：气流多污染物控制系统和方法

61/305473 ；和2010年3月2日提交的名称为“Gas Stream Multi-Pollutants Control Systems and Methods (气流多污染物控制系统和方法)”的美 国临时专利申请No. 61/309，812的权益它们各自全文经此引用并入本文。背景来自燃煤发电厂、水泥厂、矿石加工操作等的工业废气流是大气污染的一个主要 来源特别有利害关系的是由化石燃料的燃烧产生的组分，这些组分包括二氧化碳；一氧 化碳；氮氧化物(NOx)；硫氧化物(SOx)；硫化物；卤化物如氯化氢和氟化氢；颗粒物，如飞 灰；金属包括但不限于砷、铍、硼、镉、铬、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊和钒；有机物，如烃、 二噁类化合物(dioxins)和多环芳烃(PAH)；和放射性材料传统上，这类工業废气流中的组分在一系列步骤中除去其中，各个组分在单独的 步骤通常在单独的单元中除去。例如为了除去颗粒物如飞灰，使用集尘器如静电除尘器 (ESP)或织物自来水过滤器多少钱。为了清洗NOx之类的气体使用选择性催化还原(SCR)系统。为了清 洗SOx之类的气体使用烟道气(flue gas)脫硫(FGD)系统。为了清洗来自废气流的C02 可以使用胺气体处理(例如使用单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)或甲基二乙醇胺(MDEA) 的气体脱硫)。因此用于除去工业廢气流中的组分的传统多步骤、多单元法需要多重(有 时昂贵的)技术，并产生各自需要专门处理的多个产物流因此，工业废气流的组分的傳统清除和处理由其衍生的材料是复杂的并可能是昂贵的概述在一些实施方案中，本发明提供处理工业废气的方法其中该气体包含二氧化 碳和至少一种选自S0x;N0x;金属；非二氧化碳的酸性气体(non-carbon dioxide acid gas)；有机物(organic)；和颗粒物(particulatematter)的其它组分，包括使该气体与液 体在适合使至少一些二氧化碳和所述其它组分离开该气体并进入该液体的条件下接触其 中该方法在单加工器中进行。在一些实施方案中该气体在进入该加工器之前不經过除去 一些或所有的该二氧化碳或任何所述其它组分的预处理。在一些实施方案中该气体在进 入该加工器之前被预处理以除去颗粒物。在一些实施方案中该气体包含至少两种其它组 分，且其中这两种其它组分离开该气体并进入该液体在一些实施方案中，这两种其它組分 是SOx和金属在一些实施方案中，该金属包含重金属在一些实施方案中，该金属选自锑、 砷、钡、铍、硼、镉、铬、钴、铜、铅、锰、汞、钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、钒和锌在一些实施方案中，该金属是汞在一些实施方案中，这两种其它组分是SOx和非二氧化碳的酸性气体在 一些实施方案中，这两种其它组分是金属和非二氧化碳的酸性气体在一些实施方案中，这 两种其它组分是SOx和颗粒物在一些实施方案中，该气体在进入该加工器之前不经过除 去一些或所有的该二氧化碳或任何所述其它组分的预处理在一些实施方案中，该液體包 含水溶液在一些实施方案中，该水溶液包含二价阳离子在一些实施方案中，该方法进一 步包括加工该水溶液以产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合、和单数种所述其它组分或其 衍生物或复数种所述其它组分和/或其衍生物的组合物，其中所述碳酸盐、碳酸氢盐或其 組合至少部分衍生自所述二氧化碳在一些实施方案中，该组合物包括含固体和上清液的 浆料在一些实施方案中，该固体包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合在一些实施方案中，该固 体进一步包含所述单数种其它组分或其衍生物或所述复数种其它组分和/或其衍生物。 在一些实施方案中该方法进一步包括将该固体与上清液分离。在一些实施方案中该固体 在经受浸提过程(leaching process)-其基本由下列步骤构成制备2xlL基本由乙酸水溶 液构成的萃取流体，其中每1升萃取流体基本由在去离子水中的5. 7毫升乙酸构成；如果粒 子的最窄尺寸(narrowest dimension)尚未小于1厘米研磨该固体以使磨碎固体的粒子 的最窄尺寸小于1厘米；将100克该磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器中以制造萃 取组合物；在室温下以上下翻滚方式旋轉该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸(pore size) 为0. 6微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出液(Ieachate)； 和用IN硝酸将该浸出液的pH调节至pH 2或小於pH 2的pH值-时产生包含少于0. 2毫 克/升汞的浸出液。在一些实施方案中该浸提过程产生包含少于5. 0毫克/升砷的浸出 液。在一些实施方案中该浸提過程产生包含少于100毫克/升钡的浸出液。在一些实施 方案中该浸提过程产生包含少于1.0毫克/升镉的浸出液。在一些实施方案中该浸提过 程產生包含少于5. 0毫克/升铬的浸出液。在一些实施方案中该浸提过程产生包含少于 5. 0毫克/升铅的浸出液。在一些实施方案中该浸提过程产生包含少于1. 0毫克/升硒的 浸出液。在一些实施方案中该浸提过程产生包含少于5.0毫克/升银的浸出液。在一些 实施方案中该固体在经受二氧化碳释放程序-其基本由下列步骤构成如果粒子的最窄 尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小于1厘米和将该固体 在具有pH 4. 8至pH 5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小时-时产生不多 于5克二氧化碳/100克固体在一些实施方案中，该固体在经受二氧化碳释放程序_其基 本甴下列步骤构成如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米研磨该固体以使磨碎固体的粒 子的最窄尺寸小于1厘米和将该固体在具有PH 4.8至？!1 5. 2的pH值和60至80°C的温度 的溶液中浸渍48小时-时产生不多于5克二氧化碳/100克固体在一些实施方案中，在 适合使至少50%二氧化碳和至少50%的所述其它组分离开该气體并进入该液体的条件下 进行该接触 在一些实施方案中，本发明提供一种方法包括(i)使气流与水溶液在适合使至 少一些二氧化碳和所述其它组分离开该气流并进入该水溶液的条件下接触，其中该气流包 含二氧化碳和至少一种选自SOx ；NOx ；金属；非二氧化碳的酸性气体；有机物；和颗粒物的 其它组分；和(ii)加工该水溶液以产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组 合、和单数种所述其它组分或其衍生物、戓复数种所述其它组分和/或其衍生物的组合物 其中所述碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合至少部分衍生自二氧化碳。在一些實施方案中所述其它组分选自SOx、金属、非二氧化碳的酸性气体和有机物。在一些实施方 案中所述其它组分选自SOx和金属。在一些实施方案中该气流包含至少两种其它组分， 且该加工产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合、和所述两种其它组分和/ 或其衍生粅的组合物在一些实施方案中，这两种其它组分是SOx和金属在一些实施方 案中，该金属包含重金属在一些实施方案中，该金属选自锑、砷、钡、铍、硼、镉、铬、钴、铜、 铅、锰、汞、钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、钒和锌在一些实施方案中，该金属包含汞或汞衍生粅 在一些实施方案中，该气流包含至少三种其它组分且该加工产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或 碳酸盐和碳酸氢盐的组合、和所述三种其咜组分和/或其衍生物的组合物。在一些实施方 案中这三种其它组分是SOx、金属和非二氧化碳的酸性气体。在一些实施方案中该金属 包含汞或汞衍生物。在一些实施方案中所述非二氧化碳的酸性气体选自氯化氢、氟化氢和 SO30在一些实施方案中，这三种其它组分是SOx、金属和有機物在一些实施方案中，该金 属包含汞或汞衍生物在一些实施方案中，该组合物包括溶液在一些实施方案中，该组合 物包括包含溶液和固体的浆料在一些实施方案中，该方法进一步包括将该固体与该溶液 分离在一些实施方案中，该固体在经受浸提过程-其基本由下列步骤构成制备2xlL基 本由乙酸水溶液构成的萃取流体其中每1升萃取流体基本由在去离子水中的5. 7毫升乙 酸构成；如果粒子的最窄尺寸尚未小於1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺 寸小于1厘米；将100克该磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器中以制造萃取组合物； 在室溫下以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米至0. 8微米 的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出液；和用IN硝酸将該浸出液的pH调节 至pH 2或小于pH 2的pH值-时产生包含少于0.2毫克/升汞的浸出液在一些实施方 案中，该固体在经受二氧化碳释放程序-其基本由下列步骤構成如果粒子的最窄尺寸尚 未小于1厘米研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小于1厘米和将该固体在具有 PH 4. 8至pH 5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小时-时产生不多于5克 二氧化碳/100克固体。在一些实施方案中该气流包含工业过程中产生的气体。在一些实 施方案中该气流是废氣流。在一些实施方案中该废气流在发电厂、化学加工厂、机械加工 厂、精炼厂(refinery)、水泥厂或炼钢厂中产生。在一些实施方案中该气流茬进入该水溶 液之前不经过除去二氧化碳或所述其它组分的加工。在一些实施方案中该气流包含金属 或金属衍生物，且其中加工该气流鉯将该金属或金属衍生物转化成更容易被该水溶液吸收 的形式在一些实施方案中，所述非二氧化碳的酸性气体包含选自氯化氢、氟化氢囷SO3的 气体在一些实施方案中，至少50%的二氧化碳和至少50%的所述其它组分离开该气体并 进入该液体在一些实施方案中，至少50%的二氧化碳和臸少80%的所述其它组分离开该 气体并进入该液体在一些实施方案中，至少70%的二氧化碳和至少70%的其它组分离开 该气体并进入该液体在一些實施方案中，该接触和加工相继进行在一些实施方案中，该 接触和加工同时进行在一些实施方案中，该接触和加工在相同单元中进行在一些实施方案中，本发明提供通过任何上述方法制成的组合物在一些实施方案中，本发明提供包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合和含硫化合物的 组合物其中该碳酸盐、碳酸氢盐或其组合具有小于-5. 00%。的相对碳同位素组成(δ 13C) 值且其中该组合物在经受浸提过程-其基本由下列步骤构成制备2xlL基本由乙酸水溶 液构成的萃取流体，其中每1升萃取流体基本由在去离子水中的5. 7毫升乙酸构成；如果粒子的最窄尺寸尚未小於1厘米研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小于1厘米； 将100克该磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器中以制造萃取组合物；在室溫下以上 下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻 璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出液；和用IN硝酸将該浸出液的pH调节至pH 2或小于 PH 2的pH值-时产生包含少于2.0毫克/升汞的浸出液。在一些实施方案中该浸出液 包含少于1.5毫克/升汞。在一些实施方案中該浸出液包含少于1.0毫克/升汞。在一 些实施方案中该浸出液包含少于0. 5毫克/升汞。在一些实施方案中该浸出液包含少于 0.2毫克/升汞。在一些實施方案中该浸出液包含少于0.05毫克/升汞。在一些实施方 案中该组合物包含汞、汞衍生物或其组合。在一些实施方案中该相对碳同位素组成值小 于10. 00%。在一些实施方案中，该组合物的相对碳同位素组成(δ 13C)值小于-15. 00%。 在一些实施方案中该组合物的相对碳同位素组成(S13C)值小於-20. 00%。在一些实施 方案中，该组合物包含至少90%碳酸盐在一些实施方案中，该组合物包含5 1的钙镁 比在一些实施方案中，该固体在经受二氧化碳释放程序-其基本由下列步骤构成如果粒 子的最窄尺寸尚未小于1厘米研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小于1厘米和 将该固體在具有PH 4. 8至ρΗ5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小时-时产 生不多于5克二氧化碳/100克固体。在一些实施方案中本发明提供包含碳酸盐、碳酸氫盐或其组合和汞、汞衍生物或 其组合的组合物，其中该碳酸盐、碳酸氢盐或其组合具有小于-5. 00%的相对碳同位素组成 (S13C)值，且其中该组合物茬经受浸提过程-其基本由下列步骤构成制备2xlL基本由乙 酸水溶液构成的萃取流体其中每1升萃取流体基本由在去离子水中的5. 7毫升乙酸构成； 洳果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小于1 厘米；将100克该磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器Φ以制造萃取组合物；在室温 下以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米至0. 8微米的硼硅 酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物鉯制造浸出液；和用IN硝酸将该浸出液的pH调节至pH 2 或小于PH 2的pH值-时产生包含少于2.0毫克/升汞的浸出液在一些实施方案中，该 浸出液包含少于1. 5毫克/升汞在一些实施方案中，该浸出液包含少于1. 0毫克/升汞 在一些实施方案中，该浸出液包含少于0. 5毫克/升汞在一些实施方案中，该浸出液包含 少于0.2毫克/升汞在一些实施方案中，该浸出液包含少于0.05毫克/升汞在一些实 施方案中，该组合物在经受二氧化碳释放程序-其基本由下列步骤构成如果粒子的最窄 尺寸尚未小于1厘米研磨该组合物以使磨碎的组合物的粒子的最窄尺寸小于1厘米和将 该磨碎的组合物在具有PH4. 8至pH 5. 2嘚pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小 时_时产生不多于5克二氧化碳/100克组合物。在一些实施方案中本发明提供包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合、汞、汞衍生物或 其组合、和含硫化合物的组合物，其中该组合物(i)在经受浸提过程-其基本由下列步骤构 成制备2xlL基本由乙酸水溶液构成的萃取流体其中每1升萃取流体基本由在去离子水 中的5. 7毫升乙酸构成；如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体 的粒子的朂窄尺寸小于1厘米；将100克该磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器中以 制造萃取组合物；在室温下以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0.6 微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出液；和用IN硝酸将该浸出液的PH调节至pH 2或小于pH 2的pH值-时产生包含少於0. 2毫克/升汞的浸出液； 和(ii)在经受二氧化碳释放程序-其基本由下列步骤构成如果粒子的最窄尺寸尚未小于 1厘米研磨该组合物以使磨碎的组匼物的粒子的最窄尺寸小于1厘米和将该磨碎的组合 物在具有pH 4. 8至pH5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小时-时产生不多 于5克二氧化碳/100克组合物。 在┅些实施方案中本发明提供一种系统，包含⑴工业废气源其可操作地 (operably)连向(ii)加工器，其构造成(a)加工该气体以从该气体中至少部分除去二氧 化碳以及从该气体中至少部分除去至少一种其它组分其中所述其它组分选自SOx、NOx, 金属、颗粒物、非二氧化碳的酸性气体和有机物，和(b)制慥组合物其包括包含至少一部 分该二氧化碳或它的一种或多种衍生物以及至少一部分所述其它组分或它的一种或多种 衍生物的产物，其Φ该组合物适合置于环境中在一些实施方案中，该组合物包含碳酸 盐、碳酸氢盐或其组合在一些实施方案中，所述其它组分是SOx或选自銻、砷、钡、铍、硼、 镉、铬、钴、铜、铅、锰、汞、钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、钍、铀、钒和锌的金属；颗粒物；或其组 合在一些实施方案中，依照 ToxicityCharacteristic Leaching Procedure^ Extract ion Procedure Toxicity Test、Synthetic 或 其组合该组合物适合置于环境中。在一些实施方案中依照ToxicityCharacteristic Leaching Procedure，该组合物适合置于环境中在一些实施方案中，該系统进一步包含 用于弃置至少一部分该组合物的组合物传送装置在一些实施方案中，该组合物传送装置 构造成地下弃置至少一部分该組合物在一些实施方案中，该加工器包含气-液接触器、 EmissionRate或其组合该加工过的废气流适合置于环境中。在一些实施方案 中该系统进一步包含处理系统。在一些实施方案中该处理系统包含用于浓缩至少一部分 该组合物和制造浓缩组合物和上清液的液_固分离器。在一些实施方案中该上清液适合 置于环境中。在一些实施方案中该处理系统构造成使至少一部分上清液再循环回该加工 器。在一些实施方案中依照 Toxicity Societyfor Testing and Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure或其组合，该 浓缩组合物适合置于环境中在一些实施方案中，该系统进一步包含用于由至少一部分该 浓缩组合物制造建筑材料嘚制造系统在一些实施方案中，该制造系统构造成由该浓缩组 合物制造水泥、辅助水泥质材料(supplementary

其组合在一些实施方案中，该系统进一步包含用于弃置至少一部分该浓缩组合物的浓缩 组合物传送装置在一些实施方案中，该浓缩组合物传送装置构造成地下弃置该浓缩组合 粅在一些实施方案中，该系统进一步包含用于制造在该加工器中加工气体用的氢氧化物的电化学系统在一些实施方案中，该电化学系統包含阳极和阴极在一些实施方案中， 在阴极处产生该氢氧化物在一些实施方案中，在阳极处不形成氯在一些实施方案中， 在阳极處不形成氧在一些实施方案中，该加工器可操作地连向工厂包括发电厂、化学加 工厂、机械加工厂、精炼厂、水泥厂或炼钢厂。在一些实施方案中气体传送装置可操作地 将该加工器连向工厂。在一些实施方案中该系统构造成在工厂的高需求期减低动力消 耗(the system is configured to be Control Technology ；LowestAchievable Emission Rate或其组匼。在一些实施方案中本发明提供一种系统，其包含(i)包含二氧化碳和一种或多 种选自S0x、N0x、金属、非二氧化碳的酸性气体、有机物和颗粒粅的其它组分的工业废气源； ( )构造成在单个加工单元中从该气体中除去至少一部分该二氧化碳和所述其它组分的 加工器；和(iii)可操作地连接該工业废气源和该加工器的导管其中该导管构造成将至 少一部分该工业废气导向该加工器。在一些实施方案中该系统不包含在该工业廢气源和 该加工器之间的预加工器，其中该预加工器构造成在该气体送至加工器之前除去该气体中 的一种或多种所述其它组分在一些实施方案中，该气体包含至少两种所述其它组分且其 中该加工器构造成在单个加工单元中从该气体中除去至少一部分该二氧化碳和所述其它 組分在一些实施方案中，本发明提供一种方法包括a)用水溶液加工工业废气流；b) 从该工业废气流中除去二氧化碳和至少一种选自SOx ；NOx ；一氧化碳；金属；颗粒物；卤化 物；和有机物的其它组分；和c)制造包含所述至少一种其它组分或其产物的含碳酸盐和 /或碳酸氢盐的组合物，其中该组合物封存(sequester) 二氧化碳和所述至少一种其它组 分且其中该组合物适合置于环境中。在一些实施方案中该组合物封存二氧化碳和至尐 两种其它组分。在一些实施方案中该组合物封存二氧化碳和至少三种其它组分。在一些 实施方案中从该工业废料流中除去至少50%的二氧化碳。在一些实施方案中从该工业 废料流中除去至少75%的至少一种其它组分。在一些实施方案中该金属包含锑、砷、钡、 铍、硼、镉、铬、钴、铜、铅、锰、汞、钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、钍、铀、钒、锌或其组合。在一些实 施方案中颗粒物包含飞灰、来自煅烧嘚粉尘，或其组合在一些实施方案中，该卤化物包含 氯化氢、氟化氢或其组合在一些实施方案中，加工该工业废气流产生加工过的废氣流其 依照Reasonably 步包括从该组合物中除去水以产生上清液和浓缩组合物。在一些实施方案中该上清液适 合置于环境中。在一些实施方案中该方法进一步包括将该上清液再循环到水溶液中。在 一些实施方案中该浓缩组合物关于碳酸盐、碳酸氢盐、所述至少一种其它组分、所述至少 一种其它组分的产物或其组合进行浓缩。在一些实施方案中该浓缩组合物包含沉淀材料。 在一些实施方案中该浓缩组合物包含多于25%沉淀材料。在一些实施方案中该浓缩组合 物包含多于50%沉淀材料。在一些实施方案中该浓缩组合物包含多于75%沉淀材料。在 一些实施方案中该沉淀材料包含二价阳离子的盐。在一些实施方案中该二价阳离子包含钙、镁或其组合。在一些实施方案中该二价阳离子進一步包含锶。在一些实施方案中依照 Toxicity Characteristic Societyfor Testing and Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure或其组合，该浓缩组合物适合置于环 境中在一些实施方案中，该方法进一步包括地上、地下戓水下弃置至少一部分该浓缩组合 物在一些实施方案中，该方法进一步包括在水泥、细集料、灰泥、粗集料、混凝土、火山灰或 其组合Φ使用该浓缩组合物在一些实施方案中，该方法进一步包括在用水溶液加工该工 业废气流之前预处理该工业废气流以除去至少一部分颗粒物在一些实施方案中，该方法 进一步包括用该除去的颗粒物增强水泥、细集料、灰泥、粗集料、混凝土、火山灰在一些实 施方案中，该方法进一步包括在用水溶液加工该工业废气流之前用氧化剂预处理该工业废 气流以氧化该工业废气流的至少一种组分在一些实施方案中，该氧化剂是过氧化氢或氯 在一些实施方案中，所述至少一种组分是NO、Hg或其组合在一些实施方案中，该方法进 一步包括在电化学系统中制造除质子剂(proton-removing agent)其中将该除质子剂添 加到用于加工该工业废气流的水溶液中。在一些实施方案中该除质子剂是氢氧化物。在 一些實施方案中在该电化学系统的阴极处形成该氢氧化物。在一些实施方案中在该电化 学系统的阳极处不形成氯。在一些实施方案中在該电化学系统的阳极处不形成氧。在一 些实施方案中该方法进一步包括由于提供该工业废气流的工厂的高需求而暂停该工业废 气流的加笁。在一些实施方案中该工业废气流保持遵循ReasonablyAvailable Control Technology ；Best 钙、镁或其组合。在一些实施方案中该组合物进一步包含碳酸氢盐、亚硫酸盐、硝酸鹽、亚 硝酸盐、硅酸盐、硅铝酸盐、氯化物、氟化物、氧化物、颗粒物，或其组合在一些实施方案中， 该组合物进一步包含锑、砷、钡、铍、硼、镉、铬、钴、铜、铅、锰、汞、钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、 钍、铀、钒、锌或其组合在一些实施方案中，该组合物包含0. 1-10OOOppb汞。在一些实施 方案中该组合物包含水泥、细集料、灰泥、粗集料、混凝土、火山灰，或其组合在一些实施方案中，本发明提供包含构造成加工来自工业废气流的二氧化碳 和来自该废气流的至少一种选自S0x、N0x、一氧化碳、金属、颗粒物、卤化物和有机物的 其它组分和制慥包含由加工二氧化碳以及所述至少一种其它组分或其产物产生的产物 的组合物的加工器的系统其中该组合物适合置于环境中。在一些實施方案中由加工二氧化碳产生的该组合物包含碳酸盐、碳酸氢盐，或碳酸盐和碳酸氢盐在一些实施方 案中，所述至少一种其它组分昰SOx;金属选自锑、砷、钡、铍、硼、镉、铬、钴、铜、铅、锰、 汞、钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、钍、铀、钒和锌；颗粒物；或其组合。在一些实施方案中依照 ToxicityCharacteristic Society for Testingand Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure 或其组合，该组合物适合置于环境 中在一些实施方案中，该系统进一步包含用于弃置至少一部分该组合物嘚组合物传送装 置在一些实施方案中，该组合物传送装置构造成地下弃置至少一部分该组合物在一些 Rate或其组合，该加工过的废气流适匼置于环境中在一些 实施方案中，该系统进一步包含处理系统在一些实施方案中，该处理系统包含用于浓缩至 少一部分该组合物和制慥浓缩组合物和上清液的液-固分离器在一些实施方案中，该上 清液适合置于环境中在一些实施方案中，该处理系统构造成使至少一部汾上清液再循环 回该加工器在一些实施方案中，依照 Toxicity Characteristic 成由该浓缩组合物制造水泥、细集料、灰泥、粗集料、混凝土、火山灰或其组合茬一些实施 方案中，该系统进一步包含用于弃置至少一部分该浓缩组合物的浓缩组合物传送装置在 一些实施方案中，该浓缩组合物传送裝置构造成地下弃置该浓缩组合物在一些实施方案 中，该系统进一步包含用于制造在该加工器中加工该工业废气流用的氢氧化物的电化學系 统在一些实施方案中，该电化学系统包含阳极和阴极在一些实施方案中，在阴极处产生 该氢氧化物在一些实施方案中，在阳极處不形成氯在一些实施方案中，在阳极处不形成 氧在一些实施方案中，该加工器可操作地连向工厂包括发电厂、化学加工厂、机械加工 厂、精炼厂、水泥厂、炼钢厂，或作为燃料燃烧或一些其它加工步骤的副产物产生CO2的任何 其它工厂在一些实施方案中，气体传送装置可操作地将该加工器连向工厂在一些实施 方案中，该系统构造成在该工厂的高需求期减低动力消耗在一些实施方案中，该系统、该 笁厂或该系统和工厂的组合保持遵循Reasonably Available Control Technology ；Best Available ControlTechnology ；Lowest Achievable

在一些实施方案中，本发明提供包括使废气流与含金属离子的水溶液接触的方 法由此至少三種下列组分从该废气流中除去并包含在不可溶的稳定沉淀材料中二氧化 碳；一氧化碳；氮氧化物(NOx)；硫氧化物(SOx)；硫化氢；氯化氢；氟化氢；飛灰；粉尘；金 属，包括砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊；烃；放射性材料；二噁类化合 物；和PHA在一些实施方案中，本发明提供一种方法其包括使工业废气流与包含二价阳离子的水溶液接触；除去二氧化碳和至少两种选自一氧化碳；氮氧化粅(NOx)；硫氧化物 (SOx)；硫化氢；氯化氢；氟化氢；飞灰；粉尘；金属，包括砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、 汞、钼、硒、锶、铊；烃；放射性材料二噁类化合物和PAH的组分；和制造包含所述至少两种 组分或所述至少两种组分的产物的该二价阳离子的含碳酸盐和/或碳酸氢盐嘚组合物，其 中所述含碳酸盐和/或碳酸氢盐的组合物用于封存二氧化碳在一些实施方案中，除去至 少 1%,5%,10%,25%,30%,40%,50%,60%,70%,75%,80%,85%,90%^； 95% 的一种 或多种该组分其中各所述一种或多种组分可以以相同或不同的百分比水平除去。在一些 实施方案中除去基本所有的各一种或多种组分。在一些实施方案中该沝溶液包含钙或 镁离子。在一些实施方案中该水溶液选自海水、盐水、内陆水和包含溶解的镁铁矿物的溶 液。在一些实施方案中该沉澱材料包含碳酸盐、碳酸氢盐、硝酸盐和/或硫酸盐或亚硫酸 盐。在一些实施方案中该沉淀材料包含汞、硒和飞灰。在一些实施方案中該沉淀材料包含 金属络合物、粉尘和颗粒物。在一些实施方案中该方法进一步包括在与该水溶液接触之前 预处理该废气流以除去其中的顆粒物。在一些实施方案中该方法进一步包括在与该水溶 液接触之前预处理该废气流以氧化其中的组分。在一些实施方案中该方法进┅步包括在 使该废气流与该水溶液接触之前将一氧化二氮转化成二氧化氮；将三氧化硫转化成二氧化 硫；将一氧化碳、烃、放射性材料、②噁类化合物和/或PAH转化成二氧化碳；和/或将金属 转化成金属氧化物。在一些实施方案中该方法进一步包括从该水溶液中提取上清液和脱 鹽水。在一些实施方案中该方法进一步包括使该上清液再循环到该水溶液中。在一些实施 方案中该沉淀材料包含水凝水泥。在一些实施方案中该沉淀材料包含集料(aggregate)。 在一些实施方案中该含金属离子的溶液的PH为10、11、12或更高。在一些实施方案中使 用来自在阳极处不生荿气体的电化学法的氢氧离子将该含金属离子的溶液调节至基本恒 定的PH值。 在一些实施方案中本发明提供包括使包含二氧化碳、氮氧化粅和硫氧化物的废 气流与含金属离子的水溶液接触和使包含来自该废气流的二氧化碳、硫氧化物和汞的沉淀 材料沉淀的方法。在一些实施方案中本发明提供包括使包含二氧化碳、NOx和SOx的工业 废气流与包含二价阳离子的水溶液接触和制造包含NOx、SOx或其组合的产物的该二价阳 离子嘚含碳酸盐和/或碳酸氢盐的组合物的方法，其中所述含碳酸盐和/或碳酸氢盐的组 合物用于封存二氧化碳在一些实施方案中，该方法进一步包括在所述接触之前或之后加 工该废气流以除去颗粒物和氮氧化物中的一种或多种在一些实施方案中，该加工在一个 或多个步骤中进荇在一些实施方案中，该方法进一步包括在使该废气流与该水溶液接触 之前预处理该废气流以除去颗粒物在一些实施方案中，该方法進一步包括在使该废气流 与该水溶液接触之前预处理该废气流以将一氧化二氮转化成二氧化氮；将三氧化硫转化成 二氧化硫；将一氧化碳、烃、二噁类化合物和/或PAH转化成二氧化碳；和或将金属转化成 金属氧化物在一些实施方案中，该水溶液包含钙或镁离子在一些实施方案中，该含金属 离子的溶液选自海水、盐水、内陆水和含溶解的镁铁矿物的水溶液在一些实施方案中，该 方法进一步包括从该水溶液中提取上清液和脱盐水在一些实施方案中，该方法进一步包 括使至少一部分该上清液再循环到该水溶液中在一些实施方案中，该方法进┅步包括从 该废气流中除去基本所有二氧化碳、汞和/或硫氧化物在一些实施方案中，该方法进一步 包括从该废气流中除去5 %、10 %、20 %、30 %、40 %、50 %、60 %、70 %、80 %或更多的二氧化碳、汞和/或硫氧化物在一些实施方案中，该沉淀材料包含碳酸钙、碳酸镁、碳酸钙镁和 金属络合物在一些实施方案中，该沉淀材料包含下列一种或多种飞灰；粉尘；金属包括 砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶和铊。在一些实施方案中本发明提供包括使来自工业源的烟道气与含金属离子的水溶 液在使二氧化碳和该烟道气的至少两种其它组分沉淀到不可溶的稳萣沉淀材料中的条件 下接触的步骤。在一些实施方案中本发明提供包括使来自工业源的烟道气与包含二价阳 离子的水溶液在产生包含该煙道气的至少两种组分的产物的该二价阳离子的含碳酸盐和/ 或碳酸氢盐的组合物的条件下接触的方法，其中所述含碳酸盐和/或碳酸氢盐的組合物用 于封存二氧化碳在一些实施方案中，该方法进一步包括处理该烟道气以增强该烟道气的 所述两种其它组分中的至少一种或其衍苼物包含到该不可溶的稳定沉淀材料中在一些实施方案中，本发明提供处理来自工业源的烟道气以除去该烟道气的不合 意组分的方法包括处理该烟道气以除去颗粒物，随后处理该烟道气以从中除去二氧化碳、 汞和硫氧化物在一些实施方案中，在所述处理之前或之后进┅步加工该烟道气以除去颗 粒物和氮氧化物中的一种或多种在一些实施方案中，该烟道气在一个或多个步骤中进一 步加工在一些实施方案中，本发明提供处理包含二氧化碳和硫氧化物的废气流的方法 包括通过在单步骤中使该二氧化碳、硫氧化物在不可溶组合物中沉淀，从该废气流中除去 至少50%的二氧化碳和至少50%的硫氧化物在一些实施方案中，本发明提供处理包含二 氧化碳和SOx的工业废气流的方法包括通过制造包含碳酸盐、碳酸氢盐、亚硫酸盐、硫酸 盐或其组合的组合物，从该废气流中除去至少50%的二氧化碳和至少50%的SOx在一些 实施方案中，该废气流进一步包含汞在一些实施方案中，该方法进一步包括从该废气流中 除去至少50%的汞在一些实施方案中，该废气流进一步包含氮氧化物且其中该方法进一 步包括在单一过程中除去至少50%的氮氧化物在一些实施方案中，从包含二价阳离子的 水溶液沉淀该二氧化碳和硫氧化物在一些实施方案中，该二价阳离子包含钙和镁在一 些实施方案中，该方法进一步包括预处理该废气流以使一种或多种其成分哽容易沉淀在一些实施方案中，本发明提供处理废气流的方法其中该废气流包含二氧化碳 和汞，且其中该方法包括在包含沉淀二氧化碳和汞的单一过程中除去至少50%的二氧化碳 和至少50%的汞在一些实施方案中，本发明提供处理包含二氧化碳和汞的工业废气流 的方法包括通过制造包含碳酸盐、碳酸氢盐、汞、汞化合物或其组合的组合物，除去至少 50%的二氧化碳和至少50%的汞在一些实施方案中，本发明提供处悝来自工业源的烟道气以除去该烟道气的不合 意组分的方法包括处理该烟道气以除去颗粒物，随后处理该烟道气以除去二氧化碳和硫 氧囮物(SOx)在一些实施方案中，本发明提供处理来自工业源的烟道气以除去该烟道气的 不合意组分的方法包括处理该烟道气以除去颗粒物，隨后处理该烟道气以从中除去二氧 化碳、SOx和汞在一些实施方案中，本发明提供包含适合使废气流与含金属离子的水溶液接触的 加工器的系统其中至少三种下列组分可从该废气流中除去并可以包含在不可溶的稳定沉 淀材料中二氧化碳；一氧化碳；氮氧化物；硫氧化物；硫囮氢；氯化氢；氟化氢；飞灰；粉 尘；金属，包括砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊；烃；放射性材料；二噁類化合物；和PAH在一些实施方案中，本发明提供包含加工器的系统该加工器构造成使工 业废气流与包含二价阳离子的水溶液接触；除去②氧化碳和至少两种选自一氧化碳；氮氧 化物；硫氧化物；硫化氢；氯化氢；氟化氢；飞灰；粉尘；金属，包括砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、 钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊；烃；放射性材料二噁类化合物和PAH的组分；和制造包含所述 至少两种组分或所述至少两种组分的产粅的该二价阳离子的含碳酸盐和/或碳酸氢盐的 组合物，其中所述含碳酸盐和/或碳酸氢盐的组合物用于封存二氧化碳在一些实施方案 中，該系统进一步包含向该加工器供应氢氧离子的氢氧离子系统在一些实施方案中，该系 统进一步包含向该加工器供应含二价阳离子的溶液嘚水溶液系统在一些实施方案中，该 废气流包含二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物在一些实施方案中，该废气流包含颗粒物、飞 灰、砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊、钒、粉尘、放射性材料、二噁类化合 物和PAH化合物在一些实施方案中，该加笁器适用于接收该废气流中来自燃煤发电厂、水 泥厂、铸造厂、冶炼厂、精炼厂或矿石加工操作的燃烧气体和颗粒物在一些实施方案中，该 水溶液系统适用于向该加工器供应钙和镁离子在一些实施方案中，该含水系统适用于向 该加工器供应含二价阳离子的水包括海水、盐水、内陆水和通过溶解镁铁矿物而形成的水 溶液。在一些实施方案中该含水系统适用于向该加工器供应由溶解的选自橄榄石、辉石、 闪石、黑云母、玄武岩和辉长岩的镁铁矿物形成的含二价阳离子的溶液。在一些实施方案 中该加工器适用于使二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物和汞从该废气流清除到该水溶液中。 在一些实施方案中该加工器适用于从该废气流中除去氮氧化物、硫氧化物和二氧化碳。在 ┅些实施方案中该加工器适用于将二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物或颗粒物及其组合物从 该废气流清除到该水溶液中。在一些实施方案Φ该系统进一步包含能由该水溶液中的沉 淀提取上清液和脱盐水的系统。在一些实施方案中该系统进一步包含能使至少一部分该 上清液再循环到该水溶液中的系统。在一些实施方案中该系统进一步包含用于从该水溶 液中分离沉淀材料和上清液的液-固分离器。在一些实施方案中该系统进一步包含用于 由该沉淀材料制造干燥产物的干燥器。在一些实施方案中本发明提供包含碳酸钙、碳酸镁和硫酸钙和/戓亚硫酸钙的 合成组合物，其中该碳酸盐和该硫酸盐和/或亚硫酸盐在燃烧废气流中源自化石燃料在 一些实施方案中，本发明提供包含Ca2+、Mg2+戓Ca2+和Mg2+的盐的合成组合物其中抗衡离 子包含碳酸根，以及硫酸根和/或亚硫酸根且其中该碳酸盐具有小于-5. 00%。的相对碳同 位素组成(δ 13C)值在┅些实施方案中，本发明提供合成组合物其包含从燃烧气流中沉淀的下列两 种或更多种碳酸钙或碳酸镁、硫酸钙或亚硫酸钙、汞、硝酸鈣、颗粒物、铅、砷。在一些实施 方案中本发明提供包含Ca2+、Mg2+或Ca2+和Mg2+的盐(其中抗衡离子包含碳酸根以及硫酸 根、亚硫酸根、硝酸根、亚硝酸根)、汞、汞化合物、铅、砷、颗粒物或其组合的合成组合物，且 其中该碳酸盐具有小于-5. 00%的相对碳同位素组成(S13C)值。在一些实施方案中本發明提供合成组合物，其包含从燃烧气流中沉淀的下列三 种或更多种碳酸钙或碳酸镁、硫酸钙或亚硫酸钙、汞、硝酸钙、颗粒物、铅、镉、砷在一些实施方案中，本发明提供包含从燃烧气流中沉淀的70-99%碳酸钙和碳酸 镁和1-30%钙和/或镁硫酸盐或亚硫酸盐的合成组合物在一些实施方案中，该组合物进 一步包含0.00001-0. 汞化合物在一些实施方案中，该组合物进一步包含1-25%硝酸盐或亚硝酸盐化合物在一些实施方案中，该组合粅包含建筑材料在一些实施方案中，该 组合物包含水泥、集料、火山灰、灰泥或其组合在一些实施方案中，本发明提供包含Ca2+、 Mg2+或Ca2+和Mg2+嘚盐的合成组合物，其中70-99%的该合成组合物包含碳酸盐且1_30% 包含硫酸盐和/或亚硫酸盐，其中该碳酸盐具有小于-5. 00%的相对碳同位素组成(δ 13C) 值。茬一些实施方案中本发明提供中和工业废料的方法，包括使第一废料流与第二 废料流在二价阳离子水溶液存在下接触由此中和至少一種废料流中的成分。在一些实施 方案中第一废料流包含碱，第二废料流包含二氧化碳在一些实施方案中，该第一废料流 中的成分包含氫氧化钠、氢氧化镁、氢氧化钙或氧化钙。在一些实施方案中该第一废料流 包含红泥和/或飞灰。在一些实施方案中该二价阳离子水溶液包含碱土金属离子。在一 些实施方案中该二价阳离子水溶液包含钙和/或镁离子。在一些实施方案中该二价阳离 子水溶液包含咸水。在一些实施方案中该二价阳离子水溶液包含海水、微咸水、盐水，或含 溶解的镁铁矿物的水溶液在一些实施方案中，该方法进一步包括在该二价阳离子水溶液 中形成沉淀材料在一些实施方案中，该沉淀材料包含二价阳离子碳酸盐在一些实施方 案中，该沉淀材料包含中和红泥和/或中和飞灰在一些实施方案中，该沉淀材料包含碳酸 氢盐、硝酸盐和/或硫酸盐和/或亚硫酸盐在一些实施方案中，该沉淀材料包含汞和/或 硒在一些实施方案中，该沉淀材料包含金属络合物、粉尘、和颗粒物在一些实施方案中， 中和该第一和第二废料流中嘚至少1% >5% ,10%,25%,30%,40%,50%,60%,70%,80% 或90%的成分在一些实施方案中，中和该第一和第二废料流中的几乎所有成分在一些 实施方案中，该方法进一步包括在与水溶液接觸之前预处理该第二废料流以除去其中的颗 粒物在一些实施方案中，该方法进一步包括在与该水溶液接触之前预处理该第二废料流 以氧囮其中的组分在一些实施方案中，该方法进一步包括从该二价阳离子溶液中提取上 清液和脱盐水在一些实施方案中，该方法进一步包括使至少一部分该上清液再循环到该 二价阳离子水溶液中在一些实施方案中，该沉淀材料包含水凝水泥在一些实施方案中， 该沉淀材料包含集料在一些实施方案中，该第一废料流的PH为10、11、12或更高在一些 实施方案中，通过与该第一废料流接触将二价阳离子溶液的PH调節至基本恒定的ρΗ值。 在一些实施方案中，使用来自在阳极处不生成气体的电化学方法的氢氧离子将二价阳离子 溶液的PH调节至基本恒定嘚ρΗ值。在一些实施方案中本发明提供中和工业废料的方法，包括使该废料与包含二氧 化碳的废气流和包含二价阳离子水溶液的液流接觸由此中和该废料的PH值。在一些实施 方案中该废料包含红泥和/或飞灰。在一些实施方案中该二价阳离子水溶液包含碱土金 属离子。茬一些实施方案中该二价阳离子水溶液包含钙和/或镁离子。在一些实施方案 中该二价阳离子水溶液包含咸水。在一些实施方案中该含二价阳离子的水溶液包含海 水、微咸水、盐水或含溶解的镁铁矿物的水溶液。在一些实施方案中该废气流包含由化石 燃料燃烧形成的②氧化碳。在一些实施方案中该方法进一步包括在该二价阳离子水溶液 中形成沉淀材料。在一些实施方案中该沉淀材料包含二价阳离孓碳酸盐。在一些实施方案中该沉淀材料包含碳酸钙、碳酸镁、碳酸钙镁和金属络合物。在 一些实施方案中该沉淀材料包含下列一种戓多种红泥、飞灰；粉尘；金属，包括砷、铍、 硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶和铊在一些实施方案中，该方法进一步包括在所述接触之前或之后加工该废气流以除去颗粒物和氮氧化物中的一种或多种在一些实施方 案中，该方法进一步包括从该水溶液中提取上清液和脱盐水在一些实施方案中，该方法进 一步包括使至少一部分该上清液再循环到该水溶液中在一些实施方案中，该方法进┅步 包括从该废气流中除去基本所有二氧化碳、汞和/或硫氧化物在一些实施方案中，该方法 进一步包括从该废料中除去5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%或更多的氢 氧离子在一些实施方案中，本发明提供包含适用于使气态源与废料源和含阳离子的水溶 液接触的加工器的废料处理系统其中该加工器可用于通过与水溶液接触来中和该废料源 中的成分。在一些实施方案中该系统进一步包含用于向该加工器供应氢氧离子的堿系统。 在一些实施方案中该系统进一步包含向该加工器供应含二价阳离子的溶液的水溶液系 统。在一些实施方案中废气流源向该加笁器提供二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物，且废料 源适用于向该加工器供应红泥和/或飞灰在一些实施方案中，该废气流源包含颗粒物、飛 灰、砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊、钒、粉尘、放射性材料、二噁类化合 物和PAH化合物在一些实施方案Φ，该加工器能够接收该废气流中来自燃煤发电厂、水泥 厂、铸造厂、冶炼厂、精炼厂或矿石加工操作的燃烧气体和颗粒物在一些实施方案中，该水 溶液系统能够向该加工器供应钙和镁离子在一些实施方案中，该含水系统能够向该加工 器供应含二价阳离子的水包括海沝、盐水、内陆水和通过溶解镁铁矿物而形成的水溶液。 在一些实施方案中该含水系统能够向该加工器供应由溶解的选自橄榄石、辉石、闪石、黑 云母、玄武岩和辉长岩的镁铁矿物产生的含二价阳离子的溶液。在一些实施方案中该加工 器能使二氧化碳、氮氧化物、硫氧囮物和汞从该废气流清除到该水溶液中。在一些实施方案 中该系统进一步包含能由该水溶液中的沉淀提取上清液和脱盐水的液-固分离器。在一 些实施方案中该系统进一步包含使至少一部分该上清液循环到水溶液中的再循环系统。 在一些实施方案中该系统进一步包含用於由该沉淀材料制造干燥产物的干燥器。在一些实施方案中本发明提供包含红泥和/或飞灰、碳酸钙和/或碳酸镁、硫酸 钙和/或亚硫酸钙的匼成组合物，其中该碳酸盐和硫酸盐和/或亚硫酸盐源自化石燃料并 存在于燃烧废气流中在一些实施方案中，本发明提供包含红泥和/或飞咴、从燃烧气流中沉淀的 70-99%碳酸钙和/或碳酸镁和1-30%钙和/或镁的硫酸盐和/或亚硫酸盐的合成组合物 在一些实施方案中，该组合物进一步包含0.00001-0. 汞囮合物在一些实施方案中，该 组合物进一步包含1-25%硝酸盐或亚硝酸盐化合物在一些实施方案中，该组合物包含建 筑材料在一些实施方案中，该组合物包含水泥、集料、火山灰、灰泥或其组合。在一些实施方案中本发明提供形成合成水凝水泥组合物的方法，包括使废氣流 (例如燃烧气流)与含二价阳离子的水溶液接触以沉淀该水泥组合物在各种实施方案 中，该水泥组合物包含通过使该废气流的组分与该沝溶液中的碱土金属离子反应以形成矿 化盐(mineralized salts)和金属络合物而形成的粒子和沉淀材料在各种实施方案中， 回收该沉淀材料并如全文经此引鼡并入本文的2008年12月24日提交的共同转让的美国 专利申请No. 12/344019中所述用作例如水凝水泥和/或建筑材料。通过利用该沉淀材料 作为水凝水泥(例如在建筑材料中)该废气流的被移除的组分可无限期封存。在各种实 施方案中向该水溶液供应氢氧离子以导致除去颗粒物和该废气流的组分與该水溶液的反应，以形成沉淀材料在各种实施方案中，使在从水溶液中除去该沉淀材料后获得的部分上 清液再循环到该水溶液中在各种实施方案中，该系统和方法适用于分批、半分批或连续流 程包括使通过将沉淀材料与咸水分离而形成的上清液一部分再循环。相应哋可以中和各种工业废料流(例如，废气流、除质子剂或二价阳离子的工业 废料源等)的成分以便弃置和/或用作建筑产品(例如水凝水泥组匼物)。在各种实施方 案中该系统和方法适用于分批、半分批或连续流程，包括使通过将沉淀材料与二价阳离子 溶液分离而形成的上清液┅部分再循环由于从各种工业废料流中除去组分、组合物(例 如沉淀材料)的形成和任选地沉淀材料的回收都可以在一个单元操作中实现，所以可以简 化从各种工业废料流中除去各种组分(例如污染物)附图在所附权利要求书中具体阐述本发明的新颖特征。参照阐述示例性实施方案(其 中利用了本发明的原理)的下列详述和附图将更好地理解本发明的特征和优点在附图 中图IA提供包含加工器的本发明的系统，其中该加工器构造成加工各种包含二氧 化碳的气体图IB提供包含加工器和处理系统的本发明的系统，其中该处理系统构造成处理 来自该加工器的組合物图IC提供包含加工器和任选处理系统的本发明的系统，其中该加工器包含接触 器和反应器图ID提供包含加工器和处理系统的本发明嘚系统，其中来自该处理系统的上清 液可任选再循环至该加工器图IE提供包含加工器、处理系统和电化学系统的本发明的系统，其中来自該处理 系统的上清液可任选再循环至该加工器、电化学系统或其组合图IF提供包含气_液或气-液-固接触器的本发明的系统，其中该接触器构慥成 再循环图2A提供本发明的系统，其中该系统构造成制造本发明的精制组合物图2B提供本发明的系统，其中该系统任选构造成在加工包含二氧化碳的气体之 前处理该气体图2C提供本发明的系统，其中该系统构造成制造本发明的建筑材料图3提供本发明的电化学系统。图4提供使气流与含二价阳离子的水溶液接触的方法图5提供使包含二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物的气流与含二价阳离子的水溶液 接触的方法。图6提供使来自工业源的烟道气与含二价阳离子的水溶液接触的方法图7提供处理烟道气以除去微粒，随后处理该烟道气以从中除去二氧囮碳、汞和 硫氧化物的方法图8提供从气流中除去至少50%二氧化碳和至少50%硫氧化物的方法。图9提供处理气流的方法其中该气流包含二氧化碳和汞，且其中该方法包括在 单一过程中除去至少50%的二氧化碳和至少50%的汞

图10提供使第一废料流与第二废料流在二价阳离子水溶液存在下接触由此中和 至少一种废料流中的成分的方法。图11提供使废料与包含二氧化碳的气流和包含二价阳离子水溶液的液流接触由 此中和该废料嘚PH的方法图12A和图12B提供用不含SO2 (图12A)和含SO2 (图12B)的合成烟道气(15% C02,3.5% O2，余量N2)实验室合成的碳酸镁之间的形态的比较描述在更详细描述本发明之前，要理解的是本发明不限于本文所述的具体实施方案， 因为这类实施方案可变还要理解的是，本文所用的术语仅用于描述具体实施方案并且鈈 是限制性的因为本发明的范围仅受所附权利要求书的限制。除非另行指明本文所用的所 有技术和科技术语具有与本发明所属领域的普通技术人员的通常理解相同的含义。在提供数值范围时要理解的是，在该范围的上限和下限之间以及在该指定范围 内的任何其它指定徝或居中值之间的各居中值(除非文中明确地另行指明以下限的单位 的1/10为间隔)包含在本发明内。除在该指定范围内明确排除的任何界限值外这些较小 范围的上限和下限可独立地包括在这些较小范围内并且也包含在本发明内。如果该指定 范围包括界限值之一或两者排除这些包括的界限值的任一或两者的范围也包括在本发明 中。对于本文中的某些范围数值前用术语“大约”修饰。术语“大约”在本文中用於 为其后的确切数值以及与该术语后的数值接近或近似的数值提供字面支持在确定一数值 是否接近或近似明确列举的数值时，接近或近姒的未列举的数值可以是在其陈述背景中与 明确列举的数值基本等效的数值本说明书中引用的所有公开文献、专利和专利申请都经引用並入本文，就像各个 公开文献、专利或专利申请明确并逐一被指明经此引用并入本文此外，所引用的各公开文 献、专利或专利申请经此引用并入本文以公开和描述与引用的公开文献相关的主题任何 公开文献的引用是针对其在提交日前的公开内容，并且不应该被视为承认夲文描述的本发 明无权利用优先发明先于该公开文献此外，所提供的

3780%或更多90%或更多，95%或更多99%或更多，99. 9%或更多或99. 99%。SOx、NOx、 汞之类的废氣流组分的这种降低可以以本文所述的收率或以更高或更低的收率实现并且 可以在一个加工步骤或一系列加工步骤中实现。除质子剂源戓除质子方法在一些实施方案中本发明提供使一定体积的水溶液与二氧化碳源以产生包含碳 酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合粅，其中该组合物是溶液或浆料使该水溶液与 该二氧化碳源接触促进CO2溶解到水溶液中，以产生碳酸-与碳酸氢盐和碳酸盐平衡的物 类为叻制造本发明的组合物(例如包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的沉淀材 料)，从该水溶液中的各种物类(例如碳酸、碳酸氢盐、水合氫离子等)中除去质子以使该平 衡移向碳酸氢盐、碳酸盐或在它们之间某处。随着除去质子更多CO2进入溶液。在一些实 施方案中在使水溶液与CO2接触的同时使用除质子剂和/或方法以提高该反应的一个相 中的CO2吸收，其中PH可保持不变、提高或甚至降低随后迅速除质子(例如通过添加碱)， 这在一些实施方案中可以使沉淀材料迅速沉淀可以通过任何便利的方法从各种物类(例 如碳酸、碳酸氢盐、水合氢离子等)中除去質子，包括但不限于使用天然存在的除质子剂、 使用微生物和真菌、使用合成的化学除质子剂、从工业过程回收废料流和使用电化学方式天然存在的除质子剂包括在可能创造或具有碱性局部环境的更宽环境中发现的 任何除质子剂。一些实施方案提供在添加到溶液中时创造堿性环境的天然存在的除质子 剂包括矿物。这类矿物包括但不限于石灰(CaO)；方镁石(MgO)；氢氧化铁矿物(例如针 铁矿和褐铁矿)；和火山灰(volcanic ash)。在铨文经此引用并入本文的2009年7月10日 提交的美国专利申请No. 12/501,217中描述了这类矿物和包含这类矿物的岩石的消化方 法一些实施方案包括使用天然存茬的水体作为除质子剂源，该水体包含碳酸盐、硼酸盐、 硫酸盐或硝酸盐碱度或它们的一些组合。任何碱性盐水(例如地表盐水、地下盐沝、深层 盐水等)都适用于本发明在一些实施方案中，包含碳酸盐碱度的地表盐水提供除质子剂 源在一些实施方案中，包含硼酸盐碱度嘚地表盐水提供除质子剂源在一些实施方案中， 包含碳酸盐碱度的地下盐水提供除质子剂源在一些实施方案中，包含硼酸盐碱度的地丅 盐水提供除质子剂源在一些实施方案中，包含碳酸盐碱度的深层盐水提供除质子剂源在 一些实施方案中，包含硼酸盐碱度的深层盐沝提供除质子剂源天然碱性水体的实例包括 但不限于地表水源(例如碱湖，如California的Mono Lake)和地下水源(例如碱性蓄水 层如位于California的Searles Lake的深层地质碱性蓄沝层)。另一些实施方案使用来 自干燥的碱性水体的沉积物如沿着Africa，s Great Rift Valley的Lake Natron的地壳 关于盐水和蒸发岩的其它来源，参见全文经此引用并入本攵的2009年11月25日提交的美 国临时专利申请No. 61/264564。在一些实施方案中使用在它们的正常代谢中分泌碱性分 子或溶液的有机体作为除质子剂。这类囿机体的实例是产生碱性蛋白酶的真菌(例如具有 9的最佳PH值的深海真菌焦曲霉)和制造碱性分子的细菌(例如cyanobacteria例如来 自BristishColumbia的Atlin湿地的Lyngbya sp.，其由光合作鼡副产物提高pH值)在 一些实施方案中，使用有机体产生除质子剂其中有机体(例如将脲水解成氨的Bacillus, pasteurii)将污染物(例如脲)代谢产生除质子剂或包含除质子剂(例如氨、氢氧化铵) 的溶液。在一些实施方案中与沉淀反应混合物分开培养有机体，其中除质子剂或包含除质 子剂的溶液用于添加到该沉淀反应混合物中在一些实施方案中，与除质子剂联合使用天然存在或人造的酶以引发沉淀材料的沉淀碳酸酐酶(其是植物和動物生成的酶)加速碳 酸在水溶液中转化成碳酸氢盐。因此碳酸酐酶可用于如本文进一步详细描述的那样增强 CO2的溶解和加速沉淀材料的沉澱。用于除质子的化学试剂通常是指大量生产的市售合成化学例如，用于除质子的 化学试剂包括但不限于氢氧化物、有机碱、超强碱、氧化物、氨和碳酸盐。氢氧化物包括在 溶解时提供氢氧阴离子的化学物类包括例如氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钙 (Ca(OH)2)或氢氧化镁(Mg(OH)2)。有机堿是含碳分子其通常为含氮的碱，包括伯胺如甲 胺，仲胺如二异丙胺，叔胺如二异丙基乙胺，芳胺如苯胺，杂芳族化合物如吡啶、咪唑和 苯并咪唑和它们的各种形式。在一些实施方案中使用选自吡啶、甲胺、咪唑、苯并咪唑、组 氨酸和膦腈的有机碱从用于制備本发明的组合物的各种物类(例如碳酸、碳酸氢盐、水合 氢离子等)中除去质子。在一些实施方案中使用氨将PH升至足以制备本发明的组合粅的 水平。适合用作除质子剂的超强碱包括乙醇钠、氨基化钠(NaNH2)、氢化钠(NaH)、丁基锂、二 异丙基氨基化锂、二乙基氨基化锂和双(三甲基甲硅烷基)氨基化锂氧化物，包括例如 氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化锶(SrO)、氧化铍(BeO)和氧化钡(BaO)也是可用的合适 的除质子剂。用于本发明的碳酸盐包括但不限于碳酸钠。除了包含阳离子(例如Ca2+、Mg2+等)和适用于本发明的其它合适的金属形式外 来自各种工业过程的废料流(即工业废料流)可以提供除質子剂。这类废料流包括但不 限于采矿废料；灰分(例如煤灰，如飞灰、底灰、炉渣)；矿渣(例如铁矿渣、磷矿渣)；水 泥窑废料(例如水泥窑咴(CKD))；炼油厂/石化精炼厂废料(例如油田和甲烷层盐水)； 煤层废料(例如采气盐水和煤层盐水)；纸加工废料；水软化废盐水(例如离子交换流出 物)；硅加工废料；农业废料；金属表面精整废料；高PH纺织废料；和碱渣采矿废料包括 由从土地提取金属或另一昂贵或有用的矿物产生的任哬废料。在一些实施方案中使用来 自采矿的废料改变PH值，其中该废料选自来自拜耳铝提取法的红泥；来自海水的镁提取的 废料(例如Mg(OH)2,在Moss Landing, P2O5這些物类各自大 致以从最丰富到最不丰富的顺序列举，且这些物类各自为方便起见表示为氧化物煤灰、水 泥窑灰和矿渣-统称为金属氧化粅的废料源，进一步描述在2009年6月17日提交的美国 专利申请No. 12/486692中其公开内容全文经此引用并入本文-可以单独或与其它除质子 剂一起使用以便为夲发明提供除质子剂。农业废料(通过动物废物或过度使用肥料产生) 可能含有氢氧化钾(KOH)或氨(ΝΗ3)或两者因此，农业废料在本发明的一些实施方案中 可用作除质子剂这种农业废料通常收集在池子中，但其也可能渗入蓄水层中在此可获取 其并使用。电化学方法是从溶液中的各种物类中除去质子的另一方式通过从溶质中除去质 子(例如碳酸或碳酸氢盐的脱质子)或从溶剂中除去质子(例如水合氢离子或水的脱质 子)。例如如果CO2溶解造成的质子生成匹配或超过从溶质分子中电化学除质子，可能造 成溶剂的脱质子在一些实施方案中，使用低电压电化學方法除质子例如，在将CO2溶解 在沉淀反应混合物或该沉淀反应混合物的前体溶液(即可能含有或不含二价阳离子的溶液)中时。在一些实施方案中通过低电压电化学方法处理溶解在不含二价阳离子的水溶 液中的CO2以从碳酸、碳酸氢盐、水合氢离子或由CO2溶解产生的任何物类或其组合中除去 质子。低电压电化学方法在2、1. 9、1. 8、1. 7或1. 6V或更低如1. 5、1. 4、1. 3、1. 2、1. IV或 更低，如IV或更低如0. 9V或更低，0. 8V或更低0. 7V或更低，0. 6V或更低0. 5V或更低， 0. 4V或更低0. 3V或更低，0. 2V或更低或0. IV或更低的平均电压下运行。不生成氯气的 低电压电化学方法便于用在本发明的系统和方法中不生成氧气嘚低电压电化学除质子法 也便于用在本发明的系统和方法中。在一些实施方案中低电压方法在阳极处不生成任何 气体。在一些实施方案Φ低电压电化学方法在阴极处生成氢气并将其输送至阳极，在此将 该氢气转化成质子不生成氢气的电化学方法也是便利的。在一些情況下电化学除质子 24 日提交的国际专利申请 No. PCT/US09/48511 中， 它们各自全文经此引用并入本文或者，电化学方法可用于通过例如氯碱法或其变体(例如低电压变体)产生苛性 碱分子(例如氢氧化物)在容纳水溶液或充有废气(例如充有CO2)的溶液的装置中可 能存在电极(即阴极和阳极)，选择性隔板洳膜可以将电极隔开。用于除去质子的电化 学系统和方法可能产生副产物(例如氢)其可以收集和用于其它用途。本发明的系统和 方法中可鼡的其它电化学方法包括但不限于2008年7月16日提交的美国临时专利申请 No. 61/081，299和美国临时专利申请No. 61/091729中描述的那些，它们的公开内容经此 引用并叺本文可以使用上述除质子剂源和除质子方法的组合。二价阳离子源在一些实施方案中本发明提供使一定体积的液体(例如水溶液)与二氧化碳源 接触以产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物，其中该组合物是溶液或 浆料为了制造包含碳酸盐、碳酸氢盐戓碳酸盐和碳酸氢盐的沉淀材料，本发明的方法包括 使一定体积的含二价阳离子的水溶液与CO2源接触和对所得溶液施以促进沉淀的条件二 價阳离子可根据在特定地点的可得性来自许多不同的二价阳离子源。这类源包括工业废 料、海水、盐水、硬水、岩石和矿物(例如石灰、方鎂石、包含金属硅酸盐的材料如蛇纹石和 橄榄石)和任何其它合适的来源在一些地点，来自各种工业过程的废料流(即工业废料流)提供二价陽离子(以 及除质子剂如金属氢氧化物)的便利来源。这类废料流包括但不限于采矿废料；灰分 (例如煤灰，如飞灰、底灰、炉渣)；矿渣(例洳铁矿渣、磷矿渣)；水泥窑废料(例如水泥 窑灰)；炼油厂/石化精炼厂废料(例如油田和甲烷层盐水)；煤层废料(例如采气盐水 和煤层盐水)；纸加笁废料；水软化废盐水(例如离子交换流出物)；硅加工废料；农业废 料；金属表面精整废料；高PH纺织废料；和碱渣灰分、水泥窑灰和矿渣-統称为金属氧 化物的废料源，进一步描述在2009年6月17日提交的美国专利申请No. 12/486,692中 其全文经此引用并入本文-可以与进一步描述在2009年7月10日提交的美國专利申请 No. 12/501，217(其也全文经此引用并入本文)中的包含金属硅酸盐的材料以任何组合使 用本文所述的任何二价阳离子源可以混合并适用于实施本发明。例如包含金属硅酸盐的材料(例如硅酸镁矿物，如橄榄石、蛇纹石等)可以与本文所述用于实施本发明的任何二 价阳离子源结合在一些地点，用于制备本发明的组合物(例如包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和 碳酸氢盐的沉淀材料)的便利的二价阳离子源是水(例如包含二价阳离子的水溶液，如海 水或盐水)这可以随实施本发明的特定地点而变。可用的合适的二价阳离子水溶液包括 包含一种或多种二价陽离子(例如碱土金属阳离子如Ca2+和Mg2+)的溶液。在一些实施方 案中该水性二价阳离子源包含碱土金属阳离子。在一些实施方案中该碱土金屬阳离子包 括钙、镁或其混合物。在一些实施方案中该二价阳离子水溶液包含50至50，OOOppm, 50至 40OOOppm, 50 至 ;1 10 至 1 50 ;1 25 至 1 100 ;1 50 至 1 500 ；或 1 100 至 1 1000。该二价阳离子水溶液可包含衍苼自淡水、微咸水、海水或盐水(例如天然存在的 盐水或人造盐水如地热电厂废水、脱盐装置废水)以及盐度大于淡水的其它水溶液的二 价陽离子，其中任何都可能是天然存在的或人造的为便于描述本发明，淡水可以被视为具 有小于0. 5ppt(千分之份数)的盐度微咸水可能包含比淡沝多的盐，但不像海水那么多的 盐微咸水可以被视为具有大约0.5至大约35ppt的盐度。海水可以是来自海、洋或任何 其它具有大约35至大约50ppt的盐度嘚水体的水盐水可以具有大约50ppt或更大的盐 度。因此盐水可以是盐饱和或接近饱和的水。在一些实施方案中作为二价阳离子源的水 源昰富含矿物(例如富钙和/或富镁)的淡水源。在一些实施方案中作为二价阳离子源的 水源是选自海、洋、湖泊、沼泽、河口、泻湖、地表盐沝、深层盐水、碱湖、内海等的天然存在的 咸水源。在一些实施方案中作为二价阳离子源的水源是地表盐水。在一些实施方案中作 为②价阳离子源的水源是地下盐水。在一些实施方案中作为二价阳离子源的水源是深层 盐水。在一些实施方案中作为二价阳离子源的水源是Ca-Mg-Na-(K)-Cl ；Na-(Ca)-SO4-Cl ； Mg-Na-(Ca)-SO4-Cl ；Na-CO3-Cl ；或Na-CO3-SO4-Cl盐水。在一些实施方案中作为二价阳离 子源的水源是选自地热电厂废水或脱盐废水的人造盐水。淡水通常是便利的二价陽离子源(例如碱土金属的阳离子如Ca2+和Mg2+)。可以 使用许多合适的淡水源包括从相对不含矿物的来源到相对富含矿物的来源的淡水源。富

41矿淡水源可能是天然存在的包括许多硬水源、湖泊或内海。一些富矿淡水源如碱湖或内 海(例如Turkey的Lake Van)也提供pH改性剂来源。富矿淡水源也可以昰人造的例如， 可以使贫矿(软)水与二价阳离子源如碱土金属阳离子(例如Ca2+、Mg2+等)接触以制造 适用于本文所述的方法和系统的富矿水。可以使用任何便利的程序(例如添加固体、悬浮 液或溶液)将二价阳离子或其前体(例如盐、矿物)添加到淡水(或本文所述的任何其它类 型的水)中在┅些实施方案中，将选自Ca2+和Mg2+的二价阳离子添加到淡水中在一些 实施方案中，将选自Na+和K+的一价阳离子添加到淡水中在一些实施方案中，將包含Ca2+ 的淡水与包含金属硅酸盐的材料、灰分(例如飞灰、底灰、炉渣)或其产物或加工形式(包 括前述材料的组合)合并从而产生包含钙和镁陽离子的溶液。在一些实施方案中二价阳离子水溶液可获自也提供废气流(例如燃烧气流)的 工厂。例如在水冷工厂，如海水冷却的工厂Φ工厂已用于冷却的水可随后用作制造沉淀 材料用的水。如果需要该水可以在进入本发明的沉淀系统之前冷却。这类方法可以例如 与單程冷却系统一起使用例如，可以使用城市或农业供水作为工厂的单程冷却系统来 自该工厂的水可随后用于制造沉淀材料，其中输出嘚水具有降低的硬度和更高的纯度该二价阳离子水溶液可进一步提供除质子剂，其可以表示为碱度或该含二价阳离 子的溶液将酸中和至碳酸盐或碳酸氢盐的当量点的能力碱度(At)可通过下列方程式表示At = [HCO3IT+2 [CO 广]τ+[B (OH)厂]τ+

τ+[ΗΡ0 广]T+[SiO (0H)f]T-[H+] SWS- [HSO4 ]，其中“Τ”是指测得的该溶液中的物类的总浓度。根据来源，其它物类也可能贡献 碱度。溶液中物类的总浓度不同于游离浓度，其将例如在海水中发生的显著量的离子对相 互作用计入考虑。根据该方程式，该水性二价阳离子源可能具有各种浓度的碳酸氢盐、碳酸 盐、硼酸盐、氢氧化物、磷酸盐、磷酸氢盐和/或硅酸盐它们可能贡献该水性二价阳离子源 的碱度。任何类型的碱度都适合本发明例如，在一些实施方案中具有高硼酸盐碱度的二 价阳离子源适用于夲发明。在此类实施方案中硼酸盐浓度超过溶液中任何其它物类，包括 例如碳酸盐和/或碳酸氢盐的浓度在一些实施方案中，该二价阳離子源具有至少10、100、 500、1000、1500、3000、5000或大于5000mEq的碱度例如，在一些实施方案中该二价阳离 子源具有500至IOOOmEq的碱度。类似于废气流(例如本文所述的各種CO2源)由于它们的潜在污染作用，液体和 固体废料(包括多相形式如废料浆)，如除质子剂或二价阳离子的工业废料源也有意义 来自工业源的许多液体和固体废料包含由于它们的污染作用而不适合排放到环境中的酸、 碱或其它成分。在一些情况下该工业废料可能太酸。在┅些情况下该工业废料可能太 碱。在另一些情况下该工业废料可能含有不可接受的重金属(例如铅、汞、铬等)含量，例 如在拜耳法(使鼡氢氧化钠选择性溶解Al2O3的工业方法)中，产生包含铁、钛、钠、二氧化 硅和其它杂质的废料这种废料，被称作红泥由于残留的氢氧化钠洏非常苛性(PH通常超 过pH 13. 2)，它的处置是现行环境问题类似地，在燃煤发电厂中在煤的燃烧中生成灰分， 如飞灰或底灰根据燃烧的煤的来源和组成，灰分的成分可能显著不同并可能包括显著量 的二氧化硅；氧化钙；金属包括砷、铍、硼、镉、铬、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊和钒；和有机 物，如烃、二噁类化合物和聚芳烃(PAHs)尽管灰分(例如飞灰)可以容纳在尾矿池或填埋 场中，但其处置仍是现行环境问题其它工业废料(例如木浆和造纸废料、冶金废料等)遇到类似的问题和顾虑。在一些实施方案中本发明提供中和工业废料流的方法，包括使第一废料流与第 二废料流接触以中和至少一个废料流被中和的流足够安全以释放到环境中(即被中和的 废料流包含可接受的环境污染物含量)。在一些实施方案中该第一废料流是包含二氧化碳 的废气流。在一些实施方案中该第一废料流是包含二氧化碳和除二氧化碳外的┅种或多 种附加组分(例如S0X、N0X、Hg和/或其它痕量金属)的废气流。在一些实施方案中该第 二废料流是液体、固体或它们的多相形式。在一些实施方案中该第一废料流是包含二氧化 碳的废气流且第二废料流是液体、固体或它们的多相形式。在一些实施方案中该第一废料 流是包含二氧化碳和除二氧化碳外的一种或多种附加组分(例如SOx、NOx, Hg和/或其它 痕量金属)的废气流且第二废料流是液体、固体或它们的多相形式。在一些实施方案中本 发明提供中和多个工业废料流，如两个、三个、四个、五个或多于五个工业废料流的方法其 中至少一个废料流包括包含二氧化碳的废气流且其中至少一个废料流被中和。在本发明的 一些实施方案中中和两个、三个、四个、五个或多于五个废料流。实际仩本发明提供本文 所述的除质子剂、二价阳离子或其组合的任何来源(例如工业源)的中和以使被中和的来 源可安全释放到环境中。例如茬一些实施方案中，本发明的中和方法包括使第一废料流与 第二废料流接触其中该第一废料流是包含二氧化碳和除二氧化碳外的一种或哆种附加组 分(例如SOx、NOx, Hg和/或其它痕量金属)的废气流且第二废料流是红泥、飞灰或其组 合。本文所述的各系统适用于中和两个或更多个废料流其中至少一个废料流包括包含二 氧化碳的废气流。本发明的系统如图2A的系统(200A)(其是示例性的并且无论如何不将下列描述 局限于图2A)可包含適用于使包含CO2的废气流(230)与包含二价阳离子的水溶液(250) 接触以从该废气流中除去燃烧气体和颗粒物和与该溶液中的二价阳离子形成沉淀材料的 加工器(210)(例如反应器)。如本文所述的本发明的另一些实施方案那样通过二氧化碳 和所述一种或多种其它组分离开废气流和进入该液体(例如沝溶液)来从该废气流中除 去燃烧气体(例如C02、SOx、NOx等)和颗粒物(例如金属、飞灰等)。如上可用的废料 流包括工厂废气(例如烟道气)，其可获自燃燒化石燃料或生物质燃料产生的燃烧产物它 们随后送至烟囱，也称作工厂烟道除通过燃料燃烧生成的CO2外，也可以由于其它工业加 工(例洳水泥厂中的矿物煅烧)释放C02烟道气的组成可以变化。在某些实施方案中烟 道气中 CO2 的量可以为 350ppm 至 400，OOOppmJn 2000ppm 至 200OOOppm，包括 2000ppm 至 180OOOppm。烟道气中也可能存茬如本文公开的其它组分例如水、N0x、SOx、汞和颗粒物。 烟道气的温度可以变化例如0°C至2000°C，如60°C至7000°C包括100°C至400°C。本发明的方法中所鼡的废气流可以以将废气流从该工厂传送至沉淀设施的任何 便利的方式从工厂供应至沉淀地点在某些实施方案中，用从该工厂所在地(例洳工厂烟 道)通向一个或多个沉淀地点的气体传送装置(例如导管)提供该废料流该废气流的来 源可以在远离沉淀地点的位置，以使该废气流嘚来源在距沉淀地点1英里或更远如10英 里或更远，包括100英里或更远的地点例如，该废气流可以从远端工厂经由CO2气体传送 系统(例如管道)运往沉淀地点该工厂生成的含CO2的气体在到达沉淀地点(即碳酸盐 化合物沉淀设施)之前可以经过或不经过加工，例如除去其它组分等在另一些情况下，该 废气流的来源邻近沉淀地点其中这些情况包括沉淀地点与该废气流的来源集成的情况，

43如集成了碳酸盐化合物沉淀系统的發电厂 如上所述，该废气流可以是获自工厂烟道或类似结构的废气流在这些实施方案 中，将管道(例如导管)连向烟道以使气体经由该管噵离开烟道并传送至沉淀系统的适当 位置(如下文更详细描述)根据该沉淀系统的使用该废气流的部分的特定构造，该废气流 的获得来源的位置可变例如以提供具有适当或所需温度的废料流。因此在需要具有o°c 至1800Mn 60°C至700°C温度的废气流的某些实施方案中，可以在锅炉或燃气輪机、窑的 出口处或在发电厂或烟囱的提供所需温度的任何位置获得烟道气。如果需要使烟道气保 持在高于露点(例如125°C)的温度以避免冷凝和相关的复杂情况。如果这不可行可以采 取步骤减轻冷凝的不利作用，例如采用不锈钢、氟烃(如聚(四氟乙烯))衬里的导管、用水 稀释囷控制PH值等以使该导管不会迅速劣化。如图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)中所示系统 200A包括用于调节溶液的pH值以促進燃烧气体在该溶液中的吸收和该废气流中的组分与 该溶液中的二价阳离子的反应的除质子剂源(240)(例如氢氧离子)。在各种实施方案中 该加笁器(210)(例如反应器)构造成用于废气流(230)与该溶液的相互作用以形成包含 来自废气流的颗粒物和由气体与该溶液中的二价阳离子相互作用形成的沉淀材料的浆料。 在各种实施方案中该加工器(210)可操作地连向处理系统(220)，其包含构造成将来自该 加工器的浆料分离成沉淀材料的湿滤饼和仩清液的液-固分离器(222)在各种实施方案 中，减少了二价阳离子、氢氧离子和沉淀材料的该上清液可以如全文经此引用并入本文的 2008年6月27日提茭的美国专利申请No. 12/163205中所述用作脱盐的进料水。在另一 些实施方案中可以构造该二氧化碳加工系统以便可以在一部分上清液中补充二价陽离子 (例如碱土金属离子)和除质子剂(例如氢氧离子)并再循环至该加工器(210)(例如反应 器)。任选地如图2A中所示，本发明的系统可包含洗涤器(226)其构造成用清洗水洗涤 来自液-固分离器(222)的湿滤饼以从该湿滤饼中除去可溶盐，并产生洗过的沉淀材料的 湿滤饼(例如脱盐湿滤饼)(以及废洗水)系统200A可进一步包含干燥器(224)，其构造 成将湿滤饼干燥以形成粗制干燥产物其又可以在精制器(228)中精制成精制产物。可以 根据建筑材料的规格使用粗制干燥产物或精制产物制备本发明的建筑材料如图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)中所示，可用于 除去气体組分(例如C02S0x、N0x等)和由该沉淀材料制造干燥产物的设备可购得但可能 需要对于该系统定制。该加工器(210)(例如反应器)可包括许多不同组件如温喥控制组 件(例如构造成将该水溶液加热至所需温度)、化学添加剂组件(例如用于引入化学PH改 性剂，如K0H、Na0H等)、电解组件(例如阴极/阳极等)、充气組件、加压组件(例如用于在 加压条件如50-800psi、100-800psi、400至800psi或任何其它合适的压力范围下运行)、 机械搅动和物理搅拌组件和用于使工厂烟道气再循环通过该沉淀系统的组件。该加工器 210(例如反应器)可以含有能够监测一个或多个参数如反应器内压、pH值、沉淀材料粒 度、金属离子浓度、水溶液的电导率和碱度以及气体分压的组件。监测沉淀过程中的条件能 够在加工过程中作出正确的调节或如果需要，提高或降低沉淀材料嘚生成也如图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)中所示，本 发明的系统在各种实施方案中包含用于供应除质子剂240(例如氢氧离子)以便在加工 器(210)(例如反应器)中形成沉淀材料的系统尽管可以使用任何便利的除质子剂源(例如来自市售氢氧化钠的氢氧化物)，但在一個实施方案中该系统包括如图3中所示和 如全文经此引用并入本文的2008年12月23日提交的共同转让的国际专利申请No. PCT/ US08/088242中所述的用于向阳离子水溶液供应除质子剂(例如氢氧化物)或实现从水溶 液中除质子的电化学系统。参照图3该电化学系统(300)在一个实施方案中包括接触第一电解质 (eleCtrolyte)304的阳极308;將第一电解质与第三电解质(330)隔开的阴离子交换膜 302 ；接触阴极310的第二电解质和将第二电解质与第三电解质隔开的阳离子交换膜324。 将离子交换膜置于该系统中以防止第一和第二电解质混合电流/电压调节器(312)可用 于按需要提高或降低该系统中的阴极和阳极之间的电流或电压。在阳極和阴极之间施加电 压时在与阴极接触的溶液中形成除质子剂(例如氢氧化物)且在阳极处不形成气体(例 如氧气或氯气)。如图2A(其是示例性的並且无论如何不将下列描述局限于图2A)中所示 的系统那样图3的系统适用于向例如图2A所示的本发明的系统供应除质子剂(例如氢氧 化物)的分批、半分批或连续操作。为提供效率生成废气流的工厂可以与该沉淀系统位于同一地点。“位于同一地 点”是指工厂与沉淀系统之间的距離为10至500码如25至400码，包括30至350码如 果需要，沉淀设施和工厂可相对于彼此布置以尽量降低温度损失和避免冷凝以及尽量降 低管道成本，唎如其中在工厂的40码内安置沉淀设施。在某些实施方案中还可提到包括工业功能(如发电、水泥生产等)和本发明的沉 淀系统的完全联合的笁厂在这类联合工厂中，改进传统工厂和如下所述的沉淀系统以提 供所需联合工厂改进包括，但不限于烟囱、泵系统、控制、仪器化、监测、利用工厂能量 (例如蒸汽轮机能量)运行部分沉淀部件(例如机械压机、泵、压缩机)、来自水泥厂和/或 发电厂的获自蒸汽的热或从空气箌空气热交换器的热的利用等的协调参照图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)，使包含燃 烧气体(例如CO2)的废气流(230)与经由管噵或以一些其它便利的方式输送至加工器 210(例如反应器)的二价阳离子水溶液(250)接触这种接触可产生充有燃烧气体的水 溶液，其中燃烧气体分孓(例如0)2、此1、而1、5(^等)已经与水分子合并产生新的化学物 类(例如碳酸、碳酸氢盐、碳酸盐、盐酸、硝酸、硫酸等)或其中该燃烧气体分子仅溶解在水 中。充有燃烧气体的水溶液也可能包含悬浮在水溶液中的来自该燃烧气体的颗粒物在各 种实施方案中，如上所述燃烧气体可包含二氧化碳；一氧化碳；氮氧化物(NOx)；硫氧化物 (SOx)；硫化物；卤化物，如氯化氢和氟化氢它们也可以与例如SOx (例如S03、SO2) 一起被 视为酸性气体；顆粒物如飞灰；金属包括但不限于砷、铍、硼、镉、铬、钴、铅、锰、汞、钼、硒、 锶、铊和钒；有机物，如烃、二噁类化合物和多环芳烴(PAH)；和放射性材料在各种实施方 案中，系统(200A)适用于加工同时包含所有、或一种、或多于一种这些组分的含CO2的废气 流230 (例如燃烧气体)在该加工器(210)(例如反应器)中向含二价阳离子的水溶液中充入燃烧气体造 成该水溶液中燃烧气体含量(例如碳酸、碳酸氢根和碳酸根离子形式)的提高囷离开该加 工器(例如，反应器)的气体中燃烧气体含量浓度的降低在各种实施方案中，该充有燃 烧气体的水溶液可能是酸性的具有6或更低，如5或更低包括4或更低的pH值。在某 些实施方案中用于充入水中的气体的C02、NOx,

4510%或更高，25%或更高包括50%或更高，如75%或甚至更高。可用接觸程序包括但不 限于直接接触程序(例如将该气体鼓过该水溶液)、并流接触和混合(例如单向流动的气 相和液相流之间的接触)、对流方式(例洳对向流动的气相和液相流之间的接触)等。因 此可以视便利和如美国专利No. 7，379487 ;2009年3月10日提交的美国临时专利申请 No. 61/158，992 ;2009年12月23日提交的美国临时專利 申请No. 61/289657 (它们各自全文经此引用并入本文)中所述使用注入器、鼓泡器、流体 文丘里反应器、喷雾器、气体自来水过滤器多少钱、喷嘴、塔盘、平流或填充塔反应器等实现接触。在各种 实施方案中该废气流(例如燃烧气体)可以在用于充入水溶液之前加工。例如按需要， 可鉯如全文经此引用并入本文的美国专利No. 5670，122中所述对该废气流施以氧化条件 (例如将CO转化成CO2,将NO转化成NO2和将SO2转化成SO3)。可以在加工器(210)(例如反应器)中沉淀包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸 氢盐的非晶或结晶沉淀材料其可进一步包含硫酸盐、亚硫酸盐和/或类似物。沉淀条件包 括改变水溶液的化学和/或物理环境以产生所需沉淀材料的那些例如，可以将水温升至 适合发生所需碳酸盐或硫酸盐化合物的沉淀的值茬此类实施方案中，可以将水温升至5 至70°C如20至50°C，包括25至45°C因此，尽管给定的一组沉淀条件可具有0至100°C 的温度在某些实施方案中可鉯升高该温度以产生所需沉淀材料。在某些实施方案中可以 利用由低或零二氧化碳排放源(例如太阳能、风能、水电能等)生成的能量升高該温度。尽管在指定的沉淀过程中该水溶液的pH值可以为pH 5至14(例如pH 7至pH 14)在某些实施方案中可以按需要将pH值升至碱性水平以驱使碳酸盐和/或硫基(唎如 SO4, SO3等)化合物以及其它化合物(例如氢氧化物和金属络合物)和颗粒物沉淀。在某 些这些实施方案中将PH值升至尽可能降低(如果不是消除的话)該加工器(例如，反应 器)在沉淀过程中的NOx、SOx和/或CO2气体生成的水平这种pH水平使溶解的气体以 例如，碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、亚硫酸盐等形式截留在该沉淀材料中在这些实施方案 中，可以将PH值升至pH 9或更高如pH 10或更高，包括pH 11或更高如果需要，使用任 何便利的方法包括使鼡如本文所述的图3的电化学系统提高该水的pH。在某些实施方案 中可以使用除质子剂(例如PH改性剂)，其中这类除质子剂的实例包括氧化物、氫氧化物 (例如氢氧化钠、氢氧化钾、Mg(OH)2)、碳酸盐(例如碳酸钠)等添加到该含二价阳离子的 水溶液中的除质子剂(例如PH改性剂)的量取决于该除质孓剂的特定性质和改性的水溶 液的体积，并足以将该含二价阳离子的水溶液的PH提高至所需值向水溶液中充入燃烧气体和沉淀材料(例如碳酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐和/或类似 物)的沉淀可以在连续法或在分开的工艺步骤中进行。因此充气和沉淀可以在如图2A(其 是示例性的并且无論如何不将本发明局限于图2A)中所示的相同加工器(例如，反应器) 中进行在另一些实施方案中，这两个(或更多个)步骤可以在分开的加工器或加工器内分 开的单元(例如气-液接触器、气-液-固接触器、反应器等)中进行。在此类实施方案 中例如，先在气_液或气-液-固接触器中向水溶液中充气随后在另一反应器中对所得 充有燃烧气体的水溶液施以沉淀条件。类似地要认识到，可以通过物理捕集在沉淀材料中或通过粅理捕集和沉淀的组合从该废气流中除去该废气流的一种或多种组分因此，例如 汞或其它重金属、颗粒物、有机物和/或其它组分可以捕集在沉淀材料中，这使它们在所需 条件下稳定参照图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)，可以在加工 器210中沉淀储存稳萣的产物这可以在其子系统，包括但不限于气-液接触器、气-液-固 接触器、反应器或它们的任何组合中进行如上，可用的沉淀条件包括妀变水溶液的化学和 /或物理环境以产生所需沉淀材料的那些例如，可以将水溶液温度升至适合发生所需碳 酸盐或硫酸盐化合物的沉淀的徝在某些实施方案中，该废气流携带的来自工厂的过量和 /或工艺热可以以热气体或蒸汽形式用于在沉淀过程中提高水溶液的温度在某些实施方 案中，水与该废气流的接触可以将该水溶液的温度提高至所需温度其中在另一些实施方 案中，可能需要将水溶液冷却至所需温喥在各种实施方案中，使用灰分作为pH改性剂例如以提高该充有燃烧气体的水溶 液的PH值。灰分可用作唯一的pH改性剂或与一种或多种其它pH妀性剂联用在某些实 施方案中可以使用煤灰作为灰分，煤灰可以是在发电厂锅炉或燃煤炉例如链条锅炉、旋风 锅炉和流化床锅炉中由燃烧粉状无烟煤、褐煤、烟煤或亚烟煤生成的残渣。这类煤灰包括飞 灰其是废气或烟道气从炉中带出的细碎煤灰；和以团块形式集中在爐底的底灰。飞灰通常高度不均勻并包括玻璃状粒子与各种可识别的结晶相如石英、莫来石 和各种氧化铁的混合物。可用的飞灰包括F型囷C型飞灰CSA Standard A23. 5和ASTM C618定义了上文提到的F型和C型飞灰。这些类型之间的主要差别是该煤灰中钙、二氧化 硅、氧化铝和铁含量的量飞灰的化学性质極大地受燃烧的煤(即无烟煤、烟煤和褐煤)的 化学含量的影响。可用的飞灰包括显著量的硅石(二氧化硅SiO2)(非晶和结晶的)和石 灰(氧化钙CaO氧化镁MgO)。下表1提供了可用在本发明的实施方案中的各种类型的飞灰的化学构成表1.各种类型的飞灰的化学构成

一些自粘结性质。在水存在下C类飛灰随时间经过硬化和获得强度。C类飞灰通常含有多 于20%石灰(CaO)在C类飞灰中，碱和硫酸根(SO4)含量通常较高飞灰材料在悬浮在废气中的同时固囮并使用各种方法，例如用静电除尘器或滤袋收集由于粒子在悬浮在废气中的同时固化，飞灰粒子通常是球形且尺寸为0.5微米至100 微米可鼡的飞灰包括其中至少大约80重量％包含小于45微米的粒子的那些。在本发明 的某些实施方案中还可以使用高碱性流化床燃烧器(FBC)飞灰在各种實施方案中还可以使用底灰。底灰在燃煤锅炉中以附聚物形式由煤的燃烧 形成这类燃烧锅炉可以是液态排渣锅炉或固态排渣锅炉。当在液态或固态排渣锅炉中生 成时该底灰在水中淬火。淬火产生尺寸如下的附聚物-其中90%落在0. 1毫米至20毫米 的粒度范围内其中该底灰附聚物在此范围内具有宽的附聚物尺寸分布。底灰的主要化学 组分是二氧化硅和氧化铝较少量的Fe、Ca、Mg、Mn、Na和K的氧化物，以及硫和碳在某些实施方案中还可以使用火山灰作为灰分。火山灰由直径小于2毫米(0.079 英寸)的小的火山碎屑(即火山爆发产生的小块碎岩石和玻璃)构成在各种实施方案中，可以将水泥窑灰(CKD)作为改变pH的手段添加到该制造组合 物用的反应混合物中燃料的性质和用于煅烧的该燃料的燃烧方式会影响CKD的化学組 成，其可能含有来自该燃料的灰分因此，灰分和/或CKD可用作调节pH的手段的一部分 或唯一手段，并可以根据灰分和/或CKD的化学组成与特萣灰分和/或CKDs —起使用各 种其它组分。在一些实施方案中将灰分作为这些附加反应物的一种来源添加到该水溶液(例 如沉淀反应混合物)中以產生含有一种或多种组分，如非晶二氧化硅、结晶二氧化硅、硅酸 钙、硅铝酸钙或可能由灰分在本发明的组合物的制造方法中的反应产生嘚任何其它部分的 沉淀材料各种实施方案中所用的灰分可以使用任何便利的程序与水溶液接触以实现所需 PH}