專利名稱：電加熱礦石生產二氧化碳氣體的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于CO2氣體的生產方法及設備，主要是采用菱鎂礦石、白云石等天然礦石，在特殊設計的密封電爐中，用電加熱分解的方法生產高純度的CO2氣體。
國內外現有技術中，CO2氣體的生產方法有(一)煤油燃燒法、焦炭燃燒法用煤油、焦炭等能源材料作為造氣原料，在空氣中燃燒生產CO2氣體，由于空氣中含有78%的氮氣不能參加燃燒，因而燃燒后的氣體中有N2、CO2、CO、H2S、CH4、H2、O2、Ar、He等各種氣體，其中CO2僅占8-14.8%左右，要把CO2氣體從成份如此復雜的氣體中提純出來，需要一系列復雜的提純工藝和設備，設備造價很高，而且生產過程污染環(huán)境，每公斤CO2氣體成本約需1元左右。美國、日本的小型CO2發(fā)生器大都采用這種方法。
(二)酸堿法這是國內外汽水廠傳統的CO2氣體生產方法，是用硫酸和小蘇打進行化學反應產生CO2氣體，其反應方程式如下H2SO4+2NaHCO3＝Na2SO4+2H2O+2CO2↑每生產1公斤CO2氣體需要2公斤小蘇打和1.5公斤硫酸，每公斤氣體的成本高達1.46元，該方法的缺點是用化工產品作為造氣原料，原料價格高(小蘇打600元/噸，硫酸250元/噸)，用量大，硫酸為強酸，容易燒傷工人，運輸困難，設備腐蝕嚴重，必須用不銹鋼等特殊材料制造，廢液嚴重污染環(huán)境。
此外還有(三)煤粉、白云石粉和氧氣燃燒，用鹽酸和石灰石進行化學反應，石灰石和酒精廠廢氣回收等各種生產CO2氣體的方法。這些方法也都存在上述類似的缺點和問題。酒精廠廢氣回收時CO2氣體比較便宜，但由于酒精用量較小，產量有限，因而廢氣的數量不多，況且回收提純設備復雜龐大，投資很大，生產酒精是用糧食作原料，因而不可能單純?yōu)樯aCO2氣體采用該方法，用鹽酸和石灰石作原料每生產1公斤CO2氣體需5.5公斤鹽酸和2.5公斤石灰石，每公斤CO2氣體成本約1元左右。而生產鹽酸時耗電量很大，每電解1噸食鹽耗電2200度。
本發(fā)明的目的是提供一個不采用能源材料和化工產品作為造氣原料，對環(huán)境不產生任何污染，不需復雜的提純工藝設備就能直接獲得高純度CO2氣體的新的工藝方法和設備。其解決方案是采用天然的菱鎂礦石、白云石作原料，在特殊設計的密封電爐中加熱分解，分解的化學反應式如下菱鎂礦石用菱鎂礦、白云石作原料，價格便宜(每噸礦石10-15元)，產氣量大，每噸礦石可生產400-500公斤CO2氣體，耗電量分別是0.93度/公斤和1.22度/公斤，礦石用量和耗電量都不大。產生的氣體經冷卻、壓縮、干燥后，不需任何提純措施其純度就能達到99.6%以上的高純度，完全滿足焊接、鑄造、汽水、汽酒生產，自來水的除氟凈化，溫室作物栽培、果蔬、糧食、魚類的貯藏保鮮等工業(yè)、農業(yè)和食品部門的用氣要求。
用本法生產1公斤CO2氣體的成本0.20元左右，(不包括付產品綜合利用)僅是上述其它CO2氣體生產方法的1/7-1/2。它的一個突出優(yōu)點是節(jié)約能源，不污染環(huán)境，改善了工人的勞動條件。另一個優(yōu)點是生產氣體后的付產品可綜合利用，有較高的經濟價值(80元/噸)，它是防火涂料、耐火材料、橡膠、制糖、菱苦水泥等多種工業(yè)的原料。
電加熱礦石生產CO2氣體的具體方法及設備情況，見附

圖1。
首先把菱鎂礦石或白云石破碎成直徑小于10毫米的顆粒狀，大小不要求一致，小點更好，然后送入密封電爐2(氣體發(fā)生爐)中加熱，當溫度達到813°K(540℃)時，礦石開始分解產生CO2氣體，氣體經冷卻器3冷卻后，經壓縮機12升壓進入儲氣罐10，再經干燥器11干燥后就可以使用。
壓縮機12設置在冷卻器3和儲氣罐10之間，用夾布橡膠管連接。它有兩個作用，一方面從密封電爐2中不斷抽取已產生的CO2氣體，使密封電爐2中始終保持低氣壓，以加速礦石分解，另一方面把抽出的CO2氣體升壓到0.8MPa(8Kg·f/cm2)裝入儲氣罐10，以增加儲氣罐的貯氣量。壓縮機12的啟動、停止由密封電爐上的壓力繼電器4和裝在控制箱13內的空氣阻尼式延時繼電器雙重控制。當密封電爐2中的CO2氣體壓力達到0.02MPa(即0.2Kg·f/cm2)時，壓力繼電器4動作，接通壓縮機12的電源，壓縮機12啟動并開始抽氣，同時延時繼電器開始計時，當達到予定的抽氣時間時，這時密封電爐2中的氣壓基本為0，壓縮機12自動停止抽氣，經過一段時間后，當密封電爐2中的氣壓再次達到0.02MPa時，壓縮機再次啟動，如此反復直到密封電爐2中的礦石分解完畢為止。
儲氣罐中CO2氣體壓力的自動控制在儲氣罐10的上方設一可調壓力的壓力傳感接觸器8，其壓力調節(jié)范圍為0-0.8MPa，事先根據需要調好予定的壓力，當儲氣罐10中的CO2氣體壓力不斷升高達到所需的予定壓力時，壓力傳感接觸器8動作，切斷密封電爐2的電源，停止加熱，礦石即停止分解，氣體不再產生。當儲氣罐10中的CO2氣體壓力由于不斷使用低于予定的壓力時，壓力傳感接觸器8動作，接通密封電爐2的電源繼續(xù)加熱，礦石繼續(xù)分解，如此反復，直到礦石分解完畢為止。
密封電爐2的溫度自動控制及礦石分解完畢后的自動報警系統溫度自動控制是采用設置在密封電爐2上的帶不銹鋼保護管的熱電偶5進行測溫，用動圈式溫度控制儀表6進行顯示并加以控制。由于菱鎂礦石和白云石的分解溫度不同，因此應根據所使用的礦石情況預先調好溫度控制儀6的預調控制溫度，一般預調控制溫度應比礦石分解溫度高150-200°K。由于礦石分解時大量吸收熱量(分解熱)密封電爐2的溫度上升十分緩慢，很難達到予調的控制溫度，當礦石一旦分解完畢后，即不再需要分解熱，電爐絲發(fā)出的熱量全部用于礦石升溫，因而爐溫很快會上升到較高溫度，當達到溫度控制儀表6上予調的控制溫度時，溫度控制儀表6內的繼電器動作，接通電鈴，隨即發(fā)出警報并同時切斷密封電爐2的電源停止加熱。工人聽到電鈴聲后，就知道礦石已經分解完畢，需要重新添加礦石。
冷卻器3，壓力繼電器4和熱電偶5安裝在密封電爐2的上部。動圈式溫度控制儀6裝在控制箱13的上部(前方)，壓縮機12裝在控制箱13的下半部。壓力表7、壓力傳感接觸器8和安全閥9安裝在儲氣罐10的上方。當儲氣罐中的CO2氣體壓力超過額定壓力(0.8MPa)時，安全閥9自動開啟，放出部分CO2氣體，當儲氣罐10內的CO2氣體壓力降到額定壓力時，安全閥9自動關閉，使儲氣罐中的壓力始終維持在0.8MPa左右的壓力。干燥器11裝在儲氣罐10的側面，干燥器內裝硅膠。
密封電爐2、控制箱13、儲氣罐10安裝在車架1上，形成一個有機的整體。車架1有一對轉向輪15和一對行走輪14，整臺設備移動十分方便。
密封電爐2的中間有一對帶軸承的轉動軸，轉動軸安裝在車架1的軸承座上，密封電爐可以以轉軸為中心傾斜成任意角度，以便裝料、卸料。不需轉動時，由轉軸上的定位盤，用定位肖與車架1固定。
密封電爐的結構，見附圖2。
由碳化硅材料制成的內絲爐膛1中裝有OCr27Al7Mo2電爐絲2，爐膛放置在爐體14的正中間，下部、后部和前部分別由發(fā)泡氧化鋯材料制作的支撐塊3，墊板17、支撐圈18和爐口10支撐固定，周圍由硅酸鋁耐火纖維12填充保溫。爐體的兩端有上封頭13和下封頭19，上下封頭和爐體由帶密封槽并裝有硅橡膠密封圈11的法蘭用螺栓16緊固連接并密封。上封頭的正中央有爐門8，上開有密封槽，爐門設置在爐門開啟機構6上，爐門開啟機構為鉸鏈結構，開、關輕巧方便。爐門關閉后用活接螺栓9鎖緊，并用硅橡膠密封圈7進行密封。
在內絲爐膛1和爐體14的上部各開兩對互相對應的圓孔，分別安裝熱電偶5和壓力繼電器4.15為密封電爐電爐絲電纜引出裝置，電纜引出裝置既要絕緣，又要密封不漏氣，方法是電纜外套絕緣瓷管，接線柱裝在圓形的環(huán)氧酚醛層壓玻璃布板上，兩面都用硅橡膠墊圈密封，用銅螺母鎖緊，然后，再把膠木板加上硅橡膠密封圈與電纜引出管的法蘭用螺釘連接鎖緊。
權利要求
1.一種用天然礦石作原料生產CO2氣體的方法及設備，它與現有的用煤油、焦炭、酸、堿等能源材料和化工產品生產CO2氣體不同，其設備由密封電爐2、控制箱13、儲氣罐10等有機的連在一起并安裝在車架1上組成，其技術特征①采用菱鎂礦石、白云石作為造氣原料。②在特殊設計的密封電爐中用電加熱分解的方法生產CO2氣體，③生產出的CO2氣體經冷卻器3、壓縮機12、干燥器11，不需用任何提純就可獲得99.6%以上高純度。
2.根據權利要求1，密封電爐外部由爐體14，下封頭19和中間開有爐門的上封頭13組成，爐體內部中央由內絲爐膛1，爐膛內裝OCr27Al7Mo2電爐絲2，爐膛周圍由硅酸鋁耐火纖維12填充保溫，爐口10、支撐塊3、墊板17和支撐圈18由發(fā)泡氧化鋯材料制作，密封電爐上方裝有電纜引出裝置，其技術特征是①內絲爐膛1由碳化硅材料制成。②上、下封頭和爐體由帶密封槽并裝有硅橡膠密封圈11的法蘭用螺栓16緊固聯接并密封。③爐門8上的密封槽中放有硅橡膠密封圈7。④電纜引出裝置15，接線柱裝在圓形的環(huán)氧酚醛層壓玻璃布板上，兩面都用硅橡膠墊圈密封。
3.根據權利要求1或2，密封電爐上方裝一個壓力繼電器，在控制箱13內裝一個空氣阻尼式延時繼電器。
4.根據權利要求1或2，在密封電爐的上方安裝一個熱電偶，在控制箱的上(前方)裝一個動圈式溫度控制儀6，從而實現礦石分解完畢后的自動報警。
全文摘要
本發(fā)明是用天然菱鎂礦石、白云石作原料，在特殊設計的密封電爐中，用電加熱分解法生產CO
文檔編號C04B2/10GK1034182SQ87105749
公開日1989年7月26日 申請日期1987年8月21日 優(yōu)先權日1987年8月21日
發(fā)明者李君愛, 劉志強 申請人:國家機械工業(yè)委員會第五設計研究院