硫碘循環(huán)制氫系統(tǒng)流程模擬及本生反應(yīng)試驗(yàn)研究.pdf

1、氫能作為一種新型的高效、潔凈的二次能源，被認(rèn)為會(huì)在21世紀(jì)世界能源舞臺(tái)上成為一種舉足輕重的能源。環(huán)境污染和化石能源危機(jī)使得人們對(duì)未來(lái)氫能系統(tǒng)的構(gòu)建就有很多的關(guān)注。于是，氫氣的低成本制備、規(guī)模化生產(chǎn)成為發(fā)展氫能的首要問(wèn)題。熱化學(xué)硫碘循環(huán)分解水制氫反應(yīng)溫和、可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)受到關(guān)注，是較為理想的熱化學(xué)循環(huán)制氫方式。
　　 本生反應(yīng)是硫碘循環(huán)中的起始步驟，本生反應(yīng)過(guò)程中的一些因素關(guān)系到整個(gè)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)的可持續(xù)性，比如產(chǎn)物

2、的兩相分離、副反應(yīng)、過(guò)量碘和過(guò)量水的過(guò)量程度。本文首先在設(shè)計(jì)的連續(xù)式鼓泡塔反應(yīng)器系統(tǒng)中開(kāi)展不同SO2進(jìn)氣流速和進(jìn)氣濃度對(duì)本生反應(yīng)影響的實(shí)驗(yàn)研究，得到溶液組分濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律、副產(chǎn)物隨時(shí)間的變化規(guī)律以及反應(yīng)結(jié)束后兩相中雜質(zhì)酸含量的情況。然后對(duì)SO2在液相中的溶解吸收特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到SO2在溫度不同、流速不同和濃度不同情況下的溶解吸收數(shù)據(jù)，為本生反應(yīng)實(shí)驗(yàn)提供了參考和驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中HI濃度和I2濃度先增

3、大后又減少，在分層現(xiàn)象出現(xiàn)前出現(xiàn)一個(gè)最大值。之后，由于取上層硫酸相，溶液中HI和I2濃度會(huì)急劇減小，直到趨于平穩(wěn)，反應(yīng)達(dá)到平衡。而H2SO4濃度則隨著時(shí)間的推移逐漸增大，急劇增大后會(huì)達(dá)到一個(gè)最大值直至反應(yīng)結(jié)束。隨著進(jìn)氣濃度的增大，分層前HI和H2SO4濃度越高，說(shuō)明濃度越大，越有利于Bunsen反應(yīng)的進(jìn)行。進(jìn)氣濃度減小，硫酸相中雜質(zhì)酸含量變化很小，碘化氫相中雜質(zhì)酸含量減小，但是兩相中成分酸液的濃度減小，檢測(cè)到SO2生成的時(shí)間越來(lái)越提前，

4、越不利于本生反應(yīng)的發(fā)生。進(jìn)氣流速提高有利于加快本生反應(yīng)進(jìn)程，但是會(huì)使得兩相中的雜質(zhì)酸含量升高，成分酸含量減少。對(duì)實(shí)際本生反應(yīng)中SO2溶解吸收特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，溫度升高、流速提高、進(jìn)氣濃度減小都不利于SO2溶解吸收，流速影響＞進(jìn)氣濃度影響＞溫度影響。
　　 其次，利用大型化工流程模擬軟件Aspen Plus對(duì)硫碘循環(huán)閉路制氫系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與模擬，計(jì)算了使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)模擬時(shí)產(chǎn)氫率為0.348mol/s的硫碘循環(huán)系統(tǒng)的質(zhì)量平衡、能量