專利名稱：水下弧光裂解制取氫碳單氧燃?xì)獾脑O(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種人工合成制取燃料的的設(shè)備，尤其是涉及在水下用弧光裂解的方法來(lái)制取氫碳單氧燃料的設(shè)備。
二背景技術(shù)：
能源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人類發(fā)展中具有特別重要的戰(zhàn)略地位，但自1973年世界石油危機(jī)以來(lái)，人類承受著常規(guī)能源告急和全球生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力。我國(guó)目前能源供需矛盾尖銳，結(jié)構(gòu)不合理；能源利用效率低；能源的大量消費(fèi)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。國(guó)務(wù)院近期發(fā)布的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)》指出，能源是在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)防安全中重點(diǎn)發(fā)展、亟待科技支撐的產(chǎn)業(yè)和行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域之一，中國(guó)將在未來(lái)15年內(nèi)把發(fā)展能源和水資源、環(huán)境等11個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域的技術(shù)放在優(yōu)先位置，解決制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大瓶頸問(wèn)題。未來(lái)15年，中國(guó)能源技術(shù)發(fā)展的主要方向是經(jīng)濟(jì)、高效、清潔利用和新型能源開(kāi)發(fā)。氫能及燃料電池技術(shù)、分布式供能技術(shù)等將是今后重點(diǎn)發(fā)展的前沿技術(shù)。如何積極開(kāi)發(fā)“新能源”，滿足持續(xù)快速增長(zhǎng)的能源需求和能源的清潔高效利用，對(duì)能源科技發(fā)展提出重大挑戰(zhàn)。
燃料是工業(yè)生產(chǎn)和人們生活的必需品，隨著社會(huì)工業(yè)化程度的提高，對(duì)燃料的需求日益增加，但常用的燃料資源大多數(shù)是不可再生的，都呈現(xiàn)出短缺的趨勢(shì)，從石油、煤碳價(jià)格的上漲也可以看出這點(diǎn)，有一些可再生的燃料不是生產(chǎn)成本太高，就是最終產(chǎn)品使用的安全性等方面存在問(wèn)題，如乙醇、氫、光電等，導(dǎo)致其前景并不樂(lè)觀，水和碳是常用且十分豐富的資源，但現(xiàn)在沒(méi)有一種利用水和碳來(lái)生產(chǎn)成本低、安全性好、實(shí)用性強(qiáng)，能取代現(xiàn)有多種常用燃料的新型燃料。
三
發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本實(shí)用新型提供一種水下弧光裂解制取氫碳單氧燃?xì)獾脑O(shè)備，其目的是解決現(xiàn)有的不可再生的燃料資源短缺、造價(jià)高，而部分可制造的燃料成本高，制得的燃料產(chǎn)品使用安全性不好，而現(xiàn)在沒(méi)有一種利用水和碳制造新型燃料的制備工藝等方面存在的問(wèn)題。
2、技術(shù)方案本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種水下弧光裂解制取氫碳單氧燃?xì)獾脑O(shè)備，其特征在于該設(shè)備主要由正極E1、負(fù)極E2、工作電阻器RL1和RL2、反應(yīng)器和AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成；正極E1采用在銅導(dǎo)架內(nèi)設(shè)置與其內(nèi)腔緊密接觸的碳棒電極，負(fù)極E2采用鍍銅的碳棒電極，正極E1與負(fù)極E2的對(duì)應(yīng)端均露出碳棒電極，兩個(gè)露出的碳棒電極相對(duì)設(shè)置構(gòu)成產(chǎn)生電弧端，反應(yīng)器內(nèi)部為裝水的容器，兩個(gè)電極E1和E2設(shè)置在容器內(nèi)，正極E1通過(guò)AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器與主動(dòng)力電源一端連接，負(fù)極E2通過(guò)并聯(lián)的工作電阻器RL1和RL2及AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器與主動(dòng)力電源另一端連接。
電極E1和E2的放電端的間距為15～50毫米，工作電阻的RL1的阻值為0.08～0.01歐姆，RL2的阻值為0.08～0.01歐姆。
主動(dòng)力電源為120VAC；經(jīng)AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，電極E1和E2的工作電壓為直流25～35V，電流為300～3000A。
并聯(lián)的工作電阻器RL1和RL2與AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器之間通過(guò)數(shù)字電表連接。
上述電極E1和E2為直徑18毫米、25毫米、50毫米，長(zhǎng)380～430毫米的碳棒。
反應(yīng)器為密封的真空反應(yīng)室。
反應(yīng)器上設(shè)有電極進(jìn)料器，電極進(jìn)料器由進(jìn)料器和進(jìn)料盒構(gòu)成，進(jìn)料盒內(nèi)設(shè)置300支碳棒，其上設(shè)有出料口，出料口與設(shè)在反應(yīng)器容器內(nèi)正極的銅導(dǎo)架的內(nèi)腔入口連通，銅導(dǎo)架內(nèi)設(shè)置一根與其內(nèi)腔緊密接觸的碳棒，碳棒從銅導(dǎo)架前端的開(kāi)口處伸出一部分，負(fù)極E2外表面鍍銅，它的前端露出一部分碳棒，露出的碳棒部分與正極E1伸出的碳棒相對(duì)應(yīng)形成產(chǎn)生電弧端。
3、優(yōu)點(diǎn)及效果通過(guò)本實(shí)用新型技術(shù)工藝方案的實(shí)現(xiàn)，能夠很好地解決現(xiàn)有的不可再生的燃料資源短缺、造價(jià)高，而部分可制造的燃料成本高，制得的燃料產(chǎn)品使用安全性不好，而現(xiàn)在沒(méi)有一種利用水和碳制造新型燃料的制備工藝等方面存在的問(wèn)題。本實(shí)用新型利用雷電摩擦原理在碳電極之間分裂水分子，并進(jìn)行氫碳結(jié)合，制取氫碳單氧燃料(氣)，其燃料具有廉價(jià)、清潔、可再生、原料來(lái)源廣泛和安全等優(yōu)點(diǎn)。制得的可燃?xì)怏w可以取代目前所用的常規(guī)燃料。兩電極之間的距離及所通過(guò)電壓、電流的大小是經(jīng)發(fā)明人多年多次實(shí)驗(yàn)后得出的，這樣可以達(dá)到最高效的水下裂解效果。本實(shí)用新型是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究后制得，利用本實(shí)用新型的制備工藝可以生產(chǎn)出氫碳單氧燃?xì)猓⒖蓪?shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，本實(shí)用新型是當(dāng)今世界首創(chuàng)并具有世界先進(jìn)水平，填補(bǔ)中國(guó)在該領(lǐng)域的空白。
四

附圖1為本實(shí)用新型設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為電極進(jìn)料盒及正極E1和負(fù)極E2的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為H2進(jìn)樣譜圖；附圖4為CO標(biāo)準(zhǔn)品譜圖；附圖5為重復(fù)進(jìn)樣譜圖；附圖6為H2標(biāo)準(zhǔn)品兩次進(jìn)樣譜圖；附圖7為N2標(biāo)準(zhǔn)品兩次進(jìn)樣譜圖。
五具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型利用雷電摩擦原理在碳電極之間分離水分子，在反應(yīng)器內(nèi)部的碳電極接通電源后，電極在水下產(chǎn)生電弧，其弧光溫度高達(dá)5000～7000華氏溫度(相當(dāng)2760～3871℃)。電弧使水分離成氫和氧，同時(shí)再與電極中分解出的碳結(jié)合，結(jié)果生成氫碳單氧可燃?xì)怏w，其燃?xì)?料)具有廉價(jià)、清潔、可再生，原料來(lái)源廣泛和安全等優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例1如圖1、2所示，本實(shí)用新型是在水下弧光裂解制取氫碳單氧燃?xì)獾脑O(shè)備，該設(shè)備主要由工作電阻RL1和RL2、設(shè)在銅導(dǎo)架11內(nèi)并與其內(nèi)腔緊密接觸的碳棒電極(石墨)作為正極E1、鍍銅碳棒電極(石墨)作為負(fù)極E2、反應(yīng)器1、水3、120VAC的主動(dòng)力電源、數(shù)字電表2和AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器7構(gòu)成。
該設(shè)備的反應(yīng)器1內(nèi)部為容器狀，是密封的反應(yīng)室，其內(nèi)裝有水3，兩個(gè)電極E1和E2設(shè)置在水下，反應(yīng)器1上設(shè)有電極進(jìn)料器，電極進(jìn)料器由進(jìn)料器10和進(jìn)料盒9構(gòu)成，進(jìn)料盒9內(nèi)設(shè)置300支碳棒，其上設(shè)有出料口，出料口與設(shè)在反應(yīng)器容器內(nèi)正極E1的銅導(dǎo)架11的內(nèi)腔入口連通，銅導(dǎo)架11內(nèi)設(shè)置一根與其內(nèi)腔緊密接觸的碳棒8，碳棒8從銅導(dǎo)架11前端的開(kāi)口處伸出一部分，負(fù)極E2外表面鍍銅12，它的前端露出一部分碳棒，露出的一部分碳棒與正極E1伸出的碳棒8相對(duì)應(yīng)形成產(chǎn)生電弧端，由于產(chǎn)生電弧使碳棒消耗，當(dāng)銅導(dǎo)架11內(nèi)的碳棒消耗后，進(jìn)料器10將進(jìn)料盒9內(nèi)的碳棒補(bǔ)充入銅導(dǎo)架11內(nèi)，正極E1通過(guò)AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器7與主動(dòng)力電源一端連接，負(fù)極E2通過(guò)并聯(lián)的工作電阻器RL1和RL2及AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器7與主動(dòng)力電源另一端連接，電極E1和E2之間的放電端間距6為15～50毫米。
采用上述設(shè)備進(jìn)行水下弧光裂解制取氫碳單氧燃?xì)獾闹苽涔に嚾缦聦⒅鲃?dòng)力電源經(jīng)AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器7轉(zhuǎn)換后，使電極E1和E2接通25～35V的直流低電壓及300A～3000A高電流，高電流使碳電極的頂端放電，產(chǎn)生白熾弧光，高溫弧光使電極周圍的水分解為氫離子、氧離子，并使碳從碳電極上分解下來(lái)，這促使在電弧周圍產(chǎn)生由氫、碳、氧組成的大約3870℃高溫的等離子區(qū)，在等離子區(qū)內(nèi)或附近發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，如H2和O2分子的形成；C和O形成CO及其他一些反應(yīng)，這些反應(yīng)都放出大量的熱量，使水里電弧發(fā)熱，在水下所生成的易燃?xì)怏w4上浮水面，并在水的出口附近冷卻后通過(guò)收集裝置收集，它即為氫碳單氧氣體，該氣體中含有51％H2，49％CO。
實(shí)施例2利用上述設(shè)備生產(chǎn)制取氫碳單氧燃?xì)獾闹苽涔に囈部梢杂蓛蓚€(gè)電極和一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的電極進(jìn)料器組成。其中電極進(jìn)料器是為了使電極能持續(xù)地在水中產(chǎn)生電弧，以保證電弧區(qū)域的穩(wěn)定性。一個(gè)不漏水的電極容器提供有足夠的水量浸沒(méi)電極。一個(gè)AC、DC自動(dòng)轉(zhuǎn)換的電源供應(yīng)滿足在電極之間產(chǎn)生水下電弧，來(lái)產(chǎn)生一種易燃的、無(wú)污染物質(zhì)的燃料。
密封的反應(yīng)室能使生產(chǎn)出來(lái)的燃料流出，反應(yīng)室上設(shè)有一個(gè)密封蓋，其上設(shè)有收集氣體的管道，管道上設(shè)有一個(gè)烘干機(jī)并通過(guò)它來(lái)除去燃料里多余的水分。為了電極的快速更換，反應(yīng)室上利用了一種盒式的電極進(jìn)料口器，來(lái)快速的填充位于反應(yīng)室內(nèi)銅導(dǎo)架內(nèi)的碳電極；一個(gè)自動(dòng)的液體填注裝置通過(guò)壓力傳感器和電子閥門(mén)控制反應(yīng)室內(nèi)的水位深度，使水至少要淹沒(méi)兩個(gè)電極。
利用上述的制備工藝制取氫碳單氧燃?xì)庵饕倪^(guò)程如下電弧是由DC電源產(chǎn)生，以儲(chǔ)能點(diǎn)焊方式，在低壓(25～35V)和高電流(300A～3000A)下工作。高電流使碳電極的頂端放電，產(chǎn)生白熾弧光，高溫弧光使電極周圍的水分解為氫離子、氧離子，并使碳從碳電極上分解下來(lái)，這促使在電弧周圍產(chǎn)生由氫、碳、氧組成的大約3870℃高溫的等離子區(qū)，在等離子區(qū)內(nèi)或附近發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，如H2和O2分子的形成；C和O形成CO及其他一些反應(yīng)，這些反應(yīng)都放出大量的熱量，使水里電弧發(fā)熱，在水下所生成的易燃?xì)怏w4上浮水面，并在水的出口附近冷卻后通過(guò)收集裝置收集，它即為氫碳單氧氣體。根據(jù)多個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室的大量測(cè)量，這種由以上工藝生產(chǎn)的易燃?xì)怏w中含有51％H2，49％CO。
利用本實(shí)用新型設(shè)備生產(chǎn)的易燃?xì)怏w極好，因?yàn)橥耆紵蟮呐欧盼锿耆犀F(xiàn)在的EPA(美國(guó)環(huán)保署)的要求，無(wú)任何當(dāng)前所使用的汽油、柴油、天然氣和其他燃料在燃燒時(shí)產(chǎn)生的高致癌物。
本實(shí)用新型設(shè)備可使用30KWH電源輸入，電極由直徑約25毫米、長(zhǎng)約380毫米固體碳棒構(gòu)成，固體碳棒存入在一個(gè)裝有300支碳棒的電極進(jìn)料器中，也可以采用直徑為15毫米或50毫米的。在持續(xù)的水下電弧每分鐘約消耗38毫米碳棒，因此需要在工作48小時(shí)后更換一次電極進(jìn)料器的進(jìn)料盒。
本實(shí)用新型的設(shè)備能生產(chǎn)燃?xì)?10-280立方米/小時(shí)/30KWH。
(一).本實(shí)用新型制得的燃?xì)獬煞萑缦翲251％和CO49％。
(二).制備過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)式如下1、C+O2＝CO2反應(yīng)熱量 14000大卡2、C+H2O＝H2+CO 反應(yīng)熱量 4700大卡3、H2+CO＝CO2+H2O 反應(yīng)熱量 18700大卡燃?xì)庵械腛2/N2比率為0.19，少于可燃空氣中的0.27。此種燃?xì)廨p于空氣，是空氣的0.144倍。
(三).制得燃?xì)獾臒嶂禐?.171大卡/立方英寸燃?xì)猓?立方英寸燃?xì)馊紵罂色@得1.171大卡的熱量。
(四).制得燃?xì)馊紵笈欧盼锏某煞菁昂竣?水蒸汽65％～70％；②.氧氣、二氧化碳6％～8％；(五).制得燃?xì)獾挠猛?、動(dòng)力燃料可用于目前用燃料驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)組(汽車、電站、柴油機(jī)組等)；2、熱源能量家居取暖、生火做飯、大棚增加溫度、干燥；3、重工業(yè)替代乙炔，切割鋼鐵；4、用于應(yīng)急軍事移動(dòng)式制造燃料；5、化工行業(yè)用于替代乙炔制造PVC塑料的原料；
6、燃料電池。
發(fā)明人委托大連理工大學(xué)精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)本實(shí)用新型設(shè)備制得的氫碳單氧燃?xì)膺M(jìn)行測(cè)定，其研究報(bào)告如下對(duì)制得的燃?xì)饨M成成分鑒定及含量測(cè)定測(cè)試儀器日本島津GC～7A氣相色譜儀測(cè)試條件oven50℃；injet90℃，TCD80℃載氣Ar(高純)色譜柱分子篩13X色譜數(shù)據(jù)工作站圖3為H2進(jìn)樣譜圖，分析文件為06041312，樣品進(jìn)樣量1000微升，其中各指標(biāo)如下表1；

圖4為CO標(biāo)準(zhǔn)品譜圖；各指標(biāo)見(jiàn)下表2

圖5為重復(fù)進(jìn)樣譜圖，其中分析文件06041314(CO，進(jìn)樣量1000微升)各指標(biāo)見(jiàn)下表3

圖6為H2標(biāo)準(zhǔn)品兩次進(jìn)樣譜圖，其中分析文件06041315(H2，進(jìn)樣量200、100微升)各指標(biāo)見(jiàn)下表4


圖7為N2標(biāo)準(zhǔn)品兩次進(jìn)樣譜圖，其中分析文件06041316(N2，進(jìn)樣量1000、100微升)各指標(biāo)見(jiàn)下表5

結(jié)論(1)、該氣體為氫氣和一氧化碳的混合物，是大約等量的混合物，氫氣略多一些；(2)、其中含有一些氮?dú)夂脱鯕?，推測(cè)為取樣過(guò)程中混入；(3)、對(duì)兩個(gè)樣進(jìn)行分析，氫氣和一氧化碳的比例一致，但是氮?dú)夂脱鯕獾牧坑凶兓@進(jìn)一步證明了氮?dú)夂脱鯕鉃槿舆^(guò)程中混入(2)的結(jié)論的正確性；(4)、體系中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)甲烷，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)CO2。
權(quán)利要求1.一種水下弧光裂解制取氫碳單氧燃?xì)獾脑O(shè)備，其特征在于該設(shè)備主要由正極E1、負(fù)極E2、工作電阻器RL1和RL2、反應(yīng)器(1)和AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器(7)構(gòu)成；正極E1采用在銅導(dǎo)架(11)內(nèi)設(shè)置與其內(nèi)腔緊密接觸的碳棒電極，負(fù)極E2采用鍍銅的碳棒電極，正極E1與負(fù)極E2的對(duì)應(yīng)端均露出碳棒電極，兩個(gè)露出的碳棒電極相對(duì)設(shè)置構(gòu)成產(chǎn)生電弧端，反應(yīng)器(1)內(nèi)部為裝水(3)的容器，兩個(gè)電極E1和E2設(shè)置在容器內(nèi)，正極E1通過(guò)AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器(7)與主動(dòng)力電源一端連接，負(fù)極E2通過(guò)并聯(lián)的工作電阻器RL1和RL2及AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器(7)與主動(dòng)力電源另一端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下弧光裂解制取氫碳單氧燃?xì)獾脑O(shè)備，其特征在于電極E1和E2的放電端的間距為15～50毫米，工作電阻的RL1的阻值為0.08～0.01歐姆，RL2的阻值為0.08～0.01歐姆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下弧光裂解制取氫碳單氧燃?xì)獾脑O(shè)備，其特征在于主動(dòng)力電源為120VAC；經(jīng)AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器(7)轉(zhuǎn)換后，電極E1和E2的工作電壓為直流25～35V，電流為300～3000A。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下弧光裂解制取氫碳單氧燃?xì)獾脑O(shè)備，其特征在于并聯(lián)的工作電阻器RL1和RL2與AC、DC電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換器(7)之間通過(guò)數(shù)字電表(2)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下弧光裂解制取氫碳單氧燃?xì)獾脑O(shè)備，其特征在于上述電極E1和E2為直徑18毫米、25毫米、50毫米，長(zhǎng)380～430毫米的碳棒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下弧光裂解制取氫碳單氧燃?xì)獾脑O(shè)備，其特征在于反應(yīng)器(1)為密封的真空反應(yīng)室。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下弧光裂解制取氫碳單氧燃?xì)獾脑O(shè)備，其特征在于反應(yīng)器(1)上設(shè)有電極進(jìn)料器，電極進(jìn)料器由進(jìn)料器(10)和進(jìn)料盒(9)構(gòu)成，進(jìn)料盒(9)內(nèi)設(shè)置300支碳棒，其上設(shè)有出料口，出料口與設(shè)在反應(yīng)器容器內(nèi)正極的銅導(dǎo)架(11)的內(nèi)腔入口連通，銅導(dǎo)架(11)內(nèi)設(shè)置一根與其內(nèi)腔緊密接觸的碳棒(8)，碳棒(8)從銅導(dǎo)架(11)前端的開(kāi)口處伸出一部分，負(fù)極E2外表面鍍銅(12)，它的前端露出一部分碳棒，露出的碳棒部分與正極E1伸出的碳棒(8)相對(duì)應(yīng)形成產(chǎn)生電弧端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種水下弧光裂解制取氫碳單氧燃?xì)獾脑O(shè)備，該設(shè)備由正極E
文檔編號(hào)C10L3/00GK2913367SQ200620091060
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月29日
發(fā)明者邢亞萍, 張忠深, 羅伯特·摩根 申請(qǐng)人:邢亞萍, 張忠深, 羅伯特·摩根