H2S'ün elementel kükürde seçici oksidasyonu için katalizör geliştirilmesi
Development of catalyst for the selective oxidation of H2S to elemental sulfur
Yazar: YUSUF CAMBAZ
Danışman: PROF. DR. NAİL YAŞYERLİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Son yıllarda çevre kirliliğine olan duyarlılık artmakta ve hemen hemen her üretimin gündem maddesini çevre kirliliği oluşturmaktadır. Çevre kirliliğine sebep olan en önemli kirleticilerden biri de Hidrojen Sülfür (H2S) gazıdır. Yüksek toksik özelliğe sahip olan bu gazın hem çevreye, hem insan sağlığına hem de ekipmanlara zarar verdiği için giderilmesi gerekmektedir. H2S gazı zararları olmasına rağmen uygun yöntemlerle giderildiğinde elementel kükürt elde edilerek yararlı hale de getirilebilir. H2S gazından elementel kükürt elde etmek için genelde iki proses kullanılmaktadır. Bunlardan birisi Claus Prosesi diğeri MODOP (Mobil Direct Oxidation Process)'dur. Her iki proses de katalitik proses olup, kullanılan katalizörün verime etkisi önemlidir. Bu çalışmada, H2S'ün giderilmesinde seçici katalitik oksidasyon reaksiyonu ile elementel kükürt eldesi (H2S + 1/2O2 → S + H2O) için krom oksit esaslı Cr ve Ce karışık metal oksit katalizörlerinin geliştirilmesi ve katalitik aktivitelerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada farklı molar oranlarındaki krom ve seryum oksit (Cr-O, Cr2,7Ce1,3, Cr2Ce2, Cr2Ce2-EA, Cr3Ce, Cr2,7Ce1,3-SiO2) katalizörleri kompleksleştirme yöntemi ile hazırlanmıştır. Katalizörlerin EDS sonuçları metallerin yapıya istenilen oranlarda yerleştirilebildiğini göstermiştir. XRD sonuçlarında Cr-O katalizörü hariç diğer katalizörlerin hepsinde Cr2O3 ve CeO2 pikleri tespit edilmiş, Cr-O katalizöründe ise sadece Cr2O3 pikleri gözlenmiştir. Katalizörlerin H2S'ün elementel kükürde seçici katalitik oksidasyon reaksiyonundaki aktiviteleri sabit yatak reaktör sisteminde 250°C ve O2/H2S: 0,5 ml/dk gaz akış hızında test edilmiştir. Bu şartlarda en iyi aktiviteyi %70 H2S dönüşümü ve %100 kükürt seçiciliği ile Cr2,7Ce1,3 katalizörü göstermiştir. Sentez yönteminin aktiviteye etkisini araştırabilmek için en iyi kükürt veriminin elde edildiği Cr/Ce:2/1 molar oranındaki Cr2,7Ce1,3 (Cr/Ce:2/1) katalizörü birlikte çöktürme yöntemi ile de hazırlanmış ve aynı şartlardaki (250oC, O2/H2S:0,5) aktivite testi sonucunda H2S dönüşümü ve elementel kükürt seçiciliğinin azaldığı görülmüştür. Cr-Ce karışımına silika desteği sağlayarak elde edilen katalizörlerde ise O2/H2S oranı 0,5 olduğunda ve 250oC sıcaklıkta reaksiyon testi gerçekleştirildiğinde H2S dönüşümü %20'lere kadar düşmüş seçicilik ise %90'nın üzerinde olmuştur. Yapılan çalışmalar sonucunda kompleksleştirme yöntemi ile sentezlenen Cr2,7Ce1,3 katalizörünün H2S'ün seçici katalitik oksidasyonu ile elementel kükürt eldesi için en yüksek aktiviteye sahip olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In recent years, sensitivity to environmental pollution is increased and environmental pollution is the agenda almost every production. One of the most important pollutants that cause environmental pollution is the gas of H2S. It is necessary to eliminate H2S because it is hazardous for human health and environmental. Also highly corrosive for process equipment. In spite of its adverse effects, sulfur obtained from H2S has economical significance for chemical industry. Generally the two processes are used to obtain sulfur from H2S. These are Claus Process and MODOP Process. These processes are catalytic process and the catalyst is very important for the reaction yield. In this study, development of Cr and Ce mixed metal oxide catalysts for selective oxidation of H2S to elemental sulfur was investigated. These catalysts were synthesized by the complexation method at different molar ratios. Catalysts synthesized in this work were characterized by XRD, EDS, BET measurements. EDS results has shown the metals are placed to desired ratio on the structure. CeO2 and Cr2O3 peaks are observed in the XRD results. H2S selective oxidation to elemental sulfur was investigated in a fixed bed reactor, at 250 oC and O2/H2S:0,5 feed ratio. The best elemental sulfur yield and H2S conversion were obtained from Cr2,7Ce1,3 catalyst. Also this catalyst was prepared co-precipitation method to investigate effect of synthesise technique and reacted same conditions. H2S conversion was 18% and sulfur selective was 88%. Also Cr,Ce mixed was supported silica and reacted same conditions. H2S conversion was 20% and sulfur selective was over 90%. This work showed, the best activity was abtained from Cr2,7Ce1,3 prepared by complexion method for H2S selective catalytic oxidation to elemental sulfur.