一种水高温分解为氢气和氧气的方法及分离器与流程

本发明涉及水高温分解技术，特别涉及一种水高温分解为氢气和氧气的方法及分离器。

背景技术：

水在高温环境下可以分解成氢气和氧气，化学方程式是：2h2o=2h2↑+o2↑。在同压同温下氢气密度远远小于氧气密度，这样分解后的氧气、氢气就会分层，当分层稳定后，将氧气、氢气隔离，氢气分子（0.289nm）直径小于氧气分子直径（0.346nm），可以加一层耐高温氢气过滤件（过滤网），让氢气分子可以渗透过去，氧气分子不能渗透过去，这样氢气，氧气分层不明显的情况下，也可以分解出氢气，然后将氢气、氧气分别排出，制冷，储存。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种水高温分解为氢气和氧气的方法及分离器，实现水高温下分解为氧气、氢气，分层稳定后分别从上层、下层排出氢气、氧气，获得氢气和氧气；由于氢气分子（0.289nm）直径小于氧气分子直径（0.346nm），再加上一层耐高温氢气过滤件（过滤网），让氢气分子可以渗透过去，氧气分子不能渗透过去，便能实现氢气、氧气的分解、提取，而且这样即使氢气、氧气分层不明显的情况下，也可以分解出氢气。

本发明采用的技术方案为：一种水高温分解为氢气和氧气的方法，包括如下步骤：

1）设置水高温分解为氢气和氧气的分离器，该分离器包括第一高温加热罐体，所述第一高温加热罐体的上部设置有氢气排出口，下部两侧分别设置有水进口及氧气排出口，所述氢气排出口设置有第三节流阀，所述水进口设置有第四节流阀，所述氧气排出口设置有第五节流阀，所述第一高温加热罐体的罐体内的中部对应氢气排出口设置有耐高温氢气过滤件，该耐高温氢气过滤件能使得氢气通过，并阻止氧气通过，将氢气与氧气隔离开来；

2）将水通过水进口将水注入第一高温加热罐体的下部，第三节流阀、第四节流阀、第五节流阀皆关闭，加热第一高温加热罐体，让水分解为氢气、氧气，这过程中，持续加热，保证第一高温加热罐体内的温度，使得水持续分解为氢气、氧气，由于氢气比氧气更轻以及氢气分子的直径比氧气分子的直径更小，耐高温氢气过滤件使得氢气通过，并阻止氧气通过，将氢气与氧气隔离开来，因此，使得第一高温加热罐体的上部为氢气，下部为氧气，开启第三节流阀、第五节流阀，将氢气从氢气排出口排出，将氧气从氧气排出口排出，制冷，储存。

作为一种优选方案，步骤1）中，所述分离器还包括第二高温加热罐体，所述第一高温加热罐体、第二高温加热罐体分上、下层设置，第一高温加热罐体的下端与第二高温加热罐体的上端相连通，且连通通道设置有第一节流阀；水进口及氧气排出口设置在第二高温加热罐体的两侧；步骤2）中，将水通过水进口将水注入第二高温加热罐体的下部，第一节流阀开启，第三节流阀、第四节流阀、第五节流阀皆关闭，加热第一高温加热罐体、第二高温加热罐体，让水分解为氢气、氧气，这过程中，持续加热，保证第一高温加热罐体、第二高温加热罐体内的温度，使得水持续分解为氢气、氧气，且使得水分解后的得到的氢气、氧气保持稳定，静置一段时间后，关闭第一节流阀，由于氢气比氧气更轻以及氢气分子的直径比氧气分子的直径更小，而且耐高温氢气过滤件使得氢气通过，并阻止氧气通过，因此，第一高温加热罐体内为氢气，第二高温加热罐体内为氧气，第一高温加热罐体的耐高温氢气过滤件的上部为高纯度氢气；开启第三节流阀、第五节流阀，将氢气从氢气排出口排出，将氧气从氧气排出口排出，制冷，储存。

作为另一种优选方案，步骤1）中，所述分离器还包括第三高温加热罐体，所述第一高温加热罐体、第二高温加热罐体及第三高温加热罐体分上、中、下层设置，第一高温加热罐体的下端与第二高温加热罐体的上端相连通，且连通通道设置有第一节流阀，第二高温加热罐体的下端与第三高温加热罐体上端相连通，且连通通道设置有第二节流阀；所述水进口及氧气排出口设置在第三高温加热罐体的两侧；步骤2）中，通过水进口将水注入第三高温加热罐体，第一节流阀、第二节流阀开启，第三节流阀、第四节流阀、第五节流阀皆关闭，加热第一高温加热罐体、第二高温加热罐体及第三高温加热罐体，让水分解为氢气、氧气，这过程中，持续加热，保证第一高温加热罐体、第二高温加热罐体内的温度，使得水持续分解为氢气、氧气，且使得水分解后的得到的氢气、氧气保持稳定，静置一段时间后，关闭第一节流阀、第二节流阀，由于氢气比氧气更轻以及氢气分子的直径比氧气分子的直径更小，而且耐高温氢气过滤件使得氢气通过，并阻止氧气通过，因此，第一高温加热罐体内为氢气，第二高温加热罐体内为氢气、氧气交界混合层，第三高温加热罐体内为氧气，第一高温加热罐体的耐高温氢气过滤件的上部为高纯度氢气；开启第三节流阀、第五节流阀，将氢气从氢气排出口排出，将氧气从氧气排出口排出，制冷，储存。

进一步，步骤1）中，所述分离器还包括初次加热罐体，初次加热罐体的侧部与第三高温加热罐体的水进口相连通；所述初次加热罐体设置有进水管道；步骤2）中，水经过初次加热罐体加热沸腾后注入第三高温加热罐体。

进一步，步骤1）中，所述分离器还包括氧气制冷罐体，该氧气制冷罐体的侧部与第三高温加热罐体的氧气排出口相连通；步骤2）中，氧气从氧气排出口排出后在氧气制冷罐体中制冷；所述氧气制冷罐体设置有排氧管道。

一种实施所述方法的水高温分解为氢气和氧气的分离器，包括第一高温加热罐体，所述第一高温加热罐体的上部设置有氢气排出口，下部两侧分别设置有水进口及氧气排出口，所述氢气排出口设置有第三节流阀，所述水进口设置有第四节流阀，所述氧气排出口设置有第五节流阀，所述第一高温加热罐体的罐体内的中部对应氢气排出口设置有耐高温氢气过滤件，该耐高温氢气过滤件能使得氢气通过，并阻止氧气通过，将氢气与氧气隔离开来。

作为一种优选方案，所述分离器还包括第二高温加热罐体，所述第一高温加热罐体、第二高温加热罐体分上、下层设置，第一高温加热罐体的下端与第二高温加热罐体的上端相连通，且连通通道设置有第一节流阀；水进口及氧气排出口设置在第二高温加热罐体的两侧。

作为另一种优选方案，所述分离器还包括第三高温加热罐体，所述第一高温加热罐体、第二高温加热罐体及第三高温加热罐体分上、中、下层设置，第一高温加热罐体的下端与第二高温加热罐体的上端相连通，且连通通道设置有第一节流阀，第二高温加热罐体的下端与第三高温加热罐体上端相连通，且连通通道设置有第二节流阀；所述水进口及氧气排出口设置在第三高温加热罐体的两侧。需要说明的是，所述第一高温加热罐体与第三高温加热罐体之间还可以增加多级高温加热罐体，实现多级加热，提高效率，提高氢气与氧气分层的纯度。

进一步，所述分离器还包括初次加热罐体，初次加热罐体的侧部与第三高温加热罐体的水进口相连通；所述初次加热罐体设置有进水管道；所述分离器还包括氧气制冷罐体，该氧气制冷罐体的侧部与第三高温加热罐体的氧气排出口相连通；所述氧气制冷罐体设置有排氧管道。

进一步，所述第一高温加热罐体的两侧分别设置有左预留进出口、右预留进出口，该左预留进出口、右预留进出口分别设置有第六节流阀、第七节流阀。

本发明具有以下优点：水在高温下分解为氢气、氧气，利用同压同温下氢气密度小于氧气密度，氢气、氧气会分层，在氢气、氧气结合为水前，将氢气、氧气隔离；然后分别排出，制冷，储存。高温加热罐体内温度达到2000℃至8000℃时，可实现氢气、氧气会分层；特别是温度达到4300左右，分层明显。压强加大，温度会更低。加热的过程中，温度与压强之间会达到一个平衡点，水高温下分解为氧气、氢气，并使得氧气、氢气分层稳定。另外，增加氢气过滤件（氢气隔离膜），当分层不明显时也可以分解出氢气；即，分解出的氢气通过氢气过滤件被隔离开来，因此氢气不会再与氧气结合产生逆反应，因此，可以在温度较低的时候（无需等到分层稳定）便能提取氢气（可实现2000℃分别提取氢气），提高效率和纯度。

下面结合附图说明与具体实施方式，对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例一分离器的整体结构示意图；

图2为实施例二分离器的整体结构示意图；

图3为实施例二分离器的正视结构示意图；

图4为图3的剖面结构示意图；

图中：第一高温加热罐体1；第二高温加热罐体2；第三高温加热罐体3；第一节流阀4；第二节流阀5；第三节流阀6；第四节流阀7；第五节流阀8；初次加热罐体9；氧气制冷罐体10；耐高温氢气过滤件11；第六节流阀12；第七节流阀13。

具体实施方式

实施例一

水高温分解为氢气和氧气的方法，包括如下步骤：

1）设置水高温分解为氢气和氧气的分离器，该分离器包括第一高温加热罐体1，所述第一高温加热罐体1的上部设置有氢气排出口，下部两侧分别设置有水进口及氧气排出口，所述氢气排出口设置有第三节流阀6，所述水进口设置有第四节流阀7，所述氧气排出口设置有第五节流阀8，所述第一高温加热罐体1的罐体内的中部对应氢气排出口设置有耐高温氢气过滤件11，该耐高温氢气过滤件11能使得氢气通过，并阻止氧气通过，将氢气与氧气隔离开来；

2）将水通过水进口将水注入第一高温加热罐体1的下部，第三节流阀6、第四节流阀7、第五节流阀8皆关闭，加热第一高温加热罐体1，让水分解为氢气、氧气，这过程中，持续加热，保证第一高温加热罐体1内的温度，使得水持续分解为氢气、氧气，由于氢气比氧气更轻以及氢气分子的直径比氧气分子的直径更小，耐高温氢气过滤件11使得氢气通过，并阻止氧气通过，将氢气与氧气隔离开来，因此，使得第一高温加热罐体1的上部为氢气，下部为氧气，开启第三节流阀6、第五节流阀8，将氢气从氢气排出口排出，将氧气从氧气排出口排出，制冷，储存。

实施所述方法的水高温分解为氢气和氧气的分离器，包括第一高温加热罐体1，所述第一高温加热罐体1的上部设置有氢气排出口，下部两侧分别设置有水进口及氧气排出口，所述氢气排出口设置有第三节流阀6，所述水进口设置有第四节流阀7，所述氧气排出口设置有第五节流阀8，所述第一高温加热罐体1的罐体内的中部对应氢气排出口设置有耐高温氢气过滤件11，该耐高温氢气过滤件11能使得氢气通过，并阻止氧气通过，将氢气与氧气隔离开来。

实施例二

参见图2至4，本实施例所提供的水高温分解为氢气和氧气的方法，包括如下步骤：

1）设置水高温分解为氢气和氧气的分离器，该分离器包括上、中、下分层设置的第一高温加热罐体1、第二高温加热罐体2及第三高温加热罐体3，第一高温加热罐体1的下端与第二高温加热罐体2的上端相连通，且连通通道设置有第一节流阀4，第二高温加热罐体2的下端与第三高温加热罐体3上端相连通，且连通通道设置有第二节流阀5，所述第一高温加热罐体1的上端设置有氢气排出口，所述氢气排出口设置有第三节流阀6，所述第三高温加热罐体3两侧分别设置有水进口及氧气排出口，所述水进口设置有第四节流阀7，所述氧气排出口设置有第五节流阀8；而且，所述第一高温加热罐体1的中部设置有耐高温氢气过滤件11，该耐高温氢气过滤件11能使得氢气通过，并阻止氧气通过，将氢气与氧气隔离开来。

2）通过水进口将水注入第三高温加热罐体3，第一节流阀4、第二节流阀5开启，其他节流阀关闭，加热第一高温加热罐体1、第二高温加热罐体2及第三高温加热罐体3，让水分解为氢气、氧气，这过程中，持续加热，保证第一高温加热罐体1、第二高温加热罐体2及第三高温加热罐体3内的温度一致，使得水分解后的得到的氢气、氧气保持稳定，静置一段时间后，关闭第一节流阀4、第二节流阀5，由于氢气比氧气更轻，因此，第一高温加热罐体1内为氢气，第二高温加热罐体2内为氢气、氧气交界混合层，第三高温加热罐体3内为氧气，第一高温加热罐体的耐高温氢气过滤件的上部为高纯度氢气；然后开启第三节流阀6、第五节流阀8，将氢气从氢气排出口排出，将氧气从氧气排出口排出，制冷，储存。

氢气和氧气为什么很容易生产水，是因为结合成水能量很快释放，如果温度超过结合成水的能量，会不断吸收热量，稳定后就会分离，所以在分离过程中，会吸收热量，要不断加热。如果没有完全分解，就会不断转化，如果完全分解，就没有结合基础。高温加热罐体内温度达到2000℃至8000℃时，可实现氢气、氧气会分层；特别是温度达到4300左右，分层明显。压强加大，温度会更低。加热的过程中，温度与压强之间会达到一个平衡点，水高温下分解为氧气、氢气，并使得氧气、氢气分层稳定。

氢气分子（0.289nm）直径小于氧气分子直径（0.346nm），耐高温氢气过滤件（过滤网），让氢气分子可以渗透过去，氧气分子不能渗透过去，这样氢气纯度会更高。设置耐高温氢气过滤件（氢气隔离膜），可以使得温度较低时也可以分解并隔离出氢气（即低温提取氢气，而且只需单个高温加热罐体便可实现）。分解出的氢气通过氢气过滤件被隔离开来，因此氢气不会再与氧气结合产生逆反应，因此，可以在温度较低的时候（无需等到分层稳定）便能提取氢气，提高效率和纯度。氢气密度小，分解有压强加大，可以把最上节流阀小打开，不断排除氢气。

实施所述方法的水高温分解为氢气和氧气的分离器，包括上、中、下分层设置的第一高温加热罐体1、第二高温加热罐体2及第三高温加热罐体3，第一高温加热罐体1的下端与第二高温加热罐体2的上端相连通，且连通通道设置有第一节流阀4，第二高温加热罐体2的下端与第三高温加热罐体3上端相连通，且连通通道设置有第二节流阀5，所述第一高温加热罐体1的上端设置有氢气排出口，所述氢气排出口设置有第三节流阀6，所述第三高温加热罐体3两侧分别设置有水进口及氧气排出口，所述水进口设置有第四节流阀7，所述氧气排出口设置有第五节流阀8。需要说明的是，所述第一高温加热罐体1与第三高温加热罐体3之间还可以增加多级高温加热罐体，实现多级加热，提高效率，提高氢气与氧气分层的纯度。

实施例三

本实施例与实施例一基本相同，其不同之处在于，

所述分离器还包括初次加热罐体9，初次加热罐体9的侧部与第三高温加热罐体3的水进口相连通；所述初次加热罐体9设置有进水管道。初次加热罐体9可以对水进行初步的加热，提高效率。

所述分离器还包括氧气制冷罐体10，该氧气制冷罐体10的侧部与第三高温加热罐体3的氧气排出口相连通；所述氧气制冷罐体10设置有排氧管道。

所述第一高温加热罐体1的两侧分别设置有左预留进出口、右预留进出口，该左预留进出口、右预留进出口分别设置有第六节流阀12、第七节流阀13。

相对应地；水高温分解为氢气和氧气的方的步骤2）中，还包括如下操作，水经过初次加热罐体9加热沸腾后注入第三高温加热罐体3；氧气从氧气排出口排出后在氧气制冷罐体10中制冷；所述氧气制冷罐体10设置有排氧管道。

最后需要说明的是，本实施若有未能详尽之处，如高温加热罐体、耐高温氢气过滤件的材质，采用的加热方式等，本领域技术人员可根据现有技术进行相应的选择，因为在本技术领域，已经有相关的在先技术；例如，钨（w）是世界上熔点最高的纯金属（意味着其最难熔），其熔点为3156.85开尔文（3430℃）；而目前世界上最难熔的材料是一种含铪的碳化物和氮化物的粉末混合物材料，其熔点达到了4400开尔文（4126.85℃）。这是最近俄罗斯远东联邦大学和俄罗斯科学院远东分院学者在极端条件下合成的。这种高温功能材料主要将应用在国防军工、航空航天、电子信息、能源、防化、冶金和核工业等尖端领域，有着相关的应用。根据俄罗斯远东联邦大学发布的消息称，该项研究的下一步的工作是对该材料合成的优化和深入研究固体相变过程。在此之前，世界上最难熔的材料是五碳化四钽铪（ta4hfc5），它的熔点是4200开尔文（3926.85℃）。高温加热罐体可以采用陶瓷包金属，从而承受高温高压环境。另外，高温氢气过滤件可以采用金属夹陶瓷的形式，使得高温情况下，氢气可以通过，氧气不能通过；该高温氢气过滤件的存在使得1000℃至2000℃便可以提取氢气、氧气了，无需等到氢气、氧气稳定分层；再者，高温氢气过滤件可以在第一高温加热罐体中做成活塞形式（陶瓷活塞），在外部加热乏力，温度上升过慢的时候，通过机械驱动活塞，增加高温加热罐体内的压强，从而提高温度。而且，高温加热罐体、耐高温氢气过滤件的材质，其也并非本申请所要求保护的内容，因此本实施例不做赘述。

本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似的技术特征，而得到的其他一种水高温分解为氢气和氧气的方法及分离器，均在本发明的保护范围之内。