Способ получения серы

(51) 01 17/04 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Изобретение относится к способам получения серы путем фотокаталитического разложения сероводорода на водород и серу на осерненном монтмориллоните Таганского месторождения и может найти применение в процессах выделения серы на предприятиях газовой, химической и нефтяной промышленности.(72) Закарина Нэлли Аскаровна Волкова Лидия Диодоровна Ким Ольга Клементьевна(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт органического катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Центр наук о земле,металлургии и обогащения Комитета науки 20507 Изобретение относится к способам получения серы, методом фотокаталитического разложения сероводорода и может найти применение в процессах выделения серы на предприятиях газовой,химической и нефтяной промышленности. Известен способ получения элементарной серы из сероводорода, содержащегося в углеводородных газах (авторское свидетельство Российской Федерации 1695612, класса С 01 В 17/04, 1995,бюллетень 8). Процесс получения серы из сероводорода проводят в две стадии первая стадия гетерогенно - каталитическое окисление сероводорода происходит в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора при 240-270 С и мольном соотношении кислорода к сероводороду, равном 1(0,55-0,7). Вторую стадию проводят при 420-500 С,происходит гетерогенно - каталитическое восстановление сернистого ангидрида углеводородами исходного природного газа. Катализаторами являются смешанные оксидные системы (, , , , ,) на носителе А 12 О 3. Степень извлечения серы составляет 99,99 . Объмная скорость подачи газа 5000 ч-1. Недостатками известного способа является сложность, так как процесс ведут в две стадии при высоких температурах 420-500 С. Процесс окисления сероводорода проводят в присутствии кислорода при мольном соотношении кислорода к сероводороду, равном 1 (0,55-0,7). Одновременно наблюдаются процессы крекинга и коксования углеводородных компонентов, при этом теряется водород, поскольку его утилизируют на воду. Известен способ получения элементарной серы из сероводорода (Патент Российской Федерации 2046755, класс С 01 В 17/04, В 01 1 23/22,1995,бюллетень 30) путем его окисления во влажных газовых смесях с использованием катализатора,содержащего мас.А 12 О 3 - 13,421,6 2 - 67,178,7 23 - 0,55 оксид меди или марганца - 35. Для приготовления катализатора используют инертный блочный носитель сотовой структуры,получаемой из неорганического аэросилогеля. Активный компонент наносят методом пропитки сотового носителя соответствующими солями с последующей сушкой и прокаливанием. Селективность составляет 99, выход серы 98 . Основным недостатком известного способа является получение одного продукта - серы. Использование массивного катализатора, трудомкость его приготовления, а также использование в качестве исходного газа смеси об.сероводород - 3, кислород - 1,5, остальное галлий, усложняет известный способ. Известен способ получения серы из сероводорода, содержащегося в углеводородных газах(Авторское свидетельство Российской Федерации 2239593, Кл С 01 В 3/06 3/26 17/04, 2003 бюллетень 11). Разложение сероводорода происходит на 2 катализаторах. Концентрация сероводорода в углеводородном газе колеблется в пределах от 0,01 -до 40 мас. Время появления непрореагировавшего сероводорода составляет от 15 до 45 минут в зависимости от 2 концентрации 2. Катализатор предварительно подвергают охлаждению, температура катализатора колеблется от - 10 до 0 С. Недостатком известного метода является низкая производительность, невозможность переработки высококонцентрированного сероводородсодержащего газа, необходимость охлаждения катализатора. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому изобретению является способ получения серы из сероводорода (Патент РК 7759, Кл 01 В 17/04, 1999, бюллетень 7). Суть этого метода заключается в том, что под действием солнечного облучения на / А 12 О 3, Со/А 12 О 3, /А 12 О 3 катализаторы происходит фоторазложение сероводорода на водород и серу. Катализаторы готовят методом пропитки у А 12 О 3 соответствующими солями, затем предварительно подвергают фотоосернению в течение трех часов. Объмная скорость подачи газа составляет от 8 до 133 ч-1 при температуре 45-415 С. Время при котором появляется непрореагировавший сероводород 10-120 минут в зависимости от объмной скорости. Недостатком известного способа является недостаточно высокая активность и необходимость расходования дорогостоящего ,и Со. Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение способа, снижение стоимости и энергозатрат, возможность использования высококонцентрированных сероводородсодержащих газов до 100 . Указанная техническая задача решается предлагаемым способом получения серы из сероводорода в присутствии катализатора и при воздейтвии концентрированного солнечного облучения дозой(0,39-7,68)108. Особенность этого метода заключается в том, что серу получают путем фотокаталитического разложения, в качестве катализатора предложен осерненный монтмориллонит Таганского месторождения. Анализ литературы показал, что использование солнечной энергии в химических процессах широко известно. Однако использование солнечной энергии только определенной дозы 0,394108 в сочетании с Таганским монтмориллонитом позволяет эффективно осуществлять фотокаталитическое разложение газов с высоким содержанием сероводорода с получением двух товарных продуктов - водорода и серы. Изобретение упрощает процесс, так как в качестве катализатора используется Таганский монтмориллонит. Использование данного метода позволяет разлагать сероводород со 100 конверсией и 100 селективностью по сере. Катализатор не теряет своей активности даже после 500 часов работы. Особенностью процесса является то, что даже при низких температурах происходит разложение сероводорода и не нужно готовить специальную газовую смесь, так как в качестве сырья применяется газ, содержащий только сероводород. Для концентрирования солнечной энергии применяют концентратор солнечной энергии (КСЭ). 20507 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 способна работать, как концентратор солнечной энергии. Степень концентрации солнечного излучения отражателем концентратора выражают формулой С- 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. Поглощенную катализатором дозу(Дж/кг) солнечной радиации за время определяют по формуле 0 Ва Удельную поверхность изученного катализатора определяют методом БЭТ по низкотемпературной адсорбции азота. Поверхность использованного в качестве катализатора природного материала составляет 4,4 м 2/г до и после продолжительного исследования в реакции фоторазложения сероводорода остается практически без изменения. После осернения пропускают 2 через слой катализатора с различной скоростью. Фиксируют температуру в реакторе и через определенное время(10 мин) отбирают пробы на анализ. Образующийся в результате реакции водород анализируют методом газожидкостной хроматографии. Конверсию сероводорода определяют по весу осадка , получаемого в результате реакции непрореагировавшего сероводорода с (3)2. Количество образующейся серы определяют весовым методом. Сероводород получают разложением сульфида натрия 7-й соляной кислотой. Наличие источника водорода - одно из условий осуществления процессов переработки нефти на действующих и перспективных заводах. При переработке высокосернистой нефти водорода,получаемого в каталитических процессах недостаточно. В связи с этим процесс фотокаталитического разложения сероводорода на водород и серу представляется актуальной для нефтехимической промышленности задачей. Где С - степень концентрации- площадь монтмориллонита, м 2- время облучения, с 0 - мощность солнечной радиации, Вт/м 2. М - масса катализатора, г. Полученное фокальное пятно с помощью КСЭ направляется на проточный кварцевый реактор объмом 12 см 3, который заполняют катализатором. Выход кварцевого реактора снабжен охладительной рубашкой, где конденсируется сера в результате разложения сероводорода. До реактора сероводород собирался в сосуде, сообщающемся с другим сосудом, содержащим разбавленную серную кислоту. В работе используется Таганский монтмориллонит, который перед опытом подвергали осернению при 550 С в течение двух часов для получения активной сульфидной фазы катализатора. Предварительными опытами установлено, что без катализатора фоторазложение сероводорода в газовой фазе практически не происходит. Химический состав катализатора приведен в таблице Содержание,мас. 1.5 1.5 6 18.4 70 1.5 0.5 0.5 0.1 Скорость подачи сырья варьировалась от 29 до 350 ч-1. Пример 1 В проточный кварцевый реактор, объмом 12 мл загружают 15 г монтмориллонита, предварительно осерненного по вышеописанной методике. Затем проводят фоторазложение сероводорода при следующих условиях объмная скорость подачи сероводорода 29 ч-1, астрономическое время 9 ч 50 мин продолжительность облучения 2 часа (7200 с) температура процесса - 50 С конверсия составляет 100.Доза облучения по формуле (2) составляет 0,39 108 Дж/кг. Пример 2 Методика проведения опыта аналогична примеру 1, в этом случае объмная скорость подачи сероводорода в зону реакции составляет 120 ч-1,астрономическое время 10 ч 20 мин продолжительность облучения 3 часа (10800 с). при этом конверсия сероводорода составляет 100. Доза облучения - 1,68 108 Дж/кг. Пример 3 Методика проведения опыта аналогична примеру 1, в этом случае объмная скорость подачи сероводорода в зону реакции составляет 350 ч-1,астрономическое время 8 ч 45 мин продолжительность облучения 45 мин (2700 с). При этом конверсия сероводорода составляет 99,5. Доза облучения - 7,68 108 Дж/кг. 3 20507 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения серы из сероводорода в присутствии катализатора и при воздействии концентрированного солнечного излучения, отли чающийся тем, что в качестве катализатора используют осерненный монтмориллонит Таганского месторождения и доза солнечного излучения составляет (0,39-7,68)108 кДж/кг катализатора.