Катализатор для газофазного окисления сероводорода в элементарную серу

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (n)871813

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04. 06. 79 (21) 2800052/23-04 1) М

В 01 J 23/74

С 01 В 17/04 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

CCCP по делам изобретений и открытий

Опубликовано 1 1081. брюлле» " 38

Дата опубликования описания 15. 10. 81 (53) УДК 66. 097. 3 (088.8) (72) Авторы изобретения

Т. Г. Алхаэов, A. А. Вартанов и Н. С. иргулян.

1 с

Азербайджанский институт нефти и химан им. M. Азизбекова (71 ) 3a яв итель (54 ) КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ГАЗОФАЗНОГО ОКИСЛЕНИЯ

СЕРОВОДОРОДА В ЭЛЕМЕНТАРНУЮ СЕРУ

Изобретение относится к катализаторам для окисления сероводорода в элементарную серу кислородом воздуха и может найти применение в процессах получения серы при очистке сероводородсодержащих газов, а также для обезвреживания вентиляционного воздуха на предприятиях химической промышленности.

Известны катализаторы для газофазного окисления сероводорода в элементарную серу, представляющие собой природные бокситы, активированный уголь (1), активную окись алюминия (2) и гидроокись железа $3) .

Однако процессы с использованием в качестве катализаторов бокситов, активированного угля и окиси алюминия протекают при объемных скоростях газового потока не выше 2000 ч-"и повышенных давлениях до 50 атм, а содержание сероводорода в очищенном газе не.превышает 0,4Ъ (1) . Кроме того, активная окись алюминия .в процессе окисления сероводорода в серу теряет свою активность на 15% за несколько циклов работы и требует частой регенерации с. нагревом до

380-500оС t23 .

Наиболее близким по своей природе и химическому составу к предлагаемому катализатору является гидроокись железа (болотная руда), которая в процессе окисления сероводорода иэ газов выполняет функции поглотителя, или очистной массы, но не катализатора. Гидроокись железа вступает в химическое взаимодействие с сероводородом с образованием сульфидов, не способных в дальнейшем поглощать сероводород, не катализируя при этом процесс газофазного окисления последнего (3) .

К недостаткам гидроокиси железа относчтся необходимость использования ее при строго регламентируемых температуре, кислотности, влажности поглотителя, поддержания щелочной

2@ среды, а также быстрая потеря активности и необходимость частой замены после нескольких регенераций.

Известен также катализатор для газофазного окисления сероводорода в элементарную серу, представлянхдий собой двуокись титана в анатаэной форме (4).

Однако в присутствии этого катализатора 77-100%-ная конверсия сероводоЗО рода достигается при сравнительно

871813

ЬО

65 невысоких объемных скоростях 500010000 ч "и мольном отношении кислорода к сероводороду не выше 1,5, а съем серы с литра катализатора составляет не более 420 r. Увеличение объемной скорости до 15000 ч " и отношения кислорода к сероводороду выше 1,5 приводит к ухудшению показателей процесса, проводимого на данном катализаторе, Целью изобретения является разработка катализатора для газофазного окисления сероводорода в элементарную. серу, в присутствии которого

97-100%-ная конверсия сероводорода с селективностью не ниже 95% обеспечивается при более высокой объемной скорости подачи газового потока (до

15-000 ч 7 при отношении кислород: сероводород 1:6.

Поставленная цель достигается применением окиси железа в качестве катализатора для газофазного окисления сероводорода в элементарную серу.

Предлагаемый катализатор представляет собой окись железа с удельной поверхностью 1-2 м -/г, пористостью

44-45%, эффективным коэфФициентом диффузии 1,6-2,1 см /с 10, средним и радиусом пор 2500-2900 A и применяется в виде гранул размером 1,02,0 мм.

Окись железа как катализатор известна для многих процессов, в частности для реакции изомеризации аллилбензола в пропенилбензол, конденсации кротонового альдегида с аммиаком в З-этил-4-метилпиридин, разложения окиси азота (5) .

В присутствии 1 л окиси железа в течение 1 ч удается переработать газ, содержащий до 450 л сероводорода с образованием до 605 г элементарной серы, что в 1,5 раза превосходит показатели процесса, протекаемом на двуокиси титана анатазной формы.

Исследования каталитической активности окиси железа проводят на проточной лабораторной установке непрерывного действия с автоматизированной подачей газовой смеси и регулированием температуры в интер. вале 225"300 у, объемных скоростях о, 3000-15000 ч и отношении 01. H S

1:6. Анализ сырья и продуктов реакции проводят хроматографически.

Подготовку сорбента и проверку их разделяющей способности проводят в соответствии со стандартом (ГОСТ 14920-69).

Результаты исследований показывают, что при температурах 225-300 С, более высоких объемных скоростях подачи газовой смеси (3000-15000 ч ") и концентрации кислорода, в 2-12 раз превышающей стехиометрически необходимые, конверсия сероводорода составляет 97-100Ъ при селективности не

5 l0

40 ниже 95%, съем серы — до 605 г с

1 л катализатора в час.

Пример 1. Катализатор— окись железа с удельной поверхностью

2,0 м /r, пористос ью 45%,средним

2 радиусом пор 2500 А, эффективным коэффициентом диффузии 2,1 см /с 10, размером гранул 1,0-1,5 мм. Через

4,55 г катализатора, нагретого до

225 С, пропускают в течение 4 ч реакционную смесь объемом 36 л,содержащую 1,1 л сероводорода, 6,6 л кислорода, 28,3 л азота. Концентрация сероводорода в смеси ЗЪ, кислорода

18Ъ, отношение 01 . Н 15 = б, объемная скорость подачи сырья 3000 ч ". В результате реакции суммарная конверсия сероводорода 100%, степень превращения в элементарную серу 97,4%, селективность 97,4Ъ. В данных условиях из 90 л сероводорода, пропущенного через 1 л катализатора за 1 ч, образуется 125 r элементарной серы.

Пример 2. Катализатор .— окись железа с удельной поверхностью

1,35 м /г, пористостью 45%, средним радиусом пор 2700 А, эффективным коэффициентом диффузии. 1,8 cM /c- 101, размером гранул 1,0-1,5 мм. Через

4,45 г катализатора, нагретого до

250 С, пропускают в течение 3 ч реако ционную смесь объемом 81 л, содержащую 2,45 л сероводорода, 11 л кислорода, 67,5 л азота. Концентрация сероводорода в смеси 3%, кислорода

13,5Ъ, отношение О g: 8 S .= 4,5, объемная скорость подачи сырья

9000 ч ". В результате реакции суммарная конверсия сероводорода 98,5%, степень превращения в серу 96,5%, селективность 98%. В данных условиях из 270 л сероводорода, пропущенного через 1 л катализатора эа 1 ч,образуется 372 г элементарной серы.

Пример 3. Катализатор— окись железа с удельной поверхностью

1,01 м /г, пористостью 44%, средним и радиусом пор 2900 A,эффективным коэффициентом диффузии 1,6 см /с. 10 размером гранул 1,5-2,0 мм. Через

3 г катализатора, нагретого до

300 C,пропускают в течение 5 ч реакционную смесь объемом 150 л, содержащую 4,5.л сероводорода, 13,5 л кислорода, 54 л азота и 78 л углеводородного газа, состоящего из C„-C углеводородов. Концентрация сероводорода в смеси 3%, кислорода 9%, отношение О г H S 3, .объемная скорость подачи сырья — 15000 ч . В результате реакции суммарная конверсия сероводорода 98%, степень превращения в элементарную серу

93,2Ъ, селективность 95,1%. В данных условиях as 450 л сероводорода, пропущенного через 1 л катализатора за 1 ч, образуется 600 г элементарной серы.

871813

Формула изобретения

Составитель В. Теплякова

Техред M.Ãîëèíêà Корректор М. Коста

Редактор Ю. Петрушко

Тираж 570 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 8862/4

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,4

Пример 4. Катализатор— окись железа с удельной поверхностью

1,35 м /r, пористостью 451, сред-.

Х ним радиусом пор 2700 Й, эффективным коэффициентом диффузии 1,8 см1/c 10, размером гранул 1,5-2,0 мм. Через 6 г катализатора, нагретого до 300 С, пропускают в течение 4 ч реакционную смесь объемом 240 л, содержащую 7,2 л сероводброда, 32,4 л кислорода, 129,6 л азота и

110,4 л углеводородного газа, состоящего из С„-С> углеводородов.Концентрация сероводорода в смеси 3Ъ, кислорода 13,5Ъ, отношение 0 . -H

15000 ч ". В результате реакции суммарная конверсия сероводорода 95Ъ, степень превращения в элементарную серу 94,1Ъ, селективность 99Ъ. В данных условиях из 450 л сероводорода, пропущенного через 1 л ката- . 2О лизатора за 1 ч, образуется 605 r элемеHTарной серы.

Пример 5. Катализатор— окись железа с удельной поверхностью

1,01 м /г, пористостью 44Ъ, средним . радйусом пор 2900 А, эффективным коэффициентом диффузии 1,6 см /с-10 размером гранул 1,0-1,5 мм. Через

4,5 r катализатора, нагретого до

300ОС, пропускают в течение 2 ч реакционную смесь объемом 90 л,содержащую 2,7 л сероводорода, 16,2 л кислорода, 64,8 л азота и 6,3 л уг-. леводородного газа, состоящего из

С -С углеводородов. Концентрация сероводорода в смеси ЗЪ, кислорода

18Ъ, отношение 0 .. H S = б, объемная скорость подачи сырья 15000 ч

В результате реакции суммарная конверсия сероводорода 97,3Ъ, степень превращения в элементарную серу 94Ъ, селективность 96,6Ъ.

В данных условиях из 450 л серо" водорода, пропущенного через 1 л катализатора за 1 ч, образуется

604 r элементарной серы.

Применение окиси железа в качестве катализатора для газофазного окисления сероводорода в элементарную серу.

Источники информации, принятые во внимание ри экспертизе

1. Артюшенко Г.В. и др. Модельная установка очистки природного газа от сероводорода методом прямого окисления. Труды ВНИИЭгазпрома, вып.9, М., ВНИИЭгаэпром, 1976, с. 12 °

2. Обзорная информация. Серия.

"Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов". Вып. 2(15). Снижение загрязнения воздуха на предприятиях химической промышленности, М., НИИТЭХим, 1978, с. 23.

3. Коуль A.Ë. и Ризенфельд С..

Очистка газа. М., "Недра", 1968, с. 11.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2776331/23-04, кл. В 01 J 21/06, 1978.

5. Каталитические свойства веществ. Справочник под ред. В.A. Ройтера. K., "Наукова думка", 1968,,с. 745.