封存碳的方法与流程

1.本发明涉及一种封存碳的方法，特别是通过超临界二氧化碳的矿物碳酸化来封存碳的方法。


背景技术：

2.由于化石燃料燃烧而产生的二氧化碳排放是全球变暖的主要来源之一。因此，通过碳封存减少释放到大气中的二氧化碳的量可以有助于解决该问题。
3.用于封存碳的常规方法是矿物碳酸化工艺，其中最常见的是将二氧化碳气体鼓泡通过反应器中的氢氧化钙水溶液以形成碳酸钙固体颗粒，其反应可表示如下：
4.ca(oh)2+co2→
caco3+h2o
5.然而，常规方法存在几个问题。典型地，二氧化碳溶解的速率是速率确定步骤，并且相对较慢，使得对于给定量的氢氧化钙，生产碳酸钙通常需要较长的时间。气体和液体之间的交界界面是一个限制因素，为了使其最大化，需要大的罐来进行反应。另外，该方法是低效的，因为必须定期从反应器底部除去碳酸钙，导致停机，并且可能每批仅消耗10％的二氧化碳-剩余的大部分被再循环(其需要大的压缩机)，但是一些在该工艺中损失。
6.因此，本发明的目的是提供一种用于封存碳的方法，该方法克服了上述问题。


技术实现要素：

7.根据本发明的一个方面，提供了一种用于封存碳的方法，包括以下步骤：将含有钙离子的溶液喷入含有超临界二氧化碳的反应器中，以形成碳酸钙浆液；
8.从反应器底部收集碳酸钙。
9.有利地，当钙离子溶液喷入超临界二氧化碳中时，碳酸钙几乎立即形成沉淀，并且从而使现有技术的速率限制步骤最小化。这是因为二氧化碳的超临界状态使得与钙溶液的界面表面积显著增加，并且细小液滴的喷射增加了二氧化碳溶解并与钙离子反应的接触面积。结果，反应器占用空间可减少达50倍或更多。
10.在一个实施方案中，通过将氧化钙与水混合来制备溶液。典型地，所述溶液包括氢氧化钙水溶液。在一个实施方案中，所述溶液包含未溶解的氧化钙。
11.在一个实施方案中，提供过量的超临界二氧化碳以与钙溶液反应。
12.在一个实施方案中，由反应形成的碳酸钙降至反应器的底部以形成浆料。
13.在一个实施方案中，反应器的顶部设有喷射器喷嘴，通常具有约80巴至约400巴的工作压力。喷射器喷嘴用于喷射氢氧化钙。
14.在一个实施方案中，反应器的底部设有具有背压调节器的出口。
15.在一个实施方案中，调节调节器，使得浆料连续地经由出口流出反应器，同时在反应器内保持浆料的预定高度。
16.在一个实施方案中，浆料柱高度约为反应器高度的10％。然而，应该认识到，可以通过调节背压调节器设定值来调节浆料柱高度，以在反应器中提供变化的液体停留时间。
背压调节器开启压力的增加将成比例地增加浆料柱高度，从而增加浆液停留时间。通过改变浆料在反应器底部的停留时间，沉淀的碳酸钙晶体的平均粒度分布可以相应地改变。
17.有利地，浆料形成阻挡层，以防止超临界二氧化碳从反应器中泄漏。此外，连续流确保任何关闭时间最小化。
18.在一个实施方案中，钙溶液的流速是可调节的，并且与颗粒尺寸成反比。典型地，流速为ll/min，颗粒尺寸约为3-7μm，优选约5μm。
19.可影响颗粒尺寸的其它参数包括反应器工作压力，钙溶液的流速，浆料的停留时间，钙溶液的再循环和诸如甲烷的污染物。
20.根据本发明的另一方面，提供了一种用于封存碳的反应器，所述反应器包括：
21.用于将超临界二氧化碳引入反应器内的反应室的装置；
22.用于将含有钙离子的溶液喷射到反应室中的喷射器喷嘴；和
23.在反应室的底部具有背压调节器的出口；
24.其中调节器是可调节的，使得浆料能够连续地经由出口流出反应器，同时在所述反应器内保持浆料的预定高度。
25.根据本发明的另一方面，提供了根据本文所述方法制备的碳酸钙。
附图说明
26.参照说明本发明的可能布置的附图来进一步描述本发明将是方便的。本发明的其它配置也是可能的，因此不应将附图的具体性理解为取代对本发明前述描述的一般性。
27.图1是根据本发明的实施方案的用于制备碳酸钙的整个系统的框图。
28.图2是根据本发明的实施方案的反应器的示意图。
29.图3是根据现有技术的常规反应器的示意图。
具体实施方式
30.参照图1，冷却的二氧化碳(50巴，10℃)进入室2，在其中它经历等容膨胀(80-200巴，30℃)，其后它被低压缩比泵4以超临界条件(80巴，30℃)泵入反应器6。还可以从气相二氧化碳渗透物中提供超临界二氧化碳。
31.将含有钙离子(诸如氢氧化钙)的水溶液喷入反应器中的超临界二氧化碳中以沉淀碳酸钙。得到的浆料通过底部的出口离开反应器6，并且使用离心机8将液体与固体分离。然后将湿的沉淀碳酸钙加热/干燥10，并在储存设备26中一次干燥装袋12。
32.使用泵14将用过的液体导入再活化容器16，其中来自料斗18的氧化钙与来自罐20的去离子水混合以形成氢氧化钙。充入的液体通过泵22被引导到反应器的顶部。
33.参照图2，更详细地示出了反应器6。氢氧化钙以雾化液滴的形式通过喷嘴28注入过量的超临界二氧化碳30中，在其中几乎瞬间以碳酸钙32的形式沉淀。碳酸钙落到反应器6的底部并形成浆料34，该浆料34积聚并防止二氧化碳通过调节器36流出。然而，由于氢氧化钙的注入增加反应器压力，浆料最终通过调节器36被压出反应器6，调节器36可被调节以适应压力和浆料流，即同时保持足够的浆料高度以基本上防止二氧化碳逸出。例如，在高10m和直径2m的圆柱形反应器中，可以保持约1.5m的浆液高度，以防止二氧化碳通过调节器逸出。然后可以进一步处理湿沉淀物38，而不必中断反应器的连续流动操作。
34.为了清洁调节器的水垢或其他可能随时间积聚的沉积物，可以使用简单的酸反冲洗。反应器的停机时间在一个月中可能仅为几小时，而不是常规间歇操作反应器所需的定期停机时间。
35.参照图3，示出了常规工艺以供比较。在大气压二氧化碳46下，二氧化碳气体被送入42大型反应器40的底部，在其中它通过氢氧化钙44的溶液鼓泡。然而，典型地，当二氧化碳气体鼓泡时，消耗少于10％的二氧化碳气体，因此与本发明相比，该方法是低效的。沉淀的碳酸钙54落到反应器40的底部，并且必须分批去除。反应器在该去除期间是离线的。从底部逸出的二氧化碳被导向48至洗涤器50，然后导向52至反应器40的顶部，但结果损失很多。
36.为了比较，对于5l氢氧化钙，常规工艺通常需要20分钟来制备75g碳酸钙。然而，根据本发明，对于10gcao/分钟注入，产生17.85g/分钟的caco3，因此仅需5分钟，5l溶剂注入反应器就可产生85g的caco3。因此，本发明以比常规工艺快4倍的速率从溶剂中制备更多的碳酸盐。
37.因此，显然本发明提供了几个优于现有技术的优点，包括：
38.·
有效的反应导致更高的收率
39.·
连续流动操作
40.·
反应器体积减小50倍
41.·
不需要二氧化碳压缩机
42.本领域普通技术人员将认识到，本发明还可以包括对系统进行不影响系统整体功能的进一步附加的修改。