Катализатор для газофазного окисления сероводорода в элементарную серу Советский патент 1981 года по МПК B01J23/745 C01B17/04 

невысоких объемных скоростях 500010000 и мольном отношении кислорода к сероводороду не выше 1,5, а съем серы с литра катализатора составляет не более 420 г. Увеличение объемной скорости до 15000 ч и отношения кислорода к сероводороду выше 1,5 приводит к ухудшению показателей процесса, проводимого на данном катализаторе.

Целью изобретения является разработка катализатора для газофазного окисления сероводорода в элементарную серу, в присутствии которого 97-100%-ная конверсия сероводорода с селективностью не ниже 95% обеспечивается при более высокой объемно скорости подачи газового потока (до 15-000 ч- при отношении кислород: се роводород 1:6.

Поставленная цель достигается применением окиси железа в качестве катализатора для газофазного окисления сероводорода в элементарную серу.

Предлагаемый катализатор представляет собой окись железа с удельной поверхностью 1-2 , пористостью 44-45%, эффективным коэффициентом диффузии 1,6-2,1 см /с-|о, средним радиусом пор 2500-2900 А и применяется в виде гранул размером 1,02,0 мм.

. Окись железа как катализатор известна для многих процессов, в частности для реакции изсялеризации аллилбензола в пропенилбензол, конденсации кротонового альдегида с аммиаком в З-этил-4-метилпиридин, разложения окиси азота 5 .

В присутствии 1 л окиси железа в течение 1 ч удается переработать газ, содержащий до 4 ЬО л сероводорода с образованием до 605 г элементарной серы, что в 1,5 раза превосходит показатели процесса, протекаемом на двуокиси титана анатазной формы.

Исследования каталитической активности окиси железа проводят на проточной лабораторной установке непрерывного действия с автоматизированной подаче) газовой civJecи и регулированием температуры в интер. вале 225-300 С, объемных скоростях 3000-15000 и отнетиении

HIS « 1:б1 Анализ сырья и продуктов реакции проводят хроматографически. Подготовку сорбента и проверку их раздедающей способности проводят в соответствии со стандартом (ГОСТ 14920-69).

Результаты исследований показывают, что при температурах 225-300с более высоких объемных скоростях подачи газовой смеси (3000-15000 ч-) и концентрации кислорода, в 2-12 раз превькаакицей стехиометрически необходимые, конверсии сероводорода составляет 97-100% при селективности не

ниже 95%, съем серы - до 605 г с 1 л катализатора в час.

Пример 1. Катализатор окись железа с удельной поверхностью

2., пористостью 45%,средним радиусом пор 2500 А, эффективным коэфициентом диффузии 2,1 CMVclo, размером гранул 1,0-1,5 мм. Через 4,55 г катализатора, нагретого до , пропускают в течение 4 ч реакционную смесь объемом 36 л,содержа и1ую 1,1 л сероводорода, 6,6 л кислорода, 28,3 л азота. Концентрация сероводорода в смеси 3%, кислорода 18%, отношение 0 : HjS 6, объемна скорость подачи сырья 3000 ч. В результате реакции суммарная конверсия сероводорода 100%, степень преврсццения в элементарную серу 97,4%, селективность 97,4%. В данных условиях из 90 л сероводорода, пропущенного через 1 л катализатора за 1 ч, образуется 125 г элементарной серы.

Пример 2. Катализатор .окись железа, с удельной поверхностью 1,35 MVr, пористостью 45%, средним радиусом пор 2700 А, эффективным коэффициентом диффузии 1,8 cMVc-10 размером гранул 1,0-1,5 мм. Через 4, катализатора, нагретого до , пропускают в течение 3 ч реакционную смесь объемом 81 л, содержащую 2,45 л сероводорода, 11 л кислорода, 67,5 л азота. Концентрация сероводорода в смеси 3%, кислорода 13,5%, отношение О j : - 4,5, объемная скорость подачи сырья 9000 . В результате реакции суммарная конверсия сероводорода 98,5%, степень превращения в серу 96,5%, селективность 98%. В данных условиях из 270 л сероводорода, пропущенного через 1 л катализатора за 1 ч,образуется 372 г элементарной серы.

Пример 3. Катализатор окись железа с удельной поверхностью

1., пористостью 44%, средним радиусом пор 2900 А,эффективншч коэффициентом диффузии 1,6 см /с-10 размером гранул 1,5-2,0 мм. Через

3 г катализатора, нагретого до ,пропускают в течение 5 ч реакционную смесь объемом 150 л, содержащую 4,5 л сероводорода, 13,5 л кислорода, 54 л азота и 78- л углеводородного газа, состоящего из углеводородов. Концентрация сероводорода в смеси 3%, кислорода 9%, отношение 3, объемная скорость подачи сырья - 15000 . В результате реакции суммарная конверсия сероводорода 98%, степень превращения в элементарную серу 93,2%, селективность 95,1%. В данных условиях из 450 л сероводорода, пропущенного через 1 л катализатора за 1 ч, образуется 600 г элементарной серы. Пример 4. Катализатор окись железа с удельной поверхность 1,35 KiVr, пористостью , средним радиусом пор 2700 А, эффективны коэффициентом диффузии 1,8 см /с-10 размером грарул 1,5-2,0 мм. Через 6 г катализатора, нагретог до 30,, пропускают 6 течение 4 ч реакционную смесь объемом 240 л, содержащую 7,2 л сероводброда, 32,4 л кислорода, 129,6 л азота и 110,4 л углеводородного газа,состоя щего из Сд-Сп, углеводородов.Концент рация сероводорода, в смеси 3%, кисл рода 13,5%, отношение 0,: объемная скорость подачи сырья 15000 ч, в результате реакции суммарная конверсия сероводорода уь%, степень превращения в элементарную серу 94,1%, селективность 99%. В данных условиях из 450 л сероводорода , пропущенного через 1 л катализатора за1 ч, образуется 605 г элементарной серы. Пример 5. Катализатор окись железа с удельной поверхность 1,01 MVr, пористостью 44%, средним радиусом пор 2900 А, эффективным коэффициентом диффузии 1,6 размером гранул 1,0-1,5 мм. Через 4,5 г катализатора, нагретого до 300°С, пропускают в течение 2 ч реакционную смесь объемом 90 л,содержащую 2,7 л сероводорода, 16,2 л кислорода, 64,8 л азота и 6,3 л уг леводородного газа, состоящего из .j углеводородов. Концентрация с роводорода в смеси 3%, кислорода 18%, отношение 6, объемная скорость подачи сырья 15000 в результате реакции суммарная конверсия сероводорода 97,3%, степень превращен 1Я в элементарную серу -94%, селективность 96,6%. В данных условиях из 450 л сероЕодорода, пропущенного через 1 л катализатора за 1 ч, образуется 604 г элементарной серы. Формула изобретения Применение окиси железа в качестве катализатора для газофазного окисления сероводорода в элвлентарную серу. Источники информации, принятые во внимание при эксперт1гэе 1.Артюшенко Г.В. и др. Модельная установка очистки природного газа от сероводорода методом прямого окисления. Труды ВНИИЭгазпрома, вып.9, М., ВНИИЭгазпром, 1976, с. 12. 2.Обзорная информация. Серия. Охрана окружающейсреды и рациональное использование природных ресурсов. Вып. 2(15). Снижение загрязнения воздуха на предприятиях химической промышленности, М., НИИТЭХнм, 1978, с. 23. 3- Коуль А:Л. и Ризенфельд С. Очистка газа. М., Недра, 1968, с., 11. 4.Авторское свидетельство СССР по заявке 2776331/23-04, кл. В 01 J 21/06, 1978. 5.Каталитические свойства веществ. Справочник под ред. В.А. Ройтера. К., Йауков.а думка, 1968, ,с. 745.