[發(fā)明專利]格柵式等離子體反應(yīng)裝置和分解硫化氫的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810136041.1
• 申請(qǐng)日: 2018-02-09
• 公開（公告）號(hào): CN110124470B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐偉;張婧;張鐵;任君朋;朱云峰;石寧;金滿平;李亞輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)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(hào): B01D53/32
• 分類號(hào): B01D53/32;C01B3/04;C01B17/04
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 陳靜;嚴(yán)政

本發(fā)明涉及等離子體化學(xué)領(lǐng)域，公開了一種格柵式等離子體反應(yīng)裝置和分解硫化氫的方法，包括：內(nèi)筒(1)，嵌套在內(nèi)筒(1)的外部的外筒(2)；設(shè)置在內(nèi)筒(1)中的高壓電極(3)和接地電極(4)，阻擋介質(zhì)(6)，阻擋介質(zhì)(6)設(shè)置在所述高壓電極(3)和/或所述接地電極(4)的外表面；各個(gè)高壓電極層與各個(gè)接地電極層交錯(cuò)設(shè)置，使得各個(gè)高壓電極層的上層和/或下層為接地電極層，且相鄰的高壓電極層與接地電極層之間有間隙。本發(fā)明提供的格柵式等離子體反應(yīng)裝置具有硫化氫轉(zhuǎn)化率高、能耗低以及能夠?qū)崿F(xiàn)大流量硫化氫處理的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及等離子體化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種格柵式等離子體反應(yīng)裝置和一種分解硫化氫的方法。

背景技術(shù)

硫化氫(H₂S)是一種劇毒、惡臭的酸性氣體，不僅會(huì)引起金屬等材料的腐蝕，而且會(huì)危害人體健康，污染環(huán)境。目前我國(guó)大中型煉油廠均采用傳統(tǒng)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(zhuǎn)化為水。從資源的綜合利用角度考慮，在傳統(tǒng)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(guó)內(nèi)外科研工作者重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域。

目前，硫化氫分解方法主要包括：高溫分解法、電化學(xué)法、光催化法和低溫等離子體法等。在前述多種方法中，高溫?zé)岱纸夥ㄔ诠I(yè)技術(shù)上相對(duì)成熟，但硫化氫熱分解強(qiáng)烈地依賴于反應(yīng)溫度，并且受熱力學(xué)平衡限制，即使反應(yīng)溫度在1000℃以上，硫化氫的轉(zhuǎn)化率也僅為20％。另外，高溫條件對(duì)反應(yīng)器材質(zhì)的要求較高，這也會(huì)增加運(yùn)行成本。此外，由于硫化氫熱分解轉(zhuǎn)化率低，需要將大量的硫化氫氣體從尾氣中分離并在系統(tǒng)中循環(huán)，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(yè)化應(yīng)用帶來困難。采用膜技術(shù)雖然可以有效的分離產(chǎn)物從而打破平衡限制，提高硫化氫轉(zhuǎn)化率，但熱分解溫度往往會(huì)超過膜的極限耐熱溫度，使膜材料結(jié)構(gòu)遭到破壞。電化學(xué)法則存在操作步驟多、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、反應(yīng)穩(wěn)定性差和效率低等缺點(diǎn)。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(diǎn)集中在開發(fā)高效半導(dǎo)體光催化劑等方面。利用太陽(yáng)能來分解硫化氫，具有能耗低、反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是較為經(jīng)濟(jì)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(jiǎn)單，裝置體積小，能量效率高等優(yōu)點(diǎn)，而且其中涉及的反應(yīng)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(yīng)用。此外，由于其具有高能量密度和可縮短反應(yīng)時(shí)間的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)在較低溫度下將硫化氫進(jìn)行有效的分解，適合于不同規(guī)模、布局分散、生產(chǎn)條件多變的場(chǎng)合。而且，在回收硫磺的同時(shí)，低溫等離子體方法將氫資源回收，能夠?qū)崿F(xiàn)硫化氫資源化的利用。

目前，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)低溫等離子體分解硫化氫技術(shù)進(jìn)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(dòng)電弧放電、微波等離子體、射頻等離子體和介質(zhì)阻擋放電等。

文獻(xiàn)《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(qiáng)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(yīng)溫度高、壓強(qiáng)低，條件苛刻不易于實(shí)現(xiàn)。

文獻(xiàn)《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(huì)在高溫下迅速?gòu)?fù)合重新生成硫化氫，目前尚未有相應(yīng)的淬冷措施。