Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время каталитические методы рассматриваются как одно из основных средств защиты окружающей среды. Среди наиболее токсичных веществ - загрязнителей экосферы сероводород занимает одно из «лидирующих» мест. В то же время, в связи с истощением запасов самородной серы, сероводород является единственным источником для получения элементарной серы.
Общепризнанным является тот факт, что наиболее перспективными для получения серы из сероводорода являются процессы, основанные на реакции прямого гетерогенно-каталитического окисления сероводорода, особенностью которой является проведение процесса в мягких температурных условиях и с высокой селективностью по целевому продукту. В этой связи представляет интерес детальное изучение реакции прямого каталитического окисления сероводорода при широком варьировании параметров процесса, каталитических систем, а также изучение элементарных стадий реакции с применением спектральных методов.
Изучение физико-химических закономерностей протекающих процессов представляет, помимо научного, большой практический интерес.
Цель работы. Исследование реакции прямого гетерогенно-каталитического окисления сероводорода в смесях различного состава, изучение элементарных стадий процесса, поиск условий устойчивого протекания процесса, поиск высокоактивных и высокостабильных катализаторов процесса, разработка рекомендаций для создания технологий гетерогенно-каталитической очистки газов газо- и нефтедобычи и газо- и нефтепереработки от сероводорода.
Научная новизна. Исследованы закономерности процесса прямого каталитического окисления сероводорода на оксидных катализаторах.
Изучено влияние температуры и концентрации компонентов реакционной смеси на кинетические параметры процесса (активность, селективность).
Показано влияние углеводородов, воды, входящих в состав исходной газовой смеси на поведение катализаторов.
Впервые найдены кинетические параметры процесса окисления сероводорода при повышенном содержании сероводорода
Спектральными методами показано, что магнийхромовый катализатор обладает уникальной способностью связывать сероводород и диоксид серы в поверхностных сульфат-сульфитных комплексах по сравнению с другими исследованными катализаторами.
Систематически изучена активность и селективность широкого круга нанесенных оксидных катализаторов в целевой реакции. Установлено, что при температурах выше 250С наиболее активными являются кобальтсодержащие катализаторы, а в низкотемпературном диапазоне - ванадийсодержащие катализаторы.
Практическая значимость. Проведенные лабораторные исследования позволили предложить комплекс технологий очистки газов от сероводорода для различных объектов нефте- и газодобычи, нефте- и газопереработки, энергетики. Детальные исследования реакции на пилотных и опытных установках подтвердили обоснованность выбора каталитических систем и условий их эксплуатации.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Российско-Американском, совещании по экологическому катализу (Вилмингтон, США, 1994), на Международной конференции «Современные тенденции в химической кинетике и катализе» (Новосибирск, 1995), II Европейском конгрессе по катализу (Маастрихт, Нидерланды, 1995), Восьмой Международной конференции по гетерогенному катализу (Варна, Болгария, 1996), Первой Трабзонской Международной конференции «Энергетика и окружающая среда» (Трабзон, Турция, 1996), Симпозиуме Северных стран по катализу (Турку, Финляндия 1996), на 11 Международном конгрессе по катализу (Балтимор, США, 1996), I Международной Мемориальной Боресковской конференции «Катализ на пороге XX века. Наука и практика» (Новосибирск, 1997).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 50 печатных работах, в том числе материалах 24 конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, приложений и списка цитируемой литературы из 120 наименований. Работа изложена на 19І страницах, включая 41 рисунок и 14 таблиц.
Во введении обоснована актуальность проблемы и сформулированы основные задачи исследования. В первой главе (литературный обзор), приводятся данные по физико-химическим основам процесса прямого окисления сероводорода, описывающие современные научные подходы, рассмотрены и проанализированы современные методы очистки газов от сероводорода. Во второй главе описаны методики лабораторных экспериментов и методики синтеза катализаторов процесса. Третья глава содержит результаты изучения физико-химических основ процесса прямого окисления сероводорода, включающие подбор оптимальных условий процесса, кинетические характеристики реакции прямого окисления сероводорода при повышенном содержании сероводорода в исходной газовой смеси, изучение элементарных стадий процесса, а также подбор оптимальных каталитических систем. Четвертая глава посвящена описанию исследований и результатам отработки технологии на реальных объектах. Приложение содержит акты испытаний процесса на предприятиях нефте- и газопереработки, энергетики.
