專利名稱：一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，工業(yè)和民用鍋爐都是以煤炭或燃油為原料，由于煤炭和原油都是不可再生資源，且儲(chǔ)存量越來越少，因此，開發(fā)其他能源勢在必行。原子核能、太陽能及風(fēng)能等目前已在逐步開發(fā)利用，但這些能量不能直接變成熱能，尤其不能直接用于鍋爐來產(chǎn)生熱量，且設(shè)備成本和能量的儲(chǔ)存成本很高，因此，具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以化學(xué)物質(zhì)為原料，利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱能的方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備產(chǎn)生的熱量可直接通入一個(gè)熱交換器內(nèi)，將熱交換器內(nèi)的水加熱。本發(fā)明的原理是將化學(xué)物質(zhì)放在一個(gè)反應(yīng)釜中使其不斷地發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，收集化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量輸送到熱交換器，并回收參與化學(xué)反應(yīng)的元素，本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)在反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)釜中設(shè)置石墨反應(yīng)體，石墨反應(yīng)體由石墨粉40～60％、碳素8～15％、耐火土10～20％、還原鐵粉3～6％、硼3～6％、鋅3～6％、鎂3～6％、鋯3～6％、錫3～6％為原料混合后壓制成盒形，共12個(gè)，疊放于反應(yīng)釜中，在石墨盒中部插入一個(gè)電加熱管，在最下部的石墨盒底部設(shè)置一個(gè)電加熱片，自下而上在石墨盒中放入下列物質(zhì)(重量比)第一層磷P 55～65％，錫Sn 10～15％，還原鐵粉Fe 3～6％，鋅Zn 5～10％，硼B(yǎng) 5～8％，銣Rb 2～4％；第二層鈉Na 40～45％，錫Sn 12～16％，還原鐵粉Fe 4～6％，碳C 12～16％，鉀K 18～23％；第三層鉻Cr 20～25％，鋅Zn 20～25％，還原鐵粉Fe 5～10％，鎂Mg 40～45％；第四層鎂Mg 14～18％，鋅Zn 55～65％，還原鐵粉Fe 4～6％，銻Sb 15～20％，五氧化二釩V2O53～6％；第五層碲Te 13～18％，鉍Bi 55～60％，還原鐵粉Fe 4～8％，鈉Na 13～18％，鉀K 6～10％；第六層鉍Bi 25～30％，鋅Zn 25～30％，還原鐵粉Fe 5～10％，鋁Al 25～30％，五氧化二釩V2O55～10％；第七層鈉Na 20～30％，鋅Zn 42～48％，還原鐵粉Fe 3～6％，錫Sn 20～25％，五氧化二釩V2O52～5％；第八層鉀K 25～30％，銻Sb 50～55％，還原鐵粉Fe 4～6％，硼B(yǎng) 10～15％；第九層鋯Zr 35～38％，鎂Mg 35～45％，還原鐵粉Fe 5～10％，錫Sn 8～12％，五氧化二釩V2O54～6％；第十層碲Te 15～20％，鋁Al 45～55％，還原鐵粉4～6％，銻Sb 15～20％，五氧化二釩V2O55～10％；第十一層鈣Ca 50～55％，銻Sb 25～30％，還原鐵粉Fe 8～12％，碳C 6～10％；第十二層鈉Na 15～20％，銅Cu 45～50％，還原鐵粉Fe 3～6％，鋯Zr 26～32％；通過電加熱管和電加熱片向反應(yīng)釜加熱，當(dāng)溫度逐步升高時(shí)，向反應(yīng)釜中通入氧化劑三氧化硫SO3或三氧化碲TeO3氣體，使反應(yīng)釜中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生含氧化物熱氣體，通過管道將熱氣體輸送到熱交換器中，熱量被熱交換器中的介質(zhì)吸收，降溫后的熱氣體通過管道輸送到一個(gè)加熱器進(jìn)行加熱，再將加熱后的含有氧化物的熱氣體送回反應(yīng)釜進(jìn)行還原反應(yīng)，還原的單質(zhì)再進(jìn)行氧化反應(yīng)放熱，如此往復(fù)循環(huán)，不斷產(chǎn)生熱輸送到熱交換器。通過控制氧化劑向反應(yīng)釜的輸入量可控制氧化反應(yīng)的速度，從而控制反應(yīng)產(chǎn)生熱量的速度。本方法的原理如下置于石墨盒中的物質(zhì)，可分成四種成份，一是磷、鉀、鈉、鈣、鎂、鉻、碲、鋯等性質(zhì)活躍的活化元素，二是銅、鋁、鋅、錫、銻、鉛、硼等單質(zhì)元素，三是還原劑還原鐵粉，四是催化劑五氧化二釩V2O5，向反應(yīng)釜加熱并通入氧化劑后，在催化劑V2O5的作用下，活化元素與氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，活化元素的原子間發(fā)生激烈碰撞產(chǎn)生高溫，碰撞使反應(yīng)釜內(nèi)溫度升高，各單質(zhì)元素隨之與氧化劑發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱量并逐漸達(dá)到其沸點(diǎn)，此時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)產(chǎn)生大量熱氣體，熱氣體中含有參與氧化反應(yīng)生成的氧化物，通過管道將熱氣體輸送到熱交換器中，熱量被熱交換器中的水吸收，降溫后的熱氣體通過管道輸送到一個(gè)加熱器進(jìn)行加熱，再將加熱后的含有氧化物的熱氣體送回反應(yīng)釜，此時(shí)，熱氣體中的氧化物與石墨盒中的還原鐵粉發(fā)生氧化還原反應(yīng)，鐵將氧化物中的單質(zhì)還原出來，還原出來的單質(zhì)繼續(xù)參加氧化反應(yīng)，達(dá)到沸點(diǎn)，放出熱量?；罨貏t作為氧化反應(yīng)的起動(dòng)元素，加速氧化反應(yīng)速度，迅速提高反應(yīng)釜內(nèi)溫度。各物質(zhì)的沸點(diǎn)溫度非常高，在達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)放出大量的熱量，如磷的熔點(diǎn)44.1℃，沸點(diǎn)280℃；鈣的熔點(diǎn)839℃，沸點(diǎn)1484℃。本發(fā)明通過吸熱——氧化(沸點(diǎn)放熱)——還原——氧化(沸點(diǎn)放熱)——還原......這樣一個(gè)持續(xù)循環(huán)過程，產(chǎn)生大量的熱，并利用這些熱量將熱交換器中的介質(zhì)加熱。本方法產(chǎn)生熱能的過程是可控制的，停止向反應(yīng)釜內(nèi)輸送氧化劑，釜內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)便停止，因此本方法產(chǎn)生的熱量輸入的熱交換器可以作為一個(gè)鍋爐，當(dāng)然這些熱量也可作為其他設(shè)備的熱源。本方法提供了一種新的能源，將物質(zhì)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，通過消耗較少的物質(zhì)，獲得大量的熱能。本方法具有設(shè)備成本低，體積小，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)勢。
本發(fā)明的氧化反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式如下氧化反應(yīng)氧化劑TeO3或SO3在催化劑V2O5作用下分解出氧氣，氧氣與反應(yīng)釜中的元素發(fā)生化合反應(yīng)，并產(chǎn)生熱量，化學(xué)反應(yīng)方程式如下2Na+O2＝Na2O2+Q(熱)4P+5O2＝2P2O5+Q2Mg+O2＝2MgO+Q2Cu+O2＝2CuO+Q2Zn+O2＝2ZnO+Q4Al+O2＝2Al2O3+QCu+TeO3＝CuTeO3+Q2Ca+O2＝2CaO+Q2C+O2＝2CO+Q2C+O2＝2CO2+Q2K+O2＝K2O2+Q
2Zr+O2＝2ZrO+Q2Rb+O2＝Rb2O2+Q4Bi+5O2＝2Bi2O5+Q4B+3O2＝2B2O3+Q4Sb+5O2＝Sb2O5+Q4Cr+3O2＝2CrO3+QTe+O2＝TeO2+Q氧化還原反應(yīng)方程式3CuO+2Fe＝3Cu+Fe2O33SnO2+4Fe＝3Sn+2Fe2O33CO+2Fe＝3CO2+2Fe2O3Al2O3+2Fe＝2Al+Fe2O3Cr2O3+2Fe＝2Cr+Fe2O3B2O3+CO＝2B+3CO23Sb2O5+10Fe＝6Sb+5Fe2O33Bi2O5+10Fe＝6Bi+5Fe2O

附圖為本發(fā)明設(shè)備示意圖，圖中1、熱交換器；2、熱交換管；3、輸熱管；4、內(nèi)膽上輸入管；5、氧化劑加熱管；6、罐體；7、內(nèi)膽；8、加熱罐進(jìn)水管道；9、反應(yīng)釜降溫水套；10、耐火內(nèi)襯；11、電加熱棒；12、石墨盒；13、電加熱片；14、加熱罐出水管道、15、內(nèi)膽上輸出管。
具體實(shí)施例方式
反應(yīng)釜由耐高溫不銹鋼304制成，反應(yīng)釜內(nèi)襯耐火層由石棉泥、反應(yīng)釜內(nèi)腔呈圓柱形，直徑190毫米，高400毫米。每個(gè)石墨盒重300克，呈圓盒形，直徑150毫米，高25毫米，盒沿高15毫米，盒沿上有均勻分布的豁口，其中含石墨粉150克、碳素30克、耐火土48克、還原鐵粉12克、硼12克、鋅12克、鎂12克、鋯12克、錫12克，共12個(gè)。每層石墨盒中放入物質(zhì)的重量如下第一層磷100克，錫20克，還原鐵粉8克，鋅14克，硼20克，銣5克；第二層鈉30克，錫10克，還原鐵粉4克，碳10克，鉀15克；第三層鉻10克，鋅10克，還原鐵粉3克，鎂18克；第四層鎂12克，鋅45克，還原鐵粉4克，銻10克，五氧化二釩3克；第五層銻15克，鉍55克，還原鐵粉6克，鈉15克，鉀8克；第六層鉍15克，鋅15克，還原鐵粉4克，鋁15克，五氧化二釩4克；第七層鈉20克，鋅40克，還原鐵粉6克，錫20克，五氧化二釩3克；第八層鉀20克，銻40克，還原鐵粉6克，硼10克；第九層鋯35克，鎂40克，還原鐵粉7克，錫10克，五氧化二釩5克；第十層碲10克，鋁30克，還原鐵粉3克，銻10克，五氧化二釩4克；第十一層鈣30克，銻15克，還原鐵粉6克，碳5克；第十二層鈉12克，銅32克，還原鐵粉3克，鋯20克。
本實(shí)施方式中，放入12個(gè)石墨盒中的物質(zhì)總重量為941克，12個(gè)石墨盒中的還原鐵粉、硼、鋅、鎂、鋯、錫共864克也參加反應(yīng)，總計(jì)1805克，參加化學(xué)反應(yīng)的平均每克物質(zhì)可以產(chǎn)生64300大卡的熱量?？刂蒲趸瘎┹斎肓?，使反應(yīng)釜溫度保持在750～850℃，產(chǎn)生的熱量通過管道輸入一個(gè)高2700毫米，直徑1200毫米的筒狀熱交換器內(nèi)，交換器內(nèi)的熱交換管長70米，本熱交換器相當(dāng)于2噸的熱水鍋爐。上述重量的物質(zhì)可持續(xù)反應(yīng)900小時(shí)以上，耗盡反應(yīng)釜內(nèi)參加化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)及石墨盒內(nèi)元素的成本約4000元，共需消耗氧化劑三氧化硫1000公斤，三氧化硫目前每噸1400元人民幣，總計(jì)原料成本5400元左右。
權(quán)利要求
1.一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱能的方法，化學(xué)反應(yīng)在反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)釜中設(shè)置石墨反應(yīng)體，其特征在于石墨反應(yīng)體由石墨粉40～60％、碳素8～15％、耐火土10～20％、還原鐵粉3～6％、硼3～6％、鋅3～6％、鎂3～6％、鋯3～6％、錫3～6％為原料混合后壓制成盒形，共12個(gè)，疊放于反應(yīng)釜中，在中部插入一個(gè)電加熱管，在最下部的石墨盒底部設(shè)置一個(gè)電加熱片，自下而上在石墨盒中放入下列物質(zhì)第一層磷P 55～65％，錫Sn 10～15％，還原鐵粉Fe 3～6％，鋅Zn 5～10％，硼B(yǎng) 5～8％，銣Rb 2～4％；第二層鈉Na 40～45％，錫Sn 12～16％，還原鐵粉Fe 4～6％，碳C12～16％，鉀K 18～23％；第三層鉻Cr 20～25％，鋅Zn 20～25％，還原鐵粉Fe 5～10％，鎂Mg 40～45％；第四層鎂Mg 14～18％，鋅Zn 55～65％，還原鐵粉Fe 4～6％，銻Sb 15～20％，五氧化二釩V2O53～6％；第五層碲Te 13～18％，鉍Bi 55～60％，還原鐵粉Fe 4～8％，鈉Na 13～18％，鉀K 6～10％；第六層鉍Bi 25～30％，鋅Zn 25～30％，還原鐵粉Fe 5～10％，鋁Al 25～30％，五氧化二釩V2O55～10％；第七層鈉Na 20～30％，鋅Zn 42～48％，還原鐵粉Fe 3～6％，錫Sn 20～25％，五氧化二釩V2O52～5％；第八層鉀K 25～30％，銻Sb 50～55％，還原鐵粉Fe 4～6％，硼B(yǎng)10～15％；第九層鋯Zr 35～38％，鎂Mg 35～45％，還原鐵粉Fe 5～10％，錫Sn 8～12％，五氧化二釩V2O54～6％；第十層碲Te 15～20％，鋁Al 45～55％，還原鐵粉4～6％，銻Sb 15～20％，五氧化二釩V2O55～10％；第十一層鈣Ca 50～55％，銻Sb 25～30％，還原鐵粉Fe 8～12％，碳C 6～10％；第十二層鈉Na 15～20％，銅Cu 45～50％，還原鐵粉Fe 3～6％，鋯Zr 26～32％；通過電加熱管和電加熱片向反應(yīng)釜加熱，當(dāng)溫度逐步升高時(shí)，向反應(yīng)釜中通入氧化劑三氧化硫SO3或三氧化碲TeO3，使反應(yīng)釜中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生含氧化物熱氣體，通過管道將熱氣體輸送到熱交換器中，熱量被熱交換器中的介質(zhì)吸收，降溫后的熱氣體通過管道輸送到一個(gè)加熱器進(jìn)行加熱，再將加熱后的含有氧化物的熱氣體送回反應(yīng)釜進(jìn)行還原反應(yīng)，還原的單質(zhì)再進(jìn)行氧化反應(yīng)放熱，如此循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱能的方法，其特征在于通過控制氧化劑向反應(yīng)釜的輸入量控制氧化反應(yīng)的速度，從而控制反應(yīng)產(chǎn)生的熱量的速度。
全文摘要
一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱能的方法。反應(yīng)釜中設(shè)置多層石墨盒，在石墨反應(yīng)盒放入四種物質(zhì)，一是性質(zhì)活躍的活化元素，二是單質(zhì)元素，三是還原劑，四是催化劑。向反應(yīng)釜加熱并通入氧化劑，反應(yīng)釜中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生含氧化物熱氣體，將熱氣體輸送到熱交換器中，熱量被熱交換器中的介質(zhì)吸收，再將含有氧化物的熱氣體送回反應(yīng)釜，還原后再進(jìn)行氧化反應(yīng)，如此往復(fù)循環(huán)，不斷產(chǎn)生熱量輸送到熱交換器。本方法提供了一種新的能源，通過消耗較少的物質(zhì)，獲得大量的熱能，具有設(shè)備成本低，體積小，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)勢。
文檔編號(hào)C09K5/16GK101046327SQ200610016728
公開日2007年10月3日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者袁敏業(yè) 申請人:袁敏業(yè)