一种高压分解碘化氢制取压缩氢气的工艺及装置制造方法及图纸

本申请属于硫碘循环制氢技术领域，特别涉及一种高压分解碘化氢制取压缩氢气的工艺及装置，包括下层的氢碘酸相升温促使硫酸和氢碘酸发生Bunsen逆反应以去除其中的硫酸杂质，纯化后的氢碘酸相后加压至49

【技术实现步骤摘要】
一种高压分解碘化氢制取压缩氢气的工艺及装置


[0001]本申请属于硫碘循环制氢
，特别涉及一种高压分解碘化氢制取压缩氢气的工艺及装置。

技术介绍

[0002]热化学硫碘循环制氢被认为是世界上最有可能实现商业化大规模制取绿氢的工艺技术之一。然而，经过数十年的研究，硫碘循环制氢技术仍存在诸多技术难题，其中碘化氢分解效率低下是最难解决的技术问题之一。
[0003]碘化氢分解为碘单质和氢气的反应Gibbs自由能变化量为10.818 kcal/mol，表明碘化氢分解反应很难自发进行。反应温度高于400℃时，碘化氢在无催化剂条件下的分解效率不高于1%，催化剂作用下的碘化氢分解效率通常也不超过30%。
[0004]例如中国专利公开号：CN101327429B，名称：一种碘化氢催化分解用催化剂及其制备方法，该专利技术专利公开的催化剂将碳纳米管或碳分子筛载体通过浸渍的方法浸渍上含有铂和第二种金属元素（钯、铱、钌、铑、钼、钴或镍）的化合物的混合溶液，烘干后即得到目标催化剂，该催化剂无需焙烧和还原，可直接用于碘化氢催化分解反应，该催化剂最高也只能实现22.5%（500℃）的碘化氢转化率。再例如中国专利公开号：CN105836702B，名称：一种碘化氢催化分解制氢方法，该专利技术专利公开的采用钼基碳化物或钼基氮化物作为碘化氢分解催化剂，反应温度350
‑
850℃，常压
‑
40atm，该催化剂最高则实现了28%的碘化氢转化率。
[0005]还有报道将催化分解和其他技术联合使用，例如中国专利公开号：CN104176703B，名称：一种膜催化反应器、催化耦合分离膜管及其制作方法。该专利技术公开的膜催化反应器包括储存碘化氢的原料储罐；与所述原料储罐的出口连接的反应管；套设于所述反应管内的至少一根催化耦合分离膜管，每根所述催化耦合分离膜管包括负载活性金属的二氧化硅膜或负载活性金属的碳膜；对所述反应管进行加热的加热器；以及与所述反应管的出口连接的第一冷凝净化器，通过膜原位分离氢气，促进催化反应向产氢方向进行，最终实现了最高78%的碘化氢分解效率。但是膜的原位分离方法受到膜渗透率（5
×
10
‑7mol s
‑1m
‑2Pa
‑1）的限制，而且无机膜的建造成本和维护成本非常高，并不适用于规模化工业制氢。
[0006]此外在Bunsen反应中必须加入过量水，过量水的加入促使了Bunsen反应的正向进行，也为Bunsen反应提供必要的反应空间。但是，氢碘酸浓度达到57%时，碘化氢和水在127℃下发生共沸，因而无法进一步浓缩氢碘酸。较低的氢碘酸分解效率意味着大量的碘化氢不得不与水进行反复的汽化、再分解和冷凝，这导致了巨大的能量损失，显著提高了制氢过程的操作成本。较低的氢碘酸分解效率使得绝大多数氢碘酸未发生分解就离开了分解塔，因此特定氢气产量下的反应器尺寸必须放大，导致设备成本明显增加。

技术实现思路

[0007]为了解决碘化氢分解效率低、分解成本高导致的硫碘循环系统热效率下降和制氢量下降的问题，本申请提出了一种高压或超高压条件下原位分离氢气进而提高碘化氢分解
效率的工艺方法及装置，解决了碘化氢分解效率低的问题，提高了系统能量效率，产生高压/超高压氢气，可直接用于运输或使用，规避了氢气加压升温引起的爆炸风险。
[0008]一方面，本申请提出了一种高压分解碘化氢制取压缩氢气的工艺，包括如下步骤，S1，Bunsen反应，反应压力为0.1
‑
1MPa，反应温度为20
‑
130℃；S2，静置分层，Bunsen反应产物的混合液排出后，静置分为上层的硫酸相和下层的氢碘酸相；S3，氢碘酸高温高压下催化分解，下层的氢碘酸相升温促使硫酸和氢碘酸发生Bunsen逆反应以去除其中的硫酸杂质，纯化后的氢碘酸相后加压至49
‑
80MPa，后分两次进行升温，第一次升温至350
‑
450℃，第二次升温至400
‑
550℃，氢碘酸液体在高温高压下催化分解，分解产生的气体上浮，气体离开氢碘酸液体后经冷却分离去除其中的水、碘化氢和碘，得到高压氢气，氢碘酸分解反应逸出气体后的剩余物作为第一次升温的热源，换热降温后的剩余物继续降温减压，后回送至S1作为Bunsen反应的原料；S4，硫酸纯化，上层硫酸相降至常压后，将S6中硫酸分解生成的气体送至其中曝气，气体中水分被硫酸相吸收，部分SO2与硫酸相的少量氢碘酸反应产生碘单质、硫单质和硫酸；S5，硫酸的蒸发浓缩，热源为S6中硫酸分解生成的气体，蒸发出的水和碘回送至S1作为Bunsen反应的反应物；S6，硫酸分解，浓缩硫酸换热升温后分解为SO2、O2和H2O，其中的硫单质在高温下与氧气反应产生SO2，混合的气体依次经S5换热、S4曝气后回送至S1作为Bunsen反应的反应物。
[0009]特别的，所述S3中第一次升温的热源温度为380
‑
530℃，其将加压后的氢碘酸温度从20
‑
120℃加热至350
‑
450℃；第二次升温的热源为高温氦气。
[0010]特别的，所述S5中硫酸蒸发浓缩的热源为S6中硫酸分解生成的气体，其将硫酸的质量分数提高到95%
‑
98%，温度升高到350
‑
400℃。
[0011]特别的，所述S6中硫酸分解的温度为800
‑
900℃，其热源为核反应堆的高温氦气，分解生成的气体经S5换热、S4曝气后加压至0.1
‑
1MPa后回送至S1作为Bunsen反应的反应物。
[0012]另一方面，本申请还提出了一种高压分解碘化氢制取压缩氢气的装置，按照如上所述的工艺运行，包括依次连接的Bunsen反应塔1和分层塔2，分层塔2后分两路；一路包括依次连接的氢碘酸相储罐3、氢碘酸纯化器4、第一增压泵51、氢碘酸加热器5、反应釜6，氢碘酸于反应釜6中分解逸出气体后的剩余物通入氢碘酸加热器5换热，换热降温后的剩余物继续降温减压并回送至S1作为Bunsen反应的原料；另一路包括依次连接的硫酸相储罐8、硫酸纯化器9、硫酸浓缩塔10和硫酸分解塔11，硫酸分解塔11排出的气体通过管路通入硫酸浓缩塔10换热，换热后的气体再送入硫酸纯化器9曝气，最后回送Bunsen反应塔1。
[0013]特别的，所述氢碘酸加热器5包括由温区隔板57分隔的高温区54和低温区53，低温区53以反应釜6的分解剩余物为热源，高温区54以高温氦气为热源，经第一增压泵51加压后的氢碘酸依次送入低温区53、高温区54换热升温后，再送入反应釜6催化分解。
[0014]特别的，所述Bunsen反应塔1包括用于补水的补充水入口13；硫酸纯化器9中曝气后的气体经第二增压泵91增压，后送入Bunsen反应塔1；硫酸浓缩塔10中蒸发出的碘单质和水蒸气通过回水泵101共同送回Bunsen反应塔1；氢碘酸分解反应逸出气体后的剩余物送入反应产物储罐7，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压分解碘化氢制取压缩氢气的工艺，其特征在于：包括如下步骤，S1，Bunsen反应，反应压力为0.1
‑
1MPa，反应温度为20
‑
130℃；S2，静置分层，Bunsen反应产物的混合液排出后，静置分为上层的硫酸相和下层的氢碘酸相；S3，氢碘酸高温高压下催化分解，下层的氢碘酸相升温促使硫酸和氢碘酸发生Bunsen逆反应以去除其中的硫酸杂质，纯化后的氢碘酸相后加压至49
‑
80MPa，后分两次进行升温，第一次升温至350
‑
450℃，第二次升温至400
‑
550℃，氢碘酸液体在高温高压下催化分解，分解产生的气体上浮，气体离开氢碘酸液体后经冷却分离去除其中的水、碘化氢和碘，得到高压氢气，氢碘酸分解反应逸出气体后的剩余物作为第一次升温的热源，换热降温后的剩余物继续降温减压，后回送至S1作为Bunsen反应的原料；S4，硫酸纯化，上层硫酸相降至常压后，将S6中硫酸分解生成的气体送至其中曝气，气体中水分被硫酸相吸收，部分SO2与硫酸相的少量氢碘酸反应产生碘单质、硫单质和硫酸；S5，硫酸的蒸发浓缩，热源为S6中硫酸分解生成的气体，蒸发出的水和碘回送至S1作为Bunsen反应的反应物；S6，硫酸分解，浓缩硫酸换热升温后分解为SO2、O2和H2O，其中的硫单质在高温下与氧气反应产生SO2，混合的气体依次经S5换热、S4曝气后回送至S1作为Bunsen反应的反应物。2.根据权利要求1所述的一种高压分解碘化氢制取压缩氢气的工艺，其特征在于：所述S3中第一次升温的热源温度为380
‑
530℃，其将加压后的氢碘酸温度从20
‑
120℃加热至350
‑
450℃；第二次升温的热源为高温氦气。3.根据权利要求1所述的一种高压分解碘化氢制取压缩氢气的工艺，其特征在于：所述S5硫酸的蒸发浓缩中将硫酸的质量分数提高至95%
‑
98%，温度升高至350
‑
400℃。4.根据权利要求1所述的一种高压分解碘化氢制取压缩氢气的工艺，其特征在于：所述S6中硫酸分解的温度为800
‑
900℃，其热源为核反应堆的高温氦气，分解生成的气体经S5换热、S4曝气后加压至0.1
‑
1MPa后回送至S1作为Bunsen反应的反应物。5.一种高压分解碘化氢制取压缩氢气的装置，按照如所述权利要求1
‑
4任一项的工艺运行，其特征在于：包括依次连接的Bunsen反应塔（1）和分层塔（2），分层塔（2）后分两路；一路包括依次连接的氢碘酸相储罐（3）、氢碘酸纯化器（4）、第一增压泵（51）、氢碘酸加热器（5）、反应釜（6），氢碘酸于反应釜（6）中分解逸出气体后的剩余物通入氢碘酸加热器（5）换热，换热降温后的剩余物继续降温减压并回送至S1作为Bunsen反应的原料；另一路包括依次连接的硫酸相储罐（8）、硫酸纯化器（9）、硫酸浓缩塔（10）和硫酸分解塔（11），硫酸分解塔（11）排出的气体通过管路...

【专利技术属性】
技术研发人员：房忠秋，叶啸，于晓莎，张相，
申请(专利权)人：浙江百能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：