CN102444881A

CN102444881A - 一种利用化学反应产生蒸汽的方法及其装置和应用

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Publication number: CN102444881A
Application number: CN2011104337909A
Authority: CN
Inventors: 肖天存; 黄瑜; 陈浩逸
Original assignee: 肖天存
Current assignee: Guangzhou Boxenergy Technology Ltd.
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: CN102444881B

Abstract

本发明具体涉及一种利用化学反应产生蒸汽的方法及其装置和应用。其包括一个反应器、至少两个反应物储存器、与反应物储存器等数量的速度控制器；反应物储存器通过管道与反应器连接，反应储存器上连接有反应物推进装置，管道与反应器连接处安装有计量控制器；反应器上设有蒸汽出口，蒸汽出口处连接有蒸汽利用装置。另外本发明利用两种以上的反应物在装有蒸汽发生介质的该装置中反应生产蒸汽，本发明利用化学反应产生蒸汽的方法有蒸汽发生速度快，温度容易控制，不需要其它有机燃料和空气，并可以方便携带等优点；通过其生产的蒸汽的温度可以在100-1500℃；本发明的蒸汽生产方法简单，易操作。

Description

一种利用化学反应产生蒸汽的方法及其装置和应用

技术领域

本发明涉及一种蒸汽发生装置及其利用该装置产生蒸汽的方法，具体涉及一种利用化学反应产生蒸汽的方法及其装置和应用。

背景技术

目前的蒸汽发生器（俗称锅炉）都是或绝大多数是利用燃料或其它能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械装置。蒸汽发生器主要是按照燃料分类的，可分为电蒸汽发生器、燃油蒸汽发生器、燃气蒸汽发生器等。US 20110214858介绍了一种井底蒸汽发生系统，其中包括一个或多个燃烧器，其可以突然膨胀换热，一个快速蒸发管来产生蒸汽。把热的燃烧副产品和蒸汽注入油层，增加石油采收率。US 7946342 描述了一种利用一些能和水反应放出热量的化学物质在油井原位蒸汽发生系统，并产生含有碱土金属的表面活性剂，把这些混合物注入油层，达到驱油效果。US 20110017449 叙述了一种一次性进水快速加热产生蒸汽的方法，这里的蒸汽发生使用高功率电加热或蒸汽加热，使用了一个热交换器。这种 CN 102172603 介绍了利用蒸汽处理医用垃圾，使之无害化的工艺方法。这里的蒸汽是通过电加热或锅炉产生，因此携带性差，而且浪费能量。这些过程都需要换热器和锅炉，对水质要求很高，并且所产生的蒸汽温度依赖于蒸汽压力，一般产生的都是饱和蒸汽，很难产生过热蒸汽。另外因为这些装置需要电源或锅炉，因此无法携带，再者蒸汽产生过程比较慢，因此其应用范围受到很大的限制；另外这些蒸汽发生器产生的蒸汽无法满足更高层次的需要。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种利用化学反应产生蒸汽的装置，蒸汽发生速度快，温度容易控制，适用于化学方法产生蒸汽，不需要其他燃料和空气。

本发明的另一目的在于提供一种利用化学反应产生蒸汽的装置生产蒸汽的方法。

本发明的又一目的在于提供本发明所生产的蒸汽的应用领域。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种利用化学反应产生蒸汽的装置，其包括一个反应器、至少两个反应物储存器、与反应物储存器等数的计量控制器；反应物储存器通过管道与反应器连接，反应储存器上连接有反应物推进装置，管道与反应器连接处安装有计量控制器；反应器上设有蒸汽出口，蒸汽出口处连接有蒸汽利用装置。

优选的方案中，所述反应物推进器为在反应物储存器与管道连接处安装的泵。本发明利用化学反应产生蒸汽的装置用于反应物都是液体的情况时，泵将反应物储存器中的反应物泵入到反应器中进行反应，通过计量控制器控制进入反应器中反应物的用量来控制蒸汽的产生量。当其用于反应物是一种液体和一种固体时，如果所用的固体反应物是能溶于水且不与水反应的，可以将固体反应物先溶于水之后装入到其中的一个反应物储存器中，按照上述两种液体反应时的方式进行；如果固体反应物是不溶于水或者与水能发生反应的情况时，可以向直接将固体反应物直接加入到反应器中，通过将液体反应物泵入到反应器中进行反应，通过计量控制器控制进入液体反应器中反应物的用量，从而达到制备蒸汽并控制蒸汽的产生量的目的。当该装置用于两种固体时，要求其中至少有一种反应物是溶于蒸汽发生介质的。

本发明的利用化学反应产生蒸汽的装置，上述的反应器为筒状的耐高温反应器，材料为不锈钢，陶瓷、玻璃钢、玻璃、碳化硅或石英中的一种，所述耐高温反应器能承受蒸汽产生的温度。

本发明中上述的反应物储存器至少为一个还原物储存器和一个氧化物储存器。

一种利用化学反应产生蒸汽的装置生产蒸汽的方法，其工艺步骤为

1）在反应器中加入蒸汽发生介质；

2）在反应物储存器分别加入反应物，至少有一个反应物储存器中装有氧化物和一个反应物储存器中装有还原物，反应物反应时能放出大量的热量，并至少有一种反应物能溶于蒸汽发生介质；

3）根据反应物的用量设置计量控制器，开启泵，经泵通过管道将反应物输入到反应器中进行反应，反应完成后流量控制器自动关闭；

4）反应所产生的蒸汽经过蒸汽出口进入到蒸汽利用装置加以利用。

所述的蒸汽发生介质为水或乙醇或者是水与乙醇的混合物。

所述氧化物为过氧化物或者变价元素高价化合物及其相应的溶液中的一种或两种以上混合。其中过氧化物包括但不限于过氧化氢、过氧化钠、过碳酸钠；过氧化钙、过氧有机酸如过氧乙酸、过氧丙酸，所述变价元素的高价化合物，可以是但不限于KMnO₄、KClO₃、浓 H₂SO₄、HNO₃、MnO₂、FeCl₃等；这些氧化剂可以单独使用，同时在其无化学反应时，也可以将两种或两种以上混合使用；当氧化剂在水溶液中可以稳定存在时，可以考虑使用氧化剂水溶液，如过氧化氢水溶液。

所述还原物为硫化物、活泼的金属单质粉末、亚硫酸盐、氢氧化物、醇类、羧酸、有机胺中的一种或两种以上混合。还原剂中的硫化物包括但不限于硫化钠、硫化氢钠、硫化氢钾、硫化钙；活泼金属单质包括但不限于铁粉、铝粉、锌粉；亚硫酸盐为亚硫酸钠，氢氧化物包括但不限于氢氧化钠；另外，还原剂还可以包括稳定的金属钠或其它金属元素。这些还原剂可以单独使用，也可以混合使用，只要他们能稳定共存。还原剂中也可以加入能使其稳定存在的添加剂，比如硫化钠易见水潮解，为了增加其稳定性，可以在其中加入一定量的氢氧化钠或石灰。还有可以在还原剂中增加一些可以产生膨胀气体或生成气体的物质，如碳酸钙或碳酸氢钙。一般这些还原剂要和氧化剂分开保存，非使用时间，要确保氧化剂和还原剂储存容器绝对隔离，即使因意外事故破碎，也要有相应设施确保两者不能接触。

本发明一个重要的特征就是蒸汽发生可以在室温甚至零下30℃启动，启动时间低于2分钟甚至更短，反应完全性取决于氧化剂和还原剂的混合速度，因此蒸汽的发生速度和温度可以通过反应的混合过程或进料速度来控制，也可以通过加水量控制。

本发明的化学反应产生蒸汽的装置的一个重要用途是因为其在低温条件下仍可以快速启动，因此可用于航天卫星的发射和推进。可以把氧化剂和还原剂储存在两个航天推进器的燃料箱，采用旋转混合，因为这个方法产生的高温蒸汽可到1500℃, 因此相对于目前的一些推进系统不仅容易控制，而且具有更高的能量密度。

本发明所生产的蒸汽用于油田井下驱油、应急电力、蒸气动力、储能或蒸汽清洗领域。

综上，本发明的有益效果在于：本发明的利用化学反应产生蒸汽的装置蒸汽发生速度快，温度容易控制，适用于化学方法产生蒸汽，不需要其他燃料和空气，并可以方便携带；通过其生产的蒸汽的温度可以在100-1500℃；本发明的蒸汽生产方法简单，易操作；所生产的蒸汽可应用于油层或矿藏，也可以接在一个蒸汽发电机上进行发电，用在没有电源或需要小型充电的地方，还可用于航天卫星的发射和推进。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明产生蒸汽的装置优选实施例结构示意图；

图2为本发明制备蒸汽的实施例1中蒸汽的温度与反应物加入量的关系图；

图3为本发明产生蒸汽的实施例2中蒸汽的温度与反应物加入量的关系图；

图4为本发明产生蒸汽的实施例3中蒸汽的温度与反应物加入量的关系图。

具体实施方式

如图1所示，一种利用化学反应产生蒸汽的装置，其包括一个反应器1、至

少两个反应物储存器3、与反应物储存器3等数的计量控制器2；反应物储存器3通过管道5与反应器1连接，反应储存器3上连接有反应物推进装置，管道5与反应器1连接处安装有计量控制器2；反应器上设有蒸汽出口7，蒸汽出口7处连接有蒸汽利用装置6。

如图1所示，本发明优选的实施例1中，所述反应物推进器为在反应物储存器3与管道5连接处安装的泵4。该装置适用于反应物都为液态的情况。泵4将反应物储存器3中的反应物泵入到反应器1中进行反应，通过计量控制器2控制进入反应器中反应物的用量来控制蒸汽的产生量。

1）在反应器中加入蒸汽发生介质；

本发明的利用化学反应产生蒸汽的装置用于反应物都是液体的情况时，泵将反应物储存器中的反应物泵入到反应器中进行反应，通过计量控制器控制进入反应器中反应物的用量来控制蒸汽的产生量。当其用于反应物是一种液体和一种固体时，如果所用的固体反应物是能溶于水且不与水反应的，可以将固体反应物先溶于水之后装入到其中的一个反应物储存器中，按照上述两种液体反应时的方式进行；如果固体反应物是不溶于水或者与水能发生反应的情况时，可以向直接将固体反应物直接加入到反应器中，通过将液体反应物装入到反应物储存器中，将液体反应物泵入到反应器中进行反应，通过计量控制器控制进入液体反应器中反应物的用量，从而达到制备蒸汽并控制蒸汽的产生量的目的。当该装置用于两种固体时，要求其中至少有一种反应物是溶于蒸汽发生介质的。

以下是生产蒸汽的具体实施例。

实施例1

准确称量10.0g硫化钠固体（分析纯）和2.0g氢氧化钠固体（分析纯），量取约60mL30%过氧化氢溶液于100mL烧杯中。按照上述步骤用本发明实施例3的蒸汽发生装置生产蒸汽。蒸汽温度受压强、容器的体积及反应物的用量等因素的影响。本实施例是在常温，常压下完成的，其中蒸汽的温度与反应物用量的关系见图2。

实施例2

准确称量10.0g硫化钠固体（分析纯）和2.0g氢氧化钠固体（分析纯）于100mL的烧杯中，量取38.0mL去离子水加至烧杯中，搅拌，使固体充分溶解，得到混合溶液。将30%过氧化氢溶液，控制滴加比例(v/v)为：硫化钠、氢氧化钠混合溶液:过氧化氢溶液=1:1.1，按照上述步骤，采用本发明实施例1中的蒸汽发生装置生产蒸汽。蒸汽温度受压强、容器的体积及反应物的用量等因素的影响，本实施例是在常温，常压下完成的，其中蒸汽的温度与反应物用量的关系见图3。

实施例3

准确称取25.0g硫化钠固体（分析纯）和5.0g氢氧化钠固体（分析纯）。另取30%过氧化氢溶液150mL，按照上述步骤，采用本发明实施例3中的蒸汽发生装置生产蒸汽。蒸汽温度受压强、容器的体积及反应物的用量等因素的影响，本实施例是在常温，常压下完成的，其中蒸汽的温度与反应物用量的关系见图4。

实施例4

称取50ml的原油加入到反应器中，用本发明的产生蒸汽的装置，在其中的一个反应物储存器中加入硫化钠、氢氧化钠混合溶液，在另一个反应物储存器中加入30%的过氧化氢溶液，控制滴加比例。该反应中出现的现象是：当两种反应物在反应器中一经接触，即剧烈反应，放出大量的热，温度明显升高，原油中开始有大量气泡冒出，随着反应液的加入，反应产生大量蒸汽，伴随着原油上升，原油体积也逐渐膨胀至原来五倍左右，混着反应液的原油大量溢出，同时反应放出大量的热，反应结束后静置，混合液体分层，上层为黑色原油，下层为清澈液体。

根据实施例4的实验结果，说明了本发明的蒸汽也可以用在地下采油，我们可以采用两路泵打的形式，使得氧化剂和还原剂分别进入井下需要蒸汽的出油口，反应产生蒸汽，从而加热油层，使原油在热量的作用下体积膨胀，并从地底涌出，达到开采石油的目的。

上述实施例仅为本发明优选的实施案例，上述实施例均是在常压下进行的，所以蒸汽的温度在100℃左右，但是，蒸汽的温度与反应物的用量、反应器内的压力有直接的关系，可以通过控制压力和反应物的用量，当反应器内的压力到达100MPa时，蒸汽的温度可以达到1500℃左右；因此，不能以此来限定本发明所要求保护的范围；本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims

1.一种利用化学反应产生蒸汽的装置生产蒸汽的方法，其特征在于：其工艺步骤为

1）在反应器中加入蒸汽发生介质；

2.根据权利要求1所述的利用化学反应产生蒸汽的装置生产蒸汽的方法，其特征在于：所述的蒸汽发生介质为水或乙醇或者是水与乙醇的混合物。

3.根据权利要求1所述的利用化学反应产生蒸汽的装置生产蒸汽的方法，其特征在于：所述氧化物为过氧化物、变价元素高价化合物及过氧化物或变价元素高价化合物相应的溶液中的一种或两种以上混合。

4.根据权利要求1所述的利用化学反应产生蒸汽的装置生产蒸汽的方法，其特征在于：所述还原物为硫化物、活泼的金属单质粉末、亚硫酸盐、氢氧化物、醇类、羧酸、有机胺中的一种或两种以上混合。

5.一种利用化学反应产生蒸汽的装置，其特征在于：其包括一个反应器、至少两个反应物储存器、与反应物储存器等数量的计量控制器；反应物储存器通过管道与反应器连接，反应储存器上连接有反应物推进装置，管道与反应器连接处安装有计量控制器；反应器上设有蒸汽出口，蒸汽出口处连接有蒸汽利用装置。

6.根据权利要求5所述的利用化学反应产生蒸汽的装置，其特征在于：所述反应物推进装置为在反应物储存器与管道连接处安装的进料泵。

7.根据权利要求5或6所述的产生蒸汽的装置，其特征在于：所述反应器为耐高温反应器，材料为不锈钢、陶瓷、玻璃钢、玻璃、碳化硅或石英中的一种，所述耐高温反应器可以承受达到2000℃的高温。

8.如权利要求1所述的方法生产的蒸汽用于油田井下驱油、应急电力、蒸气动力、储能或蒸汽清洗。