CN113148951B - 一种高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法 - Google Patents

一种高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法，利用二氧化碳及碳粉吸收高温载热体散发出的显热和潜热升温至还原温度瞬间还原成一氧化碳高载能合成气，利用二氧化碳高温体积比热容对粒化后的高温载热体进行循环换热。二氧化碳及碳粉还原温度应对高炉熔渣相变温度一吸一放等温等量进行：气相二氧化碳吸热被还原成一氧化碳、高炉熔渣放出潜热由液相变成固相玻璃体，为二氧化碳以化固碳、减排发明了新的路径，降低高温载热体产品自然冷却造成的热污染及能源浪费，降低副产高温熔渣水淬造成的水源污染和浪费及影响环境的问题。本发明方法装置配置简单、控制方法简单、运行操作简单、投资低廉、运行费用低廉。

Description

一种高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气 的方法
技术领域
本发明涉及一种高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法，涉及工业炉生产的产品或副产品的高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉还原为一氧化碳合成气的方法：尤其是利用矿热炉生产电石、高温熔融电石出炉和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法，尤其是炼铁高炉出炉高温熔渣和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法，尤其涉及工业炉高温优质热源回收利用及减排热污染领域，尤其涉及二氧化碳减排及还原一氧化碳合成气领域。
背景技术
高温熔融载热体如产品部分自然冷却形成固体产品，副产品大部分水淬冷却，基本热量白白浪费形成“热污染”，造成环境、水源、能源问题的严重影响。近年来我国电石产品：年产量超过2888万吨，自然冷却高温显热及凝固潜热未得到利用。
近年来我国钢铁生产成为世界钢铁生产和消费中心，世界钢铁协会的统计数据，2020年38个国家和地区高炉生铁产量为12.99亿吨，我国生铁产量占全球的一半以上，高炉铁水生产近8.88亿吨副产高温熔渣(高炉熔渣)超过3.1亿吨，这部分高温熔渣的热量没有得到利用白白水淬损失。
钢铁行业是温室气体排放的重要领域，有效控制和降低钢铁行业的碳排放是实现全球温控目标的重要路径。钢铁行业是资源和能源消耗密集型产业，既是世界钢铁工业发展的重要贡献者，同时也是温室气体排放的重要组成部分。我国钢铁行业碳排放量占全球钢铁行业碳排放量超过60％，约占全国碳排放量的15％。因此，钢铁企业开展碳排放管理与低碳改造和固碳尤为重要。
2020年电石产量达到2888万吨,高温熔融电石和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气；可年耗二氧化碳(220m3/吨熔融电石、440Kg/吨熔融电石)63.54亿标方或1270万吨，可年耗碳粉(120Kg/吨熔融电石)347万吨(包括出炉熔融电石所含碳粉)，可年产一氧化碳合成气(450m3/吨熔融电石、560Kg/吨熔融电石)130多亿标方或1617万吨。
3.1亿吨高炉熔渣热载体和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气，可年耗二氧化碳(100m3/吨熔渣、200Kg/吨熔渣)350亿标方或0.69亿吨，可年耗碳粉(52Kg/吨熔渣)0.18亿吨，可年产一氧化碳合成气(200m3/吨熔渣、250Kg/吨熔渣)700多亿标方或0.87亿吨。
二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气始于上世纪六～七十年代，利用焦炭空气发生炉生产一氧化碳的过程，由于这样的一氧化碳发生炉扒焦(炉灰)困难，同样的发生炉上海厂家扒焦几乎不耽误生产很轻松，了解到他们是通入微量的水蒸汽，但造成炉气一氧化碳含量低二氧化碳及氢气含量高，我们生产不需要二氧化碳和氢气，通过技术改造通入二氧化碳，有效解决了扒焦难、二氧化碳及氢气含量高的问题。
在这样的业绩上继续研发多进二氧化碳效果更佳，但达到一定量产品一氧化碳气体中二氧化碳含量上升，又添加了纯氧(即富氧)达到了预期的效果，炉气一氧化碳含量达到60～95％的含量、二氧化碳也非常好(含量低)。在这当中技术人员经过了多年的小试和中试，由固定床(造气炉)到流化床，由焦炭发热到电阻丝发热，气化剂由单一空气到二氧化碳及纯氧的发展过程。
进入2000年以后，我们在熔融电石载热体喷入碳粉和二氧化碳生产出高含量的一氧化碳合成气，为二氧化碳转化还原一氧化碳合成气、熔融电石高温显热及凝固潜热回收利用找到了新的途径。
低碳发展成为进入新发展阶段，低碳发展意义重大，将对钢铁行业产生深远影响，甚至带来广泛而深刻的生产、消费、能源和技术革命，进而重塑全行业乃至经济社会发展格局。推动钢化联产，依托钢铁企业副产——焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气富含大量H2、一氧化碳和二氧化碳资源化,二氧化碳、焦末、高炉熔渣还原一氧化碳合成气，生产高附加值化工产品，建立“钢化联产”钢铁与石化、化工行业，以“化固碳”“钢化联产”技术协同发展。
而二氧化碳的化学利用则成为目前最有效、最容易实现的减排方法。二氧化碳的利用目前可分为两大类：一.是合成一般化工产品或中间体(包括化肥、胺、羧酸、油品、碳一产品、可降解塑料和其他高聚物)；二.是合成能源类化学品(包括合成气、低碳烃、甲醇和二甲醚、乙二醇、合成油等)。因为一般化工产品的需求量和目前二氧化碳的排放量有着数量级的差距，所以将二氧化碳转化为能源产品是二氧化碳大规模利用的主要途径。二氧化碳与甲烷的重整可以生产合成气，并进一步合成可作液体燃料的高碳烃类或烃的衍生物。二氧化碳重整的最大问题是高耗能(因其为强吸热反应)。计算表明，二氧化碳重整所需的能量大于其转化的化学品作为能源放出的能量。也就是说，如果其消耗的能量为化石燃料燃烧提供的话，非但不能减排还增加排放量，该技术只有与太阳能或工业未利用的余能余热技术结合才有利用价值。其实，几乎所有的二氧化碳利用都存在能量上的“划算不划算”问题。二氧化碳合成低碳烃、甲醇和二甲醚等产品除存在消耗能量来源问题外，因其大都是加氢反应，还存在氢源的问题。有些人认为，在氢气资源如此宝贵如此昂贵的今天，加氢减排二氧化碳得不偿失。
钢铁生产炉主要包括高炉，转炉，电炉，生产过程会有大量高温熔渣作为废弃物排放，高炉渣的出炉温度高达1550℃，目前主要采用传统的水淬法进行高温熔渣处理，即用大量的水使高温熔渣粒化和玻璃化。但是，这种方法主要存在以下问题：1.粒化高温熔渣需要消耗和污染大量的水；2.水淬过程中炉渣中的硫化物会释放到空气中污染大气；3.高温熔渣中蕴含的大量高质量热能没有回收而浪费。高温熔融渣，温度高达1550℃。渣的比热容约为1.2kJ/(kg·℃)，如果高温熔渣温度以1500℃计，回收热量后渣的排出温度按200℃计，则每吨渣可回收1700MJ的显热及凝固潜热，大约相当于64kg标准煤完全燃烧后所产生的热量。为回收高炉熔渣中所含的大量高品位余热，国外很早就开展了相关研究，先后开发出冷却转鼓工艺(日本钢管公司NKK)、旋转滚筒工艺(日本住友金属和石川岛播磨重工)、机械搅拌法造粒工艺(日本住友金属)、机械搅拌法造粒工艺(日本川崎制铁)、Merotec熔渣粒化工艺(德国)、连铸连轧法平板状固化工艺(乌克兰)、风淬粒化工艺(日本新日铁、日本钢管、川崎制铁、神户制钢、住友金属和日新制钢)、离心(旋转杯)粒化工艺(英国、日本、澳大利亚)等。其中冷却转鼓法、风淬法和离心粒化法进行过工业试验。与国外相比，高炉熔渣高温显热回收的研究和应用在国内近十多年才展开。其中，钢铁研究总院2004年开始研究高炉熔渣急冷干式粒化技术，对离心粒化与风淬相结合的工艺也进行过相关的实验；青岛理工大学与莱钢合作建立了能源与环境工程研究中心，在理论和实验方面就高炉熔渣干法粒化和流化床换热回收高炉熔渣余热进行了一些研究；重庆大学、东北大学、中冶京诚工程技术有限公司、中钢集团鞍山热能研究院等机构申请了用不同方法回收高炉熔渣显热的专利，重庆大学对高炉熔渣粒化颇有研究，其中高炉熔渣凝固点区间温度的划分提供了理论依据。回收高炉熔渣余热难度很大，存在很多技术难点，如：高炉熔渣排出量大、温度高、不连续，对设备的处理能力、耐温、耐磨、耐腐和调节能力要求很高；为生成合格的建筑材料替代料(玻璃体)要求冷却速度很快，但快速冷却对设备的能耗和余热回收率都有不利的影响。因此，尽管国内外对回收高炉熔融渣高温显热的研究较多，但仅有其中的冷却转鼓法、风淬法和离心粒化法进行过工业试验，目前尚无实现实际工业应用的成功案例。高效回收高炉熔渣高温显热，降低高炉熔渣处理过程中的能耗及水耗，减少热污染和水污染，处理后的高炉熔渣与水淬渣品质相当。有研究表明，如果要生成玻璃体含量足够高的高炉渣，在800℃以上必须快速冷却，800℃以下可以缓冷，日本的风淬粒化工艺其第一阶段也是利用高压空气将高炉渣快速冷却到800℃以下。基于此，为了兼顾高炉渣的后续利用和余热回收效率，高炉渣的冷却分两段进行，即先后在急冷单元和缓冷单元中冷却：在急冷单元中，采用高压冷空气、循环冷渣粒、少量冷却水的复合方法将熔融高炉渣破碎并急速冷却到800℃以下，以保证渣成品中的玻璃体含量，从而不影响用渣制水泥或建筑材料的活性。
利用高温熔渣显热进行化学转化吸收热量也有相应的发明：CN201280025545.7利用熔渣的二氧化碳减少装置发明，提供一种利用高温熔渣和含二氧化碳的废气的二氧化碳减少装置：熔渣喷射器，喷射熔渣以形成熔渣粉体；碳化反应器，用于使所述熔渣粉体和二氧化碳进行碳化反应，高温熔渣和含高浓度二氧化碳的废气进行反应以析出碳酸盐，由此能够减少在铁水生产工艺过程中产生的废气中的二氧化碳。另外，由于能够回收利用熔渣和废气进行碳化反应时所产生的反应热，产生的热量，经二氧化碳和碳进行反应而生成一氧化碳的碳素溶解损失反应减少二氧化碳938mol/吨铁水(41kgCO2/吨铁水)，并生成一氧化碳1876mol/吨铁水。所生成的一氧化碳通过反应腔室的废气导管排出，并可再次在铁水生产工艺的铁矿石还原中使用。CN201010221698.1二氧化碳转化吸收及钢铁熔渣余热综合利用方法和装置(无效)北京大学张军玲；袁章福；潘贻芳；李树庆；吴波；赵宏欣；王晨钰发明公开了一种利用钢铁熔渣余热进行二氧化碳转化吸收的方法及其装置，该方法通过二氧化碳重整甲烷及二氧化碳转化为低碳烯烃等化学反应，将难以利用的高温余热转化成化学能，同时将二氧化碳转化成一氧化碳及低碳烯烃等物质；该方法可以通过混合气体流速和后续球磨等工艺条件控制钢铁渣粒化颗粒大小；由于钢铁渣中含有大量的氧化钙等碱性物质，故熔渣温度降低后，在球磨装置中，钢铁渣会对过量的二氧化碳气体吸收，对二氧化碳起到固定作用，固碳后的钢铁渣可以进一步作为建筑材料或填海材料。CN106823774A一种利用高炉渣固定二氧化碳并回收显热的装置和方法(再审)河钢股份有限公司一种利用高炉渣固定二氧化碳并回收显热的装置和方法，属于二氧化碳回收设备与方法技术领域，用于高炉渣对烟气中的二氧化碳进行固定减排、并同时进行烟气显热回收。其技术方案是：熔融高炉渣经粒化破碎形成高温高炉渣颗粒与含二氧化碳烟气进行一次热量交换后，进入流化床反应器与烟气中二氧化碳进行充分碳酸化反应，同时碳酸化反应放出一定热量，然后高炉渣与反应后产物进入流化床换热器与烟气进行二次热交换，高温烟气经换热器产生蒸汽，降温后高炉渣作为制作水泥材料。本发明实现了利用高炉渣固定二氧化碳、降低二氧化碳排放、同时回收高炉渣和烟气显热的目，提高了高炉渣的固碳效率，降低了回收二氧化碳的成本，具有显著的经济效益和社会效益。
鉴于上述多个专利申请涉及的二氧化碳主要考虑利用熔渣低温段吸收二氧化碳(固碳)减排环保节能设施、及熔渣和废气进行碳化反应时所产生的反应热，产生的热量，经二氧化碳和碳进行反应而生成一氧化碳的碳素溶解损失反应减少二氧化碳措施的欠缺及高温熔融载热体1000℃以上高温优质资源没有有效利用的欠缺，鉴于我们在熔融电石载热体喷入碳粉和二氧化碳生产出高含量一氧化碳合成气的小试基础上更深入研究的欠缺，电阻丝发热流化床二氧化碳及碳粉还原一氧化碳的实验中能量转换不科学、不符合环保清洁生产的欠缺，发明一种高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法势在必行。
发明内容
根据现有技术不足，本发明实现了高温熔融载热体分段回收热能，尤其是1000℃以上的高温段熔融载热体显热及潜热的有效回收利用，本发明实现了高温二氧化碳在1000℃以上还原成一氧化碳强吸热及熔融载热体凝固潜热强放热的有机结合，本发明选用二氧化碳、碳粉还原一氧化碳合成气解决了困扰高炉熔渣急冷降温和潜热等温传递及转换玻璃体的难题，本发明实现了二氧化碳代替空气给高温颗粒循环换热，充分利用了二氧化碳气体体积高比热容的特性，减少气体体积换热的循环量、减少动力消耗、使设备小型化，提出了一种高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法，提高减排二氧化碳，降低热污染、水源及环境的问题，实现高载能一氧化碳合成气低投入、低成本的获取，具有显著的经济效益和社会效益。
本发明的技术方案如下：
一种高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法，包括如下步骤：
1)包括高温熔融载热体储存区、热辐射区、造粒相变区或还原区、颗粒高温冷却区、颗粒低温冷却区组成的系统；
2)包括二氧化碳气体给颗粒高温冷却区循环换热系统；
3)包括二氧化碳吸收高温熔融载热体相变潜热被还原成一氧化碳气体及通过高温熔融载热体热辐射区纯化系统即还原系统；
4)包括流量控制系统；
5)包括二次换热产生的热量回收系统。
本发明步骤1)中，高温熔融载热体经炉口放出进入储罐进入发明系统，在储罐下部热带雨林隧道上方开数十个小口接入带牙口的U型管雨淋分布槽，高温熔融载热体沿着牙口溢流下泄形成串珠或柱状流体对周围颗粒形成热辐射的热带雨林隧道，热带雨林隧道底部收集的高温熔融载热体经下溜槽及通气管道，进入造粒空间的旋转杯，在旋转杯的旋转使高温熔融载热体通过旋转杯上部的多孔、多角度、多层面的孔道被离心甩出，形成微小液滴放出潜热后形成固相小颗粒即形成固相小颗粒云状球团体，小颗粒下落至缓冲空间再进入余热锅炉列管空间，冷却的小颗粒(小球)经放料阀离开系统，为成品如高温熔融电石经本发明形成常温小球为产品、如高炉熔渣经本发明形成的玻璃体小渣球为产品送水泥生产。
本发明步骤2)中二氧化碳气体在颗粒高温冷却区形成的缓冲空间下部切向进入旋转吸收小颗粒的显热，吸收热量后的大部分二氧化碳气体由缓冲空间上口下部内侧通过管道离开，高温二氧化碳气体进入旋风分离器，高温二氧化碳气体再进入换热锅炉及低温换热锅炉，冷却后的二氧化碳气体与新进入系统的二氧化碳气体混合一同进入循环增压风机，出增压风机带压的二氧化碳气体再通过管道分别进入各缓冲空间下部，达到循环换热冷却固相小颗粒。
本发明步骤3)中由缓冲空间上口进入到造粒空间的部分二氧化碳气体及喷入的碳粉混合一同上穿进入小颗粒云状球团体，二氧化碳气体及碳粉不断的吸收热量升温至还原温度瞬间被还原成一氧化碳气体即一氧化碳合成气即一氧化碳气，吸收了高温熔融载热体的相变潜热及显热，还原的一氧化碳气体离开小颗粒云状球团体、离开造粒空间主还原区向上进入下流槽及通气管道、热带雨林隧道纯化微量的二氧化碳气体被还原为一氧化碳气，被纯化的气体即高纯的一氧化碳合成气离开热带雨林隧道即离开还原系统，进入旋风分离器，再进入换热锅炉及低温换热锅炉，换热冷却后的高纯一氧化碳合成气经引风机引出及增压进入一氧化碳气体流量控制系统及输出管道外输。
本发明所述步骤4)流量控制系统：包括在线检测引风机出口外输气体中二氧化碳、一氧化碳、氧气、氢气含量，二氧化碳含量数值变换成电信号控制引风机、增压风机电机转数或电控阀门，即控制进入造粒空间的二氧化碳气体流量，并同时控制循环二氧化碳气体与新进入的二氧化碳气体混合一同进入循环增压风机及循环系统的流量、控制各碳粉及载气的喷入流量，氧气含量数值变换成电信号控制引风机、循环增压风机、电控阀门及系统安全的安全停车及安全开车。
所述的颗粒低温冷却区形成的余热锅炉列管空间中的颗粒与列管壁接触传热使列管中的水吸热升温并汽化产生蒸汽、颗粒高温冷却区形成的高温循环二氧化碳气体进入换热锅炉及低温换热锅炉间接把热量传递给锅炉列管中的水同样产生蒸汽、离开还原系统的高纯一氧化碳合成气进入换热锅炉及低温换热锅炉间接把热量传递给锅炉列管中的水同样产生蒸汽，即二次换热产生的热量回收系统。三相热量回收以水蒸汽的形式外输，或高温二氧化碳气体和高温一氧化碳气体对其它二次换热，如热空气。
本发明所涉及原材料：高温熔融载热体是指高炉熔渣、转炉熔渣、电炉熔渣、连铸连轧钢铁水、矿热炉产品及副产品：电石炉产品高温熔融电石、黄磷炉副产熔渣、熔融硅铁，熔融锰铁，熔融铬铁、熔融钨铁、熔融硅锰合金等熔融铁合金。二氧化碳气体是指钢铁冶金、烧石灰窑、燃煤及化工、医药、发酵排放的二氧化碳混合气体，或经富集形成含量较高的二氧化碳气体。喷入碳粉是以冶金焦或焦末、燃煤、低阶煤、有机固废、塑料、轮胎、含碳材料，经研磨成碳末即碳粉(优选200目左右)，用二氧化碳或一氧化碳气体做载体气喷吹碳粉，分别喷入缓冲空间、还原反应系统即造粒空间、下流槽及通气管道空间及热带雨林隧道空间。涉及蒸汽用水为优选软化锅炉用水级别。
本发明的高温熔融载热体储罐、热带雨林隧道、下溜槽及通气管道、造粒空间、缓冲空间涉及的工艺设备主要以密闭碳钢外壳内衬减胀层、隔热层、耐热耐腐层构成，余热锅炉列管空间、旋风分离、换热锅炉及低温换热锅炉的工艺设备件数外形尺寸大小应与具体项目设计相对应。
具体说明如下：
高温熔融载热体经炉口放出进入储罐即储存区，在储罐下部开数十个小口接入带牙口的U型管雨淋分布槽，数十套U型管均匀分布及U型管上口两侧均匀加工的角型牙口，高温熔融载热体沿着牙口下泄形成串珠或柱状流体，对周围空间形成热辐射，把这个热辐射区域封闭起来形成的空间被称作热带雨林隧道，即形成第一热辐射区，热带雨林隧道底部收集的高温熔融载热体，经封闭的剖面为长园型下面下流高温熔融载热体上面通过气体的这个管道状被称作下溜槽及通气管道，即形成第二热辐射区，高温熔融载热体进入造粒相变区，在造粒相变区中的旋转杯、在旋转杯的旋转使高温熔融载热体通过旋转杯上部开有多孔、多角度、多层面的孔道被离心甩出，形成微小液滴放出潜热后形成固相小颗粒及形成固相小颗粒云状球团体，这个小颗粒云状球团体所占用的空间即造粒相变区、即造粒空间、即还原区，小颗粒下落至颗粒高温冷却区由循环二氧化碳气体冷却高温小颗粒占用的多套肚状上口小的空间被称作缓冲空间、即高温颗粒冷却区，经冷却的小颗粒离开缓冲空间下落再进入颗粒低温冷却区，低温冷却区是肚状下部由锅炉列管之间形成的由低温小颗粒填充的空间被称作余热锅炉列管空间，由锅炉列管中的水吸收外围小颗粒的热量升温并汽化产生蒸汽即颗粒低温冷却区，冷却后的小颗粒经放料阀离开系统。
二氧化碳气体在缓冲空间下部进入吸收高温小颗粒的降温显热，吸收热量后的大部分二氧化碳气体由缓冲空间上口下部内侧管道离开，高温高载能二氧化碳气体进入旋风分离器(分离微小颗粒粉尘)高温高载能二氧化碳气体进入换热锅炉及低温换热锅炉，被冷却后的二氧化碳气体与新进入系统的二氧化碳气体混合一同进入循环增压风机，带压的二氧化碳气体再通过管道分别由缓冲空间下部切向进入各缓冲空间达到循环换热冷却固相小颗粒，在缓冲空间的上部也喷入碳粉有微量的还原发生，即1000℃以下部分载热体中氧化钙起到催化剂的作用，发生二氧化碳与碳粉还原成一氧化碳。
由缓冲空间上口进入到造粒空间的部分二氧化碳气体及喷入的碳粉混合一同上穿进入小颗粒云状球团体，二氧化碳气体及碳粉不断的吸收热量升温至还原温度瞬间还原成一氧化碳吸收了高温熔融载热体的相变潜热，还原的一氧化碳气体离开小颗粒云状球团体、离开造粒空间向上进入下溜槽及通气管道和热带雨林隧道纯化微量的二氧化碳气体，被纯化的气体即高纯一氧化碳气体在热带雨林隧道另一端离开还原系统，高温高载能一氧化碳气体进入旋风分离器，再进入换热锅炉及低温换热锅炉，换热冷却后的高纯常温一氧化碳气体经引风机引出及增压进入一氧化碳气体流量控制系统被送出本发明系统。
本发明的储罐是平衡满足高温熔融载热体间歇放料储存，为本发明系统的连续生产得已保障。
本发明的带牙口的U型管雨淋分布槽及热带雨林隧道：是指高温熔融载热体经炉口放出进入储罐即储存区，在储罐下部开数十个小口接入带牙口的U型管，数十套U型管均匀分布及U型管上口两侧均匀加工的角型牙口，高温熔融载热体沿着牙口下泄形成串珠或柱状流体，对周围空间形成热辐射，把这个热辐射区域封闭起来形成的空间就是热带雨林隧道，对进入的一氧化碳气体及喷入的碳粉继续还原纯化形成高纯度的一氧化碳气体，形成高纯一氧化碳气体在热带雨林隧道的另一端离开，热带雨林隧道其形状以储罐外缘为准，如圆柱形储罐形成的热带雨林隧道就像扇形俯视面。
本发明的下溜槽及通气管道：是输送高温熔融载热体向下进入造粒空间流入旋转杯，下流槽下流高温熔融载热体上面形成的输送气体空间，输送一氧化碳气体的这个空间受下面高温熔融载热体的辐射给输送的气体加热及喷入的碳粉与二氧化碳继续发生还原纯化一氧化碳气体，一氧化碳气体再进入热带雨林隧道。
本发明的造粒空间和旋转杯：是指高温熔融载热体进入旋转杯的旋转使高温熔融载热体通过旋转杯上部的多孔、多角度、多层面被离心甩出，形成微小液滴放出潜热后形成固相小颗粒及形成固相小颗粒云状球团体，小颗粒云状球团体形成占用的球形空间既是造粒空间，造粒空间下方分别设有多孔下泄高温固相小颗粒进入缓冲空间，多孔同时涉及从缓冲空间上升的二氧化碳气体通过，造粒空间下方多孔周围设置多套碳粉喷入管口，在这个造粒空间二氧化碳气体与碳粉吸热达到还原温度瞬间还原成一氧化碳气体，吸收液相小颗粒相变潜热及降温显热、液相小颗粒放出潜热形成固相小颗粒，大部分二氧化碳气体被还原成一氧化碳气体并逐渐上升离开小颗粒云状球团体，一氧化碳气体上升进入下流槽及通气管道并离开造粒空间，
本发明的缓冲空间：是指由造粒空间下落的小颗粒与二氧化碳气体热交换把热量传给二氧化碳气体，即在这个空间由二氧化碳吸收小颗粒的热量升温到接近进入小颗粒的温度，在这个空间上口下方的管道离开，这个空间被称作缓冲空间。
本发明的余热锅炉列管空间：是指由缓冲空间下落的小颗粒直接接近堆积列管空隙把热量传递给锅炉列管里的水，这个列管空隙被称作余热锅炉列管空间，即锅炉列管里的水吸热升温及汽化产生蒸汽，高温熔融载热体固化小颗粒的热量转换成蒸汽外输，有必要对不同固化的小颗粒进行气封，安全设施考虑如高炉渣小颗粒在余热锅炉列管空间可选用氮气封、如高温段熔融电石可选用二氧化碳气封。
本发明的旋风分离器：是指高温二氧化碳气体中携带的粉尘(微小颗粒)被分离的这个设备被称作旋风分离器，分离的微小颗粒由旋风分离器的下料管道送固体包装，脱尘净化的高温二氧化碳气体从旋风分离器的上部管道离开进入换热锅炉。
本发明的换热锅炉及低温换热锅炉：是指经脱尘净化的高温二氧化碳气体进入的换热器，把热量传给换热器中的列管中的水，使水吸热升温及汽化转换成蒸汽外输，使二氧化碳气体降温产生蒸汽的这两个换热器被称作换热锅炉及低温换热锅炉两套同时使用，使二氧化碳气体降温至循环增压风机适应的温度。
本发明的循环增压风机：是指二氧化碳气体通过管道在缓冲空间旋转上升的同时吸收小颗粒的热量，达到高温气体离开缓冲空间所需要的动力源即提供这个动力源的装置被称作循环增压风机。
本发明的喷入碳粉：是以冶金焦或焦末、燃煤、低阶煤、有机固废(如塑料、轮胎、含碳材料)，经研磨成200目左右的碳末即碳粉，用二氧化碳或一氧化碳气体做载体气喷吹碳粉，分别喷入还原反应系统即缓冲空间、造粒空间、下流槽及通气管道及热带雨林隧道，冶金焦或焦末形成的碳粉还原合成气基本是以一氧化碳为主的合成气，燃煤、低阶煤和有机固废还原的气体有较多的杂气如氢气、甲烷、氮气、水和酸性气体，水和甲烷在纯化高温段也转化成氢气和一氧化碳合成气。
本发明的二氧化碳气体：是指钢铁冶金、烧石灰窑、燃煤及化工、医药、发酵排放的二氧化碳混合气体，或经富集形成含量较高的二氧化碳气体。二氧化碳吸热、载热、传热涉及在气体中等体积高温比热容最高、高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉吸热达到还原温度瞬间强吸热还原成一氧化碳高载能气体、即二氧化碳高温下等温强吸收高温载体相变潜热，如高炉熔渣相变温度与还原温度基本重合、高炉熔渣高温度的快速降温变化促使其玻璃化(水泥原料)，即为本发明采用二氧化碳的目的。
本发明的高温熔融载热体：是指高炉熔渣、转炉熔渣、电炉熔渣、连铸连轧钢铁水、矿热炉产品及副产品：电石炉产品高温熔融电石、黄磷炉副产熔渣、熔融硅铁，熔融锰铁，熔融铬铁、熔融钨铁、熔融硅锰合金等熔融铁合金。
本发明的纯化气体：是以更高的温度使气体中微量二氧化碳、甲烷及多碳杂气转化成一氧化碳和氢气的合成气，更高温度利用是指以下流槽及通气管道和热带雨淋隧道的形式，使高温熔融载热体辐射降温传递给周围空间的气体来纯化成为高含量的一氧化碳合成气。
本发明的下流槽及通气管道和热带雨淋隧道的使用是高温熔融载热体至凝固点的温度差考虑；如高炉熔渣出炉温度1500℃左右凝固点区间温度1000～1300℃的其上限之间有200℃的差值就可以考虑，如高温熔融电石出炉2000℃凝固点1850～2000℃几乎没有差值所以不考虑热带雨林隧道。
本发明采用流量控制系统：包括在线检测引风机出口外输气体中二氧化碳、一氧化碳、氧气、氢气含量，二氧化碳含量数值变换成电信号控制引风机、增压风机电机转数或电控阀门，即控制进入造粒空间的二氧化碳气体流量，并同时控制循环二氧化碳气体与新进入的二氧化碳气体混合一同进入循环增压风机及循环系统的流量、控制各碳粉及载气的喷入流量，氧气含量数值变换成电信号控制引风机、循环增压风机及系统安全的安全停车及安全开车。
本发明的工艺设备主要以密闭碳钢外壳内衬减胀层、隔热层、耐热耐腐层，工艺设备件数外形尺寸与具体项目设计相对应，因工艺涉及有毒、有害、易燃、易爆一氧化碳气体，系统应杜绝泄露一氧化碳及外界空气(氧气)进入一氧化碳过流系统，做到生产区域无人值守，增加必要的安全监控、检测设施信号远传，巡检人员做好自身安全防护及佩戴检测仪器方可进入生产区域。工艺设备投资运行费用及占地有限，工艺设备运行不改变及不影响现有生产工艺设备的操作环境及运行指标。
本发明中离开缓冲空间的大量二氧化碳气体，进入气体旋风分离器I、换热锅炉I、低温换热锅炉I，降温后二氧化碳气体与新进入系统的二氧化碳气体混合一同进入循环增压风机，增压的二氧化碳气体再次进入、再次形成二氧化碳气体吸热、放热的循环过程。
高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气系统热量回收:由三套换热锅炉回收以高温蒸汽热能及一氧化碳化学潜能的形式外供，三套换热锅炉由供水系统供水，分别对应所产蒸汽标准压力及流量输往界外，二氧化碳由外界供气系统供给。
高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气系统，高温熔融载热体热量回收:以熔融电石成为粒状产品，为乙炔气生产降低破碎用工及清洁生产提供良好的条件。以高炉熔渣成为微晶玻璃即玻璃体具备17％的潜能，用于水泥熟料的生产原料，使钢铁、水泥两个行业节能减排、清洁生产有机的结合。
涉及二氧化碳用于载热体高温冷却换热远好于空气的性能、高温二氧化碳及碳粉强吸热物质瞬间还原成一氧化碳物质、其还原温度正与高炉熔渣相变温度重合、使高炉熔渣相变潜热的瞬间放出，促使高炉熔渣迅速凝固成固相(玻璃相)(凝固温度1250℃～1000℃)强放热，对高炉熔渣相变降温达到玻璃相提供了良好的条件：CO2+C＝2CO+173.5KJ/mol,反应条件在900℃以上开始微量反应(氧化钙催化作用)，在1000℃～1250℃之间剧烈反应强吸热，温度越高转化率越高，即高炉熔渣和二氧化碳及碳粉具备高温、等温强放热、强吸热还原成一氧化碳高载能合成气，这个热交换满足高炉熔渣玻璃体的形成条件，选用二氧化碳作为还原气体温度与高炉熔渣凝固点温度基本重合，一吸一放完成能量转化生成高载能一氧化碳合成气，选用二氧化碳作为载热体吸热、放热循环使用，其二氧化碳的高温等体积比热容是空气的近两倍，部分气体不同温度的体积比热容：见下表
部分气体不同温度体积比热容表 KJ/(m3·K)
序号 名称 100℃ 500℃ 800℃ 900℃ 1000℃ 1200℃ 1300℃ 1400℃ 1500℃ 备注
1 空气 1.306 1.344 1.382 1.394 1.407 1.428 1.436 1.446 1.457
2 氢气 1.298 1.302 1.311 1.315 1.309 1.331 1.340 1.344 1.352
3 一氧化碳 1.302 1.344 1.386 1.398 1.411 1.432 1.44 1.449 1.457
4 二氧化碳 1.700 2.001 2.144 2.181 2.219 2.274 2.374 2.315 2.336
本发明的效果说明如下：
本发明涉及一种高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法，利用二氧化碳及碳粉吸收高温载热体散发出的显热和潜热升温至还原温度瞬间还原成一氧化碳高载能合成气，利用二氧化碳高温体积比热容对粒化后的高温载热体进行循环换热。二氧化碳及碳粉还原温度应对高炉熔渣相变温度一吸一放等温等量进行：气相二氧化碳吸热被还原成一氧化碳、高炉熔渣放出潜热由液相变成固相玻璃体，为二氧化碳以化固碳、减排发明了新的路径，降低高温载热体产品自然冷却造成的热污染及能源浪费，降低副产高温熔渣水淬造成的水源污染和浪费及影响环境的问题。
发明方法工艺充分考虑涉及高温熔融载热体的性能及中间换热气体二氧化碳吸热、载热、传热涉及在气体中等体积高温比热容最高的性能、高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉吸热达到还原温度瞬间强吸热还原成一氧化碳高载能气体、即二氧化碳高温下等温强吸收高温载体相变的潜热，如高炉熔渣相变温度与还原温度基本重合、高炉熔渣高温的快速降温变化促使其玻璃化(水泥原料)，工艺设备运行不改变及不影响现有生产工艺设备的操作环境或运行指标，如高炉熔渣现采用水淬，水淬的高炉渣(玻璃体)用于水泥熟料生产，我们不但达到高炉熔渣高温段完成玻璃体还有机的回收高温段优质的高温能源，使物质的转化生成高载能一氧化碳气体，方法装置系统选用材料简单为成熟使用多年材料即不涉及特殊材料，方法装置配置简单、控制方法简单、运行操作简单、投资低廉、运行费用低廉。
附图说明
图1是工艺设备剖视图示意图；
图2是工艺设备俯视刨开图示意图；
图3是工艺设备剖视图A-A向俯视图示意图；
图4是工艺设备剖视图B-B向俯视图示意图；
图5是工艺设备旋转杯及传动装置剖视图示意图；
图6是旋转杯开孔俯视图示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步的详细说明：如图1～6所示：系统包括1.渣沟；2.储罐；3.雨淋分布槽；4.热带雨淋隧道；5.热带雨淋隧道碳粉喷吹管道口；6.下流槽及通气管道；7.下流槽及通气管道碳粉喷吹管道口；8.旋转造粒空间；9.造粒旋转杯；10.旋转造粒空间碳粉喷吹管道口；11.出缓冲空间气体循环管道；12.缓冲空间；13.余热锅炉汽包；14.缓冲空间碳粉喷吹管道口；15.余热锅炉列管空间；16.余热锅炉供水包；17.固相下料阀门；18.循环增压风机出口管道；19.旋风分离器Ⅱ；20.换热锅炉Ⅱ；21.低温换热锅炉Ⅱ；22.引风机；23.流量控制系统；24旋风分离器I；25.换热锅炉I；26.低温换热锅炉I；27.二氧化碳气体进入系统管道；28.循环增压风机；29.固相包装；30多层面、多角度、离心孔；31造粒空间底部减胀层、隔热层、耐腐层；32旋转杯维修孔；33维修孔密封法兰盲板；34旋转轴密封件；35旋转轴；36变速箱；37电机；38高温循环二氧化碳出气管；39维修孔减胀层、隔热层、耐腐层；40承载密封外钢壳；41冷却气体管道；42缓冲空间水汽夹套。
本发明涉及工艺设备主要以密闭碳钢外壳内衬减胀层、隔热层、耐热耐腐层，工艺设备件数外形尺寸与具体项目设计相对应，因工艺涉及有毒、有害、易燃、易爆一氧化碳气体，系统应杜绝泄露一氧化碳及外界空气(氧气)进入一氧化碳过流系统，做到生产区域无人值守，增加必要的安全监控、检测设施信号远传，巡检人员做好自身安全防护及佩戴检测仪器方可进入生产区域。工艺设备投资运行费用及占地有限，工艺设备运行不改变及不影响现有生产工艺设备的操作环境及运行指标。
利用高温熔融载热体(以高炉熔渣为例)热量供给二氧化碳气体和碳粉加热至还原反应温度900℃以上至1250℃以上的高温气相，瞬间强吸热还原成一氧化碳合成气；在缓冲空间下方余热锅炉列管缝隙间吹入氮气(或其它惰性气体)间接吸热并疏通列管间隙的粒状固相载热体，即形成氮气封与缓冲空间隔开，同时又在这个缓冲空间补入大量的及循环二氧化碳及等量的碳粉，在这个缓冲空间由于造粒空间下来的粒状载热体(进1050℃左右、出≦800℃左右)，大量的二氧化碳气体吸收热量离开缓冲空间。微量的二氧化碳与碳粉还原成一氧化碳(缓冲空间上口、转化率低)，一部分二氧化碳气体(受控气体)通过缓冲空间上口进入旋转造粒空间，旋转造粒空间同样具备碳粉的喷入，碳粉、二氧化碳具备同样温度上升穿入旋转造粒形成的立体载热小颗粒云状球团体(≦1300℃至1000℃)，二氧化碳、碳粉瞬间还原成一氧化碳(转化率80～90％)失去高温的小颗粒相变潜热热量瞬间形成玻璃体(微晶玻璃)固相，气体沿着旋转造粒空间上升至下流槽及通气管道上部空间，再进入热带雨淋隧道(≦1500℃至1300℃)，热带雨淋隧道同样具备碳粉的喷入，上升进入的气体中微量的二氧化碳与碳粉瞬间还原成一氧化碳，这时的气体中二氧化碳含量已经接近小于1％以下的微量，系统气体离开热带雨淋隧道至气体旋风分离器Ⅱ、换热锅炉Ⅱ及低温换热锅炉Ⅱ再进入引风机及流量控制系统，流量控制系统控制缓冲空间上口进入到造粒空间及后续还原系统的气体流量，并同时控制循环二氧化碳气体与新进入的二氧化碳气体一同进入增压风机循环系统的流量、控制各碳粉及载气的喷入流量，流量控制系统包括气体出口在线检测二氧化碳气体含量及氧气含量(安全系数)，这两个含量转变成电信号分别控制引风机、增压风机电机转数或电控阀门及开停机即控制系统气体流量。
离开缓冲空间的大量二氧化碳气体，进入气体旋风分离器I、换热锅炉I、低温换热锅炉I，降温后二氧化碳气体与新进入系统的二氧化碳气体混合一同进入循环增压风机，增压的二氧化碳气体再次进入、再次形成二氧化碳气体吸热、放热的循环过程。
实施例1.
选用2500立方米的高炉平均每天产铁4500吨计，平均副产高炉熔渣1560吨/天(65吨/h、比重＝2.6吨/m3、间断放料1小时计)高炉熔渣出炉温度1500℃左右、平均凝固点温度1250℃～1000℃度之间，高炉熔渣经(1)渣沟进入(2)储罐；储罐容积达到75m3保持10m3低储存空间，保障后续工艺设备连续运行。由储罐经(3)雨淋分布槽使高炉熔渣进入(4)热带雨淋隧道，形成液滴状或液柱状下落并散热辐射给周围空间，周围空间是由流动的一氧化碳中微量的二氧化碳和微量的碳粉组成的气体，同时吸热纯化还原二氧化碳为一氧化碳气体，纯化后的高纯一氧化碳气体离开(4)热带雨淋隧道，进入(19)旋风分离器Ⅱ、分离净化脱除微小颗粒物粉尘，再进入(20)换热锅炉Ⅱ及(21)低温换热锅炉Ⅱ，系统由(22)引风机提供动力并与(23)流量控制系统控制从(12)缓冲空间进入(8)旋转造粒空间的二氧化碳气体的流量，高纯一氧化碳气体被送出系统。(4)热带雨淋隧道底部接收的高温熔渣液体经(6)下溜槽及通气管道，进入(8)造粒空间的(9)造粒旋转杯，造粒形成小颗粒云状球团体，上升的二氧化碳及碳粉穿入小颗粒云状球团体瞬间还原成一氧化碳气体：小颗粒云状球团体的小颗粒由液相变成固相经旋转及上升再下落的同时大量的相变潜热放出、这时的二氧化碳温度同时达到还原温度急迫需要大量的热能，使高温熔渣放出潜热及降温显热即刻形成玻璃体。还原后的一氧化碳气体继续上升经(7)下溜槽及通气管道进入(4)热带雨淋隧道再次进行纯化气体。形成固体小颗粒的玻璃体渣球下落至(12)缓冲空间，经(15)预热锅炉列管空间至(17)固相下料阀在不断的换热，玻璃体渣球被冷却至100℃左右为成品送水泥生产。二氧化碳气体由(27)二氧化碳气体进入系统管道，进入(28)循环增压风机，带压的二氧化碳气体从(12)缓冲空间下部切向进入，大量的二氧化碳气体并急速吸热，形成的高温二氧化碳气体由(12)缓冲空间上口下方的出气管道离开，进入(24)旋风分离器I，再进入(25)换热锅炉I及(26)低温换热锅炉I，失去热量的二氧化碳气体与进入系统的二氧化碳气体一同混合进入循环增压风机，这个二氧化碳循环过程达到二氧化碳气体吸热、放热变换的循环来完成高炉熔渣热量回收的目的，惰性气体进入(15)预热锅炉列管空间形成气封(避免800℃以下形成碳酸盐)。
(23)流量控制系统：控制从(12)缓冲空间进入到还原系统的二氧化碳气体流量及控制(27)二氧化碳气体进入系统管道的二氧化碳流量和还原系统喷入碳粉的流量控制。
鉴于高炉熔渣与二氧化碳还原温度对应高炉熔渣相变温度基本一致的：还原反应的化学物理性质，要求二氧化碳纯度含量越高越好，高炉熔渣和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法，使高炉熔渣的热量以蒸汽和一氧化碳的化学能回收，一氧化碳回收的量为200Nm3/吨熔渣(250Kg/吨熔渣)；消耗二氧化碳量为100Nm3/吨熔渣(200Kg/吨熔渣)，消耗碳粉52Kg/吨熔渣(包括高炉熔渣出炉所含碳材)，如单台2500立方米的高炉平均每天产铁4500吨计，平均副产高炉熔渣1560吨/天(65吨/h、比重＝2.6吨/m3)计，回收一氧化碳31.2万标方/天(1.3万Nm3/h)，运行成本0.25～0.30元/Nm3左右。
实施例2.
选用装机4.8万KVA密闭电石炉所产高温熔融电石，高温熔融电石出炉温度2000℃左右，由于出炉高温熔融电石介于凝固点温度无法长时间储存，高温熔融电石直接由渣沟进入(6)下溜槽及通气管道，再进入(9)造粒旋转杯，造粒形成小颗粒云状球团体，上升的二氧化碳及碳粉穿入小颗粒云状球团体瞬间还原成一氧化碳气体，造粒空间形成的小颗粒云状球团体温度近2000℃高温的二氧化碳在这个温度遇到碳粉瞬间还原成一氧化碳气体，转化率超过95％以上甚至接近100％，一氧化碳气体继续上升进入(6)下溜槽及通气管道纯化气体，生成高纯度的一氧化碳气体，一氧化碳气体离开(6)下溜槽及通气管道进入(19)旋风分离器Ⅱ、分离净化脱除微小粉尘颗粒物，再进入(20)换热锅炉Ⅱ及(21)低温换热锅炉Ⅱ，系统由(22)引风机提供动力并与(23)流量控制系统控制从(12)缓冲空间进入(8)旋转造粒空间的二氧化碳气体的流量，高纯一氧化碳气体被送出系统。通过(27)二氧化碳气体进入系统管道，进入(28)循环增压风机、进入(15)预热锅炉列管空间，不断吸热上升至(12)缓冲空间，同时(12)缓冲空间又补充进大量的二氧化碳气体并急速吸热，形成的高温二氧化碳气体由(12)缓冲空间上口下方的出气管道离开，进入(24)旋风分离器I，再进入(25)换热锅炉I及(26)低温换热锅炉I，失去热量的二氧化碳气体与新进入的二氧化碳气体混合一同进入循环增压风机，二氧化碳气体循环过程达到二氧化碳气体吸热、放热变换的循环来完成高温熔融电石小颗粒热量回收。
鉴于熔融电石高温段与氮气反应的化学性质，要求二氧化碳纯度提升、氮气含量越低越好，高温熔融电石和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法，使高温熔融电石的热量以蒸汽和一氧化碳的化学能回收，一氧化碳回收的量为450Nm3/吨熔融电石(560Kg/吨熔融电石)，消耗二氧化碳量为220Nm3/吨熔融电石(440Kg/吨熔融电石)，消耗碳粉120Kg/吨熔融电石(包括高温熔融电石出炉所带的碳粉)，如单台装机4.8万KVA密闭电石炉年产高温熔融电石8万吨计，年回收一氧化碳3600万标方(4500Nm3/h)，运行成本0.2～0.25元/Nm3左右。
实施例3.
选用装机20000KVA黄磷炉年产10000吨黄磷、副产高温熔渣10万吨计(比重2.6吨/m3、4.8m3/h、间隔1小时放料一次)、高温熔渣温度超过1400℃，由于出炉高温熔渣介于凝固点相差150℃左右可以储存，高温熔渣由(2)储罐；储罐容积达到20m3保持5m3低储存空间，保障后续工艺设备连续运行。直接由渣沟进入(2)储罐，再进入(6)下溜槽及通气管道，再进入(9)造粒旋转杯，造粒形成小颗粒云状球团体，上升的二氧化碳及碳粉穿入小颗粒云状球团体瞬间还原成一氧化碳气体，使高温熔渣放出潜热及降温显热即刻形成玻璃体，一氧化碳气体继续上升进入(6)下溜槽及通气管道进入(4)热带雨淋隧道进行纯化气体。纯化气体，生成高纯度的一氧化碳合成气，一氧化碳气体离开(4)热带雨淋隧道。进入(19)旋风分离器Ⅱ、分离净化脱除颗粒物粉尘，再进入(20)换热锅炉Ⅱ及(21)低温换热锅炉Ⅱ，系统由(22)引风机提供动力并与(23)流量控制系统控制从(12)缓冲空间进入(8)旋转造粒空间的二氧化碳气体的流量、控制新进入循环系统的二氧化碳及各碳粉载气喷入的流量，高纯一氧化碳气体被送出系统。通过(27)二氧化碳气体进入系统管道，进入(28)循环增压风机、进入(12)缓冲空间，大量的二氧化碳气体并急速吸热，形成的高温二氧化碳气体由(12)缓冲空间上口下方的出气管道离开，进入(24)旋风分离器I，再进入(25)换热锅炉I及(26)低温换热锅炉I，失去热量的二氧化碳气体进入循环增压风机，二氧化碳循环过程达到二氧化碳气体吸热、放热变换的循环来完成高温熔渣热量回收为蒸汽的热能转换。(15)余热锅炉列管空间，如进入惰性气体形成气封对锅炉列管吸热产生的蒸汽更多更有利。
鉴于高温熔渣与二氧化碳还原温度对应高温熔渣相变温度基本一致(还原反应的化学物理性质及高温熔渣相变物理性质)，要求二氧化碳纯度含量越高越好，高温熔渣和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法，使高温熔渣的热量以蒸汽和一氧化碳的化学能回收，一氧化碳回收的量为200Nm3/吨熔渣(250Kg/吨熔渣)，消耗二氧化碳量为100Nm3/吨熔渣(200Kg/吨熔渣)，消耗碳粉52Kg/吨熔渣，装机20000KVA黄磷炉年产10000吨黄磷、副产高温熔渣10万吨计、高温熔渣温度超过1400℃计，回收一氧化碳2000万标方/年(2500Nm3/h)，运行成本0.25～0.30元/Nm3左右。
本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (5)

1.一种高温熔融载热体和二氧化碳及碳粉还原一氧化碳合成气的方法，其特征是包括如下步骤：
1)包括高温熔融载热体储存区、热辐射区、造粒相变区或还原区、颗粒高温冷却区、颗粒低温冷却区组成的系统；
2)包括二氧化碳气体给颗粒高温冷却区循环换热系统；
3)包括二氧化碳吸收高温熔融载热体相变潜热被还原成一氧化碳气体及通过高温熔融载热体热辐射区纯化系统即还原系统；
4)包括流量控制系统；
5)包括二次换热产生的热量回收系统；
所述步骤1)高温熔融载热体经炉口放出进入储罐即储存区，在储罐下部形成的扇形热带雨林隧道上部、储罐下部开数十个小口接入带牙口的U型管，高温熔融载热体沿着牙口下泄形成串珠或柱状流体，对周围空间形成热辐射，热带雨林隧道底部收集的高温熔融载热体经下流槽及通气管道下流，高温熔融载热体进入造粒空间旋转杯、在旋转杯的旋转使高温熔融载热体通过旋转杯上部开有多孔、多角度、多层面的孔道被离心甩出，形成微小液滴放出潜热后形成固相小颗粒及形成固相小颗粒云状球团体，这个小颗粒云状球团体所占用的空间形成造粒空间，小颗粒下落至缓冲空间由循环二氧化碳气体冷却高温小颗粒，经冷却的小颗粒离开缓冲空间再进入颗粒低温冷却区，由锅炉列管中的水吸收外围小颗粒的热量升温并汽化产生蒸汽，冷却后的小颗粒经放料阀离开系统；
所述的步骤2)二氧化碳气体在颗粒高温冷却区形成的缓冲空间下部切向进入旋转吸收小颗粒的显热，吸收热量后的大部分二氧化碳气体由缓冲空间上口下部内侧通过管道离开，高温二氧化碳气体进入旋风分离器，高温二氧化碳气体再进入换热锅炉及低温换热锅炉，冷却后的二氧化碳气体与新进入系统的二氧化碳气体混合一同进入循环增压风机，出增压风机带压的二氧化碳气体再通过管道分别进入各缓冲空间，达到循环换热冷却固相小颗粒；
所述的步骤3)由缓冲空间上口进入到造粒空间的部分二氧化碳气体及喷入的碳粉混合一同上穿进入小颗粒云状球团体，二氧化碳气体及碳粉不断的吸收热量升温至还原温度瞬间被还原成一氧化碳，吸收了高温熔融载热体的相变潜热及显热，还原的一氧化碳气体离开小颗粒云状球团体、离开造粒空间主还原区向上进入下流槽及通气管道、热带雨林隧道纯化微量的二氧化碳气体被还原为一氧化碳合成气，被纯化的气体即高纯的一氧化碳合成气离开热带雨林隧道即离开还原系统，进入旋风分离器，再进入换热锅炉及低温换热锅炉，换热冷却后的高纯一氧化碳合成气经引风机引出及增压进入一氧化碳气体流量控制系统及输出管道外输。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，步骤4)流量控制系统：包括在线检测引风机出口外输气体中二氧化碳、一氧化碳、氧气、氢气含量，二氧化碳含量数值变换成电信号控制引风机、增压风机电机转数或电控阀门，即控制进入造粒空间的二氧化碳气体流量，并同时控制循环二氧化碳气体与新进入的二氧化碳气体混合一同进入循环增压风机及循环系统的流量、控制各碳粉及载气的喷入流量，氧气含量数值变换成电信号控制引风机、循环增压风机、电控阀门及系统安全的安全停车及安全开车。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是，步骤5)颗粒低温冷却区形成的余热锅炉列管空间中的颗粒与列管壁接触传热使列管中的水吸热升温并汽化产生蒸汽、颗粒高温冷却区形成的高温循环二氧化碳气体进入换热锅炉及低温换热锅炉间接把热量传递给锅炉列管中的水同样产生蒸汽、离开还原系统的高纯一氧化碳合成气进入换热锅炉及低温换热锅炉间接把热量传递给锅炉列管中的水同样产生蒸汽，即二次换热产生的热量回收系统。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是，高温熔融载热体是高炉熔渣、转炉熔渣、电炉熔渣、连铸连轧钢铁水、矿热炉产品及副产品：电石炉产品高温熔融电石、黄磷炉副产熔渣、熔融硅铁，熔融锰铁，熔融铬铁、熔融钨铁、熔融硅锰合金的熔融铁合金；二氧化碳气体包括钢铁冶金、烧石灰窑、燃煤及化工、医药、发酵排放的二氧化碳混合气体，或经富集形成含量高的二氧化碳气体；喷入碳粉是以冶金焦或焦末、燃煤、低阶煤、有机固废、塑料、轮胎、含碳材料，经研磨成的碳末即碳粉，用二氧化碳或一氧化碳气体做载体气喷吹碳粉，分别喷入缓冲空间、还原反应系统即造粒空间、下流槽及通气管道空间及热带雨林隧道空间；涉及蒸汽用水为软化锅炉用水级别。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是，高温熔融载热体储存区、热辐射区、造粒相变区、颗粒高温冷却区涉及的工艺设备主要以密闭碳钢外壳内衬减胀层、隔热层、耐热耐腐层，工艺设备件数外形尺寸大小应与具体项目设计相对应。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114311338B (zh) * 2022-01-10 2022-10-14 湖南大学 一种干磨新工艺的重混凝土切割装置及方法
CN116196741B (zh) * 2023-04-27 2023-07-25 中国科学院西北生态环境资源研究院 球磨法形成二氧化碳水合物的装置和方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4174974A (en) * 1978-04-14 1979-11-20 Standard Oil Company (Indiana) Process for converting coal ash slag into portland cement
CN102337369A (zh) * 2011-10-27 2012-02-01 北京首钢国际工程技术有限公司 高风温旋流喷射扰动熔融还原和预还原联合装置及方法
CN102352268A (zh) * 2011-09-08 2012-02-15 西北化工研究院 一种以煤粉为原料生产合成气的方法
US9233485B1 (en) * 2012-09-16 2016-01-12 Michael Gurin Low energy slag and cement production
CN105859164A (zh) * 2016-05-26 2016-08-17 南京凯盛开能环保能源有限公司 黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热综合回收利用系统及方法
CN106086276A (zh) * 2016-09-09 2016-11-09 东北大学 一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系统及方法
CN106521054A (zh) * 2016-11-08 2017-03-22 重庆大学 高炉渣余热回收利用及烟气co2吸脱附耦合系统及方法
CN206454491U (zh) * 2017-02-14 2017-09-01 河钢股份有限公司 一种利用高炉渣固定二氧化碳并回收显热的装置
CN110982967A (zh) * 2019-12-25 2020-04-10 江西理工大学 利用水和二氧化碳实现钢渣淬化及余热回收的方法与装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6354960B2 (ja) * 2015-08-21 2018-07-11 Ｊｆｅスチール株式会社 混合ガスの製造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4174974A (en) * 1978-04-14 1979-11-20 Standard Oil Company (Indiana) Process for converting coal ash slag into portland cement
CN102352268A (zh) * 2011-09-08 2012-02-15 西北化工研究院 一种以煤粉为原料生产合成气的方法
CN102337369A (zh) * 2011-10-27 2012-02-01 北京首钢国际工程技术有限公司 高风温旋流喷射扰动熔融还原和预还原联合装置及方法
US9233485B1 (en) * 2012-09-16 2016-01-12 Michael Gurin Low energy slag and cement production
CN105859164A (zh) * 2016-05-26 2016-08-17 南京凯盛开能环保能源有限公司 黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热综合回收利用系统及方法
CN106086276A (zh) * 2016-09-09 2016-11-09 东北大学 一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系统及方法
CN106521054A (zh) * 2016-11-08 2017-03-22 重庆大学 高炉渣余热回收利用及烟气co2吸脱附耦合系统及方法
CN206454491U (zh) * 2017-02-14 2017-09-01 河钢股份有限公司 一种利用高炉渣固定二氧化碳并回收显热的装置
CN110982967A (zh) * 2019-12-25 2020-04-10 江西理工大学 利用水和二氧化碳实现钢渣淬化及余热回收的方法与装置

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