[發明專利]低溫等離子體反應設備和分解硫化氫的方法

在審

• 申請號: 201810136025.2
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN110127601A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 任君朋;張婧;孫峰;張鐵;徐偉;朱云峰
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
• 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，公開了低溫等離子體反應設備和分解硫化氫的方法，該反應設備包括：內筒(1)；外筒(2)，所述外筒(2)嵌套在所述內筒(1)的外部；中心電極(3)，所述中心電極設置在所述內筒(1)中；由固體導電材料形成且形成內筒的至少部分側壁或環繞設置在內筒的內側壁上的接地電極(4)；設置在接地電極和中心電極之間的阻擋介質。本發明提供的低溫等離子體反應設備能夠在明顯較高的硫化氫轉化率下實現硫化氫分解過程的持續和穩定進行，并且裝置能夠實現長周期運行。

技術領域

本發明涉及等離子體化學領域，具體涉及一種低溫等離子體反應設備和一種分解硫化氫的方法。

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，而且會危害人體健康，污染環境。目前我國大中型煉油廠均采用傳統的克勞斯法(Claus)處理含H₂S的尾氣，并回收硫磺。該方法只回收了硫化氫中的硫，卻將寶貴的氫轉化為水。從資源的綜合利用角度考慮，在傳統的硫化氫回收工藝中，氫資源并沒有得到有效的利用。因此，將硫化氫分解為硫磺和氫氣逐漸成為了國內外科研工作者重點關注的技術領域。

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。

文獻《International journal of hydrogen energy》，2012,37：10010-10019采用微波等離子體分解硫化氫，在大氣壓、溫度2400K條件下可將硫化氫完全分解，但分解后的氫和硫會在高溫下迅速復合重新生成硫化氫，目前尚未有相應的淬冷措施。