【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的方法和装置，具体应用于酸性气体净化技术、环境保护和可再生能源领域。
技术介绍
1、硫化氢是一种极具危险性的剧毒气体，低浓度时具有臭鸡蛋气味的刺激性气味，主要来源于石油天然气的开采。在酸性天然气的开采运输过程中必须配套h2s处理技术。目前工业上处理硫化氢技术为克劳斯工艺，即在1000～1200℃的高温条件下将硫化氢转化为水和单质硫，反应原理为：h2s+3/2o2→so2+h2o,2h2s+so2→2h2o+3s↓，由于反应热力学限制，反应过程不可避免的产生sox毒副尾气。并且克劳斯工艺脱硫工艺采用传统能源功能，能耗高、碳排大且不环保，且仅仅回收了硫化氢中的硫资源，硫化氢中的氢资源以水的形式排放了。氢气作为绿色清洁的二次能源载体以及绿色低碳的化工原料，其需求量剧增。因此，从油气藏资源综合利用角度考虑，亟需开发同时制氢脱硫的新型硫化氢处理技术，从而实现高含硫气藏的清洁利用。
2、电催化硫化氢脱硫制氢的研究中目前所采用的电解槽为pem电解槽(采用质子交换膜)或碱性电解槽(采用石棉隔膜、pbs隔膜)。其中采用质子交换膜的pem电解槽在电解过程需要每隔一段时间重新更换碱液重新吸收硫化氢进行电解，造成成本增加、效率降低。此外采用石棉隔膜、pbs隔膜的碱性电解槽，因为石棉隔膜、pbs隔膜透水透气，难以做到氢气、硫化氢、硫化产物的有效分离，造成需要二次分离产物的问题。综上所述，开发出一种可无需额外持续加入碱液和实现阴阳极产物一次分离的硫化氢电解系统变得尤为重要。
3、阴离子交换
技术实现思路
1、本专利技术为了解决上述需额外持续加入碱液、产物因隔膜问题需二次分离的技术问题，提出一种电解硫化氢脱硫制氢的方法和装置，其采用的技术方案为：
2、一种光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的装置，其特征在于，包括可再生能源供电组件(1)，所述可再生能源组件(1)与太阳能电源控制器(2)连接，所述太阳能电源控制器(2)分别与储能电池(8)、aem电解槽电压调节器(7)、第一泵(9)和第二泵(4)连接；所述aem电解槽电压调节器(7)与aem电解槽(6)的阴极和阳极连接，所述第一泵(9)的进口与第一碱液瓶(10)的出液口连通，第一泵(9)的出口与aem电解槽(6)的阳极的进口连通，aem电解槽(6)的阳极的出口与第一碱液瓶(10)的进液口连通，h2s通入第一碱液瓶进行吸收；所述第二泵(4)的进口与第二碱液瓶(5)的出液口连通，第二泵(4)的出口与aem电解槽(6)的阴极的进口连通，aem电解槽(6)的阴极的出口与第二碱液瓶(5)的进液口连通，第一碱性电解液瓶(10)的出气口、第二碱性电解液瓶(5)的出气口均依次连接有气体干燥器(11)和气体流量计(12)；所述aem电解槽(6)阴极产生的氢氧根通过阴离子交换膜迁移到阳极室，经过第一泵(9)可继续吸收h2s气体；所述酸化硫回收罐(13)的进口与碱液槽(10)连通，电解反应后的溶液从碱液槽进入酸化硫回收罐酸化；所述硫磺精制罐(14)的进口与酸化硫回收罐(13)出口连接，硫磺通过太阳能聚光加热为气态硫，经冷凝为液硫后收集。根据权利要求1所述的一种光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的方法和装置，其特征在于，所述太阳能电源控制器(2)连接有泵转速调节器(3)；所述泵转速调节器(3)与第一泵(9)和第二泵(4)连接。
3、根据权利要求1所述的太阳能电源控制器，其特征在于，所述太阳能电源控制器(2)连接有泵转速调节器(3)；所述泵转速调节器(3)与第一泵(9)和第二泵(4)连接。
4、根据权利要求1所述的碱液罐，其特征在于，所述碱液罐中电解液包括1-5mol/l氢氧化钠、氢氧化钾、亚硫酸钠。
5、根据权利要求1所述的一种光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的装置，其特征在于，所述aem电解槽的隔膜为阴离子交换膜，阴离子交换膜仅通过氢氧根离子而不通过或极微量通过硫离子、多硫根离子、硫氢根离子、硫化氢分子。
6、采用根据权利要求1所述装置通过光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的方法，其特征在于，所述方法分三步法进行，分别发生于aem电解槽(6)、碱液罐(5)、酸化硫回收罐(13)和硫磺精制罐(14)。
7、根据权利要求5所述的一种光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的方法，其特征在于，所述三步法中的第一步为氢氧根产生步骤，是将水分子在阴极电解还原为氢气和氢氧根离子，氢氧根离子在电场的驱动下迁移至阳极室。
8、根据权利要求5所述的一种光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的方法，其特征在于，所述三步法中的第二步为硫化氢吸收步骤，由第一步产生的氢氧根在泵的驱动下迁移至碱液罐(5)进行硫化氢气体持续吸收。
9、根据权利要求5所述的一种光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的方法，其特征在于，所述三步法中的第三步为硫磺回收精制步骤，由第二步吸收的硫化氢气体在溶液中以硫离子和硫氢根离子存在，在aem电解槽中阳电极电解硫离子和硫氢根离子为多硫化物，进一步的多硫化物在酸化硫回收罐(13)进行酸化，经过过滤、干燥可得到硫磺，进一步的酸化硫回收罐(13)得到的硫磺在硫磺精制罐(14)进行纯化精制，通过太阳能聚光加热的方式加热至气态硫，随后冷凝为液态硫进行收集。
10、根据权利要求8所述的太阳能聚光加热的方式，其特征在于，所述的聚光反应器包括线性聚光、碟式、塔式系统。
11、根据权利要求8所述的阳电极，其特征在于，所述阳电极包括金属硫化物、硒化物等一元、二元、多元催化材料构成。
12、本专利技术的有益效果在于：本专利技术使用太阳能直接驱动电解脱硫制氢，无需建立光伏电站进行电解，实现了能源转化效率的高效利用。最为重要的是，本专利技术采用的aem电解槽阴极可持续产生氢氧根去吸收酸性气体，并且阴离子交换膜可隔绝氢气和含硫离子化合物实现产物高效分离。总的来说，本专利技术实现了将太阳能直接驱动电解硫化氢为绿氢和硫磺，产物氢气作为零碳能源，是助力“双碳”目标的重要能源载体；产物单质硫作为高度依赖进口的化工原料，在制造火药、硫酸、橡胶、医药、农药化肥等领域展现出重要的应用价值。基于上述，本专利技术具有良好的应用前景。
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1.一种光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的装置，其特征在于，包括可再生能源供电组件(1)，所述可再生能源组件(1)与太阳能电源控制器(2)连接，所述太阳能电源控制器(2)分别与储能电池(8)、AEM电解槽电压调节器(7)、第一泵(9)和第二泵(4)连接；所述AEM电解槽电压调节器(7)与AEM电解槽(6)的阴极和阳极连接，所述第一泵(9)的进口与第一碱液瓶(10)的出液口连通，第一泵(9)的出口与AEM电解槽(6)的阳极的进口连通，AEM电解槽(6)的阳极的出口与第一碱液瓶(10)的进液口连通，H2S通入第一碱液瓶进行吸收；所述第二泵(4)的进口与第二碱液瓶(5)的出液口连通，第二泵(4)的出口与AEM电解槽(6)的阴极的进口连通，AEM电解槽(6)的阴极的出口与第二碱液瓶(5)的进液口连通，第一碱性电解液瓶(10)的出气口、第二碱性电解液瓶(5)的出气口均依次连接有气体干燥器(11)和气体流量计(12)；所述AEM电解槽(6)阴极产生的氢氧根通过阴离子交换膜迁移到阳极室，经过第一泵(9)可继续吸收H2S气体；所述酸化硫回收罐(13)的进口与碱液槽(10)连通，电解反应后的溶液从碱液槽
2.根据权利要求1所述的太阳能电源控制器，其特征在于，所述太阳能电源控制器(2)连接有泵转速调节器(3)；所述泵转速调节器(3)与第一泵(9)和第二泵(4)连接。
3.根据权利要求1所述的碱液罐，其特征在于，所述碱液罐中电解液包括1-5mol/L氢氧化钠、氢氧化钾、亚硫酸钠。
4.根据权利要求1所述的一种光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的装置，其特征在于，所述AEM电解槽的隔膜为阴离子交换膜，阴离子交换膜仅通过氢氧根离子而不通过或极微量通过硫离子、多硫根离子、硫氢根离子、硫化氢分子。
5.采用根据权利要求1所述装置通过光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的方法，其特征在于，所述方法分三步法进行，分别发生于AEM电解槽(6)、碱液罐(5)、酸化硫回收罐(13)和硫磺精制罐(14)。
6.根据权利要求5所述的一种光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的方法，其特征在于，所述三步法中的第一步为氢氧根产生步骤，是将水分子在阴极电解还原为氢气和氢氧根离子，氢氧根离子在电场的驱动下迁移至阳极室。
7.根据权利要求5所述的一种光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的方法，其特征在于，所述三步法中的第二步为硫化氢吸收步骤，由第一步产生的氢氧根在泵的驱动下迁移至碱液罐(5)进行硫化氢气体持续吸收。
8.根据权利要求5所述的一种光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的方法，其特征在于，所述三步法中的第三步为硫磺回收精制步骤，由第二步吸收的硫化氢气体在溶液中以硫离子和硫氢根离子存在，在AEM电解槽中阳电极电解硫离子和硫氢根离子为多硫化物，进一步的多硫化物在酸化硫回收罐(13)进行酸化，经过过滤、干燥可得到硫磺，进一步的酸化硫回收罐(13)得到的硫磺在硫磺精制罐(14)进行纯化精制，通过太阳能聚光加热的方式加热至气态硫，随后冷凝为液态硫进行收集。
9.根据权利要求8所述的太阳能聚光加热的方式，其特征在于，所述的聚光反应器包括线性聚光、碟式、塔式系统。
10.根据权利要求8所述的阳电极，其特征在于，所述阳电极包括金属硫化物、硒化物等一元、二元、多元催化材料构成。
...【技术特征摘要】
1.一种光伏驱动电解硫化氢脱硫制氢的装置，其特征在于，包括可再生能源供电组件(1)，所述可再生能源组件(1)与太阳能电源控制器(2)连接，所述太阳能电源控制器(2)分别与储能电池(8)、aem电解槽电压调节器(7)、第一泵(9)和第二泵(4)连接；所述aem电解槽电压调节器(7)与aem电解槽(6)的阴极和阳极连接，所述第一泵(9)的进口与第一碱液瓶(10)的出液口连通，第一泵(9)的出口与aem电解槽(6)的阳极的进口连通，aem电解槽(6)的阳极的出口与第一碱液瓶(10)的进液口连通，h2s通入第一碱液瓶进行吸收；所述第二泵(4)的进口与第二碱液瓶(5)的出液口连通，第二泵(4)的出口与aem电解槽(6)的阴极的进口连通，aem电解槽(6)的阴极的出口与第二碱液瓶(5)的进液口连通，第一碱性电解液瓶(10)的出气口、第二碱性电解液瓶(5)的出气口均依次连接有气体干燥器(11)和气体流量计(12)；所述aem电解槽(6)阴极产生的氢氧根通过阴离子交换膜迁移到阳极室，经过第一泵(9)可继续吸收h2s气体；所述酸化硫回收罐(13)的进口与碱液槽(10)连通，电解反应后的溶液从碱液槽进入酸化硫回收罐酸化；所述硫磺精制罐(14)的进口与酸化硫回收罐(13)出口连接，硫磺通过太阳能聚光加热为气态硫，经冷凝为液硫后收集。
2.根据权利要求1所述的太阳能电源控制器，其特征在于，所述太阳能电源控制器(2)连接有泵转速调节器(3)；所述泵转速调节器(3)与第一泵(9)和第二泵(4)连接。
3.根据权利要求1所述的碱液罐，其特征在于，所述碱液罐中电解液包括1-5mol/l氢氧化钠、氢氧化钾、亚硫酸钠。
4.根据权利要求1所述的一种光伏...
【专利技术属性】
技术研发人员：周莹，段超，唐春，杜永红，付杰，黄峥越，饶佳豪，张瑞阳，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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