再利用二氧化碳CO2的方法技术

本发明专利技术涉及再利用所谓基本上由CO2分子组成的所述初始CO2气流（106）的方法，所述方法包括以下步骤：将CO2气流加热到含碳物质（104）的热解温度；通过所述气流热解含碳元素的含碳物质（104）的装填物，由此所述热解通过所述碳元素还原CO2分子以在高温下生产基本上包含一氧化碳分子（CO）的第一气流（110）；用元素氧（O）氧化所述一氧化碳分子（CO），所述氧化产生基本上包含CO2分子的第二气流（114）；还原所述第二气流（114）中的所述CO2分子，所述还原提供基本上含有一氧化碳分子（CO）的第三气流（120）。本发明专利技术还涉及实现这样方法的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种再利用(再循环)二氧化碳的方法，本专利技术还涉及实现所述方法的系统。本专利技术的领域是二氧化碳(CO2)再利用领域，更具体涉及通过碳元素(C)还原二氧化物。
技术介绍
CO是“气态碳”的基本形式，并且是所有含碳结构(物质)的化学基础。它也是一种具有高热能的燃料气体，可转换成所有目前使用的“传统”能源。 通过Boudouard的工作，已经彻底了解和确定了通过碳分子(C)还原CO2而成为2分子CO。因此，从转化为两分子CO的能量利益的视角来看，吸热反应的热焓对于经济可行的运用非常重要。事实上，还原CO2成为CO是一吸热反应，像我们将在以下解释中看到的，其需要高温。因此该反应需要供应能量以使反应能够发生。几十年前，人们已经进行研究以确定提高这些反应产量的技术，并且只有在环境的干预方面证明了某些“气化”过程引起了一些关注。
技术实现思路
考虑到CO2还原反应的高热焓，浓缩/收集和存储二氧化碳CO2的技术正在流行，并且优于CO2再利用(再循环)的方法，再利用方法还非常昂贵并且需要利用大量技术手段。本专利技术的一个目标是为了避免这些不方便之处。本专利技术的另一个目标是为了提出一种用以再利用(再循环)二氧化碳的经济上可行的方法和系统。因此，本专利技术的一个目标是提出一种与现有技术当前状态的系统相比具有更高产量的用于再利用二氧化碳的方法和系统。本专利技术允许通过再利用基本上含CO2分子的所谓的初始CO2气流的方法实现这些目标，所述方法包括以下步骤-加热所述CO2气流到含碳物质的热解温度；-针对所述气流热解含碳元素的含碳物质的装填物，所述热解在高温下通过所述碳兀素还原CO2分子，以生产基本上包括一氧化碳分子的第一气流；-用氧元素氧化所述一氧化碳分子，所述氧化产生基本上包含CO2分子的第二气流；-还原所述第二气流中的所述CO2分子，所述还原提供基本上包含一氧化碳分子(CO)的第三气流。本专利技术进行CO2脱氧以获得CO，CO氧化以获得CO2以及CO2的第二次脱氧以再次获得CO。这三个反应允许从再利用开始到再利用结束容易地转移含碳物质中的所有潜在能量，这允许我们在不同步骤中使用它们，而不需要外部能量。因此-第一个反应是含碳物质的热解作用，其目的是使所述含碳物质温度升高到800/1000°C。这是使用碳(C)的CO2 “脱氧(oxyreductor)”反应的温度,碳通过交换一个来自CO2的氧(O)原子而被氧化成CO (—氧化碳)。此反应是吸热的，本专利技术方法的开始需要提供有效能源，通过已知的加热装置使CO2气流的温度升高到含碳物质的热解温度。随后，该能量通过重复利用随后反应产生的能量和为了补偿系统能量损失的热量补充来提供。在第一个反应过程中，来自初始含碳物质的碳被“气化”为CO (—氧化碳)而CO2被还原为CO。在1000°c的温度下制得的气体流出物则基本上由CO (具有高热能的燃料气)组成，此温度的维持通过如提供给初始CO2的最终供热补充来控制。 -利用载氧元素(持氧元素，含氧元素，oxygenholding element)的第二 CO氧化反应的目标是均匀化热容和气流温度，允许提供充足的能量以使载氧元素升高到800至1000°C之间的反应温度并保持此温度，实现CO2的第二脱氧作用(去氧作用)并提高初始气流的温度到热解温度。这避免了供应过度的外部能量，其实现第二脱氧作用，其提高初始气流的温度。-第三个反应包括通过可氧化元素(其已经在第二个反应中被还原)脱氧化(还原)CO2,以在1000°C的温度下获得基本上含CO的最终气流，确保转移该最终气流到有机物质的引入区的有用的稳定性，在此引入区该最终气流与所述物质交换热容，而不存在发生逆反应的风险(2C0在其温度由1000°C到500°C的降低过程中，生成1C02+1C，在存在碳元素以作为“脱氧剂(氧还原剂，oxyreductor)”的情况下此反应受到抑制),其很可能通过其它热交换方式降低其温度而发生逆反应的风险。本专利技术允许，由I摩尔的CO2获得两摩尔的一氧化碳CO，它是具有高能量的燃料气体和对许多含碳分子排列有用的分子。根据本专利技术，再利用CO2成为CO实现固态燃料的热转移成为气体(其由转化所述固态成为几乎纯燃料气体而放出的)具有以下前景-与固体燃料相比，更好的产率和气体燃烧管理；-更好的二手能源的整体产出；-大量减少热设备的维护；-当消耗Ikg固态碳时再利用3.66kg的CO2 :其主要为分子(CO), —种碳的基本气态形式(允许其与其它元素键接以获得工业常用分子，它们是用于任何热系统的燃烧气)。CO2可以所使用的一氧化碳气流燃烧之后重复利用多次。本专利技术的方法是一种经济上可行的方法。而且，与现有工艺水平的方法相比，本专利技术方法的产量更高。在一个本专利技术方法的有利方式中，氧化第一气流中的一氧化碳分子的氧元素由载氧氧化物(持氧氧化物，oxygen holding oxide)提供,所述氧载体(持氧物,oxygen holder)在所述氧化后被还原。类似地，第二气流中的CO2分子的还原可以受到得自一氧化碳分子氧化后被还原的氧载体的影响。因此，相同的氧载体用于本专利技术方法的每一次重复的闭合循环中，其中每个使用氧载体的循环最初包括用于氧化一氧化碳分子的反应和随后用于还原二氧化碳分子的反应。因此氧载体首先被还原然后被氧化。氧载体的一个实例可以是基于镍的氧载体，如NiO。在一氧化碳分子的氧化过程中，氧载体按照以下反应被还原为Ni Ni0+C0 ^ Ni+CO2在一氧化碳分子的还原过程中，被还原的氧载体，即Ni，按照以下反应被氧化Ni+CO2 — Ni0+C0被氧氧化的持有物，即NiO随后被用于新的一氧化碳分子的氧化等。本专利技术的方法包括起始阶段，在起始阶段期间初始CO2气流通过含碳物质的装填物(load)的燃烧来加热。因此，最初需要的以启动氧化和还原反应的热量由该燃烧提供。 该燃烧有利地在氧(存在)下进行，最优化所述燃烧的产热量并产生基本上由CO2构成的燃烧气体。所述CO2立即混合到初始气流中，由此实现了无能量损失的热转移。反应开始之后，本专利技术的方法能够有利地包括回收至少一部分所述第二气流的热能，其中至少一部分所述热能被用于加热初始气流。另一方面，根据一种有利的方式，本专利技术的方法能够有利地包括回收至少一部分第三气流的所述热能，其中至少一部分所述热能被用于加热初始气流和预热含碳物质。热解温度包括在800至1100°C之间，且优选的是1000°C。而且，本专利技术的方法包括借助于构造成避免外部空气进入的机械化的进口室连续供应干燥的含碳物质。如所获得的第三气流可穿过该进口室以便与含碳物质交换至少一部分其热能，以逆向流穿过含碳物质。这样，实现热交换-上游，有益于含碳物质，其接着通过再利用本专利技术方法中固有的热能/化学反应能预热含碳物质；-下游，对于第三最终气流无损失。事实上，Boudouard已经显示如果在1000°C下反应完全是以2C0，另一方面，当在1000°C时2C0与其介质交换器热容(热量)时，则反应逆转为1C02+1C，直到温度降低到碳平衡的稳定水平，约450°C，并且在此温度下转移几乎是平衡的50/50%。这样，本专利技术的方法通过与如引入的含碳物质交换CO的热量(在1000°C下)抑制这个反应的逆转(含碳物质本文档来自技高网...

【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：雷蒙德·弗朗索瓦·古约马奇，
申请(专利权)人：能源与环境解决方案参考有限公司，
类型：
国别省市：