[发明专利]通过使用固体酸生产合成气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用固体酸生产合成气的方法，更具体而言，涉及使用能够显著减少环境污染物(例如二氧化碳)产生的固体酸生产合成气的方法，所述方法包括通过使固体酸与水反应而产生氢气和通过使所产生的氢气与碳化合物反应而产生合成气。

背景技术

人类持续燃烧化石燃料例如石油、煤等已增加了温室气体(例如二氧化碳)的产生并且引起了全球变暖。因此，环境破坏已在全球产生并且其已达到了人类的衰退必须引起关注的阶段。为了防止这样的地球和人类的灾难，通过减少使用化石燃料来减少温室气体(例如二氧化碳)产生的努力是必要的。在这方面，对使用核能、太阳能和天然气(例如页岩气，其主要成分是甲烷)的研究近来正在增长。

然而，对于核能，其来源有朝一日将被耗尽，并且意外事故可以引起毁灭性的灾难。太阳能的使用效率低，因而需要非常高的成本。

与此同时，虽然主要由甲烷组成的天然气在燃烧期间释放二氧化碳，但是与化石燃料(例如煤、石油等)相比其量为1/2或更少。因此，可以解决或大幅减轻全球变暖问题。具体而言，由经天然岩石(其主要组分是固体酸)的水分解在地下产生的氢气与存在于地下岩层的碳化合物反应，从而产生天然气(例如页岩气)。仅用迄今探明的页岩气储量，据估计可以持续满足人类能源需求至少100年。因此，如果可以基于产生天然气的原理来生产合成气，最终可以解决人类的能源问题而不破坏环境。

由水产生氢气并通过氢气与碳化合物的反应产生甲烷气体的过程包括煤与水在高温下反应以获得合成气的人工过程和在地下产生天然气(例如页岩气)的天然过程。

在生产合成气的现有人工过程中，在煤与水反应期间产生很多空气污染物(例如二氧化碳)。相比之下，当由经岩石催化剂的水分解天然地产生氢气(如天然气地下生产)时，作为水分解的副产物产生的氧气因用于氧化存在于岩石中的还原性物质而被除去。

本发明的发明人认识到，当通过模仿上述天然过程使用天然岩石催化剂分解水并且氧气通过存在于岩石中的还原性物质而除去，或当使用固体酸催化剂分解水并且氧气通过还原性物质(例如铁)而除去，并且产生的氢气与碳化合物反应产生具有与天然气相似的组成分布的合成气时，可以防止或显著减少破坏环境的副产物产生。

发明内容

技术问题

本发明涉及提供使用能够显著减少空气污染物(例如二氧化碳)产生的固体酸生产合成气的方法，其包括使用固体酸产生氢气以及通过使所产生的氢气与碳化合物反应而产生合成气。

问题的解决方案

在一个一般方面中，提供了一种生产合成气的方法，其包括：(a)通过使包括碳化合物和固体酸的固体酸混合物与水或蒸汽反应来吸附水；(b)通过将经水吸附的固体酸混合物引入反应器并且分解被吸附在固体酸混合物上的水来产生氢气；(c)通过使所产生的氢气在反应器中与碳化合物反应来产生合成气；和(d)将产生的合成气排出反应器。

在另一个一般方面中，提供了一种生产合成气的方法，其包括：(e)制备一种或更多种水混合物，其选自：包括水和碳化合物的水混合物；和包括水、碳化合物和固体酸的水混合物；(f)通过将水混合物引入岩层并且使水混合物与岩层中包括的固体酸或与水混合物中包括的固体酸反应来产生氢气，所述岩层位于具有岩床覆盖结构的地下岩床反应器的底部；(g)通过使所产生的氢气与岩层中包括的碳化合物或与水混合物中包括的碳化合物反应而产生合成气；和(h)将所产生的合成气排出反应器。

在一个示例性实施方案中，生产合成气的方法还可以包括将选自金属和电解质的一种或更多种材料引入(a)中的固体酸混合物或(e)中的水混合物。

在一个示例性实施方案中，可以在(b)或(c)中将压缩气体注入反应器并且可以在(d)中将所产生的与压缩气体混合的合成气排出反应器。

在一个示例性实施方案中，压缩气体可以是选自氢气、氮气、氩气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和蒸汽的一种或更多种。

在一个示例性实施方案中，(b)、(c)、(f)或(g)中的反应器或地下岩床反应器可以保持在310K至1400K的温度下和1个大气压或更高的压力下。

在一个示例性实施方案中，(a)至(d)或(e)至(h)可以按顺序重复。