[发明专利]分离和固定废气中二氧化碳和/或一氧化碳的方法

说明书

本发明涉及一种从废气(18)中分离和固定二氧化碳和/或一氧化碳的方法。在该方法中，通过附加气体向废气中添加相应量的氢气或二氧化碳和/或可能的一氧化碳，以确保二氧化碳与氢气和/或一氧化碳与氢气的化学计量比适用于甲烷化反应。随后，进行催化反应，其中作为起始产物的二氧化碳和/或一氧化碳和氢气转化为甲烷和水。将甲烷与催化反应的产物分离，并裂解成碳和氢。收集并处理分离的呈固态形式的碳。

本发明涉及一种从废气中分离和固定具有温室气体效应物质如二氧化碳和/或一氧化碳的方法。

这种方法在本领域中称为“二氧化碳捕获和储存”(carbon dioxide capture andstorage，简称CCS)方法。温室气体的封存涉及从工业来源和发电厂捕获二氧化碳，最后储存二氧化碳使之永久与大气隔离。

发电过程中产生的废气通常富含温室气体(greenhouse gas，简称GHG)二氧化碳。一氧化碳，其气候破坏作用尚未得到证实，有潜在的环境危害。除温室气体外，废气主要由氮气和其他空气成分组成，如氩气或氧气。氧的浓度相对较低(按体积计为2至6％)，因为它在燃烧中几乎完全消耗。由于废气发生在工业过程中，可能存在其他气体组分，例如氢气或一氧化碳。

为了避免温室气体排放，一般先使二氧化碳在已知的CCS过程中沉积，然后储存。在该方法的应用中，首先处理废气以除去颗粒和硫化合物。接下来，将CO₂从废气中除去，压缩，并可能被运走并储存在地下。

在这些条件下，是否存在二氧化碳与矿物质的永久结合或被重新释放到大气中，科学界仍存在一些争议。此外，在高压下压缩CO₂会导致地震。二氧化碳与地下水的混合和溶解也可能导致所谓的“冷间歇泉”(cold geysers)，其可能引起再次排放。

使用CCS技术的另一个问题是缺乏运输二氧化碳所需的基础设施。这是由于排放源如发电厂或水泥厂一般远离合适的二氧化碳储存地点，因而需要建造合适的管道。

DE 10 2013 112 205 A1中指出，甲烷热分解所产生的碳可以没有困难地长期储存在旧煤层或其他地方。

DE 10 2007 037 672 A1公开了一种用于协调电力供应/消耗的方法，其采用中间存储然后再利用CO₂。根据该方法，从含CO₂的废气中回收并暂时储存CO₂。部分储存的二氧化碳通过氢化产生碳氢化合物，碳氢化合物在发电厂再次燃烧以发电。剩余的二氧化碳则使用已知的CCS方法储存。该方法没有涉及烃的裂解，也不涉及固体形式的碳储存。

WO2015/044407描述了一种从再生资源产生和存储电力的方法。这里，通过电解水获得纯氢，后者与CO₂或CO₂/CO/H₂的混合物反应产生甲烷。储存甲烷，然后分解成碳和氢。碳被重新用于产生CO₂或CO₂/CO/H₂混合物。氢气用于能源目的，例如用于发电。该过程不涉及二氧化碳的储存，而碳在该过程中被完全再循环。

本发明的目的在于固定与气候相关的废气，安全永远地从大气回收碳并使其永久储存。

发明描述

本发明提供一种从废气中分离和固定二氧化碳和/或一氧化碳的方法。特别地，废气是发电厂中化石燃料燃烧产生的，或作为工业过程中的副产物，或化石燃料生产中提取气体。该方法包括以下步骤：

a)向废气中加入另外气体其含有相应的量的氢或二氧化碳(和/或一氧化碳)，使废气中二氧化碳与氢和/或一氧化碳与氢的化学当量适当甲烷化反应，

b)进行催化反应，其中二氧化碳和/或一氧化碳和氢气转化为甲烷和水，

c)将甲烷从催化反应产物分离，

d)将甲烷裂解成碳和氢，从而获得固体碳，