[发明专利]热化学循环矿化CO2

摘要

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的方法及装置。该装置包括Bunsen反应装置、液相分离装置、HIx浓缩装置、H2SO4浓缩装置、浓H2SO4催化分解装置、MgI2生成反应器、MgI2蒸馏装置、MgI2水解碳酸化反应器和HI催化分解反应器。本发明创新性地将CO2矿化技术与热化学硫碘开路循环分解水制氢有机结合起来，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；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；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。

主权项

1.一种热化学循环矿化CO2同时分解H2O制H2的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按物质的量之比为14～16∶1.5～9∶1，将H2O、I2和SO2送入Bunsen反应装置，匀速搅拌反应液确保其混合均匀，在20～120℃和1～2atm条件下发生自发放热反应，生成含水的HI相和H2SO4相溶液；该反应的化学反应式如下：I2+SO2+2H2O→2HI+H2SO4反应中过量的碘确保Bunsen反应生成的混合溶液发生液‑液相分离，形成上下分层的HI相和H2SO4相溶液；(2)在120～260℃、0.08～1.3atm和绝热条件下，对分离出来的H2SO4相溶液实施多级硫酸浓缩处理；(3)将浓缩后的H2SO4升温至800～900℃，催化分解生成SO2、H2O和最终产物O2，该反应的化学反应式如下：H2SO4→SO2+H2O+0.5O2SO2、H2O和O2返回到Bunsen反应装置，其中SO2和H2O重复利用，O2作为最终产物排出；(4)对步骤(1)所得HI相溶液进行电渗析处理，在电渗析池阴极侧获得经浓缩的HI溶液，阳极侧获得的I2和稀释HI溶液则返回到Bunsen反应装置重复利用；(5)浓缩的HI溶液与镁硅酸盐天然矿物发生自发放热反应，反应温度控制在20～90℃，反应生成MgI2、H2O和SiO2，与步骤(4)中浓缩HI溶液中所夹带的I2共同组成混合液；(6)步骤(5)中的混合液通过过滤洗涤得到副产物SiO2，滤液通过蒸馏得到MgI2·nH2O晶体和分离的I2，其中I2返回步骤(1)中的Bunsen反应装置重复利用；(7)将MgI2·nH2O晶体置于固定床或流化床反应器内，通入任意比例的CO2、N2和水蒸汽进行水解碳酸化反应，反应温度控制在180～350℃，最终得到HI蒸汽和产物MgCO3；该反应的化学反应式如下：MgI2+H2O+CO2→MgCO3+2HI(8)生成的HI蒸汽通入HI催化分解反应器进行热分解，反应温度控制在300～500℃，最终得到I2和产物H2，该反应的化学反应式如下：2HI→I2+H2其中I2返回步骤(1)中的Bunsen反应装置重复利用。