[发明专利]基于反应物质循环的热化学分解CO2和H2O的方法及装置

权利要求书

1.一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+0.5O₂

SO₂、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。

2.一种用于实现权利要求1所述方法的装置，包括Bunsen反应装置，其特征在于，还包括：液相分离装置、HI_x浓缩精馏装置、H₂SO₄浓缩装置、浓H₂SO₄催化分解装置、CO₂分解反应器、MI₂生成反应器和MI₂催化分解反应器；所述Bunsen反应装置连接液相分离装置，液相分离装置分别连接HI_x浓缩精馏装置和H₂SO₄浓缩装置，H₂SO₄浓缩装置、浓H₂SO₄催化分解装置、Bunsen反应装置依次连接，HI_x浓缩精馏装置连接MI₂生成反应器，MI₂生成反应器分别再与CO₂分解反应器和MI₂催化分解反应器相连接，MI₂催化分解反应器分别再与Bunsen反应装置和CO₂分解反应器连接；所述的M是指金属元素Zn或Ni。