способ получения катализатора для удаления кислорода из сероводородсодержащих газов

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ КИСЛОРОДА ИЗ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ путем пропитки алюмоксидного носителя водным раствором соли железа, сушки на воздухе и прокаливания, отличающийся тем, что в качестве носителя используют =Al₂O₃, или =Al₂O₃+ 30 мас.% =Al₂O₃, пропитку ведут раствором соли железа в виде аэрозоля со скоростью не более 0,4 л/час на 100 г катализатора с последующей выдержкой на воздухе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения катализатора для удаления кислорода в технологии переработки сероводородсодержащих газов в серу по методу Клауса.

В промышленности сероводород, содержащийся в газах, сжигают частично до серы и сернистого ангидрида, серу отделяют, а газ, содержащий H₂S, SO₂, H₂O и азот, направляют на каталитическую стадию (1)

H₂S + SO₂ _ 2/n Sn + H₂O (1) Наличие следов кислорода в газе приводит к сульфатации катализатора Клауса на основе оксида алюминия и уменьшению его активности в реакции (1).

Известны способы понижения сульфатации катализатора Клауса на основе Al₂O₃ за счет введения различных добавок. Например, катализатор, содержащий до 2,5% оксида натрия и прокаленный при 100^оС [1] и катализатор, содержащий щелочные или щелочноземельные металлы в количестве 50 400 мг/м³ носителя [2] Первый характеризуется низкой удельной поверхностью, второй значительным содержанием активной добавки, что приводит к понижению пористости катализатора. Кроме того, нанесение оксидов щелочных металлов приводит к взаимодействию их с сернистым ангидридом. Катализаторы хоть более устойчивы к сульфатации, чем оксид алюминия, но не удаляют кислород из газов.

Известен путь увеличения стабильности катализатора Клауса за счет поглощения кислорода активными добавками, нанесенными на этот катализатор в количестве 1 15 мас. в пересчете на металл. При этом используется оксид алюминия с удельным объемом пор не менее 0,2 см³/г и сульфиды, окиси или другие соединения Mo, Co, Fe, Cu и т.д. [3]

Однако катализатор, полученный данным способом, проявлял пониженную активность и стабильность как в реакции Клауса, так и в поглощении кислорода, что требовало, в первую очередь, повышения времени контакта до 8 с и выше вследствие пониженной пористости после нанесения активных добавок.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения специального катализатора удаления кислорода из газов для защиты катализатора Клауса от сульфатации, содержащего, по крайней мере, один металл из группы: Fe, Ni, Co, Zn и др. на носителе с удельной поверхностью не менее 100 м²/г и удельную пористость, превышающую 0,2 см³/г [4] Содержание металла в катализаторе составляет 0,5 10 мас. Контактирование газа, содержащего H₂S, SO₂ и кислород, происходит в одной каталитической реакционной зоне.

Катализатор защиты загружают в реактор непосредственно перед слоем оксида алюминия и при прохождении технологических газов кислород, содержащийся в газе взаимодействует с сероводородом по реакции (2) раньше, чем с оксидным катализатором Клауса

2Н₂S + 2O₂ _ S + SO₂ + 2H₂O (2)

Применение защитного слоя предотвращает попадание кислорода в зону основной реакции (1), которая протекает, в основном, на оксиде алюминия, в результате чего в течение длительного времени сохраняется его высокая первоначальная активность.

Катализатор получают пропиткой оксида алюминия водным или органическими растворами солей металла из избытка раствора с последующей декантацией, сушкой при температуре 120^оС в течение 3 ч и прокаливанием на воздухе при 350^оС в течение 3 ч.

Существенным недостатком данного способа является то, что катализатор проявлял пониженную активность. Кроме того, применение избытка пропиточного раствора приводит к наличию сточных вод после стадии адсорбции активного компонента оксидом алюминия, содержащего металлы. Следует отметить и значительный расход солей металлов при нанесении, что приводит к удорожанию катализатора. Существенным недостатком является также и длительность стадии адсорбции-пропитки, особенно для нанесения значительных количеств металлов.

Цель изобретения разработка катализатора для поглощения кислорода с повышенной стабильностью с сохранением высокой активности катализатора.

Поставленная цель достигается тем, что для получения катализатора удаления кислорода из сероводородсодержащих газов в качестве носителя используют -Al₂O₃ или = Al₂O₃ + 30% -Al₂O₃, пропитывают раствором солей железа в виде аэрозоля и пропитку проводят со скоростью не более 0,4 л/ч на 100 г катализатора с последующей выдержкой на воздухе.

Содержание активных компонентов в пересчете на металл составляет 1 6% Увеличение содержания металла более 6 мас. приводит как к понижению общего удельного объема пор катализатора, так и введению дополнительной стадии пропитки и сушки.

Таким образом, предлагаемый способ в отличие от известного [4] характеризуется рядом существенных отличий:

использование оксида алюминия -Al₂O₃ или -Al₂O₃ + 30% -Al₂O₃;

проведение стадии пропитки по влагоемкости в атмосфере высокодисперсных частиц раствора;

наличием стадии провяливания пропитанного катализатора, что является существенным для данного способа и приводит к получению катализатора с повышенной стабильностью.

Пропитку проводят со скоростью не более 0,4 л/ч на 100 г катализатора.

Новая совокупность отличительных признаков привели к достижению поставленной цели.

Катализатор готовят следующим образом. Берут прокаленный -Al₂O₃ или -Al₂O₃ + 30% -Al₂O₃ и по влагоемкости распылением добавляют пропиточный раствор, содержащий соли железа. Распыление проводят сжатым воздухом во вращающемся наклонном пропитывателе со скоростью подачи раствора не более 0,4 л/ч на 100 г катализатора. Катализатор затем провяливают на воздухе в течение 2 ч, сушат и прокаливают при температуре 380 400^оС 3 ч.

Распределение пор по радиусам проводилось методом ртутной порометрии на приборе 2000 фирмы "Carlo Erba" (Италия).

Испытания катализатора на стабильность были проведены на проточной лабораторной установке при температуре 220 10^оС за время контакта 0,3 с. Состав исходной газовой смеси во всех испытаниях был постоянен и состоял из 3 об. H₂S, 1,5% SO₂, 0,5% O₂, аргон остальное. Анализ исходной смеси и состава газа после контакта с катализатором проводился хроматографически.

П р и м е р 1. К 100 г оксида алюминия с удельным объемом пор 0,520 см³/г (по Hg) и объемом макропор 0,06 см³/г по влагоемкости распылением пропиточного раствора (V 60 мл) добавляют водный раствор сульфата железа (II), содержащего 4,28 г металла в течение 15 мин. Распыление проводят сжатым воздухом во вращающемся наклонном пропитывателе (угол наклона 40^о) со скоростью вращения 30 45 мин^-1 и подачей раствора 0,3 л/ч на 100 г катализатора. Катализатор затем провяливают на воздухе в течение 2 ч, сушат 2 ч на воздухе при 120^оС и прокаливают при температуре 400^оС 3 ч.

П р и м е р 2. Аналогичен примеру 1, с тем отличием, что отсутствует стадия привяливания, а влажный катализатор подвергают после пропитки сразу сушке при температуре 100^оС.

П р и м е р 3. Аналогичен примеру 1, с тем отличием, что в качестве носителя взяли -Al₂O₃ + 40% -Al₂O₃.

П р и м е р 4. Аналогичен примеру 1, только содержание железа в катализаторе составляет 6 мас.

П р и м е р 5. Приготовлен в условиях прототипа.

К 200 мл оксида алюминия, как в примере 1, добавляют 200 мл водного раствора сульфата железа (II), содержащего 6 т металла, и при перемешивании в течение 3 ч проводят адсорбцию. Затем избыток раствора, содержащий сульфат железа, сливают, катализатор сушат при 120^оС 3 ч и прокаливают при 350^оС 3 ч.

П р и м е р 6. Аналогичен примеру 1, только в качестве носителя взята

-Al₂O₃.

П р и м е р 7. Аналогичен примеру 1, только скорость приливания >0,4 л/ч на 100 г катализатора.

Как следует из таблицы и примеров, использование заявляемого способа получения катализатора для удаления кислорода из сероводородсодержащих газов, применяемого в качестве защитного слоя катализатора Клауса на основе Al₂O₃, приводит к повышению стабильности по сравнению с прототипом.

В качестве носителя необходимо использовать Al₂O₃ или -Al₂O₃, содержащую до 30% -Al₂O₃ (примеры 1 и 6). Содержание > 30% приводит к получению катализатора с низкой стабильностью. Скорость приливания активного компонента является важным технологическим фактором получения катализатора с высокой стабильностью с сохранением высокой активности катализатора. Увеличение скорости приливания более 0,4 л/ч приводит к появлению микротрещин в катализаторе и снижению механической прочности и стабильности катализатора.

Таким образом, использование заявляемого способа обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:

увеличение стабильности катализатора с сохранением высокой активности катализатора;

отсутствие сточных вод на стадии пропитки;

упрощение технологии и понижения стоимости катализатора;

увеличение срока службы.