DE2417092C3 - Process for the catalytic cleaning of hydrogen sulphide and possibly CO2 and ammonia containing exhaust gases - Google Patents

Process for the catalytic cleaning of hydrogen sulphide and possibly CO2 and ammonia containing exhaust gases

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DE2417092C3
DE2417092C3 DE19742417092 DE2417092A DE2417092C3 DE 2417092 C3 DE2417092 C3 DE 2417092C3 DE 19742417092 DE19742417092 DE 19742417092 DE 2417092 A DE2417092 A DE 2417092A DE 2417092 C3 DE2417092 C3 DE 2417092C3
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Georges Fontenay-Aux-Roses; Daumas Jean Claude Orsay; Michel Max Yerres; Dupuy (Frankreich)
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Rhone-Progil S.A., Courbevoie, Hautsde-Seine (Frankreich)
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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 werden 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.It is known that in the chemical industry, gas mixtures laden with sulfur compounds are often more complex Composition, for example in the purification of natural gaseous or liquid Hydrocarbons from which considerable amounts of sulfur can be recovered by cleaning exhaust gases be able. The processes for recovering the sulfur have generally been known for a long time; she however, they must be constantly refined and improved to keep pace with the ever more stringent requirements Requirements and regulations regarding air pollution have the lowest possible residual content To achieve sulfur compounds in the exhaust gases.

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 und 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 and in the case of SO2, which is generally through 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 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 gleichtn und die Anwesenheit von SO2 hindert die Hydrolyse der Kohlenstoffverbindungen des Schwefels. 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. The exhaust gas purification processes based on the Claus reaction are severely impaired in practice by the presence of other gaseous sulfur compounds such as carbon disulfide or carbon oxysulphide, because the most effective catalysts for the Claus reaction are by no means most effective in the decomposition of the carbon compounds of sulfur, which is probably caused by Hydrolysis takes place, affect: the optimal temperatures for the different reactions are not the same and the presence of SO 2 prevents the hydrolysis of the carbon compounds of the sulfur. As a result, the technical exhaust gases treated in several successive catalytic stages often contain more hydrogen sulphide and carbon compounds of sulfur than the usual standards allow.

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 vorhandenemIncidentally, 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

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.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 arrived.

Es sind sehr viele Katalysatoren empfohlen worden, um diese verschiedenen Reaktionen der gasförmigen Schwefelverbindungen zu erreichen. Zahlreiche darun ter sind geeignet und liefern befriedigende Ergebnisse, so lang nicht die maximale Leistung einer gegebenen A great many catalysts have been recommended to achieve these various reactions of the gaseous sulfur compounds. Many of them are suitable and give satisfactory results unless the maximum power of a given one is used

Anlage angestrebt wird und so lanjje verhältnismäßig kurze Gebrauchszeiten ohne Nachspeisung von neuen Katalysatoren in Kauf genommen werden. Zu den empfohlenen Stoffen gehören die in Chemie-Ing.-Techn., 39. Jahrgang, 1967, Heft 9/10,5.515- 520, für die Plant is sought and so lanjje relatively short periods of use without topping up with new catalysts are accepted. The recommended substances include those in Chemie-Ing.- Techn., 39th year, 1967, issue 9 / 10.5. 515-520, for the

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.Claus reaction described activated bauxites and clays or alumina gels as well as activated carbon, alkaline carriers and the catalysts consisting of sulfides, oxides or different 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, of which it has long been known that they can be used as catalysts for the Claus reaction and the decomposition of the sulfur- carbon compounds , often contain oxides with catalytic activity, such as oxides of iron and titanium, and also have a specific surface area that may be suitable. However, the content of active oxides in the bauxites varies and is insufficient; in addition , they contain, in varying amounts, other compounds which are either inactive or even harmful to the reactions under consideration. Therefore Bauxite does not have all the properties of such an extensive and consistent emission control, as currently required.

Für die Claus-Reaktion allein eignet sich am besten aktivierte Tonerde, vorausgesetzt, daß die Sulfatation so stark wie möglich zurückgedrängt wird, um nicht die Gebrauchsdauer bzw. Lebensdauer ;tu beeinträchtigen. Activated clay is best suited for the Claus reaction alone , provided that the sulfation is suppressed as much as possible so as not to impair the useful life.

Sobald jedoch die Abgase, die gereinigt werden sollen. Kohlenstoffverbindungen des Schwefels in merklicher Menge enthalten, treten die obengenannten Nachteile auf.However, once the exhaust gases that are to be cleaned. Containing carbon compounds of sulfur in a significant amount, the above-mentioned disadvantages occur.

Es hat sich nun gezeigt, daß nur Katalysatoren, die aus It has now been shown that only catalysts made from

ho aktiver Tonerde und Titanverbindungen bestehen, eine Kombination von Eigenschaften verliehen werden kann, auf Grund deren mit guter Ausbeute sowohl die Zersetzung der Kohlenstoffverbindungen des Schwefels als auch die eigentliche Claus-Reaktion erreichJ wird. Where active alumina and titanium compounds exist, a combination of properties can be imparted on the basis of which both the decomposition of the carbon compounds of sulfur and the actual Claus reaction can be achieved with good yield.

hs Gegenüber den bekannten Katalysatoren zeichnen sich die neuen Katalysatoren durch ihre längere Lebensdauer aus, die auf ihre mechanische Festigkeit zurückzuführen ist sowie überraschenderweise dadurch, hs Compared to the known catalysts , the new catalysts are characterized by their longer service life, which is due to their mechanical strength and, surprisingly, by the fact that

daß die Sulfalaiion ihre Aktivität nicht beeinträchtigt, Bedingung ist, daß die gebrauchsfertigen Katalysatoren eine ausreichend große spezifische Oberfläche besitzen und daß die Mengenverhältnisse von aktiver Tonerde und Titanverbmdung 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 Titanverbindung infolgedessen auf Titanoxid zurück.that the sulfalaiion does not impair its activity, The condition is that the ready-to-use catalysts have a sufficiently large specific surface and that the proportions of active alumina and titanium compound are defined. The chemical The nature of the titanium compounds contained in these catalysts 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 80m2/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 CO 2 and H 2 S and in the hydrogen sulfide combustion in the third contact furnace of a multi-stage Claus plant is. As the following comparative tests show, the bauxite 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 Titanoxalat. The catalysts provided according to the invention are obtained in various ways, for example by impregnating the carrier made of activated alumina with the desired specific surface area with titanium salt solutions and subsequent thermal decomposition of the titanium salt to form the oxide; the concentration of the solution is chosen so that the desired amount of titanium is obtained in the finished catalyst. The easiest solutions to use for this purpose contain the chlorides, oxychlorides or sulphates of titanium. However , other titanium compounds can also be used, for example various organic 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 verfornn werden. Another suitable method consists in mixing mixtures of aluminum oxides or hydroxides, for example activated alumina, with titanium compounds which are used in the form of gels, sols or solutions. The hydroxides or other compounds of aluminum and titanium can also be precipitated together or co-gels of hydroxides or compounds can be produced starting from brines and the mixtures can then be deformed.

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 according to the invention can be used in a fixed bed, in a fluidized bed, as a fluidized bed or in a fly ash system, 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 Vergleichsbeispiel 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 on the basis of results which were obtained with catalysts used in a fixed bed, which consisted of alumina and titanium in different proportions and had been obtained in different ways. The comparative example relates to a catalyst of low mechanical strength without alumina, which consists exclusively of titanium oxide with the desired specific surface area, in order to clearly show the particular activity of titanium in converting 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 the exhaust gases were treated with the various catalysts in a small reactor with a diameter of 60 mm. The composition of the exhaust gases was:

3535

4 °

4545

(10 H2S
CS2
SO2
H,O
(10 H 2 S
CS 2
SO 2
H, O

6 Mol-% 6 mol%

1 Mol-% 1 mol%

4 Mol-% 4 mol%

28 Mol-% 28 mol%

61 Mol-%61 mol%

Die Berührungszeiten betrugen bis zu 8 s und die Temperaturen beim Austritt aus dem Reaktor lagen bei 260 bis 335° C.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 thermodynamisch^ Ausbeute sowie den Hydrolysegrad ρ CS2 für Schwefelkohlenstoff 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 ρ CS 2 for carbon disulfide.

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 800C, 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).A titanium sol was produced in the usual way by heating an aqueous suspension containing 400 g / l TiO 2 as titanium hydroxide, obtained by precipitation with ammonia from the sulfuric acid solution, to 80 ° C. with subsequent 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 einem 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 180° C 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 drops gelled, and spheres with a diameter of 2 to 5 mm were obtained in the lower part of the column, which were then dried in air at a temperature of 180.degree. 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 1 sind die verschiedenen Ergebnisse zusammengefaßt. Angegeben wird außer dem Umwandlungsgrad und dem Hydrolysegrad noch die Druckfestigkeit Korn je Korn R in kg, bestimmt vor Gebrauch der verschiedenen Katalysatoren. Table 1 below shows the various Results summarized. In addition to the degree of conversion and the degree of hydrolysis, it is stated also the compressive strength grain per grain R in kg, determined before using the various catalysts.

Tabelle 1Table 1

Kugeln AI2O3Balls AI2O3

neuNew

sulfatiert
Kugeln T1O2
sulfated
T1O2 balls

neuNew

sulfatiertsulfated

15 1515 15

3 33 3

100 98 100
90
100 98 100
90

100
100
100
100

100
100
100
100

100
100
100
100

100 100100 100

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 Compressive strength (grain per grain) of the titanium oxide balls however, it is not sufficient to be able to use them on an industrial scale.

Beispiel 1example 1

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 500° C während 4 h erhielt. Diese Katalysatoren, wurden vor der Verwendung sulfatiert, wie im Vergleichsbeispiel beschrieben. Alle Versuche wurden bei einer Temperatur von 3350C durchgeführt. In der folgenden Tabelle 2 sind die Ergebnisse zusammengefaßt, die für den Umwandlungsgrad SO2 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 impregnating spheres of active alumina with a specific surface area of 300 m 2 / g and a diameter of 2 to 4 mm with solutions of titanium chloride in such a way that the desired amounts of oxide after drying and firing at 500 ° 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 0 C. The following table 2 summarizes the results that were determined for the degree of conversion SO2 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:
'5 Gew.-% ni-'/g
TiO:
'5% by weight ni -' / g

Spc/.
Oberfläche
Spc /.
surface

kgkg

u SO: 5s u SO: 5s

ο CS: 5sο CS: 5s

5
10
5
10

220
200
220
200

14
13
14th
13th

100 100100 100

75 8575 85

Tabelle 2Table 2

Gew.-%Wt%

Spez.
Oberfläche
Spec.
surface

mVgmVg

kgkg

5s5s

ρ CS2 5sρ CS2 5s

8s8s

00 33 250250 11 250250 Tabelletable

15
14
15th
14th

91 9591 95

35 £035 £ 0

80 95 ,n 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-80 95, n The results show the importance of the presence of titanium, which already in a proportion of 1%, calculated as TiO 2, causes the decomposition of the greater part of the carbon disulfide present. The different ca-

2< talysatoren waren gut druckfest auf Grund der Verwendung von Tonerdekugeln als Trägermaterial. 2 <catalysts had good pressure resistance due to the use of alumina balls as a carrier material.

Beispiel 2Example 2

Dieses Beispiel betrifft Katalysatoren, die durchThis example concerns catalysts that run through

Agglomerieren von Tonerdepulver mit einem Titanhydroxidgel erhalten wurden; das Titanhydroxidgel war eine Suspension von hydrolysiert Titanylsulfat, enthaltend etwa 7 Gew.-% Sulfationen bezogen auf TiO2 Dieses Titanhydroxidgel wurde getrocknet undAgglomerating alumina powder with a titanium hydroxide gel; the titanium hydroxide gel was a suspension of hydrolyzed titanyl sulfate containing about 7 wt .-% sulfate ions based on TiO 2. This titanium hydroxide gel was dried and

3, fein vermählen und enthielt 79 Gew.-% TiO2; es wurde3, finely ground and contained 79% by weight of TiO 2 ; it was

" innig vermischt mit pulveriger aktiver Tonerde,"intimately mixed with powdery active clay,

Korngröße <20μΐη, die durch teilweises EntwässernGrain size <20μΐη, due to partial dewatering

von Hydrargillit in einem heißen Gasstrom erhaltenobtained from hydrargillite in a hot gas stream

worden war. Die beiden Pulver wurden in einemhad been. The two powders were in one

Mengenverhältnis entsprechend 10%, 20%, 40% und 60% TiO2 im fertigen Katalysator miteinander vermischtdas Gemisch wurde angefeuchtet und im Drehgranulator zu Kugeln mit Durchmesser 2 bis 5 mm agglomeriert. Diese Kugeln wurden 24 h bei einerQuantity ratio corresponding to 10%, 20%, 40% and 60% TiO 2 in the finished catalyst mixed with one another, the mixture was moistened and agglomerated in the rotary granulator to form balls with a diameter of 2 to 5 mm. These balls were 24 h at a

4S Temperatur von etwa 1000C reifen gelassen und dann 2 h bei 450°C gebrannt, um die Tonerde zu aktivieren. Darauf wurden diese Katalysatoren, wie im Vergleichsbeispiel angegeben, sulfatiert. 4S temperature of about 100 0 C and then ripened for 2 h fired at 450 ° C in order to activate the alumina. These catalysts were then sulfated as indicated in the comparative example.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 zusammengefaßt.The results are summarized in Table 3 below.

Sulfatierte KatalysatorenSulphated catalysts

Spezifische Oberflächespecific surface

m2/gm 2 / g

kgkg

ρ CS2 bei
3s 5s
ρ CS2 at
3s 5s

3100C 335°C310 0 C 335 ° C

8s
335° C
8s
335 ° C

ρ SO2 bei Is 2sρ SO2 at Is 2s

26O0C 290° C26O 0 C 290 ° C

10% T1O2 + Tonerde
20% T1O2 + Tonerde
40% T1O2 + Tonerde
60% T1O2 + Tonerde
10% T1O2 + clay
20% T1O2 + clay
40% T1O2 + clay
60% T1O2 + clay

190 195 195 190 15190 195 195 190 15

1212th

20
30
20th
30th

45
65
45
65

45
57
87
95
45
57
87
95

98
100
100
98
100
100

"66"66

6565

72 82 8672 82 86

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 !mprägnierverfahren 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 can be obtained, a little more titanium oxide must be used. to be very good Get results. However, this manufacturing method has the advantage that that in Example 1 described! impregnation process using titanium chloride is avoided, in which the somewhat difficult handling of this connection has a somewhat disadvantageous effect.

\T0£\ T0 £

24 177)9224 177) 92

Beispiel 3Example 3

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

Tabelle 4Table 4

wurden in solchen Mengen miteinander vermischt, daß die fertigen Katalysatoren 10,20,30,40 und 60 Gew.-% TiO2 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 with one another in such amounts that the finished catalysts contained 10, 20, 30, 40 and 60% by weight of TiO 2 . The catalysts were sulfated as already described and then tested for their effectiveness. The results are summarized in Table 4 below.

Sulfatierte KatalysatorenSulphated catalysts SpezifischeSpecific RR. Q CS2 beiQ CS2 at 5s5s 8s8s ρ SO2 beiρ SO2 at 2s2s 5s5s Oberflächesurface 3s3s 335° C335 ° C 335° C335 ° C 1 s1 s 280° C280 ° C 335 5C335 5 C m3/gm 3 / g kgkg 320° C320 ° C 5454 9696 260° C260 ° C 7070 100100 10% T1O2 + Tonerde10% T1O2 + clay 200200 1414th 2525th 6565 9898 4040 7676 100100 20% TiCh + Tonerde20% TiCh + alumina 195195 1212th 3535 8585 100100 4949 8181 100100 30% T1O2 + Tonerde30% T1O2 + clay 194194 1212th 4545 9494 100100 5858 8686 100100 40% T1O2 + Tonerde40% T1O2 + clay 198198 1010 5050 9696 100100 6969 9090 100100 60% T1O2 + Tonerde60% T1O2 + clay 191191 88th 7070 6565

Die Ergebnisse sind ähnlich den Ergebnissen aus Beispiel 2.The results are similar to the results from Example 2.

Beispiel 4Example 4

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.-% TiO2 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 SO? und bei einer Berührungszeit von 5 s und von 8 s bei der Bestimmung des Hydrolysegrades für CS2,Temperatur 335°C.All the catalysts tested were produced by the impregnation process described in Example 1, in such a way that the finished catalyst contained 5% by weight of TiO 2 . The impregnated spheres of active clay had different specific surface areas, such that the finished catalysts also had different specific surface areas. These catalysts were tested for sulfation with a contact time of 5 s to determine the degree of conversion for SO ? and with a contact time of 5 s and 8 s when determining 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.

Tabelle 5Table 5

Spezifische Oberfläche
m'/g
specific surface
m '/ g

l> SOjl> SOj

5s5s

4040

95 100 10095 100 100

0 CSj 5s0 CSj 5s

8s8s

41 62 73 75 8541 62 73 75 85

7070

9090

9898

100100

100 Der aktivierte Bauxit entsprach in seiner Zusammensetzung den Katalysatoren »Porocel« (Chemie-lng.-Techn. 39 [1967], Heft 9/10, Seite 520), d. h., er enthielt 2 bis 3% TiO2. Die erfindungsgemäßen Katalysatoren enthielten 5 sowie 60% 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. Alle Katalysatoren wurden in Form von 4 bis 6 mm dicken Kugeln eingesetzt und waren vor dem Gebrauch durch Erhitzen in SO2-haltiger Luft auf 4500C sulfatiert worden. Die Abgase aus dem Kontaktofen wurden chromatographisch analysiert. 100 The composition of the activated bauxite corresponded to the “Porocel” catalysts (Chemie-Ing. Techn. 39 [1967], No. 9/10, page 520), ie it contained 2 to 3% TiO 2 . The catalysts according to the invention contained 5 and 60% 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 catalysts were used in the form of 4 to 6 mm thick spheres and had been sulfated to 450 ° C. by heating in SO 2 -containing air before use. The exhaust gases from the contact furnace were analyzed by chromatography.

I.Versuch
Claus-Reaktion (allein)
I. attempt
Claus reaction (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 335° C.Work was carried out under the conditions of the first contact furnace of a multi-stage Claus plant. The gas fed in 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 ° C.

Ergebnisseresults

Diese Gegenüberstellung zeigt deutlich, daß eine ausreichende spezifische Oberfläche vorhanden sein muß, um gute Ergebnisse zu erzielen und daß bei Werten unterhalb 80m»/g die Ausbeuten zu stark absinken.This comparison clearly shows that there is a sufficient specific surface area must in order to achieve good results and that with values below 80 m »/ g the yields are too high sink.

Vergleichsvei-iueheComparison vei-iuehe

Es wurde die Eignung von aktiviertem Bauxit als Katalysator für die Reinigung von Industrie-Abgasen nach der Claus-Reaktion sowie /ur Umwandlung (Hydrolyse) von CSa untersucht und mit der Wirksamkeit von erflndungsgcmllß hergestellten Katalysatoren sowie von aktiver Tonerde allein verglichen.It became the suitability of activated bauxite as a catalyst for the purification of industrial exhaust gases investigated after the Claus reaction and / or conversion (hydrolysis) of CSa and examined the effectiveness of catalysts produced according to the invention as well as of active clay alone.

Katalysatorcatalyst

50 °/o Ausbeute an S nach50% yield of S.

einer BcrührungSAcita contact SAcit

vonfrom

Is 2s 3s 4sIs 2s 3s 4s

AhO3 aktiv 55 79 80 81AhO3 active 55 79 80 81

AIjOs aktiv + TiOj (5%) 58 80 80 81AIjOs active + TiOj (5%) 58 80 80 81 Bauxit (2,8% TiOj) 35 55 63 6EBauxite (2.8% TiOj) 35 55 63 6E

2. Versuch Hydrolyse von CSjSecond attempt Hydrolysis of CSj

Es wurde wie im ersten Versuch unter d< Bedingungen des ersten Kontaktofen bei gleichen El und Austrittstemperaturen des Gases wie dort gcarbi tct. Das eingespeiste Gas enthielt 6% HjS, 1% CSj, 4 SOj und 28% HjOi das bei Hydrolyse entstehende H addierte sich zu dem ursprünglich vorhanden (insgesamt 8% HjS).It was as in the first experiment under d <conditions of the first contact furnace with the same El and outlet temperatures of the gas as there gcarbi tct. The injected gas contained 6% HjS, 1% CSj, 4 SOj and 28% HjOi the H produced during hydrolysis added to what was originally available (8% HjS in total).

70S 627/2170S 627/21

Die folgende Tabelle gibt lediglich die Ergebnisse für die Hydrolyse bzw. Umwandlung von CS? wieder.The following table only gives the results for the hydrolysis or conversion of CS? again.

Katalysatorcatalyst

% Umwandlung CS:
nach einer Berühruiigszeit von
2s 4s 6s 8s
% Conversion CS:
after a contact time of
2s 4s 6s 8s

AI2O3 aktiv + 60% TiO;
AI2O3 aktiv + 5% T1O2
AI2O3 aktiv
Bauxit (2,8% TiO?)
AI2O3 active + 60% TiO;
AI2O3 active + 5% T1O2
AI2O3 active
Bauxite (2.8% TiO?)

62 98 100 10062 98 100 100

15 60 92 10015 60 92 100

11 26 54 8311 26 54 83

9 20 34 529 20 34 52

3. Versuch
Claus-Reaktion (allein)
3. Attempt
Claus reaction (alone)

In diesem Versuch wurde unter den Bedingungen des dritten Kontaktofens einer Claus-Anlage gearbeitet, Eintrittsteniperatur 210 C, Ausinttstemperatur 225°C. Das eintretende Gas enthielt 1% H2S. 0,5% SO2 und 28% H2O.This experiment was carried out under the conditions of the third contact furnace of a Claus plant, inlet temperature 210 C, Ausintt temperature 225 ° C. The incoming gas contained 1% H 2 S. 0.5% SO 2 and 28% H 2 O.

Ergebnisseresults

Katalysator % Ausbeute an S naclCatalyst% yield of S nacl

einer Berührungszeita contact time

vonfrom

Is 2s 3s 4sIs 2s 3s 4s

Al:03 aktiv + 60% TiO:
ΑΙ2Ο3 aktiv + 5% TiO:
AbOj aktiv
Bauxit
Al: 03 active + 60% TiO:
ΑΙ2Ο3 active + 5% TiO:
AbOj active
bauxite

22 35 43 5022 35 43 50

17 25 32 4017 25 32 40

15 23 28 3015 23 28 30

0 13 50 13 5

SchlußfolgerungConclusion

Die Versuchsergebnisse zeigen deutlich:The test results clearly show:

1) daß mit den bekannten Bauxit-Katalysatoren von Typ Porocel in allen 3 Versuchen mit Abstanc schlechtere Ergebnisse erzielt werden als mit der erfindungsgemäßen TiOrhaltigen Katalysatorei und1) that with the known bauxite catalysts of the Porocel type in all 3 experiments with Abstanc poorer results are achieved than with the TiO-containing catalyst according to the invention and

2) daß aktive Tonerde allein bei der Hydrolyse vor CS2 unbefriedigende Ergebnisse liefert und2) that active clay alone gives unsatisfactory results in the hydrolysis before CS 2 and

3) daß noch im dritten Kontaktofen die Wirksamkei der erfindungsgemäßen Katalysatoren derjeniger von aktiver Tonerde und Bauxit überlegen ist.3) that the effectiveness of the catalysts according to the invention is still the same in the third contact furnace of active clay and bauxite is superior.

Claims (1)

/59:/ 59: 24 1Τ09224 1,092 Patentanspruch:Claim: Verfahren zur katalytischen Reinigung von Schwefelwasserstoff und gegebenenfalls CO;| und Ammoniak enthaltenden Abgasen nach der Claus-Reaktion in Gegenwart von Katalysatoren auf der Basis von aktiver Tonerde mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens 80 mVg, dadurch gekennzeichnet, daß man Abgase, die zusätzliche Kohlenstoffverbindungen des Schwefels enthalten, mit einem Katalysator reinigt, der zu 1 bis 60 Gew.-% aus Titandioxid besteht und durch Imprägnieren von aktiver Tonerde mit Titansalzlösungen und anschließende thermische Zersetzung der Titansalze, oder durch Agglomerieren von Gemischen aus Aluminiumoxid oder -hydroxid und Titanverbindungen, oder durch gemeinsames Ausfällen der Hydroxide oder anderen Verbindungen von Aluminium und Titan sowie anschließendes Verformen der Gemische, Trocknen und Aktivieren der Formlinge hergestellt worden ist. Process for the catalytic purification of hydrogen sulfide and possibly CO ; | and ammonia-containing exhaust gases after the Claus reaction in the presence of catalysts based on active alumina with a specific surface area of at least 80 mVg, characterized in that exhaust gases which contain additional carbon compounds of sulfur are cleaned with a catalyst that corresponds to 1 up to 60% by weight of titanium dioxide and by impregnating active alumina with titanium salt solutions and subsequent thermal decomposition of the titanium salts, or by agglomerating mixtures of aluminum oxide or hydroxide and titanium compounds, or by joint precipitation of the hydroxides or other compounds of aluminum and titanium and subsequent shaping of the mixtures, drying and activation of the moldings has been produced.
DE19742417092 1973-04-09 1974-04-08 Process for the catalytic cleaning of hydrogen sulphide and possibly CO2 and ammonia containing exhaust gases Expired DE2417092C3 (en)

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