JP6145129B2 - 炭酸塩および/または炭酸水素塩鉱物の同時生成による廃棄ガス流からの二酸化炭素除去方法 - Google Patents
炭酸塩および/または炭酸水素塩鉱物の同時生成による廃棄ガス流からの二酸化炭素除去方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は一般に、廃棄物流から二酸化炭素および、それと並行して他の汚染物質を除去する技術分野に関する。より具体的には、本発明は、濃縮された煙道ガス様の流れから二酸化炭素および他の汚染物質を吸収したのち、吸収された任意の偶発的汚染物質を連行し、中和する炭酸塩および/または炭酸水素塩物質を同時生成することによって廃棄物流から二酸化炭素および他の汚染物質を除去することに関する。
過去40年間、工業から空気中への放出物に対し、個人的および商業的な両セクタにおいて相当な国内的および国際的関心がますます向けられている。特に、大気中への太陽熱の滞留に影響して「温室効果」を生じさせる性質を有する温室効果ガスが注目されている。温室効果は、太陽から入ってくる熱が地球の大気および水圏中に捕らえられて、地球の平均大気温度、海洋温度ならびに他の中間および平均温度尺度を気候変動点以上まで高めるときに生じる;この効果は一般に、地球の熱均衡における作用効果としては意見の一致を見るが、その速度、人類の物質燃焼がそれに影響する程度ならびにその効果の程度、方向および大きさに関しては議論が交わされている。議論の程度にかかわらず、点放出源からCO2(および他の化学物質)を除去するためのコストが十分に小さいならば、そうすることに利益があるということにはだれもが同意見である。
本発明の態様は、ガス流から初期量の二酸化炭素を除去する方法であって、以下の段階を含む方法:水酸化物を水性混合物中に得る段階;塩素を得る段階;前記水酸化物を前記ガス流と混和して、炭酸塩生成物、炭酸水素塩生成物、または炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物を混和物として生成する段階;前記炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物を前記混和物から分離することによって、前記ガス流から初期量の二酸化炭素の一部を除去する段階;塩素と水を合わせて次亜塩素酸を形成する段階;該次亜塩素酸を崩壊させて塩化水素酸および酸素を形成する段階;ならびに該塩化水素酸を炭酸カルシウムと合わせて塩化カルシウムおよび低減した量の二酸化炭素を形成する段階、に関する。他の態様において、方法はさらに、水素を得る段階;および発電所で該水素を燃焼させる段階を含む。いくつかの態様において、低減した量の二酸化炭素は、初期量の二酸化炭素の半分である。別の態様において、水酸化物は水酸化ナトリウムである。
H2O+NaCl+aHCl+エネルギー→NaOH+(1/2+a/2)H2+(1/2+a/2)Cl2
この式では、項「a」は「プロトン化係数」と定義され、ナトリウムイオン(Na+イオン)に対するプロトン(H+イオン)の比を表す。
[本発明1001]
ガス流から初期量の二酸化炭素を除去する方法であって、以下の段階を含む方法:
水酸化物を水性混合物中に得る段階;
塩素を得る段階;
前記水酸化物を前記ガス流と混和して、炭酸塩生成物、炭酸水素塩生成物、または炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物を混和物として生成する段階;
前記炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物を前記混和物から分離することによって、前記ガス流から初期量の二酸化炭素の一部を除去する段階;
塩素と水を合わせて次亜塩素酸を形成する段階;
前記次亜塩素酸を崩壊させて塩化水素酸および酸素を形成する段階;ならびに
前記塩化水素酸を炭酸カルシウムと合わせて塩化カルシウムおよび低減した量の二酸化炭素を形成する段階。
[本発明1002]
以下の段階をさらに含む、本発明1001記載の方法:
水素を得る段階;および
発電所で前記水素を燃焼させる段階。
[本発明1003]
低減した量の二酸化炭素が、初期量の二酸化炭素の半分である、本発明1001記載の方法。
[本発明1004]
水酸化物が水酸化ナトリウムである、本発明1001記載の方法。
[本発明1005]
ガス流から初期量の二酸化炭素を除去する方法であって、以下の段階を含む方法:
水酸化物を水性混合物中に得る段階;
塩化水素酸を得る段階;
前記水酸化物を前記ガス流と混和して、炭酸塩生成物、炭酸水素塩生成物、または炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物を混和物として生成する段階;ならびに
前記炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物を前記混和物から分離することによって、前記ガス流から初期量の二酸化炭素の一部を除去する段階。
[本発明1006]
以下の段階をさらに含む、本発明1005記載の方法:
水素を得る段階;および
発電所で前記水素を燃焼させる段階。
[本発明1007]
低減した量の二酸化炭素が、初期量の二酸化炭素の半分である、本発明1005記載の方法。
[本発明1008]
水酸化物が水酸化ナトリウムである、本発明1005記載の方法。
[本発明1009]
少なくとも1つの陰極および少なくとも1つの陽極を含み、水酸化物、水素、および塩素を使用中に生成するように適合した、電気分解チャンバ;
前記電気分解チャンバに、および使用中にガス流を含有するように適合した導管に、機能的に連結され、前記電気分解チャンバからの水酸化物を使用中に前記ガス流と混和して該ガス流中の炭素、硫黄、および/または窒素化合物が前記水酸化物と反応できる混和物を生じるように適合した、第1の組の混合機;
前記電気分解チャンバに機能的に連結され、使用中に前記塩素と水とを混和して次亜塩素酸を生じるように適合した、第2の組の混合機;
前記次亜塩素酸を崩壊させて塩化水素酸および酸素を生じるように適合した処理機;
使用中に前記塩化水素酸および炭酸カルシウムを合わせて塩化カルシウムおよび二酸化炭素を生じるように適合した第3の組の混合機;ならびに
前記混合機と機能的に連結し、前記混和物を別々の気相および固相および/または液相に分離するように適合した、分離チャンバ
を含む装置。
[本発明1010]
少なくとも1つの陰極および少なくとも1つの陽極を含み、水酸化物、水素および酸素を使用中に生成するように適合した、電気分解チャンバ;
前記電気分解チャンバに、および使用中にガス流を含有するように適合した導管に、機能的に連結され、使用中に前記電気分解チャンバからの水酸化物と前記ガス流とを混和して該ガス流中の炭素、硫黄、および/または窒素化合物が前記水酸化物と反応できる混和物を生じるように適合した、第1の組の混合機;
セルの陽極側と機能的に連結し、前記混和物を別々の気相および液相に分離するように適合した、チャンバ;ならびに
前記セルの陰極側に機能的に連結し、前記混和物を別々の気相および液相に分離するように適合した、チャンバ
を含む装置。
[本発明1011]
少なくとも1つの陰極および少なくとも1つの陽極を含み、使用中に酸素を消費することによって水素を抑制しつつ、水酸化物を生成するように適合した、電気分解チャンバ;
前記電気分解チャンバに、および使用中にガス流を含有するように適合した導管に、機能的に連結され、使用中に前記電気分解チャンバからの水酸化物を前記ガス流と混和して該ガス流中の炭素、硫黄、および/または窒素化合物が前記水酸化物と反応できる混和物を生じるように適合した、第1の組の混合機;
セルの陽極側と機能的に連結し、前記混和物を別々の気相および液相に分離するように適合した、チャンバ;ならびに
前記セルの陰極側に機能的に連結し、前記混和物を別々の気相および液相に分離するように適合した、チャンバ
を含む装置。
[本発明1012]
発電所のガス流から二酸化炭素が除去される工程からの煙道ガス凝縮物中の水から重金属を分離する方法であって、以下の段階を含む方法:
塩化物塩を得る段階;
塩と、水、蒸気またはその両方とを混和して溶液を作製する段階;
前記溶液を電気分解して、水酸化物および塩素ガスを生成する段階;
前記水酸化物の一部と煙道ガス流とを混和して、炭酸塩生成物、炭酸水素塩生成物、または炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物を混和物として生成する段階;
前記炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物を前記混和物から分離することによって、前記ガス流から二酸化炭素を除去する段階;
前記水酸化物の一部を前記煙道ガス凝縮物に添加してそのpHを酸性から塩基性に変化させ、結果として前記重金属を沈殿させる段階;ならびに
前記凝縮物をろ過媒体に通過させる段階。
[本発明1013]
ろ過媒体が活性炭を含む、本発明1012記載の方法。
[本発明1014]
凝縮物を重力送りによりろ過媒体に通す、本発明1012記載の方法。
[本発明1015]
凝縮物を能動ポンピングによりろ過媒体に通す、本発明1012記載の方法。
[本発明1016]
発電所のガス流から二酸化炭素が除去される工程からの煙道ガス凝縮物中の水から重金属を分離する方法であって、以下の段階を含む方法:
塩化物塩を得る段階;
塩と硫酸とを混和し加熱して溶液を得る段階;
得られた塩化水素酸を前記混和物から蒸発させる段階;
硫酸塩溶液を電気分解して、水酸化物および酸素ガスを生成する段階;
前記水酸化物の一部と煙道ガス流とを混和して、炭酸塩生成物、炭酸水素塩生成物、または炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物を混和物として生成する段階;
前記炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物を前記混和物から分離することによって、前記ガス流から二酸化炭素を除去する段階;
前記水酸化物の一部を前記煙道ガス凝縮物に添加してそのpHを酸性から塩基性に変化させ、結果として前記重金属を沈殿させる段階;ならびに
前記凝縮物をろ過媒体に通過させる段階。
[本発明1017]
ろ過媒体が活性炭を含む、本発明1016記載の方法。
[本発明1018]
凝縮物を重力送りによりろ過媒体に通す、本発明1016記載の方法。
[本発明1019]
凝縮物を能動ポンピングによりろ過媒体に通す、本発明1016記載の方法。
[本発明1020]
酸素を電気分解セルで消費して水素生成を抑制する、本発明1016記載の方法。
[本発明1021]
発電所のガス流から二酸化炭素が除去される工程からの塩素ガスをリサイクルする方法であって、以下の段階を含む方法:
塩化物塩を得る段階;
塩を水、蒸気、またはその両方と混和して溶液を作製する段階;
前記溶液を電気分解して、水酸化物および塩素ガスを生成する段階;
前記水酸化物を煙道ガス流と混和し、炭酸塩生成物、炭酸水素塩生成物、または炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物を混和物として生成する段階;
前記炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物を前記混和物から分離することによって、前記ガス流から二酸化炭素を除去する段階;
前記塩素ガスを水および光と反応させて、塩酸および酸素を生成する段階;ならびに
前記酸素を前記発電所の空気入口に戻す段階。
[本発明1022]
塩酸を、混和物から分離されたI族炭酸水素塩生成物と反応させることによって中和して、I族塩化物塩、水、および二酸化炭素ガスを生成する、本発明1021記載の方法。
[本発明1023]
塩酸を、混和物から分離されたII族炭酸塩生成物と反応させることによって中和して、II族塩化物塩および二酸化炭素ガスを生成する、本発明1021記載の方法。
[本発明1024]
塩酸を、混和物から分離されたI族炭酸塩生成物と反応させることによって中和して、I族塩化物塩およびI族炭酸水素塩を生成する、本発明1021記載の方法。
[本発明1025]
反応が単純な混合によって達成される、本発明1021記載の方法。
[本発明1026]
反応が膜を通して達成され、そうして形成された酸-塩基電池からの直流電力を抽出する、本発明1021記載の方法。
[本発明1027]
発電所のガス流から二酸化炭素が除去される工程から塩化水素酸を生成する方法であって、以下の段階を含む方法:
塩化物塩を得る段階;
塩を硫酸と混和して溶液を作製する段階;
得られた塩化水素酸を前記混和物から蒸発させる段階;
硫酸塩溶液を電気分解して、水酸化物および酸素ガスを生成する段階;
前記水酸化物を煙道ガス流と混和し、炭酸塩生成物、炭酸水素塩生成物、または炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物を混和物として生成する段階;ならびに
前記炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物を前記混和物から分離することによって、前記ガス流から二酸化炭素を除去する段階。
[本発明1028]
塩化水素酸を、混和物から分離されたI族炭酸水素塩生成物と反応させることによって中和して、I族塩化物塩、水、および二酸化炭素ガスを生成する、本発明1027記載の方法。
[本発明1029]
塩化水素酸を、混和物から分離されたII族炭酸塩生成物と反応させることによって中和して、II族塩化物塩および二酸化炭素ガスを生成する、本発明1027記載の方法。
[本発明1030]
塩化水素酸を、混和物から分離されたI族炭酸塩生成物と反応させることによって中和して、I族塩化物塩およびI族炭酸水素塩を生成する、本発明1027記載の方法。
[本発明1031]
反応が単純な混合によって達成される、本発明1027記載の方法。
[本発明1032]
反応が、膜を通して達成され、そうして形成された酸-塩基電池からの直流電力を抽出する、本発明1027記載の方法。
[本発明1033]
酸素が電気分解セルにて消費され、水素の生成を抑制する、本発明1027記載の方法。
[本発明1034]
塩化物塩を得る段階;
塩を水、蒸気、またはその両方と混和して溶液を作製する段階;
前記溶液を電気分解して、水酸化物および塩素ガスを生成する段階;
前記水酸化物を煙道ガス流と混和し、炭酸塩生成物、炭酸水素塩生成物、または炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物を混和物として生成する段階;ならびに
前記炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物を前記混和物から分離することによって、前記ガス流から二酸化炭素を除去する段階
を含む、発電所のガス流から二酸化炭素を除去する方法であって、
前記混和する段階が、炭酸塩が前記水酸化物および前記二酸化炭素から形成されるカーボネーター(carbonator)カラム、ならびに炭酸水素塩が前記炭酸塩から形成されるバイカーボネーター(bicarbonator)カラムを含む一対のバブルカラムにて生じる方法。
[本発明1035]
バイカーボネーターカラムが湿潤され、充填されるが、本質的にゼロの液体レベルを含有し、液体のカーボネーターカラムと対になっている、本発明1034記載の方法。
[本発明1036]
バイカーボネーターおよびカーボネーターカラムの両方が、湿潤され、充填されるが、本質的にゼロの液体レベルを含有する、本発明1034記載の方法。
[本発明1037]
塩化物塩を得る段階;
塩を硫酸と混和して溶液を作製する段階;
得られた塩化水素酸を前記混和物から蒸発させる段階;
硫酸塩を電気分解して、水酸化物および酸素ガスを生成する段階;
前記水酸化物を煙道ガス流と混和し、炭酸塩生成物、炭酸水素塩生成物、または炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物を混和物として生成する段階;ならびに
前記炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物を前記混和物から分離することによって、前記ガス流から二酸化炭素を除去する段階
を含む、発電所のガス流から二酸化炭素を除去する方法であって、
前記混和する段階が、炭酸塩が前記水酸化物および前記二酸化炭素から形成されるカーボネーターカラム、ならびに炭酸水素塩が前記炭酸塩から形成されるバイカーボネーターカラムを含む一対のバブルカラムにて生じる方法。
[本発明1038]
バイカーボネーターカラムが湿潤され、充填されるが、本質的にゼロの液体レベルを含有し、液体のカーボネーターカラムと対になっている、本発明1037記載の方法。
[本発明1039]
バイカーボネーターおよびカーボネーターカラムの両方が、湿潤され、充填されるが、本質的にゼロの液体レベルを含有する、本発明1037記載の方法。
[本発明1040]
塩化物塩を得る段階;
塩を硫酸と混和して溶液を作製する段階;
前記得られた硫酸塩を前記混和物から沈殿させ、塩化水素酸を残す段階;
前記沈殿物を水溶液に添加する段階;
前記溶液を電気分解して、水酸化物および塩素ガスを生成する段階;
前記水酸化物を煙道ガス流と混和し、炭酸塩生成物、炭酸水素塩生成物、または炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物を混和物として生成する段階;ならびに
前記炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物を前記混和物から分離することによって、前記ガス流から二酸化炭素を除去する段階
を含む、発電所のガス流から二酸化炭素を除去する方法であって、
前記混和する段階が、カラムの上方区域にて前記水酸化物を炭酸塩に転換し、次いでこれを前記カラムの下方区域にて炭酸水素塩に転換する単一のバブルカラムにて生じる方法。
[本発明1041]
塩化物塩を得る段階;
塩を水、蒸気、またはその両方と混和して溶液を作製する段階;
前記溶液を電気分解して、水酸化物および水素ガスを生成する段階;
前記水酸化物を煙道ガス流と混和し、炭酸塩生成物、炭酸水素塩生成物、または炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物を混和物として生成する段階;ならびに
前記炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物を前記混和物から分離することによって、前記ガス流から二酸化炭素を除去する段階
を含む、発電所のガス流から二酸化炭素を除去する方法であって、
前記発電所からの廃熱を使用して、前記電気分解が生じる温度を、該電気分解に必須のエネルギーが該電気分解により生成される前記水素ガスから帰還可能な理論上の最大エネルギーに等しい温度まで上昇させる方法。
[本発明1042]
塩化物塩を得る段階;
塩を硫酸と混和して溶液を作製する段階;
得られた塩化水素酸を前記混和物から蒸発させる段階;
硫酸塩溶液を電気分解して、水酸化物および水素ガスを生成する段階;
前記水酸化物を煙道ガス流と混和し、炭酸塩生成物、炭酸水素塩生成物、または炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物を混和物として生成する段階;ならびに
前記炭酸塩および/または炭酸水素塩生成物を前記混和物から分離することによって、前記ガス流から二酸化炭素を除去する段階
を含む、発電所のガス流から二酸化炭素を除去する方法であって、
前記発電所からの廃熱を使用して、前記電気分解が生じる温度を、該電気分解に必須のエネルギーが該電気分解により生成される前記水素ガスから帰還可能な理論上の最大エネルギーに等しい温度まで上昇させる方法。
本発明は、廃棄物流から二酸化炭素を取り出し、炭酸塩生成物および/または炭酸水素塩生成物に転換する隔離法に関する。本発明の方法および装置の態様は、以下の一般的構成要素:(1)気体CO2を水性苛性アルカリ混合物中に吸収させたのち、水酸化物と反応させて炭酸塩生成物および/または炭酸水素塩生成物を形成する水性脱炭酸塩化;(2)炭酸塩生成物および/または炭酸水素塩生成物を液状混合物から分離する分離;(3)脱炭酸塩化で吸収性流体として使用される水酸化ナトリウムを生成するためのブラインまたは硫酸塩電気分解;ならびに(4)脱炭素化および電気分解からの、塩素ガス、炭酸ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウムならびに水素ガスをはじめとする副生成物の生成および使用、の一つまたは複数を含む。これら一般的構成要素それぞれを以下さらに詳細に説明する。
目的を達成するための作業を実行する任意の他の方法または装置と同様に、本発明の多くの態様は、煙道ガス流からのCO2および他の化学物質の吸収を達成し、本明細書において記載した本発明の態様の他の目的を達成するのためにいくらかのエネルギーを消費する。しかし、本発明の特定の態様の一つの利点は、実施例5および6で詳細に説明するように、従来技術のエコロジー効率よりも優れたエコロジー効率を提供するということである。実施例5および6のデータから明白であるように、工程を駆動するための増幅された廃熱回収または非温室効果ガス生成エネルギー、さらに低電圧の電気分解の使用および水素エネルギー回収からの電力帰還の改善が、工程のエコロジー効率を、工程が廃熱回収(および水素エネルギー回収)によって完全に駆動され、発電所放出CO2の事実上100%を吸収するところの点以上までさらに改善することができる。
図1は、本開示の装置および方法の一般的な例示的態様を示す簡略化工程流れ図を示す。この図は、図示目的のためだけに提供され、従って、本発明の特定の態様を単に示すものであり、特許請求の範囲の範囲を何らかの方法で限定することを意図するものではない。図1に示すように、煙道ガス(FG)が、潜在的にはじめに廃熱/直流発電システムと廃熱を交換したのち、901で工程に入る。この例では300℃のガス混合物として入るFGは、まず、管902によってFG/炭酸水素塩熱交換器903に送られ、そこで、FG温度がこの例では120〜140℃まで下げられる。同様に、FGは、陽極液/FG熱交換器904および陰極液熱交換器905の中を流れ続けて、その温度を95℃まで下げたのち、水/FG熱交換器929の中を流れてその温度をさらに30℃まで下げる。次に、水/FG熱交換器929を出たFGは、バルブアレンジメント煙道ガス温度混合制御931に導入され、その中で30℃のFGを、高温煙道ガス工程管906によって同じく煙道ガス温度混合制御931に送られた120〜140℃の煙道ガスと混合することができる。そして、30〜140℃のFG混合物は、充填または非充填バブルカラムであることができる炭酸塩化/吸収カラム907の底に差動的に導入されることができ、そこで、ガスが注入または散布されると、ガスが気泡を形成し、それらが流体中を上昇して上ベント908に集まる。この態様では、次いで、部分的または完全に脱炭酸塩化された流体が注入され、炭酸水素塩化/転換カラム909に通され、そのカラム中の流体中を気泡になって流れ、ブロワによってさらに引き寄せられ、ベント910に放出される。
上記のように、特定の態様では、本開示の装置および方法は、気体CO2を水性苛性アルカリ混合物中に吸収し、次いで水酸化物と反応させて炭酸塩および炭酸水素塩生成物を形成する水性脱炭酸塩化工程を使用する。本発明の多くの態様では、他の捕捉/隔離スキームとは違って、水酸化ナトリウムを主吸収性流体として使用する。様々な濃度の水酸化ナトリウムはCO2の容易な吸収剤として公知である。二酸化炭素を水性水酸化ナトリウムと接触させると、純粋な炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)から純粋な炭酸ナトリウム(Na2CO3)までの範囲の生成物の連続体を形成することができ、平衡を、いずれかの方向に、完了(またはその近く)および十分な濃度で(工程化学反応によってまたは種々の手段による水の除去によって)、炭酸水素塩、炭酸塩、または両化合物を含有する混合沈殿物の沈殿まで駆動する様々な条件を作り出すことができる。
(1)CO2が容易に吸収される初期吸収段階。OH濃度が低下するにつれ流体の吸収能は低下し、OHイオン濃度が消費されたところで吸収は終了し、場合によって逆転する。この部分では反応は発熱性であり、ほぼ排他的に炭酸塩を形成する。
(2)CO2が容易には吸収されない二次転換段階。混合物中の煙道ガスの通過は流体によるいかなる正味CO2吸収も生じさせないが、流体は、水の任意の蒸発による蒸発熱の損失によって、蒸気状態へのCO2の任意の損失によって、および起こる任意の吸熱反応によって有意に冷却される。この段階では、以下のように求められる正味化学量論性により、溶液中ですでに形成されている炭酸ナトリウムが炭酸水素ナトリウムに転換される:
Na2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(aq)→2NaHCO3(aq)
(1)反応の炭酸塩化段階におけるCO2の高い吸収率を達成するための短い段の使用;
(2)炭酸水素塩化工程における、CO2含有工程ガス(またはCO2濃度が吸収性流体からのCO2再生の分圧よりも大きい他のCO2含有ガス)との連続的な接触による炭酸塩化流体の分離および処理;
(3)純粋な炭酸水素塩、純粋な炭酸塩、およびそれらの間のすべての様々な混合物を生成するための、状態変量および濃度のプロセス制御によって使用することができる工程シーケンスの所有;ならびに
(4)本発明の態様は、1:1ナトリウム/炭素吸収比と同じくらい効率的であることができる;これは、反応体を生成する際に使用されるkw-hrあたり吸収されるCO2(エコロジー効率(∂CO2/∂E)の変形)を最適化する。
上記のように、特定の態様では、本開示の装置および方法は、液体溶液から炭酸塩および炭酸水素塩生成物を分離する分離工程を使用する。液体溶液生成物の分離はそれに伴う工程を要する。水酸化ナトリウム(NaOHまたは苛性ソーダ)で平衡した液体中の炭酸水素ナトリウム(NaHCO3または重炭酸ナトリウム)および炭酸ナトリウム(Na2CO3またはソーダ灰)の形成は、広い範囲の温度および圧力で起こり、異なるCO2分圧を与えられると異なる平衡の終点を提供する。基本的な濃度、温度、圧力、リアクタサイズ、流体深さおよび炭酸塩化度を操作することにより、炭酸塩および炭酸水素塩の沈殿物を生じさせることができる。または、いくつかの好ましい態様では、炭酸塩/炭酸水素塩生成物は、入ってくる煙道ガスとの熱エネルギー交換により、水から分離することができる。さらには、炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムとの間の溶解度生成物定数差により、特定の非直感的処理点に達することができる;例えば、特定の苛性アルカリ溶液中の炭酸ナトリウムの平衡の特異性の一つは、熱の付加が固体の沈殿を促進するということである;また、特定の条件で、炭酸塩は、水溶液から高い(93%+)純度で自己沈殿するということが実証された。
上記のように、特定の態様では、本開示の装置および方法は、脱炭酸塩化工程における吸収性流体として使用される水酸化ナトリウムの生成のためにブライン電気分解を使用する。ブライン電気分解は、濃縮水酸化ナトリウム(苛性ソーダ)および塩素ガスの生成で主に使用される電気化学的工程であり、典型的に、関連の文献を通じて以下の式によって記載されている。
2NaCl+2H2O+e-→2NaOH+H2(g)+Cl2(g)
ナトリウムイオンは、膜または隔膜を通過し、陽極側から陰極側に移行する。水は、水素を遊離し、水酸化物を形成するために陰極側で消費される。
2NaCl+H2SO4+熱→Na2SO4(aq)+2HCl(g)
Na2SO4+2H2O+e-→2NaOH+H2SO4+2H2+O2
上記の最初の式は、塩化物塩のI族硫酸塩への転換について明記している。上記の二番目の式は、硫酸が電気分解工程中に再構築されることを明記している。これにより、硫酸は二工程の化学ループにて機能する。全体として、硫酸は、塩および水を塩化水素酸および有用な副生成物ガスに変換できる触媒である。
本発明のいくつかの態様では、ブライン電気分解は、低電圧電気分解(LVE)技術を取り入れて、それにより、工程の熱力学的エネルギー効率を改善する。本発明の特定の態様は、最終生成物として苛性ソーダを排他的に生成するわけではなく、代わりに、NaOHを主に中間体吸収剤として使用して、煙道ガスを環境に出す前に煙道ガスからCO2を吸収する。塩素アルカリ産業は一般に、苛性ソーダを生成プラントからその使用地点まで出荷することを伴うため、苛性ソーダ中の多量の水を輸送することは不経済であり、従って、苛性アルカリは一般に、液体として出荷されるため、蒸発による水のエネルギー集中的除去により、おおよそ55重量%まで濃縮され、場合によっては、一般的なペレット化形態の無水固体まで濃縮される。この濃縮は、非常に一般的には、電気分解セルを5Vを超える電圧(専門用語では「有意な過電圧」)で作動させることによって達成され、それが、上述の30〜35%NaOHを達成し、その後、蒸発サイクルを実施して55%を達成する(または生成物を無水パレット化状態まで完全に乾燥させるなど)。
P=V(電圧)・I(電流)・(電流効率)
典型的な塩素アルカリ処理は、蒸発のためのボイラ燃料として現場で燃やされるか(上記を参照)、または多くの場合、空気電極;例えば酸素含有空気を陰極に吹き込んで速やかな還元反応
H2(g)+1/2O2(g)→H2O(1/g)
を起こさせる機器の使用によって全体的に抑制されるかいずれかの水素ガスを生成し、それが、エネルギーの電気化学的合計を変化させ、水素を生成しない犠牲で苛性アルカリおよび塩素を生成するために必要な電圧(場合によっては、様々な工業文献では2.8Vの低さ)を下げる。本発明のいくつかの好ましい態様の利点は、蒸発ボイラ燃料として水素が必要ないということである。
本発明の特定の態様は、水素の生成を抑制するのではなく、以下のプロトン化ブライン最適化手段によってそれを意図的に最適化する。一般的な塩素アルカリ産業は、場合により、塩化水素酸の形態のHClを陽極液チャンバ中のブライン(NaCl)に添加することを用いてきた。このブラインの「プロトン化」は、本発明の特定の態様の反応体/吸収剤を生成するのに必要な電力を減らすという点で、指定量の苛性アルカリを生成するために必要な電圧を下げる効果を有する。塩素アルカリプラントの通常の作業体系では、この電圧低下効果の原因は、膜選択性などに対して研究されてきた工程である「膜を透過して帰還するNaOHの中和」に帰され、十分に理解されている。概して、この「中和」は、塩水のみを生成するものとみなされ[NaOH(帰還)+HCl(陽極液)→NaCl+H2O]、生成物の化学量論比を変化させるとは示されていない。しかし、当技術分野において十分に理解または活用されていない一つの点は、HClの添加が実際に式の化学量論比を以下のように根本的に変化させるということである。
NaCl+aHCl+H2O→NaOH+(1/2+a/2)H2+(1/2+a/2)Cl2
本発明の特定の態様は、投入されたHClを使用し、H2およびCl2ガスを生成する両方のため、ブラインのプロトン化は、自己往復性にすることができる;すなわち、H2およびCl2生成物ガスを燃焼させて(効率的な燃料セルまたは通常のバーナで)HClガスを生成したのち、そのHClガスを陽極液にリサイクルしてブラインのプロトン化を実施することができる。H2/Cl2燃焼から回収されるエネルギーは、H2/O2燃焼から回収されるエネルギーよりも大きい。これが本発明の熱力学的効率を増す。
(1)すべての水素を燃焼させてHClガスを生成する。
(2)すべてのHClガスを、そのようにして生成された炭酸水素ナトリウムと反応させる。
(3)関連する中和反応を経て、ほぼ100%純粋なCO2が放出され、塩水が再生されると、その塩水をさらなる吸収サイクルのためにリサイクルすることができる。
(4)この工程により、本発明は、CO2を吸収、転換、および放出するために使用され、その正味の効果として、ガスが煙道流から除去され、その後に処理するためのさらなる隔離技術のために濃縮される。
塩素/水素セルの塩素アルカリ産業的使用とは違って、本発明のいくつかの態様はまた、炭酸塩および炭酸水素塩混合物を電気化学セルの陰極液(苛性アルカリ)側にリサイクルする。このような技術は広く様々であるが、工程全体の各運転点は、一部の濃度および条件ではセル電圧、ひいてはセル電力を下げることができるため、炭酸水素塩/炭酸塩混合物の陰極液への最適なリサイクルを有する。
本発明の特定の態様は、発電所または煙道ガスもしくは燃焼からの他の高温ガスの形態の多量のCO2放出の存在で使用されるため、標準的塩素アルカリ工程とは違い、電気化学セルの最適化にこの「廃」熱を利用する機会が十分にある。例えば、入ってくる煙道ガスの典型的な温度(例えば静電沈殿処理ののち)はゆうに300℃になるかもしれない。陽極液流体および陰極液流体を加温しながら(LVEの場合、一般に>90℃に保持すべきである)その煙道ガスを熱交換により300℃未満の点まで冷却すると、本発明のいくつかの態様は、陽極液および陰極液ヒータに伴う電力損失なしに機能することができる。
一般に、発電所で利用可能な煙道ガスは100℃(スクラビング済み、一般的)、300℃(沈殿処理後)、および900℃(沈殿進入)またはそのような他の数値の間の温度で出るため、入ってくる煙道ガスを電力回収サイクル、例えばアンモニア-水サイクル(例えば「Kalina」特許の方法)、蒸気サイクルまたは同じ熱力学的手段を達成するそのようなサイクルとの熱交換に通して冷却することにより、相当な廃熱処理を抽出することができる。本発明のいくつかの態様は直流電力に依存して本発明の試薬/吸収剤の生成を達成するため、工程は、他の使用のために直流電力を交流電力に転換することに伴う通常の変成器損失なしで達成される廃熱回収によって部分的または完全に直接駆動されることができる。さらには、廃熱作動式エンジンの使用により、発電工程を全く用いることなく有意な効率を達成することができる。条件によっては、これらの廃熱回収エネルギー量が本発明の態様を完全に駆動するということが判明しうる。
上記のように、本開示の装置および方法のいくつかの態様は、塩素ガス、炭酸水素ナトリウム、および水素ガスをはじめとする、脱炭素化工程および電気分解工程から多数の有用な副生成物を生成する。いくつかの態様では、本発明の態様によって生成される水素ガスは水素ガス再捕捉ループに組み込まれる。いくつかの態様では、本発明は、脱炭素化工程のために塩素イオン移動を減らすため、現在のフッ素化ポリマー膜技術を含むことができる。従って、工程は、塩素イオンを分離するための多量のエネルギーおよび経費なしで機能することができる;脱炭酸塩化および分離ループは比較的塩化物を含まない。そのようなものとして、本発明の脱炭酸塩化リアクタの態様は、一般的な塩、水、および二酸化炭素排出物を電気と組み合わせて使用して、以下のような、塩素ガス、炭酸水素ナトリウム、および水素燃焼を介する電力回収を形成することができる。
2NaCl+H2O+2CO2+e-→2NaHCO3+Cl2+[1/2H2+原子O2→e-]
本発明の態様によって捕捉された水素エネルギーを使用することができる四つの技術が開発された。第一の技術は、水素と石炭とを同時燃焼させて石炭燃焼放出を改善する技術であり、第二の技術は、直流電気の水素/酸素燃料セル回収を含み、第三の技術は、発電器に接続されたタービンにおける水素の燃焼を含み、第四の技術は、水素と天然ガスとを混合すること、および天然ガス発電機用に設計され、発電器に接続されたタービンにて、この混合物を燃焼させることを含む。または、H2およびCl2は、直接または燃料セルもしくは直流回収を介してCl2およびHClに燃焼させることもできる。おおよそ135℃の苛性ソーダを備蓄用に生成する電気分解反応から、または種々の溶解熱、気化熱、および発熱反応で放出される熱を吸収する脱炭酸塩化工程そのものからのいずれかの廃熱除去からの熱の供給源は、周知の技術(すなわち、リボイラなど)により、発電所の場所で燃焼ガスの予熱または他の用途のために利用することができる。
いくつかの態様では、塩素ガスは、世界中の水処理プラントでバクテリアを殺すために使用される主要な酸化試薬であるといえる。塩素、および塩素から誘導される約100+種の誘導体原料薬品が、米国内総生産の30%+の量で配合されているとしばしば引用される。これはまた、最大の工業薬品、すなわち塩化水素酸の生成で使用することもできる。また、塩素は、プラスチック工業において、その最も一般的な非炭素反応体として広く使用されている。
CaCl2(aq)+NaHCO3(aq)→CaCO3(沈殿物)+NaCl(aq)+HCl(aq)
(1)発電所の場所で、CO2および他の汚染物質を工程または任意のその変形態様によって吸収すると同時に水素、塩素、および炭酸塩を生成する。
(2)離れた隔離場所で、塩化水素酸および炭酸塩を再び中和反応させて事実上純粋なCO2を生成する。そして、この手段によって生成されたCO2を炭素バンクに注入することができる。
入ってくる煙道ガス流からの二酸化炭素の吸収、および強酸ガスの中和は、一般に、煙道ガス流の温度を低下させ、吸収流体中で低温を維持することによって向上される。これは、直感的に明らかであり、実験室および現場作業において真実であることがわかっている。
(1)陽極液および陰極液の加熱、その利益は、電気ヒータまたは他の手段を用いるヒータのエネルギー消費がなく操作されることであり、高温では電気分解反応が低電圧で生じる;
(2)生成物の炭酸塩/炭酸水素塩混合物からの水の蒸発、その利益は、分離を達成するため、およびさらなる工程用途に水を再利用するために電気ヒータのエネルギーを消費することなく、それが達成されることである;
(3)ブライン流体の加熱、この利益は、電気ヒータのエネルギーを消費することなくそれが達成されることである;
(4)他の工程加熱用途。
(1)自然の熱または強制的な熱/対流手段のいずれかによる水の蒸発が、濃縮された金属酸化物として重金属を残す;
(2)酸条件から塩基性条件までの水濃縮物のpH変化により、金属成分の溶解度を変化させ、部分的またはほぼ全体の沈殿を生じさせる。こうした手段によって、自然な重力沈殿を使用して、沈降工程によって金属酸化物を除去できる;あるいは、以下の(4)にて言及されるろ過技術を使用してもよい;
(3)重金属が樹脂によって吸収されるように、流体を吸収性樹脂で処理する;
(4)受動(重力送り)または能動ポンピングのいずれかを使用して、流体を活性炭のようなろ過媒体に通して処理する。
本明細書において記載される特定の二酸化炭素の隔離工程の大規模適用は、最終的には、元々の塩素アルカリ生成を、その現在の位置から発電所での製造へ移すことが予想される。この移行中にいくつかの市場問題が生じる。
(1)ソーダ灰、または炭酸ナトリウム(Na2CO3)は、米国にて多量に見出される天然鉱物である;それは、水酸化ナトリウム、または苛性アルカリの直接的な代替物として多くの用途に使用される;
(2)水酸化ナトリウムは、炭酸塩を水和し(水の添加)、それを加熱することによって炭酸ナトリウムから直接生成できる;すなわちNa2CO3+H2O+熱→NaOH+CO2。こうした工程からのCO2が捕捉され、隔離されるなら、NaOHは、他の工業塩基に移行できないような(比較的小さい)苛性アルカリ市場のために生成される;
(3)他の炭酸塩は、同様の手段によって水酸化物に転換できる;および
(4)他の工業塩基は、具体的な用途に応じて、水酸化ナトリウムと置換できる。
Cl2(g)+2H2O(1)+hv363nm→2HCl(1)+1/2 02(g)
式中、hv363nmは、おおよそ363nmの波長の光のことを指す。
HCl+NaHCO3→NaCl+H2O+CO2(g)
(1)CO2は、希釈流(12%)から捕捉され、次いで濃縮流(約100%)に形成されている;
(2)直流電力形態、またはガスの膨張による生成から誘導された電力の形態の追加エネルギー;および
(3)電気分解に必要な反応体(NaCl)が再生成しており、適切なコンディショニングにより、電気分解されるように調製され、別のサイクルのCO2を吸収するので化学ループを形成する。
G2CO3+2HCl(l/g)→G2Cl2(塩)+CO2(g)
Na2CO3(l)+HCl(l)→NaCl(l)+NaHCO3(l)
気体のCO2を炭酸水素塩に転換するための高効率ユニットの初期開発は、バブルカラムの使用に集中していた;そうした機器は、最も体積効率の良い(体積/化学-転換)生成設計として知られている。シミュレートされた煙道ガス流の実験室での吸収中、および実際の煙道ガス流の現場での吸収中、吸収流体は、主要な水酸化物形態から主要な炭酸塩形態、最終的には炭酸水素塩形態に移行することが実証された。工程の熱力学的なエネルギー消費の観点から、工程の態様の一つは、ナトリウムと炭素との比が最小(例えば炭酸水素塩の場合は1:1)であった場合に、最小の全体投入エネルギーにて作動する(すなわち、最低の電気分解エネルギー消費)ことは明らかである。いくつかの態様は、バイカーボネーターユニットおよびカーボネーターユニットの両方を含有するシステムを用いることによって、試験の目的および個々の工程の最適化目的の両方において、二つの主要な工程を分離すること(すなわち、水酸化物からの炭酸塩の形成、および炭酸塩からの炭酸水素塩の形成)を含む。こうしたユニットは、ナトリウムと炭素との比をほぼ1:1にすること、またはある制御可能な条件下にて95%超過の炭酸水素塩を生成することがわかった。炭酸水素塩への高い転換率にて最小のリアクタ体積を最適化する場合、対のバブルカラムが両方を達成する。
(1)ダブルバブルカラム:体積/転換率基準での最大効率は、後続の分離/リサイクル処理なしで炭酸水素塩への95%+転換率を達成できる;
(2)液体カーボネーターを用いる湿潤/充填された炭酸水素塩カラム:エネルギー/CO2トン吸収基準でのより高い効率。
(3)湿潤/充填ダブルカラム:低抵抗率、低エネルギー最適化;および
(4)ユニカラム設計:最小数の容器。
吸収剤を生成する工程は、ブライン電気分解によっておよび硫酸塩電気分解によって行なうことができる。硫酸塩電気分解の態様は、多数の化学的および電気化学的反応を含有する。また、苛性アルカリの生成はこれらの工程が行なわれる基本的な理由となり続けるが、副生成物は、水素(H2)、酸素(O2)、および塩化水素酸(HCl)からなる。硫酸塩電気分解は、大量の必須エネルギーが、電気分解工程における電気エネルギーの消費ではなく、煙道ガスの廃熱から得ることができるという理由だけで、基本的にブラインの電気分解よりも電気エネルギー効率が高い。ブラインの電気分解において、苛性アルカリを生成するために電圧要件に対する基本的な下限が存在し、この限度はほぼ2.15Vである。水素ガスが抑制されない硫酸塩電気分解において、基本的な下限は1.6Vに近く、生成物水素ガス内に含有される有効な熱力学的エネルギーにほぼ等しい。第2に、純粋な酸素の遊離は、その水素のエネルギー含量をより直接的に利用し易くする。水素ガスを抑制する硫酸塩電気分解において、基本的な下限は0.7Vに近いことがある。これは、これらの反応を行ない、二酸化炭素の捕捉を可能にするために必要なエネルギーの、大きな節約である。
2NaCl+H2SO4+熱→Na2SO4+2HCl
HClは、塩素ガスより輸送するのが容易であり、薬品原料反応体として大いに価値があり、それを市場にもたらすための圧縮エネルギーを必要としない。
Na2SO4+2H2O+e-→2NaOH+H2SO4+2H2+O2
硫酸塩イオンは、陽極からの初期(塩変形)工程にリサイクルされ、苛性アルカリが生成されて、ブラインの電気分解と同様に取り扱う煙道ガスにもたらされ、水素および酸素が化学量論比で遊離する。
本発明の好ましい態様を例示するため、以下の実施例を含める。これらの態様は、得られる反応体を商業工程もしくは工業工程に提供し、使用することにより、ならびに/またはエネルギーをリサイクルすることにより、発電所からの二酸化炭素および他の汚染物質を減らす、もしくは実質的になくすための実現可能な経済的解決手段を提供する。
グラフ法によるCO2/NaOHバブルカラムリアクタ設計
この実施例のために設計されたバブルカラムリアクタでは、四つの主要な流れがある、すなわち
(1)所与の体積流量でバブルカラムの流体中に流れ込む液体(V1=時間あたりの流体の立方体積);選択したケースでは、入ってくる体積流量は、出てゆく体積流量に等しい。従って、いずれもV1である)。この実施例では、V1=0.001m3/sec。
(2)Vg0=吸収性流体によって部分的または完全に吸収される、入ってくるガスの体積流量。この実施例では、Vg0=0.05m3/sec。
(3)Vg=出てゆくガスの体積流量。この実施例では、Vg=0.02m3/sec。
転換はおおよそ0.04m/sの界面速度(Ug0)で100%に接近する。この速度はバブル流範囲にある(水のような溶液中では、これはおおよそ0.05m/sである)。体積ガス流要件(Vg0)がわかったところで、カラムの直径を計算した。
物質移動係数解によるCO2/NaOHバブルカラム設計
この実施例の目的は、理論的増大から物質移動係数kla(モル/秒/体積)を決定することであった。この実施例から、この相関法が非決定的な結果を招くおそれがあることがわかった;すなわち、この実施例は、重要なパラメータのいくつかの計測の不確定さに起因する、実際の結果の、理論からの予想における難しさを強調する。従って、実験的スケーリングだけが大きな脱炭酸塩化ユニットの結果を結論的に決定することができる。
ガスホールドアップ
および、
物質移動係数
式中、εg=ガスホールドアップ係数
Cco2=煙道ガス中のCO2濃度
Dc=カラムの直径
vL=0.0001m2/sec
σ=1cP=0.1Pa*sec
ρL=998kg/m3
であり、Dco2-h20P=1.661m2*Pa/secであるため、
よって、Dco2-HO=1.661/5.067*10(5)=3.278*10(-6)m2/sec
である。
煙道ガス中の二酸化炭素を99.99%除去するのに必要なモル移動率。CO2は、カラムの条件下で理想的なガスであると仮定される。
(1)水酸化ナトリウムは、水の性質(密度、表面張力など)を有すると仮定した;および
(2)溶液中のCO2の濃度は、ゼロと特徴づけるには十分でなかった可能性がある;これは、より尤度の高いオペランドである;例えば、CO2有効濃度がゼロではないならば、駆動力はより小さく、より高いカラムが必要である。
実験データからのCO2/NaOHバブルカラム設計(深さ)
本明細書において記載する「短段効率理論」(>90%吸収を達成するための、3mまたはそれ以下の気液接触距離、または流体段高さ)への、本発明の特定の態様の依存が、実施される化学エンジニアリング設計と合致する二つの異なる計算技術によって確認されることに留意されたい。しかし、特定の場合(上記のような場合)、特定の簡素化仮定がこれらの設計計算で実施されており、そのような実験的立証が図2Bおよび2Cで示される結果とともに示され、実施された(以下さらに詳細に説明する)。
(1)炭酸塩化ユニット801に試験負荷のNaOH(例えば25℃の水中1M NaOH)を30cmの深さまで充填する、充填または非充填。
(2)この場合は典型的な石炭燃焼煙道ガス排気(16%CO2、84%N2、SOx/NOx<1%または自然なppmレート)の場合の煙道ガス(シミュレーションまたは実物)を炭酸塩化ユニット801に導入し、非充填カラム中に効果的に散布し、充填カラム中に効果的に散布または分散させ、流体中を通過させ、排気する。ガスは25℃であり、CO2は2L/分であり、他のガスは比例的に混合し、直径4インチの円形カラムに通して上に流す;システム圧は1atm psig以下である場合がある。
(3)入ってくるCO2濃度を計測することにより(例えばガスクロマトグラフサンプリングより、またはCO2濃度のインライン計測を用いて)、CO2が流体によって吸収されており、温度が上昇しており(発熱反応)、液体アッセイサンプリングが炭酸塩/炭酸水素塩/水酸化物平衡の存在を示し、CO2の吸収が起こっているだけでなく、炭酸塩または炭酸水素塩形態へのその転換が進行していることを示す。実際の作業経験は、これらの主要「移行点」がpH平衡中に存在することを示す:
a.pH<=8.3では、炭酸水素塩の形成が優勢である。
b.pH>=10では、炭酸塩の形成が優勢である。
(4)炭酸塩反応への吸収/転換が強力かつ発熱的に進行したのち、ガスの流動動力学を与えられて、CO2が吸収され/転換されていた速度で、反応の発熱段階が終了し、温度がはじめに横ばいであり、次いで低下し、OHイオン濃度が低下するとともに低下する流体の吸収能力がこの点で事実上ゼロになる。吸収レベルが低下しはじめると、pHは一般に8.3に近くなるか、その付近になる;pH>8.3で、吸収は比較的強力になる。
(5)流体は炭酸水素塩化カラム803に移され、煙道ガスが再び流体に導入される。CO2の吸収は停止し、場合によっては、負であることが示される(流体は、一部のCO2をその中を通過するガス流に与える)。流体の温度は、一部には移動するガス流への偶発的な蒸発のせいで、また、先に作製された炭酸ナトリウムと、流体中に溶解している残りの「オーファン」CO2との間で起こる炭酸水素塩化反応に起因して、低下し続ける。
(6)平衡は、炭酸水素塩の方向にシフトし続け、純粋な炭酸水素塩(99%+)を生成する点まで出発水酸化物濃度、流体およびガス温度、圧力、流量および速度、くねりなどの最適化を達成することができる。
(1)条件は、純粋な炭酸塩(実験4および14)、または純粋な炭酸水素塩(実験28および32)を再現可能に形成するのに十分なように変更することができ、様々な結果(または1.0〜2.0の両極間の「イオン比」)を達成するように変調することもできる。
(2)この実験から得られるリアクタ寸法は、有意な吸収のすべてのケースに関し、一般に3m未満の気液接触距離が、入ってくるガスの90%吸収を達成するのに十分であるということがわかる。従って、熱力学的効率の限界と合致した高い吸収率を達成するためには短い低抵抗段が設計可能であることが示される。換言するならば、CO2を除去する物理的工程は、システムの熱力学的効率に明らかに見合うまたはそれを超えることができる吸収レベルで機能する。このような高い吸収率(ガス入、ガス出)は、エネルギー、ひいてはCO2生成の原因ではない。従って、混乱を回避するために、CO2吸収率(流体からの)およびプラントの熱力学的効率を二つの明らかに異なる尺度として維持することが重要である。
(1)入ってくるCO2の単一吸収段での98%の高さの瞬間的な吸収率が留意される。
a.純粋な炭酸水素塩(NaHCO3)を、溶液中、0.30m流体深さ/気液接触距離の単段バブルカラム気液接触器において入ってくるCO2の25%を吸収する条件で生成した。90%吸収まで補外すると、3メートルの接触距離が、入ってくるCO2の90%を吸収するのに十分である。
b.純粋な炭酸水素塩(Na2CO3)を、溶液中、0.30m流体深さ/気液接触距離の単段バブルカラム気液接触器で入ってくるCO2の70%を吸収する条件で生成した。90%吸収まで補外すると、<2メートルの接触距離が、入ってくるCO2の90%を吸収するのに十分である。
c.生成物における様々な吸収vs炭酸イオン比は、これらの両極間に溶液の連続体が存在することを示す。
(2)吸収性流体は、工業的に価値ある期間(例えば、これらの実施例では15〜240分)にわたってその吸収特性を保持する。
(3)リアクタ投入変量(濃度、温度、圧力、ガス流量、接触時間など)は、純粋な炭酸水素塩、純粋な炭酸塩、またはその間の任意の混合物を生成するように変調することができる。
(4)これらの実験結果を使用して90%CO2リアクタを設計すると、3mの気液接触距離(例えばおおよそ流体深さ、カラム高さ)下で、および多くの工業的に価値あるプロセスコーナにおける1mの下で、溶液が得られる。
種々の化学的条件でのLVEの解析
図5は、様々な化学的条件の場合の低電圧ブライン電気分解操作線を示すチャートである。このチャートは、膜塩素アルカリセルを非標準条件下で機能させるいくつかの典型的な実験結果を示す、すなわち:
(1)1.0、2.5、および5.0のpHのHCl(水中塩化水素酸)の閉ループpH調整添加によって陽極流体(プロトン化ブライン)のpHを調節する;
(2)電気ヒータによって加熱される閉ループ流体回路によって陽極流体の温度を設定点に維持する;ならびに
(3)流体/プロトン化/温度条件ごとに電圧を変調し、0.01m2塩素アルカリセルによって達成された電流を記録する。
(1)このようなセルの塩素アルカリ用途で通常に使用されるような高い電圧(5V)で最大電流(従って、所与のセルの場合、最大電流密度)が達成される。
(2)同じpHでより高温のブラインは、所与の電圧で優れた電流密度を有する。
(3)より低いpHのブラインは、所与の電圧で、より高いpHのブラインに比べ、優れた電流密度を有する。
(4)これらの一般的な傾向(高めの温度、高めの酸濃度)を個々の電気化学セル幾何学/構成要素設計に関して標準的実験設計技術によって最適化して、そのセルに最適な値(kA/m2V)を出すことができる。増大した作動圧を用いる任意の塩素アルカリセルに対する同様な実験は、作動圧の増大が(kA/m2V)を高めるという結論を出す。
(5)ラインの傾き(ΔV/ΔA)は、はじめは大きく、比較的大きな電圧降下が電流/電流密度の比較的小さな低下とともに起こるが;変曲点に達したのち(おおよそ(2.5V、10A/.01m2にて)さらなる電圧低下が、電流、ひいては電流密度のより極端な低下を生じさせる。
(6)作動条件のこの変曲点およびその近くは、経済的な効率の意味で最適な電圧vs電流密度のトレードオフを表す。標準的実験設計最適化は、本発明の任意の物理的セル態様に関して最適な低電圧条件を達成することができる。
(7)この実施例の状況だけでも、1.0pH、90℃の陽極液条件は、優れた電流/電圧特性を有し、従って、これら様々な実証された操作線の中で表される最適な操作線である。
(8)低電圧電気分解の主な欠点は、それに伴う電流密度の低下である;kA/m2は電圧の低下とともに低下する。システムは、同じ量の二酸化炭素を吸収するために同じ数のNa+イオンを生成しなければならないため、膜表面のm2面積は比例して増大しなければならない;例えば、電流密度が50%低下するならば、十分な吸収性流体を生成するために2倍の膜面積が必要になる。塩素アルカリプラントは膜面積にほぼ比例するコストを有するため、これはプラントコストに対して深刻な影響を及ぼす。低電圧電気分解は、本発明のいくつかの態様で、大面積要件の欠点を有意または完全に補正する低電圧線に沿った最適化を可能にすることができるいくつかの利点を提供する。すなわち、セルおよび/または膜寿命を延ばすことができる、より穏和/非活動的な作動条件で機能する膜およびブライン電気分解セル構成要素の寿命を経験することができる。特に低めの電圧条件の場合の設計は、低い電圧を使用する態様で本質的ではない特定の材料および性能基準を緩和する能力を伴うかもしれない。これらの設計自由度のいくつかは、低電圧/低電流密度運転によって元々被るセル膜コスト増を部分的または完全に吸収する低廉なセルを生じさせるかもしれない。これらおよび多くの他の方法で、LVEシステムは、同じ量のNaOHの生成のために標準的塩素アルカリセルよりも大きな膜面積を要しながらも、その追加コストおよび運用費用の一部を完全または部分的に軽減することができる。
(9)実施例7に記載された技術により、利点(低めの電圧、および低めの電力)と欠点(大きめの面積および低下する電流密度)とのトレードオフを最適化することができる。図5に示す1.0/90℃操作線(この小さな実施例セットの場合、LVE動作にとって優れたV/I特性である)の場合、Voptlveを計算することができ、上記関係から、Ioptlveを得ることができる。従って、所与の電気分解セル幾何学設計の場合、温度、圧力、ブライン濃度、プロトン化度、膜選択などの条件をすべて実施して優れたV/I曲線または操作線を作成したのち、その曲線上の最適点を実施例7の方法によって計算することができる。この場合、Voptlveは2.88Vであり、電流密度Ioptlveは1.04kA/m2である。
(10)実施例7では、軽度にプロトン化および/または低温のケースで、Vopt=2.88Vにおける電流はおおよそ5Aである。この実施例でだけ、その電流(ひいては電流密度)は2倍を超える10.4Aに達した。
(11)ブラインのさらなるプロトン化、温度、圧力、濃度、セルの構成要素の幾何学的配置、電場、および条件を同様に最適化して、優れた(kA/m2V)計量を得ることができるが、プロトン化そのものは、生成される化学量論的水素の量を増し、それにより、システムのエネルギー回収を増す。特定の設計の所与の物理的電気化学セルに関し、システムの(kA/m2V)を最適化して吸収性流体を生成するために要するエネルギーを下げることによって最低エネルギーCO2吸収/転換の最適化を達成することができるが、エネルギー回収に利用可能な水素を同時に最適化する(次いで、効率を最適化し、それによって利用可能な水素エネルギーを回収する)と、工程のための全エネルギーをその最低電位に最適化することができることに留意することが重要である。
(12)本発明の態様が、塩素アルカリ生成で通常に生成される濃縮水酸化物(一般には33〜35重量%、その後、蒸発によってさらに濃縮)に比較してきわめて希薄な水酸化物(0.2Mおよびそれより以下が実証されている)中にCO2を効率的に吸収することができるとすると、低濃度運転(および低電圧運転)のための塩素アルカリセルの設計は、これらの非標準的条件における設計最適化のための新たな自由度を提供することができる。
大規模プラント設計の熱力学
この実施例では、フルスケール運用プラント挙動を示すモデルプラント(本発明の特定の態様を取り入れたもの)を説明し、以下を含む様々な手段および方法によって所与の量のCO2を抽出するために必要なエネルギーを定量し、統計的限界内に画定する:
(1)熱力学的効率(∂CO2/∂E)は、十分に短い範囲のE(エネルギー)の間隔でΔCO2/ΔEとして近似することができる。
(2)図9Aに表すようなプラント設計に関して特定の簡素化仮定を行なうことができる、中でも:
a.消費される一次エネルギーは電気分解工程にある;ポンピング、圧縮、制御などは、反応体生成(電気分解)および水素エネルギー回収に消費されるエネルギーに比べて僅少であると考慮される。これらの値は、ゼロまたは電気分解処理で消費される電力の<0.1%と推定される。
b.消費される電気分解エネルギーは、以下の式によっておおよそ表すことができる:
Eout=V・I・EFF電流
式中、
V=作動電気分解セルの電圧
I=ブラインのプロトン化によって生じる1:1を超える化学量論比を含む、電気化学的半反応によって薬品を製造するために必要な電流。この実施例では、電気分解で消費されるプロトン化イオンの0.05HCl/NaCl比を使用する。
EFF電流=化学種の実際の生成で使用される電流の量を定義する電流効率、残りはI2R損失などでの損失。97%が実施例で使用した値である;各電気分解セルは、セルの寿命にわたって低下し、変化するそれ固有の電流効率を有する。
c.以下のように示される、水素燃焼から回収されるエネルギー(何らかの手段によって、ボイラガスとしての燃焼、燃料セル中の燃焼など):
Ein=39000kw-hr/ton圧縮H2・Ton H2・EFFdc
式中、
Ton H2=ブラインのプロトン化によって生じる1:1を超える化学量論比によって生成される水素を含む、工程によって生成される水素のトン数。
EFFdc=水素ガスの初期エネルギーを直流エネルギーに転換する際の水素回収工程の効率。生産される水素エネルギーの60%が直流エネルギーに転換され、電気分解工程の大半を駆動するために使用される。この種の効率を達成できるいくつかの手段があり、それらの手段としては:燃料セル、水素燃焼タービン、水素と代替燃料、例えば天然ガスとの混合、およびそうした燃料源について最適化された機構での燃焼があるが、それに限定されるわけではない。(発電所規模の)水素タービンの熱効率は70%までで現在の文献に見出され得る。
d.入ってくる煙道ガス流の熱から回収した、廃熱回収から帰還されるエネルギー。入ってくる加熱ガスは、ひとたび工程に入ると冷却される。本発明のいくつかの態様では、この冷却は、廃熱の吸収およびその熱の電気直流エネルギーへの転換によって達成され、それを使用して、本発明を構成する工程を補充/完全に駆動/過度に駆動することができる。この実施例では、補充的な廃熱回収は含まれない。
この実施例の場合のエコロジー効率(∂CO2/∂E)およびΔCO2/ΔEの計算は、以下のようにして達成した。
(1)三つのプラントがあると仮定した:
a.基本発電所(図9Bの煙道ガスモデルで例示)
b.CO2吸収/転換プラント(基本発電所からの煙道ガスを処理するために補充的な電力を要し、水素燃焼からその電力の一部を帰還するか、または水素が最終生成物であり、燃焼されない場合には水素に固有の計算上の電力を帰還する)。
c.CO2吸収/転換プラントによって必要とされる電力を提供する第三の補充発電所。この実施例では、この発電所の特性は、基本プラントと同一であると仮定した。
(2)次いで、CO2および基本プラントの100%を処理するのに消費されるエネルギーに関する以下の局面を計算した。
a.基本プラントからのCO2(煙道ガスモデル)
b.基本プラントによって生産されるエネルギー
c.CO2吸収/転換工程によって必要とされる正味エネルギー
d.補充発電所によって必要とされる正味エネルギーは、CO2吸収/転換工程によって必要とされる正味エネルギーと同一であると仮定する。
e.補充発電所によって生成されるCO2は、補充発電所によって生産されるエネルギーに比例し、基本プラントの同じΔCO2/ΔEを有すると仮定する。
(3)上記計算に関して以下の結果を得た:
a.基本プラント-1年ベースで1Gwを連続生産する10,000熱消費率プラントは、年8.76Bkw-hrsを生産し、毎年CO27,446,068トンのベースを生産し、平均1176kw-hr/トンのCO2を生産する。
b.CO2吸収/転換プラント-この実施例の計算(a=0.10、2.1V運転、純粋な炭酸水素塩を生産、水素エネルギーの15%が圧縮で消費、ポンピング/圧縮コストおよび廃熱回収利益は除外)の場合、基本プラントの100%を吸収/転換するのに3.648BKw-hrが必要である。
c.補充発電所-この実施例のプラントは、CO2吸収/転換プラントによって必要とされる電力3.648Bkw-hrを生産し、そのものが(上記からのCO21176Kw-hr/トンの数字により)大気中に放出されると仮定される合計3,101,209トンのCO2を生産する。
d.従って、生産される合計電力は12.48Gw-hrsである。従って、供給される合計電力は8.76Gw-hrsである。従って、生成される合計CO2は10.55Mtonである。従って、放出される合計CO2は3.101Mtonである。合計電力の29.1%がCO2吸収/転換工程で消費される。全CO2の71.9%が消費される。
(1)算術的に、以下の式があてはまるということが実証される。
%消費電力=1-%消費CO2
%消費CO2=1-%消費電力
これは、図9Aに示す、一単位操作線と呼ばれる線を形成する。
(2)この実施例の場合、(∂CO2/∂E)およびΔCO2/ΔEとは代数的に同一である。すなわち:
ΔCO2/ΔE=(∂CO2/∂E)=0.291/0.719=0.41
(1)工程の効率が、基本ケースであろうと、連続的な反復ケースのいずれかであろうと、システムに関して同じ(∂CO2/∂E)値を一貫して生産することに留意されたい;この項は、このモデルの制約を近似するシステムに関しては一定と考えられ、その目的で、工程のエコロジー効率と呼ばれる。
(2)値(∂CO2/∂E)がすべての解で一定であることは明らかであり、従って、反復回数が無限であると仮定される;すなわち、プラントが、そのプラントによって生成されるCO2を100%消費するために運転されると仮定されるならば、以下の式を使用する簡単な手段によって解を導くことができる:
1/(∂CO2/∂E)=生成するCO2を100%吸収/捕捉するために必要なプラント電力の%
実施例の場合、これは41.6%と計算される。
(3)または、所与の工程条件に関して吸収/転換で消費される正味電力がゼロであるとき(廃熱回収を無視する)、吸収および転換されるCO2が同じくゼロであることは明白である。従って、このタイプのプラントのすべての操作線は理論的には(0%電力、0%CO2)で交差する。
(4)線形システムで任意の二つの点を与えられると、以下の手段により、CO2吸収/転換工程の作動特性を定義する、操作線のための直線解を構成することができる:
a.作動条件ごとに、基本ケース解を達成し、得られる点一単位ケース解(%電力、%CO2)を%CO2(y軸)vs%正味消費電力(x軸)のグラフにプロットする;
b.その場合、(∂CO2/∂E)を計算し、x座標に関してy=100%のケースを解く;および
c.すべての線が原点を通過して移動すると仮定する。実際のシステムでは、ゼロ吸収でさえいくらかの電力消費はあり(制御、環境など)、従って、これは理想化されたケースである。実際には、これらの線はわずかにカーブし、原点で終端しない。
(5)このようにして、このタイプのCO2吸収/転換工程に関して一連の操作線を作成することができる。
(6)この同じタイプのプロットで、競合する技術を同じくプロットし、グラフ的に比較することができる、例えば:
a.競合するMEA(メチルエチルアミン)吸収技術は、プラント電力の30%を消費して、吸収が導入される前に放出されたCO2の58%の吸収を達成する。
b.さらには、プラント電力の推定15%が、極端な圧力および冷却サイクリングを介してこのCO2を液化するのに費やされる(45%電力/58%CO2)。
c.その場合、これは、1.24の(∂CO2/∂E)値を実証する;しかし、CO2を隔離場所に輸送/注入/維持するために必要な考慮されていないエネルギーがさらにある。
d.グラフ的に、この競合技術は、本発明の一つの態様である工程を運用する実施例のCO2吸収/転換プラントよりも効率が低いことが示される;すなわち、このモデルは、競合技術が、そのCO2生成量の100%を除去するために発電所の70%+を要することを示す。図9Aにグラフで表されている、競合する技術に関するこれらの点に留意されたい(チャート上の凡例を参照):
i.2005EIAの推定によると、MEA技術によるCO2の吸収は、生成される煙道ガスCO2の58%を吸収するのにプラント電力の30%を要する。(吸収-処理のみのための図9Aのチャート上の位置(30%、58%)に留意されたい)
ii.同じ推定により、CO2の圧縮/液化がプラント電力のさらに15%を消費して、そのようなプラントの運転点を(45%、58%)に移動させる。
iii.液状CO2をパイプラインまたは他の輸送装置によって輸送するのに必要なエネルギー、それに関して、そのCO2を種々の性質の炭素貯蔵所にポンピングもしくは注入するために必要なエネルギーの量、またはCO2を前記貯蔵所中に永久的に維持するために必要であるかもしれないエネルギーの量の確実な推定はない。しかし、これらの追加的なエネルギーは推定可能ではないが、それらが非ゼロであると推定することが妥当であると思われる。従って、そのような装置のエコロジー効率は、理論的には、特定のC02削減利益を確保するために消費される電力における(45%/58%)トレードオフよりも悪い。これを100%軽減ケースまで補外すると、MEA/液化/隔離技術はプラント電力の70%超を消費する。典型的な競合吸収技術は100%吸収に近づくことができない;すなわち58%CO2吸収の数値は、出てゆく煙道ガスの100%を処理したプラントのための数値であったことに留意すべきである。
実際には、CO2を吸収することにより、生成されたすべてのNaOHを効果的にNaHCO3に転換する所与のシステムの場合、主なエネルギー成分はkw-hr/moleNaOHである。モルNaOHあたりの電力は、電圧および電流の両方に比例し、電流は、化学反応の化学量論的比によって固定される。従って、モルCO2あたり費やされる電力は、主として、水酸化物を効率的に生成する最低電圧条件を達成することによって最適化される。
(1)電気分解中のシステムに投入されるよりも多くのエネルギーを水素エネルギー回収を介して生産する装置は作動することができない。熱力学原理の当業者は、これが「第二法則違反」になることに気付く。
(2)この事実の結果として、陽極液消費で使用されるH/Na比の選択を与えられると、根本的な熱力学的限界を画定することができる。
a.この実施例の場合、H/Naは0.10と仮定した。
b.水素エネルギー帰還効率は100%に設定した。
c.システムによって消費される正味エネルギーがゼロであるところ(すなわち、電気分解コストが推定100%の水素帰還効率に等しい点)の、動作が起こることができる最低電圧(「Vmintheo」)を計算した。
d.この実施例では、その低い電圧は1.5526Vである。この数値は、Na/C比、H/C比および水素エネルギー帰還効率の強い関数である。この最適なケースでは、Na/Cは1.0であり、H/Cは1.0である。
e.この計算をそのエコロジー効率までたどると、単一単位解は、93%CO2吸収/転換の場合でおおよそ7%電力である。
f.この理論的最小値よりも効率的な運転点で処理することは、以下によって可能である:
i.電力消費を廃熱回収によって補充し;および
ii.生産の際にCO2放出を生じさせない電力(水力、太陽光、風力、原子力など)で吸収/転換工程を部分的または完全に駆動する。
a.H/Na、Na/C、および水素帰還エネルギー効率は、上記のように、それぞれ1.0、1.0、および100%に設定した。
b.CO2除去率が50%になる電圧を計算した。
c.この実施例では、そのVmaxecoは4.457Vである。この電圧および条件では、工程は、エコロジー的に利益のある運転とエコロジー的に有害な運転との間の境界線である∂CO2=∂E線上で作動する。
補充電力(工程を駆動する電力)が非温室効果ガス(GHG)放出電力(例えば風力、水力、太陽光、原子力など)によって生産される場合、補充的CO2放出はゼロであり、本発明のエコロジー効率は大きく改善する。この実施例の場合、表2のCO2の項3101209トンは、すべての後続する反復などとともに除かれて、この簡素化された結果を残す:すべてのCO2が吸収/転換され(7,446,069トン)、所要総電力は単に基本8,760,000,000+その基本量のCO2を吸収/転換するために必要な仕事を達成するために必要とされる3,648,448,267kw-hrsであり、GHG駆動工程でCO2放出の100%を確保するために要する総電力の41%に比べ、非GHG駆動工程でCO2放出の100%を確保するのに総電力の29%しか要しない。これは、工程が非GHG放出によって駆動される場合、本発明の態様が有意な「てこ入れ」係数を提供することを意味する。非GHG電力を使用してGHG生成電力を1%:1%のベースで置換する代わりに、非GHG電力を使用して、本発明のいくつかの態様である工程を駆動するならば、本明細書において記載するGHG生成電力の例を超える場合でさえ、非GHG生成電力の1%がGHG生成を多重倍だけ置換する。所与の国、州または事業体に関し、非GHG生成電力の一定の割合が、このように倍増的に使用される場合、任意のCO2削減目標をより効率的に達成することができる;すなわち、「クリーン」な電力を高度にてこ入れされた様式で使用して他の「汚い電力」の放出を浄化することができるケースを容易に想定することができる。
種々のモデル化発電所のエコロジー効率
図10は、本発明の態様を取り入れた様々なモデル化発電所のエコロジー効率を示し、エコロジー効率(∂CO2/∂E)を決定する際の主要因である種々の条件を示す。
(1)炭酸ナトリウムを形成し、標準的塩素アルカリ条件を使用すると、工程は>1のエコロジー効率を有し、そのような運転は経済的に存立可能であるかもしれないが、それが吸収するよりも多くのCO2を生成する。
(2)炭酸水素ナトリウムの生産を優先するように生成物平衡を変化させることが工程のエコロジー効率を改善する。事実上純粋な炭酸水素ナトリウムを生産するように条件を変更する場合、この利点は最大限に最適化される。
(3)低電圧電気分解実施の採用は、1.0未満のエコロジー効率を特徴とする作動領域に工程を着実に移動させる(すなわち、エコロジー的に有益なCO2吸収および転換工程)。最適な(kA/m2V)および最大限の水素エネルギー生産のために電気分解システムの各物理的エミュレーションを最適化することがエコロジー効率のさらなる改善につながる。
(4)本発明の態様の吸収/転換工程を、廃熱を直流電気に転換する任意の数の利用可能な機械または専用機械と組み合わせると、直流電気分解および交流ポンピングなどにおける初期エネルギー投資を廃熱回収によって補充または完全にまかなうことができる。
最適化LVE塩素アルカリセルのためのV/I特性操作線が与えられた場合のVoptlve(セル容量または面積に対する最適な低電圧作動電圧)およびIoptlve(その作動電圧における電流)の決定
本明細書においては、低電圧運転が、吸収性流体として使用される水酸化ナトリウムを生成するために必要とされる電力を減らすことを実証した。表3は、図5における1.0/90℃陽極液の場合のVI操作線から導いた計算を示す(先に実施例4で論じた)。
(1)電流効率(無次元)としての三列目は、生成薬品を生成するために使用される、生成された電流の割合を表す;損失、例えばI2R損失および電気分解流体の無駄な加熱が非効率さの主要な原因である。電流効率は電圧の低下とともに低下する。
(2)セル面積は3.975Vケース(電流密度、ひいては工程の面積要件が、3.0kA/m2特性で作動する標準5V電気分解と同一である場合)に関して正規化されている。A2/A1(無次元)を計算する。
炭酸カルシウムを利用するCO2低減
次の態様は、上記で記載された一般的な概念を有益な特定用途、特定の最終生成物の有利な生成に調整でき、工程により生成されるCO2の量を低減し、および/またはプラントのエネルギー効率を増大させるさらなる実施例の一つである。本明細書にて提供される技術に基づいて、当業者は、本発明の投入量、産出量およびエネルギー効率を調節する他の複数の様式があることを理解する。
H2O+NaCl+aHCl+エネルギー→NaOH+(l/2+a/2)H2+(l/2+a/2)Cl2
2NaCl+2H2O+エネルギー→2NaOH+H2+Cl2
Cl2+H2O→HOCl+HCl
HOCl+HCl+hV363nm→2HCl+1/2O2
2HCl+CaCO3→CaCl2+CO2(g)
電力=(-電気分解+HHV-H2)+[H:C比効率+O2効率+CO2効率]
(-電気分解+HHV-H2)=-347kwh/CO2トン(Southwest Research Instituteにより間もなく公開される研究に従う;この値はすべての廃熱効果およびプロトン化効果を排除する)。
H:C比効率=+154kwh/CO2トン(石炭と天然ガスとの間の線形関係を想定するが、それは可能性として控えめな見積である)
O2効率=+60kwh/CO2トン(控えめな低い値)
CO2効率=+O(タービンを通るCO2の作動により回収される電力はないと想定)
種々のモデル発電所のエコロジー効率
電気分解反応に対する操作温度の効果を試験する際に、工程の(総)熱力学的損失は次の通りであることを記憶しておくことが重要である。
E損失=E電気分解+E水素
Claims (11)
- 煙道ガス流から重金属および二酸化炭素を除去する方法であって、以下の段階を含む方法:
ブライン溶液を電気分解して水酸化物を生成する段階;
煙道ガス流から煙道ガス凝縮物を生成し、前記水酸化物の第一の一部を前記煙道ガス凝縮物に添加してそのpHを酸性から塩基性に変化させ、結果として前記重金属を沈殿させる段階;
前記煙道ガス凝縮物が生成された後に、前記水酸化物の第二の一部を前記煙道ガス流と混和することによって、炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物を生成する段階;ならびに
前記炭酸水素塩生成物を前記混合物から分離することによって、前記ガス流から二酸化炭素を隔離する段階。 - 前記炭酸水素塩生成物をトラックまたはタンク車に輸送する段階をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記重金属が水銀を含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記炭酸水素塩生成物が炭酸水素ナトリウムである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記凝縮物をろ過媒体に通過させる段階をさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ろ過媒体が活性炭を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記凝縮物を重力送りまたは能動ポンピングにより前記ろ過媒体に通す、請求項5または6に記載の方法。
- 前記ブライン溶液が塩化物塩を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記水酸化物の第二の一部を前記煙道ガス流と混和して前記混合物を生成する段階が以下の段階を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法:
第一のカラム中で前記水酸化物の一部を前記煙道ガス流と混和して、炭酸塩および炭酸水素塩生成物の第一の混合物を生成する段階;ならびに
第二のカラム中で前記第一の混合物の一部を前記煙道ガス流と混和して、炭酸塩および炭酸水素塩生成物の第二の混合物を生成する段階。 - 前記炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物が、少なくとも85%炭酸水素塩で構成される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記炭酸塩および炭酸水素塩生成物の混合物が、少なくとも95%炭酸水素塩で構成される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
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