專利名稱：一種紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用硫化氫制備氫氣的方法。
背景技術(shù)：
硫化氫氣體作為石油煉制的副產(chǎn)物以及天然氣中的廢氣排放不僅污染環(huán)境，而且造成資源浪費(fèi)，因此硫化氫氣體的綜合利用倍受關(guān)注?，F(xiàn)有處理、利用硫化氫的方法有兩類第一類是將硫化氫氧化為單質(zhì)硫和水，但造成了氫資源的浪費(fèi)；第二類便是將硫化氫分解為氫氣和硫。
目前將硫化氫分解為氫氣和硫的方法有高溫直接熱分解法、催化熱分解法、微波法、電化學(xué)法、光化學(xué)法和超絕熱燃燒技術(shù)，其中光化學(xué)法以反應(yīng)條件溫和、耗能相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)被廣泛采用。但是目前光化學(xué)分解硫化氫的方法中都采用可見光、都需要使用懸浮催化劑，催化劑不僅價(jià)格昂貴、反應(yīng)過程中容易失活且多數(shù)有毒，分解出的硫與催化劑也難以分離，造成催化劑難以循環(huán)使用和硫資源的浪費(fèi)，而且目前的光化學(xué)分解硫化氫的方法中硫化氫分解轉(zhuǎn)化率及氫氣產(chǎn)率很低，如Naman等人(Int.J.Hydrogen Energy，1995，20(6)303-307)以TiO2、CdS和CdSe半導(dǎo)體懸浮物為催化劑，在含20％不同醇胺水溶液中進(jìn)行H2S的光分解生成H2，實(shí)驗(yàn)表明在60℃時(shí)，50mgTiO2懸浮在125mL20％甲醇胺水溶液中，氫氣的產(chǎn)率最大，也僅為3mL/h；Supriya等人(Int.J.HydrogenEnergy，1998，23(9)741-744)以CdS-ZnS雙組分催化劑光催化分解H2S，把CdS-ZnS(1∶1)擔(dān)載在堿性氧化物L(fēng)i2O-MgO上，當(dāng)以10wt％CdS-ZnS負(fù)載在含30wt％Li2O的Li2O-MgO載體為催化劑進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)氫率可達(dá)316μmol/h(7.0784mL/h)；Kale等人(Can.J.Chem.，2005，83527-532)用固態(tài)反應(yīng)和溶液路線合成出多金屬氧化物光催化劑ZnBiVO4，當(dāng)500mL蒸餾水中懸浮有1g該催化劑時(shí)，以每分鐘10mL的速率通入H2S，盡管產(chǎn)氫速率為122mL/h，但硫化氫分解轉(zhuǎn)化率僅為20.33％。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前光化學(xué)分解硫化氫的方法中都采用可見光、都需要使用懸浮催化劑且硫化氫分解轉(zhuǎn)化率及氫氣產(chǎn)率很低的問題，而提供的一種紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法。紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法按以下步驟實(shí)施a.向每升堿性溶液中投加120～160g無水亞硫酸鈉制成介質(zhì)溶液，待無水亞硫酸鈉溶解后將紫外線光源浸入介質(zhì)溶液；b.見有氫氣產(chǎn)生后再連續(xù)通入硫化氫氣體，硫化氫氣體的通入速率保持為氫氣產(chǎn)生速率的0.5～5倍；c.收集氫氣。
本發(fā)明中將紫外線光源浸入介質(zhì)溶液后便會(huì)有氫氣產(chǎn)生，通過控制硫化氫氣體的通入速率(氫氣產(chǎn)生速率的0.5～5倍)可以保持介質(zhì)溶液中氫元素的動(dòng)態(tài)平衡。
本發(fā)明制備的氫氣純度高可達(dá)99％。
本發(fā)明因采用紫外光分解硫化氫制備氫氣，所以熱能損耗小，能耗低，與可見光分解硫化氫制備氫氣相比可以節(jié)約50％以上的能源。本發(fā)明不采用催化劑，節(jié)省了生產(chǎn)成本，也便于硫的回收利用。


圖1是具體實(shí)施方式
十八紫外光分解硫化氫制備氫氣的裝置圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法按以下步驟實(shí)施a.向每升堿性溶液中投加120～160g無水亞硫酸鈉制成介質(zhì)溶液，待無水亞硫酸鈉溶解后將紫外線光源浸入介質(zhì)溶液；b.見有氫氣產(chǎn)生后再連續(xù)通入硫化氫氣體，硫化氫氣體的通入速率保持為氫氣產(chǎn)生速率的0.5～5倍；c.收集氫氣。
本實(shí)施方式硫化氫氣體分解轉(zhuǎn)化率為55％～95％，產(chǎn)氫率為4.0～5.1mL/W·h。當(dāng)本實(shí)施方式產(chǎn)氫率明顯下降時(shí)(本實(shí)施方式可連續(xù)紫外光分解硫化氫達(dá)80小時(shí)以上)可向介質(zhì)溶液中滴加濃度為0.5mol/L的鹽酸直至無黃色沉淀(硫)產(chǎn)生，介質(zhì)溶液過濾后再加入氫氧化鈉或氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH值到12～13之后可循環(huán)使用。
本實(shí)施方式由于采用紫外光分解硫化氫制備氫氣，因此熱能損耗小，能耗低，與可見光分解硫化氫制備氫氣相比可以節(jié)約50％以上的能源。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟a中向每升堿性溶液中投加130～150g無水亞硫酸鈉。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟a中向每升堿性溶液中投加135～145g無水亞硫酸鈉。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟a中向每升堿性溶液中投加140g無水亞硫酸鈉。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟a中紫外線光源的功率為4～110W。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟a中紫外線光源的功率為6～55W。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟a中紫外線光源的功率為8～30W。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟a中紫外線光源的功率為10～15W。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟b中硫化氫氣體的通入速率保持為氫氣產(chǎn)生速率的0.8～2倍。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟b中硫化氫氣體的通入速率保持為氫氣產(chǎn)生速率的1～1.2倍。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟b中對(duì)介質(zhì)溶液可進(jìn)行磁力攪拌。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、五、六、七或八的不同點(diǎn)是步驟a中的紫外線光源為低壓汞燈。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一、五、六、七或八相同。
本實(shí)施方式紫外線光源發(fā)出汞253.7nm特征譜線。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟a堿性溶液中堿性物質(zhì)的總濃度為0.05～5mol/L。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟a堿性溶液中堿性物質(zhì)的總濃度為0.1～4mol/L。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟a堿性溶液中堿性物質(zhì)的總濃度為0.5～3mol/L。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟a堿性溶液中堿性物質(zhì)的總濃度為1～2mol/L。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、十三、十四、十五或十六的不同點(diǎn)是步驟a中堿性物質(zhì)為硫化鈉、氫氧化鈉、硫化鉀和/或氫氧化鉀。其它步驟及工藝參數(shù)與實(shí)施方式一、十三、十四、十五或十六相同。
本實(shí)施方式中堿性物質(zhì)由兩種或兩種以上物質(zhì)組成時(shí)各物質(zhì)間可為任意比例。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法按以下步驟實(shí)施a.向250mL、濃度為0.6mol/L的氫氧化鈉溶液中投加35g無水亞硫酸鈉制成介質(zhì)溶液，待無水亞硫酸鈉溶解后將功率為10W低壓汞燈浸入介質(zhì)溶液；b.見有氫氣產(chǎn)生后再連續(xù)通入硫化氫氣體，硫化氫氣體的通入速率保持為氫氣產(chǎn)生速率的1.07倍，并對(duì)介質(zhì)溶液可進(jìn)行磁力攪拌；c.收集氫氣。
本實(shí)施方式運(yùn)行120h平均每小時(shí)可收集氫氣42mL(硫化氫氣體通入速率為45mL/h)。本實(shí)施方式運(yùn)行120h后向介質(zhì)溶液中滴加濃度為0.5mol/L的鹽酸直至無黃色沉淀(硫)產(chǎn)生，介質(zhì)溶液過濾后再加入氫氧化鈉或氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH值到12～13之后可循環(huán)使用。
本實(shí)施方式硫化氫氣體分解轉(zhuǎn)化率為93.3％，產(chǎn)氫率為4.2mL/W·h。
本實(shí)施方式紫外光分解硫化氫制備氫氣的裝置圖如圖1所示，圖1中10W低壓汞燈(紫外線光源)3浸入介質(zhì)溶液1，硫化氫氣體通過硫化氫導(dǎo)入管2通入介質(zhì)溶液1，在介質(zhì)溶液1底部有磁力攪拌轉(zhuǎn)子4，氫氣通過氫氣導(dǎo)出管6導(dǎo)入氫氣收集器5內(nèi)。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法按以下步驟實(shí)施a.向250mL、硫化鈉和氫氧化鉀總濃度為1mol/L的堿性溶液中投加35g無水亞硫酸鈉制成介質(zhì)溶液，待無水亞硫酸鈉溶解后將功率為10W低壓汞燈浸入介質(zhì)溶液；b.見有氫氣產(chǎn)生后再連續(xù)通入硫化氫氣體，硫化氫氣體的通入速率保持為氫氣產(chǎn)生速率的1.78倍，并對(duì)介質(zhì)溶液可進(jìn)行磁力攪拌；c.收集氫氣。
本實(shí)施方式運(yùn)行120h平均每小時(shí)可收集氫氣45mL(硫化氫氣體通入速率為80mL/h)。本實(shí)施方式運(yùn)行120h后向介質(zhì)溶液中滴加濃度為0.5mol/L的鹽酸直至無黃色沉淀(硫)產(chǎn)生，介質(zhì)溶液過濾后再加入氫氧化鈉或氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH值到12～13之后可循環(huán)使用。
本實(shí)施方式硫化氫氣體分解轉(zhuǎn)化率為56.25％，產(chǎn)氫率為4.5mL/W·h。
權(quán)利要求
1.一種紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法，其特征在于紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法按以下步驟實(shí)施a.向每升堿性溶液中投加120～160g無水亞硫酸鈉制成介質(zhì)溶液，待無水亞硫酸鈉溶解后將紫外線光源浸入介質(zhì)溶液；b.見有氫氣產(chǎn)生后再連續(xù)通入硫化氫氣體，硫化氫氣體的通入速率保持為氫氣產(chǎn)生速率的0.5～5倍；c.收集氫氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法，其特征在于步驟a中向每升堿性溶液中投加130～150g無水亞硫酸鈉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法，其特征在于步驟a堿性溶液中堿性物質(zhì)的總濃度為0.05～5mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法，其特征在于步驟a中堿性物質(zhì)為硫化鈉、氫氧化鈉、硫化鉀和/或氫氧化鉀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法，其特征在于步驟a中紫外線光源的功率為4～110W。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法，其特征在于步驟a中紫外線光源的功率為10～15W。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、5或6所述的一種紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法，其特征在于步驟a中的紫外線光源為低壓汞燈。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法，其特征在于步驟b中硫化氫氣體的通入速率保持為氫氣產(chǎn)生速率的0.8～2倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法，其特征在于步驟b中硫化氫氣體的通入速率保持為氫氣產(chǎn)生速率的1～1.2倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法，其特征在于步驟b中對(duì)介質(zhì)溶液可進(jìn)行磁力攪拌。
全文摘要
一種紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法，它涉及一種利用硫化氫制備氫氣的方法。它解決了目前光化學(xué)分解硫化氫的方法中都采用可見光、都需要使用懸浮催化劑且硫化氫分解轉(zhuǎn)化率及氫氣產(chǎn)率很低的問題。紫外光分解硫化氫制備氫氣的方法按以下步驟實(shí)施a.向堿性溶液中投加無水亞硫酸鈉制成介質(zhì)溶液，然后將紫外線光源浸入介質(zhì)溶液；b.連續(xù)通入硫化氫氣體，硫化氫氣體的通入速率保持為氫氣產(chǎn)生速率的0.5～5倍；c.收集氫氣。本發(fā)明采用紫外光分解硫化氫制備氫氣，熱能損耗小，能耗低，與可見光分解硫化氫制備氫氣相比可以節(jié)約50％以上的能源。本發(fā)明不采用催化劑，節(jié)省了生產(chǎn)成本，也便于硫的回收利用。
文檔編號(hào)C01B3/06GK101058405SQ20071007204
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月17日
發(fā)明者白雪峰, 徐虹, 劉寧生, 付曉紅 申請(qǐng)人:黑龍江省石油化學(xué)研究院