EA043775B1 - LONG-TERM STORAGE OF CARBON DIOXIDE - Google Patents
LONG-TERM STORAGE OF CARBON DIOXIDE Download PDFInfo
- Publication number
- EA043775B1 EA043775B1 EA202092615 EA043775B1 EA 043775 B1 EA043775 B1 EA 043775B1 EA 202092615 EA202092615 EA 202092615 EA 043775 B1 EA043775 B1 EA 043775B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- ikaite
- aqueous solution
- solution
- carbonate
- crystals
- Prior art date
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 88
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title description 44
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title description 44
- 230000007774 longterm Effects 0.000 title description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 114
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 91
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 49
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 30
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 30
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 27
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 claims description 17
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 7
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 4
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 4
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 claims description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 4
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims 2
- -1 CaCl 2 Substances 0.000 claims 1
- 241000255969 Pieris brassicae Species 0.000 claims 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 claims 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 claims 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 claims 1
- 235000015320 potassium carbonate Nutrition 0.000 claims 1
- 235000011181 potassium carbonates Nutrition 0.000 claims 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 23
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 18
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 16
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 14
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 7
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 7
- 125000005587 carbonate group Chemical group 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 7
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 7
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 5
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 3
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 3
- 241000894007 species Species 0.000 description 3
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N Potassium ion Chemical compound [K+] NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 2
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 2
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 2
- 239000011545 carbonate/bicarbonate buffer Substances 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001085 differential centrifugation Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 2
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000014653 Carica parviflora Nutrition 0.000 description 1
- 241000243321 Cnidaria Species 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001602876 Nata Species 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- UHZZMRAGKVHANO-UHFFFAOYSA-M chlormequat chloride Chemical compound [Cl-].C[N+](C)(C)CCCl UHZZMRAGKVHANO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 239000006174 pH buffer Substances 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M potassium hydrogencarbonate Chemical compound [K+].OC([O-])=O TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 206010037844 rash Diseases 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 239000011833 salt mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Description
Область техникиField of technology
Изобретение касается области чистых технологий. В частности, изобретение касается области снижения СО2 в окружающей среде, захвата СО2 и хранения СО2 в стабильном твердом продукте.The invention relates to the field of clean technologies. In particular, the invention relates to the field of reducing CO2 in the environment, capturing CO2 and storing CO2 in a stable solid product.
Уровень техники изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION
Есть общее согласие в том, что происходит глобальное изменение климата, и свидетельства показывают, что основной причиной этого являются антропогенные выбросы парниковых газов в атмосферу.There is general agreement that global climate change is occurring, and evidence shows that man-made emissions of greenhouse gases into the atmosphere are a major cause.
Диоксид углерода (СО2) является парниковым газом, поглощающим тепло из солнечного излучения в атмосфере. Увеличивающиеся уровни СО2 и других парниковых газов выделяются в атмосферу и приводят к увеличению глобальных температур, а также подкислению океанов. СО2 главным образом выделяется из-за человеческой активности, такой как сжигание ископаемого топлива, промышленная активность и сокращение лесов, а также из-за природных вкладов, таких как, например, вулканические извержения и биологическое дыхание. Продолжающееся увеличение уровней атмосферного СО2 привело к глобальному изменению климата, включая более высокие глобальные температуры. Так как из-за увеличенных уровней СО2 растет температура, меняются глобальные характеристики погоды, вызывая более сильные штормы в тропиках, ветры, обильные дожди и таяние ледяных шапок, приводящее к увеличению уровня моря, если упоминать некоторые последствия.Carbon dioxide (CO2) is a greenhouse gas that absorbs heat from solar radiation in the atmosphere. Increasing levels of CO2 and other greenhouse gases are being released into the atmosphere and causing global temperatures to rise as well as ocean acidification. CO2 is mainly released due to human activities such as the burning of fossil fuels, industrial activity and deforestation, as well as natural contributions such as volcanic eruptions and biological respiration. Continued increases in atmospheric CO2 levels have led to global climate change, including higher global temperatures. As temperatures rise due to increased CO2 levels, global weather patterns change, causing stronger storms in the tropics, winds, heavy rainfall and melting ice caps leading to rising sea levels, to name a few consequences.
Кроме того, поглощение увеличенного уровня атмосферного СО2 океанами снижает уровни рН, причиняя ущерб многим важным морским экосистемам. Подкисление океана, например, влияет на коралловые рифы во всех тропиках, и, так как рифы представляют источник пищи для миллионов людей, а также являются предметами индустрии на миллионы долларов, включая рыболовство и туризм, сообщества, а также природные экосистемы очень уязвимы к воздействию увеличенных уровней СО2.In addition, the absorption of increased levels of atmospheric CO2 by the oceans lowers pH levels, causing damage to many important marine ecosystems. Ocean acidification, for example, is affecting coral reefs throughout the tropics, and because reefs provide food for millions of people as well as millions of dollars of industry, including fishing and tourism, communities as well as natural ecosystems are highly vulnerable to the impacts of increased CO2 levels.
Последствия глобальных изменений климата, уже наблюдаемые, а также прогнозируемые, являются очень суровыми и увеличили обширную научную, публичную и политическую осведомленность, приводя к глобальным усилиям по борьбе с изменением климата, направленной на снижение выбросов СО2, остановку или даже обращение глобальных изменений климата. Международные политические соглашения сейчас добиваются ускорения и интенсификации действий и инвестиций, необходимых для устойчивого низкоуглеродного будущего.The consequences of global climate change, already observed as well as predicted, are very severe and have increased extensive scientific, public and political awareness, leading to global climate change efforts aimed at reducing CO2 emissions, stopping or even reversing global climate change. International policy agreements are now pushing to accelerate and intensify the actions and investments needed for a sustainable low-carbon future.
Кроме ограничения количества СО2, выделяемого в атмосферу, также были проделаны большие исследования и многочисленные усилия на захват и сохранение СО2-Несколько компаний сейчас имеют разработанные системы, выполняющие прямой захват углерода из атмосферы. Однако СО2 в большинстве случаев сохраняется в виде сжатого газа и повторно применяется в промышленности, что заканчивается его повторным выделением в атмосферу. Другие попытки были сделаны для сохранения захваченного СО2 путем изоляции в геологических формациях, причем недостатком является высокое потребление энергии и опасность утечки газов обратно в атмосферу.In addition to limiting the amount of CO 2 released into the atmosphere, there has also been a lot of research and effort into capturing and storing CO 2 - several companies now have systems designed to directly capture carbon from the atmosphere. However, CO 2 is in most cases stored as a compressed gas and reused in industry, which ends up being re-released into the atmosphere. Other attempts have been made to store captured CO2 by sequestering it in geological formations, with the disadvantage of high energy consumption and the risk of gases leaking back into the atmosphere.
Икаит (СаСО3-6Н2О), гидратированная форма кальцита, представляет собой минерал, который существует в уникальных туфовых колоннах в Икка-фьорде в юго-западной Гренландии. Синтез икаита был ранее выполнен в лабораторном масштабе, однако только в небольших количествах, на протяжении длительных периодов времени и давал только очень небольшие кристаллы размером порядка 20-100 мкм. Синтез выполняли главным образом, чтобы изучить свойства природных систем, где имеется икаит, и выполняли различными путями: путем быстрого смешения растворов, прямого или путем погружения в непрерывно перемешиваемый раствор. Иногда эти смеси оставляли, чтобы позволить протекать кристаллизации в течение недель или месяцев, обычно всегда получая низкий выход икаита в форме очень небольших кристаллов. Однако к настоящему моменту не было возможно получать икаит в количествах и условиях, которые делают реалистичным практическое использование икаита для каких-либо целей. Эти предыдущие исследования получения икаита смотри, например, в Hu Y-B et al. (2014), Marine Chemistry 162: 10-18 и Stockmann G et al. (2018), Applied Geochemistry 89: 11-22.Ikaite (CaCO 3 -6H2O), a hydrated form of calcite, is a mineral that exists in unique tuff columns in Ikkafjord in southwest Greenland. Synthesis of ikaite has previously been carried out on a laboratory scale, but only in small quantities over long periods of time and yielded only very small crystals on the order of 20-100 µm. The synthesis was carried out mainly to study the properties of natural systems where ikaite is present, and was carried out in various ways: by rapid mixing of solutions, direct or by immersion in a continuously stirred solution. Sometimes these mixtures were left to allow crystallization to proceed for weeks or months, usually always producing a low yield of ikaite in the form of very small crystals. However, to date it has not been possible to obtain ikaite in quantities and conditions that make the practical use of ikaite for any purpose realistic. For these previous studies on the production of ikaite, see, for example, Hu YB et al. (2014), Marine Chemistry 162: 10-18 and Stockmann G et al. (2018), Applied Geochemistry 89: 11-22.
US 2016/0121298 раскрывает способ получения карбонатного материала, изолирующего СО2, в котором источник двухвалентных катионов (такой как жидкость, содержащая Са2+) вводят в текущую водную жидкость, содержащую бикарбонат или карбонат. US 2016/0121298 не упоминает каких-либо конкретных этапов или параметров способа для приготовления икаита в противоположность другим карбонатным соединениям.US 2016/0121298 discloses a method for producing carbonate CO 2 sequestering material in which a source of divalent cations (such as a liquid containing Ca 2+ ) is introduced into a flowing aqueous liquid containing bicarbonate or carbonate. US 2016/0121298 does not mention any specific process steps or parameters for preparing ikaite as opposed to other carbonate compounds.
Цели изобретенияObjectives of the invention
Целью вариантов осуществления данного изобретения является обеспечить способы и средства для приготовления икаита и кальцита так, чтобы облегчить снижение диоксида углерода из выбросов или атмосферного диоксида углерода.An object of embodiments of the present invention is to provide methods and means for preparing ikaite and calcite so as to facilitate the reduction of carbon dioxide from emissions or atmospheric carbon dioxide.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Настоящим изобретателем было обнаружено, что с помощью простого и экономически привлекательного способа можно приготовить большие количества икаита с беспрецедентной до настоящего момента скоростью. Кроме того, было обнаружено, что икаит может быть приготовлен из водных растворов, где растворено заметное количество карбоната и бикарбоната, производного из диоксида углерода. Таким образом, представленная здесь технология дает существенно большие кристаллы икаита, чем наThe present inventor has discovered that by a simple and economically attractive process large quantities of ikaite can be prepared at a rate hitherto unprecedented. In addition, it was discovered that ikaite can be prepared from aqueous solutions in which appreciable amounts of carbonate and carbon dioxide-derived bicarbonate are dissolved. Thus, the technology presented here produces significantly larger ikaite crystals than
- 1 043775 блюдали ранее, и, тем самым, обеспечивается простое средство захвата газообразного диоксида углерода. Поэтому в самом общем аспекте настоящее изобретение касается применения икаита в качестве средства хранения/снижения диоксида углерода. Для этой цели настоящее изобретение обеспечивает ряд практических решений для быстрых и надежных способов получения икаита.- 1 043775 observed previously, and thereby provides a simple means of capturing carbon dioxide gas. Therefore, in its most general aspect, the present invention relates to the use of ikaite as a carbon dioxide storage/reduction agent. For this purpose, the present invention provides a number of practical solutions for rapid and reliable methods for producing ikaite.
Настоящее изобретение отходит от других путей синтеза икаита, так как разработанный способ получения икаита, подробно описанный ниже, применяет другой подход, чем было ранее, и дополнительно целью сохранения СО2 в конечном продукте являются икаит, кальцит или другие формы СаСО3 для долговременного захвата углерода и удаления СО2. Преимуществом хранения СО2 с икаитом в качестве промежуточной формы является малая энергия, требуемая для кристаллизации икаита, а также последующего превращения в кальцит, и, тем самым, очень экономичный путь достижения долговременного сохранения СО2.The present invention departs from other routes for the synthesis of ikaite, since the developed method for producing ikaite, described in detail below, takes a different approach than previously, and additionally aims to retain CO2 in the final product by ikaite, calcite or other forms of CaCO3 for long-term carbon capture and CO 2 removal. The advantage of storing CO2 with ikaite as an intermediate form is the low energy required for ikaite to crystallize and subsequently convert to calcite, and is thus a very economical way of achieving long-term CO2 storage.
Данное изобретение опирается на создание химического градиента между двумя слоями, где один слой является раствором, обеспеченным, например, в формулах 1-5 в примерах, а другой представляет собой ИМВ (искусственную морскую воду) или аналогичный водный раствор. Таким образом, настоящее изобретение направлено на создание постоянной микросреды, где растворы бикарбоната/карбоната смешиваются с ИМВ, давая кристаллы, значительно большие, чем в любых ранних экспериментах, где синтетические кристаллы икаита были в интервале 20-40 мкм; где способ данного изобретения дает большие синтетические кристаллы икаита разного размера, часть >2 мм, большинство <1-1,5 мм, и часть очень маленькие <100 мкм. Регулируемое смешение, которое создает это химическое расслоение, также обеспечивает оптимальную границу контакта, позволяя более эффективное осаждение кристаллов и, следовательно, лучшее использование применяемых растворов.The present invention relies on creating a chemical gradient between two layers, where one layer is a solution provided, for example, in formulas 1-5 in the examples, and the other is IMS (artificial sea water) or a similar aqueous solution. Thus, the present invention is aimed at creating a constant microenvironment where bicarbonate/carbonate solutions are mixed with IMV, giving crystals significantly larger than in any earlier experiments where synthetic ikaite crystals were in the range of 20-40 microns; wherein the process of this invention produces large synthetic ikaite crystals of varying sizes, some >2 mm, most <1-1.5 mm, and some very small <100 µm. The controlled mixing that this chemical stratification creates also ensures an optimal contact boundary, allowing more efficient crystal deposition and therefore better utilization of the applied solutions.
Количество и размер кристаллов вместе со скоростью осаждения, достигаемые при использовании настоящего изобретения, сильно превосходят ранее достигавшиеся параметры. Таким образом, данный способ дает хорошую причину, чтобы внедрять данное изобретение в заводах для захвата СО2, уже собирающих СО2 из атмосферы, отходящих газов или других источников.The number and size of crystals, together with the deposition rate, achieved using the present invention greatly exceeds previously achieved parameters. Thus, this method provides a good reason to implement this invention in CO2 capture plants already collecting CO2 from the atmosphere, waste gases or other sources.
Таким образом, изобретенный способ приготовления икаита может осуществляться путем установления стационарной границы между щелочным водным раствором и (солевым) водным раствором (подробности смотри ниже). Было показано, что вместо непрерывного перемешивания двух растворов стационарная граница раздела обеспечивает среду, облегчающую образование кристаллов икаита. Но, так как два раствора, которые встречаются на границе раздела, полностью совместимы, согласно результатам, полученным изобретателем, большим преимуществом является подавать один из растворов в другой с малой скоростью через поверхность, которая разделяет два раствора, так как это будет поддерживать границу раздела, а также обеспечивать поверхность, на которой могут зарождаться и затем расти кристаллы. Понятно, однако, что данная поверхность не существенна для только приготовления кристаллов икаита - существенным признаком является поддержание стационарной границы раздела.Thus, the invented method of preparing ikaite can be carried out by establishing a stationary boundary between an alkaline aqueous solution and a (saline) aqueous solution (see below for details). Instead of continuously mixing the two solutions, a stationary interface has been shown to provide an environment that facilitates the formation of ikaite crystals. But, since the two solutions that meet at the interface are completely compatible, according to the results obtained by the inventor, it is a great advantage to feed one of the solutions into the other at a low speed through the surface that separates the two solutions, since this will maintain the interface, and also provide a surface on which crystals can nucleate and then grow. It is clear, however, that this surface is not essential for the preparation of ikaite crystals alone - the essential feature is the maintenance of a stationary interface.
Следовательно, в первом аспекте настоящее изобретение касается способа приготовления икаита, содержащего взаимодействие щелочного водного раствора, который содержит ионы карбоната и бикарбоната, с водным раствором, который содержит Са2+, при температуре, не превышающей 15°С, где контакт между щелочным водным раствором и водным раствором происходит на проницаемой или пористой поверхности, через которую щелочной водный раствор подается в водный раствор, или через которую водный раствор подается в щелочной водный раствор со скоростью потока, облегчающей образование кристаллов икаита. Фиг. 6 представляет в схематичной форме один вариант осуществления, где проницаемая поверхность существует в форме мембраны.Therefore, in a first aspect, the present invention relates to a method for preparing ikaite comprising reacting an alkaline aqueous solution which contains carbonate and bicarbonate ions with an aqueous solution which contains Ca 2+ at a temperature not exceeding 15° C., wherein the contact between the alkaline aqueous solution and the aqueous solution occurs on a permeable or porous surface through which the alkaline aqueous solution is introduced into the aqueous solution, or through which the aqueous solution is supplied into the alkaline aqueous solution at a flow rate that facilitates the formation of ikaite crystals. Fig. 6 represents in schematic form one embodiment where the permeable surface exists in the form of a membrane.
Во втором аспекте данное изобретение касается способа сохранения/снижения диоксида углерода, содержащего приготовление щелочного водного раствора, определенного в первом аспекте данного изобретения, приведенном выше, путем добавления диоксида углерода в щелочную водную среду, затем приготовление икаита согласно способу в первом аспекте данного изобретения или приготовление кальцита или других карбонатных форм, приготовленных из упомянутого икаита, и последующее сохранение полученного икаита и/или карбонатных форм.In a second aspect, the present invention relates to a method for preserving/reducing carbon dioxide, comprising preparing an alkaline aqueous solution as defined in the first aspect of the present invention above by adding carbon dioxide to an alkaline aqueous medium, then preparing ikaite according to the method in the first aspect of the present invention or preparing calcite or other carbonate forms prepared from said ikaite, and the subsequent preservation of the resulting ikaite and/or carbonate forms.
В третьем аспекте настоящее изобретение обеспечивает систему для приготовления икаита, содержащую по меньшей мере один отсек для хранения щелочного водного раствора, который содержит карбонат и бикарбонат, по меньшей мере один отсек для хранения водного раствора, который содержит Са2+, по меньшей мере одну проницаемую или пористую структуру для разделения щелочного водного раствора и водного раствора, где упомянутая проницаемая или пористая структура позволяет подачу через, по меньшей мере, одну поверхность данной структуры 1) щелочного водного раствора в водный раствор или 2) водного раствора в щелочной водный раствор, механизм для принудительной подачи щелочного водного раствора или водного раствора через по меньшей мере одну поверхность данной структуры.In a third aspect, the present invention provides a system for preparing ikaite, comprising at least one storage compartment for an alkaline aqueous solution that contains carbonate and bicarbonate, at least one storage compartment for an aqueous solution that contains Ca 2+ , at least one permeable or a porous structure for separating an alkaline aqueous solution and an aqueous solution, wherein said permeable or porous structure allows the flow through at least one surface of the structure of 1) an alkaline aqueous solution into an aqueous solution or 2) an aqueous solution into an alkaline aqueous solution, a mechanism for forcing an alkaline aqueous solution or aqueous solution through at least one surface of the structure.
- 2 043775- 2 043775
Подписи к фигурамCaptions for figures
Фиг. 1 показывает микроснимки синтезированного икаита.Fig. 1 shows micrographs of synthesized ikaite.
Снимок А показывает поверхность проточной поверхности, покрытую кристаллами икаита.Photo A shows the flow surface covered with ikaite crystals.
Снимок В показывает крупный план кристаллов икаита, масштабный отрезок соответствует 1 мм. См. пример 1.Photo B shows a close-up of ikaite crystals, scale bar = 1 mm. See example 1.
Фиг. 2 показывает микроснимки синтезированного икаита.Fig. 2 shows micrographs of synthesized ikaite.
Снимок А показывает поверхность проточной мембраны, покрытую кристаллами икаита.Image A shows the surface of the flow membrane covered with ikaite crystals.
Снимок В показывает крупный план кристаллов икаита, масштабный отрезок соответствует 1 мм. См. пример 2.Photo B shows a close-up of ikaite crystals, scale bar = 1 mm. See example 2.
Фиг. 3 показывает микроснимки синтезированного икаита.Fig. 3 shows micrographs of synthesized ikaite.
Снимок А показывает поверхность проточной мембраны, покрытую кристаллами икаита.Image A shows the surface of the flow membrane covered with ikaite crystals.
Снимок В показывает крупный план кристаллов икаита, масштабный отрезок соответствует 1 мм. См. пример 3.Photo B shows a close-up of ikaite crystals, scale bar = 1 mm. See example 3.
Фиг. 4 показывает микроснимки синтезированного икаита.Fig. 4 shows micrographs of synthesized ikaite.
Снимок А показывает поверхность проточной мембраны, покрытую кристаллами икаита.Image A shows the surface of the flow membrane covered with ikaite crystals.
Снимок В показывает крупный план кристаллов икаита, масштабный отрезок соответствует 1 мм.Photo B shows a close-up of ikaite crystals, scale bar = 1 mm.
Фиг. 5 показывает изображения синтезированного икаита.Fig. 5 shows images of synthesized ikaite.
Снимок А показывает рукав, покрытый новыми синтезированными кристаллами икаита, масштаб ный отрезок соответствует 5 мм.Image A shows a sleeve covered with newly synthesized ikaite crystals, scale bar = 5 mm.
Снимок В показывает крупный план кристаллов икаита, масштабный отрезок соответствует 500 мкм.Image B shows a close-up of ikaite crystals, scale bar = 500 µm.
Снимок С показывает крупный план кристаллов икаита, масштабный отрезок соответствует 500 мкм.Image C shows a close-up of ikaite crystals, scale bar = 500 µm.
Снимок D показывает крупный план кристаллов икаита, масштабный отрезок соответствует 100 мкм.Image D shows a close-up of ikaite crystals, scale bar = 100 µm.
Фиг. 6 показывает схематичное изображение одного варианта осуществления системы по третьему аспекту данного изобретения.Fig. 6 shows a schematic diagram of one embodiment of a system according to a third aspect of the present invention.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
Определения.Definitions.
Водный раствор в настоящем контексте означает водный раствор со слабым или умеренно щелочным рН, который обычно будет содержать ионы кальция; часто водный раствор будет соляным водным раствором, т.е. водным раствором, содержащим NaCl в качестве основных солевых частиц. Примером (соляного) водного раствора является природная морская вода. Соленость имеет меньшую важность, чем рН и содержание ионов кальция. Следовательно, присутствие NaCl не обязательно в водном растворе, хотя это предпочтительно из-за легкого доступа к, например, природной морской воде. Следует заметить, что ионная сила водных растворов, используемых в настоящем изобретении, может регулироваться согласно необходимости, но предпочтительны величины, которые типичны для природной морской воды (Ъ0,7 М).An aqueous solution in the present context means an aqueous solution with a weak to moderately alkaline pH, which will typically contain calcium ions; often the aqueous solution will be a saline aqueous solution, i.e. an aqueous solution containing NaCl as the main salt particles. An example of a (saline) aqueous solution is natural seawater. Salinity is less important than pH and calcium ion content. Therefore, the presence of NaCl is not necessary in aqueous solution, although it is preferred due to easy access to, for example, natural seawater. It should be noted that the ionic strength of the aqueous solutions used in the present invention can be adjusted as necessary, but values that are typical of natural seawater (b0.7 M) are preferred.
Применяемое здесь выражение щелочной водный раствор означает водный раствор, который имеет щелочной рН и который должен содержать карбонатную/бикарбонатную буферную систему.As used herein, the expression alkaline aqueous solution means an aqueous solution that has an alkaline pH and which must contain a carbonate/bicarbonate buffer system.
Проницаемая или пористая поверхность в настоящем контексте представляет собой поверхность, через которую щелочной водный раствор или водный раствор может подаваться в окружающий или соседний раствор. Точная форма и состав проницаемой или пористой поверхности не существенны. Например, она может быть образована из одной или нескольких сторон структуры, сделанной из пористого материала, такого как пористая порода, пористый камень, пористый керамический материал, металлическая, резиновая или пластиковая поверхность, содержащая множество отверстий, мембранный материал и любой другой материал или структура, через которую раствор может вводиться и затем уходить, обра зуя границу раздела со вторым раствором, так как структура, содержащая данную поверхность, имеет существенно высокую гидравлическую проводимость, позволяя подавать жидкость через данную структуру через данную поверхность для контакта с другим раствором.A permeable or porous surface in the present context is a surface through which an alkaline aqueous solution or aqueous solution can be introduced into a surrounding or adjacent solution. The exact shape and composition of the permeable or porous surface is not significant. For example, it may be formed from one or more sides of a structure made of a porous material, such as a porous rock, a porous stone, a porous ceramic material, a metal, rubber or plastic surface containing a plurality of holes, a membrane material, and any other material or structure, through which a solution can enter and then leave, forming an interface with a second solution, since the structure containing a given surface has a significantly high hydraulic conductivity, allowing fluid to be supplied through a given structure through a given surface to contact another solution.
Конкретные варианты осуществления изобретения.Specific embodiments of the invention.
Способ по первому аспекту изобретения.The method according to the first aspect of the invention.
Как указано выше, первый аспект касается способа приготовления икаита (то есть: СаСО3-6Н2О), содержащего взаимодействие щелочного водного раствора, который содержит ионы карбоната и бикарбоната, с водным раствором, который содержит Са2+, при температуре, не превышающей 15°С, где контакт между щелочным водным раствором и водным раствором происходит на проницаемой или пористой поверхности, через которую щелочной водный раствор подается в водный раствор, или через которую водный раствор подается в щелочной водный раствор со скоростью потока, облегчающей образование кристаллов икаита.As stated above, the first aspect concerns a method for preparing ikaite (ie: CaCO 3 -6H 2 O) comprising reacting an alkaline aqueous solution that contains carbonate and bicarbonate ions with an aqueous solution that contains Ca 2+ at a temperature not exceeding 15°C, where the contact between the alkaline aqueous solution and the aqueous solution occurs on a permeable or porous surface through which the alkaline aqueous solution is supplied to the aqueous solution, or through which the aqueous solution is supplied to the alkaline aqueous solution at a flow rate that facilitates the formation of ikaite crystals.
Путем подачи какого-либо раствора через пористую поверхность для контакта с другим раствором достигается то, что может быть создана стационарная или квазистационарная граничная зона междуBy introducing a solution through a porous surface into contact with another solution, it is achieved that a stationary or quasi-stationary boundary zone can be created between
- 3 043775 двумя растворами, облегчающая формирование икаита в данной граничной зоне, обычно на пористой поверхности, но также на границе раздела, где существует градиент между двумя растворами. В этом контексте, важным признаком является то, что скорость потока раствора, подаваемого в другой раствор, тщательно регулируется (например, посредством насосной системы или путем использования силы тяжести) так, чтобы поддерживать граничную зону в течение продолжительного периода. Фактически, путем регулирования подачи раствора через пористую поверхность можно избегать образования отходов реагентов, гарантируя, что имеет место максимальное образование икаита на границе жидкости.- 3 043775 two solutions, facilitating the formation of ikaite in a given boundary zone, usually at a porous surface, but also at an interface where there is a gradient between the two solutions. In this context, an important feature is that the flow rate of the solution supplied to the other solution is carefully controlled (for example, by a pumping system or by using gravity) so as to maintain the boundary zone for an extended period. In fact, by controlling the flow of solution through a porous surface, the generation of waste reagents can be avoided, ensuring that maximum ikaite formation occurs at the liquid interface.
На практике также можно создавать необходимую граничную зону между двумя растворами путем установления слоев (страт) растворов, имеющих разные плотности - этот принцип известен, когда устанавливают градиент, например, сахарозы при выполнении дифференциального центрифугирования. В такой установке образование кристаллов икаита будет происходить на границе раздела между стратами, где концентрации реагентов оптимальны для образования икаита. Однако подача раствора через пористую поверхность является предпочтительной, так как эта технология облегчает то, что регулируемое количество раствора взаимодействует с другим раствором в течение времени простым образом, тогда как установление постоянных страт/слоев разной плотности труднее регулировать с точки зрения постоянного добавления реагентов. И, если используют систему, например, с параллельным ламинарным течением растворов, нельзя ожидать, что оптимальные условия реакции присутствуют по всей длине зоны контакта между растворами.In practice, it is also possible to create the necessary boundary zone between two solutions by establishing layers (strata) of solutions having different densities - this principle is known when establishing a gradient, for example, of sucrose when performing differential centrifugation. In such a setup, the formation of ikaite crystals will occur at the interface between strata, where the concentrations of reagents are optimal for the formation of ikaite. However, feeding the solution through a porous surface is preferred since this technology facilitates that a controlled amount of solution reacts with another solution over time in a simple manner, whereas the establishment of permanent strata/layers of different densities is more difficult to control in terms of constant addition of reagents. And, if a system is used, for example, with parallel laminar flow of solutions, it cannot be expected that optimal reaction conditions are present along the entire length of the contact zone between the solutions.
Было обнаружено, что щелочной водный раствор, имеющий рН в интервале 8-12, обеспечивает лучшие результаты, и особенно рН предпочтительно может быть в интервале 8,5-11,5, например в интервале 9-11, и предпочтительно в интервале 9-10. Создание сильно буферизованного карбонатного/бикарбонатного раствора будет гарантировать, что эти условия удовлетворяются, но в случае, если желательно вводить диоксид углерода в раствор (например, путем аэрации раствора газом, обогащенным диоксидом углерода), следует позаботиться, что снижению рН есть противодействие - например путем добавления основания или путем использования дополнительных буферных систем, что может стабилизировать рН щелочного водного раствора.It has been found that an alkaline aqueous solution having a pH in the range of 8-12 provides better results, and especially the pH may preferably be in the range of 8.5-11.5, for example in the range of 9-11, and preferably in the range of 9-10 . Creating a highly buffered carbonate/bicarbonate solution will ensure that these conditions are met, but in the event that it is desired to introduce carbon dioxide into the solution (e.g. by aerating the solution with carbon dioxide-rich gas), care should be taken that the decrease in pH is counteracted - e.g. adding a base or by using additional buffer systems, which can stabilize the pH of an alkaline aqueous solution.
Способ данного изобретения не зависит особенно от концентрации карбоната/бикарбоната в щелочном водном растворе - даже насыщенный раствор, содержащий данные два компонента в отношении, которое обеспечивает желаемый рН, будет эффективным, пока водный раствор включает в себя, по меньшей мере, стехиометрически достаточное количество ионов кальция. Растворимость бикарбоната в воде составляет 69 г/л при 0°С и 96 г/л при 20°С при давлении 1 бар, поэтому, если работать при окружающем давлении, максимальная концентрация бикарбоната не будет превышать ~90 г/л. Однако в пределах объема настоящего изобретения выполнять данный способ при более высоких давлениях, позволяя более высокие концентрации бикарбоната и карбоната в щелочном водном растворе. Это, например, важно, если выполняют способ первого аспекта данного изобретения в природной морской воде на определенной глубине - на каждые 10 м погружения в морскую воду давление будет увеличиваться приблизительно на 1 бар, увеличивая растворимость карбоната и бикарбоната.The method of this invention is not particularly dependent on the carbonate/bicarbonate concentration in the alkaline aqueous solution - even a saturated solution containing the two components in a ratio that provides the desired pH will be effective as long as the aqueous solution includes at least a stoichiometrically sufficient amount of ions calcium. The solubility of bicarbonate in water is 69 g/L at 0°C and 96 g/L at 20°C at 1 bar, so if operating at ambient pressure the maximum bicarbonate concentration will not exceed ~90 g/L. However, it is within the scope of the present invention to operate the process at higher pressures, allowing higher concentrations of bicarbonate and carbonate in the alkaline aqueous solution. This is, for example, important if the method of the first aspect of the present invention is carried out in natural seawater at a certain depth - for every 10 m of immersion in seawater, the pressure will increase by approximately 1 bar, increasing the solubility of carbonate and bicarbonate.
Обычно ионы карбоната и бикарбоната в щелочном водном растворе будут в основном в форме карбоната натрия и бикарбоната натрия, но следует понимать, что точная природа любой карбонатной или бикарбонатной соли имеет небольшую значимость для способа первого аспекта данного изобретения. При любой величине, вследствие щелочного рН щелочного водного раствора, есть избыток ионов бикарбоната относительно ионов карбоната в упомянутом растворе.Typically, the carbonate and bicarbonate ions in an alkaline aqueous solution will be primarily in the form of sodium carbonate and sodium bicarbonate, but it should be understood that the precise nature of any carbonate or bicarbonate salt is of little relevance to the process of the first aspect of this invention. At any value, due to the alkaline pH of an alkaline aqueous solution, there is an excess of bicarbonate ions relative to carbonate ions in said solution.
Что касается водного раствора, он обычно имеет рН>7,0, но в большинстве случаев этот раствор является только слегка щелочным: в этом контексте, рН природной морской воды является эффективным при выполнении способа данного изобретения. Следовательно, водный раствор предпочтительно имеет рН, который меньше чем 10, например меньше чем 9 и предпочтительно в интервале 7,5-8,5.As for the aqueous solution, it usually has a pH>7.0, but in most cases this solution is only slightly alkaline: in this context, the pH of natural seawater is effective when performing the method of the present invention. Therefore, the aqueous solution preferably has a pH that is less than 10, for example less than 9, and preferably in the range of 7.5-8.5.
Как указано выше, для формирования икаита предпосылкой является то, что ионы кальция присутствуют, когда подается бикарбонат и карбонат - следовательно, водный раствор должен содержать необходимое количество, предпочтительно избыток, Са2+ относительно карбоната и бикарбоната в щелочном водном растворе.As stated above, for the formation of ikaite, a prerequisite is that calcium ions are present when bicarbonate and carbonate are supplied - therefore, the aqueous solution must contain the required amount, preferably an excess, of Ca 2+ relative to the carbonate and bicarbonate in the alkaline aqueous solution.
В одном предпочтительном варианте осуществления первого аспекта данного изобретения (соляной) водный раствор является природной морской водой - с экономической точки зрения это предпочтительно и привлекательно для многих практических установок, но это не исключает приготовление искусственной морской воды, т.е. водных растворов, которые оптимизированы для этой цели.In one preferred embodiment of the first aspect of the present invention, the (brine) aqueous solution is natural seawater - from an economic point of view this is preferable and attractive for many practical installations, but this does not exclude the preparation of artificial seawater, i.e. aqueous solutions that are optimized for this purpose.
Когда выбирают скорость взаимодействия между двумя растворами - т.е. путем регулирования подачи одного раствора в другой - формирование кристаллов облегчается. Обычно кристаллы будут зарождаться и затем расти на проницаемой или пористой поверхности. Следовательно, скорость подачи одного раствора в другой существенна для гарантии того, что формирование кристаллов будет продолжаться на границе раздела между двумя растворами.When choosing the rate of interaction between two solutions - i.e. by regulating the supply of one solution to another, the formation of crystals is facilitated. Typically, crystals will nucleate and then grow on a permeable or porous surface. Therefore, the rate at which one solution is fed into the other is essential to ensure that crystal formation continues at the interface between the two solutions.
Следует отметить, однако, что скорость течения следует поддерживать относительно низкой (ниже заданной скорости) до завершения зародышеобразования кристаллов икаита - после завершения зароIt should be noted, however, that the flow rate should be maintained relatively low (below a given speed) until nucleation of ikaite crystals is complete - after nucleation is complete.
- 4 043775 дышеобразования скорость потока может быть увеличена, так как кристаллы будут легко расти. В качестве альтернативы, пористая или проницаемая поверхность может снабжаться кристаллами икаита, которые уже были образованы (например, в предыдущем способе настоящего изобретения) - таким образом, этап относительно медленного введения формирования кристаллов можно обойти и данный способ можно выполнять непрерывно с высокой скоростью.- 4 043775 respiration flow rate can be increased as the crystals will grow easily. Alternatively, the porous or permeable surface may be provided with ikaite crystals that have already been formed (eg in the previous method of the present invention) - thus the relatively slow introduction step of crystal formation can be bypassed and the process can be carried out continuously at high speed.
Что касается температуры, было представлено в Stockmann G. et al. (2018), Applied Geochemistry 89: 11-22, что икаит может кристаллизоваться при температурах до приблизительно 15°С, но считается, что меньшие температуры предпочтительны: обычно способ данного изобретения будет выполняться при температуре, не превышающей 14°С, например при температуре, не превышающей 13°С, 12°С, 11°С, 10°С, 9°С или 8°С. Однако оптимальные температуры для синтеза икаита варьируют с разными физикохимическими условиями, например, составом и концентрациями компонентов ИМВ, концентрацией растворов 1-3, заданной в примерах, рН растворов и парциальным давлением.Regarding temperature, it was presented in Stockmann G. et al. (2018), Applied Geochemistry 89: 11-22 that ikaite can crystallize at temperatures up to about 15°C, but it is believed that lower temperatures are preferable: typically the process of the present invention will be carried out at a temperature not exceeding 14°C, e.g. not exceeding 13°C, 12°C, 11°C, 10°C, 9°C or 8°C. However, the optimal temperatures for the synthesis of ikaite vary with different physicochemical conditions, for example, the composition and concentrations of IMV components, the concentration of solutions 1-3 given in the examples, pH of solutions and partial pressure.
Приготовление щелочного водного раствора обычно будет содержать подачу газообразного СО2 в карбонатный раствор, предпочтительно в раствор карбоната натрия или калия. В этом контексте, необходимо только гарантировать, что рН получаемого раствора не доходит до слишком низких рН - добавление отдельного основания или использование сильных вторичных буферов может обеспечить это.Preparation of an alkaline aqueous solution will typically involve introducing CO 2 gas into a carbonate solution, preferably a sodium or potassium carbonate solution. In this context, it is only necessary to ensure that the resulting solution does not reach a pH that is too low - adding a separate base or using strong secondary buffers can ensure this.
В определенных практических вариантах осуществления способ данного изобретения можно выполнять в море (используя окружающую морскую воду в качестве водного раствора) - так как температура в морской воде варьирует по глобусу, но постоянно ниже при определенной глубине, данный способ в таких случаях выполняют на глубине, где окружающая температура не превышает 15°С или меньшей максимальной температуры, подробно обсуждаемой выше.In certain practical embodiments, the method of this invention can be performed at sea (using surrounding seawater as an aqueous solution) - since the temperature in seawater varies around the globe, but is consistently lower at a certain depth, this method in such cases is performed at a depth where the ambient temperature does not exceed 15°C or less than the maximum temperature discussed in detail above.
В преимущественных вариантах осуществления икаит затем превращают в кальцит или другие карбонатные формы - так как икаит является относительно летучим веществом, кальцит и другие формы карбоната кальция являются предпочтительными, например, для длительного хранения. Превращение в кальцит или другие формы карбоната является относительно простым делом и по существу состоит из дегидратации икаита: ее можно выполнять путем нагрева икаита до температур выше, чем температура, при которой икаит был образован, и/или путем сушки икаита.In advantageous embodiments, ikaite is then converted into calcite or other carbonate forms - since ikaite is a relatively volatile substance, calcite and other forms of calcium carbonate are preferred, for example for long-term storage. Conversion to calcite or other forms of carbonate is relatively simple and essentially consists of dehydration of the ikaite: this can be accomplished by heating the ikaite to temperatures higher than the temperature at which the ikaite was formed and/or by drying the ikaite.
Наконец, способ первого аспекта данного изобретения будет обычно включать в себя дополнительный этап сохранения икаита и/или полученных карбонатных форм.Finally, the method of the first aspect of this invention will typically include the additional step of preserving the ikaite and/or the resulting carbonate forms.
Таким образом, синтез икаита или кальцита можно выполнять путем регулируемого смешения раствора икаита в стоячей ИМВ или в дизайне, позволяющем течение ИМВ. Скорость течения раствора икаита и ИМВ можно затем подстраивать к конкретным конструкциям реакторов для оптимальной кристаллизации и эффективности.Thus, the synthesis of ikaite or calcite can be accomplished by controlled mixing of ikaite solution in a standing IMV or in a design that allows flow of IMV. The flow rate of the ikaite and IMV solution can then be tailored to specific reactor designs for optimal crystallization and efficiency.
Варианты осуществления 2го аспекта данного изобретения.Embodiments of the 2nd aspect of this invention.
Как будет понятно из вышесказанного, важный аспект данного изобретения относится к способу хранения/уменьшения диоксида углерода. По существу, данный способ подает газообразный диоксид углерода из любого источника в щелочной водный раствор, обсуждаемый выше, где икаит или кальцит, или другие карбонаты готовят согласно способу первого аспекта данного изобретения, описанному выше; затем полученные формы икаита и/или карбоната сохраняют, например, под землей.As will be clear from the foregoing, an important aspect of the present invention relates to a method for storing/reducing carbon dioxide. Essentially, this method supplies carbon dioxide gas from any source into the alkaline aqueous solution discussed above, where ikaite or calcite or other carbonates are prepared according to the method of the first aspect of this invention described above; the resulting forms of ikaite and/or carbonate are then stored, for example underground.
Способ 2го аспекта данного изобретения может выполняться в разном оформлении: он может выполняться непосредственно в соединении с выделяющими диоксид углерода установками, заводами, устройствами или конструкциями, и он может выполняться так, чтобы извлекать диоксид углерода прямо из атмосферного воздуха. Системы для ввода большого количества газообразного материала в жидкую среду хорошо известны и могут применяться для приготовления карбонатной/бикарбонатной буферной системы, которая составляет щелочной водный раствор, применяемый в данном изобретении.The method of the 2nd aspect of the present invention can be carried out in different forms: it can be carried out directly in connection with carbon dioxide-emitting installations, plants, devices or structures, and it can be carried out so as to extract carbon dioxide directly from atmospheric air. Systems for introducing large quantities of gaseous material into a liquid medium are well known and can be used to prepare the carbonate/bicarbonate buffer system that constitutes the alkaline aqueous solution used in this invention.
Варианты осуществления, относящиеся к 3му аспекту данного изобретения.Embodiments related to the 3rd aspect of the present invention.
Этот аспект касается системы для приготовления икаита, содержащей по меньшей мере один отсек для хранения щелочного водного раствора, который содержит карбонат и бикарбонат, по меньшей мере один отсек для хранения водного раствора, который содержит Са2+, по меньшей мере одну проницаемую или пористую структуру для разделения щелочного водного раствора и водного раствора, где упомянутая проницаемая или пористая структура позволяет подачу через, по меньшей мере, одну поверхность данной структуры 1) щелочного водного раствора в водный раствор или 2) водного раствора в щелочной водный раствор, механизм для принудительной подачи щелочного водного раствора или водного раствора через по меньшей мере одну поверхность данной структуры.This aspect relates to a system for preparing ikaite, comprising at least one compartment for storing an alkaline aqueous solution that contains carbonate and bicarbonate, at least one compartment for storing an aqueous solution that contains Ca 2+ , at least one permeable or porous structure for separating an alkaline aqueous solution and an aqueous solution, wherein said permeable or porous structure allows the flow through at least one surface of the structure of 1) an alkaline aqueous solution into an aqueous solution or 2) an aqueous solution into an alkaline aqueous solution, a mechanism for forcing the alkaline an aqueous solution or an aqueous solution through at least one surface of the structure.
Схематичное изображение одного варианта осуществления такой системы (или установки) данного изобретения представлено на фиг. 6. Первый отсек А хранит карбонатный/бикарбонатный раствор, который непрерывно подается в днище второго отсека В, который содержит ИМВ. Через перфорированную или иным образом проницаемую поверхность карбонатный/бикарбонатный раствор поступает в ИМВ так, что создается стационарная граница раздела, где могут формироваться кристаллы икаита (какA schematic representation of one embodiment of such a system (or installation) of the present invention is shown in FIG. 6. The first compartment A stores the carbonate/bicarbonate solution, which is continuously supplied to the bottom of the second compartment B, which contains the IMV. Through a perforated or otherwise permeable surface, the carbonate/bicarbonate solution enters the IMV such that a stationary interface is created where ikaite crystals can form (as
- 5 043775 показано на увеличенной секции С). Так как карбонатный/бикарбонатный раствор менее плотный, чем ИМВ (в частности, после образования икаита), он поднимается вверх и, таким образом, позволяет постоянное добавление нового карбоната/бикарбоната.- 5 043775 shown in enlarged section C). Since the carbonate/bicarbonate solution is less dense than the IMV (particularly after the formation of ikaite), it rises upward and thus allows the constant addition of new carbonate/bicarbonate.
Предпочтительно, система данного изобретения будет дополнительно содержать устройство для подачи диоксида углерода в щелочной водный раствор. На фиг. 6 такое устройство может присутствовать в отсеке А или в камере или отсеке предварительного смешения - одно простое средство для подачи диоксида углерода в раствор состоит в барботировании богатого диоксидом углерода газа/воздуха через данный раствор.Preferably, the system of the present invention will further comprise a device for introducing carbon dioxide into the alkaline aqueous solution. In fig. 6 such a device may be present in compartment A or in a pre-mix chamber or compartment - one simple means of introducing carbon dioxide into a solution is to bubble carbon dioxide-rich gas/air through the solution.
Выгодно организовать систему данного изобретения так, чтобы облегчить извлечение икаита из пористой матрицы и/или водного раствора. Существуют различные решения для этой цели. В одном примере поверхность, на которой образуется икаит, позволяют наклонять относительно горизонтальной плоскости; так как икаит достаточно хрупкий, сила тяжести в некоторых точках будет заставлять икаит отламываться и оседать внизу наклонной поверхности. Альтернативно, механический механизм, который просто соскребает и возможно собирает икаит, может быть включен в данную систему.It is advantageous to organize the system of the present invention to facilitate the recovery of ikaite from the porous matrix and/or aqueous solution. There are various solutions for this purpose. In one example, the surface on which the ikaite is formed is allowed to tilt relative to a horizontal plane; Since ikaite is quite fragile, the force of gravity at some points will cause ikaite to break off and settle at the bottom of the inclined surface. Alternatively, a mechanical mechanism that simply scrapes and possibly collects the ikaite can be included in the system.
Как описано выше в отношении первого аспекта данного изобретения, полученный икаит можно удобно превращать в кальцит или другие стабильные карбонатные формы, позволяющие длительное хранение; следовательно, система данного изобретения может дополнительно содержать отсек для превращения икаита в кальцит или другие карбонатные формы путем сушки или нагрева до температуры >8°С. Однако, икаит можно просто складывать в удаленном месте, где выполняют данный способ.As described above with respect to the first aspect of this invention, the resulting ikaite can be conveniently converted into calcite or other stable carbonate forms allowing long-term storage; therefore, the system of the present invention may further comprise a compartment for converting ikaite into calcite or other carbonate forms by drying or heating to >8°C. However, ikait can simply be stored in a remote location where this method is performed.
Система данного изобретения может быть объединена или соединена с выходом газовых выбросов, содержащих диоксид углерода; эти выбросы обычно подают в щелочной водный раствор, предпочтительно с использованием устройства, описанного выше для ввода диоксида углерода в щелочной водный раствор.The system of the present invention may be combined or connected to a gas emission outlet containing carbon dioxide; these emissions are typically introduced into the alkaline aqueous solution, preferably using the apparatus described above for introducing carbon dioxide into the alkaline aqueous solution.
Водный раствор может быть природной соленой водой, например морской водой, особенно когда система установлена в географических областях, где есть легкий доступ к значительным количествам природной соленой воды. В таких случаях, система может быть расположена в прибрежном положении (получая преимущество от более низких температур, существующих на определенных глубинах моря, чтобы облегчить формирование икаита), но данная система также может быть расположена на суше и получать преимущество от природной соленой воды.The aqueous solution may be natural salt water, such as sea water, especially when the system is installed in geographic areas where there is easy access to significant quantities of natural salt water. In such cases, the system may be located in a coastal position (taking advantage of the cooler temperatures that exist at certain sea depths to facilitate the formation of ikaite), but the system may also be located on land and benefit from natural salt water.
Как также описано выше, точная форма и состав проницаемой или пористой структуры не существенны - она может быть образована из пористой породы или камня, мембранного материала и любого другого материала, через который раствор может вводиться и затем уходить, когда образуется граница раздела со вторым раствором, так как данная структура имеет достаточно высокую гидравлическую проводимость. Следовательно, в преимущественных вариантах осуществления данного изобретения можно использовать природные геологические формации, которые имеют подходящую гидравлическую проводимость, которая позволяет создание стационарной границы раздела между двумя растворами (где один подается в другой из проницаемой пористой структуры).As also described above, the exact shape and composition of the permeable or porous structure is not essential - it can be formed from porous rock or stone, membrane material and any other material through which the solution can be introduced and then exited when an interface with a second solution is formed, since this structure has a fairly high hydraulic conductivity. Therefore, in advantageous embodiments of the present invention, natural geological formations can be used that have suitable hydraulic conductivity that allows the creation of a stationary interface between two solutions (where one is fed into the other from a permeable porous structure).
На практике также можно создавать необходимую граничную зону между двумя растворами путем установления слоев (страт) растворов, имеющих разные плотности - этот принцип известен, когда устанавливается градиент, например сахарозы, когда выполняют дифференциальное центрифугирование. В такой установке образование кристаллов икаита будет происходить в тех слоях двух растворов, где концентрации реагентов оптимальны для образования икаита. Однако подача раствора через пористую поверхность предпочтительна, так как эта технология облегчает то, что регулируемое количество раствора взаимодействует с другим раствором в течение времени простым образом, тогда как установление постоянных слоев/страт разной плотности труднее регулировать с точки зрения добавления реагентов. И, если используют систему с параллельным ламинарным течением растворов, нельзя ожидать, что оптимальные реакционные условия присутствуют по всей длине зоны контакта между растворами.In practice, it is also possible to create the necessary boundary zone between two solutions by establishing layers (strata) of solutions having different densities - this principle is known when a gradient is established, for example, sucrose, when differential centrifugation is performed. In such a setup, the formation of ikaite crystals will occur in those layers of two solutions where the concentrations of reagents are optimal for the formation of ikaite. However, feeding the solution through a porous surface is preferred as this technology facilitates that a controlled amount of solution reacts with another solution over time in a simple manner, whereas the establishment of permanent layers/strata of different densities is more difficult to control in terms of adding reagents. And, if a system with parallel laminar flow of solutions is used, it cannot be expected that optimal reaction conditions are present along the entire length of the contact zone between the solutions.
Что касается системы 3го аспекта данного изобретения, все описания, присутствующие здесь в отношении первого - и, когда применимо, второго - аспектов данного изобретения, применяются mutatis mutandis к системе 3го аспекта. Таким образом, все описания, касающиеся реагентов и условий, применяемых в первом и 2ом аспектах, могут быть непосредственно инкорпорированы, когда осуществляют систему 3 го аспекта.With respect to the system of the 3rd aspect of the present invention, all descriptions present herein regarding the first - and, when applicable, the second - aspects of the present invention apply mutatis mutandis to the system of the 3rd aspect. Thus, all descriptions regarding the reagents and conditions used in the first and 2nd aspects can be directly incorporated when the 3rd aspect system is implemented.
Введение к примерамIntroduction to Examples
Материалы и способы.Materials and methods.
Процедуры осаждения.Precipitation procedures.
Фоновая концентрация карбоната:Background carbonate concentration:
Если карбонат или бикарбонат растворяют в воде, устанавливается равновесие согласно следующим уравнениям:If carbonate or bicarbonate is dissolved in water, equilibrium is established according to the following equations:
НСОз СОз' + Н+ рКа=1О,33HCO3 CO3' + H + pKa = 1O.33
СО2+Н2О НСОз + Н+ рКа=6,35CO 2 + H 2 O HCO3 + H + pKa = 6.35
Ионы натрия не будут адсорбироваться на частицах, а остаются в водной фазе. В воде ионы карбоSodium ions will not be adsorbed on the particles, but remain in the aqueous phase. Carbo ions in water
- 6 043775 ната будут уравновешиваться до установления равновесия.- 6 043775 nata will be balanced until equilibrium is established.
Только небольшая часть растворенного СО2 присутствует в форме Н2СО3, большая часть присутствует в виде действительно растворенного СО2. Количество СО2 в воде находится в равновесии с парциICO /Р-ГСО / со^ ,, а „ a a / v составляет основной буфер рН свежей воды и морской воды во всем мире.Only a small portion of dissolved CO2 is present in the form of H2CO 3 , the majority is present as actual dissolved CO2. The amount of CO2 in water is in equilibrium with the fraction of ICO /P-GCO / co^,, and „ aa / v constitutes the main pH buffer of fresh water and seawater throughout the world.
На основании указанных уравнений, СО2 является преобладающей частицей при рН меньше чем 6,35, тогда как НСО3 - является преобладающей частицей при рН в интервале 6,35-10,33, а СО3 2- является преобладающей частицей при рН больше чем 10,33.Based on the above equations, CO2 is the predominant species at pH less than 6.35, while HCO 3 is the predominant species at pH in the range 6.35-10.33, and CO 3 2 is the predominant species at pH greater than 10 ,33.
Искусственная морская вода (ИМВ).Artificial sea water (ASW).
ИМВ может быть создана с помощью множества соляных растворов, смотри, например, рецепт ниже. В настоящем изобретении полные выходы осаждения были достигнуты с искусственной морской водой, а также природной морской водой; было обнаружено, что растворы должны иметь определенную степень солености и иметь слегка щелочные величины рН. Другие неорганические растворенные вещества, такие фосфаты, нитраты и т.д., по-видимому, не влияют на процесс осаждения. Данное изобретение не ограничивается использованием конкретного раствора.IMV can be created using a variety of salt solutions, see for example the recipe below. In the present invention, complete precipitation yields were achieved with artificial seawater as well as natural seawater; it was found that solutions must have a certain degree of salinity and have slightly alkaline pH values. Other inorganic solutes such as phosphates, nitrates, etc. do not appear to affect the precipitation process. The present invention is not limited to the use of a particular solution.
ИМВ также может быть заменена раствором CaCl2 или другим источником ионов кальция в растворе для протекания процесса осаждения. Достаточные доступные ионы кальция и карбоната в растворе являются наиболее важными параметрами.IMV can also be replaced by a CaCl 2 solution or other source of calcium ions in solution to carry out the precipitation process. Sufficient available calcium and carbonate ions in solution are the most important parameters.
Что касается составов, содержащих ИМВ, сложность морской воды, искусственной или природной, может содержать множество других компонентов, которые делают реакции гораздо более сложными.Regarding formulations containing IMV, the complexity of seawater, whether artificial or natural, may contain many other components that make the reactions much more complex.
Растворы:Solutions:
1. Na2CO3 (вод), карбонат натрия, растворенный в воде (смотри выше уравнения равновесия),1. Na 2 CO 3 (aq), sodium carbonate dissolved in water (see equilibrium equations above),
2. NaHCO3 (вод), т.е. бикарбонат натрия, растворенный в воде (смотри выше уравнения равновесия),2. NaHCO 3 (aq), i.e. sodium bicarbonate dissolved in water (see equilibrium equations above),
3. Na2CO3 (вод)+NaHCO3 (вод), т.е. карбонат натрия+бикарбонат натрия, растворенные в воде,3. Na 2 CO 3 (aq) + NaHCO 3 (aq), i.e. sodium carbonate + sodium bicarbonate, dissolved in water,
4. Na2CO3 (вод)+СО2 (г)=раствор 3 (барботирование СО2 дает более высокую долю НСО3 - и СО3 в равновесии, последний доминирует при высоком рН; однако, так как СО2 будет влиять на равновесие в направлении более кислого рН, который не благоприятствует образованию икаита, барботирование СО2 можно преимущественно выполнять с помощью мер по увеличению рН, т.е. при использовании более сильной буферной системы или добавлении щелочных веществ),4. Na 2 CO 3 (aq) + CO 2 (g) = solution 3 (CO 2 bubbling gives a higher proportion of HCO 3 - and CO 3 in equilibrium, the latter dominates at high pH; however, since CO 2 will influence equilibrium towards a more acidic pH, which does not favor the formation of ikaite, CO 2 bubbling can be advantageously achieved by measures to increase the pH, i.e. using a stronger buffer system or adding alkaline substances),
5. ИМВ* Реакции:5. IMV* Reactions:
1. СО2 (г) S СО2 (вод) (СО2+Н2О s Н2СО3 S Н+ + HCOss Н+ + СОз)1. CO 2 (g) S CO 2 (aq) (CO 2 + H 2 O s H 2 CO 3 S H + + HCO s s H + + COz)
2. Na2CO3 (вод) + СО2 (вод) + Н2О i; 2Na+ + СО1'Н+ + HCOj (раствор 3)2. Na 2 CO 3 (aq) + CO 2 (aq) + H 2 O i; 2Na + + СО1'Н + + HCOj (solution 3)
3. HCOi s СО3 +Н+ 3. HCOi s CO 3 +H +
4. Са2+ + НСО3 СаНСО3 (Ионы кальция происходят из ИМВ или других подходящих соляных растворов)4. Ca 2+ + HCO 3 CaHCO 3 (Calcium ions come from IMV or other suitable salt solutions)
5. Са2+ + СО2' СаСО3 (Ионы кальция из ИМВ)5. Ca 2+ + CO 2 'CaCO 3 (Calcium ions from IMV)
6. Са2+ + СО2' + 6Н2О СаСОз · 6Н2О (тв) (икаит)6. Ca 2+ + CO 2 ' + 6H 2 O CaCOz · 6H 2 O (tv) (ikait)
7. СаСОз · 6Н2О (тв) + нагрев (>8-15°С) / дегидратация —► СаСОз (тв) (карбонат кальция/кальцит или другие формы СаСОз)7. CaCO3 · 6H 2 O (sol) + heating (>8-15°C) / dehydration —► CaCO3 (sol) (calcium carbonate/calcite or other forms of CaCO3)
Следовательно, из реакций 4 и 5 существуют СаНСО3 и СаСО3, создавая раствор карбоната кальция, также содержащий НСО3 -, Са2+ и СО32-. Отношение между ними, в частности НСО3-/СО32-, и рН вероятно регулируют процесс осаждения икаита, таким образом барботирование СО2 в Na2CO3, растворенном в воде, увеличивает долю НСО3 - и СО3 2- в растворе, приводя к большему осаждению икаита при высоком рН, смотри ниже.Therefore, from reactions 4 and 5, CaHCO 3 and CaCO 3 exist, creating a calcium carbonate solution also containing HCO 3 - , Ca 2+ and CO3 2- . The ratio between them, in particular HCO3 - /CO3 2- , and pH probably regulate the process of ikaite precipitation, thus bubbling CO2 into Na 2 CO 3 dissolved in water increases the proportion of HCO 3 - and CO 3 2- in solution, leading to greater precipitation of ikaite at high pH, see below.
*Состав ИМВ, используемой в примерах (соли, растворенные в деионизованной H2O).*Composition of the IMV used in the examples (salts dissolved in deionized H2O).
Следующий состав ИМВ использовали для приведенных здесь примеров, однако другие концентрации разных компонентов также могут быть использованы, и, таким образом, изобретение не ограничивается приведенным здесь составом. Например, аналогичные эксперименты, использующие соли, растворенные в водопроводной воде из Дании, показали результаты, подобные экспериментам здесь. Однако точный минеральный состав водопроводной воды не известен.The following composition of IMV was used for the examples given here, however, other concentrations of different components can also be used, and thus the invention is not limited to the composition shown here. For example, similar experiments using salts dissolved in Danish tap water showed results similar to the experiments here. However, the exact mineral composition of tap water is not known.
- 7 043775- 7 043775
Хлорид (СГ) - 19000-19500 мг/л Натрий (Na+) - 9720-11880 мг/л Магний (Mg2+) - 1300-1360 мг/л Сульфат (SO42’) - 810-990 мг/л Кальций (Са2+) - 410-430 мг/л Калий (К+) - 360-380 мг/л Фторид (F“) - 1,2-1,3 мг/л Бромид (Вг“) - 4,05-5,0 мг/л Стронций (Sr2+) - 7,2-8,8 мг/лChloride (SG) - 19000-19500 mg/l Sodium (Na + ) - 9720-11880 mg/l Magnesium (Mg 2+ ) - 1300-1360 mg/l Sulfate (SO4 2 ') - 810-990 mg/l Calcium (Ca 2+ ) - 410-430 mg/l Potassium (K + ) - 360-380 mg/l Fluoride (F“) - 1.2-1.3 mg/l Bromide (Br“) - 4.05- 5.0 mg/l Strontium (Sr 2+ ) - 7.2-8.8 mg/l
Самые распространенные соли в природной морской воде взяты из интервалов их концентраций следующие:The most common salts in natural seawater are taken from their concentration ranges as follows:
Хлорид (СГ) - 18980 мг/лChloride (SG) - 18980 mg/l
Натрий (Na+) - 10556 мг/лSodium (Na + ) - 10556 mg/l
Сульфат (SO42') - 2649 мг/лSulfate (SO4 2 ') - 2649 mg/l
Магний (Mg2+) - 1262 мг/лMagnesium (Mg 2+ ) - 1262 mg/l
Кальций (Са2+) - 400 мг/лCalcium (Ca 2+ ) - 400 mg/l
Калий (К+) - 380 мг/лPotassium (K + ) - 380 mg/l
Бикарбонат (НСОз“) - 140 мг/лBicarbonate (НСОз“) - 140 mg/l
Стронций (Sr2+) - 13 мг/лStrontium (Sr 2+ ) - 13 mg/l
Бромид (Вг“) - 65 мг/лBromide (Br“) - 65 mg/l
Борат (ВО3 3“) - 26 мг/лBorate (BO 3 3 “) - 26 mg/l
Фторид (F“) - 1 мг/лFluoride (F“) - 1 mg/l
Силикат (SiO3 2~) - 1 мг/лSilicate (SiO 3 2 ~) - 1 mg/l
Иодид (Г) - <1 мг/лIodide (G) - <1 mg/l
Всего растворенных веществ - 34483 мг/лTotal dissolved solids - 34483 mg/l
Эксперименты в следующих примерах выполняли при 5°С±0,25°С.The experiments in the following examples were performed at 5°C±0.25°C.
ИМВ в экспериментах в следующих примерах получали растворением коммерчески доступной смеси солей/минералов для рифовых аквариумов в пресной воде (обычная водопроводная вода). ИМВ смешивали до 25^ солености путем растворения 1000 г соляной смеси в 40 л пресной воды в стеклянном контейнере, конечную соленость подтверждали с помощью рефрактометра.The IMV in the experiments in the following examples was prepared by dissolving a commercially available reef aquarium salt/mineral mixture in fresh water (regular tap water). The IMV was mixed to 25^ salinity by dissolving 1000 g of the salt mixture in 40 L of fresh water in a glass container, the final salinity was confirmed using a refractometer.
рН-метр, калиброванный при температуре эксперимента путем калибровки по двум точкам (рН 7 и рН 10), использовали для контроля рН, рН ИСВ был ~8,17.A pH meter calibrated at the experimental temperature by two-point calibration (pH 7 and pH 10) was used to control the pH, the pH of the WIS was ~8.17.
Пример 1.Example 1.
Растворение Na2CO3+NaHCO3 в дистиллированной Н2О для синтеза икаита в ИМВ.Dissolution of Na 2 CO 3 + NaHCO 3 in distilled H 2 O for the synthesis of ikaite in IMV.
Раствор ~1% Na2CO3 (тв) + NaHCO3 (тв) в массовом отношении 4:1 Na2CO3:NaHCO3 смешивали в дистиллированной Н2О, доводя до 100% по объему, получая раствор 3 (см. выше) с рН 10,21.A solution of ~1% Na 2 CO 3 (s) + NaHCO 3 (s) in a mass ratio of 4:1 Na 2 CO 3 : NaHCO 3 was mixed in distilled H 2 O, bringing to 100% by volume, obtaining solution 3 (see. above) with a pH of 10.21.
Затем раствор 3 медленно смешивали с ИМВ через плоский пористый песчаник 78 см с размером пор ~50-150 мкм, помещенный на дно 40 л стеклянного контейнера, заполненного ИМВ. Раствор подавали в песчаник через силиконовую трубку под действием силы тяжести, и скорость потока подстраивали с помощью трубного зажима к ~1 мл в мин. Через несколько минут на поверхности песчаника возникали видимые кристаллы икаита, так как раствор 3 легче из-за меньшей солености, он будет иметь естественную плавучесть, создавая восходящее смещение, когда поступает в более тяжелую ИМВ.Solution 3 was then slowly mixed with IMV through a 78 cm flat porous sandstone with a pore size of ~50-150 μm placed at the bottom of a 40 L glass container filled with IMV. The solution was fed into the sandstone through a silicone tube under the influence of gravity, and the flow rate was adjusted using a tube clamp to ~1 ml per min. After a few minutes, visible ikaite crystals appeared on the surface of the sandstone, since solution 3 is lighter due to lower salinity, it will have natural buoyancy, creating an upward displacement when entering the heavier IMV.
Плотный слой кристаллов покрывал песчаник после 1 ч. Идентификацию и размер кристаллов икаита выполняли, используя USB-микроскоп, показывающий моноклинные кристаллы икаита длиной до ~1,5-2 мм. Смотри фиг. 1.A dense layer of crystals covered the sandstone after 1 hour. Ikaite crystal identification and size was performed using a USB microscope showing monoclinic ikaite crystals up to ~1.5-2 mm in length. See fig. 1.
Пример 2.Example 2.
Растворение Na2CO3+NaHCO3 в водопроводной воде для синтеза икаита в ИМВ.Dissolution of Na 2 CO 3 +NaHCO 3 in tap water for the synthesis of ikaite in IMV.
Раствор ~1% Na2CO3 (тв) + NaHCO3 (тв) в массовом отношении 4:1 Na2CO3:NaHCO3 смешивали в водопроводной воде, получая раствор 3 с рН 10,03.A solution of ~1% Na 2 CO 3 (s) + NaHCO 3 (s) in a mass ratio of 4:1 Na 2 CO 3 : NaHCO 3 was mixed in tap water, obtaining solution 3 with a pH of 10.03.
Затем раствор 3 медленно смешивали с ИМВ через плоский пористый песчаник 78 см2 с размером пор ~50-150 мкм, помещенный на дно 40 л стеклянного контейнера, заполненного ИМВ. Раствор подавали в песчаник через силиконовую трубку под действием силы тяжести, и скорость потока подстраивали с помощью трубного зажима к ~1 мл в мин. Через несколько минут на поверхности песчаника возникали видимые кристаллы икаита, так как раствор 3 легче из-за меньшей солености, он будет иметь естественное восходящее смещение, когда поступает в более тяжелую ИМВ.Solution 3 was then slowly mixed with IMV through a 78 cm 2 flat porous sandstone with a pore size of ~50-150 μm placed at the bottom of a 40 L glass container filled with IMV. The solution was fed into the sandstone through a silicone tube under the influence of gravity, and the flow rate was adjusted using a tube clamp to ~1 ml per min. After a few minutes, visible ikaite crystals appeared on the surface of the sandstone, since solution 3 is lighter due to lower salinity, it will have a natural upward displacement when entering the heavier IMV.
Плотный слой кристаллов покрывал песчаник после 1 ч. Идентификацию и размер кристаллов икаA dense layer of crystals covered the sandstone after 1 hour. Identification and size of ika crystals
- 8 043775 ита выполняли, используя USB-микроскоп, показывающий моноклинные кристаллы икаита длиной до ~1,5-2 мм. Смотри фиг. 2.- 8 043775 it was performed using a USB microscope showing monoclinic ikaite crystals up to ~1.5-2 mm in length. See fig. 2.
Пример 3.Example 3.
Получение NaHCO3 путем барботирования СО2 через раствор Na2CO3 с получением раствора 3 (в дистиллированной воде).Preparation of NaHCO 3 by bubbling CO 2 through a solution of Na 2 CO 3 to obtain solution 3 (in distilled water).
Через 1 л раствора 1 барботировали СО2 в течение 1 мин, получая раствор 2, т.е. когда карбонат натрия реагирует с диоксидом углерода и водой, главным образом получая бикарбонат натрия (смотри также формулу 2 выше).After 1 liter of solution 1, CO 2 was bubbled for 1 min, obtaining solution 2, i.e. when sodium carbonate reacts with carbon dioxide and water, mainly producing sodium bicarbonate (see also formula 2 above).
Na2CO3 (вод, тв) + СО2 (г) + Н2О —> 2NaHCO3 (вод)Na 2 CO 3 (aq, tv) + CO 2 (g) + H 2 O —> 2NaHCO 3 (aq)
Затем 20 мл раствора 2 смешивали с 80 мл раствора 1, который затем добавляли в 9,9 л дистиллированной Н2О, получая 10 л 1%-ного раствора 3 с отношением 4:1 (об/об) Na2CO3:NaHCO3, pH 9,29.Then 20 ml of solution 2 was mixed with 80 ml of solution 1, which was then added to 9.9 L of distilled H 2 O, obtaining 10 L of 1% solution 3 with a ratio of 4:1 (v/v) Na 2 CO 3 : NaHCO 3 , pH 9.29.
Затем раствор 3 медленно смешивали с ИМВ через плоский пористый песчаник 78 см2 с размером пор ~50-150 мкм, помещенный на дно 40 л стеклянного контейнера, заполненного ИМВ. Раствор подавали в песчаник через силиконовую трубку под действием силы тяжести, и скорость потока подстраивали с помощью трубного зажима к ~1 мл в мин. Через несколько минут на поверхности песчаника возникали видимые кристаллы икаита, так как раствор 3 легче из-за меньшей солености, он будет иметь естественное восходящее смещение, когда поступает в более тяжелую ИМВ.Solution 3 was then slowly mixed with IMV through a 78 cm 2 flat porous sandstone with a pore size of ~50-150 μm placed at the bottom of a 40 L glass container filled with IMV. The solution was fed into the sandstone through a silicone tube under the influence of gravity, and the flow rate was adjusted using a tube clamp to ~1 ml per min. After a few minutes, visible ikaite crystals appeared on the surface of the sandstone, since solution 3 is lighter due to lower salinity, it will have a natural upward displacement when entering the heavier IMV.
Плотный слой кристаллов покрывал песчаник после 1 часа. Идентификацию и размер кристаллов икаита выполняли, используя USB-микроскоп, показывающий моноклинные кристаллы икаита длиной до ~1,5-2 мм. Смотри фиг. 3.A dense layer of crystals covered the sandstone after 1 hour. Ikaite crystal identification and size was performed using a USB microscope showing monoclinic ikaite crystals up to ~1.5-2mm in length. See fig. 3.
Пример 4.Example 4.
Получение NaHCO3 путем барботирования СО2 через раствор растворенного Na2CO3, с получением раствора 3 (в водопроводной воде).Preparation of NaHCO 3 by bubbling CO 2 through a solution of dissolved Na 2 CO 3 to obtain solution 3 (in tap water).
Через 1 л раствора 1 барботировали СО2 в течение 1 мин, получая раствор 2, т.е. когда карбонат натрия реагирует с диоксидом углерода и водой, получая бикарбонат натрия.After 1 liter of solution 1, CO 2 was bubbled for 1 min, obtaining solution 2, i.e. when sodium carbonate reacts with carbon dioxide and water to produce sodium bicarbonate.
Na2CO3 (вод, тв) + СО2 (г) + Н2О 2NaHCO3 (вод)Na 2 CO 3 (aq, tv) + CO 2 (g) + H 2 O 2NaHCO 3 (aq)
Затем 20 мл раствора 2 смешивали с 80 мл раствора 1, который затем добавляли в 9,9 л водопроводной Н2О, получая 10 л 1%-ного раствора 3 с отношением 4:1 (об/об) Na2CO3:NaHCO3, pH 9,20.Then 20 ml of solution 2 was mixed with 80 ml of solution 1, which was then added to 9.9 L of tap H 2 O, obtaining 10 L of 1% solution 3 with a ratio of 4:1 (v/v) Na 2 CO 3 : NaHCO 3 , pH 9.20.
Затем раствор 3 медленно смешивали с ИМВ через плоский пористый песчаник 78 см2 с размером пор ~50-150 мкм, помещенный на дно 40 л стеклянного контейнера, заполненного ИМВ. Раствор подавали в песчаник через силиконовую трубку под действием силы тяжести, и скорость потока подстраивали с помощью трубного зажима к ~1 мл в мин. Через несколько минут на поверхности песчаника возникали видимые кристаллы икаита, так как раствор 3 легче из-за меньшей солености, он будет иметь естественное восходящее смещение, когда поступает в более тяжелую ИМВ.Solution 3 was then slowly mixed with IMV through a 78 cm 2 flat porous sandstone with a pore size of ~50-150 μm placed at the bottom of a 40 L glass container filled with IMV. The solution was fed into the sandstone through a silicone tube under the influence of gravity, and the flow rate was adjusted using a tube clamp to ~1 ml per min. After a few minutes, visible ikaite crystals appeared on the surface of the sandstone, since solution 3 is lighter due to lower salinity, it will have a natural upward displacement when entering the heavier IMV.
Плотный слой кристаллов покрывал песчаник после 1 часа. Идентификацию и размер кристаллов икаита выполняли, используя USB-микроскоп, показывающий моноклинные кристаллы икаита длиной до ~1,5-2 мм. Смотри фиг. 4.A dense layer of crystals covered the sandstone after 1 hour. Ikaite crystal identification and size was performed using a USB microscope showing monoclinic ikaite crystals up to ~1.5-2mm in length. See fig. 4.
Пример 5.Example 5.
Синтез икаита среднего масштаба.Synthesis of medium-scale ikaite.
Следующие эксперименты выполняли в охлаждаемой комнате, где температура была установлена на 5°С.The following experiments were performed in a refrigerated room where the temperature was set to 5°C.
Летом в Европе собирали 420 л морской воды PSU 24, рН 8,3 с помощью дренажного насоса, погруженного на глубину 1 м в середине прилива в заливе Great Belt на побережье Зеландии, Дания*. Собранную морскую воду сначала фильтровали от больших частиц фильтром с ячейками приблизительно 1 мм, затем пропускали поток через 200 мкм фильтрующий носок, отбирая меньшие частицы. Отфильтрованную воду сначала закачивали в один 250 л контейнер, который был соединен с дополнительным 250 л контейнером шлангом длиной 20 м, проходящим по холодному стальному полу охлаждаемой комнаты, увеличивая, тем самым, эффективность охлаждения. Начальная температура воды была 21°С, а после непрерывной циркуляции воды между двумя 250 л контейнерами в течение 24 часов температура была 8°С, когда начинали эксперимент. В следующие 12 часов температура воды снижалась до 5°С и стабилизировалась.During summer in Europe, 420 L of seawater PSU 24, pH 8.3 was collected using a sump pump submerged to a depth of 1 m at mid-tide in the Great Belt Bay on the coast of Zealand, Denmark*. The collected seawater was first filtered from large particles using a filter with approximately 1 mm mesh size, then passed through a 200 μm filter sock to collect smaller particles. The filtered water was first pumped into one 250 L container, which was connected to an additional 250 L container by a 20 m long hose running across the cold steel floor of the chilled room, thereby increasing cooling efficiency. The initial water temperature was 21°C, and after continuously circulating the water between two 250 L containers for 24 hours, the temperature was 8°C when the experiment was started. Over the next 12 hours, the water temperature dropped to 5°C and stabilized.
*) Начальная температура собранной воды была довольно высокой, это, конечно, следует принимать во внимание, если создавать более постоянное и/или крупномасштабное устройство. Было бы очень выгодно отбирать воду с большей глубины, где соленость выше, а температура ниже.*) The initial temperature of the collected water was quite high, this, of course, should be taken into account if a more permanent and/or large-scale device is created. It would be very beneficial to take water from greater depths, where salinity is higher and temperature is lower.
Приготовление 60 л раствора 3.Preparation of 60 liters of solution 3.
Через 1 л раствора 1 барботировали СО2 в течение 1 мин, получая раствор 2, т.е. когда карбонат натрия реагирует с диоксидом углерода и водой, получается бикарбонат натрия.After 1 liter of solution 1, CO 2 was bubbled for 1 min, obtaining solution 2, i.e. When sodium carbonate reacts with carbon dioxide and water, it produces sodium bicarbonate.
Na2CO3 (вод, тв) + СО2 (г) + Н2О 2NaHCO3 (вод)Na 2 CO 3 (aq, tv) + CO 2 (g) + H 2 O 2NaHCO 3 (aq)
Затем 150 мл раствора 2 смешивали с 450 мл раствора 1, потом смесь добавляли к 59,4 л водопроводной воды, получая 60 л 1%-ного раствора 3 с отношением 4:1 (об/об) Na2CO3:NaHCO3, рН 10,24.Then 150 ml of solution 2 was mixed with 450 ml of solution 1, then the mixture was added to 59.4 l of tap water, obtaining 60 l of 1% solution 3 with a ratio of 4:1 (v/v) Na 2 CO 3 : NaHCO 3 . pH 10.24.
Затем раствор 3 медленно смешивали с морской водой через пористый шланг длиной 3 м, шлангSolution 3 was then slowly mixed with seawater through a 3 m long porous hose, the hose
--
Claims (14)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP18170406.5 | 2018-05-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA043775B1 true EA043775B1 (en) | 2023-06-22 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Søren et al. | Sea ice contribution to the air–sea CO2 exchange in the Arctic and Southern Oceans | |
| US6767471B2 (en) | Hydrate desalination or water purification | |
| DK181247B1 (en) | Permanent storage of carbon dioxide | |
| Kang et al. | Carbon capture and utilization using industrial wastewater under ambient conditions | |
| Geilfus et al. | Inorganic carbon dynamics of melt-pond-covered first-year sea ice in the Canadian Arctic | |
| AU2001287128A1 (en) | Improved hydrate desalination for water purification | |
| US20110233147A1 (en) | Method and apparatus for producing high-purity water from low-purity water | |
| US20230235214A1 (en) | Nanobubbles and gas-liquid mixtures for enhanced carbon dioxide sequestration | |
| US9193594B2 (en) | Systems and methods for enhancing rates of carbonation of peridotite | |
| EA043775B1 (en) | LONG-TERM STORAGE OF CARBON DIOXIDE | |
| Zhang et al. | A comprehensive review of the influence of particle size and pore distribution on the kinetics of CO2 hydrate formation in porous media | |
| US20230294999A1 (en) | Permanent storage of carbon dioxide | |
| Yanagisawa et al. | Hydrothermal single crystal growth of calcite in ammonium acetate solution | |
| Balasubramanian | Properties of Seawater | |
| US20240076214A1 (en) | Method of Protecting Oceans from Direct Sunlight and for Enhancing Alkalinity with Special Application to Protecting Coral Reefs | |
| Delerce | The reactivity of altered basalts and its implications for natural and engineered carbon mineralization | |
| Chen et al. | Effect of anthropogenic CO 2 on the pH and the saturation states of calcite and aragonite of seawater | |
| Delorenzo | From chicken breath to the killer lakes of Cameroon: Uniting seven interesting phenomena with a single chemical underpinning | |
| AU2006265694B2 (en) | Preparation and use of cationic halides, sequestration of carbon dioxide | |
| Rysgaard et al. | Ikaite crystals in melting sea ice–implications for pCO | |
| Mackenzie et al. | Brief overview of carbon on Earth |