °С	Уголь 550 °С	Уголь 550 °С	Природный газ 600 °с	Природный газ 600 °с
Номер примера	14	14	14	14	14	16	15	17
% со2
7%	24%	34%	45%	55%	84%	86%	93%	96%
10%	17%	25%	32%	40%	61%	62%	67%	69%
14%	12%	18%	23%	28%	43%	44%	48%	49%
18%	10%	14%	18%	22%	34%	34%	37%	38%

Фиг. 25 иллюстрирует процентную долю уловленного СО₂ для различных концентраций СО₂ в топочном газе при различных температурах в случаях топочного газа, полученного из угля или природного газа, а также в случае проведения процесса с полным или частичным разложением для примеров 14-17 процессов Мд§Ю₃-Мд(ОН)С1 и Мд§Ю₃-МдО.

Таблица 14

Процентное улавливание СО2 в зависимости от температуры топочного газа и концентрация СО2. Примеры 18-21

Процесс	Диолсид-М§(ОП)С1	Диопсид- М&О	Диопсид- М£(ОН)С[	Диопсид- М§О
Исто чн ик/тем пература топочного газа	Уголь 320 °С	Уголь 360 °С	Уголь 400 °С	Уголь 440 °С	Уголь 550 °С	Уголь 550 сС	Природный газ 600 С	Природный 600 °С
Номер примера	18	18	18	18	18	20	19	21
% со2
7%	28%	38%	48%	59%	88%	79%	101%	91%
10%	20%	27%	35%	42%	63%	57%	73%	65%
14%	14%	19%	25%	30%	45%	40%	52%	47%
18%	11%	15%	19%	23%	35%	31%	41%	36%

Фиг. 26 иллюстрирует процентную долю уловленного СО₂ для различных концентраций СО₂ в топочном газе при различных температурах, в случаях топочного газа, полученного из угля или природного газа, а также в случае проведения процесса с полным или частичным разложением для примеров 18-21 процессов диопсид - Мд(ОН)С1 и диопсид - МдО.

Таблица 15а

Учет массы и энергии для моделирования примеров 10 и 11

Наименования технологических ПОТОКОВ *7	1	2 СаС|2	Сз.С1г-31	СаСОз	СаЙ|Оэ	Топочный газ	НгО	НС1	Пар НС1
РН
Температура (4С)	112.6	95	149.9	150	95	25	100	25	200	250
Абсолютное давление (фунтов на кв. дюйм)	14.696	15	100	,4.695	14.7	14.696	15.73	147	14.696	14.696
Массовая доля пара	0	0.793	0	0	0	0	1	0	1	1
Массовая доля твердого вещества	1	0.207	0	0.163	1	1	0	0	0	0
Молярный поток (т/год)	573ЕН17	ЗйбЕ+07	4.36Е+07	5.21 Е+07	1.41Е+07	164Е+07	6.21Е+07	1.80Е+07	3.57Е+07	3.57Е+07
Объемный поток (галлон/мин)	11216.8	22Е+07	17031.4	13643.542	2616,633	2126.004	3.11Е+О7	502184.16	3.30Е+07	3.65Е+07
Энтальпия (МВт)	-22099.5	-3288.21	-175417	-21565.353	-5368.73	-7309.817	-2926.806	-9056.765	-11331.898	-11240.08
Плотность (фунт/куб, фут)	160.371	0.069	80305	87.619	169.173	241725	0.063	1.125	0.034	0.031
Н20	0	1.80Е+07	2.79Е+07	2.79Е-Ю7	0	0	3.10Е+06	1.80Е+07	2.54Е+07	2.54Е+07
НС!	0	0	0.004	0.004	0	0	0 '	0	1.03Е+07	1.03Е+07
СО;	0	0	0	0	0	0	6.21Е+06	0	0	0
Ог	0	0	0	0	0	0	6.21ЕЮ6	0	0	0
ν2	0	0	0	0	0	0	4.65Е+07	0	0	0
СаСОз	0	0	0	0	1.41 Е+07	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*Н2О	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСкЧНЙ	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*4Нг0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’бНгО	673Е+07	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)2	0	8.22Е+06	0	0	0	0	0	0	0	0

- 59 023492

Наименования технологических > потоков	1	2	СаСЬ	СаСЬ-51	СаСОз	СаЗЮз	Топочный газ	НгО	но	Лар НС!
Мдо	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз*	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
50а	0	0	0	1)	0	0	0	0	0	0
N02	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
N0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд2·	0	3.43Е+06	0	0	0	0	0	0	0	0
Са2·	0	0	Б.65Е+06	5.65Е+06	0	0	0	0	0	0
С1	0	1.00Е+07	1.00Е+07	1.00Е+С7	0	0	0	0	0	0
СОЗ2-	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НСОз-	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
он-	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Са8|Оз	0	0	0	.007	0	1Θ4Ε+07	0	0	0	0
ЯОг	0	0	0	8.47Е+06	0	0	0	0	0	0

Таблица15Ь

Учет массы и энергии для моделирования примеров 10 и 11

Наименования технологических _х ПОТОКОВ	мдеь-гнгО	ИдСЬ-бНгО	Рециркуляций	КХ2-Выпуек	810г	Суспензия	Твердый материал 1	Твердый материал 2
РН			9.453			9.453
Температура (’С)	215	80	95	95	149.9	95	250 '	115
Абсолютное давление (Фунтов на кв. дюйм)	14.696	14.696	14.7	14.7	100	14.7	14.696	14.696
Массовая деля пара	.502	0	0	1	0	0	0	.165
Массовая доля твердого вещества	.498	1	0	0	1	.152	1	.207
Молярный поток (т/год)	5.73Е+07	5.73Е+07	7.84Е+07	5.27Е+07	8.47Е+06	9.26Е+07	2.16Е+07	3.96Е+07
Объёмный поток, (галлон/мин)	3.03Ε+07	11216.796	33789.492	282Е+07	1607,826	32401,78	3828.933	6.33Е+06
Энтальпия (МВт)	-1877.989	-22191.287	-32705.27	. 120.09	0	•38074.2	•7057.97	-4070.06
I ’лртнретъ (фунт/куо. фут)	.059	160.371	72.846	0.059	165.327	89.628	177.393	0.197
Н20	2.54 Е+07	0	5.16Ё+07	0	0	5.16Е+07	0	1.30ЕЮ7
НС!	3.40Е+06	0	0	0	0	0	0	' 0
СОг	0	0	0.074	25.781	0	0.074	0	0
СЕ	0	0	2510.379	6.20Е+06	0	2510.379	0	0
ν2	0	0	8109.244	4.65Е+07	0	8109.245	0	0
СаСОз	0	0	0	0	0	1.41Е+07	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г*НзО	2.14Е+07	0	0	0	0	0	0	0
МдС!2’2Н2О	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ^НгО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС!2*6Н2О	0 .	5.73Е+07	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)С!	7.15Е+О6	0	0	0	0	0	2.16Е+07	0
Мд(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	8.22Е+06
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз’	0	0	3324.433	0	0	3324.433	0	0
ЗОг	0	0	0	0	0	0	0	0
ΝΟ2	0	0	0	0	0	0	0	0
N0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд2·	0	0	6.85Е+06	0	0	6.85Е+06	0	3.43Е+06
Са2·	0	0	1644.031	0	0	1644.031	0	0
а-	0	0	2.00Е+07	0	0	2.00Е+07	0	1.00Е+07
СОз	0	0	61.424	0	0	61.424	0	0
НСОз	0	0	27,297	0	0	27.297	0	0
он-	0	0	690.278	0	0	690.278	0	0
СаЯОз	0	0	0	0	0,007	0	0	0
5Ю2	0	0	0	0	8.47Е+06	0	0	0

- 60 023492

Учет массы и энергии для моделирования примеров 12 и 13

Таблица 16а

Наименования технологических . потоков	1	2	СаСЬ	СаС1г*$1	СаСОз	СаЗЮз	Топочный газ	НгО	НС1 I	Пар НС1
РН
Температура (’С)	271	255.5	149.6	150	95	25	100	25	200	460
Абсолютное давление {фунтов на кв. дюйм)	14.696	15	100	14.696	14.7	14.696	15.78	14.7	14.696	14.696
Массовая доля пара	0	0	0	0	0	0	1	0	1	1
Массовая доля твердого вещества		1	0	0.215	1	1	0	0	0	0
Молярный поток {т/год)	2.87Е+07	2.37Е+07	3.09Е+07	3.94ЕЮ7	1.41Е+07	1.64Е+07	6.21Е+07	1.80ЕЮ7	2.30Е+07	2.30Е+07
Объемный поток (галлон/мин)	5608.398	10220.835	10147.12	11758.176	2616.827	2126,004	3.11Е+07	502184.16	1.93Е+07	2.94Е+07
Энтальпия {МВт)	-10826.6	-11660.74	-11347.9	-15391.633	-5369.12	-7309.817	-2926.806	-9056.765	-6056.076	-5786.994
Плотность {фунт/куб. фут)	160.371	72.704	95.515	105.035	169.173	241,725	0.063	1.125	0.037	0.024
КзО	0	1.55Е+О7	1.52Е+07	1.52Е+07	0	0	3.10Е+06	1.80Е+07	1.27Е+О7	1.27Е+07
НС1	0	0	0.015	0.015	0	0	0	0	1.03Е+07	1.03е+07
СОз	0	0	0	0	0	0	6.21Е+06	0	0	0
Ог	0	0	0	0	0	0	6.21Е+06	0	0	0
Ν,	0	0	0	0	0	0	4.65Е+07	0	0	0
СаСОз	0	0	0	0	1.41Е+07	0	0	0	0	0
МдСЬ	θ	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’НгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*2'НгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬИНгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*6НгО	2.87Е+07	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд{ОН)2	0	8.22Е+06	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз’	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
ЗОг	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
ИОг	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
N0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд2-	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Са3-	0	0	5.65Е+06	5.65Е+06	0	0	0	0	0	0
О	0	0	1.00Е+07	1.00Е+07	0	0	0	0	0	0
СОз2,	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НСО?	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
он-	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СаЯОз	0	0	0	0.023	1.64Е+07	0	0	0	0	0
8Юг	0	0	0	8.47Е+06	0	0	0	1 0	0	0

- 61 023492

Учет массы и энергии для моделирования примеров 12 и 13

Таблица 16Ь

Наименования технологических , потоков -»	МдСЬ-2 НгО	МдСМНгО	Рециркуляция!	КХ2-Выпуск	5Юз	Суспензия	Твердый материал 1	Твердый материал 2
РН			9.304			9.304
Температура (’С)	215	80	95	95	,49.8	95	450	115
Абсолютное давление (фунтов на кв, дюйм)	14.696	14.696	14,7	14,7	100	,4.7	14.696	14.696
Массовая доля пара	0.502	0	0	1	0	0	0	0
Массовая доля твердого вещества	0498	1	0	0	1	0.221	1	1
Молярный лоток (т/год)	2.87Е+07	2.87Е+07	4.98Е+07	5.27Е+07	8.47Е+06	6.39Е+07	5.68Е+06	2.37Е+07
Объемный поток (галлон/мин)	1.51Е+07	5608.398	25330.305	2.82Е+07	1607.826	22988.79	797.11	10220.84
Энтальпия (МВт)	-9388,949	-11095.644	-21589.89	120.08	0	-26959.3	-2603.98	-11955.9
Плотность (фунт/куб. фуг)	0.059	160.371	61.662	0.059	165.327	87.199	223.695	72.704
Н2О	127Е+07	0	3.63Е+07	0	0	3.63Е+07	0	1.55Е+07
НС1	1.70Е+07	0	0	0	0	0	0	0
СОг	0	0	0.145	79.255	0	0.145	0	0
О2 '	0	0	1919.222	6.20Е+06	0	1919.222	0	0
№	0	0	6199.3	4.65Е+07	0	6,99.301	0	0
СаСОз	0	0	0	0	0	1.41Е+07	0	0
МдС12	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ'НгО	1.07Е+07	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*2н2о	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬЧНгО	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС|2*6Н2О	0	2.87Е+07	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)С|	3.58Е+06	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0	8.22Е+06
МдО	0	0	0	0	0	0	5.68Е+06	0
МдНСОз*	0	0	2208.676	0	0	2208.676	0	0
5О2	0	0	0	0	0	0	0	0
ΝΟζ	0	0	0	0	0	0	0	0
N0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд'-	0	0	3.43Е+06	0	0	3.43Е+06	0	0
Са>	0	0	,225.309	0	0	1225.309	0	0
С1-	0	0	1.00Е+07	0	0	1.00Е+07	0	0
сох	0	0	110.963	0	0	110,963	0	0
НС Оз’	0	0	63.12	0	0	63.12	0	0
он-	ϋ	0	519.231	0	0	519.231	0	0
Сад Оз	0	0	0	0	0.023	0	0	0
$02	0	0	0	0	8.47Е+06	0	0	0

- 62 023492

Учет массы и энергии для моделирования примеров 14 и 15

Таблица 17а

Наименования технологических потоков	Топочный газ	НгО	НгО	ПарИС)	МдС1г»2	МдСЫНгО	МдС1гЗ|
РН
Температура (’С)	100	25	26	250	200.7	200	200
Абсолютное давление ('Фунтов на кв. дюйм)	15.76	1	14,696	14.696	15	14,696	14.696
Массовая доля пара	1	0	0.798	1	0.238	0	0.169
Массовая доля твердого вещества	0	0	0.186	0	0	1	0.289
Молярный поток (т/год)	1.37Е+08	1.00Е+07	1.58Е+08	1.69Е+07	2.31Е+07	4.08Е+07	3.26Е-Ю7
Объемный поток (галлон/мин)	62.21 Е+07	4569.619	4.91Е-Ю7	1.22Е+07	5.22Е+06	3828.933	5.33Е+06
Энтальпия (МВт)	-5353.92	4563.814	-13984.7	-2861.732	0	-11194.13	-10932.15
Плотность (ср унт/куб. фут)	0.063	62.249	0.091	0.04	0.126	303.28	0.174
НгО	6.85Е+06	1.00еЮ7	5.19Е+08	5.60Е+06 -	8.37Е+06	0	8.37Е+06
НС1	0	0	0	1.13Е+07	126899.9	0	126399.87
СОг	1.37Е+07	0	6.35Е+06	0	0	0	0
Ог	1.37Е+07	0	1.37Е+07	0	0	0	0
ν2	1.03Е+08	0	1.ОЗЕ+08	0	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0
МдС12	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ'НгО	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*2НгО	0	0	0	0	0	4.08Е+07	0
МдСкЧНгО	0	0	1.09Е+07	0	0	0	0
МдС12*6НгО	0	0	1.83Е+07	0	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)г	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз*	0	0	0.001	0	0	0	0
ЗОг	0	0	0	0	0	0	0
ΝΟί	0	0	0	0	0	0	0
МО	0	0	0	0	0	0	0
Мд>	0	0	0	0	3.74Е-Ю6	0	3.74Е+06
С1	0	0	0	0	1.09Е+07	0	1.09Е+07
СО?	0	0	0	0	0	0	0
НСОз-	0	0	0	0	0	0	0
он-	0	0	0	0	0	0	0
ЯОг	0	0	0	0	0	0	Э.24Е+06
МдЗЮз	0	0	0	0	0	0	174011.19

- 63 023492

Учет массы и энергии для моделирования примеров 14 и 15

Таблица 17Ь

Наименования технологических потоков “	МдСОз |	МдЗЮз	КХ2*Выпуск |	яог !	Суспензия	Твердый материал 1	Твердый материал 2
РН					.0834		6.24
Температура (аС)	26	25		209.7	60	250	95
Абсолютное давление (фунтов на кв. дюйм)	14.696	14.696		15	44.088	14.696	44.088
Массовая доля пара	9	0		0	0	0	0
Массовая доля твердого вещества	1	1		1	0.248	1	9.268
Молярный поток (т/год)	1.31Е+07	1.56Е+07	0	9.41 Е+06	1.71Е+08	2.39Е+07	3.39Е+07
Объемный поток (галлок/мин)	1985.546	2126.004		1613.601	178707.499	3828.933	8016.874
Энтальпия (МВт)	0	-6925.208	0	0	-18961.843	-7057.974	-12123.17
Плотность (фунт/куб. фут)	187.864	208.902		165.967	27.184	177,393	120.206
Η,Ο	0	0		0	5.19Е+06	0	1.00Е+07
НС1	9	0		0	0	0	0
со2	0	0		0	6.85Е+06	0	0
Ог	0	0		0	1.37Е+07	0	0
Ν2	0	0		0	1.03Е+08	0	0
МдСОз	1.31Е+07	0		0	1.31Е+07	0	0
МдСЬ	0	0		0	0	0	0
МдСк'НгО	9	о		0	0	0	0
МдОг^НгО	9	0		0	0	0	о
МдСЬЧНгО	0	0		0	1.09Е+07	0	0
МдСЬ’6 НгО	0	0		0	1.83Е+О7	0	0
Мд(ОН)С1	0	0		0	0	2.39Е+О7	0
Мд(ОН)г	0	0		9	0	0	9.07Е+06
	МдО	0	0		0	0	0	0
	МдНСОз*	0	0		0	0.001	0	0
	ЗОг	0	0		0	0	0	0
	Ν02	9	0		0	0	0	0
	N0	0	0		0	0	0	0
	Мд2*	0	0		9	0	0	3.78Е+06
	0·	0	0		0	0	0	1.10Е+07
	СОЗ2-	0	0		0	0	0	0
	НСОз’	0	0		0	0	0	0
	ОН-	0	0		0	0	0	0.029
	5Юг	0	0		Э.24Е+06	0	0	0
	МдЗЮз	0	1.56Е-Ю7		174911.19	0	0	0

- 64 023492

Учет массы и энергии для моделирования примеров 16 и 17

Таблица 18а

Наименования технологических -ь потоков	Топочный газ	НгО	НгО	Пар НС1	МдСЬ-2	МдС1г2Н2О	МдС12-51
РН			6.583
Температура (аС)	100	25	69.6	450	200	200	200
Абсолютное давление (фунтов на кв. дюйм)	1578	1	14.696	14.696	15	14.696	14.696
Массовая доля пара	1	0	0.004	1	0	0	0
Массовая доля твердого вещества	0	0	0	0	1	1	1
Молярный поток (т/год)	1.37Е+08	1.00Е+07	1.70Е+07	1.41Е+07	2.04Е+07	2.04Е+07	2.98е+07
Объемный поток (галлон/мин)	6.21Е+07	4569.619	40446.86	1.26Е+07	1914.466	1914.466	3522.292
Энтальпия (МВт)	-5853.92	-4563.814	-7633,28	-1728.6	0	-5597.066	-9628.072
Плотность (фунт/куб. фут)	0,063	62,249	11.94	0.032	303.28	303.28	240.308
НгО	685.Е+06	1.00Е+07	1.68Е+07	2.80Е+06	0	0	0
но	0	0	0	1.13Е+07	0	0	0
СОг	1.37Е+07	0	56280.04	0	0	0	0
Ог	1.37Е+07	0	18848.97	0	0	0	0
ν2	1.03Е+08	0	56346,51	0	0	0	0
МдСОз	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*Н2О	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г’2НгО	0	0	0	0	2.04Е+07	2.04Е+07	2.04Е+07
МдСЬЧНгО	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г*6Н2О	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)2	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0
МдНСО/	0	0	77.467	0 '	0	0	0
εο2	0	0	ΰ	0	0	0	0
νο2	0	0	0	0	0	0	0
N0	0	0	0	0	0	0	0
Мдг·	0	0	744.857	0	0	0	0
α-	0	0	0	0	0	0	0
со/-	0	0	1.19	0	0	0	0
НСОз-	0	0	3259.779	0	0	0	0
он-	0	0	0.109	0	0	0	0
ЯОг	0	0	0	0	0	0	9.34Е+06
Мд5Юз	0	0	0	0	0	0	0

- 65 023492

Учет массы и энергии для моделирования примеров 16 и 17

Таблица18Ь

Наименования технологических .х потоков	МдСОз	МдЗгОз	КХ2-Выпуек	ЯОг	Суспензия |	Твердый материал 1	Твердый материал 2
РН					6,583		8,537
Температура (°С)	59.6	25	60	200	60	450	95
Абсолютное давление («фунтов на ка. дюйм)	14.696	14.696	44.088	15	44.088	14.696	44.088
Массовая доля пара	0	0	1	0	0	0	0
Массовая доля твердого вещества	1	1	0	1	0.436	1	0.558
Молярный поток (т/год)	1.31Е+07	1.56Е-Ю7	1.23Е+06	9.34Е+06	3.01Е+07	6.27Е+О6	1.63Е+07
Объемный поток (галлон/мин)	1983.661	2126.004	1.76Е+07	1607.826	9945,342	797,11	5155,55
Энтальпия (МВт)	0	-6925.208	-1613.054	0	-12593.788	-2603.979	-7331.893
Плотность (фунт/куб, фут)	187,864	208.902	0.199	165.327	86.031	223.695	89.76
Н2О	0	0	0	0	1.68Е+07	0	7.20Е+06
НС1	0	0	0	0	0	0	0
СОг	0	0	6.78Е+06	0	55280.036	0	0
Ог	0	0	1.37Е+07	0	18848.966	0	0
Иг	0	0	1.03Е+08	а	56346.51	0	0
МдСОз	1.31Е+07	0	0	0	1.31Е+07	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’НгО	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*2НгО	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬМ'НгО	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’бНгО	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)г	0	0	0	0	0	0	9.07Е+06
МдО	0	0	0	0	0	6.27Е+06	0
МдНСО?	0	0	343,415	0	77.467	0	0
ЭОг	а	0	0	0	0	0	0
ΝΟϊ	0	0	0	0	0	0	0
N0	0	0	0	0	0	0	0
Мд2’	0	0	2722.849	0	744.857	0	14.282
а-	0	0	0	0	С	0	0
СО?	0	0	4.344	0	1.19	0	0
НСОг	0	0	14439.982	0	3259.779	0	0
он-	0	0	0.481	0	0.109	0	19.989
5Ю2	0	0	0	9.34Е+06	0	0	0
МдЗЮ$	0	1.56Е+07	0	0	0	0	0

- 66 023492

Учет массы и энергии для моделирования примеров 18 и 19

Таблица 19а

Наименования технологических . потоков	5	СаСЬ-гнЮ	Топочный газ δ	НгО	НС1	Зыпуск НС1	Пар НС(2	Пар НС1	Зыпуск НС1 2	Расплав 1	Расплав 2	Расплав 3
РН
Температура (°С)	200	160	100	25	250	100	349.1	349.1	160	160	160	100
Абсолютное давление (фунтов на кв. дюйм)	14.696	14.696	15.78	1	14.696	14.696	14.696	14.696	14.696	14,696	14.696	14.696
Массовая доля пара	0.378	0.473	1	0	1	1	1	1	1	0.311	0	0
Массовая доля твердого вещества	0.622	0	0	0	0	0	0	0	0	0.342		0.291
Молярный поток (т/гоя!	6.32Е+07	2.40Е+07	1.37Е+08	1.00Е+0 7	3.94Е+0 7	0.001	197Е+07	1.97Е+07	26.688	3.65Ε+Ό7	1.25Е+07	3.22Е+07
Объемный поток (галлон/мин)	2.29Е+07	1.02Е+07	6.21 Е+07	4569.619	3.64Е+0 7	0.001	1.82Е+07	1.32Е+07	11.834	1.02Е+07	1866.916	9636.543
Энтальпия (МВт)	-19530.7	-8042.026	-5853.92	4563.814	-11241.7	0	-5620.856	-5620.856	-0.002	-13498.19	-5456.154	12759.563
$И?ЬФУГ>	0.079	0.067	0.063	62.249	0.031	0.075	0.031	0.031	0.064	0.102	190.163	94.933
Н20	2.29Е+07	1.54Е+07	6.85Е+О6	1.00Ε+Ό 7	2.08Е-Ю 7	0	1.40Е+07	1.40Е+07	0	1.54Е+07	0	1.54Е+07
НС1	983310.7	0	0	0	1.13Е+0 7	0.001	5.67Е+06	5.67Е+06	26.688	26.688	0	0.001
СОг	0	0	1.37Е+07	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Ог	0	0	1.37Е+07	0	0	а	0	0	0	0	0	0
№	0	0	1.03Е+08	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ’НгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ*2НгО	3.73Е+07	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ'4НгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ'бНгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд[ОН)С1	2.07Е+06	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)г	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз’	0 '	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
ЗОг	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НОг	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
N0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд2’	0	2494.617	0	0	0	0	0	0	0	2494.617	0	1.89Е+06
Са2’	0	3.11Е+06	0	0	0	0	0	0	0	3.11Е+06	0	4128.267
С1-	0	5.51Е+06	0	0	0	0	0	0	0	5.51Е-Ю6	0	5.51 Е+06
сол	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НСОз-	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
он·	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СаЗЮз	0	0	0	0	0	0	0	0	0	11965.65 9	11965.65 9	0
ЭОг	0	0	0	0	0	0	0	0	0	4.67 Е+06	4.67Е+06	9.34Е+06
МдЗЮз	0	0	0	0	0	0	0	0	0	7.80Е-И36	7.60Е+06	36.743
Диопсид	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Доломит	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

- 67 023492

Учет массы и энергии для моделирования примеров 18 и 19

Таблица 19Ь

Наименования технологических^ потоков	МдСа510]	МдСЬ-Н	МдСЬ-Н	Рециркуляци»	Рециркуляция	5Юг	Суспензияί	Твердый материал	'вердый материал -1	Твердый материал* 2	Выпуск
РН							5.163			6.252
Температура <’С)	25	100	100	95	95	100	95	95	250	95	95
Абсолютное давление (фунтов на кв. дюйм)	14.696	14.696	14.696	14.695	14696	14696	14,696	14696	14696	14.696	14.696
Массовая доля пара	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
Массовая доля твердого вещества	1	0	1	0.828	1	1	0.317	1	1	0.268	0
Молярный поток (т/год)	168Е+О7	2.26Ё+07	4.74Е+07	5.73Е+07	1.58Е+07	9.34Е+06	1.95Е+08	1.43Е+07	2.39Е+07	3.39Е+07	1.23Е+08
Объемный поток	1063.002	8028.716	8412.597	13075.55	2804.199	1607.827	185622	2276.765	3828.933	8017.333	5.85Е+07
Энтальпия (МВт)	-7167.458	0	-16601-2	'21023.6	-5537.26	0	-27714.4	0	-7057.97	-12113.4	-1510.76
Плотность (фунт/куб. фут)	450.627	80,636	160.371	124.605	160.371	165.327	29.855	178.921	177.393	120.2	0.06
НгО	0	1.54Е+07	0	9.84Е+07	0	0	9.84Е+06	0	0	1.00Е-Ю7	0
НС1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СО2	0	0	0	0	0	0	6.85Е+06	0	0	0	6.85Е+06
Ог	0	0	0	0	, 0	0	1.37Е+07	0	0	0	1.37Е+07
N2	0	0	0	0	0	0	1.03Е+08	0	0	0	1.03Е+08
МдСЬ	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬ* НгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСИНгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г*4'Н2О	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*6 Н20	0	0	4.74Е+07	4.74Е+07	1.58Е+07	0	4.74Е+07	0	0	0	0
Мд(ОН)С1	0	0	0	0	0	0	0	0	2.39Е+07	0	0
Мд(ОН)г	0	0	0	12011.06	0	0	12011.06	0-	0	9.07Е+06	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз’	0	0	0	11.135	0	0	11,135	0	0	0	0
5Ог	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
ΝΟ2	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
N0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд2*	0	1.89Е+06	0	0	0	0	0	0	0	3.78Е+06	0
Са2’	0	4128.267	0	0	0	0	0	0	0	0	0
С1-	0	5.51Е+06	0	4.627	0	0	4627	0	0	1.10Е+07	0
СОз2-	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НСОз-	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
он-	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0.03	0
СаЗЮз	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
ЗЮг	0	0	0	0	0	9.34ЕН36	0	0	0	0	0
Мд 8 Юз	0	0	0	0	0	36,743	0	0	0	0	0

Наименования тех нол оги ческих^и потоков	МдСаЗО)	МдС1г~Н	МдСЬ-Н	Рециркуляции	Рециркуляция	5(0,	Суспензия	Твердый материал	Твердый материал -1	Твердый магериал- 2	Выпуск
Диопсид	1.68Е+07	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Доломит	0	0	0	0	0	0	1.43Е+07	1.43Е+07	0	0	0

- 68 023492

Учет массы и энергии для моделирования примеров 20 и 21

Таблица 20а

Наименования технологических, потоков	5	СэСЬ- 2НгО	Топочный газ	НгО	НС1	Выпуск НС1	Пар НС 12	ПарНС!	Зыпуск НС1 2	Расплав 1	Расплав 2	Расплав Λ
РН
Температура ГС)	200	160	100	25	450	100	449.5	449.5	160	160	160	100
Абсолютное давление (фунтов ка кв. дюйм}	14.696	14.696	15.78	1	14.696	14.696	14.696	14.696	14.696	14.696	14.696	14.696
Массовая доля пара	0.378	0.256	1	0	1	1	1	1		0.148	0	0
Массовая доля твердого вещества	0.622	0	0	0	0	0	0	0	0	0.423	1	0.371
Молярный поток (т/год)	3.16Е+07	1.70ЕЯ17	1.37Е+08	1.00Е+07	2.54Е+О7	0.006	1.27Е+07	1.27Е+07	10.275	2.95Е+О7	1.25Е+07	2.52Е+07
Объемный поток (галлон/мин)	1.14Е+07	3.91Е+06	6.21Е+07	4569.619	2.94Е+07	0.002	1.47Е+07	1.47Е+07	4.556	3.91Е+06	1866.915	6342.437
Энтальпия (МВт)	-9765.36	5388.055	-5853.92	4563.814	-5787.5	0	2893.751	2893.751	-.0001	10844.21	-5456.149	-9602.42
ЖВДчт)	0.079	0.124	0.063	62.249	0.025	0.075	0.025	0.025	0.064	0.215	190.163	112.823
НгО	1.15Е+07	8.41 Е+06	6.85Е+О6	1.00Е+07	1.40е+07	0	7.00Е+06	7.00Е+06	0	8.41 Е+06	0	8.41.Е+06
на	491655.4	0	0	0	1.13Е+07	0.006	5.67Е+06	5.67Е+06	10.275	10.275	0	0,006
СОг	0	0	1.37Е+07	0	0	0	0	0	0	О	0	0
Ог	0	0	1.37Е+07	0	0	0	0	0	0	0	0	0
№	0	0	1.03Е+08	0	0	0	0	0	0	0	0	0
ИдОг	0	0	0	0	0	0	I °	0	0	0	0	0
МдСЬ'н,0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*гНгО	1,86ΕΉ)7	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдОгЧНгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСУбНгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(0Н)С1	1.04Е+06	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)г	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдНСОз·	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
80г	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Ν02	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
N0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мдг·	0	2494.624	0	0	0	0	0	0	0	2494.624	0	1.89Е+06
Саг‘	0	3.11Е+06	0	0	0	0	0	0	0	3.11 Е+06	0	4119.258
СЬ	0	5.51 Е+06	0	0	0	0	0	0	0	5.51 Е+06	0	5.51 Е+06
<эд-	0	0	0 .	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НСОз	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
ОН	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СаЗЮз	0	0	0	0	0	0	0	0	0	11939.547	11939.547	0
ЯОг	0	0	0	0	0	0	0	0	0	4.67Е+06	4.67Е+06	9.34Е-Ю6
МдСЮэ	0	0	0	0	0	0	0	0	0	7.80Е+06	7.80Е+06	14.153
Диопсид	0	0 .	0	θ	0	0	0	0	0	0	0	0
Доломит	0	0	0		0	I °	0	0	0	θ	0	0

- 69 023492

Учет массы и энергии для моделирования примеров 20 и 21

Таблица 20Ь

Наименования технологических . потоков '	МдСаЗ|0з	МдС1г-Н	МдСЬ-Н	^циркуляция	Рециркуляция	ЗЮ2	Суспензия	Твердый материал	Твердый материал -1	Т вердый материал2	Выпуск
РН				-0.879			5.271			8.545
Температура (6С)	25	100	100	95	95	100	95	95	450	95	95
Абсолютное давление (Фунтов на кв. дюйм)	14.696	14.696	14.696	14.696	14.696	14.696	14.696	14.696	14.696	14.696	14.696
Массовая доля пара	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
Массовая доля твердого вещества	1	0	1	0	0.484	1	1	0.177	1	1	0.558
Молярный поток (т/год)	1.68Е+07	1.58Е+07	1.58Е+С7	3.27Е+07	1.58ЕЮ7	9.34Е+06	1.70Е+08	1.43Е+07	6.27Е+06	1.63Е+07	1.23Е+08
Объемный поток (галлон/ммн)	1063.002	4734.61	2804.199	10786.59	2804.199	1607.826	133332,5	2276.772	797,11	5155,892	5.85Е+07
Энтальпия (МВт)	-7167.458	0	-5533.74	-13087	-5537,26	0	-19788.2	0	-2803.98	-7331,92	-1510,64
Плотность (фунт/куб. фут)	450.627	94.994	160.371	86.167	160,371	165.327	26.409	178.921	223.695	89.754	0.06
НгО	0	8.41Е+06	0	1.68Е+07	0 '	0	168Ε+07	0	0	7.20Е+06	0
НС1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СОг	0	0	0	0	0	0	6.85Е+06	0	0	0	6.85Е-Ю6
Ог	0	0	0	0	0	0	1.37Е+07	0	0	0	1.37Е+07
Нг	0	0	0	0	0	0	1.03Е+08	0	0	0	1.03Е+08
МдС1г	0	0	о	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСГНгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС1г*2НгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдСЬЧНгО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
МдС12*6НгО	0	0	1.58Е+07	1.58Е+О7	1.58Е+07	0	1.58Е+07	0	0	0	0
Мд(0Н)С1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд(ОН)г	0	0	0	11678.01	0	0	11678.01	0	0	9.07Е+06	0
МдО	0	0	0	0	0	0	0	0	6.27Е+06	0	0
МдНСОз*	0	0	0	908.901	0	0	908.901	0	0	0	0
ЗО2	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
ΝΟι	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
N0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Мд’*	0	1.89Е+06	0	0	0	0	0	0	0	14.555	0
Саг+	0	4119.258	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СК	0	5.51 Е+06	0	377.667	0	0	377.667	0	0	0	0
СОз’-	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
НСОз-	0	0	0	0.006	0	0	0.006	0	0	0	0
он-	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
СабЮз	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
ЗЮг	0	0	0	0	0	9.34Е+06	0	0	0	0	0
МдйОз	0	0	0	0	0	14.153	0	0	0	0	0
Диопсид	1.68Е+07	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Доломит	0	0	0	0	0	0	1.43Е+07	1.43Е+07

Пример 22. Разложение других солей.

Термическое разложение других солей исследовано в лабораторных условиях. Краткий обзор некоторых результатов исследований представлен в приведенной ниже таблице.

Таблица 21

Разложение других солей

Соль	Температура (”С)	Время (минут)	Результаты
Мд (ΝΟ3) 2	400	30	63% разложение. Реакция представляет собой Мд (ЫОз) г-»МдО+2НО2+ЧО2
Мд(ЫО3)2	400	45	64% разложение
Мд(МО3)2	400	90	100% разложение
Мд <ЫОЭ) 2	400	135	100% разложение
Са (Ν03) г	400	30	<25% разложение. Реакция представляет собой Са (ЫО3) 2^СаО+2ЫО2+^0г
Са(№0з)г	600	50	61% разложение
Са (МО3) г	600	В течение ночи	100% разложение
ЫС1	450	120	~0% разложение

- 70 023492

Пример 22. Модели разложения в двух, трех и четырех камерах.

Табл. 22 (см. ниже) представляет сравнение четырех конфигураций, соответствующих фиг. 31-34. Представлены число и описание камер, расход тепла в мегаваттах (МВт), процентная доля тепла от определенного источника и уменьшение потребления внешнего тепла в кВт-ч на тонну СО₂ вследствие наличия тепла от других реакций в процессе, а именно реакций хлористо-водородной кислоты с силикатными минералами и конденсации хлористо-водородной кислоты. На фиг. 34 также представлен пример горячего топочного газа из использующей природный газ электростанции открытого цикла.

Пример 23. Сопоставление конечных и исходных минеральных веществ в случае угля.

Для данного исследования с использованием топочного газа от угольной электростанции табл. 23 представляет, что объем конечных минералов (известняк и песок) составляет 83% от объема исходных минералов (уголь и иносиликат). В табл. 23 приведен краткий обзор результатов на основании угольной электростанции мощностью 600 МВт; суммарное количество 4,66 млн т СО₂ включает СО₂ для требуемого в процессе тепла.

Пример 24. Сопоставление конечных и исходных минеральных веществ в случае природного газа.

Для данного исследования с использованием топочного газа от угольной электростанции приведенная ниже табл. 24 представляет, что объем конечных минералов составляет 92% от объема исходных минералов. В табл. 24 приведен краткий обзор результатов на основании использующей природный газ электростанции; суммарное количество 2,41 млн. тонн СО₂ включает СО₂ для требуемого в процессе тепла.

Таблица 22

Результаты разложения в двух, трех и четырех камерах

	Описание камер
Пример	Число камер	Предварительное нагревание холодного топочного лаза	Предвари- тельное	Предварительное нагревание реактора для растворения минералов	Разложение
от пара	Реакция с силикатом	Получение тепла за счет НС1
Фиг. 31. Предварительное нагревание холодного топочного газа	3
Тепло (МВт)	63.9	не использовано	286	563	86.8
Процент суммарного тепла	8.2%	использовано	28.0%	55.2%	8.5%
Уменьшение (кВтч/т)	-5067	не использовано	-1727.4	-3400.5	Уменьшение отсутствует
Фиг. И. Предварительное нагрвВчнИ® холодного топочного га» и пера	4
Тепло (МВт)	83.9	8.7	286	563	82.2
Процент суммарного тепла	8.2%	0.8%	27.9%	55.0%	8.0%
Уменьшение (кВт*ч/т)	-506.7	-52.5	-1727.4	-3400.5	Уменьшение отсутствует
Фиг. 33. Использование только природного газа	2
Тепло (МВт)	не использовано	использован©	279	586	129.3
Процент суммарного тепла	не использовано	не использовано	28%	59%	13%
Уменьшение (кВт*ч/т)	не использовано	не использовано	-1685.1	-3539.4	Уменьшение отсутствует
Фиг. 34 Использование только горячего топочного газа	2
Тепло (МВт)	н« использовано	не использовано	243	512	112.9
Процент суммарного тепла	использовано	использовано	28%	59%	13%
Уменьшение (кВт*ч/т)	не использовано	использовано	-1467.7	-3092.4	-681.9

Таблица 23

Сравнение объема исходных минералов и объема конечных минералов при использовании угля

	Метрические единицы	Английские единицы
Параметр	Объемная плотность (т/м5)	Масса (млн. тонн в год)	Объем (млн. м5 в год)	Масса (млн. коротких тонн в год)	Объем (млн. куб. футов в год)
Уголь	0.8	1.57	1.97	1.73	69.5
СавЮз	0.71	12.30	17.32	13.56	611.8
Соа1 + СаЗЮз					681.25
СаСОз	0.9	10.60	11.78	11.68	415.9
5Юг	1.5	6.35	4.23	7.00	149.5
СаСОз + 81О2	п/а	16.95	16,01	18.68	565.4
Соотношение объемов исходных и конечных минералов =	83.00%

- 71 023492

Таблица 24

Сравнение объема исходных минералов и объема конечных минералов при использовании природного газа

	Метрические единицы	Английские единицы
Параметр	Объемная плотность (т/м3)	Масса (млн. тонн в год)	Объем (млн. м3 в год)	Масса (млн. коротких тонн в год)	Объем (млн. куб. футов в год)
Уголь	0.8	1.57	1.97	1.73	69.5
СаЯЮз	0.71	12.30	17.32	13.56	611.8
Соа1 + Са8Ю3					681.25
СаСОз	0,9	10.60	11,78	11.68	415.9
8Ю2	1.5	6.35	4.23	7.00	149.5
СаСОз + δϊΟί	п/а	16.95	16.01	18.68	565.4
Соотношение объемов исходных и конечных минералов -	83.00%

Все способы, которые описаны и заявлены в настоящем документе, можно осуществлять и выполнять без излишнего Все способы, которые описаны и заявлены в настоящем документе, можно осуществлять и выполнять без излишнего экспериментирования в свете настоящего изобретения. Хотя композиции и способы согласно настоящему изобретению описаны в отношении конкретных вариантов его осуществления, специалистам в данной области техники будет очевидно, что можно вносить изменения в данные способы и их стадии или в последовательность стадий способов, описанных в настоящем документе, без отклонения от концепции, идеи и объема настоящего изобретения. Все такие аналогичные изменения и модификации, которые являются очевидными для специалистов в данной области техники, считаются соответствующими идее, объему и концепции настоящего изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

Список литературы

Следующая литература, в такой степени, насколько она содержит примерные процедурные или другие подробности, дополняющие те, которые изложены в настоящем документе, определенно включается в настоящий документ посредством ссылки.

Предварительная патентная заявка США № 60/612355.

Предварительная патентная заявка США № 60/642698.

Предварительная патентная заявка США № 60/718906.

Предварительная патентная заявка США № 60/973948.

Предварительная патентная заявка США № 61/032802.

Предварительная патентная заявка США № 61/033298.

Предварительная патентная заявка США № 61/288242.

Предварительная патентная заявка США № 61/362607.

Патентная заявка США № 11/233509.

Патентная заявка США № 12/235482.

Патентная публикация США № 2006/0185985.

Патентная публикация США № 2009/0127127.

Патент США № 7727374.

Международная патентная заявка № РСТ/И808/77122.

ОоМЬегд и др., Материалы первой национальной конференции по связыванию углерода, 14-17 мая 2001 г., Вашингтон, округ Колумбия, секция бс, Министерство энергетики США, Национальная лаборатория энергетических технологий, доступно по адресу:

Ьйр://№№№.пеЙ.йое.доу/риЬ11са11ОИ5/ргосееЙ1пд5/01/сагЬопкец/6с 1 .рГ Материалы первой национальной конференции по связыванию углерода, 14-17 мая 2001 г., Вашингтон, округ Колумбия. Министерство энергетики США, Национальная лаборатория энергетических технологий. Компакт-диск СО-КОМ И8ООЕ/НЕТЬ-2001/1144; также доступно по адресу:

Ьйр://№№№.пеЙ.0ое.доу/риЬ11са11оп5/ргосееЙ1пд5/01/сагЬоп5ед/сагЬопкед01.Ыш1.

Claims (92)

1 2 3 4 5 6 <Ρ4945ΜΙ> 437949-1Α1 <2Τ(0)=0.05>

I #437949-1ΑΟ ои <О7-0239>Бр\цитсинт. - Мд (ОН) 2 и_ь ^{1 -}-¹--- 1 —^{1 1 111} 1-----^1,1 Ί-^1-1 <04-0829>Периклаз синт. - МдО ^—---1-г——Г-—1-----1

2Θ (°) Фиг. 11

1. Способ связывания диоксида углерода, включающий:

(a) реакцию галогенидной, сульфатной или нитратной соли на основе первого катиона или ее гидрата с водой в первой смеси в условиях, подходящих для образования первой смеси продуктов, включающей первый продукт стадии (а), содержащий гидроксид на основе первого катиона, оксид на основе первого катиона и/или гидроксихлоридную соль на основе первого катиона, и второй продукт стадии (а), содержащий НС1, Н₂§О₄ или НЫО₃;

(b) смешивание части или всего количества первого продукта стадии (а) с галогенидной, сульфатной или нитратной солью на основе второго катиона или ее гидратом и диоксида углерода во второй смеси в условиях, подходящих для образования второго продукта, причем смесь включает первый продукт стадии (Ь), содержащий галогенидную, сульфатную и/или нитратную соль на основе первого катиона или ее гидрат, второй продукт стадии (Ь), содержащий карбонатную соль на основе второго катиона, и третий продукт стадии (Ь), содержащий воду; и (c) отделение некоторой части или всей карбонатной соли на основе второго катиона от второй смеси продуктов, в результате чего диоксид углерода связывается в форме минерального продукта.

2. Способ по п.1, в котором галогенидная соль на основе первого катиона или ее гидрат на стадии (a) представляет собой хлоридную соль на основе первого катиона или ее гидрат и второй продукт стадии (а) представляет собой НС1.

3. Способ по любому из пп.1, 2, в котором галогенидная соль на основе первого катиона или ее гидрат на стадии (Ь) представляет собой хлоридную соль на основе первого катиона или ее гидрат.

4. Способ по п.2, в котором хлоридная соль на основе первого катиона или ее гидрат на стадии (а) представляет собой МдС12.

5. Способ по п.4, в котором хлоридная соль на основе первого катиона или ее гидрат на стадии (а) представляет собой гидратированную форму МдС12.

6. Способ по п.5, в котором хлоридная соль на основе первого катиона или ее гидрат на стадии (а) представляет собой МдС1₂-6Н₂О.

7. Способ по любому из пп.1-6, в котором гидроксид на основе первого катиона на стадии (а) представляет собой Мд(ОН)₂.

8. Способ по любому из пп.2-6, в котором гидроксихлоридная соль на основе первого катиона на стадии (а) представляет собой Мд(ОН)С1.

9. Способ по п.8, в котором первый продукт стадии (а) включает Мд(ОН)С1.

10. Способ по п.8, в котором первый продукт стадии (а) включает более чем 90 мас.% Мд(ОН)С1.

11. Способ по п.8, в котором первый продукт стадии (а) представляет собой Мд(ОН)С1.

12. Способ по любому из пп.1-6, в котором оксид на основе первого катиона на стадии (а) представляет собой МдО.

13. Способ по любому из пп.1-12, в котором галогенидная соль на основе второго катиона или ее гидрат на стадии (Ь) представляет собой хлоридную соль на основе второго катиона или ее гидрат.

14. Способ по п.13, в котором хлоридная соль на основе второго катиона представляет собой СаС1₂.

15. Способ по любому из пп.3-12, в котором хлоридная соль на основе первого катиона на стадии (b) представляет собой МдС12.

16. Способ по п.15, в котором хлоридная соль на основе первого катиона на стадии (Ь) представляет собой гидратированную форму МдС12.

17. Способ по п.15, в котором хлоридная соль на основе первого катиона на стадии (Ь) представляет собой МдС1₂-6Н₂О.

18. Способ по любому из пп.1-17, в котором некоторая часть или все количество воды на стадии (а) присутствуют в форме пара или сверхкритической воды.

19.8 масс. % = 100%Мд0

19. Способ по любому из пп.1-18, в котором некоторую часть или все количество воды на стадии (а) получают из воды на стадии (Ь).

20. Способ по любому из пп.1-19, в котором стадия (Ь) дополнительно включает добавление гидроксида натрия во вторую смесь.

21. Способ по любому из пп.1-20, дополнительно включающий (б) смешивание содержащего силикаты металлов II группы минерала с НС1 в условиях, подходящих для образования третьей смеси продуктов, включающей хлоридную соль металлов II группы, воду и диоксид кремния.

22. Способ по п.21, в котором некоторую часть или все количество НС1 на стадии (б) получают на стадии (а).

23. Способ по п.21, в котором стадия (б) дополнительно включает перемешивание содержащего силикаты металлов II группы минерала с НС1.

24. Способ по любому из пп.21-23, в котором извлекают некоторую часть или все количество тепла, полученного на стадии (б).

25. Способ по любому из пп.21-24, в котором некоторая часть или все количество хлоридной соли

26. Способ по любому из пп.21-25, дополнительно включающий стадию разделения, на которой диоксид кремния отделяют от хлоридной соли металлов II группы, полученной на стадии (ά).

27. Способ по любому из пп.21-26, в котором некоторую часть или все количество воды на стадии (а) получают из воды на стадии (ά).

28. Способ по любому из пп.21-26, в котором содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (ά) включает иносиликат металлов II группы.

29. Способ по любому из пп.21-26, в котором содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (ά) включает Са81О₃.

30. Способ по любому из пп.21-26, в котором содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (ά) включает Мд8Ю₃.

31. Способ по любому из пп.21-26, в котором содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (ά) включает оливин Мд₂[ЗЮ₄].

32. Способ по любому из пп.21-26, в котором содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (ά) включает серпентин Мд₆(ОН)₈[§1₄О1₀].

33. Способ по любому из пп.21-26, в котором содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (ά) включает сепиолит Мд₄[(ОН)₂§1₆О1₅]-6Н₂О, энстатит Мд₂[§1₂О₆], диопсид СаМд[§1₂О₆] и/или тремолит Са₂Мд₅{[ОН]§1₄Оц}₂.

34. Способ по любому из пп.21-26, в котором силикат металлов II группы дополнительно включает силикаты железа и/или марганца.

35. Способ по п.34, в котором силикат железа представляет собой фаялит Ре₂[8Ю₄].

36. Способ по любому из пп.3-35, в котором некоторая часть или все количество хлоридной соли на основе первого катиона, полученной на стадии (Ь), представляет собой хлоридную соль на основе первого катиона, используемую на стадии (а).

37.8 масс.% = Ю0% МдОНС!

37. Способ по любому из пп.1-36, в котором диоксид углерода находится в форме топочного газа, где топочный газ дополнительно включает Ν2 и Н2О.

38. Способ по любому из пп.1-37, в котором подходящие условия реакции на стадии (а) включают температуру, составляющую от 200 до 500°С.

39. Способ по п.38, в котором температура составляет от 230 до 260°С.

40. Способ по п.38, в котором температура составляет 250°С.

41. Способ по п.38, в котором температура составляет от 200 до 250°С.

42. Способ по п.38, в котором температура составляет 240°С.

43. Способ по любому из пп.1-37, в котором подходящие условия реакции на стадии (а) включают температуру, составляющую от 50 до 260°С.

44. Способ по п.43, в котором температура составляет от 90 до 260°С.

45. Способ по п.44, в котором температура составляет от 90 до 230°С.

46.9 масс.% =

46. Способ по п.45, в котором температура составляет 130°С.

47. Способ по любому из пп.1-37, в котором подходящие условия реакции на стадии (а) включают температуру, составляющую от 400 до 550°С.

48. Способ по п.47, в котором температура составляет от 450 до 500°С.

49. Способ по любому из пп.1-37, в котором подходящие условия реакции на стадии (Ь) включают температуру, составляющую от 20 до 100°С.

50. Способ по п.49, в котором температура составляет от 25 до 95°С.

51. Способ по любому из пп.21-37, в котором подходящие условия реакции на стадии (ά) включают температуру, составляющую от 50 до 200°С.

52. Способ по п.51, в котором температура составляет от 90 до 150°С.

53. Способ связывания диоксида углерода, включающий:

(a) смешивание хлоридной соли магния и воды в первой смеси в условиях, подходящих для образования (ί) гидроксида магния, оксида магния и/или Мд(ОН)С1 и (ίί) хлористого водорода;

(b) смешивание (ί) гидроксида магния, оксида магния и/или Мд(ОН)С1, (ίί) СаС1₂ и (ίίί) диоксида углерода во второй смеси в условиях, подходящих для образования (ίν) карбоната кальция, (ν) хлоридной соли магния и (νί) воды; и (c) отделение карбоната кальция от второй смеси, в результате чего диоксид углерода связывается в форме минерального продукта.

54. Способ по п.53, в котором некоторая часть или все количество хлористого водорода на стадии (а) смешивают с водой для получения хлористо-водородной кислоты.

55. Способ по п.53, в котором некоторую часть или все количество гидроксида магния, оксида магния и/или Мд(ОН)С1 для стадии (Ь)(1) получают на стадии (а)(1).

56. Способ по п.53, в котором некоторая часть из всего количества воды на стадии (а) присутствует в форме гидрата хлоридной соли магния.

57. Способ по п.53, в котором стадию (а) осуществляют в одном, двух или трех реакторах.

58. Способ по п.53, в котором стадию (а) осуществляют в одном реакторе.

59. Способ по п.53, в котором гидроксид магния, оксид магния и/или Мд(ОН)С1 на стадии (а)(1) содержит более чем 90 мас.% Мд(ОН)С1.

60. Способ по п.53, в котором хлоридная соль магния содержит более чем 90 мас.% МдС1₂-6Н₂О.

61. Способ по любому из пп.53-60, дополнительно включающий (б) смешивание содержащего силикаты металлов II группы минерала с хлористым водородом в условиях, подходящих для образования хлоридной соли металлов II группы, воды и диоксида кремния.

62. Способ по п.61, в котором некоторая часть или все количество хлористого водорода на стадии (б) получают на стадии (а).

63. Способ по п.61, в котором стадия (б) дополнительно включает перемешивание содержащего силикаты металлов II группы минерала с хлористо-водородной кислотой.

64. Способ по п.61, в котором часть или все количество хлоридной соли магния на стадии (а) получают на стадии (б).

65. Способ по п.61, дополнительно включающий стадию разделения, на которой диоксид кремния отделяют от хлоридной соли металлов II группы, полученной на стадии (б).

66. Способ по п.61, в котором некоторую часть или все количество воды на стадии (а) получают из воды на стадии (б).

67. Способ по п.61, в котором содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (б) включает иносиликат металлов II группы.

68. Способ по п.61, в котором содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (б) включает Са8Ю₃.

69. Способ по п.61, в котором содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (б) включает Мд8Ю₃.

70. Способ по п.61, в котором содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (б) включает оливин.

71. Способ по п.61, в котором содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (б) включает серпентин.

72. Способ по п.61, в котором содержащий силикаты металлов II группы минерал на стадии (б) включает сепиолит, энстатит, диопсид и/или тремолит.

73. Способ по п.61, в котором силикат металлов II группы дополнительно включает минерализованное железо и/или марганец.

- 73 023492 на основе второго катиона на стадии (Ь) представляет собой хлоридную соль металлов II группы на стадии (ά).

74. Способ по любому из пп.53-66, в котором стадия (Ь) дополнительно включает добавление СаС1₂ и воды во вторую смесь.

Фиг. 1

- 74 023492

- 75 023492

Фиг. 2

Фиг. 3

- 76 023492

Фиг. 5

Фиг. 6

- 77 023492

Фиг. 8

- 78 023492

Фиг. 9

Фиг. 10

- 79 023492 :-2ξ

-·5

600

500

400

300

200

100

- 80 023492

Фиг. 13

Фиг. 14

- 81 023492

Фиг. 15

Фиг. 16

- 82 023492

Фиг. 17

Фиг. 18

- 83 023492

Фиг. 19

Фиг. 20

- 84 023492

Фиг. 21

Фиг. 22

- 85 023492

О Абсолютное давление _ (фунтов на кв. дюйм) ) 7 Массовая скорость потока •—· (фунт/час!

|ι Паровая фракция

Фиг. 23

Фиг. 24

Фиг. 25

Са5Ю_э-МдО/Ю/

Топочный ПОЛОЛ,, газ при Уголь

--о- СаЗЮ₃-МдОНС!

Τοπθ™ зет Уголь

СаЗЮз-МдОНС!

Уголь

СаЗЮз -МдОНС! т™_{ЙЖСуголь} -*-ОаЗЮ₃~ МдОНС!

Топочный сслол ,, гад при ОМ О УГОЛЬ

-о-СаЗЮз-МдО

Топочный ₅₅^_С газ при

- + -Са5Ю₃-МдОНС/

Топочный КПП°Г Прмролгаз при ^{ииУ и} ный газ — ШЪ-МдО

Топочный РДДОЛ Прнродгаз при ОМ I/ный газ

-о- Ма5Ю₃ - МдОНС/

Топочный ЛЛЛоЛ газ при М1СУ<°ль •п- Ш-МдОНС!

Топочный ₃₆₀о_Суголь газ при ”

-д- МдЭД-МдОНС/

Топочный ^^о^ _уголь газ при ^м

Мд5Ю₃ -МдОНС/

Топочный ШД _Уголь газ при

-*-Мд$!О₃-МдОНС/

Топочный гслол _Уголь газ при

-о-Мд8Ю,-М^) то_1Юч.пяй₅₅₀о_С газ при ^{σνυ и}

- + - Мд®0₃ -МдО

Топочный СДДсЛ Природ, аз при ^оиу ный газ — Шг МдОНС/

Топочный ДДДол Природгазлри Μν ν _нь,й

- 86 023492

Фиг. 26

- 87 023492

Фиг. 29

Разложение МдС1*6Н/) при 500°С через 1 час

Нормированная исходная масса ( ιό

Нормированная конечная масса (%)

- 88 023492

Фиг. 31

- 89 023492

Фиг. 32

- 90 023492

Фиг. 33

- 91 023492

Фиг. 34

Фиг. 34

- 92 023492

Нагреватель картриджа *

Фиг. 35

Фиг. 36

Фиг. 37