H2S'ün uzaklaştırılması  için katalizör/sorbent geliştirilmesi
Development of catalyst/sorbent for removal of H2S
Yazar: HACI MEHMET TAŞDEMİR
Danışman: PROF. DR. NAİL YAŞYERLİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: FTIR = FTIR

Özet:
İnsan sağlığına ve çevreye ciddi zararlar verebilen H2S gazı, Claus prosesi ile kimya endüstrisinde geniş bir kullanım alanına sahip elementel kükürde dönüştürülmektedir. Claus prosesindeki denge sınırlamaları nedeniyle H2S gazında tam dönüşüm sağlanamaması önemli bir problemdir. H2S'ün seçici katalitik oksidasyon reaksiyonu herhangi bir denge sınırlaması olmadan elementel kükürdün elde edildiği bir reaksiyondur. Bu reaksiyonun başarısı aktivite, kararlılık ve elementel kükürde yüksek seçicilik gibi özellikleri bulunduran katalizörlerin geliştirilmesine bağlıdır. Bu çalışma kapsamında kompleksleştirme yöntemiyle TiO2, Fe2O3, eşmolar Ti-Fe, Ti-Cr ve Ti-Zr, farklı molar oranlarda (1/3 ve 3/1) Ti-Fe katalizörleriyle eşmolar Ti-Fe-Zr katalizörü sentezlenmiş ve H2S'ün elementel kükürde seçici oksidasyon reaksiyonunda aktiviteleri incelenmiştir. Katalizörlerin karakterizasyonları kapsamında azot adsorpsiyon-desorpsiyon, XRD, XPS, SEM, EDS, TPR ve piridin adsorplanmış numunelerin FTIR analizleri gerçekleştirilmiştir. Karakterize edilen katalizörler, farklı sıcaklık (200°C, 250°C ve 300°C) ve gaz karışımlarında (O2/H2S: 0–2) sabit yatak reaksiyon sisteminde FTIR cihazı yardımıyla test edilmişlerdir. Gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda eşmolar ve farklı molar oranlarda (1/3 ve 3/1) hazırlanan Ti-Fe, seçici oksidasyon reaksiyonunda en yüksek aktiviteyi gösteren katalizörler olarak tespit edilmiştir. Eşmolar Ti-Fe ve Ti(1)-Fe(3) katalizörlerinin 200°C sıcaklık ve O2/H2S: 0,5 şartlarında gerçekleştirilen deneysel çalışmalar sonucunda % 100 H2S dönüşümü ve elementel kükürt seçiciliği sergiledikleri görülmüştür. En yüksek katalitik aktiviteyi sergileyen Ti-Fe katalizörlerinin redoks özelliği sergilediği ve asidik karakterde olduğu belirlenmiştir. Seçici katalitik oksidasyon reaksiyonunda yüksek aktivite sergileyen Ti-Fe katalizörlerinin yüksek sıcaklıklarda sorbent özellikleri incelenmiştir. Ti-Fe sorbentlerindeki demir metalinin artışının katalizörlerin kükürt tutma kapasitelerini önemli ölçüde artırdığı görülmüştür.

Abstract:
H2S gas, which causes serious damages to the environment and human health, can be converted to elemental sulfur, which is an important raw material for the chemical industry with Claus Process. Due to the equilibrium limitations in Claus Process, complete conversion of H2S is not achieved. Selective catalytic oxidation of H2S is a single step reaction in which elemental sulfur is produced without any equilibrium limitation. The success of this reaction depends on the development of catalysts which are active, stable and have high selectivity towards elemental sulfur. In this study, TiO2, Fe2O3, equimolar Ti-Fe, Ti-Cr, Ti-Zr and Ti-Fe in different molar ratios (1/3 ve 3/1) and equimolar Ti-Fe-Zr catalysts were synthesized by complexation method and their activities were investigated for selective oxidation reaction of H2S to elemental sulfur. Catalyst characterizations such as FTIR analysis of the pyridine adsorbed samples, nitrogen adsorption-desorption, XRD, XPS, SEM, EDS, and TPR analysis were carried out. Characterized catalysts were tested in a fixed bed reaction system in different temperatures (200 °C, 250 °C and 300 °C) and using different gas mixtures (O2/H2S: 0-2) by using FTIR. As a result of this study, it was determined that the Ti-Fe catalysts showed the highest activity in the selective catalytic oxidation reaction. Experimental studies which were performed at 200 °C temperature with a feed of O2/H2S molar ratio of 0.5, it was observed that equimolar Ti-Fe and Ti(1)-Fe(3) catalysts showed 100% H2S conversion and elemental sulfur selectivity. It was determined that Ti-Fe catalysts with the highest catalytic activity have redox properties and acidic character. The sorbent properties of Ti-Fe catalysts with the highest catalytic activity in the selective catalytic oxidation reaction were investigated at high temperatures. Sulfur retention capacity of the catalyst increased with an increase in the Fe/Ti ratio.