利用太阳能生产氢气或甲醇的方法

摘要

一种利用太阳能生产氢气甲醇的方法，其工艺流程主要包括以下工序：①利用太阳能制备水蒸气；②盐碘化钙的制备与分离；③碘化钙溶液的中温水解和氢碘酸的制备；④氢气的制备和碘的回收；⑤氢气的精制；⑥碘酸钙的煅烧；⑦碘和氧气的回收；⑧水的净化；⑨用前八个工序生产的氢为原料合成甲醇。制氢用的光解池是可透射光的内装铅网的平板型容器。本发明为用化学方法利用太阳能提供一种新途径，即：在利用太阳能化学效应同时也利用其热效应，以水和二氧化碳为原料，通过化学反应实现工业化生产氢气和甲醇，使太阳能变成使用方便易储存的化学能，即常规能源，可代替煤炭、石油、天然气等。可改变化工领域生产原料的结构。经济效益和社会效益巨大。

权利要求

1.一种利用太阳能生产氢气或甲醇的方法，包括以下工序：

①用太阳能集热器(12)制水蒸气，送入汽箱(13)；从汽箱(13)出气口输 出的水蒸气，由蒸发器I(5)下部进气口进入其内，加热碘化钙溶液后成冷凝 水从蒸发器I(5)下部出水口流出，返回集热器(12)；

②生产启动阶段，在封闭的防腐蚀的制盐筒(1)内加入碘和氧化钙，并且 由水箱(14)加入蒸馏水，用搅拌机搅拌，在常温下反应，生成碘化钙，同时 生成不溶于水的碘酸钙；用离心机或过滤法分离后，使碘化钙溶液进入液箱 (15)，把碘酸钙固体送入煅烧炉(2)；其反应方程式：CaO+H2O＝Ca(OH)2

6I2+6Ca(OH)2＝5CaI2+Ca(IO3)2↓+6H2O

启动阶段之后，来自流程多个环节的中间生成物，在制盐筒(1)内继续参 入生成碘化钙和碘酸钙的反应；

③将液箱(15)内的碘化钙溶液，经预热后由蒸发器I(5)上部进液口送入 其内，在蒸发器I(5)中经①所述的水蒸气加热，在42℃～250℃温度下反应 制取碘化氢，同时生成碱式碘化钙；其反应方程式：

碘化氢气体从蒸发器I(5)顶部出气口放出，由蒸发器II(6)下部的进气 口进入，在蒸发器II(6)内，经水冷后，变成氢碘酸溶液，由蒸发器II(6)下 部出液口流出，进光解池(7)；碱式碘化钙悬浮液从蒸发器I(5)底部出液口 流出，送入制盐筒(1)；在制盐筒(1)内，经搅拌机搅拌，与碘反应生成碘化 钙；其反应方程式：

6I2+12Ca(OH)I＝11CaI2+Ca(IO3)2↓+6H2O④由光解池(7)底部进液口进入其内的氢碘酸溶液，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，生成氢气和碘；氢气由 光解池(7)上部出口放出，水由其下部出口放出；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，使来自液箱(15)的碘化钙溶液从 光解池(7)的底部进液口进入；碘化钙溶液溶解光解生成的碘，生成六碘化钙， 六碘化钙溶液从光解池(7)的上部出口流出，进入制盐筒(1)；在光解池(7) 的进液口和上下出口，光解氢碘酸和回收碘两个步骤是通过开关自动控制或 人工控制；其反应方程式：CaI2+2I2＝CaI6

⑤氢气从光解池(7)放出后，由吸收塔I(8)下部进气口进入其内；吸收 剂氢氧化钙溶液由吸收塔I(8)上部进液口进入，在吸收塔I(8)内吸收氢气 中残余的碘化氢和碘气后，由吸收塔I(8)底部出液口流出；氢气由吸收塔I (8)顶部出气口放出，进入氢气气罐(16)；

⑥将制盐筒(1)中分离出的碘酸钙，送入耐腐蚀的煅烧炉(2)中，经540 ℃～550℃高温煅烧，生成氧化钙、碘和氧气；其反应方程式：

氧化钙出炉后送入化灰筒(10)，与加入筒(10)内的水生成氢氧化钙，进 入制盐筒(1)；

⑦由煅烧炉出气口放出的氧气和碘气，一起由冷凝器I(3)的入口进入其 内，由水冷却，碘气冷却后变成液体和固体，附在管壁上，氧气仍是气态， 由冷凝器I(3)顶部出口放出；二者分离后，氧气由吸收塔II(9)下部进气口 进入其内，吸收剂氢氧化钙溶液由吸收塔II(9)上部进液口进入，在吸收塔II (9)内吸收氧气中残余的碘气后，由吸收塔II(9)下部出液口流出，净化的氧 气由吸收塔II(9)顶部出气口放出，进入氧气气罐；

在冷凝器I(3)放出氧气后，使来自液箱(15)的碘化钙溶液从冷凝器I(3) 的入口进入；碘化钙溶液溶解碘后，生成六碘化钙，六碘化钙溶液从冷凝器 I(3)的上部出口流出，进入制盐筒(1)；回收氧和回收碘两个步骤，在冷凝 器I(3)的入口和出口是通过开关自动控制或人工控制；

⑧由蒸发器II(6)上部进水口进入其内的冷却水，在冷却碘化氢气体的同 时变成水蒸气，由蒸发器II(6)顶部出气口放出，进入为碘化钙溶液预热的冷 凝器II(4)中，经冷凝成蒸馏水返回水箱(14)，水箱(14)的净化水再送入制盐 筒(1)；冷却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，返回制盐筒的生成物持续反应并在光照下光解制氢；

或者，在生产氢气之后继续下一工序：

⑨以上述工序制取的氢气为原料，使之与二氧化碳混合，通过压缩机压 缩进入合成塔，在合成塔中反应合成甲醇；其反应方程式：

2.根据权利要求1所述的利用太阳能生产氢气或甲醇的方法，其特征在 于：所说的蒸发器I(5)中制取碘化氢的温度范围为127～160℃。

3.根据权利要求1所述的利用太阳能生产氢气或甲醇的方法，其特征在 于：所说的液箱(15)中的碘化钙溶液，其浓度＞1mol.dm-3。

4.根据权利要求1所述的利用太阳能生产氢气或甲醇的方法，其特征在 于：所说的煅烧炉(2)，是用本法自制的氢气燃烧加热。

5.根据权利要求1所述的利用太阳能生产氢气或甲醇的方法，其特征在 于：所说的生产甲醇所用的二氧化碳，是在用于制二氧化碳的吸收塔中用强 碱氢氧化钠或氢氧化钾，和氢氧化钙溶液作吸收剂，吸收空气中的二氧化碳， 再分解得到二氧化碳；其化学反应式：NaOH+CO2＝Na2CO3或KOH+CO2＝K2CO3

Ca(OH)2+Na2CO3＝CaCO3↓+NaOH或

Ca(OH)2+K2CO3＝CaCO3↓+KOH

6.根据权利要求1所述的利用太阳能生产氢气或甲醇的方法用的光解 池，其特征在于：它是一个上表面为透光玻璃、其内有与透光玻璃平行的铅 网、底部和周边为防腐蚀材料壳体的平板型容器，其上侧有上出口、下侧有 进液口和下出口。

7.根据权利要求6所述的利用太阳能生产氢气或甲醇的方法用的光解 池，其特征在于：所说的铅网的网丝直径≥0.1mm，网丝间距≥0.3mm，铅网 的层数为1～3层。

8.根据权利要求6所述的利用太阳能生产氢气或甲醇的方法用的光解 池，其特征在于：它与太阳能集热器(12)结合为一体，即光解池在上、太阳 能集热器(12)在下；光解池的底板为透光玻璃，与集热器(12)上面板的透光 玻璃平行，且有间隔。

9.根据权利要求1所述的利用太阳能生产氢气或甲醇的方法用的光解 池，其特征在于：它由呈平面排列的一排圆断面玻璃管组成，玻璃管内布设 有铅网，各玻璃管的上、下两端分别与出液管、进液管相连通，进液管上有 进液口和下出口，出液管上有上出口。

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能利用及化工领域，特别是一种把太阳能转变为化学能、 实现工业化生产氢气或甲醇的利用太阳能生产氢气或甲醇的方法。其中也包 括该方法所用的太阳能光解装置。

背景技术

众所周知，当今世界能源危机。常规能源——煤炭、石油、天然气属于 非再生能源，日益枯竭。利用石油、天然气为原料生产机动油远远满足不了 日益增长的机动车的需要，现在人们正在寻找机动油的替代品，其中最简单 的就是甲醇。甲醇是液体燃料，好利用、好储存，可代替汽油，同时又是基 本化工原料，社会价值巨大。氢气是气体燃料，好利用、储存不及甲醇容易， 也是基本化工原料，可作为能源，有很多优越性。太阳能是绿色再生能源， 取之不尽，用之不绝，安全清洁无污染；最大缺点是不好储存。采取太阳能 变成化学能方式可解决储存问题，利用太阳能生产氢气或甲醇可作为突破口。

发明内容

为了解决太阳能不易储存的问题，本发明提供一种利用太阳能生产氢气 或甲醇的方法，采取把太阳能转变成化学能的方式来解决储存太阳能的途径， 用太阳能实现工业化生产氢气和甲醇；也包括该方法用的太阳能光解装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
利用太阳能生产氢气或甲醇的方法，包括以下工序：
①太阳能制水蒸气：用太阳能集热器制备水蒸气，送入汽箱储存；从汽 箱出气口输出的水蒸气，由蒸发器I下部的进气口进入其内，加热碘化钙溶 液后成冷凝水从蒸发器I下部的出水口流出，返回集热器。
②CaI2的制备与分离：生产启动阶段，在封闭的防腐蚀的制盐筒内加入 碘和氧化钙，并且由水箱加入蒸馏水，用搅拌机搅拌，在常温下反应，生成 碘化钙，同时生成不溶于水的碘酸钙。用离心机或过滤法分离后，使碘化钙 溶液进入液箱，把碘酸钙固体送入煅烧炉。其反应方程式：
CaO+H2O＝Ca(OH)2
6I2+6Ca(OH)2＝5CaI2+Ca(IO3)2↓+6H2O
启动阶段之后，来自流程多个环节的中间生成物，在制盐筒内继续维持 生成碘化钙和碘酸钙反应的进行；
③CaI2水解制HI：将液箱内的碘化钙溶液，经预热后由蒸发器I上部进 液口送入其内，在蒸发器I中经①款所述的水蒸气加热，在42℃～250℃温 度下反应制取碘化氢，同时生成碱式碘化钙。其反应方程式：

碘化氢气体从蒸发器I顶部的出气口放出，由蒸发器II下部的进气口进 入，在蒸发器II内，经水冷后，变成氢碘酸溶液，由蒸发器II下部的出液口 流出，进入光解池。碱式碘化钙悬浮液从蒸发器I底部的出液口流出，送入 制盐筒。在制盐筒内，经搅拌机搅拌，与碘反应生成碘化钙。其反应方程式：
6I2+12Ca(OH)I＝11CaI2+Ca(IO3)2↓+6H2O
④光解HI制H2回收I2：由光解池底部进液口进入其内的氢碘酸溶液， 与光解池内的铅或银反应，同时又在透射进光解池内的阳光下光解，生成氢 气和碘。氢气由光解池顶部出口放出，水由其下部出口放出。其反应方程式：
Pb+2HI＝PbI2+H2↑    2Ag+2HI＝2AgI+H2↑
                               
在光解池的出口放完气体和液体后，使来自液箱的碘化钙溶液从光解池 底部的进液口进入。碘化钙溶液溶解光解生成的碘，生成六碘化钙；六碘化 钙溶液从光解池上部出口流出，进入制盐筒。在光解池的进液口和上、下出 口，光解氢碘酸和回收碘两个步骤是通过开关自动控制或人工控制。其反应 方程式：CaI2+2I2＝CaI6
⑤精制H2：氢气从光解池放出后，由吸收塔I下部的进气口进入其内； 吸收剂氢氧化钙溶液由吸收塔I上部进液口进入，在吸收塔I内吸收氢气中 残余的碘化氢和碘气后，由吸收塔I底部的出液口流出；氢气由吸收塔I顶 部的出气口放出，进入氢气气罐。
⑥煅烧Ca(IO3)2：将制盐筒中分离出的碘酸钙，送入耐腐蚀的煅烧炉中， 经540℃～550℃高温煅烧，生成氧化钙、碘和氧气。其反应方程式：

氧化钙出炉后送入化灰筒，与加入化灰筒的水生成氢氧化钙进入制盐筒。
⑦回收I2和O2：由煅烧炉出气口放出的氧气和碘气，一起由冷凝器I的 入口进入其内，由水冷却，碘气冷却后变成液体和固体，附在管壁上；氧气 仍是气态，由冷凝器I顶部出口放出。二者分离后，氧气由吸收塔II下部的 进气口进入其内。吸收剂氢氧化钙溶液由吸收塔II上部进液口进入，在吸收 塔II内吸收氧气中残余的碘气后，由吸收塔II下部的出液口流出。净化的氧 气由吸收塔II顶部的出气口放出，进入氧气气罐。
当冷凝器I放出氧气后，使来自液箱的碘化钙溶液从冷凝器I的入口进 入；碘化钙溶液溶解碘后，生成六碘化钙，六碘化钙溶液从冷凝器I的上部 出口流出，进入制盐筒。回收氧和回收碘两个步骤，在冷凝器I入口和出口 是通过开关自动控制或人工控制完成。
⑧水的净化：由蒸发器II上部的进水口进入其内的冷却水，在冷却碘化 氢气体的同时变成水蒸气，由蒸发器II顶部的出气口放出，进入为碘化钙溶 液预热的冷凝器II中，经冷凝成蒸馏水返回水箱，水箱的净化水再送入制盐 筒作补充。冷却水中的杂质由蒸发器II底部的出水口排出。
上述制氢过程启动后，返回制盐筒的生成物继续反应，并在阳光下继续 光解制氢。在生产氢气后也可以继续下一工序：
⑨合成甲醇：以上述工序制取的氢气为原料，使之与二氧化碳混合，通 过压缩机压缩进入合成塔，在合成塔中反应合成甲醇。其反应方程式：

上述反应均属普通化学反应，其定量关系由方程式决定在此不一一说明。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案还可以是：
在利用太阳能生产氢气或甲醇的方法中，在蒸发器I中制取碘化氢的优 选温度为127～160℃。液箱中碘化钙溶液浓度应＞1mol.dm-3。太阳能集热器 制取的水蒸气先送汽轮发电机组发电，以产生的电能通过电炉为煅烧炉加热； 并在无太阳光时，为高亮度发光二极管组成的电光源供电，维持光解反应。 也可用自制氢气为煅烧炉加热。生产甲醇用的二氧化碳是在吸收塔中用强碱 和氢氧化钙溶液作吸收剂，吸收空气中的二氧化碳，再分解得到二氧化碳。
本发明所用的光解装置，即光解池，是一个上表面为透光玻璃、其内有 与透光玻璃平行的铅网、底部和周边为防腐蚀材料壳体的平板型容器，其上 侧有上出口、下侧有进液口和下出口。其铅网的网丝直径≥0.1mm、铅丝间距 ≥0.3mm，铅网为1～3层。光解池也可与集热器结合为一体，即光解池在上、 其底板为透光玻璃，集热器在下，使未光解的阳光透射到集热器吸收体上。 光解装置还可以由呈平面排列的一排圆玻璃管组成，玻璃管的上、下两端分 别与出液管、进液管相连通，玻璃管内受光面布设铅网。
本发明的有益效果是：
①本发明的贡献在于为用化学方法利用太阳能提供一种途径，即在利用 太阳能化学效应的同时也利用其热效应，以水和二氧化碳为原料，通过化学 反应实现工业化生产氢气或甲醇，使太阳能变成使用方便易储存的化学能即 常规能源，可代替煤炭、石油、天然气等。经济效益和社会效益非常巨大。
②此法生产的甲醇比用煤炭生产的甲醇成本至少降低20％。
③利用本法生产的氢气作为化工原料，可以和二氧化碳合成一系列有机 物，可以改变化工生产的原料结构。社会价值非常明显。

附图说明

附图是本发明利用太阳能生产氢气或甲醇的方法的工艺流程图
图中：1-制盐筒、2-煅烧炉、3-冷凝器I、4-冷凝器II、5-蒸发器I、 6-蒸发器II、7-光解池、8-吸收塔I、9-吸收塔II、10-化灰筒、11-除湿器、 12-集热器、13-汽箱、14-水箱、15-液箱、16-气罐。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明总体方案：是利用太阳能把水分解成氢气和氧气；然后用氢气和 二氧化碳合成一系列有机化合物，例如：甲醇、乙醇、甲醚、乙酸、甲醛等。
2H2O＝2H2+O2

实施例1：利用太阳能生产氢气
第一.生产氢气的基本原理：把水分解成氢和氧的反应是不能自发正向进 行的，而是主要通过以下四个过程用化学方法把水变成易光解的化合物，用 光分解其中较难热解的化合物，完成一个制氢循环，最终实现反应正向进行。
1)盐的制造：6I2+6Ca(OH)2＝5CaI2+Ca(IO3)2↓+6H2O
2)水的裂解：
3)释放出氢：
4)释放出氧：
第二.生产氢气的主要生产工序：
生产氢气的主要工序包括：①太阳能制备水蒸气；②盐的制备与分离； ③碘化钙溶液的中温水解和氢碘酸的制备；④氢气的制备和碘的回收；⑤氢 气的精制；⑥碘酸钙的煅烧；⑦碘和氧气的回收；⑧水的净化。
第三.生产氢气的工艺流程与各主要工序的说明：
附图示出本发明利用太阳能生产氢气的生产流程。其流程与工序如下：
①太阳能制备水蒸气：
用太阳能集热器(12)加热净化水生成水蒸气，集中送入汽箱(13)储存； 从汽箱(13)出气口输出的水蒸气，通过管路由蒸发器I(5)下部进气口进入， 加热碘化钙溶液后以冷凝水的形式从蒸发器I(5)下部出水口流出，通过汽箱 (13)的低温端后，由集热器(12)下部进水口返回其内。
目前，太阳能热水器利用太阳能是最成熟的技术，它是采用太阳能平板 型集热器生产热水。由于CaI2溶液蒸发需要134℃，3个绝对大气压的水蒸 气，温度相对较低，比太阳能热水器温度稍高，故采用平板型太阳能集热器。
太阳能集热器断面为长方形。上面是透明面盖，材料一般用低铁玻璃。 中间是吸收体，它的作用是吸收透过面盖的太阳辐射并转变为热能，传给其 中流过的工质水，然后由工质水将热量传导出去。吸收体表面一般涂刷无光 黑板漆。材料一般用金属。吸收体可制成各种不同形式，其截面可以是圆的、 扁平的等形状。下部填充绝热保温材料。两边和底部是保护外箱。
由于生产中温的水蒸气，故太阳能集热器面盖采用两层玻璃，间距10mm。 吸收体采用传热好的铝材，工质水采用蒸馏水。内部抽成真空，外箱采用密 封性能好的钢板材料。
②盐CaI2的制备与分离：
1)盐CaI2的制备：
生产启动阶段，在封闭的防腐蚀的制盐筒(1)内加入碘和氧化钙，并且由 水箱(14)加入蒸馏水，用搅拌机搅拌，在常温下反应生成碘化钙，同时生成 不溶于水的碘酸钙。其反应方程式：
CaO+H2O＝Ca(OH)2
6I2+6Ca(OH)2＝5CaI2+Ca(IO3)2↓+6H2O
启动阶段之后，来自流程多个环节的中间生成物，在制盐筒(1)内继续维 持生成碘化钙和碘酸钙反应的进行。这些中间生成物主要来自5个环节：
首先从光解池(7)来的CaI6溶液和从冷凝器I(3)来的CaI6溶液，即用 CaI2溶液吸收I2生成，进入制盐筒(1)。其次，从蒸发器I(5)下部流出的 Ca(OH)I悬浮液进入制盐筒(1)。水箱(14)继续向制盐筒(1)补加蒸馏水。最 后，从煅烧炉(2)出来的CaO通过化灰筒(10)制成石灰乳，进入制盐筒(1)。 其中，由蒸发器I(5)下部出液口流入制盐筒(1)的Ca(OH)I与I2反应。其反 应方程式：
6I2+12Ca(OH)I＝11CaI2+Ca(IO3)2↓+6H2O
制备盐CaI2的目的是CaI2中温水解生产HI。制备盐Ca(IO3)2的目的是 把氧赋存起来，高温分解放出氧气，完成分解水的循环。
碱和卤素反应生成两种盐属于容易进行的化学反应，在常温下即可，且 反应完全。由于其中一种盐是不溶于水，很容易把两种盐分离。由于碘离子 容易被空气中的氧所氧化，所以必须在封闭的容器制盐筒(1)内进行制备。制 盐筒(1)要采用防腐蚀的容器。制得的CaI2溶液浓度应达到1mol.dm-3以上， 否则以后的反应进行太慢。
以上反应物在制盐筒(1)内，用搅拌机搅拌均匀，即可迅速反应。因反应 迅速而完全，反应物的不断加入不会影响CaI2溶液的分离，即使有反应物混 入CaI2溶液中也不影响后续的反应。
2)盐CaI2和Ca(IO3)2的分离：
在制盐筒(1)内反应完毕，形成CaI2溶液和Ca(IO3)2悬浮液。由于溶液 中需要I2稍微过量，而I2对金属有腐蚀性，故采用具有防腐蚀的离心机进行 分离。也可用其它分离方法使CaI2和Ca(IO3)2分离，如过滤法。分离后的 CaI2溶液进入液箱(15)备用，碘酸钙固体送入煅烧炉(2)。
③碘化钙的中温水解和氢碘酸的制备：
将液箱(15)内的碘化钙溶液，经预热后由蒸发器I(5)上部进液口送入， 在蒸发器I(5)中经①款所述的水蒸气加热，在42℃～250℃温度下水解制取 碘化氢，同时生成碱式碘化钙。其反应方程式：

碘化氢气体从蒸发器I(5)顶部出气口放出，由蒸发器II(6)下部的进气 口进入，在蒸发器II(6)内，经水冷后，变成氢碘酸溶液，由蒸发器II(6)下 部出液口流出，进光解池(7)。碱式碘化钙悬浮液从蒸发器I(5)底部出液口 流出，送入制盐筒(1)。在制盐筒(1)内，与碘反应生成碘化钙，如②款所述。
制备氢碘酸的目的是用银或铅与之反应放出氢气。选用碘化钙的目的是 它容易水解，＞42℃就可以进行水解。反应可以选择在42～250℃温度范围 进行。由于HI恒沸溶液沸点为127℃，为了反应完全和加速进行，优选温度 范围为127～160℃，此时加热蒸汽约相当于2～5个绝对大气压。碘化钙的 水解一般在标准蒸发器中进行，由于此过程有氢碘酸参与，故蒸发器采用防 腐蚀材料，一般选用不锈钢。
从蒸发器I(5)顶部出气口放出的HI混合气体中，含HI气体、水蒸气、 少量碘气和氢气。HI混合气体进入蒸发器II(6)，流出的冷凝液为1个绝对 大气压，进入光解池(7)。粗水作冷却水进入蒸发器II(6)，吸收了HI混合气 体的热量变为水蒸气，由上部流出蒸发器II(6)顶部出气口放出，浓杂质水从 底部排出。
④氢气的制备和碘的回收：
1)氢气的制备：
由光解池(7)底部进液口进入其内的氢碘酸溶液，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，生成氢气和碘。氢气由光 解池(7)上部出口放出，水由其下部出口放出。光解HI制H2的反应方程式：
Pb+2HI＝PbI2+H2↑    2Ag+2HI＝2AgI+H2↑
                                 
2)碘的回收：
在光解池(7)的出口放完气体和液体后，使来自液箱(15)的碘化钙溶液从 光解池(7)的底部进液口进入；碘化钙溶液溶解光解生成的碘，生成六碘化钙， 六碘化钙溶液从光解池(7)的上部出口流出，进入制盐筒(1)。在光解池(7) 的进液口、上下出口，光解氢碘酸和回收碘两个步骤是通过开关自动控制或 人工控制。其反应方程式：
CaI2+2I2＝CaI6
制备氢气在光解池(7)中进行。光解单元操作在基础化学工程中没有论 述。光解单元操作属于新项目，在此详述。
若直接热解HI气体制取H2，需要温度较高。若直接光解HI气体制取H2， 所需光的波长在紫外线范围，故采取间接方法。
用Ag或Pb和HI溶液反应制取H2，再用光分解AgI或PbI2。由于Ag是 贵金属，故采用Pb。PbI2光解最大波长为494.9纳米，在绿光范围。由于Pb 与HI溶液反应，在Pb表面生成不易进行反应的PbI2保护薄膜，故Pb与HI 溶液反应制取H2，得需要很大的Pb表面积。用太阳光分解物质都是在物质 表面进行，物质很厚不易光解。综合上述两方面，可以在光照射下由Pb与 HI溶液反应制取H2。为增加Pb的表面积采用Pb网。Pb网Pb丝直径越小， 表面积越大。考虑到机械强度，Pb丝直径选0.1mm，Pb网丝间距选0.3mm， 易于透光、通过液体。
光解池(7)的构造：为上表面是透光玻璃的平板型容器，其接收光照的横 断面可选圆形或长方形，内装Pb网1～3层。圆形断面的采用玻璃；长方形 断面的，上部透光部分用玻璃，周边底部用防腐蚀材料，如：塑料、不锈钢， 全部用玻璃也行。光解池(7)若选用长方形断面，其内部空间高度以通过液体 量、产生氢气量来决定。一般为1个绝对大气压，内部空间高度大于10mm。 光解池(7)一般有支架支撑迎光斜置，下侧设进液口、下出口，上侧设上出口。
光解池(7)也可由平面排列的一排圆断面玻璃管组成，在玻璃管内沿受光 底面布设铅网，各玻璃管上、下两端分别与进液管、出液管连通，进液管上 设进液口、下出口，出液管上设上出口。其结构与太阳能真空管热水器相似。
光解HI时，进入光解池(7)的HI溶液和Pb网表面反应放出H2，Pb网表 面形成PbI2薄层。从上部玻璃盖透过的光照射在PbI2表面，PbI2被分解成 Pb和I2，Pb留在Pb网上，I2附在Pb网上。反应完毕，H2和液体一齐从光 解池(7)放出。
回收碘的方法：由于I2易溶于碘化物溶液，故采用CaI2溶液来溶解I2。 在光解池(7)放完气体和液体后，把来自液箱(15)的CaI2溶液注入光解池(7) 中，用CaI2溶液溶解I2，以CaI6溶液形式从光解池(7)放出，进入制盐筒(1)。
H2制备和回收I2两个步骤在光解池(7)的进液口和上、下出口，一般是 用开关即电磁阀，通过可编程序控制器进行自动控制。
⑤氢气的精制：
氢气从光解池(7)放出后，由吸收塔I(8)的下部进气口进入塔内；吸收 剂氢氧化钙溶液由吸收塔I(8)上部进液口进入，在吸收塔I(8)内吸收氢气 中残余的碘化氢和碘气后，由吸收塔I(8)底部出液口流出。氢气由吸收塔I (8)顶部出气口放出，通过除湿器(11)除湿，进入氢气气罐(16)。
从光解池(7)出来的氢气含有杂质，主要是HI气体、I2气体和水蒸气， 还有其它杂质，根据不同的用途，必须把它们除掉。
1)HI气体和I2气体的清除：由于HI、I2易与Ca(OH)2反应，故用Ca(OH)2 溶液作为吸收剂，以饱和溶液为佳。选用湍球吸收塔作为吸收设备。
2)氢气的除湿：氢气的除湿是常规技术，不再叙述。
氢气中其它杂质采取相应方法处理。除杂后纯净氢气储存于气罐(16)中。
⑥碘酸钙的煅烧：
将制盐筒(1)中分离出的碘酸钙，送入耐腐蚀的煅烧炉(2)中，经540℃～ 550℃高温煅烧，生成氧化钙、碘和氧气。其反应方程式：

煅烧碘酸钙的目的主要是回收碘。煅烧是经典单元操作。煅烧碘酸钙采 用回转煅烧炉(2)。由于I2有腐蚀性煅烧炉炉板采用不锈钢炉板。入口温度 为550℃，出口温度小于200℃。
碘酸钙可以用皮带机运输，也可以采用其它运输方式。
煅烧碘酸钙采用氢气作为燃料。采用氢气作燃料的原因是煅烧温度较高， 可大于540℃，并且氢气燃料操作简单。若用太阳灶，设施复杂、价格高、 操作复杂，太阳能效率很低。也可采用化学方法使Ca(IO3)2转变成温度较低 的物质，但挺麻烦。采用自产氢气作燃料的理论基础，是煅烧工序所需理论 热能只占分解水所需理论热能的19％。这样避开太阳能的高温收集，采取太 阳能的中温收集，设施、操作都简单，太阳能利用效率也更高。
煅烧后生成的生石灰送入化灰筒(10)，与由光解池(7)出水口流入化灰筒 (10)内的水反应，生成氢氧化钙，进入制盐筒(1)。煅烧后放出的气体进入下 道工序。氢气燃烧后，放出的尾气温度较高，应该回收余热。
⑦碘和氧气的回收：
由煅烧炉出气口放出的氧气和碘气，一起由冷凝器I(3)的入口进入其 内，由水冷却，碘气冷却后变成液体和固体，附在管壁上，氧气仍是气态， 由冷凝器I(3)顶部出口放出；二者分离后，氧气由吸收塔II(9)下部进气口 进入其内，吸收剂氢氧化钙溶液由吸收塔II(9)上部进液口进入，在吸收塔II (9)内吸收氧气中残余的碘气后，由吸收塔II(9)下部出液口流出，净化的氧 气由吸收塔II(9)顶部出气口放出，进入氧气气罐。
在冷凝器I(3)放出氧气后，使来自液箱(15)的碘化钙溶液从冷凝器I(3) 的入口进入；碘化钙溶液溶解碘后，生成六碘化钙，六碘化钙溶液从冷凝器 I(3)的上部出口流出，进入制盐筒(1)。回收氧和回收碘两个步骤，在冷凝 器I(3)的入口和出口是通过开关自动控制或人工控制。
冷凝器采用冷水进行冷却。吸收塔采用湍球吸收塔，吸收剂用Ca(OH)2 饱和溶液更好，主要是回收残余的碘气。除湿后作为产品氧气储存于气罐。
回收碘和氧两步骤在冷凝器I(3)的入口和出口，一般是采用电磁阀，通 过可编程序控制器进行自动控制。
⑧水的净化：
由蒸发器II(6)上部进水口进入其内的冷却水，在冷却碘化氢气体的同时 变成水蒸气，由蒸发器II(6)顶部的出气口放出，进入为碘化钙溶液预热的冷 凝器II(4)中，经冷凝成蒸馏水返回水箱(14)，水箱(14)的净化水再送入制盐 筒(1)作补充。冷却水中的杂质由蒸发器II(6)底部出水口排出。
水是生产氢气的基本原料，生产中必须使用精制水。水中含有的硫酸盐 对系统有害，硫酸根与铅离子生成硫酸铅。一是硫酸铅难分解，造成铅耗增 大；二是它容易沉积在管壁上结垢。本流程中采用蒸馏法生产精制水。
水的净化方法：
1)用过滤沉降法除去水中的机械杂质。
2)用蒸发器把水变成水蒸气：除去机械杂质的水进入蒸发器II(6)，用来 自蒸发器I(5)的中温HI混合气体进行加热，变成水蒸气流出，同时使HI 混合气体冷却成液体。蒸发器II(6)采用防腐蚀的标准蒸发器。
3)水蒸气通过冷凝器变成水：从蒸发器II(6)出来的水蒸气通过冷凝器II (4)冷凝成水。作为精制水进入水箱(14)待用。
实施例2：
利用太阳能生产氢气或甲醇用的光解装置，即光解池(7)，与太阳能集热 器(12)结合为一体，即光解池(7)在上、集热器(12)在下，光解池(7)的底板 为透光玻璃，与集热器(12)上面板透光玻璃平行且有隔热间隔。二者结合在 一起，使不能光解的太阳光进入集热器(12)的吸收体变成热能，提高利用率。
实施例3：
在利用太阳能生产氢气或甲醇的方法中，太阳能集热器(12)制取的水蒸 气，先输入汽轮发电机组发电，然后再进入蒸发器I(5)中。发电机组生产的 电能通过电炉，为煅烧炉(2)供热，煅烧碘酸钙。并且，在无太阳光时，为高 亮度发光二极管组成的电光源供电，维持光解反应、以至整个流程不间断进 行。
实施例4：利用太阳能生产甲醇
利用太阳能生产甲醇的基本方案：利用太阳能生产的氢气，用不同方法 生产的二氧化碳，二者混合后在合成塔中合成甲醇。其反应方程式：

第一.生产甲醇的生产流程：
利用太阳能生产氢气系统得到合格的氢气；利用煅烧炉把石灰石分解成 生石灰和二氧化碳，经水淋洗除尘净化得到合格的二氧化碳；将合格的氢气 和二氧化碳混合后，通过压缩机压缩后进入合成塔，在催化剂和适当的温度、 压力下合成甲醇。对合成的甲醇进行分离、提纯精制得到合格甲醇产品。
第二.生产甲醇的主要工序：
主要工序包括：①氢气的生产；②二氧化碳的生产与净化；③甲醇的合 成与精制。其中，①氢气的生产与上述实施例相同，③在合成塔中用催化剂 合成甲醇是成熟技术，不再叙述。重点说明的是本合成系统更适合环境保护。
二氧化碳的生产与净化：其生产方式有以下三种：
1)利用化石燃料或有机物燃烧生成的二氧化碳经收集净化作为原料气。
2)以石灰石为原料，经煅烧得到生石灰和二氧化碳，二氧化碳经净化作 原料气，生石灰为付产品。
3)利用吸收剂，吸收空气中的二氧化碳，再解吸得到二氧化碳，经净化 作为原料气。这是一种永久的方法。可采用不同的吸收剂和对应的吸收设备。 例如用强碱NaOH或KOH，与Ca(OH)2一同作为吸收剂，设备一般采用标准吸 收塔。以NaOH与Ca(OH)2作吸收剂为例，其反应方程式为：
NaOH+CO2＝Na2CO3
Ca(OH)2+Na2CO3＝CaCO3↓+NaOH

煅烧石灰石制取生石灰和二氧化碳是常规技术，在此利用太阳能生产氢 气作燃料，非常方便。制取的生石灰在太阳能生产氢气过程中有用。
为了解决无阳光时的连续生产，可以通过以下措施解决：①加大太阳能 集热器和汽箱的容量、增大储汽量；②光解可以用绿光波长的电光源照射代 替日光，例如：采用高效率的高亮度发光二极管组成电光源。