本發(fā)明涉及電化學，具體涉及一種電化學硫碳一體化捕集和分級再生方法及裝置。
背景技術(shù)：
1、在化工過程中，天然氣、油田氣、煉廠氣和煤制合成氣的凈化都存在著酸性氣體的脫除問題。這些酸性氣體的存在，對設(shè)備、管路會有嚴重腐蝕，存在重大的安全隱患，酸性氣體也會污染環(huán)境；例如，co2是典型的溫室氣體之一，h2s是一種有強烈毒性的氣體，另外硫化氫也是claus脫硫工藝制備硫磺的一個重要原料，因此，酸性氣體的一體化捕集脫除仍是化工領(lǐng)域的一個重要研究方向。
2、目前酸性氣體(h2s和co2)捕集脫除的傳統(tǒng)技術(shù)如下：
3、一、化學吸收法中的醇胺法，其利用堿性溶劑與酸性氣體發(fā)生反應(yīng)，形成不穩(wěn)定的鹽類，再通過加熱解吸回收溶劑；
4、二、物理吸收法中利用甲醇、聚乙二醇二甲醚等溶劑對酸性氣體物理溶解進行吸收，再通過減壓或加熱解吸；
5、三、吸附法利用活性炭、分子篩等對酸性氣體進行吸附分離，再通過加熱或減壓解吸。
6、以上方法雖然廣泛應(yīng)用，但也存在一些弊端，如高能耗、高成本、設(shè)備腐蝕、效率下降等問題，不僅如此，現(xiàn)有的工藝再生解吸出來的是h2s和co2的混合氣，如果混合氣中co2含量過高、h2s含量過低會影響后續(xù)claus脫硫工藝的工況，另外，前面捕集再生出來的co2又會重新進入到claus脫硫工藝尾氣中，需要進行二次脫碳，因此需要開發(fā)出一種將酸性氣體中h2s和co2實行脫除和分離的高效的經(jīng)濟的方法。
7、而電化學技術(shù)在捕集分離co2方面具有顯著優(yōu)勢，其具有高效、環(huán)保、靈活性和低能耗等優(yōu)點。但其在h2s捕集分離方面還沒有相關(guān)研究，并且在同時含有h2s和co2的酸性氣體中用電化學捕集分離h2s和co2也無相關(guān)研究。
8、基于此，亟需一種可以實現(xiàn)酸性氣體h2s和co2的一體化捕集和分級脫除的裝置和方法，以達到低成本、高效率和無二次污染。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了實現(xiàn)一體化捕集分離h2s和co2，本發(fā)明的目的之一是提供一種電化學硫碳一體化捕集和分級再生方法。
2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種電化學硫碳一體化捕集和分級再生方法，包括以下步驟：
3、原料氣脫硫脫碳：將含h2s和/或co2的原料氣通入含有吸收劑還原態(tài)物質(zhì)的電解液中，對h2s和/或co2進行吸收后獲得含酸性氣體電解液；
4、第一次電解：在co2再生電解池中對含酸性氣體電解液進行電解，從而在電解池的陽極室形成co2和電解液的第一氣液混合物，將第一氣液混合物進行分離獲得第一電解液和co2氣體；
5、第二次電解：在h2s再生電解池中對第一電解液進行電解，從而在電解池的陽極室形成h2s和電解液的第二氣液混合物，對第二氣液混合物進行分離獲得第二電解液和h2s氣體；第一電解液和第二電解液中均含有吸收劑，第二次電解的電壓高于第一次電解的電壓；
6、吸收劑還原：第二電解液通入第一次電解和第二次電解所用電解池的陰極室，吸收劑在陰極室被還原，獲得含有吸收劑還原態(tài)物質(zhì)的電解液，并將其重新用于原料氣脫硫脫碳步驟。
7、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進：
8、進一步，電解液中還包括有機溶劑和電解質(zhì)支撐鹽，每1l有機溶劑中含有10～100mmol吸收劑和0.5～4mol/l電解質(zhì)支撐鹽。
9、進一步，吸收劑為吩嗪、吡啶、偶氮苯、對苯醌、蒽醌、二硫化物及其衍生物中的任意一種。
10、進一步，電解質(zhì)支撐鹽為四丙基六氟磷酸銨、四丁基高氯酸銨、四乙基六氟磷酸銨、四乙基高氯酸銨、六氟磷酸鋰和四氟硼酸四乙基銨的任意一種。
11、進一步，有機溶劑為二甲基亞砜、n，n-二甲基甲酰胺、乙腈、n-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃和二氯甲烷中的任意一種。
12、進一步，原料氣的流速為20-60sccm；
13、第一次電解和第二次電解的條件為：常溫、恒電流；第一電解的電壓比第二次電解的電壓低0.5～1v，第二次電解的電壓為1.5～3v。
14、本發(fā)明的目的之二是提供一種用于目的之一中的電化學硫碳一體化捕集和分級再生方法的裝置，包括：
15、酸氣吸收罐，用于放置含有吸收劑還原態(tài)物質(zhì)的電解液；
16、co2分離單元：包括co2再生電解池，位于co2再生電解池內(nèi)部且將co2再生電解池分隔成陽極室和陰極室的隔膜，分別位于陽極室和陰極室的陽極和陰極，以及與co2再生電解池的陽極室連接的co2分離罐，co2再生電解池的陽極室與酸氣吸收罐連接；
17、h2s分離單元：包括h2s再生電解池，位于h2s再生電解池內(nèi)部且將h2s再生電解池分隔成陽極室和陰極室的隔膜，分別位于陽極室和陰極室的陽極和陰極，以及與h2s再生電解池的陽極室連接的h2s分離罐，h2s再生電解池的陽極室與co2分離罐連接；
18、其中，h2s分離罐與h2s再生電解池的陰極室和co2再生電解池的陰極室均連接，酸氣吸收罐與h2s再生電解池的陰極室和co2再生電解池的陰極室均連接。
19、進一步，酸氣吸收罐、co2分離罐和h2s分離罐的頂部均設(shè)有出氣口。
20、進一步，陽極和陰極均由碳布、碳氈、碳纖維或石墨板制成。
21、進一步，隔膜為離子交換膜。
22、本發(fā)明具有以下有益效果：
23、1、本發(fā)明通過外置電源供能，促使吸收劑被還原轉(zhuǎn)變?yōu)槁芬姿箟A，使其具備捕集h2s和co2的能力；同時，由于吸收劑還原態(tài)物質(zhì)與h2s的結(jié)合能力強于其與co2的結(jié)合能力，基于此，本發(fā)明通過電位差異分步氧化分級脫除出純凈的h2s和co2，實現(xiàn)了易于實施，無二次污染的一個連續(xù)系統(tǒng)。
24、2、本發(fā)明具有高效分離和低能耗：電化學技術(shù)可以通過調(diào)控電位，實現(xiàn)對h2s和co2的高選擇性分離；操作過程通常在常溫常壓下進行，無需高溫或高壓，能耗較低。
25、此外，本發(fā)明還具有靈活性好，可模塊化：具體為，電化學系統(tǒng)可以靈活調(diào)整操作參數(shù)，適應(yīng)不同濃度的h2s和co2；后續(xù)可設(shè)計成模塊化形式，便于擴展和集成到現(xiàn)有酸性氣體處理設(shè)施中。
26、3、本發(fā)明具還具有設(shè)備簡單，維護成本低：具體為，電化學系統(tǒng)通常不需要復(fù)雜的設(shè)備，且電化學過程對設(shè)備的腐蝕性較低，減少維護成本和設(shè)備損耗。并且本發(fā)明還方便資源化利用，本發(fā)明中的h2s和co2可以徹底分離，可繼續(xù)將h2s和co2進一步轉(zhuǎn)化成高附加值產(chǎn)品。
1.一種電化學硫碳一體化捕集和分級再生方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電解液中還包括有機溶劑和電解質(zhì)支撐鹽，每1l所述有機溶劑中含有10?~100?mmol吸收劑和0.5~4?mol/l電解質(zhì)支撐鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述吸收劑為吩嗪、吡啶、偶氮苯、對苯醌、蒽醌、二硫化物及其衍生物中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述電解質(zhì)支撐鹽為四丙基六氟磷酸銨、四丁基高氯酸銨、四乙基六氟磷酸銨、四乙基高氯酸銨?、六氟磷酸鋰和四氟硼酸四乙基銨的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述有機溶劑為二甲基亞砜、n，n-二甲基甲酰胺、乙腈、n-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃和二氯甲烷中的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5任一項所述的方法，其特征在于，所述原料氣的流速為20-60sccm；
7.一種適用于權(quán)利要求1~6任一項所述電化學硫碳一體化捕集和分級再生方法的裝置，其特征在于，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述酸氣吸收罐、co2分離罐和h2s分離罐的頂部均設(shè)有出氣口。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述陽極和陰極均由碳布、碳氈、碳纖維或石墨板制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述隔膜為離子交換膜。