一种基于水反应制氢燃料及其燃烧工艺

技术领域

本发明涉及氢燃料领域，特别涉及一种基于水反应制氢燃料及其燃烧工艺。

背景技术

现有常用的工业制氢方法，如：1、水蒸气通过灼热的焦炭(称碳还原法)，氢气提纯度为75％左右；2、水蒸气通过灼热的铁，可得纯度≤97％的氢气；3、从水煤气中提取氢气，得到的氢气纯度比较低；4、电解水法，制得氢气纯度可高达≥99％。也可以从2NaOH或KOH溶液中用电解法取得。以上诸种生产方式均因耗能过大、成本超标而无实际生产的现实意义。故急需一种制氢燃料，解决上述问题。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种基于水反应制氢燃料及其燃烧工艺，能够产生强大的热能，相比于传统能源天然气、柴油，均能明显节省能耗。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于水反应制氢燃料，包括以下原料：碱性催化剂、甲醇溶液和水，所述碱性催化剂由氢氧化钾(KOH)、二茂铁(C

进一步的，各原料质量百分比为：碱性催化剂0.1％-0.3％、甲醇溶液15％-20％和余量水。

进一步的，所述碱性催化剂由以下质量百分比的原料制得：氢氧化钾5％-6％、二茂铁7％-9％、羰基镍粉0.8％-1.2％和余量氢氧化钠。

进一步的，所述甲醇溶液的体积浓度为20％-25％，配制甲醇溶液使用甲醇(CH

进一步的，所述碱性催化剂由质量百分比的组分氢氧化钾6％、二茂铁8％、羰基镍粉1％和余量氢氧化钠组成。

进一步的，各原料质量百分比为：碱性催化剂0.1％、甲醇溶液18％和余量水。

一种基于水反应制氢燃料的燃烧工艺，包括以下步骤：将碱性催化剂和水混合，混合后与甲醇溶液通过混合推动器进行混合，在混合推动器的循环管道内壁上设有齿状形镍铂钢片，使甲醇单氧分子与水分子在齿状镍铂钢片多级碰撞催化下，在热环境的逆流态中实现氢氧分离，借助碱性催化剂加速水中氢氧键链分离，制得氢气，在氧气助燃下，引发氢气在燃烧室中直接喷射燃烧。

本发明混合推动器为一种物理催化的液体混合推动器(专利号201811145635.5)基础上改进的装置，即在“一种物理催化的液体混合推动器”基础上，在混合推动器的搅拌装置和第二输送泵之间循环管道内壁上设有齿状形镍铂钢片。

进一步的，所述镍铂钢片的齿朝向与流向相反。

进一步的，所述热环境的温度699℃-1999℃、压力0.19MPa-0.39MPa。

本发明在我司原有一项发明专利“一种物理催化混合推动器”的基础上，进一步进行技术改造，提升了水在推动器中加热裂解氢气的可能性，并实现了在相对高温的状态下，通过混合推动器(混合推动发生器)，利用甲醇单氧分子与H

本发明将自然水、淡化海水、雨水、雪水等水与碱性催化剂混合后与甲醇溶液反应，通过混合推动器在气化仓内经温度699℃-1999℃、压力0.19MPa-0.39MPa的特殊逆流态环境下，将氢、氧原子键链分离，实现氢气在氧气的助燃下，喷射出高强度的热能。其理论热值是普通汽油的1.7-2.7倍，是标准煤(5000大卡)的4-5倍。有效替代了天然气、柴油、生物质颗粒燃料和煤炭、柴火等传统燃料，可广泛应用于工业蒸汽锅炉、烘干炉、窑炉及民用取暖器及热发电设备供能。优于目前普遍采用的水电解法取氢，该逆流态发生器催化技术，填补国内国外技术空白。亦符合“能量转化和守恒定律”中提出“能量守恒定律对坐标转换的要求”之论述。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明利用碱性催化剂使甲醇单氧分子与H

(2)本发明利用混合推动器，采用碱性催化剂使甲醇单氧分子与H

(3)本发明实现水在推动器中加热裂解制备氢气，不但其热能高，而且制备工艺环保。

(4)本发明所利用水可以为自然水、淡化海水、雨水、雪水等，扩大了原料。

附图说明

图1为一种物理催化的液体混合推动器的使用状态示意图；

图中，1混合容器、2单向电磁阀、3流量表、4第一输送泵、5循环管道、6搅拌装置、7第二输送泵、8PLC控制器、9压力表、10进料管道、11原料输出端、12燃烧机输入管道、13第一阀门、14燃烧机、15燃烧室、16第二阀门、17原料储存罐、18输出管道。

图2为齿状形镍铂钢片位于管道上的示意图；

图中：5循环管道，501齿状形镍铂钢片。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。

本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明使用混合推动器为一种物理催化的液体混合推动器(专利号201811145635.5)基础上改进的装置。一种物理催化的液体混合推动器如图1所示，包括混合容器1，所述混合容器1的一侧壁连接有两个进料管道10，另一侧壁与燃烧机输入管道12连接，所述燃烧机输入管道12上设有第一阀门13，所述燃烧机输入管道12用于连通燃烧机14；每个进料管道10的一端用于与一个原料输出端11对应连接，所述原料输出端11包括原料储存罐17和输出管道18，输出管道18上设有第二阀门16，原料输出端11用于输出原料；进料管道10的另一端与混合容器1连接；每个进料管道10上依次设有单向电磁阀2、流量表3和第一输送泵4；所述混合容器1连通有循环管道5，所述循环管道5沿液体流动方向上依次设有搅拌装置6和第二输送泵7。进一步，两个进料管道10的末端集中连接于所述混合容器1的一侧壁中心位置。所述循环管道5的一端连通混合容器1的底部、另一端从混合容器1的顶部贯穿入混合容器1内部。所述混合容器1连接有压力表9，便于监控混合容器1内的压力。所述搅拌装置6为乳化剪切机。所述混合容器1连接进料管道10的侧壁与燃烧机输入管道12的侧壁为相对壁。所述第一输送泵4油泵和第二输送泵7均为齿轮油泵。更进一步，所述流量表3为电子流量表3，所述推动器还包括PLC控制器8，所述PLC控制器8分别与单向电磁阀2和电子流量表3连接，使用时，PLC控制器8预设目标原料值，当电子流量表3检测到流量达到目标原料值时，传输信号至PLC控制器8，由PLC控制器8控制单向电磁阀2关闭，自动停止原料的输送，达到精确目标原料的燃烧。

本发明在“一种物理催化的液体混合推动器”基础上，在混合推动器的搅拌装置和第二输送泵之间循环管道内壁上设有齿状形镍铂钢片，如图2所示。

实施例1

一种基于水反应制氢燃料，包括以下质量百分比的原料：碱性催化剂0.1％、23％v/v甲醇溶液18％和余量水；所述碱性催化剂由以下质量百分比的原料制得：氢氧化钾6％、二茂铁8％、羰基镍粉1％和余量氢氧化钠。

实施例2

一种基于水反应制氢燃料，包括以下质量百分比的原料：碱性催化剂0.3％、25％v/v甲醇溶液20％和余量水；所述碱性催化剂由以下质量百分比的原料制得：氢氧化钾5％、二茂铁7％、羰基镍粉0.8％和余量氢氧化钠。

实施例3

一种基于水反应制氢燃料，包括以下质量百分比的原料：碱性催化剂0.2％、20％v/v甲醇溶液15％和余量水；所述碱性催化剂由以下质量百分比的原料制得：氢氧化钾6％、二茂铁9％、羰基镍粉1.2％和余量氢氧化钠。

实施例4一种基于水反应制氢燃料的燃烧工艺

(1)分别按照实施例1-3配比准备各原料，备用。

1.1碱性催化剂制备(按质量百分比计)：氢氧化钾6％、二茂铁8％、羰基镍粉1％和氢氧化钠85％。

1.2准备燃料原料(按质量百分比计)：碱性催化剂0.1％、23％v/v甲醇溶液18％和余量水。

(2)采用一种物理催化的液体混合推动器(专利号201811145635.5)专利中实施例2基础上改进的装置，即在“一种物理催化的液体混合推动器”基础上，在混合推动器的搅拌装置和第二输送泵之间循环管道内壁上设有齿状形镍铂钢片，所述镍铂钢片的齿朝向与流向相反，如图2所示。

(3)将碱性催化剂和水混合，混合后与甲醇溶液利用混合推动器，使甲醇单氧分子与水分子在齿状镍铂钢片多级碰撞催化下，在温度699℃-1999℃、压力0.19MPa-0.39MPa热环境的逆流态中实现氢氧分离，引发氢气在燃烧室中直接喷射燃烧。

结果显示，本发明将基于水反应制氢燃料原有的混合发热值(2592大卡/kg)提高到≈7000大卡/kg/当量。发生器(推动器)以外喷入锅炉火堂的温度约是900-1170度，发生器之内的温度达到≈1999度。最终的热能效果以经济账来算比天然气节省了40％、比国标0#柴油节省了43％。而且产品经检测报告均符合清洁能源的所有指标，尤其是燃烧后的有害气体排放几近于零。其中实施例1综合效能最佳。

考察催化剂、甲醇等因素对燃烧反应的影响，进行以下试验：

对比例1

与实施例1主要区别在于减少碱性催化剂用量。一种基于水反应制氢燃料，包括以下质量百分比的原料：碱性催化剂0.01％、23％v/v甲醇溶液18％和余量水；所述碱性催化剂由以下质量百分比的原料制得：氢氧化钾6％、二茂铁8％、羰基镍粉1％和余量氢氧化钠。结果显示，减少碱性催化剂用量，燃料发热值大幅度下降。

对比例2

与实施例1主要区别在于碱性催化剂配比不同。一种基于水反应制氢燃料，包括以下质量百分比的原料：碱性催化剂0.1％、23％v/v甲醇溶液18％和余量水；所述碱性催化剂由以下质量百分比的原料制得：氢氧化钾6％、二茂铁5％、羰基镍粉0.3％和余量氢氧化钠。结果显示燃料发热值明显下降。

对比例3

与实施例1主要区别在于甲醇溶液用量不同。一种基于水反应制氢燃料，包括以下质量百分比的原料：碱性催化剂0.1％、23％v/v甲醇溶液10％和余量水；所述碱性催化剂由以下质量百分比的原料制得：氢氧化钾6％、二茂铁8％、羰基镍粉1％和余量氢氧化钠。结果显示燃料发热值下降显著。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。