[发明专利]二氧化碳联合碘化氢制备甲烷的方法及装置

说明书

本发明公开了二氧化碳联合碘化氢制备甲烷的方法及装置，引入二氧化碳加氢制备甲烷反应，消耗碘化氢分解反应产生的氢气，促进碘化氢的分解，同时，由于提高反应压力对碘化氢分解反应并没有促进分解制氢的效果，但反应压力对二氧化碳加氢制备甲烷反应的正向促进反应作用，氢气消耗量增加，原位消耗了碘化氢分解产生的氢气，进一步促进了碘化氢分解制氢过程，即提高压力间接提高了碘化氢的分解率60％以上。碘化氢分解反应与二氧化碳加氢制备甲烷反应结合后，直接将难于存储运输的氢气转化为甲烷，而甲烷可以利用现有的天然气管道进行运输，解决了氢能源存储、运输难的问题。

技术领域

本发明涉及环保节能技术领域，具体涉及二氧化碳联合碘化氢制备甲烷的方法及装置。

背景技术

氢能源作为一种公认的可再生清洁能源，在低碳/零碳能源的时代大背景下正脱颖而出。其中，热化学硫碘循环的制氢方法(以下简称硫碘循环)作为热化学制氢方法中最为理想的循环之一而广受关注。硫碘循环具备很多独特优势：①反应条件相对温和，可匹配太阳能、核能等热源；②制氢热效率高，可以高达60％；③无需氢氧分离装置，适用于大规模制氢。

硫碘循环系统主要包括本生Bunsen反应、硫酸H₂SO₄分解和碘化氢HI分解三个流程。上述三个流程的反应原理如下：

Bunsen反应：2H₂O+SO₂+I₂→H₂SO₄+HI

H₂SO₄分解反应：H₂SO₄→H₂O+SO₂+0.5O₂

HI分解反应：HI→0.5H₂+0.5I₂

上述三个流程中，HI催化分解是最关键的产氢步骤。由于HI分解反应为可逆反应，其分解制氢的效率即便在700～800℃也只能达到33％左右。如何提高HI分解率是一个急需解决的技术问题。另外，由于密度小、体积大、难以压缩等特点，储存制备所得的氢气时，遇到储运成本过高的问题。故合适的氢储存技术是当今发展氢能源不可或缺的。

如何提高分解碘化氢分解制氢的效率，同时降低能耗是一个关键问题。碘化氢分解制氢反应是一个制氢效率较低的可逆反应，在无催化剂的条件下，400℃时HI基本不分解；500℃时HI分解率也仅为2％。在使用催化剂的条件下，300℃时HI的分解率提高为15～18％，500℃时HI分解率仅上升到20～22％，此时温度提高，循环加热HI气体的能耗提高了，但是分解率提升不佳。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

针对上述技术问题，本发明提供了二氧化碳联合碘化氢制备甲烷的方法及装置，它引入二氧化碳加氢制备甲烷反应，消耗碘化氢分解反应产生的氢气，促进碘化氢的分解，解决了氢能源储运的问题。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：一种二氧化碳联合碘化氢制备甲烷的方法，包括如下步骤：

(1)将碘化氢气体输送至碘化氢预分解器，催化分解生成混合气体A，所述混合气体包括碘化氢、碘蒸气以及氢气；

(2)将二氧化碳和混合气体A在气体预混器中充分混合，得到混合气体B，混合气体B的温度控制在300～400℃；

(3)将混合气体B输送至甲烷合成器，反应温度为300～400℃，反应压力为5～15MPa，催化反应得到混合气体C，所述混合气体C包括包含甲烷、二氧化碳、水蒸气、碘化氢、碘蒸气以及氢气；