一种熔融金属分解硫化氢制备单质硫和氢气的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种使用熔融金属分解硫化氢制备单质硫和氢气的方法和装置。本发明专利技术提供的方法分三步进行，第一步由在反应装置内加热熔融金属至熔点后与硫化氢发生置换反应生成氢气与低金属硫化物，由低金属硫化物在相对较低的温度下继续与硫化氢反应生成高金属硫化物和氢气，称为低温吸附硫化步骤，第二步由高金属硫化物在较高温度下进行加热分解再生为低金属硫化物和氢气，称为高温分解步骤，第三步由金属活动顺序较高的金属去置换再生得到原来的金属，也可由电解还原的方法进行再生，称为再生分离步骤。本发明专利技术提供的装置配合该方法使用，且对气体的来源和组成没有特殊要求或限制。限制。限制。

【技术实现步骤摘要】
一种熔融金属分解硫化氢制备单质硫和氢气的方法和装置


[0001]本专利技术涉及硫化氢分解
，具体是一种熔融金属催化分解硫化氢 高值转化为氢气和硫单质的方法和装置。

技术介绍

[0002]中国勘探的天然气中有约990亿立方公里的高含硫化氢天然气田，部分 酸油气藏中的硫化氢浓度可高达60
‑
90％。其中以四川盆地地区为中国酸式油气 藏储量最为丰富的区域，而处于四川盆地的中国最大型天然气气田普光气田，也 是典型的酸式油气藏，其中含有大量的硫化氢酸性气体。而除了酸式气藏中存在 着大量的硫化氢气体之外，微生物腐烂，工业废水，火山喷发活动，海洋的深水 区域，以及原油炼制过程等也都会伴随着大量的硫化氢气体生成。而这些硫化氢 的产生，不但会严重影响资源的安全开采和使用，同时更主要的是会对动植物生 命、自然环境和生态系统等方面带来严重危害。
[0003]从硫化氢化学组成上来看，含有氢(H)和硫(S)元素，可以将硫化氢 高值利用转化为H2和硫单质，在资源化利用方面表现出了十分巨大的潜力。其 中氢气是世界上最为清洁的新能源之一，同时硫也是一种需要依赖于进口的重要 化工原料。所以，实现硫化氢的高值利用转化为氢气和硫单质，对油气资源利用、 动植物生存、环保乃至生态系统健康均有着重大的意义。
[0004]目前工业上最常见的硫化氢处理方式是克劳斯工艺 (2H2S+O2→
2S+2H2O)，回收的硫(S)可以作为原料来生产硫磺、硫酸等， 克劳斯工艺可以稳定高效地处理在油气田开采，石油精炼等过程中产生的H2S 气体，自从被提出之际广受关注，并沿用至今。德国科学家Claus在1883年首 次提出H2S的工业处理方法，通过H2S和O2的高温燃烧，使得H2S气体发生氧 化然后生成水和硫磺。但是该方法的设计不够精细，在尾气处理环节会产生大量 的二次污染物。因此研究者对克劳斯工艺进行了优化改进，提出了改良的克劳斯 工艺。一般来说，通过改良后的克劳斯工艺，大约97％的H2S气体可以被转化 为S单质，通过改良后的克劳斯工艺的尾气处理方式，H2S气体的转化率最高可 以接近100％。但是克劳斯工艺仅针对H2S中是S资源进行了利用，对H资源并 没有得到有效利用。
[0005]所以很多研究人员也尝试使用其他方法高值利用硫化氢转化为氢气和硫 单质，目前已报道的H2S处理方法主要有直接热分解法、催化热分解法、超绝 热分解法、等离子体分解法、电化学分解法、紫外光分解法、光催化分解法、光 伏电化学分解法等。然而这些方法或多或少都存在反应条件严苛、反应高能耗、 催化分解效率低等问题。例如，催化热分解法是在热分解过程中加入催化剂进行 热分解反应，虽然可以加快反应速率，但是受热力学平衡限制，H2S即使在高温 下转化率也很低。电化学分解法可分为直接法和间接法，其中直接电化学分解法 表面容易沉积硫磺造成电极钝化，反应稳定性差；间接电化学分解法存在着硫磺 杂质含量高等问题。光催化分解法等存在着硫化氢转化率的问题。
[0006]综上所述，开发出一种将硫化氢高值转化利用为氢气和硫单质的方法与 装置变得尤为重要。
[0007]液态金属或合金具有高导热性和导电性、相对较低的粘度，以及在较宽 的温度范围内(即相对较低的熔点和相当高的沸点)保持液相状态的能力，目前 已成功地应用到多种热催化和电化学催化反应，包括甲醇脱氢、甲烷裂解、煤的 液化等，并表现出了良好的催化潜力。然而目前尚无使用液态金属用于催化分解 硫化氢的研究报道。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中分解硫化氢的方法中硫化氢转 化效率低、硫化氢中的硫和氢元素得到有效回收利用的问题，进而提出了一种新 型的催化分解硫化氢的方法和装置。
[0009]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种熔融金属分解硫化氢制备单质硫 和氢气的方法和装置，其包括如下：
[0010]本专利技术提供的方法分三步进行，第一步由在反应装置内加热熔融金属至 熔点后与硫化氢发生置换反应生成氢气与低金属硫化物：xM+yH2S＝M
x
S
y
+yH2， 由低金属硫化物在相对较低的温度下继续与硫化氢反应生成高金属硫化 物和氢气：M
x
S
y
+yH2S＝M
x
S
y+z
+yH2，称为低温吸附硫化步骤，第二步由高金 属硫化物在较高温度下进行加热分解再生为低金属硫化物和氢气： M
x
S
y+z
＝M
x
S
y
+zS，称为高温分解步骤，第三步由金属活动顺序较高的金属 去置换再生得到原来的金属，也可由电解还原的方法进行再生： M
x
S
y
＝xM+yS，称为再生分离步骤。需要注意的是，如果金属硫化物在高 温下能直接分解为金属单质和硫：M
x
S
y+z
＝xM+(y+z)S，则反应到此结束不 需要进行第三步骤便可直接回收金属单质和硫，则三步法使用前两步骤 即可；如果液态金属或合金只能和硫化氢发生反应生成一种金属硫化物，则三 步法使用第一步和第三步即可，第一步由液态金属或合金与硫化氢发生置换反应 得到金属硫化物和氢气，然后金属硫化物就直接进行第三步再生分离步骤得到原 金属和硫单质。本专利技术提供的装置配合该方法使用，该系统主要由本专利技术 设计的反应装置完成。
[0011]本专利技术提供的反应装置包括探针控制台1、探针外管2、探针3、熔融金 属储室4、液位传感器5、混合进气管6、氮气进气阀门7、硫化氢气瓶8、氮气 瓶9、气体加热器10、混合进气阀门11、熔融金属管道12、吸附硫化室13、高 温分解室14、再生分离室15、熔融金属储室16、涡流感应加热器17、熔融金属 储室18、出气阀门19、出气管道20、硫磺收集室21、熔融金属管道22、液位 传感器23、气体分离仪24、密封法兰盖25、电动闸门26、电动闸门27、电动 闸门28、液位传感器29、熔融金属阀门30、熔融金属阀门31、液位传感器32， 其中所有部件都是高温防腐材料订制。
[0012]探针，所述探针3的作用在于可独立监测三个反应室的实时温度，也可 通过探针的控制台1检测内部熔融金属的液体高度，同时控制台1内部配有气相 色谱装置，由探针内部的管道由探针针头对液面以上的气体进行抽取进入气相色 谱装置进行实时检测分析，通过控制探针高度达到对三个反应腔室内部的氢气和 硫化氢进行定性和定量分析，同时可以通过控制台针头对液面以下的液态金属物 质进行吸附，然后由针体的收缩功能使得针头在探针外管2内自由收缩来到控制 台，从而对熔融金属进行提取检测，探针针头可以是凿形针、球形针、锯齿状针、 齿冠针、三爪针、单点针、锋针、剃刀针、平头针、锋利的凿探针、微头锯齿针、 平头星状针、带中心星状针中的一种。
[0013]熔融金属储室，所述熔融金属储室4是反应前放置熔融金属的储室，熔 融金属储
室16是连接应前熔融金属和分离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种熔融金属分解硫化氢制备单质硫和氢气的方法和装置，其特征在于，所述方法分三步法进行，对应反应系统中的三个腔室，通过熔融金属反应介质、熔融金属反应装置和熔融金属催化剂提高转化效率实现；所述反应装置包括探针控制台1、探针外管2、探针3、熔融金属储室4、液位传感器5、混合进气管6、氮气进气阀门7、硫化氢气瓶8、氮气瓶9、气体加热器10、混合进气阀门11、熔融金属管道12、吸附硫化室13、高温分解室14、再生分离室15、熔融金属储室16、涡流感应加热器17、熔融金属储室18、出气阀门19、出气管道20、硫磺收集室21、熔融金属管道22、液位传感器23、气体分离仪24、密封法兰盖25、电动闸门26、电动闸门27、电动闸门28、液位传感器29、熔融金属阀门30、熔融金属阀门31、液位传感器32，其中所有部件都是高温防腐材料订制。2.根据权利要求1所述的一种熔融金属分解硫化氢制备单质硫和氢气的方法和装置，其特征在于，所述熔融金属为低温金属，其中包括低温液态金属、低温二元合金、低温三元合金中、低温四元合金、低温五元合金的一种。3.根据权利要求1所述的一种熔融金属分解硫化氢制备单质硫和氢气的方法和装置，其特征在于，所述三步法中的第一步为低温吸附硫化步骤，是将金属加热至其熔点后呈熔融金属，然后与硫化氢发生置换反应生成低金属硫化物和氢气：xM+yH2S＝M
x
S
y
+yH2，将得到的低金属硫化物继续与硫化氢发生硫化作用得到高金属硫化物和氢气：M
x
S
y
+yH2S＝M
x
S
y+z
+yH2；所述第一步在吸附硫化室13内进行。4.根据权利要求1所述的一种熔融金属分解硫化氢制备单质硫和氢气的方法和装置，其特征在于，所述三步法中的第二步为高温分解步骤，由第一步得到的高金属硫化物通过电动闸门26进入到高温分解室14中，通过升高温度使得高金属硫化物发生热分解得到低金属硫化物和硫单质：M
x
S
y+z
＝M
x
S
y
+zS；所述第二步在高温分解室14中进行。5.根据权利要求1所述的一种熔融金属分解硫化氢制备单质硫和氢气的方法和装置，其特征在于，所述三步法中的第三步为再生分离步骤，旨在将低金属硫化物分解得到原金属和硫单质，部分金属硫化物在更高温度下即可发生分解，对于不能直接热分解的金属硫化物，可通过再生分离室15内具备的置换法或是电化学还原的方法进行再生分离：M
x

【专利技术属性】
技术研发人员：周莹，段元刚，于姗，黄泽皑，张瑞阳，唐春，付梦瑶，黄靖元，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：