等离子体分解硫化氢的方法与流程

本发明涉及等离子体化学领域，具体涉及一种等离子体分解硫化氢的方法。

背景技术：

硫化氢(h2s)是一种剧毒、恶臭的酸性气体，不仅会引起金属等材料的腐蚀，而且在化工生产中还容易导致催化剂中毒失活；另外，硫化氢还会危害人体健康，造成环境污染。因此，对石油、天然气、煤和矿产加工等工业领域中产生的大量硫化氢气体进行无害化处理时，无论从工艺需要、设备维护还是环保要求等方面考虑，均亟待解决。

目前工业上普遍采用克劳斯(claus)法处理硫化氢，其方法是将硫化氢部分氧化得到硫磺和水。此方法虽然解决了硫化氢的无害化问题，但却损失了大量氢资源。

随着我国高硫原油加工量的增多，炼油加氢精制单元副产的含硫化氢酸性尾气的量逐年增加，加氢精制所需的氢气量也随之增加；另外，氢气作为油品加氢裂化，低碳醇合成、合成氨等化工工艺过程的主要原料，其需求量也非常可观。因此，将硫化氢直接分解是一条理想的硫化氢资源化利用技术路线，既可以使其无害化，又可以生产氢气和单质硫，不仅可以实现氢资源在石油加工过程的循环利用，还可以减少传统烃类重整制氢带来的大量二氧化碳排放。

目前，硫化氢分解方法主要包括：高温分解法、电化学法、光催化法和低温等离子体法等。在前述多种方法中，高温热分解法在工业技术上相对成熟，但硫化氢热分解强烈地依赖于反应温度，并且受热力学平衡限制，即使反应温度在1000℃以上，硫化氢的转化率也仅为20％。另外，高温条件对反应器材质的要求较高，这也会增加运行成本。此外，由于硫化氢热分解转化率低，需要将大量的硫化氢气体从尾气中分离并在系统中循环，因此也降低了装置效率并且增加了能耗，这些均给其大型工业化应用带来困难。采用膜技术虽然可以有效的分离产物从而打破平衡限制，提高硫化氢转化率，但热分解温度往往会超过膜的极限耐热温度，使膜材料结构遭到破坏。电化学法则存在操作步骤多、设备腐蚀严重、反应稳定性差和效率低等缺点。光催化法分解硫化氢主要借鉴光催化分解水的研究，研究重点集中在开发高效半导体光催化剂等方面。利用太阳能来分解硫化氢，具有能耗低、反应条件温和、操作简单等优点，是较为经济的方法。但这种方法存在处理量小、催化效率低并且催化剂容易失活等问题。

与其他分解方法相比，低温等离子体方法具有操作简单，装置体积小，能量效率高等优点，而且其中涉及的反应具有高度的可控性，可在小处理量、难以集中处理情况下灵活地被应用。此外，由于其具有高能量密度和可缩短反应时间的特点，能够实现在较低温度下将硫化氢进行有效的分解，适合于不同规模、布局分散、生产条件多变的场合。而且，在回收硫磺的同时，低温等离子体方法将氢资源回收，能够实现硫化氢资源化的利用。

目前，国内外研究人员对低温等离子体分解硫化氢技术进行了广泛的研究，使用的放电形式主要包括辉光放电、电晕放电、滑动电弧放电、微波等离子体、射频等离子体和介质阻挡放电等。

文献《internationaljournalofhydrogenenergy》，2012,37：1335-1347.采用收缩正常辉光放电的方法分解硫化氢，在压强0.02mpa、温度2000～4000k条件下得到硫化氢最低分解能耗为2.35ev/h2s。但此反应温度高、压强低，条件苛刻不易于实现。

文献《internationaljournalofhydrogenenergy》，2012,37：10010-10019采用微波等离子体分解硫化氢，在大气压、温度2400k条件下可将硫化氢完全分解，但分解后的氢和硫会在高温下迅速复合重新生成硫化氢，目前尚未有相应的淬冷措施。

文献《chemicalengineeringscience》，2009，64(23)：4826-4834.采用脉冲电晕放电进行了h2s分解制取氢气和硫磺的研究，反应器采用线管式结构，在固定功率100w条件下考察了脉冲形成电容、放电电压以及脉冲频率对h2s转化率和分解能效的影响。结果表明，在功率一定的条件下，低脉冲形成电容、低放电电压以及高脉冲频率有利于获得高h2s分解能效；另外，与ar和n2作为平衡气相比，以ar-n2混合气作为平衡气时可以得到更高的h2s转化率，在ar/n2/h2s体积分数为46％/46％/8％、放电功率60w、脉冲形成电容720pf时，获得的h2s最低分解能耗为4.9ev/h2s，但此时h2s转化率仅为30％左右。另外，此反应体系的流量仅为1.18×10^-4scms^-1，这种低流量、低浓度、低转化率的反应效果在工业生产中没有实际意义。

文献《journalofappliedphysics》，1998，84(3)：1215-1221使用滑动弧光放电对h2s分解反应进行了研究，其方法是将h2s用空气稀释至浓度为0～100ppm，在气体总流速为0～100l/min条件下考察了气体流动速率、反应腔体尺寸和频率对h2s分解反应的影响。实验结果表明低气体流速、小盘间距及低频率有利于获得较高的h2s转化率，在优化的放电条件下得到的h2s转化率可达75～80％，但h2s分解能耗高达500ev/h2s，这种浓度低、能耗高反应效果同样没有工业应用前景。

介质阻挡放电通常可在大气压下产生，并且放电温度较低。此外，由于介质的存在限制了放电电流的增长，从而避免了气体完全击穿形成火花或电弧，这有利于大体积、稳定等离子体的产生，具有较好的工业应用前景。

文献《plasmachemistryandplasmaprocessing》，1992，12(3)：275-285使用改进的臭氧发生器考察了h2s在130～560℃范围内的放电特性，并研究了反应温度、h2s进料浓度、注入功率以及添加h2、ar、n2等对h2s转化率和能量效率的影响，实验发现添加ar能够促进h2s的分解，在总流量50～100ml/min、h2s浓度为20～100％条件下得到转化率为0.5～12％，最低产氢能耗约为0.75mol/kwh(50ev/h2)，然而，此过程依然存在转化率低和能耗高的缺点。

cn102408095a使用介质阻挡放电和光催化剂协同分解硫化氢，其方法是将具有光催化活性的固体催化剂填充在等离子体区，然而该方法存在硫化氢分解产生的硫磺会沉积在催化剂床层下方的缺点。

文献《internationaljournalofenergyresearch》，2013，37(11)：1280-1286.将al2o3，moox/al2o3，coox/al2o3和nio/al2o3催化剂填充在放电区，使用介质阻挡放电和催化剂进行了h2s分解研究。反应结果表明moox/al2o3和coox/al2o3催化剂具有较好效果；其中当填充moox/al2o3催化剂，在h2s/ar总流量150ml/min、h2s浓度5体积％、注入比能sie为0.92kj/l、催化剂填充长度为床层10％时，得到的h2s最高转化率约为48％。但此反应过程硫化氢浓度较低，分解产生的硫磺沉积在反应器内部，随着时间的延长，催化剂活性下降、放电稳定性降低，导致硫化氢的转化率逐渐降低。

cn103204466a公开了一种控温式硫化氢分解装置和方法，该装置的特点是中心电极为金属、接地电极为温度可控的循环液体，通过液体接地电极的温度控制，使得硫化氢分解过程能够连续稳定的进行。另外，cn103204467a公开了一种硫化氢持续稳定分解制取氢气的装置和方法，该现有技术的特点是以中心电极为金属、接地电极为温度可控的循环液体，通过液体接地电极进行温度控制，原料进气方向为周向进气、并以螺旋模式沿轴向逆向通过放电区，使得产生的硫磺被及时离心分离出来。然而，cn103204466a和cn103204467a公开的方法中为了保证硫化氢尽可能充分地被分解，需要控制硫化氢的流速使得其在反应器内筒中的停留时间更长以及控制内筒的尺寸使得内筒中单位体积的气体获得的电能更多，并且，由于目前的现有技术无法提供功率更大的电源，使得采用cn103204466a和cn103204467a公开的方法即便是控制硫化氢的停留时间更长以及控制内筒的尺寸以使得内筒中单位体积的气体获得的电能更多也仅仅能够使得硫化氢的最高转化率达到20％左右，并且，当硫化氢的最高转化率达到20％左右时，硫化氢分解反应的能耗相当高，并不适合于大型工业应用。进一步地，cn103204466a和cn103204467a公开的方法中还存在可用液体接地电极的种类极少的缺陷，其所公开的盐溶液等一般仅能维持反应器的温度为100℃以下，而在100℃以下，单质硫一般为固态，容易造成反应器的堵塞。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的硫化氢分解反应中的硫化氢转化率不高以及分解能耗高的缺陷，提供一种新的等离子体分解硫化氢的方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种等离子体分解硫化氢的方法，该方法包括：在介质阻挡放电条件下，将含有硫化氢的原料气引入至含有等离子体反应器的等离子体系统中进行硫化氢分解反应，按照物流方向，所述等离子体系统中依次含有供气-配气单元、等离子体反应单元和产物分离单元，且所述等离子体反应单元中含有等离子体电源和所述等离子体反应器，所述介质阻挡放电条件包括：放电电压为5～30kv，放电频率为200～30000hz；以及所述硫化氢分解反应的条件包括：反应温度为0～800℃，反应压力为-0.06mpa至0.6mpa，反应物在所述等离子体反应器中的停留时间为1×10^-5～120s。

本发明提供的前述等离子体分解硫化氢的方法通过采用特定条件的放电条件以及硫化氢分解反应条件能够使得在介质阻挡放电条件下获得更高的硫化氢转化率。

另外，本发明的前述方法还具有分解能耗低的优点。

附图说明

图1是本发明提供的分解硫化氢的等离子体系统中的等离子体反应器的一种优选的具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明提供的分解硫化氢的等离子体系统中的等离子体反应器的另一种优选的具体实施方式的结构示意图；

图3是本发明提供的分解硫化氢的等离子体系统的流程图。

附图标记说明

1、内筒2、外筒

11、反应器入口21、导热介质入口

12、气体产物出口22、导热介质出口

13、液体产物出口

14、反应管

3、中心高压电极

4、接地电极

5、接地线

6、阻挡介质

a、供气-配气单元a1、混合器

b、等离子体反应单元b1、等离子体反应器

c、产物分离单元和硫化氢循环单元

c1、气液分离器c2、微粒净化器

c3、胺液吸收塔c4、解析塔

c5、载气分离器c6、硫磺存储器

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

如前所述，本发明提供了一种等离子体分解硫化氢的方法，该方法包括：在介质阻挡放电条件下，将含有硫化氢的原料气引入至含有等离子体反应器的等离子体系统中进行硫化氢分解反应，按照物流方向，所述等离子体系统中依次含有供气-配气单元、等离子体反应单元和产物分离单元，且所述等离子体反应单元中含有等离子体电源和所述等离子体反应器，所述介质阻挡放电条件包括：放电电压为5～30kv，放电频率为200～30000hz；以及所述硫化氢分解反应的条件包括：反应温度为0～800℃，反应压力为-0.06mpa至0.6mpa，反应物在所述等离子体反应器中的停留时间为1×10^-5～120s。

更加优选情况下，所述介质阻挡放电条件包括：放电电压为5～20kv，放电频率为500～15000hz。

优选情况下，放电电流为0.1～100a，优选为0.5～10a。

优选地，所述硫化氢分解反应的条件包括：反应温度为40～500℃，反应压力为-0.06mpa至0.3mpa，反应物在所述等离子体反应器中的停留时间为2×10^-5～60s。

相对于现有技术，本发明提供的分解硫化氢的方法能够明显提高硫化氢的转化率以及降低分解能耗。

优选情况下，所述硫化氢分解反应在载气存在下进行，所述载气选自氮气、氢气、氦气、氩气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷和丙烷中的至少一种；更优选地，所述载气选自氢气、氩气、氦气和氮气中的至少一种。

在本发明中，所述原料气并不包括本发明的前述载气，所述原料气为纯的硫化氢气体或者为工业生产中获得的含有硫化氢以及其它气体的工业废气等，虽然所述原料气中可能会含有与本发明定义的载气相同种类的气体，但是，本发明定义的载气为主动加入以与所述原料气混合的气体，并且，本发明的方法能够对加入的载气量按需进行控制。

优选情况下，所述原料气中的硫化氢气体的含量使得所述等离子体反应器的反应器入口处的硫化氢气体的含量为0.1～100体积％；更优选为10～50体积％。

本发明的前述方法对等离子体反应器的结构没有特别的限定，可以采用本领域内常规的通过介质阻挡放电产生电场的等离子体反应器来进行本发明的前述方法。然而，本发明的发明人发现，采用具有如下结构特征的等离子体反应器来进行本发明的硫化氢分解反应时，能够更进一步提高硫化氢的转化率。

所述等离子体反应器包括：

内筒，所述内筒上分别设置有反应器入口和产物出口，并且，所述内筒中含有至少两个并列设置的反应管，各个所述反应管的顶部和底部分别对应相通，使得由所述反应器入口进入的原料能够分别进入到各个所述反应管中，以及使得各个所述反应管中产生的产物能够由所述产物出口引出；

外筒，所述外筒嵌套在所述内筒的外部，且所述外筒上分别设置有导热介质入口和导热介质出口，由所述导热介质入口引入的导热介质能够分布在所述内筒的各个所述反应管之间，并且所述导热介质由所述导热介质出口引出；

中心高压电极，所述中心高压电极分别设置在所述内筒的各个所述反应管中；

接地电极，形成所述接地电极的材料为固体导电材料，且所述接地电极形成各个所述反应管的至少部分侧壁或者所述接地电极分别环绕设置在各个所述反应管的侧壁上；

阻挡介质，所述阻挡介质形成各个所述反应管的至少部分侧壁使得至少部分所述阻挡介质环绕所述中心高压电极；或者所述阻挡介质环绕设置在各个所述反应管的内侧壁上；或者所述阻挡介质设置在所述中心高压电极的至少部分外表面上，使得至少部分伸入所述内筒中的中心高压电极的外表面上包裹有所述阻挡介质；

在各个所述反应管中，所述阻挡介质的设置位置使得所述中心高压电极和所述接地电极之间的放电区域由所述阻挡介质间隔；

且所述含有硫化氢的原料气从所述反应器入口进入所述等离子体反应器中。

本发明的“侧壁”与“外侧壁”和“内侧壁”之间的区别为：“外侧壁”和“内侧壁”分别表示“侧壁”外表面和内表面。

在本发明中，为了进一步提高硫化氢的转化率，优选情况下，在所述等离子体反应器中，在各个所述反应管中，所述中心高压电极的外侧壁与所述接地电极的内侧壁之间的距离为d1，以及所述阻挡介质的厚度为d1，l1＝d1-d1，l1与放电区域的长度l2之间的比例关系为：l1：l2＝1：(0.5～6000)，更优选l1：l2＝1：(2～3000)。

特别地，本发明的发明人发现，在各个反应管中，控制l1：l2的比例关系在本发明的前述范围内，并且控制l1与所述阻挡介质的厚度d1的比例关系为：l1：d1＝(0.05～100)：1；更优选l1：d1＝(0.1～30)：1时，利用本发明的系统进行硫化氢的分解时，能够在相对更低的分解能耗下实现更高的硫化氢分解转化率。

本发明中，顶部和底部分别对应相通的各个所述反应管共同形成的结构称为内筒。

本发明的各个所述反应管中分别设置有中心高压电极，优选所述中心高压电极设置于各个反应管的轴芯位置，从而有利于本发明的反应器的均匀放电。设置于各个轴芯位置的各个反应管中的中心高压电极可以分别与供电电源连接；设置于各个轴芯位置的各个反应管中的中心高压电极也可以在所述反应单元的内筒中并联连接，然后将并联连接的各个中心高压电极与供电电源连接。

根据第一种优选的具体实施方式，在所述低温等离子体反应器中，所述阻挡介质形成各个所述反应管的至少部分侧壁使得至少部分所述阻挡介质环绕所述中心高压电极。更优选地，各个所述反应管的侧壁全部由所述阻挡介质形成。

根据另一种优选的具体实施方式，在所述低温等离子体反应器中，在各个所述反应管中，所述阻挡介质设置在所述中心高压电极的至少部分外表面上，使得至少部分伸入所述内筒中的中心高压电极的外表面上包裹有所述阻挡介质，以及所述接地电极形成各个所述反应管的至少部分侧壁。

在本发明的等离子体系统中，特别地，在所述等离子体反应器中，夹套筒式结构设计，能够使得导热介质在壳层循环流动，在保证放电强度的同时可使整个反应器维持在一定温度范围内，使生成的硫磺以液态形式流出反应器，能够有效避免硫化氢分解生成的硫磺凝固，可在达到较高的转化率的同时使此分解过程持续、稳定的实现长周期运行。

前述有关阻挡介质和接地电极的设置位置有利于本发明的反应系统的大功率均匀放电。关于阻挡介质和接地电极彼此之间的固定方式，或者是阻挡介质和接地电极与内筒壁的固定方式，本发明没有特别的要求，本领域技术人员可以根据形成阻挡介质、内筒和接地电极的材质来选择合适的固定形式，本发明对此没有特别的限定。

根据一种优选的具体实施方式，各个所述反应管中的中心高压电极彼此并联连接。

优选地，在所述等离子体反应器中，形成所述阻挡介质的材料为电绝缘材料，更优选形成所述阻挡介质的材料选自玻璃、陶瓷、搪瓷、聚四氟乙烯和云母中的至少一种。所述玻璃可以为石英玻璃或硬质玻璃。形成所述阻挡介质的材料还可以为其它具有高压电绝缘设计的金属和非金属复合材料等。所述陶瓷可以为氧化铝陶瓷。

优选地，所述等离子体反应器中还包括接地线，所述接地线设置在所述外筒的外侧壁上，且一端与各个所述反应管的侧壁上的所述接地电极电连接。

优选地，在所述低温等离子体反应器中，所述反应器入口设置在所述内筒的上部，所述产物出口设置在所述内筒的下部和/或底部。

根据一种优选的具体实施方式，在所述低温等离子体反应器中，所述产物出口包括气体产物出口和液体产物出口，且所述气体产物出口设置在所述内筒的下部，以及所述液体产物出口设置在所述内筒的底部。

根据一种优选的具体实施方式，各个所述反应管的尺寸相同。所述尺寸相同表示各个所述反应管的大小及形状均完全相同。本发明的所述反应管的排布方式没有特别的限制，其排布横截面可以是正三角形、正六边形、圆形等。

在各个所述反应管中，所述反应管的内径与所述产物出口的孔径之比可以为(0.1～100)：1。

本发明的所述反应器入口的孔径与所述产物出口的孔径之比可以为(0.1～120)：1。

本发明的所述反应管的长度与所述反应管的内径之间的比例可以为(0.5～500)：1。

优选情况下，在所述等离子体反应器中，所述气体产物出口设置在全部所述放电区域的下方，且所述气体产物出口的设置位置相对于所述内筒底部的高度h1与所述放电区域的长度l2之间的比例关系为：h1：l2＝1：(0.05～25000)；优选为h1：l2＝1：(0.1～10000)；更优选为h1：l2＝1：(0.5～1000)。

优选地，在所述等离子体反应器中，所述导热介质入口和所述导热介质出口分别设置在所述外筒的下部和上部。

在本发明中，所述内筒中主要用于发生硫化氢分解反应，而所述外筒主要用于维持等离子体反应器的所需温度，因此，本领域技术人员能够根据该用途调整并选择合适的内筒和外筒之间的尺寸比。

本发明的所述反应器入口可以设置为使得进入所述内筒中的原料气与所述内筒的内径平行或者呈一定的角度，例如可以切向设置。

本发明的所述内径均表示直径。

优选地，形成所述接地电极的材料选自石墨管、金属管、金属箔或金属网。本发明的固体接地电极，在注入功率一定的条件下产生的微放电电流更大，更有利于硫化氢的断键分解反应。形成所述接地电极的材料中的金属管和金属箔可以包括单质金属管、单质金属箔、合金金属管、合金金属箔。本发明的发明人发现，采用固体导电材料作为接地电极环绕设置在所述内筒的侧壁上或者形成各个所述反应管的至少部分侧壁时，能够使得采用本发明提供的等离子体系统进行硫化氢分解反应时，硫化氢的转化率更显著地提高。

形成所述中心高压电极的材料为导电材料，优选地，形成所述中心高压电极的材料选自石墨棒、石墨管、石墨粉、金属棒、金属管、金属粉和导电粉体的机械混合物中的至少一种。所述金属棒、金属管可以包括单质金属棒、合金金属棒、单质金属管、合金金属管。本发明的形成所述中心高压电极的材料有可以为其它具有导电性能的棒状及管状材料。

本发明能够通过在等离子体反应器的所述内筒的外侧壁与所述外筒的内侧壁之间的区域引入导热介质而使得具有夹套结构的等离子体反应器的温度维持在例如119～444.6℃之间，以保证硫化氢分解产生的硫磺以液态形式流出放电区。

本发明的所述等离子体反应器中还可以装填能够催化硫化氢分解成单质硫和氢气的催化剂，所述催化剂优选装填在所述等离子体反应器的内筒中。本发明对所述催化剂的装填体积以及装填种类没有特别的要求，关于催化剂的种类，例如可以为cn102408095a、cn101590410a和cn103495427a中公开的催化剂中的任意一种或者多种。

在本发明中，对形成所述外筒的材质没有特别的限定，只要形成所述外筒的材质能够承受导热介质的设定温度即可。

本发明的所述等离子体反应单元中可以含有1个或者2个以上的等离子体反应器。

以下提供本发明前述的等离子体反应器分解硫化氢的优选的具体实施方式：

从反应器入口向等离子体反应器的内筒中通入氮气，以清除放电区域中的空气，并且气体从产物出口引出。同时，从导热介质入口向外筒中引入导热介质，引入的导热介质从导热介质出口引出。导热介质的温度保持为系统反应需要的温度。然后从反应器入口向等离子体反应器的内筒中通入含有硫化氢的原料气，原料气充满各个反应管中，待原料气流平稳之后接通高压电源，通过调节电压和频率使中心高压电极和接地电极之间形成等离子体放电场。硫化氢气体在放电区域发生电离，分解为氢气和单质硫，放电产生的单质硫沿内筒壁缓缓流下，并从产物出口流出。

优选地，按照物流方向，所述等离子体系统中依次含有供气-配气单元、等离子体反应单元和产物分离单元，且所述等离子体反应单元中含有等离子体电源和所述等离子体反应器。

优选情况下，本发明的分解硫化氢的等离子体系统中还含有硫化氢循环单元，该硫化氢循环单元用于回收由所述产物分离单元中获得的含有硫化氢的气相物质中的硫化氢，并将所得的硫化氢循环至所述供气-配气单元或所述等离子体反应单元。

更优选地，所述硫化氢循环单元中含有用于吸收硫化氢的胺液吸收塔和用于使得硫化氢解析的解析塔。

优选地，所述产物分离单元中含有用于将来自所述等离子体反应单元的气相物质和液相物质进行气液分离的气液分离器，以及任选含有微粒净化器和/或载气分离器；所述微粒净化器用于将由所述气液分离器分离得到的第一气态物质进行进一步分离以获得第二气态物质和残余硫固体，以及所述载气分离器用于将所述第一气态物质或所述第二气态物质中任选含有的载气与氢气进行分离。

优选情况下，所述供气-配气单元中含有配气设备和混合器，所述配气设备用于将所述原料气与载气按需进行配送，以及所述混合器用于将来自所述配气设备的原料气与载气进行混合以获得进入所述等离子体反应单元的等离子体反应器中的反应物。

特别地，本发明的所述硫化氢循环单元可以附属于所述产物分离单元中，并且，优选情况下，所述产物分离单元和所述硫化氢循环单元的连接方式包括：所述产物分离单元中的气液分离器通过管线与所述等离子体反应单元连接，使得来自所述等离子体反应单元的气相产物和液相硫单质能够进入所述气液分离器中分离以分别获得第一气态物质和液体硫，任选地将所述第一气态物质引入至微粒净化器中以进一步分离获得残余固体硫和第二气态物质，所述液体硫和所述残余固体硫均能够通过管线引出本发明的等离子体系统。进一步地，所述硫化氢循环单元通过管线与所述产物分离单元连接，使得所述第二气态物质能够通过管线进入所述硫化氢循环单元中的胺液吸收塔中，以分别获得除硫化氢气体和含硫化氢液体，所述除硫化氢气体任选通过管线进入载气分离器中分离其中可能存在的载气，从而获得含氢粗产物，所述含氢粗产物可以根据需要被进一步提纯；所述含硫化氢液体通过管线引入至解析塔中解析出硫化氢气体以循环至所述供气-配气单元或所述等离子体反应单元。

本发明的含氢粗产物可以根据需要被进一步提纯。本发明对进一步提纯含氢粗产物的方法没有特别的限定，例如可以将含氢粗产物引入至含有氢氧化钠的碱性溶液中。

本发明的方法中获得的所述液体硫和所述残余固体硫能够被回收。

以下结合图1提供本发明的等离子体反应器的一种优选的具体实施方式的结构，具体地：

该反应器具有同轴夹套筒式结构，且该反应器包括：

内筒1，所述内筒1上分别设置有反应器入口11和产物出口，并且，所述内筒1中含有至少两个并列设置的反应管14，各个所述反应管14的顶部和底部分别对应相通，使得由所述反应器入口11进入的原料能够分别进入到各个所述反应管14中，以及使得各个所述反应管14中产生的产物能够由所述产物出口引出；

外筒2，所述外筒2嵌套在所述内筒1的外部，且所述外筒2上分别设置有导热介质入口21和导热介质出口22，由所述导热介质入口21引入的导热介质能够分布在所述内筒1的各个所述反应管14之间，并且所述导热介质由所述导热介质出口22引出；

中心高压电极3，所述中心高压电极3分别设置在所述内筒1的各个所述反应管14中；

接地电极4，形成所述接地电极4的材料为固体导电材料，且所述接地电极4形成各个所述反应管14的至少部分侧壁或者所述接地电极4分别环绕设置在各个所述反应管14的侧壁上；

阻挡介质，所述阻挡介质形成各个所述反应管14的至少部分侧壁使得至少部分所述阻挡介质环绕所述中心高压电极3；或者所述阻挡介质环绕设置在各个所述反应管14的内侧壁上；

在各个所述反应管14中，所述阻挡介质的设置位置使得所述中心高压电极和所述接地电极之间的放电区域由所述阻挡介质间隔。

以下结合图2提供本发明的等离子体反应器的另一种优选的具体实施方式的结构，具体地：

该反应器具有同轴夹套筒式结构，且该反应器包括：

内筒1，所述内筒1上分别设置有反应器入口11和产物出口，并且，所述内筒1中含有至少两个并列设置的反应管14，各个所述反应管14的顶部和底部分别对应相通，使得由所述反应器入口11进入的原料能够分别进入到各个所述反应管14中，以及使得各个所述反应管14中产生的产物能够由所述产物出口引出；

外筒2，所述外筒2嵌套在所述内筒1的外部，且所述外筒2上分别设置有导热介质入口21和导热介质出口22，由所述导热介质入口21引入的导热介质能够分布在所述内筒1的各个所述反应管14之间，并且所述导热介质由所述导热介质出口22引出；

中心高压电极3，所述中心高压电极3分别设置在所述内筒1的各个所述反应管14中；

接地电极4，形成所述接地电极4的材料为固体导电材料，且所述接地电极4形成各个所述反应管14的至少部分侧壁；

阻挡介质6，所述阻挡介质6设置在所述中心高压电极3的至少部分外表面上，使得至少部分伸入所述内筒1中的中心高压电极3的外表面上包裹有所述阻挡介质6；

在各个所述反应管14中，所述阻挡介质的设置位置使得所述中心高压电极和所述接地电极之间的放电区域由所述阻挡介质间隔。

在图1和图2中，优选本发明的等离子体反应器还具有如下特征：

优选地，在各个所述反应管14中，所述中心高压电极3的外侧壁与所述接地电极的内侧壁之间的距离为d1，以及所述阻挡介质6的厚度为d1，l1＝d1-d1，l1与放电区域的长度l2之间的比例关系为l1：l2＝1：(0.5～6000)，更优选l1：l2＝1：(2～3000)。

优选情况下，在各个所述反应管14中，l1与所述阻挡介质6的厚度d1的比例关系为：l1：d1＝(0.05～100)：1；更优选l1：d1＝(0.1～30)：1。

优选地，各个所述反应管14中的中心高压电极3彼此并联连接。

优选情况下，该等离子体反应器还包括接地线5，所述接地线5设置在所述外筒2的外侧壁上，且一端与各个所述反应管14的侧壁上的所述接地电极4电连接。

优选地，所述反应器入口11设置在所述内筒1的上部，所述产物出口设置在所述内筒1的下部和/或底部。更优选地，所述产物出口包括气体产物出口12和液体产物出口13，且所述气体产物出口12设置在所述内筒1的下部，以及所述液体产物出口13设置在所述内筒1的底部。

优选情况下，各个所述反应管14的尺寸相同。

优选地，所述气体产物出口12设置在全部所述放电区域的下方，且所述气体产物出口12的设置位置相对于所述内筒1底部的高度h1与所述放电区域的长度l2之间的比例关系为：h1：l2＝1：(0.05～25000)；优选为h1：l2＝1：(0.1～10000)；更优选为h1：l2＝1：(0.5～1000)。

优选所述导热介质入口21和所述导热介质出口22分别设置在所述外筒2的下部和上部。

以下结合图3提供本发明的等离子体系统的一种优选的具体实施方式的流程，具体地：

所述等离子体系统中含有依次通过管线连接的供气-配气单元a、等离子体反应单元b、产物分离单元和硫化氢循环单元c，所述等离子体反应单元中含有等离子体反应器b1和等离子体电源(未示出)。优选情况下，所述等离子体反应器b1具有图1或图2所示的结构。并且，优选所述等离子体反应单元b中含有多个等离子体反应器b1。

优选地，所述供气-配气单元a中含有混合器a1，所述混合器a1用于按需将含有硫化氢气体与例如载气混合形成原料气，并且将得到的原料气引入至等离子体反应单元b中的等离子体反应器b1中进行硫化氢分解反应，反应后的产物进入产物分离单元和硫化氢循环单元c中，例如，反应后的产物先进入气液分离器c1中进行气液分离，气液分离后获得的液体硫进入硫磺存储器c6中，气液分离后得到的第一气态物质进入微粒净化器c2中进行进一步分离，进一步分离获得的固体硫也可以进入硫磺存储器c6中。由所述微粒净化器c2中获得的第二气态物质进入胺液吸收塔c3中以分别获得除硫化氢气体和含硫化氢液体(胺液)，优选所述除硫化氢气体进入载气分离器c5中分离其中可能存在的载气，从而获得含有大量氢气的含氢粗产物。优选前述胺液引入至解析塔c4中解析出硫化氢气体(称为解吸硫化氢)，解析获得的硫化氢气体通过管线循环回所述供气-配气单元a1中。

本发明提供的等离子体分解硫化氢的方法具有如下具体的优点：

(1)本发明提供特定的放电条件和特定的硫化氢分解反应条件能够使得硫化氢的转化率显著提高；

(2)优选情况下，由于采用等离子体反应器进行硫化氢的分解，而该反应器使用金属、合金或其它导电固体材料作为接地电极，与液体接地电极相比，此种接地电极配合本发明的特定条件和反应器结构时放电产生的微放电电流更大，更有利于硫化氢分子的放电分解反应。

(3)优选情况下，由于采用等离子体反应器进行硫化氢的分解，而该反应器接地电极外侧设置夹套结构，可通过控制夹套中导热介质温度来对反应器进行温度控制，可使硫化氢放电分解产生的硫磺顺利流出放电区，避免硫磺凝固堵塞反应器，使放电持续稳定的进行。

(4)优选情况下，由于采用等离子体反应器进行硫化氢的分解，而该反应器优选控制l1与l2之间的比例关系为：l1：l2＝1：(0.5～6000)，更优选l1：l2＝1：(2～3000)，配合反应器的结构和特定的放电条件以及分解条件，能够使得硫化氢的转化率明显提高且分解能耗降低。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，在没有特别说明的情况下，使用的各种原料均来自商购。

以下实施例和对比例中的阻挡介质的厚度均相同。

以下实例中硫化氢的转化率是根据下式计算得到的：

硫化氢的转化率％＝转化的硫化氢的摩尔数/初始硫化氢的摩尔数×100％

以下实例中分解硫化氢的能耗通过示波器检测以及采用利萨如图形计算获得。

以下实施例1中的反应装置内筒的容积为1l，其余实施例的反应装置内筒的容积能够根据相应的数据计算获得。

实施例1

采用具有图3所示流程图的分解硫化氢的等离子体系统进行本发明的等离子体分解硫化氢的方法，且本实施例中的等离子体反应器具有图1所示的结构。

本实施例的工艺流程如前述具体实施方式所示，并且，等离子体反应器的结构参数如下：

等离子体反应器包括：

内筒，所述内筒上分别设置有反应器入口、气体产物出口和液体产物出口，并且，所述内筒中含有4个并列设置的反应管，各个所述反应管的顶部和底部分别对应相通，使得由所述反应器入口进入的原料能够分别进入到各个所述反应管中，以及使得各个所述反应管中产生的气态产物能够由所述气体产物出口引出，并且使得各个所述反应管中产生的液态产物能够由所述液体产物出口引出，4个反应管的尺寸完全相同，所述反应管的全部侧壁均由阻挡介质形成，形成所述阻挡介质的材料为硬质玻璃；

外筒，所述外筒嵌套在所述内筒的外部，且所述外筒上分别设置有导热介质入口和导热介质出口，由所述导热介质入口引入的导热介质能够分布在所述内筒的各个所述反应管之间，并且所述导热介质由所述导热介质出口引出；

中心高压电极，所述中心高压电极设置在各个所述反应管的中心轴线位置，形成所述中心高压电极的材料为不锈钢金属棒，各个反应管中的中心高压电极并联连接；

接地电极，所述接地电极分别环绕设置在各个所述反应管的外侧壁上，形成所述接地电极的材料为不锈钢金属箔，且本实施例中的中心高压电极的下沿与所述接地电极的下沿齐平。

在各个反应管中，l1：l2＝1：1700；

h1：l2＝1：48；

l1与所述阻挡介质的厚度d1的比值为6：1；

分解硫化氢的等离子体系统的操作步骤：

将氮气从供气-配气单元向等离子体反应单元的等离子体反应器中引入，氮气从反应器入口进入等离子体反应器的内筒中，以清除放电区域中的空气，并且气体从气体产物出口和液体产物出口引出。同时，从导热介质入口向外筒中引入导热介质(具体为二甲基硅油)，引入的导热介质从导热介质出口引出，导热介质的温度保持为120℃。然后将硫化氢气体和ar载气依次通过配气系统以及混合器混合，获得反应物，反应物中h2s体积分数为30％，反应物从反应器入口进入等离子体反应器的内筒中，控制反应物流速使得气体在放电区的平均停留时间为7.5s，本实施例保持反应器内筒中的反应压力为0.05mpa。反应物通入反应器30min后，接通交流高压电源，通过调节电压和频率使中心高压电极和接地电极之间形成等离子体放电场。其中放电条件为：电压为16.5kv、频率为7.0khz、电流为0.75a。硫化氢气体在放电区域发生电离，分解为氢气和单质硫，放电产生的单质硫沿内筒壁缓缓流下，并从液体产物出口流出。反应后气体主要从气体产物出口流出。

上述获得的气体产物和液体产物均进入产物分离单元的气液分离器中进行气液分离，以分别获得第一气态物质和液体硫，所述第一气态物质进入微粒净化器中以进一步分离获得残余固体硫和第二气态物质，所述液体硫和所述残余固体硫均进入硫磺存储器中。进一步地，所述第二气态物质进入所述硫化氢循环单元中的胺液吸收塔中，以分别获得除硫化氢气体和含硫化氢液体，所述除硫化氢气体进入载气分离器中分离载气，从而获得含氢粗产物，所述含硫化氢液体进入解析塔中解析出硫化氢气体，并将解析得到的硫化氢气体循环回供气-配气单元。将所述含氢粗产物引入至含有氢氧化钠的溶液中进一步提纯以获得氢气。

结果：本实施例的硫化氢分解反应持续进行20min后测得h2s转化率为75.2％；且持续放电100h仍未见异常，放电状态和h2s转化率均保持稳定。且本实施例的分解能耗为14.1ev/h2s分子(每分解1分子h2s需要的能量为14.1ev)。

实施例2

采用具有图3所示流程图的分解硫化氢的等离子体系统进行本发明的等离子体分解硫化氢的方法，且本实施例中的等离子体反应器具有图2所示的结构。

本实施例的工艺流程如前述具体实施方式所示，并且，等离子体反应器的结构参数如下：

等离子体反应器包括：

内筒，所述内筒上分别设置有反应器入口、气体产物出口和液体产物出口，并且，所述内筒中含有4并列设置的反应管，各个所述反应管的顶部和底部分别对应相通，使得由所述反应器入口进入的原料能够分别进入到各个所述反应管中，以及使得各个所述反应管中产生的气态产物能够由所述气体产物出口引出，并且使得各个所述反应管中产生的液态产物能够由所述液体产物出口引出，4个反应管的尺寸完全相同；

外筒，所述外筒嵌套在所述内筒的外部，且所述外筒上分别设置有导热介质入口和导热介质出口，由所述导热介质入口引入的导热介质能够分布在所述内筒的各个所述反应管之间，并且所述导热介质由所述导热介质出口引出；

中心高压电极，所述中心高压电极设置在各个所述反应管的中心轴线位置，形成所述中心高压电极的材料为不锈钢金属棒，各个反应管中的中心高压电极并联连接；

接地电极，反应管的全部侧壁均由接地电极形成，形成所述接地电极的材料为不锈钢金属箔，且本实施例中的中心高压电极的下沿与所述接地电极的下沿齐平；

阻挡介质，所述阻挡介质设置在所述中心高压电极伸入至所述反应管中的那部分的外表面上，且阻挡介质的上沿高于接地电极的上沿，形成所述阻挡介质的材料为石英玻璃；

在各个反应管中，l1与l2的比值为1：3000；

h1：l2＝1：250；

l1与所述阻挡介质的厚度d1之间的比例关系为：l1：d1＝15：1；

分解硫化氢的等离子体系统的操作步骤与实施例1相似，不同的是，本实施例中的介质阻挡放电条件包括：放电电压为17.5kv，放电频率为7.8khz，电流为0.8a；以及所述硫化氢分解反应的条件包括：反应温度为140℃(即为导热介质保持的温度)，反应压力为0.02mpa，反应物在所述等离子体反应器中的停留时间为8.3s。

结果：本实施例的硫化氢分解反应持续进行20min后测得h2s转化率为75.6％；且持续放电100h仍未见异常，放电状态和h2s转化率均保持稳定。且本实施例的分解能耗为14.5ev/h2s分子。

实施例3

本实施例采用与实施例1相似的方法及系统进行硫化氢分解反应，所不同的是：

本实施例的介质阻挡放电条件包括：放电电压为12.5kv，放电频率为12khz，电流为2.5a；以及所述硫化氢分解反应的条件包括：反应温度为180℃(即为导热介质保持的温度)，反应压力为0.1mpa，反应物在所述等离子体反应器中的停留时间为9.2s。

其余与实施例1中相同。

结果：本实施例的硫化氢分解反应持续进行20min后测得h2s转化率为74.2％；且持续放电100h仍未见异常，放电状态和h2s转化率均保持稳定。且本实施例的分解能耗为15.2ev/h2s分子。

实施例4

本实施例采用与实施例2相似的方法及系统进行硫化氢分解反应，所不同的是：

本实施例的介质阻挡放电条件包括：放电电压为25kv，放电频率为7.9khz，电流为0.85a；以及所述硫化氢分解反应的条件包括：反应温度为140℃(即为导热介质保持的温度)，反应压力为0.02mpa，反应物在所述等离子体反应器中的停留时间为8.3s。

其余与实施例2中相同。

结果：本实施例的硫化氢分解反应持续进行20min后测得h2s转化率为74.6％；且持续放电100h仍未见异常，放电状态和h2s转化率均保持稳定。且本实施例的分解能耗为21.3ev/h2s分子。

实施例5

本实施例采用与实施例1相似的方法及系统进行硫化氢分解反应，所不同的是：

本实施例的l1：l2＝1：3500。

其余与实施例1中相同。

结果：本实施例的硫化氢分解反应持续进行20min后测得h2s转化率为71.9％；且持续放电100h仍未见异常，放电状态和h2s转化率均保持稳定。且本实施例的分解能耗为23.9ev/h2s分子。

实施例6

本实施例采用与实施例2相似的方法及系统进行硫化氢分解反应，所不同的是：

本实施例中的l1：d1＝35：1。

其余与实施例2中相同。

结果：本实施例的硫化氢分解反应持续进行20min后测得h2s转化率为70.8％；且持续放电100h仍未见异常，放电状态和h2s转化率均保持稳定。且本实施例的分解能耗为24.5ev/h2s分子。

由上述结果可以看出，应用本发明提供的等离子体分解硫化氢的方法进行硫化氢的分解时能够相对于现有技术显著地提高硫化氢的转化率，以及本发明提供的等离子体分解硫化氢的方法能够在低的分解能耗下长周期地保持高的硫化氢转化率。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。