[发明专利]一种硫化氢转化为硫磺的工艺

说明书

技术领域

本发明属于材料制造和能源与环境应用领域，具体涉及一种转化硫化氢为硫磺的方法。

背景技术

硫化氢广泛存在于原油、天然气、火山气体和温泉等自然产物中，也可产生于细菌分解有机物的过程中。在工业生产过程中，如采矿和有色金属冶炼、煤的低温焦化、橡胶、制革、制糖、印染等生产领域中都有硫化氢产生，开挖沼泽地、沟渠、下水道、隧道以及清除垃圾、粪便等作业中也有硫化氢存在。它是一种急性剧毒物质，且腐蚀性强，因而对人体健康和工业生产都会造成极大危害，也是酸雨形成的污染源之一。

对于含高浓度H₂S气体的处理，工业上普遍采用克劳斯工艺回收法，其原理如下：

H₂S+(3/2) O₂→SO₂ + H₂O（1）

SO₂ + 2H₂S→2H₂O + (3/n) S_n （2）

克劳斯工艺可得到硫磺，变废为宝，符合可持续发展战略，目前已成为硫化氢废气治理的成熟技术。但对于低浓度的H₂S（小于l5%）气体的处理，克劳斯法由于受热力学平衡限制，经济上不合算。

近年来，选择性催化氧化技术作为一种新型的脱硫工艺应运而生，并得到迅速发展。该过程是在催化剂的作用下用O₂（或空气）将H₂S直接氧化成单质硫磺的过程，发生的主要反应为：

H₂S + 1/2O₂→(1/n) S_n + H₂O（3）

但该反应是一个强放热反应，在绝热反应器内，每反应1%的H₂S，就会造成60℃的温升，当催化剂床层温度超过280℃后，就会有大量的SO₂生成，因此只能用于处理低浓度的H₂S气体。另一重大弊端在于，该技术是通过人为添加O₂（或空气）的工艺步骤实现的，此类步骤的设置一方面增加了过程操作的复杂性，而且有可能使反应装置处于爆炸极限范围，另一方面，O₂浓度对反应过程的转化率和选择性的影响趋势相反，所以O₂的加入量需严格控制。同时，若反应体系处于缺氧状态，则催化剂容易失活；若O₂加入过量，则余氧的存在将增加后继分离难度，或对后继产品的质量产生影响。

因此，H₂S治理领域迫切需要开发出新型的H₂S转化为硫磺的工艺。

发明内容

本发明旨在提供一种新型的H₂S转化为硫磺的工艺。该工艺能有效地活化利用CO₂使H₂S转化为硫磺，且具有反应选择性高、稳定性好、适应性强的特点。

一种H₂S转化为硫磺的工艺，以含H₂S与CO₂的混合气为原料气，其中H₂S与CO₂的摩尔比为0.01-100，优选0.1-10，最好1-5，以纳米碳纤维与镍酸镧混合物为催化剂，其中纳米碳纤维与镍酸镧的重量比为200∶1-1∶200，优选为50∶1-1∶50，最好为5∶1-1∶5，在温度为80-800℃，优选为120-700℃，最好为200-600℃，气体空速为1000-50000 ml/（g_cat·h），优选为5000-40000 ml/（g_cat·h），最好为10000-30000 ml/（g_cat·h），气体压力为0.05-5 MPa，优选为0.1-4 MPa，最好为0.5-3 MPa的条件下生成硫磺。

本发明工艺中，所述的纳米碳纤维直径为10~500 nm，长度为0.5um～1mm。纳米碳纤维可以采用市售商品，如北京德科岛金科技有限公司提供的纳米碳纤维，也可以采用现有技术进行制备，例如采用CN1446628公开的方法进行制备。

本发明工艺中，所述的镍酸镧采用柠檬酸法制备。具体制备过程如下：将硝酸镧、硝酸镍和柠檬酸分别溶解于蒸馏水制得相应的溶液，将上述配制的硝酸镍和硝酸镧溶液混合，滴加柠檬酸溶液得到胶体，经干燥、焙烧后制得镍酸镧。