铜氯热化学循环中氯化铜结晶的参数优化用于氢气生产：一种可持续的替代喷雾干燥的方法

《Industrial & Engineering Chemistry Research》：Parametric Optimization of Cupric Chloride Crystallization in Copper Chlorine Thermochemical Cycle for Hydrogen Production: A Sustainable Alternative to Spray Drying

CuCl?结晶行为研究揭示其作为氯铜循环中高效固体产物制备途径的潜力，通过调控HCl浓度（6N）和冷却速率实现55%结晶率，XRD和SEM表征证实产物为针状CuCl?·2H?O晶体。Aspen Plus模拟显示结晶法能耗（1140.59 kW）较喷雾干燥（2021.87 kW）降低44%，设备投资（1.54亿美元）和运营成本（降低43%）更具经济性，且碳排放减少32%，为绿氢生产提供可持续技术方案。

　　

从电解液中结晶CuCl₂的过程在绿色氢生产的Cu–Cl热化学循环中是一个关键挑战。在这项研究中，系统地研究了CuCl₂–HCl–H₂O系统的结晶行为，以确定操作范围并优化实验室规模下的工艺参数。结果表明，结晶发生在较窄的操作窗口内，其中HCl浓度和冷却速率是最关键的因素。最佳条件为6 N HCl和30%（重量比）的CuCl₂进料浓度，此时结晶率可达55%。通过X射线衍射进行结构表征发现，形成的CuCl₂·2H₂O晶体在干燥后会脱水成为无水CuCl₂，其具有独特的针状形态，这一形态通过扫描电子显微镜得以观察，并且在干燥后表面会出现裂纹。进一步进行工艺级评估，基于1千克H₂生产的Aspen Plus模拟显示，结晶过程需要1140.59千瓦的能量，比喷雾干燥（2021.87千瓦）低近44%。经济评估表明，喷雾干燥的资本成本（2180万美元）高于结晶系统（1540万美元）；此外，喷雾干燥器的运行成本也比结晶系统高出43%。环境影响分析显示，结晶过程的气体排放量（32%）显著低于喷雾干燥过程。通过结合实验数据、工艺模拟、经济分析和环境评估，本研究证实了结晶是一种在Cu–Cl热化学循环中生产固体CuCl₂的节能、高效且可持续的方法。