[发明专利]用于制造甲烷的结合水的水解作用的布杜阿尔反应

说明书

本发明涉及一种用于二次燃烧碳的方法，其中碳与水蒸气通过添加二氧化碳转化为合成气体或一氧化碳，并且合成气体或一氧化碳与附加的氢气转化为甲烷，利用电能通过电解得到所述氢气，并且将甲烷导入到天然气输气网络中，并且从输气网络中提取和燃烧或排出甲烷或在天然气中的甲烷的等价物，并且从燃烧气体中分离和收集二氧化碳，其中收集的二氧化碳使用在合成气体的或一氧化碳的制造中。

在天然能利用过程中，最大的问题是因为自然条件而产生了过剩的风能和太阳能。目前业内已达成共识，仅仅通过电力手段不能找到相应的解决办法。作为出路，多余的电能可以用来电解水来制造氢气。

氢气可以被导入进天然气中，并且与天然气混合在一起共同输送。但是这样又遇到了另一个问题：氢气和天然气的基本物理特征和燃烧特性区别明显。从体积上看，天然气的密度是氢气的八倍，热值是氢气的三倍，而且在燃烧过程中的耗氧量是氢气的四倍。

波动的风能和太阳能在电解作用下，也会产生波动的氢气流，并且当氢气流被引入天然气之后，就会产生波动的混合气流。这种类型的氢气和天然气的混合气体，其存储、运输以及使用方法，在已经公布的专利《DE 10 2010 020 762 A1》(可再生能源的运输和稳定)以及专利《DE 10 2010 031 777 A1》(氢气在天然气容器中的存储)。此外，在所述专利中，对于如何稳定可再生能源，也描述了一个通用的方法。这些方法对于所述波动型的混合气体推向市场也是一种障碍。

还有另外一种方法输送氢气，即通过化学方法将氢气和二氧化碳合成为甲烷。甲烷差不多就是天然气的主要成分，因此可以没有障碍地存储在气体管道中。有许多项目都和这个课题有关。这里所说的二氧化碳，可以从火力发电厂的燃烧废气中分离而得到，或者从沼气中分离得到。从沼气中分离二氧化碳的工艺对原材料并没有详细的描述；二氧化碳从燃烧废气中的分离直至存储工艺(CCS)，由于缺少大众的认可，因此前景如何，还是个未知数。

从经济性角度看，为了运用过剩的可再生能源，可以选用传统的碳化学反应，即煤炭和水(碳元素以及水道德摩尔比为1:1之间的反应，按照化学反应式1)，在高压和高温下，产生一氧化碳和氢气。氢气和一氧化碳以相同摩尔比构成的混合气体，在下文简称为“合成气体”。然后再通过风能和太阳能按照化学反应式3进行电解水，从而制造氢气，并且按照两倍的摩尔比，将电解水而产生的氢气导流进“合成气体”中。接着按照以化学家“萨巴蒂尔”命名的化学反应，制造甲烷和水，两者的摩尔比为1:1(参见化学反应式2)。

化学反应式1.)C+H₂O＝CO+H₂

化学反应式2.)(CO+H₂)+2H₂＝CH₄+H₂O

化学反应式3.)2H₂O＝2H₂+O₂

上文描述的方法，通过煤炭以及过剩的风能和太阳能生产出不影响气候的甲烷。此类甲烷属于混合型甲烷，其使用的碳元素来自于化石类能源，而氢元素则来自于风能和太阳能。在化学平衡中，供电网释放电能，并且通过添加煤炭产生甲烷，此类甲烷具备了天然气的特征(下文称为“混合甲烷”)，并且被引入输气管道。煤炭则是存储能量的载体。

按照所述化学反应式1至3产生的含有混合甲烷的合成气体，被输送到蓄能发电设施之后，将进行渗透和燃烧(即按照化学反应式4进行燃烧反应)。合成气体和天然气混合后通过燃烧反应(按照化学反应式5)，会产生重要的合成效应。

化学反应式4.)CO+H₂+O₂＝CO₂+H₂O

化学反应式5.)CH₄+2O₂＝CO₂+2H₂O

下文还将多次提及上面描述过的化学反应式1至5，这五个化学反应式分别被缩写为Rk.l至Rk.5。

除了煤炭之外，其它含有碳元素的化合物(优先选择来自于植物)也可用来生产所述合成气体。这里所说的植物原料，诸如树木，其最大含量的成分的就是碳水化合物，而碳水化合物中的碳和水经过反应后可以产生氢气和一氧化碳。

由于一氧化碳含有毒性，在通过电解水生产含有一氧化碳的合成气体的同时，必须严格按照化学反应式2规定的数量(按照剂量对称的原理)生产。为了保护人员的安全，即使按照化学反应式1和2生产，也必须避免生产或聚积过多量的一氧化碳。