[發明專利]用于燃燒正電性金屬的合金的方法

在審

• 申請號: 201580039610.5
• 申請日: 2015-05-04
• 公開（公告）號: CN107046808A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: H.?？颂?/a>;R.E.凱勒曼;G.施密德;D.塔羅塔
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F23B90/00
• 分類號: F23B90/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 侯宇

本發明涉及用燃氣燃燒正電性金屬的合金的方法，其中所述正電性金屬選自堿金屬、堿土金屬、鋁和鋅以及它們的混合物，其中所述正電性金屬的合金包括至少兩種正電性金屬，其中用燃氣燃燒所述正電性金屬的合金，并且涉及用于實施該方法的設備。

化石燃料每年提供數萬太瓦小時的電能、熱能和機械能。然而，燃燒的最終產物二氧化碳(CO₂)正日益成為環境和氣候問題。

多年來，已經提出了許多利用在金屬鋰的氧化過程中產生的熱工作的能量產生單元(例如美國專利33 28 957)。在這樣的系統中，水和鋰彼此反應生成氫氧化鋰、氫氣和蒸汽。在該系統的其它位置，由鋰和水之間的反應生成的氫氣與氧氣結合形成另外的蒸汽。然后，該蒸汽用于驅動渦輪機等，由此獲得能量產生源。鋰另外還可以用于獲得基礎材料。例如，與氮氣反應成氮化鋰，隨后水解成氨，或與二氧化碳反應成氧化鋰和一氧化碳。鋰的所述反應的固態最終產物分別(任選地在水解之后，如在氮化物的情況下)是氧化物或碳酸鹽，然后可以通過電解將所述氧化物或碳酸鹽再次還原成鋰金屬。這建立了一種循環，在該循環中可以借助風力發電、光伏發電或其它可再生能源來產生、存儲過剩的電力并且將其在需要時再轉換回電力，或者可以獲得化學基礎材料。

在DE 10 2008 031 437 A1和DE 10 2010 041033 A1中示出了如何用正電性金屬形成完整的能量循環。作為實例，鋰在此具體地用作能量載體和儲能器兩者，其中還可以使用其它正電性金屬例如鈉、鉀或鎂、鈣、鋇或鋁和鋅。

由于在燃燒鋰時視溫度和燃氣而定可產生固態或液態殘余物，所以對此要特別注意。此外，視用于在不同氣氛中并在壓力下燃燒鋰金屬(例如液體形式)的爐的構造和操作而定，可產生廢氣和固體/液體作為燃燒產物。這些固體和液體必須從廢氣中盡可能完全地分離。

在此，從廢氣流基本上完全分離液態和固態燃燒殘余物是重要的，以便在下游裝置中不產生任何表面沉積物或阻塞物。特別地非常需要將廢氣流直接引導至燃氣輪機，在那里則必須確保所有顆粒已經從廢氣流完全去除。這些顆粒對燃氣輪機的葉片造成長期損害，并導致設備故障。

此外，DE 10 2014 203039.0描述了使用堿金屬作為儲能器及其在發電廠運行中的利用，以及DE 10 2014 203039.0描述了一種裝置(旋風燃燒器)，其用于在含CO₂或N₂的氣氛中燃燒鋰并通過旋風分離器同時分離固態和氣態反應產物。

這種情況下的問題在于在正電性金屬的燃燒過程中的高溫和反應的放熱，這導致對燃燒裝置和對反應的控制的的高要求。

因此，本發明的目的在于提供一種方法和一種設備，其中可以在低溫下實施正電性金屬的燃燒。本發明的另一目的在于提供一種方法，其中可在避免過度冷卻以保護設備并因此減少熱損失的情況下進行正電性金屬的有效燃燒。本發明的目的還在于提供一種方法，其中可以簡單且在能量上改進的方式獲得正電性金屬的燃燒的起始材料。此外，本發明的目的在于提供一種方法，其中可以降低活化燃燒反應所需的能量。此外，本發明的一個技術問題是提供一種方法，其中可將所述燃燒的燃燒產物在盡可能低的溫度下以液體形式排出，因為這些燃燒產物保持液態的時間越長，燃燒時的溫度就越低，這也保護了該設備。

現在已經發現，通過使用正電性金屬的合金能夠實現燃燒過程中的反應溫度的降低，能夠更好地控制放熱燃燒反應并且可更有效地控制該設備，其中所述正電性金屬選自堿金屬、堿土金屬、鋁和鋅以及它們的混合物，并且其中所述正電性金屬的合金包括至少兩種正電性金屬。此外，通過使用旋風(旋風分離器)和以液體形式排出熔鹽可以以簡單且有效的方式實現從鹽混合物(例如在CO₂中燃燒時的碳酸鹽)中分離在所述反應過程中產生的氣體(例如在CO₂中燃燒時產生的CO)。另外，所述合金通?？梢员燃兊恼娦越饘俑菀椎姆绞絹硖峁驗槎喾N正電性金屬的鹽混合物的電解還可以比僅一種正電性金屬的鹽的電解更簡單且更少耗能地運行，。

因此，本發明涉及用于在不同的反應氣體氣氛如二氧化碳、氮氣、水蒸汽、氧氣、空氣等中，任選地在壓力下燃燒包括堿金屬和/或堿土金屬、鋁和/或鋅的合金的方法和設備。

一方面，本發明涉及用燃氣燃燒正電性金屬的合金的方法，其中正電性金屬選自堿金屬、堿土金屬、鋁和鋅及其混合物，其中所述正電性金屬的合金包括至少兩種正電性金屬，其中用燃氣燃燒所述正電性金屬的合金。