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《中南大学》 2000年
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直接电解两步法处理硫化氢废气的研究

周继红  
【摘要】: 硫化氢是一种有毒的工业废气,从硫化氢中制取硫磺和氢气不但可 以回收硫化氢,而且可获得清洁能源氢气和硫磺。作者以工业废气中硫 化氢碱性吸收液为研究对象,针对直接电解法因阳极钝化无法实现应用 和工业废气中硫化氢与二氧化碳共存的问题,在前人研究成果的基础 上,首次提出了直接电解两步法处理硫化氢碱性吸收溶液制取硫磺和氢 气的新工艺。该工艺的主要原理为:第一步通过直接电解将硫氢根离子 氧化生成较高级的多硫化物,同时制取氢气;第二步采用含多硫化物的 电解液吸收工业废气中的硫化氢,溶液酸化后析出硫磺,吸收硫化氢析 出硫磺后的溶液再返回电解槽进行电解。主要研究内容如下: 1)以电化学测试方法为主要研究手段,结合XRD和SEM等现代 分析技术,研究阳极反应机理和钝化机理。研究结果显示:碱性硫化物 的阳极氧化过程分为两个阶段,第一阶段主要以硫氢根离子的电解为 主,生成的产物是易于转化为多硫化物的单体型的斜方硫,多硫化物作 为中间体产生自催化作用,可促进硫氢根离子的进一步电解;第二阶段, 以多硫化物的电解为主,其产物是稳定的聚合型α型硫磺S_8。两个阶段 的分界点是电解液中游离的硫氢根离子的摩尔数等于零价硫的摩尔数, 阳极钝化的直接原因是多硫化物氧化生成稳定的大颗粒的α型硫磺S_8, 大颗粒较难传送和较难溶解导致阳极上硫磺的不断积累。交流阻抗的研 究证实,0.5mol·L~(-1)的Na_2S溶液通过电解将50%硫氢根离子转化为零价 硫后,其溶液的吸附中间物的阻抗比原溶液的吸附中间物阻抗大近10 倍。因此,除了将高级多硫化物移出电解液,避免大颗粒的α型硫磺S_8 的产生,在电解液内部解决阳极钝化的问题极其困难。这是提出直接电 解两步法的依据。 2)较系统地总结了硫化氢碱性溶液电解的基础理论。采用板框立式电 解槽研究了流动状态下工艺条件对电解反应的影响。实验结果表明:电 流密度、温度、氢氧根离子浓度、硫氢根离子浓度和电解液的流速等对 电解反应都将产生一定的影响;其中电流密度和温度对电解反应的影响最 大,对于循环溶液的电解反应,严格控制温度和电流密度,是获得较高 转化率的关键。实验数据显示本电解工艺的电解电流效率高,各离子在 循环电解过程中能基本保持平衡。 3)首次提出采用碳酸钠溶液作为直接电解两步法的吸收基体,选择 性吸收工业废气中的硫化氢,并从热力学方面进行了分析。采用吸收塔 对混合气体的选择性吸收和原料气酸化阳极电解液分解析出硫磺进行了 中南大学博士学位论文 研究。结果表明,通过控制工艺条件,采用碳酸钠溶液选择性吸收混合 气中的硫化氢是可行。对于酸化阳极液分解析硫反应:气体中硫化氢的 含量对析硫效率的影响最显著、其次是气液流量比、温度和二氧化碳含 量等;较高硫化氢气体的含量和较高进气与进液速率的相对比值,有利 于硫磺析出和溶液中硫氢根离子浓度的增加。由于协同作用,适量二氧 化碳的吸收有利于加快析硫速度。 4)多次循环实验证实,对于电解液析硫过程的物料平衡,除碳酸根 离子浓度随循环次数有少量增加外门 次循环增加量不超过6%),其他 离子基本保持平衡。 5)研究了一种新的分离多硫化物混合物方法并采用X-射线荧光光谱 法测定,解诀了工艺研究中多硫化物溶液中不同价态硫的检测量问题, 实际样品测量结果表明,本方法测试结果良好。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:X701.7

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