专利名称：一种从硫化氢中制取硫化锌和氢气的方法
技术领域：
本发明涉及对石油和天然气开采或加工过程中产生的硫化氢综合治理应用，具体是利用电解溶出的电化学反应从硫化氢中制取硫化锌和氢气的方法。
硫化氢是石油和天然气开采或化学加工过程中产生的一种有害气体，它不仅造成设备腐蚀，而且对环境和人们的身体健康有着严重的危害。随着石油和天然气开采加工规模扩大以及对环境保护工作的日益重视，如何有效地处理硫化氢一直是人们十分关注的问题。目前，国内外已有报道的处理硫化氢的最主要方法是Claus法，基本反应原理为。这种方法在处理高含量硫化氢气体时取得了一定的经济和社会效益，尤其是在超级Claus工艺中，硫的回收率可达99％以上，已在国内外许多炼油厂应用。在硫化氢含量较低的情况下，Lo-cat法也得到了应用。Lo-cat法脱硫原理与Claus法是相同的，亦可用反应式来表示。
用上述硫化氢处理方法后得到的产品都为单质硫，由于目前硫生产量远大于硫的需求，加之该设备复杂，投资大，硫化氢中的元素氢并没有被有效的回收利用，所以综合处理取得的经济效益较低，影响了硫化氢处理的广泛应用。
本发明目的是通过对石油和天然气开采加工过程中以及其它化学加工产生过程中产生的有害气体硫化氢进行电解溶出，制备出具有较高经济价值的硫化锌和氢气，从而提高硫化氢综合处理的经济效益的一种从硫化氢中制取硫化锌和氢气的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的以金属锌为阳极，石墨为阴极，置于碱性含锌离子电解质溶液中加电，将硫化氢气体引入电解质溶液进行下列反应阳极反应阴极反应
溶液反应体系的总反应从而使硫化锌沉淀析出。
本发明还可以通过以下技术方案实现电解质溶液中的锌离子摩尔浓度和硫离子的摩尔浓度的离子积应稍大于硫化锌的溶度积，电解质溶液中的锌离子浓度和溶液的碱度处于稳定变化范围，其中，锌离子浓度变化范围为0.0001mol/L～10.00mol/L，溶液的碱度即OH-浓度的变化范围为0.0001mol/L～10.00mol/L。
本发明的石墨阴极可以采用金属或金属-炭复合物阴极，金属锌阳极连接电源的正极，石墨阴极接电源的负极。
本发明优点是不仅可消除硫化氢对环境所造成的污染，而且还将硫化氢作为一种资源充分利用，使其完全转化为有用的化工产品硫化锌和氢气。硫化锌在橡胶、塑料、造纸、制革和油漆、油墨、搪瓷等诸多方面有着广泛的工业应用价值，产出的氢气则是重要的化工原料和重要的清洁能源，所以与其它方法相比本发明有更高的经济价值。
另外，本发明工艺简单，设备投资小，能耗低，适合于任何浓度的硫化氢气体，因此与现有的方法相比在经济效益和资源综合利用方面都有明显的优点。
本发明实施例如下实施例1金属锌片(长7cm、宽2cm、厚度0.02cm)为阳极，接外置电源的正极，石墨片(长7cm、宽2cm、厚度0.025cm)为阴极，接外置电源的负极。将阴、阳两极同时插入到含NaOH浓度为6.25mol/mL、含锌离子浓度为0.025mol/mL的电解质溶液中，组成电解池体系，并且在电解池体系中始终保持阴、阳两极相距为4cm。将外置电源的电压设置为0.60伏，电流设置为0.625安培，然后进行电解反应。与此同时向电解质溶液中通入硫化氢气体，其流量为3mL/min。上述反应体系中，阳极发生锌溶解反应，阴极发生氢析出反应，同时在溶液中发生硫化锌沉淀反应。反应一小时后，阴极析氢量为178mL，制氢电耗为2.106kwh/m3，产生的硫化锌沉淀经洗涤、冷冻干燥后称重为0.78g，粒度为0.28μm。
实施例2金属锌片为阳极，铜片(长7cm、宽2cm、厚度0.025cm)为阴极。NaOH浓度为2.08mol/mL、含锌离子浓度为0.025mol/mL的电解质溶液中，始终保持阴、阳两极相距为4cm。电源的电压设置为0.60伏，电流设置为0.50安培，进行电解反应。通入硫化氢气体，其流量为1.0mL/min。反应一小时后，阴极析氢量为62mL，制氢电耗为5.0kwh/m3，产生的硫化锌沉淀经洗涤、冷冻干燥后称重为0.28g，粒度为0.23μm。
实施例3金属锌片为阳极，铂片(长7cm、宽2cm、厚度0.025cm)为阴极，两极同时插入到含NaOH浓度为4.17mol/mL、含锌离子浓度为0.025mol/mL的电解质溶液中，始终保持阴、阳两极相距为4cm。将外置电源的电压设置为0.4伏，电流设置为0.425安培，进行电解反应。与此同时向电解质溶液中通入硫化氢气体，其流量为2mL/min。反应一小时后，阴极析氢量为104mL，制氢电耗为1.63kwh/m3，产生的硫化锌沉淀经洗涤、冷冻干燥后称重为0.45g，粒度为0.26μm。
实施例4金属锌片为阳极，接外置电源的正极。铂-炭复合材料(长7cm、宽2cm、厚度0.025cm)为阴极，两极同时插入到含NaOH浓度为4.17mol/mL、含锌离子浓度为0.05mol/mL的电解质溶液中，电源的电压设置为0.6伏，电流设置为0.6安培，同时向电解质溶液中通入硫化氢气体，其流量为2.5mL/min。一小时后，阴极析氢量为145mL，制氢电耗为2.48kwh/m3，产生的硫化锌沉淀经洗涤、冷冻干燥后称重为0.63g，粒度为0.25μm。
从实施例可见，本发明可通过调节电解电压、电解电流和通入硫化氢的流量控制阴极析氢速度和硫化锌沉淀反应速度以及硫化锌沉淀的粒度。
权利要求
1.一种从硫化氢中制取硫化锌和氢气的方法，其特征在于以金属锌为阳极，石墨为阴极，置于碱性含锌离子电解质溶液中加电，将硫化氢气体引入电解质溶液进行下列反应阳极反应阴极反应溶液反应体系的总反应从而使硫化锌沉淀析出。
2.根据权利要求1所述的一种从硫化氢中制取硫化锌和氢气的方法，其特征在于电解质溶液中的锌离子摩尔浓度和硫离子的摩尔浓度的离子积应稍大于硫化锌的溶度积。
3.根据权利要求1、2所述的一种从硫化氢中制取硫化锌和氢气的方法，其特征在于电解质溶液中的锌离子浓度和溶液的碱度处于稳定变化范围，其中，锌离子浓度变化范围为0.0001mol/L～10.00mol/L，溶液的碱度即OH-浓度的变化范围为0.0001mol/L～10.00mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种从硫化氢中制取硫化锌和氢气的方法，其特征在于所述的石墨阴极可以采用金属或金属-炭复合物阴极。
5.根据权利要求1所述的一种从硫化氢中制取硫化锌和氢气的方法，其特征在于所述的金属锌阳极连接电源的正极，石墨阴极接电源的负极。
全文摘要
本发明涉及对硫化氢综合治理应用,是利用电解溶出的电化学反应从硫化氢中制取硫化锌和氢气。以锌为阳极,石墨为阴极,置于碱性含锌离子电解质溶液中,将硫化氢气体引入进行Zn+H
文档编号C25B1/00GK1241648SQ9911116
公开日2000年1月19日 申请日期1999年7月29日 优先权日1999年7月29日
发明者汪树军, 赵永丰 申请人:石油大学(北京)