[發明專利]介質阻擋放電分解硫化氫的方法

有效

• 申請號: 201810134912.6
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN110127600B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 張婧;張鐵;王林;任君朋;石寧;朱云峰;李亞輝
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中石化安全工程研究院有限公司
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04;C01B17/04;B01J19/08
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 陳靜;嚴政

本發明涉及等離子體化學領域，公開了介質阻擋放電分解硫化氫的方法，該方法包括：在介質阻擋放電條件下，將含有硫化氫的原料氣引入至格柵式等離子體反應器中進行硫化氫分解反應，所述介質阻擋放電條件包括：放電電壓為5～30kV，放電頻率為200～30000Hz；以及所述硫化氫分解反應的條件包括：反應溫度為0～800℃，反應壓力為?0.06MPa至0.6MPa，反應物在所述格柵式等離子體反應器中的停留時間為1×10^?5～120s。本發明提供的前述介質阻擋放電分解硫化氫的方法能夠獲得更高的硫化氫轉化率。

技術領域

本發明涉及等離子體化學領域，具體涉及一種介質阻擋放電分解硫化氫的方法。

背景技術

硫化氫(H₂S)是一種劇毒、惡臭的酸性氣體，不僅會引起金屬等材料的腐蝕，而且在化工生產中還容易導致催化劑中毒失活；另外，硫化氫還會危害人體健康，造成環境污染。因此，對石油、天然氣、煤和礦產加工等工業領域中產生的大量硫化氫氣體進行無害化處理時，無論從工藝需要、設備維護還是環保要求等方面考慮，均亟待解決。

目前工業上普遍采用克勞斯(Claus)法處理硫化氫，其方法是將硫化氫部分氧化得到硫磺和水。此方法雖然解決了硫化氫的無害化問題，但卻損失了大量氫資源。

隨著我國高硫原油加工量的增多，煉油加氫精制單元副產的含硫化氫酸性尾氣的量逐年增加，加氫精制所需的氫氣量也隨之增加；另外，氫氣作為油品加氫裂化，低碳醇合成、合成氨等化工工藝過程的主要原料，其需求量也非常可觀。因此，將硫化氫直接分解是一條理想的硫化氫資源化利用技術路線，既可以使其無害化，又可以生產氫氣和單質硫，不僅可以實現氫資源在石油加工過程的循環利用，還可以減少傳統烴類重整制氫帶來的大量二氧化碳排放。

目前，硫化氫分解方法主要包括：高溫分解法、電化學法、光催化法和低溫等離子體法等。在前述多種方法中，高溫熱分解法在工業技術上相對成熟，但硫化氫熱分解強烈地依賴于反應溫度，并且受熱力學平衡限制，即使反應溫度在1000℃以上，硫化氫的轉化率也僅為20％。另外，高溫條件對反應器材質的要求較高，這也會增加運行成本。此外，由于硫化氫熱分解轉化率低，需要將大量的硫化氫氣體從尾氣中分離并在系統中循環，因此也降低了裝置效率并且增加了能耗，這些均給其大型工業化應用帶來困難。采用膜技術雖然可以有效的分離產物從而打破平衡限制，提高硫化氫轉化率，但熱分解溫度往往會超過膜的極限耐熱溫度，使膜材料結構遭到破壞。電化學法則存在操作步驟多、設備腐蝕嚴重、反應穩定性差和效率低等缺點。光催化法分解硫化氫主要借鑒光催化分解水的研究，研究重點集中在開發高效半導體光催化劑等方面。利用太陽能來分解硫化氫，具有能耗低、反應條件溫和、操作簡單等優點，是較為經濟的方法。但這種方法存在處理量小、催化效率低并且催化劑容易失活等問題。

與其他分解方法相比，低溫等離子體方法具有操作簡單，裝置體積小，能量效率高等優點，而且其中涉及的反應具有高度的可控性，可在小處理量、難以集中處理情況下靈活地被應用。此外，由于其具有高能量密度和可縮短反應時間的特點，能夠實現在較低溫度下將硫化氫進行有效的分解，適合于不同規模、布局分散、生產條件多變的場合。而且，在回收硫磺的同時，低溫等離子體方法將氫資源回收，能夠實現硫化氫資源化的利用。

目前，國內外研究人員對低溫等離子體分解硫化氫技術進行了廣泛的研究，使用的放電形式主要包括輝光放電、電暈放電、滑動電弧放電、微波等離子體、射頻等離子體和介質阻擋放電等。

文獻《International journal of hydrogen energy》，2012,37：1335-1347.采用收縮正常輝光放電的方法分解硫化氫，在壓強0.02Mpa、溫度2000～4000K條件下得到硫化氫最低分解能耗為2.35eV/H₂S。但此反應溫度高、壓強低，條件苛刻不易于實現。