[發明專利]一種從大氣中回收二氧化碳的方法

在審

• 申請號: 201811258432.7
• 申請日: 2014-12-04
• 公開（公告）號: CN109292776A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 卡爾·維爾納·迪特里希
• 申請（專利權）人: 卡爾·維爾納·迪特里希
• 主分類號: C01B32/50
• 分類號: C01B32/50;H01M8/0612
• 代理公司: 深圳市博銳專利事務所 44275
• 代理人: 張明

氫氣是可再生能源的二次能源載體。通常采用水電解方法產生氫氣，用于存儲電能。在燃料電池中，氫氣可以被再次轉換成電能。天然氣管網為氫氣的存儲提供了條件。但是，因為天然氣和氫氣在物理和燃燒性能上有差異，將氫氣存儲在天然氣管網就受到了極大的限制。本申請描述了電解氫氣和合成氣反應生成甲烷，再將甲烷引入天然氣管網的方法。從天然氣管網取用引入的甲烷或類似天然氣，在轉化爐中再次轉化為氫氣和二氧化碳。必須在合成氣中加入2摩爾的電解氫氣用于形成1摩爾的甲烷。甲烷再次分解時將獲得雙倍量的氫氣。合成氣可以從生物質，例如木材、煤炭或碳化合物中獲取。優選的方法是在轉化爐中除了氫氣形成的二氧化碳以外還使用等摩爾量的新鮮甲烷/天然氣。以這種方式形成的合成氣既經濟又清潔。二氧化碳進入循環，而不會影響環境。二次能源載體氫氣將作為類似天然氣的甲烷存儲和分布在天然氣管網中，在取用時摩爾量加倍，并作為氫燃料電池用于再轉化。

本案是以申請日為2014-12-04，申請號為201480064224.7，名稱為“蓄能發電燃料電池”的發明專利為母案而進行的分案申請。

氫氣是可再生能源的二次能源載體。它可以從風能和太陽能的水電解中獲取，在天然氣管網中存儲和運輸，并單獨或與天然氣一起被轉化為電能。氫氣通過燃料電池轉化為電能，這一話題備受關注，因為其轉化率高，而且可用于移動應用。

因為天然氣和氫氣在物理和燃燒性能上有差異，導致在使用終端存在問題，因此如WO 2013/043130“蓄能發電”中所述將氫氣與合成氣(一氧化碳+氫氣) 轉化為甲烷，并將類似天然氣的甲烷引入天然氣管網，作為可再生能源存儲和運輸。

引入的甲烷可以作為天然氣從天然氣管網中取用，然后再次轉化為電能。為了轉化成燃料電池，可將取用的天然氣/甲烷在蒸汽轉化爐中再次轉化成氫氣。在該方法中，根據反應方程式1和2，在電解液中從可再生電能獲取的氫氣的摩爾量將翻倍：

1.合成氣和氫氣的反應 (CO+H₂)+2H₂＝CH₄+H₂O

2.甲烷在蒸汽轉化爐中分解 CH₄+4H₂O＝4H₂+CO₂

如式1中所示，在甲烷形成的過程中，1摩爾的甲烷需要在合成氣(CO+H₂) 中加入2摩爾的電解氫氣(H₂)，甲烷/天然氣在蒸汽轉化爐再次分解時將獲得4 摩爾的氫氣。

因此，本發明涉及合成氣與通過水電解和電能獲得的氫氣一起轉化為甲烷，并將甲烷引入天然氣管網，從天然氣管網引入的甲烷中取用等摩爾量的天然氣/ 甲烷，在蒸汽轉化爐中將取用的天然氣/甲烷轉化成氫氣和二氧化碳，并將最后得到的氫氣通過燃料電池轉化為電能，其中，在合成氣中加入2摩爾的氫氣形成1摩爾的甲烷，甲烷在蒸汽轉化爐再次分解時將獲得4摩爾的氫氣。

值得強調的是，這里所說的電解氫氣作為可再生能源的二次能源載體，轉化為類似天然氣的甲烷，在天然氣管網運輸和存儲，取用時在蒸汽轉化爐中轉化為雙倍的氫氣，然后氫氣以最佳的能量轉化形式轉化為燃料電池。

在蒸汽轉化爐中，除了氫氣以外，還形成了二氧化碳，分離后或被存儲或被釋放。二氧化碳的釋放會導致其在大氣中的含量增加。如果在生成合成氣時使用生物質，例如木材，則因此產生的二氧化碳釋放對氣候是無害的。

如果從生物質中獲取二氧化碳，并在轉化時存儲/隔離，則作為生物質使用的植物在生長期從大氣吸收的二氧化碳將永久存儲在土壤里：根據本發明，一定比例的二氧化碳將轉化成有機二氧化碳，從而使大氣中的二氧化碳減少。

二氧化碳也可作為可再生能源的化學原料和存儲材料。其中，氫氣與存儲的二氧化碳轉化為甲烷，如上所示被引入天然氣管網。還可以生成甲醇和甲醛。

總之，根據本發明，在轉化過程中從甲烷/天然氣得到的二氧化碳可以被：

1.釋放