Предлагаются способы опреснения, включающие осаждение карбонатных соединений. В некоторых вариантах осуществления изобретения опресняемую воду перед опреснением подвергают воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений. В некоторых вариантах осуществления изобретения воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, подвергают сточный солевой раствор, образующийся при опреснении. В других вариантах осуществления изобретения воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, подвергают как опресняемую воду, так и сточный солевой раствор. Аспекты вариантов осуществления изобретения охватывают связывание диоксида углерода. Кроме того, варианты осуществления изобретения включают применение осадка карбонатных соединений в качестве строительного материала, например цемента. Предлагаются также системы, сконфигурированные для применения в способах по настоящему изобретению.

 

(57) Реферат / Формула:
способы опреснения, включающие осаждение карбонатных соединений. В некоторых вариантах осуществления изобретения опресняемую воду перед опреснением подвергают воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений. В некоторых вариантах осуществления изобретения воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, подвергают сточный солевой раствор, образующийся при опреснении. В других вариантах осуществления изобретения воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, подвергают как опресняемую воду, так и сточный солевой раствор. Аспекты вариантов осуществления изобретения охватывают связывание диоксида углерода. Кроме того, варианты осуществления изобретения включают применение осадка карбонатных соединений в качестве строительного материала, например цемента. Предлагаются также системы, сконфигурированные для применения в способах по настоящему изобретению.

 

---

•*Trr-r*~*-yrrifnifir^^.......У.........................................
PCT/US08/68564
СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ ОПРЕСНЕНИЯ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ ОСАЖДЕНИЕ
КАРБОНАТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Перекрестные ссылки на родственные заявки В соответствии с разделом 35 Кодекса законов США, § 119(e), настоящая заявка претендует на приоритет по датам подачи следующих заявок: предварительной заявки на патент США № 61/073,326, поданной 17 июня 2008 г.; предварительной заявки на патент США № 60/937,786, поданной 28 июня 2007 г., и предварительной заявки на патент США №61/017,392, поданной 28 декабря 2007 г., содержание которых включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Введение
Опреснительные системы желательны в многочисленных засушливых регионах, а также на флотах, где обеспечение пресной водой ограничено, но доступны большие количества морской воды, воды из внутренних водных путей, рек или других источников солесодержащей воды. Пресная вода также необходима в больших количествах для многих промышленных процессов, в том числе для сельского хозяйства и для производства электроэнергии.
В наиболее распространенных опреснительных системах применяются процессы обратного осмоса или дистилляции. Оба этих процесса в типичных случаях обеспечивают коэффициент извлечения приблизительно 50%. Иными словами, на каждый галлон потребляемой воды приходится 0,5 галлона очищенной воды, а остальные 0,5 галлона сбрасываются в отходы при содержании солей, приблизительно вдвое превышающем их концентрацию в исходной воде. Сброс этих концентрированных соляных растворов в окружающую среду может вызвать локальное отрицательное воздействие. Обычные опреснительные системы могут вырабатывать в качестве побочного продукта соляные растворы с высоким содержанием солей, токсичные для большинства живых организмов. Сброс сточных соляных растворов потенциально опасен для окружающей среды.
Кроме того, компоненты воды, поступающей на опреснение, могут отрицательно влиять на эффективность и/или срок службы опреснительных систем и их составных частей. Например, в системах обратного осмоса присутствие двухвалентных катионов в подаваемой воде может вызывать забивание или расслаивание мембран, что ограничивает их срок службы.
Сущность изобретения
Предложены способы опреснения, включающие осаждение карбонатных соединений. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения поступающую на опреснение воду перед опреснением подвергают воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения сточные солевые растворы из опреснительных систем подвергают воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений. Согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, подвергают как опресняемую воду, так и сточные солевые растворы. Аспекты настоящего изобретения охватывают связывание диоксида углерода. Кроме того, варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают использование осадка, образовавшегося в условиях, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, в качестве строительного материала, например, цемента. Предложены также системы, выполненные с возможностью применения в способах по настоящему изобретению.
Краткое описание фигур
На Фиг. 1 представлена схема последовательности технологических операций процесса осаждения в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 2 графически представлены результаты исследования упрочнения различных цементов с добавками на основе портланд-цемента, в том числе смесей, содержащих осадок карбонатных соединений в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, описанным более подробно ниже в разделе "Экспериментальная часть".
На Фиг. ЗА-ЗС представлены полученные методом сканирующей электронной микроскопии изображения осадка, полученного, как описано ниже в разделе "Экспериментальная часть".
На Фиг. 4 представлены результаты инфракрасной Фурье-спектрометрии осадка, полученного, как описано ниже в разделе "Экспериментальная часть".
Подробное описание
Предложены способы опреснения, включающие осаждение карбонатных соединений. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения поступающую на опреснение воду перед опреснением подвергают воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения сточные солевые растворы из опреснительных систем подвергают воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений. В других вариантах осуществления настоящего изобретения воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, подвергают как опресняемую воду, так и сточные солевые растворы. Аспекты настоящего изобретения охватывают связывание диоксида углерода. Кроме того, варианты осуществления изобретения предусматривают использование осадка, образовавшегося в условиях, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, в качестве строительного материала, например, цемента. Предлагаются также системы, выполненные с возможностью применения в способах по настоящему изобретению.
Прежде чем описывать настоящее изобретение более подробно, следует подчеркнуть, что данное изобретение не ограничено конкретными описанными вариантами осуществления изобретения, поскольку они естественно, могут изменяться. Следует также иметь в виду, что применяемая в настоящем описании терминология предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления изобретения и не имеет ограничительного характера, поскольку объем притязаний настоящего изобретения будет ограничен только прилагаемой формулой изобретения.
В случаях, когда предлагается определенный диапазон значений, следует иметь в виду, что если контекстом явно не обозначено иное, то изобретение охватывает каждое из промежуточных значений с точностью до десятых долей единицы нижнего предела, лежащих между верхним и нижним пределами упомянутого диапазона и любым другим установленным или промежуточным значением в пределах указанного диапазона. Верхние и нижние пределы этих более узких диапазонов могут быть независимо включены в более узкие диапазоны и также охватываются изобретением, за исключением любого конкретного исключенного предела в установленном диапазоне. Если установленный диапазон включает один из этих пределов или оба таких предела, то диапазоны, исключающие какой-либо из этих включенных пределов или оба таких предела, также охватываются изобретением.
Некоторые диапазоны охарактеризованы в настоящем описании численными значениями, перед которыми стоит термин "приблизительно". Термин "приблизительно" в настоящем описании применяется для обоснования точного значения, перед которым он стоит, а также численного значения, близкого к этому точному значению или приближающегося к нему. При решении вопроса о том, является ли некоторое значение близким или приближающимся к конкретно указанному численному значению, таким близким или приближающимся значением может считаться неуказанное значение, которое в соответствующем контексте обеспечивает практический эквивалент конкретного указанного значения.
Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в настоящем документе, имеют значения, общепринятые для специалиста в области, к которой относится настоящее изобретение. Ниже с иллюстративной целью описаны типичные способы и материалы, используемые при осуществлении или проведении испытаний настоящего изобретения, однако могут быть использованы также любые другие способы и материалы, аналогичные описанным в настоящем документе.
Все публикации и патенты, упомянутые в настоящем описании изобретения, включаются в его объем посредством ссылок, как если бы было конкретно и индивидуально указано на включение каждой отдельной публикации или патента
посредством ссылки, с целью раскрытия и описания способов и/или материалов, в связи с которыми упоминаются соответствующие публикации. Цитирование любой публикации касается информации из нее, предшествующей дате подачи заявки, и не должно толковаться как признание того, что настоящее изобретение не дает права на датирование такой публикации более ранней датой на основании предшествующего изобретения. Далее, указанные даты опубликования могут отличаться от действительных дат опубликования, которые могут потребовать независимого подтверждении.
Следует упомянуть, что формы единственного числа, использованные в настоящем описании и в прилагаемой формуле изобретения, охватывают формы множественного числа, если из контекста явно не следует иное. Далее, следует отметить, что пункты формулы изобретения могут быть составлены так, чтобы исключить любой факультативный элемент. Таким образом, это утверждение предназначено для обоснования таких исключающих терминов, как "только", "лишь" и т.п., в сочетании с перечислением элементов пункта формулы изобретения или для использования "отрицательного" ограничения.
Специалистам в отрасли при ознакомлении с настоящим описанием будет ясно, что каждый из отдельных вариантов осуществления изобретения, описанный и иллюстрированный в этом документе, характеризуется отдельными деталями и признаками, которые могут быть легко отделены от признаков любого из нескольких других вариантов осуществления изобретения или объединены с такими признаками без выхода за пределы объема или сущности настоящего изобретения. Любой из описанных способов может быть осуществлен в описанной последовательности или любой другой логически возможной последовательности.
Способы
Как кратко указано выше, аспекты настоящего изобретения охватывают способы опреснения, причем одним из аспектов этих способов является осуществление процесса осаждения карбонатных соединений один или несколько раз на протяжении общего процесса опреснения, например, путем воздействия условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, на опресняемую воду и/или сточные солевые растворы. Варианты осуществления способов включают: (а) воздействие условиями, при которых происходит
осаждение карбонатных соединений, на опресняемую воду один или несколько раз для получения осадка карбонатных соединений и обедненной ионами щелочноземельных металлов воды; и (Ь) опреснение обедненной ионами щелочноземельных металлов воды с получением обработанной воды. Варианты осуществления способов включают: (а) опреснение соленой воды с получением опресненной воды и сточного солевого раствора; (Ь) воздействие на сточный солевой раствор условиями, при которых протекает осаждение минералов, с получением осажденной композиции минералов и обедненного (т.е. обработанного) солевого раствора; и (с) отделение композиции минералов из упомянутого обедненного солевого раствора. В некоторых вариантах осуществления изобретения эти этапы могут включать несколько последовательных процессов, осуществляемых на стадиях а-с, результатом которых является близкая к нулевой соленость воды или сливание солевого раствора после обработки. Согласно некоторым из вышеупомянутых вариантов, способы включают введение в воду диоксида углерода из постороннего источника, например, из отходящих газов от тепловой электростанции, с целью повышения эффективности и выхода конечного продукта процесса.
Соленая вода, подвергаемая опреснению согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, может поступать из любого удобного источника соленой воды. Термин "соленая вода" применяется в его обычном смысле и относится к многочисленным различным типам водных жидкостей, отличающихся от пресной воды, причем термин "соленая вода" охватывает слабоминерализованные воды, морскую воду и рассолы (в том числе рассолы искусственного происхождения, например, сточные воды геотермических установок и т.п.), а также другие солевые растворы, соленость которых превышает соленость пресной воды. Рассолом называется вода, насыщенная или почти насыщенная солью и имеющая соленость 50 тыс"1 или выше. Слабоминерализованной водой называется вода, более соленая, чем пресная, однако менее соленая, чем морская вода, имеющая соленость в пределах от 0,5 тыс"1 до 35 тыс"1. Морской водой называется вода из моря или океана, имеющая соленость в пределах от 35 тыс"1 до 50 тыс"1. Источником соленой воды, из которого поступает на опреснение исходная соленая вода, может быть природный источник, такой как море, океан, озеро, болото, устье реки, лагуна
и т.п., или источник искусственного происхождения. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения источником соленой воды является океан или море, и поступающей на опреснение соленой водой является морская вода. Солеными водами, представляющими интерес, являются воды, содержащие один или несколько щелочноземельных металлов, например, магний, кальций и т.п., которые, таким образом, могут рассматриваться как воды, содержащие щелочноземельные металлы. Примерами таких вод являются воды, содержащие кальций в количествах от 50 млн"1 до 20000 млн"1, например, от 200 млн"1 до 5000 млн"1, в том числе от 400 млн"1 до 1000 млн"'. К водам, представляющим интерес, относятся воды, содержащие магний в количествах от 50 млн"1 до 40000 млн"1, например, от 100 млн"1 до 10000 млн"1, в том числе от 500 млн"1 до 2500 млн"1.
Для опреснения соленой воды может быть применен любой удобный способ. Термин "опреснение (обессоливание или деминерализация)" относится к любому из различных процессов удаления из воды избыточных солей и других минералов. При опреснении из воды удаляют соли с целью ее превращения в пресную воду, пригодную для потребления животными или для орошения либо, в случае почти полного удаления солей, для потребления человеком. Способы опреснения, представляющие интерес, включают (но без ограничения ими) дистилляционные способы, например, многостадийная равновесная дистилляция (MSF), выпаривание в многокорпусных испарителях (MED/ME), парокомпрессионное выпаривание (VC) и выпаривание с конденсацией; ионообменные способы; мембранные способы, например, обращенный электродиализ (EDR), обратный осмос (RO), нанофильтрование (NF), прямой осмос (FO), мембранная дистилляция (MD) и т.д.
Как кратко указано выше, на некоторой стадии процесса опреснения, например, перед опреснением и/или после него, выполняется стадия осаждения карбонатных соединений, для чего на воду воздействуют условиями, при которых происходит осаждение карбонатных соединений. При этом на поступающую на опреснение воду и/или сточный соляной раствор процесса опреснения воздействуют условиями, при которых происходит осаждение карбонатных соединений. Представляющие интерес условия, при которых происходит
осаждение карбонатных соединений, включают введение воды, например, поступающей на опреснение воды, и/или сточного соляного раствора, в контакт с С02 для получения насыщенной С02 воды, с последующим воздействием на насыщенную С02 воду условиями, при которых происходит осаждение карбонатных соединений.
Контактирование воды с источником С02 может иметь место до периода времени, в котором на воду воздействуют условия, при которых происходит осаждение С02, и/или во время этого периода, например, как подробно описано ниже. Соответственно, варианты осуществления настоящего изобретения включают способы, в которых определенный объем воды вводят в контакт с источником С02 до воздействия на этот объем воды условий, при которых происходит осаждение. Варианты осуществления настоящего изобретения охватывают способы, в которых определенный объем воды вводят в контакт с источником С02 в период времени воздействия на этот объем воды условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений. Варианты осуществления настоящего изобретения включают способы, в которых определенный объем воды вводят в контакт с источником С02 как до воздействия на этот объем воды условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, так и в период времени воздействия на этот объем воды условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений.
Источником С02, находящимся в контакте с определенным объемом воды, в этих вариантах осуществления настоящего изобретения может быть любой приемлемый источник С02. Источником С02 может быть жидкость, твердое вещество (например, сухой лед) или газообразный источник С02. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения источником С02 является источник газообразного ССЬ. Этот источник газообразного С02 может быть различным, например, воздухом, потоками газообразных промышленных отходов и т.п. Этим газообразным С02 в некоторых случаях являются газообразные отходы промышленного предприятия. Природа этого промышленного предприятия в этих вариантах осуществления настоящего изобретения может быть различной, причем к промышленным предприятиям, представляющим интерес, относятся электростанции, химические заводы и другие промышленные предприятия, в
которых С02 является побочным продуктом. Термин "поток газообразных отходов" означает поток газа (или аналогичный поток), образующегося в качестве побочного продукта технологического процесса промышленного предприятия, например, отходящий газ. Этот газовый поток может представлять собой практически чистый С02 или многокомпонентный газовый поток, который содержит С02 и одну или несколько газообразных примесей. К многокомпонентным газовым потокам (содержащим С02), которые могут быть применены в качестве источников С02 в вариантах осуществления предлагаемых способов, относятся как восстановительные потоки, например, синтез-газ, синтез-газ смещенного состава, природный газ, водород и т.п., так и окислительные потоки, например, топочные газы, образующиеся при горении. В частности, к представляющим интерес многокомпонентным газовым потокам, которые можно применять в соответствии с настоящим изобретением, относятся: кислородсодержащие топочные газы тепловых электростанций, газ, получаемый в котлоагрегате с турбонаддувом, газ, получаемый при газификации угля, газ смещенного состава, получаемый при газификации угля, газ, получаемый при анаэробном брожении, поток природного газа из устья скважины, природный газ после риформинга или гидраты метана и т.п.
В вариантах осуществления настоящего изобретения источником С02 может быть топочный газ, полученный при сжигании угля или другого топлива, который вводят в контакт с определенным объемом соленой воды после незначительной предварительной обработки топочного газа либо вообще без нее. В этих вариантах осуществления настоящего изобретения ионы магния и кальция, присутствующие в воде, содержащей щелочноземельные металлы, вступают в реакции образования CaS04 и MgSC"4 и других соединений, а также СаСОз и MgC03 и других соединений, обеспечивая эффективное удаление серы из потока топочных газов без дополнительного выделения С02 на стадии обессеривания. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения стадия обессеривания может быть объединена со стадией осаждения карбонатных соединений либо осуществляться до этой стадии. Поэтому в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения на различных стадиях выделяются различные совокупности продуктов реакций, тогда как в других вариантах образуется один
продукт реакции.
Кроме магний- и кальцийсодержащих продуктов реакции осаждения, к соединениям, представляющим интерес, относятся соединения кремния, алюминия, железа, бора и других элементов. Химический состав и морфология продуктов, образующихся при применении этих реагентов, могут изменять реакционную способность цементов, получаемых в результате осуществления процесса, либо изменить свойства затвердевших цементов и бетонов, полученных из них. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения к реакционной смеси добавляется зола в качестве источника этих дополнительных реагентов (как более подробно описано ниже) с целью получения осадков карбонатных минералов, содержащих один или несколько компонентов, таких как аморфный диоксид кремния, кристаллический диоксид кремния, силикаты кальция, алюмосиликаты кальция или любые другие соединения, которые могут образоваться при реакции золы в процессе осаждения карбонатных минералов.
Воду можно вводить в контакт с источником С02, применяя любую обычную методику. Если С02 является газом, то методики введения в контакт включают (но без ограничения ими) прямое контактирование, например, барботирование газа через объем соленой воды, контактирование в прямотоке, т.е. контакт между потоками газовой и жидкой фаз, движущимися в одном направлении, контактирование в противотоке, т.е. контакт между потоками газовой и жидкой фаз, движущимися в противоположных направлениях, и т.д. Таким образом, контактирование можно осуществлять путем применения инфузоров, барботеров, жидкостных реакторов Вентури, разбрызгивателей, газовых фильтров, распылителей, реакционных колонн с тарелками или с насадками и т.д.
Согласно способам по настоящему изобретению на некоторый объем насыщенной С02 воды, полученной, например, как описано выше, воздействуют условиями, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, для получения осажденной композиции карбонатных соединений и обедненной щелочноземельными металлами воды, которая с точки зрения стадии осаждения может рассматриваться как маточный раствор (т.е. часть воды, оставшаяся после осаждения из нее композиции карбонатных соединений). Можно применять любые приемлемые условия осаждения, обеспечивающие получение
карбонатсодержащего твердого вещества или осадка из насыщенной С02 воды.
К представляющим интерес условиям, при которых происходит осаждение, относятся условия, обеспечивающие изменение физической среды, в которой находится насыщенная С02 вода, с целью получения желаемого осажденного продукта. Например, температура введенного С02 может быть повышена до значения, обеспечивающего выпадение в осадок желаемого карбонатного соединения. Согласно таким вариантам, температура введенного С02 может быть повышена до значения в пределах от 5°С до 70°С, например, от 20°С до 50°С, в том числе от 25°С до 45°С. Таким образом, хотя данная совокупность условий осаждения может включать температуру в пределах от 0°С до 100°С, в некоторых вариантах осуществления данного изобретения эта температура может быть повышена для получения желаемого осадка. В некоторых вариантах осуществления данного изобретения эту температуру повышают, используя энергию, получаемую из источников, выделяющих незначительные количества диоксида углерода или вообще не выделяющих его, например, от источников, использующих солнечную энергию, энергию ветра, гидроэлектроэнергию и т.п. В некоторых вариантах осуществления данного изобретения температура может быть повышена с использованием тепла топочных газов, получаемых при сжигании угля или другого топлива.
Аспекты настоящего изобретения включают повышение рН насыщенной С02 воды до уровней щелочной среды с целью осаждения. Значение рН может быть повышено до 9 или выше, например, 10 или выше, например, 11 или выше.
В некоторых вариантах осуществления данного изобретения в качестве средства модифицирования рН, например, для повышения рН насыщенной С02 воды, применяется зола. Зола может применяться в качестве единственного модификатора рН или в сочетании с одним или несколькими дополнительными модификаторами рН.
В некоторых вариантах осуществления изобретения представляет интерес применение в качестве золы каменноугольной золы. Термин "каменноугольная зола" в значении, применяемом в настоящем описании, относится к остаткам
топлива, образующимся в котлах электростанций или в угольных топках, например, в котлах с цепными колосниковыми решетками, котлах, снабженных циклонами, и котлах с псевдоожиженным слоем топлива, при сжигании распыленного антрацита, лигнита, битуминозных или слабобитуминозных углей. К таким каменноугольным золам относится летучая зола, представляющая собой тонкодисперсную каменноугольную золу, уносимую из топки отходящими или топочными газами, и зольный остаток, накапливающийся на дне топки в виде агломератов. Применение зол в качестве источников щелочи подробно описано в предварительной заявке на патент США №61/073,319, поданной 17 июня 2008 г., содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в качестве средства модифицирования рН, например, для повышения рН насыщенной С02 воды, применяется шлак. Шлак может применяться в качестве единственного модификатора рН или в сочетании с одним или несколькими дополнительными модификаторами рН. Шлаки образуются в процессе передела металлов и могут содержать оксиды кальция и магния, а также соединения железа, кремния и алюминия. Применение шлаков как модификаторов рН может обеспечить дополнительные преимущества вследствие введения реакционноспособных оксидов кремния и алюминия в осажденный продукт. К представляющим интерес шлакам относятся (но без ограничения ими) доменные шлаки, образующиеся при выплавке чугуна, шлаки, образующиеся при переделе стали в электродуговых и других печах, медные шлаки, никелевые шлаки и фосфорные шлаки.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения могут применяться реагенты для повышения рН, причем к примерам таких реагентов относятся оксиды, гидроксиды (например, оксид кальция, гидроксид калия, гидроксид натрия, брусит (Mg(OH2) и т.п.), карбонаты (например, карбонат натрия), серпентин, хризотил и т.п. Введение серпентина также обеспечивает выделение диоксида кремния и магния в раствор, результатом чего является образование карбонатных соединений, содержащих диоксид кремния. Количество реагента для повышения рН, добавляемого к воде, зависит от конкретных свойств реагента и объема воды, подвергаемой модифицированию, и должно быть достаточным для повышения рН воды до желаемого значения. Согласно альтернативным
вариантам рН воды может быть повышен до желаемого уровня путем электролиза воды. При применении электролиза могут быть использованы разнообразные методики, например, электролиз со ртутным катодом (называемый также процессом Кастнера- Кельнера - Castner-Kellner process); электролиз с диафрагмой и электролиз с мембраной. При желании побочные продукты электролизного процесса, например, Н2, металлический натрий и т.д., можно собирать и применять для других целей. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения уровень рН надосадочной жидкости после осаждения карбонатов можно повышать путем электролиза, после чего возвращать ее в реактор вместе с морской водой или сточными соляным раствором, образующимся в процессе обессоливания, с целью дальнейшего осаждения карбонатов. В этих вариантах осуществления настоящего изобретения удаление кальция, магния и других катионов до электролиза может сделать применение электролиза с целью повышения рН раствора более эффективным.
В воду можно вводить также иные добавки, помимо реагентов, повышающих рН, с целью корректирования свойств получаемого осадка. Таким образом, некоторые варианты осуществления вышеупомянутых способов включают введение в воду добавок до или во время воздействия на воду условий, при которых происходит осаждение. Образованию некоторых полиморфных модификаций карбоната кальция может способствовать присутствие микроколичеств определенных примесей. Например, фатерит - чрезвычайно нестабильную полиморфную модификацию СаСОз, осаждающуюся в разнообразных морфологических видах и быстро превращающуюся в кальцит, - можно получить с очень высокими выходами путем введения микроколичеств лантата в виде хлорида лантана в пересыщенный раствор карбоната кальция. Другими представляющими интерес добавками, наряду с лантаном, являются (но без ограничения ими) переходные металлы и т.п. Например, известно, что введение двухвалентного или трехвалентного железа способствует образованию неупорядоченного доломита (протодоломита) в случаях, когда он не образуется в других условиях.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения применяются добавки, способствующие образованию осадков, характеризующихся увеличенными размерами частиц, например, частиц величиной от 50 мкм до
1000 мкм, например, от 100 мкм до 500 мкм, и/или аморфными свойствами. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения этими добавками являются катализаторы на основе переходных металлов. К представляющим интерес катализаторам на основе переходных металлов относятся (но без ограничения ими) растворимые соединения Zn, Cr, Mn, Fe, Со и Ni, или любые их сочетания. К конкретным представляющим интерес соединениям относятся (но без ограничения ими) СоСЬ и NiCl2. В случае применения таких катализаторов на основе переходных металлов их количество может быть различным и изменяется в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в пределах от 10 млрд"1 до 2000 млн"1, например, от 100 млрд"1 до 500 млн"1. Введение таких добавок можно использовать для обеспечения получения аморфных продуктов в случаях, когда без применения добавок образуются кристаллические продукты, и/или для получения увеличенных размеров частиц в осадке по сравнению с осадками, получаемыми в отсутствие таких добавок.
На свойства осадка можно также воздействовать путем выбора соответствующих соотношений основных ионов. Соотношения основных ионов существенно влияют также на образование полиморфных модификаций. Например, увеличение соотношения магния к кальцию в воде приводит к преимущественному образованию арагонита как полиморфной модификации карбоната кальция по сравнению с кальцитом с низким содержанием магния. При низких значениях отношения магний/кальций предпочтительной полиморфной модификацией является кальцит с низким содержанием магния.
Скорость осаждения также можно модулировать в целях регулирования образования фаз осаждаемых соединений. Наиболее быстрое осаждение может достигаться путем затравливания раствора желаемой фазой. При отсутствии затравливания быстрое осаждение достигается путем быстрого повышения рН морской воды, в результате чего образуются большие количества аморфных компонентов. В случае присутствия диоксида кремния в карбонатный осадок включается тем большее количество диоксида кремния, чем выше скорость реакции. Чем выше рН, тем быстрее происходит осаждение и тем выше степень аморфности осадка. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения скорость осаждения выбирают так, чтобы обеспечить образование
крупных кристаллов арагонита повышенной чистоты, например, кристаллов агломерированных структур размером от 20 мкм до 50 мкм, состоящих из отдельных структур размером от 10 мкм до 15 мкм, например, как описано ниже в Примере П.
Соответственно, совокупность условий осаждения, обеспечивающая получение желаемого осадка из воды, включает в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения температуру и рН воды, а также в некоторых случаях концентрации добавок и различных видов ионов в воде. Условия осаждения могут включать также другие факторы, например, скорость перемешивания, способы перемешивания, например, ультразвуковую обработку, а также присутствие затравочных кристаллов, катализаторов, мембран или субстратов. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения к условиям осаждения относятся пересыщенность, температура, рН и/или градиенты концентрации или циклическое варьирование либо изменение любых из этих параметров. Процессы, применяемые для получения осажденных карбонатных соединений по настоящему изобретению, могут осуществляться в периодическом или в непрерывном режиме. Следует иметь в виду, что условия осаждения, обеспечивающие получение конкретного осадка в проточной системе непрерывного действия, могут отличаться от условий периодического процесса.
После получения осадка карбонатных соединений из воды полученные осажденные композиции карбонатных соединений отделяют от маточной жидкости с целью получения обработанной воды, например, воды, обедненной щелочноземельными металлами, которую можно использовать в качестве исходного материала для опреснения, или обработанного солевого раствора. Отделение осадка от обработанной воды можно осуществлять с использованием любого приемлемого приема, в том числе механических приемов, например, декантирования избыточной воды из осадка с применением только силы тяжести или с использованием вакуума, механического прессования, отфильтровывания осадка от маточной жидкости с получением фильтрата и т.д. При отведении избытка воды получают отделенный от воды влажный осадок.
Согласно некоторым вариантам осуществления фильтрования размеры частиц осадка регулируют для обеспечения эффективного фильтрования при небольших затратах энергии, например, для получения осаждаемых частиц величиной от 50 мкм до 1000 мкм, например, от 100 мкм до 500 мкм. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения размер частиц и состав осажденного материала регулируют в целях уменьшения или исключения необходимости требующего высоких энергозатрат механического фильтрования исходного материала для обратного осмоса.
Применение некоторых катализаторов на основе переходных металлов в процессах осаждения карбонатов или карбонатов/силикатов позволяет получать аморфные осадки в случаях, когда обычно образуются кристаллические структуры. Катализаторы на основе переходных металлов включают растворимые соединения Zn, Cr, Mn, Fe, Со и Ni, или любые их сочетания. Например, при введении СоС12 и NiCl2 в концентрациях от 10 млрд"1 до 2000 млн'1, в том числе от 100 млрд"1 до 500 млн"1, образуются осадки аморфной структуры в тех случаях, когда обычно наблюдается образование только кристаллических структур.
Скорость образования осадка можно увеличить путем применения вышеуказанных катализаторов, что приводит к увеличению размеров частиц, образованию более аморфной структуры или к сочетанию этих двух эффектов. В вариантах осуществления настоящего изобретения с получением частиц увеличенных размеров удаление осадка из перерабатываемого материала можно осуществлять с меньшими затратами энергии, например, путем гравитационного осаждения.
В отличие от способов осаждения с затравливанием, способы по настоящему изобретению не связаны с образованием С02 в процессе осаждения. Таким образом, варианты осуществления способов по настоящему изобретению могут рассматриваться как способы осаждения, не связанные с образованием С02.
На Фиг. 1 показана схема последовательности технологических операций процесса осаждения карбонатов в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как видно из Фиг. 1, воду из источника 10 воды, которая может быть исходной водой для опреснительной установки и/или сточным солевым раствором от опреснительной установки, подвергают
воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений на стадии 20 осаждения. В варианте осуществления настоящего изобретения, представленном на Фиг. 1, в воде из источника 10 воды вначале растворяют С02 для получения насыщенной С02 воды, при этом С02 затем подвергают воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений. Как показано на Фиг. 1, поток 30 газообразного С02 вводят в контакт с водой на стадии 20 осаждения. Подаваемый поток 30 газообразного С02 вводят в контакт с водой на стадии 20 осаждения для получения насыщенной С02 воды, как указано выше. На стадии 20 осаждения карбонатные соединения, которые могут быть аморфными или кристаллическими, выпадают в осадок. Как упомянуто выше, введение в воду С02 и осаждение карбонатных соединений можно осуществлять в непрерывном режиме либо на отдельных стадиях. Таким образом, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения введение С02 и осаждение можно производить в одном и том же реакторе системы, например, как показано на Фиг. 1, стадия 20. Согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения эти две стадии можно осуществлять в отдельных реакторах, при этом в воду вначале вводят С02 в одном реакторе, а затем полученную насыщенную С02 воду подвергают воздействию условий, при которых происходит осаждение, в отдельном реакторе.
После получения из воды карбонатного осадка полученную осажденную композицию карбонатных соединений отделяют от обедненной щелочноземельными металлами воды, т.е. от маточной жидкости, для получения отделенного продукта карбонатных соединений, как показано на Фиг. 1, стадия 40. Отделение осадка можно осуществлять с использованием любого приемлемого приема, в том числе механических приемов, например, декантирования избыточной воды из осадка с применением только силы тяжести или с использованием вакуума, механического прессования, отфильтровывания осадка от маточной жидкости с получением фильтрата и т.д. После отделения избытка воды (которая предназначена для применения в качестве обработанной исходной воды для опреснения или обработанного солевого раствора, как описано выше и показано на Фиг. 1, позиция 42) получают отделенный от воды влажный осадок.
В варианте осуществления настоящего изобретения, представленном на Фиг. 1, полученный отделенный от воды осадок затем сушат, получая продукт, как показано на Фиг. 1, стадия 60. Сушку можно выполнять способом воздушной сушки фильтрата. При применении воздушной сушки фильтрата ее можно по желанию проводить при комнатной или повышенной температуре. В другом варианте осуществления настоящего изобретения осадок сушат распылительным методом, при этом жидкость, содержащую осадок, высушивают путем пропускания ее через горячий газ (например, через поток газообразных отходов с электростанции), например, в тех случаях, когда исходная жидкость подается через распылитель в основную сушильную камеру, через которую проходит горячий газ в прямотоке или в противотоке с направлением распыления. В зависимости от конкретной методики сушки, сушильная установка может включать фильтровальный элемент, систему лиофилизации, систему для распылительной сушки и т.д. При желании отделенный от воды осадок из реактора 40 отделения можно промывать перед сушкой, как показано на Фиг. 1, факультативная стадия 50. Осадок можно промывать пресной водой, например, для удаления из него солей (таких как NaCl). Отработанную промывную воду можно удалять удобным способом, например, путем отведения в хвостохранилище и т.п. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения полученный продукт можно подвергать дальнейшей обработке, например, для получения упомянутого ранее стойкого материала открытого хранения, содержащего связанный углерод, для получения строительного материала и т.п., как более подробно описано ниже. Например, в варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на Фиг. 1, высушенный осадок на стадии 70 дополнительно обрабатывают или улучшают, например, для обеспечения желательных физических характеристик, например, размеров частиц, удельной поверхности и т.п., или для введения в осадок одного или нескольких компонентов, например, добавок, заполнителя, дополнительных вяжущих материалов и т.п. с целью получения готового продукта 80.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения для осуществления вышеописанных способов применяются определенные системы, в том числе системы, более подробно описанные ниже.
Обработанную воду, полученную в процессе, показанном на Фиг. 1, т.е. воду, обедненную щелочноземельными металлами, подвергают опреснению и/или удаляют соответствующим образом, например, в зависимости от того, является ли вода, подаваемая на осаждение карбонатных соединений, исходной водой или сточным солевым раствором, как показано позицией 42.
В тех вариантах осуществления настоящего изобретения, где водой, поступающей на стадию осаждения карбонатных соединений, является исходная вода, подаваемая на опреснение, получаемую обедненную щелочноземельными металлами воду подвергают опреснению. Как указано выше, для опреснения соленой воды можно применять любой приемлемый способ. Термин "опреснение (обессоливание или деминерализация)" относится к любому из различных процессов удаления из воды избыточных солей и других минералов. При опреснении из воды удаляют соли с целью ее превращения в пресную воду, пригодную для потребления животными или для орошения либо, в случае почти полного удаления солей, для потребления человеком. Способы опреснения, представляющие интерес, включают (но без ограничения ими) дистилляционные способы, например, многостадийная равновесная дистилляция (MSF), выпаривание в многокорпусных испарителях (MED/ME), парокомпрессионное выпаривание (VC) и выпаривание с конденсацией; ионообменные способы; мембранные способы, например, обращенный электродиализ (EDR), обратный осмос (RO), нанофильтрование (NF), прямой осмос (FO), мембранная дистилляция (MD) и т.д.
В некоторых вариантах представляют интерес способы опреснения с применением мембран, например, обратный осмос. Обратным осмосом (RO) называется процесс разделения, в котором применяется давление для продавливания исходной воды через мембрану(-ы), которая(-ые) удерживает(-ют) растворенные в воде вещества на одной стороне и позволяет(-ют) молекулам воды проходить на другую сторону. Таким образом, этот способ является способом принудительного перемещения молекул воды из области высокой концентрации растворенных веществ через мембрану в область низкой концентрации растворенных веществ путем воздействия на воду давления, превышающего осмотическое давление. Мембраны, применяемые в способах обратного осмоса,
являются полупроницаемыми, поэтому они пропускают воду, но не пропускают растворенное(-ые) вещество(-а). Мембраны, применяемые для обратного осмоса, содержат плотный барьерный слой в полимерной матрице, где в основном и происходит разделение. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения мембрана выполнена так, что упомянутый плотный слой пропускает только воду, но препятствует прохождению растворенных веществ (например, солевых ионов). В вариантах обратного осмоса применяется высокое давление, приложенное со стороны мембраны, находящейся в контакте с раствором высокой концентрации и составляющее, например, 2-17 бар (30-250 фунтов на кв. дюйм, 207-1725 кПа) при переработке слабоминерализованной воды и 40-70 бар (600-1000 фунтов на кв. дюйм, 4140-6900 кПа) при переработке морской воды. К способам и системам для обратного осмоса, в сочетании с которыми может быть применено настоящее изобретение, относятся (но без ограничения ими) способы и системы, описанные в патентах США №6,833,073; №6,821,430; № 6,709,590; №6,656,362; №6,537,456; №6,368,507; №6,245,234; №6,190,556; №6,187,200; №6,156,680; №6,139,740; №6,132,613; №6,063,278; №6,015,495; №5,925,255; №5,851,355; № 5,593,588; №5,425,877; №5,358,640; №5,336,409; № 5,256,303; №5,250,185; №5,246,587; №5,173,335; №5,160,619; №RE34,058; №5,084,182; №5,019,264; №4,988,444; №4,886,597; №4,772,391; №4,702,842; №4,473,476; №4,452,696; №4,341,629; №4,277,344; №4,259,183, содержание которых включено в настоящее описание посредством ссылки.
Как кратко указано выше, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения водой, подвергаемой'воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, является сточный солевой раствор. При опреснении соленой воды образуется опресненная вода и сточный солевой раствор. Опресненную воду можно в дальнейшем использовать любыми обычными способами, например, для орошения, для потребления животными и человеком, для промышленных целей и т.п.
Сточный солевой раствор, полученный при опреснении, затем подвергают обработке для получения обработанного солевого раствора. В предлагаемых способах сточный солевой раствор подвергают воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, как описано выше. В некоторых
случаях может оказаться желательным удаление хлоридов и натрия из исходного концентрированного солевого раствора перед обработкой солевого раствора для получения обедненного раствора. Например, после начальной стадии опреснения, на которой получают пресную воду и исходный концентрированный солевой раствор, перед осаждением из раствора карбонатных и гидроксидных минералов могут быть получены хлор, едкий натр и галит (поваренная соль), например, электролитическим способом. В этих случаях получают обедненный солевой раствор нулевой или близкой к нулевой концентрации или только пресную или почти пресную воду.
После получения осадка из сточного солевого раствора полученный осадок отделяют от остающейся жидкости, которая в настоящем описании называется обработанным или обедненным солевым раствором. Отделение осадка можно производить как описано выше. Полученный обработанный солевой раствор можно затем по желанию подвергать дополнительной обработке и/или возвращать в окружающую среду. Например, обработанный раствор можно возвращать в источник воды, например, в океан, или в другие места. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения обработанный солевой раствор можно вводить в контакт с источником С02, например, как описано выше, для связывания дополнительного количества С02. Например, если обработанный солевой раствор должен быть возвращен в океан, то этот раствор можно вводить в контакт с источником газообразного С02 с целью повышения концентрации карбонат-иона в обработанном солевом растворе. Контакт можно осуществлять любым удобным способом, например, как описано выше. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения обработанный солевой раствор имеет щелочное значение рН, и контакт с источником С02 осуществляют с расчетом на снижение рН до значения в пределах от 5 до 9, например, от 6 до 8,5, в том числе от 7,5 до 8,2.
Полученный после реакции обработанный солевой раствор можно удалять любым удобным способом. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения его можно направлять в хвостохранилище. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения его можно отводить в природный водоем, например, в океан, море, озеро или реку. В некоторых вариантах осуществления
настоящего изобретения обработанный солевой раствор можно возвращать в источник исходной воды для процесса опреснения, например, в океан или море.
При осуществлении способов по настоящему изобретению получают карбонатсодержащий осадок. Поскольку эти осадки извлекаются из источника воды, они содержат один или несколько компонентов, присутствующих в источнике воды, например, в морской воде, солевом растворе, слабоминерализованной воде, и идентифицирующих композиции, происходящие из источников воды, причем эти идентифицирующие компоненты и их количества в целом называются в настоящем описании маркерами источника воды. Например, в случаях, когда источником воды является морская вода, идентифицирующие компоненты, которые могут присутствовать в композициях карбонатных соединений, включают (но без ограничения ими) хлориды, натрий, серу, калий, бромид, кремний, стронций и т.п. Любые такие идентифицирующие источник элементы, или "маркерные элементы", как правило, присутствуют в малых количествах, например, в количестве 20000 млн"1 или менее, например, в количестве 2000 млн"1 или менее. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения "маркерным" элементом является стронций, который может быть включен в решетку осажденного арагонита, и его количество составляет 10000 млн"1 или менее и в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения лежит в пределах от 3 млн"1 до 10000 млн"1, например, от 5 млн"1 до 5000 млн"1, в том числе от 5 млн"1 до 1000 млн"1, например, от 5 млн"1 до 500 млн"1, в том числе от 5 млн"1 до 100 млн"1. Другим представляющим интерес "маркерным" соединением является магний, который может присутствовать в количествах, соответствующих до 20% (мольн.) замещения кальция в карбонатных соединениях. Идентификатор источника соленой воды для упомянутых композиций может изменяться в зависимости от конкретного источника соленой воды, примененного для получения извлеченной из соленой воды карбонатной композиции. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения содержание карбоната кальция в цементе составляет 25% (мае.) или выше, например, 40% (мае.) или выше, в том числе 50% (мае.) или выше, например, 60% (мае). Композиция карбонатных соединений согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения имеет соотношение кальций/магний,
которое зависит от источника воды, из которой она осаждена и, таким образом, отражает характеристику этого источника. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения молярное соотношение кальций/магний (Ca/Mg) лежит в пределах от 10/1 до 1/5, например, от 5/1 до 1/3. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения карбонатная композиция характеризуется идентифицирующим источник воды соотношением карбонатных и гидроксидных соединений, причем в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения это соотношение лежит в пределах от 100 до 1, например, 10 к 1, в том числе 1 к 1.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения осажденный продукт может содержать одно или несколько боросодержащих соединений. К боросодержащим соединениям, которые могут присутствовать в осадке, относятся (но без ограничения ими): борная кислота; бораты и полимеры боратов, например, бура (т.е. борат натрия, тетраборат натрия или динатрийтетраборат), колеманит (СаВ304(ОН)з- Н20), адмонтит (MgB6Oio- 7Н20); и т.д. Кроме того, осадки могут содержать органические вещества, например, полиакриловую кислоту, предшественники тригалогенметана, пестициды, водоросли и микроорганизмы, кислые гликопротеины, обогащенные Asp, Glu, Gly, Ser, и другие соединения, несущие высокий заряд.
Высушенный осадок может быть удален как отход или использован несколькими различными способами. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения осадок транспортируется в место длительного хранения. Такие варианты осуществления настоящего изобретения находят применение при необходимости связывания С02, поскольку упомянутый осадок может транспортироваться в место, где он хранится как устойчивый при открытом хранении материал, связывающий С02. Например, карбонатный осадок может храниться на участке длительного хранения вблизи электростанции и системы осаждения. В других вариантах осуществления настоящего изобретения осадок может транспортироваться и при желании помещаться в место длительного хранения, например, наземное, подземное и т.д., причем это место длительного хранения расположено на расстоянии от опреснительной установки (что может
быть желательно в случаях, если земельные площади вблизи опреснительной установки ограничены). В этих вариантах осуществления настоящего изобретения осадок используется как стабильная при открытом хранении форма, обеспечивающая отсутствие газообразного С02 в атмосфере или возможности его выделения. Таким образом, связывание С02 согласно способам по настоящему изобретению обеспечивает предотвращение поступления газообразного С02 в атмосферу и длительное хранение С02, при котором С02 не становится частью атмосферы. Термин "стабильная при открытом хранении форма" означает форму вещества, которая может храниться на поверхности земли в условиях воздействия внешних факторов (т.е. на открытом воздухе) без существенного разложения или вообще без разложения в течение длительного времени, например, 1 года или более, 5 лет или более, 10 лет или более, 25 лет или более, 50 лет или более, 100 лет или более, 250 лет или более, 1000 лет или более, 10000 лет или более, 1000000 лет или более или даже 10000000 лет или более. Поскольку устойчивая форма хранения не подвергается разложению или подвергается лишь незначительному разложению при хранении на поверхности земли под воздействием дождевой воды, имеющей нормальное значение рН, то степень разложения (в случае его наличия), измеряемая в процентах выделения газообразного С02 из продукта, не превышает 5% в год, а в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения не превышает 1% в год. Наземные устойчивые формы хранения устойчивы в различных условиях окружающей среды, например, при температурах от -100аС до 600°С, влажности в пределах от 0% до 100%, причем эти условия могут быть безветренными, ветреными или штормовыми.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения осадок карбонатных соединений, получаемый способами по настоящему изобретению, используется как строительный материал. Дополнительным преимуществом некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения является то, что применяемый в описанных процессах С02, который может быть получен из потока газообразных отходов, эффективно связывается в создаваемых условиях. Термин "строительный материал" означает, что карбонатный минерал применяется в качестве конструкционного материала для некоторых типов искусственных
сооружений, например, зданий (как промышленных, так и жилых), дорог, мостов, плотин, дамб и других искусственных сооружений и т.п. Упомянутый строительный материал может быть применен в несущей конструкции или в ненесущем элементе такой конструкции. В таких вариантах осуществления настоящего изобретения установка осаждения может располагаться вблизи предприятия по производству строительных изделий.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, осадок перед последующим использованием подвергают улучшению (т.е. переработке) каким-либо способом. Улучшение, обозначенное на Фиг. 1 как стадия 80, охватывает разнообразные методики. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения продукт подвергают механическому улучшению, например, размалыванию, для получения продукта с желательными физическими характеристиками, например, размерами частиц и т.п. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения осадок смешивают с гидравлическим цементом, например, в качестве дополнительного вяжущего, песка, заполнителя и т.п. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, например, в случаях, когда осадок предназначен для применения в качестве цемента, к осадку могут быть добавлены один или несколько компонентов, например, одна или несколько присадок, песок, заполнитель, дополнительные вяжущие материалы и т.п., для получения конечного продукта, например, бетона или строительного раствора 90.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения осадок карбонатных соединений используется для получения заполнителя. Такие заполнители, способы их изготовления и применения описаны в одновременно рассматриваемой заявке на патент США № 61/056,972, поданной 29 мая 2008 г., содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения осадок карбонатных соединений используется в качестве компонента гидравлического цемента. Термин "гидравлический цемент" применяется в его обычном смысле и относится к композиции, схватывающейся и твердеющей после смешения с водой. Схватывание и твердение материала, полученного путем смешения цементов по настоящему изобретению с водосодержащей текучей средой, происходит
вследствие образования гидратов, которые образуются из цемента при реакции его с водой, причем эти гидраты практически нерастворимы в воде. Такие гидравлические цементы, содержащие карбонатный компонент, способы их изготовления и применения описаны в одновременно рассматриваемой заявке на патент США № 12/126,776 от 23 мая 2008 г., содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки.
Полезность
Предлагаемые способы применимы в любой ситуации, когда желательной является обработка воды для ее опреснения. Осуществление способов по настоящему изобретению в методиках опреснения может обеспечить многочисленные преимущества. Например, осуществление этих способов может быть использовано для повышения эффективности опреснения, например, путем уменьшения забивания и засорения мембран. Применение вариантов осуществления настоящего изобретения обеспечивает уменьшение засорения мембран по сравнению с контрольными способами, в которых стадия осаждения карбонатных соединений не применяется. Засорение мембран можно оценить, используя методики, описанные в работе Rahardianto et al., Journal of Membrane Science (2007) 289: 123-137. Например, засорение мембраны можно оценивать путем измерения падения потока и анализа внешнего вида поверхности мембраны после эксплуатации, например, как описано в вышеупомянутой работе Rahardianto и др. При применении вариантов осуществления настоящего изобретения падение потока за время испытания (24 ч) составляет 25% или менее, например, 15% или менее, в том числе 10% или даже 5% или менее, а в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения засорение практически отсутствует или весьма незначительно. Применение способов по настоящему изобретению может обеспечивать степень извлечения воды 90% или более, например, 95 % или более, в том числе 98%" или более, например, 99% или более. К сточным солевым растворам, которые можно обрабатывать с применением способов по настоящему изобретению, относятся растворы, имеющие соленость в пределах от 45000 млн"1 до 80000 млн"1. Применение таких способов обеспечивает получение обработанных солевых растворов, имеющих соленость 35000 млн"1 или менее. Таким образом, способы по настоящему изобретению находят применение при обработке солевых
растворов с целью повышения их приемлемости с экологической точки зрения, снижения токсичности и т.п. по сравнению с необработанными сточными солевыми растворами. Такие методы могут обеспечить ослабление отрицательного влияния на окружающую среду, упрощение соблюдения законодательства и т.п.
Кроме того, применение упомянутых способов обеспечивает связывание С02. Термин "связывание С02" означает удаление С02 из источника или отделение С02 от источника, например, потока отходящих газов, и связывание его в устойчивом негазообразном состоянии, исключающем утечку С02 в атмосферу. Термин "связывание С02" подразумевает превращение С02 в устойчивую при хранении форму, например, в стабильную при открытом хранении форму, обеспечивающую отсутствие газообразного С02 в атмосфере или возможности его выделения. Таким образом, связывание С02 в соответствии со способами по настоящему изобретению обеспечивает предотвращение поступления газообразного С02 в атмосферу и длительное хранение С02, при котором С02 не становится частью атмосферы.
Системы
Кроме того, аспекты настоящего изобретения охватывают системы, например, технологические установки или заводы, для обработки сточных солевых растворов, образовавшихся в процессе опреснения, как описано выше. Системы по настоящему изобретению могут иметь любой состав оборудования, обеспечивающий возможность реализации конкретного технологического метода, представляющего интерес.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения такие системы включают источник соленой воды, например, в виде сооружения, снабженного входным устройством для соленой воды. Например, системы могут включать трубопровод или аналогичное устройство для подачи соленой воды. В случаях, когда источником соленой воды, опресняемой в системе, является морская вода, входное устройство находится в гидравлической связи с источником морской воды, например, входное устройство представляет собой трубопровод для забора воды из океана в береговую систему или во входной отсек корпуса судна, например, если система представляет собой часть судна, например, в системе морского базирования.
Системы по настоящему изобретению включают также станцию или реактор опреснения, в котором из соленой воды получают опресненную воду и сточный солевой раствор. Станция опреснения может иметь конструкцию, пригодную для реализации любой из многочисленных различных типов методик опреснения, в том числе (но не только) методик опреснения, упомянутых выше, например, обратного осмоса или многостадийной равновесной дистилляции.
Кроме того, системы включают станцию или реактор осаждения карбонатных соединений, где исходная вода, поступающая на станцию опреснения, и/или сточный солевой раствор, получаемый на станции опреснения, подвергают воздействию условий, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, например, как описано выше, и получают композицию осажденных карбонатных соединений и обедненную щелочноземельными металлами воду, например, умягченную исходную воду, поступающую в установку для опреснения, или обработанный солевой раствор с установки опреснения. Далее, системы по настоящему изобретению могут включать разделительное устройство для отделения осадка от маточной жидкости. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения разделительное устройство может включать фильтрующий элемент.
Система может включать также отдельный источник диоксида углерода, например, в тех случаях, когда система рассчитана на применение в вариантах осуществления настоящего изобретения, где соленая вода и/или маточная жидкость на той или иной стадии процесса контактируют с источником диоксида углерода. Таким источником может быть любой источник из описанных выше, например, газообразные отходы с промышленной энергетической установки и т.п.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения система будет дополнительно включать станцию для приготовления из осадка строительного материала, такого как цемент. Эта станция может быть рассчитана на получение из осадка различных видов цементов, например, согласно описанию в заявке на патент США № 12/126,776, поданной 23 мая 2008 г., содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки.
Система может быть расположена на берегу или на море. Например, система может представлять собой береговую систему, находящуюся в прибрежной местности, например, вблизи источника морской воды, или даже в сухопутной местности, при этом вода в систему подается по трубопроводу из источника соленой воды, например, из океана. В альтернативном варианте система может представлять собой систему морского базирования, т.е. располагаться на воде или в воде. Такая система может быть установлена по желанию на судне, на морской платформе и т.п.
Нижеприведенные примеры предложены с целью предоставления специалистам в отрасли полной информации и описания способов осуществления и применения настоящего изобретения и не предназначены для ограничения объема изобретения, на который претендуют авторы; также не имеется в виду, что представленные ниже примеры охватывают все возможные или только выполненные эксперименты. Были приняты меры для гарантирования точности приведенных численных значений (например, количеств, температур и т.п.), однако следует принимать во внимание некоторые экспериментальные погрешности и отклонения. Если не указано иное, части означают массовые части, молекулярные массы означают среднемассовые молекулярные массы, температуры указаны в градусах стоградусной шкалы, а давление равно атмосферному или близко к нему.
Экспериментальная часть I. Процесс осаждения Р00099
В нижеприведенном примере описана методика, примененная для получения карбонатного осадка из морской воды (т.е. осадка Р00099), а также химические и физические свойства полученного осадка. Кроме того, рассмотрены характеристики прочности на сжатие и усадки портланд-цемента с добавками, состоящего из 80% обычного портланд-цемента (ОРС) и 20% Р00099. Нижеприведенные примеры показывают, что вода может быть умягчена путем проведения реакции с использованием газообразного СОг, и полученный осадок применяется как строительный материал.
А. Реакция осаждения Для получения осадка Р00099 была применена следующая методика. 380 л профильтрованной морской воды подавали насосом в градуированный полиэтиленовый резервуар с коническим дном (угол конуса 60°). Этот реакционный резервуар был выполнен открытым и постоянно находился в контакте с окружающей атмосферой. Содержимое реакционного резервуара непрерывно перемешивали, используя введенную сверху мешалку. Во время проведения реакции непрерывно контролировали рН, температуру окружающей среды и температуру воды.
С морской водой смешивали 25 г гранулированного (Ca,Mg)0 (известного также под названиями "долайм" (dolime) или прокаленный доломит). Долайм, оседающий на дно резервуара, вручную возвращали вновь в верхнюю часть резервуара для циркуляции с целью облегчения эффективного перемешивания и растворения реагентов. Аналогичным образом добавляли еще 25 г долайма, обеспечивая вручную рециркуляцию осевшего реагента. После достижения значения рН воды 9,2 через раствор медленно пропускали газовую смесь 10% С02 (и 90% сжатого воздуха), используя керамический барботер. После снижения рН раствора до 9,0 добавляли в реактор еще 25 г долайма, при этом рН вновь повышался. Добавление порций долайма повторяли каждый раз при понижении рН раствора до 9,0 (или ниже) до суммарного добавленного количества 225 г. В промежутках между операциями введения долайма выполняли вручную рециркуляцию осевшего реагента.
После последнего введения долайма непрерывное пропускание газа через раствор прекращали. Реакционную смесь перемешивали еще в течение 2 ч. В этот период продолжалось повышение рН. Для поддержания рН в пределах между 9,0 и 9,2 через реакционную смесь при превышении рН 9,2 дополнительно пропускали газ вплоть до понижения рН до 9,0. За время этого 2-часового периода также четыре раза осуществляли вручную рециркуляцию осевшего реагента.
Через 2 ч после последнего введения долайма прекращали пропускание газа и рециркуляцию осевшего реагента. Реакционный резервуар оставляли на 15 ч в контакте с атмосферой.
Через 15 ч надосадочную жидкость удаляли через верх резервуара с помощью погружного насоса. Остающуюся смесь удаляли через нижнюю часть резервуара. Собранную смесь оставляли на 2 ч для отстаивания. После отстаивания надосадочную жидкость декантировали. Оставшийся шлам фильтровали под вакуумом через бумажный фильтр с размером пор 11 мкм на воронке Бюхнера. Осадок с фильтра помещали в пирексовую чашку и прокаливали при 110° С в течение 24 ч.
Высушенный продукт размалывали на шаровой мельнице и разделяли на фракции по размерам частиц, используя ряд сит, для получения осадка Р00099.
В. Анализ материалов
Из различных собранных гранулометрических фракций использовали только фракцию, содержащую частицы, остающиеся на сите с размером отверстий 38 мкм и проходящие через сито с размером отверстий 75 мкм.
1. Химические характеристики
Элементный состав осадка Р00099, используемого для смешивания, определяли рентгено-спектральным флуоресцентным анализом (XRF). Результаты определения основных элементов в портланд-цементе Quikrete типа ТУП и в осадке Р00099, используемых для смешения, представлены ниже в Таблице 1. Таблица 1. Рентгено-спектральный флуоресцентный анализ портланд-цемента типа
1Я1 и осадка Р00099, использованных для получения смеси
Проба
Na20, %
MgO,
АЬОз, %
SiCh, %
P2Os, млн"1
so3, %
С\, %
к2о, %
СаО, %
Fe203, %
Sr, млн"1
со3, %
разн.
ОРС1
2,15
1,95
4,32
20,31
2336
2,54
0,072
0,36
62,88
3,88
1099
0,002
Р00099
1,36
3,44
0,14
0,083
462
0,65
1,123
0,04
45,75
0,12
3589
46,82
Рентгенодифракционный (XRD) анализ этого осадка указывает на присутствие арагонита и магниевого кальцита (состава, близкого к Mg0,iCa0,9CO3) и малых количеств брусита и галита (Таблица 2).
Таблица 2
Проба
Арагонит
Магниевый кальцит
Брусит
Галит
Р00099
79,9
17,1
2,8
0,2
Суммарное содержание неорганического углерода, измеренное методом кулонометрии, достаточно хорошо согласуется с тем же значением, определенным на основе состава, оцененного рентгенодифракционным методом (XRD) по Ритвельду (Rietveld) в сочетании с элементным составом, определенным XRF. В Таблице 3 сопоставлены результаты кулонометрического анализа осадка Р00099 и содержание С, определенное на основе данных XRD/XRF.
Таблица 3
Суммарный С из данных кулонометрии
Суммарный С, оцененный на основе других аналитических данных
10,93+0,16%
11,5%
2. Физические характеристики Исследования осадка методом сканирующей электронной микроскопии (SEM) подтверждают преобладание арагонита (игольчатого), а также размера агломератов частиц. Определенные по методу БЭТ (Брунауера-Эммета-Теллера) значения удельной поверхности ("SSA") портланд-цемента и осадка Р00099 представлены в Таблице 4.
Таблица 4
Портланд-цемент Quikrete типа Ш1
Р00099
1,18+0,04 м7г
8,31+0,04 м7г
Распределение частиц по размерам определяли после обработки ультразвуком в течение 2 мин для разрушения агломератов частиц.
С. Цемент с добавками ОРС/Р00099
Перед замешиванием строительного раствора осадок Р00099 смешивали с обычным портланд-цементом (ОРС) вручную в течение приблизительно 2 мин. Цемент с добавками содержал 20% (мае.) Р00099 и 80%о (мае.) ОРС.
1. Прочность на сжатие
Нарастание прочности на сжатие определяли согласно ASTM С109. Для испытаний на сжатие использовали кубики раствора со стороной 2 дюйма (5 см). В этом исследовании характеристики раствора, приготовленного с замещением 20% цемента вышеупомянутым осадком сопоставляли с характеристиками растворов, приготовленных на чистом портланд-цементе типа Ml и на портланд-цементе типа!/!! с добавкой летучей золыБ. Отношение водащемент устанавливали
равным 0,58 с целью удовлетворения критерию текучести 110%+/-5% (реальное значение 107%).
Из каждой смеси приготовляли 6 кубиков. Условия выдерживания по ASTM С511 были изменены, как указано ниже:
- кубики выдерживали для твердения под влажными салфетками в течение 24 ч (оцененное значение относительной влажности составляло 95%);
- после извлечения из форм кубики хранили вместо известковой ванны в лаборатории при относительной влажности 30-40%.
Исследованы также результаты замещения 5%> цемента вышеупомянутым осадком (Р00100, удельная поверхность по БЭТ приблизительно 11м2/г). Отношение водащемент устанавливали равным 0,54 с целью удовлетворения критерию текучести 110%. При уровне замещения 5% характеристика нарастания прочности аналогична таковой для чистого портланд-цемента. Полученные результаты представлены графически на Фиг. 2.
2. Усадка
Усадку при высыхании брусков, отлитых из раствора, приготовленного с замещением 5% и 20% цемента осадком Р00099, исследовали согласно ASTM С596. Результаты сопоставляли с результатами для аналогичных брусков, приготовленных из чистого портланд-цемента типа1/П или из смеси портландцемента с добавкой летучей золы F. Отношение водащемент устанавливали равным 0,50 с целью удовлетворения критерию текучести 110%±5% (реальное значение 107%), а в одну серию образцов добавляли пластификатор Daracem для обеспечения отношения водащемент 0,45. Условия выдерживания по ASTM С596 были изменены, как указано ниже: относительная влажность в лаборатории была ближе к 30-40%), чем к 50%, рекомендованной ASTM С596, что повышало потенциал высушивания. Результаты представлены ниже в Таблице 6.
Таблица 6
Смесь
В/Ц
Состав цемента
Текучесть
Длительность(недели)
ОРС
SCM
100% ОРС -состав сравнения
0,4
100%
105%
0,034 %
0,052 %
0,056
0,075%
80% ОРС - 20% летучей золы FAF1-1
0,4
80%
20%
118%
0,034
0,054 %
0,067 %
80% ОРС - 20% Р00999
0,5
80%
20%
118%
0,043 %
0,080 %
0,099 %
0,104
80% ОРС - 20% P00999+Daracem
0,45
80%
20%
108%
0,050 %
0,110
0,198
0,207
П. Получение крупных кристаллов арагонита высокой чистоты
А. Осадок Р00143
390 л морской воды (полученной от Long Marine Lab, USCS, Санта-Крус, штат Калифорния) (температура воды 23,5-24,5°С, начальное рН = 7,72) загружали с помощью насоса в пластиковый резервуар с коническим днищем. К морской воде медленно добавляли при непрерывном перемешивании 1 М раствор NaOH с применением автоматического регулятора рН пока рН не повысился до 9,10. Через морскую воду барботировали смесь 10% С02 и 90% воздуха, при этом происходило подкисление воды, и содержание растворенного углерода повышалось. Регулятор рН был настроен на автоматическое добавление небольших количеств раствора NaOH, противодействующее подкисляющему действию газовой смеси, с целью поддержания рН в пределах от 9,00 до 9,10. Газовую смесь и раствор NaOH добавляли непрерывно в течение приблизительно 4 ч до добавления общего количества раствора NaOH 12,0 кг.
Прекращали перемешивание и оставляли воду для отстаивания в течение 15 ч. Откачивали из резервуара большую часть надосадочной жидкости (приблизительно 380 л). Оставшуюся воду и осадок удаляли из резервуара в виде суспензии. Фильтровали суспензию под вакуумом, применяя бумажный фильтр с размером пор 11 мкм. Осадок на фильтре сушили в сушильном шкафу при 110°С в течение 6 ч.
Высушенный продукт представлял собой слегка окрашенный тонкодисперсный порошок. Анализ методами SEM, EDS, XRD и кулонометрическое определение углерода показали, что продукт содержал
свыше 99% арагонита (СаСОз). SEM показала присутствие двух преобладающих морфологических разновидностей арагонита: "звездообразных" сростков игольчатых кристаллов относительно малого размера и более крупных образований в форме "брокколи", отдельных или агломерированных. "Звезды", как правило, имели диаметр 5 мкм, а отдельные образования типа "брокколи" - длину от 10 мкм до 15 мкм. Агломераты "брокколи" имели различные размеры, однако в пределах диаметра от 20 мкм до 50 мкм.
В. Осадок Р00145
390 л морской воды (полученной от Long Marine Lab, USCS, Санта-Крус, штат Калифорния) (температура воды 24,0-25,7°С, начальное рН = 7,84) загружали с помощью насоса в пластиковый резервуар с коническим днищем. К морской воде медленно добавляли при непрерывном перемешивании 2 М раствор NaOH с применением автоматического регулятора рН пока рН не повысился до 9,10. Через морскую воду барботировали смесь 10%) С02 и 90% воздуха, при этом происходило подкисление воды, и содержание растворенного углерода повышалось. Регулятор рН был настроен на автоматическое добавление небольших количеств раствора NaOH, противодействующее подкисляющему действию газовой смеси, с целью поддержания рН в пределах от 9,00 до 9,10. Газовую смесь и раствор NaOH добавляли непрерывно в течение приблизительно 5 ч до добавления общего количества раствора NaOH 12,4 кг. Прекращали перемешивание и оставляли воду для отстаивания в течение 65 ч. Откачивали из резервуара большую часть надосадочной жидкости (приблизительно 380 л). Оставшуюся воду и осадок удаляли из резервуара в виде суспензии. Фильтровали суспензию под вакуумом, применяя бумажный фильтр с размером пор 11 мкм. Осадок на фильтре сушили в сушильном шкафу при 110°С в течение 6 ч.
Высушенный продукт представлял собой слегка окрашенный тонкодисперсный порошок. Анализ методами SEM, EDS, XRD и кулонометрическое определение углерода показали, что продукт содержал свыше 99% арагонита (СаСОз). SEM показала, что вещество состояло преимущественно из агломератов образований в форме "брокколи". Агломераты "брокколи" имели различные размеры, однако в пределах диаметра от 20 мкм
до 50 мкм.
III. Регулирование размеров частиц осадка с применением никелевого катализатора
осаждения карбонатов А. Последовательность операций при проведении эксперимента для Р00140
1. Методика: 1 л морской воды с добавкой 15 млн"1 МС12 1.1л морской воды, начальное значение рН=8,10, Т=21,4°С;
2. Добавить к морской воде 15 млн"1 NiCl2;
3. Постепенно добавлять 55 мл 1М NaOH и одновременно барботировать газообразный С02 для поддержания рН в пределах 8,0-10,2, включая диапазон рН 8,8-9,8.
Конечное значение рН=9,73, Т=22,0°С. Продолжительность эксперимента 19 мин. Фильтровать через бумажный фильтр с размером пор 11 мкм, применяя вакуум. Длительность отстаивания перед фильтрованием: 15 мин. Сушка в сушильном шкафу при 110°С в течение 24 ч.
2. Результаты
По вышеописанной методике получено 1,14 г осадка. Как показано на снимках, полученных методом SEM и показанных на Фиг. ЗА-ЗС, размеры частиц полученного осадка достигали 500 мкм (в контрольных экспериментах без применения никеля получены размеры частиц в пределах от 5 мкм до 20 мкм). Наблюдалась полностью аморфная структура, что иллюстрируется результатами инфракрасной Фурье-спектрометрии (смотри Фиг. 4). Отношение Ca:Mg в осадке 4:1 и 3:1.
При осадительном умягчении исходной воды для процессов опреснения размеры частиц получаемых осадков были, как правило, очень малыми, и для предотвращения заиливания мембран обратного осмоса требовалось эффективное механическое фильтрование. В вариантах осуществления настоящего изобретения размеры и состав осажденного материала регулируются с целью уменьшения или устранения необходимости энергозатратного механического фильтрования опресняемой воды перед обратным осмосом, например, путем введения катализатора на основе переходного металла, как описано выше.
Эти результаты существенно отличаются от результатов, полученных без применения никелевого катализатора, описанных, например, выше для осадков Р00143 иР00145.
IV. Идентификация бора в осадке карбонатных соединений
Осадок Р00144 был получен по методике, примененной для получения осадка Р00143 и описанной выше. Осадок Р00144 был проанализирован на содержание бора с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Обнаружено, что бор присутствует в осадке в количестве 109 мкг/г. Этот результат соответствует 0,109 мг/л бора в осадке (принимая содержание осадка 1 г/л). С учетом того, что содержание бора в морской воде составляет 0,00042 моль/л х 10,8 г/моль = > 4,5 мг/л, определено, что в осадок переходит приблизительно 2,5% бора, содержащегося в морской воде.
Несмотря на то, что выше изобретение описано в некоторых подробностях посредством иллюстраций и примеров в целях ясности представления, в свете этого описания для специалистов в отрасли ясно, что в изобретение могут быть внесены некоторые изменения и модификации без выхода за пределы объема или сущности прилагаемой формулы изобретения.
Соответственно, вышеизложенное только иллюстрирует принципы изобретения. Имеется в виду, что специалисты в отрасли способны разработать различные способы и устройства, которые, не будучи в явном виде описаны или показаны в настоящем документе, воплощают принципы изобретения и охватываются его объемом и сущностью. Далее, все примеры и условные обозначения, упомянутые в этом документе, предназначены для облегчения понимания читателем принципов изобретения и концепций, примененных авторами изобретения в целях дальнейшего развития отрасли, и должны рассматриваться без ограничений этими конкретно упомянутыми примерами и условиями. Кроме того, все формулировки настоящего описания, относящиеся к принципам, аспектам и вариантам осуществления настоящего изобретения, предназначены для охвата как его структурных, так и функциональных эквивалентов. Кроме того, имеется в виду, что такие эквиваленты включают как известные в настоящее время эквиваленты, так и эквиваленты, которые будут разработаны в будущем, т.е. любые разработанные элементы, выполняющие те же
функции, независимо от структуры. Поэтому имеется в виду, что объем настоящего изобретения не ограничивается приведенными в качестве примеров вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе. Напротив, объем и сущность настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ опреснения воды, включающий: подачу опресняемой воды; и
опреснение упмянутой опресняемой воды с получением опресненной воды и сточного солевого раствора,
причем упомянутый способ дополнительно включает по меньшей мере однократное применение процесса осаждения карбонатных соединений.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутым процессом опреснения является процесс дистилляции.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутым процессом опреснения является мембранный способ.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый процесс осаждения карбонатных соединений включает контактирование воды с С02.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутому процессу осаждения карбонатных соединений подвергают упомянутую опресняемую воду перед проведением упомянутого процесса обессоливания упомянутой опресняемой воды.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутому процессу осаждения карбонатных соединений подвергают упомянутый сточный солевой раствор для получения обработанного солевого раствора.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что условия упомянутого осаждения карбонатных соединений обеспечивают также осаждение боросодержащих соединений.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутой опресняемой водой является морская вода.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутой опресняемой водой является слабоминерализованная вода.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутой опресняемой водой является солевой раствор.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в упомянутом процессе осаждения карбонатных соединений применяется катализатор на основе переходного металла.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый способ дополнительно включает использование осадка карбонатных соединений, полученного в процессе осаждения карбонатных соединений, в качестве строительного материала.
13. Способ опреснения воды, включающий:
воздействие на опресняемую соленую воду условиями, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, с получением осадка карбонатных соединений и воды, обедненной ионами щелочноземельных металлов; и
опреснение упомянутой воды, обедненной ионами щелочноземельных металлов, с получением готовой воды.
14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что упомянутый процесс обессоливания включает обратный осмос.
15. Способ по п. 12, отличающийся тем, что упомянутые условия, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, включают контактирование упомянутой соленой опресняемой воды с ССь.
16. Способ по п. 12, отличающийся тем, что упомянутые условия, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, обеспечивают также осаждение боросодержащих соединений.
17. Способ по п. 12, отличающийся тем, что упомянутой опресняемой соленой водой является морская вода.
18. Способ по п. 12, отличающийся тем, что упомянутой опресняемой соленой водой является слабоминерализованная вода.
19. Способ по п. 12, отличающийся тем, что упомянутой опресняемой соленой водой является солевой раствор.
20. Способ по п. 12, отличающийся тем, что упомянутый способ дополнительно включает применение упомянутого осадка карбонатных соединений в качестве строительного материала.
21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что упомянутым строительным материалом является бетон.
22. Способ, включающий:
a) опреснение соленой воды с получением опресненной воды и сточного солевого раствора;
b) воздействие на упомянутый сточный солевой раствор условиями, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, с получением осажденной композиции карбонатных соединений и обедненного солевого раствора;и
c) отделение упомянутой осажденной композиции от упомянутого обедненного солевого раствора.
23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что упомянутой соленой водой является морская вода.
24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что упомянутый способ дополнительно включает сброс упомянутого обедненного солевого раствора в море.
25. Способ по п. 22, отличающийся тем, что упомянутое опреснение включает дистилляцию.
26. Способ по п. 22, отличающийся тем, что упомянутое опреснение включает обратный осмос.
27. Способ по п. 22, отличающийся тем, что упомянутые условия, при которых происходит осаждение карбонатных соединений, включают контактирование упомянутой соленой воды с С02.
28. Способ по п. 22, отличающийся тем, что упомянутый способ дополнительно включает использование упомянутого осадка в качестве строительного материала.
29. Способ по п. 28, где упомянутым строительным материалом является цемент.
30. Система для обессоливания воды, включающая: входное устройство для воды, подлежащей опреснению; установку опреснения; и
реактор для осаждения карбонатных соединений.
31. Система по п. 30, отличающаяся тем, что упомянутое входное устройство гидравлически соединено с источником морской воды.
32. Система по п. 30, отличающаяся тем, что упомянутый реактор для осаждения карбонатных соединений расположен так, что вода из упомянутого входного устройства перед поступлением на упомянутую установку опреснения проходит через упомянутый реактор.
33. Система по п. 30, отличающаяся тем, что упомянутый реактор для осаждения карбонатных соединений расположен так, что сточный солевой раствор, получаемый на упомянутой установке опреснения, проходит через упомянутый реактор.
34. Система по п. 30, отличающаяся тем, что упомянутой установкой опреснения является установка дистилляционного опреснения.
35. Система по п. 30, отличающаяся тем, что упомянутой установкой опреснения является установка опреснения методом обратного осмоса.
36. Система по п. 30, отличающаяся тем, что упомянутый реактор для осаждения карбонатных соединений включает входное устройство для источника С02.
37. Система по п. 30, отличающаяся тем, что дополнительно включает установку производства цемента из осадка, полученного в упомянутом реакторе.
Поток
газообразного СО.
Чистая Отработанные промывные вода воды в хвостохранилище
Газ
Влажный осадок с фильтра
, Отмытый от
' солей
| влажный ¦
¦ осадок
Осаждение
Суспензия
Разделение
Соленая вода
Влажный осадок с фильтра
Сушка
Продукт
Кондиционирование
Обработанная вода 62
Отработанный воздух, пыль 80
Готовый продукт
При использовании опресненной воды на станцию опреснения; при работе на обработанном растворе - в отходы
ФИГ. 1
п Я
о о о
Е 5
о S О Q
> э
2 х
х ш
о * О й
rlM/ГП О
-^-^-^---¦ - • j**-
XiSUU 300 мкм Р0014О0О03 15ppm NiCI2
СЬИГ ЗА
П Я
о п и
01 г-н
О Н (Я
10:45 хЗОО 300 мкм ? 2
я-g я S
Я о о w
Я ca > X
3§ X ш
и 5
Д XI
я >
го ~
3-Е
*2 '
POO1400002 15ppm NiC|2 -1 Л_
X1.2R 50
МКМ
ФШ , 3f
о о о
1-4-I
s п S
о о
> м
* Е IS
* з
:> я 2? о
? и
н Э
g "
п я о a га о
-§ 5 Я
и 2 3 s
•Vr Я
а о о л
Е '5°
S S О
CD В* S
5 S00-О
-а н о о К и
Ж а> Н Я
PffiuO NiCC -10-90. 0Л2 Ширина
1шШ У
98-000-0235> Галит-№С1 i
Calera Corporation
Vrnn 9r г'пзпЧ
(Т)ИГ л.
n я о n о
n з
> и с <й s
S to
Е ~
S3 ш
s ? w у