专利名称：一种利用化学反应产生热能的方法
技术领域：
本发明涉及化学反应产生热量技术。
背景技术：
目前，工业和民用锅炉都是以煤炭或燃油为原料，由于煤炭和原油都是不可再生资源，且储存量越来越少，因此，开发其他能源势在必行。原子核能、太阳能及风能等目前已在逐步开发利用，但这些能量不能直接变成热能，尤其不能直接用于锅炉来产生热量，且设备成本和能量的储存成本很高，因此，具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以化学物质为原料，利用化学反应产生热能的方法和设备，该方法和设备产生的热量可直接通入一个热交换器内，将热交换器内的水加热。本发明的原理是将化学物质放在一个反应釜中使其不断地发生化学反应，收集化学反应产生的热量输送到热交换器，并回收参与化学反应的元素，本发明的化学反应在反应釜中进行，反应釜中设置石墨反应体，石墨反应体由石墨粉40～60％、碳素8～15％、耐火土10～20％、还原铁粉3～6％、硼3～6％、锌3～6％、镁3～6％、锆3～6％、锡3～6％为原料混合后压制成盒形，共12个，叠放于反应釜中，在石墨盒中部插入一个电加热管，在最下部的石墨盒底部设置一个电加热片，自下而上在石墨盒中放入下列物质(重量比)第一层磷P 55～65％，锡Sn 10～15％，还原铁粉Fe 3～6％，锌Zn 5～10％，硼B 5～8％，铷Rb 2～4％；第二层钠Na 40～45％，锡Sn 12～16％，还原铁粉Fe 4～6％，碳C 12～16％，钾K 18～23％；第三层铬Cr 20～25％，锌Zn 20～25％，还原铁粉Fe 5～10％，镁Mg 40～45％；第四层镁Mg 14～18％，锌Zn 55～65％，还原铁粉Fe 4～6％，锑Sb 15～20％，五氧化二钒V2O53～6％；第五层碲Te 13～18％，铋Bi 55～60％，还原铁粉Fe 4～8％，钠Na 13～18％，钾K 6～10％；第六层铋Bi 25～30％，锌Zn 25～30％，还原铁粉Fe 5～10％，铝Al 25～30％，五氧化二钒V2O55～10％；第七层钠Na 20～30％，锌Zn 42～48％，还原铁粉Fe 3～6％，锡Sn 20～25％，五氧化二钒V2O52～5％；第八层钾K 25～30％，锑Sb 50～55％，还原铁粉Fe 4～6％，硼B 10～15％；第九层锆Zr 35～38％，镁Mg 35～45％，还原铁粉Fe 5～10％，锡Sn 8～12％，五氧化二钒V2O54～6％；第十层碲Te 15～20％，铝Al 45～55％，还原铁粉4～6％，锑Sb 15～20％，五氧化二钒V2O55～10％；第十一层钙Ca 50～55％，锑Sb 25～30％，还原铁粉Fe 8～12％，碳C 6～10％；第十二层钠Na 15～20％，铜Cu 45～50％，还原铁粉Fe 3～6％，锆Zr 26～32％；通过电加热管和电加热片向反应釜加热，当温度逐步升高时，向反应釜中通入氧化剂三氧化硫SO3或三氧化碲TeO3气体，使反应釜中发生化学反应并产生含氧化物热气体，通过管道将热气体输送到热交换器中，热量被热交换器中的介质吸收，降温后的热气体通过管道输送到一个加热器进行加热，再将加热后的含有氧化物的热气体送回反应釜进行还原反应，还原的单质再进行氧化反应放热，如此往复循环，不断产生热输送到热交换器。通过控制氧化剂向反应釜的输入量可控制氧化反应的速度，从而控制反应产生热量的速度。本方法的原理如下置于石墨盒中的物质，可分成四种成份，一是磷、钾、钠、钙、镁、铬、碲、锆等性质活跃的活化元素，二是铜、铝、锌、锡、锑、铅、硼等单质元素，三是还原剂还原铁粉，四是催化剂五氧化二钒V2O5，向反应釜加热并通入氧化剂后，在催化剂V2O5的作用下，活化元素与氧化剂发生化学反应，活化元素的原子间发生激烈碰撞产生高温，碰撞使反应釜内温度升高，各单质元素随之与氧化剂发生氧化反应产生热量并逐渐达到其沸点，此时反应釜内产生大量热气体，热气体中含有参与氧化反应生成的氧化物，通过管道将热气体输送到热交换器中，热量被热交换器中的水吸收，降温后的热气体通过管道输送到一个加热器进行加热，再将加热后的含有氧化物的热气体送回反应釜，此时，热气体中的氧化物与石墨盒中的还原铁粉发生氧化还原反应，铁将氧化物中的单质还原出来，还原出来的单质继续参加氧化反应，达到沸点，放出热量。活化元素则作为氧化反应的起动元素，加速氧化反应速度，迅速提高反应釜内温度。各物质的沸点温度非常高，在达到沸点时放出大量的热量，如磷的熔点44.1℃，沸点280℃；钙的熔点839℃，沸点1484℃。本发明通过吸热——氧化(沸点放热)——还原——氧化(沸点放热)——还原......这样一个持续循环过程，产生大量的热，并利用这些热量将热交换器中的介质加热。本方法产生热能的过程是可控制的，停止向反应釜内输送氧化剂，釜内的化学反应便停止，因此本方法产生的热量输入的热交换器可以作为一个锅炉，当然这些热量也可作为其他设备的热源。本方法提供了一种新的能源，将物质的化学能转化为热能，通过消耗较少的物质，获得大量的热能。本方法具有设备成本低，体积小，运行费用低等优势。
本发明的氧化反应和氧化还原反应的化学方程式如下氧化反应氧化剂TeO3或SO3在催化剂V2O5作用下分解出氧气，氧气与反应釜中的元素发生化合反应，并产生热量，化学反应方程式如下2Na+O2＝Na2O2+Q(热)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氧化还原反应方程式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
附图为本发明设备示意图，图中1、热交换器；2、热交换管；3、输热管；4、内胆上输入管；5、氧化剂加热管；6、罐体；7、内胆；8、加热罐进水管道；9、反应釜降温水套；10、耐火内衬；11、电加热棒；12、石墨盒；13、电加热片；14、加热罐出水管道、15、内胆上输出管。
具体实施例方式
反应釜由耐高温不锈钢304制成，反应釜内衬耐火层由石棉泥、反应釜内腔呈圆柱形，直径190毫米，高400毫米。每个石墨盒重300克，呈圆盒形，直径150毫米，高25毫米，盒沿高15毫米，盒沿上有均匀分布的豁口，其中含石墨粉150克、碳素30克、耐火土48克、还原铁粉12克、硼12克、锌12克、镁12克、锆12克、锡12克，共12个。每层石墨盒中放入物质的重量如下第一层磷100克，锡20克，还原铁粉8克，锌14克，硼20克，铷5克；第二层钠30克，锡10克，还原铁粉4克，碳10克，钾15克；第三层铬10克，锌10克，还原铁粉3克，镁18克；第四层镁12克，锌45克，还原铁粉4克，锑10克，五氧化二钒3克；第五层锑15克，铋55克，还原铁粉6克，钠15克，钾8克；第六层铋15克，锌15克，还原铁粉4克，铝15克，五氧化二钒4克；第七层钠20克，锌40克，还原铁粉6克，锡20克，五氧化二钒3克；第八层钾20克，锑40克，还原铁粉6克，硼10克；第九层锆35克，镁40克，还原铁粉7克，锡10克，五氧化二钒5克；第十层碲10克，铝30克，还原铁粉3克，锑10克，五氧化二钒4克；第十一层钙30克，锑15克，还原铁粉6克，碳5克；第十二层钠12克，铜32克，还原铁粉3克，锆20克。
本实施方式中，放入12个石墨盒中的物质总重量为941克，12个石墨盒中的还原铁粉、硼、锌、镁、锆、锡共864克也参加反应，总计1805克，参加化学反应的平均每克物质可以产生64300大卡的热量。控制氧化剂输入量，使反应釜温度保持在750～850℃，产生的热量通过管道输入一个高2700毫米，直径1200毫米的筒状热交换器内，交换器内的热交换管长70米，本热交换器相当于2吨的热水锅炉。上述重量的物质可持续反应900小时以上，耗尽反应釜内参加化学反应的物质及石墨盒内元素的成本约4000元，共需消耗氧化剂三氧化硫1000公斤，三氧化硫目前每吨1400元人民币，总计原料成本5400元左右。
权利要求
1.一种利用化学反应产生热能的方法，化学反应在反应釜中进行，反应釜中设置石墨反应体，其特征在于石墨反应体由石墨粉40～60％、碳素8～15％、耐火土10～20％、还原铁粉3～6％、硼3～6％、锌3～6％、镁3～6％、锆3～6％、锡3～6％为原料混合后压制成盒形，共12个，叠放于反应釜中，在中部插入一个电加热管，在最下部的石墨盒底部设置一个电加热片，自下而上在石墨盒中放入下列物质第一层磷P 55～65％，锡Sn 10～15％，还原铁粉Fe 3～6％，锌Zn 5～10％，硼B 5～8％，铷Rb 2～4％；第二层钠Na 40～45％，锡Sn 12～16％，还原铁粉Fe 4～6％，碳C12～16％，钾K 18～23％；第三层铬Cr 20～25％，锌Zn 20～25％，还原铁粉Fe 5～10％，镁Mg 40～45％；第四层镁Mg 14～18％，锌Zn 55～65％，还原铁粉Fe 4～6％，锑Sb 15～20％，五氧化二钒V2O53～6％；第五层碲Te 13～18％，铋Bi 55～60％，还原铁粉Fe 4～8％，钠Na 13～18％，钾K 6～10％；第六层铋Bi 25～30％，锌Zn 25～30％，还原铁粉Fe 5～10％，铝Al 25～30％，五氧化二钒V2O55～10％；第七层钠Na 20～30％，锌Zn 42～48％，还原铁粉Fe 3～6％，锡Sn 20～25％，五氧化二钒V2O52～5％；第八层钾K 25～30％，锑Sb 50～55％，还原铁粉Fe 4～6％，硼B10～15％；第九层锆Zr 35～38％，镁Mg 35～45％，还原铁粉Fe 5～10％，锡Sn 8～12％，五氧化二钒V2O54～6％；第十层碲Te 15～20％，铝Al 45～55％，还原铁粉4～6％，锑Sb 15～20％，五氧化二钒V2O55～10％；第十一层钙Ca 50～55％，锑Sb 25～30％，还原铁粉Fe 8～12％，碳C 6～10％；第十二层钠Na 15～20％，铜Cu 45～50％，还原铁粉Fe 3～6％，锆Zr 26～32％；通过电加热管和电加热片向反应釜加热，当温度逐步升高时，向反应釜中通入氧化剂三氧化硫SO3或三氧化碲TeO3，使反应釜中发生化学反应并产生含氧化物热气体，通过管道将热气体输送到热交换器中，热量被热交换器中的介质吸收，降温后的热气体通过管道输送到一个加热器进行加热，再将加热后的含有氧化物的热气体送回反应釜进行还原反应，还原的单质再进行氧化反应放热，如此循环。
2.根据权利要求1所说的一种利用化学反应产生热能的方法，其特征在于通过控制氧化剂向反应釜的输入量控制氧化反应的速度，从而控制反应产生的热量的速度。
全文摘要
一种利用化学反应产生热能的方法。反应釜中设置多层石墨盒，在石墨反应盒放入四种物质，一是性质活跃的活化元素，二是单质元素，三是还原剂，四是催化剂。向反应釜加热并通入氧化剂，反应釜中发生化学反应产生含氧化物热气体，将热气体输送到热交换器中，热量被热交换器中的介质吸收，再将含有氧化物的热气体送回反应釜，还原后再进行氧化反应，如此往复循环，不断产生热量输送到热交换器。本方法提供了一种新的能源，通过消耗较少的物质，获得大量的热能，具有设备成本低，体积小，运行费用低等优势。
文档编号C09K5/16GK101046327SQ200610016728
公开日2007年10月3日 申请日期2006年3月31日 优先权日2006年3月31日
发明者袁敏业 申请人:袁敏业