CN103261093A - 二氧化碳生产 - Google Patents

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Abstract

一种用于从石灰石生产二氧化碳的设备，包括用于产生热的核反应堆（10）和回转窑（12）；回转窑（12）具有用于引入石灰石的进口（28）和用于释放二氧化碳的出口（30）。提供热转移装置，用于从核反应堆（10）将热转移到回转窑（12）的内部。热转移装置包括进给和返回主管道（17、18），用于使热转移流体（14）流经核反应堆（10），这样可以从核反应堆（10）提取热用于转移到回转窑（12）的内部。因此，加热回转窑（12）中石灰石达到足以释放二氧化碳的温度。

Description

二氧化碳生产
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。
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增加了污染问题。
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，因为提取方法甚至产生更多的污染。
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，二氧化碳可以用于产生合成和可持续的燃料。本发明的目的是减少能量消耗以及合成燃料的生产中有害排放的产生，并且因此对环境和气候改变具有更小的影响。
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：
-用于产生热的核反应堆；
-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
-热转移装置，用于从核反应堆将热转移到回转窑的内部，热转移装置包括进给和返回主管道，用于使热转移流体流经核反应堆以从其提取热来转移到回转窑的内部，因此加热石灰石达到足以释放二氧化碳的温度。
根据本发明的第二个相关方面，提供了一种从石灰石生产二氧化碳的方法，包括下列步骤：
a)利用核反应堆产生热；
b)通过热传递流体流经进给和返回主管道和流经核反应堆，循环热传递流体以及将来自于加热的传递流体的热转移到回转窑的内部，从核反应堆将热转移
c)通过回转窑的进口，将石灰石引入到回转窑中；
d)操作回转窑旋转和翻滚其中的石灰石；和
e)收集从回转窑的出口释放的二氧化碳；
其中，转移到回转窑内部的热和回转窑的旋转引起其中的石灰石煅烧以产生二氧化碳。
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核反应堆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℃到950℃的范围，但是在较低的温度时也可以释放二氧化碳。
为了方便热从核反应堆转移到回转窑，特别优选地，热转移装置包括热交换器，热转移流体流经热交换器用于将来自于核反应堆的热供应给热交换器。通过以这种方式提供热交换器，热转移流体可以维持与回转窑分离，以提供增强的安全性。适合的热转移流体可以是氦，它具有吸引中子的弱趋势，并且变得具有放射性了。优选地，热交换器包括水锅炉以产生蒸汽，以及用于锅炉所产生蒸汽的次级管道，以将蒸汽输送给回转窑以加热其中的石灰石。理想地，次级管道包括用于将蒸汽供应给回转窑的进给次级管道和用于使冷却的蒸汽从回转窑到锅炉进行再循环的返回次级管道。通过这种方式，一旦蒸汽已经发挥其在加热石灰石的作用和已经被冷却时，它可以返回到锅炉，以用来自于热传递流体的热传递进行加热。
优先地，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。内室可以同轴地安装在容器内，这样使用时外部旋转容器绕着固定的内室进行旋转，通过内室混合和翻滚石灰石。在这个装置中，次级管道应该输送加热的蒸汽给固定的内室以使得蒸汽穿过它，以传递热给外旋转容器内的石灰石。加热的蒸汽可以通过供应和返回管道输入给内固定室或者从其撤回。这种管道必须由能够抵抗长期升高的压力和温度以及抗氧化、剥落、翘曲和δ相脆化的材料制成。适合的材料可以是专门强化的不锈钢。
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。应该向旋转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。
热交换器可以包括用于锅炉所产生的蒸汽的进给第三管道，以输送蒸汽给氢装置用于产生氢。通过连接设备与氢装置，通过产生两种必要的组份：二氧化碳和氢，整个系统可以用作合成燃料生产系统的一部分。使用任何已知的方法，诸如Sabatier反应，可以对二氧化碳和氢进行加工以生产合成燃料。理想地，设备也可以包括返回第三管道，用于将来自于氢装置的蒸汽再循环给锅炉。
从回转窑泄放的冷却废料生石灰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以从车辆废气吸收二氧化碳，或者可以制成砂浆样厚块，可以用在海岸堤防、新码头等等。当生石灰放置于水中时，它在吸收二氧化碳方面特别优良，并且这种特征在环海岸线的规划方面可以是特别有益的。因此，方法可以使碳变成中性。因此，设备中石灰石煅烧所产生的生石灰可以容易地用于其它目的，设备可以进一步包括与回转窑连通的热交换器，以从回转窑所产生的生石灰接收和提取热，接着从其排出。通过对生石灰吹送空气和使加热的空气流经空气-到-流体的热交换器可以完成这个，以产生热液体，诸如热水（其最初可以是蒸汽形式），用于其它应用。
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。这个方法在加热生石灰的任何细颗粒方面是有益的。有利地，预热器可以连接空气-到-流体的热交换器，用于将来自于空气-到-流体的热交换器的热供应给预热器。通过这种方法，通过空气-到-流体的热交换器从生石灰所移除的热可以循环回到设备中。
核反应堆优选地是卵石床核反应堆。可以使用其它类型核反应堆，并且如果这种反应堆不在足够高的温度下运行，通过结合于设备中的辅助加热器，蒸汽可以被加热到800℃以上的温度。优选卵石床反应堆，因为在反应堆芯事故的非常不可能事件中，它将自动地关闭和能够产生非常高的温度，同时是惰性地安全的。这是因为任何放射性同位素都被维持在反应堆芯内，因此确保如果发生系统故障时的安全。理论上可能的不太可能事故的情况下，尽管非常不可能，同位素也可以进入热交换器。如果这种情况发生了，同位素将被维持在反应堆芯和热交换器中，因此系统将保持安全。
通过将设备与氢装置和合成燃料生产装置连接，本发明的设备和方法可以直接地用于将合成气体转换为燃料，诸如甲醇和丁烷。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。
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：
图1是结合于用于合成燃料生产的系统中的本发明设备的示意图。
图2是用于从石灰石生产二氧化碳的图1设备的回转窑的主视图。
首先，参考图1，表示用于从石灰石生产二氧化碳的设备，包括核反应堆10、热交换器11和回转窑12。核反应堆10是卵石床核反应堆，具有内芯13，内芯13被热传递流体14，诸如在外壳15中所循环的氦气冷却。核反应堆10的外壳15通过进给和返回管道17、18连接热交换器11。
热交换器11是锅炉，具有设置在锅炉11内的加强不锈钢管路20，这样蒸汽形式的水可以通过管路20，同时热的热传递流体14流过管路20的外表面。在可替代的布置中，管路可以设置在锅炉内以允许热的热传递流体14流经管路，蒸汽形式的水流过这些管路的外表面。设计加强的不锈钢管路20以抵抗超过900℃的高温。进给次级管道21和返回次级管道22连接不锈钢管路20和回转窑12。在每个管道17、18、21、22中提供泵23以实现通过系统的流体传递。
参考图2，回转窑12包括通常圆柱形容器25，圆柱形容器25具有同轴地安装在其中的内室26。容器25被支撑在三对水平地间隔的滚子27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27包括发动机（未示出）以实现容器25的旋转。回转窑12在其升高端29具有进口28，用于石灰石的引入，进口设有闸阀31。也提供有固定进口管道39，其设置有闸阀38这样在容器25旋转时，当进口28在最高位置时，进口28开始对齐管道39。当对齐时和两个闸阀都打开时，石灰石可以经过管道39，到达进口28和进入容器25内。
在回转窑12的升高端，设有出口管道30用于容器内所产生的二氧化碳的释放。在容器25和管道30之间设置气密旋转接头（未示出），并且阀门（未示出）设置在出口管道30内以控制二氧化碳的释放。出口管道30将二氧化碳输送到洗涤器32，以清洁二氧化碳和移除不想要的流出物。
回转窑12的内室26由不锈钢制成，该不锈钢必须被加强以抵抗容器内的热和包括进口管道33和出口管道34，它们分别连接进给次级管道21和返回次级管道22。可以提供其它的管道用于将空气递送到回转窑12的内室26中。这对促进回转窑内热分配和/或燃烧可能是有利的。在容器25的低端36提供有通道35，当进口28对齐进口管道39时，通道35开始对齐出口管道42，以能够移除回转窑12内石灰石煅烧所产生的生石灰。气密阀（未示出）设置在出口管道42内以控制生石灰的排放。回转窑12的通道35的下面，管道32中是空气-到-流体的热交换器37，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12所排放的生石灰。在这里空气引入到内室，以辅助燃烧，来自于空气-到-流体的热交换器的热在传输到回转窑之前可以用于加热空气。
预热器40连接回转窑12的进口28，并且设置为在将石灰石引入到容器25之前加热石灰石。预热器40通过管道41连接空气-到-流体的热交换器37，这样来自于空气-到-流体的热交换器37的热流体用于在将石灰石引入到容器中之前预加热石灰石。
在图1中，设备10、11、12连接用于产生氢的氢装置45和合成燃料装置46，合成燃料装置用于使用从石灰石所产生的二氧化碳和由氢装置45所产生的氢产生合成燃料。锅炉11内水管路20连接用于氢装置45的进给第三管道48和返回第三管道49。
为了从石灰石生产二氧化碳，设置核反应堆10中的热传递流体14以绕着核反应堆10的内芯13循环和通过进给主管道17到达锅炉11。热传递流体14绕着锅炉11循环，然后通过返回主管道18返回到核反应堆10。工作时，核反应堆10产生热，该热通过热传递流体14，当热传递流体14从核反应堆10，通过主管道17、18到锅炉11循环时，传递给锅炉11。设计核反应堆10以产生超过900℃的温度、
蒸汽形式的水流经锅炉11内的管道20，当它在锅炉11中循环时它由热传递流体14进一步加热。
来自于锅炉11的高压蒸汽流经进给次级管道21到达回转窑12的内室26的进口管道33。蒸汽从进口33经过内室26，到达出口管道34以及经过返回次级管道22到达锅炉11进行循环。
将石灰石引入到预热器40中，在将石灰石引入到回转窑12中之前，石灰石在这里被加热，以引入新一批石灰石时把容器内温度降低最小化。如下面所更详细地描述的，预热器40供应有之前从回转窑12所排放的生石灰冷却所产生的热。当首次使用或在一段期间不使用后再次使用设备10、11、12时，预热器40可以提供有来自于其它来源的热。
回转窑12转动以使最高处的进口28对齐进口管道39，这样闸阀31、38允许预加热的石灰石引入到圆柱形容器25中。阀关闭，容器绕着内室26旋转，这样在回转窑12中翻滚石灰石。当石灰石绕着回转窑12的圆柱形容器25的内室26翻滚时，在内室26内循环的蒸汽引起热被传递至石灰石。石灰石的加热引起其煅烧。二氧化碳和废弃的流出物流经回转窑12的出口30，到达洗涤器32以从废弃的流出物分离二氧化碳。由该方法所产生的生石灰在回转窑12的低端36收集，并且当容器停止在进口28的最高处时，通过打开通道35，它可以排放到空气-到-流体的热交换器37中，冷却进一步使用。由生石灰所加热的来自于空气-到-流体的热交换器37的热液体然后在石灰石引入到回转窑12中之前，可以用于加热预热器40中的石灰石。

Claims (20)

1.一种用于从石灰石生产二氧化碳的设备，包括：
-用于产生热的核反应堆；
-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
-热转移装置，用于从核反应堆将热转移到回转窑的内部，热转移装置包括进给和返回主管道，用于使热转移流体流经核反应堆以从其提取热来转移到回转窑的内部，因此加热石灰石达到足以释放二氧化碳的温度。
2.如权利要求1所述的设备，其中热转移装置包括热交换器，热转移流体流经热交换器用于将来自于核反应堆的热供应给热交换器。
3.如权利要求2所述的设备，其中热交换器包括水锅炉以产生蒸汽，以及用于锅炉所产生蒸汽的次级管道，以将蒸汽输送给回转窑以加热其中的石灰石。
4.如权利要求3所述的设备，其中次级管道包括用于将蒸汽供应给回转窑的进给次级管道和用于使蒸汽从回转窑到锅炉进行再循环的返回次级管道。
5.如权利要求3或4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，并且其中次级管道输送加热的蒸汽流经内固定室，用于将热转移给外部旋转容器中的石灰石。
6.如权利要求3至5中任一权利要求所述的设备，其中热交换器包括用于锅炉所产生蒸汽的进给第三管道，以将蒸汽输送给用于产生氢的氢装置。
7.如权利要求6所述的设备，进一步包括返回第三管道，用于蒸汽从氢设备到锅炉的再循环。
8.如前述权利要求中任一权利要求所述的设备，进一步包括与回转窑连通的空气-到-流体的热交换器，用于当加热石灰石时，接收和冷却回转窑中所产生的生石灰。
9.如权利要求8所述的设备，进一步包括预热器，用于在将石灰石引入到回转窑中之前加热石灰石。
10.如权利要求9所述的设备，其中预热器连接空气-到-流体的热交换器，用于将来自于空气-到-流体的热交换器的热供应给预热器。
11.如前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其中核反应堆是卵石床核反应堆。
12.一种从石灰石生产二氧化碳的方法，包括下列步骤：
a)利用核反应堆产生热；
b)通过热传递流体流经进给和返回主管道和流经核反应堆，循环热传递流体以及将来自于加热的传递流体的热转移到回转窑的内部，从核反应堆将热转移
c)通过回转窑的进口，将石灰石引入到回转窑中；
d)操作回转窑旋转和翻滚其中的石灰石；和
e)收集从回转窑的出口释放的二氧化碳；
其中传递到回转窑内部的热和回转窑的旋转引起其中石灰石的煅烧，以产生二氧化碳。
13.如权利要求12所述的方法，其中热传递流体流经进给和返回主管道到达热交换器进行循环以给热交换器供应来自于核反应堆的热。
14.如权利要求13所述的方法，其中热交换器包括水锅炉，水锅炉中产生蒸汽，并且所述蒸汽通过次级管道输送给回转窑。
15.如权利要求14所述的方法，其中蒸汽通过进给次级管道输送给回转窑，并且蒸汽通过返回次级管道从回转窑到锅炉进行再循环。
16.如权利要求14或15所述的方法，其中锅炉所产生的蒸汽通过进给第三管道输送给氢装置，用于产生氢。
17.如权利要求16所述的方法，其中通过返回第三管道，来自于氢装置的蒸汽被再循环给锅炉。
18.如权利要求12至17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。
19.如权利要求18所述的方法，其中在回转窑的低端收集石灰石煅烧所产生的生石灰，并且将其排放给空气-到-流体的热交换器，用于当回转窑静止时冷却。
20.如权利要求19所述的方法，其中预热器供应有来自于空气-到-流体的热交换器的流体的热。
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