[12]发明专利申请公开说明书
[21]申请号99103250.0
[51]Int.CI7
C01B 3/32
[43]公开日2000年10月4日[22]申请日99.3.29
[21]申请号99103250.0
[11]公开号CN 1268480A
[71]申请人黎英豪
地址100083北京市北京科技大学27栋107号[72]发明人黎英豪
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页
[54]发明名称
低成本用水制氢技术与装置
[57]摘要
本发明低成本用水制氢技术与装置,适用于汽车,火车,轮船和飞机发动机,燃烧排放物为无污染的水汽,是理想的清洁能源,本发明原理特征:(1)用特殊反应剂和水蒸汽反应制氢,(2)反应剂在过程中自动再生,循环使用,反应剂取材于大自然天然气,成本极低,(3)反应在300℃下进行,副反应为放热反应,电耗很低。主要技术指标:1、1公斤水产氢12.4333
米,2、产氢每米耗电0.1度,总成本产氢每米为0.
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5元,3、产氢量600～60000米/时,或更大,可应用于火力发电厂。
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权 利 要 求 书
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1.低成本用水制氢技术与装置，主要包括微波发生器，反应炉，通氢分子筛，反应剂再生器其特征是：
所述的微波发生器，由磁控管21，波导22等组成，令空气入口处，形成微波电场。
2.根据权利要求1所述的低成本用水制氢技术与装置其特证是：以空气中的N2和O2作为反应剂成份，在微波电场下生成NO作为反应剂，
3.根据权利要求2所述的低成本用水制氢技术与装置，其特征是：在反应炉3内，NO和水汽反应生成H2和NO2，催化剂为硅化钼， 4.根据权利要求1，2所述的低成本用水制氢技术与装置，其特征是：
经由通氢分子筛7和出口6输出氢气产品，
5.根据权利要求1，2，3所述的低成本用水制氢技术与装置，其特征是：
在反应剂再生器9内，NO2溶于水生成硝酸和NO，再生的NO又送回反应炉重复使用，硝酸为副产品。
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说 明 书
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低成本用水制氢技术与装置
大城市的大气污染源为机动车尾气，全球现有6～10亿辆汽车，每辆车每年从尾气中排出的铅约200克，则6亿辆车每年排铅共约120吨，大量含铅废气使居民出现造血功能下降，并伴有心血管病，脑溢血和慢性肾炎等，这严重现象引起各国医学专家的高度重视，所以治理汽车尾气污染刻不容缓，虽然现在汽车装有尾气净化器，但使用效果不好，没有从根本上解决问题。21世纪汽车将使用氢燃料取代日益缺乏的石油。氢燃烧热值(供能量)极高，燃烧排放物为无污染的水汽，是理想的清洁能源。
过去应用水电解法制氢，电耗极大，而用化学方法制氢，所用的化学剂材料很贵，成本很高。难以推广应用。
本发明是设计研制一种低成本用水制氢的新方法，不是电解法。 本发明方法电耗和成本都很低，便于推广应用。
本发明主要工作原理：(1)特殊反应剂(气体)先经等离子技术处理成等离子状态，再和水蒸汽反应，(2)应用专用分子筛从反应生成物(气体)中分离出氢气，(3)分离后剩下的部份，输送到再生器再生成反应剂，可重复使用，开始时，反应剂取材于大自然天然气，成本很低。主要技术指标：(1)每公斤水产氢12.4米(2)产氢每米耗电0.1度，总成本产氢每米为0.5元。(3)产氢量为600～60000米/时，或更大，可应用于火力发电厂。
图1为制氢装置总图，图2为反应炉结构，图3为微波等离子发生器，图4为反应剂再生器。
本发明由反应炉3、通氢分子筛7、驱动风机2、反应剂再生器9和微波等离子发生器12等组成(见图1)。
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所述的反应剂取材于大自然天然气，实质上是指大自然空气，空气约含N280％，O220％，是取之不尽又廉价的材料，空气(n2+O2)由进气口1进入，在驱动风机2驱动下往前流去，经过由微波发生器12所产生的高频微波电场，使N2和O2均成等离子状态，又在反应炉内300℃条件下，快速反应生成NO：N2+O2→2NO，NO便是所述的反应剂，反应筛网11上放有催化剂硅化钼10(大小φ10×40)见图2，由喷汽管4(多支)喷入细雾状水蒸汽，在300℃条件下又有催化剂的作用，NO和水(蒸汽)反应：NO+H2O→H2+NO2---——(1)，由于氢分子直径很小，而NO2分子直径较大，经专用通氢分子筛7的过筛分离出氢气，氢气通过分子筛7而由出口6输出氢气，分离后剩下的NO2在驱动风机2作用下进入反应剂再生器9，9分三格，各格装有水作为吸收液8，25为总进水管，26为每格进水分管，27为分管开关，29为排液总管，30为排液分管。反应剂再生器9又称吸收器，在其中NO2被水吸收，反应生成硝酸：3NO2+H2O→ 2HNO3+NO 32.5千卡热——(2)。
上述反应(1)为主反应，反应(2)为副反应，为放热反应，对降低制氢电耗有利，并生成反应剂NO，即反应剂NO在此再生，由支管28送回到反应炉3重复使用，不足的部分仍由空气进口1补充。副反应(2)为放热反应，送回来的NO温度约90℃，对降低制氢电耗有利。24为NO2输送管道。
由29排出的硝酸浓较低，只有50％左右，可用硝酸镁(或浓硫酸)作吸水剂，将稀硝酸浓缩，便可得到大于96％的浓硝酸作为副产品出售，这将进一步降低制氢总成本。
所述的制氢反应炉3(见图2)，5为水蒸汽发生器，由喷管4喷
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入水蒸汽，14为加水管，13为水标。15为生成气体(H2+NO2)出口，16为反应管(陶瓷)，17为电加热的电阻丝(φ4NiCr丝)功率为此3～5千瓦，自动控温恒定300℃，18为保温材料。
所述的微波发生器12(见图1，图3)，19为反应炉外壳，微波发生器由磁控管21，电源变压器等元件20和波导空腔22等组成，进气管1内的气体和电器元件完全隔绝，又要令微波发射入进气管，故在进气管拐弯处，其外壳换成一块非金属板材(耐高温塑料或石棉板)23(图3)。微波电力线在波导内经多次反射而穿过塑料板23发射入进气管。
当空气中的N2和O2经过微波电场时，气体的自由电子被微波高频能量所缴发，自由电子运动急剧加速并获得足够的能量，这时气体的原子被电离，则气体被微波电场击穿而电离成等离子。等离子体为物质第四态，在该状态下极快完成如下反应：N2+O2→2NO，反应温度为200～300℃，
微波发生器12内有两套磁控管及电路，设备开机时，两套磁控管均投入工作，进气管1调大进气量，来满足生成足够的NO，当设备运行后，因反应剂再生器送回一部分NO供使用，这时只需启动一套磁控管并调小进气量，这对降低制氢电耗有利。(磁控管功率为2～4千瓦)。
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说 明 书 附 图
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