液态二氧化碳注入用于生成碱金属或碱土金属碳酸盐的放热反应制造技术

本发明专利技术涉及在水环境中用二氧化碳进行放热化学反应的改善的方法，该方法提供了含有能与二氧化碳进行放热反应的至少一种化学反应剂的液体溶液。然后，在高于约６０ｐｓｉｇ的三相点的压力以上将液态二氧化碳注入化学反应剂溶液。二氧化碳注入是在湍动条件下发生的，由此二氧化碳膨胀而得到其蒸汽。将ＣＯ－［２］过热至约放热反应温度，反应得到产品。可通过控制液态ＣＯ－［流速而控制反应温度，而无需提供任何反应器的冷却或热交换设备。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及在水环境中采用CO2进行化学反应的改进的方法，更具体地说，本专利技术涉及采用液态二氧化碳以进行放热化学反应，尤其是制备碳酸钙。碳酸钙是石灰石的主要组分，在自然界中呈两种晶体形式，霰石和方解石。在控制煅烧条件下加热石灰石时，二氧化碳逸出，留下氧化钙和氧化镁，也称为生石灰。逸出的二氧化碳气体经常被用于处理造纸过程中的废物。从大多数制浆和造纸过程中放出的废料含有大量苛性成分，尤其是氢氧化钙。从石灰石煅烧中逸出的气体已被用于与氢氧化钙反应以得到沉淀的碳酸钙。术语“沉淀的碳酸钙”通常可用作为由化学手段制得的商品型碳酸钙。导致产生含有大量氢氧化钙的废料的造纸过程有时与石灰石加工厂的输出口紧密相连。能否有逸出的二氧化碳富集气体可供应用，取决于在需要气体时石灰石生产操作的进行。所有制备沉淀的碳酸钙的方法都依赖于在控制的条件下将钙离子和碳酸钙离子混合到一起，然后分离、干燥和分裂或粉碎这样所制得的碳酸钙。迄今，这类方法都取决于气态二氧化碳的使用。沉淀碳酸钙在造纸工业上的主要用途是作为填料。由化学制浆得到的纸不具有双面印刷时获得好的印刷质量所必需的不透明性。由磨碎的木浆得到的纸，例如报纸印刷纸具有质地粗的纤维，可提供足够大的表面积以供印刷而不透到反面。从化学制浆得到的高质量的纸必须加入填料以克服这些纤维的半透明性。最普通的填料是矿物颜料，其中碳酸钙是一种主要的颜料，其-->它颜料包括粘土、二氧化钛、氢化矾土和滑石。在中性或弱碱性的造纸系统中使用的是碳酸钙，因为它会与酸反应。通常所用的填料中，二氧化钛可提供最高的白度，但它非常贵。碳酸钙的白度仅次于二氧化钛。提供用于造纸工业的沉淀的碳酸钙的一种商业上的制备过程是由石灰石或任何天然碳酸钙开始。天然碳酸钙含有杂质，杂质可通过煅烧而部分去除和通过进一步的加工步骤而完全去除。在窑中，在分解温度下，煅烧产生氧化钙和二氧化碳，将石灰石置于窑中煅烧会产生生石灰和窑气。用水将生石灰消和，过滤并再加水稀释而得到每升含有约70-80克氧化钙的乳状石灰水。通过洗涤而纯化含有30%或更多的二氧化碳的窑气，然后将其送入石灰水悬浮液。液体与气体的接触是通过将石灰水悬浮液喷洒到碳酸化室并采用安装在室底部的桨型搅拌器而进行的。该制备系统允许温度、反应物浓度和反应速度有较大的控制幅度，这些因素可影响所制得的碳酸钙的粒径分布和依赖于这分布的性能。结果得到高纯度的碳酸钙，其晶形和粒径可以通过碳酸化步骤中的反应条件而控制。这些条件按纸张着色的最需要的特征而优化。如上所述，沉淀碳酸钙也是造纸工业上通过用气态二氧化碳处理苛性（腐蚀性）废料而得到的副产品。造纸过程中废料这类处理依赖于通常得自于石灰石处理装置的或蒸发液态二氧化碳而得到的大量气态二氧化碳的存在。在石灰石窑与纸厂合并起来时，得自石灰石窑的气体的净化通常在经济上是不合理的，且所得到的沉淀碳酸钙可能被污染，导致碳酸钙的等级较低，不能满足作为纸张填料的应用，在任何情况下，迄今都认为必须提供相当高质量的气态二氧化碳源以得到较高等级的沉淀碳酸钙。粒径和白度之间的关系是十分清楚明白的，较细的粒径通常可使纸张具有较好的白度。根据本专利技术，补充的二氧化碳源被提供以用于从造纸过程的废料加工中制备沉淀的碳酸钙。先前已有人设想在将气态二氧化碳与-->氢氧化钙接触以制备碳酸钙以前，通过蒸发液态二氧化碳的方法以将液态二氧化碳应用于沉淀碳酸钙的制备中，因为氢氧化钙和二氧化碳之间的放热反应，这一蒸发过程过去被认为是必需的。根据本专利技术，业已发现液态二氧化碳可以直接注入氢氧化钙溶液中以制备沉淀碳酸钙。本专利技术的方法提供了节约能耗的效益，节省了将液态二氧化碳蒸发成为气态二氧化碳所必需的能耗。本专利技术的另一个效益是生产不受可以得到的石灰窑烟道气的浓度和质量的限制。补充的液态二氧化碳提供了在造纸过程中提出要求时制备所需要的沉淀碳酸钙的能力。采用现有的反应容器，不需作重大变动，就可提供机动性和更高的产量。因此，本专利技术的主要目的是提供在水环境中用液态二氧化碳进行放热化学反应的方法。本专利技术的另一个目的是提供采用液态二氧化碳来制备沉淀的碳酸钙的方法。本专利技术的再一个目的是提供通过将液态二氧化碳直接注入以获得在造纸过程中用作为填料的具有改善的性能的沉淀碳酸钙产品的制备沉淀碳酸钙的方法。本专利技术的这些和其它目的将从下面的详细描述和附图而变得更明显。图1是在本专利技术的制备碳酸钙的方法中采用的设备的横剖面示意图;和图2是在本专利技术的制备碳酸钙的方法中采用的设备的另一个具体例的横剖面示意图。本专利技术涉及在水环境中采用二氧化碳进行放热化学反应的改进的方法。在该方法中，提供了含有至少一种能与二氧化碳进行放热反应的化学反应剂的液体溶液。然后将压力在三相点以上的，即至少60psig的液态二氧化碳注入化学反应剂的溶液。液态二氧化碳的-->注入是在湍动条件下发生的，这样，液态二氧化碳膨胀而得到二氧化碳蒸汽。二氧化碳蒸汽过热至接近在二氧化碳蒸汽和化学反应剂之间所发生的放热反应温度，化学反应剂和二氧化碳在悬浮液中发生放热反应而制得化学反应产品，可以操纵液态二氧化碳的流速以控制反应温度，而不一定要有任何反应器的冷却或热交换设备。本专利技术的方法尤其适宜于从造纸过程中所得到的苛性废料中制备碳酸钙，但是，本专利技术对于制备由二氧化碳与化学反应剂的液态溶液的放热反应而制得的任何化学品也是相当适宜的。液体较佳是水，但不参加放热化学反应的任何液体均可使用，其它合适的液体包括氨水和有机溶剂，例如乙醇、苯和甲苯。可通过本专利技术的方法制备的典型的化学产品是从二氧化碳与氢氧化铵或包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锶、氢氧化锂和氢氧化钡在内的任何可溶解的碱金属或碱土金属氧化物或氢氧化物反应而得到的那些产品。但是，为了简单起见，以下将对本专利技术的制备沉淀碳酸钙的方法进行特别的描述。根据本专利技术，要将氢氧化钙苛性溶液的料液装入化学反应器中。在料液中氢氧化钙或其它化学反应剂的含量较佳是约2%到约50%。除另外指明外，这里所采用的所有百分数均是重量百分数，化学反应器的大小不是关键的，并可在几加仑的小型实验反应器到几千加仑的工业处理化学反应器之间的范围内变化。如图1中所示的，反应容器11是一个包含一个搅拌装置13的普通连续搅拌罐式反应器。液态二氧化碳的贮罐15具有液态二氧化碳通道17和蒸汽二氧化碳通道19。液态二氧化碳可以散布在高压不绝热的钢筒中或在绝热的载重拖车中呈冷冻低压液体。二氧化碳可以以液态二氧化碳形式从钢筒或载重拖车中移出或可以通过降低压力而以二氧化碳气体形式移出，二氧化碳蒸汽通道19被用来作为清洗气体，以维持通道压力在三相点以上，从而防止在岐管11前端形成干冰。液态二-->氧化碳蒸汽和二氧化碳通过液体阀23和蒸汽阀25进入岐管21。进行反应所用的液态二氧化碳通过导管27进入岐管29，其中采用了两个或更多个注入阀31。注入阀31是任何合适的压力起动阀，例如在第3，815，377号美国专利（Tyree）中所描述的那些。尽管未寻求任何理论解释，我们相信液态二氧化碳从阀门中流出，并膨胀成二氧化碳雪花和激烈湍流的蒸汽。我们认为，二氧化碳雪花瞬间升华为饱和蒸汽并通过挡板33而沿着反应容器上升。挡板33的作用是将二氧化碳蒸汽分散开至罐的周围。搅拌装置13包括推进器型搅拌器33本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用ＣＯ↓［２］进行放热化学反应的改进的方法，其特征在于该方法包括将至少一种化学反应剂的液体溶液置于反应容器中，将液态ＣＯ↓［２］注入所说的溶液，其中所说的液态ＣＯ↓［２］在所说的反应器中膨胀成ＣＯ↓［２］蒸汽，所说的ＣＯ↓［２］与所说的化学反应剂在所说的溶液中进行放热反应，从而得到化学反应产品。

【技术特征摘要】
US 1990-3-28 500,7191、一种用CO2进行放热化学反应的改进的方法，其特征在于该方法包括将至少一种化学反应剂的液体溶液置于反应容器中，将液态CO2注入所说的溶液，其中所说的液态CO2在所说的反应器中膨胀成CO2蒸汽，所说的CO2与所说的化学反应剂在所说的溶液中进行放热反应，从而得到化学反应产品。2、如权利要求1所述的方法，其特征在于所说的反应是在约大气压下进行，且所说的液态CO2是在约60psig和约1050psig之间的压力下被注入。3、如权利要求1所述的方法，其特征在于所说的液态CO2是在约150psig和约350psig之间的压力下被注入。4、如权利要求1所述的方法，其特征在于所说的放热反应释放出足够的热以蒸发所说的CO2。5、如权利要求4所述的方法，其特征在于所说的放热反应释放出至少300BTU/每磅反应产品。6、如权利要求1所述的方法，其特征在于所说的化学反应剂是碱金属氧化物或碱土金属氧化物。7、如权利要求6所述的方法，其特征在于所说的化学反应剂选自由氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化锶、氧化锂和氧化钡所组成的组。8、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的化学反应剂是碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物。9、如权利要求8所述的方法，其特征在于所说的化学反应剂选自由氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化锶、氢氧化锂和氢氧化钡所组成的组。10、如权利要求1所述的方法，其特征在于所说的液体选自水、氨水、乙醇、苯和...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维埃里克沃伦斯，罗纳德约翰玛丽泰勒，雷昂纳德埃米齐兹达，贾可夫戴维艾森沃瑟，加里詹姆斯兰伯西斯，
申请(专利权)人：液碳有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]