[发明专利]热化学循环矿化CO2同时分解H2O制H2联产H2SO4的方法及装置

说明书

本发明涉及CO₂减排和热化学制氢领域，旨在提供一种热化学循环矿化CO₂同时分解H₂O制H₂联产H₂SO₄的方法及装置。该方法是将CO₂矿化技术与热化学硫碘开路循环分解水制氢技术进行有机结合，在较为温和的反应条件下矿化固定CO₂，同时联产具有高附加值的H₂和H₂SO₄。本发明通过制氢循环与矿化技术的有机结合，巧妙避免了传统制氢循环中HI‑I₂精馏分离过程，循环具有更高的理论热效率；本发明所述装置的各部分都属于化工流程，反应温度适当，易于实现规模化工业应用。

技术领域

本发明属于CO₂减排和热化学制氢领域，具体涉及热化学循环矿化CO₂同时分解H₂O制H₂联产H₂SO₄的方法及工艺流程。

背景技术

自工业革命以来，人为温室气体排放已经使大气中的CO₂浓度急剧上升，而CO₂为主的温室气体的大规模排放是引起全球气候变暖的主要原因。全球气候变暖对人类及整个地球环境系统产生危害，CO₂减排工作意义重大。

目前，CO₂的捕集与封存(CCS)技术是主要的末端减排策略，得到了广泛的研究。但是，现有的CCS技术，因其高昂的成本和能量消耗，使其商业化应用任然面临经济型问题。并且，CO₂地质封存还可能存在一系列风险，如气体泄漏、地下水污染，甚至诱发地质灾害等。CO₂矿化利用技术在减排CO₂的同时往往能产生具有一定附加值的产品，并且具有稳定的固碳效果、相对较低的成本和能量投入，有望发展成为未来规模化运用的CO₂控制利用技术。CO₂矿化利用技术中的原料是提供矿化反应所需碱土金属阳离子的来源，原料的丰富程度从根本上决定了矿化能力的上限。自然界中以镁硅酸盐矿石为主的碱土金属矿物，如蛇纹石、橄榄石等，具有相当于能够矿化36,000Gt CO₂的能力。一项未来能够大规模实施的。CO₂矿化必须以碱土金属矿物即钙镁硅酸盐为原料。另一方面，CO₂矿化技术主要产物为钙镁碳酸盐，其经济性和附加值较低，这也是制约其商业化应用的重要因素。如果一项CO₂矿化技术具有高附加值和经济性的副产物，或能与其他更具经济性的能源技术有机结合，将更具活力。

热化学硫碘循环作为较为理想的制氢循环，自美国GA公司提出后，世界上对其开展了大量研究。其中Bunsen反应是放热的SO₂气体吸收反应，反应在20～100℃范围内在液相中自发地进行，生成多水的HI和H₂SO₄。在CO₂矿化技术中，往往需要对天然矿石进行酸浸处理，以提取其中的碱土金属阳离子。因此，可以将硫碘循环Bunsen 反应中产生的HI用于矿化技术的矿石处理，将制氢循环与CO₂矿化有机结合起来。另外，由于我国硫铁矿资源丰富，可提供可靠、廉价的SO₂来源，且硫酸作为“化工之母”，在我国具有良好的市场和经济价值，可以采取开路循环的形式将Bunsen反应的另一产物H₂SO₄作为产品，进一步提高整个技术的经济性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种热化学循环矿化CO₂同时分解H₂O制H₂联产H₂SO₄的方法及装置。