电加热菱镁矿石生产二氧化碳气体的方法及设备技术

本发明专利技术是用天然菱镁矿石、白云石作原料，在特殊设计的密封电炉中，用电加热分解法生产ＣＯ－［２］气体的方法及设备。产生的气体经冷却、压缩、干燥后不经任何提纯措施就能获得９９．６％以上的高纯度，可直接用于焊接、铸造、汽水、汽酒生产，自来水的除氟净化，温室作物栽培，果蔬、粮食、鱼类的贮藏保鲜等工业、农业和食品行业。它与现有的用煤油、焦炭、酸、碱等能源材料和化工产品作原料生产ＣＯ－［２］气体的方法相比，节约能源、降低成本、不污染环境，其付产品可综合利用，有较高经济价值。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于CO2气体的生产方法及设备，主要是采用菱镁矿石、白云石等天然矿石，在特殊设计的密封电炉中，用电加热分解的方法生产高纯度的CO2气体。国内外现有技术中，CO2气体的生产方法有：（一）煤油燃烧法、焦炭燃烧法：用煤油、焦炭等能源材料作为造气原料，在空气中燃烧生产CO2气体，由于空气中含有78%的氮气不能参加燃烧，因而燃烧后的气体中有N2、CO2、CO、H2S、CH4、H2、O2、Ar、He等各种气体，其中CO2仅占8-14.8%左右，要把CO2气体从成份如此复杂的气体中提纯出来，需要一系列复杂的提纯工艺和设备，设备造价很高，而且生产过程污染环境，每公斤CO2气体成本约需1元左右。美国、日本的小型CO2发生器大都采用这种方法。（二）酸碱法：这是国内外汽水厂传统的CO2气体生产方法，是用硫酸和小苏打进行化学反应产生CO2气体，其反应方程式如下：H2SO4+2NaHCO3＝Na2SO4+2H2O+2CO2↑每生产1公斤CO2气体需要2公斤小苏打和1.5公斤硫酸，每公斤气体的成本高达1.46元，该方法的缺点是用化工产品作为造气原料，原料价格高（小苏打600元/吨，硫酸250元/吨），用量大，硫酸为强酸，容易烧伤工人，运输困难，设备腐蚀严重，-->必须用不锈钢等特殊材料制造，废液严重污染环境。此外还有：（三）煤粉、白云石粉和氧气燃烧，用盐酸和石灰石进行化学反应，石灰石和酒精厂废气回收等各种生产CO2气体的方法。这些方法也都存在上述类似的缺点和问题。酒精厂废气回收时CO2气体比较便宜，但由于酒精用量较小，产量有限，因而废气的数量不多，况且回收提纯设备复杂庞大，投资很大，生产酒精是用粮食作原料，因而不可能单纯为生产CO2气体采用该方法，用盐酸和石灰石作原料每生产1公斤CO2气体需5.5公斤盐酸和2.5公斤石灰石，每公斤CO2气体成本约1元左右。而生产盐酸时耗电量很大，每电解1吨食盐耗电2200度。本专利技术的目的是提供一个不采用能源材料和化工产品作为造气原料，对环境不产生任何污染，不需复杂的提纯工艺设备就能直接获得高纯度CO2气体的新的工艺方法和设备。其解决方案是采用天然的菱镁矿石、白云石作原料，在特殊设计的密封电炉中加热分解，分解的化学反应式如下：菱镁矿石-->用菱镁矿、白云石作原料，价格便宜（每吨矿石10-15元），产气量大，每吨矿石可生产400-500公斤CO2气体，耗电量分别是0.93度/公斤和1.22度/公斤，矿石用量和耗电量都不大。产生的气体经冷却、压缩、干燥后，不需任何提纯措施其纯度就能达到99.6%以上的高纯度，完全满足焊接、铸造、汽水、汽酒生产，自来水的除氟净化，温室作物栽培、果蔬、粮食、魚类的贮藏保鲜等工业、农业和食品部门的用气要求。用本法生产1公斤CO2气体的成本0.20元左右，（不包括付产品综合利用）仅是上述其它CO2气体生产方法的1/7-1/2。它的一个突出优点是节约能源，不污染环境，改善了工人的劳动条件。另一个优点是生产气体后的付产品可综合利用，有较高的经济价值（80元/吨），它是防火涂料、耐火材料、橡胶、制糖、菱苦水泥等多种工业的原料。电加热矿石生产CO2气体的具体方法及设备情况，见附图1。首先把菱镁矿石或白云石破碎成直径小于10毫米的颗粒状，大小不要求一致，小点更好，然后送入密封电炉2（气体发生炉）中加热，当温度达到813°K（540℃）时，矿石开始分解产生CO2气体，气体经冷却器3冷却后，经压缩机12升压进入储气罐10，再经干燥器11干燥后就可以-->使用。压缩机12设置在冷却器3和储气罐10之间，用夹布橡胶管连接。它有两个作用，一方面从密封电炉2中不断抽取已产生的CO2气体，使密封电炉2中始终保持低气压，以加速矿石分解，另一方面把抽出的CO2气体升压到0.8MPa（8Kg·f/cm2）装入储气罐10，以增加储气罐的贮气量。压缩机12的启动、停止由密封电炉上的压力继电器4和装在控制箱13内的空气阻尼式延时继电器双重控制。当密封电炉2中的CO2气体压力达到0.02MPa（即0.2Kg·f/cm2）时，压力继电器4动作，接通压缩机12的电源，压缩机12启动并开始抽气，同时延时继电器开始计时，当达到予定的抽气时间时，这时密封电炉2中的气压基本为0，压缩机12自动停止抽气，经过一段时间后，当密封电炉2中的气压再次达到0.02MPa时，压缩机再次启动，如此反复直到密封电炉2中的矿石分解完毕为止。储气罐中CO2气体压力的自动控制：在储气罐10的上方设一可调压力的压力传感接触器8，其压力调节范围为0-0.8MPa，事先根据需要调好予定的压力，当储气罐10中的CO2气体压力不断升高达到所需的予定压力时，压力传感接触器8动作，切断密封电炉2的电源，停止加热，矿石即停止分解，气体不再产生。当储气罐10中的CO2气体压力由于不断使用低于予定的压力时，压力传感接触器8动作，接通密封电炉2的电源继续加热，矿石继续分解，-->如此反复，直到矿石分解完毕为止。密封电炉2的温度自动控制及矿石分解完毕后的自动报警系统：温度自动控制是采用设置在密封电炉2上的带不锈钢保护管的热电偶5进行测温，用动圈式温度控制仪表6进行显示并加以控制。由于菱镁矿石和白云石的分解温度不同，因此应根据所使用的矿石情况预先调好温度控制仪6的预调控制温度，一般预调控制温度应比矿石分解温度高150-200°K。由于矿石分解时大量吸收热量（分解热）密封电炉2的温度上升十分缓慢，很难达到予调的控制温度，当矿石一旦分解完毕后，即不再需要分解热，电炉丝发出的热量全部用于矿石升温，因而炉温很快会上升到较高温度，当达到温度控制仪表6上予调的控制温度时，温度控制仪表6内的继电器动作，接通电铃，随即发出警报并同时切断密封电炉2的电源停止加热。工人听到电铃声后，就知道矿石已经分解完毕，需要重新添加矿石。冷却器3，压力继电器4和热电偶5安装在密封电炉2的上部。动圈式温度控制仪6装在控制箱13的上部（前方），压缩机12装在控制箱13的下半部。压力表7、压力传感接触器8和安全阀9安装在储气罐10的上方。当储气罐中的CO2气体压力超过额定压力（0.8MPa）时，安全阀9自动开启，放出部分CO2气体，当储气罐10内的CO2气体压力降到额定压力时，安全阀9自动关闭，使储气罐中的压力始终维持在0.8MPa左右的压力。干燥器11装在储气罐10的侧面，干燥器内装硅胶。-->密封电炉2、控制箱13、储气罐10安装在车架1上，形成一个有机的整体。车架1有一对转向轮15和一对行走轮14，整台设备移动十分方便。密封电炉2的中间有一对带轴承的转动轴，转动轴安装在车架1的轴承座上，密封电炉可以以转轴为中心倾斜成任意角度，以便装料、卸料。不需转动时，由转轴上的定位盘，用定位肖与车架1固定。密封电炉的结构，见附图2。由碳化硅材料制成的内丝炉膛1中装有OCr27Al7Mo2电炉丝2，炉膛放置在炉体14的正中间，下部、后部和前部分别由发泡氧化锆材料制作的支撑块3，垫板17、支撑圈18和炉口10支撑固定，周围由硅酸铝耐火纤维12填充保温。炉体的两端有上封头13和下封头19，上下封头和炉体由带密封槽并装有硅橡胶密封圈11的法兰用螺栓16紧固连接并密封。上封头的正中央有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用天然矿石作原料生产ＣＯ↓［２］气体的方法及设备，它与现有的用煤油、焦炭、酸、碱等能源材料和化工产品生产ＣＯ↓［２］气体不同，其设备由密封电炉２、控制箱１３、储气罐１０等有机的连在一起并安装在车架１上组成，其技术特征：①采用菱镁矿石 、白云石作为造气原料。②在特殊设计的密封电炉中用电加热分解的方法生产ＣＯ↓［２］气体，③生产出的ＣＯ↓［２］气体经冷却器３、压缩机１２、干燥器１１，不需用任何提纯就可获得９９．６％以上高纯度。

【技术特征摘要】
1、一种用天然矿石作原料生产CO2气体的方法及设备，它与现有的用煤油、焦炭、酸、碱等能源材料和化工产品生产CO2气体不同，其设备由密封电炉2、控制箱13、储气罐10等有机的连在一起并安装在车架1上组成，其技术特征：①采用菱镁矿石、白云石作为造气原料。②在特殊设计的密封电炉中用电加热分解的方法生产CO2气体，③生产出的CO2气体经冷却器3、压缩机12、干燥器11，不需用任何提纯就可获得99.6%以上高纯度。2、根据权利要求1，密封电炉外部由炉体14，下封头19和中间开有炉门的上封头13组成，炉体内部中央由内丝炉膛1，炉膛内装OCr27Al7Mo2电炉丝2，炉膛周围由硅酸铝耐火纤维1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李君爱，刘志强，
申请(专利权)人：国家机械工业委员会第五设计研究院，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]