基于反应物质循环的热化学分解CO₂和H₂O的方法及装置

摘要

本发明涉及CO2减排技术，旨在提供一种基于反应物质循环的热化学分解CO2和H2O的方法及装置。该方法是将H2O、I2和SO2送入Bunsen反应装置发生自发放热反应，通入CO2气体至固定床或流化床反应器与金属Zn或Ni发生放热反应；各反应过程中的产物通过各反应装置循环利用，最终的产物则为H2、CO和O2。本发明的最高热源温度较低(＜900℃)，可以采用太阳能、核能等其它多种形式的热源；在一定程度上减轻了Zn与CO2反应不完全带来的负面影响；反应温度适当，易于实现规模化工业应用。

主权项

一种基于反应物质循环的热化学分解CO2和H2O的方法，其总的化学反应式为H2O+CO2→H2+CO+O2，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)将H2O、I2和SO2按物质的量比例14～16∶1.5～9∶1送入Bunsen反应装置，匀速搅拌反应液确保其混合均匀，在20～120℃和1～2atm条件下发生自发放热反应，产生多水的HI相和H2SO4相溶液，该反应的化学反应式如下：I2+SO2+2H2O→2HI+H2SO4反应中过量的碘确保了Bunsen反应生成的混合溶液发生液‑液相分离，形成上下分层的HI相和H2SO4相溶液；(2)在120～260℃、0.08～1.3atm和绝热条件下，对H2SO4相溶液实施多级硫酸浓缩处理；(3)将浓缩后的H2SO4升温至800～900℃，催化分解生成SO2、H2O和最终产物O2，该反应的化学反应式如下：H2SO4→SO2+H2O+0.5O2SO2、H2O和最终产物O2返回到Bunsen反应装置重复利用；(4)在350～900℃下，通入CO2气体至固定床或流化床反应器与金属M发生放热反应生成氧化物MO和最终产物CO，控制反应条件使反应后氧化物MO与金属M在固体混合物中的物质的量比例为1∶1，该反应的化学反应式如下：2M+CO2→MO+M+CO所述的M为金属元素Zn或Ni；(5)对于步骤(1)所得HI相溶液进行电渗析处理，在电渗析池阴极侧获得浓缩的HI溶液，阳极侧获得的稀释HI溶液返回到Bunsen反应装置重复利用；浓缩后的HI溶液在浓缩精馏装置中进行精馏，获得纯净的HI蒸汽；将所得HI蒸汽与步骤(4)中的氧化物MO和金属M的混合物在20～90℃的水溶液中发生自发放热反应，得到MI2、H2O和最终产物H2，该反应的化学反应式如下：4HI+M+MO→H2+H2O+2MI2(6)通过蒸馏得到MI2固体后置于固定床或流化床反应器内，通入载气Ar或N2，于600～900℃条件下进行热分解，最终得到单质M和I2；该反应的化学反应式如下：MI2→M+I2冷却后的单质M返回到步骤(4)中作为CO2分解反应的还原剂重复利用；I2作为反应物返回到步骤(1)中的Bunsen反应装置循环利用。