Способ получения сероводорода в реакторе с циркулирующим каталитическим слоем Российский патент 2022 года по МПК C01B17/16 B01J8/16 B01J8/10 B01J8/24 B01J19/20 

Задачей настоящего изобретения является приготовление сероводорода из элементарной серы и водорода непрерывным способом, с использованием катализатора с псевдоожиженным слоем (или циркулирующим слоем).

Сероводород или сернистый водород (H₂S) - это промежуточное химическое соединение, используемое в многочисленных промышленных процессах, например, для приготовления серосодержащих органических соединений, или в способах обработки путем сульфидирования, таких как (и не ограниченных) для сульфидирования катализаторов, задействованных в реакциях очищения нефти методом гидрогенизации в областях нефтепереработки и нефтехимии.

Сероводород можно приготавливать способом, известным самим по себе, путем приведения во взаимодействие элементарной серы в жидкой или газообразной форме и водорода, в присутствии или в отсутствии катализатора на основе гидридов металлов. Промышленные способы часто осуществляют при повышенных температурах, тем более что реакция известна как сильно экзотермическая.

Для получения надлежащего выхода по сероводороду, часто бывает необходимо осуществлять реакцию при повышенном давлении и/или использовать стехиометрический избыток серы.

Заявитель теперь разработал инновационный способ для получения сероводорода из водорода и серы, который позволяет ослабить некоторые неудобства способов из уровня техники.

Способ согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что он содержит следующие этапы:

(a) приведения в контакт серы с твердым катализатором, содержащим, по меньшей мере, один металл, выбранный из металлов групп VIB и VIII Периодической системы элементов, в форме сульфида металла, при температуре до 120-160°C;

(b) циркуляции смеси серы и катализатора с этапа (a) в реакционной зоне, в которой упомянутую смесь приводят в контакт с водородом, причем реакционная зона демонстрирует температуру в точке входа катализатора, большую или равную 150°C, и температуру в точке выхода катализатора, меньшую или равную 300°C, и давление, меньшее или равное 3 бар (3⋅10⁵ Па);

(c) разделения катализатора и газообразных эфлюентов, содержащих сероводород; и

(d) рециркуляции катализатора на этап (a).

Таким образом, способ согласно изобретению характеризуется тем, что катализатор циркулирует по замкнутому циклу между зоной (A) приведения в контакт с серой и реакционной зоной (B), в которой осуществляется конверсия серы и водорода, с образованием сероводорода.

Способ согласно изобретению позволяет приготавливать сероводород с повышенным выходом, при контролируемых условиях температуры и давления, ниже тех, которые, как правило, используются в работах согласно уровню техники.

В частности, он допускает хороший контроль температуры в ходе реакции конверсии серы с образованием сероводорода, а также высокую утилизацию теплоты, генерированной в ходе реакции, для регулирования температуры катализатора в зоне приведения в контакт серы с катализатором.

Более того, в отличие от определенных способов согласно уровню техники, нет необходимости в использовании стехиометрического избытка серы. Он допускает полную конверсию серы, без того, чтобы было необходимо осуществлять второй этап катализа.

Поскольку конверсия серы является полной, газообразные эфлюенты на выходе из реактора не содержат серы. Они не содержат или мало содержат полисульфосоединения (т.е., соединения типа H₂S_n, с числом n, составляющим от 2 до 8).

В способе согласно изобретению газообразные эфлюенты на выходе из реактора (этап (c) ранее) содержат сероводород в количестве, по меньшей мере, 30% по объему, предпочтительно, по меньшей мере, 50% по объему, более предпочтительно, по меньшей мере, 75% по объему, и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 90% по объему. В пересчете на массу, содержание сероводорода в упомянутых газообразных эфлюентах предпочтительно составляет, по меньшей мере, 88 мас.%.

Уместно отметить, что газообразные эфлюенты на выходе из реактора (этап (c) ранее) не содержат или очень мало содержат воду. Таким образом, содержание воды в упомянутых газообразных эфлюентах обычно меньше или равно 3% по объему, или 1,5 мас.%.

На самом деле, в ходе реализации этапов (a) и (b) способа согласно изобретению, образования воды не происходит, и вода, случайно присутствующая в газообразных эфлюентах, может появляться, среди прочего, вследствие влажности, имеющейся в реактивах (в частности, в сере), и вследствие влажности окружающей среды.

Изобретение далее будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые Фигуры.

Фигура 1 иллюстрирует блок получения сероводорода, соответствующий способу согласно изобретению, функционирующий при циркуляции катализатора и водорода, осуществляющейся в режиме прямотока.

Фигура 2 иллюстрирует блок получения сероводорода, соответствующий способу согласно изобретению, функционирующий при циркуляции катализатора и водорода, осуществляющейся в режиме противотока.

Настоящее изобретение позволяет приготавливать сероводород из элементарной серы (S_x) и водорода (H₂) согласно реакции, известной сама по себе как следующая:

S_x+xH₂ ® xH₂S,

где x - целое число от 6 до 20.

Является предпочтительным, чтобы элементарная сера соответствовала формуле S₈.

В способе согласно настоящему изобретению применяется твердый катализатор, который содержит, по меньшей мере, один металл, выбранный из металлов групп VIB и VIII Периодической системы элементов.

Является предпочтительным, чтобы катализатор содержал, по меньшей мере, один металл, выбранный из кобальта, никеля, железа, платины, палладия, молибдена, вольфрама и хрома.

Согласно более предпочтительному варианту воплощения, он содержит, по меньшей мере, один металл группы VIII, выбранный из кобальта и никеля, и, по меньшей мере, один металл группы VIB, выбранный из молибдена и вольфрама. Еще более предпочтительным является, чтобы он содержал один из следующих интерметаллидов: CoMo, NiMo, NiW, NiCoMo.

Катализатор, чтобы он был активным, используют в активированном состоянии, т.е., так, чтобы металлосодержащие химические вещества, находящиеся на поверхности, присутствовали в форме сульфидов металлов. Содержание сульфида (сульфидов) металла или металлов групп VIB и VIII составляет, как правило, 10-80 мас.% относительно общей массы катализатора.

Катализатор может быть нанесен или не нанесен на подложку.

Катализатор, когда он не нанесен на подложку, содержит сульфированные металлы в основном групп VIB и VIII Периодической системы элементов, по меньшей мере, на поверхности катализатора.

Согласно предпочтительному варианту используемый катализатор наносят на подложку, т.е., так, чтобы сульфиды металла или металлов групп VIB и VIII Периодической системы элементов находились на подложке, созданной на основе одного или нескольких огнеупорных неорганических оксидов. Огнеупорные неорганические оксиды, составляющие подложку, могут быть, в частности, выбраны из глиноземов, кремнеземов, алюмосиликатов, цеолитов, оксидов циркония, оксидов титана, кальция или магния, и смесей таких оксидов.

В случае катализатора, нанесенного на подложку, содержание в нем сульфида (сульфидов) металла или металлов групп VIB и VIII составляет, как правило, 10-30 мас.% относительно общей массы катализатора.

Является предпочтительным, чтобы катализатор был представлен в форме пористых частиц небольшого размера, таких как, например, шарики, экструдированные частицы, более или менее цилиндрические. Он имеет удельную поверхность, измеренную методом БЭТ, как правило, составляющую 100-300 м²/г, пористый объем, определенный путем адсорбции азота, и составляющий 0,25-1 мл/г.

Первый этап способа согласно изобретению состоит в приведении в контакт серы с катализатором, при температуре до 120-160°C.

Этот этап можно выгодно осуществить, заставляя циркулировать нагретый катализатор, выведенный из реакционной зоны, в зоне (A) приведения в контакт, в которой элементарную серу вводят в твердом состоянии.

Как правило, приведение в контакт серы и катализатора осуществляют непосредственно на магистрали рециркуляции катализатора.

Можно также использовать (не обязательно) смешивающее устройство, для повышения перемешивания частиц катализатора и серы таким образом, чтобы оптимизировать их приведение в контакт. Примерами таких устройств являются вибрирующая пластина, вращающийся барабан, смеситель непрерывного действия или смеситель периодического действия.

Можно использовать, например, смеситель непрерывного действия, снабжаемый одновременно потоком катализатора и потоком твердых частиц серы с предварительной дозировкой. Такой смеситель образован из, как правило, трубчатого устройства, в котором вращается винтообразная мешалка.

Аналогично, можно использовать вращающийся барабан, в котором твердые соединения для смесителя предварительно дозированы, и которые одновременно вводят в барабан. Вращение последнего обеспечивает получение гомогенной смеси упомянутых твердых соединений.

Применение такого дополнительного устройства к смеси является исключительно необязательным. На самом деле, при температуре, при которой осуществляется приведение в контакт, смешивание между собой серы и циркулирующих частиц катализатора происходит очень быстро.

Температуру, при которой осуществляется первый этап, можно контролировать с помощью термопар. Она составляет 120-160°C, а более предпочтительно, 130-150°C.

Такая температура позволяет быстро расплавлять серу и получать жидкую серу, обладающую умеренной вязкостью (обычно 8-10 сП, т.е. 8-10 МПа⋅с), которая позволяет ей проникать в поры катализатора.

Теплота, необходимая для плавления серы, привносится нагретым катализатором (B), выведенным из реакционной зоны. Температуру, при которой осуществляется этот этап, необходимо регулировать таким образом, чтобы она оставалась в диапазонах, указанных ранее. Она зависит в основном от температуры и от расхода катализатора, введенного в зону (A), а также от температуры и от расхода серы, подаваемой в ту же зону. Когда температура катализатора на выходе из реакционной зоны (B) слишком высока, его предварительное охлаждение может быть осуществлено перед его введением в зону (A), как будет описано ниже.

В общем виде, количество вводимой серы дозируют путем взвешивания перед введением в зону (A) приведения в контакт. Согласно предпочтительному варианту воплощения оно зависит, без избытка серы, от потребностей в сероводороде. Массовое отношение вводимого количества серы и количества циркулирующего катализатора может быть отрегулировано в зависимости от экзотермичности реакции, таким образом, чтобы температура в реакционной зоне не превышала желаемой максимальной температуры.

Является предпочтительным, чтобы количество серы, используемой в ходе этапа (a), составляло 5-30 мас.% серы относительно массы катализатора, а более предпочтительно, 7-20 мас.% серы относительно массы катализатора.

Этап (b) способа согласно изобретению состоит в том, чтобы заставить циркулировать смесь серы и катализатора, полученного на этапе (a), в реакционной зоне (B) или в реакторе, в котором упомянутую смесь приводят в контакт с водородом таким образом, чтобы можно было осуществлять конверсию серы и водорода, с образованием сероводорода.

Особенность способа согласно изобретению состоит в том, что конверсию серы с образованием сероводорода осуществляют в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора, т.е., в реакторе, в котором смесь катализатора и серы циркулирует от входа к выходу реактора.

В этой реакционной зоне вводят водород. Является предпочтительным, чтобы водород (H₂) вводили в последовательных нескольких точках, распределенных по длине реактора.

Введение водорода в нескольких последовательных точках вдоль реактора обеспечивает, в частности, следующие преимущества:

- это позволяет работать локально при стехиометрическом избытке водорода, гарантирующем максимальную конверсию водорода с образованием сероводорода;

- это позволяет локально снизить парциальное давление в H₂S и, таким образом, ограничить его ингибирующее влияние на преобразование серы в H₂S;

- это позволяет распределить выделение теплоты реакции на более длинной зоне и достигнуть лучшего контроля температуры в реакторе. На самом деле, реакция является очень экзотермичной, и очень важно точно контролировать температуру внутри реактора таким образом, чтобы она локально не превышала 400°C, а предпочтительно, локально не превышала 300°C.

Контролируемое введение водорода позволяет очень точно контролировать реакцию, что позволяет поддерживать температуру на выходе реактора на уровне менее 300°C, а предпочтительно, менее 250°C, и, таким образом, позволяет катализатору, поступающему на вход зоны (A), иметь температуру 120-160°C.

Водород обычно вводят со стехиометрией до 1-10 молей водорода (H₂) на моль серы (S), предпочтительно, 1-2 молей водорода на моль серы, а еще более предпочтительно, 1-1,2 молей водорода на моль серы.

Согласно особо предпочтительному варианту воплощения водород вводят со стехиометрией, сильно превышающей 1 моль водорода (H₂) на моль серы, что позволяет ослабить риск образования полисульфонов.

Внутри реактора, циркулируют два потока, один поток твердых частиц, а другой - газообразный:

- поток твердых частиц образован из частиц катализатора в смеси с жидкой серой, присутствующей, в частности, в порах катализатора. По мере поступления катализатора в реактор, сера преобразуется в сероводород, а поры катализатора обедняются по сере;

- газообразный поток содержит непрореагировавший водород и образовавшийся сероводород (H₂S). Концентрация по сероводороду в газообразной смеси в реакторе повышается от первой точки введения водорода до точки выхода газообразных эфлюентов.

Реакционная зона (B) может функционировать в режиме прямотока или в режиме противотока, согласно чему поток твердых частиц, содержащий частицы катализатора, и газообразный поток, содержащий водород, циркулируют в реакторе, соответственно, в одном направлении, или в противоположном направлении.

Позиция точки выхода газообразных эфлюентов на реакторе определяет направление циркуляции системы газ/твердые частицы.

Если точка выхода газообразных эфлюентов находится близко к точке входа катализатора в реакционную зону (B), направление циркуляции указано в режиме противотока.

Если точка выхода газообразных эфлюентов находится близко к точке выхода катализатора реакционной зоны (B) направление циркуляции указано в режиме прямотока.

Согласно предпочтительному варианту изобретения реакционная зона (B) функционирует в режиме противотока, т.е., так, что поток твердых частиц, содержащий частицы катализатора, и газообразный поток, содержащий водород, циркулируют в реакторе в противоположном направлении.

Предпочтительным направлением циркуляции является противоток, поскольку он позволяет быстрее достигать полной конверсии серы в сероводород. На самом деле, в зонах высоких температур, в которых скорость конверсии более значительная, концентрация по водороду более высокая, а концентрация сероводорода более низкая, что кинетически более благоприятно, поскольку полученный сероводород является ингибитор его собственной реакции синтеза.

В рамках настоящего изобретения также может быть применено направление циркуляции в режиме прямотока. Этот вариант воплощения является менее предпочтительным, поскольку в этой конфигурации, в зонах высоких температур, благоприятных для преобразования серы в сероводород, концентрация по сероводороду повышена, а концентрация водорода низкая. Также сероводород, из-за его эффекта ингибитора, замедляет преобразование серы в сероводород. Однако снижение скорости конверсии серы в сероводород может быть скомпенсировано повышением времени пребывания в более горячей зоне реактора.

По причине экзотермического характера реакции, температура вдоль реактора постепенно повышается от точки входа катализатора в реактор до точки выхода катализатора из реактора.

Согласно настоящему изобретению температура на входе катализатора в реакционной зоне больше или равна 150°C. Является предпочтительным, чтобы эта температура была больше или равна 180°C, а еще более предпочтительно, больше или равна 200°C.

На выходе катализатора из реакционной зоны, температура меньше или равна 300°C, предпочтительно, меньше или равна 250°C.

Согласно предпочтительному варианту в ходе этапа (b) температуру в реакторе регулируют таким образом, чтобы она оставалась на уровне величины 200-300°C.

Согласно особо предпочтительному варианту воплощения температура вдоль реакционной зоны повышается от величины 200°C±10°C до величины 290°C±10°C.

Температуру внутри реактора можно определить способом, известным самим по себе, с помощью термопар.

Давление внутри реактора поддерживают при величине менее 3 бар (3⋅10⁵ Па), предпочтительно, менее 2 бар (2⋅10⁵ Па), а еще более предпочтительно менее 1,3 бар (1,3⋅10⁵ Па).

Заявитель неожиданно обнаружил, что способ согласно изобретению позволяет получать выходы по полной конверсии элементарной серы при этих условиях температуры и давления, более мягких, чем условия, используемых, как правило, в работах согласно уровню техники.

Согласно особо предпочтительному варианту воплощения реакционная зона содержит трубчатый реактор, образованный из восходящего вибрирующего винтообразного спиралевидного канала. Таким образом, в реакционной зоне, смесь катализатора и серы заставляют подниматься вдоль винтообразному спиралевидному каналу.

Такой реактор образован из вибрирующего спиралевидного канала, в значительной мере трубчатой формы, обвивающегося винтообразно вокруг вертикальной оси, и содержащего, по меньшей мере, два витка.

Является предпочтительным, чтобы поперечное сечение спиралевидного канала было круговым, и в данном случае, спиралевидный канал представляет собой трубу. Как правило, труба имеет диаметр 100-300 мм. Он обычно имеет протяженную длину, которая может достигать до 400 м.

Высота винтообразного спиралевидного канала может доходить до 5-40 м, предпочтительно, 10-20 м.

Угол подъема спиралевидного канала может достигать от 1 до 10 градусов, предпочтительно, от 1 до 5 градусов, а еще более предпочтительно, от 1 до 4 градусов.

В реакторе представлено количество спиралевидных каналов, предпочтительно, 15-60, более предпочтительно, 25-40.

Обычно количество спиралевидных каналов бывает таким, чтобы оно допускало скорость циркуляции катализатора, которая может достигать 250-6000 кг/ч, предпочтительно, 750-3000 кг/ч, с часовой объемной скоростью газа, составляющей обычно 10-1000 ч^-1, предпочтительно, 30-100 ч^-1. Катализатор занимает обычно 5-80% от объема спиралевидных каналов, предпочтительно, 10-50%.

Упомянутый спиралевидный канал преимущественно образован из металлического материала. Является предпочтительным, чтобы вибрирующий спиралевидный канал был образован из трубы, изготовленной из металла, более предпочтительно, из стали.

Он может быть получен, например, путем формирования металлической трубы в виде спирали, проходящей вокруг почти вертикальной оси. Согласно предпочтительному варианту воплощения центральный ствол позволяет придавать спиралевидному каналу жесткость и сохранять его винтообразную форму. Спиралевидный канал может быть электрически изолирован от центрального ствола системой фиксации.

Согласно предпочтительному варианту трансформатор снабжает винтообразный реактор, по меньшей мере, одного витка спиралевидного канала током низкого напряжения, менее 50В, что позволяет нагревать непосредственно за счет эффекта Джоуля металлическую массу трубы при требуемой температуре в реакторе.

В частности, нагревают один или несколько витков спиралевидного канала за счет эффекта Джоуля при температуре 150-200°C, в частности в нижней части реактора, в зоне входа смеси катализатора и серы. Следствием эффекта Джоуля является непосредственное генерирование теплоты в массе спиралевидного канала. Оно позволяет достигать большей гибкости для управления температуры в центре спиралевидного канала, по сравнению с непрямым нагревом за счет теплоносителя.

Колебания винтообразного реактора могут быть генерированы, по меньшей мере, одной системой, расположенной на любом подходящем уроне, например, у основания или на вершине ствола, или еще размещенной вокруг спиралевидного канала. Среди подходящих колебательных систем можно перечислить следующие системы: вибрационные двигатели, электромагнитные вибраторы (возбуждаемые переменными циклами, с созданием импульсов) и вибрационные реле возбуждения. Является предпочтительным, чтобы колебания были генерированы с помощью стола, служащего в качестве подложки для центрального ствола, и приводимого в действие двумя вибрационными двигателями.

По мере подъема катализатора в реакторе в форме винтообразного спиралевидного канала, теплота, генерированная реакцией, позволяет поддерживать температуру реактора на требуемом уровне. Одновременно, трубчатые стенки реактора создают большую поверхность теплообмена, которая позволяет регулярно отводить теплоту вдоль реактора.

Значительное преимущество, предоставляемое за счет использования реактора в форме винтообразного спиралевидного канала в рамках настоящего изобретения, состоит в том, что он обеспечивает очень большую гибкость контроля параметров согласно способу. Он позволяет, в частности, эффективно отводить теплоту, вызванную реакцией и/или нагревом реакционной среды за счет эффекта Джоуля. Также можно осуществлять очень точный контроль температуры реакции по всей длине реактора, для поддержания ее на уровне, позволяющем достигать желаемую степень конверсии элементарной серы.

На выходе из реакционной зоны (B), газообразные эфлюенты отделяют от частиц катализатора. Эти эфлюенты в основном состоят из сероводорода, а также они могут в минимальном количестве содержать водород.

Для улучшения этого разделения, можно использовать любое известное устройство, позволяющее разделять газ и твердые частицы, например, один или несколько циклонов или еще один или несколько электростатических фильтров.

На выходе из реакционной зоны (B), катализатор затем подвергают рециркуляции в зону (A), где он вступает в контакт с серой, в соответствии с этапом (a) способа.

Катализатор, выходящий из реакционной зоны (B) (т.е. по завершению этапа (b)), как правило, больше не содержит серу. Тем не менее, в рамках настоящего изобретения вполне возможно, чтобы в смеси с катализатором оставалась сера, в большем или меньшем количестве согласно степени конверсии, достигаемой в ходе этапа (b). В данном случае, остаточная сера, которая не прореагировала, просто подвергается рециркуляции вместе с катализатором на этап (a) способа, а затем в реакционную зону (B), для преобразования в сероводород.

Как было показано ранее, способ согласно изобретению влечет за собой циркуляцию катализатора по замкнутому циклу между различными зонами блока, в которых осуществляются различные этапы способа. Скорость циркуляции катализатора может обычно составлять 250-6000 кг/ч, предпочтительно, 500-3000 кг/ч.

Способ согласно изобретению может преимущественно содержать, среди прочего, этап удаления мелкого порошка (или пылинок) катализатора, способного сформироваться в катализаторе по мере циркуляции этого катализатора.

Этот этап может быть осуществлен, например, перед рециркуляцией катализатора на этап (a). Его можно выполнить, путем пропускания катализатора через одно или несколько просеивающих устройств, например, таких как вибрационные или вращающиеся сита.

Согласно особо предпочтительному варианту воплощения изобретения катализатор, принадлежащий реакционной зоне, охлаждают перед повторным приведением в контакт с серой в ходе этапа (a).

На самом деле, по причине сильно экзотермического характера реакции синтеза сероводорода, теплота, переносимая катализатором, может быть очень важна, чтобы допустить его повторное введение непосредственно в зону контакта (A), причем известно, что температура катализатора не должна превышать 160°C.

Охлаждение катализатора может быть осуществлено, например, путем пропускания катализатора через охлаждающее устройство, такое как теплообменник. Такое устройство расположено между реакционной зоной (B) и зоной (A) приведения в контакт катализатора с серой.

Согласно предпочтительному варианту воплощения изобретения нижнюю по потоку часть реактора, используемую на этапе (b), можно использовать как зону охлаждения катализатора. В случае реактора, образованного из восходящего вибрирующего винтообразного спирального канала, эта задача может быть достигнута путем использования последних спиралевидных каналов в качестве зоны охлаждения. Охлаждение может быть пассивным, т.е. таким, когда катализатор и реакционную смесь, циркулирующую в этих спиралевидных каналах, просто оставляют охлаждаться без нагрева, и без термоизоляции, так, чтобы позволить теплоте рассеяться через трубчатые стенки, и без какого-либо введения водорода. Можно также практиковать, среди прочего, в последних спиралевидных каналах реактора активное охлаждение, посредством подходящего устройства, например, путем пропускания по спиралевидным каналам жидкого хладагента.

Способ согласно изобретению также может содержать этап очистки газообразных эфлюентов, полученных из этапа (c) разделения, для очистки полученного сероводорода, и для удаления других соединений, которые могут присутствовать, таких как, например, остаточная сера.

Первая возможность состоит в пропускании газообразных эфлюентов через охлаждающее устройство, позволяющее осуществлять конденсацию примесей. Другая возможность состоит в пропускании газообразных эфлюентов через одно или несколько поглощающих устройств, таких как, например, колонна, содержащая глинозем или другой пористый материал.

Состав газообразного потока на выходе реакционной зоны преимущественно измеряют на магистрали, посредством известных технологий, таких как газофазная хроматография или спектроскопия. Такое определение состава эфлюентов на магистрали позволяет регулировать в режиме реального времени входной поток серы и водорода на различных этапах способа.

Фигура 1 иллюстрирует вариант воплощения способа согласно изобретению, в котором реакционная зона (B) функционирует в режиме прямотока.

Эта Фигура демонстрирует блок получения сероводорода, в котором катализатор циркулирует по замкнутому циклу зоны (A) приведения в контакт с серой, к реакционной зоне (B), затем к зоне (C) разделения катализатора и реакционных эфлюентов, перед рециркуляцией в зоне (A).

Зона (A) образована из камеры, в которую частицы катализатора направляются по каналу 1, тогда как элементарную серу вводят по каналу 2. В камере (A) температуру поддерживают на уровне значения, составляющего 120-160°C.

Время пребывания катализатора в зоне (A) приведения в контакт обычно составляет 1-20 минут, предпочтительно, 3-10 минут.

Смесь катализатора и расплавленной серы, выходящей из камеры (A), затем транспортируют посредством канала 3, в реакционную зону (B). Она образована из трубчатого реактора, образованного из восходящей вибрирующей винтообразной спирали, в которой смесь катализатора и серы поднимается.

На входе реактора (B) может быть добавлено средство введения свежего катализатора, посредством канала 5.

Водород, подаваемый каналом 4, вводят в нижнюю часть реактора, по магистралям 4a, 4b и 4c. В варианте воплощения, проиллюстрированном на Фигуре 1, это введение происходит в трех точках реактора (B). Уместно отметить, что этот вариант воплощения ни в коей мере не является ограничивающим, и введение водорода можно осуществлять в одной или нескольких точках реактора.

В реакторе (B), температуру регулирует таким образом, чтобы можно было сохранить температуру входа в нижней части, превышающую 150°C, и температуру выхода в верхней части, составляющую менее 300°C. Давление составляет менее 3 бар.

Для поддержания температуры реакции на достаточном уровне, верхнюю по потоку зону B1 реактора нагревают за счет эффекта Джоуля, при снабжении одного или нескольких витков спиралевидного канала электрическим током низкого напряжения, который здесь не представлен.

В нижней по потоку зоне B2 реактора (B) (не обязательно) спиралевидные каналы не нагреваются, и здесь больше не осуществляют введения водорода, так, чтобы можно было допустить возникновение охлаждения катализатора и газообразных эфлюентов.

Время пребывания катализатора в реакционной зоне (B) обычно составляет 5-120 минут, предпочтительно, 10-40 минут.

На выходе из реактора (B), катализатор и газообразные эфлюенты направляют к блоку (C) разделения катализатора и газообразных эфлюентов.

Частицы катализатора затем направляют по каналу 7 к просеивающему устройству 11, которое позволяет устранить из зоны процесса случайные тонкие порошки (или пыль) катализатора, которые отводят по магистрали 12. Катализатор затем подвергают рециркуляции по магистрали 1 к зоне (A) приведения в контакт с серой.

Частицы катализатора, в ходе их пропускания по спиралевидным каналам зоны B2, которые выполняют функцию теплообменника, затем в сепаратор (C), и наконец, в сито 11, постепенно охлаждаются при подходящей температуре, допускающей их повторное введение в зону контакта (A), причем эта температура не должна превышать 160°C.

Газообразные эфлюенты, выпущенные из сепаратора (C), затем направляют по магистрали 6 в необязательное разделительное устройство 8, например, такое, как охлаждаемая твердая ловушка, фильтр или циклон.

Сероводород, полученный указанным способом, возвращается по магистрали 9.

Анализирующее устройство 10 (не обязательное) на магистрали позволяет определять количество полученного сероводорода, а следовательно, регулировать соответствующие вводимые количества водорода и серы, как схематически показано пунктирными линиями обратной связи 13 и 14.

Фигура 2 иллюстрирует предпочтительный вариант воплощения способа согласно изобретению, в котором реакционная зона (B) функционирует в режиме противотока.

Эта Фигура демонстрирует блок получения сероводорода, в котором катализатор циркулирует по замкнутому циклу зоны (A) приведения в контакт с серой, к реакционной зоне (B).

Описание этого способа такое же, как для Фигуры 1, а ссылочные обозначения представляют те же элементы.

Различия следующие.

Водород, подаваемый по каналу 4', вводят в верхней части реактора, по магистралям 4'a, 4'b и 4'c.

Разделение катализатора и реакционных эфлюентов осуществляют в нижней части реактора, в зоне разделения (C'). Сероводород возвращают по магистрали 6', а отводят - по магистрали 9'.

Необязательные устройства очистки 8', анализа 10' и обратной связи для определения количеств водорода 13' и серы 14' идентичны соответствующим устройствам 8, 10, 13 и 14, описанным для Фигуры 1.

Изобретение относится к технологии производства сероводорода из водорода и элементарной серы непрерывным способом с использованием катализатора с псевдоожиженным слоем. Способ включает следующие этапы: (а) приведение в контакт серы с твердым катализатором в зоне А, содержащим, по меньшей мере, один металл, выбранный из металлов групп VIB и VIII Периодической системы элементов, в форме сульфида металла, при температуре от 120 до 160°C; (b) циркуляцию смеси серы и катализатора с этапа (a) в реакционной зоне, содержащей трубчатый реактор В, образованный из восходящего вибрирующего винтообразного спиралевидного канала, в которой упомянутую смесь приводят в контакт с водородом, причем реакционная зона демонстрирует температуру в точке входа катализатора, большую или равную 150°C, и температуру в точке выхода катализатора, меньшую или равную 300°C, и давление, меньшее или равное 3⋅10⁵ Па; (c) разделение катализатора и газообразных эфлюентов, содержащих сероводород в зоне C' и (d) рециркуляцию катализатора на этап (a). Изобретение обеспечивает полную конверсию элементарной серы при более мягких условиях температуры и давления по сравнению с используемыми известными технологиями и получение сероводорода с повышенным выходом. 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения сероводорода из водорода и элементарной серы, включающий следующие этапы:

(a) приведение в контакт серы с твердым катализатором, содержащим, по меньшей мере, один металл, выбранный из металлов групп VIB и VIII Периодической системы элементов, в форме сульфида металла, при температуре от 120 до 160°C;

(b) циркуляцию смеси серы и катализатора с этапа (a) в реакционной зоне, содержащей трубчатый реактор, образованный из восходящего вибрирующего винтообразного спиралевидного канала, в которой упомянутую смесь приводят в контакт с водородом, причем реакционная зона демонстрирует температуру в точке входа катализатора, большую или равную 150°C, и температуру в точке выхода катализатора, меньшую или равную 300°C, и давление, меньшее или равное 3⋅10⁵ Па;

(c) разделение катализатора и газообразных эфлюентов, содержащих сероводород; и

(d) рециркуляцию катализатора на этап (a).

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что температура, при которой осуществляется этап (a), составляет от 130 до 150°C.

3. Способ по любому из пп.1, 2, характеризующийся тем, что количество серы, используемой в ходе этапа (a), составляет 5-30 мас.% серы относительно массы катализатора, а предпочтительно, 7-20 мас.% серы относительно массы катализатора.

4. Способ по любому из пп.1-3, характеризующийся тем, что в ходе этапа (b) водород вводят в нескольких точках, распределенных по длине реактора.

5. Способ по любому из пп.1-4, характеризующийся тем, что водород вводят со стехиометрией до 1-10 молей водорода (H₂) на моль серы (S), предпочтительно, 1-2 молей водорода на моль серы, а еще более предпочтительно, 1-1,2 молей водорода на моль серы.

6. Способ по любому из пп.1-5, характеризующийся тем, что температура на входе катализатора в реакционную зону больше или равна 180°C, а еще более предпочтительно, больше или равна 200°C.

7. Способ по любому из пп.1-6, характеризующийся тем, что температура на выходе катализатора из реакционной зоны меньше или равна 250°C.

8. Способ по любому из пп.1-7, характеризующийся тем, что температура вдоль реакционной зоны повышается от величины 200°C±10°C до величины 290°C±10°C.

9. Способ по любому из пп.1-8, характеризующийся тем, что давление внутри реактора составляет менее 3⋅10⁵ Па, предпочтительно менее 2⋅10⁵ Па, а еще более предпочтительно менее 1,3⋅10⁵ Па.

10. Способ по любому из пп.1-9, характеризующийся тем, что в спиралевидном канале реактора нагревают один или несколько витков за счет эффекта Джоуля.

11. Способ по любому из пп.1-10, характеризующийся тем, что катализатор, выходящий из реакционной зоны, охлаждают перед повторным приведением в контакт с серой в ходе этапа (a).

12. Способ по п.11, характеризующийся тем, что нижнюю по потоку часть реактора, используемую на этапе (b), используют как зону охлаждения катализатора.

13. Способ по любому из пп.1-12, характеризующийся тем, что катализатор содержит один или несколько металлов групп VIB и VIII Периодической системы элементов, в форме сульфидов металлов, осажденных на подложку на основе одного или нескольких огнеупорных неорганических оксидов, причем является предпочтительным, чтобы содержание сульфида (сульфидов) металла или металлов групп VIB и VIII в катализаторе составляло 10-30 мас.% относительно общей массы катализатора.

14. Способ по любому из пп.1-13, характеризующийся тем, что реакционная зона функционирует в режиме прямотока, где поток твердых частиц, содержащий частицы катализатора, и газообразный поток, содержащий водород, циркулируют в одном направлении в реакторе.

15. Способ по любому из пп.1-13, характеризующийся тем, что реакционная зона функционирует в режиме противотока, где поток твердых частиц, содержащий частицы катализатора, и газообразный поток, содержащий водород, циркулируют в противоположном направлении в реакторе.