RU2791109C2 - Multi-stage mineral carbonation - Google Patents
Multi-stage mineral carbonation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2791109C2 RU2791109C2 RU2020139290A RU2020139290A RU2791109C2 RU 2791109 C2 RU2791109 C2 RU 2791109C2 RU 2020139290 A RU2020139290 A RU 2020139290A RU 2020139290 A RU2020139290 A RU 2020139290A RU 2791109 C2 RU2791109 C2 RU 2791109C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnesium
- dissolution
- pressure
- aqueous solution
- stage
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Настоящее изобретение относится к способу улавливания, секвестрации и утилизации диоксида углерода (CCSU) и к реакторной установке, подходящей для реализации способа.The present invention relates to a carbon dioxide capture, sequestration and utilization (CCSU) process and to a reactor plant suitable for carrying out the process.
Уровень техники изобретенияState of the art invention
Секвестрация газообразного диоксида углерода в хранилищах, которые изолированы от атмосферы, является развивающейся технологией, которая широко признана в качестве важного элемента в глобальных попытках по снижению выбросов диоксида углерода в атмосферу. Быстрое увеличение концентраций диоксида углерода в атмосфере вызывает обеспокоенность ввиду его свойств как парникового газа и его вкладом в феномен глобального потепления и изменения климата. В нескольких странах существуют опытные демонстрационные установки для улавливания и секвестрации диоксида углерода (CCS), а в последнее время также появились установки промышленного масштаба. Хотя существуют разные технологии улавливания и концентрирования диоксида углерода из дымовых газов, образованных при сжигании, таком как сжигание угля для выработки электроэнергии, большинство существующих установок используют подземную секвестрацию путем закачивания диоксида углерода под давлением в подходящие подземные хранилища. Это широко известно, как геосеквестрация. Она может происходить в истощенных нефтяных или газовых коллекторах, или других подземных пористых пластах, которые надлежащим образом изолированы от атмосферы. Такие коллекторы или пласты могут находиться под землей или морем. Другим возможным подземным хранилищем для диоксида углерода являются так называемые засоленные водоносные горизонты. Также было проведено исследование прямого хранения диоксида углерода на дне глубокого океана, но еще не было успешно продемонстрировано в каком-либо значительном масштабе.The sequestration of carbon dioxide gas in storage facilities that are isolated from the atmosphere is an emerging technology that is widely recognized as an important element in global efforts to reduce carbon dioxide emissions to the atmosphere. The rapid increase in atmospheric concentrations of carbon dioxide is of concern due to its properties as a greenhouse gas and its contribution to the phenomenon of global warming and climate change. Pilot carbon dioxide capture and sequestration (CCS) demonstration plants exist in several countries, and more recently commercial-scale installations have also emerged. Although there are various technologies for capturing and concentrating carbon dioxide from flue gases generated by combustion, such as burning coal to generate electricity, most existing plants use underground sequestration by pumping carbon dioxide under pressure into suitable underground storage facilities. This is commonly known as geosequestration. It can occur in depleted oil or gas reservoirs, or other subterranean porous formations that are properly isolated from the atmosphere. Such reservoirs or formations may be underground or offshore. Another possible underground storage for carbon dioxide is the so-called saline aquifers. There has also been research into the direct storage of carbon dioxide on the deep ocean floor, but has not yet been successfully demonstrated on any significant scale.
Другая область изучения секвестрации диоксида углерода известна как минеральная карбонизация, при которой диоксид углерода вступает в химическую реакцию с минералами оксидов или силикатов щелочных или щелочноземельных металлов с образованием стабильных твердых карбонатов. Такой подход известен как минеральная карбонизация ex-situ, в отличие от карбонизации in-situ, при которой диоксид углерода залегает в подземных минеральных образованиях и реагирует с подходящими минералами внутри существующих подземных образований в течение более длительных промежутков времени. Настоящее изобретение относится к подходу ex-situ для секвестрации диоксида углерода посредством минеральной карбонизации силикатных минералов с образованием карбонатов. Another area of study of carbon dioxide sequestration is known as mineral carbonation, in which carbon dioxide reacts chemically with alkali or alkaline earth metal oxide or silicate minerals to form stable solid carbonates. This approach is known as ex-situ mineral carbonation, as opposed to in-situ carbonization, in which carbon dioxide is deposited in subterranean mineral formations and reacts with suitable minerals within existing subterranean formations over longer periods of time. The present invention relates to an ex-situ approach for sequestering carbon dioxide through mineral carbonation of silicate minerals to form carbonates.
Минеральная карбонизация имеет много потенциальных преимуществ по сравнению с другими способами секвестрации диоксида углерода. Они включают постоянство и стабильность образующихся карбонатов и устранение любых рисков утечки газообразного диоксида углерода. Более того, подходящие для геосеквестрации подземные участки встречаются не во всех местах, где требуется, вблизи источников эмиссии диоксида углерода. Химические реакции минеральной карбонизации также благоприятны и с термодинамической точки зрения, с экзотермическим выделением энергии в связи с образования карбонатов. Необработанные силикатные минералы, необходимые для минеральной карбонизации, многочисленны и широко распространены по всему миру. Такие минералы легко добываются и поддаются известному раздроблению и другим технологиям обработки. Как правило, они безвредны, а рисками в отношении окружающей среды и безопасности легко управлять. В частности, минерал силикат магния, широко известный как серпентинит, по оценкам доступен в количествах, достаточных для секвестрации всех мировых выбросов диоксида углерода из известных запасов ископаемого топлива. Mineral carbonation has many potential advantages over other carbon dioxide sequestration methods. These include the persistence and stability of the carbonates produced and the elimination of any risk of carbon dioxide gas leakage. Moreover, underground sites suitable for geosequestration are not found in all places where required, near sources of carbon dioxide emissions. The chemical reactions of mineral carbonization are also favorable from a thermodynamic point of view, with an exothermic release of energy due to the formation of carbonates. The raw silicate minerals required for mineral carbonation are plentiful and widely distributed throughout the world. Such minerals are easily mined and amenable to known crushing and other processing technologies. They are generally harmless and environmental and safety risks are easy to manage. In particular, the magnesium silicate mineral, commonly known as serpentinite, is estimated to be available in sufficient quantities to sequester all of the world's carbon dioxide emissions from known fossil fuel reserves.
Так называемые одностадийные способы карбонизации, такие как описанные O’Connor и др., 2005-Aqueous Mineral Carbonation: Mineral Availability, Pre-treatment, Reaction Parametrics and Process Studies, DOE/ARC-TR-04-002-Albany Research Center, Albany, OR, USA, содержат растворение магния из активированного минерала и осаждение карбоната магния в один этап, в результате чего получается смесь непрореагировавшего минерала, карбоната магния и диоксид кремния. Такую смесь трудно разделить на жизнеспособные продукты. Степень превращения магния в карбонат магния также ограничена.So-called one-step carbonization processes such as those described by O'Connor et al., 2005-Aqueous Mineral Carbonation: Mineral Availability, Pre-treatment, Reaction Parametrics and Process Studies, DOE/ARC-TR-04-002-Albany Research Center, Albany , OR, USA, contain the dissolution of magnesium from the activated mineral and the precipitation of magnesium carbonate in one step, resulting in a mixture of unreacted mineral, magnesium carbonate and silica. Such a mixture is difficult to separate into viable products. The degree of conversion of magnesium to magnesium carbonate is also limited.
Так называемые двустадийные или многостадийные способы карбонизации содержат отдельные этапы растворения магния и осаждения карбоната магния. На этапе растворения магния используют поток газа, содержащий CO2. Различные исследователи описали такие способы, в том числе Mercier и др. (US 9440189B2) и Werner и др., Flue gas CO2 mineralization using thermally activated serpentine: from single- to double-step carbonation, Physical Chemistry Chemical Physics 16 (2014) 24978-24993.The so-called two-stage or multi-stage carbonization processes comprise separate steps for dissolving magnesium and precipitating magnesium carbonate. The magnesium dissolution step uses a gas stream containing CO 2 . Various researchers have described such methods, including Mercier et al. (US 9440189B2) and Werner et al., Flue gas CO 2 mineralization using thermally activated serpentine: from single- to double-step carbonation, Physical Chemistry Chemical Physics 16 (2014) 24978-24993.
Существующие многостадийные способы карбонизации минеральных руд еще недостаточно эффективны для промышленного применения, вследствие низких скоростей растворения и осаждения, а также высоких энергетических и производственных затрат.Existing multi-stage methods for the carbonization of mineral ores are not yet sufficiently effective for industrial applications due to low dissolution and settling rates, as well as high energy and production costs.
Ввиду вышеизложенного, существует потребность в создании нового совмещенного способа для секвестрации CO2 в карбонат и получения продуктов, обогащенных диоксидом кремния, более эффективным образом, чем было описано ранее.In view of the foregoing, there is a need for a new combined process for sequestering CO 2 to carbonate and producing silica rich products in a more efficient manner than previously described.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Настоящее изобретение направлено на создание способа постоянного и безопасного улавливания и секвестрации газообразного диоксида углерода с получением продуктов, имеющих экономическую ценность. Настоящее изобретение, в частности, касается эффективного и экономически жизнеспособного совмещенного способа химического превращения сырья диоксида углерода и силиката магния в твердые карбонаты и силикаты, что позволяет снизить количество выбрасываемого в атмосферу диоксида углерода при одновременном производстве экономически полезных и ценных продуктов, в частности, карбонатов магния и диоксида кремния. Такое использование продуктов классифицирует данный способ согласно изобретению, как улавливание, секвестрация и утилизация диоксида углерода (CCSU), в отличие от CCS.The present invention is directed to a process for permanently and safely capturing and sequestering carbon dioxide gas to produce products of economic value. The present invention particularly relates to an efficient and economically viable combined process for chemically converting carbon dioxide and magnesium silicate feedstocks into solid carbonates and silicates, thereby reducing the amount of carbon dioxide emitted to the atmosphere while producing economically useful and valuable products, in particular magnesium carbonates. and silicon dioxide. This use of products classifies this process according to the invention as Carbon Dioxide Capture, Sequestration and Utilization (CCSU) as opposed to CCS.
Настоящее изобретение предлагает совмещённый способ улавливания, секвестрации и утилизации диоксида углерода, который содержит этапы, на которых:The present invention provides a combined method for capturing, sequestering and utilizing carbon dioxide, which comprises the steps of:
a) получают водную суспензию, содержащую водный раствор и твердые частицы, содержащие активированный минерал силиката магния;a) an aqueous suspension is obtained containing an aqueous solution and solid particles containing an activated magnesium silicate mineral;
b) на этапе растворения, поток газа, содержащий CO2, взаимодействует с водной суспензией при первом давлении для растворения магния из минерала с получением суспензии, содержащей карбонизированный водный раствор, обогащенный ионами магния, и обедненный магнием твердый остаток; иb) in a dissolution step, a gas stream containing CO 2 is contacted with an aqueous slurry at a first pressure to dissolve magnesium from the mineral to form a slurry containing a carbonized aqueous solution enriched in magnesium ions and a magnesium-depleted solid residue; And
c) на этапе осаждения, осаждают карбонат магния из ионов магния, полученных при растворении на этапе b), путем многократного последовательного поэтапного снижения давления, с каждым этапом при более низком давлении, чем на предыдущем, причем при каждом последовательном поэтапном снижении давления выделяется CO2, который соответствующим образом поэтапно сжимается и возвращается на этап растворения.c) in the precipitation step, precipitate magnesium carbonate from the magnesium ions obtained from the dissolution in step b) by multiple successive pressure reduction steps, with each step at a lower pressure than the previous one, with each successive pressure reduction step releasing CO 2 , which is compressed in an appropriate stepwise manner and returned to the dissolution step.
Настоящее изобретение также предлагает реакторную установку, выполненную с возможностью реализации способов согласно настоящему изобретению. Реакторная установка содержит два или более реакторов осаждения, каждый из которых выполнен с возможностью обеспечивать поэтапное снижение давления и извлекать осажденные карбонаты магния. Реакторная установка может содержать один или более реакторов растворения. Если используется более одного реактора растворения, реакторы растворения могут поочередно работать при последовательно повышающемся давлении. The present invention also provides a reactor plant capable of implementing the methods of the present invention. The reactor plant contains two or more precipitation reactors, each of which is configured to provide a staged pressure reduction and recover precipitated magnesium carbonates. The reactor plant may contain one or more dissolution reactors. If more than one dissolution reactor is used, the dissolution reactors may be operated alternately at successively increasing pressures.
Во всем данном описании и нижеследующей формуле изобретения, если из контекста не следует обратное, слово «содержат» или такие его формы как «содержит» или «содержащий» следует понимать, как подразумевающие включение указанного единого целого или этапа, или группы единых целых или этапов, но не исключение какого-либо единого целого или этапа, или группы единых целых или этапов.Throughout this specification and the following claims, unless the context indicates otherwise, the word "comprise" or forms such as "comprises" or "comprising" shall be understood to mean the inclusion of said unit or step, or group of units or steps. , but not the exclusion of any single whole or step, or group of single wholes or steps.
Ссылка в данном описании на любую предшествующую публикацию (или информацию, полученную из нее) или на любой известный предмет, не принимается и не должна приниматься как утверждение или допущение, или любая форма предположения того, что предшествующая публикация (или информация, полученная из нее) или любой известный предмет является частью общих знаний в области, к которой относится данное описание.Reference in this specification to any prior publication (or information derived from it) or to any subject matter known to the public is not, and should not be taken as a statement or admission, or any form of suggestion, that the prior publication (or information derived from it) or any well-known subject is part of the general knowledge in the field to which this description refers.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Варианты осуществления настоящего изобретения проиллюстрированы со ссылкой на прилагаемые неограничивающие чертежи, где Фиг. 1 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ по примеру 1, Фиг. 2 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ по примеру 2, и Фиг. 3 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ по примеру 3.Embodiments of the present invention are illustrated with reference to the accompanying non-limiting drawings, where FIG. 1 is a flow diagram illustrating the method of Example 1, FIG. 2 is a flow diagram illustrating the method of Example 2, and FIG. 3 is a flow chart illustrating the method of example 3.
Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention
В соответствие с изобретением ионы магния попадают в водный раствор за счет растворения активированного минерала в виде частиц. In accordance with the invention, magnesium ions enter the aqueous solution by dissolving the activated particulate mineral.
Настоящее изобретение использует начальный этап растворения, на котором водная суспензия, содержащая активированный минерал силиката магния (в виде частиц), взаимодействует с потоком газа, содержащим CO2, под давлением. Происходит растворение магния из минерала с получением суспензии, содержащей карбонизированный водный раствор, обогащенный ионами магния, и обедненный магнием твердый остаток. Магний, растворившийся на данном этапе растворения и, возможно, на одном или более дополнительном этапе растворения, используют для осаждения карбоната магния. The present invention utilizes an initial dissolution step in which an aqueous slurry containing an activated magnesium silicate mineral (in particulate form) is contacted with a gas stream containing CO 2 under pressure. The magnesium is dissolved from the mineral to form a slurry containing a carbonated aqueous solution enriched in magnesium ions and a solid residue depleted in magnesium. Magnesium dissolved in this dissolution step, and optionally in one or more additional dissolution steps, is used to precipitate magnesium carbonate.
Реакция растворения будет давать ионы магния вместе с противоположно заряженными ионами карбоната и бикарбоната в водном растворе. В случае использования отдельных этапов (реакторов) растворения, водные растворы, обогащенные ионами магния, полученные на каждом этапе (в каждом реакторе), могут быть объединены перед осаждением. Однако это не обязательно.The dissolution reaction will produce magnesium ions along with oppositely charged carbonate and bicarbonate ions in an aqueous solution. In the case of using separate dissolution steps (reactors), the aqueous solutions enriched in magnesium ions obtained in each step (in each reactor) can be combined prior to precipitation. However, this is not required.
В контексте настоящего изобретения минеральная карбонизация относится к всему процессу, в котором диоксид углерода вступает в реакцию с магнием из активированного минерального сырья силиката магния с образованием карбонатов магния и диоксида кремния. Отсылка к активированному минералу силиката магния относится к минералу силиката магния, который был активирован путем измельчения или нагревания, или и того и другого. В изобретении реакции протекают в водных растворах, с магнием, выщелачиваемым из силиката магния в водный раствор на этапе или этапах растворения, и карбонатом магния, осаждающимся из по меньшей мере одного такого раствора на двух или более этапах осаждения. In the context of the present invention, mineral carbonation refers to the entire process in which carbon dioxide reacts with magnesium from an activated magnesium silicate mineral feedstock to form magnesium carbonates and silica. Reference to activated magnesium silicate mineral refers to a magnesium silicate mineral that has been activated by grinding or heating, or both. In the invention, the reactions proceed in aqueous solutions, with magnesium leaching from magnesium silicate into aqueous solution in the dissolution step or steps, and magnesium carbonate precipitating from at least one such solution in two or more precipitation steps.
Отсылка к этапу растворения относится к этапу способа, на котором ионы метала (магния) выщелачиваются из твердого минерала в водный раствор. Отсылка к водному раствору включает растворы, в которых вода является основной составляющей (более 50% по массе). Водный раствор может содержать в качестве неосновной составляющей (менее 50% по массе) растворенные компоненты, такие как твердые компоненты или жидкости, смешивающиеся с водой. Сюда входят морская вода, рассолы, соляные растворы. Отсылка к водному раствору также охватывает газообразные компоненты такие как растворенный в воде CO2. Кроме того, отсылка к водному раствору охватывает кислоту или кислую соль, растворенную в воде. Водный раствор может содержать комбинацию описанных здесь компонентов. Reference to the dissolution step refers to the process step in which metal (magnesium) ions are leached from the solid mineral into an aqueous solution. Reference to an aqueous solution includes solutions in which water is the main constituent (greater than 50% by weight). The aqueous solution may contain as a minor component (less than 50% by weight) dissolved components, such as solid components or liquids miscible with water. This includes sea water, brines, salt solutions. Reference to an aqueous solution also covers gaseous components such as CO 2 dissolved in water. In addition, reference to an aqueous solution includes an acid or an acid salt dissolved in water. The aqueous solution may contain a combination of the components described here.
Водный раствор конечно также содержит нерастворенные твердые частицы. Твердые частицы содержат по меньшей мере активированный минерал силиката магния. Такие твердые частицы в водном растворе образуют водную суспензию. В водном растворе также может присутствовать одни или более другие твердые частицы. Твердые частицы в целом будут находиться в водном растворе в суспендированном состоянии. The aqueous solution of course also contains undissolved solids. The solid particles contain at least an activated magnesium silicate mineral. Such solid particles in aqueous solution form an aqueous suspension. One or more other solid particles may also be present in the aqueous solution. The solid particles will generally be in an aqueous solution in a suspended state.
Отсылка к карбонизированным водным растворам, обогащенным ионами магния, включает растворы, в которых ионы магния находятся в растворе вместе с противоположно заряженными ионами карбоната и бикарбоната.Reference to carbonized aqueous solutions enriched in magnesium ions includes solutions in which magnesium ions are in solution along with oppositely charged carbonate and bicarbonate ions.
Поток газа, содержащий CO2, используемый на этапе (этапах) растворения может быть из одного и того же или различных источников. Поток газа, содержащий CO2, может содержать дымовые газы с процесса сжигания углеводородов или это может быть относительно чистый поток CO2, уловленный с процесса сжигания углеводородов, окисления или риформинга, или с переработки природного газа. Такой поток может содержать CO2 в концентрациях, находящихся в диапазоне 2-100% по объему. Способы улавливания хорошо известны и могут включать использование аминов или других абсорбентов CO2 или адсорбентов, или селективных мембран, для отделения CO2 от дымовых газов или улавливания перед сжиганием, таким как так называемое кислородное сжигание топлива. Поток газа, содержащий CO2, используемый на этапе растворения, может содержать CO2, выделившийся и направленный на рецикл с этапа осаждения. The CO 2 containing gas stream used in the dissolution step(s) may be from the same or different sources. The CO 2 containing gas stream may contain flue gases from a hydrocarbon combustion process, or it may be a relatively pure CO 2 stream captured from a hydrocarbon combustion, oxidation or reforming process, or from natural gas processing. Such a stream may contain CO 2 at concentrations in the range of 2-100% by volume. Capture methods are well known and may include the use of amines or other CO 2 absorbents or adsorbents or selective membranes to separate CO 2 from flue gases or capture prior to combustion, such as so-called oxyfuel combustion. The gas stream containing CO 2 used in the dissolution step may contain CO 2 separated and recycled from the settling step.
Отсылка к этапу осаждения включает процессы, при которых ионы магния в водном растворе осаждаются из раствора в виде твердого карбоната магния, который может находится в виде магнезита или гидратированного карбоната магния, включая гидромагнезит, дипингит и несквегонит или их смеси. Осаждение происходит вследствие многократного (т.е. два или более) последовательного поэтапного снижения давления. На каждом этапе снижения давления выделяется CO2 и происходит осаждение карбоната магния ввиду роста pH. Выделившийся на каждом этапе CO2 соответствующим образом поэтапно сжимается и возвращается на этап растворения. Выделившийся на каждом этапе CO2 может быть повторно сжат до давления предшествующего этапа или до давления этапа растворения. Reference to the precipitation step includes processes in which magnesium ions in aqueous solution precipitate out of solution as solid magnesium carbonate, which may be in the form of magnesite or hydrated magnesium carbonate, including hydromagnesite, dipingite, and nesquegonite, or mixtures thereof. Settling occurs due to multiple (ie, two or more) successive pressure reduction steps. At each stage of pressure reduction, CO 2 is released and magnesium carbonate precipitates due to a rise in pH. The CO 2 liberated in each step is compressed in a suitable stepwise manner and returned to the dissolution step. The CO 2 released in each step can be recompressed to the pressure of the previous step or to the pressure of the dissolution step.
Такое поэтапное повторное сжатие выделившегося CO2 сокращает общее количество энергии, требуемой для повторного сжатия всего CO2 до давления этапа растворения. Охлаждение сжатых потоков между этапами повторного сжатия будет дополнительно сокращать общее количество энергии, требуемой для повторного сжатия, и будет способствовать извлечению увлекаемой воды или водяного пара, подлежащих возвращению в способ в оптимальные места. Изменение одного или более условий способа, таких как температура, также может способствовать осаждению на каждом этапе. This stepwise recompression of the released CO 2 reduces the total energy required to recompress all of the CO 2 to the pressure of the dissolution step. Cooling the compressed streams between recompression steps will further reduce the total energy required for recompression and will help recover entrained water or steam to be returned to the process at optimal locations. Changing one or more of the process conditions, such as temperature, can also promote precipitation at each step.
В данном документе, если иное не ясно из контекста, отсылка к карбонату магния включает гидратированные формы карбоната магния, включая гидромагнезит, дипингит и несквегонит или их смеси. As used herein, unless otherwise clear from the context, reference to magnesium carbonate includes hydrated forms of magnesium carbonate, including hydromagnesite, dipingite, and nesquegonite, or mixtures thereof.
Исходные твердые частицы, используемые в качестве сырья в способе по изобретению, содержат активированный минерал силиката магния, такой как оливин, серпентинит, дунит или их смеси. Твердый компонент может быть измельчен до размеров частиц, при которых медианно-массовый диаметр (D50) находится в диапазоне 5-250 микрон, предпочтительно, 20-150 микрон. До или после измельчения минерал может быть нагрет для его активации для растворения. Некоторое сырье может не требовать нагревания и может быть в достаточной мере активировано измельчением; таким образом, содержащим активированный минерал силиката магния. The starting solids used as feedstock in the process of the invention contain an activated magnesium silicate mineral such as olivine, serpentinite, dunite, or mixtures thereof. The solid component can be ground to particle sizes where the median mass diameter (D 50 ) is in the range of 5-250 microns, preferably 20-150 microns. Before or after grinding, the mineral may be heated to activate it to dissolve. Some raw materials may not require heating and may be sufficiently activated by grinding; thus containing an activated magnesium silicate mineral.
Минерал силиката магния может быть активирован нагреванием частиц минерала до повышенной температуры, например, в диапазоне 570°C-700°C, с образованием активированных твердых частиц, содержащих, содержащих дегидроксилированный силикат магния. Активированные твердые частицы содержат дегидроксилированный силикат магния и обычно их охлаждают до температуры ниже 200°C перед смешиванием с водным раствором (например, водой) с получением водной суспензии. В таком варианте выполнения возможна рекуперация тепла от нагретых активированных твердых частиц для его полезного использования, такого как нагревание другого потока способа или получение пара для производства электроэнергии. The magnesium silicate mineral can be activated by heating the mineral particles to an elevated temperature, for example in the range of 570° C.-700° C., to form activated solid particles containing dehydroxylated magnesium silicate. The activated solids contain dehydroxylated magnesium silicate and are typically cooled to below 200° C. before being mixed with an aqueous solution (eg water) to form an aqueous suspension. In such an embodiment, it is possible to recover heat from the heated activated solids for its beneficial use, such as heating another process stream or generating steam for power generation.
Обедненный магнием твердый остаток с любого этапа растворения могут подвергать процессу мокрой магнитной сепарации с целью извлечения из него части, обогащенной железом. Такая часть, обогащенная железом, может извлекаться до любой последующей обработки и представлять собой ценный продукт. The magnesium-depleted solid residue from any dissolution step can be subjected to a wet magnetic separation process to recover the iron-rich portion therefrom. Such an iron-enriched portion can be recovered prior to any further processing and constitute a valuable product.
Обедненный магнием твердый остаток с любого этапа растворения может быть излечен из способа, а диоксид кремния в нем может быть извлечен в виде другого ценного продукта, вне зависимости от того подвергался он магнитной сепарации или нет. Обедненный магнием твердый остаток могут подвергать химической обработке, например, кислотному выщелачиванию, для очищения диоксида кремния, содержащегося в нем. The magnesium-depleted solid residue from any dissolution step can be recovered from the process and the silica in it can be recovered as another valuable product whether it has been magnetically separated or not. The magnesium-depleted solid residue can be subjected to chemical treatment, such as acid leaching, to purify the silica contained therein.
Давление и температуру или другие рабочие условия каждого этапа способа можно варьировать, чтобы оптимизировать реакции на каждом этапе. Абсолютное давление может поддерживаться в диапазоне от 5 кПа до 20000 кПа, а температура может поддерживаться в диапазоне от 10°C до 200°C. Предпочтительно, чтобы на каждом этапе растворения давление находилось в диапазоне 100 кПа-20000 кПа, а температура находилась в диапазоне 20°C-185°C. Предпочтительно, чтобы давление на этапах осаждения было ниже, чем на этапах растворения, и находилось в диапазоне 5 кПа-5000 кПа, а температура находилась в диапазоне 20°C-150°C. Давление на каждом этапе осаждения ниже, чем на предыдущем этапе. Температура и другие рабочие условия также могут варьироваться, чтобы оптимизировать растворение и осаждение, происходящие на каждом этапе. The pressure and temperature or other operating conditions of each process step can be varied to optimize the reactions at each step. The absolute pressure can be maintained in the range of 5 kPa to 20,000 kPa, and the temperature can be maintained in the range of 10°C to 200°C. Preferably, in each dissolution step, the pressure is in the range of 100 kPa-20,000 kPa and the temperature is in the range of 20°C-185°C. Preferably, the pressure in the precipitation steps is lower than in the dissolution steps, and is in the range of 5 kPa-5000 kPa, and the temperature is in the range of 20°C-150°C. The pressure in each stage of deposition is lower than in the previous stage. The temperature and other operating conditions can also be varied to optimize the dissolution and precipitation that occurs in each step.
В одном варианте выполнения изобретение предлагает способ, в котором карбонизированный водный раствор, обогащенный ионами магния, получают растворением активированного минерала силиката магния в одном или более реакторах, питаемых входящим потоком газа, содержащим CO2, при давлении выше атмосферного и затем, на двух или более этапах осаждения, индуцируют сдвиг pH в растворе за счет удаления растворенного CO2 посредством понижения давления в растворе, осаждая таким образом карбонат магния. Давление постепенно снижается поэтапным образом, с каждым этапом абсолютное давление ниже, чем на предыдущем этапе. На каждом этапе снижения давления выделяется CO2 и происходит осаждение карбоната магния ввиду роста pH. Выделившийся на каждом этапе CO2 может быть повторно сжат до давления предшествующего этапа или до давления этапа растворения.In one embodiment, the invention provides a process in which a magnesium ion-enriched carbonated aqueous solution is prepared by dissolving an activated magnesium silicate mineral in one or more reactors fed with an inlet gas stream containing CO 2 at a pressure above atmospheric pressure and then, at two or more precipitation steps induce a pH shift in the solution by removing dissolved CO 2 by lowering the pressure in the solution, thereby precipitating magnesium carbonate. The pressure is gradually reduced in a stepwise manner, with each step the absolute pressure is lower than in the previous step. At each stage of pressure reduction, CO 2 is released and magnesium carbonate precipitates due to a rise in pH. The CO 2 released in each step can be recompressed to the pressure of the previous step or to the pressure of the dissolution step.
В одном варианте осуществления изобретение предлагает способ, в котором карбонизированный водный раствор, обогащенный ионами магния, получают растворением активированного минерала силиката магния в одном или более реакторах, питаемых входящим потоком газа, содержащим CO2, при давлении близком к, равном или превышающем атмосферное и затем, на двух или более отдельных этапах осаждения, индуцируют сдвиг pH в растворе за счет удаления растворенного CO2 посредством применения частичного вакуума или давления ниже атмосферного, по меньшей мере, на одном из этапов осаждения, осаждая таким образом карбонат магния. Давление постепенно снижается поэтапным образом, с каждым этапом абсолютное давление ниже, чем на предыдущем этапе. На каждом этапе снижения давления выделяется CO2 и происходит осаждение карбоната магния ввиду роста pH. Выделившийся на каждом этапе CO2 соответствующим образом поэтапно сжимается и возвращается на этап растворения. Выделившийся на каждом этапе CO2 может быть повторно сжат до давления предшествующего этапа или до давления этапа растворения. Такое поэтапное повторное сжатие выделившегося CO2 сокращает общее количество энергии, требуемой для повторного сжатия всего CO2 до давления этапа растворения. Охлаждение сжатых потоков между этапами повторного сжатия будет дополнительно сокращать общее количество энергии, требуемой для повторного сжатия, и будет способствовать извлечению увлекаемой воды или водяного пара, подлежащих возвращению в способ в оптимальные места. In one embodiment, the invention provides a process in which a magnesium ion-enriched carbonated aqueous solution is prepared by dissolving an activated magnesium silicate mineral in one or more reactors fed with an inlet gas stream containing CO 2 at a pressure close to, equal to, or greater than atmospheric pressure and then , in two or more separate precipitation steps, induce a pH shift in the solution by removing dissolved CO 2 by applying partial vacuum or subatmospheric pressure in at least one of the precipitation steps, thereby precipitating magnesium carbonate. The pressure is gradually reduced in a stepwise manner, with each step the absolute pressure is lower than in the previous step. At each stage of pressure reduction, CO 2 is released and magnesium carbonate precipitates due to a rise in pH. The CO 2 liberated in each step is compressed in a suitable stepwise manner and returned to the dissolution step. The CO 2 released in each step can be recompressed to the pressure of the previous step or to the pressure of the dissolution step. This stepwise recompression of the released CO 2 reduces the total energy required to recompress all of the CO 2 to the pressure of the dissolution step. Cooling the compressed streams between recompression steps will further reduce the total energy required for recompression and will help recover entrained water or steam to be returned to the process at optimal locations.
В одном таком варианте осуществления CO2, выделившийся на этапе осаждения, сжимают до давления предшествующего этапа осаждения и смешивают с CO2, выделившимся на упомянутом предшествующем этапе, до того, как он будет дополнительно сжат и возвращен на этап растворения. В одном таком варианте осуществления для сокращения количества энергии, требуемой для дополнительного сжатия, между каждым местом сжатия, обеспечивают охлаждение. Воду, сконденсировавшуюся при охлаждении, после каждого места сжатия могут удалять из газового потока и возвращать в способ. In one such embodiment, the CO 2 released from the settling step is compressed to the pressure of the previous settling step and mixed with the CO 2 released from said previous step before it is further compressed and returned to the dissolution step. In one such embodiment, cooling is provided between each compression site to reduce the amount of energy required for further compression. Water condensed upon cooling after each compression point may be removed from the gas stream and returned to the process.
Преимущества, обеспечиваемые изобретением, могут быть обусловлены:The advantages provided by the invention may be due to:
• извлечением с этапов осаждения по существу чистых потоков CO2, которые могут быть возвращены на этап растворения, тем самым обеспечивая более высокие концентрации CO2 для растворения, по сравнению с входящим потоком дымовых газов;• recovering substantially pure CO 2 streams from the precipitation stages, which can be returned to the dissolution stage, thereby providing higher concentrations of CO 2 for dissolution compared to the incoming flue gas stream;
• существенной экономией энергии при повторном сжатии данных потоков ввиду поэтапного снижения давления. Для повторного сжатия CO2, выделившегося на каждом этапе, требуется меньшее количество общей энергии, чем требовалось бы в случае, если весь CO2 выделился на одном этапе осаждения с одним этапом снижения давления. Выделившийся на каждом этапе CO2, который содержит только часть общего выделившегося CO2, также может быть только сжат с собственного давления до давления предшествующего этапа сжатия, вместо повторного сжатия всего выделившегося CO2 с конечного низкого давления обратно до давления этапа растворения. Таким образом, рабочие давления этапов осаждения и повторного сжатия могут быть выбраны для оптимизации осаждения при минимизации общего количества энергии на повторное сжатие; и• Significant energy savings in the re-compression of these streams due to the gradual reduction of pressure. Recompressing the CO 2 released in each step requires less total energy than would be required if all the CO 2 was released in one settling step with one depressurization step. The CO 2 released from each stage, which contains only a fraction of the total CO 2 released, can also only be compressed from its own pressure to the pressure of the previous compression stage, instead of re-compressing all of the CO 2 released from the final low pressure back to the pressure of the dissolution stage. Thus, the operating pressures of the deposition and recompression steps can be chosen to optimize deposition while minimizing the total recompression energy; And
• промежуточным охлаждением повторно сжатых потоков CO2 между этапами, что дополнительно обеспечивает сокращение количества энергии, требуемой на повторное сжатие, а также извлечением увлекаемой воды или водяного пара, которые могут быть возвращены обратно в способ в наиболее подходящие места. Данные места могут быть выбраны так, чтобы оптимизировать температуры и концентрации суспензии в способе.• Intercooling the recompressed CO 2 streams between stages, further reducing the energy required for recompression, and recovering entrained water or steam that can be recycled back into the process at the most appropriate locations. These locations can be chosen to optimize the temperatures and slurry concentrations in the process.
В одном варианте осуществления суспензию, выходящую из реактора растворения, подвергают процессу разделения в сепараторе, который, по существу, отделяет твердые компоненты от жидких компонентов, таким образом разделяя суспензию на поток, содержащий карбонизированный водный раствор, обогащенный ионами магния, и поток, содержащий обедненный магнием твердый остаток. Поток, содержащий карбонизированный водный раствор, обогащенный ионами магния, подают в реакторы осаждения. In one embodiment, the slurry exiting the dissolution reactor is subjected to a separation process in a separator that essentially separates the solid components from the liquid components, thereby separating the slurry into a stream containing a carbonated aqueous solution enriched in magnesium ions and a stream containing lean magnesium ions. magnesium solid residue. A stream containing a carbonated aqueous solution enriched with magnesium ions is fed to the precipitation reactors.
В другом варианте выполнения настоящее изобретение предлагает реакторную установку, выполненную с возможностью реализации способов согласно настоящему изобретению. Реакторная установка содержит один или более реакторов растворения и один или более реакторов осаждения, выполненных с возможностью обеспечивать поэтапное снижение давления и извлекать выделившийся CO2 и осажденные карбонаты магния. In another embodiment, the present invention provides a reactor plant capable of implementing the methods of the present invention. The reactor plant comprises one or more dissolution reactors and one or more settling reactors configured to provide a staged depressurization and recover released CO 2 and precipitated magnesium carbonates.
В дополнительном варианте выполнения установка может содержать более одного реактора растворения и более одного реактора осаждения, расположенных последовательно или параллельно наряду с операциями блока предварительной и последующей обработки, такими как передача тепла и процессы разделения жидких/твердых или жидких/газообразных компонентов. В данном случае диоксид углерода, высвобождаемый в соответствующих реакторах дегазации/осаждения, для повышения эффективности процесса, может быть возвращен в один или более реакторов растворения при варьировании рабочих давлений и дополнительно других условий процесса. В вариантах выполнения поток концентрированного СО2 может вступать в реакцию с активированным минеральным сырьем в отдельных реакторах или возвращаться в один или более реакторов растворения, с образованием карбоната магния на последующих этапах дегазации/осаждения, максимально увеличивая таким образом образование карбоната магния как одного из ценных продуктов настоящего изобретения.In a further embodiment, the plant may comprise more than one dissolution reactor and more than one precipitation reactor in series or parallel along with pre-treatment and post-treatment operations such as heat transfer and liquid/solid or liquid/gas separation processes. In this case, the carbon dioxide liberated in the respective degassing/precipitation reactors can be returned to one or more dissolution reactors by varying operating pressures and additionally other process conditions to improve process efficiency. In embodiments, the concentrated CO 2 stream may be reacted with the activated mineral in separate reactors or recycled to one or more dilution reactors to form magnesium carbonate in subsequent degassing/precipitation steps, thus maximizing the formation of magnesium carbonate as one of the valuable products. of the present invention.
Настоящее изобретение может обеспечить значительные улучшения по сравнению с предшествующими способами минеральной карбонизации, делая весь процесс более выгодным энергетически и экономически, чем можно было бы ожидать, и, таким образом, более конкурентоспособным, чем предыдущие способы. Таким образом, настоящее изобретение может предложить более выгодное средство превращения диоксида углерода в стабильные карбонаты магния, тем самым позволяя сократить количество диоксида углерода, выбрасываемого в атмосферу. Варианты осуществления изобретения могут быть реализованы в энергетически более выгодных рабочих условиях (включая давление и температуру) по сравнению с теми условиями, которые обычно применяют при карбонизации минералов ex-situ. Варианты выполнения изобретения могут быть реализованы с использованием потоков газа, содержащих диоксид углерода, которые содержат кислотные и/или другие примеси в более высоких концентрациях, чем это допускают известные способы.The present invention can provide significant improvements over prior mineral carbonation processes, making the entire process more energetically and economically advantageous than would be expected, and thus more competitive than previous methods. Thus, the present invention may provide a more advantageous means of converting carbon dioxide to stable magnesium carbonates, thereby allowing a reduction in the amount of carbon dioxide emitted to the atmosphere. Embodiments of the invention may be operated under energetically more favorable operating conditions (including pressure and temperature) than those commonly used in ex-situ carbonization of minerals. Embodiments of the invention may be carried out using gas streams containing carbon dioxide that contain acidic and/or other impurities at higher concentrations than known methods allow.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны далее со ссылкой на следующие, не ограничивающие, примеры.Embodiments of the present invention will be described below with reference to the following non-limiting examples.
Пример 1Example 1
На фиг. 1 показана технологическая схема, иллюстрирующая варианты осуществления изобретения. Для простоты промежуточные теплообменники, насосы и другие технологические блоки были опущены. Специалистам в данной области техники будет понятно, что такие промежуточные блоки требуются в способе в некоторых местах. In FIG. 1 is a flow diagram illustrating embodiments of the invention. For simplicity, intermediate heat exchangers, pumps and other process units have been omitted. Those skilled in the art will recognize that such intermediate blocks are required in the process at some points.
На фиг. 1 показан способ с одним этапом растворения и двумя этапами осаждения. На ней показан процесс (1) активации, при которой минеральное сырье силиката магния нагревают с получением активированного минерала силиката магния, подпиточный бак (2) для суспензии, в котором вода смешивается с активированным минералом силиката магния с получением водной суспензии активированного минерала, реактор (4) растворения, в котором суспензия взаимодействует с потоком (3) газа, содержащим CO2, под давлением. Здесь поток газа, содержащий CO2, содержит относительно чистый CO2 с процесса улавливания дымовых газов и находится под давлением 600 кПа. Температура в реакторе растворения составляет 50°C. Здесь минеральное сырье силиката магния имеет медианно-массовый диаметр частиц, составляющий 37 микрон. Суспензия, выходящая из емкости реактора (4) растворения, поступает в сепаратор (5), который, по существу, разделяет суспензию на карбонизированный водный раствор, обогащенный ионами магния, и обедненный магнием твердый остаток. Твердый остаток может образовывать первый продуктовый поток и может быть подвергнут дополнительной обработке, такой как магнитная сепарация для извлечения железа, или кислотному выщелачиванию. In FIG. 1 shows a process with one dissolution step and two precipitation steps. It shows the activation process (1) in which the magnesium silicate mineral raw material is heated to obtain the activated magnesium silicate mineral, the slurry make-up tank (2) in which water is mixed with the activated magnesium silicate mineral to obtain an aqueous suspension of the activated mineral, the reactor (4 ) dissolution, in which the suspension interacts with a gas stream (3) containing CO 2 under pressure. Here, the gas stream containing CO 2 contains relatively pure CO 2 from the flue gas recovery process and is at a pressure of 600 kPa. The temperature in the dissolution reactor is 50°C. Here, the magnesium silicate mineral has a mass median particle diameter of 37 microns. The slurry exiting the dissolution reactor vessel (4) enters a separator (5) which essentially separates the slurry into a carbonized aqueous solution enriched in magnesium ions and a magnesium-depleted solid residue. The solid residue may form the first product stream and may be subjected to further processing such as magnetic separation to recover iron or acid leaching.
Карбонизированный водный раствор, обогащенный ионами магния, из сепаратора (5) поступает в первый реактор (6) осаждения, где происходит осаждение карбоната магния, ввиду того, что давление снижается до 200 кПа. Температура в первом реакторе осаждения составляет 70°C. Газообразный CO2, выделившийся вследствие сброса давления, повторно сжимается (7) и возвращается обратно в реактор (4) растворения. Суспензия, выходящая из первого реактора (6) осаждения, поступает в сепаратор (5А), который, по существу, отделяет осажденный карбонат магния от оставшегося водного раствора с ионами магния. The carbonized aqueous solution enriched with magnesium ions from the separator (5) enters the first precipitation reactor (6), where magnesium carbonate is precipitated, since the pressure is reduced to 200 kPa. The temperature in the first precipitation reactor is 70°C. The gaseous CO 2 liberated due to depressurization is recompressed (7) and returned back to the dissolution reactor (4). The slurry exiting the first precipitation reactor (6) enters a separator (5A) which essentially separates the precipitated magnesium carbonate from the remaining magnesium ion aqueous solution.
Оставшийся водный раствор с ионами магния из сепаратора (5А) поступает во второй реактор (6А) осаждения, в котором происходит дополнительное осаждение карбоната магния ввиду того, что давление дополнительно снижено до 50 кПа. Температура во втором реакторе осаждения составляет 85°C. Дополнительный газообразный CO2, выделившийся вследствие сброса давления, повторно сжимается (7А) и смешивается с CO2, выделившимся из первого реактора (6) осаждения, до того, как он будет дополнительно сжат (7) и возвращен обратно в реактор (4) растворения. Суспензия, выходящая из второго реактора (6А) осаждения, поступает в сепаратор (5В), который, по существу, отделяет осажденный карбонат магния от оставшегося водного раствора с ионами магния. Оставшийся водный раствор с ионами магния возвращают обратно в подпиточный бак (2) для суспензии.The remaining aqueous solution with magnesium ions from the separator (5A) enters the second precipitation reactor (6A), in which additional precipitation of magnesium carbonate occurs due to the fact that the pressure is further reduced to 50 kPa. The temperature in the second precipitation reactor is 85°C. Additional gaseous CO 2 released due to depressurization is re-compressed (7A) and mixed with CO 2 released from the first precipitation reactor (6) before it is further compressed (7) and returned back to the dissolution reactor (4) . The slurry exiting the second precipitation reactor (6A) enters a separator (5B) which essentially separates the precipitated magnesium carbonate from the remaining aqueous magnesium ion solution. The remaining aqueous solution with magnesium ions is returned back to the slurry make-up tank (2).
Пример 2Example 2
На фиг. 2 показана технологическая схема, иллюстрирующая дополнительные варианты осуществления изобретения. Для простоты промежуточные теплообменники, насосы и другие технологические блоки были опущены. Специалистам в данной области техники будет понятно, что такие промежуточные блоки требуются в способе в некоторых местах. In FIG. 2 is a flow diagram illustrating additional embodiments of the invention. For simplicity, intermediate heat exchangers, pumps and other process units have been omitted. Those skilled in the art will recognize that such intermediate blocks are required in the process at some points.
На фиг. 2 показан процесс (1) активации, при которой минеральное сырье силиката магния нагревают и измельчают с получением активированного минерала силиката магния, имеющего медианно-массовый диаметр частиц, составляющий 45 микрон, подпиточный бак (2) для суспензии, в котором вода смешивается с активированным минералом силиката магния с получением водной суспензии активированного минерала, первый реактор (4) растворения, в котором суспензия взаимодействует с потоком (3) газа, содержащим CO2, который был сжат (3). Здесь поток газа, содержащий CO2, содержит дымовые газы и находится под давлением 1000 кПа, что дает парциальное давление CO2, составляющее 80 кПа. Температура в реакторе растворения составляет 50°C. Суспензия, выходящая из первого реактора (4) растворения, содержит карбонизированный водный раствор, обогащенный ионами магния, и обедненный магнием твердый остаток. Во втором реакторе (4А) растворения магний дополнительно растворяется из минерала. Здесь парциальное давление CO2 составляет 600 кПа, а температура составляет 60°C. Суспензия, выходящая из второго реактора растворения, поступает в сепарационный блок (5), где происходит отделение водного раствора от твердого остатка, который содержит продукт, обогащенный диоксидом кремния. Отделенный карбонизированный водный раствор, обогащенный ионами магния, поступает в последовательно расположенные реактора (6) и (6А) осаждения, где происходит осаждение карбоната магния. In FIG. 2 shows an activation process (1) in which a magnesium silicate mineral raw material is heated and pulverized to produce an activated magnesium silicate mineral having a mass median particle diameter of 45 microns, a slurry make-up tank (2) in which water is mixed with the activated mineral. magnesium silicate to form an aqueous slurry of the activated mineral, a first dissolution reactor (4) in which the slurry is contacted with a gas stream (3) containing CO 2 that has been compressed (3). Here, the gas stream containing CO 2 contains flue gases and is at a pressure of 1000 kPa, resulting in a CO 2 partial pressure of 80 kPa. The temperature in the dissolution reactor is 50°C. The slurry exiting the first dissolution reactor (4) contains a carbonized aqueous solution enriched in magnesium ions and a solid residue depleted in magnesium. In the second dissolution reactor (4A), magnesium is further dissolved from the mineral. Here, the partial pressure of CO 2 is 600 kPa and the temperature is 60°C. The slurry leaving the second dissolution reactor enters the separation unit (5) where the aqueous solution is separated from the solid residue, which contains the silica-enriched product. The separated carbonized aqueous solution, enriched in magnesium ions, enters the successive precipitation reactors (6) and (6A), where magnesium carbonate is precipitated.
В данном примере газообразный CO2 постепенно выделяется из реакторов (6 и 6А) осаждения за счет последовательного снижения давления в два этапа, вызывая поэтапный рост pH раствора и индуцируя осаждение карбоната магния из карбонизированного водного раствора, обогащенного ионами магния. Выделившийся CO2 сжимают (7А и 7В) и подают обратно во второй реактор (4А) растворения при давлении 600 кПа. В первом реакторе (6) осаждения давление снижено до 200кПа. Температура в первом реакторе осаждения составляет 60°C. Суспензия, выходящая из первого реактора (6) осаждения, поступает в сепаратор (5А), который, по существу, отделяет осажденный карбонат магния от оставшегося водного раствора с ионами магния. In this example, gaseous CO 2 is gradually released from the precipitation reactors (6 and 6A) by successively depressurizing the solution in two steps, causing the pH of the solution to rise step by step and inducing precipitation of magnesium carbonate from the magnesium ion-enriched carbonated aqueous solution. The released CO 2 is compressed (7A and 7B) and fed back into the second dissolution reactor (4A) at a pressure of 600 kPa. In the first precipitation reactor (6), the pressure is reduced to 200 kPa. The temperature in the first precipitation reactor is 60°C. The slurry exiting the first precipitation reactor (6) enters a separator (5A) which essentially separates the precipitated magnesium carbonate from the remaining magnesium ion aqueous solution.
Оставшийся водный раствор с ионами магния из сепаратора (5А) поступает во второй реактор (6А) осаждения, в котором происходит дополнительное осаждение карбоната магния ввиду того, что давление дополнительно снижено до абсолютного давления в 50 кПа за счет применения частичного вакуума. Температура во втором реакторе осаждения составляет 65°C. Газообразный CO2, выделившийся вследствие сброса давления, повторно сжимается (7В) и возвращается обратно в реактор (4А) растворения. The remaining aqueous solution with magnesium ions from the separator (5A) enters the second precipitation reactor (6A), in which additional precipitation of magnesium carbonate occurs due to the fact that the pressure is further reduced to an absolute pressure of 50 kPa by applying a partial vacuum. The temperature in the second precipitation reactor is 65°C. The gaseous CO 2 liberated due to depressurization is recompressed (7B) and returned back to the dissolution reactor (4A).
В данном примере из сепаратора (5) получают продуктовый поток, который содержит твердые компоненты, обогащенные диоксидом кремния. Такой поток может быть подвергнут дополнительной обработке с получением продуктов с высокой ценностью. В частности, он может быть подвергнут обработке в мокром магнитном сепараторе для извлечения фракции, обогащенной железом, которая может быть ценным продуктом. Оставшаяся фракция, обогащенная диоксидом кремния, может быть другим ценным продуктом или может быть повергнута дополнительной обработке или очистке, например, кислотному выщелачиванию любых оставшихся металлов. Дополнительные продуктовые потоки получают из сепараторов (5А и 5В), следующих за реакторами (6 и 6А) осаждения, за счет разделения суспензии, выходящей из реакторов осаждения, на поток, обогащенный твердыми компонентами, и поток, обогащенный жидкими компонентами. Отделенные потоки, обогащенные твердыми компонентами, содержат гидратированный карбонат магния, содержащий несквегонит, который представляет собой другой ценный продукт. Потоки, обогащенные жидкими компонентами, возвращают в способ. In this example, a product stream is obtained from the separator (5), which contains solid components enriched in silica. Such a stream can be subjected to additional processing to obtain high value products. In particular, it can be processed in a wet magnetic separator to recover the iron-rich fraction, which can be a valuable product. The remaining silica-enriched fraction may be another valuable product or may be subjected to further processing or purification, such as acid leaching of any remaining metals. Additional product streams are obtained from separators (5A and 5B) downstream of the precipitation reactors (6 and 6A) by separating the slurry leaving the precipitation reactors into a solids-rich stream and a liquid-rich stream. The solids-enriched separated streams contain hydrated magnesium carbonate containing nesquegonite, which is another valuable product. Streams rich in liquid components are returned to the process.
Пример 3Example 3
На фиг. 3 показана технологическая схема, иллюстрирующая дополнительные варианты осуществления изобретения. Для простоты промежуточные теплообменники, насосы и другие технологические блоки были опущены. Специалистам в данной области техники будет понятно, что такие промежуточные блоки требуются в способе в некоторых местах. In FIG. 3 is a flow diagram illustrating additional embodiments of the invention. For simplicity, intermediate heat exchangers, pumps and other process units have been omitted. Those skilled in the art will recognize that such intermediate blocks are required in the process at some points.
На фиг. 3 показан процесс (1) активации, при которой минеральное сырье силиката магния нагревают и измельчают с получением активированного минерала силиката магния, имеющего медианно-массовый диаметр частиц, составляющий 45 микрон, подпиточный бак (2) для суспензии, в котором вода смешивается с активированным минералом силиката магния с получением водной суспензии активированного минерала, первый реактор (4) растворения, в котором суспензия взаимодействует с потоком (3) газа, содержащим CO2, который был сжат (3). Здесь поток газа, содержащий CO2, содержит дымовые газы и находится под давлением 1000 кПа, что дает парциальное давление CO2, составляющее 80 кПа. Температура в первом реакторе растворения составляет 40°C. Суспензия, выходящая из первого реактора (4) растворения, содержит карбонизированный водный раствор, обогащенный ионами магния, и обедненный магнием твердый остаток. Во втором реакторе (4А) растворения магний дополнительно растворяется из минерала. Здесь парциальное давление CO2 составляет 600 кПа, а температура составляет 50°C. Суспензия, выходящая из второго реактора растворения, поступает в сепарационный блок (5), где происходит отделение водного раствора от твердого остатка, который содержит продукт, обогащенный диоксидом кремния. Отделенный карбонизированный водный раствор, обогащенный ионами магния, поступает в последовательно расположенные реактора (6) и (6А) осаждения, где происходит осаждение карбоната магния.In FIG. 3 shows an activation process (1) in which a magnesium silicate mineral raw material is heated and pulverized to produce an activated magnesium silicate mineral having a mass median particle diameter of 45 microns, a slurry make-up tank (2) in which water is mixed with the activated mineral. magnesium silicate to form an aqueous slurry of the activated mineral, a first dissolution reactor (4) in which the slurry is contacted with a gas stream (3) containing CO 2 that has been compressed (3). Here, the gas stream containing CO 2 contains flue gases and is at a pressure of 1000 kPa, resulting in a CO 2 partial pressure of 80 kPa. The temperature in the first dissolution reactor is 40°C. The slurry exiting the first dissolution reactor (4) contains a carbonized aqueous solution enriched in magnesium ions and a solid residue depleted in magnesium. In the second dissolution reactor (4A), magnesium is further dissolved from the mineral. Here, the partial pressure of CO 2 is 600 kPa and the temperature is 50°C. The slurry leaving the second dissolution reactor enters the separation unit (5) where the aqueous solution is separated from the solid residue, which contains the silica-enriched product. The separated carbonized aqueous solution, enriched in magnesium ions, enters the successive precipitation reactors (6) and (6A), where magnesium carbonate is precipitated.
В данном примере, газообразный CO2, постепенно выделяется из реакторов (6 и 6А) осаждения за счет последовательного поэтапного снижения давления, вызывая поэтапный рост pH раствора и индуцируя осаждение карбоната магния из карбонизированного водного раствора, обогащенного ионами магния. В первом реакторе (6) осаждения давление снижено до 200 кПа. Температура в первом реакторе осаждения составляет 60°C. Суспензия, выходящая из первого реактора (6) осаждения, поступает в сепарационный блок (5А), где водный раствор, по существу, отделяется от твердого компонента, который содержит продукт гидратированного карбоната магния. In this example, gaseous CO 2 is gradually released from the precipitation reactors (6 and 6A) by successive pressure reduction steps, causing the pH of the solution to step up and inducing precipitation of magnesium carbonate from the magnesium ion-enriched carbonated aqueous solution. In the first precipitation reactor (6), the pressure is reduced to 200 kPa. The temperature in the first precipitation reactor is 60°C. The slurry exiting the first precipitation reactor (6) enters a separation unit (5A) where the aqueous solution is substantially separated from the solid component which contains the hydrated magnesium carbonate product.
Оставшийся водный раствор с ионами магния из сепаратора (5А) поступает во второй реактор (6А) осаждения, в котором происходит дополнительное осаждение карбоната магния ввиду того, что давление дополнительно снижено до абсолютного давления 50кПа за счет применения частичного вакуума. Температура во втором реакторе осаждения составляет 65°C. The remaining aqueous solution with magnesium ions from the separator (5A) enters the second precipitation reactor (6A), in which additional precipitation of magnesium carbonate occurs due to the fact that the pressure is further reduced to an absolute pressure of 50 kPa by applying a partial vacuum. The temperature in the second precipitation reactor is 65°C.
Газообразный CO2, выделившийся из второго реактора (6А) осаждения, повторно сжимается (7В) до давления первого реактора (6) осаждения и смешивается с CO2, выделившимся из первого реактора (6) осаждения. Смешанный CO2 повторно сжимают (7А) до давления второго реактора (4А) растворения и смешивают с CO2, выделившимся из второго реактора (4А) растворения. В данном примере между этапами сжатия (7В) и (7А), а также между (7А) и (7), включены блоки (8) и (8А) охлаждения. Сконденсировавшуюся воду удаляют из данных блоков охлаждения и могут возвращать обратно в способ, например, в подпиточный бак (2) для суспензии.Gaseous CO 2 released from the second precipitation reactor (6A) is recompressed (7B) to the pressure of the first precipitation reactor (6) and mixed with CO 2 released from the first precipitation reactor (6). The mixed CO 2 is recompressed (7A) to the pressure of the second dissolution reactor (4A) and mixed with the CO 2 liberated from the second dissolution reactor (4A). In this example, between the compression stages (7B) and (7A), as well as between (7A) and (7), cooling units (8) and (8A) are included. Condensed water is removed from these cooling units and can be returned back to the process, for example to the slurry make-up tank (2).
Суспензия, выходящая из первого реактора (6) осаждения поступает в сепаратор (5А), который, по существу, отделяет осажденный карбонат магния от оставшегося водного раствора с ионами магния. The slurry exiting the first precipitation reactor (6) enters a separator (5A) which essentially separates the precipitated magnesium carbonate from the remaining aqueous magnesium ion solution.
В данном примере из сепаратора (5) получают продуктовый поток, который содержит твердые компоненты, обогащенные диоксидом кремния. Такой поток может быть подвергнут дополнительной обработке с получением продуктов с высокой ценностью. В частности, он может быть подвергнут обработке в мокром магнитном сепараторе для извлечения фракции, обогащенной железом, которая может быть ценным продуктом. Оставшаяся фракция, обогащенная диоксидом кремния, может быть другим ценным продуктом или может быть повергнута дополнительной обработке или очистке, например, кислотному выщелачиванию любых оставшихся металлов. Дополнительные продуктовые потоки получают из сепараторов (5А и 5В), следующих за реакторами (6 и 6А) осаждения, за счет разделения суспензии, выходящей из реакторов осаждения, на поток, обогащенный твердыми компонентами, и поток, обогащенный жидкими компонентами. Отделенные потоки, обогащенные твердыми компонентами, содержат гидратированный карбонат магния, который представляет собой другой ценный продукт. Потоки, обогащенные жидкими компонентами, возвращают в способ. Хотя в данном примере показано два этапа осаждения, также можно использовать более двух таких этапов, с каждым этапом при более низком давлении, чем на предыдущем. Что касается двух таких этапов, то CO2, выделившийся на каждом этапе, можно повторно сжимать и возвращать на этап растворения.In this example, a product stream is obtained from the separator (5), which contains solid components enriched in silica. Such a stream can be subjected to additional processing to obtain high value products. In particular, it can be processed in a wet magnetic separator to recover the iron-rich fraction, which can be a valuable product. The remaining silica-enriched fraction may be another valuable product or may be subjected to further processing or purification, such as acid leaching of any remaining metals. Additional product streams are obtained from separators (5A and 5B) downstream of the precipitation reactors (6 and 6A) by separating the slurry leaving the precipitation reactors into a solids-rich stream and a liquid-rich stream. The solids-enriched separated streams contain hydrated magnesium carbonate, which is another valuable product. Streams rich in liquid components are returned to the process. Although this example shows two settling steps, it is also possible to use more than two such steps, with each step at a lower pressure than the previous one. For two such steps, the CO 2 released in each step can be re-compressed and recycled to the dissolution step.
Claims (18)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU2018901560 | 2018-05-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020139290A RU2020139290A (en) | 2022-06-08 |
| RU2791109C2 true RU2791109C2 (en) | 2023-03-02 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006008242A1 (en) * | 2004-07-19 | 2006-01-26 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Process for producing caco3 or mgco3 |
| US20080299024A1 (en) * | 2005-11-24 | 2008-12-04 | Institutt For Energiteknikk | Method For Industrial Manufacture Of Pure MgCo3 From An Olivine Containing Species Of Rock |
| RU2372289C1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-11-10 | Дмитрий Александрович Петухов | Method of producing magnesium oxide from talc-magnesite ore and talc tailings from talc-magnesite ore |
| US9440189B2 (en) * | 2012-03-07 | 2016-09-13 | Institut National De La Recherche Scientifique (Inrs) | Carbon dioxide chemical sequestration from industrial emissions by carbonation |
| RU2602140C2 (en) * | 2010-10-26 | 2016-11-10 | Омиа Интернэшнл Аг | Obtaining highly pure precipitated calcium carbonate |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006008242A1 (en) * | 2004-07-19 | 2006-01-26 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Process for producing caco3 or mgco3 |
| RU2389687C2 (en) * | 2004-07-19 | 2010-05-20 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | CaCO3 OR MgCO3 SYNTHESIS METHOD |
| US20080299024A1 (en) * | 2005-11-24 | 2008-12-04 | Institutt For Energiteknikk | Method For Industrial Manufacture Of Pure MgCo3 From An Olivine Containing Species Of Rock |
| RU2437833C2 (en) * | 2005-11-24 | 2011-12-27 | Институтт фор Энергитекникк | METHOD FOR INDUSTRIAL PRODUCTION OF PURE MgCO3 FROM OLIVINE-CONTAINING ROCK |
| RU2372289C1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-11-10 | Дмитрий Александрович Петухов | Method of producing magnesium oxide from talc-magnesite ore and talc tailings from talc-magnesite ore |
| RU2602140C2 (en) * | 2010-10-26 | 2016-11-10 | Омиа Интернэшнл Аг | Obtaining highly pure precipitated calcium carbonate |
| US9440189B2 (en) * | 2012-03-07 | 2016-09-13 | Institut National De La Recherche Scientifique (Inrs) | Carbon dioxide chemical sequestration from industrial emissions by carbonation |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Mischa Werner, Subrahmaniam Hariharan, Marco Mazzotti. Flue gas CO2 mineralization using thermally activated serpentine: From single- to double-step carbonation. Energy Procedia 63, 2014, р.5912-5917. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2734540C (en) | Process for converting carbon dioxide into solid material | |
| JP7254908B2 (en) | Multistage carbonate mineralization | |
| EP3793945A1 (en) | Process for selective adsorption and recovery of lithium from natural and synthetic brines | |
| US11273408B2 (en) | Mineral carbonation | |
| US11697597B2 (en) | Integrated process for mineral carbonation | |
| TW201618848A (en) | Water recycling in a CO2 removal process and system | |
| RU2791109C2 (en) | Multi-stage mineral carbonation | |
| EP3549660A1 (en) | Process for capturing co2 and so2 | |
| CN115515701A (en) | Method for capturing and sequestering carbon dioxide using alkaline industrial waste |