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WO2022268789A1 - Karbonatisierungsverfahren und karbonatisierungsmischung - Google Patents

Karbonatisierungsverfahren und karbonatisierungsmischung Download PDF

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WO2022268789A1
WO2022268789A1 PCT/EP2022/066844 EP2022066844W WO2022268789A1 WO 2022268789 A1 WO2022268789 A1 WO 2022268789A1 EP 2022066844 W EP2022066844 W EP 2022066844W WO 2022268789 A1 WO2022268789 A1 WO 2022268789A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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carbonation
carbon dioxide
nucleating agent
reaction
mixture
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2022/066844
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann Wotruba
Dario KREMER
Christian DERTMANN
Simon ETZOLD
Bernd Friedrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Original Assignee
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a carbonation process and a carbonation mixture, which can be used, for example, in sequestering carbon dioxide (CO2).
  • the present invention relates in particular to a method and a mixture which make it possible to improve the reaction conversion of the carbonation reaction, for example in the context of carbon dioxide sequestration.
  • the sequestration of carbon dioxide is a method known per se to remove carbon dioxide from the atmosphere and chemically bind it securely.
  • US 2015/0044757 A1 describes methods and systems for capturing and storing carbon dioxide, comprising: mixing materials containing magnesium or calcium with one or more acids and chelating agents to form a magnesium- or calcium-rich solvent; using the organic acids derived from biogenic wastes as acids or chelating agents; generating carbonate ions by reacting a gas containing carbon dioxide with a carbonic anhydrase biocatalyst; reacting the solvent with the carbonate ions to form magnesium or calcium carbonates; recycling a solution containing the biocatalyst after the formation of magnesium or calcium carbonates for reuse in the generating step; Using the magnesium and calcium carbonates as carbon neutral packing materials and using the silica product as green packing materials or low cost absorbents.
  • WO 2012/068639 A1 describes a method for extracting an alkali metal and/or an alkaline earth metal from a mineral containing an alkali metal and/or an alkaline earth metal, or a rock containing the mineral, the method involving contacting the mineral with an aqueous Composition containing formic acid.
  • a method can be carried out in the sequestration of carbon dioxide. It is pointed out that a passivation layer can form on the rock.
  • the document US 7,722,842 B2 describes a method for mineral sequestration of noxious gases resulting from the combustion of carbon-based fuels such as carbon and sulfur dioxides, the provision of a particulate magnesium-containing mineral and exposing the magnesium-containing mineral to a weak acid to magnesium from the mineral to dissolve and form a magnesium-containing solution.
  • the surface of the particulate magnesium-bearing mineral is physically activated to expose and dissolve additional magnesium in solution.
  • grinding media can be added.
  • WO 2011/047070 A1 describes a method for sequestering carbon dioxide minerals using mine waste and recovering valuable metal from the mine waste, comprising: (a) contacting a mine waste stream and water to form a slurry; (b) contacting the slurry and CO2 in a reaction vessel to provide a reacted slurry; (c) separating the reacted slurry into solids, liquid and gas; (d) recovering metals from the reacted slurry; and (e) recycling CO2 from the separated gas.
  • US 2019/0009211 A1 describes a method for performing mineral carbonation, comprising the following steps: providing a bed of hydroxylated magnesium silicate mineral particles in a heating vessel; agitating the bed of particles under conditions of subatmospheric pressure and at a temperature of at least 600°C to produce particles of dehydroxylated magnesium silicate mineral; and reacting the dehydroxylated magnesium silicate mineral with carbon dioxide, carbonate ion and/or bicarbonate ion to form magnesium carbonate.
  • WO 2011/155 830 A1 describes a process for converting metallic silicate minerals into silicon compounds and metal compounds.
  • Such a method comprises the following steps: providing a dispersion of solid particles of silicate minerals in water; conveying the dispersion provided through a first channel of a reactor in a descending direction such that a descending flow of dispersion is obtained in the first channel; Reacting the solid particles of silicate minerals in the dispersion with one or more reactants by adding the reactants to the downflow of the dispersion and discharging the silicon compounds and metal compounds formed during the conversion reaction through a second channel of the reactor in an upflow.
  • WO 2008/061305 A1 describes a method for carbonizing minerals, characterized in that the silicate feedstock is thermally activated using heat generated by the combustion of fuel before the activated slurry feedstock is reacted with carbon dioxide.
  • a slurry of the starting material can be used, which comprises, for example, a bicarbonate solution.
  • the object of the present invention to provide a measure by which at least one problem of the prior art is at least partially overcome. It is in particular an object of the present invention to create a measure by means of which a high reaction conversion of the carbonation starting material is made possible.
  • the object is achieved according to the invention by a method having the features of claim 1.
  • the object is also achieved according to the invention by a mixture with the features of claim 8.
  • Preferred configurations of the invention are in the subclaims, in the description, and in the example is disclosed, wherein other features described or shown in the dependent claims or in the description or example, individually or in any combination, may constitute subject matter of the invention, unless the context clearly indicates the contrary.
  • the present invention relates to carbonation processes, comprising the process steps: a) providing a carbonation educt, wherein the carbonation educt is suitable for reacting with carbon dioxide; and b) carrying out a reaction of the carbonation starting material in a reaction mixture with carbon dioxide with chemical bonding of the carbon dioxide; characterized in that c) at least one nucleating agent is added to the reaction mixture, on which at least one reaction product formed in process step b) is deposited, the nucleating agent comprising at least one material that is a reaction product of the carbonation starting material with carbon dioxide.
  • the process described here is therefore a carbonation process and can be used in particular in a process for sequestering carbon dioxide.
  • a method is understood in particular to mean a method in which carbon dioxide reacts with a carbonation starting material or a component thereof and can thus be bound in chemical form.
  • sequestration serves in particular to remove carbon dioxide from the atmosphere and store it in chemically bound form.
  • the process thus includes a carbonation, such as a mineral ex-situ carbonation, of the carbonation starting material.
  • the method according to method step a) comprises the provision of a carbonation educt, wherein the carbonation educt is suitable for reacting with carbon dioxide.
  • a reaction of the carbonation starting material with carbon dioxide should be understood in the sense of the present invention that the carbonating starting material as a whole or parts thereof can or can react with carbon dioxide in order to chemically bind carbon dioxide.
  • individual ions contained in the carbonation starting material, in particular cations, can react with carbon dioxide and form the corresponding carbonates, for example.
  • the carbonation starting material can therefore in principle be freely selected and is not restricted in principle insofar as a reaction with carbon dioxide can be made possible as described above.
  • the method comprises the further method step b), namely carrying out a reaction of the carbonation starting material in a reaction mixture with carbon dioxide, with the carbon dioxide being chemically bonded.
  • the carbon dioxide can be added to the reaction mixture in a targeted manner so that it comes into contact with the carbonation starting material or the reactive components thereof.
  • the reaction mixture can be present under an excess pressure of carbon dioxide.
  • the reaction mixture can be an aqueous solution to which the carbonation educt is added and in which Cations of the carbonation reactant go into solution.
  • alkali metal cations or alkaline earth metal cations can go into solution from the carbonation reactant in order to be able to react with the carbon dioxide.
  • reaction products of the carbonation usually also deposit on the surface of the carbonation educt. This leads to the formation of a passivation layer, which increasingly impedes the reaction of the carbonation reactant with carbon dioxide, for example by making it more difficult or by the Preventing the release of the corresponding cations from the carbonation educt. This limits the reaction conversion of the carbonation educt.
  • the method described here provides that at least one nucleating agent is added to the reaction mixture according to method step c), on which at least one reaction product formed in method step b) is deposited.
  • the nucleating agent is in particular a particulate nucleating agent or the nucleating agent is in particular a solid.
  • both the carbonation starting material and the nucleating agent can each be a substance or a mixture of substances, so that the respective description applies to one or a plurality of substances.
  • the other features of the nucleating agent ie in particular its particle size, type and quantity, relate to the nucleating agent when it is added to the reaction mixture, ie in particular before the reaction product is deposited on it.
  • a nucleating agent is added to the substances present or arising in process steps a) and b).
  • the nucleating agent is thus not formed by process step b) but is added in addition to the product formed in the reaction. This is important because in this way passivation of the starting materials can be effectively prevented from the outset and the reaction is particularly effectively and advantageously influenced.
  • the nucleating agent By adding the nucleating agent, i.e. by adding the nucleating agent in addition to the carbonation educt, it is thus achieved that reaction products from the carbonation reaction, such as corresponding carbonates or amorphous silicon dioxide, are predominantly deposited on the surface of the nucleating agent, the particles of the Carbonation reactant, however, remain essentially free of these.
  • the nucleating agent comprises at least one material which is a reaction product of the carbonation starting material with carbon dioxide. This exploits the fact that primary grain growth requires less energy than nucleation and that this is energetically more favorable on matching crystal planes, i.e. a corresponding nucleating agent, than on the reactive starting material.
  • a precipitation of the reaction products such as in particular alkaline earth metal or alkali metal carbonates or amorphous silicon dioxide, preferably takes place on the nucleating agents, but the starting material, i.e. the carbonation educt, is free of the precipitated or formed reaction products at least for a longer period of time remain.
  • the nucleating agent is added to the reaction mixture before the start of the carbonization reaction or at the start of the carbonization reaction.
  • method step c) it can be advantageous for method step c) to be carried out at least in part, for example completely, before method step b).
  • corresponding reaction products can also form during the reaction, ie in process step b).
  • these should preferably not be nucleating agents according to the present invention, rather the nucleating agent should preferably be added in addition to the carbonation starting material. This can be recognized, for example, by the fact that after process step b) there is stoichiometrically more of the reacted starting material of the carbonation starting material as reaction product than was originally added to the reaction by the carbonating starting material.
  • a reaction mixture can be initially introduced, which comprises the carbonation educt and the nucleating agent, for example in an aqueous mixture, before the carbon dioxide is fed to the reaction mixture.
  • nucleating agents can be added to the reaction mixture in addition to the addition of carbonation educt. This can be done continuously, for example, or in batches, ie in batches that can be defined in particular.
  • nucleating agent is added to the reaction mixture, in particular before the start of the carbonation reaction or at the start of the carbonating reaction, can make it possible for the reaction products to be deposited on the nucleating agents particularly effectively and passivation of the carbonating starting material to be at least partially prevented. This is because the formation of a passivation layer can be effectively prevented or at least slowed down right at the beginning of the reaction, which can already provide a high level of activity at the beginning of the reaction.
  • the method described thus makes it possible to enable a particularly high reaction conversion of the carbonation starting material.
  • the formation of a passivation layer on the surface of the particles of the carbonation starting material can effectively prevent the reaction thereof from ending without the reaction conversion being very advanced or even complete.
  • Carbon dioxide sequestration as an application of carbonation is desirable because it is an effective method of removing the greenhouse gas carbon dioxide from the atmosphere and chemically sequestering it safely and permanently, with the reaction products not posing a significant environmental threat.
  • the present invention now makes it possible to make the carbonation within the framework of the sequestration of carbon dioxide more economically sensible and thus contribute to the fact that the mineral carbonation can be used industrially in the future, for example within the framework of the sequestration of carbon dioxide. This is because the invention described above makes it possible to significantly increase the chemically bound amount of carbon dioxide per tonne of carbonation reactant.
  • the process also offers advantages with regard to processes that can be used on an industrial scale and in which carbon dioxide is produced. This is because in the event of potential increases in the costs of CCh production that are to be expected, for example due to rising costs of CCh certificates, the present invention can ensure fundamental or improved feasibility of this technology by improving sequestration.
  • the nucleating agent can be selected from carbonates and amorphous silicon dioxide. It has been shown that such substances in particular are formed as reaction products in conventional carbonation reactions, for example as part of the sequestration of carbon dioxide, and are therefore particularly effective as nucleating agents. In addition, these materials are usually readily available and enable the use of effective carbonation educts together with the nucleating agents to be used.
  • Examples of carbonates as nucleating agents include magnesite, calcite, aragonite or dolomite.
  • Examples of amorphous silica include, for example, that which can be produced synthetically or can occur naturally in volcanic glasses and tektites. Particularly in combination with these nucleating agents, it is possible to use effective carbonation starting materials that are easy to use, and it has also been found that very effective nucleation activity is possible, which can effectively prevent or at least reduce the formation of a passivation layer.
  • the nucleating agent can particularly advantageously have a particle size in a range of less than or equal to 100 ⁇ m.
  • the particle size mentioned according to this invention can be a particle size D90.
  • the particle size can be determined approximately by laser diffractometry.
  • the nucleating agent can particularly advantageously have particles with a particle size D90 in a range of less than or equal to 50 ⁇ m, for example less than or equal to 30 ⁇ m, in which case a lower limit of the particle size can in principle be due to technical reasons and/or can be in a range of around 0 1pm or 1pm.
  • nucleating agents that are in the aforementioned size range are effective as precipitating carriers for the products of the carbonation or the sequestration reaction. This can be due in particular to that due to the small particle size there is a high specific surface, which results in effective nucleation. In addition, such small particles in particular can ensure that the coated nucleating agent is not damaged during stirring, for example, which further simplifies the process control.
  • the carbonation starting material comprises at least one material which is selected from the group consisting of oxides and silicates of the alkali metals and the alkaline earth metals.
  • Carbonation educts of this type in particular are well suited for binding carbon dioxide, since the metal cations are usually easy to dissolve and, moreover, a reaction to form the corresponding carbonates or amorphous silicon dioxide is effectively possible.
  • these materials are usually readily available, either as minerals or rocks, such as including peridodite, olivine, basalt, materials from the serpentine group, or as secondary raw materials, such as including slag, fly ash, filter dust and mining waste or tailings.
  • the nucleating agent is added to the reaction mixture in an amount which is less than or equal to 65% by weight, based on the amount of the carbonation starting material used in process step b).
  • the above-described amount can preferably be added at least in part before carrying out process step b).
  • the corresponding amount is also or only added continuously or intermittently while process step b) is being carried out. It has been shown that the nucleating agent in the amount described above is very effective in nucleation and thus passivation of the sequestrant can be effectively prevented and at the same time due to the small amount, the process can be carried out economically within a reasonable time frame.
  • the nucleating agent can be added to the reaction mixture in an amount ranging from greater than or equal to 2% by weight to less than or equal to 50% by weight, such as from greater than or equal to 5% by weight to less than or equal to 25% by weight, based in each case on the amount of carbonation starting material used in process step b).
  • a carbonation mixture is also described, the mixture having at least one carbonation starting material which is suitable for reacting with carbon dioxide with chemical bonding of the carbon dioxide, the mixture further comprising at least one nucleating agent for separating at least one reaction product from the reaction of the carbonating starting material with carbon dioxide, wherein the nucleating agent comprises at least one material that is a reaction product of the carbonation educt with carbon dioxide.
  • the reaction mixture comprises a nucleating agent for separating at least one reaction product from the reaction of the carbonation reactant with carbon dioxide, the nucleating agent comprising at least one material that is a reaction product of the carbonation reactant with carbon dioxide, can prevent or significantly reduce the risk that reaction products of carbonation on the carbonation educt. Rather, what is achieved is that the reaction products are deposited on the nucleating agent.
  • a passivation layer which is usually known from the prior art as an amorphous silicon dioxide layer or, for example, magnesite, can thus be prevented or its occurrence can at least be significantly reduced.
  • deposition of the reaction products on the nucleating agent can be reduced in particular by the nucleating agent comprising at least one material that is a reaction product of the carbonation starting material with carbon dioxide.
  • the nucleating agent comprising at least one material that is a reaction product of the carbonation starting material with carbon dioxide.
  • This exploits the fact that primary grain growth requires less energy than nucleation and that this is energetically more favorable on matching crystal planes, i.e. a corresponding nucleating agent, than on the reactive starting material. It can thus be achieved that a precipitation of the reaction products, such as in particular alkaline earth metal or alkali metal carbonates or amorphous silicon dioxide, preferably takes place on the nucleating agents, but the starting material, i.e. the carbonation educt, remains free of the precipitated or formed reaction products at least for a longer period of time .
  • the nucleating agent can be selected from carbonates and amorphous silicon dioxide.
  • carbonates include, but are not limited to, magnesite, calcite, aragonite, or dolomite.
  • silica include, for example, natural or synthetic amorphous silica.
  • the nucleating agent can particularly advantageously have a particle size D90 which is in a range of less than or equal to 100 ⁇ m.
  • the nucleating agent can particularly advantageously have particles with a particle size D90 in a range of less than or equal to 50 ⁇ m, for example less than or equal to 30 ⁇ m, with a lower limit of the Particle size D90 may be due to technical reasons and/or may be in a range of 0.1 gm, for example 1 gm.
  • the carbonation starting material comprises at least one material which is selected from a group consisting of oxides and silicates of the alkali metals and the alkaline earth metals.
  • Carbonation educts of this type in particular are well suited for binding carbon dioxide, since the metal cations are usually easy to dissolve and, moreover, a reaction to form the corresponding carbonates or amorphous silicon dioxide is effectively possible.
  • these materials are mostly readily available either as minerals or rocks, such as including peridodites, olivines, basalts, serpentine group materials, or also as secondary raw materials, such as including slags, fly ash, fly ash, fly ash and mining tailings or tailings.
  • the nucleating agent is added to the reaction mixture in an amount which is in a range of less than or equal to 65% by weight, based on the amount of carbonation reactant present.
  • the nucleating agent can be added to the reaction mixture in an amount ranging from greater than or equal to 2% by weight to less than or equal to 50% by weight, such as from greater than or equal to 5% by weight to less than or equal to 25% by weight, based in each case on the amount of the carbonate starting material used.
  • the carbonation educt which may be an oxide and/or silicate of an alkali metal and/or alkaline earth metal, e.g. peridodite, and the nucleating agent, such as a carbonate or amorphous silicon dioxide, e.g. magnesite, are combined with water as a solvent and optional additives such as acids and/or chelating agents, filled into a reactor.
  • the nucleating agent was present in an amount of 10% by weight based on the carbonation educt.
  • the agitator of the reactor is set to, for example, 600 revolutions per minute.
  • CO2 is added, at about an exemplary partial pressure of 30 bar, and the temperature of the reaction mixture is increased to 175°C, resulting in a pressure increase to about 60 bar.
  • the process remains at this temperature for four hours, during which the pressure of the CO2 understandably decreases as a result of the reaction. Thereafter, it is cooled to room temperature.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Karbonatisierungsmischung und ein Karbonatisierungsverfahren, beispielsweise zum Sequestrieren von Kohlendioxid, welche einen besonders hohen Reaktionsumsatz des Karbonatisierungsedukts ermöglichen.

Description

RWTH Aachen Templergraben 55 52062 Aachen
Karbonatisierungsverfahren und Karbonatisiemngsmischung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Karbonatisierungsverfahren und eine Karbonatisierungsmischung, die etwa Verwendung finden können beim Sequestrieren von Kohlendioxid (CO2). Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Mischung durch die es möglich wird, den Reaktionsumsatz der Karbonatisierungsreaktion etwa im Rahmen einer Sequestrierung von Kohlendioxid zu verbessern.
Die Sequestrierung von Kohlendioxid ist ein an sich bekanntes Verfahren, um Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen und in chemischer Weise sicher zu binden.
Im Detail läuft bei der Sequestrierung von Kohlendioxid beispielsweise eine ex-situ Karbonatisierung ab, bei der in einer wässrigen Lösung ein Karbonatisierungsedukt oder Bestandteile desselben einer chemischen Reaktion mit Kohlendioxid unterworfen werden. Dies dient insbesondere dem Zweck, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen und sicher und langzeitstabil chemisch zu binden.
Es ist bekannt, dass die Reaktionsprodukte auf der Oberfläche des Karbonatisierungsedukts ausgefällt werden und dort eine Passivierungsschicht ausbilden, welche den Reaktionsumsatz begrenzt. Diesbezüglich beschreibt US 2015/0044757 Al Verfahren und Systeme zur Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid umfassend: Mischen von Materialien, die Magnesium oder Kalzium enthalten, mit einer oder mehreren Säuren und Chelatbildnern, um ein magnesium- oder kalziumreiches Lösungsmittel zu bilden; Verwenden der organischen Säuren, die von biogenen Abfällen stammen, als Säuren oder Chelatbildner; Erzeugen von Karbonationen durch Umsetzen eines Gases, das Kohlendioxid enthält, mit einem Karbonanhydrase- Biokatalysator; Reagieren des Lösungsmittels mit den Karbonationen, um Magnesium- oder Kalziumkarbonate zu bilden; Recyceln einer Lösung, die den Biokatalysator nach der Bildung von Magnesium- oder Kalziumkarbonaten enthält, zur Wiederverwendung in dem Erzeugungsschritt; Verwenden der Magnesium- und Kalziumkarbonate als kohlenstoffneutrale Füllmaterialien und Verwenden des Siliziumdioxidprodukts als grüne Füllmaterialien oder kostengünstige Absorptionsmittel.
WO 2012/068639 Al beschreibt ein Verfahren zur Extraktion eines Alkalimetalls und/oder eines Erdalkalimetalls aus einem Mineral, das ein Alkalimetall und/oder ein Erdalkalimetall enthält, oder einem Gestein, das das Mineral enthält, wobei das Verfahren das Inkontaktbringen des Minerals mit einer wässrigen Zusammensetzung, die Ameisensäure enthält, umfasst. Beispielsweise kann ein derartiges Verfahren bei der Sequestrierung von Kohlendioxid durchgeführt werden. Dabei wird daraufhingewiesen, dass sich auf dem Gestein eine Passivierungsschicht ausbilden kann.
Michael J. McKelvy et al., beschreiben in dem Artikel „Carbon Sequestration via Aqueous Olivine Mineral Carbonation: Role of Passivating Lay er Formation”, Environ. Sei. Technolo., 40, 4802-4808, die C02-Sequestration durch Karbonisierung von Mineralien, insbesondere Olivin. Dabei wird offenbart, dass sich auf den Mineral-Partikeln eine Passivierungsschicht ausbildet, die reich ist an Siliziumdioxid. Durch hohe Rührergeschwindigkeiten kann die Passivierungsschicht mechanisch lokal entfernt werden. Das Dokument US 7,722,842 B2 beschreibt ein Verfahren zur mineralischen Sequestrierung von Schadgasen, die aus der Verbrennung von kohlenstoffbasierten Brennstoffen wie Kohlenstoff- und Schwefeldioxiden resultieren, das die Bereitstellung eines teilchenförmigen magnesiumhaltigen Minerals und das Aussetzen des magnesiumhaltigen Minerals einer schwachen Säure, um Magnesium aus dem Mineral zu lösen und eine magnesiumhaltige Lösung zu bilden, umfasst. Die Oberfläche des teilchenförmigen, magnesiumhaltigen Minerals wird physikalisch aktiviert, um zusätzliches Magnesium freizulegen und in der Lösung zu lösen. Hierzu können beispielsweise Mahlkörper zugesetzt werden.
WO 2011/047070 Al beschreibt ein Verfahren zur Sequestrierung von Kohlendioxidmineralien unter Verwendung von Minenabfällen und Rückgewinnung von wertvollem Metall aus den Minenabfällen, das Folgendes umfasst: (a) In-Kontakt-B ringen eines Minenabfallstroms und von Wasser, um eine Aufschlämmung zu bilden; (b) In-Kontakt- Bringen der Aufschlämmung und von CO2 in einem Reaktionsgefäß, um eine umgesetzte Aufschlämmung bereitzustellen; (c) Trennen der umgesetzten Aufschlämmung in Feststoffe, Flüssigkeit und Gas; (d) Rückgewinnen von Metallen aus der umgesetzten Aufschlämmung; und (e) Rückführen von CO2 aus dem abgetrennten Gas.
US 2019/0009211 Al beschreibt ein Verfahren zum Durchführen einer Mineral- Karbonatisierung, welches die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Bettes aus hydroxylierten Magnesiumsilikatmineralteilchen in einem Heizgefäß; Rühren des Bettes von Teilchen unter Bedingungen eines subatmosphärischen Drucks und bei einer Temperatur von mindestens 600° C, um Teilchen von dehydroxyliertem Magnesiumsilikatmineral zu erzeugen; und Umsetzen des dehydroxylierten Magnesiumsilicatminerals mit Kohlendioxid, Carbonationen und/oder Bicarbonationen zur Bildung von Magnesiumcarbonat. WO 2011/155 830 Al beschreibt ein Verfahren zur Umwandlung von metallischen Silikatmineralien in Siliziumverbindungen und Metallverbindungen. Ein derartiges Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Dispersion von festen Partikeln von Silikatmineralien in Wasser; Fördern der bereitgestellten Dispersion durch einen ersten Kanal eines Reaktors in einer absteigenden Richtung, so dass ein absteigender Dispersionsstrom in dem ersten Kanal erhalten wird; Umsetzen der festen Teilchen von Silikatmineralien in der Dispersion mit einem oder mehreren Reaktanten durch Zugabe der Reaktanten zu dem absteigenden Dispersionsstrom und Abführen der während der Umwandlungsreaktion gebildeten Siliciumverbindungen und Metallverbindungen durch einen zweiten Kanal des Reaktors in einem aufsteigenden Strom.
WO 2008/061305 Al beschreibt ein Verfahren zur Karbonisierung von Mineralien, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikat-Einsatzmaterial thermisch aktiviert wird, indem Wärme verwendet wird, die durch die Verbrennung von Brennstoff erzeugt wird, bevor das aktivierte Aufschlämmungs-Einsatzmaterial mit Kohlendioxid umgesetzt wird. Dabei kann ein Slurry des Edukts verwendet werden, der beispielsweise eine Bicarbonat-Lösung umfasst.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können noch Verbesserungspotential aufweisen, insbesondere hinsichtlich eines verlässlichen hohen Reaktionsumsatzes des Karbonatisierungsedukts.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maßnahme zu schaffen, durch welche wenigstens ein Problem des Stands der Technik zumindest teilweise überwunden wird. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maßnahme zu schaffen, mittels der ein hoher Reaktionsumsatz des Karbonatisierungsedukts ermöglicht wird. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner durch eine Mischung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung, und in dem Beispiel offenbart, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder dem Beispiel beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Die vorliegende Erfindung betrifft Karbonatisierungsverfahren, aufweisend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines Karbonatisierungsedukts, wobei das Karbonatisierungsedukt dazu geeignet ist, mit Kohlendioxid zu reagieren; und b) Durchführen einer Reaktion des Karbonatisierungsedukts in einer Reaktionsmischung mit Kohlendioxid unter chemischer Bindung des Kohlendioxids; dadurch gekennzeichnet, dass c) der Reaktionsmischung wenigstens ein Keimbildner zugesetzt wird, an dem sich wenigstens ein in Verfahrensschritt b) entstehendes Reaktionsprodukt abscheidet, wobei der Keimbildner wenigstens ein Material umfasst, dass ein Reaktionsprodukt des Karbonatisierungsedukts mit Kohlendioxid ist.
Bei einem derartigen Verfahren kann auf verlässliche Weise ein hoher Reaktionsumsatz des Karbonatisierungsedukts ermöglicht werden.
Das hier beschriebene Verfahren ist somit ein Karbonatisierungsverfahren und kann insbesondere in einem Verfahren zum Sequestrieren von Kohlendioxid angewendet werden. Unter einem derartigen Verfahren wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein solches Verfahren verstanden, bei dem Kohlendioxid mit einem Karbonatisierungsedukt oder einem Bestandteil desselben reagiert und so in chemischer Form gebunden werden kann. Dadurch dient das Sequestrieren insbesondere dazu, Kohlendioxid der Atmosphäre zu entnehmen und chemisch gebunden zu lagern. Das Verfahren umfasst somit eine Karbonatisierung, wie etwa eine mineralische ex-situ Karbonatisierung, des Karb onati si erungsedukts .
Hierzu umfasst das Verfahren gemäß Verfahrensschritt a) das Bereitstellen eines Karbonatisierungsedukts, wobei das Karbonatisierungsedukt dazu geeignet ist, mit Kohlendioxid zu reagieren. Unter einer Reaktion des Karbonatisierungsedukts mit Kohlendioxid soll in für den Fachmann verständlicher Weise im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden werden, dass das Karbonatisierungsedukt als Ganzes oder Teile desselben mit Kohlendioxid reagieren kann beziehungsweise können, um Kohlendioxid chemisch zu binden. Beispielsweise können einzelne in dem Karbonatisierungsedukt enthaltene Ionen, insbesondere Kationen, mit Kohlendioxid reagieren und dabei beispielsweise die entsprechenden Karbonate ausbilden.
Somit kann das Karbonatisierungsedukt grundsätzlich frei wählbar sein und ist nicht grundsätzlich beschränkt, insoweit eine Reaktion mit Kohlendioxid wie vorstehend beschrieben ermöglicht werden kann.
Entsprechend umfasst das Verfahren den weiteren Verfahrensschritt b), nämlich das Durchführen einer Reaktion des Karbonatisierungsedukts in einer Reaktionsmischung mit Kohlendioxid unter chemischer Bindung des Kohlendioxids. Beispielsweise kann das Kohlendioxid der Reaktionsmischung gezielt zugeführt werden, so dass es in Kontakt mit dem Karbonatisierungsedukt beziehungsweise den reaktiven Bestandteilen desselben kommt. Hierzu kann etwa die Reaktionsmischung in einem Überdruck von Kohlendioxid vorliegen.
Beispielsweise kann die Reaktionsmischung wie aus dem Stand der Technik bekannt eine wässrige Lösung sein, der das Karbonatisierungsedukt zugesetzt wird und in welcher Kationen des Karbonatisierungsedukts in Lösung gehen. Insbesondere können von dem Karbonatisierungsedukt Alkalimetall-Kationen oder Erdalkalimetall-Kationen in Lösung gehen, um so mit dem Kohlendioxid reagieren zu können.
Dies ist etwa möglich unter Verwendung einer wässrigen Reaktionsmischung und unter Zugabe einer Säure, so dass der pH-Wert der wässrigen Lösung entsprechend eingestellt wird. Grundsätzlich können somit der Reaktionsmischung eine oder mehrere Säuren und/oder ein oder mehrere Chelatbildner zugegeben werden. Zusätzlich können weitere Parameter, wie etwa eine geeignete Reaktionstemperatur und/oder ein geeigneter Partialdruck des Kohlendioxids eingestellt werden, so dass die Karbonatisierung unter Ausbildung entsprechender Reaktionsprodukte in einem ökonomisch sinnvollen Zeitrahmen erfolgt. Die Einstellung derartiger Parameter wie auch die grundsätzliche Durchführung einer derartigen Karbonatisierung ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
Eine beispielhafte Reaktionsgleichung einer Karbonatisierungsreaktion, die im Sinne der vorliegenden Erfindung ablaufen kann, entspricht der folgenden Gleichung:
MexSi02+x + xC02 xMeC03 + Si02, wobei Me ein Alkali- oder Erdalkalimetall ist und wobei x die Anzahl der jeweiligen Atome in der chemischen Verbindung darstellt, so dass x in für den Fachmann verständlicher Weise abhängig ist von dem eingesetzten Karbonatisierungsedukt.
Nach Bildung scheiden sich die Reaktionsprodukte der Karbonatisierung herkömmlicher Weise auch an der Oberfläche des Karbonatisierungsedukts ab. Dies führt dazu, dass sich eine Passivierungsschicht ausbildet, welche die Reaktion des Karbonatisierungsedukts mit Kohlendioxid zunehmend behindert, etwa durch das Erschweren beziehungsweise durch das Verhindern des Lösens der entsprechenden Kationen aus dem Karbonatisierungsedukt. Dadurch wird der Reaktionsumsatz des Karbonatisierungsedukts begrenzt.
Um dies zu verhindern ist es bei dem hier beschriebenen Verfahren vorgesehen, dass gemäß Verfahrensschritt c) der Reaktionsmischung wenigstens ein Keimbildner zugesetzt wird, an dem sich wenigstens ein in Verfahrensschritt b) entstehendes Reaktionsprodukt abscheidet. Der Keimbildner ist insbesondere ein partikulärer Keimbildner beziehungsweise der Keimbildner ist insbesondere ein Feststoff.
Grundsätzlich sei daraufhingewiesen, dass sowohl das Karbonatisierungsedukt, als auch der Keimbildner, jeweils eine Substanz oder ein Substanzgemisch sein können, so dass die jeweilige Beschreibung jeweils für eine oder eine Mehrzahl an Substanzen gilt. Darüber hinaus betreffen die weiteren Merkmale des Keimbildners, also insbesondere dessen Partikelgröße, dessen Art und dessen Menge, den Keimbildner beim Zusetzen desselben zu der Reaktionsmischung, also insbesondere, bevor Reaktionsprodukt auf Diesem abgeschieden wird.
Darüber hinaus wird insbesondere ein Keimbildner zusätzlich zu den in den Verfahrensschritten a) und b) vorliegenden beziehungsweise entstehenden Substanzen zugegeben. Der Keimbildner ist somit nicht etwa durch den Verfahrensschritt b) gebildet sondern wird zusätzlich zu dem gebildeten Produkt der Reaktion zugesetzt. Dies ist wichtig, da so von Anfang an eine Passivierung der Edukte wirksam verhindert werden kann und die Reaktion besonders effektiv vorteilhaft beeinflusst wird.
Durch die Zugabe des Keimbildners, also durch das Zugeben des Keimbildners zusätzlich zu dem Karbonatisierungsedukt, wird somit erreicht, dass sich Reaktionsprodukte aus der Karbonatisierungsreaktion, wie beispielsweise entsprechende Karbonate oder amorphes Siliziumdioxid, vorwiegend auf der Oberfläche des Keimbildners absetzen, die Partikel des Karbonatisierungsedukts jedoch von diesen im Wesentlichen frei bleiben. Letzteres kann insbesondere dadurch ermöglicht werden, dass der Keimbildner wenigstens ein Material umfasst, das ein Reaktionsprodukt des Karbonatisierungsedukts mit Kohlendioxid ist. Hierdurch wird ausgenutzt, dass das Primärkomwachstum weniger Energie benötigt, als die Keimbildung und dies auf übereinstimmenden Kristallebenen, also einem entsprechenden Keimbildner, energetisch günstiger ist als auf dem reaktiven Ausgangsmaterial. Somit kann erreicht werden, dass eine Ausfällung der Reaktionsprodukte, wie insbesondere von Erdalkalimetall- oder Alkalimetall- Karbonaten oder amorphem Siliziumdioxid, bevorzugt an den Keimbildnern stattfindet, das Ausgangsmaterial, also das Karbonatisierungsedukt, jedoch von den ausgefällten beziehungsweise gebildeten Reaktionsprodukten zumindest für eine längere Zeitspanne frei bleiben.
Vorteilhaft ist dabei, dass der Keimbilder der Reaktionsmischung vor dem Start der Karbonisierungsreaktion oder am Beginn der Karbonisierungsreaktion zugesetzt wird. In anderen Worten kann es vorteilhaft sein, dass Verfahrensschritt c) zumindest zum Teil, beispielsweise vollständig, vor Verfahrensschritt b) ausgeführt wird. Wie für den Fachmann ersichtlich können entsprechende Reaktionsprodukte auch während der Reaktion, also bei Verfahrensschritt b), entstehen. Diese sollen jedoch bevorzugt insbesondere keine Keimbildner gemäß der vorliegenden Erfindung sein, sondern der Keimbildner soll bevorzugt zusätzlich zu dem Karbonatisierungsedukt zugegeben werden. Dies kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass nach Verfahrensschritt b) stöchiometrisch mehr an dem umgesetzten Edukt des Karbonatisierungsedukts als Reaktionsprodukt vorliegt, als ursprünglich der Reaktion durch das Karbonatisierungsedukt zugesetzt wurde.
Beispielsweise kann bei einem Batch-Verfahren somit eine Reaktionsmischung vorgelegt werden, welche das Karbonatisierungsedukt und den Keimbildner umfasst, etwa in einer wässrigen Mischung, bevor das Kohlendioxid der Reaktionsmischung zugeführt wird. Bei einem kontinuierlichen Prozess kann beispielsweise zusätzlich zu dem Addieren von Karbonatisierungsedukt der Reaktionsmischung Keimbildner zugegeben werden. Dies kann beispielswiese kontinuierlich geschehen, oder auch schubweise, also in insbesondere definierbaren Chargen.
Dadurch, dass der Keimbilder der Reaktionsmischung zugesetzt wird, insbesondere vor dem Start der Karbonatisierungsreaktion oder am Beginn der Karbonatisierungsreaktion, kann es ermöglicht werden, dass ein Abscheiden der Reaktionsprodukte an den Keimbildnern besonders effektiv abläuft und eine Passivierung des Karbonatisierungsedukts zumindest teilweise verhindert werden kann. Denn bereits am Beginn der Reaktion kann das Ausbilden einer Passivierungsschicht effektiv verhindert oder zumindest verlangsamt werden, was eine hohe Aktivität bereits zu Beginn der Reaktion bereitstellen kann.
Das beschriebene Verfahren erlaubt somit, einen besonders hohen Reaktionsumsatz des Karbonatisierungsedukts zu ermöglichen. Insbesondere kann es wirksam verhindert werden, dass durch das Ausbilden einer Passivierungsschicht auf der Oberfläche der Partikel des Karbonatisierungsedukts die Reaktion desselben endet, ohne dass der Reaktionsumsatz weit fortgeschritten oder gar vollständig wäre.
Es wird somit beispielsweise im Rahmen einer Sequestrierung von Kohlendioxid möglich, bei vergleichsweise geringem Materialeinsatz des Karbonatisierungsedukts eine effektive Entfernung von Kohlendioxid aus der Umgebung zu ermöglichen. Dadurch kann das Sequestrierungsverfahren effektiv gestaltet werden und ferner der Materialeinsatz reduziert werden. Dadurch können Kosten und Ressourcen geschont werden. Dies auch deshalb, da gebildetes Produkt in weiteren Prozessen oder Batch-Reaktionen eingesetzt werden kann, was Kosten und Ressourcen weiter schonen kann. Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass eine sich bildende Passivierungsschicht nicht erst nach Ausbildung zerstört wird, wie es teilweise im Stand der Technik vorgeschlagen wird, sondern dass das Ausbilden der Passivierungsschicht bereits verhindert oder zumindest reduziert wird. Dadurch kann eine durch eine sich bildende Passivierungsschicht auch nur geringe Reduzierung der Aktivität des Karbonatisierungsedukts verhindert werden und eine effektive Reaktion während des gesamten Verfahrens kann sichergestellt werden. Das kann die Effektivität weiter erhöhen.
Kohlendioxid-Sequestration als Anwendung der Karbonatisierung ist dabei erwünscht, da es ein effektives Verfahren ist, das Treibhausgas Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen und sicher und dauerhaft chemisch zu binden, wobei die Reaktionsprodukte keine signifikante Umweltbedrohung darstellen. Durch die vorliegende Erfindung wird es nun möglich, die Karbonatisierung im Rahmen der Sequestration von Kohlendioxid ökonomisch sinnvoller zu gestalten und somit einen Beitrag dazu zu leisten, dass die mineralische Karbonatisierung beispielsweise im Rahmen der Sequestrierung von Kohlendioxid in Zukunft großtechnisch angewendet werden kann. Denn durch die vorbeschriebene Erfindung wird es möglich, die pro Tonne an Karbonatisierungsedukt chemisch gebundene Menge an Kohlendioxid signifikant zu erhöhen.
Neben der Umweltentlastung bietet das Verfahren somit auch Vorteile hinsichtlich großtechnisch anzuwendender Verfahren, bei denen Kohlendioxid entsteht. Denn bei potentiell zu erwartenden Erhöhungen der Kosten der CCh-Produktion, etwa durch steigende Kosten von CCh-Zertifikaten, kann die vorliegende Erfindung durch eine Verbesserung der Sequestration für eine grundsätzliche oder verbesserte Durchführbarkeit dieser Technik sorgen.
Somit bietet die vorliegende Erfindung einen wichtigen Beitrag zur Schonung der Umwelt und zur Verbesserung CCh-emittierender Verfahren. Bevorzugt kann der Keimbildner ausgewählt sein aus Karbonaten und amorphem Siliziumdioxid. Es hat sich gezeigt, dass bei üblichen Karbonatisierungsreaktionen etwa im Rahmen einer Sequestrierung von Kohlendioxid insbesondere derartige Substanzen als Reaktionsprodukte entstehen und dadurch als Keimbildner besonders effektiv sind. Darüber hinaus sind diese Materialien meist problemlos erhältlich und ermöglichen den Einsatz von effektiven Karbonatisierungsedukten gemeinsam mit den einzusetzenden Keimbildnern.
Beispiele für Karbonate als Keimbildner umfassen etwa Magnesit, Calcit, Aragonit oder Dolomit. Beispiele für amorphes Siliziumdioxid umfassen beispielsweise ein solches, das synthetisch hergestellt werden kann oder natürlich in vulkanischen Gläsern und Tektiten Vorkommen kann. Insbesondere in Kombination mit diesen Keimbildnem lassen sich gut einsetzbare und effektive Karbonatisierungsedukte verwenden und es konnte ferner gefunden werden, dass eine sehr effektive Keimbildungsaktivität möglich ist, welche die Ausbildung einer Passivierungsschicht effektiv verhindern oder zumindest reduzieren kann.
Besonders vorteilhaft kann der Keimbildner eine Partikelgröße aufweisen, die in einem Bereich liegt von kleiner oder gleich 100 pm. Beispielsweise kann die gemäß dieser Erfindung genannte Partikelgröße eine Partikelgröße D90 sein. Die Partikelgröße ist etwa bestimmbar durch Laserdiffraktometrie. Besonders vorteilhaft kann der Keimbildner Partikel aufweisen mit einer Partikelgröße D90 in einem Bereich von kleiner oder gleich 50 pm, Beispielsweise kleiner oder gleich 30 pm, wobei grundsätzlich eine Untergrenze der Partikelgröße technisch bedingt sein kann und/oder in einem Bereich liegen kann bei etwa 0,1 pm oder 1 pm.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Keimbildner, die in dem vorgenannten Größenbereich liegen, effektiv sind als Ausfällungsträger für die Produkte der Karbonatisierung beziehungsweise der Sequestrationsreaktion. Dies kann insbesondere darin begründet sein, dass durch die geringe Partikelgröße eine hohe spezifische Oberfläche vorliegt, was eine effektive Keimbildung zur Folge hat. Darüber hinaus können insbesondere derartig kleine Partikel sicherstellen, dass etwa bei einem Rühren keine Beschädigungen der beschichteten Keimbildner erzeugt wird, was die Verfahrensführung weiter vereinfacht.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass das Karbonatisierungsedukt wenigstens ein Material umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxiden und Silikaten der Alkalimetalle und der Erdalkalimetalle. Insbesondere derartige Karbonatisierungsedukte sind gut geeignet, Kohlendioxid zu binden, da die Metallkationen meist gut in Lösung zu bringen sind und ferner eine Reaktion zu den entsprechenden Karbonaten beziehungsweise amorphem Siliziumdioxid effektiv möglich ist. Darüber hinaus sind diese Materialien meist problemlos verfügbar, entweder als Mineralien bzw. Gesteine, wie etwa umfassend Peridodite, Olivine, Basalt, Materialien der Serpentingruppe, oder auch als sekundäre Rohstoffe, etwa umfassend Schlacken, Flugaschen, Filterstäube und Bergbauabfälle beziehungsweise Aufbereitungsabgänge.
Grundsätzlich kann jedoch jegliches Material Verwendung finden, welches aus dem Stand der Technik für die Karbonatisierung bekannt ist.
Es kann weiter bevorzugt sein, dass der Keimbildner der Reaktionsmischung in einer Menge zugesetzt wird, die in einem Bereich liegt von kleiner oder gleich 65 Gew.-%, bezogen auf die Menge des bei Verfahrensschritt b) eingesetzten Karbonatisierungsedukts. Die vorbeschriebene Menge kann wie vorstehend bereits angedeutet bevorzugt zumindest zum Teil vor dem Durchführen des Verfahrensschritts b) zugesetzt werden. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die entsprechende Menge auch oder nur während des Durchführens des Verfahrensschritts b) kontinuierlich oder schubweise zugegeben wird. Es hat sich gezeigt, dass der Keimbildner in der vorbeschriebenen Menge sehr effektiv in der Keimbildung ist und somit eine Passivierung des Sequestrationsmittels effektiv verhindert werden kann und gleichzeitig aufgmnd der geringen Menge das Verfahren ökonomisch in einem sinnvollen Zeitrahmen durchführbar ist.
Beispielsweise kann der Keimbildner der Reaktionsmischung in einer Menge zugesetzt werden, die in einem Bereich liegt von größer oder gleich 2 Gew.-% bis kleiner oder gleich 50 Gew.-%, etwa von größer oder gleich 5 Gew.-% bis kleiner oder gleich 25 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Menge des bei Verfahrensschritt b) eingesetzten Karb onati si erungsedukts .
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale oder Vorteile des Karbonatisierungsverfahrens wird auf die Beschreibung der Karbonatisierungsmischung und auf das Beispiel verwiesen, und umgekehrt.
Beschrieben wird ferner eine Karbonatisierungsmischung, wobei die Mischung wenigstens ein Karbonatisierungsedukt aufweist, das dazu geeignet ist, mit Kohlendioxid unter chemischer Bindung des Kohlendioxids zu reagieren, wobei die Mischung weiterhin wenigstens einen Keimbildner zum Abscheiden wenigstens eines Reaktionsprodukts aus der Reaktion des Karbonatisierungsedukts mit Kohlendioxid umfasst, wobei der Keimbildner wenigstens ein Material umfasst, dass ein Reaktionsprodukt des Karbonatisierungsedukts mit Kohlendioxid ist.
Eine derartige Mischung ist wie vorstehend im Detail erläutert dazu geeignet, den Reaktionsumsatz der Karb onati sierung des Karbonatisierungsedukts gegenüber dem Stand der Technik zu erhöhen. Denn dadurch, dass die Reaktionsmischung einen Keimbildner zum Abscheiden wenigstens eines Reaktionsprodukts aus der Reaktion des Karbonatisierungsedukts mit Kohlendioxid umfasst, wobei der Keimbildner wenigstens ein Material umfasst, dass ein Reaktionsprodukt des Karbonatisierungsedukts mit Kohlendioxid ist, kann verhindert oder die Gefahr deutlich reduziert werden, dass sich Reaktionsprodukte der Karbonatisierung auf dem Karbonatisierungsedukt abscheiden. Es wird vielmehr erreicht, dass sich die Reaktionsprodukte auf dem Keimbildner abscheiden. Das Ausbilden einer Passivierungsschicht, die aus dem Stand der Technik meist als amorphe Siliziumdioxidschicht oder etwa Magnesit bekannt ist, kann so verhindert oder deren Auftreten zumindest signifikant reduziert werden.
Dabei kann ein Abscheiden der Reaktionsprodukte auf dem Keimbildner insbesondere dadurch reduziert werden, dass der Keimbildner wenigstens ein Material umfasst, dass ein Reaktionsprodukt des Karbonatisierungsedukts mit Kohlendioxid ist. Hierdurch wird ausgenutzt, dass das Primärkomwachstum weniger Energie benötigt, als die Keimbildung und dies auf übereinstimmenden Kristallebenen, also einem entsprechenden Keimbildner, energetisch günstiger ist als auf dem reaktiven Ausgangsmaterial. Somit kann erreicht werden, dass eine Ausfällung der Reaktionsprodukte, wie insbesondere von Erdalkalimetall oder Alkalimetall- Karbonaten oder amorphem Siliziumdioxid, bevorzugt an den Keimbildnern stattfindet, das Ausgangsmaterial, also das Karbonatisierungsedukt, jedoch von den ausgefällten beziehungsweise gebildeten Reaktionsprodukten zumindest für eine längere Zeitspanne frei bleiben.
Hinsichtlich der Keimbildner gilt im Wesentlichen das vorstehend Gesagte. Bevorzugt kann der Keimbildner ausgewählt sein aus Karbonaten und amorphem Siliziumdioxid. Nicht beschränkende Beispiele für Karbonate umfassen etwa Magnesit, Calcit, Aragonit oder Dolomit. Nicht beschränkende Beispiele für Siliziumdioxid umfassen etwa natürliches oder synthetisches amorphes Siliziumdioxid.
Besonders vorteilhaft kann der Keimbildner eine Partikelgröße D90 aufweisen, die in einem Bereich liegt von kleiner oder gleich 100 pm. Besonders vorteilhaft kann der Keimbildner Partikel aufweisen mit einer Partikelgröße D90 in einem Bereich von kleiner oder gleich 50 pm, beispielsweise kleiner oder gleich 30 pm, wobei grundsätzlich eine Untergrenze der Partikelgröße D90 technisch bedingt sein kann und/oder in einem Bereich liegen kann bei 0,1 gm, beispielsweise bei 1 gm.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass das Karbonatisierungsedukt wenigstens ein Material umfasst, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Oxiden und Silikaten der Alkalimetalle und der Erdalkalimetalle. Insbesondere derartige Karbonatisierungsedukte sind gut geeignet, Kohlendioxid zu binden, da die Metallkationen meist gut in Lösung zu bringen sind und ferner eine Reaktion zu den entsprechenden Karbonaten beziehungsweise amorphem Siliziumdioxid effektiv möglich ist. Darüber hinaus sind diese Materialien meist problemlos verfügbar, entweder als Mineralien oder Gesteine, wie etwa umfassend Peridodite, Olivine, Basalt, Materialien der Serpentingruppe, oder auch als sekundäre Rohstoffe, etwa umfassend Schlacken, Flugaschen, Filterstäube und Bergbauabfälle beziehungsweise Aufbereitungsabgänge.
Grundsätzlich kann jedoch jegliches Material Verwendung finden, welches aus dem Stand der Technik für die Karbonatisierung bekannt ist.
Es kann weiter bevorzugt sein, dass der Keimbildner der Reaktionsmischung in einer Menge zugesetzt wird, die in einem Bereich liegt von kleiner oder gleich 65 Gew.-%, bezogen auf die Menge vorliegenden Karbonatisierungsedukts. Beispielsweise kann der Keimbildner der Reaktionsmischung in einer Menge zugesetzt werden, die in einem Bereich liegt von größer oder gleich 2 Gew.-% bis kleiner oder gleich 50 Gew.-%, etwa von größer oder gleich 5 Gew.-% bis kleiner oder gleich 25 Gew. -%, jeweils bezogen auf die Menge des eingesetzten Karb onati si erungsedukts .
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale oder Vorteile der Karbonatisierungsmischung wird auf die Beschreibung des Karbonatisierungsverfahrens und auf das Beispiel verwiesen, und umgekehrt. Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf das anliegende Beispiel exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können, und wobei die Erfindung nicht auf das folgende Ausführungsbeispiel beschränkt ist.
Beispiel:
Das Karbonatisierungsedukt, welches etwa ein Oxid und/oder Silikat eines Alkalimetalls und/oder Erdalkalimetalls sein kann, beispielsweise Peridodit, und der Keimbildner, etwa ein Karbonat oder amorphes Siliziumdioxid, beispielsweise Magnesit, werden zusammen mit Wasser als Lösungsmittel und optionalen Additiven, wie etwa Säuren und/oder Chelatbildnern, in einen Reaktor gefüllt. Der Keimbildner lag in einer Menge von 10 Gew.-%, bezogen auf das Karbonatisierungsedukt, vor. Das Rührwerk des Reaktors wird auf beispielsweise 600 Elmdrehungen pro Minute eingestellt. Dann wird CO2 zugegeben, etwa unter einem beispielhaften Partialdruck von 30 bar, und die Temperatur der Reaktionsmischung wird auf 175 °C erhöht, was zu einer Druckerhöhung auf etwa 60 bar führt. Bei dieser Temperatur verweilt der Prozess für vier Stunden, wobei der Druck des CO2 sich verständlicherweise durch die Abreaktion verringert. Danach wird auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es konnte gezeigt werden, dass das Karbonatisierungsedukt im Wesentlichen frei geblieben ist von einer Passivierungsschicht, so dass ein sehr guter Reaktionsumsatz erreicht werden konnte.
Die dieser Patentanmeldung zu Grunde liegende Erfindung entstand in einem Projekt, welches unter dem Förderkennzeichen 033RC014B vom BMBF gefördert wurde.

Claims

Patentansprüche
1. Karbonatisierungsverfahren, aufweisend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines Karbonatisierungsedukts, wobei das Karbonatisierungsedukt dazu geeignet ist, mit Kohlendioxid zu reagieren; und b) Durchführen einer Reaktion des Karbonatisierungsedukts in einer Reaktionsmischung mit Kohlendioxid unter chemischer Bindung des Kohlendioxids; dadurch gekennzeichnet, dass c) der Reaktionsmischung wenigstens ein Keimbildner zugesetzt wird, an dem sich wenigstens ein in Verfahrensschritt b) entstehendes Reaktionsprodukt abscheidet, wobei der Keimbildner wenigstens ein Material umfasst, dass ein Reaktionsprodukt des Karbonatisierungsedukt mit Kohlendioxid ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Keimbildner ausgewählt ist aus Karbonaten und amorphem Siliziumdioxid.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Keimbildner ein Material ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Magnesit, Calcit, Aragonit, Dolomit oder amorphem Siliziumdioxid.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Keimbildner eine Partikelgröße aufweist, die in einem Bereich liegt von kleiner oder gleich 100 pm.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Karbonatisierungsedukt ein Material umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxiden und Silikaten der Alkalimetalle und der Erdalkalimetalle.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Keimbildner in der Reaktionsmischung in einer Menge zugesetzt wird, die in einem Bereich liegt von kleiner oder gleich 65 Gew.-%, bezogen auf die Menge des bei Verfahrensschritt b) eingesetzten Karbonatisierungsedukts.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt c) zumindest zum Teil vor Verfahrensschritt b) ausgeführt wird.
8. Karbonatisierungsmischung, wobei die Mischung wenigstens ein Karbonatisierungsedukt aufweist, das dazu geeignet ist, mit Kohlendioxid unter chemischer Bindung des Kohlendioxids zu reagieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung weiterhin wenigstens einen Keimbildner zum Abscheiden wenigstens eines Reaktionsprodukts aus der Reaktion des Karbonatisierungsedukts mit Kohlendioxid umfasst, wobei der Keimbildner wenigstens ein Material umfasst, dass ein Reaktionsprodukt des Karbonatisierungsedukts mit Kohlendioxid ist.
9. Mischung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Keimbildner in der Mischung in einer Menge vorliegt, die in einem Bereich liegt von kleiner oder gleich
65 Gew.-%, bezogen auf die Menge des Karbonatisierungsedukts.
10. Mischung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Keimbildner eine Partikelgröße aufweist, die in einem Bereich liegt von kleiner oder gleich 100 pm.
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