專利名稱：利用再循環(huán)溶液處理CO₂的制作方法
利用再循環(huán)溶液處理CO2交叉參考本申請(qǐng)要求2008年12月11日遞交的標(biāo)題為“采用再循環(huán)液體螯合CO2”的U. S.臨 時(shí)專利申請(qǐng)第61/121872號(hào)、2009年4月16日遞交的標(biāo)題為“處理工業(yè)廢物的裝置、系統(tǒng) 和方法”的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/170086號(hào)、2009年5月14日遞交的標(biāo)題為“處理工 業(yè)廢物的裝置、系統(tǒng)和方法”的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/178475號(hào)、2009年9月2日遞交 的標(biāo)題為“處理工業(yè)廢物的裝置、系統(tǒng)和方法”的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/239429號(hào)、2009 年10月23日遞交的標(biāo)題為“處理工業(yè)廢物的裝置、系統(tǒng)和方法”的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)第 61/254640號(hào)的權(quán)益，這些專利申請(qǐng)各自通過(guò)引用整體結(jié)合到本文中。背景二氧化碳(CO2)排放已被認(rèn)為是全球變暖現(xiàn)象的主要原因。CO2是燃燒的副產(chǎn)物 并且引起操作上的、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的問(wèn)題。預(yù)計(jì)升高的CO2大氣組成濃度及其它溫室氣體將 促進(jìn)大氣中更多地儲(chǔ)存熱量，導(dǎo)致提高表面溫度和快速的氣候變化。另外，也預(yù)計(jì)大氣中升 高的CO2水平由于CO2溶解和形成碳酸而使世界海洋進(jìn)一步酸化。如果不及時(shí)應(yīng)對(duì)，氣候變 化和海洋酸化的影響可能在經(jīng)濟(jì)上是昂貴的并且在環(huán)境方面是有害的。減少氣候變化的潛 在危險(xiǎn)將需要螯合或螯合和避免來(lái)自各種人為方法的co2。參考文獻(xiàn)的結(jié)合在本說(shuō)明書(shū)中引用的所有出版物、專利和專利申請(qǐng)通過(guò)引用結(jié)合到本文中，其程 度如同指定的每一篇單獨(dú)的出版物、專利或?qū)＠暾?qǐng)被特別和單獨(dú)地通過(guò)引用結(jié)合到本文 中一樣。因此，以下專利申請(qǐng)各自通過(guò)引用結(jié)合到本文中2008年5月23日遞交的標(biāo)題為 “包含碳酸鹽化合物組合物的水凝水泥”的U. S.專利申請(qǐng)第12/126776號(hào)、2008年6月27日 遞交的標(biāo)題為“包含碳酸鹽化合物沉淀的脫鹽方法和系統(tǒng)”的U. S.專利申請(qǐng)第12/163205 號(hào)、2007年12月28日遞交的標(biāo)題為“螯合CO2的方法”的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/017405 號(hào)、2008年7月16日遞交的標(biāo)題為“采用吸氫性金屬催化劑用于碳螯合的低能Ph調(diào)節(jié)”的 U.S.臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/081229號(hào)、2007年8月13日遞交的標(biāo)題為“高產(chǎn)率CO2螯合產(chǎn)物 制備”的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/088347號(hào)、2008年8月25日遞交的標(biāo)題為“氫離子自電 解質(zhì)溶液到固體材料中的低能吸收”的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/091729號(hào)和2008年12月 24日遞交的標(biāo)題為“螯合CO2的方法”的U. S.專利申請(qǐng)第12/344019號(hào)。概述在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了包括以下步驟的方法a)使溶液與工業(yè)來(lái)源的 二氧化碳接觸以產(chǎn)生CO2-充入的溶液；b)使CO2-充入的溶液經(jīng)歷足以產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳 酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物的條件；C)處理組合物產(chǎn)生濃縮的組合物，其中處 理組合物包括1)使組合物脫水以增加所得濃縮組合物中的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽 與碳酸氫鹽的濃度并同時(shí)產(chǎn)生上清液，和2)過(guò)濾上清液產(chǎn)生濾液流；和d)將至少一部分濾 液流提供給電化學(xué)處理用于產(chǎn)生質(zhì)子去除劑。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a)配置以自工業(yè)來(lái) 源的二氧化碳產(chǎn)生組合物的處理器，其中所述組合物包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽；b)配置以濃縮組合物的處理系統(tǒng)，其中處理系統(tǒng)包括1)脫水系統(tǒng)，該脫水系統(tǒng) 配置用于濃縮所得濃縮組合物中的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽并同時(shí)產(chǎn)生上 清液，和2)配置以自上清液產(chǎn)生濾液流的過(guò)濾系統(tǒng)；和c)配置以接收至少一部分濾液流的 電化學(xué)系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了包括以下步驟的方法a)使溶液與工業(yè)來(lái)源的 二氧化碳接觸以產(chǎn)生CO2-充入的溶液；b)使CO2-充入的溶液經(jīng)歷足以產(chǎn)生包含沉淀物質(zhì) 的漿狀物的條件，其中沉淀物質(zhì)包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽；C)使上清 液與漿狀物分離；和d)使至少一部分上清液再循環(huán)以與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸。在一 些實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì)包含堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽。在一些 實(shí)施方案中，堿土金屬選自鈣、鎂或者鈣與鎂的組合。在一些實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì)還包含 鍶。在一些實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì)還包含3-10000ppm的鍶。在一些實(shí)施方案中，使上清液 與漿狀物分離包括使?jié){狀物脫水以產(chǎn)生脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，使?jié){狀物脫水包 括初級(jí)脫水和二級(jí)脫水。在一些實(shí)施方案中，初級(jí)脫水產(chǎn)生包含5-40%固體的初級(jí)脫水產(chǎn) 物和初級(jí)脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，初級(jí)脫水上清液被提供給用于與工業(yè)來(lái)源二氧 化碳接觸的溶液。在一些實(shí)施方案中，用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶液包含至少50% 的初級(jí)脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，二級(jí)脫水產(chǎn)生包含35-99%固體的二級(jí)脫水產(chǎn)物 和二級(jí)脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，二級(jí)脫水上清液被提供給用于與工業(yè)來(lái)源二氧化 碳接觸的溶液。在一些實(shí)施方案中，用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶液包含至少25%的 二級(jí)脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶液包含至少75% 的脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括在包含至少一個(gè)過(guò)濾單元的過(guò)濾系統(tǒng) 中過(guò)濾脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，過(guò)濾單元產(chǎn)生過(guò)濾單元截留物質(zhì)和過(guò)濾單元滲透 物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，過(guò)濾系統(tǒng)包括超濾單元、納米過(guò)濾單元、反滲透單元或者前述過(guò) 濾單元的組合。在一些實(shí)施方案中，脫水上清液在納米過(guò)濾單元處理產(chǎn)生納米過(guò)濾截留物 質(zhì)和納米過(guò)濾滲透物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，至少一部分納米過(guò)濾單元滲透物質(zhì)在電化學(xué) 處理中處理產(chǎn)生質(zhì)子去除劑。在一些實(shí)施方案中，納米過(guò)濾單元截留物質(zhì)包含濃度比脫水 上清液中大至少50%的堿土金屬。在一些實(shí)施方案中，脫水上清液在反滲透單元處理產(chǎn)生 反滲透截留物質(zhì)和反滲透滲透物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，至少一部分反滲透單元滲透物質(zhì) 在電化學(xué)處理中處理產(chǎn)生質(zhì)子去除劑。在一些實(shí)施方案中，反滲透單元截留物質(zhì)包含濃度 比上清液中大至少50%的堿土金屬。在一些實(shí)施方案中，與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶液 包含過(guò)濾單元截留物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括使至少一部分過(guò)濾單元截留 物質(zhì)脫礦物質(zhì)以產(chǎn)生脫礦物質(zhì)化的過(guò)濾單元截留物質(zhì)和在電化學(xué)處理中處理脫礦物質(zhì)化 的過(guò)濾單元截留物質(zhì)以產(chǎn)生質(zhì)子去除劑。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括使至少一部 分過(guò)濾單元截留物質(zhì)脫礦物質(zhì)和濃縮以產(chǎn)生脫礦物質(zhì)和濃縮的過(guò)濾單元截留物質(zhì)并在電 化學(xué)處理中處理脫礦物質(zhì)和濃縮的過(guò)濾單元截留物質(zhì)以產(chǎn)生質(zhì)子去除劑。在一些實(shí)施方案 中，當(dāng)與單程處理相比較時(shí)，使上清液再循環(huán)用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸導(dǎo)致總寄生負(fù) 載(parasitic load)減少至少4%。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)與單程處理相比較時(shí)，使上清液 再循環(huán)用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸導(dǎo)致總寄生負(fù)載減少至少8%。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了包括以下步驟的方法a)使含有堿土金屬的溶 液與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸以產(chǎn)生CO2-充入的溶液；b)使CO2-充入的溶液經(jīng)歷足以產(chǎn)生包含沉淀物質(zhì)的漿狀物的條件，其中沉淀物質(zhì)包含堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳 酸鹽與碳酸氫鹽，并且其中足以產(chǎn)生漿狀物的條件包括采用來(lái)自天然來(lái)源、來(lái)自工業(yè)廢物 來(lái)源、在電化學(xué)處理中產(chǎn)生的或其組合的質(zhì)子去除劑；C)使上清液與漿狀物分離；d)通過(guò) 過(guò)濾系統(tǒng)過(guò)濾上清液產(chǎn)生濾液流；和e)使至少一部分濾液流再循環(huán)用于與工業(yè)來(lái)源的二 氧化碳接觸或者用于在電化學(xué)處理中產(chǎn)生質(zhì)子去除劑。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a)配置以自工業(yè)來(lái) 源的二氧化碳產(chǎn)生漿狀物的處理器，其中漿狀物包含含有碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與 碳酸氫鹽的沉淀物質(zhì)，和配置以使上清液與漿狀物分離的處理系統(tǒng)，其中處理器與處理系 統(tǒng)有效連接，以便使至少一部分上清液再循環(huán)。在一些實(shí)施方案中，處理系統(tǒng)包括配置以使 上清液與漿狀物分離的脫水系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案中，脫水系統(tǒng)配置以產(chǎn)生脫水上清液。 在一些實(shí)施方案中，脫水系統(tǒng)包括初級(jí)脫水系統(tǒng)和二級(jí)脫水系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案中，初級(jí) 脫水系統(tǒng)配置以產(chǎn)生包含5-40%固體的初級(jí)脫水產(chǎn)物和初級(jí)脫水上清液。在一些實(shí)施方 案中，二級(jí)脫水系統(tǒng)配置以產(chǎn)生包含35-99%固體的二級(jí)脫水產(chǎn)物和二級(jí)脫水上清液。在 一些實(shí)施方案中，處理系統(tǒng)還包括用于過(guò)濾脫水上清液的過(guò)濾系統(tǒng)，其中過(guò)濾系統(tǒng)包括至 少一個(gè)過(guò)濾單元。在一些實(shí)施方案中，脫水系統(tǒng)配置以向過(guò)濾系統(tǒng)提供脫水上清液。在一 些實(shí)施方案中，過(guò)濾單元配置以產(chǎn)生過(guò)濾單元截留物質(zhì)和過(guò)濾單元滲透物質(zhì)。在一些實(shí)施 方案中，過(guò)濾系統(tǒng)包括超濾單元、納米過(guò)濾單元、反滲透單元或者前述過(guò)濾單元的組合。在 一些實(shí)施方案中，脫水系統(tǒng)配置以向納米過(guò)濾單元提供脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，納 米過(guò)濾單元配置以產(chǎn)生納米過(guò)濾單元截留物質(zhì)，該截留物質(zhì)包含濃度比脫水上清液中大至 少50 %的堿土金屬。在一些實(shí)施方案中，脫水系統(tǒng)配置以向反滲透單元提供脫水上清液。 在一些實(shí)施方案中，反滲透單元配置以產(chǎn)生反滲透單元截留物質(zhì)，該截留物質(zhì)包含濃度比 脫水上清液中大至少50%的堿土金屬。在一些實(shí)施方案中，處理器包含選自氣-液接觸器 和氣-液-固接觸器的接觸器。在一些實(shí)施方案中，接觸器為多級(jí)接觸器。在一些實(shí)施方 案中，接觸器配置以利用由過(guò)濾單元提供的過(guò)濾單元截留物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，接觸器 還配置用于利用補(bǔ)充水。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括配置以產(chǎn)生質(zhì)子去除劑的電 化學(xué)系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)系統(tǒng)配置以產(chǎn)生氫氧化物、碳酸氫鹽、碳酸鹽或其組 合。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)系統(tǒng)配置以利用來(lái)自至少一個(gè)過(guò)濾單元的過(guò)濾單元滲透物 質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)系統(tǒng)配置以利用來(lái)自至少一個(gè)過(guò)濾單元的過(guò)濾單元截留物 質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，過(guò)濾單元為納米過(guò)濾單元。在一些實(shí)施方案中，過(guò)濾單元為反滲透 單元。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括用于使過(guò)濾單元滲透物質(zhì)脫礦物質(zhì)的脫礦物質(zhì) 單元。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括用于使過(guò)濾單元截留物質(zhì)脫礦物質(zhì)的脫礦物質(zhì) 單元。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括有效連接至脫礦物質(zhì)單元的濃縮單元。在一些 實(shí)施方案中，當(dāng)與配置用于單程處理的系統(tǒng)相比較時(shí)，所述系統(tǒng)提供了至少4%的總寄生負(fù) 載減少。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a)處理器，該處理器 配置用于使含有堿土金屬的溶液與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸和用于產(chǎn)生包含沉淀物質(zhì)的 漿狀物，其中沉淀物質(zhì)包含堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽，并且其中 處理器還配置用于利用來(lái)自天然來(lái)源、來(lái)自工業(yè)廢物來(lái)源、在電化學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生的或其任 何組合的質(zhì)子去除劑；b)配置以使上清液與漿狀物分離的脫水系統(tǒng)；和C)配置以過(guò)濾上清
9液并產(chǎn)生濾液流的過(guò)濾系統(tǒng)，其中處理器、脫水系統(tǒng)和過(guò)濾系統(tǒng)有效連接以使至少一部分 濾液流再循環(huán)。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括配置以產(chǎn)生質(zhì)子去除劑的電化學(xué)系統(tǒng)。 在一些實(shí)施方案中，處理器、脫水系統(tǒng)、過(guò)濾單元和電化學(xué)系統(tǒng)有效連接，以便使至少一部 分上清液再循環(huán)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了包括以下步驟的方法a)使溶液與工業(yè)來(lái)源的 二氧化碳接觸以產(chǎn)生CO2-充入的溶液；b)使CO2-充入的溶液經(jīng)歷足以產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳 酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物的條件；C)處理組合物產(chǎn)生上清液；和d)向電化學(xué) 處理提供至少一部分上清液用于產(chǎn)生質(zhì)子去除劑，其中電化學(xué)處理在陽(yáng)極產(chǎn)生氯氣、在陽(yáng) 極產(chǎn)生氧氣或者在陽(yáng)極不產(chǎn)生氣體。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a)配置以自工業(yè)來(lái) 源的二氧化碳產(chǎn)生組合物的處理器，其中所述組合物包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與 碳酸氫鹽；b)配置以自組合物產(chǎn)生上清液的處理系統(tǒng)；和c)包含陽(yáng)極的電化學(xué)系統(tǒng)，其中 電化學(xué)系統(tǒng)配置以自至少一部分上清液產(chǎn)生質(zhì)子去除劑，并且其中電化學(xué)系統(tǒng)配置以在陽(yáng) 極產(chǎn)生氯氣、在陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣或者在陽(yáng)極不產(chǎn)生氣體。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種處理二氧化碳的方法，所述方法包括使二 氧化碳與再循環(huán)溶液接觸。在一些實(shí)施方案中，再循環(huán)溶液包括堿性溶液。在一些實(shí)施方案 中，再循環(huán)溶液包括堿土金屬離子貧化的溶液。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括通過(guò)自 包括鹽水、淡水、商水、微咸水或者富含礦物質(zhì)包括堿土金屬的溶液沉淀堿土金屬的碳酸鹽 和/或碳酸氫鹽產(chǎn)生再循環(huán)溶液。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括自沉淀的堿土金屬碳 酸鹽和/或碳酸氫鹽分離再循環(huán)液體。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括通過(guò)納米過(guò)濾、 水軟化、反滲透、脫鹽或者電滲析自再循環(huán)溶液除去某些陽(yáng)離子和陰離子。在一些實(shí)施方案 中，所述方法還包括向再循環(huán)溶液中加入堿性溶液。在一些實(shí)施方案中，再循環(huán)溶液包括氫 氧化鈉或氫氧化鎂溶液。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括沉淀再循環(huán)溶液中的碳酸鹽 和/或碳酸氫鹽。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括向再循環(huán)溶液中加入鹽水、海水、淡 水、鹵水或者微咸水。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括將再循環(huán)溶液的PH自約pH 8調(diào) 節(jié)為約PH 14。在一些實(shí)施方案中，再循環(huán)溶液包括約pH 10.5的？扎在一些實(shí)施方案中， 所述方法還包括向建筑材料或產(chǎn)品中摻入碳酸鹽和/或碳酸氫鹽。在一些實(shí)施方案中，所 述方法還包括泵送一部分再循環(huán)溶液至其溫度和壓力足以使CO2保持在溶液中的海洋深度 或蓄水池深度。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了使溶液脫鹽的方法，所述方法包括使二氧化碳 與再循環(huán)溶液接觸。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括自含有再循環(huán)溶液的溶液沉淀堿 土金屬的碳酸鹽和/或碳酸氫鹽。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了制備建筑材料或產(chǎn)品的方法，所述方法包括通 過(guò)使二氧化碳與再循環(huán)溶液接觸沉淀碳酸鹽和/或碳酸氫鹽。在一些實(shí)施方案中，所述方 法還包括將沉淀物質(zhì)加工為建筑材料或產(chǎn)品。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了處理二氧化碳的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括二氧化碳 氣體源、適用于吸收二氧化碳的再循環(huán)溶液和堿土金屬離子源，其中通過(guò)使二氧化碳與再 循環(huán)溶液和堿土金屬離子接觸，碳酸鹽和/或碳酸氫鹽自再循環(huán)的碳螯合液體中沉淀析 出。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括用于分離再循環(huán)溶液與沉淀物質(zhì)的脫水系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括處理器，其中再循環(huán)溶液與二氧化碳和堿土金屬離子源 接觸。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了處理二氧化碳的系統(tǒng)和方法，其包括在再循環(huán) 溶液中吸收二氧化碳；調(diào)節(jié)PH促進(jìn)二氧化碳吸收；加入堿土金屬離子；產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳 酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽以及其它物質(zhì)(例如鍶)的組合物；濃縮組合物；和隨后使 上清液再循環(huán)用于進(jìn)一步的氣體吸收。通過(guò)使用再循環(huán)溶液，水、堿土金屬離子和化學(xué)添加 劑(例如質(zhì)子去除劑如氫氧化物)的用法可被最佳化。在一些實(shí)施方案中，再循環(huán)溶液最初包含堿土金屬離子顯著貧化和二氧化碳溶解 的溶液。溶液可通過(guò)自溶液沉淀堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽得到 (即再循環(huán)溶液最初包含至少一部分上清液，該上清液通過(guò)自包含所溶解CO2的溶液沉淀碳 酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽形成)。在各種實(shí)施方案中，再循環(huán)溶液最初包含含 有氫氧化鈉和/或氫氧化鎂的堿性溶液。之后，可調(diào)節(jié)再循環(huán)溶液的pH以促進(jìn)CO2的吸收，并且可與包含堿土金屬離子的 溶液混合。通過(guò)混合溶液，可形成堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組 合物(例如沉淀物質(zhì)包含CaCO3和/或MgCO3)并且自上清液沉淀。在一些實(shí)施方案中，上 清液可傾析并作為再循環(huán)溶液再循環(huán)。在一些實(shí)施方案中，包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸 鹽與碳酸氫鹽的組合物可脫水(例如過(guò)濾)并且濾液作為再循環(huán)溶液再循環(huán)。在各種實(shí)施方案中，再循環(huán)溶液包含其中pH在約pH 8-約pH 14范圍內(nèi)的溶液， 任選，PH為約pH 10.5。也任選，再循環(huán)溶液的pH可通過(guò)向液體中加入氫氧根離子(例如 氫氧化鈉、氫氧化鎂等)調(diào)節(jié)。在各種實(shí)施方案中，當(dāng)使再循環(huán)溶液與含有CO2的氣體接觸時(shí)得到包含堿土金屬 碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物(例如沉淀物質(zhì))。在各種實(shí)施方案中， 在與含有CO2的氣體接觸之前，再循環(huán)溶液中堿土金屬離子的濃度增加。在一些實(shí)施方案 中，堿土金屬離子得自堿度(alkalinity)源(例如海水)，而在其它的實(shí)施方案中，通過(guò)如 在2009年7月10日遞交的U. S.專利申請(qǐng)第12/501217號(hào)中描述的那樣消化鐵鎂礦物(例 如在酸性水溶液中的橄欖石)得到堿土金屬，其通過(guò)引用結(jié)合到本文中。在任選的步驟中，再循環(huán)溶液被處理以在使再循環(huán)溶液與含有CO2的氣體接觸 之前選擇性地除去陽(yáng)離子和陰離子。在該任選的步驟中，如在2009年11月12日遞交的 U.S.專利申請(qǐng)第12/617005號(hào)中描述的那樣，其通過(guò)引用結(jié)合到本文中，溶液隨后在電化 學(xué)步驟中被處理以通過(guò)形成氫氧化物、碳酸氫鹽和/或碳酸鹽增加PH。之后溶液與CO2和 堿土金屬離子接觸用于制備包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物(例如 沉淀物質(zhì))，并且隨后再循環(huán)。在各種實(shí)施方案中，來(lái)自再循環(huán)溶液的沉淀物質(zhì)可用于建筑材料或產(chǎn)品例如水 泥，如例如在普通轉(zhuǎn)讓的2008年5月23日遞交的U. S.專利申請(qǐng)第12/126776號(hào)中描述的 那樣，該申請(qǐng)通過(guò)引用結(jié)合到本文中?；蛘?，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可適用于使含有堿土金屬 的水脫鹽，如例如在普通轉(zhuǎn)讓的2008年6月27日遞交的U. S.專利申請(qǐng)第12/163205號(hào)中 描述的那樣，該申請(qǐng)通過(guò)引用結(jié)合到本文中。在還另一個(gè)實(shí)施方案中，至少一部分再循環(huán)溶 液被稀釋并且泵送至其溫度和壓力足以使CO2保持在溶液中的海洋深度或蓄水池深度。因此，如本文所述，通過(guò)采用包含再循環(huán)的方法和系統(tǒng)，可將處理二氧化碳所需要
11的水和添加劑保存。附圖本發(fā)明的新特征在所附權(quán)利要求書(shū)中詳細(xì)地加以闡述。本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)的更 好理解將通過(guò)參照以下采用本發(fā)明原理的示例性實(shí)施方案的詳細(xì)描述及附圖獲得，其中圖IA提供了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)。圖IB提供了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)配置用于再循環(huán)。圖IC提供了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)配置用于再循環(huán)，并且其中系統(tǒng) 配置有用于產(chǎn)生質(zhì)子去除劑的電化學(xué)系統(tǒng)。圖2提供了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)配置用于再循環(huán)，并且其中系統(tǒng) 包括初級(jí)和二級(jí)脫水系統(tǒng)。圖3提供了本發(fā)明的過(guò)濾單元。圖4提供了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)包括至少一個(gè)過(guò)濾單元和任選的 電化學(xué)系統(tǒng)。圖5提供了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)配置用于再循環(huán)，并且其中系統(tǒng) 包括含有至少一個(gè)過(guò)濾單元的過(guò)濾系統(tǒng)和電化學(xué)系統(tǒng)。圖6提供了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)配置用于再循環(huán)，并且其中系統(tǒng) 包括含有至少兩個(gè)過(guò)濾單元的過(guò)濾系統(tǒng)和任選的電化學(xué)系統(tǒng)。圖7提供了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)配置用于再循環(huán)，并且其中系統(tǒng) 包括含有至少兩個(gè)過(guò)濾單元的過(guò)濾系統(tǒng)和電化學(xué)系統(tǒng)。圖8提供了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)配置用于再循環(huán)，并且其中系統(tǒng) 包括含有至少三個(gè)過(guò)濾單元的過(guò)濾系統(tǒng)和電化學(xué)系統(tǒng)。圖9提供了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)配置用于再循環(huán)，并且其中系統(tǒng) 包括至少一個(gè)過(guò)濾單元和任選的電化學(xué)系統(tǒng)。

圖10提供了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)配置用于再循環(huán)，并且其中系統(tǒng) 包括至少一個(gè)過(guò)濾單元和電化學(xué)系統(tǒng)。圖11提供了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)配置用于再循環(huán)，并且其中系統(tǒng) 包括含有至少兩個(gè)過(guò)濾單元的過(guò)濾系統(tǒng)和電化學(xué)系統(tǒng)。圖12提供了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)配置用于再循環(huán)，其中系統(tǒng)包括 含有過(guò)濾系統(tǒng)和脫水的處理系統(tǒng)及電化學(xué)系統(tǒng)。描述在更詳細(xì)地描述本發(fā)明之前，應(yīng)該理解本發(fā)明不限于本文所述的具體實(shí)施方案， 因此這樣的實(shí)施方案是可以變化的。也應(yīng)該理解本文使用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述具體實(shí)施方案 的目的，并不打算受到限制，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍僅受所附的權(quán)利要求的限制。除非另外定 義，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相 同含義。當(dāng)提供數(shù)值的范圍時(shí)，應(yīng)該理解在該范圍的上限與下限之間的每一個(gè)插入值(以 下限單位的十分之一插入，除非上下文另外明確地指明)以及在所述范圍內(nèi)的任何其它所 指出的或者插入的值均包含在本發(fā)明內(nèi)。這些較小范圍的上限與下限可獨(dú)立地包含在較小 范圍內(nèi)并且也被包含在所述范圍內(nèi)受到任何具體排除的限制的本發(fā)明內(nèi)。當(dāng)所述范圍包含
12界限值中的一個(gè)或兩者時(shí)，排除那些包含界限值中的任何一個(gè)或兩者的范圍也被包括在本 發(fā)明內(nèi)。本文可出現(xiàn)術(shù)語(yǔ)“約”在數(shù)字之前的某些范圍。術(shù)語(yǔ)“約”本文用于對(duì)其之后的準(zhǔn) 確數(shù)字以及該術(shù)語(yǔ)之后的接近或近似數(shù)字的字面支持。在確定數(shù)值是否接近或近似具體列 舉的數(shù)值中，接近或近似的未列舉的數(shù)值可為其在上下文中出現(xiàn)以提供與具體列舉的數(shù)值 基本相等的數(shù)值。在本說(shuō)明書(shū)中引用的所有出版物、專利和專利申請(qǐng)通過(guò)引用結(jié)合到本文中，其程 度如同指定的每一篇單獨(dú)的出版物、專利或?qū)＠暾?qǐng)被特別和單獨(dú)地通過(guò)引用結(jié)合到本文 中一樣。另外，每一篇所引用的出版物、專利或?qū)＠暾?qǐng)通過(guò)引用結(jié)合到本文中，以公開(kāi)和 描述與所引用出版物有關(guān)的主題。任何出版物的引用應(yīng)為在其提交日之前的公開(kāi)內(nèi)容并且 不應(yīng)視為承認(rèn)本文所述的本發(fā)明未經(jīng)授權(quán)而提前于根據(jù)現(xiàn)有發(fā)明的出版物。另外，所提供 的出版日期可能不同于實(shí)際出版日期，其可能需要被獨(dú)立地確認(rèn)。應(yīng)該指出，如本文和所附權(quán)利要求書(shū)中使用的，單數(shù)形式“ 一 ”、“ 一個(gè)”和“該”包 括復(fù)數(shù)指示物，除非上下文另外明確地指出。應(yīng)該進(jìn)一步指出權(quán)利要求書(shū)可被起草為排除 任何任選的要素。因此，意欲將該聲明用作使用與列舉權(quán)利要求要素或使用“否定”限定有 關(guān)的此類排他術(shù)語(yǔ)例如“獨(dú)自地”、“僅僅”等的先行基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開(kāi)后顯而易見(jiàn)的是，本文描述和舉例說(shuō)明的各單獨(dú)實(shí) 施方案具有不連續(xù)的組分與特征，其可易于與不背離本發(fā)明的范圍或精神的其它幾個(gè)實(shí)施 方案中任何一個(gè)的特征分開(kāi)或組合。任何列舉的方法可以所列舉事件的順序或者以邏輯上 可能的任何其它順序?qū)嵤１M管與本文所述的那些相似或等同的任何方法與材料也可用于 本發(fā)明的實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)，但是現(xiàn)在僅描述代表性的示例性方法與材料。如上所述，減少氣候變化的潛在危險(xiǎn)將需要螯合或者螯合和避免來(lái)自各種人為方 法的二氧化碳。因此，用于處理二氧化碳的系統(tǒng)和方法包括螯合二氧化碳或者提供螯合和 避免二氧化碳。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了如在圖IA中顯示的用于處理二氧化碳的系統(tǒng)， 其中系統(tǒng)包括配置用于利用堿度源(140)處理來(lái)自二氧化碳源(130)的二氧化碳的處理 器(110)和處理系統(tǒng)(120)。如在以下進(jìn)一步詳細(xì)描述的那樣，處理器可包含接觸器例如 氣_液或氣-液-固接觸器，其中接觸器配置用于使溶液或漿狀物充入二氧化碳以產(chǎn)生二 氧化碳充入的溶液或漿狀物。在一些實(shí)施方案中，接觸器配置用于自二氧化碳或其溶劑化 形式產(chǎn)生組合物，其中所述組合物包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽。在一些實(shí) 施方案中，處理器可還包含配置用于自二氧化碳或其溶劑化形式產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫 鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物的反應(yīng)器。在一些實(shí)施方案中，處理器可還包含配置用 于沉降組合物的沉降罐，該組合物包含含有碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的沉 淀物質(zhì)。如在以下進(jìn)一步詳細(xì)描述的那樣，處理系統(tǒng)可包含配置用于濃縮包含碳酸鹽、碳酸 氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物的脫水系統(tǒng)。處理系統(tǒng)可還包含過(guò)濾系統(tǒng)，其中過(guò)濾 系統(tǒng)包括至少一個(gè)配置用于過(guò)濾來(lái)自脫水系統(tǒng)的上清液、過(guò)濾來(lái)自處理器的組合物或其組 合的過(guò)濾單元。如在圖IB中顯示的和在以下進(jìn)一步詳細(xì)描述的那樣，本發(fā)明的系統(tǒng)可進(jìn)一 步配置用于使至少一部分來(lái)自處理系統(tǒng)的上清液再循環(huán)。如在以下描述的二氧化碳源可為 各種工業(yè)來(lái)源二氧化碳中的任何一種，包括但不限于燃煤電廠和水泥廠。也在以下得到進(jìn)一步詳細(xì)描述的堿度源可來(lái)自各種堿度源中的任何一種，包括但不限于海水、鹵水和加入 礦物質(zhì)的淡水。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括二價(jià)陽(yáng)離子源例如堿土金屬(如Ca2+、 Mg2+)的那些源。在這樣的實(shí)施方案中，二價(jià)陽(yáng)離子源可有效連接至堿度源或者直接連接于 處理器。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了如在圖IB中顯示的用于處理二氧化碳的系統(tǒng)， 其中系統(tǒng)包括配置用于利用堿度源(140)處理來(lái)自二氧化碳源(130)的二氧化碳的處理器 (110)和處理系統(tǒng)(120)，并且進(jìn)一步地其中處理器和處理系統(tǒng)有效連接，用于使至少一部 分處理系統(tǒng)上清液再循環(huán)。如本文所述，這樣的二氧化碳處理系統(tǒng)的處理系統(tǒng)可包含脫水 系統(tǒng)和過(guò)濾系統(tǒng)。因此，脫水系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)或者脫水系統(tǒng)與過(guò)濾系統(tǒng)的組合可配置用于向 處理二氧化碳的處理器提供至少一部分上清液。盡管未在圖IB中顯示，處理系統(tǒng)也可配置 用于向配置以洗滌本發(fā)明組合物的洗滌系統(tǒng)提供至少一部分上清液，其中所述組合物包含 沉淀物質(zhì)(例如CaC03，MgC03)。本發(fā)明的二氧化碳處理系統(tǒng)的處理器可配置用于接收接觸 器(例如氣_液接觸器、氣-液-固接觸器)、反應(yīng)器、接觸器與反應(yīng)器的組合、或者處理器 中任何其它單元或單元組合中的處理系統(tǒng)上清液。在一些實(shí)施方案中，二氧化碳處理系統(tǒng) 配置用于向二氧化碳處理系統(tǒng)外部的系統(tǒng)或處理提供至少一部分上清液。例如，本發(fā)明的 系統(tǒng)可有效連接至脫鹽裝置以使系統(tǒng)向用于脫鹽的脫鹽裝置提供至少一部分處理系統(tǒng)上 清液。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了如在圖IC中顯示的用于處理二氧化碳的系統(tǒng)， 其中系統(tǒng)包括配置用于利用堿度源(140)處理來(lái)自二氧化碳源(130)的二氧化碳的處理 器(110)和處理系統(tǒng)(120)，并且其中系統(tǒng)還包括電化學(xué)系統(tǒng)(150)，并且進(jìn)一步地其中處 理器、處理系統(tǒng)和電化學(xué)系統(tǒng)有效連接，用于使至少一部分處理系統(tǒng)上清液再循環(huán)。如以上 對(duì)圖IB的處理系統(tǒng)描述的那樣，脫水系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)或者脫水系統(tǒng)與過(guò)濾系統(tǒng)的組合可配 置用于向處理二氧化碳的處理器提供至少一部分處理系統(tǒng)上清液。處理系統(tǒng)也可配置用于 向電化學(xué)系統(tǒng)提供至少一部分處理系統(tǒng)上清液，其中如在以下更詳細(xì)描述的電化學(xué)系統(tǒng)配 置用于產(chǎn)生質(zhì)子去除劑或者實(shí)現(xiàn)質(zhì)子去除。如在圖IB中描述的那樣，處理系統(tǒng)也可配置用 于向配置以洗滌本發(fā)明組合物的洗滌系統(tǒng)提供至少一部分上清液，其中所述組合物包含沉 淀物質(zhì)(例如CaC03，MgC03)。本發(fā)明的二氧化碳處理系統(tǒng)的處理器可配置用于接收接觸器 (例如氣_液接觸器、氣-液-固接觸器)、反應(yīng)器、接觸器與反應(yīng)器的組合、或者處理器中 任何其它單元或單元組合中的處理系統(tǒng)上清液或電化學(xué)系統(tǒng)流。在一些實(shí)施方案中，二氧 化碳處理系統(tǒng)可配置以向二氧化碳處理系統(tǒng)外部的系統(tǒng)(例如脫鹽裝置)或處理(例如脫 鹽)提供至少一部分上清液。參見(jiàn)圖1A-1C，本發(fā)明提供了處理工業(yè)來(lái)源二氧化碳(130)和產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳 酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物的方法。在這樣的實(shí)施方案中，工業(yè)來(lái)源的二氧化 碳可被作為來(lái)源，堿度源(140)可被作為來(lái)源，并且各自可被提供給處理器110以被處理 (即經(jīng)歷用于產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物的合適條件)。在 一些實(shí)施方案中，處理工業(yè)來(lái)源的二氧化碳包括接觸接觸器例如但不限于氣-液接觸器或 氣-液-固接觸器中的堿度源以產(chǎn)生二氧化碳充入的溶液或漿狀物。在一些實(shí)施方案中， 包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物可產(chǎn)生于接觸器中二氧化碳充入的 溶液或漿狀物。在一些實(shí)施方案中，二氧化碳充入的溶液或漿狀物可被提供給反應(yīng)器，在反
14應(yīng)器中可產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物。在一些實(shí)施方案中， 在接觸器與反應(yīng)器兩者中產(chǎn)生組合物。例如，在一些實(shí)施方案中，接觸器可產(chǎn)生包含碳酸氫 鹽的初始組合物和反應(yīng)器可自初始組合物產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫 鹽的組合物。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法可還包括尋源二價(jià)陽(yáng)離子源例如堿土金屬 (如Ca2+，Mg2+)的那些源。在這樣的實(shí)施方案中，二價(jià)陽(yáng)離子源可被提供給堿度源或者直 接提供給處理器。如果由堿度源、二價(jià)陽(yáng)離子源或者上述來(lái)源的組合提供足夠的二價(jià)陽(yáng)離 子，包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物可包含可分離的沉淀物質(zhì)(例 如CaCO3, MgCO3)。包含來(lái)自接觸器或反應(yīng)器的組合物的沉淀物質(zhì)可被提供給沉降罐，并隨 后被提供給本發(fā)明的處理系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案中，組合物可被直接提供給處理系統(tǒng)而沒(méi) 有提供給沉降罐。例如，不包含可分離沉淀物質(zhì)的本發(fā)明組合物可被直接提供給處理系統(tǒng)； 然而，包含可分離沉淀物質(zhì)的本發(fā)明組合物也可被直接提供給處理系統(tǒng)。如在以下另外詳 細(xì)描述的那樣，組合物可被提供給許多處理系統(tǒng)子系統(tǒng)中的任何一個(gè)，包括但不限于脫水 系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)、或者脫水系統(tǒng)然后過(guò)濾系統(tǒng)，其中處理系統(tǒng)或其子系統(tǒng)將上清液與組合物 分離并產(chǎn)生濃縮的組合物(例如濃縮的組合物對(duì)于碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫 鹽更加濃縮)。參見(jiàn)圖IB和1C，本發(fā)明也提供了處理工業(yè)來(lái)源二氧化碳(130)和產(chǎn)生包含碳酸 鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物的方法，其中至少一部分處理系統(tǒng)上清液被 再循環(huán)。如在圖IB和IC中顯示的那樣，來(lái)自可包括脫水系統(tǒng)和過(guò)濾系統(tǒng)的處理系統(tǒng)的上 清液可以多種方式再循環(huán)。因此，在一些實(shí)施方案中，來(lái)自脫水系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)、或者脫水系 統(tǒng)與過(guò)濾系統(tǒng)的組合的至少一部分上清液可用于處理二氧化碳。上清液可被提供給二氧化 碳處理系統(tǒng)處理器。在這樣的實(shí)施方案中，上清液可被提供給接觸器(例如氣-液接觸器、 氣-液-固接觸器)、反應(yīng)器、接觸器與反應(yīng)器的組合、或者用于處理二氧化碳的任何其它單 元或單元的組合。另外，在一些實(shí)施方案中，來(lái)自處理系統(tǒng)的至少一部分上清液可被提供給 洗滌系統(tǒng)。在這樣的實(shí)施方案中，上清液可用于洗滌本發(fā)明的組合物(例如包含&0)3和/ 或MgCO3的沉淀物質(zhì))。例如，上清液可用于洗滌來(lái)自基于碳酸鹽沉淀物質(zhì)的氯化物。參見(jiàn) 圖1C，至少一部分處理系統(tǒng)上清液可被提供給電化學(xué)系統(tǒng)。因此，處理系統(tǒng)上清液可用于產(chǎn) 生用于處理二氧化碳的質(zhì)子去除劑或者實(shí)現(xiàn)質(zhì)子去除。在一些實(shí)施方案中，來(lái)自處理系統(tǒng) 的至少一部分上清液可被提供給不同的系統(tǒng)或處理。例如，至少一部分處理系統(tǒng)上清液可 被提供給脫鹽裝置或者脫鹽處理，以便比用于處理二氧化碳之后其它可得到的供料(例如 海水、鹵水等)通常更軟(即Ca2+和/或Mg2+的濃度更低)的處理系統(tǒng)上清液可被脫鹽用 于飲用水。處理系統(tǒng)上清液的再循環(huán)是有利的，因?yàn)樵傺h(huán)提供了可獲得資源的有效使用， 對(duì)周圍環(huán)境的破壞最小并且減少能量需求，其減少的能量需求對(duì)本發(fā)明系統(tǒng)和方法提供更 低的碳足跡。當(dāng)本發(fā)明的二氧化碳處理系統(tǒng)有效連接至工廠(例如礦物燃料燃燒電廠如燃 煤電廠)并且利用工廠產(chǎn)生的動(dòng)力，由處理系統(tǒng)上清液再循環(huán)提供的減少的能量需求提供 給工廠減少的寄生負(fù)載。未配置用于再循環(huán)的二氧化碳處理系統(tǒng)(即配置用于單程處理的 二氧化碳處理系統(tǒng))例如在圖IA中所示，可歸因于向系統(tǒng)連續(xù)泵送新鮮的堿度源(例如海 水、鹵水)而對(duì)工廠具有至少10%的寄生負(fù)載。在這樣的實(shí)例中，100MW電廠(例如燃煤 電廠)應(yīng)需要向二氧化碳處理系統(tǒng)貢獻(xiàn)IOMW動(dòng)力用于向系統(tǒng)連續(xù)泵送新鮮的堿度源。相反，配置用于再循環(huán)的系統(tǒng)例如在圖IB或圖IC中顯示的系統(tǒng)可對(duì)工廠具有少于10%的寄 生負(fù)載，例如少于8%，包括少于6%，例如少于4%或少于2%，該寄生負(fù)載可歸因于泵送補(bǔ) 充水和再循環(huán)上清液。當(dāng)與設(shè)計(jì)用于單程處理的系統(tǒng)相比較時(shí)，配置用于再循環(huán)的二氧化 碳處理系統(tǒng)可呈現(xiàn)至少2%的寄生負(fù)載減少，例如至少5%，包括至少10%，例如至少25% 或至少50%。例如，如果配置用于再循環(huán)的二氧化碳處理系統(tǒng)消耗9MW動(dòng)力用于泵送補(bǔ)充 水和再循環(huán)上清液和設(shè)計(jì)用于單程處理的二氧化碳處理系統(tǒng)可歸因于泵送而消耗10MW，那 么配置用于再循環(huán)的二氧化碳處理系統(tǒng)呈現(xiàn)寄生負(fù)載減少10%。對(duì)于例如在圖IB和圖IC 中顯示的系統(tǒng)(即配置用于再循環(huán)的二氧化碳處理系統(tǒng))，可歸因于泵送和再循環(huán)的寄生 負(fù)載減少也可提供總寄生負(fù)載減少，尤其是當(dāng)與配置用于單程處理的二氧化碳處理系統(tǒng)相 比較時(shí)。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)與配置用于單程處理的二氧化碳處理系統(tǒng)總寄生負(fù)載相比 較時(shí)，再循環(huán)提供了二氧化碳處理系統(tǒng)總寄生負(fù)載減少，其中該減少為至少2%，例如至少 4%，包括至少6%，例如至少8%或者至少10%。例如，如果配置用于再循環(huán)的二氧化碳處 理系統(tǒng)具有15%寄生負(fù)載和設(shè)計(jì)用于單程處理的二氧化碳處理系統(tǒng)具有20%寄生負(fù)載， 那么配置用于再循環(huán)的二氧化碳處理系統(tǒng)呈現(xiàn)總寄生負(fù)載減少5%。例如，當(dāng)與配置用于單 程處理的二氧化碳處理系統(tǒng)相比較時(shí)，配置用于再循環(huán)的二氧化碳處理系統(tǒng)，其中再循環(huán) 包括通過(guò)過(guò)濾單元(例如圖5)如納米過(guò)濾單元過(guò)濾，可具有總寄生負(fù)載減少至少2%，例如 至少4 %，包括至少6 %，例如至少8 %或者至少10 %。本發(fā)明二氧化碳處理系統(tǒng)的寄生負(fù)載可通過(guò)有效使用其它資源得到進(jìn)一步減少。 在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明二氧化碳處理系統(tǒng)的寄生負(fù)載可通過(guò)有效使用來(lái)自工業(yè)來(lái)源的 熱量得到進(jìn)一步減少。在一些實(shí)施方案中，例如，來(lái)自工業(yè)來(lái)源二氧化碳的熱量(例如來(lái)自 燃煤電廠的廢氣熱量)可用于干燥包含沉淀物質(zhì)的組合物，該沉淀物質(zhì)含有碳酸鹽、碳酸 氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽。在這樣的實(shí)施方案中，噴霧干燥器可用于噴霧干燥組合物。例 如，低級(jí)(如150-200°C )廢熱可通過(guò)換熱器用于蒸發(fā)性噴霧干燥包含沉淀物質(zhì)的組合物。 另外，采用來(lái)自工業(yè)來(lái)源二氧化碳的熱量用于干燥本發(fā)明的組合物允許同時(shí)冷卻工業(yè)來(lái)源 的二氧化碳(例如來(lái)自燃煤電廠的廢氣)，其增強(qiáng)二氧化碳溶解，其為一種與溫度反向相關(guān) 的過(guò)程。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明二氧化碳處理系統(tǒng)的寄生負(fù)載可通過(guò)有效使用壓力得 到進(jìn)一步減少。例如，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的二氧化碳處理系統(tǒng)配置有能量回收系 統(tǒng)。這樣的能量回收系統(tǒng)例如在脫鹽領(lǐng)域是已知的并且通過(guò)壓力交換操作。在一些實(shí)施方 案中，當(dāng)捕獲和處理70-90%自工廠(例如燃煤電廠)排放的二氧化碳時(shí)，二氧化碳處理系 統(tǒng)的總寄生負(fù)載少于20%，例如少于15%，包括少于10%，例如少于5%或少于3%。因此， 配置用于再循環(huán)、熱交換和/或壓力交換的本發(fā)明二氧化碳處理系統(tǒng)可對(duì)提供動(dòng)力的工廠 減少寄生負(fù)載，同時(shí)保持二氧化碳處理能力。除了再循環(huán)以外，二氧化碳處理系統(tǒng)的寄生負(fù)載可通過(guò)其它方法得到進(jìn)一步減 少。本領(lǐng)域具有普通技能的人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到流速、傳質(zhì)和傳熱可以變化并且對(duì)本文所述的系 統(tǒng)和方法來(lái)講可能是最佳的，并且當(dāng)二氧化碳處理最大化時(shí)電廠的寄生負(fù)載可被減少。精 確控制反應(yīng)條件可用于使本發(fā)明組合物(例如沉淀物質(zhì)和相關(guān)產(chǎn)物)的制備和質(zhì)量達(dá)到最 大限度，同時(shí)使物質(zhì)和能量輸入減至最小。例如，在一些實(shí)施方案中，可調(diào)節(jié)進(jìn)料速度以使 堿度、二價(jià)陽(yáng)離子和/或質(zhì)子去除劑在它們被提供給處理時(shí)被最恰當(dāng)?shù)叵??？煽刂频钠?它參數(shù)包括但不限于含有二氧化碳廢氣的引入速率、反應(yīng)時(shí)間、溫度、PH、堿度類型(例如HC03-、C032-、B(0H)4-、0H_、P043-、HP042-、SiO (OH)3-或其組合)、二價(jià)陽(yáng)離子的類型(例如 Ca2+、 Mg2+)、二價(jià)陽(yáng)離子的比例、二價(jià)陽(yáng)離子濃度、沉淀?xiàng)l件、脫水條件、干燥條件等。精確控制反 應(yīng)條件也可用于控制所生成產(chǎn)物，特別是沉淀物質(zhì)(例如&0)3、1%0)3或其組合)的化學(xué)含 量和形態(tài)學(xué)。例如，控制反應(yīng)條件可允許形成亞穩(wěn)態(tài)、無(wú)定形多晶型的某些碳酸鹽，該碳酸 鹽可適用于膠凝材料(例如補(bǔ)充膠凝材料)和骨料前體兩者。在本發(fā)明電化學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生 的質(zhì)子去除劑(例如NaOH)和高鹽度水(例如海水、鹵水、高堿度鹵水、溶解的礦物質(zhì)等) 聯(lián)合使用例如使得能夠高水平地控制所形成的碳酸鹽類物質(zhì)和所述碳酸鹽類物質(zhì)的形態(tài)。 最后，對(duì)過(guò)程進(jìn)行精確的PH控制不僅使能量消耗減至最小，而且防止例如在碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化 為碳酸鹽期間釋放二氧化碳。本文所述的方法不可避免地消耗水，因?yàn)樗勺優(yōu)楸景l(fā)明組合物(例如包含如無(wú) 定形碳酸鈣CaCO3 · H2O,水碳鎂石MgCO3 · 2H20等的沉淀物質(zhì))的一部分，可通過(guò)干燥(例 如噴霧干燥)本發(fā)明組合物蒸發(fā)或在工藝過(guò)程的一些其它部分失去。因此，向二氧化碳處 理過(guò)程提供補(bǔ)充水來(lái)補(bǔ)償失水以制備本發(fā)明組合物(例如噴霧干燥的沉淀物質(zhì))。例如，總 計(jì)每天少于700000加侖的補(bǔ)充水可替代由于例如自35MWe燃煤電廠廢氣制備噴霧干燥的 沉淀物質(zhì)失去的水。僅需要補(bǔ)充水的工藝過(guò)程可看作是零制備用水排放工藝過(guò)程。在其中 除補(bǔ)充水以外使用另外水的工藝過(guò)程中，水可源自本文描述水源中的任何一種。在一些實(shí) 施方案中，例如，水可源自電廠冷卻流并且返回到密閉環(huán)路系統(tǒng)的流中。需要補(bǔ)充水和另外 處理用水的工藝過(guò)程被看作是低處理用水排放工藝過(guò)程，因?yàn)楸景l(fā)明的系統(tǒng)和方法被設(shè)計(jì) 有效使用資源。脫水為自先前本文所述的工藝過(guò)程生成的固體物質(zhì)分離所排出液體的工藝過(guò)程。 通常，認(rèn)為脫水發(fā)生在兩個(gè)或更多個(gè)步驟。第一個(gè)步驟稱為初級(jí)脫水，其中含有碳酸鹽、碳 酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的初始組合物被濃縮以致其包含最高達(dá)50% (w/w)固體。隨 后的一個(gè)或多個(gè)步驟可使組合物具有大于90% (w/w)固體。在其中僅存在第二步驟的情 況中，該步驟稱為二級(jí)脫水。在初級(jí)脫水中采用的方法一般包括物理分離固體與溶液。在 初級(jí)脫水中采用的示例性裝置包括但不限于沉降罐、壓濾機(jī)、壓帶機(jī)、真空轉(zhuǎn)鼓、旋液分離 器、離心機(jī)和凈化器(例如Epuramat凈化器)。在隨后脫水例如二級(jí)脫水中采用的方法一 般包括蒸發(fā)技術(shù)。也就是說(shuō)，所述方法允許蒸發(fā)來(lái)自包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳 酸氫鹽的組合物的溶液，并且施加熱量或足夠的空氣通過(guò)混合物以引起在混合物剩余部分 中固體增加。在二級(jí)脫水中采用的方法包括但不限于噴霧干燥、組合物與采用廢熱的熱交 換器接觸、用熱的廢氣直接加熱混合物、使混合物在蒸發(fā)池中暴露于環(huán)境熱量，和采用通常 用于沖洗或降雪的系統(tǒng)使混合物分散到空氣中并允許采用空氣的環(huán)境熱量蒸發(fā)。在一些情 況中，期望自工藝過(guò)程的實(shí)踐中產(chǎn)生的水蒸氣除去亞微米顆粒。在這樣的情況中，待使用的 示例性裝置應(yīng)為濕式靜電除塵器。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括初級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置。在一些 實(shí)施方案中，本發(fā)明的系統(tǒng)包括初級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置例如但不限于Epuramat的 Extrem-Separator (“ExSep“)液固分離器、XeroxPARC的螺旋式濃縮器、沉降罐、壓濾機(jī)、壓 帶機(jī)、真空轉(zhuǎn)鼓、旋液分離器、離心機(jī)、凈化器、層狀沉降罐、搖動(dòng)水或在混合物或漿狀物中 不含例如固體的其它溶液的輸送帶或其任何組合。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明系統(tǒng)包括多 個(gè)用于串聯(lián)或并聯(lián)或兩者的初級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置。在一些實(shí)施方案中，用于本發(fā)明系統(tǒng)的
17初級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置通過(guò)手段例如但不限于擋板、螺旋式通道、導(dǎo)管、螺旋輸送器、輸送帶、 導(dǎo)管和泵送系統(tǒng)、傾斜導(dǎo)管、一系列離散容器或其任何組合被連接于系統(tǒng)的其它部分。在 一些實(shí)施方案中，初級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置配置使組合物包含在5-50% (w/w)固體之間的碳酸 鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽。在一些實(shí)施方案中，初級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置配置使組合 物包含5-45% (w/w)之間的固體；例如10-40% (w/w)之間的固體；例如15-35% (w/w)之 間的固體；例如20-30% (w/w)之間的固體。在一些實(shí)施方案中，初級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置配置 使組合物包含5-40% (w/w)之間的固體。在一些實(shí)施方案中，初級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置配置以 向處理器提供上清液用于與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸。在這樣的實(shí)施方案中，用于與工業(yè) 來(lái)源二氧化碳接觸的溶液(例如包含上清液的堿性溶液)可包含至少10%的初級(jí)脫水上清 液，例如至少25%的初級(jí)脫水上清液，包括至少50%的初級(jí)脫水上清液，例如至少75%或 至少85%的初級(jí)脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶液可 包含至少95%的初級(jí)脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶 液可包含10% -25%,25% -50%,50% -75%或75% -95%之間的初級(jí)脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括二級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置。在一些實(shí)施方案 中，本發(fā)明系統(tǒng)包括多個(gè)用于串聯(lián)或并聯(lián)或兩者的二級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置。在一些實(shí)施方案 中，本發(fā)明系統(tǒng)包括二級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置例如但不限于噴霧干燥器、通常使用的沖洗裝置、 造雪機(jī)械、加熱爐、烘箱、使組合物暴露于廢熱同時(shí)移走混合物或漿狀物的裝置(例如允許 混合物或漿狀物與來(lái)自工業(yè)制備方法的熱廢氣充分混合的螺旋輸送器)、采用廢熱通過(guò)熱 量交換器引起水自組合物蒸發(fā)的裝置、蒸發(fā)罐或池，或其任何組合。在一些實(shí)施方案中，用 于本發(fā)明系統(tǒng)的二級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置通過(guò)手段例如但不限于擋板、螺旋式通道、導(dǎo)管、螺旋 輸送器、輸送帶、導(dǎo)管和泵送系統(tǒng)、傾斜導(dǎo)管、一系列離散容器或其任何組合被連接于系統(tǒng) 的其它部分。在一些實(shí)施方案中，二級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置配置使組合物包含大于40% (w/w) 固體的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽。在一些實(shí)施方案中，二級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置 配置使組合物包含40-99% (w/w)之間的固體。在一些實(shí)施方案中，二級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置配 置使組合物包含45-95% (w/w)之間的固體；例如45-90% (w/w)之間的固體；例如50-90% (w/w)之間的固體；例如50-85% (w/w)之間的固體；例如55-85% (w/w)之間的固體；例 如60-85% (w/w)之間的固體；例如60-80% (w/w)之間的固體；例如65-80% (w/w)之間 的固體；例如65-75% (w/w)之間的固體。在一些實(shí)施方案中，二級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置配置使 組合物包含大于75% (w/w)的固體；例如大于80% (w/w)的固體；例如大于85% (w/w)的 固體；例如大于90% (w/w)的固體；例如大于95% (w/w)的固體。在一些實(shí)施方案中，二 級(jí)脫水系統(tǒng)或裝置配置使組合物包含大于99% (w/w)的固體。在一些實(shí)施方案中，二級(jí)脫 水系統(tǒng)或裝置配置以向處理器提供上清液用于與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸。在這樣的實(shí)施 方案中，用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶液(例如包含上清液的堿性溶液)可包含至少 10 %的二級(jí)脫水上清液，例如至少25 %的二級(jí)脫水上清液，包括至少50 %的二級(jí)脫水上清 液，例如至少75%或至少85%的二級(jí)脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，用于與工業(yè)來(lái)源二 氧化碳接觸的溶液可包含至少95%的二級(jí)脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，用于與工業(yè)來(lái) 源二氧化碳接觸的溶液可包含10% -25%,25% -50%,50% -75%或75% -95%之間的二 級(jí)脫水上清液。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法可還包括初級(jí)脫水步驟。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括初級(jí)脫水步驟，該初級(jí)脫水步驟采用一個(gè)或多個(gè)裝置例如但不限于 Epuramat的Extrem-S印arator ( “ExSep")液固分離器、Xerox PARC的螺旋式濃縮器、沉 降罐、壓濾機(jī)、壓帶機(jī)、真空轉(zhuǎn)鼓、旋液分離器、離心機(jī)、凈化器、層狀沉降罐、搖動(dòng)水或在混 合物或漿狀物中不含固體的其它溶液的輸送帶或其任何組合。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明 的方法包括初級(jí)脫水步驟，該初級(jí)脫水步驟采用多個(gè)脫水裝置例如先前本文列出類型的串 聯(lián)或并聯(lián)脫水裝置。在一些實(shí)施方案中，初級(jí)步驟使組合物包含在5-50% (w/w)固體之間 的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽。在一些實(shí)施方案中，初級(jí)脫水步驟使組合物包 含5-45% (w/w)之間的固體；例如10-40% (w/w)之間的固體；例如15-35% (w/w)之間的 固體；例如20-30% (w/w)之間的固體。在一些實(shí)施方案中，初級(jí)步驟使組合物包含5-40% (w/w)之間的固體。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法可還包括二級(jí)脫水步驟。在一些實(shí)施方案中，可 采用多個(gè)二級(jí)脫水步驟。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括二級(jí)脫水步驟，該二級(jí)脫 水步驟采用一個(gè)或多個(gè)裝置例如但不限于噴霧干燥器、通常使用的沖洗裝置、造雪機(jī)械、加 熱爐、烘箱、使混合物或漿狀物暴露于廢熱同時(shí)移走包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳 酸氫鹽的組合物的裝置(例如允許組合物與來(lái)自工業(yè)制備方法的熱廢氣充分混合的螺旋 輸送器)、采用廢熱通過(guò)熱量交換器引起自組合物蒸發(fā)的裝置、蒸發(fā)罐或池，或其任何組合。 在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括采用多個(gè)脫水裝置例如先前本文列出類型的串聯(lián)或 并聯(lián)脫水裝置的二級(jí)脫水步驟。在一些實(shí)施方案中，二級(jí)脫水步驟使組合物包含大于40% (w/w)固體的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽。在一些實(shí)施方案中，二級(jí)脫水步驟 使組合物包含40-99% (w/w)之間的固體。在一些實(shí)施方案中，二級(jí)脫水步驟使組合物包 含45-95% (w/w)之間的固體；例如45-90% (w/w)之間的固體；例如50-90% (w/w)之間 的固體；例如50-85% (w/w)之間的固體；例如55-85% (w/w)之間的固體；例如60-85% (w/w)之間的固體；例如60-80% (w/w)之間的固體；例如65-80% (w/w)之間的固體；例如 65-75% (w/w)之間的固體。在一些實(shí)施方案中，二級(jí)脫水步驟使組合物包含大于75% (w/ w)的固體；例如大于80% (w/w)的固體；例如大于85% (w/w)的固體；例如大于90% (w/ w)的固體；例如大于95% (w/w)的固體。在一些實(shí)施方案中，二級(jí)脫水步驟使組合物包含 大于99% (w/w)的固體。在一些實(shí)施方案中，包含初級(jí)脫水系統(tǒng)和二級(jí)脫水系統(tǒng)的脫水系統(tǒng)可配置使組合 物包含在40-99% (w/w)固體之間的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽。在一些實(shí) 施方案中，脫水系統(tǒng)配置使組合物包含45-95% (w/w)之間的固體；例如45-90% (w/w)之 間的固體；例如50-90% (w/w)之間的固體；例如50-85% (w/w)之間的固體；例如55-85% (w/w)之間的固體；例如60-85% (w/w)之間的固體；例如60-80% (w/w)之間的固體；例如 65-80% (w/w)之間的固體；例如65-75% (w/w)之間的固體。在一些實(shí)施方案中，脫水系 統(tǒng)配置使組合物包含大于75% (w/w)的固體；例如大于80% (w/w)的固體；例如大于85% (w/w)的固體；例如大于90% (w/w)的固體；例如大于95% (w/w)的固體。在一些實(shí)施方 案中，脫水系統(tǒng)配置使組合物包含大于99% (w/w)的固體。在一些實(shí)施方案中，包含初級(jí)脫 水系統(tǒng)和二級(jí)脫水系統(tǒng)的脫水系統(tǒng)配置以向處理器提供上清液用于與工業(yè)來(lái)源的二氧化 碳接觸。在這樣的實(shí)施方案中，用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶液(例如包含上清液的 堿性溶液)可包含至少10%的脫水系統(tǒng)上清液，例如至少25%的脫水系統(tǒng)上清液，包括至
19少50%的脫水系統(tǒng)上清液，例如至少75%或至少85%的脫水系統(tǒng)上清液。在一些實(shí)施方案 中，用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶液可包含至少95%的脫水系統(tǒng)上清液。在一些實(shí)施 方案中，用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶液可包含10% -25%,25% -50%,50% -75%或 75% -95%之間的脫水系統(tǒng)上清液。如以上討論的那樣，處理系統(tǒng)上清液可再循環(huán)再用于二氧化碳處理系統(tǒng)的處理器 或處理器的子系統(tǒng)(例如氣_液接觸器、氣-液-固接觸器、反應(yīng)器等)。為了實(shí)現(xiàn)處理系 統(tǒng)上清液(例如脫水系統(tǒng)上清液)的再使用，可使用包含至少一個(gè)過(guò)濾單元的過(guò)濾系統(tǒng)。 在一些實(shí)施方案中，過(guò)濾系統(tǒng)包括超濾單元、納米過(guò)濾單元、反滲透單元或者上述單元的組 合。本發(fā)明的過(guò)濾單元(例如納米過(guò)濾單元、反滲透單元)在一些實(shí)施方案中例如可用于 增加組合物中處理二氧化碳的多價(jià)離子(例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+、Mg2+)的濃度，降低一價(jià) 離子(例如Cl—，Na+)的濃度，以提供基本上純的水用于電化學(xué)系統(tǒng)和工藝過(guò)程，以提供基 本上純的水用于洗滌本發(fā)明的組合物(例如包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽 的沉淀物質(zhì))，以提供基本上純的包含NaCl的電解質(zhì)用于電化學(xué)系統(tǒng)和工藝過(guò)程，以回收 質(zhì)子去除劑(例如Off)用于處理二氧化碳，或者自處理二氧化碳中回收未反應(yīng)的多價(jià)陽(yáng)離 子(例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+、Mg2+)和/或堿(例如碳酸氫鹽等)。其它合適的用途或上述 用途的組合也是可能的。過(guò)濾單元例如反滲透單元和納米過(guò)濾單元的特征可在于用于分離各種離子(例 如二價(jià)陽(yáng)離子、一價(jià)陰離子)的膜(例如半透膜)?？刹捎脤?shí)現(xiàn)所需分離的任何合適的膜。 膜通常為自不同層多孔結(jié)構(gòu)組裝，用纖維襯里、聚砜支持層和聚酰胺過(guò)濾層開(kāi)始的薄膜復(fù) 合材料，然而，一些膜可為纖維素醋酸酯(例如二醋酸酯或三醋酸酯級(jí)或其混合物)。膜基 于多種不同因素包括溶質(zhì)、負(fù)載、大小和形狀阻礙或允許離子?；厥章士勺詽B透流量與進(jìn)料 流量的比率計(jì)算(例如回收率=滲透流量/進(jìn)料流量X 100)。阻礙率(percent rejection) 按照以下方程計(jì)算阻礙率=1-(滲透TDS/進(jìn)料TDS)其中“TDS”為總共溶解的固體。濃集因數(shù)(例如二價(jià)陽(yáng)離子濃集因數(shù))對(duì)于需要 的離子種類或物質(zhì)自截留物質(zhì)與進(jìn)料的濃度比的比率計(jì)算(例如二價(jià)陽(yáng)離子(“DVC”)濃 集因數(shù)=[DVC]截留物質(zhì)/[DVC]進(jìn)料)。納米過(guò)濾可偶爾描述為“疏松”種類的反滲透，換言之，納米過(guò)濾膜通過(guò)更多的溶 質(zhì)并且在比反滲透膜更低的滲透壓下操作。在一些實(shí)施方案中，選擇性阻礙多價(jià)離子(例 如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+和/或Mg2+)和通過(guò)一價(jià)離子(例如Cl—)的膜可用于濃縮截留物質(zhì)中 的二價(jià)離子。可用于本發(fā)明一些實(shí)施方案的納米過(guò)濾膜包括來(lái)自Koch(例如SR-100)和 Dow(例如FilmTec NF245)的膜?；厥章试礁撸梢詾槎鄡r(jià)離子的截留物質(zhì)越濃。如上所 述，回收率可自滲透流量與進(jìn)料流量的比率計(jì)算。因此，較高的回收率意味著截留物質(zhì)流更 小。由于在截留物質(zhì)與堿度源或脫水系統(tǒng)上清液之間總?cè)芙夤腆w(TDS)的差異，納米過(guò)濾 的回收率可能高于反滲透的回收率。通常，TDS的差異在給定回收率下納米過(guò)濾比反滲透 低得多。作為實(shí)例，假定沒(méi)有二價(jià)陽(yáng)離子通過(guò)納米過(guò)濾膜，在75%回收率下二價(jià)陽(yáng)離子的 濃集因數(shù)為3。因此，包含被阻礙二價(jià)陽(yáng)離子的截留物質(zhì)具有比脫水上清液的堿度源少3/4 的水。在另一個(gè)實(shí)例中，在80%回收率下，濃集因數(shù)為4。應(yīng)該注意截留物質(zhì)中高的二價(jià)陽(yáng)
20離子濃度可能引起納米過(guò)濾單元膜堵塞和限制回收率。如上所述，包含多價(jià)離子(例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+和/或Mg2+)的脫水系統(tǒng)上清液 可被提供給處理器。在一些實(shí)施方案中，脫水系統(tǒng)上清液可被提供給包含至少一個(gè)過(guò)濾單 元例如納米過(guò)濾單元的過(guò)濾系統(tǒng)，其中脫水系統(tǒng)上清液被濃縮提供給多價(jià)離子(例如二價(jià) 陽(yáng)離子如Ca2+和/或Mg2+)的濃縮源再用于處理二氧化碳。在這樣的實(shí)施方案中，過(guò)濾單元 包含膜，例如一價(jià)離子(例如Cl—)被允許作為滲透物質(zhì)通過(guò)納米過(guò)濾膜。多價(jià)離子(例如 二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+和Mg2+)受到納米過(guò)濾膜阻礙，在截留物質(zhì)中有效濃縮多價(jià)離子。然后包 含多價(jià)離子濃縮源的截留物質(zhì)可再循環(huán)再用于處理器。包含一價(jià)離子濃縮源的滲透物質(zhì)可 被丟棄、提供給脫鹽廠或再循環(huán)用于例如本發(fā)明的電化學(xué)系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案中，包含多價(jià)離子(例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+和/或Mg2+)的堿度源 (例如海水、鹵水)可被提供給過(guò)濾單元(例如納米過(guò)濾單元)，其中堿度源可被濃縮以提 供濃縮的堿度源和濃縮的一價(jià)陽(yáng)離子源。在這樣的實(shí)施方案中，過(guò)濾單元可包含一價(jià)離子 (例如cr)被允許作為滲透物質(zhì)通過(guò)的膜，例如納米過(guò)濾膜。在這樣的實(shí)施方案中，多價(jià)離 子(例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+和/或Mg2+)受到納米過(guò)濾膜阻礙，在截留物質(zhì)中有效濃縮多價(jià) 離子。然后包含多價(jià)離子濃縮源的截留物質(zhì)可被提供給處理器。包含一價(jià)離子濃縮源的滲 透物質(zhì)可被丟棄、提供給脫鹽廠或再循環(huán)用于例如本發(fā)明的電化學(xué)系統(tǒng)。通過(guò)過(guò)濾堿度源或脫水系統(tǒng)上清液增加多價(jià)離子(例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+、Mg2+) 的濃度可增加本發(fā)明組合物，尤其是包含沉淀物質(zhì)(例如Ca2+、Mg2+)組合物的產(chǎn)率。這樣多 價(jià)離子(例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+、Mg2+)的濃度可使得能夠使用更小的罐、泵和/或后處理 設(shè)備。伴隨增加過(guò)濾單元截留物質(zhì)(例如納米過(guò)濾單元截留物質(zhì))中多價(jià)離子的濃度，一 價(jià)離子濃度(例如Cl—濃度)也可被減少。在這樣的實(shí)施方案中，本發(fā)明組合物(例如沉 淀物質(zhì))中的一價(jià)離子濃度可被減小，減少對(duì)本發(fā)明組合物洗滌的需要；也就是說(shuō)，例如， 如果需要低_或無(wú)-氯化物組合物(例如沉淀物質(zhì))，由過(guò)濾堿度源或脫水系統(tǒng)上清液產(chǎn)生 的過(guò)濾單元滲透物質(zhì)(例如納米過(guò)濾單元滲透物質(zhì))可看作是對(duì)脫鹽的預(yù)處理，并且可為 更低的結(jié)垢，包含更低的總?cè)芙夤腆w(TDS)。這樣的過(guò)濾單元滲透物質(zhì)可被提供給脫鹽廠或 就地脫鹽。來(lái)自處理器的組合物、來(lái)自脫水系統(tǒng)的上清液或來(lái)自過(guò)濾單元例如納米過(guò)濾單元 的滲透物質(zhì)可用于過(guò)濾單元例如反滲透單元。在一些實(shí)施方案中，反滲透單元可配置以向 電化學(xué)系統(tǒng)提供滲透物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，反滲透單元可配置以向電化學(xué)系統(tǒng)提供截 留物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，包含兩個(gè)過(guò)濾單元的過(guò)濾系統(tǒng)可用于處理來(lái)自處理器的組合 物。在這樣的實(shí)施方案中，過(guò)濾系統(tǒng)可包含納米過(guò)濾單元和反滲透單元，其中納米過(guò)濾單元 向反滲透單元提供滲透物質(zhì)，并且反滲透單元又向電化學(xué)系統(tǒng)提供截留物質(zhì)。反滲透單元 包含膜例如允許溶劑如水作為滲透物質(zhì)通過(guò)的反滲透膜。多價(jià)離子和一價(jià)離子受到反滲透 膜阻礙，有效濃縮截留物質(zhì)中的離子。然后包含離子濃縮源的截留物質(zhì)可被提供給電化學(xué) 系統(tǒng)。基本上不含離子的滲透物質(zhì)可被丟棄、提供給脫鹽廠或再循環(huán)用于多種不同用途中 的任何一種?？墒褂靡陨瞎に囘^(guò)程的組合。在一些實(shí)施方案中，處理器組合物和包含多價(jià)離子 (例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+和/或Mg2+)的堿度源(例如海水、鹵水)可通過(guò)納米過(guò)濾濃縮并 提供給處理器。在一些實(shí)施方案中，處理器的組合物可通過(guò)納米過(guò)濾單元濃縮，其中納米過(guò)濾單元截留物質(zhì)可被提供給處理器和滲透物質(zhì)可被提供給反滲透單元用于進(jìn)一步處理。在 一些實(shí)施方案中，包含二價(jià)陽(yáng)離子的堿度源可通過(guò)納米過(guò)濾濃縮和處理器組合物通過(guò)反滲 透濃縮。在一些實(shí)施方案中，包含二價(jià)陽(yáng)離子的堿度源可通過(guò)納米過(guò)濾濃縮并且截留物質(zhì) 被提供給處理器。在這樣的實(shí)施方案中，處理器的組合物可通過(guò)納米過(guò)濾濃縮，納米過(guò)濾單 元截留物質(zhì)被供回給處理器，并且納米過(guò)濾單元滲透物質(zhì)可通過(guò)反滲透濃縮并且截留物質(zhì) 或滲透物質(zhì)被提供給電化學(xué)系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了用于利用再循環(huán)溶液處理二氧化碳的方法和系 統(tǒng)。參照?qǐng)D2，在一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)200包含富集二氧化碳的廢氣流(230)。在各種實(shí) 施方案中與再循環(huán)溶液接觸的二氧化碳源可為如以下描述的任何便利的二氧化碳源。工廠的性質(zhì)在不同實(shí)施方案中可以變化并且包括工廠、電廠、化工廠及產(chǎn)生包含 二氧化碳作為副產(chǎn)物的氣流的其它工廠。廢氣流(230)可為基本上純的CO2或者包含CO2 和一種或多種另外氣體的多組分氣流。另外氣體及其它組分可包括SOx (例如SO2)、Ν0χ、汞 及其它金屬。在一些實(shí)施方案中，向組合物中摻入一種或多種這些另外的組分。例如。在 一些實(shí)施方案中，一種或多種這些另外的組分與包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸 氫鹽的沉淀物質(zhì)同時(shí)或連續(xù)沉淀。例如，SO2可作為硫酸鈣或亞硫酸鈣沉淀。在一些實(shí)施方案中，含有CO2的氣體(230)被引向處理器210，其中使CO2與再循 環(huán)溶液接觸。處理器210包含多種不同元件中的任何一種，例如溫度調(diào)節(jié)元件(例如配置 用于加熱或冷卻水至期望的溫度)、化學(xué)品添加元件(例如用于向水中加入化學(xué)PH升高劑 (例如NaOH))、攪拌元件和/或電化學(xué)組件或元件(例如陰極/陽(yáng)極等)。處理器可包含單 室或多室。參照?qǐng)D2，在各種實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)包括用于任選調(diào)節(jié)再循環(huán)溶液pH的堿度 源(240)。另外，參照?qǐng)D2，系統(tǒng)200可包含適用于自再循環(huán)溶液產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽 或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物的堿土金屬離子(例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+和/或Mg2+)源 (260)。當(dāng)堿土金屬離子源包含鹽水源(例如海水、鹵水等)時(shí)，進(jìn)料為與鹽水源連通的流 體。例如，當(dāng)鹽水源為海水時(shí)，進(jìn)料可為從海洋水至基于陸地系統(tǒng)的管線或供料。在基于水 的系統(tǒng)中，例如，進(jìn)料可為船舶殼體中的端口?；蛘?，堿土金屬離子可通過(guò)按照本文所述的 本發(fā)明消化鐵鎂礦物或另一種富含堿土金屬的原料(例如蛇紋石或橄欖石)得到。如下所述，其它的堿土金屬源包括如本領(lǐng)域已知的飛灰、爐渣、廢混凝土等。堿土 金屬離子的另外來(lái)源包括鹵水和硬水。另外，二氧化硅源例如鐵鎂礦物或飛灰可用于一些 實(shí)施方案。在這樣的實(shí)施方案中，包含二氧化硅的最終固體產(chǎn)物可看作是火山灰。系統(tǒng)200還包含用于使來(lái)自再循環(huán)溶液的組合物(例如沉淀物質(zhì))的固體部分脫 水的脫水系統(tǒng)224，該組合物含有碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽。根據(jù)具體的脫 水系統(tǒng)，脫水系統(tǒng)可包含過(guò)濾單元例如連續(xù)帶式過(guò)濾機(jī)，或者脫水系統(tǒng)可包含沉降罐或者 任何其它的常規(guī)脫水單元。過(guò)濾的物質(zhì)可通過(guò)例如噴霧干燥或烘箱干燥隨后碾磨形成離散 的顆粒。噴霧干燥可有效地使用廢氣作為熱源。在一些實(shí)施方案中，最終固體產(chǎn)物可用于 建筑環(huán)境作為水泥或水泥添加劑例如補(bǔ)充膠凝材料(例如20%沉淀物質(zhì)、80%水泥例如普 通波特蘭水泥)、細(xì)的合成骨料(例如沙)、粗合成骨料、礫石、壁板、土壤修復(fù)產(chǎn)物、水泥等。如在圖2中所示，在初級(jí)脫水系統(tǒng)224，通過(guò)自包含沉淀物質(zhì)的組合物除去沉淀物 質(zhì)并產(chǎn)生上清液得到再循環(huán)溶液。在各種實(shí)施方案中，再循環(huán)溶液包含經(jīng)含有碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物的固體部分(例如沉淀物質(zhì))形成的上清液或通過(guò)使 沉淀物質(zhì)的漿狀物受到液固分離得到的上清液。任選，在各種實(shí)施方案中，可能需要在使其與含有流入CO2的氣體(230)再次接觸 之前調(diào)節(jié)再循環(huán)溶液的PH。如本領(lǐng)域應(yīng)該認(rèn)識(shí)到的那樣，pH可通過(guò)向再循環(huán)溶液中加入堿 度源(例如可溶性氫氧化物、碳酸氫鹽等)調(diào)節(jié)。任選，PH可通過(guò)加入溶液得到調(diào)節(jié)，其中 堿(即氫氧化物、碳酸氫鹽等)濃度通過(guò)如在普通轉(zhuǎn)讓的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/091729 號(hào)中描述的電化學(xué)處理增加，其通過(guò)弓I用結(jié)合到本文中。任選，也可能需要在使其與含有流入CO2的氣體230再次接觸之前自再循環(huán)溶液 除去離子。如在圖2中所示，系統(tǒng)在一個(gè)實(shí)施方案中包含能夠選擇性地自再循環(huán)溶液除去 離子的過(guò)濾單元228 (例如去離子器、納米過(guò)濾單元、反滲透單元等)。例如，能夠除去全部 或大部分二價(jià)陽(yáng)離子(例如Mg2+和Ca2+)至一個(gè)室并除去一價(jià)離子例如Na+和Cl—至另一個(gè) 室的系統(tǒng)可被采用。有用的系統(tǒng)包括納米過(guò)濾單元。在一些實(shí)施方案中，富含二價(jià)陽(yáng)離子 的水被再次引入到處理器210，而富含一價(jià)離子的水用于例如除去質(zhì)子和/或產(chǎn)生氫氧化 物、碳酸氫鹽、碳酸鹽或其混合物的電化學(xué)處理。另外，本發(fā)明的系統(tǒng)可用于自含有二氧化 硅的進(jìn)料產(chǎn)生富含二氧化硅的水。系統(tǒng)可置于陸上或水上(例如海洋)。例如，系統(tǒng)可為在沿海區(qū)域(即接近海水資 源)，或者為其中水自鹽水源(例如海洋、內(nèi)河、地下鹵水等)用管線輸送至系統(tǒng)的中部地區(qū) 基于陸地的系統(tǒng)?；蛘?，系統(tǒng)可為基于水的系統(tǒng)(即存在于水上或水中的系統(tǒng))。這樣的系 統(tǒng)可按需要存在于輪船、基于海洋的平臺(tái)等上。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)適用于如本文所述和如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到的分 批和連續(xù)的工藝過(guò)程。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括含有CO2的氣體借此與再循環(huán)溶液接觸的步驟。 如上所述，在該步驟中，來(lái)自含有CO2的氣體230的CO2可與處理器210中的再循環(huán)溶液接 觸。任選，再循環(huán)溶液的PH被充分調(diào)節(jié)以促進(jìn)氣體在液體中的吸收。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括產(chǎn)生包含堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者 碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物。在一些實(shí)施方案中，這樣的組合物可作為來(lái)自再循環(huán)溶液的 沉淀物質(zhì)被沉淀。如在圖2中所示，在處理器(210)中發(fā)生各種反應(yīng)以引起沉淀。特別是，如本領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到的那樣，并且不受理論限制，在處理器中可發(fā)生以下反應(yīng)以產(chǎn)生包含碳 酸鹽的沉淀物質(zhì)NaOH——> Na++0FC02+H20——> H++HCCVHCOf——> H++C032-Ca2++C0:——> CaCO3 (s)Mg2++C0廣——> MgCO3 (s)碳酸鈣和碳酸鎂或其組合可以多種多晶型狀態(tài)中的任何一種狀態(tài)存在，而且含有 或不含一個(gè)或多個(gè)結(jié)合水，這取決于沉淀產(chǎn)生的條件。在一些實(shí)施方案中，絮凝作用和/或 加入晶種用于使沉淀最佳化或者相對(duì)于另一個(gè)影響具體的多晶型。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括通過(guò)任何分離和回收沉淀物質(zhì)與上清液的方
23法，在脫水系統(tǒng)224回收沉淀物質(zhì)并使其脫水。該步驟可包括傾析或使?jié)竦某恋砦镔|(zhì)經(jīng)歷 液固分離條件以回收上清液。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括回收上清液并使上清液作為再循環(huán)溶液再循 環(huán)。任選，沉淀物質(zhì)可被回收、干燥并進(jìn)一步處理制備有用的產(chǎn)物(例如有益的再利用產(chǎn) 物)。在備選的實(shí)施方案中，至少一部分再循環(huán)溶液可被稀釋并泵送至其溫度和壓力足以使 CO2保持在溶液中而沒(méi)有沉淀碳酸鹽的海洋深度或蓄水池深度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，包含 碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的沉淀物質(zhì)被處理掉而沒(méi)有進(jìn)一步處理。例如，沉 淀物質(zhì)可被簡(jiǎn)單地儲(chǔ)存于陸地上或海洋中。在一些實(shí)施方案中，包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者 碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物如在2009年8月7日提交的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/232401 號(hào)中描述的那樣被泵送至地下，其通過(guò)引用而整體結(jié)合到本文中。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到產(chǎn)生用于處 理給定量來(lái)自含有CO2氣體的CO2的寄生負(fù)載、碳足跡、所使用能量的量和/或CO2的量在 其中處置以外沒(méi)有發(fā)生進(jìn)一步處理組合物的工藝方法中被減至最小。在各種實(shí)施方案中， 根據(jù)堿土金屬離子如何被引入到系統(tǒng)200中，一部分再循環(huán)溶液可被吹掃以保持如本領(lǐng)域 應(yīng)認(rèn)識(shí)到的分批或穩(wěn)定狀態(tài)流量。以上描述的實(shí)施方案產(chǎn)生富含碳酸氫根離子、碳酸根離子、氫氧根離子或其組合 的電解質(zhì)溶液以及在其中氫氧根離子源為電化學(xué)處理的實(shí)施方案中產(chǎn)生酸化流。電化學(xué) 處理可為其中跨過(guò)一個(gè)或多個(gè)離子選擇性膜施加電壓并且在膜不同側(cè)的溶液達(dá)到不同PH 1-14的pH例如pH 0-14的pH、pH 4-12的pH或pH 4-13的pH及任何其它合適的范圍的 工藝。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)處理為其中跨過(guò)電化學(xué)電池的陽(yáng)極與陰極施加的電壓少 于2. 8伏并且在陽(yáng)極不釋放氯氣或氧氣的工藝。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)處理為其中跨 過(guò)電化學(xué)電池的陽(yáng)極與陰極施加的電壓少于2. 8伏并且在陽(yáng)極不釋放氣體的工藝。酸化流也可在各種化學(xué)處理中發(fā)現(xiàn)用途。例如，酸化流可用于溶解鈣和/或鎂豐 富的礦物質(zhì)例如蛇紋石和橄欖石以產(chǎn)生用于處理器210的二價(jià)陽(yáng)離子源。這樣的礦物質(zhì)可 在酸處理之前或在酸處理同時(shí)進(jìn)行預(yù)處理以增加表面積(例如通過(guò)氣流粉碎、球磨、超聲 處理或任何其它合適的方法以破壞晶體結(jié)構(gòu))和/或增加反應(yīng)速率。這樣的二價(jià)陽(yáng)離子源 可被負(fù)載碳酸氫根離子并然后使其具有足夠的堿性以沉淀碳酸鹽。這樣的沉淀反應(yīng)及所生 成沉淀物質(zhì)在水泥中的用途在2008年5月23日提交的標(biāo)題為“包含碳酸鹽化合物組合物 的水凝水泥”的U. S.專利申請(qǐng)第12/126776號(hào)中進(jìn)一步描述，其通過(guò)引用結(jié)合到本文中。在一些實(shí)施方案中，不是沉淀基于碳酸鹽的物質(zhì)來(lái)處理CO2,而是可在其中將穩(wěn)定 延長(zhǎng)的時(shí)間期間的場(chǎng)所處理富含碳酸氫鹽的溶液。例如，富含碳酸氫鹽的溶液可被泵送至 其溫度和壓力足以保持溶液穩(wěn)定的海洋深度。如以上綜述，本發(fā)明的二氧化碳處理系統(tǒng)可包含含有過(guò)濾單元或過(guò)濾單元組合的 過(guò)濾系統(tǒng)，該過(guò)濾單元或過(guò)濾單元組合選自超濾單元、納米過(guò)濾單元和反滲透單元。在一些實(shí)施方案中。二氧化碳處理系統(tǒng)可配置有用于在向系統(tǒng)的二氧化碳處理器 提供堿度源之前濃縮堿度源的過(guò)濾單元。因此，來(lái)自天然來(lái)源(例如鹽水、淡水、鹵水等) 或人為來(lái)源(例如脫鹽廢水)的堿度源可用過(guò)濾單元(例如納米過(guò)濾單元、反滲透單元等) 處理以提供更加濃縮的堿度源。來(lái)自過(guò)濾單元(例如納米過(guò)濾單元)的截留物質(zhì)可被直接 提供給處理器(例如氣_液接觸器、氣-液-固接觸器、反應(yīng)器等)用于制備包含沉淀物質(zhì) (例如CaC03、MgC03或其組合的)本發(fā)明組合物。在一些實(shí)施方案中，來(lái)自天然來(lái)源的堿度
24源通過(guò)過(guò)濾和加入補(bǔ)充二價(jià)陽(yáng)離子的組合對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子進(jìn)行濃縮。在這樣的實(shí)施方案中， 來(lái)自過(guò)濾單元(例如納米過(guò)濾單元)的截留物質(zhì)可在將截留物質(zhì)提供給處理器之前用另外 的鹽和/或礦物質(zhì)處理?？紤]到這里，包含陽(yáng)離子例如Ca2+和Mg2+的堿度源可有效連接至 配置以向如在圖4、5、6、7和8中所示的二氧化碳處理系統(tǒng)處理器提供截留物質(zhì)(濃縮的堿 度源)的過(guò)濾單元(例如超濾單元、納米過(guò)濾單元、反滲透單元)。當(dāng)堿度源為例如海水或 淡水時(shí)，這樣的系統(tǒng)可以是有利的。在一些實(shí)施方案中，堿度源被濃縮到足以用于二氧化碳 處理系統(tǒng)處理器。在這樣的實(shí)施方案中，堿度源不必如圖9、10和11 二氧化碳處理系統(tǒng)例 證的那樣被濃縮。不必濃縮的這樣的堿度源包括多種可獲得的鹵水。圖4提供了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的系統(tǒng)。在這樣的實(shí)施方案中，二氧化碳處理系 統(tǒng)400包含含有例如Ca2+和/或Mg2+的堿度源(440)，其通過(guò)導(dǎo)管或等同結(jié)構(gòu)有效連接至 過(guò)濾單元428A (例如納米過(guò)濾單元)。過(guò)濾單元428A包含使適用于使一價(jià)離子例如Na+和 CF的溶液作為滲透物質(zhì)通過(guò)同時(shí)多價(jià)離子例如Ca2+和Mg2+的溶液作為截留物質(zhì)受到膜阻 礙的膜(例如納米過(guò)濾膜)。因此，過(guò)濾單元可配置以提供截留物質(zhì)作為濃縮的堿度源，其 中截留物質(zhì)對(duì)多價(jià)離子例如Ca2+和Mg2+進(jìn)行濃縮。如所示，過(guò)濾單元428A通過(guò)配置用于 自過(guò)濾單元向處理器輸送截留物質(zhì)的截留物質(zhì)導(dǎo)管或等同結(jié)構(gòu)有效連接至處理器410，其 中濃縮的堿度源可用包含二氧化碳的廢氣流(即含有CO2的氣體源)處理。為此，其可還 包含氣_液或氣-液-固接觸器(402)、反應(yīng)器(404)、沉降罐(406)(未顯示)或其組合的 處理器通過(guò)導(dǎo)管或等同結(jié)構(gòu)有效連接至含有CO2的氣體源(430)?？紤]到這里，二氧化碳處 理系統(tǒng)可配置以便向如例如在圖5中顯示的氣-液或氣-液-固接觸器提供廢氣流。加入 或不加入來(lái)自任選電化學(xué)系統(tǒng)(450)的質(zhì)子去除劑，處理器的氣-液或氣-液-固接觸器 可配置以產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽的組合物并向反應(yīng)器、沉降罐或其組合提 供組合物用于進(jìn)一步處理。上述處理器子系統(tǒng)中的任何一種或其組合可有效連接至脫水系 統(tǒng)(未顯示)用于使本發(fā)明的組合物脫水，其中脫水包括產(chǎn)生上清液和對(duì)碳酸鹽、碳酸氫鹽 或者碳酸鹽與碳酸氫鹽濃縮的組合物。盡管脫水系統(tǒng)通常不認(rèn)為是如本文討論的處理器的 部分，但是脫水系統(tǒng)可被認(rèn)為是表明描述圖4-11構(gòu)造目的的處理器的部分。如本文所述， 脫水系統(tǒng)與過(guò)濾系統(tǒng)一起通常被認(rèn)為是本發(fā)明的處理系統(tǒng)。關(guān)于任選的電化學(xué)系統(tǒng)，本發(fā) 明的二氧化碳處理系統(tǒng)可配置以自過(guò)濾單元428A向電化學(xué)系統(tǒng)提供滲透物質(zhì)，該滲透物 質(zhì)可任選在被提供給電化學(xué)系統(tǒng)之前在一個(gè)或另一個(gè)過(guò)濾單元中被進(jìn)一步純化。二氧化 碳處理系統(tǒng)也可配置以向電化學(xué)系統(tǒng)(如果存在)提供鹽或補(bǔ)充鹽。例如，本發(fā)明的系統(tǒng) 可配置以向電化學(xué)系統(tǒng)提供固態(tài)或含水氯化鈉。如上所述，任選的電化學(xué)系統(tǒng)可配置以向 處理器的氣_液或氣-液-固接觸器提供質(zhì)子去除劑(例如NaOH)。(參見(jiàn)例如2009年8 月13日提交的U. S.專利申請(qǐng)第12/541055號(hào)、2009年11月12日提交的U. S.專利申請(qǐng) 第12/617005號(hào)，這些專利申請(qǐng)各自通過(guò)引用而整體結(jié)合至本文中)。電化學(xué)系統(tǒng)可還配置 用于向包括但不限于反應(yīng)器或處理器子系統(tǒng)組合的任何處理器子系統(tǒng)提供質(zhì)子去除劑。因 此，如果存在，電化學(xué)系統(tǒng)可向處理器提供質(zhì)子去除劑。如所示，如果存在，電化學(xué)系統(tǒng)也可 配置以除去酸性流(例如HCl)，其可如在圖5中顯示的那樣被二氧化碳處理系統(tǒng)用來(lái)消化 工業(yè)廢物或巖石及礦物質(zhì)。圖5提供了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的系統(tǒng)。如圖4的情況一樣，二氧化碳處理系統(tǒng) 500包含堿度源(540)，該堿度源(540)包括例如含有Ca2+和/或Mg2+的海水，其通過(guò)導(dǎo)管或等同結(jié)構(gòu)有效連接至過(guò)濾單元528A (例如納米過(guò)濾單元)。過(guò)濾單元528A包含適用于使 一價(jià)離子例如Na+和Cl—的溶液作為滲透物質(zhì)通過(guò)同時(shí)多價(jià)離子例如Ca2+和Mg2+的溶液作 為截留物質(zhì)受到膜阻礙的膜(例如納米過(guò)濾膜)。因此，過(guò)濾單元可配置以提供截留物質(zhì) 作為濃縮的堿度源，其中截留物質(zhì)對(duì)多價(jià)離子例如Ca2+和Mg2+進(jìn)行濃縮并且一價(jià)離子例如 Na+和Cl_貧化。如所示，過(guò)濾單元528A通過(guò)配置用于自過(guò)濾單元向反應(yīng)器輸送截留物質(zhì) (濃縮的堿度源)的截留物導(dǎo)管或等同結(jié)構(gòu)有效連接至反應(yīng)器(504)，其中濃縮的堿度源可 與CO2-充入的溶液一起被處理，以產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽(例 如CaCO3、MgCO3或其組合，包括MgCa(CO3)2)的本發(fā)明組合物，所述CO2-充入的溶液可包含 碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽(例如NaHCO3)。圖5的二氧化碳處理系統(tǒng)可還包 含配置產(chǎn)生CO2-充入的溶液的接觸器(502)例如氣-液接觸器或氣-液-固接觸器，其中 接觸器有效連接至含有CO2的氣體源(530)(例如電廠如燃煤電廠)和配置提供質(zhì)子去除劑 源(例如氫氧化鈉水溶液)的電化學(xué)系統(tǒng)(550)。如所示，接觸器也可有效連接至反應(yīng)器， 以便CO2-充入的溶液可被直接提供給反應(yīng)器。如本文所述接觸器與反應(yīng)器的組合包含本發(fā) 明的二氧化碳處理器。盡管未顯示，處理器可還包含沉降罐，其可配置產(chǎn)生上清液和對(duì)碳酸 鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽(例如&0)3、1%0)3或其組合，包括MgCa (CO3)2)濃縮的 組合物。反應(yīng)器如所示也可配置在一些操作模式中用作沉降罐。因此，反應(yīng)器可配置產(chǎn)生上 清液和濃縮的組合物。關(guān)于電化學(xué)系統(tǒng)(550)，本發(fā)明的二氧化碳處理系統(tǒng)可配置以自過(guò)濾 單元528A向電化學(xué)系統(tǒng)提供滲透物質(zhì)，該滲透物質(zhì)可任選在被提供給電化學(xué)系統(tǒng)之前在 一個(gè)或另一個(gè)過(guò)濾單元中被進(jìn)一步純化。二氧化碳處理系統(tǒng)也可配置以向電化學(xué)系統(tǒng)提供 鹽或補(bǔ)充鹽。例如，系統(tǒng)可配置以向電化學(xué)系統(tǒng)提供固態(tài)或含水氯化鈉。如上所述，電化學(xué) 系統(tǒng)可配置以向處理器的氣-液或氣-液-固接觸器提供質(zhì)子去除劑(例如NaOH)用于產(chǎn) 生CO2-充入的溶液。如所示，電化學(xué)系統(tǒng)也可配置以除去酸性流(例如HCl)，其可被二氧 化碳處理系統(tǒng)用來(lái)在原料處理器(570)中消化工業(yè)廢物或巖石及礦物質(zhì)。在一些實(shí)施方案 中，例如，原料處理器配置用HCl (水溶液)消化硅酸鎂(例如MgSiO3)(例如蛇紋石、橄欖石 等)以產(chǎn)生巖鹽(例如MgCl2)和沙(SiO2),它們可一起或單獨(dú)用于在道路上融化冰。(對(duì) 于用于消化礦物質(zhì)例如硅酸鎂的另外系統(tǒng)和方法，參見(jiàn)2009年7月10日提交的U. S.專利 申請(qǐng)第12/501217號(hào)，其通過(guò)引用而整體結(jié)合至本文中)。在一些實(shí)施方案中，原料處理器 配置以用HCl (水溶液)消化硅酸鎂以產(chǎn)生二價(jià)陽(yáng)離子(例如Mg2+)用于處理器550。
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了采用例如在圖4和5中提供的那些系統(tǒng)產(chǎn)生包 含碳酸鹽、碳酸氫鹽或其組合的組合物的方法。在一些實(shí)施方案中，例如，包含二價(jià)陽(yáng)離子 如Ca2+和Mg2+的堿度源(例如海水、鹵水等)可通過(guò)過(guò)濾單元(例如過(guò)濾單元528A，如納 米過(guò)濾單元)使堿度源分離為包含一價(jià)離子(例如Na+、CD的滲透物質(zhì)與包含多價(jià)離子 (例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+和/或Mg2+)的截留物質(zhì)。包含一價(jià)離子的滲透物質(zhì)隨后可經(jīng)電化 學(xué)系統(tǒng)(例如電化學(xué)系統(tǒng)550)處理以產(chǎn)生包含質(zhì)子去除劑(例如NaOH(水溶液))的水溶 液和包含酸(例如HC1(水溶液))的另一種水溶液。包含酸的水溶液可被提供給多種采用 酸的工藝方法中的任何一種，包括但不限于以原料處理單元(570)處理原料，該原料處理 單元(570)配置用HCl (水溶液)消化硅酸鎂(例如蛇紋石、橄欖石等)并產(chǎn)生二價(jià)陽(yáng)離子 (例如Mg2+)用于隨后的處理用途或用作巖鹽(例如MgCl2)和沙(SiO2),巖鹽和沙可一起或 單獨(dú)用于在道路上融化冰。用本發(fā)明的氣_液接觸器或氣-液-固接觸器(例如502)，包
26含質(zhì)子去除劑(例如NaOH(水溶液))的溶液可與來(lái)自工業(yè)來(lái)源的二氧化碳混合產(chǎn)生包含 碳酸氫鹽(例如NaHCO3)的溶液。然后包含碳酸氫鹽的溶液可與包含二價(jià)陽(yáng)離子例如Ca2+ 和Mg2+的截留物質(zhì)混合產(chǎn)生包含未利用質(zhì)子去除劑(例如NaOH(水溶液))和含有碳酸鹽、 碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物的流。在一些實(shí)施方案中，組合物包含含有堿土 金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的沉淀物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì) 可被處理產(chǎn)生有益的再利用產(chǎn)物例如水泥、骨料、補(bǔ)充膠凝材料等。在一些實(shí)施方案中，二氧化碳處理系統(tǒng)也可配置有配置產(chǎn)生濃縮的處理器組合物 的過(guò)濾單元，該濃縮的處理器組合物包含堿金屬和/或堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者 碳酸鹽與碳酸氫鹽。在一些實(shí)施方案中，二氧化碳處理系統(tǒng)可還配置用于提供(即再循環(huán)) 濃縮的處理器組合物返回到處理器中，所述濃縮的處理器組合物對(duì)于例如水合的二氧化碳 類物質(zhì)(例如碳酸、碳酸氫鹽、碳酸鹽)和/或多價(jià)離子(例如Ca2+、Mg2+或其組合)可以 是更加濃縮的。在這樣的實(shí)施方案中，來(lái)自過(guò)濾單元(例如納米過(guò)濾單元)的截留物質(zhì)可 被直接提供給處理器(例如氣_液接觸器、氣-液-固接觸器、反應(yīng)器等)用于產(chǎn)生包含沉 淀物質(zhì)(例如&0)3、1%0)3或其組合)的本發(fā)明組合物。由于資源的有效利用，這些實(shí)施方 案的二氧化碳處理系統(tǒng)可對(duì)提供動(dòng)力的工廠具有更低的寄生負(fù)載。因此，處理器可有效連接至過(guò)濾單元(例如超濾單元、納米過(guò)濾單元、反滲透單 元)，該過(guò)濾單元配置用于將截留物質(zhì)(即對(duì)于多價(jià)離子例如Ca2+和Mg2+濃縮的處理器流 出物)再循環(huán)至如在圖6、8、9和11中所示的處理器。來(lái)自過(guò)濾單元的滲透物質(zhì)可被再利 用而沒(méi)有在系統(tǒng)的另一部分進(jìn)一步處理、在系統(tǒng)的另一部分進(jìn)一步處理進(jìn)行再利用，或者 被簡(jiǎn)單地丟棄。對(duì)于圖6，例如，本發(fā)明的二氧化碳處理系統(tǒng)可包含過(guò)濾單元(例如納米過(guò)濾單 元)，該過(guò)濾單元配置用于過(guò)濾處理器流出物(例如包含堿金屬和/或堿土金屬的碳酸鹽、 碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物)并如在圖6、8、9和11中所示以濃縮形式向處 理器提供處理器流出物。在這樣的實(shí)施方案中，被連接于過(guò)濾單元和處理器兩者的導(dǎo)管向 過(guò)濾單元提供處理器流出物(例如包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合 物)。參照?qǐng)D9，處理器流出物由處理器910 (例如氣-液接觸器、氣-液-固接觸器、反應(yīng)器 等)通過(guò)處理器流出物導(dǎo)管提供給過(guò)濾單元928B。過(guò)濾單元928B通過(guò)例如納米過(guò)濾膜適 用于使一價(jià)離子(例如鈉)作為滲透物質(zhì)通過(guò)納米過(guò)濾膜，同時(shí)多價(jià)離子(例如Ca2+、Mg2+) 作為截留物質(zhì)受到阻礙。包含一價(jià)離子的滲透物質(zhì)可被丟棄或再循環(huán)用于例如電化學(xué)系統(tǒng) 950。包含多價(jià)離子的截留物質(zhì)通過(guò)連接過(guò)濾單元(928B)與處理器(910)的導(dǎo)管被提供給 處理器(910)。在一些實(shí)施方案中，過(guò)濾單元可為如在圖7、8、10和11中所示的反滲透型過(guò)濾單 元。參照?qǐng)D10，二氧化碳處理系統(tǒng)1000包含過(guò)濾單元1028C與電化學(xué)系統(tǒng)1050，它們各自 有效連接至處理器1010。過(guò)濾單元1028C如所示通過(guò)處理器流出物導(dǎo)管有效連接至處理器 (1010)。過(guò)濾單元1028C包含膜例如反滲透膜，適用于使水作為滲透物質(zhì)通過(guò)反滲透膜，同 時(shí)一價(jià)與多價(jià)離子作為截留物質(zhì)受到反滲透膜阻礙。通過(guò)截留物質(zhì)導(dǎo)管，過(guò)濾單元截留物 質(zhì)被提供給電化學(xué)系統(tǒng)1050。過(guò)濾單元滲透物質(zhì)可被丟棄或者用于多種不同用途中的任何 一種(例如進(jìn)一步純化用于飲用水)。圖4、9和10所描述系統(tǒng)的組合也是可能的。在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)包括兩個(gè)過(guò)濾單元例如兩個(gè)納米過(guò)濾單元或者一個(gè)納米過(guò)濾單元與一個(gè)反滲透單元。圖6舉例說(shuō)明了 其中以兩個(gè)過(guò)濾單元為特征的一個(gè)實(shí)施方案。如所示，二氧化碳處理系統(tǒng)600包含過(guò)濾單 元628A與過(guò)濾單元628B，它們各自有效連接至處理器610。二氧化碳處理系統(tǒng)還包括如在 圖6中所示有效連接的電化學(xué)系統(tǒng)(650)。過(guò)濾單元628A如所示通過(guò)截留物質(zhì)導(dǎo)管有效連 接至處理器(610)。另外，包含例如Ca2+和Mg2+的堿度源通過(guò)如所示的導(dǎo)管被提供給過(guò)濾單 元(628A)。過(guò)濾單元628A包含膜例如納米過(guò)濾膜，適用于使一價(jià)離子例如Na+作為滲透物 質(zhì)通過(guò)納米過(guò)濾膜，同時(shí)多價(jià)離子例如Ca2+和Mg2+作為截留物質(zhì)受到納米過(guò)濾膜阻礙。通 過(guò)截留物質(zhì)導(dǎo)管，過(guò)濾單元截留物質(zhì)被提供給處理器610 (例如氣-液接觸器、氣-液-固 接觸器、反應(yīng)器等)，其中可自例如二價(jià)陽(yáng)離子與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳產(chǎn)生組合物。處理器 流出物(例如包含堿金屬和/或堿土金屬碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合 物)由處理器610通過(guò)處理器流出物導(dǎo)管被提供給過(guò)濾單元628B。過(guò)濾單元628B通過(guò)例 如納米過(guò)濾膜，適用于使一價(jià)離子(例如Na+、Cr)作為滲透物質(zhì)通過(guò)納米過(guò)濾膜，同時(shí)多價(jià) 離子(例如Ca2+、Mg2+)作為截留物質(zhì)受到阻礙。包含一價(jià)離子的滲透物質(zhì)可被丟棄或再循 環(huán)用于例如電化學(xué)系統(tǒng)650。包含多價(jià)離子的截留物質(zhì)通過(guò)連接過(guò)濾單元(628B)與處理器 (610)的導(dǎo)管被提供給處理器(610)。圖7舉例說(shuō)明了其中以兩個(gè)過(guò)濾單元為特征的另一個(gè)實(shí)施方案。如所示，二氧化 碳處理系統(tǒng)700包含過(guò)濾單元728A、過(guò)濾單元728C與電化學(xué)系統(tǒng)750，它們各自有效連接 至處理器710。過(guò)濾單元728A如所示通過(guò)截留物質(zhì)導(dǎo)管有效連接至處理器(710)。另外，包 含例如Ca2+和Mg2+的堿度源通過(guò)如所示的導(dǎo)管被提供給過(guò)濾單元(728A)。過(guò)濾單元728A 包含膜例如納米過(guò)濾膜，適用于使一價(jià)離子例如Na+和Cl—作為滲透物質(zhì)通過(guò)納米過(guò)濾膜， 同時(shí)多價(jià)離子例如Ca2+和Mg2+作為截留物質(zhì)受到納米過(guò)濾膜阻礙。通過(guò)截留物質(zhì)導(dǎo)管，過(guò) 濾單元截留物質(zhì)被提供給處理器710 (例如氣-液接觸器、氣-液-固接觸器、反應(yīng)器等)， 其中可自例如二價(jià)陽(yáng)離子與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳產(chǎn)生組合物。過(guò)濾單元728C如所示通過(guò) 處理器流出物導(dǎo)管有效連接至處理器(710)。過(guò)濾單元728C包含膜例如反滲透膜，適用于 使水作為滲透物質(zhì)通過(guò)反滲透膜，同時(shí)一價(jià)與多價(jià)離子作為截留物質(zhì)受到反滲透膜阻礙。 通過(guò)截留物質(zhì)導(dǎo)管，過(guò)濾單元截留物質(zhì)被提供給電化學(xué)系統(tǒng)(710)。過(guò)濾單元滲透物質(zhì)可被 丟棄或者再循環(huán)或用于多種不同用途中的任何一種(例如進(jìn)一步純化用于飲用水)。圖11舉例說(shuō)明了其中以兩個(gè)過(guò)濾單元為特征的還另一個(gè)實(shí)施方案。如所示，二 氧化碳處理系統(tǒng)1100包含過(guò)濾單元1128B與處理器1110，它們各自有效連接至過(guò)濾單元 1128C。二氧化碳處理系統(tǒng)還包括如在圖11中所示有效連接的電化學(xué)系統(tǒng)(1150)。如所 示，過(guò)濾單元1128B(例如納米過(guò)濾單元)配置以將處理器流出物再循環(huán)并以濃縮的形式向 處理器1110提供處理器流出物。連接過(guò)濾單元1128B與處理器(1110)兩者的導(dǎo)管向過(guò)濾 單元提供處理器流出物(例如包含堿金屬和/或堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽 與碳酸氫鹽的組合物)。處理器流出物由處理器1110通過(guò)處理器流出物導(dǎo)管被提供給過(guò)濾 單元1128B。過(guò)濾單元1128B通過(guò)例如納米過(guò)濾膜，適用于使一價(jià)離子(例如Na+、Cl_)作 為滲透物質(zhì)通過(guò)納米過(guò)濾膜，同時(shí)多價(jià)離子(例如Ca2+、Mg2+)作為截留物質(zhì)受到阻礙。包含 多價(jià)離子的截留物質(zhì)通過(guò)連接過(guò)濾單元(1128B)與處理器(1110)的導(dǎo)管被提供給處理器 (1110)。包含一價(jià)離子的滲透物質(zhì)通過(guò)連接過(guò)濾單元1128B與過(guò)濾單元1128C的導(dǎo)管被提 供給過(guò)濾單元(1128C)。過(guò)濾單元1128C包含膜例如反滲透膜，適用于使水作為滲透物質(zhì)通
28過(guò)反滲透膜，同時(shí)一價(jià)與多價(jià)離子作為截留物質(zhì)受到反滲透膜阻礙。通過(guò)截留物質(zhì)導(dǎo)管，過(guò) 濾單元截留物質(zhì)被提供給電化學(xué)系統(tǒng)(1150)。過(guò)濾單元滲透物質(zhì)可被丟棄或者再循環(huán)或用 于多種不同用途中的任何一種(例如進(jìn)一步純化用于飲用水)。圖8舉例說(shuō)明了其中以過(guò)濾單元的組合為特征的還另一個(gè)實(shí)施方案。二氧化碳處 理系統(tǒng)800包含如在圖8中所示有效連接的過(guò)濾單元828A、過(guò)濾單元828B、過(guò)濾單元828C、 處理器810與電化學(xué)系統(tǒng)850。過(guò)濾單元828A如所示通過(guò)截留物質(zhì)導(dǎo)管有效連接至處理 器(810)。另外，包含例如Ca2+和Mg2+的堿度源可通過(guò)如所示的導(dǎo)管被提供給過(guò)濾單元 (828A)。過(guò)濾單元828A包含膜例如納米過(guò)濾膜，適用于使一價(jià)離子例如Na+和Cl_作為滲 透物質(zhì)通過(guò)納米過(guò)濾膜，同時(shí)多價(jià)離子例如Ca2+和Mg2+作為截留物質(zhì)受到納米過(guò)濾膜阻礙。 通過(guò)截留物質(zhì)導(dǎo)管，過(guò)濾單元截留物質(zhì)被提供給處理器810 (例如氣-液接觸器、氣-液-固 接觸器、反應(yīng)器等)，其中可自例如二價(jià)陽(yáng)離子與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳產(chǎn)生組合物。過(guò)濾單 元828B (例如納米過(guò)濾單元)配置以將處理器流出物再循環(huán)并以濃縮形式向處理器810提 供處理器流出物。連接于過(guò)濾單元828B與處理器(810)兩者的導(dǎo)管向過(guò)濾單元提供處理 器流出物(例如包含堿金屬和/或堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的 組合物)。處理器流出物由處理器810通過(guò)處理器流出物導(dǎo)管被提供給過(guò)濾單元828B。過(guò) 濾單元828B通過(guò)例如納米過(guò)濾膜，適用于使一價(jià)離子(例如Na+、C1_)作為滲透物質(zhì)通過(guò)納 米過(guò)濾膜，同時(shí)多價(jià)離子(例如Ca2+、Mg2+)作為截留物質(zhì)受到阻礙。包含多價(jià)離子的截留物 質(zhì)通過(guò)連接過(guò)濾單元(828B)與處理器(810)的導(dǎo)管被提供給處理器(810)。包含一價(jià)離子 的滲透物質(zhì)通過(guò)連接過(guò)濾單元828B與過(guò)濾單元828C的導(dǎo)管被提供給過(guò)濾單元(828C)。過(guò) 濾單元828C包含膜例如反滲透膜，適用于使水作為滲透物質(zhì)通過(guò)反滲透膜，同時(shí)一價(jià)與多 價(jià)離子作為截留物質(zhì)受到反滲透膜阻礙?？捎糜谝恍?shí)施方案的反滲透膜包括Dow(例如 FilmTec 膜FiImTec NF200-400, FilmTec NF270-400)、GE (例如 SeaSoft 系列Seasoft 8040HR、Seasoft 8040HF) ,Koch (例如 SW-400)和 R. 0. Ultra Tec (例如 NF3 系列)。在一些 實(shí)施方案中，包含納米過(guò)濾膜或反滲透膜的過(guò)濾單元阻礙多于75%、多于85%、多于90%、 多于91%、多于92%、多于93%、多于94%、多于95%、多于96%、多于97%、多于98%、多 于99%、多于99. 5%的相關(guān)多價(jià)離子。在一些實(shí)施方案中，包含反滲透膜的過(guò)濾單元阻礙 多于75%、多于85%、多于90%、多于91%、多于92%、多于93%、多于94%、多于95%、多 于96%、多于97%、多于98%、多于99%、多于99. 5%的相關(guān)一價(jià)離子。在一些實(shí)施方案 中，納米過(guò)濾或反滲透提供至少1. 5、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、 至少9、至少10的多價(jià)離子濃集因數(shù)。在一些實(shí)施方案中，反滲透提供至少1. 5、至少2、至 少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9、至少10的一價(jià)離子濃集因數(shù)。高的多價(jià) 離子受到過(guò)濾單元(例如納米過(guò)濾或反滲透單元)阻礙可增加包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者 碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物，包括沉淀物質(zhì)的產(chǎn)率；高的一價(jià)離子阻礙可增加采用本發(fā)明 產(chǎn)物(例如包含堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的沉淀物質(zhì))所產(chǎn)生 結(jié)構(gòu)(例如增強(qiáng)路面)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了采用系統(tǒng)例如在圖8中提供的系統(tǒng)產(chǎn)生包含碳 酸鹽、碳酸氫鹽或其組合的組合物的方法。在一些實(shí)施方案中，例如，包含二價(jià)陽(yáng)離子例如 Ca2+和/或Mg2+的堿度源840 (例如淡水、海水、鹵水等)可通過(guò)過(guò)濾單元828A (例如納米 過(guò)濾單元、反滲透單元等)使堿度源分離為滲透物質(zhì)與截留物質(zhì)。(濃縮堿度源(例如淡水、海水)的該方法也可用系統(tǒng)例如圖4-8的系統(tǒng)實(shí)踐，然而，也提供使用堿度源(例如鹵 水)而沒(méi)有如在圖9-11中顯示的濃縮的本發(fā)明方法)。在一些實(shí)施方案中，例如，納米過(guò) 濾單元被用于使堿度源分離為包含一價(jià)離子(例如Na+、CD的滲透物質(zhì)和包含多價(jià)離子 (例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+和/或Mg2+)的截留物質(zhì)。包含一價(jià)離子的滲透物質(zhì)隨后可經(jīng)電 化學(xué)系統(tǒng)(如在例如圖4和5中顯示的那樣)處理或脫鹽。然后包含增加的堿度和/或硬 度(例如Ca2+和/或Mg2+)的截留物質(zhì)可被提供給處理器810或其子系統(tǒng)(例如氣-液接 觸器、氣-液-固接觸器、反應(yīng)器等)，并用工業(yè)來(lái)源的二氧化碳處理以形成本發(fā)明的組合 物。在一些實(shí)施方案中，截留物質(zhì)(或堿度源，如果未濃縮)可在處理器的氣-液接觸器或 氣-液-固接觸器混合。如在圖8 (以及圖4-7和9-11)中顯示的那樣，也可向處理器或處理 器子系統(tǒng)加入質(zhì)子去除劑用于處理C02。在一些實(shí)施方案中，例如，可以期望使用質(zhì)子去除 劑增加包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽組合物的PH以助于形成沉淀物質(zhì)。通 過(guò)沉降罐或備選的本文所述的脫水系統(tǒng)，可產(chǎn)生濃縮的組合物(即對(duì)于碳酸鹽、碳酸氫鹽 或者碳酸鹽與碳酸氫鹽濃縮)。在一些實(shí)施方案中，濃縮的組合物被進(jìn)一步處理以產(chǎn)生有益 的再利用產(chǎn)物(例如水泥、骨料、補(bǔ)充膠凝材料等)。在一些實(shí)施方案中，濃縮的組合物被簡(jiǎn) 單處置。自濃縮組合物制備產(chǎn)生的上清液可如在圖8中顯示的那樣通過(guò)過(guò)濾單元828B (例 如納米過(guò)濾單元、反滲透單元等)以使上清液分離為滲透物質(zhì)與截留物質(zhì)。在一些實(shí)施方 案中，例如，納米過(guò)濾單元用于使上清液分離為包含一價(jià)離子(例如Na+、Cr)的滲透物質(zhì)和 包含多價(jià)離子(例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+和/或Mg2+)的截留物質(zhì)。(用納米過(guò)濾單元濃縮 上清液的該方法也可用系統(tǒng)例如圖6、7和9-11的系統(tǒng)實(shí)踐；然而，圖7和10的系統(tǒng)可被改 進(jìn)以使用反滲透單元。)然后包含增加的堿度和/或硬度(例如Ca2+和/或Mg2+)的截留 物質(zhì)可被再循環(huán)至處理器810或其子系統(tǒng)，并用工業(yè)來(lái)源的二氧化碳處理以形成另外的碳 酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽。在一些實(shí)施方案中，滲透物質(zhì)可被提供給電化學(xué)系 統(tǒng)(如在例如圖7和10中顯示的那樣)或脫鹽。在一些實(shí)施方案中，如在圖8中顯示的那 樣，包含一價(jià)離子(例如Na+、C1_)的滲透物質(zhì)可通過(guò)過(guò)濾單元828C(例如反滲透單元)以 使先前的過(guò)濾單元滲透物質(zhì)分離為包含一價(jià)離子(例如Na+、CD的滲透物質(zhì)和包含多價(jià) 離子(例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+和/或Mg2+)的截留物質(zhì)，這兩者可用于如所示的電化學(xué)系統(tǒng) 850。在一些實(shí)施方案中，滲透物質(zhì)、截留物質(zhì)或兩者被脫礦物質(zhì)并且在被提供給電化學(xué)系 統(tǒng)之前被任選濃縮。如本文所述電化學(xué)系統(tǒng)可用于產(chǎn)生包含質(zhì)子去除劑(例如NaOH(水溶 液))的水溶液和包含酸(例如HCl (水溶液))的另一種水溶液。包含酸的水溶液可被提 供給多種采用酸的工藝方法中的任何一種，包括但不限于在原料處理單元(例如圖5的原 料處理單元570)處理原料，該原料處理單元配置用于用HCl (水溶液)消化硅酸鎂(例如 蛇紋石、橄欖石等)并產(chǎn)生二價(jià)陽(yáng)離子(例如Mg2+)，用于隨后制備本發(fā)明的組合物或用作 巖鹽(例如MgCl2)和沙(SiO2),巖鹽和沙可一起或單獨(dú)用于在道路上融化冰。
圖12提供了本發(fā)明系統(tǒng)的還另一個(gè)實(shí)施方案。在這樣的實(shí)施方案中，過(guò)濾單元 (1228A)可被插入在接觸器1202 (例如氣-液接觸器或氣-液-固接觸器)與反應(yīng)器(1204) 之間。因此，這樣系統(tǒng)的處理器(例如與反應(yīng)器組合的接觸器)配置有中間過(guò)濾單元(例如 納米過(guò)濾單元)。如所示，接觸器可有效連接至含有0)2的氣體源(1230)和脫水系統(tǒng)(1222) 并適用于用自脫水系統(tǒng)接收的上清液處理含有CO2的氣體，以產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或 者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物。其有效連接至接觸器和反應(yīng)器兩者的過(guò)濾單元(例如納
30米過(guò)濾單元)可配置以過(guò)濾接觸器流出物(例如包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸 氫鹽的組合物)，以使一價(jià)離子(例如Na+、CD作為滲透物質(zhì)通過(guò)，同時(shí)多價(jià)離子(例如 Ca2+、Mg2+或其組合)作為截留物質(zhì)受到阻礙。例如，在一些實(shí)施方案中，過(guò)濾單元為配置有 納米過(guò)濾膜的納米過(guò)濾單元。其有效連接至堿度源(1240)、原料處理器(1270)、電化學(xué)系 統(tǒng)(1250)和過(guò)濾單元中每一個(gè)的反應(yīng)器可配置用于進(jìn)一步處理在接觸器中產(chǎn)生并在過(guò)濾 單元濃縮的組合物。在一些實(shí)施方案中，例如，接觸器可配置以產(chǎn)生包含大部分碳酸氫鹽的 組合物。在這樣的示例性實(shí)施方案中，過(guò)濾單元可配置以產(chǎn)生濃縮的組合物，其中濃縮的組 合物對(duì)于碳酸氫鹽和多價(jià)離子(例如二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+和/或Mg2+)進(jìn)行濃縮。反應(yīng)器又 可配置以處理濃縮的組合物，產(chǎn)生包含大部分碳酸鹽的組合物。以上舉例說(shuō)明了以接觸器、 過(guò)濾單元和反應(yīng)器為特征的示例性實(shí)施方案，因?yàn)槊恳粋€(gè)可配置以提供不同的反應(yīng)器組合 物。例如，如所示的反應(yīng)器可配置接收來(lái)自電化學(xué)系統(tǒng)(1250)的質(zhì)子去除劑、來(lái)自原料處 理器(1270)的二價(jià)陽(yáng)離子和來(lái)自堿度源(1240)的堿，它們各自可影響反應(yīng)器組合物。如 本發(fā)明的其它系統(tǒng)一樣，反應(yīng)器(或處理器)可有效連接至本發(fā)明的脫水系統(tǒng)。如在圖12 中顯示的那樣，脫水系統(tǒng)可配置以將上清液再循環(huán)至接觸器并提供有益的再利用產(chǎn)物。也提供與用系統(tǒng)例如圖12的系統(tǒng)處理二氧化碳有關(guān)的方法。因此，在一些實(shí)施 方案中，含有CO2的氣體源(1230)和來(lái)自脫水系統(tǒng)(1222)的上清液可被提供給接觸器 1202 (例如氣-液或氣-液接觸器)以產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽 的組合物。如在圖12中顯示的那樣，然后來(lái)自接觸器的組合物可被提供給過(guò)濾單元(例如 納米過(guò)濾單元)。如以上描述的過(guò)濾單元可配置以過(guò)濾來(lái)自接觸器的組合物，產(chǎn)生滲透物質(zhì) 和截留物質(zhì)。因此，在本發(fā)明的方法中，來(lái)自接觸器的組合物可在過(guò)濾單元處理，以使組合 物的一價(jià)離子(例如Na+、Cl—)作為滲透物質(zhì)通過(guò)過(guò)濾單元，同時(shí)多價(jià)離子(例如Ca2+、Mg2+ 或其組合)作為截留物質(zhì)受到阻礙。這樣的處理便于減少例如本發(fā)明組合物中的氯化鈉， 這對(duì)某些最終產(chǎn)物(例如包含本發(fā)明沉淀物質(zhì)的水泥)可以是有利的。然后可將過(guò)濾單元 處理的組合物提供給反應(yīng)器(1204)，其中可加入來(lái)自原料處理的另外二價(jià)陽(yáng)離子、另外的 堿或質(zhì)子去除劑。根據(jù)可得到的物質(zhì)(例如用于處理的原料、堿度源等)，在二氧化碳處理 系統(tǒng)1200的反應(yīng)器中可制備不同的組合物。在一些實(shí)施方案中，例如，足夠的二價(jià)陽(yáng)離子 (例如Ca2+、Mg2+或其組合)可自原料處理器(1270)和堿度源被提供給反應(yīng)器，以便可產(chǎn)生 包含沉淀物質(zhì)(例如CaC03、MgCO3或其組合)的漿狀物。這樣的漿狀物可被提供給本發(fā)明 的脫水系統(tǒng)并分離為再用于接觸器的上清液和用于有益的再利用產(chǎn)物的沉淀物質(zhì)。本發(fā)明的系統(tǒng)可還包含含有多種脫礦物質(zhì)單元中任何一種的脫礦物質(zhì)系統(tǒng)，包括 選自沉淀器和離子交換單元的脫礦物質(zhì)單元。本發(fā)明的脫礦物質(zhì)系統(tǒng)可以任何方式配置以 對(duì)過(guò)濾單元截留物質(zhì)或過(guò)濾單元滲透物質(zhì)用于本發(fā)明的其它系統(tǒng)或單元實(shí)現(xiàn)足夠水平的 脫礦物質(zhì)。例如，在一些實(shí)施方案中，脫礦物質(zhì)系統(tǒng)配置以向本發(fā)明的電化學(xué)系統(tǒng)提供脫礦 物質(zhì)的過(guò)濾單元截留物質(zhì)。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，脫礦物質(zhì)系統(tǒng)可配置以向電化 學(xué)系統(tǒng)提供脫礦物質(zhì)的過(guò)濾單元滲透物質(zhì)。在這樣的實(shí)施方案中，脫礦物質(zhì)系統(tǒng)可配置以 向沉淀器提供過(guò)濾單元截留物質(zhì)或滲透物質(zhì)，沉淀器又配置以向離子交換單元提供生成的 組合物。在另一個(gè)構(gòu)型中，脫礦物質(zhì)系統(tǒng)可配置以向離子交換單元提供過(guò)濾單元截留物質(zhì) 或滲透物質(zhì)，離子交換單元又配置以向沉淀器提供生成的組合物。在一些實(shí)施方案中，脫礦 物質(zhì)的截留物質(zhì)或滲透物質(zhì)被提供給配置用于在經(jīng)電化學(xué)系統(tǒng)處理之前濃縮截留物質(zhì)或滲透物質(zhì)的濃縮器。關(guān)于脫礦物質(zhì)和/或濃縮的方法，在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括使至少一 部分過(guò)濾單元截留物質(zhì)脫礦物質(zhì)以產(chǎn)生脫礦物質(zhì)的過(guò)濾單元截留物質(zhì)。為了本發(fā)明的目 的，脫礦物質(zhì)的過(guò)濾單元截留物質(zhì)可為其中Ca2+、Mg2+或其組合已被除去的截留物質(zhì)。在一 些實(shí)施方案中，Ca2+和/或Mg2+作為Ca (OH) 2和/或Mg (OH) 2經(jīng)采用例如NaOH在沉淀器沉 淀除去。在一些實(shí)施方案中，Ca2+和/或Mg2+經(jīng)采用例如Amberlite IRC747在離子交換 單元離子交換除去。在一些實(shí)施方案中，Ca2+和/或Mg2+經(jīng)作為Ca(OH)2和/或Mg(OH)2 沉淀，隨后經(jīng)離子交換除去。在一些實(shí)施方案中，Ca2+和/或Mg2+經(jīng)離子交換，隨后經(jīng)作為 Ca(OH)2和/或Mg (OH)2沉淀除去。在一些實(shí)施方案中，脫礦物質(zhì)的過(guò)濾單元截留物質(zhì)可用 于電化學(xué)處理以產(chǎn)生質(zhì)子去除劑。在一些實(shí)施方案中，脫礦物質(zhì)的過(guò)濾單元截留物質(zhì)在用 于電化學(xué)處理以產(chǎn)生質(zhì)子去除劑之前被濃縮。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括使至少 一部分過(guò)濾單元滲透物質(zhì)脫礦物質(zhì)以產(chǎn)生脫礦物質(zhì)的過(guò)濾單元滲透物質(zhì)。為了本發(fā)明的目 的，脫礦物質(zhì)的過(guò)濾單元滲透物質(zhì)可為其中Ca2+、Mg2+或其組合已被除去的滲透物質(zhì)。在一 些實(shí)施方案中，Ca2+和/或Mg2+作為Ca (OH) 2和/或Mg (OH) 2經(jīng)沉淀除去。在一些實(shí)施方案 中，Ca2+和/或Mg2+經(jīng)離子交換除去。在一些實(shí)施方案中，Ca2+和/或Mg2+經(jīng)作為Ca (OH) 2 和/或Mg(OH)2沉淀，隨后經(jīng)離子交換除去。在一些實(shí)施方案中，Ca2+和/或Mg2+經(jīng)離子交 換，隨后經(jīng)作為Ca(OH)2和/或Mg(OH)2沉淀除去。在一些實(shí)施方案中，脫礦物質(zhì)的過(guò)濾單 元滲透物質(zhì)可用于電化學(xué)處理以產(chǎn)生質(zhì)子去除劑。在一些實(shí)施方案中，脫礦物質(zhì)的過(guò)濾單 元滲透物質(zhì)在用于電化學(xué)處理以產(chǎn)生質(zhì)子去除劑之前被濃縮。二氧化碳本發(fā)明的實(shí)施方案提供了用于使堿度源與二氧化碳源接觸，然后使二氧化碳充入 的溶液經(jīng)歷適用于產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽組合物的條件的方 法。這樣的條件也可適用于產(chǎn)生包含可分離沉淀物質(zhì)(例如CaC03、MgCO3)的組合物。在 一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了使堿度源與二氧化碳源接觸，同時(shí)使溶液經(jīng)歷適用于產(chǎn)生 包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽組合物，包括產(chǎn)生含有可分離沉淀物質(zhì)組合 物的條件的方法。二氧化碳源可為任何便利的二氧化碳源，并且所述源可以任何便利的形 式(例如氣體、液體、固體、超臨界流體或者溶解于液體例如水中)存在。在一些實(shí)施方案 中，二氧化碳源以氣體形式存在。例如，二氧化碳源可為來(lái)自燃煤電廠或水泥廠的工業(yè)廢流 (例如廢氣流)。工業(yè)廢流可為基本上純的二氧化碳或者除二氧化碳以外包含多組分，其中 多組分可包括一種或多種另外的氣體(例如氮?dú)?，顆粒物質(zhì)例如灰分或其一些組合。在一 些實(shí)施方案中，二氧化碳源為工業(yè)廢流例如來(lái)自工廠的排放。工廠的性質(zhì)可以不同，工廠包 括但不限于發(fā)電廠、化學(xué)加工廠、機(jī)械加工廠、精煉廠、水泥廠、鋼廠及其它產(chǎn)生CO2作為燃 料燃燒或另一種加工步驟(例如水泥廠焙燒)的副產(chǎn)物的工廠。包含二氧化碳的廢氣流包括還原(例如合成氣、變換合成氣、天然氣、氫氣等)和 氧化條件流(例如來(lái)自燃燒的煙道氣)兩者?？杀阌诒景l(fā)明的具體廢氣流包括由礦物燃料 (例如煤或另一種很小或沒(méi)有預(yù)處理的基于煤的燃料)燃燒生成的含氧廢氣流、渦輪增壓 鍋爐氣態(tài)產(chǎn)物、煤氣化氣態(tài)產(chǎn)物、預(yù)燃燒合成氣流例如在動(dòng)力廠煤氣化期間形成的那些氣 流、變換煤氣化氣態(tài)產(chǎn)物、厭氧消化器氣態(tài)產(chǎn)物、井口天然氣流、重整天然氣或者甲烷水合 物等。來(lái)自任何便利燃燒過(guò)程的廢氣可用于本發(fā)明的方法和系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案中，可
32采用來(lái)自工廠例如電廠、水泥廠和煤加工廠的燃燒后流出物堆集室中的廢氣。因此，廢氣流可自多種不同類型的工廠產(chǎn)生。合適的廢氣流包括由燃燒礦物燃料 (例如煤、油、天然氣、丙烷、柴油)和天然存在的有機(jī)燃料沉積物(例如油砂、重油、油頁(yè)巖 等)的人為燃料產(chǎn)物的工廠產(chǎn)生的廢流。在一些實(shí)施方案中，適用于本發(fā)明系統(tǒng)和方法的 廢氣流來(lái)源于燃煤電廠例如粉煤電廠、超臨界煤電廠、質(zhì)量燃燒煤電廠和流化床煤電廠。在 一些實(shí)施方案中，廢氣流來(lái)源于燃?xì)饣蛉加湾仩t和汽輪機(jī)電廠、燃?xì)饣蛉加湾仩t簡(jiǎn)單再循 環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)電廠、或者燃?xì)饣蛉加湾仩t組合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)電廠。在一些實(shí)施方案中，可采用 由燃燒合成氣(即由有機(jī)物質(zhì)如煤、生物質(zhì)等氣化產(chǎn)生的氣體)的電廠產(chǎn)生的廢氣流。在一 些實(shí)施方案中，采用來(lái)自整體煤氣化組合循環(huán)(IGCC)電廠的廢氣流。在一些實(shí)施方案中， 按照本發(fā)明的系統(tǒng)和方法使用由余熱鍋爐(HRSG)發(fā)電廠產(chǎn)生的廢氣流。由水泥廠產(chǎn)生的廢氣流也適用于本發(fā)明。水泥廠廢氣流包括來(lái)自濕法和干法水泥 廠兩者的廢流，水泥廠可采用立窯或回轉(zhuǎn)窯并且可包括窯外鍛燒爐。這些工廠各自可燃燒 單一燃料或者可連續(xù)或同時(shí)燃燒兩種或更多種燃料。其它工廠例如冶煉廠和精煉廠也是包 含二氧化碳廢氣流的有用的來(lái)源。廢氣流可包含二氧化碳作為主要的非空氣來(lái)源組分，或者尤其是在燃煤電廠的情 況中可包含另外的組分例如氧化氮(NOx)、氧化硫(SOx)及多種另外氣體和/或組分中的任 何一種。另外氣體和/或其它組分可包括CO、汞和其它重金屬以及粉塵粒子(例如來(lái)自煅燒 和燃燒過(guò)程)。廢氣流中的其它組分也可包括鹵化物例如氯化氫和氟化氫；顆粒物例如飛 灰、灰塵以及金屬包括砷、鈹、硼、鎘、鉻、鉻VI、鈷、鉛、錳、汞、鉬、硒、鍶、鉈和釩；以及有機(jī) 物例如碳?xì)浠衔?、二噁英和PAH化合物?？杀惶幚淼暮线m廢氣流在一些實(shí)施方案中具有 二氧化碳、SOx (即一硫氧化物包括S0、S02和SO3) ,VOC (揮發(fā)性有機(jī)化合物)、重金屬例如汞 和顆粒物質(zhì)(懸浮于氣體中的固體或液體顆粒)。廢氣溫度也是可以變化的。在一些實(shí)施 方案中，包含二氧化碳的廢氣溫度可為0°C -2000°C，例如60°C -700°C，包括100°C -400°C， 例如100°C -200°C。目標(biāo)廢氣流在某些實(shí)施方案中具有以200ppm-1000000ppm的量存在的 二氧化碳，例如 200000ppm-1000ppm，包括 200000ppm-2000ppm，例如 180000ppm-2000ppm， 或者180000ppm-5000ppm，也包括180000ppm-10000ppm。廢氣流，尤其是燃燒氣體的多種廢 氣流，可包含一種或多種另外的組分，例如水、NOx (即一氮氧化物例如NO和NO2)、SOx (即 一硫氧化物例如S0、S02和SO3)、V0C(揮發(fā)性有機(jī)化合物)、重金屬例如汞、以及顆粒物(懸 浮于氣體中的固態(tài)或液態(tài)顆粒)。在一些實(shí)施方案中，一種或多種另外的組分或者共產(chǎn)物(co-product)(即在用于 使二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的的相同條件下自其它起始物 質(zhì)[例如S0x、N0x等]產(chǎn)生的產(chǎn)物)產(chǎn)生。在一些實(shí)施方案中，一種或多種另外的組分被沉 淀或捕集于在通過(guò)使這些包含另外組分的廢氣流與包含堿土金屬二價(jià)陽(yáng)離子(例如Ca2+、 Mg2+)的堿度源接觸形成的沉淀物質(zhì)中。當(dāng)廢氣流包含SOx (例如SO2)時(shí)，可形成鈣和/或鎂 的硫酸鹽、亞硫酸鹽等，在一些實(shí)施方案中，被沉淀或捕集于包含鈣和/或鎂碳酸鹽的沉淀 物質(zhì)中。在這樣的實(shí)施方案中，鎂和鈣可分別反應(yīng)形成MgS04*CaS04以及其它含鎂和含鈣 的化合物(例如亞硫酸鹽)，自廢氣流有效除去硫而沒(méi)有脫硫步驟例如廢氣脫硫(“FGD”)。 另外，可形成CaC03、MgCO3及相關(guān)化合物而沒(méi)有另外釋放C02。在其中包含二價(jià)陽(yáng)離子的堿 度源包含高水平硫化合物(例如硫酸鹽)的情況中，堿性溶液可富集鈣和鎂以便鈣和鎂在
33形成CaS04、MgSO4及相關(guān)化合物之后或除此之外可以形成碳酸鹽化合物。在一些實(shí)施方案 中，脫硫步驟可與制備包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物同時(shí)進(jìn)行。在 一些實(shí)施方案中，脫硫步驟可在制備包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合 物之前進(jìn)行至發(fā)生。在一些實(shí)施方案中，脫硫步驟可與制備包含碳酸鹽的沉淀物質(zhì)同時(shí)進(jìn) 行，或者脫硫步驟可在沉淀之前進(jìn)行至發(fā)生。在一些實(shí)施方案中，在處理含有二氧化碳廢 氣流的不同階段收集多種反應(yīng)產(chǎn)物(例如MgC03、CaC03、CaS04、上述產(chǎn)物的混合物等)。在 一些實(shí)施方案中，收集單一的反應(yīng)產(chǎn)物(例如包含碳酸鹽、硫酸鹽等的沉淀物質(zhì))。在這些 實(shí)施方案的步驟中，含有二氧化碳廢氣流的其它組分例如重金屬(例如汞、汞鹽、含汞化合 物)可變?yōu)榘妓猁}、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽組合物的部分。在一些實(shí)施方案 中，含有二氧化碳廢氣流的其它組分例如重金屬(例如汞、汞鹽、含汞化合物)可被捕集于 包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的沉淀物質(zhì)中。或者，這樣的重金屬可被分別 處理和沉淀。來(lái)自工廠的一部分廢氣流(即不是全部的廢氣流)可用于產(chǎn)生本發(fā)明的組合物 (例如沉淀物質(zhì))。在這些實(shí)施方案中，使用的廢氣流部分可為廢氣流的75%或者更少，例 如60%或者更少，并且包括50%和更少。在還其他實(shí)施方案中，基本上(例如80%或者更 多)全部由工廠產(chǎn)生的廢氣流可用于產(chǎn)生本發(fā)明的組合物(例如沉淀物質(zhì)的沉淀)。在這 些實(shí)施方案中，由工廠產(chǎn)生廢氣流(例如廢氣)的80%或者更多，例如90%或者更多，包括 95%或者更多，最高達(dá)100%可用于產(chǎn)生本發(fā)明的組合物。盡管工業(yè)廢氣提供了相對(duì)濃縮的燃燒氣體來(lái)源，但是本發(fā)明的方法和系統(tǒng)也可用 于自不太濃縮的來(lái)源(例如大氣)除去燃燒氣體組分，該不太濃縮的來(lái)源(例如大氣)可 包含濃度比例如廢氣低得多的污染物。因此，在一些實(shí)施方案中，方法和系統(tǒng)包括通過(guò)產(chǎn)生 包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物(例如沉淀物質(zhì))降低大氣中的污 染物濃度。在這些情況中，在大氣部分中的污染物(例如二氧化碳)濃度可降低10%或者 更多，20%或者更多，30%或者更多，40%或者更多，50%或者更多，60%或者更多，70%或 者更多，80%或者更多，90%或者更多，95%或者更多，99%或者更多，99. 9%或者更多，或 者99. 99%。大氣污染物這樣的降低可用如本文所述產(chǎn)率或者更高或更低的產(chǎn)率實(shí)現(xiàn)，并且 可在一個(gè)步驟或在一系列步驟實(shí)現(xiàn)。堿本發(fā)明的實(shí)施方案提供了用于使堿度源與二氧化碳源接觸，然后使二氧化碳充入 的溶液經(jīng)歷適用于產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽組合物的條件的方 法。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了使堿度源與二氧化碳源接觸，同時(shí)使溶液經(jīng)歷適用于 產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽組合物的條件的方法，包括產(chǎn)生包含可 分離沉淀物質(zhì)的組合物。因?yàn)樵S多堿度源也包含二價(jià)陽(yáng)離子(例如Ca2+、Mg2+)，上述條件也 可適用于產(chǎn)生包含可分離沉淀物質(zhì)(例如CaC03、MgC03)的組合物。其也可包含二價(jià)陽(yáng)離子 的堿度源，根據(jù)具體場(chǎng)所的可獲得性而可來(lái)自多種不同來(lái)源中的任何一種。這樣的來(lái)源包 括但不限于工業(yè)廢物、海水、鹵水、硬水、包含被消化巖石和礦物質(zhì)(例如石灰、方鎂石、包 含金屬硅酸鹽的礦物例如蛇紋石和橄欖石等)的淡水以及任何其它合適的堿度源。為了本 發(fā)明的目的，以原料形式存在的堿度源不必作為水溶液存在。因此，堿度源可包括例如礦物 燃料燃燒灰分如飛灰、底灰或鍋爐渣，條件是這樣的物質(zhì)用水處理時(shí)提供堿度源。
在一些場(chǎng)所，來(lái)自多種工業(yè)處理的工業(yè)廢流提供了便利的堿度源，而且，在一些實(shí) 施方案中，提供了二價(jià)陽(yáng)離子和/或質(zhì)子去除劑(例如金屬氫氧化物)源。這樣的廢流包 括但不限于采礦廢棄物、礦物燃料燃燒灰分(例如燃燒灰分如飛灰、底灰、鍋爐渣)、爐渣 (例如鐵渣、磷渣)、水泥窯廢物、煉油廠/石化煉油廠廢物(例如油田和甲烷層鹽水)、煤 層廢物(例如氣體產(chǎn)生鹽水和煤層鹽水)、紙?zhí)幚韽U物、水軟化廢鹽水(例如離子交換排放 物)、硅加工廢物、農(nóng)業(yè)廢物、金屬拋光廢物、高PH紡織廢物和堿渣。礦物燃料燃燒灰分、水 泥窯灰塵和爐渣，總稱為金屬氧化物廢物源，在2009年6月17日提交的U. S.專利申請(qǐng)第 12/486692號(hào)中有進(jìn)一步描述，其通過(guò)引用全文結(jié)合到本文中，可用于與包含金屬硅酸鹽的 材料的任何組合，在2009年7月10日提交的U. S.專利申請(qǐng)第12/501217號(hào)中有進(jìn)一步描 述，其也通過(guò)引用而整體結(jié)合到本文中。本文所述的任何一種堿度源可以混合并與實(shí)踐本 發(fā)明的目的相匹配。例如，為了實(shí)踐本發(fā)明的目，包含金屬硅酸鹽的材料(例如蛇紋石、橄 欖石)可與本文所述的任何一種堿度源混合。在一些場(chǎng)所，用于制備本發(fā)明組合物的便利堿度源為水(例如海水水溶液或表面 鹵水)，其可根據(jù)實(shí)踐本發(fā)明的具體地點(diǎn)而變化?？墒褂玫暮线m堿度源包括含有一種或多 種二價(jià)陽(yáng)離子(例如堿土金屬陽(yáng)離子如Ca2+和Mg2+)的溶液。在一些實(shí)施方案中，堿度源 包含二價(jià)陽(yáng)離子，其中二價(jià)陽(yáng)離子包括堿土金屬陽(yáng)離子。在一些實(shí)施方案中，堿土金屬陽(yáng)離 子包括鈣、鎂或其組合。在一些實(shí)施方案中，堿度源包含以在50-50000ppm、50-40000ppm， 50-20000ppm, 100-10000ppm, 200-5000ppm 或 400-1000ppm 范圍內(nèi)的量存在的韓。在一些 實(shí)施方案中，堿度源包含以在 50-40000ppm，50-20000ppm，lOO-lOOOOppm，200_10000ppm、 500-5000ppm或500-2500ppm范圍內(nèi)的量存在的鎂。在一些其中Ca2+和Mg2+兩者都存在的 實(shí)施方案中，堿度源中Ca2+與Mg2+的比率(即Ca2+ Mg2+)在1 1和1 2.5、1 2. 5和 1 5、1 5 禾口 1 10、1 10 禾口 1 25、1 25 禾口 1 50、1 50 禾口 1 100、1 100 禾口 1 150、1 150 禾口 1 200、1 200 禾口 1 250、1 250 禾口 1 500、1 500 禾口 1 1000 之間或其范圍內(nèi)。例如在一些實(shí)施方案中，堿度源中Ca2+與Mg2+的比率在1 1和1 10、 1 5 和 1 25、1 10 禾口 1 50、1 25 禾口 1 100、1 50 禾口 1 500 或者 1 100 和1 1000之間。在一些實(shí)施方案中，堿度源中Mg2+與Ca2+的比率(即Mg2+ Ca2+)在 1 1 禾口 1 2.5、1 2.5 禾口 1 5、1 5 禾口 1 10、1 10 禾口 1 25、1 25 禾口 1 50、 1 50 禾Pl 100、1 100 和 1 150、1 150 和 1 200、1 200 和 1 250、1 250 和1 500、1 500和1 1000之間或其范圍內(nèi)。例如在一些實(shí)施方案中，堿度源中Mg2+ 與 Ca2+的比率在 1 1和 1 10、1 5 和 1 25、1 10 禾口 1 50、1 25 禾口 1 100、 1 50 和 1 500 或者 1 100 和 1 1000 之間。堿度源可包含淡水、微咸水、海水或鹵水(例如天然存在的鹵水或人為鹵水如地 熱電廠廢水、海水淡化廠廢水)及其它具有大于淡水鹽度的鹽水，其中任何一種來(lái)源可為 天然存在的或人為的，并且其中任何一種來(lái)源可包含二價(jià)陽(yáng)離子。微咸水為比淡水較咸，但 是不象海水那樣咸的水。微咸水具有約0.5-約35ppt (千分分?jǐn)?shù))范圍內(nèi)的鹽度。海水為 來(lái)自大海、海洋或任何其它具有在約35-約50ppt范圍內(nèi)鹽度的水的鹽水體的水。鹽水為 用鹽飽和或接近飽和的水。鹽水具有約50ppt或更大的鹽度。在一些實(shí)施方案中，堿度源 為富含礦物質(zhì)(例如富含鈣和/或富含鎂)的淡水源。在一些實(shí)施方案中，堿度源為天然 存在的選自大海、海洋、湖泊、沼澤地、河口、瀉湖、表面鹵水、深層鹵水、堿性湖、內(nèi)海等的鹽水源。在一些實(shí)施方案中，堿度源為表面鹵水。在一些實(shí)施方案中，堿度源為次表層鹵水。 在一些實(shí)施方案中，堿度源為深層鹵水。在一些實(shí)施方案中，堿度源為如在2009年11月 25日提交的標(biāo)題為“利用鹽的方法和系統(tǒng)”的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/264564號(hào)中描述的 Ca-Mg-Na- (K) -Cl、Na- (Ca) -SO4-Cl、Mg-Na- (Ca) -SO4-Cl、Na-CO3-Cl 或 Na-CO3-SO4-Cl 鹵水 或其蒸發(fā)鹽。在一些實(shí)施方案中，堿度源為選自地?zé)犭姀S廢水或海水淡化廠廢水的人為鹵 水。淡水通常為便利的堿度源，其可還包含堿土金屬的二價(jià)陽(yáng)離子例如Ca2+和Mg2+。可 采用多種合適淡水源中的任何一種，包括從相對(duì)不含礦物質(zhì)的淡水源到相對(duì)富含礦物質(zhì)的 淡水源范圍內(nèi)的淡水源。富含礦物質(zhì)的淡水源可為天然存在的，包括多種硬水源中的任何 一種、湖泊(例如堿性湖)或內(nèi)海(例如在土耳其的凡湖)。富含礦物質(zhì)的淡水源也可為人 為的。例如，貧礦物質(zhì)(軟)水可與二價(jià)陽(yáng)離子例如堿土金屬陽(yáng)離子(例如Ca2+、Mg2+等) 源接觸，以產(chǎn)生適用于本文所述的系統(tǒng)與方法的富含礦物質(zhì)的水?？刹捎萌魏伪憷姆桨?(例如加入固體、懸浮液或溶液)，向淡水(或任何其它類型的本文所述的水)中加入鹽、礦 物質(zhì)等，以提供用于本發(fā)明的堿度源。在一些實(shí)施方案中，向淡水中加入選自Ca2+和Mg2+的 二價(jià)陽(yáng)離子，生成含有Ca2+和/或Mg2+的堿度源。在一些實(shí)施方案中，向淡水中加入選自 Na+和K+的一價(jià)陽(yáng)離子，生成含有Na+和/或K+的堿度源。在一些實(shí)施方案中，含有Ca2+的 淡水與包含金屬硅酸鹽、燃燒灰分(例如飛灰、底灰、鍋爐渣)或其產(chǎn)物或處理形式(包括 上述物質(zhì)的組合)混合，得到包含鈣和鎂陽(yáng)離子的堿度源。在一些實(shí)施方案中，堿度源可得自也提供廢氣流的的工廠。例如，在水冷卻工廠例 如海水冷卻的工廠中，已被工廠用于冷卻的水然后可用作產(chǎn)生本發(fā)明組合物(例如包含碳 酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的沉淀物質(zhì))的水。如果需要，水可在進(jìn)入本發(fā)明處 理器或處理器子系統(tǒng)(例如氣_液接觸器、氣-液-固接觸器)之前被冷卻。這樣的方法 例如可與單程冷卻系統(tǒng)一起使用。例如，城市或農(nóng)業(yè)用水供應(yīng)可用作工廠的單程冷卻系統(tǒng)。 然后來(lái)自工廠的水可用于產(chǎn)生本發(fā)明的組合物(例如沉淀物質(zhì))，其中輸出水具有減少的 硬度和更大的純度。用于實(shí)現(xiàn)質(zhì)子去除的質(zhì)子去除劑和方法本發(fā)明的方法包括使堿度源與CO2源接觸，然后使二氧化碳充入的溶液經(jīng)歷適用 于產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽組合物的條件。這樣的條件也可適用 于產(chǎn)生包含可分離沉淀物質(zhì)(例如CaC03、MgCO3)的組合物。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提 供了使堿度源與二氧化碳源接觸，同時(shí)使溶液經(jīng)歷適用于產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者 碳酸鹽與碳酸氫鹽組合物，包括產(chǎn)生包含可分離沉淀物質(zhì)的組合物的條件的方法。不受理 論限制，使堿度源與CO2源接觸導(dǎo)致CO2溶解進(jìn)入堿度源并產(chǎn)生碳酸，即一種與碳酸氫鹽和 碳酸鹽兩者處于平衡狀態(tài)的物質(zhì)。為了產(chǎn)生含有碳酸鹽的可分離沉淀物質(zhì)，自包含堿度源 的溶液中含有的各種物質(zhì)(例如碳酸、碳酸氫鹽、水合氫等)中除去質(zhì)子并溶解CO2以使平 衡移向碳酸鹽。當(dāng)質(zhì)子被除去時(shí)，更多的CO2進(jìn)入溶液中。在一些實(shí)施方案中，使用質(zhì)子去 除劑和/或方法，同時(shí)使堿度源與CO2源接觸以增加在沉淀反應(yīng)中一相的CO2吸收，其中pH 可保持恒定、增加或者甚至降低，隨后迅速除去質(zhì)子(例如通過(guò)加入堿)以引起包含碳酸 鹽沉淀物質(zhì)的快速沉淀。在一些實(shí)施方案中，質(zhì)子去除劑和/或方法被用于控制一種具體 多晶型碳酸鹽的生長(zhǎng)并因此表明包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的最終組合
36物。在一些實(shí)施方案中，質(zhì)子去除劑和/或方法被用于促進(jìn)形成碳酸氫鹽并因此表明包含 碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的最終組合物。通過(guò)任何便利的方法，包括但不限 于使用天然存在的質(zhì)子去除劑、使用微生物和真菌、使用合成的化學(xué)質(zhì)子去除劑、回收人造 廢流和使用電化學(xué)手段，可自各種物質(zhì)(例如碳酸、碳酸氫鹽、水合氫等)中除去質(zhì)子。天然存在的質(zhì)子去除劑包括可于其可產(chǎn)生或具有局部堿性環(huán)境的更廣泛環(huán)境中 發(fā)現(xiàn)的任何質(zhì)子去除劑。一些實(shí)施方案提供天然存在的質(zhì)子去除劑，包括在加入到溶液中 時(shí)產(chǎn)生堿性環(huán)境的礦物質(zhì)。這樣的礦物質(zhì)包括但不限于石灰(CaO)、方鎂石(MgO)、氫氧化 鐵礦物質(zhì)(例如針鐵礦和褐鐵礦)以及火山灰。本文提供用于消化這樣的礦物質(zhì)和包含此 類礦物質(zhì)的巖石的方法。一些實(shí)施方案提供了采用天然存在的水體作為質(zhì)子去除劑源，該 水體包含碳酸鹽、硼酸鹽、硫酸鹽或硝酸鹽堿度或其一些組合。任何堿性商水(例如表面鹵 水、次表層鹵水、深層鹵水等)適合用于本發(fā)明作為堿度源和作為質(zhì)子去除劑源兩者。在一 些實(shí)施方案中，包含碳酸鹽堿度的表面鹵水提供了質(zhì)子去除劑源。在一些實(shí)施方案中，包含 硼酸鹽堿度的表面鹵水提供了質(zhì)子去除劑源。在一些實(shí)施方案中，包含碳酸鹽堿度的表面 鹵水提供了質(zhì)子去除劑源。在一些實(shí)施方案中，包含硼酸鹽堿度的表面鹵水提供了質(zhì)子去 除劑源。在一些實(shí)施方案中，包含碳酸鹽堿度的深層鹵水提供了質(zhì)子去除劑源。在一些實(shí) 施方案中，包含硼酸鹽堿度的深層鹵水提供了質(zhì)子去除劑源。天然堿性水體的實(shí)例包括但 不限于表面水源(例如堿性湖泊如美國(guó)加州的莫諾湖)和地下水源(例如堿性含水層如位 于美國(guó)加州塞爾斯湖的地質(zhì)深層堿性含水層)。其它實(shí)施方案提供了使用來(lái)自干燥堿性水 體例如沿著非洲東非大裂谷的納特龍湖地殼的沉積物。在一些實(shí)施方案中，在其正常代謝 中分泌堿性分子或溶液的生物體被用作質(zhì)子去除劑。這樣生物體的實(shí)例為產(chǎn)生堿性蛋白酶 的真菌(例如具有最佳PH 9的深海真菌焦曲霉)和產(chǎn)生堿性分子的細(xì)菌(例如藍(lán)細(xì)菌如 來(lái)自不列顛哥倫比亞省阿特林濕地的鞘絲藻，其增加光合作用副產(chǎn)物的PH)。在一些實(shí)施 方案中，生物體用于產(chǎn)生質(zhì)子去除劑，其中生物體(例如巴斯德氏芽胞桿菌，其將脲水解為 氨)將污染物(例如脲)代謝以產(chǎn)生質(zhì)子去除劑或包含質(zhì)子去除劑(例如氨、氫氧化銨) 的溶液。在一些實(shí)施方案中，生物體與沉淀反應(yīng)混合物分開(kāi)培養(yǎng)，其中質(zhì)子去除劑或包含質(zhì) 子去除劑的溶液被用于加入到沉淀反應(yīng)混合物中。在一些實(shí)施方案中，天然存在或制備的 酶與質(zhì)子去除劑組合使用以引起形成包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合 物(例如沉淀物質(zhì))。碳酸酐酶，其為由植物和動(dòng)物產(chǎn)生的酶，加速碳酸在水溶液中轉(zhuǎn)化為 碳酸氫鹽。因此，如在2009年10月19日提交的標(biāo)題為“處理工業(yè)廢氣的方法和系統(tǒng)”的 U. S.臨時(shí)申請(qǐng)第61/252929中進(jìn)一步描述的那樣，碳酸酐酶可用于增強(qiáng)CO2溶解和加速形 成包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物(例如沉淀物質(zhì))。用于實(shí)現(xiàn)質(zhì)子去除的化學(xué)試劑通常指以大量制備和可市售得到的合成化學(xué)試劑。 例如，用于去除質(zhì)子的化學(xué)試劑包括但不限于氫氧化物、有機(jī)堿、超強(qiáng)堿、氧化物、氨和碳酸 鹽。氫氧化物包括在溶液中提供氫氧根陰離子的化學(xué)物質(zhì)，包括例如氫氧化鈉(NaOH)、氫氧 化鉀(KOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2)或氫氧化鎂(Mg (OH) 2)。有機(jī)堿為通常為含氮堿的含碳分 子，包括伯胺例如甲胺、仲胺例如二異丙胺、叔胺例如二異丙基乙胺、芳胺例如苯胺、雜芳胺 例如吡啶、咪唑和苯并咪唑及其各種形式。在一些實(shí)施方案中，選自吡啶、甲胺、咪唑、苯并 咪唑、組胺和磷腈的有機(jī)堿被用于自形成包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的 組合物(例如沉淀物質(zhì))的各種物質(zhì)(例如碳酸、碳酸氫鹽、水合氫等)中除去質(zhì)子。在一些實(shí)施方案中，氨用于升高PH至足以自二價(jià)陽(yáng)離子溶液和工業(yè)廢流中形成包含碳酸鹽、碳 酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合物(例如沉淀物質(zhì))的水平。適合用作質(zhì)子去除劑的 超強(qiáng)堿包括乙醇鈉、氨基鈉(NaNH2)、氫化鈉(NaH)、丁基鋰、二異丙基氨基化鋰、二乙基氨基 化鋰和雙(三甲基甲硅烷基)氨基化鋰。氧化物包括例如氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧 化鍶(SrO)、氧化鈹(BeO)和氧化鋇(BaO)也是可使用的合適的質(zhì)子去除劑。用于本發(fā)明的 碳酸鹽包括但不限于碳酸鈉。除了包含目標(biāo)陽(yáng)離子和其它合適的金屬形式以外，來(lái)自多種工業(yè)制備方法的廢流 可提供質(zhì)子去除劑。這樣的廢流包括但不限于采礦廢棄物、礦物燃料燃燒灰分(例如燃燒 灰分如飛灰、底灰、鍋爐渣)、爐渣(例如鐵渣、磷渣)、水泥窯廢物、煉油廠/石化煉油廠廢 物(例如油田和甲烷層鹽水)、煤層廢物(例如氣體產(chǎn)生鹵水和煤層鹵水)、紙?zhí)幚韽U物、水 軟化廢鹵水(例如離子交換排放物)、硅加工廢物、農(nóng)業(yè)廢物、金屬拋光廢物、高PH紡織廢 物和堿渣。采礦廢物包括來(lái)自金屬或另一種來(lái)自地球的貴重或有用礦物質(zhì)提取的任何廢 物。在一些實(shí)施方案中，來(lái)自采礦的廢物可用于調(diào)節(jié)PH，其中廢物選自來(lái)自拜耳鋁提取方 法的赤泥、自海水提取鎂的廢物(例如于美國(guó)加州莫斯蘭丁發(fā)現(xiàn)的Mg(OH)2)；和來(lái)自采礦 工藝過(guò)程包括浸取的廢物。例如，赤泥可如在2009年3月18日提交的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng) 第61/161369號(hào)中所述用于調(diào)節(jié)pH，其通過(guò)引用全文結(jié)合到本文中。礦物燃料燃燒灰分、水 泥窯粉塵和爐渣，統(tǒng)稱為金屬氧化物廢物源，在2009年6月17日提交的U. S.專利申請(qǐng)第 12/486692號(hào)中有進(jìn)一步描述，其公開(kāi)內(nèi)容全文結(jié)合到本文中，可單獨(dú)或與其它質(zhì)子去除劑 組合使用以提供用于本發(fā)明的質(zhì)子去除劑。農(nóng)業(yè)廢物，或者通過(guò)動(dòng)物廢物或者過(guò)量使用肥 料，可包含氫氧化鉀(KOH)或氨(NH3)或兩者。因此，農(nóng)業(yè)廢物可在本發(fā)明的一些實(shí)施方案 中用作質(zhì)子去除劑。該農(nóng)業(yè)廢物通常被收集在池中，但是其也可下滲到其中可進(jìn)入和使用 的蓄水層中。電化學(xué)方法是自溶液的各種物質(zhì)中除去質(zhì)子的另一種方法，無(wú)論是通過(guò)自溶質(zhì) (例如碳酸或碳酸氫鹽的去質(zhì)子作用)還是自溶劑(例如水合氫或水的去質(zhì)子作用)除去 質(zhì)子。例如，如果自CO2溶解產(chǎn)生的質(zhì)子相當(dāng)于或超過(guò)自溶質(zhì)分子去除的電化學(xué)質(zhì)子，則溶 劑去質(zhì)子作用可發(fā)生。在一些實(shí)施方案中，低電壓電化學(xué)方法用于去除質(zhì)子，例如，當(dāng)0)2與 堿度源接觸并溶解于堿度源時(shí)。在一些實(shí)施方案中，用低電壓電化學(xué)方法處理溶解于不包 含堿度源的水溶液中的CO2,以從由CO2溶解生成的碳酸、碳酸氫鹽、水合氫或任何物質(zhì)或其 組合除去質(zhì)子。低電壓電化學(xué)方法在2、1.9、1.8、1.7或1.6V或更少，例如1.5、1.4、1.3、 1. 2,1. IV或更少，例如IV或更少，例如0. 9V或更少，0. 8V或更少，0. 7V或更少，0. 6V或更 少，0. 5V或更少，0. 4V或更少，0. 3V或更少，0. 2V或更少或者0. IV或更少的平均電壓下操 作。不產(chǎn)生氯氣的低電壓電化學(xué)方法對(duì)于用于本發(fā)明的系統(tǒng)和方法是便利的。除去質(zhì)子不 產(chǎn)生氧氣的低電壓電化學(xué)方法對(duì)于用于本發(fā)明的系統(tǒng)和方法也是便利的。在一些實(shí)施方案 中，低電壓方法在陽(yáng)極不產(chǎn)生任何氣體。在一些實(shí)施方案中，低電壓電化學(xué)方法在陰極產(chǎn)生 氫氣并將其輸送至陽(yáng)極，在那里氫氣被轉(zhuǎn)化為質(zhì)子。不產(chǎn)生氫氣的電化學(xué)方法也可以是便 利的。在一些情況下，去除質(zhì)子的電化學(xué)方法不產(chǎn)生任何氣態(tài)副產(chǎn)物。用于實(shí)現(xiàn)質(zhì)子去除的 電化學(xué)方法在2008年12月24日提交的U. S.專利申請(qǐng)第12/344019號(hào)、2008年12月23 日提交的U. S.專利申請(qǐng)第12/375632號(hào)、2008年12月23日提交的國(guó)際專利申請(qǐng)第 / US08/088242號(hào)、2009年1月28日提交的國(guó)際專利申請(qǐng)第PCT/US09/32301號(hào)和2009年6月24日提交的國(guó)際專利申請(qǐng)第PCT/US09/48511號(hào)中有進(jìn)一步描述，這些專利申請(qǐng)各自通 過(guò)引用而整體結(jié)合到本文中或者，電化學(xué)方法可用于通過(guò)例如氯堿方法(chlor-alkali process)或其改進(jìn)方 法制備苛性分子(例如氫氧化物)。電極(即陰極和陽(yáng)極)可存在于包含堿度源或CO2充 入的溶液的裝置中，并且選擇性屏障例如膜可分隔電極。用于除去質(zhì)子的電化學(xué)系統(tǒng)和方 法可產(chǎn)生副產(chǎn)物(例如氫氣)，其可被收集并用于其它目的?？捎糜诒景l(fā)明系統(tǒng)和方法的另 外的電化學(xué)方法包括但不限于在2008年7月16日提交的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/081299 號(hào)和2008年8月25日提交的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/091729號(hào)中描述的那些，其公開(kāi)內(nèi) 容通過(guò)引用結(jié)合到本文中?？刹捎靡陨咸峒皝?lái)源的質(zhì)子去除劑和方法的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)子的 去除。組合物如以上描述的本發(fā)明組合物可被進(jìn)一步處理以產(chǎn)生包含沉淀物質(zhì)的組合物，其可 包含由共沉淀產(chǎn)生的幾種碳酸鹽和/或幾種碳酸鹽礦物相。例如，沉淀物質(zhì)可包含與碳酸 鎂(例如水碳鎂石)一起的碳酸鈣(例如方解石)。沉淀物質(zhì)也可包含以單一礦物相存在的 單一碳酸鹽，包括但不限于碳酸鈣(例如方解石)、碳酸鎂(例如水碳鎂石)、碳酸鎂鈣(例 如白云石)或亞鐵-碳-硅鋁酸鹽。因?yàn)椴煌奶妓猁}可按順序沉淀，沉淀物質(zhì)可根據(jù)其 被得到的條件而相對(duì)富含(例如90% -95% )或基本上富含(例如95% -99. 9% ) 一種碳 酸鹽和/或一種礦物相，或者沉淀物質(zhì)可包含一定量的其它碳酸鹽和/或其它礦物相(或 多個(gè)相)，其中所期望的礦物相為50-90%的沉淀物質(zhì)。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在一些實(shí)施方案中，沉淀 物質(zhì)除碳酸鹽以外可包含一種或多種氫氧化物(例如Ca (OH) 2、Mg (OH)2)。也應(yīng)認(rèn)識(shí)到存在 于沉淀物質(zhì)中的任何碳酸鹽或氫氧化物可為全部或部分無(wú)定形的。在一些實(shí)施方案中，碳 酸鹽和/或氫氧化物為全部無(wú)定形的。盡管由于起始物質(zhì)的可變性使許多不同的含碳鹽和化合物是可能的，包含 碳酸鎂、碳酸鈣或其組合的沉淀物質(zhì)是尤其有用的。在一些實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì) 包含白云石(CaMg (CO3) 2)、原白云石、碳酸鈣鎂石(CaMg3 (CO3) 4)和/或水碳鎂鈣石 (Ca2Mg11(CO3)13 ·Η20)，其為包含鈣和鎂兩者的碳酸鹽礦物。在一些實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì)包 含以一個(gè)或多個(gè)選自方解石、文石、六方碳酸鈣或其組合的相存在的碳酸鈣。在一些實(shí)施方 案中，沉淀物質(zhì)包含選自六水碳鈣石(CaCO3 ·6Η20)、無(wú)定形碳酸鈣(CaCO3 · IiH2O)、單水方解 石(CaCO3 ·Η20)或其組合的水合形式碳酸鈣。在一些實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì)包含碳酸鎂，其 中碳酸鎂不具有水合水。在一些實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì)包含碳酸鎂，其中碳酸鎂可具有選自 1、2、3、4或多于4個(gè)水合水的多種不同水合水中的任何一種。在一些實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì) 包含1、2、3、4或多于4個(gè)不同的碳酸鎂相，其中碳酸鎂相在水合水?dāng)?shù)目方面不同。例如，沉 淀物質(zhì)可包含菱苦土(MgCO3)、二菱鎂礦(MgCO3 · 2Η20)、三水菱鎂礦(MgCO3 · 3Η20)、多水菱 鎂礦(MgCO3 ·5Η20)和無(wú)定形碳酸鎂。在一些實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì)包含含有氫氧化物和水 合水的碳酸鎂例如纖菱鎂礦(MgCO3 · Mg(OH)2 · 3Η20)、水菱鎂礦(Mg5(CO3)4(OH)2 · 3Η20)或 其組合。因此，沉淀物質(zhì)可包含以本文列出的多種水合狀態(tài)中的全部或一些狀態(tài)存在的鈣、 鎂或其組合的碳酸鹽。沉淀速率也可影響沉淀物質(zhì)的性質(zhì)，并且通過(guò)用需要的相將溶液加 晶種達(dá)到最快速的沉淀速率。不加晶種，快速沉淀可通過(guò)例如快速增加沉淀反應(yīng)混合物的 PH實(shí)現(xiàn)，這導(dǎo)致更多的無(wú)定形組分。另外，PH越高，沉淀越快速，該沉淀導(dǎo)致更多的無(wú)定形
39沉淀物質(zhì)。在沉淀期間調(diào)節(jié)主要離子的比率可影響沉淀物質(zhì)的性質(zhì)。主要離子比率對(duì)無(wú)定 形形成具有很大影響。例如，當(dāng)處理器組合物中的鎂鈣比率增加時(shí)，文石超過(guò)低鎂方解 石成為沉淀物質(zhì)中的主要無(wú)定形碳酸鈣。在低鎂鈣比率下，低鎂方解石成為主要的無(wú)定 形。在一些其中Ca2+和Mg2+兩者都存在的實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì)中Ca2+與Mg2+的比率(即 Ca2+ Mg2+)在 1 1和 1 2. 5、1 2. 5 和 1 5、1 5 和 1 10、1 10 禾口 1 25、 1 25 和 1 50、1 50 和 1 100、1 100和 1 150、1 150 和 1 200、1 200和 1 250、1 250和1 500、1 500和1 1000之間或其范圍內(nèi)。例如在一些實(shí)施方案 中，沉淀物質(zhì)中Ca2+與Mg2+的比率在1 1和1 10、1 5和1 25、1 10和1 50、 1 25和1 100、1 50和1 500或者1 100和1 1000之間。在一些實(shí)施方案中， 沉淀物質(zhì)中 Mg2+與 Ca2+的比率(即 Mg2+ Ca2+)在 1 1和 1 2. 5、1 2. 5 和 1 5、1 5 和 1 10、1 10 禾口 1 25、1 25 禾口 1 50、1 50 禾口 1 100、1 100 和 1 150、 1 150 和 1 200、1 200 和 1 250、1 250 和 1 500、1 500 和 1 1000 之間 或其范圍內(nèi)。例如在一些實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì)中Mg2+與Ca2+的比率在1 1和1 10、 1 5 禾口 1 25、1 10 禾口 1 50、1 25 禾口 1 100、1 50 禾口 1 500 或者 1 100 和 1 1000 之間。當(dāng)本發(fā)明的組合物至少部分地來(lái)源于堿度源時(shí)，組合物可包含一種或多種另外的 表示堿度源的產(chǎn)物、共產(chǎn)物或其混合物。例如，如果堿度源為海水，那么一種或多種另外的 產(chǎn)物、共產(chǎn)物或其混合物可包含氯化物、鈉、硫、鉀、溴化物、硅、鍶等。任何這樣的標(biāo)記物通 常以小的濃度存在，例如少于20000ppm，包括少于lOOOOppm，例如少于5000ppm，例如少于 2000ppm或者少于lOOOppm。在一些實(shí)施方案中，標(biāo)記物為鍶。在包含沉淀物質(zhì)例如CaCO3 的組合物例如文石中，可以IOOOOppm或者更少的濃度向文石晶格中加入鍶。在一些實(shí)施 方案中，沉淀物質(zhì)可包含以在3-10000ppm范圍內(nèi)，例如5-5000ppm，包括5-1000ppm，例如 5-500ppm或5-100ppm的濃度存在的鍶。除了包含鈣和/或鎂的組合物以外，本發(fā)明的組合物可還包含硅、鋁、鐵等。這樣 的組合物可以本發(fā)明的系統(tǒng)和方法由處理可得到的原料被動(dòng)產(chǎn)生；然而，在其它的實(shí)施方 案中，這樣的組合物可通過(guò)有意地加入助劑物質(zhì)制備。這樣的組合物(即還包含例如硅、 鋁、鐵等的本發(fā)明組合物)可能需要改變包含組合物的水泥反應(yīng)性，或者改變由它們制備 的固化水泥與混凝土的性質(zhì)。例如，包含金屬硅酸鹽的物質(zhì)(例如蛇紋石、橄欖石等)可按 照本發(fā)明進(jìn)行處理，以產(chǎn)生包含例如無(wú)定形二氧化硅、無(wú)定形硅鋁酸鹽、結(jié)晶二氧化硅、硅 酸鈣、鈣氧化鋁硅酸鹽等的沉淀物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合物包含以在1 1 和 1 1.5、1 1.5 禾口 1 2、1 2 禾口 1 2. 5、1 2. 5 禾口 1 3、1 3 禾口 1 3. 5、1 3.5 和 1 4、1 4 禾口 1 4. 5、1 4. 5 禾口 1 5、1 5 禾口 1 7. 5、1 7. 5 禾口 1 10、1 10 和1 15、1 15和1 20之間或其范圍內(nèi)的碳酸鹽二氧化硅比率存在的碳酸鹽(例 如碳酸鈣、碳酸鎂)和二氧化硅。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合物包含以在1 1和 1 5、1 5和1 10或者1 5和1 20之間的碳酸鹽二氧化硅比率存在的碳酸鹽 與二氧化硅。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合物包含以在1 1和1 1.5、1 1.5和 1 2、1 2 禾口 1 2. 5、1 2. 5 禾口 1 3、1 3 禾口 1 3. 5、1 3. 5 禾口 1 4、1 4 和 1 4. 5,1 4. 5 和 1 5、1 5 和 1 7. 5、1 7. 5 和 1 10、1 10 禾口 1 15、1 15和1 20之間或其范圍內(nèi)的二氧化硅碳酸鹽比率存在的二氧化硅和碳酸鹽(例如碳酸 鈣、碳酸鎂)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合物包含以在1 1和1 5、1 5和1 10 或者1 5和1 20之間的二氧化硅碳酸鹽比率存在的二氧化硅和碳酸鹽。因此，本發(fā) 明的組合物可包含基于硅的物質(zhì)和至少一個(gè)碳酸鹽相。對(duì)于沉淀物質(zhì)，反應(yīng)速率越快速，可 以向沉淀物質(zhì)中加入越多基于硅的物質(zhì)(例如二氧化硅)，只要在反應(yīng)混合物中存在基于 硅的物質(zhì)(即只要在消化包含金屬硅酸鹽的物質(zhì)后未除去二氧化硅)。包含衍生自工業(yè)來(lái)源二氧化碳的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組合 物(例如包含CaCO3和/或MgCO3的沉淀物質(zhì))可包含礦物燃料(例如煤、油料、天然氣等) 的相對(duì)碳同位素組成(S13C),二氧化碳(來(lái)自礦物燃料燃燒)源自該礦物燃料。用％。單位 (每千(per mille))表示的相對(duì)碳同位素組成(S13C)值為碳的兩種穩(wěn)定同位素即12C與 13C的濃度相對(duì)于變成化石的箭石標(biāo)準(zhǔn)(PDB標(biāo)準(zhǔn))的比率的量度。δ 13c%0= [(13c/12c 樣品-13c/12cPDB 標(biāo)準(zhǔn))/(13C/12CPDB 標(biāo)準(zhǔn))]XlOOO因此，用于本發(fā)明組合物的δ 13C值用作二氧化碳?xì)怏w源的足跡。δ 13C值可在來(lái) 源與來(lái)源(即礦物燃料來(lái)源)之間變化，但是對(duì)于本發(fā)明組合物的S13C值通常，但是不一 定必須，在-9%。至-35%。范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，對(duì)于本發(fā)明組合物的S13C值在-1%。 和-50%。之間，在-5%。和_40%。之間，在-5%。和_35%。之間，在_7%。和_40%。之間，在_7%0 和-35%。之間，在_9%。和_40%。之間或者在_9%。和-35%。之間。在一些實(shí)施方案中，對(duì)于本 發(fā)明組合物的S 13C值為少于(即比以下更負(fù)的)-3%。、-5%。、-6%。、-7%。、-8%。、-9%。、-10%0 、_11%0、_12%0、_13%0、_14%0、_15%0、_16%0、_17%0、_18%0、_19%0、_20%0、_21%0、_22%0、_23%0、_24%0、 _25%0、_26%0、_27%0、_28%0、_29%0、_30%0、_31%0、_32%0、_33%0、_34%0、_35%0、_36%0、_37%0、 -38%。、-39%。、-40%。、-41%。、-42%。、-43%。、_44%。或者-45%。，其中 δ 13C 值越負(fù)，包含合成碳 酸鹽的組合物的12C越豐富。任何合適的方法可用于測(cè)量δ 13C值，包括但不限于質(zhì)譜和離 車由禾只分月空輸出光譜(off-axis integrated-cavity outputspectroscopy)(離車由 I COS)。沉淀物質(zhì)可以儲(chǔ)存穩(wěn)定的形式(其可簡(jiǎn)單地為空氣干燥的沉淀物質(zhì))存在，并且 可在暴露的條件下儲(chǔ)存于地上(即對(duì)大氣開(kāi)放)而在延長(zhǎng)的時(shí)間期間沒(méi)有顯著的降解，如 果有的話。在一些實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì)可在暴露的條件下穩(wěn)定1年或者更長(zhǎng)，5年或者更 長(zhǎng)，10年或者更長(zhǎng)，25年或者更長(zhǎng)，50年或者更長(zhǎng)，100年或者更長(zhǎng)，250年或者更長(zhǎng)，1000 年或者更長(zhǎng)，10000年或者更長(zhǎng)，1000000年或者更長(zhǎng)，或者甚至100000000年或者更長(zhǎng)。沉 淀物質(zhì)的儲(chǔ)存穩(wěn)定形式可以在多種不同的環(huán)境條件例如-100°C至600°C范圍內(nèi)的溫度和 0-100%范圍內(nèi)的濕度下穩(wěn)定，其中條件可以是風(fēng)平浪靜、狂風(fēng)或者暴風(fēng)雨。因?yàn)楫?dāng)在正常 雨水PH下儲(chǔ)存于地上時(shí)，沉淀物質(zhì)的儲(chǔ)存穩(wěn)定形式經(jīng)歷很少降解，如果有的話，當(dāng)測(cè)量自 產(chǎn)物釋放的CO2氣體時(shí)，降解的量，如果有的話，每年不超過(guò)5%，并且在某些實(shí)施方案中，每 年將不超過(guò)1%。實(shí)際上，當(dāng)暴露于正常條件的溫度和濕度時(shí)，包括正常PH的降雨至少1、 2、5、10或20年，或者多于20年，例如多于100年時(shí)，由本發(fā)明提供的沉淀物質(zhì)釋放不多于 其總CO2的1%、5%或者10%。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)暴露于正常條件的溫度和濕度時(shí)，包 括正常PH的降雨至少1年，沉淀物質(zhì)釋放不多于其總CO2的1%。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)暴 露于正常條件的溫度和濕度時(shí)，包括正常PH的降雨至少1年，沉淀物質(zhì)釋放不多于其總CO2 的5%。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)暴露于正常條件的溫度和濕度時(shí)，包括正常pH的降雨至少1 年，沉淀物質(zhì)釋放不多于其總CO2的10%。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)暴露于正常條件的溫度和
41濕度時(shí)，包括正常PH的降雨至少10年，沉淀物質(zhì)釋放不多于其總CO2的1%。在一些實(shí)施 方案中，當(dāng)暴露于正常條件的溫度和濕度時(shí)，包括正常PH的降雨至少100年，沉淀物質(zhì)釋放 不多于其總CO2的1%。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)暴露于正常條件的溫度和濕度時(shí)，包括正常 PH的降雨至少1000年，沉淀物質(zhì)釋放不多于其總CO2的1%?？墒褂媚苓m當(dāng)預(yù)測(cè)這樣穩(wěn)定性的任何合適的替代標(biāo)記物或試驗(yàn)。例如，包括升高 溫度條件和/或適度至更極端PH條件的加速試驗(yàn)可適當(dāng)?shù)乇砻鹘?jīng)延長(zhǎng)時(shí)間段的穩(wěn)定性。例 如，根據(jù)預(yù)定用途和沉淀物質(zhì)的環(huán)境，可將沉淀物質(zhì)樣品在10% -50%之間的相對(duì)濕度下 暴露于50、75、90、100、120或150°C持續(xù)1、2、5、25、50、100、200或者500天，并且其碳的減 少少于1%、2%、3%、4%、5%、10%、20 %、30 %或者50 %，可認(rèn)為是本發(fā)明的沉淀物質(zhì)在 給定的時(shí)期(例如1、10、100、1000或者多于1000年)保持穩(wěn)定性的充分證據(jù)。多種合適方法中的任何一種可用于試驗(yàn)沉淀物質(zhì)的穩(wěn)定性，包括物理試驗(yàn)方法和 化學(xué)試驗(yàn)方法，其中方法適用于確定沉淀物質(zhì)中的化合物與已知具有以上規(guī)定穩(wěn)定性的天 然存在的化合物(例如石灰石)相似或者相同。沉淀物質(zhì)中的CO2含量可通過(guò)任何合適的 方法監(jiān)測(cè)，一種這樣的非限定性實(shí)例為庫(kù)侖法。合適時(shí)，其它條件可根據(jù)預(yù)想的或者可能的 環(huán)境而調(diào)節(jié)，包括PH、壓力、UV輻射等。應(yīng)認(rèn)識(shí)到可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員合理推斷的表明經(jīng) 所指明時(shí)間段的必要穩(wěn)定性的任何合適的條件。另外，如果公認(rèn)的化學(xué)知識(shí)表明沉淀物質(zhì) 在所指明的時(shí)間段具有必要的穩(wěn)定性，除了實(shí)際測(cè)量以外或者替代實(shí)際測(cè)量，這也可被使 用。例如，可為本發(fā)明沉淀物質(zhì)部分的一些碳酸鹽化合物(例如以給定的多晶型形式存在) 可為地質(zhì)學(xué)上熟知的并且已知經(jīng)得住正常氣候數(shù)十年、數(shù)百年或者甚至數(shù)千年，而沒(méi)有明 顯的分解，并且因此具有必要的穩(wěn)定性。其用于以穩(wěn)定超過(guò)延長(zhǎng)的時(shí)間期間(例如地質(zhì)年代規(guī)模)的形式螯合二氧化碳 的沉淀物質(zhì)可被儲(chǔ)存如以上描述的延長(zhǎng)的時(shí)間期間。沉淀物質(zhì)也可與基于硅的物質(zhì)(例 如來(lái)自包含金屬硅酸鹽的物質(zhì)消化后所分離的基于硅的物質(zhì)；市售可得到的SiO2等)混 合，如果必要的話，得到一定比率的碳酸鹽與二氧化硅，以形成火山灰質(zhì)材料。本發(fā)明的火 山灰質(zhì)材料為含硅或含硅鋁材料，當(dāng)與堿例如氫氧化鈣(Ca(OH)2)混合時(shí)，其通過(guò)形成硅 酸鈣和其它膠凝材料而呈現(xiàn)膠凝特性。包含SiO2的物質(zhì)例如火山灰、飛灰、硅灰、高反應(yīng) 性偏高嶺土及磨碎的粒狀高爐礦渣等可用于增強(qiáng)本發(fā)明的火山灰質(zhì)材料。在一些實(shí)施方 案中，本發(fā)明的火山灰質(zhì)材料用0. 5% -1. 0%Λ. 0% -2. 0%,2. 0% -4. 0%Α. 0% -6. 0%, 6. 0 % -8.0 %,8. 0 % -10. 0 %U0. 0 % -15. 0 %U5. 0 % -20. 0 %,20. 0 % -30. 0 30.0% -40. 0%,40. 0% -50.0%或其重疊范圍內(nèi)的含SiO2材料增強(qiáng)。噴霧干燥的物質(zhì)(例如沉淀物質(zhì)、基于硅的物質(zhì)、火山灰質(zhì)材料等)通過(guò)噴霧干燥 可具有一致的粒度(即噴霧干燥的物質(zhì)可具有相對(duì)窄的粒度分布)。因此，在一些實(shí)施方 案中，至少50%、60%、70%、80%、90%、95%、97%或99%的噴霧干燥物質(zhì)給定的平均粒 徑落在士 10微米、士20微米、士30微米、士40微米、士50微米、士75微米、士 100微米或 士 250微米范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，給定的平均粒徑在5-500微米之間。在一些實(shí)施方 案中，給定的平均粒徑在50-250微米之間。在一些實(shí)施方案中，給定的平均粒徑在100-200 微米之間。例如在一些實(shí)施方案中，至少70%的噴霧干燥物質(zhì)給定的平均粒徑落在士 50微 米范圍內(nèi)，其中給定的平均粒徑在5-500微米之間，例如在50-250微米之間或者在100-200 微米之間。
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通常，火山灰質(zhì)材料具有比普通波特蘭水泥更低的膠凝特性，但是在存在富含石 灰的介質(zhì)象氫氧化鈣時(shí)，其對(duì)較后天強(qiáng)度(>28天)顯示更好的膠凝特性?；鹕交曳磻?yīng)可 比在水泥水合作用期間發(fā)生的其它反應(yīng)更慢，并且因此包含本發(fā)明火山灰質(zhì)材料的混凝土 的短期強(qiáng)度不可能象用純膠凝材料制備的混凝土一樣高。對(duì)該強(qiáng)度表現(xiàn)可接受的機(jī)制是硅 酸鹽與石灰反應(yīng)形成第二膠凝相(具有更低C/S比率的硅酸鈣水合物)，其通常在7天后呈 現(xiàn)逐漸增強(qiáng)的性質(zhì)。強(qiáng)度發(fā)展的程度最終取決于火山灰質(zhì)材料的化學(xué)組成。增加基于硅的 材料的組合物(任選加入二氧化硅和/或氧化鋁)，尤其是無(wú)定形基于硅的材料，通常產(chǎn)生 更好的火山灰反應(yīng)和強(qiáng)度。高反應(yīng)性的火山灰例如硅灰和高反應(yīng)性的偏高嶺土可產(chǎn)生“高 早期強(qiáng)度”混凝土，該混凝土增加包含本發(fā)明沉淀物質(zhì)的混凝土獲得強(qiáng)度的速率。通過(guò)存在磨碎的含硅和/或含硅鋁材料(例如基于硅的材料)，包含硅酸鹽和硅鋁 酸鹽的沉淀物質(zhì)可易于用于水泥和混凝土工業(yè)作為火山灰質(zhì)材料。含硅和/或含硅鋁的沉 淀物質(zhì)可與波特蘭水泥摻混或者作為混凝土混合物中的直接礦物混合物加入。在一些實(shí)施 方案中，火山灰質(zhì)材料包含以其完善所生成水合產(chǎn)物(例如混凝土)的凝結(jié)時(shí)間、硬化和長(zhǎng) 期穩(wěn)定性的比率(如上)存在的鈣和鎂。沉淀物質(zhì)中碳酸鹽的結(jié)晶度、氯化物、硫酸鹽、堿金 屬等的濃度可被控制以與波特蘭水泥更好地相互作用。在一些實(shí)施方案中，沉淀物質(zhì)包含 其中 10-2020-30 30-4040-50 50-6060-70 70-8080-90 90-95%、 95-98%、98-99%、99-99.9%的二氧化硅具有少于45微米粒度(例如在最長(zhǎng)的尺寸)的 二氧化硅。在一些實(shí)施方案中，含硅的沉淀物質(zhì)包含其中10-20%、20-30%、30-40%、 40-5050-6060-7070-8080-9090-9595-9898-9999-99. 9% 的硅 鋁酸鹽(aluminosilica)具有少于45微米粒度(例如在最長(zhǎng)的尺寸)的硅鋁酸鹽。在一 些實(shí)施方案中，含硅的沉淀物質(zhì)包含其中10-20 20-3030-40 40-5050-60%、 60-70 %、70-80 %、80-90 %、90-95 %、95-98 %、98-99 %、99-99. 9 % 的混合物具有少于 45 微米粒度(例如在最大的尺寸)的二氧化硅和硅鋁酸鹽混合物。通過(guò)本文公開(kāi)的方法制備的火山灰質(zhì)材料可用作結(jié)構(gòu)材料，該材料可被處理用作 結(jié)構(gòu)材料或被處理用于建筑物(例如商業(yè)、住宅等)的現(xiàn)存結(jié)構(gòu)材料和/或基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(例 如路面、道路、橋梁、上跨通道、墻壁、提防、水壩等)。結(jié)構(gòu)材料可被加入到任何結(jié)構(gòu)中，還包 括地基、停泊結(jié)構(gòu)、房屋、辦公建筑、商務(wù)辦公、政府建筑物和支撐結(jié)構(gòu)(例如用于門(mén)、圍墻 和莊的底座)的結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是建筑環(huán)境的一部分。結(jié)構(gòu)材料可為這樣結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu) 組件的組分。采用火山灰質(zhì)材料作為結(jié)構(gòu)材料或用于結(jié)構(gòu)材料中的另外益處是在工藝過(guò)程 中使用的CO2 (例如得自廢氣流的CO2)被有效地螯合于建筑環(huán)境中。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的火山灰質(zhì)材料用作水凝水泥(例如普通波特蘭水 泥)的組分，其在與水混合后凝固并硬化。使通過(guò)使沉淀物質(zhì)與水泥和由自水泥與水反應(yīng) 時(shí)形成的水合物產(chǎn)生的水混合產(chǎn)生的產(chǎn)物凝固并硬化，其中水合物基本上不溶于水。這樣 的水凝水泥、用于制備它們的方法和用途在2008年5月23日提交的共同待審的U. S.專 利申請(qǐng)第12/126776號(hào)中描述，該申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合到本文中。在一些實(shí)施方 案中，與水泥摻混的火山灰質(zhì)材料在火山灰質(zhì)材料重量的0. 5%和1. 0%、1. 0%和2. 0%、 2. 0%禾口 4. 0%、4. 0%和 6. 0%、6. 0%和 8. 0%、8. 0%和 10. 0%、10. 0%和 15. 0%U5. 0% 和 20. 0%、20· 0%和 30. 0%、30· 0%和 40. 0%、40· 0%和 50. 0%、50%禾口 60%之間或其范 圍內(nèi)。例如，在一些實(shí)施方案中，與水泥摻混的火山灰質(zhì)材料在火山灰質(zhì)材料重量的0. 5%和 2. 0%、1. 0%和 4. 0%、2. 0%和 8. 0%、4. 0%和 15. 0%、8. 0%和 30. 0%或者 15. 0%和 60. 0%之間。在一些實(shí)施方案中，火山灰質(zhì)材料與其它膠凝材料摻混或者作為混合物或骨料混 合成為水泥。本發(fā)明的灰漿在建筑結(jié)構(gòu)粗料(例如磚)連同填充結(jié)構(gòu)粗料之間空隙方面發(fā) 現(xiàn)具有用途。在其它用途中，本發(fā)明的灰漿也可用于固定現(xiàn)存結(jié)構(gòu)(例如替代其中原始灰 漿已變得危及或侵蝕的部分)。在一些實(shí)施方案中，火山灰質(zhì)材料可用于產(chǎn)生骨料。在一些實(shí)施方案中，骨料通過(guò) 形成(例如壓制)并隨后壓碎自沉淀物質(zhì)產(chǎn)生。在一些實(shí)施方案中，骨料通過(guò)擠出并破碎 所生成的擠出物質(zhì)自沉淀物質(zhì)產(chǎn)生。這樣的骨料、用于制備它們的方法和用途在2009年5 月29日提交的共同待審的U. S.專利申請(qǐng)第12/475378號(hào)中得到描述，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引 用而整體結(jié)合到本文中。
實(shí)施例實(shí)施例I.納米過(guò)濾/反滲透系統(tǒng)A.在該預(yù)示性實(shí)施例中，納米過(guò)濾和反滲透被用于能夠每天處理144000加侖海 水和每天制備2. 88噸沉淀物質(zhì)的系統(tǒng)。系統(tǒng)按照?qǐng)D8裝配以使第一個(gè)納米過(guò)濾單元置于處理器的前部，第二個(gè)納米過(guò)濾 單元置于處理器的后部，和反滲透單元被置于第二個(gè)納米過(guò)濾單元的后部。過(guò)濾含有Ca2+ 和Mg2+的海水以除去顆粒物質(zhì)并提供給包含F(xiàn)ilmTec NF270-400膜的第一個(gè)納米過(guò)濾單 元，以除去或減少結(jié)垢的溶質(zhì)。以IOOgpm的速率流動(dòng)的海水通過(guò)第一個(gè)納米過(guò)濾單元濃縮 為2.6的因數(shù)(75%回收率)并作為截留物質(zhì)以25gpm的速率被傳遞給其中其與CO2充入 的水混合或者直接充入CO2的處理器中。在形成沉淀產(chǎn)物(例如CaC03、MgCO3)后，自處理 器以32gpm的速率流出的流出物被提供給包含F(xiàn)ilmTec NF270-400膜的第二個(gè)納米過(guò)濾單 元。在納米過(guò)濾之前任選加入CO2以減少處理器流出物的pH(例如pH 10. 5)并保持膜壽命 和基值。含有HC03_、Ca2+和Mg2+的處理器流出物隨后在第二個(gè)納米過(guò)濾單元濃縮為2. 7的 因數(shù)(75%回收率)的截留物質(zhì)并以Sgpm的速率再循環(huán)回到處理器，其中其與新鮮濃縮的 海水混合并充入另外的0)2用于另外的處理。伴隨地，包含來(lái)自第二個(gè)納米過(guò)濾裝置的NaCl 的滲透物質(zhì)以24gpm的速率被提供給反滲透單元。包含Dow FilmTec SW30XLE 400i膜的 反滲透單元濃縮納米過(guò)濾單元滲透物質(zhì)為2的因數(shù)(50%回收率)并向電化學(xué)系統(tǒng)(如圖 18中所示)以12gpm的速率提供富含NaCl的截留物質(zhì)。B.在該預(yù)示性實(shí)施例中，納米過(guò)濾和反滲透被用于能夠每天處理144000加侖海 水和每天制備2. 88噸沉淀物質(zhì)的系統(tǒng)。系統(tǒng)按照?qǐng)D11裝配以使納米過(guò)濾單元置于處理器的前部和反滲透單元被置于第 二個(gè)納米過(guò)濾單元的后部。過(guò)濾含有Ca2+和Mg2+的海水以除去顆粒物質(zhì)并以IOOgpm的 速率提供給其中其與CO2充入的水混合或者直接充入CO2的處理器中。在形成沉淀產(chǎn)物 (例如CaC03、MgCO3)后，自處理器以133gpm的速率流出的流出物被提供給包含F(xiàn)ilmTec NF270-400膜的納米過(guò)濾單元。在納米過(guò)濾之前任選加入CO2以減少處理器流出物的pH(例 如pH 10. 5)并保持膜壽命和基值。含有HC03_、Ca2+和Mg2+的處理器流出物隨后在納米過(guò)濾 單元濃縮為2. 7的因數(shù)(75%回收率)的截留物質(zhì)并以33gpm的速率再循環(huán)回到處理器，其中其與新鮮濃縮的海水混合并充入另外的0)2用于另外的處理。伴隨地，包含來(lái)自第二個(gè)納 米過(guò)濾裝置的NaCl的滲透物質(zhì)以IOOgpm的速率被提供給反滲透單元。包含Dow FilmTec SW30XLE 400i膜的反滲透單元濃縮納米過(guò)濾單元滲透物質(zhì)為2的因數(shù)(50%回收率)并向 電化學(xué)系統(tǒng)(如圖18中所示)以50gpm的速率提供富含NaCl的截留物質(zhì)。實(shí)施例II.每天48000加侖速率的納米過(guò)濾/反滲透能夠每天處理48000加侖海水的包含納米過(guò)濾單元和反滲透單元的過(guò)濾系統(tǒng)產(chǎn) 生以下結(jié)果(表1)表1.納米過(guò)濾/反滲透的結(jié)果
45 因此，上述僅僅舉例說(shuō)明了本發(fā)明的原理。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到已經(jīng)閱讀該公開(kāi)的本領(lǐng)域 技術(shù)人員可能目前能夠設(shè)計(jì)多種改變、變化、替換和/或安排，雖然本文并未明確地描述或顯示，但其包括本發(fā)明的原理，并且包括在其精神和范圍內(nèi)。因此，應(yīng)該理解本文所述的本 發(fā)明實(shí)施方案的多種替換可用于實(shí)踐本發(fā)明。此外，本文所述的所有實(shí)施例和條件文字都 主要是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理以及本發(fā)明人對(duì)促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展所提出的概念，并 且認(rèn)為對(duì)這些具體描述的實(shí)施例和條件沒(méi)有限制。此外，本文記載本發(fā)明的原理、方面和 實(shí)施方案及其具體實(shí)施例的所有陳述都將包括其結(jié)構(gòu)和功能等同物。另外，這些等同物將 包括目前已知的等同物和未來(lái)開(kāi)發(fā)的等同物，即開(kāi)發(fā)的不管結(jié)構(gòu)均執(zhí)行相同功能的任何元 件。因此，本發(fā)明的范圍將不限于本文所示和所述的示例性實(shí)施方案。而是本發(fā)明的范圍 和精神由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種方法，所述方法包括a)使溶液與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸以產(chǎn)生CO2 充入的溶液；b)使CO2 充入的溶液經(jīng)歷足以產(chǎn)生組合物的條件，所述組合物包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽；c)處理所述組合物產(chǎn)生濃縮的組合物，其中處理所述組合物包括1)使所述組合物脫水以增加所得濃縮組合物中的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的濃度，并同時(shí)產(chǎn)生上清液，和2)過(guò)濾所述上清液產(chǎn)生濾液流；和d)將至少一部分濾液流提供給電化學(xué)處理，用于產(chǎn)生質(zhì)子去除劑。
2.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a)配置以自工業(yè)來(lái)源的二氧化碳產(chǎn)生組合物的處理器，其中所述組合物包含碳酸鹽、 碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽；b)配置以濃縮所述組合物的處理系統(tǒng)，其中所述處理系統(tǒng)包括1)脫水系統(tǒng)，該脫水系統(tǒng)配置用于濃縮所得濃縮組合物中的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳 酸鹽與碳酸氫鹽，并同時(shí)產(chǎn)生上清液，和2)配置以自上清液產(chǎn)生濾液流的過(guò)濾系統(tǒng)；和c)配置以接收至少一部分濾液流的電化學(xué)系統(tǒng)。
3.一種方法，所述方法包括a)使溶液與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸以產(chǎn)生CO2-充入的溶液；b)使CO2-充入的溶液經(jīng)歷足以產(chǎn)生包含沉淀物質(zhì)的漿狀物的條件，其中所述沉淀物質(zhì) 包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽；c)使上清液與漿狀物分離；和d)使至少一部分上清液再循環(huán)以與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述沉淀物質(zhì)包含堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸 鹽與碳酸氫鹽。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述堿土金屬選自鈣、鎂或者鈣與鎂的組合。
6.權(quán)利要求3-5的方法，其中所述沉淀物質(zhì)還包含鍶。
7.權(quán)利要求3-6的方法，其中所述沉淀物質(zhì)還包含3-10000ppm的鍶。
8.權(quán)利要求3-7的方法，其中所述使上清液與漿狀物分離包括使?jié){狀物脫水以產(chǎn)生脫 水上清液。
9.權(quán)利要求8的方法，其中使?jié){狀物脫水包括初級(jí)脫水和二級(jí)脫水。
10.權(quán)利要求9的方法，其中初級(jí)脫水產(chǎn)生包含5-40%固體的初級(jí)脫水產(chǎn)物和初級(jí)脫 水上清液。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述初級(jí)脫水上清液被提供給用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳 接觸的溶液。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶液包含至少50% 的初級(jí)脫水上清液。
13.權(quán)利要求9的方法，其中二級(jí)脫水產(chǎn)生包含35-99%固體的二級(jí)脫水產(chǎn)物和二級(jí)脫 水上清液。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述二級(jí)脫水上清液被提供給用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳 接觸的溶液。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶液包含至少25% 的二級(jí)脫水上清液。
16.權(quán)利要求8的方法，其中所述用于與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶液包含至少75% 的脫水上清液。
17.權(quán)利要求8的方法，所述方法還包括在包含至少一個(gè)過(guò)濾單元的過(guò)濾系統(tǒng)中過(guò)濾 脫水上清液。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述過(guò)濾單元產(chǎn)生過(guò)濾單元截留物質(zhì)和過(guò)濾單元滲透物質(zhì)。
19.權(quán)利要求17的方法，其中所述過(guò)濾系統(tǒng)包括超濾單元、納米過(guò)濾單元、反滲透單元 或者前述過(guò)濾單元的組合。
20.權(quán)利要求8或19的方法，其中所述脫水上清液在納米過(guò)濾單元中處理產(chǎn)生納米過(guò) 濾截留物質(zhì)和納米過(guò)濾滲透物質(zhì)。
21.權(quán)利要求20的方法，其中至少一部分納米過(guò)濾單元滲透物質(zhì)在電化學(xué)處理中處理 產(chǎn)生質(zhì)子去除劑。
22.權(quán)利要求20的方法，其中所述納米過(guò)濾單元截留物質(zhì)包含濃度比脫水上清液中大 至少50%的堿土金屬。
23.權(quán)利要求8或19的方法，其中所述脫水上清液在反滲透單元中處理產(chǎn)生反滲透截 留物質(zhì)和反滲透滲透物質(zhì)。
24.權(quán)利要求23的方法，其中至少一部分反滲透單元滲透物質(zhì)在電化學(xué)處理中處理產(chǎn) 生質(zhì)子去除劑。
25.權(quán)利要求23的方法，其中所述反滲透單元截留物質(zhì)包含濃度比上清液中大至少 50%的堿土金屬。
26.權(quán)利要求18的方法，其中所述與工業(yè)來(lái)源二氧化碳接觸的溶液包含過(guò)濾單元截留 物質(zhì)。
27.權(quán)利要求18或26的方法，所述方法還包括使至少一部分過(guò)濾單元截留物質(zhì)脫礦物 質(zhì)以產(chǎn)生脫礦物質(zhì)化的過(guò)濾單元截留物質(zhì)，和在電化學(xué)處理中處理脫礦物質(zhì)化的過(guò)濾單元 截留物質(zhì)以產(chǎn)生質(zhì)子去除劑。
28.權(quán)利要求18或26的方法，所述方法還包括使至少一部分過(guò)濾單元截留物質(zhì)脫礦物 質(zhì)和濃縮以產(chǎn)生脫礦物質(zhì)和濃縮的過(guò)濾單元截留物質(zhì)，和在電化學(xué)處理中處理脫礦物質(zhì)和 濃縮的過(guò)濾單元截留物質(zhì)以產(chǎn)生質(zhì)子去除劑。
29.權(quán)利要求3-28的方法，其中當(dāng)與單程處理相比較時(shí)，使上清液再循環(huán)用于與工業(yè) 來(lái)源二氧化碳接觸導(dǎo)致總寄生負(fù)載減少至少4%。
30.權(quán)利要求3-28的方法，其中當(dāng)與單程處理相比較時(shí)，使上清液再循環(huán)用于與工業(yè) 來(lái)源二氧化碳接觸導(dǎo)致總寄生負(fù)載減少至少8%。
31.一種方法，所述方法包括a)使含有堿土金屬的溶液與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸以產(chǎn)生CO2-充入的溶液；b)使CO2-充入的溶液經(jīng)歷足以產(chǎn)生包含沉淀物質(zhì)的漿狀物的條件，其中所述沉淀物質(zhì)包含堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽，并且其中足以產(chǎn)生漿狀物的條 件包括采用來(lái)自天然來(lái)源、來(lái)自工業(yè)廢物來(lái)源、在電化學(xué)處理中產(chǎn)生的或其組合的質(zhì)子去 除劑；c)使上清液與漿狀物分離；d)通過(guò)過(guò)濾系統(tǒng)過(guò)濾上清液產(chǎn)生濾液流；和e)使至少一部分濾液流再循環(huán)，用于與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸或者用于在電化學(xué)處 理中產(chǎn)生質(zhì)子去除劑。
32.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a)配置以自工業(yè)來(lái)源的二氧化碳產(chǎn)生漿狀物的處理器，其中所述漿狀物包含沉淀物 質(zhì)，該沉淀物質(zhì)含有碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽，和b)配置以使上清液與漿狀物分離的處理系統(tǒng)，其中所述處理器與處理系統(tǒng)有效連接， 以便使至少一部分上清液再循環(huán)。
33.權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中所述處理系統(tǒng)包括配置以使上清液與漿狀物分離的脫水 系統(tǒng)。
34.權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其中所述脫水系統(tǒng)配置以產(chǎn)生脫水上清液。
35.權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其中所述脫水系統(tǒng)包括初級(jí)脫水系統(tǒng)和二級(jí)脫水系統(tǒng)。
36.權(quán)利要求35的系統(tǒng)，其中所述初級(jí)脫水系統(tǒng)配置以產(chǎn)生包含5-40%固體的初級(jí)脫 水產(chǎn)物和初級(jí)脫水上清液。
37.權(quán)利要求35的系統(tǒng)，其中所述二級(jí)脫水系統(tǒng)配置以產(chǎn)生包含35-99%固體的二級(jí) 脫水產(chǎn)物和二級(jí)脫水上清液。
38.權(quán)利要求34的系統(tǒng)，其中所述處理系統(tǒng)還包括用于過(guò)濾脫水上清液的過(guò)濾系統(tǒng)， 其中所述過(guò)濾系統(tǒng)包括至少一個(gè)過(guò)濾單元。
39.權(quán)利要求38的系統(tǒng)，其中所述脫水系統(tǒng)配置以向過(guò)濾系統(tǒng)提供脫水上清液。
40.權(quán)利要求38的系統(tǒng)，其中所述過(guò)濾單元配置以產(chǎn)生過(guò)濾單元截留物質(zhì)和過(guò)濾單元 滲透物質(zhì)。
41.權(quán)利要求38或39的系統(tǒng)，其中所述過(guò)濾系統(tǒng)包括超濾單元、納米過(guò)濾單元、反滲透 單元或者前述過(guò)濾單元的組合。
42.權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中所述脫水系統(tǒng)配置以向納米過(guò)濾單元提供脫水上清液。
43.權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其中所述納米過(guò)濾單元配置以產(chǎn)生納米過(guò)濾單元截留物質(zhì)， 該截留物質(zhì)包含濃度比脫水上清液大至少50%的堿土金屬。
44.權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中所述脫水系統(tǒng)配置以向反滲透單元提供脫水上清液。
45.權(quán)利要求44的系統(tǒng)，其中所述反滲透單元配置以產(chǎn)生反滲透單元截留物質(zhì)，該截 留物質(zhì)包含濃度比脫水上清液中大至少50%的堿土金屬。
46.權(quán)利要求32-45的系統(tǒng)，其中所述處理器包含選自氣-液接觸器和氣-液-固接觸 器的接觸器。
47.權(quán)利要求46的系統(tǒng)，其中所述接觸器為多級(jí)接觸器。
48.權(quán)利要求46或47的系統(tǒng)，其中所述接觸器配置以利用由過(guò)濾單元提供的過(guò)濾單元 截留物質(zhì)。
49.權(quán)利要求48的系統(tǒng)，其中所述接觸器還配置用于利用補(bǔ)充水。
50.權(quán)利要求38-49的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括配置以產(chǎn)生質(zhì)子去除劑的電化學(xué)系統(tǒng)。
51.權(quán)利要求50的系統(tǒng)，其中所述電化學(xué)系統(tǒng)配置以產(chǎn)生氫氧化物、碳酸氫鹽、碳酸鹽 或其組合。
52.權(quán)利要求50或51的系統(tǒng)，其中所述電化學(xué)系統(tǒng)配置以利用來(lái)自至少一個(gè)過(guò)濾單元 的過(guò)濾單元滲透物質(zhì)。
53.權(quán)利要求50或51的系統(tǒng)，其中所述電化學(xué)系統(tǒng)配置以利用來(lái)自至少一個(gè)過(guò)濾單元 的過(guò)濾單元截留物質(zhì)。
54.權(quán)利要求52或53的系統(tǒng)，其中所述過(guò)濾單元為納米過(guò)濾單元。
55.權(quán)利要求52或53的系統(tǒng)，其中所述過(guò)濾單元為反滲透單元。
56.權(quán)利要求52的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括用于使過(guò)濾單元滲透物質(zhì)脫礦物質(zhì)的脫礦物 質(zhì)單元。
57.權(quán)利要求53的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括用于使過(guò)濾單元截留物質(zhì)脫礦物質(zhì)的脫礦物質(zhì)單元。
58.權(quán)利要求56或57的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括有效連接至脫礦物質(zhì)單元的濃縮單元。
59.權(quán)利要求32-58的系統(tǒng)，其中當(dāng)與配置用于單程處理的系統(tǒng)相比較時(shí)，所述系統(tǒng)提 供了至少4%的總寄生負(fù)載減少。
60.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a)處理器，該處理器配置用于使含有堿土金屬的溶液與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸，和 用于產(chǎn)生包含沉淀物質(zhì)的漿狀物，其中所述沉淀物質(zhì)包含堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽或 者碳酸鹽與碳酸氫鹽，并且其中所述處理器還配置用于利用來(lái)自天然來(lái)源、來(lái)自工業(yè)廢物 來(lái)源、在電化學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生的或其任何組合的質(zhì)子去除劑；b)配置以使上清液與漿狀物分離的脫水系統(tǒng)；和c)配置以過(guò)濾上清液并產(chǎn)生濾液流的過(guò)濾系統(tǒng)，其中所述處理器、脫水系統(tǒng)和過(guò)濾系 統(tǒng)有效連接以使至少一部分濾液流再循環(huán)。
61.權(quán)利要求60的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括配置以產(chǎn)生質(zhì)子去除劑的電化學(xué)系統(tǒng)。
62.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中所述處理器、脫水系統(tǒng)、過(guò)濾單元和電化學(xué)系統(tǒng)有效連 接，以便使至少一部分上清液再循環(huán)。
63.一種方法，所述方法包括a)使溶液與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸以產(chǎn)生CO2-充入的溶液；b)使CO2-充入的溶液經(jīng)歷足以產(chǎn)生包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的組 合物的條件；c)處理所述組合物，產(chǎn)生上清液；和d)向電化學(xué)處理提供至少一部分上清液用于產(chǎn)生質(zhì)子去除劑，其中電化學(xué)處理在陽(yáng)極 產(chǎn)生氯氣、在陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣或者在陽(yáng)極不產(chǎn)生氣體。
64.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a)配置以自工業(yè)來(lái)源的二氧化碳產(chǎn)生組合物的處理器，其中所述組合物包含碳酸鹽、 碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽；b)配置以自組合物產(chǎn)生上清液的處理系統(tǒng)；和c)包含陽(yáng)極的電化學(xué)系統(tǒng)，其中所述電化學(xué)系統(tǒng)配置以自至少一部分上清液產(chǎn)生質(zhì)子去除劑，并且其中所述電化學(xué)系統(tǒng)配置以在陽(yáng)極產(chǎn)生氯氣、在陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣或者在陽(yáng)極不 產(chǎn)生氣體。
全文摘要
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了包括以下步驟的方法a)使溶液與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸以產(chǎn)生CO2-充入的溶液；b)使CO2-充入的溶液經(jīng)歷足以產(chǎn)生組合物的條件，其中所述組合物包含碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽；c)將上清液與組合物分離；和d)使至少一部分上清液再循環(huán)以與工業(yè)來(lái)源的二氧化碳接觸。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a)配置以自工業(yè)來(lái)源的二氧化碳產(chǎn)生組合物的處理器，其中所述組合物包含含有碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽與碳酸氫鹽的沉淀物質(zhì)，以及配置以將上清液與組合物分離的處理系統(tǒng)，其中處理器和處理系統(tǒng)有效連接，以便使至少一部分上清液再循環(huán)。
文檔編號(hào)C01B31/24GK101896425SQ200980101411
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者B·R·康斯坦茨, K·發(fā)薩德, M·弗南德滋, M·科斯托維斯基, R·J·吉烈姆, S·奧梅龍, V·德克 申請(qǐng)人:卡勒拉公司