CN110267729A - 从排放流中去除温室气体和重金属 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及一种烟气处理系统(例如多污染物烟气处理系统)，用于从化石燃料设施和工业车间的烟气中去除诸如SO2、NO、NO2、H2S、HCl、水和CO2之类的温室气体以及重金属(例如汞、砷、铋、镉、铅和/或硒)，通过以下方式实现：原始烟气首先在气相氧化反应中与氯反应，结果产物回收为可销售产物，其次通过萨巴提反应处理包含CO2的清洁气体以产生烃燃料(例如甲烷)。该系统还包括电解单元，用于电解HCl以产生用于萨巴提反应的氢气以及氯气，其可随后再循环到反应器中。

Description

从排放流中去除温室气体和重金属
技术领域
本公开内容涉及一种系统和一种方法，用于从排放流中去除温室气体以及其他污染物。
背景技术
烟气通常是指由能量生成设备或系统(例如但不限于：电厂、燃煤设施、燃气设施、窑炉、锅炉、和蒸汽发生器)产生的排放气体。虽然烟气最终成分取决于能量生成设备或系统中燃烧的产物的性质，不过烟气通常包含温室气体化合物，例如但不限于：氧化硫、氧化氮、二氧化碳、一氧化碳、和水蒸气、及其他污染物，例如但不限于硫化氢、重金属(例如汞)、煤灰、灰尘、烟尘、和有害微量元素。
根据能源信息署(EIA)进行的美国1900个动力设施的调查，提供2015年动力产生分布如下所示[1]：
表1
在全球方面，国际能源总署(IEA)最近估计，世界目前运行的煤电厂中的近1/3(其中大多数为老旧的亚临界厂)预计将在2014～2040年停用。不过，报告还预测，对于每个停用的煤电厂，世界将增加约另外两个将特具先进的碳捕获清洁煤炭技术的煤电厂[2]。
为了解决日益增长的与温室气体和重金属排放及这种温室气体排放对气候变化的影响相关的问题，许多世界范围的管辖已开始实施使其国内能量供应者满足的排放标准。例如，美国1990清洁空气法案修正案提供对于美国空气污染控制问题的法律指导。在满足且在一些情况下甚至超越这样的法定排放标准的努力中，能量供应者和研究者已将其至少一些研究努力集中于用于在这种污染排放物释放到大气中之前从排放流(例如烟气)中去除温室气体和其他污染物的识别系统、技术和方法。
温室气体是吸收和发射红外辐射的大气气体。SOx和NOx类是温室气体的示例并通过化石燃料的燃烧而大量产生；它们也是“酸雨”的主要来源。由于它们对环境的确定的不利影响，工业标准现在强制规定：排放流在释放到环境(包括大气)中之前必须充分去除SOx和NOx类。
二氧化硫(SOx的示例)通过传统的石灰石洗涤器利用以下基本化学方式从烟气中已按传统方式去除：
1.SO2+CaCO3→CaSO3+CO2
传统石灰石洗涤器(例如但不限于烟气脱硫(FGD)洗涤器)通常具有约90％的SO2捕获效率。借助于添加剂，这种效率可改进到约95％。剩余的约5+％的SO2(未通过传统石灰石洗涤器捕获)可释放到大气中并可导致在烟气排放下风口形成有害健康的微粒物质(例如可凝缩的PM、PM2.5、PM10)。在2008年，美国环境保护署发布的报告显示：分布在美国25个州的211个郡未能满足对细颗粒污染物的联邦标准[3]。除非在从排放流中去除SOx方面有所进展，否则释放到大气中的SOx类剩余量仍对环境有不利影响。
此外，前述的二氧化硫与碳酸钙的化学反应产生二氧化碳气体(即，主要温室气体)作为副产物，其可作为烟气排放的一部分排放到大气中。对于通过石灰石洗涤器捕获的每吨SO2，形成约1吨CO2。石灰石洗涤器还需要大量水以形成料浆从烟气中“洗涤”SOx类，因而可能在位于经历或接近干旱或干旱类条件的地点的处置车间中以小于最优效率操作。
在减少SOx排放的努力中，一些能量供应者已经实施“燃料转换”项目，其中高硫煤以低硫煤替代(或转换)。不过，这样的“燃料转换”常需要改变能量生产设施的不同部件以适应新燃料。这样的改变包括但不限于：改变锅炉设计和操作参数或改变煤磨碎和处理技术和方法。此外，由于低硫煤比高硫煤具有更低的英热单位(BTU)因子，因而将不得不消耗更多低硫煤以产生否则将通过消耗高硫煤而消耗的相同的能量水平。低硫煤产品的这种增大消耗增大了二氧化碳气体和其他污染物释放到大气中。在非限制性和例示性的示例中，当消耗高硫煤形式或低硫煤形式的燃料时，500MW燃煤车间可具有以下污染输出(见下表2)：
表2
高硫煤 低硫煤
SO<sub>2</sub>输出 约302吨/天 约61吨/天
NO<sub>x</sub>输出 约36吨/天 约69吨/天
CO<sub>2</sub>输出 约10,850吨/天 约21,250吨/天
烟气中的NOx产物以按传统方式通过传统技术(例如但不限于锅炉改造和低NOx燃烧器)去除。不过，工业参与者发现，传统的技术不能满足日益严格的关于从烟气中去除NOx的法规要求。这样，一些工业参与者转向其他技术。例如，选择性催化还原(SCR)已用于从烟气中去除NOx产物，效率约90％。然而，SCR处理要求高温和对催化剂注射试剂(例如氨)。这样的化学环境可导致不希望出现的情况，例如但不限于：催化剂中毒或氨流失。
氧化氮(NO)是NOx类的示例。气相中的NO与氯气、溴气、或氧气的反应已先前被检验并报告为很慢，花费数分钟至数小时达到平衡。另一方面，NO氧化为二氧化氮在存在适合类的情况下可快速进行。例如，NO气可根据以下反应1、2、3快速氧化：
2.NO+O3→NO2+O2；
3.NO+ClO2→NO2+ClO；和
4.NO+HNO3→NO2+HNO2。
参见反应2，NO已显示出在0.6秒内在127℃下与臭氧完全反应[4]。参见反应3，若不受限于理论，则据信ClO2的高吸热性和不稳定性导致氧原子易于转化到NO分子。参见反应4，与HNO3的反应已用于在存在氯气的情况下利用HNO3气体从烟气中去除NO。
从排放流中去除重金属(例如汞)传统上通过活性碳过滤单元进行。不过，活性碳过滤单元是额外的单元，将不得不包含到烟气处置系统和过程设计中。此外，重金属也可能无意中滞留在传统的石灰石洗涤器中，从而污染洗涤器和由此得到的任何下游产物(例如料泥和石膏)。将希望的是，在与去除SOx和/或NOx类相同的过程内去除重金属(如汞)并以高效和低操作成本捕获重金属。
现有技术中已知的用于从排放流中去除SOx类、NOx类、重金属(例如汞)的系统和方法的示例包括但不限于：在PCT申请No.PCT/CA1999/000403和美国专利No.4,619,608中提供的示例。
例如，汞可使用包括以下方式的过程被去除：通过水或pH小于或等于7的水溶液洗涤被氧化(例如以氯气氧化)的烟气流；添加足够的碱金属卤素盐(例如碱性碘化钾和类似物)以从水或pH小于或等于7的水溶液中沉淀汞化合物(例如为碘化汞和类似物)。
四种主要气体影响到对流层中的温室效应：
表3
温室气体 影响百分比
水蒸气 约36-70％(取决于季节)
二氧化碳气体 约9-26％
甲烷气体 约4-9％
臭氧 约3-7％
水蒸气已被确认是大气中最多的温室气体，但其测量和理解却相当有限[5]。大气温度升高导致来自地面储存地点(包括但不限于河、湖、海、水库、土壤)的水蒸发增大。更暖的空气温度还导致更高的绝对湿度(即，较暖空气比较冷空气具有更大能力“保持”更多水)，由此增大了大气中的水含量。作为温室气体，水蒸气的更高浓度意味着：从地球辐射的更多红外能量被吸收和滞留在大气中，因而进一步使大气变暖。所希望的是，从烟气中去除水蒸气和将收集的水蒸气再使用或再循环用于其他应用。
烟气通常包含较高水含量。例如，在500MW燃煤厂燃烧高硫煤所生成的烟气中的水含量可为约264,500磅/小时，为烟气重量的约8.8％。对比而言，在500MW燃煤厂燃烧低硫煤所生成烟气中的水含量可为约1,106,390磅/小时，为烟气重量的约10.3％。所希望的是，在排放前捕获烟气中的水含量的全部或至少一部分。
二氧化碳是稳定且不易与其他化合物燃烧或反应的温室气体。虽然对保持地球生活是必不可少的，不过，至少部分地由于人为排放源(例如但不限于：运输、工业化、化石燃料动力生产、森林砍伐、和植物破坏)，二氧化碳现在以前所未有的水平积聚在地球大气中。由于对气候变化的日益关注，二氧化碳排放已处于学术界、产业界、和政府部门等的更大监督下。
根据EIA，仅在美国，动力生产形成超过40％的全国总CO2排放。在2008年，此百分比的总CO2排放输出总计约25亿公吨。此数量还在持续增长[6]。
二氧化碳气体可被转变为商业产物或从烟气中去除。例如，涉及水性溶剂(例如胺)的吸收和剥离过程已显示出从排放流(例如但不限于烟气)中去除二氧化碳(例如参见美国专利No.4,477,419、美国专利No.4,152,217、美国专利No.7,056,482)。二氧化碳也可通过基于钠和钙的过程被去除(例如参见美国申请No.14/516,284、美国公开物No.2015/0231562、美国申请No.14/491,015、美国公开物No.2013/0078159、和美国申请No.14/383,320)；不过，这样的设计如果采用则同样增加能量生产设施的总操作成本。二氧化碳也可以通过氢化而转变为甲烷(例如参见美国申请No.14/302,594、美国专利No.9,353,323、美国专利No.9,267,211、美国专利No.9,133,076、美国专利No.9,090,978、美国申请No.14/748,686、美国专利No.8,754,269、美国申请No.11/725,716)。二氧化碳也可通过以下方式从烟气中去除：在二氧化碳存在的情况下燃烧正电性金属以减少二氧化碳为一氧化碳或元素碳(例如参见美国专利No.9,285,116)。也可通过以下方式从烟气中去除：通过直接接触急冷液而冷却烟气(例如参见美国申请No.13/100,135)。混合盐成分也可用作二氧化碳吸收剂从烟气中去除二氧化碳(例如参见美国申请No.14/415,283、美国申请No.13/739,456、美国申请No.13/869,405、美国专利No.9,101,876)。稀有碱土金属也可用于CO2捕获过程，例如吸收过程碳化；不过，这样的过程通常是复杂的，取决于氯碱工艺，并增大能量生产设施的操作成本。二氧化碳也可通过与适合碱土金属卤化物(例如MgCl2或CaCl2)或适合碱土金属氢氧卤化物(例如Mg(OH)Cl)反应而被去除；不过，这种过程需要添加硅酸盐矿物质(例如硅酸钙、硅酸铁、硅酸锰)，作为分立步骤。前述二氧化碳转变或去除过程需要基本由二氧化碳构成的二氧化碳反应物。预处置包含二氧化碳的源(例如烟气)和由此去除干扰类(例如Sox、NOx)将是需要的。
二氧化碳气体可通过萨巴提过程被转变为甲烷气体。萨巴提过程涉及：在存在催化剂(例如镍催化剂、钌或氧化铝)的情况下氢化CO2以产生甲烷、水和能量。反应可总结如下[7]：
5.
通过萨巴提反应产生的甲烷可然后用作下游应用中的燃料源。萨巴提反应被认为是去除和利用来自化石燃料燃烧的二氧化碳排放的潜在手段。不过，为使萨巴提过程作为去除和利用来自化石燃料燃烧的二氧化碳排放的工业方法而经济可行，大量氢气将需要生产和/或以相对较低成本获得。迄今为止，萨巴提反应由于其要求/限制而尚未广泛应用于工业设施中。
可能希望将二氧化碳转变为有用的烃燃料(例如甲烷)。甲烷对于发电是重要的并可用作气体涡轮机或蒸汽发生器中的燃料。与其他烃燃料相比，甲烷对于每单位放热而产生更少二氧化碳。例如，甲烷的燃烧热为约891kJ/mol，低于任何其他烃，但燃烧热(891kJ/mol)与摩尔质量(16.0g/mol，其中碳为12.0g/mol)之比显示出，甲烷作为最简单的烃，比其他复杂烃每单位质量产生更多热量(55.7kJ/mol)。甲烷可用于各种化学过程中，或作为燃料用于家庭和机动车辆，其采用压缩天然气形式，可以比诸如汽油和柴油之类的其他燃料源对环境更友好。
液化天然气(LNG)是主导甲烷，已被转变为液态形式以易于储存或运输。甲烷约在大气压下被凝缩为液体。LNG占据气态形式天然气的体积的约1/600。其无味、无色、无毒、无腐蚀性。LNG比压缩天然气(CNG)实现更多的体积减小。LNG的能量密度可为CNG的2.4倍，或者可为柴油燃料的约60％。LNG通常对不存在管道的长距离运输而言在成本上是高效的。特别设计的低温海运船舶(LNG载船)或低温公路槽车可用于LNG运输。
不必承认也不应认为：任何上述信息构成针对本发明的现有技术。
发明内容
本公开内容的各个实施例涉及一种系统，包括：(a)反应器，其被构造以接纳包括NOx类和二氧化碳气体的气流，反应器进一步被构造以氧化气流中的NOx类以产生盐酸；(b)电解单元，其被构造以接纳盐酸并被构造以电解盐酸以产生氢气；和(c)二氧化碳吸收器(例如萨巴提反应器)，其被构造以接纳来自反应器的气流和来自电解单元的氢气，氢气用于将气流中的二氧化碳气体氢化为烃燃料。
二氧化碳气体可通过萨巴提反应转变为烃燃料。
萨巴提反应可使用选自包括以下各项的组中的催化剂：镍催化剂，钌催化剂，氧化铝催化剂，铜催化剂。
本公开内容的各个实施例涉及一种系统，包括：(a)气相反应器，其被构造以接纳包括NOx类、水蒸气和二氧化碳气体的气流，气相反应器进一步被构造以氧化气流中的NOx类以产生盐酸；(b)NOx吸收器，其被构造以接纳来自气相反应器的气流，NOx吸收器进一步被构造以氧化气流中的NOx类，NOx吸收器进一步被构造收集通过氧化NOx吸收器中的气流中的NOx类和氧化气相反应器中的NOx类而产生的盐酸；(c)电解单元，其被构造以接纳NOx吸收器处收集的盐酸，并进一步被构造以电解盐酸以产生氢气；(d)水蒸气去除器，其被构造以接纳来自NOx吸收器的气流，并进一步被构造以从气流中去除水蒸气；和(e)二氧化碳吸收器，其被构造接纳来自水蒸气去除设备的气流和来自电解单元的氢气，氢气用于将气流中的二氧化碳气体氢化为烃燃料。
本公开内容的各个实施例涉及一种处置包括NOx类、水蒸气、和二氧化碳气体的气流的方法，所述方法包括：(a)生成羟自由基和氯自由基；(b)通过羟自由基和氯自由基氧化气流中的NOx类以产生硝酸和盐酸；(c)从气流中去除所述水蒸气；(d)使二氧化碳气体与通过将从气流中去除的水蒸气和盐酸中的至少一种电解而产生的氢气反应，以产生烃燃料。
本公开内容的各个实施例涉及一种系统，包括：(a)气相氧化(GPO)反应器，其被构造以接纳包括NOx类和二氧化碳气体的烟气流，所述GPO反应器进一步被构造以接纳氯气、液体或溶液并氧化所述烟气流中的所述NOx类以产生包括硝酸和盐酸的气流；(b)电解单元，其被构造以接纳所述盐酸并被构造以电解所述盐酸以产生氢气和氯气；和(c)萨巴提反应器，其被构造以接纳所述GPO反应器下游的气流和来自所述电解单元的至少一部分所述氢气，所述萨巴提反应器进一步被构造以氢化所述气流中的所述二氧化碳而形成包括甲烷的烃燃料。
本公开内容的各个实施例涉及一种方法，从包括NOx类、水蒸气、和二氧化碳气体的烟气流产生包括甲烷的烃燃料，所述方法包括：(a)生成羟自由基和氯自由基；(b)通过所述羟自由基和氯自由基氧化所述气流中的所述NOx类以产生包括硝酸、盐酸、水蒸气和二氧化碳气体的气流；(c)从所述气流中去除所述水蒸气以产生脱水气流；(d)通过以下至少一种方式产生氢气：(di)电解从(c)中所述气流去除的所述水蒸气；和(dii)电解(b)中产生的所述盐酸；(e)使用萨巴提反应通过(d)中产生的所述氢气而氢化(c)中所述脱水气流中的所述二氧化碳气体，以产生所述烃燃料。
根据本公开内容的另一方面，存在一种萨巴提反应的用途，用于在工业尺寸的烟气处置系统中将二氧化碳气体转变为烃燃料。
本发明内容不必描述本公开内容的所有方案的整个范围。通过阅读以下对特定实施例的描述，其他方案、特征和优点对于本领域普通技术人员而言将是显见的。
附图说明
在附图中例示出一个或多个示例性实施例：
图1是根据一个实施例的烟气处置系统，用于燃煤设施中，处置系统包括：气相反应器、SOx吸收器、NOx吸收器、水蒸气去除器、二氧化碳吸收器。
图2是根据另一实施例的烟气处置系统的示意图，用于燃气设施中，处置系统包括：气相反应器、NOx吸收器、水蒸气去除器、二氧化碳吸收器。
具体实施方式
方向用词，例如顶、底、向上、向下、竖直地、侧向地，在以下描述中仅用于提供相对参考的目的，而非意在建议对任何件在使用过程中如何定位或者安装到组件中或者相对于环境安装进行任何限制。
单数形式表达的任意元件也涵盖其复数形式。复数形式表达的任意元件也涵盖其单数形式。本文中使用的用词“一”或“一个”与措辞“包括”相结合使用可以是指“一个”，但其也与“一个或多个”、“至少一个”、和“一个或多于一个”的含义一致。
如在此所用，措辞“包括”、“具有”、“包含”、“含有”以及其语法变体是包含性的或开放性的，不排斥另外的未描述的元件和/或方法步骤。措辞“基本由……构成”，当在此与组分、用途或方法相结合使用时表示：另外的元件、方法步骤或者另外的元件和方法步骤可以存在，但这些另外特征不实质影响所述组分、方法或用途功能的方式。措辞“由……构成”当在此与组分、用途或方法相结合使用时排斥另外元件和/或方法步骤的存在。
如在此所用，措辞“约”当修饰其后的限定值时是指：限定值的±10％。
本公开内容涉及一种系统和一种方法，用于动排放流(例如烟气)中去除温室气体和其他污染物。温室气体和其他污染物可包括但不限于以下的一种或多种：SOx(例如SO2)，NOx(例如NO，NO2)，H2S，水蒸气，二氧化碳，重金属(例如汞)，煤灰，烟尘，灰尘，微量元素。
本公开内容还涉及系统和方法，用于从排放流(例如烟气)中去除水蒸气和二氧化碳气体，和用于通过萨巴提过程将二氧化碳气体转变为烃燃料。可以设想，系统可以能够从内部产生足够大量的氢气以驱动萨巴提过程和从排放流中去除二氧化碳气体。还可以设想，萨巴提过程可被包含到工业规模的设定中并针对传统的排放流处置方法具有经济竞争力。
排放流可通过现有技术中已知的静电集尘器(ESP)预清洁，以去除细小颗粒，例如但不限于：灰尘、煤灰、烟尘、微量元素。微量元素包括但不限于：锑，砷，镉，铬，镍，硒，锆，它们均被认为是对于环境和人体健康具有不良影响的元素。不过，即使ESP以约99％的效率操作，这些微量元素的一部分也会通过ESP。剩余的微量元素在通过SOx类氧化所产生的硫酸中被捕获(如下所述)，其中它们可通过离子交换被去除。
排放流中的NOx类可被氧化以产生盐酸和硝酸。所产生的硝酸可直接销售，而所产生的盐酸可被电解以产生氢气和氯气。氢气可用于将烟气中存在的二氧化碳气体氢化为烃燃料。氯气可用于生成对排放流中存在的SOx类、NOx类、重金属(例如汞)氧化时所需的氯自由基。
排放流中的水蒸气可从排放流中去除并被电解以形成氢气和氧气。氢气可用于将排放流中存在的二氧化碳气体氢化为烃燃料。氧气可被引导到系统窑炉以辅助燃烧或者销售。
通过二氧化碳氢化(例如通过萨巴提过程实现)产生的烃燃料可进一步被凝缩以减小气体体积并有助于储存和运输。在一些情况下，所产生的烃燃料可被凝缩直至约600％。
这样，本公开内容的各个实施例涉及一种系统，例如烟气处置系统，其被构造用于燃煤设施或者燃气设施。所述系统最少包括：(a)气相氧化(GPO)反应器(在本文中另外称为“气相反应器”)；(b)电解单元；(c)萨巴提反应器(在本文中也被称为“二氧化碳吸收器”)。烟气可来自燃煤车间或者燃气车间、或者来自任何其他烟气源。在一些实施例中，烟气将如前所述已被预清洁(例如通过ESP实现)。烟气包括NOx类(例如NO、NO2)、和二氧化碳气体，并可进一步包括以下中的一种或多种：水蒸气，SOx类(例如SO2)，汞和/或重金属微量元素。在一些实施例中，烟气包括：SOx类，NOx类，水蒸气，汞，二氧化碳气体，并可进一步包括重金属微量元素。
在一些实施例中，所述系统进一步包括：水蒸气去除器。在一些实施例中，所述系统进一步包括：NOx吸收器。在一些实施例中，所述系统进一步包括：SOx吸收器。在一些实施例中，所述系统包括：GPO反应器，SOx吸收器，NOx吸收器，电解单元，水蒸气去除器，萨巴提反应器。这些系统的主产物是硝酸和甲烷，甲烷可以现场使用、储存、压缩以转变为液化天然气(LNG)。对于任意上述实施例，所述系统可因而进一步包括：压缩机，用于压缩甲烷；或者凝缩机，用于将甲烷凝缩为LNG。根据烟气的组分，这些系统的其他产物可包括硫酸和/或汞。HCl和H2(g)也被产生，并在特定实施例中可再循环到系统中。O2(g)也可被产生，并在特定实施例中可再循环到系统中。
GPO反应器被构造以接纳烟气流，并进一步被构造以氧化烟气中的NOx类。在一些实施例中，例如，GPO反应器被构造以进一步接纳氯(作为气体、液体或在溶液中)，其氧化烟气中的NOx类以产生包括硝酸和盐酸以及其他的气流(即，产物气流)。
在一些实施例中，氯是氯气，GPO反应器被构造以接纳氯气流。在这样的实施例中，氯气和烟气可：(i)被传输到在预设反应条件下操作的GPO反应器；(ii)在GPO反应器中混合。GPO反应器可为现有技术中已知的反应器，例如市场销售的能够充分混合各气体的气相反应器。适合的反应条件也是现有技术中已知的(例如参见美国专利No.4,619,608)。例如，GPO反应器可被设定在约100℃至约650℃之间的温度。例如，GPO反应器的温度可被设定为约100℃、125℃、150℃、175℃、200℃、225℃、250℃、275℃、300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃、575℃、600℃、625℃、650℃、或它们之间的任意温度。
在GPO反应器的升高的温度下，据信氯气与烟气中的水蒸气反应而生成氯自由基和羟自由基。烟气中存在的NOx类或其一部分在所生成的氯自由基和所生成的羟自由基存在的情况下在GPO反应器中被氧化。如果使用一氧化氮(NO)作为NOx类的非限制性示例且不希望受限于理论，则据信：烟气中的一氧化氮(NO)在GPO反应器中根据以下化学反应被氧化为硝酸(HNO3)和盐酸：
6.NO+·OH→HNO2；
7.NO+·Cl→NOCl；
8.NOCl+H2O→HNO2+HCl；
9.HNO2+·Cl→NO2+HCl；
10.NO2+·OH→HNO3；
11.NO2+·Cl→NO2Cl；
12.NO2Cl+H2O→HNO3+HCl。
若不受限于理论，则还据信：污染类的氧化形式比其非氧化形式能更易于从烟气中去除。此外，据信，NOx去除的主导最终产物是硝酸和盐酸。存在于GPO反应器的气流(即，产物气流)因而包括溶解的硝酸和盐酸以及其他污染物(例如CO2(g))，在一些情况下包括水蒸气、硫酸、HgCl2、微量重金属中的一种或多种，且可进一步包括剩余的非氧化的NOx类、SOx类、和/或非氯化的汞。
产物气流可大致不含NOx类，或者可得益于进一步氧化以产生大致不含NOx类的产物气流。当存在于烟气中时，SOx类也将在GPO反应器中被氧化，形成硫酸。在这样的情况下，产物气流可大致不含SOx类，或者可得益于进一步氧化以产生大致不含SOx类的产物气流。
例如，在一些实施例中(例如当烟气包括SOx类时)，所述系统可进一步包括：SOx吸收器，其被构造以接纳来自GPO反应器的产物气流、或在GPO反应器下游的进一步处理后的气流。这样的系统可进一步包括：NOx吸收器。例如，SOx吸收器可定位串联在NOx吸收器与GPO反应器之间。在一些实施例中，系统进一步包括SOx吸收器，且不包括NOx吸收器。例如，SOx吸收器可定位串联在GPO反应器与萨巴提反应器之间、或在GPO反应器与水蒸气去除器之间。
在进一步包括SOx吸收器的实施例中，SOx吸收器可被构造以接纳来自GPO反应器的产物气流、或在GPO反应器下游的进一步处理后的气流，并可进一步被构造以从气流中收集在GPO反应器中被转变的氧化SOx类。
SOx吸收器可为现有技术中已知的任何适合的吸收器。例如，SOx吸收器可为在设计和反应条件方面大致类似于美国专利No.4,619,608中所述的吸收器。SOx吸收器可实现99％以上的SO2捕获率，而没有CO2副产物。若希望通过埋存(sequestration)进行CO2捕获及储存，则可能需要10ppm或更低的SOx限值。传统的石灰石洗涤器可能无法以相同的效率从烟气中去除SO2。
SOx吸收器可水平或竖直布置，取决于系统的空间限制或要求。SOx吸收器还可包括填料塔或错流容器以凝缩和收集一种或多种结果形成的酸流，例如硫酸、硝酸、盐酸、和/或其他酸流中的一种或多种，并可进一步收集汞产物和/或微量重金属产物。SOx吸收器可为单个集成吸收器或由多个非集成部件构成。SOx吸收器可为单个SOx吸收器单元或者可包括多个SOx吸收器单元。
除了氧化NOx类，GPO反应器中的条件还氧化SOx类。在SOx吸收器中，可能进行另外的溶液化学以助于氧化和/或收集并积聚酸强度。例如但非限制性地，水可在SOx吸收器中循环，或者，蒸汽可喷洒到SOx吸收器中。这种氧化过程将SOx类转变为硫酸以将剩余的SOx类转变为硫酸。在存在蒸汽的情况下，SOx通常相对于NOx以优选顺序反应。若使用二氧化硫(SO2)作为SOx类的非限制性示例且不希望受限于理论，则据信：二氧化硫在SOx吸收器中根据以下化学反应被氧化为硫酸(H2SO4)：
13.SO2+Cl2+2H2O→H2SO4+2HCl
在Cl2水平低至1.0Cl2/SO2的摩尔比时，可实现约99％的SO2去除率。也可实现约70％或更高的H2SO4与H2O的平衡浓度。收集的H2SO4/H2O的混合物可进一步通过除水过程处置，由此将剩余硫酸浓缩到高至约93－96％的纯度(商业级)。纯化的H2SO4可然后被收集和运输到产业进行销售。相应地，在特定实施例中，系统可进一步包括用于从H2SO4/H2O的混合物除水的装置。
在一些实施例中(例如当烟气进一步包括汞时)，SOx吸收器可进一步被构造以去除汞。例如但非限制性地，在GPO反应器中通过卤化反应产生和/或在SOx吸收器自身中产生的HgCl2可在由SOx吸收器收集的凝缩硫酸中捕获。SOx吸收器可进一步被构造将气流中剩余的金属汞转变为HgCl2并收集所产生的HgCl2。硫酸(任意时间产生)中的卤化汞(例如氯化汞)可使用各种方法被分离出来，例如但不限于PCT/CA1999/000403中所述任意方法。在非限制性示例中，添加碱金属卤素(例如碘化钾)盐以沉淀碘化汞(见PCT/CA1999/000403)。在其他实施例中，系统可以不被构造为去除重金属。而在另外的实施例中，可在非现场地点从所收集的硫酸中回收汞。
在一些实施例中(例如当烟气进一步包括至少一种重金属微量元素时)，SOx吸收器或所述系统可进一步被构造以去除所述至少一种重金属微量元素(例如锑、砷、镉、铬、镍、硒、锆中的一种或多种)。例如但非限制性地，微量元素可在通过氧化SOx类产生的和在SOx吸收器中凝缩的硫酸中捕获。在一些实施例中，系统进一步包括：用于通过离子交换从硫酸中去除微量元素的装置。在其他实施例中，可能不进行微量元素去除。在另外的实施例中，微量元素去除可能在非现场地点进行。
如前所述，在一些实施例中，系统可进一步包括：NOx吸收器，其被构造以接纳来自GPO反应器的产物气流、或在GPO反应器下游的进一步处理后的气流(例如离开SOx吸收器的气流)。如前所述，这样的系统可进一步包括：SOx吸收器。例如，NOx吸收器可定位串联在SOx吸收器与萨巴提反应器之间或者在SOx吸收器与水蒸气去除器之间。在一些实施例中，系统进一步包括NOx吸收器，而不包括SOx吸收器。例如，NOx吸收器可定位串联在GPO反应器与萨巴提反应器之间、或者在GPO反应器与水蒸气去除器之间。
NOx吸收器进一步被构造以收集GPO反应器中转变的氧化NOx类。NOx吸收器可为适用于此目的的现有技术中已知的任意吸收器。例如，NOx吸收器可为在设计和反应条件方面大致类似于美国专利No.4,619,608中所述的吸收器。通过GPO反应器和NOx吸收器的组合，可实现约98％的NOx去除效率。当NOx吸收器中不使用氨时，不存在氨流失。NOx吸收器可水平或竖直布置，取决于系统的空间限制或要求。NOx吸收器还可包括填料塔或错流容器以凝缩和收集硝酸、盐酸、以及重金属产物(例如HgCl2)。在一些实施例中，NOx吸收器是多个NOx吸收器单元。在一些实施例中，NOx吸收器可为单个NOx吸收器单元。
在一些实施例中，NOx吸收器可进一步被构造为：氧化在产物气流(例如来自GPO反应器)中或者在进一步处置后的气流(例如来自SOx反应器)中可能剩余的NOx类，以将剩余的NOx类转变为硝酸和盐酸。例如，进入NOx吸收器的气流可被喷洒蒸汽以进一步氧化NOx类。气流可按照非零角度(例如正交地)被喷洒蒸汽。气流可按照适合的喷洒压力被喷洒蒸汽。如果不受限于理论，则据信：在NOx吸收器中从气流中去除NOx类涉及以下反应：
14.Cl2+H2O→HOCl+HCl
15.NOCl+H2O→HNO2+HCl
16.NOCl+HOCl+H2O→HNO3+2HCl
17.NO2Cl+H2O→HNO2+HOCl
18.2NO2+H2O→HNO2+HNO3
19.HNO2+HOCl→HNO3+HCl
20.2NO+H2O+HNO3→3HNO2
因而据信：NOx去除的主导最终产物是硝酸和盐酸。
NOx吸收器可收集纯度高至约99％的硝酸，硝酸可被引导至进一步的处理和/或储存以准备进行商业运输和/或销售。
在特定实施例中，NOx吸收器被构造以去除汞和/或重金属微量元素，其中使用现有技术中已知的设备和过程，例如但不限于：在PCT/CA1999/000403中所述或者在本文中另外所述。
在一些实施例中，NOx吸收器可被构造以收集盐酸并将至少一部分盐酸从NOx吸收器引导到电解单元。在电解单元，HCl进行电解以产生氢气和氯气。电解盐酸的方法是现有技术中已知的，可使用任何适合的市场销售的电解单元。在非限制性示例中，电解单元包括高温电解基元。电解单元因而被构造以接纳盐酸(例如来自NOx吸收器，或者其中一部分来自NOx吸收器)，并进一步被构造以电解盐酸以产生氢气和氯气。在可替代实施例中，系统可被构造以将分离于SOx吸收器凝缩产物的HCl引导到电解单元。
在电解单元通过HCl电解产生的氢气可在系统中或车间中其他位置再使用，或者可能被储存，例如用于销售/运输。在非限制性示例中，所产生的氢气或其一部分被重新引导到萨巴提反应器用于将二氧化碳气体转变为烃燃料。在电解单元通过HCl电解产生的氯气(或其一部分)可在系统中或车间中其他位置再使用，或者可能被储存，例如用于销售/运输。在非限制性示例中，系统被构造以引导电解单元中产生的氯气以将氯气流的全部或部分供应于GPO反应器。
在一些实施例中，系统可被构造为使得：离开GPO反应器的产物气流直接馈送到萨巴提反应器。在其他实施例中，包括用于处置产物气流的另外的组件(例如一个或多个SOx吸收器、NOx吸收器和/或水蒸气去除器)，串联在GPO反应器与萨巴提反应器之间，以处置(进一步处理或清洁)气流以实现更高效的萨巴提反应。
例如，在一些实施例中(例如当烟气进一步包括水蒸气时)，系统进一步包括：水蒸气去除器，其被构造以从气流中(在到达萨巴提反应器之前)去除水蒸气。水蒸气去除器可在系统中定位串联在NOx吸收器与萨巴提反应器之间。水蒸气去除器可定位串联在SOx吸收器与萨巴提反应器之间。水蒸气去除器可定位串联在GPO反应器与萨巴提反应器之间，例如恰在萨巴提反应器接纳所处置的气流之前。水蒸气去除器可被构造以并联于电解单元。
可使用任何适合的水蒸气去除器，如现有技术中所公知。在非限制性示例中，系统自身生成的热能(例如来自过多蒸汽的热量、或特别用于水蒸气去除步骤添加的热量)用于加热气流以蒸发其中剩余的任何水含量，蒸发的水含量能够在下游收集。在另一非限制性示例中，水蒸气通过热交换从气流中去除，被去除的水蒸气可被收集为蒸汽。如果没有这样的处置或去除步骤，则水蒸气通常将以其他方式排出到大气中。系统可被构造以使用所收集的蒸汽或凝缩该蒸汽而形成液态水(例如通过冷却实现)。相应地，在特定实施例中，系统可进一步被构造使所收集的水含量(蒸汽或液态水)再循环回到系统中。例如但非限制性地，系统可被构造以：(i)使水含量返回到系统的蒸汽循环中；(ii)再使用从气流中回收的水含量而作为SOx吸收器(若存在)、NOx吸收器(若存在)、或SOx吸收器和NOx吸收器中的处理水；(iii)使用从气流中回收的水含量辅助在电解单元中的HCl电解；和/或(iv)使用从气流中回收的水含量作为热源提高电解单元中HCl电解反应的温度，由此提高电解效率。来自烟气的蒸发水含量的这种再循环可能是所希望的，特别是对于位于经历或接近干旱或干旱类条件的地点的烟气处置系统而言。估计对于500MW工厂而言，高至约750,000磅/小时的水含量(否则将会排出到大气中作为蒸汽)可在本文所述系统内回收和再使用。
在一些实施例中，系统被构造以将水蒸气去除器中收集的水含量(或其一部分)引导到分立的水电解单元，水电解单元被构造以将水转变为氢气和氧气。在这些实施例中，系统可被构造以将通过所收集水含量(或其一部分)电解而生成的氢气引导到萨巴提反应器。系统可进一步被构造以使用电解生成的氧气作为系统内或车间中其他位置的燃料源。在其他实施例中，在水蒸气去除器中从气流中去除的被收集水含量不进行进一步的水解。
水蒸气去除器被构造以将结果形成的脱水气流(包括CO2气体或者基本由CO2气体构成)引导到萨巴提反应器。
萨巴提反应器被构造以接纳气流(即，GPO反应器的产物气流，或者GPO反应器下游的进一步处置后的气流)并进一步被构造以接纳氢气流(例如来自电解HCl和/或水的一个或多个电解单元)。例如，萨巴提反应器可被构造接纳来自SOx吸收器、NOx吸收器、或者水蒸气去除器的气流。在特定实施例中，萨巴提反应器被构造以接纳来自水蒸气去除器的气流。
萨巴提过程在萨巴提反应器中通过适合催化剂(例如但不限于镍催化剂、钌、氧化铝、或者铜催化剂)催化。在特定实施例中，催化剂是铜催化剂。在特定实施例中，萨巴提反应器被构造在大气压下进行萨巴提反应。在一些实施例中，馈送摩尔比H2:CO2大于或等于约3.5:1，萨巴提过程可以在约400℉至约700℉的温度下进行。在其他实施例中，可使用其他适合的反应参数。可使用任何适合的萨巴提反应器和条件。
在萨巴提反应器中，萨巴提反应将产物气流中的二氧化碳气体氢化为烃燃料。在一些实施例中，烃燃料包括甲烷。在一些实施例中，烃燃料基本由甲烷构成。
在一些实施例中，系统可进一步被构造以将甲烷(或其一部分)引导到被构造以燃烧甲烷的锅炉或燃烧室以生成热量或动力。例如，甲烷(或其一部分)可在车间与煤混合和共燃，或者可用作燃料以驱动分立的涡轮机。在一些实施例中，系统可进一步包括：压缩机或凝缩机，其被构造以从甲烷(或其一部分)凝缩液化天然气。在一些实施例中，系统可进一步包括：压缩机，其被构造以凝缩烃燃料的体积，例如用于从车间运输。
在非限制性示例中，系统可进一步被构造以将甲烷(或其一部分)转变为其他产物，例如但不限于卤代甲烷。在非限制性示例中，甲烷(或其一部分)可通过现有技术中已知的以下反应转变为氯甲烷：
21.CH4+Cl2→CH3Cl+HCl
结果形成的甲基氯化物可进一步处理为其他有机多卤化物，例如二氯甲烷。结果形成的甲基氯化物也可转变为其他产物，例如甲醇、乙醇、醚、醛、酮、有机酸、酯、胺、以及油脂和肥皂。
在各种实施例中，系统可包括：(a)GPO反应器，其被构造以接纳气流(包括SOx类、NOx类、水蒸气、重金属、和二氧化碳气体)，GPO反应器进一步被构造以氧化SOx类和NOx类；(b)SOx吸收器，其被构造接纳来自GPO反应器的气流，SOx吸收器进一步被构造以氧化和收集SOx类而得到H2SO4；(c)NOx吸收器，其被构造接纳来自SOx吸收器的气流，NOx吸收器进一步被构造以进一步氧化气流中的NOx类，NOx吸收器进一步被构造收集通过氧化NOx类而产生的盐酸；(d)电解单元，其被构造以接纳在NOx吸收器收集的盐酸，并进一步被构造以电解盐酸以产生氢气；(e)水蒸气去除器，其被构造接纳来自NOx吸收器的气流，并进一步被构造以从气流中去除水蒸气；(f)萨巴提反应器，其被构造以接纳来自水蒸气去除器的气流和来自电解单元的氢气，其中氢气用于将气流中的二氧化碳气体氢化为包括甲烷的烃燃料。
本公开内容涉及一种方法，从包括NOx类、水蒸气和二氧化碳气体的烟气流中产生烃燃料。非限制性地，烟气可来自燃煤设施或燃气设施。这样，烟气可进一步包括：SOx类、汞、和/或重金属微量元素。在一些实施例中，烟气将已被预清洁，如前所述(例如通过ESP实现)。在一些实施例中，烃燃料包括甲烷。在一些实施例中，烃燃料基本由甲烷构成。
所述方法包括：(a)生成羟自由基和氯自由基；(b)通过羟自由基和氯自由基而氧化气流中的NOx类以产生包括硝酸、盐酸、水蒸气和二氧化碳气体的气流；(c)从气流中去除水蒸气以产生脱水气流；(d)通过以下至少一种产生氢气：(di)电解从步骤(c)中的气流中去除的水蒸气以产生氢气和氧气；(dii)电解步骤(b)中产生的盐酸以产生氢气和氯气；(e)使用萨巴提反应通过步骤(d)中产生的氢气而氢化(c)中的脱水气流中的二氧化碳气体，以产生烃燃料。
在烟气流进一步包括SOx类的实施例中，所述方法可进一步包括：步骤(bi)氧化SOx类(例如使用步骤(a)中的羟自由基和/或氯自由基、和/或使用蒸汽或水实现)以产生硫酸，从气流中去除硫酸(例如使用对于前述系统中所描述的SOx吸收器实现)以产生大致不含SOx类的气流。在烟气流进一步包括重金属微量元素(例如但不限于从由以下各项构成的组中选出的一种或多种：锑、砷、镉、铬、镍、硒、锆、和/或它们的任意组合)的实施例中，所述方法进一步可进一步包括：通过捕获硫酸中的微量元素从气流中去除微量元素(如对于前述系统所述)。在特定实施例中，但非限制性地，微量元素可通过离子交换而从硫酸中去除。在烟气流进一步包括汞的实施例中，所述方法可进一步包括：从气流中去除汞(如对于前述系统所述)。在特定实施例中，去除汞包括：将汞转变为HgCl2，捕获硫酸(例如收集在SOx吸收器中)中的HgCl2。所述方法可进一步包括：从硫酸中回收汞(如对于前述系统所述)。例如但非限制性地，可通过添加碱金属卤素将汞沉淀出来(例如添加碘化钾以将碘化汞沉淀出来)而将汞从硫酸中去除(见PCT/CA1999/000403)。
在特定实施例中，所述方法可进一步包括：步骤(bii)进一步通过蒸汽或水氧化NOx类以产生盐酸和大致不含NOx类的气流(例如通过使气流通过如前所述的NOx吸收器实现)。在特定实施例中，所述方法包括步骤(dii)，即，在步骤(a)和/或步骤(bii)中产生的盐酸电解而产生氢气和氯气，则所述方法可进一步包括：使用来自步骤(dii)的氯气在步骤(a)中生成至少一些氯自由基。在特定实施例中，所述方法包括步骤(di)，即，电解水蒸气，则所述方法进一步包括：引导步骤(di)中的氧气以辅助燃料燃烧而生成热量或动力。
在所述方法的特定实施例中，萨巴提反应通过选自包括以下各项的组中的催化剂而催化：镍催化剂，钌催化剂，氧化铝催化剂，铜催化剂。在特定实施例中，催化剂是铜催化剂。
在特定实施例中，所述方法进一步包括：压缩甲烷(或烃燃料)，以减小甲烷(或烃燃料)的体积。在特定实施例中，所述方法进一步包括：凝缩甲烷以产生液化天然气。在特定实施例中，所述方法进一步包括：燃烧甲烷(或烃燃料)以生成热量或动力。在特定实施例中，所述方法进一步包括：将甲烷与燃料(例如化石或烃燃料，如煤，气体，或任何其他燃料)混合和共燃。
本公开内容还涉及萨巴提反应的用途，用于在工业尺寸的烟气处置系统中将二氧化碳气体转变为烃燃料。在特定实施例中，但非限制性地，所述烃燃料是甲烷。在特定实施例中，烃燃料被压缩以减小其体积(例如利于储存或运输)。在特定实施例中，烃燃料被凝缩以产生液化天然气。在特定实施例中，烃燃料与煤混合和共燃。
本公开内容还涉及(非限制性地)以下列举的实施例：
实施例1：一种系统包括：(a)反应器，其被构造以接纳包括NOx类和二氧化碳气体的气流，反应器进一步被构造以氧化气流中的NOx类以产生盐酸；(b)电解单元，其被构造以接纳盐酸并被构造以电解盐酸以产生氢气；和(c)二氧化碳吸收器，其被构造以接纳来自反应器的气流和来自电解单元的氢气，氢气用于将气流中的二氧化碳气体氢化为烃燃料。
实施例2：根据实施例1所述的系统，其中，反应器是气相反应器。
实施例3：根据实施例1或2所述的系统，其中，反应器进一步被构造以接纳氯气流。
实施例4：根据实施例1至3中任一项所述的系统，进一步包括：NOx吸收器。
实施例5：根据实施例4所述的系统，其中，NOx吸收器被构造串联在反应器与二氧化碳收集器之间。
实施例6：根据实施例1至5中任一项所述的系统，进一步包括：SOx吸收器。
实施例7：根据实施例1至6中任一项所述的系统，气流进一步包括水蒸气；系统进一步包括水蒸气去除器。
实施例8：根据实施例7所述的系统，其中，水蒸气去除器被构造串联在NOx吸收器与二氧化碳收集器之间。
实施例9：根据实施例7所述的系统，其中，水蒸气去除器被构造并联于电解单元。
实施例10：根据实施例1至9中任一项所述的系统，其中，二氧化碳气体通过萨巴提反应转变为烃燃料。
实施例11：根据实施例10所述的系统，其中，萨巴提反应使用选自包括以下各项的组中的催化剂：镍催化剂，钌催化剂，氧化铝催化剂，铜催化剂。
实施例12：根据实施例11所述的系统，其中，催化剂是铜催化剂。
实施例13：一种系统，包括：(a)气相反应器，其被构造以接纳包括NOx类、水蒸气和二氧化碳气体的气流，气相反应器进一步被构造以氧化气流中的NOx类以产生盐酸；(b)NOx吸收器，其被构造以接纳来自气相反应器的气流，NOx吸收器进一步被构造以氧化气流中的NOx类，NOx吸收器进一步被构造收集通过氧化NOx吸收器中的气流中的NOx类和氧化气相反应器中的NOx类而产生的盐酸；(c)电解单元，其被构造以接纳NOx吸收器处收集的盐酸，并进一步被构造以电解盐酸以产生氢气；(d)水蒸气去除器，其被构造以接纳来自NOx吸收器的气流，并进一步被构造以从气流中去除水蒸气；和(e)二氧化碳吸收器，其被构造接纳来自水蒸气去除器的气流和来自电解单元的氢气，氢气用于将气流中的二氧化碳气体氢化为烃燃料。
实施例14：根据实施例13所述的系统，其中，反应器进一步被构造以接纳氯气流。
实施例15：根据实施例13或14所述的系统，其中，电解单元被构造以电解盐酸以产生氢气和氯气。
实施例16：根据实施例15所述的系统，其中，氯气再循环到氯气流中。
实施例17：根据实施例13至16中任一项所述的系统，其中，二氧化碳气体通过萨巴提反应转变为烃燃料。
实施例18：根据实施例17所述的系统，其中，萨巴提反应使用选自包括以下各项的组中的催化剂：镍催化剂，钌催化剂，氧化铝催化剂，铜催化剂。
实施例19：一种处置包括NOx类、水蒸气、二氧化碳气体的气流的方法，所述方法包括：(a)生成羟自由基和氯自由基；(b)通过羟自由基和氯自由基氧化气流中的NOx类以产生硝酸和盐酸；(c)从气流中去除所述水蒸气；(d)使二氧化碳气体与通过将从气流中去除的水蒸气和盐酸中的至少一种电解而产生的氢气反应，以产生烃燃料。
实施例20：根据实施例19所述的方法，气流进一步包括SOx类；所述方法进一步包括：氧化SOx类。
实施例21：根据实施例19或20所述的方法，气流进一步包括重金属；所述方法进一步包括：从气流中去除重金属。
实施例22：根据实施例21所述的方法，其中，重金属是汞。
实施例23：根据实施例20至22中任一项所述的方法，气流进一步包括：微量元素，其选自包括以下各项的组：锑、砷、镉、铬、镍、硒、锆、和它们的任意组合；所述方法进一步包括：从气流中去除微量元素。
实施例24：根据实施例23所述的方法，进一步包括：捕获通过氧化SOx类而产生的硫酸中的微量元素；通过离子交换从硫酸中去除微量元素。
实施例25：根据实施例19至24中任一项所述的方法，进一步包括：电解盐酸以产生氯气。
实施例26：根据实施例25所述的方法，进一步包括：使用氯气生成至少一些氯自由基。
实施例27：根据实施例19至26中任一项所述的方法，进一步包括：电解从气流中去除的水蒸气以产生氧气。
实施例28：根据实施例27所述的方法，进一步包括：使用氧气以辅助燃烧。
实施例29：根据实施例19至28中任一项所述的方法，其中，二氧化碳气体通过萨巴提反应转变为烃燃料。
实施例30：根据实施例29所述的方法，其中，萨巴提反应通过选自包括以下各项的组中的催化剂而催化：镍催化剂，钌催化剂，氧化铝催化剂，铜催化剂。
实施例31：一种萨巴提反应的用途，用于在工业尺寸的烟气处置系统中将二氧化碳气体转变为烃燃料。
实施例32：根据实施例31所述的用途，其中，烃燃料是甲烷。
本发明将在以下非限制性示例中进一步例示。
示例1
参见图1，根据本公开内容的实施例，存在一种烟气处置系统100，被构造用于燃煤设施内，系统100包括气相反应器140，SOx吸收器150，NOx吸收器160，水蒸气去除器170，二氧化碳吸收器180。
烟气110包括：SOx类，NOx类，水蒸气，重金属(例如汞)，二氧化碳气体。
氯气130和烟气110：(i)被传输到在预设反应条件下操作的气相反应器140；(ii)在气相反应器140中混合。气相反应器可为现有技术中已知的反应器，例如市场销售的气相反应器。适合反应条件也是现有技术中已知的(例如参见美国专利No.4,619,608)。例如，气相反应器140可被设定在约100℃至约650℃之间的温度。例如，气相反应器140的温度可被设定为约100℃、125℃、150℃、175℃、200℃、225℃、250℃、275℃、300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃、575℃、600℃、625℃、650℃、或它们之间的任意温度。
在气相反应器140的升高的温度下，据信氯气130与烟气110中的水蒸气反应而生成氯自由基和羟自由基。烟气110中存在的NOx类或者其一部分在所生成的氯自由基和所生成的羟自由基存在的情况下在气相反应器140中被氧化。如果使用一氧化氮(NO)作为NOx类的示例且不希望受限于理论，则据信：烟气110中的一氧化氮(NO)在气相反应器140中根据以下化学反应被氧化为硝酸(HNO3)和盐酸：
6.NO+·OH→HNO2；
7.NO+·Cl→NOCl；
8.NOCl+H2O→HNO2+HCl；
9.HNO2+·Cl→NO2+HCl；
10.NO2+·OH→HNO3；
11.NO2+·Cl→NO2Cl；
12.NO2Cl+H2O→HNO3+HCl。
若不受限于理论，则还据信：污染类的氧化形式比其非氧化形式能更易于从烟气中去除。此外，据信，NOx去除的主导最终产物是硝酸和盐酸。存在于包括溶解的硝酸和盐酸以及其他污染物的气流110a离开反应器140并被朝向SOx吸收器150引导。
SOx吸收器150可为现有技术中已知的任何适合的吸收器。例如且如在此实施例中可以想到的是：SOx吸收器150可为在设计和反应条件方面大致类似于美国专利No.4,619,608中所述的吸收器。SOx吸收器150可实现99％以上的SO2捕获率，而没有CO2副产物。如果希望通过埋存进行CO2捕获及储存，则可能需要10ppm或更低的SOx限值。传统的石灰石洗涤器可能无法以相同的效率从烟气中去除SO2。
SOx吸收器150可水平或竖直布置，取决于系统100的空间限制或要求。SOx吸收器150还可包括填料塔或错流容器，以凝缩和收集结果形成的硫酸、硝酸、盐酸、或其他酸流、以及重金属(例如汞)产物。
在SOx吸收器150中，气流110a被喷洒以蒸汽以利于SOx氧化；在存在蒸汽的情况下，SOx通常相对于NOx以优选顺序反应。若使用二氧化硫(SO2)作为SOx类的非限制性示例且不希望受限于理论，则据信：二氧化硫在SOx吸收器150中根据以下化学反应被氧化为硫酸(H2SO4)：
13.SO2+Cl2+2H2O→H2SO4+2HCl
在Cl2水平低至1.0Cl2/SO2的摩尔比时，可实现约99％的SO2去除率。也可实现约70％或更高的H2SO4与H2O的平衡浓度。收集的H2SO4/H2O的混合物可进一步通过除水过程150’处置，由此将剩余硫酸浓缩到高至约93－96％的纯度(商业级)。纯化的H2SO4可然后被收集和运输到产业进行销售。
虽然如1中未示出，不过在特定实施例中，所述方法可进一步包括：去除SOx吸收器中的或离开SOx吸收器的气流中的重金属(或其一部分)，例如汞，例如通过现有技术中已知的过程(例如但不限于PCT/CA1999/000403中所述的过程)实现。例如，汞可转变为卤化汞(例如氯化汞)并从硫酸中收集。在特定实施例中，重金属去除可以或者可进一步包括：捕获通过氧化SOx类产生的硫酸中的微量元素(例如锑、砷、镉、铬、镍、硒、锆中的一种或多种)，并通过离子交换从硫酸中去除微量元素。在其他实施例中，可能不进行重金属去除。在另外的实施例中，重金属去除可能在非现场地点进行。
当SOx类在SOx吸收器150中氧化之后，气流110b产生，并朝向NOx吸收器160引导。
NOx吸收器160可为现有技术中已知的任意适合吸收器。例如，NOx吸收器160可为在设计和反应条件方面大致类似于美国专利No.4,619,608中所述的吸收器。通过气相反应器和NOx吸收器的组合，可实现约98％的NOx去除效率。若NOx吸收器160中不使用氨则无氨流失。NOx吸收器160可水平或竖直布置，取决于系统100的空间限制或要求。NOx吸收器160还可包括填料塔或错流容器以凝缩和收集硝酸、盐酸、以及重金属(例如汞)产物。
在NOx吸收器160中，气流110b被喷洒蒸汽以进一步氧化NOx类。气流110b可按照非零角度(例如正交地)被喷洒蒸汽。气流110b可按照适合喷洒压力被喷洒蒸汽。如果不受限于理论，则据信：在NOx吸收器160中从气流110b中去除NOx类涉及以下反应：
14.Cl2+H2O→HOCl+HCl
15.NOCl+H2O→HNO2+HCl
16.NOCl+HOCl+H2O→HNO3+2HCl
17.NO2Cl+H2O→HNO2+HOCl
18.2NO2+H2O→HNO2+HNO3
19.HNO2+HOCl→HNO3+HCl
20.2NO+H2O+HNO3→3HNO2
因而据信：NOx去除的主导最终产物是硝酸和盐酸。
NOx吸收器160收集纯度高至约99％的硝酸，其可被引导到进一步的处理和/或储存160”以准备进行商业运输和/或销售。
通过在气体反应器140和NOx吸收器160中的NOx类的氧化而产生的HCl被收集和引导到电解单元160’。在电解单元160’，HCl进行电解以产生氢气和氯气。电解盐酸的方法是现有技术中已知的，可以使用任何适合的市场销售的电解单元。在非限制性示例中，电解单元包括高温电解基元。
在电解单元160’处通过HCl电解产生的氢气可以在烟气处置系统100中再使用。在非限制性示例中，所产生的氢气或其一部分被重新引导到二氧化碳吸收器180用于将二氧化碳气体转变为烃燃料。
在电解单元160’处通过HCl电解产生的氯气可以在烟气处置系统100中再使用。在非限制性示例中，所产生的氯气朝向反应器140被重新引导并形成氯气130或其一部分。
虽然图1中未示出，不过在特定实施例中，气流110b在NOx吸收器160中进行进一步的重金属去除(即，去除任何在SOx吸收器150中未被去除的重金属)，通过现有技术中已知的过程(例如但不限于PCT/CA1999/000403中所述的过程)实现。例如，汞可转变为卤化汞(例如氯化汞)，其可被收集、销售、或再使用，用于其他下游应用。在其他实施例中，这种进一步的重金属去除过程可以不进行。
离开NOx吸收器160的气流110c通常被去除NOx类，且基本由水蒸气和二氧化碳气体构成。气流110c中存在的水蒸气通过水蒸气去除器170从中去除。这样的去除可通过现有技术中已知的方法进行。在非限制性示例中，处置系统100中生成的热能(例如来自过多蒸汽的热量、或特别用于从气流110c中去除水蒸气的步骤的生成热量)用于加热气流110c以蒸发其中剩余的水含量，蒸发的水含量能够在下游收集。在另一非限制性示例中，水蒸气通过热交换从气流110c中去除，被去除的水蒸气可被收集为蒸汽。如果没有这样的处置或者去除步骤，则水蒸气通常将以其他方式排出到大气中。
从气流110c中收集的蒸发的水含量可凝缩为水，所收集的凝缩水可在烟气处置系统100中用于其他目的。这样的其他目的包括但不限于：(i)使从气流110c回收的水含量返回烟气处置系统100的蒸汽循环中；(ii)再使用从气流110c中回收的水含量作为SOx吸收器150、NOx吸收器160、或SOx吸收器150和NOx吸收器160中的处理水；(iii)使用从气流110c中回收的水含量辅助HCl电解160’；和(iv)使用从气流110c中回收的水含量作为热源以提高HCl电解反应的温度，由此提高电解单元160’处的所述反应的效率。来自烟气的蒸发水含量的这种再循环可能是所希望的，特别是对于位于经历或接近干旱或干旱类条件的地点的烟气处置系统而言。估计对于500MW工厂而言，高至约750,000磅/小时的水含量(否则将会排出到大气中作为蒸汽)可在处置系统100内回收和再使用。
被去除水蒸气的气流110d被引导到二氧化碳吸收器180用于进一步处理。
气流110d基本由二氧化碳气体构成。在电解单元160’处通过HCl电解而产生的氢气被馈送到二氧化碳吸收器180中，并用作在二氧化碳吸收器180处通过萨巴提过程按照工业规模和合理经济成本将气流110d中的二氧化碳气体氢化为甲烷112所需的反应物。
萨巴提过程在二氧化碳吸收器180中通过适合的催化剂(例如但不限于镍催化剂、钌、氧化铝、或铜催化剂)催化。如在此实施例中所设想，二氧化碳吸收器180中的萨巴提过程通过铜催化剂催化并在大气压下进行。如在此实施例中所设想，馈送摩尔比H2:CO2大于或等于约3.5:1，萨巴提过程在约400℉至约700℉的温度下进行。在其他实施例中，可使用其他适合的反应参数。
在此实施例中还可设想(但图1中未示出)：从气流110c中去除的水蒸气的至少一部分和由此收集的水含量进行其自身的电解反应以生成氢气和氧气。通过所收集水含量的电解而生成的氢气可被引导到二氧化碳吸收器180用于将二氧化碳气体转变为烃燃料，并进一步提供在二氧化碳吸收器180通过萨巴提过程按照工业规模和合理经济成本将气流110d中的二氧化碳气体氢化为甲烷112所需的氢气量。通过所述电解而生成的氧气可用作系统100内的燃料源。在其他实施例中，从气流110c去除的水蒸气和由此收集的水含量不进行进一步的水解。
二氧化碳吸收器180中产生的甲烷112可向下游引导以进行进一步处理190。在特定实施例中，甲烷112(或其一部分)通过现有技术中已知的方法被压缩(凝缩)以形成下游燃料源，例如但不限于液化天然气(LNG)，可用作(或其一部分可用作)下游应用中的燃料源、再循环用作系统100内的燃料源、或者作为产品(例如作为燃料或化学原料)销售。例如但非限制性地，LNG可通过低温公路槽车从车间移出。
由于甲烷是可燃的，不需要压缩或其他处置，因而在特定实施例中(图1中未示出)，甲烷112(或其一部分)可直接馈送到车间的锅炉中，与煤、气体或另一化石或烃燃料混合和共燃，或者可用作燃料驱动分立的涡轮机，由此不需要或更少地需要储存、隔离或销售凝缩产品(即，LNG)，而同时增大车间的动力输出。
在其他非限制性示例中，甲烷112(或其一部分)可转变为其他产物，例如但不限于卤代甲烷。在非限制性示例中，甲烷212(或其一部分)通过以下反应转变为氯甲烷(如现有技术中所知)：
21.CH4+Cl2→CH3Cl+HCl
通过反应21结果形成的甲基氯化物可进一步被处理为其他有机多卤化物，例如二氯甲烷。结果形成的甲基氯化物也可转变为其他产物，如甲醇、乙醇、醚、醛、酮、有机酸、酯、胺、油脂和肥皂。
示例2
参见图2，根据本公开内容的另一实施例，存在一种烟气处置系统200，被构造用于燃气设施，系统200包括气相反应器140，NOx吸收器160，水蒸气去除器170，二氧化碳吸收器180。由于SOx类在燃气设施中不常产生，因而对于燃气设施烟气处置系统而言，SOx吸收器的存在将是可选的。
烟气210包括：NOx类，水蒸气，二氧化碳气体。
氯气130和烟气210：(i)被传输到在预设反应条件(例如示例1中所述的反应条件)下操作的气相反应器140；(ii)在气相反应器140中混合。例如，气相反应器140可被设定在约100℃至约650℃之间的温度。烟气210和氯气130在气相反应器140中混合，烟气210中的NOx气体通常氧化为硝酸和盐酸(例如参见反应6至12)。包括溶解的硝酸和盐酸和其他污染物的气流210a离开反应器140并朝向NOx吸收器160引导。
在反应器140中未被去除(例如转变)的NOx类在NOx吸收器160中从气流210a中去除。若不限于理论，则据信：在反应器140中未被去除的NOx类在NOx吸收器160中从气流210a中去除，根据以上在示例1中描述的反应14至20。据信，NOx去除的主导最终产物是硝酸和盐酸。
NOx吸收器160收集纯度高至约99％的硝酸，所述硝酸可被引导至进一步的处理和/或储存160”以准备进行商业运输和/或销售。
虽然在图2中未示出，不过在特定的可选实施例中，气流210a可在NOx吸收器160中通过现有技术中已知的过程(例如但不限于PCT/CA1999/000403中所述的过程)进行重金属去除。在其他实施例中，可不进行这种重金属去除过程可能。重金属通常不存在于气体车间中。
通过在气体反应器140和NOx吸收器160中的NOx类氧化而产生的HCl被收集和引导到电解单元160’。在电解单元160’，HCl进行电解以产生氢气和氯气。电解盐酸的方法是现有技术中已知的，可以使用任何适合的市场销售的电解单元。在电解单元160’处通过HCl电解产生的氢气可以在烟气处置系统200中再使用。在非限制性示例中，所产生的氢气或其一部分被重新引导到二氧化碳吸收器180用于将二氧化碳气体转变为烃燃料。在电解单元160’处通过HCl电解产生的氯气可以在烟气处置系统200中再使用。在非限制性示例中，所产生的氯气朝向反应器140被重新引导并形成氯气130或其一部分。
离开NOx吸收器160的气流210c通常被去除NOx类，且基本由水蒸气和二氧化碳气体构成。气流210c中存在的水蒸气通过水蒸气去除器170从中去除。这样的去除可通过示例1中所述非限制性示例进行。
从气流210b中收集的蒸发的水含量可凝缩为水，所收集的凝缩水可在烟气处置系统200中用于其他目的，例如但不限于示例1中所述的目的。此外，在此实施例中可以设想(但图2中未示出)：从气流210b中去除的水蒸气的至少一部分和由此收集的水含量进行其自身的电解反应以生成氢气和氧气。通过所收集水含量的电解生成的氢气可被引导到二氧化碳吸收器180用于将二氧化碳气体转变为烃燃料。通过所述电解生成的氧气可用作系统200内的燃料源。在其他实施例中，从气流210b中去除的水蒸气和由此收集的水含量不进行进一步的水解。
被去除水蒸气的气流210c被引导到二氧化碳吸收器180进行进一步处理。气流210c基本由二氧化碳气体构成。在电解单元160’处通过HCl电解而产生的氢气馈送到二氧化碳吸收器180，并用作在二氧化碳吸收器180通过萨巴提过程将气流210c中的二氧化碳气体氢化为甲烷212所需的反应物。
二氧化碳吸收器180中产生的甲烷112可向下游引导以进行进一步处理290。
在特定实施例中，甲烷112(或其一部分)通过现有技术中已知的方法凝缩以形成下游燃料源，例如但不限于液化天然气(LNG)，可用作(或其一部分可用作)下游应用中的燃料源、再循环用作系统200内的燃料源、或作为产品(例如作为燃料或化学原料)销售。例如但非限制性地，LNG可通过低温公路槽车从车间移出。
由于甲烷是可燃的，而不需要进一步处置，因而在特定实施例中(图1中未示出)，甲烷112或其一部分可用作燃料以生成热量或驱动涡轮机，由此不需要或更少地需要储存、隔离或销售凝缩产品(即，LNG)，而同时增大车间的动力输出。
除了如示例1中所述转变为液化天然气以外，甲烷212(或其一部分)可转化成其他产物。在非限制性示例中，甲烷212(或其一部分)利用反应21(如在示例1中所述)转变为氯甲烷。通过反应21结果形成的甲基氯化物可进一步被处理为其他有机多卤化物，例如二氯甲烷。结果形成的甲基氯化物也可转变为其他产物，如甲醇、乙醇、醚、醛、酮、有机酸、酯、胺、油脂和肥皂。
虽然以上的示例1和2将水蒸气去除器170和二氧化碳吸收器180描述为分立的单元，不过水蒸气去除器和二氧化碳吸收器可以组合为一个单元。在非限制性示例中，热交换器围绕二氧化碳吸收器安置，以在气流中剩余二氧化碳气体与氢气反应之前从气流中蒸发水蒸气。在另一非限制性示例中，来自系统的蒸汽通过二氧化碳吸收器，以在气流中剩余二氧化碳气体与氢气反应之前从气流中蒸发水蒸气。
应理解，在本公开内容中呈现的实施例是在本公开内容中设想的烟气处置装置的非限制性示例。虽然在实施例中对每种目标烟气污染物仅描述一个清洁单元(例如SOx吸收器、NOx吸收器、二氧化碳吸收器、萨巴提反应器等等)，不过，其他实施例可对每种目标烟气污染物设想一个或多个清洁单元。例如，处置系统可包括：一个或多个串联连接的气相反应器、一个或多个串联连接的SOx吸收器、一个或多个串联连接的NOx吸收器、一个或多个串联连接的水蒸气去除器、一个或多个串联连接的水电解单元、一个或多个串联连接的HCl电解单元、和/或一个或多个串联连接的二氧化碳吸收器。使一个或多个相同清洁单元串联布置，可以改善特定烟气污染物的收集和去除。例如，由于烟气中的二氧化碳量远大于烟气中的SOx和NOx类的量，因而额外的串联连接的二氧化碳吸收器可以是有益的，以通过将二氧化碳转变(例如通过萨巴提过程)为例如烃燃料(用于下游应用中)而从烟气中充分去除二氧化碳。
本文中的所有引用资料和在引用文件中引用的所有文件在此通过引用并入本文。
可以设想，在本专利文件中论述的任何方案或实施例的任何部分可实施或与本专利文件中论述的任何其他方案或实施例的任何部分组合。虽然特定实施例在前文中已描述，不过应理解，其他实施例也是可行的并意在包含在本文中。对于任何本领域技术人员而言将显见，对前述实施例的未示出的修改和调整是可行的。因此，权利要求书的范围不应局限于示例中提出的优选实施例，而是应将说明书作为整体而一致地给出最宽的解释范围。
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Claims (36)

1.一种系统，包括：
(a)气相氧化(GPO)反应器，其被构造以接纳包括NOx类和二氧化碳气体的烟气流，所述GPO反应器进一步被构造以接纳氯气、液体或溶液并氧化所述烟气流中的所述NOx类以产生包括硝酸和盐酸的气流；
(b)电解单元，其被构造以接纳所述盐酸并被构造以电解所述盐酸以产生氢气和氯气；和
(c)萨巴提反应器，其被构造以接纳所述GPO反应器下游的气流和来自所述电解单元的至少一部分所述氢气，所述萨巴提反应器进一步被构造以氢化所述气流中的所述二氧化碳气体而形成包括甲烷的烃燃料。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述GPO反应器被构造以接纳氯气流。
3.根据权利要求1或2所述的系统，进一步包括：
NOx吸收器，其被构造以接纳来自(a)或(a)下游的气流，所述NOx吸收器进一步被构造以氧化和收集所述气流中剩余的所述NOx类而得到盐酸，
其中所述系统进一步被构造以将至少一部分所述盐酸从所述NOx吸收器向所述电解单元引导。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述NOx吸收器被构造串联在所述GPO反应器与所述萨巴提反应器之间。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述烟气进一步包括SOx类，并且其中所述系统进一步包括SOx吸收器，其被构造以接纳来自(a)或(a)下游的气流，并且进一步被构造以氧化和收集所述气流中的所述SOx类而得到硫酸。
6.根据权利要求3或4所述的系统，其中所述烟气进一步包括SOx类，并且其中所述系统进一步包括SOx吸收器，其被构造为串联在所述GPO反应器与所述NOx吸收器之间，所述SOx吸收器被构造以接纳来自(a)或(a)下游的气流，并且进一步被构造以氧化和收集所述气流中的所述SOx类而得到硫酸。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其中所述烟气进一步包括汞和/或至少一种重金属微量元素，并且其中所述SOx吸收器进一步被构造以去除所述汞和/或所述至少一种重金属微量元素。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中所述烟气进一步包括水蒸气，并且其中所述系统进一步包括水蒸气去除器，其被构造以从(c)前的所述气流中去除水蒸气。
9.根据权利要求3、4或6所述的系统，其中所述烟气进一步包括水蒸气，并且其中所述系统进一步包括水蒸气去除器，其被构造为串联在所述NOx吸收器与所述萨巴提反应器之间。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其中所述水蒸气去除器被构造为并联于所述电解单元。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中所述萨巴提反应器使用选自包括以下各项的组中的催化剂：镍催化剂、钌催化剂、氧化铝催化剂、铜催化剂。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述催化剂是铜催化剂。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，进一步被构造为将所述甲烷向锅炉或燃烧室引导以燃烧所述甲烷而生成热量或动力。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，进一步包括压缩机，其被构造以从所述甲烷凝缩液化天然气。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的系统，其中所述电解单元中产生的至少一部分所述氯气再循环到所述GPO反应器中。
16.一种方法，从包括NOx类、水蒸气和二氧化碳气体的烟气流产生包括甲烷的烃燃料，所述方法包括：
(a)生成羟自由基和氯自由基；
(b)通过所述羟自由基和氯自由基氧化所述气流中的所述NOx类以产生包括硝酸、盐酸、水蒸气和二氧化碳气体的气流；
(c)从所述气流中去除所述水蒸气以产生脱水气流；
(d)通过以下至少一种方式产生氢气：
(di)电解从(c)中的所述气流去除的所述水蒸气；
(dii)电解(b)中产生的所述盐酸；
(e)使用萨巴提反应通过(d)中产生的所述氢气而氢化(c)中的所述脱水气流中的所述二氧化碳气体，以产生所述烃燃料。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述烟气流进一步包括SOx类，并且其中所述方法进一步包括：
(bi)氧化所述SOx类以产生硫酸，并且从所述气流中去除所述硫酸以产生大致不含SOx类的气流。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述烟气流进一步包括微量元素，其选自包括以下各项的组：锑、砷、镉、铬、镍、硒、锆、和它们的任意组合，并且其中所述方法进一步包括：通过捕获所述硫酸中的所述微量元素而从所述气流中去除所述微量元素。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括通过离子交换而从所述硫酸中去除所述微量元素。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，所述烟气流进一步包括汞，并且其中所述方法进一步包括：从所述气流中去除所述汞。
21.根据权利要求20所述的方法，其中去除所述汞包括：将所述汞转变为HgCl2，并且捕获所述硫酸中的所述HgCl2。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括从所述硫酸中回收所述汞。
23.根据权利要求16至22中任一项所述的方法，进一步包括：
(bii)进一步以蒸汽氧化所述NOx类以产生盐酸和大致不含NOx类的气流。
24.根据权利要求23所述的方法，包括：
(dii)所述的电解在(a)和/或(bii)中产生的所述盐酸也产生氯气，并且
所述方法进一步包括：使用来自(dii)的所述氯气在(a)中生成至少一些所述氯自由基。
25.根据权利要求16至24中任一项所述的方法，包括：
(di)所述的电解所述水蒸气也产生氧气。
26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括引导来自(di)的所述氧气以辅助燃料燃烧以生成热量或动力。
27.根据权利要求16至26中任一项所述的方法，其中所述萨巴提反应通过选自包括以下各项的组中的催化剂而催化：镍催化剂、钌催化剂、氧化铝催化剂、铜催化剂。
28.根据权利要求16至27中任一项所述的方法，进一步包括压缩所述甲烷以减小所述甲烷的体积。
29.根据权利要求16至28中任一项所述的方法，进一步包括燃烧所述甲烷以生成热量或动力。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其中所述甲烷与另一烃燃料混合和共燃，所述另一烃燃料可选地选自煤或气体。
31.根据权利要求16至27中任一项所述的方法，进一步包括凝缩所述甲烷以产生液化天然气。
32.萨巴提反应用于在工业尺寸的烟气处置系统中将二氧化碳气体转变为烃燃料的用途。
33.根据权利要求32所述的用途，其中所述烃燃料是甲烷。
34.根据权利要求33所述的用途，其中所述烃燃料被压缩以减小其体积。
35.根据权利要求34所述的用途，其中所述烃燃料被凝缩以产生液化天然气。
36.根据权利要求33或34所述的用途，其中所述烃燃料与另一烃燃料混合和共燃，所述另一烃燃料可选地选自煤或气体。
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