专利名称：一种紫外光分解硫化氢制备氢气的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用硫化氢制备氢气的方法。
背景技术：
硫化氢气体作为石油炼制的副产物以及天然气中的废气排放不仅污染环境，而且造成资源浪费，因此硫化氢气体的综合利用倍受关注。现有处理、利用硫化氢的方法有两类第一类是将硫化氢氧化为单质硫和水，但造成了氢资源的浪费；第二类便是将硫化氢分解为氢气和硫。
目前将硫化氢分解为氢气和硫的方法有高温直接热分解法、催化热分解法、微波法、电化学法、光化学法和超绝热燃烧技术，其中光化学法以反应条件温和、耗能相对较低等优势被广泛采用。但是目前光化学分解硫化氢的方法中都采用可见光、都需要使用悬浮催化剂，催化剂不仅价格昂贵、反应过程中容易失活且多数有毒，分解出的硫与催化剂也难以分离，造成催化剂难以循环使用和硫资源的浪费，而且目前的光化学分解硫化氢的方法中硫化氢分解转化率及氢气产率很低，如Naman等人(Int.J.Hydrogen Energy，1995，20(6)303-307)以TiO2、CdS和CdSe半导体悬浮物为催化剂，在含20％不同醇胺水溶液中进行H2S的光分解生成H2，实验表明在60℃时，50mgTiO2悬浮在125mL20％甲醇胺水溶液中，氢气的产率最大，也仅为3mL/h；Supriya等人(Int.J.HydrogenEnergy，1998，23(9)741-744)以CdS-ZnS双组分催化剂光催化分解H2S，把CdS-ZnS(1∶1)担载在碱性氧化物Li2O-MgO上，当以10wt％CdS-ZnS负载在含30wt％Li2O的Li2O-MgO载体为催化剂进行反应时，产氢率可达316μmol/h(7.0784mL/h)；Kale等人(Can.J.Chem.，2005，83527-532)用固态反应和溶液路线合成出多金属氧化物光催化剂ZnBiVO4，当500mL蒸馏水中悬浮有1g该催化剂时，以每分钟10mL的速率通入H2S，尽管产氢速率为122mL/h，但硫化氢分解转化率仅为20.33％。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前光化学分解硫化氢的方法中都采用可见光、都需要使用悬浮催化剂且硫化氢分解转化率及氢气产率很低的问题，而提供的一种紫外光分解硫化氢制备氢气的方法。紫外光分解硫化氢制备氢气的方法按以下步骤实施a.向每升碱性溶液中投加120～160g无水亚硫酸钠制成介质溶液，待无水亚硫酸钠溶解后将紫外线光源浸入介质溶液；b.见有氢气产生后再连续通入硫化氢气体，硫化氢气体的通入速率保持为氢气产生速率的0.5～5倍；c.收集氢气。
本发明中将紫外线光源浸入介质溶液后便会有氢气产生，通过控制硫化氢气体的通入速率(氢气产生速率的0.5～5倍)可以保持介质溶液中氢元素的动态平衡。
本发明制备的氢气纯度高可达99％。
本发明因采用紫外光分解硫化氢制备氢气，所以热能损耗小，能耗低，与可见光分解硫化氢制备氢气相比可以节约50％以上的能源。本发明不采用催化剂，节省了生产成本，也便于硫的回收利用。
图1是具体实施方式
十八紫外光分解硫化氢制备氢气的装置图。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式紫外光分解硫化氢制备氢气的方法按以下步骤实施a.向每升碱性溶液中投加120～160g无水亚硫酸钠制成介质溶液，待无水亚硫酸钠溶解后将紫外线光源浸入介质溶液；b.见有氢气产生后再连续通入硫化氢气体，硫化氢气体的通入速率保持为氢气产生速率的0.5～5倍；c.收集氢气。
本实施方式硫化氢气体分解转化率为55％～95％，产氢率为4.0～5.1mL/W·h。当本实施方式产氢率明显下降时(本实施方式可连续紫外光分解硫化氢达80小时以上)可向介质溶液中滴加浓度为0.5mol/L的盐酸直至无黄色沉淀(硫)产生，介质溶液过滤后再加入氢氧化钠或氢氧化钾调节pH值到12～13之后可循环使用。
本实施方式由于采用紫外光分解硫化氢制备氢气，因此热能损耗小，能耗低，与可见光分解硫化氢制备氢气相比可以节约50％以上的能源。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤a中向每升碱性溶液中投加130～150g无水亚硫酸钠。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤a中向每升碱性溶液中投加135～145g无水亚硫酸钠。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤a中向每升碱性溶液中投加140g无水亚硫酸钠。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤a中紫外线光源的功率为4～110W。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤a中紫外线光源的功率为6～55W。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤a中紫外线光源的功率为8～30W。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤a中紫外线光源的功率为10～15W。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤b中硫化氢气体的通入速率保持为氢气产生速率的0.8～2倍。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤b中硫化氢气体的通入速率保持为氢气产生速率的1～1.2倍。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤b中对介质溶液可进行磁力搅拌。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
一、五、六、七或八的不同点是步骤a中的紫外线光源为低压汞灯。其它步骤及工艺参数与实施方式一、五、六、七或八相同。
本实施方式紫外线光源发出汞253.7nm特征谱线。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤a碱性溶液中碱性物质的总浓度为0.05～5mol/L。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤a碱性溶液中碱性物质的总浓度为0.1～4mol/L。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤a碱性溶液中碱性物质的总浓度为0.5～3mol/L。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤a碱性溶液中碱性物质的总浓度为1～2mol/L。其它步骤及工艺参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
一、十三、十四、十五或十六的不同点是步骤a中碱性物质为硫化钠、氢氧化钠、硫化钾和/或氢氧化钾。其它步骤及工艺参数与实施方式一、十三、十四、十五或十六相同。
本实施方式中碱性物质由两种或两种以上物质组成时各物质间可为任意比例。
具体实施方式
十八本实施方式紫外光分解硫化氢制备氢气的方法按以下步骤实施a.向250mL、浓度为0.6mol/L的氢氧化钠溶液中投加35g无水亚硫酸钠制成介质溶液，待无水亚硫酸钠溶解后将功率为10W低压汞灯浸入介质溶液；b.见有氢气产生后再连续通入硫化氢气体，硫化氢气体的通入速率保持为氢气产生速率的1.07倍，并对介质溶液可进行磁力搅拌；c.收集氢气。
本实施方式运行120h平均每小时可收集氢气42mL(硫化氢气体通入速率为45mL/h)。本实施方式运行120h后向介质溶液中滴加浓度为0.5mol/L的盐酸直至无黄色沉淀(硫)产生，介质溶液过滤后再加入氢氧化钠或氢氧化钾调节pH值到12～13之后可循环使用。
本实施方式硫化氢气体分解转化率为93.3％，产氢率为4.2mL/W·h。
本实施方式紫外光分解硫化氢制备氢气的装置图如图1所示，图1中10W低压汞灯(紫外线光源)3浸入介质溶液1，硫化氢气体通过硫化氢导入管2通入介质溶液1，在介质溶液1底部有磁力搅拌转子4，氢气通过氢气导出管6导入氢气收集器5内。
具体实施方式
十九本实施方式紫外光分解硫化氢制备氢气的方法按以下步骤实施a.向250mL、硫化钠和氢氧化钾总浓度为1mol/L的碱性溶液中投加35g无水亚硫酸钠制成介质溶液，待无水亚硫酸钠溶解后将功率为10W低压汞灯浸入介质溶液；b.见有氢气产生后再连续通入硫化氢气体，硫化氢气体的通入速率保持为氢气产生速率的1.78倍，并对介质溶液可进行磁力搅拌；c.收集氢气。
本实施方式运行120h平均每小时可收集氢气45mL(硫化氢气体通入速率为80mL/h)。本实施方式运行120h后向介质溶液中滴加浓度为0.5mol/L的盐酸直至无黄色沉淀(硫)产生，介质溶液过滤后再加入氢氧化钠或氢氧化钾调节pH值到12～13之后可循环使用。
本实施方式硫化氢气体分解转化率为56.25％，产氢率为4.5mL/W·h。
权利要求
1.一种紫外光分解硫化氢制备氢气的方法，其特征在于紫外光分解硫化氢制备氢气的方法按以下步骤实施a.向每升碱性溶液中投加120～160g无水亚硫酸钠制成介质溶液，待无水亚硫酸钠溶解后将紫外线光源浸入介质溶液；b.见有氢气产生后再连续通入硫化氢气体，硫化氢气体的通入速率保持为氢气产生速率的0.5～5倍；c.收集氢气。
2.根据权利要求1所述的一种紫外光分解硫化氢制备氢气的方法，其特征在于步骤a中向每升碱性溶液中投加130～150g无水亚硫酸钠。
3.根据权利要求1所述的一种紫外光分解硫化氢制备氢气的方法，其特征在于步骤a碱性溶液中碱性物质的总浓度为0.05～5mol/L。
4.根据权利要求3所述的一种紫外光分解硫化氢制备氢气的方法，其特征在于步骤a中碱性物质为硫化钠、氢氧化钠、硫化钾和/或氢氧化钾。
5.根据权利要求1所述的一种紫外光分解硫化氢制备氢气的方法，其特征在于步骤a中紫外线光源的功率为4～110W。
6.根据权利要求1所述的一种紫外光分解硫化氢制备氢气的方法，其特征在于步骤a中紫外线光源的功率为10～15W。
7.根据权利要求1、5或6所述的一种紫外光分解硫化氢制备氢气的方法，其特征在于步骤a中的紫外线光源为低压汞灯。
8.根据权利要求1所述的一种紫外光分解硫化氢制备氢气的方法，其特征在于步骤b中硫化氢气体的通入速率保持为氢气产生速率的0.8～2倍。
9.根据权利要求1所述的一种紫外光分解硫化氢制备氢气的方法，其特征在于步骤b中硫化氢气体的通入速率保持为氢气产生速率的1～1.2倍。
10.根据权利要求1所述的一种紫外光分解硫化氢制备氢气的方法，其特征在于步骤b中对介质溶液可进行磁力搅拌。
全文摘要
一种紫外光分解硫化氢制备氢气的方法，它涉及一种利用硫化氢制备氢气的方法。它解决了目前光化学分解硫化氢的方法中都采用可见光、都需要使用悬浮催化剂且硫化氢分解转化率及氢气产率很低的问题。紫外光分解硫化氢制备氢气的方法按以下步骤实施a.向碱性溶液中投加无水亚硫酸钠制成介质溶液，然后将紫外线光源浸入介质溶液；b.连续通入硫化氢气体，硫化氢气体的通入速率保持为氢气产生速率的0.5～5倍；c.收集氢气。本发明采用紫外光分解硫化氢制备氢气，热能损耗小，能耗低，与可见光分解硫化氢制备氢气相比可以节约50％以上的能源。本发明不采用催化剂，节省了生产成本，也便于硫的回收利用。
文档编号C01B3/06GK101058405SQ20071007204
公开日2007年10月24日 申请日期2007年4月17日 优先权日2007年4月17日
发明者白雪峰, 徐虹, 刘宁生, 付晓红 申请人:黑龙江省石油化学研究院