[发明专利]含水矿物的高温处理

说明书

技术领域

本发明涉及捕获(sequestration)二氧化碳气体的方法，尤其涉及将二氧化碳化学转化为固体碳酸盐从而减少大气中二氧化碳累积的方法。具体地，本发明涉及一种原料的制备，对于通过矿物碳酸化来捕获二氧化碳而言，所述原料已被活化。本发明还涉及矿物碳酸化和使用这种活化原料捕获二氧化碳的方法。

背景技术

将从大气中分离的二氧化碳气体捕获在储库中是一种正在发展的技术，被认为是全球减少向大气排放二氧化碳的重要因素。大气中二氧化碳浓度的迅速增加引起人们的关注，因为二氧化碳具有温室气体的性质，促进全球变暖和气候变化等现象。尽管已有一些捕获和浓缩燃烧烟气中二氧化碳的技术，但是大部分目前流行的设备采用的是地下捕获处理，称为地质捕获。这种技术可以用在枯竭的油库或天然气储库或其它适合与大气捕获的地下多孔地层中。这些储库或地层可以在陆地或海洋底下。另一种可能的二氧化碳气体地下储库是所谓的盐水层。还对将二氧化碳直接储存在深海中进行了研究。

已知的另一研究领域是矿物碳酸化，也就是二氧化碳与碱金属和碱土金属的氧化物或硅酸盐矿物发生化学反应，形成稳定的固体碳酸盐。使用已经提取和加工的矿物的矿物碳酸化处理设备中利用这种途径的方法称为非原位矿物碳酸化，与之对应的是原位碳酸化方法，在后者中二氧化碳被沉积到地下矿物层中，长时间与地下层中已经存在的这种矿物反应。本文描述通过矿物碳酸化进行的非原位捕获。

矿物碳酸化与其它捕获二氧化碳的方法相比具有多种潜在的优势，包括较为持久和稳定，并且降低了二氧化碳气体泄漏的风险，因此不需要昂贵的长期监测。此外，并不是所有区域都存在适合地质捕获的地下场所。矿物碳酸化的化学反应在热力学上也是有利的，由于形成碳酸盐而释放出热能。用于矿物碳酸化的许多矿物资源丰富，并且广泛分布在全球。这些矿物可以进行开采并经受粉碎和其它技术处理。它们通常是无危险的，环境和安全方面的风险容易控制。尤其是已经广为人知的蛇纹石(镁硅酸盐氢氧化物)矿物据评估其可用量足以捕获根据已知的化石燃料储量所推测的全部全球二氧化碳排放量。

已知用于二氧化碳矿物碳酸化的多种技术。在题为“作为碳酸化原料的用于捕获CO₂的富镁矿物的活化(Activation of magnesium rich minerals as carbonation feedstock materials for CO₂ sequestration)”，燃料加工技术(Fuel Processing Technology)86(2005)1627-1645，Maroto-Valer等的公开出版物中描述了用于与CO₂反应的蛇纹石的物理和化学活化。物理活化涉及在高达650℃的温度下将矿物与水蒸气和空气接触。化学活化涉及用一组酸和碱对矿物样品进行处理。

US 2007/0261947描述了一种通过矿物碳酸化捕获二氧化碳的方法，所述方法中使用至少600℃的热合成气通过加热将镁或钙的层状硅酸盐氢氧化物(magnesium or calcium sheet silicate hydroxide)转化为相应的正-或链-硅酸盐(ortho-or chain-silicate)。再将正-或链-硅酸盐与CO₂接触，生成碳酸镁或碳酸钙和二氧化硅。

尽管有这些和其它通过矿物碳酸化捕获二氧化碳的方法，人们仍希望提供替代的和优选的改进技术。因此，希望提供一种方法，所述方法中使矿物反应物对二氧化碳具有更高的反应活性。这将提高矿物碳酸化方法的效率。

发明内容

如本发明所述，已发现通过根据特定的热处理方案对矿物进行热处理可以增加特定一类原料对于二氧化碳矿物碳酸化的活性。

相应地，描述了一种增加含水硅酸镁矿物对二氧化碳矿物碳酸化的活性的方法，所述方法包括通过极快速加热对所述矿物进行热冲击。

如本发明所述，快速加热(热冲击)含水硅酸镁矿物使所述矿物改性，使得对二氧化碳矿物碳酸化的活性增加。在本文中，活性的增加是相对于未经这种热处理的矿物而言的。活性的增加也是相对于被缓慢加热的相应矿物而言的，例如，如Maroto-Valer和US 2007/0261947所述。

如本文所述，相信以小于1分钟的时间尺度快速加热含水硅酸镁矿物使结构和组成发生变化，使得所述矿物对二氧化碳的反应活性增加。这与持续时间需要超过30分钟的现有的矿物热活化方法截然不同。不希望被理论所限制，以下将详细讨论这些变化。