【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,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體催化劑協(xié)同的方法將H2S直接分解制取氫氣和硫磺,實現(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。所取得研究結果如下： 對低溫等離子體與半導體催化劑協(xié)同分解H2S的研究發(fā)現(xiàn),分布在放電間隙的強電場和光子可以有效激發(fā)半導體催化劑產(chǎn)生電子空穴對,電子空穴對參與H2S分解反應并提高了分解反應速率,降低了分解能耗。 系統(tǒng)研究了注入能量、反應器尺寸、稀釋氣種類、H2S濃度,反應氣流量,產(chǎn)物氫,活性相負載量等因素對H2S分解反應的影響。結果表明：H2S轉(zhuǎn)化率隨著注入能量的增加不斷提高；反應器內(nèi)徑的增大會導致放電區(qū)域出現(xiàn)弱放電從而無法有效激發(fā)反應物分子；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)出停留時間未明顯影響分解反應：產(chǎn)物氫有利于H2S分解但其促進作用未涉及催化劑表面反應；擔載量為10%時CdS/Al2O3和ZnS/Al2O3表現(xiàn)出最高活性；長周期實驗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行了多種表征并考察了其H2S分解性能。結果表明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。這主要歸因于兩種固溶體催化劑適宜的禁帶寬度、導帶電位和價帶電位。 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時具有最高的H2S分解活性。研究表明Cr的引入導致活性相晶粒尺寸減小、拓寬了催化劑光響應譜帶并產(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體催化劑活性。 以低溫等離子體制備了多種高分散負載型金屬硫化物催化劑,包括負載型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、反應溫度低、時間短,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反應中表現(xiàn)出更高的催化活性。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：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，在等離子體化學領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)生輝光可以擴展到兩電極間的整個放電區(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。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，因此在化工應用中具有獨特的優(yōu)勢。I電極電極進氣口圖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，反應氣中H2S含量為 150mg/m3，H2S 分解能耗高達 500 eV/molecule-H2S。Nunnally 等利用旋風滑動弧光放電等離子體反應器進行純H2S氣體分解的研究，發(fā)現(xiàn)該反應器延長了 FhS氣體的停留時間，且在等離子體中心區(qū)域內(nèi)進行對流傳熱傳質(zhì)，使反應區(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)點并可產(chǎn)生較大體積的等離子體。-19 -

【參考文獻】

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本文編號：2790778