KR102588112B1 - 지오매스 매개 탄소 격리 물질 생산 방법 및 이를 실행하기 위한 시스템 - Google Patents

Abstract

지오매스 매개 이산화탄소(CO₂) 격리 방법 및 시스템이 제공된다. 방법의 양태는 CO₂의 기체성 원천과 수성 포집 암모니아를 접촉시켜 CO₂ 격리 생성물 및 수성 암모늄염을 생성한 다음 수성 암모늄염 액체를 지오매스, 예를 들어 알칼리성 폐기물과 접촉시켜 수성 포집 암모니아를 재생시키는 것을 포함한다. 또한, 본 방법을 수행하도록 구성된 시스템이 제공된다.

Description

지오매스 매개 탄소 격리 물질 생산 방법 및 이를 실행하기 위한 시스템

관련 출원에 대한 교차-참조

35 U.S.C.§119(e)에 따라, 본 출원은 2018년 9월 1일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 62/726,225의 출원일에 대한 우선권을 주장하며; 이 출원의 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

이산화탄소(CO₂)는 지구의 대기에 가스로 존재하는 자연적으로 발생하는 화합물이다. 대기 CO₂의 원천은 다양하며 호흡 과정에서 CO₂를 생성하는 사람과 기타 생물체뿐만 아니라 화산, 온천 및 간헐천과 같은 기타 자연적으로 발생하는 원천을 포함한다.

대기 CO₂의 추가 주요 원천으로는 산업 플랜트를 포함한다. 많은 유형의 산업 플랜트(시멘트 플랜트, 정유소, 제철소 및 발전소 포함)는 화석 연료 및 합성가스와 같은 다양한 탄소-기반 연료를 연소한다. 사용되는 화석 연료는 석탄, 천연가스, 오일, 석유 코크스 및 바이오연료를 포함한다. 연료는 또한 타르 샌드, 오일 셰일, 석탄 액체, 석탄 가스화 및 합성가스를 통해 만들어진 바이오 연료에서 파생된다.

CO₂의 환경적 영향은 매우 중요하다. CO₂는 일반적으로 온실 가스로 간주된다. "지구 온난화"라는 문구는 19세기 후반 이후 지구의 대기와 해양의 평균 온도에서 관찰되고 지속하는 상승을 지칭하기 위해 사용된다. 산업 혁명 이후 인간 활동은 대기 중 CO₂ 농도를 급격하게 증가시켰기 때문에 인위변경의 CO₂는 지구 온난화 및 기후 변화뿐만 아니라 증가하는 해양 중탄산염 농도와 관련이 있다. 화석 연료 CO₂의 해양 흡수는 현재 시간당 약 1백만 톤의 CO₂로 진행되고 있다. 20세기 초 이래로 지구의 평균 표면 온도는 약 0.8℃(1.4℉) 상승했으며, 1980년 이후 증가의 약 2/3가 발생했다.

지구 온난화가 환경과 인간의 삶에 미치는 영향은 엄청나고 다양하다. 최근 기후 변화의 일부 영향이 이미 발생하고 있을 수 있다. 해수면 상승, 빙하 퇴각, 북극 축소, 변경된 농업 패턴이 직접적인 결과로 언급되지만 2차 및 지역적 영향에 대한 예측에는 극심한 기상 현상, 열대성 질환의 확대, 생태계의 계절적 패턴 시기에서의 변화, 및 급격한 경제적 영향이 포함된다.

지구 온난화로 인해 예상되는 기후 변화는 대륙과 지구 규모에서 미래의 대규모이고 어쩌면 돌이킬 수 없는 영향을 초래할 가능성이 있다. 가능성, 규모 및 시기는 불확실하고 논란의 여지가 있지만 예상되는 기후 변화의 일부 예는 따뜻한 물을 북대서양으로 운반하는 해양 순환의 상당한 둔화, 그린란드 및 서남극 빙상의 대폭 감소, 육상 생물 권의 탄소 순환 피드백에 기인한 가속화된 지구 온난화, 영구 동토 지역으로부터 육상 탄소 및 해안 퇴적물에서 수화물로부터 메탄의 방출을 포함한다.

과학적 논쟁의 여지가 있지만 과도한 대기 CO₂는 지구 온난화에 중요한 기여 요인이라고 여겨진다. 산업 혁명이 시작된 이래 CO₂ 농도는 약 100ppm(즉, 280ppm에서 380ppm으로) 증가했고, 최근에는 일일 평균값이 400ppm 이상에 도달하는 것으로 관찰되었다. 따라서, 특히 대기에 존재하는 인위변경의 CO₂의 지속적으로 증가하는 양을 적어도 개선하기에 충분한 방식으로 CO₂의 격리에 큰 관심이 있다.

인위변경의 기후 변화와 해양 산성화에 대한 우려는 확장 가능하고, 비용 효율적인 탄소 포집 및 격리(CCS)의 방법을 발견해야 하는 절박함을 부채질했다. 전형적으로 CCS의 방법은 복잡한 연도 흐름에서 순수한 CO₂를 분리하고, 정제된 CO₂를 압축하고 마지막으로 지질 격리를 위해 지하 함염물 저장소에 주입한다. 이들 다수의 단계는 매우 에너지 및 자본 집약적이다. 탄산염 광물화는 기가톤(Gt, 즉 1,000,000,000 톤) 부피의 대량의 CO₂를 지속 가능하게 격리하는 또 다른 방법이다.

지오매스 매개 이산화탄소(CO₂) 격리 방법 및 시스템이 제공된다. 본 방법의 양태는 CO₂의 기체성 원천과 수성 포집 암모니아를 접촉시켜 CO₂ 격리 생성물 및 수성 암모늄염을 생성하고 그 다음 수성 암모늄염 액체를 지오매스, 예를 들어 알칼리성 폐기물과 접촉시켜 수성 포집 암모니아를 재생하는 것을 포함한다. 또한 본 방법을 수행하도록 구성된 시스템이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 시스템의 개략도를 제공한다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 시스템의 개략도를 제공하며, 여기서 CO₂ 격리 탄산염 생산은 첨가제의 존재하에 발생하고 수성 포집 액체 재생 모듈은 재생가능한 에너지에 의해 구동된다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 시스템의 개략도를 제공하며, 여기서 추가적인 CO₂ 가스는 CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈에서 나오고 CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈에서 나오는 응축된 비산 암모니아 증기에 의해 회수되고, 수성 포집 액체 재생 모듈은 공정 증기 응축물에서 나오는 폐열에 의해 구동된다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 시스템의 개략도를 제공한다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 시스템의 개략도를 제공하며, 상기 시스템은 스트리퍼 또는 다른 암모니아 정제 모듈을 포함하지 않는다.

지오매스 매개 이산화탄소(CO₂) 격리 방법 및 시스템이 제공된다. 본 방법의 양태는 CO₂의 기체성 원천과 수성 포집 암모니아를 접촉시켜 CO₂ 격리 생성물 및 수성 암모늄염을 생성하고 그 다음 수성 암모늄염 액체를 지오매스, 예를 들어 알칼리성 폐기물과 접촉시켜 수성 포집 암모니아를 재생하는 것을 포함한다. 또한, 본 방법을 수행하도록 구성된 시스템이 제공된다.

본 발명이 더 상세하게 설명되기 전에, 이 발명은 기술된 특정 실시형태에 제한되지 않고, 물론 변경될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한될 것이기 때문에, 본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 실시형태를 설명하기 위한 것이고 제한하는 것으로 의도되지 않음을 이해해야 한다.

값의 범위가 제공되는 경우, 문맥이 명확하게 달리 명시하지 않는 한 하한 단위의 10분의 1까지, 그 범위의 상한 및 하한 사이의 중간 값과 임의의 기타 언급된 값 또는 그 언급된 범위에서 중간 값은 본 발명 내에 포괄된다는 것이 이해된다. 이들 더 작은 범위의 상한 및 하한은 독립적으로 더 작은 범위에 포함될 수 있고, 또한, 언급된 범위에서 특별히 배제된 제한에 따라 본 발명 내에 포괄된다. 언급된 범위가 한계 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 이들 포함된 한계 중 어느 하나 또는 둘 모두를 배제하는 범위도 본 발명에 포함된다.

특정 범위는 용어 "약"이 선행하는 숫자 값으로 본 명세서에서 표시된다. 용어 "약"은 본 용어가 선행하는 숫자에 가깝거나 대략적인 숫자뿐만 아니라 그것이 선행하는 정확한 숫자에 대한 문자적 지지를 제공하기 위해 본 명세서에서 사용된다. 숫자가 구체적으로 인용된 숫자에 가깝거나 대략적인지 여부를 결정할 때, 인용되지 않은 근처 또는 근사 숫자는 그것이 제시된 맥락에서 구체적으로 인용된 숫자의 실질적으로 동등성을 제공하는 숫자일 수 있다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 뜻을 가진다. 본 명세서에 기재된 것과 유사하거나 동등한 임의의 방법 및 물질이 본 발명의 실시 또는 시험에 또한 사용될 수 있지만, 대표적인 예시적인 방법 및 물질이 이제 기술된다.

이 명세서에서 인용된 모든 간행물 및 특허는 각각의 개별 간행물 또는 특허가 구체적으로 그리고 개별적으로 참조로 포함되는 것으로 표시되고 참조로 본 명세서에 포함되어 상기 간행물이 인용되는 것과 관련된 방법 및/또는 물질을 개시하고 기술하는 것처럼 본 명세서에 참조로 포함된다. 임의의 간행물의 인용은 출원일 이전의 그 공개를 위한 것이며 본 발명이 선행 발명으로 인해 그러한 간행물보다 선행할 자격이 없음을 인정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 제공되는 간행물의 일자는 개별적으로 확인이 필요할 수 있는 실제 간행 일자와 상이할 수 있다.

본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태 "하나", "한" 및 "그"는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 지시대상을 포함한다는 점에 유의한다. 청구범위는 임의의 선택적 요소를 배제하기 위해 작성될 수 있다는 점에 추가로 유의한다. 따라서, 이 진술은 청구범위 요소의 인용과 관련하여 "단독으로", "단지" 등과 같은 배타적 용어의 사용 또는 "부정적인" 제한의 사용에 대한 선행 기반으로 사용되도록 의도되었다.

이 개시내용을 읽을 때 당업자에게 명백한 바와 같이, 본 명세서에 기술되고 예시된 각각의 개별 실시형태는 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 다른 몇몇 실시형태의 특징으로부터 쉽게 분리되거나 조합될 수 있는 별개의 구성요소 및 특징을 갖는다. 언급된 모든 방법은 언급된 이벤트의 순서 또는 논리적으로 가능한 다른 순서로 수행될 수 있다.

장치 및 방법은 기능적 설명과 함께 문법적 유동성을 위해 기술되거나 기술될 것이지만, 35 U.S.C.§112 하에서 명시적으로 공식화하지 않는 한, 청구범위는 "수단" 또는 "단계" 제한의 구성에 의해 어떤 식으로든 반드시 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 등가물의 사법 원칙하에서 청구범위에 의해 제공된 정의의 의미와 등가물의 전체 범위에 따라야 하고, 청구범위가 35 U.S.C.§112 하에서 명시적으로 공식화된 경우에는 35 U.S.C.§112 하에서 법정 등가물 전체에 따라야 한다는 것이 명백하게 이해되어야 한다.

방법

상기 요약된 바와 같이, 본 발명의 양태는 이산화탄소(CO₂) 격리 물질을 생산하기 위해 알칼리성 폐기물과 같은 지오매스를 사용하는 방법을 포함한다. 따라서, 본 발명의 양태는 CO₂ 격리 프로세스, 즉 CO₂ 격리를 초래하는 프로세스(방법, 프로토콜, 등)를 포함한다. "CO₂ 격리"는 지구 대기 또는 산업 플랜트에서 생성된 기체성 폐기 스트림과 같은 환경에서 일정량의 CO₂를 제거하거나 분리하여 CO₂의 일부 또는 전부가 그것이 제거된 환경에 더 이상 존재하지 않도록 하는 것을 의미한다. 본 발명의 CO₂ 격리 방법은 CO₂가 격리되도록 일정량의 CO₂로부터 고체 저장 안정성 CO₂ 격리 생성물을 생성함에 의해 CO₂를 격리시킨다. 고체 저장 안정성 CO₂ 격리 생성물은 일정량의 CO₂를 지상 저장 또는 수중 저장 안정성 형태와 같은 저장 안정성 형태로 통합하는 저장 안정성 조성물로, CO₂는 대기 중의 가스로 더 이상 존재하지 않거나 사용할 수 없다. 본 발명의 방법에 따른 CO₂의 격리는 CO₂가 대기의 일부가 되지 않는 방식으로 CO₂의 장기 저장을 허용한다.

상기 요약된 바와 같이, 본 방법의 양태는 다음을 포함한다: CO₂의 기체성 원천과 수성 포집 암모니아를 접촉시켜 CO₂ 격리 생성물 및 수성 암모늄염을 생성하는 단계, 및 그 다음 수성 암모늄염을 지오매스, 예를 들어 알칼리성 폐기물과 접촉시켜 수성 포집 암모니아를 재생하는 단계. 본 방법의 이들 각 양태는 이제 더 자세히 설명된다.

CO ₂ 포집

본 방법의 실시형태는 수성 탄산암모늄과 같은 수성 탄산염 액체를 생성하기에 충분한 조건에서 수성 포집 암모니아와 같은 수성 포집 액체를 CO₂의 기체성 원천(즉, CO₂ 함유 가스)과 접촉시키는 것을 포함한다.

CO₂의 기체성 원천, 즉 CO₂ 함유 가스는 원천에 따라 순수한 CO₂이거나 하나 이상의 다른 가스 및/또는 미립자 성분과 조합될 수 있으며, 예를 들어, 그것은 다중-성분 가스(즉, 다중-성분 기체성 스트림)일 수 있다. 특정 실시형태에서, CO₂ 함유 가스는 예를 들어 CO₂ 함유 가스가 산업 플랜트로부터의 폐기 공급물인 산업 플랜트로부터 얻어진다. CO₂ 함유 가스를 얻을 수 있는 산업 플랜트, 예를 들어, 산업 플랜트로부터의 폐기 공급물은 다양할 수 있다. 관심 있는 산업 플랜트는, 비제한적으로, 화학 및 기계 가공 플랜트, 정유소, 시멘트 플랜트, 철강 플랜트 등과 같은 발전소 및 산업 생성물 제조 플랜트뿐만 아니라 연료 연소 또는 기타 가공 단계(예컨대 시멘트 플랜트에 의한 하소)의 부산물로 CO₂를 생산하는 기타 산업 플랜트를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 관심 있는 폐기 공급물은 산업 플랜트에 의해 수행되는 공정의 2차 또는 부수적 생성물과 같은 산업 플랜트에 의해 생산되는 기체성 스트림을 포함한다.

특정 실시형태에서 관심의 대상은 화석 연료, 예를 들어 석탄, 오일, 천연 가스뿐만 아니라 비제한적으로 타르 샌드, 중유, 오일 셰일 등과 같은 자연적으로 발생하는 유기 연료 퇴적물의 인공 연료 생성물을 연소하는 산업 플랜트에 의해 생성되는 폐기 스트림이다. 특정 실시형태에서, 발전소는 미분탄 발전소, 초임계 석탄 발전소, 대량 연소 석탄 발전소, 유동층 석탄 발전소, 가스 또는 오일-연소 보일러 및 증기 터빈 발전소, 가스 또는 오일-연소 보일러 단순 사이클 가스 터빈 발전소 및 가스 또는 오일-연소 보일러 복합 사이클 가스 터빈 발전소이다. 특정 실시형태에서 관심의 대상은 합성가스, 즉 유기물, 예를 들어 석탄, 바이오매스 등의 가스화에 의해 생성되는 가스를 연소하는 발전소에 의해 생성된 폐기 스트림이며, 특정 실시형태에서 그러한 발전소는 통합된 가스화 복합 사이클(IGCC) 플랜트이다. 특정 실시형태에서 관심의 대상은 열 회수 증기 발생기(HRSG) 플랜트에 의해 생성되는 폐기 스트림이다. 관심 있는 폐기 스트림은 시멘트 플랜트에서 생성되는 폐기 스트림 또한 포함한다. 폐기 스트림이 본 발명의 방법에 이용될 수 있는 시멘트 플랜트는 습식 공정 및 건식 공정 플랜트 둘 모두를 포함하며, 이 플랜트는 샤프트 킬른 또는 회전식 킬른을 이용할 수 있고 사전-하소기를 포함할 수 있다. 이들 유형의 산업 플랜트 각각은 단일 연료를 연소하거나 두 개 이상의 연료를 순차적으로 또는 동시에 연소할 수 있다. 관심 있는 폐기 스트림은 산업 플랜트 배기 가스, 예를 들어, 연도 가스이다. "연도 가스"는 화석 또는 바이오매스 연료를 연소하여, 그 다음 산업 플랜트의 연도라고도 알려진 굴뚝으로 향하는, 연소의 생성물로부터 얻어지는 가스를 의미한다.

시멘트 플랜트에 의해 생성된 폐기 스트림이 또한 본 발명의 시스템 및 방법에 적합하다. 시멘트 플랜트 폐기 스트림은 습식 공정 및 건식 공정 플랜트로부터 폐기 스트림을 포함하며, 플랜트는 샤프트 킬른 또는 회전식 킬른을 이용할 수 있고 사전-하소기를 포함할 수 있다. 이들 산업 플랜트는 각각 단일 연료를 연소하거나 두 개 이상의 연료를 순차적으로 또는 동시에 연소할 수 있다. 제련소 및 정유소와 같은 다른 산업 플랜트도 이산화탄소를 포함하는 폐기 스트림의 유용한 원천이다.

산업 폐기 가스 스트림은 주요 비-공기 유래 성분으로 이산화탄소를 함유할 수 있거나, 특히 석탄-화력 발전소의 경우, 추가 성분(총칭하여 비-CO₂ 오염물질로 언급될 수 있음) 예컨대 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 하나 이상의 추가 가스를 포함할 수 있다. 추가 가스 및 기타 성분은 CO, 수은 및 기타 중금속, 먼지 입자(예를 들어, 하소 및 연소 공정으로부터의 것)를 포함할 수 있다. 가스 스트림에서 추가의 비-CO₂ 오염물질 성분은 염화수소 및 불화수소와 같은 할로겐화물; 비산, 베릴륨, 붕소, 카드뮴, 크롬, VI 크롬, 코발트, 납, 망간, 수은, 몰리브덴, 셀레늄, 스트론튬, 탈륨 및 바나듐을 포함한 비산재, 먼지 및 금속과 같은 입자상 물질; 및 탄화수소, 다이옥신 및 PAH 화합물과 같은 유기물을 포함할 수도 있다. 처리될 수 있는 적합한 기체성 폐기 스트림은 일부 실시형태에서 200ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 200ppm 내지 500,000ppm; 또는 200ppm 내지 100,000ppm; 또는 200ppm 내지 10,000; 또는 200ppm 내지 5,000ppm; 또는 200ppm 내지 2000ppm; 또는 200ppm 내지 1000ppm; 또는 200 내지 500ppm; 또는 500ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 500ppm 내지 500,000ppm; 또는 500ppm 내지 100,000ppm; 또는 500ppm 내지 10,000; 또는 500ppm 내지 5,000ppm; 또는 500ppm 내지 2000ppm; 또는 500ppm 내지 1000ppm; 또는 1000ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 1000ppm 내지 500,000ppm; 또는 1000ppm 내지 100,000ppm; 또는 1000ppm 내지 10,000; 또는 1000ppm 내지 5,000ppm; 또는 1000ppm 내지 2000ppm; 또는 2000ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 2000ppm 내지 500,000ppm; 또는 2000ppm 내지 100,000ppm; 또는 2000ppm 내지 10,000; 또는 2000ppm 내지 5,000ppm; 또는 2000ppm 내지 3000ppm; 또는 5000ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 5000ppm 내지 500,000ppm; 또는 5000ppm 내지 100,000ppm; 또는 5000ppm 내지 10,000; 또는 10,000ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 10,00ppm 내지 500,000ppm; 또는 10,000ppm 내지 100,000ppm; 또는 50,000ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 50,000ppm 내지 500,000ppm; 또는 50,000ppm 내지 100,000ppm; 또는 100,000ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 100,000ppm 내지 500,000ppm; 또는 200,000ppm 내지 2000ppm, 예를 들어 180,000ppm 내지 2000ppm, 또는 180,000ppm 내지 5000ppm을 포함하고, 또한 180,000ppm 내지 10,000ppm을 포함하는 200,000ppm 내지 1000ppm의 양으로 존재하는 CO₂를 갖는다.

폐기 스트림, 특히 다양한 연소 가스의 폐기 스트림은 하나 이상의 추가 비-CO₂ 성분, 예를 들어 물, NOx(모노 질소 산화물: NO 및 NO₂), SOx(모노 황 산화물: SO, SO₂ 및 SO₃), VOC(휘발성 유기 화합물), 중금속 예컨대, 비제한적으로, 수은 및 입자상 물질(가스에 부유하는 고체 또는 액체의 입자)를 포함할 수 있다. 연도 가스 온도는 또한 다양할 수 있다. 일부 실시형태에서, CO₂를 포함하는 연도 가스의 온도는 0℃ 내지 2000℃, 또는 0℃ 내지 1000℃, 또는 0℃ 내지 500℃, 또는 0℃ 내지 100℃, 또는 0℃ 내지 50℃, 또는 10℃ 내지 2000℃, 또는 10℃ 내지 1000℃, 또는 10℃ 내지 500℃, 또는 10℃ 내지 100℃, 또는 10℃ 내지 50℃, 또는 50℃ 내지 2000℃, 또는 50℃ 내지 1000℃, 또는 50℃ 내지 500℃, 또는 50℃ 내지 100℃, 또는 100℃ 내지 2000℃, 또는 100℃ 내지 1000℃, 또는 100℃ 내지 500℃, 또는 500℃ 내지 2000℃, 또는 500℃ 내지 1000℃, 또는 500℃ 내지 800℃, 또는 예컨대 60℃ 내지 700℃이고, 100℃ 내지 400℃를 포함한다.

일부 경우에서 CO₂의 기체성 원천은 공기 및 직접 공기 포집(DAC) 시스템에 의해 생성된 생성 가스이다. DAC 시스템은 대기에서 직접적으로 이산화탄소 CO₂를 분리할 수 있는 기술의 부류이다. DAC 시스템은 공기에서 직접적으로 CO₂를 포집하고 DAC 시스템 안으로 입력되는 공기의 것보다 높은 농도로 CO₂를 포함하는 생성 가스를 발생시키는 시스템이다. DAC 시스템에 입력되는 공기 중 CO₂의 농도는 지구의 대기에서 CO₂ 농도가 균질하지 않기 때문에 달라질 수 있다. 일부 경우에서, 100ppm 이상 예컨대 5,000ppm 이상을 포함한 500ppm 이상으로, DAC 시스템의 위치는 CO₂ 농도가 상대적으로 높은 위치, 예를 들어 혼잡한 고속도로 인터체인지 근처, 나쁜 통근 통로, 수도권 산업 지역 등에서 CO₂ 포집에 더 효율적이다. DAC에서 생성된 CO₂의 기체성 원천의 CO₂ 농도는 다를 수 있지만, 일부 경우에는 생성 가스는 순수한 CO₂가 아닐 수 있는 경우 1,000ppm 이상 예컨대 100,000ppm 이상을 포함한 10,000ppm 이상으로, 일부 경우에서 생성 가스는 3% 이상의 비-CO₂ 성분, 예컨대 10% 이상의 비-CO₂ 성분을 포함하여 5% 이상의 비-CO₂ 성분이다. 생성 스트림에 존재할 수 있는 비-CO₂ 성분은 유입 공기 및/또는 DAC 시스템에서 유래하는 성분일 수 있다. 일부 경우에 DAC 생성 가스에서 CO₂의 농도는 1,000 내지 999,000ppm, 예컨대 1,000 내지 10,000ppm 또는 10,000 내지 100,000ppm 또는 100,000 내지 999,000ppm의 범위이다. DAC 생성 기체성 스트림은 일부 실시형태에서 200ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 200ppm 내지 500,000ppm; 또는 200ppm 내지 100,000ppm; 또는 200ppm 내지 10,000; 또는 200ppm 내지 5,000ppm; 또는 200ppm 내지 2,000ppm; 또는 200ppm 내지 1,000ppm; 또는 200 내지 500ppm; 또는 500ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 500ppm 내지 500,000ppm; 또는 500ppm 내지 100,000ppm; 또는 500ppm 내지 10,000; 또는 500ppm 내지 5,000ppm; 또는 500ppm 내지 2,000ppm; 또는 500ppm 내지 1,000ppm; 또는 1,000ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 1,000ppm 내지 500,000ppm; 또는 1,000ppm 내지 100,000ppm; 또는 1,000ppm 내지 10,000; 또는 1,000ppm 내지 5,000ppm; 또는 1,000ppm 내지 2,000ppm; 또는 2,000ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 2,000ppm 내지 500,000ppm; 또는 2,000ppm 내지 100,000ppm; 또는 2,000ppm 내지 10,000; 또는 2,000ppm 내지 5,000ppm; 또는 2,000ppm 내지 3,000ppm; 또는 5,000ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 5,000ppm 내지 500,000ppm; 또는 5,000ppm 내지 100,000ppm; 또는 5,000ppm 내지 10,000; 또는 10,000ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 10,00ppm 내지 500,000ppm; 또는 10,000ppm 내지 100,000ppm; 또는 50,000ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 50,000ppm 내지 500,000ppm; 또는 50,000ppm 내지 100,000ppm; 또는 100,000ppm 내지 1,000,000ppm; 또는 100,000ppm 내지 500,000ppm; 또는 200,000ppm 내지 2,000ppm, 예를 들어 180,000ppm 내지 2,000ppm, 또는 180,000ppm 내지 5,000ppm을 포함하고, 또한 180,000ppm 내지 10,000ppm을 포함한 200,000ppm 내지 1000ppm의 양으로 존재하는 CO₂를 갖는다. 수성 포집 액체와 접촉하는 DAC 생성 가스는 임의의 편리한 DAC 시스템에 의해 생성될 수 있다. DAC 시스템은 다른 대기 화학 물질(예컨대, 질소 및 산소)이 아닌 CO₂에 결합하는 매체를 사용하여 공기에서 CO₂를 추출하는 시스템이다. 공기가 CO₂ 결합 매체 상을 통과할 때 CO₂는 결합 매체에 "고착"한다. 예를 들어, 열, 습도 등과 같은 자극에 반응하여 결합된 CO₂가 그 다음 결합 매체로부터 방출되어 기체성 CO₂ 함유 생성물의 생성을 초래할 수 있다. 관심 있는 DAC 시스템은 알칼리 기반 시스템, 비제한적으로: 아민 기반 또는 수산화물-기반 시스템; CO₂ 흡착제/온도 변동 기반 시스템 및 CO₂ 흡착제/온도 변동 기반 시스템을 포함한다. 일부 경우에, DAC 시스템은 아민 기반 또는 수산화물 기반 시스템이며, 여기서 CO₂는 수성 아민 또는 수성 수산화물 액체와 공기를 접촉시켜 수성 탄산염, 예컨대 수성 탄산암모늄을 생성함에 의해 공기로부터 분리된다. 수산화물 기반 DAC 시스템의 예는 PCT 공개 출원 번호 WO/2009/155539; WO/2010/022339; WO/2013/036859; 및 WO/2013/120024에 기술된 것들을 포함하지만 이에 제한되지는 않으며; 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다. 일부 경우에서 DAC 시스템은 CO₂ 흡착제 기반 시스템이며, 여기서 아민 흡착제와 같은 흡착제와 공기를 접촉시켜 CO₂를 공기로부터 분리한 다음 흡착제를 하나 이상의 자극, 예를 들어 온도 변화, 습도 변화 등에 노출시켜 흡착제 포집된 CO₂를 방출하다. 이러한 DAC 시스템의 예는 PCT 공개 출원 번호 WO/2005/108297; WO/2006/009600; WO/2006/023743; WO/2006/036396; WO/2006/084008; WO/2007/016271; WO/2007/114991; WO/2008/042919; WO/2008/061210; WO/2008/131132; WO/2008/144708; WO/2009/061836; WO/2009/067625; WO/2009/105566; WO/2009/149292; WO/2010/019600; WO/2010/022399; WO/2010/107942; WO/2011/011740; WO/2011/137398; WO/2012/106703; WO/2013/028688; WO/2013/075981; WO/2013/166432; WO/2014/170184; WO/2015/103401; WO/2015/185434; WO/2016/005226; WO/2016/037668; WO/2016/162022; WO/2016/164563; WO/2016/161998; WO/2017/184652; 및 WO/2017/009241에 기술된 것을 포함하지만 이에 제한되지 않으며; 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

상기에 요약한 바와 같이, 수성 포집 액체는 CO₂ 격리 물질을 생성하기에 충분한 조건에서 CO₂의 기체성 원천과 접촉된다. CO₂ 격리 물질은 CO₂의 기체성 원천으로부터 생산될 수 있으며 원하는 대로 다단계 또는 단일 단계 프로토콜을 사용하여 액체를 포집할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, CO₂ 포집 액체 및 CO₂의 기체성 원천의 조합은 수성 탄산염의 생성을 초래하고, 수성 탄산염은 그 다음 이어서 2가 양이온 원천, 예를 들어 Ca^{2 +} 및/또는 Mg^{2 +} 원천과 접촉하여 CO₂ 격리 물질을 생산하다. 또 다른 실시형태에서, 일-단계 CO₂ 가스 흡수 탄산염 침전 프로토콜이 이용된다.

수성 포집 암모니아에서 암모니아의 농도는 다양할 수 있으며, 일부 경우에 수성 포집 암모니아는 리터당 0.1 내지 20.0몰(M) 범위의 농도이고, 일부 경우에는 0.1 내지 5.0 M, 예컨대 0.1 내지 4.0 M, 예를 들어 4.0 M이고, 반면 다른 경우에는 2 내지 20M, 예컨대 4 내지 20M의 범위인 농도로 암모니아(NH₃)를 포함한다. 수성 포집 암모니아는 임의의 편리한 물을 포함할 수 있다. 수성 포집 암모니아가 생성될 수 있는 관심 있는 물은 담수, 해수, 염수, 생성된 물 및 폐수를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 경우에 관심 있는 물은 폐수 처리 플랜트의 재순환된 물일 수 있으며, 여기서 재순환된 물은 이미 10 내지 500ppm, 일부 경우 10 내지 100ppm, 예컨대 10 내지 90ppm 범위의 농도로 NH₃를 포함하고, 반면 다른 경우에는 100 내지 500ppm 예컨대 150 내지 500ppm NH₃를 포함한다. 수성 포집 암모니아의 pH는 일부 경우에 10.5 내지 12.5를 포함하여 10.0 내지 13.5, 예컨대 10.0 내지 13.0의 범위로 다양할 수 있다. 관심 있는 수성 포집 암모니아에 관한 추가 세부사항은 PCT 공개 출원 번호 WO/2017/165849에 제공되어 있으며; 그 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

예를 들어, 상술한 바와 같이 CO₂ 함유 가스는 임의의 편리한 프로토콜을 사용하여 수성 포집 액체, 예를 들어 수성 포집 암모니아와 접촉될 수 있다. 예를 들어, 관심 있는 접촉 프로토콜은 다음을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다: 직접 접촉 프로토콜, 예를 들어 수성 매체의 부피를 통해 가스 버블링, 동시 접촉 프로토콜, 즉, 단방향으로 유동하는 기체 및 액체 상 스트림 사이의 접촉, 역류 프로토콜, 즉, 반대로 유동하는 기체 및 액체 상 스트림 사이의 접촉 등. 접촉은 편리할 수 있는 바와 같이 주입기, 버블러, 유체 벤투리 반응기, 스파저, 가스 필터, 스프레이, 트레이, 스크러버, 흡수기 또는 충전 컬럼 반응기 등의 사용을 통해 달성될 수 있다. 일부 경우에, 접촉 프로토콜은 미국 특허 번호 7,854,791; 6,872,240; 및 6,616,733; 및 미국 특허 출원 공개 US/2012/0237420에 기술된 것들과 같은 종래의 흡수기 또는 흡수기 거품 컬럼을 사용할 수 있으며; 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다. 프로세스는 배치 또는 연속 프로세스일 수 있다.

일부 경우에서, CO₂의 기체성 원천은 미세다공성 멤브레인 접촉기를 사용하여 액체와 접촉된다. 관심 있는 미세다공성 멤브레인 접촉기는 적절한 하우징에 존재하는 미세다공성 멤브레인을 포함하며, 여기서 하우징은 가스 입구 및 액체 입구뿐만 아니라 가스 출구 및 액체 출구를 포함한다. 접촉기는 분자가 미세다공성 멤브레인의 기공을 통해 가스로부터 액체 안으로 용해될 수 있는 방식으로 가스와 액체가 멤브레인의 반대쪽 면과 접촉하도록 구성된다. 멤브레인은 임의의 편리한 형식으로 구성될 수 있으며, 일부 경우에 멤브레인은 중공 섬유 형식으로 구성된다. 이용될 수 있는 중공 섬유 멤브레인 반응기 형식은 미국 특허 번호 7,264,725 및 5,695,545에 기술된 것을 포함하지만 이에 제한되지는 않으며; 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다. 일부 경우에, 이용되는 미세다공성 중공 섬유 멤브레인 접촉기는 Liqui-Cel® 중공 섬유 멤브레인 접촉기(3M Company에서 입수 가능함)이며, 이 멤브레인 접촉기는 폴리프로필렌 멤브레인 접촉기와 폴리올레핀 멤브레인 접촉기를 포함한다.

포집 액체와 CO₂-함유 가스 사이의 접촉은 CO₂-함유 가스에 존재하는 CO₂의 상당 부분이 용액 안으로 들어가, 예를 들어, 중탄산염 이온을 생성하는, 조건에서 발생한다. 상당 부분은 80% 이상을 포함하여 50% 이상과 같은 10% 이상을 의미한다.

CO₂-함유 가스와 접촉하는 포집 액체의 온도는 다양할 수 있다. 일부 경우에는 온도 범위는 -1.4 내지 100℃, 예컨대 20 내지 80℃이고 40 내지 70℃를 포함한다. 일부 경우에 온도는 -1.1 내지 45℃ 이상과 같이 -1.4 내지 50℃ 이상의 범위일 수 있다. 일부 경우에 더 차가운 온도가 이용되며, 그러한 온도는 -1.1 내지 0℃와 같이 -1.4 내지 4℃의 범위일 수 있다. 일부 경우에는 더 따뜻한 온도가 이용된다. 예를 들어, 포집 액체의 온도는 일부 경우에 25℃ 이상, 예컨대 30℃ 이상일 수 있고, 일부 실시형태에서는 25 내지 50℃, 예컨대 30 내지 40℃일 수 있다.

CO₂-함유 가스와 포집 액체는 원하는 CO₂ 충전 액체의 생산에 적합한 압력에서 접촉된다. 일부 경우에, 접촉 조건의 압력은 최적의 CO₂ 흡수를 제공하도록 선택되며, 이러한 압력은 1 내지 50 ATM, 예를 들어 20 내지 30 ATM 또는 1 ATM 내지 10 ATM과 같은 1 내지 100 ATM의 범위일 수 있다. 자연스럽게 1 ATM에 있는 위치에서 접촉이 발생하는 경우 임의의 편리한 프로토콜을 사용하여 압력을 원하는 압력으로 증가시킬 수 있다. 일부 경우에서, 접촉은 최적의 압력이 존재하는 곳, 예를 들어 해양 또는 바다와 같은 수역 아래의 위치에서 발생한다.

접촉은 수성 탄산암모늄을 생성하기에 충분한 방식으로 수행된다. 수성 탄산암모늄은 다양할 수 있으며, 일부 경우에 수성 탄산암모늄은 탄산암모늄 및 중탄산암모늄 중 적어도 하나를 포함하고 일부 경우에는 탄산암모늄 및 중탄산암모늄 둘 모두를 포함한다. 수성 중탄산암모늄은 액체를 함유하는 용존 무기 탄소(DIC)로 볼 수 있다. 이와 같이, 수성 포집 암모니아를 CO₂로 충전할 때, DAC 생성 CO₂ 함유 가스는 CO₂ 포집 액체에서 DIC를 생성하기에 충분한 조건, 즉 DIC 함유 액체를 생성하기에 충분한 조건에서 CO₂ 포집 액체와 접촉될 수 있다. DIC는 용액에서 무기 탄소 종의 농도의 합계이고 다음 방정식으로 표시된다; DIC = [CO₂ ^*] + [HCO₃ ^-] + [CO₃ ^2-], 상기 식에서 [CO₂ ^*]는 용액에서 이산화탄소([CO₂]) 및 탄산([H₂CO₃]) 농도의 합이고, [HCO₃ ^-]는 중탄산염 농도(중탄산암모늄 포함)이고 [CO3₂ ^-]는 탄산염 농도(탄산암모늄 포함)이다. 수성 매체의 DIC는 다양할 수 있고, 일부 경우에는 탄소 15,000ppm 이상을 포함하여 10,000ppm 이상의 탄소와 같은 5,000ppm 이상의 탄소일 수 있다. 일부 경우에, 수성 매체의 DIC는 8,000 내지 12,000ppm 탄소를 포함하는 7,500 내지 15,000ppm 탄소와 같은 5,000 내지 50,000ppm 탄소의 범위일 수 있다. 액체에 용해된 CO₂의 양은 다양할 수 있으며, 일부 경우에는 25 내지 30mM을 포함하여 1 내지 35mM과 같은 0.05 내지 40mM의 범위이다. 생성된 DIC 함유 액체의 pH는 일부 경우에 4 내지 12, 예컨대 6 내지 11 및 7 내지 10, 예를 들어 8 내지 8.5을 포함한 범위로 다양할 수 있다.

원하는 경우, CO₂ 함유 가스는 CO₂의 중탄산염으로의 전환을 매개하는 촉매(즉, 본질적으로 불균일하거나 균질한 흡수 촉매)의 존재에서 포집 액체와 접촉된다. 흡수 촉매로서 흥미로운 것은 8 내지 10 범위의 pH 수준에서 용해된 CO₂로부터 중탄산염 이온의 생성 속도를 증가시키는 촉매이다. 속도 증가의 크기(예를 들어, 촉매가 존재하지 않는 대조군과 비교한 경우)는 다양할 수 있고, 일부 경우에는 적절한 대조군에 비해 2배 이상, 예를 들어 5배 이상, 예를 들어 10배 이상이다. 그러한 실시형태에 적합한 촉매의 예에 관한 추가의 세부사항은 미국 특허 번호 9,707,513에서 발견되며, 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

일부 실시형태에서, 생성된 수성 탄산암모늄은 벌크 액체, 예를 들어 벌크 용액에 액체 응축 상(LCP)의 액적을 포함하는 2 상 액체이다. "액체 응축 상" 또는 "LCP"는 중탄산염 이온을 포함하는 액체 용액의 상을 의미하며, 여기서 중탄산염 이온의 농도는 주변 벌크 액체보다 LCP 상에서 더 높다. LCP 액적은 중탄산염 이온이 벌크 용액의 농도를 초과하는 응축 농도로 결합하고 비-결정질 용액 상태로 존재하는 준-안정성 중탄산염-풍부 액체 전구체 상의 존재를 특징으로 한다. LCP는 인터페이스 외부에 있는 벌크 용액에서 발견된 모든 성분을 함유한다. 그러나 중탄산염 이온의 농도는 벌크 용액에서보다 높다. LCP 액적이 존재하는 이들 상황에서 LCP 및 벌크 용액은 각각 이온-쌍 및 사전-핵생성 클러스터(PNC)를 함유할 수 있다. 존재하는 경우 이온은 용액의 이온-쌍 및 PNC와 비교하여 오랜 시간 동안 각각의 상에 남아있다. LCP 함유 액체에 관한 추가의 세부사항은 미국 특허 번호 9,707,513에서 제공되며, 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

고체 CO ₂ 격리 탄산염의 생산

상기에서 검토한 바와 같이, 수성 포집 암모니아인 CO₂ 함유 가스로부터 CO₂ 격리 탄산염 물질을 생성하기 위해 다단계 및 단일 단계 프로토콜 둘 모두가 이용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 생성물 수성 탄산암모늄은 CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈로 전달되고, 여기서 2가 양이온, 예를 들어 Ca^{2 +} 및/또는 Mg^{2 +}는 수성 탄산암모늄과 조합되어 CO₂ 격리 탄산염을 생성한다. 또 다른 예에서, 수성 포집 암모니아는 2가 양이온의 원천, 예를 들어 Ca^{2 +} 및/또는 Mg^{2 +}를 포함하여, 수성 탄산암모늄이 생성될 때 2가 양이온과 조합하여 CO₂ 격리 탄산염의 생성을 초래한다.

따라서, 일부 실시형태에서, 예를 들어 상술한 바와 같이 수성 탄산암모늄과 같은 수성 탄산염의 생성 후, 수성 탄산염은 고체 CO₂ 격리 탄산염을 생성하기에 충분한 조건에서 양이온 원천과 후속적으로 조합된다. 상이한 원자가의 양이온은 고체 탄산염 조성물(예를 들어, 탄산염 광물의 형태)을 형성할 수 있다. 일부 경우에, 나트륨 및 칼륨 양이온과 같은 1가 양이온이 이용될 수 있다. 다른 예에서, 알칼리 토금속 양이온, 예를 들어 칼슘(Ca^{2 +}) 및 마그네슘(Mg^{2 +}) 양이온과 같은 2가 양이온이 이용될 수 있다. 양이온이 수성 탄산염에 첨가될 때, 2가 양이온이 Ca²⁺를 포함할 때 무정형 탄산칼슘(CaCO₃)과 같은 탄산염 고체의 침전은 양이온 당 하나의 탄산염-종 이온의 화학양론 비로 생성될 수 있다.

그러한 경우에는 임의의 편리한 양이온 원천이 이용될 수 있다. 관심 있는 양이온 원천에는 양이온 함량이 높은 농축된 용액의 스트림을 생성하는, 해수 담수화 플랜트, 염수 담수화 플랜트, 지하수 회수 시설, 폐수 시설, 냉각탑이 있는 시설로부터의 블로우다운 수 등과 같은 수처리 시설로부터의 염수가 포함되나 이에 제한되지 않는다. 또한, 양이온 원천으로서 관심 있는 것은 천연 해수 및 지질 염수와 같은 자연적으로 발생하는 원천이지만 이에 제한되지 않으며, 이는 다양한 양이온 농도를 가질 수 있고 수성 탄산암모늄으로부터 탄산염 고체의 생성을 촉발하기 위해 양이온의 준비된 원천을 제공할 수도 있다. 일부 경우에, 양이온 원천은 공정의 또 다른 단계의 폐기물, 예를 들어 수성 암모늄염으로부터 암모니아를 재생하는 동안 생성된 칼슘염(예를 들어, CaCl₂)일 수 있다.

또 다른 실시형태에서, 수성 포집 암모니아는, 예를 들어 상기 기술된 바와 같은 양이온을 포함한다. 양이온은 임의의 편리한 프로토콜을 사용하여 수성 포집 암모니아에 제공될 수 있다. 일부 경우에, 수성 포집 암모니아에 존재하는 양이온은 수성 암모늄염으로부터 수성 포집 암모니아의 재생에 사용되는 지오매스로부터 유래된다. 추가로 및/또는 대안적으로, 양이온은, 예를 들어 상술한 바와 같이, 수성 포집 암모니아를 양이온 원천과 조합함에 의해 제공될 수 있다.

본 발명의 방법의 실시형태에 의해 생성된 생성물 CO₂ 격리 탄산염 조성물은 크게 달라질 수 있다. 침전된 생성물은 하나 이상의 상이한 탄산염 화합물, 예컨대 2개 이상의 상이한 탄산염 화합물, 예를 들어 3개 이상의 상이한 탄산염 화합물, 5개 이상의 상이한 탄산염 화합물 등을 포함할 수 있으며, 구별되지 않는 무정형 탄산염 화합물을 포함할 수 있다. 본 발명의 침전된 생성물의 탄산염 화합물은 분자 제형 X_m(CO₃)_n을 갖는 화합물일 수 있으며, 상기 식에서 X는 탄산염 기 또는 그 배수와 화학적으로 결합할 수 있는 임의의 원소 또는 원소의 조합이고, 여기서 X는 특정 실시형태에서 알칼리 토금속이고 알칼리 금속이 아니고; 여기서 m 및 n은 화학양론적 양의 정수이다. 이들 탄산염 화합물은 X_m(CO₃)_n·H₂O의 분자식을 가질 수 있으며, 분자식에는 하나 이상의 구조 수가 있다. ASTM D7348에 따른 고체 연소 잔류물의 LOI에 대한 표준 테스트 방법을 사용한 점화 손실(LOI)에 의하거나 전기량 적정으로 기술된 프로토콜을 사용한 전기량측정법에 의해 결정된 바와 같이 생성물 내 탄산염의 양은 40% 이상, 예컨대 80% 이상을 포함한 70% 이상일 수 있다.

침전된 생성물의 탄산염 화합물은 비제한적으로: 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨, 황, 붕소, 실리콘, 스트론튬 및 이들의 조합의 이온 종과 같은 다수의 상이한 양이온을 포함할 수 있다. 중요한 것은 탄산칼슘 및 탄산마그네슘 화합물과 같은 2가 금속 양이온의 탄산염 화합물이다. 관심 있는 특정 탄산염 화합물은: 탄산칼슘 광물, 탄산마그네슘 광물 및 탄산칼슘 마그네슘 광물을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 관심 있는 탄산칼슘 광물은: 방해석(CaCO₃), 아라고나이트(CaCO₃), 바테라이트(CaCO₃), 이카이트(CaCO₃·6H₂O) 및 무정형 탄산칼슘(CaCO₃)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 관심 있는 탄산마그네슘 광물은 마그네사이트(MgCO₃), 바링톤나이트(MgCO₃·2H₂O), 네스케호나이트(MgCO₃·3H₂O), 란포다이트(MgCO₃·5H₂O), 하이드로마그네사이트 및 무정형 탄산마그네슘(MgCO₃)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 관심 있는 탄산칼슘 마그네슘 광물은 돌로마이트(CaMg)(CO₃)₂), 헌타이트(Mg₃Ca(CO₃)₄) 및 세르게이바이트(Ca₂Mg₁₁(CO₃)₁₃·H₂O)를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 생성물의 탄산염 화합물은 하나 이상의 수화 수를 포함할 수 있거나, 무수일 수 있다. 일부 경우에, 침전물 중 탄산마그네슘 화합물의 중량 기준의 양은 침전물 중 탄산칼슘 화합물의 중량 기준의 양을 초과한다. 예를 들어, 침전물 중 탄산마그네슘 화합물의 중량 기준의 양은 침전물 중 탄산칼슘 화합물의 중량 기준의 양을 5% 이상, 예컨대 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상까지 초과할 수 있다. 일부 경우에, 침전물 내 탄산마그네슘 화합물 대 탄산칼슘 화합물의 중량비는 1.5-5 대 1, 예를 들어 2-3 대 1을 포함하여 2-4 대 1의 범위이다. 일부 경우에, 침전된 생성물은 수산화물, 예컨대 2가 금속 이온 수산화물, 예를 들어 칼슘 및/또는 마그네슘 수산화물을 포함할 수 있다.

탄산염 생산 및 그에 따라 생산된 탄산염을 사용하는 방법에 대한 추가의 세부사항은 US-2014-0322803-A1로 공개된 미국 출원 일련 번호 14/204,994; US 2014-0271440 A1로 공개된 14/214,129; US 2016-0082387 A1로 공개된 14/861,996; 뿐만 아니라 미국 특허 번호 9,707,513; 9,714,406 및 9,993,799에 제공되며; 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

일부 경우에, 탄산염 생산은 예를 들어 미국 특허 번호 9,993,799에 기술된 바와 같이 연속 방식으로 발생하며, 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다. 일부 그러한 경우에, 탄산염 생산은 시드 구조의 존재에서 발생할 수 있다. 시드 구조는 액체 안으로 2가 양이온이 도입되기 전에, 예를 들어 물질 생산 구역에서 유동하는 액체가 존재하는 고체 구조 또는 물질을 의미한다. "와 조합하여"는 물질이 시드 구조의 표면 또는 함몰부, 예를 들어, 기공, 틈새 등 중 적어도 하나에서 생성됨을 의미한다. 그러한 경우, 탄산염 물질과 시드 구조의 복합 구조가 생성된다. 일부 경우에, 생성물 탄산염 물질은 시드 구조, 예를 들어 탄산염 코팅된 시드 구조의 표면 전부는 아니지만 일부를 코팅한다. 일부 경우에, 생성물 탄산염 물질은 시드 구조의 함몰부, 예를 들어 기공, 틈새, 균열 등을 채운다.

시드 구조는 원하는 대로 광범위하게 다를 수 있다. 용어 "시드 구조"는 생성물 탄산염 물질이 형성되는 임의의 대상을 기술하는 데 사용된다. 시드 구조는 원하는 대로 단일 대상 또는 입자 조성물에서 다양할 수 있다. 시드 구조가 단일 대상인 경우 규칙적이거나 불규칙할 수 있는 다양한 상이한 형상과 다양한 상이한 차원을 가질 수 있다. 관심 있는 형상은 막대, 메쉬, 블록 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 또한 관심 있는 대상은 복수의 입자로 구성된 입자상 조성물, 예를 들어 그래뉼 조성물이다. 시드 구조가 입자상 조성물인 경우 입자의 치수는 일부 경우에 0.01 내지 1,000,000㎛, 예컨대 0.1 내지 100,000㎛의 범위로 다양할 수 있다.

시드 구조는 편리한 물질 또는 물질들로 구성될 수 있다. 관심 있는 물질에는 상기에서 기술된 바와 같은 탄산염 물질뿐만 아니라 비-탄산염 물질 둘 모두가 포함된다. 시드 구조는 자연적으로 발생하는, 예를 들어 자연적으로 발생하는 모래, 굴 껍질 또는 기타 탄산염 골격 동종화학 물질로부터의 껍질 조각, 자갈 등일 수 있거나, 분쇄된 암석, 고로 슬래그, 비산재, 시멘트 킬른 먼지, 붉은 진흙, 회수 콘크리트, 재생 콘크리트, 철거 콘크리트 등과 같은 인공물일 수 있다. 예를 들어, 시드 구조는 모래와 같은 그래뉼 조성물일 수 있으며, 이는 공정 동안 탄산염 물질, 예를 들어, 상기에서 기술된 바와 같은 백색 탄산염 물질 또는 착색된 탄산염 물질로 코팅된다.

일부 경우에, 시드 구조는 예를 들어 콘크리트용 응집체로 작용하기에는 너무 약한 열대 지역(예를 들어, 플로리다)에서 얻을 수 있는 것과 같은, 부서지기 쉬운 홍적세 산호 암석과 같은 거친 응집체일 수 있다. 이 경우 부서지기 쉬운 산호 암석은 시드로 사용될 수 있으며 고체 CO₂ 격리 탄산염 광물은 내부 기공에 침착되어 거친 응집체를 콘크리트에 사용하기에 적합하게 만들어 AASHTO 96 및 ASTM C131 또는 C535에 따라 로스 앤젤레스 마모 테스트를 통과할 수 있다. 경량 응집체가 필요한 일부 경우에, 외부 표면은 증착 용액에 의해서만 관통될 것이므로, 내부 코어는 비교적 '중공'으로 남아 경량 콘크리트에 사용하기 위한 경량 응집체를 만든다.

CO ₂ 격리 탄산염 생성물에서 물질의 생산

생성물 탄산염 물질은 다양한 최종-용도 물질을 생성하기 위해 추가로 사용, 조작 및/또는 다른 조성물과 조합될 수 있다. 특정 실시형태에서, 생성물 탄산염 조성물은 어떤 방식으로 정련(즉, 가공)된다. 정련에는 다양한 상이한 프로토콜이 포함될 수 있다. 특정 실시형태에서, 생성물은 원하는 물리적 특성, 예를 들어 입자 크기 등을 갖는 생성물을 얻기 위해 기계적 정련, 예를 들어 분쇄를 거친다. 특정 실시형태에서, 생성물은 예를 들어, 콘크리트 또는 모르타르와 같은 최종 생성물을 생산하기 위해, 예를 들어 응집체 등으로, 예를 들어 모래, 자갈과 같이 수경 시멘트와 조합된다.

또한 흥미로운 건축 자재가 형성된다. 본 발명의 형성된 건축 자재는 크게 다양할 수 있다. "형성된"은 물리적 형상, 즉 구성으로 한정된 인공 구조로 형상, 예를 들어, 성형, 주조, 절단 또는 달리 생산된 것을 의미한다. 형성된 건축 자재는 비정질 건축 자재, 예를 들어 정의되고 안정된 형상을 갖지 않는 미립자(예를 들어, 분말) 조성물과 구별되지만 대신 이들이 백 또는 기타 용기와 같이 보관되는 용기에 일치한다. 예시적인 형성된 건축 자재에는: 벽돌; 보드; 도관; 빔; 분지; 기둥; 건식 벽체 등이 포함되지만 이에 제한되지는 않는다. 형성된 건축 자재에 관한 추가 예 및 세부사항은 미국 특허 번호 7,771,684에 기술된 것을 포함하며; 그 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

또한 본 발명의 생성물을 구성성분으로 포함하는 비-시멘트질 제조 품목도 관심이 있다. 본 발명의 비-시멘트질 제조 품목은 크게 상이할 수 있다. 비-시멘트질이란 조성물이 수경 시멘트가 아님을 의미한다. 따라서, 조성물은 물과 같은 경화 유체와 조합될 때 안정한 생성물을 생성하도록 설정된 건조된 조성물이 아니다. 예시적인 조성물은: 종이 제품; 고분자 제품; 윤활유; 아스팔트 제품; 페인트; 화장품, 치약, 탈취제, 비누 및 샴푸와 같은 개인 위생 제품; 액체 및 고체 둘 모두를 포함한 인간 섭취 가능한 제품; 토양 개량 제품 및 동물 사료와 같은 농산물; 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 비-시멘트질 제조 품목의 추가 예 및 세부사항은 미국 특허 번호 7,829,053에 기술된 것을 포함하며; 그 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

응집체

상기에 요약된 바와 같이, 본 발명의 방법 및 시스템은 콘크리트 및 다른 적용에 사용하기 위한, 탄산염 코팅된 시드 구조, 예를 들어 탄산염 코팅된 응집체, 또는 선택적으로 시드 구조 없이, 예를 들어 순수한 탄산염 응집체, 암석 등을 생성하는데 이용될 수 있다. 탄산염 코팅된 응집체는 통상적이거나 경량 응집체일 수 있다.

본 발명의 양태는 CO₂ 격리 응집체 조성물을 포함한다. CO₂ 격리 응집체 조성물은 코어와 코어의 표면의 적어도 일부 상에 CO₂ 격리 탄산염 코팅을 갖는 응집체 입자를 포함한다. CO₂ 격리 탄산염 코팅은 예를 들어 상기에서 기술된 바와 같이 CO₂ 격리 탄산염 물질로 구성된다. 대상 응집체 조성물의 코팅된 입자의 코팅에 존재하는 CO₂ 격리 탄산염 물질은 다양할 수 있다. 일부 경우에, 응집체의 코어의 동위원소 프로파일은 응집체의 탄산염 코팅과 상이하여, 응집체는 제1 동위원소 프로파일을 갖는 탄산염 코팅 및 제1 동위원소 프로파일과 다른 제2 동위원소 프로파일을 갖는 코어를 갖는다.

일부 경우에, 탄산염 물질은 고도로 반사성 미세결정질/비정질 탄산염 물질이다. 본 발명의 코팅에 존재하는 미세결정질/비정질 물질은 고도로 반사성일 수 있다. 물질이 고도로 반사성일 수 있으므로 이를 포함하는 코팅은 높은 총 표면 반사율(TSR) 값을 가질 수 있다. TSR은 현장에서 수평 및 저-경사 표면의 태양 반사를 측정하기 위한 ASTM E1918 표준 테스트 방법과 같은 임의의 편리한 프로토콜을 사용하여 결정될 수 있다(또한 문헌 [R. Levinson, H. Akbari, P. Berdahl, Measuring solar reflectance - Part II: review of practical methods, LBNL 2010] 참조). 일부 경우에, 백 시트는, 예를 들어 상기에서 언급된 프로토콜을 사용하여 측정될 때, Rg;0 = 0.0 내지 Rg;0,= 1.0, 예컨대 Rg;0,= 0.40 내지 Rg;0,= 0.98을 포함하여, Rg;0,= 0.25 내지 Rg;0,= 0.99의 범위인 TSR 값을 나타낸다.

일부 경우에, 탄산염 물질을 포함하는 코팅은 근적외선(NIR) 광의 고도로 반사성이며, 일부 경우에는 50 내지 99%와 같이 10 내지 99%의 범위이다. NIR 광은 700 나노미터(nm)에서 2.5 밀리미터(mm)의 범위인 파장을 갖는 광을 의미한다. NIR 반사율은 휴대용 방사계를 사용한 실온 근처에서 물질의 방출을 결정하기 위한 ASTM C1371 표준 테스트 방법 또는 기준 태양광 스펙트럼 복사에 대한 ASTM G173 표준 표: 37°기울어진 표면상에서 직접 정상 및 반구와 같은 임의의 편리한 프로토콜을 사용하여 결정될 수 있다. 일부 경우에, 코팅은, 예를 들어 상기에서 언급된 프로토콜을 사용하여 측정될 때, Rg;0 = 0.0 내지 Rg;0 = 1.0, 예컨대 Rg;0 = 0.40 내지 Rg;0 = 0.98을 포함하여, Rg;0 = 0.25 내지 Rg;0 = 0.99의 범위인 NIR 반사율 값을 나타낸다.

일부 경우에, 탄산염 코팅은 자외선(UV) 광의 고도로 반사성이며, 일부 경우에는 10 내지 99%, 예컨대 50 내지 99% 범위이다. UV 광은 400nm와 10nm 범위의 파장을 갖는 빛을 의미한다. UV 반사율은 상기에서 언급된 ASTM G173과 같은 임의의 편리한 프로토콜을 사용하여 결정될 수 있다. 일부 경우에, 물질은, 예를 들어 상기에서 언급된 프로토콜을 사용하여 측정될 때, Rg;0 = 0.0 내지 Rg;0 = 1.0, 예컨대 Rg;0 = 0.40 내지 Rg;0 = 0.98을 포함하여, Rg;0 = 0.25 내지 Rg;0 = 0.99의 범위인 UV 값을 나타낸다.

일부 경우에, 코팅은 가시광의 반사성이며, 예를 들어 가시광의 반사율은 일부 경우에는 10 내지 90%와 같은 10 내지 99% 범위로 다양할 수 있다. 가시광은 380nm 내지 740nm의 범위인 파장을 갖는 광을 의미한다. 가시광 반사 특성은 상기에서 언급된 ASTM G173과 같은 임의의 편리한 프로토콜을 사용하여 결정될 수 있다. 일부 경우에, 코팅은, 예를 들어 상기에서 언급된 프로토콜을 사용하여 측정될 때, Rg;0 = 0.0 내지 Rg;0 = 1.0, 예컨대 Rg;0 = 0.40 내지 Rg;0 = 0.98을 포함하여, Rg;0 = 0.25 내지 Rg;0 = 0.99의 범위인 가시광 반사율 값을 나타낸다.

탄산염 성분을 구성하는 물질은 일부 경우에 무정형 또는 미세결정질이다. 물질이 미세결정질인 경우, 예를 들어 X-선 회절 패턴의 FWHM에 적용된 Scherrer 방정식을 사용하여 결정된 결정 크기는 작고 일부 경우에 직경이 1,000 미크론(μm) 이하, 예컨대 직경이 100미크론 이하이고 직경이 10미크론 이하를 포함한다. 일부 경우에, 결정 크기는 직경이 1,000㎛ 내지 0.001㎛, 예를 들어 1 내지 0.001㎛를 포함하여 10 내지 0.001㎛이다. 일부 경우에서 결정 크기는 반사되는 광의 파장(들)을 고려하여 선택된다. 예를 들어, 가시 스펙트럼에서 광이 반사되는 경우, 물질의 결정 크기 범위는 "반사될" 범위의 절반 미만인 것으로 선택되어 포토닉 밴드 갭을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 광의 반사된 파장 범위가 100 내지 1,000nm인 경우, 물질의 결정 크기는 1 내지 50nm, 예를 들어 5 내지 25nm 범위와 같이 50nm 이하인 것으로 선택될 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 방법에 의해 생성된 물질은 막대형 결정 및 무정형 고체를 포함할 수 있다. 막대형 결정은 구조가 다양할 수 있으며, 특정 실시형태에서 10 대 1과 같이 500 대 1의 범위인 길이 대 직경 비율을 가질 수 있다. 특정 실시형태에서, 결정의 길이는 0.5㎛ 내지 500㎛, 예컨대 5㎛ 내지 100㎛의 범위이다. 또 다른 실시형태에서, 실질적으로 완전히 무정형인 고체가 생성된다.

코팅 물질의 밀도, 다공성 및 투과성은 적용에 따라 다양할 수 있다. 밀도와 관련하여 물질의 밀도는 다를 수 있지만, 일부 경우에는 밀도는 5g/㎤ 내지 0.01g/㎤, 예컨대 3g/㎤ 내지 0.3g/㎤의 범위이고 2.7g/㎤ 내지 0.4g/㎤을 포함한다. 다공성과 관련하여, BET 방법에 의해 결정된 기체 표면 흡착에 의해 결정될 때(Brown Emmett Teller(예를 들어, 문헌 [S. Brunauer, P. H. Emmett and E. Teller, J. Am. Chem . Soc ., 1938, 60, 309. doi:10.1021/ja01269a023]에서 기술된 바와 같음) 다공성은 일부 경우에 100㎡/g 내지 0.1㎡/g, 예컨대 60㎡/g 내지 1㎡/g의 범위일 수 있고 40㎡/g 내지 1.5㎡/g을 포함할 수 있다. 투과성과 관련하여, 일부 경우에 물질의 투과성은 0.1 내지 100다시(darcy), 예컨대 1 내지 5다시를 포함하는 1 내지 10다시의 범위일 수 있다(예를 들어, 문헌 [H. Darcy, Les Fontaines Publiques de la Ville de Dijon, Dalmont, Paris(1856)]에 기술된 프로토콜을 사용하여 결정됨)의 범위일 수 있다. 투과성은 또한 물질의 물 흡수를 평가함에 의해 특성화될 수 있다. 물 흡수 프로토콜에 의해 결정된 바와 같이, 예를 들어 물질의 물 흡수는 일부 실시형태에서 0 내지 25%, 예컨대 1 내지 15%의 범위이고 2 내지 9%를 포함한다.

물질의 경도도 또한 다양할 수 있다. 일부 경우에, 물질은 3 이상, 예컨대 6 이상을 포함한 5 이상의 모스 경도를 나타내고 여기서 경도는 일부 경우에 3 내지 8, 예컨대 4 내지 7의 범위이고 5 내지 6 모스를 포함한다(예를 들어, 문헌 [American Federation of Mineralogical Societies. "Mohs Scale of Mineral Hardness"]에 기술된 프로토콜을 사용하여 결정됨). 경도는 또한 예를 들어 ASTM C1167에 기술된 프로토콜을 사용하여 결정된 것과 같이 인장 강도의 관점에서 표현될 수 있다. 일부 그러한 경우에, 물질은 500 내지 1,800 N을 포함하여 400 내지 2,000 N과 같은 100 내지 3,000 N의 압축 강도를 나타낼 수 있다.

일부 실시형태에서, 탄산염 물질은 독성 특성 침출 절차(TCLP), 추출 절차 독성 테스트, 합성 침전 침출 절차, 캘리포니아 폐기 추출 테스트, 가용성 역치 한계 농도, 미국 시험 및 물질 추출 테스트 협회, 및 다중 추출 절차로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 테스트에 의해 환경으로 침출되지 않을 것으로 예측되는 하나 이상의 오염물질을 포함한다. 테스트 및 테스트의 조합은 잠재적인 오염물질 및 조성물의 보관 조건에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 조성물은 As, Cd, Cr, Hg 및 Pb(또는 이들의 생성물)를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 CO₂ 방출기의 폐가스 스트림, 예컨대 석탄-화력 발전소의 연도 가스에서 발견될 수 있다. As, Ba, Cd, Cr, Pb, Hg, Se 및 Ag에 대한 TCLP 테스트 때문에 TCLP는 본 명세서에 기술된 응집체에 대한 적절한 테스트일 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 탄산염 조성물은 As를 포함하며, 여기서 조성물은 As를 환경에 침출시키지 않을 것으로 예측된다. 예를 들어, 조성물의 TCLP 추출물은 5.0mg/L 미만의 As를 제공할 수 있으며 이는 조성물이 As와 관련하여 위험하지 않음을 나타낸다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 탄산염 조성물은 Cd를 포함하며, 여기서 조성물은 Cd를 환경에 침출시키지 않을 것으로 예측된다. 예를 들어, 조성물의 TCLP 추출물은 1.0mg/L 미만의 Cd를 제공할 수 있으며 이는 조성물이 Cd와 관련하여 위험하지 않음을 나타낸다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 탄산염 조성물은 Cr을 포함하며, 여기서 조성물은 Cr을 환경에 침출시키지 않을 것으로 예측된다. 예를 들어, 조성물의 TCLP 추출물은 5.0mg/L 미만의 Cr을 제공할 수 있으며 이는 조성물이 Cr과 관련하여 위험하지 않음을 나타낸다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 탄산염 조성물은 Hg를 포함하고, 여기서 조성물은 Hg를 환경에 침출시키지 않을 것으로 예측된다. 예를 들어, 조성물의 TCLP 추출물은 0.2mg/L 미만의 Hg를 제공할 수 있으며 이는 조성물이 Hg와 관련하여 위험하지 않음을 나타낸다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 탄산염 조성물은 Pb를 포함하며, 여기서 조성물은 Pb를 환경에 침출시키지 않을 것으로 예측된다. 예를 들어, 조성물의 TCLP 추출물은 5.0mg/L 미만의 Pb를 제공할 수 있으며 이는 조성물이 Pb와 관련하여 위험하지 않음을 나타낸다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 동일한 것을 포함하는 탄산염 조성물 및 응집체는 주어진 테스트에서 상이한 오염물의 조합과 관련하여 위험하지 않을 수 있다. 예를 들어, 탄산염 조성물은 주어진 테스트에서 모든 금속 오염물과 관련하여 위험하지 않을 수 있다. 예를 들어, 조성물의 TCLP 추출물은 As에서 5.0mg/L, Ba에서 100.0mg/L, Cd에서 1.0mg/L, Cr에서 5.0mg/mL, Pb에서 5.0mg/L, Hg에서 0.2mg/L, Se에서 1.0mg/L, 및 Ag에서 5.0mg/L 미만일 수 있다. 실제로, 본 발명의 조성물에 대한 TCLP 분석에서 테스트된 모든 금속은 아니지만 대다수는 검출 한계 미만일 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 탄산염 조성물은 주어진 테스트에서 모든(예를 들어, 무기, 유기 등) 오염물과 관련하여 위험하지 않을 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 탄산염 조성물은 독성 특성 침출 절차, 추출 절차 독성 테스트, 합성 침전 침출 절차, 캘리포니아 폐기 추출 테스트, 가용성 역치 한계 농도, 미국 시험 및 물질 추출 테스트 협회, 및 다중 추출 절차로 구성된 그룹으로부터 선택된 임의 조합의 테스트에서 모든 오염물과 관련하여 위험하지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 동일한 것을 포함하는 탄산염 조성물 및 응집체는 환경으로 방출될 경우 오염물로 간주될 수 있는 폐 가스 스트림, 2가 양이온의 산업 폐기물 원천, 양성자-제거제의 산업 폐기물 원천 또는 이들의 조합으로부터 다양한 화학 종(또는 이들의 부산물)과 함께 CO₂₍예를 들어, 탄산염, 중탄산염 또는 이들의 조합)를 효과적으로 격리할 수 있다. 본 발명의 조성물은 환경 오염물(예를 들어, Hg, Ag, As, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Tl, V, Zn, 또는 이들의 조합과 같은 금속 및 금속의 부산물)을 비-침출 형태로 포함한다.

본 발명의 응집체 조성물은 코어 영역과 코어의 표면의 적어도 일부 상에 CO₂ 격리 탄산염 코팅을 갖는 입자를 포함한다. 코팅은 코어 표면의 95% 이상을 포함하여, 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상을 덮을 수 있다. 탄산염 층의 두께는 원하는 대로 다양할 수 있다. 일부 경우에, 두께는 10㎛ 내지 500㎛를 포함하여 1㎛ 내지 1,000㎛와 같이 0.1㎛ 내지 10mm의 범위일 수 있다.

본 명세서에 기재된 응집체 조성물의 코팅된 입자의 코어는 광범위하게 다양할 수 있다. 코어는 임의의 편리한 응집체 물질로 구성될 수 있다. 적합한 응집체 물질의 예는: 천연 광물 응집체 물질, 예를 들어 탄산염 암석, 모래(예를 들어, 천연 규사), 사암, 자갈, 화강암, 섬록암, 반려암, 현무암 등; 및 산업용 부산물 응집체 물질, 예를 들어 고로 슬래그, 비산재, 도시 폐기물 및 재순환 콘크리트 등과 같은 합성 응집체 물질을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 경우에 코어는 상기에서 언급된 이미의의 초극세 물질로 만들어진 펠릿과 같은 탄산염 코팅과 다른 물질을 포함한다.

일부 실시형태에서, 탄산염 응집체를 생산하는 방법은, 그 출원의 개시내용이 본 명세서에 참조로 포함된, 2019년 1월 23일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 62/795,986에 상세히 기술된 방법을 포함하고 탄산염 응집체가 선택적으로 시드 구조 없이 생성되는, 예를 들어 순수한 탄산염 응집체인 방법을 포함한다.

경우에 따라 응집체는 경량 응집체이다. 그러한 경우에, 본 명세서에 기재된 응집체 조성물의 코팅된 입자의 코어는 코팅될 때 원하는 경량 응집체 조성물을 제공하는 한 광범위하게 다양할 수 있다. 코어는 임의의 편리한 물질로 구성될 수 있다. 적합한 응집체 물질의 예는: 통상적인 경량 응집체 물질, 예를 들어 분쇄된 화산암, 예를 들어, 부석, 스코리아 또는 응회암과 같은 자연적으로 발생하는 경량 응집체 물질 및 합성 물질 예컨대 열처리된 점토, 셰일, 슬레이트, 규조토, 펄라이트, 질석, 고로 슬래그, 염기성 산소로 슬래그, 전기 아크로 슬래그 및 비산재; 뿐만 아니라 비통상적인 다공성 물질, 예를 들어 파쇄된 산호, 폴리머 및 저밀도 고분자 물질과 같은 합성 물질, 목재와 같은 재순환 폐기물, 섬유질 물질, 시멘트 킬른 먼지 잔류 물질, 철거/재순환/반환 콘크리트 물질, 재순환 유리, 다양한 화산 광물, 화강암, 실리카 함유 광물, 광산 광미 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.

응집체 조성물의 코팅된 입자의 물리적 특성은 다양할 수 있다. 본 발명의 응집체는 응집체가 이용될 수 있는 용도, 예를 들어 그것이 이용되는 건축 자재에 대해 원하는 특성을 제공하는 한 다양할 수 있는 밀도를 갖는다. 특정 예에서, 응집체 입자의 밀도는 1.1 내지 5g/㎤, 예컨대 1.3g/㎤ 내지 3.15g/㎤의 범위이고 1.8g/㎤ 내지 2.7g/㎤를 포함한다. 예를 들어, 경량 응집체에 대한 본 발명의 실시형태에서 다른 입자 밀도는 1.1 내지 2.2g/㎤, 예를 들어 1.2 내지 2.0g/㎤ 또는 1.4 내지 1.8g/㎤ 범위일 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 발명은 35 lb/ft³ 내지 200 lb/ft³, 또는 50 lb/ft³ 내지 200 lb/ft³, 또는 75 lb/ft³ 내지 175 lb/ft³, 또는 50 lb/ft³ 내지 100 lb/ft³, 또는 75 lb/ft³ 내지 125 lb/ft³, 또는 85 lb/ft³ 내지 115 lb/ft³, 또는 100 lb/ft³ 내지 200 lb/ft³ 또는 125 lb/ft³ 내지 150 lb/ft³ 또는 140 lb/ft³ 내지 160 lb/ft³, 또는 50 lb/ft³ 내지 200 lb/ft³ 또는 35 lb/ft³ 내지 200 lb/ft³의 벌크 밀도(단위 중량)의 범위인 응집체를 제공한다. 본 발명의 일부 실시형태는 경량 응집체, 예를 들어 90 lb/ft³ 내지 115 lb/ft³와 같은 75 lb/ft³ 내지 125 lb/ft³의 벌크 밀도(단위 중량)를 갖는 응집체를 제공한다. 일부 경우에서 경량 응집체는 80 내지 11 kg/㎥와 같이 50 내지 1,200 kg/㎥의 범위인 무게를 갖는다.

본 발명의 응집체 조성물을 구성하는 응집체 입자의 경도는 또한 다양할 수 있으며, 특정 경우에 모스 척도로 표현된 경도는 1.0 내지 9, 예컨대 1 내지 6 또는 1 내지 5를 포함한 1 내지 7의 범위이다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 응집체의 모스 경도는 2-5 또는 2-4의 범위이다. 일부 실시형태에서, 모스 경도는 2-6의 범위이다. 록웰, 비커스 또는 브리넬 척도와 같은 다른 경도 척도를 또한 사용하여 응집체를 특성화할 수도 있고, 모스 척도와 동등한 값을 사용하여 본 발명의 응집체를 특성화할 수 있다. 예를 들어, 250의 비커스 경도 등급은 3의 모스 등급에 해당하고; 예를 들어, 척도 간의 변환은 당업계에 알려져 있다.

응집체의 내마모성은 예를 들어 높은 내마모성의 응집체가 표면이 연마되는 것을 방지하는 데 유용한 도로 표면에서 사용하는 경우에 또한 중요할 수 있다. 내마모성은 경도와 관련이 있지만 동일하지는 않다. 본 발명의 응집체는 천연 석회암의 것에 유사한 내마모성을 갖는 응집체, 또는 천연 석회암보다 우수한 내마모성을 갖는 응집체뿐만 아니라, ASTM C131과 같이, 당업계에서 인정되는 방법에 의해 측정된 바와 같이 천연 석회암보다 낮은 내마모성을 갖는 응집체를 포함한다. 일부 실시형태에서 본 발명의 응집체는 상기에서 언급된 ASTM C131로 측정했을 때, 50% 미만, 또는 40% 미만, 또는 35% 미만, 또는 30% 미만, 또는 25% 미만, 또는 20% 미만, 또는 15%, 또는 10% 미만의 내마모성을 갖는다.

본 발명의 응집체는 또한 특정 범위 내의 다공성을 가질 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 일부 경우에는 고도의 다공성 응집체가 바람직하고, 다른 경우에는 중간 다공성의 응집체가 바람직한 반면, 다른 경우에는 다공성이 낮거나 다공성이 없는 응집체가 바람직하다. 오븐 건조에 이어 60분 동안 완전 침지 후 수분 흡수에 의해 측정될 때, 본 발명의 일부 실시형태의 응집체의 다공성은 건조 중량 %로 표현되어 1 내지 40%, 예컨대 2 내지 10% 또는 심지어 3 내지 9% 포함한 2 내지 20%, 또는 2 내지 15%의 범위 내일 수 있다.

응집체 입자의 치수는 다양할 수 있다. 본 발명의 응집체 조성물은 일부 실시형태에서 미세 또는 거친 것으로 분류될 수 있는 미립자 조성물이다. 본 발명의 실시형태에 따른 미세 응집체는 4호 체(ASTM C125 및 ASTM C33)를 통해 거의 완전히 통과하는 미립자 조성물이다. 본 발명의 실시형태에 따른 미세 응집체 조성물은 10㎛ 내지 4.75mm 범위, 예컨대 50㎛ 내지 3.0mm의 범위이고 75㎛ 내지 2.0mm를 포함하는 평균 입자 크기를 갖는다. 본 발명의 거친 응집체는 4호 체(ASTM C125 및 ASTM C33) 상에 주로 유지되는 조성물이다. 본 발명의 실시형태에 따른 거친 응집체 조성물은 4.75mm 내지 200mm 범위, 예컨대 4.75 내지 150mm in의 범위이고 5 내지 100mm를 포함하는 평균 입자 크기를 갖는 조성물이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "응집체"는 또한 일부 실시형태에서 3인치(in.) 내지 12인치 또는 심지어 3인치 내지 24인치와 같은 더 큰 크기, 또는 12인치 내지 48인치와 같은 더 큰 크기, 또는 48인치보다 더 큰 크기를 포괄할 수 있다.

일부 경우에, 본 명세서에 기술된 응집체는 내부 경화 콘크리트의 응집체로서 용도가 발견되며, 여기서 응집체는 콘크리트의 시멘트질 성분을 완전하고 고르게 수화시키기 위해 시간이 지남에 따라 물의 방출을 허용하다. 이러한 실시형태의 내부 경화 응집체 생성물은 자생 경화를 증가시키고 화학적 수축을 감소시킴에 의해 콘크리트의 성능을 향상시키는 데 사용될 수 있어, 위치된 콘크리트 전반에 걸쳐 느리고 균일한 수분의 방출을 통해 콘크리트 본체의 균열을 감소시킨다. 이들 실시형태의 양태는 콘크리트, 그 다양한 형태 및 유형의 성능을 증가시키기 위해 상기에 기술된 바와 같이 내부 경화 응집체 생성물의 사용을 포함한다. 상기에서 기술된 바와 같이, 내부 경화 응집체 생성물은 DAC 시스템 및 발전소, 정유소 및 시멘트 플랜트와 같은 점원 CO₂ 방출기로부터 부분적으로 또는 전체적으로 격리된 인위개변의 탄소로 구성된다. 이산화탄소 가스에서 나오는 탄소는: US-2014-0322803-A1로 공개된 미국 출원 일련 번호 14/204,994; US 2014-0271440 A1로 공개된 14/214,129; 및 US 2016-0082387 A1로 공개된 14/861,996; 뿐만 아니라 미국 특허 번호 9,707,513; 9,714,406 및 9,993,799에서의 것들과 같은 탄소 포집 및 광물화의 방법에 의해 격리되며; 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다. 포집된 CO₂는 콘크리트용 내부 경화 응집체 생성물의 일부 또는 전부를 구성하는 칼슘 또는 기타 2가 양이온성 탄산염 고체의 형태인 합성 석회석을 생성하다. 본 발명의 양태는 DAC 시스템 또는 화석 연료 또는 기타 형태의 연료의 연소에서 발생하는 CO₂ 및 기타 CO₂ 기준 오염물질 원천을 포함하는 콘크리트, 모르타르, 포장도로 또는 기타 건축 자재에 사용하기 위해 응집체의 전체 또는 부분적으로 구성된 암석의 사용을 포함한다. 일부 실시형태에서, 상술한 바와 같이 탄소 포집 및 광물화의 방법으로부터 제조된 미세 또는 거친 응집체는, 콘크리트의 단위 부피당 내부 경화에 필요한 경량 응집체의 양을 추정하기 위한 지침을 제공하는, 콘크리트의 내부 경화를 위한 경량 응집체에 대한 콘크리트 및 미트 ASTM 표준 사양 C1761에 대한 내부 경화 응집체로 이용된다. 내부 경화 콘크리트 적용에서 응집체의 사용에 관한 추가의 세부사항은 2018년 1월 30일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 62/624,022에 제공되며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

콘크리트 건조 복합재

또한 적절한 셋팅 액체(아래에 기술된 바와 같음)와 조합하여 콘크리트 또는 모르타르로 셋팅되고 경화되는 셋팅 가능한 조성물을 생성하는 콘크리트 건조 복합재가 제공된다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 콘크리트 건조 복합재는 예를 들어 상기 기재된 바와 같은 일정량의 응집체 및 수경 시멘트와 같은 시멘트를 포함한다. 용어 "수경 시멘트"는 물 또는 용매가 물인 용액, 예를 들어 혼합 용액과 조합한 후 셋팅되고 경화되는 조성물을 지칭하기 위해 그것의 통상적인 의미로 사용된다. 본 발명의 콘크리트 건조 복합재와 수성 액체의 조합에 의해 생성된 생성물의 셋팅 및 경화는 물과 반응할 때 시멘트로부터 형성되는 수화물의 생성으로부터 발생하며, 여기서 수화물은 본질적으로 물에 불용성이다.

본 발명의 응집체는 순수한 포틀랜드 시멘트와 결합될 때 통상적인 콘크리트에 사용되는 통상적인 천연 암석 응집체 대신에 사용된다. 특정 실시형태에서 관심 있는 기타 수경 시멘트는 포틀랜드 시멘트 블렌드이다. "포틀랜드 시멘트 블렌드"라는 어구는 포틀랜드 시멘트 성분 및 상당량의 비-포틀랜드 시멘트 성분을 포함하는 수경 시멘트 조성물을 포함한다. 본 발명의 시멘트는 포틀랜드 시멘트 블렌드이므로 시멘트는 포틀랜드 시멘트 성분을 포함한다. 포틀랜드 시멘트 성분은 임의의 편리한 포틀랜드 시멘트일 수 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, 포틀랜드 시멘트는 포틀랜드 시멘트 클링커(90% 초과), 셋팅 시간을 제어하는 제한된 양의 황산칼슘 및 최대 5%의 부성분(다양한 표준에 의해 허용됨)을 분쇄하여 생성된 분말 조성물이다. 반응을 위해 이산화탄소를 제공하는 데 사용되는 배기가스가 SOx를 함유하면, 추가 황산칼슘의 필요성을 상쇄하기 위해 시멘트 또는 응집체로 침전된 물질에서 황산칼슘으로 충분한 황산염이 존재할 수 있다. 유럽 표준 EN197.1에 의해 정의된 바와 같이, "포틀랜드 시멘트 클링커는 적어도 질량의 2/3가 규산 칼슘(3CaO·SiO₂ 및 2CaO·SiO₂)으로 구성되어야 하며 나머지는 알루미늄- 및 철-함유 클링커 상 및 기타 화합물로 구성된 수경 물질이다. CaO 대 SiO₂의 비율은 2.0 이상이어야 한다. 마그네슘 함량(MgO)은 5.0 질량%를 초과하지 않아야 한다". MgO에 대한 우려는 나중에 셋팅 반응에서 수산화마그네슘(Mg(OH)₂), 브루사이트가 형성되어 시멘트의 변형, 약화 및 균열을 유발할 수 있다는 것이다. 탄산마그네슘 함유 시멘트의 경우, MgO와 마찬가지로 브루사이트는 형성되지 않을 것이다. 특정 실시형태에서, 본 발명의 포틀랜드 시멘트 구성성분은 포틀랜드 시멘트의 ASTM C150 표준 사양을 만족하는 임의의 포틀랜드 시멘트이다. ASTM C150은 포틀랜드 시멘트의 8가지 유형인, 유형 I-VIII을 커버하며, 각 유형은 서로 다른 특성을 가지고 특별히 이들 특성에 대해 사용된다.

또한 수경 시멘트로 관심 있는 것은 탄산염 함유 수경 시멘트이다. 이러한 탄산염 함유 수경 시멘트, 그 제조 및 사용 방법은 미국 특허 번호 7,735,274에 기술되어 있으며; 그 출원의 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

특정 실시형태에서, 수경 시멘트는 포틀랜드 시멘트 및 탄산염 함유 수경 시멘트와 같은 둘 이상의 상이한 종류의 수경 시멘트의 블렌드일 수 있다. 특정 실시형태에서, 블렌드 중 제1 시멘트, 예를 들어 포틀랜드 시멘트의 양은 10 내지 90%(w/w), 예컨대 30 내지 70%(w/w)의 범위이고 40 내지 60%(w/w)를 포함하며, 예를 들어 80% OPC와 20% 탄산염 수경 시멘트의 블렌드이다.

일부 경우에, 콘크리트 건식 복합재 조성물뿐만 아니라 그로부터 생성된 콘크리트는 본 발명의 응집체를 포함하지 않는 대조군 조성물의 CARBONSTAR® 등급(CSR)보다 낮은 CSR을 갖는다. CSR은 생성물 자체의 탄소 집약적 생산 방식(즉, 생산 CO₂의 관점)과 비교하여 임의의 생성물에 대한 내재 탄소(CaCO₃ 또는 기타 X_mCO₃ 형태)를 특성화하는 값이다. CSR은 콘크리트의 단위에 내재된 CO₂의 질량 또는 오프셋 양을 기반으로 하는 측정항목이다. 콘크리트의 3가지 구성 요소 - 물, 시멘트 및 응집체 - 중에서, 시멘트는 질량으로 약 1:1로 지금까지 CO₂ 배출에 가장 중요한 기여를 한다(1톤 시멘트가 약 1톤 CO₂를 생성). 따라서, 입방 야드의 콘크리트가 600 lb 시멘트를 사용하는 경우 CSR은 600이다. 600 lb 시멘트를 포함하고 응집체의 적어도 일부가 탄산염 코팅된 응집체인 본 발명의 실시형태에 따른 콘크리트의 입방 야드는, 예를 들어, 상기에서 기술된 바와 같이, 600 미만의 CSR을 가질 것이며, 예를 들어, 여기서 CSR은 550 이하, 예컨대 400 이하를 포함한 500 이하, 예를 들어 250 이하, 예컨대 100 이하일 수 있고, 일부 경우 CSR은 음수 값, 예를 들어 -100 이하, 예컨대 -1,000 이하를 포함한 -500 이하일 수 있고, 일부 경우에는 600 lb 시멘트를 갖는 콘크리트의 입방 야드의 CSR은 -500 내지 -3,000을 포함한 -100 내지 -4,000과 같이 500 내지 -5,000의 범위일 수 있다. 본 발명의 탄산염 코팅 응집체를 포함하는 주어진 콘크리트의 입방 야드의 CSR을 결정하기 위해, 콘크리트 입방 야드의 시멘트 성분의 생산을 위해 생성된 CO₂의 초기 값이 결정된다. 예를 들어 야드에 600 lb의 시멘트가 포함된 경우 초기 값 600이 야드에 지정된다. 다음으로, 야드에서 탄산염 코팅의 양이 결정된다. 탄산염의 분자량은 100 a.u.이고 탄산염의 44%가 CO₂이기 때문에, 야드에 존재하는 탄산염 코팅의 양은 그 다음 44%(0.44)를 곱하고 그 결과 값을 초기 값에서 차감하여 야드에 대한 CSR을 얻는다. 예를 들어, 주어진 콘크리트 혼합물의 야드가 시멘트 600 lb, 물 300 lb, 미세 응집체 1,429 lb 및 거친 응집체 1,739 lb로 구성되어 있는 경우 콘크리트의 야드의 중량은 4,068 lb이고 CSR은 600이다. 만약 이 혼합물에서 총 응집체의 질량의 10%가 탄산염 코팅으로 응집체에 의해 대체된다면, 예를 들어 상기에서 기술된 바와 같이, 콘크리트의 수정된 야드에 존재하는 탄산염의 양은 317 lb이다. 이 값에 44%를 곱하면 139가 된다. 600에서 이 숫자를 빼면 461의 CSR을 제공한다.

셋팅 가능한 조성물

콘크리트 및 모르타르와 같이, 본 발명의 셋팅 가능한 조성물은 수경 시멘트를 일정량의 응집체(모르타르의 경우 미세한 것, 예를 들어 모래; 콘크리트의 경우 미세한 것의 유무에 관계없이 거친 것) 및 수성 액체, 예를 들어 물과 조합함에 의하거나, 동시에 또는 시멘트를 응집체와 서전-조합한 다음 얻어진 건조 성분을 물과 결합함에 의해 생산된다. 본 발명의 시멘트 조성물을 사용하는 콘크리트 혼합물에 대한 거친 응집체 물질의 선택은 약 3/8 인치의 최소 크기를 가질 수 있고 이들 한계 사이의 이행단계를 포함하여 최소 크기에서 최대 1인치 이상까지 크기가 다양할 수 있다. 미세하게 분할된 응집체는 크기가 3/8 인치보다 작고 200-체 크기 정도까지 훨씬 더 미세한 크기로 다시 이행단계로 될 수 있다. 미세 응집체는 본 발명의 모르타르 및 콘크리트 둘 모두에 존재할 수 있다. 시멘트의 건조 성분에서 시멘트 대 응집체의 중량비는 다양할 수 있고, 특정 실시형태에서 1:10 내지 4:10, 예컨대 2:10 내지 5:10의 범위이고 55:100 내지 70:100을 포함한다.

건조 성분이 조합되어 셋팅 가능한 조성물, 예를 들어 콘크리트를 생성하는 액체 상, 예를 들어 수성 유체는, 원하는 대로, 순수한 물에서 하나 이상의 용질, 첨가제, 공-용매 등을 포함하는 물까지 다양할 수 있다. 셋팅 가능한 조성물을 제조할 때 조합되는 건조 성분 대 액체 상의 비율은 다양할 수 있고, 특정 실시형태에서는 2:10 내지 7:10, 예컨대 3:10 내지 6:10의 범위이고 4:10 내지 6:10을 포함한다.

특정 실시형태에서, 시멘트는 하나 이상의 혼화재와 함께 이용될 수 있다. 혼화재는 콘크리트에 첨가되어 기본 콘크리트 혼합물로는 얻을 수 없는 바람직한 특성을 제공하거나 콘크리트의 특성을 수정하여 특정 목적 또는 비용 절감을 위해 더 쉽게 사용하거나 더 적합하게 만드는 조성물이다. 당업계에 공지된 바와 같이, 혼화제는 수경 시멘트, 응집체 및 물을 제외한 임의의 물질 또는 조성으로서, 일부 특성을 향상시키거나 비용을 낮추기 위해 콘크리트 또는 모르타르의 성분으로 사용된다. 이용되는 혼화제의 양은 혼화제의 특성에 따라 다양할 수 있다. 특정 실시형태에서 이들 성분의 양은 0.1 내지 50% w/w, 예컨대 2 내지 10% w/w의 범위이다.

관심 있는 혼화제에는 시멘트질 물질과 같은 미분된 광물 혼화제; 포졸란; 포졸란질 및 시멘트질 물질; 및 명목상 불활성 물질이 포함된다. 포졸란은 알려진 포졸란 중 일부인 규조토, 오팔린 처트, 점토, 혈암, 비산재, 실리카 흄, 화산 응회암 및 화산진을 포함한다. 특정 분쇄된 그래뉼화된 철 및 강철 슬래그와 고칼슘 비산재는 포졸란질 및 시멘트질 특성 둘 모두를 가지고 있다. 명목상 불활성 물질에는 미분 원 석영, 백운석, 석회암, 대리석, 화강암 등이 포함될 수도 있다. 비산재는 ASTM C618에 정의되어 있다.

관심 있는 다른 유형의 혼화제에는 가소제, 촉진제, 지연제, 공기-연행제, 발포제, 감수제, 부식 억제제 및 안료가 포함된다.

따라서, 관심 있는 혼화제는 셋팅 촉진제, 셋팅 지연제, 공기-연행제, 소포제, 알칼리-반응성 감소제, 결합 혼화제, 분산제, 착색 혼화제, 부식 억제제, 방습 혼화제, 가스 형성제, 침투성 감소제, 펌핑 보조제, 수축 보상 혼화제, 살진균 혼화제, 살균 혼화제, 살충 혼화제, 유변학 개질제, 미분 광물 혼화제, 포졸란, 응집체, 습윤제, 강도 향상제, 발수제 및 기타 콘크리트 또는 모르타르 혼화제 또는 첨가제를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 혼화제는 당업계에 잘 알려져 있고, 상기 유형 또는 임의의 다른 원하는 유형의 임의의 적합한 혼화제가 사용될 수 있다; 예를 들어, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 번호 7,735,274를 참조한다.

일부 경우에, 셋팅 가능한 조성물은 예를 들어 미국 특허 번호 9,714,406에 기술된 바와 같이 액체 또는 고체 형태일 수 있는 중탄산염-풍부 생성물(BRP) 혼화제의 일정 양을 사용하여 생성되며; 그 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

특정 실시형태에서, 본 발명의 셋팅 가능한 조성물은, 예를 들어, 섬유-강화 콘크리트를 원하는 경우 섬유와 함께 이용되는 시멘트를 포함한다. 섬유는 지르코니아 함유 물질, 강철, 탄소, 유리 섬유 또는 합성 물질, 예를 들어 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 레이온, 고강도 아라미드(즉, Kevlar®) 또는 이들의 혼합물로 만들어질 수 있다.

셋팅 가능한 조성물의 성분은 임의의 편리한 프로토콜을 사용하여 조합될 수 있다. 각 물질은 작업시에 혼합될 수 있으며, 물질의 일부 또는 전체가 미리 혼합될 수 있다. 대안적으로, 일부 물질은 고-범위 감수 혼화제와 같은 혼화제의 유무에 관계없이 물과 혼합된 후 나머지 물질이 이와 혼합될 수 있다. 혼합 장치로는 임의의 종래의 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어 호바트(Hobart) 믹서, 경사 실린더 믹서, 옴니(Omni) 믹서, 헨첼(Henschel) 믹서, V-유형 믹서 및 나우타(Nauta) 믹서가 이용될 수 있다.

셋팅 가능한 조성물(예를 들어, 콘크리트)을 생산하기 위한 성분의 조합 후에, 셋팅 가능한 조성물은 일부 경우에 초기 유동 가능한 조성물이고, 그 다음 주어진 시간 후에 셋팅된다. 셋팅 시간은 다양할 수 있고, 특정 실시형태에서 30분 내지 24시간과 같은 30분 내지 48시간의 범위이고 1시간 내지 4시간을 포함한다.

셋팅 생성물의 강도도 다양할 수 있다. 특정 실시형태에서, 셋팅 시멘트의 강도는 5 Mpa 내지 70 MPa, 예컨대 10 MPa 내지 50 MPa의 범위일 수 있고 20 MPa 내지 40 MPa를 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 본 발명의 시멘트로부터 제조된 셋팅 생성물은, 예를 들어, ASTM C1157에 기술된 테스트 방법을 사용하여 결정된 바와 같이, 매우 내구성이다.

구조물

본 발명의 양태는 본 발명의 응집체 및 셋팅 가능한 조성물로부터 생성된 구조물을 추가로 포함한다. 이와 같이, 추가 실시형태는 본 발명의 응집체를 함유하는 인공 구조물 및 그 제조 방법을 포함한다. 따라서 일부 실시형태에서 본 발명은 본 명세서에 기재된 바와 같은 하나 이상의 응집체를 포함하는 인공 구조물을 제공한다. 인공 구조물은 건물, 댐, 제방, 도로 또는 응집체 또는 암석을 포함하는 기타 인공 구조물과 같이, 응집체가 사용될 수 있는 임의의 구조물일 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 발명은 본 발명의 응집체를 포함하는 인공 구조물, 예를 들어 건물, 댐 또는 도로를 제공하며, 여기서 일부 경우에 응집체는 예를 들어 상기에 기술된 바와 같이 화석 연료 원천으로부터의 CO₂를 함유할 수 있다. 일부 실시형태에서 본 발명은 본 발명의 응집체를 제공하는 것을 포함하는 구조물을 제조하는 방법을 제공한다.

알베도(Albedo ) 강화 적용

일부 경우에, 고체 탄산염 생성물은 알베도 강화 적용에 사용될 수 있다. 알베도, 즉 반사 계수는 표면의 확산 반사율 또는 반사력을 지칭한다. 그것은 표면에서 반사된 복사 대 이에 의해 입사된 복사의 비율로 정의된다. 알베도는 무 차원 분수이고 비율 또는 백분율로 표현될 수 있다. 알베도는 완벽하게 검은 색 표면의 반사력이 없는 경우 0부터 흰색 표면의 완벽한 반사의 경우 1까지의 척도로 측정된다. 알베도는 방사선의 주파수에 의존하지만, 본 명세서에서 사용되는 알베도는 특정 파장을 참조하지 않고 주어진 것이고 따라서 가시광선의 스펙트럼, 즉 약 380 내지 약 740nm에 걸친 평균를 지칭한다.

이들 실시형태의 방법은 표면의 알베도를 강화하는 방법이기 때문에, 일부 경우에 본 방법은(적절한 대조군, 예를 들어, 본 발명의 방법이 적용되지 않은 동일한 표면의 알베도에 비교할 때) 최대 1.0을 포함하여 0.95를 포함한, .05 이상, 예컨대 0.1 이상, 예를 들어, 0.2 이상, 0.3 이상, 0.4 이상, 0.5 이상, 0.6 이상, 0.7 이상, 0.8 이상, 0.9 이상인 알베도에서 크기의 증가를 초래한다. 이와 같이, 대상 방법의 양태는 표면의 알베도를 0.1 이상, 예컨대 0.2 이상, 예를 들어 0.3 이상, 0.4 이상, 0.5 이상, 0.6 이상, 0.7 이상, 0.8 이상, 0.9 이상, 0.975 이상을 포함한 0.95 이상 및 최대 약 1.0으로 증가시키는 것을 포함한다.

본 방법의 양태는, 예를 들어 상기 기재된 바와 같이, 상기 열거된 양과 같은 원하는 양만큼 표면의 알베도를 강화하는 데 효과적인 양의 고도로 반사성인 미세결정질 또는 비정질 물질 조성물의 양을 관심 있는 표면과 연관시키는 것을 포함한다. 물질 조성물은 임의의 편리한 프로토콜을 사용하여 표적 표면과 연관될 수 있다. 이와 같이, 물질 조성물은 개질되는 표면을 갖는 객체의 물질 안으로 물질을 통합함에 의해 표적 표면과 연관될 수 있다. 예를 들어, 표적 표면이 기와 또는 콘크리트 혼합물과 같은 건축 자재의 표면인 경우, 물질 조성물은 객체의 표적 표면에 존재하도록 물질의 조성물에 포함될 수 있다. 대안적으로, 물질 조성물은, 예를 들어, 표적 표면을 조성물로 코팅함에 의해 표적 표면의 적어도 일부에 위치할 수 있다. 표면이 물질 조성물로 코팅되는 경우, 표면상에 생성된 코팅의 두께는 다양할 수 있고, 일부 경우에는 0.1mm 내지 25mm 범위, 예컨대 2mm 내지 20mm의 범위일 수 있고 5mm 내지 10mm를 포함할 수 있다. 페인트 및 광발전 태양광 패널 같은 기타 코팅에서 고도로 반사성 안료로 사용되는 적용도 또한 관심이 있다.

다양한 표면의 알베도가 강화될 수 있다. 관심 있는 표면에는 인공 및 자연 발생 물체 둘 모두의 적어도 부분적으로 하늘을 향하는 표면이 포함된다. 관심 있는 인공 표면에는: 도로, 보도, 건물 및 그 구성부분, 예를 들어 지붕 및 그 구성부분(지붕널, 루핑 그래뉼 등) 및 사이드, 활주로 및 기타 인공 구조물, 예를 들어 벽, 댐, 기념물, 장식용 물체 등이 포함되지만 이에 제한되지는 않는다. 자연적으로 발생하는 관심 있는 표면에는, 예를 들어 숲이 우거진 지역과 우거지지 않은 지역, 식물이 없는 위치, 물, 예를 들어 호수, 해양 및 바다 표면 등에서 발견되는 것과 같은 플랜트 표면이 포함되지만 이에 제한되지는 않는다.

예를 들어, 착색된 그래뉼의 알베도는 착색된 루핑 그래뉼의 표면상에 탄산염 층을 생성하기 위해 본 명세서에 기재된 방법을 사용하여 쉽게 증가될 수 있다. 착색된 루핑 그래뉼의 표면상에 존재하는 탄산염 물질 층의 두께는 다양할 수 있지만, 일부 경우에 두께는 0.1 내지 200㎛, 예컨대 5 내지 100㎛를 포함한 1 내지 150㎛의 범위이다. 예를 들어, 그 색상을 실질적으로 전혀 감소시키지 않으면서 반사율을 강화하기 위해, 다양한 유형의 착색된 그래뉼이 상술한 바와 같이 코팅될 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같이 탄산염 층으로 코팅될 수 있는 그래뉼의 유형의 예는 루핑 그래뉼을 포함한다.

예를 들어, 그 색상을 실질적으로 전혀 감소시키지 않으면서 반사율을 강화하기 위해 탄산염 층으로 코팅될 수 있는 루핑 그래뉼은 분쇄되고 스크리닝된 광물 물질로 형성된 코어를 포함할 수 있으며, 이것은 후속적으로 적합한 금속 산화물과 같은 하나 이상의 착색 안료가 분산된 결합제를 포함하는 하나 이상의 색상 코팅 층으로 코팅된다. 무기 결합제가 이용될 수 있다. 본 결합제는 후속적으로 열 또는 화학적 반응에 의해, 예컨대 산성 물질과 알칼리 규산염 사이의 반응에 의해 불용화되는 가용성 알칼리 규산염일 수 있어, 광물 입자상에 불용성 착색 코팅을 생성한다. 본 발명의 루핑 그래뉼을 제조하는 과정에 이용되는 베이스 입자는 여러 형태를 취할 수 있다. 베이스 입자는 불활성 코어 입자일 수 있다. 코어 입자는 불활성 광물 입자, 고체 또는 중공 유리 또는 세라믹 구, 또는 발포 유리 또는 세라믹 입자와 같은 화학적으로 불활성인 물질일 수 있다. 적절한 광물 입자는 일련의 채석, 파쇄 및 스크리닝 작업에 의해 생성될 수 있으며, 일반적으로 크기가 모래와 자갈 사이의 중간 크기이다(즉, 약 8번과 약 70번 메쉬 사이). 코어 입자는 약 0.2mm 내지 약 3mm, 예를 들어 약 0.4mm 내지 약 2.4mm의 평균 입자 크기를 갖는다. 특히 활석, 슬래그, 화강암, 규사, 녹석, 안산암, 반암, 대리석, 섬암, 유문암, 휘록암, 그레이스톤, 석영, 슬레이트, 트랩 암석, 현무암 및 해양 조개와 같은 자연적으로 발생하는 물질의 적절한 크기의 입자뿐만 아니라 세라믹 그로그 및 프로판트와 같은 제조된 물질 및 분쇄된 벽돌, 콘크리트, 도자기, 내화 점토 등과 같은 재순환 제조된 물질이 사용될 수 있다. 고체 및 중공 유리 구는, 예를 들어, P.O. Box 840, Valley Forge, Pa. 19482-0840 소재의 Potters Industries Inc.로부터, 예컨대 0.203mm의 평균 크기를 갖는 SPHERIGLASS® 고체 "A" 유리 구 제품 등급 1922, 0.59mm의 평균 크기를 갖는 제품 코드 602578, 600 내지 850 마이크로미터(20번 내지 30번 메쉬)의 크기 범위를 갖는 BALLOTTINI 충격 비드 제품 등급 A, 및 QCEL 중공 구인, 0.090mm의 평균 입자 크기를 가진 제품 코드 300으로 이용 가능하다. 유리 구는 내부 코팅 조성물의 결합제에 대한 더 나은 접착을 위해 원하는 경우 적합한 커플링 제제로 코팅되거나 처리될 수 있다. 그래뉼에서 입자는 결합제 및 안료를 포함하는 코팅 조성물로 코팅될 수 있다. 코팅 결합제는 금속-실리케이트 결합제와 같은 무기 물질, 예를 들어 규산나트륨과 같은 알칼리 금속 실리케이트일 수 있다.

사용될 수 있는 코팅 안료는 PC-9415 황색, PC-9416 황색, PC-9158 가을 금, PC-9189 밝은 황금 황색, V-9186 무철 밤색 갈색, V-780 흑색, V0797 IR 흑색, V-9248 파랑, PC-9250 밝은 파랑, PC-5686 청록색, V-13810 적색, V-12600 위장 녹색, V12560 IR 녹색, V-778 IR 흑색 및 V-799 흑색을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.

본 명세서에 기술된 방법은 또한 파쇄 모래를 생산하기 위해 이용될 수 있다. 파쇄 모래는 오일 및 가스 회수 산업에서 파쇄된 지질 구조에서 다공성 공극 공간을 유지하여, 지질학적 파손 무결성을 유지하는 데 사용된다. 본 명세서에 기술된 방법은 유체 흐름에 있을 때 모래의 부력에 기여할 수 있는 맞춤형 표면 코팅을 가진 코팅된 기재 및 제조된 모래를 생산하는 데 이용될 수 있다. 본 명세서에 기술된 방법은, 유체가 매우 높은 압력하에서 지질학적 파손 부위 안으로 펌핑되고 있는 동안, 파쇄 유체의 흐름에서 평균 이상의 부력을 유지하기 위해 모래의 표면을 효과적으로 설계하기 위해 탄산염 물질(결정성 또는 비정질)의 불규칙한 패턴화 또는 거의 규칙적인 패턴화를 갖는 기재를 생성하는 데 이용될 수 있다. 일부 경우에, 본 방법은 결정성 또는 무정형이지만 반응하지 않은 시멘트질 코팅 화합물을 갖는 생성물을 생산하여 제2 매체와 접촉하면 물질이 팽창성 시멘트로 반응하여 주변 지질 구조로부터 가스 및 유체 흐름을 위한 공극 공간을 제공할 수 있다. 이 팽창성 특성은 친밀한 유체 또는 가스 접촉, 지속적인 유체 접촉 또는 지질 표면에서 제공되는 기타 자기 또는 음파 활성화에 의해 활성화될 수 있다.

알베도 강화 적용뿐만 아니라 이에 의해 생성된 조성물을 포함하는, 상기 기재된 바와 같은 다양한 적용에서 본 명세서에 기재된 탄산염 침전 화합물을 사용하는 방법은 미국 특허 번호 9,993,799 및 PCT 공개된 출원 번호 WO/2014/144/848에 추가로 기재되어 있으며; 그 출원의 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

암모니아 재생

상기에서 요약된 바와 같이, 수성 암모니아 포집 액체 및 CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂ 격리 탄산염의 생산은 수성 암모늄염을 생성한다. 생성된 수성 암모늄염은 암모늄염의 음이온의 성질에 따라 다양할 수 있으며, 수성 암모늄염에 존재할 수 있는 특정 암모늄염은 염화 암모늄, 아세트산 암모늄, 황산 암모늄, 질산 암모늄 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

상기 검토된 바와 같이, 본 발명의 양태는, 예를 들어, 상기 기재된 바와 같이 수성 암모늄염으로부터 수성 포집 암모니아를 재생하는 것을 추가로 포함한다. 수성 포집 암모늄을 재생하는 것은 수성 암모늄염으로부터 일정량의 암모늄을 생성하기에 충분한 방식으로 수성 암모늄염을 처리하는 것을 의미한다. 이 재생 단계 동안 암모니아로 전환되는 유입 암모늄염의 백분율은 일부 경우에 35 내지 55%와 같이 20 내지 80% 범위로 다양할 수 있다.

암모니아는 임의의 편리한 재생 프로토콜을 사용하여 이 재생 단계에서 수성 암모늄염으로부터 재생될 수 있다. 일부 경우에는 증류 프로토콜이 이용된다. 임의의 편리한 증류 프로토콜이 이용될 수 있지만, 일부 실시형태에서 이용된 증류 프로토콜은 알칼리성 원천, 예를 들어 지오매스의 존재에서 수성 암모늄염을 가열하여 기체성 암모니아/물 생성물을 생성하는 것을 포함하며, 이는 그 다음 응축되어 액체 수성 포집 암모니아를 생성할 수 있다. 일부 경우에, 프로토콜은 알칼리성 원천의 존재에서 수성 암모늄염을 가열하는 단계가 액체 수성 포집 암모니아의 증류 및 응축 전에 발생하는 단계적 공정에서 연속적으로 발생한다.

알칼리성 원천은 수성 암모늄염에서 암모늄을 암모니아로 전환하기에 충분하다면 다양할 수 있다. 임의의 편리한 알칼리성 원천이 이용될 수 있다.

이 재생 단계에서 이용될 수 있는 알칼리성 원천에는 화학적 제제가 포함된다. 알칼리성 원천으로 이용될 수 있는 화학적 제제는 수산화물, 유기 염기, 슈퍼 염기, 산화물 및 탄산염을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 수산화물은, 예를 들어 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 또는 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 포함하여, 용액에 수산화 음이온을 제공하는 화학 종을 포함한다. 유기 염기는 일반적으로 1차 아민 예컨대 메틸 아민, 2차 아민 예컨대 디이소프로필아민, 3차 예컨대 디이소프로필에틸아민, 방향족 아민 예컨대 아닐린, 헤테로 방향족 예컨대 피리딘, 이미다졸 및 벤즈이미다졸 및 이의 다양한 형태를 포함하는 질소성 염기인 탄소-함유 분자이다. 양성자-제거제로 사용하기에 적합한 슈퍼 염기는 나트륨 에톡사이드, 나트륨 아미드(NaNH₂), 나트륨 하이드라이드(NaH), 부틸 리튬, 리튬 디이소프로필아미드, 리튬 디에틸아미드 및 리튬 비스(트리메틸실릴)아미드를 포함한다. 예를 들어, 산화 칼슘(CaO), 산화 마그네슘(MgO), 산화 스트론튬(SrO), 산화 베릴륨(BeO) 및 산화 바륨(BaO)을 포함하는 산화물도 사용될 수있는 적합한 양성자-제거제이다.

알칼리성 원천으로서 관심 있는 것은 실리카 원천이다. 실리카의 원천은 실리카의 원천이 원하는 알칼리성을 부여하기에 충분하다면 순수한 실리카 또는 다른 화합물, 예를 들어 광물과 조합된 실리카를 포함하는 조성물일 수 있다. 일부 경우에, 실리카의 원천은 자연적으로 발생하는 실리카의 원천이다. 자연적으로 발생하는 실리카 원천에는 모래 또는 더 큰 암석 형태일 수 있는 실리카 함유 암석이 포함된다. 원천이 더 큰 암석인 경우, 일부 경우에 그 크기를 줄이고 표면적을 늘리기 위해 암석은 부서졌다. 관심 있는 대상은 0.01mm 내지 1 미터, 예컨대 1mm 내지 100cm, 예를 들어 1mm 내지 50cm를 포함하는 0.1mm 내지 500cm의 범위인 가장 긴 치수를 갖는 성분으로 구성된 실리카 원천이다. 실리카 원천은 원할 경우 표면 처리되어 원천의 표면적을 증가시킬 수 있다. 다양한 상이한 자연적으로 발생하는 실리카 원천이 이용될 수 있다. 자연적으로 발생하는 실리카 원천은 화성암을 포함하나 이에 제한되지는 않으며, 암석은: 코마티아이트, 피크라이트 현무암, 킴벌라이트, 램프로아이트, 감람암 같은 울트라마픽 암석; 현무암, 휘록암(조립현무암) 및 반려암과 같은 마픽 암석; 안산암 및 섬록암과 같은 중간 암석; 대사이트 및 화강섬록암과 같은 중간 펠식 암; 및 유문암, 아플라이트-페그마타이트 및 화강암과 같은 펠식 암석을 포함한다. 또한 관심 있는 것은 인공 실리카 원천이다. 인공 실리카 원천에는: 광산 폐기물; 화석 연료 연소 재; 슬래그, 예를 들어, 철 및 강철 슬래그, 인 슬래그; 시멘트 킬른 폐기물; 정유/석유화학 정유 폐기물, 예를 들어, 유전 및 메탄층 브라인; 석탄층 폐기물, 예를 들어, 가스 생산 브라인 및 탄층 브라인; 종이 가공 폐기물; 물 연화, 예를 들어, 이온 교환 폐 브라인; 실리콘 가공 폐기물; 농업 폐기물; 금속 마감 폐기물; 높은 pH 섬유 폐기물; 및 부식성 슬러지와 같은 폐 스트림이 포함되나 이에 제한되지 않는다. 광업 폐기물에는 지구에서 금속이나 다른 귀중하거나 유용한 광물의 추출로부터의 모든 폐기물이 포함된다. 관심 있는 폐기물에는: 바이엘 알루미늄 추출 공정에서의 적니; 예를 들어, 캘리포니아주 모스 랜딩(Moss Landing)에서 해수를 위한 마그네슘 추출로부터의 폐기물; 침출과 관련된 다른 채광 공정으로부터의 폐기물을 포함한, pH를 높이기 위해 사용되는 광산 폐기물이 포함된다. 석탄 화력 발전소와 같은 화석 연료를 태우는 과정에서 나오는 재는 종종 실리카가 풍부한 재를 생성하다. 일부 실시형태에서, 비산재, 예를 들어, 굴뚝에서 나오는 재 및 바닥재를 포함한, 예를 들어 석탄 화력 발전소인, 화석 연료를 태워서 생성되는 재가 실리카 원천으로 제공된다. 실리카 원천 및 그 사용에 관한 추가의 세부사항은 미국 특허 번호 9,714,406에 설명되어 있으며; 그 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 발명의 실시형태에서, 재는 알칼리성 원천으로 이용된다. 특정 실시 형태에서 관심 있는 것은 재로서 석탄 재를 사용하는 것이다. 본 발명에서 이용되는 바와 같은 석탄 재는 분쇄된 무연탄, 갈탄, 역청 또는 아역청탄을 연소하는 것으로부터 발전소 보일러 또는 석탄 연소로, 예를 들어 체인 화격자 보일러, 사이클론 보일러 및 유동층 보일러에서 생성되는 잔류물을 지칭한다. 이러한 석탄 재는 배기 또는 연도 가스에 의해 노에서 운반되는 미세하게 분할된 석탄 재인 비산재; 및 응집체로서 노의 바닥에 모이는 바닥 재를 포함한다.

비산재는 일반적으로 매우 이질적이고 석영, 멀라이트 및 다양한 산화철과 같은 다양한 확인 가능한 결정상을 가진 유리 입자의 혼합물을 포함한다. 관심 있는 비산재는 유형 F 및 유형 C 비산재를 포함한다. 상기에서 언급된 유형 F 및 유형 C 비산재는 상기에서 언급된 바와 같이 CSA 표준 A23.5 및 ASTM C618에 의해 정의된다. 이들 등급 간의 가장 큰 차이점은 재에서 칼슘, 실리카, 알루미나 및 철 함량의 양이다. 비산재의 화학적 특성은 연소된 석탄의 화학적 함량(즉, 무연탄, 역청 및 갈탄)의 영향을 크게 받는다. 관심 있는 비산재는 상당한 양의 실리카(이산화규소, SiO₂)(비정질 및 결정질 둘 모두)와 석회(산화칼슘, CaO, 산화마그네슘, MgO)를 포함한다.

더 단단하고 오래된 무연탄과 역청탄을 태우면 전형적으로 클래스 F 비산재가 생성된다. 클래스 F 비산재는 본질적으로 포졸란이고 10% 미만의 석회(CaO)를 함유한다. 젊은 갈탄이나 아역청탄을 태워서 생성되는 비산재는 포졸란 특성을 갖는 것 외에도 몇 가지 자체-접착 특성을 가지고 있다. 물의 존재에서, 클래스 C 비산재는 시간이 지남에 따라 단단해지고 강도를 얻을 것이다. 클래스 C 비산재는 일반적으로 20% 초과의 석회(CaO)를 함유한다. 알칼리 및 황산염(SO₄ ^2-) 함량은 일반적으로 클래스 C 비산재에서 더 높다. 일부 실시형태에서, 예를 들어, 상기에서 언급된 바와 같이, 특성에서 클래스 F 비산재에 더 가까운 비산재를 생성하기 위해 클래스 C 비산재에 존재하는 성분의 양을 추출할 목적으로, 예를 들어, 20% CaO를 갖는 클래스 C 비산재에서 CaO의 95%를 추출하여 1% CaO를 갖는 개선된 비산재 물질을 생성할 목적으로, 클래스 C 급 비산재를 사용하여 수성 암모늄염으로부터 암모니아를 재생하는 것이 흥미롭다.

비산재 물질은 배기가스에 부유된 상태에서 고형화되고 다양한 접근방식, 예를 들어, 정전기 집진기 또는 필터 백을 사용하여 수집된다. 입자가 배기가스에 부유하면서 고형화되기 때문에, 비산재 입자는 일반적으로 형상이 구형이고 크기는 0.5㎛ 내지 100㎛이다. 관심 있는 비산재는 중량 기준으로 적어도 약 80%가 45 미크론 미만의 입자를 포함하는 것을 포함한다. 또한 본 발명의 특정 실시형태에서 관심 있는 것은 고 알칼리성 유동층 연소기(FBC) 비산재의 사용이다.

또한 본 발명의 실시형태에서 관심 있는 것은 바닥 재의 사용이다. 바닥 재는 석탄의 연소로부터 석탄 연소 보일러에서 응집체로 형성된다. 그러한 연소 보일러는 습식 바닥 보일러 또는 건식 바닥 보일러일 수 있다. 습식 또는 건식 바닥 보일러에서 생산되는 경우 바닥 재는 물에서 급냉된다. 급냉은 90%가 0.1mm 내지 20mm의 입자 크기 범위 내에 속하는 크기를 갖는 응집체를 생성하며, 여기서 바닥 재 응집체는 이 범위 내에서 응집체 크기의 넓은 분포를 갖는다. 바닥 재의 주요 화학 성분은 보다 낮은 양의 Fe, Ca, Mg, Mn, Na 및 K의 산화물뿐만 아니라 황 및 탄소를 갖는 실리카와 알루미나이다.

또한 특정 실시형태에서 관심 있는 것은 재로 화산 재의 사용이다. 화산 재는 작은 테프라, 즉 직경 2mm 미만의 화산 폭발에 의해 생성된 분쇄된 암석과 유리의 조각으로 구성된다.

본 발명의 일 실시형태에서, 시멘트 킬른 더스트(CKD)는 알칼리성 원천으로 이용된다. 재 및/또는 CKD가 생성된 연료의 특성과 상기 연료의 연소의 수단은 얻어진 재 및/또는 CKD의 화학적 조성에 영향을 미칠 것이다. 따라서 재 및/또는 CKD는 pH를 조절하기 위한 수단의 일부 또는 유일한 수단으로 사용될 수 있고, 재 및/또는 CKD의 화학적 조성에 기초하여 특정 재 및/또는 CKD와 함께 다양한 기타 성분이 이용될 수 있다.

본 발명의 특정 실시형태에서, 슬래그는 알칼리성 원천으로 이용된다. 슬래그는 유일한 pH 조절제로서 또는 하나 이상의 추가 pH 조절제, 예를 들어 재 등과 함께 사용될 수 있다. 슬래그는 금속의 가공에서 생성되고 철뿐만 아니라 산화 칼슘 및 마그네슘, 실리콘 및 알루미늄 화합물을 함유할 수 있다. 특정 실시형태에서, pH 조절 물질로서 슬래그의 사용은 침전된 생성물에 반응성 실리콘 및 알루미나의 도입을 통해 추가적인 이점을 제공한다. 관심 있는 슬래그는 철 제련에서 발생하는 고로 슬래그, 철 및/또는 강철의 전기-아크 또는 고로 가공에서 발생하는 슬래그, 구리 슬래그, 니켈 슬래그 및 인 슬래그를 포함하나 이에 제한되지 않는다.

상기에서 지적된 바와 같이, 재(또는 특정 실시형태에서 슬래그)는 특정 실시형태에서 물의 pH를 원하는 수준으로 조절하는 유일한 방법으로 이용된다. 또 다른 실시형태에서, 재의 사용과 조합하여 하나 이상의 추가 pH 조절 프로토콜이 이용된다.

또한 특정 실시형태에서 관심 있는 것은 알칼리성 원천으로서 다른 폐기물, 예를 들어 분쇄되거나 철거되거나 재순환되거나 회수된 콘크리트 또는 모르타르의 사용이다. 이용될 때, 콘크리트는 방출되는 모래와 응집체를 용해시켜 원하는 경우 공정의 탄산염 생산 부분으로 재순환될 수 있다. 철거 및/또는 재순환된 콘크리트 또는 모르타르의 사용은 아래에 자세히 기술되어 있다.

특정 실시형태에서 관심 있는 것은 무기 알칼리성 원천이다. 그러한 경우에 수성 암모늄염과 접촉하는 광물 알칼리성 원천은 다양할 수 있으며, 관심 있는 광물 알칼리성 원천에는, 예를 들어, 상기에 기술된 바와 같이, 규산염, 탄산염, 비산재, 슬래그, 석회, 시멘트 킬른 먼지 등이 포함되지만 이에 제한되지는 않는다. 일부 경우에, 광물 알칼리성 원천은 예를 들어 상술한 바와 같이 암석을 포함한다.

실시형태에서, 알칼리성 원천은, 예를 들어 아래에서 더 자세히 기술되는 바와 같이, 지오매스이다.

이들 실시형태에서 수성 암모늄염이 가열되는 온도는 다양할 수 있지만, 일부 경우에 온도는 25 내지 185℃와 같이 25 내지 200℃의 범위이다. 원하는 온도를 제공하기 위해 이용되는 열은 증기, 폐열 원 예컨대 연도 가스 폐열 등을 포함하는 임의의 편리한 원천으로부터 얻을 수 있다.

증류는 임의의 압력에서 수행될 수 있다. 증류가 대기압에서 수행되는 경우, 증류가 수행되는 온도는 일부 경우에 50 내지 120℃, 예컨대 60 내지 100℃, 예를 들어, 70 내지 90℃의 범위에서 다양할 수 있다. 일부 경우에서, 증류는 대기압 이하에서 수행된다. 이러한 실시형태에서 압력이 다양할 수 있지만, 일부 경우에 대기압 이하의 압력은 2 내지 6 psig와 같은 1 내지 14 psig의 범위이다. 증류가 대기압 이하에서 수행되는 경우, 증류는 대기압에서 수행되는 실시형태에 비해 감소된 온도에서 수행될 수 있다. 온도는 원하는 대로 그러한 경우에 다양할 수 있지만, 대기압 이하의 압력이 이용되는 일부 실시형태에서 온도는 25 내지 50℃와 같은 15 내지 60℃의 범위이다. 대기압 이하의 실시형태에서 관심 있는 것은 증류 동안 이용되는 열의 전부는 아니더라도 일부에 대해 폐열을 사용하는 것이다. 그러한 경우에 이용될 수 있는 폐열 원에는: CO₂ 포집 및 얻어진 탄산암모늄 생산에 의해 생성된 연도 가스, 공정 증기 응축물, 흡수 열; 및 냉각 액체(예컨대, 예를 들어 상술한 바와 같이, 발전소, 공장 등과 같은 CO₂ 함유 가스의 공동-위치된 원천으로부터의 것), 및 이들의 조합이 포함되지만 이에 제한되지는 않는다.

수성 포집 암모니아 재생은 또한 암모니아를 재생하기 위해 수성 암모늄염 안으로 직류 전류가 도입되는 전기분해 매개 프로토콜을 사용하여 달성될 수 있다. 임의의 편리한 전기분해 프로토콜이 이용될 수 있다. 수성 암모늄염으로부터 암모니아의 재생을 위해 적용될 수 있는 전기분해 프로토콜의 예는 미국 특허 번호 7,727,374 및 8,227,127뿐만 아니라 공개된 PCT 출원 공개 번호 WO/2008/018928에 기술된 전기분해 시스템으로부터의 하나 이상의 요소를 이용할 수 있으며; 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

일부 경우에, 수성 포집 암모니아는 에너지의 입력 없이, 예를 들어 상기 기재된 바와 같은 열 및/또는 전류의 형태로 수성 암모늄염으로부터 재생된다. 그러한 경우, 수성 암모늄염은 재생된 수성 포집 암모니아를 생성하기에 충분한 방식으로, 예를 들어 상술한 바와 같이, 지오매스 원천과 같은 알칼리 원천과 조합된다. 얻어진 수성 포집 암모니아는 그 다음, 예를 들어 스트리핑 프로토콜 등을 통해서와 같이, 에너지의 입력에 의해 정제되지 않는다.

얻어진 재생 수성 포집 암모니아는, 예를 들어 이용되는 특정 재생 프로토콜에 따라 다양할 수 있다. 일부 경우에, 재생된 수성 포집 암모니아는 리터당 0.1 내지 25 몰(M), 예컨대 12.0 내지 16.0 M을 포함하는 4 내지 20 M의 범위뿐만 아니라 상기 제공된 수성 포집 암모니아에 대해 제공된 범위인 농도로 암모니아(NH₃)를 포함한다. 수성 포집 암모니아의 pH는 일부 경우에 10.0 내지 12.5와 같이 10.0 내지 13.0의 범위로 다양할 수 있다. 예를 들어, 상기 기재된 바와 같이, 예를 들어 에너지의 입력을 포함하지 않는 지오매스 매개 프로토콜에서 수성 포집 암모니아가 재생되는 일부 경우에, 재생된 수성 포집 암모니아는 양이온, 예를 들어 Ca^{2 +}와 같은 2가 양이온을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 재생된 수성 포집 암모니아는 일정량의 암모늄염을 더 포함할 수 있다. 일부 경우에, 암모니아(NH₃)는 리터당 0.05 내지 4 몰(M), 예컨대 0.1 내지 2 M를 포함하여 0.05 내지 1 M 범위인 농도로 존재한다. 수성 포집 암모니아의 pH는 다양할 수 있어, 일부 경우에 8.0 내지 10.0과 같이 8.0 내지 11.0의 범위이다. 수성 포집 암모니아는 이온, 예를 들어 1가 양이온, 예컨대 0.5 내지 3 M을 포함하는 0.1 내지 2 M과 같은 리터 당 0.1 내지 5 몰(M)의 범위인 농도로 암모늄(NH⁴⁺), 2가 양이온, 예컨대 리터당 0.05 내지 2 몰(M), 예컨대 0.2 내지 1 M을 포함한 0.1 내지 1 M의 범위인 농도로 칼슘(Ca²⁺), 2가 양이온, 예컨대 리터당 0.005 내지 1 몰(M), 예컨대 0.01 내지 0.5 M을 포함한 0.005 내지 0.1 M의 범위인 농도로 마그네슘(Mg^{2 +}), 2가 음이온, 예컨대 리터당 0.005 내지 1 몰(M), 예컨대 0.01 내지 0.5 M을 포함한 0.005 내지 0.1 M의 범위인 농도로 황산염(SO₄ ^2-)을 추가로 포함할 수 있다.

본 방법의 양태는, 예를 들어, 상기 기술된 바와 같이 CO₂ 격리 탄산염을 생성하기에 충분한 조건에서, 예를 들어 상기 기술된 바와 같이, 재생된 수성 포집 암모니아를 CO₂의 기체성 원천과 접촉시키는 것을 추가로 포함한다. 환언하면, 본 방법은 재생된 암모니아를 공정으로 재순환하는 것을 포함한다. 그러한 예에서, 재생된 수성 포집 암모니아는 유일한 포집 액체로, 또는 CO₂ 포집 액체로 사용하기에 적합한 수성 포집 암모니아를 생성하기 위해 다른 액체, 예를 들어 보충 수와 조합하여 사용될 수 있다. 재생된 수성 암모니아가 추가 물과 조합되는 경우, 임의의 편리한 물이 이용될 수 있다. 수성 포집 암모니아가 생성될 수 있는 관심 있는 물은 담수, 해수, 염수, 생성된 물 및 폐수를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

재순환

일부 경우에, 본 방법은 하나 이상의 반응 성분을 공정의 한 단계에서 다른 단계로 재순환시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기에서 기술된 바와 같이 재생된 수성 암모니아는 CO₂ 포집 단계로 재순환될 수 있다. 암모니아 재생 중에 생성된 양이온 염 및/또는 응집체는 탄산염 생산 단계로 재순환될 수 있다. 예를 들어, CO₂ 포집과 같은, 일 단계에서 생성된 폐열은, 예를 들어 상기 기술된 바와 같이 암모니아 재생과 같은, 다른 단계에서 이용될 수 있다. 상기는 재순환이 발생하는 실시형태의 비-제한적인 예이다.

순수 CO ₂ 가스의 생산

방법의 하나 이상의 단계는 순수한 CO₂ 가스의 생성을 초래할 수 있다. 예를 들어, 수성 탄산암모늄으로부터 고체 탄산염의 생산 동안, 중탄산암모늄 2 몰당 최대 1 몰의 CO₂가 생산될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 암모니아 재생 단계는 폐기 CO₂의 생성을 초래할 수 있다. 예를 들어, 암모니아 재생 단계 동안, 폐기 CO₂는 가열 도중에 손실된 비산 CO₂에서 발생하거나 실체화된 탄산염 광물을 함유하는 알칼리성 원천으로부터 유래할 수 있다. 그러한 경우 CO₂가 생성될 수 있지만 전체 공정은 탄산염 화합물에서 순량의 CO₂를 격리한다. 생성된 모든 CO₂는 실질적으로 순수한 CO₂ 생성 가스일 수 있으며, 아래에서 자세히 기술하는 바와 같이 지하 지질학적 위치 안으로 주입에 의해 격리될 수 있다. 따라서, 본 과정은 효과적인 CO₂ 격리 과정이다. "실질적으로 순수한"이라는 어구는 생성물 가스가 순수한 CO₂이거나 제한된 양의 다른 비-CO₂ 성분을 갖는 CO₂ 함유 가스임을 의미한다.

이러한 실시형태에서 CO₂ 생성 가스의 생성 후, 본 발명의 양태는 CO₂를 격리하기 위해 생성 CO₂ 가스를 지하 지질학적 위치 안으로 주입하는 것을 포함할 수 있다. 주입이란 CO₂ 생성 가스를 지하 지질학적 위치 안으로 도입하거나 배치하는 것을 의미한다. 지하 지질학적 위치는 다양할 수 있고, 지하 위치와 심해 위치 둘 모두를 포함한다. 관심 있는 지하 위치에는 화석 연료 저장소, 예를 들어 유전, 가스전 및 채광 불가능한 탄층; 함염물 형성 및 함염물로 채워진 현무암 형성과 같은 함염물 저장소; 깊은 대수층; 부분적으로 또는 완전히 고갈된 석유 또는 가스 지층, 소금 동굴, 유황 동굴 및 유황 돔과 같은 다공성 지질학적 지층; 등과 같은 다양한 지하 지질학적 지층이 포함된다.

일부 경우에서 CO₂ 생성 가스는 지하 지질학적 위치 안으로 주입하기 전에 가압될 수 있다. 그러한 가압을 달성하기 위해 기체성 CO₂는 원하는 경우 추가 물의 냉각 및 응축 후에 하나 이상의 단계에서 압축될 수 있다. 적당하게 가압된 CO₂는 그 다음 원하는 경우 분자체의 사용과 같은 통상적인 방법에 의해 추가로 건조되고 CO₂가 냉각되고 액화되는 CO₂ 응축기로 통과될 수 있다. 그런 다음 CO₂를 지질학적 지층 내 깊이 또는 CO₂ 주입이 필요한 해양 깊이로 CO₂를 전달하는 데 필요한 압력까지 최소한의 힘으로 효율적으로 펌핑할 수 있다. 대안으로, CO₂는 일련의 단계를 통해 압축되고 지질학적 지층이나 심해 안으로 주입하는 데 필요한 압력 일치에서 초 임계 유체로 배출될 수 있다. 원하는 경우, CO₂는 예를 들어 파이프라인, 철도, 트럭 또는 기타 적절한 프로토콜을 통해 생산 현장에서 지하 지질학적 지층으로 운송될 수 있다.

일부 경우에서 CO₂ 생성 가스는 강화 오일 회수(EOR) 프로토콜에 이용된다. 강화 오일 회수(약칭 EOR)는 유전에서 추출될 수 있는 원유의 양을 증가시키는 기술의 일반적인 용어이다. 강화 오일 회수는 또한 개선된 오일 회수 또는 3차 회수로 지칭된다. EOR 프로토콜에서 CO₂ 생성 가스는 지하 오일 매장지 또는 저장조 안으로 주입된다.

일부 실시형태에서, CO₂ 생성 가스는 예를 들어 상술한 바와 같이 수성 포집 암모니아와의 접촉에 의해 회수되어, 예를 들어 상술한 바와 같이 고체 CO₂ 격리 탄산염을 생성한다. 예를 들어, 방법의 일 단계로부터 CO₂ 생성 가스는 방법의 별도 단계로부터의 비산 수성 포집 암모니아 증기와 조합되어 방법의 다른 단계에서, 예를 들어, 상술한 바와 같이, 고체 CO₂ 격리 탄산염을 생성하는 데 사용되는 수성 탄산암모늄을 생성할 수 있다.

CO₂ 가스 생산 및 이의 격리는 US 2016-008₂387 A1로 공개되고 현재 미국 특허 번호 10,197,747로 발행된 미국 출원 번호 14/861,996에 추가로 설명되어 있으며, 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

알칼리 농후화

일부 경우에, 본 방법은 수성 탄산암모늄을 알칼리 농후화 프로토콜, 예를 들어 제1 및 제2 액체를 멤브레인의 반대 면에 접촉시키는 것을 포함하는 것과 같은 멤브레인 매개 프로토콜에 적용하는 단계를 추가로 포함한다. 그러한 경우에 멤브레인은 양이온성 멤브레인 또는 음이온성 멤브레인일 수 있다. 멤브레인 매개 알칼리 농후화 프로토콜과 같은 알칼리 농후화 프로토콜에 관한 추가 세부사항은 미국 특허 번호 9,707,513에 기술되어 있으며; 그 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다. 일부 그러한 경우에, 본 방법은 조합된 포집 및 알칼리 농후화 반응기에서 수성 포집 암모니아를 CO₂의 기체성 원천과 접촉시키는 것을 포함하며, 여기서 상기 반응기는: 코어 중공 섬유 멤브레인 성분, 예를 들어, 다수의 중공 섬유 멤브레인을 포함하는 것; 코어 중공 섬유 멤브레인 성분을 둘러싸고 코어 중공 섬유 멤브레인 성분이 존재하는 제1 액체 유동 경로를 한정하는 알칼리 농후화 멤브레인 성분; 및 알칼리 농후화 멤브레인 성분 및 코어 중공 섬유 멤브레인 성분을 함유하도록 구성된 하우징으로, 여기서 상기 하우징은 알칼리 농후화 멤브레인 성분과 하우징의 내부 표면 사이에 제2 액체 유동 경로를 한정하도록 구성된, 하우징을 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 알칼리 농후화 멤브레인 성분은 튜브로 구성될 수 있고 중공 섬유 멤브레인 성분은 튜브에 축 방향으로 위치된다. 그러한 경우에, 하우징은 튜브로 구성될 수 있으며, 여기서 하우징 및 알칼리 농후화 멤브레인 성분은 동심원이다.

철거 및 복원된 콘크리트 재순환

본 발명의 일부 양태에서, 본 방법은 탄산칼슘 광물화를 통한 탄소 격리 및 이용을 위해 철거되거나 회수된 콘크리트 지오매스로부터 하나 이상의 공정 단계 안으로 칼슘 및/또는 알칼리성을 제공하는 것과 재순환 콘크리트 지오매스 물질의 부분 용해 후 새로운 콘크리트에서 유리한 응집체로 잔류 또는 개선된 콘크리트의 사용을 추가로 포함한다. 본 명세서에서 사용된 지오매스 또는 지오매스 물질은 작업 현장에서 반환되었거나 서비스 수명 후 또는 기타 이유로 인해 철거 및 분쇄된 콘크리트를 지칭한다. 일반적으로 지오매스는 가장 일반적으로 산업 폐기물이지만, 지오매스는 산업에서 또한 1차, 2차, 3차, 부산물 또는 기타 생성물로 지칭할 수 있다. 산업에서 나오는 지오매스 물질의 일반적 상품명의 일부 예에는 광산 광미, 광산 먼지, 모래, 백하우스 미분, 토양 먼지, 먼지, 시멘트 킬른 먼지, 슬래그, 강철 슬래그, 철 슬래그, 보일러 슬래그, 석탄 연소 잔류물, 재, 비산재, 슬러리, 석회 슬러리, 석회, 킬른 먼지, 킬른 미분, 잔류물, 보크사이트 잔류물, 철거 콘크리트, 회수 콘크리트, 분쇄 콘크리트, 재순환 콘크리트, 재순환 모르타르, 재순환 시멘트, 철거 건축 자재, 재순환 건축 자재, 재순환 응집체 등이 포함될 수 있다. 지오매스 물질은 전형적으로, 결정성 또는 무정형 상으로 금속 산화물, 예컨대 산화나트륨, 산화칼륨 또는 기타 알칼리 금속 산화물, 산화마그네슘, 산화칼슘 또는 기타 알칼리 토금속 산화물, 산화망간, 산화구리, 또는 기타 전이 금속 산화물, 산화아연 또는 기타 금속 산화물 또는 그 유도체, 또는 금속 산화물의 단순 또는 복합 광물에서 결정 형태로 또는 무정형 상으로 존재하는 금속 산화물 또는 이들의 유도체 또는 상기 중 임의의 조합으로 금속 산화물을 함유하는 조성물을 갖는다.

본 명세서에 기술된 실시형태는 철거된 콘크리트를 재순환하고 지오매스 용해 후 남은 잔류 물질을 새로운 콘크리트에서 응집체로 사용하여 응집체의 운송 거리를 줄이는 방법을 포함한다. 새로운 콘크리트에서 응집체로 개선된 콘크리트 지오매스의 사용은 콘크리트와 연관된 가격과 탄소 발자국 둘 모두 줄인다. 예를 들어, 콘크리트 지오매스가 60 중량%의 산화칼슘(CaO) 시멘트를 함유하고 시멘트가 콘크리트 지오매스의 10%인 경우, CaO의 100% 용해 효율은 콘크리트 지오매스의 질량의 6%가 탄소 포집 및 활용을 위해 용해되도록 하여, 나머지 94%는 본 발명의 방법을 사용한, 새로운 콘크리트에서 재순환 응집체로 활용된다. 따라서, 본 방법의 양태는 지오매스에 존재하는 금속 산화물의 용해 효율을 0.05% 이상, 예컨대 1.1% 이상, 예를 들어 2.1% 이상, 3.1% 이상, 4.1% 이상, 5.1% 이상, 6.1% 이상, 7.1% 이상, 8.1% 이상, 9.1% 이상, 10% 이상 포함, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상 및 최대 100% 용해 효율로 포함한다. 실시형태의 추가 양태로 본 방법은 콘크리트 지오매스에 존재하는 개별 입자로서 0.05% 이상, 예컨대 1.1% 이상, 예를 들어, 2.1% 이상, 3.1% 이상, 4.1% 이상, 5.1% 이상, 6.1% 이상, 7.1% 이상, 8.1% 이상, 9.1% 이상, 10% 이상 포함, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상 및 최대 100%의, 기계적으로 분쇄되고 분류된 재순환 콘크리트와 달리, 콘크리트에 유용한 그 원래의 처녀 특성과 유사한 형태로 철거된 콘크리트에 있는 원래의 모래 및 자갈 응집체를 자유롭게 포함한다.

방법의 양태는, 예를 들어, 상기에서 기술된 바와 같이, 콘크리트용 응집체로서 유용한 복합 응집체를 생성하는, 광물 상에서 영구적인 격리를 위해 포집 이산화탄소로부터 유도된 탄산염 광물 코팅을 적용하기 위한 기재로서 개선된 콘크리트 응집체를 이용하는 것을 포함한다. 광물 코팅을 위한 기재를 획득하는 이 방법은 유사하게 신선한 처녀 응집체의 채굴 및 운송을 피하는 이점이 있다.

방법의 양태는 개선된 잔류 콘크리트 응집체 물질을 단독으로 사용하거나 CO₂ 격리 탄산염 광물로 코팅하여 콘크리트, 모르타르 및 아스팔트를 제형화하는 것을 포함한다. 콘크리트, 모르타르 또는 아스팔트에서 개선된 코팅 또는 코팅되지 않은 응집체 입자의 양은, 기계적으로 분쇄되고 분류된 재순환 콘크리트와 달리, 콘크리트에 유용한 그 원래의 처녀 특성과 유사한 형태로 콘크리트, 모르타르 또는 아스팔트에서 원래의 모래 및 자갈 응집체의 0.05% 이상, 예컨대 1.1% 이상, 예를 들어 2.1% 이상, 3.1% 이상, 4.1% 이상, 5.1% 이상, 6.1% 이상, 7.1% 이상, 8.1% 이상, 9.1% 이상, 10% 이상 포함, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상 및 최대 100%의 양으로 존재할 수 있다.

다양한 콘크리트 및 모르타르 물질의 용해가 유용할 수 있고 잔류 개선된 응집체는 채굴된 응집체의 모든 용도를 포함하여 다양한 건축 자재 적용에 사용될 수 있다. 콘크리트 및 모르타르 물질, 그리고 포틀랜드 시멘트를 포함하는 임의의 물질은 적어도 도로, 건물, 댐, 교량, 보도, 배관, 암거, 물 전도 시스템, 우물 케이싱 등에서 나오는 이들 물질을 포함하여 중요하다.

철거된 콘크리트는 건물, 도로, 포장도로, 보도, 장벽 및 기타 구조물을 포함하되 이에 제한되지 않는 다양한 상이한 출처에서 얻을 수 있다. 회수된 콘크리트의 출처는 미사용 또는 회수된 콘크리트가 있는 작업 현장에서 그 공장으로 복귀하는 레미콘 트럭을 포함하되 이에 제한되지 않는 다양한 출처에서 나올 수 있다. 원천은 철거된 지오매스를 생성하는 임의의 편리한 프로토콜을 사용하여 철거될 수 있다. 철거된 지오매스는 그 다음 CO₂ 격리 고체 탄산염 생산 공정의 하나 이상의 단계에서 이용될 수 있어, 예를 들어 상기에서 기술된 바와 같이, 건설 시장을 포함한 다양한 시장에서 이용될 수 있는 개선된 건물 조성을 포함하는 하나 이상의 유형의 생성물을 생산할 수 있다.

철거된 콘크리트는 건물, 도로, 포장도로, 보도, 장벽 및 기타 구조물을 포함하되 이에 제한되지 않는 다양한 상이한 출처에서 획득될 수 있다. 원천은 철거된 지오매스를 생성하는 임의의 편리한 프로토콜을 사용하여 철거될 수 있다. 철거된 지오매스는 그 다음 CO₂ 격리 고체 탄산염 생산 공정의 하나 이상의 단계에서 이용될 수 있어, 예를 들어 상기에서 기술된 바와 같이, 건설 시장을 포함한 다양한 시장에서 이용될 수 있는 개선된 건물 조성을 포함하는 하나 이상의 유형의 생성물을 생산할 수 있다. 이 실시형태에서, 개선된 건축 복합재는 원하는 대로 기존 건축 복합재에 통합될 수 있는 새로운 건축 복합재로 재순환된다.

철거 및/또는 회수 및 복원된 콘크리트를 재순환하는 상기 기술된 실시형태는 CO₂의 특정 기체성 원천으로 제한되지 않는다. 대신에, 상기에서 기술된 철거 및 복원된 콘크리트를 재순환하는 실시형태는 화석 연료, 예를 들어 석탄, 오일, 천연 가스뿐만 아니라 비제한적으로 타르 샌드, 중유, 오일 셰일 등과 같은 자연적으로 발생하는 유기 연료 매장지의 인공 연료 생성물을 연소하는 산업 플랜트에 의해 생성된 폐기 스트림과 같은 임의의 편리한 CO₂의 기체성 원천을 이용하는 공정과 함께 이용될 수 있다. 특정 실시형태에서, 발전소는 분쇄 석탄 발전소, 초 임계 석탄 발전소, 대량 연소 석탄 발전소, 유동층 석탄 발전소, 가스 또는 오일-연소 보일러 및 증기 터빈 발전소, 가스 또는 오일-연소 보일러 단순 사이클 가스 터빈 발전소 및 가스 또는 오일-연소 보일러 복합 사이클 가스 터빈 발전소이며, 이러한 출처를 이용하는 방법은: US-2014-0322803-A1로 공개된 미국 출원 일련 번호 14/204,994; US 2014-0271440 A1로 공개된 14/214,129; US 2016-0082387 A1로 공개된 14/861,996; 뿐만 아니라 미국 특허 번호 9,707,513; 9,714,406 및 9,993,799에 추가로 기술되어 있으며; 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

강화된 지오매스 용해 방법

예를 들어, 상기 기재된 바와 같이, 방법이 지오매스를 용해하는 것을 포함하는 경우, 방법의 양태는 지오매스의 용해를 강화시키는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 지오매스 및 액체 상은 원하는 용해 효율을 생성하기에 충분한 조건에서 시스템에서 조합된다. 이들 실시형태의 양태는 용해된 지오매스 조성물을 생성하도록 구성된 시스템, 및 이를 포함하는 방법 및 장치를 추가로 포함한다. 용해된 지오매스 조성물을 사용하는 방법이 또한 제공된다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 지오매스 또는 지오매스 물질은 광산 산업, 전력 산업 및 중공업과 같은 산업으로부터의 산업 생성물을 지칭한다. 가장 일반적으로 산업 폐기물이지만, 지오매스는 산업에서 1차, 2차, 3차, 부산물 또는 기타 생성물을 지칭할 수도 있다. 산업에서 나오는 지오매스 물질의 일반적 상품명의 일부 예에는 광산 광미, 광산 먼지, 모래, 백하우스 미분, 토양 먼지, 먼지, 시멘트 킬른 먼지, 슬래그, 강철 슬래그, 철 슬래그, 보일러 슬래그, 석탄 연소 잔류물, 재, 비산재, 슬러리, 석회 슬러리, 석회, 카바이드 석회, 카바이드 찌꺼기, 킬른 먼지, 킬른 미분, 잔류물, 보크사이트 잔류물, 철거 콘크리트, 재순환 콘크리트, 회수 콘크리트, 재순환 모르타르, 재순환 시멘트, 철거 건축 자재, 재순환 건축 자재, 재순환 응집체 등이 포함될 수 있다. 지오매스 물질은 전형적으로, 결정성 또는 무정형 상으로 금속 산화물, 예컨대 산화나트륨, 산화칼륨 또는 기타 알칼리 금속 산화물, 산화마그네슘, 산화칼슘 또는 기타 알칼리 토금속 산화물, 산화망간, 산화구리, 또는 기타 전이 금속 산화물, 산화아연 또는 기타 금속 산화물 또는 그 유도체, 또는 금속 산화물의 단순 또는 복합 광물에서 결정 형태로 또는 무정형 상으로 존재하는 금속 산화물 또는 이들의 유도체 또는 상기 중 임의의 조합으로 금속 산화물을 함유하는 조성물을 갖는다.

방법이 지오매스 용해를 강화시키는 방법이므로, 본 방법은 지오매스에서 금속 산화물 또는 광물을 수성 상 또는 유기 상과 같은 액체 상으로 또는 임의의 다른 액체 상의 조합으로,(적절한 대조군, 예를 들어, 본 발명의 방법에 적용되지 않은 지오매스 물질과 비교할 때) 지오매스의 조성물에 존재하는 원하는 금속 산화물의 최대 100% 용해 효율로 침출, 침투, 변형, 해방 등을 초래한다. 예를 들어, 지오매스가 25 중량% 산화칼슘(CaO)을 함유하는 경우, CaO의 100% 용해 효율은 본 발명의 방법을 사용하여 지오매스 질량의 25%를 용해시킬 것이다. 따라서, 본 방법의 양태는 0.05% 이상, 예컨대 1.1% 이상, 예를 들어 2.1% 이상, 3.1% 이상, 4.1% 이상, 5.1% 이상, 6.1% 이상, 7.1% 이상, 8.1% 이상, 9.1% 이상, 10% 이상 포함, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상 및 최대 100% 용해 효율까지의 지오매스에 존재하는 금속 산화물의 용해 효율을 포함한다.

일부 실시형태에서, 방법은 지오매스의 용해 효율을 강화하기 위해 마이크로파 방사선을 사용한다. 마이크로파, 마이크로파 방사선, 마이크로파 에너지 등은, 예를 들어 300메가헤르츠(MHz)에서 300기가헤르츠(GHz)까지의 범위인 주파수를 갖는, 일반 라디오파보다 높지만 적외선보다 낮은 주파수인, 일 미터(1m)에서 일 밀리미터(1mm)의 범위인 파장을 가진 비-이온화 전자기 복사 에너지의 한 형태이다. 전체 수율과 공정 시간을 개선하도록 용해 효율을 개선하기 위해 마이크로파 방사가 조사되었다. 마이크로파 방사는 비-접촉 가열, 에너지의 전달(열이 아님), 급속 가열, 물질 선택적 가열, 체적 가열, 가열의 빠른 시작 및 중지, 내부에서 시작되는 가열 및 향상된 안전성을 포함하는 통상적인 가열에 비해 장점을 제공한다. 본 발명의 방법에 이용되는 마이크로파 방사는 지오매스의 용해 효율에서 원하는 강화를 제공하는 한 공정 특이성에 따라 다양할 수 있다. 마이크로파, 마이크로파 방사, 마이크로파 에너지 등은 변하는 주파수를 갖는 에너지의 한 형태를 의미하며, 일부 경우에서는 900MHz 내지 5GHz와 같은 500MHz 내지 100GHz 범위일 수 있고 300MHz 내지 300GHz 또는 전체 마이크로파 주파수 스펙트럼을 포함할 수 있다. 방법은 마이크로파, 마이크로파 방사, 마이크로파 에너지 등을 사용하여 지오매스의 용해 효율을 강화하는 데 필요한 전력을 제공하는데, 이는 다양할 수 있고, 일부 경우에는 일 킬로와트(1kW) 내지 일 메가와트(1MW)와 같이 일 와트(1W) 내지 일 기가와트(1GW)의 범위일 수 있고 500kW 내지 500MW를 포함할 수 있다.

방법의 양태는 지오매스의 용해 효율을 강화하기 위해 지오매스 물질과 액체 상의 조합의 마이크로파 처리를 포함한다. 처리는 연속적으로, 배치로 또는 이들의 조합으로 작동하는 용기 또는 장치에서 발생할 수 있지만 여기서 발생하는 것에 제한되지 않는다. 특정 실시형태에서, 지오매스 물질은, 예를 들어, 직경이 0.1 미크론 내지 수 인치, 예를 들어 1 미크론 내지 20 인치, 또는 100 미크론 내지 10 인치, 또는 500 미크론 내지 20 인치, 일부 실시형태에서 25 미크론 내지 3/8 인치의 범위인 입자 크기를 갖는 크기가 다양한 입자로 존재한다. 일부 실시형태에서, 방법에 사용된 액체 상은 수성 매체, 유기 매체, 이들의 조합, 또는 본 명세서에서의 방법, 시스템 및 장치를 사용하여 지오매스의 강화된 용해 효율을 촉진하는 데 도움이 되는 임의의 다른 액체 매체이다.

방법이 지오매스 용해 효율을 강화하는 방법이기 때문에, 강화의 마이크로파 처리 또는 유전체 가열 메커니즘은 본 명세서에 기술된 방법, 시스템 및 장치로 간주된다. 지오매스 물질 용해의 속도는 표면적, 많은 상이한 광물 상으로 구성될 수 있는 지오매스 자체의 조성, 및 마이크로파 복사의 침투, 유전체 가열의 효과 등에 따라 달라질 수 있는 시스템의 온도를 포함한다. 유전체 가열은 고주파 교류 전기장 또는 라디오주파수 또는 마이크로파 전자기 복사가 유전체 특성을 가진 물질을 가열하는 방법이다. 유전체 가열은 분자 회전이 가능한 쌍극자 모멘트를 갖는 물질, 예를 들어, H₂O, 카르복실산 또는 카르복실레이트 기를 갖는 분자, 예컨대 비제한적으로, 아세테이트, 옥살레이트, 글루타메이트, 말레이트 또는 기타 유기 또는 천연 카르복실산 또는 카르복실레이트 함유 분자에 의해 강화된다. 분자는 전기장에서 스스로 방향을 바꾸려고 시도하고 마찰에 반응할 수 없고, 따라서 더 강한 가열 효과를 생성한다. 이 방법에 기술된 더 강한 가열 효과는 지오매스에 함유된 상이한 상의 용해를 강화하는 지엽적인 방법이다.

본 명세서에 기술된 강화된 방법에서 마이크로파 방사에 의해 야기된 가열 효과는 또한 이산화탄소를 포집하고 격리하는 그 공정의 일부로서 강화된 용해 방법을 사용하는 탄소 격리 방법에 대한 열 요건을 낮출 수 있다. 예를 들어, 강화된 방법은 탄소 격리 방법에 대한 보조 전력 요건을 줄여 보조 전력 요건과 관련된 기생 부하를 줄일 수 있다. 강화된 용해 방법은 때때로 탄소 격리 방법, 장치 및 시스템을 구동하는 데 필요한 증기의 열 또는 전력의 열과 같은 열원에 대한 필요성을 낮추거나 심지어 줄일 수 있다.

마이크로파를 사용하는 대신 또는 추가로, 예를 들어, 상기에서 기술된 바와 같이, 지오매스 물질의 용해 효율의 강화는 배치 또는 연속 흐름 공정에서 재생될 수 있는 암모늄염, 산성 매체, 계면활성제 또는 촉매를 함유하는 액체 상에서 지오매스 물질을 혼합하거나 가열하는 것을 포함할 수 있다.

이 방법에 기술된 용해 효율은 0 내지 80 디바이 범위인 쌍극자 모멘트를 갖는 유기 또는 무기 물질, 예컨대 0.01 디바이 이상, 0.1 디바이 이상, 1.0 디바이 이상의 쌍극자 모멘트 예컨대 0.5 내지 0.9 디바이 사이의 범위인 쌍극자 모멘트를 갖는 물질을 함유하고 2.0 디바이 이상, 3.0 디바이 이상, 4.0 디바이 이상의 쌍극자 모멘트를 갖는 물질을 포함하는 액체 상 용액에 의해 강화될 수 있다. 이 방법에 이용된 용액은 촉매, 유기 리간드 또는 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다. 이용된 용액은 가열의 유전체 가열 효율을 강화하기 위해 쌍극자 모멘트를 갖는 유기 염 또는 유기 산을 함유할 수 있다. 용액은 마이크로파 에너지 침투의 효율성을 감소시키는 반사를 줄이기 위해 최적화될 수 있다. 이 방법에서 용액은 균일한 온도를 생성하도록 최적화되어, 용액의 가열 효율과 이 물질의 용해 효율을 향상시킨다.

다양한 지오매스 물질의 용해가 강화될 수 있다. 관심 있는 지오매스 물질에는 적어도 전력 산업, 중공업 및 채광 산업에서 나오는 이들 물질이 포함된다.

다양한 산업(예를 들어, 채광 산업, 전력 산업, 중공업)에서 1차 산업 생성물(예를 들어, 채광 광물, 전기, 철강, 시멘트, 알루미나)의 생산에서 폐기물로 생성된 지오매스는 강화된 용해 방법, 예를 들어 상술한 바와 같은 마이크로파 매개 용해 방법을 사용하여 용해된다. 용해된 지오매스 및 모액은 그 다음, 예를 들어 상기에서 기술된 바와 같이, CO₂ 격리 고체 탄산염 생산 공정의 하나 이상의 단계에서 이용되어 건설 시장을 포함한 다양한 시장에서 이용될 수 있는 하나 이상의 유형의 고체 탄산염 생성물을 생산할 수 있다. 예시된 바와 같이, 모액은 요구에 따라 용해 방법으로 재순환될 수 있다. 용해되지 않은 지오매스는 또한 건설 시장에서, 예를 들어 응집체 등으로 이용될 수 있다.

지오매스 용해를 강화하는 상기 기술된 실시형태는 CO₂의 특정 기체성 원천 실시형태에 한정되지 않는다. 대신, 상기 기술된 지오매스 용해의 실시형태는 화석 연료, 예를 들어 석탄, 오일, 천연 가스뿐만 아니라 비제한적으로 타르 샌드, 중유, 오일 셰일 등과 같은 자연적으로 발생하는 유기 연료 매장지의 인공 연료 생성물을 연소하는 산업 플랜트에 의해 생성된 폐기 스트림과 같은 임의의 편리한 CO₂의 기체성 원천을 이용하는 공정과 함께 이용될 수 있다. 특정 실시형태에서, 발전소는 분쇄 석탄 발전소, 초 임계 석탄 발전소, 대량 연소 석탄 발전소, 유동층 석탄 발전소, 가스 또는 오일-연소 보일러 및 증기 터빈 발전소, 가스 또는 오일-연소 보일러 단순 사이클 가스 터빈 발전소 및 가스 또는 오일-연소 보일러 복합 사이클 가스 터빈 발전소이며, 이러한 출처를 이용하는 방법은: US-2014-0322803-A1로 공개된 미국 출원 일련 번호 14/204,994; US 2014-0271440 A1로 공개된 14/214,129; US 2016-0082387 A1로 공개된 14/861,996; 뿐만 아니라 미국 특허 번호 9,707,513; 9,714,406 및 9,993,799에 추가로 기술되어 있으며; 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

시스템

본 발명의 양태는 상술한 바와 같은 프로토콜을 통해 CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂를 격리하기 위한 시스템을 추가로 포함한다. 시스템은, 예를 들어, 상술한 바와 같이, 본 발명의 방법을 수행하기에 충분한 방식으로 작동 가능하게 결합된, 예를 들어 상술한 바와 같은 기능적 모듈 또는 반응기를 포함하는 장치이다. 일부 실시형태에서, 이러한 시스템의 양태는 CO₂ 가스/수성 포집 모듈 및 탄산염 생산 모듈을 포함한다. 일부 실시형태에서, 이러한 시스템의 양태는 조합 CO₂ 가스/수성 포집 모듈 탄산염 생산 모듈을 포함한다. 일부 경우에, 시스템은 하나 이상의 수성 포집 암모니아 모듈; 탄산염 생산 모듈; 및 수성 포집 암모니아 재생 모듈을 포함한다.

일부 경우에, CO₂ 가스/수성 포집 암모니아 모듈은 중공 섬유 멤브레인 접촉기를 포함한다. 일부 경우에서, CO₂ 가스/수성 포집 암모니아 모듈은 재생성 거품 접촉기를 포함한다. 일부 경우에, CO₂ 가스/수성 포집 암모니아 모듈은, 예를 들어, 상술한 바와 같이 상이한 배열로 접촉기의 조합을 함유한다. 일부 경우에서 시스템은 CO₂의 기체성 원천에 작동 가능하게 연결된다. 상술한 바와 같이, CO₂의 기체성 원천은 연도 가스와 같은 다-성분 기체성 스트림일 수 있다. //여기서부터 p54

CO₂ 가스/수성 포집 암모니아 모듈에 작동 가능하게 결합된 것은 탄산염 생산 모듈이다. 모듈의 실시형태는 CO₂ 격리 탄산염 물질을 생산하도록 구성된 연속 반응기를 포함한다. 시스템이 연속 반응기(즉, 유동 반응기)를 포함하기 때문에, 여기에는 반응물(예를 들어, 2가 양이온, 수성 중탄산염 풍부 액체 등)이 연속적으로 반응기에 공급되고 생성물의 연속적 스트림으로 나오는, 유동하는 스트림에 물질이 운반되는 반응기가 포함된다. 따라서 시스템의 연속 반응기 구성요소는 배치 반응기가 아니다. 주어진 시스템은, 예를 들어 아래에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 하나 이상의 추가 요소와 조합된, 예를 들어 본 명세서에 기술된 바와 같은, 연속 반응기를 포함할 수 있다.

일부 실시형태에서, 시스템의 연속 반응기는: 유동 수성 액체, 예를 들어 수성 탄산암모늄; 유입 위치에서 2가 양이온을 유동 수성 액체 안으로 도입하도록 구성된 2가 양이온 도입기; 및 2가 양이온 도입기로부터 멀리 떨어져 위치된 비-슬러리 고체상 CO₂ 격리 탄산염 물질 생산 위치를 포함한다. 유동 수성 액체는, 예를 들어 상술한 바와 같이, 연속 반응기에 존재할 수 있는 이동하는 수성 액체의 스트림이며, 여기서 연속 반응기는 임의의 편리한 구성을 가질 수 있다. 관심 있는 연속 반응기는 액체용 유입구 및 폐액용 유출구를 포함하며, 상기 유입구와 유출구는 반응기의 안팎으로 액체의 연속적인 이동 또는 흐름을 제공하기 위해 서로에 대해 배열된다. 반응기는 임의의 편리한 구조를 가질 수 있으며, 일부 경우에 상기 반응기는 반응기의 임의의 주어진 단면 치수보다 긴 액체가 흐르는 길이를 가질 수 있으며, 여기서 유입구는 반응기의 제1 단부에 있고 유출구는 반응기의 제2 단부에 있다. 반응기의 용적은 일부 경우에 10L 내지 1,000,000L 예컨대 1,000L 내지 100,000L의 범위로 다양할 수 있다.

관심 있는 연속 반응기는 유입 위치에서 2가 양이온을 유동 수성 액체로 도입하도록 구성된 2가 양이온 도입기를 추가로 포함한다. 2가 양이온 원천의 특성에 따라 임의의 편리한 도입기가 이용될 수 있으며, 여기서 상기 도입기는 액체 상 또는 고체 상 도입기일 수 있다. 도입기는 일부 경우에 중탄산염 풍부 생성물 함유 액체용 유입구와 동일하지는 않지만 실질적으로 동일한 위치에 위치될 수 있다. 대안적으로, 도입기는 유입구로부터 하류 일정 거리에 위치될 수 있다. 그러한 경우에, 유입구와 도입기 사이의 거리는 일부 실시형태에서 1cm 내지 10m, 예컨대 10cm 내지 1m의 범위로 다양할 수 있다. 도입기는 2가 양이온의 원천 또는 저장소에 작동 가능하게 결합될 수 있다.

관심 있는 연속 반응기는 또한 비-슬러리 고체 상 CO₂ 격리 탄산염 물질 생산 위치를 포함한다. 이 위치는 2가 양이온과 중탄산염 풍부 생성물 함유 액체의 중탄산염 이온과의 반응의 결과로 비-슬러리 고체 상 CO₂ 격리 탄산염 물질이 생성되는 연속 반응기의 구역 또는 영역이다. 반응기는 생산 위치에서 상기 기술된 임의의 비-슬러리 고체상 CO₂ 격리 탄산염 물질을 생산하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 생산 위치는 2가 양이온 도입 위치에서 이격되어 위치될 수 있다. 이 거리는 다양할 수 있지만 일부 경우에 2가 양이온 도입기와 물질 생산 위치 사이의 거리는 1cm 내지 10m 예컨대 10cm 내지 1m의 범위이다.

생산 위치는 상기에서 기술된 바와 같이 시드 구조(들)를 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 반응기는 상술한 바와 같이 침지 또는 비-침지 형식으로 시드 구조와 접촉하도록 구성될 수 있다. 비-침지 형식에서, 유동 액체는, 예를 들어 다양한 두께의 층으로 시드 구조의 표면상에 존재할 수 있지만, 가스, 예를 들어, 공기는 시드 구조의 적어도 두 부분, 예를 들어 두 개의 상이한 입자를 분리하여, 상기 입자가 액체에 침지되지 않는다.

본 시스템의 실시형태에서 탄산염 생산 모듈로 이용될 수 있는 그러한 반응기에 관한 추가 세부사항은 미국 특허 번호 9,993,799에 제공되어 있으며; 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

수성 포집 암모니아 재생 모듈은, 예를 들어, 증류 또는 전기 분해를 통해, 또는 상술한 바와 같이 에너지를 도입하지 않는 공정을 통해 수성 암모늄염으로부터 암모니아를 생성하도록 구성되는 한 다양할 수 있다. 일부 경우에, 재생 모듈은 그것이 대기압 이하의 압력을 생성하기 위한 하나 이상의 구성 요소, 예를 들어 펌프 등을 포함하도록, 예를 들어 상기 기술된 바와 같이, 대기압 이하의 압력으로 작동하도록 구성될 것이다. 일부 경우에, 재생 모듈은, 예를 들어 상술한 바와 같이, 생성된 열원, 예를 들어 증기, 및/또는 하나 이상의 폐열원에 작동 가능하게 결합된다. 일부 실시형태에서, 재생 모듈은, 예를 들어 상술한 바와 같이, 광물 알칼리 원천과 같은 알칼리성의 원천을 포함한다.

일부 경우에, 시스템은, 예를 들어 상술한 바와 같이, 재생된 수성 포집 암모니아를 CO₂ 가스/수성 포집 암모니아 모듈로 재순환시키도록 구성된다.

일부 경우에, 시스템 및 이의 모듈은 산업적 스케일 시스템이며, 이는 유입 조성물(예를 들어, 기체, 액체, 고체 등)의 산업적 스케일 양/용적을 처리하도록 구성됨을 의미한다. 예를 들어, 시스템 및 이의 모듈, 예를 들어 CO₂ 접촉기 모듈, 탄산염 생산 모듈, 암모니아 재생 모듈 등은 산업적 스케일 용적의 액체, 예를 들어, 1,000 갤런/일 이상, 예컨대 25,000 갤런/일 이상을 포함한, 10,000 갤런/일 이상을 처리하도록 구성되고, 여기서 일부 경우에 시스템 및 이의 모듈은 500,000,000 갤런/일 이하와 같이 1,000,000,000 갤런/일 이하를 처리하도록 구성된다. 유사하게, 시스템 및 이의 모듈, 예를 들어 CO₂ 접촉기 모듈 등은 산업적 스케일 용적의 가스, 예를 들어, 25,000 입방 피트/시간 이상, 예컨대 250,000 입방 피트/시간 이상을 포함한 100,000 입방 피트/시간 이상을 처리하도록 구성되며, 일부 경우에서 시스템 및 이의 모듈은 100,000,000 입방 피트/시간 이하와 같이 500,000,000 입방 피트/시간 이하를 처리하도록 구성된다.

일부 실시형태에서, 시스템은 수성 매체의 자연적으로 발생하는 또는 인공 원천과 같은 수성 매체의 원천과 유체 연통하고, CO₂ 격리 프로토콜이 수행되는 위치와 공동-위치될 수 있다. 시스템은 육지 또는 바다에 존재할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 해안 지역에 있는, 예를 들어, 해수의 원천에 가까운, 또는 심지어 내륙 위치에 있는 육지 기반 시스템일 수 있으며, 여기서 물은 해수 원천, 예를 들어 대양에서 시스템으로 파이핑된다. 대안적으로, 시스템은 물 기반 시스템, 즉 물 위에 또는 물 안에 존재하는 시스템일 수 있다. 이러한 시스템은 원하는 대로 보트, 해양-기반 플랫폼 등에 존재할 수 있다. 특정 실시형태에서, 시스템은 임의의 편리한 위치에서 산업 플랜트, 예를 들어 발전소와 공동-위치될 수 있다.

상기 구성요소에 더하여, 본 발명의 시스템은 CO₂ 함유 가스의 원천을 추가로 포함하고, 구성요소는, 예를 들어 상술한 바와 같이, 수성 포집 모듈에 도입되는 CO₂ 함유 가스를 생성한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 시스템의 개략도를 제공한다. 도 1에 예시된 바와 같이, 시스템(100)은 CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈(102); CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈(104); 및 수성 포집 액체 재생 모듈(106)을 포함한다. 시스템(100)은 기체성 CO₂ 원천, 예를 들어 주변 공기(109)로부터의 CO₂ 함유 가스(108)가 CO₂ 가스/수성 포집 암모니아 모듈(102)에서 수성 포집 암모니아 액체(122)와 조합되어, 그 다음 유동성있게 결합된 CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈(104)로 전달되는 수성 탄산암모늄 액체(110)를 생성하도록 구성된다. CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈(104)에서, 수성 탄산암모늄 액체(110)는 고체 CO₂ 격리 탄산염(114) 및 수성 암모늄염 액체(116)를 생성하기에 충분한 조건에서 양이온 액체(112)와 조합된다. 수성 암모늄염 액체(116)는 그 다음 유동성있게 결합된 수성 포집 액체 재생 모듈(106)로 이송되고, 여기서 예를 들어 공정 증기(120)에 의해 지오매스, 예를 들어 건설 및 철거 폐기물(C&DW)(118)의 존재에서 가열된다. 재생된 수성 포집 액체(122)는 그 다음 유동성있게 결합된 CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈(102)로 이송된다.

도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 시스템의 개략도를 제공한다. 도 2에 예시된 바와 같이, 시스템(200)은 CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈(202); CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈(204); 및 수성 포집 액체 재생 모듈(206)을 포함한다. 시스템(200)은 기체성 CO₂ 원천, 예를 들어 연도 가스(209)로부터의 CO₂ 함유 가스(208)가 CO₂ 가스/수성 포집 암모니아 모듈(202)에서 수성 포집 암모니아 액체(222)와 조합되어, 그 다음 유동성있게 결합된 CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈(204)로 전달되는 수성 탄산암모늄 액체(210)를 생성하도록 구성된다. CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈(204)에서, 수성 탄산암모늄 액체(210)는 고체 CO₂ 격리 탄산염(214) 및 수성 암모늄염 액체(216)를 생성하기에 충분한 조건에서, 양이온 액체(212) 및 첨가제, 예를 들어, 폴리스티렌 미소구(224)와 조합된다. 수성 암모늄염 액체(216)는 그 다음 유동성있게 결합된 수성 포집 액체 재생 모듈(206)로 이송되고, 여기서 예를 들어 재생 가능한 에너지원(220)에 의해 지오매스, 예를 들어 건설 및 철거 폐기물(C&DW)(218)의 존재에서 가열된다. 재생된 수성 포집 액체(222)는 그 다음 유동성있게 결합된 CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈(202)로 이송된다.

도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 시스템의 개략도를 제공한다. 도 3에 예시된 바와 같이, 시스템(300)은 CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈(302); CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈(304); 및 수성 포집 액체 재생 모듈(306)을 포함한다. 시스템(300)은 기체성 CO₂ 원천, 예를 들어, 연도 가스(309)로부터의 CO₂ 함유 가스(308 및 326) 및 CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈(304)에서 CO₂ 격리 탄산염의 생산으로부터 생성된 CO₂ 가스(326)가 CO₂ 가스/수성 포집 암모니아 모듈(302)에서 수성 포집 암모니아 액체(322) 및, 예를 들어, CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈(302)로부터의 응축된 비산 암모니아 증기(328)와 결합되어, 그 다음 유동성있게 결합된 CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈(304)로 전달되는 수성 탄산암모늄 액체(310)를 생성하도록 구성된다. CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈(304)에서, 수성 탄산암모늄 액체(310)는 고체 CO₂ 격리 탄산염(314) 및 수성 암모늄염 액체(316)를 생성하기에 충분한 조건에서 양이온 액체(312)와 조합된다. 수성 암모늄염 액체(316)는 그 다음 유동성있게 결합된 수성 포집 액체 재생 모듈(306)로 이송되고, 여기서 예를 들어 공정 증기 응축물(330) 형태인 폐열에 의해 지오매스, 예를 들어 알칼리성 폐기물(332)의 존재에서 가열된다. 재생된 수성 포집 액체(322)는 그 다음 유동성있게 결합된 CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈(302)로 이송된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태의 개략도를 제공한다. 도 4에 도시된 바와 같이, CO₂ 함유 연도 가스와 수성 암모니아(NH₃₍aq))는 CO₂ 포집 모듈에서 조합되어, CO₂ 고갈된 연도 가스와 수성 탄산암모늄(NH₄)₂CO₃₍aq)가 생성된다. 수성 탄산암모늄은 그 다음 수성 염화칼슘(CaCl₂₍a)) 및 수성 염화암모늄(NH₄Cl(aq))뿐만 아니라 업사이클된 지오매스(예를 들어, 개질 모듈 및 또는 탄산염 코팅 모듈에서 새로운 응집체 기질로부터의 것과 조합되며, 여기서 탄산칼슘이 업사이클된 지오매스 및/또는 새로운 응집체 기질을 침전 및 코팅하여 CO₂ 격리 탄산염 물질의 코팅을 포함하는 응집체 생성물을 생성한다. 응집체 생성물 외에도 탄산염 코팅 모듈은 수성 암모늄염, 특히 수성 염화암모늄(NH₄Cl(aq))을 생성하며, 수성 암모늄염은 그 다음 개질 모듈로 이송된다. 개질 모듈에서 수성 암모늄염은 고체 지오매스(CaO(s))와 조합되어 업사이클될 수 있는 지오매스 응집체 및 수성 암모니아(NH₃₍aq)), 수성 염화칼슘(CaCl₂₍aq)) 및 수성 염화암모늄(NH₄Cl(aq))을 포함하는 초기 재생된 수성 암모니아 액체를 생성한다. 초기 재생된 수성 암모니아 액체는 그 다음 스트리퍼 모듈로 이송되고, 여기서 증기에 의해 제공되는 열은 초기 재생된 액체로부터 수성 암모니아(NH₃₍aq)) 포집 액체를 증류하기 위해 이용된다.(도 4에서 화학 방정식은 균형을 이루지 않고 단지 예시적인 것임을 주목한다).

도 5는 도시된 공정이 냉 공정으로 보일 수 있도록 증기 스트리핑 또는 고압 시스템이 이용되지 않는 본 발명의 다른 실시형태의 개략도를 제공한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 연도 가스와 같은 CO₂ 풍부 가스는 수성 염화칼슘(CaCl₂₍aq)) 및 수성 염화암모늄(NH₄Cl(aq))을 가스 흡수 탄산염 침전(GACP) 모듈에 또한 포함하는 수성 암모니아(NH₃₍aq)) 포집 액체와 조합되어, CO₂ 고갈된 가스와 탄산칼슘 슬러리(CaCO₃(s))의 생성을 초래한다. 가스 흡수 탄산염 침전(GACP) 모듈에서, 현탁된 고체가 있는 수용액 또는 고체가 없는 수용액으로서 개질 모듈로부터의 현탁액은 이산화탄소(CO₂)의 기체성 원천과 직접 접촉되어 모듈 내부에 고체 탄산칼슘(CaCO₃)을 생성한다. GACP 모듈에서 pH는 염기성, 일부 경우에 9 이상일 수 있으며, 수성 암모니아(또는 알칼리성) 농도는 0.20 mol/L 이상일 수 있고 칼슘 이온 농도는 0.10 mol/L 이상일 수 있다. GACP의 온도는 일부 경우에 10 내지 40 예컨대 15 내지 35℃의 범위로 다양할 수 있으며, 일부 경우 온도는 2 내지 10 예컨대 2 내지 5℃의 범위로 주변 온도 이하이다. 일부 경우에 GACP 모듈로 공급되는 수성 암모니아 포집 액체는 열원, 예를 들어 발전소로부터의 고온 연도 가스와 같은 폐열원 및 흡착 또는 흡수 원리를 사용하여, 예를 들어, 열원 유입으로 냉각 공정을 구동하는 데 필요한 에너지를 제공하는 흡착 또는 흡수 냉장고 또는 냉각기를 사용하여 냉각된다. GACP에 의해 생성된 탄산칼슘 슬러리와 관련하여, 일부 경우에, 슬러리 침전된 탄산칼슘은 검출 가능한 방해석 형태를 갖지 않고, 무정형(ACC), 바테라이트, 아라고나이트 또는 이러한 형태의 임의 조합을 포함하는 기타 형태일 수 있다. 생성된 탄산칼슘 슬러리는 그 다음 탄산칼슘 응집 모듈로 이송되며, 여기서 업사이클된 지오매스(예를 들어, 개질 모듈로부터의 것) 및/또는 새로운 응집체 기질과 조합되어 CO₂ 격리 탄산염 물질을 포함하는 응집된 응집체 생성물을 생성한다. 탄산염 응집 모듈에서, GACP 모듈로부터 CaCO₃ 슬러리는 순수 CaCO₃ 암석 또는 개질 모듈로부터 CaCO₃와 지오매스 먼지/초미립자 물질의 혼합물로 콘크리트용 응집체 암석을 생성하기 위해 가공된다. 탄산칼슘 슬러리(CaCO₃(s)) 외에도, GACP 모듈은 수성 염화암모늄(NH₄Cl(aq))을 또한 생성하며, 수성 염화암모늄(NH₄Cl(aq))은 그 다음 개질 모듈로 이송된다. 개질 모듈에서 수성 염화암모늄(NH₄Cl(aq))은 고체 지오매스(CaO(s))와 조합되어 업사이클될 수 있는 지오매스 응집체와 수성 암모니아(NH₃₍aq)), 수성 염화칼슘(CaCl₂(a)) 및 수성 염화암모늄(NH₄Cl(aq))을 포함하는 재생된 수성 암모니아 액체를 생성한다. 개질 모듈에서, 금속 산화물, 예를 들어 산화칼슘(CaO)은 가스 흡수 탄산염 침전(GACP) 모듈로부터 염화암모늄(NH₄Cl) 수용액을 지오매스와 혼합함에 의해 추출되어, 수성 암모니아(NH₃)로 암모늄(NH⁴⁺) 이온의 부분 개질과, 지오매스로부터 칼슘(Ca^{2 +}) 이온의 용해를 초래한다. 재생된 수성 암모니아 액체는 그 다음 GACP 모듈로 이송된다.(도 5에서 화학 방정식은 균형을 이루지 않고 단지 예시적인 것임을 주목한다). 원하는 경우, 예를 들어 염화암모늄(NH₄Cl), 칼슘 이온, 수성 암모니아 등의 화학 종을 개질된 지오매스의 표면과 기공으로부터, 그리고 탄산칼슘(CaCO₃) 슬러리로부터 제거하고 회수하기 위해, 물질은 최종 탈수 전에 다음 기술 중 하나 이상을 사용하여 세정될 수 있다:(a) 예를 들어, 낮은 등급의 증기, 고온 연도 가스로부터의 폐열 등을 사용하여, 습도 챔버 등에서 증기화;(b) 예를 들어, 염분이 낮은 물이 응집체의 기공 안으로 확산되어 바람직한 화학 종이 추출되도록 하는, 담그기;(c) 예를 들어, 초음파 주파수를 연속 또는 배치 공정에 적용하여 응집체에 충격을 가하여 바람직한 화학 종을 방출하도록 하는, 초음파 처리; 및(d) 예를 들어, 첨가제를 사용하여 응집체를 화학적으로 중화시키기 위한, 화학적 첨가.

일부 경우에, CO₂ 가스/수성 포집 암모니아 모듈은 조합된 포집 및 알칼리 농후화 반응기를 포함하고, 상기 반응기는: 코어 중공 섬유 멤브레인 성분(예를 들어, 복수의 중공 섬유 멤브레인을 포함하는 성분); 코어 중공 섬유 멤브레인 성분을 둘러싸고 코어 중공 섬유 멤브레인 성분이 존재하는 제1 액체 유동 경로를 한정하는 알칼리 농후화 멤브레인 성분; 및 알칼리 농후화 멤브레인 성분 및 코어 중공 섬유 멤브레인 성분을 함유하도록 구성된 하우징으로, 여기서 상기 하우징은 알칼리 농후화 멤브레인 성분과 하우징의 내부 표면 사이에 제2 액체 유동 경로를 한정하도록 구성된, 하우징을 포함한다. 일부 경우에, 알칼리 농후화 멤브레인 성분은 튜브로 구성되고 중공 섬유 멤브레인 성분은 튜브에 축 방향으로 위치된다. 일부 경우에, 하우징은 튜브로 구성되며, 여기서 하우징 및 알칼리 농후화 멤브레인 성분은 동심원이다. 본 발명의 양태는, 예를 들어 상기 기재된 바와 같이 조합된 포집 및 알칼리 농후화 반응기를 추가로 포함한다.

일부 경우에, 상기 프로토콜은, 예를 들어 PCT 공개 출원 번호 WO 2016/160612에 기술된 바와 같이 CO₂를 격리하는데 사용하기 위해 구성된 하나 이상의 배송 가능한 모듈형 유닛의 시스템을 사용하여 수행되며; 그 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다. 유닛의 양태는 지지체, 예를 들어, CO₂ 가스/액체 접촉기 서브유닛, 탄산염 생산 서브유닛, 알칼리 농후화 서브유닛, 연수화 서브유닛, 양이온 회수 서브유닛, 열 교환 서브유닛, 역삼투 서브유닛, 나노여과 서브유닛, 미세여과 서브유닛, 한외여과 서브유닛 및 정제된 CO₂ 수집 서브유닛 중 하나 이상과 연관되어 있는 하우징 또는 베이스를 포함한다. 본 발명에서 사용하기 위해 구성된 모듈형 유닛은 또한, 예를 들어 상술한 바와 같이 암모니아 재생 유닛을 포함할 수 있다. 하나 이상의 이러한 모듈형 유닛으로 구성된 시스템이 또한 제공된다. 본 명세서에 개시된 시스템은 대용량 시스템을 포함하며, 여기서 개별 모듈형 유닛은 단지 일 유형 또는 그 이상의 주어진 서브유닛, 예를 들어 CO₂ 가스/액체 접촉기 서브유닛, 탄산염 생산 서브유닛, 알칼리 농후화 서브유닛, 연수화 서브유닛, 양이온 회수 서브유닛, 열교환 서브유닛, 역삼투 서브유닛, 나노여과 서브유닛, 미세여과 서브유닛, 한외여과 서브유닛 및 정제된 CO₂ 수집 서브유닛을 함유할 수 있다. 본 발명의 양태는 CO₂ 가스/액체 접촉기 서브유닛, 탄산염 생산 서브유닛, 알칼리 농후화 서브유닛, 연수화 서브유닛, 양이온 회수 서브유닛, 열교환 서브유닛, 역삼투 서브유닛, 나노여과 서브유닛, 미세여과 서브유닛, 한외여과 서브유닛 및 정제된 CO₂ 수집 서브유닛을 포함하는 하나 이상의 개별 모듈형 유닛을 결합하고 가질 수 있는 다수의 개별 모듈형 유닛의 더 큰 집합을 포함한다. CO₂ 격리 프로토콜에서 유닛/시스템을 사용하는 방법이 또한 제공된다.

첨부된 청구 범위에도 불구하고, 본 개시내용은 또한 다음 항목에 의해 정의된다:

1. CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂를 격리하는 방법으로서, 상기 방법은 CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂를 격리하기 위해 다음 단계를 포함하는, 방법:

(a) CO₂ 격리 탄산염 및 수성 암모늄염을 생성하기에 충분한 조건에서 수성 암모니아 포집 액체를 CO₂의 기체성 원천과 접촉시키는 단계; 및

(b) 수성 암모늄염을 지오매스와 조합하여 재생된 수성 암모니아 포집 액체를 생성하는 단계.

2. 항목 1에 있어서, 상기 단계(a)는 수성 탄산암모늄을 생성하기에 충분한 조건에서 수성 암모니아 포집 액체를 CO₂의 기체성 원천과 접촉시킨 다음 수성 탄산암모늄을 양이온 원천과 접촉시켜 CO₂ 격리 탄산염을 생성하는 것을 포함하는, 방법.

3. 항목 1에 있어서, 상기 단계(a)는 CO₂ 격리 탄산염 및 수성 암모늄염을 생성하기에 충분한 조건에서 양이온 원천을 포함하는 수성 암모니아 포집 액체를 CO₂의 기체성 원천과 접촉시키는 것을 포함하는, 방법.

4. 이전 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 CO₂ 격리 탄산염의 생성은 CO₂ 가스를 생성하는, 방법.

5. 항목 4에 있어서, 상기 생성된 CO₂ 가스는 수성 포집 암모니아 액체와의 접촉에 의해 회수되는, 방법.

6. 이전 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 지오매스는 건설 및 철거 폐기물(C&DW)을 포함하는, 방법.

7. 항목 1 내지 항목 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 지오매스는 석탄 연소 생성물(CCP)을 포함하는, 방법.

8. 항목 1 내지 항목 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 지오매스는 알칼리성 폐기물을 포함하는, 방법.

9. 이전 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 재생된 수성 암모니아의 정제를 추가로 포함하는, 방법.

10. 항목 9에 있어서, 상기 정제는 재생된 수성 암모니아로부터 수성 포집 암모니아를 스트리핑하는 것을 포함하는, 방법.

11. 항목 1 내지 항목 8 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 재생된 수성 암모니아의 정제를 포함하지 않는, 방법.

12. 이전 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 CO₂의 기체성 원천은 연도 가스를 포함하는, 방법.

13. 이전 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 CO₂ 격리 응집체를 생성하는, 방법.

14. CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂를 격리하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 다음을 포함하는, 시스템:

(a) CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈; 및

(b) CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈에 결합된 수성 포집 액체 재생 모듈.

15. 항목 14에 있어서, 상기 시스템은 CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈에 작동 가능하게 결합된 CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈을 더 포함하는, 시스템.

16. 항목 14에 있어서, 상기 시스템은 CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈과 별도로 CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈을 포함하지 않는, 시스템.

17. CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂를 격리하는 방법으로서, 상기 방법은 CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂를 격리하기 위해 다음 단계를 포함하는, 방법:

수성 탄산암모늄 액체를 생성하기에 충분한 조건에서 수성 포집 암모니아 액체를 CO₂의 기체성 원천과 접촉시키는 단계;

CO₂ 격리 탄산염 및 암모늄염 액체를 생성하기에 충분한 조건에서 양이온 원천을 수성 탄산암모늄 액체와 조합하는 단계; 및

수성 암모늄염 액체를 지오매스와 조합하여 재생된 수성 암모니아 포집 액체를 생성하는 단계;

18. 항목 17에 있어서, 상기 CO₂ 격리 탄산염 및 암모늄염 액체의 생성은 CO₂ 가스를 생성하는, 방법.

19. 항목 18에 있어서, 상기 생성된 CO₂ 가스는 수성 포집 암모니아 액체와의 접촉에 의해 회수되는, 방법.

20. 항목 17 내지 항목 19 중 어느 하나에 있어서, 상기 지오매스는 건설 및 철거 폐기물(C&DW)을 포함하는, 방법.

21. 항목 17 내지 항목 19 중 어느 하나에 있어서, 상기 지오매스는 석탄 연소 생성물(CCP)을 포함하는, 방법.

22. 항목 17 내지 항목 19 중 어느 하나에 있어서, 상기 지오매스는 알칼리성 폐기물을 포함하는, 방법.

23. 항목 17 내지 항목 22 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 재생된 수성 암모니아의 정제를 추가로 포함하는, 방법.

24. 항목 23에 있어서, 상기 정제는 재생된 수성 암모니아로부터 수성 포집 암모니아를 스트리핑하는 것을 포함하는, 방법.

25. 항목 17 내지 항목 24 중 어느 하나에 있어서, 상기 양이온 원천은 알칼리 토금속 양이온을 포함하는. 방법.

26. 항목 25에 있어서, 상기 양이온 원천은 2가 양이온 원천인, 방법.

27. 항목 26에 있어서, 상기 2가 양이온은 알칼리 토금속 양이온을 포함하는, 방법.

28. 항목 27에 있어서, 상기 2가 알칼리 토금속 양이온은 Ca^{2 +} 및 Mg^{2 +}, 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는, 방법.

29. CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂를 격리하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 다음을 포함하는 시스템:

(a) CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈; 및

(b) CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈에 작동 가능하게 결합된 CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈; 및

(c) 지오매스 매개 공정을 통해 수성 포집 액체를 재생하도록 구성된 CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈에 결합된 수성 포집 액체 재생 모듈.

30. CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂를 격리하는 방법으로서, 상기 방법은 CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂를 격리하기 위해 다음 단계를 포함하는, 방법:

(a) CO₂ 격리 탄산염 및 수성 암모늄염을 생성하기에 충분한 조건에서 양이온 원천을 포함하는 수성 암모니아 포집 액체를 CO₂의 기체성 원천과 접촉시키는 단계; 및

(b) 수성 암모늄염을 지오매스와 조합하여 재생된 수성 암모니아 포집 액체를 생성하는 단계.

31. 이전 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 CO₂ 격리 탄산염의 생성은 CO₂ 가스를 생성하는, 방법.

32. 항목 31에 있어서, 상기 생성된 CO₂ 가스는 수성 포집 암모니아 액체와의 접촉에 의해 회수되는, 방법.

33. 항목 30 내지 항목 32 중 어느 하나에 있어서, 상기 지오매스는 건설 및 철거 폐기물(C&DW)을 포함하는, 방법.

34. 항목 30 내지 항목 32 중 어느 하나에 있어서, 상기 지오매스는 석탄 연소 생성물(CCP)을 포함하는, 방법.

35. 항목 30 내지 항목 32 중 어느 하나에 있어서, 상기 지오매스는 알칼리성 폐기물을 포함하는, 방법.

36. 항목 30 내지 항목 35 중 어느 하나에 있어서, 상기 CO₂의 기체성 원천은 연도 가스를 포함하는, 방법.

37. 항목 30 내지 항목 35 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 CO₂ 격리 응집체를 생성하는, 방법.

38. CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂를 격리하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 다음을 포함하는, 시스템:

(a) CO₂ 가스 포집 및 격리 탄산염 생산 모듈; 및

(b) CO₂ 가스 포집 및 격리 탄산염 생산 모듈에 결합된 수성 포집 액체 재생 모듈.

39. 항목 38에 있어서, 상기 시스템은 CO₂ 탄산염 응집 모듈을 추가로 포함하는, 시스템.

이전에 기술된 실시형태 중 적어도 일부에서, 실시형태에서 사용된 하나 이상의 요소는 그러한 대체가 기술적으로 가능하지 않은 경우 다른 실시형태에서 상호교환적으로 사용될 수 있다. 당업자라면 청구된 주제의 범주를 벗어남이 없이 상기 기술된 방법 및 구조에 대해 다양한 다른 생략, 추가 및 변형이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 모든 변형 및 변경은 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이 주제의 범주 내에 포함되도록 의도된다.

일반적으로, 본 명세서에서, 특히 첨부된 청구범위(예를 들어, 첨부된 청구범위의 본문)에서 사용된 용어는 일반적으로 "개방된" 용어로 의도된다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다(예를 들어, 용어 "포함하는"은 "포함하지만 이에 제한되지 않는"으로 해석되고, 용어 "갖는"은 "적어도 갖는"으로 해석되어야 하며, 용어 "포함한다"는 "포함하지만 이에 제한되지 않는다" 등으로 해석되어야 한다.). 특정 수의 도입된 청구항 인용이 의도된 경우, 그러한 의도가 청구항에서 명시적으로 인용될 것이고, 그러한 인용이 없는 경우 그러한 의도가 존재하지 않는다는 것이 당업자에 의해 추가로 이해될 것이다. 예를 들어, 이해를 돕기 위해, 다음의 첨부된 청구범위는 청구항 인용을 도입하기 위해 도입 문구 "적어도 하나" 및 "하나 이상"의 사용을 함유할 수 있다. 그러나 그러한 문구의 사용은 부정 관사 "a" 또는 "an"에 의한 청구항 인용의 도입이 그러한 도입된 청구항 인용을 함유하는 특정 청구항을 그러한 인용을 하나만 함유하는 실시형태로 제한한다는 것을 의미하는 것으로 해석되지 않아야 하고, 동일한 청구항이 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"라는 도입 어구와 "a" 또는 "an"과 같은 비한정 관사를 포함하는 경우에도(예를 들어, "a" 및/또는 "an"은 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 함); 청구항 인용을 도입하는 데 사용되는 정관사 사용에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 도입된 청구항 인용의 특정 개수가 명시적으로 인용되더라도, 당업자는 그러한 인용이 적어도 인용된 숫자를 의미하는 것으로 해석되어야 함을 인식할 것이다(예를 들어, 다른 수식어 없이 "2개 인용"의 공공연한 인용은 적어도 2개의 인용 또는 2개 이상의 인용을 의미한다). 또한 "A, B 및 C 등 중 적어도 하나"와 유사한 규칙이 사용된 이들 경우에, 일반적으로 그러한 구성은 당업자가 관례를 이해할 것이라는 의미에서 의도된다(예를 들어, "A, B 및 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A 단독, B 단독, C 단독, A와 B 함께, A와 C 함께, B와 C 함께, 및/또는 A, B 및 C 함께 등을 갖는 시스템을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다). "A, B 또는 C 등 중 적어도 하나"와 유사한 규칙이 사용된 이들 경우에, 일반적으로 그러한 구성은 당업자가 관례를 이해할 것이라는 의미에서 의도된다(예를 들어, "A, B 또는 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A 단독, B 단독, C 단독, A와 B 함께, A와 C 함께, B와 C 함께, 및/또는 A, B 및 C 함께 등을 갖는 시스템을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다). 상세한 설명, 청구범위 또는 도면에 있든 간에, 둘 이상의 대체 용어를 제시하는 사실상 임의의 분리 단어 및/또는 어구는 용어 중 하나, 용어 중 어느 하나 또는 용어 둘 모두를 포함할 수 있는 가능성을 고려하기 위해 이해되어야 한다는 것이 당업자에 의해 추가로 이해될 것이다. 예를 들어, "A 또는 B"라는 어구는 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

또한, 본 개시내용의 특징 또는 양태가 마쿠쉬 그룹의 관점에서 기술되는 경우, 당업자는 본 개시내용이 또한 이에 의해 마쿠쉬 그룹의 구성원 중 임의의 개별 구성원 또는 하위그룹의 관점에서 기술된다는 것을 인식할 것이다.

당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 임의의 및 모든 목적을 위해, 예컨대 서면 상세한 설명을 제공하는 것과 관련하여, 본 명세서에 개시된 모든 범위는 또한 임의의 및 모든 가능한 하위-범위 및 그의 하위-범위의 조합을 포괄한다. 임의의 나열된 범위는 동일한 범위를 적어도 동일한 절반, 3분의 1, 4분의 1, 5분의 1, 10분의 1 등으로 나누는 것을 충분히 설명하고 가능하게 하는 것으로 쉽게 인식될 수 있다. 비-제한적인 예로서, 본 명세서에 논의된 각 범위는 하위 3분의 1, 중간 3분의 1, 상위 3분의 1 등으로 쉽게 나누어 질 수 있다. 또한, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 "최대", "적어도", "초과", "미만" 등과 같은 모든 언어는 인용된 숫자를 포함하고 상기에서 논의된 바와 같이 이후에 하위-범위로 나눌 수 있는 범위를 의미한다. 마지막으로, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 범위는 각각의 개별 구성원을 포함한다. 따라서, 예를 들어 1-3개의 항목을 갖는 그룹은 1, 2 또는 3개의 항목을 갖는 그룹을 의미한다. 유사하게, 1-5개의 항목을 갖는 그룹은 1, 2, 3, 4 또는 5개의 항목 등을 갖는 그룹을 의미한다.

상술한 발명이 이해의 명료함을 위해 예시 및 예의 방식을 통해 일부 상세하게 기술되었지만, 본 발명의 교시 내용에 비추어 당업자에게는 첨부된 청구범위의 사상 또는 범주를 벗어나지 않고 이에 대해 특정 변경 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 아주 명백하다.

따라서, 선행하는 것은 단지 본 발명의 원리를 예시한 것이다. 당업자는 본 명세서에 명시적으로 설명되거나 도시되지 않았지만, 본 발명의 원리를 구현하고 그 정신 및 범주 내에 포함되는 다양한 배열을 고안할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 명세서에 인용된 모든 예 및 조건부 언어는 주로 독자가 본 발명의 원리 및 본 발명자들이 기술을 발전시키는 데 기여한 개념을 이해하는 데 도움을 주기 위한 것이며, 이러한 구체적으로 인용된 예 및 조건에 제한되지 않는 것으로 해석되어야 한다. 더욱이, 본 발명의 원리, 양태 및 실시형태뿐만 아니라 이의 특정 예를 언급하는 본 명세서에서의 모든 진술은 이의 구조적 및 기능적 등가물을 모두 포괄하도록 의도된다. 또한, 이러한 등가물에는 현재 알려진 등가물과 미래에 개발된 등가물, 즉 구조에 관계없이 동일한 기능을 수행하는 개발된 임의의 요소가 모두 포함되는 것으로 의도된다. 더욱이, 본 명세서에 개시된 어떤 것도 그러한 개시내용이 청구범위에 명시적으로 언급되는지 여부에 관계없이 대중에게 전용되도록 의도되지 않는다.

따라서, 본 발명의 범주는 본 명세서에 도시되고 기술된 예시적인 실시형태로 제한되도록 의도되지 않는다. 오히려, 본 발명의 범주 및 사상은 첨부된 청구범위에 의해 구체화된다. 청구범위에서, 35 U.S.C.§112(f) 또는 35 U.S.C.§112(6)은 정확한 어구 "에 대한 수단" 또는 정확한 어구 "에 대한 단계"가 청구범위에서 그러한 제한의 시작 부분에 언급된 경우에만 청구범위의 제한을 위해 호소되는 것으로 명시적으로 정의되며; 그러한 정확한 어구가 청구범위의 제한에 사용되지 않으면, 35 U.S.C.§112(f) 또는 35 U.S.C.§112(6)은 호소되지 않는다.

Claims (16)

1. CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂를 격리하는 방법으로서, 상기 방법은 CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂를 격리하기 위해 다음 단계를 포함하고, 재생된 수성 암모니아의 정제를 포함하지 않는, 방법:
   (a) CO₂ 격리 탄산염 및 수성 암모늄염을 생성하기에 충분한 조건에서 수성 암모니아 포집 액체를 CO₂의 기체성 원천과 접촉시키는 단계; 및
   (b) 수성 암모늄염을 지오매스와 조합하여 재생된 수성 암모니아 포집 액체를 생성하는 단계.
2. 제1항에 있어서, 상기 단계(a)는 수성 탄산암모늄을 생성하기에 충분한 조건에서 수성 암모니아 포집 액체를 CO₂의 기체성 원천과 접촉시킨 다음 수성 탄산암모늄을 양이온 원천과 접촉시켜 CO₂ 격리 탄산염을 생성하는 것을 포함하는, 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 단계(a)는 CO₂ 격리 탄산염 및 수성 암모늄염을 생성하기에 충분한 조건에서 양이온 원천을 포함하는 수성 암모니아 포집 액체를 CO₂의 기체성 원천과 접촉시키는 것을 포함하는, 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 CO₂ 격리 탄산염의 생성은 CO₂ 가스를 생성하는, 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 생성된 CO₂ 가스는 수성 포집 암모니아 액체와 접촉에 의해 회수되는, 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 지오매스는 건설 및 철거 폐기물(C&DW)을 포함하는, 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 지오매스는 석탄 연소 생성물(CCP)을 포함하는, 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 지오매스는 알칼리성 폐기물을 포함하는, 방법.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1항에 있어서, 상기 CO₂의 기체성 원천은 연도 가스를 포함하는, 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 방법은 CO₂ 격리 응집체를 생성하는, 방법.
14. CO₂의 기체성 원천으로부터 CO₂를 격리하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 다음을 포함하고, 재생된 수성 암모니아의 정제를 포함하지 않는, 시스템:
    (a) CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈; 및
    (b) CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈에 결합된 수성 포집 액체 재생 모듈.
15. 제14항에 있어서, 상기 시스템은 CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈에 작동 가능하게 결합된 CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈을 더 포함하는, 시스템.
16. 제14항에 있어서, 상기 시스템은 CO₂ 가스/수성 포집 액체 모듈과 별도로 CO₂ 격리 탄산염 생산 모듈을 포함하지 않는, 시스템.

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