[发明专利]一种高温气冷堆耦合碘硒热化学循环碳还原制氢方法有效

专利信息
申请号: 201910768041.8 申请日: 2019-08-20
公开(公告)号: CN110436410B 公开(公告)日: 2020-12-11
发明(设计)人: 孟东旺;齐乃烨;王春铭 申请(专利权)人: 中核能源科技有限公司
主分类号: C01B3/04 分类号: C01B3/04
代理公司: 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201 代理人: 罗文群
地址: 100193 北京市海淀*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 高温 气冷 耦合 热化学 循环 还原 方法
【说明书】:

本发明涉及一种高温气冷堆耦合碘硒热化学循环碳还原制氢方法,属于氢能技术领域。首先以水为原料,加入硒和碘,在常压下反应,得到亚硒酸溶液和氢碘酸,对氢碘酸进行精馏浓缩,对精馏浓缩后的氢碘酸进行分解,分解得到的氢气作为产品输出,碘循环使用,在得到的亚硒酸溶液中加入还原剂甲酸或一氧化碳或碳,得到硒、COx和水蒸气,硒作为原料循环使用。本发明方法的反应过程所需最高温度为400‑500℃,避免了因反应温度过高无法进行大规律制氢生产的问题。本方法中的反应剂碘和硒,可以循环利用,因此大大降低了制氢的生产成本。本方法可以很好的与最新清洁能源高温气冷堆耦合,高温气冷堆的热能、电能和机械能均能被碘硒热化学循环制氢过程所利用。

技术领域

本发明涉及一种高温气冷堆耦合碘硒热化学循环碳还原制氢方法,属于氢能技术领域。

背景技术

氢能是一种理想的清洁二次能源,其分布广泛,燃烧不产生污染,并且相对于电力,氢更便于存储运输,并可以直接作为燃料,以氢能为核心的能源体系日益受到重视。热化学循环分解水制氢是最有前景的方法之一。目前常见的热化学循环制氢的方法是硫碘循环制氢,如中国专利申请(申请公布号为CN104817057)公开了一种热化学循环制氢的方法,该方法包括3个化学反应,如下所示:

Bunsen反应:

SO2+I2+2H2O→2HI+H2SO4(T=290-390K)

硫酸分解反应:

H2SO4→H2O+SO2+0.5O2(T=970-1270K)

氢碘酸分解反应:

2HI→H2+I2(T=570-770K)

理论上,水通过热解离可以制氢,但是反应需要4000℃以上的高温,硫碘循环制氢法的是将水的分解反应分成几步,这样既可以降低反应温度,又可以避免氢-氧分离问题,并且循环中所用的二氧化硫和碘都可以循环使用。硫碘循环制氢法的缺点是,硫酸的分解反应仍然需要较高的温度,并且还处于实验室规模,耗能耗热很高。若大规模制氢,则需要能提供高温的稳定热源,而此种符合条件能够提供970K温度以上的高温稳定大型工程用热源还不存在。

发明内容

本发明的目的是提出一种高温气冷堆耦合碘硒热化学循环碳还原制氢方法,对已有的热化学硫碘循环制氢工艺进行改进,以利用能够提供高温的稳定热源-高温气冷堆进行耦合,实现大规模制氢。

本发明提出的高温气冷堆耦合碘硒热化学循环碳还原制氢方法,包括以下步骤:

(1)以水为原料,加入硒和碘,在常压下反应,水、硒和碘的摩尔比为:水:硒:碘=1:(0.3-2):(0.5-4),反应温度为15℃-80℃,反应时间为30-120min,反应得到亚硒酸溶液和氢碘酸,反应方程式如下:

3H2O+Se+2I2→H2SeO3+4HI

利用液液分离方法,将亚硒酸溶液和氢碘酸进行液液分离,得到亚硒酸溶液和氢碘酸;

(2)对步骤(1)得到的氢碘酸进行精馏,精馏塔进料温度为泡点温度,塔内压力为1.1-1.5MPa,反应时间为10-50min;

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