用于捕捉和封存碳并且用于减少废气流中碳氧化物的质量的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供捕捉或封存碳的方法，其包括将反应气体流引入至催化转化器以将碳氧化物中的一部分碳转化成固体碳和含有水蒸汽的尾气流，从所述催化转化器中去除所述固体碳以用于使用、处置或储存，以及使所述尾气流的至少一部分再循环至所述催化转化器。方法还可包括从所述尾气流中去除一部分水。所述尾气流包括一部分初始工艺气体流和至少一部分在所述催化转化器中产生的水蒸汽。方法还可包括去除不同流的水蒸汽并且使所述碳氧化物与还原剂在存在催化剂的情况下反应。还描述了用于捕捉或封存来自含有碳氧化物的气态来源的碳的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于捕捉和封存碳并且用于减少废气流中碳氧化物的质量的方法和系统优先权声明本申请要求2012年4月16日提交的美国临时专利申请序列号61/624,462“MethodsandSystemsforCapturingandSequesteringCarbonandforReducingtheMassofCarbonOxidesinaWasteGasStream”的申请日的权益，其公开内容全部通过引用方式并入本文。
本公开的实施方案涉及通过将气态碳氧化物转化成固体碳产物来捕捉和储存碳。
技术介绍
公开内容全部通过引用方式并入本文的2012年2月9日公布的美国专利公布号2012/0034150A1公开与本文有关的背景信息。另外的信息公开于以下文件中，其公开内容全部通过引用方式并入本文：1.与上述公布相同日期提交的国际申请号___(代理人案号3525-P10945.1PC)，“MethodsandStructuresforReducingCarbonOxideswithNon-FerrousCatalysts”，其要求以DallasB.Noyes名义于2012年4月16日提交的U.S.S.N.号61/624,702的权益；2.与上述公布相同日期提交的国际申请号___(代理人案号3525-P10946.1PC)，“MethodsandSystemsforThermalEnergyRecoveryfromProductionofSolidCarbonMaterialsbyReducingCarbonOxides”，其要求以DallasB.Noyes名义于2012年4月16日提交的U.S.S.N.号61/624,573的权益；3.与上述公布相同日期提交的国际申请号___(代理人案号3525-P10947.1PC)，“MethodsforProducingSolidCarbonbyReducingCarbonDioxide”，其要求以DallasB.Noyes名义于2012年4月16日提交的U.S.S.N.61/624,723的权益；4.与上述公布相同日期提交的国际申请号___(代理人案号3525-P11001.1PC)，“MethodsandReactorsforProducingSolidCarbonNanotubes,SolidCarbonClusters,andForests”，其要求以DallasB.Noyes名义于2012年4月16日提交的U.S.S.N.61/624,753的权益；5.与上述公布相同日期提交的国际申请号___(代理人案号3525-P11002.1PC)，“MethodsforTreatinganOffgasContainingCarbonOxides”，其要求以DallasB.Noyes名义于2012年4月16日提交的U.S.S.N.61/624,513的权益；6.与上述公布相同日期提交的国际申请号___(代理人案号3525-P11248.1PC)，“MethodsforUsingMetalCatalystsinCarbonOxideCatalyticConverters”，其要求以DallasB.Noyes名义于2012年4月16日提交的U.S.S.N.61/624,848的权益；7.与上述公布相同日期提交的国际申请号___(代理人案号3525-P11361.1PC)，“MethodsandSystemsforFormingAmmoniaandSolidCarbonProducts”，其要求以DallasB.Noyes名义于2012年7月13日提交的U.S.S.N.61/671,464的权益；并且8.与上述公布相同日期提交的国际申请号___(代理人案号3525-P11771PC)，“CarbonNanotubesHavingaBimodalSizeDistribution”，其要求以DallasB.Noyes名义于2012年4月23日提交的U.S.S.N.61/637,229的权益。固体碳具有许多商业应用。这些应用包括使用碳黑和碳纤维在轮胎、油墨等中作为填充剂材料、使用各种形式的石墨(例如，作为电极和热防护屏中的热解石墨)以及巴克敏斯特富勒烯和碳纳米管的创新性和新兴应用。制造各种形式固体碳的常规方法通常涉及在合适催化剂的存在下进行烃的热解。烃通常由于历史上丰富的可获得性和相对低的成本而用作碳来源。在固体碳的生产中使用碳氧化物作为碳来源在很大程度上未得到利用。碳氧化物，尤其二氧化碳(CO2)，是可从点源排放物如烃燃烧的排出气体或从一些过程废气中提取的丰富气体。CO2还可从空气中提取。因为与空气相比，点源排放物具有高得多的CO2浓度，所以其经常为收获CO2的较为经济的来源。CO2作为发电和化学过程的副产物正日益变得可获得并且廉价，在所述化学过程中，目标可为通过捕捉和后续封存CO2(例如，通过注射至地质岩层中)来减少或消除CO2排放至大气中。碳氧化物还是其它工业来源，如来自井和垃圾填埋的天然气、燃烧废气、波特兰水泥煅烧炉废气、发酵废气、以及产生碳氧化物或合成气的各种其它化学过程的产物。已试图通过捕捉二氧化碳和后续封存二氧化碳(经常通过注射至地质岩层中)来减少二氧化碳排放至大气中。举例来说，捕捉和封存CO2是一些“环保”烧煤发电站的基础。在当前实践中，捕捉和封存CO2需要大量成本。因此，CO2的经济可行的用途或封存CO2的更经济的手段可能是有用的。存在其中已经识别各种平衡的涉及碳、氧和氢的一系列反应，所述反应产生固体碳作为反应产物。烃热解涉及有利于固体碳产生的氢与碳之间的平衡，其中通常几乎没有氧存在。鲍多尔德(Boudouard)反应，也称为“一氧化碳歧化反应”是有利于固体碳产生的碳与氧之间的平衡范围，其中通常几乎没有氢存在。波许(Bosch)反应在所有碳、氧和氢在也有利于固体碳产生的反应条件下都存在的平衡范围内发生并且特征在于由于碳氧化物被存在于反应成分中的氢还原而以水作为副产物。烃热解、鲍多尔德和波许反应之间的关系可根据如图1展示的C-H-O平衡图来理解。图1的C-H-O平衡图展示固体碳，包括碳纳米管(“CNT”)的各种已知途径。烃热解反应在连接H和C的平衡线上以及在相对于虚线左上部的三角形左边缘附近的区域中发生。因为热解区与波许反应区之间的过渡可随着反应器温度而变化，所以展示两条虚线。鲍多尔德，或一氧化碳歧化反应，在连接O和C的平衡线(即，三角形的右边缘)附近发生。横贯此图的不同温度的平衡线展示固体碳将会形成的大致区域。对于每个温度，固体碳可在相关平衡线上方的区域中形成，但是总体上不会在平衡线下方的区域中形成。鲍多尔德反应区出现在三角形的右侧。在此区域中，鲍多尔德反应在热力学上比波许反应优先。在热解区与鲍多尔德反应区之间的区域中并且在具体反应温度曲线上方，波许反应在热力学上比鲍多尔德反应优先。CNT由于其独特材料性质，包括强度、电流承载能力以及热和电导性而为有价值的。CNT的当前批量使用包括在制造复合物中用作树脂的添加剂。对于CNT的应用的研究与开发是非常活跃的，并且已有各种各样的应用在使用中或在考虑中。CNT的广泛使用的一个障碍是制造成本。美国专利7,794,690(Ab本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种捕捉和封存来自含碳氧化物气体流的碳的方法，所述方法包括：将包含至少一种碳氧化物和至少一种还原剂的反应气体流引入至催化转化器以在存在催化剂的情况下将所述至少一种碳氧化物的至少一部分和所述至少一种还原剂的至少一部分转化成固体碳和含有水蒸汽的尾气流；以及从所述催化转化器去除固体碳。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.16 US 61/624,4621.一种捕捉和封存来自含碳氧化物气体流的碳的方法，所述方法包括：使包含至少一种碳氧化物和至少一种还原剂的反应气体流在存在催化剂的情况下穿过第一催化转化器以便将所述至少一种碳氧化物的至少一部分和所述至少一种还原剂的至少一部分转化成固体碳和包含水蒸汽的中间气体流；从所述第一催化转化器中去除所述第一固体碳产物；去除所述中间气体流的水以形成干燥的中间气体流；使所述干燥的中间气体流穿过第二催化转化器以形成第二固体碳产物和尾气流；从所述第二催化转化器中去除所述第二固体碳产物；以及使所述尾气流的至少一部分再循环至所述第一催化转化器，所述再循环包括：将所述尾气流传递至碳氧化物浓缩器而不去除所述尾气流的水；在所述碳氧化物浓缩器中去除所述尾气流的所述水的至少一部分和除碳氧化物以外的气体的至少一部分以形成干燥的再循环气体流；以及将所述干燥的再循环气体流的至少一部分与所述反应气体流混合。2.如权利要求1所述的捕捉和封存来自含碳氧化物气体流的碳的方法，其中使所述尾气流的至少一部分再循环至所述第一催化转化器包括在足以引起所述第二催化转化器中产生的所述水蒸汽的至少一部分冷凝而无需使用机械制冷的压力下再循环所述尾气流。3.如权利要求1所述的捕捉和封存来自含碳氧化物气体流的碳的方法，其中使所述尾气流的至少一部分再循环至所述第一催化转化器包括使所述尾气流穿过碳氧化物浓缩器。4.如权利要求1所述的捕捉和封存来自含碳氧化物气体流的碳的方法，其中所述尾气流进一步包含所述反应气体流的未反应部分。5.如权利要求1所述的捕捉和封存来自含碳氧化物气体流的碳的方法，其进一步包括将所述反应气体流选择为包括包含氢、烷烃和醇或其混合物的还原气体。6.如权利要求1所述的捕捉和封存来自含碳氧化物气体流的碳的方法，其进一步包括将所述反应气体流选择为包含主要包含二氧化碳的碳氧化物。7.如权利要求1所述的捕捉和封存来自含碳氧化物气体流的碳的方法，其中使包含至少一种碳氧化物和至少一种还原剂的所述反应气体流在存在催化剂的情况下穿过第一催化转化器包括在足以引起所述反应气体流流经所述催化转化器而无需进一步输入机械能或电能的压力下引入所述反应气体流。8.如权利要求1所述的捕捉和封存来自含碳氧化物气体流的碳的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·B·诺伊斯，
申请(专利权)人：赛尔斯通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US