專利名稱：利用生物物質生產碳的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及環境控制的領域，關于污水處理，煙道氣脫硫，垃圾處理，牲畜廢物處理，以及碳黑生產，甲醇生產，二甲醚生產和汽油生產等領域。
按照關于氣候變化的政府間組織(IPCC)估計的涉及碳素循環的數據，人工排放二氧化碳(CO2)的量，以碳計，每年達到約為71億噸。人們認為約有一半存留于大氣中，而另一半被海水和別種物質所吸收。二氧化碳，通常被稱作溫室效應氣體，被認為是引起地球變暖的原因之一。
為了降低大氣中二氧化碳的濃度，則必需抑制二氧化碳的排放。為了減少二氧化碳的排放，研究了許多種方法。
為了固定大氣中含有的二氧化碳，或由發電廠，煉鋼廠，重工業和化工廠排放的大量二氧化碳，并將其循環利用，設計了一種方法是在氫氣氛下還原二氧化碳并將它轉化為粉狀的碳。因此，這種轉化系統由下列部分組成二氧化碳分離器用以從大氣或工廠廢氣中分離出二氧化碳；二氧化碳濃縮器用以將分離出來的二氧化碳濃縮；CO2/H2反應器用于使二氧化碳和氫氣在催化劑等等存在下反應生成粉狀的碳。
同時建議利用電解水，太陽電池發電，利用吸收氫氣的合金或諸如此類等等，作為獲得氫氣的方法，以供將二氧化碳轉化為粉狀的碳并將它固定之需。由于氫氣的成本非常昂貴，固定二氧化碳的設備至今沒有投入實際使用。
本發明的目的是提供一種設備，它能夠在成本低的條件下固定二氧化碳。
依照本發明的一種式樣設計的設備包括一個厭氧微生物發酵部分，用于使生物物質進行厭氧微生物發酵并產生甲烷和二氧化碳；一個甲烷·二氧化碳分離部分，用于將厭氧微物生發酵部分產生的含有甲烷和二氧化碳的混合氣體中的甲烷和二氧化碳分離；氫氣發生器用于從甲烷·二氧化碳分離部分分離出來的甲烷產生氫氣，和二氧化碳固定部分用于將從甲烷·二氧化碳分離部分分離出來的二氧化碳在催化劑存在下，用氫氣發生器產生的氫氣還原而生成碳。
氫氣發生器的一個實例是一種甲烷重整部分，用以將甲烷在催化劑存在下分解成為碳和氫；另一個例子是一種甲烷水蒸汽重整部分，用以將甲烷和水蒸汽在催化劑存在下反應生成二氧化碳和氫氣。
依照本發明的另一種式樣設計的設備包括厭氧微生物發酵部分和二氧化碳固定部分，它接收在厭氧微生物發酵部分生成的含有甲烷和二氧化碳的混合氣體，并將其在催化劑存在下反應生成碳。
二氧化碳固定部分將二氧化碳在催化劑存在下用氫還原以生成結晶的粉狀碳。氫由生物物質厭氧微生物發酵產生的甲烷而制得。
依照本發明設計的設備包括厭氧微生物發酵部分用以將生物物質進行厭氧微生物發酵生成甲烷和二氧化碳，并將在厭氧微生物發酵部分生成的甲烷用催化劑分解為碳和氫；或者將在厭氧微生物發酵部分中生成的甲烷在催化劑存在下與水蒸汽反應生成二氧化碳和氫。因此制得的氫氣至少占有用于固定二氧化碳能量的90％，從而能夠產生低成本的氫而使固定二氧化碳的成本降低。
厭氧微生物發酵部分必須加熱到規定的溫度。后續的吸熱反應是需要能量的。如果在系統中能夠保證給予至少一部分所需要的能量，則成本能夠減低。因此，裝設一個甲烷燃燒部分，將厭氧微生物發酵部分中產生的一部分甲烷在其中燃燒，以利用產生的燃燒熱；或者裝設一個氫氣燃燒部分，將系統中產生的部分氫氣在其中燃燒，以利用產生的燃燒熱是更可取的。如果除了甲烷燃燒部分或氫氣燃燒部分以外，任何其它部分產生熱量，這種熱能也是可以利用的。因此，如果在系統中能夠產生所必需的熱能，則可能有助于降低操作成本。
如果燃燒甲烷或氫氣產生的燃燒熱利用于加熱后續部分之后仍有余量。裝設一種利用反應熱發電的部分以將反應熱轉化為電能，則可利用剩余的熱量發一部分電用于運轉設備，因此在這方面也有助于降低操作成本。
當裝備甲烷燃燒部分時，最好將燃燒甲烷產生的二氧化碳導至二氧化碳固定部分以將它固定為碳。從甲烷燃燒部分產生的含有水蒸汽和二氧化碳的混合氣體可將它直接導至二氧化碳固定部分；或者將用蒸汽-液體分離器分離出來的二氧化碳，通過由蒸汽冷凝器和蒸汽-液體分離器所組成的系統內部二氧化碳供給部分，供應至二氧化碳固定部分。
當裝備甲烷燃燒部分時，最好將在厭氧微生物發酵部分產生的氣體供給二氧化碳固定部分的份額，與將它供給甲烷燃燒部分的份額的比例調節至如此一種情況，以使從甲烷燃燒部分供給到二氧化碳固定部分的二氧化碳的摩爾數，與從厭氧微生物發酵部分供至二氧化碳固定部分的二氧化碳的摩爾數之和，與供給至二氧化碳固定部分的甲烷的摩爾數相等。如此可以將設備系統中產生的全部二氧化碳固定。
二氧化碳固定部分也可以由設備系統外部的二氧化碳供料。
本發明的上述目的以及其它目的、特征，面貌和優點，可從下面關于本發明的詳細敘述及與附圖相結合而獲得更明顯的了解。
圖1是顯示本發明的第一實施方案的方框圖；圖2是顯示本發明的第二實施方案的方框圖；圖3是顯示本發明的第三實施方案的方框圖；圖4是顯示本發明的第四實施方案的方框圖；圖5是顯示本發明的第五實施方案的方框圖；圖6是顯示本發明的第六實施方案的方框圖；圖7是顯示本發明的第七實施方案的方框圖；圖8是顯示本發明的第八實施方案的方框圖；圖9是顯示本發明的第九實施方案的方框圖；圖10是顯示本發明的第十實施方案的方框圖。
本發明一些優選實施方案的描述圖1是顯示本發明的第一實施方案的方框圖。
厭氧微生物發酵部分2是用于將有機質廢料例如紙張，啤酒廢棄物，啤酒槽或廚房垃圾與細菌在厭氧微生物發酵器中分解以獲得甲烷和二氧化碳。厭氧微生物發酵部分2與甲烷·二氧化碳分離部分4相連接，其中含有吸附劑例如沸石，通過吸附劑的吸附和脫吸附的功能將厭氧微生物發酵部分2產生的氣體分離為甲烷和二氧化碳。
甲烷·二氧化碳分離部分4與甲烷重整部分6和甲烷燃燒部分8相連接。甲烷重整部分6含有催化劑例如Ni或Co與載體例如SiO2或Al2O3，將甲烷·二氧化碳分離部分4中分離的部分甲烷導入6中，于400于900℃，例如530℃加熱，將甲烷分解為碳和氫。
將甲烷·二氧化碳分離部分4分離的部分甲烷在甲烷燃燒部分8燃燒，并通過燃燒熱傳送部分21例如熱交換器或熱傳送通道。將產生的燃燒熱供至厭氧微生物發酵部分2和甲烷重整部分6。
為了用氫氣還原在甲烷·二氧化碳分離部分4中分離的二氧化碳并將它固定為碳，將二氧化碳固定部分10與甲烷·二氧化碳分離部分4和甲烷重整部分6相連接。二氧化碳固定部分10中含有催化劑例如Ni或Co與載體例如SiO2或Al2O3，并將甲烷·二氧化碳分離部分4分離的二氧化碳用在甲烷重整部分6產生的氫在400至900℃加熱還原以生成粉狀的碳。也可將甲烷燃燒部分8產生的二氧化碳通過一條道路導致二氧化碳固定部分10，將它轉化為碳而將它固定。
冷凝器12供將二氧化碳固定部分10中和甲烷燃燒部分8中生成的水蒸汽(H2O)冷凝。
現將示于圖1中的本發明的第一實施方案的操作說明如下當將生物物質加入存有甲烷細菌的厭氧微生物發酵部分2的一個厭氧微生物發酵器中時，由于生物物質的厭氧微生物發酵作用，產生含有甲烷和二氧化碳的氣體。將此氣體導至甲烷·二氧化碳分離部分4，而將其分離為甲烷和二氧化碳。甲烷重整部分6于催化劑存在下將部分甲烷分解為碳(C)和氫氣。在甲烷重整部分6中碳沉淀為結晶形粉狀固態碳。甲烷重整部分6中反應的熱化學方程式如下
關于熱化學方程式中的反應熱，符號“＋”和“－”分別代表吸熱反應和放熱反應。這種表示方法也同樣應用于下面的熱化學方程式。
于甲烷·二氧化碳分離部分4分離的部分甲烷也被導入甲烷燃燒部分8去燃燒。燃燒熱被用作厭氧微生物發酵部分2和甲烷重整部分6的熱源。在甲烷燃燒部分8中的反應示于如下
將于甲烷·二氧化碳分離部分4分離的的二氧化碳和于甲烷重整部分生成的氫氣送到二氧化碳固定部分10，在催化劑存在下用氫氣將二氧化碳還原以連續地生成碳(C)和水蒸汽。并且碳在二氧化碳固定部分10中沉淀為結晶形的粉狀固態碳，而將水蒸汽導致冷凝部分12將它冷凝排放。
二氧化碳固定部分10中的反應示于如下
圖2是顯示本發明第二實施方案的方框圖。
與圖1所顯示的第一實施方案相似，將厭氧微生物發酵部分2與甲烷·二氧化碳分離部分4相連接，它將厭氧微生物發酵部分2中產生的氣體分離為甲烷和二氧化碳。甲烷重整部分6供將于甲烷·二氧化碳分離部分4分離出的甲烷分解為碳和氫氣。而二氧化碳固定部分10和甲烷·二氧化碳分離部分4相連接，將于其中分離的二氧化碳用甲烷重整部分6中產生的氫氣于此進行固定，并將它固定為粉狀的碳。
第二實施方案與圖1所示的第一實施方案的不同之處在于厭氧微生物發酵部分2和甲烷重整部分6的供熱源部分。第一實施方案是將甲烷·二氧化碳分離部分4分離出來的部分甲烷，在甲烷燃燒部分8燃燒以供熱；而第二實施方案是將甲烷重整部分6產生的一部分氫氣在氫氣燃燒部分14燃燒以供熱。
現將圖2所示的第二實施方案的操作說明如下將生物物質加入厭氧微生物發酵部分2中，將產生的含有甲烷和二氧化碳的氣體于甲烷·二氧化碳分離部分4分離為甲烷和二氧化碳。甲烷重整部分6將分離出來的甲烷分解為碳和氫氣。氫氣燃燒部分14將甲烷重整部分6中產生的部分氫氣燃燒以產生燃燒熱。氫氣燃燒部分14中的反應示如下式
將甲烷重整部分6剩余的氫氣導至二氧化碳固定部分10中，用以將甲烷·二氧化碳分離部分4分離出的二氧化碳還原和固定。
圖3示出本發明的第三個實施方案的方框圖。
與圖1所顯示的第一實施方案相似，將甲烷·二氧化碳分離部分4與厭氧微生物發酵部分2相連接，以將厭氧微生物發酵部分2中產生的氣體分離為甲烷和二氧化碳，而甲烷重整部分8用于將甲烷·二氧化碳分離部分4分離的部分甲烷燃燒，從而為厭氧微生物發酵部分2和甲烷重整部分6獲得熱源。
這個實施方案中裝設一個甲烷水蒸汽重整部分16，用于從甲烷·二氧化碳分離部分4中分離的甲烷生成氫氣，以獲得還原和固定二氧化碳取得所需用的氫氣。甲烷水蒸汽重整部分16含有催化劑如Ni，將甲烷和水蒸汽在催化劑存在下加熱到400于900℃反應生成二氧化碳和氫氣。二氧化碳固定部分10與甲烷·二氧化碳分離部分4和甲烷水蒸汽重整部分16相連接。
現將圖3所示第三實施方案的操作說明于下將生物物質加入厭氧微生物發酵部分2中，產生含有甲烷和二氧化碳的氣體于甲烷·二氧化碳分離部分4分離為甲烷和二氧化碳。甲烷燃燒部分8將分離出來的甲烷燃燒以產生熱量；而甲烷水蒸汽重整部分16將剩余的部分甲烷在催化劑存在下反應，將它分解為二氧化碳和氫氣。甲烷水蒸氣重整部分16中的反應示如下
將于甲烷·二氧化碳分離部分4中分離出來的二氧化碳，和于甲烷水蒸汽重整部分16生成的氫氣和二氧化碳供料給二氧化碳固定部分10，以用氫氣將二氧化碳還原并將它固定為粉狀的碳。也可以將在甲烷燃燒部分8中產生的二氧化碳導入二氧化碳固定部分10而將它固定為粉狀的碳。
冷凝部分12將二氧化碳固定部分10生成的水蒸汽和甲烷燃燒部分8中生成的水蒸汽冷凝排放。
圖4示出的是本發明第四個實施方案的方框圖。
與圖3所示第三實施方案相似，將甲烷·二氧化碳分離部分4與厭氧微生物發酵部分2相連接，以將厭氧微生物發酵部分2產生的氣體分離為甲烷和二氧化碳，而甲烷水蒸汽重整部分16是用于從甲烷·二氧化碳分離部分4中分離出來的甲烷生成氫氣，以制得氫氣用于還原和固定二氧化碳。二氧化碳固定部分10與甲烷·二氧化碳分離部分4和甲烷水蒸汽重整部分16相連接。
這個實施方案裝設氫氣燃燒部分14，用以燃燒甲烷水蒸汽重整部分16產生的部分氫氣，以為厭氧微生物發酵部分2和甲烷水蒸氣重整部分16獲得熱源。
現將圖4所示的第四實施方案的操作說明如下將生物物質加入厭氧微生物發酵部分2中，將產生的含有甲烷和二氧化碳的氣體于甲烷·二氧化碳分離部分4中分離為甲烷和二氧化碳。甲烷水蒸汽重整部分16將分離的甲烷分解為二氧化碳和氫氣。氫氣燃燒部分14將甲烷水蒸汽重新部分16中生成的部分氫氣燃燒以產生燃燒熱。將甲烷·二氧化碳分離部分4中分離出來的二氧化碳，和甲烷水蒸汽重整部分16生成的氫氣和二氧化碳供料至二氧化碳固定部分10，以用氫氣供料至二氧化碳固定部分10，以用氫氣將二氧化碳還原并將它固定為粉狀的碳。
冷凝部分12將二氧化碳固定部分10生成的水蒸汽和氫氣燃燒部分14中生成的水蒸汽冷凝排放。
圖5示出的是本發明的第五個實施方案的方框圖。
將用含有甲烷和二氧化碳供料以生成粉狀碳的二氧化碳固定部分20與厭氧微生物發酵部分2相連接。二氧化碳固定部分20中含有催化劑如Ni或Co與載體例如SiO2和Al2O3，用催化劑并在400至900℃加熱將甲烷分解產生氫氣，且用所產生的氫氣將二氧化碳還原，并將它固定為結晶的粉狀的碳。也可以用系統外面的二氧化碳供應二氧化碳固定部分20。冷凝器12與二氧化碳固定部分20相連接用以將生成的水蒸汽冷凝排放。
在二氧化碳固定部分20中同時發生吸熱和放熱反應，與第一實施方案相似裝設反應熱傳送部分21，當放熱反應產生的反應熱量大于吸熱反應吸收的熱量時，以便將剩余的熱量供應至厭氧微生物發酵部分2中去。
現將圖5中所示第五實施方案的操作說明如下將生物體加入厭氧微生物發酵部分2中產生混合氣體，其中甲烷和二氧化碳的比例約為7∶3。將產生的甲烷和二氧化碳與從系統外部供給的二氧化碳一同供至二氧化碳固定部分20。
二氧化碳固定部分20將甲烷于催化劑存在下分解為碳和氫氣(甲烷分解步驟)。并將二氧化碳與產生的氫氣在催化劑存在下反應生成碳和水蒸汽(二氧化碳固定步驟)。于任一步驟中生成的碳都沉淀為結晶形的粉狀碳。二氧化碳固定部分20中的反應如下甲烷分解步驟
二氧化碳固定步驟
甲烷分解步驟是吸熱反應而二氧化碳固定步驟是放熱反應。如果有熱量存留于二氧化碳固定部分20，將此熱量通過反應熱傳送部分21用作厭氧微生物發酵部分2的熱源。
從厭氧微生物發酵部分2供給二氧化碳固定部分20的甲烷和二氧化碳的比例約為7∶3。當分解甲烷產生的氫氣在從厭氧微生物發酵部分2的供氣中有剩余時，所生成的氫氣可以被從體系外部供入的二氧化碳全部消耗掉。
圖6所示是本發明的第六個實施方案的方框圖。
第六實施方案與圖5所示第五實施方案不同之處在于二氧化碳固定部分20裝設一個利用反應熱發電的部分30。利用反應熱發電部分30將保留于二氧化碳固定部分20中的熱量轉化為電力以回收熱能并加以利用。
圖7所示是本發明的第七個實施方案的方框圖。
將厭氧微生物發酵部分2與甲烷燃燒部分18和二氧化碳固定部分20相連接，以向它們供應含有二氧化碳和甲烷的混合氣體。
甲烷燃燒部分18燃燒甲烷并排出含有二氧化碳和水蒸汽的混合氣體。甲烷燃燒部分18與系統內部的二氧化碳供應部分26相連接，它是由水蒸汽冷凝器22和蒸汽-液體分離器24組成的，一條蒸汽管道從蒸汽-液體分離器24連接至二氧化碳固定部分20。
二氧化碳固定部分20由厭氧微生物發酵部分供應含有二氧化碳和甲烷的混合氣體，以及從蒸汽-液體分離器24供應二氧化碳，但不從系統外部供應二氧化碳。因此，于二氧化碳固定部分20中通過燃燒甲烷分解產生的氫氣的量超過二氧化碳固定步驟所消耗的氫氣量。為了燃燒剩余的氫氣，則將氫氣燃燒部分14與二氧化碳固定部分20相連接。二氧化碳固定部分20從數量來說，其發生的吸熱反應(甲烷分解步驟)超過所發生的放熱反應(二氧化碳固定步驟)，從總體上來說需要外部供給能量。為了向它供應能量，將于氫氣燃燒部分14和甲烷燃燒部分18獲得的熱量，通過反應熱傳送部分21供應至厭氧微生物發酵部分2和二氧化碳固定部分20。
現將圖7所示第七實施方案的操作說明如下將生物物質加入厭氧微生物發酵部分2中產生含有甲烷和二氧化碳的混合氣體。將部分混合氣體供至二氧化碳固定部分20。然后經甲烷分解步驟形成碳和氫氣并以氫氣還原二氧化碳并在二氧化碳固定步驟將它固定。從厭氧微生物發酵部分2供至二氧化碳固定部分20的甲烷與二氧化碳的比例為7∶3，而分解甲烷產生的氫氣與二氧化碳反應后仍有剩余，甚至添加從蒸汽-液體分離器24供應的二氧化碳氫氣仍有剩余。將剩余的氫氣導至氫氣燃燒部分14，將它燃燒。
于厭氧微生物發酵部分2產生的含有甲烷和二氧化碳的混合氣體的一部分也被導至甲烷燃燒部分18，隨后將甲烷燃燒以產生熱量。
將于甲烷燃燒部分18中生成的二氧化碳和水蒸汽供入水蒸汽冷凝器22將它冷凝，此后經蒸汽-液體分離器24分離為二氧化碳和水。將經蒸汽-液體分離器24分離的二氧化碳供至二氧化碳固定部分20，可使設備系統中生成的全部的二氧化碳都固定下來。
圖8所示是本發明的第八實施方案的方框圖。
第八實施方案與圖7所示第七實施方案不同之處在于為氫氣燃燒部分14和甲烷燃燒部分18裝設了利用反應熱發電部分30。
經裝設利用反應熱發電部分30，可將氫氣燃燒部分14中或甲烷燃燒部分18中剩余的熱量轉化為電能予以回收和利用。
圖9所示是本發明第九個實施方案的方框圖。
將厭氧微生物發酵部分2與甲烷燃燒部分18和二氧化碳固定部分20相連接，以將在其中產生的含有甲烷和二氧化碳的混合氣體分別供應至甲烷燃燒部分18中燃燒甲烷產生的含有二氧化碳和水蒸汽的混合氣體，通過管路供于二氧化碳固定部分20。反應熱傳送部分21是將甲烷燃燒部分18獲得的燃燒熱量供應至厭氧微生物發酵部分2。
現將圖9所示第九實施方案的操作說明如下將生物物質加入厭氧微生物發酵部分2中產生含有甲烷和二氧化碳的混合氣體。將部分混合氣體供至二氧化碳固定部分20。然后經甲烷和二氧化碳于催化劑存在下反應生成結晶形粉狀的碳和水蒸汽。
將厭氧微生物發酵部分2產生的含有甲烷和二氧化碳的混合氣體的剩余部分供至甲烷燃燒部分18，然后將甲烷燃燒。反應熱傳送部分21將在甲烷燃燒部分18獲得的燃燒熱供應至厭氧微生物發酵部分2，以利用它作為厭氧微生物發酵部分2的熱源。
將于甲烷燃燒部分18生成的二氧化碳和水蒸汽供至二氧化碳固定部分20。厭氧微生物發酵部分2產生的甲烷與二氧化碳的比例約為7∶3，于二氧化碳固定部分20中甲烷與二氧化碳以1∶1的比例反應，因此有甲烷剩余于其中。調節于厭氧微生物發酵部分2產生的氣體供應至二氧化碳固定部分20的數量和供應至甲烷燃燒部分18的數量之間的比例，以使從甲烷燃燒部分18供應至二氧化碳固定部分20的二氧化碳的摩爾量和從厭氧微生物發酵部分2供應至二氧化碳固定部分20的二氧化碳的摩爾數之和與供應至二氧化碳固定部分20的甲烷的摩爾數相等，則可將系統中的全部二氧化碳固定。
圖10所示是本發明第十實施方案的方框圖。
第十實施方案與圖9所示第九實施方案不同之處在于為甲烷燃燒部分18裝設了利用反應熱發電部分30。
經裝設利用反應熱發電部分30，可將甲烷燃燒部分18中剩余的熱量轉化為電能加以回收和利用。
示于圖1至10的實施方案都可以固定二氧化碳。它是一種具有溫室效應的氣體，導致全球的溫度升高。因此這可以有助于全世界環境的改善。
于甲烷重整部分6或二氧化碳固定部分10或20得到的粉末碳可用以代替工業碳黑。因此，通常從礦物物料(燃料)制造的碳黑可以用從生物物質制造的產物取代，以有助于節約資源。在取得的部分碳之中可能含有附加值的付勒綸碳微球(fullerene)納米碳管(nanotube)。通過純化可將其用作付產物。
當將于甲烷燃燒部分8或18，或者氫氣燃燒部分14產生的燃燒熱導至厭氧微生物發酵部分2，甲烷重整部分6或甲烷水蒸汽重整部分16，則用于加熱厭氧微生物發酵部分2的厭氧微生物發酵器以促使生物物質發酵的能量可以減少，且可以補充甲烷重整部分6或甲烷水蒸汽重整部分16中所需的熱量，從而可使成本降低。
當二氧化碳固定部分20過多地產生熱量時，也可將過剩的熱量用于后續部分的加熱，從而有助于降低成本。
當于實施方案中裝設利用反應熱發電部分，以將甲烷燃燒部分8或18，氫氣燃燒部分14或其它部分產生的熱量轉化為電力，將部分電力用于操作設備可保證降低成本。將燃氣輪機或類似的設備與甲烷燃燒部分8或18、氫氣燃燒部分14或另外的產生熱量的部分相連接，以利用廢棄的熱量。
當用于二氧化碳固定部分10或20的二氧化碳主要是由厭氧微生物發酵部分2，甲烷·二氧化碳分離部分4或甲烷水蒸汽重整部分16供應的同時也將甲烷燃燒部分8或18或氫燃燒部分14產生的二氧化碳導入并固定，從而可將設備系統中產生的全部二氧化碳固定。
雖然對本發明已經予以詳細地描述和說明，但是很顯然不言而喻上述描述和說明僅僅是作為用以說明和舉例，并且不是作為對本發明的精神和范圍的限制，而它只由待審批的權利要求的條款所限定。
權利要求
1.一種碳的生產設備，其特征在于，包括厭氧微生物發酵部分(2)通過將生物物質進行厭氧微生物發酵以產生甲烷和二氧化碳；甲烷·二氧化碳分離部分(4)用于從上述厭氧微生物發酵部分(2)產生的含有甲烷和二氧化碳的混合氣體中分離甲烷和二氧化碳；氫氣生成部分(6，16)用于從所述甲烷·二氧化碳分離部分(4)分離的所述的甲烷產生氫氣；和二氧化碳固定部分(10)，用于將所述甲烷·二氧化碳分離部分(4)中分離出的所述的二氧化碳，在催化劑存在下用所述的氫氣生成部分(6，16)中產生的所述的氫氣還原以生成碳。
2.依照權利要求1所述的碳的生產設備，其特征在于，其中所述的氫氣形成部分是一個甲烷重整部分(6)，用以將甲烷于催化劑存在下分解為碳和氫氣。
3.依照權利要求1所述的碳的生產設備，其特征在于，其中所述的氫氣形成部分是一個甲烷水蒸汽重整部分(16)，用以將甲烷于催化劑存在下與水蒸汽反應生成二氧化碳和氫氣。
4.依照權利要求1所述的碳的生產設備，其特征在于，其中還包括甲烷燃燒部分(8)用于將所述甲烷·二氧化碳分離部分(4)中分離出的所述的甲烷部分進行燃燒，和反應熱運送部分(21)用于將所述甲烷燃燒部分(8)產生的熱量傳送至所述厭氧微生物發酵部分(2)和所述氫氣形成部分(6，16)。
5.依照權利要求4所述的碳的生產設備，其特征在于，還包括利用反應熱發電部分(30)，用于將所述甲烷燃燒部分所產生的所述的熱量轉化為電力。
6.依照權利要求4所述的碳的生產設備，其特征在于，裝設一條通道以將所述甲烷燃燒部分(8)所產生的含有二氧化碳的氣體也供應至所述二氧化碳固定部分(20)，以將所述氣體中含有的所述二氧化碳也還原為碳。
7.依照權利要求4所述的碳的生產設備，其特征在于，還裝設一系統內的二氧化碳供應部分(26)，它是由水蒸汽冷凝器(22)和蒸汽-液體分離器(24)構成的，將由所述甲烷燃燒部分(8)產生的含有水蒸汽和二氧化碳的混合氣體供入其中，并裝有管道將所述蒸汽-液體分離器中分離的所述二氧化碳供應至所述二氧化碳固定部分(20)以將所述二氧化碳也還原為碳。
8.依照權利要求1所述的碳的生產設備，其特征在于，還含有氫氣燃燒部分(14)用以燃燒所述氫氣形成部分(6，16)所生成的部分氫氣，和反應熱傳送部分(21)以將于所述氫氣燃燒部分(14)產生的熱量供應至所述厭氧微生物發酵部分(2)和氫氣生成部分(6，16)。
9.依照權利要求8所述的碳的生產設備，其特征在于，還包含有利用反應熱發電部分(30)以將所述氫氣燃燒部分(14)產生的部分熱量轉變為電力。
10.一種碳的生產設備，其特征在于，包括厭氧微生物發酵部分(2)通過將生物物質進行厭氧微生物發酵以產生甲烷和二氧化碳；和二氧化碳固定部分(20)，將在所述厭氧微生物發酵部分(2)中所產生的含有甲烷和二氧化碳的混合氣體供于其中，并將混合氣體在催化劑存在下反應以產生碳。
11.依照權利要求10所述的碳的生產設備，其特征在于，其中所述二氧化碳固定部分(20)同時也從系統外部向它供應二氧化碳。
12.依照權利要求10所述的碳的生產設備，其特征在于，還包括甲烷燃燒部分(18)，將于所述厭氧微生物發酵部分(2)中產生的含有甲烷和二氧化碳的所述混合氣體的一部分供于其中，以將所述混合氣體中所述甲烷燃燒，和反應熱傳送部分(21)用以將所述甲烷燃燒部分(18)所產生的熱量供應至厭氧微生物發酵部分(2)。
13.依照權利要求12所述的碳的生產設備，其特征在于，還包括利用反應熱發電部分(30)，用以將所述甲烷燃燒部分(18)所產生的部分熱量轉化為電力。
14.依照權利要求12所述的碳的生產設備，其特征在于，裝設管道用于將所述甲烷燃燒部分(18)所產生的含有二氧化碳的氣體也供應至所述二氧化碳固定部分(20)，也將所述氣體中含有的所述二氧化碳也還原為碳。
15.依照權利要求12所述的碳的生產設備，其特征在于，還裝設系統內的二氧化碳供應部分(26)，它是由水蒸汽冷凝器(22)和蒸汽-液體分離器(24)構成的，將所述甲烷燃燒部分(18)所產生的含有水蒸汽和二氧化碳的混合氣體供入其中，并有管道將于所述蒸汽-液體分離器中分離的二氧化碳供應至所述二氧化碳固定部分(20)，以將所述二氧化碳也還原為碳。
16.依照權利要求12所述的碳的生產設備，其特征在于，其中將于所述厭氧微生物發酵部分(2)所產生的氣體供應至所述二氧化碳固定部分(20)，與供應至所述甲烷燃燒部分(18)的比例如此調節，以使從所述甲烷燃燒部分(18)供應至所述二氧化碳固定部分(20)的所述二氧化碳的摩爾數與從所述厭氧微生物發酵部分(2)供應至所述二氧化碳固定部分(20)的所述二氧化碳的摩爾數之和，與供應至所述二氧化碳固定部分(20)的所述甲烷的摩爾數相等。
17.依照權利要求14所述的碳的生產設備，其特征在于，其中將于所述厭氧微生物發酵部分(2)產生的氣體供應至所述二氧化碳固定部分(20)，與供應至所述甲烷燃燒部分(18)的比例如此調節，以使從所述甲烷燃燒部分(18)供應至所述二氧化碳固定部分(20)的所述二氧化碳的摩爾數與從所述厭氧微生物發酵部分(2)供應至所述二氧化碳固定部分(20)的所述二氧化碳的摩爾數之和，與供應至所述二氧化碳固定部分(20)的所述甲烷的摩爾數相等。
18.依照權利要求10所述的碳的生產設備，其特征在于，還包括氫氣燃燒部分(14)用以燃燒在所述二氧化碳固定部分(20)中產生的部分所述氫氣，和反應熱傳送部分，以將于所述氫氣燃燒部分(14)產生的熱量供應至所述厭氧微生物發酵部分(2)。
19.依照權利要求18所述的碳的生產設備，其特征在于，還包括利用反應熱發電部分(30)，用以將于所述氫氣燃燒部分(14)所產生的部分所述熱量轉化為電力。
全文摘要
厭氧微生物發酵部分(2)用生物物質厭氧微生物發酵產生含有甲烷和二氧化碳的氣體。將氣體傳送至甲烷·二氧化碳分離部分(4)以將它分離為甲烷和二氧化碳，將部分分離出來的甲烷供至甲烷重整部分(6)于催化劑存在下將它分解為碳和氫氣。將于甲烷·二氧化碳分離部分(4)分離的二氧化碳和于甲烷重整部分(6)產生的氫氣供至二氧化碳固定部分(10)，于催化劑存在下依次將二氧化碳與氫氣反應連續不斷地生成碳和水蒸汽而將二氧化碳固定。
文檔編號C09C1/52GK1239121SQ9910293
公開日1999年12月22日 申請日期1999年3月10日 優先權日1998年3月13日
發明者尾野成樹, 加藤三郎 申請人:財團法人地球環境產業技術研究機構, 株式會社島津制作所