СПОСОБ ОБЕССЕРИВАНИЯ ГАЗА, СОДЕРЖАЩЕГО HS Российский патент 2000 года по МПК B01D53/52 C01B17/04 

Изобретение касается способа обессеривания газа, содержащего H₂S, путем его пропускания через по меньшей мере один слой катализатора, богатого оксидом металла, и затем через слой окончательной очистки, причем на катализаторе, богатом оксидом металла, и в слое окончательной очистки выделяется элементарная сера, которую удаляют путем проводимой через промежутки времени регенерационной обработки.

Такой способ описан в патенте США N 5256384 (ему соответствует DE-A-4108892). При этом H₂S подвергают в слое окончательной очистки еще также каталитическому взаимодействию с SO₂ и/или O₂ с получением элементарной серы. Остаточное содержание соединений серы в очищенном газе, достигаемое известным способом, определяется термодинамическим равновесием при данных условиях процесса. К этому добавляется также способность катализатора в слое окончательной очистки связывать элементарную серу. Однако вследствие увеличивающегося насыщения серой катализатора каталитическая активность катализатора, а также его способность к дальнейшей адсорбции элементарной серы снижаются. Поэтому, при известном способе очищенный газ содержит мешающее количество остаточной серы в парообразной и/или аэрозольной форме. Поэтому регенерационную обработку приходится проводить через относительно короткие промежутки времени.

В основу изобретения положена задача добиться весьма низкого остаточного содержания серы в очищенном газе и одновременно обеспечить возможность использования слоя каталитического взаимодействия даже и при высоком насыщении серой. В целом это должно обеспечивать возможность более экономичного проведения процесса.

Согласно изобретению это обеспечивается тем, что слой окончательной очистки выполнен в виде фильтрующего слоя для адсорбции элементарной серы, что фильтрующий слой состоит из зернистого адсорбента, отличного от катализатора, богатого оксидом металла, что к фильтрующему слою подводят выходящий из катализатора, богатого оксидом металла, газ с температурой в пределах от 20 до 180^oC, содержащий по меньшей мере 250 мг элементарной серы на 1 нм³ газа и что из фильтрующего слоя отбирают обессеренный газ, содержание элементарной серы в котором составляет не более 30% от содержания элементарной серы на входе в фильтрующий слой.

В качестве адсорбента для фильтрующего слоя могут применяться, в частности, активированный уголь, активированный кокс или также цеолиты. Если фильтрующий слой состоит на 60-100 вес.% из зернистого активированного угля, то рекомендуется применять активированный уголь с удельной поверхностью по ВЕТ от 500 до 2500 м²/г и предпочтительно от 1000 до 1500 м²/г. Такой активированный уголь имеет обычно насыпной вес от 200 до 800 кг/м³, предпочтительно от 300 до 500 кг/м³, размер зерна обычно лежит в пределах от 1 до 8 мм. Если фильтрующий слой состоит полностью или преимущественно из активированного кокса, то рекомендуются размеры зерен в пределах от 0,5 до 5 мм, удельные поверхности (по ВЕТ) от 200 до 500 м²/г и насыпные веса от 200 до 800 кг/м³. Адсорбент может быть также снабжен пропиткой. Такая пропитка может, например, улучшать гидрофобные свойства адсорбента. Гидрофобность цеолитов обеспечивается известным способом путем деалюминирования.

Богатый оксидом металла катализатор представляет собой предпочтительно известные катализаторы на основе Al₂O₃ или TiO₂ (см. патент США 5256384). Эти катализаторы могут быть, кроме того, пропитаны еще 0,5-5 вес.% железа, кобальта или никеля, как это описано в том же патенте США 5256384. Каталитическое превращение H₂S в присутствии этих богатых оксидом металла катализаторов проводят обычно при температурах от 100 до 180^oC, причем H₂ превращают, по возможности, полностью в элементарную серу с помощью SO₂ и/или O₂.

Катализатор согласно изобретению состоит по меньшей мере на 60 вес.% из Al₂O₃ или TiO₂.

Для регенерации насыщенный элементарной серой катализатор, богатый оксидом металла, обрабатывают известным образом при температурах от 200 до 400^oC в регенерационной текучей среде, например водяном паре, водороде, метане или также H₂S-содержащем газе. Принципиально тем же способом может быть регенерирован фильтрующий слой. Детали регенерационной обработки описаны в патенте США 5256384. Целесообразно регенерировать катализатор и фильтрующий слой вместе.

Заявляемый способ имеет то важное преимущество, что он допускает высокое насыщение элементарной серой катализатора, богатого оксидом металла, прежде чем его приходится регенерировать. Насыщение катализатора элементарной серой может составлять по меньшей мере 30 вес.%, предпочтительно от 40 до 80 вес. %, считая на ненасыщенный катализатор, прежде чем его регенерируют.

Газ, подводимый к фильтрующему слою, содержит на 1 нм³ по меньшей мере 250 мг элементарной серы, обычно не менее 350 мг на 1 нм³. Эта сера адсорбируется в фильтрующем слое по меньшей мере на 70%, предпочтительно не менее чем на 80%, так что из фильтрующего слоя выходит практически не содержащий серы газ. Для фильтрующего слоя рекомендуется высота слоя от 5 до 80 см, предпочтительно от 10 до 40 см. В материале для фильтрующего слоя важна его способность связывать элементарную серу. Для этой цели хорошо подходит активированный уголь или даже активированный кокс, в частности по той причине, что расходы на эти материалы относительно невелики. Одновременно их можно без проблем регенерировать.

Материал для фильтрующего слоя может не обладать каталитической активностью для превращения H₂S в элементарную серу, поэтому можно подводить к фильтрующему слою газ, практически не содержащий кислорода. Обычно остаточное содержание кислорода в газе, подводимом к фильтрующему слою, составляет максимально 5 мг/нм³.

Варианты осуществления способа поясняются с помощью чертежа.

В реакторе (1) расположены катализаторный слой (2) и фильтрующий слой (3) соответственно на сетчатых днищах (2a) и (3a). Обрабатываемый газ, содержащий H₂S и на ряду с этим еще SO₂ и/или O₂, подводится по трубопроводу 5 и сначала течет через слой (2). Этот слой образован зернистым катализатором, богатым оксидом металла, например на основе Al₂O₃ или TiO₂. Согласно уравнению реакции
2H₂S + SO₂ ---> 3S + 2H₂O и
2H₂S + O₂ ---> 2S + 2H₂O
при температурах обычно от 100 до 180^oC образуется элементарная сера, частично адсорбирующаяся на катализаторе. В значительной мере очищенный от H₂S газ, несущий с собой, однако, элементарную серу в форме пара и/или аэрозоля, пропускается через фильтрующий слой (3) для дальнейшей очистки. Для фильтрующего слоя (3) рекомендуются температуры в пределах от 20 до 180^oC, и обычно эти температуры лежат в пределах от 50 до 150^oC. Очищенный газ покидает реактор (1) через трубопровод (6), и содержание в нем элементарной серы составляет обычно не более 150 мг/нм³.

Целесообразно осуществлять регенерацию катализаторного слоя (2) и фильтрующего слоя (3) совместно. Для этой цели горячую регенерационную текучую среду, например водяной пар или остаточный газ ("tailgas") из установки Клауса с температурами от 200 до 400^oC пропускают последовательно через оба слоя (2, 3) и предпочтительно противотоком к направлению загрязненного газа.

Пример
Остаточный газ ("tailgas") поступает с установки Клауса в количестве 20500 нм³/час с температурой 125^oC и давлением 1,26 бар, содержание в нем элементарной серы (S), H₂S и SO₂ показано в таблице 1 в колонке A:
Остаточный газ протекает в направлении вверх через слой высотой 1,5 м из зернистого Al₂O₃ - катализатора, пропитанного 1 вес.% никеля. На выходе из катализаторного слоя газ имеет содержание сернистых компонентов, которое показано в колонке B, табл. 1, поскольку катализатор был свежерегенерирован. Этот газ направляется вверх через фильтрующий слой высотой 30 см, расположенный на проволочной сетке и состоящий из активированного угля. Активированный уголь имеет насыпной вес 385 г/л и поверхность по ВЕТ, равную 1200 м²/г. Газ, покидающий фильтрующий слой, содержит сернистые компоненты в количествах, показанных в табл. 1, колонка C.

При более продолжительном времени работы и возрастающем насыщении катализаторного слоя элементарной серой возрастает также и содержание элементарной серы как в газе, выходящем из катализатора, - ср. табл. 2, строка B, так и в газе, выходящем из фильтрующего слоя, ср. табл. 2, строка C.

Регенерацию насыщенного катализаторного слоя, содержащего 0,32 кг элементарной серы на 1 кг катализатора, проводят через 55 часов работы. Одновременно регенерируют фильтрующий слой, загрязненный 0,48 килограммами элементарной серы на КГ активированного угля. Регенерацию обоих слоем проводят совместно в виде одной операции, пропуская неочищенный остаточный газ при температуре 300^oC вниз через слои и затем охлаждая газ для конденсации захваченной серы. Регенерацию заканчивают при достижении слоями температуры 300^oC. Регенерация с последующим охлаждением восстанавливает активность катализатора, а также адсорбционную способность фильтрующего слоя.

Изобретение относится к способу обессеривания газа, содержащего H₂S. Способ обессеривания газа, содержащего сероводород, при котором пропускают газ через по меньшей мере один слой катализатора, богатого оксидом металла, и затем через слой окончательной очистки, причем на катализаторе, богатом оксидом металла, и в слое окончательной очистки выделяется элементарная сера, которую удаляют путем проводимой через промежутки времени регенерационной обработки, в качестве слоя окончательной очистки используют фильтрующий слой для адсорбции элементарной серы, фильтрующий слой изготовляют из зернистого адсорбента, отличного от катализатора, богатого оксидом металла, к фильтрующему слою подводят выходящий из катализатора, богатого оксидом металла, газ. При этом газ к фильтрующему слою подают при температурах в пределах от 20 до 180°С, с содержанием на 1 нм³ газа не менее 250 мг элементарной серы, из фильтрующего слоя отбирают обессеренный газ, содержание элементарной серы в котором составляет не более 30% от содержания элементарной серы на входе в фильтрующий слой. 6 з. п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ обессеривания газа, содержащего сероводород, при котором пропускают газ через по меньшей мере один слой катализатора, богатого оксидом металла, и затем через слой окончательной очистки, причем на катализаторе, богатом оксидом металла, и в слое окончательной очистки выделяется элементарная сера, которую удаляют путем проводимой через промежутки времени регенерационной обработки, в качестве слоя окончательной очистки используют фильтрующий слой для адсорбции элементарной серы, фильтрующий слой изготовляют из зернистого адсорбента, отличного от катализатора, богатого оксидом металла, к фильтрующему слою подводят выходящий из катализатора, богатого оксидом металла, газ, отличающийся тем, что газ к фильтрующему слою подают при температурах в пределах от 20 до 180^oC, с содержанием на 1 нм³ газа не менее 250 мг элементарной серы, из фильтрующего слоя отбирают обессеренный газ, содержание элементарной серы в котором составляет не более 30% от содержания элементарной серы на входе в фильтрующий слой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий слой изготавливают на 60-100 вес.% из зернистого активированного угля с удельной поверхностью по ВЕТ 500-2500 м²/г. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве катализатора, богатого оксидом металла, используют катализатор, состоящий по меньшей мере на 60 вес.% из Al₂O₃ или TiO₂. 4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что фильтрующий слой и слой катализатора регенерируют совместно, пропуская горячую регенерационную текучую среду последовательно через оба слоя. 5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что богатый оксидом металла катализатор регенерируют, когда его насыщение элементарной серой в пересчете на ненасыщенный катализатор составит по меньшей мере 30 вес.%. 6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что в фильтрующий слой направляют газ, имеющий содержание кислорода не более 5 мг/нм³. 7. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что фильтрующий слой выполняют высотой от 5 до 80 см.