EA040662B1 - METHOD FOR PRODUCING A CATALYST FOR CATALYTIC OXIDATION CRACKING OF A GAS FLOW CONTAINING H2S - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING A CATALYST FOR CATALYTIC OXIDATION CRACKING OF A GAS FLOW CONTAINING H2S Download PDF

Info

Publication number
EA040662B1
EA040662B1 EA201990462 EA040662B1 EA 040662 B1 EA040662 B1 EA 040662B1 EA 201990462 EA201990462 EA 201990462 EA 040662 B1 EA040662 B1 EA 040662B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
iron
catalyst
ferrous
conversion
ammonia
Prior art date
Application number
EA201990462
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эмма Пало
Лючия Барбато
Микеле Колоцци
Фабио Анджелини
Винченцо Пальма
Винченцо Вайано
Original Assignee
Стамикарбон Б.В. Эктин Андер Те Нейм Оф Мт Инновейшн Сентр
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Стамикарбон Б.В. Эктин Андер Те Нейм Оф Мт Инновейшн Сентр filed Critical Стамикарбон Б.В. Эктин Андер Те Нейм Оф Мт Инновейшн Сентр
Publication of EA040662B1 publication Critical patent/EA040662B1/en

Links

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Изобретение относится к способу получения катализатора, подходящего для использования в каталитическом окислительном крекинге потока газа, содержащего H2S.The invention relates to a process for preparing a catalyst suitable for use in catalytic oxidative cracking of a gas stream containing H2S.

Уровень техникиState of the art

Установки для извлечения серы разработаны для удаления H2S из кислых газов, содержащих H2S, из систем регенерации амина и из отпарных колонн кислой воды, производя серу, представляющую собой нетоксичный продукт, который может храниться и продаваться в жидкой или в твердой форме различным пользователям для множества различных областей промышленного применения. Кислые газы из систем регенерации амина и отпарных колонн кислой воды, содержащие переменное количество H2S, подвергают обработке в установке для извлечения серы (SRU), в общем случае имеющей в своей основе модифицированный способ Клауса, для объемного извлечения серы, а впоследствии в секции обработки хвостовых газов (TGT) для глубокого извлечения серы. Другие примеси, содержащиеся в кислых газах, в том числе аммиак и углеводороды, разрушаются в секции Клауса.Sulfur recovery plants are designed to remove H2S from acid gases containing H2S, from amine recovery systems and from acid water strippers, producing sulfur, which is a non-toxic product that can be stored and sold in liquid or solid form to various users for many different applications. areas of industrial application. Acid gases from amine recovery systems and sour water strippers containing variable amounts of H2S are treated in a sulfur recovery unit (SRU), generally based on a modified Claus process, for bulk sulfur recovery and subsequently in a tailings treatment section. gases (TGT) for deep sulfur recovery. Other impurities contained in acid gases, including ammonia and hydrocarbons, are destroyed in the Claus section.

Модифицированный способ Клауса сам по себе обеспечивает извлечение приблизительно 94-96% (2 каталитические ступени) или 95-98% (3 ступени) серы в исходном сырье. Поэтому в случае необходимости достижения более высокой степени извлечения серы (SRE) потребуется дополнительная обработка хвостовых газов способа Клауса.The modified Claus process alone recovers approximately 94-96% (2 catalytic stages) or 95-98% (3 stages) of sulfur in the feedstock. Therefore, if a higher sulfur recovery (SRE) is required, additional Claus tail gas treatment will be required.

Модифицированный способ Клауса включает субстехиометрическое сжигание потока кислого газа в термическом реакторе (термическая ступень) со следующим далее каталитическим превращением в реакторах Клауса (каталитическая ступень). В секции Клауса одна треть совокупного количества H2S окисляется с образованием SO2, который вступает в реакцию с оставшимся сероводородом H2S с образованием серы и воды в соответствии со следующими далее реакциями:The modified Claus process involves substoichiometric combustion of the acid gas stream in a thermal reactor (thermal stage) followed by catalytic conversion in Claus reactors (catalytic stage). In the Claus section, one third of the total H2S is oxidized to form SO2, which reacts with the remaining hydrogen sulfide H2S to form sulfur and water according to the following reactions:

H2S + 1,5 О2 -> Н2О + SO2 (реакция окисления) (1)H2S + 1.5 O 2 -> H 2 O + SO 2 (oxidation reaction) (1)

H2S + SO2 1,5 S2 + 2 Н2О (реакция Клауса) (2)H 2 S + SO2 1.5 S2 + 2 H2O (Claus reaction) (2)

H2S + 1,5 О2 —>3 Н2О + 1,5 S2 (совокупная реакция) (3)H2S + 1.5 O2 —> 3 H2O + 1.5 S2 (total reaction) (3)

Цель данного способа заключается в стимулировании прохождения совокупной реакции почти что до полного завершения. В термическом реакторе Клауса сероводород H2S, содержащийся в кислом газе, сжигают при использовании воздуха (или при использовании воздуха, обогащенного по кислороду, в некоторых конкретных случаях) в специфической горелке, и только одна треть совокупного количества H2S окисляется с образованием SO2, в то время как остальные две трети в реакцию не вступают. Совокупное количество воздуха является в точности достаточным для окисления одной трети совокупного количества H2S и полного окисления всех углеводородов и аммиака, содержащихся в исходном сырье; поэтому молярное соотношение H2S/O2 в исходном сырье составляет приблизительно 2:1 в целях достижения соотношения H2S/SO2 в хвостовых газах способа Клауса, в точности составляющего 2:1 или насколько возможно близкого к нему, что представляет собой стехиометрическое соотношение для реакции Клауса, таким образом доводя до максимума степень извлечения серы. Во время сжигания кислого газа небольшая часть H2S (обычно 5-7%) диссоциирует с образованием водорода и серы в соответствии со следующей далее реакцией:The purpose of this method is to stimulate the passage of the cumulative reaction almost to completion. In the Claus thermal reactor, hydrogen sulfide H2S contained in acid gas is burned using air (or using oxygen-enriched air in some specific cases) in a specific burner, and only one third of the total amount of H2S is oxidized to form SO2, while as the remaining two-thirds do not react. The total amount of air is exactly sufficient to oxidize one third of the total amount of H2S and completely oxidize all hydrocarbons and ammonia contained in the feedstock; therefore, the molar ratio of H2S/O2 in the feedstock is approximately 2:1 in order to achieve an H2S/SO2 ratio in the Claus tail gas of exactly or as close to 2:1 as possible, which is the stoichiometric ratio for the Claus reaction, such thus maximizing the degree of sulfur recovery. During acid gas combustion, a small portion of H2S (typically 5-7%) dissociates to form hydrogen and sulfur according to the following reaction:

H2S <—> Н2 + 0,5 S2 (реакция диссоциирования или крекинга) (4)H2S <—> H2 + 0.5 S2 (dissociation or cracking reaction) (4)

В соответствии с данными авторов Clark et al., Alberta Sulphur Research Ltd. (ASRL) образование водорода также происходит в соответствии со следующей далее реакцией:According to Clark et al., Alberta Sulfur Research Ltd. (ASRL) the formation of hydrogen also occurs according to the following reaction:

H2S + О2 А 2 Н2 + 2 Н2О + 2 S2 (реакция образования Н2) (5)H2S + O2 A 2 H2 + 2 H2O + 2 S2 (H2 formation reaction) (5)

Также происходят и несколько побочных реакций, приводящих к разрушению аммиака и углеводородов и к образованию карбонилсульфида COS и сероуглерода CS2. В целях завершения реакций Клауса требуется подходящее время пребывания в термическом реакторе при высокой температуре.Several side reactions also occur, leading to the destruction of ammonia and hydrocarbons and the formation of carbonyl sulfide COS and carbon disulfide CS2. In order to complete the Claus reactions, a suitable residence time in a thermal reactor at high temperature is required.

За термическим реактором Клауса обычно следует котел-утилизатор, где отходящий поток печи охлаждают приблизительно до 300°C и тепло рекуперируют в результате генерирования водяного пара высокого давления и при использовании конденсатора серы, где технологический газ охлаждают до температуры конденсации серы в результате генерирования водяного пара низкого давления, а жидкую серу отделяют.The Claus thermal reactor is usually followed by a waste heat boiler where the furnace effluent is cooled to approximately 300°C and heat is recovered by generating high pressure steam and using a sulfur condenser where the process gas is cooled to the sulfur condensing temperature by generating low pressure steam. pressure, and liquid sulfur is separated.

За термической ступенью Клауса в общем случае следуют две или три каталитические ступени, при этом каждая ступень образована повторным подогревателем газа для доведения газа до оптимальной температуры реакции, каталитическим реактором, где имеет место реакция Клауса, и конденсатором серы, где газ охлаждают, а жидкую серу конденсируют и отделяют. Реакция Клауса представляет собой экзотермическую равновесную реакцию, термодинамически улучшаемую низкими температурами. Первый каталитический реактор Клауса частично заполнен катализатором Клауса (на основе оксида алюминия) для улучшения прохождения реакции Клауса, а частично заполнен специфическим катализатором, обеспечивающим высокую степень превращения (на основе диоксида титана) для улучшения прохождения гидролиза COS и CS2. Второй и третий каталитические реакторы Клауса, в случае наличия таковых, в общем случае заполнены катализатором Клауса (на основе оксида алюминия) для улучшения прохождения реакции Клауса.The thermal Claus stage is generally followed by two or three catalytic stages, with each stage consisting of a gas reheater to bring the gas to the optimum reaction temperature, a catalytic reactor where the Claus reaction takes place, and a sulfur condenser where the gas is cooled and liquid sulfur condense and separate. The Claus reaction is an exothermic equilibrium reaction thermodynamically enhanced by low temperatures. The first catalytic Claus reactor is partially filled with a Claus catalyst (based on alumina) to improve the Claus reaction and partially filled with a specific high conversion catalyst (based on titanium dioxide) to improve the hydrolysis of COS and CS2. The second and third catalytic Claus reactors, if any, are generally filled with a Claus catalyst (based on alumina) to improve the progress of the Claus reaction.

- 1 040662- 1 040662

В целях удовлетворения требования достижения степени извлечения серы >99%, обычно требуемой в случае установки для извлечения серы, за секцией Клауса в общем случае следует секция обработки хвостовых газов. На протяжении ряда лет было предложено несколько различных альтернативных способов увеличения степени извлечения серы, таких как способ SCOT, способ RAR, способ СВА, способ CLINSULF/DEGSULF или способ BSR Selectox. В традиционной секции восстановительной обработки хвостовых газов технологический газ из секции Клауса предварительно нагревают и объединяют с водородом из внешнего источника перед подачей в реактор гидрирования, где все соединения серы превращаются в H2S на специфическом катализаторе восстановления (на основе оксидов Co и Mo), который осуществляет функции как гидрирования, так и гидролиза. Отходящий поток из реактора охлаждают в закалочной башне при использовании циркулирующего конденсата водяного пара. Сероводород H2S, полученный в реакторе гидрирования, извлекают в аминовом абсорбере при использовании специфического водного раствора амина и отправляют на рецикл в секцию Клауса с верха регенератора амина, где обогащенный раствор подвергают десорбированию.In order to meet the requirement to achieve >99% sulfur recovery normally required in a sulfur recovery unit, the Claus section is generally followed by a tail gas treatment section. Over the years, several different alternative methods for increasing sulfur recovery have been proposed, such as the SCOT process, the RAR process, the CBA process, the CLINSULF/DEGSULF process, or the BSR Selectox process. In a traditional tail gas reduction section, process gas from the Claus section is preheated and combined with hydrogen from an external source before being fed to the hydrogenation reactor where all sulfur compounds are converted to H2S on a specific reduction catalyst (based on Co and Mo oxides) that performs the functions both hydrogenation and hydrolysis. The reactor effluent is cooled in a quench tower using circulating steam condensate. Hydrogen sulfide H2S produced in the hydrogenation reactor is recovered in the amine absorber using a specific aqueous amine solution and recycled to the Claus section from the top of the amine regenerator where the enriched solution is desorbed.

Хвостовые газы из аминового абсорбера отправляют в печь термического дожигания для окисления остаточного сероводорода H2S и других соединений серы, таких как COS и CS2, с образованием SO2 перед сбросом в атмосферу через соответствующую дымовую трубу.The tail gases from the amine absorber are sent to a thermal afterburner to oxidize the residual hydrogen sulfide H 2 S and other sulfur compounds such as COS and CS 2 to form SO 2 before being discharged to the atmosphere through an appropriate stack.

Основные недостатки традиционного агрегата Клауса заключаются в потребности для восстановления технологического газа в секции TGT в крупном и дорогостоящем оборудовании при наличии очень низкой экономической ценности серы, непрерывных выбросов SOx (SO2 и SO3), CO, CO2, NOx плюс следовых количеств H2S в атмосферу и непрерывного подвода водорода из сети.The main disadvantages of the traditional Claus plant are the need for process gas recovery in the TGT section in large and expensive equipment with very low economic value of sulfur, continuous emissions of SO x (SO2 and SO 3 ), CO, CO2, NO x plus trace amounts of H 2 S into the atmosphere and a continuous supply of hydrogen from the network.

В некоторых установках, где водород недоступен, например на газовых месторождениях, восстановительную газовую смесь генерируют в генераторе восстановительного газа в результате субстехиометрического сжигания топливного газа.In some applications where hydrogen is not available, such as in gas fields, the reducing gas mixture is generated in a reducing gas generator by substoichiometric combustion of the fuel gas.

Основной недостаток такой альтернативной конфигурации заключается в более крупном размере оборудования в сопоставлении с традиционной установкой Клауса. Это обусловливается большим на 1015% расходом технологического газа вследствие значительных количеств инертных соединений, поступающих от введенного в технологическую линию сжигания топливного газа (в основном азота из воздуха и воды и диоксида углерода от сжигания).The main disadvantage of this alternative configuration is the larger size of the equipment compared to the traditional Claus installation. This is due to a large 1015% consumption of process gas due to significant amounts of inert compounds coming from the fuel gas introduced into the combustion process line (mainly nitrogen from air and water and carbon dioxide from combustion).

Как это упоминалось в публикации Clark, Catalysis Communications, 5 (2004), 743-747, извлечение H2 из H2S представляет собой давно существующую цель в промышленности. Автор Clark обращается к нему при использовании неполного окисления H2S на катализаторах на основе оксида алюминия. Ключом к данному способу, как утверждается, является промотирование прохождения реакции между H2S и O2 с образованием водорода, воды и серы при регулируемой температуре с использованием внешней печи. К восстановлению выбросов в атмосферу не обращаются.As mentioned in Clark, Catalysis Communications, 5 (2004), 743-747, the recovery of H 2 from H 2 S is a long standing goal in the industry. Clark refers to it when using the partial oxidation of H 2 S on catalysts based on alumina. The key to this process is said to be to promote the reaction between H2S and O2 to form hydrogen, water and sulfur at a controlled temperature using an external furnace. Remediation of air emissions is not addressed.

На протяжении ряда лет были предложены некоторые альтернативные способы, которые обращаются к термическому или каталитическому неполному окислению H2S.Over the years, several alternative processes have been proposed that address thermal or catalytic partial oxidation of H2S.

В патентах США № 6946111 и 6800269 компании Conoco Inc. описываются способы удаления H2S из потока газа, содержащего H2S, - в первом патенте - и из потока сбросного газа, обогащенного по H2S, во втором патенте, включающие реактор беспламенного кратковременного контактирования, заполненный подходящим катализатором для реакции неполного окисления H2S с образованием серы и воды при использовании воздуха или обогащенного воздуха или чистого кислорода при соотношении H2S/O2 в исходном сырье, составляющем приблизительно 2:1, со следующими далее зоной охлаждения и конденсатором серы. Основная цель первого патента заключается в десульфуризации потока газа, в то время как основная цель второго патента заключается в предложении альтернативного решения для традиционного термического реактора в установке Клауса. Оба патента имеют в своей основе реакцию каталитического неполного окисления сероводорода при использовании кислорода для получения серы и воды.U.S. Patent Nos. 6,946,111 and 6,800,269 to Conoco Inc. describes methods for removing H2S from a gas stream containing H 2 S - in the first patent - and from an exhaust gas stream enriched in H 2 S in the second patent, including a flameless short-term contact reactor filled with a suitable catalyst for the partial oxidation reaction of H 2 S with the formation of sulfur and water using air or enriched air or pure oxygen at a ratio of H 2 S/O 2 in the feedstock of approximately 2:1, followed by a cooling zone and a sulfur condenser. The main purpose of the first patent is to desulphurize the gas stream, while the main purpose of the second patent is to offer an alternative solution for the traditional Claus thermal reactor. Both patents are based on the catalytic partial oxidation of hydrogen sulfide using oxygen to produce sulfur and water.

В патенте США № 7560088 компании Conoco Phillips Company описывается способ удаления серы из потока газа, содержащего H2S, при использовании компактной системы, включающей зону реакции каталитического неполного окисления при беспламенном кратковременном контактировании со следующими далее зоной регулирования температуры, первой зоной каталитической реакции Клауса, второй зоной регулирования температуры, первым выпускным отверстием для жидкой серы и первым выпускным отверстием для отходящего газообразного потока. Основная цель данного патента заключается в предложении альтернативного решения для традиционной установки Клауса на основании каталитического неполного окисления сероводорода для получения серы и воды.U.S. Patent No. 7,560,088 to the Conoco Phillips Company describes a process for removing sulfur from a gas stream containing H2S using a compact system comprising a catalytic partial oxidation reaction zone in flameless brief contact with the following temperature control zone, first Claus catalytic reaction zone, second zone temperature control, a first outlet for liquid sulfur and a first outlet for an exhaust gaseous stream. The main purpose of this patent is to propose an alternative solution to the traditional Claus plant based on the catalytic partial oxidation of hydrogen sulfide to produce sulfur and water.

В патенте США № 4481181 компании GA Technologies Inc. описывается способ удаления серы и извлечения водорода из потока газа, содержащего H2S, сочетающий термическое неполное окисление H2S с образованием серы и воды и термическую диссоциацию H2S с образованием водорода и серы в одной и той же зоне реакции с предшествующей секцией нагревания исходного сырья и следующими далее зоной охлаждения и конденсатором серы при использовании чистого кислорода и существенной доли азота при соотношении H2S/O2 в исходном сырье в диапазоне от 10:1 до 25:1. Основная цель данного патента заключается в термическом разложении в результате неполного окисления и диссоциации сероводорода с образованием серы и водорода.U.S. Patent No. 4,481,181 to GA Technologies Inc. describes a process for removing sulfur and recovering hydrogen from a gas stream containing H2S, combining the thermal partial oxidation of H2S to form sulfur and water and the thermal dissociation of H2S to form hydrogen and sulfur in the same reaction zone with the preceding feedstock heating section and the following zone cooling and sulfur condenser using pure oxygen and a significant proportion of nitrogen at a ratio of H2S/O2 in the feedstock in the range from 10:1 to 25:1. The main purpose of this patent is the thermal decomposition resulting from the incomplete oxidation and dissociation of hydrogen sulfide to form sulfur and hydrogen.

- 2 040662- 2 040662

В публикации WO 2010/036941 компании Chevron U.S.A. Inc. и университета Drexel University описывается способ проведения термической диссоциации H2S при температуре, меньшей чем 1600°C, на основе радикалов H и SH, в одном варианте осуществления на подходящем плазменном катализаторе.Chevron USA Inc. WO 2010/036941. and Drexel University describes a method for conducting thermal dissociation of H 2 S at a temperature less than 1600°C, based on H and SH radicals, in one embodiment, on a suitable plasma catalyst.

Кроме того, в итальянском патенте 1203898 компании Siirtec-Nigi описывается способ, обозначаемый как HCR, на основе функционирования традиционного термического реактора Клауса при слегка повышенном соотношении H2S/O2 в исходном сырье в целях сохранения соотношения H2S/SO2 в хвостовых газах способа Клауса, значительно большего чем 2:1. Основная цель данного способа заключается в увеличении получения водорода в термическом реакторе и избегании импорта внешнего водорода в секцию TGT. Кроме того, при использовании такого способа не избегают появления выбросов установки извлечения серы.In addition, Siirtec-Nigi Italian Patent 1203898 describes a process referred to as HCR based on the operation of a conventional Claus thermal reactor with a slightly increased H 2 S/O 2 ratio in the feedstock in order to maintain the H 2 S/SO 2 ratio in the tailings. gases of the Claus method, significantly greater than 2:1. The main purpose of this method is to increase the production of hydrogen in the thermal reactor and avoid the import of external hydrogen into the TGT section. In addition, when such a method is used, emissions from the sulfur recovery unit are not avoided.

Исходя из вышеизложенного обсуждения очевидно, что в прошлом были приложены определенные усилия в попытке предложения действенного альтернативного варианта традиционной установке Клауса. В частности, некоторые способы, которые были предложены на протяжении ряда лет, имеют в своей основе термическое или каталитическое неполное окисление H2S, в то время как некоторые другие способы фокусируются на термическом или каталитическом крекинге H2S. Ни один из предложенных способов не задумывается и не компонуется для осуществления превращения H2S с образованием водорода и серы на подходящем катализаторе, способном благоприятствовать прохождению обеих реакций в одно и то же время.From the foregoing discussion, it is clear that some effort has been made in the past in an attempt to offer a workable alternative to the traditional Klaus setup. In particular, some processes that have been proposed over the years are based on thermal or catalytic partial oxidation of H2S, while some others focus on thermal or catalytic cracking of H2S. None of the proposed methods is conceived or designed to carry out the conversion of H 2 S with the formation of hydrogen and sulfur on a suitable catalyst capable of favoring the passage of both reactions at the same time.

В находящейся на рассмотрении одновременно с заявкой на данное изобретение заявке заявителей PCT/NL2012/050308 описывается способ получения водорода из потока газа, содержащего H2S, в котором поток газа подвергают каталитическому окислительному крекингу с целью получения H2 и S2. Изобретение, описанное в данном документе, используется для обращения к проблеме выбросов газа в атмосферу и получения в то же самое время ценного экспортируемого потока водорода.Applicants' co-pending application PCT/NL2012/050308 describes a process for producing hydrogen from a gas stream containing H2S, in which the gas stream is catalytically oxidatively cracked to produce H2 and S2. The invention described in this document is used to address the problem of gas emissions into the atmosphere and at the same time obtain a valuable exportable stream of hydrogen.

Одна проблема в отношении потоков газа, содержащих H2S, которые обычно подаются в устройства извлечения серы, заключается в совместном присутствии метана. Метан подвержен превращению в соединения серы, такие как CS2 или COS, что является нежелательным. Еще одна проблема в отношении потоков газа, содержащих H2S, которые обычно подаются в устройства извлечения серы, заключается в совместном присутствии аммиака. Аммиак обычно подвергается превращению на термической ступени установки Клауса. Однако термическое превращение аммиака заключает в себе возникающую при неполном сжигании опасность образования твердых солей, таких как сульфиды или сульфиты аммония. Данные соли вызывают появление блокирования в самых холодных секциях установки Клауса, в частности в конденсаторах серы. В целях надлежащего сжигания аммиака требуется гомогенная смесь из аммиака и воздуха, а также высокая температура пламени. Однако образование оксидов азота содействует окислению диоксида серы SO2 с образованием триоксида серы SO3. После этого катализатор Клауса становится сульфидированным, и для холодных частей установки наблюдается корродирование.One problem with gas streams containing H2S that are typically fed to sulfur recovery units is the co-presence of methane. Methane is susceptible to conversion to sulfur compounds such as CS2 or COS, which is undesirable. Another problem with gas streams containing H2S, which are usually fed to sulfur recovery units, is the co-presence of ammonia. Ammonia is usually converted in the thermal stage of the Claus plant. However, thermal conversion of ammonia involves the risk of formation of solid salts such as ammonium sulfides or sulfites arising from incomplete combustion. These salts cause blocking in the coldest sections of the Claus plant, in particular in the sulfur condensers. Proper combustion of ammonia requires a homogeneous mixture of ammonia and air and a high flame temperature. However, the formation of nitrogen oxides promotes the oxidation of sulfur dioxide SO2 to form sulfur trioxide SO3. Thereafter, the Claus catalyst becomes sulfided and corrosion is observed for the cold parts of the plant.

Было бы желательно предложить катализатор, который будет активным и селективным при окислительном крекинге H2S, в частности, в случае одновременного присутствия NH3 и/или CH4, а в более общем случае углеродсодержащих соединений.It would be desirable to provide a catalyst that is active and selective in the oxidative cracking of H2S, in particular in the case of the simultaneous presence of NH3 and/or CH 4 , and more generally of carbonaceous compounds.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

В целях лучшего обращения к одному или нескольким вышеупомянутым желаниям изобретение в одном аспекте относится к способу получения катализатора, подходящего для использования при каталитическом окислительном крекинге потока газа, содержащего H2S, который содержит железо и молибден, нанесенные на носитель, содержащий алюминий, в котором получают водный раствор предшественников для железа и молибдена, выбираемых из группы, состоящей из тетракарбонила железа, пентакарбонила железа, нонакарбонила железа, нитратов железа, бромидов железа, хлоридов железа, фторидов железа, фосфатов железа, сульфатов железа, ацетилацетонатов железа, ацетатов железа, фумаратов железа, глюконатов железа, цитратов железа, бензоатов железа, малеатов железа, оксалатов железа, олеатов железа и стеаратов железа, комплексов железа-аммония и аналогичных предшественников молибдена, и диспергируют указанный раствор на носителе, причем перед диспергированием раствора на носителе носитель подвергают прокаливанию при температуре от 750 до 1000°C, при этом стадию прокаливания осуществляют в присутствии воздуха.In order to better address one or more of the aforementioned desires, the invention relates in one aspect to a process for preparing a catalyst suitable for use in the catalytic oxidative cracking of an H2S containing gas stream that contains iron and molybdenum supported on an aluminum containing support, in which an aqueous iron and molybdenum precursor solution selected from the group consisting of iron tetracarbonyl, iron pentacarbonyl, iron nonacarbonyl, iron nitrates, iron bromides, iron chlorides, iron fluorides, iron phosphates, iron sulfates, iron acetylacetonates, iron acetates, iron fumarates, gluconates iron, iron citrates, iron benzoates, iron maleates, iron oxalates, iron oleates and iron stearates, iron-ammonium complexes and similar molybdenum precursors, and said solution is dispersed on the carrier, and before the solution is dispersed on the carrier, the carrier is subjected to calcination at a temperature erature from 750 to 1000°C, while the stage of calcination is carried out in the presence of air.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Изобретение в широком смысле в своей основе имеет выявление разумной комбинации каталитически активных металлов и их использование в форме катализатора, относящегося к типу с нанесением на носитель. Выбранные металлы представляют собой железо и молибден, а подложка представляет собой носитель, содержащий алюминий.The invention in its broadest sense is based on identifying a reasonable combination of catalytically active metals and using them in the form of a supported type catalyst. The metals chosen are iron and molybdenum and the support is a carrier containing aluminum.

Катализатор, нанесенный на носитель, будет пониматься как относящийся к композиции катализатора, содержащей каталитически активную часть (т.е. частицы в установленном порядке, которые либо являются активными, либо превращаются в активную фазу in situ) и каталитически неактивную часть, при этом каталитически неактивная часть (подложка) в общем случае образует большую часть катализатора. Это отличает катализатор, нанесенный на носитель, от объемного катализатора, в котором каталитически неактивная часть в общем случае представляет собой меньшую часть. Таким образом, в катали- 3 040662 заторе, нанесенном на носитель, каталитически неактивная часть в общем случае составляет более чемSupported catalyst will be understood to refer to a catalyst composition comprising a catalytically active moiety (i.e., particles in the established order that are either active or converted into an active phase in situ) and a catalytically inactive moiety, while being catalytically inactive part (substrate) generally forms the majority of the catalyst. This distinguishes a supported catalyst from a bulk catalyst in which the catalytically inactive portion is generally a smaller portion. Thus, in a supported catalyst, the catalytically inactive part in the general case is more than

50% (мас.) композиции катализатора. Предпочтительно подложка образует более чем 60% (мас.), а более предпочтительно более чем 80% (мас.) совокупной композиции катализатора.50% (wt.) of the composition of the catalyst. Preferably the support forms more than 60% (wt.), and more preferably more than 80% (wt.) of the total composition of the catalyst.

Каталитически активная часть композиции катализатора содержит железо и молибден. Данные металлы обычно присутствуют в форме частиц, диспергированных на носителе, в количестве, составляющем по меньшей мере 1% (мас.) и в общем случае доходящем вплоть до 50% (мас.) при расчете на массу композиции катализатора. Подложка содержит алюминий и в общем случае будет представлять собой оксид алюминия (Al2O3). Оксид алюминия может быть, например, альфа-, или тета-, или гамма-оксидом алюминия.The catalytically active part of the catalyst composition contains iron and molybdenum. These metals are usually present in the form of particles dispersed on the carrier in an amount of at least 1% (wt.) and in General up to 50% (wt.) based on the weight of the catalyst composition. The substrate contains aluminum and will generally be aluminum oxide (Al 2 O 3 ). The alumina may be, for example, alpha or theta or gamma alumina.

Железо в композиции катализатора более предпочтительно присутствует в количестве, находящемся в диапазоне от 1 до 50% (мас.), наиболее предпочтительно составляющем 2% (мас.), от композиции катализатора. Молибден в композиции катализатора присутствует в количестве, находящемся в диапазоне от 1 до 50% (мас.), наиболее предпочтительно составляющем 6% (мас.), от композиции катализатора.The iron in the catalyst composition is more preferably present in an amount ranging from 1 to 50% (w/w), most preferably 2% (w/w), of the catalyst composition. Molybdenum is present in the catalyst composition in an amount ranging from 1 to 50% (wt.), most preferably 6% (wt.), of the catalyst composition.

Катализатор может состоять по существу из указанной композиции катализатора, т.е. алюминийсодержащего носителя и железа и молибдена, содержащихся на нем. В таком случае катализатор обычно будет иметь подходящую профилированную форму, например форму порошка или гранул. Катализатор в дополнение к композиции катализатора, содержащей носитель и активные металлы, также может содержать механическую структуру подложки, т.е. субстрат.The catalyst may consist essentially of said catalyst composition, ie. an aluminum-containing carrier and iron and molybdenum contained thereon. In such a case, the catalyst will usually be in a suitable shaped form, for example in the form of a powder or granules. The catalyst, in addition to the catalyst composition containing the carrier and active metals, may also contain the mechanical structure of the support, i.e. substrate.

Необходимо понимать, что такой субстрат не является частью указанной выше композиции катализатора, но присутствует в дополнение к ней. Субстрат может представлять собой любую структуру, известную на современном уровне техники в качестве субстрата для катализаторов. В одном варианте осуществления настоящего изобретения субстрат может иметь форму бисерин, гранул, монолитной ячеистой структуры или пеноматериалов с открытыми порами. Субстрат может быть сформирован из оксида алюминия, диоксида кремния-оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, их смесей или любого другого подходящего материала, доступного в области субстратов для катализаторов.It is to be understood that such a substrate is not part of the above catalyst composition, but is present in addition to it. The substrate may be any structure known in the art as a substrate for catalysts. In one embodiment of the present invention, the substrate may be in the form of beads, beads, monolithic honeycomb structures, or open cell foams. The substrate may be formed from alumina, silica-alumina, silica, titanium dioxide, mixtures thereof, or any other suitable material available in the catalyst substrate art.

В случае если катализатор содержит субстрат, то обычно он будет покрыт нанесенной на носитель композицией катализатора на основе оксида алюминия, железа и молибдена.Where the catalyst contains a substrate, it will typically be coated with a supported alumina-iron-molybdenum oxide catalyst composition.

В одном предпочтительном варианте осуществления каталитически активные металлы находятся в форме своих сульфидов. То есть, железо предпочтительно находится в форме сульфида железа, молибден предпочтительно находится в форме сульфида молибдена, а наиболее предпочтительно они оба присутствуют в форме сульфида.In one preferred embodiment, the catalytically active metals are in the form of their sulfides. That is, the iron is preferably in the form of iron sulfide, the molybdenum is preferably in the form of molybdenum sulfide, and most preferably both are in the form of sulfide.

Композиция катализатора изобретения может быть получена по способу, известному для специалистов в соответствующей области техники. Ссылка делается, например, на публикации Catalyst Handbook, M.V. Twigg (Ed.), Wolfe Publishing Ltd, 1989 и Structured Catalysts And Reactors, A. Cybulski and J.A. Moulijn (Eds.), Marcel Dekker Inc., 1998 - Chapter 21 (Transformation of a structured carrier into structured catalyst), p. 599-615.The catalyst composition of the invention may be prepared in a manner known to those skilled in the art. Reference is made, for example, to Catalyst Handbook, M.V. Twigg (Ed.), Wolfe Publishing Ltd, 1989 and Structured Catalysts And Reactors, A. Cybulski and J.A. Moulijn (Eds.), Marcel Dekker Inc., 1998 - Chapter 21 (Transformation of a structured carrier into structured catalyst), p. 599-615.

В одном в особенности хорошо подходящем способе из предшественника получают водный раствор и проводят диспергирование указанного раствора на материале носителя в соответствии с определением в пп. 1 или 4 формулы изобретения. Примерами железосодержащих предшественников являются неорганические и органические соли железа, хелаты железа, кластеры железа, гидроксиды и оксигидроксиды железа и металлоорганические комплексы железа. Представителями данных соединений являются тетракарбонил железа, пентакарбонил железа, нонакарбонил железа, нитраты, бромиды, хлориды, фториды, фосфаты, сульфаты, ацетилацетонаты, ацетаты, фумараты, глюконаты, цитраты, бензоаты, малеаты, оксалаты, олеаты, стеараты железа и тому подобное. Предшественники железа могут обеспечивать наличие железа в форме двухвалентного железа, форме трехвалентного железа или их комбинации. Предшественники катализаторов предпочтительно содержат Fe(II) или Fe(III) в комбинации с органическими лигандами или анионами, такими как ацетат, цитрат, ЭДТА (этилендиаминтетраацетат) или НТА (нитрилотриацетат). То же самое имеет место и для молибдена при внесении соответствующих поправок. Предпочтительными являются ацетат железа и гептамолибдат аммония.In one particularly well-suited method, an aqueous solution is obtained from the precursor and said solution is dispersed on a carrier material in accordance with the definition in paragraphs. 1 or 4 claims. Examples of iron precursors are inorganic and organic iron salts, iron chelates, iron clusters, iron hydroxides and oxyhydroxides, and iron organometallic complexes. Representatives of these compounds are iron tetracarbonyl, iron pentacarbonyl, iron nonacarbonyl, nitrates, bromides, chlorides, fluorides, phosphates, sulfates, acetylacetonates, acetates, fumarates, gluconates, citrates, benzoates, maleates, oxalates, oleates, iron stearates and the like. Iron precursors may provide iron in ferrous form, ferric form, or a combination thereof. The catalyst precursors preferably contain Fe(II) or Fe(III) in combination with organic ligands or anions such as acetate, citrate, EDTA (ethylenediaminetetraacetate) or NTA (nitrilotriacetate). The same is true for molybdenum with appropriate corrections. Iron acetate and ammonium heptamolybdate are preferred.

В одном в особенности предпочтительном варианте осуществления перед импрегнированием раствором предшественника носитель сначала подвергают прокаливанию. Прокаливание предпочтительно проводят при температуре, большей чем 700°C, более предпочтительно составляющей по меньшей мере 750°C, наиболее предпочтительно находящейся в диапазоне 750-1000°C. Предпочтительно прокаливание проводят в присутствии кислорода, более предпочтительно на воздухе. После прокаливания на описанную выше прокаленную подложку наносят активный металл катализатора. Например, могут быть использованы влажное импрегнирование или осаждение каталитического металла. Не желая связывать себя теорией, полагают, что прокаливание в соответствии с представленным выше описанием делает возможным стабилизацию структуры катализатора. Таким образом, полученный катализатор является в особенности хорошо подходящим для использования при высоких температурах, например 1100°C, имеющих место при каталитическом окислительном крекинге. В данном варианте осуществления важно сначала провести стадию прокаливания для получения стабилизированной подложки, а затем наносить на нееIn one particularly preferred embodiment, before impregnation with the precursor solution, the carrier is first subjected to calcination. The calcination is preferably carried out at a temperature greater than 700°C, more preferably at least 750°C, most preferably in the range of 750-1000°C. Preferably the calcination is carried out in the presence of oxygen, more preferably in air. After calcination, the catalyst active metal is applied to the calcined support described above. For example, wet impregnation or catalytic metal deposition can be used. Without wishing to be bound by theory, it is believed that calcination as described above makes it possible to stabilize the structure of the catalyst. Thus, the resulting catalyst is particularly well suited for use at high temperatures, such as 1100°C, occurring in catalytic oxidative cracking. In this embodiment, it is important to first carry out the calcination step to obtain a stabilized substrate, and then apply

- 4 040662 каталитический металл. В случае осуществления способа в обратном порядке полагают, что структура катализатора может измениться таким образом, что каталитический металл стал бы недоступным для каталитической реакции.- 4 040662 catalytic metal. In the case of carrying out the process in the reverse order, it is believed that the structure of the catalyst may change in such a way that the catalytic metal would become unavailable for the catalytic reaction.

Катализатор в соответствии с изобретением может найти применение, в частности, в способе получения водорода из потока газа, содержащего H2S, в котором указанный поток газа подвергают каталитическому окислительному крекингу для получения H2 и S2 при использовании указанного выше катализатора.The catalyst according to the invention may find use in particular in a process for producing hydrogen from a gas stream containing H2S, in which said gas stream is subjected to catalytic oxidative cracking to produce H2 and S2 using the above catalyst.

Следует подчеркнуть, что каталитический окислительный крекинг представляет собой фундаментально другой способ в сопоставлении как с термической ступенью, так и с каталитической ступенью в существующем способе, относящемся к типу Клауса. Как можно полагать при обращении к вышеупомянутым уравнениям реакций от (1) до (5), способы Клауса направлены на стимулирование прохождения приведенной выше реакции (3) почти до полного завершения. Вышеуказанный способ в своей основе имеет разумное раскрытие сущностных причин и взаимосвязей для получения способа на основе побочных реакций (4) и (5) и промотирования прохождения данных реакций для получения из потока газа, содержащего H2S, как водорода, так и серы.It should be emphasized that catalytic oxidative cracking is a fundamentally different process compared to both the thermal stage and the catalytic stage in the existing Claus type process. As can be seen from reference to the above reaction equations (1) to (5), the Claus methods are directed towards causing the above reaction (3) to proceed almost to completion. The above method basically has a reasonable disclosure of the essential causes and relationships to obtain a method based on side reactions (4) and (5) and promote the passage of these reactions to obtain from the gas stream containing H 2 S, both hydrogen and sulfur.

Вышеуказанный способ также фундаментально отличается от недавних предложений авторов Clark et al.. Ссылки, авторами которых они являются, в своей основе имеют теорию прямого окисления H2S с образованием водорода, воды и серы. Получающееся в результате превращение, несмотря на избегание образования SO2, подлежит улучшению в отношении конверсии H2S и получения серы одновременно с H2.The above method is also fundamentally different from the recent proposals by Clark et al.. The references they authored are based on the theory of direct oxidation of H2S to form hydrogen, water and sulfur. The resulting conversion, despite avoiding SO2 formation, is to be improved in terms of H2S conversion and sulfur production simultaneously with H 2 .

В вышеуказанном способе ступень каталитического окислительного крекинга (COC) замещает термическую ступень Клауса. Вышеуказанный способ, таким образом, благоприятствует диссоциированию и неполному окислению H2S вместо полного окисления и реакции Клауса. Однако указанный способ не исключает и добавление термической ступени Клауса после ступени COC.In the above process, a catalytic oxidative cracking (COC) stage replaces the Claus thermal stage. The above method thus favors the dissociation and partial oxidation of H2S instead of the complete oxidation and Claus reaction. However, this method does not preclude the addition of a Claus thermal stage after the COC stage.

Каталитический окислительный крекинг проводят в одной или нескольких зонах реакции, предпочтительно предусмотренных в одной реакционной камере. На протяжении всего данного текста термин камера может относиться к одной или нескольким зонам реакции. Реакционную камеру определяют как реакторный объем, включающий необязательно содержащий слой катализатора. В одной реакционной камере имеется только один тип катализатора. Обычно реакционная камера является по существу цилиндрической, и течение реагентов происходит в аксиальном направлении. Если реакционная камера содержит слой катализатора, то в аксиальном направлении течения газа могут иметь место одна или несколько реакций. В одном варианте осуществления, в котором имеет место более чем одна реакция, профиль превращения в реакции для одной реакции может быть отличным от того, что имеет место для другой реакции. Другими словами, одна реакция может иметь место, например, главным образом в начале слоя катализатора, в то время как другая реакция может иметь место, например, на протяжении всей длины слоя катализатора.Catalytic oxidative cracking is carried out in one or more reaction zones, preferably provided in one reaction chamber. Throughout this text, the term chamber may refer to one or more reaction zones. The reaction chamber is defined as the reactor volume including optionally containing a catalyst bed. There is only one type of catalyst in one reaction chamber. Typically, the reaction chamber is essentially cylindrical, and the flow of the reactants is in the axial direction. If the reaction chamber contains a catalyst bed, then one or more reactions can take place in the axial direction of the gas flow. In one embodiment in which more than one reaction takes place, the reaction conversion profile for one reaction may be different from that for another reaction. In other words, one reaction may take place, for example, mainly at the beginning of the catalyst bed, while another reaction may take place, for example, throughout the entire length of the catalyst bed.

Изобретение представляет специалистам в соответствующей области техники раскрытие сущностных причин и взаимосвязей для промотирования прохождения вышеупомянутых реакций (4) и (5). Тот факт, что для этого поток газа должен быть подвергнут каталитическому окислительному крекингу, предполагает ясное сообщение специалистам в соответствующей области техники информации о том, как это осуществить.The invention provides those skilled in the art with the disclosure of the essential causes and relationships for promoting the aforementioned reactions (4) and (5). The fact that for this the gas stream must be subjected to catalytic oxidative cracking, suggests a clear message to experts in the relevant field of information on how to do this.

В общем случае наличие катализатора обычным образом будет обеспечено на слое катализатора, через который пропускают поток газа, подвергаемый обработке. Выбор типов слоев и их объемов вполне соответствует пределам обычных возможностей специалистов в соответствующей области техники.In general, the presence of a catalyst will normally be provided on the catalyst bed through which the gas stream to be treated is passed. The choice of types of layers and their volumes is well within the limits of the usual possibilities of specialists in the relevant field of technology.

В зону или зоны реакции каталитического окислительного крекинга подают кислород. Кислород предпочтительно подают в виде газа, обогащенного по кислороду в сопоставлении с воздухом. Предпочтительно это поток кислородсодержащего газа, содержащий по меньшей мере 40% (об.) кислорода, предпочтительно по меньшей мере 60% (об.) кислорода. Более предпочтительно данный кислород подают в виде по существу чистого кислорода, а именно, при 90-99% (об.) кислорода или по возможности при большей близости к 100%.Oxygen is supplied to the catalytic oxidative cracking reaction zone or zones. The oxygen is preferably supplied as a gas enriched in oxygen relative to air. Preferably it is an oxygen-containing gas stream containing at least 40% (vol.) oxygen, preferably at least 60% (vol.) oxygen. More preferably, this oxygen is supplied as substantially pure oxygen, namely at 90-99% (vol.) oxygen, or as close to 100% as possible.

Использование газа, обогащенного по кислороду, а предпочтительно чистого кислорода относится не только к оптимизированию способа каталитического окислительного крекинга, оно также демонстрирует и преимущества, такие как избегание излишне крупного оборудования, которое бы потребовалось вследствие присутствия больших объемов инертного газа (азота). Кроме того, при обращении к цели изобретения в виде получения водорода в дополнение к извлечению серы и при этом при пониженных выбросах выгодным будет уменьшение, а предпочтительно избегание, присутствия азота в хвостовых газах способа.The use of an oxygen-enriched gas, and preferably pure oxygen, is not only about optimizing the catalytic oxidative cracking process, it also shows advantages such as avoiding unnecessarily large equipment that would be required due to the presence of large volumes of inert gas (nitrogen). In addition, while addressing the object of the invention in the form of hydrogen production in addition to sulfur recovery and at the same time with reduced emissions, it will be beneficial to reduce, and preferably avoid, the presence of nitrogen in the tail gases of the process.

Количество кислорода, подаваемого в реактор, выбирают таким образом, чтобы добиться получения соотношения H2S/O2 в исходном сырье, большего, чем типичная величина, составляющая приблизительно 2:1. Предпочтительно соотношение H2S/O2 в исходном сырье должно находиться в диапазоне 2:16:1 или предпочтительно составлять более чем 2:1 и доходить вплоть до 6:1, более предпочтительно находиться в диапазоне 3:1-5:1, еще более предпочтительно в диапазоне 4:1-4,5:1.The amount of oxygen supplied to the reactor is chosen so as to obtain a ratio of H2S/O2 in the feedstock greater than the typical value of approximately 2:1. Preferably, the ratio of H2S/O2 in the feedstock should be in the range of 2:16:1, or preferably more than 2:1 and up to 6:1, more preferably in the range of 3:1-5:1, even more preferably in range 4:1-4.5:1.

- 5 040662- 5 040662

В предпочтительном варианте осуществления при проведении каталитического окислительного крекинга на основании соотношения H2S/O2 в диапазоне от 4:1 до 4,5:1, наиболее предпочтительно отIn a preferred embodiment, when conducting catalytic oxidative cracking based on the ratio of H2S/O2 in the range from 4:1 to 4.5:1, most preferably from

4,1:1 до 4,5:1, предпочтительные температуры реакции для одновременного получения крекинга и неполного окисления H2S находятся в диапазоне 900-1500°C, предпочтительно в диапазоне 900-1200°C.4.1:1 to 4.5:1, the preferred reaction temperatures for simultaneously obtaining cracking and partial oxidation of H2S are in the range of 900-1500°C, preferably in the range of 900-1200°C.

Более предпочтительно получают температуру, составляющую приблизительно 1100°C.More preferably, a temperature of approximately 1100°C is obtained.

В одном варианте осуществления исходное сырье для зоны или зон реакции каталитического окислительного крекинга (кислый газ, содержащий H2S, и кислородсодержащий газ) предварительно нагревают для увеличения температуры реакции, увеличения получения водорода и подавления образования SO2.In one embodiment, the feedstock for the catalytic oxidative cracking reaction zone or zones (acid gas containing H2S and oxygen-containing gas) is preheated to increase the reaction temperature, increase hydrogen production, and suppress SO2 formation.

В одном варианте осуществления кислый газ, содержащий H2S, и кислородсодержащий газ перемешивают в статическом смесителе непосредственно перед поступлением на каталитический слой зоны или зон реакции каталитического окислительного крекинга.In one embodiment, the H2S-containing acid gas and the oxygen-containing gas are mixed in a static mixer just prior to entering the catalytic bed of the catalytic oxidative cracking reaction zone or zones.

В одном варианте осуществления концентрация водорода в отходящем потоке реакционной камеры (после закаливания) составляет по меньшей мере 3% (об.), предпочтительно по меньшей мере 5% (об.), наиболее предпочтительно по меньшей мере 7% (об.).In one embodiment, the hydrogen concentration in the reaction chamber effluent (after quenching) is at least 3% (vol.), preferably at least 5% (vol.), most preferably at least 7% (vol.).

Необходимо отметить, что реакцию предпочтительно проводят автотермически. Это относится к тому, что, несмотря на предпочтительную адиабатичность способа, в действительности имеет место теплообмен, поскольку реакция окисления является экзотермической, а реакция крекинга является эндотермической, в результате чего тепло, становящееся доступным вследствие прохождения экзотермической реакции, используется в эндотермической реакции.It should be noted that the reaction is preferably carried out autothermally. This refers to the fact that, despite the preferred adiabaticity of the process, heat transfer actually takes place, since the oxidation reaction is exothermic and the cracking reaction is endothermic, whereby the heat made available due to the passage of the exothermic reaction is used in the endothermic reaction.

Подводя итог вышеизложенному, следует отметить, что вышеуказанный способ благодаря разумному выбору катализатора предположительно благоприятствует прохождению реакций (4) и (5) в сопоставлении с реакциями (1) и (2), что приводит к меньшей степени превращения H2S, но, с другой стороны, к значительно большему образованию H2 и к намного меньшему образованию SO2. Как следствие меньшей степени превращения H2S в сопоставлении с традиционной установкой Клауса получают более высокую степень рециркуляции кислого газа из источника газа, содержащего H2S (например, регенератора амина) в реакционную камеру.Summarizing the above, it should be noted that the above method, due to a reasonable choice of catalyst, presumably favors reactions (4) and (5) in comparison with reactions (1) and (2), which leads to a lower degree of conversion of H2S, but, on the other hand, , to much more H2 production and to much less SO2 production. As a consequence of the lower H2S conversion compared to the conventional Claus plant, a higher acid gas recycle is obtained from the H2S containing gas source (eg amine regenerator) to the reaction chamber.

Способ каталитического окислительного крекинга используется для уменьшения температуры в целях получения требуемого равновесия реакции. Это в результате приводит к увеличению выхода водорода и сведению к минимуму образования SO2, что, в свою очередь, используется для сведения к минимуму потребления водорода в секции обработки хвостовых газов для восстановления SO2 с образованием H2S.The catalytic oxidative cracking process is used to reduce the temperature in order to obtain the desired reaction equilibrium. This results in an increase in hydrogen yield and minimization of SO2 generation, which in turn is used to minimize hydrogen consumption in the tail gas treatment section to reduce SO2 to form H2S.

Предпочтительно в зону реакции кислый газ, содержащий H2S, и кислородсодержащий газ подают раздельно и данные газы перемешивают перед поступлением на каталитический слой.Preferably, the acid gas containing H2S and the oxygen-containing gas are fed separately to the reaction zone, and these gases are mixed before entering the catalyst bed.

Отходящий газовый поток из реакционной камеры предпочтительно подвергают закаливанию в целях избегания рекомбинации H2 и S2 с образованием H2S, а именно, в результате прохождения обратной реакции для (4), что делало бы способ недостаточно оптимальным с точки зрения совокупной степени превращения. Предпочтительно данное закаливание проводят по существу мгновенно. Закаливание предпочтительно осуществляют до температуры, меньшей чем 950°C, предпочтительно находящейся в диапазоне 850-750°C. Время пребывания в зоне закаливания предпочтительно является настолько коротким, насколько возможно, обычно находящимся в диапазоне от 10 до 300 мс, предпочтительно от 10 до 100 мс, более предпочтительно от 10 до 50 мс.The effluent from the reaction chamber is preferably quenched to avoid recombination of H2 and S2 to form H2S, namely the reverse reaction for (4), which would make the process sub-optimal in terms of overall conversion. Preferably, this quenching is carried out substantially instantaneously. Hardening is preferably carried out to a temperature of less than 950°C, preferably in the range of 850-750°C. The residence time in the quench zone is preferably as short as possible, typically in the range of 10 to 300 ms, preferably 10 to 100 ms, more preferably 10 to 50 ms.

За зоной закаливания (которой могла бы быть зоной реакционной камеры) предпочтительно следуют котел-утилизатор и конденсатор серы для охлаждения технологического газа и извлечения жидкой серы. Последнее предпочтительно проводят в результате генерирования водяного пара высокого или среднего давления в котле-утилизаторе или водяного пара низкого или среднего давления в конденсаторе серы.The quench zone (which could be the reaction chamber zone) is preferably followed by a waste heat boiler and a sulfur condenser to cool the process gas and recover liquid sulfur. The latter is preferably carried out by generating high or medium pressure steam in the waste heat boiler or low or medium pressure steam in the sulfur condenser.

В одном варианте осуществления закаливания отходящего газового потока из реакционной камеры добиваются в результате перемешивания с водой в конечной части реакционной камеры, причем указанное перемешивание газа с водой проводят при использовании водораспылителя в подходящей камере смешения непосредственно под каталитическим слоем. В наиболее предпочтительном варианте осуществления закаливание (в смысле быстрого охлаждения) проводят в первой части двухзонного котлаутилизатора. В данной зоне, содержащей короткие трубы, газ достигает температуры, составляющей приблизительно 700°C, а во второй зоне, содержащей обычные трубы, газ достигает температуры 350300°C.In one embodiment, quenching of the effluent gas stream from the reaction chamber is achieved by agitation with water at the end of the reaction chamber, said gas-water agitation being carried out using a water sprayer in a suitable mixing chamber immediately below the catalyst bed. In the most preferred embodiment, the quenching (in the sense of quenching) is carried out in the first part of the two-zone recovery boiler. In this zone containing short pipes, the gas reaches a temperature of approximately 700°C, and in the second zone containing ordinary pipes, the gas reaches a temperature of 350300°C.

Несмотря на существенное уменьшение образования SO2 в вышеуказанном способе, образование некоторого количества SO2 будет неизбежным. В целях удаления такого SO2 за ступенью каталитического окислительного крекинга предпочтительно следует секция обработки хвостовых газов. В ней часть (например, приблизительно 10-15% (об.)) полученного водорода потребляется в целях восстановления остаточного SO2 с образованием H2S в реакторе гидрирования. Вследствие намного большего уровня содержания водорода и намного меньшего уровня содержания SO2 в хвостовых газах в сопоставлении с тем, что имеет место для традиционной установки Клауса, стадия восстановления секции обработки хво- 6 040662 стовых газов может быть проведена в отсутствие какого-либо импорта водорода.Despite the significant reduction in SO2 formation in the above process, some SO2 formation will be unavoidable. In order to remove such SO2, the catalytic oxidative cracking stage is preferably followed by a tail gas treatment section. Here, a portion (eg, approximately 10-15% (v/v)) of the produced hydrogen is consumed to reduce residual SO2 to form H2S in the hydrogenation reactor. Due to the much higher hydrogen content and much lower SO 2 content in the tail gas compared to a conventional Claus plant, the tail gas treatment section recovery step can be carried out in the absence of any hydrogen import.

Хвостовые газы предпочтительно предварительно нагревают и подают в реактор гидрирования. В нем SO2, а также другие остаточные соединения серы, такие как COS и CS2, превращаются в сероводородThe tail gases are preferably preheated and fed to the hydrogenation reactor. In it, SO2, as well as other residual sulfur compounds such as COS and CS2, are converted to hydrogen sulfide.

H2S, который после этого удаляют. Это удаление может быть проведено обычным образом, например, в результате промывания газа при использовании обедненного раствора амина в абсорбере.H2S, which is then removed. This removal can be carried out in a conventional manner, for example by gas scrubbing using a lean amine solution in the absorber.

В одном варианте осуществления за ступенью каталитического окислительного крекинга следует одна каталитическая ступень Клауса, содержащая повторный подогреватель газа, каталитический реактор Клауса и конденсатор серы, в целях превращения большей части SO2 в серу, что, тем самым, сводит к минимуму потребление H2 для восстановления SO2 в секции обработки хвостовых газов.In one embodiment, the catalytic oxidative cracking stage is followed by a single Claus catalytic stage containing a gas reheater, a catalytic Claus reactor, and a sulfur condenser to convert most SO2 to sulfur, thereby minimizing H2 consumption to reduce SO2 to tail gas treatment sections.

В одном варианте осуществления поток водорода, полученный из абсорбера TGT, отправляют конечным потребителям, таким как установки гидрообработки, установки гидрокрекинга или установки гидродесульфуризации. Необходимо отметить, что состав потока, обогащенного по водороду, с верха абсорбера TGT может быть различным в зависимости от переменных, таких как качество исходного сырья для установки SRU, конфигурация установки и условия эксплуатации, и может содержать следовые количества или уровни процентного содержания H2O, N2, CO, СО2, H2S, COS и CS2.In one embodiment, the hydrogen stream obtained from the TGT absorber is sent to end users such as hydroprocessing units, hydrocracking units, or hydrodesulfurization units. It should be noted that the composition of the hydrogen-rich stream from the top of the TGT absorber may vary depending on variables such as SRU feedstock quality, plant configuration and operating conditions, and may contain trace amounts or percentage levels of H2O, N2 , CO, CO2, H2S, COS and CS2.

В одном предпочтительном варианте осуществления поток водорода, полученный из абсорбера TGT, дополнительно очищают в секции очистки водорода (например, в абсорбере короткоцикловой абсорбции). Необходимо отметить, что перед очисткой состав потока, обогащенного по водороду, с верха абсорбера TGT может быть различным в зависимости от переменных, таких как качество исходного сырья для установки SRU, конфигурация установки и условия эксплуатации, и может содержать следовые количества или уровни процентного содержания H2O, N2, CO, CO2, H2S, COS и CS2.In one preferred embodiment, the hydrogen stream obtained from the TGT absorber is further purified in a hydrogen purification section (eg, a pressure swing absorber). It should be noted that prior to purification, the composition of the hydrogen-rich stream from the top of the TGT absorber may vary depending on variables such as SRU feedstock quality, plant configuration and operating conditions, and may contain trace amounts or percentage levels of H2O. , N2, CO, CO2, H2S, COS and CS2.

Очищенный водород отправляют конечным потребителям, таким как установки гидрообработки, установки гидрокрекинга или установки гидродесульфуризации.The purified hydrogen is sent to end users such as hydroprocessing units, hydrocracking units or hydrodesulfurization units.

Изобретение будет проиллюстрировано при обращении к следующим далее неограничивающим примерам.The invention will be illustrated with reference to the following non-limiting examples.

Пример 1. Методика получения катализатора путем влажного импрегнирования/осаждения.Example 1 Wet impregnation/precipitation catalyst preparation procedure.

Al2O3 со сферической формой диаметром 3 мм использовали в качестве подложки после предварительного прокаливания на воздухе при 900°C в течение 12 ч и размалывания для получения желаемого гранулометрического состава (355-710 мкм).Al 2 O 3 with a spherical shape with a diameter of 3 mm was used as a substrate after preliminary calcination in air at 900°C for 12 h and grinding to obtain the desired particle size distribution (355-710 μm).

В качестве солевых предшественников активных веществ выбирали (CH3COO)2Fe и тетрагидрат гептамолибдата аммония (NH4)6Mo7O24-4H2O.As salt precursors of active substances, (CH 3 COO) 2 Fe and ammonium heptamolybdate tetrahydrate (NH4) 6 Mo 7 O 24 -4H 2 O were chosen.

Методика получения включает получение водного раствора соли предшественника, в котором также диспергирована подложка.The preparation procedure includes obtaining an aqueous solution of the salt of the precursor, in which the support is also dispersed.

Соль предшественника, количество которой рассчитывают на основании загрузки активного вещества, растворяют в дважды дистиллированной воде. После полного растворения к раствору добавляют подложку при перемешивании и нагревании на нагревательной плитке вплоть до почти полного выпаривания воды. Образец впоследствии высушивают при 120°C до достижения полного выпаривания воды. После завершения процедуры высушивания катализатор подвергают предварительной обработке при использовании смеси 5% H2S в азоте и нагреванию вплоть до 1000°C (скорость нагревания: 10°С/мин и изотермичность в течение 60 мин).The precursor salt, the amount of which is calculated on the basis of the loading of the active substance, is dissolved in doubly distilled water. After complete dissolution, the substrate is added to the solution while stirring and heating on a hot plate until the water is almost completely evaporated. The sample is subsequently dried at 120° C. until complete evaporation of the water is achieved. After the drying procedure was completed, the catalyst was pre-treated using 5% H2S in nitrogen and heated up to 1000° C. (heating rate: 10° C./min and isothermal for 60 min).

Для получения биметаллических образцов солевые предшественники активных веществ перемешивают, а после этого растворяют в 1,5 дм3 воды. В частности, использовали 0,685 и 0,452 г, тетрагидрата гептамолибдата аммония и ацетата железа соответственно и 5 г оксида алюминия. Таким образом, полученный катализатор характеризуется номинальной загрузкой в виде 10% (мас.) MoS2 и 5% (мас.) FeS2, где загрузку рассчитывают следующим образом:To obtain bimetallic samples, salt precursors of active substances are stirred and then dissolved in 1.5 dm 3 of water. In particular, 0.685 and 0.452 g of ammonium heptamolybdate tetrahydrate and iron acetate, respectively, and 5 g of alumina were used. Thus, the resulting catalyst is characterized by a nominal loading of 10% (wt.) MoS 2 and 5% (wt.) FeS 2 where the loading is calculated as follows:

MeS2,% (мас.) = MeS2, граммы * 100/(MeS2, граммы + Al2O3, граммы).MeS 2 ,% (wt.) \u003d MeS 2 , grams * 100 / (MeS 2 , grams + Al 2 O 3 , grams).

Пример 2. Испытания на каталитическую активность.Example 2 Catalytic Activity Tests

Проводили два типа испытаний на каталитическую активность; основные различия представляют собой состав потока, подаваемого в реактор окислительного крекинга, и время контактирования:Conducted two types of tests for catalytic activity; the main differences are the composition of the stream fed to the oxidative cracking reactor and the contact time:

40% H2S, 0,7% CH4, 8% O2, балансовое количество азота (H2S/O2=5).40% H2S, 0.7% CH 4 , 8% O 2 , nitrogen balance (H 2 S/O 2 =5).

Время контактирования, выбираемое составляющим 20 или 40 мс.Contact time selectable as 20 or 40 ms.

Температура: 1100°C.Temperature: 1100°C.

15% H2S, 10% NH3, 11% O2, балансовое количество азота.15% H 2 S, 10% NH 3 , 11% O 2 , nitrogen balance.

Время контактирования, выбираемое составляющим 1 или 2 с.Contact time selectable as 1 or 2 s.

Температура: 1100°C.Temperature: 1100°C.

Необходимо понимать, что фактическое время контактирования будет различным в зависимости от формы катализатора (например, порошок или структурированный катализатор). Время контактирования в соответствии с определением в настоящем документе представляет собой отношение между объемом каталитического материала и совокупным объемным расходом подаваемого потока (рассчитываемым при 0°C и 1 атм). Каталитический материал в настоящем документе представляет собой активные металлы (железо и молибден) плюс алюминийсодержащая подложка. Определяемое таким образом время контактирования находится в диапазоне от 0,05 до 5 с, предпочтительно 0,1-1 с.It should be understood that the actual contact time will vary depending on the form of the catalyst (eg, powder or structured catalyst). The contact time, as defined herein, is the ratio between the volume of catalytic material and the total volume flow rate of the feed stream (calculated at 0° C. and 1 atm). The catalytic material herein is the active metals (iron and molybdenum) plus an aluminum-containing support. The contact time thus determined is in the range of 0.05 to 5 s, preferably 0.1 to 1 s.

--

Claims (6)

В случае подаваемого потока, содержащего аммиак, будут добавлять большее количество кислорода, поскольку аммиак и H2S конкурируют друг с другом за потребление кислорода. Данное дополнительное количество кислорода предпочтительно является таким, чтобы получить молярное отношение NH3/O2 в диапазоне от 0,9 до 1,5. Концентрация NH3 в подаваемом потоке находится в диапазоне от 0 до 45% (об.), в то время как относительная концентрация O2 находится в диапазоне от 0 до 33% (об.). В частности, количество кислорода модулировали таким образом, чтобы получить то же самое соотношение H2S/O2, типичное для окислительного крекинга, (5/1), таким образом, в основном заявители могут сказать о потреблении 30% O2 сероводородом H2S и потреблении остальных 70% аммиаком NH3.In the case of a feed stream containing ammonia, more oxygen will be added as the ammonia and H2S compete with each other for oxygen consumption. This additional amount of oxygen is preferably such as to obtain an NH3/O2 molar ratio in the range of 0.9 to 1.5. The NH3 concentration in the feed stream ranges from 0 to 45% (vol.), while the relative concentration of O2 ranges from 0 to 33% (vol.). In particular, the amount of oxygen was modulated in such a way as to obtain the same H2S/O2 ratio typical for oxidative cracking, (5/1), so in general Applicants can say about the consumption of 30% O2 by hydrogen sulfide H2S and the consumption of the remaining 70% ammonia NH3. Кроме того, требуется большее время контактирования, поскольку аммиак является намного менее реакционно-способным в сопоставлении с H2S, в то время как H2S и метан демонстрируют идентичную реакционную способность.In addition, longer contact time is required because ammonia is much less reactive than H2S, while H2S and methane show identical reactivity. Основные результаты приведены в следующих далее таблицах.The main results are shown in the following tables. Таблица 1Table 1 Испытания на каталитическую активность для окислительного крекинга в присутствии метана.Tests for catalytic activity for oxidative cracking in the presence of methane. Параметр Эксперимент РавновесиеParameter Experiment Equilibrium Степень превращения СН4,% 100 100The degree of conversion of CH 4 ,% 100 100 Степень превращения H2S,% 46 54Degree of conversion of H 2 S,% 46 54 Выход Н2,% 9 19Yield H 2 ,% 9 19 Селективность по SO2,% 0-0,3 0,4Selectivity for SO 2 ,% 0-0.3 0.4 Селективность по СО2,% 70 45Selectivity for CO 2 ,% 70 45 Согласно наблюдениям результаты не зависят от времени контактирования, и образование серосодержащих соединений, таких как CS2 и COS, не обнаруживается во всем диапазоне исследованного времени контактирования.The results were observed to be independent of contact time and the formation of sulfur compounds such as CS2 and COS was not detected over the entire range of contact time studied. Таблица 2table 2 Испытания на каталитическую активность для окислительного крекинга в присутствии аммиака.Tests for catalytic activity for oxidative cracking in the presence of ammonia. Параметр Эксперимент РавновесиеParameter Experiment Equilibrium Степень превращения NH3,% 100 100The degree of conversion of NH 3 ,% 100 100 Степень превращения H2S,% 47-64 64Degree of conversion of H 2 S,% 47-64 64 Выход Н2,% 4-6 12Output H 2 ,% 4-6 12 Селективность по SO2,% 0-0,1 6Selectivity for SO 2 ,% 0-0.1 6 Согласно наблюдениям результаты слегка зависят от времени контактирования, в частности степень превращения H2S уменьшается при уменьшении времени контактирования, в то время как выход H2 демонстрирует противоположную тенденцию с увеличением при уменьшении времени контактирования (табл. 3). Образования NOx не обнаруживают, поскольку весь кислород, вступающий в реакцию с аммиаком, потребляется в реакции сгорания аммиака с образованием азота (2NH3+3/2O2=N2+3H2O).The results are observed to be slightly dependent on contact time, in particular the H2S conversion decreases with decreasing contact time, while the H2 yield shows the opposite trend with increasing with decreasing contact time (Table 3). No NO x formation is detected because all of the oxygen that reacts with ammonia is consumed in the ammonia combustion reaction to form nitrogen (2NH3+3/2O 2 =N 2 +3H2O). Таблица 3Table 3 Расход, нормальный куб. см/мин Время контактиров ания, сек Степень превращения H2S,% Степень превращения NH3,% Выход Н2,% Селективное ть по SO2,%Consumption, normal cube. cm/min Contact time, sec H 2 S conversion, % NH 3 conversion, % H 2 yield, % SO 2 selectivity, % 300 1,2 64 100 4 0,07300 1.2 64 100 4 0.07 900 0,4 55 100 5 0,08900 0.4 55 100 5 0.08 1180 о,з 47 100 6 0,091180 o,h 47 100 6 0.09 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ получения катализатора, подходящего для использования при каталитическом окислительном крекинге потока газа, содержащего H2S, который содержит железо и молибден, нанесенные на носитель, содержащий алюминий, в котором получают водный раствор предшественников для железа и молибдена, выбираемых из группы, состоящей из тетракарбонила железа, пентакарбонила железа, нонакарбонила железа, нитратов железа, бромидов железа, хлоридов железа, фторидов железа, фосфатов железа, сульфатов железа, ацетилацетонатов железа, ацетатов железа, фумаратов железа, глюконатов железа, цитратов железа, бензоатов железа, малеатов железа, оксалатов железа, олеатов железа и стеаратов железа, комплексов железа-аммония и аналогичных предшественников молибдена, и диспергируют указанный раствор на носителе, причем перед диспергированием раствора на носителе носитель подвергают прокаливанию при температуре от 750 до 1000°C, при этом стадию прокаливания осуществляют в присутствии воздуха.1. A method for preparing a catalyst suitable for use in the catalytic oxidative cracking of a gas stream containing H 2 S, which contains iron and molybdenum, supported on a carrier containing aluminum, in which an aqueous solution of iron and molybdenum precursors selected from the group consisting of from iron tetracarbonyl, iron pentacarbonyl, iron nonacarbonyl, iron nitrates, iron bromides, iron chlorides, iron fluorides, iron phosphates, ferrous sulfates, ferrous acetylacetonates, ferrous acetates, ferrous fumarates, ferrous gluconates, ferrous citrates, ferrous benzoates, ferrous maleates, oxalates iron, iron oleates and iron stearates, iron-ammonium complexes and similar molybdenum precursors, and said solution is dispersed on the carrier, and before dispersing the solution on the carrier, the carrier is subjected to calcination at a temperature of from 750 to 1000 ° C, while the calcination step is carried out in the presence of air . 2. Способ по п.1, в котором железо в катализаторе находится в форме сульфида железа.2. The method of claim 1 wherein the iron in the catalyst is in the form of iron sulfide. 3. Способ по п.1 или 2, в котором молибден в катализаторе находится в форме сульфида молибдена.3. Process according to claim 1 or 2, wherein the molybdenum in the catalyst is in the form of molybdenum sulfide. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором носитель в катализаторе образован из Al2O3.4. Process according to any one of claims 1 to 3, wherein the catalyst support is formed from Al 2 O 3 . - 8 040662- 8 040662 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором железо в катализаторе присутствует в количестве, находящемся в диапазоне от 1 до 50% (мае.), предпочтительно составляющем 2% (мае.), от катализатора.5. Process according to any one of claims 1 to 4, wherein the iron in the catalyst is present in an amount ranging from 1 to 50% (w/w), preferably 2% (w/w), of the catalyst. 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором молибден в катализаторе присутствует в количестве, находящемся в диапазоне от 1 до 50% (мае.), предпочтительно составляющем 6% (мае.), от катализатора.6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the molybdenum in the catalyst is present in an amount ranging from 1 to 50% (w/w), preferably 6% (w/w), of the catalyst. Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2Eurasian Patent Organization, EAPO Russia, 109012, Moscow, Maly Cherkassky per., 2
EA201990462 2012-11-08 2013-11-08 METHOD FOR PRODUCING A CATALYST FOR CATALYTIC OXIDATION CRACKING OF A GAS FLOW CONTAINING H2S EA040662B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12191734.8 2012-11-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA040662B1 true EA040662B1 (en) 2022-07-12

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9981253B2 (en) Catalyst for a sulphur recovery process with concurrent hydrogen production, method of making thereof and the sulphur recovery process with concurrent hydrogen production using the catalyst
US10046967B2 (en) Process for sulphur recovery with concurrent hydrogen production from NH3 containing feed
US11267700B2 (en) Catalyst for catalytic oxidative cracking of hydrogen sulphide with concurrent hydrogen production
CA2835148C (en) Zero emissions sulphur recovery process with concurrent hydrogen production
US8703084B2 (en) Removal of sulfur compounds from a gas stream
CA2835150C (en) Zero emissions sulphur recovery process with concurrent hydrogen production
US4048293A (en) Process for purifying a sulfur dioxide containing gas
CA2768359C (en) Removal of sulfur compounds from a gas stream
EA040662B1 (en) METHOD FOR PRODUCING A CATALYST FOR CATALYTIC OXIDATION CRACKING OF A GAS FLOW CONTAINING H2S
EA040440B1 (en) Catalyst for catalytic oxidative cracking of hydrogen sulfide with simultaneous production of hydrogen
EA039970B1 (en) METHOD FOR PRODUCING SULFUR AND SULFURIC ACID