[发明专利]一种高压分解碘化氢制取压缩氢气的工艺及装置

说明书

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49‑80MPa，后分两次进行升温至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离开氢碘酸液体后经冷却分离除杂得到高压氢气。本申请的球形加压反应器实现了液态氢碘酸的直接分解，提高了氢碘酸的转化率和分解速率，避免了氢碘酸的循环进料、反复气化冷凝过程以及氢碘酸的浓缩过程，获得了可直接使用或运输的高压氢气，提高了系统制氢热效率，简化了工艺过程，减小了碘化氢分解反应器的尺寸，降低了建设成本。

技术领域

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。

背景技术

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。

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%。

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，该发明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，该发明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。

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。该发明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。

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。

发明内容

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。