Улучшенный катализатор для селективного окисления сероводорода

Данное изобретение относится к области селективного окисления серосодержащих соединений, в частности сероводорода. Изобретение касается неподвижного слоя катализатора для селективного окисления сероводорода кислородом, причем данный составной слой катализатора содержит слой первого катализатора и слой второго катализатора, где слой первого катализатора включает частицы первого катализатора, которые содержат первый материал носителя, содержащий кремнезем, и первый оксид металла, содержащий Fe2O3, и слой второго катализатора включает частицы второго катализатора, которые содержат второй материал носителя, содержащий кремнезем, и второй оксид металла, содержащий Fe2O3, где указанные частицы первого катализатора имеют более высокую загрузку Fe2O3 в расчете на общую массу частиц первого катализатора, чем загрузка Fe2O3 для указанных частиц второго катализатора в расчете на общую массу частиц второго катализатора, при этом указанная загрузка Fe2O3 для частиц второго катализатора составляет менее чем 3% в расчете на общую массу указанных частиц второго катализатора, а указанная загрузка Fe2O3 частиц первого катализатора находится в интервале 5-10% в расчете на общую массу частиц первого катализатора, и где объем слоя первого катализатора составляет 15-50 об.% от общего объема слоя катализатора, и объем слоя второго катализатора составляет 50-85 об.% от общего объема слоя катализатора. Изобретение также касается способа и устройства селективного окисления сероводорода. Технический результат изобретения состоит в более высоком выходе и селективности без применения более низкой объемной скорости. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 пр., 4 табл.

 

Данное изобретение относится к области селективного окисления серосодержащих соединений, в частности, сероводорода. Данное изобретение, в частности, направлено на способы и устройства, применимые для окисления сероводорода, увлекаемого потоками отходящего газа устройства для извлечения серы, такого как установка Клауса.

Устройства для извлечения серы применяют, чтобы удалять серосодержащие соединения, в частности, сероводород (H2S), из потоков кислого газа, таких как те, которые образованы в результате обработки природного газа, и получать элементарную серу. Для газовых потоков, содержащих большие количества сероводорода (например, 10 об.% или более), процесс Клауса является самым распространенным процессом десульфуризации. Основной реакцией в процессе Клауса является следующая:

2 H2S+SO2 ↔ 3/n Sn+2 H2O (1)

Первая стадия в этом процессе включает высокотемпературное окисление H2S кислородом из воздуха до стехиометрического требуемого количества SO2. Этот процесс окисления H2S обладает дополнительным преимуществом, заключающимся в преобразовании также и загрязняющих веществ, присутствующих в исходном материале. Ниже по потоку от этой термической стадии, реакторы выполняют реакцию Клауса при применении керамических катализаторов, таких как оксид алюминия и диоксид титана. Конверсия H2S в процессе Клауса, однако, не является завершенной, поскольку реакция Клауса является равновесной реакцией, и требуются процессы обработки отходящих газов, чтобы уменьшить количество H2S в отходящих газах процесса Клауса перед тем, как отходящие газы могут быть выпущены в атмосферу.

Известные способы для обработки отходящих газов устройств для извлечения серы включают низкотемпературный способ Клауса, способ восстановления-адсорбции и способ селективного окисления. Способ селективного окисления является особенно подходящим для обработок отходящих газов, поскольку, в отличие от процесса Клауса, реакционное взаимодействие термодинамически завершается, означая, что теоретически возможно полное преобразование H2S до элементарной серы.

Примером промышленного процесса, который улучшает селективное окисление H2S, является процесс Superclaus®. В этом процессе, однако, SO2 (который может также присутствовать в отходящих газах процесса Клауса) не преобразуется в реакции селективного окисления. Соответственно, чтобы дополнительно улучшить обработку отходящих газов, может быть выполнена гидрогенизация SO2 выше по потоку относительно реактора, где происходит селективное окисление H2S. В таком процессе применяется реакция гидрогенизации SO2 водородом, с образованием H2S. Типичные конфигурации слоя катализатора в реакторной системе такого процесса содержат верхний слой катализатора Клауса (обычно оксида алюминия) с последующим вторым слоем, являющимся катализатором гидрогенизации (обычно сульфидированным оксидом кобальта-молибдена). Примером промышленного процесса, в котором применяется такая реакторная система и конфигурация процесса, является процесс Euroclaus®, как описано в EP1442781. Образованный H2S затем преобразуют в реакторе селективного окисления ниже по потоку до элементарной серы и воды. Также в одном из примеров описан сульфидированный оксид железа на кремнеземе.

Селективное окисление H2S кислородом на катализаторе с образованием элементарной серы и воды, рассмотрено Zhang et al. (ACS Catalysis 2015, 5, 1053-1067). Кроме того, процесс селективного окисления и особенно подходящие для этого катализаторы описаны в EP0409353 и EP0242920, которые включены в данный документ посредством ссылки на них во всей их полноте. Из этих работ стало известно, что металлические оксиды на носителях обладают преимуществом в промышленном применении вследствие их высоких эксплуатационных качеств и устойчивости в условиях процесса. Катализатор состоит из каталитически активного металлического оксида, который распределен на поверхности частиц материала носителя.

Как полагают, селективное окисление H2S кислородом до элементарной серы, осуществляемое в реакторе с неподвижным слоем, протекает в соответствии со следующей реакцией:

2 H2S+O2 → 2 H2O+¼ S8 (2)

На селективное окисление для образования элементарной серы может нежелательным образом влиять протекание одной или более из следующих побочных реакций:

Избыточное окисление H2S: 2 H2S+3 O2 → 2 H2O+2 SO2 (3)

Окисление S8: 1/8 S8+O2 → 2H2O+SO2 (4)

Nasato et al. (Oil & Gas Journal, 1994, 45-48) описывают каталитическую систему, образованную посредством послойной загрузки в реактор катализаторов на основе альфа-оксида алюминия (α-Al) и на основе кремнезема (Si). Это делает возможным уменьшение температуры на входной стороне слоя катализатора и приводит к более высокому выходу элементарной серы.

Авторы данного изобретения неожиданно нашли, что за счет уменьшения загрузки оксида металла в частицах катализатора, который катализирует селективное окисление, может быть получена более высокая селективность по отношению к образованию элементарной серы из H2S. Однако уменьшенная загрузка оксида металла обычно приводит к более низкой активности катализатора при идентичной объемной скорости (например, часовой объемной скорости подачи газа, GHSV, которая является объемным расходом газа, деленным на объем составного слоя (пласта)/слоя катализатора) и, соответственно, к более низкому выходу элементарной серы. Соответственно, уменьшение загрузки оксида металла должно быть обычно уравновешено увеличением объема катализатора, что приводит к дополнительным затратам на процесс и, например, к изменениям конструкции технологической установки. В качестве альтернативы, может быть увеличена температура составного слоя катализатора, чтобы улучшить скорость реакции. Однако более высокая температура составного слоя катализатора также промотирует образование SO2 посредством реакций (3) и/или (4), как указано в данном документе выше. Это является нежелательным.

Авторы данного изобретения неожиданно нашли, что при использовании многослойного фиксированного слоя катализатора, где каждый слой содержит частицы катализатора, имеющие разную загрузку оксида металла, может быть обеспечено преимущество, заключающееся в более высокой селективности, без применения более низкой объемной скорости.

Поскольку составной слой катализатора является неподвижным, наслаивание может быть выполнено посредством по меньшей мере частичного заполнения реактора окисления вначале частицами первого катализатора, с последующей загрузкой частиц второго катализатора поверх частиц первого катализатора (или наоборот).

Часовая объемная скорость подачи газа, или GHSV, в составной слой катализатора селективного окисления при применении поддерживаемых металлических оксидов обычно находится в интервале 1000-12000 ч-1. Особенно предпочтительная часовая объемная скорость подачи газа является условием выбора свойств катализатора (например, может быть предпочтительной более высокая загрузка оксида металла, которая создает возможность для применения более высокой часовой объемной скорости подачи газа).

Соответственно, один аспект данного изобретения направлен на составной слой катализатора для селективного окисления сероводорода, данный составной слой катализатора содержит слой первого катализатора и слой второго катализатора. Слой первого катализатора содержит частицы первого катализатора, которые содержат первый материал носителя и первый оксид металла, и слой второго катализатора содержит частицы второго катализатора, которые содержат второй материал носителя и второй оксид металла, где указанные частицы первого катализатора имеют более высокую загрузку оксида металла, чем указанные частицы второго катализатора. Оксид металла предпочтительно выбран из группы, состоящей из MgO, V2O5, Cr2O3 Mn2O3, Fe2O3 и CuO, более предпочтительно Fe2O3. Следует принимать во внимание, что оксид металла и материал носителя являются химически разными материалами.

Во избежание неопределенности и для краткости описания следует заметить, что во время применения составного слоя катализатора в реакции селективного окисления, химическая природа оксида металла может временно или надолго изменяться, без потери каталитической активности - как это общеизвестно для присутствующих каталитических частиц. Например, оксид металла может быть по меньшей мере частично преобразован в сульфат металла и/или сульфит металла. Оксид металла, описанный в данном документе, означает также включение этих каталитических соединений. В таком случае, загруженный оксид металла может быть скорректирован для различных масс компонентов сульфата и/или сульфита металла по отношению к металлическому оксиду, когда загрузка оксида металла выражена как масса оксида металла в расчете на общую массу частиц катализатора.

Другим аспектом данного изобретения является способ селективного окисления сероводорода, включающим пропускание потока газа, содержащего сероводород, поверх составного слоя катализатора, где газовый поток первоначально контактирует со слоем первого катализатора и затем контактирует со слоем второго катализатора. Газовый поток обычно содержит от 0,1 до 2,5% сероводорода по объему, предпочтительно от 0,5 до 1,5% сероводорода по объему.

Данное изобретение обеспечивает высокие селективность по отношению к образованию элементарной серы и выход элементарной серы в процессе селективного окисления. Выход элементарной серы в данном документе выражен как степень образования элементарной серы и является равным степени преобразования H2S, скорректированной с учетом образования SO2. Соответственно, выход («yield» в указанной ниже формуле) может быть определен как

(5)

Селективность процесса селективного окисления в данном документе выражена как доля конвертированного сероводорода, который преобразован до элементарной серы. Соответственно, селективность («selectivity» в указанной ниже формуле) может быть определена как

(6)

Активность процесса селективного окисления в данном документе выражена как доля сероводорода, который является конвертированным. Соответственно, активность («activity» в указанной ниже формуле) может быть определена как

(7)

Без намерения установления связи с теорией, авторы данного изобретения полагают, что увеличенный выход серы может быть получен для каждого слоя катализатора вследствие экзотермического характера реакции селективного окисления сероводорода. Поскольку представленное селективное окисление сероводорода обычно выполняют в адиабатическом реакторе, и реакция окисления является экзотермической, температура повышается, когда газовый поток контактирует с составным слоем катализатора, где имеет место реакционное взаимодействие. Температура дополнительно увеличивается, когда газовый поток проходит через составной слой катализатора от одного слоя к следующему слою. Температуру на входе составного слоя катализатора обычно поддерживают выше 150 °C, что, как правило, приводит к температуре составного слоя катализатора до величины между 160 и 300 °C.

Обычно выход селективного окисления является оптимальным при определенной температуре. При более низкой температуре, активность катализатора уменьшается, и при более высокой температуре одна или несколько вышеописанных побочных реакций могут становиться более ярко выраженными (т.е. они уменьшают селективность). Соответственно, в случае загрузки оксида металла, остающейся постоянной на всем протяжении составного слоя катализатора (как в случае составных слоев обычного катализатора), увеличение температуры приводит к более низкой локальной селективности и более низкому выходу элементарной серы. Авторы данного изобретения решили эту проблему посредством предоставления многослойной каталитической системы, где предпочтительно загрузка оксидом металла каждого слоя в основном соответствует оптимальной локальной температуре, так что получают по существу оптимальный выход элементарной серы и, соответственно, по существу оптимальный выход.

Хотя улучшенный выход уже получен посредством предоставления двух каталитических слоев в составном слое катализатора, может являться предпочтительным, что составной слой катализатора по данному изобретению включает один или более других (т.е. дополнительных) каталитических слоев, глее каждый каталитический слой содержит частицы катализатора. В этом конкретном варианте осуществления, загрузка оксида металла в частицах катализатора каждого каталитического слоя меньше загрузки частиц катализатора предшествующего каталитического слоя, так что загрузка оксида металла в частицах катализатора уменьшается выше слоев составного слоя катализатора. Если слои являются довольно тонкими, загрузка оксида металла в частицах катализатора может уменьшаться постепенно поверх составного слоя катализатора.

Температура катализатора может зависеть от количества кислорода, который применяют для окисления сероводорода. Предпочтительно, газовый поток, поступающий в реактор, контактирующий с первым слоем составного слоя катализатора, дополнительно содержит кислород, при поддержании молярного отношения кислорода к сероводороду от 0,5 до 1,5.

Обычно, любой известный катализатор для селективного окисления сероводорода может подвергаться побочным реакциям, как рассмотрено выше. Соответственно, данное изобретение может быть применено для селективного окисления H2S, независимо от типа примененного катализатора. Особенно предпочтительными составными слоями и отдельными слоями катализаторов являются те, что содержат активные материалы, такие как углерод и/или оксид металла. Zhang et al. (ACS Catalysis 2015, 5, 1053-1067) описывают несколько катализаторов, которые применимы для селективного окисления и могут, соответственно, быть применимыми для данного изобретения.

Катализаторы, описанные в EP0409353 и EP0242920, содержат соединения железа (например, оксид железа) или смесь соединений железа с другими металлическими соединениями в качестве активного материала, и эти катализаторы являются наиболее предпочтительными. Катализатор дополнительно предпочтительно содержит материал-носитель, содержащий кремнезем, оксид алюминия или их комбинацию. Каждый из различных каталитических слоев в составном слое катализатора может быть основан на разных или одном и том же металлическом оксиде. Предпочтительно первый и второй оксид металла являются одним и тем же оксидом металла. Еще более предпочтительно, чтобы первый и/или второй оксид металла содержал оксид железа.

Загрузка оксида металла в частицах катализатора может быть выражена как масса оксида металла в расчете на общую массу частиц катализатора. В предпочтительном варианте осуществления, в частности, когда первый оксид металла содержит оксид железа (т.е. Fe2O3), частицы катализатора имеют загрузку оксида металла 3-20% по массе, предпочтительно 5-10% по массе первого оксида металла в расчете на общую массу частиц первого катализатора. Загрузка оксида металла в частицах катализатора может быть определена обычными аналитическими методами, такими как элементные анализы или метод температурно-запрограммированного восстановления (TPR), как описано в EP0242920. Понятно, что, в результате спекающей обработки при получении частиц катализатора или вследствие другого способа получения, часть оксида металла может становиться инкапсулированным внутри материала носителя, например, когда узкие поры герметизированы во время спекающей обработки. Различие между этим инкапсулированным или внедренным оксидом металла и оксидом металла, присутствующим на носителе, однако, может быть легко определено посредством метода температурно-запрограммированного восстановления. Подробности этого метода измерения описаны в N.W. Hurst, S.J. Gentry, A. Jones and B.D.McNicol Catal.Rev.Sci.Eng 24(2), 233-309 (1982). Количество оксида металла, присутствующего в частицах катализатора и доступного для газов, может таким образом быть определено.

Указанные частицы второго катализатора предпочтительно имеют загрузку оксида металла менее чем 5% по массе, предпочтительно менее чем 3% по массе в расчете на общую массу частиц второго катализатора. Это является также особенно предпочтительным в случае, если второй оксид металла содержит оксид железа.

Частицы катализатора с желательной загрузкой оксида металла могут быть получены посредством стандартных процедур получения, таких как импрегнирование (например, импрегнирование с пропиткой по влагоемкости) материала носителя.

Образование SO2 является нежелательным, и побочные реакции предпочтительно минимизируют, чтобы максимизировать выход полученной элементарной серы. Типичные поддерживающие материалы поэтому являются инертными, т.е. не обладают существенной активностью по отношению к реакцию Клауса (1) и реакциям окисления под номерами 2-4, как обозначено в данном документе выше. См. также EP409353 в отношении подходящих инертных поддерживающих материалов. Инертный материал может быть применен в составных слоях катализатора для селективного окисления H2S, чтобы поддерживать теплоемкость слоя в целом. Это уменьшает вариации температуры при рабочих условиях. Инертные свойства материала могут быть получены посредством низкой площади поверхности частиц этого материала или посредством свойств, присущих материалу. Однако низкая площадь поверхности будет также приводить к ухудшенной активности после загрузки металлических оксидов (т.е. активного каталитического материала), и большие объемы катализатора могут потребоваться. Поэтому является предпочтительным применение материалов, которые обладают малой активностью или ее отсутствием по отношению к реакции Клауса и реакции селективного окисления.

Материал носителя может являться любым материалом носителя, однако особенно хорошие результаты могут быть получены, когда первый материал носителя и/или второй материал носителя содержит альфа-оксид алюминия или кремнезем или карбид кремния или активированный уголь или другие поддерживающие материалы, которые не катализируют реакцию Клауса, предпочтительно кремнезем. Когда активность реакции Клауса является достаточно высокой, например, в присутствии катализатора, обратная реакция Клауса будет также происходить, образуя H2S и SO2 из серы и воды. Это уменьшает общую селективность. Поэтому поддерживающие материалы предпочтительно выбирают на основании этого свойства.

Температуру на входе составного слоя катализатора предпочтительно поддерживают такой низкой, насколько это возможно, поскольку нагревание на входе требует энергии. Еще более предпочтительно, чтобы температура на входе не превышала 240 °C, что является температурой, которую обычно применяют в установках Клауса. Температуры выше, чем 240 °C, потребуют дополнительной энергии, и дополнительное оборудование, такое как промежуточные пароперегреватели, которые предпочтительно применяют в установках Клауса, не будут больше достаточным.

Отдельные слои составного слоя катализатора могут дополнительно содержать инертные частицы, которые обычно основаны на том же самом поддерживающей материале, что и частицы катализатора в составном слое катализатора. Соответственно, особенно подходящими инертными частицами являются частицы, которые по существу состоят из α-оксида алюминия, кремнезема, карбида кремния или активированного угля. Примечательно, что увеличение отношения инертных частиц к каталитическим частицам обычно уменьшает активность составного слоя катализатора, однако не приводит к более высокой селективности реакции селективного окисления. Это иллюстрирует непредсказуемую природу реакции селективного окисления и неожиданный элемент данного изобретения.

Без намерения установления связи с теорией, авторы данного изобретения полагают, что более низкая активность и взаимосвязанная более высокая селективность в качестве результата более низкой загрузки оксида металла, может быть связана с определенными эффектами внутричастичной транспортации внутри частиц катализатора. Было найдено, что данное изобретение предоставляет особенно хорошие результаты, когда частицы первого катализатора имеют объем пор 0,8-1,2 мм3/г, предпочтительно примерно 1 мм3/г, и частицы второго катализатора имеют объем пор более чем 1,2 мм3/г, при измерении методами ртутной порометрии. Эти объемы пор являются особенно предпочтительными для частиц катализатора, основанного на оксиде железа в качестве оксида металла и кремнеземе в качестве материала-носителя. Эти объемы пор являются особенно подходящими для поддержания хороших рабочих характеристик частиц катализатора, а также для поддержания хорошей механической целостности частиц катализатора, ограничивая тем самым излишнее измельчение частиц и увеличенный перепад давления поверх составного слоя катализатора.

Такие аспекты, как распределение по размеру частиц катализатора, средний размер частиц катализатора и взаимодействие оксида металла с материалом носителя, могут, насколько это возможно, влиять на селективность реакции. Эти аспекты могут изменять присущие свойства частиц катализатора.

Другим параметром, который может быть выгодным образом применен для улучшения выхода элементарной серы, является объемное соотношение различных каталитических слоев внутри составного слоя катализатора. Как описано в данном документе выше, является предпочтительным, чтобы загрузка оксида металла каждого слоя в основном соответствовала локальной температуре. Температура газового потока может не увеличиваться линейным образом на всем протяжении составного слоя катализатора, и/или разница в загрузке оксида металла может не быть линейной от одного слоя к следующему слою. Обычно, является предпочтительным, чтобы объем слоя первого катализатора составлял 15-50% по объему, предпочтительно 20-30% по объему от общего объема составного слоя катализатора.

Объем слоя второго катализатора составляет предпочтительно 50-85% по объему, предпочтительно 70-80% по объему от объема составного слоя катализатора.

Составной слой катализатора по данному изобретению предоставляет особенно хорошие результаты, когда он предоставлен в адиабатическом реакторе. Однако, в принципе, может являться выгодным применение в любом реакторе, который изолирован таким образом, что температурный профиль поверх слоя катализатора получают во время процесса селективного окисления (т.е. температура реакции увеличивается в направлении протекания газового потока поверх слоя катализатора).

Данное изобретение может быть проиллюстрировано посредством приведенных ниже примеров.

Пример 1 - единственный слой слоя катализатора

Входящий газовый поток, содержащий 1,0 об.% H2S, 0,07 об.% SO2, 30 об.% H2O, остаток N2 до 100 об.%, вместе с кислородом при молярном отношении 2:1 кислорода к H2S, пропускали поверх пакета однослойного катализатора, содержащего 50 об.% катализатора с 5 масс.% оксида железа (Fe2O3), на кремнеземном катализаторе, смешанном с 50 об.% инертного оксида алюминия, размещенном в кварцевом полуадиабатическом лабораторном реакторе с неподвижным слоем. Применяли объемную скорость 2000 ч-1.

Выходной поток анализировали посредством газового хроматографа, чтобы определить селективность и выход серы. Результаты представлены в Таблице 1.

Таблица 1

Температура на входе (°C) Селективность (%) Выход серы (%)
220 96,67 84,51
225 96,77 86,88
230 96,62 93,10
235 95,96 94,53
240 95,95 95,45
245 96,04 95,51
250 94,87 94,71
260 92,85 92,72
270 88,57 88,40

Пример 2 - низкая загрузка оксида металла

Пример 1 повторяли, однако H2S пропускали поверх единственного слоя пакета катализатора, содержащего 50 об.% с 2 масс.% оксида железа (Fe2O3), на кремнеземном катализаторе, смешанном с 50 об.% инертного оксида алюминия. Результаты представлены в Таблице 2.

Таблица 2

Температура на входе (°C) Селективность (%) Выход (%)
225 97,65 64,47
230 97,30 78,46
235 97,68 87,79
240 97,26 93,89
250 96,54 95,83
260 95,81 95,60
270 93,91 93,77

Как следует из Таблицы 2 по сравнению с таблицей 1, более высокую среднюю селективность получают посредством применения более низкой загрузки оксида железа. Это способствует высокому выходу в отношении элементарной серы. Более низкая загрузка оксида металла также уменьшает активность слоя катализатора, как проиллюстрировано посредством температуры на входе, требующейся для достижения максимального выхода, которая составляет 250°C. Эта температура на входе является слишком высокой для непосредственного применения с единственным слоем в промышленных видах применения с использованием промежуточного пароперегревателя.

Пример 3 - влияние разбавления катализатора инертным материалом

Пример 1 повторяли, однако H2S пропускали поверх единственного слоя пакета катализатора, содержащего 100 об.% с 5 масс.% оксида железа (Fe2O3), на кремнеземном катализаторе (соответственно, инертный материал не присутствовал). Результаты представлены в Таблице 3.

Таблица 3

Температура на входе (°C) Селективность (%)
220 96,86
225 96,34
230 96,28
240 95,74
250 94,28
260 91,83
270 85,95

Сравнение результатов, представленных в Таблице 3 и Таблице 1, показывает отсутствие различия в селективности между 5 масс.% оксида железа (Fe2O3) на кремнеземном катализаторе с инертным материалом или без него. Всего лишь разбавление слоя катализатора посредством добавления инертного материала, тем самым уменьшая загрузку оксида железа на всем протяжении слоя катализатора, не предоставляет более высокую селективность, как проиллюстрировано посредством сравнения Таблицы 1 и 3. Этот результат поддерживает необходимость уменьшения загрузки оксида металла на частицы фактического катализатора.

Пример 4 - влияние многослойного составного слоя катализатора

Входящий поток, содержащий 1,0 об.% H2S, 0,07 об.% SO2, 30 об.% H2O, остаток N2, вместе с кислородом, при молярном отношении 2:1 кислорода к H2S, пропускали поверх двухслойного катализатора, содержащего 25 об.% первого (верхнего) слоя катализатора с 5 масс.% оксида железа (Fe2O3) на кремнеземе и 75 об.% второго (нижнего) слоя катализатора с 2 масс.% оксида железа (Fe2O3) on кремнеземе, размещенного в кварцевом полуадиабатическом лабораторном реакторе с неподвижным слоем. Объемную скорость устанавливали при 2000 ч-1. Выходной поток анализировали посредством газового хроматографа, чтобы определить конверсию, селективность и выход серы. Результаты представлены в Таблице 4.

Таблица 4

Температура на входе (°C) Селективность (%) Выход серы (%)
195 97,79 45,73
200 97,94 59,29
210 96,79 86,17
220 96,80 95,26
225 96,14 95,90
230 96,06 96,26
235 96,12 96,03
240 95,85 95,75
245 93,63 93,54
250 92,47 92,40
260 88,56 88,46
270 80,28 80,15

Сравнение результатов Таблицы 4 с Таблицей 1 показывает, что более высокий выход получен посредством многослойной структуры при оптимальной температуре, которая составляет 225°C для Таблицы 4 и 245°C для Таблицы 1.

1. Неподвижный слой катализатора для селективного окисления сероводорода кислородом, причем данный составной слой катализатора содержит слой первого катализатора и слой второго катализатора, где слой первого катализатора включает частицы первого катализатора, которые содержат первый материал носителя, содержащий кремнезем, и первый оксид металла, содержащий Fe2O3, и слой второго катализатора включает частицы второго катализатора, которые содержат второй материал носителя, содержащий кремнезем, и второй оксид металла, содержащий Fe2O3, где указанные частицы первого катализатора имеют более высокую загрузку Fe2O3 в расчете на общую массу частиц первого катализатора, чем загрузка Fe2O3 для указанных частиц второго катализатора в расчете на общую массу частиц второго катализатора, при этом указанная загрузка Fe2O3 для частиц второго катализатора составляет менее чем 3% в расчете на общую массу указанных частиц второго катализатора, а указанная загрузка Fe2O3 частиц первого катализатора находится в интервале 5-10% в расчете на общую массу частиц первого катализатора, и где объем слоя первого катализатора составляет 15-50 об.% от общего объема слоя катализатора, и объем слоя второго катализатора составляет 50-85 об.% от общего объема слоя катализатора.

2. Слой катализатора по п. 1, где указанная загрузка Fe2O3 для частиц первого катализатора находится в интервале 5-20% в расчете на общую массу частиц первого катализатора.

3. Слой катализатора по любому из предшествующих пунктов, где объем слоя первого катализатора составляет 20-30 об.% от общего объема слоя катализатора.

4. Слой катализатора по любому из предшествующих пунктов, где объем слоя второго катализатора составляет 70-80 об.% от общего объема слоя катализатора.

5. Слой катализатора по любому из предшествующих пунктов, где слой первого катализатора и/или слой второго катализатора дополнительно содержит инертные частицы, которые не обладают существенной активностью по отношению к реакции Клауса и реакции селективного окисления сероводорода и серы кислородом, предпочтительно частицы, которые по существу состоят из альфа-оксида алюминия, кремнезема, карбида кремния или активированного угля.

6. Способ селективного окисления сероводорода, включающий пропускание потока газа, содержащего сероводород, вместе с кислородом, через неподвижный слой катализатора по любому из пп. 1-5, где поток газа первоначально контактирует со слоем первого катализатора и затем контактирует со слоем второго катализатора, так что сероводород окисляется с образованием элементарной серы, где температуру на входе слоя катализатора поддерживают выше 150°C, газовый поток содержит от 0,1 до 2,5 об.% сероводорода, газовый поток дополнительно содержит кислород, и молярное отношение кислорода к сероводороду поддерживают при соотношении от 0,5 до 1,5 на входе слоя катализатора, часовая объемная скорость подачи газового потока в слое катализатора от 1000 до 12000 ч-1, температура слоя катализатора составляет от 150 до 300°C, и газовый поток содержит от 0,5 до 1,5 об.% сероводорода.

7. Устройство для селективного окисления сероводорода, содержащее слой катализатора по любому одному из пп. 1-5, где указанное устройство расположено ниже по потоку относительно устройства для извлечения серы, в частности установки Клауса.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при получении подложки для катализаторов, используемых в процессе каталитического риформинга. Сфероидальные частицы оксида алюминия имеют удельную поверхность по БЭТ, составляющую 150-300 м2/г, средний диаметр частиц 1,2-3 мм, разброс диаметров частиц, выраженный через стандартное отклонение, не превышающее 0,1.

Изобретение относится к катализатору окисления метана, содержащему один или более благородных металлов на носителе из диоксида циркония, причем диоксид циркония содержит тетрагональный диоксид циркония и моноклинный диоксид циркония.

Изобретение относится к порошкообразному оксиду титана, который подвергают неорганической обработке кремнием, к способу его получения и его применению в производстве катализаторов, в особенности для применения в качестве фотокатализаторов и в качестве носителей для катализаторов нефтеочистки.

Изобретение относится к способу изготовления катализатора окисления для обработки выхлопного газа из двигателя с компрессионным воспламенением, включающему: (А) приготовление пористого покрытия, содержащего композицию катализатора для получения стабильного отношения NО2 к NО в выхлопной системе двигателя с компрессионным воспламенением, причем данную композицию катализатора получают способом, в котором: (i) готовят первую композицию, содержащую соединение платины (Рt), размещенное на носителе или нанесенное на него, где данное соединение платины представляет собой соль платины и/или оксид платины, а носитель представляет собой тугоплавкий оксид металла; (ii) из данной первой композиции готовят вторую композицию путем восстановления данного соединения платины (Рt) до платины (Рt) восстановителем, причем восстановителем является гидразин; и (iii) нагревают вторую композицию до по меньшей мере 650°С с получением композиции катализатора; и (В) нанесение данного пористого покрытия на подложку.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания выполнен с послойным, по меньшей мере частично, распределением топливной смеси, в котором сжигание углеводородсодержащего топлива, генерирующего пламя, испускающее фотоны, осуществляют в камере со стенкой, снабженной покрытием, содержащим оксид церий-углерод.

Изобретение относится к выхлопной системе для дизельного двигателя, включающей катализатор окисления для обработки выхлопных газов из дизельного двигателя и устройство контроля токсичности выхлопных газов, причем данный катализатор окисления содержит: область первого покрытия из пористого оксида для окисления монооксида углерода (CO) и углеводородов (HC), где область первого покрытия из пористого оксида содержит первый металл платиновой группы (МПГ) и первый материал-носитель, и где область первого покрытия не содержит марганца или его оксида; область второго покрытия из пористого оксида для окисления оксида азота (NO), где область второго покрытия из пористого оксида содержит платину (Pt), марганец (Mn) и второй материал-носитель, содержащий тугоплавкий оксид металла, который представляет собой диоксид кремния-оксид алюминия или оксид алюминия, легированный диоксидом кремния, где платина (Pt) размещена на втором материале-носителе или нанесена на второй материал-носитель и марганец (Mn) размещен на втором материале-носителе или нанесен на второй материал-носитель; и основу, имеющую впускной конец и выпускной конец, и где область первого покрытия из пористого оксида представляет собой зону первого покрытия из пористого оксида, размещенную на впускном конце основы, а область второго покрытия из пористого оксида представляет собой зону второго покрытия из пористого оксида, размещенную на выпускном конце основы, так что область второго покрытия из пористого оксида размещена таким образом, чтобы контактировать с выхлопными газами на выпускном конце основы и после контактирования выхлопных газов с областью первого покрытия из пористого оксида.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам получения фотоактивных катодных материалов на органической основе. Описан металл-несодержащий тонкопленочный фотокатализатор восстановления молекулярного кислорода, включающий нанесенный на прозрачную проводящую подложку композитный материал, характеризующийся наличием фотоактивного слоя на основе донорного полупроводникового полимера и фуллеренового акцептора, и каталитического слоя, отличающийся тем, что в качестве материала каталитического слоя использованы дифторметилен- или перфторалкилфуллерены, содержащие в своей структуре от 1 до 10 перфторалькильных аддендов, каждый из которых содержит от 1 до 7 атомов углерода, их гидриды и моноалкилированные производные, демонстрирующие растворимость в хлористом метилене и/или хлороформе в диапазоне от 5 до 25 мг мл-1.

Изобретение относится к устройствам для обработки выхлопных газов. Предложен катализированный сажевый фильтр, содержащий пористую подложку с проточными стенками, катализатор для селективного каталитического восстановления (SCR), компонент палладия и компонент платины.

Изобретение описывает катализатор конверсии синтез-газа, в котором катализатор представляет собой композитный материал, выполненный из многокомпонентных металлсодержащих композитов и неорганических твердых кислот, обладающих иерархической структурой пор, включающей микропоры, мезопоры и макропоры; металлсодержащие композиты диспергированы на поверхностях или в поровых каналах неорганической твердой кислоты; неорганическая твердая кислота выбрана из кислоты на основе кремния-алюминия и кислоты на основе кремния-фосфора-алюминия; металл в многокомпонентном металлсодержащем композите выбран из группы, состоящей из Zn, Pd, Zr, Fe, Mg, K, Cu, Ga, Ge, Ca, Mn, Al, Ce, La, Cr, Co, Ti, Mo, Vo, In и их смесей; содержание многокомпонентных металлсодержащих композитов в катализаторе находится в диапазоне от 10% масс.

Изобретение относится к области приготовления широкого круга композитных материалов и может найти широкое применение в производстве катализаторов, носителей, сорбентов и др.

Предлагаемая группа изобретений относится к области химии, касается способа получения композитного термостабильного катализатора каркасного строения для дегидратации метанола в диметиловый эфир в инертной атмосфере.

Настоящее изобретение относится к регенерации катализатора, используемого при получении полисульфидного раствора. Описан способ регенерации катализатора на основе активированного угля, используемого при производстве полисульфидного раствора путем окисления белого щелока, который содержит по меньшей мере 1 мг/л железа, в присутствии указанного катализатора, при этом согласно данному способу катализатор промывают промывочным раствором, чтобы удалить малорастворимый осадок, накопившийся в катализаторе, содержащий элементарную серу и железо, а также марганец, кальций и магний, отличающийся тем, что используемый промывочный раствор представляет собой промывочный раствор, содержащий сульфид натрия, при этом катализатор на основе активированного угля регенерируют, подвергая его многостадийному промыванию, которое включает в себя, по меньшей мере, одну стадию промывания сульфидом натрия и, по меньшей мере, одну стадию промывания, осуществляемую с использованием кислотного промывочного раствора.

Изобретение относится к способу и системе зонированных катализаторов для обработки газообразных продуктов сгорания. Система содержит первую зону катализатора СКВ, содержащую нагруженное железом средне- или крупнопористое молекулярное сито с первой способностью к накоплению аммиака, составляющей не более примерно 1,5 ммоль/г катализатора, и вторую зону катализатора СКВ, содержащую нагруженное медью мелкопористое молекулярное сито со второй способностью к накоплению аммиака, составляющей по меньшей мере примерно 1,2 ммоль/г катализатора, причем первая зона катализатора СКВ расположена выше по потоку от второй зоны катализатора СКВ по отношению к нормальному потоку отработанного газа через систему и вторая способность к накоплению аммиака больше, чем первая способность к накоплению аммиака.

Изобретение относится к области технологических процессов. Описана композиция для подземного облагораживания тяжелой нефти и интенсификации нефтеотдачи при закачке пара c температурой воздействия 100-400 °С, включающая наноразмерный катализатор с размером частиц 60-155 нм на основе смешанного оксида железа Fe3O4, причем композиция дополнительно содержит водород-донорный растворитель нефрас С4 -155/205 в соотношении: катализатор Fe3O4 : нефрас C4 – 155/205 = 1-40 мас.%: 99-60 мас.%.

Изобретение относится к улучшенному катализатору для использования при аммоксидировании ненасыщенного углеводорода в ненасыщенный нитрил. Описана каталитическая композиция, содержащая комплекс оксидов металлов, причем относительные соотношения перечисленных элементов в указанном катализаторе представлены следующей формулой: Mom Bia Feb Ac Dd Ee Ff Gg Ceh Rbn Ox, где А представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из лития, натрия, калия и цезия; и D представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из никеля, кобальта, марганца, цинка, магния, кальция, стронция, кадмия и бария; Е представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из хрома, вольфрама, бора, алюминия, галлия, индия, фосфора, мышьяка, сурьмы, ванадия и теллура; F представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из лантана, празеодима, неодима, самария, европия, гадолиния, тербия, диспрозия, гольмия, эрбия, тулия, иттербия, лютеция, скандия, иттрия, титана, циркония, гафния, ниобия, тантала, алюминия, галлия, индия, таллия, кремния, свинца и германия; G представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из серебра, золота, рутения, родия, палладия, осмия, иридия, платины и ртути; и а, b, с, d, е, f, g, h, m, n и x соответственно представляют собой атомные отношения висмута (Bi), железа (Fe), A, D, Е, F, G, церия (Се), рубидия (Rb) и кислорода (О) относительно «m» атомов молибдена (Мо), причем а составляет число больше 0, но меньше или равно 7, b составляет 0,1-7, с составляет число больше 0, но меньше или равно 5, d составляет 0,1-12, е составляет 0-5, f составляет 0-5, g составляет 0-0,2, h составляет 0,01-5, m составляет 10-15, n составляет число больше 0, но меньше или равно 5, x представляет собой число атомов кислорода, необходимое для удовлетворения валентных требований других присутствующих составляющих элементов; и причем 0,3≤(a+h)/d, 1,2≤h/b≤5 и 0<(n+c)/(a+h)≤0,2.

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к синтезу Фишера-Тропша и может быть использовано в переработке альтернативного сырья (природного и попутного нефтяного газа, угля, торфа, битуминозных песков, различных видов биомассы и т.п.) в компоненты моторных топлив.

Изобретение относится к катализатору селективного гидрирования фурфурола до фурфурилового спирта, содержащему оксиды меди и железа, при этом в его составе 5,0-40,0 мас.% CuO, носитель - остальное, причем в качестве носителя взята шпинель со структурой Fe3O4, содержащая 48-85,5 мас.% Fe2O3, а также 6-19 мас.% Al2O3.

Изобретение относится к способу приготовления катализатора селективного гидрирования фурфурола до фурфурилового спирта, который заключается в том, что смешивают кристаллогидраты нитратов меди, железа и алюминия, далее полученную смесь кристаллогидратов нитратов меди, железа и алюминия сплавляют при температурах 100-180°С до полного удаления воды, после чего осуществляют указанную прокалку при температурах 300-550°С.

Предложен способ получения изопрена на железооксидных катализаторах в адиабатическом реакторе дегидрированием изоамиленов при температуре 580-630°С в присутствии перегретого водяного пара, включающий одновременное перегревание двух потоков водяного пара с получением соответствующих потоков перегретого водяного пара с температурой 550-750°С и направление первого потока перегретого водяного пара на смешение с изоамиленами перед дегидрированием.

Изобретение относится к способу приготовления катализаторов для среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, которые могут быть использованы в химической промышленности при получении азотоводородной смеси для синтеза аммиака.

Изобретение относится к способу получения катализатора и способу получения акрилонитрила. Описан способ получения катализатора аммоксидирования, где катализатор содержит: оксид металла, имеющий суммарный состав, представленный приведенной ниже формулой (1); и кремнезем: Mo12BiaFebXcYdZeOf (1), где X представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из никеля, кобальта, магния, кальция, цинка, стронция и бария; Y представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из церия, хрома, лантана, неодима, иттрия, празеодима, самария, алюминия, галлия и индия; Z представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из калия, рубидия и цезия; a, b, c, d, e и f означают атомную долю каждого элемента и удовлетворяют условиям 0,1≤a≤3,0, 0,1≤b≤3,0, 0,1≤c≤10,0, 0,1≤d≤3,0 и 0,01≤e≤2,0, соответственно, и f означает число атомов кислорода, необходимое для того, чтобы удовлетворять требованиям атомных валентностей других элементов, присутствующих в формуле (1), причем данный способ включает: стадию приготовления суспензии предшественника, содержащего молибден, висмут, железо, кремнезем и карбоновую кислоту; стадию сушки распылением суспензии предшественника, с получением тем самым сухих частиц; и стадию обжига высушенных частиц, где стадия приготовления включает: стадию (I) смешивания исходного материала кремнезема с карбоновой кислотой и получения тем самым смешанной жидкости кремнезем-карбоновая кислота; и стадию (II) смешивания данной смешанной жидкости кремнезем-карбоновая кислота, молибдена, висмута и железа.

Данное изобретение относится к области селективного окисления серосодержащих соединений, в частности сероводорода. Изобретение касается неподвижного слоя катализатора для селективного окисления сероводорода кислородом, причем данный составной слой катализатора содержит слой первого катализатора и слой второго катализатора, где слой первого катализатора включает частицы первого катализатора, которые содержат первый материал носителя, содержащий кремнезем, и первый оксид металла, содержащий Fe2O3, и слой второго катализатора включает частицы второго катализатора, которые содержат второй материал носителя, содержащий кремнезем, и второй оксид металла, содержащий Fe2O3, где указанные частицы первого катализатора имеют более высокую загрузку Fe2O3 в расчете на общую массу частиц первого катализатора, чем загрузка Fe2O3 для указанных частиц второго катализатора в расчете на общую массу частиц второго катализатора, при этом указанная загрузка Fe2O3 для частиц второго катализатора составляет менее чем 3 в расчете на общую массу указанных частиц второго катализатора, а указанная загрузка Fe2O3 частиц первого катализатора находится в интервале 5-10 в расчете на общую массу частиц первого катализатора, и где объем слоя первого катализатора составляет 15-50 об. от общего объема слоя катализатора, и объем слоя второго катализатора составляет 50-85 об. от общего объема слоя катализатора. Изобретение также касается способа и устройства селективного окисления сероводорода. Технический результат изобретения состоит в более высоком выходе и селективности без применения более низкой объемной скорости. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 пр., 4 табл.

Наверх