CN101743659A - 使用二氧化碳和甲烷、通过催化的气体反应产生优选电能和/或热能形式的能量的方法和实施该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了通过燃烧有机材料来发电的过程，在所述燃烧中形成二氧化碳和一氧化碳，它们将再循环和用作原料。反应在组合的催化气体反应器/膜中进行。

Description

使用二氧化碳和甲烷、通过催化的气体反应产生优选电能和/或热能形式的能量的方法和实施该方法的装置
公开内容
伴随今天的焦点——人类产生的CO2和该物质对污染和全球变热的影响，减少或再利用和再循环CO2是十分重要的。
过去已经知道用于甲烷化反应和产生氢气的不同物质和方法。以下出版物代表了这些现有技术的例子：
Jianjun Guo，Hui Lou，Hong Zhao，Dingfeng Chai和Xiaoming Zheng：”用负载在铝酸镁脊状物上的镍催化剂进行甲烷干法重整(Dry reforming ofmethane over nickel catalysts supported on magnesium aluminate spines)”Applied Catalysis A：General，第273卷，第1-2期，2004年10月8日，第75-82页；
M.Wisniewski，A.Boréave和P.Gélin：”用Ir/Ce0.9Gd0.1O2-x进行甲烷的催化CO2重整(Catalytic CO2 reforming of methane over Ir/Ce0.9Gd0.1O2-x)”Catalysis Communications，第6卷，第9期，2005年9月，第596-600页；
Masaya Matsouka，Masaaki Kitano，Masato Takeuchi，Koichiro Tsujimaru，Masakazu Anpo和John M.Thomas：”新能源光催化，最近关于水光催化裂解反应制备氢气的进展(Photocatalysis for new energy production.Recentadvances in photo catalytic water splitting reactions for hydrogen production)”Catalysis Today，6.2007年3月；
U.(Balu)Balachandran，T.H.Lee和S.E.Dorris：”使用混合导电性致密陶瓷薄膜进行水裂解制备氢气(Hydrogen production by water dissociation usingmixed conducting dense ceramic membranes)”International Journal ofHydrogen Energy，第32卷，第4期，2007年3月，第451-456页；
Daniel M.Ginosar，Lucia M.Petkovic，Anne W.Glenn和Kyle C.Burch：”用于热化学水裂解循环的负载型铂硫酸分解催化剂的稳定性(Stability of supported platinum sulfuric acid decomposition catalysts for use inthermo chemical water splitting cycles)”International Journal of HydrogenEnergy，第32卷，第4期，2007年3月，第482-488页；
T.Sano，M.Kojima，N.Hasegawa，M.Tsuji和Y.Tamaura：“用碳负载的铁酸镍(II)在300℃下进行热化学水裂解(Thermo chemical water-splitting bya carbon-bearing Ni(II)ferrite at 300℃)”International Journal of HydrogenEnergy，第21卷，第9期，1996年9月，第781-787页；
S.K.Mohapatra，M.Misra，V.K.Mahjan和K.S.Raja：“使用超声电化学法合成二氧化钛纳米管的新颖的方法，及其进行水的光电化学裂解的应用(Anovel method for the synthesis of titania nano tubes using sono electrochemical method and its application for photo electro chemical splitting ofwater)”Jouirnal of Catalysis，第246卷，第2期，10.2007年3月，第362-369页；
S.K.Mohapatra，M.Misra，V.K.Mahajan和K.S.Raja：“使用超声电化学法合成二氧化钛纳米管的新颖的方法，及其进行水的光电化学裂解的应用(Anovel method for the synthesis of titania nano tubes using sono electrochemical method and its application for photo electro chemical splitting ofwater)”Journal of Catalysis，第246卷，第2期，10.2007年3月，第362-369页；
Meng Ni，Michael K.H.Leung，Dennis Y.C.Leung和K.Sumathy：“使用TiO2进行光催化水裂解制备氢气的综述和最近的进展(A review and recentdevelopments in photo-catalytic water-splitting using TiO2 for hydrogenproduction)”，Renewable and Sustainable Energy Reviews，第11卷，第3期，2007年4月，第401-425页；
Wenfeng Shangguan：“用纳米复合光催化剂裂解水制备氢气(Hydrogenevolution from water splitting on nano composite photo-catalysts)”Science andTechnology of Advanced Materials，第8卷，第1-2期，2007年1-3月，第76-81页，APNF International Symposium on Nanotechnology inEnvironmental Protection and Pollution(ISNEPP2006)；
Seng Sing Tan，Linda Zou和Eric Hu：“作为清洁能源***的关键组成的氢气和甲烷和光合成(Photosynthesis of hydrogen and methane as keycomponents for clean energy system)”Science and Technology of AdvancedMaterials，第8卷，第1-2期，2007年1-3月，第89-92页，APNF InternationalSymposium on Nanotechnology in Environmental Protection and Pollution(ISNEPP2006)；
美国专利7.087.651(Lee.Tuffnell等人，2006年8月8日)“水蒸气甲烷重整反应的方法和设备(Process and apparatus for steam-methanereforming)”；
美国专利6.972.119(Taguchi等人，2005年12月6日)“用来形成氢气的设备(Apparatus for forming hydrogen)”；
美国专利6.958.136(Chandran等人，2005年10月25日)“用来处理废物物流的方法(Process for the treatment of waste streams)”；
美国专利6.838.071(Olsvik等人，2005年1月4日)“用来在高压下制备富含H2的气体和富含CO2的气体的方法(Process for preparing a H2-rich gasand a CO2-rich gas at high pressure)”。
本发明可以总结为一种组合的催化气体反应器，包括用于燃烧化石燃料/有机材料的催化剂或方法，通过裂解水产生氢气和氧气的催化剂或方法，和用催化剂或发明广发通过反应产生甲烷的过程，其中CO、CO2和氢气根据如下的甲烷化反应历程参与反应，
CO+H2O＝CO2+H2       1.
CO+3H2＝CH4+H2O      2.
CO2+4H2＝CH4+2H2O    3.
H2O＝H2+1/2O2        5.
CH4+2O2＝CO2+2H2O    6.
上述的组合的完整方法可以建立成固体氧化物燃料电池(SOFC)。在以上所示的反应中，反应3和6释放的能量能充分地驱动反应式5的水裂解反应。
在相关方面，概念“化石燃料/有机材料”指任何可燃的含碳物质，例如烃和碳水化合物或它们的衍生物，诸如CH4、C2H6、C3H8、C2H5OH、C6H12O6、CO(CH3)2、CH3CHO、CnH2n-2(其中n是整数)等。
化石燃料的氧化或燃烧(反应6，在此用甲烷CH4代表)通过适合该反应的催化剂而发生。该催化剂可以由以下各项组成：
-Pd(钯)
-Pt(铂)
-Pd和取自贵金属的辅助金属(例如Pt，Ir，...)的组合
-钙钛矿(ABO3)，其中，例如A＝La和B＝Mn、Co、Fe、Ni
-取代钙钛矿(AA’BO3)，例如A＝La、A’＝Sr、Ce、Ag和B＝Mn、Co、Fe
-尖晶石，诸如CoCr2O4
-六铝酸盐(hexaaluminate)，诸如La1-xMnxAl11O19(Mn取代的六铝酸镧)
金属催化剂的载体可以是例如：
Al2O3(氧化铝)、ZrO2(氧化锆)、CeO2-Al2O3(Al2O3负载的CeO2)、CeO2-x-Al2O3(Al2O3负载的非化学计量二氧化铈)、La-稳定化的Al2O3、Y稳定化的ZrO2。
根据反应5，使用热化学膜/催化剂将水裂解成氢气和氧气。一些热化学膜/催化剂可以是：
200-900℃的膜过程(热化学)，
-基于二氧化铈的膜
-基于钙钛矿的膜
可以用金属涂覆膜以便在150至600℃的温度间隔内增加活性，诸如：
-Ru(钌)催化剂
-Cu(铜)催化剂
-Pt(铂)
-Rh(铑)
-Ir(铱)
-Ag(银)
-Co(钴)
-W(钨)
-所有其它单独的催化剂或它们与一种或多种上述金属的组合。
根据待处理的气体的条件，甲烷化反应可以用具有不同组成的以下催化剂来进行，但是所有甲烷化催化剂都可以在150至600℃的温度间隔内使用。
-Ni/NiO(镍/氧化镍)催化剂
-阮内镍催化剂
-Ru(钌)催化剂
-Cu(铜)催化剂
-Pt(铂)
-Rh(铑)
-Ir(铱)
-Ag(银)
-Co(钴)
-W(钨)
-Cr(铬)
-VOx(氧化钒)
-碳化钼和氮化钼
-
-所有其它单独的催化剂或它们与一种或多种上述金属的组合。
这些催化剂沉积在载体上，例如：
-Al2O3(氧化铝)
-TiO2
-SiO2(二氧化硅)
-沸石(例如Y型沸石)
-ZrO2等...
本发明的优点是，通过氢气的帮助，CO2转化为甲烷，因此可以作为许多其它过程的燃料或原料被再次利用。所述过程中的一些可以生产甲烷、甲醇、氨、脲、亚硝酸、硝酸铵、NPK、PVC等。
本发明可以利用化石或生物燃料所产生的所有形式的废气。
而且，本发明的反应器和催化剂的结构和组成解决了VOC(挥发性有机化合物)、NOx(氮氧化物)、N2O(笑气)、NH3(氨气)和其它温室气体和以其它方式产生污染的气体的排放问题。
本发明比现有的类似的方法能更有效地产生能量，每kWh的CO2排放比当前方法产生的CO2要低很多。从以下表1可明自本发明相对其它方法的其它优点。
表1.本发明和类似的具有和没有CO2收集功能的发电厂的比较。所有数字*都相对于目前的无CO2收集的情况，表示为相对无CO2收集的现有方法(认为是100％)的百分比率：
 现有的无CO2收集的方法  现有的具有CO2收集的方法   本发明
  投资   100   225   100
  CO2排放   100   15   10
  燃料消耗   100   120   5
  燃料成本   100   100   100
  CO2税   100   100   100
  CO2税   100   15   3,7
 现有的无CO2收集的方法  现有的具有CO2收集的方法   本发明
  燃料成本   100   120   2,1
  财务成本   100   232,6   100
  总成本   100   106,4   22,5
*所有数字都是指导性的
作为开发本发明的的结果和作为其不可分离的一部分，本发明可以用于CO2纯化、收集和隔离的一般领域。
本发明表示为反应器概念，提供控制涉及以下反应方程式的物理和化学参数的工业方法：
CO+H2O＝CO2+H2       变换反应    1.
CO+3H2＝CH4+H2O      甲烷化反应  2.
CO2+4H2＝CH4+2H2O    甲烷化反应  3.
CO2+H2＝CO+H2O       逆向变换反应4.
H2O＝H2+1/2O2        水裂解    5.
CH4+2O2＝CO2+2H2O    燃烧反应  6.
这些反应也作为特定反应器设计的应用而被公开，这种反应器设计提供实现和强调CO2氢化制备CH4(甲烷)的催化特性和物理特性。
本发明可以认为是一个三步过程，一个部分是通过反应6燃烧化石燃料，第二部分是根据反应5产生氢气和氧气。总的过程可以利用由第一部分产生的氢气，但是也可以单独地由反应1产生氢气。在第三部分中，产生的氢气根据反应2和3将与CO和CO2反应，并且产生甲烷。产生的甲烷和氧气既可以在连续的循环中进行再循环和燃烧，又可以被分离出并且用作制备其它化学试剂的原料。
本发明的部分1可以含有催化剂和其它装置，使得化石燃料可以完全燃烧(反应6)。
本发明的部分2可以含有催化剂和其它装置，使得可以同时使用产生的氢气和产生的氧气(反应5)。
本发明的部分3应该包括适合进行甲烷化反应(反应2和3)和抑制逆向变换反应(反应4)的催化剂。
部分1、2和3可以相互整合或可以独立存在。
当所有部分整合成固体氧化物燃料电池(SOFC)时，***将具有最高的转化效率，这是因为燃料中的能量直接被转化成电能，而不是首先转化为汽化能，进一步转化为机械能，然后产生电能。电效率将大于90％。
部分1用来使得燃料完全氧化，以产生热能。该能量是吸热部分(部分2)需要的。将催化剂用于该步骤。催化燃烧的基本原则是允许燃烧反应在催化剂表面上或附近(而不是在火焰中)发生。相比火焰燃烧，上述情况所需的活化能减少很多，以便燃烧可以在比火焰低很多的温度下进行。由此避免NOx的形成。不完全燃烧的CO和烃的排放也大大减少。催化燃烧是清洁的过程。其它优点是燃烧的稳定性增加和能够在可燃性限制以外燃烧燃料。可以使用广泛的燃料/比率。
由于在该过程中可能达到高温，所以催化剂的热稳定性是耐久性的主要要求。基本来说，两类催化剂可以用于催化燃烧：贵金属(Pd是CH4燃烧活性最强的催化剂)和金属氧化物。前者催化剂活性非常强的，但是也非常贵。尽管后者的催化活性较低，但是它们是贵金属的优良的替代物，因为它们的价格要低很多并且具有良好的热稳定性。其中，钙钛矿和取代的六铝酸盐是最有希望的催化剂，因为它们较佳地折衷活性和热稳定性。
部分2是进行水裂解的部分。这种水裂解需要大量能量才发生。该能量可以取自产生大量能量的部分1和/或部分3，或者，能量可以由外部来源提供。
200-900℃的膜过程(热化学)，
-基于二氧化铈的膜
-基于钙钛矿的膜
可以用金属涂覆膜以便在200至900℃的温度间隔内增加活性，诸如：
-Ru(钌)催化剂
-Cu(铜)催化剂
-Pt(铂)
-Rh(铑)
-Ir(铱)
-Ag(银)
-Co(钴)
-W(钨)
-所有其它单独的催化剂或它们与一种或多种上述金属的组合。
-
在部分3中，用氢气使CO2转化为甲烷的反应在具有催化剂的反应器中进行。产生的热量可以用于加热部分1或以任何其它方式使用。催化剂的形状并不重要，可以例如包括涂布的整料、不同的纳米材料和其它类型和形式的载体。所述载体可以选自例如TiO2、Al2O3、堇青石、掺加Gd的CeO2、钙钛矿和其它类型的载体材料。催化材料也可以作为“纯”催化剂材料的任何形式存在。反应器和催化剂的形式和组成将取决于想要纯化何种排放气体。具有大量灰尘的掺有杂质的废气(来自煤的燃烧)可以使用整体式催化剂载体，然而，纯的废气(来自天然气涡轮机)可以使用粒状的催化剂。来自所有类型的有机材料燃烧的所有类型的废气都可以进行处理。
根据待处理的气体的情况，甲烷化反应可以用具有不同组成的以下催化剂来进行，但是所有甲烷化催化剂都可以在200至600℃的温度间隔内使用：
-Ni/NiO(镍/氧化镍)催化剂
-Ru(钌)催化剂
-Cu(铜)催化剂
-Pt(铂)
-Rh(铑)
-Ag(银)
-Co(钴)
-W(钨)
-所有其它单独的催化剂或它们与一种或多种上述金属的组合。
当为进一步燃烧和发电或产生其它形式的能量而使甲烷再循环时，在水裂解时产生的氧气可以用作甲烷燃烧的氧气源。由于不用空气作为氧气源，所以氮气不会作为稀释气体和反应气体参与反应。可以利用在燃烧时产生的水和CO2代替作为稀释气体(惰性气体)的氮气。在本发明公开的反应器出现之前，该气体(CO2和水)将被收集以用于再循环，由此保持燃烧温度与现有的用于构建这种燃烧发电厂的材料相适应。
氮气是燃烧时NOx的来源，通过实施被建议的再循环，氮气将被CO2和水取代，由此避免产生NOx。在避免Nox的同时，也可避免使用产生笑气(N2O)的减少措施。
利用形成的甲烷的其它理论方案可能是产生甲醇。根据现有的工业化生产过程，可以想象如何进行这种生产，甲醇具有几个领域的用途，诸如用于运输工具的燃料。
认为该过程可以通过以下方法来解决：在燃烧器中用空气燃烧燃料。以通常的方式从该燃烧过程获得电能或任选的另一种形式的能量。如本发明中公开的，将产生的CO2用于生产甲烷。从其它气体中分离出甲烷并用于生产甲醇。
本发明不限于这两种领域，而是可以用于其中天然气或其它烃和有机化合物是原料之一的所有过程。
本发明能远比类似的现有工艺更为有效地产生能量，每发出kWh能量所排放的CO2排放比现有方法排放的CO2要低很多。从以下表1可明自本发明过程相对其它过程的其它优点。
表1.本发明和类似的捕获或不捕获CO2的发电厂的比较。所有数字是相对于现有的不捕获CO2的工艺而言，表示为百分率，以现有技术的方法为100％。
 现有的无CO2收集的方法  现有的采取CO2收集的方法   本发明
  投资   100   225   100
  CO2排放   100   15   10
  燃料消耗   100   120   5
  燃料成本   100   100   100
  CO2税   100   100   100
  CO2税   100   15   3,7
  燃料成本   100   120   2,1
 现有的无CO2收集的方法  现有的采取CO2收集的方法   本发明
  财务成本   100   232,6   100
  总成本   100   106,4   22,5
所有数字都是指导性的
必须排放少部分的废气以便避免某些痕量元素的积累。这种废气主要含有CO2和水。这种组成使得在不使用化学试剂(例如胺类等)的情况下获取CO2变得十分简单，因为水可以冷凝除去，而CO2仍然是气态。然后，CO2可以用于其它用途或储存起来。俘获和任选地储存的成本变得非常低。
所揭示的反应是在不同催化层上进行的氨水生产中发生的普通的反应(平衡反应)
变换反应在LT或HT变换反应器中发生，其中一氧化碳分别在氧化铁/氧化铬和氧化铜/氧化锌催化剂上反应产生二氧化碳和氢气。
甲烷化反应在甲烷反应器中发生，其中一氧化碳和二氧化碳根据以下所示的总体反应(平衡反应)，在含镍、钌、钨或其它金属的催化剂存在下反应生成甲烷和水：
CO+H2O＝CO2+H2     1.
CO+3H2＝CH4+H2O    2.
CO2+4H2＝CH4+2H2O  3.
由于氨法(ammonia process)是用来自甲烷的氢气和来自空气的氮气反应产生氨水的过程，以上公开的反应2和3是不希望的，会对氨的生产造成损失的反应。
在本发明中，所有这些反应都是需要的，因为它们会得到产品甲烷或参与生成甲烷的中间体，这种效果以前在专利文献中没有公开过。
二氧化碳的来源可以是所有类型的有机材料的燃烧，诸如来自发电厂、船只、小轿车、工厂的排放气体或燃烧气体，它们还包括其它污染物。这些污染物可以是但不限于N2O、NO、NO2、挥发性化合物(VOC)、SO2等。
当燃烧气体中存在CO2的情况下，这些污染物通常会造成破坏。燃烧气体中正常的CO2浓度是约1-20体积％。当CO2在其它污染物之前被除去时，催化剂体积和化学试剂的添加量会剧烈减少，部分是因为体积减小，部分是因为CO2本身的抑制作用(如果存在的话)。
可以使用任何工艺方案除去这些污染物。
可以用以下各项总结本发明：
本发明可以总结为一种组合的催化气体反应器，包括用于燃烧化石燃料的催化剂或方法，通过裂解水产生氢气和氧气的催化剂或方法，以及用催化剂或方法由反应产生甲烷的方法，所述反应中CO、CO2和氢气根据以下的甲烷化反应历程参与反应，
CO+H2O＝CO2+H2       1.
CO+3H2＝CH4+H2O      2.
CO2+4H2＝CH4+2H2O    3.
H2O＝H2+1/2O2        5.
CH4+2O2＝CO2+2H2O    6.
上述的组合的完整工艺可以建立成固体氧化物燃料电池(SOFC)。
本发明的一般应用
SOFC的实施方式既涉及新的用途也涉及已有工业燃烧设备的再建，发明人要求保护这些再建应用和新装置的发明。
附图简述
图1：SOFC催化CO2再循环(CCR)技术；
附图的详细说明
图1该图示意性地显示基于化石/有机燃料的任何发电厂的SOFC-CCR技术。有机燃料(1)与空气(2)混合并且在催化剂(3)存在下发生燃烧。由水(H2O)、二氧化碳(CO2)和其它气体组成的产物气体(6)可以在燃烧中再循环并且用作惰性气体，或者排放到电池(10)外或在电池外进行处理。剩余的气体在水裂解器(4)中进行处理，而剩余的能量用于使水裂解成氢气(H2)和氧气(O2)。氧气可以至少部分再循环(11)用于燃烧并与再循环的水和二氧化碳一起使用，代替空气。含有氢气(H2)的产物(8)气体在甲烷化反应器(5)中反应，并且再循环用于燃烧(3)。电池将以高效率产生电能(12)和/或热量(13)。
如果排气(10)中含有CO2，其可以进行压缩并以合适的方式储存。
实施例1.标准型发电厂中正常的燃烧过程中，由于各种机械和冷凝损失，电效率是约35％。这意味着相对二氧化碳排放将是约2,9rel/kWh。
实施例2.所述新的方法将具有高得多的电效率，这是因为化学能被直接转化为电能。电效率可以高达95％。这意味着相对二氧化碳排放将是约1.1rel/kWh。在所有实施例中，空气或再引入的CO2、水和氧气可以用作燃烧气体。
本发明的方面包括通过使用氧气燃烧有机材料/化石燃料的过程，其中，至少形成的一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和水(H2O)进入三步催化气体反应器，其中，所述气体反应器在其第一步中包括用于燃烧有机材料/化石燃料(反应6)的催化剂/膜，在其第二步中包括用于通过裂解水(经反应5)形成氢气和氧气的催化剂/膜，在其第三步中包括用于反应形成甲烷的催化剂，该反应中，CO、CO2和氢气根据如下经反应2和3的甲烷化历程参与反应：
CO+H2O＝CO2+H2       1.
CO+3H2＝CH4+H2O      2.
CO2+4H2＝CH4+2H2O    3.
H2O＝H2+1/2O2        5.
CH4+2O2＝CO2+2H2O    6.
本发明的方法的其它方面包括至少部分在一氧化碳和水的反应中形成的氢气返回形成甲烷的反应器的第三步，过程实施中无需添加含氮气体(诸如空气)以便避免形成氮氧化物，过程进行中部分或全部的水裂解时形成的氧气回到燃烧有机材料的第一步，工艺进行中部分或全部形成的水和二氧化碳用作步骤1中的惰性气体，部分或全部形成的甲烷用作其它工艺的起始物料，形成的氧气用作其它过程的起始物料，排放的废气中的形成的CO2被俘获和储存，排放的废气中的形成的CO2被俘获并用于以其它相关方面(connection)，任何单独的或组合的步骤，包括有机材料的燃烧、水裂解和/或甲烷化反应都在200-1000℃、更优地250-850℃、最优地350-650℃的温度下进行。
另外，本发明包括固体氧化物燃料电池(SOFC)反应器，其包括三个独立实施反应的步骤，通过使用氧气燃烧有机材料/化石燃料，其中，至少形成的一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和水(H2O)进入三步催化气体反应器，其中，所述气体反应器在其第一步中包括用于燃烧有机材料/化石燃料(反应6)的催化剂/膜，在其第二步中包括用于通过裂解水(经反应5)形成氢气和氧气的催化剂/膜，在其第三步中包括用于由反应形成甲烷的催化剂，该反应中，CO、CO2和氢气根据如下反应2和3的甲烷化历程参与反应：
CO+H2O＝CO2+H2       1.
CO+3H2＝CH4+H2O      2.
CO2+4H2＝CH4+2H2O    3.
H2O＝H2+1/2O2        5.
CH4+2O2＝CO2+2H2O    6.
这种固体氧化物燃料电池(SOFC)反应器可以在反应器的任何步骤中单独地或组合地运行，其包括在200-1000℃、更优地250-850℃、最优地350-650℃的温度下进行的有机材料的燃烧、水裂解和/或甲烷化反应。

Claims (12)

1.使用氧气燃烧有机材料/化石燃料的方法，其特征在于，至少使得形成的一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和水(H2O)通入三步催化气体反应器，其中，所述气体反应器在其第一步中包括用于燃烧有机材料/化石燃料(反应6)的催化剂/膜，在其第二步中包括用于通过裂解水(经反应5)形成氢气和氧气的催化剂/膜，在其第三步中包括用于通过反应形成甲烷的催化剂，该反应中，CO、CO2和氢气根据以下反应2和3参与甲烷化历程：
CO+H2O＝CO2+H2       1.
CO+3H2＝CH4+H2O      2.
CO2+4H2＝CH4+2H2O    3.
H2O＝H2+1/2O2        5.
CH4+2O2＝CO2+2H2O    6.
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少部分的在一氧化碳和水反应时形成的氢气返回到反应器的第三步用于形成甲烷。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，实施该方法的过程中不添加诸如空气的任何含氮的气体，以避免形成氮氧化物。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在实施该方法时，部分或所有的在水裂解时形成的氧气回到第一步用于燃烧有机材料。
5.如权利要求1或4中任一项所述的方法，其特征在于，实施该方法时部分或所有的形成的水和二氧化碳在第一步中用作惰性气体。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，部分或所有的形成的甲烷用作其它工艺的起始物料。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，形成的氧气用作其它工艺的起始物料。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，对排放的废气中的形成的CO2加以俘获和储存。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，对排放的废气中的形成的CO2加以俘获和用于其它相关方面。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，任何单独地或组合地实施的步骤，包括有机材料的燃烧、水裂解和/或甲烷化反应都在200-1000℃、更优地250-850℃、最优地350-650℃的温度下进行。
11.固体氧化物燃料电池(SOFC)反应器，其特征在于，其包括三个步骤，独立地进行，使用氧气燃烧有机材料/化石燃料的反应，其中，至少形成的一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和水(H2O)通入三步催化气体反应器，其中，所述气体反应器在其第一步中包括用于燃烧有机材料/化石燃料(反应6)的催化剂/膜，在其第二步中包括用于通过裂解水(经反应5)形成氢气和氧气的催化剂/膜，在其第三步中包括用于由反应形成甲烷的催化剂，该反应中，CO、CO2和氢气参与如下反应2和3所示的甲烷化历程：
CO+H2O＝CO2+H2       1.
CO+3H2＝CH4+H2O      2.
CO2+4H2＝CH4+2H2O    3.
H2O＝H2+1/2O2        5.
CH4+2O2＝CO2+2H2O    6.
12.如权利要求11所述的固体氧化物燃料电池(SOFC)反应器，其特征在于，该反应器的任何步骤，包括有机材料的燃烧、水裂解和/或甲烷化反应都单独地或组合地在200-1000℃、更优地250-850℃、最优地350-650℃的温度下进行。
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