EP3146265A1 - Verfahren zum verbrennen einer legierung eines elektropositiven metalls - Google Patents

Verfahren zum verbrennen einer legierung eines elektropositiven metalls

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Publication number
EP3146265A1
EP3146265A1 EP15722971.7A EP15722971A EP3146265A1 EP 3146265 A1 EP3146265 A1 EP 3146265A1 EP 15722971 A EP15722971 A EP 15722971A EP 3146265 A1 EP3146265 A1 EP 3146265A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
alloy
combustion
electropositive metal
fuel gas
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15722971.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Eckert
Renate Elena Kellermann
Günter Schmid
Dan Taroata
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3146265A1 publication Critical patent/EP3146265A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B90/00—Combustion methods not related to a particular type of apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F23C99/006—Flameless combustion stabilised within a bed of porous heat-resistant material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using solid fuels; Combustion processes therefor
    • F23B2900/00003—Combustion devices specially adapted for burning metal fuels, e.g. Al or Mg
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a method for burning an alloy of an electropositive metal, wherein the electropositive metal is selected from alkali, alkaline earth ⁇ metals, aluminum and zinc, and mixtures thereof, with a fuel gas, wherein the alloy of the electropositive metal at least two electropositive metals in which the alloy of the electropositive metal is burned with the fuel gas, and an apparatus for carrying out the method.
  • Fossil fuels deliver tens of thousands of terawatt hours of electrical, thermal and mechanical energy every year.
  • carbon dioxide C0 2
  • the solid final end product of the imple ⁇ wetting of lithium is in each case, where appropriate after hydrolysis, as with nitride, the oxide or carbonate, which can then be reduced again with ⁇ means of electrolysis to lithium metal.
  • There- with a circulation is established, produced in the überschüs ⁇ siger by wind power, photo- voltaic or other renewable energy sources electricity, stored and the required time can be converted back into electricity or chemical raw materials can be obtained.
  • lithium serves both as an energy carrier and as an energy store, whereby other electropositive metals such as sodium, potassium or magnesium, calcium, barium or aluminum and zinc can also be used as a case example. Since the combustion of lithium, depending on the temperature and fuel gas, solid or liquid residues may arise, it must take special consideration. In addition, depending on the design and operation of a furnace for the combustion of lithium metal (e.g., liquid) in a variety of atmospheres and under pressure, exhaust gases and solids / liquids may be used
  • Combustion products arise. These solid or liquid substances must be separated as completely as possible from the exhaust gases. Substantially complete separation of the liquid and fes ⁇ th combustion residues from the exhaust gas stream is more ⁇ tig to produce no surface occupancy or blockages in the subsequent devices. In particular, it is very demanding to direct the exhaust gas flow directly to a gas turbine, since then it must be ensured that all particles have been completely removed from the exhaust gas flow. Such particles damaging in the long term the wings of the gas turbine ⁇ and lead to failure of the system.
  • DE 10 2014 203039.0 describe the use of alkali metals as energy storage and their use in a power plant operation and DE 10 2014 203039.0 a structure - cyclone burner - for combustion of lithium in CO 2 - or N 2 - containing atmospheres and simultaneous separation of the solid and gaseous reaction products via the cyclone.
  • the separation of the gases produced during the reaction for example CO in the combustion in CO 2
  • the salt mixture for example carbonates during combustion in CO 2
  • the alloys can usually be easily provided as the pure electropositive metals, as well as the electrolysis of salt mixtures of different electropositive metals can be operated easier and less energy-intensive than the electrolysis of salts only one electropolished ⁇ sitiven metal.
  • the present invention thus relates to a method and a structure for combustion, optionally under pressure, of alloys comprising alkali metals and / or alkaline earth metals, aluminum and / or zinc, in different reaction gas atmospheres such as carbon dioxide, nitrogen, water vapor, oxygen, air, etc ,
  • the present invention relates to a method of combusting an electropositive metal alloy, wherein the electropositive metal is selected from alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, and mixtures thereof with a fuel gas, wherein the electropositive metal alloy is at least two electropositive metals Metals in which the alloy of the electropositive metal is burned with the fuel gas.
  • the present OF INVENTION ⁇ dung relates to a device for the combustion of an alloy of an electropositive metal, wherein the electropositive metal is selected from alkali metal, alkaline earth metals, aluminum and zinc, as well as comprising mixtures thereof, and the alloy of the electropositive metal at least two electro-positive metals , full a pore burner or means for atomizing the electropositive metal alloy,
  • a supply device for the alloy of the electropositive metal preferably as a liquid, to the interior of the pore burner or means for atomizing the alloy, which is adapted to the pore burner or the means for atomizing the alloy, the alloy of the electropositive metal, preferably as a liquid to feed
  • a fuel gas supply device configured to supply fuel gas
  • a heating device for providing the alloy of the electropositive metal as a liquid, which is ⁇ forms to liquefy the alloy of the electropositive metal.
  • FIG. 1 shows schematically an exemplary arrangement for a device according to the invention.
  • FIG. 2 schematically shows a detailed view in a further exemplary arrangement for a device according to the invention.
  • FIG. 3 schematically shows a further detail view in an additional exemplary arrangement for a device according to the invention.
  • FIG. 4 shows schematically an exemplary cross-section through an exemplary device according to the invention in the region of the feed device of the carrier gas to the reactor.
  • FIG. 5 shows schematically another possible arrangement for a device according to the invention.
  • Figure 6 illustrates schematically yet another possible Anord ⁇ voltage for an inventive device.
  • Figure 7 shows a scheme for an exemplary reaction of an electropositive metal alloy according to the invention and carbon dioxide to carbonate, which can be carried out according to the method of the invention.
  • Figure 8 shows a schematic for another exemplary reac ⁇ tion of an alloy of an electropositive metal in accordance with the invention, and nitrogen to nitride and other secondary products, which can be conducted in accordance with the inventive method.
  • the present invention relates in a first aspect to a method for burning an alloy of electropositive metal, wherein the electropositive metal is selected from alkali, alkaline earth metals, aluminum and zinc, and mixtures of such alloys, with a fuel gas, wherein the alloy of the electropositive Metal comprises at least two electropositive metals, in which the alloy of the electropositive metal is burned with the fuel gas.
  • the electropositive metal in the alloy L is, according to certain embodiments, selected from alkali metals, Preferably Li, Na, K, Rb and Cs, alkaline earth metals, preferably Mg, Ca, Sr and Ba, Al and Zn, and mixtures and / or alloys thereof.
  • the electropositive metal in the alloy is selected from Li, Na, K, Mg, Ca, Al, and Zn, and more preferably, the
  • particularly preferred alloy comprises at least two electro-positive metals, which are ⁇ selected from Li, Na, K, Ca and Mg, at least lithium or magnesium.
  • ⁇ selected from Li, Na, K, Ca and Mg, at least lithium or magnesium.
  • any of the metals mentioned can be combined.
  • the alloy is not particularly limited beyond that and can play be present at ⁇ as a solid or liquid. Before ⁇ Trains t the alloy during combustion is liquid, however, because you can find a simple transport of the alloy Instead in this way.
  • suitable gases are those gases which can react with the abovementioned alloy L in an exothermic reaction, although these are not particularly limited.
  • the fuel gas, air, oxygen, carbon dioxide, hydrogen, water vapor, Stickoxi ⁇ de NO x as nitrous oxide, nitrogen, sulfur dioxide, or mixtures include the same.
  • the method can therefore also be used for desulfurization or NOx removal.
  • various products can be obtained in this case with the various Legie ⁇ holes l, which can also occur in gaseous form as solid ⁇ substance, liquid, and.
  • alloy L such as an alloy of lithium and magnesium
  • metal nitride such as a mixture of lithium nitride and magnesium nitride arise, which can then be allowed to react further to ammonia later
  • metal nitride such as a mixture of lithium nitride and magnesium nitride arise, which can then be allowed to react further to ammonia later
  • alloy L for example lithium and sodium
  • carbon dioxide for example metal carbonate, for example a mixture of lithium carbonate and sodium carbonate
  • carbon monoxide metal oxide, for example lithium oxide and sodium oxide
  • metal carbide for example lithium carbide and sodium carbide, as well as mixtures thereof may be formed, it being possible to obtain from the carbon monoxide higher-value, for example also longer-chained, carbonaceous products such as methane, ethane, etc.
  • Li / Mg or any mixture are the alkaline earth ⁇ metals, particularly Mg / Ca, where Be working example worse.
  • the upper alloys useful in ⁇ play Na / K, Na / Li / K.
  • Alloys with barium, for example, can be easily recovered and used, as baryte is very common in nature.
  • alloys can be achieved by the lower melting temperature of the salt mixture compared to
  • Melting temperature of the individual alkali metal and alkaline earth metal carbonates a flexible flame temperature setting are made possible, while ensuring a liquid withdrawal of the salt mixture.
  • the adiabatic flame temperature of the stoichiometric combustion reaction during the combustion of lithium in carbon dioxide or nitrogen atmosphere is in the range of> 2000 K.
  • alloy L in addition to the two electro-positive metals selected from alkali metal, alkaline earth metal len ⁇ , aluminum and zinc, and mixtures thereof, nor other components are contained in the alloy L, for example, other metals.
  • Such further components according to certain embodiments are in total in an amount of less than 50% by weight, preferably less than 25% by weight, more preferably less than 10% by weight and even more preferably less than 5% by weight, based on the Alloy, included.
  • the alloy contains only metals which are selected from alkali, alkaline earth ⁇ metals, aluminum and zinc, and mixtures thereof, but unavoidable impurities may also be included, for example in an amount of less than 1 wt. %, based on the alloy.
  • the proportions of the electropositive metals and, where appropriate, ⁇ other components in the alloy according to the invention L are not particularly limited. According to certain embodiments, the alloy components are, however, adjusted so that approximately a mini ⁇ mum the melting point for the alloy - that is a eutectic mixture of metals - and / or a minimum of the melting point of the ent ⁇ speaking salts obtained, wherein temperature variations in the melting point of the alloy or the salt mixture of a maximum of + 200 ° C in relation to the minimum temperature are possible.
  • Be ⁇ preferably gives the alloy a minimum of
  • the corresponding melting points of the alloys or of the salts formed during the combustion can be suitably taken from known phase diagrams or calculated in a simple manner.
  • sodium carbonate and potassium carbonate for which a melting point minimum of 709 ° C results in a molar ratio of sodium salt to a mixture of 0.59.
  • Lithium and sodium give a value of 498 ° C for the carbonates at a molar ratio of sodium umsalz to mixture of 0.49.
  • the proportion of electropositive metals and other components in the alloy is selected to be a
  • the alloy of the electropositive metal is burned as a liquid. In this way, the alloy can be easily transported and the reaction of the alloy with the fuel gas can be more easily located.
  • the encryption is held incineration still at a temperature which is above the melting point of the alloy resulting from the reaction of the electro-positive metal ⁇ and the fuel gas salts.
  • liquid reaction products are formed which, in contrast to dusty or pulverulent reaction products, can be separated more easily from the resulting gaseous reaction products.
  • the combustion reaction can be controlled more easily since the reaction products having the highest melting point, ie the salts, are liquid and, like the other gaseous and optionally liquid reaction products or unused starting materials such as liquid alloy L or liquid metal, easily Reaction site can be removed.
  • This is insbesonde ⁇ re advantageous where the combustion takes place from a feeding device at the exit point of the alloy, such as a spraying or a combustion using a pore burner.
  • An atomization of the alloy can be carried out in a suitable manner and is not particularly limited.
  • the type of nozzle is not particularly limited and may include single-fluid as well as two-fluid nozzles.
  • the alloy L of the electropositive metal preferably as a liquid, atomized and combusted with the fuel gas ⁇ .
  • atomization of Legie ⁇ insurance particles it is possible also atomization of Legie ⁇ insurance particles.
  • a more efficient atomization can be achieved by using the alloy L as a liquid, wherein also optionally by the temperature of a self-ignition of the combustion reaction may be possible, so that no ignition source is required.
  • the alloy of the electropositive metal is passed as a liquid in a pore burner and burned with the aid of the pore burner, wherein the fuel gas is optionally passed to the outer surfaces of the pore ⁇ burner and burned with the alloy of the electropositive metal.
  • internal mixing does not occur according to certain embodiments to avoid clogging of the pores by solid reaction products.
  • the pore burner is a pore burner without internal mixing. The pores, when using the pore burner, are solely for use in accordance with certain embodiments
  • a reaction with the fuel gas at the exit of the pores near the surface of the pore burner take place, as far as can be ensured that resulting reaction products promoted by nachgediante alloy L from the pore burner become.
  • the combustion reaction takes place outside the pores of the pore burner, for example on the surface of the pore burner or even after the exit of the alloy L from the pore burner, ie only on the surface of the exiting alloy L.
  • a reactor / combustion chamber is additionally required in which the combustion of the alloy L can take place with the fuel gas, for example during atomization or combustion with the assistance of a pore burner.
  • the reactor / combustion ⁇ space is not particularly limited as long as the combustion can take place.
  • the combustion can be localized at the pore burner, wherein the combustion products also occur at or near the pore burner. While, for example, during an atomization, the reaction products accumulate throughout the reactor and solid and liquid reaction products must be laboriously separated again from gaseous reaction products, in the combustion with the pore burner in particular solid and liquid reaction products located in the vicinity of the pore burner, thereby separating them from gaseous Combustion products is facilitated. In this way, all of the combustion apparatus can be made compact and the combustion can be gentler on the device by locating the combustion process ge ⁇ staltet.
  • the pore burner is not particularly limited in shape and, according to certain embodiments, comprises a porous tube as a burner.
  • the pore burner comprises a porous tube to which the alloy L can be supplied at at least one opening.
  • the alloy L is supplied only through an opening of the tube and the other end of the tube is closed or is also made of the material of the porous tube.
  • the porous tube can in this case, for example, a porous Me ⁇ tallrohr, for example, iron, chromium, nickel, niobium, tandem tal, molybdenum, tungsten, zircaloy and alloys of these metals, and steels such as stainless steel and chrome-nickel steel, his.
  • the pore burner is made of a material selected from the group consisting of iron, Chromium, nickel, niobium, tantalum, molybdenum, tungsten, zirconium and alloys of these metals, as well as steels such as stainless steel and chromium-nickel steel.
  • Austenitic chromium-nickel steels for example, which are very resistant to erosion by sodium at high temperature, but also materials with 32% nickel and 20% chromium, such as AC 66, Incoloy 800 or Pyrotherm G 20132 Nb , still show a relatively favorable corrosion behavior.
  • the other components of the pore burner are not limited and may include the feeding device for the metal M and possibly a Zündquel ⁇ le, etc.
  • the pore burner is supplied with the alloy L as a liquid in the interior of the pore burner. This leads to a better distribution of the alloy coins ⁇ L tion in the pore burner and a uniform outlet of the alloy from the pores of the porous tube, so that there can be a uniform reaction between the alloy L and fuel gas.
  • the combustion of alloy L and fuel gas can, for example, via the pore size of the pores of the
  • the alloy L for example comprising lithium and Natri ⁇ um, according to certain Embodiments therefore used liquid, ie, for example, above the melting point of the alloy.
  • the liquid alloy L may be pressed into the porous tube in this case, for example, also to ⁇ aid of a further pressurized gas, which is not limited as long as it does not react with the alloy coins ⁇ tion L, for example an inert gas.
  • the liquid alloy L then passes through the pores of the tube to the surface and burns with the gas to the respective reaction product or the respective reaction products.
  • the fuel gas is directed to the outer surfaces of the pore burner and burned with the alloy L. In this way, a clogging of the pores of the porous tube can be reduced or avoided, so that a cleaning of the pore burner is prevented or even a Abnut ⁇ tion can be reduced.
  • the combustion of the alloy L on the surface of the porous tube reduces the tendency for small particles to pass into the gas space / reaction space, so that at best larger droplets of reaction products are formed, but which can easily be separated from gaseous reaction products, for example a cyclone can be brought to the reactor wall for deposition.
  • the main part of the combustion products for example, FLÜS ⁇ sig are deposited.
  • the reactor wall can be cooled, for example with heat exchangers, which can also be connected to turbines and generators.
  • the combustion takes place at a temperature which is above the melting point of the salts formed in the reaction of alloy L and fuel gas.
  • the salts formed during the combustion of alloy L and fuel gas can in this case have a melting point which is above the melting point of alloy L, so that a supply of liquid alloy L at elevated temperature may be required.
  • incineration at a temperature above the melting point of the resulting salts contamination or occupancy of the pore burner or a nozzle by the resulting salts can furthermore be avoided so that the pore burner or the nozzle is better protected against contaminants, for example also the pores can be. This allows better operation and reduced cleaning of the device as well as longer use times without cleaning. Also, liquid reaction products on the burner can easily drain off.
  • nozzles which can withstand temperatures such as, for example, iron, chromium, nickel, niobium, tantalum, molybdenum, tungsten, ziralloy and alloys of these metals, as well as steels such as stainless steel and chromium-nickel steel.
  • the combustion temperature is therefore preferably higher than the melting point of the particular reaction product or reaction products jewei ⁇ time, so that the pores of the porous burner or the nozzle is not clogged and a removal of the reaction products is possible. Furthermore, depending on the reaction product, a certain mixing between the liquid alloy L and the reaction product take place, so that the combustion can take place not only locally at the pore opening or the nozzle outlet, but distributed over the entire surface of the tube or the nozzle. This can ⁇ example, via the feed rate of the alloy L are gesteu ⁇ ert.
  • the alloy L as an alloy of at least two electro-positive metals
  • a melting point Ernied ⁇ rist of the alloy as compared to the respective metals as the resulting metal salts can be achieved, so that the process at lower temperatures and may be gently carried out for the device thus and Use of highly refractory materials in the device can be reduced or avoided.
  • the resulting in the reaction gaseous products (for example CO in the combustion in CO 2 ) can be separated from the solid or liquid combustion products and further utilized.
  • the salts that can be taken off in liquid in the exothermic reaction entste ⁇ hen and the exhaust gas (composed of gaseous reaction products and any excess introduced reaction gas) out free of solid Par ⁇ tikeln an expander turbine under pressure can be.
  • alkali and / or alkaline earth metal alloys or alloys of Al and / or Zinc can be used to ensure a lower combustion temperature when adjusting the air ratio (stoichiometry of the reaction).
  • combustion may be with some excess of fuel gas, for example, in a molar ratio of fuel gas
  • Metal M of 1.01: 1 and more, preferably 1.05: 1 and more, more preferably 5: 1 and more, even more preferably 10: 1 and more, for example 100: 1 and more, to the exhaust temperature ⁇ temperature to stabilize in a certain temperature range.
  • the fuel gas can in this case also for heat dissipation to the
  • Expanding part of a turbine, etc. serve.
  • the method can also be a separation of exhaust gas from solid and / or liquid reaction products in the combustion of the alloy L carried out with a fuel gas, wherein according to certain embodiments in a reaction step, the fuel gas is burned with the alloy L and exhaust and other solid and / or arise liquid reaction products, and in a separation step, the exhaust gas is separated from the solid and / or liquid reaction products.
  • a carrier gas can also zugege ⁇ ben be and the carrier gas is a mixture with the exhaust meet ⁇ leads separation step.
  • the carrier gas can here speak ent ⁇ also the exhaust gas, so therefore arises for example in the combustion exhaust gas corresponding to the supplied carrier gas, or even match the fuel gas.
  • the reaction products can be separated after combustion.
  • the carrier gas according to the invention is not particularly limited, and may correspond to the fuel gas, but also be different from this.
  • the carrier gas for example, air, carbon monoxide, carbon dioxide, oxygen, methane, hydrogen, water vapor, nitrogen, nitrous oxide, mixtures of two or more of these gases, etc. are used.
  • various gases, such as methane are used to Wär ⁇ metransport and the reaction heat of the reaction of metal M able to remove the fuel gas from the reactor.
  • the various carrier gases can be suitably adapted to the reaction of the fuel gas with the alloy L, for example, in order to achieve synergy effects if necessary. Which is op tional ⁇ used in supplying the alloy L, the gas may also correspond to the carrier gas.
  • the carbon monoxide may be used as the carrier gas used, for example carbon monoxide and optionally circulated, after the discharging again, at least partially, be recycled as a carrier gas to ⁇
  • the carrier gas is adapted to the exhaust gas, so that possibly a portion of the carrier gas can be removed as Wertpro ⁇ product, for example, for a subsequent Fischer-Tropsch synthesis, while it is generated by the combustion of carbon dioxide with alloy L again, so that in the balance of carbon dioxide is at least partially converted to Koh ⁇ monoxide, preferably 90 vol.% or more.% more preferably 95 or more by volume.% even more preferably 99 volume or% more, and particularly preferably 100 vol., based on the carbon dioxide used, and is taken as a desired product.
  • the sow ⁇ berer is the discharged carbon monoxide.
  • nitrogen for example of lithium and magnesium
  • nitrogen not rea ⁇ giert in the exhaust gas from the combustion as "exhaust" in addition to Carrier gas may be nitrogen, whereby a gas separation, if desired, can be carried out more easily and according to certain embodiments, with appropriate, preferably quantitative combustion of alloy L and nitrogen using suitable, easily ascertainable parameters, may not be required.
  • ammonia can be easily removed from the resulting nitride by washing or cooling.
  • the exhaust gas may correspond to the carrier gas.
  • the exhaust gas may be at least 10% by volume, preferably 50% by volume or more, more preferably 60% by volume or more, still more preferably 70% by volume or more, and even more preferably 80% by volume or more on the total volume of the exhaust gas, the carrier gas correspond.
  • the fuel gas to 90 vol.% Or more, based on the overall volume of the exhaust gas correspond to the carrier gas, and can in some cases even to 100 vol.% Of the carrier gas entspre ⁇ chen.
  • the mixture of exhaust gas and carrier gas can be at least partially recycled to the separation step as carrier gas and / or the combustion step as fuel gas.
  • a recirculation of the mixture of flue gas and carrier gas may in ⁇ play, in an amount of 10 vol.% Or more, preferably. 50% by volume or more.% More preferably 60 or more by volume, still further.%, Preferably 70 or more by volume, and more preferably 80 vol.% or more based on the total volume of carrier gas and exhaust gas.
  • the mixture of exhaust gas and carrier gas can be returned to 90% by volume or more, based on the total volume of carrier gas and exhaust gas.
  • the carrier gas is formed, for example with carbon dioxide as the fuel gas and carbon monoxide as a carrier gas, so that then the mixture of Carrier gas and exhaust gas substantially, preferably to 90 vol.% And more, more preferably to 95 vol.% And more, even more preferably to 99 vol.% And more and more preferably to 100 vol.%, Based on the mixture of exhaust gas and carrier gas constituting the carrier gas.
  • the carrier gas can be continuously circulated and removed in such an amount as it is modeled by the combustion of alloy L and fuel gas.
  • a value of product are obtained in ⁇ play, for example, carbon monoxide, which can be continuously removed.
  • the separation step takes place in a process according to the invention in a cyclone or a cyclone reactor.
  • the cyclone reactor is in this case not particularly limited in its construction and may, for example ⁇ have a shape as they have ordinary cyclone reactors.
  • a cyclone reactor can be a reaction region on which the feeding of the fuel gas, alloy L and the carrier gas (which, if necessary, also combines previously Kgs ⁇ NEN and can then be fed together to the reaction zone) may be attached, for example in the form of a rotationally symmetric shell .
  • a separation region which is configured conically, for example,
  • a discharge device for solid and / or liquid reaction products of the combustion of metal M with the fuel gas for example in the form of a rotary valve, and a discharge device for the Ge ⁇ mixture of exhaust gas and carrier gas, which is after fürmi ⁇ Schung of the two gases after burning the metal M in the fuel gas results, can be attached include.
  • Such device components are commonly present in cyclone separators.
  • An invention used cyclone reactor can also be constructed differently and possibly also include other areas.
  • individual portions eg reaction region Separations ⁇ area, expansion chamber
  • ⁇ with the addition of carrier gas may, for example, also take place in an area in which the reaction of the alloy L and the fuel gas or advanced concluded already off is.
  • the reaction products are largely in the center of the reactor, for example a furnace room held ⁇ th.
  • An advantage of using a pore burner is that the combustion of the surface of the porous tube no small particles arise as in the atomization, so that the exhaust gas free of solid or liquid particles, so that even a gas turbine or an expander turbine can easily be connected downstream in the exhaust stream.
  • suitable supply of carrier gas however, an efficient separation of the exhaust gas can be obtained from solid and liquid reaction products in an atomization of the alloy L. Under these circumstances, it is mög ⁇ Lich with this combustion concept, the exhaust gas flow after combustion of the alloy L and the separation initiate the reaction products directly into a gas turbine.
  • the exhaust gas temperature may, according to certain embodiments, be controlled by the excess gas in the different combustion processes to be higher than the exhaust gas temperature
  • the cyclone reactor further comprises a grid through which the solid and / or liquid
  • Reaction products can be removed in the combustion of the alloy L with the fuel gas.
  • Such a grid can be additionally prevent subsequent stirring up of solid and / or liquid reaction products in the cyclone reactor.
  • the reaction products of the combustion can to generate energy, preferably using at least one former ⁇ panderturbine and / or at least a gas turbine, are used in ⁇ game as a steam turbine, and / or at least one heat exchanger and / or at least a boiler, wherein according here certain embodiments, both the resulting solid and / or liquid reaction products, for example using a heat exchanger at Reak ⁇ gate, or the gaseous reaction products can be used.
  • the liberated in the combustion thermal energy may also (for example, turbine via an expander and / or steam turbine) are ⁇ converts into electrical energy converted.
  • the released thermal energy can be reconverted, for example via a heat exchanger and subsequent steam turbine.
  • the mixture of flue gas and carrier gas can, according to certain exporting ⁇ approximately forms, for example in the reactor and / or during and / or after removal from the reactor, to heat a boiler or for heat transfer in a heat exchanger or a turbine,
  • a gas turbine or an Ex ⁇ panderturbine be used.
  • the mixture of the carrier gas and the exhaust gas may be under increased pressure after combustion, for example more than 1 bar, at least 2 bar, at least 5 bar or at least 20 bar.
  • an apparatus for burning an alloy L of an electropositive metal wherein the electropositive metal is selected from alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, and mixtures thereof and the alloy L of the electropositive metal at least comprising two electropositive metals comprising
  • a supply device for the alloy L of the electropositive metal preferably as a liquid, to the interior of the Po ⁇ renbrenners or means for atomizing the alloy L, which is adapted to the pore burner or the means for atomizing the alloy L, the alloy L of the electropositive metal , preferably as a liquid, zuzuur ⁇ ren,
  • a heating device for providing the alloy L of the electropositive metal as a liquid, which is formed ⁇ to liquefy the alloy L of the electropositive metal.
  • the device for atomizing the alloy L here is not particularly limited and may for example comprise a ⁇ A fluid nozzle or a two-fluid.
  • the pore burner may be configured as described above.
  • a feeding device for alloy L for example, tubes or tubes, or conveyor belts, serve, which can be heated, which can be suitably, for example, based on the aggregate ⁇ state of the alloy L, determined.
  • the supply of the alloy L a further supply means for a gas, optionally with a control device such as a valve, can be attached, with which the supply of the alloy L can be controlled.
  • the feeding device for the fuel gas as a pipe or hose, etc., which may or may be heated, may be formed, wherein the feeding device suitable can be determined based on the state of the gas, which may optionally ste ⁇ hen even under pressure.
  • several feeders may be provided for alloy L or fuel gas.
  • the feed device for the fuel gas is arranged such that the fuel gas, at least partially, and preferably completely, passes onto the upper surface of the porous burner ⁇ or at the exit of the nozzle. As a result, an improved reaction between alloy L and fuel gas is achieved.
  • the porous burner is arranged in such a way that the resulting reaction products of the combustion, and optionally can be Wa ⁇ separates unreacted alloy L by gravity from the surface of the porous burner, for example by the porous burner is mounted vertically in the reactor to the surface pointing towards.
  • the porous combustion tubes are arranged vertically in the furnace chamber, the resulting liquid reaction product can run down the tube and then drip down into the furnace sump.
  • the possibly dissolved alloy L for example, lithium and sodium, which is not previously reacted at the pore burner, burn, and the heat of reaction is delivered to the passing fuel and carrier gas.
  • the pore burner and the nozzle from a material which is selected from the group consisting of iron, chromium, nickel, niobium, tantalum, Mo ⁇ lybdenum, tungsten, zircaloy and alloys of these metals, and steels such as stainless steel and chromium -nickel steel.
  • Austenitic chromium-nickel steels for example, which are very resistant to erosion by sodium at high temperature, are suitable, for example, but also materials with 32% nickel and 20% chromium, such as AC 66, Incoloy 800 or Pyrotherm G 20132 Nb, still show relatively favorable corrosion behavior . These materials are preferred for use at elevated temperatures at which the reaction with liquid Alloy L and possibly with resulting liquid metal salts can be made easier.
  • the device according to the invention may further comprise a separation device of the products of combustion of the alloy L, which is designed to separate the combustion products of the alloy L and the fuel gas ⁇ , wherein the separation device is preferably a cyclone reactor.
  • the separator may serve to separate exhaust gas during combustion of the alloy L with a fuel gas, and may include:
  • a supply device for carrier gas which is keptbil ⁇ det to supply the reactor carrier gas.
  • a discharge device for a mixture of exhaust gas and carrier gas which is designed to dissipate a mixture of the off ⁇ gas combustion of alloy L with the fuel gas and the carrier gas;
  • a discharge device for solid and / or liquid reaction products of the combustion of L alloy with the fuel gas which is adapted to remove solid and / or liquid reac ⁇ products formed by the combustion of L alloy with the fuel gas.
  • the feed device for carrier gas is also not be ⁇ Sonders limited and includes, for example pipes, Schläu ⁇ che, etc., wherein the feed for carrier gas can be appropriately determined based on the state of the carrier gas, which if desired may also be under pressure.
  • the reactor particularly limited insofar as combustion of the fuel gas with the alloy L can take place in it.
  • the reactor may be a cyclone reactor as exemplified in figures 1 and in detail view, in a further execution ⁇ form in FIG. 2
  • a reaction region to which the feeding means for the combustion gas, alloy L and the carrier gas and the pore ⁇ burner can be mounted, for example in the form of a rotationally symmetric shell,
  • a separation region which is configured conically, for example,
  • a discharge device for solid and / or liquid reaction products of the combustion of alloy L with the fuel gas for example in the form of a rotary valve, as well as a discharge device for the mixture of exhaust gas and carrier gas, which occurs after the mixing of the two Gases after burning of the alloy L in the fuel gas results can be attached include.
  • a cyclone reactor used in accordance with the invention may also have a different structure and optionally also comprise further regions.
  • individual portions eg reaction region Separations ⁇ area, expansion chamber
  • the cyclone reactor 6 shown in FIG. 1 comprises a reaction region 20a, a separation region 20b, which lies together with the reaction region 20a in the upper component 6a and together with the expansion chamber 20c in the lower component 6b, as well as a flash chamber 20c.
  • a feeder. 1 for fuel gas for example in the form of a possibly heated pipe or a hose
  • a supply device 2 for alloy L for example in the form of a possibly heated pipe or a hose, wherein the supply of the alloy L to the pore burner 3 takes place.
  • the supply of the alloy L takes place according to FIG.
  • a gas in a supply device 2 ⁇ for gas for example a pipe or hose whose supply can be controlled with a valve 2 ⁇ ⁇ .
  • the alloy L and the fuel gas are supplied to the reaction region 20a.
  • the carrier gas is supplied to a region 4 ⁇ for gas distribution, from which then the carrier gas via nozzles 5, with which a cyclone can be formed, the separation region 20b is supplied.
  • FIG. 4 A detail view of such a feed device 4 with a region 4 ⁇ for gas distribution and a nozzle 5 is exemplified in cross section in Figure 4 (representation without Po ⁇ renbrenner 3), but also more nozzles 5 may be present, for example, at a suitable distance around the inner wall of area 4 to create a suitable cyclone.
  • the lower part 6b which comprises for drinks ⁇ drying chamber 20c, solid and / or liquid reaction products through the removal device 7 for solid and / or liquid reaction products of the combustion of alloy L are discharged with the fuel gas, while the mixture of exhaust gas and the carrier gas via the discharge device 8 is discharged for the mixture of exhaust gas and carrier gas.
  • an ignition device such as an electrical ignition device or a plasma arc may be required, this being of the type and state of the alloy L, Example ⁇ as the temperature and / or physical state of the nature of the fuel gas, for example, its pressure and / or temperature, as well as the arrangement of components in the device, such as the nature and condition of the feeders, may depend.
  • the inner material of the reactor may consist of high temperature alloys, for example, the above and in extreme cases, from the material Haynes 214.
  • a thermal see insulation can be arranged , which leaves enough heat through, so that the outside of a steel wall, which may also be air or water cooled, absorbs the pressure load.
  • the exhaust gas can then be supplied to the further process step with the increased or high operating pressure.
  • the reactor for example a cyclone reactor, may also comprise heating and / or cooling devices which are connected to the reaction region, the separation region and / or the expansion chamber as well as to the various supply and / or discharge devices, if necessary the burner, and / or possibly the ignition device may be present.
  • other components such as pumps for producing a pressure or a vacuum, etc., can be present in an OF INVENTION ⁇ to the invention apparatus.
  • the cyclone reactor may comprise a grid which is designed such that the solid and / or liquid ⁇ gen reaction products can be removed in the combustion of the alloy L with the fuel gas through the grid.
  • a grid may also in other reactors, which may be provided in the inventive device, be present.
  • Such a grating is shown at ⁇ way of example in Figure 2, according to which the grating 6 ⁇ example in the cyclone reactor 6, which is shown in Figure 1, in the lower component 6b above the Abraweinrich ⁇ device 7 and below the discharge device 8 is located.
  • the grid preferably goal wall with sufficiently distanced from a reactor, a secure separation of solid and flüssi ⁇ gen reaction products or mixtures thereof can be ensured. As a result, the already separated solid or liquid combustion products are no longer stirred up by the cyclone.
  • the geometry of the feeding means for the carrier gas is not particularly limited, as far as the carrier gas can be mixed with the exhaust gas from the combustion of alloy L and fuel gas.
  • a cyclone preferably arises, for example with the device shown in FIG.
  • a cyclone can also be generated by other arrangements of the feeders to each other.
  • the supply means of the carrier gas is also present at the top of the reactor in the vicinity of the feeders for alloy L and fuel. Accordingly geeig ⁇ designated geometries of injection can be readily determined in a suitable manner, for example, based on Strömungssi ⁇ simulations.
  • the discharge devices are not particularly limited, wherein, for example, the discharge device for the mixture of exhaust gas and carrier gas can be formed as a tube, while the discharge device for ⁇ the solid and / or liquid reaction products of the combustion of metal M with the fuel gas, for example as Rotary valve and / or can be configured as a pipe with a siphon.
  • various valves such as pressure relief valves, and / or other Reg ⁇ ler can be provided.
  • a shown in Figure 3, for ⁇ -like discharge device 7, for example of the cyclone reactor 6 DAR provided in Figure 1, may comprise a siphon 9, a valve 10 for degassing and a pressure regulator 11 in this case, but is not limited to such.
  • Such Si ⁇ phon at the discharge device for the solid and / or liquid gen reaction products of the combustion of L alloy with the fuel gas may be used for example to enable increased or high operating pressure.
  • the discharge device for the mixture of exhaust gas and carrier gas may according to certain embodiments also contain a separation device for the exhaust gas and the carrier gas and / or individual components of the exhaust gas.
  • the discharge device for a mixture of exhaust gas and carrier gas can such be to ⁇ transfer device connected for carrier gas and / or the feed device for the fuel gas with that the mixture of exhaust gas and carrier gas at least partially to the reactor as a carrier gas and / or the burner as Fuel gas is supplied.
  • the amount of the recirculated gas may be 10% by volume or more, preferably 50% by volume or more, more preferably 60% by volume or more, still more preferably 70% by volume or more, and even more preferably 80% by volume or more, based on the total volume of carrier gas and exhaust gas amount.
  • According to certain shapes can exporting approximately ⁇ a recirculation of the mixture of flue gas and carrier gas to 90 vol.% Or more, based on the Intelvolu ⁇ men of carrier gas and the exhaust gas take place.
  • a device may further comprise at least one boiler and / or at least one heat exchanger and / or at least one gas turbine ⁇ turbine and / or at least one expander turbine or in the reactor and / or the discharge device for the mixture of exhaust gas and carrier gas is located.
  • at least one boiler and / or at least one heat exchanger and / or at least one gas turbine ⁇ turbine and / or at least one expander turbine or in the reactor and / or the discharge device for the mixture of exhaust gas and carrier gas is located for the mixture of exhaust gas and carrier gas is located.
  • the apparatus of Figure 1 which includes a cyclone reactor 6, in the reactor 6, in the discharge device 8 and / or in a device which adjoins the discharge device 8, one or more substancestau ⁇ shear and / or boilers and / or gas turbines and / or expander turbines may be provided, which are not shown.
  • Heat exchange may also take place at the cyclone reactor 6 itself, for example at the outer walls in the reaction area 20a and / or the separation area 20b, but possibly also in the region of the expansion chamber 20c, where the corresponding heat exchangers may then also be connected to turbines for generating electricity in generators.
  • the exhaust gases may thus, as a mixture with carrier gas, be further used e.g. Heating a boiler for steam generation, heat dissipation in a heat exchanger, operation of a turbine, etc. are supplied.
  • the reactor wall can act as a heat exchanger, while Special heat exchangers may be required in the case of solid reaction products formed.
  • a direct conduction of the mixture of exhaust gas and carrier gas to a turbine is possibly also possible, so that then no heat exchanger and / or boiler in the exhaust stream required could be.
  • a device may comprise a removal device in the discharge device for the mixture of exhaust gas and carrier gas, which is designed for returning the mixture of exhaust gas and carrier gas to the feed device for carrier gas and / or the fuel gas supply device by connecting the discharge device for the mixture of exhaust gas and carrier gas with the feed device for carrier gas and / or the feeder for fuel gas to take part of the mixture of Ab ⁇ gas and carrier gas.
  • a part can at ⁇ game instance more than 1 vol.%, Preferably 5.% Vol.% And more, and further preferably 10 or more by volume, based on the total ⁇ volume of the mixture of flue gas and carrier gas, respectively.
  • the discharged solids can be further converted into recyclables.
  • So made of a metal nitride with nitrogen Burn ⁇ voltage may be implemented by hydrolysed ⁇ se with water to form ammonia and caustic, for example, the resulting liquor can then also serve as a scavenger for carbon dioxide and / or sulfur dioxide.
  • the above embodiments, refinements and developments can, if appropriate, be combined with one another as desired. Further possible refinements, further developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
  • the alloy L for example of lithium and sodium, liquid ⁇ sets, ie above the melting point of the alloy.
  • the liquid alloy L for example of lithium and sodium, can be introduced into a pore burner and then reacts immediately, optionally after ignition to start the reaction, with the respective fuel gas, for example air, oxygen, carbon dioxide, sulfur dioxide, hydrogen, water vapor, nitrogen oxides NO x such as nitrous oxide, or nitrogen.
  • the combustion of the alloy L can be carried out in the apparatus shown in Figure 1, for example, with a more than stoichiometric amount of the fuel gas to produce not too high exhaust gas temperatures.
  • the fuel gas can also be added in stoichiometric or substoichiometric amount compared to the metal M.
  • a carrier gas eg nitrogen, air, Kohlenmono- monoxide, carbon dioxide and ammonia
  • the hot off ⁇ gas stream can then be used to heat a boiler for heat transfer in a heat exchanger or the like.
  • carbon dioxide can be used as the fuel gas and carbon monoxide in the apparatus shown in FIG. 1 as the carrier gas.
  • alloy L for example, one of lithium and sodium, for example, liquid, is used. The liquid alloy is introduced into the pore burner 3 and then reacts directly with the fuel gas. You may need an electric ignition or an additional pilot burner.
  • a reaction with an alloy of sodium and potassium according to this example can also be carried out, wherein the alloy of sodium and potassium can be present as a liquid at room temperature.
  • the combustion of the alloy L is carried on the porous burner 3, preferably with the stoichiometrically required amount of carbon dioxide, where one or slightly above (eg understöchio- metric ratio 0.95: 1 to 1: 0.95 for the ratio CO 2 Ver ⁇ : Alloy L) can be chosen.
  • carbide can be formed as a salt, from which acetylene can then be obtained.
  • the second step takes place in the central part of the reaction tors / furnace 6 in the area 4 ⁇ of the mixture Verbrennungspro ⁇ -products with the carrier gas carbon monoxide, which is injected through nozzles 5 into the reactor. 6
  • an excess of Trä ⁇ gergas is used to ensure sufficient removal of heat generated by the combustion.
  • the temperature in the reactor 6 can be suitably adjusted.
  • the resulting lithium carbonate-sodium carbonate mixture in the case of a eutectic mixture has a melting point of 498 ° C.
  • the Combustion temperature of the reaction products retained by means to ⁇ mixture of carrier gas and / or fuel gas by feeding 1.5 over at least 498 ° C it can be excluded from hen liquid reaction products for combustion.
  • the feeders can be used here in the highly exothermic reaction for cooling, so that the system does not heat up too much, the lower temperature ⁇ limit the melting point of the resulting salt mixture can be.
  • the cyclone is also operated with gases other than carbon dioxide such as air or other gases, for example, the oxides of lithium and sodium may also be formed as a mixture in the reaction products.
  • the mixture of exhaust gas and carrier gas for example, passed into a boiler and used for Ver ⁇ steaming of water, to then drive a steam turbine with a downstream generator or other technical devices (eg heat exchangers).
  • the cooled after this process mixture of exhaust gas and carrier gas can then, for example, again as a carrier gas for generating the
  • Cyclones are used in the oven.
  • the residual heat of the exhaust gas is used after the evaporation process in the boiler, and it must only the stoichiometrically necessary amount of Kohlendi ⁇ oxide for combustion with Li / Na are obtained by exhaust gas purification, for example of coal power plants.
  • the combustion may be carried out according to certain embodiments with a certain excess of fuel gas, beispielswei ⁇ se in a molar ratio of fuel gas to alloy L of more than 1.01: 1, preferably more than 1.05: 1, more preferably 5: 1 and more, more preferably 10: 1 and more, for example, 100: 1 and more to stabilize the exhaust gas temperature in a certain temperature range, and it can in addition to the fuel gas addition and the flow of the alloy L in an array of nozzles by means of a Cyclone further combustion or carrier gas can be added for heat absorption, as shown in Fig. 1 and Fig. 4.
  • the exhaust gas temperature can Tempe ⁇ accordance with certain embodiments in a wide Different combustion processes are controlled by the excess gas, so that they can be higher than the melting temperature of the reaction products or their mixture.
  • carbon monoxide can be accumulated in the exhaust gas. It is in accordance with certain embodiments, possible to take the exhaust gas a portion, and thus to obtain a gas mixture of carbon monoxide and carbon dioxide, which has a significantly higher proportion of carbon monoxide be ⁇ sits. A subsequent gas separation, the Kohlenmo ⁇ monoxide can be purged of carbon dioxide, and the carbon dioxide can be used in the circuit or in the burner.
  • the combustion temperature in the furnace can be further reduced.
  • a reduction of the combustion temperature would also be possible by an excess of CO2.
  • this would have to be about 16 times higher than the stoichiometric amount, so that the product gas CO would be highly diluted in the CO 2 excess. Therefore, according to certain embodiments, it makes sense to return some of the product gas CO to the burner and to use it as a thermal ballast to lower the temperature.
  • a specific reaction temperature is preferably set by recycling a constant amount of mixture of exhaust gas and carrier gas as carrier gas. In this case, no CO / CO 2 mixture is produced, which must be laboriously separated.
  • the product gas consists mostly of CO and only small impurities of CO2.
  • a corresponding reaction procedure is also shown by way of example in FIG.
  • an exhaust gas 100 for example, from a combustion power plant such as a coal power plant, carbon dioxide is separated in a C0 2 ⁇ separation 101 and then burned in step 102 with the alloy, wherein CO is used as carrier ⁇ gas.
  • CO is used as carrier ⁇ gas.
  • a third exemplary embodiment of apparatus can be used as fuel gas and nitrogen as the carrier gas in the ⁇ represent provided in FIG. 1
  • alloy L for example, one of lithium and magnesium, for example, liquid, is used.
  • the alloy L is supplied to the pore burner 3 and then reacts directly with the fuel gas. You may need an electric ignition or an additional pilot burner.
  • the combustion of the alloy L takes place at the pore burner 3 with the stoichiometrically required amount of nitrogen, whereby a slightly higher or lower stoichiometric ratio (eg 0.95: 1 to 1: 0.95 for the ratio N 2 : alloy L) are selected can.
  • a slightly higher or lower stoichiometric ratio eg 0.95: 1 to 1: 0.95 for the ratio N 2 : alloy L
  • the mixture of the combustion products with the carrier gas, wherein ⁇ game as nitrogen, which is injected through nozzles 5 into the reactor. 6 takes place in the middle part of the reactor 6
  • the feeders can be strong here be used exothermic reaction for cooling, so that the system does not heat up too much, the lower tempera ⁇ ture limit may be the melting point of the resulting salt mixture. If the cyclone with gases other than nitrogen such as air or carbon dioxide or other gases Betrie ⁇ ben, in the reaction products also oxide or carbonate can be produced.
  • the exhaust gas is gelei- for example in a boiler tet and used for the evaporation of water, and then to drive a turbine with a downstream generator or other to operate technical devices (eg heat exchangers).
  • the cooled after this process exhaust gas can for example be used again to generate the cyclone in the reactor 6.
  • the residual heat of the exhaust gas is used after the evaporation process in the boiler, and it must only the stoichiometrically necessary amount of nitrogen for combustion, for example by Heilzerlegung be recovered.
  • the combustion may be carried out according to certain embodiments with a certain excess of fuel gas, beispielswei ⁇ se in a molar ratio of fuel gas to alloy L of more than 1.01: 1, preferably more than 1.05: 1, more preferably 5: 1 and more, more preferably 10: 1 and more, for example, 100: 1 and more, to stabilize the exhaust gas temperature in a certain temperature range, and it can in addition to the addition of fuel gas and the inflow of the alloy L in an array of nozzles by means of a cyclone further Fuel or carrier gas are added for heat absorption, as shown in Fig. 1 and Fig. 4.
  • a corresponding reaction procedure is also shown by way of example in FIG. From the air 200 201 nitrogen is separated and then burned at step 202 with the alloy L in an air separation ⁇ interpretation, with nitrogen, for example likewise from the air separation 201, as a carrier gas is used.
  • the result is a nitride salt mixture of lithium and magnesium nitrite 203, and the mixture of exhaust gas and carrier gas um- 3 y
  • nitrogen can act as a carrier gas that can be recovered from the first exhaust, or the first exhaust gas even if it is ⁇ example as circulated.
  • a fifth exemplary embodiment is provided in Figure 5 ⁇ , wherein the reactor similar to the reactor shown in FIG. 1
  • the alloy L for example, Na / K
  • Be ⁇ Sonders the injection of the fuel in Zyk ⁇ ion reactor 6 (6a, 6b) in places with high gas velocity, so that the liquid metal drops are easily torn off the pore burner 3.
  • the exhaust gas temperature can be adjusted via the stoichiometry of the reaction. This should advantageously be chosen so that the resulting Salzge remains ⁇ mixing liquid.
  • the melting temperature of the salt mixture can be lowered to about 700 ° C, compared to 900 ° C for potassium carbonate and 858 ° C for sodium carbonate.
  • the reaction products are separated by the cyclone and the salt products of alloy L, while For example, as a liquid, taken at the reactor outlet and collected in a container 15 for solid and liquid reaction products.
  • thermal energy can be obtained from these reaction products at the lower end of the reactor, for example on the reactor wall where a molten salt flows, which can then be converted into electrical energy via a steam turbine 13 and a generator 14.
  • the discharged hot under pressure and particle-free gas ⁇ can be so converted with high efficiency into electricity.
  • the exhaust gas is passed via the discharge device 8 to an expander turbine 16, from which in turn can be obtained with the Genera ⁇ tor 14 ⁇ stream.
  • the exhaust gas after leaving the expander turbine 16, can be returned to the cyclone reactor 6 as a reaction gas and thus the CO concentration in the exhaust gas can be increased.
  • a feedback device 18 a return of exhaust gas instead, which in turn can be used as a carrier gas in the cyclone reactor 6 (6a, 6b).
  • exhaust gas can be taken off via a removal and fed to an exhaust gas separation 17, for example when CO 2 is used as fuel and CO as carrier gas and product of the combustion.
  • FIG. 6 A sixth exemplary embodiment is shown in FIG. 6, wherein, instead of a pore burner 3, the alloy L is sprayed at the end of the feed device 2 and the reaction with the fuel gas from the feed devices 1 then takes place in the reaction chamber 30. Thereafter, the resulting reaction products are transferred to the cyclone reactor 6 (6a, 6b). Although the reaction space 30 is attached laterally in FIG. 6, it can also be applied to others
  • the invention describes the suitable use of alloys of electropositive metals as material energy stores, which can be produced electrochemically using regenerative, electrical energy (overproduction). NEN (charging process).
  • the discharge of the energy storage can be realized as a combustion process in carbon dioxide, nitrogen, sour ⁇ material, air, atmosphere, etc..
  • the separation of the gaseous reaction products of the salts formed in the reaction through the use of a cyclone and the liquid withdrawal of the salt mixture can be si ⁇ cherosse accordance with certain embodiments.
  • the combustion reaction can be set at lower temperatures and thus avoid the use of expensive materials for the combustion chamber, while ensuring a liquid withdrawal of the salt mixture.
  • the back-flow of the thermal energy liberated during combustion can be effected, for example, both by the use of an expander turbine for the gases which may be discharged under pressure and temperature, as well as via heat exchangers on the reactor wall and connecting a steam turbine.
  • the device in particular by the use of porous combustion tubes, it is possible to easily separate the solid or liquid reaction products or mixtures thereof from the resulting exhaust gases, and thus the exhaust gases for use in, for example, a gas turbine or an expander turbine, a nickeltau ⁇ shear, or to supply a boiler.
  • the inlet, the entire combustion apparatus be made more compact, and the combustion can be gentler on the device by locating the combustion process ge ⁇ staltet.
  • the device for example a reactor such as a furnace, can be operated with increased operating pressure, and thus the combustion and separation process can be adapted to the respective conditions of the subsequent step.
  • the Possibility of distinguishing fuel gas and carrier gas to establish a cyclone allows, in certain embodiments, the recirculation of exhaust gases after heat release. Recirculation is easily possible with this construction. Also gas mixtures are possible as fuel and carrier gas. By recycling the exhaust gas after the process steps or the energy and material can be saved.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen einer Legierung eines elektropositiven Metalls, wobei das elektropositive Metall ausgewählt ist aus Alkali-, Erdalkalimetallen, Aluminium und Zink, sowie Mischungen derselben, mit einem Brenngas, wobei die Legierung des elektropositiven Metalls mindestens zwei elektropositive Metalle umfasst, bei dem die Legierung des elektropositiven Metalls mit dem Brenngas verbrannt wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Verbrennen einer Legierung eines elektropositiven Metalls
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen einer Legierung eines elektropositiven Metalls, wobei das elektropositive Metall ausgewählt ist aus Alkali-, Erdalkali¬ metallen, Aluminium und Zink, sowie Mischungen derselben, mit einem Brenngas, wobei die Legierung des elektropositiven Metalls mindestens zwei elektropositive Metalle umfasst, bei dem die Legierung des elektropositiven Metalls mit dem Brenngas verbrannt wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
Fossile Brennstoffe liefern jährlich zehntausende Terawatt- stunden an elektrischer, thermischer und mechanischer Energie. Das Endprodukt der Verbrennung, Kohlendioxid (C02) , wird jedoch zunehmend zu einem Umwelt- und Klimaproblem.
Im Laufe der Jahre ist eine Vielzahl von Energieerzeugungs¬ einrichtungen vorgeschlagen worden, die mit bei der Oxidation von metallischem Lithium erzeugter Wärme arbeiten (z.B. US- PS 33 28 957) . In einem solchen System werden Wasser und Li- thium miteinander unter Erzeugung von Lithiumhydroxid, Wasserstoff und Dampf umgesetzt. An anderer Stelle im System wird der durch die Reaktion zwischen Lithium und Wasser erzeugte Wasserstoff mit Sauerstoff unter Bildung von zusätzli¬ chem Dampf kombiniert. Der Dampf wird dann zum Antrieb einer Turbine oder dergleichen genutzt, so dass man eine Energieerzeugungsquelle erhält. Lithium kann auch zusätzlich zur Gewinnung von Grundstoffen eingesetzt werden. Beispiele sind die Umsetzung mit Stickstoff zu Lithiumnitrid und nachfolgen¬ der Hydrolyse zu Ammoniak oder mit Kohlendioxid zu Lithiumo- xid und Kohlenmonoxid . Das feste finale Endprodukt der Umset¬ zung des Lithiums ist jeweils, gegebenenfalls nach Hydrolyse, wie bei Nitrid, das Oxid oder Carbonat, das dann wieder mit¬ tels Elektrolyse zu Lithiummetall reduziert werden kann. Da- mit ist ein Kreislauf etabliert, in dem durch Windkraft, Pho- tovoltaik oder andere regenerative Energiequellen überschüs¬ siger Strom produziert, gespeichert und zur gewünschten Zeit in Strom zurück gewandelt werden kann oder aber chemische Grundstoffe gewonnen werden können.
Wie sich ein vollständiger Energiekreislauf mit elektroposi- tiven Metallen darstellen lässt wird in DE 10 2008 031 437 AI und DE 10 2010 041033 AI aufgezeigt. Als Fallbeispiel dient hier konkret Lithium sowohl als Energieträger als auch als Energiespeicher, wobei auch andere elektropositive Metalle wie Natrium, Kalium oder Magnesium, Calcium, Barium oder Aluminium und Zink verwendet werden können. Da bei der Verbrennung von Lithium, je nach Temperatur und Brenngas, feste oder flüssige Rückstände entstehen können, ist darauf besondere Rücksicht zu nehmen. Zudem können je nach Aufbau und Betrieb eines Ofens für die Verbrennung von Lithiummetall (z.B. flüssig) in unterschiedlicher Atmosphäre und unter Druck Abgase und Feststoffe/flüssige Stoffe als
Verbrennungsprodukte entstehen. Diese festen bzw. flüssigen Stoffe müssen von den Abgasen möglichst vollständig getrennt werden . Eine weitgehend vollständige Trennung der flüssigen und fes¬ ten Verbrennungsrückstände von dem Abgasstrom ist dabei wich¬ tig, um in den nachfolgenden Vorrichtungen keine Oberflächenbelegungen oder Verstopfungen zu erzeugen. Insbesondere ist es sehr anspruchsvoll, den Abgasstrom direkt auf eine Gastur- bine zu leiten, da dann sichergestellt werden muss, dass alle Partikel aus dem Abgasstrom vollständig entfernt worden sind. Solche Partikel beschädigen langfristig die Flügel der Gas¬ turbine und führen zum Ausfall der Anlage. Weiterhin beschreiben die DE 10 2014 203039.0 den Einsatz von Alkalimetallen als Energiespeicher und deren Nutzung in einem Kraftwerksbetrieb und die DE 10 2014 203039.0 einen Aufbau - Zyklonbrenner - zur Verbrennung von Lithium in CO2- bzw. N2- haltigen Atmosphären und gleichzeitiger Trennung der festen und gasförmigen Reaktionsprodukte über den Zyklon.
Ein Problem hierbei sind die hohen Temperaturen bei der Ver- brennung des elektropositiven Metalls sowie die Exothermie der Reaktion, die zu hohen Anforderungen an die Verbrennungsvorrichtung und der Steuerung der Reaktion führen.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, bei denen eine Verbrennung von elektropositiven Metallen bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden kann. Es ist eine weite¬ re Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei denen eine effektive Verbrennung von elektro- positiven Metallen unter Vermeidung von exzessivem Kühlen zum Schutz der Anlage und somit unter einer Verminderung von Wärmeverlusten durchgeführt werden kann. Es ist darüber hinaus eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die Ausgangsstoffe der Verbrennung der elektropositiven Metalle einfach und auf energetisch verbesserte Weise gewonnen werden können. Zudem ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die zur Aktivierung der Verbrennungsreaktion benötigte Energie herabgesetzt werden kann. Zudem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem ein flüssiger Abtransport von Verbrennungsprodukten der Verbrennung bei möglichst niedriger Temperatur vonstattenge- hen kann, denn je länger diese flüssig bleiben, desto tiefer kann die Temperatur bei der Verbrennung sein, was auch die Anlage schont.
Es wurde nunmehr herausgefunden, dass durch den Einsatz von Legierungen von elektropositiven Metallen, wobei das elektro- positive Metall ausgewählt ist aus Alkali-, Erdalkalimetal- len, Aluminium und Zink, sowie Mischungen derselben und wobei die Legierung des elektropositiven Metalls mindestens zwei elektropositive Metalle umfasst, eine Herabsetzung der Reak¬ tionstemperatur bei der Verbrennung ermöglicht wird, die exo- therme Verbrennungsreaktion besser beherrschbar wird und die Anlage effektiver gesteuert werden kann. Weiterhin kann die Abtrennung der bei der Reaktion entstehenden Gase (beispielsweise CO bei der Verbrennung in CO2) von dem Salzgemisch (beispielsweise Carbonate bei der Verbrennung in CO2) über den Einsatz eines Zyklons und dem flüssigen Abzug der Salzschmelze auf einfache und effektive Weise erfolgen. Zudem können die Legierungen gewöhnlich leichter bereitgestellt werden als die reinen elektropositiven Metalle, da auch die Elektrolyse von Salzgemischen verschiedener elektropositiver Metalle einfacher und weniger energieintensiv betrieben werden kann als die Elektrolyse von Salzen nur eines elektropo¬ sitiven Metalls. Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren und einen Aufbau zur Verbrennung, ggf. unter Druck, von Legierungen, umfassend Alkali- und/oder Erdalkalimetalle, Aluminium und/oder Zink, in unterschiedlichen Reaktionsgasatmosphären wie Kohlendioxid, Stickstoff, Wasserdampf, Sauerstoff, Luft, etc.
Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verbrennen einer Legierung eines elektropositiven Metalls, wobei das elektropositive Metall ausgewählt ist aus Alkali-, Erdalkalimetallen, Aluminium und Zink, sowie Mischungen derselben, mit einem Brenngas, wobei die Legierung des elektropositiven Metalls mindestens zwei elektropositive Metalle umfasst, bei dem die Legierung des elektropositiven Metalls mit dem Brenngas verbrannt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfin¬ dung eine Vorrichtung zur Verbrennung einer Legierung eines elektropositiven Metalls, wobei das elektropositive Metall ausgewählt ist aus Alkali-, Erdalkalimetallen, Aluminium und Zink, sowie Mischungen derselben und die Legierung des elektropositiven Metalls mindestens zwei elektropositive Metalle aufweist, umfassend einen Porenbrenner oder eine Einrichtung zum Verdüsen der Legierung des elektropositiven Metalls,
eine Zuführeinrichtung für die Legierung des elektropositiven Metalls, bevorzugt als Flüssigkeit, zum Inneren des Poren- brenners oder zur Einrichtung zum Verdüsen der Legierung, die dazu ausgebildet ist, dem Porenbrenner oder der Einrichtung zum Verdüsen der Legierung die Legierung des elektropositiven Metalls, bevorzugt als Flüssigkeit, zuzuführen,
eine Zuführeinrichtung für ein Brenngas, die dazu ausgebil- det, Brenngas zuzuführen, und
optional eine Heizvorrichtung zum Bereitstellen der Legierung des elektropositiven Metalls als Flüssigkeit, die dazu ausge¬ bildet ist, die Legierung des elektropositiven Metalls zu verflüssigen .
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen und der detaillierten Beschreibung sowie den Zeichnungen zu entnehmen. Die beiliegenden Zeichnungen sollen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und ein weiteres Verständnis dieser vermitteln. Im Zusammenhang mit der Beschreibung dienen sie der Erklärung von Konzepten und Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genann- ten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen.
Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise ma߬ stabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten sind in den Figuren der Zeichnungen, sofern nichts anderes ausge- führt ist, jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt schematisch eine beispielhafte Anordnung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Figur 2 zeigt schematisch eine Detailansicht in einer weite¬ ren beispielhaften Anordnung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Figur 3 zeigt schematisch eine weitere Detailansicht in einer zusätzlichen beispielhaften Anordnung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Figur 4 stellt schematisch einen beispielhaften Querschnitt durch eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung im Bereich der Zuführeinrichtung des Trägergases zum Reaktor . Figur 5 zeigt schematisch eine weitere mögliche Anordnung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Figur 6 stellt schematisch noch eine weitere mögliche Anord¬ nung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung dar.
Figur 7 zeigt ein Schema für eine beispielhafte Reaktion von einer Legierung eines elektropositiven Metalls gemäß der Erfindung und Kohlendioxid zu Carbonat, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden kann.
Figur 8 zeigt ein Schema für eine weitere beispielhafte Reak¬ tion von einer Legierung eines elektropositiven Metalls gemäß der Erfindung und Stickstoff zu Nitrid und weiteren Folgeprodukten, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Verbrennen einer Legierung eines elektropositi- ven Metalls, wobei das elektropositive Metall ausgewählt ist aus Alkali-, Erdalkalimetallen, Aluminium und Zink, sowie Mischungen solcher Legierungen, mit einem Brenngas, wobei die Legierung des elektropositiven Metalls mindestens zwei elektropositive Metalle umfasst, bei dem die Legierung des elek- tropositiven Metalls mit dem Brenngas verbrannt wird.
Das elektropositive Metall in der Legierung L ist gemäß be¬ stimmten Ausführungsformen ausgewählt aus Alkalimetallen, be- vorzugt Li, Na, K, Rb und Cs, Erdalkalimetallen, bevorzugt Mg, Ca, Sr und Ba, AI und Zn, sowie Gemischen und/oder Legierungen derselben. In bevorzugten Ausführungsformen ist das elektropositive Metall in der Legierung ausgewählt aus Li, Na, K, Mg, Ca, AI und Zn, und weiter bevorzugt umfasst die
Legierung mindestens zwei elektropositive Metalle, die ausge¬ wählt sind aus Li, Na, K, Ca und Mg, wobei die Legierung ge¬ mäß bestimmten Ausführungsformen besonders bevorzugt zumindest Lithium oder Magnesium umfasst. Es können jedoch belie- bige der genannten Metalle kombiniert werden. Die Legierung ist darüber hinaus nicht besonders beschränkt und kann bei¬ spielsweise als Feststoff oder Flüssigkeit vorliegen. Bevor¬ zugt ist die Legierung bei der Verbrennung jedoch flüssig, da auf diese Weise ein einfacher Transport der Legierung statt- finden kann.
Als Brenngas kommen gemäß bestimmten Ausführungsformen solche Gase in Frage, welche mit der genannten Legierung L in einer exothermen Reaktion reagieren können, wobei diese nicht be- sonders beschränkt sind. Beispielhaft kann das Brenngas Luft, Sauerstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff, Wasserdampf, Stickoxi¬ de NOx wie Distickstoffmonoxid, Stickstoff, Schwefeldioxid, oder Gemische derselben umfassen. Das Verfahren kann also auch zur Entschwefelung bzw. NOx Entfernung verwendet werden. Je nach Brenngas können hierbei mit den verschiedenen Legie¬ rungen L verschiedene Produkte erhalten werden, die als Fest¬ stoff, Flüssigkeit sowie auch gasförmig anfallen können.
So kann beispielsweise bei einer Reaktion von Legierung L, beispielsweise einer Legierung von Lithium und Magnesium, mit Stickstoff unter anderem Metallnitrid, wie ein Gemisch aus Lithiumnitrid und Magnesiumnitrid, entstehen, welches dann später zu Ammoniak weiterreagieren gelassen werden kann, wohingegen bei einer Umsetzung von Legierung L, z.B. Lithium und Natrium, mit Kohlendioxid beispielsweise Metallcarbonat, z.B. ein Gemisch aus Lithiumcarbonat und Natriumcarbonat , Kohlenmonoxid, Metalloxid, z.B. Lithiumoxid und Natriumoxid, oder auch Metallcarbid, z.B. Lithiumcarbid und Natriumcarbid, sowie auch Gemische davon entstehen können, wobei aus dem Kohlenmonoxid höherwertige, beispielsweise auch länger- kettige, kohlenstoffhaltige Produkte wie Methan, Ethan, etc. bis hin zu Benzin, Diesel, aber auch Methanol, etc. gewonnen werden können, beispielsweise in einem Fischer-Tropsch-Ver- fahren, während aus Metallcarbid, z.B. Lithiumcarbid und Nat- riumcarbid, beispielsweise Acetylen gewonnen werden kann. Weiterhin kann beispielsweise auch mit Distickstoffmonoxid als Brenngas z.B. Metallnitrid entstehen. Analog ergibt sich mit einer Legierung aus Lithium und Kalium beim Verbrennen beispielsweise ein Salzgemisch der entsprechenden Lithium- und Kaliumsalze, und mit einer Legierung aus Natrium und Ka¬ lium beim Verbrennen beispielsweise ein Salzgemisch der entsprechenden Natrium- und Kaliumsalze. Entsprechende Reaktio- nen können auch mit Legierungen mit 3 und mehr Metallen, z.B. Lithium, Natrium und Kalium, durchgeführt werden. Ebenso sind auch Legierungen beispielsweise aus Magnesium und Calcium bzw. Magnesium und Zink, oder aus Magnesium und Aluminium, etc. denkbar. Bevorzugt für eine Umsetzung zu Nitrid sind beispielsweise Li/Mg bzw. jegliches Gemisch der Erdalkalime¬ talle, insbesondere Mg/Ca, wobei Be beispielsweise schlechter funktioniert. Für die Verbrennung mit CO2 eignen sich bei¬ spielsweise Na/K, Na/Li/K, Li/K, Li/Na, Li/Mg, die oberen Legierungen. Auch Legierungen mit Barium können beispielsweise einfach gewonnen und verwendet werden, da Schwerspat in der Natur sehr häufig vorkommt.
Analoge Reaktionen können sich auch für die anderen genannten Metalle in den Legierungen ergeben. Eine Beispielreaktion für Na/K Legierungen ist:
2 Na/K + 4 C02 - Na2C03 / K2C03 + 2 CO AHReaktion= - 454 kJ/mol
Durch die Verwendung von Legierungen kann durch die niedrigere Schmelztemperatur des Salzgemisches im Vergleich zur
Schmelztemperatur der einzelnen Alkali- und Erdalkalimetall- carbonate eine flexible Flammtemperatureinstellung ermöglicht werden, bei gleichzeitiger Gewährleistung eines flüssigen Abzugs des Salzgemisches. Beispielsweise liegt die adiabate Flammtemperatur der stö- chiometrischen Verbrennungsreaktion bei der Verbrennung von Lithium in Kohlendioxid oder Stickstoff Atmosphäre im Bereich von >2000 K.
Weitere Enthalpien von Reaktionen einzelner elektropositiver Metalle mit verschiedenen Brenngasen angegeben, aus denen die Exothermie der Reaktionen hervorgeht.
Tabelle 1: Bildungsenthalpien bei der Reaktion einzelner elektropositiver Metalle
Reaktion- Enthalpie Enthalpie Verbinsenthalpie kJ/mol kJ/g dung kJ/Mol
Verbrennungsgleichungen
6 Li + N2 -> 2 Li3N -414 -69 -10 Li
2 Li + 2 C02 -> Li2C03 + CO -539 -270 -39 Li
2 Li + 2 H20 -> 2 LiOH + H2 -404 -202 -29 Li
4 Li + 02 -> 2 Li20 -1196 -299 -43 Li
2 Na + 4 C02 -> Na2C03 + 2 CO - 454 -227 -10 Na
Mg+ 2 C02 -> MgC03 + CO -435, 2 -435, 2 -18 Mg
Ca + 2 C02^CaC03 + CO -529, 93 -529, 93 -13 Ca
2 K + 2 C02^K2C03 + CO -474 -237 -6 K
Unterstützende Wechselwirkungen
Li3N + 3 H20 -> 3 LiOH + NH3 -444 -444 -26 NH
Li20 + C02 -> Li2C03 -224 -224 -5 CO;
Bei der exothermen Reaktion wird Wärme frei, auf vergleichba rem thermischem Niveau wie bei der Verbrennung von Kohlenstoff-basierten Energieträgern an Luft. Aus diesen Gründen ist eine einfachere Kontrolle der Verbrennungsreaktion vorteilhaft .
Auch ist nicht ausgeschlossen, dass neben den beiden elektro positiven Metallen, ausgewählt aus Alkali-, Erdalkalimetal¬ len, Aluminium und Zink, sowie Mischungen derselben, noch weitere Komponenten in der Legierung L enthalten sind, beispielsweise weitere Metalle. Solche weiteren Komponenten sind gemäß bestimmten Ausführungsformen in Summe in einer Menge von weniger als 50 Gew.%, bevorzugt weniger als 25 Gew.%, weiter bevorzugt weniger als 10 Gew.% und noch weiter bevorzugt weniger als 5 Gew.%, bezogen auf die Legierung, enthalten .
Gemäß bestimmten Ausführungsformen enthält die Legierung je- doch nur Metalle, die ausgewählt sind aus Alkali-, Erdalkali¬ metallen, Aluminium und Zink, sowie Mischungen derselben, wobei jedoch unvermeidbare Verunreinigungen ebenfalls enthalten sein können, beispielsweise in einer Menge von weniger als 1 Gew.%, bezogen auf die Legierung.
Die Mengenverhältnisse der elektropositiven Metalle und gege¬ benenfalls weiteren Komponenten in der Legierung L sind erfindungsgemäß nicht besonders beschränkt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen werden die Legierungsbestandteile jedoch so eingestellt, dass sich für die Legierung annähernd ein Mini¬ mum des Schmelzpunktes - also ein eutektisches Gemisch der Metalle - und/oder ein Minimum des Schmelzpunktes der ent¬ sprechenden Salze ergibt, wobei Temperaturabweichungen im Schmelzpunkt der Legierung bzw. des Salzgemisches von maximal + 200°C in Bezug auf das Temperaturminimum möglich sind. Be¬ vorzugt ergibt sich für die Legierung ein Minimum des
Schmelzpunktes (eutektisches Gemisch) und/oder ein Minimum des Schmelzpunktes der entsprechenden Salze (eutektisches Ge¬ misch / Eutektikum) . Die entsprechenden Schmelzpunkte der Le- gierungen bzw. der bei der Verbrennung entstehenden Salze können geeignet aus bekannten Phasendiagrammen entnommen werden oder auf einfache Weise errechnet werden. So ergeben sich beispielsweise für eine Legierung aus Natrium und Kalium bei der Verbrennung mit Kohlendioxid als Salze Natriumcarbonat und Kaliumcarbonat , für die sich ein Schmelzpunktminimum von 709°C bei einem molaren Verhältnis Natriumsalz zu Gemisch von 0,59 ergibt. Für Lithium und Natrium ergibt sich für die Car- bonate ein Wert von 498°C bei einem molaren Verhältnis Natri- umsalz zu Gemisch von 0,49. Für Lithium und Kalium ergibt sich für die Carbonate sogar zweimal ein Schmelzpunktminimum von 503°C bei einem molaren Verhältnis Lithiumsalz zu Gemisch von 0,416 und 0,61, wobei die Schmelztemperatur zwischen die- sen Werten nur minimal erhöht ist und dementsprechende Legie¬ rungen auch umfasst sind. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird der Anteil der elektropositiven Metalle und weiteren Komponenten in der Legierung so gewählt, dass sich ein
Schmelzpunkt der entstehenden Salze ergibt, der niedriger ist als der niedrigste Schmelzpunkt der jeweils einzelnen Salze, also beispielsweise der für das System Lithiumcarbonat/Ka- liumcarbonat niedriger ist als der Schmelzpunkt von Lithium¬ carbonat, da Kaliumcarbonat einen höheren Schmelzpunkt hat. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird die Legierung des elektropositiven Metalls als Flüssigkeit verbrannt. Auf diese Weise kann die Legierung einfach transportiert werden und die Reaktion der Legierung mit dem Brenngas leichter lokalisiert werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen findet die Ver- brennung weiterhin bei einer Temperatur statt, die über dem Schmelzpunkt der bei der Reaktion der Legierung des elektro¬ positiven Metalls und des Brenngases entstehenden Salze liegt. Durch diese Ausgestaltung entstehen bei der Verbrennung der Legierung flüssige Reaktionsprodukte, die im Gegen- satz zu staubartigen bzw. pulverförmigen Reaktionsprodukten leichter von den entstehenden gasförmigen Reaktionsprodukten abgetrennt werden können. Zudem kann hierbei die Verbrennungsreaktion leichter kontrolliert werden, da die Reaktionsprodukte mit dem höchsten Schmelzpunkt, d.h. die Salze, flüs- sig vorliegen und ebenso wie die weiteren gasförmigen und ggf. flüssigen Reaktionsprodukte oder unverbrauchten Edukte wie z.B. flüssige Legierung L bzw. flüssiges Metall leicht vom Reaktionsort entfernt werden können. Dies ist insbesonde¬ re dort vorteilhaft, wo die Verbrennung am Austrittsort der Legierung aus einer Zuführeinrichtung stattfindet, beispielsweise bei einer Verdüsung oder einer Verbrennung unter Verwendung eines Porenbrenners. Eine Verdüsung der Legierung kann hierbei auf geeignete Weise erfolgen und ist nicht besonders beschränkt. Ebenso ist die Art der Düse nicht besonders beschränkt und kann Einstoff- wie auch Zweistoffdüsen umfassen. Gemäß bestimmten Ausfüh- rungsformen wird die Legierung L des elektropositiven Metalls, bevorzugt als Flüssigkeit, verdüst und mit dem Brenn¬ gas verbrannt. Es ist aber auch eine Verdüsung von Legie¬ rungspartikeln möglich. Eine effizientere Verdüsung kann jedoch durch Verwendung der Legierung L als Flüssigkeit erzielt werden, wobei auch gegebenenfalls durch die Temperatur eine Selbstzündung der Verbrennungsreaktion möglich sein kann, so dass keine Zündquelle erforderlich ist.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird die Legierung des elektropositiven Metalls als Flüssigkeit in einen Porenbrenner geleitet und mit Hilfe des Porenbrenners verbrannt, wobei das Brenngas gegebenenfalls auf die Außenflächen des Poren¬ brenners geleitet und mit der Legierung des elektropositiven Metalls verbrannt wird. Eine innere Mischung wie in einem klassischen Porenbrenner findet jedoch gemäß bestimmten Ausführungsformen nicht statt, um eine Verstopfung der Poren durch feste Reaktionsprodukte zu Vermeiden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist der Porenbrenner somit ein Porenbrenner ohne Innenmischung. Die Poren dienen bei der Verwendung des Porenbrenners gemäß bestimmten Ausführungsformen einzig zur
Oberflächenvergrößerung der Legierung L. Bei kontinuierlicher Zufuhr der Legierung L des elektropositiven Metalls kann jedoch eine Reaktion mit dem Brenngas am Ausgang der Poren nahe der Oberfläche des Porenbrenners stattfinden, soweit gewähr- leistet werden kann, dass entstehende Reaktionsprodukte durch nachgeförderte Legierung L aus dem Porenbrenner gefördert werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen findet die Verbrennungsreaktion jedoch außerhalb der Poren des Porenbrenners statt, beispielsweise auf der Oberfläche des Porenbren- ners oder sogar nach Austritt der Legierung L aus dem Porenbrenner, also nur auf der Oberfläche der austretenden Legierung L . Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist zusätzlich noch ein Reaktor/Brennraum erforderlich, in dem die Verbrennung der Legierung L mit dem Brenngas vonstattengehen kann, beispielsweise bei einer Verdüsung oder einer Verbrennung unter Zuhil- fenahme eines Porenbrenners. Auch hier ist der Reaktor/Brenn¬ raum nicht besonders beschränkt solange darin die Verbrennung stattfinden kann.
Bei der Verwendung des Porenbrenners ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass sich die Verbrennung am Porenbrenner lokalisieren lässt, wobei auch die Verbrennungsprodukte am oder nahe dem Porenbrenner anfallen. Während beispielsweise bei einer Verdüsung die Reaktionsprodukte im gesamten Reaktor anfallen und feste und flüssige Reaktionsprodukte aufwändig wieder von gasförmigen Reaktionsprodukten getrennt werden müssen, sind bei der Verbrennung mit dem Porenbrenner insbesondere feste und flüssige Reaktionsprodukte in der Nähe des Porenbrenners lokalisiert, wodurch eine Trennung dieser von gasförmigen Verbrennungsprodukten erleichtert wird. Auf diese Weise kann auch die gesamte Verbrennungsvorrichtung kompakter gestaltet werden und die Verbrennung schonender für die Vorrichtung durch Lokalisierung des Verbrennungsprozesses ge¬ staltet werden. Der Porenbrenner ist in seiner Form nicht besonders beschränkt und umfasst gemäß bestimmten Ausführungsformen ein poröses Rohr als Brenner. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst der Porenbrenner ein poröses Rohr, dem an mindestens einer Öffnung die Legierung L zugeführt werden kann. Bevor- zugt wird die Legierung L nur durch eine Öffnung des Rohres zugeführt und das andere Ende des Rohres ist verschlossen oder besteht ebenfalls aus dem Material des porösen Rohres. Das poröse Rohr kann hierbei beispielsweise ein poröses Me¬ tallrohr, beispielsweise aus Eisen, Chrom, Nickel, Niob, Tan- tal, Molybdän, Wolfram, Zirkalloy und Legierungen dieser Metalle, sowie Stähle wie Edelstahl und Chrom-Nickel-Stahl, sein. Bevorzugt besteht der Porenbrenner aus einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Eisen, Chrom, Nickel, Niob, Tantal, Molybdän, Wolfram, Zirkalloy und Legierungen dieser Metalle, sowie Stähle wie Edelstahl und Chrom-Nickel-Stahl. Geeignet sind beispielsweise austeniti- sche Chrom-Nickel-Stähle, welche beispielsweise sehr resis- tent gegen Abtragung durch Natrium bei hoher Temperatur sind, doch auch Werkstoffe mit 32% Nickel und 20% Chrom, wie AC 66, Incoloy 800 oder Pyrotherm G 20132 Nb, zeigen noch ein relativ günstiges Korrosionsverhalten. Die weiteren Bestandteile des Porenbrenners sind nicht weiter beschränkt und können die Zuführeinrichtung für das Metall M sowie ggf. eine Zündquel¬ le, etc. umfassen.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird dem Porenbrenner die Legierung L als Flüssigkeit im Inneren des Porenbrenners zu- geführt. Dies führt zu einer besseren Verteilung der Legie¬ rung L im Porenbrenner und einem gleichmäßigeren Austritt der Legierung aus den Poren des porösen Rohres, so dass eine gleichmäßigere Reaktion zwischen Legierung L und Brenngas stattfinden kann. Die Verbrennung von Legierung L und Brenn- gas kann beispielsweise über die Porengröße der Poren des
Rohres, der verwendeten Legierung L, deren Dichte - die mit der Temperatur der Legierung L zusammenhängen kann, dem
Druck, mit dem die Legierung L in den Porenbrenner eingebracht wird, dem Druck bzw. der Auftrag-/ bzw. Zufuhrge- schwindigkeit des Brenngases, etc. geeignet gesteuert werden, die Legierung L, beispielsweise umfassend Lithium und Natri¬ um, wird gemäß bestimmten Ausführungsformen demnach flüssig eingesetzt, also beispielsweise oberhalb des Schmelzpunktes der Legierung. Die flüssige Legierung L kann hierbei in das poröse Rohr eingepresst werden, beispielsweise auch unter Zu¬ hilfenahme eines weiteren, unter Druck stehenden Gases, welches nicht beschränkt ist, so lange es nicht mit der Legie¬ rung L reagiert, beispielsweise ein inertes Gas. Die flüssige Legierung L tritt dann durch die Poren des Rohres hindurch an die Oberfläche und verbrennt mit dem Gas zu dem jeweiligen Reaktionsprodukt bzw. den jeweiligen Reaktionsprodukten. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird das Brenngas auf die Außenflächen des Porenbrenners geleitet und mit der Legierung L verbrannt. Hierdurch kann ein Verstopfen der Poren des porösen Rohres vermindert bzw. vermieden werden, so dass eine Reinigung des Porenbrenners verhindert bzw. auch eine Abnut¬ zung vermindert werden kann.
Durch die Verbrennung der Legierung L auf der Oberfläche des porösen Rohrs ist die Tendenz zum Übertritt von kleinen Par- tikeln in den Gasraum/Reaktionsraum verringert, so dass bestenfalls größere Tropfen von Reaktionsprodukten entstehen, die aber einfach von gasförmigen Reaktionsprodukten abgetrennt werden können, beispielsweise durch einen Zyklon zur Abscheidung an die Reaktorwand gebracht werden können. Der Hauptteil der Verbrennungsprodukte kann beispielsweise flüs¬ sig abgeschieden werden. Hierbei kann die Reaktorwand gekühlt werden, beispielsweise mit Wärmetauschern, wobei diese auch mit Turbinen und Generatoren verbunden werden können. Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt die Verbrennung bei einer Temperatur, die über dem Schmelzpunkt der bei der Reaktion von Legierung L und Brenngas entstehenden Salze liegt. Die bei der Verbrennung von Legierung L und Brenngas entstehenden Salze können hierbei einen Schmelzpunkt haben, der über dem Schmelzpunkt der Legierung L liegt, so dass eine Zufuhr von flüssiger Legierung L bei erhöhter Temperatur erforderlich sein kann. Durch die Verbrennung bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt der entstehenden Salze kann weiterhin eine Verunreinigung bzw. Belegung des Porenbrenners bzw. einer Düse durch die entstehenden Salze vermieden werden, so dass der Porenbrenner bzw. die Düse besser gegen Verunreinigungen, beispielsweise auch der Poren, geschützt werden kann. Dies ermöglicht einen besseren Betrieb und eine verringerte Reinigung der Vorrichtung wie auch längere Benut- zungszeiten ohne Reinigung. Auch können flüssige Reaktionsprodukte am Brenner einfach abtropfen. Insbesondere bei sol¬ chen Verfahren bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der entstehenden Salze sind Materialien des Brenners bzw. der Düse bevorzugt, die den Temperaturen standhalten können, wie beispielsweise Eisen, Chrom, Nickel Niob, Tantal, Molybdän, Wolfram, Zirkalloy und Legierungen dieser Metalle, sowie Stähle wie Edelstahl und Chrom-Nickel-Stahl.
Die Verbrennungstemperatur ist also bevorzugt höher als der Schmelzpunkt des jeweiligen Reaktionsprodukts bzw. der jewei¬ ligen Reaktionsprodukte, damit die Poren des Porenbrenners bzw. die Düse nicht verstopfen und ein Abtransport der Reak- tionsprodukte möglich ist. Weiterhin kann auch je nach Reaktionsprodukt eine gewisse Vermischung zwischen der flüssigen Legierung L und dem Reaktionsprodukt stattfinden, so dass die Verbrennung nicht nur lokal bei der Porenöffnung bzw. dem Düsenaustritt, sondern über die gesamte Oberfläche des Rohres bzw. der Düse verteilt stattfinden kann. Dies kann beispiels¬ weise über die Zufuhrgeschwindigkeit der Legierung L gesteu¬ ert werden.
Durch Zuführung der Legierung L als Legierung von mindestens zwei elektropositiven Metallen kann eine Schmelzpunkternied¬ rigung der Legierung im Vergleich zu den jeweiligen Metallen wie der entstehenden Metallsalze erreicht werden, so dass das Verfahren bei niedrigeren Temperaturen und somit schonender für die Vorrichtung durchgeführt werden kann und der Einsatz von hochfeuerfesten Materialien in der Vorrichtung vermindert bzw. vermieden werden kann.
Die bei der Reaktion entstehenden gasförmigen Produkte (beispielsweise CO bei der Verbrennung in CO2) können von den festen bzw. flüssigen Verbrennungsprodukten getrennt und weiter verwertet werden. Im Verbrennungsprozess ist es bevor¬ zugt, dass die Salze, die bei der exothermen Reaktion entste¬ hen flüssig abgezogen werden können und das Abgas (zusammengesetzt aus gasförmigen Reaktionsprodukten und eventuell überschüssig eingeführtem Reaktionsgas) frei von festen Par¬ tikeln über eine Expanderturbine unter Druck geführt werden kann. Durch den geeigneten Einsatz von Alkali- und/oder Erdalkalimetall-Legierungen bzw. Legierungen von AI und/oder Zink kann bei Einstellung über die Luftzahl ( Stöchiometrie der Reaktion) eine niedrigere Verbrennungstemperatur sichergestellt werden. Wegen der niedrigen Schmelztemperatur eines Salzgemisches kann ein flüssiger Abzug der Produkte leichter gewährleistet werden. Damit kann der Einsatz teurer Brennermaterialien vermieden werden. Zudem ist eine potentiell höhere Dynamik des Verbrennungsprozesses möglich, bei unter¬ schiedlichen Temperaturen in Abhängigkeit der Stöchiometrie (Luftzahl) der Verbrennungsreaktion, bei gleichzeitiger Ge- währleistung eines flüssigen Abzugs des entstehenden Salzgemisches .
Weiterhin kann gemäß bestimmten Ausführungsformen die Verbrennung mit einem gewissen Überschuss an Brenngas erfolgen, beispielsweise in einem molaren Verhältnis von Brenngas zu
Metall M von 1,01 : 1 und mehr, bevorzugt 1,05 : 1 und mehr, weiter bevorzugt 5:1 und mehr, noch weiter bevorzugt 10:1 und mehr, beispielsweise auch 100:1 und mehr, um die Abgastempe¬ ratur in einem bestimmten Temperaturbereich zu stabilisieren. Das Brenngas kann hierbei auch zur Wärmeabfuhr auf den
Expandierteil einer Turbine, etc. dienen.
Bei dem Verfahren kann zudem eine Trennung von Abgas von festen und/oder flüssigen Reaktionsprodukten bei der Verbrennung der Legierung L mit einem Brenngas erfolgen, wobei gemäß bestimmten Ausführungsformen in einem Reaktionsschritt das Brenngas mit der Legierung L verbrannt wird und Abgas sowie weitere feste und/oder flüssige Reaktionsprodukte entstehen, und in einem Trennungsschritt das Abgas von den festen und/oder flüssigen Reaktionsprodukten abgetrennt wird. Hierbei kann im Trennungsschritt zusätzlich ein Trägergas zugege¬ ben werden und das Trägergas als Gemisch mit dem Abgas abge¬ führt werden. Das Trägergas kann hierbei auch dem Abgas ent¬ sprechen, so dass also beispielsweise bei der Verbrennung ein Abgas entsteht, das dem zugeführten Trägergas entspricht, oder auch dem Brenngas entsprechen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können also gemäß bestimmten Ausführungsformen die Reaktionsprodukte nach der Verbrennung getrennt werden. Das Trägergas ist erfindungsgemäß nicht besonders beschränkt, und kann dem Brenngas entsprechen, aber auch verschieden von diesem sein. Als Trägergas kommen beispielsweise Luft, Koh- lenmonoxid, Kohlendioxid, Sauerstoff, Methan, Wasserstoff, Wasserdampf, Stickstoff, Distickstoffmonoxid, Gemische von zwei oder mehreren dieser Gase, etc. zur Anwendung. Hierbei können verschiedene Gase, wie beispielsweise Methan, zum Wär¬ metransport dienen und die Reaktionswärme der Reaktion von Metall M mit dem Brenngas aus dem Reaktor abführen. Die verschiedenen Trägergase können beispielsweise an die Reaktion des Brenngases mit der Legierung L geeignet angepasst werden, um hierbei ggf. Synergieeffekte zu erzielen. Das Gas, das op¬ tional beim Zuführen der Legierung L verwendet wird, kann ebenfalls dem Trägergas entsprechen.
Für eine Verbrennung von Kohlendioxid mit Legierung L, beispielsweise aus Lithium und Natrium, bei der Kohlenmonoxid entstehen kann, kann als Trägergas beispielsweise Kohlenmono- xid verwendet und gegebenenfalls im Kreis gefahren, also nach dem Abführen wieder, zumindest teilweise, als Trägergas zu¬ rückgeführt werden. Hierbei wird das Trägergas an das Abgas angepasst, so dass ggf. ein Teil des Trägergases als Wertpro¬ dukt entnommen werden kann, beispielsweise für eine folgende Fischer-Tropsch-Synthese, während es durch die Verbrennung von Kohlendioxid mit Legierung L wieder generiert wird, so dass in der Bilanz Kohlendioxid zumindest teilweise zu Koh¬ lenmonoxid umgesetzt wird, bevorzugt zu 90 Vol.% oder mehr, weiter bevorzugt 95 Vol.% oder mehr, noch weiter bevorzugt 99 Vol.% oder mehr und insbesondere bevorzugt zu 100 Vol.%, bezogen auf das eingesetzte Kohlendioxid, und als Wertprodukt entnommen wird. Je mehr Kohlenmonoxid erzeugt wird, umso sau¬ berer ist das abgeführte Kohlenmonoxid. Bei einer Verbrennung von Stickstoff mit Legierung L, beispielsweise aus Lithium und Magnesium, kann als Trägergas beispielsweise Stickstoff dienen, so dass im Abgas nicht rea¬ gierter Stickstoff aus der Verbrennung als „Abgas" neben dem Trägergas Stickstoff vorliegen kann, wodurch eine Gastrennung, so gewünscht, einfacher durchgeführt werden kann und gemäß bestimmten Ausführungsformen, bei entsprechender, bevorzugt quantitativer Verbrennung von Legierung L und Stick- Stoff unter Verwendung geeigneter, leicht ermittelbarer Parameter, auch nicht erforderlich sein kann. Es kann beispielsweise Ammoniak aus dem entstehenden Nitrid leicht durch Auswaschen bzw. Abkühlen entfernt werden.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann zumindest ein Teil des Abgases dem Trägergas entsprechen. Beispielsweise kann das Abgas zu mindestens 10 Vol.%, bevorzugt 50 Vol.% oder mehr, weiter bevorzugt 60 Vol.% oder mehr, noch weiter bevorzugt 70 Vol.% oder mehr, und noch mehr bevorzugt 80 Vol.% oder mehr, bezogen auf das Gesamtvolumen des Abgases, dem Trägergas entsprechen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann das Brenngas zu 90 Vol.% oder mehr, bezogen auf das Ge¬ samtvolumen des Abgases, dem Trägergas entsprechen, und kann in manchen Fällen sogar zu 100 Vol.% dem Trägergas entspre¬ chen .
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren das Gemisch aus Abgas und Trägergas zumindest teilweise wieder dem Trennungsschritt als Trägergas und/oder dem Verbrennungsschritt als Brenngas zugeführt werden. Eine Rückführung des Gemisches aus Abgas und Trägergas kann bei¬ spielsweise in einem Umfang von 10 Vol.% oder mehr, bevorzugt 50 Vol.% oder mehr, weiter bevorzugt 60 Vol.% oder mehr, noch weiter bevorzugt 70 Vol.% oder mehr, und noch mehr bevorzugt 80 Vol.% oder mehr, bezogen auf das Gesamtvolumen aus Trägergas und Abgas, erfolgen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann eine Rückführung des Gemisches aus Abgas und Trägergas zu 90 Vol.% oder mehr, bezogen auf das Gesamtvolumen aus Trägergas und Abgas, erfolgen. Gemäß erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsformen kann eine Reaktion zwischen Brenngas und
Legierung Lauf eine solche Weise erfolgen, dass als Abgas das Trägergas entsteht, z.B. mit Kohlendioxid als Brenngas und Kohlenmonoxid als Trägergas, so dass dann das Gemisch aus Trägergas und Abgas im Wesentlichen, bevorzugt zu 90 Vol.% und mehr, weiter bevorzugt zu 95 Vol.% und mehr, noch weiter bevorzugt zu 99 Vol.% und mehr und besonders bevorzugt zu 100 Vol.%, bezogen auf das Gemisch aus Abgas und Trägergas, aus dem Trägergas besteht. Hierbei kann dann das Trägergas kontinuierlich im Kreis gefahren werden und in einer solchen Menge entnommen werden, wie es durch die Verbrennung von Legierung L und Brenngas nachgebildet wird. Im Vergleich zu einer reinen Kreisführung des Trägergases, bei der ggf. eine Trennung von Trägergas und Abgas erfolgt, kann hierbei bei¬ spielsweise ein Wertprodukt erhalten werden, beispielsweise Kohlenmonoxid, welches kontinuierlich entnommen werden kann.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt der Trennungs- schritt in einem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Zyklon bzw. einem Zyklonreaktor. Der Zyklonreaktor ist hierbei in seinem Aufbau nicht besonders beschränkt und kann beispiels¬ weise eine Form haben, wie sie gewöhnliche Zyklonreaktoren aufweisen .
Beispielsweise kann ein Zyklonreaktor einen Reaktionsbereich, an dem die Zuführeinrichtungen für das Brenngas, Legierung L und das Trägergas (welche ggf. auch zuvor vereint werden kön¬ nen und dann gemeinsam dem Reaktionsbereich zugeführt werden können) angebracht werden können, beispielsweise in Form eines rotationssymmetrischen Oberteils,
einen Separationsbereich, der beispielsweise konisch ausgestaltet ist,
und eine Entspannungskammer, an der eine Abführvorrichtung für feste und/oder flüssige Reaktionsprodukte der Verbrennung von Metall M mit dem Brenngas, beispielsweise in Form einer Zellenradschleuse, sowie eine Abführeinrichtung für das Ge¬ misch aus Abgas und Trägergas, was sich nach der Durchmi¬ schung der beiden Gase nach dem Verbrennen des Metalls M im Brenngas ergibt, angebracht werden können, umfassen.
Solche Vorrichtungskomponenten sind beispielsweise üblicherweise in Zyklonabscheidern vorhanden. Ein erfindungsgemäß verwendeter Zyklonreaktor kann aber auch anders aufgebaut sein und ggf. auch weitere Bereiche umfassen. Beispielsweise können einzelne Bereiche (z.B. Reaktionsbereich, Separations¬ bereich, Entspannungskammer) auch in einem Bauteil eines bei- spielhaften Zyklonreaktors zusammengefasst sein und/oder sich über mehrere Bauteile eines Zyklonreaktors erstrecken. Hier¬ bei kann beispielsweise die Zugabe von Trägergas auch in einem Bereich erfolgen, in dem die Reaktion der Legierung L und des Brenngases fortgeschritten oder auch schon abge- schlössen ist.
Durch den Zyklon werden die Reaktionsprodukte weitgehend im Zentrum des Reaktors, beispielsweise eines Ofenraums gehal¬ ten. Ein Vorteil der Verwendung eines Porenbrenners ist, dass durch die Verbrennung an der Oberfläche des porösen Rohrs keine kleinen Partikeln entstehen wie beim Verdüsen, so dass das Abgas frei von festen oder flüssigen Partikeln ist, so dass auch eine Gasturbine bzw. eine Expanderturbine einfach im Abgasstrom nachgeschaltet werden können. Durch geeignete Zufuhr von Trägergas kann jedoch auch eine effiziente Trennung von Abgas von festen und flüssigen Reaktionsprodukten erzielt werden bei einer Verdüsung der Legierung L. Unter diesen Umständen ist es mit diesem Verbrennungskonzept mög¬ lich, den Abgasstrom nach dem Verbrennen der Legierung L und der Trennung der Reaktionsprodukte direkt in eine Gasturbine einzuleiten .
Die Abgastemperatur kann gemäß bestimmten Ausführungsformen in den unterschiedlichen Verbrennungsprozessen durch den Gas- überschuss gesteuert werden, so dass sie höher als die
Schmelztemperatur der Reaktionsprodukte bzw. deren Mischung ist .
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst der Zyklonreaktor zudem ein Gitter, durch das die festen und/oder flüssigen
Reaktionsprodukte bei der Verbrennung der Legierung L mit dem Brenngas abgeführt werden können. Ein solches Gitter kann ein nachträgliches Aufwirbeln von festen und/oder flüssigen Reaktionsprodukten im Zyklonreaktor zusätzlich verhindern.
Die Reaktionsprodukte der Verbrennung können zur Erzeugung von Energie, bevorzugt unter Verwendung mindestens einer Ex¬ panderturbine und/oder mindestens einer Gasturbine, bei¬ spielsweise einer Dampfturbine, und/oder mindestens eines Wärmetauschers und/oder mindestens eines Boilers, verwendet werden, wobei hier gemäß bestimmten Ausführungsformen sowohl die entstehenden festen und/oder flüssigen Reaktionsprodukte, beispielsweise unter Verwendung eines Wärmetauschers am Reak¬ tor, oder auch die gasförmigen Reaktionsprodukte verwendet werden können. Die bei der Verbrennung frei werdende thermischer Energie kann also (beispielsweise über eine Expander- turbine und/oder Dampfturbine) in elektrischer Energie umge¬ wandelt werden. Die frei werdende thermische Energie kann beispielsweise über einen Wärmetauscher und anschließender Dampfturbine rückverstromt werden. Höhere Effizienzen sind beispielsweise durch den Einsatz von Gasturbinen in Kombina- tion mit Dampfturbinen erreichbar. Dafür ist gemäß bestimmten Ausführungsformen zu gewährleistet, dass das Abgas nach der Metallverbrennung partikelfrei ist, da diese Partikel sonst die Turbine langfristig beschädigen können. Bei Verwendung eines Zyklonreaktors mit Trägergaszufuhr kann das Gemisch aus Abgas und Trägergas gemäß bestimmten Ausfüh¬ rungsformen, beispielsweise im Reaktor und/oder bei und/oder nach der Abführung aus dem Reaktor, zur Erwärmung eines Boilers oder zur Wärmeübertragung in einem Wärmetauscher oder einer Turbine, beispielsweise einer Gasturbine oder einer Ex¬ panderturbine, verwendet werden.
Weiterhin kann das Gemisch aus dem Trägergas und dem Abgas gemäß bestimmten Ausführungsformen nach der Verbrennung unter erhöhtem Druck stehen, beispielsweise mehr als 1 bar, wenigstens 2 bar, wenigstens 5 bar oder wenigstens 20 bar. Darüber hinaus wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Vorrichtung zur Verbrennung einer Legierung L eines elektropositiven Metalls offenbart, wobei das elektropositive Metall ausgewählt ist aus Alkali-, Erdalkalimetallen, Alumi- nium und Zink, sowie Mischungen derselben und die Legierung L des elektropositiven Metalls mindestens zwei elektropositive Metalle aufweist, umfassend
einen Porenbrenner oder eine Einrichtung zum Verdüsen der Legierung L des elektropositiven Metalls,
eine Zuführeinrichtung für die Legierung L des elektropositiven Metalls, bevorzugt als Flüssigkeit, zum Inneren des Po¬ renbrenners oder zur Einrichtung zum Verdüsen der Legierung L, die dazu ausgebildet ist, dem Porenbrenner oder der Einrichtung zum Verdüsen der Legierung L die Legierung L des elektropositiven Metalls, bevorzugt als Flüssigkeit, zuzufüh¬ ren,
eine Zuführeinrichtung für ein Brenngas, die dazu ausgebil¬ det, Brenngas zuzuführen, und
optional eine Heizvorrichtung zum Bereitstellen der Legierung L des elektropositiven Metalls als Flüssigkeit, die dazu aus¬ gebildet ist, die Legierung L des elektropositiven Metalls zu verflüssigen .
Die Einrichtung zum Verdüsen der Legierung L ist hierbei nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise eine Ein¬ stoffdüse oder eine Zweistoffdüse umfassen. Der Porenbrenner kann wie oben beschrieben ausgestaltet sein. Als Zuführeinrichtung für Legierung L können beispielsweise Rohre oder Schläuche, oder aber Förderbänder, dienen, die beheizt sein können, welche geeignet, beispielsweise anhand des Aggregats¬ zustands der Legierung L, bestimmt werden können. Gegebenenfalls kann an die Zuführeinrichtung für die Legierung L auch eine weitere Zuführeinrichtung für ein Gas, optional mit einer Steuereinrichtung wie einem Ventil, angebracht werden, mit dem die Zufuhr der Legierung L geregelt werden kann.
Ebenso kann die Zuführeinrichtung für das Brenngas als Rohr oder Schlauch, etc., das oder der gegebenenfalls beheizt sein kann, ausgebildet sein, wobei die Zuführeinrichtung geeignet anhand des Zustand des Gases, das ggf. auch unter Druck ste¬ hen kann, bestimmt werden kann. Auch können mehrere Zuführeinrichtungen für Legierung L oder Brenngas vorgesehen sein. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist die Zuführeinrichtung für das Brenngas derart angeordnet, dass sie das Brenngas, zumindest teilweise und bevorzugt vollständig, auf die Ober¬ fläche des Porenbrenners bzw. an den Ausgang der Düse leitet. Hierdurch wird eine verbesserte Reaktion zwischen Legierung L und Brenngas erreicht.
Zudem ist der Porenbrenner gemäß bevorzugten Ausführungsformen derart angeordnet, dass entstehende Reaktionsprodukte der Verbrennung und optional die nicht reagierte Legierung L durch Gravitation von der Oberfläche des Porenbrenners abge¬ trennt werden können, beispielsweise indem der Porenbrenner im Reaktor senkrecht zur Erdoberfläche hin weisend angebracht wird. Bei senkrechter Anordnung der porösen Brennrohre im Ofenraum kann das entstehende flüssige Reaktionsprodukt das Rohr hinab laufen und dann nach unten in den Ofensumpf tropfen. Auf diesem Weg wird auch die eventuell gelöste Legierung L, beispielsweise aus Lithium und Natrium, die nicht zuvor am Porenbrenner reagiert ist, verbrennen, und die Reaktionswärme wird an das vorbeiströmende Brenn- und Trägergas abgegeben.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen besteht der Porenbrenner bzw. die Düse aus einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Eisen, Chrom, Nickel Niob, Tantal, Mo¬ lybdän, Wolfram, Zirkalloy und Legierungen dieser Metalle, sowie Stähle wie Edelstahl und Chrom-Nickel-Stahl. Geeignet sind beispielsweise austenitische Chrom-Nickel-Stähle, welche beispielsweise sehr resistent gegen Abtragung durch Natrium bei hoher Temperatur sind, doch auch Werkstoffe mit 32% Nickel und 20% Chrom, wie AC 66, Incoloy 800 oder Pyrotherm G 20132 Nb, zeigen noch ein relativ günstiges Korrosionsverhal¬ ten. Diese Materialien sind bevorzugt für einen Einsatz bei höheren Temperaturen, bei denen die Reaktion mit flüssiger Legierung L und ggf. mit entstehenden flüssigen Metallsalzen einfacher vonstattengehen kann.
In bestimmten Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter eine Trenneinrichtung der Produkte der Verbrennung der Legierung L aufweisen, die dazu ausgebildet ist, die Verbrennungsprodukte der Legierung L und des Brenn¬ gases zu trennen, wobei die Trenneinrichtung bevorzugt ein Zyklonreaktor ist.
Die Trenneinrichtung kann hierbei zur Trennung von Abgas bei der Verbrennung der Legierung L mit einem Brenngas dienen, und kann umfassen:
einen Reaktor, in dem der Porenbrenner bzw. die Einrich- tung zum Verdüsen vorgesehen ist und die Zuführeinrichtung für Legierung L angebracht bzw. vorgesehen ist, und zu dem die Zufuhr des Brenngases erfolgt, an dem oder in dem also die Zuführeinrichtung für das Brenngas angebracht bzw. vorge¬ sehen ist;
- eine Zuführeinrichtung für Trägergas, die dazu ausgebil¬ det ist, dem Reaktor Trägergas zuzuführen.
eine Abführeinrichtung für ein Gemisch aus Abgas sowie Trägergas, die dazu ausgebildet ist, ein Gemisch aus dem Ab¬ gas der Verbrennung von Legierung L mit dem Brenngas und dem Trägergas abzuführen; und
eine Abführeinrichtung für feste und/oder flüssige Reaktionsprodukte der Verbrennung von Legierung L mit dem Brenngas, die dazu ausgebildet ist, feste und/oder flüssige Reak¬ tionsprodukte der Verbrennung von Legierung L mit dem Brenn- gas abzuführen.
Die Zuführeinrichtung für Trägergas ist ebenfalls nicht be¬ sonders beschränkt und umfasst beispielsweise Rohre, Schläu¬ che, etc., wobei die Zuführeinrichtung für Trägergas geeignet anhand des Zustands des Trägergases, das ggf. auch unter Druck stehen kann, bestimmt werden kann. Ebenso wenig ist der Reaktor besonders beschränkt, insofern in ihm die Verbrennung des Brenngases mit der Legierung L vonstattengehen kann. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der Reaktor ein Zyklonreaktor sein, wie er beispielhaft in Figuren 1 und in Detailansicht in einer weiteren Ausführungs¬ form in Figur 2 dargestellt ist.
Der Zyklonreaktor kann gemäß bestimmten Ausführungsformen einen Reaktionsbereich, an dem die Zuführeinrichtungen für das Brenngas, Legierung L und das Trägergas sowie der Poren¬ brenner angebracht werden können, beispielsweise in Form eines rotationssymmetrischen Oberteils,
einen Separationsbereich, der beispielsweise konisch ausgestaltet ist,
und eine Entspannungskammer, an der eine Abführvorrichtung für feste und/oder flüssige Reaktionsprodukte der Verbrennung von Legierung L mit dem Brenngas, beispielsweise in Form einer Zellenradschleuse, sowie eine Abführeinrichtung für das Gemisch aus Abgas und Trägergas, was sich nach der Durchmi- schung der beiden Gase nach dem Verbrennen der Legierung L im Brenngas ergibt, angebracht werden können, umfassen.
Solche Vorrichtungskomponenten sind beispielsweise üblicherweise in Zyklonabscheidern vorhanden. Ein erfindungsgemäß verwendeter Zyklon-Reaktor kann aber auch anders aufgebaut sein und ggf. auch weitere Bereiche umfassen. Beispielsweise können einzelne Bereiche (z.B. Reaktionsbereich, Separations¬ bereich, Entspannungskammer) auch in einem Bauteil eines beispielhaften Zyklonreaktors zusammengefasst sein und/oder sich über mehrere Bauteile eines Zyklonreaktors erstrecken.
Ein beispielhafter Zyklonreaktor ist in Figur 1 dargestellt. Der in Figur 1 dargestellte Zyklonreaktor 6 umfasst einen Reaktionsbereich 20a, einen Separationsbereich 20b, der so- wohl zusammen mit dem Reaktionsbereich 20a im oberen Bauteil 6a als auch zusammen mit der Entspannungskammer 20c im unteren Bauteil 6b liegt, sowie eine Entspannungskammer 20c. Zum Zyklonreaktor führen im oberen Teil eine Zuführeinrichtung 1 für Brenngas, beispielsweise in Form eines ggf. beheizten Rohrs oder eines Schlauchs, und eine Zuführeinrichtung 2 für Legierung L, beispielsweise in Form eines ggf. beheizten Rohrs oder eines Schlauchs, wobei die Zufuhr der Legierung L zum Porenbrenner 3 erfolgt. Die Zufuhr der Legierung L erfolgt gemäß Figur 1 unter Zuhilfenahme eines Gases in einer Zuführeinrichtung 2λ für Gas, beispielsweise einem Rohr oder Schlauch, dessen Zufuhr mit einem Ventil 2 λ λ gesteuert werden kann. Die Legierung L und das Brenngas werden dem Reaktions- bereich 20a zugeführt. Durch die Zuführeinrichtung 4 wird das Trägergas einem Bereich 4 λ zur Gasverteilung zugeführt, aus dem dann das Trägergas über Düsen 5, mit welchen ein Zyklon ausgebildet werden kann, dem Separationsbereich 20b zugeführt wird. Eine Detailansicht einer solchen Zuführeinrichtung 4 mit einem Bereich 4 λ zur Gasverteilung und einer Düse 5 ist im Querschnitt beispielhaft in Figur 4 (Darstellung ohne Po¬ renbrenner 3) angegeben, jedoch können auch mehr Düsen 5 vorhanden sein, beispielsweise in einem geeigneten Abstand rings um die Innenwand des Bereichs 4 um einen geeigneten Zyklon zu erzeugen. Aus dem unteren Bauteil 6b, welches die Entspan¬ nungskammer 20c umfasst, werden feste und/oder flüssige Reaktionsprodukte über die Abführeinrichtung 7 für feste und/oder flüssige Reaktionsprodukte der Verbrennung von Legierung L mit dem Brenngas abgeführt, während das Gemisch aus Abgas und Trägergas über die Abführeinrichtung 8 für das Gemisch aus Abgas und Trägergas abgeführt wird.
Gegebenenfalls kann in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Zündvorrichtung, beispielsweise eine elektrische Zünd- Vorrichtung oder ein Plasmabogen, erforderlich sein, wobei dies von der Art und dem Zustand der Legierung L, beispiels¬ weise deren Temperatur und/oder Aggregatszustand, der Beschaffenheit des Brenngases, beispielsweise dessen Druck und/oder Temperatur, sowie der Anordnung von Komponenten in der Vorrichtung, wie beispielsweise der Art und Beschaffenheit der Zuführeinrichtungen, abhängen kann. Um konstruktiv sowohl eine hohe Abgastemperatur von beispielsweise mehr als 200°C, beispielsweise auch 400°C oder mehr und in bestimmten Ausführungsformen 500 °C oder mehr, als auch einen erhöhten (z.B. 5 bar oder mehr) oder hohen (20 bar oder mehr) Betriebsdruck zu erreichen, kann das innere Material des Reaktors aus hochwarmfesten Legierungen bestehen, beispielsweise den oben genannten und im Extremfall auch aus dem Material Haynes 214. Um dieses Material, das lediglich der hohen Temperatur standhalten soll, kann dann eine thermi- sehe Isolierung angeordnet sein, die ausreichend wenig Wärme hindurch lässt, so dass außen eine Stahlwand, die zusätzlich auch luft- oder wassergekühlt sein kann, die Druckbelastung aufnimmt. Das Abgas kann dann dem weiteren Prozessschritt mit dem erhöhten oder hohen Betriebsdruck zugeführt werden.
Darüber hinaus kann der Reaktor, beispielsweise ein Zyklonreaktor, auch Heiz- und/oder Kühlvorrichtungen umfassen, welche an dem Reaktionsbereich, dem Separationsbereich und/oder der Entspannungskammer sowie aber auch an den verschiedenen Zuführ- und/oder Abführvorrichtungen, ggf. dem Brenner, und/oder ggf. der Zündvorrichtung vorhanden sein können. Darüber hinaus können weitere Komponenten wie Pumpen zum Erzeugen eines Drucks oder eines Vakuums, etc. in einer erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung vorhanden sein.
In Ausführungsformen, in denen der Reaktor als Zyklonreaktor ausgebildet ist, kann der Zyklonreaktor ein Gitter umfassen, das derart ausgebildet ist, dass die festen und/oder flüssi¬ gen Reaktionsprodukte bei der Verbrennung der Legierung L mit dem Brenngas durch das Gitter abgeführt werden können. Darü¬ ber hinaus kann ein solches Gitter aber auch in anderen Reaktoren, welche in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein können, vorhanden sein. Durch die Verwendung des Gitters im Reaktor bzw. Zyklonreaktor kann eine bessere Trennung der festen und/oder flüssigen Reaktionsprodukte bei der Verbrennung der Legierung L mit dem Brenngas von dem Gemisch aus Abgas und Trägergas erzielt werden. Ein solches Gitter ist bei¬ spielhaft in Figur 2 dargestellt, gemäß der sich das Gitter 6λ beispielhaft im Zyklonreaktor 6, der in Figur 1 dargestellt ist, im unteren Bauteil 6b oberhalb der Abführeinrich¬ tung 7 und unterhalb der Abführeinrichtung 8 befindet. Durch das Gitter, bevorzugt mit genügend großem Abstand zur Reak- torwand, kann eine sichere Abscheidung von festen und flüssi¬ gen Reaktionsprodukten oder deren Gemisch sichergestellt werden. Dadurch werden die schon abgeschiedenen festen oder flüssigen Verbrennungsprodukte auch nicht mehr vom Zyklon aufgewirbelt .
Die Geometrie der Zuführeinrichtungen für das Trägergas ist nicht besonders beschränkt, sofern das Trägergas mit dem Ab¬ gas aus der Verbrennung von Legierung L und Brenngas vermischt werden kann. Bevorzugt entsteht hierbei ein Zyklon, z.B. mit der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung. Ein Zyklon kann aber auch durch andere Anordnungen der Zuführeinrichtungen zueinander erzeugt werden. So ist es beispielsweise nicht ausgeschlossen, dass die Zuführeinrichtung des Trägergases auch oben am Reaktor in der Nähe der Zuführeinrichtungen für Legierung L und Brennstoff vorhanden ist. Entsprechend geeig¬ nete Geometrien der Einspritzung können leicht auf geeignete Weise bestimmt werden, beispielsweise anhand von Strömungssi¬ mulationen . Auch sind die Abführeinrichtungen nicht besonders beschränkt, wobei beispielsweise die Abführeinrichtung für das Gemisch aus Abgas und Trägergas als Rohr ausgebildet sein kann, wäh¬ rend die Abführeinrichtung für die festen und/oder flüssigen Reaktionsprodukte der Verbrennung von Metall M mit dem Brenn- gas beispielsweise als Zellenradschleuse und/oder als Rohr mit einem Siphon ausgestaltet sein kann. Hier können auch verschiedene Ventile, wie Druckventile, und/oder weitere Reg¬ ler vorgesehen sein. Eine in Figur 3 dargestellte, beispiel¬ hafte Abführeinrichtung 7, beispielsweise des in Figur 1 dar- gestellten Zyklonreaktors 6, kann hierbei einen Siphon 9, ein Ventil 10 zur Entgasung und einen Druckregler 11 umfassen, ist jedoch nicht auf eine solche beschränkt. Ein solcher Si¬ phon an der Abführeinrichtung für die festen und/oder flüssi- gen Reaktionsprodukte der Verbrennung von Legierung L mit dem Brenngas, ggf. in Verbindung mit einem für den jeweiligen Be¬ triebsdruck geeigneten Vordruckregler, kann beispielsweise verwendet werden, um einen erhöhten oder hohen Betriebsdruck zu ermöglichen.
Die Abführeinrichtung für das Gemisch aus Abgas und Trägergas kann gemäß bestimmten Ausführungsformen auch eine Trennvor- richtung für das Abgas und das Trägergas und/oder einzelne Komponenten des Abgases enthalten.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann die Abführeinrichtung für ein Gemisch aus Abgas sowie Trägergas derart mit der Zu¬ führeinrichtung für Trägergas und/oder der Zuführeinrichtung für Brenngas verbunden sein, dass das Gemisch aus Abgas und Trägergas zumindest teilweise dem Reaktor als Trägergas und/oder dem Brenner als Brenngas zugeführt wird. Der Anteil des rückgeführten Gases kann hierbei 10 Vol.% oder mehr, bevorzugt 50 Vol.% oder mehr, weiter bevorzugt 60 Vol.% oder mehr, noch weiter bevorzugt 70 Vol.% oder mehr, und noch mehr bevorzugt 80 Vol.% oder mehr, bezogen auf das Gesamtvolumen aus Trägergas und Abgas, betragen. Gemäß bestimmten Ausfüh¬ rungsformen kann eine Rückführung des Gemisches aus Abgas und Trägergas zu 90 Vol.% oder mehr, bezogen auf das Gesamtvolu¬ men aus Trägergas und Abgas, erfolgen.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung zudem weiter mindestens einen Boiler und/oder mindestens einen Wärmetauscher und/oder mindestens eine Gas¬ turbine und/oder mindestens eine Expanderturbine umfassen, der oder die sich im Reaktor und/oder der Abführeinrichtung für das Gemisch aus Abgas sowie Trägergas befindet. Somit können beispielsweise in der Vorrichtung von Figur 1, welche einen Zyklonreaktor 6 umfasst, im Reaktor 6, in der Abführeinrichtung 8 und/oder in einer Einrichtung, die sich an die Abführeinrichtung 8 anschließt, ein oder mehrere Wärmetau¬ scher und/oder Boiler und/oder Gasturbinen und/oder Expanderturbinen vorgesehen sein, welche nicht dargestellt sind. Auch kann ein Wärmeaustausch am Zyklonreaktor 6 selbst stattfinden, beispielsweise an den Außenwänden im Reaktionsbereich 20a und/oder dem Separationsbereich 20b, aber ggf. auch im Bereich der Entspannungskammer 20c, wobei die entsprechenden Wärmetauscher dann auch mit Turbinen zur Stromerzeugung in Generatoren verbunden sein können.
Die Abgase können somit, als Gemisch mit Trägergas, einer weiteren Verwendung z.B. Aufheizen eines Boilers zur Dampfer- zeugung, Wärmeabgabe in einem Wärmetauscher, Betrieb einer Turbine, usw. zugeführt werden.
Falls kein geeigneter Wärmetauscher gefunden werden kann, durch den dann z.B. Luft mit entsprechendem Druck erwärmt wird und als Ersatz für das Abgas in die Gasturbine geleitet wird, ist es möglich, beispielsweise einen Boiler zu verwen¬ den. Der Weg unter Verwendung eines Boilers kann gemäß bestimmten Ausführungsformen aussichtsreicher sein und ist auch technisch einfacher, da er bei geringeren Temperaturen und nur erhöhtem Druck realisierbar sein kann.
Mit Hilfe eines oder mehrerer Wärmetauscher und/oder eines oder mehrerer Boiler kann dann im Anschluss elektrische Energie erzeugt werden, beispielsweise durch Verwendung einer Dampfturbine und eines Generators. Es ist aber auch möglich, dass das Gemisch aus Abgas und Trägergas direkt auf eine Tur¬ bine, beispielsweise eine Gasturbine bzw. Expanderturbine, geleitet wird, um so direkt Strom zu erzeugen. Dies setzt je¬ doch eine sehr gute Abtrennung von Feststoffen und/oder flüs- sigen Reaktionsprodukten der Verbrennung von Legierung L und Brenngas voraus, wie sie erfindungsgemäß bereitgestellt wer¬ den kann, insbesondere unter Verwendung eines Gitters im Re¬ aktor. Die Auswahl, ob ein Boiler oder ein Wärmetauscher verwendet wird, kann beispielsweise davon abhängen, ob feste oder flüssige Reaktionsprodukte gebildet werden, kann aber auch anlagentechnisch bedingt sein. Bei flüssigen Reaktionsprodukten, z.B. flüssigem L12CO3 und a2C03, kann beispielsweise die Reaktorwand als Wärmetauscher fungieren, während bei entstehenden festen Reaktionsprodukten spezielle Wärmetauscher erforderlich sein können. Bei einer entsprechenden Trennung des Gemisches von Abgas und Trägergas von den festen und/oder flüssigen Reaktionsprodukten ist auch ggf. ein direktes Leiten des Gemisches aus Abgas und Trägergas auf eine Turbine möglich, so dass hier dann auch keine Wärmetauscher und/oder Boiler im Abgasstrom erforderlich sein können.
Gemäß gestimmten Ausführungsformen kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine Entnahmevorrichtung in der Abführeinrichtung für das Gemisch aus Abgas sowie Trägergas umfassen, welche dazu ausgebildet ist, bei einer Rückführung des Gemisches aus Abgas und Trägergas zur Zuführeinrichtung für Trägergas und/oder der Zuführeinrichtung für Brenngas durch Verbindung der Abführeinrichtung für das Gemisch aus Abgas sowie Trägergas mit der Zuführeinrichtung für Trägergas und/oder der Zuführeinrichtung für Brenngas einen Teil des Gemisches aus Ab¬ gas und Trägergas zu entnehmen. Ein solcher Teil kann bei¬ spielsweise mehr als 1 Vol.%, bevorzugt 5 Vol.% und mehr und weiter bevorzugt 10 Vol.% oder mehr, bezogen auf das Gesamt¬ volumen des Gemisches aus Abgas und Trägergas, betragen. Wei¬ terhin können gemäß bestimmten Ausführungsformen maximal 50 Vol.%, bevorzugt 40 Vol.% oder weniger, weiter bevorzugt 30 Vol.% oder weniger, besonders bevorzugt 20 Vol.% oder we¬ niger, bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches aus Abgas und Trägergas, aus dem rückgeführten Gemisch aus Abgas und Trägergas entnommen werden. Das entnommene Gas kann dann bei¬ spielsweise als Wertprodukt für weitere Reaktionen zur Verfü¬ gung stehen, so z.B. wenn Kohlenmonoxid ausgeschleust wird und anschließend in einem Fischer-Tropsch-Verfahren zu höherwertigen Kohlenwasserstoffen umgesetzt wird.
Auch können die abgeführten Feststoffe weiter zu Wertstoffen umgesetzt werden. So kann beispielsweise aus einer Verbren¬ nung mit Stickstoff hergestelltes Metallnitrid durch Hydroly¬ se mit Wasser zu Ammoniak und Lauge umgesetzt werden, wobei die entstandene Lauge dann auch als Fänger für Kohlendioxid und/oder Schwefeldioxid dienen kann. Die obigen Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildun- gen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Im Folgenden wird die Erfindung nunmehr anhand beispielhafter Ausführungsformen dargestellt, die die Erfindung in keiner Weise beschränken.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird die Legierung L, beispielsweise aus Lithium und Natrium, flüssig einge¬ setzt, also oberhalb des Schmelzpunktes der Legierung. Die flüssige Legierung L, z.B. aus Lithium und Natrium, kann in einen Porenbrenner eingebracht werden und reagiert dann unmittelbar, gegebenenfalls nach Zündung zum Starten der Reaktion, mit dem jeweiligen Brenngas, z.B. Luft, Sauerstoff, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Wasserstoff, Wasserdampf, Stickoxide NOx wie Distickstoffmonoxid, oder Stickstoff. Die Verbrennung der Legierung L kann in der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung erfolgen, beispielsweise mit einer mehr als stöchiometrischen Menge des Brenngases, um nicht allzu hohe Abgastemperaturen zu erzeugen. Das Brenngas kann aber auch in stöchiometrischer oder unterstöchiometrischer Menge im Vergleich zum Metall M zugesetzt werden. Nach der Verbrennung wird ein Trägergas (z.B. Stickstoff, Luft, Kohlenmono- xid, Kohlendioxid und Ammoniak) , das auch dem Brenngas ent¬ sprechen kann, zur Verdünnung zugesetzt, um die Temperatur zu vermindern und um einen Zyklon zur Abscheidung der festen oder flüssigen Reaktionsprodukte zu erzeugen. Der heiße Ab¬ gasstrom kann dann zur Erwärmung eines Boilers zur Wärmeübertragung in einem Wärmetauscher oder ähnlichem eingesetzt werden . Gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform kann als Brenngas Kohlendioxid und als Trägergas Kohlenmonoxid in der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung verwendet werden. Als Legierung L wird beispielsweise eine von Lithium und Natrium, z.B. flüssig, eingesetzt. Die flüssige Legierung wird in den Porenbrenner 3 eingebracht und reagiert dann unmittelbar mit dem Brenngas. Eventuell sind eine elektrische Zündung oder ein zusätzlicher Zündbrenner erforderlich. In einer Abwand- lung hiervon kann beispielsweise auch eine Reaktion mit einer Legierung aus Natrium und Kalium gemäß diesem Beispiel erfolgen, wobei die Legierung aus Natrium und Kalium bei Raumtemperatur als Flüssigkeit vorliegen kann. Die Verbrennung der Legierung L erfolgt am Porenbrenner 3, bevorzugt mit der stöchiometrisch erforderlichen Menge an Kohlendioxid, wobei auch ein leicht über- oder unterstöchio- metrisches Verhältnis (z.B. 0,95:1 bis 1:0,95 für das Ver¬ hältnis CO2 : Legierung L) gewählt werden kann. Bei einer Ver- wendung eines sehr hohen Unterschusses an Kohlendioxid kann beispielsweise Carbid als Salz entstehen, aus dem dann Acety- len gewonnen werden kann.
Im zweiten Schritt erfolgt im mittleren Teil des Reak- tors/Ofens 6 im Bereich 4λ die Mischung der Verbrennungspro¬ dukte mit dem Trägergas Kohlenmonoxid, das durch Düsen 5 in den Reaktor 6 eingeblasen wird. Dadurch entsteht ein Zyklon, der dazu führt, dass die festen und/oder flüssigen Reaktions¬ produkte an die Reaktorwand gewirbelt werden und sich dort vornehmlich abscheiden. Bevorzugt wird ein Überschuss an Trä¬ gergas verwendet, um einen ausreichenden Abtransport der durch die Verbrennung entstehenden Wärme zu gewährleisten. Hierdurch kann die Temperatur im Reaktor 6 geeignet eingestellt werden.
Für die Verbrennung in reinem Kohlendioxid hat das entstehende Lithiumcarbonat-Natriumcarbonat-Gemisch im Falle einer eutektischen Mischung einen Schmelzpunkt von 498°C. Wird die Verbrennungstemperatur der Reaktionsprodukte mittels Zu¬ mischung von Trägergas und/oder Brenngas durch die Zuführeinrichtungen 1,5 über mindestens 498°C gehalten, so kann man von flüssigen Reaktionsprodukten für die Verbrennung ausge- hen. Die Zuführeinrichtungen können hier bei der stark exothermen Reaktion zum Kühlen verwendet werden, damit sich die Anlage nicht zu stark aufheizt, wobei die untere Temperatur¬ grenze der Schmelzpunkt der entstehenden Salzmischung sein kann. Wird der Zyklon zudem mit anderen Gasen als Kohlendio- xid wie z.B. Luft oder weiteren Gasen betrieben, können in den Reaktionsprodukten auch beispielsweise die Oxide von Lithium und Natrium als Gemisch entstehen. Nach Abscheidung der flüssigen und festen Reaktionsprodukte, welche durch ein Git¬ ter 6λ verbessert werden kann, wird das Gemisch aus Abgas und Trägergas zum Beispiel in einen Boiler geleitet und zur Ver¬ dampfung von Wasser genutzt, um dann eine Dampfturbine mit nachgeschaltetem Generator anzutreiben oder andere technische Vorrichtungen (z B Wärmetauscher) zu betreiben. Das nach diesem Prozess abgekühlte Gemisch aus Abgas und Trägergas kann dann beispielsweise wieder als Trägergas zum Erzeugen des
Zyklons im Ofen benutzt werden. Damit wird die Restwärme des Abgases nach dem Verdampfungsprozess im Boiler genutzt, und es muss nur die stöchiometrisch notwendige Menge an Kohlendi¬ oxid für die Verbrennung mit Li/Na durch Abgasreinigung z.B. von Kohlekraftwerken gewonnen werden.
Die Verbrennung kann gemäß bestimmten Ausführungsformen mit einem gewissen Überschuss an Brenngas erfolgen, beispielswei¬ se in einem molaren Verhältnis von Brenngas zu Legierung L von mehr als 1,01 : 1, bevorzugt mehr als 1,05 : 1, weiter bevorzugt 5:1 und mehr, noch weiter bevorzugt 10:1 und mehr, beispielsweise auch 100:1 und mehr, um die Abgastemperatur in einem bestimmten Temperaturbereich zu stabilisieren, und es kann neben der Brenngaszugabe und der Einströmung der Legie- rung L in einer Anordnung von Düsen mittels eines Zyklons weiteres Brenn- oder Trägergas zur Wärmeaufnahme zugegeben werden, wie in Fig. 1 und Fig. 4 dargestellt. Die Abgastempe¬ ratur kann gemäß bestimmten Ausführungsformen in den unter- schiedlichen Verbrennungsprozessen durch den Gasüberschuss gesteuert werden, so dass sie höher als die Schmelztemperatur der Reaktionsprodukte bzw. deren Mischung sein kann.
Mit einer Rezirkulierung des durch den nachfolgenden Prozessschritt abgekühlten Abgases lässt sich Kohlenmonoxid im Abgas anreichern. Es ist dabei gemäß bestimmten Ausführungsformen möglich, dem Abgas einen Anteil zu entnehmen, und damit ein Gasgemisch von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid zu erhalten, das einen signifikant höheren Anteil an Kohlenmonoxid be¬ sitzt. Durch eine nachfolgende Gastrennung kann das Kohlenmo¬ noxid vom Kohlendioxid gereinigt werden, und das Kohlendioxid kann im Kreislauf oder im Brenner weiterverwendet werden.
Durch Rückführung des Produktgases CO kann im Ofen die Verbrennungstemperatur weiter gesenkt werden. Eine Absenkung der Verbrennungstemperatur wäre auch durch einen Überschuss von CO2 möglich. Allerdings müsste dieser ca. 16-mal höher als die stöchiometrische Menge sein, so dass das Produktgas CO in dem C02-Überschuss stark verdünnt vorliegen würde. Deshalb ist es gemäß bestimmten Ausführungsformen sinnvoll, einen Teil des Produktgases CO in den Brenner zurückzuführen und als thermischen Ballast zur Senkung der Temperatur zu verwenden. Bevorzugt wird hierbei eine bestimmte Reaktionstempera¬ tur durch Rückführung einer konstanten Menge an Gemisch aus Abgas und Trägergas als Trägergas eingestellt. In diesem Fall entsteht kein CO / C02-Gemisch, das aufwändig getrennt werden muss. Das Produktgas besteht zum größten Teil aus CO und nur aus kleinen Verunreinigungen durch CO2. Im stationären Zustand wird der Großteil des CO im Kreis geführt und gerade so viel CO aus dem Kreislauf abgeführt, wie durch die Reaktion von CO2 und Li/Na - wie auch generell mit elektropositiven Metalllegierung - nachgebildet wird. Beispielsweise kann sich ein solcher Kreislauf ergeben, wenn CO in einem Verhältnis von 90 Vol.% oder mehr, bezogen auf das Gemisch aus Abgas und Trägergas, als Trägergas eingesetzt wird. Eine geeignete Men¬ ge an Kohlendioxid kann somit stetig dem Verbrennungsprozess zugeführt werden, wohingegen eine entsprechende Menge Kohlen- monoxid als Wertprodukt ständig dem Kreislauf entnommen wer¬ den kann.
Eine entsprechende Reaktionsführung ist auch beispielhaft in Figur 5 dargestellt. Aus einem Abgas 100, beispielsweise aus einem Verbrennungskraftwerk wie einem Kohlekraftwerk, wird in einer C02~Abtrennung 101 Kohlendioxid abgetrennt und dann in Schritt 102 mit der Legierung verbrannt, wobei CO als Träger¬ gas verwendet wird. Es entsteht das Carbonatsalzgemisch 103, und ein Gemisch aus Abgas und Trägergas umfassend CO2 und CO kann, ggf. nach einer Trennung 104, über einen Boiler 105 geleitet werden, mit dessen Hilfe eine Dampfturbine 106 und so¬ mit ein Generator 107 betrieben werden. Es erfolgt eine Abgasrückführung 108 als Trägergas, wobei CO im Schritt 109 ausgeschleust werden kann.
Gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform können als Brenngas und als Trägergas Stickstoff in der in Figur 1 dar¬ gestellten Vorrichtung verwendet werden. Als Legierung L wird beispielsweise eine aus Lithium und Magnesium, z.B. flüssig, eingesetzt. Die Legierung L wird dem Porenbrenner 3 zugeführt und reagiert dann unmittelbar mit dem Brenngas. Eventuell sind eine elektrische Zündung oder ein zusätzlicher Zündbrenner erforderlich.
Die Verbrennung der Legierung L erfolgt am Porenbrenner 3 mit der stöchiometrisch erforderlichen Menge an Stickstoff, wobei auch ein leicht über- oder unterstöchiometrisches Verhältnis (z.B. 0,95:1 bis 1:0,95 für das Verhältnis N2:Legierung L) gewählt werden kann.
Im zweiten Schritt erfolgt im mittleren Teil des Reaktors 6 die Mischung der Verbrennungsprodukte mit dem Trägergas, bei¬ spielsweise Stickstoff, das durch die Düsen 5 in den Reaktor 6 eingeblasen wird. Dadurch entsteht ein Zyklon, der dazu führt, dass die festen und flüssigen Reaktionsprodukte an die Reaktorwand gewirbelt werden und sich dort vornehmlich ab¬ scheiden. Die Zuführeinrichtungen können hier bei der stark exothermen Reaktion zum Kühlen verwendet werden, damit sich die Anlage nicht zu stark aufheizt, wobei die untere Tempera¬ turgrenze der Schmelzpunkt des entstehenden Salzgemisches sein kann. Wird der Zyklon mit anderen Gasen als Stickstoff wie z.B. Luft oder Kohlendioxid oder weiteren Gasen betrie¬ ben, kann in den Reaktionsprodukten auch Oxid oder Carbonat entstehen. Nach Abscheidung der flüssigen und/oder festen Reaktionsprodukte, welche durch ein Gitter 6λ verbessert wer¬ den kann, wird das Abgas zum Beispiel in einen Boiler gelei- tet und zur Verdampfung von Wasser genutzt, um dann eine Turbine mit nachgeschaltetem Generator anzutreiben oder andere technische Vorrichtungen (z.B. Wärmetauscher) zu betreiben. Das nach diesem Prozess abgekühlte Abgas kann beispielsweise wieder zum Erzeugen des Zyklons im Reaktor 6 benutzt werden. Damit wird die Restwärme des Abgases nach dem Verdampfungs- prozess im Boiler genutzt, und es muss nur die stöchiomet- risch notwendige Menge an Stickstoff für die Verbrennung, beispielsweise durch LuftZerlegung, gewonnen werden.
Die Verbrennung kann gemäß bestimmten Ausführungsformen mit einem gewissen Überschuss an Brenngas erfolgen, beispielswei¬ se in einem molaren Verhältnis von Brenngas zu Legierung L von mehr als 1,01 : 1, bevorzugt mehr als 1,05 : 1, weiter bevorzugt 5:1 und mehr, noch weiter bevorzugt 10:1 und mehr, beispielsweise auch 100:1 und mehr, um die Abgastemperatur in einem bestimmten Temperaturbereich zu stabilisieren, und es kann neben der Brenngaszugabe und der Einströmung der Legierung L in einer Anordnung von Düsen mittels eines Zyklons weiteres Brenn- oder Trägergas zur Wärmeaufnahme zugegeben werden, wie in Fig. 1 und Fig. 4 dargestellt.
Eine entsprechende Reaktionsführung ist auch beispielhaft in Figur 6 dargestellt. Aus der Luft 200 wird in einer Luftzer¬ legung 201 Stickstoff abgetrennt und dann in Schritt 202 mit der Legierung L verbrannt, wobei Stickstoff, beispielsweise ebenfalls aus der LuftZerlegung 201, als Trägergas verwendet wird. Es entsteht ein Nitridsalzgemisch von Lithium- und Magnesiumnitrid 203, und das Gemisch aus Abgas und Trägergas um- 3 y
fassend 2 204 kann über einen Boiler 205 geleitet werden, mit dessen Hilfe eine Dampfturbine 206 und somit ein Genera¬ tor 207 betrieben werden. Es erfolgt eine Abgasrückführung 208 als Trägergas. Aus dem Nitridsalzgemisch 203 kann durch Hydrolyse 209 Ammoniak 210 gewonnen werden, wobei Hydroxid 211 entsteht, welches mit Kohlendioxid zu Carbonat 212 umge¬ setzt werden kann.
Gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform kann es auch möglich sein, z.B. bei der Verwendung von Luft als
Brenngas, zwei Reaktoren, z.B. zwei Zyklonreaktoren, hintereinander zu verwenden, wobei im ersten Zyklonreaktor mit der Legierung und dem Sauerstoff aus der Luft ein Metalloxidge¬ misch hergestellt werden kann und das Abgas vornehmlich
Stickstoff enthält, und dieses Abgas dann in einem zweiten Zyklonreaktor als Brenngas mit Legierung L zu Metallnitrid reagieren kann. Hierbei kann beispielsweise Stickstoff als Trägergas fungieren, dass auch aus dem ersten Abgas gewonnen werden kann, oder das erste Abgas selbst, wenn es beispiels¬ weise im Kreis geführt wird.
Eine fünfte beispielhafte Ausführungsform ist in Figur 5 dar¬ gestellt, bei der der Reaktor dem in Figur 1 dargestellten Reaktor ähnelt. Die Legierung L, beispielsweise Na/K, wird dem Zyklonreaktor 6 (6a, 6b) über den Porenbrenner 3, ggf. bei Raumtemperatur flüssig, zugeführt, und das Brenngas, bei¬ spielsweise Kohlendioxid, über die Zuführeinrichtung 1. Be¬ sonders vorteilhaft ist die Injektion des Brennstoffs im Zyk¬ lonreaktor 6 (6a, 6b) an Stellen mit hoher Gasgeschwindig- keit, damit die flüssigen Metalltropfen vom Porenbrenner 3 leicht abgerissen werden. Über die Stöchiometrie der Reaktion kann die Abgastemperatur eingestellt werden. Diese sollte vorteilhaft so gewählt werden, dass das entstehende Salzge¬ misch flüssig bleibt. Dabei kann die Schmelztemperatur des Salzgemisches auf ca. 700°C gesenkt werden, im Vergleich zu 900 °C für Kaliumcarbonat und 858 °C für Natriumcarbonat . Nach der Verbrennung werden die Reaktionsprodukte durch den Zyklon getrennt und die Salzprodukte der Legierung L, bei- spielsweise als Flüssigkeit, am Reaktorausgang entnommen und in einem Behälter 15 für feste und flüssige Reaktionsprodukte gesammelt. Über einen Wärmetauscher 12 kann thermische Energie aus diesen Reaktionsprodukten am unteren Ende des Reak- tors, beispielsweise an der Reaktorwand, wo eine Salzschmelze abfließt, gewonnen werden, die dann über eine Dampfturbine 13 und einen Generator 14 in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Das unter Druck abgeführte, heiße und partikel¬ freie Gas kann so mit hoher Effizienz in Strom umgewandelt werden. Das Abgas wird über die Abführeinrichtung 8 zu einer Expanderturbine 16 geleitet, aus der wiederum mit dem Genera¬ tor 14 λ Strom gewonnen werden kann. Bei einem Überschuss von CO2 in dem Reaktionsgas kann das Abgas nach Austritt aus der Expanderturbine 16 dem Zyklonreaktor 6 als Reaktionsgas rück- geführt werden und so die CO Konzentration im Abgas erhöht werden. Es findet also über eine Rückführungseinrichtung 18 eine Rückführung von Abgas statt, das als Trägergas wiederum im Zyklonreaktor 6 (6a, 6b) verwendet werden kann. Zudem kann über eine Entnahme Abgas entnommen und einer Abgastrennung 17 zugeführt werden, beispielsweise bei Verwendung von CO2 als Brenn- und CO als Trägergas und Produkt der Verbrennung.
Eine sechste beispielhafte Ausführungsform ist in Figur 6 dargestellt, wobei anstelle eines Porenbrenners 3 eine Ver- düsung der Legierung L am Ende der Zuführeinrichtung 2 stattfindet und im Reaktionsraum 30 dann die Reaktion mit dem Brenngas aus den Zuführungseinrichtungen 1 stattfindet. Danach werden die entstehenden Reaktionsprodukte in den Zyklonreaktor 6 (6a, 6b) überführt. Obgleich in Figur 6 der Reakti- onsraum 30 seitlich angebracht ist, kann er auch auf andere
Weise, beispielsweise oben, am Zyklonreaktor angebracht sein, solange die Reaktionsprodukte der Zyklontrennung unterworfen werden . Die Erfindung beschreibt den geeigneten Einsatz von Legierungen von elektropositiven Metallen als stoffliche Energiespeicher, welche elektrochemisch unter Nutzung von regenerativer, elektrischer Energie (Überproduktion) hergestellt werden kön- nen (Ladeprozess ) . Die Entladung des Energiespeichers kann als Verbrennungsprozess in Kohlendioxid, Stickstoff, Sauer¬ stoff, Luft, Atmosphäre, etc. realisiert werden. Durch die vorliegende Erfindung kann gemäß bestimmten Ausführungsformen die Trennung der gasförmigen Reaktionsprodukte von den bei der Reaktion entstehenden Salzen über den Einsatz eines Zyklons und dem flüssigen Abzug des Salzgemisches si¬ chergestellt werden. Zudem kann durch den Einsatz von Legie- rungen L von elektropositiven Metallen und der niedrigeren
Schmelztemperatur der entstehenden Salzgemische bei der Verbrennung im Vergleich zu den einzelnen Metallverbindungen die Verbrennungsreaktion auch bei niedrigeren Temperaturen eingestellt werden und damit der Einsatz teurer Materialien für den Brennraum vermieden werden, bei gleichzeitiger Sicherstellung eines flüssigen Abzugs des Salzgemisches. Die Rück- verstromung der bei der Verbrennung frei werdenden thermischen Energie kann beispielsweise sowohl durch die Verwendung einer Expanderturbine für die ggf. unter Druck und Temperatur abgeführten Gase, als auch über Wärmetauscher an der Reaktorwand und anschließen einer Dampfturbine erfolgen.
Durch die Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere durch die Verwendung von porösen Brennrohren, gelingt es, die festen bzw. flüssigen Reaktionsprodukte oder deren Gemische einfach von den entstehenden Abgasen zu trennen, und damit die Abgase einer Verwendung in beispielsweise einer Gasturbine bzw. einer Expanderturbine, einem Wärmetau¬ scher, oder einem Boiler zuzuführen. Auf diese Weise kann zu- dem auch die gesamte Verbrennungsvorrichtung kompakter gestaltet werden und die Verbrennung schonender für die Vorrichtung durch Lokalisierung des Verbrennungsprozesses ge¬ staltet werden. Weiterhin kann die Vorrichtung, beispielsweise ein Reaktor wie ein Ofen, mit erhöhtem Betriebsdruck gefahren werden, und so kann der Verbrennungs- und Abscheideprozess den jeweiligen Bedingungen des nachfolgenden Schrittes angepasst werden. Die Möglichkeit der Unterscheidung von Brenngas und Trägergas zur Etablierung eines Zyklons ermöglicht in bestimmten Ausführungsformen die Rückführung von Abgasen nach der Wärmeabgabe. Eine Rezirkulierung ist mit dieser Konstruktion leicht mög- lieh. Auch sind Gasgemische als Brenn- und Trägergas möglich. Durch Rückführung des Abgases nach dem oder den Prozessschritten kann Energie und Material eingespart werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Verbrennen einer Legierung eines elektropositiven Metalls, wobei das elektropositive Metall ausge¬ wählt ist aus Alkali-, Erdalkalimetallen, Aluminium und Zink, sowie Mischungen derselben, mit einem Brenngas, wobei die Legierung des elektropositiven Metalls mindestens zwei elektropositive Metalle umfasst, bei dem die Legie¬ rung des elektropositiven Metalls mit dem Brenngas verbrannt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Legierung des elektropositiven Metalls als Flüssigkeit verbrannt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbrennung bei einer Temperatur stattfindet, die über dem Schmelzpunkt der bei der Reaktion der Legierung des elektropositiven Metalls und des Brenngases entstehenden Salze liegt .
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Legierung des elektropositiven Metalls als Flüssigkeit in einen Porenbrenner geleitet und mit Hilfe des Porenbrenners verbrannt wird, wobei das Brenngas gegebenenfalls auf die Außenflächen des Porenbrenners geleitet und mit der Legierung des elektropositiven Metalls verbrannt wird .
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Legierung des elektropositiven Metalls, bevorzugt als
Flüssigkeit, verdüst und mit dem Brenngas verbrannt wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Reaktionsprodukte nach der Verbrennung, bevorzugt mit Hilfe eines Zyklons, getrennt werden.
7. Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Reaktionsprodukte der Verbrennung zur Erzeugung von Ener- gie, bevorzugt unter Verwendung mindestens einer Expanderturbine und/oder mindestens einer Dampfturbine
und/oder mindestens eines Wärmetauschers und/oder mindes¬ tens eines Boilers, verwendet werden.
Vorrichtung zur Verbrennung einer Legierung eines elek- tropositiven Metalls, wobei das elektropositive Metall ausgewählt ist aus Alkali-, Erdalkalimetallen, Aluminium und Zink, sowie Mischungen derselben und die Legierung des elektropositiven Metalls mindestens zwei elektroposi¬ tive Metalle aufweist, umfassend
einen Porenbrenner oder eine Einrichtung zum Verdüsen der Legierung des elektropositiven Metalls,
eine Zuführeinrichtung für die Legierung des elektropositiven Metalls, bevorzugt als Flüssigkeit, zum Inneren des Porenbrenners oder zur Einrichtung zum Verdüsen der Legierung, die dazu ausgebildet ist, dem Porenbrenner oder der Einrichtung zum Verdüsen der Legierung die Legierung des elektropositiven Metalls, bevorzugt als Flüssigkeit, zuzuführen,
eine Zuführeinrichtung für ein Brenngas, die dazu ausge¬ bildet, Brenngas zuzuführen, und
optional eine Heizvorrichtung zum Bereitstellen der Legierung des elektropositiven Metalls als Flüssigkeit, die dazu ausgebildet ist, die Legierung des elektropositiven Metalls zu verflüssigen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, die einen Porenbrenner um- fasst, wobei die Zuführeinrichtung für das Brenngas der¬ art angeordnet ist, dass sie das Brenngas, zumindest teilweise, auf die Oberfläche des Porenbrenners leitet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der Porenbrenner der art angeordnet ist, dass entstehende Reaktionsprodukte der Verbrennung und optional das elektropositive Metall durch Gravitation von der Oberfläche des Porenbrenners abgetrennt werden können.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Porenbrenner oder die Einrichtung zum Verdüsen der Legierung des elektropositiven Metalls aus einem Material bestehen, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Eisen, Chrom, Nickel Niob, Tantal, Molybdän, Wolfram, Zirkalloy und Legierungen dieser Metalle, sowie Stähle wie Edelstahl und Chrom-Nickel-Stahl.
12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, weiter umfassend eine Trenneinrichtung der Produkte der Verbrennung des elektropositiven Metalls, bevorzugt ein Zyklon, wobei der Zyklon weiter bevorzugt ein Lochblech aufweisen kann .
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, weiter umfassend mindestens eine Expanderturbine und/oder min¬ destens eine Dampfturbine und/oder mindestens einen Wär¬ metauscher und/oder mindestens einen Boiler.
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