JP2019527178A - 二酸化炭素を捕捉及び変換する方法及びシステム - Google Patents

二酸化炭素を捕捉及び変換する方法及びシステム Download PDF

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Abstract

本発明は二酸化炭素の鉱物化方法を提供する。該方法は、二酸化炭素とアンモニアなどのアルカリとを水中に溶解させることにより炭酸アニオンを含有するアルカリ性水溶液を形成することを含む。次に、該方法は、アルカリ性水溶液を（同生／地層ブライン又は生産水又は産業廃水又は再構成鉱物含有水などの）マグネシウム及びカルシウムカチオンを含有する水源と混合させることを含む。カルシウムカチオン及び炭酸アニオンを含有する第一の生成物（例えばＰＣＣ）が第一の沈殿工程において第一のｐＨ（例えば約ｐＨ７．５）で沈殿し、次いで、マグネシウムカチオン及び炭酸アニオンを含有する第二の生成物（例えばＰＭＣの一種であるネスケホン石（ＮＱ））が第二の沈殿工程において第二の、より高いｐＨ、例えば約ｐＨ９．５で沈殿する。【選択図】図２

Description

本発明は、二酸化炭素を捕捉及び変換するための方法及びシステムに関し、とりわけ、二酸化炭素を鉱物化して実用的且つ商業的に有用で無害な固体材料を生成するための方法及びシステムに関する。
大気中の温室効果ガスの増大に起因した地球温暖化／気候変動は、かなり文書化されており、地域規模及び惑星規模の双方において多数の生態系に対して非常に望ましくない脅威を与えている。二酸化炭素などの温室効果ガスは、例えば、発電所において石炭、石油及び天然ガスなどの炭素系燃料を燃焼する過程で、及び、セメント製造に使用されるか焼などの工業プロセスの過程で、圧倒的に大気中に放出されている。
二酸化炭素は、陸上及び海洋の植物生活による光合成などの生物学的プロセスを通じて大気から自然に捕捉されるものの、大気中の二酸化炭素の濃度は上昇し続けている。二酸化炭素はまた、海洋生態系に脅威を引き起こしている世界の海の酸性化の要因でもある。
大気の二酸化炭素量を低減させるための、炭素を捕捉／隔離する人工的なプロセスが提案されてきた。
金属塩を生成する、気体の二酸化炭素の反応が知られている。水性のアルカリ性溶液中に二酸化炭素が溶解することで、炭酸イオン（ＣＯ3 2-）及び重炭酸イオン（ＨＣＯ3 -）が生成する。これらのアニオンと金属カチオンとの反応により固体金属炭酸塩が生成する。炭酸マグネシウム含有生成物の製造は、淡水化水、即ち、脱塩プロセス過程で廃棄物として生成したブラインをマグネシウムカチオン源として用いることで知られている。ある炭酸マグネシウム含有生成物、例えば、ネスケホン石（ＮＱ）は、建設業界にとって重要となる可能性を秘めていることが（発明者らによって）見出された。
英国特許第２４５４２６６号明細書
鉱物化方法で使用することができる金属カチオン源を増やすことによって、捕捉可能な炭素量及び入手可能で有用な固体生成物の範囲を増大させるように鉱物化方法を改善する必要性がある。
沈殿した炭酸カルシウムは商業的に価値のある材料であり、その伝統的な製造には石灰石のか焼を伴う。残念ながら、か焼は相当なエネルギーを必要とし、大気中に大量の二酸化炭素を放出する。従って、沈殿した炭酸カルシウムを製造するための、より環境にやさしい方法が必要である。
本発明のサマリー
第一の態様では、本発明は、
二酸化炭素及びアルカリを水中に溶解させることにより炭酸アニオンを含有するアルカリ性水溶液を形成すること；
前記アルカリ性水溶液をマグネシウムカチオン及びカルシウムカチオンを含有する水源と混合すること；
第一の沈殿工程において、第一のｐＨで、カルシウムカチオン及び炭酸アニオンを含有する第一の生成物を選択的に沈殿させること；並びに、
次いで、第二の沈殿工程において、第二のｐＨで、マグネシウムカチオン及び炭酸アニオンを含有する第二の生成物を選択的に沈殿させること；
を含み、
前記第二のｐＨは前記第一のｐＨよりも高い、二酸化炭素の鉱物化方法を提供する。
マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含有する水源を用いて、少なくとも二つの逐次的な沈殿工程を異なるｐＨ値（双方のｐＨとも水源のｐＨよりも高いであろう）で行うことにより、少なくとも二つの有用な固体生成物：炭酸アニオンと共に主なカチオンとしてのカルシウムを有する第一の生成物；及び、炭酸アニオンと共に主なカチオンとしてのマグネシウムを有する第二の生成物；を選択的に沈殿させることが可能である。
第一の（カルシウム）生成物は、製紙、ポリマー、塗料、接着剤、ヘルスケア、食品、農業及び建設業界における使用が証明されている。この新しい方法を用いたそれらの製造では、大量の二酸化炭素を何ら放出しない代わりに、二酸化炭素を、例えば、燃焼廃棄物から捕捉でき、低コストで有用な生成物に変換することを可能にする。第二の（マグネシウム）生成物は、壁板、断熱パネル及び軽量建設ブロックなどの寸法安定性のある建築用製品を形成できるセメント建材を製造するように（発明者らによって開示されている通り）処理可能である。
これより本発明の任意の特徴を述べる。これらは単独で又は本発明のいずれかの態様との任意の組合せで適用可能である。
いくつかの実施形態では、水源は、脱塩化ブライン、地層（formation）／同生（connate）ブライン、（ガス／石油抽出の副産物として得られる）生産水ブライン、或いは、（オイルサンド抽出からの尾鉱池といった）他の天然又は工業プロセス廃棄物ブラインなどの、ブラインである。水源は第一及び第二のｐＨよりも低いｐＨを有する。
いくつかの実施形態では、二酸化炭素は、例えば、発電所、化学処理プラント、セメント工場、製油所又は他の人工的な出所といった工業プラントからの排出ガスなどの廃ガスに由来する。石炭燃焼器からの廃ガスには、窒素（約７４％）、酸素（約３％）、水蒸気（約８％）及び二酸化炭素（約１５．５％）が典型的に含まれる。セメントキルンは更に高い二酸化炭素含有量（約２８％）を有する排出ガスをもたらす。他の実施形態では、二酸化炭素は、第二の生成物を加熱することによる活性化過程で発生した廃ガスに由来し得るか、又は第二の生成物を建材に形成することに由来し得る。
廃ガスは、廃ガスの他の成分から二酸化炭素を分離するために、好ましくは二酸化炭素スクラバー中を通される。廃ガス中の酸素及び窒素のいずれも典型的には大気に通気される。場合によっては、廃ガスは、粒子状物を除去するために粒子状物質（ＰＭ）フィルター中を通されてもよいし、及び／又は、捕捉及び変換プロセスの他の工程、例えば、乾燥で使用する廃熱を回収するために熱交換器中を通されてもよい。廃ガスは、廃ガスから水を回収するために水回収ユニット中を通されてもよい。回収された水は、以下に記載の洗浄工程で使用されてもよい。廃ガスから水を回収することは、水源中のカルシウムカチオン及びマグネシウムカチオンの希釈を低減するのに役だち、洗浄工程での真水に対する需要を低減するのにも役立つ。
アルカリ性水溶液を形成するためのアルカリは水酸化ナトリウムであり得る。この場合における二酸化炭素に対するアルカリのモル比は、好ましくは１〜２の間である。他のアルカリ、例えば、水酸化カリウム又は水酸化カルシウムを使用することもできるが、必ずしも同様のモル比でなくてもよく、例えば、二酸化炭素に対するアルカリのモル比にして１．２〜１．５を使用することができる。
アルカリは、しばしば危険性の低い材料として埋立て地に処分される、ポルトランドセメントの製造において生成される廃棄物であるクリンカキルンダスト（ＣＫＤ）を含んでいてもよい。その組成は変動的であるが、溶解して水酸化物アニオン（ＯＨ-）を生成できる水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムなどの、アルカリ金属硫酸塩及び酸化物を典型的に含んでいる。ＣＫＤの添加によって形成されたアルカリ性水溶液は、任意の浮遊粒子状物を除去するためにろ過されてもよい。ＣＫＤは水酸化ナトリウム又は他のアルカリと組合わせて使用し得る。
アルカリは、石炭の燃焼生成物であり、その大部分は常に埋立て地で処分されている微粉燃焼灰（ＰＦＡ）としても知られているフライアッシュを含み得る。その組成は変動的であるが、溶解して水酸化物アニオン（ＯＨ-）を生成できる、アモルファス及び結晶性の双方の二酸化ケイ素、酸化アルミニウム並びに酸化カルシウムを典型的に含有している。ＰＦＡの添加によって形成されたアルカリ性水溶液は、任意の浮遊粒子状物を除去するためにろ過されてもよい。ＰＦＡは水酸化ナトリウム又はＣＫＤなどの他のアルカリと組合わせて使用し得る。
アルカリは、廃水の浄化及び精製からの廃棄物である石灰スラッジ（ＬＳ）を含み得る。それは、廃水処理プロセスにおける殺生物剤としての石灰（ＣａＯ）の利用からの下水スラッジとして、又は、従来の飲料水処理及び多数の他の工業プロセスから得られる安定した懸濁液（settled suspension）として生成された半固体状スラリーである。適切な生石灰、消石灰又は液体石灰の供与量が適用されれば、処理されたスラッジは少なくとも７２時間の間ｐＨ１２に上昇する。ＬＳはＣａイオンの利用可能性を高め、水酸化ナトリウム及びＣＫＤ又は他のアルカリと組合わせて使用することができる。
アルカリはアンモニアを含み得る。アンモニアは水に溶解するとアンモニウムイオン（ＮＨ４ +）及び水酸化物アニオンに解離する。この場合における二酸化炭素に対するアンモニアのモル比は、好ましくは約１である。アンモニアは以下で論じる通りリサイクル（又は再生成）でき、再利用できるので、アンモニアは好適なアルカリである。対照的に、水酸化ナトリウムは、伝統的な高コストの高炭素強度クロール−アルカリプロセスを用いようが、或いは、低コストの低エネルギー集約型又は再生可能エネルギープロセスを用いようが、それがどのように製造されるかにかかわらず、伝統的に回収不可能である。水酸化ナトリウムを使用することは、エネルギーコストが高く且つ大量の二酸化炭素の放出を伴う。
好適な実施形態では、二酸化炭素が溶解して炭酸イオンを含有するアルカリ性水溶液を形成する前に、ｐＨが制御されたアルカリ性水溶液（例えば、約９．５のｐＨを有する）を形成するためにアルカリが水に添加される。二酸化炭素を、アルカリ性水溶液中で泡立ててもよいし、アルカリ性水溶液上に噴霧してもよい。代わりに、充填された逆流型吸収塔（contra-flow absorption column）内で二酸化炭素をアルカリ性水溶液と反応させてもよい。他の実施形態では、アルカリ性水溶液を二酸化炭素に富むガス流の流路内／全体にわたって噴霧させてもよい。
二酸化炭素（例えば、廃ガスからの）はアルカリ性水溶液中で水酸化物アニオンと反応して以下の通り炭酸イオンを形成する。
ＣＯ2（ｇ）＋２ＯＨ-（ａｑ）→ＣＯ3 2-（ａｑ）＋Ｈ2Ｏ（ｌ） （１）
以下の通り重炭酸イオンもまた形成され得る。
ＣＯ2（ｇ）＋ＣＯ3 2-（ａｑ）＋Ｈ2Ｏ（ｌ）→２ＨＣＯ3 -（ａｑ） （２）
アルカリが水酸化ナトリウムである又は水酸化ナトリウムを含む場合、以下の反応が生じて炭酸（及び重炭酸）イオンを含有するアルカリ性水溶液を生成する。
ＣＯ2（ｇ）＋２ＮａＯＨ（ａｑ）→Ｎａ2ＣＯ3（ａｑ）＋Ｈ2Ｏ（ｌ） （３）
ＣＯ2（ｇ）＋Ｎａ2ＣＯ3（ａｑ）＋Ｈ2Ｏ（ｌ）→２ＮａＨＣＯ3（ａｑ）（４）
これらの実施形態では、二酸化炭素は０°Ｃ〜３０°Ｃの間の温度でアルカリ性水溶液中に溶解する。
アルカリがアンモニアである場合、以下の反応が生じて炭酸（及び重炭酸）イオンを含有するアルカリ性水溶液を生成する。
ＣＯ2（ｇ）＋２ＮＨ3（ａｑ）＋Ｈ2Ｏ（ｌ）→（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ） （５）
ＣＯ2（ｇ）＋ＮＨ3（ａｑ）＋Ｈ2Ｏ（ｌ）→（ＮＨ4）ＨＣＯ3（ａｑ） （６）
ＣＯ2（ｇ）＋（ＮＨ4）2ＣＯ3＋Ｈ2Ｏ（ｌ）→２ＮＨ4ＨＣＯ3（ａｑ） （７）
これらの実施形態では、二酸化炭素は０°Ｃ〜３０°Ｃの間の温度でアルカリ性水溶液中に溶解する。二酸化炭素のアンモニア溶液中での溶解プロセスはＡｌｓｔｏｍによる特許第ＧＢ２４５４２６６Ｂ号に記載されている。
水源（例えば、ブライン）はカルシウムイオン及びマグネシウムイオンの双方を含有する。これらは塩化カルシウム及び塩化マグネシウムとして存在しているかも知れない。水源がブラインである場合、塩化ナトリウムも含有されるであろう。塩化ナトリウムが１Ｍと高いブラインは、生成物の沈殿に有害な影響を及ぼすことなく本発明において有用であることが見出されている。
Ｃａ2+イオン：Ｍｇ2+イオンの比は１：１０〜１０：１であり得る。水源／ブラインはマグネシウムイオンよりも高い濃度のカルシウムイオンを含有し得る。水源中でのカルシウムイオン対マグネシウムイオンの比は６：１又は７：１にまで高くなり得、或いは、例えば、１０：１又は１１：１と更に高い場合もある。
水源／ブラインは、好ましくは２．５〜１００ｇ／Ｌの濃度範囲のカルシウムイオン（例えば、塩化カルシウムとして）と、２．５〜飽和、例えば、２．５〜５０ｇ／Ｌの濃度範囲の、例えば、約９ｇ／Ｌのマグネシウムイオン（例えば、塩化マグネシウムとして）を含有する。
水源／ブラインは、炭酸イオンを含有するアルカリ性水溶液との混合前に、ろ過されてもよいし及び／又は処理されてもよい。例えば、生産水ブラインの場合と同様に、本方法は一つ以上の脱油工程（例えば、脱油サイクロンを用いて）、可溶性有機物除去工程、固体除去工程（例えば、坑口除砂サイクロンを用いて）及び／又は溶存ガス除去工程（例えば、溶解空気浮選ユニットを用いて）を更に含み得る。溶存ガス除去工程で取り除かれた溶存ガスは、溶解させてアルカリ性水溶液を形成する二酸化炭素を抽出するために、二酸化炭素スクラバーに供給されてもよい。このようなろ過／処理工程は既に使用されており、未処理の油井ブラインが環境に放出されるのを防ぐ既存の業界標準に確実に遵守するために、通常は石油又はガス生産設備の一部を構成するであろう。
炭酸イオンを含有するアルカリ性水溶液は、好ましくは、０°Ｃ〜３０°Ｃの間（例えば、約５°Ｃ）の温度且つ大気圧で水源／ブラインと混合される。
（第一の（カルシウム）生成物を沈殿させるための）第一の沈殿工程は、第一のｐＨ≦８．５で、好ましくはｐＨ７〜８の間で行い得る。第一の沈殿工程は大気圧で行い得る。
第一の沈殿工程は０°Ｃ〜８５°Ｃの間、例えば、０°Ｃ〜６０°Ｃの間の温度で行い得る。
第一の沈殿工程は以下の反応のいずれかを含み得る。
ＣＯ3 2-（ａｑ）＋Ｃａ2+（ａｑ）→ＣａＣＯ3（ｓ） （８）
ＣＯ3 2-（ａｑ）＋Ｃａ2+（ａｑ）＋ｘＨ2Ｏ（ｌ）→ＣａＣＯ3.ｘＨ2Ｏ（ｓ） （９）
アルカリが水酸化ナトリウムであり、カルシウムイオンが最初に塩化カルシウムとして存在している場合、第一の沈殿工程は以下の反応を含み得る。
Ｎａ2ＣＯ3（ａｑ）＋ＣａＣｌ2（ａｑ）→
ＣａＣＯ3（ｓ）＋２ＮａＣｌ（ａｑ） （１０）
Ｎａ2ＣＯ3（ａｑ）＋ＣａＣｌ2（ａｑ）＋ｘＨ2Ｏ（ｌ）→
ＣａＣＯ3.ｘＨ2Ｏ（ｓ）＋２ＮａＣｌ（ａｑ） （１１）
アルカリがアンモニアであり、カルシウムイオンが最初に塩化カルシウムとして存在している場合、第一の沈殿工程は以下の反応を含み得る。
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋ＣａＣｌ2（ａｑ）→
ＣａＣＯ3（ｓ）＋２ＮＨ4Ｃｌ（ａｑ） （１２）
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋ＣａＣｌ2（ａｑ）＋ｘＨ2Ｏ（ｌ）→
ＣａＣＯ3.ｘＨ2Ｏ（ｓ）＋２ＮＨ4Ｃｌ（ａｑ） （１３）
当業者であれば、第一の沈殿工程で示された反応において、塩化物アニオンが別のアニオンと置き換わってもよいことを認識するであろう。
第一の（カルシウム）生成物は、製紙、ポリマー、ヘルスケア、食品、農業及び建設業界において使用することができる、沈殿した炭酸カルシウム（ＰＣＣ）を含み得る。
ＰＣＣは、方解石として知られるβ−ＣａＣＯ3構造を有し得るか、霰石として知られるλ−ＣａＣＯ3形態を有し得る。方解石／霰石の生成にはｐＨ≦７．５が良く、ｐＨ７〜７．５の間、例えば、約ｐＨ７．５が好ましい。得られる鉱物形態は第一の沈殿工程の温度に依存する。
第一の沈殿工程において、温度≧４０°Ｃ、例えば、４０°Ｃ〜８５°Ｃ（例えば、４０°Ｃ〜６０°Ｃ）は霰石に有利である。霰石ではマグネシウムカチオンが固溶体を形成しづらく、第二の沈殿工程での沈殿に利用可能な溶液中にマグネシウムカチオンをより多く残すので、霰石の形成が好適であり得る。霰石は、塗料及びフィルター用途において、増量剤及び／又は乳白剤として有用であり得る。
第一の沈殿工程において０°Ｃ〜３０°Ｃの温度を用いることは方解石の形成に有利であり得る。
ＰＣＣは、０°Ｃ〜３０°Ｃの温度で沈殿可能である、モノハイドロカルサイト（ｍｈｃ）としても知られる炭酸カルシウム一水和物を含有し得る。８≦ｐＨ＞７．５のｐＨではモノハイドロカルサイトの生成に有利である。
第一の（カルシウム）生成物は、第一の上澄み液（これは依然として、マグネシウムカチオン及び炭酸／重炭酸アニオンを含有しているであろう）から分離され（例えば、ろ過され）、好ましくは（塩化物塩及び残留アルカリを取り除くために）洗浄されて、乾燥、例えば、真空乾燥又は噴霧乾燥等による乾燥、される。
第一の上澄み液はその後、（第二の（マグネシウム）生成物を沈殿するための）第二の沈殿工程に供される。ここで、第二の沈殿工程は、第二のｐＨ＞８．５で、ｐＨ≧９など、より好ましくはｐＨ≧９．５で、最も好ましくはｐＨ９．５〜１０の間、例えば、約ｐＨ１０で行われ得る。アルカリ、例えば、上述のアルカリの内一つ以上を第一の上澄み液に添加することにより、第一の沈殿工程後のｐＨを高め得る。
第二の沈殿工程は以下の反応のいずれかを含み得る。
ＣＯ3 2-（ａｑ）＋Ｍｇ2+（ａｑ）→ＭｇＣＯ3（ｓ） （１４）
ＣＯ3 2-（ａｑ）＋Ｍｇ2+（ａｑ）＋ｘＨ2Ｏ（ｌ）→
ＭｇＣＯ3.ｘＨ2Ｏ（ｓ） （１５）
アルカリが水酸化ナトリウムであり、マグネシウムイオンが塩化マグネシウムとして存在している場合、第二の沈殿工程は以下の反応を含み得る。
Ｎａ2ＣＯ3（ａｑ）＋ＭｇＣｌ2（ａｑ）→
ＭｇＣＯ3（ｓ）＋２ＮａＣｌ（ａｑ） （１６）
Ｎａ2ＣＯ3（ａｑ）＋ＭｇＣｌ2（ａｑ）＋ｘＨ2Ｏ（ｌ）→
ＭｇＣＯ3.ｘＨ2Ｏ（ｓ）＋２ＮａＣｌ（ａｑ） （１７）
アルカリがアンモニアであり、カルシウムイオンが塩化カルシウムとして存在している場合、第二の沈殿工程は以下の反応を含み得る。
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋ＭｇＣｌ2（ａｑ）→
ＭｇＣＯ3（ｓ）＋２ＮＨ4Ｃｌ（ａｑ） （１８）
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋ＭｇＣｌ2（ａｑ）＋ｘＨ2Ｏ（ｌ）→
ＭｇＣＯ3.ｘＨ2Ｏ（ｓ）＋２ＮＨ4Ｃｌ（ａｑ） （１９）
当業者であれば、第二の沈殿工程で示された反応において、塩化物アニオンが別のアニオンと置き換わってもよいことを認識するであろう。
第二の（マグネシウム）生成物は、炭酸マグネシウム及び／又はその水和物（例えば、ネスケホン石（ＭｇＣＯ3.３Ｈ2Ｏ））並びに／或いは炭酸水酸化マグネシウム及び／又はその水和物（例えば、ハイドロマグネサイト（Ｍｇ5（ＣＯ3）4(ＯＨ)2.４Ｈ2Ｏ）を含む沈殿した炭酸マグネシウム（ＰＭＣ）であり得る。第二の（マグネシウム）生成物は、好ましくはネスケホン石（ＮＱ）を含む。
第二の沈殿工程において４０°Ｃ以下、好ましくは２５°Ｃ以下の温度を用いることで、ＰＭＣの生成を有利にすることができる。撹拌（例えば、かき混ぜること）もまたＰＭＣを沈殿させるために望ましい。
第二の（マグネシウム）生成物は、スラリーを生成するために脱水されてもよいし、第二の上澄み液から分離（例えば、ろ過）されてもよく、好ましくは（塩化物塩及び残留アルカリを取り除くために）洗浄されて、乾燥、例えば、真空乾燥又は噴霧乾燥等による乾燥、される。乾燥工程中に回収された水は洗浄工程での使用にリサイクルされてもよい。
いくつかの実施形態では、本方法は、カルシウムカチオン及び／又はマグネシウムカチオン並びに炭酸アニオンを含む少なくとも一つの中間生成物を沈殿させるための少なくとも一つの中間沈殿工程を更に含む。いくつかの実施形態では、中間生成物はモノハイドロカルサイトである。中間沈殿工程は、第一のｐＨよりも高く第二のｐＨよりも低いｐＨで行われるであろう。
これらの実施形態では、本方法は、第一の沈殿工程において、ｐＨ ≦７．５で、方解石又は霰石を選択的に沈殿させること；
次いで、中間沈殿工程において、８≦ｐＨ＞７．５のｐＨでモノハイドロカルサイトを選択的に沈殿させること；そして、
次いで、第二の沈殿工程において、ｐＨ＞８．５（例えば、ｐＨ≧９）で、炭酸マグネシウム及び／又はその水和物並びに／或いは炭酸水酸化マグネシウム及び／又はその水和物を含む第二の生成物を選択的に沈殿させること；を含んでいてもよい。第二の生成物は、好ましくはｐＨ９．５〜１０で沈殿され得るネスケホン石である。
中間生成物は、第一生成物及び第二生成物について上述された通り、分離／ろ過、洗浄及び乾燥されてもよい。
生成物の沈殿及び分離後には、カルシウムイオン及びマグネシウムイオンが枯渇した第二の上澄み液が残るであろう。これはアルカリ性であろうし、水源／ブラインに又は好ましくはアルカリ性水溶液に添加することにより、少なくとも部分的にリサイクル又は繰り返し使用（looped）することができる。これにより、水源／ブライン／アルカリ性水溶液のｐＨが高まるであろう。同様に、第一の生成物及び第二の生成物を洗浄するのに使用した洗浄水は水源／ブライン又はアルカリ性水溶液にリサイクルすることができる。
アルカリがアンモニアである場合、塩化アンモニウムを含有する第二の上澄み液は、アンモニアを回収するために処理することができ、これはその後、低損失再生プロセスの一環として、ＣＯ2溶解並びにそれに続くＣａ生成物及びＭｇ生成物の沈殿工程用に更に再使用することができる。アンモニアの回収は以下の反応を含むことができる。
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋Ｍｇ（Ｃａ）Ｃｌ2（ａｑ）→
Ｍｇ（Ｃａ）ＣＯ3（ｓ）＋２ＮＨ3（ｇ）＋２ＨＣｌ（ａｑ） （２０）
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋Ｍｇ（Ｃａ）Ｃｌ2（ａｑ）＋ｘＨ2Ｏ（ｌ）→
Ｍｇ（Ｃａ）ＣＯ3.ｘＨ2Ｏ（ｓ）＋２ＮＨ3＋２ＨＣｌ（ａｑ） （２１）
（ＮＨ4）ＨＣＯ3（ａｑ）＋Ｍｇ（Ｃａ）Ｃｌ2（ａｑ）→
Ｍｇ（Ｃａ）ＣＯ3（ｓ）＋ＮＨ3（ｇ）＋２ＨＣｌ（ａｑ） （２２）
反応は必要に応じて加熱により、例えば、熱交換器中を通る際の廃ガスから得られる熱により起こすことができる。第二の上澄み液は、廃ガスと熱接触している熱交換器中を通ることができる。
アンモニア回収工程中に生じた酸は廃棄物から取り除くことができ、脱酸性化されたブラインは必要に応じてｐＨを調整するために水源／ブライン内にリサイクルすることができる。
本方法は、加熱により第二の（マグネシウム）生成物を活性化することを更に含み得る。例えば、第二の（マグネシウム）生成物が水和塩（例えば、ネスケホン石）を含む場合、活性化工程は、低水和物相を生成するために、水和塩を加熱することを含み得る。ここで、低水和物相は、その後再び水和されて、活性化された第二の（マグネシウム）化合物がセメント質建築製品として使用できるような硬化効果をもたらす。
第二の態様では、本発明は、
二酸化炭素注入部；
炭酸アニオンを含有するアルカリ性水溶液を形成するアルカリを含有する水中の二酸化炭素を吸収するための、前記二酸化炭素注入部に接続された吸収ステージ；
マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含有する水源を供給するための水源注入部；並びに、
前記炭酸アニオンを含有するアルカリ性水溶液と前記水源とを混合し、第一の沈殿工程において、第一のｐＨで、カルシウムカチオン及び炭酸アニオンを含有する第一の生成物を選択的に沈殿させ、且つ、第二の沈殿工程において、第二の、より高いｐＨで、マグネシウムカチオン及び炭酸アニオンを含有する第二の生成物を選択的に沈殿させるための、前記水源注入部に接続された沈殿ステージ；
を含む、二酸化炭素を鉱物隔離するためのシステムを提供する。
二酸化炭素注入部は、工業プラント、例えば、発電所、化学処理プラント、セメント工場又は製油所からの排出ガスなどの廃ガスを供給する廃ガス供給部に接続されていてもよい。他の実施形態では、二酸化炭素注入部は、第二の生成物の加熱による活性化に由来する又は第二の生成物を建材に形成することに由来する廃ガスを供給する廃ガス供給部に接続されていてもよい。
本システムは、吸収ステージ内で溶解させて炭酸イオンを含有するアルカリ性水溶液を形成する二酸化炭素を廃ガスの他の成分から分離するための二酸化炭素スクラバーを含むガス処理ステージを含んでいてもよい。廃ガス中の酸素及び窒素のいずれも典型的にはシステムから大気に通気される。ガス処理ステージはまた、粒子状物質（ＰＭ）フィルター及び／又は熱交換器も含み得る。ガス処理ステージは、廃ガスから水を回収するための水回収ユニットを更に含み得る。回収された水は、以下に記載の洗浄工程で使用されてもよい。廃ガスから水を回収することは、水源中のカルシウムカチオン及びマグネシウムカチオンの希釈を低減するのに役だち、洗浄工程での真水に対する需要を低減するのにも役立つ。
吸収ステージは、吸収ステージ内でアルカリを水に添加してアルカリ性水溶液を形成するために、好ましくはアルカリ供給部に接続されている。アルカリ供給部は、第一の態様で上述されたアルカリのいずれか一つ以上を供給するためであり得る。
吸収ステージは、好ましくは、アルカリ性水溶液のｐＨをモニター／制御するための第一のｐＨメーター／制御装置を含む。
吸収ステージは、アルカリ性水溶液中で二酸化炭素を泡立たせるように適合されていてもよいし、それをアルカリ性水溶液上に噴霧するように適合されていてもよい。吸収ステージは、アルカリ性水溶液を二酸化炭素流の流路内／全体にわたって噴霧するように適合されていてもよい。
吸収ステージは、０°Ｃ〜３０°Ｃの間の温度で二酸化酸素を溶解させるように適合されていてもよい。
吸収ステージは、沈殿ステージと統合されていてもよいし、別々であってもよい。別々である場合、本システムは、炭酸イオンを含有するアルカリ性水溶液を吸収ステージから沈殿ステージへと通過させるために、吸収ステージと沈殿ステージとの間にアルカリ性水溶液供給部を更に含む。
水源注入部は、地層／同生ブライン又は（ガス／石油抽出の副産物として得られる）生産水ブライン又は他のブライン源を含む水源に接続されていてもよい。本システムは、炭酸イオンを含有するアルカリ性水溶液と混合する前に水源／ブラインをろ過／処理するための、水源／ブラインのろ過及び／又は処理ステージを含んでいてもよい。例えば、本システムは、脱油ステージ（例えば、脱油サイクロンを含む）、可溶性有機物除去ステージ、固体除去ステージ（例えば、坑口除砂サイクロンを含む）及び／又は溶存ガス除去ステージ（例えば、溶解空気浮選ユニットを含む）の内一つ以上を含み得る、生産水処理ステージを含んでいてもよい。溶存ガス除去ステージで取り除かれた溶存ガスは、二酸化炭素注入部内に導入する二酸化炭素を抽出するために、二酸化炭素スクラバーに供給されてもよい。
沈殿ステージは、第一の沈殿工程において、第一のｐＨ（例えば、≦８．５．５、例えば、ｐＨ７〜８．５の間）で、第一の（カルシウム）生成物を選択的に沈殿させるための第一の沈殿ステージと、第二の沈殿工程において、第二のｐＨ（例えば、＞８．５、例えば、ｐＨ≧９、例えば、ｐＨ９．５〜１０といったｐＨ≧９．５、例えば、約ｐＨ１０）で、第二の（マグネシウム）生成物を選択的に沈殿させるための第二の沈殿ステージとを含み得る。
これらの実施形態では、本システムは、カルシウムイオンが枯渇した第一の上澄み液を第一の沈殿ステージから第二の沈殿ステージへと通過させることができる、第一の上澄み液供給部を含む。
これらの実施形態では、水源注入部、アルカリ性水溶液供給部、アルカリ供給部及び第一の生成物分離ステージは、第一の沈殿ステージに接続されており、アルカリ供給部及び第二の生成物分離ステージは、第二の沈殿ステージに接続されている。
第一の沈殿ステージは、撹拌装置及び／又はｐＨメーター／制御装置を有する第一の反応容器を含み得る。第一の沈殿ステージは、第一の生成物として方解石を沈殿させるために周辺温度で第一の沈殿工程を実施するように適用されてもよい。第一の沈殿ステージは、第一の生成物として霰石を沈殿させるために温度≧４０°Ｃ、例えば、４０°Ｃ〜８５°Ｃ（例えば、４０°Ｃ〜６０°Ｃ）で第一の沈殿工程を実施するように適用されてもよい。これらの実施形態では、第一の沈殿ステージは、７〜７．５の間の第一のｐＨ、例えば、約ｐＨ７．５で第一の沈殿工程を実施するように適用されてもよい。
他の実施形態では、第一の沈殿ステージは、第一の生成物としてモノハイドロカルサイトを沈殿させるために、周辺温度且つ８≦ｐＨ＞７．５のｐＨで第一の沈殿工程を実施するように適用されてもよい。
第二の沈殿ステージは、撹拌装置及び／又はｐＨメーター／制御装置を有する第二の反応容器を含み得る。第二の沈殿ステージは、第二の生成物としてネスケホン石を沈殿させるために温度≦４０°Ｃ、好ましくは≦２５°Ｃで第二の沈殿工程を実施するように適用されてもよい。
別の実施形態では、第一及び第二の沈殿ステージは統合されていてもよい。例えば、これら（及び任意に吸収ステージ）は単一の押し出し流れ反応器に拡張され得る。
アルカリ供給部は、アルカリを添加してｐＨを第一及び／又は第二のｐＨに調節するために、沈殿ステージに接続されていてもよい。
アルカリ供給部は、気体の又は水性のアンモニアの供給に接続されていてもよい。
本システムは、沈殿した第一の（カルシウム）生成物及び第二の（マグネシウム）生成物を、それぞれ第一の及び第二の上澄み液から分離（例えば、ろ過）するための、生成物分離ステージを更に含み得る。生成物分離／ろ過ステージは、沈殿した第一の（カルシウム）生成物を第一の上澄み液から分離／ろ過するための第一の生成物分離／ろ過ステージと、沈殿した第二の（マグネシウム）生成物を第二の上澄み液から分離／ろ過するための第二の生成物分離／ろ過ステージとを含み得る。
その又は各生成物分離ステージは、沈殿した生成物を第一／第二の上澄み液から分離する液体サイクロン分離装置をそれぞれ含み得る。その又は各生成物分離ステージは、沈殿した生成物を第一／第二の上澄み液からろ過するろ過膜を含み得る。
本システムは、沈殿した第一の（カルシウム）生成物及び第二の（マグネシウム）生成物を、これらを第一及び第二の上澄からそれぞれ分離／ろ過した後に、（塩化物塩及び残留アルカリを取り除くために）洗浄する洗浄ステージを更に含み得る。洗浄ステージは、沈殿した第一の（カルシウム）生成物を第一の上澄み液からのその分離／ろ過後に洗浄するための第一の洗浄ステージと、沈殿した炭酸マグネシウム含有生成物を第二の上澄み液からのその分離／ろ過後に洗浄するための第二の洗浄ステージとを含み得る。
本システムは、沈殿し（洗浄され）た第一の（カルシウム）生成物及び第二の（マグネシウム）生成物を乾燥させる乾燥ステージを更に含み得る。乾燥ステージは、沈殿した第一の（カルシウム）生成物を乾燥させるための第一の乾燥ステージと、沈殿した第二の（マグネシウム）生成物を乾燥させるための第二の乾燥ステージとを含み得る。各乾燥ステージは、その／各生成物を真空下で乾燥させるための真空ユニットを含み得る。乾燥ステージは、生成物の微粒子化（de-glomeration）を実行するため及び／又は生成物を更に乾燥させるための一つ以上の蒸気ドラムを含み得る。乾燥ステージ中に回収された水は洗浄工程で使用するためにリサイクルしてもよい。
いくつかの実施形態では、本システムは、カルシウムカチオン及び／又はマグネシウムカチオン並びに炭酸アニオンを含む少なくとも一つの中間生成物を沈殿させるための少なくとも一つの中間沈殿ステージを更に含む。いくつかの実施形態では、中間生成物はモノハイドロカルサイトである。中間沈殿ステージは、第一のｐＨよりも高く第二のｐＨよりも低いｐＨで中間生成物の沈殿を実施するように適合される。
これらの実施形態では、本システムは、ｐＨ≦７．５で、方解石又は霰石を選択的に沈殿させるための第一の沈殿ステージ；８≦ｐＨ＞７．５のｐＨでモノハイドロカルサイトを選択的に沈殿させるための中間沈殿ステージ；そして、ｐＨ＞８．５（例えば、ｐＨ ≧９）で、炭酸マグネシウム及び／又はその水和物並びに／或いは炭酸水酸化マグネシウム及び／又はその水和物を含む第二の生成物を選択的に沈殿させるための第二の沈殿ステージ；を含み得る。第二の生成物は好ましくはネスケホン石であり、第二の沈殿ステージはｐＨ９．５〜１０でＮＱの沈殿を実施するように適合され得る。
本システムは、第一及び第二の生成物において上述された通り、少なくとも一つの中間生成物を分離／ろ過、洗浄及び乾燥させるための、少なくとも一つの中間生成物分離／ろ過ステージ、少なくとも一つの中間洗浄ステージ及び少なくとも一つの中間乾燥ステージを含み得る。
本システムは、カルシウムイオン及びマグネシウムイオンが枯渇した、アルカリ性であろう第二の上澄み液をリサイクルするためのアルカリリサイクルステージを更に含み得る。アルカリリサイクルステージは、第二の上澄み液を第一の沈殿ステージ又は吸収ステージに戻してリサイクルし得る。
アルカリ供給部がアンモニア供給に接続されている場合、アルカリリサイクルステージは、塩化アンモニウムを含有する第二の上澄み液からアンモニアを回収するために使用することができる。回収されたアンモニアはアルカリ供給部に向かい、吸収ステージにおいて再使用可能である。アンモニアの回収は以下の反応を含むことができる。
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋ＭｇＣｌ2（ａｑ）→
ＭｇＣＯ3（ｓ）＋２ＮＨ3（ｇ）＋２ＨＣｌ（ａｑ） （２０）
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋ＭｇＣｌ2（ａｑ）＋ｘＨ2Ｏ（ｌ）→
ＭｇＣＯ3.ｘＨ2Ｏ（ｓ）＋２ＮＨ3＋２ＨＣｌ（ａｑ） （２１）
（ＮＨ4）ＨＣＯ3（ａｑ）＋ＭｇＣｌ2（ａｑ）→
ＭｇＣＯ3（ｓ）＋ＮＨ3（ｇ）＋２ＨＣｌ（ａｑ） （２２）
反応は加熱により、例えば、廃ガスから得られる熱により起こすことができる。従って、本システムは、廃ガスからの熱をアルカリ回収ステージ、即ち、アルカリ回収段階における第二の上澄み液へと運ぶための熱交換器を更に含み得る。
本システムは、加熱により第二の（マグネシウム）生成物を活性化させるための活性化ステージを更に含み得る。
第三の態様では、本発明は、第二の態様に従ったシステムを含む油田又はガス田を含み、ここで、水源は、油井／ガス井に接続されている、生産水の分離及び処理プラントから供給される。
いくつかの実施形態では、廃ガス供給部は、発電所、セメント工場、製鉄工場、又は製油所に接続されている。
これより、以下の通りの添付図面を参照して、本発明の実施形態を例として説明する。
図１は、ｐＨを上昇させた際の炭酸カルシウム及びネスケホン石の選択的な沈殿を示すグラフであり； 図２は、本発明の第一の実施形態を示す概要図であり； 図３は、本発明のシステムの第二の実施形態を示す概要図であり；そして 図４は、本発明の第三の実施形態を示す概要図を示す。
本発明の詳細な説明及び更なる任意の特徴
図１は、温度２５°Ｃで、６００００：９０００ｐｐｍのＣａ2+：Ｍｇ2+比及び１．２ｍｏｌ／ＬのＮａＣｌ濃度を有するブラインを用いた際の、沈殿した第一の（カルシウム）生成物（ＰＣＣ）及び沈殿した第二の（マグネシウム）生成物（ネスケホン石）の理論的な収率を示す。
ｐＨ＜７．５での第一の沈殿工程では、ネスケホン石の極わずかな沈殿を伴って実質的に１００％のＰＣＣの沈殿が生じている。これに従い、第一の（カルシウムイオンが枯渇した）上澄み液からＰＣＣを分離することが可能である。
ｐＨ＞９．５で第一の上澄み液に対して行われた第二の沈殿工程では、〜８０％のネスケホン石の沈殿が生じている。いずれのカルシウム塩も第一の沈殿工程において先に沈殿しており、結果として、第二の工程においては実質的に純粋なネスケホン石が沈殿する。ネスケホン石は第二の上澄み液から分離することが可能である。
図２及び３は、本発明の第一及び第二の実施形態に従ったシステムの略図を示す。
本システムは、工業プラント、例えば、セメント工場からの排出ガスなどの廃ガスを供給する廃ガス供給部と接続されていてもよい二酸化炭素注入部１を含む。
二酸化炭素注入部１は、排出ガスを、二酸化炭素を廃ガスから分離して任意の粒子状物を取り除くための二酸化炭素スクラバー１７及び粒子状物質フィルター１８を含むガス処理ステージ２０（図３に示す）に送り込んでもよい。廃ガス供給部からの酸素及び／又は窒素のいずれもガス出口３を経由してシステムから排出される。水回収ユニット（図示されず）もまた、廃ガスからの水蒸気を回収するためにガス処理ステージ２０内に含まれてもよい。回収された水は以下に記載の洗浄ステージ１３で使用し得る。
本システムは、気体の又は水性のアンモニア源に接続されているアルカリ供給部２を更に含む。
本システムは、二酸化炭素注入部１及びアルカリ供給部２に接続されている吸収ステージ７を更に含む。吸収ステージ７では、アルカリ供給部２からのアンモニアが水中に溶解してアルカリ性水溶液をもたらす。アンモニアは、水中で溶解した際にアンモニウムイオン（ＮＨ4 +）と水酸化物アニオン（ＯＨ-）とに解離する。
アルカリ性水溶液はそれから、二酸化炭素を溶解させて炭酸アニオンを含有するアルカリ性水溶液を形成するために、０°Ｃ〜３０°Ｃの間の温度で二酸化炭素流全体に噴霧される。
二酸化炭素はアルカリ性水溶液中で水酸化物アニオンと反応して炭酸（及び重炭酸）イオンを含有するアルカリ性水溶液を形成する。
ＣＯ2（ｇ）＋２ＮＨ3（ａｑ）＋Ｈ2Ｏ（ｌ）→（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ） （５）
ＣＯ2（ｇ）＋ＮＨ3（ａｑ）＋Ｈ2Ｏ（ｌ）→（ＮＨ4）ＨＣＯ3（ａｑ） （６）
ＣＯ2（ｇ）＋（ＮＨ4）2ＣＯ3＋Ｈ2Ｏ（ｌ）→２ＮＨ4ＨＣＯ3（ａｑ） （７）
吸収ステージ７は、アルカリ性水溶液と、炭酸アニオンを含有するアルカリ性水溶液とのｐＨをモニター／制御するために、ｐＨメーター／制御装置１９（図３に示す）を含む。
本システムは、マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含有するブラインを供給するための水源（ブライン）注入部４を更に含む。水源（ブライン）注入部４は、地層／同生ブライン又は（ガス／石油抽出の副産物として得られる）生産水ブラインを含有する水源に接続されている。
ブラインは、マグネシウムイオンよりも高い濃度のカルシウムイオンを含有する。ブライン中のカルシウムイオン対マグネシウムイオンの比は約７：１であり得る。
ブラインは、２．５〜１００ｇ／Ｌの間の濃度範囲のカルシウムイオン（例えば、塩化カルシウムとして）及び２．５〜５０ｇ／Ｌの濃度範囲、例えば、約９ｇ／Ｌのマグネシウムイオン（例えば、塩化マグネシウムとして）を含有する。
本システムは、ブラインをろ過／処理するための、ブラインのろ過及び処理ステージ２１（図３に示す）を含む。ろ過及び処理ステージは、脱油サイクロンを含む脱油ステージ；可溶性有機物除去ステージ；坑口除砂サイクロンを含む固体除去ステージ；及び溶解空気浮選ユニットを含む溶存ガス除去ステージ；を含む。溶存ガス除去ステージで取り除かれた溶存ガスは、二酸化炭素注入部１内に導入する二酸化炭素を抽出するために、二酸化炭素スクラバーに供給されてもよい。
本システムは沈殿ステージ８を更に含む。ここで、沈殿ステージ８は、水源注入部４に接続されており、且つ、炭酸イオンを含有するアルカリ性水溶液を吸収ステージ７から沈殿ステージ８へと運ぶために吸収ステージ７及び沈殿ステージ８の間に延びているアルカリ性水溶液供給部１０とも接続されている。ここで、沈殿ステージ８では、炭酸イオンを含有するアルカリ性水溶液が、約５°Ｃの温度及び大気圧でブラインと混合される。
混合物のｐＨは、アルカリ供給部２からのアルカリを用いて約７．５のｐＨに調節され、第一の沈殿ステージ８ａにおいて、０°Ｃ〜３０°Ｃの間の温度及び大気圧で、以下の反応に従って、ＰＣＣ（方解石）が沈殿する。
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋ＣａＣｌ2（ａｑ）→
ＣａＣＯ3（ｓ）＋２ＮＨ4Ｃｌ（ａｑ） （１２）
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋ＣａＣｌ2（ａｑ）＋ｘＨ2Ｏ（ｌ）→
ＣａＣＯ3.ｘＨ2Ｏ（ｓ）＋２ＮＨ4Ｃｌ（ａｑ） （１３）
仮に霰石の沈殿が必要であれば、温度を≧４０°Ｃ、例えば、８５°Ｃにまで又は６０°Ｃにまで上昇させることができる。本システムは、第一の沈殿ステージ８ａ及び第一の生成物分離／ろ過ステージ１２ａの間に接続されている第一の生成物出口ライン９ａを含む。
カルシウムイオンが枯渇した第一の上澄み液を第一の沈殿ステージ８ａから第二の沈殿ステージ８ｂへと通過させることができるように、上澄み液供給部１１が備えられる。
第一の上澄み液のｐＨは、第二の沈殿ステージ８ｂにおいて、（アルカリ供給部２からのアルカリを添加することによって）第二の、約９と、より高いｐＨに調節され、第二の沈殿工程において、２５°Ｃ及び大気圧で、以下の反応に従ってネスケホン石が沈殿する。
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋ＭｇＣｌ2（ａｑ）＋３Ｈ2Ｏ（ｌ）→
ＭｇＣＯ3.３Ｈ2Ｏ（ｓ）＋２ＮＨ4Ｃｌ（ａｑ） （１９ａ）
本システムは、第二の沈殿ステージ８ｂ及び第二の生成物分離／ろ過ステージ１２ｂの間に接続されている第二の生成物出口ライン９ｂを含む。
第一及び第二の生成物分離／ろ過ステージ１２ａ、１２ｂは、第一及び第二の上澄み液からそれぞれＰＣＣ及びネスケホン石を分離／ろ過するためのものである。
生成物分離／ろ過ステージ１２ａ／１２ｂは、沈殿した生成物を第一／第二の上澄み液から分離するために、各自の液体サイクロン分離装置（図示されず）及び各自の膜ろ過装置（図示されず）をそれぞれ含む。
本システムは、第一及び第二の上澄み液からそれぞれＰＣＣ及びネスケホン石を分離／ろ過した後に、（塩化物塩及びアルカリを取り除くために）ＰＣＣ及びネスケホン石を洗浄するための洗浄ステージ１３を更に含む。洗浄ステージは、第一の上澄み液からＰＣＣを分離／ろ過した後にＰＣＣを洗浄するための第一の洗浄ステージ１３ａと、第二の上澄み液からネスケホン石を分離／ろ過した後にネスケホン石を洗浄するための第二の洗浄ステージ１３ｂとを含む。
洗浄ステージ１３の結果生じた希釈ブラインは、ブライン出口６にてシステムから排水される。希釈ブラインは地中に安全に再注入することができる。
本システムは、沈殿し（乾燥され）たＰＣＣ及びネスケホン石を乾燥させるための乾燥ステージ１４を更に含む。乾燥ステージは、ＰＣＣを乾燥させるための第一の乾燥ステージ１４ａと、ネスケホン石を乾燥させるための第二の乾燥ステージ１４ｂとを含む。各乾燥ステージは、生成物を乾燥させるために、真空ユニット２２ａ、２２ｂと、少なくとも一つの蒸気ドラム２３ａ、２３ｂと、を含む。
洗浄されて乾燥された生成物は生成物ポート５ａ、５ｂにてシステムから取り除かれてもよい。
本システムは、加熱によりネスケホン石を活性化させるための活性化ステージ１５を更に含み得る。
本システムは、塩化アンモニウムを含有する第二の上澄み液からアンモニアを回収するためのアルカリリサイクルステージ１６を更に含む。回収されたアンモニアはアルカリ供給部２に向かい、吸収ステージ７において再使用可能である。アンモニアの回収は以下の反応を含むことができる。
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋ＭｇＣｌ2（ａｑ）→
ＭｇＣＯ3（ｓ）＋２ＮＨ3（ｇ）＋２ＨＣｌ（ａｑ） （２０）
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋ＭｇＣｌ2（ａｑ）＋ｘＨ2Ｏ（ｌ）→
ＭｇＣＯ3.ｘＨ2Ｏ（ｓ）＋２ＮＨ3＋２ＨＣｌ（ａｑ） （２１）
（ＮＨ4）ＨＣＯ3（ａｑ）＋ＭｇＣｌ2（ａｑ）→
ＭｇＣＯ3（ｓ）＋ＮＨ3（ｇ）＋２ＨＣｌ（ａｑ） （２２）
これらの反応は加熱により、例えば、廃ガスから得られる熱により起こすことができる。従って、本システムは、廃ガスからの熱をアルカリ回収ステージ１６へと運ぶための熱交換器（図示されず）を更に含む。
図４に示された第三の実施形態は、上述の第一の実施形態と本質的には同じであるが、中間生成物を沈殿させる中間沈殿ステージ８ｃが含まれている。
上述で論じられた通り、第一の沈殿工程において、第一の沈殿ステージ８ａ内部で約７．５のｐＨでＰＣＣ（方解石）が沈殿される。
本システムは、第一の沈殿ステージ８ａ及び第一の生成物分離／ろ過ステージ１２ａの間に接続されている第一の生成物出口ライン９ａを含む。
第一の上澄み液を第一の沈殿ステージ８ａから中間沈殿ステージ８ｃへと通過させることができるように、第一の上澄み液供給部１１ａが備えられる。
第一の上澄み液のｐＨは、中間沈殿ステージ８ｃにおいて、（アルカリ供給部２からのアルカリを添加することによって）約８．５の中間ｐＨに調節され、中間沈殿工程において、０°Ｃ〜３０°Ｃ及び大気圧でモノハイドロカルサイトが沈殿する。
本システムは、中間沈殿ステージ８ｃ及び中間生成物分離／ろ過ステージ１２ｃの間に接続されている中間生成物出口ライン９ｃを含む。
中間上澄み液を中間沈殿ステージ８ｃから第二の沈殿ステージ８ｂへと通過させることができるように、中間上澄み液供給部１１ｂが備えられる。
中間上澄み液のｐＨは、第二の沈殿ステージ８ｂにおいて、（アルカリ供給部２からのアルカリを添加することによって）約９の第二のｐＨに調節され、第二の沈殿工程において、２５°Ｃ及び大気圧で、以下の反応に従ってネスケホン石が沈殿する。
（ＮＨ4）2ＣＯ3（ａｑ）＋ＭｇＣｌ2（ａｑ）＋３Ｈ2Ｏ（ｌ）→
ＭｇＣＯ3.３Ｈ2Ｏ（ｓ）＋２ＮＨ4Ｃｌ（ａｑ） （１９ａ）
本システムは、第二の沈殿ステージ８ｂ及び第二の生成物分離／ろ過ステージ１２ｂの間に接続されている第二の生成物出口ライン９ｂを含む。
生成物分離／ろ過ステージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、第一、中間及び第二の上澄み液からそれぞれＰＣＣ、モノハイドロカルサイト及びネスケホン石を分離／ろ過するためのものである。
生成物分離／ろ過ステージ１２ａ／１２ｂ／１２ｃは、沈殿した生成物を第一／第二の上澄み液から分離するために、各自の液体サイクロン分離装置（図示されず）及び各自の膜ろ過装置（図示されず）をそれぞれ含む。
本システムは、第一及び第二の上澄み液からそれぞれＰＣＣ及びネスケホン石を分離／ろ過した後に、（塩化物塩及びアルカリを取り除くために）ＰＣＣ及びネスケホン石を洗浄するための洗浄ステージ１３を更に含む。洗浄ステージは、第一の上澄み液からＰＣＣを分離／ろ過した後にＰＣＣを洗浄するための第一の洗浄ステージ１３ａと、中間上澄み液からモノハイドロカルサイトを分離／ろ過した後にモノハイドロカルサイトを洗浄するための中間洗浄ステージ１３ｃと、第二の上澄み液からネスケホン石を分離／ろ過した後にネスケホン石を洗浄するための第二の洗浄ステージ１３ｂとを含む。
洗浄ステージ１３の結果生じた希釈ブラインは、ブライン出口６にてシステムから排水される。希釈ブラインは地中に安全に再注入することができる。
本システムは、沈殿し（乾燥され）たＰＣＣ、モノハイドロカルサイト及びネスケホン石を乾燥させるための乾燥ステージ１４を更に含む。乾燥ステージは、ＰＣＣを乾燥させるための第一の乾燥ステージ１４ａと、モノハイドロカルサイトを乾燥させるための中間乾燥ステージと、ネスケホン石を乾燥させるための第二の乾燥ステージ１４ｂとを含む。各乾燥ステージは、生成物を乾燥させるために、真空ユニット２２ａ、２２ｂと、少なくとも一つの蒸気ドラム２３ａ、２３ｂとを含む。
洗浄されて乾燥された生成物は生成物ポート５にてシステムから取り除かれてもよい。
本システムは、加熱によりネスケホン石を活性化させるための活性化ステージ１５を更に含み得る。
本システムは、上述のアルカリリサイクルステージ１６を更に含む。
本発明は上述の例示的な実施形態と共に説明されてきたが、本開示について多くの同等な変更形態及び変形形態が当業者にとって明らかであろう。従って、上述の本発明の例示的な実施形態は、限定的ではなく例証的であると見なされる。本発明の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に対して種々の変更を行い得る。

Claims (38)

  1. 二酸化炭素及びアルカリを水中に溶解させることにより炭酸アニオンを含有するアルカリ性水溶液を形成すること；
    前記アルカリ性水溶液をマグネシウムカチオン及びカルシウムカチオンを含有する水源と混合すること；
    第一の沈殿工程において、第一のｐＨで、カルシウムカチオン及び炭酸アニオンを含有する第一の生成物を選択的に沈殿させること；並びに、
    次いで、第二の沈殿工程において、第二のｐＨで、マグネシウムカチオン及び炭酸アニオンを含有する第二の生成物を選択的に沈殿させること；
    を含み、
    前記第二のｐＨは前記第一のｐＨよりも高い、二酸化炭素の鉱物化方法。
  2. 前記水源が、地層／同生ブライン、生産水ブライン又は他の産業廃棄物ブラインである、請求項１に記載の方法。
  3. 前記水源／ブラインが、マグネシウムイオンよりも高い濃度のカルシウムイオンを含有する、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記二酸化炭素が工業プラントからの排出ガスに由来する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記アルカリ性水溶液を形成するための前記アルカリが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、クリンカキルンダスト（ＣＫＤ）、石灰スラッジ（ＬＳ）又はアンモニアから選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記第一の沈殿工程が第一のｐＨ ≦８．５で行われる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記第一の生成物が、沈殿した炭酸カルシウム（ＰＣＣ）を含有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記第一の生成物が、方解石、霰石又は炭酸カルシウム一水和物から選択される、請求項７に記載の方法。
  9. 前記第一の生成物が霰石であり、前記第一の沈殿工程が４０°Ｃ以上の温度且つ７〜７．５のｐＨで行われる、請求項８に記載の方法。
  10. 前記第一の生成物が方解石であり、前記第一の沈殿工程が周辺温度且つ７〜７．５のｐＨで行われる、請求項８に記載の方法。
  11. 前記第一の生成物がモノハイドロカルサイトであり、前記第一の沈殿工程が周辺温度且つ８≦ｐＨ＞７．５のｐＨで行われる、請求項８に記載の方法。
  12. 前記第二の沈殿工程が第二のｐＨ ＞８．５で行われる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記第二の生成物がネスケホン石である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記第二の沈殿工程が２５°Ｃ以下の温度で行われる、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記第一のｐＨ及び前記第二のｐＨの間のｐＨでカルシウムカチオン及び／又はマグネシウムカチオン並びに炭酸アニオンを含む少なくとも一つの中間生成物を沈殿させるための少なくとも一つの中間沈殿工程を更に含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記第一の生成物が霰石又は方解石であり、前記第二の生成物がネスケホン石であり、且つ前記中間生成物がモノハイドロカルサイトである、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記アルカリがアンモニアであり、前記方法が、前記第二の沈殿工程後に残っている第二の上澄み液からアンモニアを回収するための第二のアンモニア回収工程を更に含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 加熱により前記第二の生成物を活性化することを更に含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 二酸化炭素注入部；
    炭酸アニオンを含有するアルカリ性水溶液を形成するアルカリを含有する水中の二酸化炭素を吸収するための、前記二酸化炭素注入部に接続された吸収ステージ；
    マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含有する水源を供給するための水源注入部；並びに、
    前記炭酸アニオンを含有するアルカリ性水溶液と前記水源とを混合し、第一の沈殿工程において、第一のｐＨで、カルシウムカチオン及び炭酸アニオンを含有する第一の生成物を選択的に沈殿させ、且つ、第二の沈殿工程において、第二の、より高いｐＨで、マグネシウムカチオン及び炭酸アニオンを含有する第二の生成物を選択的に沈殿させるための、前記水源注入部に接続された沈殿ステージ；
    を含む、二酸化炭素を鉱物隔離するためのシステム。
  20. 前記二酸化炭素注入部が、工業プラントからの排出ガスを供給する廃ガス供給部に接続されている、請求項１９に記載のシステム。
  21. 二酸化炭素スクラバー及び／又は粒子状物質（ＰＭ）フィルター及び／又は熱交換器を含むガス処理ステージを更に含む、請求項１９又は２０に記載のシステム。
  22. 前記吸収ステージが、前記アルカリ性水溶液中で前記二酸化炭素を泡立たせるように適合されている又は前記アルカリ性水溶液を前記二酸化炭素の流路内／全体にわたって噴霧するように適合されている、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載のシステム。
  23. 前記水源注入部が、地層／同生ブライン又は生産水ブラインを含む水源に接続されている、請求項１９〜２２のいずれか一項に記載のシステム。
  24. 一つ以上の脱油ステージ、可溶性有機物除去ステージ、固体除去ステージ及び／又は溶存ガス除去ステージを含む生産水処理ステージを更に含む、請求項２３に記載のシステム。
  25. 前記沈殿ステージが、第一の沈殿工程において、第一のｐＨ≦８．５で、第一の生成物を選択的に沈殿させるための第一の沈殿ステージを含む、請求項１９〜２４のいずれか一項に記載のシステム。
  26. 前記第一の沈殿ステージが、周辺温度〜８５°Ｃの温度で前記第一の生成物を選択的に沈殿させるように適合されている、請求項２５に記載のシステム。
  27. 前記沈殿ステージが、第二の沈殿工程において、第二のｐＨ≧９、第二の（マグネシウム）生成物を選択的に沈殿させるための第二の沈殿ステージを含む、請求項１９〜２６のいずれか一項に記載のシステム。
  28. 前記第二の沈殿ステージが、４０°Ｃ以下の温度で第二の生成物を選択的に沈殿させるように適合されている、請求項２７に記載のシステム。
  29. アルカリ供給部が、気体の又は水性のアンモニアの供給に接続されている、請求項１９〜２８のいずれか一項に記載のシステム。
  30. カルシウムカチオン及び／又はマグネシウムカチオン並びに炭酸アニオンを含む少なくとも一つの中間生成物を沈殿させるための少なくとも一つの中間沈殿ステージを更に含む、請求項１９〜２９のいずれか一項に記載のシステム。
  31. カルシウムイオン及びマグネシウムイオンが枯渇した第二の上澄み液を前記沈殿ステージ又は前記吸収ステージにリサイクルするためのアルカリリサイクルステージを更に含む、請求項１９〜３０のいずれか一項に記載のシステム。
  32. 前記アルカリリサイクルステージが前記第二の上澄み液からアンモニアを回収するように適合されている、請求項３１に記載のシステム。
  33. 加熱により前記第二の生成物を活性化させるための活性化ステージを更に含む、請求項１９〜３２のいずれか一項に記載のシステム。
  34. 前記水源が、油井／ガス井に接続されている、生産水の分離及び処理プラントから供給される、請求項１９〜３３のいずれか一項に記載のシステムを含む油田／ガス田。
  35. 廃ガス供給部が、発電所、セメント工場、製鉄工場、又は製油所に接続されている、請求項３４に記載の油田／ガス田。
  36. 添付図面を参照して記載されている、本明細書の実施形態の実質的にいずれか一つの方法。
  37. 添付図面を参照して記載されている、本明細書の実施形態の実質的にいずれか一つのシステム。
  38. 添付図面を参照して記載されている、本明細書の実施形態の実質的にいずれか一つの油田／ガス田。
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