RU2420345C2 - Removal of carbon dioxide from flow of wastes by combined production of carbonate or bicarbonate minerals - Google Patents

Removal of carbon dioxide from flow of wastes by combined production of carbonate or bicarbonate minerals Download PDF

Info

Publication number
RU2420345C2
RU2420345C2 RU2007115051/07A RU2007115051A RU2420345C2 RU 2420345 C2 RU2420345 C2 RU 2420345C2 RU 2007115051/07 A RU2007115051/07 A RU 2007115051/07A RU 2007115051 A RU2007115051 A RU 2007115051A RU 2420345 C2 RU2420345 C2 RU 2420345C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbonate
bicarbonate
products
energy
gas
Prior art date
Application number
RU2007115051/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007115051A (en
Inventor
Джо Дэвид ДЖОУНС (US)
Джо Дэвид Джоунс
Original Assignee
Джо Дэвид Джоунс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Джо Дэвид Джоунс filed Critical Джо Дэвид Джоунс
Publication of RU2007115051A publication Critical patent/RU2007115051A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2420345C2 publication Critical patent/RU2420345C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: proposed method comprises producing hydroxide in water and mixing it with gas flow to produce carbonate and/or bicarbonate in process carried out in two separate chambers wherein one chamber is used for production of carbonate products and another one for production of bicarbonate products or mix of both. Proposed unit comprises electrolysis chamber for production of hydroxide and mixers to mix hydroxide with gas flow including carbon dioxide to obtain carbonate an/or bicarbonate.
EFFECT: efficient extraction of carbon dioxide, undesirable admixtures in flue gases and product of useful bypass products.
40 cl, 20 dwg, 3 tbl, 7 ex

Description

Эта заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США 60/718906, озаглавленной "Удаление диоксида углерода из потоков отходов путем совместного образования синтетических карбонатных минералов", выданной 20 сентября 2005 г.; предварительной заявки на патент США 60/642698, выданной 10 января 2005 г.; и предварительной заявки на патент США 60/612355, выданной 23 сентября 2004 г. Полный текст каждой из вышеуказанных заявок (включая приложения) с формулами изобретения приводится здесь, в частности, путем соответствующей ссылки на них.This application claims the priority of provisional application for US patent 60/718906, entitled "Removing carbon dioxide from waste streams through the joint formation of synthetic carbonate minerals", issued September 20, 2005; US Provisional Application 60/642698, issued January 10, 2005; and provisional patent application US 60/612355, issued September 23, 2004. The full text of each of the above applications (including appendices) with the claims is given here, in particular, by appropriate reference to them.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

1. Область техники, к которой относится изобретение1. The technical field to which the invention relates.

Настоящее изобретение в целом относится к удалению диоксида углерода и, кроме того, других загрязняющих веществ из потоков отходов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к удалению диоксида углерода и других загрязняющих веществ из потоков отходов путем абсорбции диоксида углерода и других загрязняющих веществ из сконцентрированных потоков топочных газов и затем совместного получения карбонатных и/или бикарбонатных материалов, которые захватывают и нейтрализуют любые абсорбированные попутные загрязняющие вещества.The present invention generally relates to the removal of carbon dioxide and, in addition, other pollutants from waste streams. More specifically, the present invention relates to the removal of carbon dioxide and other pollutants from waste streams by absorbing carbon dioxide and other pollutants from concentrated flue gas streams and then co-producing carbonate and / or bicarbonate materials that trap and neutralize any absorbed associated pollutants .

2. Предшествующий уровень техники2. The prior art

В течение последних четырех десятилетий промышленные выбросы в атмосферу вызывают все большую озабоченность на национальном и международном уровне как в частном, так и промышленных секторах. В частности, внимание было сосредоточено на газах, вызывающих парниковый эффект, которые обладают свойством удерживать солнечное тепло в атмосфере, приводя к "парниковому эффекту". Парниковый эффект возникает тогда, когда поступающее от солнца тепло поглощается в атмосфере и гидросфере земли, повышая среднюю температуру атмосферы, температуру океана, и другие срединные и средние величины температур планеты, вплоть до возникновения проблемы изменения климата; этот эффект обычно связывают с воздействием на тепловой баланс Земли, хотя по поводу скоростей, степени, в которой сжигаемые человеком материалы на него воздействуют, и степени, направления и величины эффекта единое мнение отсутствует. Несмотря на расхождение в оценках, для всех очевидно, что удаления CO2 (и других химических веществ) из основных источников выбросов будет выгодным в том случае, если затраты на это будут достаточно небольшими.Over the past four decades, industrial air emissions have been a growing concern at the national and international levels in both the private and industrial sectors. In particular, attention was focused on gases that cause the greenhouse effect, which have the property of retaining solar heat in the atmosphere, leading to the "greenhouse effect". The greenhouse effect occurs when the heat received from the sun is absorbed in the atmosphere and hydrosphere of the earth, increasing the average temperature of the atmosphere, the temperature of the ocean, and other average and average temperatures of the planet, until the problem of climate change; this effect is usually associated with the effect on the heat balance of the Earth, although there is no consensus on the speeds, the degree to which materials burned by humans, and the degree, direction and magnitude of the effect. Despite the differences in estimates, it is obvious to everyone that the removal of CO 2 (and other chemicals) from the main sources of emissions will be beneficial if the costs are quite small.

Газы, вызывающие парниковый эффект, в основном состоят из диоксида углерода и образуются на городских энергетических установках и крупномасштабных производствах на месте их расположения, однако они также образуются и при любом обычном сжигании углерода (например, в автомобилях, при расчистках дождевого леса, просто горении и так далее), хотя их самые концентрированные точечные выбросы происходят по всему миру на энергетических установках, делая решение проблемы снижения или удаления выбросов из этих конкретных мест привлекательной для осуществления технологии удаления. Так как производство энергии является главной причиной выбросов газов, вызывающих парниковый эффект, в течение последних тридцати лет различными методами исследовались и интенсивно изучались такие способы, как снижение углеродной нагрузки, повышение эффективности и секвестр углерода из топочных газов энергетической установки.The greenhouse gases are mainly carbon dioxide and are produced in urban power plants and large-scale plants at their location, but they are also produced during any conventional carbon burning (for example, in automobiles, when clearing rainforests, simply burning and et cetera), although their most concentrated point emissions occur worldwide in power plants, making the solution to the problem of reducing or removing emissions from these specific locations attractive to implementing removal technology. Since energy production is the main cause of greenhouse gas emissions, over the past thirty years, various methods have been studied and intensively studied such methods as reducing the carbon load, increasing the efficiency and sequestration of carbon from the flue gases of a power plant.

Снижение интенсивности применения углерода включает использование альтернативных источников энергии, не содержащих углерод, таких как ядерные, гидроэлектрические, фотоэлектрические, геотермальные и другие источники электроэнергии, для уменьшения доли энергии, производимой за счет исключительно сжигания углерода. В то время как каждый из этих способов производства энергии продолжает вносить свой вклад в суммарный объем производства энергии, прогнозы темпов роста мирового потребления электроэнергии превышают темпы роста производства энергии этими методами. Поэтому, ожидается, что выбросы газов, вызывающих парниковый эффект, будут увеличиваться, несмотря на рост использования источников энергии, не связанных с применением углерода.Reducing the carbon intensity involves the use of alternative carbon-free energy sources, such as nuclear, hydroelectric, photovoltaic, geothermal and other sources of electricity, to reduce the proportion of energy produced solely from burning carbon. While each of these methods of energy production continues to contribute to the total volume of energy production, forecasts of the growth rate of global electricity consumption exceed the growth rates of energy production by these methods. Therefore, it is expected that greenhouse gas emissions will increase, despite increased use of non-carbon energy sources.

Повышение эффективности обычно сводилось к способам улучшения сжигания углерода путем предварительного сжигания, декарбонизации, сжигания с кислородом и так далее, сначала снижая количество производимого CO2 и затем окисляя как можно более полно все потенциальные загрязняющие вещества. Кроме того, способ приводит к повышенному количеству получаемой на выброс диоксида углерода энергии, высвобождаемой для повышения эффективности. В то время как успехи в этой области привели к повышению эффективности сжигания, в области извлечения тепла имеется мало достижений.Efficiency gains typically came down to ways to improve carbon burning by pre-burning, decarbonizing, burning with oxygen and so on, first reducing the amount of CO 2 produced and then oxidizing all potential pollutants as completely as possible. In addition, the method leads to an increased amount of carbon dioxide-derived energy released to increase efficiency. While advances in this area have led to an increase in combustion efficiency, there are few achievements in the field of heat recovery.

Попытки секвестра углерода (в исходной форме газообразного CO2) привели к разработке многих различных способов, которые можно в целом классифицировать в качестве геологических, земных или океанических систем. Эти способы в основном связаны с перемещением образовавшегося диоксида углерода в реально существующие места и закачиванием диоксида углерода в геологические, подземные или океанические хранилища. Каждый из этих способов удаления требует больших затрат на приготовление CO2 для транспортировки осуществление транспортировки, и осуществление закачки в "хранилище углерода". По существу, эти способы экономически не обоснованы и во многих случаях потребляют больше энергии, чем производит исходный углерод.Attempts to sequester carbon (in the original form of gaseous CO 2 ) have led to the development of many different methods that can be generally classified as geological, terrestrial or oceanic systems. These methods are mainly associated with the transfer of the formed carbon dioxide to real-world locations and the injection of carbon dioxide into geological, underground or oceanic storages. Each of these disposal methods requires a large investment in preparing CO 2 for transportation, transportation, and injection into a “carbon storage”. Essentially, these methods are not economically feasible and in many cases consume more energy than the source carbon.

Удаление может быть также осуществлено различными промышленными способами, которые включают скрубберную очистку, мембраны, дешевый O2 и гидраты. Однако недостатками каждой из этих технологий являются большие капиталовложения, возрастающие до нерентабельных уровней, и чрезвычайно высокое влияние удаления CO2 на стоимость электричества.Removal can also be carried out by various industrial methods, which include scrubbing, membranes, cheap O 2 and hydrates. However, the disadvantages of each of these technologies are large investments that increase to unprofitable levels and the extremely high impact of CO 2 removal on the cost of electricity.

Нет оснований полагать, что выше перечислены все недостатки, скорее они являются одними из многих, которые могут уменьшать эффективность ранее известных способов удаления диоксида углерода из потоков отходов; однако упомянутые здесь недостатки в достаточной мере демонстрируют то, что все известные в технике подходы не являются удовлетворительными и что существует большая потребность в способах, раскрытых и заявленных в этом описании.There is no reason to believe that all the disadvantages are listed above, rather they are one of many that can reduce the effectiveness of previously known methods for removing carbon dioxide from waste streams; however, the drawbacks mentioned here sufficiently demonstrate that all approaches known in the art are not satisfactory and that there is a great need for the methods disclosed and claimed in this description.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящее изобретение предлагает способы и установки для удаления диоксида углерода из потоков отходов, которые решают проблемы, описанные выше. В целом, изобретение относится к способам удаления диоксида углерода из газового потока путем использования гидроксидного соединения с образованием карбоната и/или бикарбоната. Карбонат и/или бикарбонат могут затем быть использованы в любых различных вариантах или просто сброшены.The present invention provides methods and apparatus for removing carbon dioxide from waste streams that solve the problems described above. In general, the invention relates to methods for removing carbon dioxide from a gas stream by using a hydroxide compound to form carbonate and / or bicarbonate. Carbonate and / or bicarbonate can then be used in any various ways or simply discarded.

Различные варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают преимущества по сравнению с известными в настоящее время технологиями удаления углекислого газа из потоков отходов. Несколькими потенциальными преимуществами, которые достигаются в соответствии с изобретением, являются следующие.Various embodiments of the present invention provide advantages over currently known techniques for removing carbon dioxide from waste streams. A few potential advantages that are achieved in accordance with the invention are as follows.

В отличие от процессов, которые чисто физически удаляют углерод в отдаленное место, совместное получение в промышленном масштабе карбонатов натрия и/или бикарбонатов синтезом из хлорида натрия и диоксида углерода превращает нежелательный углекислый газ в химические продукты непосредственно на месте производства энергии, потенциально исключая затраты на транспортировку к месту извлечения.Unlike processes that physically physically remove carbon to a distant place, the combined production of sodium carbonates and / or bicarbonates on an industrial scale by synthesis from sodium chloride and carbon dioxide converts unwanted carbon dioxide into chemical products directly at the energy production site, potentially eliminating the cost of transportation to the place of extraction.

В отличие от других способов декарбонизации потоков топочных газов, которые не поддаются модернизации, варианты осуществления настоящего изобретения могут быть применены для модернизации существующих энергетических установок, при значительном снижении капиталовложений, необходимых для осуществления способа декарбонизации. Кроме того, способ декарбонизации является масштабируемым и может быть осуществлен в масштабе: пилотная установка - полупромышленная установка - промышленная установка за счет постепенного увеличения количества реакторов.Unlike other methods for decarbonizing flue gas streams that are not amenable to modernization, embodiments of the present invention can be used to modernize existing power plants, while significantly reducing the investment required to implement the decarbonization method. In addition, the decarbonization method is scalable and can be implemented on a scale: pilot installation - semi-industrial installation - industrial installation due to a gradual increase in the number of reactors.

В отличие от других известных в технике способов, способ декарбонизации по определенным вариантам осуществлений позволяет извлекать диоксид углерода в виде экономически полезных химических продуктов и при этом производить полезные побочные продукты, такие как газообразный хлор, карбонат натрия и газообразный водород. Поскольку побочные продукты процесса декарбонизации являются востребованными с экономической точки зрения, их стоимость возмещают затраты на извлечение и в разработанных должным образом системах делают способ секвестра углерода потенциально выгодным сам по себе.Unlike other methods known in the art, the decarbonization method according to certain embodiments allows the extraction of carbon dioxide in the form of economically useful chemical products, while producing useful by-products such as chlorine gas, sodium carbonate and hydrogen gas. Since by-products of the decarbonization process are economically sought after, their costs offset the cost of extraction and, in properly designed systems, make the carbon sequestration method potentially beneficial in itself.

Благодаря соответствующему способу активной скрубберной очистки выпускаемых топочных газов другие нежелательные загрязняющие вещества кислого характера, такие как SOx, NOx, HgOx и другие, активно извлекаются в процессе. Кроме того, способ скрубберной очистки может приводить к улавливанию и/или уносу других компонентов газового потока и/или загрязняющих примесей в карбонат натрия (например, угольной золы, и т.д.), удаляя их таким образом из газового потока.Thanks to the appropriate method of actively scrubbing the exhaust flue gases, other undesirable acidic pollutants, such as SOx, NOx, HgOx and others, are actively extracted in the process. In addition, the scrubbing method can entrain and / or entrain other components of the gas stream and / or contaminants into sodium carbonate (e.g. coal ash, etc.), thereby removing them from the gas stream.

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения включают способ удаления диоксида углерода из газового потока, включающий: получение гидроксида в водной смеси; смешивание гидроксида с газовым потоком с получением карбонатных продуктов (определяемых как продукты, содержащие карбонатную группу, CO3), бикарбонататных продуктов (определяемых как продукты, содержащие бикарбонатную группу, HCO3), или смесь карбонатных и бикарбонатных продуктов в смеси; и выделение указанных карбонатных и/или бикарбонатных продуктов из смеси, тем самым, удаляя диоксид углерода из газового потока. Гидроксидом может быть любая форма гидроксида, включая, но этим не ограничивая, гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид кальция, гидроксид магния, и гидроксид алюминия. Специалисты в этой области понимают, что можно осуществить аналогичное химическое взаимодействие и декарбонизацию с любым числом гидроксидов или смесей гидроксидов. В ряде предпочтительных вариантов осуществления, гидроксидом является гидроксид натрия.Specific embodiments of the present invention include a method for removing carbon dioxide from a gas stream, comprising: producing hydroxide in an aqueous mixture; mixing the hydroxide with a gas stream to produce carbonate products (defined as products containing a carbonate group, CO 3 ), bicarbonate products (defined as products containing a bicarbonate group, HCO 3 ), or a mixture of carbonate and bicarbonate products in a mixture; and separating said carbonate and / or bicarbonate products from the mixture, thereby removing carbon dioxide from the gas stream. The hydroxide can be any form of hydroxide, including, but not limited to, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, and aluminum hydroxide. Specialists in this field understand that it is possible to carry out a similar chemical interaction and decarbonization with any number of hydroxides or mixtures of hydroxides. In a number of preferred embodiments, the hydroxide is sodium hydroxide.

В конкретных вариантах осуществления, способ дополнительно включает процесс регулирования способа с целью получения в основном только карбонатных продуктов, или в основном только бикарбонатных продуктов. В ряде вариантов осуществления, способ дополнительно включает процесс регулирования способа с целью получения смеси карбонатных и бикарбонатных продуктов, смесь которых может состоять приблизительно из X% карбоната и Y% бикарбоната, причем комбинации X-Y могут быть любыми из следующих: 1-99, 2-98, 3-97, 4-96, 5-95, 6-94, 7-93, 8-92, 9-91, 10-90, 15-85, 20-80, 25-75, 30-70, 35-65, 40-60, 45-55, 50-50, 55-45, 60-40, 65-35, 70-30, 75-25, 80-20, 85-15, 90-10, 91-9, 92-8, 93-7, 94-6, 95-5, 96-4, 97-3, 98-2 или 99-1.In specific embodiments, implementation, the method further includes a process of regulating the method in order to obtain mainly only carbonate products, or mainly only bicarbonate products. In a number of embodiments, the method further includes a process control process to produce a mixture of carbonate and bicarbonate products, a mixture of which may consist of approximately X% carbonate and Y% bicarbonate, wherein XY combinations may be any of the following: 1-99, 2-98 , 3-97, 4-96, 5-95, 6-94, 7-93, 8-92, 9-91, 10-90, 15-85, 20-80, 25-75, 30-70, 35 -65, 40-60, 45-55, 50-50, 55-45, 60-40, 65-35, 70-30, 75-25, 80-20, 85-15, 90-10, 91-9 , 92-8, 93-7, 94-6, 95-5, 96-4, 97-3, 98-2 or 99-1.

В определенных вариантах осуществления, смешение происходит в двух отдельных камерах, причем одну камеру используют для получения карбонатных продуктов, а другую камеру используют для получения бикарбонатных продуктов. В других вариантах осуществления, смешение происходит в барботажной колонне или серии барботажных колонн. В еще одних вариантах осуществления, выделение карбонатных и/или бикарбонатных продуктов из смеси включает способ выделения в результате горячего осаждения. В ряде вариантов осуществления, тепло для способа выделения получают в результате теплообмена с поступающими топочными газами. При выделении отделяемый карбонат может быть в виде водной суспензии или в виде раствора гидроксида, карбоната и воды при различных концентрациях, и в этом виде он может затем быть высушен любым из многочисленных методов. В ряде вариантов осуществления, карбонат можно не сушить. Например, суспензия карбоната натрия может быть использована для обработки жесткой воды. Несомненно, что специалистам в этой области известны многочисленные варианты применения карбоната, полученного по способу изобретения, например смеси суспензий бикарбоната натрия и карбоната натрия могут быть суспендированы в автоцистерне для использования в различных формах производства моющего средства, при производстве стекла в качестве флюса, и т.д., а также для упомянутого выше использования в процессе водоподготовки.In certain embodiments, mixing occurs in two separate chambers, one chamber being used to produce carbonate products and the other chamber being used to produce bicarbonate products. In other embodiments, the mixing occurs in a bubble column or series of bubble columns. In still other embodiments, the recovery of carbonate and / or bicarbonate products from the mixture comprises a hot precipitation recovery method. In a number of embodiments, heat for the separation method is obtained as a result of heat exchange with incoming flue gases. Upon isolation, the separated carbonate can be in the form of an aqueous suspension or in the form of a solution of hydroxide, carbonate and water at various concentrations, and in this form it can then be dried by any of numerous methods. In some embodiments, the carbonate may not be dried. For example, a suspension of sodium carbonate can be used to treat hard water. There is no doubt that specialists in this field are aware of the numerous applications of carbonate obtained by the method of the invention, for example, mixtures of suspensions of sodium bicarbonate and sodium carbonate can be suspended in a tank truck for use in various forms of detergent production, in the manufacture of glass as a flux, etc. etc., as well as for the above use in the water treatment process.

В конкретных вариантах осуществления, способ дополнительно включает транспортировку карбонатных продуктов к отдаленному месту захоронения, объединение карбонатных продуктов с кислотой в реакции нейтрализации с получением чистого диоксида углерода и закачивание диоксида углерода в хранилище углерода. В других вариантах осуществления, в способе получения карбоната нейтрализуют и/или уносят/захватывают другие компоненты газового потока, включая SOx, NOx и ртутьсодержащий материалIn specific embodiments, the method further includes transporting the carbonate products to a remote disposal site, combining the carbonate products with an acid in a neutralization reaction to produce pure carbon dioxide, and pumping carbon dioxide into a carbon storage. In other embodiments, in a process for producing carbonate, other components of a gas stream are neutralized and / or carried away / entrained, including SOx, NOx, and mercury-containing material

В некоторых вариантах осуществления, получение гидроксида включает получение соли; смешивание соли с водой, паром или с обоими с получением раствора; и электролиз раствора с получением гидроксида. В конкретных вариантах осуществления, раствор подвергают электролизу при напряжении, большем или равном 5 В, в то время как в других вариантах осуществления раствор подвергают электролизу при напряжении, меньшем чем 5 В. В ряде вариантов осуществления, раствор подвергают электролизу при напряжении от 1 В до 5 В, включая 1,5 В, 2,0 В, 2,5 В, 3,0 В, 3,5 В, 4,0 В или 4,5 В, или в любом интервале между любыми из этих точек.In some embodiments, the preparation of hydroxide comprises the production of a salt; mixing salt with water, steam, or both to form a solution; and electrolysis of the solution to produce hydroxide. In specific embodiments, the solution is electrolyzed at a voltage greater than or equal to 5 V, while in other embodiments, the solution is electrolyzed at a voltage less than 5 V. In some embodiments, the solution is electrolyzed at a voltage of 1 V to 5 V, including 1.5 V, 2.0 V, 2.5 V, 3.0 V, 3.5 V, 4.0 V or 4.5 V, or in any interval between any of these points.

В определенных вариантах осуществления, кислоту добавляют к раствору прежде чем его подвергают электролизу. Кислота может быть любой кислотой, которая может обеспечить протонирование раствора, включая, но этим не ограничивая, соляную кислоту. Для специалистов в этой области очевидно, что можно осуществить аналогичное химическое превращение и электролиз с любым числом кислот или смесей кислот. В ряде предпочтительных вариантов осуществления, кислотой является соляная кислота. В других вариантах осуществления, количество кислоты, которое добавляют к раствору, основывается на определении оптимальной степени протонирования, при которой затрачивается самая низкая энергия при получении реагентов и извлекается самая высокая энергия из продуктов.In certain embodiments, the acid is added to the solution before it is electrolyzed. The acid may be any acid that can provide protonation of the solution, including, but not limited to, hydrochloric acid. For specialists in this field it is obvious that it is possible to carry out a similar chemical transformation and electrolysis with any number of acids or mixtures of acids. In a number of preferred embodiments, the acid is hydrochloric acid. In other embodiments, the amount of acid that is added to the solution is based on determining the optimal degree of protonation at which the lowest energy is expended in the preparation of the reagents and the highest energy is recovered from the products.

В еще одних вариантах осуществления, стадию электролиза проводят в электролизере, имеющем пространство католита и пространство анолита, и карбонатные и/или бикарбонатные продукты возвращают в католитное пространство электролизера. В других вариантах осуществления, энергия, необходимая для этого способа, дополняется за счет отходящего тепла газового потока.In still other embodiments, the electrolysis step is carried out in an electrolyzer having a catholyte space and anolyte space, and carbonate and / or bicarbonate products are returned to the catholytic space of the electrolyzer. In other embodiments, implementation, the energy required for this method is supplemented by the waste heat of the gas stream.

К другим вариантам осуществления изобретения относится способ удаления диоксида углерода из газового потока, включающий получение гидроксида натрия в водной смеси; смешение гидроксида натрия с газовым потоком с получением карбоната натрия, бикарбоната натрия или смеси карбоната натрия и бикарбоната натрия; и выделение указанного карбоната натрия и/или бикарбоната натрия из смеси, удаляя таким образом диоксид углерода из газового потокаOther embodiments of the invention include a method for removing carbon dioxide from a gas stream, the method comprising producing sodium hydroxide in an aqueous mixture; mixing sodium hydroxide with a gas stream to produce sodium carbonate, sodium bicarbonate, or a mixture of sodium carbonate and sodium bicarbonate; and recovering said sodium carbonate and / or sodium bicarbonate from the mixture, thereby removing carbon dioxide from the gas stream

В ряде вариантов осуществления, способ дополнительно включает процесс регулирования способа с целью получения в основном только карбоната натрия или в основном только бикарбоната натрия. В других вариантах осуществления, способ дополнительно включает процесс регулирования способа с целью получения смеси карбоната натрия и бикарбоната натрия, которая может состоять из X% карбоната натрия и Y% бикарбоната натрия, причем комбинации X-Y могут быть любыми их следующих: 1-99, 2-98, 3-97, 4-96, 5-95, 6-94, 7-93, 8-92, 9-91, 10-90, 15-85, 20-80, 25-75, 30-70, 35-65, 40-60, 45-55, 50-50, 55-45, 60-40, 65-35, 70-30, 75-25, 80-20, 85-15, 90-10, 91-9, 92-8, 93-7, 94-6, 95-5, 96-4, 97-3, 98-2 или 99-1.In a number of embodiments, the method further includes a process for regulating the method in order to obtain substantially only sodium carbonate or substantially only sodium bicarbonate. In other embodiments, the method further includes a process control process to produce a mixture of sodium carbonate and sodium bicarbonate, which may consist of X% sodium carbonate and Y% sodium bicarbonate, wherein XY combinations may be any of the following: 1-99, 2- 98, 3-97, 4-96, 5-95, 6-94, 7-93, 8-92, 9-91, 10-90, 15-85, 20-80, 25-75, 30-70, 35-65, 40-60, 45-55, 50-50, 55-45, 60-40, 65-35, 70-30, 75-25, 80-20, 85-15, 90-10, 91- 9, 92-8, 93-7, 94-6, 95-5, 96-4, 97-3, 98-2 or 99-1.

В конкретных вариантах осуществления, смешивание происходит в двух отдельных камерах, причем одну камеру используют для получения карбоната натрия, а другую камеру используют для получения бикарбоната натрия. В других вариантах осуществления, смешивание происходит в барботажной колонне или в серии барботажных колонн. В еще одних вариантах осуществления, выделение карбоната натрия и/или бикарбоната натрия из смеси включает способ выделения путем горячего осаждения. В ряде вариантов осуществления, тепло для способа выделения получают путем теплообмена с поступающими топочными газами.In specific embodiments, the mixing takes place in two separate chambers, one chamber being used to produce sodium carbonate and the other chamber being used to produce sodium bicarbonate. In other embodiments, mixing occurs in a bubble column or in a series of bubble columns. In still other embodiments, the recovery of sodium carbonate and / or sodium bicarbonate from the mixture comprises a hot precipitation recovery method. In a number of embodiments, heat for the separation method is obtained by heat exchange with incoming flue gases.

В конкретных вариантах осуществления, способ дополнительно включает транспортировку карбоната натрия к отдаленному месту захоронения, объединение карбонатных продуктов с кислотой в реакции нейтрализации с получением чистого диоксида углерода и закачивание диоксида углерода в хранилище углерода.In specific embodiments, the method further includes transporting sodium carbonate to a distant disposal site, combining the carbonate products with an acid in a neutralization reaction to produce pure carbon dioxide, and pumping carbon dioxide into a carbon storage.

В некоторых вариантах осуществления, получение гидроксида натрия включает получение хлорида натрия; смешивание хлорида натрия с водой, паром или с обоими, с получением рассола; и электролиз рассола с получением гидроксида натрия и газообразного хлора. В конкретных вариантах осуществления, рассол подвергается электролизу при напряжении, большем чем или равным приблизительно 5 В, в то время как в других вариантах осуществления, электролиз проводят при напряжении, меньшем чем 5 В. В некоторых вариантах осуществления, раствор подвергают электролизу при напряжении от 1 В до 5 В, включая 1,5 В, 2,0 В, 2,5 В, 3,0 В, 3,5 В, 4,0 В, или 4,5 В, или в любом интервале между любыми из этих точек.In some embodiments, the preparation of sodium hydroxide comprises the production of sodium chloride; mixing sodium chloride with water, steam or both, to obtain a brine; and electrolysis of the brine to produce sodium hydroxide and chlorine gas. In specific embodiments, the brine is electrolyzed at a voltage greater than or equal to about 5 V, while in other embodiments, the electrolysis is carried out at a voltage less than 5 V. In some embodiments, the solution is electrolyzed at a voltage of from 1 B to 5 V, including 1.5 V, 2.0 V, 2.5 V, 3.0 V, 3.5 V, 4.0 V, or 4.5 V, or in any interval between any of these points.

В некоторых вариантах осуществления, перед электролизом в рассол добавляют кислоту. Кислотой может быть любая кислота, которая может обеспечить протонирование раствора, включая, но этим не ограничивая, соляную кислоту. Для специалистов в этой области очевидно, что можно обеспечить аналогичное химическое взаимодействие и электролиз с любым числом кислот или смесей кислот. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления, кислотой является соляная кислота. В еще одних вариантах осуществления, количество добавляемой к рассолу кислоты основано на оптимальной степени протонирования, при которой затрачивается самая низкая энергия при получении реагентов и извлекается самая высокая энергия из продуктов.In some embodiments, acid is added to the brine before electrolysis. An acid can be any acid that can provide a protonation solution, including, but not limited to, hydrochloric acid. For specialists in this field it is obvious that it is possible to provide a similar chemical interaction and electrolysis with any number of acids or mixtures of acids. In some preferred embodiments, the acid is hydrochloric acid. In still other embodiments, the amount of acid added to the brine is based on the optimal degree of protonation at which the lowest energy is expended in the preparation of the reactants and the highest energy is recovered from the products.

В некоторых вариантах осуществления, стадия электролиза происходит в электролизе, имеющем пространство католита и пространство анолита, и карбонат натрия, и/или бикарбонат натрия рециркулирует в пространство католита электролизера. В других вариантах осуществления, энергию, необходимую для реализации способа, добавляют за счет отходящего тепла, извлекаемого из газового потока. В еще одних вариантах осуществления, способ дополнительно включает сбор газообразного хлора, в то время как в других вариантах осуществления получают газообразный водород. В некоторых вариантах осуществления, газообразный водород и газообразный хлор подвергают взаимодействию с получением хлористоводородной кислоты, которую добавляют в рассол перед электролизом. В других вариантах осуществления, газообразный водород сжигают с атмосферным кислородом или кислородом со склада химических продуктов с получением воды, в то время как в других вариантах осуществления, способы включают использование газообразного водорода для получения энергии. В некоторых вариантах осуществления, выделение карбоната натрия и/или бикарбоната натрия из смеси включает способ выделения путем горячего осаждения, в котором тепло для способа выделения получают из энергии, произведенной газообразным водородом. В других вариантах осуществления, газообразный водород сжигают вместе с углем, чтобы улучшить выбросы в результате сжигания угля, или его используют для сжигания в топливном элементе при получении постоянного электрического тока.In some embodiments, the electrolysis step occurs in an electrolysis having a catholyte space and anolyte space, and sodium carbonate and / or sodium bicarbonate is recycled to the catholyte space of the electrolyzer. In other embodiments, the energy required to implement the method is added due to the waste heat extracted from the gas stream. In still other embodiments, the method further comprises collecting chlorine gas, while in other embodiments, hydrogen gas is obtained. In some embodiments, hydrogen gas and chlorine gas are reacted to produce hydrochloric acid, which is added to the brine before electrolysis. In other embodiments, hydrogen gas is burned with atmospheric oxygen or oxygen from a chemical storage to produce water, while in other embodiments, methods include using hydrogen gas to generate energy. In some embodiments, the separation of sodium carbonate and / or sodium bicarbonate from the mixture comprises a hot precipitation separation method in which heat for the separation method is derived from energy produced by hydrogen gas. In other embodiments, hydrogen gas is burned with coal to improve emissions from burning coal, or is used to burn in a fuel cell to produce a constant electric current.

В некоторых вариантах осуществления, газовый поток является потоком выхлопных газов установки, в то время как в других вариантах осуществления, установкой является энергетическая установка, которая использует в качестве источника топлива уголь. В некоторых вариантах осуществления, поток выхлопных газов включает CO2 и H2O.In some embodiments, the gas stream is a plant exhaust stream, while in other embodiments, the plant is a power plant that uses coal as a fuel source. In some embodiments, the exhaust stream includes CO 2 and H 2 O.

К конкретным вариантам осуществления настоящего изобретения также относится установка, включающая при использовании камеру электролиза, включающую, по меньшей мере, один катод и, по меньшей мере, один анод, камеру для получения гидроксида; смесительное оборудование, операционно связанное с камерой электролиза, и трубопровод для газового потока, смесительное оборудование для смешивания гидроксида из камеры электролиза с газовым потоком, для получения смеси, в которой соединения углерода, серы, и/или азота в газовом потоке могут реагировать с гидроксидом; и камеру выделения, операционно связанную со смесительным оборудованием и приспособленную для выделения смеси на отдельные газовую фазу и твердую и/или жидкую фазу.Specific embodiments of the present invention also include an apparatus comprising, when using, an electrolysis chamber, including at least one cathode and at least one anode, a hydroxide production chamber; mixing equipment operably connected to the electrolysis chamber and a gas flow conduit; mixing equipment for mixing hydroxide from the electrolysis chamber with the gas stream to produce a mixture in which carbon, sulfur, and / or nitrogen compounds in the gas stream can react with hydroxide; and a separation chamber operatively associated with the mixing equipment and adapted to separate the mixture into separate gas phases and solid and / or liquid phases.

В некоторых вариантах осуществления, камера электролиза включает мембранный электролизер, диафрагменный электролизер и/или электролизер с ртутным катодом. В конкретных вариантах осуществления, смесительным оборудованием является периодический реактор или серия периодических реакторов, в то время как в других вариантах осуществления, камера смешения является аппаратом для абсорбции газа жидкостью с протеканием химической реакции или серией таких аппаратов. В других вариантах осуществления, камера смешения является аппаратом для кристаллизации или серией аппаратов для кристаллизации, в то время как в других вариантах осуществления она является барботажной колонной или серией барботажных колонн.In some embodiments, the implementation, the electrolysis chamber includes a membrane cell, a diaphragm cell and / or a mercury cathode cell. In specific embodiments, the mixing equipment is a batch reactor or a series of batch reactors, while in other embodiments, the mixing chamber is a chemical gas absorption apparatus or a series of such apparatuses. In other embodiments, the mixing chamber is a crystallization apparatus or a series of crystallization apparatuses, while in other embodiments, it is a bubble column or a series of bubble columns.

В конкретных вариантах осуществления, установка дополнительно включает сушильную камеру, операционно связанную с камерой выделения, приспособленную при использовании для удаления жидкости из твердой и/или жидкой фазы, в то время как в других вариантах осуществления, сушильная камера при использовании приспособлена для нагрева твердой и/или жидкой фазы. В еще одних вариантах осуществления, установку дополнительно определяют как операционно связанную с энергетической установкой.In specific embodiments, the installation further includes a drying chamber operatively associated with a separation chamber adapted to be used to remove liquid from the solid and / or liquid phase, while in other embodiments, the drying chamber, when used, is adapted to heat solid and / or liquid phase. In still other embodiments, the installation is further defined as being operatively associated with a power plant.

В некоторых вариантах осуществления, камера электролиза при использовании приспособлена для получения газообразного хлора и гидроксида натрия из хлорида натрия и воды. В других вариантах осуществления, смесительное оборудование при использовании приспособлено для смешения гидроксида из камеры электролиза с диоксидом углерода из газового потока для получения карбонатных и/или бикарбонатных продуктов.In some embodiments, the implementation, the electrolysis chamber in use is adapted to produce gaseous chlorine and sodium hydroxide from sodium chloride and water. In other embodiments, the mixing equipment, in use, is adapted to mix hydroxide from an electrolysis chamber with carbon dioxide from a gas stream to produce carbonate and / or bicarbonate products.

В еще одних вариантах осуществления, настоящее изобретение включает способ определения оптимального рабочего напряжения и величины электрического тока электролизера при его низковольтной эксплуатации относительно области повышенных значений для данной характеристики V/I при данной степени протонировании. В других вариантах осуществления, изобретение включает способ определения нижнего термодинамического предела для рабочего напряжения для данного электролизера, используемого в способе. В конкретных вариантах осуществления, предлагается способ определения экологической эффективности (∂CO2/∂E) в целом для устройств, которые осуществляют удаление CO2 из потоков отходов, в то время как другие варианты осуществления включают способ определения экологической эффективности (∂CO2/∂E) конкретно для устройств, которые используются в настоящем изобретении в любом из его вариантов осуществления. Другие варианты осуществления включают способ получения чрезвычайно чистого газообразного водорода при низком значении цены безразличия, его стоимости, равной содержанию извлекаемой энергии.In still other embodiments, the present invention includes a method for determining the optimum operating voltage and magnitude of the electric current of an electrolytic cell during its low voltage operation with respect to the region of increased values for a given V / I characteristic at a given degree of protonation. In other embodiments, the invention includes a method for determining a lower thermodynamic limit for an operating voltage for a given cell used in the method. In specific embodiments, a method for determining environmental performance (∂CO 2 / ∂E) in general is provided for devices that remove CO 2 from waste streams, while other embodiments include a method for determining environmental performance (∂CO 2 / ∂ E) specifically for devices that are used in the present invention in any of its embodiments. Other embodiments include a method for producing extremely pure hydrogen gas at a low price of indifference, its cost equal to the content of recoverable energy.

Термины "включает" (в любой форме), "имеет" (в любой форме), "содержит" (в любой форме) и "заключает" (в любой форме) являются не ограничивающими глаголами-связками. В результате, способ или установка, которые "включают", "имеют", "содержат" или "заключают" одну или более стадий, или элементы, обладают этими одной или более стадией или элементами, но не ограничены обладанием только этими одной или более стадией или элементами. Аналогично, элемент устройства или способа, который "включает", "имеет", "содержит" или "заключает" одну или более характерных черт, обладает этой одной или более характерных черт, но не ограничен обладанием только этой одной или более характерных черт. Термин "использование" следует интерпретировать таким же образом. Поэтому, например, стадия способа, которая включает "использование" конкретной информации, означает, что, по меньшей мере, используется изложенная информация, но не исключается возможность использования также другой, не приведенной информации. Кроме того, структура, которая формируется некоторым способом, должна формироваться, по меньшей мере, этим способом, но также может формироваться способом или способами, которые не указаны.The terms “includes” (in any form), “has” (in any form), “contains” (in any form) and “encloses” (in any form) are non-limiting conjugation verbs. As a result, a method or apparatus that "includes," "has," "contains," or "includes" one or more stages, or elements, has these one or more stages or elements, but is not limited to having only these one or more stages or elements. Similarly, an element of a device or method that "includes," "has," "contains" or "encloses" one or more features, has this one or more features, but is not limited to having only one or more features. The term "use" should be interpreted in the same way. Therefore, for example, the stage of the method, which includes the "use" of specific information, means that at least the stated information is used, but the possibility of using other, not given information is not excluded. In addition, a structure that is formed in some way must be formed in at least this way, but can also be formed in a way or methods that are not indicated.

Неопределенный артикль относится к одному или более чем к одному предмету, если в описании изобретения ясно не указано иначе. Термин "другой" означает, по меньшей мере, второй или более. Термины "в основном" и "около" означают, по меньшей мере, величину, близкую к данному значению (и включающее его) или состоянию (предпочтительно в пределах 10%, более предпочтительно в пределах 1%, и наиболее предпочтительно в пределах 0,1%).The indefinite article refers to one or more than one subject, unless expressly stated otherwise in the description of the invention. The term “other” means at least a second or more. The terms "mainly" and "about" mean at least a value close to a given value (and including it) or condition (preferably within 10%, more preferably within 1%, and most preferably within 0.1 %).

Используемые здесь термины "карбонаты" или "карбонатные продукты" в целом относятся к минеральным компонентам, содержащим карбонатную группу, CO3. Поэтому термины охватывают как смеси карбонат/бикарбонат, так и соединения, содержащие исключительно ион карбоната. Термины "бикарбонаты" и "бикарбонатные продукты" в целом относятся к минеральным компонентам, содержащим бикарбонатную группу HCO3. Поэтому термины охватывают как смеси карбонат/бикарбонат, так и соединения, содержащие исключительно ион бикарбоната.As used herein, the terms “carbonates” or “carbonate products” generally refer to mineral components containing a carbonate group, CO 3 . Therefore, the terms encompass both carbonate / bicarbonate mixtures and compounds containing exclusively a carbonate ion. The terms "bicarbonates" and "bicarbonate products" generally refer to mineral components containing the bicarbonate group HCO 3 . Therefore, the terms encompass both carbonate / bicarbonate mixtures and compounds containing exclusively bicarbonate ion.

При образовании бикарбонатов и карбонатов в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, термин "ионное отношение" обозначает отношение ионов натрия в продукте к присутствующему в этом продукте числу атомов углерода. Следовательно, может быть указано, что поток продукта, сформированный из чистого бикарбоната (NaHCO3), имеет "ионное отношение", равное 1,0 (Na/C), но может быть указано, что поток продукта, сформированный из чистого карбоната (Na2CO3), имеет "ионное отношение" 2,0 (Na/C). С целью расширения диапазона может быть указано, что бесконечное число непрерывных смесей карбоната и бикарбоната имеют ионные отношения в интервале от 1,0 до 2,0.In the formation of bicarbonates and carbonates in some embodiments of the present invention, the term "ionic ratio" refers to the ratio of sodium ions in a product to the number of carbon atoms present in this product. Therefore, it can be indicated that the product stream formed from pure bicarbonate (NaHCO 3 ) has an “ionic ratio” of 1.0 (Na / C), but it can be indicated that the product stream formed from pure carbonate (Na 2 CO 3 ), has an "ionic ratio" of 2.0 (Na / C). In order to expand the range, it can be indicated that an infinite number of continuous mixtures of carbonate and bicarbonate have ionic ratios in the range of 1.0 to 2.0.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения, хлористоводородную кислоту добавляют к подаваемому рассолу хлорида натрия в электролизер, применяемый для производства хлора и гидроксида натрия, вызывая протекание следующей реакции:In some preferred embodiments of the invention, hydrochloric acid is added to the feed brine of sodium chloride in an electrolytic cell used to produce chlorine and sodium hydroxide, causing the following reaction to occur:

H2O+NaCl+aHCl+энергия→NaOH+(1/2+a/2)H2+(1/2+a/2)Cl2 H 2 O + NaCl + aHCl + energy → NaOH + (1/2 + a / 2) H 2 + (1/2 + a / 2) Cl 2

В этом уравнении символ "a" обозначает "степень протонирования", и он является отношением протонов (ионы H+) к ионам натрия (ионы Na+).In this equation, the symbol “a” stands for “degree of protonation”, and it is the ratio of protons (H + ions) to sodium ions (Na + ions).

Используемый здесь термин "секвестр" в целом обозначает способы или применения, которые частично или полностью удаляют CO2 из выбросов точечных источников и позволяют хранить этот CO2 в некоторой форме с тем, чтобы предотвратить его возврат в атмосферу. Применение этого термина не исключает рассмотрение какой-либо формы описываемых вариантов осуществления в качестве способов "секвестра".As used herein, the term "sequestration" generally means methods or applications that partially or completely remove CO 2 from emissions of point sources and allow you to store this CO 2 in some form in order to prevent its return to the atmosphere. The use of this term does not exclude consideration of any form of the described embodiments as “sequestration” methods.

Используемый здесь термин "экологическая эффективность" применяют в качестве синонима термина "термодинамическая эффективность" и он обозначает количество CO2, подвергнутое секвестру в конкретном варианте осуществления настоящего изобретения на затраченную энергию (представленный уравнением "∂CO2/∂E"). Секвестр CO2 выражают в процентах от суммарного количества CO2 установки; энергопотребление также выражают от суммарного энергопотребления установки.As used herein, the term “environmental efficiency” is used synonymously with the term “thermodynamic efficiency” and refers to the amount of CO 2 sequestered in a particular embodiment of the present invention for the energy expended (represented by the equation ∂CO 2 / ∂E). Sequestration of CO 2 expressed as a percentage of the total amount of CO 2 installation; power consumption is also expressed as the total power consumption of the installation.

Используемые здесь термины "низковольтный электролиз" и "НВЭ" обозначают электролиз при напряжениях ниже 5 В.The terms "low voltage electrolysis" and "NVE" as used herein mean electrolysis at voltages below 5 V.

Описания известных способов переработки, компонентов и оборудования опущены для того чтобы излишне не затенять настоящие способы и устройства излишними деталями. Описания настоящих способов и устройств, включая их описания в приложениях, являются иллюстративными примерами и не ограничивают изобретение. Для специалистов в этой области на основе этого описания изобретения могут быть очевидными некоторые замены, модификации, дополнения и/или перестановки, подпадающие под объем патентной формулы, но не перечисленные в явном виде в этом описании.Descriptions of known processing methods, components and equipment are omitted in order not to unnecessarily obscure the present methods and devices with unnecessary details. Descriptions of the present methods and devices, including their descriptions in applications, are illustrative examples and do not limit the invention. For those skilled in the art, based on this description of the invention, some substitutions, modifications, additions and / or permutations may be apparent that fall within the scope of the patent claims, but are not explicitly listed in this description.

Другие характерные черты и связанные с ними преимущества станут очевидными в результате ознакомления со следующим подробным описанием конкретных вариантов осуществления в сочетании с сопровождающими чертежами.Other features and related advantages will become apparent as a result of reading the following detailed description of specific embodiments in conjunction with the accompanying drawings.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Следующие чертежи являются иллюстративными примерами и не являются ограничениями. Чертежи являются частью настоящего описания и они включены для дополнительной демонстрации некоторых аспектов настоящего изобретения. Изобретение может стать более понятным в результате ссылок на один или более из этих чертежей в сочетании с описанием представленных здесь иллюстративных вариантов осуществлений:The following drawings are illustrative and not limiting. The drawings are part of the present description and they are included to further demonstrate some aspects of the present invention. The invention may become more apparent by reference to one or more of these drawings in combination with the description of illustrative embodiments presented herein:

На фиг.1 представлена принципиальная технологическая схема, иллюстрирующая конкретные варианты осуществления настоящего изобретения.Figure 1 presents a schematic flow diagram illustrating specific embodiments of the present invention.

На фиг.2A показана установка для иллюстрации основных характерных черт одного варианта осуществления части декарбонизации настоящего изобретения.FIG. 2A is a setup for illustrating the main features of one embodiment of the decarbonization portion of the present invention.

На фиг.2B представлены экспериментальные результаты по абсорбции/конверсии.2B shows the experimental results of absorption / conversion.

На фиг.2C приведены экспериментальные результаты по абсорбции/конверсии.On figs shows the experimental results of absorption / conversion.

На фиг.2D представлена графическая зависимость, показывающая расстояние при контактировании газ/жидкость (м, глубина жидкости), необходимое для удаления 90% CO2.2D is a graphical relationship showing the gas / liquid contact distance (m, liquid depth) required to remove 90% CO 2 .

На фиг.2E приведена графическая зависимость ионного отношения в продукте от процента CO2, абсорбированного в испытуемом реакторе.FIG. 2E shows a graphical plot of the ionic ratio in the product versus the percentage of CO 2 absorbed in the test reactor.

На фиг.3 представлена графическая зависимость температурного режима жидкости в камере реактора в зависимости от указанного времени протекания реакции.Figure 3 presents a graphical dependence of the temperature regime of the liquid in the reactor chamber, depending on the specified reaction time.

На фиг.4 приведена диаграмма, иллюстрирующая исследование захлебывания колонны 5'.Figure 4 is a diagram illustrating a flooding study of a column 5 '.

На фиг.5 представлены типичные рабочие кривые вольт-амперных характеристик для различных pH анолита и температур.Figure 5 presents typical operating curves of the current-voltage characteristics for different pH of the anolyte and temperatures.

На фиг.6 приведена блок-схема системы, включающей реактор, в котором в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения водород не извлекают.6 is a block diagram of a system including a reactor in which, in accordance with embodiments of the present invention, hydrogen is not recovered.

На фиг.7 представлена блок-схема системы, включающей реактор, в котором в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения водород извлекают путем рецикла в топливный элемент для получения постоянного тока.7 is a block diagram of a system including a reactor in which, in accordance with embodiments of the present invention, hydrogen is recirculated to a fuel cell to produce direct current.

На фиг.8 приведена графическая зависимость процента абсорбции CO2 в барботажной колонне в зависимости от глубины жидкости и поверхностной скорости газа при низких поверхностных скоростях.On Fig shows a graphical dependence of the percentage of absorption of CO 2 in a bubble column depending on the depth of the liquid and the surface velocity of the gas at low surface speeds.

На фиг.9A представлена диаграмма, показывающая максимальную теоретическую абсорбцию CO2 и экспериментальные результаты согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.Fig. 9A is a diagram showing maximum theoretical CO 2 absorption and experimental results according to embodiments of the present invention.

На фиг.9B приведены ориентировочные расчеты и вычисления для модели топочного газа для установки, включающей конкретные варианты осуществления настоящего изобретения.On figv shows approximate calculations and calculations for the flue gas model for the installation, including specific embodiments of the present invention.

На фиг.9C представлена технологическая загрузка декарбонизатора и промежуточная потребность в гидроксиде натрия для установки, включающей конкретные варианты осуществления настоящего изобретения.On figs presents the technological load of the decarbonizer and the intermediate need for sodium hydroxide for installation, including specific embodiments of the present invention.

На фиг.9D приведена загрузка секции электролиза и расходы для установки, включающей конкретные варианты осуществления настоящего изобретения.On Fig.9D shows the loading of the electrolysis section and the costs for the installation, including specific embodiments of the present invention.

На фиг.9E представлены расчеты отходящего тепла для установки, включающей конкретные варианты осуществления настоящего изобретения.FIG. 9E shows waste heat calculations for a plant incorporating specific embodiments of the present invention.

На фиг.9F приведены вычисления энергетического баланса и экологической эффективности для установки, включающей конкретные варианты осуществления настоящего изобретения.FIG. 9F shows calculations of energy balance and environmental performance for a plant including specific embodiments of the present invention.

На фиг.10 представлена экологическая эффективность различных моделируемых энергетических установок, включающих конкретные варианты осуществления настоящего изобретения.Figure 10 shows the environmental performance of various simulated power plants, including specific embodiments of the present invention.

На фиг.11 приведен график, показывающий процент мощности, сэкономленный на 1 м2 площади для установки с нормализованным НВЭ.11 is a graph showing the percentage of power saved per 1 m 2 area for installation with normalized NVE.

ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDESCRIPTION OF ILLUSTRATIVE EMBODIMENTS

Настоящее изобретение относится к способам секвестра углерода, в которых диоксид углерода удаляют из потоков отходов и превращают в карбонатные и/или бикарбонатные продукты. Варианты осуществления способов и установок изобретения включают один или более из следующих общих компонентов: (1) процесс водной декарбонизации, в котором газообразный CO2 абсорбируют водной каустической смесью и затем подвергают взаимодействию с гидроксидом с образованием карбонатных и/или бикарбонатных продуктов; (2) процесс выделения, в котором карбонатные и/или бикарбонатные продукты отделяют из жидкой смеси; (3) процесс электролиза рассола для получения гидроксида натрия, который используют в качестве жидкого абсорбента в процессе декарбонизации; и (4) получение и использование побочных продуктов процессов декарбонизации и электролиза, включая газообразный хлор, карбонат и бикарбонат натрия, и газообразный водород. Каждый из этих общих компонентов объясняется более подробно ниже.The present invention relates to carbon sequestration methods in which carbon dioxide is removed from waste streams and converted to carbonate and / or bicarbonate products. Embodiments of the methods and installations of the invention include one or more of the following common components: (1) an aqueous decarbonization process in which gaseous CO 2 is absorbed by an aqueous caustic mixture and then reacted with a hydroxide to form carbonate and / or bicarbonate products; (2) a separation process in which carbonate and / or bicarbonate products are separated from the liquid mixture; (3) the process of electrolysis of brine to obtain sodium hydroxide, which is used as a liquid absorbent in the decarbonization process; and (4) the production and use of by-products of decarbonization and electrolysis processes, including gaseous chlorine, sodium carbonate and bicarbonate, and hydrogen gas. Each of these common components is explained in more detail below.

I. Обзор преимуществI. Benefit Overview

Подобно любому другому способу или установке, которые позволяют достигать поставленной цели, многие варианты осуществления настоящего изобретения потребляют энергию для осуществления абсорбции CO2 и других химических продуктов из потоков топочных газов и достижения описанных здесь других целей вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако одним преимуществом конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения является то, что они обеспечивают экологическую эффективность, которая превосходит уже известную в технике, как это подробно объяснено в примерах 5 и 6. Как очевидно из данных примеров 5 и 6, дополнительная утилизация отходящего тепла или получение энергии для энергоснабжения способа без проявления парникового эффекта, использование распределенного низковольтного электролиза и повышение отдачи электрической энергии при извлечении энергии водорода, могут дополнительно повышать экологическую эффективность способа, вплоть до значения или выше его, при котором способ полностью обеспечивается энергией за счет утилизации отходящего тепла (и извлечения энергии водорода), и обеспечивают абсорбцию фактически 100% выбрасываемого энергетической установкой CO2.Like any other method or installation that allows you to achieve your goal, many embodiments of the present invention consume energy to absorb CO 2 and other chemical products from flue gas streams and to achieve other objectives described here are embodiments of the present invention. However, one advantage of specific embodiments of the present invention is that they provide environmental performance that is superior to what is already known in the art, as explained in detail in Examples 5 and 6. As is evident from the data of Examples 5 and 6, additional waste heat recovery or energy production for energy supply of the method without the manifestation of the greenhouse effect, the use of distributed low-voltage electrolysis and increased return of electric energy when extracting hydrogen energy, m They can further increase the ecological efficiency of the method, up to or above it, in which the method is fully provided with energy due to the utilization of waste heat (and the extraction of hydrogen energy), and provide the absorption of virtually 100% of the CO 2 emitted by the power plant.

Кроме того, одно преимущество использования химизма конечного взаимодействия в конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения, такое как абсорбция слабокислого CO2, заключается в том, что в способе фактически полностью абсорбируются сильные кислоты, SOх и NOx, и, в меньшей степени, ртуть. Исследования с использованием загрузки SOх/Ar и NOx/Ar в одноступенчатые декарбонизаторы продемонстрировали 99%+ удаление этих компонентов топочного газа ("99%+" означает, что присутствие каждого загрязняющего вещества в случае обработки отходящего газа при скорости 14 л/мин не обнаруживали в конечном воздушном потоке методом газовой хроматографии, то есть они эффективно удалялись). В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения, может иметь большее экономическое значение сопутствующая скрубберная очистка от соединений NOx, SOx, и ртути; то есть в результате использования вариантов осуществления настоящего изобретения в энергетической установке могут сжигаться угли, которые содержат большие количества этих соединений, в некоторых вариантах осуществления с меньшим загрязняющим эффектом, чем в случае высокосортных углей, сжигаемых без использования преимущества способа абсорбции CO2 конкретных вариантов осуществлений настоящего изобретения.In addition, one advantage of using the chemistry of the final interaction in specific embodiments of the implementation of the present invention, such as the absorption of weakly acidic CO 2 , is that the method actually completely absorbs strong acids, SOx and NOx, and, to a lesser extent, mercury. Studies using the loading of SOx / Ar and NOx / Ar in single-stage decarbonizers showed 99% + removal of these components of the flue gas ("99% +" means that the presence of each pollutant in the case of processing the exhaust gas at a speed of 14 l / min was not detected in the final air flow by gas chromatography, that is, they were effectively removed). In specific embodiments of the present invention, concomitant scrubbing of NOx, SOx, and mercury compounds may be of greater economic value; that is, as a result of using embodiments of the present invention, coals that contain large amounts of these compounds can be burned in a power plant, in some embodiments with less polluting effect than high-grade coals burned without taking advantage of the CO 2 absorption method of specific embodiments of the present inventions.

Кроме того, масштабируемость конкретных вариантов осуществлений настоящего изобретения может достигать чрезвычайно больших размеров; то есть, так как в конкретных вариантах осуществлений, в способе регулируется расход электроэнергии, то расход электроэнергии может быть фактически соизмерим с молекулой конкретного абсорбента, получаемого в любой данный момент времени. Кроме того, можно на практике легко определить точное количество абсорбированного CO2: взвесьте образовавшиеся карбонатные/бикарбонатные продукты, определите их ионное отношение с помощью анализа, проведите вычисление для определения количества молей абсорбированного CO2, и в результате легко определяется и подтверждается количество абсорбированного CO2 (фактор, который может иметь дополнительное преимущество для интенсификации режимов удаления CO2 и других химических веществ из топочного газа).In addition, the scalability of specific embodiments of the present invention can reach extremely large sizes; that is, since in specific embodiments, the method controls the power consumption, the power consumption can actually be commensurate with the molecule of a particular absorbent obtained at any given time. In addition, the exact amount of CO 2 absorbed can be easily determined in practice: weigh the resulting carbonate / bicarbonate products, determine their ionic ratio by analysis, calculate to determine the moles of absorbed CO 2 , and the amount of CO 2 absorbed is easily determined and confirmed as a result (a factor that may have the added benefit of intensifying the removal of CO 2 and other chemicals from the flue gas).

Другое дополнительное преимущество конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, которое отличает их от других способов удаления CO2, заключается в том, что при некоторых конъюнктурах рынка, стоимость продуктов будет значительно превышать стоимость затраченных реагентов, или стоимость затраченной электроэнергии или амортизационные расходы на установку. Другими словами, конкретные варианты осуществления являются промышленными способами рентабельного получения хлора, водорода и карбонатных продуктов, при удалении значительного количества CO2 и сопутствующих загрязняющих веществ. Реализация всех других конкурирующих способов связана просто с дополнительными эксплуатационными затратами.Another additional advantage of specific embodiments of the present invention that distinguishes them from other CO 2 removal methods is that, under certain market conditions, the cost of the products will significantly exceed the cost of the spent reagents, or the cost of the consumed electricity or depreciation costs for the installation. In other words, specific embodiments are industrial methods for cost-effectively producing chlorine, hydrogen, and carbonate products, while removing significant amounts of CO 2 and associated contaminants. The implementation of all other competing methods is simply associated with additional operating costs.

II. Принципиальная технологическая схемаII. Schematic diagram

На фиг.1 изображена упрощенная принципиальная технологическая схема, иллюстрирующая примеры главных вариантов осуществления установок и способов настоящего описания. Эта схема предлагается только для иллюстративных целей и поэтому она только изображает конкретные варианты осуществления настоящего изобретения и ни коим образом не ограничивает объем формулы изобретения. Как показано на фиг.1, топочный газ (ТГ) поступает в процесс в точке 901, обычно, после того как он передает отходящее тепло системе, генерирующей из отходящего тепла постоянный электрический ток (ПТ). ТГ, вводимый в этом примере в качестве смеси газов с температурой 300°C, сначала подают по трубе 902 в теплообменник ТГ/бикарбонат 903, в котором температура ТГ уменьшается в этом примере до 120-140°C. Аналогично, ТН проходит через теплообменник анолит/ТГ 904 и теплообменник католита/ТГ 905, с понижением его температуры до 95°C, и затем через теплообменник вода/FG 929, с понижением его температуры дополнительно до 30°C. ТГ, выходящий из теплообменника вода/ТГ 929, затем вводят в систему клапанов, систему корректировки температуры смеси топочного газа 931, в которой ТГ с температурой 30°C может быть смешен с топочным газом с температурой 120-140°C, подаваемым также в систему корректировки температуры смеси топочного газа 931 посредством трубы обработки горячего топочного газа 906. ТГ смеси с температурой 30-140°C могут затем быть дифференциально введены в нижнюю часть абсорбционной колонны карбонизации 907, которая может представлять собой насадочную или безнасадочную барботажную колонну, в которой газ вдувают или барботируют, в результате чего газ образует пузырьки, которые поднимаются вверх через жидкость, собираясь в верхнем отводном отверстии 908. В этом варианте осуществления, частично или полностью декарбонизированный газ затем вводят и пропускают через колонну конверсии в бикарбонат 909, барботируют через жидкость в этой колонне, извлекают далее с помощью вентилятора и подают в отводное отверстие 910.Figure 1 shows a simplified schematic flow diagram illustrating examples of the main embodiments of the installations and methods of the present description. This diagram is provided for illustrative purposes only, and therefore it only depicts specific embodiments of the present invention and in no way limits the scope of the claims. As shown in figure 1, the flue gas (TG) enters the process at point 901, usually after it transfers the waste heat to a system that generates direct electric current (PT) from the waste heat. The TG introduced in this example as a gas mixture with a temperature of 300 ° C is first fed through a pipe 902 to the TG / bicarbonate 903 heat exchanger, in which the temperature of the TG in this example decreases to 120-140 ° C. Similarly, the VT passes through the anolyte / TG 904 heat exchanger and the catholyte / TG 905 heat exchanger, with a decrease in its temperature to 95 ° C, and then through the water / FG 929 heat exchanger, with a decrease in its temperature to an additional 30 ° C. The TG leaving the water / TG 929 heat exchanger is then introduced into the valve system, the temperature control system of the flue gas mixture 931, in which the TG with a temperature of 30 ° C can be mixed with the flue gas with a temperature of 120-140 ° C, also supplied to the system adjusting the temperature of the flue gas mixture 931 by means of a hot flue gas treatment pipe 906. TG mixtures with a temperature of 30-140 ° C can then be differentially introduced into the lower part of the carbonization absorption column 907, which may be a packed or non-packed a bubble column in which gas is injected or bubbled, causing the gas to form bubbles that rise up through the liquid, collecting in the upper outlet 908. In this embodiment, partially or fully decarbonated gas is then introduced and passed through the bicarbonate conversion column 909 bubbled through the liquid in this column, then removed using a fan and served in the outlet 910.

Поток, используемый в теплообменнике ТГ/бикарбонат 903, является бикарбонатом/карбонатом натрия и сульфатом, нитратом, ртутью и частицами и аэрозолями, абсорбированными из топочного газа в колоннах абсорбции/конверсии (907 и 909). За счет его контактирования с входящим ТГ с температурой 300°C этот жидкий поток нагревается до температур, достаточных для выработки водяного пара со значительным давлением, производя пар, когда поток вводят в резервуар 911, который затем конденсируют в конденсаторе 912, с получением дистиллированной воды, которую рециркулируют в резервуар регенерированной H2O 913, которую далее используют, после любой необходимой обработки, для получения рассола в смесителе рассола 914. Поток, используемый в теплообменнике анолит/ТГ 904, является рассолом, полученным при добавлении солей группы-1 и группы-2 (в этом примере NaCl) к воде, подаваемой или из подачи воды из водопроводной магистрали 915, или частично или полностью подаваемой из резервуара регенерированной H2O 913. Этот раствор протонируют (подкисляют) путем добавления HCl в виде газообразного HCl, абсорбируемого водой или из HCl со склада, которое регулируют с помощью регулятора pH с обратной связью 916. Этот поток циркулирует через зону анолита 917 электролизера 933. Аналогично, поток, используемый в теплообменнике католит/ТГ 905, является NaOH (водным), который циркулирует через зону католита 918 электролизера 933. Когда pH католита превышает минимальное значение pH (характеризующее концентрацию) в точке измерения 919, концентрированный NaOH подают в резервуар для хранения гидроксида 920.The stream used in the TG / bicarbonate 903 heat exchanger is sodium bicarbonate / carbonate and sulfate, nitrate, mercury and particles and aerosols absorbed from the flue gas in the absorption / conversion columns (907 and 909). By contacting it with an incoming TG with a temperature of 300 ° C, this liquid stream is heated to temperatures sufficient to generate water vapor with significant pressure, producing steam when the stream is introduced into the reservoir 911, which is then condensed in a condenser 912, to obtain distilled water, which is recycled to the reservoir of the regenerated H 2 O 913, which is further used, after any necessary processing for obtaining the brine in the brine stream mixer 914 used in heat exchanger anolyte / TG 904 is a brine, the floor ennym adding salt group-1 and group-2 (in this example NaCl) to water, feed or water supply from the water main 915 or a partially or completely supplied from a reservoir regenerated H 2 O 913. This solution is protonated (acidified) by adding HCl in the form of gaseous HCl absorbed by water or from HCl from the warehouse, which is controlled by a pH regulator with feedback 916. This stream circulates through the anolyte zone 917 of electrolyzer 933. Similarly, the stream used in the catholyte / TG 905 heat exchanger is NaOH (aquatic) cat This circulates through the catholyte zone 918 of the electrolyzer 933. When the catholyte pH exceeds the minimum pH value (characterizing the concentration) at the measuring point 919, concentrated NaOH is fed to the hydroxide storage tank 920.

Поток, используемый в теплообменнике вода/ТГ 929, идет из достаточно большого резервуара воды при достаточно низкой температуре для осуществления теплообмена. В некоторых вариантах осуществления, эта система теплообмена может быть использована в качестве "предварительного подогрева" растворов бикарбонат/карбонат перед дальнейшим теплообменом в теплообменнике топочный газ/бикарбонат 905. Кроме того, в некоторых вариантах осуществлений, могут быть частично или полностью объединены закачка в резервуар воды из водопроводной магистрали 915, резервуар для хранения H2O HX 937 и резервуар регенерированной H2O 913.The flow used in the water / TG 929 heat exchanger comes from a sufficiently large water tank at a sufficiently low temperature to effect heat transfer. In some embodiments, this heat exchange system can be used as a “preheater” of bicarbonate / carbonate solutions before further heat exchange in a flue gas / bicarbonate 905 heat exchanger. In addition, in some embodiments, the injection into the water tank may be partially or fully combined. from the water main 915, a storage tank for H 2 O HX 937 and a regenerated H 2 O 913 storage tank.

Протонированный рассол, циркулирующий через зону анолита 917 электролизера 933, подвергают электролизу с образованием газообразного хлора, который собирают и перемещают по линии газообразного хлора 921, в этом примере, в реактор гипохлорита натрия 924. Ионы натрия и ионы водорода (протоны) переносятся через мембрану электролизера 933 в зону католита 918. Там ионы натрия заменяют ионы водорода в воде, что приводит к образованию газообразного водорода, который отводят через магистраль введения чистого газообразного водорода 922 в топливный элемент H2/O2 923, где его сжигают в атмосферном O2 с получением постоянного электрического тока ПТ, который подают в этом примере к электролизеру 933, и чистой воды, которую рециркулируют через замкнутый цикл извлечения чистой воды 935 в резервуар регенерированной H2O 913. Газообразный хлор, подаваемый в реактор гипохлорита натрия 924, контактируют (барботируют) через гидроксид натрия, подаваемый в реактор из резервуара хранения гидроксида 920. В результате образуется гипохлорит натрия и его складируют для продажи или дальнейшего использования в качестве исходного сырья. Некоторое количество образовавшихся газообразного хлора и HCl (используя сверх стехиометрическое количество, a, будет создавать непрерывный рецикл HCl, исключая возмещение потерь) здесь сжигают с получением HCl в топливном элементе 925, который затем рециркулируют по линии возврата кислого газообразного HCl 926 в смеситель рассола 914.The protonated brine circulating through the zone of anolyte 917 of electrolyzer 933 is electrolyzed to form chlorine gas, which is collected and transported along the line of chlorine gas 921, in this example, to sodium hypochlorite reactor 924. Sodium ions and hydrogen ions (protons) are transferred through the membrane of the electrolyzer 933 to the catholyte zone 918. There, sodium ions replace hydrogen ions in water, which leads to the formation of hydrogen gas, which is removed through the line for introducing pure hydrogen gas 922 into the fuel cell H 2 / O 2 923, where it is burned in atmospheric O 2 to produce a constant electric current PT, which is supplied in this example to the electrolysis cell 933, and pure water, which is recycled through a closed cycle for extracting pure water 935 into the regenerated H 2 O 913 reservoir. Chlorine gas supplied to the sodium hypochlorite reactor 924 is contacted (sparged) through sodium hydroxide supplied to the reactor from the hydroxide storage tank 920. As a result, sodium hypochlorite is formed and stored for sale or for further use as similar materials. A certain amount of chlorine gas and HCl formed (using an excess of stoichiometric a, will create a continuous HCl recycling, excluding loss compensation) is burned here to produce HCl in the fuel cell 925, which is then recycled through the return line of acid gas HCl 926 to the brine mixer 914.

Произведенный или хранимый гидроксид, или полученный из исходных химических веществ и загруженный в резервуар хранения гидроксида 920 используется в качестве потока абсорбента, вводимого в колонну карбонизации/абсорбции 907. Затем его пропускают через колонну бикарбонизации/конверсии 909 и затем направляют (в виде смеси бикарбонат/карбонат в воде) в теплообменник ТГ/бикарбонат 903. После удаления воды путем испарения продукт в виде суспензии концентрированных бикарбоната/карбоната направляют в резервуар продуктового бикарбоната 927, где он может быть осушен для дальнейшей обработки или очистки, или он может быть направлен для захоронения или на продажу.The hydroxide produced or stored, or obtained from the starting chemicals and loaded into the hydroxide storage tank 920, is used as an absorbent stream introduced into the carbonization / absorption column 907. It is then passed through a bicarbonization / conversion column 909 and then sent (as a mixture of bicarbonate / carbonate in water) to a TG / bicarbonate heat exchanger 903. After removing water by evaporation, the product in the form of a suspension of concentrated bicarbonate / carbonate is sent to a product bicarbonate tank 927, where ozhet be dried for further processing or purification, or it can be sent for disposal or sale.

Каждый из вышеописанных и приведенных на фиг.1 общих компонентов установок и способов настоящего описания описан более подробно ниже.Each of the above described and shown in figure 1 common components of the installations and methods of the present description is described in more detail below.

III. Водная декарбонизация (абсорбция) CO2 из потоков отходов и его конверсия в карбонат и бикарбонатIII. Water decarbonization (absorption) of CO 2 from waste streams and its conversion to carbonate and bicarbonate

Как отмечено выше, в конкретных вариантах осуществления, в установках и способах настоящего описания используется процесс водной декарбонизации, в результате которого газообразный CO2 абсорбируют водной смесью гидроксида натрия, и затем он взаимодействует с гидроксидом с образованием карбонатного и бикарбонатного продуктов. Во многих вариантах осуществления настоящего изобретения, в отличие от других схем захвата/секвестра углерода, гидроксид натрия используют в качестве основного абсорбента. Гидроксид натрия в различных концентрациях известен в качестве легкодоступного абсорбента CO2. При контактировании диоксида углерода с водным гидроксидом натрия могут образовываться непрерывный ряд продуктов, от чистого бикарбоната натрия (NaHCO3) до чистого карбоната натрия (Na2CO3), и могут быть созданы различные условия для сдвига равновесия в любом направлении, даже полностью (или почти полностью), и для осаждения бикарбоната, карбоната или смешанного осадка, содержащего оба соединения, при достаточной концентрации (или в результате химической обработки или удалением воды различными средствами).As noted above, in specific embodiments, the plants and methods of the present disclosure use an aqueous decarbonization process in which gaseous CO 2 is absorbed by an aqueous mixture of sodium hydroxide and then reacts with the hydroxide to form carbonate and bicarbonate products. In many embodiments of the present invention, unlike other carbon capture / sequestration schemes, sodium hydroxide is used as the main absorbent. Sodium hydroxide in various concentrations is known as an readily available absorbent of CO 2 . When carbon dioxide is contacted with aqueous sodium hydroxide, a continuous series of products can form, from pure sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) to pure sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), and various conditions can be created to shift the equilibrium in any direction, even completely (or almost completely), and to precipitate bicarbonate, carbonate or a mixed precipitate containing both compounds at a sufficient concentration (either as a result of chemical treatment or removal of water by various means).

Когда диоксид углерода контактируют с водным гидроксидом натрия, поток в пределах реакционной камеры соответствует поведению, показанному на фиг.3, по мере протекания реакции в течение обозначенного времени. Две стадии резкого роста температуры соответствуют и определяют два различных режима реакции:When carbon dioxide is contacted with aqueous sodium hydroxide, the flow within the reaction chamber corresponds to the behavior shown in FIG. 3 as the reaction proceeds for the indicated time. Two stages of a sharp increase in temperature correspond to and determine two different reaction modes:

(1) Первичная стадия абсорбции, на которой CO2 легко абсорбируется. Абсорбционная способность потока уменьшается по мере снижения концентрации ОН, и абсорбция прекращается, а в некоторых случаях начинается и десорбция, когда содержание ОН полностью исчерпывается. В течение этой стадии реакция является экзотермической и образуется почти исключительно один карбонат.(1) A primary absorption step in which CO 2 is readily absorbed. The absorption capacity of the stream decreases as OH concentration decreases, and absorption ceases, and in some cases desorption begins when the OH content is completely exhausted. During this stage, the reaction is exothermic and almost exclusively carbonate is formed.

(2) Вторичная стадия конверсии, на которой CO2 абсорбируется с трудом. Проход топочного газа через смесь не приводит ни к какой-либо существенной абсорбции CO2 потоком, но поток значительно охлаждается в результате потери тепла испарения из-за испарения воды, любой потери CO2 в паровом состоянии, и протекания любых эндотермических реакций. В течение этой стадии, уже образовавшийся в растворе карбонат натрия превращается в бикарбонат натрия, в соответствии с суммарной стехиометрии реакции:(2) A secondary conversion step in which CO 2 is not readily absorbed. The passage of the flue gas through the mixture does not lead to any significant absorption of CO 2 by the stream, but the stream cools significantly as a result of the heat of evaporation due to evaporation of water, any loss of CO 2 in the vapor state, and any endothermic reactions occur. During this stage, sodium carbonate already formed in the solution is converted to sodium bicarbonate, in accordance with the total stoichiometry of the reaction:

Na2CO3(вод)+H2О(ж)+CO2(вод)→2NaHCO3(вод)Na 2 CO 3 (water) + H 2 O (W) + CO 2 (water) → 2NaHCO 3 (water)

Эта последовательность, сначала карбонизации, а затем бикарбонизации подтверждается при многократной работе установки, показанной на фиг.2A (как объяснено подробно в примере 3), для пределов и за пределами абсорбции для жидкости с различными концентрациями абсорбента.This sequence, first carbonization and then bicarbonization is confirmed by repeated operation of the installation shown in figa (as explained in detail in example 3), for the limits and beyond the absorption limits for liquids with different concentrations of absorbent.

Эти две стадии отличаются характеристиками, приведенными в таблице 1 ниже.These two stages differ in the characteristics given in table 1 below.

ТАБЛИЦА 1TABLE 1 СтадияStage ТермодинамикаThermodynamics ПродуктProduct Абсорбция CO2 Absorption of CO 2 Присутствие [ОH] Presence [OH] КарбонизацияCarbonization ЭкзотермическаяExothermic Na2CO3 Na 2 CO 3 ИнтенсивнаяIntense ИзбытокExcess БикарбонизацияBicarbonization ЭндотермическаяEndothermic NaHCO3 NaHCO 3 Снижается до нуля или отрицательнаяReduced to zero or negative МинимальноеMinimum

В вариантах осуществления настоящего изобретения может быть использована одна и та же камера для осуществления двух процессов in situ, но различная природа реакций предполагает, что выделение реакций на две камеры и раздельная их оптимизация являются соответствующим путем для предпочтительных вариантов осуществления. Независимо от "внутреннего расположения" устройств передачи (то есть степени периодичности или непрерывности, небольшого числа камер, емкостей, стадий, и т.д.), в этой последовательности происходят два фундаментальных процесса при мольных концентрациях, достаточных для обеспечения хорошей абсорбции.In embodiments of the present invention, the same chamber can be used to carry out two in situ processes, but the different nature of the reactions suggests that isolating the reactions into two chambers and separately optimizing them are an appropriate way for preferred embodiments. Regardless of the “internal arrangement” of transmission devices (that is, the degree of periodicity or continuity, a small number of chambers, capacities, stages, etc.), two fundamental processes occur in this sequence at molar concentrations sufficient to ensure good absorption.

Следовательно, так как в некоторых вариантах осуществления настоящих способов и установок могут быть реализованы процессы регулирования получения чистого и почти чистого бикарбоната натрия, то в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, поэтому происходит абсорбция одного атома углерода одним атомом натрия, получаемого электролизом, вместо Ѕ атома углерода (повышение достигаемой экологической эффективности номинально в 2 раза по сравнению с получением карбоната). Таким образом, количество энергии для электролиза и переработки, затраченной на получение моля гидроксида, имеет в два раза большую "нормальную" абсорбционную способность в случае ее использовании для получения бикарбоната, по сравнению с эффективностью абсорбция/энергия в случае получения карбоната.Therefore, since in some embodiments of the present methods and systems control processes for the production of pure and almost pure sodium bicarbonate can be implemented, in some embodiments of the present invention, therefore, one carbon atom is absorbed by one sodium atom obtained by electrolysis, instead of Ѕ carbon atom (increase in achieved environmental efficiency by a nominal factor of 2 compared with carbonate production). Thus, the amount of energy for electrolysis and processing spent on obtaining a mole of hydroxide has twice as much "normal" absorption capacity when used to produce bicarbonate, compared with the absorption / energy efficiency in the case of carbonate production.

В различных вариантах осуществления настоящего изобретения, может быть получена вся область отношений концентраций бикарбонат/карбонат. В предпочтительных вариантах осуществления, можно регулировать концентрации, температуры, давления, объемные скорости и так далее, потоков для оптимизации доли абсорбированного "имеющегося" CO2, чтобы оптимизировать образование бикарбоната.In various embodiments of the present invention, the entire range of bicarbonate / carbonate concentration ratios can be obtained. In preferred embodiments, the concentrations, temperatures, pressures, space velocities and so on of the streams can be controlled to optimize the fraction of the absorbed “available” CO 2 in order to optimize the formation of bicarbonate.

В нескольких вариантах осуществления изобретения, в качестве способа регулирования скорости абсорбции CO2 и других газов может применяться регулирование pH жидкого абсорбента (концентрации ионов OH). В некоторых предпочтительных вариантах осуществления, может быть использована повышенная концентрация солей/карбонатов для дополнительного направления реакции в сторону образования бикарбоната. Установление рыночных цен на продукты и экономические факторы могут обуславливать получение на установке продукта, обогащенного карбонатом, в течение одного периода времени, и получение продукта, обогащенного бикарбонатом, в течение другого периода времени, и так далее, со средним Na/C, при формировании его средней величины эффективного использования ионных соединений, созданных для абсорбции/конверсии.In several embodiments of the invention, as a method of controlling the absorption rate of CO 2 and other gases, pH control of the liquid absorbent (OH ion concentration) can be used. In some preferred embodiments, an increased salt / carbonate concentration may be used to further direct the reaction towards bicarbonate formation. The establishment of market prices for products and economic factors may determine the installation of a product enriched in carbonate for one period of time, and the receipt of a product enriched in bicarbonate for another period of time, and so on, with average Na / C, when it is formed the average effective use of ionic compounds designed for absorption / conversion.

В результате выделения двух процессов на две отдельные камеры и перемещения между камерами в момент истощения OH, становления и падения температуры, и ослабления абсорбции, может изменять способ проектирования и оптимизации установки декарбонизации. Для специалиста в этой области очевидно, что могут быть спроектированы периодический, псевдонепрерывный, непрерывный и так далее варианты этого простого двухстадийного процесса декарбонизации.As a result of separating two processes into two separate chambers and moving between chambers at the moment of OH depletion, formation and fall of temperature, and weakening of absorption, it can change the design and optimization method of decarbonization. It is obvious to a person skilled in the art that periodic, pseudo-continuous, continuous, and so forth, variants of this simple two-stage decarbonization process can be designed.

Кроме того, желая реализовать абсорбцию с наименьшей затратой энергии, во многих предпочтительных вариантах осуществления изобретения могут использоваться барботажные реакторные колонны (насадочные и безнасадочные, с горизонтальным и без горизонтального потока жидкости, с горизонтальным или без горизонтального потока жидкости), которые благодаря своей конструкции создают большую площадь контакта жидкость/газ для облегчения массообмена. Суммарными преимуществами такой конструкции является свобода использования ступеней с небольшой высотой (3 м или менее), при которых, тем не менее, достигается 90%+ абсорбция при небольшом сопротивлении или преодолении избыточного давлении при перекачивании потоков насосом. Поэтому их проектируют с широкой горизонтальной поверхностью для достижения промышленной производительности (широкие неглубокие динамические области или эквивалентные им реакторы), желательно с горизонтальным движением потоков для возможности их использования в непрерывном режиме. В некоторых вариантах осуществления изобретения могут использоваться газожидкостные контакторы многих других конфигураций, если эти устройства позволяют достигать требуемого контакта газ-жидкость.In addition, in order to realize absorption with the lowest energy input, in many preferred embodiments of the invention can be used bubbler reactor columns (packed and non-packed, with horizontal and without horizontal fluid flow, with horizontal or without horizontal fluid flow), which due to their design create a large liquid / gas contact area to facilitate mass transfer. The total advantages of this design are the freedom to use steps with a small height (3 m or less), at which, however, 90% + absorption is achieved with little resistance or overpressure when pumping flows. Therefore, they are designed with a wide horizontal surface to achieve industrial productivity (wide shallow dynamic areas or equivalent reactors), preferably with horizontal movement of flows for the possibility of their use in continuous mode. In many embodiments, gas-liquid contactors of many other configurations may be used if these devices allow the desired gas-liquid contact to be achieved.

На фиг.4 представлено исследование захлебывания колонны 5', в которой сопротивление составляет приблизительно 0,01 psig, плюс 1,52 psig избыточного давления для преодоления глубины жидкости 5'. Предполагается, что на эти потери и другие затраты на сжатие расходуется менее чем 1% энергии энергетической установки, и считается, что сами по себе они минимальны и их не вычисляют в примерах. На фиг.4 подтверждается, что чрезвычайно низкие сопротивления в потоке приводят к чрезвычайно экономичной компрессии в случае эффекта, при котором экологическая эффективность устройства не нарушается в результате избыточной энергии, расходуемой на компрессию или перемещение газов.Figure 4 shows a flooding study of a column 5 ', in which the resistance is approximately 0.01 psig, plus 1.52 psig of overpressure to overcome the depth of the liquid 5'. It is assumed that less than 1% of the energy of the power plant is spent on these losses and other costs of compression, and it is believed that they themselves are minimal and are not calculated in the examples. Figure 4 confirms that extremely low flow resistances lead to extremely economical compression in the case of an effect in which the environmental performance of the device is not compromised by the excess energy spent on compressing or moving the gases.

Экологическая эффективность вариантов осуществления настоящих способов и установок увеличивается за счет совершения наименьшего количества работы, позволяющей абсорбировать CO2, и одним фактором, который снижает эту эффективность, является степень сжатия, перекачка жидкости и воздуха, которое требуется для осуществления того способа. Для этого разработаны два абсорбера высокой эффективности (способные к удалению 99% CO2 от поступающего потока топочного газа, которым является 60% CO2 в N2) для работы с "короткими ступенями", в которых достигают высоких скоростей абсорбции CO2.The environmental effectiveness of the embodiments of the present methods and installations is increased by doing the least amount of work to absorb CO 2 , and one factor that reduces this efficiency is the degree of compression, pumping of liquid and air, which is required to implement that method. For this, two high-efficiency absorbers have been developed (capable of removing 99% CO 2 from the incoming flue gas stream, which is 60% CO 2 in N 2 ) for working with "short steps" in which high CO 2 absorption rates are achieved.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения используют большую площадь поверхности массообмена жидкость-газ (барботажная колонна, насадочная или без насадки, или эквивалентные реакторы с неподвижной или движущейся жидкостью), чтобы достигнуть высокой скорости абсорбции при небольшой высоте жидкого абсорбента, тем самым понижая сопротивление, необходимое для приведения в контакт потоков, и поэтому эта "конструкция с короткими ступенями" требует использования широких, коротких "динамических областей" или их эквивалентов в трубопроводе, углублениях, реакторах и т.д., для эффективной абсорбции больших количеств CO2.In preferred embodiments of the invention, a large liquid-gas mass transfer surface area is used (bubble column, packed or without packing, or equivalent fixed or moving fluid reactors) to achieve a high absorption rate at a small height of the liquid absorbent, thereby lowering the resistance required for bringing the flows into contact, and therefore this “short-stage design” requires the use of wide, short “dynamic regions” or their equivalents in t piping, recesses, reactors, etc., for efficient absorption of large quantities of CO 2 .

В крупнотоннажной промышленности и всей относящейся к ней справочной литературе реакции декарбонизации настоящего описания обычно рассматриваются как лимитируемые за счет массообмена. На практике, используя насадочные или безнасадочные колоны для абсорбции при широкой площади поверхности контакта газ-жидкость в методах подымающегося пузырька через жидкость, реакция, по-видимому, имеет небольшие ограничения по массообмену, или, иначе говоря, использование настоящего метода проектирования барботажной колонны для контакта жидкость-газ, по-видимому, позволяет умело преодолевать лимитирующий массообмен: было продемонстрировано, что барботирование от нулевого уровня насадки через барботер с расстоянием контакта газ-жидкость только 30 см, обеспечивает мгновенные скорости при 98% + абсорбции CO2 (см. фиг.2B и 2C, обсуждаемые в примере 3), и в течение значимых для промышленности периодов времени, 15-25 минут, поток сохраняет способность к 80%+ абсорбции. Это вряд ли сильно лимитируется массообменом и практический эксперимент даже с простым исчезновением загрузки демонстрирует быстрый массобмен при этой хемосорбции.In the large-capacity industry and all related reference literature, the decarbonization reactions of the present description are usually considered to be limited by mass transfer. In practice, using packed or non-packed columns for absorption over a wide gas-liquid contact surface in the methods of a rising bubble through a liquid, the reaction seems to have small restrictions on mass transfer, or, in other words, using the present method of designing a bubble column for contact liquid-gas, apparently, allows you to skillfully overcome the limiting mass transfer: it was demonstrated that sparging from the zero level of the nozzle through the bubbler with the gas-oil contact distance bone only 30 cm, provides an instantaneous rate at 98% + absorption of CO 2 (see FIG. 2B and 2C, discussed in Example 3), and within the industry for significant periods of time, 15-25 minutes, retains the ability to flow 80% + absorption. This is hardly strongly limited by mass transfer, and a practical experiment even with the simple disappearance of the load demonstrates rapid mass transfer during this chemisorption.

Три примера конструкции абсорберов с высокой степенью абсорбции CO2/NaOH описываются подробно в примерах 1-3. Выводы, сделанные в примерах 1-3, говорят о том, что доказаны и продемонстрированы высокие скорости абсорбции с короткими ступенями NaOH, применимые для удаления в промышленном масштабе высокого содержания входящего CO2 при низком сопротивлении в реакторах с изготовляемыми производителями размерами.Three examples of the design of absorbers with a high degree of absorption of CO 2 / NaOH are described in detail in examples 1-3. The conclusions made in Examples 1-3 indicate that high absorption rates with short NaOH steps were proved and demonstrated, which are applicable for the industrial removal of high levels of incoming CO 2 at low resistance in reactors with manufacturers' sizes.

Итак, конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, касающиеся части способов и установок декарбонизации, включают один или более из следующих признаков:So, specific embodiments of the present invention relating to part of the methods and installations decarbonization include one or more of the following features:

(1) использование коротких ступеней для достижения высоких скоростей абсорбции CO2 на стадии карбонизации реакции;(1) the use of short steps to achieve high rates of CO 2 absorption at the stage of carbonization of the reaction;

(2) выделение и переработка карбонизированного потока в способе бикарбонизации путем непрерывного контакта с CO2-несущим технологическим газом (или другим CO2-несущим газом с концентрациями CO2 больше чем парциальное давление CO2-образующегося из потока абсорбента);(2) the isolation and processing of a carbonated stream in a bicarbonization process by continuous contact with a CO 2 carrier gas (or another CO 2 carrier gas with CO 2 concentrations higher than the partial pressure of the CO 2 formed from the absorbent stream);

(3) владение последовательностью способа, который может использоваться путем текущего регулирования переменных состояния и концентрации для получения чистого бикарбоната чистого карбоната, и всех различных их смесей; и(3) possession of the sequence of the method, which can be used by the current regulation of state variables and concentration to obtain pure bicarbonate of pure carbonate, and all their various mixtures; and

(4) варианты осуществления изобретения могут быть столь же эффективны, как отношение 1:1 натрий/углерод при абсорбции; это оптимизирует абсорбированный CO2 на кВт·ч (вариант экологической эффективности, (∂CO2/∂E)), расходуемый при производстве реагента.(4) embodiments of the invention can be as effective as a 1: 1 ratio of sodium / carbon upon absorption; this optimizes the absorbed CO 2 per kWh (environmental performance option, (∂CO 2 / ∂E)) consumed in the production of the reagent.

IV. Выделение продуктовIV. Product Highlighting

Как отмечено выше, в конкретных вариантах осуществления, в установках и способах настоящего описания используют способ выделения, с помощью которого карбонатный и бикарбонатный продукты отделяют из жидкого раствора. Выделение продуктов жидкого раствора требует соответствующего способа. Образование в жидкой фазе двууглекислого натрия (NaHCO3 или бикарбоната натрия) и карбоната натрия (Na2CO3 или кальцинированной соды) в равновесии с гидроксидом натрия (NaOH или каустической содой) происходит в широком диапазоне температур и давлений и обеспечивает различные конечные точки равновесия при различных парциальных давлениях CO2. Управляя концентрацией щелочи, температурой, давлением, размером реактора, глубиной жидкости и степенью насыщения диоксидом углерода, можно вызвать осаждение карбоната и бикарбоната. Альтернативно, в некоторых предпочтительных вариантах осуществления, продукты карбоната/бикарбоната могут быть отделены от воды путем теплообмена с поступающими топочными газами. Кроме того, из-за различий в произведениях растворимостей для карбоната натрия и бикарбоната натрия могут быть достигнуты конкретные неинтуитивные точки переработки; например, одной из особенностей равновесия карбонатов натрия в конкретных растворах каустической соды является то, что подвод тепла приводит к осаждению твердого вещества; также, при конкретных условиях было показано, что высокой (93%+) чистоты карбонаты самопроизвольно осаждаются из водного раствора.As noted above, in specific embodiments, apparatuses and methods of the present disclosure use an isolation method by which carbonate and bicarbonate products are separated from a liquid solution. Isolation of liquid solution products requires an appropriate method. The formation in the liquid phase of sodium bicarbonate (NaHCO 3 or sodium bicarbonate) and sodium carbonate (Na 2 CO 3 or soda ash) in equilibrium with sodium hydroxide (NaOH or caustic soda) occurs in a wide range of temperatures and pressures and provides different end points of equilibrium at different partial pressures of CO 2 . By controlling the alkali concentration, temperature, pressure, reactor size, liquid depth, and carbon dioxide saturation, precipitation of carbonate and bicarbonate can be caused. Alternatively, in some preferred embodiments, the carbonate / bicarbonate products may be separated from the water by heat exchange with the incoming flue gases. In addition, due to differences in solubility products for sodium carbonate and sodium bicarbonate, specific non-intuitive processing points can be achieved; for example, one of the features of the equilibrium of sodium carbonates in specific solutions of caustic soda is that the addition of heat leads to precipitation of a solid; also, under specific conditions, it was shown that high (93% +) purity carbonates spontaneously precipitate from an aqueous solution.

Альтернативно, в конкретных вариантах осуществления, тепло для способа выделения может быть получено из водорода, произведенного путем электролиза или путем творческого подхода к использованию тепла топочных газов, содержавшегося в поступающем потоке топочного газа. Способ кристаллизации по своей сути позволяет очищать кристаллизующийся минерал путем известного способа очистки кристаллизацией.Alternatively, in specific embodiments, the heat for the separation method can be obtained from hydrogen produced by electrolysis or by creatively utilizing the heat of the flue gases contained in the incoming flue gas stream. The crystallization method inherently allows the crystallizing mineral to be purified by a known crystallization purification method.

Выходящие жидкие потоки, в зависимости от конструкции реактора, могут включать воду, NaOH, NaHCO3, Na2CO3, и другие растворенные газы при различных равновесиях. Растворенные следовые компоненты выбросов, такие как H2SO4, HNO3, и Hg, могут также быть обнаружены. В одном варианте осуществления, для выделения/удаления выходящих жидких потоков, например удаления/выделения воды от карбонатов (в этом смысле слова, "карбонаты" означают смеси карбоната и бикарбоната, потенциально с присутствием также гидроксида) любой метод выделения, применяемый к любой такой смеси, вероятно, включал бы добавление тепловой энергии для испарения воды из смеси, вода может быть подвергнута кипению с целью испарения воды с использованием ребойлера 106, показанного на фиг.6. Альтернативно, поддерживая частичную щелочность раствора (например, NaOH при концентрации приблизительно 1 моль) и затем, нагревая раствор в камере выделения, можно вызвать осаждение относительно чистого Na2CO3 в емкости для хранения, и оставшийся NaOH рециркулировать назад в реактор 200. В других вариантах осуществления, чистый карбонат, чистый бикарбонат и их смеси в равновесных концентрациях и/или в суспензии или в концентрированной форме могут затем периодически отгружаться в грузовик/автоцистерну. В других вариантах осуществления, жидкие потоки могут быть перемещены в испарительные бассейны/поля, где такая жидкость, как вода, может быть удалена путем испарения.Exiting liquid streams, depending on the design of the reactor, may include water, NaOH, NaHCO 3 , Na 2 CO 3 , and other dissolved gases at different equilibria. Dissolved trace emission components, such as H 2 SO 4 , HNO 3 , and Hg, can also be detected. In one embodiment, to isolate / remove effluent liquid streams, for example, to remove / isolate water from carbonates (in this sense, “carbonates” means mixtures of carbonate and bicarbonate, potentially also containing hydroxide), any isolation method applied to any such mixture probably would include the addition of thermal energy to evaporate the water from the mixture, the water can be boiled to evaporate the water using the reboiler 106 shown in Fig.6. Alternatively, by maintaining the partial alkalinity of the solution (for example, NaOH at a concentration of about 1 mol) and then heating the solution in the separation chamber, relatively pure Na 2 CO 3 can be precipitated in the storage vessel, and the remaining NaOH should be recycled back to reactor 200. In others embodiments, pure carbonate, pure bicarbonate and mixtures thereof in equilibrium concentrations and / or in suspension or in concentrated form can then be periodically loaded into a truck / tank truck. In other embodiments, implementation, liquid streams can be moved to the evaporation pools / fields, where a liquid such as water can be removed by evaporation.

Согласно фиг.6 с помощью приводимой конструкции реактора показанная конструкция реактора может извлекать энергию, имеющуюся в полученном электролизом водороде или в виде горючего топлива, бойлерного газа, или в H2/O2 топливных элементах. Реактор 200 может быть использован для получения установившегося режима работы, когда NaOH и NaHCO3 могут быть получены в пропорциях приблизительно 50:50. Газообразный водород, полученный путем исходного электролиза, может быть использован для обеспечения тепла, NaHCO3 может быть осажден в камере осаждения 108 с оставшимся NaOH, возвращаемым в реактор 200. Суспензия из камеры выделения 108 может быть подана в камеру водоподготовки 110, которая может быть соединена с камерой выделения 108. Альтернативно, при необходимости суспензия может храниться и затем подаваться в камеру водоподготовки 110.According to FIG. 6, using the reducible reactor design, the reactor design shown can extract the energy present in the hydrogen produced by electrolysis or in the form of combustible fuel, boiler gas, or in H 2 / O 2 fuel cells. The reactor 200 can be used to obtain a steady state operation when NaOH and NaHCO 3 can be obtained in proportions of approximately 50:50. Hydrogen gas obtained by initial electrolysis can be used to provide heat, NaHCO 3 can be deposited in the deposition chamber 108 with the remaining NaOH returned to the reactor 200. A suspension from the separation chamber 108 can be fed to the water treatment chamber 110, which can be connected with a separation chamber 108. Alternatively, if necessary, the suspension may be stored and then fed into the water treatment chamber 110.

На фиг.7 показана другая конструкция реактора согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В частности, на фиг.7 показан повторный захват некоторого избытка энергии, использованной для получения побочного продукта водорода. Использование в тандеме на месте высокоэффективного топливного элемента может позволить получение постоянного электрического тока, который может быть использован для добавления и частичного обеспечения электрическим током электролиза. Из камеры смешения 300 смесь, включая, но этим не ограничивая, процент NaOH, NaHCO3, и NOx, SOx, и Hg подается в камеру выделения 308. Камера выделения 308 может разделять смесь на твердую и/или жидкую фазы путем подведения тепла к смеси. Сушильная камера (не показана) камеры выделения 308 может удалять жидкости из твердой и/или жидкой фазы во время процесса подачи тепла. Образующуюся разбавленную форму NaOH направляют в бойлер 306, в котором разбавленный NaOH концентрируют в результате выпаривания и направляют концентрат в смесительную камеру 300 по линии цикла возврата. Вода из бойлера 306 может быть подана в камеру электролиза 302, в частности в смеситель рассола 302A. Образующаяся Na2CO3/NaHCO3 (суспензия) из камеры выделения 308 может быть подана для промышленного применения. В одном варианте осуществления, суспензия карбоната может быть непосредственно или косвенно (например, сохраняя NaHCO3 для более позднего использования в таком процессе как обработка жесткой воды) подана в установку водоподготовки 310. Альтернативно, NaHCO3 может быть дополнительно очищен, высушен, отгружен и отправлен для использования в других промышленных целях.7 shows another design of a reactor according to an embodiment of the present invention. In particular, FIG. 7 shows the re-capture of some excess energy used to produce a hydrogen by-product. The use of a high-performance fuel cell in tandem in place may allow the generation of a constant electric current, which can be used to add and partially provide electric current to the electrolysis. From the mixing chamber 300, the mixture, including, but not limited to, the percentage of NaOH, NaHCO 3 , and NOx, SOx, and Hg is supplied to the separation chamber 308. The separation chamber 308 can separate the mixture into solid and / or liquid phases by applying heat to the mixture . A drying chamber (not shown) of the separation chamber 308 may remove liquids from the solid and / or liquid phase during the heat supply process. The resulting diluted form of NaOH is sent to a boiler 306, in which the diluted NaOH is concentrated by evaporation and the concentrate is sent to the mixing chamber 300 along a return cycle line. Water from the boiler 306 can be supplied to the electrolysis chamber 302, in particular to the brine mixer 302A. The resulting Na 2 CO 3 / NaHCO 3 (slurry) from the separation chamber 308 can be fed for industrial use. In one embodiment, the carbonate suspension may be directly or indirectly (for example, retaining NaHCO 3 for later use in a process such as hard water treatment) fed to a water treatment plant 310. Alternatively, NaHCO 3 may be further purified, dried, shipped and shipped for use in other industrial applications.

Выпуск газообразных продуктов вызывает озабоченность по поводу того, насколько безопасен выброс или NaOH или вышеупомянутых компонентов, то есть выброс "щелочного дождя" из энергетической установки должен быть также исключен, как и выброс "кислотного дождя". Однако гидроксид натрия обычно используют в качестве элемента скрубберной очистки при работе энергетической установки и он одобрен для использования Управлением по охране окружающей среды США (EPA). Транспортировка гидроксида натрия к энергетическим установкам, а также методы предотвращения щелочного выброса хорошо известны в технике. Например, простой и недорогой обратный холодильник может предотвратить любой значительный выброс NaOH в газовых выхлопах.The release of gaseous products raises concerns about how safe the release of either NaOH or the aforementioned components is, that is, the release of alkaline rain from a power plant should be excluded as well as the release of acid rain. However, sodium hydroxide is usually used as an element of scrubbing during power plant operation and is approved for use by the US Environmental Protection Agency (EPA). Transportation of sodium hydroxide to power plants, as well as methods for preventing alkaline release, are well known in the art. For example, a simple and inexpensive reflux condenser can prevent any significant release of NaOH in gas exhausts.

В способе выделения осаждением карбоната согласно конкретным вариантам осуществления настоящего изобретения, карбонатное равновесие постоянно связывает диоксид углерода и абсорбирует газ при контакте с практически мгновенной конверсией в карбонат ион. Цепь химических реакций может быть лимитирована массообменом, поэтому, как только диоксид углерода абсорбируется основанием, последующие ионные реакции происходят с высокой скоростью.In a carbonate precipitation method according to particular embodiments of the present invention, carbonate equilibrium constantly binds carbon dioxide and absorbs gas upon contact with an almost instantaneous conversion to carbonate ion. The chain of chemical reactions can be limited by mass transfer, therefore, as soon as carbon dioxide is absorbed by the base, subsequent ionic reactions occur at a high speed.

Равновесие карбоната натрия имеет ту особенность, что когда поднимают температуру, Na2CO3 сам по себе осаждается, что делает возможным его вывод в виде суспензии, с некоторым частичным удалением с суспензией NaOH. В одном варианте осуществления, обработка этой суспензии некоторым количеством влажного хлора, полученного в цикле хлора, может быть использована для уменьшения содержания NaOH до следовых количеств NaCl в NaHCO3 до уровней, которые или соответствуют, или меньше чем в карбонате натрия, полученном добычей подземной "троны" или залежей. По существу, равновесие карбонат натрия/гидроксид натрия обеспечивает углерод законченной транспортной цепочкой из газа в жидкость и в твердое состояние. В других вариантах осуществления, карбонатный цикл может выгодно использовать в качестве среды для аккумуляции суспензии золы, гидроксида натрия и других различных карбонатов и примесей и вывоза суспензии для использования в качестве дорожного основания.The equilibrium of sodium carbonate has the peculiarity that when the temperature is raised, Na 2 CO 3 itself precipitates, which makes it possible to withdraw it in the form of a suspension, with some partial removal with a suspension of NaOH. In one embodiment, treating this slurry with some of the wet chlorine produced in the chlorine cycle can be used to reduce NaOH to trace NaCl in NaHCO 3 to levels that either correspond to or less than the sodium carbonate obtained from underground mining " thrones "or deposits. Essentially, the sodium carbonate / sodium hydroxide balance provides carbon with a complete transport chain from gas to liquid and to solid. In other embodiments, the carbonate cycle can advantageously be used as a medium for accumulating a suspension of ash, sodium hydroxide and various other carbonates and impurities, and transporting the suspension for use as a road base.

V. Электролиз рассола для получения жидкого абсорбента при низких энергияхV. Electrolysis of brine to obtain a liquid absorbent at low energies

Как указано выше, в определенных вариантах осуществления, в установках и способах настоящего описания используется электролиз рассола для получения гидроксида натрия, который применяют в качестве жидкого абсорбента в процессе декарбонизации. Электролиз рассола является электрохимическим процессом, в основном используемым в производстве концентрированного гидроксида натрия (каустической соды) и газообразного хлора, и он обычно описывается в соответствующей литературе следующим уравнением:As indicated above, in certain embodiments, the plants and methods of the present description use brine electrolysis to produce sodium hydroxide, which is used as a liquid absorbent in the decarbonization process. Brine electrolysis is an electrochemical process mainly used in the production of concentrated sodium hydroxide (caustic soda) and chlorine gas, and it is usually described in the relevant literature by the following equation:

2 NaCl+2 H2О+e-→2 NaOH+H2(г)+Cl2(г)2 NaCl + 2 H 2 O + e- → 2 NaOH + H 2 (g) + Cl 2 (g)

Электролиз рассола может быть осуществлен в трех главных типах стандартных электролизеров: диафрагменном, с ртутным катодом, и мембранном. Каждый из этих типов электролизеров производит одни и те же конечные продукты из одних и тех же исходных реагентов. Они отличаются друг от друга в основном способом, с помощью которого разделяют друг от друга исходные реагенты и конечные продукты.Electrolysis of brine can be carried out in three main types of standard electrolyzers: diaphragm, with a mercury cathode, and membrane. Each of these types of electrolytic cells produces the same end products from the same starting reagents. They differ from each other mainly in the manner in which the starting reagents and the final products are separated from each other.

В одном варианте осуществления, в силу ряда факторов может быть использован мембранный электролизер. Во-первых, экологические соображения по поводу опасности ртути уменьшили спрос на электролизер с ртутным катодом. Во-вторых, диафрагменные электролизеры могут производить относительно разбавленный гидроксид натрия, который содержит значительные концентрации соли и хлорид иона, и требует значительной повторной обработки/выделения для удаления значительного содержания соли из гидроксида натрия. В-третьих, усовершенствования в технологии фторированных полимеров увеличили ресурс и электрический коэффициент полезного действия технологии с использованием мембранного электролизера, в котором ресурс свыше 5 лет принято гарантировать на рынках товаров промышленного назначения. Кроме того, в предпочтительных вариантах осуществления эффективность использования энергии на тонну гидроксида натрия превышает эффективность как для диафрагменного, так и для электролизера с ртутным катодом.In one embodiment, due to a number of factors, a membrane cell may be used. First, environmental concerns about the mercury hazard have reduced the demand for a mercury cathode cell. Secondly, diaphragm electrolyzers can produce relatively dilute sodium hydroxide, which contains significant concentrations of salt and ion chloride, and requires significant re-treatment / isolation to remove significant salt content from sodium hydroxide. Thirdly, improvements in the technology of fluorinated polymers have increased the resource and electrical efficiency of the technology using a membrane electrolyzer, in which it is customary to guarantee a life of more than 5 years in the markets for industrial goods. In addition, in preferred embodiments, the energy efficiency per ton of sodium hydroxide is greater than the efficiency for both a diaphragm and a mercury cathode electrolyzer.

Мембранные электролизные установки характеризуются, но этим не ограничивая, следующими обобщенными входными и выходными показателями:Membrane electrolysis plants are characterized, but not limited to, by the following generalized input and output indicators:

Анод: ввод 26% NaCl+2275 кВт·ч/тонна Cl2→Cl2 (г)+24% NaOHAnode: input 26% NaCl + 2275 kWh / ton Cl 2 → Cl 2 (g) + 24% NaOH

Катод: ввод H2O+e-→30-33% NaOH+H2(г)Cathode: input H 2 O + e- → 30-33% NaOH + H 2 (g)

Следует отметить, что расход электроэнергии (например, 2275 кВт·ч на тонну хлора) может зависеть от индивидуальных конструкций электролизеров. По существу, расходы могут изменяться.It should be noted that the energy consumption (for example, 2275 kWh per ton of chlorine) may depend on the individual designs of the cells. As such, costs may vary.

Многие предпочтительные варианты осуществлений могут использовать мембранные электролизеры в этой функции. Мембранные электролизеры имеют несколько преимуществ над другими процессами электролиза рассола. Во-первых, мембранные электролизеры не содержат и не производят никаких чувствительных для окружающей среды выбросов (например, ртуть) и являются электрически эффективными по сравнению с диафрагменными и ртутными электролизерами. Они также используют замкнутый цикл концентрированный/разбавленный/доукрепленный NaCl, так что они могут хорошо подходить для использования в качестве непрерывной технологической установки "с замкнутым циклом по соли". Далее, NaOH, полученный в мембранных электролизерах, без дополнительного испарения/концентрирования может естественным образом соответствовать уровню концентрации для использования в процессе декарбонизации (например, 30-33% NaOH по массе). Кроме того, водород, получаемый в мембранных электролизерах, является "чистым", приблизительно соответствуя "электронной чистоте", и относительно чистым по NaCl или другим примесям. По существу, водород может быть сжат и закачен в резервуар в качестве газообразного водорода электронной чистоты, использован для производства энергии на месте, например для сжигания в смеси с низкосортным углем или для повышения эффективности технологии сжигания. Альтернативно, водород может быть использован в качестве котельного топлива для процессов выделения, которые могут проводить после декарбонизации. Технология с мембранным электролизером может также быть легко масштабирована от лабораторной установки до масштабов промышленного производства путем добавления небольших дополнительных установок. Кроме того, газообразный хлор, получаемый в мембранном процессе, является менее "влажным", чем хлор, полученный другими стандартными электролитическими процессами. По существу, одностадийный цикл сжатия может быть достаточным для производства хлора с чистотой, требуемой при водоподготовке.Many preferred embodiments may utilize membrane electrolysers in this function. Membrane electrolyzers have several advantages over other brine electrolysis processes. Firstly, membrane electrolyzers do not contain and do not produce any environmentally sensitive emissions (for example, mercury) and are electrically efficient compared to diaphragm and mercury electrolyzers. They also use concentrated / dilute / reinforced NaCl closed loop, so they can be well suited for use as a “salt closed loop” continuous process plant. Further, NaOH obtained in membrane electrolyzers without additional evaporation / concentration can naturally correspond to the concentration level for use in the decarbonization process (for example, 30-33% NaOH by weight). In addition, the hydrogen produced in membrane electrolyzers is "pure", approximately corresponding to "electronic purity", and relatively pure in NaCl or other impurities. Essentially, hydrogen can be compressed and pumped into the tank as gaseous hydrogen gas of electronic purity, used to produce energy on site, for example, to burn in a mixture with low-grade coal, or to increase the efficiency of the combustion technology. Alternatively, hydrogen can be used as boiler fuel for the separation processes that can be carried out after decarbonization. Membrane electrolyzer technology can also be easily scaled from laboratory to industrial scale by adding small additional plants. In addition, gaseous chlorine produced in the membrane process is less "wet" than chlorine produced by other standard electrolytic processes. Essentially, a one-stage compression cycle may be sufficient to produce chlorine with the purity required in the water treatment.

Вышеизложенное относится к состоянию техники, описанному в литературе и применяемому на практике, относящемуся к промышленному производству газообразного хлора и гидроксида натрия. Однако цели конкретных вариантов осуществлений настоящего изобретения отличаются в некоторых аспектах, что приводит к отличающимся химическим методам, применяемым для совершения различных окончаний конкретных вариантов осуществлений настоящего изобретения.The foregoing relates to the state of the art described in the literature and applied in practice pertaining to the industrial production of chlorine gas and sodium hydroxide. However, the objectives of the specific embodiments of the present invention differ in some aspects, which leads to different chemical methods used to complete the various endings of specific embodiments of the present invention.

A. Использование методов низковольтного электролизаA. Use of low voltage electrolysis methods

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, электролиз рассола включает методы низковольтного электролиза (НВЭ), таким образом улучшая термодинамическую эффективность способа. Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения не производят гидроксид натрия исключительно в качестве конечного продукта, а используют NaOH, прежде всего в качестве промежуточного абсорбента для абсорбции CO2 из топочного газа перед его выпуском в окружающую среду. Так как промышленное производство хлора и щелочи обычно включает транспортировку гидроксида натрия с завода-изготовителя в место его использования, транспортировка больших количеств воды в гидроксиде натрия является неэкономичной, поэтому каустик обычно концентрируют до приблизительно 55 мас.% для транспортировки в виде жидкости путем энергоемкого удаления воды в результате выпарки, и в некоторых случаях его концентрируют до безводного твердого вещества, обычно в гранулированной форме. Эта концентрация достигается обычно путем эксплуатации электролизеров при напряжениях выше 5 в (называемое "при значительном перенапряжении"), при котором достигается вышеупомянутая концентрация 30-35% NaOH, за которым затем следует цикл выпарки для достижения 55% (или для получения полностью высушенного продукта в безводном, гранулированном состоянии и так далее).In some embodiments of the present invention, brine electrolysis includes low voltage electrolysis (NVE) methods, thereby improving the thermodynamic efficiency of the process. Specific embodiments of the present invention do not produce sodium hydroxide solely as a final product, but use NaOH, primarily as an intermediate absorbent, to absorb CO 2 from the flue gas before being released to the environment. Since the industrial production of chlorine and alkali usually involves transporting sodium hydroxide from the manufacturer to the place of use, transporting large amounts of water in sodium hydroxide is uneconomical, therefore caustic is usually concentrated to about 55 wt.% For transportation as a liquid by energy-intensive water removal by evaporation, and in some cases, it is concentrated to an anhydrous solid, usually in granular form. This concentration is usually achieved by operating the electrolytic cells at voltages above 5 V (called "under significant overvoltage"), at which the above-mentioned concentration of 30-35% NaOH is reached, followed by an evaporation cycle to reach 55% (or to obtain a completely dried product in anhydrous, granular state and so on).

В большинстве вариантов осуществлений настоящего изобретения NaOH не транспортируют в качестве конечного продукта, и он производится при пригодных к использованию концентрациях (в качестве потока водного абсорбента) при напряжениях значительно ниже стандартных 5 В+, используемых при эксплуатации установок для производства хлора и щелочи. Воздействие использования НВЭ на термодинамическую эффективность настоящего изобретения невозможно переоценить, так как потребляемая энергия точно определяется по простому уравнению для постоянного электрического тока:In most embodiments of the present invention, NaOH is not transported as a final product, and it is produced at suitable concentrations (as an aqueous absorbent stream) at voltages well below the standard 5 V + used in the operation of chlorine and alkali plants. The impact of the use of NVE on the thermodynamic efficiency of the present invention cannot be overestimated, since the energy consumed is accurately determined by a simple equation for a constant electric current:

P=V (напряжение)×I (ток)×(выход по току)P = V (voltage) × I (current) × (current output)

Так как ток устанавливается электрохимическим процессом (одна пара электронов на каждую молекулу и так далее), электропитание почти полностью регулируется напряжением, необходимым для электролиза (дополнительным важным фактором является выход по току, который также является функцией приложенного напряжения). Так как варианты осуществления настоящего изобретения используют НВЭ с напряжениями, которые легко достигаются в стандартных электролизерах, путем изменения режимов эксплуатации до наиболее низкого уровня 2,1 В, путем модификации процесса и размеров стандартного мембранного электролизера, в вариантах осуществления настоящего изобретения потребляется меньше электроэнергии (кВт·ч) для каждого количества образовавшегося NaOH, чем в случае традиционного высоковольтного электролиза с целью получения хлора и щелочи. По этим причинам предпочтительные варианты настоящего изобретения включают электролизеры, которые сконструированы для использования всех доступных методов осуществления низковольтной эксплуатации, включая, но этим не ограничивая эксплуатацию при малом расстоянии между электродами, при повышенном давлении, при большой площади поверхности мембраны, при изменяемых концентрациях анолита и католита и отношениях протонирование-ион. Дополнительные аспекты НВЭ подробно объясняются в примере 4.Since the current is set by the electrochemical process (one pair of electrons per molecule and so on), the power supply is almost completely regulated by the voltage necessary for electrolysis (an additional important factor is the current efficiency, which is also a function of the applied voltage). Since embodiments of the present invention use NVE with voltages that are easily achieved in standard electrolyzers, by changing the operating conditions to the lowest level of 2.1 V, by modifying the process and dimensions of a standard membrane electrolyzer, less power is consumed in the embodiments of the present invention (kW · H) for each amount of formed NaOH, than in the case of traditional high-voltage electrolysis in order to obtain chlorine and alkali. For these reasons, preferred embodiments of the present invention include electrolyzers that are designed to use all available methods for performing low-voltage operation, including but not limited to operation at a small distance between electrodes, at elevated pressure, at a large surface area of the membrane, at varying concentrations of anolyte and catholyte and protonation-ion relationships. Additional aspects of NEE are explained in detail in Example 4.

B. "Точка безразличия" использования водородаB. The "Point of Indifference" of Using Hydrogen

Типичный процесс получения хлора и щелочи производит газообразный водород, который или сжигают на месте в качестве котельного топлива для выпарки (см. выше), или во многих случаях его выделение полностью подавляют путем использования воздушного электрода; например устройства, которое подает воздух, содержащий кислород, на катод, вызывая немедленное протекание реакции восстановления:A typical process for producing chlorine and alkali produces hydrogen gas, which is either burned in place as boiler fuel for evaporation (see above), or in many cases its evolution is completely suppressed by using an air electrode; for example, a device that delivers oxygen-containing air to the cathode, causing an immediate reduction reaction to occur:

H2(г)+1/2O2(г)→H2O(ж/г),H 2 (g) + 1 / 2O 2 (g) → H 2 O (w / g),

что изменяет электрохимическое суммирование энергий и понижает напряжение, необходимое для производства каустика и хлора (в некоторых случаях ниже 2,8 В в различной промышленной литературе) за счет того, что не производится водород. Преимущество для предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения заключается в том, что для них не требуется водород в качестве котельного топлива для выпарки.which changes the electrochemical summation of energies and lowers the voltage required for the production of caustic and chlorine (in some cases below 2.8 V in various industrial literature) due to the fact that hydrogen is not produced. An advantage for preferred embodiments of the present invention is that they do not require hydrogen as a boiler fuel for evaporation.

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения могут включать процесс с "воздушным электродом", который подавляет производство водорода (и сводит к нулю возможность извлечения энергии из этого водорода), но многие предпочтительные варианты осуществления утилизируют производство водорода для или возврата энергии, или для использования в качестве исходного химического сырья для других процессов.Some embodiments of the present invention may include an “air electrode” process that suppresses hydrogen production (and nullifies the ability to extract energy from that hydrogen), but many preferred embodiments utilize hydrogen production for either energy recovery or for use as a source chemical raw materials for other processes.

Поэтому установки, использующие конкретные варианты осуществлений настоящего изобретения, имеют "точку безразличия" относительно использования водорода, полученного таким образом; то есть установка производит водород для возврата его энергии (например, 60% содержания его энергии в случае примера), и это количество энергии имеет конкретную экономическую величину, и вместо использования водорода для возврата энергии водород может быть обменен или продан в количестве, которое превышает или равно этой экономической величине только одной энергии. Таким образом, установки этого типа представляют своего рода "источники водорода". Водород производят и потребляют в качестве источника для получения электрического тока и любой желающий использовать водород для других целей должен только возместить его ценность как источника электричества или ее экономический эквивалент для поддержания экономики процесса. Этот вариант осуществления имеет выгодные последствия для будущих схем "водородной экономики"; имея доступный источник водорода, доступный в точке безразличия стоимости к цене, которая ниже чем природное содержание энергии в нем, можно доказать полезную и выгодную характерную особенность этой технологии.Therefore, plants using specific embodiments of the present invention have a “point of indifference” regarding the use of hydrogen thus obtained; that is, the plant produces hydrogen to return its energy (for example, 60% of its energy content in the case of the example), and this amount of energy has a specific economic value, and instead of using hydrogen to return energy, hydrogen can be exchanged or sold in an amount that exceeds or equal to this economic value of only one energy. Thus, plants of this type represent a kind of "source of hydrogen." Hydrogen is produced and consumed as a source for generating electric current, and anyone who wants to use hydrogen for other purposes should only reimburse its value as a source of electricity or its economic equivalent to maintain the economy of the process. This embodiment has beneficial consequences for future hydrogen economy schemes; having an available source of hydrogen available at a point of indifference to price, which is lower than the natural energy content in it, it is possible to prove a useful and advantageous characteristic feature of this technology.

C. Использование методов оптимизации протонированного рассолаC. Use of optimization methods for protonated brine

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения специально оптимизируют производство водорода вместо его подавления путем следующих средств оптимизации протонированного рассола. Обычная промышленность производства хлора и щелочи в некоторых случаях использует добавление HCl в виде хлористоводородной кислоты в рассол (NaCl) электролизера, называемый пространством анолита. Это "протонирование" рассола имеет эффект понижения напряжения, требуемого для производства нормированного количества гидроксида натрия, заключающийся в том, что он понижает электроэнергию, требуемую для получения реагента/абсорбента конкретных вариантов осуществлений настоящего изобретения. При нормальной работе установок по производству хлора и щелочи, причину этого понижающего напряжения эффекта приписывают "нейтрализации NaOH, который возвращается через мембрану," процессу, который был изучен в зависимости от селективности мембраны, и так далее, и хорошо понят. Вообще говоря, считают, что эта "нейтрализация" производит только соленую воду [NaOH (возвращающийся)+HCl (анолит)→NaCl+H2O] и не доказано, что она изменяет стехиометрию продуктов. Однако одним моментом, который хорошо не изучен или не применяем в технике, является то, что добавление HCl действительно фундаментально изменяет стехиометрию уравнения следующим образом:Specific embodiments of the present invention specifically optimize hydrogen production instead of suppressing it by the following means of optimizing protonated brine. The common chlorine and alkali industry, in some cases, uses the addition of HCl as hydrochloric acid to the brine (NaCl) of an electrolyzer called anolyte space. This "protonation" of the brine has the effect of lowering the voltage required to produce a normalized amount of sodium hydroxide, in that it reduces the electric energy required to produce the reagent / absorbent of specific embodiments of the present invention. During normal operation of chlorine and alkali plants, the reason for this voltage-lowering effect is attributed to the “neutralization of NaOH that returns through the membrane,” a process that has been studied depending on the selectivity of the membrane, and so on, and is well understood. Generally speaking, it is believed that this "neutralization" produces only salt water [NaOH (returning) + HCl (anolyte) → NaCl + H 2 O] and it is not proven that it changes the stoichiometry of the products. However, one point that has not been well studied or used in the technique is that the addition of HCl does fundamentally change the stoichiometry of the equation as follows:

NaCl+aHCl+H2O→NaOH+(1/2+a/2)H2+(1/2+a/2)Cl2 NaCl + aHCl + H 2 O → NaOH + (1/2 + a / 2) H 2 + (1/2 + a / 2) Cl 2

Это дополнительное количество произведенного водорода и хлора представляет особый интерес для настоящего изобретения, так как варианты осуществления настоящего изобретения полагаются на рекуперацию энергии из водорода (которая усиливается, когда производится больше водорода, и является более экономичной, когда образуется больше газообразного хлора на моль произведенного абсорбента NaOH). То, что это производит дополнительное количество водорода для извлечения энергии и хлора для продажи, в то время как суммарное электрическое напряжение (следовательно, электроэнергия и стоимость) уменьшается, приводит конкретные варианты осуществления настоящего изобретения к оптимизации "a" для достижения самых низких затрат энергии для получения реагентов и самому высокому извлечению энергии из продуктов. Оптимум обычно лежит между 0,5 и 1,0 M HCl в растворе NaCl (вод.). Однако оптимизация является специфической для каждой конструкции электролизера, размеров, концентрации, температуры и режима давления. Однако для каждого электролизера существует оптимальная степень протонирования ("a"), при которой достигается эксплуатация с наименьшими затратами энергии. На практике, чрезвычайно высокие значения "a" (>0,15M при 90°C, например) будут, вероятно, моментально вызывать образование пузырей на большинстве выпускаемых в промышленности мембран. Разумеется, что хотя HCl является предпочтительной кислотой для протонирования рассола в изобретении, многие другие кислоты, известные специалистам в этой области, могут также быть использованы для протонирования рассола.This additional amount of hydrogen and chlorine produced is of particular interest to the present invention, since embodiments of the present invention rely on the recovery of energy from hydrogen (which increases when more hydrogen is produced, and is more economical when more chlorine gas is produced per mole of NaOH absorbent produced ) The fact that this produces additional hydrogen to extract energy and chlorine for sale, while the total electrical voltage (hence electric power and cost) is reduced, leads specific embodiments of the present invention to optimize “a” to achieve the lowest energy consumption for obtaining reagents and the highest energy recovery from products. The optimum usually lies between 0.5 and 1.0 M HCl in a solution of NaCl (aq.). However, optimization is specific to each cell design, size, concentration, temperature and pressure regime. However, for each cell there is an optimal degree of protonation (“a”) at which operation with the lowest energy consumption is achieved. In practice, extremely high “a” values (> 0.15M at 90 ° C, for example) will likely instantly cause blistering on most commercial membranes. Of course, although HCl is the preferred acid for protonating the brine in the invention, many other acids known to those skilled in the art can also be used for protonating the brine.

D. Самообразование HCl, которое используется для протонированияD. Self-formation of HCl, which is used for protonation

Так как конкретные варианты осуществления настоящего изобретения и используют подвод HCl и производство газообразных H2 и Cl2, протонирование рассола может быть осуществлено за счет самообмена; то есть газообразные продукты H2 и Cl2 могут быть сожжены (в эффективных топливных элементах или в обыкновенных обжиговых печах) с получением газообразного HCl, который может затем быть рециркулирован в анолит для протонирования рассола. Энергия, извлекаемая при сжигания H2/Cl2, выше чем энергия, извлекаемая при сжигании H2/O2. Это повышает термодинамическую эффективность изобретения.Since specific embodiments of the present invention both use HCl inlet and gaseous H 2 and Cl 2 production, brine protonation can be accomplished by self-exchange; that is, the gaseous products of H 2 and Cl 2 can be burned (in efficient fuel cells or in conventional kilns) to produce gaseous HCl, which can then be recycled to the anolyte to protonate the brine. The energy recovered from burning H 2 / Cl 2 is higher than the energy recovered from burning H 2 / O 2 . This increases the thermodynamic efficiency of the invention.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения используется путь абсорбция/конверсия/регенерация в качестве "начального процесса концентрирования/абсорбции", который затем используют для абсорбции и концентрирования CO2 для использования в методах геологических, океанических, или земных секвестров (например, методах, которые закачивают CO2 в хранилища углерода) с помощью следующих способов или аналогично:In some preferred embodiments, the absorption / conversion / regeneration pathway is used as the “initial concentration / absorption process”, which is then used to absorb and concentrate CO 2 for use in geological, oceanic, or terrestrial sequestration methods (eg, methods that inject CO 2 into carbon storage) using the following methods or similarly:

(1) Весь водород сжигают с получением газообразного HCl.(1) All hydrogen is burned to produce gaseous HCl.

(2) Весь полученный таким образом газообразный HCl взаимодействует с бикарбонатом натрия.(2) All of the gaseous HCl thus obtained is reacted with sodium bicarbonate.

(3) В результате соответствующей реакции нейтрализации высвобождается почти 100% чистого CO2 и происходит регенерирация соленой воды, которая может быть рециркулирована для дальнейших циклов абсорбции.(3) As a result of the corresponding neutralization reaction, almost 100% of pure CO 2 is released and salt water is regenerated, which can be recycled for further absorption cycles.

(4) В результате этого процесса изобретение используется для абсорбции, конверсии и затем высвобождения CO2 с результирующим эффектом удаления газа из потока топочного газа и концентрировании его для дальнейших методов секвестра после этого процесса.(4) As a result of this process, the invention is used to absorb, convert and then release CO 2 with the resulting effect of removing gas from the flue gas stream and concentrating it for further sequestration methods after this process.

E. Добавление карбонатов и бикарбонатов обратно в среду католитаE. Adding carbonates and bicarbonates back to the catholyte medium

В отличие от того, как в промышленности производства хлора и щелочи используют топливные элементы хлор/водород, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения реализуется также рециркуляция смеси карбоната и бикарбоната в пространство католита (гидроксид натрия) электролизера. Такие методы имеют широкий диапазон изменений, но каждый рабочий режим для полного процесса имеет оптимальную величину рецикла смесей бикарбонат/карбонат в католит, так как это может при некоторых концентрациях и условиях понижать напряжение на электролизере и, следовательно, потребление электроэнергии электролизером.Unlike chlorine / alkali fuel cells used in the chlorine and alkali industry, in some embodiments of the present invention, a mixture of carbonate and bicarbonate is also recycled to the catholyte (sodium hydroxide) space of the electrolyzer. Such methods have a wide range of changes, but each operating mode for the complete process has an optimal value for recycle of bicarbonate / carbonate mixtures into catholyte, since this can reduce the voltage on the cell and, therefore, the energy consumption of the cell, at certain concentrations and conditions.

F. Использование утилизации отходящего тепла для нагрева жидкостейF. Use of waste heat recovery to heat liquids

Так как конкретные варианты осуществлений настоящего изобретения используются в присутствии энергетической установки или большого выброса CO2 в виде топочного газа или других горячих газов от сжигания, имеются широкие возможности для теплообмена, в отличие от стандартных процессов хлор-щелочь. Например, температура типичного топочного газа (например, после обработки путем электростатического пылеулавливания) может вполне быть 300°C. Охлаждение этого отходящего газа до температуры ниже 300°C при нагревании жидкостей анолита и католита (которые, для НВЭ, должны обычно поддерживаться при температурах >90°C) позволяет конкретным вариантам осуществлений настоящего изобретения работать без потерь электроэнергии, связанных с нагревателями анолита и католита.Since specific embodiments of the present invention are used in the presence of a power plant or a large CO 2 emission in the form of flue gas or other hot gases from combustion, there are great opportunities for heat transfer, in contrast to standard chlor-alkali processes. For example, the temperature of a typical flue gas (for example, after treatment by electrostatic dust collection) may well be 300 ° C. Cooling this off-gas to a temperature below 300 ° C while heating the anolyte and catholyte fluids (which, for NVE, should usually be maintained at temperatures> 90 ° C) allows specific embodiments of the present invention to operate without the loss of electricity associated with anolyte and catholyte heaters.

G. Использование утилизации отходящего тепла для энергоснабжения технологического оборудованияG. Use of waste heat recovery for power supply of technological equipment

Обычно, так как отходящий газ, который доступен на энергетических установках, выходит при температурах между 100°C (типичной для скруберной очистки), 300°C (после процесса пылеулавливания) и 900°C (вход в установку для пылеулавливания), или других таких значений, в результате обработки значительное количество отходящего тепла может быть извлечено путем охлаждения входящего топочного газа путем теплообмена с помощью цикла извлечения электроэнергии, примером которого является цикл аммиак-вода (запатентованный процесс "Kalina", например), паровой цикл, или любой такой цикл, который выполняет аналогичные термодинамические задачи. Так как конкретные варианты осуществления настоящего изобретения основаны на электроэнергии постоянного тока для осуществления производства реагент/абсорбент для настоящего изобретения, процесс может непосредственно снабжаться электроэнергией, частично или полностью, за счет утилизации отходящего тепла, которое осуществляется без нормальных потерь в трансформаторе, связанных с превращением этой электроэнергии постоянного тока в энергию переменного тока для других использований. Кроме того, путем использования отходящего тепла для работы двигателей могут быть достигнуты значительные коэффициенты полезного действия вообще без использования стадии получения электричества. В некоторых условиях эти количества энергии могут быть найдены при утилизации тепла для полного энергообеспечения вариантов осуществления настоящего изобретения.Typically, since the flue gas that is available in power plants exits at temperatures between 100 ° C (typical for scrubbing), 300 ° C (after the dust collection process) and 900 ° C (entering the dust collection system), or other such values, as a result of processing, a significant amount of waste heat can be extracted by cooling the incoming flue gas by heat exchange using an electricity extraction cycle, an example of which is the ammonia-water cycle (the patented Kalina process, for example), steam cells, or any such cycle that performs similar thermodynamic tasks. Since specific embodiments of the present invention are based on direct current electricity for the production of the reagent / absorbent for the present invention, the process can be directly supplied with electricity, in part or in full, by utilizing waste heat that occurs without the normal losses in the transformer associated with converting this DC power to AC power for other uses. In addition, by using waste heat to operate the engines, significant efficiency can be achieved without the use of an electricity generation step. Under certain conditions, these amounts of energy can be found by utilizing heat to fully supply the embodiments of the present invention.

VI. Образование и использование побочных продуктов в результате процессов декарбонизации и электролизаVI. The formation and use of by-products from decarbonization and electrolysis processes

Как отмечено выше, конкретные варианты осуществлений установок и способов настоящего описания позволяют получать ряд полезных побочных продуктов в результате процессов декарбонизации и электролиза, включая газообразный хлор, бикарбонат натрия и газообразный водород. В некоторых вариантах осуществления, газообразный водород, получаемый вариантами осуществления настоящего изобретения, вводят в цикл повторного использования энергии водорода. В одном варианте осуществления, настоящее изобретение может включать современные технологии использования мембран из фторированных полимеров для уменьшения миграции иона хлора для процесса декарбонизации. Следовательно, процесс может функционировать без больших затрат энергии и издержек для отделения иона хлора; циклы декарбонизации и выделения не содержат хлоридов. По существу, вариант осуществления реактора декарбонизации настоящего изобретения может использовать поваренную соль, воду и отработанный диоксид углерода, объединенные с электроэнергией для образования газообразного хлора, бикарбоната натрия и утилизации энергии путем сжигания водорода следующим образом:As noted above, specific embodiments of the plants and methods of the present disclosure provide a number of useful by-products from decarbonization and electrolysis processes, including chlorine gas, sodium bicarbonate, and hydrogen gas. In some embodiments, hydrogen gas produced by the embodiments of the present invention is introduced into a hydrogen energy reuse cycle. In one embodiment, the present invention may include state-of-the-art techniques for using fluorinated polymer membranes to reduce the migration of chlorine ion for the decarbonization process. Consequently, the process can function without a large expenditure of energy and costs to separate the chlorine ion; decarbonization and isolation cycles do not contain chlorides. Essentially, an embodiment of the decarbonization reactor of the present invention can use sodium chloride, water, and spent carbon dioxide combined with electricity to form chlorine gas, sodium bicarbonate, and utilize energy by burning hydrogen as follows:

2 NaCl+H2O+2 CO2+e-→2 NaHCO3+Cl2+[1/2H2+атм.O2→e-]2 NaCl + H 2 O + 2 CO 2 + e- → 2 NaHCO 3 + Cl 2 + [1 / 2H 2 + atm O 2 → e-]

A. Цикл повторного извлечения энергии водородаA. Hydrogen Energy Recycling Cycle

Были разработаны два метода, которые могут использовать энергию водорода, извлеченную вариантами осуществления настоящего изобретения. Первым является совместное сжигание водорода с углем для улучшения выбросов угольных топок, а второй метод включает получение постоянного электрического тока в топливном элементе водород/кислород. Приблизительно от 22% до 32% затрачиваемой на электролиз энергии может быть извлечено за счет сжигания H2/O2. Альтернативно, H2 и Cl2 могут сгорать в Cl2 и HCl непосредственно или с помощью топливного элемента, или извлечения постоянного электрического тока. Источники тепла из извлечения отходящего тепла, или из реакции электролиза, по которой производится в резервуар гидроксид натрия с температурой приблизительно 135°C, или из самого процесса декарбонизации, в котором абсорбируются различные теплоты растворения, теплоты испарения, и тепло, высвобождаемое в экзотермической реакции, могут быть утилизированы с помощью хорошо известных методов (то есть, ребойлеры, и так далее) в местах расположения энергетической установки для подогрева газообразных продуктов сгорания или других использований.Two methods have been developed that can utilize the hydrogen energy extracted by the embodiments of the present invention. The first is the co-combustion of hydrogen with coal to improve emissions of coal furnaces, and the second method involves obtaining a constant electric current in a hydrogen / oxygen fuel cell. About 22% to 32% of the energy spent on electrolysis can be recovered through the combustion of H 2 / O 2 . Alternatively, H 2 and Cl 2 can be burned in Cl 2 and HCl directly, either by using a fuel cell, or by extracting direct current. Heat sources from the extraction of waste heat, or from the electrolysis reaction, which produces sodium hydroxide at a temperature of approximately 135 ° C, or from the decarbonization process itself, in which various heat of dissolution, heat of evaporation, and heat released in the exothermic reaction are absorbed, can be disposed of using well-known methods (that is, reboilers, and so on) at the locations of the power plant for heating gaseous products of combustion or other uses .

В одном варианте осуществления, промышленное получение постоянного электрического тока в топливном элементе может быть выгодным из-за удобства в обращении и безопасной эксплуатации при давлениях ниже атмосферного. Безотлагательное потребление полученного водорода может также непосредственно уменьшить затраты электроэнергии на электролиз рассола. Кроме того, так как цикл извлечения водорода может быть произведен в период внепикового электрического производства H2, Cl2, и NaOH, а H2 может быть затем использован для обеспечения электричеством пиковых нагрузок, настоящее описание обеспечивает получение реагентов при низких затратах при последующем производстве вспомогательных высоких затрат при пиковой нагрузке электроэнергии и одновременном осуществлении процесса декарбонизации. Экономическая эффективность цикла извлечения энергии H2 для увеличения пикового производства энергии установки путем увеличения производительности производства электрического тока путем сжигания H2 в качестве или топлива или в топливном элементе может обеспечивать утилизацию на основе самопотребления.In one embodiment, the industrial production of direct current in a fuel cell can be advantageous due to its ease of use and safe operation at below atmospheric pressures. The immediate consumption of the hydrogen produced can also directly reduce the cost of electricity for brine electrolysis. In addition, since the hydrogen recovery cycle can be carried out during off-peak electrical production of H 2 , Cl 2 , and NaOH, and H 2 can then be used to provide peak loads with electricity, the present description provides reagents at low cost with subsequent production of auxiliary high costs with a peak load of electricity and the simultaneous implementation of the decarbonization process. The cost-effectiveness of the H 2 energy recovery cycle to increase peak plant energy production by increasing electric current production by burning H 2 as either fuel or in a fuel cell can provide for self-consumption.

Альтернативно, данный очищенный произведенный из углерода источник газообразного водорода электронной чистоты может с успехом использоваться муниципальными энергопредприятиями, промышленными компаниями и в энергетических установках в муниципальных автобусных парках, поездах и других общественных или частных областях использования водородного топлива.Alternatively, this cleaned carbon-based source of hydrogen gas of electronic purity can be successfully used by municipal energy enterprises, industrial companies, and power plants in municipal bus fleets, trains, and other public or private uses of hydrogen fuel.

B. Другие использования побочных продуктов процесса декарбонизацииB. Other uses of decarbonization process by-products

В одном варианте осуществления, газообразный хлор может быть первичным окислителем, используемым для уничтожения бактерий в установках водоподготовки по всему миру. Хлор и некоторые 100+ производные исходные сырьевые химические продукты, которые получают из него, часто упоминают как образующие до 30%+ ВВП США. Он может также быть использован в производстве самого большого промышленного химического продукта, хлористоводородной кислоты. Хлор также широко используется в промышленности пластмасс в качестве самого распространенного неуглеродного реагента.In one embodiment, chlorine gas may be the primary oxidizing agent used to kill bacteria in water treatment plants around the world. Chlorine and some 100+ derivatives of the original chemical raw materials derived from it are often referred to as generating up to 30% + US GDP. It can also be used in the production of the largest industrial chemical product, hydrochloric acid. Chlorine is also widely used in the plastics industry as the most common non-carbon reagent.

Карбонат натрия является побочным продуктом способа, описанного в настоящем изобретении, который широко используют в производстве мыла, моющих средств и шампуней по всему миру, а также в качестве присадки в производстве. Кроме того, энергосистемы, а также частные дома используют бикарбонат натрия для смягчения жесткой воды в результате следующей реакции:Sodium carbonate is a by-product of the method described in the present invention, which is widely used in the manufacture of soaps, detergents and shampoos around the world, and also as an additive in production. In addition, power systems as well as private homes use sodium bicarbonate to soften hard water as a result of the following reaction:

CaCl2(вод)+NaHCO3(вод)→CaCO3(осадок)+NaCl(вод)+HCl(вод)CaCl 2 (water) + NaHCO 3 (water) → CaCO 3 (precipitate) + NaCl (water) + HCl (water)

Аналогичный способ может быть использован с применением карбонатов и бикарбонатов натрия из этого способа для осуществления обмена ионов с многочисленными солями группы 1 и группы 2 для осаждения различных карбонатов.A similar method can be used using sodium carbonates and bicarbonates from this method to carry out the exchange of ions with numerous salts of group 1 and group 2 to precipitate various carbonates.

Другим примером побочных продуктов, получаемых из процесса декарбонизации, является газообразный водород. Газообразный водород электронной чистоты является высшей формой энергоносителя. С другой стороны, производимое водородное топливо может быть сожжено с более "грязными" углями для уменьшения выброса от этого топлива, может быть сожжено в качестве питания котла в процессе выделения или может быть использовано в автопарках на водородном топливе.Another example of by-products obtained from the decarbonization process is hydrogen gas. Hydrogen gas of electronic purity is the highest form of energy carrier. On the other hand, the hydrogen fuel produced can be burned with more “dirty” coals to reduce emissions from this fuel, it can be burned as a boiler feed during the separation process, or it can be used in fleets of hydrogen fuel.

В дополнительных вариантах осуществления, возможно осуществление эффекта транспортирования диоксида углерода до удаленных мест секвестра следующим способом или его эквивалентом:In further embodiments, it is possible to effect the transport of carbon dioxide to remote locations of the sequestration in the following manner or its equivalent:

(1) На месте энергетической установки абсорбируют CO2 и другие загрязняющие вещества с помощью способа или любого его варианта, наряду с производством водорода, хлора, карбонатов.(1) At the site of the power plant, CO 2 and other pollutants are absorbed using the method or any variant thereof, along with the production of hydrogen, chlorine, carbonates.

(2) В месте удаленного секвестра хлористоводородную кислоту и карбонаты снова объединяют в реакции нейтрализации для генерации фактически чистого CO2. Полученный этими методами CO2 может затем быть закачен в хранилище углерода.(2) At the site of the removed sequestration, hydrochloric acid and carbonates are again combined in a neutralization reaction to generate substantially pure CO 2 . The CO 2 obtained by these methods can then be pumped into the carbon storage.

С помощью этих методов аналогичный результирующий эффект транспортировки CO2 между местом энергетической установки и местом секвестра достигается без физического транспорта CO2 в результате сжижения и транспорта по трубопроводу, автомобильными перевозками и так далее.Using these methods, a similar net effect of transporting CO 2 between the site of the power plant and the site of the sequestration is achieved without physical transport of CO 2 as a result of liquefaction and transport by pipeline, road transport, and so on.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Следующие примеры включены для демонстрации предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Эти варианты осуществления обеспечивают практически реализуемое экономическое решение для уменьшения или даже практически удаления диоксида углерода и других загрязняющих веществ из энергетических установок путем получения и использования образующихся реагентов для продаж или в промышленных процессах и/или путем возврата энергии.The following examples are included to demonstrate preferred embodiments of the invention. These embodiments provide a practicable economic solution to reduce or even practically remove carbon dioxide and other contaminants from power plants by obtaining and using the resulting reagents for sale or in industrial processes and / or by returning energy.

Для специалистов в этой области должно быть очевидно, что описанные в примерах способы, которые следуют за уже представленными способами, раскрытыми автором изобретения для надлежащего функционирования при практическом применении, могут считаться предпочтительными режимами для его применения. Однако для специалистов в этой области должно быть очевидно, что много изменений могут быть сделаны в свете настоящего описания в описанных конкретных вариантах осуществлений и дополнительно могут быть получены похожие или аналогичные результаты без выхода за пределы существа и объема изобретения.For specialists in this field it should be obvious that the methods described in the examples, which follow the methods already presented, disclosed by the author of the invention for proper functioning in practical application, can be considered the preferred modes for its use. However, it should be apparent to those skilled in the art that many changes can be made in the light of the present description to the specific embodiments described and additionally, similar or similar results can be obtained without departing from the spirit and scope of the invention.

Пример 1Example 1

Проектирование барботажной реакторной колонны CO2/NaOH графическими способамиGraphic design of bubble column reactor CO 2 / NaOH

В барботажной реакторной колонне, спроектированной для этого примера, имеется четыре основных потока, а именно:The bubble column reactor designed for this example has four main streams, namely:

(1) Жидкость, текущая в потоке барботажной колонны при данном объемном расходе (Vl = объем жидкости за время); в выбранном случае, объемный расход на входе равняется объемному расходу на выходе. Поэтому оба обозначены как Vl). В этом примере Vl=0,001 м3/сек.(1) The fluid flowing in the bubble column stream at a given volumetric flow rate (Vl = fluid volume over time); in the selected case, the volumetric flow rate at the inlet is equal to the volumetric flow rate at the outlet. Therefore, both are denoted by Vl). In this example, Vl = 0.001 m 3 / s.

(2) Vg0 = объемный расход входящего газа, который будет частично или полностью абсорбирован жидким абсорбентом. В этом примере Vg0=0,05 м3/сек.(2) Vg0 = volumetric flow rate of the inlet gas, which will be partially or fully absorbed by the liquid absorbent. In this example, Vg0 = 0.05 m 3 / s.

(3) Vg = объемный расход выходящего газа. В этом примере, Vg=0,02 м3/сек.(3) Vg = volumetric flow rate of the exhaust gas. In this example, Vg = 0.02 m 3 / s.

Барботажный колонный реактор был спроектирован на основе вышеуказанных условий. Шестьдесят процентов входящего CO2 в топочном газе должно было удаляться при барботировании через раствор концентрированного гидроксида натрия. Реакция лимитируется массообменом. Целью примера было рассчитать размеры реактора (высоту и диаметр), необходимые для удаления 99,9% диоксида углерода. P=2 атм, T=298K. Используя графические данные, приведенные на фиг.8, этот пример описывает конструкцию как высокого реактора (2,36 м), так и невысокого реактора (0,41 м). На фиг.8 представлена диаграмма, показывающая процент абсорбции CO2 в барботажной колонне в зависимости от глубины жидкости и межфазной скорости газа при низких межфазных скоростях (Schumpe et al., 1979).The bubble column reactor was designed based on the above conditions. Sixty percent of the incoming CO 2 in the flue gas was to be removed by sparging through a solution of concentrated sodium hydroxide. The reaction is limited by mass transfer. The aim of the example was to calculate the dimensions of the reactor (height and diameter) needed to remove 99.9% of carbon dioxide. P = 2 atm, T = 298K. Using the graphical data shown in Fig. 8, this example describes the design of both a high reactor (2.36 m) and a low reactor (0.41 m). Fig. 8 is a graph showing the percentage of CO 2 absorption in a bubble column as a function of liquid depth and interfacial gas velocity at low interfacial velocities (Schumpe et al., 1979).

Решение для колонны с высотой 2,36 мColumn solution with a height of 2.36 m

Конверсия достигает 100% при приведенной скорости (Ug0), приблизительно равной 0,04 с/сек. Эта скорость находится в области барботирования (в растворах, аналогичных воде, она приблизительно составляет 0,05 м/сек). Зная требуемый объемный расход газа (Vg0), вычисляли диаметр колонны:The conversion reaches 100% at a reduced speed (Ug0) of approximately 0.04 s / s. This speed is in the area of bubbling (in solutions similar to water, it is approximately 0.05 m / s). Knowing the required volumetric gas flow rate (Vg0), the column diameter was calculated:

Ас=Vg0/Ug0=0,05/0,04=1,25 м2 Ac = Vg0 / Ug0 = 0.05 / 0.04 = 1.25 m 2

Dc=2√Ac/π=2√1,25/π=1,26 м2 Dc = 2√Ac / π = 2√1.25 / π = 1.26 m 2

Следовательно, конверсия 99% входящего 60% CO2 требует колонну высотой 2,36 м, площадью 1,25 м2, имеющую диаметр 1,26 м и общий объем 2,95 м3.Therefore, the conversion of 99% of the incoming 60% CO 2 requires a 2.36 m high column, 1.25 m 2 area , 1.26 m diameter and a total volume of 2.95 m 3 .

Решение для колонны с высотой 0,41 м0.41m column solution

Конверсия в колонне высотой 0,41 м требует приведенной скорости газа около 0,02 м/сек. Подобно вышеприведенным расчетам:Conversion in a 0.41 m high column requires a reduced gas velocity of about 0.02 m / s. Like the above calculations:

Ас=Vg0/Ug0=0,05/0,02=2,50 м2 Ac = Vg0 / Ug0 = 0.05 / 0.02 = 2.50 m 2

Dc=2√Ac/π=2√2,5/π=1,78 м2 Dc = 2√Ac / π = 2√2.5 / π = 1.78 m 2

Следовательно, конверсия 99% входящего 60% CO2 требует колонну высотой 0,41 м, площадью 2,50 м2, имеющую диаметр 1,78 м и общий объем 1,03 м3.Therefore, the conversion of 99% of the incoming 60% CO 2 requires a column with a height of 0.41 m, an area of 2.50 m 2 , having a diameter of 1.78 m and a total volume of 1.03 m 3 .

Итак, путем этого примера продемонстрировано, что более короткие колонны являются более эффективными на единицу объема при удалении диоксида углерода из отходящего газа; для этого примера в 3 раза. Следовательно, для предпочтительных вариантов осуществлений настоящего изобретения проектирование ставит целью короткие ступени и/или многоступенчатые реакторы, состоящие из коротких ступеней.So, through this example, it has been demonstrated that shorter columns are more efficient per unit volume when removing carbon dioxide from the exhaust gas; for this example 3 times. Therefore, for preferred embodiments of the present invention, the design aims at short stages and / or multi-stage reactors consisting of short stages.

Пример 2Example 2

Проектирование барботажной колонны CO2/NaOH путем определения коэффициента массообменаDesigning bubble column CO 2 / NaOH by determining the mass-transfer coefficient

Цель этого примера заключалась в определении коэффициента массопередачи, kla (моли/сек/объем), из теоретического построения. Из этого примера было определено, что этот корреляционный метод может потенциально приводить к неубедительным результатам; то есть этот пример подчеркнул трудность предсказания реальных результатов из теории в силу неопределенности измерения некоторых основных параметров. Поэтому только экспериментальное масштабирование может окончательно определять результат для крупной установки декарбонизации.The purpose of this example was to determine the mass transfer coefficient, kla (moles / sec / volume), from a theoretical construction. From this example, it was determined that this correlation method could potentially lead to inconclusive results; that is, this example emphasized the difficulty of predicting real results from theory due to the uncertainty of measuring some basic parameters. Therefore, only experimental scaling can finally determine the result for a large decarbonization plant.

Следующие уравнения для захвата газа (εg) и мольного переноса (kLa) вытекают из корреляций, установленных Akita and Yoshida (1973), и они применимы для систем диоксида углерода и воды для колонн с относительно большой высотой и диаметром (то есть >0,1 м):The following equations for gas capture ( εg ) and molar transfer ( kLa ) follow from the correlations established by Akita and Yoshida (1973) and they are applicable to carbon dioxide and water systems for columns with relatively large heights and diameters (i.e.> 0.1 m):

Захват газаGas capture

εgεg

-----=C*[g*Dc2*ρL/σ]1/8*[g*Dc2/νl1]1/12*[µg/√g*Dc]----- = C * [g * Dc 2 * ρL / σ] 1/8 * [g * Dc 2 / νl1] 1/12 * [µg / √g * Dc]

(1-εg)4 (1-εg) 4

иand

коэффициент массообменаmass transfer coefficient

kLa(1/сек)=[Ссo2*Dco2-h20/Dc2]*[νL/Dco2-h20]0,02*[g*Dc2* ρL/σ]0,62*[g*Dc3/νl2]*ε11kLa (1 / s) = [CCo2 * Dco2-h20 / Dc2] * [νL / Dco2-h20] 0.02 * [g * Dc2 * ρL / σ] 0.62 * [g * Dc3 / νl2] * ε11

Где εg - коэффициент захвата газаWhere εg is the gas capture coefficient

Cco2 = концентрация CO2 в отходящем газеCco2 = concentration of CO 2 in the exhaust gas

Dc=диаметр колонныDc = column diameter

νL=0,0001 м2/сек νL = 0.0001 m 2 / s

σ=1cP=0,1Па·секσ = 1 cP = 0.1 Pa · s

ρL=998 кг/м3 ρL = 998 kg / m 3

и так как Dco2-h20P=1,661 м2·Пa/сек,and since Dco2-h20P = 1,661 m 2 · Pa / s,

то, Dco2-HO=1,661/5,067·105=3,278·10-6 м2/секthen, Dco2-HO = 1,661 / 5,067 · 10 5 = 3,278 · 10 -6 m 2 / s

Движущая сила является разницей между равновесной концентрацией диоксида углерода (Cco2*) и текущей концентрацией диоксида углерода в жидкой фазе (Cco2), которая в этом примере принимается равной нулю; то есть присутствующий гидроксид натрия мгновенно нейтрализует водный диоксид углерода, "кислоту". Скорость мольного переноса на единицу объема реактора может, поэтому быть записана как:The driving force is the difference between the equilibrium concentration of carbon dioxide (Cco2 *) and the current concentration of carbon dioxide in the liquid phase (Cco2), which in this example is assumed to be zero; that is, the sodium hydroxide present immediately neutralizes aqueous carbon dioxide, the “acid." The molar transfer rate per unit volume of the reactor can, therefore, be written as:

Nco2=kLa*[Cco2*-Cco2]=kLa(Cco2*) Nco2 = kLa * [ Cco2 * -Cco2] = kLa (Cco2 *)

Скорость мольного переноса, необходимая для удаления 99,99% диоксида углерода в отходящем газе. Полагают, что CO2 является идеальным газом при условиях в колонне.The molar transfer rate required to remove 99.99% of carbon dioxide in the exhaust gas. It is believed that CO 2 is an ideal gas under column conditions.

Кубический объем/сек:Cubic volume / sec:

Vg0=0,05 м3/сек∴Vco2=0,6*Vg0=0,03 м3/сек Vg0 = 0.05 m 3 / s∴ Vco2 = 0.6 * Vg0 = 0.03 m 3 / s

Моль/сек:Mol / sec:

Vco2*P/RT=[0,03M3/сек*5 атм]/ Vco2 * P / RT = [0.03 M 3 / s * 5 atm] /

[0,082m3атм/кмольK*298]*1000 гмоль/1 кмоль=6,14 моль/сек[0.082m3atm / kmol K * 298] * 1000 gmol / 1 kmol = 6.14 mol / s

Nco2(моль/сек)=0,999(мольCO2удаленного/мольCO2поступившего)*6,14 моль/сек=6,13 моль/секNco2 (mol / s) = 0.999 (mol CO2 removed / mol CO2 received) * 6.14 mol / s = 6.13 mol / s

Другие свойства жидкости, необходимые для корреляционной модели.Other fluid properties required for the correlation model.

Установив исходную приведенную скорость на пределе потока барботирования (Vg0=0,05 м/сек), вычисляли площадь и диаметр колонны:Having established the initial reduced velocity at the limit of the bubbling flow (Vg0 = 0.05 m / s), the column area and diameter were calculated:

Ас=Vg0/Ug0=0,05/0,05=1,0 м2 Ac = Vg0 / Ug0 = 0.05 / 0.05 = 1.0 m 2

Dc=2√Ac/π=2√1,0/π=1,13 м2 Dc = 2√Ac / π = 2√1.0 / π = 1.13 m 2

Для газофазных реакций захвата этот пример устанавливает C=0,2 и предполагается, что приведенная скорость (Ug) является средней между входящими и выходящими скоростями; Ug=0,035 м/сек=среднее арифметическое от (0,05 м/сек и 0,02 м/сек), и, используя программу для решения уравнения, было найдено, что εg=0,055.For gas-phase capture reactions, this example sets C = 0.2 and it is assumed that the reduced velocity (Ug) is the average between incoming and outgoing speeds; Ug = 0.035 m / s = arithmetic mean of (0.05 m / s and 0.02 m / s), and using the program to solve the equation, it was found that εg = 0.055.

Далее, была вычислена постоянная скорости мольного переноса:Next, the molar transfer rate constant was calculated:

Figure 00000001
Figure 00000001

kLa=0,386/секkLa = 0.386 / s

Возвращаясь к уравнению для движущей силы, был вычислен объем реактора (V):Returning to the equation for the driving force, the reactor volume (V) was calculated:

V=Nco2/[(kLa)(Cco2*)]=6,13 моля/сек/(0,386/сек*(103,6 моль/м 3 ))= 0,15 м 3 V = Nco2 / [(kLa) (Cco2 *)] = 6.13 mol / sec / (0.386 / sec * (103.6 mol / m 3 )) = 0.15 m 3

иand

Hc=0,15 м3/1 м2=0,15 м Hc = 0,15 m 3/2 1 m = 0.15 m

Таким образом, размерами барботажной колонны являются Dc=1,13 м и Hc=0,15 м, приводя к значительному различию от реальных результатов в реальных барботажных колоннах.Thus, the dimensions of the bubble column are Dc = 1.13 m and Hc = 0.15 m, leading to a significant difference from the actual results in real bubble columns.

Несколько допущений могут объяснить различия корреляционных моделей (которые считаются лучшими моделями для этого режима работы) и реальных результатов:A few assumptions can explain the differences between correlation models (which are considered the best models for this mode of operation) and real results:

(1) Предполагалось, что гидроксид натрия имеет свойства воды (плотность, поверхностное натяжение и так далее); и(1) It was assumed that sodium hydroxide has the properties of water (density, surface tension, and so on); and

(2) Концентрация CO2 в растворе не может хорошо характеризоваться как нулевая; она является более вероятной величиной вычислений; например, если эффективная концентрация CO2 не равна нулю, то движущая сила будет меньше, и требуется более высокая колонна.(2) The concentration of CO 2 in solution cannot be well characterized as zero; it is a more probable quantity of calculations; for example, if the effective concentration of CO 2 is not equal to zero, then the driving force will be less, and a higher column is required.

Следует также отметить, что эта теоретическая корреляция нарушается при условии, которое также является ее эффективностью: так как такие термины, как (νL=0,0001 м2/сек) часто возводятся в квадрат в знаменателе, небольшие изменения в этих числах приводят к гигантским эффектам. Этот тип теоретического построения является хорошим для подбора аппроксимирующей функции постфактум, но не является хорошим предсказателем массообмена для целей проектирования. Кроме того, имеются поразительные гидродинамические влияния на скорость абсорбции/конверсии CO2, так что следует проектировать при отличающихся и пропорционально увеличивающихся масштабах.It should also be noted that this theoretical correlation is violated under the condition, which is also its effectiveness: since terms such as ( νL = 0.0001 m 2 / s) are often squared in the denominator, small changes in these numbers lead to gigantic effects. This type of theoretical construction is good for selecting the approximating function after the fact, but is not a good predictor of mass transfer for design purposes. In addition, there are striking hydrodynamic effects on the rate of absorption / conversion of CO 2 , so it should be designed at different and proportionally increasing scales.

Пример 3Example 3

Проектирование барботажной колонны (глубины) CO2/NaOH из экспериментальных данныхDesign of a bubble column (depth) of CO 2 / NaOH from experimental data

Замечание, что опора конкретных вариантов осуществлений настоящего изобретения на "теорию эффективности короткой ступени", описанную здесь (3 м или менее расстояния контакта газ-жидкость, или высоты жидкой фазы, для достижения >90% абсорбции), подтверждается двумя различными методами вычисления, которые находятся в соответствии с применяемым в химической технологии проектированием. Однако в конкретных случаях (как отмечено выше) были сделаны определенные упрощающие допущения в этих проектных вычислениях, поэтому была необходима и осуществлена экспериментальная проверка с результатами, приведенными на фиг.2B и 2C (объясненными более подробно ниже).The observation that the reliance on specific embodiments of the present invention on the “short stage efficiency theory” described here (3 m or less of gas-liquid contact distance or height of the liquid phase to achieve> 90% absorption) is supported by two different calculation methods that are in accordance with the design used in chemical technology. However, in specific cases (as noted above), certain simplifying assumptions were made in these design calculations, therefore, an experimental verification was necessary and carried out with the results shown in FIGS. 2B and 2C (explained in more detail below).

В каждом из этих технологических экспериментов достигалась определенная абсорбция CO2 при определенном расстоянии контакта газ-жидкость (то есть высота жидкости в случаях безнасадочной, открытой барботажной колонны); например 20% абсорбция через 30 см жидкости.In each of these technological experiments, a certain absorption of CO 2 was achieved at a certain gas-liquid contact distance (that is, the height of the liquid in cases of a non-packed, open bubble column); for example, 20% absorption through 30 cm of liquid.

Если газ затем пропускали через вторую колонну аналогичной конструкции и при таких же условиях, то такая же абсорбция происходила бы снова; то есть, 20% от оставшихся 80% исходного CO2 снова бы абсорбировалось. Эта зависимость в конечном счете ослабевает; однако, при данных высоких абсорбционных характеристиках жидкого абсорбента, и тенденции протекания хемосорбции при стабильной абсорбции даже разбавленного CO2 в топочном газе, для этого примера этот эффект игнорируется и в конструкции достигается удаление 90% СО2.If the gas was then passed through a second column of a similar design and under the same conditions, then the same absorption would occur again; that is, 20% of the remaining 80% of the original CO 2 would be absorbed again. This dependence ultimately subsides; however, given the high absorption characteristics of the liquid absorbent and the tendency for chemisorption to occur with stable absorption of even diluted CO 2 in the flue gas, this effect is ignored for this example and 90% CO 2 is removed in the design.

Очевидно, что дополнительные пропускания потока через абсорбционную жидкость снова уменьшили бы оставшийся CO2 на 20%, и так далее, пока не будет осуществлено достаточное количество пропусканий потока для достижения требуемого уровня абсорбции (в этом случае 90%).Obviously, additional passages of the flow through the absorption liquid would again reduce the remaining CO 2 by 20%, and so on, until a sufficient number of passages of the flow were achieved to achieve the desired absorption level (in this case, 90%).

Это приводит к проектированию "ряда основных ступеней", при котором определяют глубину жидкости (глубин множества ступеней с высотой 30 см), которая необходима для достижения 90%. При предположении, что каждая ступень абсорбирует при таком же %CO2/расстояние, как и предыдущая, были получены результаты, представленные на фиг.2B и 2C, и графически представленные на фиг.2D и 2E.This leads to the design of a "series of main steps", in which the depth of the liquid (the depths of many steps with a height of 30 cm) is determined, which is necessary to achieve 90%. Assuming that each step absorbs at the same% CO 2 / distance as the previous one, the results shown in FIGS. 2B and 2C and graphically shown in FIGS. 2D and 2E were obtained.

На фиг.2A показана установка для исследования основных характерных особенностей одного варианта осуществления стадии декарбонизации настоящего изобретения. Установка на фиг.2A (или установка с аналогичным действием) может эксплуатироваться согласно методике, приведенной ниже:On figa shows the installation for the study of the main characteristic features of one embodiment of the stage of decarbonization of the present invention. The installation in FIG. 2A (or a device with a similar action) can be operated according to the procedure below:

(1) В установку карбонизации 801, содержащую насадку или без насадки, загружают NaOH (например, 1M NaOH в воде при 25°C) до глубины 30 см с исследуемой нагрузкой.(1) NaOH (for example, 1M NaOH in water at 25 ° C.) is loaded into carbonization unit 801, with or without a nozzle, to a depth of 30 cm with the test load.

(2) Топочный газ, смоделированный или реальный, в этом случае, типичный выхлоп топочного газа угольного отопления (16% CO2, 84% N2, SOх/NOх <1% или в природных уровнях ppm) вводят в установку карбонизации 801, эффективно орошают в колонне без насадки, эффективно орошают или распределяют в насадочных колоннах, перемещают через жидкость, и удаляют. Газ находится при температуре 25°C, CO2 с расходом 2 л/мин смешивают пропорционально с другими газами, поднимается вверх по колонне с диаметром окружности 4"; давления в системе может быть 1 атм psig или ниже.(2) The flue gas, simulated or real, in this case, a typical coal heating flue gas exhaust (16% CO 2 , 84% N 2 , SOх / NOх <1% or at natural ppm levels) is introduced into the carbonization unit 801, effectively irrigate in a column without a nozzle, effectively irrigate or distribute in packed columns, move through a liquid, and remove. The gas is at a temperature of 25 ° C, CO 2 with a flow rate of 2 l / min is mixed proportionally with other gases, rises up the column with a circle diameter of 4 "; the pressure in the system can be 1 atm psig or lower.

(3) Может быть отмечено в результате измерения концентрации входящего CO2 (путем газовой хроматографии отобранной пробы, например, или путем измерения концентрации CO2 в потоке), что CO2 абсорбируется жидкостью, что температуры возрастают (экзотермическая реакция), а анализ отобранной жидкой пробы покажет присутствие равновесий карбонат/бикарбонат/гидроксид, указывая, что происходит не только абсорбция CO2, но происходит и его конверсия в карбонатную или бикарбонатную форму. Опыт практической эксплуатации указывает, что эти ключевые "точки перехода" находятся в равновесии с pH:(3) It can be noted by measuring the concentration of incoming CO 2 (by gas chromatography of a sample taken, for example, or by measuring the concentration of CO 2 in the stream) that CO 2 is absorbed by a liquid, that temperatures increase (an exothermic reaction), and analysis is taken by a liquid the samples will show the presence of carbonate / bicarbonate / hydroxide equilibria, indicating that not only the absorption of CO 2 occurs, but also its conversion to the carbonate or bicarbonate form. Field experience indicates that these key “transition points” are in equilibrium with pH:

a. При pH<=8,3, преимущественно образуется бикарбонат.a. At pH <= 8.3, bicarbonate is predominantly formed.

b. При pH>=10, преимущественно образуется карбонат.b. At pH> = 10, carbonate is predominantly formed.

(4) Реакция абсорбции/конверсии в карбонат продолжается активно и экзотермично до тех пор пока, при данной динамике потока газа, при какой бы скорости CO2 не абсорбировали/конвертировали, не закончится экзотермическая фаза реакции, температура сначала не меняется и затем падает, и абсорбционная способность жидкости, которая падает по мере понижения концентрации OH иона, быстро достигает нуля в этой точке. Когда уровни абсорбции начинаю падать, обычно значение pH приближается к 8,3 или близкому значению; при pH>8,3 абсорбция является относительно активной.(4) The absorption / conversion to carbonate reaction continues actively and exothermically until, at a given gas flow dynamics, at whatever speed CO 2 is absorbed / converted, the exothermic phase of the reaction ends, the temperature does not change and then drops, and the absorption capacity of a liquid, which decreases as the OH ion concentration decreases, quickly reaches zero at this point. When absorption levels begin to fall, usually the pH value approaches 8.3 or close; at pH> 8.3, absorption is relatively active.

(5) Жидкость перемещают в колонну бикарбонизации 803 и отходящий газ снова вводят в жидкость. Абсорбция CO2 прекращается и в некоторых случаях, как будет показано, становится отрицательной (жидкость отдает некоторое количество CO2 газовому потоку, проходящему через нее). Температура жидкости продолжает падать, частично из-за некоторого несущественного испарения в перемещающийся поток газа, но также из-за реакции бикарбонизации, которая происходит между ранее образовавшимся карбонатом натрия и оставшимся "зависшим" CO2, который растворен в жидкости.(5) The liquid is transferred to the bicarbonization column 803 and the exhaust gas is introduced back into the liquid. The absorption of CO 2 ceases and in some cases, as will be shown, becomes negative (the liquid gives up a certain amount of CO 2 to the gas stream passing through it). The temperature of the liquid continues to fall, partly due to some inconsequential evaporation into the moving gas stream, but also due to the bicarbonization reaction that occurs between the previously formed sodium carbonate and the remaining "free" CO 2 , which is dissolved in the liquid.

(6) Равновесие продолжает сдвигаться в сторону бикарбоната и оптимизации концентрации исходного гидроксида, температур жидкости и газа, давлений, расходы потоков и скорости, крутизны и так далее могут быть осуществлены, вплоть до точки получения чистого бикарбоната (99%+).(6) The equilibrium continues to shift towards bicarbonate and optimize the concentration of the initial hydroxide, liquid and gas temperatures, pressures, flow rates and speeds, steepness and so on can be carried out, up to the point of obtaining pure bicarbonate (99% +).

На фиг.2B и 2C приведены результаты нескольких серий испытаний, проведенных с загрузкой-нагрузкой (в системе декарбонизации была создана конкретная концентрация NaOH, как показано на фиг.2A). Несколько ключевых точек иллюстрируются данными на фиг.2B и 2C:FIGS. 2B and 2C show the results of several series of load-load tests (a specific concentration of NaOH was created in the decarbonization system, as shown in FIG. 2A). Several key points are illustrated by the data in FIGS. 2B and 2C:

(1) Условия могут быть соответственно применены для воспроизводимого получения или чистого карбоната (эксперименты 4 и 14), или чистого бикарбоната (эксперименты 28 и 32) и могут быть отрегулированы для достижения различных результатов (или "ионных отношений" между крайними значениями 1,0-2,0).(1) The conditions can be accordingly applied to reproducibly produce either pure carbonate (experiments 4 and 14) or pure bicarbonate (experiments 28 and 32) and can be adjusted to achieve different results (or "ionic ratios" between the extreme values of 1.0 -2.0).

(2) Найдено, что размеры реактора, которые являются результатом этого исследования, для всех случаев со значительной абсорбцией, обеспечивающие расстояния для контакта газ-жидкость, обычно меньше чем 3 м, являются достаточными для достижения 90% абсорбции поступающих газов. Поэтому показано, что для того чтобы достигать скоростей абсорбции, соответствующих пределам термодинамической эффективности, следует проектировать короткие ступени с низким сопротивлением. Другими словами, физический способ удаления CO2 работает при уровнях абсорбции, которые могут, очевидно, соответствовать или превышать термодинамическую эффективность системы. Такие высокие скорости абсорбции (входящего газа, выходящего газа) не относят за счет энергии и, следовательно, за счет производства CO2. Поэтому поддержание скоростей абсорбции CO2 из потока и термодинамической эффективности установки в качестве двух четко различаемых величин является важным во избежание путаницы.(2) It was found that the dimensions of the reactor, which are the result of this study, for all cases with significant absorption, providing distances for gas-liquid contact, usually less than 3 m, are sufficient to achieve 90% absorption of the incoming gases. Therefore, it has been shown that in order to achieve absorption rates corresponding to the limits of thermodynamic efficiency, short stages with low resistance should be designed. In other words, the physical CO 2 removal method works at absorption levels that can obviously correspond to or exceed the thermodynamic efficiency of the system. Such high absorption rates (inlet gas, outlet gas) are not attributed to energy and, therefore, due to the production of CO 2 . Therefore, maintaining the rates of CO 2 absorption from the stream and the thermodynamic efficiency of the installation as two clearly distinguishable values is important to avoid confusion.

Результаты, приведенные на фиг.2B и 2C (абсорбция CO2 жидкостью) и ионное отношение в продукте (1,0 = бикарбонат, 2,0 = карбонат), изображены на фиг.2D и 2E. Несколько важных выводов может быть сделано на основании фиг.2B и 2C.The results shown in FIGS. 2B and 2C (absorption of CO 2 by liquid) and the ionic ratio in the product (1.0 = bicarbonate, 2.0 = carbonate) are depicted in FIGS. 2D and 2E. Several important conclusions can be made based on figv and 2C.

(1) Отмечаются мгновенные скорости абсорбции порядка 98% при одностадийной абсорбции входящего CO2.(1) Instantaneous absorption rates of about 98% are noted for one-stage absorption of incoming CO 2 .

a) Чистый бикарбонат (NaHCO3) получали в растворе в условиях, при которых абсорбировалось 25% входящего CO2 в одноступенчатой барботажной колонне при контакте газ-жидкость с глубиной 0,30 м глубина жидкости/расстояние контакта газ-жидкость. Экстраполяцией на 90% абсорбцию получаем, что 3 метра расстояния контакта является достаточным для абсорбции 90% входящего CO2.a) Pure bicarbonate (NaHCO 3 ) was obtained in solution under conditions in which 25% of the incoming CO 2 was absorbed in a single-stage bubble column at a gas-liquid contact with a depth of 0.30 m liquid depth / gas-liquid contact distance. By extrapolating to 90% absorption, we find that 3 meters of contact distance is sufficient to absorb 90% of the incoming CO 2 .

b) Чистый карбонат (Na2CO3) получали в растворе в условиях, при которых абсорбировалось 70% входящего CO2 в одноступенчатой барботажной колонне при контакте газ-жидкость с глубиной 0,30 м глубина жидкости/расстояние контакта газ-жидкость. Экстраполяцией на 90% абсорбцию получаем, что <2 метра расстояния контакта является достаточным для абсорбции 90% входящего CO2.b) Pure carbonate (Na 2 CO 3 ) was obtained in solution under conditions in which 70% of the incoming CO 2 was absorbed in a single-stage bubble column at a gas-liquid contact with a depth of 0.30 m liquid depth / gas-liquid contact distance. By extrapolating to 90% absorption, we obtain that <2 meters of contact distance is sufficient to absorb 90% of the incoming CO 2 .

c) Различная абсорбция в зависимости от соотношений карбонат иона в продуктах указывает, что между этими крайними точками существует непрерывный ряд растворов.c) Different absorption depending on the carbonate ion ratios in the products indicates that there is a continuous series of solutions between these extreme points.

(2) Жидкий абсорбент сохраняет свои абсорбционные характеристики в течение приемлемого для промышленности периодов времени (например, 15-240 минут в этих примерах).(2) The liquid absorbent retains its absorption characteristics for industry acceptable periods of time (e.g., 15-240 minutes in these examples).

(3) Входные переменные параметры реактора (концентрация, температура, давление, скорость газового потока, время контактирования и так далее) могут регулироваться для получения чистого бикарбоната, чистого карбоната или любой их смеси.(3) The input variables of the reactor (concentration, temperature, pressure, gas flow rate, contact time, etc.) can be adjusted to obtain pure bicarbonate, pure carbonate, or any mixture thereof.

(4) Использование этих лабораторных результатов для проектирования реактора с 90% абсорбцией CO2 приводит к величине меньше 3 м для расстояния контактирования газ-жидкость (например, приблизительно глубина жидкости, высота колонны) и 1 м для приемлемых промышленных процессов во многих областях.(4) Using these laboratory results to design a reactor with 90% CO 2 absorption results in a value of less than 3 m for gas-liquid contact distance (e.g., approximately liquid depth, column height) and 1 m for acceptable industrial processes in many areas.

Пример 4Example 4

Анализ НВЭ для различных химических условийNVE analysis for various chemical conditions

На фиг.5 приведена диаграмма, показывающая рабочие характеристики электролиза при низком напряжении для различных химических условий. На ней приведены некоторые типичные результаты, при которых мембранный электролизер для получения хлора и щелочи эксплуатируется при нестандартных условиях, а именно:Figure 5 is a diagram showing the performance characteristics of low voltage electrolysis for various chemical conditions. It shows some typical results in which a membrane electrolyzer for producing chlorine and alkali is operated under non-standard conditions, namely:

(1) pH анолита (протонированного рассола) корректируют с помощью замкнутого цикла pH, регулируемого путем добавления HCl (хлористоводородная кислота в воде) при pH 1,0, 2,5, и 5,0;(1) the pH of the anolyte (protonated brine) is adjusted using a closed pH cycle controlled by the addition of HCl (hydrochloric acid in water) at pH 1.0, 2.5, and 5.0;

(2) температуру анолита поддерживают при заданном значении с помощью замкнутого цикла потоков жидкости, нагреваемых электронагревателями; и(2) the anolyte temperature is maintained at a given value using a closed cycle of fluid flows heated by electric heaters; and

(3) напряжение регулируют для каждого условия жидкость/протонирование/температура с помощью регистрации электрического тока, достигаемого 0,01 м2 электролизером для получения хлора и щелочи.(3) the voltage is regulated for each liquid / protonation / temperature condition by recording the electric current reached by 0.01 m 2 by the electrolyzer to produce chlorine and alkali.

На фиг.5 обращает на себя внимание набор экспериментальных данных этого примера, которыйе является графиками реального экспериментального напряжения в зависимости от тока (выраженного в плотностях тока, килоампер/м2, указанных на графике) для 0,01 м2 электролизера, 13 мм расстояние между электродами, эксплуатируемого при различных комбинациях температуры и степени протонирования жидкого рассола анолита (регулируемой в этой серии экспериментов с помощью замкнутого цикла pH, регулируемого путем добавления HCl(л) к циклу рассола).Figure 5 draws attention to the set of experimental data of this example, which is a graph of the actual experimental voltage versus current (expressed in current densities, kiloampere / m 2 indicated on the graph) for 0.01 m 2 of the electrolyzer, 13 mm distance between electrodes operated at various combinations of temperature and degree of protonation of the anolyte liquid brine (controlled in this series of experiments using a closed pH cycle controlled by adding HCl (l) to the brine cycle).

Обращает внимание следующие моменты, относящиеся к этим типичным результатам на фиг.5:Noteworthy are the following points related to these typical results in FIG. 5:

(1) При высоких напряжениях (5 В), которые обычно используют в таких электролизерах для получения хлора и щелочи, достигается максимальный ток (и для данного электролизера, следовательно, максимальная плотность тока).(1) At high voltages (5 V), which are usually used in such electrolysis cells to produce chlorine and alkali, the maximum current is achieved (and for this electrolyzer, therefore, the maximum current density).

(2) При более высокой температуре рассола при одном и том же pH устанавливается более высокая плотность тока при данном напряжении.(2) At a higher brine temperature at the same pH, a higher current density at a given voltage is established.

(3) При более низком pH рассола устанавливается более высокая плотность тока при данном напряжении по сравнению с более высоким pH рассола.(3) At a lower pH of the brine, a higher current density at a given voltage is established compared to a higher pH of the brine.

(4) Эти общие тенденции (более высокая температура, более высокая концентрация кислоты) могут быть оптимизированы с помощью стандартных методик планирования экспериментов для проектирования размеров/компонентов каждого индивидуального электролизера с получением оптимума (kA/м2·В) для этого электролизера. Аналогичный эксперимент на любом электролизере для получения хлора и щелочи при повышенном рабочем давлении приводит к выводу, что повышенное рабочее давление также повышает (kA/м2·В).(4) These general trends (higher temperature, higher acid concentration) can be optimized using standard experimental design techniques to design the sizes / components of each individual cell to obtain the optimum (kA / m 2 · V) for this cell. A similar experiment on any electrolyzer to produce chlorine and alkali at an increased working pressure leads to the conclusion that an increased working pressure also increases (kA / m 2 · V).

(5) Наклон этих линий (ΔV/ΔA) исходно является большим, с относительно большими падениями напряжения, происходящими с относительно низкими падениями тока/плотности тока; однако после того как достигается точка перегиба кривой (приблизительно (2,5 В, 10 A/0,01 м2) последующие снижения напряжения приводят к более резким снижениям тока и, следовательно, плотности тока.(5) The slope of these lines (ΔV / ΔA) is initially large, with relatively large voltage drops occurring with relatively low current / current density drops; however, after reaching the inflection point of the curve (approximately (2.5 V, 10 A / 0.01 m 2 ), subsequent voltage drops lead to sharper decreases in current and, therefore, current density.

(6) Эта точка перегиба и ее окрестности для рабочих условий представляет собой оптимальное компромиссное решение для соотношения напряжение и силы тока и плотности тока для эффективности с экономической точки зрения. Оптимизация при стандартном методе планирования эксперимента позволяет достигать оптимального условия низкого напряжения для любого реального электролизера варианта осуществления изобретения.(6) This inflection point and its surroundings for operating conditions is an optimal compromise solution for the ratio of voltage and current to current density for efficiency from an economic point of view. Optimization with the standard method of experimental design allows you to achieve the optimal low voltage conditions for any real cell of an embodiment of the invention.

(7) В контексте только этого примера, условие для анолита, включающие pH 1,0, 90°C, имеют наилучшую вольт-амперную характеристику и, следовательно, оптимальную рабочую линию, представленную среди этих различных приводимых рабочих линий.(7) In the context of this example only, conditions for anolyte, including pH 1.0, 90 ° C, have the best current-voltage characteristics and, therefore, the optimal working line presented among these various driven lines.

(8) Главным недостатком электролиза при низком напряжении является сопутствующее снижение плотности тока; kA/м2 снижается со снижением напряжения. Так как система может производить одинаковое число Na+ ионов для абсорбции одинакового количества диоксида углерода, м2 площадь поверхностей мембран должна пропорционально увеличиваться; например, если плотность тока упадет на 50%, тогда потребуется мембрана с площадью поверхности в два раза больше для производства достаточного количества жидкого абсорбента. Это сильно влияет на стоимость установки, так как стоимость установки получения хлора и щелочи почти пропорциональна площади поверхности мембраны. Электролиз при низком напряжении дает ряд преимуществ, которые могут, в конкретных вариантах осуществления изобретения, позволить оптимизировать режимы при низком напряжении, которые компенсируют значительно или полностью этот недостаток необходимости большой площади поверхности мембран. А именно, срок службы мембран и компонентов электролизера, которые эксплуатируются в более мягких/менее энергоемких условиях, которые могут увеличить срок службы электролизера и/или мембраны, может быть проверен на практике. Проектирование специально для условий с низким напряжением может сопровождаться некоторой возможностью предъявлять менее строгие требования к определенным материалам и эксплуатационным показателям, которые не являются такими важными в вариантах осуществления, в которых используют низкое напряжение. Некоторые из этих степеней свободы при проектировании могут приводить к электролизерам с низкой стоимостью, которые частично или полностью компенсируют увеличение стоимости мембран электролизеров, изначально происходящее из-за эксплуатации при низком напряжении/низкой плотности тока. В этих и многих других путях, системы НВЭ, несмотря на то что они требуют большей площади поверхности мембраны, чем стандартные электролизеры с мембранной для получения хлора и щелочи для производства одно и того же количества NaOH, могут полностью или частично снизить некоторые из этих дополнительных затрат и эксплуатационные расходы.(8) The main disadvantage of electrolysis at low voltage is the concomitant decrease in current density; kA / m 2 decreases with decreasing voltage. Since the system can produce the same number of Na + ions to absorb the same amount of carbon dioxide, m 2 the surface area of the membranes should proportionally increase; for example, if the current density drops by 50%, then a membrane with a surface area twice as large is required to produce a sufficient amount of liquid absorbent. This greatly affects the installation cost, since the installation cost of producing chlorine and alkali is almost proportional to the surface area of the membrane. Low voltage electrolysis provides a number of advantages that, in specific embodiments of the invention, can optimize low voltage conditions that compensate significantly or completely for this drawback of the need for a large surface area of the membranes. Namely, the service life of membranes and electrolytic cell components that are operated under milder / less energy-intensive conditions that can extend the life of the cell and / or membrane can be tested in practice. Designing specifically for low voltage conditions may be accompanied by some ability to impose less stringent requirements on certain materials and performance that are not so important in embodiments in which low voltage is used. Some of these degrees of freedom in design can lead to low cost electrolyzers that partially or fully compensate for the increase in the cost of electrolytic cell membranes, which was originally due to low voltage / low current density operation. In these and many other ways, NVE systems, although they require a larger membrane surface area than standard electrolytic cells with a membrane to produce chlorine and alkali to produce the same amount of NaOH, can completely or partially reduce some of these additional costs and operating costs.

(9) Компромисс между преимуществом (низким напряжением и, следовательно, более низким потреблением электроэнергии) и недостатком (более высокая площадь поверхности и снижение плотности тока) может быть оптимизирован с помощью методики, описанной в примере 7. Для рабочей характеристики рН 1,0/90°C, изображенной на фиг.5 (которая для этого небольшого набора условий примера является наилучшей V/I характеристикой для эксплуатации НВЭ), можно вычислить Voptlve, и из вышеприведенной зависимости может быть получено Ioptlve. Следовательно, для данных размеров конструкции электролизера могут быть осуществлены все условия по температуре, давлению, концентрации рассола, степени протонирования, выборок мембраны и так далее, для получения наилучшей V/I кривой или рабочей линии, и затем оптимальная точка на этой кривой может быть вычислена методом из примера 7. В этом случае Voptlve составляет 2,88 В и плотность тока Ioptlve составляет 1,04 kA/м2.(9) The trade-off between the advantage (low voltage and therefore lower power consumption) and the disadvantage (higher surface area and lower current density) can be optimized using the methodology described in Example 7. For a working characteristic of pH 1.0 / 90 ° C shown in FIG. 5 (which, for this small set of example conditions, is the best V / I characteristic for operating the NEE), Voptlve can be calculated, and Ioptlve can be obtained from the above relationship. Therefore, for these sizes of the design of the electrolytic cell, all conditions can be fulfilled in terms of temperature, pressure, brine concentration, degree of protonation, membrane samples, and so on, to obtain the best V / I curve or working line, and then the optimal point on this curve can be calculated by the method of Example 7. In this case, Voptlve is 2.88 V and the current density Ioptlve is 1.04 kA / m 2 .

(10) В примере 7 ток при Vopt=2,88 в составляет приблизительно 5 A в случаях небольшого протонирования и/или низкой температуры. В этом же примере этот ток (и, следовательно, плотность тока) был более чем в два раза больше, то есть 10,4 A.(10) In Example 7, the current at Vopt = 2.88 V is approximately 5 A in cases of slight protonation and / or low temperature. In the same example, this current (and, therefore, the current density) was more than twice as large, i.e. 10.4 A.

(11) Дополнительное протонирование рассола, температура, давление, концентрация, геометрическая компоновка компонентов электролизера, электрические поля и условия могут быть аналогично оптимизированы для получения наилучшего показателя (kA/м2·В), но само по себе протонирование увеличивает количество получаемого стехиометрического водорода, тем самым повышая окупаемость энергии системы. Важно отметить, что оптимизация для наименьшей энергии абсорбции/конверсии CO2 может быть достигнута путем также оптимизации показателя (kA/м2·В) системы, который понижает энергию, требуемую для получения жидкого абсорбента, но который одновременно оптимизирует водород, доступный для рекуперации энергии (и затем оптимизирует эффективность, с которой извлекают энергию этого доступного водорода), полная энергия для процесса может быть оптимизирована до ее самого низкого значения для данного электролизера конкретной конструкции.(11) Additional protonation of the brine, temperature, pressure, concentration, geometric arrangement of the electrolytic cell components, electric fields and conditions can be similarly optimized to obtain the best value (kA / m 2 · V), but protonation per se increases the amount of stoichiometric hydrogen produced, thereby increasing the return on energy of the system. It is important to note that optimization for the lowest CO 2 absorption / conversion energy can also be achieved by optimizing the indicator (kA / m 2 · V) of the system, which lowers the energy required to produce a liquid absorbent, but which also optimizes the hydrogen available for energy recovery (and then optimizes the efficiency with which the energy of this available hydrogen is extracted), the total energy for the process can be optimized to its lowest value for a given cell of a particular design.

(12) Исходя из того, что варианты осуществления настоящего изобретения могут эффективно абсорбировать CO2 чрезвычайно разбавленными гидроксидами (было продемонстрировано 0,2M и ниже) по сравнению с концентрированным гидроксидом, обычно получаемым при производстве хлора и щелочи (обычно 33-35% по массе, затем концентрируют дополнительно с помощью выпарки), конструкция электролизеров для получения хлора щелочи для эксплуатации при низкой концентрации (а также эксплуатации при низком напряжении) может обеспечивать новые степени свободы для оптимизации конструкции при этих нестандартных условиях.(12) On the basis that embodiments of the present invention can efficiently absorb CO 2 with extremely dilute hydroxides (0.2M or less was demonstrated) compared to the concentrated hydroxide typically obtained in the production of chlorine and alkali (usually 33-35% by weight , then concentrated additionally by evaporation), the design of electrolyzers for the production of alkali chlorine for operation at low concentration (as well as operation at low voltage) can provide new degrees of freedom for opt imitation of construction under these non-standard conditions.

Варианты осуществления настоящего изобретения неспособны получать больше энергии водорода, чем энергия, пошедшая на получение этого водорода. В противном случае результатом будет нарушение второго закона термодинамики. Это накладывает ограничение на минимальное напряжение, которое может быть приложено к электролизеру. Предполагая 100% эффективность при возврате водорода и используя энергосодержание 39000 кВч/тонна H2 (справочное значение Службы энергетической информации, EIA, США), для минимального напряжения можно получить значение 1,55 В. Специалист в этой области может для любой системы с данной эффективностью возврата водород/электричество и выбранным значением для энергосодержанием системы рассчитать минимально достигаемое напряжение для этой системы.Embodiments of the present invention are unable to receive more hydrogen energy than the energy used to produce this hydrogen. Otherwise, the result will be a violation of the second law of thermodynamics. This imposes a limitation on the minimum voltage that can be applied to the cell. Assuming 100% efficiency in the return of hydrogen and using an energy content of 39,000 kWh / ton H 2 (reference value of the Energy Information Service, EIA, USA), for a minimum voltage, you can get a value of 1.55 V. A specialist in this field can for any system with this efficiency return hydrogen / electricity and the selected value for the energy content of the system, calculate the minimum attainable voltage for this system.

На практике, термодинамические неэффективности (включая, но этим не ограничивая, I2R потери, неэффективное использование тока в электролизере, потери отходящего тепла и так далее) и требование небольшого перенапряжения для эксплуатации повышает минимальное напряжение, достижимое для данного электролизера. Вышеприведенные цифры изменяются слабо в зависимости от величины "a," степени протонирования, хотя она изменяет количество водорода, доступного для рекуперации энергии.In practice, thermodynamic inefficiencies (including, but not limited to, I2R losses, inefficient use of current in the cell, waste heat loss, and so on) and the requirement of a small overvoltage for operation increases the minimum voltage achievable for a given cell. The above figures vary slightly depending on the value of "a," the degree of protonation, although it changes the amount of hydrogen available for energy recovery.

При этом плотность тока при низком напряжении определяет величину площадей электролиза (сильно влияющих на капитальные затраты), требуемых для производства количества каустика, и при минимальном напряжении требуемая площадь является чрезвычайно большой. Следовательно, для эксплуатации требуется некоторое напряжение выше минимального напряжения, величина, выбираемая при проектировании в зависимости от компромисса капитальные затраты/экологическая эффективность. Выход по току (доля тока, потраченная на производство продукта) падает при низком напряжении, поэтому оптимизация эксплуатации электролиза при низком напряжении не является тем же самым, что и достижение условия эксплуатации только при низком напряжении. Действующие процессы проектируют для эксплуатации при НВЭ режиме (ниже 5 В) и при этих напряжениях ниже 5 в расход электроэнергии относительно традиционных методов значительно увеличивается.In this case, the current density at low voltage determines the magnitude of the electrolysis areas (strongly affecting capital costs) required to produce the amount of caustic, and at minimum voltage the required area is extremely large. Therefore, for operation, some voltage is required above the minimum voltage, the value chosen during the design, depending on the compromise, capital costs / environmental efficiency. The current efficiency (the fraction of the current spent on the production of the product) drops at low voltage, so optimizing the operation of electrolysis at low voltage is not the same as achieving the operating condition only at low voltage. The existing processes are designed for operation in the NVE mode (below 5 V) and at these voltages below 5 V, the energy consumption relative to traditional methods increases significantly.

Пример 5Example 5

Термодинамика проектирования крупномасштабной установкиThermodynamics of large-scale plant design

Для этого примера описана модельная установка (включающая конкретные варианты осуществления настоящего изобретения), характеризующаяся режимом для полномасштабной работающей установки, и определяется количественно энергия, необходимая для извлечения данного количества CO2, которая ограничивается внутри статистических пределов различными средствами и методами, включая следующие:For this example, a model plant is described (including specific embodiments of the present invention), characterized by a mode for a full-scale plant, and the amount of energy required to extract a given amount of CO 2 is quantified, which is limited within statistical limits by various means and methods, including the following:

(1) Термодинамическая эффективность (∂CO2/∂E) может быть аппроксимирована как ΔCO2/ΔE для достаточно коротких интервалов изменений E (энергий).(1) Thermodynamic efficiency (∂CO 2 / ∂E) can be approximated as ΔCO 2 / ΔE for sufficiently short intervals of changes in E (energies).

(2) Определенные упрощающие допущения могут быть сделаны относительно проектирования установки, такие как представленные на фиг.9A, среди них:(2) Certain simplifying assumptions can be made regarding the design of the installation, such as those presented in figa, among them:

a) Основное расходование энергии происходит в процессе электролиза; расход энергии на перекачивание, сжатие, регулирование и так далее считают минимальным относительно затрачиваемой энергии на получение реагентов (электролиз) и при рекуперации энергии водорода. Эти величины принимают равными нулю или <0,1% от энергии, потребляемой в операциях электролиза.a) The main expenditure of energy occurs in the process of electrolysis; energy consumption for pumping, compression, regulation, and so on is considered minimal relative to the energy expended in obtaining reagents (electrolysis) and in the recovery of hydrogen energy. These values are taken equal to zero or <0.1% of the energy consumed in electrolysis operations.

b) Потребляемая электролизом энергия может быть представлена приблизительно следующим уравнением:b) The energy consumed by electrolysis can be represented approximately by the following equation:

Eout=V*I*EFFcurrent,Eout = V * I * EFFcurrent,

где V=напряжение на работающем электролизере,where V = voltage at the working cell,

I=ток, необходимый для получения химических продуктов электрохимической полуреакцией, включая больше чем 1:1 стехиометрию, вызванную протонированием рассола. В примере используется 0,05 HCl/NaCl отношение протонирующих ионов, потребляемых в электролизе.I = current required to produce chemical products by electrochemical half-reaction, including more than 1: 1 stoichiometry caused by protonation of the brine. The example uses the 0.05 HCl / NaCl ratio of protonating ions consumed in electrolysis.

EFFcurrent=выход по току, определяемый количеством тока, использованного в фактическом получении химических соединений, причем остаток теряют с I2R потерями и так далее. Величиной, используемой в примере, является 97%; каждый электролизер имеет свой собственный уникальный выход по току, который понижается и изменяется в течение срока службы электролизера.EFFcurrent = current output, determined by the amount of current used in the actual production of chemical compounds, with the remainder being lost with I2R losses and so on. The value used in the example is 97%; Each cell has its own unique current output, which decreases and changes over the life of the cell.

c) Энергия, извлекаемая при сжигании водорода (независимо от того каким образом, сжигание в виде котельного газа, сжигание в топливном элементе и так далее), выражается как:c) The energy extracted from the combustion of hydrogen (regardless of how, combustion in the form of boiler gas, combustion in a fuel cell, etc.) is expressed as:

Ein=39000 кВт·ч/тонна сжатого H2*тонну H2*EFFdc,Ein = 39000 kWh / ton of compressed H 2 * ton of H 2 * EFFdc,

где тонны H2=тонны водорода, полученные при помощи процесса, включая водород, полученный при стехиометрии более чем 1:1, вызванной протонированием рассола.where tons of H 2 = tons of hydrogen obtained by the process, including hydrogen obtained by stoichiometry of more than 1: 1, caused by protonation of the brine.

EFFdc=эффективность процесса извлечения водорода при превращении начальной энергии газообразного водорода в постоянный электрический ток. 60% произведенной энергии водорода извлекается в постоянный ток. Это является эффективностью по готовому к использованию постоянному току топливных элементов водород/атмосферный кислород; аналогичное значение получают для процесса сжатия водорода (стоимость которого составляет 15% его энергии для осуществления) и затем, полагая, что 85% энергии водорода возвращается в процессах, потребляющих водород, таких как процессы гидрирования, процессы реформинга бензина и так далее.EFFdc = Efficiency of the hydrogen extraction process when the initial energy of hydrogen gas is converted into direct electric current. 60% of the generated hydrogen energy is extracted into direct current. This is a ready-to-use direct current hydrogen / atmospheric oxygen fuel cell; a similar value is obtained for the process of hydrogen compression (the cost of which is 15% of its energy for implementation) and then, assuming that 85% of the hydrogen energy is returned in hydrogen-consuming processes, such as hydrogenation processes, gasoline reforming processes, and so on.

d) Возвращаемую энергию из утилизации отходящего тепла извлекали из тепла входящего потока топочного газа. Входящие нагретые газы охлаждают при их поступлении в процесс. В некоторых вариантах осуществления изобретения это охлаждение может быть осуществлено путем абсорбции отходящего тепла и превращения этого тепла в постоянный электрический ток, который может быть использован для того, чтобы дополнить/полностью обеспечить энергию/повысить энергию процесса, который составляет изобретение. В этом примере дополнительная утилизация отходящего тепла не предусмотрена.d) The return energy from the waste heat recovery was extracted from the heat of the incoming flue gas stream. Incoming heated gases are cooled when they enter the process. In some embodiments of the invention, this cooling can be carried out by absorbing the waste heat and converting this heat into direct electric current, which can be used to supplement / fully provide energy / increase the energy of the process that makes up the invention. In this example, no additional waste heat recovery is provided.

Модель установки для этого примера включает моделирование топочного газа, выходящего из энергоустановки при нормальном рабочем режиме, как показано на фиг.9B. Это включает значительные допущения относительно состава топлив, эффективности самих процессов сжигания, относительную пропорцию элементов в процессах сжигания и так далее. Допущения для этого примера приведены на фиг.9B и они соответствуют выходу топочного газа типичной энергоустановки, работающей на буром угле с тепловой мощностью 10000 BTU/кВт·ч.The plant model for this example includes simulating flue gas exiting a power plant under normal operating conditions, as shown in FIG. 9B. This includes significant assumptions regarding the composition of fuels, the efficiency of the combustion processes themselves, the relative proportion of elements in the combustion processes, and so on. The assumptions for this example are shown in FIG. 9B and correspond to the flue gas outlet of a typical brown coal-fired power plant with a thermal power of 10,000 BTU / kWh.

Для данного выхода топочного газа необходим гидроксид, потребность в котором может быть вычислена. Здесь следует ввести несколько допущений. Отношение ионов ("ионное отношение" является отношением Na/C в абсорбции/реакции конверсии) является таким же, как и отношение этих элементов в образующихся твердых продуктах. В случае чистого бикарбоната величина будет равна 1,0, в случае чистого карбоната величина будет равна 2,0, и для смесей бикарбоната и карбоната величина будет лежать между 1,0 и 2,0. Вычисление потребности в щелочи для этого примера приведено на фиг.9C. Для примера, приведенного на фиг.9C, ионное отношение составляет 1,0.For a given flue gas outlet, hydroxide is needed, the need for which can be calculated. A few assumptions should be made here. The ion ratio (“ion ratio” is the Na / C ratio in the absorption / conversion reaction) is the same as the ratio of these elements in the resulting solid products. In the case of pure bicarbonate, the value will be 1.0, in the case of pure carbonate, the value will be 2.0, and for mixtures of bicarbonate and carbonate, the value will be between 1.0 and 2.0. The calculation of alkali requirements for this example is shown in FIG. 9C. For the example shown in figs, the ionic ratio is 1.0.

Для данной потребности в гидроксиде существует соответствующие потребности при электролизе, основанные на количестве воды, соли, квадратных метров площади поверхности мембраны (скалярная величина для электролизеров этого рода) и плотности тока (сама по себе является функцией конструкции электролизера, химизма процесса и условий эксплуатации; здесь используется показатель 3 кA/м2). Эти вычисления потребностей при электролизе для этого примера приведены на фиг.9D.For this need for hydroxide, there are corresponding electrolysis needs based on the amount of water, salt, square meters of the membrane surface area (scalar value for electrolyzers of this kind) and current density (in itself is a function of the electrolyzer design, chemistry of the process and operating conditions; here an indicator of 3 kA / m 2 is used ). These calculations of electrolysis needs for this example are shown in Fig. 9D.

Для данного количества тока электролиза при условиях протонирования образуется данное количество газообразного водорода, который сам по себе представляет количество энергии, доступной для извлечения, или водород используют химически в других технологиях. В этом примере водород превращают в постоянный ток, используя топливный элемент, работающий при EFFdc=60%.For a given amount of electrolysis current under protonation conditions, a given amount of hydrogen gas is generated, which in itself represents the amount of energy available for extraction, or hydrogen is used chemically in other technologies. In this example, hydrogen is converted to direct current using a fuel cell operating at EFFdc = 60%.

Для данного количества перерабатываемого топочного газа имеется определенное содержание отходящего тепла, которое может быть извлечено из него при определенной эффективности конверсии в постоянный ток, и это извлекаемое электричество может быть использовано для того, чтобы дополнять постоянный ток, потребляемый в электролизе. Отходящее тепло для этого примера приведено на фиг.9E, с эффективностью, выбранной в этом случае равной 25%, величиной, которую превышают различные методы получения постоянного тока из отходящего тепла, существующие в настоящее время в этой области.For a given amount of flue gas being processed, there is a certain amount of waste heat that can be extracted from it with a certain conversion efficiency into direct current, and this recoverable electricity can be used to supplement the direct current consumed in electrolysis. The waste heat for this example is shown in FIG. 9E, with an efficiency selected in this case of 25%, a value that is exceeded by the various methods for generating direct current from the waste heat currently existing in this area.

Приведенные здесь индивидуальные компоненты ввода и вывода энергии, результирующий эффект этих переносов энергии может быть суммирован, как на фиг.9F. Здесь, энергии представлены в кВт-часах и в качестве процентов от мощности основной установки, и показано вычисление экологической эффективности для этого примера.The individual energy input and output components given here, the resulting effect of these energy transfers can be summarized, as in FIG. 9F. Here, energies are presented in kWh and as a percentage of the power of the main unit, and the calculation of environmental efficiency for this example is shown.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, дополнительный H2/Cl2 топливный элемент может быть использован для сжигания газообразных водорода и хлора с целью возврата HCl, используемой для протонирования рассола. В частности, может быть рециркулировано "сверхстехиометрическое" количество HCl, и теоретически, может быть устранена необходимость в запасе HCl, добавляемой в систему. В реальной практике, определенное количество подпитывающей HCl должно периодически добавляться в систему. Сжигание H2 в Cl2 дает больше энергии, чем сжигание H2/O2. Таким образом получается небольшое количество дополнительной энергии. Однако топливные элементы не являются по своей природе абсолютно эффективными, поэтому "выигрыш" в энергии от использования хлора в качестве окислителя более чем перекрывается потерями, присущими методу извлечения. Следовательно, в этом примере считают, что эти эффекты взаимно уничтожаются и сводятся к нулю. Поэтому два эффекта в некоторой степени компенсируют друг друга, но, однако, приводят к общим потерям. Однако эффект присутствия дополнительных протонов при электролизе должен резко катализировать получение NaOH при низких напряжениях и приводить к высокому значению (кA/м2·В) при этих низких напряжениях. Следовательно, для любой данной установки может быть проведена оптимизация переработки данного количества H2/Cl2 в HCl и протонирования входящего рассола этим количеством HCl. При некотором оптимальном значении (которое обычно находится между a=0,05 и a=1,0 M, или около pH 1 при 90°C) потери топливного элемента водород/хлор (которые превосходят небольшой выигрыш, обеспечиваемый хлором по сравнению с окислением кислородом) и выигрыши в энергии для гидроксида (лучшее значение кA/м2·В) будут одновременно оптимальными для всей системы. Следует отметить, что в этом примере рассчитано только сжигание H2/O2; сжигание H2/Cl2 имеет небольшой термодинамический выигрыш из-за более высокой интенсивности окисления хлором, но противодействующий эффект неэффективности топливного элемента способствует слегка отрицательному, но рассматриваемому как минимальному эффекту.In some embodiments of the present invention, an additional H 2 / Cl 2 fuel cell may be used to burn hydrogen and chlorine gas to recover the HCl used to protonate the brine. In particular, a “super-stoichiometric” amount of HCl can be recycled, and theoretically, the need for a stock of HCl added to the system can be eliminated. In real practice, a certain amount of HCl recharge should be periodically added to the system. Burning H 2 in Cl 2 gives more energy than burning H 2 / O 2 . Thus, a small amount of additional energy is obtained. However, fuel cells are not inherently completely efficient in nature, so the “gain” in energy from using chlorine as an oxidizing agent is more than offset by losses inherent in the extraction method. Therefore, in this example, it is believed that these effects are mutually annihilated and are reduced to zero. Therefore, the two effects to some extent cancel each other, but, however, lead to general losses. However, the effect of the presence of additional protons during electrolysis should sharply catalyze the production of NaOH at low voltages and lead to a high value (kA / m 2 · V) at these low voltages. Therefore, for any given installation, optimization can be made of processing a given amount of H 2 / Cl 2 into HCl and protonating the incoming brine with this amount of HCl. At a certain optimum value (which is usually between a = 0.05 and a = 1.0 M, or near pH 1 at 90 ° C), the hydrogen / chlorine fuel cell losses (which are superior to the small gain provided by chlorine compared to oxygen oxidation ) and energy gains for hydroxide (the best value of kA / m 2 · V) will be simultaneously optimal for the entire system. It should be noted that in this example, only the burning of H 2 / O 2 is calculated; burning of H 2 / Cl 2 has a small thermodynamic gain due to the higher rate of chlorine oxidation, but the counteracting effect of the fuel cell inefficiency contributes to a slightly negative, but considered as a minimal effect.

A. Вычисление экологической эффективностиA. Calculation of environmental performance

Вычисление экологической эффективности (∂CO2/∂E) и ΔCO2/ΔE для этого примера было осуществлено следующим образом:The calculation of environmental efficiency (∂CO 2 / ∂E) and ΔCO 2 / ΔE for this example was carried out as follows:

(1) Было предположено, что имеется три установки:(1) It has been suggested that there are three installations:

a) Основная энергетическая установка (приведенная в качестве примера в модели отходящего газа на фиг.9B).a) The main power plant (shown as an example in the model of the exhaust gas in figv).

b) Установка абсорбции/конверсии CO2 (которая требует дополнительной энергии для переработки топочного газа из основной энергетической установки и возвращает часть этой энергии путем сжигания водорода или за счет рассчитанной энергии водорода, если водород является конечным продуктом и его не сжигают).b) CO 2 absorption / conversion plant (which requires additional energy to process the flue gas from the main power plant and returns part of this energy by burning hydrogen or using the calculated hydrogen energy if hydrogen is the final product and is not burned).

c) Третья дополнительная энергетическая установка, которая обеспечивает энергию, необходимую для установки абсорбции/конверсии CO2. В этом примере предполагалось, что характеристики этой энергетической установки являются такими же, как и у основной установки.c) A third additional power plant that provides the energy needed for the CO 2 absorption / conversion plant. In this example, it was assumed that the characteristics of this power plant are the same as those of the main plant.

(2) Следующие аспекты, относящиеся к CO2 и израсходованной энергии при переработке 100% основной энергетической установки, были затем вычислены:(2) The following aspects related to CO 2 and energy consumed in the processing of 100% of the main power plant were then calculated:

a) CO2 из основной установки (модель топочного газа).a) CO 2 from the main unit (flue gas model).

b) Энергия, производимая основной установкой.b) Energy produced by the main unit.

c) Чистая затрата энергии, потребляемой процессом абсорбции/конверсии CO2.c) The net consumption of energy consumed by the process of absorption / conversion of CO 2 .

d) Чистая затрата энергии, потребляемой дополнительной энергетической установкой, предполагается такой же, как и чистая затрата энергии, потребляемой процессом абсорбции/конверсии CO2.d) The net energy input consumed by the additional power plant is assumed to be the same as the net energy input consumed by the CO 2 absorption / conversion process.

e) Предполагается, что CO2, производимый дополнительной установкой, пропорционален энергии, производимой дополнительной установкой, и с такими же ΔCO2/ΔE, как и для основной установки.e) It is assumed that the CO 2 produced by the additional installation is proportional to the energy produced by the additional installation and with the same ΔCO 2 / ΔE as for the main installation.

(3) Следующие результаты для выше приведенных вычислений были получены:(3) The following results for the above calculations were obtained:

a) Основная установка - установка с тепловой мощностью 10000, производящая 1 ГВт непрерывно в течение одного года в качестве базиса, производит 8,76 гигаватт-час каждый год и производит в качестве базиса 7446068 тонн CO2 в год, в среднем 1176 кВт-час/тонна CO2.a) The main installation - a plant with a thermal capacity of 10,000, producing 1 GW continuously for one year as a basis, produces 8.76 gigawatt-hours each year and produces 7446068 tons of CO 2 per year as an basis, an average of 1176 kWh / tonne of CO 2 .

b) Установка абсорбции/конверсии CO2 - для этого примера вычисления (a=0,10, режим 2,1 В, производится чистый бикарбонат, 15% энергии водорода потребляется для сжатия, затраты на перекачивание/сжатие и преимущества утилизации отходящего тепла не учитываются), 3,648 гигаватт-час требуется для абсорбции/конверсии 100% основной установки.b) CO 2 absorption / conversion unit - for this calculation example (a = 0.10, 2.1 V mode, pure bicarbonate is produced, 15% of the hydrogen energy is consumed for compression, the costs of pumping / compression and the benefits of waste heat recovery are not taken into account ), 3,648 gigawatt-hours is required for the absorption / conversion of 100% of the main installation.

c) Дополнительная энергетическая установка - установка в этом примере производит энергию, потребляемую установкой абсорбции/конверсии CO2, 3,648 гигаватт-час, и сама производит (исходя из выше указанной величины 1176 кВт-час/тонна CO2) суммарно 3101209 тонн CO2, которые, как предполагается, выбрасываются в атмосферу.c) Additional power plant - the plant in this example produces the energy consumed by the CO 2 absorption / conversion plant, 3,648 gigawatt-hours, and itself produces (based on the above value 1176 kWh / ton CO 2 ) a total of 3101209 tons of CO 2 , which are supposed to be released into the atmosphere.

d) Суммарная генерируемая энергия составляет следовательно 12,48 гигаватт-час. Суммарная поставляемая энергия составляет следовательно, 8,76 гигаватт-час. Суммарный генерируемый CO2 составляет, следовательно, 10,55 мегатонн. Суммарный выброс CO2 составляет, следовательно, 3,101 мегатонны. 29,1% суммарной энергии потребляется в процессе абсорбции/конверсии CO2. Потребляется 71,9% суммарного CO2.d) The total energy generated is therefore 12.48 gigawatt-hours. The total energy supplied is therefore 8.76 gigawatt-hours. The total CO 2 generated is therefore 10.55 megatons. The total CO 2 emission is therefore 3,101 megatons. 29.1% of the total energy is consumed in the process of absorption / conversion of CO 2 . 71.9% of the total CO 2 is consumed.

Несколько ключевых точек иллюстрируются вышеприведенными вычислениями:Several key points are illustrated by the above calculations:

(1) Арифметически продемонстрировано, что могут быть использованы следующие формулы:(1) Arithmetically demonstrated that the following formulas can be used:

% потребленной энергии = 1-% потребленного CO2 % energy consumed = 1-% CO 2 consumed

% потребленного CO2 = 1-% потребленной энергии% CO 2 consumed = 1-% energy consumed

Это образует рабочую линию, называемую единой рабочей линией, приведенной на фиг.9A.This forms a working line, called a single working line, shown in figa.

(2) Для этого примера (∂CO2/∂E) и ΔCO2/ΔE алгебраически идентичны, а именно:(2) For this example (∂CO 2 / ∂E) and ΔCO2 / ΔE are algebraically identical, namely:

ΔCO2/ΔE=(∂CO2/∂E)=0,291/0,719=0,41ΔCO 2 / ΔE = (∂CO 2 / ∂E) = 0.291 / 0.719 = 0.41

Далее могут быть дополнительно смоделированы экстраполированные случаи, в которых, CO2, выбрасываемый дополнительной энергетической установкой, сам подвергается процессу абсорбции/конверсии СO2 в другой установке #2 соответственно меньшей мощности, и эта установка #2 абсорбции/конверсии соответственно снабжается энергией с дополнительной энергетической установки #2 и так далее, что приводит к таким результатам, как в таблице 2 для первых пяти серий итераций. Further, extrapolated cases can be modeled in which the CO 2 emitted by the additional power plant is itself subjected to the process of absorption / conversion of CO 2 in another plant # 2 of correspondingly lower power, and this absorption / conversion plant # 2 is respectively supplied with energy with additional energy installation # 2 and so on, which leads to results such as in table 2 for the first five series of iterations.

ТАБЛИЦА 2TABLE 2 Энергетическая
установка
Energy
setting
Производит
CO2
(мегатонн)
Produces
CO 2
(megatons)
Производит
энергию
(кВт-час)
Produces
the energy
(kWh)
Абсорбированное количествоAbsorbed amount Необходимая
подводимая
энергия
Necessary
brought
energy
БазисBasis 74460687446068 87600000008760000000 74460687446068 36484482673648448267 Итерация 2Iteration 2 31012093101209 15195404971519540497 Итерация 3Iteration 3 12916211291621 632872705632872705 Итерация 4Iteration 4 537947537947 263584854263584854 Энергетическая
установка
Energy
setting
Дополни-тельный
CO2
Additional
CO 2
% суммарной E% of total E % суммарного CO2 % of total CO 2 Экологическая
эффективность
(∂CO2/∂E)
Environmental
efficiency
(∂CO 2 / ∂E)
БазисBasis 31012093101209 29%29% 71%71% 2,402.40 Итерация 2Iteration 2 12916211291621 37%37% 89%89% 2,402.40 Итерация 3Iteration 3 537947537947 40%40% 96%96% 2,402.40 Итерация 4Iteration 4 224049224049 41%41% 98%98% 2,402.40

Несколько точек, касающихся таблицы 2, являются важными для модели:A few points regarding table 2 are important for the model:

(1) Следует отметить, что эффективность процесса, или в случае базиса, или в любых случаях последовательных итераций, постоянно дают одно и то же значение (∂CO2/∂E) для системы; этот показатель считают постоянным для систем, которые аппроксимируют ограничения этой модели, и его называют для этих целей экологической эффективностью процесса.(1) It should be noted that the efficiency of the process, either in the case of a basis, or in any cases of successive iterations, constantly gives the same value (∂CO 2 / ∂E) for the system; this indicator is considered constant for systems that approximate the limitations of this model, and it is called the environmental efficiency of the process for these purposes.

(2) Ясно, что значение (∂CO2/∂E) является постоянным для всех решений, поэтому решение может быть получено, когда число итераций предполагают бесконечным; то есть, когда установка эксплуатируется так, что потребляет 100% CO2, произведенных установкой, путем просто использования следующего уравнения:(2) It is clear that the value of (∂CO 2 / ∂E) is constant for all solutions; therefore, a solution can be obtained when the number of iterations is assumed to be infinite; that is, when the installation is operated so that it consumes 100% of the CO 2 produced by the installation, simply by using the following equation:

1/(∂CO2/∂E)=% мощности установки, требуемой для абсорбции/захвата 100% произведенного CO2 1 / (∂CO 2 / ∂E) =% plant capacity required to absorb / capture 100% of the produced CO 2

В случае примера, вычисление приводит к величине 41,6%.In the case of the example, the calculation leads to a value of 41.6%.

(3) С другой стороны, очевидно, что когда полезная мощность, израсходованная на абсорбцию/конверсию, равна нулю (пренебрегая утилизацией отходящего тепла), для данного условия процесса, абсорбированный и конвертированный CO2 также равен нулю. Следовательно, все рабочие линии для установок этого типа теоретически пересекаются в точке (0% энергии, 0% CO2).(3) On the other hand, it is obvious that when the usable power spent on absorption / conversion is zero (neglecting waste heat recovery), for this process condition, the absorbed and converted CO 2 is also zero. Therefore, all working lines for plants of this type theoretically intersect at a point (0% energy, 0% CO 2 ).

(4) Для данных любых двух точек в линейной системе могут быть построены прямолинейные решения для рабочих линий, которые определяют рабочие характеристики процесса абсорбции/конверсии CO2 с помощью следующих методов:(4) For the data of any two points in a linear system, straight-line solutions for work lines can be constructed that determine the performance of the CO 2 absorption / conversion process using the following methods:

a) для каждого рабочего условия проводят решение базисного случая, и полученную точку решения единого случая (% энергии, % CO2) наносят на зависимость % CO2 (ось y) от % потребленной полезной мощности (ось x);a) for each working condition, a basic case is solved, and the obtained solution point of a single case (% energy,% CO 2 ) is plotted as% CO 2 (y axis) versus% of usable power (x axis);

b) для этого случая вычисляют (∂CO2/∂E) и решают для х-координаты случай при y=100%; иb) for this case, calculate (∂CO 2 / ∂E) and solve for the x-coordinate the case at y = 100%; and

c) полагают, что все линии проходят через начало координат. В реальных системах может быть некоторое потребление энергии (регулирование, окружающая среда и так далее) даже при нулевой абсорбции, поэтому этот случай является идеализированным. На практике эти линии могут быть слегка искривлены и не выходят из начала координат.c) assume that all lines pass through the origin. In real systems, there may be some energy consumption (regulation, environment, and so on) even with zero absorption, so this case is idealized. In practice, these lines may be slightly curved and do not go from the origin.

(5) Таким образом, может быть создано семейство рабочих линий для процессов абсорбции/конверсии CO2 этого типа.(5) Thus, a family of work lines can be created for this type of CO 2 absorption / conversion process.

(6) На таком же типе графика могут быть также нанесены и сравнены графически конкурирующие технологии, например:(6) On the same type of graph, graphically competing technologies can also be plotted and compared, for example:

a) Конкурирующая технология абсорбции с помощью МЭА (метилэтиламина) потребляет 30% мощности установки для осуществления абсорбции 58% CO2, выбрасываемого до того, как была применена абсорбция.a) MEA (Methylethylamine) competing absorption technology consumes 30% of the plant’s capacity to absorb 58% of the CO 2 emitted before the absorption was applied.

b) Кроме того, оцененные 15% мощности установки расходуются на сжижение этого CO2 в результате применения сверхвысокого давления и холодильного цикла (45% мощности/58% CO2).b) In addition, an estimated 15% of the plant’s capacity is spent on liquefying this CO 2 as a result of the application of ultrahigh pressure and the refrigeration cycle (45% power / 58% CO 2 ).

c) Далее это дало бы значение для (∂CO2/∂E), равное 1,24; однако есть неучтенная энергия, требующаяся для транспортировки/закачки/содержания CO2 в месте секвестра углерода.c) Further, this would give a value for (∂CO 2 / ∂E) equal to 1.24; however, there is unaccounted for energy required for transporting / injection / CO 2 content at the carbon sequestration site.

d) Графически показано, что эта конкурирующая технология является менее эффективной, чем пример установки абсорбции/конверсии CO2, использующий способ, который является одним вариантом осуществления изобретения; то есть эта модель показывает, что конкурирующая технология потребовала бы 70%+ энергии установки для удаления 100% вырабатываемого ею CO2. Следует обратить внимание на эти точки в отношении конкурирующей технологии, представленные графически на фиг.9A (в соответствии с надписями на диаграмме).d) It is graphically shown that this competing technology is less efficient than an example of a CO 2 absorption / conversion unit using a method that is one embodiment of the invention; that is, this model shows that competing technology would require 70% + plant energy to remove 100% of the CO 2 produced by it. You should pay attention to these points in relation to competing technology, presented graphically in figa (in accordance with the inscriptions on the diagram).

i) Согласно 2005 EIA оценкам, абсорбция CO2 с помощью технологии с МЭА требует 30% энергии установки для абсорбции 58% CO2 из производимого топочного газа. (Обращает внимание положение на диаграмме на фиг.9A (30%, 58%) только для абсорбции-переработки).i) According to 2005 EIA estimates, CO 2 absorption using MEA technology requires 30% of the plant energy to absorb 58% CO 2 from the produced flue gas. (The position in the diagram in FIG. 9A (30%, 58%) for absorption-processing only is noteworthy).

ii) Путем аналогичных оценок, сжатие/сжижение этого CO2 потребляет еще 15% мощности установки, сдвигая рабочую точку такой установки к значению (45%, 58%).ii) By similar estimates, the compression / liquefaction of this CO 2 consumes another 15% of the plant’s capacity, shifting the operating point of such a plant to a value (45%, 58%).

iii) Нет достоверной оценки ни для энергии, требуемой для транспортировки жидкого CO2 по трубопроводу или с помощью других средств транспортировки, ни для количества энергии, необходимой для перекачки или закачки этого CO2 в хранилище углерода различной природы, ни для количества энергии, которая может потребоваться для вечного хранения CO2 в указанных хранилищах. Однако, несмотря на то, что эти дополнительные энергии не поддаются оценке, по-видимому, разумно предположить, что они не равняются нулю. Следовательно, экологическая эффективность такого способа логически хуже, чем (45%/58%) компромисс в энергия-расход для обеспечения определенного преимущества при снижении CО2. Экстраполируя это до случая 100% удаления СО2, способ МЭА/сжижение/захоронение потребовал более чем 70% энергии установки. Следует отметить, что типичные конкурирующие абсорбционные технологии не могут достигать 100% абсорбции; то есть величина 58% CO2 абсорбции была для установки, которая подвергала обработке 100% выходящего топочного газа.iii) There is no reliable estimate of either the energy required to transport liquid CO 2 through a pipeline or other means of transportation, or the amount of energy needed to pump or pump this CO 2 into a carbon storage of various nature, nor the amount of energy that can required for perpetual storage of CO 2 in designated storage facilities. However, despite the fact that these additional energies are not measurable, it seems reasonable to assume that they are not equal to zero. Therefore, the environmental efficiency of this method is logically worse than the (45% / 58%) compromise in energy-consumption to provide a certain advantage while reducing CO 2 . By extrapolating this to the case of 100% CO 2 removal, the MEA / liquefaction / disposal method required more than 70% of the plant energy. It should be noted that typical competing absorption technologies cannot achieve 100% absorption; that is, the value of 58% CO 2 absorption was for the installation, which subjected to processing 100% of the exhaust flue gas.

B. Вычисление пределов экологической эффективности [(∂CO2/∂E)max]B. Calculation of environmental performance limits [(∂CO 2 / ∂E) max]

На практике, для данной системы, которая эффективно превращает весь произведенный NaOH в NaHCO3 в результате абсорбции CO2, главной составляющей энергии является кВт-ч/моль NaOH. Несмотря на то, что энергия на моль NaOH является пропорциональной как напряжению, так и току, ток устанавливается стехиометрией химии. Таким образом, энергию, расходуемую на моль CO2, первично оптимизируют путем достижения условия наименьшего напряжения, при котором эффективно получают гидроксид.In practice, for a given system that effectively converts all NaOH produced to NaHCO 3 as a result of CO 2 absorption, the main energy component is kWh / mol NaOH. Despite the fact that the energy per mole of NaOH is proportional to both voltage and current, the current is set by chemistry stoichiometry. Thus, the energy consumed per mole of CO 2 is primarily optimized by achieving the lowest voltage condition at which hydroxide is efficiently produced.

Минимальное напряжение, при котором электролизная система согласно вариантам осуществления настоящего изобретения работает (формируемая изменяющимися концентрациями, геометрическими размерами, расходами потоков и так далее), может быть определено путем наблюдения плотности тока (kA/м2) от V характеристик системы и определения наименьшего напряжения, при котором достаточные, ненулевые плотности тока получают при производстве продукта. Изменение физических размеров, устройств генерации электрического поля, размеров электролизера, состава материалов и технологических режимов для оптимизации этого характеристического показателя (kA22В) является главным методом для оптимизации этих систем, и для оптимизации промышленного процесса для данной физической установки используют типичные методы планирования эксперимента.The minimum voltage at which the electrolysis system according to the embodiments of the present invention operates (generated by varying concentrations, geometric dimensions, flow rates, and so on) can be determined by observing the current density (kA / m 2 ) from the V characteristics of the system and determining the lowest voltage, at which sufficient, non-zero current densities are obtained in the production of the product. Changing the physical dimensions, electric field generation devices, sizes of the electrolyzer, composition of materials and technological modes to optimize this characteristic indicator (kA 2 / m 2 V) is the main method for optimizing these systems, and typical methods are used to optimize the industrial process for this physical plant experiment planning.

Оставив в стороне ограничения практического характера, есть одно фундаментальное ограничение, которое будет применимо ко всем системам с данным отношением H/Na (степенью протонирования), а именно:Leaving aside the practical limitations, there is one fundamental limitation that will be applicable to all systems with a given H / Na ratio (degree of protonation), namely:

(1) Никакое устройство не может работать, если оно производит больше энергии в результате извлечения энергии водорода, чем вводится в систему для электролиза. Для тех, кто знаком с принципами термодинамики, это будет означать "нарушение второго закона".(1) No device can operate if it produces more energy as a result of the extraction of hydrogen energy than is introduced into the electrolysis system. For those who are familiar with the principles of thermodynamics, this will mean "violation of the second law."

(2) В результате этого факта фундаментальный термодинамический предел может служить границей, задаваясь выбором отношения H/Na, используемым в расходе анолита:(2) As a result of this fact, the fundamental thermodynamic limit can serve as a boundary, determined by the choice of the H / Na ratio used in the flow of anolyte:

a) Для этого предела предполагалось, что H/Na составляло 0,10.a) For this limit, it was assumed that H / Na was 0.10.

b) Устанавливали эффективность возврата энергии водорода равной 100%.b) The hydrogen energy return efficiency was set to 100%.

c) Вычисляли самое низкое напряжение, при котором может идти процесс, в котором результирующие затраты энергии, потребляемой системой, равна нулю ("Vmintheo") (то есть точка, в которой затраты на электролиз равны предполагаемой 100% эффективности возврата водорода).c) The lowest voltage was calculated at which a process can occur in which the resulting energy consumption of the system is zero ("Vmintheo") (that is, the point at which the electrolysis costs are equal to the estimated 100% hydrogen return efficiency).

d) В этом примере это низкое напряжение составляет 1,5526 В. Это число сильно зависит от отношения Na/C, отношения H/C и эффективности возврата энергии водорода. В этом оптимальном случае Na/C равняется 1,0 и H/C равняется 1,0.d) In this example, this low voltage is 1.5526 V. This number is highly dependent on the Na / C ratio, the H / C ratio and the hydrogen energy return efficiency. In this optimal case, Na / C is 1.0 and H / C is 1.0.

e) Доводя это вычисление прямо к экологической эффективности, единственным решением является приблизительно 7% мощности для 93% абсорбции/конверсии CO2.e) Bringing this calculation directly to environmental efficiency, the only solution is approximately 7% capacity for 93% absorption / conversion of CO 2 .

f) Эксплуатация в более эффективных рабочих точках, чем этот теоретический минимум, возможна за счет:f) Operation at more efficient operating points than this theoretical minimum is possible due to:

i) пополнения расхода энергии за счет утилизации отходящего тепла; иi) replenishment of energy consumption by utilizing waste heat; and

ii) энергоснабжения процесса абсорбции/конверсии или частично или полностью за счет энергии, производство которой не приводит к выбросу CO2 (гидроэлектрической, солнечной, ветряной, ядерной и так далее).ii) energy supply to the absorption / conversion process, either partially or fully, through energy that does not produce CO 2 emissions (hydroelectric, solar, wind, nuclear, etc.).

Аналогично, предполагая идеальную эффективность возврата энергии водорода, и так далее как в вышеприведенном случае, рассчитывали максимальное напряжения, при котором эксплуатация может быть "экологической" ("Vmaxeco") (то есть при котором процесс абсорбции/конверсии CO2 удаляет больше CO2, чем он его создает):Similarly, assuming the ideal efficiency of hydrogen energy recovery, and so on, as in the above case, we calculated the maximum voltage at which the operation can be "environmental"("Vmaxeco") (that is, at which the process of absorption / conversion of CO 2 removes more CO 2 , than he creates it):

a) Отношения H/Na, Na/C и эффективность возврата энергии водорода устанавливали 1,0, 1,0, и 100% соответственно, как в вышеприведенном случае.a) H / Na, Na / C ratios and hydrogen energy recovery efficiency were set to 1.0, 1.0, and 100%, respectively, as in the above case.

b) Рассчитывали напряжение, при котором удаление CO2 составляло бы 50%.b) A voltage was calculated at which the CO 2 removal would be 50%.

c) В этом примере это значение Vmaxeco составляет 4,457 В. При этом напряжении и условии процесс идет по линии ∂CO2=∂E, границе между экологически благоприятной и экологически опасной эксплуатацией.c) In this example, this Vmaxeco value is 4.457 V. With this voltage and condition, the process follows the line ∂CO 2 = ∂E, the boundary between environmentally friendly and environmentally hazardous operation.

Следовательно, экологически благоприятная эксплуатация будет осуществляться тогда, когда электролизная система эксплуатируется между Vmintheo (1,5526 В) и Vmaxeco (4,457 В). Эксплуатация между этими двумя точками может быть воспроизведена во многих типичных электролизных системах. Лабораторные результаты при напряжении, равном или ниже 2,1, в могут быть легко воспроизведены путем изменения размеров, концентрации, температуры, давления, скорости потока, и так далее, электролизеров, спроектированных таким образом.Consequently, environmentally friendly operation will be carried out when the electrolysis system is operated between Vmintheo (1.5526 V) and Vmaxeco (4.457 V). Operation between these two points can be reproduced in many typical electrolysis systems. Laboratory results at voltages equal to or lower than 2.1 V can be easily reproduced by changing the size, concentration, temperature, pressure, flow rate, and so on, of electrolyzers designed in this way.

C. Влияние энергии, получаемой без парникового эффекта, на экологическую эффективностьC. Impact of non-greenhouse energy on environmental performance

Когда дополнительная энергия (которая снабжает энергией способ) обеспечивается за счет энергии, производимой без выбросов парникового газа (ПГ) {например, энергии ветра, гидроэлектрической, солнечной, ядерной и так далее), тогда выбросы дополнительного CO2 равны нулю и экологическая эффективность настоящего изобретения значительно улучшается. Для этого примера, удаляют величину 3101209 тонн CO2 в таблице 2 в ходе всех последующих итераций и так далее, получая этот упрощенный результат: весь CO2 абсорбирован/конвертирован (7446069 тонн), и суммарная требуемая энергия составляет просто 8760000000 базис плюс 3648448267 кВт·ч, требуемых для выполнения работы, необходимой для абсорбции/конвертирования этого базисного количества CO2, требуя при этом только 29% от суммарной энергии для обеспечения 100% CO2 выбросов в способе, снабжаемом энергией с выбросом непарниковых газов, по сравнению с 41% от суммарной энергии для обеспечения 100% CO2 выбросов в способе, снабжаемом энергией с выбросом парниковых газов. Это означает, что варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают значительный фактор "рычага", когда процесс снабжают энергией, получаемой без выбросов парниковых газов. Вместо того чтобы использовать энергию, получаемую без выброса парниковых газов, для замены энергии, генерирующей выброс парниковых газов, на основе 1%:1%, если энергию, получаемую без выбросов парниковых газов, используют взамен для энергоснабжения процессов, которые являются некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, 1% энергии, получаемый без выбросов парниковых газов, затем предотвращает образование парниковых газов в количестве, возведенном в степень, даже больше, чем в описанных здесь примерах энергии, получаемой с образованием парниковых газов. Можно легко представить случаи, в которых данная нация, государство или хозяйствующий субъект с помощью определенной части энергии, получаемой без выброса парниковых газов, при использовании таким замечательным образом, могла бы более эффективно достигать любую цель снижения CO2; то есть можно использовать в очень действенной манере "чистую" энергию для очистки выбросов другой "грязной энергии".When additional energy (which supplies energy to the method) is provided by energy produced without greenhouse gas (GHG) emissions (eg, wind, hydroelectric, solar, nuclear, etc.), then the emissions of additional CO 2 are zero and the environmental efficiency of the present invention significantly improved. For this example, the value 3101209 tons of CO 2 in table 2 is removed during all subsequent iterations and so on, obtaining this simplified result: all CO 2 is absorbed / converted (7446069 tons), and the total required energy is just 8760000000 basis plus 3648448267 kW · h required to complete the work necessary to absorb / convert this basic amount of CO 2 , while requiring only 29% of the total energy to provide 100% CO 2 emissions in a method supplied with energy with the emission of non-greenhouse gases, compared with 41% of total en Energy to provide 100% CO 2 emissions in a greenhouse gas-powered process. This means that embodiments of the present invention provide a significant leverage factor when the process is supplied with energy generated without greenhouse gas emissions. Instead of using energy generated without greenhouse gas emissions to replace energy generating greenhouse gas emissions on a 1%: 1% basis, if energy generated without greenhouse gas emissions is used instead to power processes that are some embodiments of the present of the invention, 1% of the energy obtained without greenhouse gas emissions then prevents the generation of greenhouse gases in an amount raised to a power even greater than in the examples of energy obtained with the formation of greenhouse gases. It is easy to imagine cases in which a given nation, state or economic entity, using a certain part of the energy obtained without emitting greenhouse gases, when used in such a wonderful way, could more effectively achieve any goal of reducing CO 2 ; that is, you can use "clean" energy in a very efficient manner to clean up emissions of other "dirty energy".

Если в некоторых применениях доступно получение энергии без образования парниковых газов, иногда в спорадических формах (например, солнечной, "ветроэнергоцентров" и так далее) является чрезвычайно выгодной возможность утилизировать эту энергию, чтобы произвести большие количества абсорбента во время периодов неполной нагрузки.If in some applications it is possible to obtain energy without the formation of greenhouse gases, sometimes in sporadic forms (for example, solar, "wind power centers" and so on) it is extremely advantageous to utilize this energy to produce large amounts of absorbent material during periods of partial load.

Пример 6Example 6

Экологическая эффективность различных моделируемых энергетических установокEnvironmental performance of various simulated power plants

На фиг.10 приведена экологическая эффективность различных моделируемых энергетических установок, включающих варианты осуществления настоящего изобретения, и представлены различные условия, которые являются главными факторами при определении экологической эффективности, (∂CO2/∂E).Figure 10 shows the environmental performance of various simulated power plants, including embodiments of the present invention, and presents various conditions that are the main factors in determining environmental performance, (∂CO 2 / ∂E).

Из этих вычислений можно в целом придти к выводу, что:From these calculations, we can generally conclude that:

(1) В случае образования карбоната натрия и использования стандартных условий производства хлора и щелочи, способ имел бы экологическую эффективность >1, и, несмотря на то, что такая эксплуатация может быть экономически приемлема, он производит больше CO2, чем его абсорбирует.(1) In the case of the formation of sodium carbonate and the use of standard conditions for the production of chlorine and alkali, the method would have environmental efficiency> 1, and although such operation may be economically acceptable, it produces more CO 2 than it absorbs.

(2) Изменение продуктового равновесия в пользу получения бикарбоната натрия повышает экологическую эффективность способа. В случае изменения условий так, чтобы производить фактически чистый бикарбонат натрия, это преимущество полностью оптимизировано.(2) Changing the food balance in favor of obtaining sodium bicarbonate increases the environmental efficiency of the method. In the event of a change in conditions to produce virtually pure sodium bicarbonate, this advantage is fully optimized.

(3) Внедрение технологии электролиза с низким напряжением сильно сдвигает способ в рабочую область, характеризующуюся экологическими эффективностями ниже, чем 1,0 (то есть экологически выгодные процессы абсорбции и конверсии CO2). Оптимизация каждой физической модели электролизной системы для оптимума (kA/m2В) и максимума производства энергии водорода приводит к дополнительному улучшению экологической эффективности.(3) The introduction of low voltage electrolysis technology greatly shifts the process to a work area characterized by environmental efficiencies lower than 1.0 (i.e., environmentally beneficial CO 2 absorption and conversion processes). Optimization of each physical model of the electrolysis system for optimum (kA / m 2 V) and maximum production of hydrogen energy leads to an additional improvement in environmental efficiency.

(4) Сочетание процесса абсорбции/конверсии вариантов осуществлений настоящего изобретения с любым числом доступных или специально созданных агрегатов, которые конвертируют отходящее тепло в постоянный электрический ток, первоначальные энергетические капиталовложения в электролиз при постоянном токе и в перекачку при переменном токе и так далее может быть дополнительным или полностью осуществлять за счет утилизации отходящего тепла.(4) The combination of the absorption / conversion process of the embodiments of the present invention with any number of available or specially designed units that convert the waste heat into direct current, the initial energy investment in electrolysis at direct current and into pumping at alternating current, and so on may be additional or fully implemented through the utilization of waste heat.

Следует отметить, что обеспечение изобретения энергией из источников энергии, получаемых без выбросов парниковых газов, позволяет способу непосредственно достигать 100% абсорбции CO2 (см. обсуждение в примере 5).It should be noted that providing the invention with energy from energy sources obtained without greenhouse gas emissions allows the method to directly achieve 100% absorption of CO 2 (see discussion in Example 5).

Пример 7Example 7

Определение Voptlve (оптимальная эксплуатация при низком напряжении относительно производительности электролизера или его площади) и Ioptlve (ток при рабочем напряжении) при данной V/I характеристической рабочей линии для оптимизированного НВЭ электролизера хлор-щелочьDetermination of Voptlve (optimal operation at low voltage relative to the capacity of the cell or its area) and Ioptlve (current at operating voltage) at a given V / I characteristic working line for the optimized NVE of the chlorine-alkali cell

Здесь было показано, что эксплуатация при низком напряжении понижает энергию, требуемую для производства гидроксида натрия, который используют в качестве жидкого абсорбента. В таблице 3 приведены вычисления, сделанные для VI рабочей линии в случае анолита с рН 1,0/90°C на фиг.5 (обсужденной выше в примере 4).It has been shown here that low voltage operation reduces the energy required to produce sodium hydroxide, which is used as a liquid absorbent. Table 3 shows the calculations made for the VI working line in the case of anolyte with a pH of 1.0 / 90 ° C in figure 5 (discussed above in example 4).

Следует отметить несколько точек, касающихся содержания таблицы 3:Several points should be noted regarding the contents of table 3:

(1) Третья колонка, выход по току (безразмерный) представляет часть генерируемого тока, который используют в производстве химических продуктов; потери, такие как I2R потери и отходящее тепло электролитических жидкостей, являются главной причиной потерь энергий. Выход по току падает с падением напряжения.(1) The third column, current output (dimensionless) represents a portion of the generated current that is used in the manufacture of chemical products; Losses, such as I2R losses and waste heat from electrolytic fluids, are the main cause of energy loss. The current output drops with a voltage drop.

(2) Площадь электролизера нормализуется для случая напряжения 3,975 В (где плотность тока и, следовательно, потребность процесса в площади является идентичной стандартному 5 в электролизу, работающему с характеристикой 3,0 kA/m2). Вычисляют A2/A1 (безразмерное).(2) The cell area is normalized for the case of a voltage of 3.975 V (where the current density and, therefore, the need for the process in the area is identical to the standard 5 in electrolysis operating with a characteristic of 3.0 kA / m 2 ). Calculate A2 / A1 (dimensionless).

Последний показатель, % сэкономленной энергии на безразмерную площадь, приведен в виде графика на фиг.11. Для такой функции точка, при которой максимальный наклон (изменение в использовании энергии на изменение напряжения) представляет оптимум; то есть при низком напряжении (например, 2,1-2,5 В) наклон (Δ энергия/Δ м2) является относительно малым, затем при более высоких напряжениях (например, от 2,5 до приблизительно 3), наклон (Δ энергия/Δ м2) увеличивается до большей величины, и затем падает до меньших наклонов по мере того, как напряжение продолжает возрастать. Это иллюстрирует то, что есть область больших наклонов, ограниченная областью малых наклонов с каждой стороны; то есть по обе стороны от точки Voptlve изменение в использовании энергии на изменение напряжения является менее эффективным.The last indicator,% of energy saved per dimensionless area, is shown in the form of a graph in Fig. 11. For such a function, the point at which the maximum slope (change in energy use for voltage change) represents the optimum; that is, at low voltage (for example, 2.1-2.5 V), the slope (Δ energy / Δ m 2 ) is relatively small, then at higher voltages (for example, from 2.5 to about 3), the slope (Δ energy / Δ m 2 ) increases to a larger value, and then drops to smaller slopes as the voltage continues to increase. This illustrates that there is a region of large slopes bounded by a region of small slopes on each side; that is, on either side of the Voptlve point, a change in energy use for voltage change is less effective.

Сначала была получена функция, которая весьма близко аппроксимирует поведение при эксплуатации (обратите внимание на формулу линии полиномиального тренда, полученную методом наименьших квадратов). В этом примере: y=-10,164x3+88,256x2-235,06x+198,37 является достаточно хорошим приближением. Затем вычисляли первую производную функции путем типичного разложения многочленов: dy/dx=(3)(-10,164)x2+(2)(88,256)x-235,06=max. Значения x (Volts) могут быть итерированы для нахождения максимума этой первой производной, которое может быть осуществлено различными методиками, давая в качестве решения 2,894 В.First, a function was obtained that approximates operation behavior very closely (pay attention to the formula of the polynomial trend line obtained by the least squares method). In this example: y = -10.164x 3 + 88.256x 2 -235.06x + 198.37 is a pretty good approximation. Then, the first derivative of the function was calculated by a typical decomposition of polynomials: dy / dx = (3) (- 10.164) x 2 + (2) (88.256) x-235.06 = max. The x (Volts) values can be iterated to find the maximum of this first derivative, which can be carried out by various methods, giving 2.894 V as a solution.

Заметьте, что могут быть использованы напряжения ниже, чем 2,894 В, и в результате получены дополнительные экономии энергии. Некоторые предпочтительные варианты осуществления будут оптимизировать эксплуатацию при низкой энергии ниже этой "естественной оптимальной точки". В этих случаях дополнительная площадь используемой мембраны приведет к "частично оптимизированной" электролизной системе, но эксплуатация при низкой энергии для суммарного процесса декарбонизации может быть дополнительно выгодной за счет эксплуатации ниже этого естественного оптимума для данной электролизной подсистемы. Однако если так делать, то преимущество напряжение/энергия после этого пропадает, при этом фактор площади продолжает пропорционально ухудшать эффективность эксплуатации на единицу площади.Note that voltages lower than 2.894 V can be used, and as a result, additional energy savings are obtained. Some preferred embodiments will optimize low energy operation below this “natural optimum point”. In these cases, the additional membrane area used will result in a “partially optimized” electrolysis system, but low energy operation for the total decarbonization process can be further beneficial by operating below this natural optimum for a given electrolysis subsystem. However, if this is done, then the voltage / energy advantage disappears after that, while the area factor continues to proportionally worsen operating efficiency per unit area.

Могут быть определены электрический ток и плотность тока, которые соответствуют этому Voptlve, или получена аналогичная зависимость для V и I с помощью метода наименьших квадратов, или графически, используя рабочую кривую для определения Ioptlve. В этом примере вычисленное значение равняется 10,419 A (или для 0,01 м2 площади электролизера, как в этом случае), 1,042 кA/м2.The electric current and current density that correspond to this Voptlve can be determined, or a similar dependence for V and I can be obtained using the least squares method, or graphically, using the working curve to determine Ioptlve. In this example, the calculated value is 10.419 A (or for 0.01 m 2 of cell area, as in this case), 1.042 kA / m 2 .

ТАБЛИЦА 3TABLE 3 I Ток (A)I Current (A) Напряжение (В) рабочие условия: анолит pH 1,0, 90°CVoltage (V) operating conditions: anolyte pH 1.0, 90 ° C Выход по токуCurrent output Δ(kA/м2)/ΔVΔ (kA / m 2 ) / ΔV ΔЭнергия/Δ(kA/m2)ΔEnergy / Δ (kA / m 2 ) Энергия= V*I*EffEnergy = V * I * Eff 30thirty 3,9753,975 97%97% 1,821.82 0,550.55 115,67115.67 2525 3,73,7 96%96% 1,871.87 0,530.53 88,8388.83 20twenty 3,4333,433 94%94% 1,871.87 0,540.54 64,6264.62 15fifteen 3,1653,165 91%91% 1,801.80 0,560.56 43,3443.34 1010 2,8872,887 88%88% 1,791.79 0,560.56 25,3025.30 7,57.5 2,7472,747 83%83% 1,741.74 0,580.58 17,1517.15 55 2,6032,603 78%78% 1,691,69 0,590.59 10,1910.19 4four 2,5442,544 73%73% 1,491.49 0,670.67 7,417.41 33 2,4772,477 67%67% 1,431.43 0,700.70 4,984.98 22 2,4072,407 60%60% 1,191.19 0,840.84 2,902.90 1,51,5 2,3652,365 54%54% 0,890.89 1,121.12 1,921.92 1one 2,3092,309 49%49% 0,640.64 1,571,57 1,131.13 0,70.7 2,2622,262 44%44% 0,610.61 1,651.65 0,700.70 0,50.5 2,2292,229 40%40% 0,620.62 1,601,60 0,440.44 0,40.4 2,2132,213 36%36% 0,320.32 3,103.10 0,310.31 0,30.3 2,1822,182 32%32% 0,560.56 1,801.80 0,210.21 0,20.2 2,1642,164 29%29% 0,230.23 4,404.40 0,120.12 0,10.1 2,122.12 26%26% 0,000.00 212,00212.00 0,050.05 I Ток (A)I Current (A) Площадь электролизера A2/A1The area of the cell A2 / A1 % от стандартной энергии/кгмоль% of standard energy / kgmol % Экономии энергии при низком напряжении% Energy Saving at Low Voltage Δ экономии энергии/м2 Δ energy savings / m 2 30thirty 1,0001,000 77%77% 23%23% 2525 1,3021,302 71%71% 29%29% 22,2222.22 20twenty 1,7901,790 65%65% 35%35% 19,7719.77 15fifteen 2,6692,669 58%58% 42%42% 15,8215.82 1010 4,5724,572 51%51% 49%49% 10,8010.80 7,57.5 6,7446,744 46%46% 54%54% 8,058.05 55 11,35711,357 41%41% 59%59% 5,225.22 4four 15,61915,619 37%37% 63%63% 4,034.03 33 23,24823,248 33%33% 67%67% 2,872.87 22 39,87339,873 29%29% 71%71% 1,781.78 1,51,5 60,12160,121 26%26% 74%74% 1,241.24 1one 102,631102,631 23%23% 77%77% 0,750.75 0,70.7 166,292166,292 20%twenty% 80%80% 0,480.48 0,50.5 262,506262,506 18%eighteen% 82%82% 0,310.31 0,40.4 367,228367,228 16%16% 84%84% 0,230.23 0,30.3 551,770551,770 14%fourteen% 86%86% 0,160.16 0,20.2 927,267927,267 12%12% 88%88% 0,090.09 0,10.1 2103,3592103,359 11%eleven% 89%89% 0,040.04

Все способы и устройства, описанные здесь и приведенные в формуле изобретения, могут быть созданы и осуществлены в свете настоящего описания без дополнительного эксперимента. В процессе того, как способы и устройства этого изобретения раскрывались через предпочтительные варианты осуществления, для специалистов в этой области становилось бы очевидным, что описанные здесь способы и устройства, и стадии или последовательности стадий способа могут быть изменены без отклонения от идеи, сущности и объема изобретения. Более конкретно, становилось бы очевидным, что могут достигаться аналогичные результаты при замене описанных здесь композиций на родственные химические композиции. Предполагается, что все эти аналогичные замены и модификации, очевидные для специалистов в этой области, подпадают под сущность, объем и идею изобретения, определенные в прилагаемой формуле изобретения.All methods and devices described herein and set forth in the claims can be created and implemented in the light of the present description without further experiment. In the process of how the methods and devices of this invention were disclosed through preferred embodiments, it would become apparent to those skilled in the art that the methods and devices described here, and the steps or steps of the steps of the method can be changed without departing from the idea, essence and scope of the invention . More specifically, it would become apparent that similar results could be achieved by replacing the compositions described herein with related chemical compositions. It is assumed that all of these similar replacements and modifications obvious to specialists in this field fall within the essence, scope and idea of the invention defined in the attached claims.

МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ В ОПИСАНИИMATERIALS USED IN THE DESCRIPTION

Следующие материалы, в той степени в которой они обеспечивают справочные данные или другие детали дополнительно к тем, которые представлены в описании, специально приводятся здесь путем ссылки на них.The following materials, to the extent that they provide reference data or other details in addition to those presented in the description, are specifically provided here by reference to them.

"Annual Energy Outlook 2005 (AEO2005)," prepared by the Energy Information Administration, available through National Energy Information Center, EI-30, Washington, DC."Annual Energy Outlook 2005 (AEO2005)," prepared by the Energy Information Administration, available through National Energy Information Center, EI-30, Washington, DC.

"Carbonate Chemistry for Sequestering Fossil Carbon," by Klaus S. Lackner, in Annual Review of Energy Environment, 2002, by Annual reviews."Carbonate Chemistry for Sequestering Fossil Carbon," by Klaus S. Lackner, in Annual Review of Energy Environment, 2002, by Annual reviews.

"Effects of the Operating Pressure On The Performance of Electrolytic Cell at Elevated Temperatures," by Y. Ogata, M.Yasuda, and F.Hine, Nagoya Institute of Technology, Japan. In Proceedings of the Symposium on Electrochemical Engineering in the Chlor-Alkali and Chlorate Industries, The Electrochemical Society, 1988."Effects of the Operating Pressure On The Performance of Electrolytic Cell at Elevated Temperatures," by Y. Ogata, M. Yasuda, and F. Hine, Nagoya Institute of Technology, Japan. In Proceedings of the Symposium on Electrochemical Engineering in the Chlor-Alkali and Chlorate Industries, The Electrochemical Society, 1988.

"Electrochemical Hydrogen Technologies - Electrochemical Production and Combustion of Hydrogen," edited by Hartmut Wendt, Institute fur Chemische Technologie, Stuttgart, Elsevier Press 1990."Electrochemical Hydrogen Technologies - Electrochemical Production and Combustion of Hydrogen," edited by Hartmut Wendt, Institute fur Chemische Technologie, Stuttgart, Elsevier Press 1990.

"Electrochemical Process Engineering - A Guide to the Design of Electrolytic Plant," by F.Goodridge and K.Scott, University of Newcastle upon Tyne, 1995."Electrochemical Process Engineering - A Guide to the Design of Electrolytic Plant," by F. Goodridge and K. Scott, University of Newcastle upon Tyne, 1995.

"Exergy Study of the Kalina Cycle," by Goran Wall, Chia-Chin Chuang, and Masaru Ishida, presented at 1989 American Society of Mechanical Engineers (ASME), Winter Annual Meeting, San Francisco, California, December 1989, published in "Analysis and Design of Energy Systems: Analysis of Industrial Processes AES Vol.10-3, pp 73-77 ASME."Exergy Study of the Kalina Cycle," by Goran Wall, Chia-Chin Chuang, and Masaru Ishida, presented at 1989 American Society of Mechanical Engineers (ASME), Winter Annual Meeting, San Francisco, California, December 1989, published in "Analysis and Design of Energy Systems: Analysis of Industrial Processes AES Vol.10-3, pp 73-77 ASME.

"Industrial Electrochemistry," 2<nd> Edition, edited by Derek Plefcher and Frank Walsh, 1990."Industrial Electrochemistry," 2 <nd> Edition, edited by Derek Plefcher and Frank Walsh, 1990.

"Modern Chlor-Alkali Technology," edited by M.O. Coultier, Society for the Chemical Industry, London, 1980."Modern Chlor-Alkali Technology," edited by M.O. Coultier, Society for the Chemical Industry, London, 1980.

"Modern Chlor-Alkali Technology," Volumes 1-7, The Royal Society of Chemistry Information Services, 1998."Modern Chlor-Alkali Technology," Volumes 1-7, The Royal Society of Chemistry Information Services, 1998.

"Some Guidelines for Analysis, Design, and Operational Principles of Bubble Column Reactors," and other selected information contained in "Bubble Column Reactors," by Wolf-Dieter Deckwer, Gesellschaft fur Biotechnologische Forschung mbH, Braunsweig, Germany, translated by Robert Field, 1991 ISBN 0-471-91811-3."Some Guidelines for Analysis, Design, and Operational Principles of Bubble Column Reactors," and other selected information contained in "Bubble Column Reactors," by Wolf-Dieter Deckwer, Gesellschaft fur Biotechnologische Forschung mbH, Braunsweig, Germany, translated by Robert Field, 1991 ISBN 0-471-91811-3.

"Transport and Structure in Fuel Cell Proton Exchange Membranes," by Michael Anthony Hickner, dissertation submitted to the faculty of Virginia Polytechnic Institute and State University, 2003."Transport and Structure in Fuel Cell Proton Exchange Membranes," by Michael Anthony Hickner, dissertation submitted to the faculty of Virginia Polytechnic Institute and State University, 2003.

Figure 8. "CO2 Absorption vs. (Low) Interfacial Gas Velocity at Various Column Heights of 0.18M Sodium Hydroxide Solution in an Unpacked Sparged Bubble Column," from A. Schumpe thesis, University of Hanover, 1978.Figure 8. "CO2 Absorption vs. (Low) Interfacial Gas Velocity at Various Column Heights of 0.18M Sodium Hydroxide Solution in an Unpacked Sparged Bubble Column," from A. Schumpe thesis, University of Hanover, 1978.

Klara in: EIA Emissions of Greenhouse Gases in the U.S. 2000, EPGA 3rd Annual Power Generation Conference, Hershey PA, 2002.Klara in: EIA Emissions of Greenhouse Gases in the US in 2000, EPGA 3 rd Annual Power Generation Conference, Hershey PA , 2002.

Mandal, et al., J. Chem. Engineering (Canada), 81:212-219, 2003.Mandal, et al., J. Chem. Engineering (Canada), 81: 212-219, 2003.

Shah et al, AiCHE J., 28(3):353-379, 1982.Shah et al, AiCHE J., 28 (3): 353-379, 1982.

Unit Operations of Chemical Engineering, McGraw-Hill, 3rd edition (c) 1976, "Gas Absorption" pp. 707-743, after Eckert.Unit Operations of Chemical Engineering, McGraw-Hill, 3 rd edition (c) 1976, "Gas Absorption" pp. 707-743, after Eckert.

Wie-rong et al, J. Zhejiang University Science, ISSN 1009-3095, 2004.Wie-rong et al, J. Zhejiang University Science, ISSN 1009-3095, 2004.

Claims (40)

1. Способ удаления диоксида углерода из газового потока, включающий:
(a) получение гидроксида в водной смеси;
(b) смешение гидроксида с газовым потоком с получением карбонатных продуктов, бикарбонатных продуктов, или смеси карбонатных и бикарбонатных продуктов в смеси; и
(c) выделение указанных карбонатных и/или бикарбонатных продуктов из смеси, тем самым удаляя диоксид углерода из потока газа;
где смешение происходит в двух раздельных камерах, причем одну камеру используют для производства карбонатных продуктов, а другую камеру используют для производства бикарбонатных продуктов.
1. A method of removing carbon dioxide from a gas stream, including:
(a) obtaining a hydroxide in an aqueous mixture;
(b) mixing the hydroxide with a gas stream to produce carbonate products, bicarbonate products, or a mixture of carbonate and bicarbonate products in a mixture; and
(c) recovering said carbonate and / or bicarbonate products from the mixture, thereby removing carbon dioxide from the gas stream;
where the mixing takes place in two separate chambers, one chamber being used for the production of carbonate products and the other chamber being used for the production of bicarbonate products.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий процесс регулирования способа получения практически только карбонатных продуктов, практически только бикарбонатных продуктов, или смеси карбонатных и бикарбонатных продуктов.2. The method according to claim 1, further comprising a process for regulating a method for producing practically only carbonate products, practically only bicarbonate products, or a mixture of carbonate and bicarbonate products. 3. Способ по п.1 или 2, в котором получают смесь, включающую около пятидесяти процентов карбонатных продуктов и около пятидесяти процентов бикарбонатных продуктов, около двадцати пяти процентов карбонатных продуктов и около семидесяти пяти процентов бикарбонатных продуктов, или около семидесяти пяти процентов карбонатных продуктов и около двадцати пяти процентов бикарбонатных продуктов.3. The method according to claim 1 or 2, in which a mixture is obtained comprising about fifty percent of carbonate products and about fifty percent of bicarbonate products, about twenty five percent of carbonate products and about seventy five percent of bicarbonate products, or about seventy five percent of carbonate products and about twenty-five percent of bicarbonate products. 4. Способ по п.1 или 2, в котором смешение происходит в барботажной колонне или серии барботажных колонн.4. The method according to claim 1 or 2, in which the mixing takes place in a bubble column or a series of bubble columns. 5. Способ по п.1 или 2, в котором выделение карбонатных и/или бикарбонатных продуктов из смеси включает процесс выделения в результате горячего осаждения.5. The method according to claim 1 or 2, in which the separation of carbonate and / or bicarbonate products from the mixture includes a process of separation as a result of hot deposition. 6. Способ по п.1 или 2, в котором тепло для процесса выделения получают в результате теплообмена с входящими топочными газами.6. The method according to claim 1 or 2, in which heat for the separation process is obtained as a result of heat exchange with incoming flue gases. 7. Способ по п.1 или 2, дополнительно включающий:
транспортировку карбонатных продуктов к удаленным местам секвестра;
объединение карбонатных продуктов с кислотой в реакции нейтрализации с получением чистого диоксида углерода; и
закачку диоксида углерода в хранилище углерода.
7. The method according to claim 1 or 2, further comprising:
transportation of carbonate products to remote locations of sequestration;
combining carbonate products with acid in a neutralization reaction to produce pure carbon dioxide; and
carbon dioxide injection into the carbon storage.
8. Способ по п.1 или 2, в котором другие компоненты газового потока нейтрализуют и/или захватывают, и/или улавливают в процессе образования карбоната.8. The method according to claim 1 or 2, in which other components of the gas stream are neutralized and / or captured, and / or captured during the formation of carbonate. 9. Способ по п.8, в котором другие компоненты газового потока, которые нейтрализуют и/или захватывают, и/или улавливают в процессе образования карбоната, включают SOx, NOx, и ртутьсодержащий материал.9. The method of claim 8, in which other components of the gas stream, which neutralize and / or capture, and / or capture during the formation of carbonate, include SOx, NOx, and mercury-containing material. 10. Способ по п.1 или 2, в котором получение гидроксида включает:
получение соли;
смешение соли с водой, паром, или ими обоими, с получением раствора; и
электролиз раствора с получением гидроксида.
10. The method according to claim 1 or 2, in which the production of hydroxide includes:
salt production;
mixing salt with water, steam, or both of them, to obtain a solution; and
electrolysis of the solution to obtain hydroxide.
11. Способ по п.10, в котором раствор подвергают электролизу с использованием напряжения большего или равного 5 вольтам.11. The method according to claim 10, in which the solution is subjected to electrolysis using a voltage of greater than or equal to 5 volts. 12. Способ по п.10, в котором рассол подвергают электролизу при напряжении ниже чем 5 вольт, например, от 1,5 вольт до 4 вольт или от 2 вольт до 3 вольт.12. The method according to claim 10, in which the brine is subjected to electrolysis at a voltage lower than 5 volts, for example, from 1.5 volts to 4 volts or from 2 volts to 3 volts. 13. Способ по п.10, в котором кислоту, предпочтительно хлористоводородную кислоту, добавляют к раствору перед тем как его подвергают электролизу.13. The method of claim 10, wherein the acid, preferably hydrochloric acid, is added to the solution before it is electrolyzed. 14. Способ по п.10, в котором
стадия электролиза происходит в электролизере, имеющем пространство католита и пространство анолита; где
карбонатные или бикарбонатные продукты рециркулируют в пространство католита электролизера.
14. The method according to claim 10, in which
an electrolysis step occurs in an electrolyzer having a catholyte space and anolyte space; Where
carbonate or bicarbonate products are recycled to the catholyte space of the electrolyzer.
15. Способ по п.10, в котором потребляемая в способе энергия дополняется теплом топочных газов, извлекаемым из газового потока.15. The method according to claim 10, in which the energy consumed in the method is supplemented by the heat of the flue gases extracted from the gas stream. 16. Способ по п.1 или 2, дополнительно определяемый как способ удаления диоксида углерода из газового потока, включающий:
получение гидроксида натрия в водной смеси;
смешение гидроксида натрия с газовым потоком с получением карбоната натрия, бикарбоната натрия, или смеси карбоната натрия и бикарбоната; и
выделение указанного карбоната натрия и/или бикарбоната из смеси тем самым, удаляя диоксид углерода из газового потока.
16. The method according to claim 1 or 2, further defined as a method of removing carbon dioxide from a gas stream, including:
obtaining sodium hydroxide in an aqueous mixture;
mixing sodium hydroxide with a gas stream to produce sodium carbonate, sodium bicarbonate, or a mixture of sodium carbonate and bicarbonate; and
isolating said sodium carbonate and / or bicarbonate from the mixture thereby removing carbon dioxide from the gas stream.
17. Способ по п.16, дополнительно включающий:
транспортирование карбоната натрия в отдаленное место секвестра;
объединение карбонатных продуктов с кислотой в реакции нейтрализации с получением чистого диоксида углерода; и
закачивание диоксида углерода в хранилище углерода.
17. The method according to clause 16, further comprising:
transportation of sodium carbonate to a remote place in the sequestration;
combining carbonate products with acid in a neutralization reaction to produce pure carbon dioxide; and
injection of carbon dioxide in a carbon storage.
18. Способ по п.16, в котором получение гидроксида натрия включает:
получение хлорида натрия;
смешение хлорида натрия с водой, паром или с обоими с получением рассола; и
электролиз рассола с получением гидроксида натрия и газообразного хлора.
18. The method according to clause 16, in which the production of sodium hydroxide includes:
obtaining sodium chloride;
mixing sodium chloride with water, steam, or both to produce a brine; and
electrolysis of brine to produce sodium hydroxide and chlorine gas.
19. Способ по п.18, в котором рассол подвергают электролизу при напряжении большем чем или равным 5 вольтам.19. The method according to p, in which the brine is subjected to electrolysis at a voltage greater than or equal to 5 volts. 20. Способ по п.19, в котором рассол подвергают электролизу при напряжении меньшем чем 5 вольт, например, от 1,5 вольт до 4 вольт, от 2 вольт до 3 вольт.20. The method according to claim 19, in which the brine is subjected to electrolysis at a voltage of less than 5 volts, for example, from 1.5 volts to 4 volts, from 2 volts to 3 volts. 21. Способ по п.18, в котором кислоту, предпочтительно хлористоводородную кислоту, добавляют к рассолу перед тем, как его подвергают электролизу.21. The method according to p, in which the acid, preferably hydrochloric acid, is added to the brine before it is subjected to electrolysis. 22. Способ по п.18, в котором:
стадия электролиза происходит в электролизере, имеющем пространство католита и пространство анолита; где
карбонатные или бикарбонатные продукты рециркулируют в пространство католита электролизера.
22. The method according to p, in which:
an electrolysis step occurs in an electrolyzer having a catholyte space and anolyte space; Where
carbonate or bicarbonate products are recycled to the catholyte space of the electrolyzer.
23. Способ по п.18, в котором потребляемая в способе энергия дополняется теплом топочных газов, извлекаемым из газового потока.23. The method according to p, in which the energy consumed in the method is supplemented by the heat of the flue gases extracted from the gas stream. 24. Способ по п.18, дополнительно включающий сбор газообразного хлора.24. The method of claim 18, further comprising collecting chlorine gas. 25. Способ по п.18, в котором получают газообразный водород.25. The method of claim 18, wherein hydrogen gas is produced. 26. Способ по п.18, в котором газообразный водород и газообразный хлор сжигают с получением хлористоводородной кислоты, которую добавляют к рассолу перед тем, как его подвергают электролизу.26. The method of claim 18, wherein hydrogen gas and chlorine gas are burned to produce hydrochloric acid, which is added to the brine before it is electrolyzed. 27. Способ по п.25, в котором газообразный водород сжигают с атмосферным кислородом или кислородом со склада химических материалов с получением воды.27. The method according A.25, in which gaseous hydrogen is burned with atmospheric oxygen or oxygen from a warehouse of chemical materials to produce water. 28. Способ по п.25, дополнительно включающий использование газообразного водорода для производства энергии.28. The method according A.25, further comprising the use of gaseous hydrogen for energy production. 29. Способ по п.18, в котором выделение карбоната натрия и/или бикарбоната из смеси включает процесс горячего осаждения, в котором тепло для процесса выделения получают от энергии, производимой в результате сжигания газообразного водорода.29. The method according to p. 18, in which the allocation of sodium carbonate and / or bicarbonate from the mixture includes a hot deposition process, in which heat for the extraction process is obtained from the energy produced by burning hydrogen gas. 30. Способ по п.18, в котором газообразный водород сжигают совместно с углем для улучшения выбросов угольных топок или используют в процессе сжигания для получения постоянного электрического тока в топливном элементе.30. The method according to p, in which gaseous hydrogen is burned together with coal to improve emissions of coal furnaces or used in the combustion process to obtain a constant electric current in the fuel cell. 31. Способ по п.1, в котором газовым потоком является поток выхлопных газов из установки, например, энергетической установки, которая использует исходное топливо на основе углерода, предпочтительно в котором поток выхлопных газов включает СО2 и Н2О.31. The method according to claim 1, in which the gas stream is a stream of exhaust gases from a plant, for example, a power plant that uses carbon based fuel, preferably in which the exhaust stream includes CO 2 and H 2 O. 32. Установка для удаления диоксида углерода из газового потока, включающая:
электролизную камеру, включающую, по меньшей мере, один катод и, по меньшей мере, один анод, приспособленную при использовании для получения гидроксида;
смесительное оборудование, операционно соединенное с электролизной камерой и трубопроводом, приспособленным для удерживания газового потока в процессе использования, которое приспособлено при использовании для смешения гидроксида из электролизной камеры с газовым потоком с получением смеси, в которой соединения углерода, серы и/или азота газового потока могут реагировать с гидроксидом;
где смешение происходит в двух раздельных камерах, причем одну камеру используют для производства карбонатных продуктов, а другую камеру используют для производства бикарбонатных продуктов;
и
камеру выделения, операционно соединенную со смесительным оборудованием и приспособленную для выделения смеси на отдельную газовую фазу и твердую и/или жидкую фазу.
32. Installation for removing carbon dioxide from a gas stream, including:
an electrolysis chamber comprising at least one cathode and at least one anode adapted to be used to produce hydroxide;
mixing equipment operatively connected to the electrolysis chamber and a pipe adapted to hold the gas stream during use, which is adapted when used to mix hydroxide from the electrolysis chamber with the gas stream to obtain a mixture in which the compounds of carbon, sulfur and / or nitrogen gas stream can react with hydroxide;
where the mixing takes place in two separate chambers, one chamber being used for the production of carbonate products and the other chamber being used for the production of bicarbonate products;
and
a separation chamber operatively connected to the mixing equipment and adapted to isolate the mixture into a separate gas phase and a solid and / or liquid phase.
33. Установка по п.32, в которой электролизная камера включает мембранный электролизер, диафрагменный электролизер и/или электролизер с ртутным катодом.33. The apparatus of claim 32, wherein the electrolysis chamber includes a membrane electrolyzer, a diaphragm electrolyzer, and / or a mercury cathode electrolyzer. 34. Установка по п.32, в котором смесительное оборудование включает периодический реактор или серию периодических реакторов, устройство для осуществления жидкостной абсорбции и/или химической реакции газа или серию устройств для осуществления жидкостной абсорбции и/или химической реакции газа, кристаллизационную колонну или серию кристаллизационных колонн, или барботажную колонну или серию барботажных колонн.34. The apparatus of claim 32, wherein the mixing equipment comprises a batch reactor or a series of batch reactors, a device for performing liquid absorption and / or chemical reaction of a gas, or a series of devices for performing liquid absorption and / or chemical reaction of a gas, a crystallization column or a series of crystallization columns, or a bubble column or a series of bubble columns. 35. Установка по п.34, дополнительно включающая сушильную камеру, операционно соединенную с камерой для выделения, и приспособленную при использовании для удаления жидкости из твердой и/или жидкой фазы.35. The apparatus of claim 34, further comprising a drying chamber operatively connected to the separation chamber and adapted when used to remove liquid from the solid and / or liquid phase. 36. Установка по п.35, в котором сушильная камера при использовании приспособлена для нагрева твердой и/или жидкой фазы.36. The apparatus of claim 35, wherein the drying chamber, when used, is adapted to heat a solid and / or liquid phase. 37. Установка по п.32, дополнительно определяемая как операцинно соединенная с энергетической установкой.37. The installation according to claim 32, further defined as operatively connected to the power plant. 38. Установка по п.32, в которой электролизная камера при использовании приспособлена для получения газообразного хлора и гидроксида натрия из хлорида натрия и воды.38. The apparatus of claim 32, wherein the electrolysis chamber, when used, is adapted to produce gaseous chlorine and sodium hydroxide from sodium chloride and water. 39. Установка по п.32, в которой смесительное оборудование при использовании приспособлено для смешения гидроксида из электролизной камеры с диоксидом углерода из газового потока для получения карбонатных и/или бикарбонатных продуктов.39. The apparatus of claim 32, wherein the mixing equipment, when used, is adapted to mix hydroxide from an electrolysis chamber with carbon dioxide from a gas stream to produce carbonate and / or bicarbonate products. 40. Способ удаления диоксида углерода из газового потока, включающий:
(a) получение гидроксида в водной смеси;
(b) смешение гидроксида с газовым потоком с получением карбонатных продуктов, бикарбонатных продуктов или смеси карбонатных и бикарбонатных продуктов в смеси; и
(c) выделение указанных карбонатных и/или бикарбонатных продуктов из смеси, тем самым удаляя диоксид углерода из потока газа;
где потребляемая в способе энергия дополняется теплом топочных газов, извлекаемая теплом топочных газов, извлекаемых из газового потока.
40. A method of removing carbon dioxide from a gas stream, including:
(a) obtaining a hydroxide in an aqueous mixture;
(b) mixing the hydroxide with a gas stream to produce carbonate products, bicarbonate products, or a mixture of carbonate and bicarbonate products in a mixture; and
(c) recovering said carbonate and / or bicarbonate products from the mixture, thereby removing carbon dioxide from the gas stream;
where the energy consumed in the method is supplemented by the heat of the flue gases, extracted by the heat of the flue gases extracted from the gas stream.
RU2007115051/07A 2004-09-23 2005-09-23 Removal of carbon dioxide from flow of wastes by combined production of carbonate or bicarbonate minerals RU2420345C2 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US61235504P 2004-09-23 2004-09-23
US60/612,355 2004-09-23
US64269805P 2005-01-10 2005-01-10
US60/642,698 2005-01-10
US60/718,906 2005-09-20

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011103157/05A Division RU2569093C2 (en) 2004-09-23 2005-09-23 Removing carbon dioxide from waste streams through combined production of carbonate and/or bicarbonate minerals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007115051A RU2007115051A (en) 2008-10-27
RU2420345C2 true RU2420345C2 (en) 2011-06-10

Family

ID=44736833

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011103157/05A RU2569093C2 (en) 2004-09-23 2005-09-23 Removing carbon dioxide from waste streams through combined production of carbonate and/or bicarbonate minerals
RU2007115051/07A RU2420345C2 (en) 2004-09-23 2005-09-23 Removal of carbon dioxide from flow of wastes by combined production of carbonate or bicarbonate minerals

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011103157/05A RU2569093C2 (en) 2004-09-23 2005-09-23 Removing carbon dioxide from waste streams through combined production of carbonate and/or bicarbonate minerals

Country Status (1)

Country Link
RU (2) RU2569093C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2775271C1 (en) * 2018-03-19 2022-06-29 ДжиТи КО., ЛТД. Carbon dioxide utilization system and integrated power generation system using it
WO2022217313A1 (en) * 2021-04-16 2022-10-20 CBN Energy Pty Ltd Decarbonisation system and process
US11710840B2 (en) 2018-03-19 2023-07-25 Gt Co., Ltd. Carbon dioxide utilization system, and complex power generation system using the same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020149744A1 (en) * 2019-01-14 2020-07-23 Engsl Minerals Dmcc Carbon capture and storage

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4147599A (en) * 1977-07-19 1979-04-03 Diamond Shamrock Corporation Production of alkali metal carbonates in a cell having a carboxyl membrane
DE19631794A1 (en) * 1996-08-07 1997-08-07 Peter Prof Pohl Removal of carbon di:oxide from exhaust gas of incinerators

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2775271C1 (en) * 2018-03-19 2022-06-29 ДжиТи КО., ЛТД. Carbon dioxide utilization system and integrated power generation system using it
US11710840B2 (en) 2018-03-19 2023-07-25 Gt Co., Ltd. Carbon dioxide utilization system, and complex power generation system using the same
WO2022217313A1 (en) * 2021-04-16 2022-10-20 CBN Energy Pty Ltd Decarbonisation system and process

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007115051A (en) 2008-10-27
RU2569093C2 (en) 2015-11-20
RU2011103157A (en) 2012-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6145129B2 (en) Method for removing carbon dioxide from waste gas streams by simultaneous production of carbonate and / or bicarbonate minerals
JP4780730B2 (en) Removal of carbon dioxide from waste streams by simultaneous production of carbonate and / or bicarbonate minerals
ZA200703068B (en) Removing carbon dioxide from waste streams through co-generation of carbonate and/or bicarbonate minerals
RU2420345C2 (en) Removal of carbon dioxide from flow of wastes by combined production of carbonate or bicarbonate minerals