热化学硫碘循环制氢同时矿化二氧化碳的方法与装置制造方法及图纸

本申请属于

【技术实现步骤摘要】
热化学硫碘循环制氢同时矿化二氧化碳的方法与装置


[0001]本申请属于
CO2减排和热化学制氢领域，具体涉及热化学硫碘循环制氢同时矿化二氧化碳的方法与装置
。

技术介绍

[0002]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，使其商业化应用仍然面临经济型问题
。
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
。
二氧化碳矿化利用是一种新型的二氧化碳减排技术
,
它可以将二氧化碳转化为稳定的矿物质
,
从而实现二氧化碳的长期储存和利用
。
这种技术不仅可以减少二氧化碳的排放
,
还可以为产生具有一定附加值的产品，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
36,000GtCO2的能力
。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
。
[0003]氢能是一种二次能源，又被称为零污染的高效能源，可以通过多种方法制取
。
而且在燃烧过程中，可以直接转化成电能和水，不排放任何污染物
。
水通过热解离可以制氢，但是反应需要
2500℃
以上的高温，硫碘循环制氢法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（
SI
）循环是由美国原子能（
General Atomics
）公司在
1970
年代首先提出的
。
由于具有非常多的优点，包括全流相过程易于连续运行
、
较高的能量利用效率
、
完全闭式循环
、
可与核能或者太阳能匹配等
。
硫碘循环具备大规模
、
低成本制氢的潜力
。
其中
Bunsen
反应是放热的
SO2气体吸收反应，反应在
20
～
100
°
C
范围内在液相中自发地进行，生成互溶的
HI
和
H2SO4，必须加入过量的碘和水才能将两酸分离
。
[0004]现有技术曾报道过将两种技术结合的案例，例如中国专利技术专利公开号：
CN108821315B
，名称：热化学循环矿化
CO2同时分解
H2O
制
H2的方法及装置
。
该专利技术专利提出将
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
。
该专利技术的理论热效率看似更高，但其需要投入过量的碘，不但增加了前期投入成本，而且增加了碘沉积阻塞管道的风险，同时采用电渗析方法浓缩氢碘酸，其运行和维护成本被进一步推高
。
再例如中国专利技术专利公开号：
CN108715438B
，名称：热化学循环矿化
CO2同时分解
H2O
制
H2联产
H2SO4的方法及装置
。
该专利技术专利类似的提出将
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，但是其与
CN108821315B
存在类似的缺点
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本申请提出了热化学硫碘循环制氢同时矿化二氧化碳的方法与装置，通过省去氢碘酸和硫酸的分离步骤，降低了碘和水的投入量，降低酸溶液浓缩的成本和碘沉积阻塞管道的风险，保证系统运行的连续性，同时分解产生的高温气体能量用于蒸馏浓缩，实现了能量的回收利用
。
[0006]一方面，本申请提出了热化学硫碘循环制氢同时矿化二氧化碳的方法，所述方法包括（
S1
）
I2、SO2、H2O
发生
Bunsen
反应并生成混合液，混合液与镁硅酸盐矿物发生反应生成
MgI2、MgSO4和
SiO2，其中
SiO2被过滤后作为副产品输出；（
S2
）
MgI2、MgSO4溶液后进行浓缩
、
结晶，得到
MgI2·
nH2O
晶体和
MgSO4·
nH2O
晶体；（
S3
）
MgI2·
nH2O
晶体和
MgSO4·
nH2O
晶体后与通入的
CO2和水蒸气反应生成
HI
气体
、MgCO3和
MgSO4·
nH2O
晶体，
HI
以气体形式排出，
MgCO3和
MgSO4·
nH2O
晶体用水溶解后过滤分离，过滤收集到的
MgCO3作为副产品输出；（
S4
）
MgSO4高温分解生成
MgO、SO2和
O2，高温气体作为（
S2
）溶液浓缩的热源，换热降温后返回至（
S1
）参与
Bunsen
反应；（
S5
）
HI
分解并产生
I2和氢气以及未反应的
HI
气体经喷淋洗涤，喷淋的液体来自于（
S1
）
Bunsen
反应生成的混合液，洗涤后氢气排出作为产品输出，喷淋洗涤液返回至（
S1
）循环参与
Bunsen
反应
。
[0007]特别的，所述（
S1
）
Bunsen
反应的条件为
20
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
热化学硫碘循环制氢同时矿化二氧化碳的方法，其特征在于：所述方法包括（
S1
）
I2、SO2、H2O
发生
Bunsen
反应并生成混合液，混合液与镁硅酸盐矿物发生反应生成
MgI2、MgSO4和
SiO2，其中
SiO2被过滤后作为副产品输出；（
S2
）
MgI2、MgSO4溶液后进行浓缩
、
结晶，得到
MgI2·
nH2O
晶体和
MgSO4·
nH2O
晶体；（
S3
）
MgI2·
nH2O
晶体和
MgSO4·
nH2O
晶体后与通入的
CO2和水蒸气反应生成
HI
气体
、MgCO3和
MgSO4·
nH2O
晶体，
HI
以气体形式排出，
MgCO3和
MgSO4·
nH2O
晶体用水溶解后过滤分离，过滤收集到的
MgCO3作为副产品输出；（
S4
）
MgSO4高温分解生成
MgO、SO2和
O2，高温气体作为（
S2
）溶液浓缩的热源，换热降温后返回至（
S1
）参与
Bunsen
反应；（
S5
）
HI
分解并产生
I2和氢气以及未反应的
HI
气体经喷淋洗涤，喷淋的液体来自于（
S1
）
Bunsen
反应生成的混合液，洗涤后氢气排出作为产品输出，喷淋洗涤液返回至（
S1
）循环参与
Bunsen
反应
。2.
根据权利要求1所述的热化学硫碘循环制氢同时矿化二氧化碳的方法，其特征在于：所述（
S1
）
Bunsen
反应的条件为
20
‑
120℃
，1‑
2atm
，
Bunsen
反应中的液相反应原料来自于（
S5
）喷淋洗涤的液体以及外界补充的水
。3.
根据权利要求1所述的热化学硫碘循环制氢同时矿化二氧化碳的方法，其特征在于：所述（
S1
）
Bunsen
反应生成的混合液与镁硅酸盐矿物的反应温度控制在
20
‑
90℃。4.
根据权利要求1所述的热化学硫碘循环制氢同时矿化二氧化碳的方法，其特征在于：所述（
S3
）的反应温度控制在
180
‑
250℃。5.
根据权利要求1所述的热化学硫碘循环制氢同时矿化二氧化碳的方法，其特征在于：所述（
S4
）
MgSO4在
1000
‑
1200℃
下分解，反应产生的
MgO
回送至（
S3
），
MgO
与
CO2反应生成
MgCO3，反应产生的高温气体回送至（
S2
）为浓缩
、
结晶提供能量
。6.
根据权利要求1所述的热化学硫碘循环制氢同时矿化二氧化碳的方法，其特征在于：所述（
S5
）中的
HI
气体在
450
‑
500℃
，催化剂存在的条件下，分解为
I2和
H2，
I2和未反应的
HI
被喷淋洗涤后，氢气作为产品输出
。7.
根据权利要求1所述的热化学硫碘循环制氢同时矿化二氧化碳的方法，其特征在于：所述镁硅酸盐矿物为天然矿石
...

【专利技术属性】
技术研发人员：于晓莎，房忠秋，叶啸，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：