使煤炭成为环境上二氧化碳中性燃料和再生碳源制造技术

本发明专利技术提供了使煤炭成为基本上环境上二氧化碳中性燃料的方法。从煤炭燃烧产生的二氧化碳被捕获、纯化、与煤层甲烷或任何其他天然甲烷或天然气源混合，或与氢混合，并在足以生成甲醇和/或二甲醚的反应条件下反应，甲醇和/或二甲醚可用作燃料或衍生的合成烃和产物的原料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使煤炭成为环境上二氧化碳中性燃料和再生碳源
技术介绍
能量和燃料是现代生活所必需的。最广泛使用的燃料类型是化石燃料。化石燃料包括煤炭，实质上是含各种比例的碳和氢的烃。与任何含碳燃料一样，煤炭在其燃烧之后生成二氧化碳，因此不是在人类地质年代表可再生的。而且，因为二氧化碳是温室气体，煤炭燃烧导致全球变暖。尽管已经开发了清洁煤炭技术作为继续使用煤炭资源的解决办法，但目前仅用来减少由燃烧煤炭产生的有害污染物，例如氧化硫、氧化氮和重金属，并不解决二氧化碳排放问题。已经建议通过强加碳配额或通过捕获二氧化碳排放并将之隔离在地下或海底来减少有害的二氧化碳排放。然而，隔离成本高且只是临时解决方案，并且带来如下风险隔离的二氧化碳可能在地质事件例如地震和滑坡的情况下突然释放，具有灾难性后果。因此，期望通过捕获并以化学方法使二氧化碳排放再循环为有用的燃料和衍生产品而使煤炭的使用对环境友好且同时可再生。专利技术_既述本专利技术提供了通过捕获和以化学方法再循环煤炭燃烧时产生的二氧化碳而使煤炭成为基本上环境上二氧化碳中性燃料和用于生产甲醇或二甲醚的再生碳源的方法。在一个实施方案中，该方法包括使煤炭经受足以产生二氧化碳的反应条件；捕获和纯化产生的二氧化碳；使二氧化碳与水和适合的烃源、优选甲烷或天然气混合，或者直接在足以产生甲醇或二甲醚的反应条件下与氢混合，使得从煤炭产生的二氧化碳不被排放到大气中，因此使煤炭成为二氧化碳中性燃料和再生碳源。所述方法可以进一步包括使从二氧化碳产生的甲醇再循环用作燃料或原料；使产生的甲醇燃料或产物经受产生二氧化碳的反应条件；并对产生的二氧化碳重复所述捕获、混合、再循环和经受步骤，使得从甲醇燃料或由甲醇原料制成的产物产生的二氧化碳也不排放入大气。在一个实例中，二氧化碳、甲烷和水以约3 2 1的摩尔比混合并以分开步骤或一个步骤反应以产生甲醇。在一个实施方案中，二氧化碳被电化学还原为甲酸和相关的中间体，该中间体随后经由甲酸甲酯中间体被转化为甲醇，如美国专利申请公开号2006/0235088和 2007/0254969 中公开的。在另一实施方案中，所述方法包括燃烧煤炭以产生二氧化碳；将产生的二氧化碳捕获在吸附剂上；并处理所述吸附剂以释放其中所捕获的二氧化碳用于产生甲醇或二甲醚。所述吸附剂用例如充足的加热、减少的压力、真空、气体清扫或其组合处理以释放捕获的二氧化碳。吸收剂可以是适合捕获二氧化碳的任何已知材料。优选地，吸附剂包括含多氨基的聚合物，例如聚乙烯亚胺，沉积在具有高表面积的纳米结构载体上，例如美国专利申请公开号2008/0293976中描述的纳米结构的热解二氧化硅或氧化铝。在一个实施方案中，所述方法还包括使二氧化碳与合适的烃源、优选甲烷或煤层甲烷和蒸汽在足以形成氢和一氧化碳的混合物的蒸汽转化反应条件下反应，并使二氧化碳与甲烷或煤层甲烷在足以形成氢和一氧化碳的另一混合物的干转化反应条件下反应。然后，在蒸汽和干转化中产生的氢和一氧化碳被合并用于总的双转化过程以形成约2摩尔氢比1摩尔一氧化碳的摩尔比的氢和一氧化碳的混合物，用于反应生成甲醇或二甲醚。氢与一氧化碳混合物的摩尔比是至少2 1，并优选2 1和2. 1 1。蒸汽转化和干转化可以在单一双转化步骤中同时进行。在一个实例中，双转化在约800°C至1100°C的温度下在催化剂上进行。合适的催化剂包括单一金属催化剂、单一金属氧化物催化剂、金属和金属氧化物的混合催化剂、或至少一种金属氧化物和另一种金属氧化物的混合催化剂。催化剂可以在氧化物载体上提供。在一个实例中，所述催化剂包括 V、Ti、&1、Mg、Cu、Ni、Mo、Bi、Fe、Mn、Co、Nb、Zr、La 或 Sn、或其氧化物。例如，所述催化剂可以是NiO、或Ni0、V205: Ni203、Ni2V207和Ni3V2O5的混合催化剂。所述催化剂可以在高表面积纳米结构热解氧化铝或热解二氧化硅的载体上提供。在一个实例中，所述催化剂是负载于热解氧化铝上的NiO或者负载于热解二氧化硅上的Ni0/V205。用于本方法的合适的烃源，优选甲烷或天然气，可以获自任何可用来源，包括伴随煤矿开采的煤层甲烷或任何其他天然烃源。根据本方法化学再循环二氧化碳所需的氢也可以从水直接产生，例如通过电解或任何其他裂解方式，或者通过光化学或热分解，使用任何能源，包括火力发电厂例如在非高峰期产生的电或者任何替代能源(例如太阳能、风能、水能或原子能)。在一个实例中根据本专利技术产生的甲醇通过在足以产生二甲醚的条件下除去水而被脱水，除去的水在转化期间、例如在双转化过程中再循环。根据本方法产生的甲醇可以原样使用或者可以被转化为二甲醚。甲醇和二甲醚可以用作燃料或化学原料，用于生产各种衍生产品。根据本方法产生的甲醇和二甲醚可以在酸性-碱性或沸石催化剂存在下在足以产生乙烯或丙烯的条件下反应。乙烯或丙烯可以进而被转化以产生合成烃、化学品、聚合物或从其衍生的各种产物。产生的甲醇可以在发电厂中燃烧产生能量并生成二氧化碳，产生的二氧化碳被再循环至其他工序以产生甲醇。这避免了二氧化碳释放入大气，并避免了否则必须处理或隔离二氧化碳。本专利技术方法可以在从煤炭燃烧共同发电或产生能量的同时进行。例如，所述方法可以在火力发电厂中进行。根据本方法产生的甲醇可以在用燃烧甲醇生产能量的发电厂中燃烧，任选地在包括汽油的混合物中。燃烧甲醇产生的二氧化碳被再循环用于产生甲醇。同样，根据本方法产生的二甲醚可在产生能量同时也产生二氧化碳的发电厂中用作柴油燃料替代物，任选在包括天然气的混合物中。如此产生的二氧化碳被再循环用于产生甲醇和二甲醚。因而，本方法有利地提供在集成、高效且经济的工业操作中再循环来自煤炭燃烧的二氧化碳用于生产甲醇、二甲醚及其衍生产品，这种工业操作由于不向大气释放二氧化碳而对环境有益。优选实施方案的描述本专利技术涉及用于捕获、分离和纯化来自煤炭燃烧的二氧化碳及其化学再循环为甲醇和二甲醚的方法。本专利技术的一个优选实施方案涉及通过以下使煤炭成为基本上环境上二氧化碳中性材料和再生碳源的方法使煤炭经受足以产生二氧化碳的反应条件；捕获和纯化产生的二氧化碳；使纯化的二氧化碳与水和适合的烃源混合或在足以产生甲醇或二甲醚的反应条件下与氢混合，使得来自煤炭的二氧化碳不被排放到大气中，由此使煤炭成为基本上环境上二氧化碳中性燃料。此外，通过化学再循环从煤炭使用产生的二氧化碳以产生甲醇和/或二甲醚，本专利技术有利地使煤炭成为用于产生甲醇、二甲醚和衍生产物的再生碳源。而且，如果甲醇或二甲醚被燃烧生成二氧化碳并且所述二氧化碳随后被回收并再循环用于生产更多甲醇或二甲醚，那些化合物也将成为环境上中性的，二氧化碳不被释放入大气，而是被持续再循环。因此，本专利技术有利地使煤炭成为基本上环境上二氧化碳中性燃料。本文使用的“环境上二氧化碳中性燃料”意思是以如下方式使用的燃料其使用不释放或引入二氧化碳进入环境，即，二氧化碳不被释放入大气也不被隔离。因而，使煤炭成为基本上环境上二氧化碳中性燃料的方法减少了使用天然气的碳足迹，并且是环境上有益的。如本文使用，“基本上环境上二氧化碳中性燃料”和“实质上环境上二氧化碳中性燃料”意思是煤炭以如下方式使用除了小量，其使用不释放或引入二氧化碳进入环境，所述小量例如使用煤炭产生的总二氧化碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治·A·欧拉，G·K·苏里亚·普拉卡什，
申请(专利权)人：南加州大学，
类型：发明
国别省市：