GR1010709B - One-step hydromagnesite nanoparticles production method performed in an intensified rotating bed arrangement furnished with filler - Google Patents
One-step hydromagnesite nanoparticles production method performed in an intensified rotating bed arrangement furnished with filler Download PDFInfo
- Publication number
- GR1010709B GR1010709B GR20230100390A GR20230100390A GR1010709B GR 1010709 B GR1010709 B GR 1010709B GR 20230100390 A GR20230100390 A GR 20230100390A GR 20230100390 A GR20230100390 A GR 20230100390A GR 1010709 B GR1010709 B GR 1010709B
- Authority
- GR
- Greece
- Prior art keywords
- suspension
- hydromagnesite
- reactor
- vessel
- stream
- Prior art date
Links
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 55
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000945 filler Substances 0.000 title claims description 17
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 102
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 51
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 49
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 claims abstract description 45
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 49
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 41
- 235000012254 magnesium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 39
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 abstract 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 63
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 description 47
- 239000000047 product Substances 0.000 description 32
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 22
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 6
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000014380 magnesium carbonate Nutrition 0.000 description 4
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 4
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 229920006926 PFC Polymers 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 3
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 2
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- PPQREHKVAOVYBT-UHFFFAOYSA-H dialuminum;tricarbonate Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O PPQREHKVAOVYBT-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011160 magnesium carbonates Nutrition 0.000 description 2
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 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 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019440 Mg(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940118662 aluminum carbonate Drugs 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009739 binding Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 229910052730 francium Inorganic materials 0.000 description 1
- KLMCZVJOEAUDNE-UHFFFAOYSA-N francium atom Chemical compound [Fr] KLMCZVJOEAUDNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- QWDJLDTYWNBUKE-UHFFFAOYSA-L magnesium bicarbonate Chemical compound [Mg+2].OC([O-])=O.OC([O-])=O QWDJLDTYWNBUKE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000014824 magnesium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000022 magnesium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002370 magnesium bicarbonate Substances 0.000 description 1
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Inorganic materials [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052752 metalloid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002738 metalloids Chemical class 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003541 multi-stage reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002429 nitrogen sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002459 porosimetry Methods 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052705 radium Inorganic materials 0.000 description 1
- HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N radium atom Chemical compound [Ra] HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 1
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000013341 scale-up Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000004846 x-ray emission Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- HASDHSVWTCCGIM-UHFFFAOYSA-N zinc iron(2+) oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Fe+2].[Zn+2] HASDHSVWTCCGIM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F5/00—Compounds of magnesium
- C01F5/24—Magnesium carbonates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
- B01J19/1806—Stationary reactors having moving elements inside resulting in a turbulent flow of the reactants, such as in centrifugal-type reactors, or having a high Reynolds-number
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/28—Moving reactors, e.g. rotary drums
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/51—Particles with a specific particle size distribution
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/10—Solid density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/14—Pore volume
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
Η εφεύρεση αφορά την παραγωγή υδρομαγνησίτη σε μέγεθος νανοσωματιδίων. Πρόκειται για μέθοδο παραγωγής νανοσωματιδίων υδρομαγνησίτη (Μg5(CO3)4(OH)2 · 4Η2O), η οποία στη βασική της ενσωμάτωση εκτελείται με χημική αντίδραση ενός σταδίου ενανθράκωσης οξειδίου του μαγνησίου ή υδροξειδίου του μαγνησίου κατά την οποία α) το ρεύμα που φέρει διοξείδιο του άνθρακα (CO2) κατευθύνεται στο εσωτερικό ενός αντιδραστήρα περιστρεφόμενης κλίνης (3), β) στο εσωτερικό του αντιδραστήρα έρχεται σε επαφή και αντιδρά με αιώρημα οξειδίου του μαγνησίου ή υδροξειδίου του μαγνησίου, γ) ο αντιδραστήρας περιστρέφεται και αναπτύσσεται φυγοκεντρικό πεδίο στο εσωτερικό του, δ) αλληλοεπιδρούν τα ρεύματα διοξειδίου του άνθρακα και αιωρήματος οξειδίου του μαγνησίου ή υδροξειδίου του μαγνησίου καθ΄ ομορροή ή κατ΄ αντιρροή, η επαφή των οποίων προάγει και αυξάνει την ταχύτητα της χημικής αντίδρασης ενανθράκωσης του αιωρήματος οξειδίου του μαγνησίου ή του υδροξειδίου του μαγνησίου και της πυρηνοποίησης υδρομαγνησίτη, με αποτέλεσμα την κρυστάλλωση του υδρομαγνησίτη.The invention relates to the production of nano-sized hydromagnesite. It is a method of producing hydromagnesite nanoparticles (Mg5(CO3)4(OH)2; 4H2O), which in its basic embodiment is performed by a chemical reaction of a carbonization step of magnesium oxide or magnesium hydroxide in which a) the stream carrying dioxide of carbon (CO2) is directed inside a rotating bed reactor (3), b) inside the reactor it comes into contact and reacts with a suspension of magnesium oxide or magnesium hydroxide, c) the reactor rotates and a centrifugal field develops inside it, d) the currents of carbon dioxide and suspension of magnesium oxide or magnesium hydroxide interact in co-flow or counter-flow, the contact of which promotes and increases the speed of the chemical reaction of carbonization of the suspension of magnesium oxide or magnesium hydroxide and nucleation of hydromagnesite, resulting in crystallization of hydromagnesite.
Description
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ DESCRIPTION
Μέθοδος ενός σταδίου σε εντστικοποιημένη διάταξη περιστρεφόμενης κλίνης με πληρωτικό υλικό για παραγωγή νανοσωμστιδίων υδρομαγνησίτη One-step method in an intensified rotating bed arrangement with filler material for the production of hydromagnesite nanoparticles
Τεχνικό πεδίο της εφεύρεσης Technical field of the invention
[001] Η εφεύρεση αφορά την παραγωγή υδρομαγνησίτη σε μέγεθος νανοσωμστιδίων. Συγκεκριμένα, οι υπάρχουσες μέθοδοι εμπεριέχουν ενανθράκωση δύο σταδίων (απαιτούνται δύο αντιδράσεις) και στην πλειοψηφία τους γίνονται σε αντιδραστήρες συνεχούς ανάδευσης (ΑΣΥΝΑΝ) (Δείτε ανάλυση τεχνολογικής στάθμης). [001] The invention relates to the production of nanoparticle-sized hydromagnesite. Specifically, existing methods involve two-stage carbonation (requiring two reactions) and are mostly carried out in continuously stirred reactors (CSRs) (See state-of-the-art analysis).
Ο υδρομαγνησίτης υπάρχει στη φύση υπό μορφή ορυκτού, σε μίγματα με άλλες ουσίες. Ο διαχωρισμός του απαιτεί κατανάλωση μεγάλης ενέργειας, γι' αυτό προτιμώνται οι συνθετικές μέθοδοι παραγωγής του, ειδικότερα όταν μπορεί να παραχθεί απ' ευθείας σε μορφή νανοσωμστιδίων (η εξαγωγή του από ορυκτά απαιτεί σημαντική περαιτέρω επεξεργασία και γίνεται ακόμη πιο δύσκολη και ακριβή ώστε να επιτευχθεί η παραγωγή του σε μέγεθος νανοσωμστιδίων). Η χρήση του σε μορφή νανοσωμστιδίων είναι επιθυμητή σε πολλές εφαρμογές όπως η χρήση του ως επιβραδυντής καύσης (π.χ. σε πολυμερή), ως πρόσθετο στο τσιμέντο, σε μεθόδους ελεγχόμενης απελευθέρωσης φαρμακευτικών ουσιών (drug release), μηχανικής ιστών κλπ. Hydromagnesite exists in nature as a mineral, in mixtures with other substances. Its separation requires a high energy consumption, which is why synthetic methods of its production are preferred, especially when it can be produced directly in the form of nanoparticles (its extraction from minerals requires significant further processing and becomes even more difficult and expensive to achieve its production in the size of nanoparticles). Its use in the form of nanoparticles is desirable in many applications such as its use as a fire retardant (e.g. in polymers), as an additive in cement, in methods of controlled release of pharmaceutical substances (drug release), tissue engineering, etc.
[002] Η παραγωγή υδρομαγνησίτη από απαέρια βιομηχανικών διεργασιών, π.χ. με χρήση διοξειδίου του άνθρακα (CO2), αποτελεί μια μέθοδο χρήσης του CO2. Επιτρέπει έτσι την μετατροπή του τελευταίου σε ένα χρήσιμο προϊόν που μπορεί να αποφέρει κέρδος και να δώσει κίνητρο για την εγκατάσταση μονάδων δέσμευσης σε πλήθος βιομηχανικών εφαρμογών, συντελώντας σημαντικά στη μείωση των εκπομπών του θερμοκηπίου. [002] The production of hydromagnesite from industrial process waste gases, e.g. using carbon dioxide (CO2), is a method of using CO2. It thus allows the conversion of the latter into a useful product that can generate profit and provide an incentive for the installation of capture units in a number of industrial applications, contributing significantly to the reduction of greenhouse gas emissions.
Η παραγωγή του υδρομαγνησίτη μέσω της παρούσας εφεύρεσης με χρήση αντιδραστήρα περιστρεφόμενης κλίνης πληρωτικού υλικού (ΠΚΛ) επιτρέπει την πολύ γρήγορη κλιμάκωσή της διεργασίας, καθώς πρόκειται για έναν εντστικοποιημένο αντιδραστήρα μικρού μεγέθους, εύκολου στην κατασκευή και στον χειρισμό. Ο αντιδραστήρας ΠΚΛ αυξάνει σημαντικά τη μεταφορά μάζας από την αέρια στην υγρή φάση. Αυτό οφείλεται στη μεγάλη ταχύτητα περιστροφής που οδηγεί στη δημιουργία λεπτού υγρού υμενίου το οποίο έχει μικρή αντίσταση στη μεταφορά μάζας μέσα στο υγρό. The production of hydromagnesite by means of the present invention using a rotating packed bed reactor (RPB) allows for very rapid scale-up of the process, as it is a compact, compact reactor that is easy to manufacture and operate. The RBP reactor significantly increases the mass transfer from the gas to the liquid phase. This is due to the high rotation speed that leads to the creation of a thin liquid film that has little resistance to mass transfer within the liquid.
Η παρούσα εφεύρεση θα μπορούσε να εφαρμοσθεί για την παραγωγή όλων των ανθρακικών αλάτων όπου ένα θετικά φορτισμένο ιόν της γενικής μορφής Μ<+>, Μ<2+>ή Μ<3+>αντιδρά με το CO2, όπου το Μ μπορεί να είναι λίθιο, νάτριο, κάλιο, ρουβίδιο, καίσιο, φράγκιο, στρόντιο, βάριο, ράδιο, μαγγάνιο, σίδηρος, αλουμίνιο, ψευδάργυρος, χαλκός, νικέλιο, άργυρος, κάδμιο, λευκόχρυσος, μόλυβδος και γενικότερα οποιοδήποτε στοιχείο που ανήκει στα αλκάλια, στις αλκαλικές γαίες, στα στοιχεία μετάπτωσης, στα στοιχεία μετα-μετάπτωσης και στα μεταλλοειδή. Επίσης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί άμεσα και εύκολα σε βιομηχανίες παραγωγής οξειδίων τον παραπάνω ουσιών αλλά και οξειδίου του ή/και υδροξειδίου του μαγνησίου καθώς προφανώς θα μπορούσαν να διαθέσουν την πρώτη ύλη τους και να τη συνδυάσουν με αξιοποίηση του CO2που παράγεται από την διεργασία της. Συγκεκριμένα, για τις γενικότερες εφαρμογές του υδρομαγνησίτη και ανθρακικών αλάτων μαγνησίου περιλαμβάνουν τις ακόλουθες, επιπροσθέτως των όσων έχουν προ-αναφερθεί: The present invention could be applied to the production of all carbonates where a positively charged ion of the general form M<+>, M<2+> or M<3+> reacts with CO2, where M can be lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, strontium, barium, radium, manganese, iron, aluminum, zinc, copper, nickel, silver, cadmium, platinum, lead and more generally any element belonging to the alkalis, alkaline earths, transition elements, post-transition elements and metalloids. It could also be used directly and easily in industries producing oxides of the above substances as well as magnesium oxide and/or hydroxide, as they could obviously dispose of their raw material and combine it with the utilization of the CO2 produced by its process. Specifically, the more general applications of hydromagnesite and magnesium carbonates include the following, in addition to those previously mentioned:
Πρώτη ύλη σε πλαστικά, πολυμερή, λιπάσματα και οικοδομικά υλικά Raw material in plastics, polymers, fertilizers and building materials
- Χρήση σε μπαταρίες ιόντων μαγνησίου, που πιθανόν να αντικαταστήσουν τις μπαταρίες ιόντων λιθίου καθώς έχουν πολύ μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα, λιγότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις, ενώ αντέχουν σε πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες. - Use in magnesium-ion batteries, which could potentially replace lithium-ion batteries as they have much higher energy density, less environmental impact, and can withstand much lower temperatures.
- Χρήση σε κράματα στη βιομηχανία οχημάτων και αεροπλάνων, καθώς η χρήση ανθρακικών αλάτων μαγνησίου αυξάνει την ανθεκτικότητά τους και μειώνει το βάρος τους. - Use in alloys in the vehicle and aircraft industry, as the use of magnesium carbonates increases their durability and reduces their weight.
- Επιπρόσθετες εφαρμογές αναφέρονται στην βιομηχανία καλλυντικών και φαρμακευτικών και χαρτιού. - Additional applications are reported in the cosmetics, pharmaceuticals and paper industries.
- Γενικά, η εμπορική τιμή των νανοσωμστιδών ανθρακικών αλάτων μπορεί να είναι πολύ υψηλή, ανάλογα με την καθαρότητά τους και τα χαρακτηριστικά των κρυστάλλων, παρέχοντας μεγάλο εμπορικό κίνητρο για την παραγωγή τους. - In general, the commercial price of nanoparticulate carbonates can be very high, depending on their purity and crystal characteristics, providing a great commercial incentive for their production.
Στάθμη της τεχνικής State of the art
[003] Υπάρχουν μόνο δύο ευρεσιτεχνίες (CN110573458A, AU2018222897) οι οποίες αναφέρουν λίγα χαρακτηριστικά στοιχεία που αφορούν και τη συγκεκριμένη εφεύρεση αλλά και πολλά χαρακτηριστικά στοιχεία τα οποία δεν έχουν καμία ομοιότητα, κάνοντας μοναδική την τεχνολογία της συγκεκριμένης εφεύρεσης. Οι διαφορές που υπάρχουν σχολιάζονται και αξιολογούνται παρακάτω βάσει συγκεκριμένων, αντιπροσωπευτικών χαρακτηριστικών της τεχνολογίας που αφορά η συγκεκριμένη εφεύρεση. [003] There are only two patents (CN110573458A, AU2018222897) which mention a few characteristic elements that also concern the specific invention but also many characteristic elements that have no similarity, making the technology of the specific invention unique. The differences that exist are commented on and evaluated below based on specific, representative characteristics of the technology of the specific invention.
Η παρούσα εφεύρεση υλοποιείται βάσει της ακόλουθης αντίδρασης: The present invention is implemented based on the following reaction:
5 MgO 5Η2O 5CO2 ←→ Mg5(CO3)4(OH)2<.>4H2O CO2(1) Ακόμη υλοποιείται βάσει της ακόλουθης αντίδρασης όταν η πρώτη ύλη είναι υδατικό αιώρημα υδροξειδίου του μαγνησίου (Mg(OH)2), ως εξής: 5 MgO 5Η2O 5CO2 ←→ Mg5(CO3)4(OH)2<.>4H2O CO2(1) It is also implemented based on the following reaction when the raw material is an aqueous suspension of magnesium hydroxide (Mg(OH)2), as follows:
5 Mg(OH)2+ Η2O 5 CO2←→ Mg5(CO3)4(OH)2<.>4H2O CO2+ Η2O (2) Η ευρεσιτεχνία CN110573458A δεν παραθέτει αντίδραση, ωστόσο αναφέρεται στην παραγωγή γενικότερα αλάτων τύπου MgCO3<.>Mg(OΗ)2mH2O και ότι πρόκειται για ενανθράκωση δύο σταδίων (δείτε και παρακάτω αναλυτικά). Η ευρεσιτεχνία AU2018222897 παραθέτει την ακόλουθη αντίδραση: 5 Mg(OH)2+ H2O 5 CO2←→ Mg5(CO3)4(OH)2<.>4H2O CO2+ H2O (2) Patent CN110573458A does not list a reaction, however it refers to the production of salts of the type MgCO3<.>Mg(OH)2mH2O in general and that it is a two-stage carbonation (see below for details). Patent AU2018222897 lists the following reaction:
5MgCl2(aq)+ (2 ΝαΟΗ 4Na2CO3+ xNaCl)(aq)→ Mg5(OH)2(CO3)44H2O(S)+ (x 10) ΝaCl(aq)5MgCl2(aq)+ (2 NaOH 4Na2CO3+ xNaCl)(aq)→ Mg5(OH)2(CO3)44H2O(S)+ (x 10) NaCl(aq)
(3) (3)
Για την AU2018222897, είναι προφανές ότι πρόκειται για διαφορετική μέθοδο παραγωγής σε σχέση με την τεχνολογία της παρούσας εφεύρεσης For AU2018222897, it is obvious that this is a different production method compared to the technology of the present invention.
[004] Η παρούσα εφεύρεση υλοποιείται σε ένα στάδιο ενανθράκωσης, χωρίς προεπεξεργασία, καθώς το πρόδρομο αιώρημα αποτελείται από δύο συστατικά (CO2και υδατικό αιώρημα MgO ή Mg(OH)2). Το κινέζικο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας CN110573458A αφορά διαδικασία ενανθράκωσης που υλοποιείται σε δύο στάδια, ενώ η αυστραλιανή αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας AU2018222897 αφορά διαδικασία ενανθράκωσης που υλοποιείται μεν σε ένα στάδιο, αλλά με προ-επεξεργασία πολλών σταδίων και έλεγχο συγκεκριμένων δεικτών επεξεργασίας και pH με επιπρόσθετες πηγές ιόντων. Η ενανθράκωση δύο σταδίων, όπως στην CN110573458A, είναι προφανώς εντελώς διαφορετική από την εναθράκωση ενός σταδίου, καθώς στην πρώτη περίπτωση δεν γίνεται απ' ευθείας καταβύθιση υδρομαγνησίτη, όπως στην περίπτωση ενός σταδίου. Στην περίπτωση της AU2018222897, πριν από την καταβύθιση υδρομαγνησίτη παρεμβάλλονται βήματα προεπεξεργασίας που απαιτούνται λόγω της σύστασης μιας συγκεκριμένης πρόδρομης ουσίας που λέγεται CSG brine (δείτε «πρόδρομες ουσίες»), η οποία δεν απαιτείται ούτε χρησιμοποιείται στην τεχνολογία που αφορά η παρούσα εφεύρεση. Επιπλέον η AU2018222897 περιλαμβάνει έλεγχο του λόγου καρβονυδίου/καρβοξυλίου (carbonate/carboxylate) και του pH με ελεγχόμενη προσθήκη πηγών ΟΗ<_>ή/και Mg<2+>. Κανένα από αυτά δεν απαιτείται ούτε χρησιμοποιείται στην τεχνολογία που αφορά η συγκεκριμένη εφεύρεση. [004] The present invention is implemented in a single-stage carbonation, without pretreatment, as the precursor suspension consists of two components (CO2 and aqueous suspension of MgO or Mg(OH)2). Chinese patent CN110573458A relates to a carbonation process implemented in two stages, while Australian patent application AU2018222897 relates to a carbonation process implemented in one stage, but with multi-stage pretreatment and control of specific treatment parameters and pH with additional ion sources. Two-stage carbonation, as in CN110573458A, is obviously completely different from single-stage carbonation, as in the first case, direct precipitation of hydromagnesite does not occur, as in the single-stage case. In the case of AU2018222897, prior to the precipitation of hydromagnesite, pretreatment steps are inserted that are required due to the composition of a specific precursor called CSG brine (see “precursors”), which is not required or used in the technology of the present invention. In addition, AU2018222897 includes control of the carbonate/carboxylate ratio and pH by controlled addition of OH<_> and/or Mg<2+> sources. None of these are required or used in the technology of the present invention.
Η παρούσα εφεύρεση υλοποιείται μέσω εξοπλισμού περιστρεφόμενης κλίνης πληρωτικού υλικού (ΠΚΛ), ενώ οι μέθοδοι που αναφέρονται στο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας CN110573458A και στην αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας AU2018222897 υλοποιούνται σε δοχείο με αναδευτήρα. Η ΠΚΛ είναι ένα προηγμένο είδος εξοπλισμού που εμπεριέχει πληρωτικό υλικό το οποίο περιστρέφεται. Αντίθετα, το δοχείο με αναδευτήρα δεν περιέχει πληρωτικό υλικό, ενώ η ΠΚΛ δεν εμπεριέχει αναδευτήρα. Άρα πρόκειται για δύο εντελώς διαφορετικά ήδη εξοπλισμού. Ο τρόπος και η ένταση μεταφοράς μάζας, που αποτελεί και τον βασικό μηχανισμό αντίδρασης στις δύο περιπτώσεις εξοπλισμού, είναι εντελώς διαφορετικά στην περίπτωση χρήσης περιστρεφόμενου πληρωτικού υλικού από την περίπτωση ενός περιστρεφόμενου αναδευτήρα. Έχει κσταδειχθεί στην δημοσιευμένη βιβλιογραφία, για άλλα προϊόντα από αυτό το οποίο αφορά η συγκεκριμένη εφεύρεση, ότι η ΠΚΛ έχει πολύ μεγάλα πλεονεκτήματα σε σχέση με δοχεία με αναδευτήρα, όπως ο μικρότερος όγκος αντίδρασης (και άρα το μικρότερο πάγιο κόστος εξοπλισμού) και ο καλύτερος έλεγχος της δομής των προϊόντων, μεταξύ άλλων. The present invention is implemented by means of a rotating bed of filler (RBF) equipment, while the methods referred to in patent CN110573458A and patent application AU2018222897 are implemented in a stirred vessel. The RBF is an advanced type of equipment that contains a filler that rotates. On the contrary, the stirred vessel does not contain a filler, while the RBF does not contain a stirrer. Therefore, these are two completely different pieces of equipment. The way and intensity of mass transfer, which is also the basic reaction mechanism in the two cases of equipment, are completely different in the case of using a rotating filler than in the case of a rotating stirrer. It has been demonstrated in the published literature, for products other than the one to which this specific invention relates, that the PCL has very great advantages over stirred vessels, such as the smaller reaction volume (and therefore the lower fixed equipment cost) and the better control of the product structure, among others.
Στην παρούσα εφεύρεση η πρόδρομη ουσία είναι αιώρημα MgO ή Mg(OH)2σε νερό, στο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας CN110573458A οι πρόδρομες ουσίες είναι αιωρήματα MgO ή Mg(OH)2σε νερό και στην αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας AU2018222897 οι πρόδρομες ουσίες είναι πηγές ιόντων ΟΗ<_>, κατά προτίμηση NaOH, αλλά και υπερ-λεπτό Mg(OH)2μεγέθους < 1μm. Η τεχνολογία της παρούσας εφεύρεσης αφορά στην απ' ευθείας ενανθράκωση ενός αιωρήματος MgO ή Mg(OH)2σε νερό (σύστημα αερίουυγρού-στερεού), ενώ η AU2018222897 αφορά ενανθράκωση διαλύματος (σύστημα αερίου-υγρού) ή ενανθράκωση αιωρήματος (σύστημα αερίου-υγρού-στερεού) όπου το υγρό είναι ειδικού τύπου, ονομάζεται CSG brine, σχετίζεται με την παραγωγή φυσικού αερίου, εμπεριέχει συγκεκριμένη σύνθεση και υψηλή αρχική συγκέντρωση ανεπιθύμητων ουσιών, που απαιτούν περισσότερα του ενός στάδια προ-επεξεργασίας πριν την αντίδραση ενανθράκωσης. In the present invention the precursor is a suspension of MgO or Mg(OH)2 in water, in patent CN110573458A the precursors are suspensions of MgO or Mg(OH)2 in water and in patent application AU2018222897 the precursors are sources of OH ions, preferably NaOH, but also ultra-fine Mg(OH)2 of size < 1μm. The technology of the present invention relates to the direct carbonation of a suspension of MgO or Mg(OH)2 in water (gas-liquid-solid system), while AU2018222897 relates to solution carbonation (gas-liquid system) or suspension carbonation (gas-liquid-solid system) where the liquid is of a special type, called CSG brine, related to natural gas production, contains a specific composition and a high initial concentration of undesirable substances, which require more than one pre-treatment stage before the carbonation reaction.
Η παρούσα εφεύρεση δεν απαιτεί πρόσθετες πρώτες ύλες (πρόσθετα). Η διαδικασία που περιγράφεται στην αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας AU2018222897 απαιτεί ευδιάλυτη πηγή ιόντων Mg<2+>, της MgCI2ή MgSO4, Mg(NO3)2ή Mg(OH)2. Η πηγή μπορεί να είναι ένυδρης ή άλλης μορφής. Η απουσία προσθέτων απλοποιεί την παραγωγή. Είναι αποτέλεσμα του συνδυασμού των λειτουργικών δυνατοτήτων της ΠΚΛ που αυξάνει τον ρυθμό μεταφοράς μάζας και διάλυσης του MgO ή του Mg(OH)2που γενικά είναι το πιο απλό στάδιο της διαδικασίας. Στην περίπτωση της AU2018222897 τα πρόσθετα οδηγούν σε παραπροϊόντα που πρέπει να διαχωριστούν, αυξάνοντας σημαντικά την πολυπλοκότητα. The present invention does not require additional raw materials (additives). The process described in patent application AU2018222897 requires a soluble source of Mg<2+> ions, of MgCl2 or MgSO4, Mg(NO3)2 or Mg(OH)2. The source may be in hydrated or other form. The absence of additives simplifies production. It is a result of the combination of the functional capabilities of the PCL that increases the mass transfer rate and dissolution of MgO or Mg(OH)2 which is generally the simplest step of the process. In the case of AU2018222897 the additives lead to by-products that must be separated, significantly increasing the complexity.
[005] Εκτός από τις παραπάνω ευρεσιτεχνίες, εξοπλισμός για την παραγωγή υδρομαγνησίτη έχει αναφερθεί μια φορά στη βιβλιογραφία, μέσω της ενανθράκωσης αερίου-υγρού. Η προσέγγιση αυτή αφορά στην απορρόφηση αερίου μίγματος NH3/ CO2σε υδατικό διάλυμα MgCI2. Η αντίδραση της παρούσας εφεύρεσης είναι πολύ απλούστερη, απαιτεί μόνο MgO ή Mg(OH)2ως πρώτη ύλη, είναι αντίδραση ένυδρου αιωρήματος και όχι διαλύματος με αέριο, δεν χρησιμοποιεί ενώσεις αμμωνίας ή χλωρίου και άρα δεν απαιτεί επιπρόσθετα στάδια διαχωρισμού αυτών των συστατικών από το τελικό προϊόν. [005] In addition to the above patents, equipment for the production of hydromagnesite has been reported once in the literature, through gas-liquid carbonation. This approach involves the absorption of a gaseous NH3/CO2 mixture in an aqueous MgCl2 solution. The reaction of the present invention is much simpler, requires only MgO or Mg(OH)2 as a raw material, is a reaction of a hydrated suspension and not a solution with a gas, does not use ammonia or chlorine compounds and therefore does not require additional steps to separate these components from the final product.
Έχουν καταγραφεί μέθοδοι ενανθράκωσης που περιλαμβάνουν, επίσης, μαγνήσιο και προϊόντα του και παρουσιάζουν ομοιότητες με κάποια από αυτά της παρούσας εφεύρεσης, αλλά έχουν και πολύ σημαντικές διαφοροποιήσεις. Carbonation methods have been reported that also include magnesium and its products and present similarities to some of those of the present invention, but also have very important differences.
Για παράδειγμα, η αίτησης για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας US20220153647A1 έχει ως αντικείμενο την ενανθράκωση μαγνησιούχου τσιμέντου με χρήση βακτηρίων και στόχος είναι η ενδυνάμωση συγκεκριμένου τύπου τσιμέντου χωρίς απαίτηση παραγωγής νανοσωμστιδίων. Αντίθετα, η παρούσα εφεύρεση δεν χρησιμοποιεί βακτήρια, δεν απαιτεί μαγνησιούχο τσιμέντο αλλά μπορεί να χρησιμοποιήσει οποιαδήποτε πηγή οξειδίου του μαγνησίου, στοχεύει σε παραγωγή νανοσωματιδίων, όχι σε συγκεκριμένη εφαρμογή. For example, patent application US20220153647A1 is concerned with the carbonation of magnesium cement using bacteria and aims to strengthen a specific type of cement without requiring the production of nanoparticles. In contrast, the present invention does not use bacteria, does not require magnesium cement but can use any source of magnesium oxide, and is aimed at the production of nanoparticles, not a specific application.
Το κινέζικο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας CN1341694A έχει ως αντικείμενο την παραγωγή νανοσωμστιδίων υδροξειδίου του μαγνησίου με χρήση ΠΚΛ. Το τελικό προϊόν είναι διαφορετικό, ενώ υλοποιείται σε δύο στάδια έναντι ενός σταδίου της παρούσας εφεύρεσης. Chinese patent CN1341694A is concerned with the production of magnesium hydroxide nanoparticles using PCL. The final product is different, and is implemented in two steps compared to the one step of the present invention.
Η αμερικάνικη αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας US2022048784 έχει ως αντικείμενο την παραγωγή ανθρακικού μαγνησίου από υλικά συμπεριλαμβανομένου και υδροξειδίου του μαγνησίου, ενώ υλοποιείται με χρήση αυτόκλειστου δοχείου πίεσης (autoclave). Άρα πρόκειται για διαφορετικό εξοπλισμό ενώ υλοποιείται σε δύο στάδια έναντι ενός σταδίου της παρούσας εφεύρεσης. The American patent application US2022048784 is concerned with the production of magnesium carbonate from materials including magnesium hydroxide, and is implemented using an autoclave. Therefore, it is a different equipment and is implemented in two stages compared to the one stage of the present invention.
Το ρώσικο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας RU2681622 έχει ως αντικείμενο την παραγωγή δικαρβονικού μαγνησίου. Πρόκειται για διαφορετικό προϊόν. Russian patent RU2681622 concerns the production of magnesium bicarbonate. This is a different product.
Η διεθνής αίτησης για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας WO2018139975A1 έχει ως αντικείμενο την ενανθράκωση μαγνησίας τσιμέντου και την παραγωγή σύνθετου υλικού τσιμέντου. Επομένως, πρόκειται, και εδώ, για διαφορετικό προϊόν. The international patent application WO2018139975A1 concerns the carbonation of magnesia cement and the production of a composite cement material. Therefore, it is also a different product.
Οι ανακληθείσες ευρωπαϊκές αιτήσεις για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ΕΡ 3 428 129 A1, ΕΡ 3 428 128 Α1 έχουν ως αντικείμενο μια μέθοδο αύξησης ιόντων μαγνησίου σε νερό. Πρόκειται για διαφορετικό προϊόν και σκοπό τεχνολογίας. The withdrawn European patent applications EP 3 428 129 A1, EP 3 428 128 A1 concern a method for increasing magnesium ions in water. This is a different product and purpose of technology.
Το αμερικάνικο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας US2016145155 Α1 έχει ως αντικείμενο την παραγωγή ανθρακικού άλατος που περιέχει μαγνήσιο και ασβέστιο. Πρόκειται για διαφορετικό προϊόν, ενώ δεν γίνεται χρήση ΠΚΛ. The American patent US2016145155 A1 is concerned with the production of carbonate containing magnesium and calcium. This is a different product, and no PCL is used.
Η διεθνής αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας WO2015154194 Α1 έχει ως αντικείμενο την διεργασία παραγωγής υδρομαγνησίτη και οξειδίου του μαγνησίου. Δεν γίνεται χρήση ΠΚΛ ή αναφορά σε νανοσωμστίδια υδρομαγνησίτη (το μέγεθος που αναφέρεται είναι πολύ μεγαλύτερο της τάξης 20-50 μm), ενώ γίνεται και χρήση πολλαπλών πρώτων υλών (π.χ. MgCI2, NaCO3) σε αντίθεση με την παρούσα εφεύρεση που απαιτεί μόνο δύο συστατικά που προαναφέρθηκαν. The international patent application WO2015154194 A1 is concerned with the process for producing hydromagnesite and magnesium oxide. It does not use PCL or refer to hydromagnesite nanoparticles (the size reported is much larger than 20-50 μm), and it uses multiple raw materials (e.g. MgCI2, NaCO3) in contrast to the present invention which only requires the two components mentioned above.
Το αμερικάνικο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας US20140004347A1 έχει ως αντικείμενο την παραγωγή υδρομαγνησίτη μέσω μεθόδου νεσκεχονίτη, ενώ υλοποιείται σε δύο στάδια και χωρίς χρήση ΠΚΛ. The American patent US20140004347A1 concerns the production of hydromagnesite through the neskechonite method, while it is implemented in two stages and without the use of PCL.
Το κινέζικο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας CN102424409A έχει ως αντικείμενο την παραγωγή ελαφρού ανθρακικού μαγνησίου. Άρα δεν πρόκειται για υδρομαγνησίτη, όπως στην παρούσα εφεύρεση. Γίνεται χρήση ΠΚΛ αλλά με πρώτη ύλη που περιέχει χλώριο. Η διεθνής αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας W02010097446A1 έχει ως αντικείμενο την παραγωγή ανθρακικού μαγνησίου. Άρα δεν πρόκειται για υδρομαγνησίτη, όπως στην παρούσα εφεύρεση. The Chinese patent CN102424409A is concerned with the production of light magnesium carbonate. Therefore, it is not hydromagnesite, as in the present invention. It uses PCL but with a raw material containing chlorine. The international patent application W02010097446A1 is concerned with the production of magnesium carbonate. Therefore, it is not hydromagnesite, as in the present invention.
[006] Υπάρχει επίσης σειρά εφευρέσεων με χρήση ΠΚΛ, που αφορούν, όμως, παραγωγή άλλων προϊόντων από αυτό της παρούσας εφεύρεσης, όπως ανθρακικού ασβεστίου (CN110950338A, CN107814404A, CN104946342A, CN101451087A, CN101219330 A, CN1116185 A, CN1461731A, CN2483374Y, W02003055804A1), ανθρακικού λιθίου (CN104229838A, CN104211097A, CN104211096A, CN102180488B), νανοσωματιδίων ανθρακικού αργιλίου (CN1752006A), παραγωγή νανοσωμστιδίων οξειδίων μετάλλων, αλούμινας και οξειδίου του ψευδαργύρου (CN102030352a), ενανθράκωση προϊόντων τσιμέντου (W02022090796A1, WO2020217232A1). Τέλος υπάρχουν και εφευρέσεις που απλά αναφέρουν την παραγωγή νανοσωματιδίων ανθρακικού ασβεστίου (CN110950338A, CN2483374Y). [006] There is also a series of inventions using PCL, which relate, however, to the production of other products than that of the present invention, such as calcium carbonate (CN110950338A, CN107814404A, CN104946342A, CN101451087A, CN101219330 A, CN1116185 A, CN1461731A, CN2483374Y, W02003055804A1), lithium carbonate (CN104229838A, CN104211097A, CN104211096A, CN102180488B), aluminum carbonate nanoparticles (CN1752006A), production of metal oxide nanoparticles, alumina and iron oxide zinc (CN102030352a), carbonation of cement products (W02022090796A1, WO2020217232A1). Finally, there are also inventions that simply mention the production of calcium carbonate nanoparticles (CN110950338A, CN2483374Y).
[007] Συνοψίζοντας τα παραπάνω, η παρούσα εφεύρεση είναι τελείως διαφορετική από όλες τις παραπάνω μεθόδους που αποτελούν την τεχνολογική βάση και οι οποίες είτε αφορούν παραγωγή άλλων ουσιών, είτε χρησιμοποιούν άλλου είδους εξοπλισμό, είτε αφορούν παραγωγή υδρομαγνησίτη με διαφορετικές, πιο σύνθετες και πιο ακριβές μεθόδους, είτε, τέλος, απαιτούν τη χρήση πρόσθετων πρώτων υλών που οδηγούν στην παραγωγή παραπρϊόντων. Αντίθετα, με την παρούσα εφεύρεση επιτυγχάνεται παραγωγή υδρομαγνησίτη σε ένα στάδιο, με τη χρήση αντιδραστήρα περιστρεφόμενης κλίνης με πληρωτικό υλικό, με πρώτη ύλη MgO ή του Mg(OH)2, χωρίς προ-επεξεργασία και χωρίς πρόσθετες πρώτες ύλες, που οδηγούν στην παραγωγή παραπροϊόντων. [007] In summary, the present invention is completely different from all the above methods that constitute the technological basis and which either involve the production of other substances, or use other types of equipment, or involve the production of hydromagnesite with different, more complex and more expensive methods, or, finally, require the use of additional raw materials that lead to the production of by-products. In contrast, the present invention achieves the production of hydromagnesite in one stage, using a rotating bed reactor with filler material, with raw material MgO or Mg(OH)2, without pre-treatment and without additional raw materials that lead to the production of by-products.
Σύντομη παρουσίαση της εφεύρεσης Brief presentation of the invention
Ο σκοπός είναι η παραγωγή νανοσωμστιδίων υδρομαγνησίτη (Mg5(CO3)4(OH)2<.>The purpose is to produce hydromagnesite nanoparticles (Mg5(CO3)4(OH)2<.>
4H2O.) μέσω αντίδρασης ενανθράκωσης οξειδίου του μαγνησίου (MgO) ή υδροξειδίου του ασβεστίου (Mg(OH)2) σε ένα στάδιο, που επιτελείται σε εντστικοποιημένο εξοπλισμό περιστρεφόμενης κλίνης πληρωτικού υλικού (ΠΚΛ). 4H2O.) via a single-stage carbonation reaction of magnesium oxide (MgO) or calcium hydroxide (Mg(OH)2), carried out in an intensified rotating packed bed (TBF) equipment.
Πλεονεκτήματα της εφεύρεσης Advantages of the invention
Α) Σε αντίθεση με συμβατικούς αντιδραστήρες ΑΣΥΝΑΝ ή/και μεθόδους παραγωγής σε δύο στάδια, η παρούσα ευρεσιτεχνία δεν απαιτεί δύο αντιδραστήρες, δεν απαιτεί πρόσθετες πρώτες ύλες ή/και άλλες χημικές ουσίες (π.χ. οξέα, τοξική αμμωνία κλπ), δεν δημιουργούνται ενδιάμεσες φάσεις του κρυστάλλου και αποφεύγεται η δημιουργία ενδιάμεσων, διαφορετικών, μη επιθυμητών κρυσταλλικών δομών (π.χ. νεσκεχονίτης), δεν απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες ή/και πιέσεις, ο χρόνος αντίδρασης είναι πολύ μικρότερος (γιατί σε ΑΣΥΝΑΝ ο ρυθμός μεταφοράς μάζας είναι πολύ μειωμένος) οδηγώντας σε υψηλότερη απόδοση αντίδρασης και μικρότερο όγκο εξοπλισμού. A) In contrast to conventional ASYNAN reactors and/or two-stage production methods, the present invention does not require two reactors, does not require additional raw materials and/or other chemicals (e.g. acids, toxic ammonia, etc.), no intermediate crystal phases are created and the creation of intermediate, different, undesirable crystal structures (e.g. neskechonite) is avoided, high temperatures and/or pressures are not required, the reaction time is much shorter (because in ASYNAN the mass transfer rate is much reduced) leading to higher reaction efficiency and smaller equipment volume.
Β) Η αντίδραση ενός σταδίου γίνεται με απ' ευθείας χρήση οξειδίου του μαγνησίου (MgO) ή υδροξειδίου του μαγνησίου (Mg(OH)2) και διοξειδίου του άνθρακα (CO2), σε έναν μόνο αντιδραστήρα (μειώνονται οι απαιτήσεις εξοπλισμού). To CO2μπορεί να προέλθει απ ' ευθείας από μονάδα δέσμευσης CO2από τα απαέρια οποιοσδήποτε βιομηχανίας, αλλά και από οποιαδήποτε άλλη πηγή . Λόγω της αντίδρασης ενός σταδίου απαιτείται ο έλεγχος μόνο των παροχών του αιωρήματος και του αερίου και του ρυθμού περιστροφής για την παραγωγή υδρομαγνησίτη, ενώ σε αντιδράσεις περισσότερων σταδίων απαιτείται ο έλεγχος περισσότερων παραμέτρων δυσκολεύοντας την εύρεση και διατήρηση των συνθηκών που απαιτούνται για την παραγωγή του τελικού προϊόντος. B) The one-stage reaction is carried out by direct use of magnesium oxide (MgO) or magnesium hydroxide (Mg(OH)2) and carbon dioxide (CO2), in a single reactor (equipment requirements are reduced). The CO2 can come directly from a CO2 capture unit from the waste gases of any industry, but also from any other source. Due to the one-stage reaction, only the flow rates of the suspension and gas and the rotation rate are required to be controlled for the production of hydromagnesite, while in multi-stage reactions, the control of more parameters is required, making it difficult to find and maintain the conditions required for the production of the final product.
C) Η χρήση αντιδραστήρα ΠΚΛ για την αντίδραση ενός σταδίου οδηγεί σε απόδοση χρήσης CO2της τάξης του 94% (πολύ υψηλότερης σε σχέση με ΑΣΥΝΑΝ), οδηγεί σε ρυθμό παραγωγής υδρομαγνησίτη πολύ μεγαλύτερο σε σχέση με ΑΣΥΝΑΝ σε ίδιες συνθήκες, επιτρέπει την παραγωγή νανοσωματιδίων μέσου πάχους 31 - 69 nm χωρίς τη χρήση πρόσθετων χημικών. C) The use of a PCL reactor for the one-stage reaction leads to a CO2 utilization efficiency of 94% (much higher than ASYNAN), leads to a hydromagnesite production rate much higher than ASYNAN under the same conditions, and allows the production of nanoparticles with an average thickness of 31 - 69 nm without the use of additional chemicals.
Αποκάλυψη της εφεύρεσης Disclosure of the invention
[008] Η εφεύρεση αφορά μια καινοτόμα μέθοδο για τη σύνθεση νανοσωματιδίων υδρομαγνησίτη σε ένα στάδιο μέσω μιας και μόνης αντίδρασης ενανθράκωσης υδατικών αιωρημάτων οξειδίου του μαγνησίου (MgO) σε αντιδραστήρα περιστρεφόμενης κλίνης πληρωτικού υλικού. [008] The invention relates to an innovative method for the synthesis of hydromagnesite nanoparticles in one step through a single carbonation reaction of aqueous suspensions of magnesium oxide (MgO) in a packed bed rotating reactor.
Πρόκειται για μέθοδο παραγωγής νανοσωματιδίων υδρομαγνησίτη (Mg5(CO3)4(OH)2<.>This is a method for producing hydromagnesite nanoparticles (Mg5(CO3)4(OH)2<.>
4H2O.) που γίνεται με χημική αντίδραση ενός σταδίου ενανθράκωσης οξειδίου του μαγνησίου ή υδροξειδίου του μαγνησίου κατά την οποία α) το ρεύμα που φέρει διοξείδιο του άνθρακα (CO2) κατευθύνεται στο εσωτερικό ενός αντιδραστήρα περιστρεφόμενης κλίνης, β) στο εσωτερικό του αντιδραστήρα έρχεται σε επαφή και αντιδρά με αιώρημα οξειδίου του μαγνησίου ή υδροξειδίου του μαγνησίου, γ) ο αντιδραστήρας περιστρέφεται και αναπτύσσεται φυγοκεντρικό πεδίο στο εσωτερικό του, δ) αλληλοεπιδρούν τα ρεύματα διοξειδίου του άνθρακα και αιωρήματος οξειδίου του μαγνησίου ή υδροξειδίου του μαγνησίου καθ' ομορροή ή κατ' αντιρροή, η επαφή των οποίων προάγει και αυξάνει την ταχύτητα της χημικής αντίδρασης ενανθράκωσης του αιωρήματος οξειδίου του μαγνησίου ή του υδροξειδίου του μαγνησίου και της πυρηνοποίησης υδρομαγνησίτη, με αποτέλεσμα την κρυστάλλωση του υδρομαγνησίτη. 4H2O.) which is carried out by a chemical reaction of a carbonation stage of magnesium oxide or magnesium hydroxide in which a) the stream carrying carbon dioxide (CO2) is directed inside a rotating bed reactor, b) inside the reactor it comes into contact and reacts with a suspension of magnesium oxide or magnesium hydroxide, c) the reactor rotates and a centrifugal field develops inside it, d) the streams of carbon dioxide and suspension of magnesium oxide or magnesium hydroxide interact in a cocurrent or countercurrent manner, the contact of which promotes and increases the speed of the chemical reaction of carbonation of the suspension of magnesium oxide or magnesium hydroxide and the nucleation of hydromagnesite, resulting in crystallization of hydromagnesite.
Η πρώτη ύλη είναι ένυδρο αιώρημα οξειδίου του μαγνησίου (MgO) ή υδροξειδίου του μαγνησίου (Mg(OH)2) και CO2ανεξαρτήτως από την πηγή του. Η ελάχιστη συγκέντρωση του υδατικού αιωρήματος MgO είναι μεγαλύτερη από το όριο διαλυτότητάς του καθαρού MgO σε νερό (8.6 mg/I) στους 25°C. Ή αντίστοιχα, η συγκέντρωση του υδροξειδίου του μαγνησίου είναι μεγαλύτερη από το όριο διαλυτότητας του καθαρού Mg(OH)2στο νερό (6.54 mg/I) στους 25 °C. Η ελάχιστη θερμοκρασία για την αντίδραση είναι 40°C. Η ελάχιστη ταχύτητα περιστροφής της ΠΚΛ είναι 10 rpm. Ο ελάχιστος λόγος ογκομετρικής παροχής υγρού/ ογκομετρική παροχή CO2είναι 0.01. The raw material is a hydrated suspension of magnesium oxide (MgO) or magnesium hydroxide (Mg(OH)2) and CO2, regardless of its source. The minimum concentration of the aqueous MgO suspension is greater than the solubility limit of pure MgO in water (8.6 mg/L) at 25°C. Or, correspondingly, the concentration of magnesium hydroxide is greater than the solubility limit of pure Mg(OH)2 in water (6.54 mg/L) at 25 °C. The minimum temperature for the reaction is 40°C. The minimum rotation speed of the reactor is 10 rpm. The minimum ratio of liquid volumetric flow rate/CO2 volumetric flow rate is 0.01.
Με τη μέθοδο επιτυγχάνεται μονοδιασπορά, έως και 100% καθαρότητα σε κρυσταλλική δομή υδρομαγνησίτη και επαναλαμβανόμενα και σταθερά κανονικές κατανομές πάχους νανασωματιδίων με μικρές τυπικές αποκλίσεις. The method achieves monodispersity, up to 100% purity in the hydromagnesite crystal structure, and repeatable and stable normal nanoparticle thickness distributions with small standard deviations.
Η μέθοδος μπορεί να εκτελεστεί σε διαλείπουσα ή συνεχή λειτουργία. Ο αντιδραστήρας, που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση της μεθόδου των προηγούμενων αξιώσεων, χαρακτηρίζεται από το ότι περιλαμβάνει περιστρεφόμενη κλίνη με πληρωτικό υλικό. Η αντίδραση της παρούσας μεθόδου μπορεί να επιτευχθεί σε πολλαπλούς αντιδραστήρες διατεταγμένους είτε σε σειρά, είτε παράλληλα με πολλαπλούς συνδυασμούς. The method can be carried out in batch or continuous operation. The reactor used to carry out the method of the preceding claims is characterized in that it comprises a rotating bed of packed material. The reaction of the present method can be achieved in multiple reactors arranged either in series or in parallel with multiple combinations.
Ένα απλοποιημένο και εποπτικό διάγραμμα ροής της διεργασίας που χρησιμοποιήθηκε για τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται δίνεται στο Σχήμα 1. Σύμφωνα με μια γενική περιγραφή αυτού, η παροχή μιας αέριας πηγής CO2(1) ρυθμίζεται με τη βοήθεια ενός ρυθμιστή παροχής αερίου (2) και κατευθύνεται στο εσωτερικό ενός αντιδραστήρα ΠΚΛ (3). Στο εσωτερικό του αντιδραστήρα ΠΚΛ έρχεται σε επαφή και αντιδρά με υδατικό αιώρημα της πρώτης ύλης (MgO ή Mg(OH)2) με ποικιλία αρχικών συγκεντρώσεων, το οποίο τροφοδοτείται από το δοχείο αντιδρώντων (4) με τη βοήθεια της αντλίας αντιδρώντων (7) στο κέντρο του αντιδραστήρα ΠΚΛ. Ο τρόπος επαφής των δύο ρευμάτων (καθ' ομορροή ή κατ' αντιροή) παρουσιάζεται πιο αναλυτικά στα Σχήματα 3 και 4, αντίστοιχα. Η επαφή των δύο ρευμάτων κάτω από το αναπτυσσόμενο φυγοκεντρικό πεδίο του αντιδραστήρα ΠΚΛ προάγει και αυξάνει την ταχύτητα της χημικής αντίδρασης ενανθράκωσης του MgO και της πυρηνοποίησης υδρομαγνησίτη. Το αναπτυσσόμενο φυγοκεντρικό πεδίο επιτρέπει η κρυστάλλωση του υδρομαγνησίτη να πραγματοποιείται υπό ήπιες συνθήκες λειτουργίας (ατμοσφαιρική πίεση και χαμηλή θερμοκρασία). Ταυτόχρονα αποφεύγεται η χρήση πρόσθετων για τον έλεγχο του pH και της ανάπτυξης μεγέθους των σωματιδίων, που είναι απαραίτητα με συμβατικό εξοπλισμό. Το αναπτυσσόμενο ρεύμα προϊόντων εγκαταλείπει το κέλυφος του αντιδραστήρα από μια πλευρική οπή και συγκεντρώνεται προσωρινά στο δοχείο προϊόντων (5), από όπου ανακυκλώνεται με συνεχή τρόπο στο δοχείο αντιδρώντων, με τη βοήθεια της αντλίας προϊόντων (6). Με την έξοδο του από την ΠΚΛ το αέριο υποβάλλεται σε μέτρηση ογκομετρικής παροχής (8) και έπειτα εκλύεται στην ατμόσφαιρα με έως και μηδενική περιεκτικότητα σε CO2. Η θερμοκρασία της πειραματικής διάταξης επιβλέπεται με θερμοστοιχεία (12 και 13) τοποθετημένα στα αντίστοιχα δοχεία. Η εξαγωγή των πειραματικών αποτελεσμάτων γίνεται με δειγματοληψία από κατάλληλη θέση (14 ή 15 ή 16). A simplified and schematic flow chart of the process used for the results presented is given in Figure 1. According to a general description of this, the flow of a CO2 gas source (1) is regulated by a gas flow regulator (2) and directed into a PCL reactor (3). Inside the PCL reactor, it comes into contact with and reacts with an aqueous suspension of the raw material (MgO or Mg(OH)2) with a variety of initial concentrations, which is fed from the reactant vessel (4) by means of the reactant pump (7) in the center of the PCL reactor. The way in which the two streams are contacted (cocurrent or countercurrent) is presented in more detail in Figures 3 and 4, respectively. The contact of the two streams under the growing centrifugal field of the PCL reactor promotes and increases the speed of the chemical reaction of MgO carbonation and hydromagnesite nucleation. The growing centrifugal field allows the crystallization of hydromagnesite to take place under mild operating conditions (atmospheric pressure and low temperature). At the same time, the use of additives to control pH and particle size growth, which are necessary with conventional equipment, is avoided. The growing product stream leaves the reactor shell through a side hole and is temporarily concentrated in the product vessel (5), from where it is continuously recycled to the reactant vessel, with the help of the product pump (6). Upon exiting the PCL, the gas is subjected to volumetric flow measurement (8) and then released into the atmosphere with up to zero CO2 content. The temperature of the experimental setup is monitored by thermocouples (12 and 13) placed in the respective containers. The extraction of the experimental results is done by sampling from an appropriate location (14 or 15 or 16).
Περιγραφή των σχεδίων Description of the plans
[009] Το Σχήμα 1 αντιστοιχεί σε διαλείπουσα παραγωγή νανοσωμστιδίων υδρομαγνησίτη. Ωστόσο δεν χαρακτηρίζει αποκλειστικά και μονοσήμαντα την εφεύρεση. Η αρίθμηση αντιστοιχεί στα εξής μέρη: [009] Figure 1 corresponds to intermittent production of hydromagnesite nanoparticles. However, it does not exclusively and unambiguously characterize the invention. The numbering corresponds to the following parts:
1) Πηγή CO2, 2) Ρυθμιστής παροχής αερίου, 3) Αντιδραστήρας ΠΚΛ, 4) Δοχείο αντιδρώντων, 5) Δοχείο προϊόντος, 6) Αντλία εξόδου δοχείου προϊόντος, 7) Αντλία εξόδου δοχείου αντιδρώντος 8) Μετρητής ροής αερίου, 9) Τριοδική βάνα στο ρεύμα εξόδου του αντιδραστήρα ΠΚΛ, 10) Τριοδική βάνα στα ρεύμα εξόδου του δοχείου προϊόντος, 11) Τριοδική βάνα στα ρεύμα εξόδου του δοχείου αντιδρώντων, 12) Μετρητής θερμοκρασίας δοχείου αντιδρώντων, 13) Μετρητής θερμοκρασίας δοχείου προϊόντος, 14) Σημείο δειγματοληψίας από το ρεύμα εξόδου του δοχείου αντιδρώντων, 15) Σημείο δειγματοληψίας από το ρεύμα εξόδου του αντιδραστήρα ΠΚΛ μετά την τριοδική βάνα (φορά βέλους από τη βάνα προς το δοχείο) ή φόρτωσης του δοχείου 5 μέσω της τριοδικής βάνας με φρέσκο αιώρημα (φορά βέλους από το δοχείο προς τη βάνα), 16) Σημείο δειγματοληψίας από το ρεύμα εξόδου του δοχείου προϊόντος. 1) CO2 source, 2) Gas flow regulator, 3) PCL reactor, 4) Reactant vessel, 5) Product vessel, 6) Product vessel outlet pump, 7) Reactant vessel outlet pump 8) Gas flow meter, 9) Three-way valve in the PCL reactor outlet stream, 10) Three-way valve in the product vessel outlet stream, 11) Three-way valve in the reactant vessel outlet stream, 12) Reactant vessel temperature meter, 13) Product vessel temperature meter, 14) Sampling point from the reactant vessel outlet stream, 15) Sampling point from the PCL reactor outlet stream after the three-way valve (arrow direction from the valve to the vessel) or loading vessel 5 via the three-way valve with fresh suspension (arrow direction from the container to the valve), 16) Sampling point from the outlet stream of the product container.
Εναλλακτικά ή σύμφωνα με τις ανάγκες της παραγωγής, σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά της πρώτης ύλης κ.α., το διάγραμμα ροής θα μπορούσε να πάρει πιο σύνθετη και γενικευμένη μορφή, σύμφωνα με το Σχήμα 2. Alternatively, or according to the needs of production, according to the characteristics of the raw material, etc., the flow chart could take a more complex and generalized form, according to Figure 2.
[010] Το Σχήμα 2 παρουσιάζει μια διάταξη που περιλαμβάνει πολλαπλές ΠΚΛ, από όπου μπορούν να εξαχθούν πολλοί πιθανοί συνδυασμοί αντιδραστήρων και ρευμάτων για συνεχόμενη ή διαλείπουσα παραγωγή σε σειρά ή παράλληλα. Τα αριθμημένα τρίγωνα του σχήματος 2 αναπαριστούν ένα γενικό δοχείο/ συσκευή όπου μπορεί να γίνει ανάμιξη ρευμάτων που προέρχονται από οποιαδήποτε πηγή της διεργασίας με σκοπό τη χρήση τους στην ΠΚΛ ή την έξοδο από το σύστημα. Το αριθμημένα ημικυκλικά σχήματα του σχήματος 2 αναπαριστούν ένα γενικό δοχείο/ συσκευή από όπου μπορούν να αντληθούν από την ΠΚΛ και να διανεμηθούν ρεύματά προς οποιαδήποτε μέρος της διεργασίας ή να εισαχθούν συστατικά στο σύστημα. Το Σχήμα 2 παρουσιάζει καθαρά σε κάθε περίπτωση πως το κάθε ρεύμα οδηγείται από μια συσκευή διανομής σε μια συσκευή ανάμειξης. [010] Figure 2 shows an arrangement comprising multiple PFCs, from which many possible combinations of reactors and streams can be extracted for continuous or intermittent production in series or in parallel. The numbered triangles in Figure 2 represent a general vessel/apparatus where streams originating from any source of the process can be mixed for use in the PFC or exiting the system. The numbered semicircular shapes in Figure 2 represent a general vessel/apparatus from which streams can be drawn from the PFC and distributed to any part of the process or components introduced into the system. Figure 2 clearly shows in each case how each stream is led from a distribution device to a mixing device.
Η αρίθμηση αντιστοιχεί στα εξής μέρη: The numbering corresponds to the following parts:
(17) ρεύμα εισερχόμενου αερίου CO2, (18) συσκευή διανομής εισερχόμενου αερίου ρεύματος 17, (19) συσκευή ανάμειξης εισερχόμενων ρευμάτων αερίου 49 ή/και 50 ή/και 51 ή/και 67, (20) συσκευή ανάμειξης εισερχόμενων ρευμάτων αερίου 45 ή/και 52 ή/και 53 ή/και 64 ή/και 65 ή/και 66, (21) συσκευή διανομής αερίου ρεύματος εξόδου από αντιδραστήρα ΠΚΛ 26, (22) συσκευή ανάμειξης εισερχόμενων αερίων ρευμάτων 57 ή/και 46 ή/και 54 ή/και 64 ή/και 65 ή/και 66, (23) συσκευή διανομής αερίου ρεύματος εξόδου από αντιδραστήρα ΠΚΛ 27, (24) συσκευή ανάμειξης εισερχόμενων ρευμάτων αερίου 57 ή/και 46 ή/και 54 ή/ και 64 ή/και 65 ή/και 66, (25) συσκευή διανομής αερίου ρεύματος εξόδου από αντιδραστήρα ΠΚΛ 28, (26) αντιδραστήρας ΠΚΛ, (27) αντιδραστήρας ΠΚΛ, (28) αντιδραστήρας ΠΚΛ, (29) αντιδραστήρας ΠΚΛ, (30) συσκευή ανάμειξης εισερχόμενων ρευμάτων αερίου 61 ή/και 60 ή/και 62 ή/και 59 ή/και 63 ή/και 58 ή/και 48 ή/και 91, (31) συσκευή διανομής αερίου ρεύματος εξόδου από αντιδραστήρα ΠΚΛ 29, (32) συσκευή ανάμειξης εισερχόμενων ρευμάτων αιωρήματος/ υγρού 68 ή/και 71 ή/και 69 ή/και 86 ή/και 87 ή/και 88, (33) συσκευή διανομής εξερχόμενου ρεύματος αιωρήματος/ υγρού από αντιδραστήρα ΠΚΛ 26, (34) συσκευή ανάμειξης εισερχόμενων ρευμάτων αιωρήματος/ υγρού 80 ή/και 70 ή/και 77 ή/και ή/και 86 ή/και 87 ή/και 88, (35) συσκευή διανομής εξερχόμενου ρεύματος αιωρήματος/ υγρού από αντιδραστήρα ΠΚΛ 27, (36) συσκευή ανάμειξης εισερχόμενων ρευμάτων αιωρήματος/ υγρού 81 ή/και 90 ή/και 78 ή/και 86 ή/και 87 ή/και 88, (37) συσκευή διανομής εξερχόμενου ρεύματος αιωρήματος/ υγρού ρεύματος από αντιδραστήρα ΠΚΛ 28, (38) συσκευή ανάμειξης εισερχόμενων ρευμάτων αιωρήματος/ υγρού 83 ή/και 84 ή/και 85 ή/και 79 ή/και 90, (39) συσκευή διανομής εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού ρεύματος από αντιδραστήρα ΠΚΛ 29, (40) ρεύμα εισόδου ένυδρου αιωρήματος MgO, (41) συσκευή διανομής εισερχόμενων ρεύματος αιωρήματος/ υγρού 40, (42) συσκευή ανάμειξης εισερχόμενων ρευμάτων αιωρήματος/ υγρού 72 ή/και 73 ή/και 74 ή/και 89, (43) ρεύμα τελικού προϊόντος, (44) ρεύμα εξερχόμενου αερίου, (45) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 18, (46) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 18, (47) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 18, (48) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 18, (49) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 21, (50) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 23, (51) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 25, (52) ρεύμα εξερχόμενου αερίου εξόδου από συσκευή διανομής 23, (53) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 25, (54) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 25, (55) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 21, (56) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 23, (57) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 21, (58) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 21, (59) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 21, (60) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 25, (61) ρεύμα εισερχόμενου αερίου στην συσκευή ανάμειξης 30, (62) ρεύμα εισερχόμενου αερίου στην συσκευή ανάμειξης 30, (63) ρεύμα εισερχόμενου αερίου στην συσκευή ανάμειξης 30, (64) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 31, (65) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 31, (66) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 31, (67) ρεύμα εξερχόμενου αερίου από συσκευή διανομής 31, (68) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 35, (69) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 37, (70) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 37, (71) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 41, (72) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 33, (73) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 35, (74) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 37, (75) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 35, (76) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 33, (77) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 41, (78) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 41, (79) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 41, (80) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 33, (81) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 35, (82) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 37, (83) ρεύμα εισερχόμενου αιωρήματος/ υγρού στην συσκευή ανάμειξης 38, (84) ρεύμα εισερχόμενου αιωρήματος/ υγρού στην συσκευή ανάμειξης 38, (85) ρεύμα εισερχόμενου αιωρήματος/ υγρού στην συσκευή ανάμειξης 38, (86) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 39, (87) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 39, (88) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 37, (89) ρεύμα εξερχόμενου αιωρήματος/ υγρού από συσκευή διανομής 39, (90) ρεύμα εισερχόμενου αιωρήματος/ υγρού στην συσκευή ανάμειξης 38, (91) ρεύμα εισερχόμενου αερίου στην συσκευή ανάμειξης 30. Σε όλες τις περιπτώσεις εξόδου πολλαπλών ρευμάτων από συσκευή διανομής, αυτά δύνανται να έχουν ίσες ή διαφορετικές παροχές. Τα ρεύματα που έχουν διακεκομμένη γραμμή, ακολουθούμενη από τελεία αναπαριστούν εξαγωγή αερίου ή αιωρήματος/ υγρού από του αντιδραστήρες 26, 27, 28 και 29 ή από τις συσκευές ανάμειξης 19 και 42. Τα ρεύματα με διακεκομμένες τελείες είναι αναπαριστούν ανακύκλωση αερίου ή αιωρήματος υγρού. Τα ρεύματα με διακεκομμένη γραμμή αναπαριστούν εισαγωγή πρώτης ύλης αερίου ή αιωρήματος/ υγρού. Τα ρεύματα με συνεχή γραμμή αναπαριστούν τα απαραίτητα ρεύματα επίτευξης λειτουργίας ενός ή περισσότερων αντιδραστήρων σε σειρά. Οι τρεις συνεχόμενες τελείες ανάμεσα στους αντιδραστήρες 28 και 29 και στα ρεύματα 48 με 91, 58 με 63, 59 με 62, 61 με 60, 83 με 82, 84 με 76, 85 με 75, 90 με 79 αλλά και μετά από τα ρεύματα 66, 65, 64, 86, 87 και 88, καταδεικνύουν ότι μπορεί να υπάρχουν επιπρόσθετοι αντιδραστήρες ή/και συσκευές διανομής και ανάμειξης στο ενδιάμεσο. (17) CO2 inlet gas stream, (18) inlet gas stream distribution device 17, (19) inlet gas stream mixing device 49 and/or 50 and/or 51 and/or 67, (20) inlet gas stream mixing device 45 and/or 52 and/or 53 and/or 64 and/or 65 and/or 66, (21) outlet gas stream distribution device from the PCL reactor 26, (22) inlet gas stream mixing device 57 and/or 46 and/or 54 and/or 64 and/or 65 and/or 66, (23) outlet gas stream distribution device from the PCL reactor 27, (24) inlet gas stream mixing device 57 and/or 46 and/or 54 and/or 64 and/or 65 and/or 66, (25) device for distributing the gas stream output from the reactor PCL 28, (26) reactor PCL, (27) reactor PCL, (28) reactor PCL, (29) reactor PCL, (30) device for mixing incoming gas streams 61 and/or 60 and/or 62 and/or 59 and/or 63 and/or 58 and/or 48 and/or 91, (31) device for distributing the gas stream output from the reactor PCL 29, (32) device for mixing incoming suspension/liquid streams 68 and/or 71 and/or 69 and/or 86 and/or 87 and/or 88, (33) device for distributing the outgoing suspension/liquid stream from reactor PKL 26, (34) device for mixing incoming suspension/liquid streams 80 and/or 70 and/or 77 and/or 86 and/or 87 and/or 88, (35) device for distributing outgoing suspension/liquid stream from reactor PKL 27, (36) device for mixing incoming suspension/liquid streams 81 and/or 90 and/or 78 and/or 86 and/or 87 and/or 88, (37) device for distributing outgoing suspension/liquid stream from reactor PKL 28, (38) device for mixing incoming suspension/liquid streams 83 and/or 84 and/or 85 and/or 79 and/or 90, (39) device for distributing outgoing suspension/liquid stream from PCL reactor 29, (40) input stream of hydrated MgO suspension, (41) device for distributing incoming suspension/liquid streams 40, (42) device for mixing incoming suspension/liquid streams 72 and/or 73 and/or 74 and/or 89, (43) final product stream, (44) outgoing gas stream, (45) outgoing gas stream from distribution device 18, (46) outgoing gas stream from distribution device 18, (47) outgoing gas stream from distribution device 18, (48) outgoing gas stream from distribution device 18, (49) outgoing gas stream from distribution device 21, (50) outgoing gas stream from distribution device 23, (51) outgoing gas stream from distribution device 25, (52) outlet gas stream from distributor 23, (53) outlet gas stream from distributor 25, (54) outlet gas stream from distributor 25, (55) outlet gas stream from distributor 21, (56) outlet gas stream from distributor 23, (57) outlet gas stream from distributor 21, (58) outlet gas stream from distributor 21, (59) outlet gas stream from distributor 21, (60) outlet gas stream from distributor 25, (61) inlet gas stream to mixing device 30, (62) inlet gas stream to mixing device 30, (63) inlet gas stream to mixing device 30, (64) outlet gas stream from distributor 31, (65) outlet gas stream from distributor 31, (66) outgoing gas stream from distribution device 31, (67) outgoing gas stream from distribution device 31, (68) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 35, (69) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 37, (70) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 37, (71) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 41, (72) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 33, (73) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 35, (74) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 37, (75) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 35, (76) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 33, (77) stream outgoing suspension/liquid from distribution device 41, (78) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 41, (79) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 41, (80) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 33, (81) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 35, (82) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 37, (83) incoming suspension/liquid stream to mixing device 38, (84) incoming suspension/liquid stream to mixing device 38, (85) incoming suspension/liquid stream to mixing device 38, (86) outgoing suspension/liquid stream from distribution device 39, (87) outgoing suspension/liquid stream from distributor 39, (88) outgoing slurry/liquid stream from distributor 37, (89) outgoing slurry/liquid stream from distributor 39, (90) incoming slurry/liquid stream to mixing device 38, (91) incoming gas stream to mixing device 30. In all cases of multiple streams exiting from a distributor, these may have equal or different flow rates. Streams with a dashed line followed by a dot represent gas or slurry/liquid extraction from reactors 26, 27, 28 and 29 or from mixing devices 19 and 42. Streams with dashed dots represent gas or slurry recycling. The dashed lines represent the feedstock gas or slurry/liquid. The solid lines represent the necessary flows to operate one or more reactors in series. The three consecutive dots between reactors 28 and 29 and in the flows 48 to 91, 58 to 63, 59 to 62, 61 to 60, 83 to 82, 84 to 76, 85 to 75, 90 to 79 and after the flows 66, 65, 64, 86, 87 and 88 indicate that additional reactors and/or distribution and mixing devices may be present in between.
Οι μαύρες συνεχείς γραμμές δείχνουν έναν ελάχιστο αριθμό ρευμάτων ώστε να λειτουργήσει ένα τέτοιο σύστημα σε σειρά, όπου π.χ. η έξοδος της ΠΚΛ 27 είναι είσοδος στην ΠΚΛ 28. Σε μια τέτοια περίπτωση μπορεί να επιτευχθεί το ίδιο αποτέλεσμα που επιτυγχάνεται με μια ΠΚΛ (π.χ. τα ίδια χαρακτηριστικά και αποδόσεις που αναφέρονται στα συνακόλουθα παραδείγματα 1 και 2), αλλά χρησιμοποιώντας μικρότερου μεγέθους ΠΚΛ. Κάτι τέτοιο μπορεί να είναι επιθυμητό σε περίπτωση που οι παροχές πρώτων υλών είναι πολύ μεγάλες και δεν είναι τεχνικά εφικτό ή συμφέρον να πραγματοποιηθεί η αντίδραση σε μια ΠΚΛ. Να σημειωθεί ότι η αντίδραση σε αυτή την περίπτωση παραμένει ενός σταδίου καθώς ολοκληρώνεται στην έξοδο της τελευταίας ΠΚΛ. Είναι δυνατόν επίσης το σύστημα να λειτουργήσει παράλληλα. Αυτό μπορεί να γίνει εισάγοντας πρώτες ύλες ανεξάρτητα σε διαφορετικές ΠΚΛ, με το προϊόν που παράγεται από κάθε ΠΚΛ να είναι το τελικό, χωρίς αυτό να εισάγεται σε επόμενη. Τα ρεύματα με διακεκομμένες τελείες αναπαριστούν ανακύκλωση και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αυξήσουν την απόδοση της αντίδρασης μειώνοντας τον απαιτούμενο εξοπλισμό. Τα ρεύματα με διακεκομμένη γραμμή, ακολουθούμενη από τελεία αναπαριστούν εξαγωγή αερίου ή αιωρήματος/ υγρού από του αντιδραστήρες 26, 27, 28 και 29 και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να παρακάμψουν κάποιον συνακόλουθο αντιδραστήρα, αλλάζοντας τα χαρακτηριστικά του προϊόντος, προσδίδοντας ευελιξία στην παραγωγή (π.χ. σε περιπτώσεις εξωγενών ή ενδογενών διαταραχών, αλλαγές στη ζήτηση κ.λ.π.). Η δυνατότητα εξαγωγής προϊόντος ή εισαγωγής πρώτης ύλης από ενδιάμεσες ΠΚΛ μπορεί να επιτρέψει την παραγωγή προϊόντων διαφορετικών ποιοτήτων, προσδίδοντας επίσης μεγάλη ευελιξία στην παραγωγή. The black solid lines show a minimum number of streams to operate such a system in series, where e.g. the output of the PCL 27 is the input to the PCL 28. In such a case, the same result can be achieved as achieved with a PCL (e.g. the same characteristics and efficiencies mentioned in the following examples 1 and 2), but using a smaller PCL. This may be desirable in the case where the feedstock flows are very large and it is not technically feasible or advantageous to carry out the reaction in a PCL. Note that the reaction in this case remains a single stage as it is completed at the output of the last PCL. It is also possible for the system to operate in parallel. This can be done by introducing feedstocks independently into different PCLs, with the product produced by each PCL being the final one, without this being introduced into the next one. The streams with dashed dots represent recycling and can be used to increase the reaction yield by reducing the required equipment. The streams with a dashed line, followed by a dot represent gas or suspension/liquid extraction from reactors 26, 27, 28 and 29 and can be used to bypass a subsequent reactor, changing the characteristics of the product, providing flexibility in production (e.g. in cases of exogenous or endogenous disturbances, changes in demand, etc.). The ability to extract product or import raw material from intermediate PCLs can allow the production of products of different qualities, also providing great flexibility in production.
Το Σχήμα 2 αναπαριστά μια γενικευμένη δομή παραγωγής. Όπως προαναφέρθηκε, οι μαύρες συνεχόμενες γραμμές αναπαριστούν μια ελάχιστη απαίτηση για τη λειτουργία του συστήματος. Τα υπόλοιπα ρεύματα ροής υλικών μπορούν να συμπεριληφθούν ή να αγνοηθούν, οδηγώντας στην εξαγωγή μεγάλου πλήθους εφικτών δομών παραγωγής. Υπό αυτή την έννοια, οι γραμμές που αποτελούνται από τρεις τελείες, π.χ. ανάμεσα στους αντιδραστήρες 28 και 29, ή στα αντίστοιχα ρεύματα του σχήματος 2, αναπαριστούν τη δυνατότητα εισαγωγής και άλλων αντιδραστήρων ή/και ρευμάτων ροής ενδιάμεσα. Να σημειωθεί ότι από το σχήμα 2 μπορεί να προκύψει μια δομή παραγωγής που θα έχει την ίδια απόδοση λειτουργίας με την δομή του σχήματος 1. Συγκεκριμένα, το ρεύμα εξόδου από την πηγή CO21 και εισαγωγής του στην συσκευή 3 του Σχήματος 1, είναι ισοδύναμο με την σειρά ρευμάτων-συσκευών 17, 18, 45, 26 του σχήματος 2. Το ρεύμα που εξέρχεται από το κάτω μέρος της συσκευής 3 και οδηγείται στο δοχείο 5 και εξέρχεται από αυτό το δοχείο και στη συνέχεια οδηγείται στο δοχείο 4 και πάλι στη συσκευή 3 στο σχήμα 1, είναι ισοδύναμο με το ρεύμα που εξέρχεται από τον αντιδραστήρα 26 του σχήματος 2 και οδηγείται στη σειρά συσκευών-ρευμστων 33, 80, 34, 27, 35, 68, 32, 26, όπου η συσκευή 27 δεν λειτουργεί, αλλά η ροή εξόδου από τη συσκευή ανάμειξης 27 και εισόδου στη συσκευή διανομής 35 απλά περνάει μέσα από την συσκευή 27. Με άλλα λόγια η συσκευή 27 απλά συμβολίζει την ένωση των ρευμάτων εξόδου της 34 και εισόδου στην 35. Το ρεύμα του σχήματος 1 που εξέρχεται από τη συσκευή 3, εισέρχεται στη συσκευή 8 και εξέρχεται από αυτή είναι ισοδύναμο με το ρεύμα που εξέρχεται από τον αντιδραστήρα 26 του σχήματος 2 και οδηγείται στη σειρά συσκευών ρευμάτων 21, 49, 19, 44. Στο σχήμα 1, η φόρτωση με φρέσκο αιώρημα γίνεται μέσω του δοχείου 15 και της βάνας 9, οδηγώντας το ρεύμα στο δοχείο 5. Αντιστοίχως στο σχήμα 2 αυτό μπορεί να γίνει μέσω της σειράς ρευμάτων-συσκευών 40, 41, 71, 32. Στο σχήμα 2 ο βοηθητικός εξοπλισμός αντλιών, βανών και μετρητικών παραλείπεται γιατί θεωρείται ότι θα είναι διαθέσιμα και θα χρησιμοποιηθούν χωρίς να αλλάζει κάτι στο τελικό προϊόν. Figure 2 represents a generalized production structure. As mentioned above, the black solid lines represent a minimum requirement for the system to function. The remaining material flow streams can be included or ignored, leading to the derivation of a large number of feasible production structures. In this sense, the lines consisting of three dots, e.g. between reactors 28 and 29, or the corresponding streams in Figure 2, represent the possibility of introducing other reactors and/or flow streams in between. It should be noted that from Figure 2 a production structure can be obtained that will have the same operating efficiency as the structure of Figure 1. Specifically, the output stream from the CO2 source 1 and its input to the device 3 of Figure 1 is equivalent to the series of device streams 17, 18, 45, 26 of Figure 2. The stream that exits the bottom of the device 3 and is led to the vessel 5 and exits this vessel and is then led to the vessel 4 and again to the device 3 in Figure 1, is equivalent to the stream that exits the reactor 26 of Figure 2 and is led to the series of device streams 33, 80, 34, 27, 35, 68, 32, 26, where the device 27 does not operate, but the output flow from the mixing device 27 and input to the distribution device 35 simply passes through the device 27. In other words, device 27 simply symbolizes the union of the output streams of 34 and input to 35. The stream of figure 1 that exits device 3, enters device 8 and exits it is equivalent to the stream that exits reactor 26 of figure 2 and is led to the series of stream devices 21, 49, 19, 44. In figure 1, the loading with fresh suspension is done through the vessel 15 and valve 9, leading the stream to vessel 5. Correspondingly, in figure 2 this can be done through the series of stream devices 40, 41, 71, 32. In figure 2, the auxiliary equipment of pumps, valves and meters is omitted because it is assumed that they will be available and used without changing anything in the final product.
Παράδειγμα δομής με τρεις ΠΚΛ και ρεύματα ανακύκλωσης και παράκαμψης για λειτουργία σε σειρά: Μια τέτοια δομή μπορεί να αποτελείται από τη σειρά ρευμάτωνσυσκευών 17, 18, 45, 20, 26, 21, 57, 22, 27, 23, 56, 24, 28, 25, 51, 19, 44 για τη μεριά του αερίου. Αντίστοιχα για τη μεριά του αιωρήματος/ υγρού μπορεί να αποτελείται από ρευμάτων-συσκευών 40, 41, 71, 32, 26, 33, 80, 34, 27, 35, 81, 36, 28, 37, 74, 42, 43. Επίσης, υποθέτοντας ρεύμα παράκαμψης του αντιδραστήρα 27 για το αέριο, προστίθεται η σειρά ρευμάτων-συσκευών 26, 21, 55, 24, 28. Υποθέτοντας ρεύμα ανακύκλωσης από τον αντιδραστήρα 28 στον 26 για το αιώρημα/ υγρό, προστίθεται η σειρά ρευμάτων-συσκευών 28, 37, 69, 32, 26. Example of a structure with three PCLs and recycle and bypass streams for series operation: Such a structure may consist of the series of device streams 17, 18, 45, 20, 26, 21, 57, 22, 27, 23, 56, 24, 28, 25, 51, 19, 44 for the gas side. Correspondingly, for the suspension/liquid side, it may consist of device streams 40, 41, 71, 32, 26, 33, 80, 34, 27, 35, 81, 36, 28, 37, 74, 42, 43. Also, assuming a bypass stream of the reactor 27 for the gas, the series of device streams 26, 21, 55, 24, 28 is added. Assuming a recycle stream from the reactor 28 to 26 for the suspension/liquid, the series of device streams 28, 37, 69, 32, 26 is added.
Παράδειγμα δομής παράλληλης λειτουργίας με δύο ΠΚΛ: Μια τέτοια δομή μπορεί να αποτελείται από τη σειρά ρευμάτων-συσκευών 17, 18, 45, 20, 26, 21, 49, 19, 44 και 17, 18, 46, 22, 27, 23, 50, 19, 44 για το αέριο. Αντίστοιχα για το αιώρημα-υγρό 40, 41, 71, 32, 26, 33, 72, 42, 43 και 40, 41, 77, 34, 27, 35, 73, 42, 43. Example of a parallel operation structure with two PCLs: Such a structure may consist of the series of stream-devices 17, 18, 45, 20, 26, 21, 49, 19, 44 and 17, 18, 46, 22, 27, 23, 50, 19, 44 for the gas. Correspondingly for the suspension-liquid 40, 41, 71, 32, 26, 33, 72, 42, 43 and 40, 41, 77, 34, 27, 35, 73, 42, 43.
Με αντίστοιχους συνδυασμούς μπορεί να προκύψει μεγάλο πλήθος δομών. Να σημειωθεί ότι το Σχήμα 2 μπορεί να περιλαμβάνει διατάξεις ομορροής ή αντιροής ή ταυτόχρονα και τις δύο, εφόσον αυτό είναι επιθυμητό. Η ομορροή και η αντιροή καθορίζονται από την εσωτερική διάταξη των ΠΚΛ 26, 27, 28, 29 του σχήματος 2 που περιγράφεται στα σχήματα 3 και 4. Η περίπτωση ταυτόχρονης ομορροής και αντιροής αναφέρεται στη δυνατότητα να υπάρχει τουλάχιστον μια ή περισσότερες ΠΚΛ στο διάγραμμα του σχήματος 2 που λειτουργεί κατ' ομορροή και αντίστοιχα μια η περισσότερες ΠΚΛ στο ίδιο διάγραμμα που λειτουργεί κατ' αντιροή. With corresponding combinations a large number of structures can be obtained. It should be noted that Figure 2 can include co-current or counter-current arrangements or both simultaneously, if this is desired. Co-current and counter-current are determined by the internal arrangement of the PCLs 26, 27, 28, 29 of Figure 2 described in Figures 3 and 4. The case of simultaneous co-current and counter-current refers to the possibility of having at least one or more PCLs in the diagram of Figure 2 operating in co-current mode and, respectively, one or more PCLs in the same diagram operating in counter-current mode.
[011] Στο Σχήμα 3 παρουσιάζεται το υπόδειγμα ροής που αναπτύσσεται εντός του αντιδραστήρα ΠΚΛ, όταν αυτός λειτουργεί καθ' ομορροή. Ο όρος «ομορροή» σημαίνει ότι και το αιώρημα και το αέριο τροφοδοτούνται από το κεντρικό σωληνοειδές (94), εισάγονται και διαπερνούν το πληρωτικό υλικό (96) με την ίδια ακτινική κατεύθυνση προς το κέλυφος της ΠΚΛ (97). Συγκεκριμένα, το αιώρημα της πρώτης ύλης τροφοδοτείται μέσω της αντλίας αντιδρώντων στο κέντρο του αντιδραστήρα, από τον εσωτερικό σωλήνα του σωληνοειδούς (94), εκρέει από τον διανομέα (95) και διαβρέχει το πληρωτικό υλικό (96) σκηνικά και προς το κέλυφος (97). Συγκεντρώνεται στο κάτω μέρος του κελύφους, από όπου μέσω οπής εξόδου (99) εγκαταλείπει τον αντιδραστήρα. Ταυτόχρονα η αέρια πηγή CO2τροφοδοτείται στον αντιδραστήρα ΠΚΛ από τον εξωτερικό σωλήνα του σωληνοειδούς. Μέσω της μετόπης του σωληνοειδούς αποκτά πρόσβαση στον χώρο μεταξύ διανομέα και πληρωτικού υλικού. Διαρρέει το πληρωτικό υλικό κάτω από την επίδραση μικρής βαθμίδας πίεσης με κατεύθυνση προς το κέλυφος της ΠΚΛ. Τελικά, το μέρος της αέριας πηγής CO2που δεν δεσμεύτηκε μέσω αντίδρασης στο αιώρημα της πρώτης ύλης εγκαταλείπει τον αντιδραστήρα από πλευρική οπή του κελύφους (98). Εκτός από τα παραπάνω, στο σχήμα 3 φαίνεται η πλευρική οπή κελύφους - έξοδος υγρού και ο άξονας περιστροφής ρότορα (100). [011] Figure 3 shows the flow pattern that develops inside the PCL reactor when it operates in a cocurrent mode. The term “cocurrent” means that both the suspension and the gas are fed from the central tube (94), enter and penetrate the filler material (96) in the same radial direction towards the PCL shell (97). Specifically, the feed suspension is fed through the reactant pump in the center of the reactor, from the inner tube of the tube (94), flows out of the distributor (95) and wets the filler material (96) stage by stage and towards the shell (97). It is concentrated at the bottom of the shell, from where it leaves the reactor through an outlet hole (99). At the same time, the CO2 gas source is fed to the PCL reactor from the outer tube of the tubular. Through the front of the tubular, it gains access to the space between the distributor and the filler material. The filler material leaks under the influence of a small pressure gradient towards the PCL shell. Finally, the part of the CO2 gas source that was not bound through reaction in the raw material suspension leaves the reactor from a side hole of the shell (98). In addition to the above, Figure 3 shows the side hole of the shell - liquid outlet and the rotor rotation axis (100).
[012] Στο Σχήμα 4 παρουσιάζεται το υπόδειγμα ροής που αναπτύσσεται εντός του αντιδραστήρα ΠΚΛ, όταν αυτός λειτουργεί κατ' αντιροή. Ο όρος «αντιροή» σημαίνει ότι το αιώρημα εισάγεται (101) από το κεντρικό σωληνοειδές (103) και διαρρέει το πληρωτικό υλικό (105) με κατεύθυνση προς το κέλυφος (106), ενώ το αέριο εισάγεται από την πλευρική οπή (102)στο κέλυφος ( 106), διαρρέει το πληρωτικό υλικό προς το κέντρικό σωληνοειδές (103) και εγκαταλείπει την διάταξη από την έξοδο του αερίου (108). Συγκεκριμένα, αιώρημα της πρώτης ύλης τροφοδοτείται μέσω της αντλίας αντιδρώντων στο κέντρο του αντιδραστήρα, από τον εσωτερικό σωλήνα του σωληνοειδούς (103), εκρέει από τον διανομέα (104) και διαβρέχει το πληρωτικό υλικό (105) σκηνικά και προς το κέλυφος (106). Συγκεντρώνεται στο κάτω μέρος του κελύφους, από όπου μέσω οπής εξόδου (107) η ροή εγκαταλείπει τον αντιδραστήρα. Ταυτόχρονα η αέρια πηγή CO2τροφοδοτείται στον αντιδραστήρα ΠΚΛ από πλευρική οπή του κελύφους (102). Αφού καταλάβει τον διαθέσιμο όγκο εσωτερικά του κελύφους, υπό την επίδραση μικρής βαθμίδας πίεσης διαρρέει το πληρωτικό υλικό με κατεύθυνση προς το κέντρο, όπου βρίσκεται ο διανομέας. Εισέρχεται, μέσω της μετόπης του διανομέα, στον εξωτερικό σωλήνα του σωληνοειδούς, από όπου τελικά εγκαταλείπει τον αντιδραστήρα ΠΚΛ (108). Όλο το σύστημα περιστρέφεται γύρω από τον άξονα περιστροφής ρότορα (101). [012] Figure 4 shows the flow pattern that develops inside the PCL reactor when it is operated in counterflow. The term “counterflow” means that the suspension is introduced (101) from the central tube (103) and flows through the filler material (105) towards the shell (106), while the gas is introduced from the side hole (102) in the shell (106), flows through the filler material towards the central tube (103) and leaves the device from the gas outlet (108). Specifically, a suspension of the raw material is fed through the reactant pump to the center of the reactor, from the inner tube of the tubular (103), flows out of the distributor (104) and wets the filler material (105) stage by stage and towards the shell (106). It is concentrated at the bottom of the shell, from where through an outlet hole (107) the flow leaves the reactor. At the same time, the CO2 gas source is fed to the PCL reactor from a side hole of the shell (102). After occupying the available volume inside the shell, under the influence of a small pressure gradient, the filler material leaks towards the center, where the distributor is located. It enters, through the distributor's metope, into the outer tube of the solenoid, from where it finally leaves the PCL reactor (108). The entire system rotates around the rotor axis (101).
Στην επιφάνεια του πληρωτικού υλικού έρχονται σε επαφή το αιώρημα της πρώτης ύλης (οξείδιο ή υδροξείδιο του μαγνησίου) και η αέρια πηγή CO2. Με την επαφή πραγματοποιείται η αντίδραση δέσμευσης του CO2και σχηματίζεται υδρομαγνησίτης. Η αντίδραση ενός σταδίου που συμβαίνει όταν η πρώτη ύλη είναι υδατικό αιώρημα οξειδίου του μαγνησίου (MgO) είναι η ακόλουθη: On the surface of the filler material, the suspension of the raw material (magnesium oxide or hydroxide) and the gaseous CO2 source come into contact. Upon contact, the CO2 binding reaction takes place and hydromagnesite is formed. The one-step reaction that occurs when the raw material is an aqueous suspension of magnesium oxide (MgO) is the following:
5 MgO 5 Η2O 5 CO2- Mg5(CO2)4(OH)2<.>4H2O CO2(4) Αντίστοιχα, όταν η πρώτη ύλη είναι υδατικό αιώρημα υδροξειδίου του μαγνησίου (Mg(OH)2) είναι: 5 MgO 5 H2O 5 CO2- Mg5(CO2)4(OH)2<.>4H2O CO2(4) Accordingly, when the raw material is an aqueous suspension of magnesium hydroxide (Mg(OH)2) it is:
5 Mg(OH)2+ Η2O 5 CO2- 4 MgCO3<.>Mg(OΗ)2<.>4H2O CO2+ 10Η2O (5) Η πρόοδος της αντίδρασης επιβλέπεται με παρακολούθηση και καταγραφή του pH και της θερμοκρασίας του ρεύματος των αντιδρώντων, με συλλογή δείγματος αιωρήματος σε τακτά χρονικά διαστήματα. Ταυτόχρονα παρακολουθείται και καταγράφεται η ογκομετρική παροχή του CO2στην έξοδο, και υπολογίζεται η κατανάλωση CO2. Η λειτουργία της διάταξης διακόπτεται (διακοπή τροφοδοσίας CO2και κυκλοφορίας αιωρήματος) όταν διαπιστωθεί ότι το αιώρημα έχει εξουδετερωθεί πλήρως, δηλαδή όταν η τιμή του pH γίνει ίση με 7. Αυτό σημαίνει ότι η πρώτη ύλη έχει μετστραπεί εξολοκλήρου σε υδρομαγνησίτη. Συλλέγεται μια τελική ποσότητα δείγματος, από την οποία παραλαμβάνεται το στερεό προϊόν του υδρομαγνησίτη με διήθηση. Το στερεό προϊόν κατόπιν ξηραίνεται σε πυριαντήριο σε ατμόσφαιρα αέρα. Το ξηρό, στερεό προϊόν του υδρομαγνησίτη που παραλαμβάνεται σε μορφή κάνης υποβάλλεται στη συνέχεια σε χαρακτηρισμό δομής και ιδιοτήτων. 5 Mg(OH)2+ H2O 5 CO2- 4 MgCO3<.>Mg(OH)2<.>4H2O CO2+ 10H2O (5) The progress of the reaction is monitored by monitoring and recording the pH and temperature of the reactant stream, by collecting a sample of the suspension at regular intervals. At the same time, the volumetric flow rate of CO2 at the outlet is monitored and recorded, and the CO2 consumption is calculated. The operation of the device is stopped (stopping the CO2 supply and suspension circulation) when it is determined that the suspension has been completely neutralized, i.e. when the pH value becomes equal to 7. This means that the raw material has been completely converted into hydromagnesite. A final sample amount is collected, from which the solid hydromagnesite product is obtained by filtration. The solid product is then dried in a kiln in an air atmosphere. The dry, solid hydromagnesite product received in the form of a barrel is then subjected to structural and property characterization.
Δίνονται ενδεικτικά τα ακόλουθα παραδείγματα εφαρμογής της παρούσας εφεύρεσης. Η εφεύρεση δεν περιορίζεται σε αυτά. Οι φυσικοχημικές ιδιότητες των σωματιδίων του υδρομαγνησίτη προσδιορίστηκαν με τις μεθόδους που αναφέρονται στη συνέχεια. The following examples of application of the present invention are given as examples. The invention is not limited to these. The physicochemical properties of the hydromagnesite particles were determined by the methods mentioned below.
(1) Ταυτοποίηση σύστασης με περιθλασιμέτρια ακτινών X και φασματοσκοπία φθορισμού. Ταυτοποίηση περιεχομένου ανθρακικών με θερμοσταθμική ανάλυση (1) Composition identification by X-ray diffractometry and fluorescence spectroscopy. Carbonate content identification by thermogravimetric analysis
(2) Μορφολογία σωματιδίων με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (2) Particle morphology by scanning electron microscopy
(3) Μέγεθος σωματιδίων με δυναμική σκέδαση φωτός και ανάλυση πάχους σωματιδίων με λογισμικό επεξεργασίας εικόνων ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης Image J (3) Particle size by dynamic light scattering and particle thickness analysis with scanning electron microscopy image processing software Image J
(4) Κατανομή μεγέθους σωματιδίων με περιθλασιμετρία ακτινών λέιζερ σε νερό (5) Ειδική επιφάνεια με ρόφηση αζώτου (4) Particle size distribution by laser diffractometry in water (5) Specific surface area by nitrogen sorption
(6) Πορώδες και χαρακτηριστικά πορώδους (ολικός όγκος πόρων, μικροπορώδες και μέσο μέγεθος πόρων) με ποροσιμετρία αζώτου (7) Ογκική πυκνότητα κόνεος (ελεύθερη) με συμβατική μέθοδο μετά από μερική αποσυσσωμστωση (6) Porosity and porosity characteristics (total pore volume, microporosity and average pore size) by nitrogen porosimetry (7) Bulk density of powder (free) by conventional method after partial deagglomeration
[013] Το σχήμα 5 είναι ένα διάγραμμα που δείχνει τη μεταβολή το pH του αιωρήματος με το χρόνο αντίδρασης. [013] Figure 5 is a graph showing the change in pH of the suspension with reaction time.
[014] Το σχήμα 6 είναι ένα ακτινογράφημα περιθλασιμετρίας ακτινών X που ταυτοποιεί τη δομή του υδρομαγνησίτη στο προϊόν που περιγράφεται στο Παράδειγμα 2. [014] Figure 6 is an X-ray diffractogram identifying the hydromagnesite structure in the product described in Example 2.
[015] Το σχήμα 7 είναι το αρνητικό μίας φωτογραφίας από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης ενός προϊόντος που προήλθε από την πειραματική διαδικασία που περιγράφεται στο Παραδείγμα 2. Διακρίνονται τα φυλλόμορφα σωματίδια δύο διαστάσεων πάχους μερικών νανομέτρων. Τα στοιχεία/ ρυθμίσεις κστά την λήψη της φωτογραφίας είναι τα εξής: SED 20.0 kV, WD: 10.6 mm, Std.-PC: 40.0, HighVAc: x5,000, STD 7156. [015] Figure 7 is the negative of a scanning electron microscope photograph of a product resulting from the experimental procedure described in Example 2. The two-dimensional lamellar particles a few nanometers thick are visible. The data/settings used to take the photograph are as follows: SED 20.0 kV, WD: 10.6 mm, Std.-PC: 40.0, HighVAc: x5,000, STD 7156.
[016] To σχήμα 8 είναι ένα διάγραμμα που δείχνει την κατανομή μεγέθους σωματιδίων με μέση τιμή πάχους 61 nm για προϊόν που συντέθηκε με συνδυασμό λειτουργικών παραμέτρων στο εύρος που περιγράφεται στο Παράδειγμα 2. [016] Figure 8 is a diagram showing the particle size distribution with a mean thickness of 61 nm for a product synthesized with a combination of operating parameters in the range described in Example 2.
[017] Το σχήμα 9 είναι ένα διάγραμμα που δείχνει την κατανομή μεγέθους σωματιδίων με μέση τιμή πάχους 44 nm για προϊόν που συντέθηκε με διαφορετικό συνδυασμό λειτουργικών παραμέτρων στο εύρος που περιγράφεται στο Παράδειγμα 2. [017] Figure 9 is a diagram showing the particle size distribution with a mean thickness of 44 nm for product synthesized with different combination of operating parameters in the range described in Example 2.
Πραγματοποίηση της εφεύρεσης Realization of the invention
[018] Παράδειγμα 1: Παραγωγή υδρομαγνησίτη από αιώρημα MgO σε ένα στάδιο [018] Example 1: Production of hydromagnesite from MgO suspension in one step
Ποσότητα 30 L αιωρήματος MgO, συγκέντρωσης 10 - 50 g/L, εισάγονται στο σύστημα. Γίνεται θέρμανση με ταυτόχρονη κυκλοφορία του αιωρήματος μέσα στην διάταξη μέχρι επίτευξης της ελάχιστης επιθυμητής θερμοκρασίας αντίδρασης. Εφαρμόζεται ταχύτητα περιστροφής στο εύρος 600 - 1800 rpm. Προστίθεται αέρια πηγή CO2σύστασης 5 - 100 % κατ' όγκο. Η παροχή του αερίου ρεύματος που φέρει CO2ρυθμίζεται έτσι ώστε ο λόγος [ογκομετρικής παροχής υγρού/ογκομετρική παροχή αερίου] ή [Υ/Α] να βρίσκεται στο εύρος 0.57 - 1.58. Η πίεση εντός του αντιδραστήρα περιστρεφόμενης κλίνης είναι ατμοσφαιρική. Καταγράφεται η μεταβολή του pH του αιωρήματος στην έξοδο του αντιδραστήρα (το pH ακολουθεί φθίνουσα πορεία από την αρχική τιμή pH 9.8 - 10). Καταγράφεται η παροχή CO2στην έξοδο (αντιστοιχεί στο CO2που δεν αντέδρασε). Η κυκλοφορία του αιωρήματος και η τροφοδοσία αερίου συνεχίζεται έως ότου εξουδετερωθεί το pH και το αιώρημα γίνει ελαφρώς όξινο (pH 6.5<ρΗ<7). Ο χρόνος αντίδρασης ποικίλλει (80 - 250 min) ανάλογα με τις επιλεγόμενες λειτουργικές συνθήκες. Η απόδοση χρήσης του CO2ποικίλλει επίσης ανάλογα με τις λειτουργικές συνθήκες, αλλά παραμένει σταθερά υψηλή (92.2 % - 99.5 %) σε αντίθεση με την περίπτωση όπου ο υδρομαγνησίτης παράγεται με συμβατικό εξοπλισμό (ΑΣΥΝΑΝ). Στο τέλος συγκεντρώνεται δείγμα αιωρήματος από το δοχείο προϊόντος και το στερεό προϊόν απομακρύνεται με φίλτρανση. Ακολουθεί ξήρανση σε θερμοκρασία 105 - 120 °C στον αέρα. A quantity of 30 L of MgO suspension, concentration 10 - 50 g/L, is introduced into the system. Heating is carried out with simultaneous circulation of the suspension within the device until the minimum desired reaction temperature is reached. A rotation speed in the range of 600 - 1800 rpm is applied. A CO2 gas source with a composition of 5 - 100 % by volume is added. The flow rate of the gas stream carrying CO2 is adjusted so that the ratio [volumetric liquid flow rate/volumetric gas flow rate] or [H/A] is in the range of 0.57 - 1.58. The pressure inside the rotating bed reactor is atmospheric. The change in pH of the suspension at the reactor outlet is recorded (the pH follows a decreasing course from the initial pH value of 9.8 - 10). The CO2 flow rate at the outlet is recorded (corresponding to unreacted CO2). The circulation of the suspension and the gas supply are continued until the pH is neutralized and the suspension becomes slightly acidic (pH 6.5<pH<7). The reaction time varies (80 - 250 min) depending on the selected operating conditions. The CO2 utilization efficiency also varies depending on the operating conditions, but remains consistently high (92.2 % - 99.5 %) in contrast to the case where hydromagnesite is produced with conventional equipment (ASYNAN). Finally, a sample of the suspension is collected from the product vessel and the solid product is removed by filtration. This is followed by drying at a temperature of 105 - 120 °C in air.
Η ανάλυση με ακτίνες X επιβεβαιώνει τη χημική σύσταση του υδρομαγνησίτη, με ποσοστό ανθρακικών 35.7 - 37.8 %. Η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης δείχνει πρωτογενή σωματίδια φυλλόμορφης μορφολογίας (δισδιάστστα φύλλα) οργανωμένα σε δευτερογενείς σφαιρικές συστάδες (ενθυλακωμένες δομές). Τα πρωτογενή σωματίδια του υδρομαγνησίτη παρουσιάζουν μέσο πάχος 31 - 69 nm, μέσο πλάτος 2.5-3.0 μm με τυπικές αποκλίσεις κατανομής 6.77-14.62 nm. Η διάσταση του πάχους μεταβάλλεται ανάλογα με τις λειτουργικές συνθήκες, κυρίως ανάλογα με την ταχύτητα περιστροφής και το λόγο [Υ/Α]. Στο ίδιο εύρος λειτουργικών συνθηκών το προϊόν χαρακτηρίζεται από ελεύθερη ογκική πυκνότητα 51 - 173 g/cm<3>, ειδική επιφάνεια 19 - 40 m<2>/g, μέσο όγκο πόρων 0.08 - 0.17 cm<3>/g. X-ray analysis confirms the chemical composition of hydromagnesite, with a carbonate content of 35.7 - 37.8 %. Scanning electron microscopy shows primary particles of sheet morphology (two-dimensional sheets) organized into secondary spherical clusters (encapsulated structures). The primary particles of hydromagnesite have an average thickness of 31 - 69 nm, an average width of 2.5-3.0 μm with standard deviations of distribution of 6.77-14.62 nm. The thickness dimension varies depending on the operating conditions, mainly depending on the rotation speed and the [W/A] ratio. In the same range of operating conditions the product is characterized by a free bulk density of 51 - 173 g/cm<3>, specific surface area of 19 - 40 m<2>/g, average pore volume of 0.08 - 0.17 cm<3>/g.
[019] Παράδειγμα 2 : Διαφορετικές συνθήκες [019] Example 2: Different conditions
Ποσότητα 30 L αιωρήματος MgO (30 g/L) εισάγονται στο σύστημα. Γίνεται θέρμανση με ταυτόχρονη κυκλοφορία του αιωρήματος μέσα στη διάταξη μέχρι επίτευξης επιθυμητής ελάχιστης θερμοκρασίας αντίδρασης. Εφαρμόζεται ταχύτητα περιστροφής στο εύρος 600 - 1800 rpm. Προστίθεται αέρια πηγή CO2σύστασης 100 % κατ' όγκον, με παροχή τόση ώστε ο λόγος Υ/Α [ογκομετρική παροχή υγρού/ογκομετρική παροχή αερίου] να βρίσκεται στο εύρος 0.57 - 1.58, προτιμητέα στο εύρος 0.9 - 1.58. Καταγράφεται η μεταβολή του pH του αιωρήματος στην έξοδο του αντιδραστήρα (το pH ακολουθεί φθίνουσα πορεία από την αρχική τιμή pH 9.8 - 10) (Σχήμα 5). Στο τέλος συγκεντρώνεται δείγμα αιωρήματος και το στερεό προϊόν απομακρύνεται με φίλτρανση. Ακολουθεί έκπλυση με νερό και ξήρανση σε θερμοκρασία 105 - 120 °C, προτιμητέα στο εύρος 105-1 10°C. Η ανάλυση με ακτίνες X επιβεβαιώνει τη χημική σύσταση του υδρομαγνησίτη (Σχήμα 6), ενώ η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης δείχνει πρωτογενή σωματίδια φυλλόμορφης μορφολογίας (δισδιάστατα φύλλα) οργανωμένα σε δευτερογενείς σφαιρικές συστάδες (ενθυλακωμένες) δομές (Σχήμα 7). Κάτω από αυτή τη θερμοκρασία αντίδρασης τα πρωτογενή σωματίδια του υδρομαγνησίτη παρουσιάζουν μέσο πάχος 61 nm (Σχήμα 8), με εύρος κατανομής μεγέθους για τα διάφορα προϊόντα στο διάστημα 25 - 53 nm, μέσο πλάτος 2.5 - 3.0 μm και τυπική απόκλιση κατανομής 6.77 nm. Η απόδοση χρήσης του CO2κυμαίνεται στο εύρος 96.2 % - 99.5 %. Με διαφορετικό συνδυασμό λειτουργικών παραμέτρων (ταχύτητας περιστροφής και λόγου [Υ/Α]) εντός του ίδιου εύρους, λαμβάνεται προϊόν με κατανομή σωματιδίων με μέσο πάχος 44 nm (Σχήμα 9). Να σημειωθεί ότι για τα εύρη συνθηκών που αναφέρονται στα δύο παραδείγματα έχουν επιτευχθεί, επιπροσθέτως των Σχημάτων 8 και 9, σταθερά και επαναλαμβανόμενα αντίστοιχες κανονικές κατανομές πάχους νανοσωματιδίων με μικρές τυπικές αποκλίσεις. A quantity of 30 L of MgO suspension (30 g/L) is introduced into the system. Heating is carried out with simultaneous circulation of the suspension within the device until the desired minimum reaction temperature is achieved. A rotation speed in the range of 600 - 1800 rpm is applied. A gas source of CO2 composition of 100% by volume is added, with a flow rate such that the ratio H/A [volumetric flow rate of liquid/volumetric flow rate of gas] is in the range of 0.57 - 1.58, preferably in the range of 0.9 - 1.58. The change in pH of the suspension at the reactor outlet is recorded (the pH follows a decreasing course from the initial pH value of 9.8 - 10) (Figure 5). Finally, a sample of the suspension is collected and the solid product is removed by filtration. This is followed by washing with water and drying at a temperature of 105 - 120 °C, preferably in the range of 105-1 10°C. X-ray analysis confirms the chemical composition of the hydromagnesite (Figure 6), while scanning electron microscopy shows primary particles of sheet morphology (two-dimensional sheets) organized in secondary spherical clusters (encapsulated) structures (Figure 7). Below this reaction temperature, the primary particles of hydromagnesite have an average thickness of 61 nm (Figure 8), with a size distribution range for the various products in the range of 25 - 53 nm, an average width of 2.5 - 3.0 μm and a standard deviation of the distribution of 6.77 nm. The CO2 utilization efficiency varies in the range of 96.2 % - 99.5 %. With a different combination of operating parameters (rotation speed and ratio [Y/A]) within the same range, a product with a particle distribution with an average thickness of 44 nm is obtained (Figure 9). It should be noted that for the ranges of conditions mentioned in the two examples, in addition to Figures 8 and 9, stable and repeatable corresponding normal nanoparticle thickness distributions with small standard deviations have been achieved.
Claims (10)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20230100390A GR1010709B (en) | 2023-05-12 | 2023-05-12 | One-step hydromagnesite nanoparticles production method performed in an intensified rotating bed arrangement furnished with filler |
| PCT/IB2023/059900 WO2024236358A1 (en) | 2023-05-12 | 2023-10-03 | One-step method in an intensified rotating packed bed device with packing material for the production of hydro-magnetite nanoparticles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20230100390A GR1010709B (en) | 2023-05-12 | 2023-05-12 | One-step hydromagnesite nanoparticles production method performed in an intensified rotating bed arrangement furnished with filler |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| GR1010709B true GR1010709B (en) | 2024-06-19 |
Family
ID=88506608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| GR20230100390A GR1010709B (en) | 2023-05-12 | 2023-05-12 | One-step hydromagnesite nanoparticles production method performed in an intensified rotating bed arrangement furnished with filler |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| GR (1) | GR1010709B (en) |
| WO (1) | WO2024236358A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102424409A (en) * | 2011-09-02 | 2012-04-25 | 北京化工大学 | Method for preparing light magnesium carbonate |
| US20140004347A1 (en) * | 2009-11-10 | 2014-01-02 | Michael Pohl | Precipitated magnesium carbonate |
| WO2015154194A1 (en) * | 2014-04-10 | 2015-10-15 | Karnalyte Resources Inc. | Process for producing high grade hydromagnesite and magnesium oxide |
| AU2018222897A1 (en) * | 2017-10-11 | 2019-05-02 | Coogee Minerals Pty Ltd | Method for production of hydromagnesite |
Family Cites Families (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1038578C (en) | 1995-05-26 | 1998-06-03 | 北京化工大学 | Preparation method of superfine calcium carbonate |
| CN2483374Y (en) | 2001-05-31 | 2002-03-27 | 石河子大学 | Carbonization reactor for producing nanometer grade calcium carbonate particles |
| CN1128199C (en) | 2001-09-19 | 2003-11-19 | 北京化工大学 | Preparation process of magnesium hydroxide fire-retarding nanomaterial |
| AU2002359958A1 (en) | 2001-12-31 | 2003-07-15 | Beijing University Of Chemical Technology | Calcium carbonate of different shapes and the preparing process thereof |
| CN1461731A (en) | 2002-05-31 | 2003-12-17 | 湘潭大学 | Preparation method of nanometer grade super fine calcium carbonate |
| CN100462303C (en) | 2005-10-25 | 2009-02-18 | 湘潭大学 | Preparation method of superfine aluminum hydroxide |
| CN101219330B (en) | 2007-09-14 | 2011-05-04 | 东南大学 | Method and device for carbonating solid waste to fix CO2 in flue gas |
| CN101451087B (en) | 2007-12-04 | 2011-01-12 | 中国石油天然气股份有限公司 | Method for preparing lubricating oil metal detergent |
| WO2010097446A1 (en) | 2009-02-27 | 2010-09-02 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Process for preparing a magnesite-enriched magnesium carbonate precipitate |
| CN102180488B (en) | 2010-04-09 | 2013-03-27 | 清华大学 | Method for preparing nano lithium carbonate |
| CN102030352B (en) | 2010-10-25 | 2013-10-09 | 湘潭大学 | A method for preparing nanomaterials |
| BE1021832B1 (en) | 2013-09-19 | 2016-01-21 | S.A. Lhoist Recherche Et Developpement | MINERAL COMPOSITION BASED ON A MIXED SOLID PHASE OF CALCIUM CARBONATES AND MAGNESIUM AND PROCESS FOR PREPARING SUCH A COMPOSITION |
| CN104946342B (en) | 2014-03-25 | 2017-10-10 | 北京化工大学 | Transparent nano calcium carbonate oil phase dispersion and its method is prepared using gravity Method |
| CN104229838B (en) | 2014-09-23 | 2016-04-27 | 中国科学院青海盐湖研究所 | A kind of method improving Quilonum Retard carbonization efficiency by controlling gas flow |
| CN104211097B (en) | 2014-09-23 | 2016-10-12 | 中国科学院青海盐湖研究所 | A kind of preparation method of lithia water |
| CN104211096B (en) | 2014-09-23 | 2016-08-03 | 中国科学院青海盐湖研究所 | A kind of method improving lithium carbonate carbonization efficiency |
| CN107814404B (en) | 2016-09-13 | 2019-06-21 | 北京化工大学 | A kind of production method of cubic nanometer calcium carbonate |
| CN110446685B (en) | 2017-01-25 | 2022-09-06 | 南洋理工大学 | Concrete mixture based on reinforced reactive magnesia cement |
| JP6423481B1 (en) | 2017-04-28 | 2018-11-14 | 神島化学工業株式会社 | Magnesium carbonate |
| EP3428128A1 (en) | 2017-07-12 | 2019-01-16 | Omya International AG | Method for increasing the magnesium ion concentration in feed water |
| EP3428129A1 (en) | 2017-07-12 | 2019-01-16 | Omya International AG | Method for increasing the magnesium ion concentration in feed water |
| RU2681622C1 (en) | 2018-06-06 | 2019-03-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of obtaining aqueous magnesium bicarbonate |
| CA3138622A1 (en) | 2019-04-26 | 2020-10-29 | Carboncure Technologies Inc. | Carbonation of concrete aggregates |
| CN110950338B (en) | 2019-12-25 | 2023-05-16 | 江西理工大学 | Method for co-producing NPCC of carbon dioxide in converter flue gas by closed-circuit circulation of converter steel slag-steelmaking wastewater |
| US11634337B2 (en) | 2020-08-13 | 2023-04-25 | Moore Randall P | Chemical process for the manufacture of magnesium bicarbonate from impure reagent including magnesium hydroxide and calcium carbonate |
| EP4237385A4 (en) | 2020-10-29 | 2024-10-23 | Carboncure Technologies Inc. | Carbonation of concrete products |
| US12180118B2 (en) | 2020-11-16 | 2024-12-31 | Nanyang Technological University | Carbonation of reactive magnesia cement (RMC)-based systems |
-
2023
- 2023-05-12 GR GR20230100390A patent/GR1010709B/en active IP Right Grant
- 2023-10-03 WO PCT/IB2023/059900 patent/WO2024236358A1/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140004347A1 (en) * | 2009-11-10 | 2014-01-02 | Michael Pohl | Precipitated magnesium carbonate |
| CN102424409A (en) * | 2011-09-02 | 2012-04-25 | 北京化工大学 | Method for preparing light magnesium carbonate |
| WO2015154194A1 (en) * | 2014-04-10 | 2015-10-15 | Karnalyte Resources Inc. | Process for producing high grade hydromagnesite and magnesium oxide |
| AU2018222897A1 (en) * | 2017-10-11 | 2019-05-02 | Coogee Minerals Pty Ltd | Method for production of hydromagnesite |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024236358A1 (en) | 2024-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jeon et al. | CO2 storage and CaCO3 production using seawater and an alkali industrial by-product | |
| EP2228345B1 (en) | Process for producing anion exchange layered double hydroxide | |
| Werner et al. | Flue gas CO 2 mineralization using thermally activated serpentine: from single-to double-step carbonation | |
| US11111388B2 (en) | Precipitated calcium carbonate with improved resistance to structural breakdown | |
| CA2736379C (en) | Process for the production of high purity magnesium hydroxide | |
| SU525420A3 (en) | Catalyst for methanol synthesis | |
| FI122343B (en) | Process and plant for the preparation of solids-containing suspensions | |
| WO2001007365A1 (en) | High speed manufacturing process for precipitated calcium carbonate employing sequential pressure carbonation | |
| CN102482111B (en) | Method of producing calcium carbonate | |
| Zhang et al. | Acceleration of CO2 mineralisation of alkaline brines with nickel nanoparticles catalysts in continuous tubular reactor | |
| CN107416872B (en) | Preparation method of magnesium-aluminum carbonate hydrotalcite | |
| EP3490935B1 (en) | Production of low carbon footprint magnesia | |
| Hao et al. | Mild aqueous synthesis of urchin-like MnOx hollow nanostructures and their properties for RhB degradation | |
| Hu et al. | Advances in mineral processing technologies related to iron, magnesium, and lithium | |
| CN112479238A (en) | Method for preparing aluminum magnesium carbonate | |
| Dostie et al. | Passive direct air capture using calcium oxide powder: The importance of water vapor | |
| GR1010709B (en) | One-step hydromagnesite nanoparticles production method performed in an intensified rotating bed arrangement furnished with filler | |
| WO2014035292A2 (en) | Process for producing nano dispersed metal oxides and apparatus for carrying out the same | |
| JP7609580B2 (en) | Method for producing carbonate of group 2 elements and carbon dioxide fixation system | |
| CN106517294B (en) | Process for producing metal oxide | |
| Hori et al. | Mechanism of the formation of hierarchical-structured bismuth tungstate photocatalyst particles through counter-flow supply of bismuth and tungsten sources | |
| JP2001354416A (en) | Method for manufacturing aragonite type calcium carbonate | |
| WO2019079227A1 (en) | Multi-batch process for generating precipitated calcium carbonate | |
| CN105347373B (en) | Preparation method of pseudo-boehmite | |
| CN105347374B (en) | production method of pseudo-boehmite |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PG | Patent granted |
Effective date: 20240716 |