1.本发明涉及教学、科普演示装置。更具体地说，本发明涉及一种地球深处石油生成原理的科学演示装置。


背景技术：

2.石油的形成包含复杂的反应过程和反应机理，但仅靠语言文字无法较好地进行教学和科普。因此，有必要设计一种能够进行地球深处石油生成原理的科学演示的装置和方法。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是提供一种地球深处石油生成原理的科学演示装置及方法，能够直观形象地进行石油形成反应的演示。
4.为了实现本发明的这些目的和其它优点，根据本发明的一个方面，本发明提供了地球深处石油生成原理的科学演示装置，包括：气化炉，其底部盛有熔融铁液，所述气化炉顶部设置有与所述气化炉内部连通的合成气管道；无机碳喷枪、无机水喷枪和有机物喷枪，所述无机碳喷枪、所述无机水喷枪和所述有机物喷枪的喷口均插入熔融铁液内，所述无机碳喷枪用于向熔融铁液内喷吹高价碳元素无机物，所述无机水喷枪用于向熔融铁液内喷吹含水无机物，所述有机物喷枪用于向熔融铁液内喷吹有机物；费托合成塔，其与所述合成气管道连通，用于将所述气化炉产生的气体合成液态烃。
5.进一步地，还包括：水蒸气变换单元，其与所述合成气管道连通，用于对所述气化炉产生的气体进行水气变换，所述水蒸气变换单元还与所述费托合成塔连通，并将经水气变换得到的气体通入所述费托合成塔。
6.进一步地，还包括：余热锅炉，其进气口和出气口分别与所述合成气管道和所述水蒸气变换单元连通。
7.进一步地，还包括：二氧化碳脱除单元，其进气口和出气口分别与所述水蒸气变换单元和所述费托合成塔连通。
8.进一步地，还包括：加热单元，用于通过电感应或电弧对熔融铁液进行加热。
9.进一步地，当熔融铁液的剩余量低于预定值，则通过无机碳喷枪、无机水喷枪或有机物喷枪向熔融铁液内喷吹还原剂，将熔融铁液中的feo还原为fe。
10.根据本发明的另一个方面，本发明提供了地球深处石油生成原理的科学演示方法，包括：向熔融铁液喷吹有机生物质，获得含有h2、co、h2o的气体混合物，使含有h2、co、 h2o的气体混合物依次进行余热回收、水气变换、二氧化碳脱除、费托合成反应，得到液态烃。
11.根据本发明的另一个方面，本发明提供了地球深处石油生成原理的科学演示方法，包括：向熔融铁液喷吹水雾或者水蒸汽或者含有结晶水的矿物质或者氢氧化钙，获得含有 h2、h2o的气体混合物，向熔融铁液内喷吹二氧化碳气体或者石灰石、大理石、白云石、方
解石、菱镁矿颗粒，获得含有co、co2的气体混合物，使含有co、co2的气体混合物和含有h2、h2o的气体混合物依次进行余热回收、水气变换、二氧化碳脱除、费托合成反应，得到液态烃。
12.根据本发明的另一个方面，本发明提供了地球深处石油生成原理的科学演示方法，包括：向熔融铁液内喷吹二氧化碳气体或者石灰石、大理石、白云石、方解石、菱镁矿颗粒，获得含有co、co2的气体混合物，对含有co、co2的气体混合物依次进行余热回收、水气变换、二氧化碳脱除、费托合成反应，得到液态烃。
13.根据本发明的另一个方面，本发明提供了地球深处石油生成原理的科学演示方法，包括：向熔融铁液喷吹水雾或者水蒸汽或者含有结晶水的矿物质或者氢氧化钙，获得含有 h2、h2o的气体混合物，向含有h2、h2o的气体混合物中混入co2气体，依次进行逆水气变换、余热回收、二氧化碳脱除、费托合成反应，得到液态烃。
14.本发明至少包括以下有益效果：
15.本发明利用熔融铁液模拟地铁深处的化学环境，通过向熔融铁液内喷吹高价碳元素无机物、含水无机物以及有机物，结合费托合成塔，可以合成液态烃，从而完整地展示了石油的各种成因，为石油形成反应的教学和科普提供了方便。
16.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
17.图1为co还原氧化铁的平衡图；
18.图2为h2还原氧化铁的平衡图；
19.图3为本发明地球深处石油生成原理的科学演示装置的结构示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
21.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
22.科技界都承认：石油、天然气等化石能源，是在地球内部转化而来的。
23.对于有机物的转化过程，有木材、竹子、椰壳等的生物质干馏过程，大家都是比较容易理解的，这些有机物干馏热解会得到热解气、热解油、残碳这三种产物，涵盖了气体、液体、固体三种，某种程度上可以对应天然气/煤层气等气体能源；石油等液体能源；煤炭乃至天然石墨/钻石等碳质的含能固体。
24.对于无机物能否在地球深处转化为石油、天然气，存在比较大的分歧。实际上，主张石油无机成因说的科学家，在科学界也有一定的影响，以及一批坚定的支持者。最早坚持石油无机成因理论的，是元素周期表的发现者、伟大的俄罗斯化学家门捷列夫。门捷列夫于1869年提出了著名的元素周期表理论，随后在1876年提出了石油的无机成因说。此后的150年间，在苏联和当今的俄罗斯，在中国，以及世界上其他国家，一直有一批科学家坚持石油无机成因说。
25.当今比较有影响的苏联科学家库德梁采夫在石油无机成因方面，有比较大的学术影响力。中国科学院院士、地球化学家戴金星，也对石油无机成因说持肯定的态度。还有中科院院士李庆忠等一批科学家，也赞同石油无机成因是可行的。中国当代比较有影响的石油科技专家张景廉，一直坚持石油无机成因说，并将有关理论分析和科学研究集结出版了二部专著：《论石油的无机成因》(北京：石油工业出版社，2001年，isbn： 7-5021-3369-0/te.2526)、《二论石油的无机成因》(北京：石油工业出版社，2014年，isbn： 978-7-5183-0253-6)，在科学共同体内部分别有赞同和反对的声音。
26.本技术并不倾向于任何一派，而是按照第一性原理，着眼于地球内部的高温高压物质构成，以确定能够实现的、工业上已经完全证实的工艺技术手段，向青少年、社会公众展示地球内部合成石油物质的科学原理或者某一种科学原理。
27.在地球深处，下地幔为高温熔融岩浆类物质，一般多为硅酸盐；在地下更深处，为熔融液态铁。高温熔融的金属铁以及硅酸盐岩浆，在地球深处具有流动特性，已为科技界所公认，特别是火山喷发中流淌的大量熔融岩浆，更是时常发生。
28.与地球深处比较类似的，钢铁冶金的熔炼过程，特别是熔池熔炼，例如高炉炉缸、转炉炉膛、电炉炼钢、平炉炼钢、钢液二次精炼、熔融还原炼铁等过程中，大量的冶金熔池反应器，与地球深处在结构上是类似的：底部为密度较大的铁液，上部为密度较小的渣液 (熔融岩浆)。在钢铁冶金的工业实践中，高炉炼铁，每时每刻都在发生铁、碳、氧、氢四元素之间的化合重组过程。
29.在全球所有的炼铁厂的高炉中，最基础的化学反应，在于用碳元素、co气体还原铁氧化物的过程，如下逐级降低铁元素化合价的过程。
30.fe2o3→
fe3o4→
feo
→
fe
31.在化学热力学中，经常用如图1中的co气体还原氧化铁的热力学平衡态来展示co 气体还原铁氧化物所需的温度、co浓度条件。这个图，在冶金科技界，被称为“叉子曲线”。这个图中，横坐标为反应温度，纵坐标为co气体的百分比摩尔浓度，即纵坐标为 co/(co+co2)vol.％，图中四条曲线i、ii、iii、iv所分割成的四个范围，分别表示金属铁及三种铁氧化物稳定存在的温度和co浓度条件。例如在1000摄氏度下，如果co气体体积浓度为60％，则feo是稳定存在的，不会被还原为fe，如果co的体积浓度在90％，则feo被还原为金属fe，意味着图中的点位于曲线iii的上方，是金属铁稳定存在的区域。
32.图1同样可以用来衡量金属铁、低价铁氧化物对co2气体的还原能力。例如在800℃时，金属铁有较强的还原能力，能够将接触到的co2气体中的约70％还原为co气体。温度越高，金属铁的还原能力越强，甚至是低价的铁氧化物feo，仍然具有一定的还原能力，在800℃时仍然能将20％以上的co2气体还原为co气体，与feo平衡的气体中co占比超过20％，其余是co2气体。
33.其中，最为重要的是feo被还原为fe的还原过程。如下反应是一个最基础的化学反应。
34.(feo)+co＝[fe]+co2[0035]
采用冶金热力学的最基础的判断，该反应的标准自由能如下
[0036]
δg
°
＝-49371+40.17t(j/mol)
[0037]
这意味着在标准状态下，温度低于956℃，该反应向右进行，这就是炼铁过程所希
望的。如果温度高于956℃，该反应向左进行。实际上，所获平衡气体是co与co2的混合气体，温度越高，意味着平衡时的co浓度越高。上述反应两端的气体体积没有变化，对于气体总压力的变化并不敏感。
[0038]
在地球的地核中，存在大量的高温金属铁，即使在下地幔，或许也有金属铁由于地球运动而存在。在比较高的温度下，金属铁无论固态还是液态，对于co2气体都具有还原性，导致气体中产生一定比例的co成分。反应式如下。
[0039]
[fe]+co2＝(feo)+co
[0040]
δg
°
＝49371-40.17t(j/mol)
[0041]
从上述反应的标准自由能判断，温度比较高，有利于反应向右进行。在温度达到1400℃以上时，co2被过量高温铁还原的比例达到80％以上。不仅co2本身，碳酸盐在高温下会分解转变为co2气体，也会被金属铁所还原，如下式所示，碳酸盐中碳元素被高温铁还原，产生出co气体。
[0042]
10caco3+100[fe]＝10cao
·
8feo+8co+2co2+92[fe]
[0043]
在炼铁工艺中，氢气也能将铁氧化物还原。近年来热门的研究“氢冶金”，即研究的这个规律。氢冶金，实际上是类似的用氢气还原铁氧化物的可逆反应。如下图2的氢冶金“叉子曲线”显示了氢气还原各种铁氧化物的能力。同样，这个图形也可以利用来判断高温金属铁还原水、水蒸汽、水合物获得氢气的能力。
[0044]
在图2中可以看到，在800℃下，金属铁与水或者含水物质接触，能够将其中的接近 70％水分还原为h2。甚至feo用来还原水，也可以将超过20％的水分还原为h2。
[0045]
那么氢冶金中氢气还原feo的关键化学反应如下。
[0046]
h2+feo＝h2o+fe
[0047]
其热力学标准自由能计算式如下。
[0048]
δg
°
＝23430-16.16t(j/mol)
[0049]
意味着温度小于1177℃时，反应向左进行，也就是在较低温度下，水分子更容易被金属铁还原而获得氢气。这个反应反过来从右向左来看，那么地球深处的大量零价铁元素，能够充当水的还原剂，将氢气置换出来。也就是地球深处发生下述反应式的化学反应。
[0050]
h2o+fe＝h2+feo
[0051]
相应的，其表征化学热力学的反应标准自由能公式可简单表达为
[0052]
δg
°
＝-23430+16.16t(j/mol)
[0053]
计算上式，温度低于1177摄氏度，反应在标准状态下向右进行。实际上，即使在更高的温度下，反应也能一定程度进行，只是反应平衡时的h2占比较低。
[0054]
其实，在co2被铁原子还原为co的基础上，co可以作为还原剂将水分子中氢气还原出来，这就是所谓水蒸气变换。
[0055]
3co+6h2o＝2co2+co+3h2+3h2o
[0056]
采用冶金热力学的经典商用软件factsage7.3，在设定金属铁过量的情况下，计算 co2或h2o在常压下分别被铁所还原，有如下的气体平衡，见下表。
[0057]
temperature(℃)co/(co+co2),vol.％h2/(h2+h2o),vol.％500 82.4600 75.7
70060.771.780066.068.090069.864.8100072.762.0110075.059.7120077.057.9130078.756.5140080.756.2150083.558.1160085.362.8
[0058]
有了还原性质的co、h2气体，在金属铁或者铁氧化物的催化作用下，是可能发生费托合成反应(fts合成反应；fischer-tropsch synthesis)的，也就是1923年德国科学家所发现的，合成气能够转化为烷烃，也就是石油中比较主要的成分。截止目前，德国、南非、中国都有规模化的由合成气生产人工油料的工厂在运行。
[0059]
(2n+1)h2+nco＝c
nh(2n+2)
+nh2o
[0060]
如果上述反应在较高的压力下，例如5000个大气压强下，co能够被铁进一步还原成单质c，产生fe3c或者c溶解进入到铁中。地球深处发现的天然石墨、天然钻石矿藏，应该不排除这种可能。
[0061]
fe+co＝feo+c
[0062]
单质c与氢气结合成烷烃，也不是困难的。
[0063]
综上所述，制作这样一台科学原理演示装置，目前来看是完全可以实现的：将co2气体或者碳酸盐作为碳源，以水或者含有结晶水的矿物作为氢源，以熔铁浴方式，喷吹进入到熔融铁液中，获得含有co、h2的混合气体，将混合气体降温、除尘、脱硫，然后加压，通过水蒸汽变换调整氢碳比，脱除co2和水蒸气，送入费托合成塔，获得汽油、柴油等的混合燃油。这样的装置是可以短期运行的，有两个困难导致整个过程不可长时间持续。一个是整个铁液熔池的降温，第二是铁液被氧化为feo。可以通过感应、电弧等加热方式维持温度，或者干脆就放任不管，大量铁液熔池降温至接近凝固时，这一期的演示即暂停，后续采用碳还原或者氢还原，使得氧化亚铁重新还原为铁并且升温至较高的过热度，然后开始下一期的循环演示。这就要求铁液量要远远超过单位时间内的燃油合成量，这也某种程度上符合地球内部远远过量的零价铁和巨大的热量来源两个特点。
[0064]
这个装置的另一个特别之处在于：无论是坚持石油无机成因的人士，还是坚持石油有机成因说的人士，同样可以用这台装置，将木头、竹子、锯末等，高速喷吹进入到熔铁浴，造出合成气，然后费托合成出液态燃油、天然气。或者用无机的碳酸盐、含无机水分的矿物，获得同样的产品。这样看来，在高温铁元素的还原或者热量作用下，无论有机物、无机碳和氢，都是可以转化为、合成为化石能源的。
[0065]
本技术作为一个科普展示装置，并不是一架能够证明地球深处石油是由无机碳氢合成的装置，而是集成了若干个基本化学原理的科普展示装置：其一是熔融金属铁在高温下具有较强的还原能力，能够将惰性的二氧化碳、无机水分同时或者分别地还原为低价态的 co气体、h2气体，其二是：这些含碳氢的无机气体在较低的温度下，在铁元素存在且充当
催化剂的情形下，能够合成为烃类有机物。
[0066]
同样，本技术的装置，也可以提供有机物受热绝氧干馏的作用，熔体提供高温热量的来源，使得有机物在其中高温脱水、碳化、气化，变成具有合成气性质的无机小分子气体，在降低温度下的铁元素催化作用下，仍然能够重新合成为烃类有机物。
[0067]
从元素的角度，地壳中氧、硅元素较多，而整个地球最多的元素为铁元素，且在地球深处以高温熔融金属态存在，高温金属铁具有较强的还原能力。地幔中的物质具有高温、高压的特性。地幔物质呈熔融流动特性，蓄热量极大，当高温下能释放co2气体、水蒸汽的矿物在地球深处运动时，如果与下地幔中涌入的金属铁相遇，其被还原获得合成气的概率是存在的。合成气密度较小向上运动过程中，随着距离地表的接近，温度降低，有可能在铁元素、铁氧化物催化下，发生地球深处的费托合成反应，获得油类物质。即使是feo，对于co2也表现出一定还原性，那么认为地幔中feo将co2气体中的一小部分例如20％还原为co，也是热力学上成立的。
[0068]
近年来，北京高压科学研究中心的科学家们，认为在地幔深处的高压条件下，会发生一系列的特别的化学反应，不仅仅是铁能够还原co气体成为单质碳呈现为天然石墨和钻石矿藏，甚至存在水将铁氧化为二氧化铁的特殊化学反应，据称这与20亿年前地球大气中的氧气含量突然增加的大氧化事件(great oxygenation event,goe)有关联。
[0069]
如图3所示，本技术的实施例提供了地球深处石油生成原理的科学演示装置，包括：气化炉101，其底部盛有熔融铁液102，温度保持在1200～1800℃，所述气化炉101顶部设置有与所述气化炉101内部连通的合成气管道105；无机碳喷枪#1(喷枪#1)、无机水喷枪#2(喷枪#2)和有机物喷枪#3(喷枪#3)，所述无机碳喷枪#1、所述无机水喷枪#2和所述有机物喷枪#3的喷口均由耐火材料制成，并均插入熔融铁液102内，所述无机碳喷枪#1用于向熔融铁液102内喷吹高价碳元素无机物，如co2气体或者碳酸盐颗粒，所述无机水喷枪#2用于向熔融铁液102内喷吹含水无机物，如液体水或水蒸汽或含结晶水的无机矿物，所述有机物喷枪#3用于向熔融铁液102内喷吹有机物，如树木、农业秸秆、锯末、稻壳等生物质材料，三种喷枪采用惰性气体如氮气、二氧化碳、水蒸汽等惰性气体作为载气喷吹经破碎处理的固体物料，惰性气体选用的原则与喷吹物料的元素尽可能一致；费托合成塔，其与所述合成气管道105连通，用于进行费托合成反应，将所述气化炉101 产生的气体合成长碳链的液态烃；优选地，费托合成塔和合成气管道105之间还可设置储气罐，当储气罐收集到足够的气体或进行预处理后，再通入费托合成塔。
[0070]
使用时，无机碳喷枪#1喷吹含高价碳元素无机物进入到熔融铁液102，发生高温铁对碳元素的还原反应，获得含有co、co2的气体混合物；无机水喷枪#2喷吹含水无机物进入到熔融铁液102，发生高温铁对水中氢元素的还原反应，获得含有h2、h2o水蒸汽的气体混合物；有机物喷枪#3喷吹含水或者干燥的有机物进入到熔融铁液102，发生有机物高温热裂解以及铁元素对碳、氢的还原作用，获得含有h2、co、h2o水蒸汽的气体混合物；优选的，各喷枪中持续通入小流量氮气，以防止喷枪口被铁液凝固堵塞。通过调配各喷枪的使用，将含有h2和co的混合气体送入费托合成塔fts，升温后进行费托合成反应，得到液态烃，演示石油的多种成因反应；
[0071]
费托合成反应的反应方程式如下：
[0072]
(2n+1)h2+nco＝c
nh(2n+2)
+nh2o。
[0073]
在另一些实施例中，还包括：水蒸汽变换单元202，其与所述合成气管道105连通，用于对所述气化炉101产生的气体进行水气变换，所述水蒸汽变换单元202还与所述费托合成塔连通，并将经水气变换得到的气体通入所述费托合成塔。水气变换的反应方程式如下：
[0074]
3co+6h2o＝2co2+co+3h2+3h2o；
[0075]
水蒸汽变换单元202可以调节h2/co比例，为费托合成反应做准备。
[0076]
在另一些实施例中，还包括：余热锅炉，其进气口和出气口分别与所述合成气管道 105和所述水蒸汽变换单元202连通。利用余热锅炉201进行冷却降温和显热回收，优选再经过布袋除尘、静电除尘等干法除尘后进入气体压缩机进行压缩，压缩后气体通过换热器间接加热或者从高温原料气中间接复热升温，再进入水蒸汽变换单元202。
[0077]
在另一些实施例中，还包括：二氧化碳脱除单元203，其进气口和出气口分别与所述水蒸汽变换单元202和所述费托合成塔连通，例如利用固态吸附剂吸附二氧化碳。
[0078]
在另一些实施例中，还包括：加热单元，用于通过电感应或电弧对熔融铁液102进行加热。采用电感应加热，或者电极电弧加热，电极棒穿过有动密封装置实施隔绝外界空气的密闭容器顶部对铁液熔池加热，按照每小时喷吹入炉物料质量数所需加热功率不低于5 kw/(kg/hr)；
[0079]
在另一些实施例中，当熔融铁液102的剩余量低于预定值，则通过无机碳喷枪#1、无机水喷枪#2或有机物喷枪#3向熔融铁液102内喷吹还原剂，将熔融铁液102中的feo还原为fe。熔融铁液102由于引入水、二氧化碳、有机物而使得其中的铁液氧化为(feo)，当某一个演示周期结束，或者剩余铁液的量不足最初铁液量的30％时，停止演示，采用喷吹碳粉、氢气、天然气、燃油等方式，对(feo)进行熔融还原，使得熔池中(feo)还原再生为铁液。
[0080]
本技术的实施例还提供了地球深处石油生成原理的科学演示方法，包括：向熔融铁液 102喷吹有机生物质，获得含有h2、co、h2o的气体混合物，使含有h2、co、h2o的气体混合物依次进行余热回收、水气变换、二氧化碳脱除、费托合成反应，得到液态烃。#1、喷枪#2不喷吹任何物料，只有喷枪#3喷吹干燥或者含水的有机物，所述有机物是生物质如树木、农业秸秆、锯末、稻壳等，最终获得费托合成液态产物，展示从有机物原料得到类石油产物的可能化学原理。
[0081]
本技术的实施例还提供了地球深处石油生成原理的科学演示方法，包括：向熔融铁液 102喷吹水雾或者水蒸汽或者含有结晶水的矿物质或者氢氧化钙，获得含有h2、h2o的气体混合物，向熔融铁液内喷吹二氧化碳气体或者石灰石、大理石、白云石、方解石、菱镁矿颗粒，获得含有co、co2的气体混合物，使含有co、co2的气体混合物和含有h2、 h2o的气体混合物依次进行余热回收、水气变换、二氧化碳脱除、费托合成反应，得到液态烃。喷枪#1喷吹二氧化碳气体或者富含碳酸钙、碳酸镁的石灰石、大理石、白云石、方解石、菱镁矿等的颗粒，喷枪#2喷吹液态水雾或者水蒸汽或者含有结晶水的矿物质或者氢氧化钙等物质的颗粒，喷枪#3不喷吹物料，最终获得费托合成液态产物，展示从无机碳氢原料得到类石油产物的可能化学原理。
[0082]
本技术的实施例还提供了地球深处石油生成原理的科学演示方法，包括：向熔融铁液 102内喷吹二氧化碳气体或者石灰石、大理石、白云石、方解石、菱镁矿颗粒，获得含有 co、co2的气体混合物，对含有co、co2的气体混合物依次进行余热回收、水气变换、二氧化碳脱除、费托合成反应，得到液态烃。喷枪#1喷吹二氧化碳气体或者富含碳酸钙、碳酸镁的石
co2气体占5％，可不经过水蒸汽变换202，经过变压吸附或者低温甲醇洗、mdea等化工领域常用工艺手段在二氧化碳脱除单元203脱除二氧化碳后，直接进入到低温费托合成环节，在铁基催化剂作用下，在浆态床或者固定床费托反应器中，发生费托合成反应，每小时获得冷凝后的液态燃料约为100千克，通过管道和阀门流出系统以外，约合每小时 110-120升，能够直观看到类石油产品从管道连续流出，颜色比起普通原油较浅，更为美观，但其基本特性与燃油基本一致，由于未进行分馏，不能直接用于汽车等的汽油、柴油发动机，但可以作为燃料在锅炉等加热装置使用。
[0092]
生物质中的灰分积累到熔融铁液102的上方，形成一层以硅酸盐为主的熔融渣液103 层。
[0093]
上述过程中，可采用三相电极对铁液熔池加热，加热功率为5000-10000kva，加热方式连续或者间断进行。熔融铁液的蓄热量可支持约30分钟左右的断电时间。
[0094]
定期停炉，检查盛放铁液耐火材料、三支喷枪的耐火材料损耗情况，进行维修或者更换。
[0095]
通过本实施例，向参观者展示了有机物在高温及压力条件下，在高温金属铁存在的情况下，得到液态烃。
[0096]
实施例2：
[0097]
装置配置同实施例1。
[0098]
喷枪#1喷吹co2气体，喷枪#2喷吹氮气携带的液态水雾。二氧化碳和水雾的喷吹量均为2000kg/hr，喷水用的是氮气作为载气。载气氮气与水雾的质量比为1:8～1:10。
[0099]
高温炉气不计载气氮气，小时产量为3500nm3/hr，成分为h2气42％，co气体25％， co2气体4％，h2o水蒸汽为29％。
[0100]
降温干燥脱水后，不计氮气的炉气产量为2485nm3/hr，不计二氧化碳的有效气量为 2345nm3/hr，有效气中h2/co比例为1.68。
[0101]
炉气压缩后送入水蒸汽变换装置202，调节氢碳比为2.1-2.3，再经过二氧化碳脱除单元202脱除绝大部分二氧化碳，合成气进入费托合成塔，单程转化率为35-50％，每小时获得液态油品200千克，其余不凝气脱水后作为燃料气发电。
[0102]
装置采用6000-10000kva电极加热保持温度。
[0103]
该装置每小时消耗金属铁液5.7吨，转化为feo，部分与铁液混合，部分漂浮在铁液上方。
[0104]
该装置连续运行12小时后，由于大部分铁液被氧化，则必须停炉。喷吹碳粉、煤粉、天然气、氢气、重油等，同时进行电加热，使用碳元素、氢元素还原feo，实现铁液再生。
[0105]
由于feo对于耐火材料侵蚀严重，本实施例演示完毕后，必须及时对熔池耐火材料、喷枪外侧耐火材料进行检修、维护、喷补等。演示过程中，采用1400-1450摄氏度的较低铁液温度。
[0106]
该实施例展示了无机物在高温铁作用下被还原成为低价态碳氢气体并进而合成为烃类的科学原理。
[0107]
实施例3：
[0108]
采用两台相同的实施例1～2中的装置。第一套装置的喷枪#1喷吹石灰石颗粒，石灰石中含碳酸钙95％以上，颗粒度不超过1mm，采用氮气为载气，氮气质量与石灰石质量比
为1:15。
[0109]
每小时喷吹石灰石量为4000kg/hr，获得的炉气成分为co气体92％，co2气体8％，每小时有效合成气即co气体量为780nm3/hr。炉气降温除尘后，进行压缩，送入水蒸汽变换单元202，物料分解后的cao与铁氧化物产物feo及少量fe2o3进入到渣相。
[0110]
第二台炉子只有喷枪#2喷吹物料，物料为1mm以下的ca(oh)2颗粒，ca(oh)2在580℃下分解脱水，在熔融铁液中ca(oh)2等同于cao和h2o水蒸汽，以氮气为载气，每小时喷吹量4000kg/hr，每小时获得有效合成气即h2量为880nm3/hr，物料分解后的cao与铁氧化物产物feo以及少量fe2o3结合进入到渣相。
[0111]
第二台炉子的氢气降温脱水除尘之后，进行压缩，压缩的氢气通入第一台炉子的水蒸汽变换单元202，与第一台炉子产生的压缩co气体混合后加入水蒸汽，进行变换调整氢碳比为2.0-2.3，然后脱除二氧化碳等酸性气体，送入费托合成塔，进行费托合成反应，每小时可以得到150kg费托合成的液态油品。
[0112]
二台炉子，均电极通电，维持温度7000-10000kva功率。
[0113]
该实施例的装置可连续演示30小时左右。
[0114]
该实施例展示了高温铁与高价态无机碳氧化物以及无机含水物质分别作用后，其气体产物相遇后可能合成为高分子液态燃油的化学原理。
[0115]
实施例4：
[0116]
装置配置同实施例1。
[0117]
只有喷枪#1喷吹可高温下分解co2气体的碳酸盐矿物颗粒。其余喷枪不喷吹物料。每小时喷吹白云石颗粒7500千克，白云石中ca与mg的摩尔比1:1，碳酸盐矿物总量94％。
[0118]
炉气中co气体比例92％，每小时产出有效气co量为1560nm3/hr。产出的co气体经过余热锅炉201回收显热获得蒸汽，进行降温、除尘、压缩后进入到水蒸汽变换单元 202，调节按照汽气比2-3加入水蒸汽进行水蒸汽变换，合成气中氢碳比约为2左右，然后脱掉水分和脱除二氧化碳，送入费托合成塔，获得约130千克冷凝的油类产品。
[0119]
熔融铁液需要进行通电加热，热功率需要提高到10000-20000kva。
[0120]
白云石分解的cao、mgo，与feo及少量fe2o3共同进入到熔融渣液相103。
[0121]
本实施例展示了碳酸盐矿物被高温铁还原后，通过与无机水作用，仍然能够合成为石油类物质。
[0122]
实施例5：
[0123]
装置配置同实施例1。
[0124]
只有喷枪#2喷吹可高温下分解释放水蒸汽的矿物，采用ca(oh)2代表。每小时喷吹 7000kg/hr的矿物颗粒，炉气中h2占比82％，每小时可以获得有效氢气1700nm3/hr。在炉气降温之前，喷吹caco3等碳酸盐矿物细粉，与炉气反应，反应后炉气中含有一定的 co2气体和co气体，其中h2/co为10，每小时的有效合成气约为1680nm3/hr，降温、除尘、压缩后直接送入费托合成塔，获得约15千克液态油品。
[0125]
本实施例展示了高温金属铁还原水获得氢气后，氢气与碳酸盐作用而后合成为液态烃类的科学原理。
[0126]
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明地球深处石油生成原理的科学演示装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见
的。
[0127]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。