[发明专利]天然气硫回收及催化剂再生装置及方法

权利要求书

1.一种天然气硫回收及催化剂再生装置，包括：硫回收反应器、分离泵、硫磺分离装置、储液罐、燃料电池及循环泵；其特征在于：硫回收反应器内装有络合铁催化剂，硫回收反应器顶部设有硫化氢进气管；硫回收反应器的底端设有沉积硫磺输出口；硫回收反应器的圆柱体侧面上方设有脱硫催化剂滤液输入口、再生催化剂回流口，下方设有还原催化剂输出口；硫回收反应器的沉积硫磺输出口通过第一管线与硫磺分离装置相连，第一管线上设有分离泵；硫磺分离装置通过第二管线与储液罐相连，储液罐通过第三管线与硫回收反应器的脱硫催化剂滤液输入口相连；燃料电池为封闭结构，由离子膜分隔为燃料电池阳极池和燃料电池阴极池；燃料电池阳极池内装有络合铁催化剂，燃料电池阳极位于燃料电池阳极池内；燃料电池阴极池内装有氢氧化钠溶液，燃料电池阴极位于燃料电池阴极池内；燃料电池阴极反应池设有氧气进气管；燃料电池阳极池侧部上方设有输出口，燃料电池阳极池的输出口通过第四管线与硫回收反应器的再生催化剂回流口相连；燃料电池阳极池侧部下方设有输入口，燃料电池阳极池的输入口通过第五管线与硫回收反应器的还原催化剂输出口相连，第五管线上设有循环泵；燃料电池阳极和燃料电池阴极分别通过导线与电池负载的两端相连。

2.根据权利要求1所述的天然气硫回收及催化剂再生装置，其特征在于：燃料电池阳极和燃料电池阴极均采用铂、钛、锗、石墨、钌钛合金、镍基合金或带有二氧化钌涂层的钛合金。

3.根据权利要求1-2所述的天然气硫回收及催化剂再生装置，其特征在于：络合铁催化剂的组分，包括：NTA，HEDTA，铁盐和配位体，配位体为EDTA、柠檬酸、氨基酸、水杨酸、磺基水杨酸、酒石酸的一种或多种组合物；铁盐为六氰合铁酸盐、六氰合铁亚酸盐、氯化铁、硫酸铁的一种或多种组合物。

4.根据权利要求1-3所述的天然气硫回收及催化剂再生装置，其特征在于：离子膜采用全氟离子膜。

5.根据权利要求1-4所述的天然气硫回收及催化剂再生装置，其特征在于：硫回收反应器为封闭结构，硫回收反应器上部为圆柱体、下部为圆锥体。

6.一种天然气硫回收及催化剂再生一体化方法，采用权利要求1-5之一所述的天然气硫回收及催化剂再生装置，基于燃料电池的原理，将络合铁催化剂再生反应作为阳极反应，氧去极化反应作为阴极反应，通过外电路连接电池负载形成电池电路循环，实现络合铁催化剂的再生并且催化剂不直接接触氧气从而避免催化剂的氧化分解，再生的络合铁催化剂与通入的硫化氢气体发生化学反应，将硫化氢氧化成单质硫，实现硫元素的回收。

7.根据权利要求6所述的，其特征在于天然气硫回收及催化剂再生一体化方法，具体步骤如下：

(1)、硫回收反应器中通过硫化氢进气管通入硫化氢气体，硫化氢和络合铁催化剂发生氧化还原反应被氧化成硫单质，络合的三价铁被还原成二价铁；

(2)、和硫化氢反应后被还原的二价铁催化剂经循环泵送至燃料电池阳极反应池；

(3)、二价铁催化剂在燃料电池阳极上发生阳极反应生成三价铁催化剂；

(4)、相应的，燃料电池阴极反应池中经氧气进气管通入氧气，在燃料电池阴极上发生阴极反应；

(5)、阴极反应和阳极反应通过外电路中电池负载进行耦合，内电路中在燃料电池阳极反应池和燃料电池阴极反应池之间通过离子膜进行离子迁移，实现对外供电；

(6)、燃料电池阳极上反应生成的三价铁催化剂返回硫回收反应器进一步与硫化氢进行反应，实现硫回收工艺的循环；

(7)、反应生成的硫单质发生沉降，经分离泵经管道送到硫磺分离装置中进行分离；

(8)、硫磺分离后的含络合铁催化剂的滤液送往储液罐，经管道返回至硫回收反应器。