用于将二氧化碳转化为一氧化碳的过程和系统技术方案

本发明专利技术描述一种用于通过使用碳氢化合物将二氧化碳转化为一氧化碳的过程和设备。在进一步的实施例中，描述用于产生合成气体的过程和装置，且描述用于通过使用二氧化碳和碳氢化合物将合成气体转化为合成官能化和/或非官能化碳氢化合物的过程和装置。借助于所述过程和所述装置，从工业过程排放的二氧化碳可得到转化，且释放到大气中的二氧化碳的量可得以减少。

Process and system for converting carbon dioxide into carbon monoxide

The present invention describes a process and apparatus for converting carbon dioxide into carbon monoxide by using hydrocarbons. In further embodiments, processes and devices for producing synthetic gases are described, and processes and devices for converting synthetic gases into synthetic and / or non functionalized hydrocarbons by using carbon dioxide and hydrocarbons are described. With the aid of the process and the apparatus described, carbon dioxide emitted from the industrial process can be converted, and the amount of carbon dioxide released into the atmosphere can be reduced.

【技术实现步骤摘要】
用于将二氧化碳转化为一氧化碳的过程和系统本专利技术是2012年12月20日所提出的申请号为201280063103.1、专利技术名称为《用于将二氧化碳转化为一氧化碳的过程和系统》的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及用于从碳氢化合物和CO2产生一氧化碳的过程和系统。
技术介绍
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-Storageconcept，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(BayerAG)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(nicheapplication)，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(calorificvalue)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(intermediateproduct)。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。DD276098A1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，US4040976A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US4190636A已知在等离子中产生一氧化碳，其中将固体碳引入到二氧化碳中而从二氧化碳产生等离子。所得产物经过热淬火和过滤以便获得一氧化碳。EP0219163A2揭示用于产生合成气体的方法，其中碳氢化合物材料在第一反应室中分解为碳及氢，且其中碳被传送至第二反应室并且在第二反应室中与H2O流反应。GB873213A2揭示用于产生合成气体的方法，其中第一碳氢化合物通过催化剂分解为碳，且其后与碳接触的所述催化剂暴露于CO2。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。
技术实现思路
具体来说，一种用于将二氧化碳CO2转化为一氧化碳CO的方法包括：借助于引入至少部分由热提供的能量而将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢，借此在分解步骤之后碳和氢具有至少200℃的温度。随后，通过分解步骤产生的碳的至少部分与CO2气体混合，其中通过分解步骤产生的碳在与CO2气体混合后通过以℃为单位时相对于其在分解步骤之后的温度不超过50％的方式冷却，且其中CO2气体的至少部分和通过分解步骤而产生的碳的部分在800到1700℃的温度下转化为CO。此方法能够以简单且有效的方式将CO2转化为CO，其中在转化步骤中以热的形式采用用于提供碳(通过分解碳氢化合物)的所需能量的至少一部分。这在以下情况下尤其成立：分解步骤在高于1000℃的温度下发生且碳与CO2气体在至少800℃的温度下混合，这是因为在此情况下，不需要额外的热或仅需提供少量额外的热用于将CO2转化为CO。优选地，CO2转化中用于到达800到1700℃的温度(具体来说约1000℃)所需的热基本上完全由用于分解含有碳氢化合物的流体的热来提供。此处，“基本上完全”是指所需热的至少80％、具体来说至少90％是来源于分解步骤的。在一个实施例中，通过分解步骤所获得的碳和通过分解步骤所获得的氢这两者均与CO2气体共同混合。氢不会损害所述转化且可充当额外的热传递物质。在碳和氢具有1000℃(优选转化或转变温度)或1000℃以上的温度的情况下，这是尤其有利的。在此情况下，在转化之后的气体并非纯CO而是合成气体。或者，通过分解步骤所获得的碳可在与CO2气体混合之前与通过分解步骤所获得的氢分离。为了增加所述方法的能量效率，通过分解步骤所获得的碳的至少部分和/或氢的部分的热的至少部分可用于在混合CO2气体与碳的步骤之前来加热CO2气体，和/或可用于加热处理腔室，在所述处理腔室中将CO2气体与碳混合。在此意义上，应注意，CO在转化后具有800到1700℃的温度，且其热的至少部分可用于在混合CO2气体与碳的步骤之前预加热CO2气体。还有可能的是，通过分解步骤所获得的碳的至少部分和/或氢的部分和/或在转化之后的CO的部分的热的至少部分可用于产生电力，所述电力可用作为引入用于分解含有碳氢化合物的流体的能量的能量载体。优选地，用于分解碳氢化合物的能量主要经由等离子引入。这是用于引入能量的尤其直接且因此有效的方法。优选地，分解步骤在克瓦纳(Kvaerner)反应器中执行，所述反应器使得碳氢化合物的流能够持续分解。在用于产生合成气体的方法中，首先如上文所述将CO2转化或转变为CO，且随后将CO与氢混合。优选地，氢来源于通过引入至少部分由热带来的能量而将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢。因此，分解步骤可在一个步骤中提供碳以及CO2转化所必需的氢。在一个实施例中，氢的至少部分通过在1000℃以下的温度下(具体来说在600℃以下)借助于微波等离子来分解含有碳氢化合物的流体而产生。其中需要额外的氢(超过通过生产用于CO2转化所必须的碳而获得的量)来达到合成气体的混合比率，优选的是在低温下从含有碳氢化合物的流体中以具有能量效率的方式来生产所述氢。优选地，将合成气体中CO与氢的比率调整到介于1∶1与1∶3之间的值，具体来说调整到1∶2.1的值。在用于产生合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物的方法中，首先如上所述地产生合成气体，且使所述合成气体与适合的催化剂接触以便致使合成气体转化为合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将二氧化碳转化为一氧化碳的方法，包括以下步骤：借助于引入能量至碳氢化合物转化器中而将含有碳氢化合物的流体分解为悬浮微粒形式的碳和氢，所述能量是借助于等离子来引入，且至少部分由热来提供，其中所述碳和所述氢在所述分解步骤之后具有至少200℃的温度；将通过所述分解步骤而产生的所述碳的至少部分从所述碳氢化合物转化器引导至二氧化碳转化器中；从发电机具或另一工业过程将二氧化碳气体引入至所述二氧化碳转化器中；将所述二氧化碳气体与通过所述分解步骤而产生的所述碳的至少部分混合，其中在将所述碳与所述二氧化碳气体混合之后，通过所述分解步骤而获得的所述碳已相对于其在所述分解步骤之后的温度冷却不超过以℃为单位的50％；在介于800与1700℃之间的温度下将所述二氧化碳气体的至少部分与通过所述分解步骤获得的所述碳转化为一氧化碳。

【技术特征摘要】
2011.12.20 DE 102011122562.9;2012.05.04 DE 10201201.一种用于将二氧化碳转化为一氧化碳的方法，包括以下步骤：借助于引入能量至碳氢化合物转化器中而将含有碳氢化合物的流体分解为悬浮微粒形式的碳和氢，所述能量是借助于等离子来引入，且至少部分由热来提供，其中所述碳和所述氢在所述分解步骤之后具有至少200℃的温度；将通过所述分解步骤而产生的所述碳的至少部分从所述碳氢化合物转化器引导至二氧化碳转化器中；从发电机具或另一工业过程将二氧化碳气体引入至所述二氧化碳转化器中；将所述二氧化碳气体与通过所述分解步骤而产生的所述碳的至少部分混合，其中在将所述碳与所述二氧化碳气体混合之后，通过所述分解步骤而获得的所述碳已相对于其在所述分解步骤之后的温度冷却不超过以℃为单位的50％；在介于800与1700℃之间的温度下将所述二氧化碳气体的至少部分与通过所述分解步骤获得的所述碳转化为一氧化碳。2.根据权利要求1所述的用于将二氧化碳转化为一氧化碳的方法，其中所述分解步骤在1000℃以上的温度下发生，并且其中所述碳与所述二氧化碳气体在至少800℃的温度下混合。3.根据权利要求1所述的用于将二氧化碳转化为一氧化碳的方法，其中达到用于所述二氧化碳转化的介于800与1700℃之间的所述温度所需的热完全来源于提供用于分解所述含有碳氢化合物的流体的热。4.根据权利要求1所述的用于将二氧化碳转化为一氧化碳的方法，其中通过所述分解步骤获得的所述碳和通过所述分解步骤获得的所述氢共同与所述二氧化碳气体混合。5.根据权利要求1所述的用于将二氧化碳转化为一氧化碳的方法，其中在将通过所述分解步骤获得的所述碳与所述二氧化碳气体混合的步骤之前使所述碳与通过所述分解步骤获得的所述氢分离。6.根据权利要求1所述的用于将二氧化碳转化为一氧化碳的方法，其中通过所述分解步骤而获得的所述碳的至少部分和/或通过所述分解步骤而获得的所述氢的部分和/或在转化为一氧化碳之后的所述一氧化碳的部分的热的至少部分用于在混合所述二氧化碳气体与所述碳之前来加热所述二氧化碳气体和/或用于加热在其中将所述二氧化碳气体与所述碳混合的处理腔室和/或用于产生电力，其中所述电力提供为用于引入用于分解所述含有碳氢化合物的流体的能量的能量载体。7.根据权利要求1所述的用于将二氧化碳转化为一氧化碳的方法，其中所述分解步骤是在克瓦纳反应器中执行的。8.根据权利要求1所述的用于将二氧化碳转化为一氧化碳的方法，其中待分解的所述含有碳氢化合物的流体为天然气、甲烷、湿气、重油或其混合物。9.一种用于产生合成气体的方法，其中根据权利要求1至8中任一项所述的将二氧化碳转化为一氧化碳的方法；并且其中将氢与所述一氧化碳混合。10.根据权利要求9所述的用于产生合成气体的方法，其中与所述一氧化碳混合的所述氢是通过由引入至少部分由热所提供的能量而将含有所述碳氢化合物的流体分解为碳和氢而产生的。11.根据权利要求10所述的用于产生合成气体的方法，其中所述氢的至少部分是借助于微波等离子通过在低于1000℃的温度下分解含有所述碳氢化合物的流体而产生的。12.一种用于产生合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物的方法，其中首先根据权利要求9至11中任一项所述的用于产生合成气体的方法来产生合成气体，并且其中使所述合成气体与催化剂接触以便致使所述合成气体转化为所述合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物，其中将所述催化剂和/或所述合成气体的温度开放循...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧拉芙·库尔，
申请(专利权)人：CCP技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE