[发明专利]一种加速催化硫化氢和氧反应生成单质硫的技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种加速催化硫化氢和氧反应生成单质硫的技术。具体地说是一种以嗜酸性铁氧化细菌为催化剂的加速催化硫化氢和氧反应生成单质硫的技术，属于气体净化技术领域。

背景技术

硫化氢（hydrogen sulfide）是具有刺激性和窒息性的无色剧毒气体，硫化氢和氧气的反应产生单质硫这一过程在工业生产中具有重要价值，即：

            H₂S + O₂= S↓+ H₂O                   ①

利用该反应可以有效净化气体中的硫化氢污染，同时也可以生产高纯度硫磺，然而，在常规条件下，该反应速率极为缓慢，无法满足实际工业的需要。

为了加速该反应步骤，目前普遍采用的是克劳斯反应技术，其技术原理如下：

            H₂S + O₂= SO₂+ H₂O                  ②

            SO₂+ 2H₂S = 3S↓+ 2H₂O            ③

即硫化氢先和氧气燃烧生成二氧化硫，然后生成的二氧化硫和硫化氢在120-150℃的高温条件和催化剂的作用下，生成单质硫。然而该反应操作条件苛刻，催化剂价格昂贵，对设备有较大的腐蚀，并且处理过程复杂，设备的投资额和运行费用高。尽管大量的学者对克劳斯反应及催化剂进行了很多的研究（200810047108.0一种克劳斯尾气加氢脱硫催化剂快速评价的反应系统；200810022175.7内外水冷克劳斯尾气回收硫磺并达标排放的工艺；200710049014.2改良低温克劳斯硫磺回收方法；200710052787.6一种镍基克劳斯尾气加氢催化剂及其共沉淀制备方法；200710052788.0一种镍基克劳斯尾气加氢催化剂及其制备方法；200710111295.X一种含酸性气体的克劳斯硫磺回收催化剂及制备方法）， 然而其高费用、高能耗、操作条件苛刻等一直是克劳斯反应的瓶颈。

发明内容

为了克服现有的克劳斯反应的技术缺陷，本发明提供一种新的加速催化硫化氢和氧反应生成单质硫的技术。该技术采用固定化的氧化亚铁钩端螺旋菌（Leptospirillum ferrooxidans）、氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferroxidans）等嗜酸性铁氧化细菌作为生物催化剂，这些嗜酸性铁氧化细菌能够将酸性环境中的Fe²⁺转变为Fe³⁺，获得维持其生长的能量。两种价态的铁离子可以作为反应中介，加速硫化氢和氧反应产生硫磺，其反应机理如下:

   2FeSO₄+1/2O₂+H₂SO₄→Fe₂(SO₄)₃+H₂O         ④（嗜酸性铁氧化细菌催化）

   H₂S+Fe₂(SO₄)₃→Fe₂(SO₄)₃+H₂SO₄+S↓           ⑤  

总反应，即：

   H₂S + O₂= S↓+ H₂O                                      ①