JP2011529052A - 地熱源とそのエネルギーのみからメタノール及びその生成物を製造すること - Google Patents

Abstract

本発明は、唯一の原料物質としての地熱源のみから、地熱エネルギー源からの必要なエネルギーも使用してメタノール及びその生成物を製造する方法を提供する。この方法は、地熱源の熱湯又は水蒸気に付随する二酸化炭素を分離又は単離することと、水から水素を生成することと、その後、二酸化炭素及び水素からメタノールを調製することとを含む。メタノールをさらに反応させてジメチルエーテル又はそのほかの生成物を形成することができる。

Description

本発明は、地熱源とそのエネルギーのみからメタノール、ジメチルエーテル及び誘導される合成炭化水素を製造することに関する。

化石燃料は現在、主要なエネルギー源であり、種々の炭化水素及びそれから誘導される生成物の原料としても役立つ。しかしながら、化石燃料の埋蔵量は減少しつつある。

化石燃料に対する代替物は地熱エネルギー源である。地熱エネルギー源は熱湯及び水蒸気を提供し、加熱目的ならびに電気エネルギーを生成するための代替エネルギー源としてますます利用されている。熱湯や水蒸気は天然の供給源（間欠泉）として利用可能であり、又は、好適な地層の中に穴を開け、それを介して外部水をポンプで汲み出す（通過させる）ことによって入手することができる。

地熱エネルギー源及び関連する地熱井は通常、熱湯又は水蒸気に付随する二酸化炭素も放出する。地熱発電所は２〜４０％の量で二酸化炭素を副産物として放出するが、それは一般に清浄であるか、さもなくば既知の方法によって容易に精製することができる。それは今まで通常、大気中に放出されている。

しかしながら、二酸化炭素は容易に分離することができ、メタノール、及び／又はジメチルエーテル、誘導される合成炭化水素及びそれらの生成物の製造のための炭素源として使用することができる。必要とされる水素は、同じ地熱エネルギー源によって生成される熱又は電気を用いた水の開裂（電解、熱）から生成される。

本発明は、地熱源とそのエネルギーのみからメタノール及びその生成物を製造する方法に関する。この方法は、地熱源の熱湯又は水蒸気及び付随する二酸化炭素を用いることと、水から水素を生成すると共に付随する二酸化炭素を単離することと、それらをメタノール及びその生成物に変換することとを含む。二酸化炭素及び水に由来する水素は、工程に必要とされるエネルギーと同様に、地熱源のみから得られる。

特に、この方法は、地熱源のみから二酸化炭素と水又は水蒸気とを得ることと、水又は水蒸気から水素を生成することと、地熱源の水又は水蒸気に付随する二酸化炭素を単離することと、単離した二酸化炭素と生成した水素とをメタノールに変換することとを含む。

ナノ構造で表面積の大きい支持体上に堆積させたポリマーを含有するポリアミノのような好適な吸収剤への吸収又は吸着によって、付随する二酸化炭素を単離する。ポリマーを含有するポリアミノはポリエチレンイミンであり、支持体はナノ構造の溶融シリカ又はアルミナである。

水素は、地熱源により提供される必要なエネルギーを伴う電気分解、触媒熱開裂又はそのほかの方法によって水から生成される。メタノールは、地熱源により提供されるエネルギーを用いた既知の方法によって二酸化炭素と水素とから製造される。

実施態様の１つでは、水素化法によって二酸化炭素をメタノールに変換する。さらに、先ず一酸化炭素を形成するのに十分な条件下にてメタノールを製造してもよく、次いで蟻酸メチルを得るのに十分な条件下で一酸化炭素をメタノールと反応させ、メタノールのみを製造するのに十分な条件下で蟻酸メチルを触媒的に水素化する。

さらなる実施態様では、メタノールをさらに変換してジメチルエーテルを製造することができ、エチレン及び／又はプロピレンを形成するのに十分な条件下にて酸−塩基触媒又はゼオライト触媒の存在下で、それを反応させ得る。合成炭化水素、誘導される化学物質、ポリマー及びそれらに由来する生成物を製造するのに十分な条件下でエチレン又はプロピレンをさらに変換する。

本発明は、メタノール及びジメチルエーテル等のメタノールに由来する化合物を製造するために、付随する二酸化炭素と、水に由来する水素と、必要なエネルギーとを提供する地熱エネルギー源を使用することに関する。メタノール及びメタノールに由来する化合物は、エネルギーの保存及び輸送、輸送燃料及び誘導される合成炭化水素生成物の製造に使用し得る。

地熱源により提供される必要なエネルギーを用いた、地熱源に付随する二酸化炭素と水に由来する水素とをメタノール又はジメチルエーテルに変換するための唯一の供給源としての地熱エネルギー源の使用は、地熱エネルギー源のみの利用で主要燃料及び炭化水素生成物の製造が可能になるので、独特で重要な利点を提供する。従ってそれは、ますます減っていく化石燃料の埋蔵量を置き換えるのに必要とされる燃料及び物質の基礎となる。

任意の好適な手段によって、地熱エネルギー源に付随する二酸化炭素を地熱エネルギー源から単離し得る。二酸化炭素気体を捕捉し、可逆的に吸着するための効率的な処理には、ナノ構造で表面積の大きい支持体（たとえば、溶融シリカ又はアルミナ）上に堆積させたポリアミノポリマー（たとえば、ポリエチレンイミン）が採り入れられるが、これに限定されるものではない。なお、この処理は、言及によってその全体が本明細書の一部をなす２００７年７月７日に出願された我々の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０７／７４６１５によって教示される。一般に、支持体上のアミン吸着剤は、ナノ構造の支持体上に堆積させたアミン又はアミン／ポリオールの組成物を含み、それは、構造的一体性と高いＣＯ_２吸収能を提供する。アミン及びアミン／ポリオールの組成物のための支持体は、ナノ構造の固体から構成される。ナノ構造の支持体は、約１００ｎｍ未満の一次粒度を有し得、ナノシリカ、燻蒸した又は析出させた酸化物、珪酸カルシウム、カーボンナノチューブ又はこれらの混合物であり得る。アミンは、一級、二級、若しくは三級のアミン若しくはアルカノールアミン、芳香族アミン、混合アミン又はこれらの組み合わせであり得る。一例では、アミンは吸着剤の約２５〜７５重量％の量で存在する。ポリオールは、たとえば、グリセロール、エチレングリコールのオリゴマー、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド並びにそれらのエーテル、修飾物及び混合物から選択し得、吸着剤の約２５重量％までの量で提供され得る。二酸化炭素が捕捉された後、本明細書に記載される工程で使用される加熱及び／又は減圧を介してそれを容易に解放し得る。

任意の好適な手段によって、地熱エネルギー源から水又は水蒸気が得られる。多くの場所において清浄な水が得られないことが多いし、そうでなくとも、水素を生成するのに使用することが可能となる前に大規模な精製（たとえば、蒸留による）を必要とする可能性があるので、地熱源から得られる水又は水蒸気は水素源として使用するのに最も好適である。電気分解又は触媒開裂若しくは熱開裂といったそのほかの手段を含む好適な手段によって地熱の水又は水蒸気から水素を生成し得る。

地熱エネルギー源はまた、電気を生成するための又は熱エネルギーとして使用されるための代替エネルギー源も提供し、好適な手段によってその代替エネルギー源を使用することができる。地熱源から二酸化炭素を単離し水から水素を生成する工程においてもそれらを利用することができる。水蒸気をタービンに通すことによって、又は水蒸気若しくは熱湯を利用して電気若しくは熱のエネルギーを生成するそのほかの手段によって、電気エネルギーを生成することができる。

米国特許第５，９２８，８０６号、及び２００６年４月１２日に出願された係属中の米国特許出願第１１／４０２，０５０号（公開番号ＵＳ２００６／０２３５０９１−Ａ１）に記載された方法に従って、二酸化炭素と水に由来する水素を用いてメタノール又はジメチルエーテルを製造することができる。これらの特許文献は言及することによって本明細書の一部をなす。米国特許第５，９２８，８０６号は、たとえば、二酸化炭素と水とが反応して、酸素と酸素化炭化水素又は酸素化炭化水素の混合物とを形成するように、二酸化炭素と水と電気エネルギーとを還元層に供給することによって、二酸化炭素と水を還元して、酸素化炭化水素（たとえば、メチルアルコール、蟻酸メチル、ホルムアルデヒド又は蟻酸）を形成する方法を記載している。米国特許出願第１１／４０２，０５０号は、触媒的水素化によって二酸化炭素をメタノールに変換する方法を提供し、水の電気分解を含む任意の好適な供給源から触媒的水素化で使用される水素を得ることができることを開示している。米国特許出願第１１／４０２，０５０号は、二酸化炭素を還元して、蟻酸を含有する反応混合物を製造することと、その製造に相伴ってホルムアルデヒドと少量のメタノールとが形成されることとを開示している。この後、ホルムアルデヒド及び蟻酸をメタノールに変換する処理が続く。さらに、Ｃａｎｎｉｚｚａｒｏ−Ｔｉｓｈｃｈｅｎｋｏ型の化学反応を用いてホルムアルデヒドをメタノールに変換すると、ホルムアルデヒドを（水素源としての）蟻酸と反応させてメタノールを合成することによって、製造されるメタノールの量を増やすことができる。また、蟻酸をメタノールと反応させて蟻酸メチルを形成することで、触媒的水素化の際、２倍量のメタノールが得られる。別の経路を介して、炭素との高温の反応を介して二酸化炭素を用いて一酸化炭素を形成し、次いでそのように製造された一酸化炭素をメタノールと反応させて蟻酸メチルを形成し、それに続いて触媒的水素化によりメタノールを形成することができる。

本発明に従って製造されるメタノール又はジメチルエーテルは、エネルギーを保存し輸送するのにも好都合である。メタノールは優れた輸送燃料でもあり、容易に処理して合成炭化水素及び誘導される物質を製造し得る。それをジメチルエーテル（メタノールの脱水によって製造される）又は炭酸ジメチルに変換し得る。メタノールの酸化的カルボニル化によって炭酸ジメチルを製造し得る。

酸−塩基触媒又はゼオライト触媒の存在下でメタノール又はジメチルエーテルを変換してエチレン及び／又はプロピレンを製造し得る。それらは、ポリマーを製造するのに有用であり、そのほかの合成炭化水素、誘導される物質及び輸送燃料を含む化学物質の原料として有用である。たとえば、エチレン及びプロピレンをそれぞれ水和してエタノール及びプロパノールを形成し得る。それらは、高級オレフィン、ポリオレフィン、種々の合成炭化水素、又は芳香族化合物、及びこれらの化合物から製造される生成物に変換することができる。従って、メタノール、ジメチルエーテル及び合成の炭化水素生成物並びにそれらから誘導される化合物は、好都合かつ安全に保存可能なエネルギー源及び燃料として有用であると共に、種々の化学物質、合成炭化水素及び関連する生成物の出発材料として有用である。

窒素を含有した栄養塩が存在する水性媒体内において、大気中の窒素を用いて単細胞タンパク質等のタンパク質を合成する単細胞生物又は微生物の食物源としても、メタノールが利用され得る。従って、本発明はまた、二酸化炭素と水を利用することによって、タンパク質のような窒素を含有する栄養生成物を製造する方法も提供する。本実施態様では、再生可能な炭素源（すなわち、二酸化炭素）及び水素源（空気の水分に由来する）としてだけでなく、窒素を含有するタンパク質を製造するための窒素源としても大気中の空気を使用する。こうして製造される単細胞タンパク質は、ヒト又は動物の栄養を含む所望の目的で使用することができる。

以下の実施例を提供して本発明の好ましい実施態様を説明する。

実施例１
任意の既知の方法で、付随する二酸化炭素を地熱源から分離する。地熱エネルギー源は、天然起源（間欠泉）の水（水蒸気）、又は天然に加熱され、その後回収される好適な地層に注入された外部水を使用することができる。

実施例２
電気分解又はほかの開裂法のような任意の既知の方法を用いて、地熱源からの水が水素を生成するのに利用される。任意の既知の方法による二酸化炭素からメタノールへの化学変換に水素が利用される。

実施例３
実施例１及び実施例２における工程に必要とされるエネルギーは、任意の既知の方法によって地熱エネルギー源の熱エネルギーを電気エネルギーに変換することにより得られる。

本発明は、本明細書で記載された特定の実施態様による範囲に限定されることはない。本明細書に記載されたものに加えて、本発明の精神と範囲の中での種々の改変が、前述の記載から当業者に明らかになるであろう。そのような改変は、本明細書に記載された本発明の範囲内に入ることが意図される。

Claims (10)

1. 地熱エネルギー源からメタノールを製造する方法であって、地熱源から二酸化炭素と水又は水蒸気とを得ることと、水又は水蒸気から水素を生成することと、地熱源の水又は水蒸気に付随する二酸化炭素を単離することと、単離した二酸化炭素及び生成した水素をメタノールに変換することとを含み、単離した二酸化炭素及び生成した水素が地熱源のみから得られ、地熱源がメタノールの製造に必要なエネルギーを提供する方法。
2. 地熱エネルギー源からの二酸化炭素を、好適な吸収材への吸着によって単離する請求項１の方法。
3. 吸収材が、ナノ構造で表面積が大きい支持体に堆積させたポリマーを含有するポリアミノである請求項２の方法。
4. ポリマーを含有するポリアミノがポリエチレンイミンであり、支持体が溶融シリカ又はアルミナである請求項３の方法。
5. 水素を、電気分解又は触媒開裂若しくは熱開裂によって生成する請求項１の方法。
6. メタノールを、単離した二酸化炭素及び地熱源の水又は水蒸気から生成した水素のみから、同一の地熱エネルギー源によって生成される必要なエネルギーも利用して製造する請求項１の方法。
7. メタノールを形成するのに十分な条件下で水素によって二酸化炭素を還元することを含む請求項１の方法。
8. ジメチルエーテルを製造するのに十分な条件下でメタノールを変換することをさらに含む請求項１の方法。
9. エチレン又はプロピレンを形成するのに十分な条件下にて二官能性の酸−塩基触媒又はゼオライト触媒の存在下で、製造されたメタノール又はジメチルエーテルを反応させることをさらに含む請求項１〜８の方法。
10. 合成炭化水素、誘導される化学物質、ポリマー又はそれらに由来する生成物を製造するのに十分な条件下でエチレン又はプロピレンを変換することをさらに含む請求項９の方法。