X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В процессе переработки газов в нефтяной и угольной промышленности в различных количествах образуется ядовитый газ - сероводород, оказывающий вредное воздействие на окружающую среду и живым организмам [1]. В связи с этим, обязательное обезвреживание серы, превращение ее в другие окисленные соединения, получение из нее полезных веществ являются важными задачами, которые решают экологические и экономические проблемы.

Сера является наиболее распространенным гетероэлементом в нефтях и нефтепродуктах. Содержание ее в нефти колеблется от сотых долей процента до 14% . Серосодержащие соединения в нефти неравномерно распределены по ее фракциям. Обычно их содержание увеличивается с повышением температуры кипения. Однако в отличие от других гетероэлементов, содержащихся в основном в асфальто- смолистой части нефти, сера присутствует в значительных количествах в дистиллятных фракциях.

В нефтях сера встречается в виде растворенной элементарной серы, сероводорода, меркаптанов, сульфидов, дисульфидов и производных тиофена, а также в виде сложных соединений, содержащих одновременно атомы серы кислорода и азота в различных сочетаниях [2,3].

Серосодержащие соединения наиболее вредны как при переработке, так и при использовании нефтепродуктов. Они отрицательно влияют на многие эксплуатационные свойства нефтепродуктов. У автомобильных бензинов снижается приемистость к ТЭС, стабильность, способность к нагарообразованию, коррозионную агрессивность. При сгорании сернистых соединений выделяются SO₂ и SO₃, образующие с водой коррозионно- агрессивные сернистую и серную кислоты.

Сероводород, меркаптаны и свободную серу относят к активным сернистым соединениям по их способности вызывать сильную коррозию оборудования. Высокомолекулярные серосодержащие соединения коррозию не вызывают и относятся к неактивным. Но они могут разлагаться под действием температуры с образованием активных сероводорода и меркаптанов [4].

Кроме того, такие сернистые соединения, как: сульфиды, дисульфиды, тиофаны, тиофены и другие нейтральные вещества могут в известных условиях оказаться ответственными за возникновение коррозии. Дело в том, что при сгорании топлива все сернистые соединения образуют SO₂ и SO₃. При низких температурах, когда получающиеся при сгорании или находящиеся в воздухе водяные пары конденсируются, эти оксиды превращаются в соответствующие кислоты, что вызывает сильную коррозию. При сжигании сернистых мазутов накопление SO₃ в дымовых газах повышает температуру конденсации водяных паров на 50 градусов и, следовательно, даже при обычных температурах будет образовываться серная кислота и возникать коррозия. Чем больше сернистых соединений в топливе, тем сильнее опасность этой кислотной коррозии.

Сущность всех химических методов анализа заключается в том, что сера, входящая в состав сераорганических соединениях, количественно переводится либо в сероводород методом гидрирования, либо, путем окисления (сжигания), в оксиды серы, которые затем легко определяются обычными химическими или физико-химическими методами количественного анализа. Из этих двух направлений наиболее широкое распространение получили окислительные методы [5]. Следует, однако, отметить, что при микроанализе тяжелых нефтепродуктов, содержащих значительные количества серы, метод деструктивной гидрогенизации над платиновым катализатором имеет некоторые преимущества перед стандартным окислительным методом.

Поэтому изучение особенности окисления сероводорода на кусковых свинцовых, цинковых и графитовых электродах, в результате которого решаются проблемы обезвреживания производственных отходов – сероводородного газа и получение из них полезных продуктов электрохимическим способом имеет важную экологическую значимость. В связи с этим, основной целью нашей работы является определение особенностей окисления сероводорода в растворе сульфата натрия на кусковых свинцовых, цинковых и графитовых электродах.

Электрохимические исследования проводились в гальваностатических условиях в термостатированном электролизере емкостью 100 мл, с разделенными анодными и катодными пространствами с помощью катионитовой мембраной марки МК-40. Источником тока служил выпрямитель тока марки В-24.

В экспериментах в качестве анодов использованы кусковые свинцовые, цинковые, графитовые электроды. Особенность этих электродов заключается в том, что процесс проходит через весь объем электрода и обеспечивает высокую скорость процесса.

В экспериментах в качестве анодов использованы кусковые свинцовые, цинковые, графитовые электроды. Особенность этих электродов заключается в том, что процесс проходит через весь объем электрода и обеспечивает высокую скорость процесса.

При анодной поляризации электролиза на поверхности кускового свинцового электрода наблюдается образование красно-желтого осадка, который при промывании водой становится коричневым. Из этого можно сделать следующий вывод: в свинцовом аноде образуются двухвалентный сульфат свинца, который затем переходит в диоксид свинца (PbO₂):

PbSO₄+ SO₄^2-+2ePb(SO₄₎₂ E₀=1,694B (1)

Pb(SO₄₎₂+2H₂O=PbO₂+2H₂SO₄ (2)

i= 400А/м², V(H₂S) =500 мл, l=5cм, t=25С. =30 мин

Кусковые электроды: 1- Pb, 2- Zn, 3 – C.

Рисунок 1 - Влияние концентрации на выход по току окисления сероводорода в кусковых электродах

При поляризации кускового цинкового электрода, на поверхности электрода протекают следующие реакции:

Zn²⁺ +H₂S =ZnS +2H⁺ (3)

При разных концентрациях сульфата натрия скорость реакции окисления сероводорода повышается. При этом полученные ионы цинка вступают в реакцию с сероводородом по реакции (3).

С увеличением продолжительности электролиза выход образования сульфат-ионов в начале резко возрастает, а затем уменьшается.Согласно закона электрохимии с увеличением продолжительности электролиза, концентрация разряженных ионов в анодном пространстве уменьшается, следовательно, и выход по току уменьшается, а электрический ток расходуется на дополнительный процесс.

В результате исследования влияния различных параметров на образование сульфат-иона установлено, что самый высокий выход по току наблюдается при плотности тока 400 А/м² и при концентрации сульфата натрия 36 г/л.

При окислении сероводорода на кусковом свинцовом, цинковом, графитовом электродах показано, что выход по току окисления сероводорода составляет: на свинцовом электроде - 86,4 %, цинковом электроде – 82 %, графитовом электроде - 76,4 %.

Литература:

1. Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р., Алиев Р.С., Плечев А.В., Вольцов А.А., Кабиров Р.М. Утилизация сероводорода в нефтегазовой промышленности // Экология и промышленность России.– 2000. – № 3. – С. 37-40.

2. Сафин Р.Р., Гайнуллина З.А., Исмагилов Ф.Р., Плечев А.В. Усовершенствование процесса прямого окисления сероводородсодержащих газов в кипящем слое катализатора // Нефтепереработка и нефтехимия. 2000. – № 9. – С. 47-50.

3. Исмагилов Ф. Р., Плечев А. В., Сафин Р. Р., Вольцов А. А., Исмагилова З. Ф. Получение водорода на нефтеперерабатывающих предприятиях // Химия и технология топлив и масел. – 2000. – № 6. – С. 3-6.

4. Грунвальд В.Р. Технология газовой серы. М.: Химия, 1992. 272 с.

5. Исмагилов Ф.Р., Вольцов А.А., Исмагилова З.Ф. и др. Схема экологически безопасного газохимического комплекса для переработки серосодержащего газа // Нефтепереработка и нефтехимия. 1999. № 4. С. 36-42.

6. Ismagilov Z.R., Kerghanisev M.A., Karakutz V.N., Ismagilov F.R. Direct selective oxidation of H2S // Hydrocarbon Technology International Quaterly. 1994/1995 (Winter). Р. 59-64.

Код для цитирования: Скопировать