[发明专利]利用生物物质生产碳的设备

说明书

本发明涉及环境控制的领域，关于污水处理，烟道气脱硫，垃圾处理，牲畜废物处理，以及碳黑生产，甲醇生产，二甲醚生产和汽油生产等领域。

按照关于气候变化的政府间组织(IPCC)估计的涉及碳素循环的数据，人工排放二氧化碳(CO₂)的量，以碳计，每年达到约为71亿吨。人们认为约有一半存留于大气中，而另一半被海水和别种物质所吸收。二氧化碳，通常被称作温室效应气体，被认为是引起地球变暖的原因之一。

为了降低大气中二氧化碳的浓度，则必需抑制二氧化碳的排放。为了减少二氧化碳的排放，研究了许多种方法。

为了固定大气中含有的二氧化碳，或由发电厂，炼钢厂，重工业和化工厂排放的大量二氧化碳，并将其循环利用，设计了一种方法是在氢气氛下还原二氧化碳并将它转化为粉状的碳。因此，这种转化系统由下列部分组成：二氧化碳分离器用以从大气或工厂废气中分离出二氧化碳；二氧化碳浓缩器用以将分离出来的二氧化碳浓缩；CO₂/H₂反应器用于使二氧化碳和氢气在催化剂等等存在下反应生成粉状的碳。

同时建议利用电解水，太阳电池发电，利用吸收氢气的合金或诸如此类等等，作为获得氢气的方法，以供将二氧化碳转化为粉状的碳并将它固定之需。由于氢气的成本非常昂贵，固定二氧化碳的设备至今没有投入实际使用。

本发明的目的是提供一种设备，它能够在成本低的条件下固定二氧化碳。

依照本发明的一种式样设计的设备包括一个厌氧微生物发酵部分，用于使生物物质进行厌氧微生物发酵并产生甲烷和二氧化碳；一个甲烷·二氧化碳分离部分，用于将厌氧微物生发酵部分产生的含有甲烷和二氧化碳的混合气体中的甲烷和二氧化碳分离；氢气发生器用于从甲烷·二氧化碳分离部分分离出来的甲烷产生氢气，和二氧化碳固定部分用于将从甲烷·二氧化碳分离部分分离出来的二氧化碳在催化剂存在下，用氢气发生器产生的氢气还原而生成碳。

氢气发生器的一个实例是一种甲烷重整部分，用以将甲烷在催化剂存在下分解成为碳和氢；另一个例子是一种甲烷水蒸汽重整部分，用以将甲烷和水蒸汽在催化剂存在下反应生成二氧化碳和氢气。

依照本发明的另一种式样设计的设备包括厌氧微生物发酵部分和二氧化碳固定部分，它接收在厌氧微生物发酵部分生成的含有甲烷和二氧化碳的混合气体，并将其在催化剂存在下反应生成碳。

二氧化碳固定部分将二氧化碳在催化剂存在下用氢还原以生成结晶的粉状碳。氢由生物物质厌氧微生物发酵产生的甲烷而制得。

依照本发明设计的设备包括厌氧微生物发酵部分用以将生物物质进行厌氧微生物发酵生成甲烷和二氧化碳，并将在厌氧微生物发酵部分生成的甲烷用催化剂分解为碳和氢；或者将在厌氧微生物发酵部分中生成的甲烷在催化剂存在下与水蒸汽反应生成二氧化碳和氢。因此制得的氢气至少占有用于固定二氧化碳能量的90％，从而能够产生低成本的氢而使固定二氧化碳的成本降低。

厌氧微生物发酵部分必须加热到规定的温度。后续的吸热反应是需要能量的。如果在系统中能够保证给予至少一部分所需要的能量，则成本能够减低。因此，装设一个甲烷燃烧部分，将厌氧微生物发酵部分中产生的一部分甲烷在其中燃烧，以利用产生的燃烧热；或者装设一个氢气燃烧部分，将系统中产生的部分氢气在其中燃烧，以利用产生的燃烧热是更可取的。如果除了甲烷燃烧部分或氢气燃烧部分以外，任何其它部分产生热量，这种热能也是可以利用的。因此，如果在系统中能够产生所必需的热能，则可能有助于降低操作成本。

如果燃烧甲烷或氢气产生的燃烧热利用于加热后续部分之后仍有余量。装设一种利用反应热发电的部分以将反应热转化为电能，则可利用剩余的热量发一部分电用于运转设备，因此在这方面也有助于降低操作成本。

当装备甲烷燃烧部分时，最好将燃烧甲烷产生的二氧化碳导至二氧化碳固定部分以将它固定为碳。从甲烷燃烧部分产生的含有水蒸汽和二氧化碳的混合气体可将它直接导至二氧化碳固定部分；或者将用蒸汽-液体分离器分离出来的二氧化碳，通过由蒸汽冷凝器和蒸汽-液体分离器所组成的系统内部二氧化碳供给部分，供应至二氧化碳固定部分。

当装备甲烷燃烧部分时，最好将在厌氧微生物发酵部分产生的气体供给二氧化碳固定部分的份额，与将它供给甲烷燃烧部分的份额的比例调节至如此一种情况，以使从甲烷燃烧部分供给到二氧化碳固定部分的二氧化碳的摩尔数，与从厌氧微生物发酵部分供至二氧化碳固定部分的二氧化碳的摩尔数之和，与供给至二氧化碳固定部分的甲烷的摩尔数相等。如此可以将设备系统中产生的全部二氧化碳固定。