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硫化氢是石油开采和加工过程中产生的有害气体。目前回收硫化氢的主要方法是Claus法和间接电解法,这两种方法回收的固相产品均为硫磺,经济价值较低,工艺复杂,而且间接电解法存在酸腐蚀问题等。为解决上述问题,本课题组开发了一种新工艺:电化学溶解—沉淀法,此法可实现低电耗(1.2kWh·Nm-3以下)制氢同时联产高附加值的硫化锌产品。
开发了适用于本系统的气—液反应器,设计并组建实验装置,打通了工艺流程。
对硫化氢吸收反应和电解制氢—沉淀反应双系统匹配运转进行了实验研究。研究表明:对硫化氢一次脱除率在99.9%以上,而且操作弹性大,可以处理不同浓度的含硫化氢气体;匹配运转效果良好,碱液浓度在沉淀反应后可恢复到电解前的99%以上,可以循环利用;硫化锌产品纯度达99.96%,平均粒径在100~300nm,可通过不同结晶工艺控制粒度大小;
在原电解槽基础上,放大设计了电解槽,并初步考察了进料流速和电解电压对电解过程的影响。研究表明:进料流速1.0L·min-1、电解电压为0.8V、碱度为4.0mol·L-1及室温条件下电解制氢效果较佳,产氢量达30.6L·h-1,制氢电耗在0.703kWh·Nm-3H2左右,电解性能优于原电解槽。
通过对阳极溶解过程的电化学测试,初步研究了锌阳极溶解机理。研究表明,阳极过程的控制步骤为Zn(OH)3-的活度变化过程,为液相传质步骤控制,并提出了加快进料流速以提高电解过程效率的办法。