一种含硫化氢和二氧化碳气体循环电化学转化处理方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种含硫化氢和二氧化碳气体循环电化学转化处理方法及其装置，该方法包括以下步骤：含有二氧化碳的气体在电化学阴极还原得到一氧化碳，在电化学阳极得到含有氧化态媒介体的阳极液；将含有氧化态媒介体的阳极液与含有硫化氢的气体接触，得到硫单质、含有氢离子和还原态媒介体的混合物以及产物气体；其中，含有氢离子和还原态媒介质的混合物至少返回至电化学阳极循环。该方法通过电化学处理方法将二氧化碳和硫化氢转化为高附加值产品的方法，同时实现产物之间的循环利用，提高了处理效率，减少了废物的产生。本发明专利技术的另一方面还提供了该方法所用装置。

【技术实现步骤摘要】
一种含硫化氢和二氧化碳气体循环电化学转化处理方法及其装置
本专利技术涉及一种含硫化氢和二氧化碳气体循环电化学转化处理方法及其装置，属于有害气体处理领域。
技术介绍
二氧化碳和硫化氢作为无用的或者有害气体，广泛同时存在于工业尾气排放、生物沼气、天然气和页岩气中。高浓度的二氧化碳和硫化氢不但会对环境造成巨大的污染而且严重危害人类健康。目前，常用的二氧化碳和硫化氢处理方法有碱液吸收法、高温吸收法和高温催化转化法等，然而二次污染、高耗能、低收益严重制约了上述方法的发展。因此，在温和的反应条件下，发展一种有效绿色的处理方法具有重要的意义。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种硫化氢和二氧化碳气体循环电化学转化处理方法，该方法能将二氧化碳和硫化氢同时转化为高附加值的产物，二氧化碳转化为一氧化碳，硫化氢转化为硫磺，从而实现对有害混合气体的无害化处理。该方法处理效率较高，效果显著。所述含硫化氢和二氧化碳气体循环电化学转化处理方法，包括以下步骤：含有二氧化碳的气体在电化学阴极还原得到一氧化碳，在电化学阳极得到含有氧化态媒介体的阳极液；将所述含有氧化态媒介体的阳极液与含有硫化氢的气体接触，得到硫单质、含有氢离子和还原态媒介体的混合物以及产物气体；其中，所述含有氢离子和还原态媒介质的混合物至少返回至电化学阳极进行循环。可选地，所述含有硫化氢的气体中包含二氧化碳；所述产物气体返回至所述电化学阴极进行二氧化碳还原。含有硫化氢的气体中所含二氧化碳在电化学阴极电催化剂的作用下与氢离子结合转化为一氧化碳。可选地，所述媒介体选自氢醌/醌、K3[Fe(CN)6]/K2[Fe(CN)6]、EDTA-Fe2+/EDTA-Fe3+中的至少一种；所述媒介体的摩尔浓度为1×10-5～10mol/L。所述含硫化氢和二氧化碳气体循环电化学转化处理方法，包括以下步骤：在电化学阳极获得含氧化态媒介体的阳极液，用所述含氧化态媒介体的阳极液氧化所述含硫化氢和二氧化碳的气体，得到反应气和硫单质；将所述反应气通入电化学阴极分解所述二氧化碳，得到一氧化碳和燃料气。产生含氧化态媒介体的阳极液和分解二氧化碳的反应同时发生在电化学阳极和电化学阴极。经过对硫化氢的回收利用，所得反应气中硫化氢含量急剧下降，反应后的气体中含有一定浓度的二氧化碳，通过将该反应气通入发生二氧化碳分解反应的阴极，将二氧化碳转化为一氧化碳，从而实现同时处理两种有害气体，提高处理效率。此处所得燃料气中含有一氧化碳，可用于继续燃烧产生热量。以处理工业尾气、天然气或页岩气为例，处理后燃烧气中主要含有甲烷和一氧化碳。优选的，所述电化学阴极的电化学反应催化剂包括Au、Ag、Pd、Au合金、Ag合金、Pd合金、Zn、石墨烯包裹的氧化锌、Cu、CuZn合金、CuSn合金、酞箐钴、酞箐铁、镁卟啉、锌卟啉、铁卟啉中的至少一种；可选的，所述电化学阳极的电化学反应催化剂包括Ti、碳纸、石墨、石墨烯或碳纳米管中的至少一种；可选的，所述电化学阴极的电解质独立的选自碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱金属硫酸盐或咪唑基离子液体中的至少一种。可选的，所述电化学阳极中包括阳极电解液，可选地，所述电化学阳极的电解质独立的选自氢醌、K2[Fe(CN)6]、EDTA-Fe2+中的至少一种。可选的，所述电化学阳极的电解液的摩尔浓度和所述电化学阴极的电解液的摩尔浓度分别独立地为0.01-5mol/L；进一步优选的，所述电化学阳极的电解液的和所述电化学阴极的电解液的摩尔浓度独立地为0.25～1.0mol/L。此处根据所采用阳极电解液中所含离子对，形成对应的氧化态媒介体和还原态媒介体对。例如以EDTA-Fe2+作为阳极电解液所得阳极液中所含氧化态媒介体为EDTA-Fe3+。K2[Fe(CN)6]的氧化态为K3[Fe(CN)6]。优选的，所述电化学阴极中所用电化学催化剂为金属电催化剂。可选地，所述阴极的电化学反应催化剂包括包括AuAg合金、AuPd合金、AgPd合金中的至少一种。可选的，所述电化学阴极中所用催化剂包括纯金属电催化剂、合金电催化剂和非贵金属电催化剂。如催化剂Zn、石墨烯包裹的氧化锌、Cu、CuZn合金，CuSn合金；酞箐钴、酞箐铁；镁卟啉、锌卟啉和铁卟啉。纯金属电催化剂如Au、Ag、Pd。非贵金属电催化剂如催化剂Zn、石墨烯包裹的氧化锌和Cu。合金电催化剂如CuZn合金，CuSn合金、酞箐钴、酞箐铁；镁卟啉、锌卟啉和铁卟啉。可选的，所述电化学阴极包括阴极电解液，所述阴极电解液独立的选自碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱金属硫酸盐或咪唑基离子液体中的至少一种；可选的，所述电化学阳极包括阳极；所述电化学阴极包括阴极，在所述阳极和所述阴极间施加的电压为0-10V。可选的，所述电压为直流电压。可选的，所述含硫化氢和二氧化碳的气体流速可根据所用吸收塔进行选择。本专利技术的另一方面还提供了含硫化氢和二氧化碳气体循环电化学转化处理，包括电催化装置和吸收装置，所述二氧化碳的电化学还原在所述电催化装置的阴极进行；所述硫化氢的吸收在所述吸收装置中进行；所述电催化装置包括阳极室和阴极室；所述阳极室的出液口与所述吸收装置的进液口管路连接；所述阳极室的进液口与所述吸收装置的出液口管路连接；所述吸收装置的出气口与所述电化学阴极室的进气口管路连接。可选地，所述电催化装置中获得的氧化态的媒介体被泵送到所述吸收装置与硫化氢接触反应得到硫磺、氢离子和还原态的媒介体；其中，所述硫磺被分离回收，所述氢离子和所述还原态的媒介体至少被泵送至所述阳极室完成循环。可选地，所述吸收装置为吸收塔。通过采用该装置实现对阳极液的闭路循环使用，同时对待处理气体中所含气体进行分别处理，提高处理效率，实现一套装置处理多种气体的效果。可选的，所述电催化装置还包括设于阳极室和阴极室之间的隔膜；例如电解装置包括电解槽和隔膜，所述电化学阳极和所述电化学阴极分设于所述电解槽的两端，分别形成阳极室和阴极室；所述隔膜设置于阳极室和阴极室之间。优选的，所述隔膜为Nafion隔膜或多孔陶瓷隔膜，所述隔膜的孔隙为0.01-500微米。可选的，所述吸收装置内沿所述吸收装置的纵向间隔设置多层筛板。优选的，所述筛板为石英砂筛板，所述石英砂筛板的孔隙为10-500微米。优选的，还包括施加电压装置，所述电化学阳极室包括阳极；所述电化学阴极室包括阴极；所述施加电压装置分别与阴极和阳极电路连接。本专利技术涉及一种将二氧化碳和硫化氢同时转化为高附加值产品的方法及装置。在本专利技术中，将二氧化碳和硫化氢转化为高附加值产品的方法分两步进行。第一步在电催化装置内完成，电催化装置的阳极室和阴极室采用质子膜隔离；通过在阴极进行的电催化还原反应将二氧化碳转化为一氧化碳，同时在阳极得到氧化态的媒介体。第二步在吸收塔内进行，氧化态的媒介体被泵传送到硫化氢吸收塔与硫化氢反应得到硫磺和氢离子，硫磺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含硫化氢和二氧化碳气体循环电化学转化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：/n含有二氧化碳的气体在电化学阴极还原得到一氧化碳，在电化学阳极得到含有氧化态媒介体的阳极液；/n将所述含有氧化态媒介体的阳极液与含有硫化氢的气体接触，得到硫单质、含有氢离子和还原态媒介体的混合物以及产物气体；/n其中，所述含有氢离子和还原态媒介质的混合物至少返回至所述电化学阳极进行循环。/n

【技术特征摘要】
1.一种含硫化氢和二氧化碳气体循环电化学转化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
含有二氧化碳的气体在电化学阴极还原得到一氧化碳，在电化学阳极得到含有氧化态媒介体的阳极液；
将所述含有氧化态媒介体的阳极液与含有硫化氢的气体接触，得到硫单质、含有氢离子和还原态媒介体的混合物以及产物气体；
其中，所述含有氢离子和还原态媒介质的混合物至少返回至所述电化学阳极进行循环。


2.根据权利要求1所述的含硫化氢和二氧化碳气体循环电化学转化处理方法，其特征在于，所述含有硫化氢的气体中包含二氧化碳；
所述产物气体返回至所述电化学阴极进行二氧化碳还原。


3.根据权利要求1所述的含硫化氢和二氧化碳气体循环电化学转化处理方法，其特征在于，所述媒介体选自氢醌/醌、K3[Fe(CN)6]/K2[Fe(CN)6]、EDTA-Fe2+/EDTA-Fe3+中的至少一种；
所述媒介体的摩尔浓度为1×10-5～10mol/L。


4.根据权利要求1所述的含硫化氢和二氧化碳气体循环电化学转化处理方法，其特征在于，所述电化学阴极的电化学反应催化剂包括Au、Ag、Pd、AuAg合金、PdAg合金、Zn、石墨烯包裹的氧化锌、Cu、CuZn合金、CuSn合金、酞箐钴、酞箐铁、镁卟啉、锌卟啉、铁卟啉中的至少一种；
所述电化学阳极的电化学反应催化剂包括Ti、碳纸、石墨、石墨烯或碳纳米管中的至少一种；
所述电化学阳极的电解质独立的选自氢醌、K2[Fe(CN)6]、EDTA-Fe2+中的至少一种；
所述电化学阴极的电解质独立的选自碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱金属硫酸盐或咪唑基离子液体中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的含硫化氢和二氧化碳气体循环电化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：李灿，宗旭，马伟光，
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：辽宁;21