Способ очистки отходящих газов от сероводорода

 

Изобретение относится к области очистки газов, более конкретно - к способу каталитического окисления сероводорода кислородом и/или диоксидом серы с образованием элементарной серы и воды при возможном присутствии в исходной смеси серооксида углерода и паров воды. Серооксид углерода подвергается гидролизу на том же полифункциональном катализаторе, а образующийся сероводород окисляется в серу. В процессе используется ванадий-углеродный катализатор состава, мас. % : V₂O₅ 5 - 20, углерод 10 - 40, остальное носитель ( Al₂O₃ , SiO₂ , алюмосиликат). Изобретение позволяет повысить производительность по сере в очистке от H₂S и SO₂ до 31,8 г-моль S₁ и по гидролизу COS до 2,68 г-моль COS по сравнению со способом - прототипом, дающим соответственно 30,5 г-моль серы ( (S₁) ) и 2,49 г-моль COS с 1 л катализатора в 1 ч в присутствии 1 об. % кислорода. 1 табл.

Изобретение относится к области очистки газов от сероводорода и может быть использовано в химической, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности. Цель изобретения состоит в увеличении производительности процесса и его упрощении при переработке газов, содержащих сероокись углерода. П р и м е р 1. Катализатор состава 10% V₂O₅ - 36% C - 54% γ -Al₂O₃получают путем пропитки зауглероженной γ -окиси алюминия, содержащей 40 мас. % углерода, водным раствором метаванадата аммония. Зауглероженный носитель получают путем высокотемпературного пиролиза дивинила при 650^оС известным способом (авт. св. СССР N 988324, кл. В 01 J 20/06, 1983). Содержание углерода на носителе здесь и далее изменяют, изменяя время зауглероживания. Пропитанный катализатор сушат при 110^оС и прокаливают в течение 4 ч в токе азот-кислородной смеси, содержащей 10% О₂, при 450^оС. Катализатор по способу-прототипу получают путем последовательной пропитки солями ванадия (VOSO₄) и меди [Cu(NO₃)₂] с последующей сушкой при 120^оС и прокалкой при 450^оС в течение 4 ч. Опыты проводят в реакторе с неподвижным слоем катализатора при атмосферном давлении. Сопоставление производительности по сере предлагаемого способа и способа-прототипа проводят в интервале температур 200-300^оС, и при 350^оС при объемных скоростях 72000 и 90000 ч^-1 соответственно и составе исходной реакционной смеси, % : 2H₂S, 1 SO₂, остальное гелий. Степень превращения сероводорода (X) рассчитывают по формуле X= · 100% , где C и C - начальная и конечная концентрации Н₂S. Степень превращения сернистых соединений в элементарную серу (Х_S) определяют по формуле X_S= × 25, где C, C_cos^o, C - начальные; C, C_cos^к, C - конечные объемные концентрации указанных газов. Степень превращения сероокиси углерода (Х_cos) по реакции гидролиза определяют по формуле X_COS= ·100% , где С_cos^o, C_cos^к - начальная и конечная концентрации COS. Как видно из таблицы, производительность по сере катализатора по способу изобретения во всех случаях превышает производительность катализатора по способу-прототипу. П р и м е р 2. Катализаторы готовят согласно примеру 1. Сопоставление производительности по сере предлагаемого способа и способа-прототипа проводят при температуре 250^оС, объемной скорости 72000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 SO₂, 20 H₂O, остальное гелий. Как видно из таблицы, производительность по сере в предлагаемом способе превышает эту величину в способе-прототипе. П р и м е р 3. Катализаторы готовят согласно примеру 1. Сопоставление производительности по сере предлагаемого способа и способа-прототипа проводят при температуре 250^оС, объемной скорости 72000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 O₂, остальное инертный газ. Как видно из таблицы, производительность по сере катализатора предлагаемого способа заметно выше, чем катализатора способа-прототипа. П р и м е р 4. Катализаторы готовят согласно примеру 1. Сопоставление производительности по сере проводят при температуре 250^оС, объемной скорости 72000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 O₂, 20 H₂O, остальное инертный газ. Как видно из таблицы, более высокую производительность по сере имеет катализатор по изобретению. П р и м е р 5. Катализаторы готовят согласно примеру 1. Сопоставление производительности по сере проводят при температуре 250^оС, объемной скорости 72000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 SO₂, 1 O₂, 20 H₂O, остальное гелий. Как видно из таблицы, катализатор по предлагаемому способу имеет более высокую производительность по сере, чем катализатор по способу-прототипу. П р и м е р 6. Катализаторы готовят согласно примеру 1. Сопоставление производительности по гидролизу COS проводят при температурах 300, 350^оС, объемной скорости 10300 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 1 COS, 0,1 CO₂, 20 Н₂О, остальное инертный газ. Как видно из таблицы, катализатор по способу изобретения имеет более высокую производительность по гидролизу COS, чем катализатор по прототипу. П р и м е р 7. Катализаторы готовят согласно примеру 1. Сопоставление производительности по гидролизу COS и по сере проводят при температуре 350^оС, объемной скорости 10300 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 SO₂, 1 COS, 0,1 CO₂, 20 H₂O, остальное гелий. Как видно из таблицы, производительность по гидролизу COS и сере катализатора по предлагаемому способу выше, чем катализатора по способу-прототипу. П р и м е р 8. Катализаторы готовят согласно примеру 1. Сопоставление производительности по гидролизу COS и по сере проводят при температуре 350^оС, объемной скорости 10300 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 SO₂, 1 O₂, 0,1 COS, 20 H₂O, остальное гелий. Как видно из таблицы, производительность катализатора по предлагаемому способу выше, чем по способу-прототипу. П р и м е р 9. Катализатор 15% V₂O₅ - 17% C - 68% SiO₂ готовят пропиткой водным раствором ванадата аммония зауглероженного силикагеля. Широкопористый силикагель, полученный путем гидротермальной обработки, зауглероживают. Пропитанный катализатор сушат при 110^оС и прокаливают при 450^оС в токе инертного газа. Катализатор по способу-прототипу готовят согласно примеру 1. Сопоставление производительности по сере проводят при 250^оС, объемной скорости 72000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 SO₂, остальное инертный газ. Как видно из таблицы, производительность катализатора по предлагаемому способу существенно превышает эту величину катализатора по прототипу. П р и м е р 10. Катализатор 7% V₂O₅ - 40% C - 53% γ - Al₂O₃готовят по способу, описанному в примере 9. Сопоставление проводят при 250^оС, объемной скорости 72000 ч^-1, составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 SO₂, остальное гелий. Как видно из таблицы, производительность по сере катализатора по предлагаемому способу выше, чем производительность катализатора по способу-прототипу. П р и м е р 11. Катализатор 5% V₂O₅ - 40% C - 55% γ -Al₂O₃готовят путем пропитки раствором сульфата ванадила зауглероженного γ -оксида алюминия марки А-1 с исходной удельной поверхностью 300 м²/г. После пропитки катализатор сушат при 110^оС и осторожно прокаливают при 450^оС 4 ч в смеси азота с кислородом. Сопоставление производительности по сере предлагаемого способа и способа-прототипа проводят при температуре 250^оС, объемной скорости 72000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 SO₂, 1 O₂, 20 H₂O, остальное гелий. Как видно из таблицы, производительность по сере предлагаемого способа оказывается выше, чем способа-прототипа. П р и м е р 12. Катализатор 20% V₂O₅ - 10% C - 70% алюмосиликата получают пропиткой зауглероженного алюмосиликата с содержанием Al₂O₃, равным 30% , водным раствором метаванадата аммония, катализатор сушат при 110^оС и прокаливают 4 ч в потоке гелия при 450^оС. Сопоставление производительности по сере катализатора по способу изобретения с катализатором по способу-прототипу осуществляют при температуре 250^оС, объемной скорости 72000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 SO₂, 1 O₂, 20 Н₂O, остальное гелий. Из приведенных в таблице данных видно, что производительность по сере предлагаемого способа выше, чем способа-прототипа. В примерах 13-19 представлена производительность для катализаторов, составы которых находятся за пределами формулы изобретения. П р и м е р 13. Катализатор 4,5% V₂O₅ - 30% C - 65,5% SiO₂ готовят путем зауглероживания однороднопористого силикагеля, полученного гидролизом тетраэтоксисилана (С₂Н₅О)₄Si, с последующей пропиткой водным раствором метаванадата аммония. Катализатор сушат при 120^оС, прокаливают при 450^оС в токе азота в течение 4 ч. Определение производительности по сере проводят при 250^оС, объемной скорости 72000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 O₂, 1 SO₂; 20 H₂O, остальное гелий. Начальная производительность по сере катализатора, содержащего менее 5 мас. % V₂O₅, существенно ниже, чем катализатора предлагаемого способа, и снижается в ходе работы, как видно из таблицы. П р и м е р 14. Катализатор 10% V₂O₅ - 7,5% C - 82.5% γ-Al₂O₃готовят, как катализатор примера 13, но вместо носителя SiO₂, используют γ -Al₂O₃. Производительность по сере и гидролизу COS определяют при температуре 350^оС, объемной скорости 10300 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 SO₂, 1 O₂, 0,1 CO₂, 1 COS, 20 H₂O, остальное гелий. Как видно из таблицы, начальные производительности по сере и гидролизу COS катализатора, содержащего менее 10 мас. % углерода, низки. В ходе работы происходит дальнейшая потеря производительности. П р и м е р 15. Катализатор 40% С - 60% γ - Al₂O₃ готовят путем зауглероживания γ -оксида алюминия по методике, описанной в примере 1. Определение производительности по сере проводят при 250^оС, объемной скорости 70000 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 SO₂, 1 O₂, 20 H₂O, остальное гелий. Как видно из таблицы, катализатор, представляющий собой зауглероженный носитель, не содержащий пентоксида ванадия, имеет низкую начальную производительность по сере и дезактивируется в ходе работы. П р и м е р 16. Катализатор 40% С - 60% γ -Al₂O₃ готовят по методике, описанной в примере 1. Определение производительности по сере и гидролизу COS проводят при 350^оС, объемной скорости 10300 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 SO₂, 1 O₂, 1 COS, 0,1 CO₂, 20 H₂O, остальное инертный газ. Как показано в таблице, производительность по сере катализатора, не содержащего V₂O₅, ниже, чем катализатора по предлагаемому способу, а производительность по гидролизу COS равна нулю. П р и м е р 17. Катализатор 10% V₂O₅ - 90% CКТ готовят пропиткой активного угля марки СКТ водным раствором NH₄VO₃, сушкой при 110^оС, прокалкой в потоке гелия при 450^оС 4 ч. Производительность по сере катализатора, не содержащего носителя, определяют при 250^оС, объемной скорости 72000 ч^-1, начальном составе, % : 2 H₂S, 1 SO₂, 1 O₂, 20 H₂O, остальное гелий. Как видно из таблицы, начальная производительность его по сере ниже, чем катализатора по способу-прототипу. В процессе работы в течение 2 ч производительность существенно снижается. П р и м е р 18. Катализатор 10% V₂O₅ - 90% СКТ получают по способу, описанному в примере 17. Производительность по гидролизу COS определяют при 350^oС, объемной скорости 10300 ч^-1 и составе исходной смеси, % : 20 H₂O, 1 COS, 0,1 CO₂, остальное гелий. Как видно из таблицы, начальная производительность по гидролизу COS катализатора, не содержащего носителя, значительно ниже, чем в указанных условиях катализатора по способу-прототипу. П р и м е р 19. Катализатор 15% V₂O₅ - 85% ПУМ-105-2 готовят по методике, описанной в примере 17. Начальную производительность по сере и гидролизу COS определяют при 350^оС, объемной скорости 10300 ч^-1, составе исходной смеси, % : 2 H₂S, 1 SO₂, 1 O₂, 1 COS, 0,1 CO₂, 20 H₂O, остальное инертный газ. Начальные производительности по сере и гидролизу СOS катализатора, нанесенного на прочный углеродистый материал и не содержащего носитель, ниже, чем катализатора способа-прототипа. В ходе испытаний происходит дезактивация катализатора. Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ каталитической очистки газов от соединений серы позволяет существенно увеличить производительность по сере для смесей, содержащих Н₂S, SO₂, СOS, и производительность по гидролизу СOS - для COS-содержащих газовых смесей. Предлагаемый способ не требует отдельного процесса гидрирования при наличии в смесях COS, что существенно упрощает процесс. (56) Авторское свидетельство СССР N 1398304, кл. С 01 В 17/04, 1986 (прототип).

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА с получением элементаpной сеpы, включающий его окисление кислоpодом и/или диоксидом сеpы пpи повышенной темпеpатуpе на катализатоpе, содеpжащем пентоксид ванадия на носителе, отличающийся тем, что, с целью увеличения пpоизводительности пpоцесса и его упpощения пpи пеpеpаботке газов, содеpжащих сеpоокись углеpода, пpоцесс ведут пpи 200 - 350^oС и используют катализатоp, в котоpый дополнительно введен углеpод пpи следующем соотношении компонентов, мас. % : Пентоксид ванадия 5 - 20 Углерод 10 - 40
Носитель ( γ -оксид алюминия, или алюмосиликаты, или силикагель)
Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2