低成本用水制氫技術與裝置的製作方法

2023-10-28 20:38:17 1

專利名稱：低成本用水制氫技術與裝置的製作方法
大城市的大氣汙染源為機動車尾氣，全球現有6～10億輛汽車，每輛車每年從尾氣中排出的鉛約200克，則6億輛車每年排鉛共約120噸，大量含鉛廢氣使居民出現造血功能下降，並伴有心血管病，腦溢血和慢性腎炎等，這嚴重現象引起各國醫學專家的高度重視，所以治理汽車尾氣汙染刻不容緩，雖然現在汽車裝有尾氣淨化器，但使用效果不好，沒有從根本上解決問題。21世紀汽車將使用氫燃料取代日益缺乏的石油。氫燃燒熱值(供能量)極高，燃燒排放物為無汙染的水汽，是理想的清潔能源。
過去應用水電解法制氫，電耗極大，而用化學方法制氫，所用的化學劑材料很貴，成本很高。難以推廣應用。
本發明是設計研製一種低成本用水制氫的新方法，不是電解法。
本發明方法電耗和成本都很低，便於推廣應用。
本發明主要工作原理(1)特殊反應劑(氣體)先經等離子技術處理成等離子狀態，再和水蒸汽反應，(2)應用專用分子篩從反應生成物(氣體)中分離出氫氣，(3)分離後剩下的部份，輸送到再生器再生成反應劑，可重複使用，開始時，反應劑取材於大自然天然氣，成本很低。主要技術指標(1)每公斤水產氫12.4米3(2)產氫每米3耗電0.1度，總成本產氫每米為0.5元。(3)產氫量為600～60000米3/時，或更大，可應用於火力發電廠。


圖1為制氫裝置總圖，圖2為反應爐結構，圖3為微波等離子發生器，圖4為反應劑再生器。
本發明由反應爐3、通氫分子篩7、驅動風機2、反應劑再生器9和微波等離子發生器12等組成(見圖1)。
所述的反應劑取材於大自然天然氣，實質上是指大自然空氣，空氣約含N280％，O220％，是取之不盡又廉價的材料，空氣(n2+O2)由進氣口1進入，在驅動風機2驅動下往前流去，經過由微波發生器12所產生的高頻微波電場，使N2和O2均成等離子狀態，又在反應爐內300℃條件下，快速反應生成NO，NO便是所述的反應劑，反應篩網11上放有催化劑矽化鉬10(大小φ10×40)見圖2，由噴汽管4(多支)噴入細霧狀水蒸汽，在300℃條件下又有催化劑的作用，NO和水(蒸汽)反應---——(1)，由於氫分子直徑很小，而NO2分子直徑較大，經專用通氫分子篩7的過篩分離出氫氣，氫氣通過分子篩7而由出口6輸出氫氣，分離後剩下的NO2在驅動風機2作用下進入反應劑再生器9，9分三格，各格裝有水作為吸收液8，25為總進水管，26為每格進水分管，27為分管開關，29為排液總管，30為排液分管。反應劑再生器9又稱吸收器，在其中NO2被水吸收，反應生成硝酸32.5千卡熱——(2)。
上述反應(1)為主反應，反應(2)為副反應，為放熱反應，對降低制氫電耗有利，並生成反應劑NO，即反應劑NO在此再生，由支管28送回到反應爐3重複使用，不足的部分仍由空氣進口1補充。副反應(2)為放熱反應，送回來的NO溫度約90℃，對降低制氫電耗有利。24為NO2輸送管道。由29排出的硝酸濃較低，只有50％左右，可用硝酸鎂(或濃硫酸)作吸水劑，將稀硝酸濃縮，便可得到大於96％的濃硝酸作為副產品出售，這將進一步降低制氫總成本。
所述的制氫反應爐3(見圖2)，5為水蒸汽發生器，由噴管4噴入水蒸汽，14為加水管，13為水標。15為生成氣體(H2+NO2)出口，16為反應管(陶瓷)，17為電加熱的電阻絲(φ4NiCr絲)功率為此3～5千瓦，自動控溫恆定300℃，18為保溫材料。
所述的微波發生器12(見圖1，圖3)，19為反應爐外殼，微波發生器由磁控管21，電源變壓器等元件20和波導空腔22等組成，進氣管1內的氣體和電器元件完全隔絕，又要令微波發射入進氣管，故在進氣管拐彎處，其外殼換成一塊非金屬板材(耐高溫塑料或石棉板)23(圖3)。微波電力線在波導內經多次反射而穿過塑料板23發射入進氣管。
當空氣中的N2和O2經過微波電場時，氣體的自由電子被微波高頻能量所繳發，自由電子運動急劇加速並獲得足夠的能量，這時氣體的原子被電離，則氣體被微波電場擊穿而電離成等離子。等離子體為物質第四態，在該狀態下極快完成如下反應，反應溫度為200～300℃，微波發生器12內有兩套磁控管及電路，設備開機時，兩套磁控管均投入工作，進氣管1調大進氣量，來滿足生成足夠的NO，當設備運行後，因反應劑再生器送回一部分NO供使用，這時只需啟動一套磁控管並調小進氣量，這對降低制氫電耗有利。(磁控管功率為2～4千瓦)。
權利要求
1.低成本用水制氫技術與裝置，主要包括微波發生器，反應爐，通氫分子篩，反應劑再生器其特徵是所述的微波發生器，由磁控管21，波導22等組成，令空氣入口處，形成微波電場。
2.根據權利要求1所述的低成本用水制氫技術與裝置其特證是以空氣中的N2和O2作為反應劑成份，在微波電場下生成NO作為反應劑，
3.根據權利要求2所述的低成本用水制氫技術與裝置，其特徵是在反應爐3內，NO和水汽反應生成H2和NO2，催化劑為矽化鉬，
4.根據權利要求1，2所述的低成本用水制氫技術與裝置，其特徵是經由通氫分子篩7和出口6輸出氫氣產品，
5.根據權利要求1，2，3所述的低成本用水制氫技術與裝置，其特徵是在反應劑再生器9內，NO2溶於水生成硝酸和NO，再生的NO又送回反應爐重複使用，硝酸為副產品。
全文摘要
本發明低成本用水制氫技術與裝置,適用於汽車,火車,輪船和飛機發動機,燃燒排放物為無汙染的水汽,是理想的清潔能源,本發明原理特徵:(1)用特殊反應劑和水蒸汽反應制氫,(2)反應劑在過程中自動再生,循環使用,反應劑取材於大自然天然氣,成本極低,(3)反應在300℃下進行,副反應為放熱反應,電耗很低。主要技術指標:1、1公斤水產氫12.4米
文檔編號C01B3/32GK1268480SQ99103250
公開日2000年10月4日 申請日期1999年3月29日 優先權日1999年3月29日
發明者黎英豪 申請人:黎英豪