Способ и катализатор для окисления в серу каталитическим методом h2s, содержащегося в небольшой концентрации в газе

Способ и катализатор для окисления в серу каталитическим методом h2s, содержащегося в небольшой концентрации в газе

Реферат

 

Изобретение предназначено для прямого окисления в серу каталитическим методом Н₂S, содержащегося в газе в небольшой концентрации. Газ, содержащий Н₂S, обрабатывают газом, содержащим свободный кислород, при контакте с катализатором селективного окисления Н₂S в серу. Газ содержит свободный кислород в количестве, обеспечивающем получение молярного отношения O₂:H₂S от 0,05 до 10. Катализатор образован из каталитически активной фазы, соединенной с носителем. При этом активная фаза содержит металл в форме соединения металла и/или элементарном состоянии, а носитель состоит из карбида кремния и составляет по меньшей мере 40 вес.% от веса катализатора. Изобретение позволяет обессеривать газ с улучшенной селективностью по сере. 2 с. и 18 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способу для прямого окисления в серу, каталитическим методом H₂S, содержащегося в газе в небольшой концентрации, а также к катализатору для применения этого способа.

Чтобы рекуперировать H₂S, содержащийся в небольшой концентрации, а именно в концентрации ниже 20 объем.% и особенно между 0,001 и 20%, преимущественно от 0,001 до 10 объем.%, в газах различных происхождений, можно использовать, в частности, способы применения прямого каталитического окисления H₂S в серу по реакции H₂S + 1/2O₂ ---> S + H₂O.

В подобных способах обрабатываемый газ, содержащий H₂S в смеси с соответствующим количеством газа, содержащего свободный кислород, например воздух, кислород или дополнительно обогащенный кислородом воздух, приводят в контакт с катализатором окисления H₂S в серу, осуществляя контакт при температурах выше точки росы образовавшейся серы. В этом случае полученная сера в состоянии пара присутствует в реакционной среде, образующейся из реакции. Контакт можно осуществлять также при температурах ниже точки росы образованной серы. В этом случае указанная сера осаждается на катализаторе, что делает необходимым периодическую регенерацию нагруженного серой катализатора продувкой при помощи неокисляющего газа, имеющего температуру между 200^oC и 500^oC.

В частности, окисление H₂S в серу при температурах выше точки росы серы, т.е. при температурах выше приблизительно 180^oC, может быть осуществлено при контакте с катализатором, состоящим из окиси титана (Европейская заявка EP-A-0078690), из окиси титана, содержащей сульфат щелочноземельного металла (международная заявка WO-A-8302068), из окиси титана, содержащей окись никеля и в случае необходимости окись алюминия (Европейская заявка EP-A-0140045), из окиси типа окиси титана, окиси циркония или кремния, соединенной с одним или несколькими соединениями переходных металлов, выбираемых среди Fe, Cu, Zn, Cd, Cr, Mo, W, Со и Ni, предпочтительно Fe, и в случае необходимости с одним или несколькими соединениями драгоценных металлов, выбираемых среди Pd, Pt, Ir и Rh, предпочтительно Pd (FR-A-2511663), или из окиси алюминия, термически стабилизированной и соединенной с одним или несколькими соединениями вышеупомянутых переходных металлов, особенно Fe, и в случае необходимости с одним или несколькими соединениями драгоценных металлов, выбираемых среди Pd, Pt, Ir и Rh (FR-А-2540092).

Окисление H₂S в серу, проводимое при таких температурах, что образованная сера находится на катализаторе, может быть осуществлено, в контакте с катализатором, состоящим, например из одного или нескольких таких соединений, как соли, окиси или сульфаты переходных металлов, например Fe, Cu, Cr, Mo, W, V, Co, Ni, Ag и Mn, в сочетании с носителем типа активированной окиси алюминия, боксита, двуокиси кремния/окиси алюминия или цеолита (FR-A-2277877). Кроме того, можно осуществлять это окисление H₂S с отложением серы на катализаторе при контакте катализатора, состоящего из каталитической фазы, выбираемой среди окисей, солей или сульфидов металлов V, Mo, W, Ni и Co, соединенных с носителем на основе активированного угля (заявка на патент Франции N 9302996 от 16.03.1993).

Используемые для каталитического окисления H₂S в серу катализаторы, подобные вышеупомянутым, образованы из каталитической фазы на основе по меньшей мере окиси, соли или сульфида переходного металла, соединенного с носителем, состоящим по меньшей мере из материала, выбираемого среди окиси алюминия, окиси титана, окиси циркония, двуокиси кремния, цеолитов, смесей двуокиси кремния/окиси алюминия, смесей двуокиси кремния/окиси титана и активированного угля, при продолжительном использовании имеют еще некоторые недостатки. В частности, катализаторы, носитель которых образован на основе окиси алюминия, способны со временем совершать эволюцию в результате сульфатирования. Что касается катализаторов, носитель которых состоит из активированного угля, при их применении должны быть предприняты меры предосторожности, чтобы избегать горения носителя. Кроме того, для этих различных катализаторов каталитическая фаза, пропитывающая носитель, имеет тенденцию мигрировать в звено цепи носителя, что делает трудной и даже невозможной рекуперацию металла из каталитической фазы в изношенном катализаторе. Наконец, вышеупомянутые катализаторы имеют посредственную теплопроводность, что не позволяет осуществлять эффективный контроль температуры внутри содержащих их каталитических слоев теплообменом с охлаждающей жидкостью.

Теперь найдено, что можно устранить недостатки катализаторов вышеупомянутого типа, используемых для каталитического окисления H₂S в серу, и создать способ, приводящий к улучшенной селективности серы, поддерживая ее прочность по времени и образуя носитель этих катализаторов на основе карбида кремния.

Носитель с карбидом кремния в противоположность носителю с окисью алюминия не является поводом для сульфатирования и в отличие от носителя с активированным углем является негорючим. Кроме того не наблюдают миграции каталитической фазы в цепь носителя с карбидом кремния, что делает возможной рекуперацию металлов из каталитической фазы, когда катализатор изношен. Такая возможность приобретает особое значение в том случае, если каталитическая фаза содержит такие вредные вещества, как соединения никеля. Наконец, носитель с карбидом кремния имеет хорошую теплопроводность, что позволяет, в частности при использовании катализатора в охлажденных каталитических слоях, получать более ровный фронт температур внутри каталитического слоя и, следовательно, лучшую селективность серы.

Таким образом, предметом изобретения является способ для прямого окисления в серу каталитическим методом H₂S, содержащегося в небольшой концентрации в газе, по которому осуществляют подачу вышеназванного газа, содержащего H₂S с газом, содержащим свободный кислород, в количестве, пригодном для поддерживания молярного отношения O₂ : H₂S от 0,05 до 10, при контакте катализатора селективного окисления H₂S в серу, образованного каталитически активной фазой, соединенной с носителем; названная активная фаза содержит по меньшей мере металл, присутствующий в форме соединения металла и/или в элементарном состоянии, и носитель отличается тем, что он состоит из карбида кремния.

В частности, активная фаза, соединенная с носителем на основе карбида кремния для образования катализатора окисления, согласно изобретению состоит преимущественно по меньшей мере из такого переходного металла, как никель, кобальт, железо, медь, серебро, марганец, молибден, хром, титан, вольфрам и ванадий, названный металл присутствует в форме окиси, сульфида или соли или/и в элементарном состоянии. Названная активная фаза, в пересчете на вес металла, составляет чаще всего от 0,1 до 20%, в частности, от 0,2 до 15% и преимущественно от 0,2 до 7 вес.% катализатора окисления. Носитель из карбида кремния составляет обычно по меньшей мере 40% и особенно по меньшей мере 50 вес.% катализатора окисления.

Удельная поверхность катализатора окисления H₂S в серу может изменяться в довольно широких пределах в зависимости от условий применения способа окисления. Преимущественно названная удельная поверхность, определенная методом ВЕТ-адсорбции азота при температуре жидкого азота (нормы NF X 11-621), может представлять 2 м²/г - 600 м²/г и преимущественно от 10 м²/г до 300 м²/г.

Катализатор окисления может быть приготовлен различными методами, известными для включения одного или нескольких соединений металла в отдельное твердое тело, образующее носитель катализатора. В частности, можно действовать пропитыванием носителя из карбида кремния, имеющего форму порошка, таблеток, гранул, продуктов экструзии или других форм агломератов, растворами или золями в таком растворителе, как вода, одного или нескольких желательных соединений металла, затем сушкой пропитанного носителя и прокаливанием сухого продукта при температурах, которые могут достигать от 250^oC до 500^oC, с использованием инертной атмосферы или без нее. Прокаленный катализатор можно подвергать обработке восстановлением под действием водорода, например между 200^oC и 500^oC, чтобы перевести в элементарное состояние металл металлического соединения, присутствующий в активной фазе. Можно еще предусматривать приготовление катализатора путем включения таких каталитически активных атомов металлов, как упомянутые в кристаллической решетке карбида кремния.

Карбид кремния, используемый для образования носителя катализатора окисления H₂S в серу, может состоять из любого из известных карбидов кремния при условии, что он имеет требуемые характеристики удельной поверхности, а именно, удельную поверхность, определенную методом ВЕТ-адсорбции азота, достигающую от 2 м²/г до 600 м²/г, преимущественно от 10 м²/г до 300 м²/г.

В частности, вышеуказанный карбид кремния можно приготовлять, прибегая к любому из методов, которые описаны в ссылках EP-A-0313480 (соответствующий США-A-4914070), EP-A-0440569, EP-A-0511919, EP-A-0543751 и EP-A-0543752.

Газ, содержащий свободный кислород, используемый для окисления в серу H₂S, содержащегося в обрабатываемом газе, представляет собой обычно воздух. Можно применять также чистый кислород, обогащенный кислородом воздух или смеси кислорода и инертного газа, кроме азота в изменяемых пропорциях. Газ, содержащий свободный кислород, и обрабатываемый газ, содержащий H₂S, можно подводить отдельно при контакте с катализатором окисления. Однако, с целью получения очень однородной газовой реакционной среды при контакте с катализатором предпочтительно смешивать сначала обрабатываемый газ, содержащий H₂S, с газом, содержащим свободный кислород, и приводить полученную смесь в контакт с катализатором окисления.

Как указано выше, газ, содержащий свободный кислород, используют в количестве, пригодном для получения молярного отношения O₂ : H₂S, достигающего от 0,05 до 10, особенно от 0,1 до 7 и преимущественно от 0,2 до 4, в реакционной среде, вступающей в контакт с катализатором окисления H₂S в серу.

Длительность контакта газовой реакционной среды с катализатором окисления могут достигать от 0,5 секунды до 20 секунд, предпочтительно от 1 секунды до 12 секунд; эти величины даны для нормальных условий давления и температуры.

Способ каталитического окисления H₂S в серу согласно изобретению может быть применен при температурах выше точки росы серы, образованной в ходе реакции окисления H₂S; в этом случае вышеуказанная сера присутствует в форме пара в реакционной среде, которая находится в контакте с катализатором и которую собирают на выходе из зоны каталитического окисления. Можно использовать способ окисления согласно изобретению, работая при температурах ниже точки росы серы, образованной в ходе реакции окисления; в этом случае вышеуказанная сера размещается на катализаторе, и газовый эффлюент, собранный на выходе из зоны окисления по существу свободен от серы. Преимущественный интервал температур для способа согласно изобретению находится между 30^oC и 1000^oC. Для применения способа при температурах выше точки росы образованной серы выбирают температуры между 180^oC и 1000^oC, преимущественно между 200^oC и 900^oC. Для применения способа при температурах ниже точки росы образованной серы выбирают температуры в интервале от 30^oC до 180^oC и особенно в интервале от 80^oC до 160^oC, что включает область затвердевания серы около 120^oC.

Предварительно в фазе применения реакции окисления катализатор окисления согласно изобретению и особенно катализатор окисления, активная фаза которого содержит никель, можно подвергать активированию приведением названного катализатора в контакт с элементарной серой, в количестве, представляющем небольшой избыток, например до 300 мол.%, по отношению к стехиометрическому количеству, соответствующему максимальному сульфированию металла активной фазы катализатора; вышеназванное контактирование осуществляют в инертной атмосфере, например в атмосфере гелия или аргона, при температурах между 250^oC и 400^oC и в течение достаточного времени, чаще всего между 1 часом и 4 часами, чтобы получать максимальное сульфирование металла активной фазы катализатора.

Катализатор согласно изобретению, особенно катализатор с никелем, активированный вначале как указано выше, позволяет получать степень конверсии H₂S в серу, равную 100%, с момента начала окисления H₂S в серу кислородом газа, содержащего свободный кислород.

Катализатор согласно изобретению и особенно катализатор с никелем может являться дополнительно предметом первоначального активирования, эквивалентного активированию в элементарную серу, описанному выше, путем контактирования вышеназванного катализатора с газовой смесью H₂S и инертного газа при температурах между 250^oC и 400^oC в течение достаточного времени, обычно между 1 часом и 15 часами, чтобы осуществить максимальное сульфирование металла активной фазы катализатора; вышеуказанная газовая смесь может содержать в частности от 0,2 объем.% до 30 объем.% или выше H₂S. B частности, содержащую H₂S газовую смесь, используемую для первоначального активирования катализатора окисления, можно получать из обрабатываемого газа, когда этот последний не содержит, кроме H₂S, компонентов, способных реагировать при температурах активирования, с активной фазой катализатора.

Газ, содержащий H₂S в небольшой концентрации, который обрабатывают способом согласно изобретению, может быть различного происхождения. В частности, подобный газ может представлять собой природный газ с небольшим содержанием H₂S или газ, образующийся от газификации угля или тяжелых масел, и даже газ, получающийся из гидрирования осадочного газа, например осадочный газ серного завода, содержащий такие сернистые соединения, как SO₂, меркаптаны, COS, CS₂, превращаемые в H₂S под действием водорода или водяного пара, или же газ, получающийся от обработки, при контакте с катализатором КЛАУСА, способным осуществлять реакцию образования серы между H₂S и SO₂, газового эффлюента, содержащего H₂S и SO₂ в молярном отношении H₂S : O₂ выше 2: 1. Образующийся при этом газ содержит главным образом H₂S и не содержит или содержит очень мало SO₂ в качестве сернистых соединений. Способ согласно изобретению может применяться для обработки газа, содержащего H₂S в концентрации между 0,001 объем.% и 25 объем.% и преимущественно от 0,01 до 20 объем.%. Обрабатываемый газ может дополнительно содержать такие органические соединения серы, как меркаптаны, COS, CS₂, в общей концентрации, которая может достигать приблизительно 1 объем.%.

Используя способ согласно изобретению, можно обрабатывать газ, содержащий. H₂S в концентрации выше 25 объем.%, однако в этом случае используют предпочтительно обычные способы производства серы, включающие стадию термической реакции.

Газ, содержащий H₂S, который подвергают окислению при контакте катализатора с носителем карбидом кремния, может быть свободен от воды или в основном свободен от воды или, напротив, может содержать более или менее большое количество воды. Так, заявленным способом можно обрабатывать газ, содержащий H₂S, который имеет содержание воды, достигающее от 0 объем.% приблизительно до 50 объем.%. Выгодно, когда реакцию окисления газа, содержащего H₂S, при контакте с катализатором согласно изобретению, особенно с никелевым катализатором с носителем карбидом кремния, применяют при температурах ниже точки росы серы, образованной окислением, и особенно при температурах ниже точки плавления серы; присутствие в обрабатываемом газе, содержащем H₂S, количества воды, достигающего от 10 объем.% до 50 объем. % и преимущественно от 15 объем. % до 30 объем.%, позволяет существенно повышать время, в течение которого эффективность катализатора поддерживается на оптимальном уровне.

При проведении способа согласно изобретению при температурах между 180^oC и 1000^oC и особенно между 200^oC и 900^oC, контактирование обрабатываемого газа с катализатором окисления с носителем карбидом кремния может быть осуществлено в одной зоне окисления, содержащей катализатор окисления, главным образом, когда содержание H₂S в обрабатываемом газе не выше приблизительно 5 объем.%, или же в большинстве зон окисления, расположенных в ряд, содержащих каждая катализатор окисления, главным образом, когда содержание H₂S в обрабатываемом газе выше приблизительно 5 объем.%; в вышеназванной одной зоне окисления или в каждой из большинства зон окисления работают при температурах в вышеупомянутых интервалах. В каждой из зон окисления работают в области температур, соответствующих довольно оптимальной селективности катализатора для образования серы.

На выходе из одной зоны окисления или из каждой из большинства зон окисления, расположенных в ряд, отбирают газовый эффлюент, насыщенный парами серы; названный газовый эффлюент перед любой последующей обработкой для удаления H₂S, направляют в зону отделения серы, в которой путем конденсации его освобождают от большей части серы, которую он содержит. Когда газ, содержащий H₂S, обрабатывают пропусканием через большинство расположенных в ряд зон окисления, содержащих катализатор окисления с носителем карбидом кремния, происходит окисление в серу в каждой из вышеназванных зон только фракции H₂S, содержащейся в обрабатываемом газе, путем впрыскивания в соответствующую зону, предпочтительно в смеси с вышеназванным газом, поданным в эту зону, соответствующего количества газа, содержащего свободный кислород, для осуществления этого окисления в серу. Количество H₂S, подвергаемое окислению в серу в каждой из зон, которое составляет часть всего количества H₂S, содержащегося в обрабатываемом газе, равно преимущественно между 2 объем.%, и 5 объем.% обрабатываемого газа, а число зон каталитического окисления выбирают таким образом, чтобы обрабатываемый газ, поступающий из последней каталитической зоны, содержал максимально 5 объем.% H₂S.

В случае надобности, газовый эффлюент, который собирают на выходе из одной зоны окисления или на выходе из последней зоны большинства расположенных в ряд зон окисления при применении при температурах выше точки росы образованной серы, можно подвергать дополнительной обработке для очистки после отделения серы, которую он в известных случаях содержит; вышеуказанная обработка зависит от природы газовых сернистых соединений, остающихся в эффлюенте.

Применение способа согласно изобретению при температурах выше точки росы образованной серы может представлять, в частности, стадию окисления H₂S для способов удаления сернистых соединений, содержащихся в осадочном газе, описанных в FR-A-2589141 и FR-A-2589082, или стадию окисления H₂S способа обработки кислого газа, описанного в FR-A-2589140. Вышеуказанное применение может представлять также стадию окисления H₂S в серу в стехиометрии по КЛАУСУ, используемую в способах типа, описанного в FR-A-2511663 или в FR-A-2540092; эти способы заключаются в контактировании газа, имеющего содержание H₂S ниже 25 объем. %, при повышенной температуре, т.е. между 200^oC и 1000^oC и особенно между 350^oC и 900^oC и в присутствии катализатора окисления H₂S с контролируемым количеством газа, содержащего свободный кислород, для получения газового эффлюента, содержащего H₂S и SO₂ в молярном отношении H₂S : SO₂, равном 2 : 1, и некоторого количества серы; затем в приведении вышеуказанного газового эффлюента после охлаждения и в случае необходимости отделения содержащейся в нем серы в контакт с катализатором КЛАУСА для образования нового количества серы; вышеуказанный катализатор КЛАУСА расположен в одном каталитическом конвертере или в большинстве каталитических конвертеров, например двух или трех, расположенных в ряд.

Когда применяют способ согласно изобретению при температурах ниже точки росы серы, образованной в ходе реакции окисления H₂S, т.е. при температурах в интервале от 30^oC до 180^oC и особенно в интервале от 80^oC до 160^oC, контактирование обрабатываемого газа, который в этой форме применения содержит предпочтительно менее 5 объем.% H₂S и особенно менее 2 объем.% H₂S, с катализатором окисления с носителем карбидом кремния приводит к образованию серы, которая осаждается на катализаторе.

Если концентрация H₂S или/и температура обрабатываемого газа, содержащего H₂S, приведенного в контакт с катализатором окисления, таковы, что вследствие сильной экзотермичности реакции H₂S + 1/2O₂ ---> S + H₂O, температура реакционной среды, выходящей из стадии окисления, может превышать температурный предел, выше которого реакция не имеет больше искомой селективности, удаляют калории, освобожденные в результате вышеуказанной реакции, подвергая катализатор охлаждению любым известным методом. Можно, например осуществлять это охлаждение при помощи холодной жидкости, циркулирующей при косвенном теплообмене с вышеназванным катализатором внутри этого последнего. Можно также работать, помещая катализатор в трубчатый реактор, образованный расположенными в каландре трубами, например с катализатором, присутствующим в трубах, и с холодной жидкостью, циркулирующей между трубами со стороны каландра. Можно также осуществлять каталитическое окисление в реакторе с несколькими слоями катализатора с охлаждением реакционной среды между последовательными слоями косвенным теплообменом с холодной жидкостью, или теплообменом, происходящим внутри или снаружи реактора окисления.

Если обрабатываемый газ содержит кроме H₂S значительное количество воды, например выше 10 объем. %, то температуры окисления H₂S в серу ниже точки росы серы, образовавшейся при окислении, выбирают преимущественно выше точки росы воды, содержащейся в обрабатываемом газе.

В ходе окисления H₂S в серу при температурах ниже точки росы образовавшейся серы катализатор окисления постепенно насыщается серой. Периодически производят регенерацию катализатора, насыщенного серой, продувкой при помощи неокисляющего газа при температурах между 200^oC и 500^oC и преимущественно между 230^oC и 450^oC для выпаривания серы, задержанной на катализаторе, затем охлаждают регенерированный катализатор до температуры ниже точки росы серы для нового применения реакции окисления, это охлаждение осуществляют при помощи газа, имеющего соответствующую температуру ниже 180^oC.

Промывочный газ, используемый для регенерации насыщенного серой катализатора, может представлять собой метан, азот, CO₂ или смеси этих газов или может состоять из фракции газового потока, выходящей из стадии окисления, или из фракции обрабатываемого газа. Вышеупомянутый промывочный газ, используемый для регенерации, может в случае необходимости содержать некоторое количество газообразного восстанавливающего соединения, например H₂, CO, или H₂S, по крайней мере на последней фазе регенерации, т.е. после выпаривания наибольшей части серы, осажденной на катализаторе окисления.

Применение реакции окисления по способу согласно изобретению при температурах ниже точки росы образовавшейся серы может быть осуществлено в одной зоне окисления, содержащей катализатор окисления с носителем карбидом кремния, который действует попеременно в фазе окисления и в фазе восстановления/охлаждения. Подобное применение имеет место, когда обрабатываемый газ содержит мало H₂S и в силу этого регенерация катализатора немного учащенная. Выгодно осуществлять применение каталитической реакции в большинстве зон окисления, содержащих каждая катализатор окисления с носителем карбидом кремния, которые работают таким образом, что по меньшей мере одна из вышеназванных зон работает в фазе регенерации/охлаждения, тогда как другие зоны работают в фазе каталитического окисления. Можно также проводить процесс, имея одну или несколько зон в фазе реакции окисления, по меньшей мере одну зону в фазе регенерации и по меньшей мере одну зону в фазе охлаждения.

Газ, используемый для регенерации катализатора окисления, циркулирует преимущественно в закрытой цепи, начиная с зоны нагревания, проходя последовательно через каталитическую зону в ходе регенерации и через зону охлаждения, в которой большую часть серы, присутствующей в вышеназванном газе, отделяют конденсацией, чтобы возвращать в зону нагревания. Разумеется, газ регенерации может циркулировать также в разомкнутой цепи.

Газ, используемый для охлаждения регенерированного катализатора окисления, представляет собой газ типа, применяемого для регенерации насыщенного серой катализатора. Вышеуказанный газ в случае необходимости может содержать кислород в количестве, ниже или равном количеству, используемому в фазе каталитического окисления. Цепи газа регенерации и газа охлаждения могут быть независимыми друг от друга. Однако по одному варианту осуществления цепь газа регенерации, определенная выше, может включать также ответвление, связывающее выход его зоны охлаждения с входом зоны в ходе регенерации, с байпасом зоны нагревания, что позволяет миновать вышеназванную зону нагревания и использовать газ регенерации в качестве газа охлаждения.

Вариант применения способа согласно изобретению для окисления H₂S в серу при температурах ниже точки росы серы, образовавшейся при окислении, может преимущественно представлять стадию каталитического окисления H₂S, которая следует за стадией реакции КЛАУСА при температурах ниже 180^oC в способе десульфурации газа, содержащего H₂S, описанном в FR-A-2277877.

Изобретение поясняется следующими примерами, не ограничивающим способ согласно изобретению.

Пример 1.

Обрабатывали газ, состоящий из 1 объем.% H₂S, 5 объем.% H₂O и 94 объем.% CO₂, при температурах выше точки росы образовавшейся серы, с использованием катализатора, состоящего из носителя карбида кремния, пропитанного соединением железа и соединением хрома и содержащего, учитывая вес металла по отношению к весу катализатора, 3,2% железа и 0,35% хрома.

Приготовление катализатора осуществляли следующим образом. Сначала пропитывали зерна карбида кремния, имеющего гранулометрию между 0,8 мм и 1 мм и удельную поверхность ВЕТ 78 м²/г, раствором соединения железа и соединения хрома в концентрациях, пригодных для получения желаемых количеств железа и хрома в получающемся катализаторе. Полученный пропитанный продукт сушили при комнатной температуре в течение 40 часов, затем при 120^oC в течение 50 часов и после этого подвергали прокаливанию при 500^oC в течение 20 часов, чтобы получать катализатор.

Полученный катализатор содержал, как указано выше, 3,2 вес.% железа и 0,35 вес.% хрома и имел удельную поверхность ВЕТ 77 м²/г.

Обработку газа, содержащего H₂S, осуществляли в каталитическом реакторе с неподвижным слоем, содержащем 1,1 м³ катализатора; вышеуказанный реактор был снабжен, во-первых, впускным трубопроводом для обрабатываемого газа и, во-вторых, трубопроводом для удаления образующихся газов на выходе из реактора. Впускной трубопровод для газов имеет отверстие для впрыскивания воздуха в качестве газа, содержащего свободный кислород, и снабжен, кроме того, косвенным теплообменником, работающим с нагревателем, смонтированным между отверстием для впрыскивания воздуха и входом в реактор. Выходной трубопровод для газов снабжен конденсатором серы, охлаждаемой циркуляцией водяного пара. Прохождение впускного газа на выход из реактора производят через слой катализатора.

В обрабатываемый газ, введенный через впускной трубопровод для газов при расходе 1000 нм³/час и при температуре 40^oC, добавляют через отверстие воздух, соответственно при расходе 29 нм³/час, этот воздух впрыскивают при комнатной температуре. Смесь обрабатываемого газа и воздуха, в которой молярное отношение O₂ : H₂S было равно 0,6, вводили при температуре 180^oC пропусканием через нагреватель, затем впрыскивали в реактор при этой температуре. Время контакта вышеназванной смеси с катализатором, содержащимся в реакторе, составляло 4 секунды. Газовый эффлюент, выходящий из реактора через трубопровод для удаления газов, не содержал больше ни свободного кислорода, ни H₂S и имел температуру 240^oC. Этот эффлюент охлаждали приблизительно до 130^oC в конденсаторе для отделения серы, которую он содержал.

Превращение H₂S было полным и селективность серы была равна 92%.

Пример 2.

Обрабатывали осадочный газовый эффлюент, содержащий 0,8 объем.% H₂S как одно соединение серы и получали гидрированием/гидролизом осадочный газ завода по производству серы по способу КЛАУСА, по которому обрабатывали кислый газ, содержащий 70 объем.% H₂S.

Обработку вышеназванного газового эффлюента осуществляли при температуре ниже точки росы серы, образовавшейся окислением вышеупомянутого H₂S с использованием катализатора, состоящего из карбида кремния, пропитанного соединением никеля и содержащего 4 вес.% никеля; вышеуказанный катализатор имеет удельную поверхность BET 220 м²/г.

Вышеуказанный катализатор был получен пропитыванием микропористых зерен карбида кремния соответствующим количеством ацетата никеля в водном растворе, затем сушкой при 100^oC пропитанного продукта и, наконец, прокаливанием сухого продукта при 300^oC в течение 3 часов. Зерна карбида кремния со средним диаметром 1 мм имели удельную поверхность BET 240 м²/г.

Работали на установке, образованной из двух реакторов каталитического окисления, смонтированных параллельно. Каждый реактор имел вход и выход, разделенные неподвижным слоем вышеупомянутого катализатора. Вышеуказанные реакторы, кроме того, были установлены таким образом, чтобы попеременно, при помощи переключаемых часовым механизмом клапанов, один из реакторов работал в фазе реакции, т.е. имел вход, соединенный с впускным трубопроводом для газов, на котором смонтирован косвенный теплообменник и ниже теплообменника имеется отверстие для впрыскивания воздуха, и выход, связанный с трубопроводом для удаления газов, а другой реактор работал в фазе регенерации/охлаждения, т.е. был расположен в цепи регенерации/охлаждения, снабженной средствами для обеспечения циркуляции газа продувки через реактор окисления от нагревателя до конденсатора серы и возврата в указанный нагреватель и для циркуляции затем холодного газа, имеющего такой же состав, как газ регенерации, через реактор после регенерации.

Обрабатываемый газовый эффлюент, поступающий через впускной трубопровод для газов при расходе 940 кмол/час, доводили по температуры 90^oC в теплообменнике, смонтированном на вышеуказанном трубопроводе, затем добавляли через отверстие 44 кмол/час окружающего воздуха. Полученная смесь проникает в реактор в фазе окисления с температурой, равной 90^oC. Время контакта газовой смеси, поступающей в реактор в фазе реакции окисления, со слоем катализатора, содержащимся в вышеуказанном реакторе, было равно 10 секунд. Степень превращения H₂S в реакторе в фазе реакции окисления была равна 100%. На выходе из указанного реактора удаляют газовый поток, имеющий температуру приблизительно 140^oC и содержащий 160 v.p.m SO₂, вышеназванный газовый поток направляли в печь для сжигания отходов перед его выбросом в атмосферу.

В реактор, работающий в фазе регенерации/охлаждения, впрыскивали продувочный газ в целях регенерации катализатора окисления, насыщенного серой; вышеназванный продувочный газ состоял из азота и его впрыскивали в указанный реактор с температурой между 250^oC и 350^oC и с расходом 10000 нм³/час. В конце фазы регенерации катализатора снижали температуру продувочного газа приблизительно до 125^oC и продолжали продувку продувочным газом, охлаждаемым до тех пор, пока слой регенерированного катализатора не достигнет вышеуказанной температуры. При регенерации в атмосфере азота рекуперируют все серу, осажденную на катализаторе.

Реакторы окисления работали попеременно в течение 30 часов в фазе реакции и в течение 30 часов, из которых 10 часов было охлаждение, в фазе регенерации/охлаждения.

Завод для производства серы, включающего способ согласно изобретению для обработки образующихся осадочных газов, гидрированных предварительно обработкой согласно изобретению, имел общий выход серы 99,9 % в течение нескольких месяцев.

Пример 3.

Обрабатывали кислый газ, бедный H₂S. Указанный газ состоял из 95,5 объем.% CO₂, 4 объем. % H₂O и 0,5 объем.% H₂S.

Обработку кислого газа осуществляют при температуре ниже точки росы серы, образованной окислением H₂S этого кислого газа, работая на установке, подобной использованной в примере 2, и используя катализатор, состоящий из карбида кремния, содержащий 4 вес.% никеля и имеющий удельную поверхность BET 210 м²/г. Этот катализатор был приготовлен, как описано в примере 2, и после прокаливания он подвергался восстановлению в потоке водорода при 400^oC в течение 10 часов.

Обрабатываемый кислый газ, бедный H₂S, поступал через впускной трубопровод для газов при расходе 2241 нм³/час и при температуре приблизительно 30^oC, его доводили до температуры 80^oC в теплообменнике, смонтированном на вышеуказанном трубопроводе, и затем добавляли через отверстие 89,6 нм³/час воздуха, доведенного до 80^oC. Полученная смесь проникала в реактор в фазе окисления с температурой 80^oC. Время контакта газовой смеси, поступающей в реактор в фазе реакции окисления, со слоем катализатора, содержащегося в вышеназванном реакторе, было равно 10 секунд. Степень превращения H₂S в реакторе в фазе реакции окисления была равна 100%. На выходе из вышеуказанного реактора удаляли газовый поток, имеющий температуру приблизительно 105^oC и содержащий менее 100 v.p.m SO₂; газовый поток направляли в печь для сжигания отходов перед его выбросом в атмосферу.

В реактор, работающий в фазе регенерации/охлаждения, впрыскивали продувочный, состоящий из азота газ, в целях регенерации катализатора окисления, насыщенного серой, затем охлаждали регенерированный катализатор, работая, как указано в примере 2. При регенерации в атмосфере азота рекуперируют все серу, осажденную на катализаторе.

Реакторы окисления работали попеременно в течение 30 часов в фазе реакции и в течение 30 часов, из которых 10 часов было охлаждение, в фазе регенерации/охлаждения.

Пример 4.

Обрабатывали кислый газ, содержащий 20 объем.% H₂S, 8 объем.% воды и 72 объем. % CO₂ по способу, включающему стадию каталитического окисления в стехиометрии по КЛАУСУ, следующую за реакцией КЛАУСА, осуществляемой в две последовательные стадии: первая - выше точки росы образованной серы и вторая - ниже вышеуказанной точки росы.

Работали на установке, включающей следующие элементы: - реактор окисления с неподвижным слоем, содержащим катализатор окисления согласно изобретению, снабженный впускным трубопроводом для смеси кислого газа и воздуха и трубопроводом для удаления эффлюента окисления; - теплообменн