IT202100003263A1 - Apparato e metodo per la dissoluzione accelerata di carbonati con ph tamponato - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
?APPARATO E METODO PER LA DISSOLUZIONE ACCELERATA DI
CARBONATI CON PH TAMPONATO?
[0001] Forma oggetto della presente invenzione un apparato ed un metodo per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato in forma economica e ambientalmente sostenibile.
[0002] Sono noti da tempo gli effetti dei cosiddetti ?gas serra? sul clima e soprattutto la correlazione tra concentrazione in atmosfera di CO2 (diossido di carbonio o anche anidride carbonica) e riscaldamento globale.
[0003] Gli sforzi della comunit? scientifica e politica mondiale negli ultimi anni sono concentrati nel tentativo di contrastare l?aumento delle emissioni di gas serra in atmosfera, per evitare il fenomeno del riscaldamento globale, cio? l?aumento della temperatura media a livello globale.
[0004] In modo in s? noto, si sono promosse a livello internazionale molteplici iniziative finalizzate al contenimento delle emissioni di CO2 in atmosfera: merita citare tra le altre il protocollo di Kyoto nel 1997 e l?accordo di Parigi nel 2015.
[0005] Le forme individuate dalla comunit? scientifica per evitare il riscaldamento globale sono molteplici e riguardano sostanzialmente la diminuzione dell?utilizzo di combustibili fossili come carbone, petrolio e gas naturale favorendo lo sviluppo di energie rinnovabili come l?energia idraulica, eolica, solare e da biomasse.
[0006] Inoltre molti sforzi della comunit? internazionale sono focalizzati verso il miglioramento dell?efficienza nell?uso dell?energia, come nel caso dell?illuminazione con lampade a basso consumo, verso il trasporto con nuove generazione di motori ad alta efficienza e, nell?ambito della generazione elettrica, verso la sostituzione di vecchie ed inefficienti centrali a carbone o ad olio combustibile con nuovi impianti a ciclo combinato con turbina a gas e turbina a vapore, aventi rendimenti energetici prossimi al 60%.
[0007] Nonostante lo sforzo tecnologico in atto nelle nazioni pi? avanzate, le previsioni di note istituzioni internazionali sulla necessit? di energia a livello globale nei prossimi anni indicano un forte aumento della domanda di energia elettrica, di energia termica per l?industria e di carburanti per il trasporto.
[0008] Conseguentemente queste previsioni indicano purtroppo ancora un aumento dell?uso di fonti fossili come petrolio, carbone e gas naturale, soprattutto da parte di paesi emergenti, di recente industrializzazione e in via di sviluppo in quanto lo sviluppo delle energie rinnovabili e della possibilit? di stoccare in forma permanente CO2 da impianti che usano fonti fossili non crescono al ritmo necessario per raggiungere gli obiettivi dell?accordo di Parigi 2015.
[0009] Utilizzando i dati previsti da questi autorevoli studi non si prevede a livello globale una diminuzione rapida di emissioni di CO2 per contrastare il riscaldamento globale, nonostante gli sforzi e le politiche ambientali implementate da diversi paesi, dovuto principalmente all?aumento della popolazione mondiale e alla nuova industrializzazione di interi paesi.
[0010] Sono state proposte differenti tecnologie per poter catturare e sequestrare la CO2 prodotta da impianti industriali e di generazione di energia elettrica in cui sono utilizzati combustibili fossili. In genere tutte queste tecnologie prevedono una separazione della CO2 dagli altri gas mediante l?uso di mezzi chimico/fisici.
[0011] La maggior parte delle tecnologie di cattura e stoccaggio proposte riguardano emissioni di CO2 concentrate come quelle presenti nei fumi di centrali elettriche o impianti industriali.
[0012] Le principali tecnologie CCS proposte e note sono:
- il sequestro della CO2 in acquiferi salini profondi, metodo riconosciuto e promosso dall?Unione Europea mediante apposita direttiva del 2009;
- il sequestro della CO2 direttamente nel fondale degli oceani, in forma liquida;
- il sequestro della CO2 in carbonati di calcio o silicati di calcio, diretta o con l?uso di peptoidi, nota come Mineral Carbonation;
- il sequestro della CO2 in pozzi petroliferi dove viene iniettata per aumentare la produzione di petrolio del pozzo stesso con una tecnologia chiamata EOR (Enhanced Oil Recovery);
- il sequestro della CO2 in capsule vetroceramiche nelle profondit? marine con una tecnologia chiamata SCS (Submarine Carbon Storage) proposta mediante la domanda di brevetto internazionale WO 2016/088002 A1;
- il sequestro della CO2 mediante bicarbonati di calcio con una tecnologia chiamata EWL (Enhanced Weathering Limestone) o, in italiano ?dissoluzione accelerata di carbonati? proposta nel brevetto US 6,890,497 B2 dal titolo ?Method for extracting and sequestering carbon dioxide? e dal brevetto coreano KR 101888 684 B1 dal titolo ?Neutralization and concentration reaction system for ocean sequestration of carbon dioxide?.
[0013] Il sequestro della CO2 mediante la tecnologia EWL ha notevoli vantaggi rispetto alle altre tecnologie note in quanto la disponibilit? di rocce carbonatiche ? molto grande, perch? il mare ? ricchissimo di bicarbonati e quindi l?aggiunta di nuovi bicarbonati non comporta alcun problema ambientale, perch? non richiede un monitoraggio del sito di stoccaggio e perch? la tecnologia pu? essere utilizzata in impianti modulari e la sua applicazione pu? essere industrializzabile e programmabile.
[0014] Il sequestro della CO2 con i reattori EWL cos? come proposti e descritta nei brevetti US 6,890,497 B2 e KR 101888 684 B1 e da numerosi articoli scientifici ha alcuni importanti problemi che ne limitano l?applicabilit? come le grandi quantit? di acqua necessarie per il processo, i lunghi tempi di reazione, la possibile acidificazione dell?acqua di mare e le problematiche di degassaggio della CO2 e conseguente diminuzione dell?efficienza nello stoccaggio.
[0015] Le tecnologie EWL fin ora proposte prevedono infatti un reattore dove avviene la reazione di dissoluzione del carbonato con acqua e CO2 e il rilascio in mare di una soluzione ionica di bicarbonati mediante un condotto che ha solamente la funzione di convogliare la soluzione ionica di bicarbonati nel mare ed in cui non avvengono reazioni chimiche di dissoluzione di carbonati.
[0016] Dalla letteratura scientifica pubblicata sulla tecnologia EWL si pu? facilmente constatare che sono necessari, nella migliore ipotesi, circa 3.800 m<3 >di acqua di mare per stoccare una tonnellata di CO2 in forma di bicarbonati e che tale quantit? di acqua ricca in bicarbonati ? l?acqua che deve essere scaricata in mare tramite apposito condotto.
[0017] Inoltre da tale letteratura scientifica pubblicata sulla tecnologia EWL e dai risultati degli impianti sperimentali realizzati si evince che la miscela ionica scaricata dai reattori EWL fin ora proposti ha un pH di circa 6 e che, se scaricata in mare profondo, porterebbe ad una acidificazione del mare mentre nel caso la miscela ionica scaricata dai reattori EWL fosse scaricata in acque superficiali sarebbe necessario degassarla con una significativa perdita di efficienza di stoccaggio della CO2.
[0018] Nella tecnologia EWL, rilasciare un effluente gi? in stato ionico (miscela ionica) in cui tutto il carbonato si trovi disciolto nell?effluente, implica l?uso ed il trasporto di grandi quantit? acqua alla profondit? desiderata e lunghi tempi di residenza, anche di decine di ore, che nei reattori fin ora proposti istallati sulla terraferma rende di fatto tecnicamente ed economicamente impraticabile questa opzione anche per l?enorme dimensione dei reattori stessi.
[0019] Come si pu? immediatamente comprendere, esiste la necessit? di individuare un metodo ed un apparato che permettano di dissolvere i carbonati in forma accelerata utilizzando basse quantit? di acqua, senza acidificare il mare, con una efficienza maggiore rispetto ai reattori EWL fin ora proposti e con un costo accettabile per permetterne una sua rapida e massiccia applicazione.
[0020] Il compito della presente invenzione ? quello di rendere disponibile un metodo ed un apparato che possa permettere la completa dissoluzione dei carbonati presenti in una miscela di CO2, acqua e carbonati ed il rilascio nel mare di una miscela di ionica di acqua e bicarbonati con un pH simile a quello del mare per lo stoccaggio permanente della CO2, realizzabile in forma modulare ed implementabile su scala globale.
[0021] Tale scopo e tali compiti vengono raggiunti mediante un apparato ed un metodo per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato secondo l?invenzione chiamato BEWL (BUFFERED ENHANCED WEATHERING of LIMESTONE).
[0022] Per meglio comprendere l?invenzione e apprezzarne i vantaggi, vengono di seguito descritte alcune sue forme di realizzazione esemplificative e non limitative, facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:
- la figura 1.a ? una vista schematica di una possibile forma di realizzazione di un apparato per la dissoluzione accelerata di carbonati da piattaforma fissa secondo l?invenzione;
- la figura 1.b ? una vista schematica di una possibile forma di realizzazione di un apparato per la dissoluzione accelerata di carbonati da piattaforma fissa secondo l?invenzione;
- la figura 1.c ? una vista schematica di una possibile forma di realizzazione di un apparato per la dissoluzione accelerata di carbonati da piattaforma fissa secondo l?invenzione;
- la figura 2 ? una vista schematica di una possibile forma di realizzazione di un apparato per la dissoluzione accelerata di carbonati secondo l?invenzione dove ? rappresento schematicamente l?andamento della pressione al suo interno;
- la figura 3 ? una vista schematica di una possibile forma di realizzazione di un apparato per la dissoluzione accelerata di carbonati secondo l?invenzione ed ? rappresento schematicamente l?andamento del pH e della quantit? di carbonati di calcio al suo interno;
- la figura 4 ? la vista schematica di una possibile forma di realizzazione del miscelatore 12 secondo l?invenzione.
- la figura 5a rappresenta una tabella della CO2 (kg) non reagita all?interno del reattore 14 misurata nella sezione 60 in funzione della pressione media ponderata all?interno del reattore e del tempo di residenza;
- la figura 5b rappresenta una tabella del CaCO3 (kg) reagito completamente all?interno del reattore 14 a monte della sezione 60 in funzione della pressione media ponderata all?interno del reattore e del tempo di residenza;
- la figura 5c rappresenta una tabella della Ca(OH)2 (kg) necessaria per tamponare la CO2 non reagita all?interno del reattore per la correzione del pH 24 in funzione della pressione media ponderata all?interno del reattore e del tempo di residenza;
- la figura 6 rappresenta una tabella di possibili valori della CO2, dei carbonati, dei bicarbonati e del pH nelle varie sezioni di un apparato per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato secondo l?invenzione.
[0023] Nella descrizione si far? inoltre riferimento al ?gas carbonico? intendendo con ci? una miscela di gas contenente CO2, ed eventualmente altre sostanze tra cui H2, CO, CH4, N2, O2, H2S, SO2, NOx mentre quando si intende riferirsi al solo elemento chimico CO2 (diossido di carbonio) nella descrizione si utilizzer? CO2.
[0024] Nella descrizione si far? inoltre riferimento all??acqua?, intendendo con ci? acqua di mare o di lago, dolce, salata o salmastra, mentre quando si intende riferirsi al solo elemento chimico H2O nella descrizione si utilizzer? H2O.
[0025] Nella descrizione si far? inoltre riferimento al ?mare?, intendendo con ci? non solo un mare propriamente detto, ma anche un oceano o un qualsiasi specchio d?acqua salato o salmastro.
[0026] Nella descrizione si far? inoltre riferimento alla ?profondit?? del mare intendendo con ci? la distanza verticale dal livello del mare nella direzione della forza di gravit?; in particolare per ?profondit?? superiore o maggiore si intende una maggior distanza dalla superficie del mare e per ?profondit?? inferiore o minore si intende una minor distanza dalla superficie del mare.
[0027] Nella descrizione si far? inoltre riferimento alla ?pressione media ponderata? intendendo con ci? la somma delle pressioni all?interno del reattore per la dissoluzione 14 moltiplicate per il tempo di residenza e divisa per il tempo totale secondo la formula:
dove Pi ? la pressione nell?intervallo di tempo i e Si ? il tempo di durata dell?intervallo di tempo i.
[0028] Nella descrizione si far? riferimento ad un ?reattore? intendendo con ci? un apparato in cui avvengono delle reazioni chimiche in forma continua e non in forma batch.
[0029] Nella descrizione di far? riferimento al ?carbonato? o ai ?carbonati?, in inglese ?limestone?, intendendo con ci? un materiale solido formato prevalentemente da CaCO3 e MgCO3 in forme granulometriche comprese tra 0,1 micron fino a 50 micron anche in sospensione acquosa mentre quando si intende riferirsi al solo elemento chimico CaCO3 o MgCO3 nella descrizione si utilizzer? rispettivamente CaCO3 o MgCO3. Nella descrizione e nelle formule si utilizzer? come esempio di carbonato il CaCO3 intendendo che i ragionamenti fatti sono validi anche per l?MgCO3 e per le rocce carbonatiche che li contengono in varie proporzioni come, per esempio, il calcare, la dolomite CaMg(CO3)2, il marmo e il travertino.
[0030] Nella descrizione si far? riferimento all??aragonite? intendendo con ci? un carbonato formato prevalentemente da CaCO3 che cristallizza nella classe rombica bipiramidale e che ? un polimorfo della calcite precipitato dall?acqua del mare in forma biotica. L?aragonite si pu? incontrare in molti organismi marini, nelle conchiglie, nei coralli e conseguentemente nelle sabbie coralline e ?Oolitic aragonite sands? di cui le Bahamas hanno grandi giacimenti.
[0031] Nella descrizione si far? riferimento alla ?calcite? intendendo con ci? un carbonato formato prevalentemente da CaCO3 che cristallizza nella classe trigonale. La calcite si pu? incontrare comunemente nei depositi calcarei o dolomitici ed il carbonato pi? diffuso sulla crosta terrestre.
[0032] Nella descrizione si far? riferimento ai ?bicarbonati? intendendo con ci? i composti chimici Ca(HCO3)2 e Mg(HCO3)2. Nella descrizione e nelle formule si utilizzer? come esempio di bicarbonati il Ca(HCO3)2 intendendo che i ragionamenti fatti sono validi anche per l?Mg(HCO3)2.
[0033] Nella descrizione si far? riferimento all??idrossido? intendendo con ci? l?idrossido di calcio Ca(OH)2, di magnesio Mg(OH)2 in polvere o in sospensione o in soluzione con una opportuna quantit? di acqua. Nella descrizione e nelle formule si utilizzer? come esempio di idrossido il Ca(OH)2 intendendo che i ragionamenti fatti sono validi anche per l?Mg(OH)2, per l?idrossido ricavato dalla calcinazione dei minerali che li contengono come la calcite, l?aragonite, la dolomite e la magnesite.
[0034] Nella descrizione si far? riferimento alla ?miscela? intendendo con ci? una sospensione (slurry) di acqua, CO2, carbonato, bicarbonati e impurezze in cui la percentuale in peso dei carbonati nella miscela sia compreso tra 0% e il 10% e nella quale alcuni elementi, quali i carbonati e le impurezze solide, si trovano in sospensione ed altri elementi come la CO2 e i bicarbonati si trovano in soluzione.
[0035] Nella descrizione si far? riferimento alla ?portata di progetto? intendendo con ci? la somma delle quantit? di acqua, CO2, carbonati, bicarbonati e impurezze che vengono rilasciate nell?unit? di tempo dal miscelatore 12 al reattore per la dissoluzione 14 e che permette il sequestro permanente di una predeterminata quantit? di CO2.
[0036] Nella descrizione si far? riferimento alla ?miscela povera? intendendo con ci? una sospensione (slurry) di acqua, CO2, carbonati, bicarbonati e impurezze in cui la percentuale dei carbonati che si ? disciolto nell?acqua alimentata al miscelatore 12 rispetto ai carbonati alimentato al miscelatore 12 ? inferiore al 10%.
[0037] Nella descrizione si far? riferimento alla ?miscela ionica? intendendo con ci? una miscela dove tutto il carbonato presente si ? disciolto ed il Ca<2+ >o l?Mg<2+ >si trovano in forma ionica.
[0038] Nella descrizione si far? riferimento alla ?miscela ionica tamponata? intendendo con ci? una ?miscela ionica? dove il pH ? stato corretto, mediante addizione di un idrossido, al valore desiderato. Nei casi in cui l?idrossido sia facilmente solubile, la ?miscela ionica tamponata? ? una soluzione ionica mentre nei casi in cui l?idrossido avesse bassa solubilit? dovuta, per esempio, all?alto tenore di Mg, la ?miscela ionica tamponata? pu? essere uno slurry formato dalla ?miscela ionica? e dall?idrossido non ancora disciolto.
[0039] Nella descrizione si far? riferimento a ??cal? intendendo con ci? lo stato di saturazione della calcite (calcite saturation state) nell?acqua di mare. Il SIcal (Saturation Index calcite) a cui si far? riferimento nelle allegate figure ? legato all??cal mediante la formula SIcal=log10(?cal).
[0040] Nella descrizione di far? riferimento alle ?impurezze? intendendo con ci? le sostanze solide, liquide o gassose presenti nel carbonato, nel gas contenente la CO2 o nell?acqua che non prendono parte alle reazioni chimiche secondo l?invenzione.
[0041] Nella descrizione si far? riferimento al ?plume? intendendo con ci? la porzione di mare dove la miscela rilasciata dal reattore si miscela e si diluisce con l?acqua di mare circostante.
[0042] Nella descrizione si far? riferimento al ?tempo di residenza della miscela? intendendo con ci? il tempo in cui la miscela riesce a percorrere il condotto 141.
[0043] Nella descrizione si far? riferimento al ?pH? intendendo con ci? la scala di misura che indica l'acidit? o la basicit? di un liquido che viene definita dalla seguente formula:
pH=-log10[H3O<+>]
[0044] Nella descrizione si far? riferimento all??alcalinit?? intendendo con ci? la quantit? di idrossidi OH-, carbonati CO3<2- >e bicarbonati HCO3<2->presenti nell?acqua di mare.
[0045] Nella descrizione si far? riferimento alla ?durezza? intendendo con ci? un valore che esprime il contenuto totale di ioni Ca<2+ >e Mg<2+ >presenti nell?acqua di mare.
[0046] Nella descrizione si far? riferimento alla ?reazione di dissoluzione del carbonato? intendendo con ci? la reazione seguente:
CO<2>(g) CaCO<3>(s) H<2>O => Ca<2+>(aq) 2HCO<3?>(aq) [1]
dove il Ca<2+ >pu? essere sostituito da Mg<2+ >se presente nel carbonato.
[0047] Nella descrizione si far? riferimento al ?numero di Reynolds Re? intendendo con ci? il numero adimensionale usato in fluidodinamica, proporzionale al rapporto tra le forze d'inerzia e le forze viscose.
[0048] Nella descrizione si far? riferimento al ?OD? intendendo con ci? l?Outside Diameter, o diametro esterno di un tubo a sezione circolare o il diametro di una struttura tubolare a sezione circolare con uguali caratteristiche idrauliche alla struttura tubolare considerata.
[0049] Nella descrizione si far? riferimento all??SDR?, intendendo con ci? lo Standard Dimensional Ratio di un tubo definito come rapporto tra diametro esterno OD e spessore della parete del tubo.
[0050] Nella descrizione si far? riferimento al ?PE? intendendo con ci? il materiale plastico HDPE - High Density Poly Ethylene o LDPE - Low Density Poly Ethylene;
[0051] Nelle allegate figure, con il riferimento 100 ? indicato complessivamente un apparato per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato. L?apparato 100 comprende innanzitutto una base logistica 300, un eventuale deposito 40 per il gas carbonico, un eventuale deposito di carbonato 30, un eventuale deposito di idrossido 45, un apparato 10 per la preparazione di una miscela ionica tamponata mediante la reazione totale del carbonato con l?acqua e la CO2 nel reattore per la dissoluzione 14 e la correzione finale del pH mediante l?idrossido nel reattore per la correzione del pH 24. La base logistica 300 pu? comprendere una piattaforma off-shore o una nave (non mostrata nelle figure).
[0052] L?apparato 100 comprende poi mezzi 42 per l'approvvigionamento del gas carbonico. Ad esempio, la base logistica 300 pu? essere collegata ad un opportuno gasdotto per il trasporto del gas carbonico. Pi? in particolare, la piattaforma off-shore pu? essere collegata con la costa mediante un opportuno gasdotto per il trasporto del gas carbonico o ospitare a bordo un impianto per la sua produzione. In alternativa ? possibile impiegare altri metodi in s? noti per il trasporto del gas carbonico, ad esempio mediante contenitori in pressione caricati su appositi mezzi di trasporto e/o su apposite imbarcazioni.
[0053] L?apparato 100 per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato, comprendente un miscelatore 12, un reattore per la dissoluzione 14 e un reattore per la correzione del pH 24 in cui il miscelatore 12 comprende:
- una camera 123;
- mezzi per l?alimentazione di acqua 126;
- mezzi per l?alimentazione di gas carbonico 127;
- mezzi per l?alimentazione di carbonato 128; e in cui:
- i mezzi di alimentazione per l?acqua 126 sono adatti ad apportare una predeterminata portata continua di acqua alla camera 123; - i mezzi di alimentazione del gas carbonico 127 sono adatti ad apportare una predeterminata portata continua di CO2 alla camera 123;
- i mezzi di alimentazione di carbonato 128 sono adatti ad apportare una predeterminata portata continua di carbonato alla camera 123; - la camera 123 ? collegata idraulicamente con il reattore per la dissoluzione 14 per rilasciare in uscita una portata di progetto di miscela povera 130;
e in cui il reattore per la dissoluzione 14 comprende un condotto 141, in cui:
- il condotto 141 ? collegato idraulicamente con la camera 123 per ricevere in ingresso una portata di progetto di miscela povera 130; - il condotto 141 ? adatto al trasporto della miscela povera 130;
- il condotto 141 ? adatto a consentire la dissoluzione totale del carbonato che trasforma la miscela povera 130 in una miscela ionica 131 secondo la reazione CaCO3+CO2+H2O ? Ca(HCO3)2 in cui Ca<2+ >pu? essere sostituito da Mg<2+ >se presente nel carbonato;
- il condotto 141 ha un diametro OD compreso tra 1000 mm e 8000 mm, preferibilmente tra 3000 mm e 4000 mm;
- il condotto 141 ha una lunghezza superiore a 10000 m, preferibilmente compresa tra 50000 m e 200000 m;
- il condotto 141 ? adatto a rilasciare in continuo una portata di progetto di miscela ionica 131 al reattore per la correzione del pH 24; e in cui il reattore per la correzione del pH (24) comprende un condotto 142 in cui:
- il condotto 142 ? collegato idraulicamente con il condotto 141 per ricevere in ingresso una portata di progetto di miscela ionica 131 rilasciata dal reattore per la dissoluzione 14;
- i mezzi per l?alimentazione di idrossido 28 sono adatti ad alimentare una predeterminata quantit? di idrossido al reattore per la correzione del pH 24;
- il reattore per la correzione del pH 24 ? adatto a miscelare l?idrossido 28 con la miscela ionica 131 cos? da formare una miscela ionica tamponata 132 secondo la reazione Ca(OH)2 2CO2 ? Ca(HCO3)2 con pH desiderato in cui Ca<2+ >pu? essere sostituito da Mg<2+ >se presente nel carbonato;
- il condotto 142 del reattore per la correzione del pH 24 ha un diametro OD compreso tra 1000 mm e 8000 mm, preferibilmente lo stesso diametro del condotto 141;
- il condotto 142 del reattore per la correzione del pH 24 ha una lunghezza, misurata tra le sezioni 60 e 65, compresa tra 0,1 m e 20000 m, preferibilmente tra 10 m e 2000 m; e
- il condotto 142 del reattore per la correzione del pH 24 ? collegato idraulicamente al mare ed ? adatto a rilasciare in mare la miscela ionica tamponata 132.
[0054] In accordo con alcune forme di realizzazione dell?invenzione, l?apparato 100 per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato comprende inoltre:
- mezzi per la miscelazione 125 adatti a disperdere uniformemente nell?acqua il gas carbonico ed il carbonato cos? da formare la miscela povera 130.
[0055] In accordo con alcune forme di realizzazione, l?apparato 100 per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato comprende inoltre:
- mezzi per l?evacuazione di gas non solubili 129.
[0056] In accordo con alcune forme di realizzazione dell?invenzione, l?apparato 100 per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato comprende inoltre un reattore per la dissoluzione 14 in cui:
- il condotto 141 ? costruito in materiale plastico, preferibilmente PE con un SDR>22, preferibilmente compreso tra SDR=33 e SDR=50.
[0057] In accordo con alcune forme di realizzazione dell?invenzione, l?apparato 100 per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato ? istallato parzialmente o completamente in mare ed ancorato al fondale marino.
[0058] In accordo con alcune forme di realizzazione dell?invenzione, l?apparato 100 per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato secondo quanto descritto sopra comprende inoltre:
- il misuratore 23 adatto a misurare il pH e/o l?alcalinit? e/o la durezza della miscela ionica 131 o della miscela ionica tamponata 132 e a fornire la misurazione all?unit? di controllo 230;
- l?unit? di controllo 230 adatta a ricevere la misura dal misuratore 23; - l?unit? di controllo 230 ? adatta a elaborare le misure ricevute e a comandare i mezzi per l?alimentazione di idrossido 28 perch? alimentino al reattore per la correzione del pH 24 la quantit? di idrossido necessaria per ottenere una miscela ionica tamponata 132 con un pH desiderato.
[0059] In accordo con alcune forme di realizzazione dell?invenzione, l?apparato 100 per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato secondo quanto descritto sopra comprende inoltre:
- il dosatore 281 di idrossido, facente parte dei mezzi per l?alimentazione idrossido 28;
- il dosatore 281 di idrossido ? adatto a ricevere in ingresso l?idrossido e a rilasciare in uscita una predeterminata quantit? di idrossido 28 secondo quanto comandato dall?unit? di controllo 230;
- il tubo ausiliario 282 di trasporto idrossido, facente parte dei mezzi per l?alimentazione idrossido 28, adatto a ricevere in ingresso la predeterminata quantit? di idrossido 28 rilasciata dal dosatore 281 di idrossido e a rilasciare in uscita al reattore per il controllo del pH 24 la quantit? predeterminata di idrossido 28;
- il tubo ausiliario 282 di trasporto idrossido ? adatto al trasporto della portata predeterminata di idrossido 28;
- il tubo ausiliario 282 di trasporto idrossido corre parallelo o coassiale al condotto 141.
[0060] In accordo con alcune forme di realizzazione dell?invenzione, il miscelatore 12 ed il reattore per la dissoluzione 14 possono essere realizzati come un unico apparato integrato senza soluzione di continuit? tra il miscelatore 12 ed il reattore per la dissoluzione 14. In tale caso la sezione 55 rappresenta la sezione nella quale il reattore per la dissoluzione 14 si collega idraulicamente al miscelatore 12 e dove inizia ad essere presente la miscela povera 130.
[0061] In accordo con alcune forme di realizzazione dell?invenzione, il reattore per la dissoluzione 14 e il reattore per la correzione del pH 24 possono essere realizzati come un unico apparato integrato senza soluzione di continuit? tra il reattore per la dissoluzione 14 e il reattore per la correzione del pH 24. In tale caso la sezione 60 rappresenta la sezione nella quale il reattore per la dissoluzione 14 si collega idraulicamente al reattore per la correzione del pH 24 e dove sono posizionati i mezzi per l?alimentazione di idrossido 28.
[0062] In accordo con alcune forme di realizzazione dell?invenzione, i mezzi di miscelazione 125 posizionati nel miscelatore 12 possono essere realizzati mediante ugelli spray ?spray nozzle?, miscelatori statici ?static mixers?, riempimenti per scrubbers ?scrubber packing? o, facendo riferimento alla figura 4, mediante opportuni diffusori per il gas carbonico 1250 che generano microbolle 1290 nell?acqua contenuta nella camera 123 e permettono l?idratazione della CO2 mediante l?equazione CO2 H2O ? H2CO3 ? H<+ >+ HCO3<- >.
[0063] Facendo riferimento alle forme di realizzazione delle figure 1a, 1b, 1c, 2, 3 e 4 si possono inoltre individuare:
- il miscelatore 12 per miscelare il carbonato con l?acqua e la CO2; - i mezzi per l?alimentazione del gas carbonico 127;
- i mezzi per l?alimentazione del carbonato 128;
- i mezzi per l?alimentazione dell?acqua 126;
- i mezzi per l?evacuazione di gas poco solubili nell?acqua 129;
- la camera 123 del miscelatore 12;
- i mezzi di miscelazione 125;
- le bolle di gas carbonico 1290 generate dal diffusore 1250;
- il reattore per la dissoluzione 14 che consente la dissoluzione totale del carbonato;
- il condotto 141 che trasporta la miscela dalla sezione 55 alla sezione 60;
- il plume 25 che si forma al rilascio della miscela ionica tamponata 132;
- le acque del mare 26;
- il livello superficiale del mare 50;
- la sezione 55 che rappresenta la sezione nella quale il reattore per la dissoluzione 14 si collega idraulicamente al miscelatore 12;
- la sezione 60 che rappresenta la sezione nella quale il reattore per la dissoluzione 14 si collega idraulicamente al reattore per la correzione del pH 24;
- la sezione 65 in cui viene rilasciata in mare la miscela ionica tamponata 132 dal reattore per la correzione del pH 24;
- la miscela povera 130 rilasciata dal miscelatore 12 ed in ingresso al reattore per la dissoluzione 14;
- il fondo del mare 80;
- il flusso di miscela ionica 131 rilasciato dal reattore per la dissoluzione 14 e che alimenta il reattore per la correzione del pH 24;
- i mezzi per l?alimentazione di idrossido 28 al reattore per la correzione del pH 24;
- il flusso di miscela ionica tamponata 132 rilasciato dal reattore per la correzione del pH 24;
- il sensore di pH e/o alcalinit? e/o durezza 23;
- l?unit? di controllo 230;
- il dosatore 281 per l?idrossido facente parte dei mezzi per l?alimentazione dell?idrossido 28;
- il tubo ausiliario 282, facente parte dei mezzi per l?alimentazione dell?idrossido 28, per il trasporto dell?idrossido dal dosatore 281 al reattore per la correzione del pH 24.
[0064] In accordo con le forme di realizzazione dell?apparato 10 secondo l?invenzione rappresentata schematicamente nelle figure 1a, 1b, 1c, 2 e 3, il reattore per la dissoluzione 14 ? costituito da almeno un condotto 141 che pu? essere verticale, orizzontale o differentemente inclinato, di sezione preferibilmente circolare, retto o con curve, atto al passaggio di una sospensione di acqua, particelle di carbonato, impurezze, gas carbonico e che collega idraulicamente il miscelatore 12 al reattore per la correzione del pH 24.
[0065] In accordo con le forme di realizzazione rappresentata schematicamente nelle figure 1a, 1b, 1c, 2 e 3, il reattore per la correzione del pH 24 ? costituito da almeno un condotto 142 che pu? essere verticale, orizzontale o differentemente inclinato, di sezione preferibilmente circolare, retto o con curve, con pareti impermeabili o permeabili all?acqua, chiuso o parzialmente chiuso da pareti, atto al passaggio di una sospensione di acqua, bicarbonati, impurezze, gas carbonico, idrossido e che collega idraulicamente il reattore per la dissoluzione 14 al mare.
[0066] In forma in s? nota, il processo di dissoluzione del carbonato ? un processo con una cinetica molto lenta che quindi richiede tempi di residenza nel reattore della miscela acqua, CO2 e carbonato molto lunghi e superfici di contatto tra il carbonato e l?acqua molto grandi.
[0067] Una persona esperta pu? ben capire che utilizzare particelle di carbonato con dimensione di micron invece che particelle di carbonato con dimensione di millimetri aumenta la superficie di contatto tra carbonato ed acqua nella miscela e favorisce la reazione di dissoluzione.
[0068] In forma in s? nota la reazione di dissoluzione del carbonato ? favorita da pH bassi e da miscele fortemente sotto-saturate rispetto alla calcite, cio? con SI negativi.
[0069] In forma in s? nota, all?aumentare della pressione parziale della CO2 aumenta il grado di idratazione della CO2, la formazione di acido carbonico H2CO3 e la conseguente diminuzione del pH.
[0070] Come affermato sopra, la solubilit? del carbonato in acqua aumenta al diminuire del pH e all?aumentare della pressione. pH bassi e pressioni alte favoriscono la dissoluzione del carbonato che dissolvendosi consumano la CO2 disciolta nell?acqua aumentando quindi il pH della miscela all?interno del reattore per la dissoluzione 14.
[0071] Una persona esperta potr? certamente capire i vantaggi di utilizzare un reattore tubolare che pu? facilmente essere posizionato sul fondale marino e quindi approfittare della pressione idrostatica, pu? essere molto lungo con alti tempi di residenza della miscela, pu? facilmente mantenere la miscela al suo interno in regime turbolento consentendo di gestire facilmente carbonato finemente micronizzato ottimizzando la superficie di reazione dello stesso.
[0072] Una persona esperta potr?, come detto sopra, certamente capire che posizionando il reattore per la dissoluzione 14 sul fondale del mare, si pu? convenientemente sfruttare la pressione idrostatica proporzionale alla profondit? di installazione del reattore per la dissoluzione 14 favorendo le reazioni di dissoluzione del carbonato secondo la reazione [1].
[0073] Una persona esperta pu? facilmente dedurre che secondo la reazione [1] e considerando il caso particolare in cui il carbonato fosse calcite o aragonite, sono necessari circa 2272 kg di CaCO3 e circa 409 kg di H2O per far reagire in modo stechiometrico 1000 kg di CO2.
[0074] Una persona esperta potr? certamente capire che la quantit? di acqua nella miscela povera 130 necessaria per mantenere la miscela sufficientemente fluida e per ottenere la completa dissoluzione del carbonato e quindi la miscela ionica 131, ? superiore alle quantit? stechiometrica necessaria secondo l?equazione [1].
[0075] In accordo con alcune forme di realizzazione dell?invenzione, e con particolare riferimento a figura 3, la quantit? di carbonato, acqua e CO2 alimentati al miscelatore 12 sono stabilite in modo che tutto il carbonato alimentato al miscelatore 12 possa reagire nel reattore per la dissoluzione 14 con l?acqua e la CO2 formando una miscela ionica 131 secondo l?equazione [1].
[0076] Una persona esperta pu? facilmente capire se si desidera che tutto il carbonato alimentato al miscelatore 12 venga disciolto nel reattore per la dissoluzione 14, ? opportuno alimentare al miscelatore 12, a parit? di CO2, meno carbonato di quello necessario stechiometricamente secondo l?equazione [1] con il risultato che nella miscela ionica 131 rilasciata dal reattore per la dissoluzione 14 c?? una quantit? di CO2 non reagita con il carbonato che, se scaricata in mare, ne abbasserebbe il pH se non opportunamente tamponata con una sostanza basica. Tutto il carbonato alimentato al reattore 12 e non reagito con la CO2 alla fine del reattore per la dissoluzione 14 verrebbe rilasciato in mare allo stato solido con la soluzione ionica 131 o con la soluzione ionica tamponata 132 e rappresenta uno spreco di materiale.
[0077] Facendo riferimento alle figure 5a, 5b e 5c, una persona esperta potr? convenire che ? possibile costruire, utilizzando opportuni e in s? noti modelli di calcolo, delle tabelle con la quantit? di CaCO3 disciolta (dissolved CaCO3) e di CO2 non reagita nella miscela ionica 131 (CO2 left) rilasciata dal reattore per la dissoluzione 14 riferite a un condotto 141 in funzione del tempo di residenza della miscela nel reattore per la dissoluzione 14 (residence time) ed in funzione della pressione media ponderata (WAP - weighted average pressure) all?interno del reattore per la dissoluzione 14, della granulometria iniziale del CaCO3 (carbonate diameter) e della quantit? di acqua utilizzata (water). L?ipotesi adottata nelle tabelle delle figure 5 ? quella di far reagire 1000 kg di CO2 con 2270 kg di CaCO3 con dimensione 10 micron in 2000 m3 di acqua e vedere, alla fine del reattore per la dissoluzione 14, quanto CO2 non ha reagito, quanto carbonato ha reagito e quanto Ca(OH)2 ? necessario per tamponare la CO2 non reagita in funzione del tempo di permanenza e della pressione media ponderata all?interno del reattore per la dissoluzione 14. Simili tabelle possono essere costruite con differenti granulometrie di CaCO3 e quantit? di acqua nella miscela 130.
[0078] Sempre facendo riferimento alle tabelle di figura 5 una persona esperta pu? certamente notare che, per esempio, nella miscela ionica 131 rilasciata dal condotto 141 si sono disciolti circa 1382 kg di CaCO3, che non hanno reagito circa 441,1 kg di CO2 e che servono 407 kg di Ca(OH)2 nel caso di una dimensione iniziale del carbonato di 10 micron un tempo di residenza di 100000 s, una pressione media ponderata di 200 bar e una quantit? di acqua di 2000 ton/tonCO2.
[0079] Una persona esperta, sempre facendo riferimento alle tabelle di figura 5, potr? certamente capire che la quantit? di CaCO3 disciolta (dissolved CaCO3) ? la quantit? di carbonato che deve essere alimentata al miscelatore 12 per avere la massima efficienza del sistema: se la quantit? di carbonato alimentata al miscelatore 12 fosse inferiore a quella indicata nella tabella 4, si avrebbe un eccesso di CO2 da tamponare nella miscela ionica 131 mentre che se fosse superiore ci sarebbe la parte in eccesso del carbonato rilasciata in mare con la miscela ionica tamponata 132 con spreco di carbonato in quanto non riuscirebbe pi? a dissolversi e a formare bicarbonati secondo la reazione [1].
[0080] Una persona esperta, facendo ancora riferimento ai dati riportati nelle figure 5, potr? certamente capire che l?istallazione del reattore per la dissoluzione 14 sul fondale del mare rispetto all?istallazione sulla terra ferma ha anche un grande vantaggio sull?utilizzo di spazio: infatti i tempi di residenza richiesti per una conveniente dissoluzione del carbonato all?interno del reattore per la dissoluzione 14, per una ottimizzazione della lunghezza del reattore per la dissoluzione 14 e per una minimizzazione della quantit? di CO2 da tamponare nella miscela ionica 131 sono dell?ordine di 100000 s che, considerando un velocit? minima della miscela all?interno del reattore per la dissoluzione 14 di 0,1 m/s, corrisponde a una lunghezza del reattore per la dissoluzione 14 di circa 10000 m. Sicuramente ? pi? facile istallare un condotto di grande diametro sul fondale marino che sulla terraferma dove, oltre le zone densamente abitate, ci possono essere problemi di orografia del territorio.
[0081] Una persona esperta potr? certamente capire che la configurazione tubolare del reattore per la dissoluzione 14 secondo l?invenzione e soprattutto la possibilit?, in s? nota, di realizzare tubi di grande diametro in materiale plastico come il PE mediante processo continuo di estrusione, permette di realizzare reattori EWL con grandi tempi di residenza in forma pi? modulare ed economica dei reattori fin ora proposti per lo stoccaggio della CO2 in forma di bicarbonati in mare.
[0082] Una persona esperta potr? certamente capire che il reattore per la dissoluzione 14 secondo l?invenzione pu? facilmente gestire del carbonato micronizzato che garantisce una pi? grande superficie di reazione rispetto all?uso di carbonato con dimensioni superiori. Nei reattori gi? proposti per la tecnologia EWL sono necessari mezzi per la continua miscelazione del carbonato con l?acqua, come pompe di circolazione o agitatori, con un consistente consumo energetico. Nel caso del reattore per la dissoluzione 14 secondo l?invenzione, lo stesso movimento della miscela all?interno del reattore per la dissoluzione 14 genera la turbolenza necessaria a mantenere costantemente miscelato il carbonato con l?acqua senza con il solo consumo energetico delle perdite di carico nel condotto per la dissoluzione 14.
[0083] Inoltre l?istallazione del reattore per la dissoluzione 14 sul fondale marino minimizza anche l?energia per il pompaggio dell?acqua nel reattore per la dissoluzione 14 rispetto all?energia necessaria per il pompaggio della stessa quantit? di acqua per un reattore EWL di tipo noto posto sulla terraferma in quanto, oltre alle perdite di carico dovute alla movimentazione della miscela all?interno del reattore, c?? l?energia di pompaggio dovuta al fatto che il reattore posto sulla terraferma ? in genere istallato al di sopra del livello del mare.
[0084] Facendo riferimento alla figura 2, una persona esperta pu? facilmente individuare l?andamento della pressione all?interno e all?esterno dell?apparato 10 per la preparazione di una miscela ionica tamponata nel caso fosse istallato sul fondo del mare. La pressione Pm interna al miscelatore 12 ? predeterminata in funzione delle esigenze di miscelazione del gas carbonico con l?acqua e il carbonato e delle perdite di carico generate dal moto della miscela all?interno dell?apparato 10 per la preparazione della miscela ionica tamponata 132; la pressione interna al reattore per la dissoluzione 14 ? data dalla pressione Pr esistente nel miscelatore 12 misurata nella sezione 55 a cui si somma la pressione idrostatica proporzionale alla distanza tra il punto di misura dalla superficie del mare 50 e a cui si sottrae la perdita di carico dovuta al movimento della miscela all?interno dell?apparato 10 per la preparazione della miscela ionica tamponata 132. La pressione Pu ? la pressione di uscita della miscela ionica tamponata 132 dal reattore per la correzione del pH 24.
[0085] In forma in s? nota, la quantit? di CO2 gassosa che viene disciolta nell?acqua della miscela ? direttamente proporzionale alla pressione parziale della CO2 nel gas carbonico e inversamente proporzionale dalla temperatura in cui si trova all?interno dell?apparato 10 per la preparazione di una miscela ionica tamponata secondo l?invenzione.
[0086] Una persona esperta potr? certamente constatare che, per sfruttare al massimo la dissoluzione del CaCO3 all?interno del reattore per la dissoluzione 14 e minimizzare le quantit? di acqua necessarie nella miscela sia conveniente che il tempo di residenza Tmin della miscela nel reattore sia superiore a 40000 s, preferibilmente compreso tra 80000 s e 200000 s.
[0087] In forma in s? nota, per evitare la sedimentazione dei componenti solidi di uno slurry, ? necessario mantenere una velocit? minima Vl (velocit? limite) dello slurry stesso in un qualsiasi condotto: detta velocit? ? calcolata utilizzando la nota formula di Duran. Per particolato nello slurry inferiore a 50 micron e di densit? inferiore a 2700 kg/m<3>, si considera che non ci siano problemi di sedimentazione sempre che la velocit? dello slurry nel condotto sia mantenuta a un valore superiore a 0,1 m/s e comunque in regime turbolento, cio? con un Re >=4000.
[0088] In accordo con alcune forme di realizzazione dell?invenzione, il carbonato viene alimentato al miscelatore 12 in forma di sospensione ?slurry? mediante i mezzi di alimentazione di idrossido 28.
[0089] In accordo con una forma particolare di realizzazione dell?invenzione e con particolare riferimento a figura 3 in cui l?acqua utilizzata per formare la miscela all?interno dell?apparato 10 per la preparazione di una miscela ionica tamponata ha un pH iniziale di 8 ? illustrato un possibile comportamento del pH e della percentuale di carbonato 128 non ancora disciolto all?interno dell?apparato 10 per la preparazione della miscela ionica tamponata 132.
[0090] Una persona esperta pu? capire che la presenza di CO2 disciolta nella miscela ionica 131 ne abbassa il pH in quanto, in forma in s? nota, la CO2 reagisce con l?acqua formando acido carbonico che a sua volta si scinde in un protone H<+ >e un bicarbonato HCO3-secondo l?equilibrio chimico CO2 H2O ? H2CO3 ? H<+ >+ HCO3<- >ed abbassando il pH della miscela.
[0091] Una persona esperta pu? calcolare che il pH di una miscela ionica 131 formata da 2000 m3 di acqua e con circa 500 kg di CO2 disciolta ha un pH di circa 6.
[0092] Una persona esperta pu? ben capire che se si scaricasse una miscela ionica 131 con un pH di 6 nel mare superficiale si provocherebbe un degassaggio della CO2 verso l?atmosfera e una perdita di efficienza nello stoccaggio della CO2 in forma di bicarbonati mentre che se si scaricasse una miscela ionica 131 con un pH di 6 in mare profondo si provocherebbe una acidificazione del mare in quanto la CO2 rimane disciolta nelle acque profonde del mare. Questo ? quanto accade nei reattori proposti per l?EWL.
[0093] Una persona esperta potr? certamente capire che, per non creare danni all?ambiente, sia necessario ed opportuno tamponare la soluzione ionica 131 con un idrossido in questo reagirebbe con la CO2 disciolta eliminando i problemi sia dell?acidificazione che del degassaggio sopra menzionati.
[0094] Una persona esperta pu? capire che ? possibile utilizzare dell?idrossido per correggere il pH della miscela ionica 131 rilasciata dal reattore per la dissoluzione 14 ed alimentata al reattore per la correzione del pH 24, tamponando tutta o parte della CO2 in essa ancora presente e per rilasciare in mare una miscela ionica tamponata 132 con il pH desiderato mediante l?equazione:
2CO2(g) Ca(OH)2(s) => Ca<2+ >(aq) 2HCO3-(aq) [2]
[0095] Una persona esperta pu? certamente capire che ? necessario un certo tempo di miscelazione all?interno del reattore per la correzione del pH 24 dell?idrossido 28 con la miscela ionica131 affinch? si formi la miscela ionica tamponata 132 con un pH omogeneo in tutto il volume della stessa, soprattutto se l?idrossido 28 ? alimentato al reattore per la correzione del pH 24 non in forma di soluzione ma in forma di sospensione (slurry) o in forma solida.
[0096] Una persona esperta pu? capire che il condotto 142 del reattore per la correzione del pH 24 deve avere una lunghezza sufficiente a garantire una corretta miscelazione dell?idrossido 28 con la miscela ionica 131: tale lunghezza ? compresa tra 1 m e 20000 m, preferibilmente tra 10 m e 2000 m.
[0097] Una persona esperta pu? capire che il condotto 142 del reattore per la correzione del pH 24 pu? essere dotato di opportuni mezzi per la miscelazione dell?idrossido 28 con la miscela ionica: tali mezzi di miscelazione, non mostrati nelle figure, possono essere dei miscelatori statici (static mixers) oppure una disposizione opportuna degli ugelli di iniezione dell?idrossido 28.
[0098] In accordo con una forma particolare di realizzazione dell?invenzione, nel caso l?idrossido 28 fosse un idrossido ad alto tenore di Mg e quindi a bassa solubilit?, ? conveniente che la miscela ionica tamponata 132 venga rilasciata in mare dal reattore per la correzione del pH 24 in forma di sospensione (slurry) con una parte dell?idrossido non ancora disciolto in modo che possa terminare la dissoluzione e l?effetto tampone secondo la reazione [2] nel plume 25. In tale caso il pH della miscela ionica tamponata 132 nella sezione 65 sarebbe inferiore a quello dell?acqua del mare circostante e raggiungerebbe il valore desiderato solamente dopo che l?idrossido 28 finalizzi la sua dissoluzione nel plume 25.
[0099] In accordo con alcune forme di realizzazione dell?invenzione e facendo riferimento alla figura 1.c, i mezzi per l?alimentazione dell?idrossido 28 possono essere realizzati mediante un dosatore 281 di idrossido posizionato nella base logistica 300 e da un tubo ausiliario 282 che corre parallelamente o coassialmente al condotto 141. Il dosatore 281 pu? essere convenientemente realizzato mediante una pompa dosatrice per il pompaggio di una soluzione ionica di idrossido 28 o di una sospensione di acqua e idrossido 28. Tale pompa dosatrice sarebbe comandata dall? unit? di controllo 230 in funzione del segnale ricevuto dal misuratore 23.
[00100] Facendo riferimento alla tabella della figura 6, una persona esperta pu? sicuramente identificare i parametri delle differenti fasi del processo in esame in cui:
- la colonna (A) corrisponde alla condizione chimico-fisica dell?acqua 26 prelevata dalla superficie 50 del mare;
- la colonna (B) corrisponde alla condizione chimico fisica dell?acqua in contatto con la CO2 nel miscelatore 12;
- la colonna (C) corrisponde alla condizione chimico-fisica della miscela ricca 131 rilasciata dal reattore per la dissoluzione 14 e riferita alla sezione 60;
- la colonna (D) corrisponde alla condizione chimico-fisica della miscela ionica tamponata 132;
- la colonna (E) corrisponde alla condizione chimico-fisica della miscela ionica tamponata miscelata con l?acqua di mare nel plume 25 in un rapporto 1: 20 che rappresenta la condizione di equilibrio finale.
[00101] Una persona esperta sicuramente pu? capire che con l?apparato 10 per la preparazione di una miscela ionica tamponata secondo l?invenzione, sfruttando convenientemente l?effetto della pressione idrostatica del reattore tubolare per la dissoluzione 14 posato sul fondo del mare, lunghi tempi di residenza e piccole dimensioni del carbonato, ? possibile diminuire quasi di un ordine di grandezza la quantit? di acqua necessaria per la dissoluzione del carbonato rispetto ai reattori gi? proposti per la tecnologia EWL con evidenti benefici economici e di applicabilit?. Inoltre l?apparato 10 per la preparazione di una miscela ionica tamponata secondo l?invenzione non ha i problemi di degassaggio della CO2 o di acidificazione del mare tipici dei reattori EWL fin ora proposti.
[00102] Un secondo aspetto dell?invenzione riguarda un metodo per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato: il metodo comprendendo le fasi di:
- predisporre un apparato 100 per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato in accordo con quanto descritto sopra; - alimentare il miscelatore 12 con predeterminate portate di acqua 126, gas carbonico 127 e carbonato 128 in maniera da ottenere una portata di progetto di miscela povera 130;
- convogliare la miscela povera 130 nel reattore per la dissoluzione 14;
- convogliare la miscela povera 130 attraverso il reattore per la dissoluzione 14 in modo che possa trasformarsi in miscela ionica 131 mediante la reazione CaCO3+CO2+H2O? Ca(HCO3)2;
- mantenere la miscela all?interno del reattore per un tempo minimo Tmin >= 40000s calcolato alla portata di progetto; e
- mantenere la miscela all?interno del reattore per la dissoluzione 14 ad una velocit? superiore a 0,1 m/s e comunque in regime turbolento con un Re>4000.
- rilasciare la miscela ionica 131 dal reattore per la dissoluzione 14 al reattore per la correzione pH 24;
- definire un pH desiderato della miscela ionica tamponata 132 da rilasciare in mare;
- alimentare il reattore per la correzione del pH 24 con l?idrossido 28; - miscelare la miscela ionica 131 con l?idrossido 28 in modo da ottenere una miscela ionica tamponata 132 avente il pH desiderato; e
- rilasciare nel mare la miscela ionica tamponata 132 con il pH desiderato.
[00103] Il metodo descritto sopra pu? comprendere inoltre le fasi di:
- predisporre il misuratore 23 di pH e/o alcalinit? e/o di durezza;
- predisporre il sistema di controllo 230 adatto a ricevere la misura dal misuratore 23, a elaborare le misure ricevute e a comandare i mezzi di alimentazione dell?idrossido 28;
- misurare il pH e/o la durezza e/o l?alcalinit? nella miscela ionica 131 o nella miscela ionica tamponata 132;
- calcolare la portata corretta di idrossido 28 da miscelare alla miscela ionica 131 per ottenere la miscela ionica tamponata 132;
- comandare i mezzi per l?alimentazione di idrossido 28 affinch? alimentino la portata corretta di idrossido 28; e
- rilasciare nel mare la miscela ionica tamponata 132 dal reattore per la correzione del pH 24.
[00104] ? chiaro che le specifiche caratteristiche sono descritte in relazione a diverse forme di realizzazione dell?apparato 100 per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato finalizzato al sequestro permanente della CO2 in forma di bicarbonati con intento esemplificativo e non limitativo.
[00105] All?apparato 100 per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato finalizzato al sequestro permanente della CO2 in forma di bicarbonati secondo la presente invenzione, un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potr? apportare ulteriori modifiche e varianti, tutte peraltro contenute nell?ambito di protezione dell?invenzione, quale definito dalle seguenti rivendicazioni.
Claims (9)
1. Apparato (100) per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato, comprendente un miscelatore (12), un reattore per la dissoluzione (14) e un reattore per la correzione del pH (24) in cui il miscelatore (12) comprende:
- una camera (123);
- mezzi per l?alimentazione di acqua (126);
- mezzi per l?alimentazione di gas carbonico (127);
- mezzi per l?alimentazione di carbonato (128); e in cui:
- i mezzi di alimentazione per l?acqua (126) sono adatti ad apportare una predeterminata portata continua di acqua alla camera (123); - i mezzi di alimentazione del gas carbonico (127) sono adatti ad apportare una predeterminata portata continua di CO2 alla camera (123);
- i mezzi di alimentazione di carbonato (128) sono adatti ad apportare una predeterminata portata continua di carbonato alla camera (123); - la camera (123) ? collegata idraulicamente con il reattore per la dissoluzione (14) per rilasciare in uscita una portata di progetto di miscela povera (130);
e in cui il reattore per la dissoluzione (14) comprende un condotto (141), in cui:
- il condotto (141) ? collegato idraulicamente con la camera (123) per ricevere in ingresso una portata di progetto di miscela povera (130); - il condotto (141) ? adatto al trasporto della miscela povera (130); - il condotto (141) ? adatto a consentire la dissoluzione parziale del carbonato che trasforma la miscela povera (130) in una miscela ionica (131) secondo la reazione CaCO3+CO2+H2O? Ca(HCO3)2 in cui Ca<2+ >pu? essere sostituito da Mg<2+ >se presente nel carbonato; - il condotto (141) ha un diametro OD compreso tra 50 mm e 8000 mm, preferibilmente tra 3000 mm e 4000 mm;
- il condotto (141) ha una lunghezza superiore a 10000 m, preferibilmente compresa tra 50000 m e 200000 m;
- il condotto (141) ? adatto a rilasciare in continuo una portata di progetto di miscela ionica (131) al reattore per la correzione del pH (24);
e in cui il reattore per la correzione del pH (24) comprende un condotto (142) in cui:
- il condotto (142) ? collegato idraulicamente con il condotto (141) per ricevere in ingresso una portata di progetto di miscela ionica (131) rilasciata dal reattore per la dissoluzione (14);
- i mezzi per l?alimentazione di idrossido (28) sono adatti ad alimentare una predeterminata quantit? di idrossido al reattore per la correzione del pH (24);
- il reattore per la correzione del pH (24) ? adatta a miscelare l?idrossido (28) con la miscela ionica (131) cos? da formare una miscela ionica tamponata (132) secondo la reazione Ca(OH)2 2CO2 ? Ca(HCO3)2 con pH desiderato in cui Ca<2+ >pu? essere sostituito da Mg<2+ >se presente nel carbonato;
- il condotto (142) del reattore per la correzione del pH (24) ha un diametro OD compreso tra 1000 mm e 8000 mm, preferibilmente lo stesso diametro del condotto (141);
- il condotto (142) del reattore per la correzione del pH (24) ha una lunghezza, misurata tra le sezioni (60) e (65), compresa tra 0,1 m e 20000 m, preferibilmente tra 10 m e 2000 m; e
- il condotto (142) del reattore per la correzione del pH (24) ? collegato idraulicamente al mare ed ? adatto a rilasciare in mare la miscela ionica tamponata (132).
2. Apparato (100) per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato secondo la rivendicazione 1 comprendente inoltre: - mezzi per la miscelazione (125) adatti a disperdere uniformemente nell?acqua il gas carbonico ed il carbonato cos? da formare la miscela povera (130).
3. Apparato (100) per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente inoltre: - mezzi per l?evacuazione di gas non solubili (129).
4. Apparato (100) per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato secondo la rivendicazione 1, 2 o 3 comprendente inoltre un reattore per la dissoluzione (14) in cui:
- il condotto (141) ? costruito in materiale plastico, preferibilmente PE con un SDR>22, preferibilmente compreso tra SDR=33 e SDR=50.
5. Apparato (100) per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato secondo le rivendicazioni 1, 2, 3 o 4 ? istallato parzialmente o completamente in mare ed ancorato al fondale marino.
6. Apparato (100) per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, 4 o 5 comprendente inoltre:
- il misuratore (23) adatto a misurare il pH e/o l?alcalinit? e/o la durezza della miscela ionica (131) o della miscela ionica tamponata (132) e a fornire la misurazione all?unit? di controllo (230);
- l?unit? di controllo (230) adatta a ricevere la misura dal misuratore (23);
- l?unit? di controllo (230) ? adatta a elaborare le misure ricevute e a comandare i mezzi per l?alimentazione di idrossido (28) perch? alimentino al reattore per la correzione del pH (24) la quantit? di idrossido necessaria per ottenere una miscela ionica tamponata (132) con un pH desiderato.
7. Apparato (100) per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, 4, 5 o 6 comprendente inoltre:
- il dosatore (281) di idrossido, facente parte dei mezzi per l?alimentazione idrossido (28);
- il dosatore (281) di idrossido ? adatto a ricevere in ingresso l?idrossido e a rilasciare in uscita una predeterminata quantit? di idrossido (28) secondo quanto comandato dall?unit? di controllo (230);
- il tubo ausiliario (282) di trasporto idrossido, facente parte dei mezzi per l?alimentazione idrossido (28), adatto a ricevere in ingresso la predeterminata quantit? di idrossido (28) rilasciata dal dosatore (281) di idrossido e a rilasciare in uscita al reattore per il controllo del pH (24) la quantit? predeterminata di idrossido (28);
- il tubo ausiliario (282) di trasporto idrossido ? adatto al trasporto della portata predeterminata di idrossido (28);
- il tubo ausiliario (282) di trasporto idrossido corre parallelo o coassiale al condotto (141).
8. Metodo per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato: il metodo comprendendo le fasi di:
- predisporre un apparato (100) per la dissoluzione accelerata di carbonati con pH tamponato;
- alimentare il miscelatore (12) con predeterminate portate di acqua (126), gas carbonico (127) e carbonato (128) in maniera da ottenere una portata di progetto di miscela povera (130);
- convogliare la miscela povera (130) nel reattore per la dissoluzione (14);
- convogliare la miscela povera (130) attraverso il reattore per la dissoluzione (14) in modo che possa trasformarsi in miscela ionica (131) mediante la reazione CaCO3+CO2+H2O? Ca(HCO3)2;
- mantenere la miscela all?interno del reattore per un tempo minimo Tmin >= 40000s calcolato alla portata di progetto; e
- mantenere la miscela all?interno del reattore per la dissoluzione (14) ad una velocit? superiore a 0,1 m/s e comunque in regime turbolento con un Re>4000;
- rilasciare la miscela ionica (131) dal reattore per la dissoluzione (14) al reattore per la correzione pH (24);
- definire un pH desiderato della miscela ionica tamponata (132) da rilasciare in mare;
- alimentare il reattore per la correzione del pH (24) con l?idrossido (28);
- miscelare la miscela ionica (131) con una predeterminata quantit? di idrossido (28) in modo da ottenere una miscela ionica tamponata (132) avente il pH desiderato; e
- rilasciare nel mare la miscela ionica tamponata (132) con il pH desiderato.
9. Il metodo secondo la rivendicazione 8 comprendente inoltre le fasi di:
- predisporre il misuratore (23) di pH e/o alcalinit? e/o di durezza; - predisporre il sistema di controllo (230) adatto a ricevere la misura dal misuratore (23), a elaborare le misure ricevute e a comandare i mezzi di alimentazione dell?idrossido (28);
- misurare il pH e/o la durezza e/o l?alcalinit? nella miscela ionica (131) o nella miscela ionica tamponata (132);
- calcolare la portata corretta di idrossido (28) da miscelare alla miscela ionica (131) per ottenere la miscela ionica tamponata (132); - comandare i mezzi per l?alimentazione di idrossido (28) affinch? alimentino la portata corretta di idrossido (28); e
- rilasciare nel mare la miscela ionica tamponata (132) dal reattore per la correzione del pH (24).
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