[发明专利]用于选择性氧化硫化氢的改进的催化剂

说明书

本发明涉及用于选择性氧化硫化氢的催化剂床，所述催化剂床包含第一催化剂层和第二催化剂层，其中所述第一催化剂层包含含有第一载体材料和第一金属氧化物的第一催化剂颗粒，并且所述第二催化剂层包含含有第二载体材料和第二金属氧化物的第二催化剂颗粒，其中所述第一催化剂颗粒具有比所述第二催化剂颗粒高的金属氧化物负载量。在另外的方面，本发明涉及用于选择性氧化硫化氢的方法，其包括使包含硫化氢的气流通过催化剂床，以及涉及用于选择性氧化硫化氢的包含催化剂床的方法。

本发明属于含硫化合物、特别是硫化氢的选择性氧化领域。本发明特别涉及适用于使硫回收单元(诸如克劳斯(Claus)装置)的尾气流中夹带的硫化氢氧化的方法和设备。

采用硫回收单元从例如由天然气的处理产生的酸性气流中去除含硫化合物，特别是硫化氢(H₂S)，并且产生元素硫。对于包含大量硫化氢(例如10体积％或更多)的气流，克劳斯方法是最常见的脱硫方法。克劳斯方法中的主要反应是：

该方法中的第一步骤包括将H₂S与来自空气的氧气高温氧化为化学计量所需量的SO₂。H₂S的这种燃烧具有还转化进料中存在的污染物的额外益处。在这种热阶段的下游，反应器进行了使用诸如氧化铝和和二氧化钛的陶瓷催化剂的克劳斯反应。然而，在克劳斯方法中H₂S的转化并不完全，因为克劳斯反应是平衡反应，并且在尾气可以排入大气中之前需要尾气处理过程来减少克劳斯方法的尾气中的H₂S的量。

处理硫回收单元的尾气的已知方法包括低温克劳斯方法、还原-吸收方法和选择性氧化方法。选择性氧化方法特别适用于尾气处理，因为与克劳斯方法相比，反应在热力学上是完全的，这意味着H₂S至元素硫的理论完全转化是可能的。

采用H₂S的选择性氧化的工业方法的实例是方法。然而，在该方法中，SO₂(其也可以存在于克劳斯方法的尾气中)在选择性氧化反应中未被转化。因此，为了进一步改进尾气的处理，可以进行反应器上游的SO₂的氢化，在所述反应器中发生H₂S的选择性氧化。此类方法使用SO₂与氢的氢化反应以形成H₂S。用于此类方法的反应器系统中的典型催化剂床配置包括顶层的克劳斯催化剂(通常为氧化铝)，随后是为氢化催化剂(通常为硫化的钴钼氧化物)的第二层。使用这种反应器系统和工艺配置的工业方法的实例是如EP1442781中所述的方法。然后将形成的H₂S在下游的选择性氧化反应器中转化为元素硫和水。还在一个实施例中描述了在二氧化硅上的硫化的氧化铁。

Zhang等人(ACS Catalysis 2015,5,1053-1067)综述了H₂S与氧气在催化剂上的选择性氧化以形成元素硫和水。此外，在EP0409353和EP0242920中描述了选择性氧化方法和特别合适的催化剂，其全部内容通过引用并入本文。从该工作已经知道，担载的金属氧化物由于其在工艺条件下的高性能和坚固性而在工业应用中具有偏好。所述催化剂由分布在载体材料颗粒表面上的催化活性金属氧化物组成。

如在固定的床反应器中进行的，通过氧气使H₂S选择性氧化至元素硫被认为根据以下反应进行：

2H₂S+O₂→2H₂O+1/4S₈ (2)

选择性氧化形成元素硫可能受到一个或多个以下副反应的不利影响：

H₂S的过氧化：2H₂S+3O₂→2H₂O+2SO₂ (3)