[发明专利]促进热化学硫碘循环制氢中Bunsen反应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及碘循环制氢技术，具体涉及一种促进热化学硫碘循环制氢中Bunsen反应的新方法。

背景技术

氢气具有来源广泛、可储存、可输送、可再生、热值高、燃烧只产生水且无CO₂、NOx和SOx排放等优点，被认为是一种理想的能源载体。氢气的高效、大规模、低成本和无污染的制备是发展氢能经济的基础。氢是二次能源，需要通过一次能源制备。制氢方法很多，按原料主要可分为化石能源制氢、生物质制氢和水制氢。在各种制氢方法中，热化学硫碘循环水分解制氢技术是最有前途的制氢途径之一，且有望与核能、太阳能等热源进行较好的匹配，为未来提供大量清洁能源，由于其独特的优越性，近年来得到了不少研究者们的关注和研究。

热化学硫碘循环（SI循环）最早由美国 General Atomic(GA)公司提出并进行了大量研究，主要由三步反应组成：

Bunsen反应（1）在20—100℃液相中自发进行，生成多水的HI和H₂SO₄溶液。两种溶液在过量I₂的存在下发生液-液相的分离。H₂SO₄溶液和少量的I₂、SO₂组成了低密度相（H₂SO₄相），HI和I₂的水溶液组成了高密度相（HIx相）。两相在各自系统内进行提纯和浓缩，通过吸热的分解反应（2）和（3）得到H₂和O₂。连续进行三步反应，唯一的原料水分解成氢气和氧气。

Bunsen 反应连接两个分解反应，其实现方式、操作条件、进行程度等对整个循环的闭合起到举足轻重的作用，许多研究者对Bunsen反应进行了研究，对其最佳操作条件进行了探索，并提出了一些新方法。日本、韩国、意大利、法国及我国的研究机构对 Bunsen 反应进行了大量研究。

Bunsen反应的研究主要包含三块内容：Bunsen反应自身、液-液相分离以及Bunsen反应的副反应。大多数研究集中在液-液平衡相分离，研究发现在H₂SO₄/HI/I₂/H₂O混合溶液中，两相分离特性随碘浓度提高和水量减少而提高。伴随反应（1）可能发生HI和H₂SO₄的副反应，生成SO₂、S和H₂S。

针对Bunsen反应自身的研究比较少， Lee等提出Bunsen反应的最佳运行条件是4–6mol 过量碘，11–13mol过量水和330–350K的温度。Hadj-kali等提出了一个热力学模型且与实验数据有很好的吻合。Parisi等研究了温度对Bunsen反应中SO₂转化率的影响，结果表明SO₂的溶解度及其转化率均随温度提高而降低，但HIx相中硫组分的污染减少。迄今为止，鲜有报道关于Bunsen反应的动力学和热力学研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服传统气液固三相Bunsen反应动力学速率较慢和HIx相HI浓度较低的缺点，提供了一种促进热化学硫碘循环制氢中Bunsen反应的方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种促进热化学硫碘循环制氢中Bunsen反应的方法，包括以下步骤：

（1）将I₂和H₂O按一定物质的量比例加入到反应器中，加热反应溶液到设定温度；

（2）在上述反应器中加入一定量的氢碘酸（HI溶液），通过匀速搅拌反应溶液，确保I₂充分溶解；

（3）SO₂以恒定的流量通入上述反应溶液，此时会自发进行Bunsen反应，生成H₂SO₄和HI；

（4）在过量碘的存在下，生成的混合溶液在一定时刻发生液-液相的分离，形成上下分层的H₂SO₄相（上层）和HIx相（下层），反应经过一段时间达到液-液平衡状态。

本发明中，所述的设定温度是30~72℃。

本发明中，所述的I₂/H₂O的物质的量比例是2.6~4.54:14。