[发明专利]碳氧化物的捕获

说明书

本发明涉及捕获碳氧化物的领域，并且特别是捕获二氧化碳或CO₂的领域。更特别地，本发明涉及如下领域：顺序捕获包含于气流中的碳氧化物分子特别是CO₂，尤其以将该CO₂储存在地下储层(reservoir)中，以抗击全球变暖效应为目的。

本发明特别地适于收取碳氧化物、优选二氧化碳，当它们从在高于大气压的压力的气体收取时。这样的气体典型地是通过煤的气化或通过天然气的重整(其后面可有或可没有称为水煤气变换反应的反应)产生的合成气。

对于合成甲醇、或制造燃料、或其中使用合成气的任何其它用途，以使用氢作为燃料为目的或以使用一氧化碳和氢的混合物为目的，从所讨论的气体中除掉碳氧化物且特别是二氧化碳。

CO₂构成温室气体(GHG)的组成，其现在看来高度可能涉及全球变暖。京都议定书约束签署的发达国家在2008-2012年期间将它们的GHG排放平均减少5.2%。根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)，到2050年全球排放应该减少超过一半。

在大气中的CO₂含量在19世纪初为280ppm，现在为370ppm，在最后的50年增加了60ppm。现在大气中包含约700Gt的CO₂。

CO₂长时间留在大气中。它慢慢地溶解于海洋中并且对它们的酸化作贡献。估计通过人为排放而排放的全部CO₂的30%-50%已经被海洋捕集。

运输中化石能源(煤、石油和气)的燃烧、发电和工业以及住宅是向大气释放CO₂的主要源头，在全球规模上每年250亿吨。举例来说，热电厂可释放最高达600万吨CO₂/年。

在大的发电场所和重工业场所的源头捕获CO₂以将其储存构成在全球规模上用于满足京都标准的最有前途的研究途径之一。IPCC报告还承认：这些技术是部分地解决气候变化问题的方式。

这甚至是更正确的，因为煤储量估计为数百年，而石油储量更被计为数十年。但是，例如用于热电厂的煤具有比甲烷释放更多CO₂/kWh、即约750g CO₂/kWh的缺点。最后，到2020年可提出的计划数目估计为约一百。

关于用于捕获CO₂的现有技术，三种技术路线在竞争，但对应于不同的工艺温度与压力条件：

第一路线是后燃烧，其在于从在烟囱(stack)中释放的燃烧气体中除去CO₂。从热电厂逸出的气体由氮气、CO₂和NO_x或SO₂型杂质组成。CO₂含量对于烧煤发电厂为12%到15%和对于烧气发电厂为6到8%。在一些化学工艺如水泥制造中，CO₂含量可升高到最高达30%。这些气态排出物的压力接近于大气压力。

后燃烧捕获的目的是提取稀释的CO₂，并且可通过重新设计整个单元，将其集成到现有的装置中。然而，将CO₂收取段集成到现有单元中不构成最佳技术，且减少收取能量成本的最好方式由从装置计划的开始考虑的总集成组成。后燃烧是目前最好控制的方法。

第二可能路线是预燃烧，其目的是在制造燃料的过程期间捕获CO₂。燃料(煤、气体和生物质)被转化为一氧化碳和氢的混合物。所使用的技术是在水存在下的蒸气重整、或在氧气存在下的部分氧化。存在于混合物中的CO与水反应形成CO₂和氢(称为水煤气变换反应的反应)。以25%到40%的含量存在的CO₂然后与氢气分离，该氢气可用于产生能量而无CO₂排放。

第三路线，氧-燃料(含氧燃料，oxy-fuel)燃烧，使用纯氧作为氧化剂。严格来说，该技术不是CO₂捕获。它涉及通过使用实际上纯氧进行燃烧而产生包含90%CO₂的浓缩烟道气。将一部分CO₂再循环代替来自空气的氮气，氧-燃料燃烧需要重新限定锅炉和燃烧器。另一相当大的障碍是氧气的价格。氧-燃料燃烧是仍处于论证阶段的技术。