专利名称：弧光氢碳复合通用燃料取氢的制造设备及工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种弧光氢碳复合通用燃料取氢的制造设备及工艺，特别是一种在非平衡状态等离子反应水下用弧光制取出氢H2 —氧化碳和二氧化碳的设 备及工艺，既称为(ArcH2C)弧光氢碳复合通用燃料，同时(ArcH2C)弧光氢 碳复合通用燃料进行取氢，属于氢燃料的制造领域。
技术背景随着现有传统能源的日益紧张，人们已经强烈的意识到必须采用一种新的 能源替代目前使用的传统能源，像石油、天然气、煤等，世界各国重点开发的 氢燃料是以清洁、高效及储量丰富而著称的新能源。但目前采用的制氢设备和 制氢方式均存在不同程度的缺陷，如天然气制氢、煤制氢或各种膜分离滤氢的 方法等，这些方法及采用的设备存在成本高、产量小，所以推广的效果不好， 工业化程度不高。 发明内容发明目的本发明提供一种弧光氢碳复合通用燃料取氢的制造设备及工 艺，制取氢气的工艺出现的问题产量小，效果不好、成本高等方面存在的问题。 技术方案本发明是通过以下技术方案来实现的一种弧光氢碳复合通用燃料取氢的制造设备，其特征在于该制造设备包 括整流控制装置、弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器、弧光氢碳复合通用燃料 取氢反应器、弧光氢碳复合通用燃料取氢的电极控制装置、冷凝装置、排渣装 置和过滤装置；它们均设置在机壳内，电源经整流控制装置连接到弧光氢碳复 合通用燃料取氢反应器内的两个电极上，弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器的 一个电极采用碳电极，另一个电极采用钨电极，两个电极与调整它们放电端距 离的电极控制装置连接；弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器上的进、出水口通 过管路与进、排水管连接，弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器的出气口与冷凝 装置的进气口连接，冷凝装置的出气口经过滤装置处理后连接到低压储存装置 上，低压储存装置上设有向外供给气体的用气口；弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器的排渣口与排渣装置连接。所述的弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器主要由碳电极、钨电极、或双碳电级工作电阻器RL,和RL2及反应器本体构成；碳电极采用在铜导架内设置与
其内腔紧密接触的碳棒电极，碳电极与钨电极的放电端相对设置作为产生电弧 端，反应器本体内部为装水的容器，两个电极的电弧放电端设置在反应器本体 内，碳电极与整流控制装置的电输出端连接，钨电极通过并联的工作电阻器RL,和RU与整流控制装置的电输出的另一端连接。所述的整流控制装置由电源控制柜和整流器构成，动力电源通过电源控制 柜与整流器连接，整流器的电输出端分别与弧光氢碳复合通用燃料取氢的反应 器内的两个电极连接。所述的冷凝装置为冷干机。所述的过滤装置设置在低压压縮机内，过滤装置的出气口与作为低压储存 装置的低压储气罐连接，低压储气罐上设有向外部供给燃气的用气口。一种弧光氢碳复合通用燃料取氢的制造工艺，其特征在于利用上述的设 备，按下述步骤制备得到通用的弧光氢碳复合通用燃料进行取氢a、将设备 内的弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器先注入氮气，然后3次抽真空后，注入 满箱水后再抽出剩余氮气，然后可以在真空状态下使其内的两个电极埋入水下 达到0.4 0.6米，并通过整流控制装置两个电极施加电压，同时通过电极控 制装置调整两个电极，使它们的相对点之间形成90度 45度，两电极放电端 的距离至1 3mm，使两电极形成弧光放电，在水下产生非平衡状态下的等离 子反应；b、 收集反应时生成的弧光氢碳复合通用燃料燃气泡，使它们通过输送管 路送到冷凝装置中冷却干燥去除水分，提取出弧光氢碳复合通用燃料；c、 将步骤b中得到的弧光氢碳复合通用燃料经过滤装置过滤后，输入低 压储存装置中，即得到弧光氢碳复合通用燃料；d、 上述步骤c中所述的经过滤装置过滤是在过滤装置中先用碳分子膜滤 出CO,、 CO及杂质成份，剩余的弧光氢碳复合通用燃料用金属钯膜过滤后变成 纯氢，再经低压压縮机处理后输出。优点及效果通过本发明技术方案的实施，制取氢气的效果好、易操作， 成本低,是目前制造氢气的成本1/10，本发明ArcH2C弧光氢碳复合通用燃料取 氢的反应器内的两个电极一个采用碳电极，另一个采用钨电极，弧光在以水为 工质用兆赫级射频电源产生的弧光。出现等离子分解反应对气泡收集氢合成燃 气，然后采用钯金膜分滤，产出纯氢。是最有效制取氢方式，适合工业化生产。利用本发明设备和工艺制得的弧光氢碳复合通用燃料ArcH2C进行取氢是 通常传统制氢成本的十分之一，而且可以提供超大气量使用，具备了未来的电 力、动力、汽车等使用的要求。水、碳是常见的物质，储量极为丰富，取材方 便并有大量的原料供应。因此，本发明开辟了一条新的制取氢的制造设备和工 艺。
图1是本发明设备内部各装置连接结构示意图； 图2是本发明弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明详细说明如下，但并不因下述具体的实施例限制本 发明。图中1、电源，2、整流控制装置，3、弧光氢碳复合通用燃料取氢反应 器，4、电极控制装置，5、碳电极，6、钨电极，7、冷凝装置，8、过滤装置， 9、低压储存装置，10、机壳。21、反应器本体，22、两电极的电弧放电端。实施例1:如附图1所示，本发明是一种弧光氢碳复合通用燃料ArxH2C进行取氢的 制造设备和利用该设备制造通用燃料的工艺，该制造设备包括整流控制装置 2、弧光氢碳复合通用燃料取氢的反应器3、弧光氢碳复合通用燃料取氢的反 应器3的电极控制装置4、冷凝装置7、排渣装置和过滤装置8;它们均设置 在机壳10内，电源1经整流控制装置2连接到弧光氢碳复合通用燃料取氢反 应器3内的两个电极5、 6上，弧光氢碳复合通用燃料取氢的反应器3的一个 电极5采用碳电极，另一个电极6采用钨电极，两个电极5、 6与调整它们放 电端距离的电极控制装置4连接;弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器3上的进、 出水口通过管路与进、排水管连接，弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器3的出 气口与冷凝装置7的进气口连接，冷凝装置7的出气口经过滤装置8处理后连 接到低压储存装置9，低压储存装置9上设有向外供给气体的用气口；弧光氢 碳复合通用燃料取氢的反应器3的排渣口与排渣装置连接。如图2所示，所述的弧光氢碳复合通用燃料取氢的反应器3主要由碳电极 5、钨电极6、工作电阻器RL,和RL2及反应器本体21构成；碳电极5采用在铜 导架内设置与其内腔紧密接触的碳棒电极，碳电极5与钨电极6的放电端相对 设置作为产生电弧端22，反应器本体21内部为装水的容器，两个电极的电弧放电端设置在容器内的水下，碳电极与整流控制装置2的电输出端连接，钨电 极通过并联的工作电阻器RL,和RU与整流控制装置2的电输出的另一端连接。 在发明中为了加长等离子弧长lmm 3mm采用了钨作为一个电极，如果像
的设备那样双电极均采用碳电极，那么碳之间产生一种壳层，而一个电极采用 碳电极，另一个电极采用钨电极后，可以去除溅射及减少壳层作用。钨本身是一种非常坚硬，颜色呈钢灰色至白色的高熔点金属，物理特性非 常优异，尤其是它的熔点非常高，是所有非合金金属中最高的，最常见的有灯泡的灯丝，本发明的反应电极采用了钨电极后，可以导致增加弧长2mm，相应 的增加了产气量，由于钨的熔点为3410士20度，蒸汽压很低，抗张强度最高 1650度，这样用它作为负极减少了损耗，所以基本上不用更换。所述的整流控制装置3由电源控制柜和整流器构成，动力电源通过电源控 制柜与整流器连接，整流器的电输出端分别与弧光氢碳复合通用燃料取氢的反 应器内的两个电极连接。所述的冷凝装置7为冷干机。所述的过滤装置8设置在低压压縮机内，过滤装置的出气口与作为低压储 存装置9的低压储气罐连接，低压储气罐上设有向外部供给燃气的用气口。本发明对弧光氢碳复合通用燃料ArcH2C进行取氢的制造工艺，利用本发 明所述的设备，按下述步骤制备得到通用的弧光氢碳复合通用燃料及用它取得氢气a、 将设备内的弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器内先注入氮气，然后3 次抽真空后，注入满箱水后再抽出剩余氮气，然后可以在真空状态下使其内的 两个电极埋入水下达到0. 5米，通过电极控制装置使两电极的相对点之间形成 90度或45度，接通正负电极加入电流，通过电极控制装置驱动碳电极和钨电 极接近到lmm 3mm距离时，使两电极形成弧光放电，发生等离子非平衡状态 下反应，产生一种弧光弧光氢碳复合通用燃料ArcH2C的燃气泡，如图2中所 示的气泡25，被水包围，由于气泡中有多种燃气分子浮出水面，通过采集系 统收回气泡并将其压縮到存储罐中，这种燃气无色、无味，有强烈的爆炸动力。 称为ArcH2C，也可以称为弧光氢碳复合通用燃料ArcH2C，弧光氢碳复合通用 燃料ArcH2C,可以同氧及一氧化碳、二氧化碳同存于一个压力罐，不易燃，不 易爆，可以储存7年以上，超过前所未有的氢的储存记录；b、 收集反应时生成的(ArcH2C)弧光氢碳燃气泡，使它们通过输送管路 送到冷凝装置中冷却干燥去除水分，提取出(ArdbC)弧光氢碳复合通用燃料;c、 将步骤b中得到的(ArcH2C)弧光氢碳复合通用燃料，由此要想得到 更多的纯氢先用碳分子膜滤出C02， CO及其它成份，剩余的氢用金属钯膜过滤 后变成纯氢，氢55% (H2)得到大量的纯氢，再经低压压縮机处理后输入到低
压储存装置中；同时也可以将其余的C0、 C02通过变压吸附(PSA)过程得另加一部分的纯 氢，这样就得到94%纯氢，这种方法制氢(H2)成本低，程序简单，易操作，是 目前成本最低的制氢方法，仅有十分之一。经检测得到的弧光氢碳复合通用燃料ArcH2C的主要成分如下氢55. 38%一氧化碳CO31. 7%乙烯 EthyleneC2H41. 875%乙烷 Ethane0. 004%乙炔 AcetyleneC2H20. 522%甲綜 MethaneCH,,0. 160%二氧化碳C022. 42%氧01. 767%氮N26.164%它的热值为1148 BTU/CF，是现有常用燃料很好的替代品。 实施例2:本发明的设备制造完工后己安全试运行6个月， 基本概况是每小时用碳电极2.5根，钨电极不损耗，产气3.5立方米，用电 1.19W，制取弧光氢成本仅为4.20人民币。目前市场每立方米纯氢40元人民 币左右，我们制造成本低于传统制氢方法的IO倍左右。实施例3:也可以采用5HP5KW发电机组作为本发明设备的电源，通过计算可知，如 果发电机组采用汽油作为燃料，1加仑的汽油可以产出2. 5KW热量； 则6小时X60二360min(分钟) 汽油1加仑的能量=130000 BTU 5加仑=130000X5=650000 BTU/min 65000000 / 360 = 1805 BTU/min可得出运行发电机组每分钟消耗能量为1805 BTU/min;用本发明制得的弧光氢碳复合通用燃料(ArcH2C)，运转带动发电机组的 发动机7分钟消耗10立方英尺的燃料，在60分钟约消耗8. 57 X10英尺的燃 料，驱动发电机组需要85.7立方英尺燃料；已知发电机组能耗为1805BTU / min
故1805X60=108300 BTU/Hr总能量108300 BTU，除以用掉的85.7立方英尺燃料，可得燃料实际能量 为1263 BTU/CF在非平衡状态水下采用碳电极一钨电极的弧光制取出氢H2并化合一氧化 碳和二氧化碳，改变了传统制取氢的方式及方法 本发明所述的设备可以由下列系统构建而成(1) 动力系统2400安培的交流转换成直流的整流系统，在动力驱动碳电 极及钨电极产出大量的气泡，含氢可以达至55%以上；(2) 控制系统在压力、流量及弧光电流中全部采用自动控制系统，主要是通过计算机系统控制设备的运行程序，其中包括压力、流量、进料、反应器的进给速度等；(3) 冷凝系统将排出的燃气进行干燥，去除水分；(4) 排渣系统主要是通过离心泵将非平衡状态下弧光等离子反应后排出的 杂质进行净化；(5) 过滤系统可以将燃气中仍残留的杂质，进行过滤后使得(ArcH2C)弧光氢碳复合通用燃料达到质量标准；(6) 反应系统主要部件是(AixH2C)弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器， (ArcH2C)弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器内的反应器本体为真空反应箱，先注入氮气，然后3次抽真空后，注入满箱水后再抽出剩余氮气，然后可以在 真空状态下取得(ArcH2C)弧光氢碳复合通用燃料H2+CO;(7) 驱动系统使之连续供应弧光反应过程中消耗的碳电极及钨电极；(8) 储存系统，将非平衡状态下的等离子反应的燃气通过自身的压力系统驱 动，进入储存状态；(9) 自动上料，采用弹匣式的自动不间断供料，保证整个体系运转正常，保 持24小时或8小时不间断的自动上料，主要是提供碳电极；(抑压縮氢系统，将氢化合燃料通过压縮，首先成为合成氢H2CO，燃气中的主要成分是合成气，&0)约合83%，是重要的化工原料；(ll)设分子筛通过变压吸附去其它的气体，或用金属钯膜滤氢气， 本发明的设备及制备工艺，结构简单，制氢的成本低，尤其是其内的 (ArcH2C)弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器的一个电极采用钨电极，避免了传统碳电极的核层壳现象，也避免了由于传统碳电极的消耗快，需经常给料的问题。
权利要求
1. 一种弧光氢碳复合通用燃料取氢的制造设备，其特征在于该制造设备包括整流控制装置(2)、弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器(3)、弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器(3)、弧光氢碳复合通用燃料取氢的电极控制装置(4)、冷凝装置(7)、排渣装置和过滤装置(8)；它们均设置在机壳(10)内，电源(1)经整流控制装置(2)连接到弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器(3)内的两个电极(5、6)上，弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器(3)的一个电极(5)采用碳电极，另一个电极(6)采用钨电极，两个电极(5、6)与调整它们放电端距离的电极控制装置(4)连接；弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器(3)上的进、出水口通过管路与进、排水管连接，弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器(3)的出气口与冷凝装置(7)的进气口连接，冷凝装置(7)的出气口经过滤装置(8)处理后连接到低压储存装置(9)上，低压储存装置(9)上设有向外供给气体的用气口；弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器(3)的排渣口与排渣装置连接。
2、 根据权利要求1所述的弧光氢碳复合通用燃料取氢的制造设备，其特 征在于所述的弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器(3)主要由碳电极、钨电 极、或双碳电级工作电阻器RL,和RL2及反应器本体构成；碳电极采用在铜导 架内设置与其内腔紧密接触的碳棒电极，碳电极与钨电极的放电端相对设置作为产生电弧端，反应器本体(21)内部为装水的容器，两个电极的电弧放电端 (22)设置在反应器本体(21)内，碳电极与整流控制装置(2)的电输出端 连接，钨电极通过并联的工作电阻器RL,和RL,与整流控制装置(2)的电输出 的另一端连接。
3、 根据权利要求1所述的弧光氢碳复合通用燃料取氢的制造设备，其特 征在于所述的整流控制装置(3)由电源控制柜和整流器构成，动力电源通 过电源控制柜与整流器连接，整流器的电输出端分别与弧光氢碳复合通用燃料 取氢的反应器内的两个电极连接。
4、 根据权利要求1所述的弧光氢碳复合通用燃料取氢的制造设备，其特 征在于所述的冷凝装置(7)为冷干机。
5、 根据权利要求1所述的弧光氢碳复合通用燃料取氢的制造设备，其特 征在于所述的过滤装置(8)设置在低压压縮机内，过滤装置的出气口与作 为低压储存装置(9)的低压储气罐连接，低压储气罐上设有向外部供给燃气的用气口。
6、 一种弧光氢碳复合通用燃料取氢的制造工艺，其特征在于利用权利 要求1所述的设备，按下述步骤制备得到通用的弧光氢碳复合通用燃料进行取 氢a、将设备内的弧光氢碳复合通用燃料取氢反应器先注入氯气，然后3次抽真空后，注入满箱水后再抽出剩余氮气，然后可以在真空状态下使其内的两 个电极埋入水下达到0. 4 0. 6米，并通过整流控制装置两个电极施加电压， 同时通过电极控制装置调整两个电极，使它们的相对点之间形成90度 45度， 两电极放电端的距离至1 3mm，使两电极形成弧光放电，在水下产生非平衡 状态下的等离子反应；b、 收集反应时生成的弧光氢碳复合通用燃料燃气泡，使它们通过输送管 路送到冷凝装置中冷却干燥去除水分，提取出弧光氢碳复合通用燃料；c、 将步骤b中得到的弧光氢碳复合通用燃料经过滤装置过滤后，输入低 压储存装置中，即得到弧光氢碳复合通用燃料；d、 上述步骤c中所述的经过滤装置过滤是在过滤装置中先用碳分子膜滤 出C02、 CO及杂质成份，剩余的弧光氢碳复合通用燃料用金属钯膜过滤后变成 纯氢，再经低压压縮机处理后输出。
全文摘要
本发明涉及一种弧光氢碳复合通用燃料取氢的制造设备及工艺，它包括整流控制装置、弧光氢碳复合通用燃料反应器、弧光氢碳复合通用燃料反应器的电极控制装置、冷凝装置、排渣装置和过滤装置；它们设在机壳内，电源经整流控制装置连到弧光氢碳复合通用燃料反应器内的两电极上，弧光氢碳复合通用燃料反应器的两电极分别采用碳电极和钨电极，两电极与调整它们放电端距离的电极控制装置连接；弧光氢碳复合通用燃料反应器上的进、出水口通过管路与进、排水管连接，弧光氢碳复合通用燃料反应器的出气口与冷凝装置的进气口连接，冷凝装置的出气口经过滤装置处理后连到低压储存装置，低压储存装置上设向外供给气体的用气口。它结构简单，制氢成本低。
文档编号C01B3/24GK101209816SQ20061013512
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月27日 优先权日2006年12月27日
发明者罗伯特·摩根, 邢亚萍 申请人:邢亚萍;罗伯特·摩根