用于在特定金属燃烧时分离废气的方法和装置与流程

近些年公布了大量的能量获取装置，这些能量获取装置靠金属锂的氧化产生的热量工作(例如专利文献US-PS 3 328 957)。在这种系统中水和锂相互反应产生氢氧化锂、氢气和水蒸气。在系统中的其他地方，通过在锂和水之间的反应产生的氢气与氧气结合构成额外的水蒸气。然后该水蒸气就被用于驱动涡轮机等等，人们由此得到能量来源。额外地，锂也可以用于获取原材料。例如与氮反应生成氮化锂和随后水解为氨或者与二氧化碳反应生成氧化锂和一氧化碳。锂反应生成的固态最终产物总是(必要时在水解后，例如对于氮化物)氧化物或者碳酸盐，其随后可以再借助电解还原为金属锂。由此建立的循环中通过风力、光伏或者其他再生能源可以产生、存储多余电能，并且在需要时可以再转化为电能或者可以获取化学原料。

锂一般借助融流电解制造。在未对标准电势进行温度校正的前提下由方法数据计算出这种方法的效率约42％-55％。除了锂，也可以使用相似的金属例如钠、钾、镁、钙、铝和锌。

因为根据温度和燃气的不同，在锂燃烧时会产生固态和液态的残余物，所以对此要特别注意。此外，根据用于在不同的氛围和在压力下燃烧金属锂(例如液态金属锂)的炉的结构和运行，可以产生废气和固体材料/液体材料作为燃烧产物。这些固体或者液体材料必须尽可能地完全从废气分离。

为了不在后续装置中产生表面沉积物或者堵塞物，将液态和固态的燃烧残余物尽可能完全从废气分离是重要的。要求尤其高的是废气流直接导引在燃气涡轮机上，因为必须完全清除废气流的所有颗粒。这种颗粒长期损害燃气涡轮机的叶片并导致设备故障。

本发明要解决的技术问题在于，提供一种方法和一种装置，其中，在借助燃气使金属M燃烧时可以高效地从废气分离固态和/或液态的反应产物，金属M选自碱性金属、碱土金属、铝和锌以及其混合物。

现在发现，可以通过在分离步骤中导入运载气体实现从废气中分离前述燃烧的固态和/或液态的反应产物。还发现，通过导入运载气体可以实现有效地排出在燃烧中产生的热量，使得这些热量可以经由燃气涡轮机有效地产生能量如电能，并且可以实现有效地从反应器中排出热量，使得反应器的材料如反应器壁不受损坏或者可以实现相应简单的反应器构造。

按照一个方面，本发明涉及一种方法，该方法用于在借助燃气使金属M燃烧时从固态和/或液态的反应产物分离废气，金属M选自碱性金属、碱土金属、铝和锌以及其混合物，其中，

在反应步骤中燃气与金属M燃烧并且产生废气以及其他固态和/或液态反应产物；并且

在分离步骤中将废气与固态和/或液态反应产物分离，

其中，在分离步骤中额外地加入运载气体和将运载气体作为与废气的混合物被排出。

按照另一个方面，本发明涉及一种装置，该装置用于在借助燃气使金属M燃烧时分离废气，金属M选自碱性金属、碱土金属、铝和锌以及其混合物，该装置包括：

-用于借助燃气使金属M燃烧的燃烧器，其被构造为，借助燃气使金属M燃烧；

-用于燃气的进料器，其被构造为，向燃烧器供应燃气；

-用于金属M的进料器，其被构造为，向燃烧器供应金属M；

-反应器，该反应器与燃烧器连接；

-用于运载气体的进料器，其被构造为，向反应器供应运载气体；

-用于由废气以及运载气体构成的混合物的卸料器，其被构造为，排出由借助燃气使金属M燃烧产生的废气和运载气体构成的混合物；和

-用于借助燃气使金属M燃烧而产生的固态和/或液态反应产物的卸料器，其被构造为，排出借助燃气使金属M燃烧而产生的固态和/或液态反应产物。

本发明的其他方面由从属权利要求和说明书详情以及附图中得出。

附图表示了本发明的实施方式和用于进一步理解本发明。结合说明书用于解释本发明的设计方案和原理。其他实施方式和所述优点中的很多都参照附图得出。附图中的要素没有彼此按比例绘制。除非另有说明，相同的、功能相似的和作用相同的元件、特征和组件在附图中总是以相同的附图标记标示。

图1示出用于按照本发明的装置的示例性布置的示意图。

图2示出用于按照本发明的装置另外的示例性布置中的细节示意图。

图3示出用于按照本发明的装置额外的示例性布置中的另外的细节示意图。

图4示出在运载气体的进料器到反应器的区域中剖切穿过示例性的按照本发明的装置得到的示例性横截面的示意图。

图5示出用于示例性反应即锂和二氧化碳反应生成碳酸锂的流程图，该反应可以根据按照本发明的方法进行。

图6示出用于另外的示例性反应即锂和氮气反应生成氮化锂和副产品的流程图，该反应可以根据按照本发明的方法进行。

在第一方面中本发明涉及一种方法，该方法用于在借助燃气使金属M燃烧时从固态和/或液态的反应产物分离废气，金属M选自碱性金属、碱土金属、铝和锌以及其混合物，其中，在反应步骤中燃气与金属M燃烧并且产生废气以及其他固态和/或液态反应产物，并且在分离步骤中将废气与固态和/或液态反应产物分离，其中，在分离步骤中额外地加入运载气体和将运载气体作为与废气的混合物排出。在此，运载气体可以相当于废气，即例如在燃烧时产生相当于进料的运载气体的废气，或者运载气体也可以相当于燃气。

按照具体实施方式，金属M选自碱性金属、优选Li、Na、K、Rb和Cs，碱土金属、优选Mg、Ca、Sr和Ba、Al和Zn以及其混合物。在优选的实施方式中金属M选自Li、Na、K、Mg、Ca、Al和Zn，进一步优选Li和Mg，金属M尤其优选为锂。

按照具体实施方式，作为燃气可以是这样的气体，即可以与所述金属或者金属的混合物在放热反应中反应，其中，这些气体并非特别限制的。例如，燃气可以是空气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、水蒸气、氮氧化物NO_x如一氧化二氮、氮气、二氧化硫或者它们的混合物。该方法也可以用于脱硫或者去除NO_x。在此，取决于燃气，使用不同的金属可以得到不同的产物，这些产物可以产生为固体、液体以及气体。

因此，例如金属M如锂与氮气反应时主要产生金属氮化物如氮化锂，其之后可以继续反应生成氨，相比之下，金属M如锂与二氧化碳反应时可以生成金属碳酸盐如碳酸锂，一氧化碳，金属氧化物如氧化锂或者金属碳化物如碳化锂，以及它们的混合物，其中，例如在费托(Fischer-Tropsch)工艺中，由一氧化碳可以得到有价值的含碳产物如甲烷、乙烷、甲醇等等，而由金属碳化物如碳化锂可以得到例如乙炔。此外，也可以例如以一氧化二氮作为燃气生成例如金属氮化物。

前述其他金属也可以具有类似的反应。

按照本发明没有对运载气体特别限制，可以与燃气相同，不过也可以与其不同。作为运载气体可以使用例如空气、一氧化碳、二氧化碳、氧气、甲烷、氢气、水蒸气、氮气、一氧化二氮、两种或者更多种这些气体的混合物，等等。在此，不同的气体如甲烷可以用于传输热量并且使金属M与燃气反应的反应热从反应器中排出。不同的运载气体可以调整适配于燃气和金属M的反应，以便在此必要时实现协同效果。

二氧化碳与金属M如锂的燃烧可产生一氧化碳，对于所述燃烧，例如可以使用一氧化碳作为运载气体并且必要时进行循环，即排出后重新至少部分地作为运载气体回收。在此根据废气调整运载气体，使得必要时运载气体的一部分可以作为有价值的产品提取出，例如用于后续的费托合成，同时其通过二氧化碳与金属M的燃烧再次生成，使得在平衡中二氧化碳至少部分地反应成一氧化碳，基于所使用的二氧化碳优选90％体积百分比或者更多、更优选95％体积百分比或者更多、还更优选99％体积百分比或者更多、尤其优选10％体积百分比转化为一氧化碳，并且作为有价值的产品提取出。生成的一氧化碳越多，排出的一氧化碳就越纯净。

氮气与金属M如锂燃烧时，例如可以使用氮气作为运载气体，使得除了作为运载气体的氮气外，来自燃烧的未反应的氮气还可作为“废气”存在于废气中，以此可以在需要时简单地进行气体分离，并且按照一些实施方式，在金属M与氮气以合适的、容易确定的参数燃烧时也可以不需要气体分离。因此例如可以简单地通过清洗或者冷却去除氨。

按照某些实施方式，废气的至少一部分可以相当于运载气体。例如，基于废气总体积的至少10％体积百分比、优选50％体积百分比或者更多、更优选60％体积百分比或者更多、还更优选70％体积百分比或者更多、再更优选80％体积百分比或者更多的废气相当于运载气体。按照某些实施方式，基于废气总体积的90％体积百分比或者更多的燃气可以相当于运载气体，在一些情况中甚至达到体积百分比的100％相当于运载气体。

按照某些实施方式，在按照本发明的方法中由废气和运载气体构成的混合物至少部分地再作为运载气体供给分离步骤和/或作为燃气供给燃烧步骤。由废气和运载气体构成的混合物的回收例如可以在基于由运载气体和废气的总体积的10％体积百分比或者更多、优选50％体积百分比或者更多、更优选60％体积百分比或者更多、还更优选70％体积百分比或者更多、再更优选80％体积百分比或者更多的范围内进行。按照某些实施例，由废气和运载气体构成的混合物的回收可以在基于由运载气体和废气的总体积的90％体积百分比或者更多进行。根据本发明优选的实施方式，在燃气和金属M之间的反应以这样的方式进行，即运载气体作为废气产生，例如用二氧化碳作为燃气和一氧化碳作为运载气体，于是就使得由运载气体和废气构成的混合物基于废气和运载气体的总体积基本上、优选90％体积百分比或者更多、更优选95％体积百分比或者更多、还更优选99％体积百分比或者更多和尤其优选100％体积百分比或者更多由运载气体构成。在此，运载气体就可以不间断地在循环中运行并且可以提取出如通过金属M与燃气燃烧再次生成的那么多的量。相比于必要时进行运载气体与废气分离的单纯的运载气体循环，在此例如能够获得可连续提取的有价值的产品。

按照某些实施方式，在按照本发明的方法中的分离步骤在旋流反应器(或称为旋风反应器)中进行。在此对旋流反应器在构造上没有特别的限制并且可以具有一般旋流反应器所具有的形状。

例如，旋流反应器可以包括：

反应区域，在反应区域上可以安装用于燃气、金属M和运载气体(必要时也可以事先混合然后共同供给反应区域)的进料器，例如形式为旋转对称的上部件，

分离区域，分离区域例如构造为锥形的，

和减压室，在减压室上安装有卸料器，其用于金属M与燃气的燃烧的固态和/或液态反应产物，例如形式为叶轮闸门，以及安装有用于由废气和运载气体构成的混合物的卸料器，该混合物是在金属M在燃气中燃烧后将这两种气体混合后得到的。

这些装置组件例如通常存在于旋风分离器中。不过按照本发明使用的旋流反应器也可以有不同的构造并且必要时也可以包括其他的区域。例如，单个区域(例如反应区域、分离区域、减压区域)也可以组合在示例性旋流反应器的一个部件中和/或在旋流反应器的多个部件上延伸。

按照某些实施方式，旋流反应器还包括格栅件，金属M与燃气燃烧生成的固态和/或液态的反应产物可以通过格栅件排出。

按照某些实施方式，废气和运载气体构成的混合物例如在反应器中和/或在从反应器排出时和/或排出后用于加热锅炉或者用于在热交换器或者涡轮机如气体涡轮机中传热。

按照某些实施方式，由运载气体和废气构成的混合物还可以在燃烧后处于升高的压力中。

此外，按照本发明的另一方面，公开了一种用于在借助燃气使金属M燃烧时分离废气的装置，金属M选自碱性金属、碱土金属、Al和Zn，该装置包括：

-用于借助燃气使金属M燃烧的燃烧器，其被构造为，借助燃气使金属M燃烧；

-用于燃气的进料器，其被构造为，向燃烧器供应燃气；

-用于金属M的进料器，其被构造为，向燃烧器供应金属M；

-反应器，该反应器与燃烧器连接；

-用于运载气体的进料器，其被构造为，向反应器供应运载气体；

-用于由废气以及运载气体构成的混合物的卸料器，其被构造为，排出由借助燃气使金属M燃烧而产生的废气和运载气体构成的混合物；和

-用于借助燃气使金属M燃烧而产生的固态和/或液态反应产物的卸料器，其被构造为，排出借助燃气使金属M燃烧而产生的固态和/或液态反应产物。

按照本发明对燃烧器没有特殊的限制并且可以例如构造为喷嘴，燃气和金属M在其中混合并接着在必要时通过点燃装置点燃。燃烧器也可以配设在反应器内或者反应器上。

对进料器也没有特殊的限制并且包括例如管道、软管、输送带等等，这些进料器可以适合地根据金属的凝聚态或者必要时还会处于压力下的气体的状态确定。

对反应器同样没有太多限制，只要在反应器中能开始进行燃气和金属M的燃烧就行。按照某些实施方式，反应器可以是旋流反应器，如其在图1中示例性示出的和在图2中的另一实施方式中详细示出的。

按照某些实施方式，旋流反应器可以包括：

反应区域，在反应区域上可以安装用于燃气、金属M和运载气体的进料器，例如形式为旋转对称的上部件，

分离区域，分离区域例如构造为锥形的，

减压室，在减压室上安装有卸料器，其用于金属M与燃气的燃烧的固态和/或液态反应产物，例如形式为叶轮闸门，以及安装有用于由废气和运载气体构成的混合物的卸料器，该混合物是在金属M在燃气中燃烧后将这两种气体混合后得到的。

这些装置组件通常存在于旋风分离器中。不过按照本发明使用的旋流反应器也可以有不同的构造并且必要时也可以包括其他的区域。例如，单个区域(例如反应区域、分离区域、减压区域)也可以被组合在示例性旋流反应器的一个部件中和/或在旋流反应器的多个部件上延伸。

在图1中示出示例性的旋流反应器。在图1中示出的旋流反应器6包括反应区域20a、分离区域20b、减压室20c，其中，分离区域20b既在上部部件6a中与反应区域20a邻接也在下部部件6b中与减压室20c邻接。在上部向旋流反应器中引入用于燃气的进料器1，其形式为必要时加热的管道或者软管，和用于金属M的进料器2，其形式为必要时加热的管道或者软管，其中，两个进料器汇集在喷嘴3中然后共同进料给反应区域20c。喷嘴3例如适合于使用液态金属M的情况，借助喷嘴可以使液态金属M雾化。必要时金属M也可以以固态颗粒的形式雾化。金属M和燃气的其他雾化和混合形式也是可能的。通过进料器4可以使运载气体导向用于气体分布的区域4'，然后从区域4'将运载气体通过喷嘴5导向分离区域20b，借助喷嘴5可以构成旋流。这种具有用于气体分布的区域4'的和喷嘴5的进料器4的横截面细节视图示例性地在图4中示出，不过也可以存在多个喷嘴5，例如以合适的间距环式围绕区域4'的内壁，以便生成合适的旋流。固态和/或液态的反应产物从包括减压室20c的下部部件6b通过用于金属M与燃气燃烧的固态和/或液态的反应产物的卸料器7排出，同时由废气和运载气体构成的混合物通过用于由废气和运载气体构成的混合物的卸料器8排出。

必要时在按照本发明的装置中会需要点燃装置如电气点燃装置或者等离子弧、或者额外的点火器，其中，这可取决于：金属M的形式和状态，例如其温度和/或凝聚态；燃气的性质，例如其压力和/或温度；以及组件在装置中的布置，例如进料器的形式和性质。

为了在结构上既实现很高的废气温度，例如高于200℃，还例如600℃或者更高，在某些实施方式中700℃或者更高，又实现升高的(例如5bar或者更高)或者很高的(例如20bar或者更高)工作压力，反应器的内部材料可由抗高温的合金构成，例如在极端情况下甚至由Haynes 214材料构成。围绕该仅仅用于抵抗高温的材料可以布置足以隔绝大部分热量的隔热件，使得还可额外地空气冷却或者水冷却的钢壁在外部承受压力负荷。然后废气可以导向其他具有升高的和高的工作压力的工艺步骤。

此外，反应器如旋流反应器也可以包括加热和/或冷却装置，所述加热和/或冷却装置存在于反应区域、分离区域和/或减压室以及也可以在不同的进料器和/或卸料器上、必要时在燃烧器上，和/或必要时在点燃装置上。此外在按照本发明的装置中也可以存在其他组件如用于生成压力或者真空的泵等等。

在反应器构造为旋流反应器的那些实施方式中，旋流反应器可以包括格栅件，其构造为借助燃气使金属M燃烧时的固态和/或液态的反应产物可以通过格栅件排出。此外，这种格栅件也可以存在于可以配设在按照本发明的装置内的反应器中。通过在旋流反应器中使用格栅件可以改进金属M与燃气燃烧时的固态和/或液态的反应产物从由废气和运载气体构成的混合物的分离。这种格栅例如在图2中示出，按照图2格栅6'在图1中所示的旋流反应器6中位于在卸料器7上方和卸料器8的下方的下部部件6b中。通过该格栅件，优选地到反应器壁有足够的间距的格栅件，可以确保固态的和液态的反应产物或者其混合物的可靠沉积。以此使得已经被分离的固态或液态的燃烧产物也不再被旋流吹起。

对进料器的形状没有特殊的限制，只要运载气体可以和来自金属M与燃气的燃烧的废气混合就可。在此优选的是例如用在图1中所示的装置构成旋流。但是旋流也可以通过进料器的其他相互布置构成。因此例如不排除运载气体的进料器也可以存在于反应器上部在用于金属M和燃料的进料器附近。相应地，合适的喷射几何形状可以容易地用合适的方式、例如根据流体模拟确定。

对卸料器也没有特殊的限制，其中，用于由废气和运载气体构成的混合物的卸料器可以构造为管件，而用于金属M与燃气燃烧的固态和/或液态的反应产物的卸料器例如可以构造为叶轮闸门或者具有虹吸管的管件。在此也可以配设不同的阀门，例如压力阀和/或其他调节器。例如在图3中示出了例如在图1中示出的旋流反应器6的卸料器7，该卸料器7在此可以包括但并非限制于虹吸管9、用于放气的阀门20和压力调节器11。在用于金属M与燃气燃烧生成的固态和/或液态的反应产物的卸料器上的这种虹吸管在必要时与适合用于各工作压力的前压调节器(Vordruckregler)结合可以例如用于实现升高的或者高的工作压力。

按照某些实施方式，用于由废气和运载气体构成的混合物的卸料器也可以含有用于废气和运载气体和/或废气的单独成分的分离装置。

按照某些实施方式，用于由废气以及运载气体构成的混合物的卸料器可以这样地与用于运载气体的进料器和/或用于燃气的进料器连接，使得由废气和运载气体构成的混合物至少部分地作为运载气体供给反应器和/或作为燃气供给燃烧器。在此，回收的气体的份额可以是基于运载气体和废气的总体积的10％体积百分比或者更多，优选50％体积百分比或者更多，进一步优选60％体积百分比或者更多，更进一步优选70％体积百分比或者更多，再优选80％体积百分比或者更多。按照某些实施方式，回收的由废气和运载气体构成的混合物可以高达基于运载气体和废气的总体积的90％体积百分比或者更多。

按照某些实施方式，按照本发明的装置还包括至少一个锅炉和/或至少一个热交换器，其位于反应器中和/或位于用于由废气以及运载气体构成的混合物的卸料器中。因此例如在图1所示的包括旋流反应器6的装置中可以在反应器6中、在卸料器8中和/或在连接于卸料器8上的装置中配设一个或者多个热交换器和/或锅炉(未在此示出)。热交换也可以在旋流反应器6自身上发生，例如在反应区域20a和/或在分离区域20b的外壁上，而必要时也可以在减压室20c的区域中。

因此，废气作为具有运载气体的混合物可以被导入进一步的应用中，例如加热用于产生蒸气的锅炉、在热交换器中释放热量等等。

如果没有合适的的热交换器，例如具有相应压力的空气经由所述热交换器被加热且替代废气被导入燃气涡轮机中，那么可以使用例如锅炉。按照某些实施方式，锅炉可以是更有前景的并且也是在技术上简单的，因为锅炉可以在较低的温度和仅升高压力的情况下实现。

借助一个或者多个热交换器和/或一个或者多个锅炉随后可以例如通过使用蒸汽轮机和发电机产生电能。但是由废气和运载气体构成的混合物也可以直接引导至涡轮机上，以便由此直接发电。然而其前提是金属M与燃气燃烧而产生的固态和/或液态的反应产物的非常好的分离，这正是按照本发明、尤其通过在反应器中使用格栅件所提供的。要选择使用锅炉还是热交换器例如可以取决于是形成了固态的还是液态的反应产物，不过也可以由设备工程决定。对于液态的反应产物如Li₂CO₃来说，反应器壁例如可以起热交换器的作用，同时对于产生的固态反应产物就需要特殊的热交换器。在从固态和/或液态的反应产物相应地分离由废气和运载气体构成的混合物时，必要时也可以直接将由废气和运载气体构成的混合物导引在涡轮机上，所以在此在废气流中就不需要热交换器和/或锅炉。

按照某些实施方式，按照本发明的装置可以包括在用于由废气以及运载气体的混合物的卸料器中的提取装置，该提取装置被构造为，在通过用于由废气和运载气体构成的混合物的卸料器与用于运载气体的进料器和/或用于燃气的进料器的连接来将由废气和运载气体构成的混合物回收给用于运载气体的进料器和/或用于燃气的进料器时，提取出一部分由废气和运载气体构成的混合物。所提取出的一部分例如可以为多于基于由废气和运载气体构成的混合物的总体积的1％体积百分比，优选5％体积百分比和更多，进一步优选10％体积百分比或者更多。按照某些实施方式还可以从回收的由废气和运载气体构成的混合物中提取基于由废气和运载气体构成的混合物的总体积的最多50％体积百分比，优选40％体积百分比或者更少，进一步优选30％体积百分比或者更少，特别优选20％体积百分比或者更少。所提取的气体例如可以作为有价值的产品供其他反应使用，示例性的情形是一氧化碳被排出并且接着在费托工艺中转化成价值更高的烃。

排出的固体也可以继续转化为有价值的材料。例如由与氮气燃烧产生的金属氮化物通过和水的水解转化成氨和碱液，其中，所产生的碱液也可以用作对二氧化碳和/或二氧化硫的捕捉剂。

上述实施方式、设计方案和改进设计方案可以在有意义的前提下任意组合。本发明其他可能的设计方案、改进设计方案和实施也包括由之前或者在下文中基于实施例所说明的本发明的特征的未详细列出的组合。专业人员也会在个别方面对本发明各基本形式加以优化或者补充。

下面根据示例性的实施方式介绍本发明，这些实施方式并非对本发明的限制。

按照示例性的实施方式，金属M如锂是呈液态使用的，即高于熔点，对于锂为180℃。液态的金属M如锂可以在喷嘴中被雾化为细颗粒并随后直接地、必要时在点燃后开始与各燃气如空气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氢气、水蒸气、氮氧化物NO_x如一氧化二氮或者氮气反应。金属M如锂的燃烧可以在图1中示出的装置中例如与超过化学计量的燃气进行，以使废气温度不会太高。但是也可以加入相比于金属M以化学计量或者低于化学计量的燃气。燃烧后加入可以相当于燃气的用于稀释的运载气体(例如氮气、空气、一氧化碳、二氧化碳和氨气)，以便降低温度和形成用于沉积固态或者液态的反应产物的旋流。热的废气流然后可以用于加热锅炉、在热交换器中热传递等等。

按照第二个示例性实施方式，在图1中所示的装置中可以使用二氧化碳作为燃气和一氧化碳作为运载气体。作为金属例如使用锂，例如液态的锂，即在180℃的熔点以上。液态的锂可以用喷嘴3雾化为细颗粒并随后直接与燃气反应。可能会需要电点火或者额外的点火器。

反应按如下式进行：

2Li+2CO₂→Li₂CO₃+CO

在燃烧器中，锂的燃烧主要在喷嘴3中或者在喷嘴3的附近进行，优选地与化学计量所需的二氧化碳的量进行，其中，也可以选择稍微超过或者低于化学计量的比例(例如CO₂:Li的比例为0.95:1至1:0.95)。在二氧化碳过量很多时例如可以产生碳化锂，从碳化锂中可以获得乙炔。

在第二个步骤中，在反应器/炉的中部内在区域4'中进行燃烧产物与通过喷嘴5吹进反应器6中的运载气体二氧化碳的混合。由此形成旋流，旋流使得固态和/或液态的反应产物旋转至反应壁上并且在此沉积大部分。优选的是使用过量的运载气体，以便确保使通过燃烧产生的热量充分地排出。由此可以合适地设置反应器6中的温度。

对于在纯二氧化碳中的燃烧，产生的碳酸锂具有723℃的熔点。如果借助通过喷嘴3、5混入气体使反应产物的燃烧温度保持在723℃以上，就可以从燃烧中得到液态的反应产物。在此在剧烈的放热反应时喷嘴可以用于冷却，使得设备不会太剧烈地加热，其中，温度下限可以为产生的盐、在此为碳酸锂的熔点。如果旋流是用不同于二氧化碳的气体例如空气、氮气或者一氧化碳或者其他气体驱动的，那在反应产物中也会产生氧化锂(熔点M_p1570℃)或者氮化锂(M_p813℃)。在液态和固态反应产物的可通过格栅件6'改善的沉积之后，由废气和运载气体构成的混合物例如可以导引至锅炉中并用于使水汽化，以便驱动后接有发电机的蒸汽轮机或者驱动其他技术装置(例如热交换器)。在该工艺之后被冷却的由废气和运载气体构成的混合物然后可以例如再作为运载气体用于在炉中产生旋流。由此将废气在汽化过程后的剩余热量用在锅炉中，并且只要通过例如燃煤火电厂的废气净化获得用于和锂燃烧的化学计量所需的量的二氧化碳。

在表1中示出废气温度与用于锂在纯二氧化碳中燃烧的化学计量的过剩量的关系，其中，以与温度不相关的比热进行计算。

表1：使用二氧化碳作为燃气和运载气体来运行反应炉

通过回收经后续程序步骤得以冷却的废气可以使一氧化碳在废气中富集。在此，按照某些实施方式可以提取废气的一部分并且以此得到一氧化碳和二氧化碳的混合气体，该混合气体具有比在表1中给出的明显更高含量的二氧化碳。通过后续的气体分离可以从二氧化碳中清除一氧化碳，二氧化碳可以继续在循环中或者在燃烧器中使用。

通过产物气体CO的回收可以在反应炉中降低燃烧温度。对于化学计量的燃烧，气体温度可以达到3000K以上，这会导致材料问题。通过使CO₂过量也会降低燃烧温度。不过，二氧化碳的量务必要大于化学计量的约16倍，以便产物气体CO在过量的CO₂中能被强烈稀释(浓度仅约6％体积百分比)。因此，按照某些实施方式有意义的是使产物气体CO的一部分回收进燃烧器中并且用作降低温度的热稳定成分。优选的是在此通过回收恒量的由废气和运载气体构成的混合物作为运载气体来调节特定的反应温度。在这种情况中不会产生必须耗费地分离的CO/CO₂混合物。产物气体的大部分由CO构成，仅混有少量的CO₂。在定态中，循环中的大部分CO被排出并且从循环中正好排出通过CO₂与Li反应而再生的那么多的CO。例如这样的循环可以在以下情形中得到，即当使用基于由废气和运载气体构成的混合物计的90(体积)％的比例的CO作为运载气体时。以此，不断向燃烧过程导入合适的量的二氧化碳，相反地不断从循环中提取相应的量的一氧化碳作为有价值的产品。

在图5中示例性地示出相应的反应流程。由例如来自火电厂如燃煤火电厂的废气100在CO₂分离101中分离二氧化碳然后在步骤102与锂燃烧，其中，CO用作运载气体。生成了Li₂CO₃ 103，并且由废气和运载气体构成的包括CO₂和CO的混合物可以在必要时在分离104之后引导通过锅炉105，借助锅炉105驱动蒸汽轮机106和进而驱动发电机107。废气回收108作为运载气体，其中CO可在步骤109中排出。

按照第三个示例性实施方式，可以在图1所示装置中使用氮气作为燃气和作为运载气体。使用例如液态的锂作为金属，即在180℃的熔点以上。液态的锂可以用喷嘴3雾化为细颗粒并随后直接与燃气反应。可能会需要电点火或者额外的点火燃烧器。

在燃烧器中，锂的燃烧主要在喷嘴3中或者在喷嘴3的附近使用化学计量所需的量的氮气进行，其中，也可以选择稍微超过或者低于化学计量的比例(例如N₂:Li的比例为0.95:1至1:0.95)。

反应如下进行：

6Li+N₂→2Li₃N

在第二个步骤中，在反应器6的中部将燃烧产物与通过喷嘴5吹进反应器6中的运载气体如氮气进行混合。由此形成旋流，旋流使得固态和液态的反应产物旋转至反应壁上并且在此沉积大部分。对于在纯氮气中的燃烧，产生的氮化锂具有813℃的熔点。如果借助通过喷嘴3、5混入运载气体和/或燃气使反应产物的燃烧温度保持在813℃以上，就可以从燃烧中得到液态的反应产物。在此在剧烈的放热反应时喷嘴可以用于冷却，使得设备不会太剧烈地加热，其中，温度下限可以为产生的盐、在此为氮化锂的熔点。如果旋流是用不同于氮气的气体例如空气、二氧化碳或者其他气体驱动的，那在反应产物中也会产生氧化锂(熔点M_p1570℃)或者碳酸锂(M_p723℃)。在液态和/或固态反应产物的可通过格栅件6'改善的沉积之后，将废气例如导引至锅炉中并用于使水汽化，以便驱动后接有发电机的蒸汽轮机或者驱动其他技术装置(例如热交换器)。在该工艺之后被冷却的废气然后可以例如再用于在反应器6中产生旋流。由此将废气在汽化过程后的余热用在锅炉中，并且仅需要例如通过空气分级获得用于燃烧的化学计量所需的量的氮气。

在表2中示出废气温度与用于锂在纯氮气中燃烧的化学计量的过剩量的关系，其中，以与温度不相关的比热进行计算。

表2：使用氮气作为燃气和运载气体来运行反应炉

在图6中也示例性地示出相应的反应流程。在空气分级201中，从空气200中分离出氮气并且然后在步骤202与锂燃烧，其中，使用例如同样来自空气分级201的氮气作为运载气体。生成了Li₂N₃ 203，并且由废气和运载气体构成的包括N₂ 204的混合物可以引导通过锅炉205，借助锅炉205驱动蒸汽轮机206和进而驱动发电机207。废气回收208作为运载气体。由氮化锂203可以通过水解209获得氨210，其中产生LiOH 211，其可以与二氧化碳转化为碳酸锂212。

按照示例性第四实施方式，可以在使用空气作为燃气时先后使用两个反应器如两个旋流反应器，其中，在第一旋流反应器中可以用金属M如锂与来自空气的氧气制备金属氧化物如Li₂O，并且废气主要包含氮气，该废气然后可在第二旋流反应器中作为燃气与金属M如Li反应生成金属氮化物如Li₃N。在此，也可以从第一废气中获得的氮气例如起运载气体的作用，或者当第一废气例如在循环中引导时，第一废气本身起运载气体的作用。

通过按照本发明的装置的构造和使用按照本发明的方法可以在金属M与燃气燃烧时从废气分离固态或者液态的反应产物或者其混合物并且进而供给例如在锅炉和/或热交换器中的应用。此外，该装置可以以升高的工作压力运行，并且因此可以使燃烧和沉积/分离过程调整适合于后续步骤的各条件。将运载气体和燃气区别开以形成旋流的可能性实现了废气在放热后的回收。用该结构可容易地实现再循环。也可以混合燃气和运载气体。通过一个或者多个过程步骤后的废气回收可以节省能量和材料。