[发明专利]用于将二氧化碳转化成化学原料的方法和系统

说明书

背景技术

本发明涉及用于将二氧化碳转化为可以在工业合成过程中进一步使用的化学原料的方法和系统。发电时，常规的化石燃料燃烧产生多种化学副产物，例如氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物，其以烟道气的形式从蒸煮器或燃烧室排出。过去允许烟道气直接从发电厂和工业设施排放入大气中，而无需进一步进行处理。但是越来越多的迹象显示了环境的破坏和以下有关：例如硫氧化物排放导致的大气酸化以及由于温室气体排放导致的全球变暖而引起的有害环境变化的风险，由此利用污染减轻技术进行烟道气处理以减少排放变得越来越重要。用于烟道气处理的常规技术包括高耗能源和能量的过程，其极大地增加了操作成本。碳捕获技术专注于阻止二氧化碳进入大气。在工业应用的排放情况中，当前存在具有不同成熟水平的降低方法用于捕获二氧化碳以及作为适合于地质封存的浓缩流进行回收或作为原料用于工业过程。当前使用的市售燃烧后二氧化碳捕获系统包括用乙醇胺MEA水溶液吸收二氧化碳。MEA可以水溶液用于清洗一些酸性气体例如二氧化碳。过程在已知为洗涤器的高柱子中进行，其中紊流促进二氧化碳从气体到液体的快速转移。密度的不同使得较易分离形成的气体和液体。为了回收经捕获的二氧化碳，负载的溶剂被泵送至汽提塔，在其中暴露至更热的二氧化碳游离气体，通常为蒸汽。加热时，二氧化碳被解吸。被汽提的液体泵回洗涤器，蒸汽和二氧化碳的混合物冷却以凝结蒸汽，留下适于压缩的高纯度二氧化碳，并在运送至合适的地点后隔绝例如Howard Herzog,Jerry Meldon,Alan Hatton，Advanced Post Combustion carbon dioxide capture,April 2009(http://web.mit.edu/mitei/docs/reports/herzog-meldon-hatton.pdf)记载的。相应地，已知有从烟道气中分离二氧化碳以及将经分离二氧化碳用于进一步加工。在常规的燃烧系统中，燃料例如碳以放热反应在燃烧阶段燃烧以产生能量以及形成反应的反应产物的二氧化碳可以从燃烧系统排放的烟道气中分离。

然而，常规的燃烧系统不使用经生成的二氧化碳生产可以用作进一步合成过程中的化学原料的有价值的精细化学品。常规的燃烧后二氧化碳捕获系统，如发电厂以及特别是燃煤发电厂CFPP中所使用的，专注于分离烟道气中的二氧化碳，而不使用经分离的二氧化碳以用于进一步合成过程的化合物。相应地，本发明的目的是提供燃烧方法和系统用于生产化学原料，其可以用于进一步化学合成过程中。

发明内容

本发明提供将二氧化碳转化为化学原料的方法，该方法包括以下步骤:

(a)从燃烧系统排放的烟道气中分离二氧化碳；以及

(b)在所述经分离二氧化碳的气氛中燃烧正电性金属以将所述二氧化碳还原成化学原料。

根据本发明方法，二氧化碳不仅从烟道气中分离而且用于生产可以在合成过程中进一步被加工的化学原料。

在根据本发明方法的一可能实施方式中，正电性金属由元素周期表第一、第二或第三族的元素形成。

在根据本发明方法的一可能实施方式中，以下组的元素的一种元素用于在所述经分离二氧化碳的气氛中燃烧：

元素周期表的第一族中的锂、钠、钾，

元素周期表的第二族中的镁、钙、锶、钡，以及

元素周期表的第三族中的铝和锌。

在根据本发明方法的一可能实施方式中，正电性金属和经分离二氧化碳的放热燃烧反应提供的热能用于向适于发电的发电机提供动力。

在根据本发明方法的一可能实施方式中，加热正电性金属以在所述经分离二氧化碳气氛中燃烧熔融正电性金属之前提供熔融正电性金属。

在根据本发明方法的一可能优选实施方式中，所使用的正电性金属包括锂。

使用锂的优势在于锂具有高正电性以及其他有用的特征。锂是元素周期表中最轻的金属以及当在容器中在水上和甚至在油上运送时甚至可以漂浮。另外，锂具有非常小的密度，大约为0.534g/cm³以及由于它重量小从而较易运送。金属软以至于它也可以用刀进行切割。因此，较易机械加工锂金属。另外，锂具有180°C的较低熔点。

在根据本发明方法的一可能实施方式中，加热正电性金属以在所述经分离二氧化碳气氛中燃烧熔融正电性金属之前提供熔融正电性金属。

在根据本发明方法的一可能实施方式中，化学原料用于进一步合成过程中。

在根据本发明方法的一可能实施方式中，通过还原所述二氧化碳生产的化学原料包括一氧化碳。