硫碘開路循環(huán)制氫系統(tǒng)流程模擬及本生反應兩相分離試驗研究.pdf

1、氫能具有清潔高效、安全可儲存、可再生和來源豐富等優(yōu)點，是一種理想的可再生能源載體。規(guī)模化高效低成本制氫是發(fā)展氫能經濟的基礎。在眾多候選制氫方式中，熱化學水分解硫碘制氫具有熱效率高，流程簡單，可實現(xiàn)工業(yè)化和規(guī)?；葍?yōu)勢，是較理想的熱化學循環(huán)制氫方式。
　　 本生反應是硫碘循環(huán)的起始步驟，本生反應產物HI和H2SO4的有效分離關系到整個系統(tǒng)的可運行性和經濟性，是目前急需解決的科學難題之一。本文首先利用過量碘法對本生反應產物的兩相分離

2、特性進行了系統(tǒng)研究。在較感興趣的工況范圍內試驗研究了兩相分離的出現(xiàn)及過量碘的析出，過量碘量對兩相密度、雜質含量、硫酸相組分以及碘化氫相中HI濃度的影響，溫度對兩相密度和雜質含量的影響以及過量水量對分層效果的影響，并綜合分析得到了最佳的本生反應推薦工況。實驗結果顯示：溫度的增加和水量的減少有利于碘在HI/H2O溶液中的溶解；過量碘量上、下限問的兩相區(qū)范圍隨溫度的升高逐步擴大，這有利于提高硫碘系統(tǒng)實際運行時的穩(wěn)定性；在較寬實驗工況范圍內，模

3、擬液完成兩相分離的時間受工況變化影響較小，且能夠在2min內進行的比較充分；過量碘量的加入能顯著改善兩相分離的效果；綜合分析得到的本生反應兩相分離優(yōu)化工況范圍是：壓力P=latm，物料比n(H2SO4)/n(HI)/n(H2O)=1/2/12，溫度T=345～358K，過量碘量n(I2)=2.4～4。其中，T=351K，n(H2SO4)/n(HI)/n(H2O)/n(I2)=1/2/12/2.5時，分層后的碘化氫相中HI濃度超共沸濃度，

4、達到27.35％，且各相中的雜質含量均處于較低水平，為最佳兩相分離工況。
　　 其次，利用化工流程模擬軟件Aspen Plus對硫碘開路循環(huán)制氫系統(tǒng)進行了設計和熱力學模擬，計算了氫氣產率1mol/s的硫碘開路循環(huán)系統(tǒng)的質量平衡、能量平衡及熱效率，并研究了主要設計參數(shù)對系統(tǒng)效率的影響。結果顯示：硫碘開路循環(huán)系統(tǒng)的最高計算熱效率達到66.79％；碘化氫相循環(huán)量和精餾塔回流比是影響系統(tǒng)效率的主要因素。實際運行中，優(yōu)化本生反應操作條件，