NL2004851C2 - Werkwijze voor het omzetten van metaalhoudende silicaatmineralen tot siliciumverbindingen en metaalverbindingen. - Google Patents

Description

5

Werkwijze voor het omzetten van metaalhoudende silicaatmineralen tot siliciumverbindingen en met aalve rbindingen

De uitvinding heeft betrekking op een nieuwe werkwijze voor het omzetten van metaalhoudende silicaatmineralen via een omzettingsreactie tot siliciumverbindingen en metaalverbindingen.

10 In de aardkorst is verreweg de grootste hoeveelheid mineralen (ca. 90%) een silicaatmineraal. Elk silicaatmineraal is opgebouwd uit een rooster dat silicaatgroepen (Si04), en metalen bevat.

Tegenover de negatieve lading van elke silicaatgroep (4-), 15 zijn in elk rooster positief geladen metaalatomen opgenomen. Het type rooster waarin de silicaatgroepen gerangschikt zijn, is onderverdeeld in orthosilicaten (geïsoleerde silicaatgroepen), nesosilicaten (keten van silicaten), fylosilicaten (vlakvormig verbonden silicaten) en 20 tectosilicaten (3-dimensionale structuur van silicaten).

Bij het omzetten van silicaatmineralen wordt het rooster verbroken, waarbij aparte siliciumverbindingen en metaalverbindingen worden gevormd. Als zodanig vormen silicaatmineralen een interessante bron voor het vormen van 25 deze siliciumverbindingen: met name silica of orthosiliciumzuur is een veelgebruikte grondstof in de industrie. Daarnaast zijn diverse metaalverbindingen in zoutvorm af te scheiden, die bijvoorbeeld als tussenproduct van economisch belang zijn voor metaalextractie.

30 Serpentijn (een fylosilicaat) en olivijn (een nesosilicaat), zijn silicaten die vooral magnesium als metaal bevatten (en een lager gehalte ijzer). Voor deze magnesiumsilicaten is een omzettingsproces bekend waarbij in 2 een autoclaaf, onder verhoogde temperatuur en druk, het mineraal reageert met kooldioxide tot magnesium(bi)carbonaat, en siliciumzuur als eindproduct.

Serpentijn (Mg3Si205(OH)4) en olivijn (Mg2Si04) kunnen 5 afhankelijk van de reactieomstandigheden in elkaar overgaan. Vereenvoudigd weergegeven zijn de hoofdreacties: i) 2 Mg2Si04 + C02 + 2H20 => Mg3Si205(OH)4 + MgC03 10 ii) Mg2Si04 + 2C02 + 2H20 => 2MgC03 + H4Si04 iii) Mg2Si04 + 4C02 + 4H20 => 2Mg(HC03)2 + H4Si04

Overigens zij opgemerkt dat de reacties hierboven 15 vereenvoudigd zijn weergegeven: de mineralen serpentijn en olivijn bevatten niet alleen magnesium als metaal, maar bevatten vaak ook, in een lager gehalte, ijzer, mangaan en nikkel, en soms ook titaan, calcium en aluminium.

De bovenstaande reacties zijn exotherm en dat in 20 toenemende mate. Met name reactie ii, en in nog sterkere mate reactie iii, zullen hierbij overheersen. Via deze twee reacties wordt een volledige omzetting van silicaatmineraal verkregen. Om voldoende omzettingssnelheid te bereiken voor een volledige omzetting, is initieel zowel warmte als een 25 verhoogde druk gewenst wanneer de reactie in een autoclaaf wordt uitgevoerd. Aldus is het energieverbruik voor het uitvoeren van de reactie aanzienlijk.

De uitvinding beoogt een werkwijze te verschaffen waarbij het energieverbruik wordt gereduceerd, alsmede 30 bijkomende voordelen te behalen.

Daartoe voorziet de uitvinding volgens een hoofdaspect in een werkwijze voor het omzetten van metaalhoudende silicaatmineralen via een omzettingsreactie tot 3 siliciumverbindingen en metaalverbindingen, met het kenmerk dat in een graviteitsdrukvat (GDV) de omzettingsreactie wordt uitgevoerd, waarbij: de GDV twee kanalen omvat welke aan de bovenzijde van 5 de GDV aparte toegangen hebben, en welke kanalen op elkaar zijn aangesloten aan de onderzijde van de GDV, en waarbij een dispersie in water van vaste deeltjes van de silicaatmineralen, in de GDV wordt geleid in een neergaande 10 stroom, een of meer reactanten voor de omzettingsreactie aan de dispersie worden toegevoegd, en de bij de omzettingsreactie gevormde siliciumverbindingen en metaalverbindingen via een 15 omhooggaande stroom van de GDV worden weggeleid.

Verrassenderwijs is gebleken dat door de toepassing van een graviteitsdrukvat (ook wel: gravity pressure vessel) op energiebesparende wijze een voldoende druk en temperatuur gecreëerd kan worden, waarbij de omzettingsreactie met 20 voldoende reactiesnelheid verloopt.

Een GDV is op zichzelf bekend uit bijvoorbeeld WO 2006/0086673 als een verticaal in de grond gestoken langwerpig cilindervormig vat met een lengte van doorgaans honderden meters. De GDV is doorgaans opgebouwd uit een 25 centraal binnenkanaal, en een het buitenkanaal dat het binnenkanaal omgeeft. Aan de onderzijde van de GDV zijn binnenkanaal en buitenkanaal op elkaar aangesloten. Door deze opbouw wordt een stroom die het binnenkanaal wordt ingeleid, naar een laagste punt binnen de GDV geleid, en 30 vervolgens door het buitenkanaal omhoog geleid, om vervolgens de GDV te verlaten. Op het laagste punt ontstaat, afhankelijk van de diepte, een verhoogde druk door het 4 gewicht van de kolom van materiaal waarmee de kanalen zijn gevuld.

Wanneer de neergaande stroom in het binnenkanaal bestaat uit een slurry in water van gedispergeerde 5 silicaatmineralen, met een dichtheid van ca. 2 kg/liter, is per 100 meter lengte van een GDV, een druktoename tot 20 bar mogelijk. Vanaf het laagste punt binnen de GDV gaat de stroom opwaarts door het buitenkanaal om aan de oppervlakte de GDV te verlaten. De ingaande stroom wordt hierbij meestal 10 met enige overdruk in de GDV gevoerd.

Behalve een intrinsiek verhoogde druk, biedt de GDV een zeer efficiënt warmtegebruik. Afhankelijk van de uit te voeren reactie in de GDV, kunnen de omstandigheden zodanig worden gekozen dat in hoofdzaak in de opgaande stroom 15 reactieproducten gevormd worden, zodat in deze stroom de meeste warmte vrijkomt. Deze warmte wordt vervolgens voor een groot deel aan de wand van de binnenkolom afgegeven, waardoor aan de binnenzijde van de binnenkolom het reactiemengsel wordt opgewarmd om de reactie te versnellen. 20 Het is in dit verband gebleken dat door toepassing van de GDV, de operationele kosten voor het laten reageren van olivijn, per kilogram gehalveerd kunnen worden, ten opzichte van dezelfde reactie in een autoclaaf. Deze besparing is het gevolg van een efficiënt warmtegebruik en de intrinsieke 25 drukopbouw door de constructie van de GDV.

De reactanten worden hierbij ingevoerd op enig punt in de neergaande stroom: dit kan ter hoogte van de toegang zijn aan de bovenzijde van de GDV, maar kan ook via een aparte leiding op enige diepte in de neergaande stroom zijn.

30 Bij voorkeur omvatten bij de werkwijze volgens de uitvinding, de gevormde siliciumverbindingen silica en/of ortho siliciumzuur. Beide verbindingen hebben een 5 belangrijke economische waarde als grondstoffen voor diverse toepassingen.

Voorts omvatten bij de werkwijze volgens de uitvinding, de gevormde metaalverbindingen, metaalbicarbonaten en/of 5 metaalcarbonaten. Oplosbare metaalbicarbonaten zijn een goede voedingsstof voor algen die olie produceren, zoals bepaalde wieren en algen. De bicarbonaten vormen aldus een aantrekkelijk alternatief voor het inleiden van kooldioxidegas in het medium waarin de algen worden 10 gecultiveerd. Daarnaast hebben metaalcarbonaten bijvoorbeeld een voordelige functie als absorbens in oplossing voor opname van kooldioxide, onder vorming van bicarbonaten.

Bij verdere voorkeur omvatten bij de werkwijze volgens de uitvinding, de gevormde metaalverbindingen 15 metaalsulfides. Voor afscheiding van waardevolle metalen is het aantrekkelijk om bijvoorbeeld nikkel en ijzer in sulfide vorm te verkrijgen. Via bekende omzettingsreacties kan vervolgens het metaal gewonnen worden.

De bij de omzetting gevormde silicaatverbindingen en 20 metaalverbindingen worden uit de slurry gescheiden op gebruikelijke wijzen zoals door filtratie, precipitatie, of door toepassing van een cycloon.

Met voordeel omvatten bij de werkwijze volgens de uitvinding, de metaalhoudende silicaatmineralen: 25 olivijn of serpentijn. Voor deze mineralen is aangetoond dat de operationele kosten voor het volledig omzetten tot silicaverbindingen en metaalverbindingen, gehalveerd kunnen worden per kilogram uitgangsmateriaal.

Het is verder voordelig dat bij de werkwijze volgens de 30 uitvinding, de vaste deeltjes silicaatmineralen een gemiddelde diameter hebben in de ordegrootte van 2-3 millimeter of kleiner. Deze bovengrens voor de deeltjesgrootte ligt relatief hoog, in vergelijking met de 6 deeltjesgrootte benodigd voor een reactie in een autoclaaf: hierbij is de deeltjesgrootte vaak ten minste een factor 100 kleiner.

De dynamiek van de deeltjes in de GDV heeft speciale 5 eigenschappen, waardoor volstaan kan worden met een relatief groot deeltje. Door de relatief lange weg die de deeltjes binnen de GDV afleggen is er sprake van een constante erosie van het buitenoppervlak van elk deeltje. Dit verhoogt de reactiviteit van het buitenoppervlak. Bovendien houdt dit 10 eroderend effect relatief lange tijd aan, omdat een volledige doorstroming van de GDV enkele uren in beslag kan nemen.

Voorts kan dit eroderend effect nog versterkt worden wanneer gasbellen in de stroom aanwezig zijn, die 15 turbulentiestromen in de hoofdstroom veroorzaken. Dit kan bereikt worden door een reactant in gasvorm in te brengen. Wanneer geen reactant in gasvorm wordt ingebracht, kan overwogen worden om een additioneel inert gas in te voeren zodat het versterkend effect van de gasbellen alsnog wordt 20 bereikt. Daarnaast wordt de warmteoverdracht binnen de GDV verbeterd door de aanwezigheid van gasbellen.

Doordat in het proces volgens de uitvinding de slicaatmineralen tot minder kleine deeltjes hoeven te worden gevormd, worden de operationele kosten van het proces verder 25 verlaagd.

Met voordeel wordt bij de uitvinding water toegepast dat zoutwater is. De hogere concentratie van opgeloste zouten, maakt dat in zoutwater een hogere ionen activiteit wordt bereikt, hetgeen de omzettingsreacties positief 30 beïnvloedt.

Bij verdere voorkeur worden bij de werkwijze volgens de uitvinding reactanten toegepast die behoren tot een groep omvattende: zuren, waaronder zoutzuur, zwavelzuur, 7 kooldioxide en bicarbonaat. Kooldioxide kan in gasvorm reageren met silicaatmineralen, volgens bekende reacties, waarvan in de inleiding enkele voorbeelden zijn gegeven. Zoutzuur en zwavelzuur zijn bekende zuren die (veelal als 5 vloeistof) met silicaatmineralen reageren, waarbij naast silica, metaalchloride resp. metaalsulfaat wordt gevormd. Bicarbonaat in oplossing reageert met silicaatmineralen analoog aan kooldioxide.

Bij voorkeur worden bij de werkwijze volgens de 10 uitvinding een of meer reactanten in gasvorm toegevoegd. Dit heeft het voordeel van een meer turbulente stroom, dat het eroderen van de deeltjes silicaatmineraal versterkt, waardoor een betere reactiekinetiek wordt bereikt. Daarnaast wordt de warmteoverdracht binnen de GDV 15 verbeterd door de aanwezigheid van gasbellen.

Bijzondere voorkeur heeft het om bij de werkwijze volgens de uitvinding, gasvormige reactanten toe te voegen verdeeld over verschillende posities in de stroom door de GDV. Gegeven een bepaalde doorsnede van het kanaal waarin 20 het gas wordt ingevoerd, is het invoeren van gas aan enige beperkingen onderhevig: de concentratie van gevormde gasbellen in de vloeibare stroom moet onder een kritische grens blijven, zodat de gasbellen zich niet verzamelen tot een grote gasbel die de continuïteit van de vloeibare stroom 25 onderbreekt. Dit is ongewenst uit oogpunt van hydrodynamica, maar ook uit oogpunt van een optimaal reactieoppervlak tussen de gasfase en de vloeistoffase.

Aangezien de gasfase per hoeveelheid reactant intrinsiek een groter volume heeft dan de vloeistoffase, is 30 het meestal gewenst of zelfs noodzakelijk om verdeeld over de vloeistofstroom de gasvormige reactant in te brengen, om deze in een geschikte molverhouding met het silicaatmineraal te laten reageren.

8

Voorts heeft het de voorkeur dat bij de werkwijze volgens de uitvinding, de GDV een warmtewisselaar omvat, bij voorkeur een systeem van warmtewisselaars, en met bijzondere voorkeur omvat daarbij de warmtewisselaar een waterreservoir 5 dat als een mantel een deel van de GDV omgeeft, en waarin

meerdere aanvoer en afvoerleidingen voor water zijn voorzien op verschillende posities in het reservoir. De warmtewisselaar is bijvoorbeeld als een mantel om de GDV voorzien die in warmtewisselend contact staat met de kanalen 10 van de GDV, zodat overtollige warmte - d.w.z. warmte die niet verbruikt wordt binnen de uitwisseling tussen de kanalen in de GDV - extern kan worden afgevoerd. Met voordeel omvat de GDV een systeem van warmtewisselaars, welke op verschillende hoogtes van de GDV actief kunnen 15 worden ingezet. Aldus kan de temperatuur binnen de GDV

nauwkeurig gestuurd worden, zodat een optimale temperatuur voor de omzettingsreactie over de kolom in de GDV kan worden gehandhaafd. Bijvoorbeeld is handhaving van een optimale temperatuur aan de onderzijde van de GDV (bij de hoogste 20 druk) zeer gewenst voor sturing van de omzettingsreactie.

Bovendien is voor de uitgaande stroom aan de bovenzijde vaak een optimale temperatuur wenselijk.

De door de warmtewisselaar(s) afgevoerde warmte kan in andere processen gebruikt worden, b.v. om elektriciteit te 25 produceren.

Eventueel kan de warmtewisselaar op omgekeerde wijze gebruikt worden om warmte toe te voeren naar de GDV wanneer opwarming van de slurry in de GDV gewenst is.

In een bijzonder aspect betreft de uitvinding een 30 omzettingsreactie waarbij kooldioxide of een afgeleide vorm daarvan, wordt toegepast als reactant, waarbij het silicaatmineraal als sequestratiemiddel voor kooldioxide of een afgeleide daarvan functioneert. Sequestratie is in dit 9 verband een algemene term voor het opslaan van kooldioxide in een verbinding waardoor gasvormig kooldioxide aan de atmosfeer onttrokken wordt, danwel voorkomen wordt dat gevormd kooldioxide in de atmosfeer wordt gebracht.

5 Daartoe omvat de uitvinding een werkwijze voor het omzetten van metaalhoudende silicaatmineralen via een omzettingsreactie tot siliciumverbindingen en metaalverbindingen, met het kenmerk dat in een langwerpig graviteitsdrukvat (GDV) de omzettingsreactie wordt 10 uitgevoerd, waarbij: de GDV twee kanalen omvat welke aan de bovenzijde van de GDV aparte toegangen hebben, en welke kanalen met elkaar in verbinding staan aan de onderzijde van de GDV, en waarbij 15 een dispersie in water van vaste deeltjes van de silicaatmineralen, in de GDV wordt geleid in een neergaande stroom, een of meer reactanten voor de omzettingsreactie aan de dispersie worden toegevoegd, 20 waarvan een reactant kooldioxide en/of bicarbonaat is, en de bij de omzettingsreactie gevormde siliciumverbindingen en metaalverbindingen via een omhooggaande stroom van de GDV worden weggeleid, waarbij het silicaatmineraal als seguestratiemiddel 25 voor kooldioxide en/of bicarbonaat functioneert.

Voor de uitleg van de GDV wordt verwezen naar de uitleg hierboven voor het hoofdaspect van de uitvinding.

De reactanten worden ingevoerd op enig punt in de neergaande stroom: dit kan ter hoogte van de toegang zijn 30 aan de bovenzijde van de GDV, maar kan ook via een aparte leiding op enige diepte in de neergaande stroom zijn.

Op grond van de reeds genoemde voordelen volgens het hoofdaspect van de uitvinding worden aldus de voordelen 10 behaald van een aanzienlijke reductie van operationele kosten, doordat een efficiënt energieverbruik wordt bewerkstelligd door de GDV, zowel met het oog op de benodigde warmte als de benodigde druk voor het laten 5 verlopen van de reactie.

Met voordeel omvatten bij de werkwijze volgens de uitvinding, de metaalhoudende silicaatmineralen: olivijn of serpentijn. Voor deze mineralen is een reductie in operationele kosten haalbaar van ongeveer 50%. Bovendien 10 hebben deze mineralen een hoge opnamecapaciteit voor sequestratie van kooldioxide: ongeveer 1 kilogram olivijn is in staat om 1,2 kilogram kooldioxide op te nemen, c.q. op te slaan.

Bij voorkeur wordt bij de werkwijze volgens de 15 uitvinding, kooldioxide toegevoegd in gasvorm. Dit heeft het voordeel van een meer turbulente stroom, dat het eroderen van de deeltjes silicaatmineraal versterkt, waardoor een betere reactiekinetiek wordt bereikt.

Bij voorkeur is bij de werkwijze volgens de uitvinding, 20 kooldioxide verkregen uit een regeneratie van absorberende amines, of uit afvalgas van een bioethanolfabriek. Het voordeel hiervan is dat dergelijk kooldioxide in gasvorm een hoge concentratie heeft, wat de kinetiek van de reactie bevordert. Doorgaans is een hoge concentratie van 80%, bij 25 voorkeur 90% of hoger, gewenst voor een goede reactiekinetiek. In dit verband kan ook afvalgas van een ammoniakfabriek gebruikt worden.

Volgens een volgende voorkeursvariant van de werkwijze volgens de uitvinding, wordt reactant toegevoegd als 30 opgelost bicarbonaat afkomstig uit de reactie van gasvormig kooldioxide met calciumcarbonaat en/of magnesiumcarbonaat. Deze werkwijze biedt het voordeel dat een geconcentreerde stroom reactant kan worden aangevoerd, uitgaande van een 11 afvalgas met een lage concentratie kooldioxide (bijvoorbeeld lager dan 50%).

Bij voorkeur omvat bij de werkwijze volgens de uitvinding, de GDV een warmtewisselaar, bij voorkeur een 5 systeem van warmtewisselaars, en met bijzondere voorkeur omvat daarbij de warmtewisselaar een waterreservoir dat als een mantel een deel van de GDV omgeeft, en waarin meerdere aanvoer en afvoerleidingen voor water zijn voorzien op verschillende posities in het reservoir. De voordelen van 10 deze uitvoering zijn dezelfde als toegelicht voor het hoofdaspect van de uitvinding.

Feitelijk combineert daarmee de werkwijze een methode voor het opslaan van kooldioxide, terwijl bovendien energie wordt opgewekt.

15 Met specifiek voordeel is de warmtewisselaar of het systeem van warmtewisselaars, gekoppeld aan een regenerator voor absorberende amines. Gebleken is dat de overtollige energie die vanuit de omzettingsreactie en via de warmtewisselaar of wisselaars wordt verkregen, toereikend is 20 om dergelijke amines te regenereren en aldus een hoog geconcentreerde stroom van gasvormig kooldioxide te verkrijgen ten behoeve van de omzettingsreactie.

Als voorbeeld voor deze stelling geldt de volgende a priori berekening: 25 Bij doorstroming van de GDV met 100 m3/uur slurry, dat 25 ton/uur olivijn bevat, kan ca. 15 ton C02 per uur worden opgenomen onder vorming van 11,7 MW warmte. Van deze energie hoeveelheid kan 8 MW nuttig gebruikt worden buiten de GDV. Gemiddeld is voor het proces om 15 ton C02 uit rookgassen te 30 absorberen in amines, en het vervolgens regenereren uit amines van een geconcentreerde C02 stroom, 6,7 MW nodig. Het GDV proces levert daarmee voldoende energie om in een aparte 12 stap een verdund rookgas te concentreren ten behoeve van het GDV proces zelf.

Op dit moment bekende werkwijzen voor sequestratie van C02 laten juist een negatief energierendement zien: hierbij 5 komt onvoldoende energie beschikbaar uit de sequestratie-reactie ten behoeve van het regenereren van amines met geabsorbeerde C02.

De werkwijze levert aldus een methode voor sequestratie van kooldioxide, waarbij de warmteopbrengst benut kan worden 10 voor het vormen van een geconcentreerde gasstroom van kooldioxide voorafgaand aan sequestratie.

Bij voorkeur wordt bij de werkwijze volgens de uitvinding, gasvormig kooldioxide toegevoegd op verschillende posities van de stroom door de GDV. Dezelfde 15 voordelen gelden hierbij als eerder genoemd voor het hoofdaspect van de uitvinding.

Verder heeft het de voorkeur dat bij de werkwijze volgens de uitvinding, ongereageerde silicaatmineralen worden teruggeleid in de GDV in de neergaande stroom.

20 Afhankelijk van de uitvoering van de GDV en de aangelegde procesomstandigheden, kan het zijn dat de silicaatmineralen nog niet volledig hebben gereageerd, waardoor de sequestratie-capaciteit van het mineraal niet volledig is benut. Door terugleiding van ongereageerd mineraal, kan een 25 volledige sequestratie alsnog bereikt worden. Hiertoe dienen de ongereageerde deeltjes op bekende wijze afgescheiden te worden uit de omhooggaande stroom, bijvoorbeeld door filtratie.

Met voordeel hebben bij de werkwijze volgens de 30 uitvinding, de vaste deeltjes silicaatmineralen een gemiddelde diameter in de ordegrootte van 2-3 millimeter of kleiner. Dezelfde voordelen gelden hierbij als eerder genoemd voor het hoofdaspect van de uitvinding.

13

Met voordeel wordt bij de uitvinding water toegepast dat zoutwater is. De hogere concentratie van opgeloste zouten, maakt dat in zoutwater een hogere ionen activiteit wordt bereikt, hetgeen de omzettingsreacties positief 5 beïnvloedt.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van voorbeelden, en een bijgevoegde tekening, waarin:

Fig. 1, in dwarsdoorsnede en schematisch weergegeven, een GDV toont waarin een werkwijze volgens de uitvinding 10 wordt uitgevoerd.

Fig. 2, een variant laat zien van de GDV uit fig. 1, waarin de warmtewisselaar is aangepast.

Figuur 1 toont een GDV 1, met een binnenkanaal 3 en een buitenkanaal 5, van elkaar gescheiden door de binnenwand 7 15 die binnenkanaal 3 omgeeft. De lengte van de GDV is in werkelijkheid veel groter dan in de figuur weergegeven. Met pijlen is de stroomrichting binnen de kanalen weergegeven.

In binnenkanaal 3 wordt een slurry van silicaatmineraal in water ingevoerd via toegang 9. In binnenkanaal 3 is een 20 injectiebuis 10 gestoken voor het invoeren van reactant via toegang 11, in dit geval gasvormig kooldioxide. Bij het onderuiteinde van buis 10 zijn gasbelletjes weergegeven van kooldioxide die in de slurry zijn gevormd. Aan het onderuiteinde van binnenkanaal 3, keert de slurrystroom van 25 richting, en vervolgt de stroom door het buitenkanaal 5. Op dit laagste punt staat het reactiemengsel onder de hoogste druk, en zal de omzettingsreactie voor een belangrijk deel plaatsvinden. De omhooggaande stroom in het buitenkanaal 5, zal grotendeels bestaan uit volledig omgezet 30 silicaatmineraal, d.w.z. uit aparte silicaatverbindingen en metaalverbindingen. De uitgaande stroom 14 wordt verder verwerkt om de geproduceerde verbindingen af te scheiden en te verwerken. Desgewenst kan de stromingsrichting binnen de 14 GDV ook andersom zijn, mits de aanvoerkanalen en afvoerkanalen ook andersom zijn uitgevoerd.

De GDV heeft een isolerende buitenmantel 16 om warmteverlies aan de omgeving te beperken, de isolerende 5 eigenschap is in de praktijk en afhankelijk van de bodemsamenstelling, niet altijd noodzakelijk. In de buitenmantel zijn twee warmtewisselaars voorzien bestaande uit een spiraalvormige waterleiding 18 waardoor vanaf ingang 20 tot aan uitgang 22 water kan worden verpompt. De 10 warmtewisselaars zijn op verschillende niveaus geplaatst: de ene bovenaan, en de andere onderaan. Afhankelijk van de reacties die in de GDV plaatsvinden, ontstaat overtollige warmte op een of op beide niveaus. Zodra dit wordt waargenomen (bijv. met niet weergegeven warmtesensoren), 15 wordt water door de warmtewisselaar gepompt, en aldus warmte onttrokken aan het systeem. Deze warmte kan op elke gewenste manier elders worden ingezet als energiebron voor diverse processen zoals de opwekking van elektriciteit.

Overigens kan de warmtestroom door de warmtewisselaar 20 ook in omgekeerde richting worden uitgevoerd waarbij juist warmte naar de GDV wordt gevoerd, ten bate van opwarming van het reactiemengsel in de GDV.

Figuur 2 toont een GDV met vergelijkbare onderdelen als in figuur 1, waarin de overeenkomstige onderdelen dezelfde 25 nummering hebben.

De warmtewisselaar in fig. 2 bestaat uit een waterreservoir 30, gevuld met water. Op het waterreservoir 30 is een hoofdleiding 32 aangesloten met een klep 34 voor watertoevoer. In het waterreservoir 30 steken drie buizen 36 30 van verschillende lengte, en met een klep 38, die de buizen openstelt of afsluit, en waarmee geschakeld kan worden tussen een waterafvoer of watertoevoer. Aldus kunnen allerlei combinaties gemaakt worden tussen waterstromingen 15 tussen de uiteinden van de buizen 36. Bij gebruik van de GDV waarbij de reactie van olivijn met C02 in gang is en voldoende warmte wordt geproduceerd, is een stroming zoals met pijlen weergegeven optimaal.

5 Hierbij wordt via hoofdleiding 32 water in het reservoir gevoerd, en via de kortste buis 36 afgevoerd, t.b.v. koeling van de afvoerstroom 14. Tevens wordt via middellange buis 36 water ingevoerd, en water uitgevoerd via de langste buis 36. Aldus wordt efficiënt reactiewarmte 10 afgevoerd vanaf de lage sectie van de GDV.

Door de inrichting van de warmtewisselaar volgens figuur 2, kan bij gebruik van de GDV met meer variatie de warmtewisseling worden geregeld.

15 Voorbeeld 1

Een GDV van een van de twee types zoals hierboven is weergegeven, wordt toegepast met de volgende specificaties: De lengte van de GDV schacht is 600 m., de diameter van 20 binnenkanaal en buitenkanaal resp. 20 cm en 30 cm.

Afhankelijk van de capaciteit en uitvoeringsvorm kan de diameter de grootteorde van enkele meters hebben.

Een slurry van olivijn deeltjes van 2-3 mm in zoutwater wordt onder ca. 10 bar ingebracht in het binnenkanaal. De 25 dichtheid van de slurry is ca. 1,9 kg/liter. Gedurende het transport van de slurry naar beneden slijten de deeltjes door erosie langzaam af.

Kooldioxidegas (concentratie: 90% partiële druk) wordt onder ca. 100 bar ingebracht via een 500 m lange 30 injectiebuis in het binnenkanaal. Onderaan de GDV wordt een temperatuur gehandhaafd tussen 170-250°C.

Een volledige omzetting volgens reactie ii) van olivijn naar magnesiet (MgC03) neemt ongeveer 2 uur in beslag, bij 16 een druk van 150 bar en een temperatuur van 185°C, en bij 75 gm deeltjesgrootte.

Bij een diameter van de binnenbuis van 1,5 meter, en over een lengte van de binnenbuis van 10 m is het mogelijk 5 om een omzetting van 746 ton kooldioxide in 2,42 uur te behalen. Deze hoeveelheid kooldioxide is vergelijkbaar met de emissie van een 600 MW kolencentrale.

Het kooldioxidegas wordt in een concentratie van 90% verkregen uit de regeneratie van amines die kooldioxide 10 hebben geabsorbeerd. De energie die via de warmtewisselaars van de GDV wordt verkregen is toereikend om deze regeneratie uit te voeren, om voldoende kooldioxidegas te produceren voor de omzettingsreactie in de GDV.

Claims (19)

1. Werkwijze voor het omzetten van metaalhoudende 5 silicaatmineralen via een omzettingsreactie tot siliciumverbindingen en metaalverbindingen, met het kenmerk dat in een graviteitsdrukvat (GDV) de omzettingsreactie wordt uitgevoerd, waarbij: de GDV twee kanalen omvat welke aan de bovenzijde van 10 de GDV aparte toegangen hebben, en welke kanalen op elkaar zijn aangesloten aan de onderzijde van de GDV, en waarbij een dispersie in water van vaste deeltjes van de silicaatmineralen, in de GDV wordt geleid in een neergaande 15 stroom, een of meer reactanten voor de omzettingsreactie aan de dispersie worden toegevoegd, en de bij de omzettingsreactie gevormde siliciumverbindingen en metaalverbindingen via een 20 omhooggaande stroom van de GDV worden weggeleid.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de gevormde siliciumverbindingen silica en/of ortho siliciumzuur omvatten. 25

3. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies waarbij de gevormde metaalverbindingen, metaalbicarbonaten en/of metaalcarbonaten omvatten.

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies waarbij de gevormde metaalverbindingen, metaalsulfides omvatten.

5. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies waarbij de metaalhoudende silicaatmineralen omvatten: olivijn of serpentijn.

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies waarbij de vaste deeltjes silicaatmineralen een gemiddelde diameter hebben in de ordegrootte van 2-3 millimeter of kleiner.

7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies waarbij de reactanten behoren tot een groep omvattende: zuren, waaronder zoutzuur, zwavelzuur, kooldioxide, en bicarbonaat.

8. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies waarbij een of meer reactanten in gasvorm worden toegevoegd.

9. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 20 waarbij gasvormige reactanten worden toegevoegd verdeeld over verschillende posities in de stroom door de GDV.

10. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies waarbij de GDV een warmtewisselaar omvat, bij voorkeur een 25 systeem van warmtewisselaars, en met bijzondere voorkeur omvat daarbij de warmtewisselaar een waterreservoir dat als een buitenmantel een deel van de GDV omgeeft, en waarin meerdere aanvoer en afvoerleidingen voor water zijn voorzien op verschillende posities in het reservoir. 30

11. Werkwijze voor het omzetten van metaalhoudende silicaatmineralen via een omzettingsreactie tot siliciumverbindingen en metaalverbindingen, met het kenmerk 5 dat in een langwerpig graviteitsdrukvat (GDV) de omzettingsreactie wordt uitgevoerd, waarbij: de GDV twee kanalen omvat welke aan de bovenzijde van de GDV aparte toegangen hebben, en welke kanalen met elkaar in verbinding staan aan de onderzijde van de GDV, 10 en waarbij een dispersie in water van vaste deeltjes van de silicaatmineralen, in de GDV wordt geleid in een neergaande stroom, een of meer reactanten voor de omzettingsreactie aan de 15 dispersie worden toegevoegd, waarvan een reactant kooldioxide en/of bicarbonaat is, en de bij de omzettingsreactie gevormde siliciumverbindingen en metaalverbindingen via een omhooggaande stroom van de GDV worden weggeleid, 20 waarbij het silicaatmineraal als sequestratiemiddel voor kooldioxide en/of bicarbonaat functioneert.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, waarbij de metaalhoudende silicaatmineralen omvatten: 25 olivijn of serpentijn.

13. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 11 of hoger, waarbij kooldioxide wordt toegevoegd in gasvorm.

14. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 11 of hoger, waarbij kooldioxide is verkregen uit een regeneratie van absorberende amines, of uit afvalgas van een bioethanol installatie.

15. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 11 of hoger, waarbij reactant wordt toegevoegd als opgelost bicarbonaat afkomstig uit de reactie van gasvormig 5 kooldioxide met calciumcarbonaat en/of magnesiumcarbonaat.

16. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 11 of hoger, waarbij de GDV een warmtewisselaar omvat, bij voorkeur een systeem van warmtewisselaars, en met bijzondere 10 voorkeur omvat daarbij de warmtewisselaar een waterreservoir dat als een buitenmantel een deel van de GDV omgeeft, en waarin meerdere aanvoer en afvoerleidingen voor water zijn voorzien op verschillende posities in het reservoir.

17. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 13 of hoger, waarbij gasvormig kooldioxide wordt toegevoegd op verschillende posities van de stroom door de GDV.

18. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 11 20 of hoger, waarbij ongereageerde silicaatmineralen worden teruggeleid in de GDV in de neergaande stroom.

19. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies waarbij de vaste deeltjes silicaatmineralen een gemiddelde 25 diameter hebben in de ordegrootte van 2-3 millimeter of kleiner.