[发明专利]碳质材料的热化学利用，特别是用于零排放地产生能量

说明书

技术领域

本发明涉及通过热化学加工和利用固体、液体和气体碳质材料和混合物，特别是废物、生物质、煤和其他不均匀材料而零排放地产生能量的方法和设备。此外，本发明涉及用于产生电能和机械能的设备和相应的方法，以及合成烃类的制造和它们在这种设备中的用途。

背景技术

排放，特别是二氧化碳排放对地球的气候平衡具有极不利的影响，并大大地导致人为气候变暖已经已知一段时间。因此，避免二氧化碳排放是高度期望的，特别是在由碳质材料，如废物、生物质和化石燃料产生能量中。

当碳质材料在常规发电厂装置中用作燃料时，二氧化碳是能量产生的不可避免的副产物。从所得燃烧废气中分离出二氧化碳通常不可能具有合理的能量和/或经济支出。

对于工业规模，正在测试这样的系统，其中二氧化碳被捕集于例如胺基溶剂中，并以压缩形式储存。然而，这种系统昂贵且复杂。

无二氧化碳排放的能源，例如太阳能、风力、水力和核能具有其他问题。用于使用替代能源(如风力、太阳能和生物质)的最近的装置不具有满足稳定增长的能量需求的足够生产力。另外，天气依赖性的能源常常不能无条件地确保必需的输出生产力。因此，用于低排放、有效、灵活且易放大的能量产生(特别是电能)的装置是深入研究活动的主题。

从现有技术已知各种类型的方法和装置，使用所述各种类型的方法和装置可由固体、液体和气体碳质材料制得气体混合物，所述气体混合物随后可用作所谓的用于化学合成的合成气。使用含有一氧化碳和氢气的合成气例如用于工业液相甲醇合成或用于制备烃类和其他有机材料的费-托合成。或者，这种合成气也可用于产生能量，例如用作运行热力发动机的燃料。

对于由固体碳制备一氧化碳-氢气合成气，使用氧气、二氧化碳或水气化固体碳以形成合成气：

一氧化碳和氢气之间的比例由称为水煤气变换反应IV给出：

在吸热反应I和II的过程中所需的热能可例如源自在反应III中固体碳的部分燃烧，或可从外部提供。

在制备合成气或相应的气体燃料的已知方法类型中，用于气化反应的固体碳以焦炭的形式存在。所述用于气化反应的固体碳转而通过煤或其他碳质材料的热解在之前的处理阶段中产生。在热解过程中形成的热解气被燃烧，其中热的含二氧化碳的燃烧气体首先充当焦炭的气化剂，还充当外部热能供应者。

在另一方法类型中，通过加入空气/氧气而气化焦炭，其中热能主要通过焦炭的碳的部分燃烧而产生。然后将来自之前的热解阶段的热解气混合至热合成气中，所述热解气在其中裂解，因此形成无焦油的可燃烧气体混合物。

用于制备合成气的已知方法被引导和优化为由便宜的化石煤制备用于化学工业的合成气，例如用于制备液体推进剂和其他高价值最终产品。在这些方法中，原材料的一些被燃烧用于能量产生，因此在高价值最终产品的制备中，产生大量不再可利用的二氧化碳。由于人为气候变暖，这种效率低的方法如今变得越来越不可接受。

其他方法主要涉及由固体碳质材料，例如化石煤、生物质或不均匀混合物(例如可燃烧废物)更容易地制备易管理的气体燃料。使用所述燃料，例如可运行燃气轮机。这种方法公开于例如DE 102007041624 A1和DE 2325204 A1中。然而，同样在这些方法中，储存于固体原材料中的化学能的一些在焦炭制备中或在气体制备中在转化中消耗，二氧化碳相应地被排放。

已知方法的一个缺点在于排放物的产生、低效率，以及复杂的结构和操作，特别是在其中焦炭在流化流或气流床(entrained flow)中被气化的装置中。

同样，已知各种方法，使用所述各种方法可由生物质制备液体推进剂。在G.W.Huber等人的文章“Synthesis of Transportation Fuels from Biomass：Chemistry，Catalysts，and Engineering”，Chem.Rev.106(2006)，第4044页中，给出了各种方法的综述。在这些方法的某些基本类型中，生物质被气化，并接着由所得气体混合物合成充当推进剂或燃料的气体烃类和/或液体烃类和/或其他碳质化合物。