專利名稱：使用熱化學(xué)再生的碳回收和再投資的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及與二氧化碳向液體燃料的熱化學(xué)再生相關(guān)的設(shè)備、技術(shù)和材料。
背景技術(shù)：
工業(yè)革命已產(chǎn)生了基礎(chǔ)設(shè)施、機(jī)械設(shè)備、裝置和通訊系統(tǒng)，而刺激了文明的七十億人類每年燃燒超過(guò)一百萬(wàn)年的煤、油、天然氣和頁(yè)巖積累。工業(yè)革命的全球規(guī)模的參與已產(chǎn)生了如下相關(guān)問(wèn)題有限的資源消耗和經(jīng)濟(jì)膨脹；由于由空氣、水和土壤污染所引發(fā)或惡化的疾病所導(dǎo)致的生產(chǎn)力的損失；采用長(zhǎng)期業(yè)績(jī)所需的職業(yè)道德的信心的缺乏；以及通過(guò)釋放甲烷和其他溫室氣體(其來(lái)自以前的凍土、熔化的流冰群以及在洋底、江、湖和河邊區(qū)域上的沉積物中的厭氧過(guò)程)而威脅要引起更嚴(yán)重的氣候變化的全球變暖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了用于將二氧化碳向液體燃料熱化學(xué)再利用、回收或再投資的技術(shù)、系統(tǒng)、裝置和材料。在一方面，一種回收碳以產(chǎn)生可再生燃料的方法包括收獲從工業(yè)過(guò)程排放的二氧化碳。生物質(zhì)廢物在厭氧反應(yīng)下離解而產(chǎn)生氫。經(jīng)收獲的二氧化碳與生物質(zhì)廢物產(chǎn)生的氫在壓力和熱量下反應(yīng)以生成可再生燃料。實(shí)施可任選地包括如下特征的一個(gè)或多個(gè)。所述可再生燃料可包括醇和醚中的至少一種。所述醇可包括甲醇和乙醇中的至少一種。所述醚可包括二甲醚(DME)。DME可被轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生耐用品的聚合物前體?？杉尤氪呋瘎┮蕴岣呖稍偕剂系纳a(chǎn)。所述催化劑可包括銅-鋅-氧化物、銅和銅-鋅氧化物的沉積燒結(jié)混合物中的至少一種。所述方法可包括收獲從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢熱以提供反應(yīng)中所用的熱量?？僧a(chǎn)生來(lái)自可再生能源的熱量，所述可再生能源包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、流水和地?zé)嶂械闹辽僖环N。所述方法可包括控制熱量和壓力以產(chǎn)生所選類型的可再生燃料。氫可由在外部場(chǎng)所的生物質(zhì)廢物的離解產(chǎn)生并通過(guò)管線輸送。離解生物質(zhì)廢物可包括在外部場(chǎng)所熱化學(xué)制備作為氫的可輸送前體的烴類；通過(guò)管線輸送烴類；以及將烴類分離成氫和一氧化碳。所述方法還可包括清潔所收獲的二氧化碳；以及使用經(jīng)清潔的二氧化碳作為溫室農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)物。所述方法可包括使用經(jīng)清潔的二氧化碳作為植物(包括藻類)的光合作用中的浮升器(buoyant lifter)。在另一方面，一種回收碳以產(chǎn)生可再生燃料的方法可包括收獲從工業(yè)過(guò)程排放的二氧化碳。所述方法可包括在厭氧過(guò)程中離解生物質(zhì)廢物以產(chǎn)生一氧化碳、一種或多種碳供體和氫。熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的一氧化碳和另外的氫可通過(guò)使經(jīng)收獲的二氧化碳與生物質(zhì)廢物產(chǎn)生的一種或多種碳供體反應(yīng)而產(chǎn)生；以及使生物質(zhì)產(chǎn)生的一氧化碳和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的一氧化碳與生物質(zhì)產(chǎn)生的氫和另外的氫在壓力和熱量下反應(yīng)而產(chǎn)生可再生燃料。實(shí)施可任選地包括如下特征的一個(gè)或多個(gè)。所述一種或多種碳供體可包括烴類和醇中的至少一種。所述可再生燃料可包括醇和醚中的至少一種。所述醇可包括甲醇和乙醇中的至少一種。所述醚可包括二甲醚(DME)。所述方法可包括轉(zhuǎn)化DME以產(chǎn)生耐用品的聚合物前體。所述方法可包括加入催化劑以提高可再生燃料的生產(chǎn)。所述催化劑可包括過(guò)渡金屬碳化物、過(guò)渡金屬硼化物和過(guò)渡金屬氮化物中的至少一種。所述過(guò)渡金屬碳化物、過(guò)渡金屬硼化物和過(guò)渡金屬氮化物可包括Fe3C、Co3C, Co3Fe3C2、Mn3C、FeC3、CoC3> CoFeC6、MnFeC6、Mn5C2, MnFeC6, Fe3Cr3C2, Fe3Co2BNC2, Fe3VC2, Fe4NC2, Fe3MoC2 和 Fe5BNC 中的至少一種。所述方法可包括收獲從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢熱以提供反應(yīng)中所用的熱量。所述方法可包括從可再生能源產(chǎn)生熱量，所述可再生能源包括風(fēng)能源和太陽(yáng)能源中的至少一種。所述方法可包括控制熱量和壓力以產(chǎn)生所選類型的可再生燃料。氫可由在外部場(chǎng)所的生物質(zhì)廢物的離解產(chǎn)生并通過(guò)管線輸送。離解生物質(zhì)廢物可包括在外部場(chǎng)所熱化學(xué)制備作為氫的可輸送前體的烴 類；通過(guò)管線輸送烴類；以及將烴類分離成氫和一氧化碳。所述方法還可包括清潔所收獲的二氧化碳；以及使用經(jīng)清潔的二氧化碳作為溫室農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)物。所述方法還可包括使用經(jīng)清潔的二氧化碳作為植物(包括藻類)的光合作用中的浮升器。所述的技術(shù)和體系可能提供如下優(yōu)點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)。例如，廣泛可得的烴類原料物質(zhì)，包括諸如來(lái)自廢物的厭氧消化的甲烷的選擇，且天然氣離解成碳和氫。相比于水的電解，通過(guò)天然氣的熱離解，每BTU當(dāng)量可產(chǎn)生超過(guò)四倍那樣多的氫(CH4+熱量一碳產(chǎn)物+2 )。共同產(chǎn)生的碳可用于制造利用太陽(yáng)能資源、風(fēng)能資源、流水資源和地?zé)豳Y源的設(shè)備，以及比鋼強(qiáng)且比鋁輕的輸送組件。相比于一次性燃燒碳并引發(fā)環(huán)境污染和溫室氣體問(wèn)題，制造利用可再生資源的設(shè)備的這種碳的應(yīng)用提供了清潔許多倍的能量。相比于總發(fā)電廠，共同產(chǎn)生的氫在熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)中的使用加倍了能量使用效率。而且，燃料噴射器或多燃料噴射器技術(shù)在使用氫的發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用可實(shí)際上清潔進(jìn)入這種發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣。這種共同產(chǎn)生的氫的另一益處和應(yīng)用是使其與二氧化碳(來(lái)自面包廠、啤酒廠和火電廠)反應(yīng)以產(chǎn)生可儲(chǔ)存于罐(現(xiàn)在儲(chǔ)存汽油或柴油燃料)中的液體燃料(3H2+C02 — CH30H+H20)。這使得從甲烷提取的氫的廣泛利用成為可能，所述甲烷通過(guò)在調(diào)整時(shí)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)換從廢生物質(zhì)或天然氣產(chǎn)生。另外，CO2可通過(guò)與來(lái)自生物質(zhì)廢物離解的氫供體或碳供體反應(yīng)而被再利用并回收以產(chǎn)生可再生能量，否則該CO2將被釋放至環(huán)境。因此，不是浪費(fèi)精力努力去除碳，可能有害的碳可被再利用而產(chǎn)生可用的能源。


圖I為一個(gè)再投資、再利用或回收從由工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生的廢物收獲的二氧化碳以與來(lái)自生物質(zhì)廢物離解的氫反應(yīng)的方法的流程圖。
圖2為通過(guò)離解H2-密集燃料混合物而產(chǎn)生氧化燃料和氫燃料的一個(gè)示例性方法的流程圖，所述H2-密集燃料混合物通過(guò)使來(lái)自工業(yè)廢物的再利用或回收的CO2與來(lái)自生物質(zhì)廢物的氫反應(yīng)而產(chǎn)生。圖3A為顯示了通過(guò)與生物質(zhì)產(chǎn)生的氫反應(yīng)而生成可再生燃料以再利用或回收作為廢物從工業(yè)過(guò)程收獲的CO2的一個(gè)示例性體系的框圖。圖3B為顯示了將生物質(zhì)廢物離解成帶有氫和碳的中間體的一個(gè)示例性體系的框圖。圖3C為顯示了用于產(chǎn)生多用途H2-密集燃料以如上所述分離有害污染物和儲(chǔ)存能量的一個(gè)示例性體系的框圖。圖4顯示了通過(guò)使化石產(chǎn)生的二氧化碳與可再生碳供體反應(yīng)，而使用經(jīng)收獲的CO2(例如來(lái)自化石燃料燃燒廢物)作為熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的CO的來(lái)源的一種方法的流程圖。圖5為由熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的CO產(chǎn)生可再生燃料的一個(gè)示例性體系的框圖，所述熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的CO與來(lái)自生物質(zhì)廢物離解的氫反應(yīng)。圖6為再利用或回收碳和氫的一個(gè)示例性體系的框圖。在各個(gè)附圖中，同樣地附圖標(biāo)記和指示表示同樣的元件。
具體實(shí)施例方式描述了用于實(shí)施熱化學(xué)再生反應(yīng)的技術(shù)、裝置和體系，其中二氧化碳(CO2)從工業(yè)過(guò)程收獲，并回收或再利用以產(chǎn)生可再生燃料，如甲醇燃料。不是通過(guò)從CO2取出碳而浪費(fèi)碳，所述技術(shù)在與生物質(zhì)廢物產(chǎn)生的氫的反應(yīng)中再利用或回收CO2以產(chǎn)生可再生燃料。圖I為再投資、再利用或回收從由工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生的廢物收獲的二氧化碳以與來(lái)自生物質(zhì)廢物離解的氫反應(yīng)的方法100的流程圖。體系(例如如下體系400)從工業(yè)過(guò)程(110)收獲碳供體。用于本文所述的熱化學(xué)再生的碳供體(如二氧化碳或一氧化碳)可從CO2的易得來(lái)源(例如從總發(fā)電廠、燃燒烴類的焦化和煅燒操作、啤酒廠和面包廠)收獲。所述體系從生物質(zhì)廢物離解(120)獲得氫。經(jīng)收獲的CO2可通過(guò)與生物質(zhì)廢物產(chǎn)生的氫反應(yīng)(130)以產(chǎn)生用于制備化學(xué)品和/或燃料的液體原料。例如，在所述CO2與H2的熱化學(xué)再生中產(chǎn)生的甲醇燃料可用于為適應(yīng)于以非污染方式燃燒甲醇的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。美國(guó)專利No. 6，155，212和No. 6，756，140描述了使汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)適應(yīng)于燃燒甲醇的裝置和技術(shù)，所述專利的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入。如下反應(yīng)式I和2示出了經(jīng)由甲醇產(chǎn)生的氫和碳的再利用或回收，其中生物質(zhì)產(chǎn)生的氫分別與工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生的一氧化碳(CO)和CO2反應(yīng)。C0+2H2 — CH3OH (ΔΗ = -21. 66Kcal/g_mol)反應(yīng)式 IC02+3H2 — CH30H+H20(ΔΗ = -11. 83Kcal/g_mol)反應(yīng)式 2回收或再利用氫、CO和CO2的所述熱化學(xué)再生反應(yīng)通過(guò)使用現(xiàn)有的輸送發(fā)動(dòng)機(jī)和儲(chǔ)存罐而使得熱化學(xué)再生反應(yīng)(參見(jiàn)如下反應(yīng)式5)能夠產(chǎn)生氫特性的燃料，以獲得更長(zhǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)壽命和更大的燃料效率，以及大大降低的二氧化碳、烴類、氮氧化物和顆粒的排放，從而提供了用于增加過(guò)去的設(shè)備投資上的財(cái)政收益的過(guò)渡性技術(shù)。反應(yīng)式I和2中總結(jié)的甲醇合成過(guò)程可通過(guò)各種步驟實(shí)施，包括在95至100大氣壓和500° F(2600C )下的催化合成(140)。用于反應(yīng)式I和2的過(guò)程的催化劑可包括在制得甲醇或者甲醇和水(如所示)的各種方法合成條件(包括約260°C (500° F)和1500psi)下的銅-鋅-氧化物以及銅和銅-鋅氧化物的沉積燒結(jié)混合物?；蛘?，可取決于所選的壓力、溫度和催化劑而制得二甲醚(DME)或乙烯或丙烯。在上述熱化學(xué)再生(反應(yīng)式1-2)中所用的氫可由根據(jù)如下反應(yīng)式3和4中總結(jié)的過(guò)程的生物質(zhì)離解而制得。生物質(zhì)廢物轉(zhuǎn)化的細(xì)節(jié)描述于題為“Carbon-Based DurableGoods and Renewable Fuel from Biomass Dissociation”的共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)(代理人案號(hào)No. 69545-9002. US00)中，該專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入。特別地，反應(yīng)式3和4總結(jié)了在吸熱反應(yīng)中離解烴類(如通過(guò)生物質(zhì)離解所產(chǎn)生的甲烷)以產(chǎn)生氫和碳的過(guò)程。CxHy+ 熱量一xC+0. 5yH2反應(yīng)式 3CH4+ 熱量一C+2H2 ( Δ H298k = 74. 9kJ/mol) 反應(yīng)式 4 除了通過(guò)烴類(CxHy)化合物的離解共同產(chǎn)生之外，氫可通過(guò)使用任何清潔可選擇的能源電解分裂水而衍生。而且，氫可衍生自有機(jī)材料的非-CO2產(chǎn)生厭氧離解，和/或通過(guò)使用諸如風(fēng)力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、生物質(zhì)發(fā)電廠、太陽(yáng)能發(fā)電廠，潮汐發(fā)電廠、地?zé)岚l(fā)電廠或非峰值核電站的能源而衍生。氫也可從通常腐爛或燃燒的幾乎任何生物質(zhì)廢物產(chǎn)生。用于儲(chǔ)氫的碳中和液體化合物可由氫和二氧化碳合成。而且，氫可在輸送氫的管線處或在接近輸送氫的管線的地點(diǎn)產(chǎn)生，或從輸送氫的管線遞送。通過(guò)如上所述的熱化學(xué)再生反應(yīng)(參見(jiàn)反應(yīng)式I和2)制得的甲醇可為便宜的、可儲(chǔ)存的和可輸送的。在碳中和儲(chǔ)氫操作的一個(gè)實(shí)施中，甲醇從通常為排放CO2的來(lái)源的來(lái)源合成。這種CO2可從乙醇工廠、面包廠、啤酒廠、波特蘭水泥廠和化石燃燒發(fā)電廠捕集，和/或通過(guò)大氣“清洗”捕集，所述大氣“清洗”從一萬(wàn)個(gè)空氣分子中提取至多約三個(gè)二氧化碳分子。類似于乙醇，甲醇可在常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)中以至多20%與汽油共混，并在混合燃料車輛中以至多85%與汽油共混，而不改變車輛或現(xiàn)有輸送燃料基礎(chǔ)設(shè)施。多年來(lái)，辛烷值為100的甲醇已用作高性能轎車和賽車的賽車燃料。醇(如甲醇)作為能量載體的主要用途為經(jīng)濟(jì)和能量有利的。例如，I升環(huán)境溫度下的甲醇比I升液體氫含有更多的氫，所述液體氫必須被保持在-421° F下的儲(chǔ)存所中。圖2為通過(guò)離解H2-密集燃料混合物而產(chǎn)生氧化燃料和氫燃料的一個(gè)示例性方法200的流程圖，所述H2-密集燃料混合物通過(guò)使來(lái)自工業(yè)廢物的再利用或回收的CO2與來(lái)自生物質(zhì)廢物的氫反應(yīng)而產(chǎn)生。體系(例如如下體系300)從工業(yè)過(guò)程(210)收獲碳供體。用于本文所述的熱化學(xué)再生的碳供體(如二氧化碳或一氧化碳)可從CO2的易得來(lái)源(例如從總發(fā)電廠、燃燒烴類的焦化和煅燒操作、啤酒廠和面包廠)收獲。所述體系從生物質(zhì)廢物離解(220)獲得氫。經(jīng)收獲的CO2可通過(guò)與生物質(zhì)廢物產(chǎn)生的氫反應(yīng)(230)以產(chǎn)生用于制備化學(xué)品和/或燃料的液體原料。例如，在所述CO2與H2的熱化學(xué)再生中產(chǎn)生的甲醇燃料可用于為適應(yīng)于以非污染方式燃燒甲醇的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。美國(guó)專利No. 6，155，212和No. 6，756，140描述了使汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)適應(yīng)于燃燒甲醇的裝置和技術(shù)，所述專利的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入。反應(yīng)式I和2中總結(jié)的甲醇合成過(guò)程可通過(guò)各種步驟實(shí)施，包括在95至100大氣壓和500° F(2600C )下的催化合成(140)。如上所述，用于反應(yīng)式I和2的過(guò)程的催化劑可包括在制得甲醇或者甲醇和水(如所示)的各種方法合成條件(包括約260°C (500° F)和1500psi)下的銅-鋅-氧化物以及銅和銅-鋅氧化物的沉積燒結(jié)混合物。如反應(yīng)式5所示，甲醇可在與廢熱(例如自太陽(yáng)能碟或發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再投資或回收)和/或水的第二反應(yīng)中被熱化學(xué)重整或離解以產(chǎn)生碳的氧化物和氫燃料(240)。CH30H+H20+ 熱量一C0+3H2 反應(yīng)式 5由發(fā)動(dòng)機(jī)、太陽(yáng)能聚光器或其他通常浪費(fèi)的來(lái)源或可再生來(lái)源提供的功率和熱量可提供用于產(chǎn)生可再生燃料(如H2-密集燃料)的吸熱操作和過(guò)程所需的能量或熱量(250)。通過(guò)引入從通常浪費(fèi)的熱量回收的能量，通過(guò)熱化學(xué)再生而制得的新的燃料種類在燃燒時(shí)可釋放比最初醇原料多15至25%的能量。類似于反應(yīng)式5，低成本燃料和水混合物，如烴類和水與乳化劑或醇，如甲醇和水(如反應(yīng)式2所示)可被熱化學(xué)重整為新的燃料種類，如二氧化碳和氫，以用于分離或直接用作注入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的混合物，如反應(yīng)式6所示。 CH30H+H20 — C02+3H2反應(yīng)式 6這生成了強(qiáng)得多的燃料-主要是氫。該燃料可在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒(以產(chǎn)生電力和/或用于運(yùn)輸)并產(chǎn)生清潔水作為副產(chǎn)物，如反應(yīng)式7所示。C0+3H2+202 — 3H20+C02 反應(yīng)式 7CO2副產(chǎn)物可被收獲，并在與由生物質(zhì)離解所產(chǎn)生的氫的反應(yīng)中被再利用或回收以連續(xù)重復(fù)循環(huán)(260)。盡管在燃料電池技術(shù)中使用的氫應(yīng)該是純的(并因此制備昂貴)，在內(nèi)燃機(jī)中使用的氫可不純。所述熱化學(xué)再生的過(guò)程使用不純或臟的氫正如使用昂貴的純的氫一樣有效。例如，由廢水、有機(jī)廢物或污水制得的氫具有有機(jī)碳作為雜質(zhì)。然而，正如防止CO2成為大氣污染物一樣，源自生物廢物的氫提供了另外的益處從所述便宜且可持續(xù)的資源降低污染。在每種情況中，能量可被收獲并再利用或回收以產(chǎn)生可再生燃料，否則能量將作為廢物損失。提高反應(yīng)式6-7的過(guò)程的速率的催化劑可包括過(guò)渡金屬碳化物、過(guò)渡金屬硼化物和過(guò)渡金屬氮化物，包括非化學(xué)計(jì)量混合物和/或具有例如如下近似式的金屬間化合物Fe3C、Co3C、Co3Fe3C2 λ Mn3CΛ FeC3、CoC3λ CoFeC6、MnFeC6Λ Mn5C2 Λ MnFeC6Λ Fe3Cr3C2Λ Fe3Co2BNC2、Fe3VC2' Fe4NC2' Fe3MoC2 和 Fe5BNC0可能需要的是這種過(guò)程與電解循環(huán)操作，所述電解在電力便宜之時(shí)或當(dāng)剩余電力可得自可再生能量生產(chǎn)的間歇量時(shí)進(jìn)行。因此，可防止比原料密度更小的流體產(chǎn)物膨脹，直至獲得所需的壓力以用于儲(chǔ)存、通過(guò)流體管道傳送、通過(guò)燃燒或催化氧化產(chǎn)生熱量，或用于化學(xué)過(guò)程(如燃料電池或再生電解槽/燃料電池)或物理反應(yīng)(包括通過(guò)增壓協(xié)助的反應(yīng))。例如，可使海洋應(yīng)用(如大的貨船發(fā)動(dòng)機(jī))利用便宜的石油化學(xué)產(chǎn)品(如石蠟)，在旅程結(jié)束時(shí)所得推進(jìn)過(guò)程產(chǎn)生儲(chǔ)存的清潔水和氫。通過(guò)利用用于輸送的動(dòng)力，使用來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱副產(chǎn)物來(lái)推動(dòng)持續(xù)的熱化學(xué)再生，改進(jìn)總效率并將廢物和污染產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為能量載體和生產(chǎn)能。利用這種技術(shù)的船舶可被推進(jìn)，同時(shí)制備氫或甲醇以用于為航空器、導(dǎo)彈、無(wú)人偵察探測(cè)和新型戰(zhàn)術(shù)武器供給燃料。在另一方面，本文所述的技術(shù)、裝置和體系易于接受水和包含氧化成分的燃料的溶液。利用水和燃料的溶液的能力提供了各種優(yōu)點(diǎn)，包括1)節(jié)約了干燥氧化燃料成分或從氧化燃料成分去除水所需的能量；2)通過(guò)避免制備和儲(chǔ)存無(wú)水燃料所需的設(shè)備和能量費(fèi)用而降低燃料制備成本；3)通過(guò)降低或消除活細(xì)胞內(nèi)的水溶液和燃料-水溶液之間的濃度梯度而降低毒性；4)以及有利于更有力和快速燃燒氫特性的燃料的有利的熱化學(xué)再生制備(參見(jiàn)如下反應(yīng)式8、9和/或10)。圖3A為顯示了通過(guò)與生物質(zhì)產(chǎn)生的氫反應(yīng)，而再利用或回收作為廢物從工業(yè)過(guò)程收獲的CO2以生成可再生燃料的一個(gè)示例性體系300的框圖。體系300包括接收生物質(zhì)廢物302的生物質(zhì)離解體系310，將使用熱化學(xué)再生過(guò)程而將所述生物質(zhì)廢物302離解成碳、烴類、醇、氨和氫。用于離解生物質(zhì)廢物302的熱量可包括來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)等的廢熱，否則所述廢熱將被釋放至環(huán)境。而且，一種或多種可再生能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能等可用于產(chǎn)生熱量。低比能氫304 (例如來(lái)自烴類的離解)從生物質(zhì)離解體系310捕集并運(yùn)送至包括加熱機(jī)構(gòu)324的H2-密集燃料發(fā)生反應(yīng)器320。H2-密集燃料發(fā)生反應(yīng)器320也接收碳供 體，如從工業(yè)過(guò)程(例如來(lái)自化石燃料燃燒或空氣的廢氣)收獲的C023 3 2。H2-密集燃料發(fā)生反應(yīng)器320導(dǎo)致低比能H2與經(jīng)收獲的碳供體(如C023 3 2)反應(yīng)以產(chǎn)生H2-密集燃料350，如甲醇。碳供體332可獲自空氣或工業(yè)廢物330 (例如來(lái)自化石燃料燃燒的廢氣)。體系300可包括催化劑反應(yīng)區(qū)域340以接收提高H2-密集燃料混合物的產(chǎn)生的一種或多種催化劑。催化劑的實(shí)例如上所述。所產(chǎn)生的H2-密集燃料混合物350為可儲(chǔ)存和可輸送的。由于H2-密集燃料混合物350攜帶可輸送形式的H2燃料，因此H2-密集燃料混合物用作將能量攜帶至所需目的地的載體?？赏ㄟ^(guò)使用可再生燃料產(chǎn)生體系360離解H2-密集燃料350混合物以獲得H2燃料和氧化燃料。圖3B為顯示了將生物質(zhì)廢物離解成帶有氫和碳的中間體的一個(gè)示例性體系310的框圖。體系310包括生物質(zhì)廢物攝取組件，如料斗311，其接收未加工形式的生物質(zhì)廢物302，并將原材料分解(例如削片、砍碎、磨碎等)成細(xì)分原料，如各種纖維素材料和木質(zhì)纖維素材料。料斗311可包括加熱機(jī)構(gòu)，如熱交換器312，以預(yù)熱所述細(xì)分原料。所述熱交換器可再捕集并回收來(lái)自外部熱源(例如發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣和/或可再生熱量，如風(fēng)能、太陽(yáng)能等)或來(lái)自生物質(zhì)離解反應(yīng)器314本身的廢熱。細(xì)分(在一些實(shí)施中，經(jīng)預(yù)熱的)原料313被傳送至生物質(zhì)離解反應(yīng)器314，以將生物質(zhì)廢物原料離解成碳和氫的可用的可再生來(lái)源，如各種烴類、醇、氨和碳的氧化物。反應(yīng)器可包括干燥機(jī)構(gòu)315以從所述原料驅(qū)逐濕氣和空氣。干燥機(jī)構(gòu)315可包括擠出裝置以從所述原料物理“擠出”濕氣和空氣。所述擠出裝置的實(shí)例包括螺旋螺桿輸送器和壓力機(jī)活塞輸送器。而且，干燥機(jī)構(gòu)315可包括一個(gè)或多個(gè)加熱機(jī)構(gòu)，如熱交換器，其捕集由反應(yīng)器314產(chǎn)生的熱量，并回收經(jīng)捕集的熱量以干燥所述原料。所述熱交換器也可再捕集并回收來(lái)自外部熱源(例如發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣和/或可再生熱量，如風(fēng)能、太陽(yáng)能等)的廢熱。反應(yīng)器314也可包括加熱機(jī)構(gòu)316，所述加熱機(jī)構(gòu)316用于產(chǎn)生厭氧反應(yīng)中所用的足夠熱量以將生物質(zhì)廢物原料離解成碳和氫的可用的可再生來(lái)源317，如烴類、醇、氨和碳的氧化物。所產(chǎn)生的碳和氫的可用的可再生來(lái)源317可被傳送至儲(chǔ)存和/或輸送機(jī)構(gòu)318，以被H2-密集燃料產(chǎn)生反應(yīng)器320使用以及在產(chǎn)生可再生燃料和/或碳基耐用品319的另外的反應(yīng)中使用，如在題為“Carbon-Based Durable Goods and Renewable Fuel fromBiomass Waste Dissociation”的共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)中所述,所述專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入。此外，儲(chǔ)存和/或輸送機(jī)構(gòu)318允許將碳和氫的可用的可再生來(lái)源317有效地輸送至外部場(chǎng)所而用于進(jìn)一步加工。生物質(zhì)離解反應(yīng)器314可構(gòu)造為增加生物質(zhì)廢物轉(zhuǎn)化過(guò)程的熱效率，并同時(shí)降低或消除二氧化碳形成。例如，生物質(zhì)離解反應(yīng)器314可包括進(jìn)行各種逆流干燥(例如回收熱量)，并在提取碳、烴類(如甲烷)和/或氫之前消除空氣、濕氣和其他氧供體的機(jī)構(gòu)。圖3C為顯示了用于產(chǎn)生多用途H2-密集燃料以如上所述分離有害污染物和儲(chǔ)存能量的一個(gè)示例性體系360的框圖。體系360包括接收如上所述產(chǎn)生的H2-密集燃料350的可再生燃料產(chǎn)生反應(yīng)器362?？稍偕剂袭a(chǎn)生反應(yīng)器362可包括加熱機(jī)構(gòu)364，以施加所需的熱量以將H2-密集燃料混合物轉(zhuǎn)化為可再生燃料和營(yíng)養(yǎng)物366，如碳的氧化物、氫和氮。反應(yīng)中所用的熱量可獲自來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣或冷卻系統(tǒng)的廢熱，否則所述廢熱將被釋放至環(huán)境。而且，可在反應(yīng)中使用來(lái)自一種或多種可再生資源(如風(fēng)能、太陽(yáng)能、流水、地?zé)岬?的 熱量。另外，所產(chǎn)生的可再生燃料可使用儲(chǔ)存和輸送機(jī)構(gòu)368 (如壓力容器或管線)儲(chǔ)存和/或輸送至其他地點(diǎn)。圖4顯示了通過(guò)使化石產(chǎn)生的二氧化碳與可再生碳供體反應(yīng)，而使用經(jīng)收獲的CO2(例如來(lái)自化石燃料燃燒廢物)作為熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的CO的來(lái)源的一種方法400的流程圖。體系(例如如下的體系500)可從工業(yè)過(guò)程收集CO2 (410)，所述工業(yè)過(guò)程包括面包廠、啤酒廠、煅燒廠，以及其他來(lái)源，如發(fā)電廠、燃料電池和使用碳質(zhì)燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。一氧化碳也可通過(guò)總結(jié)于反應(yīng)式8中的過(guò)程提供，以用于甲醇制備過(guò)程，如由如上反應(yīng)式I通常所示的那些。所述體系可獲得通過(guò)總結(jié)于如上反應(yīng)式3和4中的烴類(由生物質(zhì)廢物制得)離解過(guò)程而制得的碳供體(420)。來(lái)自烴類離解的碳供體可在足夠熱量的存在下與經(jīng)收獲的CO2反應(yīng)，以制得熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的CO (430)，如如下反應(yīng)式8所示。C02+C+ 能量一2C0 反應(yīng)式 8也可通過(guò)利用可冷凝液體燃料成分(如甲醇)遞送和提供為此目的的碳供體，以與經(jīng)收獲的CO2反應(yīng)?？赡苡欣氖抢每稍偕茉?例如來(lái)自生物質(zhì)的甲烷)提供碳以用于將二氧化碳加工成一氧化碳，如反應(yīng)式9所示。CH4+C02+ 能量一2C0+2H2 反應(yīng)式 9在經(jīng)收獲的CO2與生物質(zhì)廢物產(chǎn)生的碳供體的反應(yīng)中所用的熱量可包括來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)等的廢熱，否則所述廢熱將被釋放至環(huán)境(440)。而且，一種或多種可再生能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能等可用于產(chǎn)生熱量。可使用更高壓力的氫以加壓反應(yīng)式9的產(chǎn)物，如一氧化碳和氫。而且，更高壓力的氫可通過(guò)其他能量引發(fā)的離解制得，如反應(yīng)式3、4、10和11通常所示，所述其他能量引發(fā)的離解包括電解厭氧培養(yǎng)的酸以及來(lái)自有機(jī)消化過(guò)程和來(lái)自水的液體。C2H402+2H20+ 能量一2C02+4H2 反應(yīng)式 10H2O+能量一0 . 502+H2反應(yīng)式 11可加入加壓氫或加壓且加熱的氫(如可通過(guò)反應(yīng)式3、4、10和/或11所示的加壓過(guò)程制得)以將反應(yīng)式9的產(chǎn)物加壓，從而形成所需的化合物，如反應(yīng)式12所示的DME燃料或甲醇(450)。
C0+H2+H2 — CH3OH 反應(yīng)式 12由反應(yīng)式I和12中所總結(jié)的過(guò)程提供的液體燃料(如甲醇)可易于通過(guò)通常用于柴油、汽油和其他醇燃料的設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存、輸送、計(jì)量和分配。反應(yīng)式13顯示了離解一氧化碳以提供甲烷的部分氧化而產(chǎn)生甲醇和/或DME的過(guò)程步驟，所述一氧化碳例如來(lái)自反應(yīng)式5中所總結(jié)的過(guò)程的一氧化碳，或來(lái)自其他來(lái)源的一氧化碳。CH4+C0+ 能量一CH30H+C 反應(yīng)式 13反應(yīng)式13所總結(jié)的過(guò)程可在活性碳上進(jìn)行，或在活性炭的存在下進(jìn)行，且當(dāng)氧用于形成甲醇時(shí)所產(chǎn)生的碳可被沉淀以添加這種碳的物料量。所述反應(yīng)的促進(jìn)可由反應(yīng)器提供，所述反應(yīng)器利用活性碳來(lái)吸附在催化劑的協(xié)助下或無(wú)催化劑的協(xié)助下離解的一氧化碳，以釋放部分氧化甲烷以形成甲醇的氧。
在經(jīng)收獲的CO2與生物質(zhì)廢物產(chǎn)生的碳供體的反應(yīng)中所用的熱量可包括來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)等的廢熱，否則所述廢熱將被釋放至環(huán)境(440)。而且，一種或多種可再生能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能等可用于產(chǎn)生熱量。來(lái)自空氣燃燒過(guò)程的碳的氧化物(如二氧化碳或一氧化碳)的再利用或回收通常造成氮污染物的分離或容納的問(wèn)題。從反應(yīng)性離子物種的混合物的進(jìn)行有價(jià)值的制備的另一過(guò)程變體由電弧、電暈、微波或輻射電離提供。使一氧化碳(包括由反應(yīng)式5的過(guò)程制得)和氫(包括由反應(yīng)式3或4的過(guò)程制得)以及這種氮的混合物反應(yīng)，以制得CH3OH和NH3,如反應(yīng)式14所示。C0+5H2+N2+ 能量一CH30H+2NH3反應(yīng)式 14通過(guò)該反應(yīng)或其他反應(yīng)制得的氨(NH3)可被安全儲(chǔ)存和運(yùn)送,該反應(yīng)或其他反應(yīng)利用由反應(yīng)式3或4的典型過(guò)程所產(chǎn)生的氫。這提供了緊湊儲(chǔ)存，并可用作氫的前體。氨可以以各種方式儲(chǔ)存，包括作為加壓液體、鹽(如氯化銨)，或在活性介質(zhì)(如碳)中，且加壓可通過(guò)供熱完成。當(dāng)氨經(jīng)過(guò)催化劑時(shí)，可利用其分解來(lái)加壓N2和H2產(chǎn)物，包括可由甲醇或濕甲醇共同制得的一氧化碳和氫的加壓。圖5為由熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的CO產(chǎn)生可再生燃料的一個(gè)示例性體系500的框圖，所述熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的CO與來(lái)自生物質(zhì)廢物離解的氫反應(yīng)。體系500包括接收生物質(zhì)廢物302的生物質(zhì)離解體系310，將使用熱化學(xué)再生過(guò)程而將所述生物質(zhì)廢物302離解成碳、烴類、醇、氨和氫。用于離解生物質(zhì)廢物302的熱量可包括來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)等的廢熱，否則所述廢熱將被釋放至環(huán)境。而且，一種或多種可再生能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能等可用于產(chǎn)生熱量。碳供體314(例如來(lái)自烴類的離解)從生物質(zhì)離解體系310捕集并運(yùn)送至包括加熱機(jī)構(gòu)514的CO產(chǎn)生反應(yīng)器510。碳供體314與從工業(yè)過(guò)程(例如來(lái)自化石燃料燃燒的廢氣或空氣)收獲的CO2反應(yīng)。CO產(chǎn)生反應(yīng)器510可使碳供體與獲自空氣或工業(yè)過(guò)程(例如來(lái)自化石燃料燃燒的廢氣、聚合物廠的廢物流等)的經(jīng)收獲的C023 3 2反應(yīng)以產(chǎn)生CO 514。熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的CO 514被傳送至包括加熱機(jī)構(gòu)324的4_密集燃料產(chǎn)生反應(yīng)器320。H2-密集燃料產(chǎn)生反應(yīng)器320也接收從生物質(zhì)廢物離解體系310收獲的氫供體524。H2-密集燃料產(chǎn)生反應(yīng)器320可使氫供體524 (例如低比能H2)與轉(zhuǎn)化的CO 514反應(yīng)以產(chǎn)生H2-密集燃料550，如甲醇。用于產(chǎn)生H2-密集燃料混合物550的熱量可包括來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)等的廢熱，否則所述廢熱將被釋放至環(huán)境。而且，一種或多種可再生能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能、流水、地?zé)岬瓤捎糜诋a(chǎn)生熱量。體系500可包括催化劑反應(yīng)區(qū)域540以接收提高H2-密集燃料混合物的產(chǎn)生的一種或多種催化劑。催化劑的實(shí)例如上所述。所產(chǎn)生的H2-密集燃料混合物550為可儲(chǔ)存和可輸送的。由于H2-密集燃料混合物550攜帶可輸送形式的H2燃料，因此H2-密集燃料混合物用作將能量攜帶至所需目的地的載體。可通過(guò)使用可再生燃料產(chǎn)生體系360離解H2-密集燃料550混合物以獲得H2jt料和氧化燃料。圖6為再利用或回收碳和氫的一個(gè)示例性體系600的框圖。如在反應(yīng)式I中從烴類離解產(chǎn)生的氫可在發(fā)動(dòng)機(jī)602 (如燃?xì)廨啓C(jī)或容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，如旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)或活塞發(fā)動(dòng)機(jī))中使用，且所述發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出可被應(yīng)用至負(fù)載，如所示的泵或發(fā)電機(jī)612。來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)602的廢氣可用作之前公開(kāi)的吸熱反應(yīng)的供熱，和/或其可通過(guò)管道630遞送至熱交換器620，所述熱交換器620用于從合適的來(lái)源接收熱量，所述合適的來(lái)源例如可具有任何合 適的設(shè)計(jì)(包括槽、盤(pán)或菲涅耳透鏡)的太陽(yáng)能聚光器626。氫可通過(guò)管線604供給，所述管線604包括用于從工業(yè)園區(qū)(所述工業(yè)園區(qū)由碳制備耐用品，如反應(yīng)式I所示)地下遞送相對(duì)較純的氫的布置，或者氫可以可交換地在與其他燃料(如天然氣)的混合物中遞送。來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)602的廢氣可為用于各種其他目的(包括之前描述的吸熱過(guò)程)的熱源，且一部分廢氣可被太陽(yáng)鏡聚光器626進(jìn)一步加熱以提供用于在發(fā)動(dòng)機(jī)(如渦輪機(jī)622)中膨脹的高溫氣體，這種功產(chǎn)生的輸出可應(yīng)用于泵或發(fā)電機(jī)624。當(dāng)電力從發(fā)電機(jī)612通過(guò)614遞送至606時(shí)，由發(fā)電機(jī)624產(chǎn)生的電力可通過(guò)電纜616遞送，以通過(guò)收集器電纜606進(jìn)行分配。來(lái)自管道604的燃料可通過(guò)管線628遞送，并通過(guò)泵或閥門(mén)608控制以用于在發(fā)動(dòng)機(jī)622中的燃燒，所述發(fā)動(dòng)機(jī)622用于在可得到不足的太陽(yáng)能以使體系滿足電力需求之時(shí)進(jìn)行操作。取決于功率需求和可得的太陽(yáng)能，可將另外的工作流體(如空氣或水)遞送至管道630，以通過(guò)使盤(pán)626和發(fā)動(dòng)機(jī)622的輸出達(dá)到最大而提供峰值功率。實(shí)際目.可用的應(yīng)用乙醇工業(yè)已發(fā)展了甲醇生產(chǎn)的優(yōu)良的市場(chǎng)機(jī)遇。乙醇廠通過(guò)發(fā)酵過(guò)程每年排放數(shù)百萬(wàn)噸的C02。該CO2可易于收集并與氫結(jié)合以制備甲醇。5千萬(wàn)加侖/年的乙醇廠將從廢CO2排放制備另外3千萬(wàn)加侖的甲醇。這將乙醇廠的生產(chǎn)力提高了 60%。以有競(jìng)爭(zhēng)性的價(jià)格從該過(guò)程制備甲醇的關(guān)鍵因素之一是低成本電力。由于大多數(shù)乙醇廠具有有利的合同或生產(chǎn)低成本電力，因此這些工廠可得到低成本電力。而且，乙醇廠已在適當(dāng)位置具有輸送和銷售基礎(chǔ)設(shè)施以處理增加體積的液體輸送燃料。在一些實(shí)施中，甲醇可用于使乙醇“變性”，從而代替昂貴的汽油。將所述技術(shù)應(yīng)用于目前在建的新的乙醇廠，可能通過(guò)來(lái)自乙醇廠的發(fā)酵過(guò)程的廢CO2排放，而在每年提供另外33億加侖的環(huán)境友好的替代燃料。如果應(yīng)用于現(xiàn)有乙醇廠，該數(shù)字可容易地加倍。在一些實(shí)施中，從如上所述的各種工業(yè)過(guò)程收獲的污染的或“臟”的二氧化碳可被清潔并用作溫室農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)物(例如與水一起)。另外，經(jīng)清潔的二氧化碳可用作植物(如藻類)的光合作用中的浮升器或泵。因此，經(jīng)清潔的二氧化碳可被回收，并作為植物營(yíng)養(yǎng)物或光合作用反應(yīng)中的泵而被再利用。盡管本說(shuō)明書(shū)含有許多特性，但這些不應(yīng)被解釋為對(duì)任何發(fā)明或所要求保護(hù)的范圍的限制，而是作為對(duì)針對(duì)特定發(fā)明的特定實(shí)施例的特征的描述。在分開(kāi)的實(shí)施例的情況下在本說(shuō)明書(shū)中描述的某些特征也可在單個(gè)實(shí)施例中組合實(shí)施。相反，在單個(gè)實(shí)施例的情況下描述的各種特征也可在分開(kāi)的多個(gè)實(shí)施例中實(shí)施或以任何合適的次組合實(shí)施。此外，盡管特征可如上描述為以某種組合起作用，且甚至最初聲稱如此，來(lái)自所要求保護(hù)的組合的一個(gè)或多個(gè)特征可在某些情況中從所述組合刪除，且所要求保護(hù)的組合可轉(zhuǎn)化為次組合或次組合的變體。類似地，盡管在附圖中以特定順序表示操作，但這不應(yīng)被理解為要求這種操作以所示的特定順序或按順序進(jìn)行或者要求進(jìn)行所有示出的操作以獲得所需結(jié)果。在某些情況中，多重任務(wù)和并行處理可為有利的。此外，在上述實(shí)施例中各種體系組分的分離不應(yīng)被理解為在所有實(shí)施例中要求這種分離。
僅描述了一些實(shí)施和實(shí)例，可基于在本申請(qǐng)中所描述和示出的內(nèi)容進(jìn)行其他實(shí)施、增加和變化。例如，可實(shí)施所描述的技術(shù)、體系和裝置以提供從任何含氫和碳的材料中進(jìn)行碳提取。經(jīng)提取的碳可用于制造利用太陽(yáng)能資源、風(fēng)能資源、流水資源和地?zé)豳Y源的設(shè)備，以及比鋼強(qiáng)且比鋁輕的輸送組件。而且，相比于一次性燃燒碳并引發(fā)產(chǎn)生的環(huán)境污染和溫室氣體問(wèn)題，應(yīng)用這種經(jīng)提取的碳來(lái)制造這些設(shè)備可提供清潔許多倍的能量。就未在之前以引用方式并入本文而言，本申請(qǐng)以全文引用的方式并入如下材料中的每一個(gè)的主題2010年8月16日提交的題為“SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENTTHROUGH INTEGRATED PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY, MATERIALS RESOURCES, ANDNUTRIENT REGMES”的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/857，553 ；2010年8月16日提交的題為“SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATEDFULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY”的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/857, 553 ；2010年 8 月 16 日提交的題為“SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENTTHROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLE MATERIAL RESOURCESUSING SOLAR THERMAL”的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/857，554 ;2010年8月16日提交的題為“ENERGY SYSTEM FOR DWELLING SUPPORT” 的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 12/857，502 ;2011 年 2 月14 日提交的題為“DELIVERY SYSTEMS WITH IN-LINE SELECTIVE EXTRACTION DEVICES ANDASSOCIATED METHODS OF OPERATION” 的代理人案號(hào) No. 69545-8505. USOO ;2010 年 8 月 16日提交的題為 “COMPREHENSIVE COST MODELING OF AUTOGENOUS SYSTEMS AND PROCESSESFOR THE PRODUCTION OF ENERGY, MATERIAL RESOURCES AND NUTRIENT REGMES” 的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 61/401，699 ；2011 年 2 月 14 日提交的題為 “CHEMICAL PROCESSES ANDREACTORS FOR EFFICIENTLY PRODUCING HYDROGEN FUELS AND STRUCTURALMATERIALS,AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS” 的代理人案號(hào) No. 69545-8601. USOO ;2011 年 2月 14 日提交的題為 “REACTOR VESSELS WITH TRANSMISSIVE SURFACES FOR PRODUCINGHYDROGEN-BASED FUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS ANDMETHODS” 代理人案號(hào) No. 69545-8602. USOO ;2011 年 2 月 14 日提交的題為 “CHEMICALREACTORS WITH RE-RADIATING SURFACES AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS”的代理人案號(hào) No. 69545-8603. USOO ；2011 年 2 月 14 日提交的題為“THERMAL TRANSFER DEVICE ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS” 的代理人案號(hào) No. 69545-8604. USOO ;2011 年 2 月 14日提交的題為 “CHEMICAL REACTORS WITH ANNULARLY POSITIONED DELIVERY AND REMOVALDEVICES, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS” 的代理人案號(hào) No. 69545-8605. USOO ;
2011年2 月 14 日提交的題為“REACTORS FOR CONDUCTING THERMOCHEMICAL PROCESSES WITHSOLAR HEAT INPUT, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS”的代理人案號(hào)No. 69545-8606.USOO ；2011 年2 月 14 日提交的題為 “INDUCTION FOR THERMOCHEMICAL PROCESS, ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS” 的代理人案號(hào) No. 69545-8608. USOO ;2011 年 2 月14 日提交的題為 “COUPLED THERMOCHEMICAL REACTORS AND ENGINES, AND ASSOCIATEDSYSTEMS AND METHODS”的代理人案號(hào) No. 69545-8611. USOO ；2010 年 9 月 22 日提交的題為“REDUCING AND HARVESTING DRAG ENERGY ON MOBILE ENGINES USING THERMAL CHEMIC ALREGENERATION”的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 61/385，508 ；2011年2月14日提交的題為“REACTORVESSELS WITH PRESSURE AND HEAT TRANSFER FEATURES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASEDFUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS” 的代理人案號(hào) No. 69545-8616. USOO ；2009 年8 月 27 日提交的題為 “CARBON SEQUESTRATION” 的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 61/237,419 ;2011年2月14日提交的題為“SYSTEM FOR PROCESSINGBIOMASS INTO HYDROCARBONS, ALCOHOL VAPORS, HYDROGEN, CARBON, ETC. ” 的代理人案號(hào)No. 69545-9002. USOO ；2011年2月14日提交的題為“OXYGENATED FUEL”的代理人案號(hào)No. 69545-9006. USOO ;2009年8 月 27 日提交的題為 “OXYGENATED FUEL PRODUCT I ON”的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 61/237，425 ;2011 年 2 月 14 日提交的題為“MULTI-PURPOSE RENEWABLE FUELFOR ISOLATING CONTAMINANTS AND STORING ENERGY”的代理人案號(hào) No. 69545-9102. USOO ;2010 年 12 月 8 日提交的題為 “LIQUID FUELS FROM HYDROGEN, OXIDES OF CARBON, AND/OR NITROGEN ；AND PRODUCTION OF CARBON FOR MANUFACTURING DURABLE GOODS”的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 61/421，189 ;以及 2011 年 2 月 14 日提交的題為 “ENGINEERED FUEL STORAGE,RESPECIATION AND TRANSPORT” 的代理人案號(hào) No. 69545-9105. USOO。
權(quán)利要求
1.ー種回收碳以制備可再生燃料的方法，所述方法包括 收獲從エ業(yè)過(guò)程排放的ニ氧化碳； 在厭氧反應(yīng)下離解生物質(zhì)廢物以產(chǎn)生氫；以及 使經(jīng)收獲的ニ氧化碳與生物質(zhì)廢物產(chǎn)生的氫在壓力和熱量下反應(yīng)以生成可再生燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述可再生燃料包括醇和醚中的至少ー種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述醇包括甲醇和こ醇中的至少ー種；且 所述醚包括ニ甲醚(DME)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其包括轉(zhuǎn)化DME以產(chǎn)生耐用品的聚合物前體。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其包括加入催化劑以提高可再生燃料的生產(chǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述催化劑包括銅-鋅-氧化物、銅和銅-鋅氧化物的沉積燒結(jié)混合物中的至少ー種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其包括收獲從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢熱以提供反應(yīng)中所用的熱量。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其包括從可再生能源產(chǎn)生熱量，所述可再生能源包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、流水和地?zé)嶂械闹辽侃`種。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其包括控制熱量和壓カ以產(chǎn)生所選類型的可再生燃料。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述氫由在外部場(chǎng)所的生物質(zhì)廢物的離解產(chǎn)生并通過(guò)管線輸送。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中離解所述生物質(zhì)廢物包括 在外部場(chǎng)所熱化學(xué)制備作為氫的可輸送前體的烴類； 通過(guò)管線輸送烴類；以及 將烴類分離成氫和ー氧化碳。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其進(jìn)ー步包括 清潔經(jīng)收獲的ニ氧化碳；以及 使用經(jīng)清潔的ニ氧化碳作為溫室農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)ー步包括使用經(jīng)清潔的ニ氧化碳作為植物的光合作用中的浮升器，所述植物包括藻類。
14.ー種回收碳以制備可再生燃料的方法，所述方法包括 收獲從エ業(yè)過(guò)程排放的ニ氧化碳； 在厭氧過(guò)程中離解生物質(zhì)廢物以產(chǎn)生一氧化碳、一種或多種碳供體和氫；以及通過(guò)使經(jīng)收獲的ニ氧化碳與生物質(zhì)廢物產(chǎn)生的一種或多種碳供體反應(yīng)，從而熱化學(xué)產(chǎn)生轉(zhuǎn)化的ー氧化碳和另外的氫；以及 使生物質(zhì)產(chǎn)生的ー氧化碳和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的一氧化碳與生物質(zhì)產(chǎn)生的氫和另外的氫在壓カ和熱量下反應(yīng)而產(chǎn)生可再生燃料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述ー種或多種碳供體包括烴類和醇中的至少ー種。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述可再生燃料包括醇和醚中的至少ー種。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述醇包括甲醇和こ醇中的至少ー種；且所述醚包括ニ甲醚(DME)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其包括轉(zhuǎn)化DME以產(chǎn)生耐用品的聚合物前體。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其包括加入催化劑以提高可再生燃料的生產(chǎn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述催化劑包括過(guò)渡金屬碳化物、過(guò)渡金屬硼化物和過(guò)渡金屬氮化物中的至少ー種。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述過(guò)渡金屬碳化物、過(guò)渡金屬硼化物和過(guò)渡金屬氮化物包括 Fe3C、Co3C、Co3Fe3C2, Mn3C、FeC3、CoC3、CoFeC6、MnFeC6、Mn5C2, MnFeC6、Fe3Cr3C2, Fe3Co2BNC2, Fe3VC2, Fe4NC2, Fe3MoC2 和 Fe5BNC 中的至少ー種。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其包括收獲從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢熱以提供反應(yīng)中所用的熱量。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其包括從可再生能源產(chǎn)生熱量，所述可再生能源包括風(fēng)能源和太陽(yáng)能源中的至少ー種。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其包括控制熱量和壓カ以產(chǎn)生所選類型的可再生燃料。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述氫由在外部場(chǎng)所的生物質(zhì)廢物的離解產(chǎn)生并通過(guò)管線輸送。
26.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中離解所述生物質(zhì)廢物包括 在外部場(chǎng)所熱化學(xué)制備作為氫的可輸送前體的烴類； 通過(guò)管線輸送烴類；以及 將烴類分離成氫和ー氧化碳。
27.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)ー步包括 清潔經(jīng)收獲的ニ氧化碳；以及 使用經(jīng)清潔的ニ氧化碳作為溫室農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)物。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其進(jìn)ー步包括使用經(jīng)清潔的ニ氧化碳作為植物的光合作用中的浮升器，所述植物包括藻類。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了用于二氧化碳向可再生液體燃料的再生或回收的技術(shù)、系統(tǒng)、裝置和材料。在一方面，一種回收碳以產(chǎn)生可再生燃料的方法可包括收獲從工業(yè)過(guò)程排放的二氧化碳。生物質(zhì)廢物在厭氧反應(yīng)下離解而產(chǎn)生氫。經(jīng)收獲的二氧化碳與生物質(zhì)廢物產(chǎn)生的氫在壓力和熱量下反應(yīng)以生成可再生燃料。
文檔編號(hào)C10L1/02GK102844413SQ201180009283
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月13日
發(fā)明者羅伊·E·麥卡利斯特 申請(qǐng)人:麥卡利斯特技術(shù)有限責(zé)任公司