[发明专利]改进的用于二氧化碳与氢气反应的催化方法

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明总体涉及二氧化碳向烃的转化反应，更尤其涉及一种将二氧化碳转化成烃的催化方法。

2.现有技术的描述

已经建议了将二氧化碳转化成烃的许多方法。现有技术的方法一般包括多个反应步骤。

DE 10156975A1公开了一种四步法。在第一步中，将二氧化碳从大气气氛分离出来。在第二步中，水通过电解而离解成氢气和氧气。在第三步中，二氧化碳与氢气反应形成一氧化碳和水。在第四步中，将一氧化碳和额外氢气的混合物转化成烃和水。

DE 20320020U1公开了一种用于生产水泥和烃的一体化设备。来自核电厂的电能用于离解水以形成氢气。二氧化碳与氢气在逆向水气转移反应器中反应形成一氧化碳，一氧化碳进而在费-托反应器中反应形成烃。

US2005/0232833公开了相似的方法（二氧化碳和氢气的逆向水气转移反应，然后是费-托反应）。

GB 2418430公开了一种方法，其中二氧化碳从大气富集，或使用富含二氧化碳的烟道气。二氧化碳与氢气进行费-托反应形成烃。此文献没有公开二氧化碳/氢气混合物如何被转化成费-托反应所需的合成气进料。

GB 2459430A公开了一种方法，其中通过化学和物理提取从大气提取二氧化碳。二氧化碳在从水电解获得的氢气的存在下进行催化氢化。在一个实施方案中，二氧化碳与氢气反应形成甲醇；进而，甲醇在费-托工艺中被转化成烃。在第二个实施方案中，使用两种催化剂将二氧化碳反应成辛烷，两种催化剂是镍氢化催化剂以及一种盐。

美国专利4,339,547公开了一种方法，其中例如使用NaOH从大气提取二氧化碳，形成Na₂CO₃。通过电解产生氢气。二氧化碳与氢气在铜催化剂存在下反应形成甲醇。甲醇在沸石催化剂存在下被转化成烃。

WO00/25380公开了一种储存太阳能的方法。在此方法中，使用光电池将太阳能转化成电能。电能用于在电解中形成氢气。氢气与二氧化碳反应形成甲醇，甲醇在甲醇燃料电池中作为燃料以产生电能。

WO99/20713公开了一种复杂的方法，其中在化石燃料（例如甲烷）的燃烧中产生的二氧化碳与氢气在萨巴蒂（Sabatier）反应器中在镍催化剂存在下反应。

WO2007/108014公开了一种方法，其中来自工业燃烧工艺的二氧化碳与来自水电解的氢气反应，形成甲醇。甲醇在Mobil公司的甲醇制汽油（MTG）工艺中被转化成烃。

因此，特别需要一种改进的催化方法，其中二氧化碳的捕获与其催化转化组合。特别需要其中能使用可更新能源产生氢气的方法。

发明简述

本发明通过提供一种二氧化碳与氢气反应的方法来解决这些问题，所述方法包括以下步骤：

（i）提供吸附有二氧化碳的催化材料；

（ii）使步骤（i）的催化材料与氢气在25-1000℃范围内的温度下接触，优选200-500℃，从而形成反应产物。

本发明的另一个方面包括一种通过使在步骤（ii）中使用之后的催化剂与二氧化碳接触来再生催化剂的方法。

本发明的详细描述

各种现有技术方法是基于二氧化碳与氢气反应作为一个步骤以形成烃。这些方法在二氧化碳反应物的来源方面不同。在一类工艺中，二氧化碳是从大气捕获的，例如通过化学或物理提取。另一类方法是整合了本身产生二氧化碳的工业方法，例如化石燃料在发电厂中的燃烧，或石灰石在水泥生产中的分解。第三类方法包括从烟道气捕获二氧化碳。再另一类方法使用空气作为二氧化碳的中间来源。

所有现有技术方法在二氧化碳产生区域方面存在显著的缺点。使用“原样”空气的方法的缺点是在环境空气中的二氧化碳浓度非常低，并且存在氧气。使用燃烧工艺的烟道气作为二氧化碳来源的方法的缺点是与整合工艺相关的地理和容量限制。也就是说，烃生产设备必须处于二氧化碳产生设备的附近，而且烃生产设备的容量必须非常匹配被整合的设备的二氧化碳产生速率。

依赖捕捉二氧化碳的方法在地理位置和烃生产设备的容量方面是更灵活的。但是，这些方法引起的新问题是用于捕捉二氧化碳的材料必须分解以释放出被捕捉的二氧化碳。

本发明通过提供一种二氧化碳与氢气反应的方法来解决二氧化碳来源的问题，所述方法包括以下步骤：

（i）提供吸附有二氧化碳的催化材料；

（ii）使步骤（i）的催化材料与氢气在25-1000℃范围内的温度下接触，优选200-500℃，从而形成反应产物。