Электрокаталитический способ получения элементной серы из сероводорода

Изобретение относится к области электрохимии. В органический растворитель с фоновым электролитом вводят электрокатализатор - 3,5-ди-трет-бутил-о-бензохинон и проводят электролиз сероводорода на платиновом аноде при температуре 20-25°С и атмосферном давлении. При этом получают элементную серу. Изобретение позволяет снизить энергозатраты и сократить время стадии регенерации электрокатализатора.

 

Изобретение относится к области органической электрохимии, в частности, к способам получения элементной серы на основе сероводорода, входящего в состав природного и попутного нефтяного газа, которое может быть использовано в процессах доочистки «хвостовых» газов после проведения двухстадийного Клаус-процесса на предприятиях газоперерабатывающей промышленности.

Известен способ получения элементной серы, включающий окисление сероводорода кислородом на твердых катализаторах, селективное извлечение серы из продуктов реакции путем барботирования нагретого воздуха через слой жидкой серы при температуре 127-158°С и последующего удаления серы в процессе седиментации из зоны «барботажного слоя», представляющего собой смесь этиленгликоля и буферной жидкости. Способ позволяет значительно снизить энергозатраты и повысить безопасность процесса [Патент РФ №2316469, 2008 г.].

Недостатками данного способа являются: повышенные температура и давление процесса в газофазных условиях, многостадийность проведения процесса, использование буферной жидкости, наличие сложнореализуемой стадии барботирования расплава серы, что значительно усложняет технологический процесс и увеличивает материальные затраты на его проведение.

Известен способ получения элементной серы на основе сероводорода при окислении газообразного реагента в присутствии пространственно-затрудненных о-бензохинонов в органическом растворителе [Берберова Н.Т. и др. // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология, Иваново: ИГХТУ. - 2003. - Т.46. - Вып.6. - С.74-78].

Основным недостатком указанного способа является необходимость стадии регенерации окислителей в присутствии кислорода воздуха, что значительно увеличивает время проведения процесса и усложняет оборудование для реализации данного метода получения элементной серы.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ получения элементной серы из сероводорода в условиях электролиза, включающий электрохимическое окисление сероводорода на платиновом аноде в органическом растворителе (ацетонитриле) в присутствии фонового электролита при потенциале 1,6 В при комнатной температуре и атмосферном давлении [Берберова Н.Т., Шинкарь Е.В. Катион-радикал сероводорода и органические реакции с его участием // Известия РАН, Серия химическая. 2000. - №7. - С.1182-1188].

Недостатками данного способа являются: высокое значение потенциала окисления сероводорода (1,6 В) и его адсорбция на поверхности электрода в условиях электролиза, что влияет на возрастание энергозатрат, стоимости получаемой элементной серы и снижение эффективности процесса.

Техническая задача - разработка энергоемкого электрокаталитического способа, направленного на получение элементной серы из сероводорода в органической среде с относительно высоким выходом.

Технический результат - усовершенствование процесса получения элементной серы на основе сероводорода, позволяющего снизить значение анодного перенапряжения и время регенерации электрокатализатора.

Он достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем введение в органический растворитель с фоновым электролитом электрокатализатора - 3,5-ди-трет-бутил-о-бензохинона до начала электролиза сероводорода, их взаимодействие с образованием 3,5-ди-трет-бутил-1,2-дигидроксибензола, который окисляется на платиновом аноде в процессе электролиза при температуре 20-25°С и атмосферном давлении, получают элементную серу с последующим декантированием исследуемого раствора с целью выделения целевого продукта.

Конверсия сероводорода в элементную серу достигает 100%, что обусловлено возможностью циклической регенерации 3,5-ди-трет-бутил-1,2-дигидроксибензола в 3,5-ди-трет-бутил-о-бензохинон на аноде.

Данный способ основывается на способности сероводорода к взаимодействию при температуре 20-25°С с 3,5-ди-трет-бутил-о-бензохиноном, приводящему к образованию серы и 3,5-ди-трет-бутил-1,2-дигидроксибензола, с последующим его окислением на платиновом аноде в органических средах на фоне перхлората н.-тетрабутиламония до исходного 3,5-ди-трет-бутил-о-бензохинона при потенциале Епа=1,1 В (в CH3CN), что способствует снижению анодного перенапряжения на 0,5 В по сравнению с прямым электрохимическим способом окисления сероводорода до элементной серы. Образующиеся в результате реакции сероводорода с 3,5-ди-трет-бутил-о-бензохиноном тиильные радикалы димеризуются с образованием дисульфана (H2S2) с последующим наращиванием сульфидной цепи до три- (H2S3), полисульфанов (HSnH) и элементной серы.

На основании экспериментальных данных, полученных в ходе проведения процесса получения элементной серы из сероводорода в условиях электрокатализа в органических средах, можно записать схему вышеуказанного процесса:

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Получение элементной серы из сероводорода в органическом растворителе (CH3CN).

Способ получения элементной серы из сероводорода включает его предварительную осушку, ввод органического растворителя и фонового электролита в электролизер, погружение электродов, установление значения анодного потенциала (1,13 В), введение 3,5-ди-трет-бутил-о-бензохинона, подачу сероводорода с определенной скоростью и проведение электролиза.

Способ реализуется с помощью электролизера и потенциостата (IPC Pro 2000), обработка данных проводится при использовании IBM и специализированного пакета программ. Аналоговая компенсация омических потерь с помощью потенциостата предусмотрена в связи с проведением электрохимических измерений в неводных средах.

В бездиафрагменный электролизер, предназначенный для трехэлектродной системы, с платиновыми рабочим и вспомогательным электродами, площадью поверхности S=700 мм2, заливали 100 мл очищенного и обезвоженного CH3CN, добавляли навеску фонового электролита (3,5 г высушенного перхлората н.-тетрабутиламмония) и вводили 1,1 г 3,5-ди-трет-бутил-о-бензохинона. Электролизер снабжен барботером для ввода сероводорода.

Сероводород подавали непрерывно в течение 3 ч со скоростью 3 л/ч при интенсивном перемешивании. Растворимость сероводорода в ацетонитриле (0,01 г/мл) оценивали весовым методом по реакции с ацетатом свинца и методом потенциометрического титрования.

Раствор сероводорода и 3,5-ди-трет-бутил-о-бензохинона в CH3CN выдерживали в течение 1 ч при температуре 20-25°С для образования 3,5-ди-трет-бутил-1,2-дигидроксибензола. Электролиз вели при заданном потенциале 1,1 В относительно электрода сравнения (хлорсеребряный в нас. растворе КСl с водонепроницаемой диафрагмой, необходимой для проведения электролиза в органических растворителях). Потенциал электролиза соответствует значению, превышаемому потенциал окисления 3,5-ди-трет-бутил-1,2-дигидроксибензола до 3,5-ди-трет-бутил-о-бензохинона в CH3CN, на 0,2 В. В ходе электролиза контролировали силу тока на цифровом табло потенциостата. После уменьшения тока до 0,2 мА снимали напряжение, сливали раствор и отфильтровали.

Получаемый продукт - элементную серу (выход на пропущенный сероводород - m=3,2 г) - сушили в вакуум-эксикаторе при комнатной температуре в течение 3 часов. Идентификацию элементной серы проводили методом рентгенофлуоресцентного анализа на атомно-энергодисперсионном спектрометре АСЭ-1 и электрохимическим методом циклической вольтамперометрии на потенциостате IPC-Pro MF.

Для проведения процесса получения элементной серы из сероводорода в присутствии триэтиламина возможно использовать любой органический апротонный растворитель (например, хлористый метилен) с рабочим анодным диапазоном потенциалов до 1,5 В.

Положительный эффект предлагаемого электрокаталитического способа заключается в снижении энергозатрат при получении элементной серы на основе сероводорода по сравнению с прототипом за счет снижения потенциала электролиза и сокращении времени стадии регенерации электрокатализатора за счет окисления на платиновом аноде его восстановленной формы до исходной.

Источники информации

1. Патент РФ №2316469, 2008 г.

2. Берберова Н.Т., Шинкарь Е.В., Фоменко А.И., Осипова В.П., Маняшин А.О., Зиньков Ф.Е. Роль одноэлектронных медиаторов в превращении сероводорода и сульфанов в элементарную серу // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология, Иваново: ИГХТУ. - 2003. - Т.46. - Вып.6. - С.74-78.

3. Берберова Н.Т., Шинкарь Е.В. Катион-радикал сероводорода и органические реакции с его участием // Известия РАН, Серия химическая. 2000. - №7. - С.1182-1188 (прототип).

Способ получения элементной серы из сероводорода, включающий проведение электролиза сероводорода на платиновом аноде в органическом растворителе, в присутствии фонового электролита, при температуре 20-25°С и атмосферном давлении, отличающийся тем, что предварительно перед проведением электролиза сероводорода в органический растворитель вносят электрокатализатор - 3,5-ди-трет-бутил-о-бензохинон.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу получения элементарной серы из высококонцентрированных сероводородсодержащих газов, включающему окисление сероводорода кислородом в неподвижном слое гранулированного катализатора при повышенной температуре и конденсацию получаемой серы на теплообменной поверхности.
Изобретение относится к области химии и может быть использовано в процессах получения серы из дымовых газов, содержащих диоксид серы, на предприятиях химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и металлургической промышленности.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения элементной серы из отходящего газа, содержащего диоксид серы, на предприятиях химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и металлургической промышленности.

Изобретение относится к области химии. .

Изобретение относится к каталитическим композициям для восстановления сернистых соединений, содержащихся в газовом потоке. .

Изобретение относится к области химии. .

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения серы. .

Изобретение относится к катализаторам для восстановления диоксида серы из серосодержащих газов. .

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения водорода и серы. .

Изобретение может быть использовано в нефтяной, газовой, газоперерабатывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической отраслях промышленности и относится к способам жидкофазной окислительной конверсии сероводорода, содержащегося в газах, с получением элементарной серы. Способ включает подачу очищаемых от сероводорода газов в зону абсорбции при встречном движении их с абсорбентом, а воздуха - в зону регенерации в количестве, обеспечивающем отношение парциальных объемов кислорода воздуха и сероводорода в газах в диапазоне 0,5÷25:1, отбор очищенных газов из верхней части зоны абсорбции, а серы - из нижней зоны регенерации, отличающийся тем, что вместе с очищаемыми газами в зону абсорбции подают воздух в количестве, обеспечивающем соотношение парциальных объемов кислорода воздуха к сероводороду газов 0,05÷0,75:1, причем суммарный объем подаваемого воздуха в зоны абсорбции и регенерации обеспечивает соотношение парциальных объемов кислорода воздуха к сероводороду, не превышающее первоначальное. Предлагаемый способ позволяет увеличить эффективность очистки газов от сероводорода (не менее 99,99%) за счет интенсификации процесса окисления сероводорода до элементарной серы благодаря частичному проведению регенерации абсорбента в зоне абсорбции и, как следствие, снизить материальные затраты на реализацию способа. 3 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области химии. Серу получают методом каталитического прямого окисления сероводорода кислородом в две или более стадии в условиях отвода тепла реакции из объема катализатора. Начальные стадии окисления проводят при 250-300°C и объемной скорости 12000-36000 сек-1, а конечную стадию окисления проводят при 250-280°C и объемной скорости 900-3600 сек-1. Сероводородсодержащий газ подают на первую стадию окисления, а кислородсодержащий газ подают на каждую стадию окисления, причем на конечную стадию окисления кислородсодержащий газ подают в стехиометрическом соотношении кислорода к сероводороду. Изобретение позволяет получать серу из высококонцентрированных газов, снизить энергозатраты. 1 ил., 3 пр.

Изобретение относится к подготовке углеводородного газа. Cпособ комплексной подготовки углеводородного газа, включающий очистку от тяжелых углеводородов, меркаптанов, сероводорода и осушку с получением очищенного газа и газов регенерации, а также утилизацию кислого газа регенерации с получением серы и отходящего газа, при этом углеводородный газ предварительно смешивают со смесью газов регенерации и отходящего газа и подвергают абсорбционной очистке хемосорбентом с получением органической фазы, воды и предварительно очищенного газа, направляемого на дальнейшую очистку, при этом в качестве хемосорбента используют углеводородный раствор серы, органических ди- и полисульфидов, а также каталитическое количество органического соединения, содержащего третичный атом азота, который получают путем смешения органической фазы с серой в количестве, обеспечивающем полное окислительное превращение меркаптанов. Технический результат заключается в повышении выхода подготовленного газа, упрощении технологии. 1 ил.

Изобретение относится к области органической химии, в частности, к способам получения элементной серы из сероводородсодержащих газов и газоконденсатных смесей, и может быть использовано на предприятиях химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и металлургической промышленности. Способ получения элементной серы из сероводорода включает проведение электролиза сероводорода на платиновом аноде в органическом растворителе в присутствии фонового электролита при температуре 20-25°С и атмосферном давлении. Предварительно перед проведением электролиза сероводорода в органический растворитель вносят триэтиламин. Технический результат - усовершенствование процесса получения элементной серы, позволяющее значительно снизить значение анодного перенапряжения при проведении электросинтеза серы на основе сероводорода. Конверсия сероводорода в элементную серу - 95-98%. 1 прим.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для управления процессом восстановления кислородсодержащих сернистых газов с получением элементарной серы в цветной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Способ управления процессом восстановления сернистых дымовых газов природным газом в присутствии дополнительного кислорода, включающий переработку дымовых газов с получением серы в термической и, по меньшей мере, одной каталитической ступенях, предусматривает регулирование расхода природного газа и общего расхода кислорода в термическую ступень, исходя из предварительно установленной эмпирической функциональной зависимости между значениями концентраций компонентов хвостового газа, расходов компонентов дымового газа и температуры в камере термического реактора. Для этого замеряют текущее значение температуры в камере термической ступени, определяют объемный расход O2 и N2 в дымовом газе и концентрацию H2S, COS и SO2 в хвостовом газе и рассчитывают поправочные коэффициенты, на основании которых одновременно корректируют расход природного газа и расход кислорода в термическую ступень. Причем расход кислорода определяют как разность между расчетным расходом общего кислорода и тем расходом кислорода, который поступает с дымовым газом. 1 ил., 2 табл.

Изобретение может быть использовано в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности. Способ очистки газа от сероводорода включает предварительное смешивание очищаемого газа с балансовой частью газа сепарации. Полученную газовую смесь сепарируют при пониженной температуре, но не ниже температуры замерзания воды или образования газовых гидратов, с выделением водной суспензии серы. Затем очищают от сероводорода с получением очищенного газа и газа, содержащего сероводород. Смесь газа, содержащего сероводород, с частью газа сепарации и кислородсодержащим газом при мольном соотношении кислород:сероводород 0,35÷0,45 подают на окисление. Продукты окисления смешивают с частью водной суспензии серы и сепарируют смесь при температуре 125÷135°C с выделением жидкой серы и газа сепарации. Изобретение позволяет повысить степень очистки газа и снизить энергоемкость процесса. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к способу получения элементной серы из отходящего газа, содержащего диоксид серы. Способ включает концентрирование диоксида серы, частичное высокотемпературное восстановление концентрированного диоксида серы концентрированным водородом до серы, сероводорода и воды, конденсацию образованных паров серы с выводом жидкой серы в сборник серы. Далее ведут переработку вышедшего технологического газа путем каталитической Клаус-конверсии, и последующую очистку хвостового газа, содержащего остаточные количества H2S, SO2, N2 и паров воды. При этом часть потока концентрированного диоксида серы отводят по байпасной линии, минуя стадии высокотемпературного восстановления, конденсации серы и каталитической конверсии, а вышедший из каталитической ступени Клаус-конверсии хвостовой газ вводят в узел гидрирования. Газ после гидрирования, состоящий из H2S, H2 и паров воды, подают в конденсационную колонну для отделения воды. Обезвоженный газ смешивают с байпасным потоком концентрированного диоксида серы и смесь направляют на дополнительную каталитическую ступень Клаус-конверсии, остаточные газы после которой возвращают на вход любой каталитической ступени, предшествующей узлу гидрирования. Техническим результатом является повышение эффективности утилизации отходящего газа. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к катализаторам, используемым для получения элементарной серы по процессу Клауса. Предлагаемый катализатор получения элементарной серы по процессу Клауса на основе оксида алюминия представляет собой смесь χ-, γ-Al2O3 и рентгеноаморфной фазы оксида алюминия в следующем соотношении: χ-Al2O3 и рентгеноаморфная фаза 65-99,9 мас.% и γ-Al2O3 0,1-35, мас.%. При этом в катализаторе объем мезопор диаметром от 3 до 10 нм составляет 0,12-0,35 см3/г, а соотношение объема мезопор диаметром 3-10 нм к объему ультрамакропор диаметром выше 1000 нм меньше или равно 5. Изобретение также относится к способу приготовления данного катализатора и способу проведения процесса Клауса с его использованием. Использование предлагаемого катализатора позволяет повысить эффективность процесса Клауса. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл., 12 пр.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения серы из сероводородсодержащего газа методом Клауса включает термическую стадию и, по меньшей мере, одну стадию каталитической конверсии. Технологический газ подают в каталитический реактор 1, где его подогревают, а затем подвергают каталитической обработке в слое катализатора. Подогрев технологического газа происходит путем его смешения с продуктами сгорания, поступающими из встроенной в реактор фор-камеры 5 с горелочным устройством 4 для сжигания кислого и/или топливного газа. Каталитическую обработку смешанного газа ведут путем фильтрации через горизонтальный слой катализатора 13. Cмешанный газ подают через стабилизирующее устройство 12 с возможностью поршневого движения вдоль оси аппарата и равномерной фильтрации по всему сечению катализатора. Каталитический реактор 1 выполнен в виде цилиндрического аппарата с зоной подогрева технологического газа 2 и каталитической зоной 3, расположенными последовательно по ходу газа. Изобретение позволяет снизить потери при извлечении серы, а также выбросы диоксида серы в атмосферу, увеличить срок службы катализатора. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к химической промышленности. Сероводород окисляют кислородом или воздухом на установке с неподвижным слоем гетерогенного катализатора на любом твердом пористом носителе при температуре 130-200°С и мольном соотношении кислород:сероводород 0,5-5. Катализатор, содержащий 0,5-10 мас.% комплексного соединения формулы MgCl2·ZnCl2·nEt2O (где n=1-4), получают путем пропитки твердого пористого носителя раствором этого комплексного соединения в диэтиловом эфире с последующей сушкой. Изобретение позволяет повысить выход серы и селективность превращения сероводорода в серу.

Изобретение относится к области электрохимии. В органический растворитель с фоновым электролитом вводят электрокатализатор - 3,5-ди-трет-бутил-о-бензохинон и проводят электролиз сероводорода на платиновом аноде при температуре 20-25°С и атмосферном давлении. При этом получают элементную серу. Изобретение позволяет снизить энергозатраты и сократить время стадии регенерации электрокатализатора.

Наверх