DE2417092B2 - METHOD FOR CATALYTIC CLEANING OF HYDROGEN SULFUR AND, IF ANY, EXHAUST GASES CONTAINING LOW CO 2 AND AMMONIA - Google Patents
METHOD FOR CATALYTIC CLEANING OF HYDROGEN SULFUR AND, IF ANY, EXHAUST GASES CONTAINING LOW CO 2 AND AMMONIAInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist das im vorstehenden Patentanspruch näher bezeichnete Verfahren zur Reinigung von Abgasen, die Wasserstoff- und Kohlenstoffverbindungen des Schwefels neben gegebenenfalls CO2 und Ammoniak enthalten.The invention relates to the method described in more detail in the preceding claim Purification of exhaust gases, the hydrogen and carbon compounds of sulfur in addition to where appropriate Contain CO2 and ammonia.
Bekanntlich fallen in der chemischen Industrie häufig mit Schwefelverbindungen beladene Gasgemische komplexer Zusammensetzung an, beispielsweise bei der Reinigung von natürlichen gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen, aus denen durch Abgasreinigung beträchtliche Mengen Schwefel zurückgewonnen wer- so den können. Die Verfahren zur Rückgewinnung des Schwefels sind allgemein seit langem bekannt; sie müssen jedoch ständig verfeinert und verbessert werden, um entsprechend den ständig strenger werdenden Anforderungen und Vorschriften bezüglich Luftverschmutzung einen möglichst geringen Restgehalt an Schwefelverbindungen in den Abgasen zu erreichen.Known to fall in the chemical industry often with sulfur compounds laden gas mixtures of complex composition to, for example, in the purification of natural gas or liquid hydrocarbons, advertising from which substantial amounts of sulfur by the exhaust gas purifying recovered so the can. The processes for recovering the sulfur have generally been known for a long time; However, they have to be constantly refined and improved in order to achieve the lowest possible residual content of sulfur compounds in the exhaust gases in accordance with the ever more stringent requirements and regulations relating to air pollution.
Meist liegt der überwiegende Teil des Schwefels in den Abgasen als Schwefelwasserstoff vor und die Rückgewinnung des Schwefels beruht dann allgemein auf der Claus-Reaktion, die in gasförmigem oder flüssigem Medium ablaufen kann unü bei der SO2, das allgemein durch Oxidation eines entsprechenden Anteils H2S erhalten wird, mit dem restlichen H2S zur Umsetzung gebracht wird. Die Claus-Reaktion ist eine Gleichgewichtsreaktion und soll bei möglichst niederen Temperaturen ablaufen, um die Bildung von Schwefel zu begünstigen; sie kann nämlich bei gewöhnlicher oder Raumtemperatur erreicht werden, wenn sie durch entsprechende Katalysatoren beschleunigt wird.Most of the sulfur in the exhaust gases is usually present as hydrogen sulfide and the Recovery of the sulfur is then generally based on the Claus reaction, which takes place in gaseous or Liquid medium can run off unü in the case of SO2, which is generally caused by oxidation of a corresponding proportion H2S is obtained, with the remaining H2S for Implementation is brought. The Claus reaction is an equilibrium reaction and should be as low as possible Temperatures drain to encourage the formation of sulfur; it can namely with ordinary or Room temperature can be reached if it is accelerated by appropriate catalysts.
Die auf der Claus-Reaktion beruhenden Verfahren der Abgasreinigung werden in der praktischen Durchführung durch die Anwesenheit anderer gasförmiger Schwefelverbindungen wie Schwefelkohlenstoff oder Kohlenoxysulfid stark beeinträchtigt, weil die für die (\s Claus-Reaktion wirksamsten Katalysatoren keineswegs am wirksamsten die Zersetzung der Kohlenstoffverbindungen des Schwefels, die wahrscheinlich durch Hydrolyse erfolgt, beeinflussen: die optimalen Temperaturen für die verschiedenen Reaktionen sind nicht die gleichen und die Anwesenheit von SO2 hindert die Hydrolyse der Kohlenstoffverbindungen des Schwefels.The exhaust gas purification processes based on the Claus reaction are being carried out in practice by the presence of other gaseous sulfur compounds such as carbon disulfide or Carbon oxysulphide strongly impaired, because the most effective catalysts for the (\ s Claus reaction by no means most effective the decomposition of the carbon compounds of sulfur, which is probably due to it Hydrolysis occurs, affect: the optimal temperatures for the various reactions are not those same and the presence of SO2 prevents the hydrolysis of the carbon compounds of sulfur.
Infolgedessen enthalten die in mehreren aufeinanderfolgenden katalytischen Stufen behandelten technischen Abgase beim Austritt aus der letzten Reinigungsstufe häufig mehr Schwefelwasserstoff und Kohlenstoffverbindungen des Schwefels als die üblichen Normen zulassen.As a result, contain the technical treated in several successive catalytic stages Exhaust gases often contain more hydrogen sulfide and carbon compounds when they exit the last cleaning stage of sulfur than the usual norms.
Diese unzureichende Abgasreinigung nimmt im übrigen mit der Zeit zu und steht wahrscheinlich im Zusammenhang mit der Sulfatation der Katalysatoren auf Grund von im Abgas spurenweise vorhandenem Sauerstoff, die dann fortschreitend zunimmt; die Sulfatation kann auch darauf zurückgeführt werden, daß unvollständig abgekühlte Katalysatoren während des Stillstandes der Anlagen zufällig mit Luft in Berührung gekommen sind.Incidentally, this inadequate exhaust gas purification increases over time and is probably in the Connection with the sulfation of the catalytic converters due to traces of what is present in the exhaust gas Oxygen, which then progressively increases; the sulfation can also be attributed to the fact that Incompletely cooled catalytic converters accidentally come into contact with air while the plant is idle came.
Es sind sehr viele Katalysatoren empfohlen worden, um diese verschiedenen Reaktionen der gasförmigen Schwefelverbindungen zu erreichen. Zahlreiche darunter sind geeignet und liefern befriedigende Ergebnisse, so lang nicht die maximale Leistung einer gegebenen Anlage angestrebt wird und so lange verhältnismäßig kurze Gebrauchszeiten ohne Nachspeisung von neuen Katalysatoren in Kauf genommen werden. Zu den empfohlenen Stoffen gehören die in Chemie-lng.-Techn., 39. Jahrgang, 1967, Heft 9/10, S. 515-520, für die Claus-Reaktion allein beschriebenen aktivierten Bauxite und Tonerden oder Tonerdegele sowie Aktivkohle, alkalinisierte Träger und die aus Sulfiden, Oxiden oder unterschiedlichen Verbindungen von Molybdän, Titan, Kobalt, Eisen und/oder Uran auf verschiedenen Trägern bestehenden Katalysatoren.A great many catalysts have been recommended to prevent these various reactions of the gaseous To achieve sulfur compounds. Many of them are suitable and provide satisfactory results, as long as the maximum output of a given system is not sought and for so long proportionally short periods of use can be accepted without the need to replenish the system with new catalysts. To the Recommended substances include those in Chemie-Ing. Techn., 39th year, 1967, Issue 9/10, pp. 515-520, for the Claus reaction described activated bauxites and clays or alumina gels and activated carbon alone, alkalinized carriers and those made of sulfides, oxides or various compounds of molybdenum, titanium, Cobalt, iron and / or uranium on various carriers.
Die aktivierten Bauxite, von denen seit langem bekannt ist, daß sie als Katalysatoren für die Claus-Reaktion und die Zersetzung der Schwefel-Kohlenstoff-Verbindungen gebraucht werden können, enthalten häufig Oxide mit katalytischer Wirksamkeit, beispielsweise Oxide von Eisen und Titan und besitzen auch eine spezifische Oberfläche, die geeignet sein kann. Jedoch schwankt der Gehalt an aktiven Oxiden in den Bauxiten und reicht nicht aus; außerdem enthalten sie in ebenfalls schwankenden Mengen andere Verbindungen, die entweder inaktiv oder sogar schädlich für die in Betracht gezogenen Reaktionen sind. Bauxite besitzen daher nicht alle Eigenschaften für eine so weitgehende und gleichbleibende Abgasreinigung, wie sie derzeit gefordert wird.The activated bauxites, which have long been known to be used as catalysts for the Claus reaction and the decomposition of the sulfur-carbon compounds can be used, often contain oxides with catalytic activity, such as oxides of iron and titanium and have also a specific surface area that may be suitable. However, the content of active oxides varies in the Bauxites and not enough; They also contain other compounds in varying amounts, which are either inactive or even detrimental to the reactions under consideration. Own bauxite therefore not all of the properties for extensive and consistent exhaust gas cleaning as they are at present is required.
Für die Claus-Reaktion allein eignet sich am besten aktivierte Tonerde, vorausgesetzt, daß die Sulfatation se stark wie möglich zurückgedrängt wird, um nicht die Gebrauchsdauer bzw. Lebensdauer zu beeinträchtigen Sobald jedoch die Abgase, die gereinigt werden sollen Kohlenstoffverbindungen des Schwefels in merklicher Menge enthalten, treten die obengenannten Nachteile auf.For the Claus reaction alone, activated alumina is best, provided that the sulfation is se is pushed back as much as possible in order not to impair the service life or service life However, once the exhaust gases are cleaned, carbon compounds of sulfur become more noticeable Contain amount, the above-mentioned disadvantages occur.
Es hat sich nun gezeigt, daß nur Katalysatoren, die aus aktiver Tonerde und Titanverbindungen bestehen, eine Kombination von Eigenschaften verliehen werden kann auf Grund deren mit guter Ausbeute sowohl dk Zersetzung der Kohlenstoffverbindungen des Schwefel; als auch die eigentliche Claus-Reaktion erreicht wird Gegenüber den bekannten Katalysatoren zeichnen sich die neuen Katalysatoren durch ihre längere Lebensdauer aus, die auf ihre mechanische Festigkei' zurückzuführen ist sowie überraschenderweise dadurchIt has now been shown that only catalysts which consist of active alumina and titanium compounds, one Combination of properties can be imparted on the basis of which with good yield both dk Decomposition of the carbon compounds of sulfur; as well as the actual Claus reaction is achieved Compared to the known catalysts, the new catalysts are characterized by their longer service life which is due to its mechanical strength and surprisingly because of it
' Λ ' Λ
daß die Sulfatation ihre Aktivität nicht beeinträchtigt, Bedingung ist, daß die gebrauchsfertigen Katalysatoren eine ausreichend große spezifische Oberfläche besitzen und daß die Mengenverhältnisse von aktiver Tonerde und Titanverbindung definiert sind. Die chemische Beschaffenheit der in diesen Katalysatoren enthaltenen Titanverbindungen kann unter den Gebrauchsbedingungen nur schwer genau präzisiert werden; in der Praxis führt man den Mengenanteil Titai.verbindung infolgedessen auf Titanoxid zurück.The condition that the sulfation does not impair their activity is that the catalysts are ready for use have a sufficiently large specific surface and that the proportions of active clay and titanium compound are defined. The chemical nature of those contained in these catalysts Titanium compounds can only be precisely specified with difficulty under the conditions of use; in the In practice, the proportion of titanium compound is traced back to titanium oxide.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Katalysatoren müssen, um alle erforderlichen Eigenschaften zu besitzen, eine spezifische Oberfläche von mindestens 80 m2/g aufweisen und Titanverbindungen entsprechend 1 bis 60 Gew.-% Titanoxid enthalten, bezogen auf den fertigen Katalysator.The catalysts provided according to the invention must, in order to have all the necessary properties, have a specific surface area of at least 80 m 2 / g and contain titanium compounds corresponding to 1 to 60% by weight of titanium oxide, based on the finished catalyst.
Gegenüber aktiviertem Bauxit mit 2 bis 3% TiO2 zeichnen sich die neuen Katalysatoren durch eine überlegene Wirksamkeit aus, die bei der Umwandlung von Schwefelkohlenstoff in CO2 und H2S und bei der Schwefelwasserstoff-Verbrennung im dritten Kontaktofen einer mehrstufigen Claus-Anlage besonders ausgeprägt ist. Wie die nachfolgenden Vergleichsversuche zeigen, erreicht der Bauxit bei der Schwefelkohlenstoff-Umwandlung bei einer Berührungszeit von 4 s nur etwa 20% und bei einer Berührungszeit von 8 s nur etwa 50% der Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Katalysatoren. Bei der Schwefelwasserstoff-Verbrennung im dritten Kontaktofen der mehrstufigen Claus-Anlage beträgt die Wirksamkeit von Bauxit zu Beginn 0% und nach einer Berührungszeit von 4 s lediglich 10% der Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Katalysatoren.Compared to activated bauxite with 2 to 3% TiO 2 , the new catalysts are characterized by a superior effectiveness, which is particularly pronounced in the conversion of carbon disulfide into CO2 and H 2 S and in the hydrogen sulfide combustion in the third contact furnace of a multi-stage Claus plant . As the following comparative tests show, the bauxite in the carbon disulfide conversion achieves only about 20% of the effectiveness of the catalysts according to the invention with a contact time of 4 s and only about 50% of the effectiveness of the catalysts according to the invention with a contact time of 8 s. In the case of hydrogen sulfide combustion in the third contact furnace of the multi-stage Claus plant, the effectiveness of bauxite is initially 0% and after a contact time of 4 s only 10% of the effectiveness of the catalysts according to the invention.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Katalysatoren werden auf verschiedene Weise erhalten, beispielsweise durch Imprägnieren der Träger aus aktivierter Tonerde mit der angestrebten spezifischen Oberfläche mit Titansalzlösungen und anschließende thermische Zersetzung des Titansalzes zum Oxid; die Konzentration der Lösung wird so gewählt, daß man die gewünschte Menge Titan im fertigen Katalysator erhält. Die am einfachsten hierfür zu gebrauchenden Lösungen enthalten die Chloride, Oxychloride oder Sulfate von Titan. Es können aber auch andere Titanverbindungen Anwendung finden, beispielsweise verschiedene organische Salze wie TitanoxalatThe catalysts provided according to the invention are obtained in various ways, for example by impregnating the activated alumina carrier with the desired specific surface Titanium salt solutions and subsequent thermal decomposition of the titanium salt to form the oxide; the concentration the solution is chosen so that the desired amount of titanium is obtained in the finished catalyst. The on The simplest solutions to be used for this purpose contain the chlorides, oxychlorides or sulphates of titanium. It however, other titanium compounds can also be used, for example various organic ones Salts such as titanium oxalate
Ein anderes geeignetes Verfahren besteht darin, daß man Gemische aus Aluminiumoxiden oder -hydroxiden, beispielsweise aktivierte Tonerde, mit Titanverbindungen vermischt, die in Form von Gelen, Solen oder Lösungen angewandt werden. Es können auch die Hydroxide oder anderen Verbindungen von Aluminium und Titan gemeinsam ausgefällt oder Co-GeIe von Hydroxiden oder Verbindungen ausgehend von Solen hergestellt und die Gemische anschließend verformt werden.Another suitable method is that mixtures of aluminum oxides or hydroxides, for example activated alumina mixed with titanium compounds in the form of gels, sols or Solutions are applied. It can also use the hydroxides or other compounds of aluminum and titanium precipitated together or co-gels from hydroxides or compounds based on brines produced and the mixtures are then shaped.
Allgemein werden die Katalysatoren zum Schluß der Herstellung getrocknet und aktiviert und ihre nachfolgende Verwendung hat eine mehr oder weniger starke Fixierung von Schwefel zur Folge, wobei die genaue Beschaffenheit der Bindung dieses Elements noch nicht aufgeklärt ist.In general, the catalysts are dried and activated at the end of the production process and their subsequent ones Use results in a more or less strong fixation of sulfur, whereby the exact The nature of the binding of this element has not yet been clarified.
Die Katalysatoren nach der Erfindung können im Festbett, im Fließbett, als Wirbelschicht oder im Flugstaubsystem angewandt werden, je nach den Abmessungen des Katalysatorkorns.The catalysts of the invention can be in a fixed bed, in a fluidized bed, as a fluidized bed or in the Airborne dust system can be applied, depending on the dimensions of the catalyst grain.
Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen näher erläutert anhand von Ergebnissen, die mit im Festbett angewandten Katalysatoren erhalten wurden, welche aus Tonerde und Titan in unterschiedlichen Mengenverhältnissen bestanden und auf verschiedene Art und Weise erhalten worden waren. Das Vergieichsbeispiel betrifft einen Katalysator geringer mechanischer Festigkeit ohne Tonerde, der ausschließlich aus Titanoxid der angestrebten spezifischen Oberfläche besteht, um deutlich die besondere Aktivität von Titan bei der Umwandlung der Kohlenstoffverbindungen von Schwefel zu zeigen. Mit Hilfe der anderen Beispiele lassen sich die Grenzen für die Schwankungen der hauptsächlichen Parameter bestimmen. In allen Beispielen wurden die Abgase mit den verschiedenen Katalysatoren in einem kleinen Reaktor mit Durchmesser 60 mm behandelt. Die Zusammensetzung der Abgase lautete:The invention is explained in more detail in the following examples using results obtained with im Fixed bed applied catalysts were obtained, which are made of alumina and titanium in different Ratios existed and had been obtained in various ways. The comparison example relates to a catalyst of low mechanical strength without alumina, which consists exclusively of Titanium oxide consists of the desired specific surface area in order to clearly show the special activity of titanium to show in the conversion of the carbon compounds of sulfur. With the help of the other examples the limits for the fluctuations of the main parameters can be determined. In all examples were the exhaust gases with the various catalysts in a small diameter reactor 60 mm treated. The composition of the exhaust gases was:
6 Mol-%6 mol%
1 Mol-%1 mol%
4 Mol-%4 mol%
28 Mol-%28 mol%
61 Mol-%61 mol%
CS,
SO,
H2OCS,
SO,
H 2 O
N2 N 2
Die Berührungszeiten betrugen bis zu 8 s und die Temperaturen beim Austritt aus dem Reaktor lagen bei 260 bis 3350C.The contact times were up to 8 s and the temperatures at the exit from the reactor were 260 to 335 ° C.
Die aus dem Reaktor austretenden Gase wurden chromatographisch analysiert, um den Umwandlungsgrad ρ SO2 mit Bezug auf die thermodynamische Ausbeute sowie den Hydrolysegrad 0 CS2 für Schwefel-•io kohlenstoff zu bestimmen.The gases emerging from the reactor were analyzed chromatographically in order to determine the degree of conversion ρ SO 2 with reference to the thermodynamic yield and the degree of hydrolysis 0 CS 2 for carbon sulfide.
VergleichsbeispielComparative example
Es wurde in üblicher Weise ein Titan-Sol hergestellt, indem eine wäßrige Suspension, enthaltend 400 g/l TiO2 als Titanhydroxid, erhalten durch Ausfällen mit Ammoniak aus der schwefelsauren Lösung, auf 8O0C, erwärmt wurde mit nachfolgender Einstellung des pH-Wertes auf etwa 1,1 mit Salzsäure; die Mizellen dieses Sols besaßen einen Durchmesser von etwa 40 nm (400 Ä).There was a titanium oxide sol prepared in conventional manner by mixing an aqueous suspension containing 400 g / l TiO 2 was heated as titanium hydroxide obtained by precipitation with ammonia of the sulfuric acid solution at 8O 0 C, followed by adjustment of the pH to about 1.1 with hydrochloric acid; the micelles of this sol were about 40 nm (400 Å) in diameter.
Dieses Sol wurde tropfenweise einer Glaskolonne aufgegeben, die im oberen Teil mit ;inem Gemisch aus Petroleum und einem Chlorfluorkohlenwasserstoff und im unteren Teil mit einem 1 :1 -Gemisch aus einer konzentrierten wäßrigen Ammoniaklösung und einer gesättigten wäßrigen Ammoniumcarbonatlösung gefüllt war. Die Temperatur der Kolonne wurde bei 25° C gehalten. Die Tropfen gelierten, und man erhielt im unteren Teil der Kolonne Kugeln mit Durchmesser 2 bis 5 mm, die abschließend an der Luft bei einer Temperatur von 1800C getrocknet wurden. Diese Kugeln mit spezifischer Oberfläche 220 m2/g wurden in zwei gleiche Teile geteilt. Der erste Teil wurde so wie er war weiterverwendet; der zweite Teil wurde künstlich sulfatiert durch 4stündiges Erhitzen auf 45O0C in einem Gemisch aus 70% Luft und 30% SO2. Zum Vergleich wurde die Abgasreinigung in identischer Weise vorgenommen mit Kugeln aus aktiver Tonerde mit gleichen Abmessungen und gleicher spezifischer Oberfläche, die ebenfalls frisch (neu) und wie oben sulfatiert eingesetzt wurden.This sol was added dropwise to a glass column which was filled in the upper part with a mixture of petroleum and a chlorofluorocarbon and in the lower part with a 1: 1 mixture of a concentrated aqueous ammonia solution and a saturated aqueous ammonium carbonate solution. The temperature of the column was kept at 25 ° C. The droplets gelled, and was obtained in the lower part of the column balls with a diameter of 2 to 5 mm which were finally dried in air at a temperature of 180 0 C. These spheres with a specific surface area of 220 m 2 / g were divided into two equal parts. The first part was used as it was; the second part has been artificially 4stündiges sulfated by heating at 45O 0 C in a mixture of 70% air and 30% SO 2. For comparison, the exhaust gas cleaning was carried out in an identical manner with balls made of active alumina with the same dimensions and the same specific surface, which were also used fresh (new) and sulfated as above.
In der nachfolgenden Tabelle I sind die verschiedenen Ergebnisse zusammengefaßt. Angegeben wirdThe various results are summarized in Table I below. Is specified
fts außer dem Umwandlungsgrad und dem Hydrolysegrad noch die Druckfestigkeit Korn je Korn R in kg, bestimmt vor Gebrauch der verschiedenen Katalysatoren. fts except for the degree of conversion and the degree of hydrolysis also the compressive strength grain per grain R in kg, determined before using the various catalysts.
KatalysatorenCatalysts
R in
kgR in
kg
s/320 C s / 320 C
ρ SO2 ρ CS2ρ SO2 ρ CS2
5s/335°C5s / 335 ° C
ρ SOs ρ CS2ρ SOs ρ CS2
8 s/335°C8 s / 335 ° C
ρ SO2 ρ CS2ρ SO 2 ρ CS2
Kugeln AI2O3Balls AI2O3
neuNew
sulfatiert
Kugeln T1O2sulfated
T1O2 balls
neuNew
sulfatiertsulfated
Diese Tabelle zeigt deutlich die Überlegenheit von Titanoxid gegenüber Tonerde hinsichtlich der Aktivität sowohl für die Umwandlung von SO2 als auch für die Hydrolyse von CS2, vor allem nach der Sulfatation. Die Druckfestigkeit (Korn je Korn) der Titanoxidkugeln reicht jedoch nicht aus, um diese großtechnisch anwenden zu können.This table clearly shows the superiority of titanium oxide over alumina in terms of activity both for the conversion of SO2 and for the hydrolysis of CS2, especially after sulphation. the However, compressive strength (grain per grain) of the titanium oxide spheres is not sufficient to achieve this on an industrial scale to be able to apply.
Dieses Beispiel bringt die Ergebnisse, die mit Katalysatoren mit unterschiedlichem Gehalt an Titanoxid erhalten wurden; die Katalysatoren wurden hergestellt, indem Kugeln aus aktiver Tonerde mit einer spezifischen Oberfläche von 300 m2/g und einem Durchmesser von 2 bis 4 mm mit Lösungen aus Titanchlorid derart imprägniert wurden, daß man die angestrebten Mengen Oxid nach dem Trocknen und Brennen bei 5000C während 4 h erhielt. Diese Katalysatoren wurden vor der Verwendung sulfatiert, wie im Vergleichsbeispiel beschrieben. Alle Versuche wurden bei einer Temperatur von 335° C durchgeführt. In der folgenden Tabelle 2 sind die Ergebnisse zusammengefaßt, die für den Umwandlungsgrad SOj bei einer Berührungszeit von 5 s und für den Hydrolysegrad CS2 bei Berührungszeiten von 5 und 8 s bestimmt wurden, sowie die Werte für die spezifischen Oberflächen und die Druckfestigkeit der verwendeten Katalysatoren. This example shows the results obtained with catalysts with different titanium oxide content; The catalysts were prepared by balls of active alumina having a specific surface area of 300 m 2 / g and a diameter of 2 to 4 mm with solutions of titanium chloride was impregnated in such a way that the desired amounts of oxide after the drying and firing at 500 0 C for 4 hours. These catalysts were sulfated before use, as described in the comparative example. All experiments were carried out at a temperature of 335 ° C. The following table 2 summarizes the results that were determined for the degree of conversion SOj with a contact time of 5 s and for the degree of hydrolysis CS2 with contact times of 5 and 8 s, as well as the values for the specific surface areas and the compressive strength of the catalysts used.
TiO:TiO:
Gew.-%Wt%
Spo/.Spo /.
OhorriOhorri
m-'/gm - '/ g
ο SOjο SOj
5s5s
CS:CS:
5b5b
Gew.-%Wt%
Spez.
OberflächeSpec.
surface
kgkg
5s5s
5s5s
Die Ergebnisse zeigen die Bedeutung, die der Anwesenheit von Titan zukommt, das bereits in einem Mengenanteil von 1%, gerechnet als TiO2, die Zersetzung des größeren Teils des vorhandenen Schwefelkohlenstoffes bewirkt. Die verschiedenen Ka-The results show the importance of the presence of titanium, which is already in a Quantity fraction of 1%, calculated as TiO2, the Causes decomposition of the greater part of the carbon disulfide present. The different ca-
talysatoren waren gut druckfest auf Grund der Verwendung von Tonerdekugeln als Trägermaterial.The use of alumina balls as a carrier material made the catalysts have good pressure resistance.
Dieses Beispiel betrifft Katalysatoren, die durchThis example concerns catalysts that run through
Agglomerieren von Toneidepulver mit einem Titanhydroxidgel erhalten wurden; das Titanhydroxidgel war eine Suspension von hydrolysiertem Titanylsulfat, enthaltend etwa 7 Gew.-% Sulfationen bezogen auf T1O2. Dieses Titanhydroxidgel wurde getrocknet undAgglomerating clay powder with a titanium hydroxide gel; which was titanium hydroxide gel a suspension of hydrolyzed titanyl sulfate containing about 7 wt .-% sulfate ions based on T1O2. This titanium hydroxide gel was dried and
fein vermählen und enthielt 79 Gew.-°,'o T1O2; es wurde innig vermischt mit pulveriger aktiver Tonerde. Korngröße <20μηι, die durch teilweises Entwässern von Hydrargillit in einem heißen Gasstrom erhalten worden war. Die beiden Pulver wurden in einem Mengenverhältnis entsprechend 10%. 20%, 40% und 60% T1O2 im fertigen Katalysator miteinander vermischt; das Gemisch wurde angefeuchtet und im Drehgranulator zu Kugeln mit Durchmesser 2 bis 5 mm agglomeriert. Diese Kugeln wurden 24 h bei einer Temperatur von etwa 1000C reifen gelassen und dann 2 h bei 4500C gebrannt, um die Tonerde zu aktivieren. Darauf wurden diese Katalysatoren, wie im Vergleichsbeispiel angegeben, sulfatiert. finely ground and contained 79% by weight T1O2; it was intimately mixed with powdery active clay. Grain size <20μηι, which had been obtained by partial dewatering of hydrargillite in a hot gas stream. The two powders were in a proportion corresponding to 10%. 20%, 40% and 60% T1O2 mixed together in the finished catalyst; the mixture was moistened and agglomerated in a rotary granulator to form balls with a diameter of 2 to 5 mm. These spheres were left to mature for 24 hours at a temperature of about 100 ° C. and then fired for 2 hours at 450 ° C. in order to activate the clay. These catalysts were then sulfated as indicated in the comparative example.
Die Gegenüberstellung zeigt die Bedeutung von Katalysatoren, welche Titan enthalten, verglichen mit Tonerde allein. Die Ergebnisse zeigen weiterhin, daß bei dieser Art von Katalysatoren, die durch Agglomerieren des Gemisches der Oxide erhalten werden, etwas mehr Titanoxid eingesetzt werden muß, um sehr gute Ergebnisse zu erzielen. Jedoch bringt dieses Herstellungsverfahren den Vorteil, daß das in Beispiel 1 beschriebene Imprägnierverfahren mittels Titanchlorid vermieden wird, bei dem sich die etwas schwierige Handhabung dieser Verbindung etwas nachteilig auswirkt. The comparison shows the importance of catalysts containing titanium compared to Clay alone. The results also show that with this type of catalyst, by agglomeration of the mixture of oxides are obtained, a little more titanium oxide must be used in order to achieve very good Get results. However, this manufacturing method has the advantage that that in Example 1 Impregnation process described using titanium chloride is avoided, in which the somewhat difficult Handling this connection has a somewhat detrimental effect.
Dieses Beispiel betrifft Katalysatoren, die in Form von Kugeln mit Durchmesser 2 bis 5 mm agglomeriert wurden, ausgehend von einer Tonerde, wie sie im vorangegangenen Beispiel verwendet wurde, und von einem Titanhydroxidsol; die beiden KomponentenThis example relates to catalysts which agglomerate in the form of spheres with a diameter of 2 to 5 mm starting from an alumina as used in the previous example and from a titanium hydroxide sol; the two components
wurden in solchen Mengen miteinander vermischt, dall die lertigen Katalysatoren 10, 20, 30,40 und 60 Gew.-% TiO> enthielten. Die Katalysatoren wurden wie bereits beschrieben sulfatiert und dann hinsichtlich ihrer Wirksamkeit geprüft. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 4 zusammengefaßt.were mixed together in such amounts that the finished catalysts 10, 20, 30.40 and 60 wt .-% TiO> contained. The catalysts were as before described sulfated and then tested for effectiveness. The results are in the Table 4 summarized below.
Sulfaticrtc KatalysatorenSulfaticrtc catalysts
10% T1O2 + Tonerde10% T1O2 + clay
20% TiO.' + Tonerde20% TiO. ' + Clay
30% TiO: + Tonerde30% TiO: + alumina
40% TiO: + Tonerde40% TiO: + alumina
60% TiO: + Tonerde60% TiO: + alumina
Die Ergebnisse sind ähnlich dun Ergebnissen aus Beispiel 2.The results are similar to dun results Example 2.
Dieses Beispiel zeigt den Einfluß der spezifischen Oberfläche der Katalysatoren auf die erhaltenen Ergebnisse.This example shows the influence of the specific surface area of the catalysts on those obtained Results.
Alle geprüften Katalysatoren wurden nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Imprägnierverfahren hergestellt, derart, daß der fertiggestellte Katalysator 5 Gew.-% TiO? enthielt. Die imprägnierten Kugeln aus aktiver Tonerde besaßen unterschiedliche spezifische Oberflächen, derart, daß die fertigen Katalysatoren ebenfalls unterschiedliche spezifische Oberflächen aufwiesen. Diese Katalysatoren wurden sulfatiert geprüft bei einer Berührungszeit von 5 s für die Bestimmung des Umwandlungsgrades für SO2 und bei einer Berührungs-/cit von 5 s und von 8 s bei der Bestimmung des Hydrolysegrades für CS2, Temperatur 335°C.All the catalysts tested were produced according to the impregnation process described in Example 1, in such a way that the finished catalyst had 5% by weight of TiO? contained. The impregnated spheres of active alumina had different specific surface areas such that the finished catalysts also had different specific surface areas. These catalysts were tested for sulfated with a contact time of 5 s for the determination of the degree of conversion for SO2 and with a contact / cit of 5 s and of 8 s for the determination of the degree of hydrolysis for CS 2 , temperature 335 ° C.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 5 zusammengefaßt.The results are summarized in Table 5 below.
Spezifische Oberfläche ρ SO: ρ CS2Specific surface area ρ SO: ρ CS2
m2/g 5 s 5 sm 2 / g 5 s 5 s
Der aktivierte Bauxit entsprach in seiner Zusammensetzung den Katalysatoren »Porocel« (Chemie-Ing.-Techn. 39 [1967], Heft 9/10, Seite 520), d. h„ er enthielt 2 bis }% T1O2. Die erfindungsgemäßen KatalysatorenThe composition of the activated bauxite corresponded to the "Porocel" catalysts (Chemie-Ing.-Techn. 39 [1967], issue 9/10, page 520), d. it contained 2 to}% T1O2. The catalysts of the invention
2«, enthielten 5 sowie b0% TiO2 und waren durch Imprägnieren von aktiver Tonerde mit einer Titansalzlösung wie in Beispiel 1 (5%) bzw. durch Mischen und Agglomerieren von aktiver Tonerde und Titandioxidpulver wie in Beispiel 2 (60%) hergestellt worden. Alle2 «, contained 5 and b0% TiO 2 and were produced by impregnating active alumina with a titanium salt solution as in Example 1 (5%) or by mixing and agglomerating active alumina and titanium dioxide powder as in Example 2 (60%). All
τ,ο Katalysatoren wurden in Form von 4 bis 6 mm dicken Kugeln eingesetzt und waren vor dem Gebrauch durch Erhitzen in SO2-haltiger Luft auf 450°C sulfatiert worden. Die Abgase aus dem Kontaktofen wurden chromatographisch analysiert. τ, ο catalysts were used in the form of 4 to 6 mm thick spheres and had been sulfated before use by heating in SO 2 -containing air to 450 ° C. The exhaust gases from the contact furnace were analyzed by chromatography.
3 s3 s
1. Versuch
Claus-Reaklion (allein)1st attempt
Claus Reaklion (alone)
Gearbeitet wurde unter den Bedingungen des ersten Kontaktofens einer mehrstufigen Claus-Anlage. Das eingespeiste Gas enthielt 8% H2S, 4% SO2 und 28% H2O (keinerlei COS und CS2), Eintrittstemperatur 225°C, Austrittstemperatur 3350C.Work was carried out under the conditions of the first contact furnace of a multi-stage Claus plant. The feed gas contained 8% H 2 S, 4% SO 2 and 28% H 2 O (no COS and CS 2), inlet temperature 225 ° C, outlet temperature 335 0 C.
4545
ErgebnisseResults
Katalysatorcatalyst
_ . „ -ji-Ljo- AhO3 aktiv_. "-Ji-Ljo- AhO3 active
Diese Gegenüberstellung zeigt deutlich, daß eine MiQi aktjv + TiQ2 ,5%.This comparison clearly shows that a MiQi aktjv + TiQ2.5 % .
ausreichende spezifische Oberfläche vorhanden sein 55 gauxjt ρ gO/o T1Q2) muß. um gute Ergebnisse zu erzielen und daß bei 'Sufficient specific surface must be available 55 g aux j t ρ g O / o T 1 Q 2 ). to achieve good results and that with '
Werten unterhalb 80m2/g die Ausbeuten zu stark absinken.Values below 80m 2 / g, the yields drop too much.
% Ausbeute an S nach % Yield of S.
einer Berühningszeita period of rebirth
vonfrom
Is 2s 3s 4sIs 2s 3s 4s
55 58 3555 58 35
79 80 5579 80 55
80 80 6380 80 63
VergleichsversucheComparative experiments
6060
Es wurde die Eignung von aktiviertem Bauxit als Katalysator für die Reinigung von Industrie-Abgasen nach der Claus-Reaktion sowie zur Umwandlung (Hydrolyse) von CS2 untersucht und mit der Wirksamkeit von erfindungsgemäß hergestellten Katalysatoren sowie von aktiver Tonerde allein verglichen.The suitability of activated bauxite as a catalyst for the purification of industrial exhaust gases after the Claus reaction and for the conversion (hydrolysis) of CS 2 was investigated and compared with the effectiveness of catalysts produced according to the invention and of active alumina alone.
2. Versuch
Hydrolyse von CS2 Second attempt
Hydrolysis of CS 2
Es wurde wie im ersten Versuch unter den Bedingungen des ersten Kontaktofens bei gleichen Ein- und Austrittsteniperaturen des Gases wie dort gearbeitet Das eingespeiste Gas enthielt 6% H2S, 1% CS2,4% SO2 und 28% H2O; das bei Hydrolyse entstehende H2S addierte sich zu dem ursprünglich vorhandenen (insgesamt 8% H2S).The procedure was as in the first experiment under the conditions of the first contact furnace with the same inlet and outlet temperatures of the gas as there. The gas fed in contained 6% H 2 S, 1% CS 2 , 4% SO 2 and 28% H 2 O; the H 2 S formed during hydrolysis was added to the originally present (a total of 8% H 2 S).
Die tolgendc Tabelle gibt lediglich die brgebms.->e für Jie Hydrolyse bzw. Umwandlung von CSi wieder.The following table only gives the brgebms .-> e for Jie hydrolysis or conversion of CSi again.
katalysatorcatalyst
ü/o Umwandlung CS? nach einer Bcrührungs-/cit von 2s 4s 6s 8s ü / o conversion CS? after a contact / cit of 2s 4s 6s 8s
AbOi aktiv + 60% TiOz 62 98 H)O 100AbOi active + 60% TiOz 62 98 H) O 100
AbOi aktiv + 5% TiO2 15 60 92 100AbOi active + 5% TiO 2 15 60 92 100
AbO1 aktiv 11 26 54 83AbO 1 active 11 26 54 83
Bauxit (2,8% T1O2) 9 20 34 52Bauxite (2.8% T1O2) 9 20 34 52
3. Versuch
Claus-Reaktion (allein)3. Attempt
Claus reaction (alone)
In diesem Versuch wurde unter den Bedingungen des ririitrn Knniaktofens einer Claus-Anlage Bearbeitet. Hintnttstemperatur 210"C Austrittstemperatur 225"C Das eintretende Gas enthielt i% HiS, 0,5% SO2 und 28% H2O.In this experiment, a Claus plant was processed under the conditions of the conventional kneading furnace. Downstream temperature 210 "C Exit temperature 225" C The entering gas contained 1% HiS, 0.5% SO2 and 28% H 2 O.
Ergebnisse
KatalysatorResults
catalyst
% Ausbeute an S nach% Yield of S.
einer Berührungszeita contact time
vonfrom
1s 2s 3s 4s1s 2s 3s 4s
aktiv + 60% T1O2 22 35 43 50active + 60% T1O2 22 35 43 50
AbOi aktiv+ 5% TiO2 17 25 32 40AbOi active + 5% TiO 2 17 25 32 40
AbOi aktiv 15 23 28 30AbOi active 15 23 28 30
Bauxit 0 13 5 SchlußfolgerungBauxite 0 13 5 Conclusion
Die Versuchsergebnisse zeigen deutlich:The test results clearly show:
1) daß mit den bekannten Bauxit-Katalysatoren vom Typ Porocel in allen 3 Versuchen mit Abstand schlechtere Ergebnisse erzielt werden als mit den erfindungsgemäßen TiO2-haltigen Katalysatoren und1) that with the known bauxite catalysts of the Porocel type in all 3 experiments by far poorer results can be achieved than with the TiO2-containing catalysts according to the invention and
2) daß aktive Tonerde aliein bei der Hydrolyse von CS2 unbefriedigende Ergebnisse liefert und2) that active alumina alone gives unsatisfactory results in the hydrolysis of CS2 and
3) daß noch im dritten Kontaktofen die Wirksamkeit der crfindungsgemäBen Katalysatoren derjenigen von aktiver Tonerde und Bauxit überlegen ist.3) that even in the third contact furnace the effectiveness of the catalysts according to the invention of active clay and bauxite is superior.
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |