[發(fā)明專利]一種碘硫循環(huán)中碘化氫制備氫氣的工藝與裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110564561.4
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113233415B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉宏;呂文東;董宏光;候國新
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04;C01B7/13
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發(fā)明屬于熱化學循環(huán)制備氫氣相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種碘硫循環(huán)中碘化氫制備氫氣的工藝與裝置，該裝置包括HIX汽提段、反應精餾段、反應氣水洗段與汽提氣洗滌工藝以及裝置。本發(fā)明的新型管殼式熱集成復合塔殼程和管程分別裝填1#、2#填料，復合段N個塔節(jié)同軸密封連接，將HIX汽提段、反應精餾段以及水洗段耦合在一起，實現(xiàn)了能量梯級利用；本發(fā)明將含Osubgt;2/subgt;和SOsubgt;2/subgt;的系統(tǒng)混合氣作為復合塔汽提段循環(huán)汽提氣，抑制了HIX物系夾雜的S、Hsubgt;2/subgt;S以及少量的Hsubgt;2/subgt;SOsubgt;4/subgt;的生成，提高了HIX中SOsubgt;2/subgt;的回收率；本發(fā)明將熱集成復合塔反應段塔底料液、水洗段以及汽提氣洗滌塔酸性水返回本森反應器前混合罐，提高了系統(tǒng)的質(zhì)量利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碘硫循環(huán)中碘化氫制備氫氣的工藝與裝置，屬于熱化學循環(huán)制備氫氣相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當今世界主要能量的供應來自化石燃料，然而化石燃料不可再生且對環(huán)境造成了污染，不符合碳中和的要求。有一些解決方案可以減少化石能源對環(huán)境的影響，如碳捕獲、儲存以及熱脫碳等。然而，碳捕獲雖然可以節(jié)省環(huán)境成本，但它不能成為能源可持續(xù)發(fā)展的長期解決方案。而氫能由于能量密度較高，清潔無毒，形成的化合物形式較多且儲量大，因此，氫能被認為是未來的替代能源載體。然而傳統(tǒng)的制氫方法存在很多缺點：化石燃料干氣制氫過程CO₂排放多，制備的氫氣里含硫，高純度的氫氣需要脫硫提純；電解制氫過程效率低，成本較高；生物質(zhì)分解制氫獲得的氫氣有限，無法大規(guī)模工業(yè)應用等。因此，開發(fā)大規(guī)模制備純氫、清潔無污染的綠氫技術(shù)成為研究的熱點。

目前，文獻中報道的制氫技術(shù)主要有電催化分解水、太陽能光解水、生物質(zhì)制氫、直接熱分解水和熱化學循環(huán)制氫等，而通過熱化學循環(huán)制氫被認為是最有可能工業(yè)化和大規(guī)模應用的工藝。

在眾多的熱化學循環(huán)途徑中，經(jīng)美國GA公司、日本原子能機構(gòu)、韓國能源研究所以及法國等研究機構(gòu)研究報道，碘硫(IS)熱化學循環(huán)是清潔H₂生產(chǎn)的主要候選者。碘硫(IS)熱化學循環(huán)主要包含3個反應過程：

Bunsen反應:SO₂+I₂+2H₂O＝2HI+H₂SO₄??????????⑴

SA硫酸分解:H₂SO₄＝H₂O+SO₂+1/2O₂????????????⑵

HIX碘化氫分解:2HI＝I₂+H₂??????????????????⑶

凈反應:2H₂O＝O₂+2H₂???????????????????????⑷

其中，Bunsen為放熱反應，反應溫度為120℃，硫酸分解反應為吸熱反應，反應溫度為800～900℃，碘化氫分解為吸熱反應，反應溫度為300～500℃，整個熱化學循環(huán)耦合系統(tǒng)凈反應產(chǎn)物只有H₂和O₂。碘硫熱循環(huán)制氫過程將直接熱分解水的溫度從2500℃降到800～900℃，過程中無CO₂排放，該清潔制氫工藝有望大規(guī)模生產(chǎn)。而在Bunsen反應后生成氫碘酸單元，氫碘酸在純化過程中，由于摻雜少量的H₂SO₄，雜質(zhì)的存在在一定條件下可以引發(fā)下列副反應：

副產(chǎn)物S生成:H₂SO₄+6HI＝S+3I₂+4H₂O??????????⑸