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涉及基于二盐的热解制程的二氧化碳封存
发明背景
本申请要求2012年1月11日提交的美国临时专利申请序列第61/585,597号的优先权，其整体通过引用并入本文。
I.发明领域
本发明通常涉及自诸如发电厂废物流(例如烟道气)的来源去除二氧化碳的领域，从而将第2族硅酸盐矿物质转化成第2族氯化物盐和SiO₂，并将第2族氯化物盐转化成第2族氢氧化物和/或第2族羟基氯化物盐。这些可任选在催化剂的存在下继而与二氧化碳发生反应以形成第2族碳酸盐。这些步骤可组合形成循环，其中以碳酸盐形式封存二氧化碳，并且将来自一个或多个步骤的副产物，例如热和化学物质，在一个或多个其他步骤中再利用或再循环。
II.相关技术描述
大量国内外关注日愈集中于CO₂向空气中的排放。具体而言，注意力已集中于此气体对大气中太阳热的保持的效应(产生“温室效应”)。尽管关于该效应的大小仍具有一些争论，但均赞成自点排放源去除CO₂(和其他化学物质)是有益的，尤其是在进行这种工作的成本足够小的时候。
温室气体主要由二氧化碳组成且通过城市发电厂和大规模工业现场发电厂产生，但其也在任何正常碳燃烧(例如汽车、雨林开垦、简单燃烧等)中产生。然而，其大部分集中点排放发生于地球上的发电厂，使得从那些固定场所减小或去除成为实现去除技术的吸引点。由于能量产生是温室气体排放的主要原因，在过去三十年中已着重考察和研究通过各种方式来减小碳强度、改良效率和自发电厂烟道气封存碳等方法。
关于封存碳(呈气态CO₂的初始形式)的尝试已产生许多各种各样的技术，其通常可分类为地质、陆地或海洋系统。这样的技术的综述提供于Proceedings of First National Conference on Carbon Sequestration,(2001)中。迄今为止，许多(若非全部)这些技术消耗过多能量且因此在经济上不可行，在许多情形下，所消耗的能量大于通过生成二氧化碳所获得的能量。克服这些缺点中一个或多个缺点的替代方法将是有利的。
所提及的缺陷并非意欲穷举，而是倾向于损害之前已知的用于从废物流去除二氧化碳的技术的效率的多种缺陷中的一些；然而，本文所提及的那些缺陷足以表明，本领域内出现的方法尚未完全令人满意且显著需要本公开所描述和要求保护的技术。
发明简述
本文公开了用于二氧化碳封存、包括从废物流去除二氧化碳的方法和装置。
在一方面中，提供了封存由来源产生的二氧化碳的方法，其包括：
(a)使MgCl₂或其水合物与水于第一掺合物中在适于形成第一产物混合物的条件下反应，所述第一产物混合物包含含有Mg(OH)Cl的第一步骤(a)产物和含有HCl的第二步骤(a)产物；
(b)使来从步骤(a)的部分或所有Mg(OH)Cl与一定量的水和一定量的MgCl₂于第二掺合物中在适于形成第二产物混合物的条件下反应，所述第二产物混合物包含含有Mg(OH)₂的第一步骤(b)产物和含有MgCl₂的第二步骤(b)产物，其中水的量足以在所述第二产物混合物中提供大于或等于6:1的水与MgCl₂的摩尔比；
(c)使来自第一步骤(b)产物的部分或所有Mg(OH)₂与CaCl₂或其水合物以及由所述来源产生的二氧化碳于第三掺合物中在适于形成第三产物混合物的条件下混合，所述第三产物混合物包含含有MgCl₂或其水合物的第一步骤(c)产物、含有CaCO₃的第二步骤(c)产物和含有水的第三步骤(c)产物；和
(d)从所述第三产物混合物分离部分或所有CaCO₃，
从而以CaCO₃形式封存部分或所有二氧化碳。
在某些实施方案中，步骤(a)的MgCl₂是水合MgCl₂(例如MgCl₂·6(H₂O))。在一些实施方案中，步骤(a)的MgCl₂中90重量％以上是MgCl₂·6(H₂O)。在其他实施方案中，在步骤(b)和/或步骤(c)中所形成的部分或所有MgCl₂是在步骤(a)中所使用的MgCl₂。因此，在某些实施方案中，步骤(a)中的部分或所有水是以MgCl₂水合物形式存在或从步骤(c)或步骤(b)的水获得。在某些实施方案中，步骤(a)中的部分或所有水是以蒸汽或超临界水形式存在。在一些实施方案中，将步骤(a)的部分或所有氯化氢与水混合以形成盐酸。在另一实施方案中，第一步骤(a)产物包括大于90重量％的Mg(OH)Cl。在某些实施方案中，步骤(a)发生于一个、两个或三个反应器中。
在一些实施方案中，在步骤(b)的第二产物混合物中维持确定量的水。例如，在一些实施方案中，第二产物混合物中水与MgCl₂的摩尔比是介于约6与约10之间、介于约6与9之间、介于约6与8之间、介于约6与7之间或为约6。在某些实施方案中，方法包括监测第二产物混合物中的MgCl₂浓度、第二产物混合物中水的量或监测此二者。在其他实施方案中，基于这样的监测调节步骤(b)中的MgCl₂和/或水的量(或MgCl₂和/或水向第二掺合物中的流速)。
在另一实施方案中，方法包括分离步骤(b)产物。例如，步骤(b)的Mg(OH)₂产物可为固体，并且分离步骤(b)产物可包括使部分或所有固体Mg(OH)₂与水和MgCl₂溶液分离。因此，在一些实施方案中，步骤(b)的MgCl₂产物是MgCl₂水溶液。
在又一实施方案中，步骤(b)包括使从步骤(a)的部分或所有Mg(OH)Cl与MgCl₂和一定量的水于第二掺合物中在适于形成第二产物混合物的条件下反应，所述第二产物混合物包含含有Mg(OH)₂的第一步骤(b)产物和含有MgCl₂的第二步骤(b)产物，其中水的量足以在所述第二掺合物中提供大于或等于6:1的水与Mg的摩尔比。在一些实施方案中，用于步骤(b)的反应的部分或所有MgCl₂是步骤(c)的MgCl₂产物。
在另一实施方案中，步骤(c)进一步包括在第三掺合物中掺入氢氧 化钠盐。
在再一实施方案中，方法包括：
(e)在适于形成第三产物混合物的条件下掺合硅酸钙矿物质与HCl，所述第三产物混合物包含CaCl₂、水和二氧化硅。
例如，在一些情形下，步骤(e)中的部分或所有HCl是从步骤(a)获得。在某些实施方案中，步骤(e)进一步包括将硅酸钙矿物质与HCl一起搅动。在一些实施方案中，回收在步骤(e)中所生成的部分或所有热。在某些实施方案中，步骤(c)的部分或所有CaCl₂是步骤(e)的CaCl₂。在其他实施方案中，方法包括分离步骤，其中从在步骤(e)中形成的CaCl₂中去除二氧化硅。在其他实施方案中，步骤(a)和/或(b)的部分或所有水是从步骤(e)的水获得的。
实施方案的某些方面包括使用硅酸钙矿物质，例如链状硅酸钙。在一些实施方案中，硅酸钙矿物质包括透辉石(CaMg[Si₂O₆])、透闪石Ca₂Mg₅{[OH]Si₄O₁₁}₂或CaSiO₃。在一些实施方案中，硅酸钙进一步包括铁硅酸盐(例如铁橄榄石(Fe₂[SiO₄]))和/或锰硅酸盐。
在一些实施方案中，二氧化碳是呈烟道气形式，其中所述烟道气进一步包含N₂和H₂O。
在一些实施方案中，步骤(a)的适宜反应条件包括约200℃至约500℃的温度。在一些实施方案中，温度为约230℃至约260℃。在一些实施方案中，温度为约250℃。在一些实施方案中，温度为约200℃至约250℃。在一些实施方案中，温度为约240℃。
在一些实施方案中，步骤(b)的适宜反应条件包括约140℃至约240℃的温度。
在一些实施方案中，步骤(c)的适宜反应条件包括约20℃至约100℃的温度。在一些实施方案中，温度为约25℃至约95℃。
在一些实施方案中，步骤(e)的适宜反应条件包括约50℃至约200℃的温度。在一些实施方案中，温度为约90℃至约150℃。
在另一方面中，提供封存由来源产生的二氧化碳的方法，其包括：
(a)使第一基于阳离子的卤化物、硫酸盐或硝酸盐或其水合物与水于第一掺合物中在适于形成第一产物混合物的条件下反应，所述第 一产物混合物包括第一步骤(a)产物和第二步骤(a)产物，所述第一步骤(a)产物包含第一基于阳离子的氢氧化物盐、第一基于阳离子的氧化物盐和/或第一基于阳离子的羟基氯化物盐，所述第二步骤(a)产物包含HCl、H₂SO₄或HNO₃；
(b)使部分或所有第一步骤(a)产物与第二基于阳离子的卤化物、硫酸盐或硝酸盐或其水合物以及由来源产生的二氧化碳于第二掺合物中在适于形成第二产物混合物的条件下混合，所述第二产物混合物包括第一步骤(b)产物、第二步骤(b)产物和第三步骤(b)产物，所述第一步骤(b)产物包含第一基于阳离子的卤化物、硫酸盐和/或硝酸盐或其水合物，所述第二步骤(b)产物包含第二基于阳离子的碳酸盐，所述第三步骤(b)产物包含水；和
(c)使部分或所有第二基于阳离子的碳酸盐自第二产物混合物分离，
从而将二氧化碳封存成矿物质产物形式。
在一些实施方案中，步骤(a)的第一基于阳离子的卤化物、硫酸盐或硝酸盐或其水合物是第一基于阳离子的氯化物盐或其水合物，且第二步骤(a)产物是HCl。在一些实施方案中，步骤(b)的第一基于阳离子的卤化物、硫酸盐或硝酸盐或其水合物是第一基于阳离子的氯化物盐或其水合物。
在一些实施方案中，步骤(a)的第一基于阳离子的氯化物盐或其水合物是MgCl₂。在一些实施方案中，步骤(a)的第一基于阳离子的氯化物盐或其水合物是MgCl₂的水合形式。在一些实施方案中，步骤(a)的第一基于阳离子的氯化物盐或其水合物是MgCl₂·6H₂O。在一些实施方案中，步骤(a)的第一基于阳离子的氢氧化物盐是Mg(OH)₂。在一些实施方案中，步骤(a)的第一基于阳离子的羟基氯化物盐是Mg(OH)Cl。在一些实施方案中，第一步骤(a)产物主要包括Mg(OH)Cl。在一些实施方案中，第一步骤(a)产物包括大于90重量％的Mg(OH)Cl。在一些实施方案中，第一步骤(a)产物是Mg(OH)Cl。在一些实施方案中，步骤(a)的第一基于阳离子的氧化物盐是MgO。
在一些实施方案中，步骤(b)的第二基于阳离子的卤化物、硫酸盐 或硝酸盐或其水合物是第二基于阳离子的氯化物盐或其水合物，例如CaCl₂。在一些实施方案中，步骤(b)的第一基于阳离子的氯化物盐是MgCl₂。在一些实施方案中，步骤(b)的第一基于阳离子的氯化物盐是MgCl₂的水合形式。在一些实施方案中，步骤(b)的第一基于阳离子的氯化物盐是MgCl₂·6H₂O。
在一些实施方案中，步骤(a)中的部分或所有水以蒸汽或超临界水形式存在。在一些实施方案中，步骤(a)的部分或所有水是从步骤(b)的水获得。在一些实施方案中，步骤(b)进一步包括在第二掺合物中混入氢氧化钠盐。
在一些实施方案中，这些方法进一步包括：
(d)在适于形成第三产物混合物的条件下掺合第2族硅酸盐矿物质与HCl，所述第三产物混合物包括第2族氯化物盐、水和二氧化硅。
在一些实施方案中，步骤(d)中的部分或所有HCl是从步骤(a)获得。在一些实施方案中，步骤(d)的方法进一步包括将第2族硅酸盐矿物质与HCl一起搅动。在一些实施方案中，回收在步骤(d)中生成的部分或所有热。在一些实施方案中，步骤(b)的部分或所有第二基于阳离子的氯化物盐是步骤(d)的第2族氯化物盐。在一些实施方案中，这些方法进一步包括分离步骤，其中从在步骤(d)中形成的第2族氯化物盐中去除二氧化硅。在一些实施方案中，步骤(a)的部分或所有水是从步骤(d)的水获得的。
在一些实施方案中，步骤(d)的第2族硅酸盐矿物质包括第2族链状硅酸盐。在一些实施方案中，步骤(d)的第2族硅酸盐矿物质包括CaSiO₃。在一些实施方案中，步骤(d)的第2族硅酸盐矿物质包括MgSiO₃。在一些实施方案中，步骤(d)的第2族硅酸盐矿物质包括橄榄石(Mg₂[SiO₄])。在一些实施方案中，步骤(d)的第2族硅酸盐矿物质包括蛇纹石(Mg₆[OH]₈[Si₄O₁₀])。在一些实施方案中，步骤(d)的第2族硅酸盐矿物质包括海泡石(Mg₄[(OH)₂Si₆O₁₅]·6H₂O)、顽火辉石(Mg₂[Si₂O₆])、透辉石(CaMg[Si₂O₆])和/或透闪石Ca₂Mg₅{[OH]Si₄O₁₁}₂。在一些实施方案中，第2族硅酸盐进一步包括铁硅酸盐和/或锰硅酸盐。在一些实施方案中，铁硅酸盐是铁橄榄石(Fe₂[SiO₄])。
在一些实施方案中，在步骤(b)中所形成的部分或所有第一基于阳离子的氯化物盐是在步骤(a)中使用的第一基于阳离子的氯化物盐。
在一些实施方案中，二氧化碳是呈烟道气形式，其中烟道气进一步包含N₂和H₂O。
在一些实施方案中，步骤(a)的适宜反应条件包括约200℃至约500℃的温度。在一些实施方案中，温度为约230℃至约260℃。在一些实施方案中，温度为约250℃。在一些实施方案中，温度为约200℃至约250℃。在一些实施方案中，温度为约240℃。
在一些实施方案中，步骤(a)的适宜反应条件包括约50℃至约200℃的温度。在一些实施方案中，温度为约90℃至约260℃。在一些实施方案中，温度为约90℃至约230℃。在一些实施方案中，温度为约130℃。
在一些实施方案中，步骤(a)的适宜反应条件包括约400℃至约550℃的温度。在一些实施方案中，温度为约450℃至约500℃。
在一些实施方案中，步骤(a)的适宜反应条件包括约20℃至约100℃的温度。在一些实施方案中，温度为约25℃至约95℃。
在一些实施方案中，步骤(a)的适宜反应条件包括约50℃至约200℃的温度。在一些实施方案中，温度为约90℃至约150℃。
在另一方面中，本发明提供封存由来源产生的二氧化碳的方法，其包括：
(a)将氯化镁盐和水于第一掺合物中在适于形成(i)氢氧化镁、氧化镁和/或Mg(OH)Cl以及(ii)氯化氢的条件下混合；
(b)将(i)氢氧化镁、氧化镁和/或Mg(OH)Cl、(ii)CaCl₂和(iii)由来源产生的二氧化碳于第二掺合物中在适于形成(iv)碳酸钙、(v)氯化镁盐和(vi)水的条件下混合；和
(c)自第二掺合物分离碳酸钙，从而将二氧化碳封存成矿物质产物形式。
在一些实施方案中，将步骤(a)的部分或所有氯化氢与水混合以形成盐酸。在一些实施方案中，步骤(b)(i)的部分或所有氢氧化镁、氧化镁和/或Mg(OH)Cl是从步骤(a)(i)获得的。在一些实施方案中，步骤(a) 中的部分或所有水是以氯化镁盐的水合物形式存在。在一些实施方案中，步骤(a)发生于一个、两个或三个反应器中。在一些实施方案中，步骤(a)发生于一个反应器中。在一些实施方案中，步骤(a)(i)的氢氧化镁、氧化镁和/或Mg(OH)Cl中90重量％以上是Mg(OH)Cl。在一些实施方案中，氯化镁盐中90重量％以上是MgCl₂·6(H₂O)。
在一些实施方案中，这些方法进一步包括：
(d)在适于形成第2族氯化物盐、水和二氧化硅的条件下掺合第2族硅酸盐矿物质与氯化氢。
在一些实施方案中，步骤(d)中的部分或所有氯化氢是从步骤(a)获得的。在一些实施方案中，步骤(d)进一步包括将第2族硅酸盐矿物质与盐酸一起搅动。在一些实施方案中，步骤(a)中的部分或所有氯化镁盐是从步骤(d)获得的。在一些实施方案中，所述方法进一步包括分离步骤，其中从在步骤(d)中形成的第2族氯化物盐中去除二氧化硅。在一些实施方案中，步骤(a)的部分或所有水是从步骤(d)的水获得的。在一些实施方案中，步骤(d)的第2族硅酸盐矿物质包括第2族链状硅酸盐。
在一些实施方案中，步骤(d)的第2族硅酸盐矿物质包括CaSiO₃。在一些实施方案中，步骤(d)的第2族硅酸盐矿物质包括MgSiO₃。在一些实施方案中，步骤(d)的第2族硅酸盐矿物质包括橄榄石。在一些实施方案中，步骤(d)的第2族硅酸盐矿物质包括蛇纹石。在一些实施方案中，步骤(d)的第2族硅酸盐矿物质包括海泡石、顽火辉石、透辉石和/或透闪石。在一些实施方案中，第2族硅酸盐进一步包括矿化铁和/或锰。
在一些实施方案中，步骤(b)进一步包括向第二掺合物掺入CaCl₂和水。
自下列详细描述可明了本公开内容的其他目标、特征和优点。然而，应理解，在指示本发明的具体实施方案时，详细说明和具体实例仅以示例方式给出，因为本领域技术人员从该详细说明可明了本发明的精神和范围内的各种变化和修改。
附图简述
下列附图形成本说明书的一部分且本说明书包含其以进一步显示本公开内容的某些方面。可通过参照这些附图之一与本文所呈现具体实施方案的详细说明的组合来更好地理解本发明。
图1是本发明一些实施方案用于以第2族碳酸盐形式封存CO₂的基于第2族氢氧化物的制程的系统的方框图。
图2是本发明一些实施方案的将Mg²⁺用作催化剂来以碳酸钙形式封存CO₂的系统的方框图。
图3是本文所提供制程的一些实施方案的简化流程图。示出基于第II族氢氧化物的制程，其以石灰石(主要由矿物质方解石CaCO₃组成)形式封存CO₂。此图中的术语“道路用盐”是指第II族氯化物，例如CaCl₂和/或MgCl₂，其中的一种或两种任选地发生水合。在包括MgCl₂的实施方案中，可使用热来驱动在道路用盐与水(包含水合的水)之间的反应以形成HCl和氢氧化镁Mg(OH)₂和/或羟基氯化镁Mg(OH)Cl。在包括CaCl₂的实施方案中，可使用热来驱动在道路用盐与水之间发生反应以形成氢氧化钙和HCl。例如，使HCl与链状硅酸钙岩石(任选地经研磨)发生反应以形成另外的道路用盐(例如CaCl₂)和沙(SiO₂)。
图4是对应于本发明一些实施方案的简化流程图。在本发明一些实施方案中，可使用硅酸盐岩石来以CaCO₃形式封存CO₂。此图中的术语“道路用盐”是指第II族氯化物，例如CaCl₂和/或MgCl₂，其中的一种或两种任选地发生水合。在道路用盐锅炉中，可使用热来驱动在道路用盐(例如MgCl₂·6H₂O)和水(包括水合的水)之间的反应以形成HCl和第II族氢氧化物、氧化物和/或混合氢氧化物-氯化物，包括例如，氢氧化镁Mg(OH)₂和/或羟基氯化镁Mg(OH)Cl。在包括CaCl₂的实施方案中，可使用热来驱动在道路用盐与水之间的反应以形成氢氧化钙和HCl。HCl可出售或使其与硅酸盐岩石(例如链状硅酸盐)反应以形成另外的道路用盐(例如CaCl₂)和沙(SiO₂)。在这些实施方案中的一些实施方案中，可使用Mg²⁺与Ca²⁺之间的离子交换反应以使得(例如)Mg²⁺离子进行循环。
图5是示出使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数和结果 的流程图。在此实施方案中，将35％MgCl₂、65％H₂O的溶液加热至536°F(280℃)，然后该流以标记为“H₂O-MgOH”的流形式离开，其包括MgCl₂溶液和固体Mg(OH)₂。通常，在Mg(OH)Cl溶于水中时，其形成Mg(OH)₂(固体)和MgCl₂(溶解的)。此处，MgCl₂并不直接用于吸收CO₂，而是将其再循环。净反应是使用便宜原材料CaCl₂和水从烟道气捕获CO₂以形成CaCO₃。模拟结果表明，可有效地再循环MgCl₂流，然后使其与H₂O和热反应以形成Mg(OH)₂。一种或多种上文所提及化合物随后与CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以最终形成CaCO₃，将其从流中滤出。使最终形成的MgCl₂再循环至第一反应器中以重复制程。
图6是示出使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。净反应是使用便宜原材料CaCl₂和水从烟道气捕获CO₂以形成CaCO₃。在此实施方案中，将六水合物在三个单独室中脱水且在第四室中分解，其中使由分解形成的HCl再循环回第三室以防止任何副反应。在这些室中发生的反应包含下列反应：

室反应典型温度优选温度范围注意事项1^stMgCl₂·6H₂O→MgCl₂·4H₂O+2H₂O100℃90℃-120℃ 2^ndMgCl₂·4H₂O→MgCl₂·2H₂O+2H₂O125℃160℃-185℃ 3^rdMgCl₂·2H₂O→MgCl₂·H₂O+H₂O160℃190℃-230℃*4^thMgCl₂·H₂O→Mg(OH)Cl+HCl130℃230℃-260℃**
*存在HCl蒸气
**使HCl蒸气再循环至第3室
上述前三个反应特征可为脱水作用，而第四反应特征可为分解作用。来自此模拟(于实施例2中更详细解释)的结果表明，在较低温度 (130-250℃)下，MgCl₂·6H₂O的分解导致形成Mg(OH)Cl而非MgO。Mg(OH)Cl随后与H₂O反应以形成MgCl₂和Mg(OH)₂，然后Mg(OH)₂与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂发生反应以形成CaCO₃，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂再循环至第一反应器以再次开始制程。
图7是示出使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。净反应是使用便宜原材料CaCl₂和水从烟道气捕获CO₂以形成CaCO₃。在此实施方案中，使六水合镁在两个单独室中脱水且在第三室中分解。脱水和分解反应二者均发生于第三室中。不使HCl再循环。在这些室中发生的反应包含下列反应：


*不使HCl再循环
上述第一、第二和第四反应特征可为脱水作用，而第三反应特征可为分解作用。如图6的实施方案中，在此实施方案中所使用的温度导致由MgCl₂·6H₂O形成Mg(OH)Cl而非MgO。Mg(OH)Cl随后与H₂O反应以形成MgCl₂和Mg(OH)₂，Mg(OH)₂与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以形成CaCO₃，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂再循环至第一反应器以再次开始制程。关于此模拟的另外细节提供于下文实施例3中。
图8是示出使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。净反应是使用便宜原材料CaCl₂和水从烟道气捕获CO₂以形成CaCO₃。此模拟结果表明，其有效地加热MgCl₂·6H₂O以形成 MgO。MgO随后与H₂O反应以形成Mg(OH)₂，Mg(OH)₂随后与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以形成CaCO₃，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂再循环至第一反应器以再次开始制程。在此实施方案中，六水合镁在450℃下于一个室中同时进行脱水和分解。这是典型温度范围。在一些实施方案中，优选范围为450℃-500℃。因此完全分解成MgO。在此室中所发生的主要反应可如下表示：
MgCl₂·6H₂O→MgO+5H₂O+2HCl       450℃
关于此模拟的另外细节提供于下文实施例4中。
图9是与图8实施方案类似的示出使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图，但使MgCl₂·6H₂O在250℃的较低温度下于一个室中分解成中间体化合物Mg(OH)Cl。然后将Mg(OH)Cl溶于水中以形成MgCl₂和Mg(OH)₂，Mg(OH)₂随后继续进行与CaCl₂和CO₂的相同反应以形成CaCO₃和MgCl₂。在此室中所发生的主要反应可如下表示：
MgCl₂·6H₂O→Mg(OH)Cl+HCl+5H₂O        250℃
在250℃下对该反应进行建模。在一些实施方案中，优选范围为230℃至260℃。关于此模拟的另外细节提供于下文实施例5中。
图10示出MgCl₂·6H₂O的经加热样品的质量百分比的图表。样品初始质量大约为70mg且设定为100％。在实验期间，在样品热分解的同时测量其质量。使温度迅速斜升(ramped up)至150℃，然后以0.5℃/分钟缓慢升高。在大约220℃下，重量变得恒定，这与Mg(OH)Cl的形成一致。
图11示出对应于实施例7的产物的X射线衍射数据。
图12示出对应于来自使用实施例8的Mg(OH)₂的反应的产物的X射线衍射数据。
图13示出对应于来自使用实施例8的Mg(OH)Cl的反应的产物的X射线衍射数据。
图14示出温度和压强对MgCl₂·(H₂O)分解的影响。
图15是本文所述Ca/Mg制程的实施方案的流程图。
图16是该Ca/Mg制程的变化形式的流程图，其中仅使用镁化合 物。在此实施方案中，并不发生Ca²⁺-Mg²⁺转变反应。
图17是该Ca/Mg制程的不同变化形式的流程图，其介于先前两个实施方案之间。一半Mg²⁺由Ca²⁺代替，因此制得经矿化的碳酸盐MgCa(CO₃)₂或白云石。
图18-CaSiO₃-Mg(OH)Cl制程，范例10和11。此图示出提供使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。净反应是使用便宜原材料CaSiO₃、CO₂和水从烟道气捕获CO₂以形成SiO₂和CaCO₃。此模拟结果表明，其有效地使用来自HCl与CaSiO₃反应的热和来自天然气或燃煤发电厂排放的烟道气的热来分解MgCl₂·6H₂O以形成Mg(OH)Cl。Mg(OH)Cl随后与H₂O发生反应以形成MgCl₂和Mg(OH)₂，Mg(OH)₂随后与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以形成CaCO₃，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂再循环至第一反应器以再次开始制程。在此实施方案中，在第一室中使用来自HCl和CaSiO₃反应的热使六水合氯化镁脱水成二水合氯化镁MgCl₂·2H₂O，且在250℃下于第二室中使用来自烟道气的热将其分解。因此部分地分解成Mg(OH)Cl。在此室中所发生的主要反应可如下表示：

**焓基于反应温度，以及流入反应物和流出产物流的温度。关于此模拟的另外细节提供于下文实施例10和11中。
图19-CaSiO₃-MgO制程，范例12和13。此图示出提供使用AspenPlus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。净反应是使用便宜原材料CaSiO₃、CO₂和水从烟道气捕获CO₂以形成SiO₂和CaCO₃。 此模拟结果表明，其有效地使用来自HCl与CaSiO₃反应的热和来自天然气或燃煤发电厂排放的烟道气的热来分解MgCl₂·6H₂O以形成MgO。MgO随后与H₂O发生反应以形成Mg(OH)₂，Mg(OH)₂随后与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以形成CaCO₃，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂再循环至第一反应器以再次开始制程。在此实施方案中，在第一室中使用来自HCl和CaSiO₃反应的热使六水合氯化镁脱水成二水合氯化镁MgCl₂·2H₂O，且在450℃下于第二室中使用来自烟道气的热将其分解。因此完全分解成MgO。在此室中所发生的主要反应可如下表示：

**焓基于反应温度，以及流入反应物和流出产物流的温度。关于此模拟的另外细节提供于下文实施例12和13中。
图20-MgSiO₃-Mg(OH)Cl制程，范例14和15。此图示出提供使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。净反应是使用便宜原材料MgSiO₃、CO₂和水从烟道气捕获CO₂以形成SiO₂和MgCO₃。此模拟结果表明，其有效地使用来自HCl与MgSiO₃反应的热和来自天然气或燃煤发电厂排放的烟道气的热来分解MgCl₂·2H₂O以形成Mg(OH)Cl。Mg(OH)Cl随后与H₂O反应以形成MgCl₂和Mg(OH)₂，Mg(OH)₂随后与来自烟道气的CO₂反应以形成MgCO₃，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂再循环至第一反应器中以再次开始制程。在此实施方案中，在250℃下使用来自烟道气的热进行分解之前，氯化镁因来自HCl和MgSiO₃的热而仍为二水合物形式MgCl₂·2H₂O。因此部分地分解成Mg(OH)Cl。在此室中所发生的主要反应可如下表示：


**焓基于反应温度，以及流入反应物和流出产物流的温度。关于此模拟的另外细节提供于下文实施例14和15中。
图21-MgSiO₃-MgO制程，范例16和17。此图示出提供使用AspenPlus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。净反应是使用便宜原材料MgSiO₃、CO₂和水从烟道气捕获CO₂以形成SiO₂和MgCO₃。此模拟结果表明，其有效地使用来自HCl与MgSiO₃反应的热和来自天然气或燃煤发电厂排放的烟道气的热来分解MgCl₂·2H₂O以形成MgO。MgO随后与H₂O反应以形成Mg(OH)₂，Mg(OH)₂随后与来自烟道气的CO₂反应以形成MgCO₃，将其自流中滤出。在此实施方案中，在450℃下使用来自烟道气的热进行分解之前，氯化镁因来自HCl和MgSiO₃的热而仍为二水合物形式MgCl₂·2H₂O。因此完全分解成MgO。在此室中所发生的主要反应可如下表示：

**焓基于反应温度，以及流入反应物和流出产物流的温度。关于此模拟的另外细节提供于下文实施例16和17中。
图22-透辉石-Mg(OH)Cl制程，范例18和19。此图示出提供使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。净反应是使用便宜原材料透辉石MgCa(SiO₃)₂、CO₂和水从烟道气捕获CO₂以形成SiO₂和白云石MgCa(CO₃)₂。此模拟结果表明，其有效地使用 来自HCl与MgCa(SiO₃)₂反应的热和来自天然气或燃煤发电厂排放的烟道气的热来分解MgCl₂·6H₂O以形成Mg(OH)Cl。Mg(OH)Cl随后与H₂O反应以形成MgCl₂和Mg(OH)₂，Mg(OH)₂随后与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以形成MgCa(CO₃)₂，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂再循环至第一反应器以再次开始制程。在此实施方案中，在第一室中使用来自HCl和CaSiO₃反应的热使六水合氯化镁脱水成二水合氯化镁MgCl₂·2H₂O，且在250℃下于第二室中使用来自烟道气的热将其分解成Mg(OH)Cl。在此室中所发生的主要反应可如下表示：

**焓基于反应温度，以及流入反应物和流出产物流的温度。关于此模拟的另外细节提供于下文实施例18和19中。
图23-透辉石-MgO制程，范例20和21。此图示出提供使用AspenPlus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。净反应是使用便宜原材料透辉石MgCa(SiO₃)₂、CO₂和水从烟道气捕获CO₂以形成SiO₂和白云石MgCa(CO₃)₂。此模拟结果表明，其有效地使用来自HCl与MgCa(SiO₃)₂反应的热和来自天然气或燃煤发电厂和/或其他热源排放的烟道气的热来分解MgCl₂·6H₂O以形成MgO。MgO随后与H₂O反应以形成Mg(OH)₂，Mg(OH)₂随后与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以形成MgCa(CO₃)₂，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂再循环至第一反应器以再次开始制程。在此实施方案中，在第一室中使用来自HCl和CaSiO₃反应的热使六水合氯化镁脱水成二水合氯化镁MgCl₂·2H₂O，且在450℃下于第二室中使用来自烟道气的热 将其分解成MgO。在此室中所发生的主要反应可如下表示：

**焓基于反应温度，以及流入反应物和流出产物流的温度。关于此模拟的另外细节提供于下文实施例20和21中。
图24说明在以下情形下捕获的CO₂百分比：不同烟道气CO₂浓度、不同温度、烟道气是源于煤或者天然气、以及制程是依赖于完全分解或者部分分解。参见CaSiO₃-Mg(OH)Cl和CaSiO₃-MgO制程的实施例10至13。
图25说明在以下情形下捕获的CO₂百分比：不同烟道气CO₂浓度、不同温度、烟道气是源于煤或者天然气、以及制程是依赖于完全分解或者部分分解。参见MgSiO₃-Mg(OH)Cl和MgSiO₃-MgO制程的实施例14至17。
图26说明在以下情形下捕获的CO₂百分比：不同烟道气CO₂浓度、不同温度、烟道气是源于煤或者天然气、以及制程是依赖于完全分解或者部分分解。参见透辉石-Mg(OH)Cl和透辉石-MgO制程的实施例18至21。
图27是对应于本发明一些实施方案的简化流程图，其中使用两种不同盐(例如Ca²⁺和Mg²⁺)进行分解和碳酸化。
图28-29示出MgCl₂·6H₂O的经加热样品的质量百分比的图表。样品的初始质量各为约70mg且将其各自设定为100％。在实验期间，在样品热分解的同时测量其质量。将温度斜升至200℃，然后在12小 时运行过程中进一步升高。可通过与所提供的理论稳态进行比较来确认所分解材料的身份。图28是两种曲线的叠加，第一曲线(实线)是时间(分钟)对温度(℃)的曲线。该线说明温度随时间的斜升；第二曲线(虚线)是重量％(100％＝样品的原始重量)对时间的曲线，其说明样品重量因脱水或分解而随时间减小。图29也是两种曲线的叠加，第一曲线(实线)是重量％对温度(℃)的曲线，其说明样品重量随温度升高而降低；第二曲线(虚线)是重量％相对于温度的导数(wt·％/℃)对温度(℃)的曲线。在此值较高时，其表明每度的每一变化的重量损失率较高。若此值为零，则尽管温度仍在增加，但样品重量保持相同，这表明不存在脱水或分解。注意：图28和29是相同样品。
图30-在500℃下一小时后的MgCl₂·6H₂O分解。此图表示出在500℃下加热一小时的MgCl₂·6H₂O的4次测试运行的标准化最终和初始重量。一致的最终重量确认，通过在此温度下分解制得MgO。
图31-三室分解。此图示出提供使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。在此实施方案中，使用来自冷烟道气的热(室1)、来自矿物质溶解反应器的热(室2)和外部天然气(室3)作为热源。此流程图说明用于分解成Mg(OH)Cl的三室制程。第一室是通过200℃烟道气加热以提供占所需总热约8.2％的部分初始热；第二室依赖于自矿物质溶解反应器回收的热来提供分解所需热的83％，其中28％是来自盐酸/硅酸盐矿物质反应且55％是来自盐酸的冷凝和形成；且最后第三室使用天然气作为剩余热的外部来源，其占总热的8.5％。CO₂是来自组合循环天然气发电厂，因此可自发电厂获得极少热以为分解反应供能。
图32-四室分解。此图示出提供使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。在此实施方案中，使用来自冷烟道气的热(室1)、来自另外蒸气的热(室2)、来自矿物质溶解反应器的热(室3)和外部天然气(室4)作为热源。此流程图说明用于分解成Mg(OH)Cl的四室制程，第一室提供200℃烟道气以提供占所需总热约8.2％的部分初始热；第二室提供呈额外蒸气形式的热，其占所需总热的0.8％；第三室依赖于自矿物质溶解反应器回收的热以提供分解所需热的 83％，其中28％是来自盐酸/硅酸盐矿物质反应且55％是来自盐酸的冷凝和形成；且最后第四室使用天然气作为剩余热的外部来源，其占总热的8.0％。CO₂是来自组合循环天然气发电厂，因此可自发电厂获得极少热为分解反应供能。
图33-两室分解。此图示出提供使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。在此实施方案中，使用来自矿物质溶解反应器的热(室1)和外部天然气(室2)作为热源。此流程图说明用于分解成Mg(OH)Cl的两室制程，第一室依赖于自矿物质溶解反应器回收的热以提供分解所需热的87％，其中28％是来自盐酸/硅酸盐矿物质反应且59％是来自盐酸的冷凝和形成；且第二室使用天然气作为剩余热的外部来源，其占总热的13％。CO₂是来自组合循环天然气发电厂，因此可自发电厂获得极少热为分解反应供能。
图34-两室分解。此图示出提供使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。在此实施方案中，使用来自矿物质溶解反应器的热(室1)和来自开放式循环天然气工厂的热烟道气(室2)作为热源。此流程图说明用于分解成Mg(OH)Cl的两室制程，第一室依赖于自矿物质溶解反应器回收的热以提供分解所需热的87％，其中28％是来自盐酸/硅酸盐矿物质反应且59％是来自盐酸的冷凝和形成；且第二室使用热烟道气作为剩余热的外部来源，其占总热的13％。CO₂是来自开放式循环天然气发电厂，因此可自发电厂以600℃烟道气形式获得大量热为分解反应供能。
图35示出Auger反应器的示意图，Auger反应器可用于盐分解反应，包含将MgCl₂·6H₂O分解成M(OH)Cl或MgO。这些反应器可包括用于有效热利用的内部加热、用于有效热利用的外部隔热、用于充足固体传输(在存在固体时)的螺杆机构、用于HCl去除的充足排气。这类反应器已经用于制备约1.8kg的约90％Mg(OH)Cl。
图36示出两次使用Auger反应器制备Mg(OH)Cl的单独运行的优化指数。优化指数＝转化率％×效率％。
图37示出模拟CaSiO₃-Mg(OH)Cl制程的Aspen模型的流程图。
图38A-I示出提供使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数 和结果的流程图。净反应是使用便宜原材料CaSiO₃、CO₂和水从烟道气捕获CO₂以形成SiO₂和CaCO₃。使用热来分解MgCl₂·6H₂O以形成Mg(OH)Cl。Mg(OH)Cl随后与H₂O反应以形成MgCl₂和Mg(OH)₂。调整H₂O的量以有益于形成固体Mg(OH)₂和MgCl₂水溶液(将其再循环至第一反应器以再次开始制程)。Mg(OH)₂随后与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以形成CaCO₃，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂再循环至第一反应器以再次开始制程。A是该制程的概略图。B-I是A中所示概略图的搭接放大图。
图39A-I示出提供使用Aspen Plus制程软件进行制程模拟的参数和结果的流程图。净反应是使用便宜原材料CaSiO₃、CO₂和水从烟道气捕获CO₂以形成SiO₂和CaCO₃。使用热来分解MgCl₂·6H₂O以形成Mg(OH)Cl。Mg(OH)Cl随后与H₂O反应以形成MgCl₂和Mg(OH)₂。调整H₂O的量以有益于形成固体Mg(OH)₂和MgCl₂水溶液(将其再循环至第一反应器以再次开始制程)。Mg(OH)₂随后与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以形成CaCO₃，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂再循环至第一反应器以再次开始制程。A是该制程的概略图。B-I是A中所示概略图的搭接放大图。
发明详述
本发明涉及包括节能制程的二氧化碳封存，其中将第2族氯化物转化成第2族氢氧化物和氯化氢，然后使用第2族氢氧化物和氯化氢从废物流去除二氧化碳。在一些实施方案中，可使氯化氢进一步与第2族硅酸盐反应以产生另外的第2族氯化物起始材料和二氧化硅。
在一些实施方案中，本发明的方法和装置包括一个或多个下列一般组成部分：(1)使用氯化氢将第2族硅酸盐矿物质转化成第2族氯化物和二氧化硅，(2)将第2族氯化物转化成第2族氢氧化物和氯化氢，(3)水性去二氧化碳(aqueous decarbonation)，从而将气态CO₂吸收于包含第2族氢氧化物的水性苛性混合物中以形成第2族碳酸盐和/或碳酸氢盐产物，和水，(4)分离制程，从而自液体混合物分离碳酸盐和/或碳酸氢盐产物，(5)将副产物(包括能量)从一个或多个步骤或 制程流再利用或循环至其他的一个或多个步骤或制程流中。这些一般组成部分中的每一个进一步详细解释于下文中。
尽管本发明许多实施方案消耗一些能量以实现吸收来自烟道气流的CO₂和其他化学物质且实现本文所述的本发明实施方案的其他目标，但本发明某些实施方案的一个优点在于，其提供优于现有技术的生态效率，同时吸收大部分或所有从给定来源(例如发电厂)所排放的CO₂。
本发明某些实施方案区别于其他CO₂去除制程的另一额外益处在于，在一些市场条件下，产物价值远大于所需反应物或净功率或工厂折旧的成本。换言之，某些实施方案是有益于产生氯-氢-碳酸盐产物的工业方法，同时实现去除大量所关注的CO₂和附带污染物。
I.定义
如本文所使用，术语“碳酸盐”或“碳酸盐产物”通常定义为含有碳酸根基团[CO₃]^2-的矿物质组分。因此，这些术语涵盖碳酸盐/碳酸氢盐混合物和仅含有碳酸根离子的物质。术语“碳酸氢盐”和“碳酸氢盐产物”通常定义为含有碳酸氢根基团[HCO₃]^1-的矿物质组分。因此，术语涵盖碳酸盐/碳酸氢盐混合物和仅含有碳酸氢根离子的物质。
如本文中所使用，“Ca/Mg”表示单独的Ca、单独的Mg或Ca和Mg的混合物。Ca与Mg之比可介于0:100至100:0之间，包含(例如)1:99、5:95、10:90、20:80、30:70、40:60、50:50、60:40、70:30、80:20、90:10、95:5和99:1。符号“Ca/Mg”、“Mg_xCa_(1-x)”和“Ca_xMg_(1-x)”同义。与之相比，“CaMg”或“MgCa”是指该两个离子之比为1:1。
如本文所使用，术语“生态效率”与术语“热动力学效率”同义使用，且定义为通过本发明某些实施方案所封存的CO₂量/所消耗能量(由式表示)，此值的适当单位为kWh/吨CO₂。以工厂总CO₂的百分比来命名CO₂封存；类似地以工厂总功率消耗来命名能量消耗。
术语“第II族”和“第2族”可互换使用。
“六水合物”是指MgCl₂·6H₂O。
在使用本发明一些实施方案形成碳酸氢盐和碳酸盐时，术语“离子 比”是指产物中的阳离子除以该产物中存在的碳数的比。因此，由碳酸氢钙(Ca(HCO₃)₂)形成的产物流可视为具有0.5的“离子比”(Ca/C)，而由纯碳酸钙(CaCO₃)形成的产物流可视为具有1.0的“离子比”(Ca/C)。扩展而言，无限数量的单-、二-和三价阳离子的碳酸盐和碳酸氢盐的连续混合物可视为离子比在0.5与3.0之间变化。
基于上下文，缩写“MW”意指分子量或兆瓦。
缩写“PFD”是流程图。
缩写“Q”是热(或热负荷)，且热是能量中的一种。这并不包含任何其他类型的能量。
如本文所使用，术语“封存”通常用于是指如下技术或实践：其部分或全部效应是自点排放源去除CO₂且以某一形式储存该CO₂以防止其返回大气中。此术语的应用并不排除视为“封存”技术的所述实施方案的任一形式。
在化学式背景下，缩写“W”是指H₂O。
辉石是在许多火成岩和变质岩中发现的硅酸盐矿物质的集合。其拥有由二氧化硅四面体的单链组成的常见结构且其以单斜和斜方体系结晶。辉石具有通式XY(Si,Al)₂O₆，其中X表示钙、钠、铁(II)和镁且较稀有地为锌、锰和锂，且Y表示具有较小大小的离子，例如铬、铝、铁(III)、镁、锰、钪、钛、钒以及甚至铁(II)。
此外，构成本发明化合物的原子意欲包含这样的原子的所有同位素形式。如本文所使用，同位素包括那些具有相同原子序数但具有不同质量数的原子。根据一般实例且并不加以限制，氢同位素包括氚和氘，且碳同位素包括¹³C和¹⁴C。
在权利要求书和/或说明书中，词语“一(a)”或“一(an)”在与术语“包括”连用时可能意指“一个”，但也与“一个或多个”、“至少一个”和“一个或一个以上”的含义一致。
在本申请中，术语“约”是用于表明值包括用来测定该值的装置、方法的内在误差变化，或存在于研究主体之间的变化。
术语“包括”、“具有”和“包含”是开放性连系动词。这些动词中的一个或多个的任何形式或时态(例如“包括(comprises、comprising)”、“具 有(has、having)”、和“包含(includes、including)”)也是开放性。例如，“包括”、“具有”或“包含”一个或多个步骤的任一方法并不限于仅具备该一个或多个步骤且也涵盖其他未列出的步骤。
在说明书和/或权利要求书中使用术语“有效”时，该术语意指足以实现期望、期待或预期结果。
以上述定义替换以引用方式并入本文中的任一参考文献中的任一相冲突的定义。尽管定义了某些术语，然而，其不应视为表明未定义的任一术语不明确。相反，所用的所有术语可视为明确描述本发明以便本领域技术人员可了解本发明的范围且实践本发明。
II.使用第II族金属的盐封存二氧化碳
图1示出简化流程图，其说明本公开内容的装置和方法的一般示例性实施方案。此图仅提供用于解释性目的，且因此其仅示出本发明的具体实施方案且并不意欲以任一方式限制权利要求书的范围。
在图1所示的实施方案中，反应器10(例如道路用盐锅炉)使用功率，例如外部功率和/或再捕获功率(例如来自热烟道气或外部热源(例如日光集聚或燃烧)的热)来驱动由式1表示的反应。
(Ca/Mg)Cl₂+2H₂O→(Ca/Mg)(OH)₂+2HCl       (1)
此反应中所使用的水可呈液体、蒸汽、结晶水合物(例如MgCl₂·6H₂O、CaCl₂·2H₂O)的形式，或其可为超临界形式。在一些实施方案中，该反应使用MgCl₂形成Mg(OH)₂和/或Mg(OH)Cl(例如参见图2)。在一些实施方案中，该反应使用CaCl₂形成Ca(OH)₂。可将来自式1的部分或所有第2族氢氧化物或羟基氯化物(未展示)递送至反应器20。在一些实施方案中，将部分或所有第2族氢氧化物和/或第2族羟基氯化物以水溶液形式递送至反应器20。在一些实施方案中，将部分或所有第2族氢氧化物以水性悬浮液形式递送至反应器20。在一些实施方案中，将部分或所有第2族氢氧化物以固体形式递送至反应器20。在一些实施方案中，可将部分或所有氯化氢(例如以蒸气形式或 以盐酸形式)递送至反应器30(例如岩石熔化器)。在一些实施方案中，将所得第2族氢氧化物进一步加热以去除水且形成相应的第2族氧化物。在一些变化形式中，然后可将部分或所有这些第2族氧化物递送至反应器20。
可能在首先与废热/DC生成系统交换废热之后，来自来源(例如烟道气)的二氧化碳在反应器20(例如流化床反应器、喷雾塔去二氧化碳器或去二氧化碳起泡器)处进入制程。在一些实施方案中，烟道气的温度为至少125℃。第2族氢氧化物(其中的部分或全部可自反应器10获得)与二氧化碳在反应器20中根据由式2表示的反应发生反应。
(Ca/Mg)(OH)₂+CO₂→(Ca/Mg)CO₃+H₂O        (2)
可将自此反应产生的水递送回反应器10。通常自反应混合物分离第2族碳酸盐。第2族碳酸盐具有极低K_sp(溶度积常数)。因此，使其以固体形式与其他可保持于溶液中的更可溶的化合物分离。在一些实施方案中，反应通过第2族碳酸氢盐进行。在一些实施方案中，生成第2族碳酸氢盐且任选地随后将其自反应混合物分离。在一些实施方案中，使第2族氧化物(任选地与第2族氢氧化物一起或分开地)与二氧化碳发生反应，从而也形成第2族碳酸盐。在一些实施方案中，将已去除CO₂和/或其他污染物的烟道气释放至空气中。
第2族硅酸盐(例如CaSiO₃、MgSiO₃、MgO·FeO·SiO₂等)在反应器30(例如岩石熔化器或矿物质解离反应器)处进入制程。在一些实施方案中，在先前步骤中研磨这些第2族硅酸盐。在一些实施方案中，第2族硅酸盐是链状硅酸盐。可使这些矿物质与盐酸(呈气体形式或呈盐酸形式，其中的一些或全部可自反应器10获得)反应以形成相应的第2族金属氯化物(CaCl₂和/或MgCl₂)、水和沙(SiO₂)。该反应可由式3表示。
2HCl+(Ca/Mg)SiO₃→(Ca/Mg)Cl₂+H₂O+SiO₂       (3)
可将从该反应所产生的部分或所有水递送至反应器10。可将来自式3的部分或所有第2族氯化物递送至反应器20。在一些实施方案中，将部分或所有第2族氯化物以水溶液形式递送至反应器20。在一些实施方案中，将部分或所有第2族氯化物以水性悬浮液形式递送至反应器20。在一些实施方案中，将部分或所有第2族氯化物以固体形式递送至反应器20。
代表式1-3合计的净反应在此处示为式4：
CO₂+(Ca/Mg)SiO₃→(Ca/Mg)CO₃+SiO₂      (4)
在另一实施方案中，使所得Mg_xCa_(1-x)CO₃封存剂与HCl以再生且浓缩CO₂的方式发生反应。使因此形成的Ca/MgCl₂返回分解反应器以产生吸收CO₂的氢氧化物或羟基卤化物。
通过图1所示和本文所述的制程，生成第2族碳酸盐作为来自所捕获CO₂的最终封存剂材料。可循环水、氯化氢和/或反应能量中的一些或全部。在一些实施方案中，仅循环这些物质中的一些或并不循环。在一些实施方案中，水、氯化氢和反应能量可用于其他目的。
在一些实施方案中且根据给定工厂的烟道气流中的CO₂的浓度，本文所公开的方法可用于仅使用热作为驱动物(没有电损失(penalty))捕获33-66％的工厂CO₂。在一些实施方案中，本文所公开方法的效率通过较低的CO₂浓度而改善，且通过较高(未净化)的烟道气温度而增加。例如，在320℃和7％CO₂浓度下，可仅自废热矿化33％的烟道气CO₂。在其他实施方案中，例如在天然气涡轮的出口温度下，可实现大约100％矿化。
可使用如由本领域技术人员所应用的化学、化工和/或材料科学的原理和技术来进一步改良(例如使用模块组件)、优化和扩展(scaled up)这些方法和设备。这些原理和技术教导于例如美国专利7,727,374、美国专利申请公开2006/0185985和2009/0127127、美国专利申请第11/233,509号(2005年9月22日提交)、美国临时专利申请第60/718,906号(2005年9月20日提交)、美国临时专利申请第60/642,698号(2005 年1月10日提交)、美国临时专利申请第60/612,355号(2004年9月23日提交)、美国专利申请第12/235,482号(2008年9月22日提交)、美国临时申请第60/973,948号(2007年9月20日提交)、美国临时申请第61/032,802号(2008年2月29日提交)、美国临时申请第61/033,298号(2008年3月3日提交)、美国临时申请第61/288,242号(2010年1月20日提交)、美国临时申请第61/362,607号(2010年7月8日提交)和国际申请第PCT/US08/77122号(2008年9月19日提交)。上文所提及公开内容(包含任一附录)中的每一个的整个文件以引用方式明确并入本文中。
包含上述实例以显示本发明的具体实施方案。然而，本领域技术人员借助于本公开内容应了解，在所公开具体实施方案中可实施多种改变且仍可获得相同或类似结果，这并不背离本发明的精神和范围。
III.使用Mg²⁺作为催化剂封存二氧化碳
图2示出简化流程图，其说明本公开内容的装置和方法的一般示例性实施方案。此图仅提供用于解释性目的，且因此其仅示出本发明的具体实施方案且并不意欲以任何方式限制权利要求书的范围。
在图2中所示的实施方案中，反应器100使用功率，例如外部功率和/或再捕获功率(例如来自热烟道气的热)来驱动由式5表示的分解型反应。
MgCl₂·x(H₂O)+yH₂O→z′[Mg(OH)₂]+z"[MgO]+z″′[MgCl(OH)]+(2z′+2z"+z″′)[HCl]   (5)
此反应中所使用的水可呈氯化镁水合物、液体、蒸汽的形式和/或其可为超临界形式。在一些实施方案中，反应可发生于一个、两个、三个或更多个反应器中。在一些实施方案中，反应可以间歇、半间歇或连续制程形式发生。在一些实施方案中，可将部分或所有镁盐产物递送至反应器200。在一些实施方案中，将部分或所有镁盐产物以水溶液形式递送至反应器200。在一些实施方案中，将部分或所有镁盐 产物以水性悬浮液形式递送至反应器200。在一些实施方案中，将部分或所有镁盐产物以固体形式递送至反应器200。在一些实施方案中，可将部分或所有氯化氢(例如以蒸气形式或以盐酸形式)递送至反应器300(例如岩石熔化器)。在一些实施方案中，将Mg(OH)₂进一步加热以去除水且形成MgO。在一些实施方案中，将MgCl(OH)进一步加热以去除HCl且形成MgO。在一些变化中，然后可将Mg(OH)₂、MgCl(OH)和MgO中的一种或多种递送至反应器200。
可能在首先与废热/DC生成系统交换废热之后，来自来源(例如烟道气)的二氧化碳在反应器200(例如流化床反应器、喷雾塔去二氧化碳器或去二氧化碳起泡器)处进入制程。在一些实施方案中，烟道气的温度为至少125℃。使来自反应器100的镁盐产物以及CaCl₂(例如岩石盐)与二氧化碳掺合。二氧化碳与反应器200中的镁盐产物和CaCl₂根据由式6表示的反应发生反应。
CO₂+CaCl₂+z′[Mg(OH)₂]+z"[MgO]+z″′[MgCl(OH)]→(z′+z"+z″′)MgCl₂+(z′+1/2z″′)H₂O+CaCO₃   (6)
在一些实施方案中，可将自此反应产生的水递送回反应器100。通常自反应混合物分离(例如通过沉淀)碳酸钙产物(例如石灰石、方解石)。在一些实施方案中，反应经由镁的碳酸盐和碳酸氢盐进行。在一些实施方案中，反应经由碳酸氢钙盐进行。在一些实施方案中，生成各种第2族碳酸氢盐且任选地随后将其自反应混合物分离。在一些实施方案中，任选地在一个或多个进一步纯化和/或处理步骤之后，将已去除CO₂和/或其他污染物的烟道气释放至空气中。在一些实施方案中，使任选地水合的MgCl₂产物返回反应器100。在一些实施方案中，使MgCl₂产物在返回反应器100之前经历一个或多个分离、纯化和/或水合步骤。
硅酸钙(例如3CaO·SiO₂、Ca₃SiO₅；2CaO·SiO₂、Ca₂SiO₄；3CaO·2SiO₂、Ca₃Si₂O₇和CaO·SiO₂(CaSiO₃))在反应器300(例如岩石熔化器)处进入制程。在一些实施方案中，在先前步骤中研磨这些第2族 硅酸盐。在一些实施方案中，第2族硅酸盐是链状硅酸盐。在图2的实施方案中，链状硅酸盐是CaSiO₃(例如硅灰石，在一些实施方案中其可自身含有少量铁、镁和/或替代铁的锰)。使CaSiO₃与氯化氢(其是气体或呈盐酸形式，其中的一些或全部可自反应器100获得)反应以形成CaCl₂、水和沙(SiO₂)。该反应可由式7表示。
2HCl+(Ca/Mg)SiO₃→(Ca/Mg)Cl₂+H₂O+SiO₂   (7)
反应ΔH kJ/摩尔**反应温度范围2HCl(g)+CaSiO₃→CaCl₂+H₂O+SiO₂-25490℃–150℃2HCl(g)+MgSiO₃→MgCl₂(aq)+H₂O+SiO₂-28890℃–150℃
**焓基于反应温度，以及流入反应物和流出产物流的温度。可将由此反应产生的部分或所有水递送至反应器100。可将来自式7的部分或所有CaCl₂递送至反应器200。在一些实施方案中，将部分或所有CaCl₂以水溶液形式递送至反应器200。在一些实施方案中，将部分或所有CaCl₂以水性悬浮液形式递送至反应器200。在一些实施方案中，将部分或所有CaCl₂以固体形式递送至反应器200。
代表式5-7总计的净反应在此处示为式8：
CO₂+CaSiO₃→CaCO₃+SiO₂   (8)
反应ΔH kJ/摩尔**ΔG kJ/摩尔**CO₂+CaSiO₃→CaCO₃+SiO₂-89-39
**在标准温度和压强(STP)下测量。通过图2所示和本文所述的制程，生成碳酸钙作为来自CO₂和链状硅酸钙的最终封存剂材料。可循环各种镁盐、水、氯化氢和/或反应能量中的一些或全部。在一些实施方案中，仅循环这些物质中的一些或并不循环。在一些实施方案中，水、氯化氢和/或反应能量可用于其他目的。
可使用如由本领域技术人员所应用的化学、化工和/或材料科学的原理和技术来进一步改良、优化和扩展这些方法和设备。这些原理和 技术教导于例如美国专利7,727,374、美国专利申请公开2006/0185985和2009/0127127、美国专利申请第11/233,509号(2005年9月22日提交)、美国临时专利申请第60/718,906号(2005年9月20日提交)、美国临时专利申请第60/642,698号(2005年1月10日提交)、美国临时专利申请第60/612,355号(2004年9月23日提交)、美国专利申请第12/235,482号(2008年9月22日提交)、美国临时申请第60/973,948号(2007年9月20日提交)、美国临时申请第61/032,802号(2008年2月29日提交)、美国临时申请第61/033,298号(2008年3月3日提交)、美国临时申请第61/288,242号(2010年1月20日提交)、美国临时申请第61/362,607号(2010年7月8日提交)和国际申请第PCT/US08/77122号(2008年9月19日提交)。上文所提及公开内容(包含任何附录)中的每一个的整个文件以引用方式明确并入本文中。
包含上述实例以显示本发明的具体实施方案。然而，本领域技术人员借助于本公开内容应了解，在所公开具体实施方案中可实施多种改变且仍可获得相同或类似结果，此并不背离本发明的精神和范围。
IV.使第2族氯化物转化成第2族氢氧化物或第2族羟基氯化物
本文公开了使第2族氯化物(例如CaCl₂或MgCl₂)与水发生反应以形成第2族氢氧化物、第2族氧化物和/或混合盐(例如第2族氢氧化物氯化物)的制程。这样的反应通常称为分解。在一些实施方案中，水可呈液体、蒸汽形式、来自第2族氯化物的水合物，和/或其可为超临界形式。蒸汽可来自热交换器，从而来自剧烈燃烧反应(即天然气和氧或氢和氯)的热加热水流。在一些实施方案中，蒸汽也可通过使用工厂或制造厂废热生成。在一些实施方案中，也加热无水或水合的氯化物盐。
在Mg²⁺和Ca²⁺的情形下，反应可分别由式9和10表示：
MgCl₂+2H₂O→Mg(OH)₂+2HCl(g)  ΔH＝263kJ/摩尔**(9)
CaCl₂+2H₂O→Ca(OH)₂+2HCl(g)  ΔH＝284kJ/摩尔**(10)
**在100℃下测量。这些反应是吸热的(即，能量)，例如必须施加热 以使得这些反应发生。这样的能量可自在本文所公开放热制程步骤中的一个或多个生成的废热获得。上述反应可根据多个下列步骤中的一个发生：
CaCl₂+(x+y+z)H₂O→Ca²⁺·xH₂O+Cl^-·yH₂O+Cl^-·zH₂O   (11)
Ca⁺²·xH₂O+Cl^-·yH₂O+Cl^-·zH₂O→[Ca²⁺·(x-1)(H₂O)OH^-]⁺+Cl^-·(yH₂O)+Cl^-·(z-1)H₂O+H₃O⁺   (12)
[Ca²⁺·(x-1)(H₂O)OH^-]⁺+Cl^-·(yH₂O)+Cl^-·(z-1)H₂O+H₃O⁺→[Ca²⁺·(x-1)(H₂O)OH^-]⁺+Cl^-·(yH₂O)^-+zH₂O+HCl(g)↑   (13)
[Ca²⁺·(x-1)(H₂O)OH^-]⁺+Cl^-·(yH₂O)→[Ca²⁺·(x-2)(H₂O)(OH^-)₂]+Cl^-·(y-1)H₂O+H₃O⁺   (14)
[Ca²⁺·(x-2)(H₂O)(OH^-)₂]+Cl^-·(y-1)H₂O+H₃O⁺→Ca(OH)₂↓+(x-2)H₂O+yH₂O+HCl↑     (15)
在100℃下，CaCl₂+2H₂O→Ca(OH)₂+2HCl(g)的反应焓(ΔH)为284kJ/摩尔。在一些变化中，使用六水合镁盐MgCl₂·6H₂O。由于在盐的分子结构中并入水，可使用直接加热来引发分解而无需任何其他蒸汽或水。下文示出了用于下列反应的典型反应温度：
95-110℃：
MgCl₂·6H₂O→MgCl₂·4H₂O+2H₂O        (16)
MgCl₂·4H₂O→MgCl₂·2H₂O+2H₂O        (17)
135-180℃：
MgCl₂·4H₂O→Mg(OH)Cl+HCl+3H₂O     (18)
MgCl₂·2H₂O→MgCl₂·H₂O+H₂O          (19)
185-230℃：
MgCl₂·2H₂O→Mg(OH)Cl+HCl+H₂O      (20)
>230℃：
MgCl₂·H₂O→MgCl₂+H₂O      (21)
MgCl₂·H₂O→Mg(OH)Cl+HCl      (22)
Mg(OH)Cl→MgO+HCl           (23)

**在反应的温度(“反应温度”列)下计算ΔH值。参见化学参考文献Kirk Othmer 4^th ed.Vol.15p.3431998John Wiley and Sons,其以引用方式并入本文。参照下文实施例1，提供显示使用便宜原材料CaCl₂从烟道气捕获CO₂以形成CaCO₃的能力的模拟结果，还参见Energy Requirements and Equilibrium in the dehydration,hydrolysis and decomposition of Magnesium Chloride–K.K.Kelley,Bureau of Mines 1941以及Kinetic Analysis of Thermal Dehydration and Hydrolysis of MgCl₂.6H₂O by DTA and TG–Y. Kirsh,S.Yariv和S.Shoval–Journal of Thermal Analysis,Vol.32(1987),这二者的全部内容均以引用方式并入本文。
在某些方面中，可通过在Mg(OH)Cl存在下调节MgCl₂与水的比例来更有效地自MgCl₂生成Mg(OH)₂(经由Mg(OH)Cl)。为优化Mg(OH)₂的产生，调节室中的水量以有利于Mg(OH)₂沉淀，同时防止形成水合物MgCl₂·6(H₂O)。具体而言，将Mg(OH)Cl溶液中的水量维持于水与MgCl₂的摩尔比大于或等于6，例如该比介于约6与7之间。在这些条件下，Mg(OH)₂基本上不溶，而氯化镁保持于水溶液中。例如，参见Bakker 2011的第52页，该文件的全部公开内容以引用方式并入本文中。
因此，为实现MgCl₂·6H₂O和Mg(OH)₂的产物混合物，使Mg(OH)Cl与MgCl₂水溶液(例如来自鼓泡柱的MgCl₂水溶液)反应。该反应为：
CaCl₂(aq)+CO₂+Mg(OH)₂＝>MgCl₂(aq)+CaCO₃↓+H₂O
MgCl₂(aq)约为MgCl₂·13-16H₂O(液体)
煮沸混合物MgCl₂·13-16H₂O(液体)+ΔH＝>MgCl₂·6H₂O(固体)+7-9H₂O(气体)↑需要利用大量能量。因此，比MgCl₂·6H₂O更稀释的溶液导致Mg(OH)Cl歧化，MgCl₂·xH₂O(液体，其中x≥12)的溶液也能够导致Mg(OH)Cl歧化。此式书写如下：
Mg(OH)Cl+1/2MgCl₂·13-16H₂O(液体)＝>1/2Mg(OH)₂+MgCl₂·6.5-8H₂O
例如：
Mg(OH)Cl+1/2MgCl₂·12H₂O(液体)＝>1/2Mg(OH)₂+MgCl₂·6H₂O
通过水去除使MgCl₂(aq)重构成原始MgCl₂·6H₂O的一半，且通过添加水从Mg(OH)Cl歧化形成MgCl₂·6H₂O的剩余一半。
利用如上文所详述生成的Mg(OH)₂的系统的实例示于图38A-I中。Aspen图如下所述，且在所定义“水歧化器”周围具有红色矩形。 在红色矩形的顶部，Mg(OH)Cl(流固体-1)离开标记为“分解”(“DECOMP”)的分解反应器。然后，在标记为MGOH2的模块中，使Mg(OH)Cl与来自吸收塔的MgCl₂水溶液(流-再循环2)混合。其以浆液形式(流“4”)自单元离开，通过热交换器且将热输送至分解室。该流然后称为“13”，其通过分离单元，该分离单元将流分离成流MGCLSLRY(大部分为MgCl₂·6H₂O)和流固体-2(其是朝向吸收塔的Mg(OH)₂)。
V.第2族氢氧化物与CO₂反应形成第2族碳酸盐
在本公开的另一方面中，提供用于使用第2族氢氧化物、第2族氧化物和/或第2族氢氧化物氯化物作为CO₂吸附剂而使二氧化碳源进行去二氧化碳的装置和方法。在一些实施方案中，使CO₂吸收至水性苛性混合物和/或溶液中，其中CO₂与氢氧化物和/或氧化物盐反应以形成碳酸盐和碳酸氢盐产物。已知各种浓度的氢氧化钠、氢氧化钙和氢氧化镁易于吸收CO₂。因此，在本发明实施方案中，可使用第2族氢氧化物、第2族氧化物(例如CaO和/或MgO)和/或其他氢氧化物和氧化物(例如氢氧化钠)作为吸收剂。
例如，第2族氢氧化物(例如自第2族氯化物获得)可用于吸附塔以基于下列反应中的一个或两个与CO₂反应，从而捕获CO₂：
Ca(OH)₂+CO₂→CaCO₃+H₂O       (24)
                              ΔH＝-117·92kJ/mol**
                              ΔG＝-79·91kJ/mol**
Mg(OH)₂+CO₂→MgCO₃+H₂O       (25)
                              ΔH＝-58·85kJ/mol**
                              ΔG＝-16·57kJ/mol**
**在STP下计算。
在本发明一些实施方案中，大部分或几乎所有二氧化碳以此方式反应。在一些实施方案中，可例如通过去除水(不论通过连续制程或者 不连续制程)和/或通过使碳酸氢盐、碳酸盐或两种类型盐的混合物沉淀来驱动反应完成。参见下文实施例1，其提供显示使用源自CaCl₂的便宜原材料Ca(CO)₂从烟道气捕获CO₂以形成CaCO₃的能力的模拟。
在一些实施方案中，最初形成的第2族物质可与第二第2族氢氧化物发生盐交换反应以转移碳酸根阴离子。例如：
CaCl₂+MgCO₃+→MgCl₂+CaCO₃     (25a)
可使用由本领域技术人员所应用的化学、化工和/或材料科学的原理和技术来进一步改良、优化和扩展这些方法和设备。这些原理和技术教导于例如美国专利7,727,374、美国专利申请第11/233,509号(2005年9月22日提交)、美国临时专利申请第60/718,906号(2005年9月20日提交)、美国临时专利申请第60/642,698号(2005年1月10日提交)、美国临时专利申请第60/612,355号(2004年9月23日提交)、美国专利申请第12/235,482号(2008年9月22日提交)、美国临时申请第60/973,948号(2007年9月20日提交)、美国临时申请第61/032,802号(2008年2月29日提交)、美国临时申请第61/033,298号(2008年3月3日提交)、美国临时申请第61/288,242号(2010年1月20日提交)、美国临时申请第61/362,607号(2010年7月8日提交)和国际申请第PCT/US08/77122号(2008年9月19日提交)。上文所提及公开内容(包含任一附录)中的每一个的整个文件以引用方式明确并入本文中。
VI.用于封存二氧化碳的硅酸盐矿物质
在本发明方面中，提供使用硅酸盐矿物质封存二氧化碳的方法。硅酸盐矿物质构成最大且最重要种类的形成岩石的矿物质之一，其构成地壳的大约90％。其是基于其硅酸盐基团的结构进行分类。硅酸盐矿物质均含有硅和氧。在本发明一些方面中，可使用第2族硅酸盐来实现二氧化碳的节能封存。
在一些实施方案中，可使用包含第2族链状硅酸盐的组合物。链 状硅酸盐，或链式硅酸盐(chain silicate)，具有硅酸盐四面体的互锁链，其含有SiO₃(1:3比率，对于单链而言)或Si₄O₁₁(4:11比率，对于双链而言)。
在一些实施方案中，本文所公开的方法使用包括来自辉石基团的第2族链状硅酸盐的组合物。例如，可使用顽火辉石(MgSiO₃)。
在一些实施方案中，使用包含来自辉石基团的第2族链状硅酸盐的组合物。例如，可使用硅灰石(CaSiO₃)。在一些实施方案中，可采用包含第2族链状硅酸盐的混合物的组合物，例如顽火辉石和硅灰石的混合物。在一些实施方案中，可使用包含混合第2族金属链状硅酸盐的组合物，例如透辉石(CaMgSi₂O₆)。
硅灰石通常以热变质不纯石灰石的常见成分形式出现。通常，硅灰石是自方解石与二氧化硅之间的下列反应(式26)得到且失去二氧化碳：
CaCO₃+SiO₂→CaSiO₃+CO₂       (26)
在一些实施方案中，本发明具有有效逆转此天然过程的结果。硅灰石也可在硅卡岩中的扩散反应中产生。其出现在沙石内的石灰石因岩墙而变质时，此变质使在沙石中因钙离子向外迁移而形成硅灰石。
在一些实施方案中，第2族链状硅酸盐组合物的纯度可变化。例如，在所公开制程中使用的第2族链状硅酸盐组合物预计可含有不同量的其他化合物或矿物质(包括非第2族金属离子)。例如，硅灰石可本身含有少量的铁、镁和锰来替代钙。
在一些实施方案中，可使用包含橄榄石和/或蛇纹石的组合物。已尝试利用这些矿物质的CO₂矿物质封存方法。Goldberg等人(2001)的技术以引用方式并入本文中。
矿物质橄榄石是具有通式(Mg,Fe)₂SiO₄的硅酸镁铁。在呈宝石品质时，其称为贵橄榄石。橄榄石出现于镁铁质和超镁铁质火成岩中且在某些变质岩中作为主要矿物质。已知富Mg橄榄石自富镁且低二氧化硅的岩浆中发生结晶。在结晶后，岩浆形成镁铁质岩石，例如辉长 岩和玄武岩。超镁铁质岩石(例如橄榄岩和纯橄榄岩)可为在提取岩浆之后留下的残余物，且通常在提取部分熔化物之后更富有橄榄石。橄榄石和高压结构变化形式占地球上地幔的50％以上，且橄榄石是地球上最常见的矿物质之一(基于体积)。不纯白云石或其他具有高镁含量和低二氧化硅含量的沉积岩的变质也产生富Mg橄榄石或镁橄榄石。
VII.从第2族硅酸盐生成第2族氯化物
可使第2族硅酸盐(例如CaSiO₃、MgSiO₃和/或本文所公开的其他硅酸盐)与盐酸(呈气体形式或盐酸水溶液形式)反应以形成相应的第2族金属氯化物(CaCl₂和/或MgCl₂)、水和沙。在一些实施方案中，使用在式1中所产生的HCl以再生式3中的MgCl₂和/或CaCl₂。因此产生制程环路。下表1示出可单独或组合使用的一些含有钙/镁的常见硅酸盐矿物质。已成功地通过使橄榄石和蛇纹石与HCl发生反应来进行初始测试。观察到沉淀出SiO₂且收集到MgCl₂和CaCl₂。
表1.钙/镁矿物质

参见“Handbook of Rocks,Minerals&Gemstones”，Walter Schumann，1993年出版，Houghton Mifflin Co·,Boston,New York，其以引用方式并入本文中。
VIII.其他实施方案
在一些实施方案中，可通过两种盐来定义二氧化碳至矿物质碳酸盐的转化。第一盐可经加热分解直至其转化为碱(氢氧化物和/或氧化物)且排放酸(例如以气体形式)。这种相同的碱与二氧化碳反应以形成碳酸盐、碳酸氢盐或碱性碳酸盐。
例如，在一些实施方案中，本公开内容提供如下制程：使来自下表A-C的一种或多种盐与水反应以形成氢氧化物、氧化物和/或混合氢氧化物卤化物。这样的反应通常称为分解。在一些实施方案中，水可呈液体、蒸汽形式和/或来自所选盐的水合物。蒸汽可来自热交换器，从而来自剧烈燃烧反应(即天然气和氧或氢和氯)的热加热水流。在一些实施方案中，蒸汽也可通过使用工厂或制造厂废热生成。在一些实施方案中，也加热无水或水合的卤化物盐。
表A.分解盐

表B.分解盐(续)

*后续测试已使用加热的样品的TGA(热重分析)和温度斜坡设定证明，反应热在热动力学导出值的1.5-4％内。
表C.分解盐(续)


表D.分解盐(续)

对于表A-D，数值数据对应于能量/所捕获的CO₂量(以kWh/吨表示)，NC＝不收敛，以及NA＝未获得数据。
第一盐的这种相同的碳酸盐、碳酸氢盐或碱性碳酸盐与第二盐反应以进行碳酸盐/碳酸氢盐交换，从而第二盐的阴离子与第一盐的阳离子组合且第二盐的阳离子与第一盐的碳酸根/碳酸氢根离子组合，形成最终的碳酸盐/碳酸氢盐。
在一些情形下，源自第一盐的氢氧化物直接与二氧化碳和第二盐反应以形成源自第二盐(与其阳离子组合)的碳酸盐/碳酸氢盐。在其他情形下，自反应器室移除源自第一盐(与其阳离子组合)的碳酸盐/碳酸氢盐/碱性碳酸盐且置于第二室中以与第二盐反应。图27示出此2-盐制程的实施方案。
在期望第二金属的盐且此第二金属不能够分解以形成吸收CO₂的氢氧化物时，且若第二盐的碳酸盐/碳酸氢盐化合物不溶(即其自溶液沉淀)，此反应可有益于制备碳酸盐/碳酸氢盐。下文是可单独或组合(包括与本文所论述的一个或多个任一反应组合)使用的这样的反应的实例的非穷尽性列表。
用于分解盐-1的实例：
2NaI+H₂O→Na₂O+2HI和/或Na₂O+H₂O→2NaOH
MgCl₂·6H₂O→MgO+5H₂O+2HCl和/或MgO+H₂O→Mg(OH)₂
去二氧化碳的实例：
2NaOH+CO₂→Na₂CO₃+H₂O和/或Na₂CO₃+CO₂+H₂O→2NaHCO₃
Mg(OH)₂+CO₂→MgCO₃+H₂O和/或Mg(OH)₂+2CO₂→Mg(HCO₃)₂
碳酸盐与盐-2的交换实例：
Na₂CO₃+CaCl₂→CaCO₃↓+2NaCl
Na₂CO₃+2AgNO₃→Ag₂CO₃↓+2NaNO₃
Ca(OH)₂+Na₂CO₃→CaCO₃↓+2NaOH*
*在此情形下，碳酸盐Na₂CO₃是盐-2，且分解形成Ca(OH)₂的盐(即CaCl₂)是盐-1。这与碳酸根离子保留于盐-1中的一些先前实例相反。
已知碳酸盐化合物包含H₂CO₃、Li₂CO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃、Rb₂CO₃、Cs₂CO₃、BeCO₃、MgCO₃、CaCO₃、MgCO₃、SrCO₃、BaCO₃、MnCO₃、FeCO₃、CoCO₃、CuCO₃、ZnCO₃、Ag₂CO₃、CdCO₃、Al₂(CO₃)₃、Tl₂CO₃、PbCO₃和La₂(CO₃)₃。已知第IA族元素是稳定的碳酸氢盐，例如LiHCO₃、NaHCO₃、RbHCO₃和CsHCO₃。第IIA族和一些其他元素也可形成碳酸氢盐，但在一些情形下，其仅可在溶液中稳定。通常，形成岩石的元素是H、C、O、F、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、Mg和Fe。这些可通过每摩尔吸收CO₂的氢氧化物使用最少量的能量来热分解成相应氢氧化物的盐因此可视为潜在的盐-1候选者。
基于在表A-D中所计算的能量，一些盐具有比MgCl₂·6H₂O更低的能量。下表E汇总这些盐和经其使用而相对于MgCl₂·6H₂O降低的损失百分比(percent penalty)。
表E:部分较低能量的替代盐
化合物kw-hr/吨降低％MgCl₂.6H2O45000％LiCl387616％LiBr300650％
NaBr43364％MgI₂2020123％CaF₂343331％CaBr₂274364％MnF₂331836％FeF₂2102114％FeCl₂.4H₂O386017％FeI₂.4H₂O305547％CoCl₂.6H₂O386017％CoI₂.6H₂O41239％CoSO₄.4H₂O335134％ZnF₂.2H₂O328537％ZnBr₂.4H₂O44182％ZnI₂.4H₂O42715％CdF₂313743％AgF2168108％
下列盐通过其各别可用的MSDS信息而具体规定分解反应。
表F.


化合物参考文献MgCl₂·6H₂O MnCl₂·4H₂Ohttp://avogadro.chem.iastate.edu/MSDS/MnCl2.htmNaI₂·H₂Ohttp://www.chemicalbook.com/ProductMSDSDetailCB6170714_EN.htmCoI₂·6H₂Ohttp://www.espimetals.com/index.php/msds/527-cobalt-iodideFeCl₂·4H₂O LiBrhttp://www.chemcas.com/material/cas/archive/7550-35-8_v1.aspMg(NO₃)₂·4H₂Ohttp://avogadro.chem.iastate.edu/MSDS/MgNO3-6H2O.htmCoSO₄.4H₂Ohttp://www.chemicalbook.com/ProductMSDSDetailCB0323842_EN.htmCdCl₂·2.5H2Ohttp://www.espimetals.com/index.php/msds/460-cadmium-chlorideCa(NO₃)₂·4H2Ohttp://avogadro.chem.iastate.edu/MSDS/Ca％28NO3％292-4H2O.htm
IX.石灰石的生成和用途
在本发明方面中，提供以石灰石形式封存二氧化碳的方法。石灰石是主要由矿物质方解石(碳酸钙：CaCO₃)构成的沉积岩。该矿物质具有许多用途，一些用途在下文指出。
呈粉末或粉状形式的石灰石(如在本发明一些实施方案中所形成的)可用作土壤改良剂(农业石灰)以中和酸性土壤条件，因此例如中和生态系统中的酸雨效应。上游应用包含使用石灰石作为去硫作用中的试剂。
石灰石是用于石工和建筑的重要石料。其优点之一在于其相对易于切成块或更精细的雕刻品。其也具有长效性且耐暴露。石灰石是生石灰、灰浆、水泥和混凝土的关键成分。
碳酸钙也用作用于纸张、塑料、涂料、瓷砖和其他材料的添加剂，其是作为白色颜料和便宜填充剂。碳酸钙的纯化形式可用于牙膏且作为钙源添加至面包和谷物中。CaCO₃也通常在医学上用作抗酸剂。
当前，通过采矿或采石来提取在工业中使用的大部分碳酸钙。通 过共生成此矿物质(作为在一些实施方案中二氧化碳封存的一部分)，本发明提供此重要产物的非提取性来源。
X.碳酸镁的生成和用途
在本发明方面中，提供以碳酸镁形式封存二氧化碳的方法。碳酸镁MgCO₃是以矿物质形式存在于自然界中的白色固体。最常见碳酸镁形式是称为菱镁矿(MgCO₃)的无水盐，和分别称为二水菱镁矿(MgCO₃·2H₂O)、三水菱镁矿(MgCO₃·3H₂O)和五水菱镁矿(MgCO₃·5H₂O)的二水合物、三水合物和五水合物。碳酸镁具有各种用途；这些用途中的一些在下文中简单讨论。
可使用碳酸镁产生镁金属和碱性耐火砖。MgCO₃也用于地板、防火、灭火组合物、化妆品、扑粉和牙膏中。其他应用是作为填充剂材料、塑料中的抑烟剂、氯丁橡胶中的增强剂、干燥剂、轻泻剂和在食物中用于护色。此外，使用高纯度碳酸镁作为抗酸剂且作为食盐中的添加剂以保持其自由流动。
当前，通常通过开采矿物质菱镁矿来获得碳酸镁。通过共生成此矿物质(作为在一些实施方案中二氧化碳封存的一部分)，本发明提供此重要产物的非提取性来源。
XI.二氧化硅的生成和用途
在本发明方面中，提供产生作为副产物的二氧化硅的封存二氧化碳的方法。二氧化硅(Silicon dioxide)(也称为二氧化硅(silica))是化学式为SiO₂的硅氧化物且因其硬度而众所周知。二氧化硅最常发现于自然界(以沙或石英形式)以及硅藻细胞壁中。二氧化硅是地壳中的最丰富矿物质。该化合物具有许多用途，这些用途中的一些在下文中简单讨论。
二氧化硅主要用于产生窗玻璃、饮用玻璃杯和瓶装饮料。用于电信的大部分光学纤维也是自二氧化硅制得。其是用于许多白色陶瓷(例如陶器、陶石器和瓷器)以及工业波特兰水泥(Portland cement)的主要原材料。
二氧化硅是食物生产中的常见添加剂，其中二氧化硅主要用作粉末状食物中的流动剂或用于在吸湿应用中吸收水。在呈水合形式时，二氧化硅以硬质摩擦剂形式用于牙膏中以去除牙菌斑。二氧化硅是硅藻土的主要组分，硅藻土具有自过滤到昆虫控制的许多用途。其也是稻壳灰的主要组分，稻壳灰可用于例如过滤和水泥制造。
通过热氧化方法在硅晶圆上生长的二氧化硅薄膜可非常有益于微电子学，其中这些二氧化硅薄膜用作具有高化学稳定性的电绝缘体。在电应用中，其可保护硅，储存电荷，阻断电流，且甚至用作限制电流的受控路径。
通常以若干形式来制造二氧化硅，包括玻璃、晶体、凝胶、气溶胶、发烟二氧化硅和胶质二氧化硅。通过共生成此矿物质(作为在一些实施方案中二氧化碳封存的一部分)，本发明提供此重要产物的另一来源。
XII.产物的分离
可采用分离制程从液体溶液和/或反应混合物分离碳酸盐和碳酸氢盐产物。通过操纵碱浓度、温度、压力、反应器尺寸、流体深度和碳酸化程度，可使得出现一种或多种碳酸盐和/或碳酸氢盐的沉淀物。或者，可通过与流入烟道气交换热能自溶液分离碳酸盐/碳酸氢盐产物。
根据反应器设计，离开液体流(exit liquid stream)可包含处于不同平衡状态的水、CaCO₃、MgCO₃、Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂、Ca(OH)₂、Ca(OH)₂、NaOH、NaHCO₃、Na₂CO₃和其他溶解气体。也可发现溶解的痕量排放组分，例如H₂SO₄、HNO₃和Hg。在一实施方案中，从碳酸盐产物去除/分离水涉及添加热能以例如使用再沸器自混合物蒸发水。或者，保持部分碱性溶液且随后在分离室中加热溶液可用于使相对较纯的碳酸盐沉淀至储存罐中且使剩余氢氧化物盐再循环回反应器。在一些实施方案中，随后可将处于平衡浓度和/或呈浆液或浓缩形式的纯碳酸盐、纯碳酸氢盐和此二者的混合物周期性地传输至卡车/罐车。在一些实施方案中，可将液体流转移至蒸发罐/场，其中诸如水 等液体可通过蒸发而被带走。
气态产物的释放包含担心是否安全地释放氢氧化物或氧化物盐，即，排放“碱雨”。在一些实施方案中，可通过使用简单且便宜的冷凝器/回流单元来防止排放这样的气溶胶化苛性盐。
在一些实施方案中，可使用单独地或与水去除制程一起使用的方法来使碳酸盐沉淀。不同碳酸盐平衡状态具有特性范围，其中在升高温度时，给定的碳酸盐(例如CaCO₃)将天然沉淀且聚集，这使得适于以浆液形式收回该碳酸盐，且以浆液形式排掉(drawn off)一小部分NaOH。
XIII.废热的回收
因本发明某些实施方案是用于大量排放CO₂(呈烟道气或其他来自燃烧制程的热气体(例如出现于发电厂中的那些)的形式)的背景中，故存在充分机会来利用此“废”热以，例如用于将第2族氯化物盐转化成第2族氢氧化物。例如，典型流入烟道气温度(例如，在静电沉淀处理之后)大约为300℃。热交换器可将烟道气降低至小于300℃的点，同时将水和/或第2族氯化物盐升温以促进此转化。
通常，因可在发电厂中获得的烟道气在介于100℃(通常经净化)、300℃(在沉淀处理之后)和900℃(沉淀入口)之间的温度下或在其他这样的温度下离开，因此可通过与功率回收循环(例如氨-水循环(例如“卡利那(Kalina)”循环)、蒸汽循环或任一实现相同热动力学方式的这样的循环)进行热交换以冷却流入烟道气来提取大量经处理的废热。由于本发明一些实施方案依赖于DC功率来制造试剂/吸收剂，故可部分地或完全通过废热回收来直接为制程供能，该废热回收是在没有与将DC功率转化成AC功率以用于其他应用有关的正常变压器损失下实现。另外，通过使用废热工作发动机，可在并不采用发电步骤下实现显著效率。在一些条件下，发现这些废热回收能量的量可完全为本发明实施方案供能。
XIV.替代制程
如上所述，本公开内容的装置和方法的一些实施方案自各个反应步骤产生多种有用的中间体、副产物和最终产物，包含氯化氢、第2族碳酸盐、第2族氢氧化物盐等。在一些实施方案中，这些物质中的一些或全部可用于下文所述的一种或多种方法中。在一些实施方案中，使用下文所概述的一种或多种方法获得上述一个或多个步骤中所采用的起始材料或中间体之一的一些或全部。
A.使用氯用于第2族硅酸盐的氯化
在一些实施方案中，可将氯气液化成盐酸，然后用于将第2族硅酸盐矿物质氯化。将氯液化且随后使用盐酸尤其具有吸引力，尤其在氯市场饱和的情形下。可根据式27将氯液化：
Cl₂(g)+2H₂O(l)+hν(363nm)→2HCl(l)+1/2O₂(g)   (27)
在一些实施方案中，可使因此产生的氧返回发电厂本身的空气入口，其中在电力工业研究的整个过程中已显示，富氧入口的工厂具有(a)较高卡诺效率(Carnot-efficiencies)，(b)较浓CO₂离开流，(c)较低热交换以将入口空气升温，和(d)其他优于非氧增强的工厂的优点。在一些实施方案中，氧可用于氢/氧燃料电池中。在一些实施方案中，氧可用作设计为例如使用氢和天然气的混合物以用于天然气发电的涡轮中的氧化剂部分。
B.使用氯用于第2族氢氧化物的氯化
在一些实施方案中，可使氯气与第2族氢氧化物盐反应以得到氯化物和次氯酸盐的混合物(式28)。例如，HCl可作为产物出售且第2族氢氧化物盐可用于去除过量氯。
Ca/Mg(OH)₂+Cl₂→1/2Ca/Mg(OCl)₂+1/2Ca/MgCl₂+H₂O   (28)
然后可使用钴或镍催化剂将第2族次氯酸盐分解以形成氧和相应 氯化物(式29)。
Ca/Mg(OCl)₂→Ca/MgCl₂+O₂     (29)
然后可回收氯化钙和/或氯化镁。
XV.从来源去除其他污染物
在本发明一些实施方案中，除自来源去除CO₂外，去二氧化碳条件也去除SO_X和NO_X，且以较小程度去除汞。在本发明一些实施方案中，NO_X、SO_X和汞化合物的附带净化(incidental scrubbing)可视为具有较大经济意义；即，通过采用本发明实施方案，含有大量这些化合物的煤可在发电厂中燃烧，且在一些实施方案中，所得污染小于在不借助CO₂吸收制程下处理的较高级煤。这样的原理和技术教导于例如美国专利7,727,374、美国专利申请第11/233,509号(2005年9月22日提交)、美国临时专利申请第60/718,906号(2005年9月20日提交)、美国临时专利申请第60/642,698号(2005年1月10日提交)、美国临时专利申请第60/612,355号(2004年9月23日提交)、美国专利申请第12/235,482号(2008年9月22日提交)、美国临时申请第60/973,948号(2007年9月20日提交)、美国临时申请第61/032,802号(2008年2月29日提交)、美国临时申请第61/033,298号(2008年3月3日提交)、美国临时申请第61/288,242号(2010年1月20日提交)、美国临时申请第61/362,607号(2010年7月8日提交)和国际申请第PCT/US08/77122号(2008年9月19日提交)。上文所提及公开内容(包含任一附录)中的每一个的整个文件以引用方式明确并入本文中。
实施例
包含下列实施例以显示本发明的一些实施方案。本领域技术人员应了解，下列实施例中公开的技术表示发明人发现可良好用于本发明实践的技术，且因此可认为这些技术构成本发明实践的优选方式。然而，本领域技术人员根据本公开内容应了解，在所公开具体实施方案 中可实施多种改变且仍可获得相同或类似结果，并不背离本发明的精神和范围。
实施例1-使用CaCl₂从烟道气捕获CO₂以形成CaCO₃的制程模拟
使用Aspen Plus 7.1版软件且使用已知反应焓、反应自由能和所定义参数来模拟本发明的一个实施方案，从而测定用于利用CaCl₂和热从烟道气流捕获CO₂以形成CaCO₃产物的质量和能量平衡及适宜的条件。这些结果表明，可使用便宜原材料、CaCl₂和水从烟道气捕获CO₂，以形成CaCO₃。
所定义参数部分包含图5中所示的流程图。模拟结果表明，可有效地再循环MgCl₂流以与H₂O和热发生反应以形成Mg(OH)₂。此Mg(OH)₂随后与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以形成CaCO₃，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂再循环至第一反应器以再次开始制程。此制程并不限于用于CaCl₂的任一特定源。例如，其可通过使硅酸钙与HCl反应以得到CaCl₂来获得。
指定用于此模拟的限制和参数包括：
·反应是以100％效率运行且并无损失。在试运行测定反应效率时，可修改模拟。
·模拟并不考虑CaCl₂原料或所需的任一补充MgCl₂(因来自系统的损失)中的杂质。
此模拟结果表明，初步净能量消耗大约为130MM Btu/hr。表2a和2b提供关于模拟制程的各种流(表中的列)的质量和能量。每一流对应于图5的流。
制程由两个主要反应区段和一个固体过滤区段组成。第一反应器加热MgCl₂/水溶液以使其分解成HCl/H₂O蒸气流和Mg(OH)₂液体流。将HCl/H₂O蒸气流输送至HCl吸收塔。将Mg(OH)₂溶液输送至反应器2用于进一步处理。此反应器的化学反应可由下式表示：
MgCl₂+2H₂O→Mg(OH)₂+2HCl     (30)
将CaCl₂溶液和烟道气流添加至反应器2中的MgCl₂中。此反应形成CaCO₃、MgCl₂和水。CaCO₃发生沉淀且在过滤器或倾析器中移除。将剩余MgCl₂和水再循环至第一反应器。添加额外的水以完成第一反应器所需的水平衡。此反应器的化学反应可由下式表示：
Mg(OH)₂+CaCl₂+CO₂→CaCO₃(s)+MgCl₂+H₂O    (31)
此制程的主要进料是CaCl₂、烟道气(CO₂)和水。使用、再形成且再循环该系统中的MgCl₂。仅使用所需补充MgCl₂来代替与CaCO₃产物一起离开系统的少量MgCl₂和与HCl/水产物一起离开的少量MgCl₂。
此制程消耗净能量。存在交叉热交换以回收高温流中的热，从而预加热进料流。可通过使因此形成的浓HCl与硅酸盐矿物质进行反应来获得显著的热回收率。





















实施例2(范例1)-镁离子催化的使用CaCl₂从烟道气捕获CO₂以形成CaCO₃的制程模拟。
模拟结果表明，可有效地在三个单独脱水反应(各自在其独立的室中)中加热MgCl₂·6H₂O流，随后进行分解反应(也在其独立的室中)，从而形成Mg(OH)Cl和HCl，即总共4个室。使Mg(OH)Cl与H₂O反应以形成MgCl₂和Mg(OH)₂，Mg(OH)₂随后与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以形成CaCO₃，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂·6H₂O以及早期产物再循环至第一反应器以再次开始制程。
此制程并不限于用于CaCl₂的任一特定源。例如，其可通过使硅酸钙与HCl反应以得到CaCl₂来获得。
指定用于此模拟的限制和参数包括：
·反应是以100％效率运行且并无损失。在试运行测定反应效率时，可修改模拟。
·模拟并不考虑CaCl₂原料或所需的任一补充MgCl₂(因来自系统的损失)中的杂质。
·所定义参数的一部分包括图6所示的流程图。
此模拟结果表明，初步净能量消耗为5946kwh/吨CO₂。表3提供关于模拟制程的各种流的质量和能量。每一流对应于图6的流。
制程由两个主要反应器和一个固体过滤区段组成。第一反应器加热MgCl₂·6H₂O以使其分解成HCl/H₂O蒸气流和Mg(OH)Cl固体流。将HCl/H₂O蒸气流输送至热交换器以回收额外热。将自Mg(OH)Cl形成的Mg(OH)₂输送至反应器2以用于进一步处理。在此反应器中发生的化学反应包括如下：
MgCl₂·6H₂O+Δ→Mg(OH)Cl+5H₂O↑+HCl↑   (32)
2Mg(OH)Cl(aq)→Mg(OH)₂+MgCl₂     (33)
将CaCl₂溶液和烟道气流添加至反应器2中的Mg(OH)₂中。此反应形成CaCO₃、MgCl₂和水。CaCO₃发生沉淀且在过滤器或倾析器中 移除。将剩余MgCl₂和水再循环至第一反应器中。添加额外的水以完成第一反应器所需的水平衡。在此反应器中发生的化学反应包括如下：
Mg(OH)₂+CaCl₂+CO₂→CaCO₃↓(s)+MgCl₂+H₂O     (34)
此制程的主要进料是CaCl₂、烟道气(CO₂)和水。使用、再形成且再循环系统中的MgCl₂。仅使用所需补充MgCl₂来代替与CaCO₃产物一起离开系统的少量MgCl₂和与HCl/水产物一起离开的少量MgCl₂。
此制程消耗净能量。研究能量的量并优化。存在交叉热交换以回收高温流中的热，从而预加热进料流。
用于此制程(范例1)的步骤汇总于下文中：










实施例3-镁离子催化的使用CaCl₂从烟道气捕获CO₂以形成CaCO₃的制程模拟。
所定义参数部分包括图7所示的流程图。模拟结果表明，可有效地在两个单独脱水反应(各自在其独立的室中)中加热MgCl₂·6H₂O流以形成Mg(OH)Cl，随后进行分解反应(也在其独立的室中)，从而形成Mg(OH)Cl和HCl，即总共三个室。使Mg(OH)Cl与H₂O反应以形成MgCl₂和Mg(OH)₂，Mg(OH)₂随后与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以形成CaCO₃，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂·6H₂O再循环至第一反应器以再次开始制程。此制程并不限于用于CaCl₂的任一特定源。例如，其可通过使硅酸钙与HCl反应以得到CaCl₂来获得。
指定用于此模拟的限制和参数包括：
·反应是以100％效率运行且并无损失。在试运行测定反应效率时，可修改模拟。
·模拟并不考虑CaCl₂原料或所需的任一补充MgCl₂(因来自系统的损失)中的杂质。
此模拟结果表明，初步净能量消耗为4862kwh/吨CO₂。表4提供关于模拟制程的各种流的质量和能量。每一流对应于图7中的流。
制程由两个主要反应器和一个固体过滤区段组成。第一反应器加热MgCl₂·6H₂O以使其分解成HCl/H₂O蒸气流和Mg(OH)Cl固体流。将HCl/H₂O蒸气流输送至热交换器以回收额外的热。将自Mg(OH)Cl形成的Mg(OH)₂输送至反应器2以用于进一步处理。在此反应器中发生的化学反应包括如下：
MgCl₂·6H₂O+Δ→Mg(OH)Cl+5H₂O↑+HCl↑    (35)
2Mg(OH)Cl(aq)→Mg(OH)₂+MgCl₂      (36)
将CaCl₂溶液和烟道气流添加至反应器2中的Mg(OH)₂中。此反应形成CaCO₃、MgCl₂和水。CaCO₃发生沉淀且在过滤器或倾析器中 移除。将剩余MgCl₂和水再循环至第一反应器中。添加额外的水以完成第一反应器所需的水平衡。在此反应器中发生的化学反应包括如下：
Mg(OH)₂+CaCl₂+CO₂→CaCO₃↓(s)+MgCl₂+H₂O    (37)
此制程的主要进料是CaCl₂、烟道气(CO₂)和水。使用、再形成且再循环系统中的MgCl₂。仅使用所需补充MgCl₂来代替与CaCO₃产物一起离开系统的少量MgCl₂和与HCl/水产物一起离开的少量MgCl₂。
此制程消耗净能量。研究能量的量并优化。存在交叉热交换以回收高温流中的热，从而预加热进料流。
用于此制程(范例2)的步骤汇总于下文中：










实施例4-镁离子催化的使用CaCl₂从烟道气捕获CO₂以形成CaCO₃的制程模拟。
所定义参数部分包括图8中所示的流程图。模拟结果表明，可有效地在单一室中加热MgCl₂·6H₂O流以形成MgO。使MgO与H₂O反应以形成Mg(OH)₂，Mg(OH)₂随后与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以形成CaCO₃，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂·6H₂O再循环至第一反应器中以再次开始制程。此制程并不限于用于CaCl₂的任一特定源。例如，其可通过使硅酸钙与HCl反应以得到CaCl₂来获得。
指定用于此模拟的限制和参数包括：
·反应是以100％效率运行且并无损失。在试运行测定反应效率时，可修改模拟。
·模拟并不考虑CaCl₂原料或所需的任一补充MgCl₂(因来自系统的损失)中的杂质。
此模拟结果表明，初步净能量消耗为3285kwh/吨CO₂。表5提供关于模拟制程的各种流的质量和能量。每一流对应于图8的流。
制程由两个主要反应器和一个固体过滤区段组成。第一反应器加热MgCl₂·6H₂O以使其分解成HCl/H₂O蒸气流和MgO固体流。将HCl/H₂O蒸气流输送至热交换器以回收额外的热。将自MgO形成的Mg(OH)₂输送至反应器2以用于进一步处理。在此反应器中发生的化学反应包括如下：
MgCl₂·6H₂O+Δ→MgO+5H₂O↑+2HCl↑     (38)
MgO+H₂O→Mg(OH)₂      (39)
将CaCl₂溶液和烟道气流添加至反应器2中的Mg(OH)₂中。此反应形成CaCO₃、MgCl₂和水。CaCO₃发生沉淀且在过滤器或倾析器中移除。将剩余MgCl₂和水再循环至第一反应器中。添加额外的水以完成第一反应器所需的水平衡。在此反应器中发生的化学反应包括如下：
Mg(OH)₂+CaCl₂+CO₂→CaCO₃↓(s)+MgCl₂+H₂O    (40)
此制程的主要进料是CaCl₂、烟道气(CO₂)和水。使用、再形成且再循环系统中的MgCl₂。仅使用所需补充MgCl₂来代替与CaCO₃产物一起离开系统的少量MgCl₂和与HCl/水产物一起离开的少量MgCl₂。
此制程消耗净能量。研究能量的量并优化。存在交叉热交换以回收高温流中的热，从而预加热进料流。
用于此制程(范例3)的步骤汇总于下文中：










实施例5-镁离子催化的使用CaCl₂从烟道气捕获CO₂以形成CaCO₃的制程模拟。
所定义参数部分包括图9中所示的流程图。模拟结果表明，可有效地在单一室中加热MgCl₂·6H₂O流以形成Mg(OH)Cl。使Mg(OH)Cl与H₂O反应以形成MgCl₂和Mg(OH)₂，Mg(OH)₂随后与饱和CaCl₂/H₂O溶液和来自烟道气的CO₂反应以形成CaCO₃，将其自流中滤出。将最终形成的MgCl₂·6H₂O再循环至第一反应器中以再次开始制程。此制程并不限于用于CaCl₂的任一特定源。例如，其可通过使硅酸钙与HCl反应以得到CaCl₂来获得。
指定用于此模拟的限制和参数包括：
·反应是以100％效率运行且并无损失。在试运行测定反应效率时，可修改模拟。
·模拟并不考虑CaCl₂原料或所需的任一补充MgCl₂(因来自系统的损失)中的杂质。
此模拟结果表明，初步净能量消耗为4681kwh/吨CO₂。表6提供关于模拟制程的各种流的质量和能量。每一流对应于图9的流。
制程由两个主要反应器和一个固体过滤区段组成。第一反应器加热MgCl₂·6H₂O以使其分解成HCl/H₂O蒸气流和Mg(OH)Cl固体流。将HCl/H₂O蒸气流输送至热交换器以回收额外的热。将自Mg(OH)Cl形成的Mg(OH)₂输送至反应器2以用于进一步处理。在此反应器中发生的化学反应包括如下：
MgCl₂·6H₂O+Δ→Mg(OH)Cl+5H₂O↑+HCl↑     (41)
2Mg(OH)Cl(aq)→Mg(OH)₂+MgCl₂     (42)
将CaCl₂溶液和烟道气流添加至反应器2中的Mg(OH)₂中。此反应形成CaCO₃、MgCl₂和水。CaCO₃发生沉淀且在过滤器或倾析器中移除。将剩余MgCl₂和水再循环至第一反应器中。添加额外的水以完成第一反应器所需的水平衡。在此反应器中发生的化学反应包括如下：
Mg(OH)₂+CaCl₂+CO₂→CaCO₃↓(s)+MgCl₂+H₂O      (43)
此制程的主要进料是CaCl₂、烟道气(CO₂)和水。使用、再形成且再循环系统中的MgCl₂。仅使用所需补充MgCl₂来代替与CaCO₃产物一起离开系统的少量MgCl₂和与HCl/水产物一起离开的少量MgCl₂。
此制程消耗净能量。研究能量的量并优化。存在交叉热交换以回收高温流中的热，从而预加热进料流。
用于此制程(范例4)的步骤汇总于下文中：










实施例6-道路用盐锅炉：MgCl₂·6H₂O的分解
图10示出MgCl₂·6H₂O的经加热样品的质量百分比的图表。样品初始质量为大约70mg且设定为100％。在实验期间，在样品热分解的同时测量其质量。使温度迅速斜升至150℃，且然后以0.5℃/分钟缓慢升高。在大约220℃，重量变得恒定，这与形成Mg(OH)Cl一致。不存在进一步重量降低表明几乎所有的水均已被去除。两种不同的详细分解质量分析示于图28和29中，其中示出不同最终材料的理论稳态。图30确认MgO可通过比产生Mg(OH)Cl的温度更高的温度(此处为500℃)制得。
实施例7–Mg(OH)Cl在H₂O中的溶解
将通过MgCl₂·6H₂O的加热分解所产生的Mg(OH)Cl样品溶于水中并搅拌一定时间段。然后，干燥剩余沉淀，收集并分析。通过分解式，可对Mg(OH)₂的量与预期量进行比较并分析。化学反应可表示如下：
2Mg(OH)Cl(aq)→Mg(OH)₂+MgCl₂     (44)
Mg(OH)₂和MgCl₂的溶解度数据如下：
MgCl₂52.8gm于100gm.H₂O中(极易溶解)
Mg(OH)₂0·0009gm于100gm.H₂O中(实际上不溶)
所回收Mg(OH)₂的理论重量：
样品的给定重量：3.0136gm。
MW Mg(OH)Cl 76.764
MW Mg(OH)₂58.32
每摩尔Mg(OH)Cl所形成的Mg(OH)₂摩尔数＝1/2
Mg(OH)₂的预期量
2Mg(OH)Cl(aq)→Mg(OH)₂+MgCl₂
3.016gm*(MW Mg(OH)₂÷(MW Mg(OH)Cl*1/2＝1.1447gm
所收集沉淀物＝1.1245gm
理论收集％＝(1.1447÷1.1245)*100＝98.24％
分析数据：
接下来，将Mg(OH)₂样品输送用于XRD(X射线衍射)和EDS分析。结果示于图11中。上行的峰是样品峰，中行的尖峰是Mg(OH)₂的特征，而下部的尖峰是MgO的特征。因此表明，来自Mg(OH)Cl溶解的所回收沉淀物具有类似于Mg(OH)₂的信号。

注意：结果不包含Z<11的元素(Na)。
EDS分析揭示了极少的氯[Cl]被并入沉淀中。注意，此分析不能检测氧或氢。
实施例8-去二氧化碳起泡实验：通过使CO₂与Mg(OH)₂(或Mg(OH)Cl)和CaCl₂反应产生CaCO₃
将大约20克Mg(OH)₂以及两升水置于起泡柱中且通过其使CO₂鼓泡达x分钟的时段。然后，收集一些液体，向其中添加CaCl₂溶液。立即形成沉淀物且将其输送用于XRD和EDS。化学反应可如下表示：
Mg(OH)₂+CO₂+CaCl₂→CaCO₃↓+H₂O    (45)
XRD分析(图12)与CaCO₃特征相吻合。
EDS


注意：结果不包含Z<11的元素(Na)。
EDS分析表明CaCO₃几乎是纯的且仅具有1.55重量％镁杂质且几乎没有来自CaCl₂的氯。
实施相同测试，但使用来自MgCl₂·6H₂O分解的Mg(OH)Cl代替Mg(OH)₂。尽管Mg(OH)Cl所具有的氢氧根[OH^-]为Mg(OH)₂的一半，但预计可吸收CO₂且形成沉淀CaCO₃(PCC)。
XRD分析(图13)与CaCO₃特征相吻合。
EDS
Chi-sqd＝5.83，活时间＝300.0Sec。
无标分析
PROZA校正加速电压＝20kV，出射角＝35.00度重复数＝3

注意：结果不包含Z<11的元素(Na)。
同样，结果表明CaCO₃几乎是纯的且几乎没有Mg或Cl化合物。实施例9A–岩石熔化器实验：橄榄石和蛇纹石与HCl的反应
将橄榄石(Mg,Fe)₂SiO₄和蛇纹石Mg₃Si₂O₅(OH)₄的样品粉碎且使 其与6.1摩尔HCl经大约72小时的时段发生反应。运行两组测试，第一组在室温下且第二组在70℃下。这些矿物质具有可变通式且通常含有铁。在过滤样品之后，将所得滤出物(filtrand)和滤液在烘箱中干燥过夜。然后将样品进行XRD和EDS分析。滤液应存在MgCl₂且滤出物应主要是SiO₂。
橄榄石滤液与HCl在室温下发生反应

橄榄石滤液与HCl在70℃下发生反应
注意：结果不包含Z<11的元素(Na)。

蛇纹石滤液与HCl在室温下发生反应
注意：结果不包含Z<11的元素(Na)。


蛇纹石滤液与HCl在70℃下发生反应
注意：结果不包含Z<11的元素(Na)。

注意：结果不包含Z<11的元素(Na)。
两种矿物质蛇纹石和橄榄石在环境条件和70℃下的滤液均清晰地表明存在MgCl₂，并且在橄榄石的情形下存在少量FeCl₂。
橄榄石滤出物与HCl在室温下发生反应


注意：结果不包含Z<11的元素(Na)。
橄榄石滤出物与HCl在70℃下发生反应

注意：结果不包含Z<11的元素(Na)。
假设橄榄石的通式为(Mg,Fe)₂SiO₄，且此是富镁橄榄石。原料化合物具有2：1的Mg：Si比率。然而，不通过过滤器的滤出物具有(37+5.5：52)或0.817：1的(Mg+Fe：Si)比率。(图表上的原子％)，显而易见，大于50％的镁通过了过滤器。
蛇纹石滤出物与HCl在室温下发生反应

注意：结果不包含Z<11的元素(Na)。
蛇纹石滤出物与HCl在70℃下发生反应

注意：结果不包含Z<11的元素(Na)。
假设蛇纹石的通式为(Mg,Fe)₃Si₂O₅(OH)₄，则(Mg+Fe)与Si的初始为1.5:1的比率降为(37+9.3：56.5)＝0.898:1。
实施例9B–MgCl₂·6(H₂O)分解的温度/压强模拟
如下文(表7)和图14所示，改变压强和温度以测定其对 MgCl₂·6(H₂O)分解的平衡的影响。输入物是：
1)MgCl₂·6H₂O
2)CaCl₂
3)离开热交换器(HX)的标记为Mg(OH)Cl的热流的温度(参见图7-8)。
4)在倾析器中分离的固体的百分比。
5)标记为H₂O的所需水
6)烟道气。
表7.
变化1变化2输入Mg(OH)ClMgOQ 反应器1反应器1     参数参数     温度压力     ℃PSIAMOL/SECMOL/SECMOL/SECMWkWh/吨CO₂400551.0839925.3139925.7700123.637653883410538.427038.42719.856143261420538.427038.42719.874823264430538.427038.42719.893543268440538.427038.42719.91233271450538.427038.42719.931113274400776.85476.854031.374845153410753.2462729.6385423.6077324.311863993420738.427038.42719.874823264430738.427038.42719.893543268440738.427038.42719.91233271450738.427038.42719.931113274400976.85476.854031.374845153410972.8511568.848294.00285330.206464961420950.214823.575626.639223.424113847
变化1变化2输入Mg(OH)ClMgOQ 反应器1反应器1     参数参数     温度压力     ℃PSIAMOL/SECMOL/SECMOL/SECMWkWh/吨CO₂430938.427038.42719.893543268440938.427038.42719.91233271450938.427038.42719.9311132744001176.85476.854031.3748451534101176.85476.854031.4151594201164.7893852.7247612.0646227.8125145684301144.6774812.5009632.1765221.7782235774401138.427038.42719.912332714501138.427038.42719.9311132744001376.85476.854031.3748451534101376.85476.854031.4151594201376.85476.854031.4451551654301355.5953534.336721.2586525.0702641184401338.427038.42719.912332714501338.427038.42719.9311132744001576.85476.854031.3748451534101576.85476.854031.4151594201576.85476.854031.4451551654301566.5132256.1724410.3407828.3622946594401546.4187515.9835130.4352522.3254436674501538.427038.42719.931113274200512776.854047.51946780521058576.854033.34109547622057776.854030.74184504923057776.854030.777025055
变化1变化2输入Mg(OH)ClMgOQ 反应器1反应器1     参数参数     温度压力     ℃PSIAMOL/SECMOL/SECMOL/SECMWkWh/吨CO₂24057776.854030.8122506125057776.854030.847395067200718476.854066.5730910935210712576.854046.75184767922078576.854033.32609547423077776.854030.777505524077776.854030.81218506125077776.854030.847375067200929776.854089.5107914702210916576.854060.162589882220911376.854042.92123705023097876.854031.04401509924097776.854030.81217506125097776.854030.8473550672001147376.8540136.5784224332101120576.854073.57332120842201114276.854052.516388626230119876.854038.015586244240117776.854030.812165061250117776.854030.8473450672001368476.8540192.9858316982101330376.854091.43505150182201317076.854062.11152102022301311976.854044.9871573892401383.332376.854033.004595421
变化1变化2输入Mg(OH)ClMgOQ 反应器1反应器1     参数参数     温度压力     ℃PSIAMOL/SECMOL/SECMOL/SECMWkWh/吨CO₂2501376.85476.854030.84733506720015930.528776.8540258.76074250221015422.923676.8540123.72232032222015198.729176.854071.706661177823015139.656776.854051.9587185342401598.5173976.854038.1436362652501576.85476.854030.847335067
实施例10-21
下列其他实施例是关于使用来自煤或天然气发电厂的废热排放获得所需热来实施分解反应。为从煤烟道气排放获得所需热，热源可位于袋滤室(其中温度介于320-480℃之间)之前来替代空气预加热器。参见以下参考文献：“The structural design of air and gas ducts for power stations and industrial Boiler Applications”的第11-15页，出版商：American Society of Civil Engineers(1995年8月)，其全部内容以引用方式并入本文中。开放式循环天然气发电厂具有600℃的极高排气温度。参见以下参考文献：“The structural design of air and gas ducts for power stations and industrial Boiler Applications”的第11-15页，出版商：American Society of Civil Engineers(1995年8月)，其全部内容以引用方式并入本文中。另外，MgCl₂·6H₂O的分解反应也可以两种不同模式运行，即完全分解成MgO或部分分解成Mg(OH)Cl。部分分解成Mg(OH)Cl在一些实施方案中需要大于180℃的温度，而全部分解成MgO在一些实施方案中需要440℃或更高的温度。
另外，制程的流入进料可表示为介于100％硅酸钙(CaSiO₃)与100％硅酸镁(MgSiO₃)之间的连续体，其中透辉石(MgCa(SiO₃)₂)(或CaSiO₃ 和MgSiO₃的1：1摩尔比的混合物)表示50％的中间情形。对于这些情形中的每一个而言，所得输出物在一些实施方案中介于碳酸钙(CaCO₃)至碳酸镁(MgCO₃)之间，其中白云石CaMg(CO₃)₂表示中间情形。使用100％硅酸钙的制程是用于所有先前建模实施方案中的Ca-Mg制程。还着重注意的是，100％硅酸镁制程不使用钙化合物；而100％硅酸钙流入进料制程使用镁化合物，但在再循环环路中，仅需要补充镁化合物。
关于Ca-Mg、仅Mg、透辉石制程(例如，使用将水合MgCl₂分别完成和部分分解成MgO和Mg(OH)Cl)的其他细节描述于下文中。
I)Ca-Mg制程
总反应为CaSiO₃+CO₂→CaCO₃+SiO₂
a)完全分解(“CaSiO₃-MgO制程”)：
1)MgCl₂·6H₂O+Δ→MgO+5H₂O↑+2HCl↑
热分解反应。
2)2HCl(aq)+CaSiO₃→CaCl₂(aq)+SiO₂↓+H₂O
岩石熔融反应。
注意：在反应期间，每2摩尔HCl存在5摩尔H₂O。
3)MgO+CaCl₂(aq)+CO₂→CaCO₃↓+MgCl₂(aq)
此式的一些形式(versions)使用自MgO和H₂O形成的Mg(OH)₂。
4)MgCl₂(aq)+6H₂O→MgCl₂·6H₂O
再生MgCl₂·6H₂O，使其返回第1步中。
b)部分分解(“CaSiO₃-Mg(OH)Cl制程”)：
1)2×[MgCl₂·6H₂O+Δ→Mg(OH)Cl+5H₂O↑+HCl↑]
热分解。
需要多达2倍的MgCl₂·6H₂O来捕集相同量的CO₂。
2)2HCl(aq)+CaSiO₃→CaCl₂(aq)+SiO₂↓+H₂O
岩石熔融反应。
3)2Mg(OH)Cl+CaCl₂(aq)+CO₂→CaCO₃↓+2MgCl₂(aq)+H₂O
CO₂捕获反应
4)2MgCl₂+12H₂O→2MgCl₂·6H₂O
再生MgCl₂·6H₂O，使其返回第1步中。
II)仅Mg的制程
总反应为MgSiO₃+CO₂→MgCO₃+SiO₂
c)完全分解(“MgSiO₃-MgO制程”)
1)2HCl(aq)+MgSiO₃+(x-1)H₂O→MgCl₂+SiO₂↓+xH₂O
岩石熔融反应。
2)MgCl₂·xH₂O+Δ→MgO+(x-1)H₂O↑+2HCl↑
热分解反应。
注意：每2摩尔HCl产生“x-1”摩尔H₂O。
3)MgO+CO₂→MgCO₃
CO₂捕获反应。
注意，在此实施方案中，无需再循环MgCl₂。x值(水合水的数量)远小于6，这是因来自岩石熔融反应的MgCl₂足够热以驱动大量水进入蒸气相中。因此，来自岩石熔化的路径在稳态下运行，且如所建模的那样，“x”具有大约为2的值。
d)部分分解(“MgSiO₃-Mg(OH)Cl制程”)
1)2HCl(aq)+MgSiO₃→MgCl₂+SiO₂↓+H₂O
岩石熔融反应。
注意：在反应期间，每摩尔HCl存在“x-1”摩尔H₂O。
2)2×[MgCl₂·xH₂O+Δ→Mg(OH)Cl+(x-1)H₂O↑+HCl↑]
分解。
需要多达2倍的MgCl₂·(x-1)H₂O来捕集相同量的CO₂。
3)2Mg(OH)Cl+CO₂→MgCO₃↓+MgCl₂+H₂O
CO₂捕获反应。
4)MgCl₂(aq)+6H₂O→MgCl₂·6H₂O
再生MgCl₂·6H₂O，使其返回第1步中。
注意，在此实施方案中，再循环一半MgCl₂。x值(水合水的数量)略小于6，这是因为一半MgCl₂来自岩石熔融反应(其足够热以驱动大量水进入蒸气相中)且剩余的一半是在吸收塔中再循环的。因此，全部 量MgCl₂在稳态下的水合数具有大约为4的值，平均介于MgCl₂·6H₂O与MgCl₂·2H₂O之间。
III)透辉石或混合制程:
注意：透辉石是钙和镁的混合硅酸盐且白云石是钙和镁的混合碳酸盐。
总反应：1/2CaMg(SiO₃)₂+CO₂→1/2CaMg(CO₃)₂+SiO₂
e)完全分解(“透辉石-MgO制程”)：
1)MgCl₂·6H₂O+Δ→MgO+5H₂O↑+2HCl↑
热分解。
2)HCl+1/2CaMg(SiO₃)₂→1/2CaCl₂+1/2MgSiO₃↓+1/2SiO₂↓+1/2H₂O
第一岩石熔融反应。
3)HCl+1/2MgSiO₃→1/2MgCl₂+1/2SiO₂↓+1/2H₂O
第二岩石熔融反应。使MgCl₂返回第1步中。
4)MgO+1/2CaCl₂+CO₂→1/2CaMg(CO₃)₂↓+1/2MgCl₂
5)1/2MgCl₂+3H₂O→1/2MgCl₂·6H2O
再生MgCl₂·6H₂O，使其返回第1步中。
f)部分分解(“透辉石-Mg(OH)Cl制程”)：
1)2×[MgCl₂·6H₂O+Δ→Mg(OH)Cl+5H₂O↑+HCl↑]
热分解。
需要多达2倍的MgCl₂·6H₂O来捕集相同量的CO₂。
2)HCl+1/2CaMg(SiO₃)₂→1/2CaCl₂+1/2MgSiO₃↓+1/2SiO₂↓+1/2H₂O
第一岩石熔融反应。
3)HCl+1/2MgSiO₃→1/2MgCl₂+1/2SiO₂↓+1/2H₂O
第二岩石熔融反应。此处，使MgCl₂返回第1步中。
4)2Mg(OH)Cl+1/2CaCl₂+CO₂→1/2CaMg(CO₃)₂↓+3/2MgCl₂+H₂O
5)3/2MgCl₂+9H₂O→3/2MgCl₂·6H₂O
再生MgCl₂·6H₂O，使其返回第1步中
表9.制程简述

1—320-550℃的温度范围包括分别在320℃、360℃、400℃、440℃和550℃下运行的模型。
2—烟道气中7.2％-18％的CO₂百分比包括分别在7.2％、10％、14％和18％下运行的模型。
硅酸钙制程：
将CaSiO₃-MgO和CaSiO₃-Mg(OH)Cl分解制程进一步分成两个阶段，第一步骤由脱水反应组成，其中将MgCl₂·6H₂O转化成MgCl₂·2H₂O+4H₂O，且在第二步骤中将MgCl₂·2H₂O转化成Mg(OH)Cl+HCl+H₂O(若期望或需要部分分解)和MgO+2HCl+H₂O(若期望或需要总分解)。图15描述此制程的布置。
硅酸镁制程：
MgSiO₃-MgO和MgSiO₃-Mg(OH)Cl制程由一室分解步骤组成，其中来自分解室的HCl与MgSiO₃在岩石熔融反应器中反应，且在呈二 水合物形式MgCl₂·2H₂O的MgCl₂离开岩石熔融室而接近分解反应器(其中将其转化成MgO或Mg(OH)Cl，如先前所述)时，反应的所得热离开MgCl₂。若不使用硅酸钙，则可优选此制程。自分解排放的HCl与MgSiO₃反应以形成额外MgCl₂。硅酸镁制程遵循不同于钙的路径。制程始于“岩石熔融反应(HCl+硅酸盐)”，然后行进至“分解反应(MgCl₂+热)”，最后到达吸收塔。在硅酸钙制程中，所有镁化合物在分解反应与吸收反应之间循环。图16描述此制程的布置。
混合硅酸镁和硅酸钙“透辉石”制程:
透辉石-MgO和透辉石-Mg(OH)Cl中间制程也涉及由以下组成的两阶段分解：脱水反应MgCl₂·6H₂O+Δ→MgCl₂·2H₂O+4H₂O，随后是分解反应MgCl₂·2H₂O+Δ→MgO+2HCl+H₂O(完全分解)或MgCl₂·2H₂O+Δ→Mg(OH)Cl+HCl+H₂O(部分分解)。图17描述此制程的布置。
来自分解的所得HCl随后与透辉石CaMg(SiO₃)₂在两步骤“岩石熔融反应”中反应。第一反应通过反应2HCl+CaMg(SiO₃)₂→CaCl₂(aq)+MgSiO₃↓+SiO₂↓+H₂O产生CaCl₂。来自先前反应的固体随后与HCl第二次发生反应以通过反应MgSiO₃+2HCl→MgCl₂+SiO₂↓+H₂O产生MgCl₂。将来自第一岩石熔化器的CaCl₂传输至吸收塔且将来自第二岩石熔化器的MgCl₂传输至分解反应器以制备Mg(OH)Cl或MgO。
反应基础：
所有这些实施例均假设吸收来自所关注的已知燃煤工厂的参考烟道气的50％CO₂。这使得能够在每一实施例之间进行比较。来自此工厂的烟道气的排放流速为136,903,680吨/年且此气体的CO₂含量为10重量％。此CO₂量是实施例10至21的基础，其中：
烟道气中存在的CO₂量/年：
136,903,680吨/年*10％＝13,690,368吨/年
所吸收的CO₂量/年。
13,690,368吨/年*50％＝6,845,184吨CO₂/年。
因所吸收的CO₂量是恒量，故基于反应的化学计量和每一化合物的分子量，反应物消耗和产物生成也是恒量。
对于CaSiO₃-MgO和CaSiO₃-Mg(OH)Cl制程的所有实施例(实施例10-13)而言，总反应为：
CaSiO₃+CO₂→CaCO₃+SiO₂
对于MgSiO₃-MgO和MgSiO₃-Mg(OH)Cl制程的所有实施例(实施例14-17)而言，总反应为：
MgSiO₃+CO₂→MgCO₃+SiO₂
对于透辉石-MgO和透辉石-Mg(OH)Cl制程的所有实施例(实施例18-21)而言，总反应为：
1/2CaMg(SiO₃)₂+CO₂→1/2CaMg(CO₃)₂+SiO₂
Aspen模型进入制程的所需输入物且计算所需烟道气以提供分解反应所需的热，从而产生吸收二氧化碳的化合物MgO、Mg(OH)₂或Mg(OH)Cl。此烟道气可来自天然气或煤工厂且在煤情形下在320℃至550℃的温度范围下进行测试。此烟道气不应与参考烟道气混淆，参考烟道气是用作标准来提供每一实施例所去除的具体CO₂量。使用较高温度烟道气的制程通常需要较少量的烟道气以从该基础(basis)捕获相同量的二氧化碳。另外，具有较大二氧化碳浓度的烟道气通常导致捕获二氧化碳所需的烟道气量较大，这是因需要捕获的二氧化碳量较大。
可基于所捕获CO₂和用于每一实施例的每一输入物和每一输出物的分子量来确定反应物消耗和产物生成。
表10.输入物和输出物的分子量(所有实施方案)。
化合物分子量CaSiO₃116.16MgSiO₃99.69透辉石*215.85CaCO₃100.09MgCO₃84.31
化合物分子量白云石*184.40SiO₂60.08CO₂44.01
*必须将摩尔数除以2以与其他制程的CO₂吸收测量可比。
对于实施例10-13:
CaSiO₃消耗为：
6,845,184吨/年*(116·16/44·01)＝18,066,577吨/年。
CaCO₃产量为：
6,845,184吨/年*(100·09/44·01)＝15,559,282吨/年。
SiO₂产量为：
6,845,184吨/年*(60·08/44·01)＝9,344,884吨/年
可对其他实施例进行相同类型的计算。此下表含有用于实施例10至21的输入物和输出物。基础：6,845,184吨所吸收CO₂/年。
表11.实施例10-21的输入物和输出物的质量流。


运行Aspen模型生成关于分解反应的每一步骤(脱水和分解)的下列热负荷结果。每一实施例的结果汇总于下表中。
表12.功率(各制程基于特定CO₂吸收的能量等级)。

*D&D等于脱水和分解































实施例22:其他盐的分解。
在实验室中测量其他盐的热分解。一些测试结果的汇总示于下表中。
表22.其他盐的分解。

实施例22：2室、3室和4室分解模型
表23(参见下文)是对应于图31-34的4种设置的比较。描述的是室的数量和说明、所消耗的热(以MW(兆瓦)表示)、来自特定源的热百分比和所需外部热的减小(以kW-H/吨CO₂表示，该减小是由于可得自制程中的其他反应(即盐酸与硅酸盐矿物质的反应和盐酸的冷凝)的热)。在图34的实施例中，来自开放式循环天然气厂的热烟道气也适合。
实施例23：输出矿物质与输入矿物质——煤的比较
在涉及来自基于煤的发电厂的烟道气的此情形研究中，表24阐明，输出矿物质(石灰石和沙)的体积是输入矿物质(煤和链状硅酸盐)的体积的83％。表24中所汇总的结果是基于600MWe煤工厂；总共4.66E6吨CO₂，包括用于制程所需热的CO₂。
实施例24：输出矿物质与输入矿物质——天然气的比较
在表25(下文)中所汇总的涉及来自基于天然气的发电厂的烟道气的此情形研究中，矿物质的“驶出体积(rail-back volume)”是矿物质的“驶入体积(rail-in volume)”的92％。表25中所汇总的结果是基于600MWe CC天然气厂；总共2.41E6吨CO₂，其包括用于制程所需热的CO₂。
表23.2室、3室和4室分解结果

表24.煤情形——输出矿物质体积与输入矿物质体积的比较

表25.天然气情形——输出矿物质体积与输入矿物质体积的比较

实施例25：通过水和氯化镁的歧化来选择性产生氢氧化镁
Mg(OH)₂可用于下列反应以自CO₂气体产生石灰石。
CaCl₂(aq)+CO₂+Mg(OH)₂＝>MgCl₂(aq)+CaCO₃↓+H₂O
为优化Mg(OH)₂的产生，在将MgCl₂转化成Mg(OH)Cl后，调节反应室中的水量以促进Mg(OH)₂沉淀。具体而言，在将Mg(OH)Cl和MgCl₂提供于足够大体积的水中时，氢氧化镁因实际上不溶而发生沉淀，而氯化镁形成水溶液。因此可以有效分离两种化合物。注意：以下反应中的水(H₂O)并不变为产物的一部分，其仅使Mg²⁺和Cl^-溶剂化，从而使它们变为离子溶液。
Mg(OH)Cl(H₂O)＝>1/2Mg(OH)₂↓+1/2MgCl₂(aq)
若减小水量直至相对于镁的比率约为6:1为止，则可能形成MgCl₂·6H₂O而非MgCl₂(aq)。其式如下：
Mg(OH)Cl+3H₂O＝>1/2Mg(OH)₂↓+1/2MgCl₂·6H₂O
因此，通过维持MgCl₂与水的比率大于或等于6:1，则倾向于产生MgCl₂水溶液和固体Mg(OH)₂。因此，CO₂捕获反应的实例组可表示为：
i)MgCl₂·H₂O＝>Mg(OH)CL+H₂O+HCl
ii)HCl+CaSiO₃＝>CaCl₂+H₂O+SiO₂
iii)Mg(OH)Cl+MgCl₂+H₂O＝>Mg(OH)₂+MgCl₂+H₂O
iv)H₂O+Mg(OH)₂+CO₂+CaCl₂＝>MgCl₂+CaCO₃+H₂O
总反应为：CaSiO₃CO₂＝>CaCO₃+SiO₂。
此系统示于图38A-I和图39A-I的Aspen图中。在图中部所描绘的矩形围绕所定义“水歧化器”。在矩形的顶部，Mg(OH)Cl(流固体-1)离开标记为“分解(DECOMP)”的分解反应器。然后，在标记为MGOH2的模块中，使Mg(OH)Cl与来自吸收塔的MgCl₂水溶液(流-再循环2)混合。其以浆液形式(流“4”)自单元离开，通过热交换器且将热输送至分解室。该流然后称为“13”，其通过分离单元，该分离单元将流分离成流MGCLSLRY(大部分为MgCl₂·6H₂O)和流固体-2(其是流向吸收塔的Mg(OH)₂)。
根据本公开内容无需过多实验即可获得并实施本文所公开和主张的所有方法。尽管已根据具体实施方案描述本发明的组合物和方法，但本领域技术人员将了解，可改变这些方法和本文所述方法的步骤或步骤的顺序，这并不背离本发明的概念、精神和范围。对本领域技术人员显而易见的所有这些类似替代物和修改均视为在由所附权利要求书所定义的本发明的精神、范围和概念内。
参考文献
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美国专利申请第11/233,509号
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