Окисление хлористого водорода в молекулярный хлор на ванадиевых катализаторах

• Автор: Тарабанько, Николай Валерьевич
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 104 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Процессы регенерации молекулярного хлора из хлористого водорода. Обзор литературы

1.1. Основные методы получения хлора

1.1.1. Исторический обзор

1.1.2. Электролитические методы получения хлора

1.1.3. Прямое окисление хлористого водорода кислородом

1.1.4. Многостадийные процессы окисления НС1 кислородом

1.1.5. Окисление НС1 на катализаторах на основе переходных

металлов

1.2. Соединения ванадия как возможные катализаторы окисления хлористого водорода

1.2.1. Поведение систем У5 хлориды металлов
1.2.2. Ванадийпиросульфатный катализатор окисления НС1
1.3. Постановка задачи
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Методики проведения термодинамических расчетов
2.2. Исходные материалы и реактивы
2.3. Приготовление катализаторов
2.4. Методики проведения экспериментов по окислению хлористого водорода
2.5. Методики анализа продуктов и катализаторов Глава 3. Термодинамические оценки возможностей променения
ванадиевых катализаторов в процессе Дикона
3.1. Равновесие взаимодействия НС1 в газовой фазе. Оптимальные условия проведения процесса Дикона
3.2. Термодинамика процессов в системах оксид ванадия хлориды щелочных металлов. Оптимальный состав ванадийхлоридного катализатора
3.3. Равновесие реакций образования УОС Глава 4. Исследование ванадийхлоридного катализатора окисления
хлористого водорода
Глава 5. Исследование ванадийсульфатного катализатора окисления хлористою водорода
5.1. Окисление хлористого водорода на ванадийсульфатном катализаторе И К16 в режиме малых конверсий
5.2. Окисление хлористого водорода на ванадийсульфатном катализаторе ИК16 в режиме глубокой конверсии
Заключение
Выводы
Благодарности
Список литературы


Наиболее привлекательным путём утилизации оставшейся доли этого отхода является регенерация элементарного хлора и рсциклинг последнего в производство. Наиболее распространённым методом регенерации хлора из хлористого водорода является электролиз. Этот способ позволяет получать хлор высокой чистоты с высокой производительностью, однако требует больших затрат электрической энергии. Кроме тою, материалы электродов, мембран и диафрагм могут деградировать из-за часто сопутствующих абгазному НС1 примесей []. Дикон-процесс). Многие из известных катализаторов данной реакции характеризуются низкой производительностью при температурах менее 0 - 0 °С, а применение более высоких температур снижает равновесную конверсию субстрата. Хорошо известны проблемы летучести катализаторов и коррозии оборудования [, ]. Однако, по данным [, ] затраты электрической энергии на осуществление Дикон-процесса могут составлять всего % от требуемых для самого экономичного способа электролиза НС1. Такие результаты получены на опытно-промышленной установке с использованием высокопроизводительного катализатора на основе диоксида рутения, который, однако, дорог. Дикон-процесс представляется привлекательным способом рсциклинга хлора в процессах хлорной металлургии: многие операции, лежащие в основе последней, протекают при весьма высоких температурах и тепло, накапливаемое перерабатываемыми веществами, может использоваться для нагрева реагентов реакции Дикона. Для успешного внедрения такого способа рсциклинга хлора в процессах хлорной металлургии необходим доступный высокопроизовдительный катализатор Дикон-процссса. Ванадиевые катализаторы широко применяются для окисления сернистого газа при 0 - 0 °С и в процессах парциального окисления органических соединений при температурах более 0 °С [-]. Однако, литературные данные о применении катализаторов на основе окиси ванадия для осуществления Дикон-процесса ограничены статьёй, в которой указывается на перспективность оксида ванадия в качестве катализатора реакции Дикона по термодинамическим соображениям. Однако, в первом же эксперименте катализатор продемонстрировал чрезвычайную летучесть []. С другой стороны, имеются патентные данные [] по более стабильным, но низкопроизводительным расплавленным сульфат-пиросульфатным системам. V'5, что позволяет реализовать замкнутый каталитический цикл. Таким образом, возникает интерес к более подробному изучению активности ванадиевых систем в реакции Дикона и условий их стабильной работы. Диссертационная работа проведена в соответствии с планами НИР Института химии и химической технологии СО РАН по программе фундаментальных исследований СО РАИ (проект 5. З.1. Исследование реакционной способности минеральных составляющих природного и техногенного сырья в гетерогенных системах, создание физико-химических основ процессов и методов переработки пол и компонентных и ультрадисперсных руд»), а также в рамках Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения (подпрограмма «Экологически безопасные и ресурсосберегающие процессы химии и химической технологии»). Работа выполнена при финансовой поддержке гранта G5 Красноярского краевого фонда науки ( г. Государственного контракта ГК № . Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности. Работа отмечена дипломом второй степени на Международной выставке-ярмарке «Химпродукт», Кемерово, . Международная конференция «Техническая химия. Всероссийская научно-практическая конференция «Лесной и химический комплексы: проблемы и решения», Красноярск, . В результате проведенных исследований разработан новый процесс получения хлора окислением хлористою водорода с использованием ванадиевых катализаторов. Активность изученных катализаторов (до 0 I' СЬ / (кг кат • ч) при 0 °С) значительно превосходит показатели всех описанных в литературе катализаторов Дикон-процесса, за исключением рутениевых систем. Установлена возможность гомогенного газофазного катализа реакции Дикона окси грихлоридом ванадия.