[发明专利]正电性金属在液体中的燃烧

说明书

本发明涉及一种使正电性金属与液体反应的方法，所述正电性金属选自碱金属、碱土金属、铝和锌以及它们的混合物和/或合金，其中使所述正电性金属在液体表面下方喷射和/或雾化到液体中并且在液体中至少部分反应，并且还涉及用于实施该方法的装置。

化石燃料每年供应上万兆兆瓦小时的电热能和机械能。然而，燃烧的最终产品二氧化碳(CO₂)正日益成为一个环境和气候问题。

用正电性金属能够制造完整的能量循环的方式在DE 10 2008 031 437 A1和DE 10 2010 041033 A1中示出。在这里具体以锂作为案例，它不仅用作载能体，而且用作蓄能器，其中，这些认知也可以转用到其它正电性金属如钠、钾或镁、钙、钡或铝和锌。

专利申请DE 10 2014 203039.0和专利申请DE 10 2014 209529.8，2013E24783DE描述了碱金属作为能量存储器的应用及其在电厂运行中的利用。

专利申请DE 10 2014 203039.0在此描述了用于例如在二氧化碳或含氮气氛中燃烧锂的装置(旋风燃烧器)，同时通过旋风分离器分离固态和气态反应产物。专利申请DE 10 2014 209529.8描述了用于正电性金属在含或不含水蒸汽的气体如CO₂、N₂、O₂及其气体混合物中的燃烧的多孔燃烧器。这里，液态锂在压力下被进料到多孔管中，并且在多孔燃烧器中与气体燃烧。对于其中描述的多孔燃烧器，尤其建议了陶瓷管。然而，特别是在较高的温度下，液态碱金属与氧化(脱氧)或氮化材料反应。因此，特别优选的是来自不能与碱金属合金化的材料的金属。

然而，如前所述仍然需要一种方法和装置，其能够有效地去除在与正电性金属反应中形成的产物，而没有固态或液态产物转入到气相中且耗费地去除，并且还需要一种方法和一种装置，其用于同时实现在反应中释放的能量的有效转化。

本发明人现在已经发现，当将正电性金属直接引入其能够反应的液体中时，可以简单地分离与正电性金属反应所产生的、特别是固态和液态的产物，从而所述固态和液态产物和必要时气态产物直接进入溶液或悬浮液中，因此避免了从其中耗费地分离。此外，通过引入到液体中，可以有效地导出在反应中形成的热量，这进一步促进了反应过程。在此，根据某些实施方式，另外可以通过蒸发液体增加系统中的蒸气压。因此，通过本发明的反应进程，还可以实现使放热反应中释放的热能有效地转化为例如电能或热能用于例如集中供暖。通过在液体中的反应，另外可产生有用的化学产品，这些化学产品可以简单地从设备中取出。

本发明另外公开了正电性金属(例如碱金属/碱土金属)及其合金作为材料型能量存储器的合适用途。正电性金属例如可以通过电化学方式利用电能(充电过程)来制备。因此，存储在正电性金属中的化学能量可以通过在液体(如水、超临界/液态CO₂或SO₂)中的燃烧过程/反应作为热能再次释放。在随后的过程(例如，热交换器和蒸汽轮机或燃气轮机和/或膨胀涡轮机)中，该热能可以重新转化成电能。

根据第一方面，本发明涉及一种使正电性金属与液体反应的方法，所述正电性金属选自碱金属、碱土金属、铝和锌以及它们的混合物和/或合金，其中将正电性金属在液体表面下方喷射和/或雾化到液体中并且在液体中至少部分反应。

根据另一方面，本发明涉及一种用于使正电性金属与液体反应的设备，其中所述正电性金属选自碱金属、碱土金属、铝和锌以及它们的合金和/或混合物，该设备包括：反应器，在所述反应器中进行正电性金属与液体之间的反应；至少一个多孔燃烧器和/或至少一个用于将正电性金属喷射和/或雾化到在反应器处和/或反应器中的液体内的装置；至少一个朝向多孔燃烧器内部和/或朝向所述用于喷射和/或雾化正电性金属的装置的用于正电性金属的第一进料器，其被构造为，将正电性金属进料给多孔燃烧器内部和/或进料给所述用于喷射和/或雾化正电性金属的装置；至少一个用于在反应器处和/或反应器中的液体的第二进料器，其被构造为，将所述液体进料给所述反应器；至少一个用于在正电性金属和液体反应中产生的溶液或悬浮液的第一卸料器(或称为出料器)，其被构造为，将在正电性金属和液体反应中产生的溶液或悬浮液从反应器导出；至少一个用于气态产物的第二卸料器，其被构造为，将至少部分蒸发的液体和/或在正电性金属和液体反应中产生的气态产物从反应器导出；和控制器，其被构造为，将液体这样进料给反应器，使得至少一个多孔燃烧器和/或至少一个用于喷射和/或雾化正电性金属的装置在反应器内处于液体表面下方的液体中。