[发明专利]用于选择氧化硫化物成为元素硫的催化剂及其用途

说明书

本发明是关于选择氧化硫化物，尤其是硫化氢成为元素硫的催化剂，其制法及选择氧化硫化氢成为元素硫的方法的。

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。

不过，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进行得不完全：

(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。

另一种可以将尾气中的硫化氢转化为元素硫的方法是US-A4311683中所述的BSR Selectox法。根据该法，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，在两法中，使硫化物氢化生成H₂S后，必须先将尾气冷却，除去较大部分的水份，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中公开了另一种将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材料的比表面大于30m²/g，孔体积为0.4-0.8cm³/g，且总孔体中至少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。

下列副反应的出现，通常对与H₂S转化为元素硫的转化率有关的效率产生不利影响：

1.硫的继续氧化反应：

2.克劳斯反应的逆反应：

其中曾经生成的硫与所含的水蒸汽反应，重新生成碱化氢和二氧化硫。

上述副反应的发生，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其随后的排水骤冷段。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。使用该催化剂，可在很大程度上避免上述副反应发生，而使主反应：