[发明专利]低能耗、CO2

说明书

本发明提出了一种低能耗、CO₂零排放的碘硫半开式循环制氢系统、方法及其应用。所述系统包括：H₂S制备装置、SO₂制备装置、本生反应装置和HI分解装置。本发明的低能耗、CO₂零排放的碘硫半开式循环制氢系统，将硫酸的热分解制备二氧化硫过程，转换为硫酸与硫化氢通过化学反应制备二氧化硫过程，省去了硫酸热分解需要的高温热源。通过碘硫半开式循环制氢，温和了反应条件，拓宽了应用于工业实践的场景，降低了能源消耗，提高了系统能效，是一种低能耗、CO₂零排放并能大规模工业应用的制氢系统。

本申请为申请号为202110712020.1、申请日为2021年06月25日、发明名称为“低能耗、CO2零排放的碘硫半开式循环制氢系统、方法及应用”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种低能耗、CO₂零排放的碘硫半开式循环制氢系统、方法及应用。

背景技术

实现碳达峰、碳中和是一场硬仗，在“双碳”目标下，传统的煤化工、石油炼化、交通、水泥建材、煤电，都面临着低碳、甚至零碳转型发展的压力。在此背景下，氢能被认为是实现碳中和的重要路径，多个国家将氢能列为国家战略。首先，氢能作为原料，一是用于氢还原炼钢，替代炼钢过程还原剂CO，以减少焦化过程排放的CO₂；二是用于合成氨，替代煤气化制氢；三是氢气用于石油炼化、煤化工生产化工品，替代煤气化后水煤气变换制氢或天然气重整制氢，以减少变换或重整过程排放的CO₂。其次，氢能作为燃料，替代化石能源，实现CO₂减排，一是用于水泥煅烧、供热、发电；二是借助燃料电池，用于交通、发电；三是用于储能，增强电力系统灵活性，从而能促进可再生能源在能源结构中更高比例的发展。

因此，氢能可以促进传统化石能源的转型升级，由燃料向原料彻底转变。可以将化石能源中的碳，与氢相结合，形成碳一化学的基本原料CO和H₂，生产满足人类日常需要的纺织品服装、饮料瓶、包装材料、可降解塑料、甚至轮胎和安全气囊等等日常化工用品，使得化石能源中的碳资源得到充分利用，实现CO₂零排放。故高效、大规模、低能耗、低CO₂排放的制氢系统及工艺在实现碳中和路径中显得尤为重要。

热化学碘硫闭式循环制氢被认为是效率最高，能实现大规模生产的一种工艺。碘硫闭式循环制氢过程主要包括一下三个化学反应：Bunsen反应(本生反应)SO₂+I₂+2H₂O＝2HI+H₂SO₄，H₂SO₄热分解反应H₂SO₄＝H₂O+SO₂+1/2O₂，HI分解反应2HI＝I₂+H₂。其中，硫酸分解温度在850℃左右，碘化氢的分解温度在400℃左右，需要消耗大量的高温热源。由于第四代先进核能技术，高温气冷堆(出口温度700℃～950℃)和超高温气冷堆(出口温度950℃以上)是目前最理想的高温电解制氢热源，因此热化学碘硫闭式循环制氢，通常都是与核电制氢相关联。但受限于核电的装机规模，与核电关联的热化学碘硫闭式循环制氢的氢气总量难以满足碳中和目标下的氢气需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种低能耗、CO₂零排放的碘硫半开式循环制氢系统，通过碘硫半开式循环制氢，温和了反应条件，拓宽了应用于工业实践的场景，降低了能源消耗，提高了系统能效。

第一方面，本发明提出了一种低能耗、CO₂零排放的碘硫半开式循环制氢系统，包括：