水泥、水煤气联合生产法.pdf

水泥、水煤气联合生产法是建材领域和能源领域的一次突破。是水作为能源分解利用；煤、植物体等含碳物质作为能源清洁、方便、多用途(可作一般燃料、内燃机燃料、冶金燃料、化工原料等)利用；水泥低能耗生产、廉价使用等问题的综合解决方法。

1、  一种用碳加催化剂分解水，生成一氧化碳和氢气，同时将完成催化使命的催化剂与原料中的灰份烧结成水泥的生产方法。其特征是：以自然界存在的含碳物质和水为基本原料，以生石灰为催化剂，在一定温度、压力下生成一氧化碳和氢气。原料中不能气化的固体物质与生石灰同时烧结成水泥。

2、  根据权利要求1中所述的含碳物质，其特征是指自然界中含有单质碳的物质，包括各种煤及煤矸石和干馏后含有单质碳的植物体。

3、  根据权利要求1中所述的水，其特征是自然界中正常存在的有一定聚集量的水，经过处理后，可达到气化时容器不结垢。

4、  根据权利要求1中所述的生石灰为不论以任何手段取得的以CaO为主要成分的物质。

水泥、水煤气联合生产法
领域：建材、能源
背景：植物清洁能源一直是人们研究的课题。获取纯净水煤气是煤炼油的瓶颈。廉价分解水，使水成为人类能源是人们的梦想。水泥是现代建筑中使用最多的材料，最大限度的降低水泥生产成本是人们追求的目标。水泥、水煤气联合生产法就是综合解决以上问题的一种方法。
目的：用碳加催化剂分解水，生产纯净一氧化碳和氢气，同时使生产原料中不能利用的灰份(固体杂质)生成水泥，并进行规模化可控连续生产。
方案：
一、原料：
1、含碳物质，包括原煤、煤矸石、干馏后含单质碳的植物体。主要成分为碳、灰份、焦油。
2、水。主要成分为H₂O
3、生石灰。主要成分为CaO，用石灰石煅烧取得。
二、生产过程(参看附图)：
首先用转窑将石灰石(CaCO₃)煅烧成生石灰(CaO)，煅烧燃料用成品水煤气(CO和H₂混合气)窑炉温为1000℃±50℃左右，出窑经冷却罐豉风冷却，使生石灰降温，同时产生热风。生石灰温度降至300℃±20℃。含碳物质选用植物体时，先对植物体进行干馏，将得到的植物碳与出窑生石灰(不必经冷却罐)直接封闭研磨。含碳物质选用原煤时先用转窑余热(尾气)和第二反应罐余热(尾气)预热至300℃±20℃(不可使煤焦油挥发)与经过冷却罐的生石灰混合研磨(最大限度增加反应接触面，防止原煤高温结块，原煤结焦性高时，需与无结焦性的煤种或矸石混合使用，反应罐内不得发生结焦现象)。混合比例根据水泥标号要求和原料灰份而定。
第一反应罐为空心侧卧圆锥加圆柱形、钢制外壳、内砌高铝垫层要求气体在罐内能涡旋流动。研磨后的混合粉由反应罐卧圆锥锥面上方靠自重力自然落入，落入口内正好处于罐内气流无压力位置。水蒸气从圆锥侧面进入与混合粉形成混合气旋。进入H₂O与C的比例控制为3∶2(净含量重量比)。混合粉进入温度为300℃±20℃，水蒸气进入温度为800℃±20℃、压力为8Pa/m²，罐内温度为600℃±20℃，罐内压力为4Pa/m²。混合气旋将反应物混匀的同时也进行了初步反应。因原料全部为混合物，反应过程比较复杂，主要反应式为：

(式中[Ca⁺²+(OH)^-+(OH)^-]为不稳定型Ca(OH)₂表示形式)
反应原理为CaO+H₂O形成Ca(OH)₂而Ca(OH)₂高温时又会分解为CaO和H₂O，在温度为550℃-650℃有一定压力的条件下，CaO和H₂O只能以不稳定的[Ca⁺²+(OH)^-+(OH)^-]形式存在，而C在这一温度下已相当活跃，夺取[Ca⁺²+(OH)^-+(OH)^-]中的一个O后以CO形式稳定下来，而[Ca⁺²+(OH)^-+(OH)^-]失去一个O后也以CaO+H₂形式稳定下来。
反应物在第一反应罐内充分混匀及初步反应后进入第二反应罐，第二反应罐为主反应罐，结构与管罐结构的热交换器相似，反应物从高强高铝管内通过为反应区，管外罐内为燃烧区，用成品水煤气与生石灰冷却灌内吹来的热风混合燃烧(用植物体为原料时第二反应罐尾气加热空气产生热风)。燃烧区温度保持在1200℃±50℃，反应区温度在900℃±20℃，压力为5Pa/m²。反应物在第二反应罐内的反应有第一反应罐的继续，也有和CaO+灰份(反应物中所有不能气化的固体物质)水泥等复杂反应。反应物在第二反应罐内应完全反应。第二反应罐为双层钢制，内有Al₂O₃等离子涂层，两层钢壳中间有高压泵压水降温，降温水同时也是反应用水(产生的水蒸气依次通过二、三、四换热器进入第一反应罐，所以第二反应罐同时也是第一换热器。
第三反应罐同时也是第四换热器，结构与第二反应罐相似，由不锈钢管和钢罐壳加保温层组成。高温反应物从不锈钢管内通过，为补充反应区以确保反应物完全彻底反应。反应物进入温度950℃±20℃，出温750℃±20℃，水蒸气从管外灌内通过，入温600℃±20℃(最低不得低于550℃)，出温800℃±20℃，反应物出第三反应罐，反应完全结束，生成物为水煤气(按体积比CO和H₂各占一半，低温沉淀可分离)，水泥，原料为煤时有煤焦油。
然后依次进入重力除尘器和旋风除尘器进行气固分离，两除尘器的下半部分为换热器式，为第三换热器，分离出的固体粉末即为水泥，加石膏调解后细磨即为成品，分离出的水煤气经第二换热器后过焦油收集罐(使用植物原料时不设)，经布袋除尘进入静置灌，静置两小时后经脱硫即为成品。经低温沉淀分离分别得到CO和H₂。
三、附图说明
附图是水泥、水煤气联合生产法流程图。具体图例见附图右上方说明及右下方备注。
。第一反应罐内煤没有结焦现象发生；气态水煤气没有影响CaO与固体灰份的烧结。煤焦油在反应结束后基本保留，生产过程中没有对反应产生影响。