專利名稱：轉(zhuǎn)化溫室氣體的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按照權(quán)利要求1和6前序部分所述的將溫室氣體轉(zhuǎn)化成為一種化學(xué)或工業(yè)上可用物質(zhì)或者化學(xué)或工業(yè)上可用的物質(zhì)混合物的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
按照權(quán)利要求1和6的前序部分，與本發(fā)明有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)是DE4220865 A1。那里使二氧化碳CO2在混合含有氫原子的物質(zhì)如氫氣H2、水H2O或者硫化氫H2S的條件下在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行無(wú)聲放電，由此形成燃料甲烷CH4和/或發(fā)動(dòng)機(jī)燃料甲醇CH3OH。反應(yīng)器含有一種催化劑作為反應(yīng)加速劑，該催化劑含有銅和必要時(shí)的一或多種金屬Zn、Al、Mn、Cr、Ag、Mo、Ni或V。該催化劑可以承載到電介質(zhì)、電極、玻璃、石英、礦渣棉、ZrO2、Al2O3、沸石、硅膠或者粒狀產(chǎn)物上。
DE 4332790 A1公開了一種由二氧化碳和氫氣在熱反應(yīng)器中制備甲醇的方法，反應(yīng)器下部含有一種銅基催化劑。反應(yīng)區(qū)的溫度為220℃至250℃，壓力為100kPa至2MPa，其中反應(yīng)混合物中氫氣與二氧化碳的摩爾比為1∶1至1∶10，優(yōu)選1∶3。反應(yīng)混合物在反應(yīng)區(qū)的停留時(shí)間為0.1秒至10秒，優(yōu)選1秒。
該方法不夠有效，而且用氫氣作原料還比較昂貴。
N.Boukhalfa等在Conversion du CO2en CO par decharge couronne dansdes melanges air-CO2，Rev.int Hautes Temper.Refract 26(1990)，39-48頁(yè)公開了通過(guò)在反應(yīng)混合物中作為空氣成分摻入的氮?dú)獾淖饔孟录铀貱O2在電暈放電時(shí)轉(zhuǎn)化成CO。其缺點(diǎn)是，電暈放電的裝置需要比較大的地方，而且昂貴，因此在大工業(yè)上幾乎不能采用。
有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)還可參考B.Eliasson和U.Kogelschatz，Modeling andAppliacation of Sillet Discharge Plasmas，IEEE Transaction on PlasmaScince，Vol.19，No.2，1991年4月，309-323頁(yè)的公開出版物，其中公開了使用多個(gè)先后或上下安裝的無(wú)聲放電反應(yīng)器經(jīng)電介質(zhì)產(chǎn)生臭氧，它可用于本發(fā)明中。
發(fā)明概述如權(quán)利要求1和6定義的本發(fā)明所解決的任務(wù)是，開發(fā)一種開頭所述類型的轉(zhuǎn)化溫室氣體的方法和設(shè)備，使得從不需要的溫室氣體中有效地獲得燃料和/或發(fā)動(dòng)機(jī)燃料成為可能。
本發(fā)明有利的實(shí)施方案由從屬權(quán)利要求定義。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，可在大工業(yè)上用較低的能耗獲得燃料/或發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。
按照本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，可在第一工藝步驟由溫室氣體獲得CO和H2，然后在第二工藝步驟轉(zhuǎn)化成所需的燃料和/或發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。因此不需要使用氫氣作為原料。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明下面借助于實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。其中

圖1表示一個(gè)由一個(gè)電反應(yīng)器和一定隨后的熱反應(yīng)器組成的混合反應(yīng)器，圖2表示一個(gè)合并到一個(gè)容器中的混合反應(yīng)器的蜂窩結(jié)構(gòu)，和圖3表示帶交流電電極的圖2混合反應(yīng)器的蜂窩結(jié)構(gòu)。
圖中，相同的部分使用相同的符號(hào)。
優(yōu)選實(shí)施方案的說(shuō)明如圖1所示，將可能通過(guò)人們所不希望的溫室效應(yīng)而加熱地球大氣的至少一種溫室氣體例如CO2和/或CH4和/或N2O和/或臭氧，通過(guò)一個(gè)第一氣體導(dǎo)管(1)送入一個(gè)帶有耐壓接地的金屬容器或金屬管(同時(shí)作為其外電極)的第一電反應(yīng)器(4)。
通過(guò)第二氣體導(dǎo)管(2)向第一反應(yīng)器(4)送入作為反應(yīng)加速劑的至少一種第二儲(chǔ)能氣體或者氣體混合物，也即催化劑氣體，它在一段松弛時(shí)間后將能量傳送給至少一種溫室氣體反應(yīng)物。作為加速反應(yīng)的催化劑氣體例如可用N2、N2O、空氣或者惰性氣體，但優(yōu)選使用N2。
通過(guò)第三氣體導(dǎo)管(3)向第一反應(yīng)器(4)送入至少一種含氫氣體作為溫室氣體的共反應(yīng)劑，所述含氫氣體例如為H2、H2S、CH4、空氣或者含有氫氣的蒸汽H2O或者氟氯化碳或氟氯烴FCKW。
在第一反應(yīng)器(4)內(nèi)，有至少一種電介質(zhì)或介電空心體或者一個(gè)氣體流入方向封閉的石英管(6)，它帶有一個(gè)由導(dǎo)電良好、耐腐蝕的金屬或者由導(dǎo)電層或金屬合金優(yōu)選由一層薄金制成的內(nèi)電極(5)。為此，將一種含金流體涂到石英管(6)的內(nèi)壁上，接著烘烤。該內(nèi)電極(5)的端部與一個(gè)交流電源(7)成電連接，交流電壓范圍為5kv-50kv，頻率范圍為50Hz-1MHz，優(yōu)選的交流電壓范圍為5kv-25kv，頻率范圍為1kHz-100kHz。
石英管(6)的圓筒狀外表面和第一反應(yīng)器(4)的鋼管的圓筒狀內(nèi)表面之間的距離為0.5mm-3mm，優(yōu)選約1mm。通過(guò)石英管(6)的圓筒狀外表面和第一反應(yīng)器(4)的鋼管的圓筒狀內(nèi)表面之間的間隙，氣體從左向右流過(guò)第一反應(yīng)器(4)，同時(shí)進(jìn)行所謂的無(wú)聲放電，也就是弱電流氣體放電，它由交流電源(7)經(jīng)電介質(zhì)(6)供給，此時(shí)氣體原子被激發(fā)或電離，如開頭所述在IEEETransaction on Plasma Science，Vol.19，No.2，1991年4月，309-323頁(yè)的公開出版物所述。
尤其是氣體放電所激發(fā)的氮分子可以實(shí)現(xiàn)對(duì)存在的CO2分子的特別有效的共振能量傳遞。氮分子的第一激發(fā)的振動(dòng)能級(jí)(波長(zhǎng)2331cm-1)幾乎與CO2分子的非對(duì)稱縱向振動(dòng)的第一激發(fā)能級(jí)(波長(zhǎng)2349cm-1)具有相同的能級(jí)。由于對(duì)于有效的氫化作用來(lái)說(shuō)，CO2分子首先應(yīng)該進(jìn)入激發(fā)狀態(tài)，甚至有時(shí)還要分解，也可以在該工藝中使用氮?dú)饣蛘哳愃菩纬傻脑踊蚍肿幼鳛榉磻?yīng)加速劑。
第一反應(yīng)器(4)的輸出側(cè)經(jīng)第一個(gè)催化劑反應(yīng)器(8)與一個(gè)減壓閥(9)相連通，該閥的輸出側(cè)經(jīng)一個(gè)氣體導(dǎo)管或管線(10)與一個(gè)冷凝液分離器或液體容器(11)相連通。第一催化劑反應(yīng)器(8)含有一種優(yōu)選由含銅材料例如承載在玻璃或石英棉上的CuO和ZnO組成的第一催化劑(8’)，其溫度范圍為200-300℃，壓力范圍為100kPa-10MPa。由第一反應(yīng)器(4)進(jìn)入催化劑反應(yīng)器(8)的激發(fā)原子和/或分子和/或游離基即使在較低的溫度下也可以激活第一催化劑(8’)。同時(shí)將CO2轉(zhuǎn)化成CO，將含氫化合物轉(zhuǎn)化成H2和/或H，第一催化劑(8’)也可以裝在第一反應(yīng)器(4)內(nèi)，從而不再需要單獨(dú)的催化劑反應(yīng)器(8)。在第一反應(yīng)器(4)中無(wú)聲放電產(chǎn)生的廢熱可以用來(lái)加熱第一催化劑(8’)。
通過(guò)在減壓閥(9)后使氣體減壓，在液體容器(11)中由反應(yīng)產(chǎn)物分離出一種液體(13)，例如甲醇和烴化合物，它們可以用作燃料。由液體容器(11)經(jīng)氣體排出管(12)排出的氣體送入第二即熱反應(yīng)器(14)，它含有第二催化劑(15’)，其組成可以與第一催化劑(8’)相應(yīng)。該熱反應(yīng)器(14)的出口經(jīng)一個(gè)減壓閥(16)與一個(gè)液體容器(11’)相連通，在這里分離出反應(yīng)液體(13’)，例如CH3OH。第二催化劑(15’)在200℃-300℃，優(yōu)選在200℃-240℃的溫度下和＜3MPa，優(yōu)選100kPa-2MPa的壓力條件下操作。經(jīng)氣體排出管(12’)經(jīng)液體容器(11’)中不冷凝的氣體放空；也可以將其送入一或多個(gè)帶有后續(xù)減壓閥(16)和液體容器(11’)的其它熱反應(yīng)器中(未示出)。可以理解，反應(yīng)產(chǎn)物和氣體可以借助于一個(gè)未示出的氣相色譜和/或其它分析儀器監(jiān)測(cè)。
由于激發(fā)和/或電離的反應(yīng)物的壽命非常短，有利的是將第一和第二兩個(gè)反應(yīng)器(4)和(14)合并在一個(gè)帶有多個(gè)先后或上下安裝的反應(yīng)室(19)的容器內(nèi)，如圖2所示。
其中，交流電源(7)經(jīng)第一和第二交流電電線(17)和(18)與交流電極(17’)和(18’)連接，電極的不同側(cè)伸入相鄰的反應(yīng)室(19)，參見圖3。其中反應(yīng)器(19)的壁含有催化劑，在第一和第二交流電極(17’)和(18’)之間起介電屏蔽作用。當(dāng)然，其前提條件是催化劑由絕緣材料組成，許多氧化催化劑都符合該條件。
然而，如果使用導(dǎo)電的催化劑，則第一和第二交流電極(17’)和(18’)必須涂覆介電層。
在圖3所示的兩種裝置中，激發(fā)的原子和/或分子在直接鄰近催化劑壁處形成，所以可以在低得多的溫度下操作，且催化劑具有很高的效率。
至少一種第二儲(chǔ)能催化劑氣體或氣體混合物的體積占參加轉(zhuǎn)化的氣體總體積的0.1-5％，優(yōu)選為0.1-1％。
圖1的電反應(yīng)器(4)可以具有一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)，如圖3所示。圖1的熱反應(yīng)器(14)中的第二催化劑反應(yīng)器(15)可以具有一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
代之于將冷凝液分離器(11’)的廢氣由氣體導(dǎo)管(12’)放空，也可以將其重新送回第一反應(yīng)器(4)的入口。
符號(hào)表1-3氣體導(dǎo)管4放電的第一反應(yīng)器，金屬容器，銅管，外電極54的內(nèi)電極6石英管，4與5之間的介電層，電介質(zhì)7交流電源，高壓電源8第一催化劑反應(yīng)器8’第一催化劑9，16減壓閥10管線，氣體導(dǎo)管11，11’液體容器，冷凝液分離器，捕集容器12，12’氣體導(dǎo)管13，13’液體，反應(yīng)產(chǎn)物，反應(yīng)液體14第二反應(yīng)器，熱反應(yīng)器15 14中的第二催化劑反應(yīng)器15’第二催化劑17第一交流電電線17’17的第一交流電極18第二交流電電線18’18的第二交流電極19反應(yīng)室
權(quán)利要求
1.將至少一種溫室氣體轉(zhuǎn)化成為一種化學(xué)或工業(yè)上可用物質(zhì)或者化學(xué)或工業(yè)上可用的物質(zhì)混合物的方法，a)其中該至少一種溫室氣體通過(guò)由一個(gè)交流電源(7)經(jīng)一電介質(zhì)(6)驅(qū)動(dòng)的弱電流放電首先轉(zhuǎn)化成激發(fā)能量和/或電離的溫室氣體反應(yīng)物，和b)然后使該溫室氣體反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成至少一種儲(chǔ)能的第一燃料或發(fā)動(dòng)機(jī)燃料或者成為儲(chǔ)能的第一燃料或發(fā)動(dòng)機(jī)燃料混合物(13，13’)，其特征在于，c)向至少一種溫室氣體中加入作為反應(yīng)加速劑的至少一種氮?dú)饣蛘咭环N含氮?dú)怏w作為第二儲(chǔ)能催化劑氣體或催化劑氣體混合物，在一段松弛時(shí)間后將能量傳送給至少一種溫室氣體反應(yīng)物，和d)該至少一種第二儲(chǔ)能催化劑氣體或催化劑氣體混合物在參加轉(zhuǎn)化的氣體總體積中的體積分?jǐn)?shù)為0.1-5％。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，交流電源(7)的電壓為5kv-25kv和頻率范圍為1kHz-100kHz。
3.按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征是，a)溫室氣體含有CO2和/或b)CH4和/或c)N2O和/或d)臭氧和/或e)氟氯化碳和/或f)氟氯烴。
4.按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征是，該至少一種第二儲(chǔ)能催化劑氣體或催化劑氣體混合物在參加轉(zhuǎn)化的氣體總體積中的體積分?jǐn)?shù)為0.1-1％。
5.按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征是，向該至少一種第二儲(chǔ)能催化劑氣體或催化劑氣體混合物中添加氫氣和/或含有氫氣的氣體。
6.將至少一種溫室氣體轉(zhuǎn)化成為一種化學(xué)或工業(yè)上可用物質(zhì)或者化學(xué)或工業(yè)上可用的物質(zhì)混合物的設(shè)備，a)有至少一個(gè)第一電反應(yīng)器(4)來(lái)激發(fā)至少一種溫室氣體的能量，該氣體供給到第一反應(yīng)器(4)的入口側(cè)，和b)有至少一個(gè)捕集容器(11，11’)來(lái)收集至少一種反應(yīng)產(chǎn)物(13，13’)，其特征在于，c)該至少一個(gè)第一反應(yīng)器(4)與至少一個(gè)熱反應(yīng)器(14)有效連接。
7.按照權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征是，該至少一個(gè)熱反應(yīng)器(14)含有一種含銅的第二催化劑(15)。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，其特征是，a)該至少一個(gè)第一反應(yīng)器(4)含有一種第一催化劑(8’)或者b)在第一反應(yīng)器(4)和熱反應(yīng)器(14)之間設(shè)有一個(gè)裝有第一催化劑(8’)的催化劑反應(yīng)器(8)，c)特別是，該第一催化劑(8’)含有銅。
9.按照權(quán)利要求6-8中之一所述的設(shè)備，其特征是，a)該至少一個(gè)熱反應(yīng)器(14)的出口側(cè)經(jīng)一減壓閥(16)與一個(gè)用于收集在熱反應(yīng)器(14)中形成的至少一種反應(yīng)產(chǎn)物(13’)的捕集容器(11’)相連通，b)特別是，至少一個(gè)第一反應(yīng)器(4)的出口側(cè)經(jīng)一減壓閥(9)與一個(gè)用于收集在熱第一反應(yīng)器(4)或在一個(gè)位于其后的催化劑(8’)中形成的至少一種反應(yīng)產(chǎn)物(13)的捕集容器(11)相連通。
10.按照權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，其特征是，a)該第一反應(yīng)器(4)和熱反應(yīng)器(14)合并在一個(gè)混合反應(yīng)器中，b)該混合反應(yīng)器具有至少兩個(gè)反應(yīng)室(19)，c)在每個(gè)反應(yīng)室(19)中裝有至少一個(gè)交流電電極(17’，18’)，其中每?jī)蓚€(gè)直接相鄰的反應(yīng)室(19)的交流電電極(17’，18’)與交流電源(7)的相反的極相連，d)反應(yīng)室(19)的壁具有或者含有至少一種催化劑物料，和e)與交流電源(7)相反的極相連的交流電電極(17’，18’)通過(guò)一個(gè)介電屏蔽相互隔開。
全文摘要
物料有效地由不需要的溫室氣體獲得燃料和/或發(fā)動(dòng)機(jī)燃料,使該氣體與優(yōu)選由氮?dú)饣蛐饨M成的催化劑氣體和一種含氫氣體或蒸汽在一個(gè)第一反應(yīng)器(4)中進(jìn)行無(wú)聲放電。其中形成激發(fā)或電離的原子和/或分子,它們?cè)谝粋€(gè)裝有含銅的第一催化劑(8’)的催化劑反應(yīng)器(8)中轉(zhuǎn)化成H
文檔編號(hào)B01D53/32GK1181717SQ97190177
公開日1998年5月13日 申請(qǐng)日期1997年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月15日
發(fā)明者A·比爾, B·艾利爾松, E·基勒爾, U·科格爾查茨 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司