Исследование реакции окисления сероводорода кислородом при температурах ниже точки росы серы на ванадийоксидных катализаторах

• Автор: Калинкин, Петр Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 152 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Промышленные процессы получения серы из низкоконцентрированных сернистых газов
1.2. Дезактивация катализаторов
1.3. Физико-химические особенности реакции прямого окисления сероводорода
1.3.1. Прямое окисление сероводорода при температурах выше точки росы серы
1.3.2. Прямое окисление сероводорода при температурах ниже точки росы серы
1.3.3. Нестационарные явления при окислении сероводорода
1.4. Оксид ванадия как катализатор прямого окисления Н2Б
1.5. Физико-химические характеристики ванадиевых катализаторов
1.6. Общие выводы
Глава II. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
II. 1. Описание установки
И.2. Методики кинетических измерений
11.3. Катализаторы и методики их приготовления
Н.4. Методики физико-химических исследований
Глава III. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ОКИСЛЕНИЕ КИСЛОРОДОМ НА
ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩИХ КАТАЛИЗАТОРАХ
III. 1. Кинетика реакции окисления Н2Б на У
Ш.2. Математическое описание пленочной модели
111.3. Влияние параметров реакции на протекание процесса окисления Н2Б на нанесенных катализаторах
Ш.3.1. Зависимость селективности катализатора от величины мольного
соотношения 02/Н
Ш.3.2. Влияние температуры на характеристики реакции окисления Н
Ш.З.З. Анализ причин возникновения колебательных процессов
Ш.3.4. Заключение
Ш.4. Влияние концентрации У205 на протекание процесса окисления

111.4.1. Окисление H2S на катализаторах У203/ТЮ
111.4.2. Окисление H2S на катализаторах V20s/Al
111.4.3. ЯМР исследования исходных катализаторов
111.4.4. ЯМР исследования катализаторов после реакции
111.4.5. Результаты рептгено-фотоэлектронпой спектроскопии
111.4.6. ЭПР исследования катализаторов после реакции
111.4.7. Заключение
III.5. Влияние пористой структуры и кислотно-основных свойств носителя на протекания процесса окисления
Глава IV. РАЗРАБОТКА АДСОРБЦИОННО-КАТАЛИТИЧЕСКОЙ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ПРОЦЕССА ОКИСЛЕНИЯ H2S КИСЛОРОДОМ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ НИЖЕ ТОЧКИ РОСЫ СЕРЫ
IV. 1. Очистка сероводородсодержащих газовых смесей, не содержащих паров воды
IV.2. Очистка сероводородсодержащих газовых смесей в присутствии паров воды110 Глава V. АКТИВНОСТЬ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩИХ КАТАЛИЗАТОРОВ В РЕАКЦИИ КЛАУСА В ПРИСУТСТВИИ КИСЛОРОДА
V.l. Выбор носителя
V.2. Активность катализаторов в реакции Клауса при температурах выше точки
росы серы
V.3. Активность катализаторов в реакции Клауса при температурах ниже точки росы серы
ВЫВОДЫ...............................................................134 ..
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Процесс окисления сероводорода применяется в промышленности с 90-х годов XIX века. Однако данная реакция сохраняет не только практический, но и научный интерес. Механизм реакции окисления до сих пор дебатируется... Актуальность создания новых эффективных технологий извлечения серы из низкоконцентрированных сероводородсодержащих газов (менее 3% об. Н28) определяется ужесточением экологических норм к содержанию сернистых соединений в природных, топливных и отходящих газах. Это обуславливается высокой токсичностью и коррозионной активностью, как сероводорода, так и продуктов его окисления (802, БОз). Поэтому процессы обезвреживания сероводорода имеют большую перспективу для очистки топливных и выбросных газов, газов коксохимического производства, технологических растворов и сточных вод в целлюлозной промышленности, нефтепереработке, в производстве различных продуктов, содержащих серу.
Промышленные способы переработки газов, содержащих Н28, основаны на реакции селективного каталитического окисления с получением элементной серы. При содержании сероводорода в газе 5-80%, как правило, его обезвреживание происходит по реакции Клауса (I).
2Н28 + БОг о 3/п 8П + 2Н20 (I)
Использование в качестве окислителя диоксида серы, а не кислорода, обусловлено тем, что тепловой эффект реакции (I) более чем на порядок ниже, чем при окислении П28 кислородом [1]. Однако, вследствие обратимости реакции Клауса, в газах с содержанием Н28 ниже 5% последний . не может быть превращен в серу в рамках существующей схемы [2]. Поэтому существует проблема переработки Н28 в газах с его низким содержанием. Сероводород в этих газах перспективно обезвреживать, используя каталитическое окисление Н28 кислородом по реакции (II).
2Н28 + 02 -> 1/п Бп + 2Н20 (II)

Таблица 1.
Термодинамические и каталитические характеристики оксидов ванадия в реакции окисления нафталина
Оксид ЛН0(298°С), ккал/моль 02 Р. ккал/моль 02 Д8(550°С), э. е. Рог (торр) Vxl05, моль/мин*м2 390°С
600"С 550"С
у2о5 148.5 71 66 - 1.25** -2.25** 1.
У204.34 (в смеси с У204 и У205) 164* 65 49 -2.7 -3.6 17.
у2о4 171 58 39 -3.25 -4.05 7.
* Значение взято для индивидуального У204.з4 ** на У205 стандартно обработанном при 500°С