[發明專利]用于硫化氫高效分解的陽極電解液及其電解和再生方法

有效

• 申請號: 202210671327.6
• 申請日: 2022-06-14
• 公開（公告）號: CN114941142B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 馬云倩;周承軒;聶毅;張鎖江
• 申請（專利權）人: 鄭州中科新興產業技術研究院;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C25B1/01
• 分類號: C25B1/01;C25B1/50;C25B1/02;C25B9/65;C25B15/08;C25B15/02
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 孫詩雨

本發明公開了一種用于硫化氫高效分解的陽極電解液及其電解和再生方法。采用功能化離子液體同時作為吸收液和電解質，一方面高效吸收硫化氫，另一方面耦合硫化氫電分解過程。氣體吸收直接在陽極室中進行，然后對吸收富液進行電解，陽極獲得硫磺，陰極制取氫氣。陽極生成的硫磺以多硫化物的形式全部溶解于離子液體電解質中，未造成電極鈍化，由于離子液體能夠有效的推動電解反應，陰極的產氫速率大大提高，通過二氧化碳氣體的吸收和解吸，實現陽極硫磺回收和電解液再生。本發明方法吸收和電解反應速率都較高，產氫速率優于大部分使用電催化劑的體系，電解液可循環使用，有效降低電解成本，更利于實現硫化氫高效吸收與全資源回收連續過程。

技術領域

本發明涉及硫化氫的吸收、轉化技術領域，尤其涉及一種離子液體陽極電解液強化硫化氫吸收-電解耦合技術及其再生方法。

背景技術

硫化氫（H₂S）是一種易燃、劇毒的污染物，其腐蝕性往往導致材料變質和催化劑失活。H₂S來源于各種工業過程，特別是石油和天然氣加工。工業H₂S脫除主要依賴Claus工藝，通過化學氧化獲得單質硫和水蒸氣。但是，Claus工藝存在一些缺點：硫磺回收的限制（熱力學因素），資金成本高以及能源效率低。最近，為改善Claus工藝，獲得理想的H₂S脫除效率，選擇性氧化和反應性吸附作為替代的氧化工藝被開發。然而，由于這些方案存在的氧化特性，不可避免地要消耗H₂S中高價值的H，使其轉化成低價值的水蒸汽。由于氫氣不僅是化學合成的重要來源，同時是一種具有良好前景的清潔能源，因此，保持高H₂S轉化率的同時生產H₂是一個非常理想的設計理念。非氧化H₂S分解能夠克服氧化工藝的問題，產生高純度氫氣并高能效地回收硫磺。然而直接從氣相中分解H₂S需要吸收較高的熱量，其可逆性限制了平衡向有利的方向轉化，為此，光催化、電化學和質膜分離幾種方法被相繼開發。其中，電化學方法分解H₂S能夠耦合可再生能源（如太陽能、風能）的電力，具有較好的工業應用前景。

傳統的電化學分解H₂S的方法是在電化學反應器中電解H₂S或H₂S的堿性吸收液，硫磺在陽極生成，氫氣在陰極生成，采用的堿性吸收液有NaOH溶液、NaHS溶液、Na₂CO₃溶液等。然而，陽極上由于硫磺的沉積而造成鈍化，使直接電解H₂S技術的發展受到了一定的限制，為此，一些補救措施相繼被提出：1、攪拌使硫磺從電極上脫落；2、通入有機蒸汽或在電解液中添加苯或甲苯溶解硫磺；3、引入高溫電化學方法，形成硫磺蒸汽或液體硫磺；4、控制堿性電解液和硫化氫的比例可以在陽極形成可溶的多硫化物。然而，由于系統的復雜性，限制了這些措施的規模，盡管直接電解法在能量上更有效，但是硫磺的產生帶來了分離和電極污染問題、高溫電化學方法的引入、副反應的發生以及形成的多硫化物溶解度有限的問題。5、間接電解法由于先將H₂S氣體吸收，發生化學氧化生成硫磺，再電解吸收液，所以也能夠避免硫磺沉積帶來的陽極鈍化問題，但是吸收液具有強酸性，對設備的腐蝕嚴重，在電解過程中由于氧化態的離子存在，會使電解槽的槽電壓持續升高，從而使電流效率降低，而且所回收的由化學氧化得到的硫磺顆粒較小，不易分離回收。

此外，電化學方法分解H₂S的另一個限制因素是氫氣產率低，為此，許多專家和學者開發了一系列電催化劑以提高反應速率，如WS₂納米片催化劑和N摻雜石墨烯包裹鈷鎳合金催化劑。然而，電催化反應速率不僅由催化劑的活性決定，還與電場和電解質的本身性質有關，同時，針對H₂S吸收與電解耦合的反應過程，一方面需要提高反應速率，一方面需要強化硫化氫的吸收。