[发明专利]用于将二氧化碳转化为一氧化碳的过程和系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于从碳氢化合物和CO₂产生一氧化碳的过程和系统。

背景技术

在电力产生和其它工业过程中产生大量的二氧化碳(CO₂)，其被认为是对气候有害的气体。已进行了大量的努力来避免产生二氧化碳。此外，已尝试将所产生的二氧化碳与废气分离并存储二氧化碳。一个实例为CO₂存储或碳捕捉与存储概念(Carbon-Capture-to-Storage concept，简称为CCS概念)，其中将CO₂与废气分离，其后将CO₂压缩并存储在适当的地质层组中。CCS过程为昂贵的、能量密集的、存储能力有限，且出于各种原因而受到相应居民的强烈反对。至少在德国，技术和政治可行性似乎已经失败。

另一可能性是将二氧化碳用作其它工业过程的起始材料，即作为用于生产聚氨酯的塑料工业中的起始材料，如同拜耳公司(Bayer AG)在计画CO2RRECT中的所进行。关于所涉及CO₂的量，使用CO₂作为起始材料仅为小众应用(niche application)，这是因为此类应用的最终产品的全球总产量过低而不能转化显著量的所排放二氧化碳。

这些概念中没有一者产生能够结合大量的二氧化碳或在其实施方案中为社会可接受的应用。

合成气体(或简称为合成气(syngas))为含有一氧化碳和氢气的气体混合物，其还可含有二氧化碳。举例来说，通过将含碳燃料气化为具有某一热值(calorific value)的气体产物而产生合成气。合成气体的能量密度为天然气的大约50％。可燃烧合成气体且因此用作燃料源。合成气体还可在其它化学产物的产生中用作为中间产物(intermediate product)。举例来说，合成气体可通过煤或废料的气化而产生。在合成气体的产生过程中，碳可与水反应，或碳氢化合物可与氧反应。存在用于处理合成气体以便产生工业气体、肥料、化学制品和其它化学产物的商业上可用的技术。然而，用于产生和转化合成气体的大多数已知的技术(例如，水变换反应(water-shift-reaction))具有以下问题：合成所需量的氢导致产生较大量的过剩CO₂，这些CO₂最终作为对气候有害的气体被排放到大气中。用于生产合成气体的另一已知技术，根据方程式2CH₄+O₂→2CO+4H₂的甲烷的部分氧化能够达到H₂∶CO的最大比为2.0。然而，其缺点在于产生纯氧所使用的密集能量。

DD276 098A1描述天然气在蒸汽重整机具中的更完整的材料利用。具体来说，尤其描述了用于借助于电弧等离子高温分解来从天然气产生烟灰(soot)的过程。此外，US4 040 976A描述了使用二氧化碳来处理含碳材料(尤其是煤)以用于产生一氧化碳气体。在所述处理中，首先将二氧化碳与含碳材料混合，且其后在反应器中与二氧化碳一起以＞500℃/s的速率快速加热，且之后快速冷却，其中加热阶段持续0.1到50ms，且反应物的整个接触时间限于10ms到5s的时间范围。此外，从US4 190 636A已知在等离子中产生一氧化碳，其中将固体碳引入到一氧化碳中而从一氧化碳产生等离子。所得产物经过热淬火和过滤以便获得一氧化碳。

因此，需要解决的问题是提供用于转化CO₂的方法，所述方法能够有效地降低工业过程所排放的二氧化碳的量且使得能够按需生产化学产物。

发明内容

本发明提供根据权利要求1、11或14中的一者的方法以及根据权利要求18、24或27中的一者的设备。其它实施例可从附属权利要求得出。