[发明专利]转化二氧化碳和硫化氢混合气制取合成气的方法及装置

说明书

一种转化二氧化碳和硫化氢混合气制取合成气的方法是将硫化物置于双板式反应器中反应腔内，通入氮气以除去反应器中的氧气后，通入硫化氢和二氧化碳混合气，其中混合气中硫化氢体积百分含量为1－99%，二氧化碳体积百分含量为1－99%，混合气流量为1000－15000 h^‑1，反应压力为0.1－1 MPa，反应温度120－200℃，接通连接高压电极和接地极的等离子体电源，调节电压至1－50千伏、频率1－20千赫兹。本发明具有降低二氧化碳、硫化氢排放量，实现二者高效转化为合成气的优点。

技术领域

本发明属于一种制取合成气的方法，具体涉及一种硫化物与等离子体协同转化二氧化碳和硫化氢混合气制取合成气的方法。

技术背景

石油、煤、天然气等三大化石资源不仅为社会发展提供了生产生活能源，而且是化学工业最主要的原料，但这类化石资源的加工利用过程所排放的二氧化碳引起的温室效应已对全球生态产生严重危害。此外，加工利用过程中也伴随产生了大量硫化氢气体，而硫化氢具有剧毒、恶臭，并且燃烧生成的硫氧化物亦是酸雨的主要成分，不仅会腐蚀材料，而且危害健康，污染环境。两种气体的共存严重腐蚀工业管线。因此，开发新途径以实现二氧化碳和硫化氢的无害转化，对环境保护、资源再生利用和实现可持续发展有着重要意义。

本发明是以二氧化碳和硫化氢的混合气为原料，通过硫化物与等离子体协同的方法将其转化为合成气(一氧化碳和氢的混合气)。既生产了合成气又实现了对二氧化碳和硫化氢的无害化处理，是一条理想的二氧化碳和硫化氢资源化利用路线。经检索未发现有同类现有技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低二氧化碳、硫化氢排放量，实现二者高效转化为合成气的方法。

等离子体是物质除气体、液体、固体之外的第四种存在形态，富含激发态分子、激发态原子、离子、自由基及高能电子等高活性物种。本发明采用硫化物与介质阻挡放电低温等离子体结合，利用放电形式将二氧化碳和硫化氢混合气激发产生等离子体，结合硫化物对反应的促进实现二者高选择性转化制合成气。等离子体中的高活性物种能量一般为几至几十电子伏特(eV)，足以满足化学反应所需的活化能。另外，由于低温等离子体处于非平衡态，而这种等离子体的非平衡特性对化学反应十分有效，可以打破热力学平衡对反应的限制。

通过介质阻挡放电等离子体与硫化物协同的方法实现了二氧化碳和硫化氢混合气高选择性转化制合成气的反应过程。过程描述如下：通过介质阻挡放电将二氧化碳和硫化氢混合气激发产生等离子体，在等离子体放电区域中填充固体硫化物，所产生等离子体在硫化物催化作用下得到合成气。硫化物的存在显著提高了二氧化碳转化率、硫化氢转化率、一氧化碳选择性和氢选择性，可以实现高选择性转化二氧化碳和硫化氢混合气制取合成气的反应过程。介质阻挡放电可以使用交流电源，也可以使用直流电源。等离子体放电区域填充的固体硫化物为固体颗粒或固体粉末。

本发明的方法包括以下步骤：

(1)将硫化物置于双板式反应器中反应腔内，通入氮气以除去反应器中的氧气后，通入硫化氢和二氧化碳混合气反应，其中混合气中硫化氢体积百分含量为15－75％，二氧化碳体积百分含量为25－85％，混合气流量为1000－15000h^-1，反应压力为0.1－1MPa，反应温度120－200℃，接通连接高压电极和接地极的等离子体电源，调节电压至1－50千伏、频率1－20千赫兹；

(2)反应后气体采用低温甲醇洗法进行净化处理，可得到氢碳比1-4的合成气，洗除的二氧化碳和硫化氢气体返回至原料气中进行反应。

如上所述的低温甲醇洗法净化，操作温度为-35到-55℃，操作压力为2.0-6.0MPa，净化后的合成气中H₂S<0.1ppm，CO₂<0.2vol％。

如上所述的混合气中还可允许含有氢气、一氧化碳、惰性气体、甲烷中的一种或者几种。