二氧化碳生产的制作方法

二氧化碳生产的制作方法
【专利摘要】用于从石灰石生产二氧化碳的设备，包括：设置以产生电的核能源（32）和回转窑（10）。回转窑（10）具有用于石灰石引入的进口（15）和用于二氧化碳释放的出口（19）。设置在回转窑（10）内的电阻加热元件（21），其被布置为向其供应来源于核能源（32）的电以升高元件（21）的温度，用于将热转移到回转窑（10）的内部。回转窑（10）中石灰石由此被加热到足以使二氧化碳释放的温度。
【专利说明】二氧化碳生产[0001]本发明涉及用于从石灰石生产二氧化碳的设备，并且也涉及用于生产二氧化碳的方法。本发明发现了在二氧化碳的生产中用于随后合成燃料的制造的特别应用。
[0002]化石燃料是正在快速地被消耗的不可再生的能源。由原油所制造的燃料的燃烧产生大量温室气体。随着对由于温室气体所引起的气候变化的日益增加的关注，需要减少由燃料燃烧和由工业制造方法所引起的空气污染的数量。由于有限数量的油储备，必须将油储备地的大量油运输到消费地区，通常是远距离运输。通过这种方式的油运输不可避免地引起了更多的污染，以及来自于被运输的油的燃烧的污染。
[0003]试图减少化石燃料的使用和排除由这种燃料燃烧所引起的污染，对环境可持续的能源存在日益增加的需要。已经很好地建立了使用二氧化碳和氢生产合成燃料的方法。然而，直接从大气获得二氧化碳不仅昂贵，而且也是有问题的，因为提取方法甚至还产生更多的污染。
[0004]本发明的主要目的是致力于解决由化石燃料燃烧所引起的环境破坏以及提供用于从石灰石生产二氧化碳的设备和方法，二氧化碳可以用于随后制造合成和环境可持续的燃料。本发明的目的是减少能量消耗以及合成燃料制造中有害排放的产生，并且因此对环境和气候改变具有更小的影响。
[0005]根据本发明的第一方面，本发明提供了一种用于从石灰石生产二氧化碳的设备，包括:设置以产生电的核能源，具有用于引入石灰石的进口和用于释放二氧化碳的出口的回转窑；和设置在窑内用于加热其中所装有的石灰石的电阻加热元件，设置该加热元件以向其供应来源于核能源的电，由此升高加热元件的温度以将热转移给窑内所装有的石灰石达到足够的程度，以从石灰石释放二氧化碳。
[0006]根据本发明第二个紧密相关的方面，提供了一种用于从石灰石生产二氧化碳的方法，包括下列步骤:
[0007]a)使用来源于核能源的电，加热回转窑内所设置的电阻加热元件，以升高回转窑内温度；
[0008]b)通过回转窑的进口，将石灰石引入到回转窑中，以被加热元件加热；
[0009]c)操作回转窑绕着纵向轴线旋转；和
[0010]d)通过回转窑的出口，收集由石灰石所释放的二氧化碳，由此从加热元件转移到石灰石的热和回转窑的旋转引起石灰石的煅烧，以产生二氧化碳。
[0011]通过加热，煅烧石灰石释放二氧化碳和产生生石灰。通过燃烧化石燃料进行常规回转窑中石灰石的加热，这在环境上是不可持续的。本发明的设备通过使用由核能所产生的热以加热回转窑中石灰石来致力于解决这个问题。为了最有效地从石灰石释放二氧化碳，回转窑所需要的热是900°c到950°C的范围，但是在较低的温度时也可以释放二氧化碳。
[0012]核能源优选地是核反应堆,诸如水冷却反应堆、液态金属冷却反应堆、气冷却反应堆(GCR)、熔盐反应堆或第四代反应堆。可以使用其它类型的核反应堆，包括但不限于沸水反应堆(BWR)、压水反应堆(PWR)、增殖反应堆、高温气冷却反应堆、卵石床反应堆(PBR)或水-水高能反应堆PWR (PWR-VVER)、加拿大氘铀反应堆(CANDU反应堆)、D20 PWR、先进的气冷却反应堆(AGR)、高温氦冷却反应堆、轻水冷却石墨慢化反应堆(LWGR)、钍燃料反应堆和/或娃双燃料反应堆。
[0013]给设置在窑内的电阻加热元件供应电动力，并且核能源产生电，该电可以通过适合的控制单元供应给加热元件，以升高窑内温度。有利地，利用热电效应，因此通常可以包括热电偶、热电堆、热离子转换器或相似的设备，核能源可以直接地产生电。在可替代的方案中，通过加热水以产生蒸汽和使用蒸汽给驱动发电机的涡轮机供应动力，设置核能源以间接地产生电。
[0014]通过使用上述这些设置中任一个，或者可能其它的方式，可以向本发明中所使用的加热元件供应来自于核能源的能量，以引起回转窑内温度足够地升高，用于煅烧石灰石和由此生产二氧化碳。
[0015]优选地，回转窑包括外部通常圆柱形的容器，用于装石灰石，该容器安装为绕着通常水平的轴线进行旋转或者绕着与水平轴线成小角度的倾斜的轴线进行旋转。加热元件可以设置在实际上同轴地安装在容器内的内室中。使用时，外部旋转容器绕着固定的内室旋转，在热内室上混合和翻滚石灰石以引起石灰石的煅烧。
[0016]从石灰石生产二氧化碳优选地作为分批式方法而不是连续的方法进行。这允许煅烧的石灰石(生石灰形式)从回转窑出料，向回转窑添加新进料的石灰石，而旋转容器保持固定。应该向回转窑中的开口提供适合的阀门装置，以允许移除生石灰和引入石灰石。
[0017]从回转窑排放的废料生石灰将从大气吸收二氧化碳。生石灰可以用在车辆排气过滤器中或者沿着高速公路使用或高二氧化碳污染的其它区域。此外或可替代地，生石灰可以制成砂浆样厚块，可以用在海岸堤防、新码头等等中。当生石灰放置于水中时，它在吸收二氧化碳方面特别优良，并且这种特征在沿海岸的规划方面可以是特别有益的。因此，本发明的二氧化碳生产方法可以使碳变成中性。以这种方式，本发明可以用作二氧化碳扣押装置，由此，存储由于加热回转窑中石灰石而产生的二氧化碳，以及所得到的生石灰用于从大气吸收二氧化碳，如上述所讨论的。生石灰对二氧化碳的吸收将产生石灰石，石灰石可以循环回到回转窑中，并且所得到的二氧化碳`被扣押。这种循环将累积地从大气中除去C02。
[0018]由设备中石灰石的煅烧所产生的生石灰，当排出时将是相对热的。不是向环境中损失热，优选地提供热回收装置，以从回转窑所排出的热生石灰吸取热。热回收装置可以包括使空气流过热生石灰，由此将来自于生石灰的热转移给空气的装置。可替代地，可以设置热交换器，以通过对生石灰吹送空气和使空气流经流体-到-空气的热交换器，从生石灰吸取热，由此产生的热水用于其它用途。
[0019]优选地，设备包括在将石灰石引入到回转窑之前，对石灰石加热的预热器，以防止回转窑内突然的温度下降。有利地，预热器可以连接热回收装置，将由生石灰冷却所产生的热空气或水供应给热回收装置。通过这种方法，通过热回收装置从生石灰所移除的热可以循环回到设备中。
[0020]氢装置可以提供有来自于核能源的热和/或蒸汽，这样整个设备就产生了二氧化碳和氢。然后，整个系统可以用作合成燃料生产装置的一部分，因为系统产生了两种必要的组分:二氧化碳和氢。可以使用任何已知的方法，诸如Sabatier反应对这些气体进行加工以产生合成燃料。氢装置可以是固体氧化物电解池(SOEC)装置。[0021 ] 通过给本发明的设备添加氢装置和合成燃料生产装置，本发明的方法可以用于方便地生产用作燃料的合成气体，诸如甲醇或丁烷。丁烷可以用作汽油替代物，而不需要任何进一步加工。在方法期间由设备所产生的高温度和压力可以用在合成燃料装置内以方便转化。
[0022]可替代地，可以使用不同的方法加工回转窑中所产生的二氧化碳，所述不同的方法不要求使用氢装置以产生可持续的合成燃料。
[0023]仅仅通过实施例的方式，参考附图，现在将详细地描述本发明设备的一个具体的实施方式，其中:
[0024]图1是根据本发明的方法，用于从石灰石生产二氧化碳的回转窑的示意剖视图。
[0025]图2是结合于用于合成燃料生产的系统中的本发明回转窑的示意图。
[0026]参考图1，示出了回转窑10，其包括通常圆柱形容器11，圆柱形容器11具有同轴地安装在其中的内室12。容器11被支撑在三对水平地间隔的滚子13上，容器的轴线相对于水平轴线倾斜小的角度。每对中至少一个滚子13包括电动机(未示出)以实现容器25的旋转。回转窑10在其升高端14具有进口 15，用于石灰石的引入，进口设有闸阀16。也提供有固定进口管道17，其设置有闸阀18，这样在容器11旋转时，当进口 15在最高位置时，进口 15开始对齐管道17。当对齐时和两个闸阀都打开时，石灰石可以经过管道17，到达进口15和由此进入容器内。
[0027]在回转窑的升高端14，设有出口管道19用于容器内所产生的二氧化碳的释放。在容器11和管道19之间设置气体类型旋转接头(未示出)，并且阀门(未示出)设置在管道19内以控制二氧化碳的释放。管道19将二氧化碳输送到洗涤器20，以清洁二氧化碳和排放不想要的流出物为废物。
[0028]回转窑10的内室12由不锈钢制成，该不锈钢必须被加强以抵抗容器11内石灰石的翻滚。电阻加热元件21设置在室12内，电供应电缆22和23连接该元件和提供有电、热和机械绝缘以允许给外部控制单元(未示出)的元件供应电。依次，核动力源，诸如压水反应堆(PWR)或增殖反应堆连接控制单元，由此加热元件可以从核能源得到电力，以升高回转窑内温度足够高，以引起石灰石的煅烧。
[0029]在容器11的低端25提供有门26，当进口 15对齐进口管道17时，门26开始对齐出口管道27，以能够移除回转窑内石灰石煅烧所产生的生石灰。管道27中门26下面是流体-到-空气的热交换器28，设置该热交换器以通过对热生石灰吹空气和将热转移给流经热交换器的流体，冷却从回转窑所排放的生石灰。
[0030]预热器29连接进口管道17，并且设置为在将石灰石引入到容器11之前加热石灰石。预热器29通过管道30连接流体-到-空气的热交换器28，这样来自于热交换器28的热流体用于在将石灰石引入到容器11中之前预加热石灰石。
[0031]现在参考图2，其表示用于合成燃料的制造和包括回转窑10的示意性设备。设置核能源32以产生电。控制系统(未示出)控制电沿着电缆22、23供应给内室12中的加热元件21。而且，向氢装置33供应电，以通过本领域公知和理解的方法，从水生产氢。在这种情况下，氢装置可以是SOEC装置33。随着向回转窑的加热元件21供应电，给氢装置33提供控制系统。
[0032]通过回转窑内石灰石的加热所产生的二氧化碳被输送给合成燃料气体装置34，并且由氢装置33所产生的氢也输送给该合成的燃料气体装置。在那里，使用热和压力，通过已知的方法，二氧化碳和氢化合，以产生合成燃料气体，诸如丁烷或丙烷。本领域公知和理解这种方法，这种方法不形成本发明的一部分。正因为如此，这里不进一步详细地讨论该方法。
[0033]核反应堆可以采用任何方便的形式，并且可以设置为通过热电作用(使用热电偶、热电堆、热离子转换器或相似的设备)直接地产生电，或通过给涡轮机供应动力来加热可以用于间接地产生电的流体，该涡轮机依次驱动发电机。
[0034]无论核反应堆使用那种形式，回转窑10的容器11内温度应该升高到900°C数量级的温度，在该温度，可以获得石灰石向生石灰的有效转换，以及由此二氧化碳的生产。
[0035]通过预热器29，将石灰石引入到回转窑的容器11中，以引入新一批石灰石时把容器内温度降低最小化。如上面已经描述的，预热器29供应有之前从回转窑10所排放的生石灰冷却所产生的热。当在一段期间不使用后再次使用设备时，预热器28可以提供有来自于一些其它来源的热，诸如用以加热回转窑内石灰石的核能源的热。
[0036]回转窑10转动以使最高处的进口 15对齐进口管道17，这样闸阀16和18的开口允许预加热的石灰石引入到圆柱形容器11中。阀关闭，容器旋转，当石灰石绕着内室12翻滚时，核能源所产生的电供应给加热元件21以加热石灰石。石灰石的加热引起其煅烧，由此产生二氧化碳，通过开口管道19从容器收回二氧化碳。洗涤器20清洁二氧化碳蒸汽。生石灰通过这种方法产生和通过当容器停止在进口 15的最高处时，打开通道门，它离开容器11。通过流经和通过热交换器28的空气冷却生石灰，所得到的热流体用于在将石灰石引入到容器11中之前，在预热器29中加热新一批的石灰石。
【权利要求】
1.一种用于从石灰石生产二氧化碳的设备，包括:设置以产生电的核能源，具有用于石灰石引入的进口和用于二氧化碳释放的出口的回转窑，设置在回转窑内用以加热其中所装有的石灰石的电阻加热元件，设置该加热元件以给其供应来源于核能源的电，由此升高加热元件的温度，以将热转移给回转窑内所装有的石灰石，达到足以从石灰石释放二氧化碳的程度。
2.如权利要求1所述的设备，其中核能源包括水冷却反应堆、液态金属冷却反应堆、气冷却反应堆、熔盐反应堆和第四代反应堆中至少一个。
3.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其中设置核能源，以通过加热水以产生蒸汽和使用蒸汽以给驱动发电机的涡轮机提供动力，间接地产生电。
4.如前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其中回转窑包括用于石灰石的外部旋转容器和内固定室，在内固定室中提供有用于将热转移给外部旋转容器中石灰石的加热元件。
5.如前述权利要求中任一权利要求所述的设备，进一步包括热回收装置，以从回转窑所排放的热生石灰回收热。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述的热回收装置包括引起空气流过热生石灰，由此将来自于该生石灰的热转移给所述空气的装置。
7.如权利要求5或权利要求6所述的设备，进一步包括在将石灰石引入到回转窑中之前用于加热石灰石的预热器。
8.如权利要求7所述的设备，其中预热器连接用于给预热器供应热的热回收装置。
9.一种用于从石灰石生产二氧化碳的方法，包括下列步骤: a)使用来源于核能源的电，加热回转窑内所设置的电阻加热元件，以升高回转窑内温度； b)通过回转窑的进口，将石灰石引入到回转窑中，以被加热元件加热； c)操作回转窑绕着纵向轴线旋转；和 d)通过回转窑的出口，收集由石灰石所释放的二氧化碳，由此从加热元件转移到石灰石的热和回转窑的旋转引起石灰石的煅烧，以产生二氧化碳。
10.如权利要求9所述的方法,其中水冷却反应堆、液态金属冷却反应堆、气冷却反应堆、熔盐反应堆和第四代反应堆中至少一个用作核能源。
11.如权利要求9或权利要求1O所述的方法，其中核能源直接地或间接地产生电，并且电供应给回转窑内所设置的电加热元件，用于加热石灰石。
12.如权利要求9至11中任一权利要求所述的方法，其中核能源产生蒸汽，该蒸汽输送给氢装置，用于氢的生产。
13.如权利要求12所述的方法，其中氢装置包括固体氧化物电解池装置。
14.如权利要求9至13中任一权利要求所述的方法，其中在将石灰石引入到回转窑中之前，通过预热器加热石灰石。
15.如权利要求14所述的方法，其中在回转窑的低端收集由石灰石煅烧所产生的生石灰，并且当回转窑固定时，排放到热回收装置中用于冷却。
16.如权利要求15所述的方法，其中热回收装置引起空气流过热生石灰，由此转移来自于生石灰的热给所述空气。
17.如权利要求15或权利要求16所述的方法，其中给预热器供应来自于热回收装置的热 。
【文档编号】F27B7/10GK103687807SQ201280035499
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年7月10日 优先权日:2011年7月21日
【发明者】克莱夫·罗杰·斯丹普 申请人:岩石燃料创新有限公司