熱化學(xué)硫碘循環(huán)硫化氫分解聯(lián)產(chǎn)氫氣和硫磺系統(tǒng)的基礎(chǔ)問題研究.pdf

1、作為石油煉制，煤化工生產(chǎn)及天然氣加工過程中副產(chǎn)的廢氣硫化氫，是來源豐富的可利用的資源。克勞斯工藝回收了硫磺，H2S中富含的氫卻沒有得到利用。熱化學(xué)硫碘循環(huán)硫化氫分解聯(lián)產(chǎn)氫氣和硫磺系統(tǒng)，具有反應(yīng)條件溫和、熱效率高、不受H2S分解平衡限制、污染物排放低等優(yōu)點(diǎn)，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
　　H2S-H2SO4反應(yīng)系統(tǒng)是循環(huán)系統(tǒng)的核心反應(yīng)和起始步驟。本文首先應(yīng)用Factsage軟件探討了不同溫度、壓力、反應(yīng)物比例對熱力學(xué)可行的H2S-H2SO4

2、反應(yīng)和H2S-SO2Wackenroder副反應(yīng)的影響：常壓下，H2S-H2SO4反應(yīng)的產(chǎn)物臨界溫度為136℃，此時SO2與S產(chǎn)物比為化學(xué)計(jì)量數(shù)之比(1:1)，壓力下降產(chǎn)物臨界溫度降低；H2S與硫酸溶液反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是與其中的H2SO4分子反應(yīng)，136℃下硫被質(zhì)量濃度大于94.2wt％的濃硫酸氧化，產(chǎn)物只有SO2。壓力對Wackenroder副反應(yīng)無影響，溫度對抑制副反應(yīng)的作用也極微。其次在設(shè)計(jì)的連續(xù)式鼓泡塔反應(yīng)器系統(tǒng)中開展不同進(jìn)氣流速、溫

3、度，反應(yīng)物濃度下的反應(yīng)特性試驗(yàn)研究，并對固體產(chǎn)物進(jìn)行分析。主要結(jié)論有：反應(yīng)受傳質(zhì)控制，H2S進(jìn)氣流速提高，氣液接觸面積增大，生成的SO2量增多；溫度升高有利于提高H2S轉(zhuǎn)化率得到更多的SO2產(chǎn)物，在70℃以上時使用濃硫酸溶液(>88.75wt％)更易避免副反應(yīng)的發(fā)生；酸濃度>90wt％的反應(yīng)條件下SO2產(chǎn)量保持等速直線型增長，可獲得高于40％的H2S轉(zhuǎn)化率，H2S與57wt％稀硫酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)氣量不穩(wěn)定；H2S進(jìn)氣濃度越高，H2S轉(zhuǎn)

4、化率和SO2產(chǎn)量越高，影響作用在反應(yīng)中前期尤為明顯。XRD分析表明固體產(chǎn)物是正交硫晶體(S8)。SEM照片顯示粉末狀生成物有良好的球形度，表面松散多孔，團(tuán)狀生成物則由于硫晶體成核與生長的速度不同而呈現(xiàn)不同區(qū)域(文中筆者以平滑區(qū)域、類鐘乳區(qū)域和普通區(qū)域命名)的表面形貌。
　　最后，利用Aspen Plus軟件設(shè)計(jì)并計(jì)算了氫氣產(chǎn)率1mol/s的硫碘循環(huán)硫化氫分解系統(tǒng)的質(zhì)量、能量平衡，計(jì)廢熱發(fā)電時系統(tǒng)最高產(chǎn)氫熱效率為40.865％。HI