MX2012007072A - Secuestro de dioxido de carbono a traves de la formacion de carbonatos del grupo 2 y dioxido de silicio. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere al secuestro de dióxido de carbono, que incluye procesos en los cuales se utilizan silicatos del grupo 2 para remover dióxido de carbono de corrientes residuales para formar carbonatos del grupo 2 correspondientes y sílice.

Description

SECUESTRO DE DIÓXIDO DE CARBONO A TRAVÉS DE LA FORMACIÓN DE CARBONATOS DEL GRUPO 2 Y DIÓXIDO DE SILICIO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general al campo de remoción de dióxido de carbono y, colateralmente con esa remoción, otros contaminantes de corrientes residuales. Más particularmente, la presente invención se refiere a la remoción de dióxido de carbono y otros contaminantes de corrientes residuales a través de la absorción de dióxido de carbono y otros contaminantes de corrientes similares a gas de chimenea. Incluye la co-generaciqn de materiales de carbonato del grupo 2.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La preocupación nacional e internacional considerable tanto en los sectores privados como comerciales en las últimas cuatro décadas se ha centrado en las emisiones de las industrias hacia el aire. En particular, la atención se ha centrado en los gases de efecto invernadero que tienen la propiedad de afectar la .retención de calor solar en la atmósfera, produciendo un "efecto invernadero". El efecto invernadero se presenta cuando el calor entrante del sol se atrapa en la atmósfera y en la hidrosfera de la tierra, elevando la temperatura atmosférica promedio, la temperatura del océano y otras temperaturas promedio del planeta, dando por resultado un cambio climático. El efecto en general se acuerda como un efecto de operación en el balance térmico de la tierra, aunque se debaten las tasas, el grado al cual la combustión de los materiales del hombre lo afecta y el grado, dirección, y magnitud del efecto. A pesar del grado de debate, todo mundo acordaría que existe un beneficio en remover el C02 (y otros químicos) de las fuentes del punto de emisión si el costo de hacerlo fuera de esta manera suficientemente pequeño.

Los gases de . efecto invernadero están predominantemente constituidos de dióxido de carbono y son producidos por plantas municipales de energía e industria a gran escala en plantas de. energía en el lugar, aunque también se producen en cualquier combustión d carbono normal (tales como automóviles, tala de selva tropical, quema simple, etcétera) . Puesto que las emisiones de punto más concentradas se producen típicamente en plantas de energía a través del planeta, la reducción y/o remoción de esos sitios fijos es un punto atractivo para efectuar una tecnología de remoción. Debido a que la producción de energía es una causa primaria de emisiones de gas de efecto invernadero, los métodos tales como reducción de intensidad de carbono, mejora de eficiencia, y secuestro de carbono de gas de chimenea de plantas de energía por varios medios se ha investigado y estudiado intensivamente en los últimos treinta años.

La reducción de la intensidad de carbono implica el uso alterno de fuentes de energía sin carbono tales como nucleares, hidroeléctricas, fotovoltaicas , geotérmicas, y otras fuentes de energía eléctrica para reducir el porcentaje de energía producida a través de la combustión exclusiva de carbono. Mientras que cada una de estas técnicas de generación de energía continúa ganando en- términos de producción de energía total, las proyecciones de la demanda mundial de electricidad se espera que se incrementen a un ritmo más rápido que la producción de energía de estos métodos. Por lo tanto, se espera que se incrementen las emisiones de carbono de gas de efecto invernadero a pesar del crecimiento en las fuentes- de energía sin carbono.

La mejora de la eficiencia se ha centrado en general en técnicas para mejorar la combustión de carbono a través de la pre-combustión, descarbonización, combustión alimentada con oxígeno, etcétera, primero al disminuir la cantidad de C02 producido y luego al oxidar todo los contaminantes potenciales tanto como sea posible. También, la técnica incrementa la cantidad de energía generada por la emisión de dióxido de carbono liberada por la eficiencia mejorada. Mientras que los avances en esta área han mejorado la eficiencia de combustión, hay poco más de mejora a ser extraída de este campo de acción.

Los intentos, en el secuestro de carbono (en la forma inicial de C02 gaseoso) han producido muchas técnicas variadas, que se pueden clasificar en general como sistemas ¦ geológicos, terrestres u oceánicos. Estas técnicas se relacionan principalmente con el transporte de dióxido de carbono generado a sitios físicos e inyectar el dióxido de carbono en depósitos geológicos, terrestres u oceánicos. Cada una de estas técnicas de . secuestro implica grandes costos en la preparación de C02 para el transporte, llevar a cabo el transporte, y realizar la inyección en un "banco de carbono". Como tal, estas técnicas no son' en general económicamente factibles y en muchos casos consumen más energía que el carbono original producido.

El secuestro, también puede incluir varios procesos industriales que incluyen depuración, membranas, 02 de menor costo, e hidratos. Sin embargo, cada una de estas tecnologías sufre debido a los costos de capital elevados de la planta a niveles costosos, y es prohibitivo el efecto de la captura de C02 en el costo de electricidad.

Las desventajas referenciadas no se proponen para ser exhaustivas, sino más bien están entre muchas que tienden a deteriorar la efectividad de las técnicas previamente conocidas para remover dióxido de carbono de corrientes residuales; sin embargo, aquellas mencionadas en este documento son suficientes para mostrar que las metodologías que se presentan en la técnica no han sido del todo satisfactorias y que existe una necesidad significativa por las técnicas descritas y reclamadas, en esta descripción.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Se dan a conocer en este documento métodos y aparatos para la remoción de secuestro de dióxido de carbono, que incluye la remoción de dióxido de carbono de corrientes residuales. En un aspecto, la presente descripción proporciona un método para secuestrar dióxido de carbono producido por una fuente, que comprende: (a) obtener una sal de hidróxido en una mezcla acuosa: (b) mezclar la sal de hidróxido con dióxido de carbono producido por la fuente bajo condiciones adecuadas para formar una. primera sal de carbonato en una primera mezcla; (c) clorar un mineral de silicato del grupo 2 con ácido clorhídrico bajo condiciones adecuadas para formar una sal de cloruro del grupo 2 correspondiente, agua, y dióxido de silicio; (d) mezclar la sal de cloruro del grupo 2 con la primera sal de carbonato bajo condiciones adecuadas para formar una sal de carbonato del grupo 2 en una segunda mezcla; y (e) separar la sal de carbonato del grupo 2 de la mezcla, mediante lo cual el dióxido de carbono se secuestra en una forma de producto mineral. En algunas modalidades, el método comprende además: (f) obtener una segunda sal de cloruro; y (g) hacer reaccionar la segunda sal de cloruro bajo condiciones cloro-alcalinas para formar productos que comprenden cloro, hidrógeno y una sal de 'hidróxido.

En algunas modalidades, algo o todo de la sal de hidróxido en la etapa (b) se obtiene de la etapa (g) . En algunas modalidades, el método comprende además: (h) obtener cloro'; y (i) licuar el cloro bajo condiciones fotoliticas para formar cloruro de hidrógeno.

En algunas modalidades, algo o todo del cloro en la etapa (h) se obtiene de la etapa (g) . En algunas modalidades, algo o todo del cloruro de hidrógeno de la etapa (i) se utiliza para clorar el mineral de silicato del grupo 2 en la etapa (c) .

En algunas modalidades, la reacción de la etapa (d) se lleva a cabo en una celda electroquímica. En algunas variantes de la misma, la etapa (d) comprende además: (d) (1) hacer reaccionar la primera sal de carbonato con una. fuente de protones bajo condiciones adecuadas para formar una primera sal de bicarbonato; y (d) (2) hacer reaccionar la primera sal de bicarbonato con la sal de cloruro del grupo 2 para formar la sal e carbonato del grupo 2.

En algunas modalidades, la reacción de la etapa (d) (2) comprende además la formación de una segunda sal de cloruro. En algunas variantes de. las mismas, algo o todo de la segunda sal de cloruro en la etapa (f) se obtiene de la etapa (d) (2) .

En algunas modalidades, la celda electroquímica genera una primera fuente de energía eléctrica. En algunas variantes de la misma, la primera fuente de energía eléctrica se genera con eficiencia mayor que 70% co base en el potencial máximo teórico de la celda electroquímica. En algunas modalidades, algo o todo de la primera fuente de energía se utiliza para conducir una parte de la reacción de la etapa (g) .

En algunas modalidades, el método comprende además: (j) utilizar algo o todo del hidrógeno de. la etapa (g) para generar una segunda fuente de. energía.

En algunas variantes de las mismas, algo o todo de la segunda fuente de¦ energía se utiliza para conducir una parte de la reacción de la etapa (g) .

En algunas modalidades, algo o todo de la sal de hidróxido es hidróxido de sodio. En algunas modalidades, algo o todo de la primera sal de carbonato es carbonato de sodio. En algunas modalidades, algo o todo del 'mineral de silicato del grupo 2 es un inosilicato del grupo 2. En algunas variantes del mismo, algo o todo del mineral de silicato del grupo 2 es CaSi03, MgSi03 o mezclas de los mismos.

En algunas modalidades, algo o todo de la sal de cloruro del grupo 2 es CaCl2, MgCl2, o mezclas de la misma. En algunas modalidades, algo o todo de la sal de carbonato del grupo 2 es CaC03, MgC03 o mezclas de la misma. En algunas modalidades, algo o todo de la segunda sal de cloruro es NaCl.

En algunas modalidades, la condición fotolítica comprende radiación que tiene una longitud de onda de aproximadamente 200 nm a aproximadamente 400 nm. Por ejemplo, en algunas modalidades, la longitud de onda es de aproximadamente 254 nm o aproximadamente 363 nm.

En algunas modalidades, la obtención del hidróxido de la etapa (a) comprende: (a) (1) obtener una sal del grupo 1 o grupo 2; (a) (2) mezclar la sal con ácido y agua, ácido y vapor, o ácido, agua, y vapor para producir una solución de salmuera protonada; y (a) (3) electrolizar la solución de salmuera protonada para producir un hidróxido.

Otros objetivos, características y ventajas de la presente descripción serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada. Se debe entender, sin embargo, que la descripción detallada y los ejemplos específicos, mientras que indican modalidades específicas de la invención, se proporcionan a manera de ilustración solamente, puesto que varios cambios y modificaciones dentro del espíritu y alcance de la invención serán evidentes para aquellas personas expertas en la técnica a partir de esta descripción detallada .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Las siguientes figuras forman parte de la presente especificación y se incluyen para mostrar adicionalmente ciertos aspectos de la presente descripción. La invención se puede entender mejor por referencia a una de estas figuras en combinación con la descripción detallada de las modalidades especificas presentadas en este documento.

La FIGURA 1 es un diagrama de bloques de un sistema de acuerdo con las modalidades de la presente invención. DC1, DC2 y DC3 son tres fuentes separadas de energía eléctrica.

La FIGURA 2 es un diagrama que muestra el comportamiento térmico aproximado por el fluido dentro de una cámara de reacción conforme la reacción continúa para el tiempo indicado.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere al secuestro de dióxido de carbono, que incluye procesos en los cuales se utilizan silicatos del grupo 2 para remover dióxido de carbono de corrientes residuales para formar carbonatos del grupo 2 y sílice correspondientes. Las modalidades de los métodos y aparatos de la invención comprenden uno o más de los siguientes componentes generales: (1) un proceso de descarbonización acuosa mediante el cual el C02 gaseoso se absorbe en una mezcla caustica acuosa y luego se hace reaccionar con . el hidróxido para formar productos de carbonato y/o bicarbonato; (2) un proceso de separación mediante el cual los productos de carbonato y/o bicarbonato se separan de la mezcla líquida; (3) un proceso de electrólisis de salmuera para la producción del hidróxido de sodio que se utiliza como el fluido absorbente en el proceso de descarbonización; (4) generación y uso de subproductos de los procesos de descarbonización y electrólisis, incluyendo gas de cloro,, carbonato y bicarbonato de sodio, y gas hidrógeno; y (5) la conversión directa y/o indirecta de los minerales de silicato del grupo 2 en carbonatos. del grupo 2 y dióxido de silicio. Cada uno de estos componentes generales se explica con detalle adicional a continuación.

Mientras que muchas modalidades de la presente invención consumen algo de energía para lograr la absorción de CO2 y otros químicos de corrientes de gas de chimenea y para lograr los otros objetivos de las modalidades de la presente invención como se describe en este documento, una ventaja de ciertas modalidades de la presente invención es que proporcionan eficiencias ecológicas que son superiores a aquellas de ' la técnica anterior mientras que absorben la mayoría o todo del C02 emitido por una planta de energía.

Otro beneficio adicional de ciertas modalidades de la presente invención que las distingue de otros procesos de remoción de C02 es que en algunas condiciones del mercado, los productos son considerablemente valiosos más que los reactivos requeridos o la energía neta o costos de depreciación . de- la planta. En otras palabras, ciertas modalidades son métodos industriales para producir productos de cloro-hidro-carbonato en un beneficio, mientras que logra la remoción considerable de C02 y contaminantes incidentales de preocupación.

I . Definiciones Como se utiliza en este documento, los términos "carbonatos" o "productos de carbonato" se definen en general como componentes minerales que contienen el grupo carbonato, [CC>3]2~. De esta manera, los términos abarcan ambas mezclas de carbonato/bicarbonato y especies que contienen solamente el ión de carbonato. Los términos "bicarbonatos" y "productos de bicarbonato" se definen en general como componentes minerales que contienen el grupo bicarbonato,. [HC03]1_. De esta manera, los términos abarcan ambas mezclas de carbonato-bicarbonato y especies que contienen solamente el ión de bicarbonato.

En la formación de bicarbonatos y carbonatos que utilizan algunas . modalidades de la presente invención, el término "relación de' ión" se refiere a la relación de iones de sodio en el producto dividido por el número de carbonos presentes en ese producto. Por consiguiente, una corriente de producto formada de bicarbonato puro (NaHC03) se puede decir que tiene una "relación de ión" de 1.0 (Na/C) , mientras que una corriente de producto formadas de carbonato puro (Na2C03) se puede decir que tiene una "relación de ión" de 2.0 (Na/C).

Por extensión, un número infinito de mezclas continuas de carbonato y bicarbonato se puede decir que tienen relaciones de ión que varían entre l.'O y 2.O..

Como se utiliza en este documento, el término "secuestro" se utiliza para referirse en general a técnicas o prácticas cuyo efecto parcial o total es remover el C02 de fuentes de emisiones de punto y para almacenar el C02 en alguna forma para evitar su retorno a la atmósfera. El uso de este término no excluye ninguna forma de las modalidades descritas de ser consideradas técnicas de "secuestro".

Como se utiliza en este documento, el término "eficiencia ecológica" se utiliza sinónimamente con el término "eficiencia termodinámica" y se define como la cantidad de CO2 secuestrado por ciertas modalidades de la presente invención por energía consumida (representadas por la ecuación "<3C02/5E" ) . El secuestro de C02 se denomina en términos de porcentaje de C02 de planta total; consumo de energía se denomina similarmente en términos de consumo de energía de planta total.

Como se utiliza en este documento, los términos "electrólisis de bajo voltaje" y "LVE" se utilizan para referirse a la electrólisis en voltajes abájo de aproximadamente 5 voltios.

Los piroxenos son un grupo de minerales de silicato encontrados en muchas rocas ígneas y metamórfic.as . Comparten una estructura común que consiste.de cadenas individuales de tetraedros de sílice y se cristalizan en los sistemas monoclínicos y ortorrómbicos . Los piroxenos tienen la fórmula general XY ( Si , Al ) 206, donde X representa calcio, sodio, hierro (II) y magnesio y más raramente zinc, manganeso y litio e Y representa iones de tamaño más pequeño, tales como cromo, aluminio, hierro (III), magnesio, manganeso, escandio, titanio, vanadio y aún hierro (II).

Los átomos que constituyen los compuestos de la presente invención se proponen para encubrir todas las formas isotópicas de estos átomos. Los isótopos, como se utiliza en este documento, incluyen aquellos átomos que tienen el mismo número atómico pero diferentes números de masa. A manera de ejemplo general y sin limitación, los isótopos de hidrógeno incluyen tritio y deuterio, y los isótopos de carbono incluyen 13C y 14C.

El uso de la . palabra "un" o "una", cuando se utilizan en conjunción con el término "que comprende" en las reivindicaciones, y/o 'la especificación puede significar "uno", pero también es consistente con el significado de "uno o más", "por lo menos uno" y "uno o más de uno".

A lo. largo de esta solicitud, el término "aproximadamente" se utiliza para indicar que un valor incluye la variación inherente de error para el dispositivo, el método que se emplea para determinar el valor, o la variación que existe entre los sujetos de estudio. .

Los términos "comprenden", "tienen" y "incluyen" son verbos copulativos indefinidos. Cualquier forma u oración de uno o más de estos verbos, tales como "comprende", "que comprende", "tiene", "que tiene", "incluye" y "que incluye", también -son indefinidos. Por ejemplo, cualquier método que "comprenda", "tenqa" o "incluya" una o más etapas no se limita a poseer solamente aquellas una o más etapas y también cubre otras etapas no listadas.

El término "efectivo", ya que. este término se utiliza en especificación y/o reivindicaciones, significa adecuado para lograr un resultado deseado, esperado o propuesto.

Las definiciones anteriores reemplazan cualquier definición conflictiva en cualquiera' de la referencia que se incorpora a manera de referencia en este documento. El hecho de que ciertos términos so definidos, sin embargo, no se debe considerar como indicativo que cualquier término que esté indefinido se indefinido. Más bien, todos los términos utilizados se cree que describen a la invención en términos tal que una persona de experiencia ordinaria puede apreciar el alcance y practicar la presente invención.

II. Diagrama de Flujo: Secuestro de Dióxido de Carbono La FIGURA 1 representa un diagrama de flujo de proceso simplificado que ilustra modalidades ejemplares, generales de los aparatos y métodos de la presente descripción. Este diagrama se ofrece para propósitos ilustrativos solamente, y de esta manera representa simplemente modalidades especificas de la presente invención y no se propone para limitar el alcance de las reivindicaciones de ninguna manera.

En la modalidad mostrada en la FIGURA 1, celda de cloro-álcali 100 utiliza energía de tres fuentes, energía externa (DC1) y energía recapturada (DC2 y DC3), para conducir una reacción representada por la ecuación 1. 2 NaCl + 2 H20 ? 2 NaOH + Cl2 + H2. (1) El hidróxido de sodio, cloro e hidrógeno producidos a partir de esta reacción se envían al descarbonatador de torre de rocío 110, hidrólisis fotolítica 120 y etapa 160, respectivamente.

El dióxido de carbono del gas de chimenea entra al proceso en el descarbonatador de torre de rocío 110, potenc.ialmente después de intercambiar inicialmente- el calor residual con un sistema de generación de calor residual/DC. El hidróxido de sodio de la celda de cloro-álcali 100 reacciona con dióxido de 'carbono en el descarbonatador de torre de rocío 110 de' acuerdo con la reacción representada por la ecuación 2. 2 aOH + C02 ? Na2C03 + H20 (2) El agua producida a partir de esta reacción se envía indirectamente.de nuevo a la celda de cloro-álcali 100.

El cloro de la celda de cloro-álcali 100 se licúa fotolíticamente con. agua en el proceso en 120. La reacción neta se puede representar por la ecuación 3: Cl2 + 2 H20 ? 2 HCl + ½ 02 . (3) En algunas modalidades, esta reacción o variantes de la misma se catalizan por catalizadores que contienen cobalto. Véase, por ejemplo, Patente de E.U.A 4,764,286, que se incorpora específicamente en este documento a manera de referencia en su totalidad.

Los silicatos de metal del grupo 2 (CaSiC>3 y/o MgSi03) entran al proceso en 130. Estos minerales se hacen reaccionar con ácido clorhídrico de la hidrólisis fotolítica 120 para formar los cloruros de metal del grupo 2 correspondientes (CaCl2 y/o MgCl2) , agua y arena. La reacción se puede representar por la ecuación 4. 2 HCl + (Ca/Mg)'Si03 ? (Ca/Mg)Cl2 + H20 + Si02 (4) El agua producida a partir de esta reacción se envía indirectamente de nuevo a la celda de cloro-álcali 100.

El (Ca/Mg)Cl2 de la cloración del grupo 2 130 se envía al generador de piedra caliza 140, donde se hace reaccionar indirectamente con carbonato de sodio desde el descarbonatador de torre de rocío 110. Esta reacción es mediada por el puente de hidrógeno 150, que conecta dos reacciones de media celda que. se pueden representar por las ecuaciones 5 y 6.

Na2C03 + HC1 ? NaHC03 + NaCl (5) NaHC03+ (Ca/Mg)Cl2 ? (Ca/Mg)C03 + HC1 + NaCl (6) La energía DC3 del acoplamiento de las ecuaciones 5 y 6 en la forma de corriente DC · se envía desde el generador de piedra caliza 140. hasta la celda de cloro-álcali 100. El cloruro de sodio producido por las ecuaciones 5 y 6 envía a la celda de cloro-álcali 100. De esta manera, se ha regenerado el reactivo requerido para electrolizar (NaCl) , y, dado el acondicionamiento apropiado, se prepara para ser hidrolizado y absorbido otro ciclo de CO2, formando de esta manera un circuito cerrado químico.

La reacción neta que captura la suma de las ecuaciones 1-6 se muestra en este documento como ecuación 7: C02 + (Ca/Mg)Si03 ? (Ca/Mg)Si03 + Si02 (7) El hidrógeno de- la celda de cloro-álcali 100 se hace reaccionar adicionalmente con dióxido de carbono en la etapa 160· para generar energía (DC2), por ejemplo, en algunas modalidades mezclar el hidrógeno con gas natural y quemar esta mezcla en una ' turbina diseñada para generación de energía de gas natural y conectarse a un generador eléctrico, o, por ejemplo, en otras modalidades utilizar el cambio de agua-gas y la tecnología de Fischer-Tropsch. La DC2 se envía en la forma de corriente DC de nuevo a la celda de cloro-álcali 100.

A través del proceso mostrado en la FIGURA 1 y descrito en este documento, la energía se puede regresar directa y/o indirectamente desde algo o a.ún todo del ácido clorhídrico producido, mientras que solamente se generan los carbonatos del grupo 2 como material secuestrante final y algo o todo del sodio, cloro e hidrógeno se recicla. Al hacerlo, el proceso utiliza efectivamente una trayectoria de electrólisis de cloro basada en sodio de menor energía para la generación del hidróxido utilizado para capturar el dióxido de carbono de su estado gaseoso.

Estos métodos y dispositivos se pueden modificar adicionalmente, optimizar y mejorar utilizando los principios y técnicas de la química, ingeniería química, y/o ciencia de materiales como se' aplica por una persona experta en el campo. Estos principios y 'técnicas se enseñan, por ejemplo, en las Publicaciones de Solicitud de Patente de E.U.A. 2006/0185985 y 2009/0127127, Solicitud de Patente de E.U.A. No. 11/233,509, presentada el 22 de Septiembre de 2005, Solicitud de Patente Provisional de E.U.A No. 60/718,906, presentada el 20 de Septiembre de 2005; Solicitud de Patente Provisional de E.U.A. No. 60/64.2,698, presentada el 10 de Presentada el de 2005; Solicitud de Patente Provisional de ' E.U.A. No. 60/612,355, presentada el 23 de Septiembre de 2004, Solicitud de Patente de E.U.A. No. 12/235,482, presentada el 22 de Septiembre de 2008, Solicitud Provisional de E.U.A. No. 60/973,948, presentada el 20 de Septiembre de 2007, Solicitud Provisional de E.U.A. No. 61/032,802, presentada el 29 de Febrero de 2008, Solicitud Provisional de E.U.A. No. 61/033,298, presentada el 3 de Marzo de 2008, y Solicitud Internacional No. PCT/US08/77122, presentada el 19 de Septiembre de 2008. El texto .completo de cada una de las descripciones preferidas en lo anterior (incluyendo cualquier anexo) se incorpora específicamente a manera de referencia en este documento sin responsabilidad.

Los ejemplos anteriores se incluyeron para mostrar modalidades particulares de la invención. Sin embargo, aquellas personas de experiencia en la técnica deben, en vista de la presente descripción, apreciar que muchos cambios se pueden hacer en las modalidades específicas que se dan a conocer y aún obtienen un resultado parecido o similar sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

III. Minerales de Silicato para el Secuestro de Dióxido de Carbono En aspectos de la presente invención se proporcionan métodos para secuestrar dióxido de carbono utilizando minerales de silicato. Los minerales de silicato constituyen una de las clases más grande y más importante de minerales formadores de roca, que constituyen aproximadamente 90 por ciento de la- corteza de la tierra. Se clasifican con base en la estructura- de su grupo de silicato. Los minerales de silicato contienen silicio y oxigeno. En algunos aspectos de la presente invención, los silicatos del grupo 2 se pueden utilizar para lograr el secuestro eficiente de energía del dióxido de carbono.

En algunas modalidades, se pueden utilizar composiciones que comprenden inosilicatos del grupo 2. Los inosilicatos, o silicatos de cadena, tienen cadenas entrelazadas de tetraedros de silicato con . ya sea Si03, relación de 1:3, para cadenas individuales o Si4On, relación de 4:11, para cadenas dobles. En algunas modalidades preferidas, los métodos dados a conocer en este documento utiliza . composiciones que comprenden inosilicatos del grupo 2 del grupo piroxeno. Por ejemplo, se puede utilizar enstatita (MgSi03) . . . ' En otras . modalidades preferidas, se utilizan composiciones que comprenden inosilicatos' del grupo 2 del grupo piroxenoide. Por ejemplo, se puede '· utilizar wollastonita (CaSi03) . En modalidades adicionales, se pueden emplear composiciones que comprenden mezclas de inosilicatos del grupo 2, por ejemplo mezclas de enstatita y wollastonita. En todavía otras modalidades se pueden utilizar composiciones que comprenden inosilicatos del grupo 2 de metal mezclado, por ejemplo, dióxido (.CaMgSÍ206) .

La wollastonita se produce usualmente como un constituyente común de una piedra, caliza impura térmicamente metamorfoseada . Típicamente la wollastonita resulta de la siguiente reacción (ecuación 8) entre la calcita y sílice con la pérdida de dióxido de carbono: CaC03 + Si02 ? CaSi03 + C02 (8) En algunas modalidades, la presente invención tiene el resultado de revertir · efectivamente este proceso natural. La wollastonita también se puede producir en una reacción de difusión en roca de tipo "skarn". Se desarrolla cuando la piedra caliza dentro de una arenisca sufre metamorfosis por un dique, o cual da por resultado la formación de wollastonita en la arenisca como resultado de la migración hacia el exterior de iones de calcio.

En algunas modalidades, puede variar la pureza de las composiciones de inosilicato del grupo 2. Por ejemplo, se contempla que las composiciones de inosilicato del grupo 2 utilizadas en los procesos dadas a conocer puedan contener cantidades variantes de otros compuestos o minerales, incluyendo iones de metal no del grupo 2. Por ejemplo, la wollastonita puede contener por si misma pequeñas cantidades de hierro, magnesio, y manganeso sustituyéndose por calcio. IV. Generación de Piedra Caliza y Usos En aspectos de la presente invención se proporcionan métodos para secuestrar dióxido de carbono en la forma de piedra caliza. La piedra caliza es una roca sedimentaria compuesta grandemente de la calcita mineral (carbonato de calcio: CaCC>3 ) . Este mineral tiene muchos usos, algunos de los cuales se identifican a continuación.

La piedra caliza, en polvo o forma pulverizada, como es formada en algunas modalidades de la presente invención, se puede utilizar como un acondicionador de suelo (cal agrícola) para neutralizar condiciones de suelo ácido, mediante el cual,, por ejemplo, neutraliza los efectos de lluvia ácida en. ecosistemas. Las aplicaciones corriente arriba incluyen utilizar piedra caliza como un reactivo en desulfurizaciones .

La piedra caliza es una piedra importante para manipostería y arquitectura. Una - de sus ventajas, es que es relativamente fácil de cortar en bloques o tallado¦ más elaborado. También es de larga duración y soporta bien la exposición. La piedra caliza es un ingrediente clave de cal viva, mortero, cemento 'y concreto.

El carbonato de calcio también se utiliza como un aditivo para papel, plásticos, pintura, azulejos y otros materiales tanto como pigmento blanco como un relleno económico.

. Formas purificadas de carbonato de calcio' se pueden utilizar en pastas de dientes, adicionar al pan y cereales como una fuente de calcio. El CaC03 se utiliza comúnmente también medicinalmente como un antiácido.

Actualmente, la mayoría de carbonato de calcio utilizado en la industria se extrae por minería o explotación de canteras. Al co-generar este mineral como parte del secuestro de dióxido de carbono en algunas modalidades, esta invención proporciona una fuente no de extracción de este producto importante.

V. Generación de Carbonato de Magnesio y Usos En aspectos de la . presente ¦ invención se proporcionan métodos para secuestrar dióxido de carbono en la forma de carbonato de magnesio. El carbonato de magnesio, MgC03, es un sólido blanco que se produce en la naturaleza como un mineral.. Las ' formas de carbonato de magnesio más comunes son' las sal anhidra llamada magnesita (MgC0 ) , y los di, tri, y pentahidratos conocidos como barringtonita (MgC03- 2H20) , nesquehonita (MgC03 · 3H20) , y lansfordita (MgC03 · 5H20) , respectivamente. El carbonato de magnesio tiene una variedad de usos; algunos de estos se plantean brevemente a continuación.

El carbonato de magnesio se puede utilizar para producir metal de magnesio y ladrillos refractarios básicos. El MgC03 también se utiliza en pisos, ignifugación, composiciones extinguidores de fuego, cosméticos, talco y pasta de dientes.. Otras aplicaciones son como material de relleno, supresor de humo en plástico, un agente de refuerzo en caucho de neopreno, un agente de secado, un laxante, y para retención de color en alimentos. Además, el carbonato de magnesio de alta pureza se utiliza como antiácido y como un aditivo en sal de mesa para mantenerla que fluya libre.

Actualmente el carbonato . de magnesio se obtiene típicamente al extraer de minas la magnesita mineral. Al co-general este mineral como parte del secuestro de dióxido de carbono en algunas modalidades, esta invención proporciona una fuente no de extracción de este producto importante.

VI. Generación de Dióxido de Silicio y Usos En aspectos de la presente invención se proporcionan métodos para secuestrar dióxido de carbono que produce dióxido de cilicio como un subproducto. El dióxido de silicio, también conocido como sílice, es un óxido de silicio con una fórmula química de Si02 y es conocido por su dureza. La sílice se encuentra1 más comúnmente en la naturaleza como arena o cuarzo, así como también las paredes celulares de diátomos. La sílice es el mineral más abundante en la corteza de la tierra. Este compuesto tiene muchos usos; algunos de estos se plantean brevemente a continuación.

La sílice se utiliza principalmente en la producción de vidrio de ventanas, vasos para beber y bebidas embotelladas. La mayoría de fibras ópticas para telecomunicaciones también se hacen de sílice. Es una materia prima primaria para muchas cerámicas de loza tales como loza de barro, gres y porcelana, así como también cemento Portland industrial.

La sílice es un aditivo común en la producción de alimentos, donde se utiliza principalmente como un agente de flujo en alimentos en polvo, o para absorber agua en aplicaciones higroscópicas. Este componente primario de tierra diatomácea que tiene muchos usos que varían de filtración para control de insectos. También ese componente primario de ceniza de cáscara de arroz que se utiliza, por ejemplo, en la filtración y manufactura de cemento.

Las películas delgadas .de sílice desarrolladas en obleas- de silicio a través de métodos de oxidación térmica pueden ser muy benéficas en microelectrónicos , donde actúan como aislantes eléctricos con alta estabilidad química. En aplicaciones eléctricas, pueden proteger el silicio, almacenar carga, bloquear' corriente, y aún actuar como una ruta controlada para limitar el flujo de corriente.

En forma hidratada, la sílice se utiliza en pasta de dientes como un abrasivo duro para remover la placa dental.

La sílice . se manufactura típicamente en varias formas que incluyen vidrio, cristal, gel, aerogel, sílice ahumada y sílice coloidal. Al co-generar este material como parte del secuestro de dióxido de carbono en algunas modalidades, esta invención proporciona otra fuente de este producto importante.

VII . Descarbonización Acuosa (Absorción) de C02 de Corrientes Residuales y su Conversión en Carbonato y Bicarbonato Como se observa en lo anterior, en ciertas modalidades, los aparatos y métodos de la presente descripción emplean un proceso de descarbonización acuoso mediante el cual el C02 gaseoso, se absorbe en una mezcla cáustica acuosa donde luego reacciona con el hidróxido para formar productos de carbonato y bicarbonato. En muchas modalidades de la presente invención, el hidróxido de . sodio se utiliza como el fluido absorbente primario. El hidróxido de sodio, en varias concentraciones, se conoce ya como un absorbedor de C02. Cuando el dióxido de carbono se pone¦ en contacto con hidróxido de sodio acuoso, se puede formar una continuación de productos que varia de bicarbonato de sodio puro (NaHC03) a carbonato de sodio puro (Na2C03) y se pueden producir condiciones diferentes que conducirán el equilibrio en cualquier dirección. En algunas modalidades de la presente invención, la mayoría o casi todo del dióxido de carbono se hace reaccionar de esta manera; En algunas modalidades,, la reacción puede continuar a la terminación (o su vecindad cercana) y se puede lograr una concentración suficiente del producto de carbonato deseado (mediante cualquier química de proceso o remoción de agua por varios medios) a fin de producir la precipitación del bicarbonato, carbonato, o una mezcla de ambos.

En algunas modalidades,' cuando el dióxido de carbono se pone en contacto con hidróxido de sodio de acuoso, el fluido dentro de la cámara de reacción se aproxima al comportamiento mostrado en la FIGURA 2 conforme la reacción continúa para el tiempo indicado. Las dos fases de temperatura-excursión corresponden e identifican dos regímenes de reacción distintos: 1. Una fase de absorción inicial en la cual el C02 se absorbe fácilmente. La capacidad de absorción del fluido disminuye conforme la concentración de OH" disminuye, y la absorción termina y en algunos casos se revierte cuando la concentración de OH" se consume. La reacción es endotérmica durante esta porción y forma casi exclusivamente carbonato. 2. Una fase de conversión secundaria en la cual el C02 no se absorbe fácilmente. El paso del gas de chimenea a través de la mezcla no produce ninguna absorción de C02 neta por el fluido, pero el fluido se enfria significativamente por la ' pérdida de calores de vaporización debido a cualquier evaporación del agua, mediante cualquier pérdida de C02 al estado de vapor, y mediante cualquier reacción endotérmica que se lleva a cabo. Durante esta fase, el carbonato de sodio ya formado en solución se convierte- al bicarbonato de sodio, mediante la . siguiente estequiometria neta requerida: Na2C03(ag) + H20(I) + C02(aq) ? 2 NaHC03(ag) (9) Las dos fases se distinguen por las características mostradas en la Tabla 1 a continuación.

TABLA 1. Termodinámica y Productos Durante la Absorción de En varias modalidades de la presente invención, se pueden producir todas las formas del espectro de concentración de bicarbonato/carbonato.' En modalidades preferidas, las concentraciones, temperaturas, presiones, gastos de flujo, etcétera de los fluidos se pueden manipular para optimizar la proporción de C02 "disponible" absorbido para optimizar la formación de carbonato.de sodio. Por ejemplo, se ha mostrado que el carbonato puro (Na2C0a) se puede producir en solución en condiciones que absorben 70% del C02 entrante en un contactor de gas-liquido de columna de burbujeo de una sola etapa con una profundidad de 0.30m de distancia de contacto de profundidad de fluido/gas-liquido. Sin que se ' limite por la teoría, al extrapolar a una absorción de 90%, menos de dos metros de distancia de contacto por lo tanto deben ser suficientes para absorber 90% de C02 entrante. Véase, por ejemplo, Publicación de Solicitud de Patente de E.U.A. 2009/0127127, que se incorpora específicamente a manera de referencia en este documento sin responsabilidad.

Estos métodos y dispositivos se pueden modificar, optimizar y actualizar adicionalmente utilizando los principios y técnicas de química, ingeniería química y/o ciencia de materiales como se aplique por una persona experta en el campo. Estos principios y técnicas se enseñan, por ejemplo, en la Solicitud de Patente de E.U.A. No. 11/233,509, presentada el 22 de Septiembre de 2005, Solicitud de Patente Provisional de E.U.A. No. 60/718,906, presentadas el 20 de Septiembre de 2005; Solicitud de Patente Provisional de E.U.A. No. 60/642,698, presentada el 10. de Presentada el de 2005; Solicitud de Patente Provisional de E.U.A. No. 60/612,355, presentada el 23 de Septiembre de 2004 , Solicitud de Patente de E.U.A. No. 12/235,482, presentada el 22 de Septiembre de 2008, Solicitud Provisional de E.U.A. No. 60/973,948, presentada 'el 20 de Septiembre de 2007, Solicitud Provisional de E.U.A. No. 61/032,802, presentada el 29 de Febrero de "2008, Solicitud Provisional de E.U.A. No. 61/033,298, presentada el 3 de Marzo de 2008, y Solicitud Internacional No. PCT/US08/77122, presentadas el 19 de Septiembre de 2008. El texto completo de cada una de las descripciones referidas en lo anterior (incluyendo cualquier anexo) se incorpora específicamente a manera de referencia en este documento sin responsabilidad.

VIII. Separación de Productos Como se observa en lo anterior, en ciertas modalidades, los aparatos y métodos de la presente descripción emplean un proceso de separación por el cual los productos de carbonato y bicarbonato se separan de la solución liquida. La separación de productos en solución liquida requiere .un proceso implicado. La formación de carbonato de hidrógeno de sodio (NaHC03 o bicarbonato de sodio) y carbonato de sodio (Na2CC>3 o carbonato sódico) en un equilibrio liquido con hidróxido de sodio (NaOH o sosa cáustica) se produce sobre un amplio intervalo de temperaturas y presiones y proporciona diferentes puntos finales del equilibrio de diferentes presiones parciales proporcionadas de C02. Al manipular la concentración básica, temperatura, presión, tamaño del reactor, profundidad de fluido, y grado . de carbonatación, los precipitados de carbonato y bicarbonato se pueden producir. Alternativamente, los productos de carbonato/bicarbonato se pueden separar de su agua por el intercambio de energía térmica con gases de chimenea entrantes, en algunas modalidades preferidas. Además, debido a las diferencias constantes de producto de solubilidad entre el carbonato de sodio y el bicarbonato de sodio, se pueden alcanzar ciertos puntos de procesamiento no intuitivos; por ejemplo, una de las peculiaridades de los equilibrios de carbonatos de sodio en ciertas soluciones causticas es que 'la adición de calor incita la precipitación de sólidos; también, en ciertas .condiciones, se ha mostrado que los carbonatos se precipitan solos de la solución acuosa en alta pureza (93%+) . · Alternativamente, en ciertas modalidades el calor para él proceso de separación se puede derivar del hidrógeno producido en la electrólisis original o de usos de calor residual contenido en la corriente de gas de chimenea entrante. El proceso de cristalización purifica inherentemente el mineral de cristalización a través del proceso de purificación' bien conocidos mediante cristalización.

Las corrientes de liquido de salida, que depende del diseño del reactor, pueden incluir agua, NaOH, NaHC03, Na2C03, y otros gases disueltos en varios equilibrios. Los componentes de emisión traza disueltos tales como H2SO4, HNO3, y Hg también se pueden encontrar. En una modalidad, para separar/remover las corrientes de liquido de salida, por ejemplo, remover/separar el agua de los carbonatos (en este sentido de la palabra, "carbonatos"- significa mezclas de carbonato y bicarbonato, potencialmente con hidróxidos presentes también; cualquier técnica de separación aplicada a cualquier mezcla incluiría probablemente agregar energía térmica para evaporar el agua de la mezcla) , el agua se puede hervir haciendo que el agua se evapore utilizando un calderín. Alternativamente, la retención de una solución básica parcial (por ejemplo, NaOH á aproximadamente 1 molal) y calentar subsecuentemente l solución en una cámara separadora puede hacer que el Na2C03 se precipite en un tanque de contención y el NaOH restante se haga circular de nuevo al reactor. En otras modalidades, el carbonato puro, bicarbonato ' puro y mezclas de los dos en concentraciones de equilibrio y/o en una suspensión, o en forma concentrada entonces se pueden transportar. periódicamente a un camión/camión cisterna. En otras modalidades, las corrientes de liquido se pueden desplazar a evaporación en tanques/campos, donde el liquido, tal como agua se puede eliminar por evaporación.

La liberación de productos gaseosos incluye una preocupación si el NaOH o componentes del mismo se pueden liberar con seguridad, es decir, emitiendo "lluvia básica" de una planta de energía se va a evitar igualmente como emisión "de. lluvia ácida". Sin embargo, el hidróxido de sodio se utiliza normalmente como un elemento depurador en la producción de planta de energía y está aprobado para el uso por la EPA. El manejo de hidróxido de sodio en plantas de energía así como también los procedimientos para evitar la liberación básica es bien conocido en la técnica. Por ejemplo, una unidad condensadora/de reflujo simple y económica puede prevenir cualquier emisión significativa de NaOH en el escape gaseoso.

En un método de precipitación de separación de carbonato de acuerdó con ciertas modalidades de la presente invención, el equilibrio de carbonato se enlaza estéricamente al dióxido de carbono y absorbe el gas en contacto, con una conversión sustancialmente instantánea a ión de carbonato. La cadena de reacción' se puede limitar por transporte de masa tal que una vez que el dióxido de carbono se ha absorbido por la base, las reacciones iónicas subsecuentes se producen a un ritmo acelerado.

El equilibrio de carbonato de sodio tiene una característica donde conforme la temperatura se eleva, el a2C03 se precipita naturalmente y se recolecta, lo cual lo hace susceptible a ser retirado como una suspensión, con algo de NaOH fraccional retirado en la suspensión.

IX. Electrólisis para la Producción de Fluido Absorbente En Bajas Energías Como se observa en lo anterior, en ciertas modalidades, los aparatos y métodos de la presente descripción emplean electrólisis de salmuera para la producción de hidróxido de sodio que se utiliza como el fluido absorbente en el proceso de descarbonización. La electrólisis de salmuera es un proceso electroquímico utilizado principalmente en la producción de hidróxido de sodio concentrado, (sosa cáustica) y gas de cloro, y se describe típicamente por toda la literatura relevante por la ecuación 10: 2 NaCl + 2 H20 + e" ? 2 NaOH + H2 (g) + Cl2 (g) (10) La electrólisis de' salmuera se logra típicamente por tres tipos generales de celdas de electrólisis estándares: diafragma, mercurio, y celdas de membrana. Cada uno de estos tipos de celdas produce los mismos productos de salida de los mismos reactivos de entrada. Difieren entre sí principalmente en la forma en que los reactivos y productos se separan entre sí.

En una modalidad, se puede utilizar una celda de membrana debido a varios factores. Primero, las preocupaciones ambientales sobre el mercurio han reducido la demanda por la celda de mercurio.. Segundo, las células de diafragma pueden producir un producto cáustico relativamente débil que contiene concentraciones significativas de sal e ión de cloruro y · requiere reprocesamiento/separación subsecuente considerable para remover el contenido de sal significativo de producto cáustico. Tercero, las mejoras en la tecnología de polímero fluorado han incrementado el tiempo de vida y la eficiencia eléctrica de la tecnología de la celda de membrana, donde, ios tiempos de vida superiores a cinco años se garantizan rutinariamente en los mercados industriales. Además, las eficiencias de energía por tonelada de producto cáustico exceden aquellas de celdas tanto de diafragma como de mercurio en implementaciones preferidas.

Muchas modalidades preferidas pueden emplear celdas de membrana en esta función. Las celdas de membrana tienen varias desventajas sobre otros procesos de electrólisis de la salmuera. Primero, las celdas de membrana no contienen ni producen ningunas emisiones ambientalmente sensibles (por ejemplo, mercurio) y son eléctricamente eficientes cuando se comparan con las celdas de diafragma y mercurio. También emplean un circuito cerrado de NaCl concentrado/diluido/constituido tal que pueden ser muy adecuadas para el. uso. como una unidad de procesamiento de "circuito cerrado de sal" continuo. Después, el NaOH producido en las celdas de membrana sin evaporación/concentración adicional puede estar a un nivel naturalmente apropiado de concentración para el uso en un proceso de descarbonización (por ejemplo, 30-33% de NaOH en peso) . Además, el hidrógeno producido, por las celdas de membrana es "limpio", aproximadamente de "grado electrónico", y relativamente sin NaCl u otra contaminación. Como tal, el hidrógeno se puede comprimir y almacenar en tanque como gas H2 de grado electrónico, utilizado para la producción de energía en el sitio tal como mezcla de combustión con carbón mineral de grado bajo o beneficios . de tecnología de combustión. Alternativamente, el hidrógeno se puede utilizar para un combustible de caldera para los procesos de separación, que pueden llevarse a cabo después de la descarbonización. La tecnología de celda de membrana también se puede escalar fácilmente de laboratorio a la producción de tamaño de planta por la adición de pequeñas unidades de incremento. Adicionalmente, el gas de cloro producido por el proceso de membrana es menos "húmedo" que aquel producido por · otros procesos electrónicos estándares. Como tal, un ciclo de compresión de una etapa puede ser suficiente para la producción de cloro de grado de tratamiento de agua.

Estos métodos y dispositivos se pueden modificar, optimizar y mejorar adicionalmente utilizando los principios, y. técnicas de la química, ingeniería química, y/o ciencia de materiales como es aplicado por una persona experta . en el campo. Estos principios y técnicas, incluyendo técnicas para la utilización de electrólisis de bajo voltaje (LVE) para mejorar la eficiencia termodinámica del proceso, se enseñan, por ejemplo, en la Solicitud de Patente de E.U.A. No. 11/233,509, presentada el 22 de Septiembre de 2005, Solicitud de Patente Provisional de E.U.A. No. 60/718,906, presentada el 20 de Septiembre de 2005; Solicitud de Patente Provisional de E.U.A. No. 60/642,698, presentada el 10 de Enero de 2005; Solicitud de Patente Provisional de E.U.A. No. 60/612,355, presentada el 23 de Septiembre de 2004, Solicitud de Patente de E.U.A. No. 12/235,482, presentada el 22 de Septiembre de 2008, Solicitud Provisional de E.U.A. No. 60/973,948, presentada el 20 de Septiembre de 2007, Solicitud Provisional de E.U.A. No. 61/032, 802, presentada el 20 de Febrero de 2008, Solicitud Provisional de E.U.A. No. 61/033,298, presentada el 3 de Marzo de 2008, y Solicitud Internacional No. PCT/US08/77122, presentada el 19 de Septiembre de 2008. El texto completo de cada una de las descripciones referidas en lo anterior (incluyendo cualquier anexo) se incorpora específicamente a manera de referencia en este documento sin responsabilidad.

X. Recuperación de Calor Residual Debido a que ciertas modalidades de la presente invención se emplean en presencia de una planta de energía o emisión, grande de C02 en la forma de gas de chimenea u otros gases calientes de combustión, es una amplia oportunidad utilizar este calor "residual" en la optimización de la celda electroquímica, diferente a- los procesos de cloro-álcali estándares. Por ejemplo, una temperatura de gas de chimenea entrante típica (después del tratamiento de precipitación electrostático, por ejemplo) podría ser de 300°C. Los intercambiadores de calor pueden disminuir el gas de chimenea a un punto menor que 300°C, mientras que calientan los fluidos de anolito y catolito (que, para LVE, se deben retener en general >90°C) permite algunas modalidades de la presente invención para funcionar sin las pérdidas de energía asociadas con los calentadores de anolito y catolito.

En general, puesto que el gas de chimenea que es disponible en plantas de energía sale a temperaturas entre 100°C (depuración típi.ca) , 300°C (después del procesamiento de precipitación), y 900°C (precipitación de entradas), u otras temperaturas, el procesamiento de calor residual considerable se puede extraer al enfriar el gas de chimenea entrante a través del intercambio de calor con un ciclo de recuperación de energía, del cual un ejemplo es un ciclo de amoníaco-agua (ciclo de " alina", por ejemplo) , un ciclo de vapor, o cualquier ciclo que logre el mismo medio termodinámico . Puesto que algunas modalidades de la presente invención dependen de la energía DC para lograr la manufactura del reactivo/absorbente para ' la presente invención, el proceso se puede accionar directamente, parcial o completamente, por la recuperación de calor residual que se logra sin las pérdidas transformadoras normales asociadas con las conversión de la energía DC a la energía AC para otros usos. Además, a través del uso de motores de calor residual para funcionar, se puéden lograr eficiencias significativas sin una etapa de generación de electricidad que- se emplea en lo absoluto. En algunas condiciones, estas cantidades de energía de recuperación de calor residual se pueden encontrár completamente modalidades de energía de la presente invención.

XI . Generación y Uso de Sub-Productos de la Descarbonización y Proceso de Electrólisis Como se observa- en lo anterior, algunas modalidades de los aparatos y métodos de la presente descripción producen una variedad de subproductos útiles a partir de los procesos de descarbonización y electrólisis, incluyendo gas de cloro, carbonato.de sodio y gas hidrógeno. En algunas modalidades, el gas de hidrógeno producido por las modalidades de la presente invención se incorpora en un circuito cerrado de recaptura de energía de hidrógeno. En algunas modalidades, la presente invención puede incluir tecnologías de membrana de polímero fluorado actuales para reducir la migración de iones de cloro para el proceso de descarbonización. El proceso puede funcionar por lo tanto sin energía extensiva y gastos costosos para separar el ión de cloro; los circuitos cerrados de descarbonización y separación están relativamente sin cloro.

A. Circuito Cerrado de Recaptura de Energia de Hidrógeno Se pueden utilizar varias técnicas de energia de recaptura del hidrógeno generado por las modalidades de la presente invención. Por ejemplo, el hidrógeno se puede co-quemar con carbón mineral para mejorar las emisiones alimentadas con carbón mineral. Otras técnicas implican emplear una celda de combustible de hidrógeno/oxigeno para la generación de electricidad DC. Todavía otra técnica implica la quema de hidrógeno en una turbina conectada a un generador eléctrico. Aún otra técnica implica el mezclado del hidrógeno con gas natural y quemar esta mezcla- en una turbina diseñada para generación de energía de gas natural y se conecta a un generador eléctrico. Cualquiera de estas técnicas puede utilizar sola o en combinación, en algunos casos, junto con otras técnicas, que no se mencionan específicamente.

En una modalidad, la producción de celda de combustible comercial de electricidad DC puede ser ventajoso debido a las operaciones de fácil, de manejar y seguras en las presiones atmosféricas. El consumo inmediato del hidrógeno producido también puede- reducir directamente el costo de carga eléctrica para la electrólisis de la salmuera. Además, puesto que el ciclo de recuperación de energía de hidrógeno se puede producir con una producción eléctrica fuera de las horas pico, el H2 se puede utilizar subsecuentemente para producir electricidad durante las cargas en horas pico, la presente descripción proporciona fábricas reactivos a bajo costo mientras que se produce subsecuentemente electricidad en- horas pico de alto costo auxiliar y realiza simultáneamente un proceso de descarbonización. . La utilidad económica de un ciclo de recuperación de energía H2 para incrementar la producción de energía pico de una planta al aumentar la producción de corriente con capacidad de combustión de H como ya sea combustible o en una celda de combustible puede proporcionar la utilidad de una base de autoconsumó..

B. Uso de Cloro para la Cloración de Silicatos del grupo 2 En algunas modalidades el gas de cloro se puede licuar a ácido clorhídrico que luego se util'iza para clorar minerales de silicato del grupo 2. Los cloruros del grupo 2 se pueden hacer reaccionar subsecuentemente en reacciones de intercambio iónico con carbonato de sodio. Véase las ecuaciones 3 - 7 · anteriores .

La licuefacción del cloro y el uso subsecuente del ácido clorhídrico es particularmente atractivo especialmente en situaciones donde se satura el mercado de cloro. La licuefacción del cloro se puede lograr de acuerdo con la ecuación 11 : Cl2(g) + 2 H20 (1) + v(363 nm) ? 2 HC1(J) +·½ 02(g) . (11) En algunas modalidades, el oxigeno de esta manera producido se puede regresar a la entrada de aire de la planta de energía solo, donde se ha mostrado por todo el curso de investigaciones de industria de energía que las plantas de entrada de oxígeno enriquecido tienen (a) mayores eficiencias no para automóviles, (b) corrientes de salida de CO2 más concentradas, (c) menor intercambio de calor para calentar el aire de entrada, y (d) otras ventajas sobre plantas mejoradas no con oxígeno. En otras modalidades, el oxígeno se puede utilizar en una celda de combustible de hidrógeno/oxígeno. En modalidades adicionales, el oxígeno puede servir como parte del oxidante en una turbina diseñada para generación de energía de gas natural, por ejemplo, utilizando una mezcla de hidrógeno y gas natural.

XII . Remoción de Otros Contaminantes de la Fuente Además de remover el C02 de la fuente, en algunas modalidades de la invención, las condiciones de descarbonización también removerán S0X y N0X, y, a un menor grado, mercurio. Las pruebas, que utilizan SOx/Ar y NOx/Ar en descarbonatadores de una sola etapa de carga cargada han mostrado 99%+ de remoción de estos componentes de gas de chimenea (per "99%+", se propone que la presencia de cualquier contaminante en una caja de procesamiento de gas de chimenea de 14 L/min no fue detectable en la corriente de aire del producto por la técnica dé cromatografía de gas, es decir, se removieron efectivamente) . En ciertas modalidades, la presente invención, la depuración incidental de N0X, S0X, y compuestos de mercurio pueden asumir mayor importancia económica; es decir, al emplear modalidades de la presente invención, ^carbones minerales que contienen grandes cantidades de estos compuestos se pueden quemar en la planta de energía con, en algunas modalidades, menos contaminación resultante que con carbones . minerales de grado más alto procesados sin el beneficio del proceso de C02/absorción de ciertas modalidades de la presente invención.

Todos los métodos dados a conocer y reclamados en este documento se pueden hacer y ejecutar sin experimentación indebida en vista de la presente descripción. Mientras que las composiciones y métodos de esta invención se han descrito en términos de modalidades particulares, será evidente para aquellas personas de experiencia en la técnica que se pueden aplicar variaciones a los métodos ' y a las etapas o en la secuencia de etapas del método descrito en este documento sin apartarse del concepto, espíritu, y alcance de la invención. Todos los sustitutos similares y modificaciones evidentes para aquellas personas expertas en la técnica se consideran que están dentro del espíritu, alcance y concepto de la invención como se define por las reivindicaciones adjuntas. .

Claims (29)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un método para secuestrar dióxido de carbono producido por una fuente, caracterizado porque comprende: (a) obtener una sal de hidróxido en una mezcla acuosa:. (b) mezclar la sal de hidróxido con dióxido de carbono producido por la fuente bajo condiciones adecuadas para formar una primera sal . de carbonato en una primera mezcla; (c) ' clorar un mineral de silicato del grupo 2 con ácido clorhídrico bajo condiciones adecuadas para formar una sal de cloruro del grupo 2 correspondiente, agua, y dióxido de silicio; (d) mezclar la sal de cloruro del grupo. 2 con la primera sal de- carbonato bajo condiciones adecuadas para formar una sal de carbonato del grupo 2 en una segunda mezcla; y (e) separar la sal de carbonato del grupo 2 de la mezcla> mediante lo cual el dióxido de carbono se secuestra en una forma de producto mineral.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende: (f ) obtener una segunda sal de cloruro; y (g) hacer reaccionar la segunda sal de cloruro bajo condiciones de cloro-álcali para formar productos que comprenden cloro, hidrógeno y una sal de hidróxidó .

3. El método de conformidad con la ' reivindicación 2, caracterizado porque algo o todo de la sal de hidróxidó en la etapa (b) se obtiene de la etapa (g) .

4. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque además comprende: (h) obtener cloro; y (i) licuar el cloro bajo condiciones fotoliticas para formar cloruro de hidrógeno.

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque algo o todo del cloro en la etapa (h) se obtiene de la etapa (g) .

6. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque algo o todo del- cloruro de hidrógeno de la etapa (i) se utiliza para clorar el mineral de silicato del grupo 2 en la etapa (c) .

7. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque la reacción de la etapa (d) se lleva a cabo en una celda electroquímica.

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa (d) comprende .además: (d) (1) hacer reaccionar la primera sal de carbonato con . una fuente de protones bajo condiciones adecuadas para formar una primera sal de bicarbonato; y (d) (2) hacer reaccionar la primera sal de bicarbonato con la sal de · cloruro del grupo 2 para formar la sal de carbonato del grupo 2.

9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la reacción de la etapa (d) (2) comprende además la formación de una segunda sal de cloruro.

10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque algo o todo de la segunda sal de cloruro en la etapa (f) se obtiene de la etapa (d) (2) .

11. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7-10, caracterizado porque la celda electroquímica genera una' prime'ra fuente de energía eléctrica. ·

12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la primera fuente de energía eléctrica se genera con una eficiencia mayor que 70% con base en el potencial máximo teórico de la celda electroquímica.

13. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque algo o todo de la primera fuente de energía se utiliza para conducir una parte de la reacción de la etapa (g) .

14. El método de conformidad . con cualquiera de las reivindicaciones 2-14, caracterizado porque además comprende: (j) utilizar algo o todo del hidrógeno de la etapa (g) para generar una segunda fuente de energía.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque algo o todo de la segunda fuente de energía se utiliza para conducir una parte de la reacción de la etapa (g) .

16.. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque algo o todo de la sal de hidróxido es hidróxido de sodio.

17. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque algo o todo de la primera sal de carbonato es carbonato de sodio.

18. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque algo o todo del mineral de silicato del grupo 2 es un inosilicato del grupo 2.

19. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque algo o todo del mineral de silicato del grupo 2 es CaSi03.

20. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque, algo o todo del mineral de silicato del grupo 2 es MgSi03.

21. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque, algo o todo de la sal de cloruro del grupo 2 es CaCl2-

22. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque, algo o todo de la sal de cloruro del grupo 2 es MgCl2.

23. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque, algo o todo de la sal de carbonato del grupo 2 es CaCÜ3.

24. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque, algo o todo de la sal de carbonato del grupo 2 es sal de carbonato es MgC03.

25. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2-15, caracterizado porque, algo o todo de la segunda sal de cloruro es NaCl.

26. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 4-15, caracterizado porque la condición fotolitica comprende radiación que tiene una longitud de onda de aproximadamente 200 nm a aproximadamente 400 nm.

27. El método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la longitud de onda es de aproximadamente 254 nm.

28. El método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la longitud de onda es de aproximadamente 363 nm.

29. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-28, caracterizado porque la obtención del hidróxido comprende: (a) (1) obtener una sal del grupo l o grupo 2 ; (a) (2) mezclar la. sal con ácido y agua, ácido y vapor, o ácido, agua, y vapor para producir una solución de salmuera protonada; y (a) (3) electrolizar la solución de salmuera protonada para producir un hidróxido .