低溫下將硫化氫直接氧化為元素硫的方法技術

一種從含有硫化氫和汞的氣態物流中除去硫化氫和汞的方法，其中硫化氫轉化催化劑在低于或等于元素硫的露點的溫度下與氣態物流接觸，并且硫化氫被氧化，形成元素硫。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種從含有硫化氫的氣態物流(例如由傳統的氣化方法所產生的那些)中除去硫化氫的方法。更特別地，本專利技術涉及一種從含有硫化氫的氣態物流中除去硫 化氫的方法，其中硫化氫在低溫下被直接地氧化以生成元素硫。有關技術描述 對將硫化氫直接地氧化為元素硫已經進行了幾年的研究，連同將有毒的硫化氫轉 化為穩定的、無毒的(并且有時是有價值的)產品，例如元素硫。近年來，一些研究已經轉 向直接氧化以轉化來自氣化系統的合成氣體(合成氣)中的硫化氫的本體以生成元素硫的 應用，用以在隨后的通過傳統的或非傳統的基于吸收的系統將剩余的硫化氫除去至極低水 平之前，由凝結低成本的除去。 較早的對將合成氣物流中的硫化氫直接氧化的研究普遍地遇到形成不希望的副 產品的問題，例如硫化羰、COS。而且，依照慣例認為催化劑的溫度必須足夠的高以防止形成 的元素硫凝結，并且加入的氧氣必須保持接近于化學計量水平(02 : H^為0.5)以防止合 成氣的有價值的組分，主要為co和氫氣的不希望的氧化。 現有技術中硫化氫轉化為硫的方法是Claus方法。在Claus反應的第一步驟，處 理的流體物流中存在的大約三分之一的硫化氫被氧化為二氧化硫，并且在第二步驟，剩余 的硫化氫和二氧化硫反應生成硫。然而，這個反應被熱力學平衡限制，并且僅僅一部分的硫 可以被回收。硫回收可以通過使用多級來增加；然而，未實現滿足現行規章所要求的硫回收 效率水平。另外，Claus方法的效率受到進料氣體物流的組成、溫度、或停留時間的甚至小變 化的影響。進料中存在的二氧化碳可以導致不希望的硫化羰的形成，其很難轉變成硫。另 外，進料氣體物流中存在的烴可以導致催化劑失活和方法效率全面下降。 硫化氫的選擇性氧化為硫和水是一種將硫化氫轉化為硫的有吸引力的方法。選擇 性氧化反應不被平衡所限制，并且可能在單級有高的硫回收效率。然而，作為副產品的二氧 化硫的產生是選擇性硫化氫氧化催化劑的重要問題。實際上，硫化氫可以被完全地氧化為 二氧化硫；任何由硫化氫形成的硫可以進一步地被氧化為二氧化硫；并且形成的硫還可以 與水反應生成硫化氫和二氧化硫。專利技術概述 因此，本專利技術的一個目的是提供一種從含有硫化氫的氣態物流中除去硫化氫的方 法。 本專利技術的一個目的是提供一種硫化氫直接氧化生成硫的方法，其解決了與傳統的 硫化氫氧化方法相關的問題。 本專利技術的這些和其他目的由一種從含有硫化氫的氣態物流中除去硫化氫的方法解決，所述方法包括以下的步驟在催化反應器中將布置于該催化反應器中的硫化氫轉化 催化劑與含有硫化氫的氣態物流在低于或等于元素硫的露點的溫度下接觸，并且在催化反應器中氧化硫化氫生成元素硫。本專利技術的方法可在02 : H^的比率顯著地大于化學計量時進行，即大于約0. 5。含有硫化氫的氣態物流具有適合于提供約100-約2000體積小時空速 (VHSV)的空速的流動速率。慣用方法以及先知認為，不可能存在這樣的低溫條件，其中硫的 凝結將沒有阻塞催化劑表面上的活性部位，與此相反，本專利技術的方法在低于防止所形成的 元素硫凝結所要求的溫度下和在大于0. 5的化學計量水平進行，對元素硫具有高選擇性。 本專利技術的方法適合用于任何含有硫化氫的氣態物流，但是特別適合用于來自氣化 方法的合成氣。本專利技術的方法通過在氣相催化反應器中最初的百分之七十到九十以上的硫 化氫以元素硫的狀態本體除去而降低合成氣熱凈化的成本。附圖概述 通過以下對照附圖的詳細說明，可以更好地理解本專利技術的這些和其他目的及特征，其中 附圖說明圖1 (a)和1 (b)是為測試本專利技術方法而使用的直接催化氧化測試裝置(D0-CTU) 的示意圖；禾口 圖2是顯示利用圖1的DO-CTU所獲得的結果的圖表。目前優選實施方案的詳細 說明 如上所述，本專利技術涉及催化劑和工藝條件的組合的發現，其中在相對低溫并且 02 : H^比率顯著地大于約0.5以及對元素硫具行高選擇性的情況下可以實現所希望的元 素硫的大量形成。更特別地，本專利技術的方法涉及在低于或等于元素硫的露點的溫度下并且 02 : H2S比率顯著地大于約0.5的情況下，硫化氫直接氧化而生成元素硫。硫化氫氧化為 硫按照以下反應進行H2S+l/202 = H20+S并且是在硫化氫轉化催化劑存在下進行，其中有 許多為本領域技術人員所知。參見，例如，授予Srinivas等人的美國專利6， 099， 819，其教 導了許多適合于硫化氫選擇性氧化為元素硫的催化劑。 本領域技術人員應認識到，元素硫的露點是許多因素的函數，其包括但不限于氣 態物流的組成和氣態物流的壓力。因此，對于給定的操作條件來說，對本文中公開的本專利技術 的示范性實施方案所陳述的溫度低于元素硫的露點。 為了評價本專利技術的方法，在催化劑測試裝置(CTU)中進行測試。給催化劑的進料 由混合氣體合成，并且復合進料(composite feed)模擬典型的來自氣化反應器的合成氣。 合成的合成氣進料通過利用質量流量控制器計量加入適當流動速率的鋼瓶氣體來配制，使 得通過催化劑的最終的氣體組成與典型的煤氣化器合成氣組成相似。在催化劑反應器的 上游利用化學計量泵，通過泵送液態水進入加熱的汽化器(vaporizer)而獲得水分含量 (moisture content)。實施例1 在該實施例中，概括成下文的表格l，通過將空氣添加到模擬合成氣中來氧化硫化 氫，硫化氫的轉化率在約58%到約69%范圍內。元素硫的收率，以被轉化的硫化氫的百分 比計，在約73%到約79%的范圍內。隨著氧氣與硫化氫的比率增加到高達約0.9，硫化氫的轉化率增加，如同元素硫的選擇性一樣，而氧氣與模擬合成氣的一氧化碳或者氫氣組分的 反應非常小。 這些結果是利用公稱l英寸的管狀反應器(CTU)獲得，使用從U0P獲得的40克 的稱為UOP S-7001新鮮催化劑，其中催化劑的形式為5毫米乘5毫米的小粒，在反應器中 整齊的裝填而沒有玻璃珠或其他的稀釋劑。催化劑的長度約6-1/2英寸。在標準l英寸 量筒中測量的催化劑的體積為61立方厘米，其得到密度約0. 66gm/cc。反應器由氮氣加壓 到約360psig，并且建立氮氣流動。系統由流動的氮氣加熱到催化劑溫度約385° F。當溫 度已經穩定，將硫化氫和空氣混合進氮氣進料氣體中。在這些流動穩定約15分鐘后，二氧 化碳、一氧化碳、和氫氣被加入進料混合物。總流動速率，為質量流量控制器顯示的速率之 和，約14. 7Slpm(標準升每分鐘)。混合進料的組成大約如下硫化氫 4300卯m-v氧氣 2000卯m-v氫氣 13體積％—氧化碳 10體積％二氧化碳 1.7體積％氮氣 平衡 為了確定進料組成接近要求的水平，最初將混合進料的滑流(slipstream)供應 到分析系統。當測定值穩定并且確定在可接受的范圍內時，將采樣系統切換為引導反應器 產物滑流進入分析器。監測反應器產物組成并觀察其穩定以后，將采樣系統切換回來以測 量檢驗進料組成。然后對大約六個樣品監測進料組成超過約15分鐘，直到其穩定。這部分 的測試被稱為階段"A"。 混合合成氣進料的氧氣含量隨后被增加，以將氧氣與硫化氫的摩爾比率從稍微低于化學計量水平(以生成元素硫，02 : H2S = 0. 5)提高到稍微高于化學計量水平。測量進料組成、然后反應器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種從含有硫化氫的氣態物流中除去硫化氫的方法，包括以下步驟：在催化反應器中將布置于該催化反應器的硫化氫轉化催化劑與該含有硫化氫的氣態物流在低于和等于元素硫的露點之一的溫度下接觸；并且在該催化反應器中氧化硫化氫，生成元素硫。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：JL小阿德霍德，N帕拉，K潘迪亞，
申請(專利權)人：瓦斯技術研究所，
類型：發明
國別省市：US[美國]