專利名稱：一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫反應(yīng)器及其制氫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分解硫化氫制氫領(lǐng)域，尤其涉及一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫反應(yīng)器及其制氫裝置。
背景技術(shù)：
硫化氫是一種無色臭雞蛋氣味的酸性劇毒氣體，是石油煉制、天然氣加工和其他化學(xué)合成工藝中產(chǎn)生的副產(chǎn)品。目前硫化氫處理方法主要采用克勞斯工藝，將硫化氫氧化為硫和水，存在很多問題(I)設(shè)備的投資費(fèi)用大；(2)在高溫下操作，H2S/S02的比例必須嚴(yán)格控制在2:1左右，實(shí)現(xiàn)起來十分困難；(3)經(jīng)克勞斯工藝處理后釋放出的尾氣中含硫量依然較高，很難符合嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)；(4)克勞斯工藝將H2S部分氧化成水和硫磺，只回收了硫化氫中的硫，其中的氫沒有得到回收利用。光催化分解硫化氫制氫可高效處理硫化氫，回收氫能，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。在目前光催化分解硫化氫制氫技術(shù)中，硫化氫氣體被直接通入到反應(yīng)器中，氣體被反應(yīng)液吸收，通過磁力攪拌等外加能量的方式實(shí)現(xiàn)催化劑顆粒在反應(yīng)器內(nèi)的懸浮，氣體本身帶有的動(dòng)量被浪費(fèi)，需要外加能量才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)器及系統(tǒng)不易工程放大，這幾個(gè)問題都是由光催化反應(yīng)器及系統(tǒng)的特性所決定的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種高效、低成本的光催化分解硫化氫反應(yīng)器及其制氫裝置，該裝置無需外加能量，可充分利用參加反應(yīng)的具有一定壓力、流速的硫化氫氣體本身帶有的動(dòng)量，處理硫化氫廢氣，產(chǎn)生清潔的氫氣。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案—種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫反應(yīng)器,包括內(nèi)空的外殼，外殼的底部設(shè)置有氣體進(jìn)口，外殼的頂部設(shè)置有氣體出口，外殼內(nèi)部的下端設(shè)置有氣體分布板，氣體分布板上沿外殼高度方向設(shè)置有中空的冷卻水套，所述冷卻水套和外殼之間形成反應(yīng)空間，其中，在所述反應(yīng)空間內(nèi)裝有催化劑顆粒，所述冷卻水套中空的部分設(shè)置有光源。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述氣體分布板在外殼內(nèi)的高度高于氣體進(jìn)口所在高度；作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述氣體分布板采用多孔金屬材料，具有可通過氣體的微孔，以將硫化氫氣體均勻分布在反應(yīng)空間水平截面上；作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述反應(yīng)器進(jìn)一步包括有控制冷卻水溫度的恒溫循環(huán)器；作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述反應(yīng)器進(jìn)一步包括有對(duì)光源進(jìn)行控制的光源控制箱；作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述外殼為分體結(jié)構(gòu)，采用螺栓連接，夾套間加裝密封墊。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述催化劑吸收波長(zhǎng)為A的光，所述冷卻水套內(nèi)部裝有冷卻水,所述冷卻水采用不吸收波長(zhǎng)為A的光的溶液。一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫制氫裝置，包括依次連接的光催化分解硫化氫反應(yīng)器、洗氣尾氣檢測(cè)瓶和排水集氣瓶，其中，所述光催化分解硫化氫反應(yīng)器為上述反應(yīng)器。
作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述氣體檢測(cè)采用氣相色譜進(jìn)行定性，氣體收集采用排液集氣定量收集。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫反應(yīng)器及其制氫裝置至少具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提供的一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫制氫裝置采用流化床技術(shù)，以參加反應(yīng)的具有一定壓力、流速的硫化氫氣體為流化動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)催化劑顆粒在反應(yīng)器內(nèi)的懸浮分布，使光催化分解硫化氫制氫反應(yīng)能夠連續(xù)高效的進(jìn)行，無需外加能量，大大降低了反應(yīng)的能量成本；氣體分布板安裝在反應(yīng)器底部，可以實(shí)現(xiàn)氣體在反應(yīng)器截面的均勻分布；冷卻水套置于反應(yīng)器中間，可以對(duì)光源進(jìn)行循環(huán)冷卻；光源置于冷卻水套中間，透過冷卻水套進(jìn)入反應(yīng)空間，光子被部分吸收，提供光催化反應(yīng)動(dòng)力。本發(fā)明專利提供的一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫制氫裝置，不僅能高效進(jìn)行光催化處理硫化氫氣體，還可以回收氫氣，并且不需要外加能量，另外各構(gòu)件取材方便，成本相對(duì)低廉，易于加工生產(chǎn)，部件組合緊湊，操作方便，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和使用價(jià)值。


圖I為本發(fā)明制氫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明光催化分解硫化氫反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1.氣體進(jìn)口 2.氣體分布板3.催化劑顆粒4.反應(yīng)空間 5.光源6.冷卻水7.密封墊 8.氣體出口9.冷卻水套10.光源控制箱 11.止回閥12.洗氣瓶13.尾氣檢測(cè)瓶 14.流量計(jì) 15.排水集氣瓶16.氣相色譜17.支架
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參照?qǐng)D2所示，本發(fā)明光催化分解硫化氫制氫裝置包括依次連接的光催化分解硫化氫反應(yīng)器、洗氣瓶12、尾氣檢測(cè)瓶13和排水集氣瓶15。所述光催化分解硫化氫反應(yīng)器包括內(nèi)空的外殼，外殼的底部設(shè)置有氣體進(jìn)口 1，外殼的頂部設(shè)置有氣體出口 8,外殼內(nèi)部的下端設(shè)置有氣體分布板2,氣體分布板2上沿外殼高度方向設(shè)置有中空的冷卻水套9，所述冷卻水套9和外殼之間形成反應(yīng)空間4，其中，在所述反應(yīng)空間4內(nèi)裝有催化劑顆粒3，具體地說，所述催化劑顆粒3懸浮在反應(yīng)空間4的反應(yīng)液內(nèi)，所述冷卻水套9中空的部分設(shè)置有光源5。所述氣體分布板2在外殼內(nèi)的高度高于氣體進(jìn)口所在高度；所述氣體分布板2采用多孔金屬材料，具有可通過氣體的微孔，以將硫化氫氣體均勻分布在反應(yīng)空間4的水平截面上；所述反應(yīng)器進(jìn)一步包括有控制冷卻水溫度的恒溫循環(huán)器、對(duì)光源5進(jìn)行控制的光源控制箱10。所述冷卻水套9采用石英玻璃，其內(nèi)部裝有冷卻水6，所述冷卻水可以采用自來水或其他溶液，但是，該溶液不能過濾掉催化劑所需要吸收波長(zhǎng)的光，通過循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)冷卻水的循環(huán)和光源的冷卻。所述尾氣吸收采用多個(gè)堿溶液洗氣瓶進(jìn)行，采用串聯(lián)模式連接，尾氣檢測(cè)裝置采用易觀察物質(zhì)變化的溶液，安裝在洗氣瓶下游。所述氣體檢測(cè)裝置采用氣相色譜進(jìn)行定性，氣體收集采用排液集氣定量收集。下面介紹本發(fā)明制氫裝置的工作過程一定壓力流速下的硫化氫氣體從反應(yīng)器底部的氣體進(jìn)口 I通入，經(jīng)過氣體分布板2使氣體在反應(yīng)空間4截面上均勻分布，將催化劑顆粒3流化懸浮在整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)。由光源控制箱10控制光源5發(fā)出的光經(jīng)過裝有循環(huán)的冷卻水6的冷卻水套9進(jìn)入反應(yīng)空間4，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的光催化分解硫化氫制氫反應(yīng)，反應(yīng)后氣體 由氣體出口 8排出，經(jīng)過止回閥11進(jìn)入洗氣瓶12，吸收未反應(yīng)氣體，通過尾氣檢測(cè)瓶13對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)，反應(yīng)后氣體利用流量計(jì)14檢測(cè)流量，通過取樣通入氣相色譜16中進(jìn)行氣體成分比例檢測(cè)，通過固定在支架17上的排水集氣裝置15進(jìn)行收集測(cè)量。圖2展示了用于進(jìn)行光催化分解硫化氫制氫的流化床反應(yīng)器，以及氣體進(jìn)口 I、氣體分布板2、光源5、冷卻水套9、密封墊7、氣體出口 8的布置情況。氣體進(jìn)口 I在反應(yīng)器底部，氣體分布板2在進(jìn)氣口以上，光源5放置在用石英玻璃制成的冷卻水套9的內(nèi)部，冷卻水套9的外壁和反應(yīng)器外殼的內(nèi)壁形成反應(yīng)空間4，外殼間的連接采用螺栓連接，夾套間加裝密封墊7，氣體出口 8在反應(yīng)器的頂部，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，整個(gè)裝置內(nèi)的關(guān)鍵構(gòu)建易于獲得，成本低廉，操作方便，可連續(xù)運(yùn)行。以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫反應(yīng)器，其特征在于包括內(nèi)空的外殼，外殼的底部設(shè)置有氣體進(jìn)口(1)，外殼的頂部設(shè)置有氣體出口(8)，外殼內(nèi)部的下端設(shè)置有氣體分布板(2),氣體分布板上沿外殼高度方向設(shè)置有中空的冷卻水套(9),所述冷卻水套(9)和外殼之間形成反應(yīng)空間(4)，其中，在所述反應(yīng)空間內(nèi)裝有催化劑顆粒(3)，所述冷卻水套中空的部分設(shè)置有光源(5 )。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫反應(yīng)器，其特征在于所述氣體分布板(2)在外殼內(nèi)的高度高于氣體進(jìn)口所在高度。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫反應(yīng)器，其特征在于所述氣體分布板采用多孔金屬材料，具有可通過氣體的微孔，以將硫化氫氣體均勻分布在反應(yīng)空間水平截面上。
4.如權(quán)利要求I所述的一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫反應(yīng)器，其特征在于所述反應(yīng)器進(jìn)一步包括有控制冷卻水溫度的恒溫循環(huán)器。
5.如權(quán)利要求I所述的一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫反應(yīng)器，其特征在于所述反應(yīng)器進(jìn)一步包括有對(duì)光源進(jìn)行控制的光源控制箱(10)。
6.如權(quán)利要求I所述的一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫反應(yīng)器，其特征在于所述外殼為分體結(jié)構(gòu)，采用螺栓連接，夾套間加裝密封墊(7)。
7.如權(quán)利要求I所述的一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫反應(yīng)器，其特征在于所述催化劑吸收波長(zhǎng)為A的光，所述冷卻水套(9)內(nèi)部裝有冷卻水(6)，所述冷卻水采用不吸收波長(zhǎng)為A的光的溶液。
8.一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫制氫裝置，其特征在于該裝置包括依次連接的光催化分解硫化氫反應(yīng)器、洗氣尾氣檢測(cè)瓶和排水集氣瓶，其中，所述光催化分解硫化氫反應(yīng)器為權(quán)利要求Γ6中任意一項(xiàng)所述的反應(yīng)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫制氫裝置，其特征在于所述氣體檢測(cè)采用氣相色譜進(jìn)行定性，氣體收集采用排液集氣定量收集。
全文摘要
本發(fā)明屬于分解處理硫化氫綜合利用研究領(lǐng)域，公開了一種基于流化床技術(shù)的光催化分解硫化氫反應(yīng)器及其制氫裝置。制氫裝置包括流化床反應(yīng)器、光源冷卻裝置、氣體洗滌及檢測(cè)裝置以及產(chǎn)物檢測(cè)和收集裝置。所述反應(yīng)器包括內(nèi)空的外殼，外殼的底部設(shè)置有氣體進(jìn)口，外殼的頂部設(shè)置有氣體出口，外殼內(nèi)部的下端設(shè)置有氣體分布板，氣體分布板上沿外殼高度方向設(shè)置有中空的冷卻水套，所述冷卻水套和外殼之間形成反應(yīng)空間，其中，在所述反應(yīng)空間內(nèi)裝有催化劑顆粒，所述冷卻水套中空的部分設(shè)置有光源。
文檔編號(hào)B01J8/24GK102773057SQ20121028253
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者劉歡, 姚松, 敬登偉, 荊黎, 郭烈錦, 馬利靜 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)