專利名稱：利用太陽能、微波和等離子體從生物質(zhì)或煤中制備液體燃料和氫氣的方法
利用太陽能、微波和等離子體從生物質(zhì)或煤中制備液體燃
料和氫氣的方法石油資源的枯竭和由燃燒石油產(chǎn)品而產(chǎn)生的二氧化碳(CO2)污染(全球變暖的主 要原因之一)使人們必須開發(fā)更低污染的可替代的能源制備方法，所述方法能夠保持工業(yè) 國家中的生活質(zhì)量并能夠解決新興國家中不斷增長的能源需求。事實上，全球能源消耗在 1971 年是 5500Mtoe，在 2002 年是 10300Mtoe，并且估計在 2030 年會是 16500Mtoe。然而，必須區(qū)分-供工業(yè)和城市發(fā)展的能源需求，其能夠被視為靜態(tài)的(對此，出現(xiàn)了許多解決方 案，基本上是太陽能、核能、水能、地?zé)岷惋L(fēng)力生產(chǎn))；與-涉及運輸?shù)哪茉葱枨?，其需要通過除了諸如火車和有軌電車的電動有軌交通工 具以外的實際交通工具來儲存和運輸能源。對于涉及運輸?shù)倪@第二種需求，解決方案顯得不太明顯，這是由于各種運輸方式 中所使用的燃料必須滿足許多約束條件。它們必須可以在至少與目前對于石油產(chǎn)品所存在的等同的安全條件下容易地運 輸和儲存，必須具有污染平衡(其產(chǎn)生-使用(production-use)低于烴)，并相對于石油產(chǎn) 品最終是經(jīng)濟(jì)可行的?？紤]到適于航空運輸?shù)娜剂系募s束條件，該問題變得更加復(fù)雜。制備用于交通工具的燃料的不同方法正在形成-生物燃料(醇、酯)的制備，-在燃料電池或熱發(fā)動機(jī)中使用氫氣作為燃料，_在電動交通工具中使用高效電池，-使用生物質(zhì)或煤來制備燃料。乍看起來，生物燃料醇或脂肪酸酯的制備似乎是有前途的并已經(jīng)在不同的國家中 實施。然而，這些解決方案不理想；事實上，用于提供能源自治所必需的作物面積是巨大的， 并超過所有目前存在的作物面積。因此，這些作物與糧食作物競爭。通常用于制備這些生 物燃料的原材料為糧食產(chǎn)品，例如玉米、小麥等。這樣的生物燃料的密集收割，除了在全球 農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)中、特別是新興國家和發(fā)展中國家中產(chǎn)生不平衡之外，還將涉及饑荒和顯著生 態(tài)破壞的高危險。而且，制備這些生物燃料的某些方式相對于石油具有非常低的能量收率并具有高 污染平衡。例如，我們能夠列舉從甜菜根中制備乙醇或從油菜籽中制備脂肪酸或酯。對于適于使用的燃料來說，使用氫氣作為燃料似乎是聰明的解決方法。然而，無污 染氫氣的制備中與石油產(chǎn)品相同的制備成本的問題仍未解決。此外，考慮到其危險性，該燃 料的使用需要克服儲存和分配的許多困難。將電能儲存在電池中以用于電動車或電熱混合動力車內(nèi)是許多汽車制造商提出 的解決方法之一。該解決方法涉及在制備中或在循環(huán)中以低成本制備有效的電池而只產(chǎn)生 很少污染或不產(chǎn)生污染。此外，對于電熱混合動力車的交通工具來說，制備替代燃料的問題 繼續(xù)存在。據(jù)我們所知，還沒有提出基于燃料電池或電池的可行的航空推進(jìn)方法。
使用生物質(zhì)特別是植物廢料、纖維素或非改良(non-upgraded)農(nóng)產(chǎn)品代表了用 于制備液體燃料以及用于在其使用壽命的最后階段中不可循環(huán)的塑料材料的重要原材料 來源。煤儲量能夠再滿足液體燃料幾百年的需求。然而，不管是對于生物質(zhì)還是煤，用于從這些原材料中制備液體燃料的氣化方法 仍然產(chǎn)生太多的CO2污染，其能夠占所產(chǎn)生的氣體的高達(dá)20%至40%。由于以CO2的形式損失這部分碳，通過氣化由生物質(zhì)來制備燃料具有僅略微好于 石油的污染平衡，如果不控制生物質(zhì)制備及其運輸至轉(zhuǎn)化設(shè)備期間CO2排放的問題，則污染 平衡迅速變差。如果產(chǎn)生的CO2被成功地捕獲或者被更有效地轉(zhuǎn)化為燃料，則通過使由生 物質(zhì)制備燃料期間以CO2形式的碳的消耗最小化，使該平衡達(dá)到或接近平衡狀態(tài)。事實上， 在這些條件下，生物質(zhì)的碳比例會與燃燒合成燃料時釋放的碳比例等同。對于煤，則情況完全不同。不管煤轉(zhuǎn)化成燃料的方式，燃料的燃燒將使CO2以及不 期望的副產(chǎn)物(硫、硫化物)從化石碳中釋放出來而進(jìn)入大氣中。相對于石油產(chǎn)品，不釋放CO2的氣化方法將改善所得燃料的污染平衡。然而，為了 使化石燃料的污染平衡與由生物質(zhì)制備的燃料的平衡等同，在使用生物燃料的場所，即在 交通工具中，必須執(zhí)行CO2的捕獲或轉(zhuǎn)化方法。正在開發(fā)越來越多的能夠?qū)?)2轉(zhuǎn)化成升級產(chǎn)品的方法；然而，它們極少描述適于 生物質(zhì)或煤的氣化工業(yè)的解決方法。能夠列舉兩種主要的CO2轉(zhuǎn)化方法-催化法，包括將CO2還原成諸如可以直接升級的甲醇、甲醛或甲酸的化合物，以及-電化學(xué)氣相法，包括通過放電將CO2還原成(一氧化碳)CO和(氫氣)H2。應(yīng)該指出，溶液中的電化學(xué)方法能夠使CO2轉(zhuǎn)化成甲酸。盡管在工業(yè)上是可升級的，甲醇、甲醛或甲酸使得烴能夠通過諸如費_托(FT)法 的方法合成，只是難度很大。電化學(xué)氣相法能夠由CO2氣體制備CO和H2?；瑒踊?GlidArc)方法是特別有前 景的，盡管它們消耗大量的能量(制備每m3的氣體需要數(shù)千伏特)。為了降低C02，目前所 述的GlidArc方法通常需要使用諸如硫酸(H2S)或甲烷(CH4)的氣體添加劑。未描述將這 些方法用于氧化炭和煤顆粒。促進(jìn)反應(yīng)的添加劑通常為氣體。對于GlidArc方法所描述的 幾何學(xué)使得很難根據(jù)不同氣體的流動來優(yōu)化不同反應(yīng)的效率。GlidArc方法產(chǎn)生所謂的非 平衡等離子體。沒有任何說明考慮到涉及非平衡等離子體與熱力學(xué)等離子體伴隨或交替的 混合方法。類似地，沒有任何研究考慮到涉及光源等離子體、非平衡電等離子體和熱力學(xué)等 離子體的方法。沒有任何研究考慮到通過富集金屬、顆?；虼呋瘎┰诘入x子體內(nèi)進(jìn)行定向 反應(yīng)，由此促進(jìn)等離子體內(nèi)既定反應(yīng)的方法。在烴合成工業(yè)中，將CO2還原成CO和H2是主要的技術(shù)挑戰(zhàn)。事實上，很大部分 (30%至40%)的原材料(煤、炭)以CO2的形式損失，這使得該工業(yè)除了經(jīng)濟(jì)上代價高以 外，還具有高污染。我們提出了適合氣化生物質(zhì)和煤的方法以及一系列的替代裝置，所述方法能夠制 備合成氣(CO-H2),同時降低用于合成的生物質(zhì)或煤的能量消耗。事實上，通常通過燃燒一 部分炭或煤來提供不同反應(yīng)所需要的能量。在本文所述的方法中，用太陽能和整個過程中制備的不同等離子體的能量代替該能量的很大部分。所用的不同等離子體具有混合的來 源并且它們的制備所需的電能來自可再生的能源(太陽能、風(fēng)能或源自裝置中熱回收的能 量)。通過使用不同類型的等離子體(電等離子體、微波等離子體、ICP等離子體、光等離子 體)來使CO2形式的碳損失最小化。在整個過程中，將這些等離子體用作將碳氧化為CO并 將CO2還原成CO的附加手段。通過用不同金屬元素(1%^11、41、？6、51、5102等)富集等離 子體來增強(qiáng)等離子體的作用。操作規(guī)則本發(fā)明涉及以下方法組織由太陽熱能和/或等離子體能補充的一系列功能單元 微波能，以進(jìn)行在例如諸如生物質(zhì)或煤的富碳化合物的氣化中涉及的不同步驟，從而制備 諸如旨在合成液體燃料的合成氣(CO、H2)。通常，含碳的任何化合物可以是合適的。除了生物質(zhì)以外，還可以使用垃圾、紙漿、 來自廢水純化或加壓的污泥等。在整個本文中，用于氣化的材料被稱為基材。優(yōu)選地，將該基材包裹或附聚成或多 或少潮濕的、優(yōu)選水分含量為10%至30%的顆?；蛄Ｗ?。優(yōu)選地，通過例如不同來源的材料(生物質(zhì)、廢水純化污泥、垃圾、紙漿等)的混合 物，顆粒的組合物會是可重復(fù)的。優(yōu)選地，通過對顆粒組合物中所用材料的基本分析，在所 述材料的混合期間自然地確定制備顆粒所必需的不同材料的比例。例如，使用LIBS(激光 誘導(dǎo)擊穿光譜)方法來確定不同材料的基本組成，所述不同材料將根據(jù)分析所確定的比例 來混合以提供具有基本可重復(fù)組成的顆粒。在制備基材的可能步驟之后，能夠?qū)⒂糜谥苽渲饕蠧O和H2的合成氣的含碳 化合物的氣化方法分成以下兩個主要步驟A)第一步，在太陽微波反應(yīng)器中，通過協(xié)同熱能加熱包含在所述太陽微波反應(yīng)器 中的化合物，來使化合物焙燒熱解成炭和熱解氣體，所述協(xié)同熱能由太陽輻射在反應(yīng)器的 壁表面上的會聚或反射，以及直接注入到所述反應(yīng)器和化合物中的微波的集中所引起的反 應(yīng)器壁的加熱來共同提供，以及B)第二步，通過在旋流反應(yīng)器中發(fā)生的化學(xué)氧化還原反應(yīng)，將來自太陽微波反應(yīng) 器的所述炭和熱解氣體主要轉(zhuǎn)化成CO和H2,其中由于燃燒所述熱解氣體或附加氣體、將受 熱的氣體或氣體混合物注入到所述旋流反應(yīng)器中、以及通過直接注入到所述旋流反應(yīng)器中 的微波來直接加熱存在于所述反應(yīng)器中的氣體，所述旋流反應(yīng)器能夠形成推進(jìn)并氧化所述 炭顆粒的氣態(tài)渦旋。在熱能的協(xié)同作用下，將用于發(fā)生氧化還原反應(yīng)的氣體進(jìn)行加熱、加速和加壓，所 述熱能通過太陽輻射在所述反應(yīng)器壁的表面上的會聚和/或反射，以及通過注入到所述反 應(yīng)器中的微波對加壓和加速加熱反應(yīng)器的壁進(jìn)行加熱來產(chǎn)生。旋流反應(yīng)器和/或加壓和加速加熱反應(yīng)器包括用于制備氣態(tài)等離子體和混合的 氣體/顆粒等離子體(plasmas)或等離振子(plasmons)的裝置。微波能夠與紅外輻射同時使用，優(yōu)選地，在與CO2分子的不對稱振動模式的吸收頻 率相對應(yīng)的頻率下同時使用。氣化基材能夠包含非均勻分散的顆粒，所述非均勻分散的顆粒包含含碳化合物的 顆粒和任選地與含碳化合物的顆粒附聚或混合的、促進(jìn)氣化的附加顆粒。
附加顆粒能夠包括還原性金屬，所述還原性金屬通過氧化還原反應(yīng)以及由顆粒中 形成的電流所產(chǎn)生的電弧產(chǎn)生帶電荷的元素和自由基，來促進(jìn)氣化，以及所述附加顆粒還 包括二氧化硅和/或硅顆粒，所述二氧化硅和/或硅顆粒產(chǎn)生能夠以SiC形式與包含在化 合物中的一部分碳相結(jié)合的SiO。本方法的實施涉及太陽微波焙燒熱解反應(yīng)器和旋流反應(yīng)器-太陽微波焙燒熱解反應(yīng)器特別地包括-管道，例如由耐火材料制成的管道，一用于移動太陽微波焙燒熱解反應(yīng)器管道內(nèi)的化合物的裝置，一用于在反應(yīng)器管道表面上集中太陽輻射并引起太陽輻射會聚的裝置，一用于使反應(yīng)器管道與外部環(huán)境隔絕的裝置，一用于改善反應(yīng)器管道的熱慣性的裝置，一用于產(chǎn)生微波的裝置，一用于引導(dǎo)微波的裝置。-旋流反應(yīng)器特別地包括-至少兩個重疊或嵌套的并互相聯(lián)通的旋流器單元，-能夠在單元中燃燒以產(chǎn)生氣體渦旋的裝置，—用于將氣體橫向或切向注入所述單元，以產(chǎn)生氣體渦旋的裝置，一用于產(chǎn)生并引導(dǎo)微波的裝置。方法的實施還特別地涉及-氧化氣體加壓和加速加熱反應(yīng)器，其包括一管道，例如由耐火材料制成的管道，一用于在反應(yīng)器管道表面上集中太陽輻射并引起太陽輻射會聚的裝置，一用于使反應(yīng)器管道與外部環(huán)境隔絕的裝置，一用于改善反應(yīng)器管道的熱慣性的裝置，一通過將氣體和任選的顆粒壓縮、加熱和加速而使它們沿反應(yīng)器管道移動的裝 置，例如(但不限于)葉片轉(zhuǎn)子、離心壓縮機(jī)、渦輪、至少一個環(huán)狀腔室和至少一個任選地由 紅外源補充的微波源，-用于產(chǎn)生氣態(tài)等離子體和/或混合氣體/顆粒等離振子的感應(yīng)或非感應(yīng)電流、光 學(xué)和微波裝置，-用于產(chǎn)生IGHz至300GHz微波并引導(dǎo)所述微波的至少一個磁控管和至少一個波導(dǎo)。1. 1在一個實施方案中，能夠焙燒并熱解基材的功能單元是太陽能/微波爐反應(yīng) 器(F_smo)，其由直徑為1厘米至5米并且長度為10厘米至10米的管道(

圖1. 1)組成。 例如，管道將由諸如(但不限于)陶瓷覆蓋的碳、陶瓷、鎢鋼、鈦、鎳等耐火材料制成。在管道的中心，提供蝸桿(圖1. 2)使生物質(zhì)或煤能夠移動通過管道的開口。可以 以大小為數(shù)毫米至數(shù)厘米的均勻或非均勻顆?；蛄Ｗ咏M織基材。在本文中，顆粒和粒子被 稱為顆粒。在管道外部沿其長度方向的恒定距離處，提供一個或多個鏡子或太陽能集光器， 例如鋁(圖1. 3)，以使太陽光線在管道表面會聚。優(yōu)選地，管道為能夠最大吸收光和太陽輻 射加熱的啞光黑色。管道上的油漆可以包括優(yōu)化UV輻射吸收的直徑為數(shù)微米的二氧化硅顆粒(量子顆?；騋dot)。通常，管道的外部涂層可以包括能夠最大吸收熱和光的材料或由 能夠最大吸收熱和光的材料組成，所述材料例如為了太陽能熱水器而開發(fā)的那些。在某些 實施方案中，鏡子為例如相對于蝸桿管道主軸線的凹鏡或橢圓面鏡，因此曲率的半徑等于 鏡子與蝸桿管道表面之間的距離。在另一實施方案中，鏡子可以是根據(jù)蝸桿管道長度平行 于蝸桿管道軸線排列在與管道表面恒定的距離上的具有短矩形寬度的鏡子。確定鏡子和管 道表面之間的距離，使得鏡子在蝸桿管道表面的圖像或反射的寬度小于管道的直徑，使得 被鏡子反射的所有光線到達(dá)管道的表面。在蝸桿管道的橫截面上，將提供一系列鏡子，使得 鏡子的寬度能夠圍繞管道以階梯式排列形成半圓形或任何橢圓形部分(圖1. 4)。在完全平 面鏡子的情況下，提供寬度低于蝸桿管道直徑的鏡子是足夠的。每一面鏡子相對于位于鏡 子連接水平上圓形或橢圓形支架的切向具有或多或少顯著的傾斜，以便能夠在蝸桿管道的 表面上反射所有光線。能夠設(shè)想在蝸桿管道橫截面上包括多個矩形凹鏡的任何中間情況。通過鏡子的曲 率半徑確定鏡子和蝸桿表面之間的距離。能夠任選地將該距離縮短，使得鏡子在蝸桿管道 上的圖像的寬度在一點(沿著管道的線)和蝸桿管道直徑的大小之間。圓形或橢圓形部分 的鏡子支架會圍繞蝸桿管道旋轉(zhuǎn)，以便在管道表面上提供最佳光線反射。同樣地，每一鏡子 會任選地具有能夠使其相對于支架切向旋轉(zhuǎn)的適當(dāng)銷，以便提供相對于太陽位置的最佳的 反射角度。鏡子支架或鏡子自身的所有移動可以任選地通過計算機(jī)控制的驅(qū)動系統(tǒng)來產(chǎn) 生。通過排列在蝸桿管道上的可視接收器元件(receptor cell)來確定最佳取向。優(yōu)選地，將蝸桿管道縱向指向南方，以獲得最大的日照。準(zhǔn)確地位于蝸桿管道線 上的鏡子區(qū)域不會被照亮。任選地移動陰影區(qū)中的鏡子。陰影區(qū)的位置可以從蝸桿管道 的一種取向至另一種取向而變化，并且根據(jù)取向進(jìn)行調(diào)整。在蝸桿管道上方的陰影區(qū)的線 中，在離開蝸桿管道表面的接近透鏡焦距的距離處提供會聚透鏡或菲涅耳透鏡(Fresnel lenses)(圖1. 5)。透鏡的數(shù)目將取決于蝸桿管道的大小和直徑。將透鏡排列在支架上，將 支架的移動取向與蝸桿管道另一側(cè)的鏡架的旋轉(zhuǎn)相整合。在蝸桿管道的不同點上，引入頻率為IGHz至300GHz的微波。一打至數(shù)打的微波 源數(shù)目將取決于安裝所設(shè)想的期望功率和電消耗。在某些實施方案中，這些微波源將由圍 繞蝸桿管道、與高頻電流發(fā)生器連接的螺線管組成。在交流電的作用下，螺線管在蝸桿管道 內(nèi)產(chǎn)生射頻。在優(yōu)選實施方案中，微波源是磁控管(圖1. 6)。與磁控管或波導(dǎo)的天線相反方向 的蝸桿部分任選地由對微波不靈敏或?qū)ξ⒉ㄍ该饕约半娭行缘牟牧现瞥桑ǔＪ怯商沾芍?成。優(yōu)選地，管道的寬度等于所用微波波長“λ”的整數(shù)?？梢愿鶕?jù)歸因于壁上反射的移相 “ Φ ”來調(diào)整該寬度。將由磁控管天線產(chǎn)生的波引入的管道區(qū)域的內(nèi)面任選地被能夠反射微 波的材料覆蓋，所述能夠反射微波的材料通常是沉積在陶瓷涂層上的鋁板(反射微波的任 何其它材料可以是合適的)。反射鏡的覆蓋范圍在引入微波的區(qū)域的任一側(cè)延伸，優(yōu)選的長 度等于λ/4以便促進(jìn)相長干涉。在優(yōu)選實施方案中，構(gòu)成蝸桿管道的材料將反射微波。通過攪動包含于顆粒中的水分子，或者任何其它具有偶極矩的分子，微波引起氣 化基材分子的高速加熱。由微波產(chǎn)生的熱加上太陽輻射會聚的熱引起基材的焙燒和熱解。 在該熱解期間，釋放含有焦油和各種其它不易燃?xì)怏w的揮發(fā)性物質(zhì)。通過脫氣管道(圖 2.8)收集這些不同的氣體以便將其注入氣化反應(yīng)器。在將它們注入氣化器之前，能夠通過用磁控管或其它微波源供給的微波過度加熱(160°C至2000°C )這些氣體。1.2在某些實施方案中，反應(yīng)器管道(圖1. Ia)會包含于透明真空封閉 (confinement)室(圖1. Ic)中，所述透明真空封閉室使得隨外部環(huán)境損失的熱受到限制。在某些實施方案中，用氣體填充封閉室和管道之間的空間(圖1. Ib)以限制隨外 部環(huán)境損失的熱。所述氣體可以是氙、氪或氬或任何其它可以使反應(yīng)器管道表面和外部環(huán) 境之間的熱損失受到限制的氣體或氣體混合物。在優(yōu)選實施方案中，真空室會是由玻璃或 任何其它包含反應(yīng)器管道的透明材料制成的管道。管道的壁或表面(圖1. Id)可以包含熒 光量子顆粒(石英顆粒)，其會將紫外光轉(zhuǎn)化為可見光或紅外光，從而使其有效地穿過封閉 室的壁。在某些實施方案中，壁的內(nèi)面會包含反射部分(圖1.3a)，其使光在反應(yīng)器管道的 表面反射。1.3在優(yōu)選實施方案中，將反應(yīng)器管道一端(圖11. la)F_Smo開口通向透明的封閉 室(圖11. Ic)，使得限制熱損失的氣體能夠透過反應(yīng)器管道的內(nèi)部。然而，所考慮反應(yīng)器管道的末端會被多孔體封閉(圖11. 85)，所述多孔體 需要透反應(yīng)器管道的氣體和多孔體網(wǎng)之間大量的接觸。優(yōu)選由陶瓷制成的多孔體 具有大交換表面，并會作為改善F_smo反應(yīng)器熱慣性的太陽輻射吸收器起作用。多孔體例 如為由例如堇青石制成的蜂窩型多通道單片或由碳化硅SiC制成的多孔泡沫陶瓷。多孔體 被例如MxOy氧化物覆蓋或包含MxOy氧化物，其中M優(yōu)選自Al、Si、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ti 或τχ。存在于多孔體表面或其中的氧化物除了加熱氣體以外，將任選地催化還原通過多孔 體的氣體，例如將CO2還原為CO或?qū)2O還原為O2和H2,如果CO2或H2O用作用于限制熱損 失的氣體。在該實施方案中，優(yōu)選諸如C02、NH4或吐0的溫室氣體作為限制熱損失的氣體。 將限制熱損失的氣體注入與反應(yīng)器管道開口相反的封閉室中。氣體然后在將F_smo反應(yīng)器 管道的壁與透明封閉室的壁隔開的透明封閉室中循環(huán)。由此，氣體捕集來自被太陽輻射加 熱的并且內(nèi)部被微波加熱的F_smo反應(yīng)器管道的壁的紅外輻射，隨著其移動至反應(yīng)器管道 的入口而將其自身加熱。氣體然后快速通過多孔體，其中氣體進(jìn)一步與多孔結(jié)構(gòu)接觸而被 加熱。在存在于多孔體中的任何氧化物的作用下，氣體可以被還原。隨后，氣體或其還原形 式透過包含基材和蝸桿的反應(yīng)器管道部分，在其中促進(jìn)基材的熱解和焙燒。1. 4在具體實施方案中，太陽能/微波爐反應(yīng)器(F_smo)能夠為其它類型的工業(yè)反 應(yīng)提供需要的能量，所述其它類型的工業(yè)反應(yīng)例如，來自用甘蔗汁或磨碎的甘蔗材料增甜 的水的醇發(fā)酵，以及對于從甜菜、玉米、香蕉等生產(chǎn)糖和醇所需要的酶消化反應(yīng)。隨后調(diào)節(jié)系統(tǒng)以達(dá)到較低溫度(30°C至40°C )，使得酶促反應(yīng)能夠在蝸桿的作用 下在反應(yīng)器管道中基材的轉(zhuǎn)變期間發(fā)生。從開始，將基材通過微波和反應(yīng)管道表面處光線 的會聚而加熱。根據(jù)期望的反應(yīng)順序，在微波源后，通過發(fā)酵入口引入發(fā)酵、消化和異構(gòu)化 所需要的酶。通常，F(xiàn)_smo反應(yīng)器能夠用于一種或多種產(chǎn)物或基材的所有需要輸入熱量以觸發(fā) 和/或維持反應(yīng)的合成、溶解(lysis)或相變化學(xué)或物理化學(xué)反應(yīng)，特別是皂化或酯化反應(yīng)。2. 1熱解后，將炭或煤傾入氣化器中。任何類型的氣化器可以是合適的。優(yōu)選的實 施方案將使用混合固定床/流化旋流床氣化器(FBCB)或更通常地為旋流反應(yīng)器。
在具體實施方案中，F(xiàn)BCB包括由平均直徑為10厘米至5米的管道組成的核心(圖 2. 9)。該核心可以由耐熱不銹鋼、鈦、鋯、鎳、陶瓷、鎢鋼或能夠經(jīng)受高于800°C溫度的任何其 它材料制成。通過蝸桿(圖2. 2)將基材經(jīng)由收集室(圖2. 98)傾入安裝在反應(yīng)器核心的 旋流器燃燒室(圖2. 10)。燃燒室使得任選地與諸如甲烷的附加燃燒氣體結(jié)合的來自熱解相的氣體燃燒。氣 體例如通過位于燃燒室切向處的兩個燃燒器(圖2. 11)燃燒，從而火焰(圖2. 13)使燃燒 氣體(基本上為CO2和H2O)旋轉(zhuǎn)(圖2. 12)在旋流器中形成下降的氣體渦旋并在旋流器中 形成上升的氣柱。燃燒室的入口被錐體結(jié)構(gòu)(圖2. 20)部分地堵塞，使得錐體的下部面配備具有與 燃燒室氣態(tài)渦旋旋轉(zhuǎn)方向類似的取向的通道(或葉片)，從而使得上升柱的氣體被再定向 至氣態(tài)渦旋的方向。錐體的上部面包括與燃燒室的下緣形成入口的通道，使得從蝸桿傾入的基材能夠 進(jìn)入燃燒室。燃燒室的入口被定向至燃燒室的渦旋旋轉(zhuǎn)的方向。銷(圖2. 99)通過頂點穿過錐體結(jié)構(gòu)，使得頂點能夠轉(zhuǎn)動。將銷配備于旋流器燃 燒室的側(cè)面，旋流器燃燒室具有熱屏蔽(圖2. 97)，所述熱屏蔽保護(hù)其不被上升氣體加熱。 在燃燒室中，將葉輪(圖2. 96)連接在銷上，以便在上升氣柱的作用下引起一體的銷-葉 輪組件旋轉(zhuǎn)。在銷的另一端，在接收基材的室中，將葉片(圖2. 95)與銷整合，以便通過旋 轉(zhuǎn)，葉片將通過收集室由蝸桿傾入的基材顆粒研磨。隨后當(dāng)旋流器的上升氣流被重新導(dǎo)向 下降旋轉(zhuǎn)渦旋的方向時，由于錐體結(jié)構(gòu)下部面處上升氣柱流引起的伯努利效應(yīng)(Bernoulli effect)，而將研磨后的材料通過錐體結(jié)構(gòu)上部面的導(dǎo)管抽吸入燃燒室。在某些實施方案 中，封閉旋流器室頂部的結(jié)構(gòu)是配備葉片的倒置錐體，使葉片邊緣向旋流器燃燒室的方向 彎曲，由此使上升氣柱朝向燃燒室方向重新定向。由于供給噴嘴燃燒器的三個獨立管道(圖2. 14,2. 15,2. 16)，能夠任選地在燃燒 室中直接制備在燃燒室中燃燒的氣體混合物(熱解氣體、空氣、附加氣體)。每一管道以期 望的壓力和速度擴(kuò)散三種氣體之一，并通過配置在燃燒器附近的火花源(或電弧)觸發(fā)燃 燒器的點火。通過每一管道的氣體流速來控制燃燒性能。然而，能夠?qū)⑷芜x地與氣體流量計相關(guān)的任何類型的混合器、調(diào)節(jié)器、汽化器用于 供給燃燒器。不同類型的燃燒器也能夠是適合的。能夠通過使泵和渦輪結(jié)合的渦輪增壓器 獲得注入氣體的加壓；通過水蒸氣或者其它氣體的膨脹或者任何其它加壓過程的操作，使 泵在渦輪的作用下壓縮氣體。通過一系列裙部(圖2. 17和3. 18-3. 19)將反應(yīng)器核心的體積分段。每一裙部由 面向下，從核心的壁收縮反應(yīng)器的開口的穿孔錐體組成。這些裙部完成兩個任務(wù)。它們限 制顆粒柱的壓縮并且它們產(chǎn)生促進(jìn)以下反應(yīng)的渦旋區(qū)域
C+H20 e CCHH2 rl，或者
CO2+C 2CO r2驅(qū)動焙燒顆粒的氣體環(huán)狀循環(huán)使得能夠通過一系列裙部將FBCB中產(chǎn)生的不同旋流器中的這些顆粒長期捕集。由于氣體的旋渦移動和較高的熱慣性，諸如砂、疊層浮石或任 何其它研磨材料的研磨體能夠與注入旋流器中的炭混合從而將炭顆粒研磨或磨蝕。砂或者 研磨材料也能夠使熔化的材料被吸收(金屬仍存在于炭中)，由此防止系統(tǒng)的孔隙和通道 或槽被阻塞。將第一裙部置于燃燒室17之后。在裙部的中心開口下數(shù)厘米處配置錐體結(jié) 構(gòu)，以便部分地阻塞由裙部形成的漏斗開口 21。通過一組葉片24，在裙部23的邊緣和錐 體結(jié)構(gòu)20之間產(chǎn)生一系列導(dǎo)管22，使得必須通過所述導(dǎo)管之一來通過裙部孔口。該導(dǎo)管 的大小足以使得焙燒的顆粒通過。根據(jù)圍繞阻塞裙部的錐體的頂點的恒定角度的旋轉(zhuǎn)，有 規(guī)律地排列導(dǎo)管。將導(dǎo)管任選地彎曲或傾斜并定向以便使顆粒和氣體移動穿過導(dǎo)管，切向 投射在轉(zhuǎn)動中的反應(yīng)器壁上，所述反應(yīng)器的旋轉(zhuǎn)方向與燃燒器賦予燃燒氣體的旋轉(zhuǎn)方向一 致。錐體25的下部面配備有與導(dǎo)管具有類似取向的通道(或葉片)26。在燃燒室中，使溫 度為800°C以上并且轉(zhuǎn)動的燃燒氣體攻擊由蝸桿傾入的焙燒的顆粒。根據(jù)反應(yīng)rl和r2，將 某些顆粒氧化并被環(huán)形移動的氣體驅(qū)動通過裙部孔口的導(dǎo)管。在第一裙部以下10厘米至 500厘米(優(yōu)選50厘米)處，如上述配置具有相同的錐體和導(dǎo)管的第二裙部(圖3. 18)以 部分地阻塞裙部開口。隨后將在大于800°C、通常為1500°C的溫度下加壓的CO2或H20/C02 的混合物以被燃燒器脈沖的旋轉(zhuǎn)方向注入到由兩裙部確定的、與反應(yīng)器壁(圖3. 27)成切 向的空間的頂部。由兩裙部確定的空間代表具有雙軸和切向入口(圖3. 28)的旋流器。在 優(yōu)選實施方案中，切向注入的氣體混合物中CO2比H2O高五倍。在某些實施方案中，在氣體混合物切向引入的區(qū)域以下，至少一個磁控管6、7(或 任何其它射頻源)將微波脈沖至兩裙部之間的反應(yīng)器中。微波使得活化反應(yīng)r2和rl的注 入氣體混合物能夠被加熱并增加氣體和顆粒渦旋的速度。當(dāng)顆粒到達(dá)第二裙部的水平時， 它們被部分氣體驅(qū)動通過裙部孔口的導(dǎo)管，并且從大部分顆粒分離的剩余氣體隨著反應(yīng)器 核心的中心在上升的流中上升至部分地阻塞第一裙部的孔口的上部錐體的下部面。在由兩 裙部確定的空間的第一個四分之一中，在反應(yīng)器的中心任選地設(shè)置圓筒(圖3. 29)，以便引 導(dǎo)上升的氣體流向上裙部的錐體的下部面。蝕刻于錐體下部面的通道使上升流轉(zhuǎn)動并將它 們的方向改變至具有相同旋轉(zhuǎn)方向的渦旋的下降旋轉(zhuǎn)氣流。在某些實施方案中，在第二裙部下方，設(shè)置被錐體部分地阻塞的第三裙部，以形成 新的旋流器/微波單元。隨后將在800°C以上，通常在1500°C的溫度下加壓的水蒸氣以被 上述燃燒器和旋流器脈沖的旋轉(zhuǎn)方向注入到由第二裙部和第三裙部確定的、與反應(yīng)器壁成 切向的空間的頂部。在水蒸氣注入?yún)^(qū)域下方，至少一個磁控管(或其它射頻源)將微波脈 沖至旋流器中，使得H2O過熱而強(qiáng)烈地活化反應(yīng)rl (在相同溫度下比反應(yīng)r2快五倍)。能夠任選地將裙部與一個或多個超聲波源連接，由此使超聲波能夠被注入反應(yīng)器 中以便打破在顆粒周圍形成并減緩氣化反應(yīng)的H2O和CO2的耗盡氣體的封套(gas-d印Ieted envelopes)。超聲波還使顆粒能夠在氣化期間被打碎并更容易被接近。能夠任選地將裙部 與振動源連接以便促進(jìn)顆粒通過導(dǎo)管。在某些實施方案中，在反應(yīng)器核心的裙部和管道之間的連接處(圖12. 90和 12.91)引入頻率為IkHz至20MHz的超聲波。超聲波使由液體腔爆炸引起的噴霧能夠形成， 所述液體腔爆炸例如存在于旋流器壁上的焦油球，所述超聲波有助于減少這些焦油球。以任何順序注入C02、C02/H20或H2O,能夠在FBCB中將由兩裙部確定的旋流器/微 波單元重復(fù)多次。該結(jié)構(gòu)形成重疊的旋流器的網(wǎng)絡(luò)。
能夠?qū)⒅T如甲烷的附加氣體成切向注入旋流器中。根據(jù)以下反應(yīng)，甲烷會被水和 CO2氧化成CO并產(chǎn)生H2 :C02+CH4->2C0+2H2 Δ Hk(600K) = 205KJ.摩爾r3H20+CH4->C0+3H2 Δ Hk(600K) = 205KJ.摩爾r4反應(yīng)器中H2的釋放減緩了反應(yīng)rl，從而促進(jìn)了反應(yīng)r2，并由此促進(jìn)了 CO2的消耗， 并改善了系統(tǒng)的污染平衡?？梢匀芜x地用反射微波的材料，通常是陶瓷支架上的鋁，覆蓋接收微波的氣化反 應(yīng)器的核心區(qū)域。優(yōu)選地，反應(yīng)器的核心由反射微波材料制成，并且其直徑等于所用的微波 波長“ λ，，的整數(shù)。由于壁的反射，可以根據(jù)移相“ Φ ”調(diào)整該寬度。2.2在另一實施方案中，反應(yīng)器的核心由嵌套在一起形成雙核心？808爾808_如) 的兩管道組成。核心的內(nèi)管道包括在上節(jié)2.1中所描述的旋流器/微波單元。調(diào)節(jié)旋流器 以便使部分地阻塞裙部開口的椎體與旋流器中心的上升流管道結(jié)合形成空心T-結(jié)構(gòu)(圖 4. 30)，使旋流器的上升流能夠在核心的外部管道中被排出旋流器。T的底部由上升流管道 (圖4. 31)組成。T的底部與水平橫梁之間的接頭由錐體組成。T的水平橫梁表示氣體出 口噴嘴(圖4. 32)，其通過空心管道將錐體與反應(yīng)器核心的內(nèi)部管道(圖4. 33)和外部管 道(圖4. 34)之間的空間連接。我們將以T橫梁表示的空心水平結(jié)構(gòu)稱為“水平噴嘴”(圖 4.32)。因此，水平噴嘴使旋流器的上升流能夠通過中心管道流向嵌套在一起的兩管道之 間的空間，所述空間我們稱為管道間空間(圖4. 35)。通過與旋流器上升流管道垂直的相 同平面上的旋轉(zhuǎn)，能夠通過復(fù)制水平噴嘴而將T結(jié)構(gòu)制作得更復(fù)雜。將位于錐體和裙部邊 緣之間的水平噴嘴部分形成為葉片形式的輪廓，并將所有葉片以相同方向定向以便產(chǎn)生用 于使氣體和顆粒進(jìn)入下方旋流器的傾斜導(dǎo)管系統(tǒng)(圖4. 36)。確定葉片的取向，以便以與 燃燒室中的燃燒器引起的旋轉(zhuǎn)相同的方向來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)(優(yōu)選為通過科里奧利力(Coriolis force)引導(dǎo)的方向)。能夠?qū)⒅虚g葉片添加至“管道葉片”結(jié)構(gòu)中，從而優(yōu)化管道大小而不必增加噴嘴數(shù) 目。使水平噴嘴按反應(yīng)器中氣體通常旋轉(zhuǎn)的方向彎曲，或傾斜排列，以使氣體能夠或多或少 地成切向進(jìn)入FBCB_dc核心的外部管道的壁中。將噴嘴出口稍微指向下，并到達(dá)外部管道 的壁附近。由于水平噴嘴的取向，在管道間空間中氣體的入口會在該空間中引起向下的氣 體轉(zhuǎn)動，從而形成與燃燒室中引導(dǎo)的移動方向相同的下降渦旋轉(zhuǎn)動。在FBCB_dc的下部，外部管道會比內(nèi)部管道的長度長10厘米至5米，并優(yōu)選100厘 米。在外部管道的末端將形成開口錐體。例如，對于100厘米的末端，會在50厘米的距離 內(nèi)形成錐體。提供這些距離僅用于指示的目的，并且可能有多種構(gòu)造。錐體開口的直徑處 于內(nèi)部管道直徑+30%和內(nèi)部管道的旋流器裙部的孔口直徑之間。因此，F(xiàn)BCB_dc的核心的 外部管道形成旋流器，所述旋流器包含處于外部管道上升流的水平的內(nèi)部管道。核心的內(nèi) 部管道的下端會以具有圓曲率(圖4. 37)的裙部和孔口結(jié)束，所述孔口具有特殊形狀的部 分閉合。閉合會由彼此相對并通過它們的底部固定的具有不同大小或相同大小(圖4. 38) 的兩個錐體(雙錐體)組成。如果大小不同，則較小的錐體將部分地阻塞裙部孔口，而較大 錐體將作為裙部圓曲率延伸的保護(hù)罩。例如，雙錐體結(jié)構(gòu)將通過小錐體的尖頭與通過裙部 孔口配置的支架連接。雙錐體的整體或部分可以任選地繞通過兩頂點的線確定的軸旋轉(zhuǎn)。 優(yōu)選地，僅較大錐體(在圓曲率延伸中)會繞軸旋轉(zhuǎn)。在圓曲率延伸中的錐體錐形面會任選地配備有圖案(葉片和/或通道)，要求其在外部管道的上升流的作用下旋轉(zhuǎn)。核心的外 部管道的旋流器的中心流會被錐體分離并加速。由分離和加速產(chǎn)生的真空將抽吸離開核心 的外部管道的最后旋流器的焙燒的顆粒，并會將焙燒的顆粒驅(qū)動較長距離。雙錐體結(jié)構(gòu)的 活動部分將在流的作用下旋轉(zhuǎn)，使顆粒能夠更有效的排出。雙錐體的存在會防止顆粒倒流 至內(nèi)部管道的最后旋流器中。顆粒的氣化會發(fā)生在反應(yīng)器核心的外部管道中，或者以外部 管道的旋流器的不同流中的動態(tài)相，或者以在外部管道的底部累積后固定床中的靜態(tài)相。通過管道間空間的所有元件-向反應(yīng)器核心的內(nèi)部管道的旋流器供給C02、H20和其它氣體的管道，-將微波脈沖至旋流器的波導(dǎo)(當(dāng)將磁控管用作微波源時)，-內(nèi)部管道的旋流器的出口噴嘴的出口，會被空氣動力地形成輪廓，以便不破壞氣體的流動。在具體實施方案中，將管道間 空間中的元件用固定成形的結(jié)構(gòu)覆蓋并定向以便不破壞流的取向。這些輪廓或成形的結(jié)構(gòu) 與由反應(yīng)器核心的外部管道所形成的旋流器的不同區(qū)域的流平行。在優(yōu)選實施方案中，成 形的結(jié)構(gòu)會是能夠繞不同導(dǎo)管運動的小段，所述不同導(dǎo)管最好被單獨定向至反應(yīng)器核心的 外部管道的旋流器的不同區(qū)域的流。例如，成形的結(jié)構(gòu)將為小矩形或梯形結(jié)構(gòu)，其長度可以 為0. 5厘米至1米并具有機(jī)翼或下落的水滴形狀的橫截面。每一成形的結(jié)構(gòu)將包括與矩形 或梯形的長度平行的空心旋轉(zhuǎn)銷，使得其能夠被設(shè)置在通過管道間空間的不同導(dǎo)管上。優(yōu) 選地使樞軸相對于重力中心偏離中心以實現(xiàn)不同流中快速且穩(wěn)定的取向。通常，能夠?qū)⒂?助于氣體流或流體流的所有空氣動力輪廓形狀用于形成成形的結(jié)構(gòu)。可以通過可動空氣動 力元件使所有通過管道間空間的元件成形。內(nèi)部管道的旋流器的水平氣體出口噴嘴進(jìn)入配備有可動或固定成形的結(jié)構(gòu)的管 道間空間。噴嘴到達(dá)與任何向下取向成切向的反應(yīng)器核心的外管壁附近。噴嘴出口和外部 管道的壁之間的距離為形成反應(yīng)器核心的兩管道之間距離的0%至95%。將安裝在噴嘴出 口上方的成形的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)器核心的外部管道的壁連接，以便將結(jié)構(gòu)的前緣向上指向，從 而以期望的角度引導(dǎo)流向下地離開噴嘴。由此將離開水平噴嘴的氣流組織成旋轉(zhuǎn)下降流的 渦旋。渦旋攻擊來自中心管道并沉積在外部管道底部的顆粒床。在該水平處，通過氣體的攻 擊發(fā)生顯著的氣化，氣體的攻擊會強(qiáng)烈地穿透床，從而在中心流中上升，驅(qū)動最輕的顆粒。然而，當(dāng)顆粒床太大時，渦旋不能通過整個床。為了使其攻擊較早沉積的顆粒，將 其孔徑被測定的篩任選地配置在內(nèi)部管道最后旋流器和外部管道底部之間的區(qū)域所確定 的外部管道的壁的整個部分(圖5. 39)?？紤]到渦旋一部分動能的損失，能夠?qū)⒄麄€內(nèi)部管 道過篩；相反地，能夠降低篩分面積從而降低渦旋動能損失。為了降低渦旋動能損失，篩能夠由被規(guī)則孔穿透的光滑材料板制成，或者能夠制 成反應(yīng)器核心處的最內(nèi)部框架(即首先與渦旋接觸)以渦旋旋轉(zhuǎn)方向定向(或多或少地與 連接至用于將渦旋旋轉(zhuǎn)定向的外部管道的成形的結(jié)構(gòu)平行)。在外部管道的錐體孔口的水平上，將篩組織成朝向內(nèi)部管道上升的錐體(圖 5.40)。反應(yīng)器核心處最內(nèi)部錐體的篩的框架(首先與渦旋接觸)會與外部管道的主要方 向(長度)平行或與反應(yīng)器核心外部管道的壁的篩的方向相反。通過篩自身或通過雙錐體 部分(圖5. 41)(相同大小的錐體)使篩錐體末端封閉，其是球形、橢圓或促進(jìn)流體流動的 任何形狀。
當(dāng)渦旋到達(dá)焙燒的顆粒床的水平時，它會在床下方與最細(xì)顆粒(具有比篩孔隙更 小的大小)穿透篩并氣化床底部的顆粒，隨后會在篩錐體周圍和內(nèi)部形成上升流柱，從而 在反應(yīng)器核心的外部管道的中心處上升。某些氣體和顆粒會通過核心的外部管道的錐體的 孔口逃逸，并會被回收用于隨后的處理。在某些實施方案中，由位于內(nèi)部管道的最后旋流器和外部管道的底部之間的區(qū)域 確定的外部管道的一部分將用寬度為50微米至5毫米并且深度為100微米至2厘米的溝 開槽。在優(yōu)選實施方案中，槽的寬度為500微米并且深度為2毫米。在外部管道的圓柱形 部分，槽與渦旋旋轉(zhuǎn)方向平行(或多或少地與連接至外部管道的成形的結(jié)構(gòu)平行，從而定 向渦旋的旋轉(zhuǎn))。在外部平行管道的錐體部分，槽或者為兩個方向(與渦旋旋轉(zhuǎn)方向平行 以及與該方向垂直)或者不存在。對于篩，槽能夠降低渦旋的動能(盡管通過文丘里效應(yīng) (Venturi effect)會增加槽中的局部能量)。能夠?qū)⒄麄€內(nèi)部管道開槽，但為了限制能量 損失，優(yōu)選限制開槽的表面。在某些實施方案中，將槽的存在與篩結(jié)合。對于篩，槽使渦旋 能夠在顆粒床下方通過；然而，被驅(qū)動的顆粒通常更細(xì)。2. 3在某些實施方案中，由籃組成的轉(zhuǎn)子能夠接收離開包含氣化器內(nèi)部管道的最 后旋流器的顆粒。在優(yōu)選實施方案中，在將內(nèi)部管道的最后旋流器的椎體處的開口中心與 FBCB_dc的底部相連接的銷上配置中空(開口)(圖5. 43)的環(huán)形籃(圖5. 42)。將銷通過 例如十字架或棒連接，所述十字架或棒通過封閉反應(yīng)器內(nèi)部管道的最后旋流器的裙部開口 而配置。通過配置在籃開口的壁之間的一個或多個葉輪(圖5. 45)將籃與銷連接，由此使 籃能夠繞銷旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，設(shè)計葉輪的外形，使得在FBCB_dc外部管道中上升的流引起籃以 外部管道的氣體渦旋旋轉(zhuǎn)的方向旋轉(zhuǎn)。將籃的開口任選地用雙錐體形式的篩罩覆蓋，使離 開旋流器的顆粒能夠從上一階段導(dǎo)入籃，而不破壞上升流。內(nèi)部管道FBCB_dc的最后旋流器的出口裙部會任選地配備有葉片系統(tǒng)，在籃上方 形成朝向管道間空間的導(dǎo)管。圍繞短的篩分圓筒(圖5. 46)組織這些導(dǎo)管。由互相間隔數(shù) 毫米的垂直金屬棒(圖5.47)形成的篩分圓筒使得能夠在旋流器中形成上升流，并過濾由 旋流器輸送的顆粒，并將其通過導(dǎo)管(圖5. 48-5. 49)導(dǎo)向環(huán)形籃。該垂直篩分圓筒系統(tǒng)能 夠被適應(yīng)于所有旋流器出口。在微波的作用下，在棒中誘導(dǎo)的電流會產(chǎn)生電弧，在其附近催 化⑶和壓的合成。在某些實施方案中，將兩根金屬棒中的一根與支架電絕緣，而將另一根 接地。篩分圓筒能夠隨著較低旋流器的上升流圓筒(圖5. 50a)延長。在某些實施方案中， 能夠用短錐體(圖5. 50a)代替上升流圓筒。環(huán)形籃的外緣可以配備有與配置在外部管道的壁上的成形的結(jié)構(gòu)具有相同斜度 的葉片從而定向渦旋?；@外壁上的葉片和開口的葉輪會使籃以接近于渦旋速度的速度旋 轉(zhuǎn)。所產(chǎn)生的離心力防止炭或煤床在反應(yīng)器底部被壓縮。在某些實施方案中，用配置在籃 的外緣并指向籃內(nèi)部的具有相同曲率的葉片(圖5. 51)補充或取代外壁上的葉片。在內(nèi)部 管道的渦旋的作用下，這些葉片將用于使籃旋轉(zhuǎn)，并改變渦旋的一部分流的方向，使之朝向 籃的內(nèi)側(cè)，用于更有效的氣化?；@壁會被例如制成具有被測定了 口徑的孔的篩或制成由許 多被測定了 口徑的孔穿透的金屬或任何其它材料的板。根據(jù)不同實施方案中轉(zhuǎn)子所達(dá)到的 旋轉(zhuǎn)速度和使氣體改變方向朝向籃內(nèi)側(cè)的力，籃的外壁會是直的或向外或向內(nèi)彎曲。2.4在2.2點中描述的？808_如反應(yīng)器的具體實施方案中，除了位于裙部(圖 6.17)封閉燃燒室的T-結(jié)構(gòu)(圖6. 30)以外，所有T-結(jié)構(gòu)被與裙部內(nèi)側(cè)的旋流器中的裙部孔口連接的空心管道(圖6. 46)代替。任選地，通過互相距離數(shù)毫米配置的垂直棒(圖 5.47)形成的圓筒使管道在上部旋流器中延伸。葉片系統(tǒng)形成導(dǎo)向下部旋流器的導(dǎo)管(圖 5. 48-5. 49)。圍繞管道和垂直棒的圓筒組織這些導(dǎo)管。由此，核心的內(nèi)部管道的不同旋流器 的上升流彼此匯合并通過封閉燃燒室的裙部的T-結(jié)構(gòu)向管道間空間排出。在該最終配置 中，通過除去部分地阻塞反應(yīng)器核心的內(nèi)部管道的最終裙部的雙錐體，或者通過將其用圓 筒或空心錐體(篩分圓筒結(jié)構(gòu)，圖5. 46)代替，由核心的外部管道形成的旋流器的上升流的 全部或一部分與核心的內(nèi)部管道的旋流器的上升流匯合。在這些配置中，離開內(nèi)部管道的 不同旋流器的顆粒的一部分會被推回旋流器中，使該水平的氣化能夠更長。未經(jīng)過內(nèi)部管 道的外部管道上升流會沿反應(yīng)器核心的內(nèi)部管道上升。為了使鄰近旋流器的上升流匯合， 可以存在其中某些T-結(jié)構(gòu)被除去的所有中間情況。在該類配置中，能夠向內(nèi)部管道的某些 旋流器的切向氣體供給提供在反應(yīng)器的內(nèi)部管道中循環(huán)的氣體。例如，T-結(jié)構(gòu)被短圓筒代 替的旋流器能夠具有至少一條切向氣體供給管道，其在反應(yīng)器外部管道的壁的水平上開口 朝向氣體旋轉(zhuǎn)方向，從而使其沖入所述供給管道。氣體供給管道以與內(nèi)部管道相切的方向 返回內(nèi)部管道的旋流器中，從而使氣體的注入能夠碰撞旋流器的壁，以便以與外部管道的 渦旋相同的方向使旋流器內(nèi)的氣體旋轉(zhuǎn)。通常，氣化器中所用的旋流器具有用于氣體的切向裝載和用于顆粒和來自上一階 段的氣體的縱向裝載。因此，反應(yīng)器的內(nèi)部管道包括能夠使氣化的顆粒被傳送至后續(xù)旋流 器的一系列疊加的并且連接的旋流器。2. 5在具體實施方案中，反應(yīng)器核心的內(nèi)部管道的至少一個旋流器配備有與環(huán)電 極連接的螺旋彈簧電極，使電弧能夠沿待建立的螺旋電極(圖6. 52)滑動。在具體實施方案中，包含電極的旋流器會是反應(yīng)器核心的內(nèi)部管道的最后旋流 器，并且其裙部末端會是錐體形或圓形。該旋流器的壁會由電絕緣材料制成。位于旋流器 頂部的用于顆粒和氣體的入口導(dǎo)管和倒置錐體或圓筒會由金屬或?qū)щ姴牧现瞥?。旋流器?部會形成接地和/或與負(fù)電位連接的電極。彈簧電極會被配置在反應(yīng)器的壁附近。彈簧座 以環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)束以便自身封閉最后一圈(圖6. 53)。將彈簧的另一端彎曲以便返回至彈簧螺 旋的中心，從而形成中心銷(圖6. 54)。通過其末端包含環(huán)結(jié)構(gòu)而將彈簧配置在旋流器的錐 體部分中。當(dāng)靜止時，彈簧與旋流器頂部的電極的距離為0.5毫米至2厘米。彈簧的軸桿 通過下部裙部的開口從旋流器延伸。將該中心桿在反應(yīng)器的外部與人工系統(tǒng)或自動系統(tǒng)連 接，將通過壓縮彈簧從而縮短或通過伸長彈簧從而延伸來驅(qū)使彈簧。例如，將棒與由電絕緣 材料制成的另一垂直棒連接。垂直棒從反應(yīng)器中延伸并例如與能夠使彈簧壓縮或延伸的伺 服致動器或電致動器連接?；蛘邔椈膳c能夠產(chǎn)生100伏至1000千伏的高壓交流電、直流 電或脈動電流的發(fā)生器連接。根據(jù)應(yīng)用的電壓和在旋流器中循環(huán)的氣體的速度和溫度，將 彈簧不同程度的延伸或壓縮。該壓縮或延伸引起彈簧和旋流器頂點的電極之間的距離以及 彈簧螺旋圈之間的距離改變，從而能夠根據(jù)旋流器中氣體和顆粒流以及物理化學(xué)參數(shù)調(diào)整 獲得的滑動弧類型。在電位的作用下，在接地電極和彈簧之間形成電弧。隨后通過旋流器 中的流旋轉(zhuǎn)將這些電弧推向環(huán)電極。這些電弧與經(jīng)過旋流器的顆粒和氣體相互作用，產(chǎn)生 反應(yīng)性分子(自由基和帶電分子)，其會在顆粒上彼此相互作用從而形成CO和H2,同時限制 甲烷的產(chǎn)生。在電弧形成期間，彈簧中電循環(huán)的變化引起由彈簧螺線管誘導(dǎo)的磁場的變化。 這些磁場中的變化會增加極性分子和帶電分子的動能，使它們更具有反應(yīng)性。
在某些實施方案中，將甲烷和水蒸氣注入Gl idArc旋流器的該階段以促進(jìn)r3和r4反應(yīng)。在某些實施方案中，將微波注入旋流器中。在微波的作用下，在電弧作用下帶電的 分子(以及偶極分子)的動能增加了氣體的溫度，使其更具反應(yīng)性，并且在彈簧中誘導(dǎo)的電 流會在螺旋電極和旋流器頂部的電極之間觸發(fā)電弧。在微波的作用下，具有螺旋電極的旋 流器能夠以GlidArc模式操作而不受電壓支配。2. 6在某些實施方案中，圍繞FBCB_dc的內(nèi)部管道末端的最后旋流器的裙部的開 口(圖6. 58)以玫瑰花形(圖6. 57)配置至少三個旋流器，每一旋流器包含螺旋電極(圖 6. 55)。將這些旋流器的螺旋電極以與2. 5點中所述電極的相同原理構(gòu)造；然而，使生產(chǎn) 規(guī)模降低。實際上，構(gòu)成旋流器的管道會具有20毫米至400毫米的直徑，末端帶有開口錐 體。電極的銷或者如2. 5點中所述的與反應(yīng)器外部單獨地連接，或者所有電極銷與星形結(jié) 構(gòu)(圖6. 56)連接使它們能夠同時被驅(qū)使。在某些實施方案中，星形結(jié)構(gòu)的中心會是中空 的，允許如2. 3點中所述的籃的旋轉(zhuǎn)銷通過。將從星形開始的空心銷與垂直電絕緣銷連接。 該銷使旋流器的所有彈簧能夠同時被壓縮或延伸。由GlidArc旋流器確定的玫瑰花形元件 的開口形成了使以外部管道表示的旋流器和內(nèi)部管道的重疊的旋流器所共有的上升流通 過的通道。在每一滑動弧旋流器的頂部，將氣體供給管道成切向地插入旋流器的壁，并且管 道通向與靠近其壁的外部管道的渦旋相對的管道間空間(圖6. 64)。供給管道的配置使外 部管道渦旋的氣體的一部分能夠沖入玫瑰花形元件的旋流器中，而在每一旋流器中產(chǎn)生渦 旋。每一旋流器的頂部被通過在旋流器頂部形成管道的空心圓筒(圖6. 59)而在中心被穿 透的罩(圖6. 58)封閉。該圓筒使GlidArc旋流器中心處的上升流能夠被回收，從而被引入 管道間空間。處于管道間空間的圓筒部分是彎曲的，并被指向raCB_dc的外部管道的壁，使 得開口孔口靠近外部管道的壁。在一實施方案中，GlidArc旋流器的上升流管道是彎曲的， 以便以反應(yīng)器的外部管道的氣體渦旋的旋轉(zhuǎn)方向輸送氣體。在優(yōu)選實施方案中，GlidArc旋 流器的上升流管道是彎曲的，以便以垂直于反應(yīng)器的外部管道的氣體渦旋的旋轉(zhuǎn)方向的方 向輸送氣體。在該設(shè)置中，根據(jù)伯努利定律(Bernoulli law)，上升流的氣體被由渦旋產(chǎn)生 的真空抽吸。用由傾斜葉片(圖6. 61)環(huán)繞的、允許氣體進(jìn)入GlidArc旋流器的開縫(圖6. 60) 穿透處于內(nèi)部管道的最后旋流器的裙部側(cè)面的GlidArc旋流器的罩的一部分，以與旋流器 的渦旋旋轉(zhuǎn)的相同方向使所述氣體旋轉(zhuǎn)。開縫的大小足以允許來自上階段的顆粒通過。通 過通道(圖6. 63)將這些開縫與上階段的旋流器的氣體和顆粒出口導(dǎo)管連接，其中導(dǎo)管圍 繞垂直柱的短圓筒組織這些，所述短圓筒被設(shè)置為離開上部旋流器的裙部的孔口。GlidArc 旋流器罩由導(dǎo)電材料制成，從而形成接地和/或具有負(fù)電位的一個或兩個電極。2. 7用于氣化的顆粒能夠包括鋁或氧化鋁、鎂或氧化鎂顆?；蛉魏文軌蜃鳛檫€原 劑的其它金屬。在微波的作用下，在導(dǎo)電性顆粒中誘導(dǎo)的電流在顆粒之間產(chǎn)生電弧，從而在 它們的通道上方產(chǎn)生自由基和帶電荷的元素。所形成的自由基和離子互相反應(yīng)并與存在于 反應(yīng)器中的碳反應(yīng)，從而制備CO和H2。被電弧還原的鋁原子和/或鎂原子打破水分子以釋 放H2,或打破CO2分子以釋放C。一系列或多或少復(fù)雜的反應(yīng)導(dǎo)致CO和H2的形成。通過反 應(yīng)器中電弧和由電弧和微波誘導(dǎo)的等離子體的UV輻射作用，在反應(yīng)期間將制備的鋁和鎂 的氧化物再生為鋁和鎂。
在另一實施方案中，將具有1納米至2毫米均勻或非均勻大小的細(xì)粉狀SiO2 (硅) 顆?；騍i ( 二氧化硅)和SiO2 (硅)顆粒的混合物添加至氣化器的顆粒中。在熱的作用下，這些基于二氧化硅的顆粒會產(chǎn)生一氧化碳和能夠持續(xù)捕獲碳并改 善氣化過程污染平衡的惰性化合物碳化硅Sic。根據(jù)反應(yīng)Si02+3C->SiC+2C0r5Si+C02->SiC+02r6Si+02->Si02r7Si+2H20->Si02+2H2r8Si+Si02<->2Si0r9Si+CH4<->SiC+2H2 少數(shù) rlOSi+C->SiC少數(shù) rllSi02+3CH4->SiC+2C0+6H2rl2或反應(yīng)r5至反應(yīng)rl9的任何組合。能夠?qū)⑦@些基于硅或二氧化硅的顆粒以細(xì)顆粒(小于500微米)的形式注射到添 加至氣化中注入的氣體中。氣化后獲得的SiC可以用作費-托合成(Fischer-Tropsch syntheses)的催化劑。由這些反應(yīng)產(chǎn)生的Si02、Si0和SiC在室溫下為惰性，并以SiC的形式表示用于捕 獲來自CO2的碳并將其儲存的工具。2.8在？808_如的外部管道的頂點，將管道嵌套于反應(yīng)器的內(nèi)部管道和外部管道 之間(圖4. 65)。它是用于在移動過程的最后，沿核心的內(nèi)部管道引導(dǎo)上升流的管道(流體 導(dǎo)向器)。將流體導(dǎo)向器配置在離核心的兩內(nèi)部(圖4. 33)和外部(圖4. 34)管道稍遠(yuǎn)。 在旋流器的出口噴嘴上方，將葉片(圖4. 66)以類似于設(shè)置在內(nèi)部管道壁上的成形的結(jié)構(gòu) 的類似傾斜角設(shè)置在外部管道和流體導(dǎo)向器之間。將導(dǎo)入內(nèi)部管道的燃燒室置于反應(yīng)器核 心上方，并將該室的底部(圖4. 67)與反應(yīng)器的外部管道和內(nèi)部管道的頂部連接。反應(yīng)器 的底部與內(nèi)部管道一起形成圓形空腔，其通過由外部管道形成的第二空腔的傾斜葉片簾所 分隔。隨著在內(nèi)部管道和流體導(dǎo)向器之間上升，將上升流的氣體在與內(nèi)部管道和燃燒室的 底部形成的室中加熱。加熱的氣體通過葉片簾，其中以將氣體脈沖至燃燒室的方向相同的 旋轉(zhuǎn)方向使它們產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)下降移動。氣體隨后進(jìn)入由外部管道和流體導(dǎo)向器形成的區(qū)域， 以沿儲罐的外部管道的壁形成旋轉(zhuǎn)下降渦旋。2. 9在具體實施方案中，將微波脈沖入反應(yīng)器核心的外部管道。例如可以將這些微 波從優(yōu)選為磁控管的至少一個微波源注入外部管道的圓柱形區(qū)域中的內(nèi)部管道下方。2. 10在某些實施方案中，將由所有可能比例組成的氣體混合物(C02、H2O, CH4)成 切向注入至管道間空間中的外部管道的壁。2. 11在具體實施方案中，在反應(yīng)器核心的表面上太陽輻射將會聚或反射成一個圖 像。反射圖像的大小小于或等于反應(yīng)器核心的直徑，使得反射的所有能量被反應(yīng)器吸收，并 且接收輻射的區(qū)域會是黑色的，并且涂層會任選地包含量子顆粒以防止UV輻射的任何反 射。可以通過例如平面、球形或橢圓形鏡子或通過安裝在平面、橢圓或球形結(jié)構(gòu)上的多塊平 面或球形鏡子來實現(xiàn)會聚或反射?？梢匀芜x地將單會聚透鏡或菲涅耳透鏡用于引起光線會聚。通常，反應(yīng)器上太陽輻射的反射或會聚可以使用任何類型的太陽能爐或光反射設(shè)備以 便將日光反射至反應(yīng)器表面。接收太陽輻射的區(qū)域會由金屬或金屬合金制成，并涂覆有能 夠抵抗高于1000°C的高溫并優(yōu)選高于2000°C的溫度的金屬或金屬合金。2. 12在另一實施方案中，F(xiàn)BCB_dc的外部管道配備有耐1500°C溫度的至少一個石 英窗口或任何其它透明材料。通過2. 11點描述的方法之一將太陽輻射會聚或反射為反應(yīng) 器核心內(nèi)側(cè)的一個圖像(通過窗口)。圖像的大小將小于或等于窗口的直徑以便所有太陽 能穿透反應(yīng)器的內(nèi)部。在某些實施方案中，不論是對于具有單管核心的反應(yīng)器還是具有雙 管核心的反應(yīng)器，可以將日光直接注入燃燒室。在其它實施方案中，通過使用具有大直徑(50厘米至10米)的菲涅耳透鏡將太陽 輻射直接注入燃燒室中。透鏡將引起太陽輻射在燃燒室中心會聚。2. 13當(dāng)進(jìn)入最后旋流器后，顆粒沉積在反應(yīng)器或籃的底部以便完成它們的氣化。 反應(yīng)器底部相當(dāng)于形成FBCB-型核心的管道的最終部分或FBCB_dc型反應(yīng)器的外部管道。 將反應(yīng)器底部開口用篩(圖7.68)阻塞，所述篩的孔足夠大從而允許灰和非常小的煤顆粒 (大約數(shù)毫米)通過?？椎拇笮?00微米至0. 5毫米。篩是可動的，并且可被降低或升高 和旋轉(zhuǎn)，或者是通過人工驅(qū)動或動力螺絲系統(tǒng)或通過液壓或氣動致動系統(tǒng)或者通過螺絲和 彈簧系統(tǒng)，或者是通過任何能夠?qū)崿F(xiàn)三種運動的組合的其它系統(tǒng)。在某些實施方案中，能夠 使篩移動的系統(tǒng)會同時迅速向上傳遞震動，以便除去灰并避免顆粒床的壓縮。由于上述原 因，還可以將底部篩與超聲波源連接以稱量灰分并促進(jìn)氣化。通常，可以將整個反應(yīng)器與連 續(xù)或交替(脈沖)超聲波源連接從而有助于流在槽、篩或顆粒床中通過并促進(jìn)氣化。過篩 后，半錐體結(jié)構(gòu)(圖7. 69)使得灰被指向灰儲罐(圖7. 70)。通過隔離系統(tǒng)將儲罐和半錐 體結(jié)構(gòu)分離，所述隔離系統(tǒng)例如，氣動閥或任何能夠?qū)⒒覂夼c錐體結(jié)構(gòu)隔離的其它系統(tǒng)。 管道將半錐體結(jié)構(gòu)和氣體/顆粒分離旋流器(圖7. 71)連接。能夠?qū)⒈没驕u輪泵任選地插 入半錐體結(jié)構(gòu)和分離旋流器之間，使得反應(yīng)器的氣體出口能夠被調(diào)節(jié)。在某些實施方案中， 分離旋流器會是具有切向裝料和軸向排料的旋流器，但任何其它類型的旋流器可以是合適 的，包括基于離心或基于過濾的系統(tǒng)。分離旋流器的灰出口通向第二灰儲罐。通過蝸桿使兩個儲罐連接，以便能夠排空 并回收灰。在某些實施方案中，分離旋流器的灰出口通向作為氣化器的相同灰儲罐(圖 7. 70)。當(dāng)將生物質(zhì)用于制備炭時，獲得的灰富含鉀堿，其將用于皂化基于植物的油，以制 備酯和甘油(肥皂生產(chǎn)的原理)。能夠使這些反應(yīng)在1. 3點中所述的太陽能/微波爐反應(yīng) 器(F_smo)中進(jìn)行。能夠?qū)Ⅴセ磻?yīng)分解為諸如以下的四個步驟1)將脂肪和油皂化；2)將皂化脂肪酸和甘油分離；3)將皂化脂肪酸活化，例如通過與鹵化磷(X3P)(X= I、Br、Cl、F等)反應(yīng)以形成 RCOOPx2 或 RCOX (磷酸二酯或生物堿鹵化物(alkaloid halogenide))；4)將醇和活化的酯反應(yīng)以形成醇酯。通過形成醇鹵化物(alcohol halogenide)能夠任選地獲得與諸如HX的強(qiáng)酸的活 化反應(yīng)。
2. 14在具體實施方案中，旋流反應(yīng)器的內(nèi)部核心(內(nèi)部管道)的最后旋流器將以 封閉的倒置錐體(圖12.89)結(jié)束。起始于錐體的壁的管以垂直于旋流器主軸線的方向延 伸(圖12. 88)，在本文中將其稱為抽吸井。優(yōu)選地，將三個抽吸井彼此以120°配置。將燃 燒器(圖12. 87)相對于每一抽吸井并垂直于井的方向放置，使得熱解氣體或附加氣體能夠 燃燒，由此燃燒氣體具有垂直于井開口的方向，由此通過伯努利效應(yīng)將到達(dá)最后旋流器底 部的顆粒抽吸朝向燃燒器火焰。此外，或多或少平行于渦旋方向的燃燒器火焰方向維持雙 核心反應(yīng)器的外部管道中產(chǎn)生的氣體渦旋。因此，抽吸井-燃燒器系統(tǒng)使落入內(nèi)部管道的 最后旋流器底部的灰能夠被提取，并且使仍未反應(yīng)的最后碳顆粒被氣化。2. 15在具體實施方案中，用于減少能夠在氣化期間形成的諸如H2S或NO3等的各 種不期望化學(xué)形式的電滑動弧(GlidArc)工藝會包括電極系統(tǒng)，其包括葉輪(圖13. 93)或 具有旋轉(zhuǎn)葉片和配置為十字架的固定篩的轉(zhuǎn)子(圖13. 92)或在旋流反應(yīng)器或Tb_smo的不 同位置引入的多分支星形(multi-branch star)。對篩的每一篩臂給予100伏至1000千伏 的連續(xù)或交替電位，同時將葉輪或葉片轉(zhuǎn)子接地。通過在反應(yīng)器中循環(huán)的氣體作用下的旋 轉(zhuǎn)，葉輪或轉(zhuǎn)子的每一葉片相對于十字架或星形的棒而經(jīng)過。轉(zhuǎn)子或葉輪與十字架或星形 之間的距離將是這樣在所述葉片和十字架或星形的棒之間可以形成一個或多個電弧。通 過從棒移開，葉片拉長電弧，由此為其賦予其滑動弧的性質(zhì)，產(chǎn)生非平衡等離子體。電弧形 成和伸長的情況會在與星形或十字架的棒相對的葉輪或轉(zhuǎn)子葉片的每此經(jīng)過時再次發(fā)生。 在某些實施方案中，與地面的連接和與電位的連接能夠在轉(zhuǎn)子或葉輪與星形或十字架之間 轉(zhuǎn)化。在某些實施方案中，配置在轉(zhuǎn)子或葉輪(圖13.94)和/或十字架或星形水平的圓 盤使得催化反應(yīng)的效率得以改善。能夠?qū)⑷~輪/轉(zhuǎn)子和十字架/星形GlidArc裝置配置在工藝中的不同位置，特別 是在用于排出旋流反應(yīng)器的內(nèi)部管道的旋流器中上升氣體的T-導(dǎo)管水平或在位于氣體和 灰之間的分離旋流器的出口處的氣化反應(yīng)器之后。3. 1通過使用泵和常規(guī)爐的不同方法能夠?qū)⒐┙o旋流器氣化反應(yīng)器的氣體(C02、 H2O,CH4,02)壓縮、加速和加熱。然而，在具體的方法中，通過太陽能/微波爐渦輪泵將供給 至旋流器氣化反應(yīng)器的所有氣體加熱并加壓。太陽能/微波渦輪泵(Tb_smo)由直徑為1厘米至5米并且長度為10厘米至5米 的管道(圖8. 72)組成。Tb_smo的尺寸將取決于被壓縮和加熱的氣體的性質(zhì)和用途。優(yōu)選 地，Tb_smo的直徑為大約20厘米并且長度為大約1. 5米，以便壓縮并加熱用于旋流器的氣 體。其直徑為大約10厘米并且長度為大約70厘米以便加熱并壓縮用于燃燒室燃燒器的氣 體。構(gòu)成Tb_smo的管道可以被限制在真空的或包含有與F_smo的封閉室中的那些氣體具 有相同性質(zhì)的氣體的透明室中。在優(yōu)選實施方案中，Tb_smo的管道的入口通向透明封閉室，以便限制熱損失的氣 體能夠穿過Tb_smo反應(yīng)器的管道。然而，Tb_smo反應(yīng)器的管道入口會被多孔體封閉，其要求穿過Tb_smo反應(yīng)器的管 道的氣體與多孔體的網(wǎng)孔之間大量的接觸。優(yōu)選地由陶瓷制成的多孔體具有大交換表面 并作為太陽輻射吸收器，改善Tb_smo反應(yīng)器的熱慣性。例如，多孔體會是由例如堇青石制 成的蜂窩型多通道大塊(monolith)或是由碳化硅SiC制成的多孔泡沫陶瓷。在該實施方案中，優(yōu)選將諸如C02、NH4或H2O的溫室氣體作為限制熱損失的氣體。將限制熱損失的氣體 注入到與反應(yīng)器管道的開口相對的封閉室中。隨后，氣體在透明封閉室中循環(huán)，使Tb_smo 反應(yīng)器管道的壁與透明封閉室的壁絕緣。這樣，氣體捕集來自被太陽輻射加熱和被微波內(nèi) 部加熱的反應(yīng)器Tb_smo管道的壁的紅外輻射，當(dāng)其運動至反應(yīng)器管道的入口時，加熱其自 身。隨后，氣體經(jīng)過多孔體沖入Tb_smo反應(yīng)器的管道中，在多孔體中，其與多孔結(jié)構(gòu)接觸而 被進(jìn)一步加熱。隨后，氣體穿過反應(yīng)器管道的一部分至轉(zhuǎn)子中，在其中被加速、壓縮和加熱。將至少一個銷配置在管道中心。該銷被配備在具有轉(zhuǎn)子的兩個區(qū)域內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子 位于銷的第一個三分之一處(圖8. 73)和銷的最后三分之一處(圖8. 74)。轉(zhuǎn)子的每一區(qū) 域由例如三個轉(zhuǎn)子組成，所述轉(zhuǎn)子由繞銷旋轉(zhuǎn)的每隔6°配置的60個葉片組成。使葉片或 多或少地傾斜；然而，對應(yīng)于渦輪級的銷的最后三分之一處的轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角可以可以 大于對應(yīng)于壓縮級的銷的第一個三分之一處的轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角。提供轉(zhuǎn)子的列數(shù)僅作為 指示，并且能夠根據(jù)泵的功率或大小降低或增加。葉片的大小和傾斜角會取決于渦輪受到 的壓力。每個轉(zhuǎn)子的葉片數(shù)僅作為指示，并會根據(jù)Tb_smo的大小和功率來改變。轉(zhuǎn)子銷任 選地為橢圓形狀(圖8. 75)，使得反應(yīng)器內(nèi)的體積逐漸降低至第一轉(zhuǎn)子區(qū)域的水平。在該 相同區(qū)域，管道的壁的凸出或其彎曲將銷(Pie)在第一轉(zhuǎn)子區(qū)域的整個部分上方的橫截面 逐漸降低。在位于第一轉(zhuǎn)子區(qū)域后方的部分中，在銷的第二個三分之一處的水平，使環(huán)形微 波室(圖8. 76)圍繞轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)銷。在某些實施方案中，將環(huán)狀腔室與銷整合并與其一起 銷旋轉(zhuǎn)。圍繞銷的環(huán)狀腔室的壁比與銷相對的環(huán)狀腔室的壁長。與銷相對的環(huán)狀腔室的 壁與Tb_smo的管道的壁形成通道，通過所述通道氣體能夠穿過環(huán)狀腔室后面的區(qū)域。環(huán)狀 腔室的壁由以下材料制成其使得微波能夠被反射并能夠抵抗大約2000°C的高溫，其通常 為鋁鈦合金、鎳鎢合金、不銹鋼、涂覆有玻璃化陶瓷的碳、陶瓷或任何其它充分耐火的化合 物。將微波注入環(huán)狀腔室中，從而使其以足夠引起其反射向環(huán)狀腔室內(nèi)的角度在圍繞旋轉(zhuǎn) 銷的壁上反射。在緊鄰與銷相對的環(huán)狀腔室的壁之后將微波注入。至少通過磁控管來產(chǎn)生 微波。優(yōu)選地，四個磁控管(圖8. 6)將以十字形配置將微波注入環(huán)形微波室。通過波導(dǎo)設(shè) 備(圖8. 7)將波注入環(huán)狀腔室中。通常，例如能夠使用任何能夠通過波導(dǎo)定向的能量射頻 源(energetic radiofrequency source)。在微波的作用下，使包含于環(huán)狀腔室中的氣體 經(jīng)受顯著的加熱，這使得氣體膨脹并使其經(jīng)由銷的最后三分之一處的轉(zhuǎn)子排出。在最后三 分之一處的轉(zhuǎn)子中氣體通道的作用下，銷的第一個三分之一處轉(zhuǎn)子的葉片將氣體推向環(huán)狀 腔室，同時由于橫截面的收縮而將其壓縮。環(huán)狀腔室中通過微波壓縮和加熱的氣體通過銷 的最后三分之一處轉(zhuǎn)子葉片排出，從而保持移動。在將鏡子和透鏡沿Tb_smo的管道有規(guī)律 地分布的設(shè)置中，太陽熱能僅通過熱的累積(PV = NRT)引起的均勻膨脹而在氣體壓縮中涉 及。然而，對于也被轉(zhuǎn)化為運動壓縮能(kinetic compression energy)的太陽熱能，鏡子 表面和透鏡大小能夠在銷的最后三分之一處轉(zhuǎn)子的區(qū)域局部增加。在該水平提供的附加太 陽能會進(jìn)一步加熱氣體，加快銷的速度并因此加速壓縮。在某些實施方案中，能夠?qū)N的第一個三分之一處的轉(zhuǎn)子用離心壓縮機(jī)代替。在 該設(shè)置中，Tb_smo的管道的直徑會在壓縮級增加以便能夠接收它。能夠?qū)b_smo用作設(shè)計新一代用于推進(jìn)車輛(天空、陸地、海洋等)的渦輪噴氣 發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)?？梢酝ㄟ^在級之間或者在反應(yīng)器的壓縮級和渦輪級之間添加包含由磁控管 注入微波的波導(dǎo)的環(huán)形微波室，來增加反應(yīng)器的功率，由此導(dǎo)致氣體更加膨脹?？梢酝ㄟ^添加水來增加該膨脹，水會被微波蒸發(fā)并參與推進(jìn)。該方法將燃料中存在水的后果受到限制， 因為存在于燃料中的水會被微波蒸發(fā)并會用于推進(jìn)。磁控管的電消耗可以通過垂直于旋轉(zhuǎn)銷引入一個或多個“tesla”條形磁鐵(例 如，具有縱向定向磁化的條形2. 5teslas的條)來補償。例如，磁鐵條能夠直接地為壓縮級 的轉(zhuǎn)子葉片。垂直于磁鐵旋轉(zhuǎn)平面，將由銅線或任何其它金屬的線以及超導(dǎo)線(例如，碳納 米管編織物等)制成的一個或多個線圈配置在Tb_smo或渦輪噴氣機(jī)的管道中或管道上。銷 的旋轉(zhuǎn)會引起與線圈平面垂直的旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生，從而使得大量電流產(chǎn)生。由于H2O具有高偶極矩(1. 85)，通過Tb_smo對該氣體的加熱和壓縮將非常有效。 在Tb_smo的出口，可以將加熱的氣體直接注入旋流器氣化反應(yīng)器的不同旋流器中。然而， 由于甲烷、CO2和空氣具有平均較低的偶極矩，優(yōu)選地將它們與水蒸氣混合，從而在注入燃 燒室的燃燒器之前通過Tb_smo加熱并加壓。可以在將天然富含水的熱解氣體注入燃燒室之前，將其通過Tb_smo有效地加熱 并加壓。用于避免將水添加至氣體的另一選擇包括在其與微波接觸期間，用放電將其電罔。旋流器氣化反應(yīng)器中所用的水蒸氣的一部分會得自太陽能/微波爐(F_smo)中蒸 發(fā)的液態(tài)水。其余水蒸氣來自生物質(zhì)中包含的水或燃燒室的燃燒期間產(chǎn)生的水。注入的氣 體的壓力在Iatm至2000atm之間變化。3. 2在某些實施方案中，Tb_smo使得砂或諸如疊層浮石、碳化硅的另一研磨體或 任何其它研磨體(圖3. 27)能夠被投射入旋流器的切向入口。該研磨體的投射使得炭顆粒 被迅速侵蝕，增加了氣化的有效性。在某些實施方案中，在將研磨體成切向投射入旋流器或任選地在焙燒或熱解階段 期間與原料混合之前，將其通過F_smo在200°C至600°C預(yù)熱，以便使其加速。3. 3在某些實施方案中，將？_皿0分段為日光部分和微波部分。將日光部分如梳狀 配置(圖8. 83)從而增加加熱的有效性。將梳齒組件與包含微波源的單管道連接。在更優(yōu) 選實施方案中，將梳齒用通向封閉室的多孔體填充。在某些實施方案中，梳的末端將通向大氣，由此使空氣能夠被吸入并加熱。能夠在 焙燒或熱解之前將溫暖的空氣用于干燥原料。能夠設(shè)想用于Tb_smo的類似組件。在某些實施方案中，能夠?qū)⑽⒉ㄅc紅外輻射源結(jié)合。該第二射頻源在分子中誘導(dǎo) 不對稱移動。實際上，紅外能基本上被分子化學(xué)鍵的振動所吸收。這除了增加分子溫度以 外，還創(chuàng)造了偶然不對稱振動模式，產(chǎn)生瞬間偶極矩。由此非極性分子對微波暫時敏感。在某些實施方案中，對于設(shè)想的不同配置，將微波頻率和紅外線頻率的組合用于 加熱諸如CO2的氣體。4. 1在某些實施方案中，將旋流器氣化反應(yīng)器完全隔熱，包括用于分離離開旋流反 應(yīng)器后的氣體和灰的旋流器。能夠通過例如用隔熱產(chǎn)品(石棉、陶瓷等)覆蓋與周圍空氣 接觸的所有部分來獲得該隔熱。在具體實施方案中，整個旋流反應(yīng)器會被包含在量熱室或隔熱容器中，其會在旋 流反應(yīng)器的壁和封閉室之間保持高真空。真空或者通過密封量熱室而為靜態(tài)，或者通過泵送包含于量熱室中的空氣而為動態(tài)。該泵送可以通過例如用能夠電離氣體的Tb_smo或Tb_ smo來進(jìn)行。4. 2在旋流器氣化反應(yīng)器的出口，當(dāng)通過灰和氣體分離旋流器后，主要包含CO和 H2的氣體混合物可以包含或多或少的未被還原的C02。根據(jù)氣化的調(diào)整，出口氣體的組成 為(不包括水蒸氣)37% C0,27% H2,7% CO2,6% O2和1. 5% CH4。提供這些比例僅作為指 示并能夠根據(jù)裝置的調(diào)整而顯著地改變。然而，這些值表明CO和H2的比例可能不對應(yīng)于 費-托合成所需要的那些。為了糾正不平衡，能夠?qū)O2與其它氣體分離。能夠使用將CO2 與其它氣體分離的任何方法，特別是深度冷凍法。然而，這些方法消耗大量能量。在具體實施方案中，我們會利用下述事實C02的水溶性系數(shù)(在0°C和1. 013巴下 為76. 610_3摩爾/升)高于CO的水溶性系數(shù)(在0°C和1. 013巴下為1. 510_3摩爾/升)、 CH4的水溶性系數(shù)(在0°C和1. 013巴下為2. 410_3摩爾/升)和H2的水溶性系數(shù)(在0°C 和1. 013巴下為0. 910_3摩爾/升)。在氣體和灰分離旋流器的出口，氣體經(jīng)過一個或多個熱交換器，在其中將它們的 熱量傳遞至-水，-水蒸氣，-CO2,-旨在在費-托反應(yīng)器中反應(yīng)的合成氣混合物，-旨在被精制的產(chǎn)物，_通常，在其轉(zhuǎn)化循環(huán)期間需要熱量的任何產(chǎn)物。當(dāng)被恢復(fù)至室溫后，使氣體混合物在含水的分離儲罐中鼓泡。為了指示的目的， 儲罐中水的體積可以為10升至1000升。對于處理非常大體積的氣體，儲罐體積能夠超過 1000升。將儲罐密封，并且位于高位的閥(在水之上)使未溶解的氣體能夠離開。任選地， 將分離儲罐在0°c至35°C的溫度下恒溫控制。在1巴至100巴的壓力下將氣體注入儲罐。 如果水包含防凍劑或鹽產(chǎn)物，則儲罐溫度能夠低于0°C，使得能夠?qū)崿F(xiàn)更好的溶解(溫度可 以在-20°C至+35°C之間變化)。在將水脫氣后再注入之前，將其從儲罐泵送。泵送在距離氣體鼓泡點較遠(yuǎn)處，在其 中沒有懸浮氣泡的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。泵送的水的流速能夠與儲罐中氣體的鼓泡速率成比例。其 能夠根據(jù)氣體混合物中CO2的比例和CO2的溶解速率來調(diào)整，從而優(yōu)化CO2的溶解并限制其 它氣體的溶解。溶于水中的CO2的比例會取決于水的物理化學(xué)性質(zhì)，特別是PH和鹽濃度。 為了增加CO2的溶解速率，pH優(yōu)選為堿性。尤其能夠基于由炭的氣化產(chǎn)生的通常富含鉀堿 的灰來調(diào)整該pH。CO2迅速溶于水中，而其它氣體主要進(jìn)入儲罐的空氣部分。根據(jù)用于熱 解的原料的來源，離開旋流器氣化反應(yīng)器的氣體會或多或少地被N0X、HSx、重金屬等污染。這些化合物通常在水中(或在某些溶劑混合物中)具有非常高的溶解系數(shù)并由此 在適當(dāng)溶劑鼓泡期間被溶解。在某些實施方案中，將從儲罐泵送的水(或任何其它溶劑) 通過反滲透或過濾的方法處理，從而使在起泡期間溶解在鹽水中的不同溶質(zhì)濃縮，所述溶 質(zhì)包括WH2CO3形式溶解的C02。已經(jīng)存在并能夠使用大量的水處理方法(脫鹽、水凈化、蒸 餾等)。
使水在層流中直接泵送或任選地過濾后，將其通過超聲波或高真空或快速加熱來 脫氣。這三種處理的組合能夠同時或順序地采用。優(yōu)選地，將水通過真空和超聲波的作用 脫氣。由脫氣產(chǎn)生的氣體主要由CO2并且任選的NOj^P HSx組成。如果CO2足夠純，可以通 過將其再引入旋流器氣化反應(yīng)器來將其再引入氣化循環(huán)。在由兩空心或多孔碳電極之間的 電弧產(chǎn)生的等離子體的界面上，可以將獲得的氣體混合物任選地進(jìn)行液相/氣相還原。在 該還原階段，NOx和HSx會被還原為硫或N2或具有中間氧化數(shù)的化合物(該還原可以通過電 GlidArc-型處理完成)。用于這些還原的碳電極可以包含添加劑，例如鋁、鎂或任何其它還原性金屬，例如 以粉末與碳顆粒高度聚結(jié)的形式。這些金屬通過與水、CO2或電極的碳反應(yīng)來促進(jìn)CO和H2 的產(chǎn)生。將由氧化-還原反應(yīng)產(chǎn)生的金屬氧化物通過等離子體的電流和強(qiáng)光再生；特別地， MgO被等離子體還原為Mg和氧氣(氧氣會與碳反應(yīng))。碳電極能夠任選地包含Si和SiO2 添加劑，其會與水、CO2和碳反應(yīng)以制備CO和氫氣以及SiC。添加劑也能夠存在于等離子體 反應(yīng)器的水中。添加劑粉末在電極中的分布會是均勻的或不均勻的，例如被僅含碳的層分 離的一系列層中。電極的碳例如來自通過蝸桿回收的灰，其通向旋流器氣化反應(yīng)器和氣體 與灰分離旋流器的灰儲罐。冷卻后，一個或多個熱交換器在蝸桿水平復(fù)原，以加熱在其轉(zhuǎn)化循環(huán)期間需要加 熱的產(chǎn)物，并將冷的灰在水力旋流器中洗滌。隨后將其研磨成非常細(xì)的、均勻或不均勻的具 有1微米至1毫米大小的顆粒。任選地將顆粒與促進(jìn)CO2還原和碳氧化的不同化合物(金 屬、磷、Si、SiO2顆粒等)混合。由顆粒制備漿料，并且在任選地基于例如碳化合物添加諸 如耐水的膠或樹脂的粘結(jié)劑或任何膠結(jié)材料后，將漿料模壓或拉伸并壓縮成電極。當(dāng)在電弧的等離子體中還原后，將回收的氣體進(jìn)行另一分離步驟。由于包含鉀堿而非常堿性的用于洗滌灰的水會被用于增加用于氣體分離的水儲 罐的PH，或在用于脂肪和油皂化的F_smo中用作用于該目的的鹽(1. 3點和2. 13點)。通 常，將所有鼓泡水和洗滌水通過反滲透、過濾并用空心碳電極進(jìn)行電還原來進(jìn)行再處理。也 能夠設(shè)想蒸餾方法。4. 4在分離儲罐的空氣部分中回收的氣體形成主要包含CO和H2的合成氣。將氣 體通過被校準(zhǔn)從而在預(yù)定的壓力打開的閥回收。然而，留下對于每一化合物大約至3% 的低百分?jǐn)?shù)的CO2、CH4和O2。為了使以下反應(yīng)(Ft)有效，必須在所用的合成氣混合物中考慮方程式的化學(xué)計 量(常規(guī) FT) :nC0+2nH2->-(CH2)-+nH20 Δ H298 =-I65KJ.摩爾烷烴的形成nC0+2(n+1) H2->CH2n+2+nH202nC0+ (n+1) H2->CH2n+2+nC02烯烴的形成nC0+2nH2->CH2n+nH20
2nC0+n+H2->CH2n+nC02醇的形成nC0+2nH2->CH2n+10H+(n-l)H202 (n-1) CO+ (n+1) H2->CH2n+10H+ (n_l) CO2實際上，C0/H2的比率定向FT合成中的主要反應(yīng)。此外，由于CO和H2在各種存在 的反應(yīng)器中不同的擴(kuò)散，通常必須根據(jù)使用的FT反應(yīng)器調(diào)整合成氣的組成。最后，使氣化期間產(chǎn)生的次級CH4和CO2氣體最小化是重要的。在第一步中，例如在冷卻塔或使合成氣達(dá)到接近0°C的溫度的任何設(shè)備中，過水蒸 氣冷凝除去合成氣中包含的水?？梢匀芜x地通過Tb_smo進(jìn)行冷卻氣體的壓縮。產(chǎn)生的液 態(tài)水將驅(qū)動一部分存在于合成氣中的C02。通過脫氣可以將冷凝水的CO2回收并再引入合 成環(huán)路中。通過水蒸氣會將干燥的合成氣濕潤為由期望的最終C0/H2比率確定的百分?jǐn)?shù)。隨后，在例如Tb_smo或簡單的空心太陽能/微波爐(無渦輪或蝸桿)或任何其它 設(shè)備中，將濕潤的合成氣再次加熱為200°C至1200°C的溫度。根據(jù)如下反應(yīng)，這能夠使H2由CO產(chǎn)生，以防止不期望地產(chǎn)生CO2 C0+H20->H2+C02AHr(600K) =-39KJ.摩爾能夠根據(jù)上述方法之一將產(chǎn)生的CO2除去，但是這些方法具有在合成氣配方中產(chǎn) 生不平衡的風(fēng)險。優(yōu)選涉及等離子體的電化學(xué)CO2還原方法。5. 1在具體實施方案中，基于太陽能/微波渦輪泵制備電化學(xué)反應(yīng)器，其中將“太 陽”部分(鏡子和透鏡)除去或減少為僅位于轉(zhuǎn)子和環(huán)狀腔室第二區(qū)域水平的部分，從而獲 得太陽能/微波反應(yīng)器或微波反應(yīng)器(R_smo)。優(yōu)選地，形成R_smo管道的直徑為10厘米 至20厘米，并且例如由諸如派熱克斯玻璃(pyrex)、石英等的電絕緣材料制成。導(dǎo)電材料在 其控制誘導(dǎo)的電流通路的條件下是合適的。如果使用對微波透明的材料，則至少對于接收 微波的R_smo區(qū)域(其對應(yīng)于第一轉(zhuǎn)子區(qū)域后的區(qū)域)，將R_smo封閉在反射微波的結(jié)構(gòu) 中，例如鋁管或反射微波的任何其它材料中。第一轉(zhuǎn)子區(qū)域的至少一個轉(zhuǎn)子由葉片組成，所 述葉片由電絕緣材料制成或與轉(zhuǎn)子銷絕緣。所述轉(zhuǎn)子具有與轉(zhuǎn)子銷接觸的至少一個導(dǎo)電葉 片，所述轉(zhuǎn)子銷本身導(dǎo)電并接地。在R_smo的壁上，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)平面中，提供至少一個經(jīng)受 100伏至1000千伏電流的電極。在具體實施方案中，轉(zhuǎn)子將由四個與轉(zhuǎn)子銷接觸的導(dǎo)電葉片組成，并且其余葉片 會與轉(zhuǎn)子銷電絕緣或由絕緣材料(例如絕緣陶瓷)制成(圖9. 77)。將導(dǎo)電葉片相對于銷 以十字形配置。確定葉片長度，以便將其配置在與R_smo的管壁1微米至5mm的距離處。在 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)平面中，將4電極以90°彼此配置(大小為例如50微米至1厘米)。在某些實施 方案中，電極可以為葉輪片段(圖9. 78)。導(dǎo)電葉片的末端優(yōu)選地突出，以促進(jìn)電極和葉片 之間電弧的形成。將每一電極引入高壓發(fā)電機(jī)的相，同時將旋轉(zhuǎn)銷接地(還可以使用直流 電，并將轉(zhuǎn)子的銷和電極與發(fā)電機(jī)的接線端連接)。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間，使導(dǎo)電葉片接近電極(50微米至1厘米)，并且電弧在葉片和電 極之間形成。隨后，將葉片從電極離開，根據(jù)穿過電絕緣的或電中性的葉片的最短路徑，將 電弧在電極和導(dǎo)電葉片之間拉伸。當(dāng)使用螺旋電極時，電弧可以沿電極滑動。在某些實施 方案中，能夠?qū)⒍鄠€轉(zhuǎn)子和電極級添加至系統(tǒng)中，以交錯方式配置每一轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電電極，以 覆蓋管道R_smo的最大可能的橫截面。隨后將已添加期望比例甲烷(CH4)的包含不期望CO2的平衡的合成氣引入R_smo 中，其中在電弧和甲烷CH4的作用下，將平衡的合成氣體通過R_smo的第一壓縮級吸入，并 通過以下反應(yīng)將合成氣中存在的大部分CO2還原C02+CH4->2C0+2H2Δ Hk(600K) = 205KJ.摩爾
同樣地，通過以下反應(yīng)將合成氣中仍存在的大部分H2O還原H20+CH4->C0+3H2Δ Hk(600K) = 205KJ.摩爾5. 2-1在反應(yīng)器管道的壁的水平上，通過在第一轉(zhuǎn)子區(qū)域引入包含至少一個固定 磁鐵和導(dǎo)電的或超導(dǎo)的線圈的至少一個轉(zhuǎn)子級，能夠降低R_smo的電消耗。固定的磁鐵能 夠與包含導(dǎo)電葉片的轉(zhuǎn)子的葉片電絕緣。在優(yōu)選實施方案中，將磁鐵與不同于含導(dǎo)電葉片 的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子整合。能夠?qū)煞N類型的轉(zhuǎn)子制作成三明治形或者在第一轉(zhuǎn)子區(qū)域兩個不同 部分中分離?？梢源嬖谌魏螖?shù)目的磁性葉片；然而，必須將導(dǎo)電葉片的數(shù)目和配置調(diào)整為磁 性葉片的形狀和配置以及電線圈的形狀和配置。在具體實施方案中，磁性葉片的數(shù)目等于2η葉片，η為偶數(shù)。在η = 2的具體實施方案中，將磁性葉片以十字形配置(圖10. 79)。在該取向中， 葉片是對稱的，從而兩對稱葉片具有相反極性“N/S”。由此磁性葉片之間的角距為90°。 可以將螺線管(圖10. 80)，例如四根螺線管，配置為垂直于包含磁性葉片的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的平 面。通過旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子引起螺線管中磁場的改變，由此產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率相同旋轉(zhuǎn)頻率的交 流電。通過將螺線管接線端與R_smo的管道的電極一端連接，另一端與在電極平面中旋轉(zhuǎn) 的導(dǎo)電轉(zhuǎn)子連接，“磁性”轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生用于在導(dǎo)電轉(zhuǎn)子和管道的電極之間產(chǎn)生電弧所必 需的電流。在具體實施方案中，將四根螺線管通過它們接線端之一與單轉(zhuǎn)子連接。所述轉(zhuǎn) 子與銷電絕緣，但轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電葉片彼此連接。使每一螺線管的第二接線端與導(dǎo)電轉(zhuǎn)子的旋 轉(zhuǎn)平面中的電極之一連接。相對于包含磁性葉片的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面確定螺線管的取向，使 得螺線管中誘導(dǎo)的電流在螺線管中總是具有相對于導(dǎo)電轉(zhuǎn)子相同的方向。與相同轉(zhuǎn)子連接 的所有螺線管的電流將同時流動，或者由線圈到轉(zhuǎn)子或者由轉(zhuǎn)子到線圈。5. 2-2在具體實施方案中，在5. 2-1點中描述的對稱磁性葉片的設(shè)置之一中，將螺 線管與交流發(fā)電機(jī)接線端連接。將兩相對的螺線管與發(fā)電機(jī)相反地連接，使得誘導(dǎo)的磁場 相對于軸線對稱(以相反的方向)。隨后，螺線管-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)作為驅(qū)使壓縮級的電星形發(fā)動 機(jī)(electric radial engine) 0由此能夠除去渦輪級，因為電動機(jī)進(jìn)行氣體壓縮。在某些實施方案中，能夠通過外部電動機(jī)驅(qū)動壓縮級。5. 3在具體實施方案中，存在轉(zhuǎn)子的2η磁性葉片，η為奇數(shù)。依照360/(2η)的齒 距角，將磁性葉片有規(guī)律的配置在轉(zhuǎn)子上。依照旋轉(zhuǎn)軸線，使磁性葉片二對二對稱并且兩對 稱葉片具有相反極性“N/S”。通過經(jīng)過根據(jù)轉(zhuǎn)子上磁性葉片的分布形成的輪，獲得有規(guī)律地 交替的軸向?qū)ΨQ的北磁極性和南磁極性。該對稱引起北極相對于旋轉(zhuǎn)軸線與南極對應(yīng)。能 夠?qū)⒅行源判匀~片插入磁性葉片之間，從而在轉(zhuǎn)子上獲得期望數(shù)目的葉片。這些中性葉片 可以作為磁性葉片磁場之間的屏蔽。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度大約2η倍的非?？焖?的場變化。這些磁場除了產(chǎn)生高頻電流以外，其變化非?？?旋轉(zhuǎn)速度的2η倍)，并且根據(jù) 與ICP相同的原理，其能夠非常迅速地加熱諸如H20、SiO的具有偶極矩的分子或諸如氦氣 的某些氣體。然而，在垂直于磁性葉片轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)平面的螺線管布置中，螺線管中誘導(dǎo)的磁場會 與靜止磁場相反。通過R_smo的氣體所經(jīng)受的垂直于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)平面而變化的磁場強(qiáng)度非常 低。5. 4在具體的方法中，R_smo的螺線管為Z-形。螺線管由在較高平面形成半圓隨 后依照垂直投射落入較低平面的導(dǎo)線組成。在較低平面中，導(dǎo)線形成另一互補半圓，隨后依照正投射上升至上部平面。由此螺線管旋轉(zhuǎn)由處于通過兩垂線連接的兩個層疊平行的平面 中的兩半圓組成。從俯視圖可見，螺線管旋轉(zhuǎn)為圓。多次重復(fù)該操作以獲得螺線管。能夠 用任何幾何形狀代替圓形正方形、橢圓、矩形等。將Z-螺線管圍繞R_smo管道放置，使得兩半圓(上面和下面)垂直于磁性葉片轉(zhuǎn) 子旋轉(zhuǎn)的平面并且與半圓連接的兩柱平行于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的平面。兩柱能夠處于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的平 面中或者相對于該平面偏移。通過在旋轉(zhuǎn)平面中旋轉(zhuǎn)，磁性葉片轉(zhuǎn)子通過螺線管兩垂直半 圓產(chǎn)生可變的場。該可變的場會誘導(dǎo)電流和與葉片靜止場相反而誘導(dǎo)的反向磁場。通過進(jìn) 入垂直部分而通過螺線管的回路的電流產(chǎn)生垂直于其它磁場和轉(zhuǎn)子平面的磁場。該場不能 被補償，并被施加于通過R_smo的氣體。通過使用η為奇數(shù)并具有交變極性的轉(zhuǎn)子，可以以數(shù)千赫茲的頻率(轉(zhuǎn)子速度的 2η倍)改變磁場。磁場的這種快速變化誘導(dǎo)與轉(zhuǎn)子的軸線平行的磁場，使氣體能夠被顯著 地加熱從而引起氣體的反應(yīng)。在高頻率下(高于2MHz)，誘導(dǎo)的磁場能夠在諸如ΝΗ3、Η20、 SiO等的極性氣體中產(chǎn)生熱等離子體。然而，在與電弧系統(tǒng)耦合的變化的場中，諸如CO2的中性和非極性分子變成偶極 子，其能夠在變化的磁場或微波的作用下被加熱。這種類型的裝置會被用于加熱干co2。5. 6在具體實施方案中，轉(zhuǎn)子由2η個磁性葉片組成。能夠?qū)⒅行匀~片插入到磁性 葉片之間，從而在轉(zhuǎn)子上獲得期望數(shù)目的葉片。根據(jù)360/(2η)的齒距角，將磁性葉片有規(guī) 律地設(shè)置在轉(zhuǎn)子上。根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸線，磁性葉片為二對二對稱。兩對稱葉片在末端具有相同 極性“^’或“5/5”(圖10.81)。能夠?qū)⑷~片中心部分用形成磁場屏蔽的材料覆蓋。另一 可選方案包括制備由僅末端為磁性的復(fù)合材料制成的葉片。環(huán)繞由此形成的轉(zhuǎn)子，根據(jù)圍 繞轉(zhuǎn)子軸線的中心對稱設(shè)置偶數(shù)個螺線管。優(yōu)選地，螺線管數(shù)目為四(圖10. 80)。在與磁 性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面平行的平面中，優(yōu)選在第一轉(zhuǎn)子區(qū)域和環(huán)狀腔室之間(圖10. 82)，圍繞 R_smo的管道設(shè)置另一螺線管。將與轉(zhuǎn)子垂直的每一螺線管接線端之一連接至與轉(zhuǎn)子平面 平行的螺線管的相同接線端。將平行螺線管的第二接線端與導(dǎo)電轉(zhuǎn)子連接。將垂直螺線管 的第二接線端與位于導(dǎo)電電流轉(zhuǎn)子(conductive current rotor)旋轉(zhuǎn)平面中的壁的電極 中之一連接。在某些實施方案中，形成R_smo的管道為導(dǎo)電的并代替電極以及直接地實現(xiàn) 電極的作用。使電回路產(chǎn)生，使得來自垂直線圈的所有電流同時并以相同方向流向平行線 圈。通過旋轉(zhuǎn)，磁性轉(zhuǎn)子引起相反線圈的磁場對稱地改變。由垂直線圈誘導(dǎo)的磁場是二對 二相反的，由此限制線圈上的扭曲力。在四根垂直螺線管中誘導(dǎo)的電流通過平行線圈并產(chǎn) 生以磁性轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度2η倍變化的磁場。將平行線圈置于第一轉(zhuǎn)子區(qū)域和環(huán)狀腔室之間 的事實防止了轉(zhuǎn)子的過熱。轉(zhuǎn)子的銷會被偏轉(zhuǎn)器保護(hù)以防止過熱。5. 7在具體實施方案中，會使用R_smo以在氣化和FT合成階段期間，將CO2還原并 將過量CH4氧化，成為CO和H2。將C02/CH4或任選地C02/CH4/H20通過R_smo的轉(zhuǎn)子的第一 區(qū)域吸入?；旌衔锟梢愿缓?微米至500微米的碳顆粒(炭、煤)。可以將諸如錳、氧化錳、 鋁、鎂、銦、鈦、鐵、銅等金屬的顆?；蚰軌蛟黾佑蓺怏w混合物制備的CO和吐的量的任何其 它金屬的顆粒添加至混合物中。根據(jù)上述反應(yīng)和rl3至rl9，在第一級電弧的作用下，將氣體分子電離從而成為彼 此相互作用并與碳顆粒相互作用的反應(yīng)劑。以顆粒形式注入的金屬會通過形成的不同反應(yīng)劑被氧化；它們可以在等離子體(光和電流)和由環(huán)狀腔室中微波誘導(dǎo)的電流的作用下被還原。
例如，能夠列舉鎂的作用Mg+H20->Mg0+H2rl3Mg+C02->Mg0+C0rl42Mg+C02->2Mg0+Crl5
rl3
rl4
rl5 2C+02->C0
2MgO Mg+02
rl6或列舉鋁的作用3H20+2AL+— AL203_+3H2 rl73C02+AL+ — AL203-+3C0 rl83C02+2AL+ — 2AL203_+2C rl92AL203- (e-) >4AL302產(chǎn)生的碳能夠被CO2或水或反應(yīng)器中產(chǎn)生的氧自由基氧化為CO。5. 8鋁粉是高度易燃的并且鎂粉更加高度易燃，這使得它們非常難以操作。為了能夠使氣體和等離子體富含金屬而不必操作粉末，將期望的金屬或金屬合 金，通常為任何期望材料，的小塊引入第一轉(zhuǎn)子區(qū)域的上游或下游。將該塊倚靠R_mos的管 道的壁放置或在轉(zhuǎn)子的銷的水平的熱偏轉(zhuǎn)器上放置。使由石英或?qū)κ褂玫牟ㄩL透明的任何 其它材料制成的窗口相對于該塊設(shè)置。通過窗口，用顯微鏡物鏡或透鏡使激光束集中于塊 上。該光束燒蝕塊的表面。激光頻率為1赫茲至IO6赫茲以及激光脈沖為大約1飛秒至100 納秒。金屬塊的激光燒蝕會在反應(yīng)器入口處粉碎由塊中排出的材料的氣體，所述氣體會通 過R_smo并可以如5. 7點中所述與氣體分子反應(yīng)。對于充分的激光功率(從8微焦耳/平 方微米開始)和小于10納秒的充分短的脈沖，會形成光等離子體。這些等離子體會通過產(chǎn) 生帶電體和/或自由基來進(jìn)一步電離排出的氣體和材料原子，以使所有元素具有高度反應(yīng) 性。對于燒蝕，所有的波長是合適的。然而，優(yōu)選例如266納米的UV中的波長。由于位于 第一轉(zhuǎn)子區(qū)域和環(huán)狀腔室之間的空間的快速磁場變化，氣體動能保持較高。在第一轉(zhuǎn)子區(qū) 域和溫度增加的作用下壓縮的氣體進(jìn)入環(huán)狀腔室，其中來自磁控管的微波增加溫度。5. 9在具體實施方案中，用于使氣體富含的金屬和顆粒是電流導(dǎo)體。在環(huán)狀腔室中 微波的作用下，在懸浮于氣體中的顆粒中誘導(dǎo)電流。這些誘導(dǎo)的電流會引起顆粒之間或顆 粒與R_smo反應(yīng)器壁之間的電弧，由此在氣體中產(chǎn)生電來源的等離子體。這些等離子體會 產(chǎn)生活化的元素，其通過彼此之間、與氣體以及與碳或金屬顆粒反應(yīng)而通過上述反應(yīng)來制 備CO和H2。由誘導(dǎo)的電弧產(chǎn)生的等離子體就其本質(zhì)而言為非平衡等離子體。5. 10在具體實施方案中，環(huán)狀腔室底部和第二轉(zhuǎn)子區(qū)域(渦輪區(qū)域)的第一轉(zhuǎn)子 之間的距離等于η*λ+Φ，η為自然數(shù)、λ為微波波長并且Φ為由壁或轉(zhuǎn)子上的反射所誘 導(dǎo)的移相。該第一轉(zhuǎn)子會由傳導(dǎo)電流并反射微波的材料制成。轉(zhuǎn)子的直徑會是例如等于 0.5λ。通過轉(zhuǎn)子的銷會由復(fù)合材料制成，其最大部分由電絕緣材料制成。然而，在有第一 轉(zhuǎn)子開始向環(huán)狀腔室的λ/4長度處，銷的第二區(qū)域由導(dǎo)電材料或由被電導(dǎo)體涂覆的材料 制成。磁控管的波導(dǎo)將微波導(dǎo)向環(huán)狀腔室中，其會被部分反射朝向第二轉(zhuǎn)子區(qū)域的第一轉(zhuǎn) 子。在某些實施方案中，在波導(dǎo)的出口處，波被導(dǎo)向第一轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子和銷的導(dǎo)電部分會作為微波天線。這會具有在轉(zhuǎn)子以及導(dǎo)電電流銷的一部分中產(chǎn)生誘導(dǎo)的電流的效果。這些電流
會引起天線與下述之間的電弧-靠近天線轉(zhuǎn)子設(shè)置的電極，-包含于氣體中的顆粒以及氣體自身，-任選接地的其它轉(zhuǎn)子，-R_smo 的壁。此外，由于環(huán)狀腔室和天線之間的距離，微波可以充分地激發(fā)碳和任選的引入至 氣體的金屬顆粒，從而形成等離子體團(tuán)(或等離子體)。隨后，會發(fā)生CO2的還原以及碳和 CH4的氧化從而制備CO和H2。當(dāng)反應(yīng)器R_smo發(fā)揮作用時，將任選地富含碳顆粒(和任選 的其它元素)的氣體通過第一轉(zhuǎn)子級吸入。在該水平下，氣體的活化在電弧的作用下開始， 所述電弧在導(dǎo)電葉片與插入反應(yīng)器壁的電極之間產(chǎn)生。隨后，在環(huán)狀腔室上游將氣體壓縮， 并任選地通過平行于轉(zhuǎn)子銷而變化并引起磁性葉片和螺線管旋轉(zhuǎn)的磁場來加熱。隨后，氣 體進(jìn)入環(huán)狀腔室，其中它們在微波的作用下被顯著加熱以形成歸因于感應(yīng)電流弧的包含非 平衡等離子體的熱力學(xué)等離子體。受熱并電離的氣體驅(qū)使第二轉(zhuǎn)子區(qū)域的轉(zhuǎn)子，其會驅(qū)動 轉(zhuǎn)子銷，維持R_smo反應(yīng)器的操作。5. 11在一個實施方案中，R_smo由處于兩級的渦輪和壓縮機(jī)組成。將形成低壓壓 縮級的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)銷連接至形成渦輪級的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。這兩個轉(zhuǎn)子區(qū)域形成反應(yīng)器的 最外部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。在外部轉(zhuǎn)子級之間插入通過空心銷與第二渦輪級連接的高壓壓縮級。這 最后兩級形成反應(yīng)器的最內(nèi)部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。將外部系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)銷嵌套在內(nèi)部系統(tǒng)的銷中。在 反應(yīng)器的中心，使空心旋轉(zhuǎn)銷張開并合攏以形成與銷整合的環(huán)狀微波室。內(nèi)部銷和轉(zhuǎn)子由 導(dǎo)電材料制成并與接地的最外部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)絕緣。在注入環(huán)狀腔室的微波的作用下，會在最 內(nèi)部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中產(chǎn)生感應(yīng)電流。這些電流在兩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)之間以及最內(nèi)部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和接地的 反應(yīng)器管道之間產(chǎn)生電弧。這些電弧會如前述部分所述活化經(jīng)過反應(yīng)器的氣體和顆粒。對 于R_smo所描述的不同實施方案能夠以多種變化來組合。在某些實施方案中，將位于兩個 轉(zhuǎn)子之間的空間用油或能夠在兩系統(tǒng)之間實現(xiàn)雙曲面耦合的液體填充。例如使銷配備有葉 片(最內(nèi)部系統(tǒng)的空心銷的內(nèi)側(cè)和最外部系統(tǒng)的銷的表面)，從而放大該耦合。在某些實 施方案中，將最外部系統(tǒng)的渦輪級除去。通過將銷嵌套而將低壓壓縮系統(tǒng)與其余轉(zhuǎn)子系統(tǒng) (對應(yīng)于內(nèi)部轉(zhuǎn)子系統(tǒng))耦合。在某些實施方案中，最內(nèi)部系統(tǒng)的壓縮機(jī)由離心壓縮機(jī)組成，其肋部的背面(配 備葉片或槽的錐體葉輪)與環(huán)狀腔室連接。5. 12通常，將R_smo用作用于碳?xì)饣难a充反應(yīng)器或主反應(yīng)器，從而將其氧化為 CO并制備H2。在這些情況下，能夠進(jìn)行過濾、鼓泡、通過膜的微分?jǐn)U散、旋風(fēng)分離、深冷分 離或任何其它分離及純化過程，從而純化所得的合成氣并除去包含于合成氣中的顆粒和金
jM ο5. 13-1在具體實施方案中，在R_smo(任選地Tb_smo)中進(jìn)行的氣化用SiO蒸氣進(jìn) 行。例如，在R_smo反應(yīng)器中將CO2氣體加熱到500°C至2000°C的溫度。由于CO2為非 極性，任選地將H2O添加至CO2中以更有效地加熱氣體混合物。使氣體或氣體混合物與Si ( 二氧化硅)和SiO2 (硅)顆粒的混合物接觸。Si和SiO2顆粒的大小為1納米至5毫米。根據(jù)本方法的實施方案，顆粒大小為均勻的或不均勻 的。在熱和氣體的作用下，以不同比例發(fā)生以下反應(yīng)Si+Si02<->2Si0 氣體C02+Si<->Si0 氣體 +COC02+Si<->SiC+02 少數(shù)Si+02->Si02在500°C至2000°C的溫度下，將獲得的氣體混合物在第二個R_smo中任選地過熱。 由于SiO的偶極矩接近于1. 54D，其會被微波顯著地加熱。隨后，根據(jù)本方法的實施方案，使氣體混合物與具有1納米至2厘米的均勻或不均 勻的大小的碳顆粒接觸。在氣體混合物的作用下，發(fā)生以下反應(yīng)2C+Si0 氣體 <_>SiC 固體 +CO 氣體r20該最后的反應(yīng)能夠在與旋流器組合的Tb_smo或R_smo中進(jìn)行，所述旋流器使獲得 的co2/co氣體混合物的顆粒能夠被分離。5. 13-2在另一方法中，使用的加熱氣體為甲烷CH4而不是C02。例如在R_smo (任 選地Tb_smo)中在500°C至2000°C的溫度下將氣體加熱。由于CH4的極性非常低，任選地 將其與少量H2O混合。以不同比例發(fā)生以下反應(yīng)CH4->C 固體+2H22CH4->C2H2+H2H20+CH4->C0+3H2根據(jù)5. 13-1點中描述的方法，使處于R_smo出口的氣體混合物與Si ( 二氧化硅) 和SiO2 (硅)顆粒的混合物接觸。會發(fā)生以下反應(yīng)Si+Si02<->2Si0 氣體2H20+2Si->2Si03+2H2Si+CH4<->SiC+2H2 少數(shù)Si+C->SiC少數(shù)Si02+3C->SiC+2C0Si02+3CH4->SiC+2C0+6H2隨后，根據(jù)5. 13-1中所述的方法，使氣體混合物與碳顆粒接觸，并且發(fā)生反應(yīng) r20。5. 13-3在另一方法中，使用的加熱氣體將為H2O,將其在R_smo (任選地Tb_smo)中 在500°C至2000°C的溫度下加熱。隨后根據(jù)5. 13-1中所述的方法，使氣體混合物與Si和 SiO2顆粒的混合物接觸。在熱和氣體的作用下，發(fā)生以下反應(yīng)Si+Si02<->2Si0 氣體2H20+2Si->2Si03+2H2在某些情況下，僅在二氧化硅Si的反應(yīng)期間產(chǎn)生Si02。
隨后，根據(jù)5. 13-1中所述的方法，使氣體混合物與碳顆粒接觸，并且發(fā)生反應(yīng) r20。可以通過添加水蒸氣而使獲得的合成氣(H2、CO、C2H2, CO2)或(CO、CO2)純化并平C2H2的水溶性系數(shù)(在0°C和1. 013巴下為76. 610_3摩爾/升)接近于CO2的水 溶性系數(shù)，并由此能夠根據(jù)4. 2中所述方法將其與其余分子分離。將不同氣化反應(yīng)期間制備的SiC用作FT反應(yīng)催化劑。6. 1在R_smo的出口，使氣體在熱交換器中冷卻，并純化以除去顆粒和剩余CO2。在 被注入FT反應(yīng)器之間，合成氣通過Tb_smo或其它方式平衡并達(dá)到期望的溫度。在FT反應(yīng)器的出口，將烴和醇的混合物在F_smo中加熱。在優(yōu)選實施方案中，為了獲得較好的微波作用，將一定量的水蒸氣引入到離開FT 反應(yīng)器的烴和醇的混合物中。也能夠通過來自熱交換器的熱將混合物加熱。F_smo出口的 烴和醇的混合物達(dá)到了 200°C至600°C (優(yōu)選為370°C)的溫度，足以用于蒸餾柱中蒸餾。在某些實施方案中，平面鏡或球面鏡或具有菲涅耳構(gòu)造的鏡子會反射蒸餾柱上的 太陽輻射。在某些實施方案中，光學(xué)透鏡將通過透明窗口引起太陽輻射會聚在F_smo的管道 表面或會聚在F_smo自身中，從而使烴和醇的混合物被加熱。6. 2能夠?qū)⒄麴s最后獲得的甲烷用作旋流器氣化反應(yīng)器以及上述不同反應(yīng)器和反 應(yīng)中的燃料。然而，通過FT合成制備的某些甲烷可以用作驅(qū)動交流發(fā)電機(jī)的內(nèi)燃機(jī)的燃料，從 而產(chǎn)生所用的某些電流。將由發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的CO2注入到合成氣制備系統(tǒng)的CO2回路中。為 了制備系統(tǒng)的益處，還可以將由發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的熱回收。6. 3在某些實施方案中，通過在與電流發(fā)生器或渦輪發(fā)電機(jī)組合的氣體渦輪中燃 燒甲烷來制備加壓的C02。在渦輪出口，在可能進(jìn)入Tb_smo并被過熱后，CO2會供給至氣化 器的旋流器、等離子體反應(yīng)器、R_mos或制備系統(tǒng)的任何其它反應(yīng)器。6. 4某些電能由太陽能板提供。太陽能板在其表面上具有石英顆粒或量子顆粒 (量子或Qdot)。這些顆粒在UV輻射的作用下具有發(fā)射紅外和可見熒光的能力。將UV光 轉(zhuǎn)化為可見和IR光譜使得其適于通過典型板來使用。通常，能夠?qū)dot與反應(yīng)器管道的黑色涂層整合，以增加它們的光吸收能力。安裝操作所需的另一部分電能將來自風(fēng)能。通常，任何類型的電流生產(chǎn)能夠適于滿足工藝(圖14)所需要的電能。然而，優(yōu)選 包括燃料電池系統(tǒng)在內(nèi)的無污染電流生產(chǎn)，從而不阻礙系統(tǒng)的污染平衡。所有附圖的圖例1)太陽能/微波爐管道la)太陽能爐的壁lb)真空或絕緣氣體(例如氬氣)Ic)封閉室的透明壁Id)將UV太陽輻射轉(zhuǎn)化為能夠經(jīng)過壁的可見和紅外輻射的封閉室壁上的量子顆 粒
2)蝸桿3)鏡子系統(tǒng)3a)封閉室內(nèi)側(cè)的鏡子4)橢圓面部分階梯配置的鏡子5)會聚透鏡或菲涅耳透鏡6)磁控管7)波導(dǎo)8)脫氣管道9)反應(yīng)器核心(FBCB)10)燃燒室11)與燃燒室的壁成切向的燃燒器12)燃燒火焰作用下的燃燒氣體渦流13)燃燒火焰14)空氣入口15)顆粒熱解氣體入口16)諸如CH4的附加氣體入口17)形成面向下的穿孔錐體的裙部用于顆粒和氣體的燃燒室的軸向出口，和進(jìn) 入第一旋流器的軸向入口18)形成面向下的穿孔錐體的裙部用于第一旋流器的顆粒和氣體的軸向出口和 進(jìn)入第二旋流器的軸向入口19)形成面向下的穿孔錐體的裙部用于第二旋流器的顆粒的軸向出口20)用于封閉裙部漏斗開口的錐體。錐體配備有葉片，以產(chǎn)生朝向下部旋流器的傾 斜通道，從而引起氣體以旋流器渦旋的旋轉(zhuǎn)方向來旋轉(zhuǎn)21)裙部漏斗開口的部分阻塞。裙部的邊緣和錐體結(jié)構(gòu)之間配置的一系列導(dǎo)管在 兩隔室之間形成通道22)用于部分封閉裙部漏斗開口的、裙部的邊緣和錐體之間的傾斜導(dǎo)管23)裙部漏斗開口的邊緣24)產(chǎn)生朝向下部旋流器的傾斜通道的葉片25)用于封閉裙部開口的錐體的視圖截面視圖和仰視圖26)用于封閉裙部開口的錐體下部面的葉片27)用于將氣體切向注入旋流器的管道27a)使研磨產(chǎn)物進(jìn)入用于將氣體切向注入旋流器的管道的入口28)具有雙軸向和切向入口的旋流器29)上升氣體流導(dǎo)向器30)空心T-結(jié)構(gòu)31)空心T-結(jié)構(gòu)的底部上升流管道32)氣體出口噴嘴(水平噴嘴)管道間空間中的上升流出口33)反應(yīng)器核心的內(nèi)部管道34)反應(yīng)器核心的外部管道
35管道間空間
36旋流器中軸向入口的傾斜導(dǎo)管
37核心的內(nèi)部管道的下端具有圓曲率的裙部
38內(nèi)部管道的下端的部分閉合雙錐體
39具有測定了口徑的孔的篩
40被組織為朝向內(nèi)部管道上升的錐體的篩
41封閉篩分錐體的雙錐體
42中空(開口)的環(huán)形籃
43環(huán)形籃的開口
44環(huán)形籃的旋轉(zhuǎn)銷
45用于將籃與旋轉(zhuǎn)銷連接的葉輪
46被組織為圍繞短篩分圓筒的、由垂直的金屬棒形成的導(dǎo)管
47使得在旋流器中形成上升流、過濾顆粒和產(chǎn)生感應(yīng)電流弧的垂直金屬棒
48形成傾斜導(dǎo)管的葉片
49使加入顆粒的氣體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的傾斜導(dǎo)管
50A 上升流圓筒，和B)用于上升流的穿孔錐體
51配置在環(huán)形籃的外緣上并面向籃內(nèi)側(cè)的葉片
52與環(huán)電極連接的螺旋彈簧電極
53末端具有自身封閉最后一圈的環(huán)結(jié)構(gòu)的彈簧電極底部
54被處理的彈簧電極末端，從而末端回到彈簧螺旋的中部，以形成中心銷
55具有螺旋電極的旋流器=GlidArc
56與GlidArc旋流器的銷連接從而使得彈簧被同時驅(qū)使的星形結(jié)構(gòu)
57以玫瑰花形狀圍繞FBCB_dc的內(nèi)部管道末端的最后旋流器的裙部開口配置的GlidArc旋流器
58用于封閉旋流器的罩。A 側(cè)視圖，B:仰視圖
59GlidArc旋流器中的上升流出口圓筒
60用于GlidArc旋流器的軸向供給的傾斜開縫
61圍繞旋流器的軸向供給開縫的傾斜葉片
63用于從上級旋流器的出口導(dǎo)管軸向供給GlidArc旋流器的導(dǎo)管
64用于GlidArc旋流器切向供給的管道；管道開口進(jìn)入與外部管道的壁靠近的渦旋相反的隆道間空間
65用于引導(dǎo)上升流的管道
66外部管道和流導(dǎo)向器之間配置的葉片
67燃燒室的底部
68用于阻礙氣化反應(yīng)器底部的篩
69半錐體結(jié)構(gòu)
70氣化器的灰儲罐
71氣體/顆粒分離旋流器
72Tb_smo的壁73
74
75
76
77
78
79
80 81
或“S 82
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98
99
位于壓縮機(jī)銷的第一個三分之一的轉(zhuǎn)子區(qū)域 位于銷的最后三分之一的轉(zhuǎn)子區(qū)域 橢圓轉(zhuǎn)子銷
用于封閉微波的環(huán)狀腔室
由與銷接觸的四個導(dǎo)電葉片組成的轉(zhuǎn)子，其中剩余葉片與銷電絕緣 彼此處于90°、與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)平面垂直的四個電極 以十字形配置的磁性葉片，其中兩對稱葉片具有相反極性“N/S” 與包含磁性葉片的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面垂直配置的四個螺線管 具有中心對稱的磁性葉片的轉(zhuǎn)子，其中兩對稱葉片在其末端具有相同極性 'S”
與包含磁性葉片的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面平行配置的螺線管 梳形太陽能爐
與多個太陽能爐連接的微波單元
多孔體
基材的裝載
與燃燒室的壁相切的燃燒器 抽吸井
封閉內(nèi)部管道的最后旋流器的倒置錐體 超聲波源 超聲波導(dǎo)向器 接地的葉輪
與發(fā)電機(jī)連接的四電極組
使葉輪葉片與電極93絕緣的電絕緣體
葉片
葉輪
熱屏蔽
收集室
葉輪葉片銷
權(quán)利要求
用于制備主要含有CO和H2的合成氣的含碳化合物的氣化方法，其特征在于，其包括A)第一步，在太陽微波反應(yīng)器中，通過協(xié)同熱能加熱包含在所述太陽微波反應(yīng)器中的化合物，來使化合物焙燒熱解成炭和熱解氣體，所述協(xié)同熱能由太陽輻射在反應(yīng)器的壁表面上的會聚或反射，以及直接注入到所述反應(yīng)器和化合物中的微波的集中所引起的反應(yīng)器壁的加熱來共同提供，以及B)第二步，通過在旋流反應(yīng)器中發(fā)生的化學(xué)氧化還原反應(yīng)，將來自太陽微波反應(yīng)器的所述炭和熱解氣體主要轉(zhuǎn)化成CO和H2，其中由于燃燒所述熱解氣體或附加氣體、將受熱的氣體或氣體混合物注入到所述旋流反應(yīng)器中、以及通過直接注入到所述旋流反應(yīng)器中的微波來直接加熱存在于所述反應(yīng)器中的氣體，所述旋流反應(yīng)器能夠形成推進(jìn)并氧化所述炭顆粒的氣態(tài)渦旋。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在熱能的協(xié)同作用下，將用于發(fā)生氧化還原 反應(yīng)的氣體進(jìn)行加熱、加速和加壓，所述熱能通過太陽輻射在所述反應(yīng)器壁的表面上的會 聚和/或反射，以及通過注入到所述反應(yīng)器中的微波對加壓和加速加熱反應(yīng)器的壁進(jìn)行加 熱來產(chǎn)生。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述旋流反應(yīng)器和/或所述加壓和加速 加熱反應(yīng)器包括用于制備氣態(tài)等離子體和混合的氣體/顆粒等離子體或等離振子的裝置。
4.如權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，將微波與紅外輻射同時 使用，優(yōu)選在與CO2分子的不對稱振動模式的吸收頻率相對應(yīng)的頻率下同時使用。
5.如權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，氣化基材包含非均勻分 散的顆粒，所述非均勻分散的顆粒包含含碳化合物的顆粒和任選地與含碳化合物的顆粒附 聚或混合的、促進(jìn)氣化的附加顆粒。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述附加顆粒包括還原性金屬，所述還原性 金屬通過氧化還原反應(yīng)以及由顆粒中形成的電流所產(chǎn)生的電弧產(chǎn)生帶電荷的元素和自由 基，來促進(jìn)氣化，以及所述附加顆粒還包括二氧化硅和/或硅顆粒，所述二氧化硅和/或硅 顆粒產(chǎn)生能夠以SiC形式與包含在化合物中的一部分碳相結(jié)合的SiO。
7.用于實施以上權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述方法的設(shè)備，其特征在于，其包括太陽 微波焙燒熱解反應(yīng)器和旋流反應(yīng)器，其中所述太陽微波焙燒熱解反應(yīng)器包括管道，例如由 耐火材料制成的管道(1)；用于移動所述太陽微波焙燒熱解反應(yīng)器管道內(nèi)的化合物的裝置 (2)；用于在反應(yīng)器管道表面上集中太陽輻射并引起太陽輻射會聚的裝置(3-3a-4-5)；用 于使反應(yīng)器管道與外部環(huán)境隔絕的裝置(圖1. Ic)；用于改善反應(yīng)器管道的熱慣性的裝置； 用于產(chǎn)生微波的裝置；用于引導(dǎo)微波的裝置，并且在所述旋流反應(yīng)器中包括至少兩個重疊 或嵌套的并互相聯(lián)通的旋流器單元；能夠在單元中燃燒以產(chǎn)生氣體渦旋的裝置；用于將氣 體橫向或切向注入所述單元以產(chǎn)生氣體渦旋的裝置；用于產(chǎn)生并引導(dǎo)微波的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，其特別地包括氧化氣體加壓和加速加熱反 應(yīng)器，所述氧化氣體加壓和加速加熱反應(yīng)器包括管道，例如由耐火材料制成的管道；用于在 反應(yīng)器管道表面上集中太陽輻射并引起太陽輻射會聚的裝置；用于使反應(yīng)器管道與外部環(huán) 境隔絕的裝置；用于改善反應(yīng)器管道的熱慣性的裝置；通過將氣體和任選的顆粒壓縮、加 熱和加速而使它們沿反應(yīng)器管道移動的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述氧化氣體加壓和加速加熱反應(yīng)器特別 地包括葉片轉(zhuǎn)子、離心壓縮機(jī)和/或葉片壓縮機(jī)、渦輪、至少一個環(huán)狀腔室和至少一個任選 地由紅外源補充的微波源，以便將氣體移動、壓縮、加熱和加速。
10.如根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，其包括用于產(chǎn)生 氣態(tài)等離子體和/或混合氣體/顆粒等離振子的感應(yīng)或非感應(yīng)電流、光學(xué)和微波裝置。
11.如權(quán)利要求6至10中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，其包括用于產(chǎn)生 IGHz至300GHz微波并引導(dǎo)所述微波的至少一個磁控管和至少一個波導(dǎo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用與微波耦合的熱(產(chǎn)生熱)太陽能和等離子體以用于從碳化化合物(carbonated compounds)(生物質(zhì)、生活垃圾、來自廢水的污泥、煤)中主要制備一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的系統(tǒng)，其中所得的氣體混合物經(jīng)由費-托合成獲得烴燃料(烯烴、烷烴)、酯和醇等。本發(fā)明在第一步中包括一方面將碳化化合物焙燒并熱解從而制備炭和干煤，以及主要包含CO2、蒸汽、焦油和不可冷凝的揮發(fā)性物質(zhì)的過熱氣體混合物；本發(fā)明在第二步中包括從熱解產(chǎn)物(炭或煤、氣體混合物)產(chǎn)生基本包含一氧化碳和氫氣的混合物的合成氣，所述混合物被用于費-托合成單元。在費-托合成步驟后，使合成產(chǎn)物在混合爐(太陽能/微波)的太陽能爐加熱之后通過蒸餾柱分離。產(chǎn)生等離子體所需的熱能由太陽能電池、風(fēng)輪機(jī)、依靠不能在蒸餾后循環(huán)的烴氣體而運行的發(fā)電機(jī)、以及貫穿于整個方法之中用于回收熱能的系統(tǒng)產(chǎn)生。
文檔編號B01J19/18GK101909741SQ200880124955
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者尼古拉斯·烏戈林 申請人:尼古拉斯·烏戈林