專利名稱：一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的方法及其裝置和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蒸汽發(fā)生裝置及其利用該裝置產(chǎn)生蒸汽的方法，具體涉及一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的方法及其裝置和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前的蒸汽發(fā)生器(俗稱鍋爐)都是或絕大多數(shù)是利用燃料或其它能源的熱能把水加熱成為熱水或蒸汽的機(jī)械裝置。蒸汽發(fā)生器主要是按照燃料分類的，可分為電蒸汽發(fā)生器、燃油蒸汽發(fā)生器、燃?xì)庹羝l(fā)生器等。US 20110214858介紹了一種井底蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其中包括一個或多個燃燒器，其可以突然膨脹換熱，一個快速蒸發(fā)管來產(chǎn)生蒸汽。把熱的燃燒副產(chǎn)品和蒸汽注入油層，增加石油采收率。US 7946342描述了一種利用一些能和水反應(yīng)放出熱量的化學(xué)物質(zhì)在油井原位蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，并產(chǎn)生含有堿土金屬的表面活性劑， 把這些混合物注入油層，達(dá)到驅(qū)油效果。US 20110017449敘述了一種一次性進(jìn)水快速加熱產(chǎn)生蒸汽的方法，這里的蒸汽發(fā)生使用高功率電加熱或蒸汽加熱，使用了一個熱交換器。這種CN 102172603介紹了利用蒸汽處理醫(yī)用垃圾，使之無害化的工藝方法。這里的蒸汽是通過電加熱或鍋爐產(chǎn)生，因此攜帶性差，而且浪費(fèi)能量。這些過程都需要換熱器和鍋爐，對水質(zhì)要求很高，并且所產(chǎn)生的蒸汽溫度依賴于蒸汽壓力，一般產(chǎn)生的都是飽和蒸汽，很難產(chǎn)生過熱蒸汽。另外因?yàn)檫@些裝置需要電源或鍋爐，因此無法攜帶，再者蒸汽產(chǎn)生過程比較慢，因此其應(yīng)用范圍受到很大的限制；另外這些蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽無法滿足更高層次的需要。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置， 蒸汽發(fā)生速度快，溫度容易控制，適用于化學(xué)方法產(chǎn)生蒸汽，不需要其他燃料和空氣。本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置生產(chǎn)蒸汽的方法。本發(fā)明的又一目的在于提供本發(fā)明所生產(chǎn)的蒸汽的應(yīng)用領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置，其包括一個反應(yīng)器、至少兩個反應(yīng)物儲存器、與反應(yīng)物儲存器等數(shù)的計(jì)量控制器；反應(yīng)物儲存器通過管道與反應(yīng)器連接，反應(yīng)儲存器上連接有反應(yīng)物推進(jìn)裝置，管道與反應(yīng)器連接處安裝有計(jì)量控制器；反應(yīng)器上設(shè)有蒸汽出口，蒸汽出口處連接有蒸汽利用裝置。優(yōu)選的方案中，所述反應(yīng)物推進(jìn)器為在反應(yīng)物儲存器與管道連接處安裝的泵。本發(fā)明利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置用于反應(yīng)物都是液體的情況時，泵將反應(yīng)物儲存器中的反應(yīng)物泵入到反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，通過計(jì)量控制器控制進(jìn)入反應(yīng)器中反應(yīng)物的用量來控制蒸汽的產(chǎn)生量。當(dāng)其用于反應(yīng)物是一種液體和一種固體時，如果所用的固體反應(yīng)物是能溶于水且不與水反應(yīng)的，可以將固體反應(yīng)物先溶于水之后裝入到其中的一個反應(yīng)物儲存器中，按照上述兩種液體反應(yīng)時的方式進(jìn)行；如果固體反應(yīng)物是不溶于水或者與水能發(fā)生反應(yīng)的情況時，可以向直接將固體反應(yīng)物直接加入到反應(yīng)器中，通過將液體反應(yīng)物泵入到反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，通過計(jì)量控制器控制進(jìn)入液體反應(yīng)器中反應(yīng)物的用量，從而達(dá)到制備蒸汽并控制蒸汽的產(chǎn)生量的目的。當(dāng)該裝置用于兩種固體時，要求其中至少有一種反應(yīng)物是溶于蒸汽發(fā)生介質(zhì)的。本發(fā)明的利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置，上述的反應(yīng)器為筒狀的耐高溫反應(yīng)器， 材料為不銹鋼，陶瓷、玻璃鋼、玻璃、碳化硅或石英中的一種，所述耐高溫反應(yīng)器能承受蒸汽產(chǎn)生的溫度。本發(fā)明中上述的反應(yīng)物儲存器至少為一個還原物儲存器和一個氧化物儲存器。一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置生產(chǎn)蒸汽的方法，其工藝步驟為
1)在反應(yīng)器中加入蒸汽發(fā)生介質(zhì)；
2)在反應(yīng)物儲存器分別加入反應(yīng)物，至少有一個反應(yīng)物儲存器中裝有氧化物和一個反應(yīng)物儲存器中裝有還原物，反應(yīng)物反應(yīng)時能放出大量的熱量，并至少有一種反應(yīng)物能溶于蒸汽發(fā)生介質(zhì)；
3)根據(jù)反應(yīng)物的用量設(shè)置計(jì)量控制器，開啟泵，經(jīng)泵通過管道將反應(yīng)物輸入到反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后流量控制器自動關(guān)閉；
4)反應(yīng)所產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過蒸汽出口進(jìn)入到蒸汽利用裝置加以利用。所述的蒸汽發(fā)生介質(zhì)為水或乙醇或者是水與乙醇的混合物。所述氧化物為過氧化物或者變價元素高價化合物及其相應(yīng)的溶液中的一種或兩種以上混合。其中過氧化物包括但不限于過氧化氫、過氧化鈉、過碳酸鈉；過氧化鈣、過氧有機(jī)酸如過氧乙酸、過氧丙酸，所述變價元素的高價化合物，可以是但不限于KMn04、KClO3、濃 H2SO4, HNO3^MnO2, FeCl3等；這些氧化劑可以單獨(dú)使用，同時在其無化學(xué)反應(yīng)時，也可以將兩種或兩種以上混合使用；當(dāng)氧化劑在水溶液中可以穩(wěn)定存在時，可以考慮使用氧化劑水溶液，如過氧化氫水溶液。所述還原物為硫化物、活潑的金屬單質(zhì)粉末、亞硫酸鹽、氫氧化物、醇類、羧酸、有機(jī)胺中的一種或兩種以上混合。還原劑中的硫化物包括但不限于硫化鈉、硫化氫鈉、硫化氫鉀、硫化鈣；活潑金屬單質(zhì)包括但不限于鐵粉、鋁粉、鋅粉；亞硫酸鹽為亞硫酸鈉，氫氧化物包括但不限于氫氧化鈉；另外，還原劑還可以包括穩(wěn)定的金屬鈉或其它金屬元素。這些還原劑可以單獨(dú)使用，也可以混合使用，只要他們能穩(wěn)定共存。還原劑中也可以加入能使其穩(wěn)定存在的添加劑，比如硫化鈉易見水潮解，為了增加其穩(wěn)定性，可以在其中加入一定量的氫氧化鈉或石灰。還有可以在還原劑中增加一些可以產(chǎn)生膨脹氣體或生成氣體的物質(zhì)，如碳酸鈣或碳酸氫鈣。一般這些還原劑要和氧化劑分開保存，非使用時間，要確保氧化劑和還原劑儲存容器絕對隔離，即使因意外事故破碎，也要有相應(yīng)設(shè)施確保兩者不能接觸。
本發(fā)明一個重要的特征就是蒸汽發(fā)生可以在室溫甚至零下30°C啟動，啟動時間低于2 分鐘甚至更短，反應(yīng)完全性取決于氧化劑和還原劑的混合速度，因此蒸汽的發(fā)生速度和溫度可以通過反應(yīng)的混合過程或進(jìn)料速度來控制，也可以通過加水量控制。
本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置的一個重要用途是因?yàn)槠湓诘蜏貤l件下仍可以快速啟動，因此可用于航天衛(wèi)星的發(fā)射和推進(jìn)?？梢园蜒趸瘎┖瓦€原劑儲存在兩個航天推進(jìn)器的燃料箱，采用旋轉(zhuǎn)混合，因?yàn)檫@個方法產(chǎn)生的高溫蒸汽可到1500°C，因此相對于目前的一些推進(jìn)系統(tǒng)不僅容易控制，而且具有更高的能量密度。本發(fā)明所 生產(chǎn)的蒸汽用于油田井下驅(qū)油、應(yīng)急電力、蒸氣動力、儲能或蒸汽清洗領(lǐng)域。綜上，本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置蒸汽發(fā)生速度快，溫度容易控制，適用于化學(xué)方法產(chǎn)生蒸汽，不需要其他燃料和空氣，并可以方便攜帶；通過其生產(chǎn)的蒸汽的溫度可以在100-1500°C ；本發(fā)明的蒸汽生產(chǎn)方法簡單，易操作；所生產(chǎn)的蒸汽可應(yīng)用于油層或礦藏，也可以接在一個蒸汽發(fā)電機(jī)上進(jìn)行發(fā)電，用在沒有電源或需要小型充電的地方，還可用于航天衛(wèi)星的發(fā)射和推進(jìn)。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1為本發(fā)明產(chǎn)生蒸汽的裝置優(yōu)選實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明制備蒸汽的實(shí)施例1中蒸汽的溫度與反應(yīng)物加入量的關(guān)系圖； 圖3為本發(fā)明產(chǎn)生蒸汽的實(shí)施例2中蒸汽的溫度與反應(yīng)物加入量的關(guān)系圖； 圖4為本發(fā)明產(chǎn)生蒸汽的實(shí)施例3中蒸汽的溫度與反應(yīng)物加入量的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置，其包括一個反應(yīng)器1、至少兩個反應(yīng)物儲存器3、與反應(yīng)物儲存器3等數(shù)的計(jì)量控制器2 ；反應(yīng)物儲存器3通過
管道5與反應(yīng)器1連接，反應(yīng)儲存器3上連接有反應(yīng)物推進(jìn)裝置，管道5與反應(yīng)器1連接處安裝有計(jì)量控制器2 ；反應(yīng)器上設(shè)有蒸汽出口 7，蒸汽出口 7處連接有蒸汽利用裝置6。如圖1所示，本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例1中，所述反應(yīng)物推進(jìn)器為在反應(yīng)物儲存器3與管道5連接處安裝的泵4。該裝置適用于反應(yīng)物都為液態(tài)的情況。泵4將反應(yīng)物儲存器3 中的反應(yīng)物泵入到反應(yīng)器1中進(jìn)行反應(yīng)，通過計(jì)量控制器2控制進(jìn)入反應(yīng)器中反應(yīng)物的用量來控制蒸汽的產(chǎn)生量。一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置生產(chǎn)蒸汽的方法，其工藝步驟為
1)在反應(yīng)器中加入蒸汽發(fā)生介質(zhì)；
2)在反應(yīng)物儲存器分別加入反應(yīng)物，至少有一個反應(yīng)物儲存器中裝有氧化物和一個反應(yīng)物儲存器中裝有還原物，反應(yīng)物反應(yīng)時能放出大量的熱量，并至少有一種反應(yīng)物能溶于蒸汽發(fā)生介質(zhì)；
3)根據(jù)反應(yīng)物的用量設(shè)置計(jì)量控制器，開啟泵，經(jīng)泵通過管道將反應(yīng)物輸入到反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后流量控制器自動關(guān)閉；
4)反應(yīng)所產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過蒸汽出口進(jìn)入到蒸汽利用裝置加以利用。本發(fā)明的利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置用于反應(yīng)物都是液體的情況時，泵將反應(yīng)物儲存器中的反應(yīng)物泵入到反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，通過計(jì)量控制器控制進(jìn)入反應(yīng)器中反應(yīng)物的用量來控制蒸汽的產(chǎn)生量。當(dāng)其用于反應(yīng)物是一種液體和一種固體時，如果所用的固體反應(yīng)物是能溶于水且不與水反應(yīng)的，可以將固體反應(yīng)物先溶于水之后裝入到其中的一個反應(yīng)物儲存器中，按照上述兩種液體反應(yīng)時的方式進(jìn)行；如果固體反應(yīng)物是不溶于水或者與水能發(fā)生反應(yīng)的情況時，可以向直接將固體反應(yīng)物直接加入到反應(yīng)器中，通過將液體反應(yīng)物裝入到反應(yīng)物儲存器中，將液體反應(yīng)物泵入到反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，通過計(jì)量控制器控制進(jìn)入液體反應(yīng)器中反應(yīng)物的用量，從而達(dá)到制備蒸汽并控制蒸汽的產(chǎn)生量的目的。當(dāng)該裝置用于兩種固體時，要求其中至少有一種反應(yīng)物是溶于蒸汽發(fā)生介質(zhì)的。以下是生產(chǎn)蒸汽的具體實(shí)施例。實(shí)施例1
準(zhǔn)確稱量10. Og硫化鈉固體(分析純)和2. Og氫氧化鈉固體(分析純)，量取約60mL30% 過氧化氫溶液于IOOmL燒杯中。按照上述步驟用本發(fā)明實(shí)施例3的蒸汽發(fā)生裝置生產(chǎn)蒸汽。 蒸汽溫度受壓強(qiáng)、容器的體積及反應(yīng)物的用量等因素的影響。本實(shí)施例是在常溫，常壓下完成的，其中蒸汽的溫度與反應(yīng)物用量的關(guān)系見圖2。實(shí)施例2
準(zhǔn)確稱量10. Og硫化鈉固體(分析純)和2. Og氫氧化鈉固體(分析純)于IOOmL的燒杯中，量取38. OmL去離子水加至燒杯中，攪拌，使固體充分溶解，得到混合溶液。將30%過氧化氫溶液，控制滴加比例(v/v)為硫化鈉、氫氧化鈉混合溶液過氧化氫溶液=1:1. 1，按照上述步驟，采用本發(fā)明實(shí)施例1中的蒸汽發(fā)生裝置生產(chǎn)蒸汽。蒸汽溫度受壓強(qiáng)、容器的體積及反應(yīng)物的用量等因素的影響，本實(shí)施例是在常溫，常壓下完成的，其中蒸汽的溫度與反應(yīng)物用量的關(guān)系見圖3。實(shí)施例3
準(zhǔn)確稱取25. Og硫化鈉固體(分析純)和5. Og氫氧化鈉固體(分析純)。另取30%過氧化氫溶液150mL，按照上述步驟，采用本發(fā)明實(shí)施例3中的蒸汽發(fā)生裝置生產(chǎn)蒸汽。蒸汽溫度受壓強(qiáng)、容器的體積及反應(yīng)物的用量等因素的影響，本實(shí)施例是在常溫，常壓下完成的， 其中蒸汽的溫度與反應(yīng)物用量的關(guān)系見圖4。實(shí)施例4
稱取50ml的原油加入到反應(yīng)器中，用本發(fā)明的產(chǎn)生蒸汽的裝置，在其中的一個反應(yīng)物儲存器中加入硫化鈉、氫氧化鈉混合溶液，在另一個反應(yīng)物儲存器中加入30%的過氧化氫溶液，控制滴加比例。該反應(yīng)中出現(xiàn)的現(xiàn)象是當(dāng)兩種反應(yīng)物在反應(yīng)器中一經(jīng)接觸，即劇烈反應(yīng)，放出大量的熱，溫度明顯升高，原油中開始有大量氣泡冒出，隨著反應(yīng)液的加入，反應(yīng)產(chǎn)生大量蒸汽，伴隨著原油上升，原油體積也逐漸膨脹至原來五倍左右，混著反應(yīng)液的原油大量溢出，同時反應(yīng)放出大量的熱，反應(yīng)結(jié)束后靜置，混合液體分層，上層為黑色原油，下層為清澈液體。根據(jù)實(shí)施例4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明了本發(fā)明的蒸汽也可以用在地下采油，我們可以采用兩路泵打的形式，使得氧化劑和還原劑分別進(jìn)入井下需要蒸汽的出油口，反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽，從而加熱油層，使原油在熱量的作用下體積膨脹，并從地底涌出，達(dá)到開采石油的目的。上述實(shí)施例僅為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施案例，上述實(shí)施例均是在常壓下進(jìn)行的，所以蒸汽的溫度在100°c左右，但是，蒸汽的溫度與反應(yīng)物的用量、反應(yīng)器內(nèi)的壓力有直接的關(guān)系，可以通過控制壓力和反應(yīng)物的用量，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的壓力到達(dá)IOOMPa時，蒸汽的溫度可以達(dá) 到1500°C左右；因此，不能以此來限定本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍；本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所做的任何非實(shí)質(zhì)性的變化及替換均屬于本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置生產(chǎn)蒸汽的方法，其特征在于其工藝步驟為1)在反應(yīng)器中加入蒸汽發(fā)生介質(zhì)；2)在反應(yīng)物儲存器分別加入反應(yīng)物，至少有一個反應(yīng)物儲存器中裝有氧化物和一個反應(yīng)物儲存器中裝有還原物，反應(yīng)物反應(yīng)時能放出大量的熱量，并至少有一種反應(yīng)物能溶于蒸汽發(fā)生介質(zhì)；3)根據(jù)反應(yīng)物的用量設(shè)置計(jì)量控制器，開啟泵，經(jīng)泵通過管道將反應(yīng)物輸入到反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后流量控制器自動關(guān)閉；4)反應(yīng)所產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過蒸汽出口進(jìn)入到蒸汽利用裝置加以利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置生產(chǎn)蒸汽的方法，其特征在于所述的蒸汽發(fā)生介質(zhì)為水或乙醇或者是水與乙醇的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置生產(chǎn)蒸汽的方法，其特征在于所述氧化物為過氧化物、變價元素高價化合物及過氧化物或變價元素高價化合物相應(yīng)的溶液中的一種或兩種以上混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置生產(chǎn)蒸汽的方法，其特征在于所述還原物為硫化物、活潑的金屬單質(zhì)粉末、亞硫酸鹽、氫氧化物、醇類、羧酸、有機(jī)胺中的一種或兩種以上混合。
5.一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于其包括一個反應(yīng)器、至少兩個反應(yīng)物儲存器、與反應(yīng)物儲存器等數(shù)量的計(jì)量控制器；反應(yīng)物儲存器通過管道與反應(yīng)器連接， 反應(yīng)儲存器上連接有反應(yīng)物推進(jìn)裝置，管道與反應(yīng)器連接處安裝有計(jì)量控制器；反應(yīng)器上設(shè)有蒸汽出口，蒸汽出口處連接有蒸汽利用裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于所述反應(yīng)物推進(jìn)裝置為在反應(yīng)物儲存器與管道連接處安裝的進(jìn)料泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于所述反應(yīng)器為耐高溫反應(yīng)器，材料為不銹鋼、陶瓷、玻璃鋼、玻璃、碳化硅或石英中的一種，所述耐高溫反應(yīng)器可以承受達(dá)到2000°C的高溫。
8.如權(quán)利要求1所述的方法生產(chǎn)的蒸汽用于油田井下驅(qū)油、應(yīng)急電力、蒸氣動力、儲能或蒸汽清洗。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的方法及其裝置和應(yīng)用。其包括一個反應(yīng)器、至少兩個反應(yīng)物儲存器、與反應(yīng)物儲存器等數(shù)量的速度控制器；反應(yīng)物儲存器通過管道與反應(yīng)器連接，反應(yīng)儲存器上連接有反應(yīng)物推進(jìn)裝置，管道與反應(yīng)器連接處安裝有計(jì)量控制器；反應(yīng)器上設(shè)有蒸汽出口，蒸汽出口處連接有蒸汽利用裝置。另外本發(fā)明利用兩種以上的反應(yīng)物在裝有蒸汽發(fā)生介質(zhì)的該裝置中反應(yīng)生產(chǎn)蒸汽，本發(fā)明利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的方法有蒸汽發(fā)生速度快，溫度容易控制，不需要其它有機(jī)燃料和空氣，并可以方便攜帶等優(yōu)點(diǎn)；通過其生產(chǎn)的蒸汽的溫度可以在100-1500℃；本發(fā)明的蒸汽生產(chǎn)方法簡單，易操作。
文檔編號F22B33/00GK102444881SQ201110433790
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者肖天存, 陳浩逸, 黃瑜 申請人:肖天存