通過(guò)使用固體酸生產(chǎn)合成氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及使用固體酸生產(chǎn)合成氣的方法，更具體而言，涉及使用能夠顯著減少 環(huán)境污染物（例如二氧化碳）產(chǎn)生的固體酸生產(chǎn)合成氣的方法，所述方法包括通過(guò)使固體 酸與水反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣和通過(guò)使所產(chǎn)生的氫氣與碳化合物反應(yīng)而產(chǎn)生合成氣。
【背景技術(shù)】
[0002] 人類持續(xù)燃燒化石燃料例如石油、煤等已增加了溫室氣體（例如二氧化碳）的產(chǎn) 生并且引起了全球變暖。因此，環(huán)境破壞已在全球產(chǎn)生并且其已達(dá)到了人類的衰退必須引 起關(guān)注的階段。為了防止這樣的地球和人類的災(zāi)難，通過(guò)減少使用化石燃料來(lái)減少溫室氣 體（例如二氧化碳）產(chǎn)生的努力是必要的。在這方面，對(duì)使用核能、太陽(yáng)能和天然氣（例如 頁(yè)巖氣，其主要成分是甲烷）的研宄近來(lái)正在增長(zhǎng)。
[0003] 然而，對(duì)于核能，其來(lái)源有朝一日將被耗盡，并且意外事故可以引起毀滅性的災(zāi) 難。太陽(yáng)能的使用效率低，因而需要非常高的成本。
[0004] 與此同時(shí)，雖然主要由甲烷組成的天然氣在燃燒期間釋放二氧化碳，但是與化石 燃料（例如煤、石油等）相比其量為1/2或更少。因此，可以解決或大幅減輕全球變暖問(wèn)題。 具體而言，由經(jīng)天然巖石（其主要組分是固體酸）的水分解在地下產(chǎn)生的氫氣與存在于地 下巖層的碳化合物反應(yīng)，從而產(chǎn)生天然氣（例如頁(yè)巖氣）。僅用迄今探明的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量，據(jù) 估計(jì)可以持續(xù)滿足人類能源需求至少100年。因此，如果可以基于產(chǎn)生天然氣的原理來(lái)生 產(chǎn)合成氣，最終可以解決人類的能源問(wèn)題而不破壞環(huán)境。
[0005] 由水產(chǎn)生氫氣并通過(guò)氫氣與碳化合物的反應(yīng)產(chǎn)生甲烷氣體的過(guò)程包括煤與水在 高溫下反應(yīng)以獲得合成氣的人工過(guò)程和在地下產(chǎn)生天然氣（例如頁(yè)巖氣）的天然過(guò)程。
[0006] 在生產(chǎn)合成氣的現(xiàn)有人工過(guò)程中，在煤與水反應(yīng)期間產(chǎn)生很多空氣污染物（例如 二氧化碳）。相比之下，當(dāng)由經(jīng)巖石催化劑的水分解天然地產(chǎn)生氫氣（如天然氣地下生產(chǎn)） 時(shí)，作為水分解的副產(chǎn)物產(chǎn)生的氧氣因用于氧化存在于巖石中的還原性物質(zhì)而被除去。
[0007] 本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，當(dāng)通過(guò)模仿上述天然過(guò)程使用天然巖石催化劑分解水并 且氧氣通過(guò)存在于巖石中的還原性物質(zhì)而除去，或當(dāng)使用固體酸催化劑分解水并且氧氣通 過(guò)還原性物質(zhì)（例如鐵）而除去，并且產(chǎn)生的氫氣與碳化合物反應(yīng)產(chǎn)生具有與天然氣相似 的組成分布的合成氣時(shí)，可以防止或顯著減少破壞環(huán)境的副產(chǎn)物產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 技術(shù)問(wèn)題
[0009] 本發(fā)明涉及提供使用能夠顯著減少空氣污染物（例如二氧化碳）產(chǎn)生的固體酸生 產(chǎn)合成氣的方法，其包括使用固體酸產(chǎn)生氫氣以及通過(guò)使所產(chǎn)生的氫氣與碳化合物反應(yīng)而 產(chǎn)生合成氣。
[0010] 問(wèn)題的解決方案
[0011] 在一個(gè)一般方面中，提供了一種生產(chǎn)合成氣的方法，其包括：(a)通過(guò)使包括碳化 合物和固體酸的固體酸混合物與水或蒸汽反應(yīng)來(lái)吸附水；(b)通過(guò)將經(jīng)水吸附的固體酸混 合物引入反應(yīng)器并且分解被吸附在固體酸混合物上的水來(lái)產(chǎn)生氫氣；（C)通過(guò)使所產(chǎn)生的 氫氣在反應(yīng)器中與碳化合物反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生合成氣；和（d)將產(chǎn)生的合成氣排出反應(yīng)器。
[0012] 在另一個(gè)一般方面中，提供了一種生產(chǎn)合成氣的方法，其包括：(e)制備一種或更 多種水混合物，其選自：包括水和碳化合物的水混合物；和包括水、碳化合物和固體酸的水 混合物；（f)通過(guò)將水混合物引入巖層并且使水混合物與巖層中包括的固體酸或與水混合 物中包括的固體酸反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生氫氣，所述巖層位于具有巖床覆蓋結(jié)構(gòu)的地下巖床反應(yīng)器的 底部；（g)通過(guò)使所產(chǎn)生的氫氣與巖層中包括的碳化合物或與水混合物中包括的碳化合物 反應(yīng)而產(chǎn)生合成氣；和（h)將所產(chǎn)生的合成氣排出反應(yīng)器。
[0013] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，生產(chǎn)合成氣的方法還可以包括將選自金屬和電解質(zhì)的 一種或更多種材料引入（a)中的固體酸混合物或（e)中的水混合物。
[0014] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，可以在（b)或（c)中將壓縮氣體注入反應(yīng)器并且可以 在（d)中將所產(chǎn)生的與壓縮氣體混合的合成氣排出反應(yīng)器。
[0015] 在一個(gè)不例性實(shí)施方案中，壓縮氣體可以是選自氫氣、氮?dú)?、氬氣、一氧化碳、二?化碳、甲烷和蒸汽的一種或更多種。
[0016] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，（b)、（c)、（f)或（g)中的反應(yīng)器或地下巖床反應(yīng)器可 以保持在310K至1400K的溫度下和1個(gè)大氣壓或更高的壓力下。
[0017] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，（a)至（d)或（e)至（h)可以按順序重復(fù)。
[0018] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，碳化合物可以是具有化學(xué)式CaHp〇 YNsSePn(C:碳，H: 氫，0 :氧，N:氮，S :硫，P :磷，1彡a彡1〇〇,〇彡0彡200,0彡y彡100,0彡S彡10， 0彡e彡1〇,〇彡q彡10)的一種或更多種化合物。
[0019] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，固體酸可以是選自以下的一種或更多種：火成巖例 如玄武巖、花崗巖等，沉積巖例如石灰?guī)r、砂巖等，變質(zhì)巖例如頁(yè)巖、大理巖等，沸石，膨 潤(rùn)土、高嶺石，凹凸棒石、蒙脫石，氧化鋅（ZnO)，氧化鋁（A1 203)，氧化鈦（Ti02)，二氧化 鋪（Ce02)，fji氧化物（V 205)，娃氧化物（Si02)，絡(luò)氧化物（Cr20 3)，硫酸媽（CaS04)，硫酸猛 (MnS04)，硫酸鎳（NiS0 4)，硫酸銅（CuS04)，硫酸鈷（C〇S04)，硫酸鎘（CdS04)，硫酸鎂（MgS0 4)， 鐵硫酸鹽（FeS04)，硫酸鋁（A12 (S04) 3)，硝酸鈣（Ca (N03) 2)，硝酸鋅（Zn (N03) 2)，鐵硝酸鹽 (Fe (N03) 3)，磷酸鋁（A1P04)，鐵磷酸鹽（FeP04)，磷酸鉻（CrP0 4)，磷酸銅（Cu3 (P04) 2)，磷酸鋅 (Zn3(P04)4)，磷酸鎂（Mg 3(P04)2)，氯化鋁（A1C13)，氯化鈦（TiCl 4)，氯化鈣（CaCl2)，氟化鈣 (CaF2)，氟化鋇（BaF 2)，碳酸鈣（CaC03)，碳酸鎂（MgC03)，煤，活性炭，石墨和木炭。
[0020] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，金屬可以是選自鋁、鋅、鐵、鈷、錳、鉻、鎳和鈦或其合金 的一種或更多種。
[0021] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，電解質(zhì)可以是選自以下的一種或更多種：氯化鈉 (NaCl)、氯化鉀（KC1)、硝酸鈉（NaN0 3)、硝酸鉀（KN03)、硫酸鈉（Na2S04)、硫酸鉀（K 2S04)、 碳酸鋰（Li2C03)、碳酸鈉（Na 2C03)、碳酸鉀（K2C03)、磷酸二氫鈉（NaH 2P04)、磷酸氫二鈉 (Na2HP04)、氫氧化鈉（NaOH)、氫氧化鉀（K0H)、氯化媽（CaCl 2)、氯化鎂（MgCl2)、硝酸媽 (Ca(N03)2)、硝酸鎂（Mg(N0 3)2)、硫酸鈣（CaS04)、硫酸鎂（MgS04)、氫氧化鈣（Ca(0H) 2)、氫氧 化鎂（Mg(0H)2)、硫酸（H2S04)、磷酸（H 3P04)、硝酸（HN03)和鹽酸（HC1)。
[0022] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，固體酸、金屬和電解質(zhì)可以呈粉末形式并且粉末可以 具有500目或更大的粒徑。
[0023] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，還包括金屬的固體酸混合物或水混合物可以具有金屬 顆粒沉積在固體酸粉末的孔中的結(jié)構(gòu)，并且沉積的金屬顆?？梢跃哂胁淮笥?0 um的直 徑。
[0024] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，還包括金屬的固體酸混合物或水混合物可以具有金屬 顆粒包覆在固體酸粉末的表面上或固體酸粉末包覆在金屬粉末的表面上的結(jié)構(gòu)，并且所包 覆的金屬膜或固體酸膜可以具有大于l〇nm且不大于10 ym的厚度。
[0025] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，還包括電解質(zhì)的固體酸混合物或水混合物可以具有電 解質(zhì)顆粒沉積在固體酸粉末或金屬粉末的孔中的結(jié)構(gòu)，并且沉積的電解質(zhì)顆?？梢跃哂胁?大于10 y m的直徑。
[0026] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，還包括電解質(zhì)的固體酸混合物或水混合物可以具有 電解質(zhì)顆粒包覆在固體酸粉末和金屬粉末的表面上或固體酸粉末包覆在金屬粉末和電解 質(zhì)粉末的表面上的結(jié)構(gòu)，并且所包覆的電解質(zhì)膜或固體酸膜可以具有大于lOmii且不大