[发明专利]一种热化学循环制氢方法

说明书

本发明公开了一种热化学循环制氢方法：铀氧化物、碳酸盐和水在300～1100℃制氢，生成重铀酸盐和/或铀酸盐、二氧化碳和氢气；铀氧化物与碳酸盐的摩尔比1:1～1:8，铀氧化物与水的摩尔比≤1:1；将重铀酸盐和/或铀酸盐、二氧化碳与碳酸铵和/或碳酸氢铵溶液在0～150℃反应，得含有三碳酸铀酰铵的碳酸盐溶液，加入碳酸铵固体或溶液使碳酸铵浓度达到3～5mol/L，三碳酸铀酰铵以沉淀析出，固液分离即可；将三碳酸铀酰铵在100～950℃热解得到铀氧化物、氨气、二氧化碳、水和氧气，将铀氧化物循环作为原料。本发明的制氢方法工艺简单，操作温度低，原料为价格低廉、辐射性极低的铀，以及其他无毒、可循环使用的试剂。

技术领域

本发明涉及制氢领域，具体涉及一种热化学循环制氢方法。

背景技术

氢是一种无污染和可再生的能源载体，且具有可储可输的特点，已引起广泛重视。目前研究用氢作为能源载体是国际上的研究热点。普遍认为用可再生能源制备的氢气是一种环境友好的能源载体，将在未来的可持续能源体系中扮演重要角色。热化学循环制氢是潜在的、经济的、可持续的、不产生温室气体、并可以大规模制备的一种非化石原料的制氢方法。

在热化学循环过程中，利用低成本的高温热源，直接分解水生产氢气和氧气，在整个过程中只消耗水，其他化学物质均可循环使用，这样可以达到热分解制氢的目的。该方面研究始于20世纪60年代末，美国、德国、日本、意大利等国都投入大量人力物力进行了研究，提出了100多个热化学循环流程，但仅有几个循环是潜在可行的，是优先的候选流程。

热化学循环制氢，是有效的、无污染的、涉及的化学反应较少、且成本较低。其中研究较多的主要有上世纪70年代美国通用原子能公司提出的碘硫(IS)循环和日本东京大学发明的绝热UT-3循环，是优先的候选流程。UT-3循环的循环过程包括以下4个化学反应步骤：

①CaBr₂与水分解生成HBr：CaBr₂+H₂O→CaO+2HBr

②O₂生成：CaO+Br₂→CaBr₂+1/2O₂

③Br₂产生：Fe₃O₄+8HBr→3FeBr₂+4H₂O+Br₂

④FeBr₂与水反应生成H₂：3FeBr₂+4H₂O→Fe₃O₄+6HBr+H₂

但这两种方法具有以下几个缺点：(1)最大操作温度约850℃或需要一定的操作压力(10atm)；(2)由于反应过程中有腐蚀性物质，因此整套装置对材料的选择要求严格；(3)循环在较高温度和压力下进行，其中的挥发性、有毒物质对公共安全造成威胁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中热化学循环制氢方法存在对操作温度、操作压力、设备材料的耐腐蚀性等方面的要求高，以及易产生挥发性、有毒物质的缺点，而提供了一种热化学循环制氢方法，本发明提供的热化学循环制氢方法更高效、更安全、低温、低压且无毒、反应步骤少。

本发明提供了一种热化学循环制氢方法，其包括下述步骤：

(1)制氢反应：以铀氧化物、碳酸盐和水为原料，进行制氢反应，生成重铀酸盐和/或铀酸盐、二氧化碳和氢气；所述制氢反应的温度为300～1100℃；步骤(1)中，铀氧化物与碳酸盐的摩尔比为1:1～1:8，铀氧化物与水的摩尔比≤1:1；