專利名稱：同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備方法及制備系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫氣和氧氣的制備方法及制備系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，氫氣和氧氣的制備方法比較多，有單獨(dú)制備氫氣和氧氣的方法，有同時(shí)制備氫氣和氧氣的方法。其中単獨(dú)制備氫氣的方法有很多種，如氨分解法，裂化石油法，活潑金屬與酸反應(yīng)法、強(qiáng)堿與鋁或硅反應(yīng)法等；単獨(dú)制備氧氣的方法也有很多種，如空氣冷凍分離法，分子篩制氧法(吸附法)，高錳酸鉀加熱分解法，氯酸鉀加熱分解法等。同時(shí)制備氫氣和氧氣的方法主要是電解水法，即把水放入電解槽中，加入氫氧化鈉或氫氧化鉀以提高水的電解度，然后通入直流電，水就分解為氧氣和氫氣。這種制備方法，每制取I立方米氧，同時(shí)獲得2立方米氫。用電解法制取I立方米氧要耗電12 —15千瓦小吋，能源消耗大、很不經(jīng)濟(jì)。從上述介紹可以看出，現(xiàn)有的制備氫氣和方法不僅制備エ藝復(fù)雜，而且需要消耗大量的資源和能源，不符合當(dāng)前低碳環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展理念。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供ー種僅利用水作為原料、制備エ藝簡(jiǎn)便的同時(shí)制備氫氣和氧氣的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備方法，其包括如下步驟
A、先制備出480-540°C、壓強(qiáng)4.8-6. OMPa的水蒸氣；
B、再將A步驟的制得的水蒸氣進(jìn)行磁共振處理；
C、最后將磁共振處理后的水蒸氣與80-100°C的液態(tài)水進(jìn)行混合并以100-130Mpa的壓強(qiáng)進(jìn)行射流從而獲得氫氣和氧氣。在本發(fā)明中，通過將將液態(tài)水變成水蒸氣，并將水蒸氣進(jìn)行磁共振處理，這時(shí)水分子發(fā)生共振后，水分子的H-O夾角由104. 5°變成114.5°，更加活躍。而水蒸氣共振后，活躍的水分子通過射流處理，壓強(qiáng)陡然減壓形成的力會(huì)使H-O鍵斷裂，從而產(chǎn)生氫氣和氧氣。在本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)施方式中，所述磁共振處理和射流過程中均加入催化劑Ti02。通過添加催化劑，可以加速反應(yīng)，從而提高氫氣和氧氣的生成效率和生成量。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，為了減小能源的消耗和實(shí)現(xiàn)廢物利用，所述水蒸氣和液態(tài)水的制備通過冷卻水或常溫水與廢熱氣體進(jìn)行熱交換的方式進(jìn)行。所述冷卻水和廢熱氣體為發(fā)電或電漿或化學(xué)合成過程中的冷卻水和廢熱氣體?；谏鲜鲋苽浞椒?，本發(fā)明還提供一種同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備系統(tǒng)，其包括
水蒸氣生成裝置，用于制備480-540°C、壓強(qiáng)4. 8-6. OMPa的水蒸氣；磁共振裝置，用于對(duì)制得的水蒸氣進(jìn)行磁共振處理；、
射流裝置，通過射流的方式將磁共振處理后的水蒸氣與80-100°C的液態(tài)水進(jìn)行混合并陡然減壓。 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述磁共振裝置具有供水蒸氣通過的通道，通道內(nèi)壁具有催化劑TiO2涂層或TiO2衍生物涂層。所述射流裝置內(nèi)壁也具有催化劑TiO2涂層或TiO2衍生物涂層。所述射流裝置由窄通道和從窄通道陡然變大的寬通道構(gòu)成。這樣的射流裝置能夠?qū)崿F(xiàn)水蒸氣和液態(tài)水混合物的陡然減壓處理。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述水蒸氣生成裝置為熱交換器，該熱交換器通過將冷卻水或常溫水與廢熱氣體進(jìn)行熱交換從而可以制得的水蒸氣和80-100°C的液態(tài)水。通過上述詳細(xì)描述，可以看出，本發(fā)明的同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備方法及制備系統(tǒng)具有工藝過程簡(jiǎn)單、效率高、無需消耗大量能源的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)今后氫氣和氧氣的工業(yè)化、批量化制備具有推廣應(yīng)用價(jià)值。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明
圖I為本發(fā)明的制備方法流程示意 圖2為本發(fā)明的制備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖3為磁共振裝置結(jié)構(gòu)示意 圖4為水分子磁共振反應(yīng)式；
圖5為射流裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明的同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備方法，其包括如下步驟
A、水蒸汽的制備先制備出480-540°C、壓強(qiáng)4.8-6. OMPa的水蒸氣；
B、磁共振處理再將A步驟的制得的水蒸氣進(jìn)行磁共振處理；
C、混合并射流減壓最后將磁共振處理后的水蒸氣與80-100°C的液態(tài)水進(jìn)行混合并射流陡然減壓處理，進(jìn)而從減壓后的水中收集氫氣和氧氣。在本發(fā)明中，上述制備方法通過如圖2所示的制備系統(tǒng)進(jìn)行，該制備系統(tǒng)有熱交換裝置100、磁共振裝置200，射流裝置300以及收集裝置400。其中，熱交換裝置100首先將發(fā)電、電漿、化學(xué)合成過程中的冷卻水和廢熱氣體進(jìn)行熱交換，使20°C的水變成480-540°C、壓強(qiáng)4. 8-6. OMPa (用壓力泵增壓)的水蒸氣和80-100°C的液態(tài)水。水蒸氣直接輸送到磁共振裝置200中進(jìn)行磁共振處理1-2秒，液態(tài)水則與經(jīng)磁共振處理過的水蒸氣進(jìn)行混合進(jìn)入射流裝置300，經(jīng)射流裝置300射流后，液態(tài)水和水蒸氣的混合物的壓強(qiáng)陡然降低，將水分子分裂成氫氣和氧氣，富含在水中，然后通過收集裝置400進(jìn)行收集。收集裝置400可以是氣體電池，直接吸收水中的氫氣和氧氣。水蒸氣經(jīng)磁共振處理后，如圖3所示，水分子H-O間夾角由104. 5°變成114. 5°。這樣水分子將變得更加活潑。如圖3所示，為了提高磁共振效果，磁共振裝置200的供水蒸氣通過的通道201內(nèi)壁涂有催化劑TiO2。如圖4所示，射流裝置300由窄通道301和從窄通道陡然變大的寬通道302構(gòu)成。由于通道陡然變大，液態(tài)水和水蒸氣的混合物的壓強(qiáng)突然降低，該突然變化產(chǎn)生的力會(huì)使H-O鍵斷裂，從而生成氫氣和氧氣。
同樣為了在減壓吋，讓水分子更加活潑，更加容易斷裂，射流裝置300的通道303內(nèi)壁也涂有催化劑TiO2。上述催化劑TiO2還可以采用TiO2衍生物代替。在本發(fā)明的整個(gè)氫氣和氧氣制備過程中，只利用了發(fā)電、電漿、化學(xué)合成過程中的冷卻水和廢熱氣體，未消耗其它能源，并且可以實(shí)現(xiàn)了廢物資源的循環(huán)利用，具有低碳節(jié)能的特點(diǎn)。另外，即使在制備水蒸氣的過程中，能量消耗也是比較小的。以lkg20°C的水變?yōu)?200C的水蒸氣為例，整個(gè)過程僅需消耗熱量829Kcal。下表I-表3充分說明本發(fā)明制備氫氣和氧氣的效果(以處理IOOOkg水蒸氣為例)。
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論^^^ニ — .一從上表可以看出，水蒸氣溫度520°C，水蒸氣壓カ5. 3MPa，磁共振處理時(shí)間6秒，射流水流壓カ118MPa時(shí)得到的氫氣和氧氣最多,制備效果最好。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，上述的具體實(shí)施方式
只是示例性的，是為了更好的使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解本專利，不能理解為是對(duì)本專利保護(hù)范圍的限制，只要是根據(jù)本專利所掲示精神的所作的任何等同變更或修飾，均落入本專利保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 先制備出480-540°C、壓強(qiáng)4. 8-6. OMPa的水蒸氣； 再將A步驟的制得的水蒸氣進(jìn)行磁共振處理； 最后將磁共振處理后的水蒸氣與80-100°C的液態(tài)水進(jìn)行混合并以100-130Mpa的壓強(qiáng)進(jìn)行射流從而獲得氫氣和氧氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備方法，其特征在于所述磁共振處理和射流過程中均加入催化劑TiO2或TiO2衍生物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備方法，其特征在于所述水蒸氣和液態(tài)水的制備通過冷卻水或常溫水與廢熱氣體進(jìn)行熱交換的方式進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備方法，其特征在于所述冷卻水和廢熱氣體為發(fā)電或電漿或化學(xué)合成過程中的冷卻水和廢熱氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備方法，其特征在于所述磁共振處理時(shí)間為3-6秒。
6.—種同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備系統(tǒng),其特征在于,包括 水蒸氣生成裝置，用于制備480-540°C、壓強(qiáng)4. 8-6. OMPa的水蒸氣； 磁共振裝置，用于對(duì)制得的水蒸氣進(jìn)行磁共振處理；、 射流裝置，通過射流的方式將磁共振處理后的水蒸氣與80-100°C的液態(tài)水進(jìn)行混合并進(jìn)行射流減壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備系統(tǒng)，其特征在于所述磁共振裝置具有供水蒸氣通過的通道，通道內(nèi)壁具有催化劑TiO2涂層或TiO2衍生物涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備系統(tǒng)，其特征在于所述射流裝置由窄通道和從窄通道陡然變大的寬通道構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備系統(tǒng)，其特征在于所述射流裝置內(nèi)壁也具有催化劑TiO2涂層或TiO2衍生物涂層。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備系統(tǒng)，其特征在于所述水蒸氣生成裝置為熱交換器，該熱交換器具有分別通向磁共振裝置和射流裝置的兩個(gè)出口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備方法及制備系統(tǒng)，該制備方法的步驟為先制備出480-540℃、壓強(qiáng)4.8-6.0MPa的水蒸氣；再將A步驟的制得的水蒸氣進(jìn)行磁共振處理；最后將磁共振處理后的水蒸氣與80-100℃的液態(tài)水進(jìn)行混合并以100-130Mpa的壓強(qiáng)進(jìn)行射流從而獲得氫氣和氧氣。制備系統(tǒng)包括水蒸氣生成裝置、磁共振裝置和射流裝置。本發(fā)明的這種同時(shí)生成氫氣和氧氣的制備方法及制備系統(tǒng)具有工藝過程簡(jiǎn)單、效率高、無需消耗大量能源的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)今后氫氣和氧氣的工業(yè)化、批量化制備具有推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C01B3/04GK102616738SQ20111002834
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者李春銅 申請(qǐng)人:李春銅