KR20170010805A - Combustion of lithium at different temperatures and pressures and with gas surpluses using porous tubes as burners - Google Patents

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KR20170010805A
KR20170010805A KR1020167035513A KR20167035513A KR20170010805A KR 20170010805 A KR20170010805 A KR 20170010805A KR 1020167035513 A KR1020167035513 A KR 1020167035513A KR 20167035513 A KR20167035513 A KR 20167035513A KR 20170010805 A KR20170010805 A KR 20170010805A
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Abstract

본 발명은 연료 가스를 사용하여, 알칼리, 알칼리성 토금속들, 알루미늄, 및 아연, 및 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택된 금속(M)을 연소하기 위한 방법에 관한 것이다. 연소는 버너로서 다공성 튜브를 포함하는 다공성 버너(3)에 의해 수행된다. 본 발명은 또한, 방법을 수행하기 위한 디바이스 및 연소 가스를 사용하여 금속(M)을 연소하기 위한 버너로서 다공성 튜브를 포함하는 다공성 버너의 사용에 관한 것이다.The present invention relates to a method for burning a metal (M) selected from alkali, alkaline earth metals, aluminum, and zinc, and alloys and / or mixtures thereof, using fuel gas. The combustion is carried out by means of a porous burner 3 comprising a porous tube as a burner. The invention also relates to the use of a device for carrying out the process and a porous burner comprising a porous tube as a burner for burning metal (M) using combustion gases.

Description

다공성 튜브들을 버너들로서 사용한, 상이한 온도들 및 압력들에서의 그리고 가스 과잉들을 이용한 리튬의 연소{COMBUSTION OF LITHIUM AT DIFFERENT TEMPERATURES AND PRESSURES AND WITH GAS SURPLUSES USING POROUS TUBES AS BURNERS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for burning lithium by using porous tubes as burners at different temperatures and pressures and using gas surpluses. BACKGROUND OF THE INVENTION < RTI ID = 0.0 > [0002] <

본 발명은, 연료 가스(fuel gas)를 사용하여, 알칼리 금속(alkali metal)들, 알칼리성 토금속(alkaline earth metal)들, 알루미늄 및 아연, 및 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택된 금속(M)을 연소하기 위한 프로세스(process) ― 연소는 버너(burner)로서 다공성 튜브(porous tube)를 포함하는 기공 버너(pore burner)에 의해 실시됨 ―, 프로세스를 실시하기 위한 장치, 및 연료 가스를 이용한, 알칼리 금속들, 알칼리성 토금속들, 알루미늄 및 아연, 및 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택된 금속(M)의 연소를 위한 버너로서 다공성 튜브를 포함하는 기공 버너의 사용에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the production of a metal (M) selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, and alloys and / - combustion is carried out by means of a pore burner comprising a porous tube as a burner, - an apparatus for carrying out the process, and - To a use of a pore burner comprising a porous tube as a burner for combustion of a metal (M) selected from alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, and alloys and / or mixtures thereof.

수년에 걸쳐, 금속성 리튬의 산화에서 생성된 열을 이용하여 작업하는 다수의 에너지 생성 유닛(energy generation unit)들이 제안되었다(예컨대, 미국 특허 제 33 28 957호). 이러한 시스템(system)에서, 물과 리튬이 서로 반응하여 리튬 수산화물, 수소 및 스팀(steam)을 생성한다. 시스템의 다른 곳에서는, 리튬과 물 사이의 반응에 의해 생성된 수소가 산소와 결합되어 추가의 스팀을 형성한다. 그 다음으로, 스팀은 터빈(turbine) 등을 구동시키기 위해 사용되고, 그러므로 에너지 생성 소스(energy generation source)가 획득된다. 리튬은 또한, 원자재 재료(commodity material)들을 획득하기 위해 부가적으로 사용될 수 있다. 질소와 반응하여 리튬 질화물을 제공하고, 그 후에 가수분해되어 암모니아를 제공하거나 또는 이산화탄소와 반응하여 리튬 산화물 및 일산화탄소를 제공하는 것이 그 예들이다. 질화물의 경우에서와 같이, 각각의 경우에서의, 선택적으로는 가수분해 후의, 리튬의 반응의 고체의 마지막 최종 생성물은 산화물 또는 탄산염이고, 그 다음으로, 이는 리튬 금속으로의 전기분해에 의해 다시 환원될 수 있다. 이는, 풍력, 광전지들 또는 다른 재생가능 에너지 소스들에 의해 잉여 전력이 생성되어, 저장되고 그리고 원하는 시간에서 다시 전력으로 변환될 수 있는 회로를 확립하거나, 그렇지 않으면 화학적 원자재 재료들이 획득될 수 있다.Over the years, a number of energy generation units have been proposed for working with heat generated from the oxidation of metallic lithium (see, for example, U.S. Patent No. 33 28 957). In this system, water and lithium react with each other to produce lithium hydroxide, hydrogen, and steam. Elsewhere in the system, hydrogen generated by the reaction between lithium and water is combined with oxygen to form additional steam. Next, the steam is used to drive a turbine or the like, and thus an energy generation source is obtained. Lithium may also be used additionally to obtain commodity materials. For example, by reacting with nitrogen to provide lithium nitride and then hydrolyzed to provide ammonia or react with carbon dioxide to provide lithium oxide and carbon monoxide. As in the case of nitrides, in each case, optionally after hydrolysis, the final end product of the solids of the reaction of lithium is an oxide or carbonate, which is then reduced again by electrolysis to lithium metal . This can be achieved by establishing circuits in which surplus power can be generated, stored and converted back to power at a desired time by wind power, photovoltaic cells or other renewable energy sources, or else chemical raw materials can be obtained.

리튬은 통상적으로 용융 흐름 전기분해에 의해 생성된다. 이러한 프로세스에 대해, 표준 전위의 온도 정정이 없이 프로세스 데이터(process data)로부터 계산된, 약 42% 내지 55%의 효율성들이 확인되었다. 리튬뿐만 아니라, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄 및 아연과 같은 유사한 금속들을 사용하는 것이 또한 가능하다.Lithium is typically produced by melt-flow electrolysis. For this process, efficiencies of about 42% to 55%, calculated from process data without temperature correction of the standard potential, were identified. It is also possible to use not only lithium but also similar metals such as sodium, potassium, magnesium, calcium, aluminum and zinc.

온도 및 연료 가스에 따라 리튬의 연소에서 고체 또는 액체 잔여물들이 발생할 수 있기 때문에, 이들에 특히 유의해야 한다. 더욱이, 상이한 대기들에서 그리고 압력 하에서 (예컨대, 액체 형태의) 리튬 금속의 연소를 위한 오븐(oven)의 구성 및 동작에 따라, 오프가스(offgas)들 및 고체들/액체들이 연소 생성물들로서 발생할 수 있다. 이들 고체 및 액체 물질들은 오프가스들로부터 매우 실질적으로 분리되어야 한다.Particular attention should be given to these because solid or liquid residues can occur in the combustion of lithium depending on the temperature and the fuel gas. Moreover, depending on the configuration and operation of the oven for combustion of lithium metal in different atmospheres and under pressure (e.g. in liquid form), offgas and solids / liquids can be generated as combustion products have. These solid and liquid materials must be very substantially separated from the offgas.

다운스트림(downstream)의 장치들에서 어떠한 표면 침착들 또는 폐색들도 발생시키지 않기 위해, 오프가스 스트림(offgas stream)으로부터 액체 및 고체 연소 잔여물들을 실질적으로 완전히 분리시키는 것이 중요하다. 더 구체적으로, 오프가스 스트림을 직접적으로 가스 터빈으로 안내하는 것이 매우 요구되는데, 그 이유는 그 경우에서 모든 입자들이 오프가스 스트림으로부터 완전히 제거되었다는 것이 보장되어야 하기 때문이다. 이러한 입자들은 가스 터빈 블레이드(gas turbine blade)들에 대한 장기간 손상을 야기하고, 플랜트(plant)의 장애를 초래한다.It is important to substantially completely separate the liquid and solid combustion residues from the offgas stream so as not to generate any surface deposits or occlusions in downstream devices. More specifically, it is highly desirable to direct the off-gas stream directly to the gas turbine, since in that case it must be ensured that all particles have been completely removed from the off-gas stream. These particles cause long term damage to gas turbine blades and cause plant disruption.

본 발명의 목적은, 연료 가스를 이용한, 알칼리 금속들, 알칼리성 토금속들, Al 및 Zn, 및 이들의 합금들 및 혼합물들로부터 선택된 금속(M)의 연소의 경우에서, 오프가스로부터의 고체 및/또는 액체 반응 생성물들의 효율적인 제거가 실시될 수 있는 프로세스 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은, 연소 공간에서의 연소 생성물들의 너무 많은 분포 없이 그러므로 연소 생성물들의 더 용이한 제거성으로, 연료 가스를 이용한 금속(M)의 효과적이고 그리고 로컬적으로(locally) 제한된 연소가 가능해지는 장치를 제공하는 것이다. 더욱이, 본 발명의 목적은 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소를 효과적으로 제어할 수 있도록 하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a process for the production of solid and / or gas from offgas in the case of combustion of a metal (M) selected from alkali metals, alkaline earth metals, Al and Zn, Or liquid reaction products can be carried out in the process of the present invention. It is a further object of the present invention to provide a method and system for the efficient and locally limited combustion of a metal (M) using fuel gas, without the need for too much distribution of the combustion products in the combustion space, And to provide a device that can be used. Furthermore, an object of the present invention is to effectively control the combustion of the metal (M) using the fuel gas.

이 목적은 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소에서 버너로서 다공성 튜브를 포함하는 기공 버너의 사용에 의해 달성된다. 기공 버너의 사용을 통해, 기공 버너에서 연소를 로컬라이징(localize)하는 것이 가능하다는 것이 확인되었으며, 이 경우, 연소 생성물들이 또한 기공 버너에서 획득된다. 이에 반해, 예컨대 원자화의 경우, 반응 생성물들이 리액터(reactor) 전체에 걸쳐 획득되며, 고체 및 액체 반응 생성물들은 다시 복잡한 방식으로 기체 반응 생성물들로부터 분리되어야 하며, 기공 버너를 이용한 연소의 경우, 기공 버너에 특히 가까운 고체 및 액체 반응 생성물들의 로컬리제이션(localization)이 존재하며, 이는 기체 연소 생성물들로부터의 고체 및 액체 반응 생성물들의 분리를 용이하게 한다. 이 방식으로, 전체 연소 장치는 또한 더 콤팩트(compact)하게 만들어질 수 있고, 연소는, 연소 프로세스의 로컬리제이션을 통해 장치에 대해 더 완만해지도록 구성될 수 있다.This object is achieved by the use of a pore burner comprising a porous tube as a burner in the combustion of metal (M) using fuel gas. Through the use of pore burners it has been found possible to localize the combustion in a pore burner, in which case the combustion products are also obtained in the pore burner. On the other hand, for example, in the case of atomization, reaction products are obtained throughout the reactor, the solid and liquid reaction products must be separated again from the gas reaction products in a complicated manner, and in the case of combustion using a pore burner, There is localization of the solid and liquid reaction products particularly close to that which facilitates the separation of the solid and liquid reaction products from the gaseous combustion products. In this way, the entire combustion device can also be made more compact, and the combustion can be configured to be gentler with respect to the device through localization of the combustion process.

제 1 양상에서, 본 발명은, 연료 가스를 이용하여 금속(M)을 연소하기 위한 프로세스에 관한 것으로, 금속(M)은 알칼리 금속들, 알칼리성 토금속들, 알루미늄 및 아연, 및 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택되고, 연소는 버너로서 다공성 튜브를 포함하는 기공 버너에 의해 실시된다.In a first aspect, the present invention relates to a process for burning a metal (M) using a fuel gas, wherein the metal (M) is selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, / ≪ / RTI > mixtures, and the combustion is carried out by a pore burner comprising a porous tube as a burner.

추가의 양상에서, 본 발명은, 금속(M)의 연소를 위한 장치에 관한 것으로, 금속(M)은 알칼리 금속들, 알칼리성 토금속들, 알루미늄 및 아연, 및 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택되고, 장치는, 버너로서 다공성 튜브를 포함하는 기공 버너, 기공 버너의 내부로의, 바람직하게는 액체 형태인 금속(M)을 위한 피드 유닛(feed unit) ― 피드 유닛은, 바람직하게는 액체 형태인 금속(M)을 기공 버너에 피딩(feed)하도록 설계됨 ―, 연료 가스를 공급하도록 설계된, 연료 가스를 위한 피드 유닛, 및 선택적으로는 금속(M)을 액체 형태로 제공하기 위한 가열 장치를 포함하고, 가열 장치는 금속(M)을 액화하도록 설계된다.In a further aspect, the invention relates to an apparatus for the combustion of a metal (M), wherein the metal (M) is selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, and alloys and / The apparatus comprises a pore burner comprising a porous tube as a burner, a feed unit for the metal (M), preferably in the form of a liquid, into the interior of the pore burner, preferably a feed A feed unit designed for feeding fuel gas, a feed unit for the fuel gas, and optionally a heating device for providing the metal (M) in liquid form , And the heating device is designed to liquefy the metal (M).

부가하여, 본 발명은, 추가의 양상에서, 연료 가스를 이용한, 알칼리 금속들, 알칼리성 토금속들, 알루미늄 및 아연, 및 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택된 금속(M)의 연소를 위한 버너로서 다공성 튜브를 포함하는 기공 버너의 사용에 관한 것이다.In addition, the present invention provides, in a further aspect, a burner for burning a metal (M) selected from alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, and alloys and / To a pore burner comprising a porous tube.

본 발명의 추가의 양상들은 종속 청구항들 및 더 상세한 설명, 및 또한 도면들로부터 추론될 수 있다.Further aspects of the invention can be deduced from the dependent claims and the more detailed description, and also from the drawings.

첨부 도면들은 본 발명의 실시예들을 예시하고 그리고 본 발명의 추가의 이해를 제공하도록 의도된다. 설명과 관련하여, 첨부 도면들은 본 발명의 개념들 및 원리들을 설명하는 역할을 한다. 다른 실시예들 및 언급된 이점들 대부분은 도면들과 관련하여 명백해진다. 도면들의 엘리먼트(element)들은 반드시 서로에 대해 실척대로 표현되지는 않는다. 달리 서술되지 않는다면, 동일한 기능 및 동일한 효과를 갖는 동일한 엘리먼트들, 피처(feature)들 및 컴포넌트(component)들에는 도면들의 그림들에서 동일한 참조 번호들이 각각 주어진다.The accompanying drawings are intended to illustrate embodiments of the invention and to provide a further understanding of the invention. In the context of the description, the appended drawings serve to explain the principles and concepts of the present invention. Many other embodiments and the advantages mentioned will become apparent with reference to the drawings. The elements of the figures are not necessarily to scale with respect to each other. The same elements, features, and components having the same function and the same effect are given the same reference numerals in the drawings of the drawings, respectively, unless otherwise stated.

도 1은 본 발명의 장치에 대한 예시적 어레인지먼트(arrangement)를 개략적 형태로 도시한다.
도 2는 본 발명의 장치에 대한 추가의 예시적 어레인지먼트의 상세도를 개략적 형태로 도시한다.
도 3은 본 발명의 장치에 대한 부가적인 예시적 어레인지먼트의 추가의 상세도를 개략적 형태로 도시한다.
도 4는 리액터로의 캐리어 가스(carrier gas)의 피드 유닛의 구역에서 본 발명의 예시적 장치를 통한 예시적 단면을 개략적 형태로 도시한다.
도 5는 리튬 탄산염을 제공하기 위해 리튬과 이산화탄소의 예시적 반응을 위한 방식을 도시하며, 이는 본 발명에 따른 프로세스에 의해 실시될 수 있다.
도 6은 리튬 질화물 및 추가의 변환 생성물들을 제공하기 위해 리튬과 질소의 추가의 예시적 반응을 위한 방식을 도시하며, 이는 본 발명에 따른 프로세스에 의해 실시될 수 있다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows in an overview form an exemplary arrangement for the apparatus of the present invention.
Figure 2 shows in a schematic form a detailed view of a further exemplary arrangement for an apparatus of the present invention.
Figure 3 shows in further detail a further detail of an additional exemplary arrangement for the apparatus of the present invention.
Figure 4 schematically illustrates an exemplary cross-section through an exemplary apparatus of the present invention in the region of the feed unit of carrier gas to the reactor.
Figure 5 shows a scheme for an exemplary reaction of lithium and carbon dioxide to provide lithium carbonate, which may be carried out by a process according to the present invention.
Figure 6 shows a scheme for further exemplary reaction of lithium and nitrogen to provide lithium nitride and further conversion products, which may be implemented by the process according to the present invention.

본 발명은 제 1 양상에서, 연료 가스를 이용하여 금속(M)을 연소하기 위한 프로세스에 관한 것으로, 금속(M)은 알칼리 금속들, 알칼리성 토금속들, 알루미늄 및 아연, 및 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택되고, 연소는 버너로서 다공성 튜브를 포함하는 기공 버너에 의해 실시된다.In a first aspect, the present invention relates to a process for burning a metal (M) using a fuel gas, wherein the metal (M) is selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, Or mixtures, and the combustion is carried out by a pore burner comprising a porous tube as a burner.

특정 실시예들에서, 금속(M)은, 알칼리 금속들, 바람직하게는 Li, Na, K, Rb 및 Cs, 알칼리성 토금속들, 바람직하게는 Mg, Ca, Sr 및 Ba, Al, 및 Zn, 및 이들의 혼합물들 및/또는 합금들로부터 선택된다. 바람직한 실시예들에서, 금속(M)은 Li, Na, K, Mg, Ca, Al 및 Zn, 더 바람직하게는 Li 및 Mg로부터 선택되고, 금속(M)은 더 바람직하게는 리튬이다.In certain embodiments, the metal (M) is selected from the group consisting of alkali metals, preferably Li, Na, K, Rb and Cs, alkaline earth metals, preferably Mg, Ca, Sr and Ba, Al, Mixtures thereof and / or alloys thereof. In a preferred embodiment, the metal M is selected from Li, Na, K, Mg, Ca, Al and Zn, more preferably Li and Mg, and the metal M is more preferably lithium.

특정 실시예들에서, 유용한 연료 가스들은, 발열성 반응에서, 언급된 금속(M) 또는 금속들(M)의 혼합물들 및/또는 합금들과 반응할 수 있는 연료 가스들이지만, 이들은 특정하게 제한되지 않는다. 예로서, 연료 가스는 공기, 산소, 이산화탄소, 수소, 수증기, 질소 산화물들 NOx, 이를테면, 일산화이질소, 질소, 이산화황, 또는 이들의 혼합물들을 포함할 수 있다. 따라서, 프로세스는 또한, 탈황(desulfurization) 또는 NOx 제거를 위해 사용될 수 있다. 연료 가스에 따르면, 다양한 금속들(M)을 이용하여 고체, 액체, 그렇지 않으면 기체 형태일 수 있는 다양한 생성물들을 획득하는 것이 여기서 가능하다.In certain embodiments, useful fuel gasses are those that are capable of reacting with mixtures and / or alloys of the aforementioned metals (M) or metals (M) in an exothermic reaction, It does not. By way of example, the fuel gas may comprise air, the oxygen, carbon dioxide, hydrogen, water vapor, nitrogen oxides, NO x, for example, dinitrogen monoxide, nitrogen, sulfur dioxide, or mixtures thereof. Thus, the process can also be used for desulfurization or NO x removal. According to the fuel gas, it is possible here to obtain various products which may be in solid, liquid, or otherwise gaseous form using various metals M. [

예컨대, 금속(M), 예컨대 리튬과 질소의 반응은 특히, 금속 질화물, 이를테면, 리튬 질화물을 초래할 수 있고, 그 다음으로, 이는 암모니아를 제공하도록 나중의 단계에서 추가로 반응하도록 허용될 수 있는 반면, 금속(M), 예컨대 리튬과 이산화탄소의 반응은, 예컨대 금속 탄산염, 예컨대 리튬 탄산염, 일산화탄소, 금속 산화물, 예컨대 리튬 산화물, 그렇지 않으면 금속 탄화물, 예컨대 리튬 탄화물, 그렇지 않으면 이들의 혼합물들을 초래할 수 있으며, 예컨대 피셔-트롭슈 프로세스(Fischer-Tropsch process)에서 더 긴 체인(longer-chain)의 탄소질의 생성물들, 이를테면 메탄, 에탄 등과 벤진(benzine), 디젤(diesel)뿐만 아니라 메탄올 등을 또한 포함하는 더 높은-가치의 생성물들을 획득하기 위해 일산화탄소를 사용하는 것이 가능한 반면, 예컨대 아세틸렌을 획득하기 위해, 금속 탄화물, 예컨대 리튬 탄화물을 사용하는 것이 가능하다. 부가하여, 예컨대 금속 질화물을 형성하기 위해 예컨대, 일산화이질소를 연료 가스로서 이용하는 것이 또한 가능하다.For example, the reaction of a metal (M) such as lithium with nitrogen may result in, in particular, a metal nitride, such as lithium nitride, which, in turn, may be allowed to react further at a later stage to provide ammonia , Metal (M), such as lithium and carbon dioxide, can lead to, for example, metal carbonates such as lithium carbonate, carbon monoxide, metal oxides such as lithium oxides, otherwise metal carbides such as lithium carbide, For example, longer-chain carbonaceous products such as methane, ethane and the like, as well as benzene, diesel as well as methanol, etc., in the Fischer-Tropsch process, While it is possible to use carbon monoxide to obtain high-value products, for example, to obtain acetylene Year, it is possible to use a metal carbide, such as lithium carbide. In addition, it is also possible to use, for example, dinitrogen monoxide as a fuel gas to form a metal nitride, for example.

언급된 다른 금속들에 대해 유사한 반응들이 또한 발생할 수 있다.Similar reactions may also occur for other metals mentioned.

본 발명에 따르면, 기공 버너가, 금속(M)이 적어도 하나의 오리피스(orifice)에서 공급될 수 있는 다공성 튜브를 버너로서 포함한다면, 기공 버너는 특정하게 제한되지 않는다. 바람직하게, 금속(M)은 튜브의 하나의 오리피스를 통해서만 공급되고, 튜브의 다른 단부는 폐쇄되거나 또는 마찬가지로 다공성 튜브의 재료로 이루어진다. 다공성 튜브는 여기서, 예컨대 알루미늄 산화물 또는 마그네슘 산화물로 만들어진 세라믹 튜브(ceramic tube), 또는 예컨대 철, 크롬, 니켈, 니오븀, 탄탈륨, 몰리브덴, 텅스텐, 지르코늄 및 이들 금속들의 합금들, 및 또한 강철들, 이를테면, 스테인리스 강(stainless steel) 및 크롬-니켈 강으로 만들어진 다공성 금속 튜브일 수 있다. 기공 버너는 바람직하게 철, 크롬, 니켈, 니오븀, 탄탈륨, 몰리브덴, 텅스텐, 지르코늄 및 이들 금속들의 합금들, 및 또한 강철들, 이를테면, 스테인리스 강 및 크롬-니켈 강으로 이루어진 그룹(group)으로부터 선택된 재료로 이루어진다. 적절한 예들은, 예컨대 고온에서의 나트륨에 의한 부식에 매우 내성이 있는 오스테나이트 크롬-니켈 강(austenitic chromium-nickel steel)들이지만, AC 66, 인코로이 800(Incoloy 800) 또는 파이로썸 G 20132 Nb(Pyrotherm G 20132 Nb)와 같이 32% 니켈 및 20% 크롬을 갖는 재료들이 또한 상대적으로 유리한 부식 특성들을 보인다. 기공 버너의 추가의 구성요소들은 어떠한 추가의 제한도 받지 않으며, 금속(M)을 위한 피드 유닛 및 선택적으로는 점화 소스 등을 포함할 수 있다.According to the present invention, if a pore burner includes a porous tube as a burner, in which the metal M can be fed from at least one orifice, the pore burner is not particularly limited. Preferably, the metal (M) is fed only through one orifice of the tube and the other end of the tube is closed or similarly made of the material of the porous tube. The porous tube may here be a ceramic tube made of, for example, aluminum oxide or magnesium oxide, or an alloy of these metals, such as iron, chromium, nickel, niobium, tantalum, molybdenum, tungsten, zirconium, , Stainless steel, and porous metal tubes made of chrome-nickel steel. The pore burner is preferably a material selected from the group consisting of iron, chromium, nickel, niobium, tantalum, molybdenum, tungsten, zirconium and alloys of these metals and also steels such as stainless steel and chromium- . Suitable examples are, for example, austenitic chromium-nickel steels which are highly resistant to sodium corrosion at elevated temperatures, but are not limited to AC 66, Incoloy 800 or Pyrosom G 20132 Nb (Pyrotherm G 20132 Nb), 32% nickel and 20% chromium also exhibit relatively favorable corrosion properties. The additional components of the pore burner are not subject to any further restrictions and may include a feed unit for the metal M and optionally an ignition source and the like.

특정 실시예들에서, 금속(M)은 액체 형태로 기공 버너로 안내되고 그리고 기공 버너의 도움으로 연소되고, 연료 가스는 선택적으로, 기공 버너의 외측 표면들로 안내되고 그리고 금속(M)과 함께 연소된다. 그러나, 특정 실시예들에서, 고체 반응 생성물들에 의한 기공들의 폐색을 회피하기 위해, 종래의 기공 버너에서와 같은 어떠한 내부 혼합도 발생하지 않는다. 특정 실시예들에서, 기공 버너는 따라서 내부 혼합을 갖지 않는 기공 버너이다. 특정 실시예들에서, 기공 버너의 사용의 경우, 기공들은 단지 합금(L)의 표면 영역을 증가시키는 역할만을 한다. 그러나, 형성되는 반응 생성물들이, 합금(L)의 추가의 전달에 의해 기공 버너 밖으로 전달된다는 것이 보장될 수 있다면, 양전성 금속의 합금(L)의 연속적인 공급의 경우, 연료 가스와의 반응은 기공 버너의 표면에 가까운 기공들의 출구에서 발생할 수 있다. 그러나, 특정 실시예들에서, 연소 반응은 기공 버너의 기공들 외측에서, 예컨대 기공 버너의 표면에서 또는 심지어 기공 버너로부터의 합금(L)의 배출 후에, 즉, 배출되는 합금(L)의 표면에서만 발생한다.In certain embodiments, the metal (M) is guided to the pore burner in the liquid form and burned with the aid of a pore burner, the fuel gas is optionally directed to the outer surfaces of the pore burner, Burned. However, in certain embodiments, no internal mixing occurs, such as in conventional pore burners, to avoid clogging of pores by solid reaction products. In certain embodiments, the pore burner is thus a pore burner that does not have an internal mix. In certain embodiments, in the case of the use of a pore burner, the pores merely serve to increase the surface area of the alloy (L). However, in the case of continuous feeding of an alloy (L) of a positive metal, the reaction with the fuel gas can be carried out in the following manner, if the reaction products formed can be ensured to be delivered out of the pore burner by the further transfer of the alloy (L) Can occur at the exit of pores near the surface of the pore burner. However, in certain embodiments, the combustion reaction is carried out only at the outside of the pores of the pore burner, for example at the surface of the pore burner, or even after the release of the alloy L from the pore burner, Occurs.

특정 실시예들에서, 기공 버너에는, 기공 버너의 내부에 금속(M)이 액체 형태로 공급된다. 이는 기공 버너에서의 금속(M)의 더 양호한 분포 및 다공성 튜브의 기공들로부터의 금속의 더 균질한 배출을 초래하여서, 금속(M)과 연료 가스 사이에서 더 균질한 반응이 발생할 수 있다. 금속(M)과 연료 가스의 연소는, 예컨대 튜브의 기공들의 기공 크기, 사용되는 금속(M), 이들의 밀도 ― 이는 금속(M)의 온도와 상관될 수 있음 ―, 금속(M)이 기공 버너 내로 유입되는 압력, 연료 가스의 압력 또는 적용/피드 레이트(rate) 등을 통해 적절하게 제어될 수 있다. 특정 실시예들에서, 금속(M), 예컨대 리튬은 상응하게 액체 형태로, 즉, 예컨대 리튬의 용융점 180℃를 초과하여 사용된다. 여기서, 예컨대 압력 하의 추가의 가스의 도움을 또한 이용하여 액체 금속(M)이 다공성 튜브 내로 주입될 수 있으며, 이는 제한되지 않는다. 그 다음으로, 액체 금속(M)은 튜브의 기공들을 통해 표면으로 전달되고, 가스를 이용하여 버닝(burn)되어 각각의 반응 생성물(들)을 제공한다.In certain embodiments, the pore burner is supplied with a metal (M) in liquid form inside the pore burner. This results in a better distribution of the metal (M) in the pore burner and a more homogeneous discharge of the metal from the pores of the porous tube, resulting in a more homogeneous reaction between the metal (M) and the fuel gas. The combustion of the metal (M) and the fuel gas can be effected, for example, by correlating the pore size of the pores of the tube, the metal (M) used, the density thereof with the temperature of the metal (M) The pressure entering the burner, the pressure of the fuel gas or the application / feed rate. In certain embodiments, the metal (M), e.g., lithium, is used in a correspondingly liquid form, i. E., Above the melting point of lithium, e. Here, for example, the liquid metal M can also be injected into the porous tube using the help of additional gas under pressure, which is not limited. The liquid metal M is then delivered to the surface through the pores of the tube and is burned using gas to provide the respective reaction product (s).

특정 실시예들에서, 연료 가스는 기공 버너의 외측 표면들로 안내되어 금속(M)과 함께 연소된다. 이는 다공성 튜브의 기공들의 폐색을 감소시키거나 또는 방지할 수 있어서, 기공 버너의 세정이 방지되거나 그렇지 않으면 마모가 감소될 수 있다.In certain embodiments, the fuel gas is directed to the outer surfaces of the pore burner and burned with the metal (M). This can reduce or prevent clogging of the pores of the porous tube, thereby preventing cleaning of the pore burner or otherwise reducing wear.

다공성 튜브의 표면에서의 금속(M)의 연소는 가스 공간/반응 공간으로의 작은 입자들의 통과에 대한 경향을 감소시켜서, 기껏해야 반응 생성물들의 상대적으로 큰 액적들이 발생되지만, 이들은 기체 반응 생성물들로부터 용이하게 분리될 수 있으며, 예컨대 사이클론(cyclone)에 의해 리액터 벽 상에 침착될 수 있다. 이 경우, 리액터 벽은, 예컨대 열 교환기들을 이용하여 냉각될 수 있고, 이 경우, 열 교환기들은 또한 터빈들 및 생성기들에 연결될 수 있다.The combustion of the metal (M) at the surface of the porous tube reduces the tendency for the passage of small particles into the gas space / reaction space, so that at most, relatively large droplets of reaction products are generated, Can be easily separated, and can be deposited on the reactor wall, for example, by a cyclone. In this case, the reactor wall can be cooled, for example using heat exchangers, in which case the heat exchangers can also be connected to the turbines and generators.

특정 실시예들에서, 연소는 금속(M)과 연료 가스의 반응에서 형성된 염(salt)들의 용융점을 초과하는 온도에서 실시된다. 금속(M)과 연료 가스의 연소에서 형성된 염들은 여기서 금속(M)의 용융점을 초과하는 용융점을 가질 수 있어서, 상승된 온도의 액체 금속(M)의 공급이 요구될 수 있다. 형성된 염들의 용융점을 초과하는 온도에서의 연소는 부가적으로, 형성된 염들에 의한 기공 버너의 오염 또는 커버리지(coverage)를 회피할 수 있어서, 기공 버너는, 예컨대 또한 기공들의 오염에 대해 더 양호하게 보호될 수 있다. 이는 장치의 더 양호한 동작 및 감소된 세정 그리고 또한 세정 없이 더 긴 사용 시간들을 가능하게 한다. 액체 반응 생성물이 버너로부터 단순하게 떨어지는 것이 또한 가능하다. 형성되는 염들의 용융점을 초과하는 온도들에서의 그러한 프로세스들의 경우에서 특히, 버너를 위한 바람직한 재료들은 그 온도들을 견딜 수 있는 재료들, 예컨대 철, 니오븀, 탄탈륨, 몰리브덴, 텅스텐, 지르코늄 및 이들 금속들의 합금들 및 스테인리스 강이다.In certain embodiments, the combustion is conducted at a temperature that exceeds the melting point of the salts formed in the reaction of the metal (M) and the fuel gas. The salts formed in the combustion of the metal (M) and the fuel gas may here have a melting point exceeding the melting point of the metal (M), so that the supply of the liquid metal (M) at an elevated temperature may be required. Combustion at temperatures above the melting point of the formed salts can additionally avoid contamination or coverage of the pore burner by the formed salts so that the pore burner can be better protected against contamination of the pores, . This allows for better operation and reduced cleaning of the device and also longer usage times without cleaning. It is also possible that the liquid reaction product simply falls off the burner. In the case of such processes at temperatures exceeding the melting point of the salts formed, the preferred materials for the burner in particular are those which are capable of withstanding these temperatures, such as iron, niobium, tantalum, molybdenum, tungsten, zirconium, Alloys and stainless steel.

따라서, 연소 온도는 바람직하게, 기공 버너의 기공들이 폐색되지 않도록 그리고 반응 생성물들이 멀리 이송될 수 있도록 하기 위해, 각각의 반응 생성물(들)의 용융점보다 더 높다. 부가하여, 반응 생성물에 따라, 액체 금속(M)과 반응 생성물 사이에서 특정한 정도의 혼합이 발생할 수 있어서, 연소가 기공 개구에서 로컬적으로 발생할 뿐만 아니라 튜브의 전체 표면에 걸쳐 분포될 수 있다. 이는, 예컨대 금속(M)의 피드 레이트를 통해 제어될 수 있다.Thus, the combustion temperature is preferably higher than the melting point of the respective reaction product (s), so that the pores of the pore burner are not obstructed and the reaction products can be transported away. In addition, depending on the reaction product, a certain degree of mixing may occur between the liquid metal (M) and the reaction product, so that combustion may occur locally in the pore openings as well as throughout the entire surface of the tube. This can be controlled, for example, via the feed rate of the metal (M).

특정 실시예들에서, 금속(M)은 적어도 2개의 금속들(M)의 합금으로서 기공 버너에 공급된다. 이러한 방식으로, 금속(M)의 그리고 또한, 형성된 금속 염(들)의 용융점 저하를 달성하는 것이 가능하여서, 프로세스가 더 낮은 온도들에서, 그러므로 장치에 대해 더 완만한 방식으로 실시될 수 있고, 장치에서의 고내화 재료(highly refractory material)들의 사용이 감소 또는 회피될 수 있다.In certain embodiments, the metal (M) is supplied to the pore burner as an alloy of at least two metals (M). In this way it is possible to achieve a lowering of the melting point of the metal (M) and also of the formed metal salt (s), so that the process can be carried out at lower temperatures, The use of highly refractory materials in the device can be reduced or avoided.

부가하여, 특정 실시예들에서, 특정 온도 범위 내에서 오프가스 온도를 안정화시키기 위해, 특정 초과량의 연료 가스로, 예컨대 1.01:1 또는 그 초과의, 바람직하게는 1.05:1 또는 그 초과의, 더 바람직하게는 5:1 또는 그 초과의, 심지어 더 바람직하게는 10:1 또는 그 초과의, 예컨대 심지어 100:1 또는 그 초과의 연료 가스 대 금속(M)의 몰 비율(molar ratio)로 연소가 실시될 수 있다. 연료 가스는 또한 여기서 터빈 등의 팽창기 부분에서의 열의 제거를 위한 역할을 할 수 있다.In addition, in certain embodiments, to stabilize the off-gas temperature within a certain temperature range, a certain excess amount of fuel gas may be introduced into the fuel gas, for example, 1.01: 1 or more, preferably 1.05: 1 or more, More preferably a molar ratio of fuel gas to metal (M) of 5: 1 or more, even more preferably of 10: 1 or more, such as even 100: 1 or more. Can be implemented. The fuel gas may also serve here for the removal of heat at the inflator portion, such as a turbine.

프로세스에서, 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소의 경우에서, 고체 및/또는 액체 반응 생성물들로부터의 오프가스의 분리가 부가적으로 실시될 수 있으며, 이 경우, 특정 실시예들에서의, 반응 단계에서, 연료 가스는 금속(M)과 함께 연소되고, 오프가스 및 추가의 고체 및/또는 액체 반응 생성물들이 형성되며, 분리 단계에서, 오프가스는 고체 및/또는 액체 반응 생성물들로부터 분리된다. 이 경우, 분리 단계에서, 부가적으로 캐리어 가스가 부가될 수 있고, 캐리어 가스는 오프가스와의 혼합물로서 제거될 수 있다. 여기서, 캐리어 가스는 또한, 예컨대 연소가, 공급되는 캐리어 가스에 대응하는 오프가스를 초래하는 오프가스에 대응할 수 있거나, 그렇지 않으면 연료 가스에 대응할 수 있다. 따라서, 본 발명의 프로세스에서, 특정 실시예들에서는, 연소 후에 반응 생성물들을 분리하는 것이 가능하다.In the process, in the case of the combustion of the metal (M) using the fuel gas, the separation of the offgas from the solid and / or liquid reaction products can additionally be carried out, in which case, in certain embodiments, In the reaction step, the fuel gas is burned with the metal (M), off-gas and further solid and / or liquid reaction products are formed, and in the separation step, the off gas is separated from the solid and / or liquid reaction products . In this case, in the separation step, an additional carrier gas may be added, and the carrier gas may be removed as a mixture with the offgas. Here, the carrier gas may also correspond, for example, to off-gas resulting in off-gas corresponding to the supplied carrier gas, or otherwise to a fuel gas. Thus, in the process of the present invention, in certain embodiments, it is possible to separate reaction products after combustion.

본 발명에 따르면, 캐리어 가스는 특정하게 제한되지 않으며, 연료 가스에 대응할 수 있지만, 또한 연료 가스와 상이할 수 있다. 이용되는 캐리어 가스들은, 예컨대 공기, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소, 메탄, 수소, 수증기, 질소, 일산화이질소, 이들 가스들 중 둘 또는 그 초과의 혼합물들 등일 수 있다. 다양한 가스들, 예컨대 메탄이 열 수송을 위한 역할을 하고 그리고 금속(M)과 연료 가스의 반응의 반응 열을 리액터로부터 제거하는 것이 여기서 가능하다. 다양한 캐리어 가스들은 예컨대, 가능하게는 여기서 상승 효과(synergistic effect)들을 달성하기 위해, 연료 가스와 금속(M)의 반응에 적절하게 매칭될(matched) 수 있다. 금속(M)의 공급에서 선택적으로 사용되는 가스는 마찬가지로 캐리어 가스에 대응할 수 있다.According to the present invention, the carrier gas is not particularly limited and may correspond to the fuel gas, but may also be different from the fuel gas. The carrier gases used may be, for example, air, carbon monoxide, carbon dioxide, oxygen, methane, hydrogen, water vapor, nitrogen, dinitrogen monoxide, mixtures of two or more of these gases, It is now possible for various gases such as methane to serve for heat transfer and to remove the reaction heat of the reaction of the metal (M) and the fuel gas from the reactor. The various carrier gases may be suitably matched to the reaction of the fuel gas and the metal M, for example, possibly to achieve synergistic effects here. The gas selectively used in the supply of the metal (M) can likewise correspond to the carrier gas.

이산화탄소와 금속(M), 예컨대 리튬의 연소에 있어서, 일산화탄소가 형성될 수 있는 경우, 사용되는 캐리어 가스는, 예컨대 일산화탄소일 수 있으며, 선택적으로는 순환될 수 있는데, 즉, 제거 후에 캐리어 가스로서 적어도 부분적으로 다시 재순환될 수 있다. 이 경우, 캐리어 가스는 오프가스에 매칭되어서, 캐리어 가스의 일부분이 선택적으로, 예컨대 후속 피셔-트롭슈 합성을 위해 가치있는 생성물로서 회수될 수 있는 한편, 캐리어 가스는 이산화탄소와 금속(M)의 연소에 의해 재생성되어서, 사용되는 이산화탄소에 기반하여, 바람직하게는 90 부피% 또는 그 초과의 정도까지, 더 바람직하게는 95 부피% 또는 그 초과까지, 심지어 더 바람직하게는 99 부피% 또는 그 초과까지, 그리고 특히 바람직하게는 100 부피%의 정도까지, 이산화탄소의 전체적으로 일산화탄소로의 적어도 부분적 변환이 존재하며, 가치있는 생성물로서 회수된다. 더 많은 일산화탄소가 생성될수록, 일산화탄소가 더 깨끗하게 제거된다.When carbon monoxide can be formed in the combustion of carbon dioxide and metal (M), for example lithium, the carrier gas used can be, for example, carbon monoxide and can optionally be circulated, Can be partially recirculated again. In this case, the carrier gas is matched to off-gas so that a portion of the carrier gas can be selectively recovered, for example, as a valuable product for subsequent Fischer-Tropsch synthesis, while the carrier gas is burned Based on the carbon dioxide used, preferably up to 90 vol% or more, more preferably up to 95 vol% or more, even more preferably up to 99 vol% or more, based on the carbon dioxide used, And particularly preferably to the extent of 100% by volume, there is at least partial conversion of the carbon dioxide to carbon monoxide as a whole and is recovered as a valuable product. The more carbon monoxide is generated, the cleaner the carbon monoxide is removed.

질소와 금속(M), 예컨대 리튬의 연소의 경우, 사용되는 캐리어 가스는, 예컨대 질소일 수 있어서, 연소로부터의 오프가스 내의 반응하지 않은 질소는 질소 캐리어 가스와 함께 "오프가스(offgas)"로서 존재할 수 있으며, 그 결과, 원하는 경우, 가스의 분리는 더 단순한 방식으로 실시될 수 있고 그리고 특정 실시예들에서 적절하고 용이하게 결정가능한 파라미터(parameter)들을 사용한 금속(M)과 질소의 적절한, 바람직하게는 정량적인 연소의 경우에는 심지어 요구되지 않을 수도 있다. 예컨대, 스크러빙(scrubbing) 또는 냉각에 의해 형성된 질화물로부터 암모니아를 용이하게 제거하는 것이 가능하다.In the case of the combustion of nitrogen and metal (M), for example lithium, the carrier gas used can be, for example, nitrogen, so that unreacted nitrogen in the off-gas from the combustion is "offgas" with the nitrogen carrier gas As a result, the separation of the gases can be carried out in a simpler manner, if desired, and can be carried out in a suitable and suitable manner with the use of appropriate and readily determinable parameters of metals (M) and nitrogen May not even be required in the case of quantitative combustion. For example, it is possible to easily remove ammonia from the nitride formed by scrubbing or cooling.

특정 실시예들에서, 오프가스의 적어도 일부는 캐리어 가스에 대응할 수 있다. 예컨대, 오프가스의 총 부피에 기반하여, 오프가스는 적어도 10 부피%, 바람직하게는 50 부피% 또는 그 초과, 더 바람직하게는 60 부피% 또는 그 초과, 심지어 더 바람직하게는 70 부피% 또는 그 초과, 그리고 심지어 더 바람직하게는 80 부피% 또는 그 초과의 정도까지 캐리어 가스에 대응할 수 있다. 특정 실시예들에서, 연료 가스는, 오프가스의 총 부피에 기반하여 90 부피% 또는 그 초과의 정도까지 캐리어 가스에 대응할 수 있고, 일부 경우들에서는 심지어 100 부피%의 정도까지 캐리어 가스에 대응할 수 있다.In certain embodiments, at least a portion of the off-gas may correspond to a carrier gas. For example, based on the total volume of offgas, the offgas may be at least 10 vol%, preferably 50 vol% or more, more preferably 60 vol% or more, even more preferably 70 vol% , And even more preferably up to 80% by volume or more of the carrier gas. In certain embodiments, the fuel gas may correspond to a carrier gas to an extent of 90 vol% or more based on the total volume of the off gas, and in some cases may correspond to a carrier gas to an extent of even 100 vol% have.

특정 실시예들에서, 본 발명의 프로세스에서, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물은 적어도 부분적으로 다시 분리 단계에 캐리어 가스로서 그리고/또는 연소 단계에 연료 가스로서 공급될 수 있다. 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물의 재순환은, 예컨대 캐리어 가스와 오프가스의 총 부피에 기반하여, 10 부피% 또는 그 초과, 바람직하게는 50 부피% 또는 그 초과, 더 바람직하게는 60 부피% 또는 그 초과, 심지어 더 바람직하게는 70 부피% 또는 그 초과, 그리고 심지어 더욱 바람직하게는 80 부피% 또는 그 초과의 정도까지 실시될 수 있다. 특정 실시예들에서, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물의 재순환은, 캐리어 가스와 오프가스의 총 부피에 기반하여 90 부피% 또는 그 초과의 정도까지 실시될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에서, 형성된 오프가스가 캐리어 가스이고, 예컨대 이산화탄소를 연료 가스로서 그리고 일산화탄소를 캐리어 가스로서 이용하는 방식으로 연료 가스와 금속(M) 사이의 반응이 실시될 수 있어서, 그 다음으로, 캐리어 가스와 오프가스의 혼합물은 본질적으로, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물에 기반하여, 바람직하게는 90 부피% 또는 그 초과의 정도까지, 더 바람직하게는 95 부피% 또는 그 초과의 정도까지, 심지어 더 바람직하게는 99 부피% 또는 그 초과의 정도까지, 그리고 더 바람직하게는 100 부피%의 정도까지 캐리어 가스로 이루어진다. 이 경우, 캐리어 가스는 그 다음으로, 금속(M)과 연료 가스의 연소에 의해 개질되는 바와 같은 그러한 양으로 계속해서 순환 및 회수될 수 있다. 캐리어 가스의 순수 순환과 비교하여, 캐리어 가스와 오프가스의 분리가 선택적으로 실시되는 경우, 계속해서 회수될 수 있는 가치있는 생성물, 예컨대 일산화탄소를 획득하는 것이 여기서 가능하다.In certain embodiments, in the process of the present invention, the mixture of off-gas and carrier gas may be fed at least partially back into the separation step as a carrier gas and / or as a fuel gas to the combustion step. The recycle of the mixture of offgas and carrier gas can be, for example, 10 vol% or more, preferably 50 vol% or more, more preferably 60 vol% or more, based on the total volume of the carrier gas and offgas, , Even more preferably greater than or equal to 70 vol%, and even more preferably greater than or equal to 80 vol%. In certain embodiments, the recycle of the mixture of offgas and carrier gas may be conducted to an extent of 90 vol% or more based on the total volume of carrier gas and offgas. In the preferred embodiments according to the present invention, the formed off-gas is a carrier gas, for example, the reaction between the fuel gas and the metal M can be carried out in such a manner that carbon dioxide is used as the fuel gas and carbon monoxide as the carrier gas, The mixture of the carrier gas and the off gas is then essentially purified, based on the mixture of the off gas and the carrier gas, preferably to an extent of 90 vol% or more, more preferably to a degree of 95 vol% , Even more preferably up to about 99% by volume or more, and more preferably up to about 100% by volume of the carrier gas. In this case, the carrier gas may then be continuously circulated and recovered in such an amount as is modified by the combustion of the metal (M) and the fuel gas. It is now possible to obtain a valuable product, such as carbon monoxide, which can be subsequently recovered, when the separation of the carrier gas and the off gas is selectively carried out as compared to the pure circulation of the carrier gas.

특정 실시예들에서, 본 발명의 프로세스의 분리 단계는 사이클론 또는 사이클론 리액터에서 실시된다. 사이클론 리액터는 여기서 사이클론 리액터의 셋업(setup)의 측면들에서 특정하게 제한되지 않으며, 예컨대 표준 사이클론 리액터들에 의해 소유되는 바와 같은 형태를 가질 수 있다.In certain embodiments, the separation step of the process of the present invention is carried out in a cyclone or cyclone reactor. The cyclone reactor is not particularly limited in terms of the setup of the cyclone reactor herein, and may have the form, for example, as possessed by standard cyclone reactors.

예컨대, 사이클론 리액터는, 연료 가스, 금속(M) 및 캐리어 가스(이들은 선택적으로 또한 사전에 조합되고, 그 다음으로 반응 구역에 함께 공급될 수 있음)를 위한 피드 유닛들이 연결될 수 있는, 예컨대 회전적으로 대칭적인 상부 섹션(rotationally symmetric upper section)의 형태인 반응 구역, 예컨대 원뿔형 구성을 갖는 분리 구역, 및 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소로부터의 고체 및/또는 액체 반응 생성물들을 위한, 예컨대 성형 피더(star feeder)의 형태인 제거 장치, 및 연료 가스에서의 금속(M)의 연소 후에 오프가스와 캐리어 가스의 혼합 후에 발생하는 2개의 가스들의 혼합물을 위한 제거 유닛이 연결될 수 있는 팽창 챔버(expansion chamber)를 포함할 수 있다.For example, a cyclone reactor may be connected to feed units for fuel gas, metal (M), and carrier gas (which may optionally also be pre-combined and then fed together into a reaction zone) For the solid and / or liquid reaction products from the combustion of the metal (M) by means of a fuel gas, a reaction zone in the form of a rotationally symmetric upper section, for example a separation zone with a conical configuration, an expansion chamber in the form of a star feeder and an elimination unit for a mixture of two gases occurring after the mixing of the offgas and the carrier gas after the combustion of the metal M in the fuel gas, ).

이러한 장치 컴포넌트들은 예컨대, 통상적으로 사이클론 분리기들에 존재한다. 본 발명에 따라 사용되는 사이클론 리액터는 대안적으로 상이한 구성을 가질 수 있고, 선택적으로는 추가의 구역들을 또한 포함할 수 있다. 예컨대, 개별적인 구역들(예컨대, 반응 구역, 분리 구역, 팽창 챔버)은 또한, 예시적 사이클론 리액터의 하나의 컴포넌트에서 결합되고 그리고/또는 사이클론 리액터의 둘 또는 그 초과의 컴포넌트들에 걸쳐 확장될 수 있다. 여기서 예컨대, 캐리어 가스가 또한, 금속(M)과 연료 가스의 반응이 진행되거나 또는 심지어 이미 완료된 구역에 부가되는 것이 가능하다.These device components are typically present, for example, in cyclone separators. The cyclone reactor used in accordance with the present invention may alternatively have different configurations and may optionally also include additional zones. For example, individual zones (e.g., reaction zones, separation zones, expansion chambers) may also be combined in one component of the exemplary cyclone reactor and / or extend across two or more components of the cyclone reactor . Here, for example, it is also possible that the carrier gas is also undergoing the reaction of the metal M with the fuel gas or even added to the already completed zone.

사이클론에 의해, 반응 생성물들이 대체로 리액터의, 예컨대 노 공간(furnace space)의 중앙에 유지되며, 다공성 튜브의 표면에서의 연소가 원자화의 경우에서와 같은 어떠한 작은 입자들도 초래하지 않기 때문에, 오프가스가 고체 또는 액체 입자들을 갖지 않아서, 오프가스 스트림 내에서 다운스트림의 가스 터빈 또는 팽창기 터빈에 연결되는 것이 또한 가능하다. 이들 환경들 하에서, 이러한 연소 개념을 이용하여, 금속(M)의 연소 및 반응 생성물들의 분리 후에 오프가스 스트림을 직접적으로 가스 터빈으로 유입시키는 것이 가능하다.Because of the cyclones, the reaction products are generally held in the center of the reactor, e.g., the furnace space, and the combustion at the surface of the porous tube does not result in any small particles, such as in the case of atomization, It is also possible to connect to the downstream gas turbine or the inflator turbine in the off-gas stream, since they have no solid or liquid particles. Under these circumstances, using this combustion concept, it is possible to introduce the off-gas stream directly into the gas turbine after combustion of the metal (M) and separation of the reaction products.

특정 실시예들에서, 오프가스 온도는 상이한 연소 프로세스들에서 초과량의 가스를 통해 제어될 수 있어서, 오프가스 온도는 반응 생성물들 또는 그들의 혼합물의 용융 온도보다 더 높다.In certain embodiments, the off-gas temperature can be controlled through an excess amount of gas in the different combustion processes such that the off-gas temperature is higher than the melting temperature of the reaction products or mixtures thereof.

특정 실시예들에서, 사이클론 리액터는 부가적으로 그리드(grid)를 포함하며, 그리드에 의해 고체 및/또는 액체 반응 생성물들이 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소에서 제거될 수 있다. 이러한 그리드는 부가적으로 사이클론 리액터에서의 고체 및/또는 액체 반응 생성물들의 후속 와동(vortexing)을 방지할 수 있다.In certain embodiments, the cyclone reactor additionally comprises a grid, wherein the solid and / or liquid reaction products can be removed from the combustion of the metal (M) by the fuel gas. These grids can additionally prevent subsequent vortexing of solid and / or liquid reaction products in the cyclone reactor.

연소의 반응 생성물들은, 바람직하게는 적어도 하나의 팽창기 터빈 및/또는 적어도 하나의 가스 터빈, 예컨대 스팀 터빈, 및/또는 적어도 하나의 열 교환기 및/또는 적어도 하나의 보일러(boiler)를 사용하여 에너지를 생성하기 위해 사용될 수 있고, 이를 위해 여기서, 특정 실시예들에서, 예컨대 리액터의 열 교환기를 사용하여, 형성된 고체 및/또는 액체 반응 생성물들 둘 모두를 사용하거나, 그렇지 않으면 기체 반응 생성물들을 사용하는 것이 가능하다.The reaction products of combustion preferably use at least one inflator turbine and / or at least one gas turbine, such as a steam turbine, and / or at least one heat exchanger and / or at least one boiler, And for this purpose, in certain embodiments herein, for example using a reactor heat exchanger, using both formed solid and / or liquid reaction products, or otherwise using gas reaction products It is possible.

캐리어 가스 공급을 갖는 사이클론 리액터를 사용하는 경우, 특정 실시예들에서, 예컨대 리액터에서 그리고/또는 리액터로부터의 제거의 경우에서 그리고/또는 리액터로부터의 제거 후에, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물은, 보일러의 가열을 위해 또는 열 교환기 또는 터빈, 예컨대 가스 터빈 또는 팽창기 터빈에서의 열 전달을 위해 사용될 수 있다.When using a cyclone reactor with a carrier gas supply, in certain embodiments, for example, a mixture of offgas and carrier gas, for example in and / or after removal from the reactor and / or from the reactor, For heat transfer, or for heat transfer in a heat exchanger or turbine, such as a gas turbine or an inflator turbine.

부가하여, 특정 실시예들에서, 캐리어 가스와 오프가스의 혼합물은 연소 후에 상승된 압력 하에 있을 수 있는데, 예컨대 1 bar 초과, 적어도 2 bar, 적어도 5 bar 또는 적어도 20 bar 하에 있을 수 있다.In addition, in certain embodiments, the mixture of carrier gas and offgas may be under elevated pressure after combustion, e.g., greater than 1 bar, at least 2 bar, at least 5 bar, or at least 20 bar.

더욱이, 본 발명의 추가의 양상에서, 알칼리 금속들, 알칼리성 토금속들, 알루미늄 및 아연, 및 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택된 금속(M)의 연소를 위한 장치가 개시되며, 장치는, Moreover, in a further aspect of the present invention, an apparatus is disclosed for the combustion of a metal (M) selected from alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, and alloys and / or mixtures thereof,

버너로서 다공성 튜브를 포함하는 기공 버너, A pore burner including a porous tube as a burner,

기공 버너의 내부로의, 바람직하게는 액체 형태인 금속(M)을 위한 피드 유닛 ― 피드 유닛은, 바람직하게는 액체 형태인 금속(M)을 기공 버너에 공급하도록 설계됨 ―, The feed unit-feed unit for the metal (M), preferably in the form of a liquid, into the interior of the pore burner is preferably designed to supply a metal (M) in liquid form to the pore burner,

연료 가스를 공급하도록 설계된, 연료 가스를 위한 피드 유닛, 및 A feed unit for fuel gas, designed to supply fuel gas, and

선택적으로는 금속(M)을 액체 형태로 제공하기 위한 가열 장치를 포함하고, 가열 장치는 금속(M)을 액화하도록 설계된다.Optionally a heating device for providing the metal (M) in liquid form, the heating device being designed to liquefy the metal (M).

여기서 기공 버너는 위에서 설명된 바와 같이 구성될 수 있다. 금속(M)을 위해 사용되는 피드 유닛은, 예컨대 가열될 수 있는 튜브들 또는 호스(hose)들, 그렇지 않으면 컨베이어 벨트(conveyor belt)들일 수 있고, 그 가열은 예컨대, 금속(M)의 물질 상태에 기반하여 적절하게 결정될 수 있다. 선택적으로, 금속(M)을 위한 피드 유닛은 또한, 선택적으로는 밸브(valve)와 같은 제어 유닛을 갖는, 가스를 위한 추가의 피드 유닛에 연결될 수 있고, 이를 이용하여 금속(M)의 공급이 조절될 수 있다. 마찬가지로, 연료 가스를 위한 피드 유닛이, 선택적으로 가열될 수 있는 튜브 또는 호스 등으로서 구성되는 것이 가능하며, 이 경우, 피드 유닛은 가스의 상태에 기반하여 적절하게 결정될 수 있고, 이는 선택적으로 또한 압력 하에 있을 수 있다. 금속(M) 또는 연료 가스를 위해 몇몇 피드 유닛들이 제공되는 것이 또한 가능하다.Where the pore burner can be constructed as described above. The feed unit used for the metal M may be, for example, tubes or hoses that can be heated or otherwise conveyor belts and the heating may be carried out, for example, As shown in FIG. Optionally, the feed unit for the metal (M) can also be connected to an additional feed unit for gas, optionally with a control unit such as a valve, whereby the feed of the metal (M) Lt; / RTI > Likewise, it is possible that the feed unit for the fuel gas is constituted as a tube or a hose which can be selectively heated, in which case the feed unit can be suitably determined based on the state of the gas, Lt; / RTI > It is also possible that some feed units are provided for the metal (M) or fuel gas.

특정 실시예들에서, 연료 가스를 적어도 부분적으로 그리고 바람직하게는 완전히 기공 버너의 표면으로 안내하도록, 연료 가스를 위한 피드 유닛이 배열된다. 이는 금속(M)과 연료 가스 사이의 개선된 반응을 달성한다.In certain embodiments, the feed unit for the fuel gas is arranged so as to at least partially and preferably fully guide the fuel gas to the surface of the pore burner. This achieves an improved reaction between the metal (M) and the fuel gas.

더욱이, 바람직한 실시예들에서, 기공 버너는, 연소에서 형성된 반응 생성물들 및 선택적으로는 반응하지 않은 금속(M)이 중력에 의해, 예컨대 기공 버너가 리액터에서 수직으로 장착되어 지구의 표면을 향해 가리키는 것에 의해, 기공 버너의 표면으로부터 제거될 수 있도록, 배열된다. 노 공간에서의 다공성 연소 튜브들의 수직 어레인지먼트의 경우, 형성된 액체 반응 생성물은 튜브로부터 흘러나와, 그 다음에 하향으로 노 바닥부로 떨어질 수 있다.Moreover, in preferred embodiments, the pore burner is configured so that the reaction products formed in the combustion and, optionally, the unreacted metal (M), by gravity, such as a pore burner vertically mounted in the reactor and pointing towards the surface of the earth To be removed from the surface of the pore burner. In the case of vertical arrangement of the porous combustion tubes in the furnace space, the formed liquid reaction product may flow out of the tube and then downwardly into the furnace bottom.

이 방식으로, 사전에 기공 버너에서 반응하지 않은, 가능하게는 용해된 금속(M), 예컨대 리튬이 또한 연소되고, 반응의 열은 흘러 지나가는 연료 가스 및 캐리어 가스에 방출된다.In this manner, unreacted, possibly dissolved, metal (M), such as lithium, in the pore burner is also burned in advance and the heat of reaction is released into the flowing fuel and carrier gases.

특정 실시예들에서, 기공 버너는, 철, 크롬, 니켈, 니오븀, 탄탈륨, 몰리브덴, 텅스텐, 지르코늄 및 이들 금속들의 합금들, 및 또한 강철들, 이를테면, 스테인리스 강 및 크롬-니켈 강으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어진다. 이들 재료들은 상대적으로 고온들에서 사용하기에 바람직하며, 여기서 액체 금속(M)과의 그리고 선택적으로는 형성된 액체 금속 염들과의 반응은 더 단순한 방식으로 발생할 수 있다.In certain embodiments, the pore burner is formed from a group consisting of iron, chromium, nickel, niobium, tantalum, molybdenum, tungsten, zirconium and alloys of these metals and also steels, such as stainless steel and chromium- It is made of selected material. These materials are preferred for use at relatively high temperatures, where the reaction with the liquid metal (M) and optionally with the formed liquid metal salts can occur in a simpler manner.

특정 실시예들에서, 본 발명의 장치는 금속(M)의 연소의 생성물들을 위한 분리 유닛을 더 포함할 수 있고, 분리 유닛은 금속(M)의 그리고 연료 가스의 연소 생성물들을 분리하도록 설계되며, 분리 유닛은 바람직하게 사이클론 리액터이다.In certain embodiments, the apparatus of the present invention may further comprise a separation unit for the products of combustion of the metal (M), the separation unit being designed to separate the combustion products of the fuel M and of the fuel M, The separation unit is preferably a cyclone reactor.

분리 유닛은 여기서, 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소에서 오프가스의 분리를 위한 역할을 할 수 있으며, The separating unit can serve here for the separation of the offgas in the combustion of the metal (M) using the fuel gas,

- 리액터 ― 리액터에서 기공 버너가 제공되고, 금속(M)을 위한 피드 유닛이 장착 또는 제공되고, 리액터에 연료 가스가 공급되는데, 즉, 연료 가스를 위한 피드 유닛이 리액터에 연결되거나 또는 리액터에서 제공됨 ―; - In the reactor-reactor, a pneumatic burner is provided, a feed unit for the metal (M) is mounted or provided, and a fuel gas is supplied to the reactor, i.e., a feed unit for the fuel gas is connected to the reactor or provided at the reactor. ;

- 캐리어 가스를 리액터에 공급하도록 설계된, 캐리어 가스를 위한 피드 유닛; - A feed unit for the carrier gas, designed to supply a carrier gas to the reactor;

- 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소로부터 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물을 제거하도록 설계된, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물을 위한 제거 유닛; 및 - A removal unit for a mixture of offgas and carrier gas, designed to remove the mixture of offgas and carrier gas from the combustion of metal (M) using fuel gas; And

- 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소로부터의 고체 및/또는 액체 반응 생성물들을 제거하도록 설계된, 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소로부터의 고체 및/또는 액체 반응 생성물들을 위한 제거 유닛을 포함할 수 있다.- And a removal unit for solid and / or liquid reaction products from combustion of the metal (M) using a fuel gas, designed to remove solid and / or liquid reaction products from the combustion of the metal (M) .

캐리어 가스를 위한 피드 유닛은 마찬가지로 특정하게 제한되지 않고, 예컨대 튜브들, 호스들 등을 포함하며, 캐리어 가스의 상태에 기반하여 캐리어 가스를 위한 피드 유닛을 적절하게 결정하는 것이 가능하며, 이는 선택적으로 또한 압력 하에 있을 수 있다.The feed unit for the carrier gas is likewise not particularly limited, and it is possible to appropriately determine the feed unit for the carrier gas based on the state of the carrier gas, including for example, tubes, hoses and the like, It can also be under pressure.

연료 가스와 금속(M)의 연소가 리액터에서 발생할 수 있다면, 리액터는 마찬가지로 특정하게 제한되지 않는다. 특정 실시예들에서, 리액터는 도 1에서 예로서 그리고 도 2의 추가의 실시예에서 상세도로 도시된 바와 같은 사이클론 리액터일 수 있다.If the combustion of the fuel gas and the metal M can occur in the reactor, the reactor is likewise not particularly limited. In certain embodiments, the reactor may be a cyclone reactor as shown in FIG. 1 as an example and in detail in the further embodiment of FIG. 2.

특정 실시예들에서, 사이클론 리액터는, 연료 가스, 금속(M) 및 캐리어 가스를 위한 피드 유닛들, 및 또한 예컨대 회전적으로 대칭적인 상부 섹션의 형태인 기공 버너가 연결될 수 있는 반응 구역, 예컨대, 원뿔형 구성을 갖는 분리 구역, 및 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소로부터의 고체 및/또는 액체 반응 생성물들을 위한, 예컨대 성형 피더의 형태인 제거 장치, 및 연료 가스에서의 금속(M)의 연소 후에 오프가스와 캐리어 가스의 혼합 후에 발생하는 2개의 가스들의 혼합물을 위한 제거 유닛이 연결될 수 있는 팽창 챔버를 포함할 수 있다.In certain embodiments, the cyclone reactor comprises feed units for fuel gas, metal (M) and carrier gas, and also reaction zones in which, for example, pore burners in the form of rotationally symmetrical upper sections can be connected, (M) in the fuel gas, for example, in the form of a shaping feeder, for solid and / or liquid reaction products from the combustion of the metal (M) And an expansion chamber to which a removal unit for a mixture of two gases occurring after the mixing of the off-gas and the carrier gas can be connected.

이러한 장치 컴포넌트들은 예컨대, 통상적으로 사이클론 분리기들에 존재한다. 본 발명에 따라 사용되는 사이클론 리액터는 대안적으로 상이한 구성을 가질 수 있고, 선택적으로는 추가의 구역들을 또한 포함할 수 있다. 예컨대, 개별적인 구역들(예컨대, 반응 구역, 분리 구역, 팽창 챔버)은 또한, 예시적 사이클론 리액터의 하나의 컴포넌트에서 결합되고 그리고/또는 사이클론 리액터의 둘 또는 그 초과의 컴포넌트들에 걸쳐 확장될 수 있다.These device components are typically present, for example, in cyclone separators. The cyclone reactor used in accordance with the present invention may alternatively have different configurations and may optionally also include additional zones. For example, individual zones (e.g., reaction zones, separation zones, expansion chambers) may also be combined in one component of the exemplary cyclone reactor and / or extend across two or more components of the cyclone reactor .

예시적 사이클론 리액터가 도 1에 도시된다. 도 1에 도시된 사이클론 리액터(6)는 반응 구역(20a), 분리 구역(20b) ― 분리 구역(20b)은 상부 컴포넌트(6a)에서는 반응 구역(20a)과 함께 있을 뿐만 아니라 하부 컴포넌트(6b)에서는 팽창 챔버(20c)와 함께 있음 ―, 및 팽창 챔버(20c)를 포함한다. 예컨대 선택적으로 가열되는 튜브 또는 호스의 형태의, 연료 가스를 위한 피드 유닛(1) 및 예컨대 선택적으로 가열되는 튜브 또는 호스의 형태의, 금속(M)을 위한 피드 유닛(2)이 상부 섹션의 사이클론 리액터에 연결되고, 금속(M)은 기공 버너(3)에 공급된다. 도 1에 따르면, 금속(M)은 가스를 위한 피드 유닛(2'), 예컨대 튜브 또는 호스의 가스의 도움으로 피딩되고(fed), 가스의 피드는 밸브(2'')를 이용하여 제어될 수 있다. 금속(M) 및 연료 가스는 반응 구역(20a)에 피딩된다. 피드 유닛(4)을 통해, 캐리어 가스가 가스 분배를 위한 구역(4')에 공급되고, 그 다음으로, 구역(4')으로부터 캐리어 가스가, 사이클론이 형성될 수 있게 하는 노즐(nozzle)들(5)을 통해 분리 구역(20b)에 공급된다. 가스 분배를 위한 구역(4')을 갖는 이러한 피드 유닛(4) 및 노즐(5)의 상세도가 예로서 도 4(기공 버너(3)가 없는 예시)에서 단면으로 명시되지만, 예컨대 적절한 사이클론을 생성하기 위해 구역(4')의 내부 벽 둘레의 링(ring)에 적절한 거리로 더 많은 노즐들(5)이 존재하는 것이 또한 가능하다. 고체 및/또는 액체 반응 생성물들은 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소의 고체 및/또는 액체 반응 생성물들을 위한 제거 유닛(7)을 통해 팽창 챔버(20c)를 포함하는 하부 컴포넌트(6b)로부터 제거되지만, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물은 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물을 위한 제거 유닛(8)을 통해 제거된다.An exemplary cyclone reactor is shown in Fig. The cyclone reactor 6 shown in Fig. 1 has a reaction zone 20a, a separation zone 20b and a separation zone 20b together with the reaction zone 20a in the upper component 6a, And with the expansion chamber 20c. A feed unit 1 for a fuel gas, for example in the form of a selectively heated tube or hose, and a feed unit 2 for a metal M, for example in the form of a selectively heated tube or hose, And the metal (M) is supplied to the pore burner (3). According to figure 1, the metal M is fed with the aid of the gas of the feed unit 2 'for the gas, e.g. tube or hose, and the feed of gas is controlled using the valve 2 " . The metal (M) and the fuel gas are fed into the reaction zone 20a. Through the feed unit 4, a carrier gas is supplied to the zone 4 'for gas distribution and then a carrier gas from the zone 4' is supplied to the nozzles, (5). Although a detailed view of such a feed unit 4 and nozzle 5 with a zone 4 'for gas distribution is shown in cross-section in Fig. 4 (an example without a pore burner 3) by way of example, It is also possible that there are more nozzles 5 at an appropriate distance in the ring around the inner wall of zone 4 'to create. The solid and / or liquid reaction products are removed from the lower component 6b comprising the expansion chamber 20c via a removal unit 7 for solid and / or liquid reaction products of combustion of the metal (M) , But the mixture of the off-gas and the carrier gas is removed through the removal unit 8 for the mixture of the off-gas and the carrier gas.

선택적으로, 본 발명의 장치에서, 점화 장치, 예컨대 전기 점화 장치 또는 플라즈마 아크(plasma arc)가 요구될 수 있는데, 이는 금속(M)의 성질 및 상태, 예컨대 금속(M)의 온도 및/또는 물질 상태, 연료 가스의 특성들, 예컨대 연료 가스의 압력 및/또는 온도, 및 장치의 컴포넌트들의 어레인지먼트, 예컨대 피드 유닛들의 성질 및 특성들에 종속적일 수 있다.Alternatively, in the apparatus of the present invention, an ignition device, such as an electric ignition device or a plasma arc, may be required, which may depend on the nature and state of the metal (M), such as the temperature of the metal (M) Conditions, characteristics of the fuel gas, such as the pressure and / or temperature of the fuel gas, and the arrangement of the components of the apparatus, e.g., the nature and characteristics of the feed units.

구성에 의해, 200℃ 초과의, 예컨대 심지어 600℃ 또는 그 초과의, 그리고 특정 실시예들에서는 700℃ 또는 그 초과의 높은 오프가스 온도와, 상승된(예컨대, 5 bar 또는 그 초과) 또는 높은(20 bar 또는 그 초과) 동작 압력 둘 모두를 달성하기 위해, 내부 리액터 재료는 높은 내열성의 합금들, 예컨대 극단적인 경우, 심지어 헤인즈 214(Haynes 214) 재료로 이루어질 수 있다. 그 다음으로, 단지 고온을 견디는 것으로 추정되는 이 재료 주위에, 충분히 적은 양의 열이 통과하도록 허용하는 열 절연을 배열하는 것이 가능하여서, 외부 상의 강철 벽이 ― 강철 벽은 부가적으로 또한 공기-냉각되거나 또는 물-냉각될 수 있음 ― 압축 응력을 흡수한다. 그 다음으로, 오프가스는 상승된 또는 높은 동작 압력으로 추가의 프로세스 단계에 공급될 수 있다.(E. G., 5 bar or greater) or higher (e. G., Greater than or equal to 5 bar) and greater than < RTI ID = 0.0 > In order to achieve both operating pressures of 20 bar or more, the internal reactor material may be made of alloys of high heat resistance, such as in extreme cases even Haynes 214 material. It is then possible to arrange the thermal insulation around this material, which is assumed to withstand only high temperatures, to allow a sufficiently small amount of heat to pass, so that the steel wall on the exterior - the steel wall - Can be cooled or water-cooled - Absorbs compressive stress. The off-gas can then be fed to an additional process step at an elevated or higher operating pressure.

더욱이, 리액터, 예컨대 사이클론 리액터는 또한, 반응 구역, 분리 구역 및/또는 팽창 챔버에, 그리고 또한 다양한 피드 및/또는 제거 장치들, 선택적으로는 버너, 및/또는 선택적으로는 점화 장치에 존재하는 가열 및/또는 냉각 장치들을 포함할 수 있다. 더욱이, 압력 또는 진공 등의 생성을 위한 펌프(pump)들과 같은 추가의 컴포넌트들이 본 발명의 장치에 존재할 수 있다.Furthermore, the reactor, for example the cyclone reactor, can also be heated to the reaction zone, the separation zone and / or the expansion chamber and also to the various heating and / or desorber devices, optionally a burner, and / And / or cooling devices. Moreover, additional components such as pumps for the generation of pressure, vacuum, etc. may be present in the apparatus of the present invention.

리액터가 사이클론 리액터의 형태를 취하는 실시예들에서, 사이클론 리액터는 그리드를 포함할 수 있고, 그리드는, 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소 중에 그리드를 통해 고체 및/또는 액체 반응 생성물들이 제거될 수 있도록 설계된다. 더욱이, 이러한 그리드는 대안적으로 또한, 본 발명의 장치에서 제공될 수 있는 다른 리액터들에 존재할 수 있다. 리액터 또는 사이클론 리액터에서의 그리드의 사용은, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물로부터, 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소에 있어서의 고체 및/또는 액체 반응 생성물들의 더 양호한 분리를 달성할 수 있다. 이러한 그리드는 도 2에 예로서 도시되며, 여기서 그리드(6')는 예로서, 도 1에 도시된 사이클론 리액터(6)에 존재하는데, 제거 유닛(7) 위의 그리고 제거 유닛(8) 아래의 하부 컴포넌트(6b)에 존재한다. 바람직하게는 리액터 벽으로부터 충분히 큰 거리에 있는 그리드에 의해, 고체 및 액체 반응 생성물들의 또는 그들의 혼합물의 신뢰가능한 분리를 보장하는 것이 가능하다. 이 방식으로, 이미 침착된 고체 또는 액체 연소 생성물들은 또한 사이클론에 의해 와동되지 않는다.In embodiments in which the reactor takes the form of a cyclone reactor, the cyclone reactor may comprise a grid, wherein the grid is configured such that solid and / or liquid reaction products are removed through the grid during combustion of the metal (M) . Moreover, such a grid may alternatively and additionally be present in other reactors that may be provided in the apparatus of the present invention. The use of a grid in a reactor or cyclone reactor can achieve better separation of solid and / or liquid reaction products in the combustion of metal (M) from a mixture of off-gas and carrier gas. This grid is shown by way of example in Fig. 2, where the grid 6 'is present, for example, in the cyclone reactor 6 shown in Fig. 1, and on the removal unit 7 and below the removal unit 8 And is present in the lower component 6b. It is possible to ensure reliable separation of solid and liquid reaction products or mixtures thereof, preferably by a grid which is at a sufficiently large distance from the reactor wall. In this way, already deposited solid or liquid combustion products are also not vortexed by the cyclone.

캐리어 가스가 금속(M)과 연료 가스의 연소로부터의 오프가스와 혼합될 수 있다면, 캐리어 가스를 위한 피드 유닛들의 기하학적 구조는 특정하게 제한되지 않는다. 사이클론은 바람직하게 여기서, 예컨대 도 1에 도시된 장치를 이용하여 형성된다. 사이클론은 대안적으로, 피드 유닛들의, 서로에 대한 다른 어레인지먼트들에 의해 생성될 수 있다. 예컨대, 캐리어 가스를 위한 피드 유닛이, 금속(M)과 연료를 위한 피드 유닛들에 가까운 리액터의 상부에 존재하는 것은 불가능하지 않다. 상응하게, 주입을 위한 적절한 기하학적 구조들은, 예컨대 유동 시뮬레이션(flow simulation)들에 기반하여 적절한 방식으로 용이하게 결정될 수 있다.If the carrier gas can be mixed with the off-gas from the combustion of the metal (M) and the fuel gas, the geometry of the feed units for the carrier gas is not particularly limited. The cyclone is preferably formed here, for example, using the apparatus shown in Fig. The cyclone may alternatively be generated by different arrangements of feed units, one with respect to the other. For example, it is not impossible for the feed unit for the carrier gas to be present on top of the reactor close to the feed units for metal (M) and fuel. Correspondingly, the appropriate geometric structures for implantation can easily be determined in an appropriate manner, for example based on flow simulations.

그리고 제거 유닛들이 특정하게 제한되지 않으며, 예컨대 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물을 위한 제거 유닛이 튜브로서 구성되는 것이 가능한 한편, 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소의 고체 및/또는 액체 반응 생성물들을 위한 제거 유닛은, 예컨대 성형 피더로서 그리고/또는 사이펀(siphon)을 갖는 튜브로서 구성될 수 있다. 다양한 밸브들, 이를테면, 압력 밸브들 및/또는 추가의 조절기들이 제공되는 것이 여기서 또한 가능하다. 예컨대, 도 1에 도시된 사이클론 리액터(6)의, 도 3에 도시된 예시적 제거 유닛(7)은 이와 관련하여, 사이펀(9), 가스제거(degassing)를 위한 밸브(10) 및 압력 조절기(11)를 포함할 수 있지만, 이러한 제거 유닛으로 제한되지 않는다. 연료 가스를 이용한 금속(M)의 연소의 고체 및/또는 액체 반응 생성물들을 위한 제거 유닛의 이러한 사이펀은, 선택적으로 특정 동작 압력에 적합한 공급 압력 조절기와 함께, 예컨대 상승된 또는 높은 동작 압력을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다.And the elimination units are not particularly limited, for example, it is possible for the elimination unit for the mixture of offgas and carrier gas to be constructed as a tube, while the solid and / or liquid reaction products of combustion of the metal (M) For example, as a forming feeder and / or as a tube with a siphon. It is also possible here that various valves, such as pressure valves and / or additional regulators, are provided. For example, the exemplary elimination unit 7 shown in Fig. 3 of the cyclone reactor 6 shown in Fig. 1, in this regard, comprises a siphon 9, a valve 10 for degassing, (11), but is not limited to such a removal unit. Such siphons of the solid and / or liquid reaction products for the combustion of the metal (M) by means of the fuel gas, optionally together with a supply pressure regulator suitable for the particular operating pressure, Lt; / RTI >

특정 실시예들에서, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물을 위한 제거 유닛은 또한, 오프가스와 캐리어 가스를 위한 그리고/또는 오프가스의 개별적인 컴포넌트들을 위한 분리 장치를 포함할 수 있다.In certain embodiments, the removal unit for a mixture of offgas and carrier gas may also include a separation device for offgas and / or carrier gas and / or for separate components of offgas.

특정 실시예들에서, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물을 위한 제거 유닛은, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물이 적어도 부분적으로 리액터에 캐리어 가스로서 그리고/또는 버너에 연료 가스로서 피딩되는 방식으로, 캐리어 가스를 위한 피드 유닛 및/또는 연료 가스를 위한 피드 유닛에 연결될 수 있다. 여기서, 재순환되는 가스의 비율은, 캐리어 가스와 오프가스의 총 부피에 기반하여, 10 부피% 또는 그 초과, 바람직하게는 50 부피% 또는 그 초과, 더 바람직하게는 60 부피% 또는 그 초과, 심지어 더 바람직하게는 70 부피% 또는 그 초과, 그리고 심지어 더 바람직하게는 80 부피% 또는 그 초과일 수 있다. 특정 실시예들에서, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물의 재순환은, 캐리어 가스와 오프가스의 총 부피에 기반하여 90 부피% 또는 그 초과의 정도까지 달성될 수 있다.In certain embodiments, the removal unit for a mixture of offgas and carrier gas is configured to remove the carrier gas from the carrier gas, such that the mixture of offgas and carrier gas is fed at least partially into the reactor as a carrier gas and / And / or a feed unit for the fuel gas. Here, the ratio of the recirculated gas may be 10 vol% or more, preferably 50 vol% or more, more preferably 60 vol% or more, or even more preferably 10 vol% or more, based on the total volume of the carrier gas and the off- More preferably 70% by volume or more, and even more preferably 80% by volume or more. In certain embodiments, recirculation of the mixture of offgas and carrier gas can be accomplished to an extent of 90 vol% or more based on the total volume of carrier gas and offgas.

특정 실시예들에서, 본 발명의 장치는 부가적으로, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물을 위한 제거 유닛 및/또는 리액터에 존재하는 적어도 하나의 보일러 및/또는 적어도 하나의 열 교환기 및/또는 적어도 하나의 가스 터빈 및/또는 적어도 하나의 팽창기 터빈을 더 포함할 수 있다. 따라서, 예컨대 사이클론 리액터(6)를 포함하는 도 1의 장치에서, 도시되지 않은 하나 또는 그 초과의 열 교환기들 및/또는 보일러들 및/또는 가스 터빈들 및/또는 팽창기 터빈들이 리액터(6)에, 제거 유닛(8)에 그리고/또는 제거 유닛(8)에 연결된 유닛에 제공되는 것이 가능하다. 열 교환이 사이클론 리액터(6) 자체에서, 예컨대 반응 구역(20a) 및/또는 분리 구역(20b)의, 그렇지 않으면 선택적으로는 팽창 챔버(20c)의 구역의 외측 벽들에서 발생하는 것이 또한 가능하며, 이 경우, 대응하는 열 교환기들이 또한 생성기들에서의 전력 생성을 위해 터빈들에 연결될 수 있다.In certain embodiments, the apparatus of the present invention additionally includes at least one boiler and / or at least one heat exchanger and / or at least one heat exchanger, Of the gas turbine and / or at least one inflator turbine. Thus, in the apparatus of FIG. 1, including for example a cyclone reactor 6, one or more heat exchangers and / or boilers and / or gas turbines and / or inflator turbines, not shown, , To the removal unit 8 and / or to the unit connected to the removal unit 8. It is also possible that heat exchange occurs in the cyclone reactor 6 itself, for example in the reaction zones 20a and / or in the outer zones of the separation zone 20b, or alternatively in the zone of the expansion chamber 20c, In this case, corresponding heat exchangers may also be connected to the turbines for power generation in the generators.

따라서, 오프가스들은 캐리어 가스와의 혼합물로서, 추가의 사용에, 예컨대 스팀 상승을 위한 보일러의 가열, 열 교환기에서의 열의 방출, 터빈의 동작 등에 보내질 수 있다.Thus, the off-gases can be sent as a mixture with the carrier gas, for further use, for example, heating of the boiler for raising the steam, release of heat in the heat exchanger, operation of the turbine,

적절한 열 교환기 ― 적절한 열 교환기에 의해, 예컨대 적절한 압력을 갖는 공기가 가열되어, 오프가스에 대한 대체물로서 가스 터빈으로 안내됨 ― 를 찾는 것이 가능하지 않은 경우, 예컨대 보일러를 사용하는 것이 가능하다. 특정 실시예들에서, 보일러를 사용하는 방식이 더 유망할 수 있고, 또한 기술적으로 더 단순한데, 그 이유는 보일러가 더 낮은 온도들에서 그리고 상승된 압력에서만 구현가능하기 때문이다.It is possible, for example, to use a boiler, if it is not possible to find a suitable heat exchanger by means of a suitable heat exchanger, for example, the air with the appropriate pressure is heated and directed to the gas turbine as an alternative to offgas. In certain embodiments, the manner of using the boiler may be more promising and technically simpler, since the boiler can only be implemented at lower temperatures and at elevated pressures.

하나 또는 그 초과의 열 교환기들 및/또는 하나 또는 그 초과의 보일러들의 도움으로, 이후에 예컨대 스팀 터빈 및 생성기의 사용을 통해 전기 에너지를 생성하는 것이 가능하다. 대안적으로, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물이 터빈, 예컨대 가스 터빈 또는 팽창기 터빈에 직접적으로 안내되고 그에 따라 직접적으로 전력을 생성하는 것이 가능하다. 그러나, 이는, 본 발명에 따라, 특히 리액터의 그리드를 사용하여 제공될 수 있는 바와 같이, 금속(M)과 연료 가스의 연소로부터의 고체들 및/또는 액체 반응 생성물들의 매우 양호한 제거를 요구한다. 보일러가 사용될지 또는 열 교환기가 사용될지의 선택은 또한, 예컨대 고체 반응 생성물들이 형성되는지 또는 액체 반응 생성물들이 생성되는지에 종속될 수 있지만, 플랜트에 또한 종속될 수 있다. 액체 반응 생성물들, 예컨대 액체 Li2CO3의 경우, 예컨대 리액터 벽이 열 교환기의 역할을 하는 것이 가능한 반면, 형성되는 고체 생성물들의 경우, 특수 열 교환기들이 요구될 수 있다. 고체 및/또는 액체 반응 생성물들로부터의, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물의 대응하는 분리의 경우, 터빈으로의 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물의 직접적인 안내가 또한 가능할 수 있어서, 또한 어떠한 열 교환기들 및/또는 보일러들도 오프가스 스트림에서 요구되지 않는 경우가 있을 수 있다.With the aid of one or more heat exchangers and / or one or more boilers, it is then possible to generate electrical energy through the use of, for example, steam turbines and generators. Alternatively, it is possible for the mixture of off-gas and carrier gas to be directly directed to the turbine, for example a gas turbine or an inflator turbine, thereby producing power directly. This, however, requires very good removal of solids and / or liquid reaction products from combustion of the metal (M) and fuel gas, as can be provided in particular using a grid of reactors, in accordance with the present invention. The choice of whether a boiler or a heat exchanger is to be used may also be dependent on the plant, although it may depend, for example, on whether solid reaction products are formed or liquid reaction products are produced. In the case of liquid reaction products such as liquid Li 2 CO 3 , special heat exchangers may be required, for example, in the case of solid products formed, while the reactor walls may serve as heat exchangers. In the case of a corresponding separation of the mixture of offgas and carrier gas from the solid and / or liquid reaction products, direct guidance of the mixture of offgas and carrier gas to the turbine may also be possible, / Or boilers may not be required in the off-gas stream.

특정 실시예들에서, 본 발명의 장치는 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물을 위한 제거 유닛에 회수 장치(withdrawal apparatus)를 포함할 수 있으며, 회수 장치는, 캐리어 가스를 위한 피드 유닛 및/또는 연료 가스를 위한 피드 유닛으로의, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물을 위한 제거 유닛의 연결을 통해, 캐리어 가스를 위한 피드 유닛 및/또는 연료 가스를 위한 피드 유닛에 대한 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물의 재순환의 경우에서, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물의 부분을 제거하도록 설계된다. 이러한 부분은 예컨대, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물의 총 부피에 기반하여, 1 부피% 초과, 바람직하게는 5 부피% 또는 그 초과, 그리고 더 바람직하게는 10 부피% 또는 그 초과일 수 있다. 부가하여, 특정 실시예들에서, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물의 총 부피에 기반하여, 50 부피% 이하, 바람직하게는 40 부피% 또는 그 미만, 더 바람직하게는 30 부피% 또는 그 미만, 더 바람직하게는 20 부피% 또는 그 미만이 오프가스와 캐리어 가스의 재순환된 혼합물로부터 제거될 수 있다. 그 다음으로, 회수된 가스는, 예컨대 일산화탄소가 배출되고 피셔-트롭슈 프로세스에서 더 높은-가치의 탄화수소들로 변환될 때, 예컨대 추가의 반응들을 위한 가치있는 생성물로서 이용가능할 수 있다.In certain embodiments, the apparatus of the present invention may include a withdrawal apparatus in a removal unit for a mixture of off-gas and carrier gas, and the recovery apparatus may include a feed unit for the carrier gas and / Through the connection of a removal unit for a mixture of offgas and carrier gas to the feed unit for the carrier gas and / or to the feed unit for the fuel gas , It is designed to remove a portion of the mixture of off-gas and carrier gas. This portion may be greater than 1 volume%, preferably greater than or equal to 5 volume%, and more preferably greater than or equal to 10 volume%, based on, for example, the total volume of the mixture of off-gas and carrier gas. In addition, in certain embodiments, less than or equal to 50 vol%, preferably less than or equal to 40 vol%, more preferably less than or equal to 30 vol%, more preferably less than or equal to 30 vol%, based on the total volume of the mixture of off- Preferably 20 vol% or less, can be removed from the recycled mixture of offgas and carrier gas. Next, the recovered gas may be available, for example, as a valuable product for further reactions, such as when carbon monoxide is discharged and converted to higher-value hydrocarbons in the Fischer-Tropsch process.

제거된 고체들이 가치있는 물질들로 추가로 변환되는 것이 또한 가능하다. 예컨대, 질소를 이용한 연소로부터 제조된 금속 질화물이 물을 이용한 가수분해에 의해 암모니아 및 알칼리로 변환될 수 있고, 이 경우, 형성된 알칼리는 또한 이산화탄소 및/또는 이산화황을 위한 스캐빈저(scavenger)의 역할을 할 수 있다.It is also possible that the removed solids are further converted into valuable materials. For example, metal nitrides prepared from combustion with nitrogen can be converted to ammonia and alkali by hydrolysis with water, in which case the alkali formed also acts as a scavenger for carbon dioxide and / or sulfur dioxide can do.

추가의 양상에서, 본 발명은 부가적으로, 연료 가스를 이용한, 알칼리 금속들, 알칼리성 토금속들, 알루미늄 및 아연, 및 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택된 금속(M)의 연소를 위한 버너로서 다공성 튜브를 포함하는 기공 버너의 사용에 관한 것이다.In a further aspect, the present invention additionally provides a burner for burning a metal (M) selected from alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, and alloys and / To a pore burner comprising a porous tube.

위의 실시예들, 구성들 및 발전들은, 실행가능한 경우, 원하는 대로 서로 조합될 수 있다. 본 발명의 추가의 가능한 구성들, 발전들 및 구현들은 또한, 위에서 설명되었거나 또는 동작 예들을 참조하여 이후 설명되지만 명시적으로 언급되지 않는 본 발명의 특징들의 조합들을 포함한다. 더 구체적으로, 당업자는 또한, 개별적인 양상들을 개선들 또는 부가들로서 본 발명의 각각의 기본 형태에 부가할 것이다.The above embodiments, configurations and developments, if feasible, can be combined with one another as desired. Further possible configurations, improvements and implementations of the present invention also include combinations of features of the present invention that have been described above or which are described below with reference to operational examples but which are not explicitly mentioned. More specifically, those skilled in the art will also add the individual aspects to each basic form of the invention as improvements or additions.

본 발명은 이제 예시적인 실시예들에 기반하여 예시될 것이며, 그 예시적 실시예들은 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하지 않는다.The present invention will now be illustrated on the basis of exemplary embodiments, and the exemplary embodiments do not limit the invention in any way.

예시적 실시예들에서, 금속(M), 예컨대 리튬은 액체 형태로, 즉, 용융점을 초과하여 ― 리튬의 경우, 180℃ ― 사용된다. 액체 금속(M), 예컨대 리튬은 기공 버너 내로 유입될 수 있고, 그 다음에 직접적으로, 선택적으로는 반응을 시작하기 위한 점화 후에, 특정 연료 가스, 예컨대 공기, 산소, 이산화탄소, 이산화황, 수소, 수증기, 질소 산화물들 NOx, 이를테면, 일산화이질소 또는 질소와 반응한다. 금속(M), 예컨대 리튬의 연소는, 과도하게 높은 오프가스 온도들을 생성하지 않기 위해, 예컨대 연료 가스의 화학량론적 양보다 더 많은 양으로 도 1에 도시된 장치에서 달성될 수 있다. 대안적으로, 연료 가스는 금속(M)과 비교하여 화학량론적 양 또는 화학량론적 양 미만의 양으로 부가될 수 있다. 연소 후에, 온도를 감소시키기 위하여 그리고 고체 또는 액체 반응 생성물들의 침착을 위한 사이클론을 발생시키기 위하여, 연료 가스에 또한 대응할 수 있는 캐리어 가스(예컨대, 질소, 공기, 일산화탄소, 이산화탄소 및 암모니아)가 희석(dilution)을 위해 부가된다. 그 다음으로, 고온의 오프가스 스트림은 보일러를 가열하기 위해 또는 열 교환기 등에서 열 전달을 위해 사용될 수 있다.In exemplary embodiments, the metal (M), for example, lithium, is used in liquid form, i.e., above the melting point-in the case of lithium, at 180 占 폚. The liquid metal (M), for example lithium, can be introduced into the pore burner, and then directly, optionally after ignition to initiate the reaction, a specific fuel gas such as air, oxygen, carbon dioxide, sulfur dioxide, hydrogen, , Nitrogen oxides NO x , such as dinitrogen monoxide or nitrogen. The combustion of the metal (M), for example lithium, can be accomplished in the apparatus shown in Figure 1, for example, in an amount greater than the stoichiometric amount of the fuel gas, so as not to produce excessively high off-gas temperatures. Alternatively, the fuel gas may be added in an amount less than the stoichiometric or stoichiometric amount as compared to the metal (M). After combustion, a carrier gas (e.g. nitrogen, air, carbon monoxide, carbon dioxide and ammonia), which may also correspond to the fuel gas, is diluted to reduce the temperature and to generate a cyclone for deposition of solid or liquid reaction products ). The hot off-gas stream may then be used for heating the boiler or for heat transfer in a heat exchanger, and the like.

제 2 예시적 실시예에서, 도 1에 도시된 장치에서 사용된 연료 가스는 이산화탄소일 수 있고, 사용된 캐리어 가스는 일산화탄소일 수 있다. 사용된 금속(M), 예컨대 리튬은, 예컨대 액체 형태인데, 즉, 용융점 180℃를 초과한다. 액체 리튬이 기공 버너(3) 내로 유입되고, 그 다음으로 연료 가스와 직접적으로 반응한다. 이는 전기 점화 또는 부가적인 점화 버너가 요구되는 경우일 수 있다.In a second exemplary embodiment, the fuel gas used in the apparatus shown in Figure 1 may be carbon dioxide, and the carrier gas used may be carbon monoxide. The metal (M) used, for example lithium, is, for example, in liquid form, i. E. Liquid lithium enters the pore burner 3, and then reacts directly with the fuel gas. This may be the case where an electric ignition or an additional ignition burner is required.

반응은 아래의 화학식에 따라 진행된다:The reaction proceeds according to the following formula:

Figure pct00001
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리튬의 연소는 바람직하게는 화학량론적 측면들에서 요구되는 양의 이산화탄소와 함께 기공 버너(3)에서 실시되지만, 약간의 화학량론적 양 초과 또는 화학량론적 양 미만의 비율(slightly super- or substoichiometric ratio)(예컨대, CO2:Li의 비율에 대해 0.95:1 내지 1:0.95)을 선택하는 것이 또한 가능하다. 매우 많이 부족한 이산화탄소를 사용하는 경우, 예컨대 리튬 탄화물이 형성되는 것이 가능하고, 그 다음으로, 이로부터 아세틸렌이 획득될 수 있다.The combustion of lithium is preferably carried out in the stoichiometric burner 3 with the amount of carbon dioxide required in stoichiometric aspects, but may be carried out in a slightly super- or substoichiometric ratio ( For example, 0.95: 1 to 1: 0.95 with respect to the ratio of CO 2 : Li). If very little carbon dioxide is used, for example, lithium carbide can be formed, and then acetylene can be obtained therefrom.

제 2 단계에서, 리액터/노(6)의 중간 부분에서, 구역(4')에서, 연소 생성물들은 노즐들(5)에 의해 리액터(6) 내로 불어 넣어지는 일산화탄소 캐리어 가스와 혼합된다. 이는 사이클론을 초래하며, 사이클론의 효과는, 고체 및/또는 액체 반응 생성물들이 리액터 벽에서 와동되고, 주로 거기에 침착되는 것이다. 바람직하게, 연소를 통해 발생하는 열이 충분히 멀리 전달되는 것을 보장하기 위해, 초과량의 캐리어 가스가 사용된다. 결과적으로, 리액터(6)의 온도를 적절하게 조정하는 것이 가능하다.In the second stage, in the middle of the reactor / furnace 6, in the zone 4 ', the combustion products are mixed with the carbon monoxide carrier gas blown into the reactor 6 by the nozzles 5. This results in a cyclone, in which the effect of the cyclone is that the solid and / or liquid reaction products are vortexed in the reactor wall and are mainly deposited there. Preferably, an excess amount of carrier gas is used to ensure that the heat generated through combustion is transmitted far enough. As a result, it is possible to adjust the temperature of the reactor 6 appropriately.

순수 이산화탄소의 연소의 경우, 형성되는 리튬 탄산염은 723℃의 용융점을 갖는다. 피드 유닛들(1, 5)을 통한 캐리어 가스 및/또는 연료 가스의 혼합에 의해, 반응 생성물들의 연소 온도가 적어도 723℃ 초과로 유지되는 경우, 연소 동안 액체 반응 생성물들이 예상될 수 있다. 피드 유닛들은 여기서, 플랜트가 너무 많이 가열되지 않도록 하기 위해 강한 발열성 반응에서 냉각을 위해 사용될 수 있으며, 온도 하한은 형성된 염들 ― 여기서는 리튬 탄산염 ― 의 용융점일 수 있다. 사이클론이 이산화탄소 이외의 가스들, 예컨대 공기 또는 추가의 가스들에 대해서는 질소로 부가적으로 동작되는 경우, 리튬 산화물(용융점(melting point)(m.p.) 1570℃) 또는 리튬 질화물(m.p. 813℃)이 반응 생성물들에서 형성되는 것이 또한 가능하다. 그리드(6')에 의해 개선될 수 있는, 액체 및 고체 반응 생성물들의 분리 후에, 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물은, 예컨대 보일러 내로 안내되고, 그 다음으로 다운스트림의 생성기를 갖는 스팀 터빈을 구동시키기 위하여 또는 다른 기술적 장치들(예컨대, 열 교환기들)을 동작시키기 위하여 물의 증발을 위해 활용된다. 그 다음으로, 이 프로세스에 의해 냉각된 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물은, 예컨대 노에서 사이클론을 발생시키기 위해 캐리어 가스로서 다시 활용될 수 있다. 따라서, 증발 프로세스 이후의 오프가스로부터의 잔류 열이 보일러에서 활용되고, Li와의 연소를 위해 화학량론적 측면들에서 필요한 양의 이산화탄소만이, 예컨대 석탄-화력 파워 플랜트(coal-fired power plant)들에서 오프가스 세정에 의해 획득되어야 한다.In the case of pure carbon dioxide combustion, the lithium carbonate formed has a melting point of 723 ° C. Liquid reaction products during combustion can be expected if the combustion temperature of the reaction products is maintained above at least 723 DEG C by mixing the carrier gas and / or the fuel gas through the feed units 1, 5. The feed units may here be used for cooling in a strong exothermic reaction so that the plant is not heated too much, and the lower temperature limit may be the melting point of the formed salts, here lithium carbonate. Lithium oxide (melting point (mp) 1570 ° C) or lithium nitride (mp 813 ° C) reacts when the cyclone is additionally operated with nitrogen other than gases other than carbon dioxide, such as air or additional gases It is also possible to form in products. After separation of the liquid and solid reaction products, which can be improved by the grid 6 ', a mixture of off-gas and carrier gas is introduced into the boiler, for example, to drive the steam turbine with the downstream generator Or for evaporation of water to operate other technical devices (e.g., heat exchangers). A mixture of the off-gas and the carrier gas cooled by this process can then be reused as a carrier gas, for example, to generate a cyclone in the furnace. Thus, the residual heat from the off-gas after the evaporation process is utilized in the boiler and only the required amount of carbon dioxide in the stoichiometric aspects for combustion with Li is consumed in the coal-fired power plants Should be obtained by off-gas cleaning.

표 1은 순수 이산화탄소에서의 리튬의 연소에 대한 오프가스 온도와 화학량론적 초과량의 상관을 도시하며, 계산은 비-온도-종속적 비열(non-temperature-dependent specific heat)들로 실시되었다.Table 1 shows the correlation between the off-gas temperature and the stoichiometric excess for the combustion of lithium in pure carbon dioxide and the calculations were carried out with non-temperature-dependent specific heat.

표 1: 연료 가스로서 그리고 캐리어 가스로서 이산화탄소를 이용한 노의 동작Table 1: Operation of furnace as fuel gas and using carbon dioxide as carrier gas

Figure pct00002
Figure pct00002

특정 실시예들에서, 연소는, 특정 온도 범위 내에서 오프가스 온도를 안정화시키기 위해, 특정 초과량의 연료 가스로, 예컨대 1.01:1 초과의, 바람직하게는 1.05:1 초과의, 더 바람직하게는 5:1 또는 그 초과의, 심지어 더 바람직하게는 10:1 또는 그 초과의, 예컨대 심지어 100:1 또는 그 초과의 연료 가스 대 금속(M)의 몰 비율로 실시될 수 있으며, 사이클론에 의한 열의 흡수를 위해 추가의 연료 가스 또는 캐리어 가스를 부가하는 것뿐만 아니라 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같은 노즐들의 어레인지먼트에서 금속(M), 예컨대 리튬의 유입 및 연료 가스의 부가가 가능하다. 특정 실시예들에서, 상이한 연소 프로세스들에서의 오프가스 온도가 초과량의 가스를 통해 제어될 수 있어서, 오프가스 온도는 반응 생성물들 또는 이들의 혼합물의 용융 온도보다 더 높을 수 있다(표 1).In certain embodiments, the combustion may be performed with a certain excess amount of fuel gas, for example, greater than 1.01: 1, preferably greater than 1.05: 1, more preferably greater than 1.05: 1, to stabilize the offgas temperature within a certain temperature range Can be carried out at a molar ratio of fuel gas to metal (M) of 5: 1 or more, even more preferably of 10: 1 or more, such as even 100: 1 or more, It is possible not only to add additional fuel gas or carrier gas for absorption but also to introduce the metal (M), for example lithium, and the fuel gas in the arrangement of the nozzles as shown in Figures 1 and 4. In certain embodiments, the off-gas temperature in the different combustion processes can be controlled through an excess of gas so that the off-gas temperature can be higher than the melting temperature of the reaction products or mixtures thereof (Table 1) .

다운스트림의 프로세스 단계에 의해 냉각된 오프가스의 재순환으로, 오프가스에서 일산화탄소를 풍부하게 하는 것이 가능하다. 특정 실시예들에서, 오프가스로부터 부분을 회수하고, 그러므로 표 1에서 명시된 것보다 상당히 더 높은 비율의 일산화탄소를 갖는 일산화탄소와 이산화탄소의 가스 혼합물을 획득하는 것이 가능하다. 가스의 후속 분리는 이산화탄소를 제거하기 위해 일산화탄소를 정화할 수 있으며, 이산화탄소는 순환에서 또는 버너에서 추가로 사용될 수 있다.It is possible to enrich carbon monoxide in the off-gas by recirculation of the off-gas cooled by the downstream process step. In certain embodiments, it is possible to recover a portion from the off-gas and thus obtain a gas mixture of carbon monoxide and carbon dioxide having a significantly higher proportion of carbon monoxide than that specified in Table 1. [ Subsequent separation of the gas may purify the carbon monoxide to remove the carbon dioxide, and the carbon dioxide may be further used in the circulation or in the burner.

CO 생성물 가스의 재순환에 의해, 노에서 연소 온도를 낮추는 것이 가능하다. 화학량론적 연소의 경우, 3000 K 초과의 가스 온도들이 달성될 수 있으며, 이는 재료 문제들을 초래할 것이다. 연소 온도를 낮추는 것은 또한, 초과량의 CO2에 의해 가능할 것이다. 그러나, 이러한 초과량은 화학량론적 양보다 약 16배 더 높아야 할 것이며, 그러므로 CO 생성물 가스는 초과량의 CO2에서 고도로 희석되어야 할 것이다(단지 약 6 부피%의 농도). 그러므로, 특정 실시예들에서, CO 생성물 가스의 부분을 버너로 재순환시키고 그리고 이를 온도를 낮추기 위한 열 밸러스트(thermal ballast)로서 사용하는 것이 합리적이다. 오프가스와 캐리어 가스 혼합물의 일정량을 캐리어 가스로서 재순환시킴으로써 특정 반응 온도를 설정하는 것이 여기서 바람직하다. 이 경우, 복잡한 방식으로 분리되어야 하는 CO/CO2 혼합물의 어떠한 형성도 존재하지 않는다. 생성물 가스는 주로 CO 그리고 단지 CO2의 작은 불순물들로 이루어진다. 안정 상태에서, CO의 대부분이 순환되고, 회로로부터 제거된 CO의 양은 CO2와 Li의 반응에 의해 개질된 양만큼이다. 예컨대, 이러한 회로는, CO가 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물에 기반하여 90 부피% 또는 그 초과의 비율로 캐리어 가스로서 사용될 때 발생할 수 있다. 따라서, 적절한 양의 이산화탄소가 연소 프로세스에 끊임없이 공급될 수 있는 반면, 대응하는 양의 일산화탄소는 가치있는 생성물로서 회로로부터 끊임없이 회수될 수 있다.By recirculation of the CO product gas, it is possible to lower the combustion temperature in the furnace. For stoichiometric combustion, gas temperatures in excess of 3000 K can be achieved, which will result in material problems. Lowering the combustion temperature will also be possible with an excess of CO 2 . However, this excess should be about 16 times higher than the stoichiometric amount, and therefore the CO product gas will have to be highly diluted in excess CO 2 (concentration of only about 6% by volume). Therefore, in certain embodiments, it is reasonable to recycle a portion of the CO product gas to the burner and use it as a thermal ballast to lower the temperature. It is desirable here to set a specific reaction temperature by recycling a certain amount of the offgas and carrier gas mixture as the carrier gas. In this case, there is no formation of a CO / CO 2 mixture which has to be separated in a complicated manner. The product gas consists mainly of CO and only small impurities of CO 2 . In the steady state, most of the CO is cyclic, the amount of the CO removed from the circuit as modified by the positive reaction of CO 2 and Li. For example, such circuitry may occur when CO is used as the carrier gas in a ratio of 90 vol% or more based on a mixture of off-gas and carrier gas. Thus, while a suitable amount of carbon dioxide can be supplied constantly to the combustion process, the corresponding amount of carbon monoxide can be continuously recovered from the circuit as a valuable product.

대응하는 반응 체제가 또한 도 5에서 예로서 도시된다. CO2 제거(101)에서, 이산화탄소는, 예컨대 석탄-화력 파워 플랜트와 같은 연소 파워 플랜트로부터의 오프가스(100)로부터 분리되며, 그 다음으로, 이는 CO를 캐리어 가스로서 사용하여 단계(102)에서 리튬과 함께 연소된다. 이는 Li2CO3(103)을 형성하며, CO2 및 CO를 포함하는 캐리어 가스와 오프가스의 혼합물은, 선택적으로는 분리(104) 후에, 보일러(105)를 통과하게 될 수 있고, 그 도움으로 스팀 터빈(106) 및 그러므로 생성기(107)가 동작된다. 캐리어 가스로서의 오프가스(108)의 재순환이 존재하며, 단계(109)에서 CO를 배출하는 것이 가능하다.A corresponding reaction scheme is also illustrated by way of example in FIG. At CO 2 removal 101, carbon dioxide is separated from off-gas 100 from a combustion power plant, such as, for example, a coal-fired power plant, which is then used as a carrier gas at step 102 It is burned together with lithium. This forms Li 2 CO 3 (103), and a mixture of carrier gas and off-gas, including CO 2 and CO, can optionally be passed through boiler 105 after separation 104, The steam turbine 106 and hence the generator 107 are operated. There is recycle of off-gas 108 as carrier gas, and it is possible to discharge CO in step 109. [

제 3 예시적 실시예에서, 도 1에 도시된 장치에서 사용되는 연료 가스 및 캐리어 가스는 질소일 수 있다. 사용되는 금속, 예컨대 리튬은, 예컨대 액체 형태인데, 즉, 용융점 180℃를 초과한다. 액체 리튬이 기공 버너(3)에 피딩될 수 있고, 그 다음으로 연료 가스와 직접적으로 반응한다. 이는 전기 점화 또는 부가적인 점화 버너가 요구되는 경우일 수 있다.In a third exemplary embodiment, the fuel gas and the carrier gas used in the apparatus shown in Figure 1 may be nitrogen. The metal used, for example lithium, is in the form of a liquid, e. Liquid lithium can be fed to the pore burner 3, and then reacts directly with the fuel gas. This may be the case where an electric ignition or an additional ignition burner is required.

리튬의 연소는 화학량론적 측면들에서 요구되는 양의 질소와 함께 기공 버너(3)에서 실시되지만, 약간의 화학량론적 양 초과 또는 화학량론적 양 미만의 비율(slightly super- or substoichiometric ratio)(예컨대, N2:Li의 비율에 대해 0.95:1 내지 1:0.95)을 선택하는 것이 또한 가능하다.The combustion of lithium is carried out in the pore burner 3 together with the amount of nitrogen required in stoichiometric terms, but it may be slightly stoichiometric or substoichiometric (e.g., N 2 : 0.95: 1 to 1: 0.95 with respect to the ratio of Li).

여기서 반응은 아래와 같다:Here the reaction is as follows:

Figure pct00003
Figure pct00003

제 2 단계에서, 리액터(6)의 중간 부분에서, 연소 생성물들은, 노즐들(5)을 통해 리액터(6) 내로 불어 넣어지는 캐리어 가스, 예컨대 질소와 혼합된다. 이는 사이클론을 초래하며, 사이클론의 효과는, 고체 및 액체 반응 생성물들이 리액터 벽에서 와동되고, 주로 거기에 침착되는 것이다. 순수 질소에서의 연소의 경우, 형성되는 리튬 질화물은 813℃의 용융점을 갖는다. 피드 유닛들(1, 5)을 통한 캐리어 가스 및/또는 연료 가스의 혼합에 의해, 반응 생성물들의 연소 온도가 적어도 813℃ 초과로 유지되는 경우, 연소 동안 액체 반응 생성물들이 예상될 수 있다. 피드 유닛들은 여기서, 플랜트가 너무 많이 가열되지 않도록 하기 위해 강한 발열성 반응에서 냉각을 위해 사용될 수 있으며, 온도 하한은 형성된 염들 ― 여기서는 리튬 질화물 ― 의 용융점일 수 있다. 사이클론이 질소 이외의 가스들, 예컨대 공기 또는 이산화탄소 또는 추가의 가스들로 동작되는 경우, 리튬 산화물(m.p. 1570℃) 또는 리튬 탄산염(m.p. 723℃)이 반응 생성물들에서 형성되는 것이 또한 가능하다. 그리드(6')에 의해 개선될 수 있는, 액체 및/또는 고체 반응 생성물들의 분리 후에, 오프가스는, 예컨대 보일러 내로 안내되고, 그 다음으로 다운스트림의 생성기를 갖는 터빈을 구동시키기 위하여 또는 다른 기술적 장치들(예컨대, 열 교환기들)을 동작시키기 위하여 물의 증발을 위해 활용된다. 그 다음으로, 이 프로세스 후에 냉각된 오프가스는, 예컨대 리액터(6)에서 사이클론을 발생시키기 위해 다시 활용될 수 있다. 따라서, 증발 프로세스 이후의 오프가스로부터의 잔류 열이 보일러에서 활용되고, 연소를 위해 화학량론적 측면들에서 필요한 양의 질소만이, 예컨대 공기의 분별(fractionation)에 의해 획득되어야 한다.In the second stage, in the middle part of the reactor 6, the combustion products are mixed with a carrier gas, such as nitrogen, which is injected into the reactor 6 through the nozzles 5. This results in cyclones, the effect of cyclones being that the solid and liquid reaction products are vortexed in the reactor wall, and are mainly deposited there. In the case of combustion in pure nitrogen, the formed lithium nitride has a melting point of 813 캜. Liquid reaction products during combustion can be expected if the combustion temperature of the reaction products is maintained above at least 813 DEG C by mixing the carrier gas and / or the fuel gas through the feed units 1, The feed units may here be used for cooling in a strong exothermic reaction so that the plant is not heated too much, and the lower temperature limit may be the melting point of the formed salts, here lithium-nitride. It is also possible that lithium oxide (m.p. 1570 캜) or lithium carbonate (m.p. 723 캜) is formed in the reaction products when the cyclone is operated with gases other than nitrogen, such as air or carbon dioxide or further gases. After the separation of the liquid and / or solid reaction products, which can be improved by the grid 6 ', the off-gas is introduced into the boiler, for example, to drive the turbine with the downstream generator, Is utilized for evaporation of water to operate devices (e. G., Heat exchangers). Then, the cooled off-gas after this process can be reused, for example, to generate a cyclone in the reactor 6. Thus, residual heat from the off-gas after the evaporation process is utilized in the boiler and only the amount of nitrogen required in stoichiometric aspects for combustion must be obtained, e.g., by fractionation of air.

표 2는 순수 질소에서의 리튬의 연소에 대한 오프가스 온도와 화학량론적 초과량의 상관을 도시하며, 계산은 비-온도-종속적 비열들로 실시되었다.Table 2 shows the correlation of the off-gas temperature and the stoichiometric excess for the combustion of lithium in pure nitrogen, and the calculation was carried out with non-temperature-dependent specific heat.

표 2: 연료 가스로서 그리고 캐리어 가스로서 질소를 이용한 노의 동작Table 2: Behavior of the furnace using nitrogen as the fuel gas and as the carrier gas

Figure pct00004
Figure pct00004

특정 실시예들에서, 연소는, 특정 온도 범위 내에서 오프가스 온도를 안정화시키기 위해, 특정 초과량의 연료 가스로, 예컨대 1.01:1 초과의, 바람직하게는 1.05:1 초과의, 더 바람직하게는 5:1 또는 그 초과의, 심지어 더 바람직하게는 10:1 또는 그 초과의, 예컨대 심지어 100:1 또는 그 초과의 연료 가스 대 금속(M)의 몰 비율로 실시될 수 있으며, 사이클론에 의한 열의 흡수를 위해 추가의 연료 가스 또는 캐리어 가스를 부가하는 것뿐만 아니라 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같은 노즐들의 어레인지먼트에서 금속(M), 예컨대 리튬의 유입 및 연료 가스의 부가가 가능하다. 특정 실시예들에서, 상이한 연소 프로세스들에서의 오프가스 온도가 초과량의 가스를 통해 제어될 수 있어서, 오프가스 온도는 반응 생성물들 또는 이들의 혼합물의 용융 온도보다 더 높을 수 있다(표 2).In certain embodiments, the combustion may be performed with a certain excess amount of fuel gas, for example, greater than 1.01: 1, preferably greater than 1.05: 1, more preferably greater than 1.05: 1, to stabilize the offgas temperature within a certain temperature range Can be carried out at a molar ratio of fuel gas to metal (M) of 5: 1 or more, even more preferably of 10: 1 or more, such as even 100: 1 or more, It is possible not only to add additional fuel gas or carrier gas for absorption but also to introduce the metal (M), for example lithium, and the fuel gas in the arrangement of the nozzles as shown in Figures 1 and 4. In certain embodiments, the off-gas temperature in the different combustion processes can be controlled through an excess of gas such that the off-gas temperature can be higher than the melting temperature of the reaction products or mixtures thereof (Table 2) .

대응하는 반응 체제가 또한 도 6에서 예로서 도시된다. 질소가 공기 분별(201)에서 공기(200)로부터 분리되고, 그 다음으로 단계(202)에서, 예컨대 마찬가지로 공기 분별(201)로부터의 질소를 캐리어 가스로서 사용하여 리튬과 함께 연소된다. 이는 Li2N3(203)을 형성하고, N2(204)를 포함하는 오프가스와 캐리어 가스의 혼합물은 보일러(205)를 통해 안내될 수 있고, 그 도움으로, 스팀 터빈(206) 및 그러므로 생성기(207)가 동작된다. 캐리어 가스로서의 오프가스(208)의 재순환이 존재한다. 암모니아(210)는 가수분해(209)에 의해 리튬 질화물(203)로부터 획득되어서, 리튬 탄산염(212)을 제공하기 위해 이산화탄소와 반응할 수 있는 LiOH(211)가 형성될 수 있다.A corresponding reaction scheme is also illustrated by way of example in FIG. Nitrogen is separated from air 200 in air fractionation 201 and then combusted with lithium in step 202 using, for example, nitrogen from air fractionation 201 as carrier gas. This forms Li 2 N 3 203 and the mixture of offgas and carrier gas containing N 2 204 can be directed through the boiler 205 and with that help the steam turbine 206 and therefore The generator 207 is operated. There is a recycle of off-gas 208 as a carrier gas. Ammonia 210 may be obtained from lithium nitride 203 by hydrolysis 209 and LiOH 211 may be formed that is capable of reacting with carbon dioxide to provide lithium carbonate 212.

제 4 예시적 실시예에서, 예컨대 연료 가스로서 공기를 사용하는 경우에서, 직렬로 연결된 2개의 리액터들, 예컨대 2개의 사이클론 리액터들을 사용하는 것이 또한 가능할 수 있으며, 이 경우, 제 1 사이클론 리액터에서는 금속 산화물, 예컨대 Li2O를 생성하기 위해 금속(M), 예컨대 리튬, 및 공기로부터의 산소가 사용될 수 있고, 오프가스는 주로 질소를 포함하고, 그 다음으로 이 오프가스는, 제 2 사이클론 리액터에서 연료 가스로서 금속(M), 예컨대 리튬과 반응하여 금속 질화물, 예컨대 Li3N을 제공할 수 있다. 이 경우, 예컨대 질소가 캐리어 가스의 역할을 할 수 있고, 이는 또한 제 1 오프가스로부터 획득될 수 있거나 또는 예컨대 그것이 순환되고 있는 경우, 제 1 오프가스 자체로부터 획득될 수 있다.In the fourth exemplary embodiment, it may also be possible to use two reactors connected in series, for example two cyclone reactors, in the case of using air as the fuel gas, for example, in this case, The metal (M), for example lithium, and oxygen from the air can be used to produce an oxide, such as Li 2 O, and the off-gas mainly includes nitrogen, which is then removed from the second cyclone reactor Can be reacted with a metal (M), such as lithium, as a fuel gas to provide a metal nitride, such as Li 3 N. In this case, for example, nitrogen can act as a carrier gas, which can also be obtained from the first off-gas or, for example, if it is circulating, from the first off-gas itself.

본 발명의 장치의 구성을 통해, 특히 다공성 연소 튜브들의 사용을 통해, 고체 또는 액체 반응 생성물들 또는 이들의 혼합물들을 단순한 방식으로, 형성된 오프가스로부터 분리하고, 그러므로 예컨대 가스 터빈 또는 팽창기 터빈, 열 교환기, 또는 보일러에서의 사용을 위해 오프가스들을 보내는 것이 가능하다. 부가하여, 이러한 방식으로, 전체 연소 장치는 또한 더 콤팩트하게 만들어질 수 있고, 연소는 연소 프로세스의 로컬리제이션을 통해 장치에 대해 더 완만해지도록 구성될 수 있다.Through the construction of the apparatus of the present invention, solid or liquid reaction products or mixtures thereof, in particular, through the use of porous combustion tubes, are separated from the formed offgas in a simple manner and are thus obtained, for example, from gas turbines or inflator turbines, , Or it is possible to send offgas for use in a boiler. In addition, in this manner, the entire combustion device can also be made more compact, and the combustion can be configured to be more gradual to the device through localization of the combustion process.

부가하여, 장치, 예컨대 노와 같은 리액터는 상승된 동작 압력에서 실행될 수 있고, 따라서 연소 및 침착 프로세스는 다운스트림의 단계의 각각의 컨디션(condition)들에 매칭될 수 있다. 특정 실시예들에서, 사이클론의 확립을 위한 연료 가스와 캐리어 가스의 구분의 가능성은 열의 방출 후 오프가스들의 재순환을 가능하게 한다.In addition, a reactor such as a furnace, such as a furnace, can be run at elevated operating pressure, and thus the combustion and deposition process can be matched to the respective conditions of the downstream stage. In certain embodiments, the possibility of a separation of the fuel gas and the carrier gas for the establishment of the cyclone enables recirculation of the off-gases after the release of heat.

재순환은 이러한 구성으로 용이하게 가능하다. 가스 혼합물들은 또한 연료 가스 및 캐리어 가스로서 가능하다. 프로세스 단계(들) 후에 오프가스를 재순환시킴으로써, 에너지 및 재료를 절약하는 것이 가능하다.Recirculation is easily possible with this configuration. Gas mixtures are also possible as fuel gas and carrier gas. By recycling the off-gas after the process step (s), it is possible to save energy and materials.

Claims (15)

연료 가스(fuel gas)를 이용하여 금속(M)을 연소하기 위한 프로세스(process)로서,
상기 금속(M)은 알칼리 금속(alkali metal)들, 알칼리성 토금속(alkaline earth metal)들, 알루미늄 및 아연, 및 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택되고, 상기 연소는 버너(burner)로서 다공성 튜브(porous tube)를 포함하는 기공 버너에 의해 실시되는,
연료 가스를 이용하여 금속(M)을 연소하기 위한 프로세스.
A process for burning a metal (M) using a fuel gas,
The metal (M) is selected from alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, and alloys and / or mixtures thereof, and the combustion is a burner, Which is carried out by a pore burner comprising a porous tube,
Process for burning metal (M) using fuel gas.
제 1 항에 있어서,
상기 기공 버너에는, 상기 기공 버너의 내부에 상기 금속(M)이 액체 형태로 공급되는,
연료 가스를 이용하여 금속(M)을 연소하기 위한 프로세스.
The method according to claim 1,
Wherein the pore burner is supplied with the metal (M) in liquid form inside the pore burner,
Process for burning metal (M) using fuel gas.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 연료 가스는 상기 기공 버너의 외측 표면들 상으로 안내되고 그리고 상기 금속(M)과 함께 연소되는,
연료 가스를 이용하여 금속(M)을 연소하기 위한 프로세스.
3. The method according to claim 1 or 2,
Said fuel gas being directed onto the outer surfaces of said pore burner and combusted with said metal (M)
Process for burning metal (M) using fuel gas.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연소는 금속(M)과 연료 가스의 반응에서 형성된 염(salt)들의 용융점을 초과하는 온도에서 발생하는,
연료 가스를 이용하여 금속(M)을 연소하기 위한 프로세스.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The combustion occurs at a temperature above the melting point of the salts formed in the reaction of the metal (M) and the fuel gas,
Process for burning metal (M) using fuel gas.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속(M)은 적어도 2개의 금속들(M)의 합금으로서 공급되는,
연료 가스를 이용하여 금속(M)을 연소하기 위한 프로세스.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the metal (M) is supplied as an alloy of at least two metals (M)
Process for burning metal (M) using fuel gas.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연소 후에 반응 생성물들은 분리되는,
연료 가스를 이용하여 금속(M)을 연소하기 위한 프로세스.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
After the combustion, the reaction products are separated,
Process for burning metal (M) using fuel gas.
제 6 항에 있어서,
상기 분리는 사이클론(cyclone)의 도움으로 실시되는,
연료 가스를 이용하여 금속(M)을 연소하기 위한 프로세스.
The method according to claim 6,
The separation is carried out with the aid of a cyclone,
Process for burning metal (M) using fuel gas.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연소의 반응 생성물들은, 바람직하게는 적어도 하나의 팽창기 터빈(expander turbine) 및/또는 적어도 하나의 가스 터빈(gas turbine) 및/또는 적어도 하나의 열 교환기 및/또는 적어도 하나의 보일러(boiler)를 사용하여 에너지(energy)를 생성하기 위해 사용되는,
연료 가스를 이용하여 금속(M)을 연소하기 위한 프로세스.
8. The method according to any one of claims 1 to 7,
The reaction products of the combustion preferably comprise at least one expander turbine and / or at least one gas turbine and / or at least one heat exchanger and / or at least one boiler Used to generate energy,
Process for burning metal (M) using fuel gas.
금속(M)의 연소를 위한 장치로서,
상기 금속(M)은 알칼리 금속들, 알칼리성 토금속들, 알루미늄 및 아연, 및 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택되고,
상기 장치는,
버너로서 다공성 튜브를 포함하는 기공 버너,
상기 기공 버너의 내부로의, 바람직하게는 액체 형태인 상기 금속(M)을 위한 피드 유닛(feed unit) ― 상기 피드 유닛은, 바람직하게는 액체 형태인 금속(M)을 상기 기공 버너에 피딩(feed)하도록 설계됨 ―,
연료 가스를 공급하도록 설계된, 연료 가스를 위한 피드 유닛, 및
선택적으로는 상기 금속(M)을 액체 형태로 제공하기 위한 가열 장치를 포함하고,
상기 가열 장치는 상기 금속(M)을 액화하도록 설계되는,
금속(M)의 연소를 위한 장치.
As an apparatus for the combustion of the metal (M)
The metal (M) is selected from alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, and alloys and / or mixtures thereof,
The apparatus comprises:
A pore burner including a porous tube as a burner,
A feed unit for the metal (M), preferably in the form of a liquid, into the interior of the pore burner, which feeds a metal (M), preferably in the form of a liquid, feed,
A feed unit for fuel gas, designed to supply fuel gas, and
Optionally a heating device for providing said metal (M) in liquid form,
The heating device is designed to liquefy the metal (M)
Apparatus for combustion of metal (M).
제 9 항에 있어서,
상기 연료 가스를 위한 피드 유닛은, 상기 연료 가스를 위한 피드 유닛이 상기 연료 가스를 적어도 부분적으로 상기 기공 버너의 표면으로 안내하도록, 배열되는,
금속(M)의 연소를 위한 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the feed unit for the fuel gas is arranged such that a feed unit for the fuel gas at least partially directs the fuel gas to the surface of the pore burner,
Apparatus for combustion of metal (M).
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 기공 버너는, 상기 연소로부터 형성되는 반응 생성물들 및 선택적으로는 상기 금속(M)이 상기 기공 버너의 표면으로부터 중력에 의해 제거될 수 있도록 배열되는,
금속(M)의 연소를 위한 장치.
11. The method according to claim 9 or 10,
The pore burner is arranged such that the reaction products formed from the combustion and optionally the metal (M) can be removed by gravity from the surface of the pore burner,
Apparatus for combustion of metal (M).
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기공 버너는 철, 크롬, 니켈, 니오븀, 탄탈륨, 몰리브덴, 텅스텐, 지르코늄 및 이들 금속들의 합금들, 및 또한 강철들, 이를테면, 스테인리스 강(stainless steel) 및 크롬-니켈 강으로 이루어진 그룹(group)으로부터 선택된 재료로 이루어지는,
금속(M)의 연소를 위한 장치.
12. The method according to any one of claims 9 to 11,
The pore burner is a group of iron, chromium, nickel, niobium, tantalum, molybdenum, tungsten, zirconium and alloys of these metals and also of steels such as stainless steel and chromium- , ≪ / RTI >
Apparatus for combustion of metal (M).
제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속(M)의 연소의 생성물들을 위한 분리 유닛을 더 포함하고, 상기 분리 유닛은 상기 금속(M)과 상기 연료 가스의 연소 생성물들을 분리하도록 설계되고, 상기 분리 유닛은 바람직하게는 사이클론 리액터(cyclone reactor)인,
금속(M)의 연소를 위한 장치.
13. The method according to any one of claims 9 to 12,
Further comprising a separation unit for products of combustion of said metal (M), said separation unit being designed to separate combustion products of said fuel (M) and said fuel gas, said separation unit being preferably a cyclone reactor cyclone reactor,
Apparatus for combustion of metal (M).
제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 팽창기 터빈 및/또는 적어도 하나의 가스 터빈 및/또는 적어도 하나의 열 교환기 및/또는 적어도 하나의 보일러를 더 포함하는,
금속(M)의 연소를 위한 장치.
14. The method according to any one of claims 9 to 13,
Further comprising at least one inflator turbine and / or at least one gas turbine and / or at least one heat exchanger and / or at least one boiler,
Apparatus for combustion of metal (M).
연료 가스를 이용한, 알칼리 금속들, 알칼리성 토금속들, 알루미늄 및 아연, 및 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택된 금속(M)의 연소를 위한 버너로서 다공성 튜브를 포함하는 기공 버너의 사용.The use of a pore burner comprising a porous tube as a burner for combustion of a metal (M) selected from alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, and alloys and / or mixtures thereof with fuel gas.
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