JPH07509436A - 気体中に低濃度で存在するh↓2sを触媒経路によって高選択度で直接硫黄に酸化する方法及び該方法を実施するための触媒 - Google Patents

気体中に低濃度で存在するh↓2sを触媒経路によって高選択度で直接硫黄に酸化する方法及び該方法を実施するための触媒

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JPH07509436A JP6520711A JP52071194A JPH07509436A JP H07509436 A JPH07509436 A JP H07509436A JP 6520711 A JP6520711 A JP 6520711A JP 52071194 A JP52071194 A JP 52071194A JP H07509436 A JPH07509436 A JP H07509436A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、気体中に低濃度で存在するH2Sを触媒経路によって高選択度で直接 硫黄に酸化する方法に係わる。更に本発明は該方法を実施するための触媒にも係 わる。
種々の起源の気体中に低濃度、即ち15容量%未満の濃度、特に0.01%〜5 容量%の濃度で存在するH、Sを回収するために、反応Hz S +1 / 2 02→S+H20に従ってH2Sを硫黄に直接触媒酸化することを含む方法を使 用し得る。
かかる方法においては、遊離酸素を含む適量の気体、例えば酸素、空気または酸 素に富む空気と混合したH、Sを含む処理すべき気体を、H2Sを硫黄に酸化す るための触媒と接触させながら通過させるが、この接触は、形成される硫黄の露 点より高い温度(この場合は気相において酸化が行われる)または形成される硫 黄の露点より低い温度(この場合は硫黄が触媒上に付着する)のいずれかで行わ れる。後者の場合、200℃〜500℃の温度の非酸化性ガスでパージすること により、硫黄が付着した触媒を定期的に再生する必要がある。
特に、気相において、即ち約200℃以上の温度でH2Sを硫黄に直接酸化する ことは、酸化チタン(欧州特許出願公開第0078690号明細書)、アルカリ 土類金属硫酸塩を含む酸化チタン(国際特許出願第WO−A−8302068号 明細書)、酸化ニッケル及び必要によっては酸化アルミニウムを含む酸化チタン (欧州特許出願公開第0140045号明細書) 、Fe、Cu、ZnSCd、 Cr。
Mo、WSCo、N i及びBiから選択される遷移金属、好ましくはFeの1 種以上の化合物、並びに必要によってはPd5Pt、I r及びRhから選択さ れる貴金属(precious n+etal) 、好ましくはPdの1種以上 の化合物と組み合わせて使用される酸化チタン、酸化ジルコニウムまたはシリカ 系の酸化物(仏国特許出願公開第2511663号明細書)、または、上述のご とき遷移金属、特にFeの1種以上の化合物並びに必要によってはPd、Pt、 I r及びRhから選択される貴金属の1種以上の化合物と組み合わせて使用さ れる熱安定化アルミナ(仏国特許出願公開第2540092号明細書)からなる 触媒と接触させることで実施し得る。
形成された硫黄が触媒上に付着するような温度で行なうH,Sの硫黄への直接酸 化は、活性化アルミナ、ボーキサイト、シリカ/アルミナまたはゼオライトタイ プの支持体と組み合わせたFe、Cu、Cr、Mo1W、V、Co。
Ni、Ag及びMnから選択される遷移金属の塩、酸化物または硫化物といった 1種以上の化合物からなる触媒と接触させることで実施し得る(仏国特許出願公 開第2277877号)。
本発明は、気体中に低濃度で存在するH2Sを触媒経路によって直接硫黄に酸化 する方法を提供し、該方法によると、H2Sの変換率及び硫黄選択率が、時間を 経ても継続的に高値に維持されることが保証される。これによって該方法は、H 2Sを1容量%までの濃度で含む気体を大気中に放出する目的で燃焼する前に、 その最終処理段階として極めて有利となり得る。
気体中に低濃度で存在するH2Sを触媒経路によって直接硫黄に酸化する本発明 方法は、H,Sを含む気体を、0゜5〜3、好*L、、< はo、5〜1.57 7)Ox: H2Sモル比t−与え得る量の遊離酸素を含む気体と一緒に、H, Sを硫黄に酸化するための触媒と接触させながら通過させることからなり、接触 は200℃以下の温度で行ない、H,Sを硫黄に酸化するための触媒は、V、M o、WSN i及びCoからなる群から選択される1種以上の遷移金属の酸化物 、塩または硫化物化合物から選択される触媒相が取り込まれた活性炭支持体から なり、前記触媒相の量は、遷移金属の重量で表わすと、焼成触媒の重量の0.1 %〜15%、好ましくは0.2%〜7%、特に0.5%〜5%を占めることを特 徴とする。
酸化触媒は、触媒支持体を形成する微粉固体中に1種以上の金属化合物を取り込 む種々の公知の方法を使用することにより製造し得る。特に、粉末、錠剤、顆粒 、押出物または他の凝集形態の選択した支持体に、水のごとき溶剤中に遷移金属 V、Mo、W、N i及びCoの1種以上の塩から選択される所望の金属化合物 を含む溶液またはゾルを含浸させ、含浸支持体を乾燥し、乾燥品を250℃〜5 00℃の温度で焼成することにより製造し得る。この作業は、不活性雰囲気中で 実施するのが好ましい。
支持体中に取り込む遷移金属V、Mo、W、Ni及びCOの化合物の合計量は、 酸化触媒に使用した遷移金属の全重量含有量が、焼成後に、0,1%〜15%、 好ましくは0.2%〜7%、特に0.5%〜5%を占めるように選択する。
処理すべき気体中に存在するH2Sを硫黄に酸化するために使用される遊離酸素 を含む気体は一般に空気であるが、純粋な酸素、酸素に富む空気、または酸素と 窒素以外の不活性ガスとを種々の割合で含む混合物を使用してもよい。
遊離酸素を含む気体とH2Sを含む処理すべき気体とを酸化触媒と別々に接触さ せてもよい。しかしながら、触媒と接触させる間極めて均一な気体反応混合物を 得るために、まずH2Sを含む処理すべき気体を遊離酸素を含む気体と混合し、 このように生成した混合物を酸化触媒と接触させるのが好ましい。
上述したように、遊離酸素を含む気体は、H,Sを硫黄に酸化する触媒と接触さ せる反応混合物中で0.5〜3、特に0.5〜1.5の02:H2Sモル比を与 えるような量で使用する。
気体反応混合物と酸化触媒との接触時間は、標準圧力及び温度条件で0.5〜2 0秒間、好ましくは1〜5秒間とし得る。
H2Sを含む処理すべき気体及び遊離酸素を含む気体と触媒との接触通過は、H ,Sの酸化によって形成された硫黄が触媒上に付着するように200℃以下の温 度で実施する。この温度は一般に60〜180℃であり、90〜120℃の値を とるのが好ましい。
硫黄が付着した酸化触媒の再生は、前記触媒を非酸化性且つ好ましくは実質的に 乾燥した気体でパージすることにより定期的に行なうが、この作業は、触媒上に 保持されている硫黄を気化すべく200℃〜500℃、好ましくは300℃〜4 50℃の温度で実施し、次いで再生された触媒を、酸化反応に新たに適用するの に必要な温度に冷却するが、この冷却は、160℃以下の温度の不活性ガスを用 いて行なう。
HIS含む処理すべき気体と遊離酸素を含む気体とを酸化触媒に接触させること により生成された気体には通常、大気中に放出する前に、まだ含み得る微量のH ISをS02に変換するために熱または触媒燃焼を実施する。
硫黄付着酸化触媒を再生するために使用されるパージ気体はメタン、窒素、また はこのような気体の混合物でもよいし、酸化段階から発し燃焼に導かれる気体流 出物の一部からなってもよいし、H2Sを含む処理すべき気体の一部からなって もよい。
本発明の方法によって処理されるH2Sを低濃度で含む気体は種々の資源に由来 し得る。特にかかる気体は、低H8S含有量の天然ガスまたは石炭もしくは重油 のガス化から生じる気体、水素または水蒸気の作用によってH,Sに変換され得 る残留ガス、例えばSOI、メルカプタン、CO8またはC82のごとき硫黄化 合物を含む硫黄プラント残留ガスの水素化から生じる気体、或いは、Has及び S02を2=1以上のHz S : S O1モル比で含む気体流出物を、H, SとSOlの硫黄形成反応を促進し得るクラウス((、Iaus)触媒と接触さ せることにより得られるガスであって、得られた気体が硫黄化合物としてH,S のみを含むよう処理した結果化じる気体であり得る。本発明の方法は、H2Sを 0.01〜5容量%の低濃度で含む気体の処理に適用可能であり、0.01〜1 容量%のHzSを含む気体流の処理に特に適している。このような気体流は特に 、反応中に形成された硫黄が触媒上に付着する180℃以下の温度でクラウス触 媒と接触させてH,SとS02の硫黄形成反応を実施する、H,S及びS02を 含む気体の脱硫装置内で生成し、該装置内では、H2S及びS02を2=1以上 のモル比で含む気体を、かかるユニットから出る気体流が硫黄化合物としてH, Sのみを含むように処理することができる。
本発明の触媒酸化反応は、酸化段階と再生/冷却段階とを交互に行なう単一の触 媒酸化ゾーンにおいて実施し得る。
このような実施態様は、処理すべき気体がH,Sをわずかしか含まず、結果的に 触媒の再生がそれほど頻繁には行われない場合に採用される。本発明の触媒反応 は、少なくとも1つのゾーンが再生/冷却段階にあり、他のゾーンが触媒酸化段 階にあるように作動する複数の触媒酸化ゾーンにおいて実施されるのが有利であ る。触媒酸化反応段階にある1つ以上のゾーンと、再生段階にある少な(とも1 つのゾーンと、冷却段階にある少なくとも1つのゾーンとを有することにより作 動することも可能である。
酸化触媒を再生するために使用される気体は、閉回路中を、加熱ゾーンから出発 し、再生される触媒ゾーン及びそれが含むほとんどの硫黄を凝縮によって分離す る冷却ゾーンを順次通過し、加熱ゾーンに戻るよう循環するのが好ましい。再生 ガスはもちろん開回路中を移動してもよい。
再生された酸化触媒を冷却するために使用される気体は、硫黄付着触媒を再生す るために使用するものと同じタイプのものである。再生ガス及び冷却ガスの回路 は相互に独立とし得る。しかしながら、1つの実施態様によれば、上述の再生ガ ス回路が、加熱ゾーンをバイパスして冷却ゾーンの出口を被再生ゾーンの入口に 連結するバイパスを含んでもよく、これによって、前記加熱ゾーンを迂回し、再 生ガスを冷却ガスとして使用することが可能になる。
Hasを含む気体流を本発明に従って処理するとき、180℃以下の温度でクラ ウス触媒に接触させてH,SとS02の硫黄形成反応を実施し、H,S及びS0 2を上述のごとく2:1以上のモル比で含む気体を処理する、H,S及びS02 を含む気体の脱硫装置内に前記気体流を生成するが、H,S及びS02の硫黄形 成りラウス触媒反応と、H2Sを硫黄に触媒酸化する反応とは、混合反応炉と称 される同じ単一の反応炉内で実施し得る。混合反応炉は、直列に配置された2つ の触媒ゾーン、即ち、HasとSolの反応を促進し得るクラウス触媒を含み、 H,S及びSOlを2=1以上のモル比で含む気体が供給され、唯一の硫黄化合 物としてH2Sを特に0.01〜1容量%の濃度で含む気体流を与えるクラウス 触媒反応ゾーンと、本発明の酸化触媒を含み、クラウス触媒反応ゾーンから出た Hasを含む気体流と上述のごとき量の遊離酸素を含む気体とが同時に供給され る、H2Sを硫黄に触媒酸化するゾーンとを含む。反応段階(クラウス反応及び H2S酸化反応)と再生/冷却段階とを交互に行なう単一混合反応炉を使用する こともできる。少なくとも1つの反応炉が再生/冷却段階にあり、他の反応炉が 反応段階にあるように、または1つ以上の反応炉が反応段階にあり、少な(とも 1つの反応炉が再生段階にあり、且つ少なくとも1つの反応炉が冷却段階にある ように作動する複数の混合反応炉を使用することも有利である。混合反応炉にお ける上記特定の実施態様についての更なる情報は参考文献仏国特許出願公開第2 277877号に見ることができる。
以下、いかなる制限も与えることのない実施例によって本発明を説明する。
実施例1・ H2Sの硫黄への直接酸化を促進する本発明の触媒の固定床によって分離された 出口と入口とを有する触媒酸化反応炉において作業を実施した。前記反応炉は一 定温度で作動すると共に、クロックによって切換え可能な弁によって、反応段階 、即ち、ヒーターとして動作する間接熱交換器がその中に取り付けられ気体配給 管に入口が連結され、出口は排気管に連結される段階と、または、再生/冷却段 階、即ち、乾燥窒素からなる非酸化性パージガスをヒーターから出発して酸化反 応炉を通して硫黄凝縮器まで循環させ、更にヒーターに戻し、次いで再生ガスと 同じ組成の冷却ガスを再生された反応炉に循環させる手段を備えた再生/冷却回 路に構成される段階とで交互に動作するように構成されている。
触媒酸化反応炉内に存在する、Hasを硫黄に酸化する反応を促進する触媒は、 2.9重量%のバナジウムを含むバナジウム含有活性炭からなった。この触媒は 、直径約1゜6mmの押出物の形態で、BET比表面積1.000m”/gを有 する活性炭50重量部に、215重量部の水、5重量部の硫酸バナジル及び8重 量部のNaOHからなる水溶液を含浸させ、次いで回転真空蒸発装置内で作業す ることにより得られた混合物から水分を蒸発させ、得られた製品を100℃のオ ーブン内で12時間乾燥し、次いでオーブン処理した製品を窒素下に300℃で 3時間焼成することにより得た。
処理したH2S含有気体は、30容量%水蒸気及び2゜500vpmのH,Sを 含む窒素、水蒸気及びH2Sからなる気体混合物であり、その温度は100℃で あった。
周囲温度の制御量の空気をH2Sを含む処理すべき気体に加え、適当な値のo2 :H,Sモル比を有する反応気体混合物を生成し、この混合物を、ヒーターとし て動作する間接熱交換器を通すことにより、酸化のために選択された温度θまで 予熱した。
酸化反応炉を反応段階の動作を行なうように連結し、温度θに予熱した反応気体 混合物を該反応炉に注入した。注入は、反応気体混合物と酸化触媒との接触時間 が所望の値となる一方で、反応炉内の温度を、反応炉が反応段階にある間ずっと 値θに維持するのに適当な流量で行なった。脱硫された気体流出物を前記酸化反 応炉の出口にある排気管を通して回収し、Hzsの変換率及び酸化の硫黄選択率 を計算するために、そのH2S及びSO2含有量を測定した。
反応段階で6時間作動後・酸化反腎炉を再生/冷却段階に切り換えた。前記段階 を実施するため、乾燥窒素からなる再生ガス(バーンガス)の流れをまず再生す べき酸化反応炉内に流量50リットル/時間で注入した。この流れは再生回路の ヒーター内で予め温度420℃にしておいた。
被再生酸化反応炉から出た硫黄付着再生ガスは再生回路の硫黄凝縮器内に流入し 、それが含むほとんどの硫黄を凝縮によって分離するように約130℃に冷却さ れ、更にヒーターに戻され、再生に再度使用する目的で約420℃に再加熱され た。被再生酸化反応炉を通して再生ガスを3時間循環させた。これが終了した時 点で、再生された酸化反応炉を、再生ガスと同じ組成及び流量並びに温度θを有 する冷却ガス流を該反応炉中に3時間通すことにより、温度θに冷却した。
上記冷却の終了時点で、酸化反応炉は、各々が反応段階と再生/冷却段階とから なる動作サイクルの新たな反応段階に再び置かれる。
第1シリーズの実験においては、Oz:HzSモル比を0゜76とし105℃に 予熱した反応気体混合物を、酸化反応炉に流量75標準リットル/時間で供給し た。これは5TP(標準温度及び圧力)触媒接触時間4秒に対応した。反応炉内 の温度は酸化(反応段階)の間ずつと105℃に維第1動作サイクル後100% であったH、S変換率は、13動作サイクル後もこの値に維持された。第1動作 サイクル後100%であった硫黄の選択率は、9サイクル後には94.2%、1 3サイクル後には93%となった。
第2シリーズの実験においては、02:H2Sモル比を0゜5とし150℃に予 熱した反応気体混合物を、酸化反応炉に流量100標準リツトル/時間で供給し た。これはSTP触媒接触時間3秒に対応した。反応炉内の温度は反応段階の開 ずっと150℃に維持した。
2動作サイクル後、H2S変換率及び硫黄選択率はいずれも100%であった。
第37リーズの実験においては、02:H2Sモル比を0゜5とし150℃に予 熱した反応気体混合物を、酸化反応炉に流量300標準リットル/時間で供給し た。これはSTP触媒接触時間1秒に対応した。反応炉内の温度は反応段階の間 ずっと150℃に維持した。
3動作サイクル後、H2S変換率は100%を維持したが、第1サイクル後に1 00%であった硫黄選択率は95%となった。
H2S変換率は比: によって定義され、硫黄選択率は比: (H2S )I(Has )。
によって定義される。但し、上記比は%で表わされ、(H2S)1は処理すべき 気体中のH2Sのモル量を表わし、(H2S)0は処理された気体中と再生から 生じた気体中のH2Sのモル量の和を表わす。
(S O、)oは処理された気体中と再生から生じた気体中のS02のモル量の 和を表わす。
実施例2: H2Sを硫黄に酸化する反応を促進する触媒として、タングステンを3.7重量 %含むタングステン含有活性炭を使用し、実施例1に記載したのと同様の条件下 で作業することにより、H2Sを含む同じ気体を処理した。この触媒は、直径約 1.6mmの押出物の形態で、BET比表面積1.000m2/gを有する活性 炭50重量部に、100重量部の水、0.42重量部のMaOH及び2.27重 量部のH2WO4からなる水性相を含浸させ、次いで実施例1に記載のごとく、 得られた混合物から水分を蒸発させ、得られた製品をオーブン内で乾燥し、次い でオーブン処理した製品を焼成することにより得た。
第1シリーズの実験においては、02:H2Sモル比を0゜5とし150℃に予 熱した反応気体混合物を、酸化反応炉に流量100標準リツトル/時間で供給し た。これはSTP触媒接触時間3秒に対応した。反応炉内の温度は各動作サイク ルの反応段階の間ずっと150℃に維持した。
4動作サイクル後、H2S変換率は尚100%であったが、第1サイクル後に1 00%であった硫黄選択率は値84%となった。
実施例3: Hasを硫黄に酸化する反応を促進する触媒として、ニッケルを2.4重量%含 むニッケル含有活性炭を使用し、実施例1に記載したのと同様の条件下で作業す ることにより、実施例1に記載のHISを含む気体を処理した。
上記触媒は、実施例1で使用した活性炭50重量部に、70.7重量部の水及び 2.5重量部のNiC11からなる水溶液を含浸させ、次いで実施例1に記載の ごとく触媒調製を実施することにより得た。
第1シリーズの実験においては、O,:H2Sモル比を1とした反応気体混合物 を温度100℃及び流量100標準リツトル/時間で酸化反応炉に供給した。こ れは、反応気体混合物と触媒とのSTP接触時間3秒を保証するものであった。
反応炉内の温度は各動作サイクルの反応段階の間ずっと100℃に維持した。
6動作サイクル後、H,S変換率は尚100%であったが、第1サイクル後に1 00%であった硫黄選択率は値90%となった。
実施例4; H2Sを硫黄に酸化する反応を促進する触媒として、モリブデンを2.9重量% 含むモリブデン含有活性炭を使用し、実施例1に記載したのと同様の条件下で作 業することにより、実施例1に記載のH,Sを含む気体を処理した。
この触媒は、実施例1で使用した活性炭50重量部に、90重量部の水、2.4 1重量部のリンモリブデン酸H3PO4(Mo03)4及び0.16重量部のN aOHからなる水溶液を含浸させ、次いで実施例1に記載のごとく触媒調製を実 施することにより得た。
第1シリーズの実験においては、0!:H,Sモル比を0゜5とした反応気体混 合物を温度100℃及び流量100標準リツトル/時間で酸化反応炉に供給した 。これは反応気体混合物と触媒のSTP接触時間3秒を保証するものであった。
反応炉内の温度は各動作サイクルの反応段階の間ずっと100℃に維持した。
4動作サイクル後、H2S変換率は尚100%であったが、硫黄選択率は値87 %となった。
フロントページの続き (51) Int、 C1,6識別記号 庁内整理番号BOIJ 23/28  M 9342−4G23/30 M 9342−4G 23/70 M 9342−4G 27104 M 9342−4G I

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.気体中に低濃度で存在するH2Sを触媒経路によって直接硫黄に酸化する方 法であって、H2Sを含む気体を、O2H2Sモル比が0.5〜3、好ましくは 0.5〜1.5を与えるような量で遊離酸素を含む気体と一緒に、H2Sを硫黄 に酸化するための触媒に接触させながら通過させることからなり、前記接触を2 00℃以下の温度で実施し、前記H2Sを硫黄に酸化する触媒が、V、Mo、W 、Ni及びCoからなる群から選択される1種以上の遷移金属の酸化物、塩また は硫化物化合物から選択される触媒相がその中に取り込まれた活性炭支持体から なり、前記触媒相の量が、遷移金属の重量で表わすと、焼成触媒の重量の0.1 %〜15%を占めることを特徴とする方法。 2.H2Sを硫黄に酸化する触媒中に存在する触媒相の量が、焼成触媒の重量の 0.2%〜7%、好ましくは0.5%〜5%を占めることを特徴とする請求項1 に記載の方法。 3.H2Sを含む処理すべき気体と遊離酸素を含む気体とからなる気体反応混合 物と前記酸化触媒との接触時間が、標準圧力及び温度条件下で、0.5〜20秒 間、好ましくは1〜5秒間であることを特徴とする請求項1または2に記載の方 法。 4.H2Sを含む処理すべき気体及び遊離酸素を含む気体と、前記H2Sを硫黄 に酸化する触媒との接触通過を、60℃〜180℃、好ましくは90℃〜120 ℃で実施し、H2Sの酸化によって形成された硫黄が前記触媒上に付着すること を特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 5.前記硫黄が付着した触媒を、非酸化性且つ好ましくは実質的に乾燥した気体 でパージすることにより再生し、この作業を、触媒上に付着した硫黄を気化すべ く200℃〜500℃、好ましくは300℃〜450℃の温度で実施し、次いで 再生された触媒を、新たに酸化反応を実施するのに必要な温度に冷却するが、こ の冷却を、160℃以下の温度の不活性ガスによって実施することを特徴とする 請求項4に記載の方法。 6.処理すべき気体が、0.01〜5容量%の化合物H2Sを含むことを特徴と する請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。 7.処理すべき気体が、H2Sを0.01〜1容量%の濃度で含む気体流である ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。 8.前記H2Sを含む気体流を、反応の間に形成された硫黄が触媒上に付着する 180℃以下の温度でクラウス触媒と接触させてH2SとSO2の間の硫黄形成 反応を実施する、H2S及びSO2を含むガスを脱硫する装置内で生成し、前記 装置内で、H2S及びSO2を2:1以上のモル比で含む気体を、該装置から出 る気体流が硫黄化合物としてH2Sのみを含むように処理することを特徴とする 請求項7に記載の方法。 9.200℃以下の温度で高選択率でH2Sを硫黄に直接酸化する触媒であって 、V、Mo、W、Ni及びCoから選択される1種以上の遷移金属の酸化物、塩 または硫化物化合物から選択される触媒相がその中に取り込まれた活性炭支持体 からなり、前記触媒相の量が、遷移金属の重量で表わすと、焼成触媒の重量の0 .1%〜15%を占めることを特徴とする触媒。 10.前記触媒中に存在する触媒相の量が、焼成触媒の重量の0.2%〜7%、 好ましくは0.5%〜5%を占めることを特徴とする請求項9に記載の触媒。
JP6520711A 1993-03-16 1994-03-16 気体中に低濃度で存在するh↓2sを触媒経路によって高選択度で直接硫黄に酸化する方法及び該方法を実施するための触媒 Pending JPH07509436A (ja)

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FR9302996A FR2702675B1 (fr) 1993-03-16 1993-03-16 Procédé pour oxyder directement en soufre par voie catalytique, avec une sélectivité élevée, l'H2S contenu en faible concentration dans un gaz et catalyseur pour la mise en Óoeuvre de ce procédé.
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