布朗水剂氢氧混合气体

来源 :品牌与标准化 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shan850312
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  【摘 要】 氢、氢能已越来越被人们认识,布朗气体做为未来可再生清洁能源已被国内外各领域应用,因其自身的变温性、内爆性及催化性特征触发了“真空能”,对未来的环境清洁及能源应用将影响10年乃至100年。而我们的新产业、新产品“布朗水剂氢氧混合气发生器”将是完成这一使命的纽带与桥梁。
  【关键词】 氢 氢能 布朗气 真空能 可再生清洁能源
  随着全球经济的发展,生活质量的提高,人们对化石能源的不断开发衍生了生态失调:环境恶化,大气、水土资源破坏,尾气,烟尘,废水排放等系列严峻问题已严重阻碍社会经济的持续发展。如何解决上述问题造福于子孙,就是寻求找到新的可再生清洁能源。100年前人们就已开始对太阳能、风能、水能进行研发,但种种原因至今尚未普及。布朗水剂氢氧混合气体即布朗气体是30年前研发的新能源,因技术及成本原因发展缓慢。今天我们走出困境,一种高效能、低成本可再生清洁能源的水剂氢氧发生器也称“布朗水剂氢氧混合气发生器”终于走向市场受益于人类社会了。
  要了解“布朗水剂氢氧混合气发生器”生产的“布朗气体”作用,首先要了解氢与氢能的性能与作用。
  1 氢与氢能
  氢,元素周期表之首位,原子序数为1,常温常压下为气态,超低温高压下为液态。作为一种理想的新能源,它具有以下特点:
  (1)重量最轻的元素。标准状态下,密度为0.8999g/l,温度为-252.7℃时,可成为液体,若将压力增大到数百个大气压,液氢可变为金属氢。
  (2)导热性最好的气体,比大多数气体导热系数高出10倍。
  (3)自然界存在最普遍的元素。据估计它构成了宇宙质量的75%。除空气中含有氢外,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。据推算,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。
  (4)除核燃料外氢是所有化学燃料、化工燃料和生物燃料中热值最高的,为142.351kJ/kg,是汽油发热值的3倍。
  (5)燃烧性能好,点燃快,与空气混合时有广泛的可燃范围,而且燃点高,燃烧速度快。
  (6)无毒,与其它燃料相比氢燃烧时最清洁,除生成水和少量氮化氢外不会产生其它物质,且燃烧生成的水还可以继续制氢,反复循环使用。
  (7)利用形式多。可以通过燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功,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。
  (8)可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现,能适应贮运及各种应用环境的不同要求。
  (9)可以取消远距离高压输电,代以远近距离管道输氢,安全性相对提高,能源无效损耗减小。
  (10)氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患,利用率高。
  (11)氢可以减轻燃料自重,可以增加运载工具有效载荷,这样可以降低运输成本,从全程效益考虑社会总效益优于其它能源。
  氢能,由氢的性能看出,氢能是一种二次能源,其主要来源有电能、天然气、太阳能、风能、生物质燃油、煤及微生物水。氢能是公认的清洁能源,其应用领域涵盖航天、交通、冶金、制药、民用等,1985年中国举办第一次氢能讨论会,成立氢能专业委员会,从此“氢能经济”拉开序幕。奥运会至今,北京、上海、天津等地,均使用了氢能电池汽车,未来氢能与传统能源相比的四大优势将更为突出:其一是高效,氢是等质量热值最高的燃料,其每千克燃烧后热值是汽油3.5倍,酒精3.9倍,焦炭4.5倍;其二,氢能源是最清洁能源,燃烧后生成水;其三,氢能是可再生的,广泛存在于水和有机化合物中,取之不尽,用之不竭;其四,氢能制取方便,可通过水电解、高温裂解、光催化等多途径获取,并易于和太阳能、风能实现对接,通过制氢转换太阳能与风能。
  2 布朗水剂氢氧混合气体
  2.1布朗气体的由来
  布朗气体发明人——耶尔[?]布朗在上世纪60年代电解水时发现气体体积增加一倍,即由氢原子与氧原子组成气体而非氢氧分子组成的气体,实验结果36g布朗气体燃烧放热为1851.88kJ。这正好是4g氢原子与32g氧原子燃烧发热值,后人们称之为“布朗气体”。它具有如下特性:
  (1)变温特性:即气体燃烧时随被加热物体材料的不同具有不同的燃烧温度,国外文献报称其变温在125℃~6000℃之间,这一特性已被焊接领域广泛运用。
  (2)内爆特性:布朗气体是严格按照水分子结构中氢氧摩尔当量配比的氢氧混合气体,具有其它所有燃气都无法实现的内爆特性。当燃烧或爆炸发生后,布朗气体按1:1860体积比形成真空和负压。
  (3)催化特征:俄国科学家杜捷列夫的实验表明,干燥的CO与氧气反应缓慢,当气体中含有20PPM的氢时,就发生加速进行的多相反应。布朗气体中氢、氧燃烧是典型的分支链锁反应过程,当形成一个分子的水时,就得到两个新的活性物。
  由于上述特点,有人用1度电生产布朗气体可发4度电,那么是否破坏了能量守恒呢?目前理论界普遍认为它的内爆特性触发了“真空能”,谈到“真空能”,我们需提到“单奇子”,它是信息态能量叠加聚合生成大量的具有质量的宇宙间原初的最小粒子(它是一种暗物质,既不发光,也不吸光的物质。暗物质在宇宙中占全部物质的95.4%),当单奇子实态时间缩短,虚态时间延长,就可获得信息态效应能量—“真空能”。美国在1984年就造出提取“真空能”装置,当输入1的能量时可输出20的能量。所以我们目前的能量守恒原理,仅考虑了物质粒子相对空间作用能力量,而对效应能量尚无所知晓,那么有效应能量参与的物理过程就会显示出能量不守恒的现象。了解了氢、氢能及布朗气体,下面我们了解一下布朗气体的生产原理及其广泛用途。
  2.2布朗水电解产生氢气、氧气混合气体原理
  设备:电解电源、电解槽、循环系统、散热系统、水气分离系统、洗涤系统、防回火系统、控制系统、枪、嘴燃烧系统。   介质:KOH溶液
  将电解水溶液中通电时,分解出来的物质与原来的电解质完全没有关系,被分解的是作为溶剂的水,原来的电解质仍然留在水中,其原理是:
  (1)活泼金属容易失去电子,否则反之。从电化学理论上看,容易得到电子的金属离子电极电位高,而排在活泼性大小顺序前的金属离子,其电极电位低,难以得到电子变成原子。H+的电极电位-1.71V,K+的电极电位-2.66V,所以在水溶液中同时存在H+和K+时,H+将在阳极上首先得到电子变成氢气,而K+则仍将留在溶液中,阴极4e-+4H2O=2H2+4OH-,阳极4OH-=O2+2H2O+4e-(注:电解水为离子水)。
  (2)水的理论分解电压为1.23V,只要加在电解池上的直流电压大于水的理论分解电压,克服电解池中的各种电阻电压降和电极极化电动势即可。但它是随温度升高而降低,随压力的升高而增大。现我们采用变频技术提高交直流电源转换率及小电解室谐振,使之符合其分解电压。
  (3)电解用水消耗理论上为804g/l。但实际为845/l—880/l。主要是电解时氢氧气体带走部分水及水蒸气所致。
  (4)理论电解水电能耗消耗为2.94kW/h,但实际为4.5kW/h~5.5kW/h。由于布朗气体的特性,目前我们实验设备在佛山应用的实际消耗为小于1kW/h。
  2.3布朗气体的用途
  (1)布朗气体内部温度异常高,外围温度却低得多,一般金属就可以做成布朗气体的喷嘴,可以用于切割玻璃、金属等。而且布朗气体是氢原子和氧原子按照2:1的比例组成的,可以在隔绝空气的条件下自身燃烧,因此可用于焊接怕氧化的金属。
  (2)布朗气体还可以把各种不同材质的宝石焊接到一起,把合金与玻璃焊接到一起。
  (3)砖石、陶器被布朗气体火焰处理后,也会变得剔透光滑,耐腐蚀,且致密防水。
  (4)布朗气体在不点燃的时候有很强的氧化性,可以用于处理废水。
  (5)利用布朗气体在密闭空间燃烧来处理塑料等白色垃圾,布朗气体的火焰会把塑料给加热成气体。
  (6)布朗气体还可以处理人类最头疼的核废料,它能够快速让核废料在几秒内失去放射性。
  (7)将布朗气体参与各种燃烧物质燃烧,可相对提高其热值,使其燃烧充分,不产生废气,如与煤、汽油、柴油、醇类等混烧气。目前我们研制的燃油、燃煤锅炉均可利用布朗气体掺入提高热值10%~20%以上。
  (8)在水中通入一点布朗气体,能让水具有咖啡或茶水般的效果,让人精神倍增,而且还能增强人的免疫力,延缓衰老。
  (9)用布朗气体来处理伤口,不仅具有消炎杀菌的效果,而且能够促进伤口快速愈合。
  (10)它还能大大促进植物的生长和种子的发芽。
  3 目前国内外氢能应用与发展现状
  近年来,美国、日本、欧盟都投入大量经费支持氢能开发和应用示范活动。美国一直重视氢能,启动氢燃料开发计划,欧盟也加紧对氢能的开发利用,对氢能和燃料电池研究。北欧五国最近成立了“北欧能源研究机构”。日本研究氢能比较早,燃料电池是日本氢能的主要发展方向,近百辆燃料电池车已经取得牌照上路,计划到2030年,发展到1500万辆。印度研究成功一种通过金属氢化物驱动的清洁摩托车,虽然使用成本较高,但由于氢燃料成本很低,而且金属氢化物储能罐的寿命很长,从长远来看,还是一种非常经济的交通工具。我国氢能标准技术委员会的对口工作,主要由中国标准化研究资源与环境标准化研究所负责。自1985年《氢气使用安全技术规程》发布以来,我国已有20年有关氢能标准化的历史,已发布的标准包括产品、使用安全、氢氧站设计、制氢储氢等方面的测试方法和技术条件等国标和行标,已初步建立氢能标准体系。目前正在研制的国标主要为国家重大科技专项的燃料电池标准做准备。
  1975年美国学术界提出了“氢经济”的概念,德国1987年向外界展示了首个太阳能——氢能经济示范工程。美国、欧盟、日本、韩国都制定了较为完备的氢能发展规划,并尝试通过政策、法规促进氢能源的开发利用。我国也已将氢能列入“十一五”和“十二五”规划,并开展了示范项目和基础设施建设,同时,我国与十余个国家建立了氢能经济国际伙伴关系,积极开展交流合作。近20年间,中国将氢作为能源载体和新的能源系统进行了开发。为进一步推动氢能利用的发展,氢能技术已经被列入我国“十一五”规划和《2015年远景规划(能源领域)》。由清华大学开发、欧盟资助的氢能大巴863路公交客车已经成功地在北京运营;上海同济大学和上海大众汽车制造厂已成功开发出10辆氢能小轿车,并且建成了移动式汽车加氢站,正在建设固定式汽车加氢站。通用汽车公司、戴姆勒[?]克莱斯勒公司、杜邦公司、福特汽车公司等都在我国不同场合召开燃料电池研讨会和论坛,培育中国氢能市场。中国已被国际公认为最有可能率先实现氢能燃料电池产业化的国家。
  2003年11月我国加入了“氢能经济国际合作伙伴”(IPHE),成为其首批成员国之一。科技部资助的2项国家“973”项目“氢能规模制造、储运及相关燃料电池的基础研究”和“利用太阳能规模制氢的基础研究”已参与众多单位,影响较大。虽然我国已成为能源消费大国,但又是能源短缺国家,能源短缺问题随经济发展还将更趋严重,发展新能源应成为国家重大能源战略选择。氢能,已被称为人类的终极清洁能源。
  美国计划2040年进入“氢能经济”时代。那时氢能将最终取代石化能源成为市场上最广泛使用的终端能源,我国现在有数十家院校和科研单位在氢能领域研发新技术,数百家企业参与配套或生产。如2006年10月,由江苏镇江江奎科技有限公司、清华大学、奇瑞汽车三方自主研发的“示范性氢燃料轿车研制项目”通过国家级专家组评审,标志着我国第一台具有完全自主知识产权的以氢燃料为动力的汽车研制成功,我国氢动力技术已达国际同步领先水平。   中国是能源消耗大国,然而目前中国人均一次能源的消费量不到美国的1/18,仅为世界平均水平的1/3。与世界一次能源构成不同的是,中国以煤为主,煤占一次能源的比例为63.6%,由于煤的高效、洁净利用难度大,使用过程中已对人类的生存环境带来严重的污染。因而对新的、可再生清洁能源更是求之若渴。
  4 水剂氢氧发生器(布朗气体发生器)走向市场的瓶颈
  发展氢能经济的困难是什么呢?一是安全,二是低廉的价格。大家知道,氢气无毒,不像有的燃料毒性很大。同时,氢气在开放的大气中,很容易快速逃逸,而不像汽油蒸汽挥发后滞留在空气中不易疏散(这使得事故发生时它的影响范围要小得多)。
  4.1氢能源的安全性是针对于其自身特性优势而言
  (1)氢气是易燃气体,着火点能量很小,根据文献的报导,在空气中氢的最小着火能量仅为0.019mJ,在氧气中的最小着火能量更小,仅为0.007mJ。
  (2)氢与空气混合后的燃烧浓度极限的范围很宽,按体积比计算其范围为4%~75%,因此不能因为氢的扩散能力很大而对氢的爆炸危险放松警惕。
  针对氢特点产生的不利因素,法国、俄国、日本、德国、乌克兰等国都对氢的安全作了卓有成效的研究。主要包括氢的行为研究及后果研究。氢行为方面研究,主要包括氢的泄漏、扩散、自燃、点火、爆炸和瞬变效果。后果研究主要包括射流火焰、爆炸、火球和闪火等方面的研究。其影响主要是火灾或爆炸引起的超压、热辐射和碎片效应。
  4.2国内、国外生产的氢(布朗气体)成本均偏高,不易普及应用
  国内外对氢能源的开发利用主要存在三个方面的质疑:一是氢能源虽是二次能源,但造价成本高,基础设施建设更是个天文数字。二是燃料电池车所用铂资源的问题,我国铂的年产量仅约为4吨,进口约40吨,而每50万辆燃料电池电动小轿车至少需要10吨白金,只有另辟蹊径。
  5 布朗气体发展是实现社会效益与企业效益双赢法宝
  通过努力,我们已经研制生产出了一种新型、高效、廉价、实用的“水剂氢氧混合气体生产站”,其生产每立方米氢氧混合气设备的平均造价不大于0.5万元,耗电不高于0.5度,同时配以高效阻火、防爆的自动化系统已在国内10余厂家分别用于燃煤、燃气实验6个月之久,取得可喜成就。未来它必将在10年内乃至更久对社会能源革命起到推波助澜的作用。
  根据目前统计资料计算,佛山地区一年工业窑炉生产瓷砖量为1000亿元,其中能耗占其成本支出50%以上,如加入氢能可减少能耗25%,减少排放90%,可实现产值150亿元。2013年10月1~3日我们在佛山市狮玛马赛克有限公司39米滚道窑测得:未加入布朗气体5小时,平均窑温288度;加入布朗气体4.5小时,平均窑温418度。12月5~10日测得:11小时节约5690元,耗电244元,平均每立氢氧混合气体耗电0.50元,同时在佛山市禅城区杜鹃花玻璃工艺经营部39米滚道窑测得12小时节约6017元,平均耗电0.91度/小时。平均净节能25%以上(注:隧道窑通风方式对布朗气体燃烧工况有影响)。
  全国急需改造火力发电厂(30-60)万千瓦的1000余座,如加入氢能可提高热转换率25%,减排90%,产值1500亿元。
  其它如各种大中小型小区、供暖、医药制造、城市生活用气改造等市场也是不可估量的。
  针对冶金工业(如火力发电、化工),农村种植、养殖供暖设备、居民集中供暖设施等高耗能、高排放的问题,我们已制定出煤氢混烧、油氢混烧、气氢混烧三大系列解决方案。如将燃煤集中供热锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、秸秆气化炉与水剂氢氧发生装置产生的布朗气体混合(氢气催化燃烧,氧气助燃)在混入2%布朗气体后,可直接降低燃煤、燃油、天燃气成本25%以上,减少有害气体总排放量。
  目前,布朗气体在中国尚未广泛认识与利用,但在国外已是节能减排的有效办法。在增加发动机动力、供暖、冶金、制药等领域有非常显著的节能效果,所以它在中国的潜在市场是不言而喻的。
  参考文献:
  [1]毛宗强.氢能—21世纪的绿色能源.化学工业出版社
  [2]高歌.关于真空能物理实质的讨论.前沿科学杂志,2013第7卷(总第25期)
  [3]2013—2018年中国氢能市场行情动态及投资前景预测研究报告.国信信息研究院出版,2014
  [4]李星国等.氢与氢能.机械工业出版社,2012
  [5]贾同国,王银山,李志伟.氢能源发展研究现状.节能技术杂志,2011(3)第29卷(总第167期)
其他文献
1 概述  涡街流量计的检测依据JJG1029-2007《涡街流量计》进行。以钟罩式气体流量标准装置为标准器,使气体在相同的时间间隔内连续流过被检流量计和标准器,经过温度压力修正到同一状态下比较两者的输出值,从而确定被检流量计的示值误差。  以0.5级口径为DN50的涡街流量计为例进行不确定度评定。使用钟罩气体流量标准装置进行校准,校准时将被校准流量计固定在钟罩气体流量标准装置上,在流量为120m
期刊
1 概述  依据JJG693-2011《可燃气体检测报警器》检定规程,以标准值60%LEL测量点,对其测量结果的不确定度进行评定。  2 建立数学模型,列出不确定度传播率  2.1数学模型
期刊
【摘 要】 可编程控制器是专门为工业控制设计的,运行稳定性和可靠性很高,PLC整机平均无故障工作时间高达几万小时。随着计算机技术的发展,PLC的功能也越来越强,使用越来越方便,因此在工业控制系统中使用日益广泛。  【关键词】 PLC 工业 控制  1 PLC概述  可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC),它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,
期刊
为保护人身和设备的安全,起重机电气控制系统都要设置必要的电气保护措施。在起重机电器控制系统中,失压保护、总电源的失压保护是控制系统保护的不同型式,通过对起重机失压保护、总电源的失压保护的概念、必要性、检验方法进行探讨,有助于预防危害,减少损失。  1 起重机失压保护  起重机失压保护,是指为避免起重机在供电电源断电后恢复供电时,机构自动运行的一种电气保护功能,防止供电电源恢复供电时,起重机自行启动
期刊
1 溶解乙炔气瓶的结构  溶解乙炔气瓶是一种储存和运输乙炔气的压力容器,乙炔气瓶与氧化瓶和液化石油气瓶不同(见乙炔气瓶结构图),后两者是空心的,而乙炔气瓶是实心的,瓶内充满了多孔性固体硅酸钙填料,孔隙中充人溶剂丙酮,罐装的乙炔溶解在丙酮之中。温度在150℃时,一个体积的丙酮可以溶解23倍的标准状态乙炔气。最适宜配合氧气瓶使用的乙炔气瓶,设计压力3MPa,公称容积为40L。  乙炔气瓶的肩部有易熔塞
期刊
有机热载体能够在相对较低压力下能够达到生产工艺所需要的较高温度(通常在1MPa左右能达到300℃~400℃以上的温度),广泛应用于石油、化工、石化、能源、纺织印染、轻工、建材、造纸、木材加工、塑胶、食品等工业领域。  有机热载体虽然具有上述优点,但如控制不当,较高的运行温度会加速有机热载体的劣化、降解,严重的还会发生结焦现象,不仅降低了整个系统的传热效率,还有可能造成锅炉本体局部过热引发管道穿孔或
期刊
1 金属氧化的过程  高温氧化是金属化学腐蚀的一种特殊形式。金属氧化首先从金属表面吸附氧分子开始,即氧分子分解为氧原子被金属表面所吸附,并在金属晶格内扩散、吸附或溶解。而当金属和氧的亲和力较大,且当氧在晶格内溶解度达到饱和时,则在金属表面上进行氧化物的成核与长大。金属表面一旦形成了氧化膜,其氧化过程的继续进行将取决于以下两个因素:  (1)界面反应速度。这包括金属/氧化物界面及氧化物/气体界面上的
期刊
【摘 要】 本文通过对汽油中铜含量测定结果的不确定度评定,分析测量过程中不确定度的来源以及铜含量测定结果不确定度的主要影响因素。  【关键词】 汽油 原子吸收光谱法 铜含量测定 不确定度  1 引言  汽油中的铜是一种非常活泼的催化剂,可在低温下促使烃类氧化。显著提高胶质的形成速率,严重危害汽车的行驶及安全性能。我国环保部发布的GWKB 1.1-2011规定了第四、五阶段的汽油中铜的限量[1]。因
期刊
摘 要:自从教育改革以来,对教育教学方法的研究已呈百家争鸣的状态。如于漪的情感教学法:激发一个“趣”字,牢牢揪住一个“情”字,铸就一个“活”字;钱梦龙的导读教学法是以学生思维活动为中心,培养学生个体思维、情感、态度、习惯等,突出学生个体认识的发展过程;魏书生的六步教学法,即课堂教学中采用“定向、自学、讨论、答疑、自测、自结”的基本步骤,来完成教学过程的一种教学方法。六步教学法以知、情、行、恒相互作
期刊
1 引言  履带起重机起臂过程是其进入工作状态必须经历的过程,随着起重机臂架长度的增长、自重的增加,起臂过程伴随着一定的危险性。同时,当今大型履带起重机由于工作需要,会出现主臂+塔式副臂,甚至是主臂+塔式副臂+固定副臂这样的多臂架组合工况,因此起臂方式的选择往往会对履带起重机自身的安全性、操作的便利性有着至关重要的影响。成凯等人基于有限元的方式,通过ANSYS软件对单主臂的工况进行了非线性分析;林
期刊