一种光热催化分解硫化氢和二氧化碳制备合成气的方法技术

本发明专利技术公开了一种光热催化分解硫化氢和二氧化碳制备合成气的方法，属于制氢和有害气体处理领域。本发明专利技术的特征是，通过太阳能聚光产生高温使硫化氢和二氧化碳或含硫化氢和二氧化碳的气体分解，硫化氢和二氧化碳在催化剂的存在下分解为一氧化碳和氢气(合成气)；也可以通过加热的同时再加光，在催化剂作用下，利用其中光子的能量促进硫化氢和二氧化碳的协同转化。本发明专利技术的方法特别适用于天然气、石油和煤化学工业中的含硫化氢和二氧化碳气体的处理，还可用于冶金、海洋等含硫化氢和二氧化碳气体解离制合成气。本方法对气体的来源和组成没有特殊要求或者限制，因而对于硫化氢和二氧化碳协同转化为合成气具有普适性。氧化碳协同转化为合成气具有普适性。氧化碳协同转化为合成气具有普适性。

【技术实现步骤摘要】
一种光热催化分解硫化氢和二氧化碳制备合成气的方法


[0001]本专利技术属于制氢和有害气体处理领域，涉及一种将有害的硫化氢和二氧化碳分解为合成气的方法。

技术介绍

[0002]随着人们对洁净能源的需求增加，天然气越来越受到重视。而天然气中，富含CO2和H2S的酸性气藏在全国超过2600
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ft3，约占世界天然气总储量的40％。但对酸性气藏的开采也面临了多种难题：(1)CO2和H2S的分离和处理所需要的技术费高昂；(2)开采过程必须满足环保的基本要求(减少CO2和H2S的排放)；(3)H2S有剧毒性，安全隐患较大。
[0003]面对这些难题，研究人员开发了各种技术和工艺去单独或同时去除CO2和H2S。这些分离技术大多在工业上已经成熟，但仍存在投资和运行成本高昂，以及巨大的能源消耗的缺点。从CO2和H2S中回收碳和氢资源，可补偿由此造成的经济损失。将CO2和H2S协同转化为合成气(CO和H2)是目前最有前景的CO2和H2S处理方法，合成气的生产和应用在化学工业中具有极为重要的地位，它可以用来生产氨及其产品、甲醇及其产品、费托合成产品、氢甲酰化产品。因此，将硫化氢和二氧化碳协同转化为合成气是国内外科研工作者重点关注的

[0004]目前，硫化氢和二氧化碳协同转化的方法主要包括：热分解法、电化学法、非热等离子体法等。热分解法是指在催化剂的作用下，通过高温将硫化氢和二氧化碳分解，虽然此方法了得到高的硫化氢和二氧化碳的转化率，但该方法需要大量的能量，并且对于催化剂的选择也有较多要求，高温条件下，催化剂易发生积碳而导致失活。电化学法虽然能处理高浓度的硫化氢和二氧化碳气体，合成气回收率也高，但仍存在操作步骤多、设备腐蚀严重、反应稳定性差和效率低等缺点。非热等离子体法是在非热等离子体中，高能电子与气体分子发生非弹性碰撞，并将其能量传递给这些分子，从而产生激发的分子、原子和离子，促进CO2和H2S分解。此方法虽然具有操作简单、装置体积小、能量效率高等优点，但其会消耗大量的能量。为了解决以上协同转化硫化氢和二氧化碳方法的高能耗、操作复杂、催化剂选择有限且易积碳等缺点，开发一种新型技术十分有必要。
[0005]光热催化法是近几年新兴的催化方法，具有以下优点：(1)在较低温度下表现出更高的催化效率，极大降低了；(2)光能的引入可以调整一些传统热催化无法得到的产物的催化选择性；(3)提高催化稳定性；(4)更加方便和经济；(5)可以实现对反应的瞬时控制。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是，现有分解CO2和H2S的技术方法中能耗高、催化剂易失活和操作复杂等问题，而提出一种新型分解CO2和H2S的方法。
[0007]为解决上述问题，本专利技术提供了一种光热催化分解硫化氢和二氧化碳制备合成气的方法，具体如下：
[0008]本专利技术为实现光热催化共有两种形式：(1)一种是利用20
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50W氙灯模拟太阳光，通
过聚光镜集中光源，光源经过高倍数聚集，光束能提供一定热能，从而实现光热协同催化；(2)另一种是利用加热装置(可控温)加热到一定温度，再增加光源，从而实现光热协同催化。光催化和热催化方法对硫化氢和二氧化碳的转化都有一定的促进作用。
[0009]一种光热催化分解硫化氢和二氧化碳制备合成气的方法，包括如下步骤：(1)将硫化氢和二氧化碳气体通过装载有催化剂的石英管中，采用的进料气体2～100％CO2/Ar和2～5％H2S/Ar的比例为1：1；(2)利用20
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50W氙灯，通过聚光镜聚光，使光束集中到催化剂表面，反应温度为500
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900℃，气体产物(H2、CO)可通过连接气相色谱检测。
[0010]另一种光热催化分解硫化氢和二氧化碳制备合成气的方法，包括如下步骤：(1)将硫化氢和二氧化碳气体通过装载有催化剂的石英管中，采用的进料气体2～100％CO2和2～5％H2S的比例为1：1；(2)利用电阻丝加热将催化剂加热到一定温度，随后将光照射在催化剂表面，反应温度为600～900℃，气体产物(H2、CO)可通过连接气相色谱检测。
[0011]光照区域填装的光热催化剂为固体颗粒和粉末，而具有光热催化活性的固体光热催化剂都适用本专利技术。比如，氧化铈、碲化铋、氧化钴、氧化钨、氧化铟、氧化镓、氧化铝、钛酸锶、氧化镁、氧化钼、二氧化钛、铁酸锌，以及由它们组成的两种或者两种以上的混合物。光热催化剂可以用金属(包括Fe、Cu、Co、Mo、Ni、Ag、Au、Ca、Bi、Ga、Ce元素)和非金属元素(包括N、C、S、F元素)改性和修饰，以提高催化反应性能。
[0012]具有光催化活性的组分也可以负载在多孔材料上制成负载型催化剂，所使用的载体没有特殊限制，可以是活性炭、碳分子筛、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、富勒烯、氧化铈、碲化铋、氧化钴、氧化钨、氧化铟、氧化镓、氧化铝、钛酸锶、氧化镁、氧化钼、二氧化钛、铁酸锌、硫化镉、二硫化钼、沸石分子筛、介孔分子筛、介
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微孔复合材料、高比表面积大孔材料、高分子聚合物和多孔金属中的一种或两种及两种以上的混合物。负载的方法是在溶剂存在下，将载体和含有活性金属组分的原料进行接触，所述接触的条件为：温度为0～100℃，时间为1～24h，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、二甲亚砜、四氢呋喃、吡啶、乙腈、正丙醇和二甲基甲酰胺中的至少一种，负载物在载体上的负载量为0.1wt％以上。
[0013]本专利技术的技术方案相比于现有分解硫化氢和二氧化碳具有以下优势：(1)本专利技术通过模拟的太阳光作为能量源，是一种可再生绿色能源，弥补了纯热催化能耗高的劣势；(2)本专利技术利用光热协同催化，利用太阳光打破硫化氢和二氧化碳分解的热力学平衡，实现低温下硫化氢和二氧化碳的有效分解；(3)本专利技术可以对硫化氢和二氧化碳进行无害化处理，而且可以通过硫化氢和二氧化碳协同转化制备合成气；(4)本专利技术使用的光热催化分解硫化氢和二氧化碳，极大减少了催化剂的积碳现象，对催化剂稳定性有明显提高作用；(5)本专利技术对气体来源和组成没有特殊要求或者限制，因而对于各种浓度硫化氢的分解制氢具有普适应性。(6)本专利技术使用的催化剂选择广泛。
附图说明
[0015]为了更清楚的说明本专利技术实施的技术方案，下面将对实施技术装置附图进行简单的介绍。
[0016]图1是本专利技术测试例中使用的光热催化反应器的结构示意图。
[0017]附图标记说明：1
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CO2气瓶、2
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H2S气瓶、3
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CO2气体流量计、4
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H2S气体流量计、5
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气体混合装置、6
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太阳能聚光器、7
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反应器金属外壳、8
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保温层、9
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电阻丝、10
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石英管、11
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产物收集装置、12
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尾气处理装置。
具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光热催化分解硫化氢和二氧化碳制备合成气的方法，硫化氢和二氧化碳的分解通过热催化和光催化协同实现，其特征在于：可以通过太阳能聚光产生高温使硫化氢和二氧化碳或含硫化氢和二氧化碳的气体分解，硫化氢和二氧化碳在催化剂的存在下分解为合成气；也可以通过加热的同时再加光，在催化剂作用下，高温和光照共同促进硫化氢和二氧化碳或含硫化氢和二氧化碳的气体分解为合成气。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所属硫化氢和二氧化碳分解反应的条件包括：反应温度为40～1000℃，光照强度为0.1W以上，反应压力为
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0.06MPa～0.6MPa。3.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于，使用的光热催化剂为固体颗粒和粉末。4.根据权利要求1、3所述的方法，其特征还在于，固体光热催化剂包括氧化铈、碲化铋、氧化钴、氧化钨、氧化铟、氧化镓、氧化铝、钛酸锶、氧化镁、氧化钼、二氧化钛、铁酸锌，以及由它们...

【专利技术属性】
技术研发人员：周莹，付梦瑶，于姗，黄泽皑，曹玥晗，张瑞阳，唐春，黄靖元，段元刚，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：