CN102020243A - 一种将水分解为氢氧混合气体燃料的方法 - Google Patents

Abstract

一种将水分解为氢氧混合气体燃料的方法，第一步，汽化；将水输入到蒸汽发生器中进行汽化，形成干蒸汽；第二步，催化；上述的得到的干蒸汽送入催化器，干蒸汽被催化器中的金属锰催化剂激活；第三步，电击；激活后的干蒸汽送入放电器中，得到氢气和氧气体积比为2:1的氢氧混合气体及少量未被电击的干蒸汽；第四步，气水分离；将上述得到的氢氧混合物及未被电击的干蒸汽通过气水分离器将干蒸汽滤除，得到氢氧混合气体；本发明中的方法可以将水分解成氢和氧的混合气体，成为一种新的能源，替代化石燃料，达到节能减排的目的。

Description

一种将水分解为氢氧混合气体燃料的方法

技术领域

本发明属于节能技术领域，具体涉及一种将水分解为氢氧混合气体燃料的方法。

背景技术

能源是支撑社会经济发展的物质基础。目前人类处于以石油、煤炭等为代表的化石燃料为主的时代，由于对化石能的过度使用，使人类社会面临能源枯竭和环境污染的巨大挑战。因此，开发和利用来源更为广泛、清洁、高效的新能源已刻不容缓。

上个世纪70年代，有人提出了“氢经济”的概念。所谓“氢经济”就是以氢为能源而驱动的经济。2001年5月布什总统执政伊始，便提出发展氢能并将其作为美国未来主要能源的设想。 然而，时隔不足5年，2006年2月他就坦诚宣告：“这不是近期的解决办法，也不是中期的解决办法，而确实是远期的解决办法”。等于无限期地搁置了氢经济的规划。

所以然者何？唯一的原因就是当今氢气的制备太困难！到目前为止，人类虽然新提出的制氢方法林林总总，但真正具有大规模生产条件的仍然是最古老的电解水。电解水不仅效率非常低、得不偿失，而且目前世界上一多半的电能还是依靠化石燃料转化而来。所以有权威人士指出：“能量转换效率的巨大差距，意味着建立于以电解水制氢为主要基础上的‘氢经济’是不‘经济’的”。

寻找新的、成本低廉、简单易行，以水作为能量来源的方法，是目前世界的当务之急。

早在上个世纪末叶，本发明人就意识到：从水中提取纯粹的氢气远不如将其分解为氢氧混合气体经济有效！原因有三：首先，如下所述，采用本发明提供的方法来制取氢氧混合气体，比任何提取纯粹氢气的方法都要简单经济得多；其次，由于应用本方法，氢氧混合气体只是在使用时才就地分解，故在存储和运输的经济性、安全性方面，提取纯粹氢气的方法根本就无法与之相比；第三，氢气燃烧需要提供充分的氧气助燃，而水自身就有标准比例的氧气存在。

因此，在2002年2月1日、2003年3月26日及2010年11月22日先后申请了三个不同版本的关于水分解燃烧装置方面的专利（申请号分别为：02210068.7；02130208.0及201010553567.3）。由于这些专利申请均仅涉及具体装置结构，故缺乏对本方法自身的揭示，同时，随着对此项目研究的深入，也更多地掌握了此方法的某些内部规律，虽然目前仍然很不充分，但也可使后来者能够据此发明出相应的利用水作为新能源的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种将水分解为氢氧混合气体燃料的方法，该方法可以将水分解成氢和氧的混合气体，成为一种新的能源，替代化石燃料，达到节能减排的目的。

一种将水分解为氢氧混合气体燃料的方法，包括步骤如下：第一步，汽化；将水输入到蒸汽发生器中进行汽化，形成干蒸汽；第二步，催化；上述得到的干蒸汽送入催化器，干蒸汽被催化器中的金属锰催化剂激活；第三步，电击；激活后的干蒸汽送入放电器中，得到氢气和氧气体积比为2:1的氢氧混合气体及少量未被电击的干蒸汽；第四步，气水分离；将上述得到的氢氧混合物及少量未被电击的干蒸汽通过气水分离器将干蒸汽滤除，得到氢氧混合气体。

所述的放电器内部设有正、负对应布置的电极对及变频增压器；所述的电极对采用金属钨、钨合金等材料制成；电极对为一对或多对。

本发明的有益效果：一种将水分解为氢氧混合气体燃料的方法，对水进行汽化，水分子之间的氢键网络已经基本被破坏，将其分解所需的能量会大为降低，提高系统的热效率；利用金属锰催化激活，有效地改变水分子104.52°的键角，使其高达928千焦耳/摩尔的键能大大降低，导致水分解的速度明显提高；通过放电器对干蒸汽进行电轰击，它采用变频增压器可将常规电源的电压升至1万伏以上的高压，以保证对水进行电轰击时消耗最少的能量来获得最高效率的电压及最安全的电流强度（虽然这里也使用了电，而且是高压电，但由于其电流强度非常低，仅几毫安，所以耗电量是极低的）；进行气水分离，得到氢氧混合气体作为燃料，达到节能减排的目的。

附图说明

    图1  为本发明方法所应用的设备结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种将水分解为氢氧混合气体燃料的方法，它包括如下步骤：第一步，汽化。将水输入到蒸汽发生器1中进行汽化，形成干蒸汽。与通常的水电解法不同，根据本发明所创造的方法，水只有在气态状况下，才有可能分解为混合气体燃料,因为此时，水分子之间的氢键网络已经基本被破坏，将其分解所需的能量会大为降低。

获取干蒸汽，最好利用各种机械设备工作时产生的余热，通过换热器进行热交换以节约能源，为最大限度地加快水分解,提高系统的热效率，可采取反复预热，加强保温并尽可能地增加换热器表面积等技术措施；在没有足够的余热可供利用时，也可直接将水加热成水蒸汽。

实验证明：当系统内的水蒸汽被加热成干蒸汽（最好在300℃以上）时，才会更快地被分解为氢氧混合气体燃料。

为了高效地获得干蒸汽，普通形式的换热器是难以实现这一目的的，需要提供适合的装置——如我们应用在内燃机上的蒸汽发生器，它可回收尾气余热的50%以上。

第二步，催化。上述的得到的干蒸汽送入催化器2，干蒸汽被催化器中的金属锰催化剂3激活。

1、催化剂

有的专利上介绍利用水、醇混合物制备氢气时采用的催化剂是金属铜，但经反复实验我们发现，金属锰颗粒的催化效果更佳。在水分解的反应中，金属锰可有效地改变水分子104.52°的键角，使其高达928千焦耳/摩尔的键能大大降低，导致水分解的速度明显提高。

2、催化器的设计

催化器2应设置在加热装置之后、放电器之前，以使高温下氢键网络已被破坏、共价键也已被削弱的水蒸汽在催化剂作用下，进一步改变其物理化学性质，使之在放电器中能够以较低的能量被分解。

由于上述位置恰置设备热风流通途径中，故催化器2外形设计中必须坚持风阻尽可能小而接触面尽可能大的原则。

3、为进一步加强水分解反应中的催化作用，在催化系统设计中，可充分利用空间，采用多重催化的方式。在本方法应用于某些加热炉时，我们就采取了催化环及催化床共用的方法，来加强催化作用。

第三步，电击；激活后的干蒸汽送入放电器5中，放电器5能够连续或脉冲地发射高压与适当频率组合的电子束；所述的放电器5内部设有正、负对应布置的电极对6及变频增压器4；所述的电极对6采用金属钨、钨合金或金属镍等其它具有电催化作用的金属及金属化合物材料制成；根据需要电极对6设置为一对或多对，其中心线位置与干蒸汽流向相交；干蒸汽送入放电器5中得到氢气和氧气体积比为2:1的氢氧混合气体及少量未被电击的干蒸汽。

用高压电流对干蒸汽进行轰击，可以彻底破坏其氢键和共价键，使之形成标准体积比的氢氧混合气体燃料。

为此，需针对各种不同燃料（汽油、柴油、煤油、重油、煤、天然气等）应用的场合，设计出与其相匹配的用于电轰击的变频升压装置即放电器5。

变频增压器4可根据不同燃料和设备生成及使用水蒸汽的状况，选择适当的、与之匹配的频率，并可在其自备电源系统为直流电时，将之转换为交流电，以备升压。在精密设备（如高档内燃机等）中，还可采用变频技术，根据耗能设备在不同工况下混合燃料的消耗量，自动转换频率，以求热效率最大化。

变频增压器4可将常规电源的电压（12V；24V；220 V；380 V等）升至1万伏以上的高压，以保证对水进行电轰击时消耗最少的能量来获得最高效率的电压及最安全的电流强度。

需要说明的是：虽然这里也使用了电，而且是高压电，但由于其电流强度非常低，所以耗电量是极低的。如应用在汽车上作为节油器使用时，仅需原有的车载电瓶及内燃机自备的发电机即可满足需要，无需再添加或改动任何供电设施。

第四步，气水分离；将上述得到的氢氧混合物及未被电击的干蒸汽通过气水分离器7将干蒸汽滤除，得到氢氧混合气体。

通过放电器5的水蒸汽不可能全部被分解，总有少部分会混同氢氧混合气体燃料一起进入设备燃烧室。对多数机械设备（如：锅炉等），此现象有益无害，多余的水蒸汽可在燃烧室中与常规燃料发生水煤气反应被消耗掉。但对高档设备（如：航空发动机等）而言，水的存在却有可能会带来某种负面作用。为预防此问题，可在放电器5后增加气水分离器7，将混在其中的水滤出。气水分离器7可根据精度需求采用不同形式（如：重力分离；干燥剂分离；冷凝分离等）。

本发明的方法可以但不仅限于应用到加热炉、内燃机等设备上。从理论上说，它能够在所有场合逐步取代人类目前使用的化石能源。

Claims (2)

1.一种将水分解为氢氧混合气体燃料的方法，其特征是包括步骤如下：第一步，汽化；将水输入到蒸汽发生器中进行汽化，形成干蒸汽；第二步，催化；上述的得到的干蒸汽送入催化器，干蒸汽被催化器中的金属锰催化剂激活；第三步，电击；激活后的干蒸汽送入放电器中，得到氢气和氧气体积比为2:1的氢氧混合气体及少量未被电击的干蒸汽；第四步，气水分离；将上述得到的氢氧混合物及未被电击的干蒸汽通过汽水分离器将干蒸汽滤除，得到氢氧混合气体。

2.根据权利要求1所述的一种将水分解为氢氧混合气体燃料的方法，其特征是：所述的放电器内部设有正、负对应布置的电极对及变频增压器；所述的电极对采用金属钨、钨合金或镍材料制成；电极对为一对或多对。

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