Нановолокнистый углерод как селективный катализатор окисления сероводорода в серу молекулярным кислородом

• Автор: Шинкарев, Василий Викторович
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Классификация газов содержащих серу

1.2 Процессы производства элементарной серы

1.2.1 Процесс Клауса.

1.2.2 Процессы селективного окисления сероводорода.

1.2.3 Процессы разложения сероводорода.

1.3 Катализаторы окисления сероводорода

1.3.1 Катализаторы процесса Клауса.

1.3.2 Катализаторы селективного окисления сероводорода в серу

1.4 Выводы.
Глава 2. Экспериментальная установка и методические особенности исследования селективного окисления сероводорода в серу
2.1 Кинетическая установка окисления сероводорода
2.2 Лабораторный реактор для исследования катализаторов
2.3 Методика проведения экспериментов и измерений
2.3.1 Типичные условия проведения процесса.
2.3.2 Порядок проведения экспериментов.
2.3.3 Анализ и обработка результатов эксперимента
2.4 Методы и условия приготовления исследуемых в работе нановолокнистых углеродных катализаторов.
2.5 Физикохимические методы исследования нановолокнистых углеродных катализаторов.
2.5.1 Определение текстурных параметров
2.5.2 Просвечивающая электронная микроскопия.
2.5.3 Сканирующая электронная микроскопия
2.5.4 Инфракрасная спектроскопия
2.5.5 Термический анализ
2.6 Выводы
Глава 3. Исследование физикохимических свойств нановолокнистых углеродных материалов, используемых в экспериментах.
3.1 Структурные характеристики образцов.
3.2 Текстурные характеристики образцов
3.3 Температура начала окисления образцов НВУ.
3.4 Химическая модификация поверхности образцов НВУ.
3.5 Выводы
Глава 4. Исследование влияния свойств НВУ и параметров реакционной среды на характеристики реакции селективного окисления сероводорода в серу в присутствии НВУ
4.1 Влияние удельного выхода НВУ на его каталитические характеристики
4.2 Влияние структуры НВУ на его каталитические характеристики
4.2.1 НВУ со структурой вложенных конусов.
4.2.2 НВУ со структурой колода карг.
4.2.3 НВУ со структурой многостенных нанотрубок.
4.3 Влияние предварительной химической обработки НВУ на его каталитические характеристики.
4.4 Влияние предварительной термической обработки НВУ на его каталитические характеристики.
4.5 Влияние состава реакционной среды на конверсию и селективность процесса окисления сероводорода в присутствии НВУ.
4.5.1 Влияние соотношения ОгНгЭ на конверсию и селективность в присутствии НВУ.
4.5.2 Влияние содержания паров воды на конверсию и селективность в процессе окисления сероводорода в присутствии НВУ
4.6 Оптимизация свойств НВУ катализаторов для применения в процессах селективного окисления сероводорода
4.7 Выводы.
Глава 5. Сравнительные испытания.
5.1 Сравнительные испытания нановолокнисгого углеродного и других катализаторов селективного окисления сероводорода в серу.
5.2 Выводы.
Выводы.
Литература


С точки зрения выбора технологии очистки этих газов от сероводорода, их удобно разделить на кислородсодержащие и бескислородные 1. К группе кислородсодержащих относятся вентиляционные газы предприятий вискозного волокна, природной серы, переработки газов, коксохимических и др. Содержание сероводорода в этих газах непостоянно, как правило, невысоко и колеблется в широких пределах 0,1 мгм3. Это создаст значительные трудности в очистке газов, которая осуществляется, главным образом, с целью обезвреживания выбросов. Вследствие низкого содержания в них сероводорода выход серы или серосодержащих продуктов при очистке выбросов незначительный. Вторая группа сероводородсодержащих газов бескислородных представлена природными газами, газами нефтедобычи, нефтепереработки и газификации твердого и жидкого топлив 2. Среди них наибольшее практическое значение как сырье для производства серы имеют природные и попутные ссроводородсодсржащие газы. Долгое время сероводород считался вредным компонентом газа и послужил причиной консервации месторождений сероводородсодержащего газа, как в нашей стране, так и за рубежом, независимо от их размеров. С середины в. США, Канаде, Франции, России. В нашей стране с пуском и освоением Оренбургского и Астраханского газоконденсатных месторождений и заводов газовая сера заняла доминирующее положение в общем объеме выпуска серы. Анализ состава природных газов показывает, что с ростом глубины залегания в них закономерно возрастает концентрация сероводорода. Так, на глубинах до м концентрация сероводорода в газе не превышает 3 Камарихинское, Кокуйскос, Осиповское, Оренбургское месторождения и др. Саратовское, Кондым, Уртабулак, а на больших глубинах м возрастает до и выше до в Астраханском, до в ПениВуде в США. Имеются также исключения из правил Карачаганакское месторождение, содержание сероводорода составляет до 3,5 при глубине залегания м. Такая закономерность согласуется с гипотезой о том, что на глубине примерно км находится пояс из расплава серы и сульфидов металлов 1. Таким образом, вероятные запасы природных сероводородсодержащих газов значительны, и есть все основания полагать, что они в перспективе будут возрастать, а газохимичсская подотрасль промышленности находится только в начале своего развития. Следует особо подчеркнуть, что природный сероводородсодержащий газ является технологически более удобным и дешевым сырьем для производства серы, чем серные руды. Газообразное состояние сырья значительно упрощает его транспортирование и аппаратурное оформление процесса получения, отпадает необходимость в громоздких и энергоемких операциях подготовки сырья и очистки готовой продукции. Н, 1. Клауса 3 2, 1. На сегодняшний день процесс Клауса является основной технологией переработки сероводорода и производства элементарной серы. Основы этого процесса были разработаны английским химиком Карлом Клаусом во второй половине Х1Хго века 3,4. Однако в своей нынешней конфигурации так называемый модифицированный процесс Клауса он был впервые предложен и использован германской фирмой Ю РагЬетбшйте в х годах ХХго века 5,6. Эта модификация оказалась настолько удачной, что она практически в неизменном виде уже более лет используется на тысячах промышленных установках во всем мире. Типичная технологическая схема процесса Клауса представлена на рисунке 1. В своей основной и наиболее типичной конфигурации современные установки Клауса содержат 2 термическую ступень высокотемпературную печь Клауса, основную каталитическую ступень, ступень доочистки хвостовых газов и ступень дожита отходящих газов. На первой стадии процесса в печи Клауса происходит гомогенное окисление сероводорода, содержащегося в кислом газе кислородом воздуха. Типичная температура в факеле горения сероводорода составляет от С до С при высоком содержании углеводородов в кислом газе. При этом помимо целевой реакции 1. Н 2 2Н, 1. Клауса 1. Реакция Клауса обратима и накладывает существенные ограничения на суммарный выход серы в печи Клауса, который на практике не превышает .