CN102388011A - 使天然气成为环境上二氧化碳中性燃料和再生碳源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了使天然气成为基本上环境上二氧化碳中性燃料的方法。从天然气燃烧或来自天然气井产生的二氧化碳被捕获、纯化、与天然气或甲烷混合，或与氢混合，并在足以生成甲醇和/或二甲醚的反应条件下反应，甲醇和/或二甲醚可用作燃料或衍生的合成烃和产物的原料。

Description

使天然气成为环境上二氧化碳中性燃料和再生碳源

背景技术

能量和燃料是现代生活所必需的。最广泛使用的燃料类型是化石燃料。化石燃料例如天然气，实质上是含各种比例的碳和氢的烃。与任何含碳燃料一样，天然气在其燃烧之后生成二氧化碳，因此不是在人类地质年代表可再生的。此外，因为二氧化碳是温室气体，天然气燃烧导致全球变暖。已经建议通过强加碳配额或通过捕获二氧化碳排放并将之隔离在地下或海底来减少有害的二氧化碳排放。然而，隔离成本高且只是临时解决方案，并且带来如下风险：隔离的二氧化碳可能在地质事件例如地震和滑坡的情况下释放，具有灾难性后果。特别是由于天然是化石燃料的大量和主要来源，因此期望使天然气使用成为环境友好的。

此外，期望利用通常伴随天然气产生的二氧化碳。例如，阿尔及利亚的天然气井产生至多45％二氧化碳含量的气体，并且北海的天然气平台产生含有大约10-15％二氧化碳的气体。二氧化碳必须在天然气制备中分离，并且通常释放到环境中。已经进行努力通过隔离在地下腔、消耗的油田或在海洋底部来捕获、分离和处置二氧化碳。然而，隔离仅仅是一种暂时和具有潜在危险的方案。因此，期望一种改善的方式来利用伴随天然气产生的二氧化碳。

发明概述

本发明提供了通过化学循环例如在天然气燃烧或天然气产生的过程中由天然气形成的二氧化碳，而使天然气成为基本上环境上二氧化碳中性燃料和用于生产甲醇或二甲醚的再生碳源的方法。

在一个实施方案中，该方法包括：使天然气经受足以产生二氧化碳的反应条件；捕获和纯化产生的二氧化碳；使二氧化碳与水和合适的烃源、例如甲烷或天然气混合，或者在足以产生甲醇或二甲醚的反应条件下与氢混合。然后甲烷和二甲醚可用作燃料或化学原料以制备各种衍生的产物。

所述方法可以进一步包括：使从二氧化碳产生的甲醇循环用作燃料或原料；使由原料制备的甲醇燃料或产物经受产生二氧化碳的反应条件；并对产生的二氧化碳重复所述捕获、混合、循环和经受步骤，使得从甲醇燃料或由甲醇原料制成的产物产生的二氧化碳也不释放入环境。

在一个实例中，二氧化碳、甲烷/天然气和水以约3∶2∶1的摩尔比混合并以分开步骤或一个步骤反应以产生甲醇。

在一个实施方案中，二氧化碳被电化学还原为甲酸和相关的中间体，该中间体随后经由甲酸甲酯中间体被转化为甲醇，如美国专利申请公开号2006/0235088和2007/0254969中公开的。

在一个实施方案中，所述方法包括：燃烧天然气以产生二氧化碳；将产生的二氧化碳捕获在吸附剂上；并处理所述吸附剂以释放其中所捕获的二氧化碳用于产生甲醇或二甲醚。所述吸附剂用例如充足的加热、减少的压力、真空、气体清扫或其组合处理以释放捕获的二氧化碳。吸收剂可以是合适捕获二氧化碳的任何已知材料。优选地，吸附剂包括含多氨基的聚合物，例如聚乙烯亚胺，沉积在具有高表面积的纳米结构载体上，例如美国专利申请公开号2008/0293976中描述的纳米结构的热解二氧化硅或氧化铝。

在一个实施方案中，所述方法还包括使二氧化碳与合适的天然气(甲烷)或烃源、和蒸汽在足以形成氢和一氧化碳的混合物的蒸汽转化反应条件下反应，并使二氧化碳与合适的天然气源(甲烷)在足以形成氢和一氧化碳的另一混合物的干转化反应条件下反应。然后，在蒸汽和干转化中产生的氢和一氧化碳被合并用于总的双转化过程以形成约2摩尔氢比1摩尔一氧化碳的摩尔比的氢和一氧化碳的混合物，用于反应生成甲醇或二甲醚。氢与一氧化碳混合物的摩尔比是至少2∶1，并优选2∶1和2.1∶1。或者，天然气(甲烷)、蒸汽和二氧化碳在单一双转化步骤中以约3∶2∶1的摩尔比反应，以形成2摩尔氢和1摩尔二氧化碳的混合物。该混合物随后使用任何已知和合适的方法来进行反应以产生甲醇。

一步双转化在约800℃至1100℃的温度下在催化剂上进行。合适的催化剂包括单一金属催化剂、单一金属氧化物催化剂、金属和金属氧化物的混合催化剂、或至少一种金属氧化物和另一种金属氧化物的混合催化剂。催化剂可以在氧化物载体上提供。在一个实例中，所述催化剂包括V、Ti、Ga、Mg、Cu、Ni、Mo、Bi、Fe、Mn、Co、Nb、Zr、La或Sn、或其氧化物。例如，所述催化剂可以是NiO、或NiO、V₂O₅:Ni₂O₃、Ni₂V₂O₇和Ni₃V₂O₅的混合催化剂。所述催化剂可以在高表面积纳米结构热解氧化铝或热解二氧化硅的载体上提供。在一个实例中，所述催化剂是负载于热解氧化铝上的NiO或者负载于热解二氧化硅上的NiO/V₂O₅。

用于本方法的烃源，优选甲烷或天然气，可以获自任何可用来源，包括伴随煤矿开采的煤层甲烷或任何其他天然源包括甲烷水合物。

根据本方法化学循环二氧化碳所需的氢可以从水直接产生，例如通过电解或任何其他裂解方式，或者通过光化学或热分解或酶途径。任何能源，包括火力发电厂例如在非高峰期产生的电或者任何替代能源(例如太阳能、风能、水能或原子能)。

在一个实例中根据本发明产生的甲醇通过在足以产生二甲醚的条件下除去水而被脱水，除去的水在转化期间、例如在双转化过程中循环。

根据本方法产生的甲醇可以用作原料或也可转化为二甲醚。然后甲醇和二甲醚可以进一步用作燃料或化学原料。产生的二氧化碳被捕获和循环。重复整个循环，使得从甲醇燃料或产品中产生的二氧化碳也不排放到环境中。

根据本方法产生的甲醇和二甲醚可以在酸性-碱性或沸石催化剂存在下在足以产生乙烯或丙烯的条件下反应。乙烯或丙烯可以进而被转化以产生合成烃、化学品、聚合物或从其衍生的各种产物。

本发明方法可以和来自天然气(通过例如天然气燃烧)共同发电或产生能量的同时进行。例如，所述方法可以在产生电的天然气燃烧发电厂中进行。根据本方法产生的甲醇可以在用燃烧甲醇生产能量的发电厂中燃烧，任选地在包括汽油的混合物中。燃烧甲醇产生的二氧化碳被循环用于产生甲醇。同样，根据本方法产生的二甲醚可以燃烧在产生能量同时也产生二氧化碳的发电厂中，任选地在包括天然气或液化石油气的混合物中作为高十六烷柴油替代品。如此产生的二氧化碳被循环用于产生甲醇和二甲醚。

因而，本方法有利地提供在集成、高效且经济的工业操作中循环来自天然气燃烧的二氧化碳用于生产甲醇、二甲醚及其衍生产物，这种工业操作由于不向环境释放二氧化碳而对环境有益。

优选实施方案的描述

本发明涉及用于捕获、分离和纯化来自天然气燃烧的二氧化碳及其化学循环为甲醇和二甲醚的方法。

本发明的一个优选实施方案涉及通过以下使天然气成为基本上环境上二氧化碳中性材料和再生碳源的方法：使天然气经受足以产生二氧化碳的反应条件；捕获和纯化产生的二氧化碳；使纯化的二氧化碳与水和合适的天然气或烃源混合或在足以产生甲醇或二甲醚的反应条件下与氢混合，使得使用或制备天然气产生的二氧化碳不被排放到环境中，由此使天然气成为基本上环境上二氧化碳中性燃料。

通过化学循环从天然气使用产生的二氧化碳以产生甲醇和/或二甲醚，本发明有利地使天然气成为用于产生甲醇和二甲醚的再生碳源。而且，如果甲醇或二甲醚被燃烧生成二氧化碳并且所述二氧化碳随后被回收并循环用于生产更多甲醇或二甲醚，那些化合物也将成为环境上中性的，二氧化碳不被释放入环境，而是被持续循环以产生甲醇和二甲醚。

因此，本发明有利地使天然气成为基本上环境上二氧化碳中性燃料。本文使用的“环境上二氧化碳中性燃料”意思是以如下方式使用的燃料：其使用不释放或引入二氧化碳进入环境，即，二氧化碳不被释放入环境也不被隔离。因而，使天然气成为基本上环境上二氧化碳中性燃料的方法减少了使用天然气的碳足迹，并且是环境上有益的。如本文使用，“基本上环境上二氧化碳中性燃料”和“实质上环境上二氧化碳中性燃料”意思是天然气燃料以如下方式使用：除了小量，其使用不释放或引入二氧化碳进入环境，所述小量例如使用煤炭产生的总二氧化碳的小于10％、优选小于5％且优选小于3％。

在一个实施方案中，二氧化碳在天然气燃烧时被捕获，纯化并通过反应成甲醇而被循环，甲醇可用作燃料或化学原料。甲醇可被转化为二甲醚，二甲醚可被用作燃料，例如运输燃料或用于供暖和烹饪的家用气体。甲醇和二甲醚可被转化为乙烯或丙烯，它们可被用作合成烃、化学品和聚合物的构建单元，合成烃、化学品和聚合物可进而用于生产各种产品。

根据本发明的方法，二氧化碳可被化学循环而不被释放入环境或被隔离，因而避免或减轻天然气燃烧导致的二氧化碳释放入环境，同时提供了用于生产燃料和产品的再生碳源。因而，本方法永久且经济地避免或减轻二氧化碳释放入环境，并且是环境上有益的。因而，本方法使天然气成为基本上环境上二氧化碳中性燃料。

本方法可用于天然气燃烧的任何方法或从产生二氧化碳的天然气产生能源的任何方法。例如，本方法可用于发电厂和工厂中的天然气燃烧。在进一步实施方案中，根据本方法产生的甲醇可以在用燃烧甲醇生产能量并由此也产生二氧化碳的发电厂中燃烧，任选地在包括汽油的混合物中。产生的二氧化碳可以被循环以产生甲醇。类似地，根据本方法产生的二甲醚可以在通过燃烧生产能量并由此也产生二氧化碳的发电厂中燃烧作为柴油燃料替代品，任选地在包括天然气的混合物中。产生的二氧化碳可以被循环以生产甲醇，甲醇进而可用于产生额外的二甲醚。

使用合适的已知方法例如膜分离或用合适的吸收装置或材料来捕获、分离和纯化二氧化碳。使用纳米结构吸收剂例如热解二氧化硅从气体混合物捕获和可逆吸附二氧化碳的合适方法公开于美国专利号7,378,561，其全部内容在此通过引用并入。捕获的二氧化碳可通过例如加热、减压、真空、气体清扫或其组合而容易地释放，用于本文描述的反应。在其利用之前，二氧化碳通过任何合适的已知方法，例如通过吸收其中的污染剂和污染物来纯化。捕获和/或纯化的二氧化碳然后被循环并转化成甲醇或二甲醚。

根据另一实施方案，本方法还适于捕获和分离伴随天然气并且在天然气生产释放的天然二氧化碳。这样的二氧化碳被捕获和化学循环为甲醇或二甲醚，以代替分离和排放到环境中或被隔离。

如果天然气或甲烷可获自天然或工业来源，则二氧化碳优选使用称为双转化的转化方法(描述于美国专利申请公开号2008/0319093)被转化为甲醇和/或二甲醚，所述双转化利用天然气(甲烷)的蒸汽(H₂O)转化和干(CO₂)转化的特定组合，分两步进行或组合成一步。该方法包括使甲烷或天然气在足以产生摩尔比约2∶1的氢和二氧化碳(H₂/CO)混合物的特定摩尔比的反应物中蒸汽(湿)和干(CO₂)转化的条件组合下反应，这足以将H₂和CO的这种混合物专门转化成甲醇或二甲醚。在一个优选实施方案中，氢和一氧化碳的摩尔比为2∶1至2.1∶1。有利地，反应物的混合物不分离其组分而被处理以转化基本上全部反应物为甲醇或二甲醚且没有产生副产物。任何未反应的起始或中间产物可以容易地回收和循环。

用于生产甲醇的本发明方法的步骤由以下反应描述：

蒸汽转化    2CH₄+2H₂O→2CO+6H₂      步骤A

干转化      CH₄+CO₂→2CO+2H₂        步骤B

双转化      3CH₄+2H₂O+CO₂→4CO+8H₂  步骤C

4CO+8H₂→4CH₃OH

生产甲醇的方法可以通过单独进行转化步骤来进行。步骤A和B的转化产物被混合以提供接近2∶1比率的H₂和CO，然后被引入甲醇生产步骤。两个转化步骤也转化也可被合并成单一双转化步骤C。在这种情况下，甲烷、蒸汽(水)和二氧化碳优选以3∶2∶1的摩尔比反应以生成2摩尔氢和1摩尔二氧化碳的混合物。

该方法完全转化二氧化碳，因此没有二氧化碳释放入环境或需要被隔离。这提供了显著的经济和环境优点。例如，与其中甲烷的干转化、蒸汽转化和部分氧化的组合在一步进行但在氧化步骤产生显著过量副产物CO₂的已知的甲烷三转化方法相比，本方法提供了改进的控制、高选择性和二氧化碳向甲醇的高转化率，而不产生任何副产物和与导致不希望的过量二氧化碳的同时发生的部分氧化有关的缺点。

当产生二甲醚时，甲醇脱水获得的水可以被循环入二氧化碳和天然气(甲烷)的双转化，使得没有副产物水在整个过程中被废弃。这在其中不容易获得纯水的干旱区域或地方是特别有利的。

4CO+8H₂→4CH₃OH→2CH₃OCH₃+2H₂O

3CH₄+CO₂→2CH₃OCH₃(总)

甲醇脱水可以在足以去除水的温度下在合适的二氧化硅、氧化铝或其他固体酸性催化剂上实现，所述催化剂包括聚合物磺酸催化剂，例如Nafion-H。操作温度范围是100℃至200℃。

要理解，除了甲烷以外，本转化方法可用于任何合适的烃源。如本文所述，合适的烃源包括甲烷、天然气(烃的混合物)和石油的轻质烃馏分。

因而，在一个实施方案中，根据本发明循环CO₂的双转化方法可在分开步骤直接应用于轻质烃馏分而不使用甲烷来产生甲醇或二甲醚，或者在单一步骤中适当比率混合获得生产甲醇所需的至少2摩尔氢与1摩尔一氧化碳的H₂和CO的摩尔混合物。使用天然气的例子由以下反应描述：

3C_nH_(2n+2)+(3n-1)H₂O+CO₂→(3n+1)CO+(6n+2)H₂→(3n+1)CH₃OH

用于循环CO₂的双转化方法产生甲醇合成所需的至少2至1摩尔比的H₂/CO混合物。它利用天然气(甲烷)与CO₂的蒸汽和干转化的特定组合。在随后甲醇合成步骤中，基本上所有氢被转化为甲醇。如美国专利申请公开号2006/0235088和2007/0254969所描述，这随后步骤可以不受限制地通过直接催化转化或通过涉及甲酸甲酯中间体的反应来进行。

在本发明的一个优选实施方案中，天然气(甲烷)的蒸汽和干转化的特定组合被用来实现用于转化甲醇的接近至少2摩尔氢比1摩尔一氧化碳的摩尔比的H₂和CO。转化温度范围是约800℃至约1100℃、优选约850℃至约约950℃。可以使用催化剂或催化剂的组合。合适的催化剂包括碱金属氧化物、碱性氧化物或金属氧化物，例如V、Ti、Ga、Mg、Cu、、Mo、Bi、Fe、Mn、Co、Nb、Zr、La或Sn。催化剂可以单独组合使用，并且可以负载于合适的高表面积载体，例如二氧化硅或氧化铝。示例性的单一金属氧化物或金属氧化物组合包括NiO、NiO:V₂O₅、V₂O₅:Ni₂O₃、金属-金属氧化物例如Ni-V₂O₅、(M₂O₃-V₂O₅)和混合氧化物例如Ni₂V₂O₇、Ni₃V₂O₅和Ni₃V₂O₈。在一个优选实施方案中，催化剂是负载于热解氧化铝上的NiO或者负载于热解二氧化硅上的NiO/V₂O₅。要理解，许多其他相关的金属和金属氧化物催化剂及其组合可以被使用。可以使用适用于转化反应的反应器。例如，可以使用处于适当反应条件下的连续流动反应器。

用于化学循环二氧化碳的本方法所需的能量可以由任何合适的来源提供。例如，当在发电厂中实施该方法时，可以利用发电厂本身产生的能量。在其他实例中，可以使用任何替代能源(太阳能、风能、水(水)能、等)或原子能源。该循环来自天然气燃烧的二氧化碳以产生甲醇和/或二甲醚燃料的方法是能量储存过程，可以利用任何可用能量来产生有用的产物并消除二氧化碳排放。

需要时，例如，在缺乏方便和经济的烃源时，该过程可以利用氢。氢可通过水电解或裂解(热解、光化学或酶)的已知方法获得。需要的能量可来自任何可替代或核源。利用水作为转化循环二氧化碳所需的氢源描述于美国专利申请公开号2007/254969。

在一个实施方案中，提供了高效且经济的水电化学转化CO₂为甲醇。CO₂可以良好选择性被电化学还原为甲酸，如美国专利申请公开号2007/254969所描述的：

CO₂+2H⁺+2e^-→HCOOH

然后甲酸与甲醇(从方法中循环)混合生成甲酸甲酯，甲酸甲酯随后在相对温和的条件下被氢化以专门生成2摩尔的甲醇：

该实施方案实现了显著的节能，因为氢仅在生产甲醇中被使用，并且所需的氢可以来自甲酸本身。

有利地，本方法实现了基本上完全循环二氧化碳以产生甲醇和/或二甲醚，由此提供了使天然气成为再生的环境上二氧化碳中性燃料和化学来源的高效且经济的方式。

在本方法中，天然气燃烧中生成的二氧化碳被捕获并化学循环成甲醇和/或二甲醚。这使在相当实用且有价值的集成工业循环中高效且经济地同时发电和生产甲醇和二甲醚(以及从其衍生的各种产物)变得可能。本方法还允许火力发电厂在非高峰期的高效负载管理。

根据本发明生产的甲醇和二甲醚本身或在随后转化成其他产物后可用于许多应用。例如，甲醇、二甲醚及其衍生产物可用作合成的内燃(ICE)燃料、汽油-甲醇混合燃料(通过向汽油添加甲醇，燃料具有至少15％体积的最低汽油含量)、柴油燃料或用作燃料电池的燃料。甲醇和二甲醚也是方便的能量储存和运输材料，最大限度减小或消除了LNG或LPG的使用和运输中固有的缺点和危险。二甲醚还是方便的家用气体，可替代天然气或者可以与天然或液化石油气混合使用。

甲醇和二甲醚还是用于生产烯烃、衍生烃产物和聚合物的方便的原料。可以用甲醇、二甲醚或其他甲醇衍生化学品制备的各种产品是公知的并且包括碱性化学品，例如甲醛、乙酸、甲基叔丁醚(MTBE)；烯烃，例如乙烯丙烯，其进而可用于生成乙醇和丙醇、高级烯烃、聚烯烃类合成烃和芳族化合物；各种其他聚合物；和化学品，例如氯代甲烷、甲胺、甲基丙烯酸甲酯、和对苯二甲酸二甲酯，其可被进一步加工以生产诸如涂料树脂、硅酮、粘合剂、防冻剂、塑料、和建筑材料的产品。甲醇、二甲醚及其衍生产物的这些和其他用途是公知的并且是普通技术人员所理解的。这些产品保留了碳，而不是将它释放入环境。在这些材料、特别是聚合物的使用寿命末期，它们可以被循环并制成新的聚合物产品。此外，不可用于循环的材料可以如上讨论与回收的二氧化碳一起燃烧，然后循环以制备甲醇。

甲醇的另一个用途是作为制备供人或动物消费的单细胞蛋白的资源。同样，被回收并制成甲醇的二氧化碳被利用而不是作为废气排放。

因此，本发明可以永久地避免或减轻在使用天然气作为燃料时二氧化碳释放入环境。在甲醇循环用作燃料或原料后，甲醇燃料或从原料制备的产物可开始经受反应条件以产生二氧化碳；以及该方法可对产生的二氧化碳重复所述捕获、混合、循环和经受步骤，使得来自天然气的二氧化碳也不排放入环境，从而使天然气成为二氧化碳中性燃料。根据需要本发明的循环方法可重复多次。如所述，如所述，甲醇本身或和汽油、乙醇或类似液体的混合物可用作燃料，该燃料可在发电厂中燃烧以产生电。产生的二氧化碳的这种收集和循环避免其释放入环境，或者避免了隔离在地下或海中的需要。取而代之的是，甲醇被制备、燃烧并再次制备，使得二氧化碳变成可再生燃料中重要的反应物。

本发明范围不限于本文公开的具体实施方案，因为这些实施方案预期作为本发明方面的示例说明。任何等同实施方案对于本领域普通技术人员而言是明显的，并且预期在本发明范围内。

实施例

以下实施例为示例说明本发明优选实施方案的目的而提供，并且是非限制性的。

实施例1

天然气在发电厂中燃烧(使用空气或纯氧)，产生的烟气被导向捕获和纯化过程而不是排放入环境。二氧化碳通过被吸附或穿过含有已知有效吸附二氧化碳的吸附剂的任何合适吸附系统而被去除。根据美国专利申请公开号2008/0293976，高效的、用于去除二氧化碳的吸附剂系统可以包括负载于热解二氧化硅、氧化铝或其他具有高表面积或活性的纳米结构性质的合适载体上的聚乙烯亚胺聚合物或其他含多氨基的聚合物。二氧化碳随后通过加热或应用减压而被解吸，然后化学转化为甲醇。然后，由此获得的二氧化碳可用作本文公开的方法的反应物。

实施例2

根据实施例1，通过任何已知和合适的方法，例如通过所公开的纳米结构的热解二氧化硅、氧化铝来吸收，从燃烧天然气的发电厂或任何其他工厂的排放物捕获并纯化二氧化碳。其随后根据本文公开的方法被转化为甲醇或二甲醚，而不是被隔离。

实施例3

根据实施例1，伴随在天然气生产井、平台或任何其他天然源的天然气产生的二氧化碳被捕获、分离和纯化。然后，根据本文公开的方法其化学转化为甲醇或二甲醚。

实施例4

CO₂、甲烷(来自煤层甲烷或其他天然源)和蒸汽的合适摩尔混合物被双转化，允许超过90％的CO₂在流动反应器中经催化剂例如V₂O₅/NiO在约800℃到850℃的温度下转化以产生摩尔比为大约2.05摩尔的氢比1摩尔的一氧化碳的气体混合物。催化剂载体优选是具有适宜大的纳米结构表面的热解二氧化硅(或氧化铝)。

实施例5

实施例4中产生的氢和一氧化碳随后在使用基于铜的催化剂的催化反应条件下被转化产生甲醇。

实施例6

实施例5中产生的甲醇使用固体酸性催化剂例如二氧化硅、氧化铝或合成的聚合物磺酸例如Nafion-H脱水而产生二甲醚。

实施例7

在实施例6中产生二甲醚过程中产生的水被循环以实现CO₂与甲烷(天然气)的连续转化以产生二甲醚，使得水在反应中被使用而不是作为副产物被废弃。

实施例8

实施例1至5中产生的甲醇通过混合汽油和任选的小量乙醇而转化为燃料。燃料被运输至发电厂或其他产能工厂，其中燃料可以替代煤炭、油或天然气来燃烧。在这种工厂中，产生的二氧化碳被捕获并循环，用于循环产生更多甲醇。

实施例9

实施例6和7中产生的二甲醚可以用作柴油替代品，并且通过混合天然气或液化石油气而转化为燃料。燃料被运输至发电厂或其他产能工厂，其中燃料可以替代煤炭、油或天然气来燃烧。

Claims (24)

1.一种使天然气成为基本上环境上二氧化碳中性燃料和再生碳源的方法，该方法包括：

使所述天然气经受足以产生二氧化碳的反应条件；

捕获和纯化所产生的二氧化碳；和

在足以产生甲醇或二甲醚的反应条件下，使纯化的二氧化碳与水和合适的天然气或烃源或氢混合，使得使用或制备天然气而产生的二氧化碳不被引入环境，由此使所述天然气成为基本上环境上二氧化碳中性燃料。

2.权利要求1所述的方法，该方法还包括：

循环甲醇用作燃料或原料；

使所述甲醇燃料或从所述原料制成的产物经受产生二氧化碳的反应条件；和

对产生的二氧化碳重复所述捕获、混合、循环和经受步骤，使得从所述甲醇燃料或由甲醇原料制成的产物产生的二氧化碳也不排放入环境。

3.权利要求1所述的方法，其中所述经受步骤产生能量并在发电厂中进行。

4.权利要求1所述的方法，其中所述二氧化碳、合适的烃源和水以约3∶2∶1的摩尔比混合并以分开步骤或单一步骤反应以产生甲醇。

5.权利要求1所述的方法，其中所述合适的烃源是天然气或甲烷。

6.权利要求1所述的方法，该方法还包括：

燃烧所述天然气以产生二氧化碳；

将产生的二氧化碳捕获在吸附剂上；和

处理所述吸附剂以释放其中捕获的二氧化碳用于产生甲醇或二甲醚。

7.权利要求6所述的方法，其中所述吸附剂用充足的加热、减少的压力、真空、气体清扫或其组合来处理，以释放捕获的二氧化碳。

8.权利要求6所述的方法，其中吸收剂是沉积在具有高表面积的纳米结构载体上的含多氨基的聚合物。

9.权利要求8所述的方法，其中所述含多氨基的聚合物是聚乙烯亚胺，并且所述载体是纳米结构的热解二氧化硅或氧化铝。

10.权利要求1所述的方法，该方法还包括：

使二氧化碳与、天然气或甲烷、和蒸汽在足以形成氢和一氧化碳的混合物的蒸汽转化反应条件下反应，

使二氧化碳与、天然气或甲烷在足以形成氢和一氧化碳的混合物的干转化反应条件下反应，和

将在所述蒸汽转化和干转化中产生的氢和一氧化碳混合形成约2摩尔氢比1摩尔一氧化碳的摩尔比的氢和一氧化碳的混合物，用于反应生成甲醇。

11.权利要求10所述的方法，其中所述蒸汽转化和所述干转化在单个双转化步骤中同时进行。

12.权利要求10所述的方法，其中所述天然气或甲烷、蒸汽和二氧化碳以约3∶2∶1的摩尔比在单个步骤中反应以生成摩尔比约2∶1的氢和二氧化碳的混合物。

13.权利要求10所述的方法，其中所述蒸汽转化和所述干转化在单个双转化步骤中经催化剂在约800℃至1100℃的温度下同时进行。

14.权利要求13所述的方法，其中所述催化剂设置在高表面积纳米结构热解氧化铝或热解二氧化硅的载体上。

15.权利要求14所述的方法，其中所述催化剂包括V、Ti、Ga、Mg、Cu、Ni、Mo、Bi、Fe、Mn、Co、Nb、Zr、La或Sn、或其氧化物。

16.权利要求13所述的方法，其中所述催化剂包括单一金属催化剂、单一金属氧化物催化剂、金属和金属氧化物的混合催化剂、或至少一种金属氧化物和另一种金属氧化物的混合催化剂，所述催化剂任选设置在氧化物载体上。

17.权利要求16所述的方法，其中所述催化剂是NiO、或NiO、V₂O₅:Ni₂O₃、Ni₂V₂O₇和Ni₃V₂O₅的混合催化剂。

18.权利要求16所述的方法，其中所述催化剂是负载于热解氧化铝上的NiO或者负载于热解二氧化硅上的NiO/V₂O₅。

19.权利要求10所述的方法，该方法还包括通过在足以产生二甲醚的条件下除去水而使甲醇脱水，并在随后转化过程中循环来自脱水步骤的水。

20.权利要求19所述的方法，该方法还包括使二甲醚在酸性-碱性或沸石催化剂存在下在足以生成乙烯或丙烯的条件下反应。

21.权利要求20所述的方法，该方法还包括在足以产生合成烃、化学品或聚合物的条件下转化乙烯或丙烯。

22.权利要求21所述的方法，其中使所述合成烃、化学品或聚合物经受导致产生二氧化碳的进一步使用和处理。

23.权利要求1所述的方法，该方法还包括在用燃烧的甲醇生产能量同时也产生二氧化碳的发电厂中燃烧任选地在包括汽油的混合物中的、所产生的甲醇，并循环所产生的二氧化碳用于产生甲醇。

24.权利要求19所述的方法，该方法还包括在生产能量同时也产生二氧化碳的发电厂中燃烧任选地在包括天然气和液化石油气的混合物中的、所产生的二甲醚，并循环所产生的二氧化碳用于产生甲醇，所述甲醇转而产生额外的二甲醚。