Способ фотокаталитического разложения сероводорода при солнечном облучения

(51) 01 17/04 (2006.01) 01 3/06 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Разработанный катализатор использован в фотокаталитическом разложении сероводорода при объмной скорости подачи 27-550 час-1 и температуре от 40 - до 140 С при солнечном облучении. В предполагаемом изобретении разложение сероводорода в газовой фазе фотокаталитическим методом в мягких условиях при солнечном облучении проводят на модифицированном вольфрамом(1) природном сланце с использованием концентратора солнечной энергии. При предварительном осернении контакта при 500 С в кварцевом реакторе способ позволяет увеличить производительность катализатора.(72) Закарина Нелли Аскаровна Волкова Лидия Диодоровна Ким Ольга Клементьевна(73) Акционерное общество Институт органического катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского(56) Предварительный патент РК 7760, кл. С 01 В 17/04, опубл. 15.07.1999 г(54) СПОСОБ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА ПРИ СОЛНЕЧНОМ ОБЛУЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к способам разложения сероводорода с получением серы и водорода. Изобретение относится к области химии, в частности, к способу разложения сероводорода с получением серы и водорода. Известен способ получения серы из сероводорода методом окисления (Патент РФ 2448040, С 01 В 17/04, публ. 20.04.12). Суть этого метода заключается в одностадийном окислении сероводорода хлором в газовой фазе с выделением серы и хлороводорода. Смесь хлороводорода и водорода при объмном соотношении 81 направляют на хлорирование оксида железапри температуре 1000 -1200 С. Образующийся хлорид железавыделяют из газовой смеси продуктов реакции и окисляют кислородом для получения хлора, возвращаемого на стадию окисления сероводорода, и оксид железа. Окисление сероводорода проводят при температуре более 150 С и давлении 0,1 МПа. Недостатком известного способа являются техническая сложность осуществления процесса,высокая энергоемкость, использование большого количества опасного газа - хлора. Известен способ получения серы и водорода методом каталитического разложения сероводорода(Заявка РФ 93015787/25, С 01 В 3/04, 1997). Суть способа заключается в том, что газообразный сероводород разлагают путм контактирования его с катализатором, представляющим собой сульфид медина носителе, при повышенной температуре с последующей регенерацией отработанного катализатора. Стадию контактирования проводят при 200 - 400 С и давлении 1 - 5 атм, а регенерацию катализатора осуществляют при 450 - 600 С методом отсасывания серы под вакуумом не ниже 100 мм рт. ст. или продувкой инертным газом (азот),причем стадии контактирования и регенерации проводят в одном реакторе. Недостатком известного способа является повышенная температура и давление, которые приводят к усложнению аппаратурного оформления процесса и увеличению энергетических затрат. Наиболее близким к заявляемому изобретению по своей технической сущности и достигаемому результату является фотокаталитический способ получения серы и водорода из сероводорода (Предв. Пат. РК 7760, бюл. 7 от 15.07.99). Способ заключается в том, что фотокаталитическое разложение сероводорода проводится в кварцевом реакторе объмом 15 мл на сланце с использованием концентрированного солнечного облучения. Используемый катализатор сначала прокаливают с помощью концентратора солнечной энергии при температуре 100 - 250 С. Затем пропускают через него сероводородсодержащий газ с объмной скоростью 16 час-1 при Т 290-430 С. Скорость подачи сероводородсодержащего газа варьируют от 25 до 450 час-1, а температура - от 140 до 480 С. При высоких скоростях пропускания 2 активность катализатора резко снижается. Недостатком метода является непродолжительная работа образца при высоких скоростях подачи сероводородсодержащего газа поэтому встает вопрос об увеличении времени стабильной работы при повышенных нагрузках. Предлагаемый нами способ позволяет увеличить производительность (600 час-1) и стабильность сланца. Сущность предлагаемого способа разложения сероводорода заключается в использовании активированного вольфрамом железосодержащего сланца и изменении условий предварительной активации (осернения) - при 500 С в течение 2-х часов. Для концентрирования солнечной энергии используют концентратор солнечной энергии(КСЭ). КСЭ представляет собой герметический,металлический барабан с натянутой металлизированной полимерной(полиэтилентерефталатной) пленкой. После того,как в барабане создается разрежение 80 мм водяного столба, пленка приобретает вогнутую поверхность,близкую к сферической и становится способной работать, как концентратор солнечной энергии. Степень концентрации солнечного излучения отражателем концентратора выражается формулой- диаметр фокального пятна К- коэффициент отражения При Д 60 см 0,85(для полиэтилентерефталатной пленки) используемый в работе концентратор увеличивает солнечную радиацию в 765 раз. Полученное фокальное пятно с помощью КСЭ направляется на проточный кварцевый реактор объмом 12 мл, который заполняют катализатором. Выход кварцевого реактора снабжается охладительной рубашкой, где в заполненном примнике стекловолокном конденсируется сера в результате разложения сероводорода. В предлагаемом способе катализатор проходит стадию предподготовки, т.е. его предварительно осерняют при 500 С. После осернения контакта 2 пропускают через слой катализатора с различной скоростью. Фиксируют температуру в реакторе и через определенное время (10 мин) отбирают пробы на анализ. Схема установки фоторазложения сероводорода при солнечном облучении приведена ниже (Фиг.) В результате реакции сероводород разлагается на водород и серу. Водород анализируют хроматографическим методом, анализ серы проводят весовым методом. Непрореагировавший сероводород анализируется по осадку , который образуется в результате реакции 2(О 3)22 О 3(2) Анализ водорода проводят на хроматографе Хром - 5. На колонке из нержавеющей стали длиной 1 м, диаметром 3 мм, заполненной полимером полисорб - 1 с удельной поверхностью - 320 м /г с использованием детектора по теплопроводности. В качестве газа - носителя используют аргон. Пробу газа вводят объмом 0,3 мл. Примник газа заполняется сорбентом стекловолокном,на котором осаждается образующаяся сера. Весовой метод анализа серы основывается на определении разницы массы до и после прокаливания пробы при 250 С. Стекловолокно с серой помещают в предварительно прокаленную и взвешенную чашу, затем сжигают и прокаливают в муфельной печи при 250 С в течение 2 часов. После охлаждения в эксикаторе осадок взвешивается. Результаты взвешиваний записывают с точностью до третьего знака. Массовую долю серы в пересчете на сухое веществоввычисляют по формуле где- масса навески анализируемой пробы вместе с чашей, г 1 - масса остатка вместе с чашей после прокаливания, г 2 - масса навески анализируемой пробы За результат анализа принимается среднеарифметическое значение не менее трех параллельных определений. Расхождение между опытами не превышает 0,05. В качестве катализатора используется вольфрамовый катализатор на основе железосодержащего природного сланца - 1 мас. и предварительно осерненный при 500 С в течение 2-х часов. Нижеследующие примеры раскрывают суть предлагаемого изобретения. Пример 1. В проточный кварцевый реактор загружают 12 мл катализатора. 1-Катализатор предварительно подвергается осернению по вышеописанной методике. Затем проводят фотокаталитическое разложение сероводорода на водород и серу. Скорость подачи сероводорода составляет 27 час-1, конверсия - 100, при этом образуется 2,89 г серы, 1136,2 мл водорода в н.у. Образец испытывают в течение 7 часов (25200 с). Пример 2. Методика осуществления эксперимента описана выше в примере 1. Скорость подачи сероводорода составляет 119 час-1,конверсия -100, при этом образуется 9,1 серы г,3577,2 мл водорода в н.у. Образец испытывают в течение 5 часов (18000 с). Пример 3. Фотокаталитическое разложение сероводорода на водород и серу проводят как в 1 примере. Скорость подачи сероводорода составляет 209 час-1, конверсия - 100, при этом образуется серы 6,38 г, 2513 мл водорода в н.у. Образец испытывают в течение 2 часов (7200 с). Пример 4. Фотокаталитическое разложение сероводорода на водород и серу изучают по методике, описанной в 1 примере. Скорость подачи сероводорода составляет 407 час-1, конверсия - 99,при этом образуется серы 4,09 г, 1631,2 мл водорода в н.у. Образец испытывают в течение 0,666 часов(2400 с). Пример 5. Фотокаталитическое разложение сероводорода на водород и серу проводят по выше описанной методике. Скорость подачи сероводорода составляет 550 час-1, конверсия - 97, при этом образуется 3,2 серы г, 1377,7 мл водорода в н.у. Образец испытывают в течение 0,416 часов (1500 с). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ фотокаталитического разложения сероводорода при солнечном облучении, в газовой фазе с использованием концентратора солнечной энергии, отличающийся тем, что его проводят на предварительно осерненном при 500 С в течение 2 часов модифицированном 1 мас. вольфрамом железосодержащем сланце с повышенной производительностью катализатора с селективностью 97 - 99 и высокой стабильностью при 407 час-1.