JP2012519076A - ガス流複合汚染物質制御システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
いくつかの実施形態において、本発明は、排ガス流を水溶液と接触させる工程、二酸化炭素および/または追加の成分を排ガス流から除去する工程、および、二酸化炭素および/または追加の成分を1種以上の形態で、組成物中に含有させる工程を含む、排ガス流の二酸化炭素および/または追加の成分を除去するためのシステムおよび方法を提供する。いくつかの実施形態において、組成物は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質である。いくつかの実施形態において、組成物は、SOx、NOx、粒状物質および/または一定の金属の共処理からもたらされる炭酸塩および/または重炭酸塩共生成物をさらに含む。液体、固体または多相性廃棄物流などの追加の廃棄物流もまた処理され得る。
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関連出願の相互参照
本出願は、「Gas Stream Multi−Pollutants Control System and Method」と題された2009年3月2日に出願の米国仮特許出願第61/156,809号明細書;「Neutralizing Industrial Wastes Utilizing CO2 and a Divalent Cation Solution」と題された2009年3月18日に出願の米国仮特許出願第61/161,369号明細書;「Gas Stream Multi−Pollutants Control System and Method」と題された2010年2月17日に出願の米国仮特許出願第61/305,473号明細書;および、「Gas Stream Multi−Pollutants Control Systems and Methods」と題された2010年3月2日に出願の米国仮特許出願第61/309,812号明細書の利益を主張し、これらの各々は、本明細書において参照によりその全体が援用される。
本出願は、「Gas Stream Multi−Pollutants Control System and Method」と題された2009年3月2日に出願の米国仮特許出願第61/156,809号明細書;「Neutralizing Industrial Wastes Utilizing CO2 and a Divalent Cation Solution」と題された2009年3月18日に出願の米国仮特許出願第61/161,369号明細書;「Gas Stream Multi−Pollutants Control System and Method」と題された2010年2月17日に出願の米国仮特許出願第61/305,473号明細書;および、「Gas Stream Multi−Pollutants Control Systems and Methods」と題された2010年3月2日に出願の米国仮特許出願第61/309,812号明細書の利益を主張し、これらの各々は、本明細書において参照によりその全体が援用される。
石炭火力発電プラント、セメントプラント、鉱石処理作業等に由来する産業排ガス流が主たる大気汚染源である。化石燃料の燃焼によりもたらされる成分が特に懸念されており、この成分としては、二酸化炭素;一酸化炭素;窒素酸化物(NOx);硫黄酸化物(SOx);硫化物;塩化水素およびフッ化水素などのハロゲン化物;フライアッシュなどの粒状物質;特にこれらに限定されないが、砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、タリウムおよびバナジウムを含む金属;炭化水素、ダイオキシンおよび多核芳香族炭化水素(PAH)などの有機物;ならびに、放射性材料が挙げられる。
従来、このような産業排ガス流中の成分は一連のステップにおいて除去されており、ここで、成分の各々は、時には個別のユニット中で、個別のステップにおいて除去される。例えば、フライアッシュなどの粒状物質を除去するためには、静電集塵装置(ESP)または織布フィルタなどの集塵器が用いられている。NOxなどの気体を洗浄するためには、選択触媒還元(SCR)システムが用いられている。SOxなどの気体を洗浄するためには、煙道ガス脱硫(FGD)システムが用いられている。また、排ガス流からCO2を洗浄するためには、アミンガス処理(例えば、モノエタノールアミン(MEA)、ジエタノールアミン(DEA)、またはメチルジエタノールアミン(MDEA)を用いるガススイートニング)が用いられ得る。このように、産業排ガス流から成分を除去するための従来のマルチステップ、マルチユニットアプローチは、時には高価である複数の技術を必要とし、その各々について特化された取り扱いが要求される複数の生成物流をもたらす。
それ故、従来の産業排ガス流の成分の除去およびこれに由来する材料の取り扱いは複雑、かつ、高価であり得る。
いくつかの実施形態において、本発明は産業廃ガスを処理する方法を提供し、ここで、このガスは、二酸化炭素と、SOx;NOx;金属;非二酸化炭素酸性ガス;有機物;および、粒状物質からなる群から選択される少なくとも1種の他の成分とを含み、二酸化炭素および他の成分の少なくともいくらかがガスを出て液体に入るよう適応した条件下でガスを液体と接触させる工程を含み、ここで、この方法は、単一の処理装置で実施される。いくつかの実施形態において、ガスは、処理装置に入って二酸化炭素またはいずれかの他の成分のいく種かまたはすべてが除去される前に前処理されない。いくつかの実施形態において、ガスは、処理装置に入って粒状物質が除去される前に前処理される。いくつかの実施形態において、ガスは少なくとも2種の他の成分を含み、ここで、2種の他の成分はガスを出て液体に入る。いくつかの実施形態において、2種の他の成分はSOxおよび金属である。いくつかの実施形態において、金属は重金属を含む。いくつかの実施形態において、金属は、アンチモン、砒素、バリウム、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、コバルト、銅、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、ニッケル、ラジウム、セレニウム、銀、ストロンチウム、タリウム、バナジウムおよび亜鉛からなる群から選択される。いくつかの実施形態において、金属は水銀である。いくつかの実施形態において、2種の他の成分はSOxおよび非二酸化炭素酸性ガスである。いくつかの実施形態において、2種の他の成分は金属および非二酸化炭素酸性ガスである。いくつかの実施形態において、2種の他の成分はSOxおよび粒状物質である。いくつかの実施形態において、ガスは、処理装置に入って二酸化炭素またはいずれかの他の成分のいく種かまたはすべてが除去される前に前処理されない。いくつかの実施形態において、液体は水溶液を含む。いくつかの実施形態において、水溶液は二価カチオンを含む。いくつかの実施形態において、この方法は、水溶液を処理して、炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせならびに他の成分もしくはその誘導体または他の成分および/もしくはその誘導体を含む組成物を生成する工程をさらに含み、ここで、炭酸塩、重炭酸塩またはこれらの組み合わせは、少なくとも部分的に二酸化炭素から誘導される。いくつかの実施形態において、組成物は、固体および上澄を含むスラリーを含む。いくつかの実施形態において、固体は、炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、固体は、他の成分もしくはその誘導体または他の成分および/もしくはその誘導体をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、固体を上澄から分離する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、固体は、基本的に、酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、固体を粉末化する工程;100gの粉末化固体を2Lの抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;転倒型の抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程からなる浸出プロセスに供された場合、0.2mg/L未満の水銀を含む浸出溶液をもたらす。いくつかの実施形態において、浸出プロセスは、5.0mg/L未満の砒素を含む浸出溶液をもたらす。いくつかの実施形態において、浸出プロセスは、100mg/L未満のバリウムを含む浸出溶液をもたらす。いくつかの実施形態において、浸出プロセスは、1.0mg/L未満のカドミウムを含む浸出溶液をもたらす。いくつかの実施形態において、浸出プロセスは、5.0mg/L未満のクロムを含む浸出溶液をもたらす。いくつかの実施形態において、浸出プロセスは、5.0mg/L未満の鉛を含む浸出溶液をもたらす。いくつかの実施形態において、浸出プロセスは、1.0mg/L未満のセレニウムを含む浸出溶液をもたらす。いくつかの実施形態において、浸出プロセスは、5.0mg/L未満の銀を含む浸出溶液をもたらす。いくつかの実施形態において、固体は、基本的に、粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、固体を粉末化する工程と、固体を、pH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬させる工程とからなる二酸化炭素放出プロトコルに供された場合に、100グラムの固体当たり5グラム以下の二酸化炭素を生成する。いくつかの実施形態において、固体は、基本的に、粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、固体を粉末化する工程と、固体を、pH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬させる工程とからなる二酸化炭素放出プロトコルに供された場合に、100グラムの固体当たり5グラム以下の二酸化炭素を生成する。いくつかの実施形態において、接触させる工程は、二酸化炭素の少なくとも50%および他の成分の少なくとも50%がガスを出て液体に入るよう適応された条件下で実施される。
いくつかの実施形態において、本発明は、(i)ガス流を水溶液と接触させる工程であって、ガス流は、二酸化炭素と、SOx;NOx;金属;非二酸化炭素酸性ガス;有機物;および、粒状物質からなる群から選択される少なくとも1種の他の成分とを含み、二酸化炭素および他の成分の少なくともいくらかがガス流を出て水溶液に入るよう適応された条件下で成される工程;ならびに、(ii)水溶液を処理して、炭酸塩、重炭酸塩あるいは炭酸塩と重炭酸塩との組み合わせならびに他の成分もしくはその誘導体または他の成分および/もしくはその誘導体を含む組成物を生成する工程であって、炭酸塩、重炭酸塩または炭酸塩と重炭酸塩との組み合わせは少なくとも部分的に二酸化炭素から誘導される工程を含む方法を提供する。いくつかの実施形態において、他の成分は、SOx、金属、非二酸化炭素酸性ガス、および、有機物からなる群から選択される。いくつかの実施形態において、他の成分は、SOxおよび金属からなる群から選択される。いくつかの実施形態において、ガス流は少なくとも2種の他の成分を含み、処理する工程は、炭酸塩、重炭酸塩あるいは炭酸塩と重炭酸塩との組み合わせならびに2種の他の成分および/もしくはその誘導体を含む組成物を生成する。いくつかの実施形態において、2種の他の成分はSOxおよび金属である。いくつかの実施形態において、金属は重金属を含む。いくつかの実施形態において、金属は、アンチモン、砒素、バリウム、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、コバルト、銅、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、ニッケル、ラジウム、セレニウム、銀、ストロンチウム、タリウム、バナジウム、および、亜鉛からなる群から選択される。いくつかの実施形態において、金属は、水銀または水銀誘導体を含む。いくつかの実施形態において、ガス流は少なくとも3種の他の成分を含み、処理する工程は、炭酸塩、重炭酸塩あるいは炭酸塩と重炭酸塩との組み合わせならびに3種の他の成分および/もしくはその誘導体を含む組成物を生成する。いくつかの実施形態において、3種の他の成分は、SOx、金属、および、非二酸化炭素酸性ガスである。いくつかの実施形態において、金属は、水銀または水銀誘導体を含む。いくつかの実施形態において、非二酸化炭素酸性ガスは、塩化水素、フッ化水素、および、SO3からなる群から選択される。いくつかの実施形態において、3種の他の成分は、SOx、金属、および有機物である。いくつかの実施形態において、金属は水銀または水銀誘導体を含む。いくつかの実施形態において、組成物は溶液を含む。いくつかの実施形態において、組成物は、溶液および固体を含むスラリーを含む。いくつかの実施形態において、この方法は、固体を溶液から分離する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、固体は、基本的に、酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、固体を粉末化する工程;100gの粉末化固体を2Lの抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;転倒型の抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程からなる浸出プロセスに供された場合、0.2mg/L未満の水銀を含む浸出溶液をもたらす。いくつかの実施形態において、固体は、基本的に、粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、固体を粉末化する工程と、固体を、pH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬させる工程とからなる二酸化炭素放出プロトコルに供された場合に、100グラムの固体当たり5グラム以下の二酸化炭素を生成する。いくつかの実施形態において、ガス流は、産業プロセスにおいて生成されたガスを含む。いくつかの実施形態において、ガス流は排ガス流である。いくつかの実施形態において、排ガス流は、発電プラント、化学処理プラント、機械加工プラント、精製所、セメントプラント、または、鉄鋼プラントで生成される。いくつかの実施形態において、ガス流は、水溶液に入る前に二酸化炭素または他の成分を除去するために処理されない。いくつかの実施形態において、ガス流は金属または金属誘導体を含み、ここで、ガス流は処理されて、金属または金属誘導体が水溶液によってより容易に取り込まれる形態に転化される。いくつかの実施形態において、非二酸化炭素酸性ガスは、塩化水素、フッ化水素、および、SO3からなる群から選択されるガスを含む。いくつかの実施形態において、二酸化炭素の少なくとも50%および他の成分の少なくとも50%がガスを出て、液体に入る。いくつかの実施形態において、二酸化炭素の少なくとも50%および他の成分の少なくとも80%がガスを出て、液体に入る。いくつかの実施形態において、二酸化炭素の少なくとも70%および他の成分の少なくとも70%がガスを出て液体に入る。いくつかの実施形態において、接触させる工程および処理する工程は、順番に実施される。いくつかの実施形態において、接触させる工程および処理する工程は、同時に実施される。いくつかの実施形態において、接触させる工程および処理する工程は、同一のユニットで実施される。
いくつかの実施形態において、本発明は、前述の方法のいずれかによって生成される組成物を提供する。
いくつかの実施形態において、本発明は、炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせ、および、硫黄含有化合物を含む組成物を提供し、ここで、炭酸塩、重炭酸塩またはこれらの組み合わせは、−5.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有すると共に、ここで、組成物は、基本的に、酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、固体を粉末化する工程;100gの粉末化固体を2Lの抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;転倒型の抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程からなる浸出プロセスに供された場合、2.0mg/L未満の水銀を含む浸出溶液をもたらす。いくつかの実施形態において、浸出溶液は1.5mg/L未満の水銀を含む。いくつかの実施形態において、浸出溶液は1.0mg/L未満の水銀を含む。いくつかの実施形態において、浸出溶液は0.5mg/L未満の水銀を含む。いくつかの実施形態において、浸出溶液は0.2mg/L未満の水銀を含む。いくつかの実施形態において、浸出溶液は0.05mg/L未満の水銀を含む。いくつかの実施形態において、組成物は、水銀、水銀誘導体、または、これらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、炭素同位体相対組成値は10.00‰未満である。いくつかの実施形態において、組成物は、−15.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有する。いくつかの実施形態において、組成物は、−20.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有する。いくつかの実施形態において、組成物は、少なくとも90%炭酸塩を含む。いくつかの実施形態において、組成物は、5:1のカルシウム:マグネシウム比を含む。いくつかの実施形態において、固体は、基本的に、粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、固体を粉末化する工程と、固体を、pH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬させる工程とからなる二酸化炭素放出プロトコルに供された場合に、100グラムの固体当たり5グラム以下の二酸化炭素を生成する。
いくつかの実施形態において、本発明は、炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせ、および、水銀、水銀誘導体、または、これらの組み合わせを含む組成物を提供し、ここで、炭酸塩、重炭酸塩またはこれらの組み合わせは−5.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有し、および、組成物は、基本的に、酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、固体を粉末化する工程;100gの粉末化固体を2Lの抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;転倒型の抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および、浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程からなる浸出プロセスに供された場合、2.0mg/L未満の水銀を含む浸出溶液をもたらす。いくつかの実施形態において、浸出溶液は1.5mg/L未満の水銀を含む。いくつかの実施形態において、浸出溶液は1.0mg/L未満の水銀を含む。いくつかの実施形態において、浸出溶液は0.5mg/L未満の水銀を含む。いくつかの実施形態において、浸出溶液は0.2mg/L未満の水銀を含む。いくつかの実施形態において、浸出溶液は0.05mg/L未満の水銀を含む。いくつかの実施形態において、組成物は、基本的に、粉末化組成物の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、この粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう組成物を粉末化する工程、および、粉末化組成物を、pH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬する工程からなる二酸化炭素放出プロトコルに供された場合に、100グラムの組成物当たり5グラム以下の二酸化炭素を生成する。
いくつかの実施形態において、本発明は、炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせ、水銀、水銀誘導体、または、これらの組み合わせ、および、硫黄含有化合物を含む組成物を提供し、ここで、組成物は、(i)基本的に、酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、固体を粉末化する工程;100gの粉末化固体を2Lの抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;転倒型の抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程からなる浸出プロセスに供された場合に、0.2mg/L未満の水銀を含む浸出溶液をもたらし;ならびに、(ii)基本的に、粉末化組成物の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、この粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう組成物を粉末化する工程、および、粉末化組成物を、pH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬する工程からなる二酸化炭素放出プロトコルに供された場合に、100グラムの組成物当たり5グラム以下の二酸化炭素を生成する。
いくつかの実施形態において、本発明は、(i)以下の処理装置に作動可能に接続された産業排ガスの供給源、(ii)(a)ガスを処理して、二酸化炭素をガスから少なくとも部分的に除去すると共に少なくとも1種の他の成分をガスから少なくとも部分的に除去し(ここで、他の成分は、SOx、NOx、金属、粒状物質、非二酸化炭素酸性ガスおよび有機物からなる群から選択される)、ならびに、(b)二酸化炭素またはその1種以上の誘導体の少なくとも一部を、他の成分またはその1種以上の誘導体の少なくとも一部と組み合わせて含む生成物を含む組成物を生成する(ここで、組成物は環境中への導入に好適である)よう構成された処理装置を備えるシステムを提供する。いくつかの実施形態において、組成物は、炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、他の成分は、SOx、あるいは、アンチモン、砒素、バリウム、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、コバルト、銅、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、ニッケル、ラジウム、セレニウム、銀、ストロンチウム、タリウム、トリウム、ウラニウム バナジウム、および亜鉛からなる群から選択される金属;粒状物質;または、これらの組み合わせである。いくつかの実施形態において、組成物は、Toxicity Characteristic Leaching Procedure、Extraction Procedure Toxicity Test、Synthetic Precipitation Leaching Procedure、California Waste Extraction Test、Soluble Threshold Limit Concentration、American Society for Testing and Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure、または、これらの組み合わせに従った環境中への導入に好適である。いくつかの実施形態において、組成物は、Toxicity Characteristic Leaching Procedureに従った環境中への導入に好適である。いくつかの実施形態において、システムは、組成物の少なくとも一部の廃棄用の組成物移送手段をさらに備える。いくつかの実施形態において、組成物移送手段は、組成物の少なくとも一部を地下に廃棄するよう構成されている。いくつかの実施形態において、処理装置は、気体−液体接触器、気体−液体−固体接触器、反応器、沈降タンク、または、これらの組み合わせを備える。いくつかの実施形態において、処理装置は、処理済排ガス流を生成するようさらに構成されている。いくつかの実施形態において、処理済排ガス流は、Reasonably Available Control Technology;Best Available Control Technology;Maximum Achievable Control Technology;Lowest Achievable Emission Rate、または、これらの組み合わせに従った環境中への導入に好適である。いくつかの実施形態において、システムは、処理システムをさらに備える。いくつかの実施形態において、処理システムは、組成物の少なくとも一部を濃縮して、濃縮組成物および上澄を生成する液体−固体分離器を備える。いくつかの実施形態において、上澄は環境中への導入に好適である。いくつかの実施形態において、処理システムは、上澄の少なくとも一部を処理装置に再循環させるよう構成されている。いくつかの実施形態において、濃縮組成物は、Toxicity Characteristic Leaching Procedure、Extraction Procedure Toxicity Test、Synthetic Precipitation Leaching Procedure、California Waste Extraction Test、Soluble Threshold Limit Concentration、American Society for Testing and Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure、または、これらの組み合わせに従った環境中への導入に好適である。いくつかの実施形態において、システムは、濃縮組成物の少なくとも一部から建築材料を製造する製造システムをさらに備える。いくつかの実施形態において、製造システムが、セメント、補助セメント材、微小骨材、モルタル、粗大骨材、コンクリート、ポゾラン、または、これらの組み合わせを濃縮組成物から製造するよう構成されている。いくつかの実施形態において、システムは、濃縮組成物の少なくとも一部を廃棄するための濃縮組成物移送手段をさらに備える。いくつかの実施形態において、濃縮組成物移送手段は、濃縮組成物を地下に廃棄するよう構成されている。いくつかの実施形態において、システムは、処理装置でガスを処理するために水酸化物を生成する電気化学システムをさらに備える。いくつかの実施形態において、電気化学システムは陽極および陰極を備える。いくつかの実施形態において、水酸化物は陰極で生成される。いくつかの実施形態において、塩素は陽極で形成されない。いくつかの実施形態において、酸素は陽極で形成されない。いくつかの実施形態において、処理装置は、発電プラント、化学処理プラント、機械加工プラント、精製所、セメントプラント、または、鉄鋼プラントを含む産業プラントに作動可能に接続されている。いくつかの実施形態において、ガス移送手段は、処理装置を産業プラントに作動可能に接続する。いくつかの実施形態において、システムは、産業プラントにおける需要が高い期間の最中に停止されるよう構成されている。いくつかの実施形態において、システム、産業プラント、または、システムおよび産業プラントの組み合わせは、Reasonably Available Control Technology;Best Available Control Technology;Maximum Achievable Control Technology;Lowest Achievable Emission Rate、または、これらの組み合わせに準拠しているままである。
いくつかの実施形態において、本発明は、(i)二酸化炭素と、SOx、NOx、金属、非二酸化炭素酸性ガス、有機物および粒状物質からなる群から選択される1種以上の他の成分とを含む産業排ガスの供給源;(ii)二酸化炭素および他の成分の少なくとも一部をガスから単一の処理ユニットで除去するよう構成された処理装置;ならびに、(iii)産業排ガスの供給源と処理装置とを作動可能に接続する流路であって、産業排ガスの少なくとも一部を処理装置に向かわせるよう構成されている流路を備えるシステムを提供する。いくつかの実施形態において、システムは、産業排ガスの供給源と処理装置との間に前処理装置を備えず、前処理装置は、ガスの他の成分の1種以上を、ガスが処理装置に通される前に除去するよう構成されている。いくつかの実施形態において、ガスは、他の成分の少なくとも2種を含み、ここで、処理装置は、ガスからの二酸化炭素および他の成分の少なくとも一部を単一の処理ユニットにおいて除去するよう構成されている。
いくつかの実施形態において、本発明は、a)産業排ガス流を水溶液で処理する工程;b)二酸化炭素を産業排ガス流から除去し、および、SOx;NOx;一酸化炭素;金属;粒状物質;ハロゲン化物;および、有機物からなる群から選択される少なくとも1種の他の成分を除去する工程;ならびに、c)少なくとも1種の他の成分またはその生成物を含む炭酸塩含有組成物および/または重炭酸塩含有組成物を生成する工程であって、ここで、組成物は、二酸化炭素および少なくとも1種の他の成分を分離させ、および、組成物は、環境中への導入に好適である工程を含む方法を提供する。いくつかの実施形態において、組成物は、二酸化炭素および少なくとも2種の他の成分を分離させる。いくつかの実施形態において、組成物は、二酸化炭素および少なくとも3種の他の成分を分離させる。いくつかの実施形態において、二酸化炭素の少なくとも50%が産業廃棄物流から除去される。いくつかの実施形態において、少なくとも1種の他の成分の少なくとも75%が産業廃棄物流から除去される。いくつかの実施形態において、金属は、アンチモン、砒素、バリウム、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、コバルト、銅、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、ニッケル、ラジウム、セレニウム、銀、ストロンチウム、タリウム、トリウム、ウラニウム バナジウム、亜鉛、または、これらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、粒状物質は、フライアッシュ、か焼に由来する塵埃、または、これらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、ハロゲン化物は、塩化水素、フッ化水素、または、これらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、産業排ガス流の処理は、Reasonably Available Control Technology;Best Available Control Technology;Lowest Achievable Emission Rate、または、これらの組み合わせに従った環境中への導入に好適である処理済排ガス流をもたらす。いくつかの実施形態において、方法は、組成物の少なくとも一部を地上、地下または水中に廃棄する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、水を組成物から除去して、上澄および濃縮組成物を生成する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、上澄は環境中への導入に好適である。いくつかの実施形態において、方法は、上澄を水溶液に再循環させる工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、濃縮組成物は、炭酸塩、重炭酸塩、少なくとも1種の他の成分、少なくとも1種の他の成分の生成物、または、これらの組み合わせに関して濃縮されている。いくつかの実施形態において、濃縮組成物は沈殿物質を含む。いくつかの実施形態において、濃縮組成物は、25%超の沈殿物質を含む。いくつかの実施形態において、濃縮組成物は、50%超の沈殿物質を含む。いくつかの実施形態において、濃縮組成物は、75%超の沈殿物質を含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、二価カチオンの塩を含む。いくつかの実施形態において、二価カチオンは、カルシウム、マグネシウム、または、これらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、二価カチオンは、ストロンチウムをさらに含む。いくつかの実施形態において、濃縮組成物は、Toxicity Characteristic Leaching Procedure、Extraction Procedure Toxicity Test、Synthetic Precipitation Leaching Procedure、California Waste Extraction Test、Soluble Threshold Limit Concentration、American Society for Testing and Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure、または、これらの組み合わせに従った環境中への導入に好適である。いくつかの実施形態において、方法は、濃縮組成物の少なくとも一部を地上、地下または水中に廃棄する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、濃縮組成物を、セメント、微小骨材、モルタル、粗大骨材、コンクリート、ポゾラン、または、これらの組み合わせ中において用いる工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、産業排ガス流を水溶液で処理する前に、産業排ガス流を前処理して粒状物質の少なくとも一部を除去する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、セメント、微小骨材、モルタル、粗大骨材、コンクリート、ポゾランを除去された粒状物質と混合する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、産業排ガス流を水溶液で処理する前に、産業排ガス流を酸化剤で前処理して産業排ガス流の少なくとも1種の成分を酸化する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、酸化剤は過酸化水素または塩素である。いくつかの実施形態において、少なくとも1種の成分がNO、Hg、または、これらの組み合わせである。いくつかの実施形態において、方法は、電気化学システムにおいてプロトン除去剤を生成する工程をさらに含み、ここで、プロトン除去剤は、産業排ガス流の処理のために水溶液に添加される。いくつかの実施形態において、プロトン除去剤は水酸化物である。いくつかの実施形態において、水酸化物が電気化学システムの陰極で形成される。いくつかの実施形態において、塩素は電気化学システムの陽極では形成されない。いくつかの実施形態において、酸素は電気化学システムの陽極では形成されない。いくつかの実施形態において、方法は、産業排ガス流を提供する産業プラントへの高い需要により産業排ガス流の処理工程を停止させる工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、産業排ガス流は、Reasonably Available Control Technology;Best Available Control Technology;Lowest Achievable Emission Rate、または、これらの組み合わせ準拠しているままである。
いくつかの実施形態において、本発明は、上記の方法のいずれかにより生成される組成物を提供する。
いくつかの実施形態において、本発明は、炭酸塩を硫酸塩との組み合わせで含む組成物を提供し、ここで、炭酸塩は、−5.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有し、および、組成物は、Toxicity Characteristic Leaching Procedure、Extraction Procedure Toxicity Test、Synthetic Precipitation Leaching Procedure、California Waste Extraction Test、Soluble Threshold Limit Concentration、American Society for Testing and Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure、または、これらの組み合わせに従った環境中への導入に好適である。いくつかの実施形態において、炭酸塩は、−10.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有する。いくつかの実施形態において、組成物は、70〜99.9%の炭酸塩を含み、0.1〜30%が硫酸塩で構成されている。いくつかの実施形態において、組成物は、カルシウム、マグネシウム、または、これらの組み合わせをさらに含む。いくつかの実施形態において、組成物は、重炭酸塩、亜硫酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、塩化物、フッ化物、酸化物、粒状物質、または、これらの組み合わせをさらに含む。いくつかの実施形態において、組成物は、アンチモン、砒素、バリウム、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、コバルト、銅、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、ニッケル、ラジウム、セレニウム、銀、ストロンチウム、タリウム、トリウム、ウラニウム バナジウム、亜鉛、または、これらの組み合わせをさらに含む。いくつかの実施形態において、組成物は、0.1〜10,000ppb水銀を含む。いくつかの実施形態において、組成物は、セメント、微小骨材、モルタル、粗大骨材、コンクリート、ポゾラン、または、これらの組み合わせを含む。
いくつかの実施形態において、本発明は、産業排ガス流からの二酸化炭素と、SOx、NOx、一酸化炭素、金属、粒状物質、ハロゲン化物および有機物からなる群から選択される排ガス流からの少なくとも1種の他の成分とを処理して、二酸化炭素の、少なくとも1種の他の成分またはその生成物と組み合わされた処理によりもたらされる生成物を含む組成物であって、環境中への導入に好適な組成物を生成するよう構成された処理装置を備えるシステムを提供する。いくつかの実施形態において、二酸化炭素の処理によりもたらされる組成物は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む。いくつかの実施形態において、少なくとも1種の他の成分は、SOx;アンチモン、砒素、バリウム、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、コバルト、銅、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、ニッケル、ラジウム、セレニウム、銀、ストロンチウム、タリウム、トリウム、ウラニウム バナジウム、および亜鉛からなる群から選択される金属;粒状物質;または、これらの組み合わせである。いくつかの実施形態において、組成物は、Toxicity Characteristic Leaching Procedure、Extraction Procedure Toxicity Test、Synthetic Precipitation Leaching Procedure、California Waste Extraction Test、Soluble Threshold Limit Concentration、American Society for Testing and Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure、または、これらの組み合わせに従った環境中への導入に好適である。いくつかの実施形態において、システムは、組成物の少なくとも一部の廃棄用の組成物移送手段をさらに備える。いくつかの実施形態において、組成物移送手段は、組成物の少なくとも一部を地下に廃棄するよう構成されている。いくつかの実施形態において、処理装置は、気体−液体接触器、気体−液体−固体接触器、反応器、沈降タンク、これらの組み合わせを備える。いくつかの実施形態において、処理装置は、処理済排ガス流を生成するようさらに構成されている。いくつかの実施形態において、処理済排ガス流は、Reasonably Available Control Technology;Best Available Control Technology;Lowest Achievable Emission Rate、または、これらの組み合わせに従った環境中への導入に好適である。いくつかの実施形態において、システムは、処理システムをさらに備える。いくつかの実施形態において、処理システムは、組成物の少なくとも一部を濃縮して、濃縮組成物および上澄を生成する液体−固体分離器を備える。いくつかの実施形態において、上澄は環境中への導入に好適である。いくつかの実施形態において、処理システムは、上澄の少なくとも一部を処理装置に再循環させるよう構成されている。いくつかの実施形態において、濃縮組成物は、Toxicity Characteristic Leaching Procedure、Extraction Procedure Toxicity Test、Synthetic Precipitation Leaching Procedure、California Waste Extraction Test、Soluble Threshold Limit Concentration、American Society for Testing and Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure、または、これらの組み合わせに従った環境中への導入に好適である。いくつかの実施形態において、システムは、濃縮組成物の少なくとも一部から建築材料を製造する製造システムをさらに備える。いくつかの実施形態において、製造システムは、セメント、微小骨材、モルタル、粗大骨材、コンクリート、ポゾラン、またはこれらの組み合わせを濃縮組成物から製造するよう構成されている。いくつかの実施形態において、システムは、濃縮組成物の少なくとも一部を廃棄するための濃縮組成物移送手段をさらに備える。いくつかの実施形態において、濃縮組成物移送手段は、濃縮組成物を地下に廃棄するよう構成されている。いくつかの実施形態において、システムは、産業排ガス流を処理装置において処理するために水酸化物を生成するための電気化学システムをさらに備える。いくつかの実施形態において、電気化学システムは、陽極および陰極を備える。いくつかの実施形態において、水酸化物は陰極で生成される。いくつかの実施形態において、塩素は陽極で生成されない。いくつかの実施形態において、酸素は陽極で生成されない。いくつかの実施形態において、処理装置は、発電プラント、化学処理プラント、機械加工プラント、精製所、セメントプラント、鉄鋼プラント、または、燃料燃焼もしくはいくつかの他の処理ステップの副生成物としてCO2をもたらすいずれかの他の産業プラントを含む産業プラントに作動可能に接続されている。いくつかの実施形態において、ガス移送手段は、処理装置を産業プラントに作動可能に接続する。いくつかの実施形態において、システムは、産業プラントにおける需要が高い期間の最中に停止されるよう構成されている。いくつかの実施形態において、システム、産業プラント、または、システムおよび産業プラントの組み合わせは、Reasonably Available Control Technology;Best Available Control Technology;Lowest Achievable Emission Rate、または、これらの組み合わせに準拠しているままである。
いくつかの実施形態において、本発明は、排ガス流を金属イオン含有水溶液と接触させる工程を含む方法を提供し、これにより、以下の成分の少なくとも3種が排ガス流から除去されて不溶性で安定な沈殿物質中に含まれる:二酸化炭素;一酸化炭素;窒素酸化物(NOx);硫黄酸化物(SOx);硫化水素;塩化水素;フッ化水素;フライアッシュ;塵埃;砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、クロムVI、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、タリウムを含む金属;炭化水素;放射性材料;ダイオキシン;およびPHA。いくつかの実施形態において、本発明は、産業排ガス流を二価カチオンを含む水溶液と接触させる工程;二酸化炭素と、一酸化炭素;窒素酸化物(NOx);硫黄酸化物(SOx);硫化水素;塩化水素;フッ化水素;フライアッシュ;塵埃;砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、クロムVI、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、タリウムを含む金属;炭化水素;放射性材料、ダイオキシン、およびPAHからなる群から選択される少なくとも2種成分とを除去する工程;ならびに、少なくとも2種の成分または少なくとも2種の成分の生成物を含む二価カチオンの炭酸塩含有組成物および/または重炭酸塩含有組成物を生成する工程であって、ここで、炭酸塩含有組成物および/または重炭酸塩含有組成物が二酸化炭素を分離させる工程を含む方法を提供する。いくつかの実施形態においては、1種以上の成分の少なくとも1%、5%、10%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、または95%が除去され、ここで、1種以上の成分の各々は、同一のまたは異なる割合レベルで除去され得る。いくつかの実施形態において、1種以上の成分の各々の基本的にすべてが除去される。いくつかの実施形態において、水溶液は、カルシウムまたはマグネシウムイオンを含む。いくつかの実施形態において、水溶液は、海水、塩水、陸水および溶解した苦鉄質鉱物を含む溶液から選択される。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、炭酸塩、重炭酸塩、硝酸塩および/または硫酸塩または亜硫酸塩を含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、水銀、セレニウム、およびフライアッシュを含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、金属錯体、塵埃、および粒状物質を含む。いくつかの実施形態において、方法は、水溶液との接触の前に、排ガス流を前処理してその中の粒状物質を除去する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、水溶液との接触の前に、排ガス流を前処理してその中の成分を酸化する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、排ガス流を水溶液と接触させる前に、亜酸化窒素を二酸化窒素に;三酸化硫黄を二酸化硫黄に;一酸化炭素、炭化水素、放射性材料、ダイオキシン、および/またはPAHを二酸化炭素に;および/または、金属を金属酸化物に転化する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、上澄液および脱塩水を水溶液から抽出する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、上澄液を水溶液に再循環させる工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は水硬セメントを含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は凝集物を含む。いくつかの実施形態において、金属イオン含有溶液のpHは10、11、12以上である。いくつかの実施形態において、金属イオン含有溶液は陽極でガスを生成しない電気化学プロセスからの水酸化イオンを用いて基本的に一定のpH値に調整される。
いくつかの実施形態において、本発明は、二酸化炭素、窒素酸化物および硫黄酸化物を含む排ガス流を金属イオン含有水溶液と接触させる工程、および、排ガス流から二酸化炭素、硫黄酸化物および水銀を含む沈殿物質を沈殿させる工程を含む方法を提供する。いくつかの実施形態において、本発明は、二酸化炭素、NOxおよびSOxを含む産業排ガス流を二価カチオンを含む水溶液と接触させる工程と、NOx、SOxまたはこれらの組み合わせの生成物を含む二価カチオンの炭酸塩含有組成物および/または重炭酸塩含有組成物を生成する工程であって、炭酸塩含有組成物および/または重炭酸塩含有組成物は二酸化炭素を分離させる工程を含む方法を提供する。いくつかの実施形態において、方法は、粒状物質および窒素酸化物の1種以上を除去するための前記接触させる工程の前または後に排ガス流を処理する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、処理は、1種以上のステップで行われる。いくつかの実施形態において、方法は、排ガス流を水溶液と接触させる前に、排ガス流を前処理して粒状物質を除去する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、排ガス流を水溶液と接触させる前に、排ガス流を前処理して亜酸化窒素を二酸化窒素に;三酸化硫黄を二酸化硫黄に;一酸化炭素、炭化水素、ダイオキシンおよび/またはPAHを二酸化炭素に;およびまたは金属を金属酸化物に転化する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、水溶液は、カルシウムまたはマグネシウムイオンを含む。いくつかの実施形態において、金属イオン含有溶液は、海水、塩水、陸水および溶解した苦鉄質鉱物を含む水溶液から選択される。いくつかの実施形態において、方法は、上澄液および脱塩水を水溶液から抽出する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、上澄液の少なくとも一部を水溶液に再循環させる工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、基本的にすべての二酸化炭素、水銀および/または硫黄酸化物を排ガス流から除去する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%以上の二酸化炭素、水銀および/または硫黄酸化物をガス流から除去する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、カルシウムマグネシウム炭酸塩、および金属錯体を含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、以下の1種以上を含む:フライアッシュ;塵埃;砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、クロムVI、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、およびタリウムを含む金属。
いくつかの実施形態において、本発明は、煙道ガスの二酸化炭素および少なくとも2種の他の成分を不溶性で安定な沈殿物質に凝縮させる条件下で、産業供給源からの煙道ガスを金属イオン含有水溶液と接触させる工程を含む方法を提供する。いくつかの実施形態において、本発明は、煙道ガスの少なくとも2種の成分の生成物を含む二価カチオンの炭酸塩含有組成物および/または重炭酸塩含有組成物が生成される条件下で、産業供給源からの煙道ガスを二価カチオンを含む水溶液と接触させる工程を含む方法を提供し、ここで、炭酸塩含有組成物および/または重炭酸塩含有組成物は二酸化炭素を分離させる。いくつかの実施形態において、方法は、煙道ガスを処理して、煙道ガスの2種の他の成分の少なくとも一方またはこれからの誘導体の不溶性で安定な沈殿物質への包含を高める工程をさらに含む。
いくつかの実施形態において、本発明は、煙道ガスを処理して粒状物質を除去し、次いで、煙道ガスを処理して二酸化炭素、水銀および硫黄酸化物をこれから除去する工程を含む、産業供給源からの煙道ガスを処理して煙道ガスの望ましくない成分を除去する方法を提供する。いくつかの実施形態において、煙道ガスは、前記処理の前または後に、さらに処理されて粒状物質および窒素酸化物の1種以上が除去される。いくつかの実施形態において、煙道ガスは1種以上のステップでさらに処理される。
いくつかの実施形態において、本発明は、単一のステップにおいて二酸化炭素、硫黄酸化物を不溶性組成物中に凝縮させることにより、二酸化炭素の少なくとも50%および硫黄酸化物の少なくとも50%を排ガス流から除去する工程を含む、二酸化炭素および硫黄酸化物を含む排ガス流を処理するプロセスを提供する。いくつかの実施形態において、本発明は、炭酸塩、重炭酸塩、亜硫酸塩、硫酸塩、または、これらの組み合わせを含む組成物を生成することにより、二酸化炭素の少なくとも50%およびSOxの少なくとも50%を排ガス流から除去する工程を含む、二酸化炭素およびSOxを含む産業排ガス流を処理するためのプロセスを提供する。いくつかの実施形態において、排ガス流は水銀をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、水銀の少なくとも50%を排ガス流から除去する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、排ガス流は、窒素酸化物をさらに含み、ここで、プロセスは、窒素酸化物の少なくとも50%を単一のプロセスで除去する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、二酸化炭素および硫黄酸化物は、二価カチオンを含む水溶液から凝縮される。いくつかの実施形態において、二価カチオンはカルシウムおよびマグネシウムを含む。いくつかの実施形態において、方法は、排ガス流を前処理してその構成成分の1種以上をより凝縮され易くする工程をさらに含む。
いくつかの実施形態において、本発明は、排ガス流を処理するためのプロセスを提供し、ここで、排ガス流は二酸化炭素および水銀を含み、および、プロセスは、二酸化炭素および水銀を凝縮させる工程を含む二酸化炭素の少なくとも50%および水銀の少なくとも50%を単一のプロセスで除去する工程を含む。いくつかの実施形態において、本発明は、炭酸塩、重炭酸塩、水銀、水銀化合物、または、これらの組み合わせを含む組成物を生成することにより、二酸化炭素の少なくとも50%および水銀の少なくとも50%を除去する工程を含む、二酸化炭素および水銀を含む産業排ガス流を処理するプロセスを提供する。
いくつかの実施形態において、本発明は、煙道ガスを処理して粒状物質を除去し、次いで、煙道ガスを処理して二酸化炭素および硫黄酸化物(SOx)の両方を除去する工程を含む、産業供給源からの煙道ガスを処理して煙道ガスの望ましくない成分を除去する方法を提供する。いくつかの実施形態において、本発明は、煙道ガスを処理して粒状物質を除去し、次いで、煙道ガスを処理してこれから二酸化炭素、SOxおよび水銀を除去する工程を含む、産業供給源からの煙道ガスを処理して煙道ガスの望ましくない成分を除去する方法を提供する。
いくつかの実施形態において、本発明は、排ガス流を金属イオン含有水溶液と接触させる工程に適応可能な処理装置を備えるシステムを提供し、ここで、以下の成分の少なくとも3種が排ガス流から除去可能であると共に、不溶性で安定な沈殿物質中に含有されることが可能である:二酸化炭素;一酸化炭素;窒素酸化物;硫黄酸化物;硫化水素;塩化水素;フッ化水素;フライアッシュ;塵埃;砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、クロムVI、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、タリウムを含む金属;炭化水素;放射性材料;ダイオキシン;およびPAH。いくつかの実施形態において、本発明は、産業排ガス流を二価カチオンを含む水溶液と接触させ;二酸化炭素と、一酸化炭素;窒素酸化物;硫黄酸化物;硫化水素;塩化水素;フッ化水素;フライアッシュ;塵埃;砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、クロムVI、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、タリウムを含む金属;炭化水素;放射性材料、ダイオキシン、および、PAHからなる群から選択される少なくとも2種の成分とを除去し;ならびに、少なくとも2種の成分または少なくとも2種の成分の生成物を含む二価カチオンの炭酸塩含有組成物および/または重炭酸塩含有組成物を生成するよう構成された処理装置を備えるシステムを提供し、ここで、炭酸塩含有組成物および/または重炭酸塩含有組成物は二酸化炭素を分離させる。いくつかの実施形態において、システムは、水酸化イオンを処理装置に供給するための水酸化イオン系をさらに備える。いくつかの実施形態において、システムは、二価カチオン含有溶液を処理装置に供給するための水溶液系をさらに備える。いくつかの実施形態において、排ガス流は、二酸化炭素、窒素酸化物および硫黄酸化物を含む。いくつかの実施形態において、排ガス流は、粒状物質、フライアッシュ、砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、クロムVI、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、タリウム、バナジウム、塵埃、放射性材料、ダイオキシンおよびPAH化合物を含む。いくつかの実施形態において、処理装置は、排ガス流中の燃焼ガスおよび粒状物質を、石炭火力発電プラント、セメントプラント、鋳造工場、精錬所、精製所または鉱石処理作業から受け取るよう適応されている。いくつかの実施形態において、水溶液系は、カルシウムおよびマグネシウムイオンを処理装置に供給するために適応している。いくつかの実施形態において、水性系は、海水、塩水、陸水および苦鉄質鉱物を溶解させることにより形成された水溶液を含む二価カチオン含有水を処理装置に供給するために適応している。いくつかの実施形態において、水性系は、カンラン石、輝石、角閃石、黒雲母、玄武岩および斑糲岩から選択される溶解した苦鉄質鉱物に由来する二価カチオン含有溶液を処理装置に供給するために適応している。いくつかの実施形態において、処理装置は、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物および水銀を排ガス流から水溶液に除去させるために適応されている。いくつかの実施形態において、処理装置は、窒素酸化物、硫黄酸化物および二酸化炭素を排ガス流から除去するために適応されている。いくつかの実施形態において、処理装置は、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物または粒状物質、および、これらの組み合わせを排ガス流から水溶液に除去するために適応されている。いくつかの実施形態において、システムは、水溶液中の凝縮から上澄液および脱塩水を抽出可能なシステムをさらに備える。いくつかの実施形態において、システムは、上澄液の少なくとも一部を水溶液に再循環させることが可能であるシステムをさらに備える。いくつかの実施形態において、システムは、沈殿物質および上澄溶液を水溶液から分離させるための液体−固体分離器をさらに備える。いくつかの実施形態において、システムは、沈殿物質から乾燥生成物を生成するための乾燥器をさらに備える。
いくつかの実施形態において、本発明は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、および、硫酸カルシウムおよび/または亜硫酸カルシウムを含む合成組成物を提供し、ここで、炭酸塩および硫酸塩および/または亜硫酸塩は燃焼排ガス流中の化石燃料由来のものである。いくつかの実施形態において、本発明は、Ca2+、Mg2+またはCa2+およびMg2+の塩を含む合成組成物を提供し、ここで、対イオンは、炭酸塩を硫酸塩および/または亜硫酸塩と組み合わせて含み、および、炭酸塩は、−5.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有する。
いくつかの実施形態において、本発明は、以下の2種以上を含む合成組成物を提供する:燃焼ガス流から凝縮された、炭酸カルシウムもしくは炭酸マグネシウム、硫酸カルシウムもしくは亜硫酸カルシウム、水銀、硝酸カルシウム、粒状物質、鉛、砒素。いくつかの実施形態において、本発明は、Ca2+、Mg2+、またはCa2+およびMg2+の塩を含む合成組成物を提供し、ここで、対イオンは、硫酸塩、亜硫酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、水銀、水銀化合物、鉛、砒素、粒状物質、または、これらの組み合わせとの組み合わせで炭酸塩を含み、ここで、炭酸塩は、−5.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有する。
いくつかの実施形態において、本発明は、以下の3種以上を含む合成組成物を提供する:燃焼ガス流から凝縮された、炭酸カルシウムもしくは炭酸マグネシウム、硫酸カルシウムもしくは亜硫酸カルシウム、水銀、硝酸カルシウム、粒状物質、鉛、カドミウム、砒素。
いくつかの実施形態において、本発明は、燃焼ガス流から凝縮された、70〜99%炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウム、ならびに、1〜30%硫酸および亜硫酸カルシウムおよび/または硫酸および亜硫酸マグネシウムを含む合成組成物を提供する。いくつかの実施形態において、組成物は、0.00001〜0.1%水銀化合物をさらに含む。いくつかの実施形態において、組成物は、1〜25%硝酸塩または亜硝酸塩化合物をさらに含む。いくつかの実施形態において、組成物は、建築材料を含む。いくつかの実施形態において、組成物は、セメント、骨材、ポゾラン、モルタル、または、これらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、本発明は、Ca2+、Mg2+、またはCa2+およびMg2+の塩を含む合成組成物を提供し、ここで、合成組成物の70〜99%が炭酸塩から構成され、および1〜30%が硫酸塩および/または亜硫酸塩から構成され、さらに、炭酸塩は−5.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有する。
いくつかの実施形態において、本発明は、水性二価カチオン溶液の存在下に第1の廃棄物流を第2の廃棄物流と接触させて、廃棄物流の少なくとも一方の中の構成成分を中和する工程を含む産業廃棄物を中和する方法を提供する。いくつかの実施形態において、第1の廃棄物流は塩基を含むと共に、第2の廃棄物流は二酸化炭素を含む。いくつかの実施形態において、第1の廃棄物流中の構成成分は水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、または酸化カルシウムを含む。いくつかの実施形態において、第1の廃棄物流は、赤泥および/またはフライアッシュを含む。いくつかの実施形態において、水性二価カチオン溶液はアルカリ土類金属イオンを含む。いくつかの実施形態において、水性二価カチオン溶液はカルシウムおよび/またはマグネシウムイオンを含む。いくつかの実施形態において、水性二価カチオン溶液は塩水を含む。いくつかの実施形態において、水性二価カチオン溶液は海水、汽水、塩水、または溶解した苦鉄質鉱物を含む水溶液を含む。いくつかの実施形態において、方法は、水性二価カチオン溶液中に沈殿物質を形成する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、二価カチオン炭酸塩を含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、中和された赤泥および/または中和されたフライアッシュを含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、重炭酸塩、硝酸塩および/または硫酸塩および/または亜硫酸塩を含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は水銀および/またはセレニウムを含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は金属錯体、塵埃、および粒状物質を含む。いくつかの実施形態において、第1および第2の廃棄物流中の構成成分の少なくとも1%、5%、10%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、または90%が中和される。いくつかの実施形態において、第1および第2の廃棄物流中の構成成分の基本的にすべてが中和される。いくつかの実施形態において、方法は、水溶液との接触の前に、第2の廃棄物流を前処理してその中の粒状物質を除去する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、水溶液との接触の前に、第2の廃棄物流を前処理してその中の成分を酸化させる工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、上澄液および脱塩水を二価カチオン溶液から抽出する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、上澄液の少なくとも一部を水性二価カチオン溶液に再循環させる工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は水硬セメントを含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は凝集物を含む。いくつかの実施形態において、第1の廃棄物流のpHは10、11、12またはそれ以上である。いくつかの実施形態において、二価カチオン溶液のpHは基本的に、第1の廃棄物流との接触により一定のpH値に調整される。いくつかの実施形態において、二価カチオン溶液のpHは、基本的に、陽極でガスを発生させない電気化学プロセスからの水酸化イオンを用いて一定のpH値に調整される。
いくつかの実施形態において、本発明は、廃棄物を、二酸化炭素を含む排ガス流および水性二価カチオン溶液を含む液体流と接触させることにより、廃棄物のpHを中和する工程を含む産業廃棄物を中和する方法を提供する。いくつかの実施形態において、廃棄物は、赤泥および/またはフライアッシュを含む。いくつかの実施形態において、水性二価カチオン溶液はアルカリ土類金属イオンを含む。いくつかの実施形態において、水性二価カチオン溶液はカルシウムおよび/またはマグネシウムイオンを含む。いくつかの実施形態において、水性二価カチオン溶液は塩水を含む。いくつかの実施形態において、二価カチオン含有水溶液は海水、汽水、塩水、または溶解した苦鉄質鉱物を含む水溶液を含む。いくつかの実施形態において、排ガス流は、化石燃料の燃焼により形成された二酸化炭素を含む。いくつかの実施形態において、方法は、水性二価カチオン溶液中に沈殿物質を形成する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は二価カチオン炭酸塩を含む。
いくつかの実施形態において、沈殿物質は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、カルシウムマグネシウム炭酸塩および金属錯体を含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、以下の1種以上を含む:赤泥、フライアッシュ;塵埃;砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、クロムVI、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、およびタリウムを含む金属。いくつかの実施形態において、方法は、粒状物質および窒素酸化物の1種以上を除去する前記接触の前または後に、排ガス流を処理する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、上澄液および脱塩水を水溶液から抽出する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、上澄液の少なくとも一部を水溶液に再循環させる工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、基本的にすべての二酸化炭素、水銀および/または硫黄酸化物を排ガス流から除去する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、方法は、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%以上の水酸化イオンを廃棄物から除去する工程をさらに含む。
いくつかの実施形態において、本発明は、気体源を、廃棄物源およびカチオン含有水溶液と接触させる工程に適用可能な処理装置を備える廃棄物処理システムを提供し、ここで、処理装置は、廃棄物源中の構成成分を水溶液との接触により中和するよう作動可能である。いくつかの実施形態において、システムは、水酸化イオンを処理装置に供給するための塩基システムをさらに備える。いくつかの実施形態において、システムは、二価カチオン含有溶液を処理装置に供給するための水溶液系をさらに備える。いくつかの実施形態において、排ガス流源は、二酸化炭素、窒素酸化物および硫黄酸化物を処理装置に供給し、および、廃棄物源は、赤泥および/またはフライアッシュを処理装置に供給するために適応可能である。いくつかの実施形態において、排ガス流源は、粒状物質、フライアッシュ、砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、クロムVI、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、タリウム、バナジウム、塵埃、放射性材料、ダイオキシン、およびPAH化合物を含む。いくつかの実施形態において、処理装置は、排ガス流中の燃焼ガスおよび粒状物質を、石炭火力発電プラント、セメントプラント、鋳造工場、精錬所、精製所または鉱石処理作業から受け取ることが可能である。いくつかの実施形態において、水溶液系は、カルシウムおよびマグネシウムイオンを処理装置に供給することが可能である。いくつかの実施形態において、水性系は、海水、塩水、陸水および苦鉄質鉱物を溶解させることにより形成された水溶液を含む二価カチオン含有水を処理装置に供給することが可能である。いくつかの実施形態において、水性系は、カンラン石、輝石、角閃石、黒雲母、玄武岩および斑糲岩から選択される溶解した苦鉄質鉱物から、二価カチオン含有溶液を処理装置に供給することが可能である。いくつかの実施形態において、処理装置は、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物および水銀を排ガス流から水溶液中に除去させることが可能である。いくつかの実施形態において、システムは、水溶液中の凝縮から上澄液および脱塩水を抽出可能である液体−固体分離器をさらに備える。いくつかの実施形態において、システムは、上澄液の少なくとも一部を水溶液に循環させるための再循環システムをさらに備える。いくつかの実施形態において、システムは、沈殿物質から乾燥生成物を生成するための乾燥器をさらに備える。
いくつかの実施形態において、本発明は、赤泥および/またはフライアッシュ、炭酸カルシウムおよび/または炭酸マグネシウム、硫酸カルシウムおよび/または亜硫酸カルシウムを含む合成組成物を提供し、ここで、炭酸塩および硫酸塩および/または亜硫酸塩は化石燃料由来のものであり、燃焼排ガス流中に供給される。
いくつかの実施形態において、本発明は、燃焼ガス流から凝縮された、赤泥および/またはフライアッシュ、70〜99%炭酸カルシウムおよび/または炭酸マグネシウム、ならびに、1〜30%硫酸および/または亜硫酸カルシウムおよび/または硫酸および/または亜硫酸マグネシウムを含む合成組成物を提供する。いくつかの実施形態において、組成物は、0.00001〜0.1%水銀化合物をさらに含む。いくつかの実施形態において、組成物は、1〜25%硝酸塩または亜硝酸塩化合物をさらに含む。いくつかの実施形態において、組成物は建築材料を含む。いくつかの実施形態において、組成物はセメント、骨材、ポゾラン、モルタル、または、これらの組み合わせを含む。
いくつかの実施形態において、本発明は、排ガス流(例えば、燃焼ガス流)を二価カチオン含有水溶液と接触させてセメント組成物を凝縮させる工程を含む合成水硬セメント組成物を形成する方法を提供する。種々の実施形態において、セメント組成物は、排ガス流の成分を水溶液中のアルカリ土類金属イオンと反応させて鉱化塩および金属錯体を形成することにより形成された粒子および沈殿物質を含む。種々の実施形態において、沈殿物質は、本発明の譲受人に譲渡された本明細書において参照によりその全体が援用される2008年12月24日に出願の米国特許出願公開第12/344,019号明細書に記載されているとおり、例えば、水硬セメントおよび/または建築材料として回収および利用される。沈殿物質を水硬セメント(例えば、建築材料において)として利用することにより、除去された排ガス流の成分を無期限に分離することが可能である。種々の実施形態において、粒状物質の除去、および、沈殿物質を形成する排ガス流の成分と水溶液との反応のために、水酸化イオンが水溶液に供給される。種々の実施形態において、水溶液からの沈殿物質の除去で得られる上澄溶液の一部分は水溶液に再循環される。種々の実施形態において、システムおよび方法は、沈殿物質の塩水からの分離により形成される上澄溶液の一部の再循環を含む、バッチ、セミバッチまたは連続流に適応可能である。
従って、種々の産業廃棄物流(例えば、排ガス流、プロトン除去剤または二価カチオンの産業廃棄物供給源等)の構成成分は、廃棄のために中和され、および/または、建築用製品(例えば、水硬セメント組成物)として利用され得る。種々の実施形態において、システムおよび方法は、沈殿物質の二価カチオン溶液からの分離により形成される上澄溶液の一部の再循環を含む、バッチ、セミバッチまたは連続流に適応可能である。種々の産業廃棄物流からの成分の除去、組成物(例えば、沈殿物質)の形成、および、任意により、沈殿物質の回収は、すべて1つのユニットでの作業で達成可能であるため、種々の成分(例えば、汚染物質)の種々の産業廃棄物流からの除去は簡素化され得る。
本発明の新規な特性が添付の特許請求の範囲に特定的に記載されている。本発明の特性および利点のより良好な理解が、本発明の原理が利用されている例示的な実施形態が記載されている以下の詳細な説明、および、以下の添付の図面への参照により達せられるであろう。
本発明をより詳細に記載する前に、本発明は、本明細書に記載の特定の実施形態は様々であり得るため、このような実施形態には限定されないことが理解されるべきである。本明細書において用いられている用語法は、特定の実施形態のみを説明することを目的としており、および、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることとなるため、限定的であることは意図されていないこともまた理解されるべきである。他に定義されていない限りにおいて、本明細書において用いられているすべての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野における当業者によって通常理解されるものと同一の意味を有する。
値の範囲が示されている場合、文脈がそうでないことを明らかに表していない限り、下限の単位の小数点一位までの、この範囲の上限と下限との間に介在する値の各々、ならびに、この明記された範囲内に、任意の他の明記されている、または、介在している値は、本発明の範囲内に包含されることが理解される。これらのより狭い範囲の上限および下限は、独立して、このより狭い範囲内に包含されていてもよく、これらもまた、明記された範囲内の任意の特定的に除外された限界を条件として、本発明の範囲内に包含される。明記された範囲が限界点の一方または両方を含む場合、これらの含まれた限界点の一方または両方を除外した範囲もまた本発明に含まれる。
本明細書においては、一定の範囲が「約」という用語に続く数値で示されている。「約」という用語は、本明細書においては、これに続く厳密な数字に対して、ならびに、この用語に続く、近い数字または近似する数字に対して文字通りの支持をもたらすために用いられている。特定的に言及された数字に数字が近いかまたは近似しているかの判定においては、近いまたは近似している言及されていない数字は、呈されている文脈において、特定的に言及された数字と実質的な均等をもたらす数字であり得る。
この明細書において言及されているすべての公報、特許および特許出願は、参照により、個別の公報、特許、または特許出願の各々が参照により援用されるよう特定的におよび個別に示されている場合と同程度に、本明細書において援用される。しかも、引用された公報、特許、または特許出願の各々は、参照により、本明細書において援用されて、公報が引用されたものと関連する主題を開示および説明する。任意の公報の引用は、出願日の前の開示に対するものであり、本明細書に記載の本発明が、先願発明によりこのような公報に先行する権利がないことを承認するものと解釈されるべきではない。さらに、記載の公開日は実際の公開日とは異なっている可能性があり、これは、独立して確認される必要があり得る。
本明細書において用いられるところ、および、添付の特許請求の範囲において、単数形「a」、「an」および「the」は、文脈がそうでないことを明らかに示していない限りにおいて、複数の参照を含むことに注目されたい。特許請求の範囲は、いずれかの任意の要素を排除するようドラフトされていてもよいことにさらに注目されたい。このように、この記載は、特許請求事項の再度の言及に関連した「単に(solely)」、「単に(only)」等などの限定的な用語法の使用、または、「消極的」限定の使用のための先行詞となることが意図されている。
本開示を読むことで当業者に明らかになるであろうとおり、本明細書に記載および例示されている個別の実施形態の各々は、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、他の数々の実施形態のいずれかの特性とは容易に分離され得るか、または、これと一緒に組み合わされ得る特性を有する。例えば、いずれかの言及された方法は、言及されているステップの順番で、または、任意の他の順番で実施され得る。本明細書に記載のものと類似または同等の特性もまた本発明の実施または試験に用いられ得るが、代表的な成分および特性が記載されている。
本明細書に記載の本発明は、産業排ガス流から、排ガス流の2種以上の成分、および、産業廃ガスの2種以上の成分または2種以上の成分の生成物を含む組成物を部分的にまたは完全に除去するためのシステムおよび方法を提供する。いくつかの場合において、成分の一方は二酸化炭素であり、他方の成分はSOx、NOxおよび金属の1種以上である。システムおよび方法のいくつかにおいて、二酸化炭素および/または他の成分の除去は、単一の処理装置またはプロセスにおいて行われる。本発明のいくつかのシステムおよび方法において、産業排ガス流は前処理されてもよい。本発明のいくつかのシステムおよび方法において、産業排ガス流は前処理されない。組成物は、溶液;炭酸塩、重炭酸塩または炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質;または、沈殿物質を含むスラリーであり得る。いくつかの実施形態において、組成物は、SOx、NOx、粒状物質および/または一定の金属の共処理によりもたらされる炭酸塩および/または重炭酸塩共生成物をさらに含む。液体、固体または多相性廃棄物流などの追加の廃棄物流もまた処理され得る。
以下の段落において産業廃ガスを処理する方法が記載されているが、ここで、ガスは、二酸化炭素と、SOx;NOx;金属;非二酸化炭素酸性ガス;有機物;および、粒状物質からなる群から選択される少なくとも1種の他の成分とを含み、二酸化炭素および他の成分の少なくともいくらかがガスを出て液体に入るよう適応した条件下でガスを液体と接触させる工程が含まれ、ここで、方法は単一の処理装置で実施される。
以下の段落においては、(i)ガス流を水溶液と接触させる工程であって、ガス流は、二酸化炭素と、SOx;NOx;金属;非二酸化炭素酸性ガス;有機物;および、粒状物質からなる群から選択される少なくとも1種の他の成分とを含み、二酸化炭素および他の成分の少なくともいくらかがガス流を出て水溶液に入るよう適応された条件下で成される工程;および(ii)水溶液を処理して、炭酸塩、重炭酸塩あるいは炭酸塩と重炭酸塩との組み合わせならびに他の成分もしくはその誘導体または他の成分および/もしくはその誘導体を含む組成物を生成する工程であって、炭酸塩、重炭酸塩または炭酸塩と重炭酸塩との組み合わせは少なくとも部分的に二酸化炭素から誘導される工程を含む方法が記載されている。
以下の段落においては、本明細書に記載の方法のいずれかによって生成される組成物が記載されている。
以下の段落においては、炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせ、および、硫黄含有化合物を含む組成物が記載されており、ここで、炭酸塩、重炭酸塩、または、これらの組み合わせは−5.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有し、ならびに、組成物は、基本的に、酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、固体を粉末化する工程;100gの粉末化固体を2Lの抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;転倒型の抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程からなる浸出プロセスに供された場合、2.0mg/L未満の水銀を含む浸出溶液をもたらす。
以下の段落においては、炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせ、および、水銀、水銀誘導体、または、これらの組み合わせを含む組成物が記載されており、ここで、炭酸塩、重炭酸塩、または、これらの組み合わせは−5.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有し、ならびに、組成物は、基本的に、酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、固体を粉末化する工程;100gの粉末化固体を2Lの抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;転倒型の抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および、浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程からなる浸出プロセスに供された場合、2.0mg/L未満の水銀を含む浸出溶液をもたらす。いくつかの実施形態において、浸出溶液は1.5mg/L未満の水銀を含む。
以下の段落においては、炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせ、水銀、水銀誘導体、または、これらの組み合わせ、および、硫黄含有化合物を含む組成物が記載されており、ここで、組成物は、(i)基本的に、酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、固体を粉末化する工程;100gの粉末化固体を2Lの抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;転倒型の抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程からなる浸出プロセスに供された場合に、0.2mg/L未満の水銀を含む浸出溶液をもたらし;ならびに、(ii)基本的に、粉末化組成物の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、この粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう組成物を粉末化する工程、および、粉末化組成物を、pH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬する工程からなる二酸化炭素放出プロトコルに供された場合に、100グラムの組成物当たり5グラム以下の二酸化炭素を生成する。
以下の段落においては、(i)以下の処理装置に作動可能に接続された産業排ガスの供給源、(ii)(a)ガスを処理して、二酸化炭素をガスから少なくとも部分的に除去すると共に少なくとも1種の他の成分をガスから少なくとも部分的に除去し(ここで、他の成分は、SOx、NOx、金属、粒状物質、非二酸化炭素酸性ガスおよび有機物からなる群から選択される)、ならびに、(b)二酸化炭素またはその1種以上の誘導体の少なくとも一部を、他の成分またはその1種以上の誘導体の少なくとも一部と組み合わせて含む生成物を含む組成物を生成する(ここで、組成物は環境中への導入に好適である)よう構成された処理装置を備えるシステムが記載されている。
以下の段落においては、(i)二酸化炭素と、SOx、NOx、金属、非二酸化炭素酸性ガス、有機物および粒状物質からなる群から選択される1種以上の他の成分とを含む産業排ガスの供給源;(ii)二酸化炭素および他の成分の少なくとも一部をガスから単一の処理ユニットで除去するよう構成された処理装置;ならびに、(iii)産業排ガスの供給源と処理装置とを作動可能に接続する流路であって、産業排ガスの少なくとも一部を処理装置に向かわせるよう構成されている流路を備えるシステムが記載されている。
このように、以下の段落においては、CO2および/または1種以上の追加の成分を含む排ガス流を処理するためのシステムおよび方法が記載されている。異なる原料(例えば、産業排ガス流、プロトン除去剤の供給源、二価カチオンの供給源)もまた記載されており、続いて、本発明のシステムおよび方法により生成される組成物が記載されている。
いくつかの実施形態において、本発明は、図1Aに示されている二酸化炭素を処理するためのシステムを提供し、ここで、システムは、二酸化炭素の供給源(130)からの二酸化炭素をプロトン除去剤の供給源(140)を用いて処理するための液体ベースの(例えば水性ベースの)プロセスのために構成された少なくとも1つの処理装置(110)を備え、ここで、二酸化炭素の供給源は、二酸化炭素に追加して1種以上の追加の成分を含む。図1Aに示されているとおり、システムは、処理装置に作動可能に接続された二価カチオンの供給源(150)をさらに備えていてもよい。処理装置は、気体−液体または気体−液体−固体接触器などの接触器を備えていてもよく、ここで、接触器は、水溶液またはスラリーに二酸化炭素を充填して二酸化炭素充填組成物を形成するよう構成されており、この組成物は、溶液またはスラリーであり得る。いくつかの実施形態において、接触器は、二酸化炭素の溶媒和形態または水和物形態(例えば、炭酸、重炭酸塩、炭酸塩)など、二酸化炭素から組成物を生成するよう構成されており、ここで、組成物は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む。いくつかの実施形態において、処理装置は、二酸化炭素に由来する炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成するよう構成された反応器をさらに備えていてもよい。いくつかの実施形態において、処理装置は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質を含む組成物を沈降させるよう構成された沈降タンクをさらに備えていてもよい。図1Bに示されているとおり、システムは、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を濃縮して、上澄を生成するよう構成された処理システム(例えば、図1Bの処理システム120)をさらに備えていてもよく;しかしながら、いくつかの実施形態においては、組成物はさらなる処理をせずに用いられる。例えば、本発明のシステムは、建築材料の製造において、処理装置からの組成物を直接的に(任意により、最低限の後処理を伴って)用いるよう構成されていてもよい。他の非限定的な例において、本発明のシステムは、本明細書において参照によりその全体が援用される2009年8月7日に出願の米国仮特許出願第61/232,401号明細書に記載されているとおり、処理装置からの組成物を(任意により、最低限の後処理を伴って)、地下サイトに直接的に注入するよう構成されていてもよい。二酸化炭素の供給源は、特にこれらに限定されないが、石炭火力発電プラントおよびセメントプラントを含む二酸化炭素の多様な産業供給源のいずれかであり得る。プロトン除去剤の供給源は、特にこれらに限定されないが、プロトン除去剤の天然供給源およびプロトン除去剤の産業供給源(産業廃棄物供給源を含む)を含む、プロトン除去剤の多様な供給源のいずれかであり得る。二価カチオンの供給源は、特にこれらに限定されないが、海水、塩水および無機塩類が添加された淡水を含む二価カチオンの多様な供給源のいずれかであり得る。このような実施形態において、二価カチオンの供給源は、プロトン除去剤の供給源に、または、直接的に処理装置に作動可能に接続され得る。いくつかの実施形態において、二価カチオンの供給源は、アルカリ土類金属の二価カチオン(例えば、Ca2+、Mg2+)を含む。
図1Aに示されているものなどの本発明のシステムは、処理システムをさらに含み得る。このように、いくつかの実施形態においては、本発明は、図1Bに示されているとおり、二酸化炭素を処理するシステムを提供し、ここで、システムは、二酸化炭素の供給源(130)からの二酸化炭素をプロトン除去剤の供給源(140)を用いて処理するための水性ベースのプロセスのために構成された処理装置(110)および処理システム(120)を備え、ここで、二酸化炭素の供給源は、二酸化炭素に追加して1種以上の追加の成分を含む。図1Aと同様に、図1Bのシステムは、処理装置に作動可能に接続された二価カチオンの供給源(150)をさらに含み得る。処理装置は、気体−液体または気体−液体−固体接触器などの接触器を備えていてもよく、ここで、接触器は、水溶液またはスラリーに二酸化炭素を充填して二酸化炭素充填組成物を生成するよう構成されており、この組成物は、溶液またはスラリーであり得る。いくつかの実施形態において、接触器は、二酸化炭素の溶媒和または水和物形態(例えば、炭酸、重炭酸塩、炭酸塩)などの二酸化炭素から組成物を生成するよう構成されており、ここで、組成物は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む。いくつかの実施形態において、処理装置は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を二酸化炭素から生成するよう構成された反応器をさらに備えていてもよい。いくつかの実施形態において、処理装置は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質を含む組成物を沈降させるための沈降タンクをさらに備えていてもよい。処理システムは、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を濃縮するよう構成された脱水システムを備えていてもよい。処理システムはろ過システムをさらに備えていてもよく、ここで、ろ過システムは、脱水システムからの上澄のろ過、処理装置からの組成物のろ過、または、これらの組み合わせのために構成された少なくとも1つのろ過ユニットを備える。例えば、いくつかの実施形態においては、ろ過システムは、精密ろ過ユニット、限外ろ過ユニット、ナノろ過ユニットおよび逆浸透ユニットから選択される1つ以上のろ過ユニットを備える。いくつかの実施形態において、二酸化炭素処理システムは、濃縮水中の二価カチオンの濃度を高めると共に、濃縮水中の二価カチオンの濃度を低減させるよう構成されたナノろ過ユニットを備える。このような実施形態において、ナノろ過ユニット濃縮水は、本発明の組成物を生成するために、システムの処理装置に再循環され得る。図1Dに示されているとおり、本発明のシステムは、さらに、処理システムからの上澄の少なくとも一部を再循環させるよう構成されていてもよい。
図1Cに示されているものなどのシステムは、接触器(112)(例えば、気体−液体接触器、気体−液体−固体接触器等)および反応器(114)を備える処理装置(110)をさらに備えていてもよく、ここで、処理装置は、CO2含有ガスの供給源(130)、プロトン除去剤の供給源(140)、および二価カチオンの供給源(150)の各々に作動可能に接続されている。このような本発明のシステムは、二酸化炭素の供給源からの二酸化炭素の、プロトン除去剤の供給源および二価カチオンの供給源の両方を用いる水性ベースの処理のために構成されており、ここで、二酸化炭素の供給源は、二酸化炭素に追加して1種以上の追加の成分を含む。接触器(112)は、二酸化炭素の供給源(130)およびプロトン除去剤の供給源(140)の各々に作動可能に接続されていてもよく、接触器は、水溶液またはスラリーに二酸化炭素を充填して二酸化炭素充填溶液またはスラリーを生成するよう構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、接触器は、水溶液に二酸化炭素を充填して、基本的に清透な溶液(すなわち、少なくとも95%以上含まないなど、基本的に沈殿物質を含まない)を生成するよう構成されている。図1Cに示されているとおり、反応器(114)は、接触器(112)および二価カチオンの供給源(150)に作動可能に接続されていてもよく、反応器は、本発明の組成物を生成するよう構成されていてもよく、ここで、組成物は炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む溶液またはスラリーである。いくつかの実施形態において、反応器は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩の基本的に清透な溶液を処理装置から受け取って、沈殿物質を含む組成物を生成する(例えば、二価カチオンの炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩のスラリー)よう構成されている。図1Cに示されているものなどのシステムは、任意により、処理システムに作動可能に接続されていてもよく、この処理システムは、液体−固体分離器(122)、または、処理装置により生成された組成物を処理して上澄および濃縮組成物(例えば、炭酸塩および/または重炭酸塩、および、産業排ガス流の処理によりもたらされた任意の他の共生成物に関して濃縮された)を生成するよう構成された、いくつかの他の脱水システムを備えていてもよい。処理システムはろ過システムをさらに備えていてもよく、ここで、ろ過システムは、脱水システムからの上澄のろ過、処理装置からの組成物のろ過、または、これらの組み合わせのために構成された少なくとも1つのろ過ユニットを備える。
いくつかの実施形態において、本発明は、図1Dに示されているとおり、二酸化炭素を処理するためのシステムを提供し、ここで、システムは、二酸化炭素の供給源(130)からの二酸化炭素をプロトン除去剤の供給源(140)を用いて処理するための水性ベースのプロセスのために構成された処理装置(110)および処理システム(120)を備え、ここで、二酸化炭素の供給源は二酸化炭素に追加して1種以上の追加の成分を備え、ならびに、さらに、処理装置および処理システムは、処理システム上澄の少なくとも一部を再循環させるために作動可能に接続されている。このような二酸化炭素処理システムの処理システムは、脱水システムおよびろ過システムを備えていてもよい。このように、脱水システム、ろ過システム、または、脱水システムとろ過システムとの組み合わせは、二酸化炭素の処理のために上澄の少なくとも一部を処理装置に供給するよう構成されていてもよい。図1Dには示されていないが、処理システムはまた、本発明の組成物を洗浄するよう構成された洗浄システムに上澄の少なくとも一部を供給するよう構成されていてもよく、ここで、組成物は、沈殿物質(例えば、CaCO3、MgCO3、またはこれらの組み合わせ)を含む。本発明の二酸化炭素処理システムの処理装置は、接触器(例えば、気体−液体接触器、気体−液体−固体接触器)、反応器、接触器と反応器との組み合わせ、または、処理装置における任意の他のユニットまたはユニットの組み合わせにおける処理システム上澄を受け取るよう構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、二酸化炭素処理システムは、二酸化炭素処理システムの外部のシステムまたはプロセスに上澄の少なくとも一部を供給するよう構成されている。例えば、本発明のシステムは、システムが脱塩のために脱塩プラントに処理システム上澄の少なくとも一部を供給するよう、脱塩プラントに作動可能に接続されていてもよい。
いくつかの実施形態において、本発明は、図1Eに示されているとおり、二酸化炭素を処理するためのシステムを提供し、ここで、システムは、二酸化炭素の供給源(130)からの二酸化炭素をプロトン除去剤の供給源(140)を用いて処理するための水性ベースのプロセスのために構成された処理装置(110)および処理システム(120)を備え、ここで、二酸化炭素の供給源は二酸化炭素に追加して1種以上の追加の成分を備え、ここで、システムは電気化学システム(160)をさらに備え、および、さらに、処理装置、処理システムおよび電気化学システムは、処理システム上澄の少なくとも一部を再循環させるために作動可能に接続されている。図1Dの処理システムを参照して上記に記載されているとおり、脱水システム、ろ過システム、または脱水システムとろ過システムとの組み合わせは、二酸化炭素を処理するために処理システム上澄の少なくとも一部を処理装置に供給するよう構成されていてもよい。処理システムはまた、処理システム上澄の少なくとも一部を電気化学システムに供給するよう構成されていてもよく、ここで、電気化学システムは、プロトン除去剤を生成するか、または、プロトンの除去を達成するよう構成されていてもよい。図1Dを参照して上記に記載されているとおり、処理システムはまた、上澄の少なくとも一部を本発明の組成物を洗浄するよう構成された洗浄システムに供給するよう構成されていてもよく、ここで、組成物は、沈殿物質(例えば、CaCO3、MgCO3、またはこれらの組み合わせ)を含む。本発明の二酸化炭素処理システムの処理装置は、接触器(例えば、気体−液体接触器、気体−液体−固体接触器)、反応器、接触器と反応器との組み合わせ、または、処理装置における任意の他のユニットまたはユニットの組み合わせにおける処理システム上澄または電気化学システム流を受け取るよう構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、二酸化炭素処理システムは、システム(例えば、脱塩プラント)または二酸化炭素処理システムの外部のプロセス(例えば、脱塩)に上澄の少なくとも一部を供給するよう構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、本発明は、図1Fに示されているとおり、二酸化炭素の水性ベースの処理用のシステムを提供し、ここで、システム(100F)は、CO2の供給源(130)、プロトン除去剤の供給源(140)、二価カチオンの供給源(150)、ならびに、気体−液体または気体−液体−固体接触器(112)、再循環タンク(116)、再循環ポンプ(118)および反応器(114)を備える処理装置(110)を備え、ここで、接触器、再循環タンク、および、再循環ポンプは、接触器液体(例えば、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩の溶液またはスラリー)の少なくとも一部を再循環させるよう作動可能に接続されている。図1Fに示されているとおり、システムは、脱水システムおよび/またはろ過システムを備える処理システム(120)をさらに備えていてもよく、ここで、処理システムは、本発明の上澄および濃縮組成物(例えば、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む脱水沈殿物質)をもたらすよう構成されている。このようなシステムはまた、任意により、粒状物質(例えば、フライアッシュ)を煙道ガスから分離するよう構成された静電集塵装置または織布フィルタなどの排出制御技術を備えていてもよい。システム要素は本明細書に記載の通り様々であり得るが、非限定的な例においては、システム100FなどのシステムのためのCO2の供給源(130)は石炭燃焼器であり得、プロトン除去剤の供給源は淡水または海水中にNaOHまたはNa2CO3の混合物を含むタンクまたはリザーバであり得、および、二価カチオンの供給源は、海水または塩水(例えば、合成塩水)を含むタンクまたはリザーバであり得る。図1Fのシステムを用いる例示的な方法が実施例1に提示されている;しかしながら、当業者は、本明細書に記載の種々の方法を図1Fのシステムで用い得ることを認識するであろう。
図1Aを参照すると、本発明は、二酸化炭素の供給源(130)を処理すると共に炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成する水性ベース法を提供し、ここで、二酸化炭素の供給源は二酸化炭素に追加して1種以上の追加の成分を備えている。このような実施形態において、二酸化炭素の産業供給源が供給され得、プロトン除去剤の供給源(140)が供給され得、および、各々が処理装置110に供給されて進行される(すなわち、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成するための好適な条件に供される)。いくつかの実施形態において、二酸化炭素の産業供給源の処理は、特にこれらに限定されないが、気体−液体接触器または気体−液体−固体接触器などの接触器におけるプロトン除去剤の供給源を接触させて二酸化炭素充填組成物を生成する工程を含み、この組成物は、初期水溶液またはスラリーからの溶液またはスラリーであり得る。いくつかの実施形態において、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物は、接触器中の二酸化炭素充填溶液またはスラリーから生成され得る。いくつかの実施形態において、二酸化炭素充填溶液またはスラリーは反応器に供給されて、その中で炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物が生成され得る。いくつかの実施形態において、組成物は、接触器および反応器の両方において生成される。例えば、いくつかの実施形態においては、接触器は重炭酸塩を含む初期組成物を生成し得、および、反応器は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を初期組成物から生成し得る。いくつかの実施形態において、本発明の方法は、アルカリ土類金属(例えば、Ca2+、Mg2+)のものなどの二価カチオンの供給源に供給する工程をさらに含む。このような実施形態において、二価カチオンの供給源は、プロトン除去剤の供給源に供給されるか、または、直接的に処理装置に供給され得る。十分な二価カチオンが、プロトン除去剤の供給源によって、二価カチオンの供給源によって、または、前述の供給源の組み合わせによって供給されている場合、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物は、分離可能な沈殿物質(例えば、CaCO3、MgCO3、または、これらの組成物)を含み得る。処理装置からの組成物が分離可能な沈殿物質を含んでいるかいないかに関わらず、組成物は、建築材料の製造において、処理装置から直接的に(任意により、最低限の後処理を伴って)用いられ得る。いくつかの実施形態において、処理装置からの直接的な炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物(任意により、最低限の後処理を伴って)は、本明細書において参照によりその全体が援用される2009年8月7日に出願の米国仮特許出願第61/232,401号明細書に記載されているとおり、地下サイトに注入され得る。
図1B〜1Eを参照すると、本発明は、二酸化炭素の供給源(130)を処理すると共に、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成する水性ベース法を提供し、ここで、二酸化炭素の供給源は二酸化炭素に追加して1種以上の追加の成分を備える。図1Aを参照して記載されている組成物の生成工程に追加して、本発明は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を処理する方法をさらに提供する。このように、いくつかの実施形態においては、本発明は、二酸化炭素の供給源(130)を処理して炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成し、および、生成された組成物を処理するための水性ベース法を提供する。本発明の処理装置で生成した組成物が分離可能な沈殿物質を含んでいるかいないかにかかわらず、組成物は、本発明の処理システムに、処理のために直接的に供給され得る(例えば、濃度、ろ過等)。いくつかの実施形態において、組成物は、処理装置の接触器、反応器、または、沈降タンクから直接的に処理システムに供給され得る。例えば、分離可能な沈殿物質を含有しない処理装置により生成された組成物は、組成物の濃縮および上澄の生成のために直接的に処理システムに供給され得る。他の非限定的な例において、分離可能な沈殿物質を含む処理装置により生成された組成物は、液体−固体分離のために直接的に処理システムに供給され得る。処理装置により生成された組成物は、多数の処理システムサブシステムのいずれかに供給され得、このサブシステムとしては、これらに限定されないが、脱水システム、ろ過システムまたはろ過システムと組み合わされた脱水システムが挙げられ、ここで、処理システム、または、そのサブシステムは、組成物からの上澄を分離して濃縮組成物を生成する(例えば、濃縮組成物は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および炭酸塩に関してより濃縮されている)。
図1Cを参照すると、いくつかの実施形態においては、本発明は、溶液に産業排ガス流からのCO2を充填して炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成する方法を提供する。このような実施形態において、溶液は、溶液へのCO2の充填の前に、pH6.5〜pH14.0の範囲のpHを有し得る。いくつかの実施形態において、溶液は、溶液へのCO2の充填の前に、少なくともpH6.5、pH7.0、pH7.5、pH8.0、pH8.5、pH9.0、pH9.5、pH10.0、pH10.5、pH11.0、pH11.5、pH12.0、pH12.5、pH13.0、pH13.5、またはpH14.0のpHを有し得る。溶液のpHは、特にこれらに限定されないが、プロトン除去剤の使用およびプロトンの除去を達成する電気化学的方法を含む任意の簡便なアプローチを用いて高められてもよい。いくつかの実施形態においては、溶液へのCO2の充填の前に、プロトン除去剤を用いて溶液のpHを高めてもよい。このようなプロトン除去剤としては、これらに限定されないが、水酸化物(例えば、NaOH、KOH)および炭酸塩(例えば、Na2CO3、K2CO3)が挙げられる。いくつかの実施形態において、水酸化ナトリウムが溶液のpHを高めるために用いられる。このように、いくつかの実施形態においては、本発明は、アルカリ性の溶液(例えば、pH>pH7.0)に産業排ガス流からのCO2を充填して炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成する方法を提供する。
いくつかの実施形態において、アルカリ性の溶液への産業廃棄物供給源からのCO2の充填によりもたらされる組成物(すなわち、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む溶液)は、溶液にCO2が充填された時点で溶液中において利用可能なカチオンに応じて、スラリーまたは基本的に清透な溶液(すなわち、少なくとも95%以上含まないなど、基本的に沈殿物質を含まない)であり得る。本明細書に記載されているとおり、溶液は、いくつかの実施形態においては、溶液にCO2が充填された時点で、Ca2+、Mg2+、または、これらの組み合わせなどの二価カチオンを含む。このような実施形態において、得られる組成物は、二価カチオンの炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩(例えば沈殿物質)を含んでスラリーをもたらし得る。このようなスラリーは、例えば、CaCO3、MgCO3、または、これらの組み合わせを含み得る。溶液は、いくつかの実施形態においては、不十分な二価カチオンを含んで、溶液にCO2が充填された時点で、二価カチオンの炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含むスラリーを形成し得る。このような実施形態において、得られる組成物は、溶液にCO2が充填された時点で、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を基本的に清透な溶液(すなわち、少なくとも95%以上含まないなど、基本的に沈殿物質を含まない)中に含み得る。いくつかの実施形態において、例えば、Na+、K+、または、これらの組み合わせ(任意により、NaOHおよび/またはKOHの添加による)などの一価カチオンは、溶液にCO2が充填された時点で基本的に清透な溶液中に存在し得る。このような溶液へのCO2の充填からもたらされる組成物は、例えば、一価カチオンの炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含み得る。
このように、いくつかの実施形態においては、本発明は、アルカリ性の溶液(例えば、pH>pH7.0)に産業排ガス流からのCO2を充填して、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成する方法を提供し、ここで、組成物は、基本的に清透である(すなわち、少なくとも95%以上含まないなど、基本的に沈殿物質を含まない)。基本的に清透な組成物は、その後、二価カチオンの供給源(例えば、Ca2+、Mg2+、または、これらの組み合わせ)を接触されて、スラリー中にもたらされる二価カチオンの炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成し得る。上記のとおり、このようなスラリーは、本明細書に記載されているように処理され得るCaCO3、MgCO3、または、これらの組み合わせを含んでいてもよい。非限定的な例において、NaOH(例えば、顕著な二価カチオンに欠く淡水中に溶解されたNaOH)を含むアルカリ性の溶液は、気体−液体接触器中において、産業排ガス流からのCO2と接触されて炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成し得、ここで、組成物は、沈殿物質の欠如、すなわち、顕著な二価カチオンの欠如から基本的に清透である。添加されるCO2(および、存在する場合には補給NaOH)の量に応じて、基本的に清透な組成物はNaOH、NaHCO3、および/またはNa2CO3を含んでいてもよい。基本的に清透な組成物は、その後、気体−液体接触器外の反応器中で、二価カチオンの供給源(例えば、Ca2+、Mg2+、Sr2+等)と接触されてスラリー中にもたらされる二価カチオンの炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物(例えば、沈殿物質)を生成し得る。このように、組成物はCaCO3および/またはMgCO3を含み得、および、組成物は、本明細書に記載のとおり処理され得る。例えば、組成物は、液体−固体分離に供されてもよく、固形分から、セメント、補助セメント材、微小骨材、モルタル、粗大骨材、コンクリート、ポゾラン、または、これらの組み合わせが製造される。
図1Dおよび1Eを参照すると、本発明はまた、二酸化炭素の供給源(130)を処理すると共に炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成する水性ベース法を提供し、ここで、二酸化炭素の供給源は二酸化炭素に追加して1種以上の追加の成分を備えており、および、処理システム上澄の少なくとも一部が再循環される。例えば、いくつかの実施形態においては、本発明は、CO2およびSOx、NOx、および/または、Hgを含む排ガス流を処理装置中で処理して、処理済排ガス流(例えば、Reasonably Available Control Technology(RACT);Best Available Control Technology(BACT);Maximum Achievable Control Technology(MACT);Lowest Achievable Emission Rate(LAER);および/または、本特許出願の出願日に存在する排出規制基準である、任意のUnited States Environmental Protection Agency(EPA)準拠方法に準拠して環境中への放出に好適なクリーンなガス流)、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物、および、流出液を生成する方法が提供され、流出液の少なくとも一部は処理装置に再循環される。図1Dおよび1Eに示されているとおり、脱水システムおよびろ過システムを備えていてもよい処理システムからの上澄は、多様な方法で再循環され得る。このように、いくつかの実施形態においては、脱水システム、ろ過システム、または、脱水システムとろ過システムとの組み合わせからの上澄の少なくとも一部は二酸化炭素の処理に用いられてもよい。上澄は、二酸化炭素処理システム処理装置に供給され得る。このような実施形態において、上澄は、接触器(例えば、気体−液体接触器、気体−液体−固体接触器)、反応器、接触器と反応器との組み合わせ、または、任意の他のユニットあるいは二酸化炭素を処理するためのユニットの組み合わせに供給され得る。加えて、いくつかの実施形態においては、処理システムからの上澄の少なくとも一部は、洗浄システムに供給され得る。このような実施形態において、上澄は、本発明の組成物(例えば、CaCO3、MgCO3、または、これらの組み合わせを含む沈殿物質)を洗浄するために用いられ得る。例えば、上澄は、炭酸塩系沈殿物質由来の塩化物を洗浄するために用いられ得る。図1Eを参照すると、処理システム上澄の少なくとも一部は電気化学システムに供給され得る。このように、処理システム上澄は用いられて、プロトン除去剤が生成されるか、または、二酸化炭素処理のためのプロトン除去が達成され得る。いくつかの実施形態において、処理システムからの上澄の少なくとも一部は、異なるシステムまたはプロセスに供給されてもよい。例えば、処理システム上澄の少なくとも一部は、二酸化炭素処理に用いられた後は、一般に、他の利用可能な供給物(例えば、海水、塩水等)よりも軟質(すなわち、より低いCa2+および/またはMg2+の濃度)である処理システム上澄が飲用水に脱塩され得るよう、脱塩プラントまたは脱塩プロセスに供給されてもよい。
再循環は、利用可能な資源の効率的な使用;周囲環境の最低限の攪乱;および、低いエネルギー要求量をもたらすために、処理システム上澄の再循環は有利であり、この低いエネルギー要求量は本発明のシステムおよび方法に対するより低いカーボンフットプリントをもたらす。本発明の二酸化炭素処理システムが産業プラント(例えば、石炭火力発電プラントなどの化石燃料−火力発電プラント)に作動可能に接続されていると共に、この産業プラントで発電されて電力を利用する場合、処理システム上澄の再循環による低いエネルギー要求量は、産業プラントでの所内動力を低減させる。図1Bに示されているものなどの、再循環用に構成されていない二酸化炭素処理システム(すなわち、単流プロセス用に構成された二酸化炭素処理システム)は、アルカリ分(例えば、海水、塩水)の新たな供給源のシステムへの連続的なポンプ輸送に起因して、産業プラントでの所内動力は少なくとも10%になり得る。このような例において、100MW発電プラント(例えば、石炭火力発電プラント)は、アルカリ分の新たな供給源のシステムへの連続的なポンプ輸送のために、二酸化炭素処理システムに10MWの電力を充てることが必要となる。対照的に、図1Dまたは図1Eに示されているものなどの再循環用に構成されたシステムでは、産業プラントでの所内動力は、例えば、4%未満または2%未満といった6%未満を含む、8%未満などの10%未満であり得、この所内動力は、補給水のポンプ輸送および上澄の再循環に起因し得る。再循環用に構成された二酸化炭素処理システムでは、単流プロセス用に設計されたシステムと比して、例えば少なくとも25%または少なくとも50%といった、少なくとも10%を含む少なくとも5%などの少なくとも2%の所内動力の削減が示され得る。例えば、再循環用に構成された二酸化炭素処理システムが補給水のポンプ輸送および上澄の再循環のために9MWの電力を消費し、および、単流プロセス用に設計された二酸化炭素処理システムがポンプ輸送に起因する10MWを消費する場合、再循環用に構成された二酸化炭素処理システムは、所内動力の10%の削減を示す。図1Dおよび1Eに示されているものなどのシステム(すなわち、再循環用に構成された二酸化炭素処理システム)に関して、ポンプ輸送および再循環に起因する所内動力の削減はまた、特に単流プロセス用に構成された二酸化炭素処理システムと比した場合、総所内動力も削減させ得る。いくつかの実施形態において、再循環は、二酸化炭素処理システムの総所内動力を削減させ、ここで、この削減は、単流プロセス用に構成された二酸化炭素処理システムの総所内動力と比して、例えば少なくとも8%または少なくとも10%といった、少なくとも6%を含む少なくとも4%などの少なくとも2%である。例えば、再循環用に構成された二酸化炭素処理システムが15%所内動力を有すると共に単流プロセス用に設計された二酸化炭素処理システムが20%所内動力を有する場合、再循環用に構成された二酸化炭素処理システムは、総所内動力の5%の削減を示す。例えば、再循環用に構成された二酸化炭素処理システム(ここで、再循環は、ナノろ過ユニットなどのろ過ユニットを通したろ過を含む(例えば、濃縮水中の二価カチオンを濃縮すると共に浸透液中の二価カチオンを低減させるために))は、単流プロセス用に構成された二酸化炭素処理システムと比した場合に、総所内動力を、例えば少なくとも8%または少なくとも10%といった、少なくとも6%を含む少なくとも4%などの少なくとも2%削減させ得る。
本発明の二酸化炭素処理システムの所内動力は、他のリソースの効率的な使用によりさらに低減され得る。いくつかの実施形態において、本発明の二酸化炭素処理システムの所内動力は、産業供給源からの熱の効率的な使用によりさらに低減され得る。いくつかの実施形態において、例えば、二酸化炭素の産業供給源からの熱(例えば、石炭火力発電プラントからの煙道ガス熱)が、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質を含む組成物を乾燥させるために利用され得る。このような実施形態において、噴霧乾燥器が組成物を噴霧乾燥させるために用いられ得る。例えば、低グレード(例えば、150〜200℃)廃熱が、沈殿物質を含む組成物を蒸発噴霧乾燥させるための熱交換器により利用され得る。加えて、二酸化炭素の産業供給源からの熱の本発明の組成物を乾燥させるための利用は、二酸化炭素の産業供給源(例えば、石炭火力発電プラントからの煙道ガス)の同時の冷却を可能とし、これは、温度に逆相関するプロセスである二酸化炭素の溶解を促進させる。いくつかの実施形態において、本発明の二酸化炭素処理システムの所内動力は、圧力の効率的な使用によりさらに低減され得る。例えば、いくつかの実施形態においては、本発明の二酸化炭素処理システムは、エネルギー回収システムを伴って構成される。このようなエネルギー回収システムは、例えば脱塩の技術分野において公知であり、圧力効果により作動する。いくつかの実施形態において、産業プラント(例えば、石炭火力発電プラント)から排出された二酸化炭素の70〜90%が回収および処理される場合、二酸化炭素処理システムの全所内動力は、99.9%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、15%、10%、5%、または、3%未満であり得る。例えば、いくつかの実施形態においては、産業プラント(例えば、石炭火力発電プラント)から排出される二酸化炭素の70〜90%が回収および処理される場合、二酸化炭素処理システムの全所内動力は、例えば10%未満、5%未満または3%未満といった、15%未満を含む、20%未満などの、30%未満であり得る。このように、再循環用に構成された本発明の二酸化炭素処理システム、熱交換、および/または圧力交換は、二酸化炭素処理能力を維持しつつ、電力供給産業プラントでの所内動力を削減し得る。
水は、本発明の組成物(例えば、例として非晶質炭酸カルシウムCaCO3・H2O;ネスケホナイトMgCO3・2H2O;等を含む沈殿物質)の一部となり得、本発明の組成物の乾燥(例えば、噴霧乾燥)により蒸発され得、または、プロセスのいくつかの他の部分において損失され得るために、本明細書に記載の再循環および他の方法は水を不可避的に消費する。このように、補給水は、二酸化炭素を処理して本発明の組成物(例えば、噴霧乾燥された沈殿物質)を生成する際に損失された水を補充するために供給され得る。例えば、1日当たり700,000ガロン未満の量の補給水が、35MWe石炭火力発電プラントからの煙道ガスから例えば噴霧乾燥された沈殿物質を生成するために失われた水を補充し得る。補給水のみを必要とするプロセスはプロセス水無排出プロセスとみなされ得る。補給水以外の追加の水が用いられるプロセスにおいては、その水は、本明細書に記載の水供給源(例えば、海水、塩水等)のいずれかから供給され得る。いくつかの実施形態において、例えば、水は、発電プラント冷却流から供給され、閉ループシステム中でこの冷却流に戻されてもよい。本発明のシステムおよび方法はリソースを効率的に用いるよう設計されているため、補給水および追加のプロセス水を要求するプロセスはプロセス水低排出プロセスとみなされる。
供給源二酸化炭素
いくつかの実施形態において、本発明は、一定量の水溶液を二酸化炭素の供給源と接触させて炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成する工程を提供し、ここで、組成物は溶液またはスラリーである。いくつかの実施形態において、溶液は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質を含むスラリーである。顕著な量の炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を生成する(例えば、塩水または海水から)ために十分な二酸化炭素が水溶液中にあればよいが;しかしながら、追加の二酸化炭素が一般に用いられる。CO2の供給源は、任意の簡便なCO2源であり得る。CO2の供給源は、ガス、液体、固体(例えば、ドライアイス)、超臨界流体、または、液体中に溶解したCO2であり得る。いくつかの実施形態において、CO2源は、排ガス流などの気体のCO2源である。気体のCO2源は、基本的に純粋なCO2であり得るか、または、以下により詳細に記載されているとおり、CO2に追加して1種以上の成分を含んでいてもよく、ここで、1種以上の成分は、1種以上の追加のガス(例えば、SOx、NOx)、非ガス状成分(例えば、フライアッシュなどの粒状物質)、または、これらの組み合わせを含んでいる。いくつかの実施形態において、気体のCO2源は、産業プラントの活動プロセスにより発生する排ガス流(例えば排気)であり得る。産業プラントの性質は様々であり得、産業プラントとしては、特にこれらに限定されないが、発電プラント、化学処理プラント、機械加工プラント、製油所、セメントプラント、鉄鋼プラント、および、燃料燃焼または他の処理ステップ(例えば、セメントプラントによるか焼)の副生成物としてCO2が発生する他の産業プラント。いくつかの実施形態において、例えば、気体のCO2源は石炭火力発電プラントからの煙道ガスであり得る。
いくつかの実施形態において、本発明は、一定量の水溶液を二酸化炭素の供給源と接触させて炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成する工程を提供し、ここで、組成物は溶液またはスラリーである。いくつかの実施形態において、溶液は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質を含むスラリーである。顕著な量の炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を生成する(例えば、塩水または海水から)ために十分な二酸化炭素が水溶液中にあればよいが;しかしながら、追加の二酸化炭素が一般に用いられる。CO2の供給源は、任意の簡便なCO2源であり得る。CO2の供給源は、ガス、液体、固体(例えば、ドライアイス)、超臨界流体、または、液体中に溶解したCO2であり得る。いくつかの実施形態において、CO2源は、排ガス流などの気体のCO2源である。気体のCO2源は、基本的に純粋なCO2であり得るか、または、以下により詳細に記載されているとおり、CO2に追加して1種以上の成分を含んでいてもよく、ここで、1種以上の成分は、1種以上の追加のガス(例えば、SOx、NOx)、非ガス状成分(例えば、フライアッシュなどの粒状物質)、または、これらの組み合わせを含んでいる。いくつかの実施形態において、気体のCO2源は、産業プラントの活動プロセスにより発生する排ガス流(例えば排気)であり得る。産業プラントの性質は様々であり得、産業プラントとしては、特にこれらに限定されないが、発電プラント、化学処理プラント、機械加工プラント、製油所、セメントプラント、鉄鋼プラント、および、燃料燃焼または他の処理ステップ(例えば、セメントプラントによるか焼)の副生成物としてCO2が発生する他の産業プラント。いくつかの実施形態において、例えば、気体のCO2源は石炭火力発電プラントからの煙道ガスであり得る。
気体廃棄物流は、本発明のCO2処理システムに、気体廃棄物流を輸送する任意の簡便な様式で産業プラントにより供給され得る。いくつかの実施形態において、排ガス流は、煙道または産業プラントの同様の構造(例えば、産業プラントの煙道)からCO2処理システムの1箇所以上に延びるガス移送手段(例えば、ダクト、パイプ等)で供給される。このような実施形態において、ライン(例えば、ダクト、パイプ等)は、煙道を通って出るガスがCO2処理システムの適切な箇所(例えば、処理装置、または、気体−液体接触器もしくは気体−液体−固体接触器などのその構成部)に輸送されるよう産業プラントの煙道に接続され得る。CO2処理システムの特定の構成に応じて、例えば所望の温度の排ガス流を供給するために、産業プラントのガス移送手段の位置は様々であり得る。このように、いくつかの実施形態において、例えば100℃〜400℃といった、60℃〜700℃を含む、0℃〜1800℃などの、0℃〜2000℃の範囲の温度を有する気体廃棄物流が所望される場合、煙道ガスは、ボイラー、ガスタービン、キルンの排出点、または、所望の温度をもたらす発電プラントの任意の点で得られ得る。ガス移送手段は、縮合および関連する複雑化を回避するために、露点(例えば、125℃)を超える温度で煙道ガスが維持されるよう構成されていてもよい。ステンレス鋼であるか、または、フルオロカーボン(ポリ(テトラフルオロエチレン)など)で内張りされたダクト材料を利用するなど、縮合の悪影響および他の有害な影響を低減させるために他の手段をとり得る。
CO2を含む廃棄物ガス流は、還元性条件流(例えば、合成ガス、合成シフトガス、天然ガス、水素等)および酸化性条件流(例えば、燃焼からもたらされる煙道ガス)の両方を含む。本発明に簡便であり得る特定の排ガス流としては、燃焼(例えば、煙道ガスの前処理をほとんどまたは全く伴わない石炭または他の炭素系燃料に由来)からもたらされる酸素含有煙道ガス、ターボ過給ボイラー生成ガス、石炭ガス化生成ガス、予燃焼合成ガス(例えば、発電プラントにおける石炭ガス化の最中に形成されるものなど)、シフト化石炭ガス化生成ガス、嫌気性消化装置生成ガス、坑口天然ガス流、改質天然ガスまたはメタンハイドレート等が挙げられる。任意の簡便な供給源からの燃焼ガスが本発明の方法およびシステムにおいて用いられ得る。いくつかの実施形態において、発電プラント、セメントプラント、および、石炭加工プラントなどの産業プラントの後燃焼流出液スタックからの燃焼ガスが用いられる。
それ故、排ガス流は、多様な異なるタイプの産業プラントから生成され得る。本発明に好適な排ガス流としては、化石燃料(例えば、石炭、油、天然ガス、プロパン、ディーゼル)、および、天然の有機燃料堆積物(例えば、タールサンド、重油、頁岩油等)の人為的燃料製品を燃焼させる産業プラントにより生成される排ガス流を含む。いくつかの実施形態において、本発明のシステムおよび方法に好適な排ガス流は、微粉炭発電プラント、超臨界石炭発電プラント、大量燃焼石炭発電プラント、流動床石炭発電プラントなどの石炭火力発電プラントから供給され得る。いくつかの実施形態において、排ガス流は、ガスまたは油火力ボイラーおよび水蒸気タービン発電プラント、ガスまたは油火力ボイラー単純サイクルガスタービン発電プラント、またはガスまたは油火力ボイラー複合サイクルガスタービン発電プラントから供給される。いくつかの実施形態において、合成ガス(すなわち、例えば、石炭、バイオマス等といった有機物のガス化によって生成されるガス)を燃焼させる発電プラントによって生成される排ガス流が用いられる。いくつかの実施形態において、石炭ガス化複合発電(IGCC)プラントからの排ガス流が用いられる。いくつかの実施形態において、廃熱回収ボイラ(HRSG)プラントによって生成される排ガス流が、本発明のシステムおよび方法に従って用いられる。
セメントプラントによって生成される排ガス流もまた本発明のシステムおよび方法に好適である。セメントプラント排ガス流は、湿式プロセスおよび乾式プロセスプラントの両方からの排ガス流を含み、これらのプラントはシャフト窯またはロータリー窯を採用し得、予備か焼装置を備えていてもよい。これらの産業プラントはそれぞれ、単一種の燃料を燃焼させても、2種以上の燃料を順次にまたは同時に燃焼させてもよい。精錬所および製油所などの他の産業プラントもまた二酸化炭素を含む排ガス流の有用な供給源である。
二酸化炭素は、主に排ガス流中の非空気由来成分であり得る。いくつかの実施形態において、排ガス流は、二酸化炭素を、例えば130,000ppm〜2000ppmといった200,000ppm〜2000ppmを含む、200,000ppm〜1000ppmなどの200ppm〜1,000,000ppmの範囲の量で含み得、ここで、二酸化炭素の量は時間平均量とみなされ得る。例えば、いくつかの実施形態においては、排ガス流は、二酸化炭素を、排ガス流(例えば、天然ガス火力発電プラント、炉、小型ボイラー等からのCO2)に応じて40,000ppm(4%)〜100,000ppm(10%)の範囲の量で含み得る。例えば、いくつかの実施形態においては、排ガス流は、二酸化炭素を、排ガス流(例えば、石炭火力発電プラント、油発電機、ディーゼル発電機等からのCO2)に応じて100,000ppm(10%)〜150,000ppm(15%)の範囲の量で含み得る。例えば、いくつかの実施形態においては、排ガス流は、二酸化炭素を、排ガス流(例えば、セメントプラントか焼、化学的プラント等からのCO2)に応じて200,000ppm(20%)〜400,000ppm(40%)の範囲の量で含み得る。例えば、いくつかの実施形態においては、排ガス流は、二酸化炭素を、排ガス流(例えば、エタノール発酵槽からのCO2、製油所での水蒸気改質、アンモニアプラント、代替天然ガス(SNG)プラントからのCO2、サワーガスから分離されたCO2等)に応じて、900,000ppm(90%)〜1,000,000ppm(100%)の範囲の量で含み得る。排ガス流中のCO2の濃度は、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、99%以上、99.9%以上、または99.99%で低減され得る。換言すると、少なくとも10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%、99.9%、または99.99%の二酸化炭素が排ガス流から除去され得る。
産業プラントからの排ガス流の一部(すなわち、気体廃棄物流全体ではない)が、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物の生成に用いられ得る。これらの実施形態において、組成物の生成に利用されるガス流の一部は、排ガス流の50%以下を含む、60%以下などの、75%以下であり得る。さらに他の実施形態において、産業プラントにより生成された排ガス流全体のほとんど(例えば、80%以上)が組成物の生成において利用される。これらの実施形態において、供給源によって生成された排ガス流(例えば、煙道ガス)の95%以上を含む、90%以上などの、80%以上であって、100%以下が本発明の組成物の生成に利用され得る。
産業プラントからの排ガス流は、比較的濃縮されたCO2の供給源および/または化石燃料の燃焼によりもたらされる追加の成分をもたらすが、本発明の方法およびシステムはまた、例えば煙道ガスよりも汚染物質をかなり低い濃度で含有する濃縮度の低い供給源(例えば大気)から燃焼ガス成分を除去するためにも適用可能である。それ故、いくつかの実施形態においては、方法およびシステムは、本発明の組成物を生成することにより、大気中のCO2および/または追加の成分の濃度を低減させる工程を含む。排ガス流のように、大気の一部の中のCO2の濃度は、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、99%以上、99.9%以上、または99.99%で低減され得る。このようなCO2の低減は、本明細書に記載の収率で、または、より高いか低い収率で達成され得、および、一つの処理ステップもしくは一連の処理ステップで達成され得る。
排ガス流の他の成分
本発明に好適な排ガス流は、水;硫黄酸化物(SOx);窒素酸化物(NOx);一酸化炭素(CO);アンチモン(Sb)、砒素(As)、バリウム(Ba)、ベリリウム(Be)、ホウ素(B)、カドミウム(Cd)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、銅(Cu)、鉛(Pb)、マンガン(Mn)、水銀(Hg)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、ラジウム(Ra)、セレニウム(Se)、銀(Ag)、ストロンチウム(Sr)、タリウム(Tl)、バナジウム(V)、および亜鉛(Zn)などの金属(ここで、これらの金属は、特にこれらに限定されないが、元素形態(例えば、Hg0)、塩(例えば、HgCl2)、無機化合物(例えば、HgO)、有機化合物(例えば、有機水銀化合物)、または粒状形態(例えば、Hg(p))を含む任意の入手可能な形態であればよい);フライアッシュ、塵埃(例えば、か焼による)、および金属などの粒状物質(固形分または液体の懸濁粒子;塩化水素およびフッ化水素などのハロゲン化物(これらはまた、例えばSOx(例えばSO3、SO2)と共に酸性ガスとみなされ得る);揮発性有機化合物(VOC)、炭化水素、ダイオキシンおよびポリ芳香族炭化水素(PAH)などの有機物;シアン化水素および硝酸硫黄(SNO3)などの有害物質;ならびに、ウラニウム(U)およびトリウム(Th)などの放射性同位元素を含む1種以上の追加の成分をさらに含み得、これらの任意の1種以上(例えば、2種以上、3種以上、4種以上、5種以上等)が本発明の組成物において分離され得る。いくつかの実施形態において、本発明は、追加の排ガス流成分の1種以上の少なくとも1%、5%、10%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9%、または99.99%を除去し、ここで、1種以上の成分の各々は、同一または異なるの割合レベルで除去されればよい。例えば、いくつかの実施形態においては、SOxの98%および水銀の95%が本発明のシステムおよび方法を用いて排ガス流から除去され得るが、その一方で、他の実施形態においては、SOxの98%および水銀の98%が排ガス流から除去され得る。他の例示的な実施形態においては、その各々が酸性ガスとしてみなされ得る、少なくとも99%のSO2、少なくとも88%のSO3、および81%のHClが、本発明のシステムおよび方法を用いて排ガス流から除去され得る。このような実施形態において、本発明は、酸性ガス(例えば、SOx、HCl等)の少なくとも80%を除去する。前述のものに追加して、二酸化炭素の少なくとも10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9%、または99.99%が排ガス流から除去され得る。
本発明に好適な排ガス流は、水;硫黄酸化物(SOx);窒素酸化物(NOx);一酸化炭素(CO);アンチモン(Sb)、砒素(As)、バリウム(Ba)、ベリリウム(Be)、ホウ素(B)、カドミウム(Cd)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、銅(Cu)、鉛(Pb)、マンガン(Mn)、水銀(Hg)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、ラジウム(Ra)、セレニウム(Se)、銀(Ag)、ストロンチウム(Sr)、タリウム(Tl)、バナジウム(V)、および亜鉛(Zn)などの金属(ここで、これらの金属は、特にこれらに限定されないが、元素形態(例えば、Hg0)、塩(例えば、HgCl2)、無機化合物(例えば、HgO)、有機化合物(例えば、有機水銀化合物)、または粒状形態(例えば、Hg(p))を含む任意の入手可能な形態であればよい);フライアッシュ、塵埃(例えば、か焼による)、および金属などの粒状物質(固形分または液体の懸濁粒子;塩化水素およびフッ化水素などのハロゲン化物(これらはまた、例えばSOx(例えばSO3、SO2)と共に酸性ガスとみなされ得る);揮発性有機化合物(VOC)、炭化水素、ダイオキシンおよびポリ芳香族炭化水素(PAH)などの有機物;シアン化水素および硝酸硫黄(SNO3)などの有害物質;ならびに、ウラニウム(U)およびトリウム(Th)などの放射性同位元素を含む1種以上の追加の成分をさらに含み得、これらの任意の1種以上(例えば、2種以上、3種以上、4種以上、5種以上等)が本発明の組成物において分離され得る。いくつかの実施形態において、本発明は、追加の排ガス流成分の1種以上の少なくとも1%、5%、10%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9%、または99.99%を除去し、ここで、1種以上の成分の各々は、同一または異なるの割合レベルで除去されればよい。例えば、いくつかの実施形態においては、SOxの98%および水銀の95%が本発明のシステムおよび方法を用いて排ガス流から除去され得るが、その一方で、他の実施形態においては、SOxの98%および水銀の98%が排ガス流から除去され得る。他の例示的な実施形態においては、その各々が酸性ガスとしてみなされ得る、少なくとも99%のSO2、少なくとも88%のSO3、および81%のHClが、本発明のシステムおよび方法を用いて排ガス流から除去され得る。このような実施形態において、本発明は、酸性ガス(例えば、SOx、HCl等)の少なくとも80%を除去する。前述のものに追加して、二酸化炭素の少なくとも10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9%、または99.99%が排ガス流から除去され得る。
低硫黄東部瀝青炭の燃焼によりもたらされる典型的な未処理煙道ガスにおいては、煙道ガスは、H2O(5〜7%);O2(3〜4%);CO2(15〜16%);Hg(1ppb);CO(20ppm);炭化水素(10ppm);HCl(100ppm);SOx(810ppm、ここで、SO2の濃度は800ppmであり、SO3の濃度は10ppmである);NOx(500ppm、ここで、NOの濃度は475ppmであり、NO2の濃度は25ppmである)、および、N2(残量)含み得る。異なる石炭は異なる汚染物濃度(例えば、10〜15%CO2、10〜20ppm CO、500〜3000ppm SOx、150〜500ppm NOx、1〜2ppb Hg、5〜10%フライアッシュ等)を有する未処理煙道ガスをもたらし得、これらの煙道ガスはいずれも本発明における使用に好適である。中にCO2が処理される媒体(例えば水溶液)に関して、排ガス流の追加の成分の多くは、便利なことに、厳密にではないが、可溶性(例えば、HgCl2、NO2等)、反応性(例えば、HCl、HF等)、または、不溶性および不反応性(例えば、As、Cd、Pb、Cr、V、Se等)と区分され得る。本発明の方法は、中にCO2が処理される媒体において一定の追加の成分がより可溶性であるか、または、より反応性であり得るよう排ガス流を処理する工程を含む。例えば、いくつかの実施形態においては、元素水銀は、塩化水素(HCl)または塩素(Cl2)の存在下に塩化第二水銀(HgCl2)に酸化され得、その各々は、本発明の電気化学的方法により生成され得る。これは、本発明の実施において、異なる塩素含有量を有する種々の石炭を燃焼させる際に思いがけなく発見された。より多くの塩素含有量を有する石炭が、種々の水銀種、特に二価水銀(Hg2+)の回収をより良好としたことが発見された。
硫黄酸化物(SOx)は、SO、S2O2、S2O、S3O、SxO(式中xは5〜10である)、S6O2、S7O2、および高分子酸化硫黄;一酸化硫黄(SO);二酸化硫黄(SO2);三酸化硫黄(SO3)などの低級硫黄酸化物;ならびに、SO3+y(式中0<y≦1)などの高級硫黄酸化物、または、これらの組み合わせのいずれかを指していればよい。石炭、油、天然ガス、またはいずれかの他の硫黄含有燃料の燃焼は、硫黄の98〜99%が二酸化硫黄(SO2)の形態であり、および1〜2%が三酸化硫黄(SO3)である煙道ガスを生成し得る。低級および高級硫黄分石炭に関して、SOxの合計濃度は、1,000〜4,000ppmの範囲内であり得る。本発明は、排ガス流の高度に効率的な脱硫、水溶液(例えば、海水、塩水等)の利用、および、任意により、産業廃棄物(例えば、フライアッシュ、CKD、ブルーサイトテーリング等)などのプロトン除去剤の供給源を提供する。いくつかの実施形態において、本発明は、SOxの少なくとも5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、または99.9%が排ガス流から除去される。このような実施形態において、SOxの除去は、追加的なSOx制御技術を伴わない本発明の処理装置における排ガス流の処理により直接的にもたらされ得る。いくつかの実施形態において、このようなSOxの除去は、本発明の処理装置における排ガス流の処理および脱硫技術の使用の組み合わせからもたらされ得る。このような脱硫技術としては、これらに限定されないが、湿式スクラビング、噴霧乾燥スクラビング、湿式硫酸プロセス(WSA)、および乾式吸着剤注入システムが挙げられる。本発明の処理装置を利用する排ガス流の脱硫は、例えば、硫酸カルシウムの本発明の沈殿物質への組み込みによりもたらされ得、次いで、これが、既成環境における種々の用途に用いられ得る。いくつかの実施形態において、強制酸化が用いられて排ガス流または溶液中の硫黄化合物が酸化(例えば、亜硫酸塩から硫酸塩へ)され、沈殿物質に組み込まれる硫酸塩が生成され得る。例えば、いくつかの実施形態においては、SO2は亜硫酸塩として溶液内に吸収され得、これが、次いで、エアレーションを介した酸化により硫酸塩に転化され得る。いくつかの実施形態において、SO2は溶液(例えば、プロトン除去剤および/または二価カチオンの溶液)との接触で亜硫酸塩に転化され得、この亜硫酸塩は、溶液中に既存の条件下で酸化され得る。このような実施形態において、硫酸塩は、本発明の沈殿物質、沈殿物質の分離からもたらされる上澄、または、沈殿物質および上澄の両方の中に存在し得る。
窒素酸化物は、NOおよびNO2、または、これらの組み合わせのいずれかを指し得、石炭、油、および他の燃料の燃焼の間、特に高温燃焼の間に生成され得る。NOxは主に一酸化窒素(NO)の形態で生成される。いくらかの二酸化窒素(NO2)もまた形成されるが、その濃度は典型的には200〜1000ppmである総NOx濃度の5%未満であり得る。いくつかの実施形態において、本発明は、NOxの少なくとも5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、または99.9%が排ガス流から除去される。このような実施形態において、NOxの除去は、追加のNOx制御技術を伴わずに、本発明の処理装置における排ガス流の処理から直接的にもたらされ得る。いくつかの実施形態において、このようなNOxの除去は、本発明の処理装置における排ガス流の処理および燃焼改良技術の使用の組み合わせからもたらされ得る。このように、いくつかの実施形態においては、燃焼段階化または煙道ガス再循環(FGR)などの予燃焼改良技術が用いられ得る。あるいは、NOx排出は、後燃焼改良技術を、本発明の処理装置における排ガス流の処理と組み合わせて用いて低減され得る。このような実施形態において、選択触媒還元(SCR)または選択的無触媒還元(SNCR)などの後燃焼改良技術が用いられ得る。予燃焼と後燃焼改良技術との組み合わせが本発明の処理装置における排ガス流の処理との組み合わせでも用いられ得る。
NOxの水性吸収はNOのNO2への強制酸化により促進され得、このNO2は、本発明の溶液中により可溶性であり、これは、プロトン除去剤、二価カチオン、または、プロトン除去剤および二価カチオンの両方を含む溶液を含む。いくつかの実施形態において、過酸化水素(H2O2)(例えば、メタノール中の過酸化水素)は、本明細書において参照によりその全体が援用される米国特許第5,670,122号明細書に記載されているとおり、排ガス流に注入されてNOをNO2に酸化し得る。いくつかの実施形態において、注入されたH2O2(MeOH)対総汚染物質のモル比は、例えば0.1対2.0、0.1対1.0または0.1対0.5といった、0.1対3.0を含む、0.1対4.0などの、0.01対5.0である。例えば、2モルの総汚染物質に対して1モルのH2O2(MeOH)が注入される場合、注入されたH2O2(MeOH)対総汚染物質のモル比は、0.5である。機構的には、この技術はNOのNO2へのフリーラジカル−媒介酸化を含み得、その形成は、例えば、NOx制御用の後変更改良技術(例えばSCRシステム)を欠く石炭火力発電プラントにおける湿式−スクラビングを可能とする。いくつかの実施形態において、キレート化剤が用いられてNO2の吸収が向上され得、特に高められた濃度は、NOのNO2への強制酸化からもたらされる。いくつかの実施形態において、NO2吸収から形成された硝酸塩は、ハイドロタルサイト(アルミニウム−炭酸マグネシウム−水酸化物)マトリックスに組み込まれ得る。いくつかの実施形態において、NOxの水性ベースの遷移金属−触媒還元によるN2は、クリーンな排ガス流中のN2と共に大気中に放出されてもよい。
上記のとおり、排ガス流中の金属は任意の利用可能な形態であり得る。水銀を非限定的な金属の例として用いると、元素水銀(Hg0)、および/または、異なる形態の、酸化第二水銀(HgO)、塩化第二水銀(HgCl2)、塩化第一水銀(Hg2Cl2)、粒状水銀(Hg(p))等などの気体および粒状水銀化合物が、石炭および他の水銀含有燃料の燃焼から大気中に放出され得る。米国における石炭燃焼からもたらされる煙道ガス中の水銀の平均濃度は約3ppbであり得るが、一方で、廃棄物発電(WtE)または廃棄物利用エネルギー(EfW)プラントからの水銀放出は、0ppb〜100ppbの範囲であり得る。このように、水銀放出は、大きく異なり得る。いくつかの実施形態において、本発明は、水銀および/またはいずれかの他の微量金属(例えば、Ag、As、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Tl、V、Zn等)の少なくとも5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、または99.9%を排ガス流から除去する。いくつかの実施形態において、例えば、本発明は、水銀および/またはいずれかの他の微量金属(例えば、Ag、As、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Tl、V、Zn等)の少なくとも80%を排ガス流から除去する。このような実施形態において、水銀および/またはいずれかの他の微量金属の除去は、追加の制御技術(例えば、水銀制御技術)を伴わずに、本発明の処理装置における排ガス流の処理から直接的にもたらされ得る。いくつかの実施形態において、このような微量金属(例えば水銀)の除去は、本発明の処理装置における排ガス流の処理および制御技術(例えば水銀制御技術)の使用の組み合わせからもたらされ得る。水銀を非限定的な金属の例として用いると、いくつかの実施形態においては、静電集塵装置、織布フィルタ、煙道ガス脱硫(FGD)、および/または、選択触媒還元(SCR)の使用を含む、非特定的な水銀制御技術の1種以上が用いられ得る。例えば、いくつかの実施形態においては、静電集塵装置は、粒状水銀を除去するために用いられ得;織布フィルタは、フライアッシュに吸着された酸化水銀、フライアッシュに吸着された元素水銀、または、粒状水銀を除去するために用いられ得;煙道ガスからのSOxの除去に追加して、FGDは、煙道ガスから酸化水銀を除去するために用いられ得;ならびに、SCRは、煙道ガス中の元素水銀の量を低減させるために用いられ得;または、前述のものの組み合わせのいくつかが用いられ得る。いくつかの実施形態において、1種以上の特定の水銀制御技術が、本発明の処理装置における排ガス流の処理との組み合わせで用いられ得る。例えば、いくつかの実施形態においては、吸着剤注入(例えば、活性炭素またはハロゲン化炭素の注入)または吸着媒を通した排ガス流の流過が用いられ得る。他の非限定的な例において、元素水銀の不揮発性水銀化合物の化学的転換(例えば、専用の酸化スキームを用いた促進されたFGD)が用いられ得る。実際に、複数の酸化アプローチを用いて、水銀および/またはいずれかの他の微量金属を、水性スクラビングにより容易に供されることが可能であり、または、水溶液により容易に取り込まれることが可能である可溶性形態(例えば、二価水銀)に転化し得る。上述のとおり、過酸化水素(例えば、メタノール中の過酸化水素)の注入は、このような酸化方法の1種であろう。加えて、燃焼器または排ガス流における、種々の形態(HCl、Cl2)、異なる濃度、および/または、異なる温度での塩素の注入は、本発明の溶液中に可溶性である金属種(例えばHgCl2などの二価水銀)を生成し得、これは、プロトン除去剤および/または二価カチオンを含む。いくつかの実施形態において、還元アプローチを用いて、金属種をより可溶性であるか、または、水性スクラビングに供されることが可能である有害性の低い形態に転化させ得る。例えば、いくつかの実施形態においては、排ガス流、プロトン除去剤の産業廃棄物供給源(例えば、フライアッシュ)、および/または、二価カチオンの産業廃棄物供給源からのCr6+はCr3+に還元され得、これは、六価クロム(Cr6+)と比して無毒性である。非特定の微量金属および特定の微量金属(例えば、水銀)制御技術の組み合わせは、本発明の処理装置における排ガス流の処理との組み合わせでも用いられ得る。
CO2を参照して上記に記載されているとおり、産業プラントからの排ガス流が化石燃料の燃焼からのSOx、NOx、水銀等などの排ガス流成分の比較的濃縮された供給源をもたらすが、本発明の方法およびシステムはまた、このような排ガス流成分を、このような成分を例えば煙道ガスよりも低い濃度で含有する濃縮度が低い供給源(例えば大気)から除去するためにも適用可能である。それ故、いくつかの実施形態においては、この方法およびシステムは、SOx、NOx、水銀等などの大気中の排ガス流成分の濃度を本発明の組成物を生成することにより低減させる工程を含む。排ガス流と同様に、大気の一部におけるSOx、NOx、水銀等の濃度は、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、99%以上、99.9%以上、または99.99%で低減され得る。SOx、NOx、水銀等などの排ガス流成分のこのような低減は、本明細書に記載の収率で、または、これより高いか低い収率で達成され得、および、一つの処理ステップもしくは一連の処理ステップで達成され得る。
プロトン除去剤の供給源またはプロトン除去を達成する方法
いくつかの実施形態において、本発明は、一定の量の水溶液を二酸化炭素の供給源と接触させて炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成する工程を提供し、ここで、組成物は溶液またはスラリーである。水溶液を二酸化炭素の供給源と接触させる工程は、CO2の水溶液への溶解を促進させて、重炭酸塩および炭酸塩の両方での平衡における種である炭酸を生成させる。本発明の組成物(例えば、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質)を生成するために、プロトンが水溶液中の種々の種(例えば炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウム等)から除去されて、平衡が、重炭酸塩、炭酸塩、または、その途中に向かってシフトする。プロトンが除去されるに伴って、より多くのCO2が溶液中に入る。いくつかの実施形態において、プロトン除去剤および/または方法は、水溶液をCO2と接触させて反応の1つの相におけるCO2吸収を高める間に用いられ、ここで、プロトンの急速な除去に続いて(例えば、塩基の添加により)、pHは、一定に維持されるか、高められるか、または、さらには低下され得、これは、いくつかの実施形態において、沈殿物質の急速な凝縮を生じさせ得る。プロトンは、特にこれらに限定されないが、天然のプロトン除去剤の使用、微生物および真菌の使用、合成化学的プロトン除去剤の使用、産業プロセスからの廃棄物流の回収、ならびに、電気化学的手段の使用を含む任意の簡便なアプローチによって、種々の種(例えば炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウム等)から除去され得る。
いくつかの実施形態において、本発明は、一定の量の水溶液を二酸化炭素の供給源と接触させて炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成する工程を提供し、ここで、組成物は溶液またはスラリーである。水溶液を二酸化炭素の供給源と接触させる工程は、CO2の水溶液への溶解を促進させて、重炭酸塩および炭酸塩の両方での平衡における種である炭酸を生成させる。本発明の組成物(例えば、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質)を生成するために、プロトンが水溶液中の種々の種(例えば炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウム等)から除去されて、平衡が、重炭酸塩、炭酸塩、または、その途中に向かってシフトする。プロトンが除去されるに伴って、より多くのCO2が溶液中に入る。いくつかの実施形態において、プロトン除去剤および/または方法は、水溶液をCO2と接触させて反応の1つの相におけるCO2吸収を高める間に用いられ、ここで、プロトンの急速な除去に続いて(例えば、塩基の添加により)、pHは、一定に維持されるか、高められるか、または、さらには低下され得、これは、いくつかの実施形態において、沈殿物質の急速な凝縮を生じさせ得る。プロトンは、特にこれらに限定されないが、天然のプロトン除去剤の使用、微生物および真菌の使用、合成化学的プロトン除去剤の使用、産業プロセスからの廃棄物流の回収、ならびに、電気化学的手段の使用を含む任意の簡便なアプローチによって、種々の種(例えば炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウム等)から除去され得る。
天然のプロトン除去剤は、塩基性局地環境を形成するか有し得る広い環境において見いだされるプロトン除去剤のいずれかを含む。いくつかの実施形態は、溶液への添加で塩基性環境を形成する無機塩類を含む天然のプロトン除去剤を提供する。このような無機塩類としては、これらに限定されないが、石灰(CaO);ペリクレース(MgO);水酸化鉄無機塩類(例えば、針鉄鉱および褐鉄鉱);ならびに、火山灰が挙げられる。このような無機塩類を含むこのような無機塩類および岩石を消化する方法は、本明細書において参照によりその全体が援用される2009年7月10日に出願の米国特許出願公開第12/501,217号明細書に記載されている。いくつかの実施形態は、天然の水体を供給源プロトン除去剤として用いる工程を提供し、この水体は、炭酸塩、ホウ酸塩、硫酸塩あるいは硝酸塩アルカリ分、または、いくつかのこれらの組み合わせを含む。任意のアルカリ性の塩水(例えば、表面塩水、地中塩水、深層塩水等)が、本発明における使用に好適である。いくつかの実施形態においては、炭酸塩アルカリ分を含む表面塩水がプロトン除去剤の供給源を提供する。いくつかの実施形態において、ホウ酸塩アルカリ分を含む表面塩水がプロトン除去剤の供給源を提供する。いくつかの実施形態においては、炭酸塩アルカリ分を含む地中塩水がプロトン除去剤の供給源を提供する。いくつかの実施形態においては、ホウ酸塩アルカリ分を含む地中塩水がプロトン除去剤の供給源を提供する。いくつかの実施形態においては、炭酸塩アルカリ分を含む深層塩水がプロトン除去剤の供給源を提供する。いくつかの実施形態においては、ホウ酸塩アルカリ分を含む深層塩水がプロトン除去剤の供給源を提供する。天然のアルカリ性の水体の例としては、これらに限定されないが、表面水供給源(例えば、CaliforniaにおけるMono Lakeなどのアルカリ性の湖)、および、地下水供給源(例えば、CaliforniaにおけるSearles Lakeに位置している深層地質アルカリ性帯水層などの塩基性の帯水層)が挙げられる。他の実施形態は、アフリカのGreat Rift ValleyにおけるLake Natronに沿った地殻などの乾燥したアルカリ性の水体からの堆積物の使用を提供する。塩水および蒸発残留岩の追加の供給源に関しては、本明細書において参照によりその全体が援用される2009年11月25日に出願の米国仮特許出願第61/264,564号明細書を参照のこと。いくつかの実施形態においては、正常な新陳代謝において塩基性分子または溶液を排出する生体が、プロトン除去剤として用いられる。このような生体の例は、アルカリ性のタンパク分解酵素(例えば、至適pHが9である深海真菌アスペルギルスウスタス(Aspergillus ustus))を産生する真菌、および、アルカリ性の分子を形成するバクテリア(例えば、光合成の副生物からpHを高める、British ColumbiaにおけるAtlin湿地からのリングビア属(Lyngbya sp.)などのシアノバクテリア)である。いくつかの実施形態において、生体が用いられてプロトン除去剤が生成され、ここで、生体(例えば、尿素をアンモニアに加水分解するバチルスパストゥリ(Bacillus pasteurii))は、汚染物(例えば尿素)を代謝して、プロトン除去剤またはプロトン除去剤を含む溶液(例えば、アンモニア、水酸化アンモニウム)を生成する。いくつかの実施形態において、生体は、凝縮反応混合物とは個別に培養され、ここで、プロトン除去剤またはプロトン除去剤を含む溶液が凝縮反応混合物の添加に用いられる。いくつかの実施形態において、天然のまたは製造された酵素が、プロトン除去剤と組み合わされて用いられて、沈殿物質の凝縮が引き起こされる。プラントおよび動物により産生される酵素である炭酸脱水酵素は、水溶液中での炭酸の重炭酸塩への変換を加速させる。このように、本明細書においてさらに詳細に記載されているとおり、炭酸脱水酵素が用いられて、CO2の溶解が促進され得、および、沈殿物質の凝縮が加速され得る。
プロトンの除去を達成するための化学薬剤は、一般に、大量に製造されており、市販されている合成化学薬剤を指す。例えば、プロトンを除去するための化学薬剤としては、これらに限定されないが、水酸化物、有機塩基、超塩基、酸化物、アンモニア、および、炭酸塩が挙げられる。水酸化物は、水酸化物アニオンを溶液中にもたらす化学種を含み、例えば、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化カルシウム((OH)2)、または水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)が挙げられる。有機塩基は、一般に、窒素塩基である炭素含有分子であり、メチルアミンなどの第一級アミン、ジイソプロピルアミンなどの第二級アミン、ジイソプロピルエチルアミンなどの第三級アミン、アニリンなどの芳香族アミン、ピリジン、イミダゾールおよびベンズイミダゾールなどの複素環式芳香族化合物、ならびに、これらの種々の形態が挙げられる。いくつかの実施形態において、ピリジン、メチルアミン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、ヒスチジン、および、ホスファゼンから選択される有機塩基が用いられて、本発明の組成物の調製のために種々の種(例えば、炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウム等)からプロトンが除去される。いくつかの実施形態において、アンモニアが用いられて、本発明の組成物の調製に十分なレベルにpHが高められる。プロトン除去剤としての使用に好適な超塩基としては、ナトリウムエトキシド、ナトリウムアミド(NaNH2)、水素化ナトリウム(NaH)、ブチルリチウム、リチウムジイソプロピルアミド、リチウムジエチルアミド、およびリチウムビス(トリメチルシリル)アミドが挙げられる。例えば酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化ベリリウム(BeO)、および、酸化バリウム(BaO)を含む酸化物もまた、用いられ得る好適なプロトン除去剤である。本発明における使用のための炭酸塩としては、これらに限定されないが、炭酸ナトリウムが挙げられる。
本発明における使用に好適なカチオン(例えば、Ca2+、Mg2+等)および他の好適な金属形態を含むことに加えて、種々の産業プロセスからの廃棄物流(すなわち、産業廃棄物流)がプロトン除去剤を供給し得る。このような廃棄物流としては、これらに限定されないが、採鉱廃棄物;灰(例えば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグなどの石炭灰);スラグ(例えば鉄スラグ、亜リン酸スラグ);セメントキルン廃棄物(例えば、セメントキルン塵埃(CKD));製油所/石油化学精製所廃棄物(例えば油田およびメタン層塩水);石炭層廃棄物(例えばガス生成塩水および石炭層塩水);紙加工廃棄物;軟水化廃棄塩水(例えば、イオン交換流出液);ケイ素処理廃棄物;農業廃棄物;金属仕上廃棄物;高pH生地廃棄物;および苛性スラッジが挙げられる。採鉱廃棄物は、土中からの金属または他の貴重なまたは有用な無機塩類の抽出からの廃棄物のいずれかを含む。いくつかの実施形態において、採鉱からの廃棄物が用いられてpHが変更されるが、ここで、この廃棄物は、Bayerアルミニウム抽出プロセスからの赤泥;海水からのマグネシウム抽出からの廃棄物(例えば、Moss Landing,Californiaに見いだされるものなどのMg(OH)2);ならびに、浸出を含む採鉱プロセスからの廃棄物から選択される。例えば、本明細書において参照によりその全体が援用される2009年3月18日に出願の米国仮特許出願第61/161369号明細書に記載されているとおり、pHの変更に赤泥が用いられる。処理条件および供給源材料(例えばボーキサイト)に応じて、赤泥は、Fe2O3、Al2O3、SiO2、Na2O、CaO、TiO2、K2O、MgO、CO2、S2O、MnO2、P2O5を含んでいてもよく、これらの種の各々は、最も豊富なものから最も微量なものへの順番でおおまかに列挙されており、および、これらの種の各々は、簡便性のために酸化物として表記されている。まとめて金属酸化物の廃棄物源であり、その開示が本明細書においてその全体が援用される2009年6月17日に出願の米国特許出願公開第12/486692号明細書にさらに記載されている石炭灰、セメントキルン塵埃、およびスラグは、単独で、または、他のプロトン除去剤との組み合わせで用いられて、本発明用のプロトン除去剤が生成され得る。動物廃棄物または過剰量の肥料の使用の一方を介する農業廃棄物は、水酸化カリウム(KOH)またはアンモニア(NH3)またはこの両方を含有し得る。このように、農業廃棄物が、本発明のいくつかの実施形態において、プロトン除去剤として用いられ得る。この農業廃棄物は、度々、池で収集されるが、これはまた、帯水層に浸透している場合があり、ここで、到達し用いることが可能である。
電気化学的方法が、プロトンを、溶質(例えば、炭酸または重炭酸塩の脱プロトン化)から、または、溶剤(例えば、ヒドロニウムまたは水の脱プロトン化)から除去することにより、溶液中の種々の種からプロトンを除去するための他の手段である。溶剤の脱プロトン化は、例えば、CO2の溶解からのプロトン生成が溶質分子からの電気化学的プロトン除去に一致するかこれを超える場合にもたらされ得る。いくつかの実施形態において、低電圧電気化学的方法が用いられて、例えば、CO2が凝縮反応混合物または凝縮反応混合物への前駆体溶液(すなわち、二価カチオンを含有していてもいなくてもよい溶液)中に溶解するに伴って、プロトンが除去される。いくつかの実施形態において、二価カチオンを含有しない水溶液中に溶解したCO2は、低電圧電気化学的方法により処理されて、CO2の溶解によりもたらされる、炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウム、または、任意の種、または、これらの組み合わせからプロトンが除去される。低電圧電気化学的方法は、0.9V以下、0.8V以下、0.7V以下、0.6V以下、0.5V以下、0.4V以下、0.3V以下、0.2V以下または0.1V以下などの1V以下などの1.5、1.4、1.3、1.2、1.1V以下などの2、1.9、1.8、1.7または1.6V以下の平均電圧で作動する。塩素ガスを発生させない低電圧電気化学的方法が本発明のシステムおよび方法における使用に簡便である。酸素ガスを発生させないプロトンを除去する低電圧電気化学的方法もまた、本発明のシステムおよび方法における使用に簡便である。いくつかの実施形態において、低電圧法は、如何なるガスも陽極で発生させない。いくつかの実施形態において、低電圧電気化学的方法は、水素ガスを陰極で発生させ、これを陽極に送り、ここで、水素ガスがプロトンに転化される。水素ガスを発生させない電気化学的方法もまた簡便であり得る。いくつかの事例においては、プロトンを除去する電気化学的方法は、如何なる気体の副生物も発生させない。プロトン除去を達成するための電気化学的方法は、その各々が、本明細書において参照によりその全体が援用される、2008年12月24日に出願の米国特許出願公開第12/344,019号明細書;2008年12月23日に出願の米国特許出願公開第12/375,632号明細書;2008年12月23日に出願の国際公開第PCT/US08/088242号パンフレット;2009年1月28日に出願の国際公開第PCT/US09/32301号パンフレット;および2009年6月24日に出願の国際公開第PCT/US09/48511号パンフレットにさらに記載されている。
あるいは、電気化学的方法が用いられて、例えば、クロロ−アルカリプロセス、または、その変性(例えば、低電圧変性)を介して、苛性分子(例えば、水酸化物)が生成されてもよい。電極(すなわち陰極および陽極)が水溶液または廃棄物ガス−充填(例えば、CO2充填)溶液を含む装置中に存在し得、および、メンブランなどの選択的バリアが電極を分離し得る。プロトンを除去するための電気化学的システムおよび方法は、収集されて他の目的のために用いられ得る副生成物(例えば水素)を生成してもよい。本発明のシステムおよび方法において用いられ得る追加の電気化学的アプローチとしては、特に限定されないが、その開示が参照により本明細書において援用されている、2008年7月16日に出願の米国仮特許出願第61/081,299号明細書および米国仮特許出願第61/091,729号明細書に記載のものが挙げられる。プロトン除去剤の上述の供給源およびプロトンの除去を達成する方法の組み合わせが採用され得る。
二価カチオンの供給源
いくつかの実施形態において、本発明は、一定量の液体(例えば水溶液)を二酸化炭素の供給源と接触させて炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成する工程を提供し、ここで、組成物は溶液またはスラリーである。炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質を生成するために、本発明の方法は、一定量の二価カチオン含有水溶液をCO2の供給源と接触させる工程、および、得られた溶液を凝縮を促進させる条件に供する工程を含む。二価カチオンは、特定の場所での入手可能性に応じて、二価カチオンの多数の異なる供給源のいずれかに由来し得る。このような供給源としては、産業廃棄物、海水、塩水、硬水、岩石および無機塩類(例えば、石灰、ペリクレース、蛇紋岩およびカンラン石などの金属ケイ酸塩を含む材料)、および、任意の他の好適な供給源が挙げられる。
いくつかの実施形態において、本発明は、一定量の液体(例えば水溶液)を二酸化炭素の供給源と接触させて炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む組成物を生成する工程を提供し、ここで、組成物は溶液またはスラリーである。炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質を生成するために、本発明の方法は、一定量の二価カチオン含有水溶液をCO2の供給源と接触させる工程、および、得られた溶液を凝縮を促進させる条件に供する工程を含む。二価カチオンは、特定の場所での入手可能性に応じて、二価カチオンの多数の異なる供給源のいずれかに由来し得る。このような供給源としては、産業廃棄物、海水、塩水、硬水、岩石および無機塩類(例えば、石灰、ペリクレース、蛇紋岩およびカンラン石などの金属ケイ酸塩を含む材料)、および、任意の他の好適な供給源が挙げられる。
いくつかの場所では、種々の産業プロセスからの廃棄物流(すなわち、産業廃棄物流)が、二価カチオン(ならびに、金属水酸化物などのプロトン除去剤)の簡便な供給源をもたらす。このような廃棄物流としては、これらに限定されないが、採鉱廃棄物;灰(例えば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグなどの石炭灰);スラグ(例えば鉄スラグ、亜リン酸スラグ);セメントキルン廃棄物(例えば、セメントキルン塵埃);製油所/石油化学精製所廃棄物(例えば油田およびメタン層塩水);石炭層廃棄物(例えばガス生成塩水および石炭層塩水);紙加工廃棄物;軟水化廃棄塩水(例えば、イオン交換流出液);ケイ素処理廃棄物;農業廃棄物;金属仕上廃棄物;高pH生地廃棄物;および苛性スラッジが挙げられる。本明細書において参照によりその全体が援用される2009年6月17日に出願の米国特許出願公開第12/486,692号明細書においてさらに記載されている、まとめて金属酸化物の廃棄物源である、灰、セメントキルン塵埃、およびスラグは、本明細書において参照によりその全体が援用される2009年7月10日に出願の米国特許出願公開第12/501,217号明細書にさらに記載されている、金属ケイ酸塩を含む材料との任意の組み合わせで用いられ得る。本明細書に記載の二価カチオン供給源のいずれも、混合されて、本発明の実施目的のために合致され得る。例えば、金属ケイ酸塩を含む材料(例えば、カンラン石、蛇紋岩等などのケイ酸マグネシウム無機塩類)は、本発明を実施する目的のために、本明細書に記載の二価カチオンの供給源のいずれかと組み合わされ得る。
いくつかの場所では、本発明の組成物(例えば、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質)の調製のための簡便な二価カチオンの供給源は、水(例えば、海水または塩水などの二価カチオンを含む水溶液)であるが、これは、本発明が実施される特定の場所に応じて様々であり得る。用いられ得る二価カチオンの好適な水溶液は、1種以上の二価カチオンを含む溶液を含む(例えば、Ca2+およびMg2+などのアルカリ土類金属カチオン)。いくつかの実施形態において、二価カチオンの水性供給源は、アルカリ土類金属カチオンを含む。いくつかの実施形態において、アルカリ土類金属カチオンとしては、カルシウム、マグネシウム、または、これらの混合物が挙げられる。いくつかの実施形態において、二価カチオンの水溶液は、カルシウムを、50〜50,000ppm、50〜40,000ppm、50〜20,000ppm、100〜10,000ppm、200〜5000ppm、または400〜1000ppmの範囲の量で含む。いくつかの実施形態において、二価カチオンの水溶液は、マグネシウムを、50〜40,000ppm、50〜20,000ppm、100〜10,000ppm、200〜10,000ppm、500〜5000ppm、または500〜2500ppmの範囲の量で含む。いくつかの実施形態において、Ca2+およびMg2+の両方が存在する場合、二価カチオンの水溶液中のCa2+対Mg2+の比(すなわち、Ca2+:Mg2+)は、1:1〜1:2.5;1:2.5〜1:5;1:5〜1:10;1:10〜1:25;1:25〜1:50;1:50〜1:100;1:100〜1:150;1:150〜1:200;1:200〜1:250;1:250〜1:500;1:500〜1:1000、または、これらの範囲である。例えば、いくつかの実施形態においては、二価カチオンの水溶液中のCa2+対Mg2+の比は、1:1〜1:10;1:5〜1:25;1:10〜1:50;1:25〜1:100;1:50〜1:500;または、1:100〜1:1000である。いくつかの実施形態において、二価カチオンの水溶液中のMg2+対Ca2+の比(すなわち、Mg2+:Ca2+)は、1:1〜1:2.5;1:2.5〜1:5;1:5〜1:10;1:10〜1:25;1:25〜1:50;1:50〜1:100;1:100〜1:150;1:150〜1:200;1:200〜1:250;1:250〜1:500;1:500〜1:1000、または、これらの範囲である。例えば、いくつかの実施形態においては、二価カチオンの水溶液中のMg2+対Ca2+の比は、1:1〜1:10;1:5〜1:25;1:10〜1:50;1:25〜1:100;1:50〜1:500;または、1:100〜1:1000である。
二価カチオンの水溶液は、淡水、汽水、海水、または、塩水(例えば、天然の塩水、または、地熱プラント排水、脱塩プラント排水などの人為的塩水)、ならびに、淡水を超える塩分を有する天然のものであっても人為的なものであってもよい他の水溶液に由来の二価カチオンを含み得る。本発明を説明するための簡便性のため、淡水は、0.5ppt(千分率)未満の塩分を有するとみなされ得る。汽水は、淡水よりも塩を含むが、海水ほど塩を含み得ない。汽水は、約0.5〜約35pptの範囲の塩分を有するとみなされ得る。海水は、海、外洋、または、約35〜約50pptの範囲の塩分を有するいずれかの他の水塊からの水であり得る。塩水は、約50ppt以上である塩分を含み得る。このように、塩水は、塩で飽和されていか、または、ほとんど飽和されている水であり得る。いくつかの実施形態において、二価カチオンが由来する水供給源は、富無機塩類(例えば、富カルシウムおよび/または富マグネシウム)淡水供給源である。いくつかの実施形態において、二価カチオンが由来する水供給源は、海、外洋、湖、湿地、河口、ラグーン、表面塩水、深層塩水、アルカリ性の湖、縁海等から選択される天然の塩水供給源である。いくつかの実施形態において、二価カチオンが由来する水供給源は、表面塩水である。いくつかの実施形態において、二価カチオンが由来する水供給源は、地中塩水である。いくつかの実施形態において、二価カチオンが由来する水供給源は、深層塩水である。いくつかの実施形態において、二価カチオンが由来する水供給源は、Ca−Mg−Na−(K)−Cl;Na−(Ca)−SO4−Cl;Mg−Na−(Ca)−SO4−Cl;Na−CO3−Cl;またはNa−CO3−SO4−Cl塩水である。いくつかの実施形態において、二価カチオンが由来する水供給源は、地熱プラント排水または脱塩排水から選択される人為的塩水である。
淡水は、度々、簡便な二価カチオンの供給源(例えば、Ca2+およびMg2+などのアルカリ土類金属のカチオン)である。任意の多数の好適な淡水供給源が用いられ得、比較的無機塩類を含まない供給源から比較的無機塩類に富む供給源までの淡水供給源が含まれる。富無機塩類淡水供給源は天然のものであり得、多数の硬水供給源、湖、または縁海のいずれかが含まれる。アルカリ性の湖または縁海(例えば、トルコのLake Van)などのいくつかの富無機塩類淡水供給源もまた、pH変更剤の供給源を提供する。富無機塩類淡水供給源もまた人為的なものであり得る。例えば、貧無機塩類(軟)水が、アルカリ土類金属カチオン(例えば、Ca2+、Mg2+等)などの二価カチオンの供給源と接触されて、本明細書に記載の方法およびシステムに好適な富無機塩類水が生成され得る。二価カチオンまたはその前駆体(例えば塩、無機塩類)は、淡水(または、本明細書に記載のいずれかの他の種類の水)に、任意の簡便なプロトコル(例えば、固形分、懸濁液または溶液の添加)を用いて添加され得る。いくつかの実施形態において、Ca2+およびMg2+から選択される二価カチオンが淡水に添加される。いくつかの実施形態においては、Na+およびK+から選択される一価カチオンが淡水に添加される。いくつかの実施形態においては、Ca2+を含む淡水が、金属ケイ酸塩、灰(例えば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグ)、または、前述のものの組み合わせを含むその生成物または加工形態を含む材料と組み合わされて、カルシウムカチオンおよびマグネシウムカチオンを含む溶液が得られる。
いくつかの実施形態において、二価カチオンの水溶液は、排ガス流(例えば、燃焼ガス流)をも供給する産業プラントから入手され得る。例えば、海水冷却産業プラントなどの水冷産業プラントにおいては、産業プラントにより冷却に用いられた水は、次いで、沈殿物質を生成するための水として用いられ得る。所望の場合には、水は、本発明の凝縮システムに入る前に冷却されてもよい。このようなアプローチは、例えば、単流冷却システムで採用され得る。例えば、水道水または農業用水の供給は、産業プラント用の単流冷却システムとして採用され得る。次いで、産業プラントからの水は、沈殿物質を生成するために採用され得、ここで、産出される水は、低い硬度および高い純度を有する。
二価カチオンの水溶液はプロトン除去剤をさらに供給し得、これは、アルカリ分または酸を炭酸塩または重炭酸塩の平衡点まで中和する二価カチオン含有溶液の能力として表記され得る。アルカリ度(AT)は、以下の式で表記され得る。
AT=[HCO3 −]T+2[CO3 2−]T+[B(OH)4 −]T+[OH−]T+2[PO4 3−]T+[HPO4 2−]T+[SiO(OH)3 −]T−[H+]sws−[HSO4 −]、
式中、「T」は、計測された溶液中の種の総濃度を示す。供給源に応じて、他の種もアルカリ分に寄与し得る。溶液中の種の総濃度は、例えば海水中で生じる顕著な量のイオン対相互作用が考慮された遊離濃度と反する。この式によれば、二価カチオンの水性供給源は、二価カチオンの水性供給源のアルカリ分に寄与し得る、重炭酸塩、炭酸塩、ホウ酸塩、水酸化物、リン酸塩、重リン酸塩、および/または、ケイ酸塩を種々の濃度で含み得る。任意の種類のアルカリ分が本発明に好適である。例えば、いくつかの実施形態においては、ホウ酸塩アルカリ分が高い二価カチオンの供給源が本発明に好適である。このような実施形態において、ホウ酸塩濃度は、例えば炭酸塩および/または重炭酸塩を含む溶液中の任意の他の種の濃度を超えていてもよい。いくつかの実施形態において、二価カチオンの供給源は、少なくとも10、100、500、1000、1500、3000、5000、5000mEq以上のアルカリ分を有する。例えば、いくつかの実施形態においては、二価カチオンの供給源は500〜1000mEqのアルカリ分を有する。
AT=[HCO3 −]T+2[CO3 2−]T+[B(OH)4 −]T+[OH−]T+2[PO4 3−]T+[HPO4 2−]T+[SiO(OH)3 −]T−[H+]sws−[HSO4 −]、
式中、「T」は、計測された溶液中の種の総濃度を示す。供給源に応じて、他の種もアルカリ分に寄与し得る。溶液中の種の総濃度は、例えば海水中で生じる顕著な量のイオン対相互作用が考慮された遊離濃度と反する。この式によれば、二価カチオンの水性供給源は、二価カチオンの水性供給源のアルカリ分に寄与し得る、重炭酸塩、炭酸塩、ホウ酸塩、水酸化物、リン酸塩、重リン酸塩、および/または、ケイ酸塩を種々の濃度で含み得る。任意の種類のアルカリ分が本発明に好適である。例えば、いくつかの実施形態においては、ホウ酸塩アルカリ分が高い二価カチオンの供給源が本発明に好適である。このような実施形態において、ホウ酸塩濃度は、例えば炭酸塩および/または重炭酸塩を含む溶液中の任意の他の種の濃度を超えていてもよい。いくつかの実施形態において、二価カチオンの供給源は、少なくとも10、100、500、1000、1500、3000、5000、5000mEq以上のアルカリ分を有する。例えば、いくつかの実施形態においては、二価カチオンの供給源は500〜1000mEqのアルカリ分を有する。
排ガス流(例えば、本明細書に記載のCO2の種々の供給源)のように、プロトン除去剤または二価カチオンの産業廃棄物供給源などの液体および固体廃棄物(廃棄物のスラリーなどの多相な形態を含む)もまた、潜在的な汚染影響のために関心の対象である。産業供給源からの多くの液体および固体廃棄物は、汚染影響により環境への排出が好適ではない酸、塩基、または、他の構成成分を含む。いくつかの事例においては、産業廃棄物も酸性であってもよい。いくつかの事例においては、産業廃棄物もアルカリ性であってもよい。さらに他の例において、産業廃棄物は、例えば、Al2O3を選択的に溶解させるために水酸化ナトリウムが用いられ、鉄、チタン、ナトリウム、シリカおよび他の不純物を含む廃棄物が発生する産業プロセスであるBayerプロセスにおける、許容不可能なレベルの重金属(例えば、鉛、水銀、クロム等)を含有し得る。赤泥として知られるこの廃棄物は、残存する水酸化ナトリウムにより高度に苛性(度々pH13.2を超えるpH)であり、その廃棄は進行中の環境問題である。同様に、石炭火力発電プラントにおいては、石炭の燃焼においてフライアッシュまたはボトムアッシュなどの灰が発生する。燃焼される石炭の供給源および組成に応じて、灰の構成成分は相当に様々であり得、相当量の二酸化ケイ素;酸化カルシウム;砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、タリウム、およびバナジウムを含む金属;ならびに、炭化水素、ダイオキシンおよびポリ芳香族炭化水素(PAH)などの有機物を含んでいる可能性がある。灰(例えば、フライアッシュ)がテーリング沈殿池または埋立地に含有されている可能性があるが、その廃棄もまた進行中の環境問題である。同様の問題および関心が、他の産業廃棄物(例えば木材パルプおよび製紙廃棄物、冶金廃棄物等)でも見られる。
いくつかの実施形態において、本発明は、第1の廃棄物流を第2の廃棄物流と接触させて廃棄物流の少なくとも一方を中和する工程を含む産業廃棄物流を中和する方法を提供し、この中和された流れは、環境へ放出することが事実上安全である(すなわち、中和された廃棄物流は許容可能なレベルの環境汚染物を含む)。いくつかの実施形態において、第1の廃棄物流は二酸化炭素を含む排ガス流である。いくつかの実施形態において、第1の廃棄物流は、二酸化炭素と、二酸化炭素に追加して1種以上の追加の成分(例えば、SOx、NOx、Hgおよび/または他の微量金属)とを含む排ガス流である。いくつかの実施形態において、第2の廃棄物流は液体、固体、または、その多相形態である。いくつかの実施形態において、第1の廃棄物流は二酸化炭素を含む排ガス流であると共に、第2の廃棄物流は液体、固体、または、その多相形態である。いくつかの実施形態において、第1の廃棄物流は、二酸化炭素と、二酸化炭素に追加して1種以上の追加の成分(例えば、SOx、NOx、Hgおよび/または他の微量金属)とを含む排ガス流であり、第2の廃棄物流は、液体、固体、または、その多相形態である。いくつかの実施形態において、本発明は、2種、3種、4種、5種、6種以上の産業廃棄物流などの複数種の産業廃棄物流を中和する方法を提供し、ここで、廃棄物流の少なくとも一種は、二酸化炭素を含む排ガス流を含み、および、廃棄物流の少なくとも一種が中和される。本発明のいくつかの実施形態において、2種、3種、4種、5種、6種以上の廃棄物流が中和される。実際には、本発明は、中和された供給源が環境に安全に放出され得るような、本明細書に記載のプロトン除去剤、二価カチオン、または、これらの組み合わせの供給源(例えば産業供給源)のいずれかの中和を提供する。例えば、いくつかの実施形態においては、本発明の中和方法は、第1の廃棄物流を第2の廃棄物流と接触させる工程を含み、ここで、第1の廃棄物流は、二酸化炭素と、二酸化炭素に追加して1種以上の追加の成分(例えば、SOx、NOx、Hgおよび/または他の微量金属)とを含む排ガス流であり、第2の廃棄物流は、赤泥、フライアッシュ、または、これらの組み合わせである。本明細書に記載のシステムの各々は、2種以上の廃棄物流の中和に適応されていてもよく、ここで、廃棄物流の少なくとも一種は二酸化炭素を含む排ガス流を含む。
例示であると共に図2Aに続く説明を如何様にも限定しない、図2Aのシステム(200A)などの本発明のシステムは、CO2を含む排ガス流(230)を二価カチオン(250)を含む水溶液と接触させて、燃焼ガスおよび粒状物質を排ガス流から除去させ、および、溶液中の二価カチオンと沈殿物質を形成させるよう適応された、処理装置(210)(例えば反応器)を備え得る。燃焼ガス(例えば、CO2、SOx、NOx等)および粒状物質(例えば、金属、フライアッシュ等)の排ガス流からの除去は、本明細書に記載の本発明の他の実施形態と同様に、排ガス流を出て、液体(例えば、水溶液)に入る二酸化炭素と1種以上の他の成分によって達成される。上記のとおり、対照となる廃棄物流は、化石燃料またはバイオマス燃料の燃焼生成物から入手され得る産業プラント排気ガス(例えば、煙道ガス)を含み、次いで、これが、産業プラントの煙道としても公知である煙突に導かれ得る。燃料の燃焼により発生したCO2に追加して、CO2はまた、他の産業処理(例えば、セメントプラントにおける無機塩類のか焼)の結果放出される可能性がある。煙道ガスの組成は様々であり得る。一定の実施形態においては、煙道ガス中のCO2の量は、2000ppm〜180,000ppmを含む、2000ppm〜200,000ppmなどの、350ppm〜400,000ppmの範囲であり得る。例えば水、NOx、SOx、水銀および粒状物質といった、本明細書に開示されている他の成分もまた煙道ガス中に存在し得る。煙道ガスの温度は様々であり得るが、例えば、100℃〜400℃を含む、60℃〜7000℃などの、0℃〜2000℃である。
本発明の方法において採用される排ガス流は、産業プラントから凝縮サイトに、排ガス流を産業プラントから凝縮プラントに輸送する任意の簡便な様式で供給され得る。一定の実施形態においては、廃棄物流は、例えば、一カ所以上の凝縮サイトに産業プラントサイトから延びるダクト(例えば産業プラントの煙道)といったガス移送手段で供給される。排ガス流の供給源は、排ガス流の供給源が凝縮箇所から100マイル以上を含む、10マイル以上などの、1マイル以上の位置であるよう、凝縮サイトに対して遠方の位置であり得る。例えば、排ガス流は、遠隔の産業プラントから例えばパイプラインといったCO2ガス移送システムを介して凝縮サイトに輸送され得る。産業プラントで生成されたCO2含有ガスは、凝縮サイト(すなわち、炭酸塩化合物凝縮プラント)に到達する前に、例えば他の成分の除去等といった処理がなされてもなされなくてもよい。さらに他の例において、排ガス流の供給源は凝縮サイトに近く、このような事例としては、炭酸塩化合物凝縮システムが組み込まれた発電プラントなど、凝縮サイトが排ガス流の供給源に組み込まれている例が挙げられ得る。
上記に示されているとおり、排ガス流は、煙道または産業プラントの同様の構造から得られるものであり得る。これらの実施形態において、ガスがラインを通って煙道を出て凝縮システムの適切な箇所に移送されるよう(以下により詳細に説明されている)、例えばダクトといったラインが煙道に接続されている。排ガス流が採用される凝縮システムの一部の特定の構成に応じて、例えば適切なまたは所望の温度を有する廃棄物流を供給するために、排ガス流が得られる供給源の位置は様々であり得る。このように、60℃〜700℃などの0℃〜1800℃の範囲の温度を有する排ガス流が所望される一定の実施形態においては、煙道ガスは、ボイラーまたはガスタービン、キルンの排出点、または、所望の温度をもたらす発電プラントもしくはスタックを通じた任意の点で入手され得る。所望される場合、煙道ガスは、縮合および関連する複雑化を回避するために例えば125℃といった露点を超える温度で維持される。可能な場合には、ダクトが急速に分解しないよう、例えば、ステンレス鋼であるか、または、フルオロカーボン(ポリ(テトラフルオロエチレン)など)で内張りされたダクト材料の採用、水での希釈およびpH制御等といった縮合の悪影響を低減させるための手段をとり得る。
例示であると共に図2Aに続く説明を如何様にも限定しない、図2Aに示されているとおり、システム200Aは、溶液のpHを調節して、溶液中の燃焼ガスの吸収および排ガス流中の成分と溶液中の二価カチオンとの反応を促進させる、プロトン除去剤の供給源(240)(例えば、水酸化イオン)を備える。種々の実施形態において、処理装置(210)(例えば反応器)は、排ガス流からの粒状物質および溶液中の二価カチオンと相互作用するガスから形成された沈殿物質を含むスラリーを形成する排ガス流(230)と溶液との相互作用のために構成されている。種々の実施形態において、処理装置(210)は、処理装置からスラリーを沈殿物質のウェットケーキおよび上澄に分離するよう構成された液体−固体分離器(222)を備える処理システム(220)に作動可能に接続されている。種々の実施形態において、二価カチオン、水酸化イオンおよび沈殿物質が枯渇した上澄は、その全体が参照により本明細書において援用される2008年6月27日に出願の米国特許出願公開第12/163,205号明細書に記載されているとおり、脱塩用の供給水として用いられてもよい。他の実施形態において、二酸化炭素処理システムは、上澄の一部に二価カチオン(例えば、アルカリ土類金属イオン)およびプロトン除去剤(例えば、水酸化イオン)が補充されて、処理装置(210)(例えば反応器)に再循環され得るよう構成されていてもよい。任意により、図2Aに示されているとおり、本発明のシステムは、液体−固体分離器(222)からのウェットケーキを清浄水で洗浄して可用性の塩をウェットケーキから除去し、沈殿物質の洗浄済ウェットケーキ(例えば、脱塩ウェットケーキ)を生成する(使用済み洗浄水と共に)よう構成された洗浄器(226)を備えていてもよい。システム200Aは、ウェットケーキを乾燥させて、次いで精製所(228)で精製されて精製生成物をもたらし得る乾燥粗生成物を形成するよう構成された乾燥器(224)をさらに備える。乾燥粗生成物または精製生成物は、建築材料の仕様に応じて本発明の建築材料を調製するために用いられ得る。
例示であると共に図2Aに続く説明を如何様にも限定しない図2Aに示されているとおり、ガス成分(例えば、CO2、SOx、NOx等)を除去および乾燥生成物を沈殿物質から生成するために用いられ得る器具が市販されているが、システムに合わせた変更が必要であり得る。処理装置(210)(例えば反応器)は、温度制御装置(例えば、水溶液を所望の温度に加熱するよう構成された)、化学薬品添加装置(例えば、KOH、NaOH等などの化学pH変更剤の導入用)、電気分解装置(例えば、陰極/陽極等)、ガス充填装置、加圧装置(例えば、50〜800psi、100〜800psi、400〜800psiまたは任意の他の好適な圧力範囲などの加圧条件下での操作のため)、機械的撹拌および物理的攪拌装置、ならびに、産業プラント煙道ガスを凝縮システムに再循環させる装置などの任意の多数の異なる装置を備えていてもよい。処理装置210(例えば反応器)は、初期反応器圧力、pH、沈殿物質粒径、金属イオン濃度、水溶液の導電性およびアルカリ分、ならびに、ガスの分圧などの1種以上のパラメータの監視を可能とする装置を備えていてもよい。凝縮プロセス最中の監視条件は、処理の最中の訂正調整を可能とし、または、所望の場合には、沈殿物質の生成を増加または低減させるよう訂正調整を可能とすることが可能である。
例示であると共に図2Aに続く説明を如何様にも限定しない図2Aにも示されているとおり、種々の実施形態における本発明のシステムは、プロトン除去剤240(例えば、水酸化イオン)を供給して、処理装置(210)(例えば反応器)において沈殿物質を形成させるためのシステムを備える。任意の簡便なプロトン除去剤の供給源(例えば市販の水酸化ナトリウムからの水酸化物)を用いてもよいが、一実施形態においては、図3に示されていると共に、本明細書において参照によりその全体が援用される本発明の譲受人に譲渡された2008年12月23日に出願の国際公開第PCT/US08/088242号パンフレットに記載されているとおり、システムは、プロトン除去剤(例えば、水酸化物)を水性カチオン溶液に供給するため、または、水溶液からのプロトン除去を達成するための電気化学システムを備える。
図3を参照すると、一実施形態における電気化学システム(300)は、第1の電解質304に接触する陽極308;第1の電解質を第3の電解質(330)から分離するイオン交換メンブラン302;陰極310に接触する第2の電解質、ならびに、第2の電解質を第3の電解質から分離するカチオン交換メンブラン324を備える。イオン交換メンブランは、システムにおいて、第1および第2の電解質の混合を防止するよう配置される。電流/電圧調整器(312)が、システムにおける陰極と陽極との間に印加される電流または電圧を所望のとおり増加または低下させるよう適応されていてもよい。陽極と陰極との間に電圧を印加すると、陽極でガス(例えば、酸素または塩素)が形成されることなく、陰極に接触する溶液中でプロトン除去剤(例えば、水酸化物)が形成される。例示であると共に図2Aに続く説明を如何様にも限定しない図2Aに示されているシステムと同様に、図3のシステムは、プロトン除去剤(例えば水酸化物)を図2Aのものなどの本発明のシステムに供給するためのバッチ、セミバッチ、または、連続作動に適応されていてもよい。
効率性をもたらすために、排ガス流が生成される産業プラントは、凝縮システムと同じ場所に位置されていてもよい。「同じ場所に位置されている」とは、産業プラントと凝縮システムとの間の距離が、30〜350ヤードを含む、25〜400ヤードなどの、10〜500ヤードの範囲であることを意味する。所望される場合、凝縮プラントおよび産業プラントは、例えば、凝縮プラントが産業プラントから40ヤード内に位置されている場合に、温度損失を最低限とすると共に縮合を回避し、ならびに、ダクト材の経費を最低限とするよう相互に構成されていてもよい。
一定の実施形態においては、産業機能(発電、セメント製造等など)および本発明の凝縮システムを含む完全一体型プラントにも着目されたい。このような一体型プラントにおいては、以下に記載のものなどの従来の産業プラントおよび凝縮システムは、所望の一体型プラントを提供するために変更されている。変更としては、これらに限定されないが:スタックの調整、ポンプ輸送、制御、計装、監視、例えば機械プレス、ポンプ、コンプレッサといった凝縮装置の一部を作動させる例えば水蒸気タービンエネルギーといった、プラントエネルギーの使用、セメントからの熱および/または発電プラントの水蒸気から得られる熱、または、空気−空気熱交換器からの熱の使用等が挙げられる。
例示であると共に図2Aに続く説明を如何様にも限定しない図2Aを参照すると、燃焼ガス(例えば、CO2)を含む排ガス流(230)は二価カチオン水溶液(250)と接触され、これが、処理装置210(例えば反応器)にパイプラインを介して、または、いくつかの他の簡便な様式で移送され得る。このような接触は、燃焼ガス充填水溶液を生成し得、ここでは、燃焼ガス分子(例えば、CO2、HCl、NOx、SOx等)が水分子組み合わされて新たな化学種(例えば、炭酸、重炭酸塩、炭酸塩、塩酸、硝酸、硫酸等)が生成されるか、または、燃焼ガス分子が単に水中に溶解する。燃焼ガス充填水溶液はまた、水溶液中に懸濁している燃焼ガスからの粒状物質をも含み得る。種々の実施形態において、上記のとおり、燃焼ガスは、二酸化炭素;一酸化炭素;窒素酸化物(NOx);硫黄酸化物(SOx);硫化物;塩化水素およびフッ化水素などのハロゲン化物(これらはまた、例えばSOx(例えばSO3、SO2)と共に酸性ガスとみなされ得る);フライアッシュなどの粒状物質;特にこれらに限定されないが、砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、タリウム、およびバナジウムを含む金属;炭化水素、ダイオキシンおよび多核芳香族炭化水素(PAH)などの有機物;ならびに、放射性材料を含み得る。種々の実施形態において、システム(200A)は、これらの成分のすべて、または1種、または2種以上を同時に含むCO2(例えば、燃焼ガス)を含む排ガス流230の処理に適応され得る。
処理装置(210)(例えば反応器)における二価カチオン含有水溶液への燃焼ガスの充填は、水溶液(例えば、炭酸、重炭酸塩および炭酸塩イオンの形態)中での燃焼ガス含有量を高めると共に、処理装置(例えば反応器)を出るガス中の燃焼ガス含有量の濃度を低下させる。種々の実施形態において、燃焼ガス充填水溶液は、4以下を含む、5以下などの、6以下のpHを有して酸性であり得る。一定の実施形態においては、水への充填に用いられるガスのCO2、NOx、SOx、または、これらの組み合わせの濃度は、0.1%、1%、5%、10%以上、25%以上、50%以上を含み、75%、または、75%超などである。対象の接触プロトコルとしては、これらに限定されないが、直接接触プロトコル(例えば、一定量の水溶液中へのガスの通気)、並行接触および混合(例えば、一方向へ流れる気体および液体相流間での接触)、向流手段(例えば、反対方向に流れる気体および液体相流間での接触)等が挙げられる。それ故、簡便であり得るとおり、および、その各々は本明細書において参照によりその全体が援用される米国特許第7,379,487号明細書;2009年3月10日に出願の米国仮特許出願第61/158,992号明細書;2009年7月24日に出願の米国仮特許出願第61/228,210号明細書;2009年5月14日に出願の米国仮特許出願第61/178,360号明細書;2009年6月29日に出願の米国仮特許出願第61/221,457号明細書;2009年6月30日に出願の米国仮特許出願第61/221,631号明細書;2009年7月7日に出願の米国仮特許出願第61/223,657号明細書;2009年12月23日に出願の米国仮特許出願第61/289,657号明細書に記載されているとおり、接触は、インフューザ、バブラー、流体ベンチュリ反応器、スパージャ、ガスフィルタ、噴霧、トレイ、フラットストリーム(flat stream)、または充填カラム反応器等の使用を介して達成され得る。種々の実施形態において、排ガス流(例えば燃焼ガス)は、水溶液への充填に用いられる前に処理され得る。例えば、所望されるとおり、排ガス流は、例えば、本明細書において参照によりその全体が援用される米国特許第5,670,122号明細書に記載されているとおり、酸化条件に供され得る(例えば、COをCO2に、NOをNO2に、および、SO2をSO3に転化するために)。
硫酸塩、亜硫酸塩等をさらに含んでいてもよい非晶質または結晶質炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質は、処理装置(210)(例えば反応器)中で凝縮され得る。凝縮条件としては、水溶液の化学的環境および/または物理的環境を変化させて所望の沈殿物質を生成させるものが挙げられる。例えば、水の温度を、所望の炭酸塩化合物または硫酸塩化合物の凝縮を生じさせるのに好適なだけ高めてもよい。このような実施形態において、水の温度は、25から45℃を含む、20から50℃などの、5から70℃の温度に高められ得る。このように、所与の一連の凝縮条件は0〜100℃の範囲の温度を有していてもよいが、温度は、一定の実施形態においては高められて、所望の沈殿物質が生成されてもよい。一定の実施形態においては、温度は、低または無二酸化炭素排出供給源から生成されたエネルギー(例えば、太陽エネルギー、風力エネルギー、水力発電エネルギー等)を用いて昇温され得る。
水溶液のpHは、所与の凝縮プロセスの最中、pH5〜pH14(例えば、pH7〜pH14)の範囲であり得るが、一定の実施形態においては、pHは、所望される、炭酸塩および/または硫黄系(例えば、SO4、SO3等)化合物、ならびに、他の化合物(例えば、水酸化化合物および金属錯体)、および、粒状物質の凝縮を促進させるために、アルカリ性のレベルにまで高められ得る。一定のこれらの実施形態においては、pHは、凝縮の最中の処理装置(例えば反応器)からのNOx、SOx、および/または、CO2ガスの発生を排除しなくても最低限とするレベルにまで高められる。このようなpHレベルは、例えば炭酸塩、重炭酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩等の形態で溶解しているガスを沈殿物質に捕捉させる。これらの実施形態において、pHは、pH11以上を含むpH10以上などのpH9以上に高められ得る。所望される場合、水のpHは、本明細書に記載のとおり、図3の電気化学システムの使用を含む任意の簡便なアプローチを利用して高められる。一定の実施形態においては、プロトン除去剤(例えば、pH変更剤)が採用され得、ここで、このようなプロトン除去剤の例としては、酸化物、水酸化物(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、Mg(OH)2)、炭酸塩(例えば炭酸ナトリウム)等が挙げられる。二価カチオン−カチオン含有水溶液に提供されるプロトン除去剤(例えばpH変更剤)の量は、プロトン除去剤の特定の性質および変更される水溶液の体積に応じ得、および、二価カチオン−カチオン含有水溶液のpHを所望の値に高めるのに十分であり得る。
水溶液への燃焼ガスの充填および沈殿物質(例えば、炭酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩等)の凝縮は、連続的プロセスで、または、個別のプロセスステップで生じ得る。例示であると共に図2Aに続く説明を如何様にも限定しない図2Aに示されているとおり、このように、充填および凝縮は、同一の処理装置(例えば反応器)中で行われ得る。他の実施形態において、これらの2つの(またはそれ以上)ステップは、個別の処理装置、または、処理装置中の個別のユニット(例えば、気体−液体接触器、気体−液体−固体接触器、反応器等)において行われ得る。このような実施形態において、例えば、水溶液は、先ず、気体−液体または気体−液体−固体接触器中で充填され得、得られた燃焼ガス充填水溶液が、次いで、個別の反応器において凝縮条件に供され得る。同様に、排ガス流の1種以上の成分は、沈殿物質における物理的捕捉を介して、または、物理的捕捉および凝縮の組み合わせを介して排ガス流から除去され得ることが認識されるであろう。それ故、例えば、水銀または他の重金属、粒状物質、有機物、および/または、他の成分は、沈殿物質中に捕捉され得、所望の条件下で安定性が付与される。
例示であると共に図2Aに続く説明を如何様にも限定しない図2Aを参照すると、保管安定生成物が処理装置210中で凝縮され得、これは、特にこれらに限定されないが、気体−液体接触器、気体−液体−固体接触器、反応器、または、前述のものの任意の組み合わせを含むそのサブシステム中で行われ得る。上記のとおり、対象の凝縮条件としては、水溶液の化学的環境および/または物理的環境を変更して所望の沈殿物質を生成するものが挙げられる。例えば、水溶液の温度は、所望の炭酸塩化合物または硫酸塩化合物の凝縮を生じさせるのに好適な量に昇温され得る。一定の実施形態においては、産業プラントから排ガス流に運ばれる過剰量の熱および/またはプロセス熱が利用されて、熱いガスまたは水蒸気の一方としての凝縮の最中の水溶液の温度が昇温され得る。一定の実施形態においては、水と排ガス流との接触が水溶液を所望の温度に昇温させ得、他の実施形態においては、水溶液は所望の温度に冷却される必要性があり得る。
種々の実施形態において、灰は、例えば燃焼ガス充填水溶液のpHを高めるためのpH変更剤として利用される。灰は、唯一のpH変更剤として、または、1種以上の追加のpH変更剤と併せて用いられ得る。一定の実施形態においては、灰としての石炭灰の使用が注目され、この石炭灰は、微粉無煙炭、褐炭、瀝青炭、または、亜瀝青炭の燃焼により、例えば、チェーンストーカーボイラー、サイクロンボイラー、および、流動床ボイラーといった発電プラントボイラーまたは石炭燃焼炉において生成される残渣であり得る。このような石炭灰としては、炉から排気または煙道ガスにより運ばれた微細石炭灰であるフライアッシュ、および、炉の底で凝集物として回収されるボトムアッシュが挙げられる。
フライアッシュは一般に高度に不均質であり、ガラス状粒子と、水晶、ムライトおよび種々の酸化鉄などの種々の識別可能な結晶質相との混合物を含む。対象とされるフライアッシュとしては、タイプFおよびタイプCフライアッシュが挙げられる。上記に称されているタイプFおよびタイプCフライアッシュは、CSA Standard A23.5およびASTM C618により定義されている。これらのクラスの間の主な差異は、石炭灰中のカルシウム、シリカ、アルミナおよび鉄含有量である。フライアッシュの化学特性は、燃焼される石炭の化学物質の含有量(すなわち、無煙炭、瀝青炭、および、褐炭)によって大きく左右される。対象とされるフライアッシュは、相当量のシリカ(二酸化ケイ素、SiO2)(非晶質および結晶質の両方)、および、石灰(酸化カルシウム、CaO、酸化マグネシウム、MgO)を含む。
以下の表1は、本発明の実施形態において用いられる種々のタイプのフライアッシュの化学組成を表す。
より硬質で、より古い無煙炭および瀝青炭の燃焼は、典型的には、クラスFフライアッシュを生成する。クラスFフライアッシュはポゾラン性であり、10%未満の石灰(CaO)を含有する。より新しい褐炭または亜瀝青炭の燃焼によりもたらされるフライアッシュは、ポゾラン特性を有することに加えて、自己−セメント特性をも有する。水の存在下では、クラスCフライアッシュは硬質化し、経時的に強度を増す。クラスCフライアッシュは、一般に、20%超の石灰(CaO)を含有する。アルカリおよび硫酸塩(SO4)含有量は、一般に、クラスCフライアッシュにおいてより高い。
フライアッシュ材料は、排気ガス中に懸濁している最中に固化し、例えば、静電集塵装置またはフィルタバッグによる種々のアプローチを用いて収集される。粒子は排気ガス中に懸濁している最中に固化するため、フライアッシュ粒子は、全体が球状であると共に、0.5μm〜100μmの範囲内のサイズである。対象とされるフライアッシュとしては、少なくとも約80重量%が45ミクロン未満の粒子により構成されるものが挙げられる。本発明の一定の実施形態において関心のあるものは、高度にアルカリ性の流動床燃焼器(FBC)フライアッシュの使用である。
種々の実施形態において関心のあるものは、ボトムアッシュの使用である。ボトムアッシュは、石炭の燃焼による石炭燃焼ボイラーにおける凝集物として形成される。このような燃焼ボイラーは、湿式ボイラーまたは乾式ボイラーであり得る。湿式または乾式ボイラーにおいて生成される場合、ボトムアッシュは水中で急冷される。急冷は90%が0.1mm〜20mmの粒径範囲内に収まるサイズを有する凝集物をもたらし、ここで、ボトムアッシュ凝集物は、凝塊物サイズを広い分布でこの範囲内に有する。ボトムアッシュの主な化学成分はシリカおよびアルミナであり、より少ない量でFe、Ca、Mg、Mn、Na、および、Kの酸化物、ならびに、硫黄および炭素を含有する。
一定の実施形態において関心のあるものは、灰としての火山灰の使用である。火山灰は、直径2ミリメートル(0.079in)未満の小さいテフラ(すなわち、火山の噴火によって形成された微粉化された岩石およびガラスの破片)から構成されている。
種々の実施形態において、セメントキルン塵埃(CKD)がpHを変更する手段として組成物−生成反応混合物に添加され得る。燃料、および、か焼のために燃料を燃焼させる手段の性質が、燃料からの灰を含有し得るCKDの化学組成に影響を有し得る。それ故、灰および/またはCKDは、pHを変更する手段の一部として、または、唯一の手段として用いられ得、ならびに、多様な他の成分が、灰および/またはCKDの化学組成に基づいて、特定の灰および/またはCKDと共に利用され得る。
いくつかの実施形態においては、灰は、これらの追加の反応体の1つの供給源として水溶液(例えば、凝縮反応混合物)に添加されて、非晶質シリカ、結晶質シリカ、ケイ酸カルシウム、カルシウムアルミナケイ酸、または、本発明の組成物を生成するプロセスにおける灰の反応からもたらされ得る任意の他の部分などの1種以上の成分を含有していてもよい沈殿物質を生成する。
種々の実施形態において採用される灰は、例えば、水溶液を保持する処理装置(例えば反応器)中に一定量の灰を入れる工程であって、ここで、添加される灰の量はpHを所望のレベルに高めるに十分である工程;カラムまたは床の形態で一定量の灰中に水溶液を流過させる工程;等を含む任意の簡便なプロトコルを用いて水溶液と接触させられて、所望のpHが達成され得る。
pHがpH12以上のレベルには高められない一定の実施形態において、採用されるフライアッシュは溶解し得ず、代わりに、粒状の組成物として残り得る。未溶解のフライアッシュは、反応生成物(例えば沈殿物質)の残りからその後の使用のために分離(例えばろ過)され得る。あるいは、水溶液は、フライアッシュを通して水溶液を流過させるが、水溶液に伴うフライアッシュの構造からの流出が防止されている固定構成(例えば、カラムまたは同様の構造中に)中に入れられた一定量のフライアッシュ中を流過され得る。この実施形態では、未溶解のフライアッシュの生成物溶液からの分離が必要とされない。pHが12を超えるさらに他の実施形態においては、フライアッシュが溶解して、以下により詳細に記載されているとおりポゾラン性生成物をもたらし得る。
フライアッシュが本発明の組成物の生成に利用される実施形態においては、フライアッシュは、先ず、静電凝縮などの手段により煙道ガスから除去され得るか、または、煙道ガスを介して直接的に利用され得る。いくつかの本発明の実施形態においては、フライアッシュの使用は、追加してアルミナまたはシリカなどの反応体をもたらしてpHを高め得る。
一定の実施形態においては、スラグは、例えば、燃焼ガス充填水のpHを高めるために、pH変更剤として利用される。スラグは、独立してpH変更剤として、または、1種以上の追加のpH変更剤(例えば灰等)と併せて用いられ得る。金属の処理から生成されるスラグは、カルシウムおよび酸化マグネシウム、ならびに、鉄、ケイ素およびアルミニウム化合物を含有し得る。一定の実施形態においては、pH変更材料としてのスラグの使用は、反応性シリカおよびアルミナの沈殿物質への導入を介した追加の有益性を提供し得る。対象とされるスラグとしては、これらに限定されないが、鉄精錬による溶鉱炉スラグ、鋼鉄、銅スラグ、ニッケルスラグ、およびリンスラグを処理するアーク炉または溶鉱炉からのスラグが挙げられる。
上記に示されているとおり、灰(または、一定の実施形態においてはスラグ)は、一定の実施形態においては、水溶液のpHを所望のレベルに変更するための唯一の方法として利用され得る。さらに他の実施形態において、1種以上の追加のpH変更剤または方法が灰の使用と併せて利用され得る。
所望される場合、pH変更剤以外の添加剤もまた、生成される沈殿物質の性質に影響を与えるために、水溶液に導入されてもよい。このように、方法の一定の実施形態は、水溶液が凝縮条件に供されている時間の前またはその最中に、水溶液中に添加剤を機する工程を含む。一定の炭酸カルシウム異形体が、微量の一定の添加剤により有利であり得る。例えば、多様に異なる形態で沈殿して、急速に方解石に転化するCaCO3の高度に不安定な異形体であるファーテライトは、炭酸カルシウムの過飽和溶液中の塩化ランタンとして微量のランタンを包含させることによりきわめて高い収率で入手され得る。対象とされるランタン以外の他の添加剤としては、これらに限定されないが、遷移金属等が挙げられる。例えば、第一鉄または第二鉄の添加は、無秩序ドロマイト(プロトドロマイト)の形成に有利であることが公知であり、これは、そうでなければ形成されることはない。
従って、所望の沈殿物質を二価カチオン含有水溶液から生成するための一連の凝縮条件としては、一定の実施形態においては、反応温度およびpHが挙げられ、ならびに、いくつかの事例においては、水溶液中の添加剤およびイオン性種の濃度が挙げられる。凝縮条件はまた、混合速度、超音波などの撹拌形態、および、種子結晶、触媒、メンブランまたは基材の存在などの要因を含み得る。いくつかの実施形態において、凝縮条件としては、過飽和条件、温度、pH、および/または濃度勾配、または、これらのパラメータのいずれかのサイクリングまたは変更が挙げられる。本発明による沈殿物質の調製に採用されるプロトコルは、バッチまたは連続プロトコルであり得る。凝縮条件は、バッチシステムと比して連続流システム中に所用の沈殿物質を生成するために異なっていてもよいことが認識されるであろう。
一定の実施形態においては、二価カチオン含有水溶液と燃焼ガスとの接触は、任意の簡便なプロトコル(例えば、噴霧ガン、セグメント化流動管型反応器)を用いて沈殿物質粒子のサイズ範囲を制御して達成され得る。1種以上の添加剤が、二価カチオンの供給源に添加されて沈殿物質のサイズ範囲が制御され得、特にこれらに限定されないが、凝集剤、分散剤、界面活性剤、シェール防止剤、結晶成長遅延剤、金属イオン封鎖剤等が挙げられる。
二価カチオン含有水溶液の排ガス流(例えば燃焼ガス)との接触は、水溶液が凝縮条件に供される時間の前、その最中および/またはその後に行われ得る。従って、本発明の実施形態は、溶液を無機塩類凝縮条件に供する前に水溶液を排ガス流と接触させる方法を含む。本発明の実施形態はまた、水溶液が凝縮条件に供されている間に水溶液が排ガス流と接触される方法を含む。本発明の実施形態は、水溶液を凝縮条件に供する前と水溶液が凝縮条件に供されている間との両方で水溶液が排ガス流と接触される方法を含む。いくつかの実施形態において、同一の水溶液が2回以上循環され得、ここで、凝縮の第1の循環では、例えば炭酸塩(例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム)および硫酸塩が除去され、および、さらなる凝縮のために二価カチオンの他の供給源が添加され得る(すなわち、さらなる沈殿物質がもたらされるようさらなる排ガスが循環され得る)残留水溶液が残される。
種々の実施形態においては、凝縮のための本明細書に記載のパラメータの調節が用いられて、沈殿物質において捕捉されるか、または、凝縮されるか、または、凝縮および捕捉される特定の成分の量が最適化され得る。いくつかの実施形態においては、排ガス流の成分を沈殿または捕捉させないこと、または、このような捕捉を最低限とすることが所望されることが認識されるであろう。それ故、いくつかの実施形態においては、条件が調整されて、沈殿物質における排ガス流の1種以上の成分の包含が低減され、最低限とされ、または、基本的に排除され得る。このような成分は、本明細書に記載の成分の1種以上(例えば、水銀、他の重金属、放射性物質等)を含み得る。
排ガス流がいつ水溶液と接触したかに関わらず、いくつかの事例においては、排ガス流が水溶液と接触する場合に、溶液が、pH10以下、またはpH9.5以下、またはpH9以下、さらにはpH8以下のpHを有し得るよう、水溶液は過度にアルカリ性ではない。いくつかの実施形態において、排ガス流と接触される水溶液は、最初に塩基性にされた水溶液ではない(例えば、プロトン除去剤の添加または電気化学的プロトコルにより)。いくつかの実施形態において、排ガス流と接触される水溶液は、水酸化物(例えば水酸化ナトリウム)などのプロトン除去剤の添加により塩基性にされた水溶液ではない。いくつかの実施形態において、水溶液は、酸化物(例えば、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等)などの一定量のプロトン除去剤の添加によるものなどの、きわめてわずかにアルカリ性にされたものである。
水溶液からの沈殿物質(例えば、炭酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩等)の凝縮に続いて、得られる沈殿物質は分離され得る。沈殿物質の分離は、ドレーニング(例えば、ドレーニング後の沈殿物質の重力沈降)、傾瀉、ろ過(例えば、重力ろ過、減圧ろ過、強制空気を用いるろ過)、遠心処理、圧搾、または、これらの任意の組み合わせを含む多数の簡便なアプローチのいずれかを用いて達成され得る。例えば、沈殿物質の分離は、参照により本明細書において援用される、2009年4月9日に出願の米国仮特許出願第61/168,166号明細書に記載されているとおり、達成され得る。沈殿物質からのバルク水の分離は沈殿物質の濃縮組成物を生成し、ここで、濃縮組成物は、炭酸塩および/または重炭酸塩、および、産業排ガス流の処理によりもたらされる任意の他の共生成物に関して濃縮されている。濃縮組成物はまた、脱水の程度に応じて、脱水沈殿物質または沈殿物質のウェットケーキとみなされ得る。いくつかの実施形態において、濃縮組成物は、少なくとも10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、99%沈殿物質(すなわち、固形分)と、残量の水またはその溶液を含む。
例示であると共に図2Aに続く説明を如何様にも限定しない図2Aに示されているとおり、沈殿物質はまた、処理システム220の液体−固体分離器(222)で単離されて、沈殿物質のウェットケーキおよび上澄が生成され得る。(また、本明細書において参照によりその全体が援用される2009年4月9日に出願の米国仮特許出願第61/168,166号明細書も参照のこと)。いくつかの実施形態において、沈殿物質は分離されていないか、または、わずかに部分的に分離されている。このような実施形態において、任意により沈殿物質のいくらかまたはすべてを含む上澄は、任意の好適な手段により処理され得る。いくつかの実施形態において、上澄と、任意により沈殿物質のいくらかまたはすべてを含む組成物は、陸上または水上の場所に(例えば、により)輸送され、その場所に置かれ得る。例えば、このような実施形態においては、このような組成物は環境への排出に好適であるため、沈殿物質を比較的含まない上澄を含む組成物は、地上、地下、水の中(例えば外洋)、水中等に処理され得る(例えば、National Pollutant Discharge Elimination System(NPDES)制限などのUnited States Environmental Protection Agencyおよび/または州環境局の許可された排出制限を満たし、これらの排出制限は、本特許出願の出願日に存在している)。これは、海水中の硫酸塩の濃度は本発明の組成物中の硫酸塩の濃度よりもかなり高い可能性があるので、二価カチオンの供給源が海水である実施形態において特に有用である。このように、添加された硫酸塩は、海水中の硫酸塩の濃度を無視可能な程度にしか高めることはない。所与の量の燃焼ガスを産業排気ガスから分離するためのカーボンフットプリント、そのために用いられたエネルギーの量、および/または、そのために生成された燃焼ガスの量はプロセスにおいて最低限とされ得、ここで、沈殿物質の廃棄後のさらなる処理は行われないことが認識されるであろう。
例示であると共に図2Aに続く説明を如何様にも限定しない図2Aに示されているとおり、次いで、分離から得られる沈殿物質(例えば、得られた脱水沈殿物質)は乾燥されて、乾燥器(224)を用いて乾燥粗生成物が生成され得る。例えば、乾燥は、沈殿物質を空気乾燥することにより達成され得る。沈殿物質が空気乾燥された実施形態において、空気乾燥は、室温またはそれより高温で実施され得る。一定の実施形態においては、高温は、産業プラントの排ガス流からもたらされる。これらの実施形態において、発電プラントからの排ガス流(例えば、煙道ガス)は、先ず、乾燥ステップにおいて用いられ得、ここで、排ガス流は、75〜300℃などの30〜700℃の範囲の温度を有し得る。排ガス流は、乾燥ステージにおいて濡れた沈殿物質に直接的に接触させられ得るか、または、乾燥ステージ中のガス(空気など)を間接的に加熱するために用いられ得る。排気ガスの詳細および産業プラントの構成に基づいて、例えばHRSGまたは煙道から一定の距離にある位置といった、好適な場所で開始される産業プラントからの例えばダクトといったガス移送手段を有することにより、所望の温度が排ガス流においてもたらされ得る。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、噴霧乾燥されて沈殿物質が乾燥され得、ここで、沈殿物質を含むスラリーは、熱いガス(例えば、発電プラントからの排ガス流)中にこのスラリーを供給することにより乾燥され得る。例えば、沈殿物質を含むスラリーは、噴霧器を介して主乾燥チャンバ中に送出され、熱いガスが噴霧器方向に対して並流または向流として流過されてもよい。一定の実施形態においては、乾燥工程は凍結乾燥(すなわち凍結乾燥法)により達成され、ここで、沈殿物質は凍結され、周囲圧力が下げられ、および、材料中の凍結した水が凍結した沈殿物質からガスに直接的に昇華されるよう十分な熱が加えられる。システムの特定の乾燥プロトコルに応じて、乾燥器は、ろ過構成要素、凍結乾燥構造、噴霧乾燥構造等を備えていてもよい。
例示であると共に図2Aに続く説明を如何様にも限定しない図2Aの任意の洗浄器(226)で示されているとおりいくつかの実施形態において、脱水沈殿物質またはウェットケーキは乾燥工程の前に洗浄されてもよい。脱水された沈殿物質またはウェットケーキは、淡水で洗浄されて塩(NaClなど)が材料から除去され得る。使用済み洗浄水は、例えばテーリング沈殿池等への処分により簡便に処分され得る。その後、例示されているとおり、洗浄済沈殿物質または洗浄済ウェットケーキは、乾燥器224中で乾燥されて、乾燥粗生成物において、粒径、表面積等などの所望の物理的特徴がもたらされ得る。乾燥工程、または、その後しばらくの間、混和物、骨材、補助セメント材等などの1種以上の成分が、沈殿物質に添加されて追加の製品が製造されてもよい。
乾燥生成物(例えば乾燥沈殿物質)は、多数の異なる方法で処分され得る。一定の実施形態においては、乾燥生成物は、長期保管場所に輸送されて、燃焼ガス(例えば、CO2、SOx、NOx等)と粒状物質とが保管に安定な形態で効果的に分離される(例えば、地上に保管され得る燃焼ガス−分離材料)。例えば、沈殿物質は、産業プラントおよび凝縮システムに隣接する長期保管サイトに保管され得る。さらに他の実施形態において、沈殿物質は輸送されて、例えば、所望のとおり地上、地中等といった長期保管サイトに置かれ得、ここで、長期保管サイトは発電プラントから遠位にある(これは、発電プラントの近辺に実際の土地が不足している実施形態において望ましい場合がある)。これらの実施形態において、沈殿物質が長期保管サイトに輸送される場合、これは、燃料または他の材料を産業プラントおよび/または凝縮プラントに輸送するために利用された空の運搬車両(例えば、バージ、貨車、トラック等)で輸送すればよい。この様式においては、燃料を産業プラントに、材料を凝縮プラント(例えば、アルカリ供給源)に運ぶ等に用いられた運搬車両が、沈殿物質、従って、産業プラントからの分離燃焼ガスの輸送に利用され得る。
いくつかの実施形態において、本発明の組成物(例えば、溶液、スラリー、沈殿物質等)は水中または地中の箇所に処分され得るが、その選択は、位置および利用可能なリソースに応じて様々であり得る。組成物は、未処理(例えば、水が除去されていない)であるか、処理されて上澄の一部が除去されて濃縮組成物が生成されているか、乾燥されているか(例えば、噴霧乾燥された沈殿物質)、または、主に上澄を含む組成物を含む本明細書に記載の形態のいずれかであり得る。水中位置としては、これらに限定されないが、内陸の水中位置(例えば、淡水湖中)または外洋(または海)水中位置が挙げられる。水中位置は、150フィート以下を含む、200フィート以下などの、1000フィート以下の箇所を含む浅い箇所であっても、または、5000フィート以上を含む、500フィート以上、1000フィート以上、2000フィート以上などの200フィート以上の箇所を含む深い箇所であってもよい。地下位置としては、本発明の組成物の長期保管に対する好適な不透過性および安定性を有する任意の地下サイト(例えば、地質学的層)が挙げられる。本発明の組成物は、地表下50メートル以上、100メートル以上、200メートル以上、500メートル以上、または、1000メートル以上の地下に注入され得る。いくつかの実施形態において、組成物は、地球の表面下、3000フィート未満、2500フィート未満、2000フィート未満、1500フィート未満、1000フィート未満、500フィート未満、250フィート未満、または100フィート未満である地下位置に注入される。いくつかの実施形態において、組成物は、塩水を取り出した地質学的層に注入される。本発明の組成物(例えば、溶液、スラリー、沈殿物質等)の輸送のために構成された組成物移送手段(例えば、好適なポンプ等と共に構成されたパイプ、ダクト等)が、本発明の組成物の水中または地中への処分に用いられ得る。
所望される場合、沈殿物質および母液から形成された組成物は、凝縮後であって処分の前までの期間の間保管されてもよい。例えば、組成物は、20〜25℃などの1〜40℃の範囲の温度で、1〜10日間またはこれ以上などの1〜1000日間またはこれ以上の期間の間保管されてもよい。
本発明のいくつかの実施形態において、発電プラントからの煙道ガス中に含有されていたNOx、SOx、および/または、CO2のほとんど100%が安定な無機塩類中に分離され;これは、単一の凝縮ステップ(例えば、単一の処理装置で)、または、複数の凝縮ステップ(例えば、直列、並行、または、これらの組み合わせに構成された複数の処理装置で)で行われ得、および、CO2を分離するための他のプロセスがさらに関与してもよく、例えば、煙道ガス中のCO2の濃度が下がるに伴って、エネルギー消費の観点ではガス中の元のCO2のすべての除去には過度に高価であるさらにエネルギー集約的なプロセスが、ガス中の最後のCO2の除去においては実際的になる可能性がある。それ故、いくつかの実施形態においては、発電プラントに入るガス(通常の大気)は、本発明のプロセスおよびシステムによって処理された、プラントを出る煙道ガス中のCO2濃度を超えるCO2濃度を有している場合がある。従って、いくつかの実施形態においては、本発明の方法およびシステムは、例えば大気といったガスを発電プラントに供給する工程であって、ここで、ガスはCO2を含む工程;例えば、化石燃料の燃焼でO2を消費すると共にCO2を生成することにより発電プラント中のガスを処理し、次いで、排気ガスを処理してCO2を除去する工程;ならびに、発電プラントからガスを排出する工程であって、ここで、発電プラントから排出されるガスは発電プラントに供給されたガスよりも低いCO2含有量を有する工程を含む方法を含む。いくつかの実施形態において、発電プラントから放出されるガスは、発電プラントに進入するガスよりも、少なくとも10%少ないCO2、または、少なくとも20%少ないCO2、または、少なくとも30%少ないCO2、または、少なくとも40%少ないCO2、または、少なくとも50%少ないCO2、または、少なくとも60%少ないCO2、または、少なくとも70%少ないCO2、または、少なくとも80%少ないCO2、または、少なくとも90%少ないCO2、または、少なくとも95%少ないCO2、または、少なくとも99%少ないCO2、または、少なくとも99.5%少ないCO2、または、少なくとも99.9%少ないCO2を含有し;いくつかの実施形態においては、発電プラントに進入するガスは大気であり、発電プラントを出るガスは処理された煙道ガスである。
例示であると共に図2Bに続く説明を如何様にも限定しない図2Bは、煙道ガスが処理装置210に導入される前に、排ガス流(例えば燃焼ガス流)が、1種以上の排出制御技術で選択的に処理されて煙道ガスの1種以上の成分(例えば、SOx、NOx、粒状物質等)が除去され得るよう構成されたシステム200Bの実施形態を示す。それ故、232で図2Bに示されているとおり、一実施形態においては、排ガス流が処理装置(210)(例えば反応器)に送られる前に、窒素酸化物ガス(NOx)はガス流から除去され得てもよく;あるいは、232および234を利用することにより、NOxおよびフライアッシュの両方が排ガス流から除去されてもよく;同様に、232、234および236により、排ガス流(NOx、フライアッシュおよびSOx)の3種の成分は、ガスが処理装置に導入される前に除去されてもよい。
理解されるであろうとおり、図2Bに示されているシステムは、本発明の任意のシステムと同様に、任意のNOx制御技術(232)(例えば、選択触媒還元(SCR)、非選択触媒還元等)、任意の粒状物質制御技術(234)(例えば、静電集塵装置(ESP)、織布フィルタ等)、および任意のSOx制御技術(236)(例えば、煙道ガス脱硫(FGD)等)に適応していてもよく、存在する場合、排出制御技術は、排ガス流のいずれかの所望の成分を除去するために構成されていてもよい。本発明のシステムは、さらに、特定の水銀制御技術(例えば、活性炭素注入(ACI))にも適合するよう構成され得る。システムは、このような任意の排出制御技術が備わるよう新規に建設してもよく、または、排出制御技術が伴っている既存の産業プラントにCO2処理システムをレトロフィットしてもよい。CO2処理システムが組み合わされた産業プラントが新規に建設されるか、または、レトロフィットされるかに関わらず、産業プラント、CO2処理システム、または、産業プラントとCO2処理システムとの組み合わせからの排出は、本特許出願の出願日に存在している排出規制基準である、Reasonably Available Control Technology(RACT);Best Available Control Technology(BACT);Maximum Achievable Control Technology(MACT);Lowest Achievable Emission Rate(LAER);および/またはいずれかのUnited States Environmental Protection Agency(EPA)参照法からなる群から選択される排出規制基準を満たすかこれを高めるよう設計される。
いくつかの実施形態において、本発明のシステムは、NOx、SOx、または粒状物質制御技術を含んでいない。例えば、このような実施形態においては、排ガス流は、任意により排ガス流を熱交換器で冷却した後に、処理装置を直接的に流過され得る。いくつかの実施形態において、本発明のシステムは、NOx、SOx、または、粒状物質制御技術からなる群から選択される1種の排出制御技術を含む。例えば、このような実施形態においては、システムは、NOx制御技術を含み得る。例えば、他の実施形態においては、システムは、粒状物質制御技術を含み得る。いくつかの実施形態において、本発明のシステムは、NOx、SOx、または、粒状物質制御技術からなる群から選択される2種の排出制御技術を含む。例えば、このような実施形態においては、システムは、NOxおよび粒状物質制御技術を含み得、ここで、NOx制御技術は粒状物質制御技術の前に設けられる。例えば、他の実施形態においては、システムは、NOxおよび粒状物質制御技術を含み得、ここで、粒状物質制御技術は、NOx制御技術よりも前に設けられる。いくつかの実施形態において、本発明のシステムは、NOx、SOx、および、粒状物質制御技術を含む。例えば、このような実施形態においては、システムは、NOx、SOx、および、粒状物質制御技術を含み得、ここで、NOx制御技術は、粒状物質制御技術よりも前に設けられる。例えば、他の実施形態においては、システムは、NOx、SOx、および、粒状物質制御技術を含み得、ここで、粒状物質制御技術はNOx制御技術よりも前に設けられる。熱交換器が、煙道ガスの温度を排出制御技術に適切な温度とするためにシステムにおいて適切に用いられ得る。例えば、熱交換器が用いられて、NOx制御技術におけるNOxの効率的なスクラビングまたはSOx制御技術におけるSOxの効率的なスクラビングのために適切な温度範囲に温度が下げられ得る。しかも、排出制御技術のいずれも、CO2を処理する目的のために材料を供給するよう構成されていてもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、粒状物質制御技術(例えば、静電集塵装置、織布フィルタ等)は、フライアッシュなどの収集した粒状物質(例えば、プロトン除去剤および/または二価カチオンの産業廃棄物供給源)を本発明の処理装置(フライアッシュの前添加)に供給するよう構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、粒状物質制御技術(例えば、静電集塵装置、織布フィルタ等)は、フライアッシュなどの収集した粒状物質を本発明の組成物(例えば、補助セメント材、ポートランドセメントと補助セメント材とのブレンド等)に供給するよう(フライアッシュの後添加)構成されていてもよい。フライアッシュ(例えば、セメントまたはセメント状材料の一部の置き換え)のこのような使用は技術分野において公知である。
種々の産業プラントと組み合わされた本発明のシステムおよびシステムは、本特許出願の出願日に存在する公害規制基準である、Reasonably Available Control Technology(RACT);Best Available Control Technology(BACT);Maximum Achievable Control Technology(MACT);Lowest Achievable Emission Rate(LAER);および/またはいずれかのUnited States Environmental Protection Agency(EPA)参照法などの公害規制基準を満たすかこれを高め得る。このような公害規制基準を満たすこと、または、高めることは、本発明のCO2処理システムが産業プラント(例えば石炭火力発電プラント)によって放出されたCO2の少なくとも10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%、または99.9%を捕捉する場合に可能である。本発明のシステムは公害規制基準を満たすかこれの向上に有効であるため、本発明のCO2処理システムは、メンテナンスのために、または、高い需要期間の最中(例えば高いエネルギー需要)、短期間の間(例えば、数時間、数日間等)停止されてもよく、それでもなお、本特許出願の出願日に存在する公害規制基準であるRACT、BACT、MACT、LAER;および/またはいずれかのUnited States Environmental Protection Agency(EPA)参照法などの公害規制基準を満たすかこれを高める。例えば、石炭火力発電プラントでの高いエネルギー需要は、発電プラントでの予備容量(例えば、10%予備容量)の利用、および/または、本発明のCO2処理システムの運転のための予備のエネルギーの利用を要求し得る。このようなシナリオにおいては、CO2処理システムは停止されて、そうでなければ本システムで処理されたであろう排出物(例えば、CO2、SOx、Hg等)が、任意により、他の排出制御技術(例えば、NOx、粒状物質、および/またはSOx制御技術)が存在する場合には、このような排出制御技術を通して、大気中に放出されてもよい。石炭火力発電プラントが排出を制御する本発明のCO2処理システムなしで運転されるのは1年でわずかに数時間であるため、発電プラントはなお公害規制基準を満たすかこれを高め得る。このような予備容量運転の最中に、予備の容量および汚染の増加のために追加の資金を費やす必要性はない。
図2に示されるものなどのシステムを含む本発明のシステムは、排ガス流中の成分を酸化させるよう構成されていてもよい。排ガス流中の成分の酸化は、上記のとおり、排ガス流を過酸化水素(H2O2)またはH2O2/CH3OH混合物に供する工程を含む。CO2含有ガス状流を過酸化水素を用いて酸化するシステムおよび方法の例示的な記載が、本明細書において参照によりその全体が援用される米国特許第5,670,122号明細書に見いだされ得る。ガス状流は、十分な時間の間過酸化水素で処理されてその中の成分が酸化されて、例えば、一酸化窒素(NO)、三酸化硫黄(SO3)、軽質炭化水素(C1〜C4)、一酸化炭素(CO)、および、水銀の1種以上が、それぞれ、NO2、SO2、CO2およびHgOに転化され得る。ガス状流は、ガス状流を水溶液(例えば、二価カチオン、プロトン除去剤、または、これらの組み合わせを含む水溶液)と接触させる前に、過酸化水素またはH2O2/CH3OH混合物で処理されてもよい。いくつかの実施形態において、ガス状流を水溶液と接触させた後に回収される処理済排ガス流は、H2O2/CH3OH混合物で処理され得、および、本発明の処理装置において再処理されて、排ガス流の残留する成分のいずれかが回収される。
過酸化水素またはH2O2/CH3OH混合物の反応時間は、約0.01〜約5秒、例えば、約0.1〜約2秒の範囲内であり得る。次いで、NO2、SO2、CO2、およびHgO(および、排ガス流の他の成分)は、水溶液(例えば、二価カチオン、プロトン除去剤、または、これらの組み合わせを含む水溶液)への吸収により除去され得る。いくつかの実施形態においては、次いで、CO2−充填溶液が凝縮条件に供されて、ガス状流からの成分の1種以上(例えば、NO2、SO2、CO2、HgO等)を含む沈殿物質が形成され得る。このように、本発明は、排ガス流から広く多様な成分(例えば、CO2、基準汚染物質、および/または、他の毒性のまたは環境に有害な成分)を、これらの成分が危険なほどに高い濃度で大気中に排出されないよう除去するための迅速、かつ、効率的な方法を提供する。例えば、本発明は、ボイラー、炉、焼却炉、定置機関、および、種々の種類の燃料を燃焼させる他のシステムから放出される排ガス流(例えば煙道ガス)からこれらの成分を除去するために用いられ得る。
上記のとおり、注入されたH2O2(MeOH)対総汚染物質のモル比は、例えば、0.1対2.0、0.1対1.0、または、0.1対0.5といった0.1対3.0を含む、0.1対4.0などの0.01対5.0であり得る。このような比はまた、メタノール中の水性H2O2または水性H2O2が用いられる場合に有効であり得る。いくつかの実施形態において、例えば、注入されたH2O2(MeOHまたはH2O)対総汚染物質のモル比は、0.5〜2.0であり得る。いくつかの実施形態において、例えば、注入されたH2O2(MeOHまたはH2O)対総汚染物質のモル比は、0.9対1.5であり得る。過酸化水素は、1%〜50%、例えば、10%〜約30%の濃度で注入され得る(例えば、メタノール溶液または水溶液の形態)。
本発明のシステムおよび方法における過酸化水素の使用は多くの利点を有する。適当に保管されれば、過酸化水素溶液はきわめて安定である。過酸化水素自体は汚染物の供給源ではなく、唯一の反応副生成物は水および酸素であるため、過酸化水素の使用は如何なる環境問題も引き起こさない。従って、過酸化水素は、本発明において安全に用いられることが可能である。
例示であると共に図2Cに続く説明を如何様にも限定しない図2Cを参照すると、一実施形態においては、システム200Cは、富二酸化炭素排ガス流230を二価カチオン250を含む水性カチオン溶液と接触させて、廃棄物流240中の構成成分を中和し、および、水溶液中のカチオンと共に炭酸塩含有沈殿物質を形成するよう適応された気体−液体または気体−液体−固体接触器を備える処理装置(210)を備える。例示されているとおり、このシステムは、廃棄物源に含有されているプロトン除去剤(例えば、OH−)の供給源240を備える。種々の実施形態においては、廃棄物源中のOH−を利用して水溶液のpHが調整されて、燃焼ガス(例えば、二酸化炭素、NOxおよびSOx)の溶液中への吸収が促進され、および、排ガス流中の成分が溶液中のカチオンと反応されて、溶液中に炭酸塩含有沈殿物質が形成される。好適な廃棄物流の例としては、水酸化ナトリウムを含有する赤泥および酸化カルシウムを含有するフライアッシュが挙げられる。
種々の実施形態において、処理装置210における排ガス流230と溶液250との相互作用は、排ガス流からの粒状物質と、溶液中のカチオンと相互作用するガスから形成される沈殿物質とを含むスラリーの形成をもたらす。種々の実施形態において、スラリーは液体−固体分離器222に導かれ、ここで、本明細書に記載の本発明の単なる例示である図2Aおよび2Cに示されているとおり、これは、濃縮組成物(例えば、ウェットケーキ)および上澄に分離される。種々の実施形態において、図2Cに例示されているとおり、例えば、二価カチオン、水酸化イオンおよび沈殿物質が枯渇している上澄が脱塩に送られる。他の実施形態においては、任意により上澄の少なくとも一部に、アルカリ土類金属カチオンおよびプロトン除去剤が補給されて、処理装置210に再循環される。任意により、例示であると共に図2Aに続く説明を如何様にも限定しない図2Aに示されているとおり、液体−固体分離器222からのウェットケーキは洗浄ステーション226において清浄水で洗浄されて可溶性の塩がウェットケーキから除去されて、脱塩ウェットケーキおよび洗浄水が生成される。洗浄ステーションから、ウェットケーキは乾燥器224において乾燥されて乾燥粗生成物を形成し得る。上記のとおり、乾燥粗生成物は、次いで、精製所で精製されて精製生成物が生成され得る。乾燥粗生成物または精製生成物は、建築材料の仕様に応じて、製造システム(228)において本発明の建築材料の調製に用いられ得る。建築材料としては、セメント、微小骨材、モルタル、粗大骨材、コンクリート、ポゾラン、または、これらの組み合わせが挙げられ得、その各々が参照により本明細書において援用される、2008年5月23日に出願の米国特許出願公開第12/126,776号明細書;2008年12月24日に出願の米国特許出願公開第12/344,019号明細書;2009年5月29日に出願の米国特許出願公開第12/475,378号明細書;および2008年10月22日に出願の米国特許出願公開第12/604,383号明細書にさらに記載されている。
例示であると共に図2Cに続く説明を如何様にも限定しない図2Cに示されている本発明のシステムにおいては、廃棄物成分の中和および得られる沈殿物質からの建築用製品の製造に用いられることが可能である器具は市販されているが、仕様の変更が必要であり得る。また、示されているとおり、種々の実施形態におけるシステム200Cは、水酸化イオンを供給して処理装置210中に沈殿物質を形成させるプロトン除去剤(例えばOH−)の廃棄物源240を含む。図2Cの実施形態においては、プロトン除去剤(例えば、OH−)の供給源は廃棄物流240に利用可能であるが、赤泥、フライアッシュ、または、任意の簡便なプロトン除去剤の供給源が用いられることが可能である(例えば、市販されている水酸化ナトリウム)。それ故、一実施形態においては、図2Aを参照して上述されているとおり、および、図3に例示されているとおり、および、本明細書において参照によりその全体が援用される、本発明の譲受人に譲渡された2008年12月23日に出願の国際公開第PCT/US08/088242号パンフレットに記載されているとおり、システムは、水酸化イオンを水性カチオン溶液に供給するための電気化学システムを備える。
例示であると共に図2Cに続く説明を如何様にも限定しない図2Cを参照すると、燃焼ガスを含む排ガス流230は二価カチオン水溶液と接触させられてガス充填水溶液が生成される。ガス充填水溶液とは燃焼ガスを含む水性カチオン溶液を意味し、ここで、燃焼ガス分子は水分子と結合されて、例えば、炭酸、塩酸、硝酸、硫酸、重炭酸塩、炭酸塩といった新たな化学種を生成するか、または、燃焼ガス分子は単に水中に溶解する。ガス充填水はまた、燃焼ガスから水溶液中に飛沫同伴された粒状物質を含む水溶液を含む。種々の実施形態において、燃焼ガスとしては、二酸化炭素および一酸化炭素(COx);窒素酸化物(NOx);硫黄酸化物(SOx)および硫化物;塩化水素およびフッ化水素などのハロゲン化物(これらはまた、例えばSOx(例えばSO3、SO2)と共に酸性ガスとみなされ得る);フライアッシュなどの粒状物質、塵埃および砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、クロムVI、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、タリウム、およびバナジウムを含む金属;ならびに、炭化水素、放射性材料、ダイオキシン、およびPAH化合物などの有機物が挙げられる。種々の実施形態において、本発明は、これらの成分のすべて、または、1種、または2種以上を同時に含む投入燃焼ガス流を処理するために適応可能なシステムを提供する。
処理装置(例えば、図2Cの処理装置210)における水性カチオン溶液への充填は、例えば、炭酸、重炭酸塩、および/または、炭酸塩イオンの形態での水溶液中の燃焼ガス含有量を高め、および、処理装置を出る出口ガスの濃度を低減させる。種々の実施形態において、燃焼ガス充填水溶液は、4以下を含む、5以下などの、6以下のpHを有する酸性である。一定の実施形態においては、水への充填に用いられるガスのCO2、NOxおよび/またはSOxの濃度は、0.1%、1%、5%、10%以上、75%またはこれ以上などの、50%以上を含む、25%以上である。対象の接触プロトコルとしては、これらに限定されないが:例えば、一定量の水溶液をとおしたガスの通気といった直接接触プロトコル、例えば、単方向に流れる気体相および液体相流間の接触といった並流接触および混合、例えば、対向して流れる気体相および液体相流間の接触といった向流手段等が挙げられる。それ故、簡便であり得るとおり、および、本明細書において参照によりその全体が援用される米国特許第7,379,487号明細書に記載されているとおり、接触は、インフューザ、バブラー、流体ベンチュリ反応器、スパージャ、ガスフィルタ、噴霧、トレイ、フラットストリームまたは充填カラム反応器等の使用を介して達成され得る。種々の実施形態において、ガスは、水溶液の充填に用いられる前に処理されてもよい。所望されるとおり、例えば本明細書において参照によりその全体が援用される米国特許第5,670,122号明細書に記載されているとおり、例えば、ガスは、酸化条件に供されて、例えば、COをCO2に、NOをNO2に、およびSO2をSO3に転化させ得る。
例示であると共に図2Cに続く説明を如何様にも限定しない図2Cを参照すると、処理装置210では、非晶質または結晶質であり得る炭酸塩化合物、硫酸塩および亜硫酸塩化合物は凝縮される。ここで、廃棄物源240は、水溶液中に溶解しない固体廃棄物(例えば赤泥またはフライアッシュ)を含み、廃棄物中の塩基は中和され得、および、沈殿物質は、それ故、適切に、例えば、中和された赤泥またはフライアッシュといった中和された固形分を含有し得る。凝縮条件としては、水溶液の物理的環境を変化させて所望の沈殿物質を生成させるものが挙げられる。例えば、水の温度を、所望の炭酸塩化合物または硫酸塩化合物の凝縮を生じさせるのに好適なだけ高めてもよい。このような実施形態において、水の温度は、25から45℃を含む、20から50℃などの、5から70℃の値に高められ得る。このように、所与の一連の凝縮条件は0〜100℃の範囲の温度を有していてもよいが、温度は、一定の実施形態においては高められて、所望の沈殿物質が生成されてもよい。一定の実施形態においては、温度は、例えば、太陽エネルギー供給源、風力エネルギー供給源、水力発電エネルギー源等といった低または無二酸化炭素排出供給源から生成されたエネルギーを用いて昇温される。
図4〜11は本発明の方法の種々の実施形態を例示しており、これにより、排ガス流が処理されて、燃焼成分が除去されて組成物(例えば、沈殿物質)が生成され得る。いくつかの実施形態において、この方法は、例えば、煙道ガスといった産業廃ガスの少なくとも2種の成分の固体形態中への捕捉、例えば、水溶液からの成分または成分の誘導体の凝縮、または、成分または成分の誘導体の沈殿物質もしくは他の固体形態中への物理的な捕捉、または、凝縮および捕捉の組み合わせを提供する。成分としては、CO2、CO、SOx、NOx、水銀、砒素、鉛、セレニウム、フッ素、塩素、塩化水素、フッ化水素、粒状物質(例えば、フライアッシュ)、および、炭化水素が挙げられ得る。いくつかの実施形態において、存在する場合には、CO2の少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%が、産業廃ガスから除去される。いくつかの実施形態において、存在する場合には、COの少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%が産業廃ガスから除去される。いくつかの実施形態において、存在する場合には、SOxの少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%が産業廃ガスから除去される。いくつかの実施形態において、存在する場合には、NOxの少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%が、産業廃ガスから除去される。いくつかの実施形態において、存在する場合には、水銀の少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%が産業廃ガスから除去される。いくつかの実施形態において、存在する場合には、砒素の少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%が産業廃ガスから除去される。いくつかの実施形態において、存在する場合には、鉛の少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%が産業廃ガスから除去される。種々の実施形態において、燃焼ガスの成分の少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%が排ガス流から除去される。
それ故、いくつかの実施形態においては、本発明は、CO2およびSOxを含有する産業排ガスを処理するプロセスを提供し、ここで、プロセスは、CO2の少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%、および、SOxの少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%を、例えば、CO2およびSOx、または、その一方もしくは両方の誘導体を、水溶液からの沈殿物質などの固体形態中に捕捉することにより除去する。いくつかの実施形態において、本発明は、CO2およびSOxを含有する産業排ガスを処理するための方法を提供し、ここで、プロセスは、CO2の少なくとも10%、および、SOxの少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%を除去する。いくつかの実施形態において、本発明は、CO2およびSOxを含有する産業排ガスを処理するためのプロセスを提供し、ここで、プロセスは、CO2の少なくとも30%、および、SOxの少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%を除去する。いくつかの実施形態において、本発明は、CO2およびSOxを含有する産業排ガスを処理するためのプロセスを提供し、ここで、プロセスは、CO2の少なくとも50%、および、SOxの少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%を除去する。いくつかの実施形態において、本発明は、CO2およびSOxを含有する産業排ガスを処理するためのプロセスを提供し、ここで、プロセスは、CO2の少なくとも70%、および、SOxの少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%を除去する。
いくつかの実施形態において、排ガス流は、前処理(例えば、図2Bを参照して記載されているとおり)されて、成分の1種以上を本発明のプロセスを受けやすくする(例えば、凝縮、あるいは、安定な固体形態での成分の捕捉)ために、溶解度、酸化状態、または、排ガス成分の1種以上の他の特性が高められてもよい。このような実施形態において、前処理は、1つのステップで、または、例えば、2、3、4、5、6、7、8、9、10、10以上の前処理ステップといった2つ以上のステップで行われ得る。本発明のいくつかの実施形態において、排ガス流は前処理されない。いくつかの実施形態において、排ガス流は、粒状物質制御技術(例えば、静電集塵装置、織布フィルタ等)で前処理されてフライアッシュなどの粒状物質が除去される。
例えばフライアッシュといった粒状物質は、凝縮ステージで除去され得、または、凝縮反応の前に産業ガスから個別に除去され得、または、例えば、いくつかの粒状物質が除去され、残りの粒状物質が凝縮されるといったこれら2つの組み合わせであり得る。いくつかの実施形態において、粒状物質を沈殿物質に添加し戻してもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、沈殿物質は処理されてセメントなどの建築材料となり、産業において時々実施されているとおり、粒状物質(例えば、フライアッシュ)を沈殿物質に添加してもよい。
図4を参照すると、一実施形態においては、ステップ400における方法は、排ガス流を金属イオン含有水溶液と接触させる工程を含み、これにより、以下の成分の少なくとも3種が排ガス流から除去され、不溶性で安定な沈殿物質中に含有される:二酸化炭素;一酸化炭素;窒素酸化物(NOx);硫黄酸化物(SOx);硫化水素;塩化水素;フッ化水素;フライアッシュ;塵埃;砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、クロムVI、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、タリウムを含む金属;炭化水素;放射性材料、ダイオキシン、および、PAH。
図5に図示されている実施形態において、ステップ500における方法は:二酸化炭素、窒素酸化物および硫黄酸化物を含む排ガス流を金属イオン含有水溶液と接触させる工程と、排ガス流から二酸化炭素、硫黄酸化物および水銀を含む沈殿物質を沈殿させる工程とを含む。
図6に図示されている実施形態において、ステップ600における方法は、煙道ガスの二酸化炭素および少なくとも2種の他の成分を不溶性で安定な沈殿物質に凝縮させる条件下で、産業供給源からの煙道ガスを金属イオン含有水溶液と接触させる工程を含む。
図7に図示されている実施形態において、ステップ700における方法は、煙道ガスを処理して粒状物質を除去する工程、次いで、煙道ガスを処理して、これから、二酸化炭素、水銀酸化物および硫黄酸化物を除去する工程により、産業供給源からの煙道ガスを処理して煙道ガスの望ましくない成分を除去する工程を含む。
図8に図示されている実施形態において、ステップ800における方法は、二酸化炭素、水銀および硫黄酸化物を含む排ガス流を処理して、単一のステップで、不溶性組成物中の二酸化炭素および硫黄酸化物を凝縮させることにより、二酸化炭素の少なくとも50%および硫黄酸化物の少なくとも50%を排ガス流から除去する工程を含む。
図9に図示されている実施形態において、ステップ900における方法は、二酸化炭素および水銀を含む排ガス流を処理して、二酸化炭素の少なくとも50%および水銀の少なくとも50%を二酸化炭素および水銀を凝縮させる工程を含む単一のプロセスで除去する工程を含む。
他の実施形態において、方法は、煙道ガスを処理して粒状物質を除去し、次いで、煙道ガスを処理して二酸化炭素および硫黄酸化物(SOx)の両方を除去する工程を含む、産業供給源からの煙道ガスを処理して煙道ガスの望ましくない成分を除去する工程を含む。
図10を参照すると、ステップ1000での一実施形態における方法は:二価カチオン含有水溶液の存在下に第1の廃棄物流を第2の廃棄物流と接触させる工程を含み、これにより、廃棄物流の少なくとも一方中の汚染物質が中和される。種々の実施形態において、廃棄物流の少なくとも一方は二酸化炭素および他の燃焼ガスを含み、および、水性二価カチオン溶液はカルシウムおよび/またはマグネシウムイオンを含む。種々の実施形態において、非気体廃棄物流は、例えば、赤泥においては水酸化イオン、または、石炭灰においては酸化カルシウムといった利用可能な塩基を含む。種々の実施形態においては、カルシウム、および/または、炭酸マグネシウム、および、廃棄物の中和された構成成分を含む沈殿物質が、本明細書に記載のとおり、二価カチオン溶液中に得られる。種々の実施形態において、中和された廃棄物を含む沈殿物質は処分され得、および/または、本明細書に記載のとおり、炭酸塩含有沈殿物質と共に建築用製品として利用されることが可能である。
図11を参照すると、他の実施形態において、ステップ1100における方法は、廃棄物を、二酸化炭素を含む排ガス流および水性二価カチオン溶液を含む液体流と接触させる工程を含む産業廃棄物を中和するステップを含み、これにより、廃棄物のpHが中和される。図10の方法と同様に、図11の方法は、赤泥および/またはフライアッシュを含む廃棄物流を、例えば、海水などの塩水、汽水、塩水または溶解した苦鉄質鉱物を含む水溶液中に利用可能であるカルシウムおよび/またはマグネシウムイオンを含む二価カチオン溶液といった、アルカリ土類金属イオンを含む水性二価カチオン溶液と一緒に反応させることにより処理する工程を含む。他の実施形態において、この方法は、化石燃料を燃焼させて、炭酸塩を水性二価カチオン溶液中に沈殿させることにより形成された二酸化炭素を含む排ガス流を利用する工程を含む。
種々の実施形態において、炭酸塩含有沈殿物質は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、カルシウムマグネシウム炭酸塩などの二価カチオン炭酸塩を含んでいてもよい。種々の実施形態において、沈殿物質は、以下の構成成分の1種以上で凝縮され得る:赤泥、フライアッシュ、塵埃、砒素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、クロムVI、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレニウム、ストロンチウム、およびタリウムを含む金属。一実施形態においては、排ガス流は、溶液と接触させられて、粒状物質および窒素酸化物の1種以上が除去される前またはその後に処理される。他の任意のステップにおいて、この方法は、水溶液から上澄液および脱塩水を抽出する工程、および、上澄液の少なくとも一部を水溶液に循環させる工程を含む。種々の実施形態においては、例えば、二酸化炭素、水銀および/または硫黄酸化物といった廃棄物の基本的にすべてが特定の廃棄物流から除去され、例えば、水酸化イオンの5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%以上が廃棄物から除去される。
組成物
本発明の組成物は、任意によりCa2+、Mg2+、または、これらの組み合わせなどの二価カチオンの、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む溶液、固形分、または、多相性材料(例えばスラリー)であり得る。本発明の方法により生成されたこのような組成物(例えば沈殿物質)中の炭素の量は様々であり得る。いくつかの実施形態において、組成物は、5〜14%(w/w)、5〜13%(w/w)、6〜14%(w/w)、6〜12%(w/w)および7〜12%(w/w)を含む、5〜15%(w/w)などの、1%〜15%(w/w)の範囲の一定量の炭素(以下により詳細に記載したプロトコルを用いることによる測定で)を含み、ここで、相当量の炭素が、CO2の供給源からの炭素(以下により詳細に記載したプロトコルを用いることによる測定で)であり得る。このような実施形態において、組成物(例えば沈殿物質)中に存在する炭素の90〜100%を含む、50〜100%などの、10〜100%が、CO2の供給源(例えば、二酸化炭素を含む産業排ガス流)からのものである。いくつかの事例においては、二酸化炭素供給源に追跡可能である組成物中に存在する炭素の量は、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、99%以上であり、100%を含む。
本発明の組成物は、任意によりCa2+、Mg2+、または、これらの組み合わせなどの二価カチオンの、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む溶液、固形分、または、多相性材料(例えばスラリー)であり得る。本発明の方法により生成されたこのような組成物(例えば沈殿物質)中の炭素の量は様々であり得る。いくつかの実施形態において、組成物は、5〜14%(w/w)、5〜13%(w/w)、6〜14%(w/w)、6〜12%(w/w)および7〜12%(w/w)を含む、5〜15%(w/w)などの、1%〜15%(w/w)の範囲の一定量の炭素(以下により詳細に記載したプロトコルを用いることによる測定で)を含み、ここで、相当量の炭素が、CO2の供給源からの炭素(以下により詳細に記載したプロトコルを用いることによる測定で)であり得る。このような実施形態において、組成物(例えば沈殿物質)中に存在する炭素の90〜100%を含む、50〜100%などの、10〜100%が、CO2の供給源(例えば、二酸化炭素を含む産業排ガス流)からのものである。いくつかの事例においては、二酸化炭素供給源に追跡可能である組成物中に存在する炭素の量は、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、99%以上であり、100%を含む。
本発明の組成物(例えば、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質)は、1000トンの組成物当たり、150トン以上のCO2を含む、100トン以上のCO2などの、50トン以上のCO2を、例えば、400トン以上のCO2を含む、350トン以上のCO2などの、300トン以上のCO2を含む、250トン以上のCO2などの、200トン以上のCO2を、例えば、650トン以上のCO2を含む、600トン以上のCO2などの、550トン以上のCO2を含む、500トン以上のCO2などの、450トン以上のCO2を、例えば、700トン以上のCO2を貯蔵し得る。それ故、いくつかの実施形態においては、本発明の組成物(例えば、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質)は、例えば、90%以上のCO2を含む、75%以上のCO2などの、50%以上のCO2といった、25%以上のCO2を含む、10%以上のCO2などの、5%以上のCO2を含む。特に本発明の沈殿物質といったこのような組成物は、既成環境において用いられることが可能である。いくつかの実施形態において、組成物は、建築材料などの製造物品の構成材(例えば、セメント、骨材、コンクリート、または、これらの組み合わせの構成材)として採用され得る。製造物品(建築材料など)における組成物の使用は分離されたCO2の再放出をもたらさないために、組成物は保管−安定性のCO2分離生成物のまま維持される。いくつかの実施形態において、本発明の組成物(例えば、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質)は、ポートランドセメントと組み合わされた場合、CO2を放出することなくポートランドセメントの化合物に溶解およびこれと結合し得る。
CO2を炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩に転化するために採用される条件は、追加の排ガス流成分の1種以上を共生成物に転化し得(すなわち、CO2処理条件下で1種以上の追加の成分から生成された生成物)、ここで、このような追加の成分としては、硫黄酸化物(SOx);窒素酸化物(NOx);一酸化炭素(CO);アンチモン(Sb)、砒素(As)、バリウム(Ba)、ベリリウム(Be)、ホウ素(B)、カドミウム(Cd)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、銅(Cu)、鉛(Pb)、マンガン(Mn)、水銀(Hg)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、ラジウム(Ra)、セレニウム(Se)、銀(Ag)、ストロンチウム(Sr)、タリウム(Tl)、バナジウム(V)、および亜鉛(Zn)などの金属;粒状物質;ハロゲン化物または酸性ガス;有機物;有害物質;放射性同位元素等が挙げられる。このような1種以上の追加の排ガス流成分の共生成物は、本発明の目的のために、1種以上の追加の排ガス流成分の誘導体であるとみなされ得る。本発明の組成物は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を、1種以上の追加の排ガス流成分、および/または、1種以上の追加の排ガス流成分の共生成物と組み合わせて含み得る。いくつかの実施形態において、このような1種以上の追加の成分および/または共生成物は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む溶液の一部であり得る。いくつかの実施形態において、このような1種以上の追加の成分および/または共生成物は、1種以上の追加の成分および/または共生成物の炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩が伴う凝縮による、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含む沈殿物質中の1種以上の追加の成分および/または共生成物の捕捉による、または、これらのいくつかの組み合わせによる、本発明の沈殿物質の一部であり得る。いくつかの実施形態において、このような1種以上の追加の成分および/または共生成物は、前述の溶液と沈殿物質との任意の組み合わせを含むスラリーの一部であり得る。
本発明の組成物は、炭酸塩および/または重炭酸塩に追加して硫酸塩、亜硫酸塩等を含み得る。いくつかの実施形態において、組成物は、70〜99.9%炭酸塩および/または重炭酸塩を、0.05〜30%硫酸塩および/または亜硫酸塩と共に含む。例えば、組成物は、少なくとも50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、または99.9%炭酸塩および/または重炭酸塩を含み得る。このような組成物は、少なくとも0.05%、0.1%、0.5%、1.0%、5.0%、10%、15%、20%、25%、または30%硫酸塩および/または亜硫酸塩をさらに含む。いくつかの実施形態において、本発明の組成物は、任意によりSOx(例えば、SO2、SO3等)を含む排ガス流から生成された沈殿物質中に凝縮または捕捉された、カルシウム、マグネシウム、または、これらの組み合わせの硫黄系化合物を含む。例えば、マグネシウムおよびカルシウムは反応して、それぞれ、MgSO4およびCaSO4、ならびに、他のマグネシウム含有化合物およびカルシウム含有化合物(例えば亜硫酸塩)を形成し得、煙道ガス脱硫(「FGD」)などの脱硫ステップを伴わずに、排ガス流(例えば、煙道ガス流)から硫黄が効果的に除去される。加えて、CaSO4、MgSO4、および、関連する化合物を含む組成物は、CO2の追加的な放出を伴わずに形成され得る。高レベルの硫黄系化合物(例えば硫酸塩)が存在する事例においては、水溶液は、CaSO4、MgSO4、および/または、関連する化合物の形成の前、その最中、または、その後に、炭酸塩化合物を形成するためにカルシウムおよび/またはマグネシウムが利用可能であるよう、カルシウムおよび/またはマグネシウムで富化され得る。いくつかの実施形態において、複数の反応生成物(例えば、MgCO3、CaCO3、CaSO4、前述のものの混合物等)が異なるステージで収集され、一方で、他の実施形態においては、単一の反応生成物(例えば、炭酸塩、硫酸塩を含む沈殿物質等)が収集される。図12Aおよび図12Bは、例えば、ブルーサイトテーリング(例えば、Mg(OH)2)および合成煙道ガス(15%CO2、3.5%O2、残量N2)を含み、SO2を含まず(図12A)、および、400ppmSO2を含む(図12B)実験用−合成炭酸マグネシウム間の形態の比較を提供する。図12Aおよび図12Bの組成物は、それぞれ、30.9%および31.1%の炭酸化度を表す。
本発明の組成物は、硝酸塩、亜硝酸塩等を含み得る。いくつかの実施形態において、本発明の組成物は、任意により、NOx(例えば、NO2、NO3等)を含む排ガス流から生成された沈殿物質中に凝縮または捕捉された、カルシウム、マグネシウム、または、これらの組み合わせのこのような窒素系化合物を含む。例えば、マグネシウムおよびカルシウムは反応して、それぞれ、Mg(NO3)2およびCa(NO3)2、ならびに、他のマグネシウム含有化合物およびカルシウム含有化合物(例えば硝酸塩)を形成し得、選択触媒還元(「SCR」)ステップまたは非選択触媒還元(「NSCR」)ステップを伴わずに、窒素が排ガス流(例えば、煙道ガス流)から効果的に除去され得る。加えて、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2、および関連する化合物を含む組成物は、CO2の追加の放出を伴わずに形成され得る。本発明の組成物は、微量金属(例えば、水銀)などの他の成分をさらに含む。水銀を微量金属の非限定的な例として用いて、本発明の組成物は、元素水銀(Hg0)、Hg2+を含む水銀塩(例えば、HgCl2、HgCO3等)、Hg+を含む水銀塩(例えば、Hg2Cl2、Hg2CO3等)、Hg2+を含む水銀化合物(例えば、HgO、有機水銀化合物等)、Hg+を含む水銀化合物(例えば、Hg2O、有機水銀化合物等)、粒状水銀(Hg(p))等を含み得る。Hg2+を含む水銀塩、Hg+を含む水銀塩、Hg2+を含む水銀化合物、Hg+を含む水銀化合物が、本発明の目的のための水銀誘導体とみなされ得る。いくつかの実施形態において、本発明の組成物は、任意により水銀などの微量金属を含む排ガス流から生成された沈殿物質中に凝縮または捕捉されたこのような水銀系化合物を含む。いくつかの実施形態において、組成物は、水銀(または他の金属)を、少なくとも0.1、0.5、1、5、10、50、100、500、1,000、5,000、10,000ppbの濃度で含む。水銀は反応してHgCO3またはHg2CO3、ならびに、他の水銀含有化合物(例えば、塩化物、酸化物)を形成し得、特定的なまたは非特定的な水銀の除去技術を伴わずに排ガス流(例えば煙道ガス流)から水銀が効果的に除去される。加えて、水銀および/または他の微量金属を含む組成物は、CO2の追加の放出を伴わずに形成され得る。
本発明の沈殿物質は、共凝縮からもたらされる数々の炭酸塩および/または数々の炭酸塩無機塩類相を含み得、ここで、沈殿物質は、例えば、炭酸カルシウム(例えば、方解石)を炭酸マグネシウム(例えば、ネスケホナイト)と共に含み得る。沈殿物質はまた、単一種の炭酸塩を単一種の無機塩類相中に含み得、特にこれらに限定されないが、炭酸カルシウム(例えば、方解石)、炭酸マグネシウム(例えば、ネスケホナイト)、カルシウムマグネシウム炭酸塩(例えば、ドロマイト)、またはフェロ−カーボ−アルミノケイ酸が挙げられる。異なる炭酸塩が順番に凝縮され得るため、沈殿物質は、入手された条件下に応じて、比較的富んでいる(例えば、90%〜95%)か、または、1種の炭酸塩および/または1種の無機塩類相に基本的に富んで(例えば、95%〜99.9%)いればよく、または、沈殿物質は、一定量の他の炭酸塩および/または他の無機塩類相(または相)を含み得、ここで、所望の無機塩類相は沈殿物質の50〜90%である。いくつかの実施形態においては、沈殿物質は、炭酸塩に追加して、1種以上の水酸化物(例えば、Ca(OH)2、Mg(OH)2)を含み得ることが認識されるであろう。沈殿物質中に存在する炭酸塩または水酸化物のいずれかは、完全にまたは部分的に非晶質であり得ることもまた認識されるであろう。いくつかの実施形態において、炭酸塩および/または水酸化物は完全に非晶質である。沈殿物質中に存在する炭酸塩または水酸化物のいずれかは、完全にまたは部分的に結晶質であり得ることもまた認識されるであろう。いくつかの実施形態において、炭酸塩および/または水酸化物は完全に結晶質である。
出発材料の多様性により多くの異なる炭酸塩含有塩および化合物が可能であるが、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、または、これらの組み合わせを含む沈殿物質が特に有用である。沈殿物質は、不明確な非晶質炭酸塩化合物を含む、2種以上の異なる炭酸塩化合物、3種以上の異なる炭酸塩化合物、4種以上の異なる炭酸塩化合物、5種以上の異なる炭酸塩化合物等を含み得る。本発明の沈殿物質は、分子式Xm(CO3)nを有する化合物を含み得、式中、Xは、炭酸塩基またはその複数に化学的に結合することが可能である任意の元素または元素の組み合わせであり、ならびに、mおよびnは、化学量論的に正の整数である。いくつかの実施形態において、Xは、アルカリ土類金属(元素周期律表の第IIA欄に見いだされる元素)、アルカリ金属(元素周期律表の第IA欄に見いだされる元素)、またはこれらのいくつかの組み合わせであり得る。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、カルシウムおよびマグネシウムの両方を含む炭酸塩無機塩類である、ドロマイト(CaMg(CO3)2)、プロトドロマイト、ハンタイト(CaMg3(CO3)4)、および/またはセルギーバイト(Ca2Mg11(CO3)13・H2O)を含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、方解石、霰石、ファーテライト、または、これらの組み合わせから選択される1種以上の相中の炭酸カルシウムを含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、イカアイト(CaCO3・6H2O)、非晶質炭酸カルシウム(CaCO3・nH2O)、モノハイドロカルサイト(CaCO3・H2O)、または、これらの組み合わせから選択される炭酸カルシウムの水和物形態(例えば、Ca(CO3)・nH2O、式中、分子式中には1つ以上の構造水が存在する)を含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は炭酸マグネシウムを含み、ここで、炭酸マグネシウムは水和水をまったく有さない。いくつかの実施形態において、沈殿物質は炭酸マグネシウムを含み、ここで、炭酸マグネシウムは、1、2、3、4、4以上の水和水から選択される任意の多数の異なる水和水(例えば、Mg(CO3)・nH2O)を有し得る。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、1、2、3、4、4以上の異なる炭酸マグネシウム相を含み、ここで、炭酸マグネシウム相は水和水の数が異なる。例えば、沈殿物質は、菱苦土石(MgCO3)、バーリントン石(MgCO3・2H2O)、ネスケホナイト(MgCO3・3H2O)、ランスフォルダイト(MgCO3・5H2O)、および非晶質炭酸マグネシウムを含み得る。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、アルチナイト(MgCO3・Mg(OH)2・3H2O)、水菱苦土石(Mg5(CO3)4(OH)2・3H2O)、または、これらの組み合わせなどの水酸化物および水和水を含む炭酸マグネシウムを含む。このように、沈殿物質は、本明細書において列挙されている種々の水和状態のすべてのまたはいくつかにおける、カルシウム、マグネシウム、または、これらの組み合わせの炭酸塩を含み得る。凝縮速度もまた沈殿物質の性質に影響を与え得、最も急速な凝縮速度は、溶液に所望の相をシード添加することにより達成された。シード添加なしでは、急速な凝縮は、例えば凝縮反応混合物のpHを急速に高めることにより達成され得、これは、より非晶質の構成成分をもたらす。しかも、pHが高ければ、凝縮も急速となり、この凝縮はさらに非晶質の沈殿物質をもたらす。
いくつかの実施形態において、沈殿物質中の炭酸カルシウム化合物の重量による量は、沈殿物質中の炭酸マグネシウム化合物の重量による量を超えていてもよい。いくつかの実施形態において、例えば、沈殿物質中の炭酸カルシウム化合物の重量による量は、沈殿物質中の炭酸マグネシウム化合物の重量による量を10%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上などの5%以上で超えていてもよい。いくつかの実施形態において、沈殿物質中の炭酸カルシウム化合物対炭酸マグネシウム化合物の重量比は、2〜3対1を含む、2〜4対1などの、1.5〜5対1の範囲である。いくつかの実施形態において、沈殿物質中の炭酸マグネシウム化合物の重量による量は、沈殿物質中の炭酸カルシウム化合物の重量による量を超えていてもよい。例えば、沈殿物質中の炭酸マグネシウム化合物の重量による量は、沈殿物質中の炭酸カルシウム化合物の重量による量を、10%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上などの5%以上で超えていてもよい。いくつかの実施形態において、沈殿物質中の炭酸マグネシウム化合物対炭酸カルシウム化合物の重量比は、2〜3対1を含む、2〜4対1などの、1.5〜5対1の範囲である。
一定の二価カチオン含有水溶液(例えば、海水、塩水等)中で生成される本発明の沈殿物質は、淡水と組み合わされると溶解して、熱力学的により安定である(淡水中で)炭酸塩化合物を含む淡水沈殿物質を生成する炭酸塩化合物を含み得る。このように、初期沈殿物質の炭酸塩化合物は、淡水と組み合わされると溶解して、新たな炭酸塩化合物および新たな組成物(例えば沈殿物質)を生成し得る。(このような反応のいずれにおいても、CO2ガスは、顕著な量では、または、いくつかの場合において、まったく遊離されることなはい)。初期沈殿物質の炭酸塩化合物は、淡水中よりも塩水中において安定である化合物であり得、初期沈殿物質の炭酸塩化合物は準安定であると見られ得る。電量滴定によって測定した沈殿物質中の炭酸塩化合物の量は、80%以上を含む、70%以上などの、40%以上であり得る。
凝縮の最中に主要イオン比を調整することで沈殿物質の性質に影響を与え得る。主要イオン比は、かなりの影響を異形体の形成に対して有する。例えば、水中のマグネシウム:カルシウム比が高まるに伴って、霰石が、沈殿物質において、低マグネシウム方解石を超える炭酸カルシウムの主な異形体となる。マグネシウム:カルシウム比が低い場合は、低マグネシウム方解石が主な異形体となる。いくつかの実施形態において、Ca2+およびMg2+の両方が存在する場合、沈殿物質におけるCa2+対Mg2+の比(すなわち、Ca2+:Mg2+)は、1:1〜1:2.5;1:2.5〜1:5;1:5〜1:10;1:10〜1:25;1:25〜1:50;1:50〜1:100;1:100〜1:150;1:150〜1:200;1:200〜1:250;1:250〜1:500;1:500〜1:1000、または、これらの範囲である。例えば、いくつかの実施形態においては、沈殿物質におけるCa2+対Mg2+の比は、1:1〜1:10;1:5〜1:25;1:10〜1:50;1:25〜1:100;1:50〜1:500;または、1:100〜1:1000である。いくつかの実施形態において、沈殿物質におけるMg2+対Ca2+の比(すなわち、Mg2+:Ca2+)は、1:1〜1:2.5;1:2.5〜1:5;1:5〜1:10;1:10〜1:25;1:25〜1:50;1:50〜1:100;1:100〜1:150;1:150〜1:200;1:200〜1:250;1:250〜1:500;1:500〜1:1000、または、これらの範囲である。例えば、いくつかの実施形態においては、沈殿物質におけるMg2+対Ca2+の比は、1:1〜1:10;1:5〜1:25;1:10〜1:50;1:25〜1:100;1:50〜1:500;または、1:100〜1:1000である。
出発材料の多様性のために、カルシウムまたはマグネシウム以外の対イオンを含む炭酸塩含有塩および化合物が可能である。このような他の対イオン(例えば、As、Ag、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Sr、Tl、V、Zn等)は、炭酸塩含有塩および化合物中のカルシウムおよび/またはマグネシウムを置き換えるか、または、間隙空間を占有し得る。いくつかの実施形態において、このような他の対イオンは、任意により塩またはいくつかの他の化合物の一部として、炭酸塩含有塩および化合物によって封じ込まれている場合がある。例えば、いくつかの実施形態においては、本発明の組成物(例えば、沈殿物質)は、炭酸カルシウムを霰石の形態で含む。このような実施形態において、カルシウムは、特にこれらに限定されないが、ストロンチウム、鉛、および亜鉛を含む多数の異なる金属により置き換えられていてもよく、これらの各々は、様々な形態で、本発明の1種以上の出発材料(例えば、排ガス流、プロトン除去剤の供給源、二価カチオンの供給源等)において見いだされ得る。組成物は、例えば、ストロンチウムに富む霰石であるモッソタイト(mossottite)を含み得るか、または、組成物は、霰石およびストロンチアナイトの混合物(例えば、(Ca,Sr)CO3)を含み得る。組成物は、例えば、鉛に富む霰石であるタルノウィッツ石を含み得るか、または、組成物は、霰石および白鉛鉱の混合物(例えば、(Ca,Pb)CO3)を含み得る。組成物は、例えば、Znに富む霰石であるニコルソナイト(nicholsonite)を含み得るか、または、組成物は、霰石および菱亜鉛鉱の混合物(例えば、(Ca,Zn)CO3)を含み得る。前述の例示的実施形態の観点においては、組成物(例えば、沈殿物質)は、As、Ag、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Sr、Tl、V、またはZnの炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を含み得る。一例として、本発明の組成物は、Ag、Ba、Be、Cd、Co、Cu、Ni、Pb、Sr、Tl、Zn、またはこれらの組み合わせの炭酸塩を含み得る。前述の金属の炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩は、独立して形成され得るか(例えば、ストロンチアナイト)、または、マグネシウムおよび/またはカルシウムマトリックス中に存在し得る(例えば、モッソタイト)。As、Ag、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Sr、Tl、V、およびZnなどの金属は、排ガス流、プロトン除去剤の供給源、二価カチオンの供給源、または、これらの組み合わせによって供給され得る。炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を形成しない、このような供給源(例えば、排ガス流、プロトン除去剤の供給源、二価カチオンの供給源)において見いだされる金属および他の成分は、沈殿物質中に捕捉され得るか、または、これに吸着され得る。いくつかの実施形態において、金属および/または他の成分は、炭酸塩、重炭酸塩、または、炭酸塩および重炭酸塩を形成するかその一部となり、および、準安定移行後に、沈殿物質中に捕捉されるか、または、吸着される。例えば、本発明の沈殿物質は、ストロンチウムに富む霰石を含み得る。このような組成物は、塩水から生成される場合、淡水に溶解して、ストロンチウムがこれ以上カルシウムを置換しない方解石を含む沈殿物質が生成され得る。代わりに、ストロンチウムは沈殿物質中に捕捉され得るか、または、沈殿物質に吸着され得る。いくつかの実施形態において、金属および/または他の成分は、沈殿物質に封じ込められた新たな化合物を形成する。
本発明の組成物(例えば、沈殿物質、または、補助セメント材、セメント、微小骨材、粗大骨材、および、コンクリートなどのこれらの組み合わせを含むこれに由来各々する生成物)は、様々な形態で、As、Ag、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mo、Ni、Pb、Se、Sb、Tl、V、またはZn、または、これらの組み合わせなどの金属、ならびに、環境中に放出された場合に汚染物とみなされ得る他の化学種を含有していてもよい。このような汚染物を環境中へ放出するための可能性は、組成物を抽出溶液と混合し、得られる混合物を撹拌し、および、撹拌混合物をろ過してテスト可能な浸出溶液を生成することによりテスト可能である。本発明の組成物は、異なるテストが異なる環境条件をシミュレートするために開発されているため、多様なテストのいずれかを用いてテスト可能である。このようなテストとしては、これらに限定されないが、Toxicity Characteristic Leaching Procedure(TCLP;US EPA Method 1311)、Extraction Procedure Toxicity Test(EP−Tox;US EPA Method 1310)、Synthetic Precipitation Leaching Procedure(SPLP;US EPA Method 1312)、California Waste Extraction Test(WET;California Code of Regulations)、Soluble Threshold Limit Concentration(STLC;California Code of Regulations)、American Society for Testing and Materials Extraction Test(ASTM D 3987−85)、およびMultiple Extraction Procedure(MEP;US EPA Method 1320)が挙げられ、このようなテストおよび定義されている制限は、本特許出願の出願日に存在しているテストである。例えば、英国、タイ、日本、スイス、ドイツ、スウェーデン、オランダにおける廃棄物管理規則によって定義されている規定の抜水テスト条件もまた用い得る。このようなテストは、例えば、抽出溶液、液体対固体(L/S)比、および/または、抽出数および時間において異なり得る。抽出溶液に関して、このようなテストでは、通例、水性酢酸、水性クエン酸、蒸留水、合成雨水、または、炭酸水が用いられる。
本発明の組成物による汚染物の環境中への潜在的な放出に対するテストは、組成物中の汚染物の計測可能な放出(例えば、抽出物または浸出溶液で)を達成する反復可能な様式での、pH、温度、圧力、時間等を変更する工程などの組成物の化学的環境および/または物理的環境を変更する工程を含み得る。いくつかの実施形態において、組成物は、pH8.5、pH8.0、pH7.5、pH7.0、pH6.5、pH6.0、pH5.5、pH5.2、pH5.0、pH4.8、pH4.6、pH4.4、pH4.2、pH4.0、pH3.8、pH3.6、pH3.4、pH3.2、pH3.0、pH2.8、pH2.6、pH2.4、pH2.2、pH2.0、pH1.8、pH1.6、pH1.4、pH1.2、pH1.0、pH0.8、pH0.6、pH0.4、またはpH0.2未満のpHを有する溶液(例えば水溶液)に供され得る。このようなpHレベルは、酸(例えば、HCl)を水に添加することにより、または、特定のpHで緩衝溶液を調製することにより達成され得る。酸性溶液または緩衝剤の調製に通例用いられる一定の試薬は本発明の組成物と反応するため、試薬の適切な選択がpHの組成物に対する影響を単離するために重要である。例えば、リン酸を用いて特定のpHで緩衝溶液を調製してもよいが、リン酸は、炭酸カルシウムを含む組成物と反応して、リン酸カルシウムが形成され得る。環境中への汚染物の潜在的な放出のためのテストは、低温または高温を利用し得る。例えば、いくつかの実施形態においては、0℃、10℃、20℃、25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、または100℃を超える温度が用いられ得る。このようなテストにおける温度は、前述の温度のいずれかの間の範囲であり得る(例えば、60〜80℃;20〜25℃(室温))。組成物が特定のpHおよび/または温度に供される時間は、汚染物の計測可能な放出(存在する場合)をもたらす任意の好適な時間であり得る。例えば、いくつかの実施形態においては、組成物は、特定のpHおよび/または温度に、0.5、1、2、4、6、8、16、24、32、40、48、72、96時間供され得る。数日間(例えば、5、6、7等)、数週間(例えば、1、2、3、4等)、または、数ヶ月(例えば、2、3、4、5、6等)にわたる時間もまた、環境中への汚染物の潜在的な放出のためのテストの範囲内である。いくつかの実施形態において、例えば、本発明の組成物(例えば、セメントまたはコンクリートなどの沈殿物質を含む沈殿物質または組成物)による環境中への汚染物の潜在的な放出のためのテストは、基本的に、酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;粉末化組成物の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう組成物を粉末化する工程;100gの粉末化組成物を2Lの抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;転倒型の抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程からなる。浸出溶液中の汚染物、または、その不在を検出および定量化する好適なテストが用いられ得る。前述のテストは例示的であると共に、当業者は、このような汚染物が存在する場合、本発明の組成物から、検出可能、かつ、定量化可能な汚染物をテストし得る同様のテストを設計することが可能である。環境中への汚染物の潜在的な放出のためのテストのいずれにおいても、追加のステップの追加は、環境中への汚染物の潜在的な放出に影響を与える可能性があり、追加のステップにより放出された汚染物の調整されたレベルが適正であるかを判定するために、本明細書に規定のプロトコルとの比較が必要となってしまうことが理解されるべきである。
本発明の組成物(例えば、補助セメント材、セメント、微小骨材、粗大骨材、および、コンクリートなどのこれらの組み合わせを含む沈殿物質またはこれに由来する生成物)は、本発明の組成物が環境への導入に好適であるよう、前述のテストの1つ以上(例えば、TCLP)において定義された金属および/または他の化学種に対する上限(本出願の出願日現在)を満たすか高める。本発明の組成物が、前述のテストの1つ以上(例えば、TCLP)において定義された金属および/または他の化学種に対する上限を満たさないか高めない場合、組成物は、効果的に希釈されて、このような上限を満たすかまたは超える希釈組成物が生成されてもよい。いくつかの実施形態において、例えば、本発明の沈殿物質は、一定の限界(例えば、TCLPにおいて0.2mg/L)を満たしていないか高めていない場合、セメントにおける補助セメント材に用いられ得る。このような実施形態において、沈殿物質を含むセメントは、沈殿物質が単独では満たすか高めなかった一定の限界(例えば、TCLPにおいて0.2mg/L)を満たすか高める可能性がある。このように、本発明の沈殿物質は、補助セメント材、セメント、微小骨材、粗大骨材、コンクリート、またはこれらの組み合わせに用いられ得、ここで、沈殿物質、補助セメント材、セメント、微小骨材、粗大骨材、コンクリート、またはこれらの組み合わせの1種以上は、前述のテストの1つ以上(例えば、TCLP)において定義された金属および/または他の化学種に対する上限(本出願の出願日現在)を満たすか高め、および、ここで、このような材料は環境への導入に好適である。
連邦規則集(資源保全再生法24条を参照のこと)には、汚染物のリストと、これらに関連する、本発明の組成物などの固体または多相性材料(例えば、スラリー)からのTCLP抽出物における最大許容可能濃度(本出願の出願日現在)が含まれている。汚染物(例えば、水銀)が、材料のTCLP(本明細書において参照によりその全体が援用される、「Test Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/Chemical Methods」におけるMethod 1311,EPA Publication SW−846)抽出物中におけるその最大許容可能濃度を超えた場合、材料は、毒性の特徴により危険であるとみなされ得る。例えば、一定の浸出性重金属を含有する材料は、TCLP抽出物がこれらの重金属に対する閾値を超える濃度を有している場合、危険な材料として区分され得、この閾値は、Hgについては0.2mg/L(またはppm)およびBaについては100mg/Lの範囲である。例えば、TCLP分析が抽出物中に0.2mg/L超の水銀をもたらした場合、この材料は、水銀に関して危険な材料であると区分され得る。同様に、TCLP分析が抽出物中に100mg/L超のバリウムをもたらした場合、この材料は、バリウムに関して危険な材料であると区分され得る。資源保全再生法24条は、特に限定されないが、As、Cd、Cr、Hg、およびPbを含み、これらの各々は、化石燃料(例えば石炭)の燃焼からもたらされる排ガス流中に見いだされ得、および、これらの各々は、様々な形態で、本発明の組成物に組み込まれ得る。このリストはまた、二価カチオンおよび/またはプロトン除去剤の産業廃棄物供給源中に存在し得る多数の汚染物を含み、これらの汚染物は、様々な形態で、本発明の組成物中に組み込まれ得る。例えば、二価カチオンの供給源および/またはプロトン除去剤であり得るフライアッシュは、As、Ba、Cd、Cr、Seおよび/またはHgを含有し得、これらの各々がリスト上に見られ、および、これらの各々は、様々な形態で、本発明の組成物に組み込まれ得る。他の非限定的な例において、二価カチオンおよび/またはプロトン除去剤の供給源であり得る赤泥は、Cr、Ba、Pb、および/またはZnを含有し得、これらの各々が資源保全再生法24条におけるリスト上に見られ、および、これらの各々は、様々な形態で、本発明の組成物に組み込まれ得る。
このように、いくつかの実施形態においては、本発明の組成物は、Toxicity Characteristic Leaching Procedure、Extraction Procedure Toxicity Test、Synthetic Precipitation Leaching Procedure、California Waste Extraction Test、Soluble Threshold Limit Concentration、American Society for Testing and Materials Extraction Test、およびMultiple Extraction Procedureからなる群から選択されるテストの1種以上によって環境中に浸出しないと予測された汚染物を含む。テストおよびテストの組み合わせは、可能性のある汚染物および組成物の保管条件に応じて選択され得る。例えば、いくつかの実施形態においては、組成物は、As、Cd、Cr、Hg、および、Pb(またはこれらの生成物)を含み得、これらの各々は、石炭火力発電プラントの排ガス流中に見いだされ得る。TCLPはAs、Ba、Cd、Cr、Pb、Hg、Se、およびAgに対してテストを行うため、TCLPは、環境(例えば、既成環境)中で保管される固体および多相性組成物に対する適切なテストであり得る。いくつかの実施形態において、本発明の組成物はAsを含み、ここで、この組成物はAsを環境中に浸出しないと予測されている。例えば、組成物のTCLP抽出物は5.0mg/L未満のAsをもたらし、これは、この組成物がAsに関して危険ではないことを示している。いくつかの実施形態において、本発明の組成物はCdを含み、ここで、この組成物はCdを環境中に浸出しないと予測されている。例えば、組成物のTCLP抽出物は1.0mg/L未満のCdをもたらし、これは、この組成物がCdに関して危険ではないことを示している。いくつかの実施形態において、本発明の組成物はCrを含み、ここで、この組成物はCrを環境中に浸出しないと予測されている。例えば、組成物のTCLP抽出物は5.0mg/L未満のCrをもたらし、これは、この組成物がCrに関して危険ではないことを示している。いくつかの実施形態において、本発明の組成物はHgを含み、ここで、この組成物はHgを環境中に浸出しないと予測されている。例えば、組成物のTCLP抽出物は0.2mg/L未満のHgをもたらし、これは、この組成物がHgに関して危険ではないことを示している。いくつかの実施形態において、本発明の組成物はPbを含み、ここで、この組成物はPbを環境中に浸出しないと予測されている。例えば、組成物のTCLP抽出物は5.0mg/L未満のPbをもたらし、これは、この組成物がPbに関して危険ではないことを示している。いくつかの実施形態において、本発明の組成物は、所与のテストにおける異なる汚染物の組み合わせに関して危険ではない可能性がある。例えば、組成物は、所与のテストにおけるすべての金属汚染物に関して危険ではない可能性がある。組成物のTCLP抽出物は、例えば、Asが5.0mg/L未満であり、Baが100.0mg/Lであり、Cdが1.0mg/Lであり、Crが5.0mg/mLであり、Pbが5.0mg/Lであり、Hgが0.2mg/Lであり、Seが1.0mg/Lであり、および、Agが5.0mg/Lであり得る。実際に、本発明の組成物でTCLP分析においてテストされた金属のすべてでなければそのほとんどは検出限界未満であり得る。いくつかの実施形態において、本発明の組成物は、所与のテストにおけるすべての(例えば、無機、有機等)汚染物に関して危険ではない可能性がある。いくつかの実施形態において、本発明の組成物は、Toxicity Characteristic Leaching Procedure、Extraction Procedure Toxicity Test、Synthetic Precipitation Leaching Procedure、California Waste Extraction Test、Soluble Threshold Limit Concentration、American Society for Testing and Materials Extraction Test、およびMultiple Extraction Procedureからなる群から選択されるテストのいずれかの組み合わせにおけるすべての汚染物に関して危険ではない可能性がある。このように、本発明の組成物は、環境に放出されれば汚染物としてみなされ得る排ガス流、二価カチオンの産業廃棄物供給源、プロトン除去剤の産業廃棄物供給源、または、これらの組み合わせから、種々の化学種(またはその共生成物)と共にCO2(例えば、炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせとして)を効果的に分離し得る。本発明の組成物は、環境汚染物(例えば、Hg、Ag、As、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Tl、V、Zn、または、これらの組み合わせなどの金属および金属の共生成物)を非浸出性形態で組み込む。
いくつかの実施形態において、本発明は、二酸化炭素を含む排ガス流、および、任意により、多数の固体、液体または多相性廃棄物流のいずれかを処理して、TCLPプロトコルに準拠した浸出溶液をもたらす組成物を生成する方法を提供する。このような本発明の組成物は、沈殿物質、補助セメント材、セメント、微小骨材、粗大骨材、コンクリート、またはこれらの組み合わせを含み得、これらの各々は、以下の実施例2または実施例3に従ってテストされ得る。いくつかの実施形態において、例えば、沈殿物質、補助セメント材、セメント、微小骨材、粗大骨材、コンクリート、または、これらの組み合わせは、酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、固体を粉末化する工程;100gの粉末化固体を2Lの抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;転倒型の抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程、ならびに、金属および/または他の化学種の浸出溶液を分析する工程からなるTCLP手法においてテストされ得る。いくつかの実施形態において、本発明の組成物は、TCLP手法によりもたらされた浸出溶液中に0.05mg/L、0.50mg/L、5.0mg/L、50mg/L、または500mg/L未満のAsをもたらす。あるいは、または、前述の実施形態の組み合わせにおいて、組成物は、TCLP手法によりもたらされた浸出溶液中に1.00mg/L、10.0mg/L、100mg/L、1,000mg/L、または10,000mg/L未満のBaをもたらす。あるいは、または、前述の実施形態のいずれかの組み合わせにおいて、組成物は、TCLP手法によりもたらされた浸出溶液中に0.01mg/L、0.10mg/L、1.0mg/L、10mg/L、または100mg/L未満のCdをもたらす。あるいは、または、前述の実施形態のいずれかの組み合わせにおいて、組成物は、TCLP手法によりもたらされた浸出溶液中に0.05mg/L、0.50mg/L、5.0mg/L、50mg/L、または500mg/L未満のPbをもたらす。あるいは、または、前述の実施形態のいずれかの組み合わせにおいて、組成物は、TCLP手法によりもたらされた浸出溶液中に0.002mg/L、0.02mg/L、0.20mg/L、2.0mg/L、または20mg/L未満のHgをもたらす。あるいは、または、前述の実施形態のいずれかの組み合わせにおいて、組成物は、TCLP手法によりもたらされた浸出溶液中に0.01mg/L、0.10mg/L、1.0mg/L、10mg/L、または100mg/L未満のSeをもたらす。あるいは、または、前述の実施形態のいずれかの組み合わせにおいて、組成物は、TCLP手法によりもたらされた浸出溶液中に0.05mg/L、0.50mg/L、5.0mg/L、50mg/L、または500mg/L未満のAgをもたらす。前述の観点において、および、単なる一例として、組成物は、TCLP手法によりもたらされた浸出溶液中に0.2mg/L未満のHgおよび1.0mg/L未満のカドミウムをもたらす。前述は例示的であること、および、本明細書に記載の浸出溶液中の金属および金属のレベルの任意の組み合わせは本発明の範囲内であることが理解されるべきである。本明細書に記載のこのような本発明の組成物は、建築用製品等に好適である。
産業CO2に由来する1種以上の合成炭酸塩を含む沈殿物質は、産業CO2が由来する(化石燃料の燃焼による)化石燃料(例えば、石炭、油、天然ガス、または、煙道ガス)の炭素同位体相対組成(δ13C)を反映する。‰(千分率)の単位を有する炭素同位体相対組成(δ13C)値は、化石化したベレムナイトの標準(PDB標準)に対する、炭素の2つの安定な同位体、すなわち12Cおよび13Cの濃度の比の計測値である。
δ13C‰=[(13C/12Cサンプル−13C/12C PDB標準)/(13C/12C PDB標準)]×1000
δ13C‰=[(13C/12Cサンプル−13C/12C PDB標準)/(13C/12C PDB標準)]×1000
このように、合成炭酸塩含有沈殿物質のδ13C値は、CO2ガス供給源に対するフィンガープリントとなる。δ13C値は、供給源毎(すなわち化石燃料供給源)に様々であり得るが、本発明の組成物に対するδ13C値は、一般に、必ずではないが、−9‰〜−35‰の範囲である。いくつかの実施形態において、合成炭酸塩含有沈殿物質に対するδ13C値は、−1‰〜−50‰、−5‰〜−40‰、−5‰〜−35‰、−7‰〜−40‰、−7‰〜−35‰、−9‰〜−40‰、または、−9‰〜−35‰である。いくつかの実施形態において、合成炭酸塩含有沈殿物質に対するδ13C値は、−3‰、−5‰、−6‰、−7‰、−8‰、−9‰、−10‰、−11‰、−12‰、−13‰、−14‰、−15‰、−16‰、−17‰、−18‰、−19‰、−20‰、−21‰、−22‰、−23‰、−24‰、−25‰、−26‰、−27‰、−28‰、−29‰、−30‰、−31‰、−32‰、−33‰、−34‰、−35‰、−36‰、−37‰、−38‰、−39‰、−40‰、−41‰、−42‰、−43‰、−44‰、または−45‰未満(すなわち、より負である)であり、ここで、δ13C値がより負であるほど、12Cにおいて合成炭酸塩含有組成物はより富んでいる。任意の好適な方法を用いて13C値を計測すればよく、方法としては、特に限定されないが、質量分光測定またはオフアクシスインテグレーテッドキャビティアウトプットスペクトロスコピー(off−axis integrated−cavity output spectroscopy)(オフアクシスICOS)が挙げられる。
凝縮反応のマグネシウム含有生成物およびカルシウム含有生成物に追加して、ケイ素、アルミニウム、鉄、および、他のものを含む化合物および材料もまた調製されて、本発明の方法およびシステムでの沈殿物質に組み込まれ得る。このような化合物の沈殿物質への組み込みは、プロセスからもたらされる沈殿物質を含むセメントの反応性を変性するか、または、硬化したセメントおよびこれらから形成されたコンクリートの特性を変化させることが所望され得る。非晶質シリカ、非晶質アルミノケイ酸、結晶質シリカ、ケイ酸カルシウム、カルシウムアルミナケイ酸等などの1種以上の成分の組み込みは、CO2処理共生成物(例えば、硫酸塩;亜硫酸塩;本明細書に記載の金属およびこれらの塩、ならびに、他の化合物等)を保持する本発明の沈殿物質の能力を増強し得る。CO2処理共生成物の保持は、カプセル化または組み込み(例えば、CO2処理共生成物の沈殿物質中の種々の種への化学的結合)を含み得る。金属ケイ酸塩を含む材料は、これらの成分の1つの供給源として凝縮反応混合物に添加されて、非晶質シリカ、非晶質アルミノケイ酸、結晶質シリカ、ケイ酸カルシウム、カルシウムアルミナケイ酸等などの1種以上の成分を含有する炭酸塩含有沈殿物質を生成し得る。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、炭酸塩(例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム)およびシリカを、1:1〜1:1.5;1:1.5〜1:2;1:2〜1:2.5;1:2.5〜1:3;1:3〜1:3.5;1:3.5〜1:4;1:4〜1:4.5;1:4.5〜1:5;1:5〜1:7.5;1:7.5〜1:10;1:10〜1:15;1:15〜1:20、または、これらの範囲の炭酸塩:シリカ比で含む。例えば、いくつかの実施形態においては、沈殿物質は、炭酸塩およびシリカを1:1〜1:5、1:5〜1:10、または1:5〜1:20の炭酸塩:シリカ比で含む。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、シリカおよび炭酸塩(例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム)を、1:1〜1:1.5;1:1.5〜1:2;1:2〜1:2.5;1:2.5〜1:3;1:3〜1:3.5;1:3.5〜1:4;1:4〜1:4.5;1:4.5〜1:5;1:5〜1:7.5;1:7.5〜1:10;1:10〜1:15;1:15〜1:20、または、これらの範囲のシリカ:炭酸塩比で含む。例えば、いくつかの実施形態においては、沈殿物質は、シリカおよび炭酸塩を、1:1および1:5、1:5および1:10、または1:5および1:20のシリカ:炭酸塩比で含む。普通、本発明の方法により生成された沈殿物質は、ケイ素系材料と少なくとも1種の炭酸塩相との混合物を含む。普通、シリカが凝縮反応混合物中に存在する(すなわち、シリカは金属ケイ酸塩を含む材料の消化後に除去されていない)場合に限り、反応速度がより急速であれば、より多くのシリカが炭酸塩含有沈殿物質に組み込まれる。
沈殿物質は、保管に安定な形態(これは、単に空気乾燥された沈殿物質であり得る)であり得ると共に、存在するとしても顕著な分解(例えば、CO2の損失)を伴わずに、長期にわたって、露出された(すなわち、大気に解放された)条件下で地上で保管され得る。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、露出条件下で、1年以上、5年以上、10年以上、25年以上、50年以上、100年以上、250年以上、1000年以上、10,000年以上、1,000,000年以上、または、さらには100,000,000年以上にわたって安定であり得る。沈殿物質の保管に安定な形態は、例えば、−100℃〜600℃の範囲の温度および0〜100%の範囲の湿度といった多様に異なる環境条件下で安定であり得、ここで、これらの条件は、穏やか、強風、または、荒天であり得る。沈殿物質の保管に安定な形態は、通常の雨水のpH下に地上で保管されていても、ほとんど分解しないため、分解量は、あったとしても、生成物からのCO2ガスの放出の観点での計測では、5%/年を超えず、および、一定の実施形態においては、1%/年または0.001%/年を超えることはない。実際には、本発明によりもたらされる沈殿物質は、通常のpHの降雨を含めて温度および水分の通常の条件に露出された場合に、少なくとも1、2、5、10、あるいは、20年、または、20年を超えて、例えば、100年を超えてその総CO2の1%、5%または10%を超えて放出しない。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、通常のpHの降雨を含めて温度および水分の通常の条件に露出された場合に、少なくとも1年にわたって、その総CO2の1%を超えて放出しない。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、通常のpHの降雨を含めて温度および水分の通常の条件に露出された場合に、少なくとも1年にわたって、その総CO2の5%を超えて放出しない。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、通常のpHの降雨を含めて温度および水分の通常の条件に露出された場合に、少なくとも1年にわたって、その総CO2の10%を超えて放出しない。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、通常のpHの降雨を含めて温度および水分の通常の条件に露出された場合に、少なくとも10年にわたって、その総CO2の1%を超えて放出しない。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、通常のpHの降雨を含めて温度および水分の通常の条件に露出された場合に、少なくとも100年にわたって、その総CO2の1%を超えて放出しない。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、通常のpHの降雨を含めて温度および水分の通常の条件に露出された場合に、少なくとも1000年にわたって、その総CO2の1%を超えて放出しない。
このような安定性を適度に予測することが可能である任意の好適な代替マーカーまたはテストが用いられ得る。例えば、高温条件、および/または、中程度からより極度のpH条件を含む加速テストは、長時間にわたる安定性を適度に示すことが可能である。例えば、沈殿物質の意図される用途および環境に応じて、沈殿物質のサンプルは、50、75、90、100、120、または150℃に、1、2、5、25、50、100、200、または500日間にわたって、10%〜50%相対湿度で露出され得、その炭素の1%、2%、3%、4%、5%、10%、20%、30%、または50%未満の損失は、所与の期間(例えば、1、10、100、1000、1000年以上)にわたる、本発明の沈殿物質の安定性の十分な証拠であるとみなされ得る。
多数の好適な方法のいずれかを用いて沈殿物質の安定性をテストし得、ここで物理的試験法および化学的試験法が含まれ、方法は、沈殿物質中の化合物が、上記に特定した安定性(例えば石灰岩)を有することが公知である天然の化合物と同様であるか、または、同一であることの判定に好適である。沈殿物質のCO2含有量は任意の好適な方法によって監視されてもよく、1つのこのような非限定的な例は電量分析である。pH、圧力、UV放射線等を含む他の条件は、ここでも、意図されるか、または、可能性のある環境に応じて適切に調整され得る。任意の好適な条件が用いられ得、当業者は、示された期間にわたる必要な安定性を合理的に推論し示すであろうことが認識されるであろう。加えて、一般に容認されている化学的知識が、沈殿物質は示された期間にわたる必要な安定性を有しているであろうことを示す場合、実際の計測に追加して、または、その代わりにこれもまた用いられ得る。例えば、本発明の沈殿物質の一部であり得るいくつかの炭酸塩化合物(例えば、所与の異形体形で)は地質学的に周知であり得、および、認識可能な損壊を伴わずに、数十年間、数世紀、または、さらには数千年間にわたって通常の天候に耐えてきたこと、従って、必要な安定性を有していることが公知であり得る。
本発明の組成物のための例示的な二酸化炭素放出プロトコルは、組成物からの二酸化炭素の計測可能な放出を達成する反復可能な様式での、pH、温度、圧力、時間等を変更する工程などの組成物の化学的環境および/または物理的環境を変更する工程を含み得る。いくつかの実施形態において、組成物は、pH8.5、pH8.0、pH7.5、pH7.0、pH6.5、pH6.0、pH5.5、pH5.2、pH5.0、pH4.8、pH4.6、pH4.4、pH4.2、pH4.0、pH3.8、pH3.6、pH3.4、pH3.2、pH3.0、pH2.8、pH2.6、pH2.4、pH2.2、pH2.0、pH1.8、pH1.6、pH1.4、pH1.2、pH1.0、pH0.8、pH0.6、pH0.4、またはpH0.2未満のpHを有する溶液(例えば水溶液)に供され得る。このようなpHレベルは、酸(例えば、HCl)を水に添加することにより、または、特定のpHで緩衝溶液を調製することにより達成され得る。酸性溶液または緩衝剤の調製に通例用いられる一定の試薬は本発明の組成物と反応するため、試薬の適切な選択がpHの組成物に対する影響を単離するために重要である。例えば、リン酸を用いて特定のpHで緩衝溶液を調製してもよいが、リン酸は、炭酸カルシウムを含む組成物と反応して、リン酸カルシウムが形成され得る。この点を考慮して、追加の化学薬剤は添加されるべきではなく、これは、酸ベースの反応以外の反応による二酸化炭素の放出を促進し得るか、または、組成物と反応して異なる組成物を生成し得る。本発明の組成物のための二酸化炭素放出プロトコルは、低温または高温を利用し得る。例えば、いくつかの実施形態においては、0℃、10℃、20℃、25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、または100℃を超える温度が用いられ得る。このようなテストにおける温度は、前述のもののいずれかの範囲であり得る(例えば、60〜80℃、20〜25℃(室温))。組成物が特定のpHおよび/または温度に供される時間は、二酸化炭素の放出をもたらす任意の好適な時間であり得る。例えば、いくつかの実施形態においては、組成物は、特定のpHおよび/または温度に、0.5、1、2、4、6、8、16、24、32、40、48、72、96時間供され得る。数日間(例えば、5、6、7等)、数週間(例えば、1、2、3、4等)、または、数ヶ月(例えば、2、3、4、5、6等)にわたる時間もまた、本発明の二酸化炭素放出プロトコルの範囲内である。いくつかの実施形態において、例えば、組成物は、基本的に、粉末化組成物の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、粒子の最狭寸法が1cm未満であるよう、本発明の組成物(例えば、沈殿物質、または、セメントもしくはコンクリートなどの沈殿物質を含む組成物)を粉末化する工程、および、粉末化組成物をpH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬する工程からなる二酸化炭素放出プロトコルにおいてテストされ得る。いくつかの実施形態において、組成物は、100gの組成物当たり、0.25、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10、20、30、40、または50グラム以下の二酸化炭素を生成する。二酸化炭素の放出、または、その不在を検出および定量化する任意の好適なテストが用いられ得る。このテストは例示的であると共に、当業者は、組成物からの二酸化炭素の計測可能な放出を達成するために用いられ得る同様のテストを設計することが可能である。二酸化炭素放出プロトコルのいずれにおいても、追加のステップの追加は、CO2の放出に影響を与える可能性があり、追加のステップによるCO2放出の調整されたレベルが適正であるかを判定するために、本明細書に規定のプロトコルとの比較が必要とされてしまうことが理解されるべきである。
長期間(例えば、地質学的時間スケール)にわたって安定である形態でCO2を分離させる炭酸塩含有沈殿物質は、上記のとおり長い期間にわたって保管され得る。炭酸塩対シリカの一定の比を達成するために必要であれば、沈殿物質はまた、ケイ素系材料(例えば、金属ケイ酸塩を含む材料の消化後の個別のケイ素系材料から;市販されているSiO2;等)と混合されてポゾラン材料を形成し得る。本発明のポゾラン材料は、ケイ酸質またはアルミノケイ酸質材料であり、これは、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)などのアルカリと組み合わされると、ケイ酸カルシウムおよび他のセメント状材料を形成することによりセメント特性を示す。火山灰、フライアッシュ、シリカフューム、高反応性メタカオリン、および、粉末化された粒状溶鉱炉スラグ等などのSiO2含有材料を用いて、ポゾラン材料を生成する本発明の組成物を強化し得る。いくつかの実施形態において、本発明のポゾラン材料、0.5%〜1.0%、1.0%〜2.0%;2.0%〜4.0%、4.0%〜6.0%、6.0%〜8.0%、8.0%〜10.0%、10.0%〜15.0%、15.0%〜20.0%、20.0%〜30.0%、30.0%〜40.0%、40.0%〜50.0%、または、重複するこれらの範囲のSiO2含有材料で強化される。このようなSiO2含有材料は、例えば、本発明の静電集塵装置または織布フィルタから入手され得る。
上記に示されているとおり、いくつかの実施形態においては、沈殿物質は、このような炭酸塩は淡水中よりも塩水中において安定であり、どのようなpHの淡水との接触でも、炭酸塩が他の淡水安定無機塩類に溶解および再沈殿するという特徴を有する準安定炭酸塩化合物を含む。いくつかの実施形態において、炭酸塩化合物は、例えば、走査電子顕微鏡検査(SEM)による測定で0.1μm〜100μm、1〜100μm、10〜100μm、50〜100μmの範囲の粒径を有する小粒子として存在し得る。いくつかの実施形態において、炭酸塩化合物の粒径は、SEMによる測定で0.5〜10μmの範囲である。いくつかの実施形態において、粒径は、単一のモード分布を示す。いくつかの実施形態において、粒径は、双峰分布または多峰分布を示す。一定の実施形態においては、粒子は、Brauner,Emmit,&Teller(BET)Surface Area Analysisによる測定で、例えば、0.5〜100m2/gm、0.5〜50m2/gm、または0.5〜2.0m2/gmの範囲の大表面積を有する。いくつかの実施形態において、沈殿物質は、かん状結晶および/または非晶質固形分を含み得る。かん状結晶は構造が様々であり得、一定の実施形態においては、500対1、250対1、または10対1の範囲の長さ対直径比を有する。一定の実施形態においては、結晶の長さは、0.5μm〜500μm、1μm〜250μm、または5μm〜100μmの範囲である。さらに他の実施形態において、基本的に完全に非晶質の固形分が生成される。
噴霧乾燥された材料(例えば、沈殿物質、ケイ素系材料、ポゾラン材料等)は、噴霧乾燥されたことにより、一定の粒径を有し得る(すなわち、噴霧乾燥された材料は、比較的狭い粒径分布を有し得る)。このように、いくつかの実施形態においては、噴霧乾燥された材料の少なくとも50%、60%、70%、80%、90%、95%、97%、または99%が、所与の平均粒径の±10ミクロン、±20ミクロン、±30ミクロン、±40ミクロン、±50ミクロン、±75ミクロン、±100ミクロン、または±250ミクロン以内に含まれる。いくつかの実施形態において、所与の平均粒径は5〜500ミクロンである。いくつかの実施形態において、所与の平均粒径は5〜250ミクロンである。いくつかの実施形態において、所与の平均粒径は5〜100ミクロンである。いくつかの実施形態において、所与の平均粒径は5〜50ミクロンである。いくつかの実施形態において、所与の平均粒径は5〜25ミクロンである。例えば、いくつかの実施形態においては、噴霧乾燥された材料の少なくとも70%が所与の平均粒径の±50ミクロン以内に含まれ、ここで、所与の平均粒径は、50〜250ミクロン、または、100〜200ミクロンなどの5〜500ミクロンである。このような噴霧乾燥された材料は、本発明のセメント、微小骨材、モルタル、粗大骨材、コンクリート、および/またはポゾランの製造に用いられ得るが;しかしながら、当業者は、セメント、微小骨材、モルタル、粗大骨材、コンクリート、および/またはポゾランの製造は噴霧乾燥された沈殿物質を必要としないことを認識するであろう。空気乾燥された沈殿物質はまた、例えば、本発明のセメント、微小骨材、モルタル、粗大骨材、コンクリート、および/またはポゾランの製造に用いられ得る。
一般に、ポゾラン材料は、普通ポートランドセメントよりも低いセメント特性を有するが、水酸化カルシウムのような富石灰媒体の存在下では、これは、後日の強度(>28日間)に向けてより良好なセメント特性を示す。ポゾラン反応は、セメントの水和の最中に生じる残りの反応よりも遅い場合があり、それ故、本発明のポゾラン材料を含むコンクリートの短期強度は、純粋なセメント状材料で形成されたコンクリートほど高くない可能性がある。この強度の現れに対するメカニズムは、第2のセメント相(ケイ酸カルシウムはより低いC/S比で水和する)を形成するケイ酸の石灰との反応であり、これが、通常は7日後に、ゆっくりとした強化特性を示す。強度の発達の程度は、最終的には、ポゾラン材料の化学組成に応じる。ケイ素系材料(任意により、シリカおよび/またはアルミナが添加された)、特に非晶質ケイ素系材料の組成を高めると、一般に、より良好なポゾラン反応および強度がもたらされる。シリカフュームおよび高反応性メタカオリンなどの高度に反応性のポゾランは、本発明の沈殿物質を含むコンクリートが強度を得る速度を高める「早強」コンクリートをもたらし得る。
ケイ酸およびアルミノケイ酸を含む沈殿物質は、微細ケイ酸質および/またはアルミノケイ酸質材料(例えばケイ素系材料)の存在により、セメントおよびコンクリート産業においてポゾラン材料として容易に利用され得る。ケイ酸質および/またはアルミノケイ酸質沈殿物質は、ポートランドセメントとブレンドされ得るか、または、コンクリート混合物における直接的な無機塩類混和物として添加され得る。いくつかの実施形態において、ポゾラン材料は、カルシウムおよびマグネシウムを、固化時間、硬化、および、得られる水化生成物(例えばコンクリート)の長期安定性を完全とする比(上記の通り)で含む。沈殿物質中の炭酸塩の結晶質、塩化物、硫酸塩、アルカリ等の濃度は、ポートランドセメントとのより良好な相互作用のために制御され得る。いくつかの実施形態において、沈殿物質はシリカを含み、このシリカの10〜20%、20〜30%、30〜40%、40〜50%、50〜60%、60〜70%、70〜80%、80〜90%、90〜95%、95〜98%、98〜99%、99〜99.9%が45ミクロン未満の粒径(例えば、最大寸法で)を有する。いくつかの実施形態において、ケイ酸質沈殿物質はアルミノシリカを含み、このアルミノシリカの10〜20%、20〜30%、30〜40%、40〜50%、50〜60%、60〜70%、70〜80%、80〜90%、90〜95%、95〜98%、98〜99%、99〜99.9%が45ミクロン未満の粒径を有する。いくつかの実施形態において、ケイ酸質沈殿物質はシリカとアルミノシリカとの混合物を含み、この混合物の10〜20%、20〜30%、30〜40%、40〜50%、50〜60%、60〜70%、70〜80%、80〜90%、90〜95%、95〜98%、98〜99%、99〜99.9%が45ミクロン未満の粒径(例えば、最大寸法で)を有する。
本明細書に開示の方法により生成されたポゾラン材料は、建設材料として利用され得、この材料は、建設材料として用いられるために処理されるか、または、建築物(例えば、商業、住宅等)および/またはインフラストラクチャー(例えば、舗道、道路、橋、陸橋、壁、堤防、ダム等)用の既存の建設材料において用いられるために処理され得る。建設材料は任意の構造に組み込まれ得、基礎、駐車構造、家屋、オフィス建築物、商業事務所、政府建築物、および、支持構造(例えば、ゲート用の足場、フェンスおよびポール)をさらに含む構造が既成環境の一部としてみなされている。建設材料は、構造要素またはこのような構造の非構造要素の構成要素であり得る。ポゾラン材料を建設材料として、または、建設材料において用いる追加の利益は、プロセスにおいて利用されたCO2(例えば、排ガス流から得られたCO2)が既成環境において効果的に分離されていることである。
いくつかの実施形態において、本発明のポゾラン材料は、水と組み合わせた後に固化および硬化する水硬セメント(例えば、普通ポートランドセメント)の成分として利用され得る。沈殿物質をセメントおよび水と組み合わせることにより生成した生成物の固化および硬化は水との反応でセメントから形成される水和物の生成からもたらされ、ここで、水和物は水中に基本的に不溶性である。このような水硬セメント、その製造方法、および、使用は、その出願の開示が参照により本明細書において援用される、同時係属中の2008年5月23日に出願の米国特許出願公開第12/126,776号明細書に記載されている。いくつかの実施形態において、セメントとブレンドされたポゾラン材料は、重量基準で、0.5%〜1.0%、1.0%〜2.0%、2.0%〜4.0%、4.0%〜6.0%、6.0%〜8.0%、8.0%〜10.0%、10.0%〜15.0%、15.0%〜20.0%、20.0%〜30.0%、30.0%〜40.0%、40.0%〜50.0%、50%〜60%、または、これらの範囲がポゾラン材料である。例えば、いくつかの実施形態においては、セメントとブレンドされたポゾラン材料は、重量基準で、0.5%〜2.0%、1.0%〜4.0%、2.0%〜8.0%、4.0%〜15.0%、8.0%〜30.0%、または15.0%〜60.0%がポゾラン材料である。
いくつかの実施形態において、ポゾラン材料は、他のセメント状材料とブレンドされるか、または、セメントに混和物または骨材として混合される。本発明のモルタルは、建設用ブロック(例えばレンガ)を一緒に結合するために用いられ、および、建設用ブロックの間の隙間を埋まるために用いられる。本発明のモルタルはまた、他の用途のうち、既存の構造の修復に用いられ得る(例えば、元のモルタルが損なわれた、または、侵食された部分の交換)。
いくつかの実施形態において、ポゾラン材料は、骨材の生成に利用され得る。いくつかの実施形態において、骨材は、プレスおよびその後の破砕により沈殿物質から製造される。いくつかの実施形態において、骨材は、押出し成形および得られた押出し材料の破壊により沈殿物質から製造される。このような骨材、その製造方法、および、使用は、その開示はその全体が参照により本明細書において援用される、同時係属中の2009年5月29日に出願の米国特許出願公開第12/475378号明細書に記載されている。
以下の実施例は、当業者に、完全な開示および本発明をどのように形成し使用かの説明を提供するために提示されており、本発明の範囲が限定されることは意図されていない。用いられている数字については正確さが担保されるよう試みたが、(例えば量、温度等)、いくつかの実験の誤差および偏差が考慮されるべきである。そうではないと明記されていない限り、部は重量部であり、分子量は重量平均分子量であり、温度は摂氏温度(℃)であり、および、圧力は大気圧であるかまたは大気圧に近い。
以下の分析計装およびその使用方法を用いて、本発明により生成した材料が特徴づけられ得る。
電量測定:サンプルを含有する液体および固体炭素が2.0N過塩素酸(HClO4)で酸性化されて、二酸化炭素ガスをキャリアガス流中に発生させ、その後、pH3.0の3%w/v硝酸銀でガス洗浄して、無機炭素電量計(UIC Inc、モデルCM5015)による分析の前に、発生した硫黄ガスが除去される。セメント、フライアッシュ、および、海水のサンプルは過塩素酸の添加の後に加熱されたブロックで加熱されてサンプルの消化が補助される。
Brunauer−Emmett−Teller(「BET」)比表面積:比表面積(SSA)計測は、ジ窒素での表面吸収による(BET方法)。乾燥サンプルのSSAは、Flowprep(商標)060サンプル脱気システムでサンプルを調製した後に、Micromeritics Tristar(商標) II 3020 Specific Surface Area and Porosity Analyzerで計測される。簡潔には、サンプル調製は、およそ1.0gの乾燥サンプルを高温で、ジ窒素ガス流に露出させながら脱気して、残存水蒸気および他の吸着材をサンプル表面から除去する工程を含む。サンプルホルダ中のパージガスはその後排気され、および、サンプルは、一連の圧力上昇時にジ窒素ガスに露出させる前に冷却される(吸着膜厚に関連する)。表面がガスシールされた後、サンプルホルダ内の計画的な減圧によりジ窒素が粒子の表面から放出される。脱着したガスが計測され、総表面積計測値に翻訳される。
粒径分析(「PSA」):静的光散乱を用いて粒径分析および分布が計測される。乾燥粒子がイソプロピルアルコール中に懸濁され、Horiba Particle Size Distribution Analyzer(Model LA−950V2)が二重波長/レーザ構成で用いられて分析される。Mie散乱理論が用いられて、0.1mm〜1000mmのサイズ画分の関数として、粒子の個体数が算出される。
粉末X線回析(「XRD」):粉末X線回析がRigaku Miniflex(商標)(株式会社リガク)で行われて結晶質相が識別されると共に、異なる識別可能なサンプル相の質量分率が推定される。乾燥、固体サンプルが微粉末に手作業で粉末化され、サンプルホルダに装填される。X線供給源は銅陽極(Cu kα)であり、30kVおよび15mAで電力供給されている。X線走査は、5〜90°2θ、2°2θ/分の走査速度で、および、1ステップ当たり0.01°2θのステップサイズで行われる。X線回析プロファイルは、X線回析パターン分析ソフトウェアJade(商標)(バージョン9、Materials Data Inc.(MDI))を用いるRietveld精密化により分析される。
フーリエ変換赤外分光分析(「FT−IR」):FT−IR分析は、Smart Diffuse Reflectanceモジュールを備えるNicolet 380で実施される。すべてのサンプルが3.5±0.5mgで計量され、および、手作業で0.5g KBrと共に、粉砕化し、その後、プレスし、および、FT−IRに5−分窒素パージで挿入される前に平らにされる。スペクトルは400〜4000cm−1の範囲内で記録される。
走査電子顕微鏡検査(「SEM」)
SEMは、15kVの固定加速電圧を30〜65Paの作用圧力で用いるHitachi TM−1000タングステンフィラメント卓上顕微鏡およびシングルBSE半導体検出器を用いて実施した。固体サンプルを炭素系接着剤を用いてステージ上に固定し;濡れたサンプルは分析前にグラファイトステージに減圧乾燥する。EDS分析はOxford Instruments SwiftED−TMシステムを用いて実施されるが、そのセンサは、165eVのエネルギー分解能で11Na−92Uの検出範囲を有する。
SEMは、15kVの固定加速電圧を30〜65Paの作用圧力で用いるHitachi TM−1000タングステンフィラメント卓上顕微鏡およびシングルBSE半導体検出器を用いて実施した。固体サンプルを炭素系接着剤を用いてステージ上に固定し;濡れたサンプルは分析前にグラファイトステージに減圧乾燥する。EDS分析はOxford Instruments SwiftED−TMシステムを用いて実施されるが、そのセンサは、165eVのエネルギー分解能で11Na−92Uの検出範囲を有する。
塩化物:塩化物濃度は、1リットルの溶液当たり300〜6000mg塩化物のテスト範囲を有し、100〜200ppmインクリメントで計測するChloride QuanTab(登録商標)Test Strips(生成物番号No.2751340)で測定される。
X線蛍光(「XRF」):XRFは、銀陽極X線供給源およびペルティエ冷却Si(Li)X線検出器を備えるThermo Scientific ARL QUANT’X Energy−Dispersive XRFを用いて、固体粉末サンプルの分析を実施する。サンプルは、アルミニウムサンプルカップを用いて31mmのペレットにプレスされる。サンプルの各々について、各々を特定の元素の分析のために調整した3種の異なるスペクトルが集められる:第1のものは4kVでX線フィルタを用いず、第2のものは18kVで薄い銀フィルタを用い、および、第3のものは30kVで厚い銀フィルタを用い、すべては、減圧条件下で行う。スペクトルは、WinTraceソフトウェアを用い、認定された基準材料での較正により達成されるFundamental Parameters分析法を用いて分析される。
熱重量分析(「TGA」):固体粉末サンプルのTGA分析は、TA Instruments SDT Q600で、同時TGA/DSC(示差走査熱量測定法)で実施される。アルミナるつぼ中のサンプルは、20℃/分の一定のランプ速度で室温から1000℃に加熱される炉に置かれる。温度にかかる重量損失プロファイルがUniversal Analysisソフトウェアを用いて分析される。
融合結合プラズマ発光分光分析法(「ICP−OES」):典型的な酸性化された液体サンプルのICP−OES分析は、CETACオートサンプラーを備えるThermo ICAP 6500を用いて実施される。iTEVA制御ソフトウェアが、データ取得および分析用に用いられる。ICP−OESの典型的な検出限界はppm範囲である。高濃度の溶解塩(Na、Ca、Mg)を含有するサンプルは、マトリックス排除検体予濃縮用のキレート化カラムを備えるElemental Scientific Inc.(ESI)−seaFASTオートサンプラーを備えるICAP 6500を用いて分析され得る。
実施例1.排ガス流処理
A.器具
図1Fのシステム
・石炭火力ボイラー(130)
・気体−液体/気体−液体−固体接触器(112)
・再循環タンク(116)
・再循環ポンプ(118)
・反応器(114)
・塩基タンク(140)
A.器具
図1Fのシステム
・石炭火力ボイラー(130)
・気体−液体/気体−液体−固体接触器(112)
・再循環タンク(116)
・再循環ポンプ(118)
・反応器(114)
・塩基タンク(140)
B.材料
石炭
・瀝青炭石炭(2×500lbs)
・亜瀝青炭(500lbs)
・50%NaOH(90ガロン)
・CaCl2(50kg)
・海水
・淡水
石炭
・瀝青炭石炭(2×500lbs)
・亜瀝青炭(500lbs)
・50%NaOH(90ガロン)
・CaCl2(50kg)
・海水
・淡水
C.手法
プロセス用の主原料は、1)CO2、SOx、NOx、微量金属等を提供するための石炭−由来煙道ガス、2)CO2を水性炭酸塩および/または重炭酸塩に転化するためのアルカリ分の供給源、および、3)炭酸カルシウムを沈殿させるためのカルシウムカチオンの供給源であった。
プロセス用の主原料は、1)CO2、SOx、NOx、微量金属等を提供するための石炭−由来煙道ガス、2)CO2を水性炭酸塩および/または重炭酸塩に転化するためのアルカリ分の供給源、および、3)炭酸カルシウムを沈殿させるためのカルシウムカチオンの供給源であった。
CO2処理システムは、石炭火力ボイラー由来の煙道ガスからの約70%CO2吸収を含む目標商業プロセスをシミュレートするための条件下で実施した。2ステッププロセスを気体−液体接触で用い、および、吸収は一方のユニットプロセスにおいて生じてCO2−充填溶液を生成し、凝縮は他方のユニットプロセスにおいて生じ、ここで、CO2−充填溶液は二価カチオン流と混合して炭酸塩含有沈殿物質を含むスラリーを形成した。
石炭火力ボイラーシミュレータ(0.3MWth)は、煙道ガスのおよそ50SCFM後流をCO2処理システムに供給した。CO2濃度はおよそ12〜14体積%に制御した。3種の異なる石炭種を3回の連続した操作で燃焼させた:2種の瀝青炭はRaleighおよびDodge Hill鉱山産であり、ならびに、1種の亜瀝青炭はPowder River Basin Rawhide鉱山産であった。石炭および関連する灰は、CO2処理システムにおけるこれらの経路および最終的な結果の完全な評価を行うために微量金属用のアッセイにかけた。
気体−液体接触器/吸収器は、70%CO2吸収およびアルカリ分の高利用の商業規模の目標をモデリングした条件下で操作した。アルカリ分の供給源は、淡水中に希釈した50%水酸化ナトリウム50部の内の約1部であった。
凝縮は、CO2−充填溶液の後流と二価カルシウムカチオンの供給源としてのシミュレートされた硬質塩水とを混合する工程を含んでいた。この場合、二価カチオン供給源は、およそ0.2M Ca2+の溶液が得られるよう淡水中に溶解された塩化カルシウム二水和物であった。
脱水は、減圧ろ過法を用いて炭酸塩含有沈殿物質および上澄の両方を収集して行った。次いで、沈殿物質をオーブン乾燥させて、さらなる処理の前に残存水分を除去させた。
以下の表2は、サンプルした種々のプロセス流、計測した量、および、用いたテスト方法を示す。
D.結果
表3は、HF消化、および、その後の、用いた石炭および生成したフライアッシュサンプルのICP−MSアッセイの結果をもたらす。モル濃縮係数は、各石炭および灰タイプについての微量金属濃度および灰割合を用いて算出した。「1」の値は、親石炭と同モル数の金属がフライアッシュ中にあることを示す。「2」の値は、親石炭に比して2倍のモル数の金属がフライアッシュ中に存在することを示す。>1の値は、質量の保存に反しており、これは、灰サンプルは、生成された灰のすべてに対する全粒径分布の代表的ではない部分から採取されたことを示し得る。加えて、フライアッシュ中の濃縮された金属の量は、個々の灰粒子の温度履歴および滞留時間に応じて異なり得るが、これもまた未知である。微量金属がどのように分割するかを完全に特徴付けるためにはさらなる研究を行う必要性があり得る。
表3は、HF消化、および、その後の、用いた石炭および生成したフライアッシュサンプルのICP−MSアッセイの結果をもたらす。モル濃縮係数は、各石炭および灰タイプについての微量金属濃度および灰割合を用いて算出した。「1」の値は、親石炭と同モル数の金属がフライアッシュ中にあることを示す。「2」の値は、親石炭に比して2倍のモル数の金属がフライアッシュ中に存在することを示す。>1の値は、質量の保存に反しており、これは、灰サンプルは、生成された灰のすべてに対する全粒径分布の代表的ではない部分から採取されたことを示し得る。加えて、フライアッシュ中の濃縮された金属の量は、個々の灰粒子の温度履歴および滞留時間に応じて異なり得るが、これもまた未知である。微量金属がどのように分割するかを完全に特徴付けるためにはさらなる研究を行う必要性があり得る。
表4は、EPA method 29を用いた煙道ガスアッセイの結果を示す。燃焼計算を用いて、石炭の微量金属含有量の100%が煙道ガス流に入ったと想定して濃度を示した。これらのデータは、ほとんどの微量金属(水銀およびセレニウムは除外)は、十分に耐熱性であって、わずかな画分のみがバグハウス下流の煙道ガスに残留することを示す。
表5は、各石炭タイプの煙道ガス濃度から算出した除去効率を示す。吸収器入口流および出口ガス流に係る除去効率は金属種のほとんどについて顕著であった。注目すべき興味深い特性は、水銀除去の石炭タイプに対する依存関係である。表7を参照すると、石炭中の塩素の濃度は、Dodge Hillに対しては約0.3mg/kg、Raleighに対しては約0.03mg/kg、および、Rawhideに対しては約0.003mg/kgであった。Dodge Hillに対する除去効率は他の低塩素石炭と比しておよそ2倍である。この測定値は、より高い塩化物含有量を有する石炭の燃焼の最中に生成されたであろうより高いレベルの水溶性の塩化水銀(II)による可能性が高い。
表中の全体的な除去効率は、吸収器を決して通ることはなくスタックから出る石炭原材料中の微量金属の割合の推定値を示している。これは水銀を除くほとんどの元素について99%超であるが、これは、水銀は規制の関心が最も高い微量元素であるため特に重要である。その高い揮発度のために、水銀のほとんどは気相中に残留して、バグハウスを通過する。また、元素水銀の画分は処理される可能性は低いため、活性炭素注入、または、酸化水銀の生成を促進させる燃焼火炎の補助クロロ化などの追加の制御技術が完全な除去のために有益で有り得る。
表6は、種々の酸性ガスの吸収器の入口/出口の結果を示す。吸収器において用いられるスクラビング技術の高い水溶性およびアルカリ性条件のために、きわめて高いレベルの酸性ガス回収が達成された。吸収器に係るSO2の99.9%除去にもっとも注目すべきである。HF除去は、検出限界に対するその濃度のために定量化することが比較的困難であった:その除去は、広い範囲にわたってのみ条件付けることが可能である。
表7は、1)プロセス水(淡水)、2)合成塩水、および、3)上澄液流に対する微量金属アッセイの結果を示す。石炭の金属の100%が液体流に入った場合の算出理論的最大レベルもまた示されており、この計算は、3.5%過剰O2での燃焼を仮定している。Ca2+は、溶液中の他の金属の読取値に干渉する。結果的には、サンプルはCa2+の干渉を排除するために相当に希釈される必要があり、これが、次いで、検出限界を高めてしまった。
表8は、形成された沈殿物に対する微量金属アッセイ結果を示す。いくつかの金属に対する検出限界は理論的最大値と同等であり、このような微量金属の唯一の供給源が石炭由来の煙道ガスである場合には定量化が困難である;しかしながら、微量金属は、淡水供給源、塩基供給源(例えば、天然または産業廃棄物)、ならびに、ダクト、パイプ、および、吸収器からの腐食/浸出などの他の供給源からもたらされる可能性もある。
実施例2.モルタル調製および浸出
A.器具
・化学てんびん(0.1mgの計測能)
・Hobartミキサ
・2インチ×2インチ×2インチ立方体黄銅製モールド
・23℃/98%相対湿度室
・圧縮試験器
・シャッターボックスおよびタングステンカーバイド研削容器
・ピペッター(5mLおよび1mL)
・pH=1.68、4.0および7.0用のpH−メータおよび較正溶液
・pH紙片(pH0〜14)
・1000mL入用(TC)メスシリンダー
・2000mLフラスコ
・磁気攪拌機および攪拌プレート
・ボトル(Wide−Mouth EP Tox Bottle,Teflon(登録商標)Resin FEP,NALGENEVWR #16124−970)
・Millipore4位ロータ/攪拌機
・フィルタホルダ(ポリプロピレン、15cm、VWR #30305−120)
・エルレンマイヤーフラスコ(ホウケイ酸ガラス、500mL、VWR #89000−388)
・ガラスファイバーフィルタ紙(ホウケイ酸塩0.7μm、ワットマンGF/F 15cmφ、VWR #28497−909)
・浸出溶液サンプル用50mL液体サンプル容器
A.器具
・化学てんびん(0.1mgの計測能)
・Hobartミキサ
・2インチ×2インチ×2インチ立方体黄銅製モールド
・23℃/98%相対湿度室
・圧縮試験器
・シャッターボックスおよびタングステンカーバイド研削容器
・ピペッター(5mLおよび1mL)
・pH=1.68、4.0および7.0用のpH−メータおよび較正溶液
・pH紙片(pH0〜14)
・1000mL入用(TC)メスシリンダー
・2000mLフラスコ
・磁気攪拌機および攪拌プレート
・ボトル(Wide−Mouth EP Tox Bottle,Teflon(登録商標)Resin FEP,NALGENEVWR #16124−970)
・Millipore4位ロータ/攪拌機
・フィルタホルダ(ポリプロピレン、15cm、VWR #30305−120)
・エルレンマイヤーフラスコ(ホウケイ酸ガラス、500mL、VWR #89000−388)
・ガラスファイバーフィルタ紙(ホウケイ酸塩0.7μm、ワットマンGF/F 15cmφ、VWR #28497−909)
・浸出溶液サンプル用50mL液体サンプル容器
B.材料
・ポートランドセメント(OPC4−3)
・沈殿物質(乾燥粉末形態)
・試薬グレード酢酸(CH3COOH、VWR #JT9508−6)
・Alconox
・脱イオン水
・18%硝酸(ICP−OESサンプル酸性化用)
・ポートランドセメント(OPC4−3)
・沈殿物質(乾燥粉末形態)
・試薬グレード酢酸(CH3COOH、VWR #JT9508−6)
・Alconox
・脱イオン水
・18%硝酸(ICP−OESサンプル酸性化用)
C.固体成分の総分析
本研究に用いたポートランドセメントロット、ならびに、沈殿物質は完全な消化および分析のために送り出した(CAM/CCR 17 Metals−Extraction method SW3050B−McCampbell Analytical Lab−1534 Willow Pass Rd,Pittsburgh,CA 94565)。
本研究に用いたポートランドセメントロット、ならびに、沈殿物質は完全な消化および分析のために送り出した(CAM/CCR 17 Metals−Extraction method SW3050B−McCampbell Analytical Lab−1534 Willow Pass Rd,Pittsburgh,CA 94565)。
D.抽出液体の調製
抽出流体2番(EPA Test Method 1311の§5.7.2に準拠)を、「入用」(TC)メスシリンダーを用いて、5.7mL氷酢酸を脱イオン水で1Lの体積にまで希釈することにより調製した。pH1.68、pH4.0およびpH7.0較正溶液を用いてpH計を較正し、および、抽出流体のpHをpH2.88+0.05で計測した。2つの1Lバッチを調製して本方法によって要求されるに80〜100gの粉末化固体一致させた。浸出テストの各々について新たな抽出流体を調製する必要があることに注目されたい。
抽出流体2番(EPA Test Method 1311の§5.7.2に準拠)を、「入用」(TC)メスシリンダーを用いて、5.7mL氷酢酸を脱イオン水で1Lの体積にまで希釈することにより調製した。pH1.68、pH4.0およびpH7.0較正溶液を用いてpH計を較正し、および、抽出流体のpHをpH2.88+0.05で計測した。2つの1Lバッチを調製して本方法によって要求されるに80〜100gの粉末化固体一致させた。浸出テストの各々について新たな抽出流体を調製する必要があることに注目されたい。
E.ペーストサンプルの調製
混合工程:ASTM手法C305に準拠して、合計で650gのセメント状材料、および、0.50の脱イオン水対セメント状材料比を用いてペーストサンプルを調製した。3つの2インチ×2インチ×2インチの立方体を、その後、予めグリース処理した黄銅製モールド中でキャストした。
混合工程:ASTM手法C305に準拠して、合計で650gのセメント状材料、および、0.50の脱イオン水対セメント状材料比を用いてペーストサンプルを調製した。3つの2インチ×2インチ×2インチの立方体を、その後、予めグリース処理した黄銅製モールド中でキャストした。
硬化工程:立方体のモールドを98%相対湿度チャンバに24時間保持し、その後、ペーストキューブをモールドから取り出した。次いで、個別のキューブを、98%相対湿度室の棚に45°の角度で(キューブ面のいずれか1つに水が集まらないように)28日間の間置いた。
粉末化工程:硬化期間の終了後、3つのサンプルの各々を軽く押さえて水気をとり、個別のZiploc(登録商標)バッグに入れた。シャッターボックス中で粉末化する前に、そのZiploc(登録商標)バッグの中で各キューブを迅速に砕いた(圧縮試験器を用いて)。各サンプルについて、約100mLの砕いた固体シャッターボックスを10秒作動させて、いくらかの粗い/砂粒サイズの粒子を含む微粉末を得た。粒径分布はEPAにより要求される粒径分布よりもかなり微細であるが、これは、最悪の展開に対してテストするために意図的に選ばれた。
F.抽出
各サンプルの抽出は、EPA Test Method 1311の§4.2.2に記載のボトル抽出方法に準拠して実施した。ボトルを2Lの抽出液体2番で満たし、これに100g粉末化固体を追加した。蓋をしっかりと閉め、および、ダクトテープでテープ留めし、および、ボトルをロータ−攪拌機に入れて18±2時間攪拌した。2Lの脱イオン水で満たした追加のボトルをホルダの1つに入れ、同じ時間だけ攪拌して、他の抽出サンプルと共に分析用アリコートを調製した。
各サンプルの抽出は、EPA Test Method 1311の§4.2.2に記載のボトル抽出方法に準拠して実施した。ボトルを2Lの抽出液体2番で満たし、これに100g粉末化固体を追加した。蓋をしっかりと閉め、および、ダクトテープでテープ留めし、および、ボトルをロータ−攪拌機に入れて18±2時間攪拌した。2Lの脱イオン水で満たした追加のボトルをホルダの1つに入れ、同じ時間だけ攪拌して、他の抽出サンプルと共に分析用アリコートを調製した。
G.ろ過
各サンプルのろ過を、新たなホウケイ酸フィルタ紙を用いて実施した。濾液のpHもまた計測した。濾液の30mLアリコートをその後調製し、18%硝酸でpH2以下のpHに酸性化した。ブランクろ過サンプルもまた、アリコートを他のブランクサンプルおよび浸出溶液と共に分析に提出することが可能であるよう、きれいなフィルタおよび脱イオン水を用いて調製した。
各サンプルのろ過を、新たなホウケイ酸フィルタ紙を用いて実施した。濾液のpHもまた計測した。濾液の30mLアリコートをその後調製し、18%硝酸でpH2以下のpHに酸性化した。ブランクろ過サンプルもまた、アリコートを他のブランクサンプルおよび浸出溶液と共に分析に提出することが可能であるよう、きれいなフィルタおよび脱イオン水を用いて調製した。
H.分析
3つのサンプル(浸出溶液、ボトルブランク、および、フィルタブランク)を、ICP−OES(Thermo Scientific iCAP 6500 ICP)により、QC26およびHg法を用いて分析した。
3つのサンプル(浸出溶液、ボトルブランク、および、フィルタブランク)を、ICP−OES(Thermo Scientific iCAP 6500 ICP)により、QC26およびHg法を用いて分析した。
I.結果
表9は、生成した材料で実施したモルタルペースト浸出研究の結果を示す。20%の普通ポートランドセメント(OPC)代替物を用いてサンプルを調製した。
表9は、生成した材料で実施したモルタルペースト浸出研究の結果を示す。20%の普通ポートランドセメント(OPC)代替物を用いてサンプルを調製した。
実施例3.代替モルタル浸出分析
実施例2に概略を示した手法によれば、モルタルキューブが調製され、モルタルキューブのペーストサンプルが調製され、および、ペーストサンプルが新たに調製された抽出液体2番で抽出される。潜在的に高い塩濃度のため、ろ過した抽出サンプルは、ICP−OESによる分析の前に1:100に希釈されるか、または、ろ過抽出サンプルは、塩マトリックス排除および検体予濃縮用のキレート化カラムを備えて構成されたICP−OESサンプル導入システム(例えば、Elemental Scientific Inc.(ESI)−seaFAST)中で処理される。この実施例においては、ろ過抽出サンプルのろ過は、対象である検体の多くを未検出としてしまう可能性があるため、ICP−OESサンプル導入システムが好ましい。
実施例2に概略を示した手法によれば、モルタルキューブが調製され、モルタルキューブのペーストサンプルが調製され、および、ペーストサンプルが新たに調製された抽出液体2番で抽出される。潜在的に高い塩濃度のため、ろ過した抽出サンプルは、ICP−OESによる分析の前に1:100に希釈されるか、または、ろ過抽出サンプルは、塩マトリックス排除および検体予濃縮用のキレート化カラムを備えて構成されたICP−OESサンプル導入システム(例えば、Elemental Scientific Inc.(ESI)−seaFAST)中で処理される。この実施例においては、ろ過抽出サンプルのろ過は、対象である検体の多くを未検出としてしまう可能性があるため、ICP−OESサンプル導入システムが好ましい。
実施例4:沈殿物質および出発材料のδ13C値の計測
この実験は、プロパンおよび富マグネシウム産業廃棄材料の燃焼からもたらされた煙道ガスを用いて実施した。この手法は、大気に開放された容器において実施した。
この実験は、プロパンおよび富マグネシウム産業廃棄材料の燃焼からもたらされた煙道ガスを用いて実施した。この手法は、大気に開放された容器において実施した。
出発材料は、プロパン燃焼器からの煙道ガス、海水(Santa Cruz,CA周辺産)、および、富マグネシウム産業廃棄物としてブルーサイト(Mg(OH)2)テーリングであった。ブルーサイトテーリングは、テーリングの乾燥アリコートのX線回析パターンのRietveld分析による測定で、およそ85%Mg(OH)2、12%CaCO3、および、3%SiO2であった。
容器を地元で入手可能な海水で満たした。ブルーサイトテーリングを海水に追加し、アルカリ性のpH、および、CO2の大気中への放出を伴わない炭酸塩含有沈殿物質の凝縮に好適な二価カチオン濃度とした。アルカリ性の海水溶液からの炭酸塩含有沈殿物質の凝縮に好適な量および時間で、煙道ガスをスパージした。反応成分の相互作用のために十分な時間をとり、その後、上澄溶液としても知られる残留する海水溶液から沈殿物質を分離し、および、噴霧乾燥した。得られた粉末は、路床、コンクリート等において用いられる骨材などの建築材料としての使用のためのさらなる処理に好適であった。本明細書に記載されているとおり、得られた粉末はまた、単純な保管に好適であった。あるいは、沈殿物質は、任意により大気との平衡の後、海水溶液に残され、および、保管されてもよい。
炭酸塩含有沈殿物質および上澄溶液をもたらすプロセス出発材料のδ13C値を計測した。用いた分析システムはLos Gatos Research製であり、直接吸収分光法を用いて2%〜20%CO2の範囲のガスに対するδ13Cおよび濃度データをもたらす。この機器は既知の同位体組成物を含む標準5%CO2ガスを用いて較正し、および、2M過塩素酸中で消化させたトラバーチンおよびIAEA大理石#20のサンプルから発生したCO2の計測は、文献中に見出される値の許容可能な計測誤差の範囲内の値をもたらした。CO2源ガスのサンプルをシリンジを用いて採った。CO2ガスをガス乾燥器(Nafion(登録商標)ポリマー製のPerma Pure MD Gas Dryer,Model MD−110−48F−4)に通過させ、次いで、市販されている卓上炭素同位体分析システムに通した。ブルーサイトテーリングおよび沈殿物質などの固体サンプルは、先ず、加熱した過塩素酸(2M HClO4)で消化した。密閉消化系から発生したCO2ガスを、次いで、ガス乾燥器に通した。ここから、ガスを収集し、および、分析システムに注入して、δ13Cデータをもたらした。同様に、上澄溶液を消化してCO2ガスを発生させ、次いで、これを乾燥させ、分析機器に通して、δ13Cデータをもたらした。
煙道ガス、産業廃棄物(ブルーサイトテーリング)、炭酸塩含有沈殿物質、および、上澄溶液の分析からの計測値は以下のとおりである。沈殿物質および上澄溶液に対するδ13C値は、それぞれ、−19.92‰および−24.8‰であった。反応の両方の生成物のδ13C値は、煙道ガス、CO2源、(δ13C=−25.00‰)の組み込み、および、いくらかの炭酸カルシウム(δ13C=−6.73‰)を含んでいたブルーサイトテーリングの影響を反映している。参考として、空気のδ13C値は−8‰であると受け入れられている。この実施例は、炭酸塩のCO2源が、燃焼、ならびに、二酸化炭素から生成された溶液である場合の、炭酸塩組成物中の炭素の主な供給源を確認するために、δ13C値が用いられ得ることを示す。
実施例5.沈殿物質および出発材料のδ13C値の計測
この実験は、ボトルに入れたSO2およびCO2ガスおよび産業廃棄材料としてのフライアッシュの混合物を用いて実施した。この手法は、密閉容器内で実施した。
この実験は、ボトルに入れたSO2およびCO2ガスおよび産業廃棄材料としてのフライアッシュの混合物を用いて実施した。この手法は、密閉容器内で実施した。
出発材料は、SO2およびCO2ガス、脱イオン水、および、産業廃棄材料としてのフライアッシュの市販されているボトル入りの混合物であった。
容器に脱イオン水を満たした。フライアッシュを消和させ、脱イオン水に添加して、アルカリ性のpH、および、CO2の大気への放出を伴わない炭酸塩含有沈殿物質の凝縮に好適な二価カチオン濃度とした。アルカリ性の溶液からの炭酸塩含有沈殿物質の凝縮に好適な量および時間でSO2/CO2ガスをスパージした。反応成分の相互作用のために十分な時間をとり、その後、上澄溶液としても知られる残留する溶液から沈殿物質を分離し、および、噴霧乾燥した。得られた粉末は、例えば、既成環境における材料として、例えば、路床、コンクリート等において用いられる骨材として用いるためのさらなる処理に好適であった。得られた粉末は、路床、コンクリート等において用いられる骨材などの建築材料としての使用のためのさらなる処理に好適であった。本明細書に記載されているとおり、得られた粉末はまた単純な保管に好適であった。あるいは、沈殿物質は、任意により大気との平衡の後、海水溶液に残され、および、保管されてもよい。
プロセス出発材料、炭酸塩含有沈殿物質および上澄溶液のδ13値を実施例4に詳述されているとおり計測した。
SO2/CO2ガス、産業廃棄物(フライアッシュ)、炭酸塩含有沈殿物質、および、上澄溶液の分析からの計測値は以下のとおりである。沈殿物質および上澄溶液に対するδ13C値は、それぞれ、−15.88‰および−11.70‰であった。反応の両方の生成物のδ13C値は、SO2/CO2ガス(δ13C=−12.45‰)、および、ガスに完全に燃焼されなかったいくらかの炭素を含んでいたフライアッシュ(δ13C=−17.46‰)の組み込みを反映している。それ自体が化石燃料燃焼の生成物であるフライアッシュは、用いたCO2より負のδ13Cを有していたため、沈殿物質の全体的なδ13C値は、CO2自体のものよりも負であることを反映している。例えば、空気のδ13C値は−8‰であると受け入れられている。この実施例は、SOx(SO2)ならびにCO2を含むガス混合物が用いられる場合の炭酸塩組成物中の炭素の主な供給源を確認するために、δ13C値が用いられ得ることを示す。
本発明の好ましい実施形態を本明細書に示し、および、記載してきたが、このような実施形態は単なる一例として提供されていることが当業者には明らかであろう。数多くの変形、変更、および、代替が、本発明から逸脱することなく当業者により行われるであろう。本明細書に記載の本発明の実施形態に対する種々の変更が、本発明の実施において採用され得ることが理解されるべきである。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を定義し、および、これらの特許請求の範囲内の方法および構造、ならびに、これらの均等物はこれによりカバーされていることが意図される。
Claims (114)
- 産業廃ガスを処理する方法であって、前記ガスは、二酸化炭素と、
(a)SOx;
(b)NOx;
(c)金属;
(d)非二酸化炭素酸性ガス;
(e)有機物;および
(f)粒状物質
からなる群から選択される少なくとも1種の他の成分とを含み、前記二酸化炭素および前記他の成分の少なくともいくらかが前記ガスを出て液体に入るよう適応された条件下で、前記ガスを前記液体と接触させる工程を含み、単一の処理装置で実施される方法。 - 前記ガスが、前記二酸化炭素のいくらかまたはすべて、または、前記他の成分のいずれかを除去するために前記処理装置に入る前に前処理されない、請求項1に記載の方法。
- 前記ガスが、粒状物質を除去するために前記処理装置に入る前に前処理される、請求項1に記載の方法。
- 前記ガスが少なくとも2種の他の成分を含み、前記2種の他の成分が前記ガスを出て、前記液体に入る、請求項1に記載の方法。
- 前記2種の他の成分がSOxおよび金属である、請求項4に記載の方法。
- 前記金属が重金属を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記金属が、アンチモン、砒素、バリウム、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、コバルト、銅、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、ニッケル、ラジウム、セレニウム、銀、ストロンチウム、タリウム、バナジウム、および、亜鉛からなる群から選択される、請求項5に記載の方法。
- 前記金属が水銀である、請求項7に記載の方法。
- 前記2種の他の成分がSOxおよび非二酸化炭素酸性ガスである、請求項4に記載の方法。
- 前記2種の他の成分が金属および非二酸化炭素酸性ガスである、請求項4に記載の方法。
- 前記2種の他の成分がSOxおよび粒状物質である、請求項4に記載の方法。
- 前記ガスが、前記二酸化炭素のいくらかまたはすべて、または、前記他の成分のいずれかを除去するために前記処理装置に入る前に前処理されない、請求項4に記載の方法。
- 前記液体が水溶液を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記水溶液が二価カチオンを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記水溶液を処理して、炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせ、および前記他の成分もしくはその誘導体、または前記他の成分および/もしくはその誘導体を含む組成物を生成する工程であって、前記炭酸塩、重炭酸塩または前記これらの組み合わせが少なくとも部分的に前記二酸化炭素から誘導される工程をさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記組成物が、固体および上澄を含むスラリーを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記固体が、炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記固体が、前記他の成分もしくはその誘導体、または前記他の成分および/もしくはその誘導体をさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 前記固体を前記上澄から分離する工程をさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 前記固体が、基本的に、
酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの前記抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;
粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、前記粒子の前記最狭寸法が1cm未満であるよう、前記固体を粉末化する工程;
100gの前記粉末化固体を2Lの前記抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;
転倒型の前記抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;
前記抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および
前記浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程、
からなる浸出プロセスに供された場合に、0.2mg/L未満の水銀を含む浸出溶液を生成する、請求項17または19に記載の方法。 - 前記浸出プロセスが、5.0mg/L未満の砒素を含む浸出溶液をもたらす、請求項20に記載の方法。
- 前記浸出プロセスが、100mg/L未満のバリウムを含む浸出溶液をもたらす、請求項20に記載の方法。
- 前記浸出プロセスが、1.0mg/L未満のカドミウムを含む浸出溶液をもたらす、請求項20に記載の方法。
- 前記浸出プロセスが、5.0mg/L未満のクロムを含む浸出溶液をもたらす、請求項20に記載の方法。
- 前記浸出プロセスが、5.0mg/L未満の鉛を含む浸出溶液をもたらす、請求項20に記載の方法。
- 前記浸出プロセスが、1.0mg/L未満のセレニウムを含む浸出溶液をもたらす、請求項20に記載の方法。
- 前記浸出プロセスが、5.0mg/L未満の銀を含む浸出溶液をもたらす、請求項20に記載の方法。
- 前記固体が、基本的に、
粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、前記粒子の前記最狭寸法が1cm未満であるよう、前記固体を粉末化する工程と、
前記固体を、pH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬させる工程と、
からなる二酸化炭素放出プロトコルに供された場合に、100グラムの固体当たり5グラム以下の二酸化炭素を生成する、請求項17または19に記載の方法。 - 前記固体が、基本的に、
粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、前記粒子の前記最狭寸法が1cm未満であるよう、前記固体を粉末化する工程と、
前記固体を、pH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬させる工程と、
からなる二酸化炭素放出プロトコルに供された場合に、100グラムの固体当たり5グラム以下の二酸化炭素を生成する、請求項20に記載の方法。 - 前記接触させる工程が、前記二酸化炭素の少なくとも50%および前記他の成分の少なくとも50%が前記ガスを出て、前記液体に入るよう適応された条件下で実施される、請求項1に記載の方法。
- (i)ガス流を水溶液と接触させる工程であって、前記ガス流は、二酸化炭素と、
(a)SOx;
(b)NOx;
(c)金属;
(d)非二酸化炭素酸性ガス;
(e)有機物;および
(f)粒状物質
からなる群から選択される少なくとも1種の他の成分とを含み、前記二酸化炭素および前記他の成分の少なくともいくらかが前記ガス流を出て前記水溶液に入るよう適応された条件下で成される工程;ならびに
(ii)前記水溶液を処理して、炭酸塩、重炭酸塩あるいは炭酸塩と重炭酸塩との組み合わせならびに前記他の成分もしくはその誘導体または前記他の成分および/もしくはその誘導体を含む組成物を生成する工程であって、前記炭酸塩、重炭酸塩または前記炭酸塩と重炭酸塩との組み合わせは少なくとも部分的に前記二酸化炭素から誘導される工程
を含む方法。 - 前記他の成分が、SOx、金属、非二酸化炭素酸性ガス、および、有機物からなる群から選択される、請求項31に記載の方法。
- 前記他の成分が、SOxおよび金属からなる群から選択される、請求項31に記載の方法。
- 前記ガス流が少なくとも2種の他の成分を含み、前記処理する工程が、炭酸塩、重炭酸塩あるいは炭酸塩と重炭酸塩との組み合わせならびに前記2種の他の成分および/もしくはその誘導体を含む組成物を生成する、請求項31に記載の方法。
- 前記2種の他の成分がSOxおよび金属である、請求項34に記載の方法。
- 前記金属が重金属を含む、請求項35に記載の方法。
- 前記金属が、アンチモン、砒素、バリウム、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、コバルト、銅、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、ニッケル、ラジウム、セレニウム、銀、ストロンチウム、タリウム、バナジウム、および、亜鉛からなる群から選択される、請求項35に記載の方法。
- 前記金属が水銀または水銀誘導体を含む、請求項35に記載の方法。
- 前記ガス流が少なくとも3種の他の成分を含み、前記処理する工程が、炭酸塩、重炭酸塩あるいは炭酸塩と重炭酸塩との組み合わせならびに前記3種の他の成分および/もしくはその誘導体を含む組成物を生成する、請求項31に記載の方法。
- 前記3種の他の成分が、SOx、金属、および、非二酸化炭素酸性ガスである、請求項39に記載の方法。
- 前記金属が水銀または水銀誘導体を含む、請求項40に記載の方法。
- 前記非二酸化炭素酸性ガスが、塩化水素、フッ化水素、および、SO3からなる群から選択される、請求項40または41に記載の方法。
- 前記3種の他の成分が、SOx、金属、および、有機物である、請求項39に記載の方法。
- 前記金属が水銀または水銀誘導体を含む、請求項43に記載の方法。
- 前記組成物が溶液を含む、請求項31に記載の方法。
- 前記組成物が、溶液および固体を含むスラリーを含む、請求項31に記載の方法。
- 前記固体を前記溶液から分離する工程をさらに含む、請求項46に記載の方法。
- 前記固体が、基本的に
酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの前記抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;
粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、前記粒子の前記最狭寸法が1cm未満であるよう、前記固体を粉末化する工程;
100gの前記粉末化固体を2Lの前記抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;
転倒型の前記抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;
前記抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および
前記浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程、
からなる浸出プロセスに供された場合に、0.2mg/L未満の水銀を含む浸出溶液を生成する、請求項47に記載の方法。 - 前記固体が、基本的に、
粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、前記粒子の前記最狭寸法が1cm未満であるよう、前記固体を粉末化する工程と、
前記固体を、pH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬させる工程と、
からなる二酸化炭素放出プロトコルに供された場合に、100グラムの固体当たり5グラム以下の二酸化炭素を生成する、請求項47または48に記載の方法。 - 前記ガス流が産業プロセスにおいて生成されたガスを含む、請求項31に記載の方法。
- 前記ガス流が排ガス流である、請求項50に記載の方法。
- 前記排ガス流が、発電プラント、化学処理プラント、機械加工プラント、精製所、セメントプラント、または、鉄鋼プラントで生成される、請求項51に記載の方法。
- 前記ガス流が、前記水溶液に入る前に二酸化炭素または前記他の成分を除去するために処理されない、請求項31に記載の方法。
- 前記ガス流が金属または金属誘導体を含み、前記ガス流は処理されて、前記金属または金属誘導体が前記水溶液によってより容易に取り込まれる形態に転化される、請求項53に記載の方法。
- 前記非二酸化炭素酸性ガスが、塩化水素、フッ化水素、および、SO3からなる群から選択されるガスを含む、請求項31に記載の方法。
- 前記二酸化炭素の少なくとも50%および前記他の成分の少なくとも50%が前記ガスを出て、前記液体に入る、請求項31に記載の方法。
- 前記二酸化炭素の少なくとも50%および前記他の成分の少なくとも80%が前記ガスを出て、前記液体に入る、請求項31に記載の方法。
- 前記二酸化炭素の少なくとも70%および前記他の成分の少なくとも70%が前記ガスを出て、前記液体に入る、請求項31に記載の方法。
- 前記接触させる工程および処理する工程が順番に実施される、請求項31に記載の方法。
- 前記接触させる工程および処理する工程が同時に実施される、請求項31に記載の方法。
- 前記接触させる工程および処理する工程が前記同一のユニットで実施される、請求項31に記載の方法。
- 請求項1〜61のいずれかの方法により生成される組成物。
- 炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせおよび硫黄含有化合物を含む組成物であって、前記炭酸塩、重炭酸塩またはこれらの組み合わせは−5.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有し、および、基本的に
酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの前記抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;
粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、前記粒子の前記最狭寸法が1cm未満であるよう、前記固体を粉末化する工程;
100gの前記粉末化固体を2Lの前記抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;
転倒型の前記抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;
前記抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および
前記浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程、
からなる浸出プロセスに供された場合に、2.0mg/L未満の水銀を含む浸出溶液を生成する組成物。 - 前記浸出溶液が、1.5mg/L未満の水銀を含む、請求項63に記載の組成物。
- 前記浸出溶液が、1.0mg/L未満の水銀を含む、請求項64に記載の組成物。
- 前記浸出溶液が、0.5mg/L未満の水銀を含む、請求項65に記載の組成物。
- 前記浸出溶液が、0.2mg/L未満の水銀を含む、請求項66に記載の組成物。
- 前記浸出溶液が、0.05mg/L未満の水銀を含む、請求項67に記載の組成物。
- 前記組成物が、水銀、水銀誘導体、または、これらの組み合わせを含む、請求項63に記載の組成物。
- 前記炭素同位体相対組成値が10.00‰未満である、請求項69に記載の組成物。
- 前記組成物が、−15.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有する、請求項70に記載の組成物。
- 前記組成物が、−20.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有する、請求項71に記載の組成物。
- 前記組成物が少なくとも90%炭酸塩を含む、請求項63に記載の組成物。
- 前記組成物が5:1のカルシウム:マグネシウム比を含む、請求項73に記載の組成物。
- 前記固体が、基本的に、
粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、前記粒子の前記最狭寸法が1cm未満であるよう、前記固体を粉末化する工程と、
前記固体を、pH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬させる工程と、
からなる二酸化炭素放出プロトコルに供された場合に、100グラムの固体当たり5グラム以下の二酸化炭素を生成する、請求項63に記載の組成物。 - 炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせ、および、水銀、水銀誘導体、または、これらの組み合わせを含む組成物であって、前記炭酸塩、重炭酸塩または前記これらの組み合わせは−5.00‰未満の炭素同位体相対組成(δ13C)値を有し、および、基本的に
酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの前記抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;
粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、前記粒子の前記最狭寸法が1cm未満であるよう、前記固体を粉末化する工程;
100gの前記粉末化固体を2Lの前記抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;
転倒型の前記抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;
前記抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および
前記浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程
からなる浸出プロセスに供された場合に、2.0mg/L未満の水銀を含む浸出溶液を生成する前記組成物。 - 前記浸出溶液が、1.5mg/L未満の水銀を含む、請求項76に記載の組成物。
- 前記浸出溶液が、1.0mg/L未満の水銀を含む、請求項77に記載の組成物。
- 前記浸出溶液が、0.5mg/L未満の水銀を含む、請求項78に記載の組成物。
- 前記浸出溶液が、0.2mg/L未満の水銀を含む、請求項79に記載の組成物。
- 前記浸出溶液が、0.05mg/L未満の水銀を含む、請求項80に記載の組成物。
- 前記組成物が、基本的に、
粉末化組成物の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、前記粒子の前記最狭寸法が1cm未満であるよう、前記組成物を粉末化する工程、ならびに
前記粉末化組成物を、pH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬する工程、
からなる二酸化炭素放出プロトコルに供された場合に、100グラムの組成物当たり5グラム以下の二酸化炭素を生成する、請求項76に記載の組成物。 - 炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせ、水銀、水銀誘導体、または、これらの組み合わせ、および、硫黄含有化合物を含む組成物であって、
(i)基本的に
酢酸の水溶液から基本的に構成される2×1Lの抽出流体を調製する工程であって、1Lの前記抽出流体の各々は基本的に脱イオン水中の5.7mL酢酸から構成されている工程;
粉末化固体の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、前記粒子の前記最狭寸法が1cm未満であるよう、前記固体を粉末化する工程;
100gの前記粉末化固体を2Lの前記抽出流体と一緒に抽出容器に入れて抽出組成物を生成する工程;
転倒型の前記抽出容器を室温で18±2時間回転させる工程;
前記抽出組成物を0.6μm〜0.8μmの孔径を有するホウケイ酸ガラス繊維でろ過して浸出溶液を生成する工程;および
前記浸出溶液のpHを1N硝酸でpH2またはpH2未満のpHに調節する工程、
からなる浸出プロセスに供された場合に、0.2mg/L未満の水銀を含む浸出溶液を生成し;ならびに
(ii)基本的に
粉末化組成物の粒子の最狭寸法が既に1cm未満でない場合、前記粒子の前記最狭寸法が1cm未満であるよう、前記組成物を粉末化する工程、および
前記粉末化組成物を、pH4.8〜pH5.2のpHおよび60〜80℃の温度を有する溶液中に48時間浸漬する工程、
からなる二酸化炭素放出プロトコルに供された場合に、100グラムの組成物当たり5グラム以下の二酸化炭素を生成する組成物。 - (i)以下の処理装置に作動可能に接続されている産業排ガスの供給源
(ii)
(a)前記ガスを処理して、二酸化炭素を前記ガスから少なくとも部分的に除去すると共に少なくとも1種の他の成分を前記ガスから少なくとも部分的に除去し、前記他の成分は、SOx、NOx、金属、粒状物質、非二酸化炭素酸性ガスおよび有機物からなる群から選択され、ならびに
(b)前記二酸化炭素またはその1種以上の誘導体の少なくとも一部を、前記他の成分またはその1種以上の誘導体の少なくとも一部と組み合わせて含む生成物を含む組成物を生成する(前記組成物は環境中への導入に好適である)
よう構成された処理装置
を備えるシステム。 - 前記組成物が、炭酸塩、重炭酸塩あるいはこれらの組み合わせを含む、請求項84に記載のシステム。
- 前記他の成分が、SOx、あるいは、アンチモン、砒素、バリウム、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、コバルト、銅、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、ニッケル、ラジウム、セレニウム、銀、ストロンチウム、タリウム、トリウム、ウラニウム バナジウム、および亜鉛からなる群から選択される金属;粒状物質;または、これらの組み合わせである、請求項84または85に記載のシステム。
- 前記組成物が、Toxicity Characteristic Leaching Procedure、Extraction Procedure Toxicity Test、Synthetic Precipitation Leaching Procedure、California Waste Extraction Test、Soluble Threshold Limit Concentration、American Society for Testing and Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure、または、これらの組み合わせに従った環境中への導入に好適である、請求項86に記載のシステム。
- 前記組成物が、Toxicity Characteristic Leaching Procedureに従った環境中への導入に好適である、請求項87に記載のシステム。
- 前記組成物の少なくとも一部の廃棄用の組成物移送手段をさらに備える、請求項84に記載のシステム。
- 前記組成物移送手段が、前記組成物の少なくとも一部を地下に廃棄するよう構成される、請求項89に記載のシステム。
- 前記処理装置が、気体−液体接触器、気体−液体−固体接触器、反応器、沈降タンク、または、これらの組み合わせを備える、請求項84に記載のシステム。
- 前記処理装置が、処理済排ガス流を生成するようさらに構成される、請求項91に記載のシステム。
- 前記処理済排ガス流が、Reasonably Available Control Technology;Best Available Control Technology;Maximum Achievable Control Technology;Lowest Achievable Emission Rate、または、これらの組み合わせに従った環境中への導入に好適である、請求項92に記載のシステム。
- 前記システムが、処理システムをさらに備える、請求項84に記載のシステム。
- 前記処理システムが、前記組成物の少なくとも一部を濃縮して、濃縮組成物および上澄を生成する液体−固体分離器を備える、請求項94に記載のシステム。
- 前記上澄が環境への導入に好適である、請求項95に記載のシステム。
- 前記処理システムが、前記上澄の少なくとも一部を前記処理装置に再循環させるよう構成される、請求項95に記載のシステム。
- 前記濃縮組成物が、Toxicity Characteristic Leaching Procedure、Extraction Procedure Toxicity Test、Synthetic Precipitation Leaching Procedure、California Waste Extraction Test、Soluble Threshold Limit Concentration、American Society for Testing and Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure、または、これらの組み合わせに従った環境中への導入に好適である、請求項95に記載のシステム。
- 前記システムが、前記濃縮組成物の少なくとも一部から建築材料を製造する製造システムをさらに備える、請求項95に記載のシステム。
- 前記製造システムが、セメント、補助セメント材、微小骨材、モルタル、粗大骨材、コンクリート、ポゾラン、または、これらの組み合わせを前記濃縮組成物から製造するよう構成される、請求項99に記載のシステム。
- 前記システムが、前記濃縮組成物の少なくとも一部を廃棄するための濃縮組成物移送手段をさらに備える、請求項95に記載のシステム。
- 前記濃縮組成物移送手段が、前記濃縮組成物を地下に廃棄するよう構成される、請求項101に記載のシステム。
- 前記システムが、前記処理装置で前記ガスを処理するために水酸化物を生成する電気化学システムをさらに備える、請求項84に記載のシステム。
- 前記電気化学システムが陽極および陰極を備える、請求項103に記載のシステム。
- 前記水酸化物が前記陰極で生成される、請求項104に記載のシステム。
- 塩素が前記陽極で形成されない、請求項105に記載のシステム。
- 酸素が前記陽極で形成されない、請求項105に記載のシステム。
- 前記処理装置が、発電プラント、化学処理プラント、機械加工プラント、精製所、セメントプラント、または、鉄鋼プラントを含む産業プラントに作動可能に接続される、請求項84に記載のシステム。
- ガス移送手段が、前記処理装置を前記産業プラントに作動可能に接続している、請求項108に記載のシステム。
- 前記システムが、前記産業プラントにおける需要が高い期間の最中に停止されるよう構成される、請求項109に記載のシステム。
- 前記システム、前記産業プラント、または、前記システムおよび前記産業プラントの組み合わせが、Reasonably Available Control Technology;Best Available Control Technology;Maximum Achievable Control Technology;Lowest Achievable Emission Rate、または、これらの組み合わせに準拠しているままである、請求項110に記載のシステム。
- (i)二酸化炭素と、SOx、NOx、金属、非二酸化炭素酸性ガス、有機物および粒状物質からなる群から選択される1種以上の他の成分とを含む産業排ガスの供給源;
(ii)前記二酸化炭素および前記他の成分の少なくとも一部を前記ガスから単一の処理ユニットで除去するよう構成された処理装置;ならびに
(iii)前記産業排ガスの供給源と前記処理装置とを作動可能に接続する流路であって、前記産業排ガスの少なくとも一部を前記処理装置に向かわせるよう構成されている前記流路
を備えるシステム。 - 前記システムが、前記産業排ガスの前記供給源と前記処理装置との間に前処理装置を備えず、前記前処理装置は、前記ガスの前記他の成分の1種以上を、前記ガスが前記処理装置に通される前に除去するよう構成される、請求項112に記載のシステム。
- 前記ガスが、前記他の成分の少なくとも2種を含み、および、前記処理装置が、前記ガスからの前記二酸化炭素および前記他の成分の少なくとも一部を単一の処理ユニットで除去するよう構成される、請求項112に記載のシステム。
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