DE1924356A1 - Verfahren zur Herstellung von Schwefel aus Schwefelwasserstoff - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung ven Schwefel aus Schwefelwasserstoff Schwefel wird zu einem wesentlichen Teil der Weltproduktion aus Schwefelwasserstoff gewonnene Mit dem Ansteigen der Erdgasförderung gewinnen der im Erdgas enthaltene Schwefelwasserstoff und die hierfür geeigneten Verfahren für die Schwefelgewinnung zunehmen an Bedeutung Das vorwiegend eingesetzte Verfahren zur Verarbeitung des Schwefelwasserstoffes zu Schwefel ist das C l a u g -Verfahren(1, welches in einer Verbrennung des Schwefelwasserstoffs mit einer stöchiometrischen Menge an Luftsauerstoff besteht, wobei der Großteil des schwefelwasserstoffs zu elenentarem Schwefel umgesetzt wird. Die nichtumgesetzten Reste an Schwefelwasserstoff werden zu Schwefeldioxid verbrannt und in die Atmosphäre abgelassen. Durch vorhandenes Kohlendioxid entstehen bei dem Claus-Verfahren unerwünschte Nebenprodukte, vorwiegend Schwefelkohlenstoff und Kohlenoxidsulfid, die hydrolysiert und aufgearbeitet wrder müssen. sln weiterer Nachteil des Claus- Verfahrens besteht darin, dass die großtechnische Durchführung erschwert wird. Wegen der unvollständigen Umsetzung des Schwefelwasserstoffs muss das Verfahren mehrstufig durchgeführt werden.
• I)abe i jat die Einstellung der stöchiometrischen Menge an Luftsauerstoff eine wichtige Voraussetzung. Auch unter diesen Bedingungen gelingt es nicht, Schwefelwasserstoff vollständig zu Schwefel umzusetzen und das Auftreten von Nebenprodukten wie Schwefeldioxid, Schwefelkohlenstoff und Kohlenoxidsulfid zu vermeiden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile bei der Herstellung von Schwefel aus Schwefelwasserstoff zu vermeiden.
• Es wurde nun überraschend gefunden, dus eine vollständige Umsetzung des Schwefeiwasserstoffe zu elementarem Schwefel erfindungsgemäss dadurch erzielt wird, dass der Schwefelwasserstoff elektrochemisch unter Gewinnung elektrischer Energie umgesetzt wird.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass zur elektrochemischen Umsetzung eine Anode verwendet wird, die aus einem oder mehreren Metailsulfiden besteht. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Wolframdiaulfid und/oder Molybdändisulfid.
• Da die Metallsulfide selbst nicht elektrisch leitend sind, muß zur Herstellung der Elektrode ein leitfähiger Zusatzstoff @ugegeben werden. Als Zusatzstoff kann vorteilhaft Wolframcarbid cder Hartkohle mit einem Anteil von 10 - 50 Gew.% verwendet werden, wie es in der Patentanmeldung P 19 05 056.7 beschrieben ist.
• Zur Oxydation des Schwefelwasserstoffs kann vorteilhaft Luft verwendet werden. Als Kathode kann eine Kohleelektrode nach Patentanmeldung P 16 71 450,4 dienen die aus einem Gemisch von poröser ktiv und Hartkohle mit einem Bindemittel besteht.
• Bei der Umsetzung des Schwefelwasserstoffs gemäss der Erfindung läuft die Reaktion in vereinfachter Darstellung nach den folgenden beiden Teilreaktionen ab: Als Elektrolyt kann z.B. verdünnte Schwefelsäure verwendet werden. Bei der Umsetzung des Schwefelwasserstoffs fällt der @elementare Schwefel an der Anode in amorpher Form i Elektrolyt als Suspension an. Da bei der elektrochemischen Umsetzung des Schwefelwasserstoffs zwischen den Elektroden eine Potentialdifferenz entsteht, kann das erfindungsgemässe Verfahren, bzw die Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens als Brennstoffzelle verwendet werden. In dieser Kombination, nämlich der Herstellung von elementarem Schwefel einerseite und der Gewinnung von elektrischer Energie andererseits, wird eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung gesehen.
• Der Schwefel fällt an der Anode in amorpher Form im Elektrolyten als Suspension an. Um eine Verstopfung der Elektroden proben zu vermeiden, wird der Elektrolyt zweckmässig umgewälzt und kontinuierlich aus der Brennstoffzelle abgeführt. Ausserhalb der Brennstoffzelle wird dann der suspendierte Schwefel durch geeignete und bekannte Vorrichtungen abgetrennt, wobei kontinuierliche Vorrichtungen, wie z.B, Filterfliessbänder oder Zentritugalabscheider den Vorzug zu geben sind.
• Das Weson der Erfindung soll anhand eines in der Figur dargestellten schematischan Ausführungsbeispieles erläuert werden.
• In der Brennstoffzelle 1 wird als gasförmiger Brennstoff Schwefelwasserstoff und als Oxydans Luft zugeführt. Mittels einer Umwälzpumpe 2 werden der Elektrolyt und der in ihm suspendierte schwefel einem Sammelkanal 3 zugeführt. Die Brenstoffzelle wird zweckmässig als Brennstoffzellenbatterie mit mehreren Einzelzellen ausgeführt. Den Anoden der Zellen wird schwefelwasserstoffhaltiges Erdgas zugeleitet, während die Kathoden mit Luft beschickt werden. Die Elektrolyträume sind parallel geschaltet, so dass der suspendierte Schwefel aus jeder Brennstoffzelle unmittelbar in den Sammelkanal 3 gelangt. In dem Schwefelabscheider-4, beispielsweise einem Zentrifugalabscheider, wird der Schwefel eliminiert, während dae bei der elektrochemischen Umsetzung gebil dete Wasser in einem Wasserabscheider 5 entfernt wird. Der Elektrolytatrom gelangt schliesslich nach Durchströmen der Pumpe 2 über einen Säurebehälter 6 wieder in die Brennstoffzellenbatterie.
• An den Polen 7 kann ein Nutzetrom entnommen werden, wobei ein Teil der gewonnenen Energie zum Betrieb der Umsälzpumpe abgezweigt wird.
• Bei einem elektrochemischen Wirkungsgrad von 55 werden aus 1,54 kg, entsprechend 1 m3 Schwefelwasserstoffgas, rund 1,35 kWh an elektrische Energie und etwa 1,4 kg an elementarem Schwefel gewonnen.
• Dabei werdon aus einem Mol Schwefelwasserstoffgas theoretisch 53,6 Ah bei einer Spannung von etwa 1 V, d.hj rund 54 Wh geliefert. Die zum Betrieb der Umwälzpumpe erforderliche elektrische Energie wird dem von der Brennstoffzellenbatterie gelieferten Nutzstrom entnommen und beträgt nur einige Prozent der nutsbaren elektrischen Energie der Batterie.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Schwefel aus Schwefelwasserstoff, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Schwefelwasserstoff elektrochemisch unter Gewinnung elektrischer Energie zu elementsrem Schwefel umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, dass zur elektrochemischen Umsetzung eine Anode verwendet wird, die aus einem oder mehreren Metallsulfiden besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t dass eine Anode aus Wolframdisulfid und/oder Molybdändisulfid nach Patentanmeldung P 19 05 056.7 verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Kathode eine Kohleelektrode verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n nz e i e h n e t, dass eine Kohleelektrode nach Patentanmeldung P 16 71 450.4 verwendet wird.

6. Verfahren nach den Ansprechen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n s e i c h n e t, dass die Umsetzung durch Oxydation mit Luftsauerstoff erfolgt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, o a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Elektrolyt verdünnte Schwefelsäure verwendet wird.

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Moh Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch die Kombination der Ansprüche 3, 5, 6 und 7.