利用太阳能制氢和油的方法

摘要

一种利用太阳能制氢和油的方法，其工艺流程主要包括以下工序：①利用太阳能制水蒸气；②盐的制备与脱水；③碘酸钾的煅烧；④氧气的回收；⑤碘化钾溶液的水解和氢碘酸的制备；⑥氢气的制备和碘的回收；⑦氢气的精制；⑧水的净化；⑨用前述工序制取的H2，与CO2通过二氧化碳变换、费托合成工艺，合成和精制燃料油。碘化钾等溶液的水解用电场分解器实现；该装置由密封管、两组电场电极、分离板构成。本发明在利用太阳光热效应的同时也利用其化学效应，以水和CO2为原料通过化学反应生产氢气和燃料油，使太阳能变成使用方便易储存的化学能。比煤变油成本降低至少30％。为解决能源提供新途径。经济效益和社会效益巨大。

主权项

1.一种利用太阳能制氢和油的方法，包括以下工序：①利用太阳能制水蒸气：用太阳能集热器(12)制取水蒸气，送汽箱(13)储存；从汽箱(13)输出的水蒸气由蒸发器I(5)中部进气口进入，加热KI和KIO₃溶液后成冷凝水，从蒸发器I(5)下部出水口流出，由太阳能集热器(12)进水口返回；或从汽箱(13)输出的水蒸气进煅烧炉(2)加热，再进蒸发器I(5)加热；②盐的制备与脱水：生产启动阶段，在封闭的防腐蚀制盐筒(1)内加入I₂、KOH，并且由水箱(14)加入蒸馏水，用搅拌机搅拌，在常温下反应生成KI，同时生成KIO₃；反应后，KI和KIO₃溶液进入液箱(15)；其反应方程式：6KOH+3I₂＝5KI+KIO₃+3H₂O启动阶段之后，来自流程四个环节的中间产物进入制盐筒(1)，继续维持生成KI和KIO₃的反应；它们是：光解池(7)的KI₃溶液或KI₃和KIO₃溶液、分解HI的剩余液体、电场分解器(3)制取的KOH溶液、由水箱(14)补给的蒸馏水；其中，KI₃溶液是用KI溶液溶解分解HI生成的I₂所生成，KI₃和KIO₃溶液是用KI和KIO₃溶液溶解分解HI生成的I₂所生成；由液箱(15)流出的KI和KIO₃溶液送入冷凝器(4)预热后，进入蒸发器I(5)由水蒸汽加热；蒸发器I(5)底部出液口流出的悬浮液用防腐蚀离心机进行分离，分离出KI和KIO₃固体；③碘酸钾的煅烧：将分离出的KI和KIO₃固体送入耐腐蚀的煅烧炉(2)中，经100℃～250℃温度煅烧，生成KI和O₂；其反应方程式：KI出炉后送入化盐筒(10)，与由蒸发器II(6)流出、进入化盐筒(10)的液态水混合成KI溶液，进入电场分解器(3)；煅烧生成的O₂回收；④氧气的回收：由煅烧炉(2)放出的O₂，从吸收塔Ⅱ(9)下部进入，吸收剂KOH溶液由吸收塔Ⅱ(9)上部进入，吸收O₂中残余的I₂气后，由吸收塔II(9)下部出液口流出，净化的O₂由吸收塔Ⅱ(9)顶部出气口放出，进入O₂气罐储存；⑤碘化钾溶液的水解和氢碘酸的制备：该工序在电场分解器(3)中完成；电场分解器(3)简称电分器，包括密封管(301)、两对电场电极、分离板(306)；密封管(301)的纵向两端各设一个液体入口(E_i1、E_i2)；两对电场电极的正、负极分别位于密封管(301)纵向外部两侧、沿纵向每边一对；两对电场电极极板与密封管(301)中心线方向平行、极性相反，在密封管(301)内形成电场方向相反的两个离子分开运动区：A区、B区；分离板(306)位于A区、B区之间，与电场方向垂直，将密封管(301)内的中部分为两个离子混合区：C区、D区；C区、D区分别有各自的液体出口(E₀₁、E₀₂)；来自化盐筒(10)的KI溶液由电分器(3)的入口(E_i1)进入；同时，蒸馏水 从电分器(3)的另一相对的入口(E_i2)进入；在电分器(3)正、反两组电场的作用下进行水解，生成HI溶液和KOH溶液；其反应方程式：K⁺+OH^-＝KOH    I^-+H⁺＝HI生成的KOH溶液从电分器(3)的出口(E₀₁)流出，进入制盐筒(1)；生成的HI溶液从电分器(3)另一出口(E₀₂)流出，进入光解池(7)；⑥氢气的制备和碘的回收：来自电分器(3)的HI溶液，由光解池(7)底部进液口进入，与光解池(7)内的铅或银反应，同时又在透射进光解池(7)的阳光下光解，生成H₂和I₂；H₂由光解池(7)上部出口放出，水由下部出口放出；其反应方程式：Pb+2HI＝PbI₂+H₂↑    2Ag+2HI＝2AgI+H₂↑在光解池(7)的出口放完气体和液体后，使来自化盐筒(10)的KI溶液，从光解池(7)底部进液口进入，溶解光解生成的I₂而生成的KI₃溶液，从光解池(7)的上部出口流出，进入制盐筒(1)；其反应方程式：KI+I₂＝KI₃或者，使来自液箱(15)的KI和KIO₃溶液，从光解池(7)底部进液口进入，溶解光解生成的I₂生成KI₃和KIO₃溶液，从光解池(7)的上部出口流出，进入制盐筒(1)；此时，只适合用银与HI溶液的反应；反应方程式同上；光解HI溶液和回收I₂两个步骤，在光解池(7)的进液口、上下出口，是通过开关自动控制或人工控制；⑦氢气的精制：H₂从光解池(7)放出后，由吸收塔I(8)下部进入；吸收剂KOH溶液由吸收塔I(8)上部进入，吸收H₂中残余的HI、I₂后，由吸收塔I(8)底部排出；H₂由吸收塔I(8)顶部放出，进入H₂气罐(16)储存；⑧水的净化：除去机械杂质的水由蒸发器Ⅱ(6)上部进水口进入，由来自蒸发器I(5)顶部出气口的水蒸气加热变成水蒸气，从蒸发器Ⅱ(6)顶部出气口放出，进入为KI和KIO₃溶液预热的冷凝器(4)中，经冷凝成蒸馏水进入水箱(14)，水箱(14)的蒸馏水再送入制盐筒(1)；水中的杂质由蒸发器II(6)底部出水口排出；上述过程启动后，返回制盐筒(1)的中间产物继续反应并在光照下光解制氢；或者，在制取氢气之后继续下一工序：⑨油的合成与精制：以上述工序制取的H₂为原料，与CO₂混合，通过二氧化碳变换、费托(F-T)合成，生产燃料油；合成油的总化学反应式及工序：1)制取CO₂；2)二氧化碳变换：以制取的H₂和CO₂为原料，通过二氧化碳变换工艺，制取F-T合成所需要的合格“合成气”，即：其体积分数为80～85％、n(H₂)/n(CO)的比值不少于0.5的H₂和CO混合物；二氧化碳变换反应式为：该反应在催化剂的作用下于合成塔中进行，是可逆、吸热、体积不变的反应；选择适当操作条件：取操作温度的上限增加转化率、把生成气排出经冷却除掉水蒸气后，再循环进入系统继续进行二氧化碳变换，促使平衡向右移动，调整气化产品的成分，达到F-T合成用合格“合成气”的要求；3)F-T合成：把合格“合成气”送入反应器进行F-T合成，在催化剂的作用下由H₂和CO生成脂肪烃；F-T合成基本反应式：F-T合成产物经产品分离、产品精制，生产出成品燃料油。