等离子体反应装置和分解硫化氢的方法制造方法及图纸

一种等离子体反应装置和分解硫化氢的方法，包括：第一空腔(1)，嵌套在第一空腔(1)的外部的第二空腔(2)；设置在第一空腔(1)中的高压电极(3)和接地电极(4)，阻挡介质，阻挡介质设置在所述高压电极(3)和/或所述接地电极(4)的外表面。

Plasma reactor and method of hydrogen sulfide decomposition

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】等离子体反应装置和分解硫化氢的方法
本专利技术涉及等离子体化学领域，具体涉及一种等离子体反应装置和一种分解硫化氢的方法。
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，而且会危害人体健康，污染环境。目前我国大中型炼油厂均采用传统的克劳斯法(Claus)处理含H2S的尾气，并回收硫磺。该方法只回收了硫化氢中的硫，却将宝贵的氢转化为水。从资源的综合利用角度考虑，在传统的硫化氢回收工艺中，氢资源并没有得到有效的利用。因此，将硫化氢分解为硫磺和氢气逐渐成为了国内外科研工作者重点关注的
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。目前，国内外研究人员对低温等离子体分解硫化氢技术进行了广泛的研究，使用的放电形式主要包括辉光放电、电晕放电、滑动电弧放电、微波等离子体、射频等离子体和介质阻挡放电等。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。CN103204466A公开了一种控温式硫化氢分解装置和方法，该装置的特点是中心电极为金属、接地电极为温度可控的循环液体，通过液体接地电极的温度控制，使得硫化氢分解过程能够连续稳定的进行。另外，CN103204467A公开了一种硫化氢持续稳定分解制取氢气的装置和方法，该现有技术的特点是以中心电极为金属、接地电极为温度可控的循环液体，通过液体接地电极进行温度控制，原料进气方向为周向进气、并以螺旋模式沿轴向逆向通过放电区，使得产生的硫磺被及时离心分离出来。然而，CN103204466A和CN103204467A公开的方法中为了保证硫化氢尽可能充分地被分解，需要控制硫化氢的流速使得其在反应器内筒中的停留时间更长以及控制内筒的尺寸使得内筒中单位体积的气体获得的电能更多，并且，由于目前的现有技术无法提供功率更大的电源，使得采用CN103204466A和CN103204467A公开的方法即便是控制硫化氢的停留时间更长以及控制内筒的尺寸以使得内筒中单位体积的气体获得的电能更多也仅仅能够使得硫化氢的最高转化率达到20％左右，并且，当硫化氢的最高转化率达到20％左右时，硫化氢分解反应的能耗相当高，并不适合于大型工业应用。进一步地，CN103204466A和CN103204467A公开的方法中还存在可用液体接地电极的种类极少的缺陷，其所公开的盐溶液等一般仅能维持反应器的温度为100℃以下，而在100℃以下，单质硫一般为固态，容易造成反应器的堵塞。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术在将硫化氢分解为氢气和单质硫时存在的硫化氢转化率低、能耗高以及无法实现大流量硫化氢处理的缺陷，提供一种新的低温等离子体反应装置及应用该反应装置分解硫化氢的方法。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种低温等离子体反应装置，该反应装置包括：第一空腔，所述第一空腔上分别设置有第一入口和第一出口；第二空腔，所述第二空腔嵌套在所述第一空腔的外部或内部，且所述第二空腔上分别设置有第二入口和第二出口；高压电极和接地电极，所述高压电极和所述接地电极设置在所述第一空腔中；阻挡介质，所述阻挡介质设置在所述高压电极和/或所述接地电极的外表面；所述高压电极和所述接地电极之间的距离为L1，所述阻挡介质的厚度为D1，L2＝L1-D1，且L2与D1之间的比例关系为(0.1～150)：1，优选为(0.2～100)：1；更优选为(0.5～80)：1；进一步优选为(0.5～50)：1。在本专利技术中，D1表示距离最近的相邻的两个高压电极和接地电极之间的阻挡介质的总厚度。本专利技术提供的前述等离子体反应装置为夹套型介质阻挡放电反应装置，其基本结构主要包括高压电极、接地电极及阻挡介质等，该夹套式结构能够使得导热介质对放电反应装置进行循环加热或冷却，从而实现对放电区域的灵活温度控制。特别地，具有本专利技术特定结构的等离子体反应装置能够相对于现有技术显著地提高硫化氢的转化率。优选情况下，该反应装置还包括：第三空腔，使得所述第一空腔的两侧分别嵌套有所述第三空腔和所述第二空腔，且所述第二空腔上分别设置有第二入口和第二出口。根据一种优选的具体实施方式，所述高压电极和/或接地电极为多个，以形成数量≥1的层结构，各个所述层结构中的相邻两个电极之间的间隙大于0且小于等于100mm。优选情况下，相邻两个层结构中，上层结构中的电极的中心与下层结构中的电极的中心对齐或者错开。更优选地，所述高压电极和接地电极各自为多个，且各自形成数量≥1的层结构，相邻两个层结构之间的间隙大于0且小于等于100mm，以及相邻两个层结构中的一层为高压电极层，另一层为接地电极层。特别优选，所述高压电极和/或接地电极为多个，以形成数量≥1的层结构，高压电极层与接地电极层间隔设置，各个所述层结构中的相邻两个电极之间的间隙大于0且小于等于100mm。又优选所述高压电极和接地电极各自为多个，并且各个层结构中均包括间隔设置的所述高压电极和所述接地电极，相邻两个层结构之间的间隙大于0且小于等于100mm。在本专利技术中，在没有特别说明的情况下，“间隙”均表示最短距离。高压电极层与接地电极层间隔设置，表示：按照物流方向，当第一层为含有高压电极的层结构时，第二层优选为含有接地电极的层结构，并且后续可能存在的各个层按照第一层和第二层的设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体反应装置，该反应装置包括：/n第一空腔(1)，所述第一空腔(1)上分别设置有第一入口(11)和第一出口(12)；/n第二空腔(2)，所述第二空腔(2)嵌套在所述第一空腔(1)的外部或内部，且所述第二空腔(2)上分别设置有第二入口(21)和第二出口(22)；/n高压电极(3)和接地电极(4)，所述高压电极(3)和所述接地电极(4)设置在所述第一空腔(1)中；/n阻挡介质，所述阻挡介质设置在所述高压电极(3)和/或所述接地电极(4)的外表面；/n所述高压电极(3)和所述接地电极(4)之间的距离为L

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180209 CN 2018101360233;20180209 CN 201810136041一种等离子体反应装置，该反应装置包括：
第一空腔(1)，所述第一空腔(1)上分别设置有第一入口(11)和第一出口(12)；
第二空腔(2)，所述第二空腔(2)嵌套在所述第一空腔(1)的外部或内部，且所述第二空腔(2)上分别设置有第二入口(21)和第二出口(22)；
高压电极(3)和接地电极(4)，所述高压电极(3)和所述接地电极(4)设置在所述第一空腔(1)中；
阻挡介质，所述阻挡介质设置在所述高压电极(3)和/或所述接地电极(4)的外表面；
所述高压电极(3)和所述接地电极(4)之间的距离为L
1，所述阻挡介质的厚度为D
1，L
2＝L
1-D
1，且L
2与D
1之间的比例关系为(0.1～150)：1，优选为(0.2～100)：1；更优选为(0.5～80)：1；进一步优选为(0.5～50)：1。



根据权利要求1所述的低温等离子体反应装置，其中，该反应装置还包括：第三空腔(6)，使得所述第一空腔(1)的两侧分别嵌套有所述第三空腔(6)和所述第二空腔(2)，且所述第三空腔(6)上分别设置有第三入口(61)和第三出口(62)。


根据权利要求1或2所述的低温等离子体反应装置，其中，所述高压电极(3)和/或接地电极(4)为多个，以形成数量≥1的层结构，各个所述层结构中的相邻两个电极之间的间隙大于0且小于等于100mm。


根据权利要求3所述的低温等离子体反应装置，其中，相邻两个层结构中，上层结构中的电极的中心与下层结构中的电极的中心对齐或者错开。


根据权利要求4所述的低温等离子体反应装置，其中，所述高压电极(3)和接地电极(4)各自为多个，且各自形成数量≥1的层结构，相邻两个层结构之间的间隙大于0且小于等于100mm，以及相邻两个层结构中的一层为高压电极层，另一层为接地电极层。


根据权利要求4所述的低温等离子体反应装置，其中，所述高压电极(3)和接地电极(4)各自为多个，并且各个层结构中均包括间隔设置的所述高压电极(3)和所述接地电极(4)，相邻两个层结构之间的间隙大于0且小于等于100mm。


根据权利要求1-6中任意一项所述的低温等离子体反应装置，其中，L
2与放电管的长度L
3间的比例关系各自独立地为1：(2～1500)，优选为1：(20～500)，更优选为1：(20～300)。



根据权利要求3-7中任意一项所述的低温等离子体反应装置，其中，各个所述高压电极(3)彼此并联连接；优选地，
各个所述接地电极(4)彼此并联连接。


根据权利要求1-8中任意一项所述的低温等离子体反应装置，其中，所述阻挡介质的材质为电绝缘材料；优选选自玻璃、石英、陶瓷、搪瓷、聚四氟乙烯和云母中的至少一种；
所述接地电极(4)和所述高压电极(3)为导电材料，各自独立地优选自石墨管、石墨粉、金属管、金属棒、金属粉、合金管、合金棒、合金粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婧，徐伟，牟善军，张卫华，张铁，任君朋，王林，姜杰，刘全桢，王世强，
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