低温电解硫化氢制氢的有机电解液及循环反应装置和工艺制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种低温电解硫化氢制氢的有机电解液及循环反应装置和工艺。本发明专利技术涉及以下两方面：一方面是低温电解硫化氢制氢的新型电解液体系，该体系能吸收H

【技术实现步骤摘要】
低温电解硫化氢制氢的有机电解液及循环反应装置和工艺
本专利技术属于硫化氢的转化
，具体是指一种低温电解硫化氢制氢的有机电解液及循环反应装置和工艺。
技术介绍
氢能经济是目前我国发展的一个战略方向。发展氢能经济离不开氢的制备，其中利用可再生清洁能源发电、通过电解水制氢是一个重要研究课题。目前工业上已有多种产氢方式，如电解水制氢、煤炭气化制氢等，但是这些方法前期消耗的能量都大于其产生的氢气所含能量。所以，寻求简便低廉的方法制取氢气，降低氢气的生产成本是推动氢能经济的关键。硫化氢(H2S)是具有高毒性、腐蚀性和易燃性的无色气体，不仅对人体有很大的危害，还能使得工业中的催化剂中毒，在某种程度上降低工业的效率。每年从天然气厂、炼油厂以及各种冶金工艺中可以回收约1000万吨H2S，并且随着石油精炼的增加，其产量也会进一步增加。然而，H2S是氢的巨大潜在来源之一，若能将H2S分解制H2，将会获得很大的经济效益，不仅可以在一定程度上解决环境污染问题，而且还可以缓解能源危机。从天然气厂、炼油厂以及各种冶金工艺中回收H2S最常用的方法为湿吸收之后用Claus工艺处理。此方法是一种公认处理H2S的物理化学方法，其中，一部分H2S被燃烧生成的SO2，随后与剩余的H2S反应形成元素硫。以这种方式，可以获得非常高的硫回收效率(即>95％)。但主要缺点是能源需求高，投资成本相对较高。因此人们开始研究用直接电解法处理H2S，即将H2S通入碱性洗涤器以溶解H2S形成硫化物，随后将该碱性洗涤器的溶液进料到电化学反应器中进行电解处理。这些研究表明，将硫化物氧化成元素硫是可行的，但这些研究中的大多数都无法克服由于硫沉积导致的阳极钝化问题。直接电解过程需要的功率输入较低，所以直接电解法是首选方法，由于硫沉积而导致的阳极钝化是该方法的主要问题。人们为解决该问题使用间接电解法。间接电解法是指先用吸收液将H2S吸收，并将二价硫氧化为单质硫，然后将H+的富集液放入反应器中，通电，H+还原生成H2，氧化剂再生，形成了先吸收后电解这样一个循环体系，这样相当于在不同的反应器中分别进行H2S中硫离子的氧化和氢离子的还原，解决了硫磺沉积在电极表面的问题。但间接电解法的缺点是需要高压，得到的硫磺以絮状或是粘稠状存在于溶液中，难以分离，显然这又增加了一部分成本。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术以分解H2S制取氢气和硫磺为目的，从这些问题出发，通过利用可持续能源电能来进行H2S的分解，使硫化氢变废为宝。本专利技术的目的之一在于提供一种可以高效电解硫化氢的有机电解液体系，该体系既能溶解H2S，也能溶解部分单质硫，并且通过降温可以将硫沉淀出来，不仅可以在一定程度上解决直接电解法中硫沉积导致的阳极钝化问题，而且可以解决间接电解法硫磺不易分离的问题。本专利技术的目的之二在于提供一种合理的工艺流程，利用两个平行的恒温电解反应器，使得硫化氢的电解、气体分离、富硫电解液的冷凝析硫可以循环进行，总体上使得硫化氢的电解可以不间断的进行。为实现本专利技术的目的，本专利技术采用的方案如下：第一方面，本专利技术提供的低温电解硫化氢制氢的有机电解液，其特征在于：所述有机电解液通过以下方法制得：以惰性有机溶液作为溶剂，以离子液体作为支持电解质，以醇胺类溶液作为吸收H2S的吸收剂，构建一种高效电解硫化氢的有机电解液体系，其中支持电解质离子液体在溶剂中的浓度为0.1M～1M；以电解液的质量百分比计，所述H2S的吸收剂醇胺类溶液的含量为1％～10％，在50～100℃下，将H2S通入到有机电解液体系中，并进行恒电位电解，可以得到氢气和富硫的电解液，将富硫电解液冷却可以得到硫磺，过滤得到的上清液电解液可以进行循环利用，进行硫化氢的进一步电解。优选地，所述惰性有机溶液可以是醚类溶剂(如四乙二醇二甲醚TEGDME、二乙二醇二甲醚DG、四乙醇二甲醚TG、乙二醇二甲醚DME、1,3-二氧戊烷DOL或四氢呋喃THF等等)、二甲基亚砜DMSO、N,N-二甲基甲酰胺DMF、苯、甲苯等的一种或几种。优选地，所述离子液体可以是咪唑类、吡啶类、烷基季胺类离子液体中的一种或几种。优选地，所述醇胺类溶液为单乙醇胺MEA、二乙醇胺DEA、三乙醇胺TEA、二甘醇胺DGA、甲基二乙醇胺MEDA、二异丙醇胺DIPA等的一种或几种。所述恒电位电解，其中的恒电位的确定方法是通过循环伏安法对硫化氢在有机电解液中的电化学行为进行研究，进而确定恒电位电解的电位。所述上清液为电解完成后，通过降温的方式使得富硫电解液中的硫析出，然后通过离心、过滤等方式将固体硫磺和液体电解液进行分离，得到的有机电解液。第二方面，本专利技术提供的低温电解硫化氢制氢的循环反应装置，其特征在于：包括第一恒温电解反应器、第二恒温电解反应器，用于分离氢气和硫化氢的气体分离器、冷凝分离器、液体循环泵、加热器，硫化氢气体入口，氢气出口，未反应的硫化氢气体和硫磺出口；还包括硫化氢出口管和硫化氢入口管；所述第一恒温电解反应器设有第一硫化氢入口管、第一混合气体出口管、第一富硫电解液出口管、第一上清液电解液入口管；所述第二恒温电解反应器设有第二硫化氢入口管，第二混合气体出口管，第二富硫电解液出口管，第二上清液电解液入口管；所述气体分离器设有混合气体入口管，氢气出口管，硫化氢出口管；所述冷凝分离器设有富硫电解液入口管，硫磺出口管，加热前上清液电解液出口管；所述液体循环泵连接加热前上清液电解液出口管和上清液电解液入口管；所述加热器设有上清液电解液入口管和加热后上清液电解液出口管；所述第一恒温电解反应器和气体分离器通过第一混合气体出口管和混合气体入口管连接，其中第一混合气体出口管和混合气体入口管之间设有阀门#4；所述气体分离器和硫化氢气体入口之间通过硫化氢出口管和硫化氢入口管连接；所述硫化氢入口和第一恒温电解反应器通过第一硫化氢入口管连接，其中第一硫化氢入口管上设有阀门#2；以上这部分连接，即从第一恒温电解反应器→气体分离器→硫化氢入口→第一恒温电解反应器可以视为第一恒温电解反应器的电解反应气路循环部分；所述第一恒温电解反应器和冷凝分离器通过第一富硫电解液出口管和富硫电解液入口管连接，其中第一富硫电解液出口管和富硫电解液入口管之间设有阀门#3；所述冷凝分离器和液体循环泵通过加热前上清液电解液出口管连接；所述加热前上清液电解液出口管中的上清液电解液通过液体循环泵由上清液电解液入口管进入到加热器中进行加热；所述加热器和第一恒温电解反应器通过加热后上清液电解液出口管和第一上清液电解液入口管连接，其中加热后上清液电解液出口管和第一上清液电解液入口管之间设有阀门#1；以上这部分连接，即从第一恒温电解反应器→冷凝分离器→液体循环泵→加热器→第一恒温电解反应器可以视为第一恒温电解反应器的电解液循环部分；类似的，所述第二恒温电解反应器和气体分离器通过第二混合气体出口管和混合气体入口管连接，其中第二混合气体出口管和混合气体入口管之间有阀门#7；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温电解硫化氢制氢的有机电解液，其特征在于：所述有机电解液通过以下方法制得：/n以惰性有机溶液作为溶剂，以离子液体作为支持电解质，以醇胺类溶液作为吸收H

【技术特征摘要】
1.一种低温电解硫化氢制氢的有机电解液，其特征在于：所述有机电解液通过以下方法制得：
以惰性有机溶液作为溶剂，以离子液体作为支持电解质，以醇胺类溶液作为吸收H2S的吸收剂，构建一种高效电解硫化氢的有机电解液体系；其中支持电解质离子液体在溶剂中的浓度为0.1M～1M；以电解液的质量百分比计，所述H2S的吸收剂醇胺类溶液的含量为1％～10％；在50～100℃下，将H2S通入到有机电解液体系中，并进行恒电位电解，可以得到氢气和富硫的电解液，将富硫电解液冷却可以得到硫磺，过滤得到的上清液电解液可以进行循环利用，进行硫化氢的进一步电解；在电解完成后，通过降温的方式使得富硫电解液中的硫析出，然后通过离心、过滤将固体硫磺和液体电解液进行分离，得到的上清液即有机电解液。


2.根据权利要求1所述的低温电解硫化氢制氢的有机电解液，其特征在于：所述惰性有机溶液为醚类溶剂、二甲基亚砜DMSO、N,N-二甲基甲酰胺DMF、苯或甲苯中任一种或几种混合物；
所述离子液体为咪唑类、吡啶类或烷基季胺类离子液体中的任一种或几种混合物；
所述醇胺类溶液为单乙醇胺MEA、二乙醇胺DEA、三乙醇胺TEA、二甘醇胺DGA、甲基二乙醇胺MDEA或二异丙醇胺DIPA中的任一种或几种混合物；
所述恒电位电解，其中的恒电位的确定方法是通过循环伏安法对硫化氢在有机电解液中的电化学行为进行研究，进而确定恒电位电解的电位。


3.根据权利要求1或2所述的低温电解硫化氢制氢的有机电解液，其特征在于：所述醚类溶剂为四乙二醇二甲醚TEGDME、二乙二醇二甲醚DG、四乙醇二甲醚TG、乙二醇二甲醚DME、1,3-二氧戊烷DOL或四氢呋喃THF中任一种。


4.一种低温电解硫化氢制氢的循环反应装置，其特征在于：
包括第一恒温电解反应器(1)、第二恒温电解反应器(2)，用于分离氢气和硫化氢的气体分离器(3)、冷凝分离器(4)、液体循环泵(5)、加热器(6)，硫化氢气体入口(A)，氢气出口(B)，未反应的硫化氢气体(C)和硫磺出口(D)；
还包括硫化氢出口管(L5)和硫化氢入口管(L17)；
所述第一恒温电解反应器(1)设有第一硫化氢入口管(L1)、第一混合气体出口管(L2)、第一富硫电解液出口管(L6)、第一上清液电解液入口管(L12)；
所述第二恒温电解反应器(2)设有第二硫化氢入口管(L13)，第二混合气体出口管(L14)，第二富硫电解液出口管(L15)，第二上清液电解液入口管(L16)；
所述气体分离器(3)设有混合气体入口管(L3)，氢气出口管(L4)，硫化氢出口管(L5)；
所述冷凝分离器(4)设有富硫电解液入口管(L7)，硫磺出口管(L8)，加热前上清液电解液出口管(L9)；
所述液体循环泵(5)连接加热前上清液电解液出口管(L9)和上清液电解液入口管(L10)；
所述加热器(6)设有上清液电解液入口管(L10)和加热后上清液电解液出口管(L11)；
所述第一恒温电解反应器(1)和气体分离器(3)通过第一混合气体出口管(L2)和混合气体入口管(L3)连接，其中第一混合气体出口管(L2)和混合气体入口管(L3)之间设有阀门#4；所述气体分离器(3)和硫化氢气体入口(A)之间通过硫化氢出口管(L5)和硫化氢入口管(L17)连接；所述硫化氢入口(A)和第一恒温电解反应器(1)通过第一硫化氢入口管(L1)连接，其中第一硫化氢入口管(L1)上设有阀门#2；
所述第一恒温电解反应器(1)和冷凝分离器(4)通过第一富硫电解液出口管(L6)和富硫电解液入口管(L7)连接，其中第一富硫电解液出口管(L6)和富硫电解液入口管(L7)之间设有阀门#3；所述冷凝分离器(4)和液体循环泵(5)通过加热前上清液电解液出口管(L9)连接；所述加热前上清液电解液出口管(L9)中的上清液电解液通过液体循环泵(5)由上清液电解液入口管(L10)进入到加热器(6)中进行加热；所述加热器(6)和第一恒温电解反应器(1)通过加热后上清液电解液出口管(L11)和第一上清液电解液入口管(L12)连接，其中加热后上清液电解液出口管(L11)和第一上清液电解液入口管(L12)之间设有阀门#1；
所述第二恒温电解反应器(2)和气体分离器(3)通过第二混合气体出口管(L14)和混合气体入口管(L3)连接，其中第二混合气体出口管(L14)和混合气体入口管(L3)之间有阀门...

【专利技术属性】
技术研发人员：马艺嘉，
申请(专利权)人：马艺嘉，
类型：发明
国别省市：河南;41