一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢制取氢气和硫磺的全流程工艺方法技术

本申请公开了一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢制取氢气和硫磺的全流程工艺方法，所述工艺方法包括以硫化氢为原料，包括媒介体吸收硫化氢制硫磺、媒介体催化析氢、媒介体电化学转化三个单元。本发明专利技术所提供的工艺及方法，可以精确控制各单元反应进度，平衡各单元的反应速率，通过媒介体循环有效提高原料处理效率并降低运行能耗。媒介体辅助条件下实现硫化氢100％吸收及转化并制取高纯氢气和硫磺，为硫化氢资源化转化利用提供切实可行的电化学路径和方法。径和方法。

【技术实现步骤摘要】
一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢制取氢气和硫磺的全流程工艺方法


[0001]本申请涉及一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢制取氢气和硫磺的 全流程工艺方法，属于有害气体资源化转化利用领域，也属于新能源规模 化制氢领域。

技术介绍

[0002]硫化氢是一种剧毒有害气体，主要来源于天然气化工、石油化工和煤 化工等领域。
[0003]目前工业上最常用的是采用传统克劳斯法(Claus技术)硫化氢处理工 艺，首先使用醇胺类溶剂将硫化氢气体分离出来，净化浓缩后再通过化学 氧化的方法燃烧成为水和硫磺，脱硫的过程中同时回收硫磺。另外，以 LO
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CAT络合铁工艺为代表的湿法脱硫技术较适用于处理较低硫化氢含量 的尾气，具体为使用含Fe
3+
的吸收液氧化硫化氢生成硫磺，然后再用空气 氧化吸收液使其再生，吸收液循环再生使用。目前常规硫化氢处理方法最 大的缺点是硫化氢中的氢元素被氧化为水而不能有效利用。为了实现资源 的高效利用，节能减排，变废为宝，利用电化学方法处理硫化氢的新技术 逐渐受到人们的重视。在之前的工作中我们公开了一种媒介体辅助的电化 学分解硫化氢的方法(CN107815698A、CN111232921A)，反应条件温和， 在生成硫磺的同时还能够生成氢气，是一种有效绿色的硫化氢处理工艺方 法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种媒介体辅助的硫化氢气体电化学分解制取高纯氢 气和硫磺的全流程工艺方法，消除硫化氢污染的同时实现了有毒气体硫化 氢的资源化转化利用，是一种高效绿色的硫化氢处理工艺方法。
[0005]全流程工艺包括氧化态媒介体吸收硫化氢制硫磺、还原态媒介体催化 析氢制高纯氢气、氧化态/还原态媒介体电化学转化三个主体单元。氧化态 媒介体吸收硫化氢制硫磺单元使用专属媒介体，通过氧化态媒介体的成分 控制实现硫化氢原料100％吸收和转化。还原态媒介体催化析氢单元使用 专属析氢催化剂，实现还原态媒介体中氢气完全析出。氧化态/还原态媒介 体电化学转化单元通过使用专属电堆系统，实现氧化态/还原态媒介体的循 环利用。该工艺方法能够高效吸收转化硫化氢气体制备高纯氢气和硫磺， 实现硫化氢气体100％资源化转化利用制取高纯氢气和硫磺。
[0006]本申请的一个方面，提供一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢制取氢 气和硫磺的全流程工艺方法，
[0007]所述工艺方法包括：含硫化氢的原料通入含有媒介体和析氢催化剂的 反应装置中，制取氢气和硫磺；
[0008]所述媒介体包括氧化态的媒介体和还原态的媒介体。
[0009]可选地，所述
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工艺方法包括依次连接的制硫单元、电化学转化单元、 析氢单元；
[0010]所述硫化氢吸收制硫单元包括含有氧化态媒介体的硫化氢吸收反应 器；所述硫化氢吸收反应器设有原料进口、氧化态媒介体进口、出口I、 出口II；
[0011]所述电化学转化单元包括电堆；所述电堆设有阳极进口、阴极进口、 阳极出口、阴极出口；所述阳极进口与所述出口II管路连通；阳极出口与 所述氧化态媒介体进口管路连通；
[0012]所述阳极进口与所述出口II之间还开设有单质硫分离器；
[0013]所述析氢单元包括催化析氢反应器和分离装置；
[0014]所述析氢反应器的进口与所述阴极出口管路连通；所述析氢反应器的 出口与所述分离装置的进口管路连通，所述分离装置的液相与所述阴极进 口管路连通。
[0015]可选地，所述硫化氢吸收制硫单元还包括硫化氢洗脱装置，所述硫化 氢洗脱装置与所述硫化氢吸收反应器的出口I连通；
[0016]所述硫化氢吸收制硫单元还包括增压装置I
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1、增压装置I
‑
2；
[0017]所述阳极出口、增压装置I
‑
1、氧化态媒介体进口依次管路连通；
[0018]所述出口II、增压装置I
‑
2、阳极进口依次管路连通。
[0019]可选地，所述电化学转化单元还包括增压装置II
‑
1、增压装置II
‑
2；
[0020]所述出口II、增压装置II
‑
1、阳极进口依次管路连通；
[0021]所述分离装置、增压装置II
‑
2、阴极进口依次管路连通；
[0022]所述电化学转化单元还包括储存装置II
‑
1、储存装置II
‑
2、储存装置 II
‑
3、储存装置II
‑
4；
[0023]所述阳极出口与所述氧化态媒介体进口通过储存装置II
‑
1管路连通；
[0024]所述出口II、储存装置II
‑
2、阳极进口依次管路连通；
[0025]所述阴极出口、储存装置II
‑
3、催化析氢反应器依次管路连通；
[0026]所述分离装置、储存装置II
‑
4、阴极进口依次管路连通。
[0027]可选地，所述析氢单元包括增压装置III
‑
1、增压装置III
‑
2；
[0028]所述阴极出口、增压装置III
‑
1、催化析氢反应器的进口依次管路连通；
[0029]所述分离装置液相出口I、增压装置III
‑
2、所述阴极进口依次管路连 通；
[0030]所述分离装置还开设有气相出口；
[0031]所述析氢单元还包括脱水装置，所述脱水装置与所述分离装置的气相 出口管路连通。
[0032]可选地，所述工艺方法具体包括：
[0033](1)含硫化氢的原料经原料进口通入含有氧化态的媒介体I的硫化氢 吸收反应器，与氧化态的媒介体I接触反应得到单质硫、氢离子和还原态 的媒介体I；
[0034]所述单质硫经过单质硫分离器分离回收；
[0035]所述氢离子和还原态的媒介体I经阳极进口进入电化学转化单元阳极 侧，所述还原态的媒介体I转化为氧化态的媒介体I，经由阳极出口、氧 化态媒介体进口，返回硫化氢吸收反应器，进行循环；
[0036]未反应的其他气体通过硫化氢吸收反应器的出口I进入含氧化态媒介 体I的洗脱装置洗脱后驰放；
[0037](3)所述氢离子进入电化学转化单元阴极侧，通过阴极出口进入含 有析氢催化
剂、还原态媒介体II的析氢反应器，发生催化还原反应，生成 含有氢气和氧化态的媒介体II的混合物；
[0038]所述混合物经过分离装置气液分离，产生氢气和氧化态的媒介体II；
[0039]所述氧化态的媒介体II经阴极进口进入电化学转化单元阴极侧；所述 氧化态的媒介体II转化为还原态的媒介体II，经阴极出口，返回析氢反应 器，进行循环；
[0040]所述氢气经分离装置的气相出口排出。
[0041]可选地，所述硫化氢吸收反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢制取氢气和硫磺的全流程工艺方法，其特征在于，所述工艺方法包括：含硫化氢的原料通入含有媒介体和析氢催化剂的反应装置中，制取氢气和硫磺；所述媒介体包括氧化态的媒介体和还原态的媒介体。2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述反应装置包括依次连接的硫化氢吸收制硫单元、电化学转化单元、析氢单元；所述硫化氢吸收制硫单元包括含有氧化态媒介体的硫化氢吸收反应器；所述硫化氢吸收反应器设有原料进口、氧化态媒介体进口、出口I、出口II；所述电化学转化单元包括电堆；所述电堆设有阳极进口、阴极进口、阳极出口、阴极出口；所述阳极进口与所述出口II管路连通；阳极出口与所述氧化态媒介体进口管路连通；所述阳极进口与所述出口II之间还开设有单质硫分离器；所述析氢单元包括催化析氢反应器和分离装置；所述析氢反应器的进口与所述阴极出口管路连通；所述析氢反应器的出口与所述分离装置的进口管路连通，所述分离装置的液相出口与所述阴极进口管路连通。3.根据权利要求2所述的工艺方法，其特征在于，所述硫化氢吸收制硫单元还包括硫化氢洗脱装置，所述硫化氢洗脱装置与所述硫化氢吸收反应器的出口I连通；所述制硫单元还包括增压装置I
‑
1、增压装置I
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2；所述阳极出口、增压装置I
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1、氧化态媒介体进口依次管路连通；所述出口II、增压装置I
‑
2、阳极进口依次管路连通。4.根据权利要求2所述的工艺方法，其特征在于，所述电化学转化单元还包括增压装置II
‑
1、增压装置II
‑
2；所述出口II、增压装置II
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1、阳极进口依次管路连通；所述分离装置、增压装置II
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2、阴极进口依次管路连通；所述电化学转化单元还包括储存装置II
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1、储存装置II
‑
2、储存装置II
‑
3、储存装置II
‑
4；所述阳极出口与所述氧化态媒介体进口通过储存装置II
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1管路连通；所述出口II、储存装置II
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2、阳极进口依次管路连通；所述阴极出口、储存装置II
‑
3、催化析氢反应器依次管路连通；所述分离装置、储存装置II
‑
4、阴...

【专利技术属性】
技术研发人员：李灿，刘铁峰，张伟，王庆楠，郑曌雯，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：