Введение к работе
Актуальность исследования. Крупнейшими источниками загрязнения атмосферы соединениями серы являются кислые газы, получаемые в результате очистки нефти и природного газа от сероводорода н меркаптанов, а также отходящие газы предприятий цветной металлургии. Для извлечения серы из таких газов широко используется процесс Клауса. Основным недостатком современных промышленных катализаторов процесса Клауса на основе оксида алюминия и диоксида титана является их дезактивация в результате образования поверхностных сульфатов, приводящая к снижению активности в реакции Клауса и в реакции гидролиза COS.
Определяющую роль в образовании сульфатов играет наличие кислорода в технологическом газе. Для уменьшения его количества перед основным слоем катализатора размещают специальные катализаторы защиты, которые обеспечивают взаимодействие H2S с кислородом, снижая угрозу сульфатации. В качестве таких катализаторов используют оксид алюминия, промотнрованный соединениями переходных металлов. Промышленный опыт эксплуатации наиболее распространенного катализатора защиты AM фирмы "Rhone Pouienc" показал, чго его применение не предотвращает сульфатацню полностью. К тому же при промотировании оксида алюминия соединениями переходных металлов наблюдается уменьшение его активности в основной реакции.
Особенно остро проблема сульфатации проявляется при переработке газов с высоким содержанием кислорода, например, отходящих газов предприятий цветной металлургии, и для катализаторов, используемых в третьем каталитическом конверторе процесса Клауса и в процессе "Сульфрин", где образованию сульфатов способствуют низкие концентрации сероводорода и невысокая температура.
Целью данной работы является разработка полифункционального, устойчивого к сульфатации катализатора процесса Клауса, сохраняющего высокую каталитическую активность в реакциях Клауса и гидролиза COS в
присутствии кислорода; характеризующегося высокими защитными свойствами в широком интервале температур и концентраций реагентов.
Научная новизна. В работе впервые изучены каталитические свойства титаноксидных катализаторов, содержащих поверхностные соединения ванадия, в реакциях Клауса, окисления сероводорода кислородом и гидролиза COS. Изучено влияние добавок Mg на состояние поверхностных оксидных соединений ванадия (концентрация V ~ 1 мас.%), выявлено промотирующее влияние Mg на каталитические свойства поверхностных соединений V в реакции окисления H2S. Показано, что введение добавок V и Mg в титаноксидный катализатор увеличивает его активность в присутствии кислорода и устойчивость к сульфатации в реакциях Клауса и гидролиза COS.
Практическая ценность. На основании полученных результатов разработан новый пояифункциональный V-Mg-Ti-Ca катализатор процесса Клауса, характеризующийся высокой устойчивостью к сульфатации в реакциях Клауса и гидролиза COS в присутствии значительных (до 2 об.%) количеств кислорода и проявляющий высокие защитные свойства. Разработанный катализатор является эффективным катализатором основного и защитного слоев процесса Клауса, защитного слоя процесса "Сульфрин", а также может использоваться для эффективного извлечения серы из технологических газов, содержащих кислород, например, из отходящих газов предприятий цветной металлургии.
Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 3 печатных работы. Материалы данной диссертации включены в отчеты по теме 4.7.164 "Разработка новых эффективных катализаторов выделения газовой серы" Российской государственной программы "Экологически безопасные процессы химии и химической технологии" (1991-1994 гг.). Отдельные результаты, полученные в диссертации, были рассмотрены на годичных сессиях советско-французской комиссии по катализаторам процесса Клауса (1989-1994г.), образованной при ГКНТ СМ СССР соглашением от 3 февраля 1987г. Результаты диссертационной работы докладывались на Семинаре-презентации
нового катализатора CRS-51 фирмы Procatalysc (Москва, 5-6 октября 1996г.), на научно-производственном семинаре "Проблемы защиты окружающей среды в местах добычи, переработки и использования углеводородного сырья", проводимого в рамках международной выставки "Газ. Нефтехимия. Топливная энергетика" (Томск, 1997г.).
Структура и объем работы. Диссертационная работа включает: введение, 5 глав, выводы, список литературы и 1 приложение. Объем диссертации составляет 123 страницы, включает 14 таблиц, 24 рисунка, библиографию из 133 ссылок.