选择氧化硫化物成元素硫的催化剂及其制备方法和用途技术

一种选择氧化含硫化合物为元素硫的负载型催化剂，该催化剂包括至少一种负载于一种载体材料上的催化活性材料，所述的催化剂可以通过将所述的催化活性材料加入到一种含有至少一种碱金属促进剂的载体材料中得到。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于选择氧化硫化物，尤其是硫化氢成为元素硫的负载催化剂，该催化剂的制法及选择氧化硫化氢成为元素硫的方法。对在一些化学工艺方法中进一步反应的气体，或提供给用户的或排放到大气中的气体，必须进行净化处理，脱除其中的硫化物，特别是硫化氢，这一点是普遍公知的。因此，一些脱除气体中硫化氢的工艺方法也是公知的。将硫化氢转化为无害的元素硫的诸多著名方法之一就是所谓的克劳斯法。然而，在克劳斯法中，不能将H2S定量转化为元素硫，其主要原因是下述克劳斯反应的平衡特性(1)使得仍有残余量的H2O和SO2存在。目前，一般已不允许排放含H2S的废气，所以要将该废气燃烧掉，其间将硫化氢和其它硫化物及气相中的元素硫都氧化成二氧化硫。随着保护环境的规定日益严格，上述作法因排放的二氧化硫浓度太高而不再允许。所以必须在所谓的尾气装置中进一步处理克劳斯反应装置排放的废气，即所谓的尾气。尾气处理法为本领域普通技术人员所公知。最知名且迄今最有效的尾气处理法是SCOT法(参见GB-A-1461070)。在该方法中，使尾气与氢气一起经过负载在Al2O3载体上的氧化钴/氧化钼催化剂，由此使其中的SO2被催化还原为H2S。再按常规方式，利用液体吸收分离所有的H2S。SCOT法的一个缺点是需要复杂的装置。另一个缺点是从吸收剂中再脱除硫化氢时所需能耗较高。另一种可将尾气中的硫化氢转化为元素硫的方法是US4311683所述的BSR Selectox法。根据该方法，使含H2S的气体与氧气混合，经过含氧化钒和硫化钒、负载在非碱性的、多孔的耐高温氧化物载体上的催化剂。SCOT法和Selectox法的一个严重的缺点在于，在这两种方法中，使硫化物氢化生成H2S后，必须先将尾气冷却，除去较大部分的水分，因为水严重干扰了H2S的吸收和氧化过程。由于涉及到的投资费用较高，使这些已知方法中尾气处理的成本费用也很高。US4197277公开了另一种将H2S氧化为元素硫的方法。根据该文献，使含硫化氢的气体与一种氧化气体一起经过一种催化剂。该催化剂包括作为活性材料的氧化铁和氧化钒以及作为载体材料的氧化铝。此外，浸有活性材料的载体的比表面积大于30m2/g，孔体积为0.4-0.8cm3/g，且总体积中的至少12.5％是由孔径大于300的孔构成的。已发现用该催化剂，至少部分地建立了克劳斯反应平衡，因此SO2的生成是不可避免的，所以该法的效率不高。下列付反应的出现，通常对H2S转化为元素硫的效率产生不利影响1、硫的继续氧化反应(2)2、克劳斯反应的逆反应(3)该反应中一旦生成了硫，即与其中所含的水蒸汽反应，重新生成硫化氢和二氧化硫。上述付反应的发生，部分地取决于实际的反应条件。通常除元素硫外，尾气中还含有大量水蒸汽，其含量可在10-40％(体积)范围内。水蒸汽强烈地促进了克劳斯反应的逆反应。大量排除水蒸汽，从技术上讲显然是不利的，例如需要额外的冷却/加热段，额外的硫回收段或加氢段及随后的排水骤冷段。所以需要一种转化为元素硫的转化率不受原料气中水含量影响的工艺方法。另一种重要情况是，选择氧化过程中一般要用一些过量的氧，这不仅是为了防止H2S“漏网”，而且也是出于控制技术方面的考虑。但这种过量的氧使得生成的元素硫继续氧化，对该方法的效率产生不利影响。US4818740公开了一种可选择氧化H2S为元素硫的催化剂(本文中将其引用为参考文献)。使用该催化剂，可在很大程度上避免上述付反应发生，而使主反应(4)达到足够高的转化率和选择性。根据该专利文献，其中的催化剂包括一在反应条件下，其暴露于气相的表面不呈碱性的载体和一负载于该表面上的催化活性材料。此外，该催化剂的比表面积小于20m2/g，催化剂中孔径(pore radius)为5-500的孔所占的体积不到总孔体积的10％。欧洲专利公开409，353披露了对上述美国专利(US4818740)方法的改进，本文中引用该专利文献作为参考文献。该欧洲专利涉及一种选择氧化含硫化合物为元素硫的催化剂，该催化剂包括至少一种催化活性材料和选择性地一种载体，该催化剂比表面大于20m2/g，平均孔径至少25，在反应条件下其对克劳斯反应基本上不显示活性。已经发现，按照该欧洲专利所披露的催化剂在活性和选择性方面有明显的改进。尽管如此，仍有必要对该催化剂进行改进，以使得元素硫的收率提高。本专利技术的目的是提供一种选择氧化硫化物为元素硫的催化剂。该催化剂表现出较高的将含硫化合物转化为元素硫的转化率。本专利技术涉及一种选择氧化含硫化合物为元素硫的负载于载体上的催化剂，该催化剂包括至少一种负载于一种载体材料上的催化活性材料，所述的催化剂可通过将所述的催化活性材料负载于一种载体材料上而得到；所述的载体包括至少一种碱金属促进剂。已经很惊奇地发现，此种负载于载体上的催化剂显示出改进的将含硫化合物转化为元素硫的转化率。与此相关，在载体中存在碱金属促进剂是必需的。已经发现这可以通过将催化活性材料负载于含有碱金属促进剂的载体上而简单地实现。而这可以在载体的制备或其成形(挤出，制片，造粒等)过程中将碱金属促进剂加入到其中去即可以实现。也可以在将催化活性材料加入到载体中之前将载体用碱金属促进剂溶液浸渍。将这两种组分同时加入将不会改进元素硫的收率。因此，按照本专利技术，不能将碱金属促进剂与催化活性组分同时或是在催化活性组分之后加入到催化剂中。已经发现，如果将促进剂与催化活性组分同时或是在催化活性组分之后加入到催化剂中，则催化剂的活性不会得到改进，甚至可能使催化剂的活性变坏。本专利技术的催化剂的比表面积可以在宽范围内变化。从给定条件出发，即在反应条件下，催化剂对克劳斯反应基本上不显示活性，本领域的熟练技术人员可以确定催化剂所希望有的比表面积。该表面积的大小也取决于载体的性质，如相对于氧化硅载体来说，氧化铝载体希望有较小的表面积。按照本专利技术的一个实施方案，催化剂的比表面积大于20m2/g，平均孔径至少25。该催化剂优选是用氧化硅作为载体。按照本专利技术的另一个实施方案，催化剂的比表面积小于20m2/g，并且该催化剂中孔径为5-500的孔所占的体积不到总孔体积中的10％。该催化剂优选是用氧化铝作为载体。值得注意的是，本专利技术中，将缺少克劳斯活性定义为在250℃的温度下，在最小的化学计量含量的氧存在下，不存在水对H2S氧化生成硫的选择性的影响。更具体而言，这意味着有30％(体积)的水存在时，生成元素硫的反应的选择性低于无水存在时的选择性的数值不应超过15％。这一克劳斯活性的定义是基于克劳斯反应的逆反应(3)如果材料具有克劳斯活性，水的存在会导致反应向生成H2S和SO2的方向进行，这时至少有一部分硫重新转化为H2S和SO2。存在的氧再将H2S氧化为硫和水蒸汽，此后，具有克劳斯活性的催化剂将硫转化回SO2。由于这些反应同时发生，具有克劳斯活性的催化剂在水存在下将使选择性大大降低。在本专利技术范围内，“比表面”是指根据S.Brunauer等人定义的BET表面积(J.A.C.S.60，309(1938))。根据所谓的三点测量在77K用氮吸附。计算时将一个氮分子的表面积确定为16.22。利用下列公式，由一圆柱孔模型确定出平均孔径 上述式中孔体积是通过真空下水浸透，测定重量而确定的。此孔体积也可利用压汞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·约翰·安德烈亚斯·玛丽亚·泰罗德，约翰·威廉·吉斯，
申请(专利权)人：气体技术公司，康普雷姆公司，
类型：发明
国别省市：