一种高热值燃气及其制备方法与实施设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高热值燃气及其制备方法与实施设备，实施设备包括控制系统、水离子电解系统、碳氢化合重整系统，控制系统用于对时间、压力、温度、物料供给进行数据采集并进行自动管理，实施设备具有安全可靠、实施容易、控制方便的优点；所制备的高热值燃气不含硫S和氮N成分，热值可达11000～51000大卡(Kcal/m3)，相对常规燃料而言，节能和经济性均能节省50％以上，具有清洁环保、热值高的特点。
【专利说明】一种高热值燃气及其制备方法与实施设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种气体燃料的制备设备及其方法和制备得到的高热值燃气，尤其是 涉及一种利用制备设备电解水产生质子水合物和氢氧根离子的混合物，再与烃烷进行重整 后产生的高热值燃气。
【背景技术】
[0002] 随着经济的发展，世界各国的耗油量呈逐年攀升态势，据不完全统计，目前我国年 耗油量已超过4. 5亿吨。巨大的燃油消耗不仅对日益枯竭的石油能源形成巨大压力，同时 燃油消耗所产生的浮炭、碳氢化合物（HC)、一氧化碳（CO)、氮氧化物（NOx)、二氧化硫（S02) 等是环境污染的根源，严重影响着人们的生活质量和生命健康。
[0003] 基于节能和环保等多方面的要求，许多国家都在积极研究改善燃油燃烧的新技 术，并投入大量人力物力探寻新型替代能源，其中研究最多的是通过在燃油中加入各种化 学物质以提高燃油品质，使其燃烧充分，减少尾气排放，但效果并不理想，无法达到根治目 的；世界各国关注和开发最主要的可再生能源是氢能，目前全球每年实际使用氢气量已接 近亿吨。一次性化石能源的快速减少和造成环境的严重污染，使原料丰富和清洁环保的氢 能越来越受到重视。
[0004] 目前，氢的生产制备方法主要有①由化石能源资源制氢；②生物质制氢和微生物 制氢；③水分解制氢等，但因高额的成本和复杂的技术要求限制了氢能源的广泛应用，以 电分解水制氢为例：可以用电能将水直接裂解为氢和氧，当安装了正负极的电解槽通入低 压直流电时，正极上就会产生氧气，负极上会产生氢气，且纯水中加入适量的NaCl、KOH等 电解质时，在理想状态下以I. 47V的电压通过电解质水溶液，水分解成氢和氧的效率可达 90%以上，但生产Ikg的氢气约需要50?58KWH的电能，可见利用电解水制氢的成本比较 高，从经济角度考虑与其他燃料相比没有成本优势。
[0005] 同时，由于氢气是一种极易挥发、燃烧、爆炸的物质，不安全因素也是限制其应用 的主要问题，实验表明，①在空气中氢气的燃烧极限很宽，按体积比氢气含量达到4%? 70%就可燃烧，与汽油的燃烧极限1. 3%?7. 6%相比要宽的多；②点燃氢气最小能量只需 要0. 005mcal，而且氢气燃烧时的火焰没有颜色不易发现；③高压氢气和低温液态氢很容 易泄露，对储存要求较高。
[0006] 由此可见，氢能在低成本生产、安全储存运输等技术方面目前还存在诸多问题，但 氢能具有突出的优点：一是清洁环保；二是生产原料广泛，可以摆脱对于石化能源的依赖， 所以，如何安全高效的制备、储运和应用氢能已成为世界各国技术人员急待攻关的难题。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种高热值燃气，以及其制备方法和实施设备，本发明一种 高热值燃气具有安全可靠、清洁环保、热值高的优点。
[0008] 本发明制备高热值燃气的实施设备，包括控制系统、水离子电解系统、碳氢化合重 整系统，所述控制系统用于对时间、压力、温度、物料供给进行数据采集并进行自动管理，水 离子电解系统与碳氢化合重整系统连通。
[0009] 水离子电解系统包括水离子电解装置、气液分离装置、过滤装置、热交换装置、压 力平衡分配装置；水离子电解装置设有进料口、第一连通口和第二连通口，气液分离装置设 有第三连通口、第四连通口和第五连通口，压力平衡分配装置设有第六连通口和出料口；水 离子电解装置与气液分离装置通过第一连通口和第三连通口使用管道连通，水离子电解装 置和气液分离装置分别通过第二连通口和第四连通口使用管道与过滤装置连通，气液分离 装置与压力平衡分配装置通过第五连通口和第六连通口使用管道连通，热交换装置与气液 分离装置连通，出料口用于和碳氢化合重整系统连通。
[0010] 热交换装置用于与气液分离装置中的液体部分进行热交换，将液体温度控制 在-10°?+50°之间；气液分离装置中的液体经过滤装置除去杂质后回流到水离子电解 装置继续电离；气态离子物被输送到压力平衡分配装置，压力平衡分配装置对气态离子物 的气体输送压、微量水分子分离等的参数进行点检，并将点检合格的气态离子物输送到碳 氢化合重整系统。
[0011] 水离子电解装置包括外壳和设置于外壳内腔中的电解主体，外壳由左侧壁、右侧 壁和设置于左侧壁与右侧壁之间的筒状周壁组成，左侧壁、右侧壁与筒状周壁由绝缘材料 制成，左侧壁的右面镶嵌有第一电极板，右侧壁的左面镶嵌有第二电极板，第一电极板和第 二电极板上分别设有用于与直流电源连接的接线柱；进料口和第二连通口设置在左侧壁 上，第一连通口设置在右侧壁上，电解主体由1?1000付电解单元付组成，电解单元付是由 第三电极板和第四电极板组合构成的电容，左侧壁、第三电极板、第四电极板和右侧壁彼此 之间均设有隔离垫圈，第三电极板和第四电极板的周向边缘与筒状周壁的内侧贴合，第三 电极板和第四电极板的中心分别设有第一通孔，第一通孔用于通过穿入绝缘棒将第三电极 板和第四电极板固定，第三电极板和第四电极板上还分别设有至少一个第二通孔。优选地， 电解主体由10?500付电解单元付组成，第一电极板和第二电极板上的第二通孔分别沿第 一电极板和第二电极板的周向均匀设置四个，第一电极板上的第二通孔与相邻位置的第二 电极板上的第二通孔的相位差角度为45°时。
[0012] 碳氢化合重整系统包括重整反应罐、第一重整微发生器、第二重整微发生器，重整 反应罐设有罐体，罐体的内腔中设有重整触媒液nl和增溶固化填充层，增溶固化填充层至 少设置两层并由固定在罐体内腔壁的支承架支承，罐体上设有出气口，；第一重整微发生器 设有第一进口、第二进口和第一出口，第二重整微发生器设有第三进口、第四进口和第二出 口，第一重整微发生器的第二进口和第一出口分别与罐体的内腔连通，第二重整微发生器 的第四进口和第二出口也分别与罐体的内腔连通，第二进口和第四进口与罐体内腔连通的 位置设在最下层的增溶固化填充层的上部，第一出口和第二出口与罐体内腔的连通位置设 在最下层的增溶固化填充层下部，第二进口和第四进口与罐体内腔连通的管路上分别设有 流量控制泵，第一进口与水离子电解装置中的压力平衡分配装置上的出料口连通，用于向 第一重整微发生器中通入水离子电解系统获得的气态离子物，第三进口用于向第二重整微 发生器中通入重整催化剂n2 ;罐体上还设有安全控制阀、温度控制表、压力控制表，用于对 罐体内腔中的压强、温度进行检测并控制。
[0013] 第一重整微发生器和第二重整微发生器结构相同，第一重整微发生器和第二重整 微发生器包括壳体和设置于壳体内腔中的1?30组重整微发生器组件，重整微发生器组 件由左盖、右盖和设置于左盖与右盖之间的组件盘组合构成，左盖、右盖和组件盘均为圆盘 状，左盖和右盖直径相等且大于组件盘的直径，左盖与右盖的中心分别设有贯通孔，壳体上 设有用于调整左盖和右盖相对同轴转动的装置；左盖的右侧面边缘处设有向右凸起的第一 凸起边沿，左盖的右侧面中部设有向右凸起的且与组件盘半径相等的短圆柱，短圆柱的周 向圆周壁与第一凸起边沿的内侧壁之间设有间隙；短圆柱的右端面设有中心凹槽、圆形凹 槽和半圆形凹槽，中心凹槽为一个且设置在短圆柱右端面中心位置，圆形凹槽设置在中心 凹槽的外侧，半圆形凹槽设置在短圆柱的边缘；中心凹槽的边缘设有均匀分布的X个半圆 形槽，X彡3,圆形凹槽的设置个数为X的倍数且沿以中心凹槽（1003)为中心的y个同心正 X边形的各边均匀分布，y > 1，半圆形凹槽的设置个数等于最外侧正X边形各边上的圆形 凹槽数之和，每个半圆形凹槽和相邻的圆形凹槽之间的最小距离均相等，且相邻的中心凹 槽、圆形凹槽、半圆形凹槽相互之间的最小距离小于圆形凹槽的半径；右盖的左侧面边缘处 设有向左凸起的且与左盖上的第一凸起边沿对称的第二凸起边沿，组件盘与右盖通过连接 柱固定连接，组件盘的右侧面与右盖的左侧面之间设有间隙，组件盘的周向圆周壁与右盖 上的第二凸起边沿的内侧壁之间设有间隙；组件盘的左端面设有与短圆柱的右端面相同的 凹槽结构。当左盖、组件盘和右盖组合成重整微发生器组件时，左盖上的第一凸起边沿与右 盖上的第二凸起边沿密封贴合，短圆柱的右端面与组件盘的左端面密封贴合；作为一种优 选结构，重整微发生器组件设置为2?8组，8彡X彡5,6彡y彡2。
[0014] 罐体内腔中的重整触媒液nl由具有液化性质的有机溶剂组成，液体溶剂为量子 碳素、石蜡、环状烃、芳香烃、醇类、酚类、醚类、酮类、酯类或者其中两种物质以上的组合体； 作为量子碳素，粒径为〇· 6nm-100nm，量子碳素电动势为280mv-380mv，量子碳素 pH值为 1.5?2. 2,量子碳素含量（重量百分比）兰0. 1%;作为石蜡为正己烷、正庚烷、正辛烷、正 壬烷、正癸烷、或者它们的异构体；作为环状烃为环戊烷、环己烷或甲基环己烷；作为芳香 烃为苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、异丙基苯、萘、蒽或联苯；作为醇类为甲 醇、乙醇、二乙二醇、1-丙醇、异丙醇、甘油、正丁醇、2-丁醇、异丁醇、叔丁醇、1-戊醇、2_甲 基_1_丁醇、3-甲基_1_丁醇、2-甲基-2-丁醇、环己醇、二乙二醇、聚乙二醇或聚甘油；作为 酚类为苯酚、邻甲酚、间甲酚或对甲酚；作为醚类为乙醚、乙丙醚或乙丁醚；作为酮类为丙 酮、甲乙酮或二乙基酮；作为酯类为甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯或丁酸甲酯； 为了提高触媒催化效果，优选使用碳原子数为1?10的有机溶剂。
[0015] 罐体内腔中的增溶固化填充层是由具有氧化作用的固体催化材料组成，固体催化 材料为颗粒状，粒径为Imm?l〇mm，孔通率为50 %?80 %，并使用栅网或多孔板结构的支承 架支承。优选地，固体催化材料的粒径为3mm?5_，孔通率为60%?70%时，重整效果最 好。
[0016] 采用本发明制备高热值燃气的实施设备，水或电解液通过进料口进入水离子电解 装置，液体被电离成质子水合物H 3O+和氢氧根离子OHVA式为?_H(y ^ 后的质子水合物H30+、氢氧根离子OF和液体的混合体由水离子电解装置进入气液分离装 置，液体部分通过热交换装置进行热交换，将液体温度控制在-10°?+50°之间，并经过 滤装置除去杂质后回流到水离子电解装置继续电离，气态离子物部分被输送到压力平衡分 配装置，由压力平衡分配装置对气态的参数进行点检，包括对气态离子物进行输送压控制、 微量水分子分离等，经点检合格的气态离子物被输送到碳氢化合重整系统，经第一进口进 入第一重整微发生器，并由定量控制泵从最底层的增溶固体催化层上部提供重整触媒液nl 经第二进口输送到第一重整微发生器进行气液碳氢化合重整，定量控制泵从最底层的增溶 固化填充层上部提取重整触媒液nl没有特定的层次限制，重整后的混合物从第一出口进 入到反应釜罐体中。同时，重整催化剂n2经第三进口输送到第二重整微发生器，并由另一 定量控制泵从第底层的增溶固化填充层上部提供重整触媒液nl到第二重整微发生器与催 化济进行气液碳氢化合重整，另一定量控制泵从最底层的增溶固化填充层上部提取重整触 媒液nl也没有特定的层次限制，重整后的混合物同样从第二出口进入到反应釜罐体中。经 过第一重整微发生器和第二重整微发生器的第一次气液碳氢化合重整后，碳氢化合物结构 体在重整触媒液nl中再通过一层或多层增溶固化填充层并与增溶固化填充层中的固体催 化剂进行第二次催化重整，即可获得本发明的高热值燃气。经压力控制表、温度控制表、安 全控制阀进行数据采集处理后经出气口输送到燃烧装置或储备装置。
[0017] 一种采用本发明所述的设备制备高热值燃气的方法，包括如下步骤：将水通入权 利要求1所述的高热值新型燃气设备中，在重整触媒液nl和重整催化剂n2的作用下，水电 离得到的质子水合物H 3O+和氢氧根离子HCT的混合物W，与重整触媒液nl和重整催化剂n2 中的烷烃重整结合，生成高热值新型燃气；
[0018] 所述质子水合物H3O+和氢氧根离子HCT的混合物W、重整触媒液nl和重整催化剂 n2 的体积比为 1 :0· 001-0. 5 :0· 1-1. 5 ;
[0019] 所述重整触媒液nl为化学式为CxHyOz或C nH2n+2的液体物质与含有量子碳素 Cli的 量子碳素液的混合物，其中x、y、z 3 0，n>0,化学式为CxHyOz或CnH 2n+2的物质与量子碳素液 的体积比为 〇· 001-0. 5 :0· 0001-0. 001 ;
[0020] 所述重整催化剂n2为化学式为CaHb0。或CnH 2n+2的液体物质与含有量子碳素 Cli的 量子碳素液的混合物，其中a、b、c 3 0，n>0,化学式为CaHb0。或CnH2n+2的物质与量子碳素 Cli 的体积比为 〇· 1-1. 5 :0· 0001-0. 001 ;
[0021] 其中，量子碳素 Cli包括粒径为0.6-100nm的碳素粒子，所述碳素粒子为单碳和 /或石墨烯粒子，在所述碳素粒子的表层具有含有碳、氢、氧、氮的化合物，所述含有碳、氢、 氧、氮的化合物包括稠环芳烃、含有碳氧单键的化合物、含有碳氧双键的化合物、含有碳氢 键的化合物；
[0022] 含有量子碳素 Cli的量子碳素液为含有量子碳素的水溶液,浓度为0. 1% -0. 45%, 所述量子碳素液的ORP为280mv-380mv、电导率σ为l_5ms/cm、电动势为280mv?380mv、 pH 值为 L 5-3. 2。
[0023] 本发明所述的制备高热值燃气的方法，其中，0彡η彡30 ;所述重整触媒液nl中 0彡x、y、z彡15,所述重整催化剂n2中0彡a、b、c彡12 ;所述量子碳素由如下质量百分比 的碳素粒子构成：〇.6<粒径<0.9]11]1的碳素粒子50(%?95 (%、0.9<粒径<50.〇111]1的碳 素粒子10%?50%、50彡粒径彡IOOnm的碳素粒子0%?20% ;所述含有碳、氢、氧、氮的 化合物为稠环芳烃、含有碳氧单键的化合物、含有碳氧双键的化合物、含有碳氢键的化合物 的一种或几种的混合物，其中各元素比例为=C 45%?55%，H 0. 2%?2. 0%，N 0. 1%? 0· 3%，0 45%?65%。
[0024] 本发明所述的制备高热值燃气的方法，其中，10 ;所述重整触媒液nl中X、 y、z为1-9之间的正整数，且为奇数，所述重整催化剂n2中a、b、c为2-8之间的正整数，且 为偶数；所述质子水合物H3O+和氢氧根离子HCT的混合物W、重整触媒液nl和重整催化剂 n2的体积比为I :0. 01-0. 1 :0. 5-1. 2 ;所述重整触媒液nl中，化学式为CxHy0z*CnH 2n+2的液 体物质与量子碳素液的体积比为〇. 01-0. 1 :〇. 001-0. 01 ;所述重整催化剂n2中，化学式为 CaHbOc或CnH2n+2的液体物质与量子碳素液的体积比为0· 5-1. 2 :0· 001-0. 01。
[0025] 本发明所述的制备高热值燃气的方法，其中，所述重整触媒液nl中化学式为 CxHy0z*CnH2n+2的液体物质为石蜡、环状烃、芳香烃、醇类、酚类、醚类、酮类、酯类中的一种或 几种的混合物。
[0026] 本发明所述的制备高热值燃气的方法，其中，所述石蜡为正己烷、正庚烷、正辛烷、 正壬烷、正癸烷、以及它们的异构体中的一种或几种的混合物；所述环状烃为环戊烷、环己 烷、甲基环己烷中的一种或几种的混合物；所述芳香烃为苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲 苯、对二甲苯、异丙基苯、萘、蒽、联苯中的一种或几种的混合物；所述醇类为甲醇、乙醇、二 乙二醇、1-丙醇、异丙醇、甘油、正丁醇、2-丁醇、异丁醇、叔丁醇、1-戊醇、2-甲基-1-丁醇、 3-甲基-1-丁醇、2-甲基-2-丁醇、环己醇、二乙二醇、聚乙二醇、聚甘油中的一种或几种的 混合物；所述酚类，可以是苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚中的一种或几种的混合物；所述醚 类为乙醚、乙丙醚、乙丁醚中的一种或几种的混合物；所述酮类为丙酮、甲乙酮、二乙基酮中 的一种或几种的混合物；所述酯类为甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯中 的一种或几种的混合物。
[0027] 本发明所述的制备高热值燃气的方法制备得到的高热值燃气。
[0028] 本发明所述的高热值燃气，其中，由如下体积百分比的原料组成：由如下体积百 分比的原料组成：Η 220· 00 ?60. 00%、O2IO. 00 ?30. 00%、N2O. 01 ?0· 05%、CH42. 00 ? 12. 00 %、C2H6O. 50 ?5. 00 %、C3H88. 00 ?30. 00 %、C3H6O. 01 ?5. 00 %、i-C4H100. 01 ? 5. 00 %、n-C4H1(ll. 00 ?10. 00 %、l-C4H1(l+i-C4H1(l0· 01 ?5. 00 %、t-2-C4H1(l0. 01 ?5. 00 %、 c-2-C4H1(i0. 01 ?5. 00 %、1，3-C4H60. 01 ?5. 00 %、i-C5H12l. 00 ?15. 00 %、n-C5H12l. 00 ? 15.00%、C原子数量彡6的烷烃5. 00?30. 00%。
[0029] 本发明所述的高热值燃气，其中，由如下体积百分比的原料组成：由如下体积百 分比的原料组成：Η 239· 49%、0219· 04%、N2O. 03%、CH44. 05%、C2H6O. 50%、C3H8IL 59%、 C3H6O. 04 %, I-C4H10O. 55 %, n-C4H102. 68 %U-C4H10+i-C4H100. 07 %, t-2-C4H100. 21 c-2-C4H1Q0. 25%、1, 3-C4H60. 16%、i-C5H126. 82 %、n-C5H124. 49 %、C 原子数量彡 6 的烷烃 10. 06%。
[0030] 本发明的有益效果：
[0031] 本发明的高热值燃气从气体成分的组成可知，气体的重整得到不同的分子团，没 有硫S和氮N的成分。因此燃气燃烧时不会产生硫化物和氮氧化物。碳素属于低碳环保 型；同时，水合氢离子的作用，氢有了载体，部分合成多种碳氢基团，部分由离子键附着其它 分子团，氢的活性和燃烧极限被约束，本发明混合气体的燃烧极限实验证明，新的多重碳氢 结构体分子气体的性质接近于天然气气体性质；同时，对气体的热值测试表明，重整前的氢 氧混合气体的热值较低，因此，直接电解氢氧气体的应用受到很大的限制。重整后，每立方 重整混合气的热值为11000-51000大卡（Kcal/m3)。这证明，本发明的充分利用水合氢离子 的性质和在低碳素触媒催化作用下的重整，得到高热值混合气。所以，用本发明的方法制备 的气体属于安全环保型的高热值燃气气体。本发明的高热值燃气和现有的任何常规燃料比 较都有优秀的节能减排效果，从燃烧实绩可知，相对常规燃料而言，节能和经济性均能节省 50%以上；有效控制NOX、SOX、C02等有害气体的排放，燃烧排放均能减排60%以上。
[0032] 下面结附图所示【具体实施方式】对本发明一种高热值燃气及其制备方法与设备作 进一步详细说明：
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1为本发明制备高热值燃气的实施设备的总装示意图；
[0034] 图2为本发明制备高热值燃气的实施设备的水离子电解装置结构主视图；
[0035] 图3为水离子电解装置中的第三电极板的左视示意图；
[0036] 图4为水离子电解装置中的第四电极板的左视示意图；
[0037] 图5为本发明制备高热值燃气的实施设备的碳氢化合重整系统结构示意图；
[0038] 图6为重整微发生器结构主视示意图；
[0039] 图7为重整微发生器组件第一种结构的左盖右视图；
[0040] 图8为图7的A-A截面视图；
[0041] 图9为重整微发生器组件第一种结构的组件盘左视图；
[0042] 图10为图9的B-B截面视图；
[0043] 图11为重整微发生器组件第一种结构的右盖左视图；
[0044] 图12为图11的B-B截面视图；
[0045] 图13为重整微发生器组件第一种结构当组件盘与右盖固定连接时的左视图；
[0046] 图14为图13的B-B截面视图；
[0047] 图15为重整微发生器组件第一种结构当左盖与组件盘处于对称位置时的剖视 图；
[0048] 图16为重整微发生器组件第一种结构当左盖相对组件盘和右盖旋转30度时的内 部凹槽结构向右投影视示意图；
[0049] 图17为重整微发生器组件第二种结构的左盖右视图；
[0050] 图18为图7的A-A截面视图；
[0051] 图19为重整微发生器组件第二种结构的组件盘左视图；
[0052] 图20为图9的B-B截面视图；
[0053] 图21为重整微发生器组件第二种结构的右盖左视图；
[0054] 图22为图11的B-B截面视图；
[0055] 图23为重整微发生器组件第二种结构当组件盘与右盖固定连接时的左视图；
[0056] 图24为图13的B-B截面视图；
[0057] 图25为重整微发生器组件第二种结构当左盖与组件盘处于对称位置时的剖视 图；
[0058] 图26为重整微发生器组件第二种结构当左盖相对组件盘和右盖旋转25度时的内 部凹槽结构向右投影视示意图；
[0059] 图27为重整微发生器组件第三种结构的左盖右视图；
[0060] 图28为图7的A-A截面视图；
[0061] 图29为重整微发生器组件第三种结构的组件盘左视图；
[0062] 图30为图9的B-B截面视图；
[0063] 图31为重整微发生器组件第三种结构的右盖左视图；
[0064] 图32为图11的B-B截面视图；
[0065] 图33为重整微发生器组件第三种结构当组件盘与右盖固定连接时的左视图；
[0066] 图34为图13的B-B截面视图；
[0067] 图35为重整微发生器组件第三种结构当左盖与组件盘处于对称位置时的剖视 图；
[0068] 图36为重整微发生器组件第三种结构当左盖相对组件盘和右盖旋转20度时的内 部凹槽结构向右投影视示意图；
[0069] 图37为重整微发生器组件第四种结构的左盖右视图；
[0070] 图38为图7的A-A截面视图；
[0071] 图39为重整微发生器组件第四种结构的组件盘左视图；
[0072] 图40为图9的B-B截面视图；
[0073] 图41为重整微发生器组件第四种结构的右盖左视图；
[0074] 图42为图11的B-B截面视图；
[0075] 图43为重整微发生器组件第四种结构当组件盘与右盖固定连接时的左视图；
[0076] 图44为图13的B-B截面视图；
[0077] 图45为重整微发生器组件第四种结构当左盖与组件盘处于对称位置时的剖视 图；
[0078] 图46为重整微发生器组件第四种结构当左盖相对组件盘和右盖旋转15度时的内 部凹槽结构向右投影视示意图；
[0079] 图47为电化学阳极氧化装置的阳极氧化合成反应过程；
[0080] 图48为一张采用美国尼高力AVATAR 360 ESP FT-IR对量子碳素液进行红外光谱 (IR)分析结果；
[0081] 图49为另一张采用美国尼高力AVATAR 360 ESP FT-IR对量子碳素粒子进行红外 光谱（IR)分析结果；
[0082] 图50为采用日本电子公司JEM-2010高分辨率通用型透射电子显微镜进行透射电 子显微镜（TEM)分析结果；
[0083] 图51为另一张采用日本电子公司JEM-2010高分辨率通用型透射电子显微镜进行 透射电子显微镜（TEM)分析结果；
[0084] 图52-图58为采用美国维易科（Veeco)精密仪器有限公司的原子力显微镜对本 发明的量子碳素进行AFM分析结果；
[0085] 图59为采用气相色谱与质谱联用检测本发明的实施例2样品的结果；
[0086] 图60为苯六甲酸国际标准红外吸收谱图；
[0087] 图61为本发明的实施例3样品的红外吸收光谱分析结果；
[0088] 图62石墨碳（carbon graphite)的XRD标准卡片图，卡片号为75-1621 ;
[0089] 图63为采用日本理学Rigaku公司的Automated D/Max B型衍射仪对量子碳素液 中的固体物质进行检测的结果图；
[0090] 图64为量子碳素粒子X射线光电子能谱（XPS)分析图；
[0091] 图65为对量子碳素粒子中的C Is进行窄谱分析（电子能谱分析）图；
[0092] 图66对量子碳素粒子中的0 Is进行窄谱分析（电子能谱分析）图。
[0093] 附图中的英文与中文对照如下：
[0094] Digital Instruments NanoScope 纳米尺度数显仪器
[0095] Scan size 扫描尺寸范围 LOOOum
[0096] Scan rate 扫描频率 1.969Hz
[0097] Number of samples 样品数量 256ml
[0098] Image Data 图像数据 取最大点
[0099] Data scale 数据比例尺度 2. OOOnm
[0100] View angle 视角
[0101] Light angle 光线角度
[0102] X 0. 200um/div X 轴 0· 200 微米 / 刻度
[0103] Z 2. 000nm/div Z 轴 2. 000 纳米 / 刻度
[0104] Odeg 0 度
[0105] Section Analysis 截面分析
[0106] Spectrum 光谱
[0107] Surface distance 纵向距离
[0108] Horiz distance (L) 水平方向距离
[0109] Vert distance 垂直方向
[0110] Angle deg 角度 度
[0111] Spectral period DC 光谱周波 直流
[0112] Spectral freq OHz 光谱频率 OHz
[0113] Spectral RMS amp Onm 光谱 RMS 放大器 0 纳米
[0114] % Transmittance 透射率％
[0115] Wavenumbers (cm-1) 周波数 cm_l
[0116] BENZENEHEXACARBOXYLIC ACID 苯六甲酸
[0117] Relative Abundance 相对丰度
[0118] Time (min) 时间（秒）
[0119] m/z 质荷比
[0120] 2-theta scale 2 Θ 衍射角
[0121] Intensity 强度
[0122] Binding Energy (eV) 电子结合能（电子伏）
[0123] C/S 光电子的测量强度
【具体实施方式】
[0124] 机械部分：
[0125] 本发明一种高热值燃气具有安全性高、环保性好、高热值的特点。如图1所示本发 明制备高热值燃气的实施设备的第一种实施方式，设有控制系统1、水离子电解系统、碳氢 化合重整系统，控制系统1用于对水离子电解系、碳氢化合重整系统和燃烧系统中的物料 供给、运行时间、内部压力和温度等进行监测、控制；水离子电解系统主要对水或电解液进 行电容电解产生水合氢离子H3O +和氢氧根离根离子OF ;碳氢化合重整系统使水离子电解 系统产生的气态离子物在其中进行碳氢化合重整，并把重整得到的高热值燃气输送给燃烧 装置使用或储存装置储备。
[0126] 水离子电解系统包括水离子电解装置2、气液分离装置3、过滤装置4、热交换装置 5、压力平衡分配装置6 ;水离子电解装置2设有进料口 201、第一连通口 202和第二连通口 203,气液分离装置3设有第三连通口 301、第四连通口 302和第五连通口 303,压力平衡分 配装置6设有第六连通口 601和出料口 602 ;水离子电解装置2与气液分离装置3通过第 一连通口 202和第三连通口 301使用管道连通，水离子电解装置2和气液分离装置3分别 通过第二连通口 203和第四连通口 302使用管道与过滤装置4连通，气液分离装置3与压 力平衡分配装置6通过第五连通口 303和第六连通口 601使用管道连通，热交换装置5与 气液分离装置3连通，用于控制气液分离装置3中的介质温度，出料口 602用于和碳氢化合 重整系统连通。
[0127] 如图2、图3和图4所示，水离子电解装置2采用电容电解的方法，水离子电解装置 2包括外壳和电解主体，外壳由左侧壁、右侧壁和设置于左侧壁与右侧壁之间的筒状周壁组 成，左侧壁、右侧壁与筒状周壁由绝缘材料制成，左侧壁的右面镶嵌有第一电极板204,右侧 壁的左面镶嵌有第二电极板205,第一电极板204和第二电极板205上分别设有用于连接直 流电源的接线柱，当一电极板204和第二电极板205分别与直流电源的正负极连接时，在第 一电极板204和第二电极板205之间会产生电解所需的电压。
[0128] 进料口 201和第二连通口 203设置在左侧壁，第一连通口 202设置在右侧壁，电解 主体设置在筒状周壁的内腔中，电解主体由1?1000付电解单元付组成，需要说明的是， 电解单元付的设置付数不限于举例，可根据使用目的和制造成本进行调整，通常设置10? 500付为宜；电解单元付是由第三电极板206和第四电极板207组合构成的电容，在左侧 壁、第三电极板206、第四电极板207和右侧壁彼此之间设置隔离垫圈208,第三电极板206 和第四电极板207的周向边缘与筒状周壁的内侧贴合，第三电极板206和第四电极板207 的中心分别设有第一通孔210,第一通孔210用于通过穿入绝缘棒209将第三电极板206和 第四电极板207彼此连接固定，第三电极板206和第四电极板207还分别设有用于输送电 解液和正负离子气态混合物的第二通孔211，第二通孔211最好沿周向均匀设置四个，其形 状和大小可以相同也可以不同；第三电极板206和第二电极板207上的第二通孔211的通 道位置最好不同，两者的第二通孔211对应的相位差角度设为45°时电解效率最高，需要 说明的是，第二通孔211不限于举例，只要设置一个以上就通实现本发明目的。
[0129] 第三电极板206和第四电极板207使用金属导电材质制成，金属导电材质可以为 普通钢、SUS不锈钢、铜、镍、锰、铝、铅、锌，也可以上述金属作为基材并在基材左面电镀或塗 镀镍、锰、钨、钌、铝等金属氧化物，在基材右面电镀或塗镀钼、铅、汞、铜、钌、硼化镧、钨等金 属。
[0130] 如图5所示，碳氢化合重整系统由重整反应罐7、第一重整微发生器8、第二重整微 发生器9组成，重整反应罐7包括罐体701和设置于罐体701内腔中的重整触媒液nl702 和两层增溶固化填充层703,，增溶固化填充层703由固定在罐体701内腔壁上的支承架支 承，需要说明的是，增溶固化填充层703不限于举例，可以设置两层或两层以上。第一重整 微发生器8设有第一进口 801、第二进口 802和第一出口 803,第二重整微发生器9设有第 三进口 901、第四进口 902和第二出口 903,第一重整微发生器8的第二进口 802和第一出 口 803分别与罐体701的内腔连通，第二重整微发生器9的第四进口 902和第二出口 903 也分别与罐体701的内腔连通，第二进口 802和第四进口 902与罐体7内腔连通的位置设 在最下层的增溶固化填充层703的上部，第一出口 803和第二出口 903与罐体701内腔的 连通位置设在最下层的增溶固化填充层703的下部，第二进口 802和第四进口 902与罐体7 内腔连通的管路上分别设有流量控制泵，用于定量向第一重整微发生器8和第一重整微发 生器9输送重整触媒液η 1702。
[0131] 第一进口 801与水离子电解装置2中的压力平衡分配装置6上的出料口 602连通， 用于向第一重整微发生器8中输送水离子电解系统获得的气态离子物，使气态离子物与重 整触媒液η1702在第一重整微发生器8中发生第一次碳氢化合重整，第三进口 901用于向 第二重整微发生器9中通入重整催化剂η2,使重整催化剂η2与重整触媒液η1702在第二整 微发生器9中也发生第一次碳氢化合重整。经过第一次碳氢化合重整后得到的混合分别通 过第一出口 803和第二出口 903进入罐体701中，再与增溶固化填充层703中催化剂进行 第二次碳氢化合重整后，即可得到本发明高热值燃气。高热值燃气通过罐体701上设置的 出气口 704输送给燃烧装置或储备装置。为了安全和精确控制，罐体701上还可以设置安 全控制阀705、温度控制表706和压力控制表707。
[0132] 如图6至图16所示，为第一重整微发生器8和第二重整微发生器9结构示意图， 包括壳体和设置于壳体内腔中的重整微发生器组件，重整微发生器组件设置5组，壳体上 设有用于调整左盖10和右盖11相对同轴转动的装置。需要说明的是，重整微发生器组设 置的组数不限于举例，只要设置一组以上即可实现本发明目的，根据使用目的和制造成本 及实施方便性，一般设置1?30组为宜。重整微发生器组件由左盖10、右盖11和设置于左 盖10与右盖11之间的组件盘12组合构成，左盖10、右盖11和组件盘12设为圆盘状，使左 盖10和右盖11直径相等且大于组件盘12的直径，并在左盖10和右盖11的中心设有贯通 孔，用于反应介质的进出。在左盖10的右侧面边缘处设置向右凸起的第一凸起边沿1001， 在左盖10的右侧面中部设置与组件盘12半径相等的凸起短圆柱1002,使短圆柱1002的周 向圆周壁与第一凸起边沿1001的内侧壁之间留有间隙。
[0133] 短圆柱1002的右端面设有中心凹槽1003、圆形凹槽1004和半圆形凹槽1005,中 心凹槽1003设有一个且设置在短圆柱1002右端面中心位置，圆形凹槽1004设置在中心凹 槽1003的外侧，半圆形凹槽1005设置在短圆柱1002的边缘，中心凹槽1003的边缘设有 均匀分布的6个半圆形槽，圆形凹槽1004设置12个且沿以中心凹槽（1003)为中心的正6 边形的各边均勻分布，半圆形凹槽1005设置12个，使每个半圆形凹槽1005和相邻的圆形 凹槽1004之间的最小距离均相等，并使相邻的中心凹槽1003、圆形凹槽1004、半圆形凹槽 1005相互之间的最小距离要小于圆形凹槽1004的半径。
[0134] 在右盖11的左侧面边缘处设有向左凸起的且与左盖10上的第一凸起边沿1001 对称的第二凸起边沿1101。使用连接柱13把组件盘12与右盖11固定连接，连接柱13可 以设置一个或多个，组件盘12的右侧面与右盖11的左侧面之间以及组件盘12的周向圆周 壁与右盖11上的第二凸起边沿1101的内侧壁之间均留有间隙。在组件盘12的左端面设 置与短圆柱1002的右端面相同的凹槽结构。当左盖10、组件盘12和右盖11组装成重整微 发生器组件时，左盖10上的第一凸起边沿1001与右盖11上的第二凸起边沿1101实现密 封贴合，短圆柱1002的右端面与组件盘12的左端面实现密封贴合。
[0135] 当左盖10和组件盘12上的各凹槽处于对称位置时，左盖10和组件盘12上的各 凹槽配合形成多个封闭的射流腔，左盖10中部的贯通孔与右盖11中部的贯通孔因射流腔 封闭不连通，当左盖10和右盖11相对旋转一定角度时，如30度，左盖10右侧面的各凹槽 和组件盘12左侧面的对应凹槽相互错开，由于各凹槽之间的距离小于圆形凹槽1004的半 径，使各微型反应釜罐腔相互连通，并通过右盖11和左盖10与组件盘12之间因设有间隙 形成的通道，使左盖10中部的贯通孔与右盖11中部的贯通孔这间通过形成有效通路，反应 介质由左盖10中部的贯通孔进入重整微发生器组件并在各射流腔中进行碳氢化合重整， 重整后的介质经组件盘12与左盖10和右盖11之间形成的通道由右盖11中部的贯通孔， 进入下一重整微发生器组件或流出重整微发生器。优选地，重整微发生器组件设为2?8 组时，介质重整效果和效率最佳。
[0136] 重整触媒液nl702可以是具有液化性质的碳氢化合物的链烷烃，但不限于此，液 体溶剂也没有限定，作为实施例，可以是量子碳素、石蜡、环状烃、芳香烃、醇类、酚类、醚类、 酮类、酯类以及它们的组合体，作为量子碳素 CO，溶质粒径为0. 6nm?lOOnm，溶质粒子含 量兰〇· 1%，溶液ORP为280mv?380mv，电导率σ为1?5ms/cm，pH值为1. 5?3. 2 ;作 为石蜡，可以是正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷以及它们的异构体；作为环状烃， 可以是环戊烷、环己烷、甲基环己烷；作为芳香烃，可以是苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲 苯、对二甲苯、异丙基苯、萘、蒽、联苯；作为醇类，可以是甲醇、乙醇、二乙二醇、1-丙醇、异 丙醇、甘油、正丁醇、2- 丁醇、异丁醇、叔丁醇、1-戊醇、2_甲基_1_ 丁醇、3-甲基_1_ 丁醇、 2-甲基-2-丁醇、环己醇、二乙二醇、聚乙二醇、聚甘油；作为酚类，可以是苯酚、邻甲酚、间 甲酚、对甲酚；作为醚类，可以是乙醚、乙丙醚、乙丁醚；作为酮类，可以是丙酮、甲乙酮、二 乙基酮；作为酯类，可以是甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯。为了提高触 媒催化效果，优选使用碳原子数为1?10的有机溶剂，可以是正辛烷、正壬烷、正癸烷等石 蜡类溶剂以及苯、甲苯、二甲苯、萘等芳香族类溶剂，其中优选碳原子数为1?5的醇以及碳 原子数为5?10的芳香烃，最优选1-丁醇和二甲醚，特别是通过使用二甲醚能够进一步提 高本发明高热值燃气的产率和热值，且溶剂可以循环利用。
[0137] 增溶固化填充层703是由具有氧化作用的固体催化材料组成，作为实施例，图5中 设置两层，也可以设置多层，所使用的固体催化材料没有限定，作为实施例可以使用量子碳 素、钛、铁、错、娃、锫、猛、钻、镍、鹤、铜、铺、银、钼、钮、铭、金、铱、钌其中的一种或几种，或者 由它们的金属化合物组成。增溶固化填充层703采用的固体催化剂最好为粒状并用支撑架 支承，支撑架的结构没有限定，以能够支撑粒状固定催化剂使气体和液体可以进行双向流 动即可。在能够在支承填充物的前提下，支撑架的开口率越大越好，这样既能支撑填充物， 又能减少对气液的阻力。支撑架的结构可以使用格子状的栅网、多孔板、波形多孔板等，理 想状态下的固体催化剂粒径为Imm?10mm，孔通率50% -80%，最佳粒径为3mm?5mm，孔 通率为60% -70%。
[0138] 如图17至图26所示，作为本发明制备高热值燃气的实施设备的第二种实施方式， 与第一种实施方式不同的是重整微发生器组件的结构不同，本实施方式在第一种实施方式 的基础上，左盖10与组件盘12上的圆形凹槽1004设置为36个，并让圆形凹槽1004沿以 中心凹槽1003为中心的2个同心正6边形的各边均匀分布，同时把半圆形凹槽1005设置 为18个，同样使每个半圆形凹槽1005和相邻的圆形凹槽1004之间的最小距离均相等，并 使相邻的中心凹槽1003、圆形凹槽1004、半圆形凹槽1005相互之间的最小距离均小于圆形 凹槽1004的半径，这种结构设计增加了左盖10和组件盘12组合形成的射流腔个数，使碳 氢化合重整效果进一步增强。进一步的，还可继续增设圆形凹槽1004的个数，使其沿以中 心凹槽1003为中心的多个同心正6边形的各边均匀分布，并相应的增设半圆形凹槽1005 的数量，使其与最外侧正6边形各边上的圆形凹槽1004数的各相等。
[0139] 如图27至图36所示，作为本发明制备高热值燃气的实施设备的第三种实施方式， 与第二种实施方式不同的是，重整微发生器组件的左盖10和组件盘12上的中心凹槽1003 边缘的半圆形槽均匀设置5个，左盖10与组件盘12上的圆形凹槽1004设置为25个，并让 圆形凹槽1004沿以中心凹槽1003为中心的2个同心正5边形的各边均匀分布，同时把半 圆形凹槽1005设置为15个，同样使每个半圆形凹槽1005和相邻的圆形凹槽1004之间的 最小距离均相等，使相邻的中心凹槽1003、圆形凹槽1004、半圆形凹槽1005相互之间的最 小距离均小于圆形凹槽1004的半径。进一步的，还可继续增设圆形凹槽1004的个数，使其 沿以中心凹槽1003为中心的多个同心正5边形的各边均匀分布，并相应的增设半圆形凹槽 1005的数量，使其与最外侧正5边形各边上的圆形凹槽1004数的各相等。
[0140] 如图37至图46所示，为本发明制备高热值燃气的实施设备的第四种实施方式，与 前三种种实施方式不同的是，重整微发生器组件的左盖10与组件盘12上的中心凹槽1003 边缘的半圆形槽均匀设置7个，左盖10与组件盘12上的圆形凹槽1004设置为35个，并让 圆形凹槽1004沿以中心凹槽1003为中心的2个同心正7边形的各边均匀分布，同时把半 圆形凹槽1005设置为21个，同样使每个半圆形凹槽1005和相邻的圆形凹槽1004之间的 最小距离均相等，使相邻的中心凹槽1003、圆形凹槽1004、半圆形凹槽1005相互之间的最 小距离均小于圆形凹槽1004的半径。进一步地也可以继续增设圆形凹槽1004的个数，使 其沿以中心凹槽1003为中心的多个同心正7边形的各边均匀分布，并相应的增设半圆形凹 槽1005的数量，使其与最外侧正7边形各边上的圆形凹槽1004数的各相等。
[0141] 本发明制备高热值燃气的实施设备中的重整微发生器组件的凹槽结构设计不限 于上述举例，可以把左盖10和组件盘12上的中心凹槽1003的边缘设计成均匀分布的X个 半圆形槽，X彡3,相应的，圆形凹槽1004的设置个数为X的倍数，并使其沿以中心凹槽1003 为中心的y个同心正X边形的各边均勻分布，y彡1，半圆形凹槽1005的设置个数等于最外 侧正X边形各边上的圆形凹槽1004数之和，并使每个半圆形凹槽1005和相邻的圆形凹槽 1004之间的最小距离均相等，相邻的中心凹槽1003、圆形凹槽1004、半圆形凹槽1005相互 之间的最小距离均小于圆形凹槽1004的半径。另外，重整微发生器组件的左盖10、右盖11 和组件盘12的形状也不限于圆盘状，也可以设计成其他类似结构，只要能够在左盖10相对 于右盖11和组件盘12同轴旋动时，使左盖10和组件盘12上的各凹槽组合形成的射流腔 相互连通就可实现本发明目的。
[0142] 制备本发明一种高热值燃气使用的水可以是纯净水、自来水，也可以是加入定量 KOH或NaOH的电解液，电解液浓度保持在1 %?35%之间。水或电解液通过进料口进入水 离子电解装置2进行水离子化电离，水或电解液被电离成为】U)· I U .VI M) i Π?质子水 合物H3O+和氢氧根离子0Γ，质子水合物H3O+和氢氧根离子OF和液体的混合体进入气液分 离装置3中，液体部分通过热交换装置5进行热交换，将液体温度控制在-10°?+50°之 间，并经过滤部分4除去杂质后回流到水离子电解装置2中继续电离，气态离子物部分被输 送到压力平衡分配装置6中对气态的参数进行点检，包括气体输送压控制、微量水分子分 离等，点检合格的气态离子物经压力平衡分配装置6被输送到碳氢化合重整系统。
[0143] 点检合格的气态离子物经第一进口 801第一重整微发生器8,并通过第二进口 802 由流量控制泵从反应釜罐体7的内腔中提取重整触媒液nl702输送到整微发生器8中，使 气态离子物与重整触媒液nl702进行第一次气液碳氢化合重整，重整后的介质混合物从第 一出口 803进入到反应釜罐体7的内腔中；同时，从第三进口输送重整催化剂n2到第二重 整微发生器9中，并由另一定量控制泵从反应釜罐体7的内腔中提取重整触媒液nl702输 送到整微发生器9中，使重整催化剂n2与重整触媒液nl702进行第一次碳氢化合重整，重 整后的介质混合物从第二出口 903进入到反应釜罐体7的内腔中。经过第一重整微发生 器8和第二重整微发生器9的第一次的气液碳氢化合重整后，重整后的碳氢化合物结构体 在反应釜罐体7中再通过一层或多层增溶固化填充层702与其中的固体催化剂进行第二次 催化重整，即可获得本发明的高热值燃气。经压力控制表706、温度控制表705、安全控制阀 704进行数据采集处理后可由出气口输送到燃烧装置或储备装置。
[0144] 化学部分：
[0145] 众所周知，水合氢离子指的是氢原子在失去电子后，剩余由1个质子构成的核，即 氢离子。氢离子是"裸露"的质子，半径很小，易被水分子吸引生成水合氢离子H 3O+,也称质 子水合物。水合氢离子的通式为[H(H3O)n] +式中η为正整数，要单纯地使H+从酸分子中电 离出来，需要巨大的能量，因此，H+在水溶液里总是以H 3O+形式存在，H+和H2O结合成H3O + 离子，可放出巨大能量695KJ/mol，这些巨大的水合能量补偿了 H+从酸分子中电离出来所需 的能量，而使酸的电离成为可能。它随溶液的酸度和温度而变酸度越大，水化H 3O+离子迅速 饱和，而使η值下降；同样，温度越高，质子传递速度越快，便没有足够的时间来形成较完全 的水化H 3O+离子，因而，η值也随之下降。本发明充分利用水合氢离子性质，将电离出的质 子水合物H 3O+和氢氧根离子0!Γ进行化合重整，通过重整触媒催化，制备出安全高效高热值 的新型燃气。其制备原理：
[0146] 水的电离子：
[0147]
【权利要求】
1. 一种制备高热值燃气的设备，其特征在于：包括控制系统、水离子电解系统、碳氢化 合重整系统，所述控制系统用于对时间、压力、温度、物料供给进行数据采集并进行自动管 理，水离子电解系统与碳氢化合重整系统连通。
2. 根据权利要求1所述的制备高热值燃气的设备，其特征在于：所述水离子电解系统 包括水离子电解装置（2)、气液分离装置（3)、过滤装置（4)、热交换装置（5)、压力平衡分 配装置（6);所述水离子电解装置（2)设有进料口（201)、第一连通口（202)和第二连通口 (203)，气液分离装置（3)设有第三连通口（301)、第四连通口（302)和第五连通口（303)， 压力平衡分配装置（6)设有第六连通口（601)和出料口（602);水离子电解装置（2)与气 液分离装置（3)通过第一连通口（202)和第三连通口（301)使用管道连通，水离子电解装 置（2)和气液分离装置（3)分别通过第二连通口（203)和第四连通口（302)使用管道与过 滤装置（4)连通，气液分离装置（3)与压力平衡分配装置（6)通过第五连通口（303)和第 六连通口（601)使用管道连通，热交换装置（5)与气液分离装置（3)连通用于控制气液分 离装置（3)中的介质温度，出料口（602)用于和碳氢化合重整系统连通。
3. 根据权利要求1所述的制备高热值燃气的设备，其特征在于：所述碳氢化合重整系 统包括重整反应罐（7)、第一重整微发生器（8)、第二重整微发生器（9)，重整反应罐（7)设 有罐体（701)，罐体（701)的内腔中设有重整触媒液nl (702)和增溶固化填充层（703)，增 溶固化填充层（703)至少设置两层并由固定在罐体（701)内腔壁的支承架支承，罐体（701) 上设有出气口（704); 第一重整微发生器（8)设有第一进口（801)、第二进口（802)和第一出口（803)，第二 重整微发生器（9)设有第三进口（901)、第四进口（902)和第二出口（903)，第一重整微发 生器（8)的第二进口（802)和第一出口（803)分别与罐体（701)的内腔连通，第二重整微 发生器（9)的第四进口（902)和第二出口（903)分别与罐体（701)的内腔连通，第二进口 (802)和第四进口（902)与罐体（7)内腔连通的位置设在最下层的增溶固化填充层（703) 的上部，第一出口（803)和第二出口（903)与罐体（701)内腔的连通位置设在最下层的增 溶固化填充层（703)的下部，第二进口（802)和第四进口（902)与罐体（7)内腔连通的管 路上分别设有流量控制泵；第一进口（801)与水离子电解装置（2)中的压力平衡分配装置 (6)上的出料口（601)连通，第三进口（901)用于向第二重整微发生器（9)中通入重整催化 剂n2 ;罐体（701)上还设有安全控制阀（705)、温度控制表（706)、压力控制表（707)。
4. 根据权利要求2所述的制备高热值燃气的设备，其特征在于：所述水离子电解装置 (2)包括外壳和设置于外壳内腔中的电解主体，外壳由左侧壁、右侧壁和设置于左侧壁与右 侧壁之间的筒状周壁组成，左侧壁、右侧壁与筒状周壁由绝缘材料制成，左侧壁的右面镶嵌 有第一电极板（204)，右侧壁的左面镶嵌有第二电极板（205)，第一电极板（204)和第二电 极板（205)上分别设有用于与直流电源连接的接线柱；进料口（201)和第二连通口（203) 设置在左侧壁上，第一连通口（202)设置在右侧壁上；电解主体由1?1000付电解单元付 组成，电解单元付是由第三电极板（206)和第四电极板（207)组合构成的电容，左侧壁、第 三电极板（206)、第四电极板（207)和右侧壁彼此之间均设有隔离垫圈（208)，第三电极板 (206)和第四电极板（207)的中心分别设有用于穿入绝缘棒（209)的第一通孔（210)，绝缘 棒（209)用于将第三电极板（206)和第四电极板（207)固定，第三电极板（206)和第四电 极板（207)上还分别设有至少一个第二通孔（211)。
5. 根据权利要求4所述的制备高热值燃气的设备，其特征在于：所述电解主体包括 10?500付电解单元付，所述第三电极板（206)和第二电极板（207)上的第二通孔（211) 分别沿第三电极板（205)和第二电极板（207)的周向均匀设置四个，第三电极板（206)上 的第二通孔（211)与相近的第四电极板（207)上的第二通孔（211)的相位差角度为45°。
6. 根据权利要求3所述的制备高热值燃气的设备，其特征在于：所述第一重整微发生 器（8)和第二重整微发生器（9)结构相同，第一重整微发生器（8)和第二重整微发生器（9) 包括壳体和设置于壳体内腔中的1?30组重整微发生器组件，所述重整微发生器组件由 左盖（10)、右盖（11)和设置于左盖（10)与右盖（11)之间的组件盘（12)组合构成，左盖 (10)、右盖（11)和组件盘（12)均为圆盘状，左盖（10)和右盖（11)直径相等且大于组件盘 (12)的直径，左盖（10)与右盖（11)的中心均设有贯通孔，壳体上设有用于调整左盖（10) 和右盖（11)相对同轴转动的装置； 左盖（10)的右侧面边缘处设有向右凸起的第一凸起边沿（1001)，左盖（10)的右侧面 中部设有向右凸起的与组件盘（12)半径相等的短圆柱（1002)，短圆柱（1002)的周向圆周 壁与第一凸起边沿（1001)的内侧壁之间设有间隙，短圆柱（1002)的右端面设有中心凹槽 (1003)、圆形凹槽（1004)和半圆形凹槽（1005)，中心凹槽（1003)设置一个且设置在短圆 柱（1002)右端面中心位置，圆形凹槽（1004)设置在中心凹槽（1003)的外侧，半圆形凹槽 (1005)设置在短圆柱（1002)的边缘，中心凹槽（1003)的边缘设有均匀分布的X个半圆形 槽，X彡3,圆形凹槽（1004)的设置个数为X的倍数且沿以中心凹槽（1003)为中心的y个 同心正X边形的各边均匀分布，y彡1，半圆形凹槽（1005)的设置个数等于最外侧正X边形 各边上的圆形凹槽（1004)数之和，每个半圆形凹槽（1005)和相邻的圆形凹槽（1004)之间 的最小距离均相等，相邻的中心凹槽（1003)、圆形凹槽（1004)、半圆形凹槽（1005)相互之 间的最小距离小于圆形凹槽（1004)的半径； 右盖（11)的左侧面边缘处设有向左凸起且与左盖（10)上的第一凸起边沿（1001)对 称的第二凸起边沿（1101)，组件盘（12)与右盖（11)通过连接柱（13)固定连接，组件盘 (12)的右侧面与右盖（11)的左侧面之间设有间隙，组件盘（12)的周向圆周壁与右盖（11) 上的第二凸起边沿（1101)的内侧壁之间设有间隙； 组件盘（12)的左端面设有与短圆柱（1002)的右端面相同的凹槽结构；左盖（10)上的 第一凸起边沿（1001)与右盖（11)上的第二凸起边沿（1101)密封贴合，短圆柱（1002)的 右端面与组件盘（12)的左端面密封贴合。
7. 根据权利要求6所述的制备高热值燃气的设备，其特征在于：8 3x3 5,6>y>2。
8. 根据权利要求7所述的制备高热值燃气的设备，其特征在于：所述重整触媒液 nl (702)由具有液化性质的有机溶剂组成，有机溶剂为量子碳素、石蜡、环状烃、芳香烃、醇 类、酚类、醚类、酮类、酯类或者其中两种物质以上的组合体，有机溶剂的碳原子数为1? 10 ;所述重整微发生器组件为2?8组。
9. 根据权利要求8所述的制备高热值燃气的设备，其特征在于：所述支承架为栅网或 多孔板，所述增溶固化填充层（703)由具有氧化作用的固体催化材料组成，固体催化材料 为颗粒状，粒径为Imm?l〇mm，孔通率为50 %?80%。
10. 根据权利要求9所述的制备高热值燃气的设备，其特征在于：所述固体催化材料的 粒径为3mm?5_，孔通率为60 %?70%。
11. 一种采用权利要求1-10所述的设备制备高热值燃气的方法，其特征在于：包括如 下步骤：将水通入权利要求1所述的高热值新型燃气设备中，在重整触媒液nl和重整催化 剂n2的作用下，水电离得到的质子水合物H 3O+和氢氧根离子HCT的混合物W，与重整触媒液 nl和重整催化剂n2中的烷烃重整结合，生成高热值新型燃气； 所述质子水合物H3O+和氢氧根离子HCT的混合物W、重整触媒液nl和重整催化剂n2的 体积比为 1 :〇? 001-0. 5 :0? 1-1. 5 ; 所述重整触媒液nl为化学式为CxHyOz或C nH2n+2的液体物质与含有量子碳素Clt的量子 碳素液的混合物，其中x、y、z 3 0，n>0,化学式为CxHyOz或CnH 2n+2的物质与量子碳素液的体 积比为 〇? 001-0. 5 :0? 0001-0. 001 ; 所述重整催化剂n2为化学式为CaHb0。或CnH 2n+2的液体物质与含有量子碳素Clt的量子 碳素液的混合物，其中a、b、c 3 0, n>0,化学式为CaHbO。或CnH2n+2的物质与量子碳素C lt的 体积比为 〇? 1-1. 5 :0? 0001-0. 001 ; 其中，量子碳素Clt包括粒径为0. 6-100nm的碳素粒子，所述碳素粒子为单碳和/或石 墨烯粒子，在所述碳素粒子的表层具有含有碳、氢、氧、氮的化合物，所述含有碳、氢、氧、氮 的化合物包括稠环芳烃、含有碳氧单键的化合物、含有碳氧双键的化合物、含有碳氢键的化 合物； 含有量子碳素Clt的量子碳素液为含有量子碳素的水溶液，浓度为0. 1 %-0. 45 %，所述 量子碳素液的ORP为280mv-380mv、电导率〇为l-5ms/cm、电动势为280mv?380mv、pH值 为 1. 5-3. 2。
12. 根据权利要求11所述的制备高热值燃气的方法，其特征在于：0< n < 30 ;所述重 整触媒液nl中0彡x、y、z彡15,所述重整催化剂n2中0彡a、b、c彡12 ;所述量子碳素由 如下质量百分比的碳素粒子构成：〇. 6彡粒径彡0. 9nm的碳素粒子50 %?95 %、0. 9 <粒径 < 50. Onm的碳素粒子10%?50%、50<粒径< IOOnm的碳素粒子0%?20%;所述含有碳、 氢、氧、氮的化合物为稠环芳烃、含有碳氧单键的化合物、含有碳氧双键的化合物、含有碳氢 键的化合物的一种或几种的混合物，其中各元素比例为=C 45%?55%，H 0. 2%?2. 0%， N 0? 1%?0? 3%，045%?65%。
13. 根据权利要求12所述的制备高热值燃气的方法，其特征在于：0< n < 10 ;所述 重整触媒液nl中x、y、z为1-9之间的正整数，且为奇数，所述重整催化剂n2中a、b、c为 2-8之间的正整数，且为偶数；所述质子水合物H 3O+和氢氧根离子HCT的混合物W、重整触 媒液nl和重整催化剂n2的体积比为1 :0. 01-0. 1 :0. 5-1. 2 ;所述重整触媒液nl中，化学 式为CxHyOz或C nH2n+2的液体物质与量子碳素液的体积比为0. 01-0. 1 :0. 001-0. 01 ;所述重 整催化剂n2中，化学式为CaHb0。或CnH 2n+2的液体物质与量子碳素液的体积比为0. 5-1. 2 : 0? 001-0. 01。
14. 根据权利要求11所述的制备高热值燃气的方法，其特征在于：所述重整触媒液nl 中化学式为CxHyO z或CnH2n+2的液体物质为石蜡、环状烃、芳香烃、醇类、酚类、醚类、酮类、酯 类中的一种或几种的混合物。
15. 根据权利要求14所述的制备高热值燃气的方法，其特征在于：所述石蜡为正己烷、 正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、以及它们的异构体中的一种或几种的混合物；所述环状烃 为环戊烷、环己烷、甲基环己烷中的一种或几种的混合物；所述芳香烃为苯、甲苯、乙苯、邻 二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、异丙基苯、萘、蒽、联苯中的一种或几种的混合物；所述醇类 为甲醇、乙醇、二乙二醇、1-丙醇、异丙醇、甘油、正丁醇、2-丁醇、异丁醇、叔丁醇、1-戊醇、 2-甲基-1- 丁醇、3-甲基-1- 丁醇、2-甲基-2- 丁醇、环己醇、二乙二醇、聚乙二醇、聚甘油 中的一种或几种的混合物；所述酚类，可以是苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚中的一种或几种 的混合物；所述醚类为乙醚、乙丙醚、乙丁醚中的一种或几种的混合物；所述酮类为丙酮、 甲乙酮、二乙基酮中的一种或几种的混合物；所述酯类为甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙 酸乙酯、丁酸甲酯中的一种或几种的混合物。
16. 根据权利要求11-15中任意一种所述的制备高热值燃气的方法制备得到的高热值 燃气。
17. 根据权利要求16所述的高热值燃气，其特征在于：由如下体积百分比的原料组 成：由如下体积百分比的原料组成：H220. OO?60. OO %、O2IO. OO?30. OO %、N2O. Ol? 0? 05 %、CH42. 00 ?12. 00 %、C2H6O. 50 ?5. 00 %、C3H88. 00 ?30. 00 %、C3H6O. 01 ? 5. 00 %、i-C4H100. 01 ?5. 00 %、n-C4H10l. 00 ?10. 00 %、l-C4H10+i-C4H1(lO. 01 ?5. 00 %、 t-2-C4H1(l0. 01 ?5. 00%、c-2-C4H1(l0. 01 ?5. 00%、1，3-C4H60. 01 ?5. 00%、i-C5H12l. 00 ? 15. 00%、n-C5H12l. 00?15. 00%、C 原子数量彡6 的烷烃 5. 00?30. 00%。
18.根据权利要求17所述的高热值燃气，其特征在于：由如下体积百分比的原 料组成：由如下体积百分比的原料组成：H239. 49 %、0219. 04%、N2O. 03%、CH44. 05 %、 C2H6O. 50%,C3H8IL59%,C3H6O. 04%,i-C4H100. 55%,n-C4H102. 68%U-C4H10+i-C4H100. 07%, 卜2-(：4111。0.21%、(3-2-(：411 1。0.25%、1，3-(：41160.16%、1-(：511 126.82%、11-(：511124.49%、(：原子数 量彡6的烷烃10.06%。
【文档编号】C10L3/00GK104312648SQ201410449769
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】朱光华, 刘力生, 王文杰 申请人:朱光华, 刘力生, 王文杰