Способ получения серы и водорода

 

Изобретение относится к способам получения серы и водорода из Н₂S - содержащих газов. Сущность изобретения заключается в получении серы и водорода путем окисления сероводорода перекисью водорода с концентрацией 10-20% при температуре 350-400^oC и мольном соотношении H₂S:H₂O₂ = 2:1.

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к способам очистки газов от сероводорода, которые в дальнейшем могут быть использованы в газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Превращение H₂S в элементарную серу путем его каталитического окисления с помощью кислорода воздуха (процесс Клауса) является наиболее распространенным методом получения серы и обезвреживания сероводорода. Описанный в работе [1] процесс Клауса заключается в том, что взаимодействие сероводорода и сернистого газа осуществляется в реакторе с организованной насадкой кипящим слоем при температурах в начале слоя 420-450^oC, в конце слоя 260-280^oC. Конверсия H₂S составляет 90-91% Недостатком вышеуказанного процесса является то, что процесс состоит из двух стадий: образование двуокиси серы и взаимодействие полученного диоксида серы с непрореагировавшим сероводородом. Кроме того, поверхность катализатора может оказаться покрытой конденсированной серой, которая может привести к резкому уменьшению активности процесса и потере чистой серы, а также потере водорода в виде отходной воды.

Эффективным методом очистки от сероводорода является некаталитическое окисление H₂S до элементарной серы и водорода, которые в свою очередь могут использоваться как ценное химическое сырье и как топливо.

Известен способ разложения сероводорода путем его окисления кислородосодержащим газом при высокой температуре [2] Этот способ является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению и принимается за прототип (он же является базовым объектом).

В указанном процессе исходный газ, содержащий ≥80% H₂S, подогревается и подается в камеру сгорания, куда одновременно направляется газ с содержанием ≥80% O₂. Полученная смесь охлаждается в котле-утилизаторе до температуры <700C. Большая часть серы в виде жидкой фазы отделяется в конденсаторе. Полученный газ подогревается и направляется в реактор, где в результате каталитической реакции образуется газ, содержащий Н₂. Газовая смесь подается в скруббер на выходе из которого получают загрязненный H₂.

Недостатком этого процесса является высокая температура, что требует дополнительной энергии. С другой стороны получение водорода осуществляется в отдельном дополнительном реакторе с использованием катализатора.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение технологий процесса за счет снижения температуры, а также получение твердой серы и водорода одновременно в одном и том же реакторе в гомогенных условиях без применения катализатора.

Для достижения указанной цели процесс окисления H₂S осуществляется в полом малообъемном кварцевом реакторе, нагретом до 350-400^oC с помощью электрической печки. Полученный лабораторным путем H₂S без примесей подается в реакционную зону со скоростью 0,1-0,4 л/ч. Отдельно в реакционную зону подается перекись водорода в водном растворе с концентрацией 10-30% Полученная твердая сера, проходя через холодильник, собирается в приемнике.

Предлагаемый способ иллюстрируется нижеприведенными примерами.

Пример 1. Сероводородный газ со скоростью 0,20 л/ч и 20%-ный водный раствор перекиси водорода подаются в полый реактор проточного типа, нагретый до 450^oC. Мольное соотношение перекиси водорода к H₂S 1:2. Температура реакционной зоны 450^oC. Полученная твердая сера собирается в приемнике. Конверсия сероводорода составляет 78% Селективность полученной твердой серы 96% водорода 93,1% Молекулярный выход водорода на пропущенный H₂S составляет 67,4% Пример 2. Сверху в реактор подают отдельно сероводородный газ и водный раствор перекиси водорода в мольном соотношении 1:1 с объемной скоростью 0,17 л/ч и 0,76 мл/ч соответственно. Концентрация перекиси водорода 30% температура реакционной зоны 400^oС. При этом конверсия сероводорода составляет 80% селективность полученной твердой серы 96% водорода 80,2% выход водорода на пропущенный H₂S составляет 64% Примеры 3-6 осуществляются аналогично примерам 1 и 2.

Отличительной особенностью предлагаемого способа окисления сероводорода является то, что этот процесс протекает в химической системе, где присутствует химическое сопряжение.

Химическое сопряжение образуется между двумя реакциями с помощью промежуточных радикалов ОН и НО₂, образовавшиеся в результате разложения H₂О₂.

Рассматриваемая с этих позиций, предложенная реакция протекает по следующему радикально-цепному механизму Из суммарной реакции мы видим, что из вступившего в реакцию H₂S образуется 1 моль молекулярного H₂ и 1 моль H₂ расходуется на образование воды.

Таким образом, предложенный способ позволяет упростить технологию процесса за счет снижения температуры до 350-400^oС, исключения каталитической системы для получения водорода благодаря применению перекиси водорода.

Формула изобретения

Способ получения серы и водорода из сероводородсодержащего газа, включающий окисление последнего при повышенной температуре и последующее выделение целевых продуктов из реакционной газовой смеси, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют пероксид водорода с концентрацией 10 20 мас. и процесс ведут при 350 400^oС и молярном соотношении H₂S H₂O₂ 2 1.