[发明专利]从地热源和它们的能量专门地制备甲醇及其产物

说明书

技术领域

本发明涉及从地热源和它们的能量专门地制备甲醇、二甲醚和衍生的合成烃。

背景技术

矿物燃料是今天主要的能量源，并且还起到各种烃和它们的衍生产物的原料的作用。然而，矿物燃料的储量在下降。

矿物燃料的可选择方案是地热能量源。地热能量源提供热水和蒸汽，并且日益用作用于产生电能以及用于加热目的的可选择能量源。热水和蒸汽可得自天然源(间歇泉)，或可通过开孔(钻孔)到合适的地质构造中、并且通过它们泵送(穿越)外部水而获得。

地热能量源和相关的地热井通常还排放伴随热水或蒸汽的二氧化碳。地热能量工厂释放2至40％的量的二氧化碳作为副产物，其通常是清洁的，并且可通过已知方法容易地纯化。截至目前其通常排气到大气中。然而，二氧化碳可容易分离，并且用作用于制备甲醇和/或二甲醚、衍生的合成烃、和它们的产物的碳源。需要的氢气通过使用由相同的热能量源产生的热或电力从水的裂解(电解、热)产生。

发明概述

本发明提供从地热源和它们的能量专门地制备甲醇及其产物的方法。该方法包括使用地热源的热水或蒸汽以及伴随的二氧化碳，从水中产生氢气以及隔离伴随的二氧化碳，并且将它们转化为甲醇及其产物。二氧化碳和水衍生的氢气从作为所述方法需要的能量的地热源专门地获得。

特别地，该方法包括从地热源唯一地获得二氧化碳、和水或蒸汽；从水或蒸汽产生氢气，隔离伴随所述源的水或蒸汽的二氧化碳，以及将隔离的二氧化碳和产生的氢气转化为甲醇。

伴随的二氧化碳通过吸收或吸附到合适的吸附剂上而隔离，例如沉积到纳米结构化高表面积载体上的含聚氨基的聚合物。含聚氨基的聚合物是聚乙烯亚胺，并且载体是热解纳米结构化二氧化硅或氧化铝。

氢气从水通过电解、催化、热裂解或任何其他方法、使用也由地热源提供的需要的能量来制备。甲醇从二氧化碳和氢气、通过任何已知方法、使用由地热源提供的能量来制备。

在一个实施方案中，二氧化碳通过任何氢化方法转化为甲醇。另外，甲醇可以在足以形成第一一氧化碳的条件下制备，然后一氧化碳和甲醇在足以获得甲酸甲酯的条件下反应，并且甲酸甲酯在足以专门地制备甲醇的条件下催化氢化。

在进一步的实施方案中，甲醇可进一步转化以制备二甲醚，其可以在存在酸-碱或沸石催化剂、足以形成乙烯和/或丙烯的条件下反应。乙烯或丙烯在足以制备合成烃、衍生的化学品、聚合物、和由它们衍生的产物的条件下进一步转化。

发明详述

本发明涉及使用地热能量源提供伴随的二氧化碳、和水衍生的氢气、以及需要的能量以制备甲醇和从甲醇衍生的化合物，例如二甲醚，其可用于能量储存和运输、运输燃料和衍生的合成烃产物的制备。

使用地热能量源作为唯一源以用于使用所述源提供的需要的能量将伴随的二氧化碳和水衍生的氢气转化为甲醇或二甲醚，这通过下列方面提供独特和显著的优点：能够专门地利用地热能量源以制备必需的燃料和烃产物。因此，其提供需要代替储量日益减少的矿物燃料的燃料和材料的基础。

伴随的二氧化碳可通过任何合适的方式从地热能量源隔离。捕获和可逆地吸附二氧化碳气体的有效方法包括但不限于沉积在纳米结构化高表面积载体(例如，热解硅石或氧化铝)上的聚氨基聚合物(例如，聚乙烯亚胺)，这由我们在2007年7月7日提交的国际申请No.PCT/US07/74615所教导，其全部内容通过引用的方式并入本文中。通常负载的胺吸附剂包含沉积在纳米结构化载体(其提供结构完整性并增强CO₂吸附能力)上的胺或胺/多元醇组合物。用于胺和胺/多元醇组合物的载体由纳米结构化固体构成。纳米结构化载体可具有一次粒径小于约100nm，并且可以是纳米二氧化硅、热解或沉淀氧化物、硅酸钙、碳纳米管、或其混合物。胺可以是伯胺、仲胺、或叔胺、或链烷醇胺、芳香胺、混合胺或其组合。在例子中，胺的存在量是吸附剂的约25％至75重量％。多元醇可选自(例如)甘油、乙二醇的低聚物、聚乙二醇、聚氧乙烷、及其醚、改性物和混合物，并且可以提供的量至多为吸附剂的约25重量％。在捕获二氧化碳后，其可通过加热和/或减压容易地释放以用在本文中所述的方法中。

水或蒸汽通过任何合适的方式得自地热能量源。由于清洁水在许多位置经常不容易获得或可需要大量纯化(例如，通过蒸馏)、之后其可用于产生氢气，因此，得自地热源的水或蒸汽最适于用作氢气源。氢气可由地热水或蒸汽通过任何合适的方式(包括电解、或者催化或热裂解的其他方式)来产生。