[发明专利]电解高温水蒸汽制氢装置及制氢方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源领域，涉及一种电解高温水蒸汽制氢装置及制氢方法。 

背景技术

目前，随着各种能源的开发和利用，世界各国都在寻找和开发氢能源，氢能源作为一种新兴能源正有待于取缔传统能源。然而到目前为止，在世界范围内所有的制取氢气方法。如：直流电解水制氢（即传统法）、太阳能热分解水制氢、太阳能发电电解水制氢、阳光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等诸多方法，因成本过高、生产效率低或者是污染环境等需要实质性的突破。 

（一）氢气的基本性质 

在标准状态下，氢气的密度为0.0899㎏/m³；在-252.7℃时，可成为液体；若将压力增大到数百个大气压，又可变为金属氢。在所有气体中，氢气的导热性最好。它构成了宇宙质量的75％，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。氢的燃烧性能好（化学方程式：2H₂＋O₂（燃烧）＝2H₂O＋热量），点燃快，燃烧速度快，燃点高，发热值为142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍，是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，与空气混合时有广泛的可燃范围。氢气本身无毒，与其他燃料相比燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。氢气可以通过燃烧产生热能在热力发动机中产生机械能，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，如现在的内燃机稍加改装即可使用。目前液氢已广泛用作航天动力的燃料，是一种理想的新能源。但氢能的商业应用有待降低生产成本和提高生产效率、安全贮存和可靠运输成为关键。 

（二）水的基本性质 

水（H₂O）是由氢、氧两种元素组成，在常温常压下为无色无味的透明液体，比热容为4.2×10³J/㎏·℃，蒸汽比热容是2.1×10³ J/㎏·℃。比热容公式：Q_水吸=cm(t₁-t₀)，c为比热容，m为质量，t₁为变化后温度，t₀为初始温度。

在自然界中，水通常是酸、碱、盐等物质的溶液。当温度高于374.2℃压力达到一定值（近乎22MPa）时，因高温膨胀密度和高压压缩密度的气态水便不能通过加压转化为液态，气体、液体完全交融在一起形成一种特殊物质“超临界水”。它具有几大特点：1、氧化能力极强，将需要处理的物质放入其中，再向其中溶解氧气（可以大量溶解），氧化性强于高锰酸钾；2、助燃性极强，许多物质都可以在其中燃烧，冒出火焰；3、溶解性极强，它可以溶解很多物质（比如油），且在溶解时体积会大大缩小，这是因为超临界水会紧紧裹住油；4、腐蚀性极强，它能够缓慢地溶解腐蚀几乎所有金属，甚至包括黄金（与王水相仿）；5、超级催化作用，在超临界水中化学物质会加快反应速度，有些更可以提高100倍达到恐怖级。