Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ КЕРАМИЧЕСКОГО МЕМБРАННОГО РЕАКТОРА ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА

https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.25-27.013-023

Полный текст:

Аннотация

В статье исследовалась серия керамических мембранных катализаторов на основе оксида алюминия различного состава для реакции высокотемпературного разложения сероводорода. Использовались два типа каталитических мембран слоистой структуры: первый тип включал слой катализатора, носитель мембраны и мембранный слой, а второй – слой катализатора, носитель мембраны, промежуточный слой и мембранный слой. В статье приведены физико-химические характеристики (пористая структура, удельная поверхность, фазовый состав) носителя мембраны и мембранного слоя, прокаленных при различной температуре. Детально описана методика приготовления мембранных реакторов различной структуры. Приведены данные по исследованию проницаемости мембранных реакторов по H2 и H2S. Описаны результаты испытаний приготовленных мембран в реакции разложения H2S в диапазоне температур 600–900 ºС. Показано, что введение добавок La2O3 в состав мембранного слоя приводит к увеличению термической стабильности мембраны. Эффективный диаметр пор мембранного слоя состава 5%La2O3-γ-Al2O3, прокаленного при 900 ºС, был в три раза меньше, чем немодифицированного γ-Al2O3. Кроме того, в составе модифицированного мембранного слоя наблюдалось только присутствие фазы γ-Al2O3, а в немодифицированном образце наблюдалось образование фазы δ-Al2O3. Показано, что пористая структура и толщина мембранного слоя значительно влияют на проницаемость H2 и H2S. В результате того, что отношение коэффициентов проницаемости H2/H2S больше 2,5, наблюдалось значительное улучшение каталитической активности в реакции разложения H2S по сравнению с гранулированным катализатором. Введение в состав мембраны промежуточного слоя, отличающегося от мембранного слоя эффективным диаметром пор, привело к существенному увеличению степени превращения H2S. Показано, что мембранный реактор, содержащий в своем составе мембранный слой толщиной 6 мкм с эффективным диаметром пор 45 Å и промежуточный слой толщиной 9 мкм с диаметром пор 110 Å, демонстрировал максимальную эффективность в реакции разложения сероводорода. Степень превращения H2S достигала 70 % при 900 ºС на мембранном катализаторе оптимального состава.

 

Об авторах

С. Р. Хайрулин
Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН
Россия
канд. хим. наук, заведующий лабораторией экологического катализа


В. В. Кузнецов
Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН
Россия
инженер


О. Ю. Подъячева
Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН
Россия
д-р хим. наук, старший научный сотрудник


З. Р. Исмагилов
Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН; Институт углехимии и химического материаловедения СО РАН
Россия
д-р хим. наук, профессор, чл.-корр. РАН, директор Института углехимии и химического материаловедения Федерального исследовательского центра угля и углехимии CО РАН


Список литературы

1. Palma, V. H2 production by thermal decomposition of H2S in the presence of oxygen [Text] / V. Palma [et al.] // Int. J. Hydrog. Energy. – 2015. – Vol. 40. – No 1. – P. 106–113.

2. Gao, B. Study on H2S monitoring technique for high risk wellsite [Text] / B. Gao, X. Han, H. Zhang // 2012 Int. Symp. Saf. Sci. Technol. – 2012. – Vol. 45. – P. 898–903.

3. Clark, P.D. Chemistry of organosulphur compound types occurring in heavy oil sands [Text] / P.D. Clark, J.B. Hyne, J.D. Tyrer // Fuel. – 1983. – Vol. 62. – No 8. – P. 959–962.

4. Mohit, N. Desulphurization of coke oven gas [Text] / N. Mohit et al. // Int J Sci Res Rev. – 2013. – Vol. 2. – No 1. – P. 13–22.

5. Stanek, J. Hydrogen sulfide: Integrative analysis of acute toxicity data for estimating human health risk / J. Stanek [et al.]. – Encyclopedia of Environmental Health, Elsevier, 2011. – P. 124–139.

6. Clark, P.D. Production of H2 from catalytic partial oxidation of H2S in a short-contact-time reactor [Text] / P.D. Clark, N.I. Dowling, M. Huang // Catal. Commun. – 2004. – Vol. 5. – No 12. – P. 743–747.

7. Batygina, M.V. Studies of supported oxide catalysts in the direct selective oxidation of hydrogen sulfide [Text] / M.V. Batygina [et al.] // Reac Kinet Catal Lett. – 1992. – Vol. 48. – No 1. – P. 55–63.

8. Ismagilov, Z.R. Direct selective catalytic oxidation of H2S / Z.R. Ismagilov, M.A. Kerzhentsev // Technol. Int. – 1994. – No Quarterly, Winter Issue. – P. 56–64.

9. Исмагилов, З.Р. Одностадийные каталитические методы очистки кислых газов от сероводорода [Текст] / З.Р. Исмагилов [и др.] // Химия в интересах устойчивого развития. – 1999. – Т. 7. – № 4. – P. 375–396.

10. Manenti, F. Revised kinetic scheme for thermal furnace of sulfur recovery units [Text] / F. Manenti, D. Papasidero, E. Ranzi // Chem. Eng. Trans. – 2013. – Vol. 32. – P. 1185–1290.

11. Zaman, J. Production of hydrogen and sulfur from hydrogen sulfide [Text] / J. Zaman, A. Chakma // Fuel Process. Technol. – 1995. – Vol. 41. – No 2. – P. 159–198.

12. Galuszka, J. Membrane-assisted catalytic cracking of hydrogen sulphide (H2S) [Text] / J. Galuszhka [et al.]. – Membrane Reactors for Hydrogen Production Processes / Ed. De De Falco M., Marrelli L., Iaquaniello G. London: Springer London, 2011. – P. 161–182.

13. Reverberi, A.P. A review on hydrogen production from hydrogen sulphide by chemical and photochemical methods [Text] / A.P. Reverberi [et al.] // J. Clean. Prod. – 2016. – Vol. 136. – P. 72–80.

14. Reshetenko, T. Study of the reaction of hightemperature H2S decomposition on metal oxides (γ- Al2O3,α-Fe2O3,V2O5) [Text] / T. Reshetenko et al. // Int. J. Hydrog. Energy. – 2002. – Vol. 27. – No 4. – P. 387–394.

15. Kaloidas, V. Hydrogen production from the decomposition of hydrogen sulphide. Equilibrium studies on the system H2S/H2/Si, (i = 1,…,8) in the gas phase [Text] / V. Kaloidas, N. Papayannakos // Int. J. Hydrog. Energy. – 1987. – Vol. 12. – No 6. – P. 403–409.

16. Zaman, J. A simulation study on the thermal decomposition of hydrogen sulfide in a membrane reactor [Text] / J. Zaman [et al.] // Int. J. Hydrog. Energy. – 1995. – Vol. 20. – No 1. – P. 21–28.

17. Badra, C. Porous membrane reactors for hydrogen sulfide splitting [Text] / C. Badra // Int. J. Hydrog. Energy. – 1995. – Vol. 20. – No 9. – P. 717–721.

18. Kameyama, T. Production of hydrogen from hydrogen sulfide by means of selective diffusion membranes [Text] / T. Kameyama [et al.] // Int. J. Hydrog. Energy. – 1983. – Vol. 8. – No 1. – P. 5–13.

19. Fukuda, K. Catalytic decomposition of hydrogen sulfide [Text] / K. Fukuda [et al.] // Ind. Eng. Chem. Fundam. – 1978. – Vol. 17. – No 4. – P. 243–248.

20. Sugioka, M. A possible mechanism for catalytic decomposition of hydrogen sulfide over molybdenum disulfide [Text] / M. Sugioka, K. Aomura // Int. J. Hydrog. Energy. – 1984. – Vol. 9. – No 11. – P. 891–894.

21. Kaloidas, V.E. Kinetic studies on the catalytic decomposition of hydrogen sulfide in a tubular reactor [Text] / V.E. Kaloidas, N.G. Papayannakos // Ind. Eng. Chem. Res. – 1991. – Vol. 30. – No 2. – P. 345–351.

22. Ismagilov, Z.R. Development of Fe-based catalysts for purification of coke oven gases [Text] / Z.R. Ismagilov [et al.]. – Book of abstracts, Paris, 2004. – Vol. 1. – P. 301.

23. Podyacheva O.Y. Study of Fe-based catalysts in the purification of coke oven gases [Text] / O.Yu. Podyacheva [et al.] // Eurasian Chem.-Technol. J. – 2005. – Vol. 7. – P. 3–4.

24. Yumura, M. Hydrogen sulphide adsorption and decomposition in the presence of manganese nodules [Text] / M. Yumura, E. Furimsky // Appl. Catal. – 1985. – Vol. 16. – No 2. – P. 157–167.

25. Peureux, J. Étude de réacteurs catalytiques à membrane. Caractérisation des transferts par mesures de perméabilité gazeuse. Application aux réactions triphasiques: Ph.D. Thesis. Lyon: Université Claude Bernard Lyon I, 1994. – 168 p.

26. Uzio D. Platinum/γ-Al2O3 catalytic membrane: preparation,morphological and catalytic characterizations [Text] / D. Uzio [et al.] // Appl. Catal. Gen. – 1993. – Vol. 96. – No 1. – P. 83–97.

27. Yoon M.-Y. Gas permeation of SiC membrane coated on multilayer γ-Al2O3 with a graded structure for H2 separation [Text] / M.-Y. Yoon [et al.] // Korean J. Mater. Res. – 2010. – Vol. 20. – No 9. – P. 451–456.


Для цитирования:


Хайрулин С.Р., Кузнецов В.В., Подъячева О.Ю., Исмагилов З.Р. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ КЕРАМИЧЕСКОГО МЕМБРАННОГО РЕАКТОРА ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2017;(25-27):13-23. https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.25-27.013-023

For citation:


Khairulin S.R., Kuznetsov V.V., Podyacheva O.Y., Ismagilov Z.R. PREPARATION AND STUDY OF CERAMIC MEMBRANE REACTOR FOR HYDROGEN SULFIDE CATALYTIC DECOMPOSITION. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2017;(25-27):13-23. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.25-27.013-023

Просмотров: 142


ISSN 1608-8298 (Print)