[发明专利]通过单质硫还原二氧化碳生产一氧化碳

说明书

公开了生产一氧化碳(CO)和二氧化硫(SO₂)的方法，所述方法包括获得包含二氧化碳气体(CO₂(g))和单质硫气体(S(g))的反应混合物，和使反应混合物经受足以产生包含CO(g)和SO₂(g)的产品流的条件。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月17日提交的美国临时专利申请第62/065427号，标题为“通过单质硫还原二氧化碳生产一氧化碳”的权益。

发明背景

A.发明的领域

本发明一般涉及通过单质硫还原二氧化碳来生产一氧化碳、二氧化硫和羰基硫。然后可以将生产的一氧化碳转化为合成气体(合成气)和其他有价值的化学品，而其他反应产物可以用于生产附加的经济上可行的化学品(例如，二氧化硫和羰基硫都可以用于生产肥料)。

B.相关技术说明

当与一氧化碳相比时，二氧化碳是相对稳定和非反应性的分子。在这方面，一氧化碳是更令人感兴趣的，因为其可以用于生产多种下游化学产品。例如，合成气(其包括一氧化碳和氢气)常常被用于生产化学品例如甲醇、叔丁基甲基醚、氨、肥料、2-乙基己醇、甲醛、乙酸和1,4-丁二醇。

合成气可以通过常规方法生产，常规方法例如以反应方程式(1)所示的甲烷蒸汽重整技术、以反应(2)所示的甲烷的部分氧化或以反应(3)所示的甲烷的干重整：

CH₄+H₂O→CO+3H₂ ΔH_298K＝206kJ (1)

CH₄+O₂→CO+2H₂ ΔH_298K＝-8千卡/摩尔 (2)

CH₄+CO₂→2CO+2H₂ ΔH_298K＝247kJ (3)

尽管方程式(1)和(2)中的反应不利用二氧化碳，但方程式(3)利用。由于高的能量消耗、催化剂失活和在该反应中生产的合成气组合物的适用性，甲烷的干重整的商业化尝试已经受挫。方程式(4)举例说明了归因于碳化的催化剂失活结果。

CH₄+2CO₂→C+2CO+2H₂O (4)

将二氧化碳转化为一氧化碳的其他尝试包括使用如方程式(5)中所示的使用氢气催化还原二氧化碳。

CO₂+H₂→CO+H₂O ΔH＝10千卡/摩尔 (5)

该过程也称为逆水煤气变换反应，其是温和的吸热反应，在约450℃的温度下发生。然而，该过程的商业化因氢气的可用性而受挫。具体地，生产和分离氢气是相对昂贵的。因此，按照方程式(5)，氢气目前的成本和来源不利于在商业规模上将CO₂转化为CO。

尽管已经进行了由二氧化碳生产一氧化碳的其他尝试，这些尝试也已经被证明是低效的。例如，美国专利1,793,677利用含碳燃料(例如，煤)、二氧化碳和氧气来生产由一氧化碳与少量的二氧化碳和亚硫酸酐一起构成的混合物。亚硫酸酐是由于在煤中存在的极少量硫的副产物。具体地，在高于1000℃的温度下，使二氧化碳和氧气通过含碳燃料。在该反应中碳的主要来源是煤而非二氧化碳。碳作为还原剂，将二氧化碳和氧还原为一氧化碳。并且，氧气和二氧化碳均作为氧化剂。因此，主要的反应物是碳、氧气和二氧化碳，因为硫在煤中的浓度非常低，其是次要的反应物。硫被氧气或二氧化碳氧化为亚硫酸酐。最后，含碳燃料源以及反应温度增加了生产一氧化碳的成本和复杂性。