[发明专利]用于碳酸盐化的硅酸镁矿物的脱羟基作用

说明书

一种矿物碳酸盐化的方法，该方法包括以下步骤：在加热容器中提供羟基化的硅酸镁矿物颗粒的床；在低于大气压的压力和至少600℃的温度的条件下搅动所述颗粒的床而产生脱羟基化的硅酸镁矿物的颗粒；并且使所述脱羟基化的硅酸镁矿物与二氧化碳、碳酸根离子和/或碳酸氢根离子反应而形成碳酸镁。一种典型的用于实现上述方法的反应器系统，其包括(1)来自开采的矿物，(2)羟基化的硅酸镁矿物，(3)破碎、研磨、筛分，(4)搅动的颗粒床，(5)外部加热，(6)真空系统，(7)来自碳源，(8)在溶液中的二氧化碳或碳酸根离子或碳酸氢根离子，(9)碳酸盐化反应，(10)碳酸盐产物，(11)预热，(12)热回收，和(13)磁性分级。

技术领域

本发明提供通过矿物碳酸盐化的二氧化碳封存的方法。

背景技术

本发明涉及二氧化碳气体的持久和安全的封存的方法。本发明特别关注用于将二氧化碳化学转化为固体碳酸盐的有效且经济上可行的集成方法，从而能够减少排放到大气中的二氧化碳的量。

在与大气隔离的储存库中封存二氧化碳气体是被广泛认为是全球尝试减少二氧化碳排放到大气中的必要元素的发展中的技术。由于二氧化碳的作为温室气体的性质及其贡献于全球变暖和气候变化的现象，大气二氧化碳浓度的急速增大令人担忧。一些国家存在二氧化碳捕集和封存(CCS)的原型示范设施，并且最近也出现了商业规模的运作。虽然存在各种技术用于捕获和浓缩例如在用于发电的煤燃烧中来自燃烧烟气的二氧化碳，但是大多数现有设施利用通过将加压的二氧化碳注入合适的地下储存库的地下封存。这通常称为地质封存(geosequestration)。这可能发生在适当地与大气隔离的废弃的油气藏或其他地下多孔地层中。这些油气藏或地层可位于陆地或海洋之下。另一种可能的二氧化碳气体的地下储存库是所谓的盐碱含水层(saline aquifers)。还研究了在深海的海底直接储存二氧化碳，但仍然必须在任何显著的规模上得到成功地证实。

二氧化碳封存的另一个研究领域是已知的矿物碳酸盐化的领域，由此二氧化碳与碱金属或碱土金属氧化物或硅酸盐矿物化学反应而形成稳定的固体碳酸盐。这种途径已知为非原位(ex-situ)矿物碳酸盐化，与原位碳酸盐化相对，借此二氧化碳沉积在地下矿物地层中，并在更长的时间段内与现有地下地层中的合适的矿物反应。本发明关注经由碱金属硅酸盐矿物或碱土金属硅酸盐矿物的矿物碳酸盐化以形成碳酸盐的二氧化碳封存的非原位途径。

与其他二氧化碳封存方法相比，矿物碳酸盐化具有许多潜在的优势。这些包括形成的碳酸盐的持久性和稳定性以及消除二氧化碳气体的任何泄漏的风险。此外，在要求靠近二氧化碳排放源的所有场所都不存在用于地质封存的合适的地下位置。矿物碳酸盐化的化学反应在热力学上也是有利的，由于碳酸盐的形成而具有放热的能量释放。矿物碳酸盐化所需的许多硅酸盐矿物丰富且在全球广泛分布。这些矿物可以容易地开采并经受已知的粉碎和其他加工技术。它们通常是无危险的，环境和安全风险是易于管理的。特别地，广泛已知为蛇纹石的硅酸镁矿物估计是在足以封存来自已知化石燃料储备的全球二氧化碳排放的数量上是可行的。

然而，为了实现蛇纹石中的镁与二氧化碳的适当高反应性以形成碳酸镁，进行蛇纹石的热活化以除去化学结合的水(脱羟基作用)。根据下式，这产生称为活化的蛇纹石的优选很大程度上无定形的硅酸镁相：

Mg₃Si₂O₅(OH)₄→3MgO·2SiO₂+2H₂O