电解高温水蒸气制氢装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种电解高温水蒸气制氢装置，该装置包括电源、H解聚釜、H2收集器、O解聚釜、O2收集器、导热桥、集热器、加热炉和电解桥，其中，电源通过电极连接H解聚釜和O解聚釜，H解聚釜与H2收集器连接，O解聚釜和O2收集器连接；导热桥位于H解聚釜和O解聚釜之间，且和H解聚釜和O解聚釜之间分别通过管线连接；电解桥位于H解聚釜和O解聚釜的下部，且和H解聚釜和O解聚釜之间分别通过管线连接；集热器位于导热桥和电解桥之间，集热器下方装有加热炉。本实用新型专利技术为密闭系统，在系统内通过加热将“电解釜”中的水变成高温（压）水蒸气以后，再给“电解釜”加载直流电制备氢气，可以大大提高制备氢气的效率。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
电解高温水蒸气制氢装置
本技术属于新能源领域，涉及一种电解高温水蒸气制氢装置。
技术介绍
目前，随着各种能源的开发和利用，世界各国都在寻找和开发氢能源，氢能源作为一种新兴能源正有待于取缔传统能源。然而到目前为止，在世界范围内所有的制取氢气方法。如:直流电解水制氢(即传统法)、太阳能热分解水制氢、太阳能发电电解水制氢、阳光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等诸多方法，因成本过高、生产效率低或者是污染环境等需要实质性的突破。(一)氢气的基本性质在标准状态下，氢气的密度为0.0899 kg /m3 ;在-252.7 °C时，可成为液体；若将压力增大到数百个大气压，又可变为金属氢。在所有气体中，氢气的导热性最好。它构成了宇宙质量的75%，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。氢的燃烧性能好(化学方程式:2? +O2 (燃烧)=2H20+热量)，点燃快，燃烧速度快，燃点高，发热值为142，351kJ/kg，是汽油发热值的3倍，是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，与空气混合时有广泛的可燃范围。氢气本身无毒，与其他燃料相比燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当 处理也不会污染环境，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。氢气可以通过燃烧产生热能在热力发动机中产生机械能，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，如现在的内燃机稍加改装即可使用。目前液氢已广泛用作航天动力的燃料，是一种理想的新能源。但氢能的商业应用有待降低生产成本和提高生产效率、安全贮存和可靠运输成为关键。(二)水的基本性质水(H2O)是由氢、氧两种元素组成，在常温常压下为无色无味的透明液体，比热容为 4.2X IO3J/ kg.°C,蒸汽比热容是 2.1 X IO3 J/ kg.。。。比热容公式:Q水吸=cm(t「t0)，c为比热容，m为质量，ti为变化后温度，t0为初始温度。在自然界中，水通常是酸、碱、盐等物质的溶液。当温度高于374.2°C压力达到一定值(近乎22MPa)时，因高温膨胀密度和高压压缩密度的气态水便不能通过加压转化为液态，气体、液体完全交融在一起形成一种特殊物质“超临界水”。它具有几大特点:1、氧化能力极强，将需要处理的物质放入其中，再向其中溶解氧气(可以大量溶解)，氧化性强于高锰酸钾；2、助燃性极强，许多物质都可以在其中燃烧，冒出火焰；3、溶解性极强，它可以溶解很多物质(比如油)，且在溶解时体积会大大缩小，这是因为超临界水会紧紧裹住油；4、腐蚀性极强，它能够缓慢地溶解腐蚀几乎所有金属，甚至包括黄金(与王水相仿)；5、超级催化作用，在超临界水中化学物质会加快反应速度，有些更可以提高100倍达到恐怖级。水的热稳定性很强，在被加热到2000°C以上开始分解为氢和氧，但在通电的条件下不加热也会离解为氢和氧(化学方程式:2H20 +热量(分解)=2?丨+ O2丨。)。纯水有极微弱的导电能力，但普通的水因含有少量电解质而具有导电能力。水是一种极弱的中性电解质，呈现多级电离，且可逆，并达到平衡。离子方程式=H2CHH2O ^ H30++0H_，通常H3O+简写为Η+，Η20#Η+1 + OH'在25°C时，IL水(纯)中有lXl(T7molH20电离，H+1和OF1各等于lXl(T7mol/L。Kw= [H+] [OHl=IXlO^40 pH= — 1glO ([H+]) pH〈7 溶液为酸性，pH=7 溶液为中性，pH>7溶液为碱性。能溶于水的酸性氧化物或碱性氧化物都能与水反应，生成相应的含氧酸或碱。酸和碱发生中和反应生成盐和水。Im3氢气在标准状态下，用传统电解水法制取需要消耗电能4一4.5kwh(度)(一度电的热量=3.6X IO6J),按最高值4.5度换算成热量1.62X 107J (4.5X3.6X 106)。设=Im3氢气在常温状态下需要消耗m kg水，由化学方程式2H20=2H2+02可解得:m=(36X0.0899) +4=0.8091 kg。根据能量守恒定律0.8091 kg的水完全电解，所需的热能应等于大于1.62 X IO7J0水分解是一个吸热过程。当水吸收热量温度高达3000K时，完全分解成氢气和氧气。设0.8091kg水在常温状态下，被加热到3000K(2726.8°C )时，完全分解生成Im3 氢气所需要的热量 4.7351 X IO6J {Q水吸=Cmaft0) =4.2X IO3X0.8091 X (100-20)+ 2.1XlO3X0.8091 X (2726.8-100) }，与传统制氢法相比热量消耗下降70.77% {计算式=[(4.7351 X IO6J) - (1.62 X IO7J) ] + (1.62 X IO7J) }。这预示其成本可能会有较大的下降空间。 当温度达2000K (分解临界点)时，在水蒸气体中产生0H—离子、H +离子，极少量超饱和的0H —与OH —、H +与H+相结合生成氧气和氢气溢出。其中的OH —、H+保持动态平衡，这一过程非常缓慢。如果(基于传统法的温度变化)在其上再加载直流电形成正、负电荷场。由于正电荷(场)吸引(导)0H —离子向阳极运动而失去电子被氧化生成氧气卿40H一-4e —O2 i + 2H20), OH —离子失去的电子通过电源的阴阳极之间内部电路流向阴极；同理，由于负电荷(场)吸引(导)H +离子向阴极运动而获得电子被还原生成氢气(SP4H++4e — 2?丨)。OH —、H +的原有平衡被打破，加速其它H2O分子电离生成新的0H—离子、H+离子恢复这一平衡。这一过程无限循环，无数个H2O分子被分解生成氢气和氧气。如果温度达不到2000K (1726.8°C )时，这一反应过程就要消耗电能补充H2O分子电离分解所需要的热能，继而完成上述循环。我们把使用热量(如，液化气燃烧)给水加热生产高温(压)水蒸气体，并在其上加载直流电制取氢气的方法，叫做电解高温(压)水蒸气制取氢气法。其中:H2O、H2、O2是其物质载体。这一方法有着广泛的社会实践和可靠的理论基础。当然，这是理论上的讨论，需要科学实验。设0.809 Ikg水在常温状态下，被加热升高到1000°C及以上时，所需的热量1.8010566 X IO6J {4.2X IO3X0.8091 X (10-20)+ 2.1XlO3X0.8091 X (1000-100) }。如果在此基础上再加载直流电制取氢气，与传统法相比成本能否下降？下降多少？基于上述理论，我们需要设计一套制氢装置。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种电解高温水蒸气制氢装置，解决目前制氢装置制备氢气效率较低、工艺复杂，且成本较高，不能满足实际需要的问题。本技术通过以下技术方案来实现:电解高温水蒸气制氢装置，该装置包括电源、H解聚釜、H2收集器、O解聚釜、O2收集器、导热桥、集热器、加热炉和电解桥，其中，电源通过电极连接H解聚釜和O解聚釜，H解聚釜与H2收集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解高温水蒸气制氢装置，其特征在于：该装置包括电源（1）、H解聚釜（2）、H2收集器（3）、O解聚釜（4）、O2收集器（5）、导热桥（6）、集热器（7）、加热炉（8）和电解桥（9），其中，电源（1）通过电极连接H解聚釜（2）和O解聚釜（4），H解聚釜（2）与H2收集器（3）连接，O解聚釜（4）和O2收集器（5）连接；导热桥（6）位于H解聚釜（2）和O解聚釜（4）之间，且和H解聚釜（2）和O解聚釜（4）之间分别通过管线连接，导热桥（6）和H解聚釜（2）之间的管线上装有阀门一（10），导热桥（6）和O解聚釜（4）之间的管线上装有阀门二（11），导热桥（6）上设置有卸压口（12）；电解桥（9）位于H解聚釜（2）和O解聚釜（4）的下部，且和H解聚釜（2）和O解聚釜（4）之间分别通过管线连接；集热器（7）位于导热桥（6）和电解桥（9）之间，集热器（7）下方装有加热炉（8），集热器（7）与导热桥（6）之间的管线上装有阀门三（13）。

【技术特征摘要】
1.一种电解高温水蒸气制氢装置，其特征在于:该装置包括电源(I)、H解聚釜(2)、H2收集器(3)、O解聚釜(4)、O2收集器(5)、导热桥(6)、集热器(7)、加热炉(8)和电解桥(9)，其中，电源(I)通过电极连接H解聚釜(2)和O解聚釜(4)，H解聚釜(2)与H2收集器(3)连接，O解聚釜(4)和O2收集器(5)连接；导热桥(6)位于H解聚釜(2)和O解聚釜(4)之间，且和H解聚釜(2)和O解聚釜(4)之间分别通过管线连接，导热桥(6)和H解聚釜(2)之间的管线上装有阀门一(10)，导热桥(6)和O解聚釜(4)之间的管线上装有阀门二(11)，导热桥(6 )上设置有卸压口( 12 );电解桥(9 )位于H解聚釜(2 )和O解聚釜(4)的下部，且和H解聚釜(2)和O解聚釜(4)之间分别通过管线连接；集热器(7)位于导热桥(6)和电解桥(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树金，薛瑞飞，薛瑞艳，
申请(专利权)人：王树金，
类型：新型
国别省市：黑龙江;23