[發(fā)明專利]一種高溫氣冷堆耦合碘硒熱化學(xué)循環(huán)硫還原制氫方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910768264.4
• 申請日: 2019-08-20
• 公開（公告）號: CN110407168B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟東旺;齊乃燁;王春銘
• 申請（專利權(quán)）人: 中核能源科技有限公司
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04;C01B17/50;C01B17/74
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發(fā)明涉及一種碘硒熱化學(xué)循環(huán)硫還原制氫方法，屬于氫能技術(shù)領(lǐng)域。首先以水為原料，加入硒和碘，在常壓下反應(yīng)，得到亞硒酸溶液和氫碘酸，對氫碘酸進(jìn)行精餾濃縮，對精餾濃縮后的氫碘酸進(jìn)行分解，分解得到的氫氣作為產(chǎn)品輸出，碘循環(huán)使用，在得到的亞硒酸溶液中加入還原劑硫或二氧化硫或亞硫酸，得到硒和副產(chǎn)品輸出，硒作為原料循環(huán)使用。本發(fā)明方法的反應(yīng)過程所需最高溫度為400?500℃，避免了因反應(yīng)溫度過高無法進(jìn)行大規(guī)律制氫生產(chǎn)的問題。本發(fā)明方法中的反應(yīng)劑碘和硒，可以循環(huán)利用，因此大大降低了制氫的生產(chǎn)成本。本方法可以很好的與最新清潔能源高溫氣冷堆耦合，高溫氣冷堆的熱能、電能和機(jī)械能均能被碘硒熱化學(xué)循環(huán)制氫過程所利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高溫氣冷堆耦合碘硒熱化學(xué)循環(huán)硫還原制氫方法，屬于氫能技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氫能是一種理想的清潔二次能源，其分布廣泛，燃燒不產(chǎn)生污染，并且相對于電力，氫更便于存儲運(yùn)輸，并可以直接作為燃料，以氫能為核心的能源體系日益受到重視。熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫是最有前景的方法之一。目前常見的熱化學(xué)循環(huán)制氫的方法是硫碘循環(huán)制氫，如中國專利申請(申請公布號為CN104817057)公開了一種熱化學(xué)循環(huán)制氫的方法，該方法包括3個(gè)化學(xué)反應(yīng)，如下所示:

Bunsen反應(yīng)：

SO₂+I₂+2H₂O→2HI+H₂SO₄(T＝290-390K)

硫酸分解反應(yīng)：

H₂SO₄→H₂O+SO₂+0.5O₂(T＝970-1270K)

氫碘酸分解反應(yīng)：

2HI→H₂+I₂(T＝570-770K)

理論上，水通過熱解離可以制氫，但是反應(yīng)需要4000℃以上的高溫，硫碘循環(huán)制氫法的是將水的分解反應(yīng)分成幾步，這樣既可以降低反應(yīng)溫度，又可以避免氫-氧分離問題,并且循環(huán)中所用的二氧化硫和碘都可以循環(huán)使用。硫碘循環(huán)制氫法的缺點(diǎn)是，硫酸的分解反應(yīng)仍然需要較高的溫度，并且還處于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，耗能耗熱很高。若大規(guī)模制氫，則需要能提供高溫的穩(wěn)定熱源，而此種符合條件能夠提供970K溫度以上的高溫穩(wěn)定大型工程用熱源還不存在。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種高溫氣冷堆耦合碘硒熱化學(xué)循環(huán)硫還原制氫方法，對已有的熱化學(xué)硫碘循環(huán)制氫工藝進(jìn)行改進(jìn)，以利用能夠提供高溫的穩(wěn)定熱源-高溫氣冷堆進(jìn)行耦合，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制氫。

本發(fā)明提出的高溫氣冷堆耦合碘硒熱化學(xué)循環(huán)硫還原制氫方法，包括以下步驟：

(1)以水為原料，加入硒和碘，在常壓下反應(yīng)，水、硒和碘的摩爾比為：水:硒:碘＝1:(0.3-2):(0.5-4)，反應(yīng)溫度為15℃-80℃，反應(yīng)時(shí)間為30-120min，反應(yīng)得到亞硒酸溶液和氫碘酸，反應(yīng)方程式如下：

3H₂O+Se+2I₂→H₂SeO₃+4HI

利用液液分離方法，將亞硒酸溶液和氫碘酸進(jìn)行液液分離，得到亞硒酸溶液和氫碘酸；

(2)對步驟(1)得到的氫碘酸進(jìn)行精餾，精餾塔進(jìn)料溫度為泡點(diǎn)溫度，塔內(nèi)壓力為1.1-1.5MPa，反應(yīng)時(shí)間為10-50min；

(3)對步驟(2)得到的氫碘酸進(jìn)行分解，分解塔內(nèi)壓力為1.1-1.5MPa，反應(yīng)溫度為400℃-700℃，反應(yīng)時(shí)間為30-120min，產(chǎn)物為H₂和I₂，氫氣作為產(chǎn)品輸出，碘回到步驟(1)中循環(huán)使用，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：