JPH0475057B2 - - Google Patents

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JPH0475057B2
JPH0475057B2 JP18369284A JP18369284A JPH0475057B2 JP H0475057 B2 JPH0475057 B2 JP H0475057B2 JP 18369284 A JP18369284 A JP 18369284A JP 18369284 A JP18369284 A JP 18369284A JP H0475057 B2 JPH0475057 B2 JP H0475057B2
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gas
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sulfide
reaction
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【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

発明の目的 産業上の利用分野 本発明は、硫化水素含有ガスから元素硫黄を回
収する為の触媒及び方法、特に炭化水素、水素、
一酸化炭素、炭酸ガス等を共存している比較的低
濃度の硫化水素含有ガスを処理して直接元素硫黄
を回収する為の触媒及び方法に関するものであ
る。 従来の技術 このような硫化水素含有ガスから元素硫黄を回
収するために従来一般的に行われている方法は、
先ず適当な吸収液、例えば熱炭酸カリ溶液とか、
アミン系吸収液とかを用いて硫化水素を吸収し、
その溶液を再生することにより比較的高濃度の硫
化水素ガスを得て、その一部を燃焼して亜硫酸ガ
スとし、その亜硫酸ガスを残りの硫化水素と反応
させる、いわゆるクラウス反応により元素硫黄を
回収している。この方法は、硫化水素の1部を燃
焼する高温時に進行するサーマルコンバージヨン
と、その後に主としてアルミナ触媒との接触によ
るクラウス反応、即ち 2H2S+SO2→3S+2H2O が進行するキマタリテイツクコンバージヨンとか
ら構成され、硫黄回収率は条件により異なるが、
95〜97%程度である。 この従来法では、クラウス反応装置にガスを導
入する前の処理として前期の硫化水素を吸収した
溶液を再生しなければならないので、多くの熱エ
ネルギーを必要とし、特に原料ガス中に炭酸ガス
も含んでいる場合は炭酸ガスも硫黄水素と同時に
吸収されているので、吸収液の再生エネルギーは
更に増加する。 また原料ガス中に炭酸ガスが共存する場合は、
その炭酸ガスがサーマルコンバージヨン過程にお
いて生成した硫黄と反応して、COS、CS2等の有
機硫黄化合物を生成し、硫黄回収率の低下を来
す。 またクラウス装置への供給ガス中の硫化水素濃
度が約30%以下では、硫化水素の一部燃焼時にそ
の燃焼熱を補うための補助燃料を必要とする。 更に、クラウス反応は平衡上低温度有利である
が、その平衡定数Kpは比較的小さいため、上述
のように反応器を3段設置しても硫黄回収率は97
%程度であり、亜硫酸ガスの公害対策として
SCOT法、ビーボン法などのテイルガスの処理設
備を設置する必要がある。 近年、かかる従来法の欠点を改良する手段とし
て、硫化水素含有ガスを触媒の存在下で直接接触
酸化して元素硫黄に転換する方法が開示されてい
る。即ち特開昭57−129807号にはアルミナ触媒を
使用して液相で酸化して元素硫黄に転換する方法
が示されているが、この方法では触媒の活性が低
く、且つ液体硫黄を循環して液相で反応を進行さ
せる為その循環方法に問題がある。また特開昭58
−161908号、特開昭58−36906号、特開昭58−
156508号等にも接触的にH2Sを酸化する方法が開
示されているが、これらはいづれもテイルガス処
理設備を設置する必要がある。 またテイルガス処理工程を省くことを目的とし
てクラウス反応を低温(硫黄の露点付近域はそれ
以下の温度)で行う方法が特開昭59−11523号、
特開昭58−45720号等に開示されているが、これ
らの方法は反応を硫黄の露点付近で行うので、元
素硫黄の触媒への付着によつて触媒が活性低下を
起すために、触媒の再生工程を必要とし、触媒の
寿命も長期間期待できない。 発明が解決しようとする問題点 上述のような従来の欠点を解消するため、 2H2S+SO2→3S+2H2O の反応によらず、直接に硫化水素を酸化して元素
硫黄とする反応、即ち、 2H2S+O2→2S+2H2O の反応が平衡上及び反応条件上極めて有利である
ことに着目し、鋭意研究の結果本発明を完成する
に至つた。 発明の構成 問題点を解決するための手段 即ち第1の発明は、ビスマスの酸化物又は硫化
物とアンチモンの酸化物又は硫化物とを触媒活性
成分とする硫化水素直接酸化触媒であり、第2の
発明は、ビスマスの酸化物又は硫化物とアンチモ
ンの酸化物又は硫化物とを触媒活性成分とする触
媒の存在下、硫化水素を含有するガスを温度200
〜350℃で分子状酸素と反応させ、硫化水素を選
択的に酸化して元素硫黄に転換することによりな
る硫化水素含有ガスから直接元素硫黄を回収する
方法である。 本発明を適用しうる分野は、硫化水素含有ガス
であるればどのようなガスでもよいが、石油精製
のオフガス、石炭・重油等の部分酸化による生成
ガスの精製、クラウス硫黄回収装置のテイルガス
の処理など、硫化水素の含有量が20重量%以下の
比較的低濃度のガスを処理するのに特に適してい
る。 以下触媒について詳述する。この触媒は、活性
因子としてビスマス成分とアンチモン成分とを含
有する。 ビスマス成分又はアンチモン成分は各々単独で
も硫化水素を酸化する活性を有するが、両者を共
存させることにより活性及び選択性が向上する。 ビスマス成分の含有量はSb/(Sb+Bi)の原
子比が0.1乃至1.0未満の範囲とするのが好まし
い。この原子比が0.1以下では点加効果が不十分
である。 Sb及びBiよりなる本発明触媒を使用するに当
つては酸化物の形態でも、硫化物の形態でもよ
い。酸化物の形態で反応器に充填しても、硫黄化
合物及び酸素の存在する反応雰囲気下ではその一
部又は全部が硫化物の形態として作用する。 触媒調製はビスマス及びアンチモンが相互作用
を発揮し易い方法であればいずれの方法でもよい
が、ビスマスの硝酸塩を硝酸溶液に溶解したもの
と、アンチモンの塩酸塩を加水分解したものとを
混合し、蒸発乾固した後、空気中で350〜700℃で
焼成する方法が好ましい。 だが原料は上記のものに限定されるものではな
い。即ちビスマスの原料としては三塩化ビスマス
でもよく、またアンチモンの原料としては吐酒石
K(SbO)C4H4O6を用いてもよい。 調製方法も上記に限定されるものではない。両
成分と担体を混合して蒸発乾固させる前段では、
両塩を加水分解した後混合するか、溶液で混合す
るか又は中和後混合するなどの方法を採用するこ
とができる。ビスマス原料として硝酸ビスマスを
用いる場合、前述の如く硝酸溶液としても良く、
またカ性ソーダで沈澱後水洗、或いは加水分解後
水洗して用いる方法でもよい。また三塩化ビスマ
スを用いる場合も塩酸溶液としても良く、加水分
解後水洗して用いてもよい。アンチモン原料とし
て吐酒石を用いる場合は、希塩酸又は希硝酸で沈
澱させた後水洗して用いる方法が良い。三塩化ア
ンチモンを用いる場合は、単に加水分解後水洗し
て用いる。 この両成分よりなる組成物はこれ自体十分に高
活性を有するので、沸石、ホウソーダ石、フオー
ジヤサイト、モルデナイト等の天然物を担体とし
て使用してもよい。Al2O3、TiO2、ZrO2、SiO2
などは酸化活性を持つているのでSO2の副生を助
長し、担体として使用することは好ましくない。 反応の温度条件は、200℃〜350℃の広範囲にわ
たり選定することができる。本触媒による 2H2S+SO2→2S+2H2O の反応に対する活性は200℃でも十分高く、生成
硫黄が触媒表面に凝縮することもなく、長期にわ
たり安定した活性を持続することが可能である。 また上記反応の平衡定数はクラウス反応の平衡
定数と比較して遥かに大きいので、高い反応温度
においても脱硫率は十分に達成することができる
が、350℃以上では生成した元素硫黄が酸素と反
応してSO2を生成する副反応が起こり、また同伴
する炭化水素等の酸化を促進するので、これ以上
の温度での操作は好ましくない。 本発明の触媒を使用する硫化水素の直接酸化反
応は常圧でも容易に進行するので、あえて高圧下
で実施する必要がなく、供給される原料ガスが保
有する圧力で実施することが経済的見地から好ま
しい。 酸化剤として供給される分子状酸素は、酸素ま
たは空気のいずれでも使用可能である。空気を使
用する場合は窒素が同伴することになり、その分
だけ装置のサイズを大にする必要があるので、硫
化水素濃度および処理すべきガス量を考慮の上、
酸素富化するか、または高純度の酸素を使用する
などの配慮が必要である。すなわちP.S.A.
(Pressured Swing Adorption)や膜分離法によ
つて酸素富化したもの、または空気分離による高
純度酸素を使用する。加える酸素量は、処理され
る硫化水素含有ガスの処理目的および利用等を考
慮して、硫化水素対酸素が容易で2:1乃至1:
1程度の割合になるように調整する。 反応器は、等温反応器、断熱反応器のいずれで
もよい。処理するガス中に含有される硫化水素の
濃度、処理ガス量及び同伴ガスの組成等に応じて
反応器1基又は2基以上を直列に設置する。2基
以上の反応器を設置する場合は、反応器とそこで
生成した硫黄の凝縮器との組み合わせを複数段直
列に設置する。 作 用 本発明によれば、低濃度の硫化水素含有ガスで
も高い脱硫率を達成することができる。また硫化
水素のみを選択的に酸化し、炭化水素や水素等に
対する酸化反応は抑制させるので、硫化水素を少
量含有する石油精製のオフガス、石炭・重油等の
部分酸化による生成ガス、天然ガス、および硫黄
回収装置のテイルガス等の処理を、より効果的に
行うことができる。 実施例 1 触媒調製 三塩化アンチモンの所定量の濃硝酸の1/2稀
釈溶液で加水分解した後アンモニア水(28%)
を300ml加え、撹拌しながら30分放置してから
櫨過、洗浄したものと、所定量の硝酸ビスマス
を濃硝酸の1/3の稀釈溶液に溶解したものとを
混合し、蒸発乾固した後、600℃で5時間、空
気中で焼成した。 反応試験法 内径10mmの石英製反応管に8〜16メツシユに
破砕・整粒した触媒を4c.c.を充填し、
H2S0.5vol%、O20.5vol%を含むN2ガスをSV
=2000h-1、常圧で供給し、250〜350℃で活性
及び選択製を比較した。ガスの分析は0.1vol%
以上はガスクロマトグラフ、それ以下を検知管
により行つた。 試験成績 反応試験結果を第1表に示す。
OBJECT OF THE INVENTION INDUSTRIAL APPLICATION The present invention relates to a catalyst and method for the recovery of elemental sulfur from hydrogen sulfide-containing gases, in particular hydrocarbons, hydrogen,
The present invention relates to a catalyst and method for directly recovering elemental sulfur by treating a relatively low concentration hydrogen sulfide-containing gas that coexists with carbon monoxide, carbon dioxide, etc. Prior Art Conventional methods for recovering elemental sulfur from hydrogen sulfide-containing gases include:
First, use a suitable absorption liquid, such as hot potassium carbonate solution,
Absorb hydrogen sulfide using an amine-based absorption liquid,
By regenerating the solution, a relatively high concentration of hydrogen sulfide gas is obtained, a portion of which is combusted to produce sulfur dioxide gas, and the sulfur dioxide gas is reacted with the remaining hydrogen sulfide to recover elemental sulfur through the so-called Claus reaction. are doing. This method consists of thermal conversion, which occurs at high temperatures by burning part of the hydrogen sulfide, and then chimeratile conversion, in which the Claus reaction mainly occurs through contact with an alumina catalyst, i.e., 2H 2 S + SO 2 → 3S + 2H 2 O. The sulfur recovery rate varies depending on the conditions, but
It is about 95-97%. In this conventional method, the solution that absorbed hydrogen sulfide in the previous stage must be regenerated as a treatment before introducing the gas into the Claus reactor, so it requires a lot of thermal energy, especially when the raw material gas also contains carbon dioxide gas. In this case, carbon dioxide gas is also absorbed at the same time as sulfur and hydrogen, so the regeneration energy of the absorption liquid further increases. In addition, if carbon dioxide gas coexists in the raw material gas,
The carbon dioxide gas reacts with sulfur produced during the thermal conversion process, producing organic sulfur compounds such as COS and CS2 , resulting in a decrease in sulfur recovery rate. Furthermore, if the hydrogen sulfide concentration in the gas supplied to the Claus device is approximately 30% or less, auxiliary fuel is required to compensate for the combustion heat when partially combusting the hydrogen sulfide. Furthermore, although the Claus reaction has an equilibrium advantage at low temperatures, its equilibrium constant Kp is relatively small, so even if three reactors are installed as described above, the sulfur recovery rate is still 97%.
%, and as a countermeasure against sulfur dioxide gas pollution.
It is necessary to install tail gas processing equipment such as the SCOT method and Bevon method. In recent years, as a means of improving the drawbacks of such conventional methods, a method has been disclosed in which hydrogen sulfide-containing gas is directly catalytically oxidized in the presence of a catalyst to convert it into elemental sulfur. Specifically, JP-A-57-129807 discloses a method of converting elemental sulfur by oxidation in the liquid phase using an alumina catalyst, but this method has low catalyst activity and requires circulation of liquid sulfur. Since the reaction proceeds in the liquid phase, there is a problem with the circulation method. Also, JP-A-58
−161908, JP-A-58-36906, JP-A-58-
Methods of catalytically oxidizing H 2 S are also disclosed in No. 156508, but all of these require the installation of tail gas treatment equipment. In addition, in order to omit the tail gas treatment process, a method of carrying out the Claus reaction at low temperatures (temperatures below the dew point of sulfur) is disclosed in JP-A-59-11523.
These methods are disclosed in JP-A No. 58-45720, etc., but since the reaction is carried out near the dew point of sulfur, the activity of the catalyst decreases due to the attachment of elemental sulfur to the catalyst. A regeneration process is required, and the catalyst cannot be expected to have a long service life. Problems to be Solved by the Invention In order to solve the above-mentioned conventional drawbacks, hydrogen sulfide is directly oxidized to elemental sulfur without using the reaction 2H 2 S + SO 2 → 3S + 2H 2 O, that is, Noting that the reaction 2H 2 S+O 2 →2S+2H 2 O is extremely advantageous in terms of equilibrium and reaction conditions, the present invention was completed as a result of intensive research. Means for Solving the Constituent Problems of the Invention That is, the first invention is a hydrogen sulfide direct oxidation catalyst containing bismuth oxide or sulfide and antimony oxide or sulfide as catalytically active components; In the invention, a gas containing hydrogen sulfide is heated at a temperature of 200°C in the presence of a catalyst containing bismuth oxide or sulfide and antimony oxide or sulfide as catalytically active components.
This is a method for recovering elemental sulfide directly from a hydrogen sulfide-containing gas by reacting it with molecular oxygen at ~350°C to selectively oxidize hydrogen sulfide and convert it to elemental sulfide. The present invention can be applied to any gas containing hydrogen sulfide, including off-gas from oil refining, purification of gas produced by partial oxidation of coal and heavy oil, and tail gas from Claus sulfur recovery equipment. It is particularly suitable for processing gases with relatively low concentrations of hydrogen sulfide, such as those containing less than 20% by weight. The catalyst will be explained in detail below. This catalyst contains bismuth and antimony components as active factors. Although each of the bismuth component and the antimony component has the activity of oxidizing hydrogen sulfide when used alone, the activity and selectivity are improved by having both components coexisting. The content of the bismuth component is preferably such that the atomic ratio of Sb/(Sb+Bi) is in the range of 0.1 to less than 1.0. If this atomic ratio is less than 0.1, the added effect will be insufficient. When using the catalyst of the present invention consisting of Sb and Bi, it may be in the form of an oxide or a sulfide. Even if the reactor is filled in the form of an oxide, part or all of it acts as a sulfide in a reaction atmosphere containing sulfur compounds and oxygen. The catalyst may be prepared by any method as long as bismuth and antimony easily interact with each other, but by mixing bismuth nitrate dissolved in a nitric acid solution and antimony hydrochloride hydrolyzed, A method of evaporating to dryness and then firing in air at 350 to 700°C is preferred. However, the raw materials are not limited to those mentioned above. That is, bismuth trichloride may be used as a raw material for bismuth, and tartarite K(SbO) C 4 H 4 O 6 may be used as a raw material for antimony. The preparation method is also not limited to the above. In the first step, both components and the carrier are mixed and evaporated to dryness.
Methods such as hydrolyzing both salts and then mixing them, mixing them in a solution, or neutralizing them and then mixing them can be adopted. When bismuth nitrate is used as a bismuth raw material, it may be used as a nitric acid solution as described above,
Alternatively, it may be precipitated with caustic soda and then washed with water, or hydrolyzed and then washed with water. Also, when bismuth trichloride is used, it may be used as a hydrochloric acid solution, or it may be washed with water after hydrolysis. When tartarite is used as an antimony raw material, it is best to precipitate it with dilute hydrochloric acid or dilute nitric acid and then wash it with water. When antimony trichloride is used, it is simply washed with water after hydrolysis. Since the composition consisting of these two components itself has sufficiently high activity, natural products such as zeolite, borosodite, faujasite, and mordenite may be used as carriers. Al2O3 , TiO2 , ZrO2 , SiO2
etc. have oxidizing activity and promote the by-production of SO 2 , making it undesirable to use them as carriers. The temperature conditions for the reaction can be selected over a wide range of 200°C to 350°C. The activity of this catalyst for the reaction of 2H 2 S + SO 2 →2S + 2H 2 O is sufficiently high even at 200°C, and the generated sulfur does not condense on the catalyst surface, making it possible to maintain stable activity for a long period of time. Furthermore, the equilibrium constant of the above reaction is much larger than that of the Claus reaction, so a sufficient desulfurization rate can be achieved even at high reaction temperatures; Operation at temperatures higher than this is not preferable because a side reaction occurs in which SO 2 is produced and oxidation of accompanying hydrocarbons is promoted. Since the direct oxidation reaction of hydrogen sulfide using the catalyst of the present invention easily proceeds even at normal pressure, there is no need to carry out the reaction under high pressure, and it is economically advantageous to carry out the reaction at the pressure possessed by the supplied raw material gas. preferred. The molecular oxygen supplied as an oxidizing agent can be either oxygen or air. If air is used, nitrogen will be accompanied, and the size of the equipment will need to be increased accordingly, so consider the hydrogen sulfide concentration and the amount of gas to be treated.
Care must be taken to enrich oxygen or use highly purified oxygen. i.e. PSA
Oxygen enriched with (Pressured Swing Adorption) or membrane separation method, or high purity oxygen with air separation is used. The amount of oxygen to be added is determined by considering the processing purpose and use of the hydrogen sulfide-containing gas to be treated, and the ratio of hydrogen sulfide to oxygen is easily 2:1 to 1:1.
Adjust so that the ratio is about 1. The reactor may be either an isothermal reactor or an adiabatic reactor. Depending on the concentration of hydrogen sulfide contained in the gas to be treated, the amount of gas to be treated, the composition of the accompanying gas, etc., one or more reactors are installed in series. When two or more reactors are installed, multiple stages of combinations of reactors and condensers for the sulfur produced therein are installed in series. Effect According to the present invention, a high desulfurization rate can be achieved even with a low concentration of hydrogen sulfide-containing gas. In addition, it selectively oxidizes only hydrogen sulfide and suppresses the oxidation reaction of hydrocarbons, hydrogen, etc., so it can be used for offgas from oil refining that contains small amounts of hydrogen sulfide, gas produced by partial oxidation of coal and heavy oil, natural gas, etc. Tail gas and the like from the sulfur recovery device can be processed more effectively. Example 1 Catalyst Preparation A predetermined amount of antimony trichloride was hydrolyzed with a 1/2 diluted solution of concentrated nitric acid, followed by aqueous ammonia (28%).
Add 300 ml of the solution, leave it for 30 minutes while stirring, then pass through a sieve, mix the washed product with a predetermined amount of bismuth nitrate dissolved in a 1/3 diluted solution of concentrated nitric acid, and evaporate to dryness. , and calcined in air at 600°C for 5 hours. Reaction test method A quartz reaction tube with an inner diameter of 10 mm was filled with 4 c.c. of catalyst crushed and sized into 8 to 16 meshes.
SV N2 gas containing H2S0.5vol %, O2 0.5vol%
= 2000h -1 , supplied at normal pressure, and compared the activity and selective products at 250 to 350°C. Gas analysis is 0.1vol%
The above was carried out using a gas chromatograph, and the following was carried out using a detection tube. Test results The reaction test results are shown in Table 1.

【表】 実施例 2 触媒調製 Sb/(Sb+Bi)の原子比を0.5に固定して、
実施例1で示した方法で蒸発乾固の前段まで行
つた後、Sb及びBiが酸化物(Sb2O3及び
Bi2O3)として所定の含量になる様に沸石を混
合し、蒸発乾固後、600℃、4時間空気中で焼
成した。 反応試験法 実施例1と同様の方法で行つた。 試験成績 反応試験結果を第2表に示す。
[Table] Example 2 Catalyst Preparation The atomic ratio of Sb/(Sb+Bi) was fixed at 0.5,
After performing the first step of evaporation to dryness using the method shown in Example 1, Sb and Bi were converted into oxides (Sb 2 O 3 and
Zeolite was mixed to a predetermined content (Bi 2 O 3 ), evaporated to dryness, and then calcined in air at 600° C. for 4 hours. Reaction test method The reaction test was conducted in the same manner as in Example 1. Test results The reaction test results are shown in Table 2.

【表】 この表より、SbとBiが酸化物として50%以上
含有されていれば、沸石等の担体を使用しても活
性が十分であることがわかる。 実施例 3 天然ガス、石炭ガス等に含まれる硫化水素を対
象とした場合、炭化水素、H2、CO等の燃焼によ
る損失が問題となるので、触媒番号10の触媒を使
用してH2S共存下における炭化水素、H2及びCO
の燃焼性について検討した。 内径10mmの石英製反応管に8〜16メツシユに破
砕・整粒した触媒を4c.c.充填し、H2S2.5vol%、
O22.5vol%を含むN2ガスにCH4、H2、COの内い
ずれか一種類のガスを2vol%となるように混合し
て、SV=2000h-1、常圧で供給し、250〜400℃で
のCH4、H2、COの燃焼開始温度について検討し
た。ガスの分析はガスクロマトグラフを用いて行
つた。 試験結果を第1図に示す。本発明の触媒を使用
した場合、水素は250℃以下、COは300℃以下、
C4炭化水素は320℃以下、CH4は400℃以下では燃
焼しないことがわかる。 実施例 4 使用最適温度を知るため、前述の触媒番号4の
触媒(Sb(Sb+Bi)の原子比0.5)を用いて、実
施例1で述べた試験方法によつて反応温度が活性
及び選択製に及ぼす影響について検討した。反応
温度とH2S転化率との関係を第2図に、反応温度
と出口SO2との関係を第3図に示す。200℃以下
では十分な活性が得られず、また300℃以上では
選択製が低下するので、この組成の触媒の最適使
用温度は200〜300℃とするのが好ましいことが示
されている。 応用例 1 低濃度の硫化水素含有ガスを処理する一例とし
て、H2S:1vol%、SO2:0.5vol%、COS及び
CS2:0.06vol%を含有するクラウス法硫黄回収装
置のテイルガス処理に応用した場合を示す。 第4図において上記組成のクラウス法テイルガ
スは供給ライン4からCo−Mo又はNi−Moなど
の水点触媒を充填した水点塔1に供給され、テイ
ルガス中のSO2、COS、CS2等はライン5から供
給される水素と反応してH2Sに変換される。 上記還元工程を経たガスは、Sb−Bi触媒を充
填した反応器2に供給され、ライン6より供給さ
れる空気中の酸素と反応して元素硫黄を生成す
る。生成した元素硫黄はコンデンサー3で凝縮分
離され、回収ライン7から回収される。 H2Sのほとんどを元素硫黄として分離回収され
たガスはそのままライン8からインシネレーター
に導かれ、H2SはSO2に変換されて大気中に放出
される。 Sb−Bi触媒を使用しH2S含有ガスから直接元
素硫黄を回収する本発明方法によれば、未反応
H2S及び副生SO2の量が極めて僅かなのでインシ
ネレーターでSO2に変換した後そのまま大気に放
出することが可能である。 発明の効果 硫化水素含有ガスを直接酸化することによ
り、従来のクラウス法での前処理、即ち硫化水
素のアミン溶液等による吸収・再生操作、硫化
水素を一部燃焼するための燃焼炉、廃熱ボイラ
ー等が不要になり、建設費、ユーテイリテイー
ズが節減できる。 2H2S+SO2→3S+2H2Oの反応の平衡定数
Kpが極めて大きく、本発明による触媒はこの
反応に対して活性、選択性が優れているので、
硫化水素を極めて高い回収率で元素硫黄に転換
できる。このため従来のクラウス法で必要とす
るテイルガス処理設備、或いは低温操作による
触媒の再生工程を必要とせず、建設費を大幅に
減少することができる。 高温においても触媒の劣化がなく、反応温度
範囲を広くすることができ、生成硫黄による触
媒の活性低下などが避けられ、長期にわたり高
活性を持続することができる。 硫化水素のみを選択的に酸化し、炭化水素や
水素等に対する酸化反応は抑制されるので、硫
化水素を少量含有する炭化水素原料、例えば石
油精製オフガス、石炭・石油等の部分酸化によ
つて生成する化学工業原料ガスの精製、及び従
来の硫黄回収装置のテイルガスの処理など、広
範囲にわたり効果的に利用することができる。
[Table] From this table, it can be seen that if Sb and Bi are contained as oxides at 50% or more, the activity is sufficient even if a carrier such as zeolite is used. Example 3 When targeting hydrogen sulfide contained in natural gas, coal gas, etc., loss due to combustion of hydrocarbons, H 2 , CO, etc. becomes a problem, so a catalyst with catalyst number 10 is used to convert H 2 S Hydrocarbons, H2 and CO in coexistence
The flammability of this material was investigated. A quartz reaction tube with an inner diameter of 10 mm was filled with 4 c.c. of catalyst crushed and sized into 8 to 16 meshes, and H 2 S 2.5 vol%,
N 2 gas containing 2.5 vol% of O 2 is mixed with any one of CH 4 , H 2 , or CO to a concentration of 2 vol%, and the mixture is supplied at SV=2000 h -1 and normal pressure, The combustion onset temperature of CH 4 , H 2 , and CO at ~400°C was investigated. Gas analysis was performed using a gas chromatograph. The test results are shown in Figure 1. When using the catalyst of the present invention, hydrogen is below 250℃, CO is below 300℃,
It can be seen that C4 hydrocarbons do not burn below 320℃, and CH4 does not burn below 400℃. Example 4 In order to find out the optimum temperature for use, the reaction temperature was determined to be active and selective by the test method described in Example 1 using the catalyst No. 4 mentioned above (atomic ratio of Sb (Sb + Bi) 0.5). The impact of this study was examined. The relationship between reaction temperature and H 2 S conversion rate is shown in FIG. 2, and the relationship between reaction temperature and outlet SO 2 is shown in FIG. 3. It has been shown that the optimal temperature for use of a catalyst with this composition is preferably 200 to 300°C, since sufficient activity cannot be obtained at temperatures below 200°C, and selectivity decreases at temperatures above 300°C. Application example 1 As an example of processing gas containing hydrogen sulfide at a low concentration, H 2 S: 1 vol%, SO 2 : 0.5 vol%, COS and
The case where it is applied to the tail gas treatment of a Claus method sulfur recovery device containing 0.06 vol% of CS 2 is shown. In FIG. 4, the Claus process tail gas having the above composition is supplied from the supply line 4 to the water point column 1 filled with a water point catalyst such as Co-Mo or Ni-Mo, and SO2 , COS, CS2 , etc. in the tail gas are It reacts with hydrogen supplied from line 5 and is converted into H 2 S. The gas that has undergone the above reduction step is supplied to a reactor 2 filled with an Sb-Bi catalyst, and reacts with oxygen in the air supplied from a line 6 to produce elemental sulfur. The generated elemental sulfur is condensed and separated in a condenser 3 and recovered through a recovery line 7. The gas that has been separated and recovered with most of the H 2 S as elemental sulfur is led directly to the incinerator through line 8, where the H 2 S is converted to SO 2 and released into the atmosphere. According to the method of the present invention, which uses an Sb-Bi catalyst to recover elemental sulfur directly from H2S -containing gas, unreacted
Since the amounts of H 2 S and by-product SO 2 are extremely small, they can be converted into SO 2 using an incinerator and then released directly into the atmosphere. Effects of the invention By directly oxidizing hydrogen sulfide-containing gas, it is possible to eliminate the pretreatment in the conventional Claus method, i.e., the absorption and regeneration operation of hydrogen sulfide using an amine solution, etc., the combustion furnace for partially combusting hydrogen sulfide, and the waste heat. There is no need for boilers, etc., and construction costs and utilities can be reduced. Equilibrium constant for the reaction 2H 2 S + SO 2 → 3S + 2H 2 O
Since Kp is extremely large and the catalyst according to the present invention has excellent activity and selectivity for this reaction,
Hydrogen sulfide can be converted to elemental sulfur with extremely high recovery rates. Therefore, there is no need for tail gas processing equipment or a catalyst regeneration process using low-temperature operation, which is required in the conventional Claus method, and construction costs can be significantly reduced. There is no catalyst deterioration even at high temperatures, the reaction temperature range can be widened, a decrease in catalyst activity due to generated sulfur, etc. can be avoided, and high activity can be maintained for a long period of time. Since it selectively oxidizes only hydrogen sulfide and suppresses the oxidation reaction of hydrocarbons and hydrogen, it can be produced by partial oxidation of hydrocarbon raw materials containing a small amount of hydrogen sulfide, such as oil refinery offgas, coal, oil, etc. It can be effectively used in a wide range of applications, including the purification of raw material gas for chemical industries, and the treatment of tail gas from conventional sulfur recovery equipment.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は炭化水素、H2、CO等の燃焼性を測定
した結果を示す図で、縦軸はそれぞれの転化率
(%)、横軸は温度(℃)、○印はCH4、△印はC4
炭化水素、▽印はH2、□印はCOを示す(実施例
3対応)。第2図はSb/(Sb+Bi)の原子比が
0.5の触媒を使用した時の反応温度とH2S転化率
との関係を示す図で、縦軸はH2S転化率(%)、
横軸は温度(℃)を示す(実施例4対応)。第3
図は反応温度と出口SO2との関係を示す図で、縦
軸は反応器出口のSO2濃度(ppm)を示す(実施
例4対応)。第4図はクラウス法硫黄回収装置の
テイルガスのような低濃度の硫化水素含有ガスを
処理する場合のプロセスフローシートを示す。
Figure 1 shows the results of measuring the flammability of hydrocarbons, H 2 , CO, etc. The vertical axis is the conversion rate (%) of each, the horizontal axis is the temperature (°C), ○ is CH 4 , △ The mark is C 4
Hydrocarbons, ▽ mark indicates H 2 , □ mark indicates CO (corresponding to Example 3). Figure 2 shows the atomic ratio of Sb/(Sb+Bi)
This is a diagram showing the relationship between reaction temperature and H 2 S conversion rate when using a catalyst of 0.5%. The vertical axis is the H 2 S conversion rate (%),
The horizontal axis indicates temperature (°C) (corresponding to Example 4). Third
The figure shows the relationship between reaction temperature and outlet SO 2 , and the vertical axis indicates the SO 2 concentration (ppm) at the reactor outlet (corresponding to Example 4). FIG. 4 shows a process flow sheet for treating gas containing low concentration hydrogen sulfide, such as the tail gas of a Claus process sulfur recovery device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ビスマスの酸化物又は硫化物とアンチモンの
酸化物又は硫化物とを触媒活性成分とする硫化水
素直接酸化触媒。 2 触媒中のSb/(Sb+Bi)の原子比が0.1乃至
1.0未満である特許請求の範囲第1項記載の触媒。 3 ビスマスの酸化物又は硫化物とアンチモンの
酸化物又は硫化物とを触媒活性成分とする触媒の
存在下、硫化水素を含有するガスを温度200〜350
℃で分子状酸素と反応させ、硫化水素を選択的に
酸化して元素硫黄に転換することによりなる硫化
水素含有ガスから直接元素硫黄を回収する方法。 4 触媒中のSb/(Sb+Bi)の原子比が0.1乃至
1.0未満である特許請求の範囲第3項記載の方法。
[Claims] 1. A hydrogen sulfide direct oxidation catalyst comprising bismuth oxide or sulfide and antimony oxide or sulfide as catalytically active components. 2 The atomic ratio of Sb/(Sb+Bi) in the catalyst is 0.1 to
1. The catalyst according to claim 1, wherein the catalyst is less than 1.0. 3. In the presence of a catalyst containing bismuth oxide or sulfide and antimony oxide or sulfide as catalytically active components, a gas containing hydrogen sulfide is heated at a temperature of 200 to 350.
A method for recovering elemental sulfide directly from a hydrogen sulfide-containing gas by selectively oxidizing hydrogen sulfide and converting it to elemental sulfur by reacting it with molecular oxygen at ℃. 4 The atomic ratio of Sb/(Sb+Bi) in the catalyst is 0.1 to
3. The method according to claim 3, which is less than 1.0.
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