專利名稱：一種同時(shí)制取氫氣與氧化鋅粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水蒸汽與金屬鋅反應(yīng)同時(shí)制取氫氣與氧化鋅粉體技術(shù)，是一種新
型高效制取氫氣與氧化鋅粉體的技術(shù)，屬于能源化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
能源是人類可持續(xù)發(fā)展面臨的重要問題。人類對能源的開發(fā)利用正從過去以木 材、煤為主的固體燃料時(shí)代逐漸轉(zhuǎn)向當(dāng)今以石油、烴類等為主的液體燃料時(shí)代，而發(fā)展趨勢 目前正向以甲烷、氫氣等氣體燃料為主的方向轉(zhuǎn)變。在氣體燃料中氫能是一種理想、零污染 的潔凈可再生能源，它還是除核燃料外的所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中發(fā)熱值最 高的，因此，氫能的發(fā)展很可能帶來世界能源結(jié)構(gòu)的重大改變。氫能作為解決當(dāng)前人類所面 臨困境的新能源正成為各國大力研究的對象，據(jù)美國能源部新能源開發(fā)中心調(diào)查，2001 2005年的五年里，全球工業(yè)化國家在氫能的開發(fā)投入年均遞增20.5%。我國投入氫能研究
也較早，科技部在"七五"以來的科技計(jì)劃中都有氫能項(xiàng)目，"十五"更是投入了很大的力度， 在"863"和"973"計(jì)劃中均把氫能作為重點(diǎn)研究領(lǐng)域，這充分體現(xiàn)氫能在我國能源發(fā)展中 的戰(zhàn)略地位。 氫能作為未來的理想能源其制備方法目前較多，形成規(guī)?；闹饕泻瑹N化石 燃料轉(zhuǎn)化制氫、電解水制氫等；除此外還有光解水制氫、生物制氫、熱化學(xué)制氫等，該類方法 目前雖未規(guī)?；?，卻代表著氫能制備新技術(shù)發(fā)展的方向。其中利用金屬熱化學(xué)分解水制氫 技術(shù)是一種前景可觀的高純氫氣制取技術(shù)。 此外，作為一種功能材料，氧化鋅粉體廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中，特別是納米級氧化
鋅粉體由于其尺寸小、比表面積大，呈現(xiàn)出表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)，具有非遷移
性、熒光性、光吸收性和散射紫外光能力。因此氧化鋅粉體可用于制備壓敏電阻、變阻器、磁
性材料、熒光體、紫外線屏蔽材料、氣體傳感器、圖像記錄材料、高級涂料與增白劑等。此外
超細(xì)氧化鋅粉體較普通氧化鋅價(jià)格提高了十余倍，具有很高的附加價(jià)值。 目前金屬鋅與水反應(yīng)制取氫氣技術(shù)的主要研究者A.Steinfeld教授在研究中發(fā)
現(xiàn)，在該反應(yīng)過程中生產(chǎn)的氧化鋅覆蓋在金屬鋅表面阻止了反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行。于是他們采
用水蒸汽淬火金屬鋅蒸氣來解決反應(yīng)界面的問題，但到目前為止，該技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室研
究階段，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效的氫氣與氧化鋅粉體的制取。

發(fā)明內(nèi)容
在這種背景下，我們提出了一種全新的、以射流真空技術(shù)為基礎(chǔ)的水蒸汽與金屬 鋅反應(yīng)制取氫氣與氧化鋅粉體的方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)高效連續(xù)生產(chǎn)。該技術(shù)的實(shí)施將對 高純氫氣與氧化鋅粉體制取技術(shù)產(chǎn)生重要影響。 本發(fā)明同時(shí)制取氫氣與氧化鋅粉體的方法，其特征在于以金屬鋅與水為原料，將 水蒸汽送入射流設(shè)備形成高速水蒸汽射流，在高速水蒸汽射流在與其相連的鋅液容器內(nèi)形 成真空，在低于常壓金屬鋅沸點(diǎn)溫度下形成鋅蒸氣并上升至水蒸汽射流表面，使鋅蒸氣迅速與水蒸汽混合，并使水蒸汽與鋅蒸氣在混合反應(yīng)區(qū)內(nèi)溫度高于673K下混合反應(yīng)產(chǎn)生氫 氣與氧化鋅顆粒，再經(jīng)過換熱器換熱冷卻降溫后送至氣_固分離設(shè)備進(jìn)行分離，即可得到 高純氫氣與氧化鋅粉體。 所述射流設(shè)備的入口水蒸汽范圍是10(TC 200(TC，鋅液容器內(nèi)鋅液溫度 419t:以上。所述的水蒸汽流量為0. 2g/min 2. 4g/min。
所述的鋅液容器真空壓力0. OlMpa。 所述的水蒸汽與鋅蒸氣混合反應(yīng)區(qū)溫度為900K，氧化鋅粉體粒度0. 10iim 2. Oiim。 該方法的系統(tǒng)供熱可采用太陽能或其他能量來源形勢，換熱器換熱冷卻回收的熱 量可用于生產(chǎn)水蒸汽。 本發(fā)明水蒸汽與金屬鋅反應(yīng)制取氫氣與氧化鋅粉體技術(shù)，以金屬鋅與水為原料，
利用高速水蒸汽射流在與射流管道相連的液態(tài)金屬鋅容器內(nèi)產(chǎn)生真空，在真空條件下，金
屬鋅能夠在較低的溫度下較快揮發(fā)產(chǎn)生金屬鋅蒸氣，金屬鋅蒸氣揮發(fā)并進(jìn)入高速水蒸汽射
流，在高溫下，水蒸汽與鋅蒸氣混合并迅速反應(yīng)產(chǎn)生氫氣與氧化鋅顆粒，混有氧化鋅粉的氫
氣經(jīng)換熱器換熱后氣_固分離得到純氫氣與純氧化鋅粉體，在本技術(shù)中換熱器回收的熱量
可用于生產(chǎn)水蒸汽。入口水蒸汽范圍10(TC 200(TC，鋅液溫度419t:以上。本技術(shù)特點(diǎn)
在于采用射流技真空術(shù)制取鋅蒸氣同時(shí)噴射水蒸汽，達(dá)到了一舉兩得的目的，此外通過該
方法能夠很好地進(jìn)行水蒸汽_鋅蒸氣混合，極大地提高了反應(yīng)速度。 本發(fā)明的有益效果是 (1)高效連續(xù)制取高純氫氣； (2)制取純氫氣的同時(shí)生產(chǎn)氧化鋅粉體； (3)利用射流真空技術(shù)在較低的溫度下獲得金屬鋅蒸氣； (4)制氫原料廣泛易得； (5)生產(chǎn)過程中節(jié)能、高效、無污染、零排放。 圖面說明

圖1是本發(fā)明工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖以實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，但各實(shí)例不構(gòu)成對本發(fā)明的 限制。 如圖1，首先水蒸汽進(jìn)入射流設(shè)備形成高速水蒸汽射流，高速水蒸汽射流在與其相 連的鋅液容器內(nèi)形成真空，在低于常壓金屬鋅沸點(diǎn)溫度下即可形成鋅蒸氣并上升至水蒸汽 射流表面；由于水蒸汽射流的驅(qū)動(dòng)作用，鋅蒸氣迅速與水蒸汽混合；在高于673K下即能達(dá) 到較高的反應(yīng)速度，混合之后高溫水蒸汽與鋅蒸氣立即反應(yīng)產(chǎn)生氫氣與氧化鋅顆粒；經(jīng)過 換熱器換熱冷卻降溫后送至氣_固分離設(shè)備進(jìn)行分離即可得到高純氫氣與氧化鋅粉體。整 個(gè)過程可實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效制氫與氧化鋅粉體，系統(tǒng)供熱可采用太陽能或其他能量來源形勢， 回收的熱量再利用于水蒸汽生產(chǎn)。
實(shí)施例一
水蒸汽流量0. 2g/min 水蒸汽入口溫度673K 鋅液溫度1000K 鋅液容器真空壓力0. OlMPa(飽和蒸發(fā)溫度989K) 水蒸汽與鋅蒸氣混合反應(yīng)區(qū)溫度900K 金屬鋅化學(xué)轉(zhuǎn)化率93% 氧化鋅粉體粒度0. 10um 2. 0iim 氧化鋅晶形六角晶形結(jié)構(gòu) 氫氣產(chǎn)率125Ncm3,/min 實(shí)施例二 水蒸汽流量2. 4g/min 水蒸汽入口溫度673K 鋅液溫度1120K 鋅液容器真空壓力0. 05MPa(飽和蒸發(fā)溫度1114K) 水蒸汽與鋅蒸氣混合反應(yīng)區(qū)溫度1020K 金屬鋅化學(xué)轉(zhuǎn)化率90% 氧化鋅粉體粒度0. 05um 1. 5iim 氧化鋅晶形六角晶形結(jié)構(gòu) 氫氣產(chǎn)率1. 8 X 104Ncm3/min
權(quán)利要求
一種同時(shí)制取氫氣與氧化鋅粉體的方法，其特征在于以金屬鋅與水為原料，將水蒸汽送入射流設(shè)備形成高速水蒸汽射流，在高速水蒸汽射流在與其相連的鋅液容器內(nèi)形成真空，在低于常壓金屬鋅沸點(diǎn)溫度下形成鋅蒸氣并上升至水蒸汽射流表面，使鋅蒸氣迅速與水蒸汽混合，并使水蒸汽與鋅蒸氣在混合反應(yīng)區(qū)內(nèi)溫度高于673K下混合反應(yīng)產(chǎn)生氫氣與氧化鋅顆粒，再經(jīng)過換熱器換熱冷卻降溫后送至氣-固分離設(shè)備進(jìn)行分離，即可得到高純氫氣與氧化鋅粉體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制取氫氣與氧化鋅粉體的方法，其特征在于所述射流設(shè)備的入口水蒸汽范圍是10(TC 200(TC，鋅液容器內(nèi)鋅液溫度419t:以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制取氫氣與氧化鋅粉體的方法，其特征在于所述的水蒸汽流量為0. 2g/min 2. 4g/min。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制取氫氣與氧化鋅粉體的方法，其特征在于所述 的鋅液容器真空壓力0. OlMpa。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制取氫氣與氧化鋅粉體的方法，其特征在于所述的水蒸汽與鋅蒸氣混合反應(yīng)區(qū)溫度為900K，氧化鋅粉體粒度0. 10 ii m 2. 0 ii m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制取氫氣與氧化鋅粉體的方法，其特征在于該方 法的系統(tǒng)供熱可采用太陽能或其他能量來源形勢，換熱器換熱冷卻回收的熱量可用于生產(chǎn) 水蒸汽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水蒸汽與金屬鋅反應(yīng)制取氫氣與氧化鋅粉體技術(shù)，利用射流真空技術(shù)，高速水蒸汽射流在與射流管道相連的鋅液容器內(nèi)形成真空，因此降低了金屬鋅的蒸發(fā)溫度，加速其揮發(fā)，揮發(fā)的金屬鋅蒸氣進(jìn)入水蒸汽射流，與水蒸汽混合后迅速反應(yīng)產(chǎn)生氫氣與氧化鋅粉體，通過換熱器換熱并氣-固分離后分別得到純氫氣與氧化鋅粉體，換熱器回收的熱量可用于生產(chǎn)水蒸汽。入口水蒸汽范圍100℃～2000℃，鋅液溫度419℃以上。本發(fā)明利用射流真空技術(shù)，不僅降低了金屬鋅的蒸發(fā)溫度，而且解決了鋅-水反應(yīng)界面問題，提高了水蒸汽-鋅蒸氣反應(yīng)速度，是一種純氫與氧化鋅粉體高效制取技術(shù)。
文檔編號C01G9/02GK101746724SQ200910163238
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者晏冬霞, 李孔齋, 王 華, 祝星, 程顯名, 胡建航, 魏永剛 申請人:昆明理工大學(xué)