MX2011002120A - Proceso quimico integrado mejorado. - Google Patents

Abstract

Un proceso para convertir dióxido de carbono en material sólido, proceso el cual comprende los pasos de: (a) activación térmica directa de material de alimentación de mineral de hidróxido de silicato de magnesio por combustión de combustible para producir un material de alimentación activado; (b) separación del material de alimentación activado de los óxidos de metal excluyendo al menos sustancialmente óxido de magnesio y silicato de magnesio para producir un material de alimentación activado residual; (c) antes o después del paso de separación suspensión del material de alimentación activado en el solvente para formar una suspensión; y (d) poner en contacto la suspensión del material de alimentación activado residual de dióxido de carbono para convertir el dióxido de carbono en carbonato de magnesio.

Description

PROCESO QUIMICO INTEGRADO MEJORADO CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se relaciona con un proceso para el secuestro permanente y seguro de gas de dióxido de carbono y se relaciona en particular con un proceso integrado eficiente y .económicamente viable para la conversión química de dióxido de carbono a carbonatos sólidos, reduciendo por lo tanto la acumulación de dióxido de carbono en la atmósfera.

El secuestro de gas de dióxido de carbono en depósitos que están aislados de la atmósfera es una tecnología en desarrollo que es ampliamente reconocida como un elemento esencial de los intentos globales por reducir las emisiones de dióxido de carbono hacia la atmósfera. El rápido incremento en las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico es de preocupación debido a sus propiedades como gas de invernadero y su contribución al fenómeno de calentamiento global y cambio climático. Existen instalaciones de demostración y prototipo para la captura y secuestro de dióxido de carbono en varios países. Aunque existen varias tecnologías para la captura y concentración de dióxido de carbono en gases de combustión, la mayoría de las instalaciones actuales utilizan secuestro subterráneo conocido como geosecuestro . Esto puede ocurrir en reservorios de petróleo o gas agotados u otras formaciones porosas subterráneas que estén adecuadamente aisladas de · la atmósfera. Esos reservorios o formaciones pueden situarse bajo la tierra o el mar. Otros posibles depósitos subterráneos para gas de dióxido de carbono son los llamados acuiferos salinos. El almacenamiento directo de dióxido de carbono en el océano profundo también ha sido investigado pero aún tiene que ser demostrado exitosamente a cualquier escala significativa.

Otro campo de estudio es el que se conoce como carbonacion mineral; por el que el dióxido de carbono se hace reaccionar químicamente con minerales de óxido o silicato de metal alcalino o alcalinotérreo para formar carbonatos sólidos estables. El uso de esta ruta en una planta de proceso de carbonacion mineral que usa minerales que han sido extraídos y procesados se conoce como carbonacion mineral ex situ, en oposición a la carbonacion in situ por la cual el dióxido de carbono es depositado en formaciones minerales subterráneas y reacciona durante intervalos de tiempo más prolongados con aquellos minerales que existen en formaciones subterráneas. La presente invención se relaciona con el método ex situ para el secuestro de dióxido de carbono vía carbonacion mineral.

La carbonacion mineral tiene numerosas ventajas potenciales sobre otros métodos de secuestros de dióxido de carbono. Esas incluyen la estabilidad relativamente permanente y la eliminación de cualquier riesgo de fuga del dióxido de carbono gaseoso. Además, los sitios subterráneos adecuados para el geosecuestro no existen en todos los lugares donde se requieren. Las reacciones químicas de carbonación' mineral están también favorecidas termodinámicamente, con liberación exotérmica de energía debido a la formación de carbonatos. Muchos de los minerales requeridos para la carbonación mineral son abundantes y se encuentran ampliamente distribuidos globalmente. Esos minerales pueden ser fácilmente extraídos y sometidos a tecnologías de trituración conocidas y otras. Ellos son generalmente benignos y los riesgos ambientales y de seguridad son fácilmente manejables. En particular, es estimado que el mineral ampliamente conocido como serpentina está disponible en cantidades suficientes para secuestrar todas las emisiones globales de dióxido de carbono de las reservas de combustible fósil conocidas. La presente invención se enfoca sobre un proceso para la carbonación mineral de hidróxido de silicato de magnesio como serpentina o talco. La reacción química de carbonación mineral para la serpentina se da aquí: 1/3Mg3Si205 (OH) 4 + C02 = MgC03 + 2/3Si02 + ¾?20 La invención asume que un flujo que contiene dióxido de carbono está disponible para esa carbonación mineral. Esos flujos pueden originarse de gases de combustión de cualquier proceso de combustión, especialmente aquéllos para la producción de vapor para la generación de electricidad, o de procesos conocidos en la técnica como gasificación o reformación de gas, asi como de procesos de fabricación químicos típicos como la fabricación de amoniaco o cemento Portland. La concentración de dióxido de carbono en esos flujos puede elevarse sustancialmente vía rutas tecnológicas conocidas en el campo. Esas incluyen las llamadas tecnologías de captura de carbono como aquéllas que emplean la tecnología de separación con membrana o alternativamente aquéllas que emplean solventes de dióxido de carbono como aminas, amoniaco o compuestos de amoniaco. En el último caso, esos solventes capturan el dióxido de carbono de flujos diluidos como gases de combustión y entonces son sometidos a regeneración de solvente para liberar los flujos concentrados de dióxido de carbono y el solvente regenerado para usarse en la captura adicional. De manera alternativa, en un proceso conocido como "combustión de oxicombustible" , los flujos de dióxido de carbono concentrado y vapor de agua pueden formarse directamente en el proceso de combustión vía el uso de oxígeno en lugar de aire para alimentar el proceso de combustión. Otro proceso conocido como gasificación produce flujos de hidrógeno y dióxido de carbono relativamente puro a través de la gasificación de combustibles hidrocarbonáceos bajo condiciones de proceso adecuadas .

La presente invención se relaciona con la solidificación de dióxido de carbono, por ejemplo dióxido de carbono presente en los flujos de gas mencionados anteriormente, en el proceso de carbonacion mineral como se describe aquí. Aunque es ventajoso usar flujos altamente concentrados de dióxido de carbono en la presente invención, no se impide el uso de flujos de menor pureza. En particular, la presencia de agua en esos flujos no es necesariamente desfavorable puesto que el proceso usa suspensiones acuosas cuyo contenido de agua puede ser ajustado fácilmente si se requiere. Además, los aspectos clave de la presente invención pueden ser aplicados a procesos más lentos o menos intensivos para el secuestro de dióxido de carbono. Esos pueden incluir por ejemplo secuestros de dióxido de carbono de la atmósfera.

La presente invención proporciona mejoras significativas sobre procedimientos anteriores. En particular esta invención mejora un proceso anterior descrito en la Solicitud de Patente Internacional WO2008/061305 publicada por la solicitante. Esa invención describe un proceso de activación directa y disparada por combustible, integrado para materiales de alimentación de mineral de silicato de metal alcalino o alcalinotérreo como serpentina y los procesos de solvente integrados necesarios para las reacciones de carbonación requeridas para el secuestro ex situ viable. La técnica anterior relevante también fue reconocida en la WO2008/061305 y puede ser tomada como técnica anterior de referencia para la presente invención .

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención vuelve el proceso total más económicamente favorable que lo previamente anticipado y más competitivo con formas alternativas de secuestro de dióxido de carbono. El proceso proporciona por lo tanto medios de conversión de dióxido de carbono en carbonato de magnesio estable más económicamente favorables para reducir la cantidad de dióxido de carbono liberado a la atmósfera.

En consecuencia, la presente invención proporciona un proceso para la solidificación de dióxido de carbono haciendo reaccionar dióxido de carbono con material de alimentación mineral de hidróxido de silicato de magnesio, proceso el cual comprende la activación térmica directa del material de alimentación de hidróxido de silicato de magnesio por combustión de combustible para producir un material de alimentación activado, separación del material de alimentación activado de los óxidos de metal excluyendo al menos sustancialmente un óxido de magnesio y el silicato de magnesio para producir un material de alimentación activado residual, antes o después del paso de separación, suspensión del material de alimentación ' activado en un solvente para formar una suspensión, y poner en contacto la suspensión del material de alimentación activado residual con dióxido de carbono para convertir el dióxido de carbono en carbonato de magnesio.

Un aspecto importante de la presente invención implica la separación de óxidos de metal diferentes al óxido de magnesio y silicato de magnesio del material de alimentación activado después de la activación térmica directa disparada por combustible al material de alimentación. De acuerdo a lo enseñado por la O2008/061305, la activación es lograda por combustión de un combustible con el calor liberado por la combustión que es aplicada directamente al material de alimentación. La activación térmica directa del material de alimentación del mineral de hidróxido de silicato de magnesio da como resultado la formación de forsterita o silicato de magnesio, óxido de magnesio, sílice y agua junto con otra, usualmente menor en proporción, en óxidos de metal constituyentes originalmente presentes en el material de alimentación mineral.

Se ha descubierto que la separación de óxidos de metal, diferentes al óxido de magnesio y silicato de magnesio, puede ser efectuado de manera ventajosa después del proceso de activación térmica directa para producir un flujo de material de alimentación ¿ctivado residual más rico en óxido de magnesio y silicato de magnesio y con cantidades reducidas de otros óxidos de metal antes de la reacción con dióxido de carbono. Esa remoción de otros óxidos de metal reduce sustancialmente los requerimientos de proceso corriente abajo. Los óxidos de metal que pueden ser removidos en este proceso incluyen óxido de uno o más de hierro, silicio, aluminio, manganeso, cromo, níquel, titanio, cobre, potasio, fósforo, calcio y sodio. Los óxidos que son de valor comercial bajo como aquéllos de silicio y aluminio, o están presentes en cantidades insuficientes para ser de valor comercial, como aquéllos de potasio, fósforo y sodio, pueden de este modo ser retirados del proceso para su eliminación residual. Aquellos óxidos de metal de suficiente valor comercial contenidos en el material de alimentación pueden de este modo ser recuperados del flujo separado después de esta activación térmica directa. Esos materiales típicamente comprenderían óxidos de hierro, cromo, níquel y manganeso.

De este modo, la separación de sílice y otros óxidos de metal después de la activación térmica directa reduce los requerimientos de proceso corriente abajo y los costos mientras que la recuperación de óxidos de metal valiosos proporciona un flujo de ganancias. El proceso total de este modo se vuelve más económicamente competitivo con otras formas de secuestro de dióxido de carbono.

De acuerdo con la presente invención, la separación de óxidos de metal excluyendo al menos sustancialmente el óxido de magnesio y silicato de magnesio después de la activación térmica directa puede ser lograda por varios medios de separación, como separación por densidad o gravedad, separación centrifuga, flotación, filtración, separación magnética, separación electrostática y combinaciones de una o más de las mismas. Las tecnologías de separación por densidad particularmente ventajosas para el propósito de esta invención incluyen procesos que usan recipientes de sedimentación espirales, ciclones, hidrociclones y combinaciones de los mismos. Las combinaciones de separación por densidad y separación magnética pueden ser particularmente benéficas, por ejemplo, para recuperar y concentrar mineral de hierro en particular .

Será comprendido por aquellos expertos en la técnica que esos procesos de separación tienen eficiencias de separación asociadas, dando de este modo como resultado invariablemente la separación imperfecta y de este modo llevan alguna porción de los componentes a ser separados a otro flujo, separado. Por ejemplo, una proporción de los óxidos de metal a ser separados del flujo de material de alimentación activado residual invariablemente será llevada al flujo de material de alimentación activado residual y viceversa. Una cierta proporción de óxido de magnesio y/o silicato de magnesio puede de este modo también perderse en los flujos de óxido de metal separados. Sin embargo, el propósito principal es detener sustancialmente la proporción más grande de óxido de magnesio y silicato de magnesio en el flujo del material de alimentación activado residual. En consecuencia los óxidos de metal, excluyendo al menos sustancialmente el óxido de magnesio y silicato de magnesio son separados del material de alimentación activado residual después de la activación térmica directa. Para los propósitos de la presente invención "excluir al menos sustancialmente el óxido de magnesio y silicato de magnesio" significa de manera general excluir al menos 50% del óxido de magnesio y silicato de magnesio total originalmente presente en el material de alimentación activado después de la activación térmica directa. De este modo, al menos el 50% del óxido de magnesio y el silicato de magnesio es retenido en el flujo del material de alimentación activado residual. Preferiblemente, una proporción mayor del óxido de magnesio y silicato de magnesio es retenida en el flujo del material de alimentación activado residual, de manera más preferible un exceso de 75% en peso.

Se ha encontrado que el uso de la separación por densidad es particularmente ventajoso puesto que permite que los óxidos de metal, los cuales son generalmente de valor económico bajo sean separados en el flujo de baja densidad, separando también a la de los óxidos de metal de valor económico mayor en un flujo de alta densidad. El flujo de alimentación activado residual que contiene la mayoría del óxido de magnesio y silicato de magnesio originalmente presentes forma un flujo de densidad intermedia para el proceso posterior de conversión en carbonato de magnesio.

El material de alimentación activado residual es suspendido en una suspensión en solvente y posteriormente puesto en contacto con dióxido de carbono para convertir el dióxido de carbono a carbonato de magnesio. Preferiblemente, el material de alimentación activado residual se pone en contacto con dióxido de carbono gaseoso superficial, licuado o a alta presión para convertir sustancialmente el dióxido de carbono a carbonato de magnesio. El término presión alta en el contexto de esta descripción se refiere a presiones que excedan de 5 barias, de manera más preferible que exceden de 50 barias.

Típicamente, el material de alimentación de mineral de hidróxido de silicato de magnesio comprende principalmente (al menos 50% en peso) serpentina o talco.

En general, el material de alimentación de mineral de hidróxido de silicato de magnesio será sometido a reducción del tamaño por trituración y/o molienda después de su extracción. Como se describe en la WO2008/061305, la reducción de tamaño a la distribución de tamaño de partícula deseada final para la reacción de carbonación puede ser efectuada antes o después del paso de activación térmica directa. La distribución de tamaño de partícula deseada final para la reacción de carbonación es de aproximadamente 75 micrómetros o menos. Aunque la trituración a ese tamaño puede ser efectuada antes de la activación térmica directa, puede ser ventajoso efectuar una reducción de tamaño más gruesa inicial a un tamaño de aproximadamente 500 micrómetros o menos antes del calentamiento por combustión directa seguido por reducción de tamaño adicional posterior al tamaño de partícula deseado final para la reacción de carbonación. Esa molienda posterior puede ser efectuada, de manera ventajosa, en un proceso de molienda en húmedo con el material de alimentación activado mezclado con suspensión de solvente antes del paso de separación del óxido de metal. La reducción de tamaño más gruesa inicial antes del paso de activación térmica directa puede ser efectuada, de manera ventajosa, en un proceso de molienda en seco, reduciendo por lo tanto la carga de calor requerida en el paso de activación térmica directa.

El proceso más preferible implica el uso óptimo de integración de calor a través del proceso. El calor recuperado en las operaciones de enfriamiento es empleado de manera óptima para proporcionar calor o energía donde se requiera. Por ejemplo, el precalentamiento del material de alimentación del mineral de hidróxido de silicato de magnesio puede ser logrado usando uno o más recipientes de calentamiento utilizando el calor recuperado de varios puntos en el proceso. Esos puntos incluyen la reacción de carbonación exotérmica la cual generalmente tomará lugar en recipientes de reacción mantenidos a temperaturas inferiores a 200 grados Celsius, de maneta más común por debajo de aproximadamente 150 grados Celsius, la compresión de dióxido de carbono, los gases de combustión calientes del proceso de activación térmica directa incluyendo el vapor de agua liberado por la deshidroxilación y el material de alimentación activado caliente después de la activación térmica directa. El calor recuperado de esos puntos puede ser usado en otros pasos de proceso que requieran alimentación de calor como el precalentamiento del material de alimentación del mineral de hidróxido de silicato de magnesio, y calentamiento del flujo de suspensión de material de alimentación activado residual a la temperatura del recipiente del reactor de carbonación. También puede ser logrado calentamiento adicional por medio de la integración con una planta de combustión, gasificación, reformación o generación de electricidad asociada, cuyas emisiones de dióxido de carbono sean sometidas al proceso de secuestro actual. En particular, puede hacerse uso de calor de bajo grado recuperado de la planta asociada que no puede ser usado en las turbinas de generación de electricidad u otros procesos dentro de la planta asociada. De manera ventajosa, el material de alimentación del mineral de hidróxido de silicato de magnesio y/o para la combustión puede ser precalentado usando ese calor recuperado antes de entrada al recipiente de calentamiento por combustión. De manera alternativa, la energía recuperada de las operaciones de enfriamiento puede ser empleada para accionar bombas o compresores. A este respecto, el vapor de cualquier operación de enfriamiento puede ser empleado de manera particularmente ventajosa para accionar bombas o compresores para la compresión de dióxido de carbono.

De este modo, en una modalidad de la invención el material de alimentación del mineral de hidróxido de silicato de magnesio es precalentado antes de la activación térmica directa mediante la aplicación del calor liberado por combustión del combustible usando el calor liberado de la reacción del dióxido de carbono con el material de alimentación activado y/o el calor de bajo grado o residual extraído de un proceso de combustión de combustible carbonáceo o hidrocarbonáceo, gasificación, reformación o generación de electricidad y/o calor extraído del enfriamiento de productos del recipiente de calentamiento activado por fuego y/o calor extraído del enfriamiento del dióxido de carbono después de la compresión.

Como se describe en la WO2008/061305, el material de alimentación del mineral de hidróxido de silicato de magnesio, preferiblemente precalentado como se describe aquí, es finalmente calentado en el recipiente de calentamiento adecuado utilizando el calor liberado de la combustión de un combustible hidrocarbonáceo a su temperatura de activación requerida de menos de aproximadamente 580°C, por ejemplo de aproximadamente 580 a 1200°C, como de aproximadamente 580 a 800°C. El proceso de deshidroxilación ocurre bajo esas condiciones, liberando vapor de agua. El hidróxido de silicato de magnesio también es convertido a silicato de magnesio o forsterita, liberando sílice. Esas temperaturas son considerablemente menores que aquellas típicamente empleadas en la operación de calcinación, haciendo el uso de un recipiente de calentamiento más eficiente desde el punto de vista energético y permitiendo un menor costo de los materiales refractarios a ser usados en su construcción, reduciendo los costos.

Los combustibles de combustión usados para suministrar el calor al recipiente de calentamiento donde ocurre la activación térmica directa pueden ser elegidos de cualquier combustible hidrocarbonáceo conveniente. Los combustibles disponibles a la planta de combustión, gasificación, reformación o generación de electricidad asociada generalmente serán convenientes para el propósito actual. Como es enseñado en la WO2008/061305, esos combustibles pueden incluir petróleo, gas natural, metano o alcanos de cadena más larga o variantes o mezclas de los mismos. Como se enseña además en la WO2008/061305, ese combustible puede comprender también de manera sustancial o parcial material hidrocarbonáceo derivado de biomasa renovable. Los combustibles preferidos incluyen gas natural y otra mezcla de alcanos puesto que ellos son más eficientes. La combustión del combustible en el proceso de activación térmica directa forma dióxido de carbono adicional que es sometido al proceso de secuestro de la presente. De este modo es ventajoso en un sentido del proceso total minimizar ese dióxido de carbono adicional.

Combustibles como el gas natural, alcanos o biomasa renovable ayudan a lograr esa minimización.

Como se enseña además en la WO2008/061305, la activación térmica directa del material de alimentación del mineral de hidróxido de silicato de magnesio puede tomar lugar en cualquier recipiente de calentamiento adecuado. Este usualmente tomará la forma de un horno de fraccionación catalítica, horno o cámara de combustión o recipiente de calentamiento similar. El material de alimentación puede ser puesto en contacto con los gases de combustión del combustible o puede ser calentado un aislamiento de los gases de combustión vía radiación, conducción o convección de la cámara de combustión de combustible. El uso de un fluido de transferencia de calor intermedio entre la cámara de combustión y el material de alimentación del mineral no está impedido, sin embargo es menos eficiente. El uso de otros medios como la electricidad para proporcionar calor, como en un horno eléctrico, no constituye activación térmica directa y en consecuencia es inadecuado debido a requerimientos de energía excesiva.

Donde el material de alimentación de mineral de hidróxido de silicato de magnesio es calentado por contacto directo por los gases de combustión del combustible, es preferible usar una mezcla de combustión pobre en oxígeno en la cámara de combustión. Esto requiere un contenido de oxígeno inferior al requerimiento estequiométrico exacto para la combustión completa del combustible hidrocarbonáceo. Este reducirá el grado de oxidación adicional de los óxidos de hierro contenidos en el material de alimentación y mejorará el valor económico de los óxidos de hierro que sean separados en la etapa posterior.

El material de alimentación es típicamente transportado como un sólido molido a través de la serie de intercambiadores · de calor, incluyendo el recipiente de calentamiento final donde el material de alimentación es llevado a su temperatura de activación final por el calor liberado por la combustión de combustible. Como es enseñado en la WO2008/061305, el recipiente de activación por calor puede ser de diseño de eje vertical que comprenda una o más cámaras sustancialmente verticales y donde el material de alimentación sea cargado y fluya a contracorriente de los gases producidos por la combustión del combustible. De manera alternativa, el material de alimentación sólido puede ser transportado a través de la serie de intercambiadores de calor incluyendo recipientes de calentamiento final en los medios fluidos en tuberías o recipientes, siendo esos fluidos gases o líquidos.

La agitación del material de alimentación de mineral en el recipiente de calentamiento donde ocurre la activación térmica es benéfica para el proceso de activación del material de alimentación y para la liberación de cualquier fase de sílice libre y puede ser empleada de manera ventajosa en el recipiente de calentamiento. El recipiente de calentamiento puede ser diseñado para proporcionar condiciones turbulentas o dispersantes o de atrición para ayudar a lograr la deshidroxilación del material de alimentación esencial para la activación. De este modo, el recipiente de calentamiento puede ser diseñado para hacer girar y/o agitar el material de alimentación durante el calentamiento del mismo para ayudar a la deshidroxilación (activación) . Esa agitación puede ser aplicada vía rotación en hornos de hidrogenación catalítica giratorios, preferiblemente en presencia de algún medio de molienda y/o agitación adicional como bolas de acero. De manera alternativa, puede ser obtenida alguna agitación vía el flujo de gas a contracorriente en el eje de hornos de fraccionación catalítica de torre u horno de lecho fluidizado, de nuevo, preferiblemente en presencia de algún medio de molienda y/o agitación adicional.

El agua de deshidroxilación liberada durante la activación térmica es recuperada de manera ventajosa en un condensador posterior para usarse dentro del proceso en la suspensión acuosa.

En una modalidad preferida el material de alimentación es alimentado en la serie de intercambiadores de calor, incluyendo el recipiente de calentamiento final en un estado esencialmente seco, de modo que el material de alimentación sea transportado a través de los intercambiadores de calor y recipientes de calentamiento sin la adición de ningún liquido al material de alimentación, haciendo disminuir por lo tanto los requerimientos térmicos para el proceso de calentamiento. En este caso el uso de medios secos de transporte del material de alimentación a través de los intercambiadores de calor del recipiente de calentamiento puede implicar movimiento mecánico o un medio de transporte de gas.

El transporte del material de alimentación mineral a través de tubos o cámaras en los intercambiadores de calor y el recipiente de calentamiento puede ser logrado, y de manera alternativa, por el flujo en dos fases, fluido/sólido, y los fluidos que comprenden gases o líquidos. Para el caso de flujo de gas/sólido, el gas de arrastre o transporte proporciona agitación y transferencia de calor eficiente lo cual puede ser mejorado por velocidades de flujo de gas altas durante el transporte del material de alimentación mineral a través de los intercambiadores de calor y el recipiente de calentamiento.

De manera alternativa, el material de alimentación mineral puede ser transportado a través de los intercambiadores de calor y recipientes de calentamiento como una suspensión suspendida en un soporte liquido. En esos casos, se prefiere que la relación de líquidos a sólidos en la etapa de activación térmica directa, se mantenga baja, y usualmente menor que la empleada en el paso de carbonación final para reducir los requerimientos de energía térmica elevando el material de alimentación en suspensión a su temperatura de activación deseada de al menos aproximadamente 580°C, por ejemplo de aproximadamente 580°C, por ejemplo de aproximadamente 580 a 1200°C, como de aproximadamente 580°C a 800°C. Bajo esas condiciones esos líquidos generalmente serán sobrecalentados. La presencia de ese soporte líquido puede ayudar a la deshidroxilación del material de alimentación del mineral de hidróxido de silicato de magnesio y la liberación de sílice proporcionando una transferencia de calor eficiente, flujo turbulento y alguna disolución del magnesio y por disrupción auxiliar de las capas de sílice. En una modalidad para el transporte del material de alimentación vía soportes fluidos, los soportes fluidos comprenden gases o líquidos, la energía térmica suministrada al recipiente de calentamiento puede ser reducida vía el reciclaje del fluido de soporte a través del recipiente de calentamiento. El material de alimentación mineral sólido puede ser separado sustancialmente del fluido de soporte y después de salir del recipiente de calentamiento y el fluido de soporte o arrastre reciclado para llevar más material de alimentación mineral a través del recipiente de calentamiento, manteniendo de este modo la mayoría de la energía térmica del fluido caliente. La separación sustancial sólido/fluido puede ser lograda por métodos de proceso bien conocidos como separación por densidad, separación centrífuga o filtración.

Después del paso de activación térmica directa, puede ser empleada una segunda etapa de trituración fina opcional donde la trituración inicial era relativamente gruesa, para reducir los tamaños de partícula a 75 micrómetros o menos. Esta trituración o molienda fina puede ser efectuada ya sea en húmero o en seco. Donde la trituración en húmedo sea efectuada, ésta se efectuará con la adición de solo medios acuosos suficientes para permitir la trituración o molienda eficiente.

La separación de la sílice y/u otros minerales valiosos es efectuada antes de la reacción de carbonación. Esta separación puede ser lograda vía varios medios conocidos en la industria de procesamiento de minerales incluyendo la separación por densidad o gravedad, separación centrífuga o filtración, flotación, separación magnética o electrostática o combinaciones de los mismos. La separación por densidad proporciona una ruta particularmente adecuada. La separación por densidad puede ser lograda a través del uso de tecnologías conocidas por aquellos expertos en la técnica como sedimentadores obstruidos, ciclones, hidrociclones espirales, cribas hidráulicas y similares. Puede ser agregada agua para permitir la operación eficiente de esas unidades. La sílice libre y otros óxidos de metal de bajo valor son removidos como una fracción de baja densidad y el hierro y otros óxidos de metal valiosos son removidos como fracciones de alta densidad. El enriquecimiento adicional de los óxidos de hierro puede ser logrado vía separación magnética o electrostática. Donde sea agregada agua a esas operaciones, esta puede ser recuperada de los flujos de óxido de metal separados para reutilizarse en el proceso. El material de alimentación activado residual, que constituye la fracción principal de densidad intermedia, es entonces más rico en contenido de magnesio haciéndolo más efectivo para la reacción de carbonacion posterior.

El material de alimentación activado y finamente molido residual es entonces suspendido en la solución de suspensión que se requiere para la reacción de carbonacion. Los solventes son solventes acuosos o acuosos mezclados y/o salinos u otros solventes miscibles típicamente, débilmente ácidos, con dióxido de carbono. Los solventes pueden ser elegidos de cualquiera de agua, ácidos débiles como aquellos conocidos en la técnica anterior por ejemplo ácido acético, ácido oxálico, ácido ascórbico, ácido ftálico, ácido ortofosfórico, ácido cítrico, ácido fórmico o soluciones salinas de esos ácidos débiles, soluciones salinas, soluciones salinas acuosas o de bicarbonato de sodio, soluciones de bicarbonato de potasio, soluciones acuosas y alcohólicas mezcladas como soluciones etanol o metanol acuosas, soluciones acuosas y de glicol mezcladas, soluciones acuosas y de glicerol mezcladas, y cualquier combinación de las mismas. De manera ventajosa, puede ser empleado un sistema de solvente acuoso que comprenda una solución salina acuosa con bicarbonato de sodio. Otros solventes adecuados que han sido identificados po los trabajadores de este campo incluyen soluciones salinas acuosas de bicarbonato de potasio.

El material de alimentación activado residual suspendido en el solvente es entonces puesto en contacto con dióxido de carbono para formar carbonato de magnesio. Preferiblemente, los materiales de alimentación activados suspendidos en los solventes son puestos en contacto con dióxido de carbono supercrítico, licuado o gaseoso a alta presión en recipientes de reacción altamente turbulentos o rápidamente dispersantes o atritivos para convertir sustancialmente dióxido de carbono a carbonatos. Preferiblemente son empleadas presiones en el intervalo de 10-200 barias, de manera más preferible 50-160 barias y temperaturas de 10-250 grados Celsius, de manera más preferible 10-175 grados Celsius en los recipientes de reacción.

Los recipientes de reacción adecuados pueden comprender recipientes con agitación a alta presión, reactores de tubos o similares, de manera más preferible, recipientes de reacción a alta velocidad para promover la turbulencia, mezclado rápido y atrición de los materiales de alimentación activados. Los reactores de lecho fluidizado particularmente con la adición de medios de molienda pueden ser empleados de manera ventajosa.

La conversión del material de alimentación de carbonato de magnesio en el reactor donde el material de alimentación activado residual reacciona con dióxido de carbono presurizado, es mejorada mediante el uso de un flujo de reciclaje por circulación el cual hace circular y regresa el material de alimentación sin reaccionar, solvente y otros reactivos al recipiente de reacción de carbonación. Puede ser empleado de manera ventajosa un paso de separación adicional en este flujo de reciclaje para remover los productos de reacción de sílice y carbonato de magnesio de la reacción de carbonación, lo cual convierte la forsterita o silicato de magnesio en carbonato de magnesio y sílice. De este modo, el flujo de reciclaje insoporta una etapa de separación más que separa sustancialmente la sílice y carbonato de magnesio al material de alimentación sustancialmente sin reaccionar para regresar el material de alimentación sustancialmente sin reaccionar al reactor.

Como se usa en un proceso de separación después de la activación térmica directa, varios medios de separación como la separación por gravedad o densidad pueden nuevamente ser usados de manera ventajosa para efectuar la separación del flujo de reciclaje. La sílice y el carbonato de magnesio que reaccionó completamente pueden ser removidos como una fracción de densidad más baja, mientras que el silicato de magnesio que permanece sin reaccionar que constituye la fracción de mayor densidad puede ser reciclado sustancialmente de nuevo al reactor de carbonación. La sílice y el carbonato de magnesio removidos son deshidratados y los residuos de carbonato y sílice sólidos son retirados para su eliminación final, usualmente de regreso a la línea o cantera de serpentina. Los solventes recuperados y el material de alimentación sin reaccionar son reciclados al reactor. Una porción de la sílice y carbonatos de magnesio pueden ser procesados adicionalmente cuando sea necesario para producir un producto adicional para venta.

Será apreciado por aquellos expertos en la técnica que el uso de unidades de proceso como hornos de fraccionación catalítica, hornos u otros recipientes de calentamiento, procesos de trituración, procesos de separación y recipientes de reacción referidos en esta especificación no se limitan a ningún número particular de esos recipientes. Puede ser empleada una pluralidad de unidades, ya sea en serie o en paralelo, para proporcionar el rendimiento de proceso requerido por cualquier instalación de carbonación mineral particular. Por ejemplo, para solidificar y secuestrar aproximadamente 15 millones de toneladas de dióxido de carbono producidas anualmente por una planta de generación de electricidad alimentada con cuya escala de gigavatios, se necesitaría procesar anualmente aproximadamente 40 millones de toneladas de mineral de serpentina. Esto requiere una instalación de procesamiento que exceda de 100 kilotoneladas de serpentina por día o que exceda de 4500 toneladas por hora. Se requieren unidades de procesamiento paralelas, grandes, múltiples para satisfacer ese rendimiento.

Otra aplicación de esta invención puede ser en el secuestro de dióxido de carbono extraído de flujo diluido o directamente de la atmósfera para reducir la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera para mitigar los efectos de calentamiento global y cambio climático. Será evidente para aquellos expertos en la técnica que procesos como aquellos descritos en la presente invención pueden ser adaptados y usados para la absorción y solidificación de dióxido de carbono de la atmósfera. Los aspectos clave y las mejoras de proceso asociadas y aplicaciones descritos aquí pueden ser empleados en esos procesos. En particular, el uso de procesos de activación térmica directa vía combustión de un combustible descrito aquí y las separaciones de óxido de metal posteriores asi como los procesos en solvente descritos aquí y otras diferentes mejoras y aplicaciones de proceso descritas aquí pueden ser empleadas en la captura de dióxido de carbono de la atmósfera .

Como se describe aquí, los óxidos de metal excluyendo sustancialmente el óxido de magnesio y silicato de magnesio que son separados del material de alimentación activados pueden ser regresados a la mina o cantera procesados adicionalmente para venta como productos comerciales .

El dióxido de carbono atmosférico puede ser concentrado antes de la reacción, o puede ser secuestrado en forma diluida, incluyendo por reacción directa con dióxido de carbono atmosférico. En el primer caso, las torres de absorción pueden utilizar amoniaco o compuestos de amoniaco disueltos como carbonato de amonio para absorber el dióxido de carbono de los flujos de aire que pasan a través de lás torres convirtiendo éste a bicarbonato de amonio. El dióxido de carbono puede entonces ser liberado en un flujo concentrado y el carbonato de amonio regenerado por la aplicación de calor. El flujo concentrado de dióxido de carbono es entonces procesado en el mismo proceso como se describió anteriormente aquí. En el último caso, el secuestro puede ser procesado más lentamente que en recipientes de reacción a alta presión, no obstante usando el material de alimentación de hidróxido de silicato de magnesio activado y sometido a separación de óxido de metal como se enseña aquí. Los óxidos de metal de valor económico pueden ser procesados adicionalmente para venta mientras que los óxidos de metal de bajo valor pueden ser regresados nuevamente a la linea de hidróxido de silicato de magnesio. Los sistemas de recipiente abiertos, campos, diques de suspensión, torres de absorción, pilas aireadas o arreglos de lixiviación en pila que contienen el material de alimentación de mineral de hidróxido de silicato de magnesio activado residual mezclado con solvente de suspensión seleccionados de manera adecuada pueden ser empleados en esta solicitud. Esos recipientes, campos, diques de suspensión, torres de absorción y pilas aireadas o arreglos de lixiviación en pila pueden ser diseñados de modo que expongan de manera óptima el mineral activado a dióxido de carbono, preferiblemente primero disuelto como ácido carbónico en medios acuosos, vía sistemas de roció, atomizadores o canales. El mineral activado que reaccionó, en forma de carbonato de magnesio, deberá ser removido periódicamente para permitir la exposición del material de alimentación activado sin reaccionar al dióxido de carbono o flujos de ácido carbónico/acuosos. En el caso de pilas de material, por ejemplo, las capas que reaccionaron pueden ser gastadas periódicamente de las superficies expuestas de las pilas del material. El material removido que comprende carbonatos puede entonces ser transportado para su eliminación, siendo esa eliminación regresada de manera ventajosa a las áreas minadas de la mina o cantera del material de alimentación de hidróxido de silicato de magnesio.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Varias modalidades de un método para el secuestro a largo plazo del dióxido de carbono y carbonatos de magnesio sólidos de acuerdo con la presente invención serán ahora descritas, a manera de ejemplo únicamente, con referencia a las figuras acompañantes. Las figuras 1 a 4 son diagramas de flujo que ilustran el proceso de la presente invención.

La figura 1 ilustra un diagrama de flujo generalizado de la invención.

La Figura 2 ilustra un segundo diagrama de flujo generalizado que muestra otra modalidad de la invención.

La Figura 3 ilustra otro diagrama de flujo de una modalidad particular de la invención.

La Figura 4 ilustra otro diagrama de flujo de una modalidad particular de la invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La figura 1 ilustra un diagrama de flujo generalizado de la invención. Esta muestra un proceso para la activación del mineral de serpentina, usando la metodología de esta invención. Muestra una mina o cantera (1) donde es extraído el mineral de serpentina, una planta de combustión, gasificación, reformación o generación de electricidad asociada (2) cuyas emisiones de dióxido de carbono van a ser secuestradas y un flujo (3) que contiene un dióxido de carbono que entra a una planta de carbonacion mineral (5) adicionada de acuerdo con la metodología de esta invención. El mineral de serpentina es triturado y molido en circuitos de trituración y molienda (4) a un tamaño de partícula de menos de 500 micrómetros y alimentado a una serie de intercambiadores de calor (24) para precalentar el material de alimentación mineral y un recipiente de calentamiento final (6) para la activación térmica directa. La serie de intercambiadores de calor óptimos (24) utiliza calor extraído de otros puntos en el proceso donde sea efectuado el enfriamiento. Esos puntos incluyen el enfriamiento de los productos del reactor de carbonación (22), enfriamiento del gas de dióxido de carbono comprimido (21) y enfriamiento del material de alimentación activado después de la activación térmica (10). El recipiente de calentamiento final y esencial (6) comprende un horno de encendido o alimentado por combustible hidrocarbonáceo, en este caso gas natural (7), para proporcionar activación térmica directa del mineral que eleva su temperatura a al menos aproximadamente 580°C. El agua de deshidroxilación es recuperada de los gases de combustión en un condensador (9), separado de los gases de combustión restantes (27) y usado en el proceso, por ejemplo como se muestra aquí y reproduciendo la suspensión acuosa final (16) antes del reactor de carbonación (8).

Después del enfriamiento, el mineral activado es triturado adicionalmente hasta el tamaño de partícula final deseado de menos de 75 micrómetros, aquí en un proceso de molienda en húmedo (11) . Puede ser agregada agua adicional (25) para la operación de la etapa de separación (12), donde los óxidos de metal (14) y (13) son separados sustancialmente del material de alimentación de silicato de magnesio activado residual (15) usando la separación por densidad. En este ejemplo, la etapa de separación de óxido de metal (12) comprende una serie de tanques de sedimentación obstruidos en combinación con hidrociclones . La fracción de densidad baja (13) comprende óxidos de metal como sílice los cuales son de valor económico bajo y pueden ser regresados (18) a la mina (1) después de la recuperación (26) del solvente que es reciclado al proceso, por ejemplo en (19) como se muestra aquí. La fracción de alta densidad (14) comprende óxidos de metal de alto valor económico como óxidos de hierro y que son procesados adicionalmente para ventas después de la recuperación de los solventes acuosos que son reutilizados en el proceso. El material de alimentación activado residual (15) que comprende en gran medida silicato de magnesio, entra entonces al recipiente del reactor de carbonación (8) después de mezclarse con el sistema del solvente deseado y otros reactivos (16) y después del calentamiento (23) a la temperatura de reacción deseada, en este caso 155 grados Celsius .

El recipiente de reacción de carbonación (8) utilizar, de manera ventajosa, agitación o atrición, ya sea via medios mecánicos o inducida por flujo. En este ejemplo, el sistema de solvente (16) es una mezcla acuosa de agua con cloruro de sodio y bicarbonato de sodio. El flujo que contiene dióxido de carbono (3) de la planta de combustión, gasificación, reformación o generación de electricidad asociada (2) es comprimido vía un sistema, de compresores (20) a una forma liquida o a una presión que exceda de 115 barias antes de entrar al recipiente del reactor de carbonación (8). El calor puede ser recuperado (21) del sistema de compresores y utilizado en otras partes del proceso que requieran entrada de calor, por ejemplo en los intercambiadores de calor (24) . Un flujo de reciclaje (19) hace circular material sustancialmente sin reaccionar de regreso al reactor de carbonación (8) , y después de la separación de una fracción de baja densidad que comprende sustancialmente productos de reacción de sílice y carbonato de magnesio (25) los cuales son retirados del segundo proceso de separación (17) que comprende la separación por densidad. La fracción de densidad más alta comprende en gran medida material de alimentación sin reaccionar con un alto contenido de silicato de magnesio el cual es reciclado (19) de regreso al reactor (8) . El proceso de separación por densidad (17) en este ejemplo es una serie de hidrociclones . El flujo de baja densidad (25) es deshidratado sustancialmente en tanto la deshidratación (26) de residuos de carbonato y sílice sustancialmente sólidos (18) son retirados para su regreso final a la mina o cantera (1) y el solvente recuperado es reutilizado en el proceso, aquí en (19) .

Se ha encontrado que el proceso ilustrado en la Figura 1 es económicamente viable para la solidificación permanente de 14 Mt por año de emisiones de dióxido de carbono de una planta de generación de electricidad a partir de combustible pulverizado convencional en Australia. La estación de energía tiene cuatro generadores de 660 M que exportan aproximadamente 15500 GWh por año a la red eléctrica y consume 6.4 Mt por año de carbón negro. El proceso mostrado en la Figura 1 logra más de 80% de secuestro de dióxido de carbono permanente consumiendo aproximadamente 32 Mt por año de serpentina y 0.85 Mt por año de gas natural en los hornos encendido por combustible que activan la serpentina. La electricidad obtenida de la planta de generación de electricidad se reduciría en un 98% del suministro original sin secuestros debido al requerimiento de suministro de electricidad para la trituración de la serpentina. El proceso evitaría más de 11 Mt por año de dióxido de carbono a un costo, de menos de A$9 dólares Australianos por toneladas de dióxido de carbono, después de tomar en cuenta la venta de óxido de hierro recuperado de este proceso.

La Figura 2 ilustra un segundo diagrama de flujo generalizado que muestra otra modalidad de la invención. Esta muestra el proceso para la activación de mineral de serpentina, usando la metodología de esta invención. Muestra una mina o cantera (1) donde el mineral de serpentina es extraído, y la planta de combustión, gasificación, reformación o generación de electricidad asociada (2) cuyas emisiones de dióxido de carbono van a ser secuestradas y un flujo (3) que contiene el dióxido de carbono que entra a la planta de carbonación mineral (5) diseñada de acuerdo con la metodología de esta invención. En este ejemplo, la planta de combustión, gasificación, reformación o generación de electricidad asociada (2) utiliza una proporción sustancial de biomasa renovable (16) , un material de alimentación hidrocarbonáceo, en este caso más de 20%. Esto permite un retiro neto total de dióxido de carbono de la atmósfera, puesto que la mayoría de las emisiones de la planta de combustión, gasificación, reformación o generación de electricidad asociada (2) son secuestradas en este proceso y la regeneración del material de alimentación de biomasa (16) para sostener este proceso que retire dióxido de carbono de la atmósfera.

El mineral de serpentina es triturado y molido en circuitos de trituración (4) en tamaños de partícula de menos de 500 micrómetros y alimentado en una serie de intercambiadores de calor (24) para precalentar el material de alimentación mineral y el recipiente de calentamiento final (6) el cual en este ejemplo comprende un horno de fraccionación catalítica giratorio para dirigir la activación térmica. La serie de intercambiadores de calor opcional (24) utiliza el calor obtenido de otros puntos en el proceso donde es efectuado en enfriamiento. Esos puntos incluyen el enfriamiento de los productos del rotor de carbonación (22) , enfriamiento del dióxido de carbono gaseoso comprimido (21) , y enfriamiento del material de alimentación activado después de la activación térmica (10). En este proceso, el calor de bajo grado residual (28) obtenido de la planta de combustión, gasificación, reformación o generación de electricidad asociada (2) es utilizado en el precalentamiento (24) del material de alimentación mineral. El recipiente de calentamiento final y esencial (6) comprende un horno de fraccionación catalítica giratorio o cámara de combustión similar encendida por un combustible hidrocarbonáceo en este caso carbón o hulla pulverizada suplementada por combustible de biomasa renovable (7) para proporcionar activación térmica directa del mineral aumentando su temperatura a al menos 580°C. El uso de combustible de biomasa renovable reduce aquí la adición de dióxido de carbono a la atmósfera de la combustión de combustible y mejora el secuestro neto de dióxido de carbono logrado por el proceso total. El agua de la deshidroxilación es recuperada de los gases de combustión del horno de fraccionación catalítica en un condensador (9), separada de los gases de combustión restantes (27) y usada en el proceso, por ejemplo como se muestra aquí, en la producción de la suspensión acuosa final (16) antes de la reacción de carbonación (8) .

Después del enfriamiento, el mineral activado es triturado adicionalmente al tamaño de partícula final deseado de menos de 75 micrómetros, en un proceso de molienda adicional (11). Puede agregarse opcionalmente agua (25) para la operación de la etapa de separación (12) donde los óxidos de metal (14) y (13) son separados sustancialmente del material de alimentación de silicato de magnesio activado residual (15) usando separación por densidad. En este ejemplo la etapa de separación de óxido de metal (12) puede comprender ciclones o una serie de campos de sedimentación espirales o obstruidos en combinación con hidrociclones . La fracción de baja densidad (13) comprende óxidos de metal como sílice los cuales son de valor económico bajo y pueden ser regresados (18) a la mina (1) después de la recuperación (26) del agua que es reciclada al proceso, por ejemplo en (16) como se muestra aquí. La fracción de alta densidad (14) comprende óxidos de metal de alto valor económico como óxidos de hierro los cuales son procesados adicionalmente para ventas después de la recuperación de los solventes acuosos que son reutilizados en el proceso. El material de alimentación activado residual (15), que comprende en gran medida silicato de magnesio entra entonces al recipiente del reactor de carbonación (8) después de mezclarse con el sistema del solvente deseado y otros reactivos (16) y después del calentamiento (23) a la temperatura de reacción deseada, en este caso 155 grados Celsius.

El recipiente de la reacción de carbonación (8) puede utilizar, de manera ventajosa, agitación o atrición, ya sea via medios mecánicos o inducido por flujo. En este ejemplo, el sistema de solvente (16) es una mezcla acuosa de agua con cloruro de sodio y bicarbonato de sodio. El flujo que contiene dióxido de carbono (3) de la planta de combustión, gasificación, reformación o generación de electricidad asociado (2) es comprimido via un sistema, de compresores (20) a un liquido de o a una presión que excede de 115 barias antes de entrar al recipiente del reactor de carbonación (8). El calor puede ser recuperado (21) del sistema de compresores y utilizado en otras partes del proceso que requieran alimentación de calor, por ejemplo en los intercambiadores de calor (24). Un flujo de reciclaje (19) hace circular material sustancialmente sin reaccionar de regreso al reactor, después de la separación de una fracción de baja densidad que comprende sustancialmente productos de reacción de sílice y carbonato de magnesio (25) los cuales son retirados del segundo proceso de separación (17) usando la separación por densidad. La fracción de mayor densidad comprende en gran medida material de alimentación sin reaccionar con un alto contenido de silicato de magnesio el cual es reciclado (19) nuevamente al reactor (8) . El proceso de separación por densidad en este ejemplo es una serie de hidrociclones . El flujo de baja densidad (25) es deshidratado sustancialmente en tanques de sedimentación y filtros (26) y los residuos de carbonato y sílice sustancialmente sólidos (18) son retirados para su eliminación final de nuevo a la mina o cantera (1) y el solvente recuperado es reutilizado en el proceso, aquí en (16).

La Figura 3 ilustra otro diagrama de flujo de una modalidad particular de la invención. En este ejemplo la planta de carbonacion (5) es similar a lo que se muestra en la Figura 1, sin embargo en este caso es usada para secuestras dióxido de carbono extraído de la atmósfera. El dióxido de carbono es extraído de la atmósfera en una planta de captura genérica (2) que medio de captura regenerado como amoniaco o soluciones de compuestos de amoniaco como carbonato de amonio para reaccionar con el dióxido de carbono para formar carbonatos o bicarbonatos. La planta de captura genérica (2) concentra entonces el dióxido de carbono (29) y regenera y recicla el medio de captura (28) de nuevo a la planta de captura (2). El flujo concentrado de dióxido de carbono (3) es entonces alimentado a la planta de carbonacion mineral (5) cuyos detalles son similares a aquéllos de la Figura 1 y a menos que se especifique otra cosa comprende componentes etiquetados como la Figura 1.

La Figura 4 ilustra otro diagrama de flujo de una modalidad particular de la invención. En este ejemplo la planta de carbonación mineral (5) produce activación térmica directa del material de alimentación de mineral de hidróxido de silicato de magnesio y la separación posterior de los óxidos de metal excluyendo sustancialmente el óxido de magnesio y el silicato de magnesio, pero la reacción de carbonación es conducida en un recipiente de reacción a presión. En su lugar, en este ejemplo la reacción de carbonación ocurre en sistemas de recipientes abiertos, campos, diques de suspensión, torres de absorción, pilas aireadas o arreglos de lixiviación en pila que contienen el material de alimentación activado residual y se exponen en la atmósfera para proporcionar el contacto con el dióxido de carbono.

La Figura 4 muestra una mina o cantera (1) donde el mineral de hidróxido de silicato de magnesio es extraído. El mineral es triturado y molido en circuitos de trituración (4) a un tamaño de partícula de menos de 500 micrómetros y alimentado a una serie de intercambiadores de calor (20) para precalentar el material de alimentación mineral y un recipiente de calentamiento final (6) para dirigir la activación térmica. La serie de intercambiadores de calor opcionales (20) utiliza calor extraído de otros puntos en el proceso donde sea efectuado el enfriamiento. Esos puntos incluyen el enfriamiento del material de alimentación activado después de la activación térmica y enfriamiento de los gases de combustión calientes y agua de condensación (9) proveniente del recipiente de activación térmica (6). El recipiente de calentamiento final y esencial (6) comprende un horno encendido por combustible hidrocarbonáceo, en este caso gas natural (7), para proporcionar la activación térmica directa del mineral elevando su temperatura a al menos aproximadamente 580°C. El agua de la deshidroxilación es recuperada de los gases de combustión en un condensador (9) , separada de los gases de combustión restantes (21) y usada en el proceso, por ejemplo como se muestra aquí constituyendo una suspensión (19) para la molienda en húmedo (11) a un tamaño de partícula final de menos de 75 micrómetros después del enfriamiento (10) del mineral.

Pueden ser agregados solventes acuosos adicionales opcionalmente (16) para la operación de la etapa de separación (12), donde los óxidos de metal (14) y (13) son separados sustancialmente del material de alimentación de silicato de magnesio activado residual (15) usando la separación por densidad. En este ejemplo, la etapa de separación de óxido de metal (12) comprende una serie de tanques de sedimentación obstruidos en combinación con hidrociclones . La fracción de densidad baja (13) comprende en gran medida óxidos de metal como sílice los cuales son de valor económico bajo y pueden ser eliminados (18) nuevamente a la mina (1) después de la recuperación (22) de los solventes acuosos los cuales son reciclados en el proceso, por ejemplo en (16) como se muestra aquí. La fracción de alta densidad (14) comprende óxidos de metal de alto valor económico como óxidos de hierro y los cuales son procesados adicionalmente para ventas después de la recuperación de los solventes acuosos los cuales son reutilizados en el proceso, por ejemplo en (16). El material de alimentación activado residual (15) que comprende en gran medida silicato de magnesio es entonces usado en sistemas de campos, diques, recipientes, arreglos de lixiviación en pila aireados abiertos o similares después de la recuperación (3) de los solventes acuosos y la reutilización de los solventes, por ejemplo como se muestra aquí en (16).

En la Figura 4, el material de alimentación activado es mezclado con solventes y reactivos de suspensión seleccionados de manera adecuada (16) que pueden ayudar a la disolución de dióxido de carbono atmosférico en los sistemas de campos, diques, recipientes, arreglos de lixiviación en pila aireados o abiertos o similares y la conversión de dióxido de carbono a carbonatos de magnesio. Los sistemas de campos, diques, recipientes, arreglos de lixiviación en pila, aireados abiertos o similares son diseñados para exponer de manera óptima el mineral activado residual para entrar en contacto con hidróxido de carbono en la atmósfera. Los arreglos para el flujo de aire mejorado (23) y la disolución del dióxido de carbono atmosférico, como sistemas de canales de aire y rocíos de solvente ayudarán al proceso de carbonación. Además, arreglos como capas o membranas de sellado contra solvente típicamente encontrados en las operaciones de lixiviación para la recuperación de solvente serán típicamente empleadas. La exposición de material de alimentación activado sin reaccionar fresco al dióxido de carbono será mejorada por la remoción continua de las capas que reaccionaron de carbonato de magnesio, por ejemplo por desprendimiento periódico de la superficie. Las capas así removidas pueden ser eliminadas nuevamente a huecos formados en la mina o cantera original (1) donde es extraído el mineral de hidróxido de silicato de magnesio.

Será evidente a aquellos expertos en la técnica que pueden hacerse varias modificaciones, omisiones, o adiciones sin apartarse del alcance de la invención, la cual no se limita a las modalidades o ejemplos específicos descritos aquí. Debe comprenderse que la invención incluye todas aquellas variaciones y modificaciones que caigan dentro del espíritu y alcance. La invención también incluye todos los pasos, características, composiciones y compuestos referidos o indicados en esta especificación, individual o colectivamente, y cualesquier combinaciones de los mismos de cualquiera de dos o más de los pasos o características .

A través de esta especificación y las reivindicaciones siguientes, a menos que el contexto requiera otra cosa, deberá comprenderse que la palabra "comprende" y variaciones como "comprende" y "que comprende" implican la inclusión de un entero o paso 0 grupo de enteros o pasos integrados pero no la exclusión de ningún otro entero o grupo de pasos de enteros o pasos.

La referencia a cualquier técnica anterior en esta especificación no deberá tomarse como un reconocimiento o cualquier forma de sugerencia de que la técnica anterior forma parte del conocimiento general común de los países en los cuales esta solicitud sea presentada.

Claims (25)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para convertir dióxido de carbono en material sólido, proceso el cual se caracteriza porque comprende los pasos de: (a) activación térmica directa de material de alimentación de mineral de hidróxido de silicato de magnesio por combustión de combustible para producir un material de alimentación activado; (b) separación del material de alimentación activado de óxidos de metal excluyendo de manera sustancial al menos el óxido de magnesio y silicato de magnesio para producir un material de alimentación activado residual; (c) antes o después del paso de separación suspensión del material de alimentación activado en el solvente para formar una suspensión; y (d) poner en contacto la suspensión del material de alimentación activado residual con dióxido de carbono para convertir el dióxido de carbono en carbonato de magnesio.

2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de alimentación del mineral de hidróxido de silicato de magnesio está comprendido principalmente de serpentina o talco .

3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los óxidos de metal separados del material de alimentación activado comprenden óxidos de uno o más de hierro, silicio, aluminio, manganeso, cromo, níquel, titanio, cobre, potasio, fósforo, calcio y sodio.

4. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la activación térmica directa del material de alimentación de mineral de hidróxido de silicato de magnesio ocurre por la aplicación del calor liberado por combustión de combustible hidrocarbonáceo en un horno, horno de fraccionación catalítica, horno de lecho fluidizado o cámara de combustión o recipiente de calentamiento similar.

5. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material de alimentación de mineral de hidróxido de silicato de magnesio es precalentando antes de la activación térmica directa por aplicación del calor liberado por la combustión del combustible usando el calor liberado de la reacción del dióxido de carbono con el material de alimentación activado y/o el calor de bajo grado o residual obtenido de una combustión de combustible carbonáceo o hidrocarbonáceo asociado, proceso de gasificación, reformación o generación de electricidad y/o calor obtenido del enfriamiento de productos de un recipiente de calentamiento encendido por combustible y/o calor obtenido del enfriamiento de dióxido de carbono después de la compresión.

6. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la activación térmica directa del material de alimentación toma lugar elevando y manteniendo la temperatura del material de alimentación a una temperatura de al menos de aproximadamente 580°C.

7. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material de alimentación es calentado en una serie de intercambiadores de calor y los recipientes de calentamiento en un estado esencialmente seco, de modo que el material de alimentación sea transportado a través de la serie de intercambiadores de calor y recipientes de calentamiento sin la adición de ningún liquido al material de alimentación, haciendo disminuir por lo tanto los requerimientos térmicos para el proceso de calentamiento.

8. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material de alimentación es calentado en un recipiente de calentamiento que está diseñado para hacer girar y/o agitar el material de alimentación durante el calentamiento del mismo para ayudar a la deshidroxilación y activación.

9. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material de alimentación es calentado con aislamiento de los gases de combustión del combustible vía radiación, conducción o convección de la cámara de combustión de combustible en un recipiente de calentamiento diseñado de manera adecuada.

10. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la activación térmica directa del material de alimentación toma lugar en una mezcla de combustión pobre en oxigeno, de modo que el contenido de oxigeno del gas de combustión sea menor que el requerimiento estequiométrico para la combustión completa del contenido de carbono del combustible hidrocarbonáceo al dióxido de carbono.

11. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agua liberada por la reacción de deshidroxilación en el paso de activación térmica directa es recuperada para reutilizarse en el proceso en un condensador proporcionado sobre un flujo gaseoso de salida del paso de activación térmica directa.

12. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material de alimentación es sometido a trituración en molienda para reducir el tamaño de partícula promedio del material de alimentación a menos de aproximadamente 500 micrómetros .

13. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material de alimentación activado es mezclado con el solvente acuoso y sometido a trituración o molienda adicional después del paso de activación térmica directa pero antes del paso de separación para lograr un tamaño de partícula de menos de 75 micrómetros.

14. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la separación de los óxidos de metal excluyendo al menos sustancialmente el óxido de magnesio y el silicato de magnesio para producir un material de alimentación activado residual se logra usando un proceso de separación por gravedad o densidad.

15. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la separación de los óxidos de metal excluyendo al menos sustancialmente el óxido de magnesio y el silicato de magnesio para producir un material de alimentación activado residual se logra usando una combinación de los procesos de separación por densidad y procesos de separación magnéticos y/o electrostáticos.

16. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material de alimentación activado es suspendido en un solvente acuoso débilmente ácido o acuoso mezclado y/o salino u otro miscible con dióxido de carbono antes del contacto con el dióxido de carbono.

17. El proceso de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el solvente es elegido de uno o más de agua, ácidos débiles, soluciones salinas de ácidos débiles, soluciones salinas, soluciones salinas acuosas o de bicarbonato de sodio, soluciones de bicarbonato de potasio, soluciones acuosas o alcohólicas mezcladas, soluciones acuosas y de glicerol mezcladas, soluciones acuosas y de glicerol mezcladas.

18. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dióxido de carbono está en flujos diluidos o es obtenido directamente de la atmósfera.

19. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dióxido de carbono se pone en contacto con el material de alimentación activado en un sistema de campos, dique de suspensión, pilas o estructuras aireadas abiertas similares o arreglos de lixiviación y pila que contienen el material de alimentación activado.

20. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque el material de alimentación activado es puesto en contacto con dióxido de carbono gaseoso supercritico, licuado o a alta presión para convertir sustancialmente el dióxido de carbono a carbonato de magnesio.

21. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el dióxido de carbono y el material de alimentación activado residual son puestos en contacto con un recipiente de reacción que está diseñado para proporcionar condiciones altamente turbulentas o rápidamente dispersante para convertir rápida y sustancialmente el dióxido de carbono a carbonatos de magnesio.

22. El proceso de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el recipiente de reacción está provisto con un flujo de reciclaje el cual hace circular y regresa el material de alimentación sin reaccionar, el solvente y otros reactivos al recipiente de reacción de carbonación.

23. El proceso de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el flujo de reciclaje incorpora una etapa de separación adicional que separa sustancialmente la sílice y el carbonato de magnesio del material de alimentación sustancialmente sin reaccionar para regresar el material de alimentación sustancialmente sin reaccionar al reactor.

24. El proceso de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la etapa de separación utiliza separación por gravedad o densidad.

25. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la energía recuperada de una operación de enfriamiento es empleada para accionar bombas o compresores para la compresión de dióxido de carbono.