液流电池辅助的硫化氢分解制取氢气和硫磺的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种液流电池辅助的硫化氢分解制取氢气和硫磺的方法及装置，液流电池在充电的情况下，阳极生成氧化态的化学电解液，阴极生成还原态的化学电解液。将含有氧化态的化学电解液与硫化氢气体接触反应，得到硫单质、氢离子，同时氧化态的化学电解液被还原；接着，将含有氢离子和还原的化学电解液的混合物返回至液流电池阳极室进行循环。质子穿过液流电池隔膜到达阴极室，到达阴极室的质子和还原态的化学电解液在催化剂的作用下生成氢气，同时还原态的化学电解液被氧化，将氧化的化学电解液回流到液流电池阴极室实现循环。本方法硫化氢的吸收率达到99.9％，转化率达到98％。本发明专利技术的另一方面还提供了电解硫化氢所用装置。

Method and device of hydrogen and sulfur production by hydrogen sulfide decomposition assisted by liquid flow battery

【技术实现步骤摘要】
液流电池辅助的硫化氢分解制取氢气和硫磺的方法及装置
本专利技术涉及一种液流电池辅助的硫化氢分解制取氢气和硫磺的方法及装置，属于有害气体处理领域。
技术介绍
硫化氢是一种有害气体，广泛存在于工业尾气排放、生物沼气、天然气和页岩气中。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，常用的硫化氢处理方法有碱液吸收法、高温裂解法、等离子体分解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，专利技术一种有效绿色的处理方法和装置具有重要的意义。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种液流电池辅助的硫化氢分解的方法，该方法能将硫化氢转化为具有高附加值的氢气和硫磺，从而实现对含有害硫化氢气体的无害化处理。该方法处理效率较高，效果显著。所述含液流电池辅助的硫化氢转化处理方法，包括以下步骤：液流电池在充电的情况下，阳极生成氧化态的化学电解液，阴极生成还原态的化学电解液。将含有氧化态的化学电解液与硫化氢气体接触，得到硫单质和氢离子，同时氧化态的化学电解液被还原；接着，将含有氢离子和还原的化学电解液的混合物返回至液流电池阳极室进行循环。质子穿过液流电池隔膜到达阴极室，到达阴极室的质子和还原态的化学电解液在催化剂的作用下生成氢气，同时还原态的化学电解液被氧化，将氧化的化学电解液回流到液流电池阴极室进行循环。可选地，所述液流电池的阳极室化学电解液中氧化还原电对选自I3-/I-、Br2/Br-、Fe3+/Fe2+、VO2+/VO2+中的至少一种；所述氧化还原电对的摩尔浓度为1×10-5～5mol/L。可选地，液流电池的阴极室化学电解液中氧化还原电对选自H6[P2W18O62]/Li6[P2W18O62]、Cr2+/Cr3+、V2+/V3+中的至少一种；所述氧化还原电对的摩尔浓度为1×10-5～5mol/L。可选地，液流电池所选的电解液为盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸中的至少一种；所述酸液的摩尔浓度为1×10-3～10mol/L。上述根据所采用液流电池阳极化学电解液中所含氧化还原电对的状态，形成对应的氧化态的化学电解液和还原态的化学电解液。以I3-/I-为例说明，大量含有I-的化学电解液为还原态的化学电解液，I-在阳极氧化后，生成大量含有I3-的溶液，称为氧化态的化学电解液。液流电池阴极电解液中所含氧化还原电对的状态，形成对应的氧化态的化学电解液和还原态的化学电解液。以V2+/V3+为例说明，大量含有V3+的化学电解液为氧化态的化学电解液，V3+在阳极还原后，生成大量含有V2+的溶液，称为还原态的化学电解液。可选地，液流电池所选隔膜为Nafion膜、多孔陶瓷隔膜、多孔聚烯烃膜、磺化聚苯砜膜中的一种。可选的，所述液流电池阳极包括阳极；所述液流电池阴极包括阴极，在所述阳极和所述阴极间施加的电压为0.1-5V。可选的，所述电压为直流电压。可选的，催化液流电池的阴极氧化还原电对析氢反应的催化剂包括NiP、FeP、CoP、WP、MoWP、MoS2、WS2、MoC、WC非贵金属催化剂，Pt/C、RuP贵金属催化剂中的至少一种。本专利技术的另一方面还提供了硫化氢循环转化处理所需要的装置，包括液流电池装置、吸收塔装置和催化反应器装置，所述氧化态的化学电解液和还原态的化学电解液是在液流电池装置中产生的；所述硫化氢的吸收在所述吸收塔装置中进行；所述氢气析出反应在催化反应器装置中进行；所述液流电池包括阳极室和阴极室；所述阳极室的出液口与所述吸收塔装置的进液口管路连接；所述阳极室的进液口与所述吸收塔装置的出液口管路连接；所述阴极室的出液口与所述催化反应器装置的进液口管路连接；所述阴极室的进液口与所述催化反应器装置的出液口管路连接。可选地，所述液流电池阳极中获得的氧化态的化学电解液被泵送到所述吸收塔装置与硫化氢接触反应得到硫磺、氢离子和还原态的化学电解液；其中，所述硫磺被分离回收，所述氢离子和所述还原态的化学电解液被泵送至所述阳极室完成循环。可选地，氢离子穿过液流电池隔膜到达阴极室，含有氢离子的还原态的化学电解液被泵送到所述催化反应器装置，得到氢气和氧化态的化学电解液；其中，氢气被收集，所述氧化态的化学电解液被泵送至所述的液流电池阴极室完成循环。通过采用该装置实现对阳极化学电解液和阴极化学电解液的闭路循环使用，同时对待处理气体中所含硫化氢进行循环处理，提高处理效率，实现硫化氢“变废为宝”的策略。可选的，所述吸收塔装置内沿所述吸收塔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直径为10-500微米。可选的，所述的催化反应器装置内沿所述催化反应器的纵向间隔设置多层筛板，析氢催化剂固定在多层筛板上，所述筛板为多孔陶瓷筛板，所述多孔陶瓷筛板的孔隙直径为10-500微米。优选的，还包括施加电压装置，所述液流电池阳极室包括阳极；所述液流电池阴极室包括阴极，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液流电池辅助的硫化氢分解制取氢气和硫磺的方法及装置。在本专利技术中，将硫化氢转化为高附加值产品的方法分三步进行。第一步在液流电池内完成，液流电池的阳极室和阴极室采用质子膜隔离；在外加电源的作用，在阳极得到氧化态的化学电解液，同时阴极得到还原态的化学电解液。第二步在吸收塔内进行，氧化态的化学电解液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，硫磺被分离回收，氢离子和还原态的化学电解液再被泵传送到液流电池阳极室完成循环。第三步在催化反应器内进行，氢离子和还原态的化学电解液被泵传送到催化反应器，在催化剂的作用下，室温下生成氢气和氧化态的化学电解液，氧化态的化学电解液再被泵传送到液流电池阴极室完成循环。本专利技术中，“液流电池阳极室”，是指包括液流电池装置的阳极区域、容纳于该阳极区域内的电解液以及插入电解液中的阳极。“液流电池阴极室”，是指包括电解装置的阴极区域、容纳于该阴极区域内的电解液以及插入电解液中的阴极。“阳极化学电解液”，是指含有特定氧化还原电对的酸性溶液，“阴极化学电解液”，是指含有特定氧化还原电对的酸性溶液。阳极化学电解液和阴极化学电解液的不同之处在于所含氧化还原电对不同。通过上述方法，可以循环的将硫化氢转化为有附加值的硫磺和氢气，硫化氢的吸收率达到99.9％，转化率达到98％。本专利技术的另一方面还提供了电解硫化氢所用装置。本专利技术的有益效果包括但不限于：(1)本专利技术所提供的液流电池辅助的硫化氢循环转化处理方法，在液流电池阳极产生氧化态化学电解液，将所得氧化态化学电解液用于氧化硫化氢转化形成硫磺，在液流电池阴极产生还原态的化学电解液，氢离子和还原态的化学电解液在催化剂的作用下生成氢气。通过此方法对硫化氢的高氧化率，硫化氢的转化率可达98％。(2)本专利技术所提供的液流电池辅助的硫化氢循环转化处理装置，包括串联循环使用的液流电池、吸收塔和催化反应器，三者通过气路和液路相连接，从而实现对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液流电池辅助的硫化氢分解制取氢气和硫磺的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n液流电池在充电的情况下，阳极生成氧化态的化学电解液，阴极生成还原态的化学电解液；/n在吸收塔内将含有氧化态的阳极化学电解液与硫化氢气体接触反应，得到硫单质、氢离子，同时氧化态的阳极化学电解液被还原；接着，将含有氢离子和还原的阳极化学电解液的混合物返回至液流电池阳极室，再次生成氧化态的阳极化学电解液；阳极化学电解液在吸收塔和阳极室之间进行循环；/n质子穿过液流电池隔膜到达阴极室，在催化反应器中质子和含有还原态的阴极化学电解液在催化剂的作用下生成氢气，同时还原态的阴极化学电解液被氧化，将氧化的阴极化学电解液回流到液流电池阴极室，生成还原态的阴极化学电解液，阴极化学电解液在吸收塔和催化反应器之间进行循环。/n

【技术特征摘要】
1.一种液流电池辅助的硫化氢分解制取氢气和硫磺的方法，其特征在于，包括以下步骤：
液流电池在充电的情况下，阳极生成氧化态的化学电解液，阴极生成还原态的化学电解液；
在吸收塔内将含有氧化态的阳极化学电解液与硫化氢气体接触反应，得到硫单质、氢离子，同时氧化态的阳极化学电解液被还原；接着，将含有氢离子和还原的阳极化学电解液的混合物返回至液流电池阳极室，再次生成氧化态的阳极化学电解液；阳极化学电解液在吸收塔和阳极室之间进行循环；
质子穿过液流电池隔膜到达阴极室，在催化反应器中质子和含有还原态的阴极化学电解液在催化剂的作用下生成氢气，同时还原态的阴极化学电解液被氧化，将氧化的阴极化学电解液回流到液流电池阴极室，生成还原态的阴极化学电解液，阴极化学电解液在吸收塔和催化反应器之间进行循环。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所选液流电池的阳极室的化学电解液中氧化还原电对选自I3-/I-、Br2/Br-、Fe3+/Fe2+、VO2+/VO2+中的至少一种；
所述氧化还原电对的摩尔浓度为1×10-5～5mol/L。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所选液流电池的阴极室的化学电解液中氧化还原电对选自H6[P2W18O62]/Li6[P2W18O62]、Cr2+/Cr3+、V2+/V3+中的至少一种；
所述氧化还原电对的摩尔浓度为1×10-5～5mol/L。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，催化液流电池的阴极氧化还原电对析氢反应的催化剂包括NiP、FeP、CoP、WP、MoWP、MoS2、WS2、MoC、WC非贵金属催化剂，...

【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