Способ регенерации катализатора Клауса Советский патент 1990 года по МПК B01J21/20 B01J23/92 

Изобретение относится к катализу, преимущественно к способам регенерации катализатора процесса Клауса - активного оксида алюминия, который используется в процессах получения элементарной серы, и, в частности, может быть применено для удаления

сульфатов, отложений кокса и серы, предотвращения термической и гидротермической деструкции, являющихся основными факторами снижения активности катализаторов.

Цель изобретения - повышение степени восстановления каталитической

активности и продолжительности экс- плуатациии катализаторов Клауса за счет использования в качестве активатора раствора NaAlO и/или Na20 x х XSi02, где X 0,5-1, определенной Аонцентрации.

Пример 1. 500 г катализатора Клауса (DR 5-10) импортной поставки в отработавшего 2 года, промывают ь течение 1 ч 5%-ным водным раствором NaAlOfc при непрерывной циркуляции раствора. Затем катализатор сушат на воздухе. Обработанный катализатор помещают в печь для проведения окислительной регенерации в потоке воздуха, подогреваемого в трубчатой печи перед подачей в реактор. Объемная скорость подалш воздуха при атмосферном давлении составляла 507100 ч. Температуру поднимают до 550°С и выдерживают катализатор в течение 6 ч„ Скорость подъема температуры до 100°С составляет 5°С/мин, в дальнейшем - 20°С/мин. Газы регенерации перед выбросом в атмосферу пропускают через раствор NaOH.

Затем регенерируемый катализатор охлаждают до комнатной температуры и обрабатывают 5%-ным водным раствором NaA10t или XSi02 в течение 2 ч при непрерывной циркуляции раствора. После этого катализатор сушат в печи при 100-110 С до постоянного веса.

Предварительная обработка активатором предотвращает дополнительную сульфатацию катализатора при последующем окислительном отжиге, при этом использование водных растворов метал- люминатов и силикатов натрия способствует удалению сульфатов и замедляет процесс коксообразования.

Последующая после окислительного отжига обработка активатором обеспе- чивает удаление остаточных сульфатов и восстановление кристаллической структуры катализатора. Аналогичная последовательность обработки регенерируемых катализаторов Клауса, согла сно изобретению, сохраняется в осталь ных примерах.

В табл. 1 приведен состав катализатора Клауса DR 5-10 мас.% после отравления и регенерации. Диаметр шариков 5-10 мм. . Активность реактивированного катализатора в отношении реакции Клауса определяют на лабораторной установке.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Для этого 100 г катализатора помещают в реактор из нержавеющей стали так, чтобы высота слоя была равна 30 см. Реактор помещают в трубчатую печь. Составы газов до и после каталитического реактора анализируют на хроматографе ЛХМ-8 МД.

Степень конверсии Н„ в серу на лабораторной установке составляет: а) на свежем катализаторе 71,3% или 1,0; б) после регенерации по предлагаемому способу 68-71% или 0,95 - 0,995; в) после регенерации по патенту Канады № 1184169 62% или 0,87; г) после регенерации по патенту Канады № 1097317 61% или 0,86; д) после регенерации по предлагаемому способу с использованием в качестве активатора NaOH (3-5%) - 63,1 - 73„6 или 0,885-0,892.

Результаты экспериментов представлены в табл. 2 и 3.

Из табл. 2 и 3 видно, что при снижении концентрации водных растворов активаторов менее 2 мас.% и значениях X для силикатов натрия меньших 0,5 повышение степени восстановления каталитической активности и увеличение срока эксплуатации катализатора не наблюдается, а при значениях концентрации больше 10 мас.% и X для силикатов натрия (NajO XSi02) больших 1 достигнутый эффект не увеличивается, так как оптимальный интервал концентраций составляет 2-10 мас.% при значениях X 0,5-1. о

Возможный гидролиз активаторов не сказывается на эффективности предлагаемого способа, так как здесь играет роль соотношение ионов алюминия или кремния в исходном растворе.

Дополнительными опытами было установлено, что при обработке катализатора водой или водным раствором щелочи происходит разрушение поверхностного слоя катализатора вследствие вымывания алюминия, а в случае применения растворов NaAlO и XSi02 вымывание последнего из структуры катализатора не происходит, о чем сви- тельствуют результаты анализа на содержание алюминия: промывочный раст- вор по патенту Канады № 1097317 - 16,3 мас.%; промывочный раствор по патенту Канады № 1184169 - 18,1 мас.% промывочный раствор по предлагаемому способу: а) для растворов NaAl-2.0 - увеличение концентрации А1 не обнару

жено; б) для растворов МагО XSiO наблюдалось содерхсание 0,6-1,4% Л1.

Разрушение поверхностного слоя приводит к снижению механической прочности, размеров пор и, в конечном счете, к снижению . активности катализатора.

Выбор температуры окислительного отжига порядка 550°С обусловлен тем, что при Т 300-350°С весь кокс не удаляется, сгорает лишь его водородная составляющая, а углеродная остается.

Применение активаторов согласно изобретению снижает повторное образование сульфата во время проведения окислительной регенерации.

Согласно экспериментальным данным на стадии предварительной обработки происходит удаление сульфатов на 72- 81% от их первоначального содержания а в известных способах лишь на 53 - 66%.

Предложенный способ по сравнению с известными обеспечивает следующие преимущества: увеличение времени работы катализатора до снижения активности на 50% с 6 до 16 мес.; снижени

5

ю

9585 6

количества сульфатов в регенерирован-1- ном катализаторе с 1,1 до 0,2 - 0,3 мас.%; повышение удельной плоша- ди поверхности с 150 до 250 уменьшение кокса; увеличение конверсии сероводорода в серу до 71%; увеличение механической прочности на раздавливание с 8 до 13 кг/гранул..

Формула изобретения

Способ регенерации катализатора Клауса, отравленного в результате использования в модифицированных кон- верто рах, включающий предварительную обработку катализатора водным раствором активатора, сушку на воздухе с последующим окислительным отжигом серы и кокса и повторную обработку регенерируемого катализатора водными растворами активаторов и сушку при 100- 110 С, отличающийся тем, что, с целью повышения степени вое- становления каталитической активности и продолжительности эксплуатации катализатора, в качестве активатора используют 2-10%-нын раствор NaAlO. и/или NagO XSiO, где X 0,5-1.

Изобретение касается каталитической химии, в частности регенерации катализатора Клауса для получения элементарной серы, что может быть использовано для удаления сульфатов, отложений кокса и серы, предотвращения термической и гидротермической деструкции дезактивированных катализаторов. Цель - повышение степени восстановления активности и продолжительности эксплуатации катализатора. Обработку отравленных контактов ведут 2-10%-ными водными растворами активаторов NAALO₂ и/или NA₂OX^.SIO₂ где X=0,5-1, сушкой при 100-110°С на воздухе с последующим окислительным выжиганием серы и кокса при 550°С (6 ч) и повторной обработкой теми же активаторами. Эти условия по сравнению с известными обеспечивают снижение количества сульфатов в регенерированном катализаторе с 1,1 до 0,3-0,2 мас.%, увеличивают время его работы до снижения его активности на 50% с 6 до 16 мес при увеличении степени конверсии сероводорода в серу с 62 до 71%, удельной площади поверхности катализатора с 150 до 250 м²/г с одновременным ростом механической прочности на раздавливание с 8 до 13 кг/гранул, причем на стадии предварительной обработки катализатора достигается удаление сульфатов, на 72-81% против 53-66% в известных способах. 3 табл.

Удельная, поверхность, м /г 300 Прочность на раздавливаниекг/гранула15

Результаты по регенерации катализатора Клауса DR 5-10

Показатель

Отравотан- кьА катализатор

Сульфаты, нас.

Кокс, иае.Х

Удильная поверхность,

Таблица

1

81

210-258

10,4

13,8

Таблиц

1549585

Результаты по регенерации катализатора Клауса DK 5-10

3,6 2,9

81 0,09

1SI 0,35

6

62

1,00.20.20,21,1 I,}

0.0250,020.020,020,026 0,025

165252258256160 161

0,360,390,390,390,36 0,36

814161677

6370717163 63

8 Продолжение табл.2

0,340,30,3 1,00,30,30,30.3

0,020,020,02 0,0240,020,020,020,02

230235235 162238241241241

0,380,390,38 0,360,380,390,390,39

1215 15 714161616

6870,70 6371717171