一种基于流化床技术的光催化分解硫化氢反应器及其制氢装置

摘要

本发明属于分解处理硫化氢综合利用研究领域，公开了一种基于流化床技术的光催化分解硫化氢反应器及其制氢装置。制氢装置包括：流化床反应器、光源冷却装置、气体洗涤及检测装置以及产物检测和收集装置。所述反应器包括内空的外壳，外壳的底部设置有气体进口，外壳的顶部设置有气体出口，外壳内部的下端设置有气体分布板，气体分布板上沿外壳高度方向设置有中空的冷却水套，所述冷却水套和外壳之间形成反应空间，其中，在所述反应空间内装有催化剂颗粒，所述冷却水套中空的部分设置有光源。

说明书

技术领域

本发明涉及分解硫化氢制氢领域，尤其涉及一种基于流化床技术的光催化 分解硫化氢反应器及其制氢装置。

背景技术

硫化氢是一种无色臭鸡蛋气味的酸性剧毒气体，是石油炼制、天然气加工 和其他化学合成工艺中产生的副产品。目前硫化氢处理方法主要采用克劳斯工 艺，将硫化氢氧化为硫和水，存在很多问题：（1）设备的投资费用大；（2）在 高温下操作，H₂S/SO₂的比例必须严格控制在2:1左右，实现起来十分困难；（3） 经克劳斯工艺处理后释放出的尾气中含硫量依然较高，很难符合严格的环保法 规；（4）克劳斯工艺将H₂S部分氧化成水和硫磺，只回收了硫化氢中的硫，其中 的氢没有得到回收利用。光催化分解硫化氢制氢可高效处理硫化氢，回收氢能， 实现资源的循环利用。

在目前光催化分解硫化氢制氢技术中，硫化氢气体被直接通入到反应器中， 气体被反应液吸收，通过磁力搅拌等外加能量的方式实现催化剂颗粒在反应器 内的悬浮，气体本身带有的动量被浪费，需要外加能量才能实现连续反应，反 应器及系统不易工程放大，这几个问题都是由光催化反应器及系统的特性所决 定的。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种高效、低成本的光 催化分解硫化氢反应器及其制氢装置，该装置无需外加能量，可充分利用参加 反应的具有一定压力、流速的硫化氢气体本身带有的动量，处理硫化氢废气， 产生清洁的氢气。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于流化床技术的光催化分解硫化氢反应器，包括内空的外壳，外壳 的底部设置有气体进口，外壳的顶部设置有气体出口，外壳内部的下端设置有 气体分布板，气体分布板上沿外壳高度方向设置有中空的冷却水套，所述冷却 水套和外壳之间形成反应空间，其中，在所述反应空间内装有催化剂颗粒，所 述冷却水套中空的部分设置有光源。

作为本发明的优选实施例，所述气体分布板在外壳内的高度高于气体进口 所在高度；

作为本发明的优选实施例，所述气体分布板采用多孔金属材料，具有可通 过气体的微孔，以将硫化氢气体均匀分布在反应空间水平截面上；

作为本发明的优选实施例，所述反应器进一步包括有控制冷却水温度的恒 温循环器；

作为本发明的优选实施例，所述反应器进一步包括有对光源进行控制的光 源控制箱；

作为本发明的优选实施例，所述外壳为分体结构，采用螺栓连接，夹套间 加装密封垫。

作为本发明的优选实施例，所述催化剂吸收波长为A的光，所述冷却水套 内部装有冷却水，所述冷却水采用不吸收波长为A的光的溶液。

一种基于流化床技术的光催化分解硫化氢制氢装置，包括依次连接的光催 化分解硫化氢反应器、洗气尾气检测瓶和排水集气瓶，其中，所述光催化分解 硫化氢反应器为上述反应器。

作为本发明的优选实施例，所述气体检测采用气相色谱进行定性，气体收 集采用排液集气定量收集。

与现有技术相比，本发明基于流化床技术的光催化分解硫化氢反应器及其 制氢装置至少具有以下优点：本发明提供的一种基于流化床技术的光催化分解 硫化氢制氢装置采用流化床技术，以参加反应的具有一定压力、流速的硫化氢 气体为流化动力，实现催化剂颗粒在反应器内的悬浮分布，使光催化分解硫化 氢制氢反应能够连续高效的进行，无需外加能量，大大降低了反应的能量成本； 气体分布板安装在反应器底部，可以实现气体在反应器截面的均匀分布；冷却 水套置于反应器中间，可以对光源进行循环冷却；光源置于冷却水套中间，透 过冷却水套进入反应空间，光子被部分吸收，提供光催化反应动力。本发明专 利提供的一种基于流化床技术的光催化分解硫化氢制氢装置，不仅能高效进行 光催化处理硫化氢气体，还可以回收氢气，并且不需要外加能量，另外各构件 取材方便，成本相对低廉，易于加工生产，部件组合紧凑，操作方便，具有良 好的社会经济效益和使用价值。

附图说明

图1为本发明制氢装置的结构示意图；

图2为本发明光催化分解硫化氢反应器的结构示意图。

其中：1.气体进口     2.气体分布板     3.催化剂颗粒

4.反应空间           5.光源           6.冷却水

7.密封垫             8.气体出口       9.冷却水套

10.光源控制箱        11.止回阀        12.洗气瓶

13.尾气检测瓶     14.流量计     15.排水集气瓶

16.气相色谱       17.支架

具体实施方式

请参照图2所示，本发明光催化分解硫化氢制氢装置包括依次连接的光催 化分解硫化氢反应器、洗气瓶12、尾气检测瓶13和排水集气瓶15。

所述光催化分解硫化氢反应器包括内空的外壳，外壳的底部设置有气体进 口1，外壳的顶部设置有气体出口8，外壳内部的下端设置有气体分布板2，气 体分布板2上沿外壳高度方向设置有中空的冷却水套9，所述冷却水套9和外壳 之间形成反应空间4，其中，在所述反应空间4内装有催化剂颗粒3，具体地说， 所述催化剂颗粒3悬浮在反应空间4的反应液内，所述冷却水套9中空的部分 设置有光源5。

所述气体分布板2在外壳内的高度高于气体进口所在高度；所述气体分布 板2采用多孔金属材料，具有可通过气体的微孔，以将硫化氢气体均匀分布在 反应空间4的水平截面上；所述反应器进一步包括有控制冷却水温度的恒温循 环器、对光源5进行控制的光源控制箱10。

所述冷却水套9采用石英玻璃，其内部装有冷却水6，所述冷却水可以采用 自来水或其他溶液，但是，该溶液不能过滤掉催化剂所需要吸收波长的光，通 过循环泵实现冷却水的循环和光源的冷却。

所述尾气吸收采用多个碱溶液洗气瓶进行，采用串联模式连接，尾气检测 装置采用易观察物质变化的溶液，安装在洗气瓶下游。所述气体检测装置采用 气相色谱进行定性，气体收集采用排液集气定量收集。

下面介绍本发明制氢装置的工作过程：一定压力流速下的硫化氢气体从反 应器底部的气体进口1通入，经过气体分布板2使气体在反应空间4截面上均 匀分布，将催化剂颗粒3流化悬浮在整个反应器内。由光源控制箱10控制光源 5发出的光经过装有循环的冷却水6的冷却水套9进入反应空间4，实现连续的 光催化分解硫化氢制氢反应，反应后气体由气体出口8排出，经过止回阀11进 入洗气瓶12，吸收未反应气体，通过尾气检测瓶13对气体进行检测，反应后气 体利用流量计14检测流量，通过取样通入气相色谱16中进行气体成分比例检 测，通过固定在支架17上的排水集气装置15进行收集测量。

图2展示了用于进行光催化分解硫化氢制氢的流化床反应器，以及气体进 口1、气体分布板2、光源5、冷却水套9、密封垫7、气体出口8的布置情况。 气体进口1在反应器底部，气体分布板2在进气口以上，光源5放置在用石英 玻璃制成的冷却水套9的内部，冷却水套9的外壁和反应器外壳的内壁形成反 应空间4，外壳间的连接采用螺栓连接，夹套间加装密封垫7，气体出口8在反 应器的顶部，反应器结构紧凑，安装方便，整个装置内的关键构建易于获得， 成本低廉，操作方便，可连续运行。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领 域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的 变换，均为本发明的权利要求所涵盖。