一种镁锌水制取纯氢的装置
技术领域
本发明涉及到化学领域，尤其是涉及到制取氢气领域，特别是涉及到一种以镁、锌、水制取氢气的装置与方法。背景技术
目前，众所周知，制取氢气的装置是启普发生器，制取氢气方法是金属与酸的置换反应，以及铝与水反应、镁与水反应、锌与水反应、铁与水反应。但是，这些反应必须附加条件，其中铝与水在冷水中不反应，必须在水温80℃以上才会反应；而锌与水反应，必须是沸水；而铁与水反应必须是350℃以上高温，即不仅要水蒸气，还需铁是烧红的铁。要满足热水、沸水、水蒸气、高温的条件，必须使用电能加热，或者燃烧加热，这需要很多能源，并且，都是采用单一金属与水反应制氢，产生的氢气不持续。尤其是近年的庞青年的需要神秘的催化剂参与的“水氢发动机”制氢失败已成骗局，其原因在于2Al+6H2O＝2AL(OH)3+3H2↑，其反应条件为“沸水”，而且反应不明显，很快Al表面被难溶的碱覆盖，反应几乎停止，如果是在强碱性溶液中，Al(OH)3很快溶解生成可溶的NaAlO2，反应可以继续进行，可以认为：NaOH是铝和水反应的催化剂，2Al(OH)3-高温→Al2O3+3H2O，Al2O3阻止了反应。一些“制氢装置”系列专利，都采用大量电能电解制氢，还要附加催化剂与加热条件。但是，一直还没有持续制取纯氢的成功的先例。电解制氢电能消耗很大，成本很高，得不偿失。其次是水煤气法制氢，用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气(C+H2O→CO+H2)是吸热反应，工业制取水煤气的反应需要大量的能量补给。生物制氢，浪费大，效率更低，最重要是不能持续制取纯氢。同时，由于上述背景技术
制取的氢气不纯，与空气结合会爆炸，不利于储存和应用于燃料电池的发电，以及氢气发动机的运行。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种利用镁锌水制取纯氢的装置与方法，使其不使用电能电解与加热，无需催化剂，并且能持续产生纯氢。本发明的目的是这样实现的：一种镁锌水制取纯氢的装置，是由发生器与冷却器组成。发生器中设有隔层，隔层上设有孔、水龙头，放置制氢金属，隔层上方有密封盖，下方有放水阀，一边接进水管，另一边接冷却器管道：冷却器中有上下两支管道与发生器相联，上方一支管道是U形排气管，中间设有吸气阀，管道的出口是氢气输出口；下方一支管道中间有阀门。
在发生器中，先加入氧化钙、制氢金属，盖紧密封盖。将放气阀打开，吸尽空气；再向发生器中注入水，氧化钙与水反应成80℃以上热水，制氢金属镁、锌，分别与热水、水蒸气反应生成氢气，残余水蒸气经冷却器冷却成水，使得氢气与水蒸气分离，得到纯氢。随着镁、锌金属持续进入发生器，与热水和/或水蒸气反应，持续不断地产生氢气。氧化钙与水反应成80℃以上热水，其反应式为：CaO+H2O＝Ca(OH)2+64.9kJ。镁在80℃以上热水中反应，生成氢气，并放热；反应式为：Mg+2H2O＝Mg(OH)2+H2↑；当水沸腾后，与水蒸气反应，又生成氢气，反应式为：Mg+H2O＝MgO+H2↑。锌在沸水和水蒸气中反应生成氢氧化锌和氢气，反应式为：Zn+2H2O＝Zn(OH)2+H2↑。
直至制氢金属镁、锌反应结束，收集氢气后，打开放水阀，将废水放入废水处理器中过滤、处理。
由于采用上述方案，本发明利用CaO+H2O＝Ca(OH)2+64.9kJ反应生成大量的热，使发生器中的水达到并超过80℃以上热水，使其能适应制氢金属镁、锌与热水、水蒸气快速反应，生成大量的氢气，并且镁、锌与水蒸气反应都能放热，使其能持续从水中制取纯氢。而且在制氢之前，固紧了密封盖，吸尽了发生器中的空气，同时，将排气管置在冷却器的冷水中，使得反应残余的水蒸气经冷却变为水，使得氢气与水蒸气分离，得到100％的纯氢，并且不需要提供能量加热或者电解，无需催化剂。从而，确保制氢过程中氢气纯净，比背景技术更能节省电能和其他能源，比铝与水反应制氢、水煤气法制氢和生物制氢方法，制取氢气更持续，浓度更纯净。
附图说明
下面是对照实施例对附图的简略说明图1、制氢金属镁、锌各自组装示意图
图2、一种镁锌水制取纯氢的装置制氢前的状态正面图
图3、一种镁锌水制取纯氢的装置制氢时的状态正面图
图4、一种镁锌水制取纯氢的装置制氢后的状态俯视图
1、锌 2、镁 3、水蒸气 4、密封盖 5、空气 6、进水管 7、发生器 8、热水 9、放水阀10、过滤网 11、泄水斜面 12、废水处理器 13、阀门 14、冷却器 15、冷水 16、氢气输出口17、吸气阀 18、U形排气管 19、纯氢 20、隔层 21、水龙头 22、氧化钙
具体实施方式
一种镁锌水制取纯氢的装置，是由发生器7与冷却器14组成。发生器7中设有隔层20，隔层20上设有孔，水龙头21，放置制氢金属，隔层20上方有密封盖4，下方有放水阀9，发生器7一边管道接进水管6，另一边两支管道接冷却器14，上方一支管道是U形排气管18，中间设有吸气阀17，管道的出口是氢气输出口16；下方一支管道中间有阀门13。
打开水龙头21，将进水管6中0-20℃的冷水15注入不锈钢发生器7中，清洗发生器7，打开阀门13，让冷水15进入冷却器14中，能淹没U形排气管18。再关闭阀门13，打开阀门9，放出不锈钢发生器7中剩下的冷水15冲洗废水处理器12后，关紧阀门9。
根据CaO+H2O＝Ca(OH)2+64.9kJ/mol化学反应式，1mol(约56克)的CaO能放出64.9kJ热量，按热量计算公式Q＝cmΔt，m＝Q/cΔt，1千克的CaO能使14487克0℃冷水升温到80℃。若0℃冷水，按CaO∶H2O＝1000∶14487的比例，或者若水温20℃，按CaO∶H2O＝1000∶19316的比例，再按Mg+2H2O＝Mg(OH)2+H2↑，和Zn+2H2O＝Zn(OH)2+H2↑两个反应式的摩尔比，在发生器7中加入1000克氧化钙22、制氢金属18055克锌1和6667克镁2，封紧密封盖4，再将吸气阀17打开，吸尽空气5和部分水蒸气3。
打开水龙头21，将进水管6中20000多克的0-20℃的冷水15注入不锈钢发生器7中，氧化钙22与冷水15反应成80℃以上热水8，制氢金属锌1、镁2，分别与热水8、水蒸气3反应生成氢气，残余水蒸气3经冷却器14冷却成水，使得氢气与水蒸气3分离，U形排气管18的氢气输出口16排出纯氢19，从而得到纯净的氢气。随着隔层20上的锌1、镁2制氢金属持续下移进入发生器7，与热水8和/或水蒸气3反应。持续不断地产生氢气。其中：氧化钙22与水反应，放热，成80℃以上热水8，其反应式为：CaO+H2O＝Ca(OH)2+64.9kJ。镁2与水在80℃以上热水8中反应，生成氢气，并放热；反应式为：Mg+2H2O＝Mg(OH)2+H2↑；当水沸腾后，与水蒸气3反应，又生成氢气并放热，反应式为：Mg+H2O＝MgO+H2↑。锌1在沸水和水蒸气3中反应生成氢氧化锌和氢气，反应式为：Zn+2H2O＝Zn(OH)2+H2↑。生成的Zn(OH)2沉淀接着与碱继续反应得到四羟基合锌离子，能溶于强碱，反应式为：Zn(OH)2+2OH-＝[Zn(OH)4]2-，总的反应为：Zn+2OH-+2H2O＝＝[Zn(OH)4]2-+H2，水做氧化剂，OH-溶解Zn(OH)2使得反应能进行完全。因为四羟基合锌离子不稳定，然后在80度下反应两个小时就可以生成氧化锌ZnO沉淀。
由于CaO+H2O＝Ca(OH)2+64.9kJ反应生成大量的热，使发生器7中的水达到并超过80℃以上热水8，金属镁2、锌1与热水8、水蒸气3快速反应，生成大量的氢气，并且镁2、锌1与水蒸气3反应都能放热，使其能持续从水中制取纯氢19。而且在制氢之前，固紧了密封盖14，吸尽了发生器7中的空气5，同时，将U形排气管18置在冷却器14的冷水15中，使得反应残余的水蒸气3经冷却变为水，排水法收集，使得氢气与水蒸气3分离，得到100％的纯氢19，并且不需要提供能量加热或者电解，无需催化剂。
在制氢金属锌1、镁2完全反应结束，约产生1111克纯氢19，收集完氢气后，打开放水阀9，将发生器7中的废水放入废水处理器12中，经过滤网10收集沉淀物与微溶物Mg(OH)2、MgO、Zn(OH)2、ZnO，经泄水斜面11收集反应物Ca(OH)2与少量的[Zn(OH)4]2-溶液。
增加发生器7的容积，放入更多的金属镁2、锌1与热水8，固紧密封盖14，将U形排气管18置在冷却器14的冷水15中，使得反应残余的水蒸气3经冷却变为水，采用排水法收集，使得氢气与水蒸气3分离，能够产生并收集到更多的100％的纯氢19。
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