一种控温式硫化氢连续分解制取氢气的装置和方法，属于制氢和气体纯化技术领域。涉及到一种介质阻挡放电可控温式等离子体发生装置和利用该装置使硫化氢气体或者含硫化氢的气体持续稳定电离分解制取氢气的方法。其特征是，反应器为同轴套管式结构，反应器筒体采用绝缘介质制成，中心电极为金属，接地电极为温度可控的循环液体，通过温度控制，使分解产生的硫分离出来，保证硫化氢分解制取氢气的连续稳定进行。本发明专利技术的优点是，本发明专利技术的方法适用于天然气、石油和煤化学工业中的含硫化氢气体解离制氢和单质硫；本方法对气体的来源和组成没有特殊要求或者限制，因而对于硫化氢分解制取氢气和单质硫有普遍适用性。
Device and method for preparing hydrogen by continuous decomposition of hydrogen sulfide
The utility model relates to a device and a method for continuously preparing hydrogen by controlling temperature type hydrogen sulfide, which belongs to the technical field of hydrogen production and gas purification. The invention relates to a dielectric barrier discharge controllable temperature plasma generating device and a method for preparing hydrogen gas by using the device to make the hydrogen sulfide gas or the gas containing hydrogen sulfide continuously and stably decompose. It is characterized in that the reactor is coaxial casing structure, a reactor cylinder body with the insulating medium made of metal, the center electrode, grounding electrode for temperature controlled liquid circulation, the temperature control, the decomposition of sulfur separation, to ensure continuous and stable hydrogen sulfide decomposition of hydrogen. The invention has the advantages that the dissociation of hydrogen sulfide gas hydrogen and sulfur with the method of the invention is suitable for natural gas, oil and coal chemical industry; source of this method on the gas composition and no special requirements or restrictions, and thus for the decomposition of hydrogen sulfide to produce hydrogen and sulfur have universal applicability.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于制氢和气体纯化
，涉及到一种利用介质阻挡放电将硫化氢分解为氢气和单质硫的装置和方法。
技术介绍
H2S在石油和天然气开采、石油化工、煤化工等行业的废气中广泛存在，是一种剧毒、恶臭的酸性气体，从环保和腐蚀方面的要求需要将H2S进行无公害处理。目前主要采用克劳斯(Claus)法将其部分氧化为单质硫和水，但克劳斯(Claus)法只回收了 H2S中的硫，氢则在氧化过程中生成了水，造成氢资源的浪费。在常见的非金属氢化物(水、甲醇和硫化氢)中，硫化氢的离解能最低，因此从理论上讲，硫化氢热分解制取氢气最容易。但是，硫化氢分解反应是强吸热反应，受热力学平衡的限制，仅在高温下其才有可观的转化率。比如，1000°c时硫化氢的分解率仅为20%，12000C时的转化率为38% (Slimane R.B.，GasTIPS, 2004，30-34)。电化学和光催化方法也可实现H2S分解制取氢气和硫，但是存在操作步骤多或者反应效率低的缺点。为了打破化学反应平衡限制，研究者采用了膜 反应技术和非平衡等离子体技术等，但是耐高温且耐硫的膜材料的开发和应用成为实现利用膜反应分解硫化氢技术突破的关键。利用非平衡等离子技术分解H2S,可在弧光放电、旋转辉光放电和收缩正常辉光放电、微波放电、脉冲电晕放电和介质阻挡放电等中实现。H2S弧光放电分解所需的能耗比甲烷蒸汽重整生成氢气的能耗(3.7eV/H2)高(J Appl Phys, 1998,84:1215 - 1221)。H2S旋转辉光放电分解所需的能耗也比甲烷蒸汽重整生成氧气的能耗高(Plasma Chem Plasma Process, 1993,13:77 - 91)。公开文献International journal of hydrogen energy, 2012, 37:1335-1347.报道了一种H2S收缩正常辉光放电分解的方法。其技术特征是:当体系压强为0.197个大气压，实验温度在2000-4000K之间时，在最佳的条件下，H2S收缩正常辉光放电的能耗为2.35eV/H2S,此体系温度高，压强低，反应条件苛刻。公开文献International journal o f hydrogen energy, 2012, 37:10010-10019.报道了一种H2S分解的方法。其技术特征是:利用微波等离子体技术在2400K，大气压条件下，H2S几乎可完全分解，但是分解后的氢和硫在高温下会迅速复合而生成H2S,且目前为止尚无对应淬冷装置。公开文献Chem Eng Sci, 2007, 62:2216 - 2227.报道了一种利用脉冲电晕放电分解H2S的方法。其技术特征是=H2S和氩气的混合气体在压强为1.322个大气压，室温下，流速为1.18X KT4SCMs^2S百分含量为16%时，脉冲电晕放电下H2S的分解率约为28%，最低分解能耗为17eV/H2S。公开文献Chem Eng Sci, 2009, 64:4826 - 4834.报道了利用脉冲电晕放电分解H2S的方法。其技术特征是:在压强为1.322个大气压，室温下，流速为1.18 X KT4SCMsliH2S百分含量为8%，氩气和氮气的混合气体作为填充气下，H2S的转化率约为33%，能耗降到了4.9eV/H2S。但是如此低气速、低浓度和低转化率在工业生产中无意义。介质阻挡放电具有可在大气压下工作、大空间放电，可以防止放电空间内形成局部火花或弧光放电等特点，因而具有很好的工业化应用前景。专利文献CN102408095A (2012)报道了一种利用介质阻挡放电H2S分解的方法。其技术特征是:在不锈钢线和薄铝片分别为高压电极和接地电极的线筒式介质阻挡反应器中加入光催化剂，实现H2S分解制备氢气和单质硫，分解产生的硫沉积在催化剂床层下游。公开文献International journal of hydrogen energy, 2012，37:1335-1347.报道了利用介质阻挡放电分解H2S的方法。其技术特征是:在0.246个大气压和室温下，H2S气体流速为0.091/min时，实现了 H2S的分解率为18.5%，能耗为12eV/H2S，分解产生的硫沉积在反应器内部。公开文献PlasmaChemistry and Plasma Processing, 1992, 12:275-285.报道了利用介质阻挡放电分解H2S的方法。其技术特征是:在大气压下，利用介质阻挡放电在臭氧发生器内将H2S分解生成氢气和硫，实验温度从443.16-833.16K，总气体流速为50-100cm3/min, H2S百分含量为20-100%，研究表明Ar能降低能耗和击穿电压，但是添加Ar之后其能耗依旧很高，分解能耗介于37-106eV/H2S。公开文献International journal of hydrogen energy, 2012，37:2204-2209.报道了利用介质阻挡放电分解H2S的方法。其技术特征是=H2S气体的分解率和能量消耗取决于操作温度、停留时间、放电频率和H2S气体的初始含量，研究表明H2S的分解率在298K高于430K时。公开文献Applied Energy, 2012, 95:87 - 92.报道了利用介质阻挡放电分解H2S的方法。其技术特征是:在常温常压下，利用介质阻挡放电，在最佳的反应条件下，原料气中H2S的含量为25% (其余为氩气)，流量为150ml/min时，可实现H2S的分解率为16%，能耗为1.6eV/H2S，研究表 明在较低浓度下H2S能获得较高转化率，转化率随浓度提高而降低，反应生成的硫沉积在反应器内部，不能及时去除。公开文献Int.J.Energy Res, 2012:2924-2930.报道了利用介质阻挡放电分解H2S的方法。其技术特征是:在填装有MoOxAI2O3催化剂的介质阻挡放电反应器中，当原料气为H2S和Ar的混合气体，H2S的体积含量为5%，气体总流量为150ml/min，放电10分钟时，H2S转化率为48%，能耗为0.92kJ/l H2S0分解生产的硫附着在催化剂和反应器内部，造成催化剂失活和体系电容发生改变，放电很不稳定，随放电时间的延长，H2S的分解率逐渐降低。硕士论文《等离子体协同ZnS分解H2S制氢》，2012.报道了等离子体协同ZnS分解H2S制氢，报道了分解率的情况，未提及H2S分解的能效问题和稳定性问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，利用介质阻挡放电使硫化氢分解制取氢气和单质硫，温度可控的循环液体作为介质阻挡放电反应器的接地电极，使放电更为均匀，能量损失降低，并通过温度控制，使分解产生的硫离开放电区，保证硫化氢放电分解的连续稳定进行，提高硫化氢分解的能效。本专利技术是通过下述技术方案实现的。本专利技术涉及控温式硫化氢连续分解制取氢气的装置，该装置为同轴套管式反应器包括中心电极、放电区域、循环液体接地电极；中心电极为金属，内筒和中心电极之间的区域为放电区域，内筒与外筒形成夹套，外筒侧壁下端设有循环液体进口，外筒侧壁上端设有循环液体出口，内筒和外筒形成的夹套内通入循环液体作为接地电极，并对放电区域和筒壁进行控温；在外筒与内筒环隙的下部固定一根金属电流导出线本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种控温式硫化氢连续分解制取氢气的装置和方法，涉及到一种介质阻挡放电的可控温式等离子体发生装置，其壳体是用绝缘材料制成的同轴套管结构，外筒（5）与内筒（6）的上方和下方均封口，形成夹套（7），夹套（7）中是用作控温和接地电极的循环液体接地电极，内筒（6）的顶端用绝缘封头封口，通过该绝缘封头的中心向内筒（6）中插入中心电极（1），其伸出绝缘材料的部分与交流升压变压器的高电压端连接，在外筒（5）与内筒（6）环隙的下部固定一根金属电流导出线，其一端深入夹套（7）与循环液体接地电极接触，另一端伸出外筒（5）与接地线（8）连接，中心电极（1）和接地线（8）的材质为铂、铑、钯、金、铜、钨、铁以及含镍和钛的不锈钢；外筒（5）侧壁下端设有循环液体进口（9），外筒（5）侧壁上端设有循环液体出口（4），在内筒（6）上端侧壁上设有原料气进口（3），在内筒（6）的下端设有排出口（10），反应物在内筒（6）与中心电极（1）所构成的筒状空间内进行放电反应，内筒（6）的筒壁是反应器壳体，同时是放电的阻挡介质，外筒（5）和内筒（6）均由绝缘材料制成；绝缘材料为氧化物玻璃、刚玉、陶瓷和石英。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：苟建霞，解胜利，
申请(专利权)人：滨州学院，
类型：发明
国别省市：
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