[发明专利]由作为唯一源材料的空气中的二氧化碳和水（湿分）制备甲醇、二甲醚、衍生的合成烃和它们的制品的方法

说明书

发明领域

本发明公开了将作为源材料的空气中的二氧化碳和水(湿分)转 化成甲醇、二甲醚、衍生的合成烃和由其制备的制品。

发明背景

化石燃料如今是一种主要能源。它们被用于产生热和电并且是运 输燃料的源材料。化石燃料也充当对我们日常生活重要的多种烃和它 们衍生的制品的原材料。然而，化石燃料的燃烧产生导致全球变暖的 二氧化碳，这种全球变暖会不利地影响环境。此外，化石燃料储备正 在减少。

作为正在减少的化石燃料的储备的替代物，已经提议使用甲醇作 为制备合成烃和燃料的原材料。二氧化碳也已被提议作为原材料的替 代来源(参见，例如美国专利号5,928,806)。考虑到二氧化碳的几乎 用不尽的供应，使用二氧化碳将是高度有利的，尤其是如果二氧化碳 可以从大气中经济地被俘获和再循环。

二氧化碳以高浓度存在于化燃烧石燃料的发电装置的烟道气和其 它各种工业排气中。它还通常伴随天然气产生。许多天然气源包含显 著量(多达50％或更多)的二氧化碳。为了缓和二氧化碳排放和它们对 全球性气候的不利影响，考虑从工业排气中俘获二氧化碳并将被俘获 的二氧化碳隔绝在地下洞穴或隔绝在海下。然而，隔绝不能提供持久 的解决方案，这是因为其高成本和二氧化碳泄漏的潜在性所致。二氧 化碳是挥发性的并且可能最终泄漏到大气中。二氧化碳的意外泄漏可 能通过地震或其它自然现象大大加速，并且将会产生严重的影响。

另外，虽然削减进入所述大气的二氧化碳排放物是非常重要的， 但是最近的研究表明仅这样做将不足以逆转已经产生的破坏作用。因 此，除了获得安全地处置二氧化碳以致它不进入所述大气的方法之外， 另外能够从所述大气中除去二氧化碳以更迅速地逆转二氧化碳在大气 中积累的问题将是非常有益的。进行大气二氧化碳的化学再循环也将 是有益的，因为这将为制备燃料和合成烃提供用不尽的碳源，同时缓 和由大气中二氧化碳的增加而导致或影响的全球气候变化。

发明概述

本发明涉及由大气空气制备甲醇的方法，该方法包括：通过将大 气空气中的湿分减湿从大气空气中除去水；通过催化或其它分裂 (cleavage)方式由被除去的水获得氢气；通过吸收或吸附由被减湿 的大气空气获得二氧化碳；和通过适合的还原和氢化方法在足以产生 甲醇的条件下转化所获得的二氧化碳。在该方法中，所述二氧化碳、 水和所衍生的氢气是使用任何必要的能量形式仅从作为源材料的大气 空气获得的。

将大气空气中的水(即，空气中的湿分)和二氧化碳内容物分离 用于后续制备作为产物的甲醇、二甲醚和衍生的合成烃。使用空气作 为源材料可为制备这些产物所必需的起始材料提供用不尽的供给。该 方法包括在足以产生甲醇和/或二甲醚的条件下使得二氧化碳和水转 化。甲醇和/或二甲醚可以用作燃料或燃料添加剂或进一步转化成合成 烃和它们的制品。

水可以通过将空气减湿而获得，二氧化碳可以如下获得：使大气 二氧化碳吸附到合适的吸附剂(adsorbent)上，然后处理所述吸附剂 以使被吸附的二氧化碳释放。可以在除去空气的湿分(即水含量)之 后从该空气获得二氧化碳。

在一个实施方案中，通过二氧化碳的催化加氢制备甲醇，其中用 于加氢的氢气通过从空气获得的纯水的电解获得。在另一个实施方案 中，如下制备甲醇：在足以获得一氧化碳的条件下还原二氧化碳，使 所述一氧化碳与甲醇在足以获得甲酸甲酯的条件下反应，和在足以产 生两倍量的所用甲醇的条件下将所述甲酸甲酯催化加氢。

根据本发明制备的甲醇可以进一步加工成任何所需的衍生物或衍 生的化合物。例如，可以将甲醇脱水而产生二甲醚，两者都是有价值 的运输燃料。还可以在足以形成化合物例如乙烯和丙烯的条件下进一 步处理甲醇或二甲醚。可以将乙烯和丙烯转化成高级烯烃、合成烃、 芳族化合物或相关制品，并因此可用作化学品或运输燃料的原料。

在另一个实施方案中，将甲醇连同也是从空气中分离并且用来制 备氨或铵盐的氮气用于蛋白质的微生物学制备。

优选的实施方案的详细说明

本发明涉及使用大气空气作为制备甲醇和由甲醇衍生的化合物 (例如二甲醚)的唯一源材料，所述甲醇和化合物然后可以用于能量 储存和运输、运输燃料的制备和衍生的合成烃制品。