简化热化学ZnSI循环分解二氧化碳和水的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及热化学循环系统领域，旨在提供简化热化学ZnSI循环分解二氧化碳和水的方法及装置。该方法主要包括步骤：取ZnI2与CO2恒温反应，得到有Zn、ZnO、ZnI2、I2、CO，然后进行气固分离，再分离出气体产物中的CO，并将固体产物、水和HI反应生成ZnI2和H2O，制得ZnI2固体；该装置包括蒸馏塔、固体给料装置、ZnI2/CO2分解反应发生器、气固分离装置、碘分离回收装置、ZnI2生成反应发生器、HI相浓缩分解系统和Bunsen反应系统。本发明将热化学ZnSI循环系统由六步式简化为五步式，使得反应步骤减少、反应装置简化、操作运行方便、无额外物质引进，降低初始投入成本。
【专利说明】简化热化学ZnSI循环分解二氧化碳和水的方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明是关于热化学循环系统领域，特别涉及简化热化学ZnSI循环分解二氧化 碳和水的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着全球温室效应的日益加剧，CO2排放问题越来越受到世界各国的重视，如何有 效降低CO 2排放已经成为世界各国重要的政治经济议题。2009年召开的哥本哈根世界气候 大会上签署的《京都协定书》规定世界各国都必须针对CO 2排放采取一定的措施，美、英、德、 日等国分别就CO2排放制度、CO 2综合利用等方面进行了研宄。
[0003] 目前来看，控制0)2排放的措施主要包括两个方面：（1)调整能源结构，使用低碳 能源，逐步减少化石能源在能源结构中所占比例，大力发展核能、氢能、风能等清洁能源； (2)研宄〇) 2的综合利用技术，包括CO 2捕集与封存技术（CCS)XOdA转化利用技术，如利用 化工手段将CO2分解为C0,以实现零碳排放。在CO 2的综合利用方面，尽管CCS可以实现规 模化处理，但是投资量大、已封存CO2可能会泄露等难题难以克服。因此，CO 2的转化利用技 术得到了更为广泛深入的研宄，其中基于金属/金属氧化物还原对的热化学循环分解二氧 化碳和水系统是近年来的主要研宄方向之一。
[0004] 基于金属/金属氧化物还原对的热化学循环系统通常包括两步反应，即：
[0005] 第一步，金属氧化物在高温下发生高温吸热反应，分解生成氧气和金属单质或者 较低价态的金属氧化物，其化学反应式可用下式表示：
[0006] M0X-M+(x/2) 0 2;
[0007] 该反应所需温度通常要高于1600°c (常见金属氧化物分解温度见表1-1)，必须采 用太阳能聚光高温热源作为驱动力。
[0008] 表1-1常见金属氧化物热分解温度表
[0009]
【权利要求】
1. 简化热化学ZnSI循环分解二氧化碳和水的方法，由下述反应组成： 反应 A :I2+S02+2H20 - 2HI+H2S04; 反应 B :HI - 0? 5H2+0. 5I2; 反应 C :H2S04- SO 2+H20+0 . 502; 反应 D :ZnI2+C02- ZnO+CO+12; 反应 E :ZnO+2HI - Znl2+H20 ; 即总反应为：H20+C02- H 2+C0+02，其特征在于，所述反应D和反应E具体包括下述步 骤： (1) 取摩尔比为1?3.5:1的21112与0)2，送入21112/0) 2分解反应发生器中，将21112/ C02分解反应发生器升至反应温度后并保持恒温进行反应，反应结束后，Znl 2/0)2分解反应 发生器中的物质有211(微量）、2110、21112、12、〇);所述反应温度在600?10001：之间，压力 为 latm ; 该步骤发生的化学反应如下：ZnI2- Zn+12、C02+Zn - ZnO+CO ; 即该步骤发生的总包反应如下：Znl2+C02- ZnO+I 2+C0 ; (2) 步骤（l)ZnI2/C02分解反应发生器中的物质进入气固分离装置，latm下保持气固 分离装置恒温，且温度在12的沸点以上，进行气固分离，得到气体产物I 2、C0和固体产物 Zn (微量）、ZnO、ZnI2; (3) 气固分离装置分离出的气体产物通入碘分离回收装置中进行骤冷处理，latm下降 温至室温，使气体产物中的12凝结为固态12从气体产物中分离出来，再将固态12送入反应 A发生的Bunsen反应系统中重复利用，气体产物中剩余的C0即为最终产品； (4) 将气固分离装置分离出的固体产物，以及水和HI相浓缩分解系统提供的HI，送入 冗1112生成反应发生器，在latm、20?90°C的条件下，发生自发放热反应生成Znl 2和H20，即 得到Znl2溶液并送入蒸馏塔内进行蒸发结晶处理，制得Znl 2固体，再将Znl 2固体降温后即 可送入步骤（1)中循环利用； 该步骤发生的化学反应如下：ZnO+HI - Znl2+H20 ;Zn+2HI - Znl2+H2 (微量）。
2. 根据权利要求1所述的简化热化学ZnSI循环分解二氧化碳和水的方法，其特征在 于，所述步骤（1)中，21112采用固体给料装置投入Znl2/C02分解反应发生器中，C0 2采用质 量流量计送入Znl2/C02分解反应发生器中。
3. 根据权利要求1所述的简化热化学ZnSI循环分解二氧化碳和水的方法，其特征在 于，所述步骤（2)中，气固分离器的温度为200°C恒温，压力为latm。
4. 根据权利要求1所述的简化热化学ZnSI循环分解二氧化碳和水的方法，其特征在 于，所述步骤（3)中，在latm条件下对气体产物采用水冷实现骤冷处理，骤冷温度为0? 30。。。
5. 根据权利要求1所述的简化热化学ZnSI循环分解二氧化碳和水的方法，其特征在 于，所述步骤（4)中，21112溶液在蒸馏塔内进行蒸发结晶处理的温度为120°C，压力为latm。
6. 用于实现权利要求1所述方法的装置，包括蒸馏塔，其特征在于，还包括固体给料装 置、Znl2/C02*解反应发生器、气固分离装置、碘分离回收装置、Znl 2生成反应发生器、HI相 浓缩分解系统和Bunsen反应系统，固体给料装置、Znl2/C02*解反应发生器、气固分离装 置、碘分离回收装置依次连接，Znl2生成反应发生器分别与气固分离装置、HI相浓缩分解系 统、蒸馏塔连接，碘分离回收装置与Bunsen反应系统连接； 所述Znl2/C02分解反应发生器采用固定床反应器或流化床反应器； 所述固体给料装置包括双螺杆给料机和控制单元，用于实现连续匀速给料； 所述HI相浓缩分解系统用于提纯并浓缩反应A中得到的HI相，并将制得的HI提供给 反应E。
【文档编号】B01D53/81GK104477911SQ201410692876
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】张彦威, 邱坤赞, 王智化, 周俊虎, 岑可法, 刘建忠, 杨卫娟, 周志军, 黄镇宇, 程军 申请人:浙江大学