BRPI0708702A2 - materiais e processos para sequestração de dióxido de carbono - Google Patents
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Abstract
MATERIAIS E PROCESSOS PARA SEQUESTRAçãO DE DIóXIDO DE CARBONO. A presente invenção refere-se a métodos e sistemas para a seqüestraçáo e/ou redução do dióxido de carbono presente em uma corrente fluida de efluente industrial contendo dióxido de carbono. Um material de lavagem compreendendo um primeiro componente, um segundo componente (distinto do primeiro componente) e, de preferência, água é contactado com a corrente fluida de efluente. O primeiro componente compreende uma fonte de óxido de cálcio e uma fonte de lons de metais alcalinos. O segundo componente compreende uma escória com um ou mais componentes de silicato reativos. Também se apresenta métodos de redução do dióxido de carbono da exaustão gerada por fontes de combustão, fornos de cal e/ou cimento, fornos de ferro e/ou aço e outros. Também se apresentam sistemas de redução das emissões de dióxido de carbono. Também se apresentam métodos de reciclagem de subprodutos industriais.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MATERIAISE PROCESSOS PARA SEQÜESTRAÇÃO DE DIÓXIDO DE CARBONO".
CAMPO
A presente invenção refere-se à processos de redução de emis-sões e, em particular, a processos que seqüestram dióxido de carbono decorrentes fluidas contendo dióxido de carbono.
ANTECEDENTES
As declarações nesta seção apenas fornecem informações fun-damentais relacionadas à presente invenção e não podem constituir técnicaanterior.
Acredita-se que a alteração climática global (isto é, aquecimentoglobal) seja causada por emissões antropogênicas de gases de efeito estufa.A modelagem dos efeitos do aquecimento global prediz aumentos globais detemperatura e nos níveis dos mares, deslocamentos nos padrões climáticose eventos climáticos mais extremos, incluindo inundações e secas. Os gasesde efeito estufa incluem dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, vapord'água, ozônio e perfluorocarbonetos/clorofluorocarbonetos. Estima-se que odióxido de carbono representou cerca de 84% das emissões de gases de efeitoestufa nos Estados Unidos em 2000. A taxa de emissões de dióxido de carbono(CO2) e outros poluentes perigosos do ar está altamente correlacionada com ocrescimento tanto econômico, quanto industrial e tem aumentado significati-vamente desde meados do século XIX. O CO2 é tipicamente gerado porcombustão de hidrocarbonetos, combustíveis fósseis e/ou por vários proces-sos industriais que geram o subproduto dióxido de carbono, incluindo a fa-bricação de cimento, cal, ferro e aço. A Agência Norte-americana de Prote-ção Ambiental (EPA) e o Painel Intergovernamental das Nações Unidos ParaAlteração Climática (IPCC) classificam as emissões com base na combustãode combustíveis (que incluem predominantemente veículos a motor e usinasgeradoras de energia) e outras fontes industriais. 97% das emissões antro-pogênicas de CO2 nos Estados Unidos são atribuídos a fontes de combustãode combustíveis fósseis, como usinas geradoras de energia, incineradores eveículos a motor. Outras fontes pontuais significativas de dióxido de carbonoincluem os fabricantes de cimento, cal e ferro/aço, todos gerando quantida-des copiosas de CO2 durante o processamento, tanto como um subprodutode reação, quanto mediante queima de combustíveis hidrocarbonáceos.
Além de ser um gás de efeito estufa indesejável, o CO2 tem opotencial de gerar questões operacionais e econômicas, pois é um diluentesem qualquer valor combustível. É um gás ácido e pode causar problemasde corrosão na presença de água, criando ácido carbônico, que pode sermuito corrosivo para algumas ligas.
Mediante tratados internacionais, como o Protocolo de Kyoto,inúmeras nações se comprometeram a reduzir as emissões de vários gasesde efeito estufa, incluindo o CO2. Os Estados Unidos tem tradicionalmenteprestado grande atenção no desenvolvimento de equipamentos para reduzireficazmente as emissões de poluentes do ar regulamentados, como matériaem partículas, óxidos de enxofre e óxidos de nitrogênio. Entretanto, o de-senvolvimento de tecnologia de redução para emissões não regulamentadasde CO2 ficou defasada com relação a outras tecnologias de controle. Entre-tanto, como várias ações implementam regulamentos e programas de trocaque restringem a geração de vários gases de efeito estufa, em particularCO2, há uma necessidade emergente de tecnologias mais eficazes e baratasde redução de CO2.
Os métodos existentes para a remoção de CO2 de correntes ga-sosas incluem absorção/adsorção química com sistemas solventes particula-res (lavagem com amina), separação por membrana, fracionamento criogê-nico e/ou adsorção usando crivos moleculares. Em sistemas descartáveis,o(s) material(ais) ativo(s) fará(ão) uma única passagem através do rea-tor/lavador e será(ão), então, descartado(s). Sistemas de uso único são me-nos desejáveis devido às despesas e manutenção adicionais associadas aodescarte de grandes quantidades de material ativo gasto. Sistemas regene-rativos são projetados para regenerar o material ativo, tornando-o adequadopara subseqüentes passagens produtivas através do reator. Crivos molecu-lares, como zeolitas e carbono ativado, são usados em sistemas regenerati-vos de adsorção por oscilação de pressão (PSA) ou de adsorção por oscila-ção de temperatura, que separam misturas gasosas por adsorção seletivade um ou mais dos gases a alta pressão e/ou baixa temperatura, para remo-ver os componentes indesejáveis de uma corrente gasosa. As impurezascapturadas são, então, dessorvidas por redução da pressão ou aumento datemperatura do sistema adsorvente (portanto, o sistema "oscila" de uma altapara uma baixa pressão ou de uma baixa para uma alta temperatura). A eta-pa de dessorção regenera o material adsorvente para reutilização durante aetapa de adsorção subseqüente. Sistemas PSA tipicamente compreendemvários leitos de adsorção, através dos quais passa a corrente gasosa, permi-tindo a separação das espécies gasosas selecionadas. Cada um dos pro-cessos acima tem desvantagens, incluindo elevados investimentos de capitale custos operacionais, assim como uma capacidade de produção relativa-mente baixa e baixa eficiência de remoção em alguns casos. Esses sistemassão potencialmente proibitivos em termos de custo para várias aplicações,em particular para instalações de fabricação de alta produção que geramgrandes quantidades de dióxido de carbono e outras emissões.
Assim, há necessidade de processos que reduzam as emissõesde CO2 de gases de exaustão de fontes estacionárias de maneira eficientee, além disso, sejam eficazes em termos de custo. Além do mais, o equipa-mento de redução das emissões de CO2 pode preferencialmente lidar comassaltas taxas de fluxo associadas a aplicações industriais, conseguindo, aomesmo tempo, eficiências de remoção desejáveis. De preferência, eses pro-cessos de redução são regenerativos e empregam reciclagem para incorpo-rar iniciativas de desenvolvimento sustentável.
SUMÁRIO
Em vários aspectos, a presente invenção apresenta métodospara a seqüestração de dióxido de carbono como um poluente presente emuma corrente fluida de efluente industrial contendo dióxido de carbono. Emum aspecto, o método compreende a redução da quantidade de dióxido decarbono na corrente fluida por contato da corrente com um material de lava-gem. O material de lavagem compreende um primeiro componente e umsegundo componente. Em certos aspectos, a reação é conduzida na pre-sença de água (por exemplo, em formas de suspensão ou semi-secas). Oprimeiro componente é distinto do segundo componente. Além disso, o pri-meiro componente compreende uma fonte de oxido de cálcio e uma fonte deíons de metais alcalinos, e o segundo componente compreende uma escóriacom um ou mais compostos de silicato reativos.
Em certas modalidades, o primeiro componente compreende ummaterial selecionado do grupo que consiste em: poeira de forno de cimento(CKD), poeira de forno de cal (LKD), cal de beterraba, poeira de clínquer, calextinta, cal viva e suas misturas. Em algumas modalidades, o segundo com-ponente compreende um material selecionado do grupo que consiste emescória de alto-forno, escória de aço e suas misturas. Exemplos de materialde escória adequado incluem: escória de alto-forno resfriada a ar, escória dealto-forno granulada, escória de alto-forno granulada triturada, escória dealto-forno expandida e/ou peletizada, escória de aço de oxigênio básico, es-cória de aço de forno Siemens-Martin, escória de aço de forno de arco elétri-co e quaisquer de suas misturas. O segundo componente pode opcional-mente compreender uma escória de aço inoxidável derivada de um fornoque fabrica e/ou processa aço inoxidável. Em certas modalidades, o primeirocomponente compreende poeira de forno de cimento (CKD), e o segundocomponente compreende uma escória de aço inoxidável. Em vários aspec-tos, os métodos produzem um produto compreendendo carbonato de cálcioe material de lavagem gasto. Em certas modalidades, o produto de carbona-to de cálcio é reciclado como uma matéria-prima em um processo industrial.
Um exemplo dessa reciclagem é o uso do produto de carbonato de cálciocomo uma matéria-prima para fabricação de cimento ou fabricação de cal. Oproduto de carbonato de cálcio pode ser opcionalmente usado como um ma-terial fundente no processamento de ferro e/ou aço.
Em vários aspectos, uma suspensão de material de seqüestra-ção de dióxido de carbono é fornecida para lavagem de dióxido de carbonode uma corrente fluida contendo dióxido de carbono. A suspensão compre-ende um primeiro componente, um segundo componente e água. O primeirocomponente compreende um ou mais materiais selecionados do grupo queconsiste em: poeira de forno de cimento, poeira de forno de cal, cal de beter-raba, poeira de clínquer, cal viva, cal extinta e suas misturas. O segundocomponente compreende uma escória com uma fonte de silicatos reativos. Asuspensão compreende partículas com um tamanho de partícula máximomédio de menos de ou igual a cerca de 500 μιτι e uma área de superfíciemédia de mais de ou igual a cerca de 1.000 cm2/g.
Em ainda outras modalidades, um material de seqüestração dedióxido de carbono é fornecido na forma de uma suspensão para lavagemde dióxido de carbono de uma corrente fluida contendo dióxido de carbono.A suspensão compreende um primeiro componente compreendendo poeirade forno de cimento (CKD) e um segundo componente compreendendo umaescória com uma fonte de silicatos reativos. A suspensão também compre-ende água. A suspensão compreende partículas com um tamanho de partí-cula máximo médio de menos de ou igual a cerca de 500 μιη e uma área desuperfície média de mais de ou igual a cerca de 1.000 cm2/g.
Em outro aspecto, a invenção apresenta um sistema de reduçãode emissões de dióxido de carbono. O sistema compreende uma câmara dereação. A câmara de reação tem uma entrada de fluido, uma entrada desuspensão, uma zona de misturação, uma saída de fluido e uma saída desuspensão. Uma corrente efluente contendo dióxido de carbono está emcomunicação de fluido com a câmara de reação e é introduzida na câmarade reação pela entrada de fluido. Além disso, uma fonte de suspensão estáem comunicação de fluido com a câmara de reação. Uma suspensão da fon-te de suspensão é introduzida na câmara de reação pela entrada de sus-pensão. Além disso, a zona de misturação proporciona uma misturação tur-bulenta da suspensão com a corrente efluente. A câmara de reação tem umvolume que proporciona um tempo de residência suficiente para tratar a cor-rente efluente para reduzir a quantidade de dióxido de carbono em pelo me-nos cerca de 30%. A suspensão compreende um primeiro componente com-preendendo uma fonte de óxido de cálcio e uma fonte de íons de metais al-calinos, um segundo componente compreendendo uma escória com umafonte de silicatos reativos e água. Uma suspensão gasta e/ou um produto decarbonato de cálcio é removido da câmara de reação pela saída de suspensão.
Em outras modalidades, apresenta-se um método de reciclagemde subprodutos industriais. Um material de lavagem de dióxido de carbono éformado por misturação de um primeiro componente fabricado com um se-gundo componente fabricado. O primeiro componente compreende uma fon-te de óxido de cálcio e uma fonte de íons de metais alcalinos. O segundocomponente compreende uma escória com um ou mais componentes desilicato reativos. Uma corrente efluente gerada em um processo industrialcompreendendo dióxido de carbono é, então, contatada com o material delavagem. Gera-se um produto compreendendo carbonato de cálcio que écapaz de reutilização benéfica, como em um processo industrial. Em certasmodalidades, depois do contato e depois da geração, o material de lavagemestá gasto, e pelo menos uma parte do material de lavagem gasto é mistu-rada com primeiro componente fabricado fresco e segundo componente fa-bricado fresco.
Em vários outros aspectos, a invenção apresenta métodos deredução das emissões de dióxido de carbono de correntes efluentes geradaspor fontes de combustão estacionárias (por exemplo, caldeiras, incinerado-res), fornos de cimento, fornos de cal, fornos de ferro e fornos de aço. Dessamaneira, vários aspectos da invenção apresentam meios eficazes para re-mover emissões de dióxido de carbono, controlando, dessa forma, emissõesde gases de efeito estufa, também reciclando, ao mesmo tempo, pelo menosum subproduto industrial e, de preferência, múltiplos materiais de subprodu-to, para formar um produto utilizável.
Áreas adicionais de aplicabilidades ficarão claras com a descri-ção aqui apresentada. Deve-se entender que a descrição e os exemplos es-pecíficos se destinam a apenas a fins de ilustração e não pretendem limitar oâmbito da presente invenção.
DESENHOS
Os desenhos aqui descritos são apenas para fins de ilustração enão se destinam a limitar o âmbito da presente invenção de forma alguma.A Figura 1 é um fluxograma de processo exemplificativo para umsistema de seqüestração de dióxido de carbono de acordo com certas moda-lidades da invenção;
A Figura 2 é uma ilustração esquemática de uma modalidade dapresente invenção mostrando um sistema de redução de emissões de dióxi-do de carbono com um reator de torre de lavagem;
A Figura 3 é um fluxograma de processo para certas modalida-des da invenção mostrando um sistema de remoção de dióxido de carbono,em que uma corrente efluente tratada que sai de um dispositivo de remoçãode dióxido de carbono é adicionalmente tratada com um dispositivo de con-trole da poluição do ar para remover um ou mais poluentes adicionais alémde dióxido de carbono; e
A Figura 4 é um fluxograma de processo para certas outras mo-dalidades da invenção mostrando um sistema de remoção de dióxido decarbono, em que uma corrente efluente é pré-tratada por um dispositivo decontrole da poluição do ar para remover um ou mais poluentes antes de en-trar em um dispositivo de remoção de dióxido de carbono.
DESCRIÇÃO DETALHADA
A descrição a seguir é de natureza apenas exmeplificativas enão pretende limitar a presente invenção, aplicação ou usos. Deve-se en-tender que, em todos os desenhos, números de referência correspondentesindicam partes e características iguais ou correspondentes.
Em vários aspectos, os ensinamentos da invenção apresentamum processo para redução da quantidade de dióxido de carbono gasosopresente em uma corrente fluida por seqüestração ou lavagem do dióxido decarbono da fase gasosa da corrente fluida. Em certas modalidades, a corren-te fluida compreende um gás e/ou vapor, mas também tem sólidos e/ou lí-quidos carreados, como partículas, gotículas líquidas e/ou aerossóis carre-gados. Em várias modalidades, a corrente fluida é uma corrente efluente ouuma corrente de exaustão gerada em um processo industrial. A corrente flui-da é contatada com um material de lavagem ou seqüestração de dióxido decarbono para remover dióxido de carbono. Após contato com o material delavagem, a quantidade de dióxido de carbono presente na corrente fluida éreduzida. Em certas modalidades, o dióxido de carbono reage com o materi-al de lavagem para formar um produto útil que será descrito em maiores de-talhes abaixo.
Em vários aspectos, o material de lavagem compreende um pri-meiro componente, um segundo componente e água. O primeiro componen-te é distinto do segundo componente. Em várias modalidades, o primeirocomponente compreende uma fonte de óxido de cálcio e uma fonte de íonsde metais alcalinos. O segundo componente compreende uma escória comum ou mais componentes de silicato reativos. O material de lavagem reagecom dióxido de carbono para formar um produto compreendendo carbonatode cálcio e material de lavagem gasto.
Em várias modalidades, o primeiro componente do material delavagem compreende óxido de cálcio (CaO). Além disso, é preferível que oprimeiro componente também compreenda uma fonte de íons de metais al-calinos, como íons sódio e/ou potássio, por exemplo. Em certas modalida-des, o primeiro componente compreende um material que é gerado ou fabri-cado em um processo industrial. Conforme será descrito em maiores deta-lhes abaixo, algumas modalidades empregam uma reutilização benéfica demateriais gastos, que, de outra forma, seriam descartados, armazenados oulançados em aterros. Entretanto, várias fontes adequadas de óxido de cálcioe íons de metais alcalinos podem ser materiais de ocorrência natural, comominerais, ou podem ser produtos comerciais fabricados. Em vários aspectos,o primeiro componente compreende um material selecionado do grupo queconsiste em poeira de forno de cimento, poeira de forno de cal, cal de beter-raba, poeira de clínquer, cal extinta, cal viva e quaisquer de suas misturas.Essas misturas englobam qualquer combinação de dois ou mais componen-tes. Em certas modalidades, o primeiro componente compreende um materi-al selecionado do grupo que consiste em poeira de forno de cimento, poeirade forno de cal, cal de beterraba e suas misturas. Em outras modalidades, oprimeiro componente compreende poeira de forno de cal. Em certas modali-dades, o primeiro componente compreende poeira de forno de cimento. Es-ses materiais não-limitativos são fontes adequadas de oxido de cálcio e íonsde metais alcalinos para uso nos materiais de lavagem. O primeiro compo-nente pode compreender outras fontes de oxido de cálcio e íons de metaisalcalinos, incluindo, a título de exemplo, lama de instalações de tratamentode águas servidas, lama de polpa e papel, subprodutos da fabricação decarboneto de cálcio e outros materiais que forneçam óxido de cálcio e íonsde metais alcalinos, conforme conhecidos por aqueles versados na técnica.
Conforme apreciado por aqueles versados na técnica, muitasdas fontes de óxido de cálcio e íons de metais alcalinos podem ter composi-ções variadas, dependendo do processo particular em que são preparadas;as composições específicas de matérias-primas e combustíveis que sãoempregados na fabricação da fonte; as condições e duração de armazena-mento ou guarda do material; assim como vários outros fatores.
Com relação a isso, em algumas modalidades, o primeiro com-ponente compreende, de preferência, um ou mais ingredientes ativos sele-cionados do grupo que consiste em: CaO, K2O, Na2O e suas misturas. Emcertas modalidades, o primeiro componente compreende um ou mais ingre-dientes ativos selecionados do grupo que consiste em: CaO, Na2O, K2O esuas misturas, em que a quantidade total dos ingredientes ativos presentesno material de lavagem é de cerca de 30% a cerca de 60% em peso. O pri-meiro componente compreende opcionalmente compostos ativos adicionaisalém do óxido de cálcio e óxidos alcalinos, e esses ingredientes ativos nãose restringem aos acima citados.
Em certos aspectos, o primeiro componente compreende óxidode cálcio (CaO) em mais de ou igual a cerca de 30% em peso. Conformeaqui usado, todas as porcentagens estão com base no peso, a menos queindicado de outra forma. Deve-se notar que as composições químicas dosvários materiais aqui descritos são expressas em termos de óxidos simples,calculadas a partir de análise elementar, tipicamente determinada por técni-cas de fluorescência de raios X. Embora os vários óxidos simples possamestar e freqüentemente estejam presentes em compostos mais complexosno material, a análise do óxido é um método útil para expressar a concentra-dos de compostos de interesse nas respectivas composições.
Em algumas modalidades, o primeiro componente compreendecal livre (CaO livre) em mais de ou igual a cerca de 3% em peso. "Cal livre"refere-se ao óxido de cálcio livre (CaO livre) prontamente disponível em ummaterial para reação de hidratação com água. Cal não extinta, tambémchamada de cal viva, contém uma alta concentração de cal desidratada (li-vre) ou óxido de cálcio (CaO) que pode sofrer reação com água, isto é, ex-tinção. Em contraste, uma cal extinta ou hidratada já foi reagida com águapara formar Ca(OH)2. O teor de cal livre é freqüentemente usado como umindicador da reatividade de materiais contendo óxido de cálcio. Em certasmodalidades da invenção, a cal livre pode ser de cerca de 5% ou mesmomais.
Em algumas modalidades, o primeiro componente compreende,de preferência, uma quantidade de fonte de íons alcalinos na forma de óxidode sódio (Na2O) e/ou óxido de potássio (K2O) em mais de ou igual a cercade 1% em peso. Deve-se notar que alguns íons de metais alcalinos formamcomplexos com vários ânions complexos, como sulfatos, entretanto, umaanálise típica do teor alcalino expressa os óxidos de metais alcalinos e sulfa-tos individualmente. Em certas modalidades, a quantidade de fonte de íonsalcalinos na forma de óxido de sódio (Na2O) e/ou óxido de potássio (K2O) émaior que ou igual a cerca de 3% em peso; opcionalmente maior que ou i-gual a cerca de 4% em peso. O teor alcalino de vários materiais pozzolâni-cos e/ou cimentíceos também pode ser expresso como um equivalente desódio (Na2Oe) que leva em consideração a presença tanto de Na2O, quantoK2O calculados pela equação:
z=x +(0,658-y) (EQN. 1)
em que z é o equivalente de sódio Na2Oe, χ é a porcentagem em peso deNa2O presente na composição, e y é a porcentagem em peso de K2O pre-sente na composição. Esses equivalentes de sódio Na2Oe podem variar demais de 0,01%, a maior que ou igual a cerca de 1% em peso, opcionalmentemaior que ou igual a cerca de 2% em peso, opcionalmente maior que ou i-gual a cerca de 3% em peso e em algumas modalidades, maior que ou iguala cerca de 5% em peso.
Conforme será discutido em maiores detalhes abaixo, os íons demetais alcalinos promovem condições de reação desejáveis para o materialde lavagem, como proporcionar um alto pH, que se acredita que proporcioneuma taxa de reação mais rápida e favoreça a formação de produtos preferi-dos na reação do material de lavagem com dióxido de carbono.
Em certas modalidades, o primeiro componente tem uma com-posição conforme apresentada na Tabela I, excluindo-se impurezas e diluen-tes.
Tabela I
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Em algumas modalidades, o primeiro componente compreende,de preferência, poeira de forno de cimento (CKD), que se refere generica-mente a um subproduto gerado em um forno de cimento ou equipamento deprocessamento relacionado durante a fabricação de cimento portland. O ci-mento portland pode ser fabricado em um forno de processo a úmido ou se-co. Embora os processos a úmido e seco sejam diferentes, ambos os pro-cessos aquecem a matéria-prima em estágios. Matérias-primas de fabrica-ção de cimento compreendem fontes de cálcio, sílica, ferro e alumina e nor-malmente incluem calcário, assim como vários outros materiais, como argila,areia e/ou cascalho, por exemplo.
O primeiro estágio da fabricação de cimento é um estágio depré-aquecimento que expulsa qualquer umidade das matérias-primas, remo-ve a água de hidratação e eleva a temperatura do material até aproximada-mente 800°C (aproximadamente 1,500°F). O segundo estágio é o estágio decalcinação, que em geral ocorre entre cerca de 800°C e 1.100°C (aproxima-damente 1,500°F e 2.000°F), em que o calcário (CaCO3) é convertido em cal(CaO) por expulsão do dióxido de carbono (CO2) em uma reação de calcina-ção. As matérias-primas são, então, aquecidas a uma temperatura máximaentre cerca de 1.400°C e 1.650°C (aproximadamente 2,500°F e 3.000°F) nazona de queima, onde substancialmente derretem e se fundem, formando,assim, compostos inorgânicos, como silicato de tricálcio, silicato de dicálcio,aluminato de tricálcio e aluminoferrita de tetracálcio. Uma análise típica deprodutos de cimento portland mostra que contêm aproximadamente 65 -70% de CaO, 20% de SiO2, 5% de AI2O3, 4% de Fe2O3, com menores quan-tidades de outros compostos, como óxidos de magnésio, enxofre, potássio,sódio e outros. A matéria-prima derretida é resfriada para solidificar comoum produto intermediário em pequenos grumos, conhecidos como "clínquer",que é subseqüentemente removido do forno. O clínquer é, então, finamentetriturado e misturado com outros aditivos (como retardador do endurecimen-to, gesso), para formar cimento portland, que pode ser, então, misturadocom agregados e água para formar concreto.
Genericamente, CKD compreende uma combinação de diferen-tes partículas geradas em diferentes áreas do forno, equipamento de pré-tratamento e/ou sistemas de manipulação de material, incluindo, por exem-plo, poeira de clínquer, poeira de material parcial ou completamente calcina-do e poeira matéria-prima (hidratada e desidratada). Conforme percebido poraqueles versados na técnica, a composição da CKD varia com base nas ma·térias-primas e combustíveis usados, condições de fabricação e processa-mento e localização de pontos de coleta de CKD no processo de fabricaçãode cimento. CKD pode incluir poeira ou matéria em partículas coletada dascorrentes efluentes do forno (isto é, exaustão), efluente de resfriador de clín-quer, efluente de pré-calcinador, dispositivos de controle da poluição do ar eoutros. Poeira de resfriador de clínquer se refere à poeira coletada nas áreasde resfriamento de clínquer do forno e tem tipicamente uma composiçãoquímica que é muito similar ao cimento portland.Embora composições de CKD variem em diferentes fornos, CKDnormalmente tem pelo menos algumas propriedades cimentíceas e/ou poz-zolânicas, devido à presença da poeira de clínquer e materiais calcinados.Composições típicas de CKD compreendem compostos contendo silício,como silicatos, incluindo silicato de tricálcio, silicato de dicálcio; compostoscontendo alumínio, como aluminatos, incluindo aluminato de tricálcio; ecompostos contendo ferro, como ferritas, incluindo aluminoferrita de tetracál-cio. CKD em geral compreende quantidades relativamente elevadas de oxi-do de cálcio (CaO). Composições de CKD exemplificativas compreendemoxido de cálcio em cerca de 10 a cerca de 60% em peso, opcionalmentecerca de 25 a cerca de 50% em peso e, opcionalmente, cerca de 30 a cercade 55% em peso. Em algumas modalidades, CKD compreende uma concen-tração de cal livre de cerca de 1 a cerca de 10%, opcionalmente de cerca de1 a cerca de 5% e, em algumas modalidades, cerca de 3 a cerca de 5%. A-lém disso, CKD tipicamente compreende íons dos metais alcalinos sódio epotássio, respectivamente em cerca de 0,1 a cerca de 10% em peso e op-cionalmente cerca de 0,2 a cerca de 5% em peso. CKD pode compreenderíons de metais alcalinos adicionais, íons de metais alcalino-terrosos e enxo-fre, entre outros. CKD também compreende tipicamente sílica (SiO2) em cer-ca de 10 a cerca de 20% em peso, alumina (AI2O3) em cerca de 2 a cerca de7% em peso e óxido de ferro (Fe2O3) em cerca de 1 a cerca de 3% em peso.
Poeiras de CKD exemplificativas têm faixas de densidade relati-va de cerca de 2,6 a 2,8, um tamanho de partícula máximo de cerca de 0,30mm (300 μιη) e fineza Blaine (área de superfície específica) variando de cer-ca de 4.600 a cerca de 14.000 cm2/g.
Em certas modalidades, o primeiro componente do material delavagem da invenção compreende cal (isto é, cal viva) ou poeira de forno decal (LKD). LKD é um subproduto da fabricação de lime. LKD é uma poeira oumatéria em partículas coletada de um forno de cal ou equipamento de pro-cessamento associado. A cal fabricada pode ser classificada como cal dealto cálcio ou cal dolomítica, e LKD varia com base nos processos que aforma. A cal é freqüentemente produzida por uma reação de calcinação con-duzida por aquecimento de matéria-prima calcítica, como carbonato de cál-cio (CaCO3), para formar cal livre CaO e dióxido de carbono (CO2). Cal dealto cálcio tem uma alta concentração de oxido de cálcio e tipicamente al-gumas impurezas, incluindo compostos contendo alumínio e contendo ferro.
Cal de alto cálcio é tipicamente formada a partir de carbonato de cálcio dealta pureza (cerca de 95% de pureza ou mais). O teor típico de óxido de cál-cio em um produto de LKD derivado do processamento de cal de alto cálcioé similar à concentração de óxido de cálcio no próprio produto de cal e podeser maior que ou igual a cerca de 75% em peso, opcionalmente maior queou igual a cerca de 85% em peso e, em alguns casos, maior que ou igual acerca de 90% em peso. Em algumas fabricações de cal, dolomita (Ca-CO3 MgCO3) é decomposta por aquecimento para gerar principalmente óxi-do de cálcio (CaO) e óxido de magnésio (MgO), formando, assim, o que éconhecido como cal dolomítica. Na cal ou LKD gerada por processamentode cal dolomítica, o óxido de cálcio pode estar presente em mais de ou iguala cerca de 45% em peso, opcionalmente maior que ou igual a cerca de 50%em peso e, em certas modalidades, maior que ou igual a cerca de 55% empeso. Embora tanto a cal, quanto LKD variem com base no tipo de proces-samento de cal empregado, em geral têm concentrações relativamente altasde cal livre. Quantidades típicas de cal livre nesses produtos de cal ou LKDsão de cerca de 10 a cerca de 50%, opcionalmente cerca de 20 a cerca de 40%.
Além disso, produtos de LKD e cal tipicamente compreendemíons dos metais alcalinos sódio e potássio nas respectivas quantidades decerca de 0,01 a cerca de 1 % em peso e opcionalmente cerca de 0,03 a cer-ca de 0,25% em peso. Cal e/ou LKD pode compreender íons de metais alca-linos adicionais, íons de metais alcalino-terrosos (como o MgO acima descri-to) e enxofre, entre outros. LKD também compreende sílica (SiO2) em cercade 1 a cerca de 10% em peso, alumina (AI2O3) em cerca de 0,1 a cerca de5% em peso e óxido de ferro (Fe2O3) em cerca de 0,5 a cerca de 2% em pe-so. LKDs exemplificativas têm uma densidade relativa variando de cerca de2,6 a 3,0, um tamanho de partícula máximo de cerca de 2 mm (2.000 pm) efineza Blaine (área de superfície específica) variando de cerca de 1.300 acerca de 10.000 cm2/g.
Outro material exemplficativo para uso como um primeiro com-ponente do material de lavagem da presente invenção é um subproduto decal de refino de açúcar. Cal é unada na produção de açúcar derivado de ca-na-de-açúcar, beterrabas, seiva de bordo e sorgo. Por exemplo, cana-de-açúcar e beterrabas são colhidas e processadas com água para formar umsuco bruto, que tem um baixo pH e contém impurezas dissolvidas. O sucode açúcar contém, portanto, sacarose, polpa, vários não-açúcares, por e-xemplo, sais orgânicos e inorgânicos, aminoácidos, corantes e substânciasde alto peso molecular, como proteínas e pectina. Cal hidratada é adiciona-da ao suco para elevar o pH e para reagir com as impurezas para formarcompostos orgânicos insolúveis de cálcio que podem ser removidos. Em ummétodo de purificação de açúcar convencional, adicionam-se cal (CaO) edióxido de carbono (CO2)1 o que resulta na formação de um precipitado (la-ma) consistindo em carbonato de cálcio e parte dos componentes não-açúcar acima mencionados. A lama com a água removida compreende oxidode cálcio (CaO), normalmente na forma hidratada (Ca(OH)2). O suco de a-çúcar pode ser adicionalmente refinado sucessivamente dessa maneira. Be-terrabas tendem a requerer a maior quantidade de refino com cal, e o sub-produto de lama é geralmente chamado de "cal de beterraba." Entretanto, ouso do termo "cal de beterraba" é apenas representativos da classe de sub-produtos de cal do processamento de açúcar que sãó adequados para usonos materiais de lavagem da invenção.
Na cal de beterraba, o oxido de cálcio pode estar presente emmais de ou igual a cerca de 25% em peso, opcionalmente maior que ou iguala cerca de 30% em peso e, em certas modalidades, maior que ou igual acerca de 40% em peso. A cal de beterraba também compreende tipicamenteíons de metais alcalinos, como sódio e potássio, respectivamente presentesem cerca de 0,01% em peso ou mais; opcionalmente maior que ou igual acerca de 0,05% em peso, opcionalmente maior que ou igual a cerca de 0,1%em peso e, em algumas modalidades, maior que ou igual a cerca de 1% empeso da composição.
Assim, o primeiro componente do material de lavagem podecompreender qualquer fonte adequada de oxido de cálcio e íons de metaisalcalinos. O primeiro componente pode compreender opcionalmente um úni-co material adequado ou misturas de materiais adequados que forneçamoxido de cálcio e íons de metais alcalinos nas concentrações desejadas.
Materiais de escória são subprodutos industriais da fabricaçãode metais. Em várias modalidades, o segundo componente do material delavagem compreende um material de escória que fornece um silicato reativo.Silicatos estão tipicamente em forma tetraédrica, que pode estar unida emcadeias, cadeias duplas, folhas, redes tridimensionais e outras formas depolimerização ("geo-polímero"). Um silicato compreende átomos de silício eoxigênio com um ou mais metais e/ou hidrogênio. Genericamente, o silício eoxigênio estão na forma de SixOy, em que χ é genericamente 1 ou 2, e y po-de variar de 2 a 7 (isto é, SiO2, SiO3, SiO4 e Si2O7). Embora muitos silicatossejam insolúveis ou estáveis em água, acredita-se que condições básicas etemperaturas aumentadas facilitem uma maior solubilidade e/ou reatividadede certos compostos de silicato na presença de água. A solubilidade em á-gua e/ou reatividade do composto de silicato na presença de água dependede inúmeros fatores, incluindo os cátions com os quais o ânion silicato foramcomplexos (por exemplo, elementos de íons metálicos alcalinos do Grupo IAe NH4+ tendem a formar silicatos solúveis em água).
Certas espécies de silicato são mais reativas com espécies iôni-cas e podem exibir maior solubilidade em água, em que se acredita que es-ses silicatos se ionizem para formar íons SiO". Por exemplo, os silicatos po-dem formar várias estruturas cristalinas, variando de fases cristalinas e alta-mente ordenadas (por exemplo, quartzo) a fases cripto-cristalinas (por e-xemplo, estruturas cristalinas extremamente finas, como calcedônia) a fasesamorfas ou estruturas vítreas não cristalinas (por exemplo, opala). Acredita-se que estruturas de retículo amorfo permitam maior ataque iônico e degra-dação da rede do silicato. Assim, fases altamente ordenadas e bem cristali-zadas são estáveis e não reativas, ao passo que retículos de silicato cripto-cristalinos e amorfos são suscetíveis a ataque devido às estruturas de retícu-Io desordenadas e abertas, portanto, esses silicatos são reativos.
De acordo com várias modalidades da invenção, o segundocomponente do material de lavagem compreende silicatos reativos. Emboranão limitado a qualquer teoria pela qual os presentes ensinamentos operem,acredita-se que certas fases cristalinas de silicato de dicálcio (2 CaO SiO2,tipicamente expresso abreviadamente como C2S) e silicato de tricálcio (3CaO SiO2, tipicamente expresso abreviadamente como C3S), em particularas fases cristalinas y-C2S, P-C2S e C3S, sejam silicatos reativos que possamse formar em materiais de escória e, portanto, reagir adequadamente comdióxido de carbono na presença de água. Composto de silicato reativo signi-fica que mais de 10% dos compostos de silicato totais presentes em um ma-terial reagirão com dióxido de carbono na presença de água a 25°C (77°F) epressão ambiente a pH maior que ou igual a cerca de 9.
Além disso, de acordo com várias modalidades da invenção, es-ses compostos de silicato têm maior reatividade em água quando o pH ébásico. De preferência, o pH do material de lavagem é maior que ou igual acerca de 7, mais preferivelmente maior que ou igual a cerca de 9 e, em al-gumas modalidades, de cerca de 11 até cerca de 14, para intensificar a so-lubilidade do composto de silicato. Na prática, o pH nesses sistemas nor-malmente não excede cerca de 13. Temperaturas aumentadas também au-mentam a solubilidade de compostos de silicato em água. De acordo comvárias modalidades da invenção, é preferível que a escória da segundacomposição compreenda mais de ou igual a cerca de 5% de silicatos reati-vos, opcionalmente maior que ou igual a cerca de 10%; opcionalmente maiorque ou igual a cerca de 15% de silicatos reativos em peso.
Vários materiais de escória compreendem silicatos de cálcio. Depreferência, pelo menos uma parte desses silicatos de cálcio é reativa comdióxido de carbono e/ou óxido de cálcio na presença de água nos materiaisde lavagem das várias modalidades da invenção. Conforme acima descrito,o primeiro componente do material de lavagem compreende, de preferência,tanto uma fonte de óxido de cálcio, quanto íons de metais alcalinos, o queproporciona um pH alcalino ou básico ao material de lavagem para intensifi-car a solubilidade dos compostos de silicato reativos.
A título de fundamento, escórias são genericamente compostosde subproduto gerados pela fabricação e processamento de metais. O termo"escória" engloba uma ampla variedades de materiais de subproduto, tipi-camente compreendendo uma grande parte dos subprodutos não metálicosda fabricação e processamento de metais ferrosos e/ou aço. Genericamente,agentes de formação de escória, ou materiais fundentes, são adicionadosaos fornos para remover impurezas da matéria-prima de minério de ferro,sucata de aço, ferro e/ou aço em fusão durante o processamento. Materiaisfundentes típicos são o calcário (CaCO3) e/ou dolomita (CaCO3-MgCO3).Forma-se uma escória em fusão quando o silicato em fusão flutuando notopo do forno esfriar, formando silicatos e óxidos complexos. A composiçãoda escória depende do metal que está sendo processado no forno e freqüen-temente contém sulfetos metálicos e átomos de metais em uma forma ele-mentar. A composição e as propriedades da escória também variam combase no tipo de forno e no tratamento de pós-processamento, que pode afe-tar não apenas a composição química, mas a cristalinidade, desenvolvimen-to de fase e morfologia de superfície, o que pode ter impacto sobre a reativi-dade. Por exemplo, conforme acima discutido, é preferível que uma ou maisfases do silicato reativo sejam formadas na escória, como y-C2S, P-C2S eC3S. Além disso, o tamanho de partícula, porosidade e área de superfície daescória tem impacto sobre a reatividade, pois materiais de menor tamanhode partícula, maior porosidade e, portanto, maior área de superfície permi-tem uma maior invenção a CO2 e água para facilitar uma maior reação.
Alto-fornos processam minério de ferro para formar ferro-gusarefinado. Escórias de alto-forno são em geral formadas em três tipos princi-pais: resfriada ao ar, granulada e peletizada (ou expandida). A escória dealto-forno resfriada ao ar é formada permitindo-se que a escória em fusãoresfrie de maneira relativamente lenta sob condições ambientais, enquanto oresfriamento final pode ser acelerado com um processo de resfriamento,como pulverização com água. Escória granulada é formada por resfriamentobrusco da escória em água, formando, assim, pequenas partículas de vidrode estrutura desordenada. Essa escória granulada freqüentemente é tritura-da ainda mais, aumentando, dessa forma, as propriedades cimentíceas domaterial. Escória peletizada ou expandida é resfriada através de um jato deágua, o que leva a uma rápida geração de vapor, desenvolvendo extensasestruturas de vesículas no material.
Escórias de aço são formadas durante o processo adicional deferro-gusa e outros materiais de aço em fornos de fabricação de aço. Fornosde aço típicos incluem os fornos de processo de oxigênio básico (BOF), for-nos de Siemens-Martin (OHF) e fornos de arco elétrico (EAF). A maior partedo aço é atualmente fabricada em fábricas de aço integradas usando umaversão do processo de oxigênio básico ou em fábricas de aço especializadasque usam um processo de forno de arco elétrico. Processos de forno Sie-mens-Martin são menos comuns. Em um processo de oxigênio básico e-xemplificativo, escória e fundentes são carregados em um conversor (forno).Abaixa-se uma lança no conversor, e se injeta oxigênio a alta pressão. Ooxigênio se combina com e remove as impurezas na carga. Essas impure-zas consistem em carbono, como monóxido de carbono gasoso, e silício,manganês, fósforo e algum ferro como óxidos líquidos, que se combinamcom cal e/ou dolomita para formar a escória de aço. Ao término da operaçãode refino, o aço líquido é vertido em um colherão, ao passo que a escória deaço é retida no recipiente e subseqüentemente vazada em um pote de escó-ria separado.
Muitas qualidades diferentes de aço podem ser produzidas, e aspropriedades da escória de aço podem se alterar significativamente com ca-da qualidade. As qualidades de aço podem ser classificadas como alta, mé-dia e baixa, dependendo do teor de carbono do aço. Aços de alta qualidadetêm alto teor de carbono. Para reduzir a quantidade de carbono no aço, sãonecessários maiores níveis de oxigênio no processo de fabricação de aço.Isso também requer a adição de níveis aumentados de material fundentepara a remoção de impurezas do aço aumentar a formação de escória.
A escória de forno de aço tipicamente contém quantidades muitomaiores de oxido de dicálcio e de cálcio. Há vários tipos diferentes de escó-ria de aço produzidos durante o processo de fabricação de aço, incluindoescória de forno (ou bica), escória de ancinho, escórias sintéticas (ou de co-lherão) e escória de fosso (ou despojamento). A escória de aço produzidadurante o estágio primário da produção de aço é chamada de escória deforno ou escória de bica. Depois de ser escorrido do forno, o aço em fusão étransferido em um colherão para refino adicional, a fim de remover impure-zas adicionais ainda conditas no aço, o que gera escórias de aço adicionaispela nova adição de fundentes ao colherão para derreter. Essas escóriassão combinadas com qualquer material transportado da escória do forno eauxiliam na absorção de produtos de desoxidação (inclusões), isolamentotérmico e proteção do refratário do colherão. As escórias de aço produzidasnesse estágio da fabricação de aço são genericamente chamadas de escó-rias de ancinho e colherão. A escória de fosso e a escória de despojamentosão outros tipos de escória comumente encontradas em operações de fabri-cação de aço. Normalmente consistem na escória de aço que cai sobre opiso da fábrica em vários estágios da operação, ou a escória que é removidado colherão depois de vazada. O estágio de refino em colherão normalmenteenvolve uma adição de material fundente comparativamente elevada, e aspropriedades dessas escórias sintéticas freqüentemente são significativa-mente diferentes das da escória de forno. Essas escórias são freqüentemen-te ricas em óxido de cálcio e silicatos e são bem adequadas como um mate-rial para o segundo componente do material de lavagem, particularmentequando essas escórias sintéticas não podem em geral ser recicladas comoagregados devido à expansão in situ.
Deve-se notar que o segundo componente pode compreenderuma combinação de escórias originidas de diferentes localizações do fornoe/ou processamento ou podem incluir combinações de escórias de diferen-tes fornos ou processos. O termo forno engloba tanto conversores de ferro,quando de aço. Genericamente, escórias de alto-forno se referem àquelasgeradas em fornos de minério de ferro, e escórias de aço são aquelas gera-das por qualquer processo de formação ou refino de aço, incluindo escóriasde aço inoxidável, conforme será descrito em maiores detalhes abaixo. De-pendendo da localização de onde se originam no processo e processamentosubseqüente, muitas das escórias têm diferentes distribuições de tamanhosde partículas, diferentes mineralogias e formações cristalinas. Essas escó-rias podem ser adicionalmente trituradas para se conseguirem distribuiçõesde tamanhos de partículas e/ou finezas (área de superfície) desejáveis.
Escórias exemplificativas compreendem compostos contendocálcio, compostos contendo silício, compostos contendo alumínio, compos-tos contendo magnésio, compostos contendo ferro, compostos contendomanganês e/ou composto contendo enxofre. Em certas modalidades da in-venção, o(s) material(ais) de escória do segundo componente é(são) sele-cionado^) para compreender óxido de cálcio em cerca de 25 a cerca de60%, opcionalmente cerca de 30 a cerca de 50% e opcionalmente cerca de30 a cerca de 45% em peso. Em várias modalidades, o segundo componen-te compreende dióxido de silício (SiO2) em mais de ou igual a cerca de 25%em peso; opcionalmente maior que ou igual a cerca de 30% em peso; opcio-nalmente maior que ou igual a cerca de 35% em peso. Deve-se notar que aquantidade de SiO2 presente na composição reflete uma análise de óxidosimples (conforme acima discutido no contexto do primeiro componente) enão reflete necessariamente a concentração de silicatos reativos, que po-dem formar uma parte da quantidade total de SiO2 presente no material. Emcertas modalidades, o segundo componente também compreende óxido decálcio (CaO) em mais de ou igual a cerca de 25%; opcionalmente maior queou igual a cerca de 30% em peso; opcionalmente maior que ou igual a cercade 35% em peso. Conforme acima discutido, o óxido de cálcio e o óxido desilício estão tipicamente presentes na forma de silicatos de cálcio, entretan-to, com base na análise de óxido simples global, estão presentes nas res-pectivas quantidades de mais de ou igual a cerca de 25% em peso. Em cer-tas modalidades, o segundo componente compreende um ou mais ingredi-entes ativos selecionados de CaSiO3, CaO e suas misturas, em que a quan-tidade total do ingrediente ativo presente no segundo componente é de cer-ca de 35 a cerca de 90% em peso.Em certas modalidades, o segundo componente compreenden-do uma escória tem uma composição conforme apresentada na Tabela II,excluindo-se impurezas e diluentes.
Tabela Il
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Um exemplo de uma escória adequada geralmente com proprie-dades cimentíceas e sílica reativa é escória de alto-forno granulada triturada(GGBFS). A taxa de resfriamento da escória é tipicamente baixa o suficientepara que vários compostos cristalinos sejam em geral formados, incluindocompostos predominantes, como silicato de dicálcio, silicato de tricálcio, fer-rita de dicálcio, meriwinita, aluminado de cálcio, óxido de cálcio-magnésioferro, cal livre e magnésia livre. Acredita-se que a cal livre e a magnésia se-jam responsáveis pela expansão da maioria das escórias de aço quandoexpostas à umidade, tornando-as tipicamente inadequadas para muitas apli-cações, como agregados. Entretanto, no contexto da presente invenção, es-ses materiais de outra forma indesejáveis podem ser reciclados e emprega-dos para um uso benéfico.
Escórias de aço inoxidável são materiais particularmente preferi-dos para o segundo componente de certas modalidades da invenção, poistipicamente compreendem concentrações mais elevadas de cal livre e/oumagnésio livre e concentrações relativamente elevadas de silicatos, particu-larmente na forma cristalina de silicato reativo de y-C2S. Durante o desenvol-vimento do cristal e a transição de fase, acredita-se que essa fase y-C2Scause instabilidade no retículo cristalino do C2S1 o que causa fragmentaçãona forma de pó fino devido à auto-pulverização.
Conforme percebido por aqueles versados na técnica, quantida-des variáveis de elementos, como níquel, cromo, molibdênio e manganês,podem ser adicionadas ao ferro refinado para formar aço: quanto maiores asquantidades desses elementos que forem incluídas, maior a qualidade doaço. Esses elementos tendem a se incorporar nos compostos presentes naescória que é usada para refinar os metais. Em geral, aço inoxidável contémpelo menos cerca de 10,5% de cromo. Um aço austenítico típico tem cromoem mais de ou igual a cerca de 16% e níquel em mais de ou igual a cerca de8%. Aço inoxidável compreende carbono até cerca de 1,7% em peso. Quali-dades mais altas de aço inoxidável normalmente têm menores teores decarbono e podem conter molibdênio e manganês, entre outros. A título deexemplo, um aço inoxidável austenítico 304 de baixa qualidade tem carbono(C) em menos de ou igual a 0,08%, cromo (Cr) entre cerca de 17 e 19,5%,níquel (Ni) de cerca de 8 a 10,5%, manganês (Mn) em menos de ou igual acerca de 2%, e nenhum molibdênio (Mo). Outro aço de maior qualidade e-xemplificativo é o 316L, em que o carbono (C) está presente em menos deou igual a 0,03%, cromo (Cr) em cerca de 17%, níquel (Ni) em cerca de 9%,manganês (Mn) em cerca de 2% e molibdênio (Mo) em cerca de 2,5%. "L"designa baixo teor de carbono. Um aço inoxidável austenítico de maior qua-lidade é o 317LMN, que tem carbono (C) em menos de ou igual a 0,03%,cromo (Cr) entre cerca de 16,5 e 18,5%, níquel (Ni) de cerca de 13,5 a17,5%, manganês (Mn) de cerca de 1 to 2% e molibdênio (Mo) de cerca de 4a 5%. No 317LMN, as designações "M" e "N" indicam que a composiçãocontém níveis aumentados de molibdênio e níquel, respectivamente. Escó-rias de aço inoxidável tendem a incorporar esses vários elementos e tam-bém compreendem uma elevada quantidade de silicatos reativos e/ou solú-veis em água, que são altamente desejáveis para lavagem de materiais emvárias modalidades da invenção.
O segundo componente também pode compreender outras fon-tes de silicatos reativos, além da escória acima descrita, contanto que con-tribuam com os ingredientes ativos desejáveis e/ou necessários acima discu-tidos. Por exemplo, outros exemplos adequados incluem poeira de alto-forno(cúpula) coletada de dispositivos de controle da poluição do ar ligados a alto-fornos, como a torta de filtro de anteparo de cúpula. Outra fonte de subpro-duto industrial adequada são cinzas de lama de remoção de tinta de papel.Conforme reconhecido por aqueles versados na técnica, há muitos subpro-dutos de processos de fabricação/industriais diferentes que são possíveiscomo uma fonte de silicatos reativos do material de lavagem da invenção.Muitos desses subprodutos bem conhecidos compreendem alumina e/ousílica também. Combinações de quaisquer dos produtos fabricados exempli-ficativos e/ou subprodutos industriais são consideradas para uso em certasmodalidades da invenção.
Assim, os materiais de lavagem da invenção compreendem oprimeiro componente compreendendo uma fonte de oxido de cálcio e umafonte de íons de metais alcalinos e o segundo componente compreende umaescória compreendendo silicatos reativos. Em certas modalidades, a razãodo primeiro componente para o segundo componente no material de lava-gem é de cerca de 10:1 a cerca de 1:10. Em certas modalidades, a razão doprimeiro componente para o segundo componente na suspensão é de cercade 3:4 a cerca de 4:3. Embora não limitado a qualquer teoria particular, a-credita-se que uma taxa de reação aumentada e uma conversão de reaçãomais elevada de dióxido de carbono com óxido de cálcio e silicatos ocorraem um material de lavagem quando a quantidade molar de cálcio disponívelé mais elevada que a de silício disponível. Assim, quando os ingredientesativos no material de lavagem são óxido de cálcio e dióxido de silício, a ra-zão molar de cálcio (Ca) para silício (Si) no material de lavagem é, de prefe-rência, de cerca de 1:1 a cerca de 10:1 em certas modalidades para facilitara reação com dióxido de carbono.
Os materiais de lavagem de várias modalidades compreendem,de preferência, água. A água facilita o transporte, solubilização e ionizaçãodos vários compostos ativos da presente invenção. Em várias modalidades,o material de lavagem é fornecido na forma de uma suspensão. A suspen-são é formada por combinação de água com os primeiro e segundo compo-nentes aqui descritos. Uma suspensão é uma mistura de compostos solúveise partículas insolúveis em suspensão. A quantidade de água na suspensãovaria de 5% ou 10% no lado inferior até 90% ou 95% em peso no lado supe-rior. Em várias modalidades, a suspensão tem um teor de água maior que ouigual a cerca de 15% em peso ou maior que ou igual a cerca de 20% empeso; em certas modalidades maior que ou igual a cerca de 30% em peso;e, em algumas modalidades, maior que ou igual a cerca de 40% em peso.
Em certas modalidades, o teor de água do material de lavagem é de cercade 15% a cerca de 85% em peso e, em modalidades exemplificativas, asuspensão contém de 20% a 85%, de 30% a 85%, de 40% a 85%, ou de50% a 85% de água. Em várias modalidades, a suspensão contém 80% oumenos em peso de água ou 70% ou menos em peso de água. Quando oteor de água aumenta, a viscosidade da suspensão diminui, tornando, por-tanto mais fáceis o bombeamento e manipulação. Em certos aspectos, asuspensão tem uma viscosidade que permite bombeamento e transporte demassa como um líquido através de várias partes do sistema.
Quando o material de lavagem está em uma forma de suspen-são e tem um teor de água relativamente alto, o transporte de massa de dió-xido de carbono da corrente gasosa para a fase líquidasólida da suspensãoé aumentado, o que é desejável, particularmente em aplicações em que acorrente fluida tenha uma alta velocidade. Além disso, os materiais de lava-gem da presente invenção têm tipicamente propriedades cimentíceas e/oupozzolânicas. Conforme reconhecido por aqueles versados na técnica, aquantidade de água presente em um sistema determina a quantidade deformação da fase cimentícea, portanto, o grau de resistência, endurecimentoe aglomeração. Por exemplo, o concreto de preferência minimiza o teor deágua para aumentar a resistência e a dureza, por exemplo, as razões deágua para cimento portland no concreto variam, de preferência, de menos de0,35 a cerca de 0,40, com uma quantidade mínima de 0,25 requerida paracompletar as reações de hidratação de compostos de cimento. Uma compo-sição de concreto típica é de cerca de 7 a 15% de cimento, 14 a 21% de á-gua e o restante agregados. Para estabilização de perdas, um desenvolvi-mento completo de resistência e dureza é desejável para evitar a lixiviaçãode vários metais. Para essa estabilização de perdas, sugeriu-se que a razãode água para sólidos deva ser de cerca de 0,125 para uma reação de pega eendurecimento apropriada de silicatos reativos. Assim, na presença de quan-tidades relativamente elevadas de água, os materiais têm menos propensãoa pegar, endurecer e aglomerar. Portanto, várias modalidades da invençãoapresentam um teor de água relativamente alto, para evitar o endurecimen-to, pega e aglomeração, de modo que os materiais sejam capazes de circu-lar como um material de lavagem em um sistema de redução de dióxido decarbono.
Em algumas modalidades, o sistema de manipulação de materialde lavagem no dispositivo de lavagem pode ter pontos de agitação. Alémdisso, certas modalidades podem incluir centrífugas, filtros, telas e/ou regi-ões de sedimentação para remover quaisquer particulares maioires, paraevitar o acúmulo de partículas aglomeradas maiores no equipamento e li-nhagens de manipulação de material de lavagem. Em algumas modalidades,emprega-se um agente plastificante para minimizar a aglomeração em po-tencial e para aumentar a fluidez do material de lavagem. Agentes plastifi-cantes adequados incluem açúcar (sacarose), superplastificantes usados emaplicações de concreto (como plastificantes poliméricos, como éteres de po-licarboxilato, polímeros e copolímeros à base de naftaleno e/ou melamina) ecombustível diesel. Agentes plastificantes são bem-conhecidos na técnica, evários compostos adequados podem ser usados nos materiais de lavagemda invenção, incluindo aqueles conhecidos ou desenvolvidos na técnica.
Em certas modalidades, uma suspensão de material de seqües-tração de carbono para lavagem de dióxido de carbono de uma corrente flui-da contendo dióxido de carbono consiste essencialmente em um primeirocomponente compreendendo um ou mais materiais selecionados do grupoque consiste em: poeira de forno de cimento, poeira de forno de cal, cal debeterraba, poeira de clínquer, cal viva, cal extinta e suas misturas. Nessasmodalidades, a suspensão também consiste essencialmente em um segun-do componente compreendendo uma escória com uma fonte de silicatosreativos e também água. Em certas modalidades, a escória é uma escóriade aço inoxidável. Em outras modalidades da invenção, o material de Iava-gem pode consistir essencialmente em um primeiro componente compreen-dendo poeira de forno de cimento e um segundo componente compreen-dendo uma escória com uma fonte de silicatos reativos e água, como escóriade aço inoxidável.
Em certas modalidades, a suspensão de material de lavagemcompreende um primeiro componente entre cerca de 15 e cerca de 50% empeso, o segundo componente em cerca de 15 a cerca de 50% em peso eágua em cerca de 15 a cerca de 50% em peso da composição de materialde lavagem total.
Em modalildades em que o material de lavagem esteja em umaforma de suspensão, a suspensão compreende, de preferência, partículascom um tamanho de partícula máximo médio de menos de ou igual a cercade 500 μιη e uma área de superfície média de mais de ou igual a cerca de1.000 cm2/g. Em algumas modalidades, as partículas têm uma área de su-perfície média de mais de ou igual a cerca de 4.000 cm2/g; opcionalmentemaior que ou igual a cerca de 7.000 cm2/g e, em algumas modalidades,maior que 10.000 cm2/g. Além disso, as partículas da suspensão têm umdiâmetro de tamanho de partícula máximo médio de menos de ou igual acerca de 300 μιη, em algumas modalidades, e menos de ou igual a cerca de100 pm, em outras modalidades. Tamanhos de partículas menores tendem ater maiores áreas de superfície, o que promove a reação dos ingredientesativos, minimiza os efeitos de sedimentação das partículas da suspensão eminimiza o entupimento do equipamento de manipulação e processamento.Com relação a isso, as partículas em suspensão têm características desejá-veis para reação com o dióxido de carbono na corrente efluente e paratransporte e processamento (prevenindo sedimentação e outros). Esses ta-manhos de partículas e áreas de superfície podem ser conseguidos por se-leção do primeiro componente e do segundo componente para terem essaspropriedades desejadas ou por processamento adicional dos materiais pormoagem ou trituração, por exemplo, por misturação dos primeiro e segundocomponentes em um moinho de bolas para reduzir o tamanho de partícula.A suspensão também pode ser processada em um misturador, agitador, mo·inho de argamassa ou moinho de suspensão para se conseguir uma mistu-ração suficiente do primeiro componente, segundo componente e água.
A Figura 1 representa um fluxograma de processo de um siste-ma de remoção de dióxido de carbono de acordo com uma modalidade dainvenção. Um primeiro componente 10, um segundo componente 12 e água14 são combinados para formar um material de lavagem fresco 16. O mate-rial de lavagem fresco 16 pode ser armazenado em um tanque antes do usoem um reator 20. O material de lavagem fresco 16 é introduzido no reator 20e é contatado com uma corrente efluente 22 contendo dióxido de carbonopara lavar e remover o dióxido de carbono. O reator 20 compreende umazona de misturação 24, em que o material de lavagem fresco 16 e a correnteefluente 22 são combinados, de preferência com fluxo turbulento. O materialde lavagem 16 reage com o dióxido de carbono para formar um produto 26coletado no reator 20. O produto 26 compreende carbonato de cálcio e ma-terial de lavagem gasto. O produto 26 sai do reator 20 e entra em um sepa-rador 28, em que o produto de carbonato de cálcio 30 é separado do materi-al de lavagem gasto 32.
Conforme acima discutido, acredita-se que os compostos ativossejam silicatos reativos e óxido de cálcio. Embora não Iimitativo dos presen-tes ensinamentos, acredita-se que o material de lavagem sofra os seguintesmecnaismos de reação. A água e o dióxido de carbono formam ânions car-bonato em uma solução de pH básico. Os ânions carbonato reagem comíons cálcio na presença de silicatos reativos para formar carbonato de cálcio.O material de lavagem gasto 16 compreende os silicatos reativos. Os íonsde metais alcalinos conferem uma alcalinidade desejável à solução, o quepromove a reação do dióxido de carbono com o óxido de cálcio e silicatos, etambém se acredita que favoreça a formação de produtos de silicato reativosnos materiais de lavagem gastos. O material de lavagem gasto 32 aindacontém silicatos reativos e desejavelmente elevada quantidade de íons demetais alcalinos, que ajudam a manter o pH. Acredita-se que a reação decarbonatação reduza o pH (para condições mais neutras) do material de la-vagem, assim, é desejável a alcalinidade do primeiro componente.
Em certas modalidades, o sistema de lavagem é contínuo e re-generativo. Assim, depois do contato na zona de misturação 24 do reator 20,a composição de lavagem gasta 32 é separada do produto. O material delavagem gasto 32 é opcionalmente devolvido à fonte de material de lavagemfresco 16. Dessa maneira, o material de lavagem gasto 32 pode ser combi-nado com material de lavagem fresco 16 antes do contato subseqüente coma corrente fluida contendo dióxido de carbono. Assim, uma parte do materialde lavagem gasto 32 pode ser reciclada para o material de lavagem fresco16, desejavelmente fornecendo tanto silicatos reativos, quanto alcalinidadepara promover uma suspensão de material de lavagem de pH básico. O ma-terial de lavagem gasto 32 também pode ser removido do sistema para des-carte 34.
Em certas modalidades, o material de lavagem gasto 32 e/oumaterial de lavagem fresco 16 são monitorizados para determinar quantareciclagem ou, alternativamente, purga do material de lavagem (mediantedescarte) é necessária. Por exemplo, o material de lavagem gasto 32 e/ou amistura de material de lavagem gasto e fresco pode ser monitorizada empontos representativos 36 e 38 quanto ao teor de íons alcalinos do materialde lavagem gasto. Se o teor de íons alcalinos for baixo demais ou alto de-mais, isto é, se o teor de íons alcalinos se desviar de um ponto predetermi-nado, uma parte do material de lavagem gasto é, então, removida. Por e-xemplo, se a concentração de íons de metais alcalinos for baixa demais, aalcalinidade desejada pode ser baixa demais para reciclagem. Além disso,se o teor de íons de metais alcalinos for alto demais, o material de lavagemgasto 32 pode ser purgado. A quantidade predeterminada pode ser usadaem um sistema de controle e pode ser determinada por observação empíricado sistema e/ou por cálculos que modelem o sistema. Da mesma forma o pHdo material de lavagem gasto 32 e/ou a mistura de o material de lavagemgasto com material de lavagem fresco pode ser monitorizada em pontos re-presentativos 36 e 38. Se o pH exceder um ponto predeterminado, uma par-te do material de lavagem gasto 32 é removida mediante descarte 34. Asfaixas de pH predeterminadas podem ser determinadas por observação em-pírica e/ou cálculo. Conforme anteriormente descrito, em certos aspectos, omaterial de lavagem que contata o dióxido de carbono tem um pH básico demais de ou igual a cerca de 7, de preferência maior que ou igual a cerca de9 e, em algumas circunstâncias, maior que ou igual a cerca de 11.
Conforme acima descrito, é preferível que o material de lavagem16 contacte a corrente fluida 22 em uma zona de misturação turbulenta 24do reator 20. Em modalildades em que o material de lavagem é uma sus-pensão, a corrente de suspensão de alta energia contacta a corrente gasosae efetua transferência de massa. A zona de misturação 24 proporciona, depreferência, uma elevada área de superfície para conseguir uma transferên-cia de massa suficiente. Em instalações de fabricação típicas, as correntesefluente ou de exaustão de vários processos têm taxas de fluxo variando decerca de 285 m3/min (cerca de 10.000 ft3/min (acfm)) a cerca de 28.000m3/min (cerca de 1.000.000 acfm). Entretanto, conforme percebido por aque-les versados na técnica, essas taxas de fluxo podem variar com base na ca-pacidade da instalação e no tipo de processo e são difíceis de generalizar.Por exemplo, a exaustão de forno de uma instalação de fabricação de ci-mento típica normalmente está entre cerca de 2.800 m3/min (cerca de100.000 acfm) e cerca de 11.000 m3/min (cerca de 400.000 acfm), e taxasde fluxo de exaustão de caldeiras típicas podem variar de cerca de 2.800m3/min (100.000 acfm) a cerca de 17.000 m3/min (600.000 acfm). Assim, emcertas modalidades, o reator 20 é capaz de processar taxas de fluxo de gásde exaustão industriais típicas.
Em certas modalidades, o contato ocorre em condições de pres-são ambiente. Em várias modalidades, o contato do material de lavagem 16e a corrente fluida efluente 22 ocorre em um ambiente em menos de ou iguala cerca de 100°C (212°F) à pressão ambiente, para evitar a evaporação daágua na suspensão. Com relação a isso, a corrente efluente 22 pode preci-sar ser resfriada, por exemplo, por um trocador de calor mostrado como 40na Figura 1, antes do contato com o material de lavagem, ou a pressão dosistema pode precisar ser aumentada para evitar uma evaporação indesejá-vel da água. Em algumas modalidades, o contato ocorre em um ambiente demenos de ou igual a cerca de 75°C (aproximadamente 170°F); opcionalmen-te menos de ou igual a cerca de 40°C (aproximadamente 100°F). Em algu-mas modalidades, o contato do material de lavagem com a corrente fluidaocorre sob condições de pressão ambiente e temperatura ambiente. Essasmodalidades podem requerer o resfriamento da corrente efluente antes docontato, conforme é sabido por aqueles versados na técnica e discutido aci-ma. Assim, o efluente tratado 44 sai do reator 20 com uma quantidade redu-zida de dióxido de carbono em comparação com a quantidade inicial de dió-xido de carbono presente na corrente efluente não tratada 22. Em certosaspectos, a eficiência de remoção do reator 20 é maior que 20%, opcional-mente maior que 30%. Em certos aspectos, a eficiência de remoção é otimi-zada para ser maior que 50%; opcionalmente maior que 75%; opcionalmentemaior que 90% e, em algumas modalidades, maior que 95%.
Depois da reação do dióxido de carbono na corrente efluente 22com o material de lavagem 16, um produto 26 compreendendo carbonato decálcio e material de lavagem gasto é gerado. Embora alguma água possaser perdida durante o contato e a reação, uma grande parte da água perma-necerá no produto 26. Em algumas modalidades, esse produto 26 pode seragitado para evitar aglomeração e/ou endurecimento dos materiais de silica-to. O carbonato de cálcio pode ser, então, processado mediante um separa-dor 28 do material de lavagem gasto, por exemplo, por filtração. Em certasmodalidades, o carbonato de cálcio 30 tem uma reutilização benéfica e podeser empregado como uma matéria-prima em outro processo, de modo que éreciclado. Em algumas modalidades, o teor de água do produto de carbonatode cálcio separado 30 pode estar alto demais. O produto de carbonato decálcio pode ser separado da água para se conseguir um teor de umidadedesejável, dependendo do uso final. Por exemplo, essa separação do carbo-nato de cálcio pode ser conseguida por evaporação, separação e/ou por fil-tração (não mostrado na Figura 1). Assim, um equipamento adequado podeincluir aquecedores, centrífugas, filtros de tela, prensas de filtro, filtros dedisco rotativo, filtros a vácuo e outros, conforme se sabe na técnica. Quandoo material de lavagem gasto 32 é separado no separador 28, pode ser pre-parado para descarte 34 ou pode ser reciclado por reintrodução no materialde lavagem fresco 16. Para essa reciclagem, pode ser desejável agitar amistura periodicamente durante o transporte (fluxo não laminar) e tambémadicionar água para reduzir a viscosidade e intensificar o bombeamento (nãomostrado na Figura 1).
Em algumas modalidades, o contato do material de lavagem o-corre em um reator de leito fluidizado, um reator de leito em suspensão, umlavador de venturi, um lavador de torre de pulverização, um reator de lavadoracondicionado, um reator de tanque com agitação contínua (CSTR), e/ouquaisquer de suas combinações. Em certas modalidades que usam umasuspensão de material de lavagem viscosa, o contato ocorre em um reatorde leito em suspensão, um lavador de torre de pulverização e/ou um CSTR.Em outras modalidades, particularmente em que o material de lavagemcompreende partículas semi-secas, pode-se usar um reator de leito fluidiza-do ou um lavador de venturi. A relação dos reatores acima é não limitativa,pois outros reatores adequados bem conhecidos na técnica são considera-dos pela presente invenção.
Reatores de leito fluidizado suspendem partículas sólidas emjatos de gás que sopram para cima durante o processo de reação e sãobem-conhecidos na técnica. Por exemplo, leitos fluidizados atmosféricos u-sam um sorvente para capturar o enxofre gerado pela combustão de com-bustíveis fósseis. Em certos aspectos, o fluido deve fluir para cima e ter umavelocidade de fluido suficiente para levantar as partículas mediante forças deatrito. Dessa maneira, consegue-se uma misturação turbulenta dos sólidos egases. Em certos aspectos da invenção, a corrente efluente pode compre-ender água suficiente (ou a água pode ser adicionada antes do reator nacorrente efluente ou no material de lavagem, caso necessário) para permitira reação com um material de lavagem semi-seco em um reator de leito flui-dizado.
A lavagem a úmido em geral usa uma corrente líquida de altaenergia para contatar a corrente gasosa e efetuar a transferência de massa.Em reatores de tanque com agitação contínua (CSTR), um ou mais reagen-tes fluidos são introduzidos em umr eator de tanque equipado com um oumais propulsores. O propulsor agita os reagentes, para assegurar uma mis-turação apropriada. O efluente é continuamente removido do tanque. CSTRsfreqüentemente contêm anteparos e múltiplas entradas e/ou pontos de re-moção de efluente, para garantir a homogeneidade da misturação. Além dis-so, o fluido/gás efluente pode ser injetado no CSTR em inúmeras localiza-ções dentro do reator, para intensificar a misturação e as interfaces degás/líquido/sólido.
Reatores de lavagem a úmido freqüentemente são usados emprocessos de dessulfurização de gás queimado. Há vários tipos principais delavadores a úmido, incluindo um lavador de venturi, um lavador de torre a-condicionada e um lavador de torre de pulverização. Um lavador de venturi éuma seção de duto convergente/divergente. A seção convergente acelera acorrente fluida a alta velocidade. Quando a corrente de suspensão é injetadano gargalo ou ponto de velocidade máxima, a turbulência causada pela altavelocidade do gás atomiza o líquido em pequenas partículas e/ou gotículas,que criam a área de superfície necessária para que ocorra a transferência demassa. Quanto maior a queda de pressão no venturi, menores as partículasatomizadas e maior a área de superfície.
Um reator de lavador acondicionado consiste em uma torre compequenos objetos colocados dentro. Esses objetos podem ter a forma deselas, anéis ou formatos especializados, que são projetados para maximizara área de contato entre o gás de exaustão e o líquido. Torres acondiciona-das tipicamente operam a quedas de pressão muito menores que um lava-dor de venturi e tipicamente proporcionar uma eficiência de remoção de po-luentes mais elevada. Em certos aspectos, o líquido/suspensão tem umabaixa viscosidade quando usado nesse reator.
A maioria dos lavadores a úmido é projetada como uma torre depulverização. Um reator de lavador de torre de pulverização tem um dese-nho relativamente simples, que consiste em uma torre com bocais de pulve-rização, que geram as gotículas para contato superficial. Uma torre de pulve-rização é um reator particularmente adequado para uso de um lavador desuspensão, pois essas torres em geral evitar o entupimento do material.
A torre é tipicamente projetada para que, à carga máxima, a ve-locidade de gás superficial média não exceda a velocidade de gás projetada.Para a maioria das torres de pulverização, a velocidade de gás média variesde cerca de 2,4 a 4 m/s (8 a 13 ft/s) com base nas condições de saída dolavador; entretanto, a presente invenção não se limita a qualquer velocidadeparticular. O efluente/gás queimado entra no reator absorvente por uma en-trada de fluido lateral. O desenho da torre é influenciado pelo material delavagem, o nível de remoção de CO2 desejado, um compromisso entre apotência do ventilador e a potência da bomba de recirculação de suspensão,assim como vários outros fatores bem conhecidos por aqueles versados natécnica. Bocais de pulverização são convencionalmente usados em lavado-res a úmido, e esses bocais auxiliam no controle da misturação da suspen-são de material de lavagem com o gás efluente. As pressões operacionaistipicamente variam entre cerca de 34 e 138 kPa (5 e 20 psi), embora a in-venção não se limite a essas pressões exemplificativas. Bocais de pulveriza-ção sem obstruções internas são favorecidos para minimizar o entupimentopor detritos aprisionados. Um grande tanque no fundo da torre de pulveriza-ção/câmara de reação normalmente é chamado de tanque de reação outanque de recirculação. O volume desse tanque permite que vários proces-sos químicos e físicos se completem. O contato de gás-líquid-sólido nas tor-res permite uma alta eficiência de remoção de poluentes e a maximizaçãoda utilização de reagente. O gás segue as paredes da câmara de reação atéa extremidade traseira das saídas do absorvedor na parte de trás do absor-vedor.
Conforme mostrado na Figura 2, em certas modalidades, umsistema de redução de emissões de dióxido de carbono compreende umreator de torre de lavagem 100 que compreende uma câmara de reação102. A câmara de reação 102 está em comunicação de fluido com uma en-trada de fluido/passagem de entrada 104, mostrada aqui como um duto dedescida. A entrada de fluido 104 permite o ingresso de uma corrente fluidaefluente na câmara de reação 102. A corrente fluida efluente 106 é, de prefe-rência, gerada a montante em um forno, um incinerador, uma caldeira ou umforno de calcinação e compreende dióxido de carbono. Uma fonte de sus-pensão 108 compreende uma suspensão 110 com um primeiro componentecompreendendo uma fonte de oxido de cálcio e uma fonte de íons de metaisalcalinos; um segundo componente compreendendo uma escória com umafonte de silicatos reativos; e água. A fonte de suspensão 108 está em comu-nicação de fluido com uma entrada de suspensão 112a disposta na câmarade reação 102, que alimenta a suspensão 108 para a câmara de reação 102.Deve-se notar que, em modalidades alternativas, a suspensão 110 pode serintroduzida na passagem de entrada 104 com a corrente efluente 106, porexemplo, em uma entrada de suspensão alternativa 112b. Além disso, emcertas modalidades, a suspensão 110 podem ser introduzida em ambas asentradas de suspensão 112a e 112b. A fonte de suspensão 108 em geralcompreende um tanque de armazenamento (não mostrado) e um sistema debombeamento 113.
A câmara de reação 102 também compreende uma zona de mis-turação 114 disposta na câmara de reação 102. A zona de misturação 114 éprojetada para misturar de maneira turbulenta a corrente fluida efluente 106e a suspensão 110. A zona de misturação 114 também pode conter meios adi-cionais para efetuar a turbulência, por exemplo, anteparos ou placas estriadas116 (por razões de simplicidade, apenas mostradas em uma pequena parte dazona de misturação, mas que podem se estender por toda a zona de misturação114) para aumentar a oportunidades de interface entre o gás efluente 106 e asuspensão 110 dentro do reator 100. Além disso, a câmara de reação 102 édimensionada, ou tem um volume, suficiente para proporcionar um tempo deresidência que permita o tratamento da corrente efluente para reduzir aquantidade de dióxido de carbono em uma quantidade adequada, que é depelo menos cerca de 30% em uma modalidade preferida. O tempo de resi-dencia se refere genericamente a τ =volume do reator/taxa de fluxo do gas, que indica o tempomédio que uma molécula está dentro de um reator 100. Assim, de acordocom certos aspectos da invenção, a câmara de reator 102 é dimensionadapara ter um volume que permita que o fluido efluente 106 tenha um tempode residência suficiente para reagir com a suspensão de material de lava-gem 110. Conforme percebido por aqueles versados na técnica, esses vo-lumes podem ser determinados pela taxa de fluxo do fluido efluente a sertratado.
O sistema de reator 100 também compreende uma passagemde saída de fluido 118 em comunicação de fluido com a câmara de reação102, para permitir a saída da corrente de efluente tratado 120 da câmara dereação 102. Um grande reservatório 124 no fundo 126 da câmara de reação102 é normalmente chamado de tanque de reação ou tanque de recircula-ção. Esse reservatório 124 é dimensionado para permitir que. as reaçõesdesejadas de seqüestração de carbono se completem, sem permitir a pegaou endurecimento da suspensão gasta/produto coletado aí. Embora nãomostrado, o reservatório 124 compreende opcionalmente um equipamentode agitação, como telas ou bombas de agitação, por exemplo, que tambématendem ao objetivo de evitar a pega do material de lavagem gasto. Umasaída de suspensão/passagem de remoção 122 está em comunicação defluido com a câmara de reator 102 para remover a suspensão gasta e/ou umproduto de carbonato de cálcio 128. Embora não mostrado na Figura 2, asolução de suspensão gasta pode ser separada do carbonato de cálcio e,então, recirculada para uma fonte de suspensão 108.
A Figura 3 representa uma modalidade de um sistema de remo-ção de dióxido de carbono muito parecida com a mostrada na Figura 1, mascompreendendo um ou mais dispositivos de controle da poluição do ar 50(APCDs) que tratam adicionalmente a corrente efluente 44 depois de sair doreator 20. Conforme percebido por aqueles versados na técnica, a correnteefluente compreende um ou mais poluentes adicionais, além do CO2. Porexemplo, além do dióxido de carbono, poluentes comum do ar encontradosem correntes efluentes de caldeiras, fornos de calcinação, fornos e incinera-dores incluem monóxido de carbono, ácido clorídrico, clorofluorocarbonetos,óxidos nitrosos, óxidos de enxofre, matéria em partículas, compostos orgâni-cos voláteis, compostos em aerossol, mercúrio, chumbo, amônia, ozônio esuas misturas e equivalentes. Assim, em algumas modalidades, o reator 20pode servir para remover incidentalmente uma parte desses outros poluen-tes; entretanto, considera-se que APCDs 50 adicionais possam ser requeri-dos para reduzir um ou mais poluentes adicionais a concentrações aceitá-veis. APCDs 50 exemplificativos típicos incluem precipitadores eletrostáticos,filtros de bolsa, ciclones, lavadores de carbono ativado, lavadores de dessul-furização de gás queimado, oxidadores térmicos, adsorvedores de oscilaçãode pressão, reatores catalíticos seletivos, reatores não catalíticos seletivos eoutros.
Em certas modalidades, como aquelas mostradas na Figura 4, osistema de remoção de dióxido de carbono também compreende um oumais dispositivos de controle da poluição do ar 60 (APCDs) para pré-tratar acorrente efluente 22 antes de entrar no reator 20. Assim, pode-se removerqualquer poluente adicional que possa causar reações adversas ou indese-jáveis com o material de lavagem ou corrosão ou dano às peças do equipa-mento.
Em certos aspectos, a presente invenção apresenta um métodode redução de emissões de dióxido de carbono de uma instalação de fabri-cação de cimento. O método compreende a reação de matérias-primas defabricação de cimento (contendo fontes de cálcio, silício, alumínio e ferro)em um forno para produzir clínquer e uma corrente efluente compreendendodióxido de carbono. Pelo menos uma parte da corrente efluente é contatadacom um material de lavagem como aqueles descritos nas modalidades ante-riores acima. Gera-se um produto que compreende carbonato de cálcio euma composição de lavagem gasta. Qualquer um dos processos das moda-lidades acima descritas pode ser utilizado para as presentes modalidade.Por exemplo, antes do contato do efluente com o material de lavagem, a cor-rente efluente pode ser processada em um ou mais dispositivos de controleda poluição do ar (APCDs) para remover um ou mais poluentes do ar. Calcá-rio ou carbonato de cálcio é a matéria-prima principal na fabricação tanto decal, quanto de cimento. Em certas modalidades, o produto compreendendocarbonato de cálcio é beneficamente reutilizado como uma matéria-primapara produzir clínquer e/ou cal. Assim, na fabricação de cimento, o carbona-to de cálcio gerado é subseqüentemente combinado com as matérias-primaspara produzir o clínquer.
O material de lavagem gasto pode ser reciclado, conforme ante-riormente descrito acima. Em algumas modalidades, os métodos tambémcompreendem a geração de poeira de forno de cimento (CKD) durante areação das matérias-primas. O material de lavagem pode compreender pelomenos uma parte da poeira de forno de cimento (CKD) gerada. A CKD podeser coletada por um APCD de matéria em partículas (por exemplo, bolsas ouESP) e, então, introduzido no material de lavagem. Entretanto, também seconsidera que, em certas modalidades, a corrente efluente contate o materi-al de lavagem antes de entrar no dispositivo de controle de material em par-tículas, assim, as partículas de CKD são carreadas na corrente efluente epodem suplementar o material de lavagem como uma fonte de íons cálcio eíons de metais alcalinos. Conforme acima descrito, em certos aspectos pre-feridos, o primeiro componente compreende poeira de forno de cimento(CKD), e o segundo componente compreende escória de aço inoxidável.
Alguns cimentos fabricados são designados como de baixa alca-Iinidade e, portanto, as matérias-primas para sua fabricação também têm deter um teor de álcalis relativamente baixo. Se os íons de metais alcalinos sedistribuem no produto de carbonato de cálcio, pode ser necessário reduzir aconcentração de íons alcalinos no produto de carbonato de cálcio para pro-mover a distribuição no produto de lavagem gasto. Dessa maneira, o materi-al de lavagem gasto e/ou produto de carbonato de cálcio pode ser monitori-zado quanto ao teor de íons alcalinos para evitar um acúmulo de álcali inde-sejável no forno ou produto de clínquer.
Em outras modalidades da invenção, apresenta-se um métodopara a redução de emissões de dióxido de carbono de uma instalação defabricação de cimento e/ou cal. O material de lavagem é contatado com pelomenos uma parte of uma corrente efluente compreendendo dióxido de car-bono. A corrente efluente é gerada em um forno de calcinação. O materialde lavagem compreende um primeiro componente, um segundo componentedistinto do primeiro componente e água, como em qualquer uma das moda-lidades anteriormente descritas. O método também compreende a geraçãode um produto compreendendo carbonato de cálcio e um material de lava-gem gasto. O produto de carbonato de cálcio é, então, reutilizado como umamatéria-prima no forno. Em algumas modalidades, a reação das matérias-primas também compreende a geração de poeira de forno de cimento (CKD)ou poeira de forno de cal (LKD), e o material de lavagem compreende pelomenos uma parte da poeira de forno de cimento (CKD) ou poeira de forno decal (LKD) gerada.
A presente invenção também apresenta modalidades para redu-zir emissões de dióxido de carbono de uma instalação de fabricação de ferroe/ou aço. O método compreende o contato de um material de lavagem compelo menos uma parte de uma corrente efluente compreendendo dióxido decarbono que é gerado em um forno de um processo de fabricação de ferroe/ou aço. O forno pode ser qualquer um dos acima descritos no contexto dasfontes de escória, como um alto-forno (processamento de minério de ferro),um forno Siemens-Martin (processamento de aço), um forno de processo deoxigênio básico (processamento de aço) ou um forno de arco elétrico (pro-cessamento de aço). O material de lavagem compreende um primeiro com-ponente, um segundo componente distinto do primeiro componente e água,como acima descrito. Gera-se um produto compreendendo carbonato decálcio, que pode ser reutilizado como uma matéria-prima em um processoindustrial. Em certas modalidades, o segundo componente compreende umaescória gerada no processo de fabricação de ferro e/ou aço. Além disso, oproduto de carbonato de cálcio pode ser reciclado e usado como um materialfundente no processo de fabricação de ferro e/ou aço. Em outras modalida-des, o carbonato de cálcio pode ser usado como uma matéria-prima emqualquer indústria que empregue carbonato de cálcio como uma matéria-prima, como na fabricação de cimento e cal.Em ainda outras modalidades, apresentam-se métodos de redu-ção das emissões de dióxido de carbono de uma fonte de combustão de hi-drocarboneto, como uma caldeira de usina de energia ou um incinerador.Uma fonte de combustão de hidrocarboneto compreende todas as fontespontuais estacionárias que queimam hidrocarbonetos que formem dióxido decarbono, incluindo as instalações que queimam combustíveis fósseis (porexemplo, carvão, metano), combustíveis sintéticos (por exemplo, coque depetróleo, gás de síntese, etanol) ou qualquer outra variedade de hidrocarbo-netos. O processo compreende o contato de um material de lavagem compelo menos uma parte de uma corrente efluente compreendendo dióxido decarbono que é gerado pela combustão do combustível fóssil. O material delavagem é qualquer um dos acima descritos. Gera-se, portanto, um produtocompreendendo carbonato de cálcio que pode ser reutilizado como uma ma-téria-prima em um processo industrial.
Em várias modalidades, a presente invenção apresenta métodosde reciclagem de subprodutos industriais que, de outra forma, seria armaze-nados, lançados em aterros ou descartados. Por exemplo, em certas moda-lidades, apresenta-se um método de reciclagem de subprodutos industriais.Um material de lavagem de dióxido de carbono é formado por misturação deum primeiro componente fabricado com um segundo componente fabricado.O primeiro componente compreende uma fonte de óxido de cálcio e umafonte de íons de metais alcalinos. O segundo componente compreende umaescória com um ou mais componentes de silicato reativos. Uma correnteefluente gerada em um processo industrial compreendendo dióxido de car-bono é, então, contatada com o material de lavagem. Gera-se um produtocompreendendo carbonato de cálcio que é capaz de reutilização benéficacomo em um processo industrial. Em algumas modalidades, depois do con-tato e depois da geração, o material de lavagem está gasto, e pelo menosuma parte do material de lavagem gasto é misturada com o primeiro compo-nente fabricado fresco e o segundo componente fabricado fresco.
Dessa maneira, os métodos e materiais de lavagem da invençãoajudam em iniciativas de desenvolvimento sustentável, que incluem o equilí-brio das atuais necessidades de crescimento e desenvolvimento com a ne-cessidade de proteger do ambiente natural e humano para as futuras gera-ções. Além disso, os métodos e sistemas da invenção proporcionam emis-sões reduzidas de dióxido de carbono para várias fontes pontuais estacioná-rias que, além de reduzir as emissões de gases de efeito estufa, permite queessas fontes pontuais cumpram vários regulamentos, para receber um bene-fício econômico e comercial mediante programas de troca de créditos deemissão de dióxido de carbono e para reduzir a corrosão em potencial e ine-ficiências relacionadas à presença de dióxido de carbono em correntes eflu-entes.
Claims (75)
1. Método de remoção de dióxido de carbono de uma correntefluida compreendendo dióxido de carbono, o método compreendendo:a redução da quantidade de dióxido de carbono na corrente flui-da por contato da corrente fluida com um material de lavagem compreen-dendo um primeiro componente, um segundo componente e água, em que oprimeiro componente é distinto do segundo componente, o primeiro compo-nente compreende uma fonte de oxido de cálcio e uma fonte de íons de me-tais alcalinos, e o segundo componente compreende uma escória com umou mais compostos de silicato reativos.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, compreendendoadicionalmente a geração de um produto compreendendo carbonato de cálcio.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeirocomponente compreende um material selecionado do grupo que consisteem: poeria de forno de cimento, poeira de forno de cal, cal de beterraba, po-eira de clínquer, cal extinta, cal viva e suas misturas.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o segundocomponente compreende um material selecionado do grupo que consiste emescória de alto-forno, escória de aço e suas misturas.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o segundocomponente compreende um material selecionado do grupo que consisteem: escória de alto-forno resfriada a ar, escória de alto-forno granulada, es-cória de alto-forno granulada triturada, escória de alto-forno expandida e/oupeletizada, escória de aço de forno de oxigênio básico, escória de aço deforno Siemens-Martin, escória de aço de forno de arco elétrico e suas misturas.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeirocomponente compreende poeria de forno de cimento (CKD), e o segundocomponente compreende uma escória de aço inoxidável.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a razão doprimeiro componente para o segundo componente no material de lavagem éde cerca de 10:1 a cerca de 1:10.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a razão molarde cálcio (Ca) para silício (Si) no material de lavagem é de cerca de 1:1 acerca de 10:1.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que água nomaterial de lavagem está presente de cerca de 15% em peso a cerca de-85% em peso.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeirocomponente compreende um ou mais ingredientes ativos selecionados dogrupo que consiste em: CaO, Na2O, K2O e suas misturas, em que a quanti-dade total de ingrediente ativo presente no material de lavagem é de cercade 30% a cerca de 60% em peso.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o segundocomponente compreende um ou mais ingredientes ativos selecionados dogrupo CaSiO3, CaO e suas misturas, em que a quantidade total do dito in-grediente ativo presente no segundo componente é de cerca de 35% a cercade 90% em peso.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que os íons demetais alcalinos contribuem para aumentar o pH do material de lavagem e,dessa forma, aumentar a taxa de reação do dióxido de carbono com o mate-rial de lavagem.
13. Método, de acordo com a reivindicação 1, compreendendoum processo contínuo.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, em que a corren-te fluida é continuamente contactada com a composição de lavagem paraatingir a quantidade reduzida de dióxido de carbono, e, depois do contato,uma composição de lavagem gasta é gerada, em que o método tambémcompreende a combinação da composição de lavagem gasta com materialde lavagem fresco antes do contato subseqüente com a corrente fluida.
15. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a correntefluida compreendendo dióxido de carbono é uma corrente efluente geradapor uma fonte de combustão.
16. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a correntefluida é gerada por um ou mais de: caldeiras, fornos, incineradores, fornosde cimento, fornos de cal ou suas combinações.
17. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o contatoocorre em um reator de leito fluidizado, um reator de leito em suspensão, umlavador Venturi, um lavador de torre de pulverização, um reator de lavadorcompactado, um reator de tanque com agitação contínua e suas combina-ções.
18. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que, após ocontato, a quantidade de dióxido de carbono é menor que ou igual a cercade 50% da quantidade inicial de dióxido de carbono antes do contato.
19. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o segundocomponente compreende dióxido de silício (SiO2) em mais de ou igual a cer-ca de 25% em peso.
20. Método, de acordo com a reivindicação 19, em que o segun-do componente também compreende óxido de cálcio (CaO) em mais de ouigual a cerca de 35% em peso.
21. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o segundocomponente compreende:sílica (SiO2) de cerca de 10 a cerca de 35% em peso;óxido de cálcio (CaO) de cerca de 35 a cerca de 55% em peso;óxido de magnésio (MgO) de cerca de 3 a cerca de 10% em peso;óxido de ferro (FeO) de cerca de 0,1 a cerca de 40% em peso; ealumina (AI2O3) de cerca de 0,1 a cerca de 10% em peso.
22. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeirocomponente compreende óxido de cálcio (CaO) em mais de ou igual a cercade 30% em peso.
23. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeirocomponente compreende uma quantidade de fonte de íons alcalinos na for-ma de óxido de sódio (Na2O) e/ou óxido de potássio (K2O) em mais de ouigual a cerca de 1 % em peso.
24. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeirocomponente compreende:óxido de cálcio (CaO) de cerca de 30 a cerca de 45% em peso;sílica (SiO2) de cerca de 10 a cerca de 20% em peso;alumina (AI2O3) de cerca de 2 a cerca de 7% em peso;oxido de ferro (Fe2O3) de cerca de 1 a cerca de 3% em peso;óxido de magnésio (MgO) de cerca de 0,5 a cerca de 3% em peso;sulfate (SO3) de cerca de 1 a cerca de 15% em peso;óxido de sódio (Na2O) de cerca de 0,1 a cerca de 1% em peso; eóxido de potássio (K2O) de cerca de 0,1 a cerca de 15% em peso.
25. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a correnteefluente compreende um ou mais poluentes do ar adicionais além do dióxidode carbono, em que o contato com o material de lavagem reduz a quantida-de do um ou mais poluentes do ar adicionais na corrente efluente.
26. Método, de acordo com a reivindicação 25, em que o um oumais poluentes do ar adicionais são selecionados do grupo que consiste em:monóxido de carbono, clorofluorocarbonetos, ácido clorídrico, óxidos nitro-sos, óxidos de enxofre, matéria em partículas, compostos orgânicos voláteis,compostos em aerossol, mercúrio, chumbo, amônia, ozônio e suas misturas.
27. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o contatoocorre em condições de pressão ambientais.
28. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o contatoocorre a menos que ou igual a cerca de 100°C.
29. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o materialde lavagem tem um pH de 9 ou mais.
30. Suspensão de material de seqüestração de dióxido de car-bono para lavagem de dióxido de carbono de uma corrente fluida contendodióxido de carbono, a suspensão compreendendo:um primeiro componente compreendendo um ou mais materiaisselecionados do grupo que consiste em: poeria de forno de cimento, poeirade forno de cal, cal de beterraba, poeira de clínquer, cal viva, cal extinta esuas misturas;um segundo componente compreendendo uma escória com umafonte de silicatos reativos; eágua, em que a suspensão compreende partículas com um ta-manho de partícula máximo médio de menos de ou igual a cerca de 500 μme uma área de superfície média de mais de ou igual a cerca de 1.000 cm2/g.
31. Material, de acordo com a reivindicação 30, em que as partí-cuias têm uma área de superfície média de mais de ou igual a cerca de- 4.000 cm2/g.
32. Material, de acordo com a reivindicação 30, em que as partí-culas têm uma área de superfície média de mais de ou igual a cerca de- 7.000 cm2/g.
33. Material, de acordo com a reivindicação 30, em que as partí-culas têm um diâmetro de tamanho de partícula máximo médio de menos deou igual a cerca de 300 pm.
34. Material, de acordo com a reivindicação 30, em que as partí-culas têm um diâmetro de tamanho de partícula máximo médio de menos deou igual a cerca de 100 pm.
35. Material, de acordo com a reivindicação 30, em que o primei-ro componente compreende poeria de forno de cimento (CKD).
36. Material, de acordo com a reivindicação 30, em que o se-gundo componente compreende uma escória de aço inoxidável.
37. Material, de acordo com a reivindicação 30, em que a razãodo primeiro componente para o segundo componente na suspensão é decerca de 10:1 a cerca de 1:10.
38. Material, de acordo com a reivindicação 30, em que a razãodo primeiro componente para o segundo componente na suspensão é decerca de 3:4 a cerca de 4:3.
39. Material, de acordo com a reivindicação 30, em que águaestá presente na suspensão de cerca de 15% a cerca de 85% em peso.
40. Material de seqüestração de dióxido de carbono na forma deuma suspensão para lavagem de dióxido de carbono de uma corrente fluidacontendo dióxido de carbono, a suspensão compreendendo:um primeiro componente compreendendo poeria de forno decimento (CKD);um segundo componente compreendendo uma escória com umafonte de silicatos reativos; eágua, em que a suspensão compreende partículas com um ta-manho de partícula máximo médio de menos de ou igual a cerca de 500 pme uma área de superfície média de mais de ou igual a cerca de 1.000 cm2/g.
41. Material, de acordo com a reivindicação 40, em que a razãodo primeiro componente para o segundo componente na suspensão é decerca de 10:1 a cerca de 1:10.
42. Material, de acordo com a reivindicação 40, em que a razãodo primeiro componente para o segundo componente na suspensão é decerca de 3:4 a cerca de 4:3.
43. Sistema de redução das emissões de dióxido de carbono,compreendendo:uma câmara de reação com uma entrada de fluido, uma entradade suspensão, uma zona de misturação, uma saída de fluido e uma saída desuspensão; em que a corrente efluente contendo dióxido de carbono estáem comunicação de fluido com a câmara de reação e é introduzida na câma-ra de reação pela entrada de fluido; uma fonte de suspensão está em comu-nicação de fluido com a câmara de reação, e uma suspensão da fonte desuspensão é introduzida na câmara de reação pela entrada de suspensão; azona de misturação proporciona uma misturação turbulenta da suspensãocom a corrente efluente; em que a câmara de reação tem um volume queproporciona um tempo de residência suficiente para tratar a corrente efluentepara reduzir a quantidade de dióxido de carbono em pelo menos cerca de-30%; em que a suspensão compreende um primeiro componente compre-endendo uma fonte de óxido de cálcio e uma fonte de íons de metais alcali-nos, um segundo componente compreendendo uma escória com uma fontede silicatos reativos, e água; e em que a suspensão gasta e/ou o produto decarbonato de cálcio é removido da câmara de reação pela saída de suspen-são.
44. Sistema, de acordo com a reivindicação 43, em que a câma-ra de reator é selecionada do grupo que consiste em: um reator de leito flui-dizado, um reator de leito em suspensão, um lavador Venturi, um lavador detorre de pulverização, um reator de lavador compactado, um reator de tan-que com agitação contínua e suas combinações.
45. Sistema, de acordo com a reivindicação 43, compreendendoadicionalmente uma usina para criar a suspensão.
46. Sistema, de acordo com a reivindicação 43, compreendendoadicionalmente um ou mais dispositivos de controle da poluição do ar(APCDs) em comunicação de fluido com a entrada de fluido, em que os umou mais APCDs tratam a corrente efluente contendo dióxido de carbono an-tes de passarem pela entrada de fluido da câmara de reação.
47. Sistema, de acordo com a reivindicação 43, compreendendoadicionalmente um ou mais dispositivos de controle da poluição do ar(APCDs) em comunicação de fluido com a saída de fluido, em que os um oumais APCDs também processam a corrente efluente tratada depois de saí-rem pela saída de fluido.
48. Método de redução de emissões de dióxido de carbono deuma instalação de fabricação de cimento, o método compreendendo:a reação de uma matéria-prima de fabricação de cimento paraproduzir clínquer e uma corrente efluente compreendendo dióxido de carbono;o contato de pelo menos uma parte da corrente efluente com ummaterial de lavagem de dióxido de carbono compreendendo um primeirocomponente, um segundo componente distinto do primeiro componente eágua, em que o primeiro componente compreende uma fonte de óxido decálcio e uma fonte de íons de metais alcalinos, o segundo componente com-preende uma escória com um ou mais componentes de silicato reativos, ea geração de um produto compreendendo carbonato de cálcio euma composição de lavagem gasta.
49. Método, de acordo com a reivindicação 48, compreendendoadicionalmente a reutilização do carbonato de cálcio gerado como o produtopara produzir clínquer, em que uma parte da matéria-prima de fabricação decimento compreende o carbonato de cálcio.
50. Método, de acordo com a reivindicação 48, compreendendoadicionalmente a reciclagem da composição de lavagem gasta gerada comoo produto, em que uma parte do material de lavagem compreende a compo-sição de lavagem gasta.
51. Método, de acordo com a reivindicação 50, compreendendoadicionalmente a monitorização do teor de íons alcalinos da composição delavagem gasta, em que uma parte da composição de lavagem gasta é remo-vida quando o teor de íons alcalinos se desvia de um ponto prodeterminado.
52. Método, de acordo com a reivindicação 50, compreendendoadicionalmente a monitorização do pH da composição de lavagem gasta, emque uma parte da composição de lavagem é removida quando o pH se des-via de um ponto predeterminado.
53. Método, de acordo com a reivindicação 48, em que a reaçãodas matérias-primas também compreende a geração de poeria de forno decimento (CKD), e o material de lavagem compreende pelo menos uma parteda poeria de forno de cimento (CKD) gerada.
54. Método, de acordo com a reivindicação 48, em que a gera-ção do produto compreendendo carbonato de cálcio compreende a separa-ção da composição de lavagem gasta dos sólidos de carbonato de cálcio.
55. Método, de acordo com a reivindicação 48, em que a gera-ção do produto compreendendo carbonato de cálcio compreende a separa-ção da água dos sólidos de carbonato de cálcio.
56. Método, de acordo com a reivindicação 48, em que o carbo-nato de cálcio gerado é subseqüentemente combinado com as matérias-primas para produzir o clínquer.
57. Método de redução de emissões de dióxido de carbono deuma instalação de fabricação de cimento e/ou cal, o método compreendendo:o contato de um material de lavagem com pelo menos uma partede uma corrente efluente compreendendo dióxido de carbono que seja gera-da em um forno, em que o material de lavagem compreende um primeirocomponente, um segundo componente distinto do primeiro componente eágua, em que o primeiro componente compreende uma fonte de óxido decálcio e uma fonte de íons de metais alcalinos, o segundo componente com-preende uma escória com um ou mais componentes de silicato reativos; ea geração de um produto compreendendo carbonato de cálcio euma composição de lavagem gasta; ea reutilização do carbonato de cálcio como uma matéria-primano forno.
58. Método, de acordo com a reivindicação 57, compreendendoadicionalmente a reação de um matéria-prima no forno para produzir umproduto de fabricação, a corrente efluente e poeria de forno de cimento(CKD) ou poeira de forno de cal (LKD), em que o material de lavagem com-preende pelo menos uma parte da poeria de forno de cimento (CKD) ou po-eira de forno de cal (LKD) gerada.
59. Método, de acordo com a reivindicação 57, em que a gera-ção do produto compreendendo carbonato de cálcio compreende a separa-ção do material de lavagem gasto dos sólidos de carbonato de cálcio.
60. Método de redução de emissões de dióxido de carbono deuma instalação de fabricação de ferro e/ou aço, o método compreendendo:o contato de um material de lavagem com pelo menos uma partede uma corrente efluente compreendendo dióxido de carbono que seja gera-da em um forno de um processo de fabricação de ferro e/ou aço, em que omaterial de lavagem compreende um primeiro componente, um segundocomponente distinto do primeiro componente e água, em que o primeirocomponente compreende uma fonte de óxido de cálcio e uma fonte de íonsde metais alcalinos, o segundo componente compreende uma escória comum ou mais componentes de silicato reativos; ea geração de um produto compreendendo carbonato de cálcioque possa ser reutilizado como uma matéria-prima em um processo industri-al.
61. Método, de acordo com a reivindicação 60, em que o primei-ro componente compreende um material selecionado do grupo que consisteem: poeria de forno de cimento, poeira de forno de cal, cal de beterraba, po-eira de clínquer, cal extinta, cal viva e suas misturas, e o segundo compo-nente compreende uma escória gerada no processo de fabricação de ferroe/ou aço.
62. Método, de acordo com a reivindicação 60, compreendendoadicionalmente o uso do carbonato de cálcio como um fundente no processode fabricação de ferro e/ou aço.
63. Método, de acordo com a reivindicação 60, compreendendoadicionalmente o uso do carbonato de cálcio como uma matéria-prima emum processo de fabricação de cimento ou cal.
64. Método, de acordo com a reivindicação 60, em que o segun-do componente compreende um material selecionado do grupo que consisteem escória de alto-forno, escória de aço e suas misturas.
65. Método, de acordo com a reivindicação 60, em que o segun-do componente compreende um material selecionado do grupo que consisteem: escória de alto-forno resfriada a ar, escória de alto-forno granulada, es-cória de alto-forno granulada triturada, escória de alto-forno expandida e/oupeletizada, escória de aço de forno de oxigênio básico, escória de aço deforno Siemens-Martin, escória de aço de forno de arco elétrico e suas mistu-ras.
66. Método de redução de emissões de dióxido de carbono deuma fonte de combustão de combustíveis de hidrocarbonetos, o métodocompreendendo:o contato de um material de lavagem com pelo menos uma partede uma corrente efluente compreendendo dióxido de carbono que seja gera-do em uma câmara de combustão, em que o material de lavagem compre-ende um primeiro componente, um segundo componente distinto do primeirocomponente e água, em que o primeiro componente compreende uma fontede óxido de cálcio e uma fonte de íons de metais alcalinos, o segundo com-ponente compreende uma escória com um ou mais componentes de silicatoreativos; ea geração de um produto compreendendo carbonato de cálcioque possa ser reutilizado como uma matéria-prima em um processo industrial.
67. Método, de acordo com a reivindicação 66, em que o primei-ro componente compreende um material selecionado do grupo que consisteem: poeria de forno de cimento, poeira de forno de cal, cal de beterraba, po-eira de clínquer, cal extinta, cal viva e suas misturas, e o segundo compo-nente compreende a escória de alto-forno, escória de aço e suas misturas.
68. Método, de acordo com a reivindicação 66, compreendendoadicionalmente o uso do carbonato de cálcio como uma matéria-prima emum ou mais de fabricação de cimento, fabricação de cal, fabricação de ferroou fabricação de aço.
69. Método, de acordo com a reivindicação 66, em que o segun-do componente compreende um material selecionado do grupo que consisteem: escória de alto-forno resfriada a ar, escória de alto-forno granulada, es-cória de alto-forno granulada triturada, escória de alto-forno expandida e/oupeletizada, escória de aço de forno de oxigênio básico, escória de aço deforno Siemens-Martin, escória de aço de forno de arco elétrico e suas mistu-ras.
70. Método de reciclagem de subprodutos industriais, compre-endendo:a misturação de um primeiro componente fabricado compreen-dendo uma fonte de óxido de cálcio e uma fonte de íons de metais alcalinoscom um segundo componente fabricado que compreende uma escória comum ou mais componentes de silicato reativos para formar um material delavagem;o contato de uma corrente efluente gerada em um processo in-dustrial que compreende dióxido de carbono com o material de lavagem; ea geração de um produto compreendendo carbonato de cálcioque possa ser reutilizado em um processo industrial.
71. Método, de acordo com a reivindicação 70, em que, após ocontato e após a geração, o produto também compreende a composição delavagem gasta, e a misturação compreende a misturação de pelo menosuma parte da composição de lavagem gasta com o primeiro componentefabricado e o segundo componente fabricado.
72. Método, de acordo com a reivindicação 70, em que o primei-ro componente fabricado compreende um material selecionado do grupo queconsiste em: poeira de forno de cimento, poeira de forno de cal, cal de beter-raba, poeira de clínquer, cal extinta, cal viva e suas misturas.
73. Método, de acordo com a reivindicação 70, em que o segun-do componente fabricado compreende um material selecionado do grupoque consiste em escória de alto-forno, escória de aço e suas misturas.
74. Método, de acordo com a reivindicação 70, em que o segun-do componente fabricado compreende um material selecionado do grupoque consiste em: escória de alto-forno resfriada a ar, escória de alto-fornogranulada, escória de alto-forno granulada triturada, escória de alto-fornoexpandida e/ou peletizada, escória de aço de forno de oxigênio básico, escó-ria de aço de forno Siemens-Martin, escória de aço de forno de arco elétricoe suas misturas.
75. Método, de acordo com a reivindicação 70, em que o primei-ro componente fabricado compreende poeria de forno de cimento, e o se-gundo componente compreende uma escória de aço inoxidável.
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