【摘要】：硫化氫(H2S)是一種具有毒性、惡臭的氣體,主要產(chǎn)生于天然氣加工和石油煉制等生產(chǎn)過程。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國H2S產(chǎn)量已超過700萬噸/年。目前H2S處理常采用克勞斯法,但只回收了硫磺,卻將寶貴的氫轉(zhuǎn)化為水。本論文采用低溫等離子體和半導(dǎo)體催化劑協(xié)同的方法將H2S直接分解制取氫氣和硫磺,實(shí)現(xiàn)了H2S在低溫、低能耗下的完全分解,并對該協(xié)同體系下H2S分解影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究,研制了一系列具有高H2S分解活性的催化劑。所取得研究結(jié)果如下： 對低溫等離子體與半導(dǎo)體催化劑協(xié)同分解H2S的研究發(fā)現(xiàn),分布在放電間隙的強(qiáng)電場和光子可以有效激發(fā)半導(dǎo)體催化劑產(chǎn)生電子空穴對,電子空穴對參與H2S分解反應(yīng)并提高了分解反應(yīng)速率,降低了分解能耗。 系統(tǒng)研究了注入能量、反應(yīng)器尺寸、稀釋氣種類、H2S濃度,反應(yīng)氣流量,產(chǎn)物氫,活性相負(fù)載量等因素對H2S分解反應(yīng)的影響。結(jié)果表明：H2S轉(zhuǎn)化率隨著注入能量的增加不斷提高；反應(yīng)器內(nèi)徑的增大會導(dǎo)致放電區(qū)域出現(xiàn)弱放電從而無法有效激發(fā)反應(yīng)物分子；單原子氣體Ar作為稀釋氣有效提高了H2S分解性能；低H2S濃度利于H2S分解；H2S在等離子體下的氣相分解速率極快,表現(xiàn)出停留時(shí)間未明顯影響分解反應(yīng)：產(chǎn)物氫有利于H2S分解但其促進(jìn)作用未涉及催化劑表面反應(yīng)；擔(dān)載量為10%時(shí)CdS/Al2O3和ZnS/Al2O3表現(xiàn)出最高活性；長周期實(shí)驗(yàn)顯示催化劑具有良好的穩(wěn)定性。 制備出一系列具有不同Zn/Cd比的ZnxCd1-xS/Al2O3固溶體催化劑。對該固溶體催化劑進(jìn)行了多種表征并考察了其H2S分解性能。結(jié)果表明Zn0.6Cd0.4S/Al2O3和Zn0.4Cd0.6S/Al2O3兩種固溶體催化劑表現(xiàn)出更高的催化活性。這主要?dú)w因于兩種固溶體催化劑適宜的禁帶寬度、導(dǎo)帶電位和價(jià)帶電位。 制備出具有不同Cr含量的Cr-ZnS/Al2O3催化劑。通過多種表征手段研究了催化劑的物化性質(zhì)并考察了其H2S分解性能,其中Cr/Zn比為0.20時(shí)具有最高的H2S分解活性。研究表明Cr的引入導(dǎo)致活性相晶粒尺寸減小、拓寬了催化劑光響應(yīng)譜帶并產(chǎn)生更多利于電子空穴分離的Zn空位,這些均有利于提高半導(dǎo)體催化劑活性。 以低溫等離子體制備了多種高分散負(fù)載型金屬硫化物催化劑,包括負(fù)載型CdS、ZnS、CoS、FeS2、Ag2S、MnS、NiS、MoS2、CuS以及WS2等。研究表明等離子體法不需焙燒、反應(yīng)溫度低、時(shí)間短,金屬硫化物顆粒小、分散度高。利用該法制備的CdS/Al2O3和ZnS/Al2O3比傳統(tǒng)熱硫化法所制備催化劑在協(xié)同等離子體分解H2S反應(yīng)中表現(xiàn)出更高的催化活性。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：O643.36;X74
【圖文】：

(2)輝光放電（Glow discharge)等離子體圖1.3為輝光放電等離子體示意圖。因具有穩(wěn)定、自持放電的優(yōu)點(diǎn)，在等離子體化學(xué)領(lǐng)域中輝光放電是廣泛采用的一種放電形式。輝光放電具有比電暈放電更高的放電電流，所產(chǎn)生輝光可以擴(kuò)展到兩電極間的整個(gè)放電區(qū)域，發(fā)光明亮。/等離子體區(qū)陰極 NB ：/ ： . ： NB陽極圖1.3輝光放電示意圖Fig. 1.3 Schematic diagram of glow dischargeTraus等采用輝光放電形式研究了常壓下H2S分解反應(yīng)。以不銹鋼作為電極材料，內(nèi)外兩電極在電場作用下發(fā)生同軸旋轉(zhuǎn)，并采用油浴'加熱外電極以使反應(yīng)溫度控制在120 °C以上，從而確保分解得到的硫d粑禾揖哂薪系蜑薅�。在H2S初始濃度10%-100% (以氫氣或氬氣作為稀釋氣），氣體流量為lOOmL/min，外電極溫度170。C ’電功率45-75 W

如圖1.4所示，和常規(guī)的低溫等離子體不同，滑動弧光等離子體是一種非穩(wěn)態(tài)的放電等離子體，它產(chǎn)生于氣體流經(jīng)兩分^u電極的最小間距處。由于其具有高電子溫度和密度，因此在化工應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。I電極電極進(jìn)氣口圖1.4滑動弧光放電示意圖Fig. 1.4 Schematic diagram of gliding arc dischargeDalaine等利用滑動弧光放電等離子體研究了 HzS分解反應(yīng)，反應(yīng)氣中H2S含量為 150mg/m3，H2S 分解能耗高達(dá) 500 eV/molecule-H2S。Nunnally 等利用旋風(fēng)滑動弧光放電等離子體反應(yīng)器進(jìn)行純H2S氣體分解的研究，發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)器延長了 FhS氣體的停留時(shí)間，且在等離子體中心區(qū)域內(nèi)進(jìn)行對流傳熱傳質(zhì)，使反應(yīng)區(qū)與器壁幾乎完全隔熱

(4)微波等離子體（Microwave plasma)如圖1.5所示，微波等離子體是以微波放電發(fā)生器使氣體電離而產(chǎn)生，一般其放電頻率較高，并可在較寬的頻率和壓力范圍下操作，具有放電均勻的優(yōu)點(diǎn)并可產(chǎn)生較大體積的等離子體。-19 -

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 馬貴軍;鄢洪建;宗旭;馬保軍;江宏富;溫福宇;李燦;;氣-固相光催化分解硫化氫制氫[J];催化學(xué)報(bào);2008年04期

2 杜禮明,王樹東;超絕熱燃燒技術(shù)在硫化氫分解制氫上的應(yīng)用[J];化工進(jìn)展;2005年03期

3 錢欣平;凌忠錢;周昊;岑可法;;硫化氫熱分解制氫過程的化學(xué)動力學(xué)研究[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2005年06期

4 吳丹;白雪峰;;硫化氫分解制取氫氣和硫的技術(shù)進(jìn)展[J];石油與天然氣化工;2006年04期

5 張?jiān)兞�，倪炳華，馬寶岐;硫化氫分解制氫氣和硫[J];石油與天然氣化工;1995年04期

6 白雪峰;吳丹;王鵬;;硫化氫光催化分解制氫[J];太陽能學(xué)報(bào);2008年10期

7 董永治,王涵慧,俞稼鏞;微波等離子體方法分解 H_2S 制氫[J];太陽能學(xué)報(bào);1997年02期

8 殷慧齡,俞英,顧伯鍔,吳震霄,朱亞杰;提高光解硫化氫制氫催化劑活性的研究[J];華東石油學(xué)院學(xué)報(bào);1984年02期

9 鄧戰(zhàn)強(qiáng);齊俊杰;張躍;廖慶亮;黃運(yùn)華;曹佳偉;;大長徑比ZnS納米線的制備、結(jié)構(gòu)和生長機(jī)理[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2008年02期

本文編號：2790778