[发明专利]一种热化学锌硫碘循环耦合甲烷制氢全流程方法与装置

说明书

本发明公开了一种热化学锌硫碘循环耦合甲烷制氢全流程方法与装置，属于锌硫碘循环耦合甲烷制氢的技术。本发明将甲烷燃烧所产生的高温气体依次为硫碘循环的H₂SO₄分解和HI分解提供热量，高温气体最后通过换热器外供饱和蒸汽，ZnI₂‑CO₂反应塔内的高温固体混合物和H₂SO₄分解产生的高温气体的热量也通过换热器外供饱和蒸汽，实现了工艺和系统的能量梯级利用。本发明充分利用了甲烷纯氧燃烧的热量而无需外界提供热量即可实现甲烷制氢的同时无CO₂排放的目的，并且不存在H₂和CO分离问题。本发明引入了固体ZnO，通过合成ZnI₂，ZnI₂再与CO₂反应生成ZnO和CO的反应，实现了ZnO内部循环。本发明相对于传统硫碘循环制备氢气总余热回收率可提高至65%以上。

技术领域

本发明涉及锌硫碘循环耦合甲烷制氢的技术，属于热循环制备氢气相关技术领域，具体涉及一种热化学锌硫碘循环耦合甲烷制氢全流程方法和装置。

背景技术

随着全球经济的快速增长，化石燃料的大量利用，全球变暖已是当前人类不得不面对的重要环境问题，低碳发展成为各国共识。为了应对全球变暖的气候问题，各国都提出了二氧化碳减排的目标。要从根本上解决这个问题，开发利用新能源与可再生能源是一条符合发展趋势的可行之路。氢能是最清洁的能源之一，不仅氢本身无毒无害，而且在利用过程中的产物只有水，没有二氧化碳等污染物的排放。氢能的能量密度大，转化效率高。除了作为能源使用外，氢气还是重要的化工原料。每年全球有一半以上的氢气用于合成氨、石油裂化等重要化工过程。氢是二次能源，需要通过一次能源制备。传统硫碘（SI）循环是由美国原子能（General Atomics）公司在1970年代首先提出的，主要由三步反应组成 ：

SO₂ + 2H₂O +I₂ = H₂SO₄ + 2HI （85℃）

2H₂SO₄ = 2SO₂ +2H₂O + O₂ （850℃）

2HI = H₂ + I₂ (450℃)。

锌硫碘循环系统增加了ZnI₂合成与ZnI₂-CO₂反应步骤，化学反应如下：

ZnO + 2HI = H₂O + ZnI₂

ZnI₂ + CO₂ = ZnO + I₂ + CO （800℃）。

锌硫碘循环系统总反应如下：

H₂O + CO₂ = CO + H₂ +O₂。