[發明專利]熱化學循環分解CO2和H2O制備CO和H2的方法及裝置

有效

• 申請號: 201210011567.X
• 申請日: 2012-01-15
• 公開（公告）號: CN102583239A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 周俊虎;張彥威;岑可法;王智化;劉建忠;周志軍;黃鎮宇;楊衛娟;程軍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04;C01B31/18
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

1.一種熱化學循環分解CO₂和H₂O制備CO和H₂的方法，其總的化學反應式為H₂O+CO₂→H₂+CO+O₂，其特征在于，具體包括以下步驟：

(1)將H₂O、I₂和SO₂按物質的量比例14～16∶1.5～9∶1送入Bunsen反應裝置，勻速攪拌反應液確保其混合均勻，在20～120℃和1～2atm條件下發生自發放熱反應，產生多水的HI相和H₂SO₄相溶液，該反應的化學反應式如下：

I₂+SO₂+2H₂O→2HI+H₂SO₄

反應中過量的碘確保了Bunsen反應生成的混合溶液發生液-液相分離，形成上下分層的HI相和H₂SO₄相溶液；

(2)在120～260℃、0.08～1.3atm和絕熱條件下，對H₂SO₄相溶液實施多級硫酸濃縮處理；

(3)將濃縮后的H₂SO₄升溫至800～900℃，催化分解生成SO₂、H₂O和最終產物O₂，該反應的化學反應式如下：

H₂SO₄→SO₂+H₂O+0.5O₂

SO₂、H₂O和最終產物O₂返回到Bunsen反應裝置重復利用；

(4)在350～900℃下，通入CO₂氣體至固定床或流化床反應器與金屬M發生放熱反應，生成氧化物MO和最終產物CO，該反應的化學反應式如下：

M+CO₂→MO+CO

所述的M為金屬元素Zn或Ni；

(5)對于步驟(1)所得HI相溶液進行電滲析處理，在電滲析池陰極側獲得濃縮的HI溶液，陽極側獲得的稀釋HI溶液返回到Bunsen反應裝置重復利用；濃縮后的HI溶液在濃縮精餾裝置中進行精餾，獲得純凈的HI蒸汽；將所得HI蒸汽中的50％與金屬氧化物MO在20～90℃的水溶液中發生自發放熱反應生成MI₂和H₂O，該反應的化學反應式如下：

2HI+MO→MI₂+H₂O

(6)通過蒸餾得到MI₂固體后置于固定床或流化床反應器內，通入載氣Ar或N₂，于600～900℃條件下進行熱分解，最終得到單質M和I₂；該反應的化學反應式如下：

MI₂→M+I₂

冷卻后的單質M返回到步驟(4)中作為CO₂分解反應的還原劑重復利用，I₂則作為反應物返回到步驟(1)中的Bunsen反應裝置循環利用；

(7)將步驟(5)HI蒸汽中剩余的50％通入到HI催化分解裝置進行熱分解，反應溫度控制在300～500℃，最終得到I₂和產物H₂，該反應的化學反應式如下：

2HI→H₂+I₂

其中I₂返回到步驟(1)中的Bunsen反應裝置重復利用。

2.一種用于實現權利要求1所述方法的裝置，包括Bunsen反應裝置，其特征在于，還包括：液相分離裝置、HI_x濃縮精餾裝置、HI催化分解裝置、H₂SO₄濃縮裝置、濃H₂SO₄催化分解裝置、CO₂分解反應器、MI₂生成反應器和MI₂催化分解反應器；所述Bunsen反應裝置連接液相分離裝置，液相分離裝置分別連接HI_x濃縮精餾裝置和H₂SO₄濃縮裝置，H₂SO₄濃縮裝置、濃H₂SO₄催化分解裝置、Bunsen反應裝置依次連接，HI_x濃縮精餾裝置分別連接HI催化分解裝置和MI₂生成反應器，HI催化分解裝置連接Bunsen反應裝置，MI₂生成反應器分別再與CO₂分解反應器和MI₂催化分解反應器相連接，MI₂催化分解反應器分別再與Bunsen反應裝置和CO₂分解反應器連接；所述的M是指金屬元素Zn或Ni。