CN102616738B - 同时生成氢气和氧气的制备方法及制备系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种同时生成氢气和氧气的制备方法及制备系统，该制备方法的步骤为：先制备出480-540℃、压强4.8-6.0MPa的水蒸气；再将A步骤的制得的水蒸气进行磁共振处理；最后将磁共振处理后的水蒸气与80-100℃的液态水进行混合并以100-130MPa的压强进行射流从而获得氢气和氧气。制备系统包括水蒸气生成装置、磁共振装置和射流装置。本发明的这种同时生成氢气和氧气的制备方法及制备系统具有工艺过程简单、效率高、无需消耗大量能源的优点，对今后氢气和氧气的工业化、批量化制备具有推广应用价值。

Description

同时生成氢气和氧气的制备方法及制备系统
技术领域
本发明涉及氢气和氧气的制备方法及制备系统。
背景技术
目前，氢气和氧气的制备方法比较多，有单独制备氢气和氧气的方法，有同时制备氢气和氧气的方法。
其中单独制备氢气的方法有很多种，如氨分解法，裂化石油法，活泼金属与酸反应法、强碱与铝或硅反应法等；单独制备氧气的方法也有很多种，如空气冷冻分离法，分子筛制氧法（吸附法），高锰酸钾加热分解法，氯酸钾加热分解法等。
同时制备氢气和氧气的方法主要是电解水法，即把水放入电解槽中，加入氢氧化钠或氢氧化钾以提高水的电解度，然后通入直流电，水就分解为氧气和氢气。这种制备方法，每制取1立方米氧，同时获得2立方米氢。用电解法制取1立方米氧要耗电12—15千瓦小时，能源消耗大、很不经济。
从上述介绍可以看出，现有的制备氢气和方法不仅制备工艺复杂，而且需要消耗大量的资源和能源，不符合当前低碳环保的可持续发展理念。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题是提供一种仅利用水作为原料、制备工艺简便的同时制备氢气和氧气的方法，以克服现有技术存在的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种同时生成氢气和氧气的制备方法，其包括如下步骤：
A、先制备出480-540℃、压强4.8-6.0MPa的水蒸气；
B、再将A步骤的制得的水蒸气进行磁共振处理；
C、最后将磁共振处理后的水蒸气与80-100℃的液态水进行混合并以100-130Mpa的压强进行射流从而获得氢气和氧气。
在本发明中，通过将将液态水变成水蒸气，并将水蒸气进行磁共振处理，这时水分子发生共振后，水分子的H-0夹角由104.5°变成114.5°，更加活跃。而水蒸气共振后，活跃的水分子通过射流处理，压强陡然减压形成的力会使H-0键断裂，从而产生氢气和氧气。
在本发明的优选设施方式中，所述磁共振处理和射流过程中均加入催化剂TiO2。通过添加催化剂，可以加速反应，从而提高氢气和氧气的生成效率和生成量。
在本发明的优选实施方式中，为了减小能源的消耗和实现废物利用，所述水蒸气和液态水的制备通过冷却水或常温水与废热气体进行热交换的方式进行。所述冷却水和废热气体为发电或电浆或化学合成过程中的冷却水和废热气体。
基于上述制备方法，本发明还提供一种同时生成氢气和氧气的制备系统，其包括：
水蒸气生成装置，用于制备480-540℃、压强4.8-6.0MPa的水蒸气；
磁共振装置，用于对制得的水蒸气进行磁共振处理；、
射流装置，通过射流的方式将磁共振处理后的水蒸气与80-100℃的液态水进行混合并陡然减压。
在本发明的优选实施方式中，所述磁共振装置具有供水蒸气通过的通道，通道内壁具有催化剂TiO2涂层或TiO2衍生物涂层。所述射流装置内壁也具有催化剂TiO2涂层或TiO2衍生物涂层。
所述射流装置由窄通道和从窄通道陡然变大的宽通道构成。这样的射流装置能够实现水蒸气和液态水混合物的陡然减压处理。
在本发明的优选实施方式中，所述水蒸气生成装置为热交换器，该热交换器通过将冷却水或常温水与废热气体进行热交换从而可以制得的水蒸气和80-100℃的液态水。
通过上述详细描述，可以看出，本发明的同时生成氢气和氧气的制备方法及制备系统具有工艺过程简单、效率高、无需消耗大量能源的优点，对今后氢气和氧气的工业化、批量化制备具有推广应用价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：
图1为本发明的制备方法流程示意图；
图2为本发明的制备系统结构示意图；
图3为磁共振装置结构示意图；
图4为水分子磁共振反应式；
图5为射流装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的同时生成氢气和氧气的制备方法，其包括如下步骤：
A、水蒸汽的制备：先制备出480-540℃、压强4.8-6.0MPa的水蒸气；
B、磁共振处理：再将A步骤的制得的水蒸气进行磁共振处理；
C、混合并射流减压：最后将磁共振处理后的水蒸气与80-100℃的液态水进行混合并射流陡然减压处理，进而从减压后的水中收集氢气和氧气。
在本发明中，上述制备方法通过如图2所示的制备系统进行，该制备系统有热交换装置100、磁共振装置200，射流装置300以及收集装置400。
其中，热交换装置100首先将发电、电浆、化学合成过程中的冷却水和废热气体进行热交换，使20℃的水变成480-540℃、压强4.8-6.0MPa（用压力泵增压）的水蒸气和80-100℃的液态水。水蒸气直接输送到磁共振装置200中进行磁共振处理1-2秒，液态水则与经磁共振处理过的水蒸气进行混合进入射流装置300，经射流装置300射流后，液态水和水蒸气的混合物的压强陡然降低，将水分子分裂成氢气和氧气，富含在水中，然后通过收集装置400进行收集。收集装置400可以是气体电池，直接吸收水中的氢气和氧气。
水蒸气经磁共振处理后，如图3所示，水分子H-O间夹角由104.5°变成114.5°。这样水分子将变得更加活泼。
如图3所示，为了提高磁共振效果，磁共振装置200的供水蒸气通过的通道201内壁涂有催化剂TiO2。
如图4所示，射流装置300由窄通道301和从窄通道陡然变大的宽通道302构成。由于通道陡然变大，液态水和水蒸气的混合物的压强突然降低，该突然变化产生的力会使H-O键断裂，从而生成氢气和氧气。
同样为了在减压时，让水分子更加活泼，更加容易断裂，射流装置300的通道303内壁也涂有催化剂TiO2。
上述催化剂TiO2还可以采用TiO2衍生物代替。
在本发明的整个氢气和氧气制备过程中，只利用了发电、电浆、化学合成过程中的冷却水和废热气体，未消耗其它能源，并且可以实现了废物资源的循环利用，具有低碳节能的特点。另外，即使在制备水蒸气的过程中，能量消耗也是比较小的。以1kg20℃的水变为520℃的水蒸气为例，整个过程仅需消耗热量829Kcal。
下表1-表3充分说明本发明制备氢气和氧气的效果（以处理1000kg水蒸气为例）。
 从上表可以看出，水蒸气温度520℃，水蒸气压力 5.3MPa，磁共振处理时间6秒，射流水流压力118MPa时得到的氢气和氧气最多，制备效果最好。
但是，本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护的范围。

Claims (10)

1.一种同时生成氢气和氧气的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 
先制备出480-540℃、压强4.8-6.0MPa的水蒸气； 
再将制得的水蒸气进行磁共振处理； 
最后将磁共振处理后的水蒸气与80-100℃的液态水进行混合并以100-130Mpa的压强进行射流从而获得氢气和氧气。 
2.根据权利要求1所述的同时生成氢气和氧气的制备方法，其特征在于：所述磁共振处理和射流过程中均加入催化剂TiO2或TiO2衍生物。 
3.根据权利要求1所述的同时生成氢气和氧气的制备方法，其特征在于：所述水蒸气和液态水的制备通过冷却水或常温水与废热气体进行热交换的方式进行。 
4.根据权利要求3所述的同时生成氢气和氧气的制备方法，其特征在于：所述冷却水和废热气体为发电过程中的冷却水和废热气体,或者为电浆过程中的冷却水和废热气体，或者为化学合成过程中的冷却水和废热气体。 
5.根据权利要求1所述的同时生成氢气和氧气的制备方法，其特征在于：所述磁共振处理时间为3-6秒。 
6.一种同时生成氢气和氧气的制备系统，其特征在于，包括： 
水蒸气生成装置，用于制备480-540℃、压强4.8-6.0MPa的水蒸气； 
磁共振装置，用于对制得的水蒸气进行磁共振处理；
射流装置，以100-130Mpa的压强的射流方式将磁共振处理后的水蒸气与80-100℃的液态水进行混合并进行射流减压。 
7.根据权利要求6所述的同时生成氢气和氧气的制备系统，其特征在于：所述磁共振装置具有供水蒸气通过的通道，通道内壁具有催化剂TiO2涂层或TiO2衍生物涂层。 
8.根据权利要求6所述的同时生成氢气和氧气的制备系统，其特征在于：所述射流装置由窄通道和从窄通道陡然变大的宽通道构成。 
9.根据权利要求6或8所述的同时生成氢气和氧气的制备系统，其特征在于：所述射流装置内壁也具有催化剂TiO2涂层或TiO2衍生物涂层。 
10.根据权利要求6或8所述的同时生成氢气和氧气的制备系统，其特征在于：所述水蒸气生成装置为热交换器，该热交换器具有分别通向磁共振装置和射流装置的两个出口。 
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