[發明專利]二氧化碳固化的系統和方法

有效

• 申請號: 201110391087.6
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN103030166A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 金兌映;鄭圣燁;李起春
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: C01F11/18
• 分類號: C01F11/18
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及用于將二氧化碳固化為碳酸鹽的系統和方法。更具體地，本發明涉及用于將二氧化碳固化為碳酸鹽的系統和方法，其中通過使用鋼渣或天然礦物將二氧化碳穩定地轉化成和固化為碳酸鹽(礦物相)。

背景技術

二氧化碳到碳酸鹽的固化技術是用于處理分離的/收集的二氧化碳的系統和方法，其已被提出作為地質/深區埋存的替代技術。該技術的最終目標是通過二氧化碳轉化來產生碳成分，并將產生的碳成分轉化為工業過程所需的燃料或基礎化合物。

換言之，二氧化碳轉化成例如碳酸鹽的另一材料提供環境友好的有利之處，因為其將造成全球變暖的二氧化碳從空氣中除去。而且，該轉化允許將二氧化碳用作工業基礎材料用的原材料。

如圖1所示，在傳統的使用鋼渣或天然礦物將二氧化碳固化為碳酸鹽的過程中，為了提取例如鈣的堿金屬成分，曾將醋酸用作提取溶劑。有利地，可以使固化的二氧化碳的總量最大化，因為醋酸的鈣提取率要比其它溶劑高得多。

然而，在二氧化碳到碳酸鹽的固化中，當使用大量的醋酸作為提取堿金屬成分的提取溶劑時，由于強烈的嗅覺刺激(acridity)而難以操作醋酸。而且，在這種情況下，礦渣中除鈣以外的其它成分可能被洗脫，因此很多其它雜質會伴隨二氧化碳到碳酸鹽的轉化反應而沉淀。此外，由于需要加入大量的氫氧化鈉(NaOH)作為碳酸鹽轉化反應的pH調節劑，因而需要額外的成本。氫氧化鈉的使用過度產生氫氧化鈣(Ca(OH)₂)，因此產生懸浮固體，其妨礙鈣轉化成碳酸鈣(CaCO₃)。因此，轉化的碳酸鈣的純度低，由此需要很多額外的純化步驟。這樣使得經濟效率降低。

為了改進以上所述的問題，在二氧化碳到碳酸鹽的固化過程中，傳統上曾用銨鹽等替代醋酸。當時，銨鹽的使用條件已經優化，這樣二氧化碳可以穩定地固化成碳酸鹽。

銨鹽不像醋酸那樣刺激，且易于操作。特別地，在這種情況下，鈣的提取選擇性高，因此在從礦渣提取鈣的過程中，除鈣之外的其它成分幾乎不會洗脫出來。而且，具有如下優勢，因為溶液的pH在提取后升高，碳酸鹽轉化反應可以高效地進行而無需在碳酸鹽轉化反應過程中加入氫氧化鈉。還具有如下優勢，因為沒有其它雜質成分，可以收集高純度的CaCO₃。因此，預期根據氫氧化鈉的消耗量的減少而改進經濟效益，并改進對高純度碳酸鈣的收集。

然而，如上所述的銨鹽具有較低的鈣提取率，因此使得二氧化碳的固化率降低。而且，將二氧化碳固化為碳酸鹽的傳統方法，如圖2所示，通過使用極低濃度的銨鹽來引發提取堿性成分的反應。因此，從礦渣提取鈣的比率非常低。

而且，在傳統的將二氧化碳固化為碳酸鹽的方法中，如圖2所示，二氧化碳緊接在鈣提取之后注入而沒有pH調節步驟，從而引發碳酸鹽轉化反應。因此，轉化的碳酸鹽的最終量也不夠大。

以上在本背景部分公開的信息僅為加強對本發明背景的理解，因此其可能包含不構成國內本領域的普通技術人員已經知曉的現有技術的信息。

發明內容

已經做出本發明努力解決與現有技術相關的上述問題。本發明提供用于將二氧化碳固化為碳酸鹽的系統和方法。在該系統和方法中，高濃度銨鹽的使用使鈣提取選擇性增加，并使提取液的pH增加。這樣將氫氧化鈉的量降至最低，并引發高效的碳酸鹽轉化反應。而且，在該系統和方法中，用于最終提取堿性成分的醋酸的使用使得固化的二氧化碳的量增加。這樣不僅引發高效的碳酸鹽轉化反應，而且還將固化的二氧化碳的量最大化。

一方面，本發明提供將二氧化碳固化為碳酸鹽的系統和方法，該方法包括以下步驟：(a)通過將銨鹽溶劑作為提取溶劑供應至原渣來提取堿性成分；(b)向供應到碳酸化(carbonation)反應器的提取液中注入二氧化碳，以通過引發二氧化碳到碳酸鹽沉淀的轉化反應而從提取液生成碳酸鹽沉淀，該提取液含有堿性成分；(c)將醋酸溶劑作為提取溶劑供應至原渣，從而最終提取堿性成分；和(d)向供應至碳酸化反應器的提取液中注入二氧化碳，以通過引發二氧化碳到碳酸鹽沉淀的轉化反應而從提取液生成碳酸鹽沉淀，該提取液含有在步驟(c)中所提取的堿性成分。

優選地，步驟(a)和(b)進行一次或重復數次或更多次，然后通過將醋酸溶劑供應至在步驟(a)和(b)完成之后所收集的原渣來進行步驟(c)和(d)。而且，優選地，在步驟(a)和(b)之間，可以選擇性地加入pH調節劑，以將含有堿性成分的提取液的pH從8～9提高到12。

此外，銨鹽可以是選自氯化銨、硝酸銨和醋酸銨的任意一種，且原渣可以從含有堿性成分的提取液單獨排出并被收集和回收利用。