CN220027040U - 氯化亚铜的制备装置和制氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及制氢技术领域并公开一种氯化亚铜的制备装置和制氢系统，所述氯化亚铜的制备装置包括干燥段、水解段和热解段，干燥段具有用于氯化铜溶液发生干燥反应的干燥腔；水解段具有用于水合氯化铜发生水解反应的水解腔，水解腔与干燥腔连通，且水解腔在高度方向上位于干燥腔的下方，以接收来自干燥腔排出的水合氯化铜；热解段具有用于氯氧化铜发生热解反应的热解管，热解管的一部分在高度方向上位于干燥段的上方。本实用新型的氯化亚铜的制备装置通过热解管、干燥腔和水解腔之间的巧妙设计，将热解管中的热能传递至干燥腔和/或水解腔中，进而提高了热能的利用效率，避免能量的浪费。

Description

氯化亚铜的制备装置和制氢系统

技术领域

本实用新型涉及制氢技术领域，具体地，涉及一种氯化亚铜的制备装置和制氢系统。

背景技术

能源是经济增长和人类发展的最重要动力之一，未来的能源经济将需要逐步替代化石能源并减少温室气体排放，逐步形成低碳的能源结构，风、光、水、核、氢等清洁能源迎来了机遇发展期。氢能是一种理想的二次能源，主要特点是氢元素资源丰富、氢气热值高和无污染，同时具备清洁和储能的两种属性，其产业链主要分为上游制氢、中游储运和下游应用等领域，其中以清洁可持续的方式利用一次能源来实现氢的大规模生产成为了氢能产业发展前提的重要一环。

在相关技术中，氢气的主要来源大多数是通过化石能源制氢，而少数的氢气是通过电解制氢而获得。其中，在铜氯循环制氢过程中，热解阶段、干燥阶段和水解阶段均需要消耗大量的热量，以保证各个阶段的正常运行。但是，如何提高热能的利用率是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的实施例提出一种氯化亚铜的制备装置和制氢系统，所述氯化亚铜的制备装置通过热解管、干燥腔和水解腔之间的巧妙设计，将热解管中的热能传递至干燥腔和/或水解腔中，进而提高了热能的利用效率，避免能量的浪费。

本实用新型的氯化亚铜的制备装置包括：

干燥段，所述干燥段具有用于氯化铜溶液发生干燥反应的干燥腔；

水解段，所述水解段具有用于水合氯化铜发生水解反应的水解腔，所述水解腔与所述干燥腔连通，且所述水解腔在高度方向上位于所述干燥腔的下方，以接收来自所述干燥腔排出的所述水合氯化铜；

热解段，所述热解段具有用于氯氧化铜发生热解反应的热解管，所述热解管的一部分在所述高度方向上位于所述干燥段的上方，所述热解管的另一部分在所述高度方向上延伸至所述干燥腔和/或所述水解腔内，以与所述干燥腔和/或所述水解腔进行换热。

根据本实用新型的氯化亚铜的制备装置，在热解段中氯氧化铜发生热解反应得到熔融状态的氯化亚铜，该氯化亚铜含有大量的热量，即，热解管中有大量的热量。其中，热解管的另一部分在高度方向上延伸至干燥腔和/或水解腔内，热解管可以与干燥腔和/或水解腔进行换热，即，热解管中的热量可以传递至干燥腔和/或水解腔中，不仅可以给干燥腔和/或水解腔提供源源不断的热量，确保干燥腔和/或水解腔内的热量满足干燥反应或水解反应的要求，而且还可以避免热解管中大量的热量散发至空气中，从而造成不必要的浪费，即，防止热量浪费，节约能源。也就是说，该氯化亚铜的制备装置通过热解管、干燥腔和水解腔之间的巧妙设计，将热解管中的热能传递至干燥腔和/或水解腔中，进而提高了热能的利用效率，避免能量的浪费。

可选的，氯化亚铜的制备装置还包括：

液体分布器，所述液体分布器设在所述干燥腔内，以向所述干燥腔内喷射所述氯化铜溶液；

气体出口，所述气体出口设在所述干燥段上且与所述干燥腔连通；

第一过滤网，所述第一过滤网设在所述气体出口上。

可选的，所述液体分布器包括：

至少一个环形喷管，所述环形喷管设在所述干燥腔内，所述环形喷管正交于所述高度方向；

输液管，所述输液管的一部分伸入所述干燥腔内，且与所述环形喷管连通；

其中，当所述环形喷管为至少两个，相邻两个所述环形喷管中的一者围绕相邻两个所述环形喷管中的另一者设置，相邻两个所述环形喷管位于同一平面内。

可选的，氯化亚铜的制备装置还包括：

补水口，所述补水口设在所述水解段上且与所述水解腔连通，以向所述水解腔补水；

氯氧化铜出口，所述氯氧化铜出口设在所述水解段的底部且与所述水解腔连通。

可选的，氯化亚铜的制备装置还包括：

换热介质进口和换热介质出口，所述换热介质进口和换热介质出口设在所述热解段上；

换热容器，所述换热容器设在所述热解管的一部分上且位于所述干燥段的上方，所述换热容器沿所述高度方向延伸，所述换热容器分别与所述换热介质进口和所述换热介质出口连通；

氯化亚铜出口，所述氯化亚铜出口设在所述热解段的底部且与所述热解管连通；

氧气出口，所述氧气出口设在所述热解段的顶部且与所述热解管连通；

第二过滤网，所述第二过滤网设在所述氧气出口上。

可选的，氯化亚铜的制备装置还包括氧气分布器，所述氧气分布器设在所述热解管内，以向所述热解管内喷射所述氧气。

可选的，氯化亚铜的制备装置还包括：

加热件，所述加热件设在所述热解管的另一部分的管壁上，以加热所述热解管。

可选的，所述热解管的另一部分在所述高度方向上贯穿于所述干燥腔并延伸至所述水解腔，以与所述水解腔和所述干燥腔进行换热。

本实用新型的制氢系统包括：

上述的氯化亚铜的制备装置；

热源装置，所述热源装置与所述氯化亚铜的制备装置连接，以向所述氯化亚铜的制备装置提供热能；

电解装置，所述电解装置与所述氯化亚铜的制备装置连接，以将来自所述氯化亚铜的制备装置排出的氯化氢制备成氢气。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例的氯化亚铜的制备装置的示意图。

图2是本实用新型具体实施例的液体分布器的结构示意图。

图3是本实用新型具体实施例的氧气分布器的结构示意图。

图4是本实用新型具体实施例的制氢系统的示意图。

附图标记：1000-制氢系统、100-氯化亚铜的制备装置、110-干燥段、111-干燥腔、112-液体分布器、112a-环形喷管、112b-输液管、113-气体出口、114-第一过滤网、120-水解段、121-水解腔、122-补水口、130-热解段、131-热解管、132-换热介质进口、133-换热介质出口、134-换热容器、135-氯化亚铜出口、136-氧气出口、137-第二过滤网、138-氧气分布器、140-加热件、150-氧气压缩机、200-热源装置、300-电解装置。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的氯化亚铜的制备装置100。如图1至图4所示，氯化亚铜的制备装置100包括干燥段110、水解段120和热解段130。

干燥段110具有用于氯化铜溶液发生干燥反应的干燥腔111。水解段120具有用于水合氯化铜发生水解反应的水解腔121，水解腔121与干燥腔111连通，且水解腔121在高度方向上位于干燥腔111的下方，以接收来自干燥腔111排出的水合氯化铜。热解段130具有用于氯氧化铜发生热解反应的热解管131，热解管131的一部分在高度方向上位于干燥段110的上方，热解管131的另一部分在高度方向上延伸至干燥腔111和/或水解腔121内，以与干燥腔111和/或水解腔121进行换热。

根据本实用新型的氯化亚铜的制备装置100，在热解段130中氯氧化铜发生热解反应得到熔融状态的氯化亚铜，该氯化亚铜含有大量的热量，即，热解管131中有大量的热量。其中，热解管131的另一部分在高度方向上延伸至干燥腔111和/或水解腔121内，热解管131可以与干燥腔111和/或水解腔121进行换热，即，热解管131中的热量可以传递至干燥腔111和/或水解腔121中，不仅可以给干燥腔111和/或水解腔121提供源源不断的热量，确保干燥腔111和/或水解腔121内的热量满足干燥反应或水解反应的要求，而且还可以避免热解管131中大量的热量散发至空气中，从而造成不必要的浪费，即，防止热量浪费，节约能源。也就是说，该氯化亚铜的制备装置100通过热解管131、干燥腔111和水解腔121之间的巧妙设计，将热解管131中的热能传递至干燥腔111和/或水解腔121中，进而提高了热能的利用效率，避免能量的浪费。

下面描述本实用新型的一些具体实施例。为了便于描述，图1的上下方向与高度方向一致。

本实用新型实施例的氯化亚铜的制备装置100包括干燥段110、水解段120和热解段130。

在一些具体实施例中，如图1所示，干燥段110具有用于氯化铜溶液发生干燥反应的干燥腔111，即，在干燥腔111中，氯化铜溶液和水可以进行干燥反应生成水合氯化铜CuCl₂(aq)+n_fH₂O(l)＝CuCl₂·n_hH₂O(s)+(n_f-n_h)H₂O。

可选地，如图1所示，干燥腔111内的温度范围为340摄氏度至400摄氏度。

在一些具体实施例中，如图1和图2所示，氯化亚铜的制备装置100包括液体分布器112，液体分布器112设在干燥腔111内，可以向干燥腔111内喷射氯化铜溶液。也就是说，氯化铜溶液可以通过液体分布器112喷入干燥腔111内，从而使得氯化铜溶液在干燥腔111内形成水雾，水雾状态的氯化铜溶液可以更充分地进行干燥反应，即，提高氯化铜溶液在干燥腔111内的干燥反应效率。

在一些具体实施例中，如图1和图2所示，液体分布器112包括至少一个环形喷管112a和输液管112b，环形喷管112a设在干燥腔111内，环形喷管112a正交于高度方向，环形喷管112a可以将氯化铜溶液喷入干燥腔111内，不仅可以使得氯化铜溶液在干燥腔111内形成水雾，以提高氯化铜溶液在干燥腔111内的干燥反应效率，而且环形喷管112a可以均匀地向干燥腔111内喷射氯化铜溶液，也可以提高氯化铜溶液在干燥腔111内的干燥反应效率。

输液管112b的一部分伸入干燥腔111内，且与环形喷管112a连通，氯化铜溶液可以通过输液管112b输送至环形喷管112a。其中，输液管112b可以作为环形喷管112a的支撑架，起到一定的支撑作用。

在一些具体实施例中，如图1所示，热解管131可以穿过环形喷管112a。

在一些具体实施例中，如图1和图2所示，当环形喷管112a为至少两个，相邻两个环形喷管112a中的一者围绕相邻两个环形喷管112a中的另一者设置，相邻两个环形喷管112a位于同一平面内。也就是说，在干燥腔111内设有多个环形喷管112a时，多个环形喷管112a安装在同一平面。例如，如图2所示，当环形喷管112a为两个时，其中一个环形喷管112a围绕另一个环形喷管112a设置，且两个环形喷管112a在同一平面内。

在一些具体实施例中，如图1所示，环形喷管112a的喷射方向朝向氯化亚铜的制备装置100的顶部。

在一些具体实施例中，如图1所示，氯化亚铜的制备装置100包括气体出口113，气体出口113设在干燥段110上且与干燥腔111连通，干燥腔111内产生的气体可以通过气体出口113排出。其中，水解腔121与干燥腔111连通，水解腔121中产生的气体可以通过气体出口113排出。具体地，水解腔121内会产生水蒸气和氯化氢气体，干燥腔111内会产生水蒸气，水蒸气和氯化氢气体均可以通过气体出口113排出氯化亚铜的制备装置100。

在一些具体实施例中，如图1所示，氯化亚铜的制备装置100包括第一过滤网114，第一过滤网114设在气体出口上，避免氯化铜粉末被带出。

在一些具体实施例中，如图1所示，水解段120具有用于水合氯化铜发生水解反应的水解腔121，即，在水解腔121中，水合氯化铜和水可以进行水解反应生成氯氧化铜、氯化氢和水2CuCl₂·n_hH₂O(s)+H₂O(g)＝CuOCuCl₂(s)+2HCl(g)+n_hH₂O(g)。水解腔121与干燥腔111连通，且水解腔121在高度方向上位于干燥腔111的下方，以接收来自干燥腔111排出的水合氯化铜。也就是说，干燥腔111内生成的水合氯化铜可以直接进入水解腔121，不断地给水解腔121提供水合氯化铜。

可选地，水解腔12内的温度范围为340摄氏度至400摄氏度。

在一些具体实施例中，如图1所示，氯化亚铜的制备装置100包括补水口122，补水口122设在水解段120上且与水解腔121连通，以向水解腔121补水。具体地，在水解腔121中，水作为反应物会不断地被消耗，可以通过补水口122向水解腔121中补充水。

在一些具体实施例中，如图1所示，氯化亚铜的制备装置100包括氯氧化铜出口123，氯氧化铜出口123设在水解段120的底部且与水解腔121连通。具体地，在水解腔121中，水解反应产生的氯氧化铜可以通过氯氧化铜出口123排出。

可选地，氯氧化铜出口123与热解管131连通，水解腔121生成的氯氧化铜可以通过氯氧化铜出口123输送至热解管131。

在一些具体实施例中，如图1所示，热解段130具有用于氯氧化铜发生热解反应的热解管131，即，在热解管131中，氯氧化铜可以进行热解反应生成氯化亚铜和氧气Cu₂OCl₂(s)→2CuCl(molten)+1/2O₂(g)。

可选地，热解管131内的温度范围为450摄氏度至530摄氏度。

在一些具体实施例中，如图1所示，热解管131的一部分在高度方向上位于干燥段110的上方，热解管131的另一部分在高度方向上延伸至干燥腔111和/或水解腔121内，以与干燥腔111和/或水解腔121进行换热。具体地，热解管131中生成熔融状态的氯化亚铜含有大量的热量，以及热解管131本身具有一定的热量，为了提高能量的利用效率，可以将该热量传递至干燥腔111和/或水解腔121中，以确保干燥腔111和/或水解腔121内的热量满足干燥反应或水解反应的要求。若热解管131中的热量未传递至干燥腔111和/或水解腔121，热解管131中大部分的热量会散发至大气中，造成能量的浪费。

在一些具体实施例中，如图1所示，热解管131的另一部分在高度方向上贯穿于干燥腔111并延伸至水解腔121，以与水解腔121和干燥腔111进行换热。

在一些具体实施例中，如图1所示，氯化亚铜的制备装置100包括换热介质进口132、换热介质出口133和换热容器134，换热介质进口132和换热介质出口133设在热解段130上。换热容器134设在热解管131的一部分上且位于干燥段110的上方，换热容器134分别与换热介质进口132和换热介质出口133连通。具体地，换热介质通过换热介质进口132进入换热容器134，以加热热解管131，然后再从换热介质出口133排出。

在一些具体实施例中，如图1所示，热解管131设置有多个，相邻两个热解管131之间间隔布置。

在一些具体实施例中，换热介质中的热能可以来自于高温烟气、工业余热及核能热量等多种能量来源。优选的，本实用新型中的热能为核能热量。

在一些具体实施例中，如图1所示，氯化亚铜的制备装置100包括氯化亚铜出口135，氯化亚铜出口135设在热解段130的底部且与热解管131连通。具体地，在热解管131中生成熔融状态的氯化亚铜可以通过氯化亚铜出口135排出热解管131。

在一些具体实施例中，如图1所示，氯化亚铜的制备装置100包括氧气出口136，氧气出口136设在热解段130的顶部且与热解管131连通。具体地，在热解管131中生成氧气可以通过氧气出口136排出热解管131。

在一些具体实施例中，如图1所示，氯化亚铜的制备装置100包括第二过滤网137，第二过滤网137设在氧气出口136上，避免氯氧化铜粉末被带出。

在一些具体实施例中，如图1和图3所示，氯化亚铜的制备装置100包括氧气分布器138，氧气分布器138设在热解管131内，以向热解管131内喷射氧气。具体地，氧气分布器138可以向热解管131内喷射氧气，从而吹散氯氧化铜粉末，增加氯氧化铜的分散度。与此同时，增加氯氧化铜在热解管131内的滞留时间，使氯氧化铜在热解管131内可以充分发生热解反应。

可选地，如图1所示，氧气分布器138的喷射方向朝向所述氯化亚铜的制备装置100的顶部，增强吹散氯氧化铜粉末的分散效果。

在一些具体实施例中，如图1和图3所示，本实用新型中的氧气分布器138的气源可以来自氧气出口136的部分氧气。其中，氧气出口136排出的氧气含有大量的热量，将该氧气通过氧气分布器138回流至热解管131内可以提高能量的利用效率，有效地避免了能量的损耗。具体地，热解管131中生成的氧气可以通过氧气出口136排出，经过氧气压缩机150加压，加压后的氧气一部分通过氧气分布器138返回热解管131内，氧气可以吹散氯氧化铜粉末，增加氯氧化铜的分散度。与此同时，增加氯氧化铜在热解管131内的滞留时间，使氯氧化铜在热解管131内可以充分发生热解反应。

在一些具体实施例中，如图1所示，氯化亚铜的制备装置100包括加热件140，加热件140设在热解管131的另一部分的管壁上，以加热所述热解管131。具体地，氯化亚铜的熔融温度为426摄氏度，为了避免熔融状态的氯化亚铜在热解管131中固化，加热件140可以确保热解管131中的温度不低于430摄氏度。

可选地，加热件140环绕在热解管131的另一部分的管壁上，可以均匀地提高热解管131中的温度。

可选地，加热件140可以是加热丝。

本实用新型具体实施例的制氢系统1000包括氯化亚铜的制备装置100、热源装置200和电解装置300。热源装置200与氯化亚铜的制备装置100连接，以向氯化亚铜的制备装置100提供热能，电解装置300与氯化亚铜的制备装置100连接，以将来自氯化亚铜的制备装置100排出的氯化氢制备成氢气。其中，电解反应：2CuCl(aq)+2HCl→H₂(g)+2CuCl₂(aq)。

在一些具体实施例中，热源装置200为核反应堆。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种氯化亚铜的制备装置，其特征在于，包括：

干燥段，所述干燥段具有用于氯化铜溶液发生干燥反应的干燥腔；

水解段，所述水解段具有用于水合氯化铜发生水解反应的水解腔，所述水解腔与所述干燥腔连通，且所述水解腔在高度方向上位于所述干燥腔的下方，以接收来自所述干燥腔排出的所述水合氯化铜；

热解段，所述热解段具有用于氯氧化铜发生热解反应的热解管，所述热解管的一部分在所述高度方向上位于所述干燥段的上方，所述热解管的另一部分在所述高度方向上延伸至所述干燥腔和/或所述水解腔内，以与所述干燥腔和/或所述水解腔进行换热。

2.根据权利要求1所述的氯化亚铜的制备装置，其特征在于，还包括：

液体分布器，所述液体分布器设在所述干燥腔内，以向所述干燥腔内喷射所述氯化铜溶液；

气体出口，所述气体出口设在所述干燥段上且与所述干燥腔连通；

第一过滤网，所述第一过滤网设在所述气体出口上。

3.根据权利要求2所述的氯化亚铜的制备装置，其特征在于，所述液体分布器包括：

至少一个环形喷管，所述环形喷管设在所述干燥腔内，所述环形喷管正交于所述高度方向；

输液管，所述输液管的一部分伸入所述干燥腔内，且与所述环形喷管连通；

其中，当所述环形喷管为至少两个，相邻两个所述环形喷管中的一者围绕相邻两个所述环形喷管中的另一者设置，相邻两个所述环形喷管位于同一平面内。

4.根据权利要求1所述的氯化亚铜的制备装置，其特征在于，还包括：

补水口，所述补水口设在所述水解段上且与所述水解腔连通，以向所述水解腔补水；

氯氧化铜出口，所述氯氧化铜出口设在所述水解段的底部且与所述水解腔连通。

5.根据权利要求1所述的氯化亚铜的制备装置，其特征在于，还包括：

换热介质进口和换热介质出口，所述换热介质进口和换热介质出口设在所述热解段上；

换热容器，所述换热容器设在所述热解管的一部分上且位于所述干燥段的上方，所述换热容器分别与所述换热介质进口和所述换热介质出口连通；

氯化亚铜出口，所述氯化亚铜出口设在所述热解段的底部且与所述热解管连通；

氧气出口，所述氧气出口设在所述热解段的顶部且与所述热解管连通；

第二过滤网，所述第二过滤网设在所述氧气出口上。

6.根据权利要求5所述的氯化亚铜的制备装置，其特征在于，还包括氧气分布器，所述氧气分布器设在所述热解管内，以向所述热解管内喷射所述氧气。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的氯化亚铜的制备装置，其特征在于，还包括：

加热件，所述加热件设在所述热解管的另一部分的管壁上，以加热所述热解管。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的氯化亚铜的制备装置，其特征在于，所述热解管的另一部分在所述高度方向上贯穿于所述干燥腔并延伸至所述水解腔，以与所述水解腔和所述干燥腔进行换热。

9.一种制氢系统，其特征在于，包括：

根据权利要求1-8中任一项所述的氯化亚铜的制备装置；

热源装置，所述热源装置与所述氯化亚铜的制备装置连接，以向所述氯化5亚铜的制备装置提供热能；

电解装置，所述电解装置与所述氯化亚铜的制备装置连接，以将来自所述氯化亚铜的制备装置排出的氯化氢制备成氢气。