ES2957293T3

ES2957293T3 - Catalizador mejorado para la oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno

Info

Publication number: ES2957293T3
Application number: ES17785045T
Authority: ES
Inventors: Warners Anne Van; Tobias Roelofs
Original assignee: Worley Nederland BV
Current assignee: Worley Nederland BV
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2024-01-16
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: EP3515591A1; SA519401283B1; EP3515591B1; RU2719369C1; FI3515591T3; CA3035005A1; NL2017533B1; CN109789394A; WO2018056828A1; CN109789394B; MX2019002553A

Abstract

La invención está dirigida a un lecho de catalizador para la oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno, comprendiendo dicho lecho de catalizador una primera capa de catalizador y una segunda capa de catalizador, en donde la primera capa de catalizador comprende primeras partículas de catalizador que comprenden un primer material de soporte y un primer óxido metálico. y la segunda capa de catalizador comprende segundas partículas de catalizador que comprenden un segundo material de soporte y un segundo óxido metálico, en donde dichas primeras partículas de catalizador tienen una carga de óxido metálico mayor que dichas segundas partículas de catalizador. En aspectos adicionales, la invención se dirige a un proceso para la oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno, que comprende hacer pasar una corriente de gas que comprende sulfuro de hidrógeno sobre el lecho catalítico y a un proceso para la oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno que comprende el lecho catalítico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Catalizador mejorado para la oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno

La invención es en el campo de la oxidación selectiva de compuestos que contienen azufre, en particular de sulfuro de hidrógeno. La invención está dirigida en particular a procesos y aparatos adecuados para oxidar sulfuro de hidrógeno arrastrado en corrientes de gas de cola de una unidad de recuperación de azufre, tal como una planta Claus.

Las unidades de recuperación de azufre se emplean para eliminar compuestos que contienen azufre, en particular sulfuro de hidrógeno (H<2>S), a partir de corrientes de gas ácido tales como las resultantes del tratamiento de gas natural y para producir azufre elemental. Para corrientes de gas que comprenden altas cantidades de sulfuro de hidrógeno (por ejemplo 10 % en vol. o más), el proceso Claus es el proceso de desulfuración más común. La reacción principal en el proceso Claus es:

2 H<2>S SO<2>←→ 3/n S<n>+<2>H<2>O (1)

Una primera etapa en este proceso comprende la oxidación a alta temperatura de H<2>S con oxígeno a partir de aire hasta la cantidad estequiométrica requerida de SO<2>. Esta combustión de H<2>S tiene el beneficio adicional de convertir también los contaminantes presentes en la alimentación. Aguas abajo de esta etapa térmica, los reactores llevan a cabo la reacción de Claus al hacer uso de catalizadores cerámicos como la alúmina y la titania. Sin embargo, la conversión de H<2>S en el proceso de Claus no es completa, ya que la reacción de Claus es una reacción de equilibrio y se requieren procesos de tratamiento de gas de cola para reducir la cantidad de H<2>S en el gas de cola del proceso Claus antes de que el gas de cola pueda ser descargado a la atmósfera.

Los métodos conocidos para tratar el gas de cola de las unidades de recuperación de azufre incluyen el método Claus de baja temperatura, el método de reducción-absorción y el método de oxidación selectiva. El método de oxidación selectiva es particularmente adecuado para el tratamiento de gas de cola, ya que, por el contrario, al proceso Claus, la reacción es termodinámicamente completa, es decir, que teóricamente es posible una conversión completa de H<2>S hasta azufre elemental.

Un ejemplo de un proceso industrial el cual emplea la oxidación selectiva de H<2>S es el proceso Superclaus<®>. Sin embargo, en este proceso, el SO<2>(el cual también puede estar presente en el gas de cola del proceso Claus) no se convierte en la reacción de oxidación selectiva. En consecuencia, para mejorar aún más el tratamiento de gas de cola, puede llevarse a cabo una hidrogenación de SO<2>aguas arriba del reactor donde tiene lugar la oxidación selectiva de H<2>S. Tal proceso hace uso de la reacción de hidrogenación de SO<2>con hidrógeno para formar H<2>S. Las configuraciones típicas de lecho catalítico en un sistema de reactor para un proceso comprenden una capa superior de catalizador Claus (típicamente alúmina) seguida de una segunda capa que es el catalizador de hidrogenación (típicamente óxido de cobalto-molibdeno sulfurado). Un ejemplo de un proceso industrial que hace uso de tal sistema de reactor y configuración de proceso es el proceso Euroclaus<®>como se describió en el documento EP1442781. El H<2>S formado se convierte a continuación en el reactor de oxidación selectiva aguas abajo en azufre elemental y agua. En uno de los ejemplos también se describe óxido de hierro sulfurado sobre sílice.

La oxidación selectiva de H<2>S con oxígeno sobre un catalizador para formar azufre elemental y agua es revisada por Zhang y otros, (ACS Catalysis 2015, 5, 1053-1067). Además, el proceso de oxidación selectiva y particularmente los catalizadores adecuados para ello se describen en los documentos EP0409353 y EP0242920, los cuales se incorporan como referencia en su totalidad en la presente descripción. A partir de este trabajo se conoce que los óxidos de metal soportados tienen preferencia en el uso industrial debido a su alto desempeño y robustez bajo las condiciones de proceso. El catalizador consiste de óxido de metal catalíticamente activo, el cual se distribuye sobre la superficie de las partículas del material de soporte.

La oxidación selectiva de H<2>S por oxígeno a azufre elemental, como se lleva a cabo en un reactor de lecho fijo, se cree que procede de acuerdo con la siguiente reacción:

2 H<2>S O<2>^ 2 H<2>O / S8 (2)

La oxidación selectiva para formar azufre elemental puede ser afectada negativamente por la ocurrencia de una o más de las siguientes reacciones secundarias:

Sobre oxidación de H<2>S: 2 H<2>S 3 O<2>^ 2 H<2>O 2 SO<2>(3)

Oxidación de Ss: 1/8 S<e>+ O<2>^<2>H<2>O SO<2>(4)

Nasato y otros, (Oil & Gas Journal, 1994, 45-48) describen un sistema catalítico mediante carga del reactor con catalizadores basados en alfa-alúmina (a-Al) y basados en sílice (Si) en forma estratificada. Esto permitió la reducción de la temperatura de entrada del lecho catalítico y resultó en un mayor rendimiento de azufre elemental.

Los presentes inventores encontraron sorprendentemente que al reducir la carga de óxido de metal de las partículas de catalizador que catalizan la oxidación selectiva, puede obtenerse una mayor selectividad hacia la formación de azufre elemental a partir de H<2>S. Sin embargo, una carga reducida de óxido de metal generalmente resulta en una menor actividad del catalizador a una velocidad espacial igual, (por ejemplo, la velocidad espacial horaria del gas, VEHG, la cual es el régimen de flujo volumétrico del gas dividido por el volumen del lecho catalítico/capa) y, por tanto, en un menor rendimiento de azufre elemental. En consecuencia, la reducción de la carga de óxido de metal generalmente debe compensarse con un aumento del volumen de catalizador, que resulta en mayores costos de proceso y, por ejemplo, un diseño diferente de la planta de proceso. Alternativamente, se puede aumentar la temperatura del lecho catalítico para mejorar la velocidad de reacción. Sin embargo, una temperatura más alta del lecho catalítico también promueve la formación de SO<2>mediante reacciones (3) y/o (4) como se indicó anteriormente en la presente descripción. Esto no es deseable.

Los presentes inventores encontraron sorprendentemente que al proporcionar un lecho catalítico estratificado fijo en donde cada capa comprende partículas de catalizador que tienen una carga de óxido de metal diferente, se podría proporcionar la ventaja de una mayor selectividad sin tener que recurrir a una velocidad espacial más baja.

Dado que el lecho catalítico es un lecho fijo, la estratificación puede llevarse a cabo, al menos parcialmente, mediante relleno del reactor de oxidación primero con las partículas del primer catalizador, seguido de la carga de las partículas del segundo catalizador encima de las partículas del primer catalizador (o viceversa).

La velocidad espacial horaria del gas, o VEHG, en un lecho catalítico de oxidación selectiva mediante el uso de óxidos de metal soportados generalmente se encuentra en el intervalo de 1000 - 12000 h<-1>. La velocidad espacial horaria del gas específicamente preferida está sujeta a la elección de las propiedades del catalizador (por ejemplo, puede preferirse una carga de óxido de metal más alta, lo cual permite usar una velocidad espacial horaria del gas más alta).

En consecuencia, un aspecto de la presente invención se dirige a un lecho catalítico fijo para la oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno con oxígeno, dicho lecho catalítico comprende una primera capa de catalizador y una segunda capa de catalizador, en donde la primera capa de catalizador comprende partículas del primer catalizador que comprende un primer material de soporte que comprende sílice y un primer óxido de metal que comprende Fe203, y la segunda capa de catalizador comprende partículas del segundo catalizador que comprende un segundo material de soporte que comprende sílice y un segundo óxido de metal que comprende Fe203, en donde dichas partículas del primer catalizador tienen una mayor carga de Fe203 en base al peso total de las partículas del primer catalizador que la carga de Fe203 de dichas partículas del segundo catalizador en base al peso total de las partículas del segundo catalizador, en donde dicha carga de Fe203 de las partículas del segundo catalizador es inferior a 3 % en base al peso total de dichas partículas del segundo catalizador, en donde dicha carga de Fe203 de las partículas del primer catalizador está en el intervalo de 5-10 % en base al peso total de las partículas del primer catalizador, y en donde el volumen de la primera capa de catalizador es 15-50 % en vol. del volumen total del lecho catalítico y el volumen de la segunda capa de catalizador es 50-85 % en vol. del volumen total del lecho catalítico. Puede apreciarse que el óxido de metal y el material de soporte son materiales químicamente diferentes.

En beneficio de la claridad y la concisión, se destaca que, durante la aplicación del lecho catalítico en la reacción de oxidación selectiva, la naturaleza química del óxido de metal puede alterarse temporal o permanentemente, sin pérdida de actividad catalítica - como se conoce comúnmente para las partículas catalíticas presentes. Por ejemplo, el óxido de metal puede convertirse al menos parcialmente en un sulfato de metal y/o sulfito de metal. Se entiende que el óxido de metal descrito en la presente descripción incluye también estas especies catalíticas. En tal caso, el óxido de metal cargado puede corregirse para los diferentes pesos de las especies de sulfato y/o sulfito de metal con respecto a las especies de óxido de metal, ya que la carga de óxido de metal se expresa en el peso del óxido de metal en base al peso total de la partícula de catalizador.

Un aspecto adicional de la presente invención es un proceso para la oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno, que comprende pasar una corriente de gas que comprende sulfuro de hidrógeno sobre el lecho catalítico fijo, en donde la corriente de gas primero entra en contacto con las primeras capas de catalizador y subsecuentemente entra en contacto con la segunda capa de catalizador, de manera que el sulfuro de hidrógeno se oxida para formar azufre elemental, en donde la temperatura de entrada del lecho catalítico se mantiene por encima de 150 °C, la corriente de gas comprende entre 0,1 y 2,5 % en vol. de sulfuro de hidrógeno, la corriente de gas que comprende además oxígeno y la relación molar de oxígeno a sulfuro de hidrógeno se mantiene entre 0,5 hasta 1,5 en la entrada del lecho catalítico, la velocidad espacial horaria del gas de la corriente de gas en el lecho catalítico está entre 1000 - 12 000 h<-1>, la temperatura del lecho catalítico está entre 150 - 300 °C. La corriente de gas comprende preferentemente entre 0,5 y 1,5 % en volumen de sulfuro de hidrógeno.

La presente invención resulta en una excelente selectividad y rendimiento de azufre elemental en el proceso de oxidación selectiva. El rendimiento de azufre elemental se expresa en la presente descripción como el grado de producción de azufre elemental y es igual al grado de conversión de H<2>S corregida para la formación de SO<2>. En consecuencia, el rendimiento puede definirse como

La selectividad del proceso de oxidación selectiva se expresa en la presente descripción como la fracción de sulfuro de hidrógeno convertido que se convierte en azufre elemental. En consecuencia, la selectividad puede definirse como

La actividad del proceso de oxidación selectiva se expresa en la presente descripción como el grado de sulfuro de hidrógeno que se convierte. En consecuencia, la actividad puede definirse como

Sin desear estar sujeto a la teoría, los presentes inventores creen que puede obtenerse un rendimiento mejorado de azufre para cada capa de catalizador debido a la naturaleza exotérmica de la reacción de oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno. Dado que la presente oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno se lleva a cabo típicamente en un reactor adiabático y la reacción de oxidación es exotérmica, la temperatura aumenta cuando la corriente de gas entra en contacto con el lecho catalítico donde tiene lugar la reacción. Las temperaturas aumentan aún más cuando la corriente de gas pasa a través del lecho catalítico de una capa a la siguiente capa. La temperatura de entrada del lecho catalítico típicamente se mantiene por encima de 150 °C, lo cual generalmente resulta en una temperatura del lecho catalítico hasta entre 160 y 300 °C.

En general, el rendimiento de la oxidación selectiva es óptimo a una cierta temperatura. A temperatura más baja, la actividad del catalizador disminuye y a más alta temperatura, una o más de las reacciones secundarias descritas anteriormente pueden volverse más pronunciadas es decir la selectividad disminuye). Por lo tanto, en caso de que la carga de óxido de metal permanezca constante en todo el lecho catalítico (como es el caso en los lechos convencionales de catalizador), el aumento de temperatura resulta en una selectividad local y un rendimiento de azufre elemental cada vez más bajo. Los presentes inventores han solucionado este problema al proporcionar un sistema catalizador multicapa en donde preferentemente la carga de óxido de metal de cada capa corresponde sustancialmente a la temperatura local óptima de manera que se obtiene un rendimiento local sustancialmente óptimo de azufre elemental y, por tanto, un rendimiento global sustancialmente óptimo.

Aunque ya se obtiene un rendimiento mejorado al proporcionar dos capas de catalizador en el lecho catalítico, puede preferirse que el lecho catalítico de la presente invención comprenda una o más capas (es decir adicionales) de catalizador, cada capa de catalizador comprende partículas de catalizador. En esta modalidad particular, la carga de óxido de metal de las partículas de catalizador de cada capa de catalizador es menor que la de las partículas de catalizador de la capa de catalizador anterior, de manera que la carga de óxido de metal de las partículas de catalizador disminuye sobre las capas del lecho catalítico. Si las capas son suficientemente delgadas, la carga de óxido de metal de las partículas de catalizador puede disminuir gradualmente sobre el lecho catalítico.

La temperatura del catalizador puede estar influenciada por la cantidad de oxígeno que se usa para la oxidación del sulfuro de hidrógeno. Preferentemente, la corriente de gas que entra al reactor y entra en contacto con la primera capa del lecho catalítico comprende además oxígeno mientras se mantiene una relación molar de oxígeno a sulfuro de hidrógeno de 0,5 hasta 1,5.

En general, cualquier catalizador conocido para la oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno puede sufrir las reacciones secundarias como se describe anteriormente. En consecuencia, la presente invención puede aplicarse a la oxidación selectiva de H<2>S, independientemente del tipo de catalizador usado. Los lechos y capas de catalizadores particularmente preferidos son aquellos que comprenden materiales activos tales como carbono y/o un óxido de metal. Zhang y otros, ACS Catalysis 2015, 5, 1053-1067) describen una serie de catalizadores que son aplicables en la oxidación selectiva y, por lo tanto, también pueden aplicarse para la presente invención.

Los catalizadores descritos en los documentos EP0409353 y EP0242920 comprenden compuestos de hierro (por ejemplo, óxido de hierro) o una mezcla de compuestos de hierro con otras especies de metal como material activo y estos catalizadores son los más preferidos. El catalizador comprende además un material portador que comprende sílice.

Las diferentes capas de catalizador en el lecho catalítico pueden estar cada una basada en diferente o en el mismo óxido de metal. Preferentemente, el primer y el segundo óxido de metal son el mismo óxido de metal. Se prefiere, además, que el primer y/o segundo óxido de metal comprendan óxido de hierro.

La carga de óxido de metal de una partícula de catalizador se expresa como el peso del óxido de metal en base al peso total de la partícula de catalizador. Las partículas del primer catalizador tienen una carga de óxido de metal de 5-10 % en peso en base al peso total de las partículas del primer catalizador. La carga de óxido de metal de las partículas de catalizador puede determinarse con técnicas analíticas convencionales tales como análisis elementales o reducción a temperatura programada (RTP) como se describió en el documento EP0242920. Puede apreciarse que, como resultado de un tratamiento de sinterización para la preparación de las partículas de catalizador, o a partir de un método diferente de preparación, una porción del óxido de metal puede quedar encapsulada dentro de material de soporte, por ejemplo, cuando se sellan los poros estrechos durante el tratamiento de sinterización. Sin embargo, la diferencia entre este óxido de metal encapsulado o incrustado y el óxido de metal presente en el soporte puede determinarse fácilmente mediante una reducción programada de la temperatura. Los detalles de esta técnica de medición se describen por N. W. Hurst, S. J. Gentry, A. Jones and B. D. McNicol Catal. Rev. Sci. Eng 24(2), 233 309 (1982). De este modo puede determinarse la cantidad de óxido de metal presente en las partículas de catalizador y accesibles a los gases.

Dichas partículas del segundo catalizador tienen una carga de óxido de metal de menos de 3 % en peso en base al peso total de las partículas del segundo catalizador.

Las partículas de catalizador con la carga deseada de óxido de metal pueden obtenerse mediante procesos de preparación estándar tales como la impregnación (por ejemplo, impregnación por humedad incipiente) del material de soporte.

La formación de SO<2>es indeseable y las reacciones secundarias se minimizan preferentemente para maximizar el rendimiento de azufre elemental obtenido. Por lo tanto, los materiales de soporte típicos son inertes, es decir que no tiene actividad sustancial hacia la reacción de Claus (1) y las reacciones de oxidación enumeradas anteriormente 2 4 en la presente descripción. Ver también el documento EP409353 para materiales de soporte inertes adecuados. El material inerte puede usarse en lechos de catalizadores para la oxidación selectiva de H<2>S para promover la capacidad calorífica de todo el lecho. Esto reduce las variaciones de temperatura durante las condiciones de operaciones. Las propiedades inertes del material pueden obtenerse mediante una baja área superficial de la partícula de ese material o mediante propiedades intrínsecas del material. Sin embargo, una baja área superficial también resultará en una actividad deficiente una vez cargada con óxidos de metal (es decir el material catalizador activo) y se requerirían grandes volúmenes de catalizador. Por lo tanto, se prefiere usar materiales que tengan poca o ninguna actividad hacia la reacción de Claus y la reacción de oxidación selectiva.

Pueden obtenerse resultados particularmente buenos cuando el primer material de soporte y el segundo material de soporte comprenden sílice. Cuando la actividad por la reacción de Claus es suficientemente alta por ejemplo en presencia de un catalizador, también ocurrirá la reacción de Claus inversa que genera H<2>S y SO<2>a partir de azufre y agua. Esto reduce la selectividad global. Por lo tanto, los materiales de soporte se seleccionan preferentemente basándose en esta propiedad.

La temperatura de entrada del lecho catalítico se mantiene preferentemente lo más baja posible dado que calentar la entrada requiere energía. Se prefiere, además, que la temperatura de entrada no supere los 240 °C, la cual es la temperatura que es usada típicamente en las plantas Claus. Temperaturas superiores a 240 °C requerirían energía y equipamiento adicional, ya que los recalentadores de vapor que se emplean preferentemente en las plantas Claus ya no serían suficientes.

Las capas del lecho catalítico pueden comprender además partículas inertes las cuales están típicamente basadas en el mismo material de soporte que las partículas de catalizador en el lecho catalítico. Por tanto, partículas inertes particularmente adecuadas son partículas que consisten esencialmente de a-alúmina, sílice, carburo de silicio o carbón activado. Curiosamente, aumentar la relación de partículas inertes frente a partículas catalíticas típicamente disminuye la actividad del lecho catalítico, pero no da como resultado una mayor selectividad de la reacción de oxidación selectiva. Esto ilustra la naturaleza impredecible de la reacción de oxidación selectiva y el elemento sorprendente de la presente invención.

Sin desear estar sujeto a la teoría, los presentes inventores creen que la menor actividad y la mayor selectividad acoplada como resultado de una menor carga de óxido de metal, pueden estar conectadas con ciertos efectos de transporte intrapartículas dentro de las partículas de catalizador. Se descubrió que la presente invención daba resultados particularmente buenos cuando las partículas del primer catalizador tienen un volumen de poros de 0, 8 1,2 mm3/g, preferentemente aproximadamente 1 mm3/g y las segundas partículas de catalizador tienen un volumen de poros de más de 1,2 mm3/g medido mediante técnicas de intrusión de mercurio. Estos volúmenes de poros son particularmente preferidos para partículas de catalizador basadas en óxido de hierro como óxido de metal y sílice como material portador. Estos volúmenes de poros son particularmente adecuados para mantener un buen desempeño de la partícula de catalizador, así como también para mantener una buena integridad mecánica de la partícula de catalizador, de esta manera se limita la trituración innecesaria de partículas y un aumento de caída de presión sobre el lecho catalítico.

Aspectos tales como la distribución del tamaño de partículas de las partículas de catalizador, el tamaño promedio de partículas de las partículas de catalizador y la interacción del óxido de metal con el material de soporte pueden posiblemente influir en la selectividad de la reacción. Estos aspectos pueden variar las propiedades intrínsecas de la partícula de catalizador.

Otro parámetro que puede usarse ventajosamente para mejorar el rendimiento de azufre elemental es la relación volumétrica de las diferentes capas de catalizador dentro de lecho catalítico. Como se describió anteriormente en la presente descripción, se prefiere que la carga de óxido de metal de cada capa coincida sustancialmente con la temperatura local. La temperatura de la corriente de gas puede no aumentar linealmente a través del lecho catalítico y/o la diferencia en la carga de óxido de metal puede no ser lineal de una capa a la siguiente capa. El volumen de la primera capa de catalizador es 15-50 % en volumen, preferentemente 20-30 % en volumen del volumen total del lecho catalítico.

El volumen de la segunda capa de catalizador es 50-85 % en volumen, preferentemente 70-80 % en volumen del volumen total del lecho catalítico.

El lecho catalítico de la presente invención proporciona resultados particularmente buenos cuando este se proporciona en un reactor adiabático. Sin embargo, en principio este puede usarse ventajosamente en cualquier reactor que esté aislado de manera que se obtenga un perfil de temperatura sobre el lecho catalítico durante el proceso de oxidación selectiva (es decir la temperatura de reacción aumenta en la dirección del flujo de la corriente de gas sobre el lecho del catalizador).

La presente invención puede ilustrarse mediante los ejemplos siguientes.

Ejemplo 1 - lecho catalítico de una sola capa

Una corriente de gas de entrada que comprende 1,0 % en vol. de H<2>S, 0,07 % en vol. de SO<2>, 30 % en vol. de H<2>O, y balance con N<2>hasta 100 % en vol., junto con oxígeno en una relación molar de 2:1 de oxígeno a H<2>S, se pasó sobre un lecho catalítico de una sola capa que comprende 50 % en vol. de 5 % en peso de óxido de hierro (Fe<2>O<3>) sobre catalizador de sílice mezclado con 50 % en vol. de alúmina inerte ubicado en un reactor de cuarzo de lecho fijo semi-adiabático de laboratorio. Fue usada una velocidad espacial de 2000 h-1.

La corriente de salida se analizó mediante un cromatógrafo de gases para determinar la selectividad y el rendimiento de azufre. Los resultados se proporcionan en la Tabla 1.

Tabla 1

Ejemplo 2 - baja carga de óxido de metal

Se repitió el ejemplo 1, pero el H<2>S se pasó sobre un lecho de una sola capa de catalizador que comprendía 50 % en vol. de 2 % en peso de óxido de hierro (Fe<2>O<3>) sobre catalizador de sílice mezclado con 50 % en vol. de alúmina inerte. Los resultados se proporcionan en la Tabla 2.

Tabla 2

De la Tabla 2 está claro que, en comparación con la Tabla 1, se obtiene una selectividad promedio más alta al aplicar una carga de óxido de hierro más baja. Esto se traduce en un alto rendimiento hacia azufre elemental. Una carga menor de óxido de metal también reduce la actividad del lecho catalítico como se ilustra por la temperatura de entrada requerida para alcanzar el rendimiento máximo la cual asciende a 250°C. Esta temperatura de entrada es demasiado alta para la aplicación directa como una sola capa en aplicaciones industriales mediante el uso de un recalentador de vapor.

Ejemplo 3 - efecto de la dilución del catalizador con material inerte

Se repitió el ejemplo 1, pero el H<2>S se pasó sobre un lecho catalítico de una sola capa que comprende 100 % en vol. de 5 % en peso de óxido de hierro (Fe<2>O<3>) sobre catalizador de sílice (por lo tanto, no estaba presente ningún material inerte). Los resultados se proporcionan en la Tabla 3.

Tabla 3

La comparación de los resultados en la Tabla 3 y la Tabla 1 indica que no hay diferencias en la selectividad entre un 5 % en peso de óxido de hierro (Fe<2>O<3>) sobre catalizador de sílice con o sin material inerte. Simplemente diluir el lecho catalítico mediante la adición de material inerte, y de esta manera reducir la carga de óxido de hierro a través de todo el lecho catalítico, no proporciona una mayor selectividad como se ilustra al comparar las Tablas 1 y 3. Esta observación soporta la necesidad de reducir la carga de óxido de metal sobre las partículas reales del catalizador. Ejemplo 4 - efecto del lecho estratificado de catalizador

Una corriente de entrada que comprende 1, 0 % en vol. de H<2>S, 0,07 % en vol. SO<2>, 30 % en vol. H<2>O, y balance con N<2>junto con oxígeno en una relación molar de 2:1 de oxígeno a H<2>S se pasó sobre un lecho bicapa de catalizador que comprende 25 % en vol. de una primera capa (superior) de 5 % en peso de óxido de hierro (Fe<2>O<3>) sobre catalizador de sílice y 75 % en vol. de una segunda capa (inferior) de 2 % en peso de óxido de hierro (Fe<2>O<3>) sobre catalizador de sílice ubicado en un reactor de cuarzo de lecho fijo semi-adiabático de laboratorio. Se estableció una velocidad espacial de 2000 h-1. La corriente de salida se analizó mediante un cromatógrafo de gases para determinar la conversión, selectividad y rendimiento de azufre. Los resultados se proporcionan en la Tabla 4.

Tabla 4

La comparación de los resultados de la Tabla 4 con la Tabla 1 muestra que se obtiene un mayor rendimiento con la multicapa a la temperatura óptima, la cual es 225 °C para la Tabla 4 y 245 °C para la Tabla 1.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Lecho catalítico fijo para la oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno con oxígeno, dicho lecho catalítico comprende una primera capa de catalizador y una segunda capa de catalizador, en donde la primera capa de catalizador comprende partículas del primer catalizador que comprende un primer material de soporte que comprende sílice y un primer óxido de metal que comprende Fe<2>O<3>, y la segunda capa de catalizador comprende partículas del segundo catalizador que comprenden un segundo material de soporte que comprende sílice y un segundo óxido de metal que comprende Fe<2>O<3>, en donde dichas partículas del primer catalizador tienen una mayor carga de Fe<2>O<3>en base al peso total de las partículas del primer catalizador que la carga de Fe<2>O<3>de dichas partículas del segundo catalizador en base al peso total de las partículas del segundo catalizador, en donde dicha carga de Fe<2>O<3>de las partículas del segundo catalizador es inferior al 3 % en base al peso total de dichas partículas del segundo catalizador, en donde dicha carga de Fe<2>O<3>de las partículas del primer catalizador está en el intervalo de 5-10 % en base al peso total de las partículas del primer catalizador, y en donde el volumen de la primera capa de catalizador es 15-50 % en vol. del volumen total del lecho catalítico y el volumen de la segunda capa de catalizador es 50-85 % en vol. del volumen total del lecho catalítico.

2. Lecho catalítico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el volumen de la primera capa de catalizador es 20-30 % en vol. del volumen total del lecho catalítico.

3. Lecho catalítico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el volumen de la segunda capa de catalizador es 70-80 % en vol. del volumen total del lecho catalítico.

4. Lecho catalítico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera capa de catalizador y/o la segunda capa de catalizador comprenden además partículas inertes que consisten en alfaalúmina, sílice, carburo de silicio o carbón activado.

5. Proceso para la oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno, que comprende pasar una corriente de gas que comprende sulfuro de hidrógeno junto con oxígeno sobre el lecho catalítico fijo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde la corriente de gas primero entra en contacto con la primera capa de catalizador y subsecuentemente entra en contacto con la segunda capa de catalizador de manera que el sulfuro de hidrógeno se oxida para formar azufre elemental, en donde la temperatura de entrada del lecho catalítico se mantiene por encima de 150 °C, la corriente de gas comprende entre 0,1 y 2,5 % en vol. de sulfuro de hidrógeno, la corriente de gas comprende además oxígeno y la relación molar de oxígeno a sulfuro de hidrógeno se mantiene entre 0,5 y 1,5 en la entrada del lecho catalítico, la velocidad espacial horaria de la corriente de gas en el lecho catalítico está entre 1000 - 12000 h<-1>, la temperatura del lecho del catalizador está entre 150 - 300 °C.

6. Proceso de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la corriente de gas comprende entre 0,5 y 1,5 % en vol. de sulfuro de hidrógeno.

7. Planta para la oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno que comprende el lecho catalítico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, dicha planta se ubica aguas abajo de una unidad de recuperación de azufre, en particular una planta Claus.