Способ получения элементарной серы из сероводородсодержащих газов

 

Изобретение относится к способу получения элементарной серы каталитическим окислением сероводорода кислородом, диоксидом серы или их смесями при возможном присутствии в смеси диоксида углерода, сероокиси углерода, метана и водяных паров. Целью изобретения является повышение производительности процесса. В процессе используют бифункциональный ванадийтитансурьмяный катализатор состава, мас. % V₂O₅ 5 - 15; TiO₂ 10 - 94, 90; Sb₂O₄ 0,05 - 3; остальное - носитель ( Al₂O₃,SiO₂ алюмосиликат) или V₂O₅ 5-15; Sb₂O₄ 0,05 - 3; остальное TiO₂. Изобретение позволяет повысить производительность по сере до 64,5 г-моль серы (S₁) и по гидролизу COS до 4,60 г-моль с 1 лкат/ч по сравнению со способом прототипа, дающим соответственно 53,8 г-моль серы и 2,14 г-моль гидролизованного COS с 1 лкат/ч. 1 табл.

Изобретение относится к химии неорганических соединений серы, более конкретно - к способу получения элементарной серы каталитическим окислением сероводорода кислородом, диоксидом серы или их смесями при возможном присутствии в смеси сероокиси углерода, диоксида углерода, метана и водяных паров. Целью изобретения является повышение производительности процесса. Окисление сероводородсодержащих газов до элементарной серы проводят при 200-400^оС и атмосферном давлении ванадийсодержащих катализаторах состава, мас. % : Ванадий в расчете на V₂O₅ 5-15 Диоксид титана 10-94,90 Оксид сурьмы в расчете на Sb₂O₄ 0,05-3 Носитель Остальное или ванадий в расчете на V₂O₅ 5-15 Оксид сурьмы в расчете на Sb₂O₄ 0,05-3 Диоксид титана Остальное В качестве носителей могут быть использованы силикагель, оксид алюминия и алюмосиликаты. Недостатком ванадийтитановых катализаторов является их термическая нестабильность при перегревах выше 500^оС вследствие спекания и рутилизации анатазной формы TiO₂. Ванадийтитановые катализаторы на основе рутильной модификации TiO₂ обладают меньшей производительностью, чем на основе анатаза, и быстро дезактивируются. Введение в качестве третьего компонента оксида сурьмы делает катализаторы термически стабильными при перегревах. Катализаторы способа изобретения готовят путем последовательной пропитки носителя активными компонентами, далее пропитки формованой массы одних активных компонентов водным раствором другого компонента, смешения с последующим формованием активных компонентов и носителя. Катализаторы сушат при 100-130^оС и прокаливают в кислороде или воздухе при 450-500^оС в течение 4-6 ч. Введение в катализатор менее 10% TiO₂ приводит к получению высокоактивного, но нестабильного катализатора. Так, при использовании в предлагаемом способе катализатора, содержащего 5% TiO₂, 10% V₂O₅, 1% Sb₂O₄ на SiO₂ производительность по сере падает за сутки с 46,7 г-моль серы на 1 л˙ кат/ч до 36,9 г-моль серы соответственно. Здесь и далее сопоставление проведено при объемной скорости 72000 ч^-1, размере зерна катализатора 0,5-1,0 мм, времени испытания 24 ч и составе смеси, % : 2 H₂S; 1 SO₂; 1 O₂; 20 H₂O. Введение менее 5 мас. % V₂O₅ приводит к получению малоактивного и нестабильного катализатора. Так, при использовании по способу изобретения катализатора, содержащего, % : 2 V₂O₅; 15 TiO₂; 0,5 Sb₂O₄ на Al₂O₃ степень превращения Н₂S за сутки падает с 73,2 до 31,2, а выход серы соответственно с 32,9 г-моль серы с 1 л˙ кат/ч до 12,3 г-моль серы. Полное удаление пентоксида ванадия из катализатора приводит к резкому снижению активности и стабильности. Так, катализатор, содержащий, мас. % : 10 TiO₂; 10 Sb₂O₄ на SiO₂ за сутки снижает производительность по сере с 5,1 до 2,3 г-моль на 1 л кат/ч. Использование содержания V₂O₅ свыше 15 мас. % не снижает качества катализатора, однако нерационально из-за его удорожания. Введение в катализатор оксида сурьмы стабилизирует катализатор при возможных перегревах, ведущих в отсутствии Sb₂O₄ к спеканию, рутилизации диоксида титана и потере активности катализатора. Полное удаление Sb₂O₄ из катализатора приводит к его дезактивации при перегревах. Так катализатор, содержащий, % : 10 V₂O₅ и 30 TiO₂ на SiO₂ после прогрева при 550^оС в течение 1 ч в реакционной смеси в 1,19 раза снижает производительность по сере с исходного значения, равного 32,9 г-моль до 27,6 г-моль на 1 л кат/ч. Добавление 0,05 мас. % Sb₂O₄ в катализатор состава, % : 30 TiO₂; 10 V₂O₅ приводит к устойчивости и перегревам до 550^оС. Производительность такого катализатора по сере до и после перегрева равна, соответственно 33,4 и 33,2 г-моль на 1 л˙ кат/ч. Производительность по сере до и после перегрева катализатора, содержащего, % : 30 TiO₂, 3 Sb₂O₄, 10 V₂O₅ на SiO₂ составляет 33,1 и 33,0 г-моль серы соответственно. Дальнейшее увеличение содержания оксида сурьмы в катализаторе нецелесообразно, так как не изменяет устойчивости катализатора к перегреву. П р и м е р 1. Получение серы путем окисления сероводорода кислородом, диоксидом серы или их смесью и гидролиз COS проводят в реакторе с неподвижным слоем одного и того же катализатора при атмосферном давлении в интервале температур 200-400^оС. При более низких температурах может происходить отложение серы на катализаторе. Более высокие температуры невыгодны с точки зрения равновесия процесса Клауса. При испытаниях варьируют состав смеси, объемную скорость и температуру. Состав исходной и конечной смеси анализируют методом газовой хроматографии. Сравнение катализатора изобретения и лучшего катализатора прототипа проводят в одинаковых условиях. Поскольку катализаторы изобретения предназначены в первую очередь для получения элементарной серы из отходящих газов цветной металлургии после их восстановления, для испытания катализаторов используют среди других смесь, содержащую, % : 2 H₂S; 1 SO₂; 1 O₂; 20 H₂O, остальное инертный газ. Результаты примеров представлены в таблице. Как следует из таблицы, описываемый способ позволяет повысить производительность по сере до 65,6 моль серы и по гидролизу COS до 4,60 г-моль с 1 л кат/ч по сравнению со способом прототипа, дающим соответственно 53,8 г-моль серы и 2,14 г-моль гидролизованного COS с 1 л ˙кат/ч. (56) Авторское свидетельство СССР N 1398304, кл. C 01 B 17/04, 1986.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ ИЗ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ окислением их кислородом, или диоксидом серы, или их смесью при повышенной температуре в присутствии ванадийсодержащего катализатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности процесса, окисление ведут при 200 - 400^oС на катализаторе состава, мас. % : V₂O₅ 5 - 15 Sb₂O₄ 0,05 - 3
TiO₂ 10 - 94,90
Носитель Остальное
или
V₂O₅ 5 - 10
Sb₂O₄ 0,05 - 1
TiO₂ Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2