专利名称：从地热源和它们的能量专门地制备甲醇及其产物的制作方法
技术领域：
本发明涉及从地热源和它们的能量专门地制备甲醇、二甲醚和衍生的合成烃。
背景技术：
矿物燃料是今天主要的能量源，并且还起到各种烃和它们的衍生产物的原料的作 用。然而，矿物燃料的储量在下降。矿物燃料的可选择方案是地热能量源。地热能量源提供热水和蒸汽，并且日益用 作用于产生电能以及用于加热目的的可选择能量源。热水和蒸汽可得自天然源(间歇泉)， 或可通过开孔(钻孔)到合适的地质构造中、并且通过它们泵送(穿越)外部水而获得。地热能量源和相关的地热井通常还排放伴随热水或蒸汽的二氧化碳。地热能量工 厂释放2至40 %的量的二氧化碳作为副产物，其通常是清洁的，并且可通过已知方法容易 地纯化。截至目前其通常排气到大气中。然而，二氧化碳可容易分离，并且用作用于制备甲 醇和/或二甲醚、衍生的合成烃、和它们的产物的碳源。需要的氢气通过使用由相同的热能 量源产生的热或电力从水的裂解(电解、热)产生。发明概述本发明提供从地热源和它们的能量专门地制备甲醇及其产物的方法。该方法包 括使用地热源的热水或蒸汽以及伴随的二氧化碳，从水中产生氢气以及隔离伴随的二氧化 碳，并且将它们转化为甲醇及其产物。二氧化碳和水衍生的氢气从作为所述方法需要的能 量的地热源专门地获得。特别地，该方法包括从地热源唯一地获得二氧化碳、和水或蒸汽；从水或蒸汽产生 氢气，隔离伴随所述源的水或蒸汽的二氧化碳，以及将隔离的二氧化碳和产生的氢气转化 为甲醇。伴随的二氧化碳通过吸收或吸附到合适的吸附剂上而隔离，例如沉积到纳米结构 化高表面积载体上的含聚氨基的聚合物。含聚氨基的聚合物是聚乙烯亚胺，并且载体是热 解纳米结构化二氧化硅或氧化铝。氢气从水通过电解、催化、热裂解或任何其他方法、使用也由地热源提供的需要的 能量来制备。甲醇从二氧化碳和氢气、通过任何已知方法、使用由地热源提供的能量来制 备。在一个实施方案中，二氧化碳通过任何氢化方法转化为甲醇。另外，甲醇可以在足 以形成第一一氧化碳的条件下制备，然后一氧化碳和甲醇在足以获得甲酸甲酯的条件下反 应，并且甲酸甲酯在足以专门地制备甲醇的条件下催化氢化。在进一步的实施方案中，甲醇可进一步转化以制备二甲醚，其可以在存在酸-碱 或沸石催化剂、足以形成乙烯和/或丙烯的条件下反应。乙烯或丙烯在足以制备合成烃、衍 生的化学品、聚合物、和由它们衍生的产物的条件下进一步转化。发明详述本发明涉及使用地热能量源提供伴随的二氧化碳、和水衍生的氢气、以及需要的能量以制备甲醇和从甲醇衍生的化合物，例如二甲醚，其可用于能量储存和运输、运输燃料 和衍生的合成烃产物的制备。使用地热能量源作为唯一源以用于使用所述源提供的需要的能量将伴随的二氧 化碳和水衍生的氢气转化为甲醇或二甲醚，这通过下列方面提供独特和显著的优点能够 专门地利用地热能量源以制备必需的燃料和烃产物。因此，其提供需要代替储量日益减少 的矿物燃料的燃料和材料的基础。伴随的二氧化碳可通过任何合适的方式从地热能量源隔离。捕获和可逆地吸附二 氧化碳气体的有效方法包括但不限于沉积在纳米结构化高表面积载体(例如，热解硅石或 氧化铝)上的聚氨基聚合物(例如，聚乙烯亚胺)，这由我们在2007年7月7日提交的国际 申请NO.PCT/US07/74615所教导，其全部内容通过引用的方式并入本文中。通常负载的胺 吸附剂包含沉积在纳米结构化载体(其提供结构完整性并增强CO2吸附能力)上的胺或胺 /多元醇组合物。用于胺和胺/多元醇组合物的载体由纳米结构化固体构成。纳米结构化 载体可具有一次粒径小于约lOOnm，并且可以是纳米二氧化硅、热解或沉淀氧化物、硅酸钙、 碳纳米管、或其混合物。胺可以是伯胺、仲胺、或叔胺、或链烷醇胺、芳香胺、混合胺或其组 合。在例子中，胺的存在量是吸附剂的约25%至75重量％。多元醇可选自(例如)甘油、 乙二醇的低聚物、聚乙二醇、聚氧乙烷、及其醚、改性物和混合物，并且可以提供的量至多为 吸附剂的约25重量％。在捕获二氧化碳后，其可通过加热和/或减压容易地释放以用在本 文中所述的方法中。水或蒸汽通过任何合适的方式得自地热能量源。由于清洁水在许多位置经常不容 易获得或可需要大量纯化(例如，通过蒸馏)、之后其可用于产生氢气，因此，得自地热源的 水或蒸汽最适于用作氢气源。氢气可由地热水或蒸汽通过任何合适的方式(包括电解、或 者催化或热裂解的其他方式)来产生。地热能量源还提供可替换的能量源以制备电力或用作热能，其可通过任何合适的 方式来使用。它们还可用在下列方法中从所述源隔离二氧化碳，并且从水中产生氢气。电 能可通过使蒸汽穿过涡轮机或通过利用蒸汽或热水以产生电能或热能的任何其他装置来产生。二氧化碳和水衍生的氢气可用于根据在2006年4月12日提交的美国专利 No. 5，928，806 和共同待审美国专利申请序列 No. 11/402, 050 (公开 NoUS2006/0235091_Al) 中所述的方法来制备甲醇或二甲醚，其全部内容通过引用的方式并入本文中。美国专利 No. 5, 928, 806描述了通过(例如)提供二氧化碳、水和电能至还原区，使得二氧化碳和水 反应以形成氧气和氧合烃、或氧合烃的混合物，从而还原二氧化碳和水以形成氧合烃(例 如甲醇、甲酸甲酯、甲醛或甲酸)的方法。美国专利申请序列No. 11/402，050提供通过催 化氢化将二氧化碳转化为甲醇的方法，其公开了催化氢化中使用的氢气可得自任何合适的 源，包括水的电解。美国专利申请序列No. 11/402，050公开了还原二氧化碳以制备含有甲 酸的反应混合物，其中伴随形成甲醛和少量的甲醇。后面是处理以将甲醛和甲酸转化为甲 醇。除了使用Canizzaro-Tischenko型化学法来将甲醛转化为甲醇，制备的甲醇的量可通 过使甲醛和甲酸(作为氢气源)反应以合成甲醇而增加。可选择地，甲酸可和甲醇反应以 形成甲酸甲酯，对其进行催化氢化将得到两倍量的甲醇。通过另一路线，二氧化碳可用于通 过和碳的高温反应来产生一氧化碳，然后使这样制备的一氧化碳和甲醇反应以形成甲酸甲酯，接着通过催化氢化以形成甲醇。根据本发明制备的甲醇或二甲醚还便于储存和运输能量。甲醇还是优异的运输燃 料并且可容易地处理以制备合成烃和衍生的材料。其还可以转化为二甲醚(其通过甲醇的 脱水来制备)或碳酸二甲酯。碳酸二甲酯可通过甲醇的氧化羰基化来制备。甲醇或二甲醚可以在存在酸-碱或沸石催化剂的条件下转化以制备乙烯和/或丙 烯，其可用于制备聚合物，并且作为供料用于其他合成烃、衍生材料和化学品，包括运输燃 料。例如，乙烯和丙烯可水合以分别形成乙醇和丙醇，它们可转化为高级烯烃、聚烯烃、各种 合成烃、或芳族化合物、以及由这些化合物制备的产物。因此，甲醇、二甲醚和合成烃产物和 由它们衍生的化合物可用作便捷和安全的可存储能量源和燃料，以及可用作各种化学品、 合成烃和相关产物的起始材料。甲醇还可用作单细胞有机体或微生物的食物源以在水性介质中在存在含氮营养 盐的条件下通过使用空气中的氮来制备蛋白(例如，单细胞蛋白)。因此，本发明还提供通 过利用二氧化碳和水来制备含氮食品(例如蛋白)的方法。在该实施方案中，大气空气不 仅用作可再生的碳源(即，二氧化碳)和氢气源(衍生自空气中的水分内容物)，而且用作 制备含氮蛋白的氮源。这样制备的单细胞蛋白可用于任何期望的目的，包括人或动物补给。
实施例提供下列实施例来描述本发明的优选实施方案。实施例1伴随的二氧化碳通过任何已知方法从地热源分离。地热能量源可以使用天然源 (间歇泉)的水(蒸汽)或使用外部水，所述水被注射到合适的地质构造中以被天然加热和 随后回收。实施例2来自地热源的水被用于使用任何已知方法(例如电解或任何其他裂解方法)来产 生氢气。氢气被用于通过任何已知方法将二氧化碳化学转化为甲醇。实施例3实施例1和2中的方法中需要的能量通过任何已知方法将地热能量源的热能转化 为电能而衍生得到。本发明不限于本文中所述的特定实施方案的范围。除了本文中所述的那些，在本 发明的精神和范围内的各种修改对于本领域普通技术人员从前面描述而言是显而易见的。 这些修改旨在落入本文中所述的本发明的范围内。
权利要求
1.一种从地热能量源制备甲醇的方法，该方法包括从所述源获得二氧化碳、和水或 蒸汽；从所述水或蒸汽产生氢气，隔离伴随所述源的水或蒸汽的所述二氧化碳；以及将所 述隔离的二氧化碳和产生的氢气转化甲醇，其中所述隔离的二氧化碳和产生的氢气从所述 地热源唯一地获得，并且所述地热源提供制备甲醇所需要的能量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中来自所述地热能量源的所述二氧化碳通过吸附到 合适的吸附材料上而隔离。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述吸附材料是沉积到纳米结构化高表面积载体 上的含聚氨基的聚合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述含聚氨基的聚合物是聚乙烯亚胺并且所述载 体是热解硅石或氧化铝。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述氢气通过电解、或者催化或热裂解产生。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述甲醇从所述隔离的二氧化碳和由所述地热源 的水或蒸汽产生的氢气、还利用相同的地热能量源产生的需要的能量专门地制备。
7.根据权利要求1所述的方法，其包括在足以形成甲醇的条件下使用氢气还原所述二 氧化碳。
8.根据权利要求1所述的方法，其还包括在足以制备二甲醚的条件下转化所述甲醇。
9.根据权利要求1-8所述的方法，其还包括在存在双官能酸-碱或沸石催化剂、足以形 成乙烯或丙烯的条件下使制备的甲醇或二甲醚反应。
10.根据权利要求9所述的方法，其还包括在足以制备合成烃、衍生的化学品、聚合物 或由它们衍生的产物的条件下转化所述乙烯或丙烯。
全文摘要
本发明提供从作为唯一源材料的地热源并且也使用来自地热能量源的需要的能量专门地制备甲醇及其产物的方法。该方法包括分离或隔离伴随所述源的热水或蒸汽的二氧化碳，从水产生氢气，以及随后从二氧化碳和氢气制备甲醇。甲醇可以进一步反应以形成二甲醚或其他产物。
文档编号C07C31/04GK102105425SQ200980128896
公开日2011年6月22日 申请日期2009年7月10日 优先权日2008年7月24日
发明者G·K·苏里拉·普拉卡什, 乔治·A·欧拉 申请人:南加州大学