应用催化剂分解硫化氢的方法技术

本发明专利技术涉及硫化氢分解领域，公开了一种应用催化剂分解硫化氢的方法，该方法包括：将含有硫化氢的原料气引入至低温等离子体反应器中，并且在介质阻挡放电条件下与该低温等离子体反应器中的分解催化剂接触以进行分解反应，所述分解催化剂中含有载体、负载在所述载体上的活性金属组分以及助剂，以及所述助剂为选自K、Na、N和P中的至少一种元素；以所述分解催化剂的总重量为基准，所述载体的含量为40～90重量％，所述活性金属组分以氧化物计的含量为1～50重量％，所述助剂以氧化物计的含量为0.01～10重量％。本发明专利技术提供的前述提高硫化氢转化率的方法相对于现有技术提供的方法具有更高的硫化氢转化率。

Method of Decomposition of Hydrogen Sulfide by Catalyst

【技术实现步骤摘要】
应用催化剂分解硫化氢的方法
本专利技术涉及硫化氢分解领域，具体涉及一种应用催化剂分解硫化氢的方法。
技术介绍
硫化氢(H2S)是一种剧毒、恶臭的酸性气体，不仅会引起金属等材料的腐蚀，而且在化工生产中还容易导致催化剂中毒失活；另外，硫化氢还会危害人体健康，造成环境污染。因此，对石油、天然气、煤和矿产加工等工业领域中产生的大量硫化氢气体进行无害化处理时，无论从工艺需要、设备维护还是环保要求等方面考虑，均亟待解决。目前工业上普遍采用克劳斯(Claus)法处理硫化氢，其方法是将硫化氢部分氧化得到硫磺和水。此方法虽然解决了硫化氢的无害化问题，但却损失了大量氢资源。随着我国高硫原油加工量的增多，炼油加氢精制单元副产的含硫化氢酸性尾气的量逐年增加，加氢精制所需的氢气量也随之增加；另外，氢气作为油品加氢裂化，低碳醇合成、合成氨等化工工艺过程的主要原料，其需求量也非常可观。因此，将硫化氢直接分解是一条理想的硫化氢资源化利用技术路线，既可以使其无害化，又可以生产氢气和单质硫，不仅可以实现氢资源在石油加工过程的循环利用，还可以减少传统烃类重整制氢带来的大量二氧化碳排放。目前，硫化氢分解方法主要包括：高温分解法、电化学法、光催化法和低温等离子体法等。在前述多种方法中，高温热分解法在工业技术上相对成熟，但硫化氢热分解强烈地依赖于反应温度，并且受热力学平衡限制，即使反应温度在1000℃以上，硫化氢的转化率也仅为20％。另外，高温条件对反应器材质的要求较高，这也会增加运行成本。此外，由于硫化氢热分解转化率低，需要将大量的硫化氢气体从尾气中分离并在系统中循环，因此也降低了装置效率并且增加了能耗，这些均给其大型工业化应用带来困难。采用膜技术虽然可以有效的分离产物从而打破平衡限制，提高硫化氢转化率，但热分解温度往往会超过膜的极限耐热温度，使膜材料结构遭到破坏。电化学法则存在操作步骤多、设备腐蚀严重、反应稳定性差和效率低等缺点。光催化法分解硫化氢主要借鉴光催化分解水的研究，研究重点集中在开发高效半导体光催化剂等方面。利用太阳能来分解硫化氢，具有能耗低、反应条件温和、操作简单等优点，是较为经济的方法。但这种方法存在处理量小、催化效率低并且催化剂容易失活等问题。与其他分解方法相比，低温等离子体方法具有操作简单，装置体积小，能量效率高等优点，而且其中涉及的反应具有高度的可控性，可在小处理量、难以集中处理情况下灵活地被应用。此外，由于其具有高能量密度和可缩短反应时间的特点，能够实现在较低温度下将硫化氢进行有效的分解，适合于不同规模、布局分散、生产条件多变的场合。而且，在回收硫磺的同时，低温等离子体方法将氢资源回收，能够实现硫化氢资源化的利用。CN102408095A使用介质阻挡放电和光催化剂协同分解硫化氢，其方法是将具有光催化活性的固体催化剂填充在等离子体区，然而该方法存在硫化氢分解产生的硫磺会沉积在催化剂床层下方的缺点。CN103495427A公开了利用低温等离子体制备负载型金属硫化物催化剂的方法，该现有技术的特征是，通过气体放电使硫化氢气体或者含硫化氢的气体电离，形成均匀分布的低温等离子体，利用该低温等离子体与负载型金属盐前体直接相互作用生成金属硫化物。由于避免了催化剂暴露在过高的温度下，因此制备的催化剂不会出现热团聚现象，从而颗粒尺寸更小，分散度更高。然而，该现有技术提供的催化剂在用于硫化氢的分解反应时，硫化氢的转化率并不高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术提供的催化硫化氢分解生成单质硫和氢气的催化剂存在的硫化氢转化率不高的缺陷，提供一种新的应用催化剂分解硫化氢的方法。本专利技术的专利技术人在研究中发现，含有选自K、Na、N和P中的至少一种元素的助剂成分的催化剂在用作介质阻挡放电的低温等离子体反应器中的分解硫化氢的分解催化剂时，能够使得硫化氢的转化率相对于现有技术明显提高。据此，本专利技术的专利技术人完成了本专利技术的技术方案。为了实现上述目的，本专利技术提供一种应用催化剂分解硫化氢的方法，该方法包括：将含有硫化氢的原料气引入至低温等离子体反应器中，并且在介质阻挡放电条件下与该低温等离子体反应器中的分解催化剂接触以进行分解反应，其中，所述分解催化剂中含有载体、负载在所述载体上的活性金属组分以及助剂，所述载体为分子筛、氧化铝和氧化硅中的至少一种，所述活性金属组分为选自第IB族、第IIB族、第IVB族、第VB族、第VIB族、第VIIB族、第VIII族金属元素中的至少一种，以及所述助剂为选自K、Na、N和P中的至少一种元素；以所述分解催化剂的总重量为基准，所述载体的含量为40～90重量％，所述活性金属组分以氧化物计的含量为1～50重量％，所述助剂以氧化物计的含量为0.01～10重量％。本专利技术提供的前述提高硫化氢转化率的方法相对于现有技术提供的方法具有更高的硫化氢转化率；特别地，在优选情况下，本专利技术提供的方法能够使得硫化氢的转化率在相对较长的时间内维持稳定的较高水平。另外，本专利技术提供的前述方法具有操作简单以及成本低的优点。附图说明图1是本专利技术的实施例中使用的低温等离子体反应器的结构示意图。附图标记说明1、内筒2、外筒11、反应器入口21、导热介质入口12、气体产物出口22、导热介质出口13、液体产物出口3、中心电极具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。如前所述，本专利技术提供了一种应用催化剂分解硫化氢的方法，该方法包括：将含有硫化氢的原料气引入至低温等离子体反应器中，并且在介质阻挡放电条件下与该低温等离子体反应器中的分解催化剂接触以进行分解反应，其中，所述分解催化剂中含有载体、负载在所述载体上的活性金属组分以及助剂，所述载体为分子筛、氧化铝和氧化硅中的至少一种，所述活性金属组分为选自第IB族、第IIB族、第IVB族、第VB族、第VIB族、第VIIB族、第VIII族金属元素中的至少一种，以及所述助剂为选自K、Na、N和P中的至少一种元素；以所述分解催化剂的总重量为基准，所述载体的含量为40～90重量％，所述活性金属组分以氧化物计的含量为1～50重量％，所述助剂以氧化物计的含量为0.01～10重量％。为了进一步提高硫化氢的转化率，以所述分解催化剂的总重量为基准，优选所述载体的含量为62～85重量％，所述活性金属组分以氧化物计的含量为7～30重量％，所述助剂以氧化物计的含量为0.1～8重量％。特别优选情况下，在所述分解催化剂中，所述助剂为K和/或Na。本专利技术的专利技术人发现，选用K和/或Na作为本专利技术的方法的分解催化剂中的助剂时，能够使得本专利技术的方法获得明显更高的硫化氢转化率。根据一种优选的具体实施方式，在所述分解催化剂中，所述载体中含有作为组分A的分子筛和作为组分B的氧化铝和/或氧化硅。优选情况下，在所述分解催化剂中，优选所述组分A和所述组分B的含量重量比为1：(0.01～1.2)；优选为1：(0.02～1)；更优选为1：(0.05～0.95)；进一步优选为1：(0.1～0.8)。在本专利技术的方法中，在介质阻挡放电条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用催化剂分解硫化氢的方法，该方法包括：将含有硫化氢的原料气引入至低温等离子体反应器中，并且在介质阻挡放电条件下与该低温等离子体反应器中的分解催化剂接触以进行分解反应，其中，所述分解催化剂中含有载体、负载在所述载体上的活性金属组分以及助剂，所述载体为分子筛、氧化铝和氧化硅中的至少一种，所述活性金属组分为选自第IB族、第IIB族、第IVB族、第VB族、第VIB族、第VIIB族、第VIII族金属元素中的至少一种，以及所述助剂为选自K、Na、N和P中的至少一种元素；以所述分解催化剂的总重量为基准，所述载体的含量为40～90重量％，所述活性金属组分以氧化物计的含量为1～50重量％，所述助剂以氧化物计的含量为0.01～10重量％。

【技术特征摘要】
1.一种应用催化剂分解硫化氢的方法，该方法包括：将含有硫化氢的原料气引入至低温等离子体反应器中，并且在介质阻挡放电条件下与该低温等离子体反应器中的分解催化剂接触以进行分解反应，其中，所述分解催化剂中含有载体、负载在所述载体上的活性金属组分以及助剂，所述载体为分子筛、氧化铝和氧化硅中的至少一种，所述活性金属组分为选自第IB族、第IIB族、第IVB族、第VB族、第VIB族、第VIIB族、第VIII族金属元素中的至少一种，以及所述助剂为选自K、Na、N和P中的至少一种元素；以所述分解催化剂的总重量为基准，所述载体的含量为40～90重量％，所述活性金属组分以氧化物计的含量为1～50重量％，所述助剂以氧化物计的含量为0.01～10重量％。2.根据权利要求1所述的方法，其中，以所述分解催化剂的总重量为基准，所述载体的含量为62～85重量％，所述活性金属组分以氧化物计的含量为7～30重量％，所述助剂以氧化物计的含量为0.1～8重量％。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述助剂为K和/或Na。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，在所述分解催化剂中，所述载体中含有作为组分A的分子筛和作为组分B的氧化铝和/或氧化硅。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述组分A和所述组分B的含量重量比为1：(0.01～1.2)；优选为1：(0.05～0.95)；更优选为1：(0.1～0.8)。6.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述分解催化剂中，所述分子筛选自中孔分子筛和大孔分子筛中的至少一种；优选地，所述中孔分子筛的平均孔径为大于等于0.3nm至小于0.6nm；所述大孔分子筛的平均孔径为0.6～1.0nm。7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述中孔分子筛选自Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婧，任君朋，李亚辉，张铁，孙峰，石宁，徐伟，金满平，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11