JPS6120342B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6120342B2
JPS6120342B2 JP53000056A JP5678A JPS6120342B2 JP S6120342 B2 JPS6120342 B2 JP S6120342B2 JP 53000056 A JP53000056 A JP 53000056A JP 5678 A JP5678 A JP 5678A JP S6120342 B2 JPS6120342 B2 JP S6120342B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
weight
amount
oxygen
bismuth
Prior art date
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Expired
Application number
JP53000056A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5377873A (en
Inventor
Maikuru Shinguruton Deiuitsudo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shell Internationale Research Maatschappij BV
Original Assignee
Shell Internationale Research Maatschappij BV
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Filing date
Publication date
Application filed by Shell Internationale Research Maatschappij BV filed Critical Shell Internationale Research Maatschappij BV
Publication of JPS5377873A publication Critical patent/JPS5377873A/en
Priority to JP567879A priority Critical patent/JPS5597703A/en
Publication of JPS6120342B2 publication Critical patent/JPS6120342B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/843Arsenic, antimony or bismuth
    • B01J23/8437Bismuth
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/48Sulfur compounds
    • B01D53/52Hydrogen sulfide

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Biomedical Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Incineration Of Waste (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、硫化水素含有廃ガスの接触焼却法に
おいて、上記廃ガスを、該含有硫化水素に関し化
学量論的過剰の酸素と、触媒の存在下で接触させ
ることによる上記接触焼却法に関する。本発明は
また、このような方法に適合して使用され得る触
媒組成物に関する。 大気汚染減少に関する要件がますさすきびしく
なつていることに鑑みて、プロセス排ガスから硫
化水素(H2S)を除去するため、およびさらに、
可能なら、それに含有されるH2SまたはH2Sの反
応生成物を回収するため、種々の操作が開発され
ている。例えば、周知のクラウス法は、普通2重
量%まであるいは一層多く3重量%の硫黄化合物
−その実質的部分はH2Sである−を含有する流出
物を生じる。 この濃度の硫黄化合物を除去するため、クラウ
ス排ガスを適当な吸収溶媒と接触させることによ
る選択性吸収が、該排ガスの水素添加処理後実施
されている。この操作において、吸収溶媒の再生
後脱着したH2Sの大部分は、該クラウスユニツト
にもどされ、そして窒素、CO2および全く少量の
H2Sを含有する最終排ガスすなわちテールガスが
焼却される。焼却中、H2Sは、二酸化硫黄
(SO2)−H2Sに適用される放出要件ほど苛酷な放
出要件を一般的に受けていない物質−に変えられ
る。しかしながら、焼却は、必要な熱投入量のた
め費用がかかる。それに応じて排ガスすなわちテ
ールガス中のH2SのSO2への接触変換に関して研
究がされてきたけれども、三酸化硫黄(SO3)が
付随的に生成するという問題があつた。 硫化水素で汚染されたガスを精製するため、ニ
ツケル、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛および銅
のような金属あるいはそれらの化合物を主成分と
して、単独であるいは元素周期律表の第4,5お
よび6族の金属またはメタロイドと共に、および
それに加えて少量の鉛またはビスマスのような活
性化物質もしくはそれらの化合物あるいはアルカ
リ金属化合物もしくはアルカリ土類金属化合物を
含有する触媒の存在下で、上記硫化水素を酸化す
ることによる方法が知られている。使用される活
性化物質の量は、存在の金属全量の重量に基づい
て約10%までである。上記公知の触媒は、それら
の活性が急速に減少し、そして3日毎に約5℃温
度を上げることが必要であるという欠点を有す
る。さらに、存在の硫化水素の約10%がSO3に変
換される。SO3は、大気汚染減少の観点から非常
に不都合な化合物である。 従つて、H2S含有の流れ特に上記の型の排ガス
流を精製する経済的方法、すなわち排ガス中の
H2S値の実質的変換を提供しかつ付随的に低い
SO3放出値を提供する方法の要求が依然存在して
いる。その方法は、必要な熱投入量が、比較的低
いプロセス温度により立証されるようできる限り
低いものであるということにおいて、経済的であ
るべきである。さらに、使用される触媒は、長期
にわたつて一定である活性を示すべきである。 本発明はその要求を満たす。 従つて、本発明は、硫化水素含有廃ガスを、該
含有された硫化水素に関して化学量論的過剰の酸
素と、触媒の存在下で接触させることによる硫化
水素含有廃ガスの接触焼却法において、硫化水素
含有廃ガスが、150℃ないし450℃の範囲の温度
で、触媒の全重量に基づき0.6ないし10重量%の
量のビスマスおよび0.5ないし5重量%の量の銅
を触媒活性成分としてそれらの金属、それらの酸
化物および/またはそれらの硫化物の形態で含む
触媒の存在下で酸素と接触させる上記方法に関す
る。 驚くべきことに、特別の割合および量のビスマ
ス(Bi)および銅(Cu)を共に含有する触媒の
使用は、匹敵量のCuまたはBi単独の使用によつ
ては得られ得ない結果を生ずるということを見い
出した。本発明の方法の予期されない見地は、重
量基準で、CuまたはBi単独の触媒の使用では達
成され得ない反応温度を利用する能力にある。さ
らに処理されるべき流れに存在する可燃物例えば
H2,CO,CH4は、本発明の触媒により影響され
ないかあるいは実質的に影響されないように思え
る。生成するSO2は、該技術熟知者に知られた方
法でベントされあるいは回収される。 本発明は、明らかに、低ないし中程度のH2S濃
度のH2S含有の流れに適用され得るけれども、本
発明は、種々のプロセスからH2S含有排ガスであ
つてそれからさらに他の物質の回収が全くまたは
ほとんどされないH2S含有排ガスの処理に理想的
に適合する。本発明は、指摘したように、クラウ
スプラントからの流出物の処理に顕著に適する。
クラウス法は普通それ自体“クリーンナツプ
(clean−up)”法であり、この方法においては、
触媒の存在下で、酸素含有ガス(純粋な酸素を含
めて)を用いH2Sを部分酸化しSO2を生成させ、
次いで生じたSO2と残留部のH2Sを反応させるこ
とにより、元素状硫黄が製造される。該方法は、
精油所(refineries)において、また種々のガス
流例えば天然ガスから回収されたH2Sの仕上げに
しばしば用いられる。導入された硫化水素に関し
て元素状硫黄の収量は定量的ではないので、少量
の未反応H2S、COS、CS2およびSO2がクラウス
排ガス中に残存する。ある程度まで回収される元
素状硫黄の量は、クラウス法に使用される触媒床
の数に依存する。原則的には、得られる得る全硫
黄の約98%が、3つの触媒床が使用される場合回
収され得る。本発明は、クラウスプラント流出物
からのH2Sの除去に顕著に適する。 さらに、指摘したように、クラウスプラント流
出物あるいはクラウス排ガスは、クラウステール
ガス処理法により前もつて処理されていてもよ
い。このような方法は、該ガスに含まれるSO2
COS,CS2およびSO3を適当な条件下で、触媒を
存在させてH2Sに還元し、該H2Sを吸収し、次い
で該H2Sを脱着しおよび該脱着H2Sを該クラウス
プラントへ再循環する段階を包含し得る。この処
理が実施される場合、本発明は、最終排ガス中に
残存する全く少量のまたは減じられた量のH2Sお
よびその類似物の酸化に、指摘した条件下で該排
ガスを酸素と接触させることにより供する。 本発明の方法に使用される触媒は、触媒活性成
分として銅およびビスマスを含有する固体物質で
あろう。触媒活性成分が触媒中に存在する特別な
形態、すなわち化合物としてあるいは担体物質中
に結合された元素または化合物として存在するか
どうかは重大であるとは思えない。担体が使用さ
れる場合、銅およびビスマスの源に関する唯一の
明らかな要件は、銅およびビスマスが、通常の溶
液(水性および有機溶媒)としてあるいは銅また
はビスマスの液体または錯体の溶液として溶液に
変えられる形態にあるということである。ある種
の塩ならびに銅およびビスマスの酸化物および水
酸化物は、本発明の方法に使用する前に反応器に
おいて加熱するうちに、触媒の製造中変化し得、
あるいは記載の反応条件下で別の形態に変えられ
得るが、このような物質は、該定義の方法におい
て効果的触媒として依然機能する。例えば、硝酸
塩、亜硝酸塩、炭酸塩、水酸化物、クエン酸塩お
よび酢酸塩は、ここに定義の反応条件下で対応す
る酸化物および次いで硫化物に変換され得る。該
定義の反応温度で安定なあるいは部分的に安定な
リン酸塩、硫酸塩、塩化物およびその類似物のよ
うな塩は、記載の反応条件下で同様に効果的であ
り、また反応器中で別の安定な形態に変換される
このような化合物も同様に効果的である。しかし
ながら、硝酸銅および硝酸ビスマスが好ましい物
質であり、というのは、それらは安価であり、な
らびに容易に水に溶解しおよび容易に担体に沈着
され得るからである。本発明の触媒は、室温で固
体であるか、あるいは反応条件下で実質的に固体
(揮発が若干起こり得るけれども)である。 反応温度の意義ある低下を付随的COS変換と
共に達成するためには、最少量のCuおよびBiの
存在が必須である。一般に、少なくとも0.5%Cu
および0.6%Bi(すべて重量による)の濃度が反
応帯域において必要とされ、しかして少なくとも
0.8%Biの濃度が好ましい。CuおよびBi単独に対
する劇的な向上は、Cuの濃度が少なくとも約1.0
%でありかつBiの濃度が少なくとも約2.0%(す
べて重量による)である場合起こる。担体が使用
される場合、例えば、銅は、触媒物質の全重量に
基づき約5重量%までの量普通存在する。好まし
くは、Cuの量は約3重量%を越えず、およびBi
の量は好ましくは5重量%を越えない。しかしな
がら、触媒中に存在のビスマスの量は、常に、該
触媒が、多い量のビスマスおよび少ない量の銅を
含むような量であることが好ましい。 CuおよびBiの固体化合物が使用される場合、
あるいは担体上のCuおよびBiの高濃度が使用さ
れる場合、該触媒活性物質は、活性が制限され得
るよう不活性物質で普通希釈される。特定濃度へ
の適当な希釈は該技術内にあり、ここに詳記され
る必要はない。 触媒表面を導入するという方法として、該定義
の触媒粒子で反応器を充填することにより秀でた
結果が得られた。触媒粒子の大きさは広く変化し
得るが、一般に極大の粒子の大きさが、2インチ
の開口を有するタイラー標準スクリーンを少なく
とも通過し、また最大の触媒粒子が1インチの開
口を有するタイラースクリーンを通過する。非常
に小さな粒子の大きさの担体は用いられ得、しか
して唯一の実質的異議は、極めて小さな粒子が反
応器の前後で過度の圧力低下を引き起こすという
ことである。反応器の前後での高い圧力低下を避
けるため、少なくとも50重量%の触媒が、4ない
し5メツシユのタイラー標準スクリーンに保持さ
れるべきである。しかしながら、流体床反応器が
用いられるならば、触媒粒子は、約10ないし300
ミクロンの如き全く小さくてもよい。該技術熟知
者は、反応器の形状および大きさならびに適用ガ
ス速度により、適当な粒子の大きさを容易に決定
することができる。 担体の使用される場合、触媒活性成分は、記載
の触媒の水性溶液または分散液中で製造しそして
該担体粒子と該溶液または分散液とを該活性成分
が該担体中または該担体上に沈着されるまで混合
する如き、該技術において知られた方法により担
体上に沈着され得る。該被覆粒子は、次いで例え
ば約110℃においてオーブン中で乾燥され得る。
該技術における熟知者に知られた種々の他の触媒
製造法は用いられ得る。非常に有用な担体(およ
び希釈剤)は、溶融アルミナ(Alundum)、シリ
カ、シリコーンカーバイド(Carborundum)、軽
石、珪藻土、アスベスト、ゼオライトおよびその
類似物である。溶融アルミナまたは他のアルミナ
担体およびシリカが特に好ましい。該担体は、不
規則な形状を含め、いかなる形状のものでもよ
い。 要求される表面を導入する今一つの方法は、管
壁が触媒的であるかあるいは触媒物質で被覆され
ている小さな直径の管を反応器として用いること
である。該管壁が唯一の触媒源である場合、該管
壁は、一般に、直径が3/4インチ末満のように1
インチより大きくない内径のものであり、好まし
くは直径が約1/2インチより大きくないものであ
る。他の方法が、触媒表面を導入するのに用いら
れ得る。例えば、流動床の技術が用いられ得る。 処理される流れ中のH2Sの濃度は広く変化し得
る。かくして、該濃度は、痕跡量から全く有意な
量までの範囲であり得、そしてH2S濃度は一般的
に本発明の制限因子ではないということは該技術
熟知者により認められる。例えば、処理されるガ
ス中のH2Sの濃度は、0.005%ないし5.0%あるい
は10.0%(モル基準)でさえあり得る。クラウス
流出物中に存在のCOSおよびCS2の濃度は、普通
小さくして例えば約0.01%ないし約0.5%(モル
基準)の範囲にある。 用いられる反応条件は、かなり変化し得る。反
応が行なわれる温度は重要でないけれども、比較
的低いあるいは中程度の温度が用いられ得るとい
うことは本発明の有利な点である。150℃ないし
450℃の温度は全く満足的であるが、250℃ないし
420℃の温度が好ましい。 同様に、使用圧力は重大でなく、広範囲の圧力
が用いられ得る。例えば、本発明の系の全圧はい
くつかの実施例においては部分真空が用いられ得
るけれども、普通大気圧でありあるいは大気圧を
越える。好ましくは、圧力は、大気圧ないし5気
圧または一層高く10気圧のように比較的高い圧力
の範囲にある。水蒸気は、該系に存在し得そして
ある場合においては好ましい。 H2S含有ガスおよび酸素の流速は、主として選
択の問題である。しかしながら、該技術における
熟知者により認められるように、比較的低い空間
速度が変換水準を向上させる。一般に、約
1000GHSVないし約50000GHSVのガス流速が用
いられ得、2000GHSVないし約25000GHSVの速
度は好ましい。良好な結果が、2000ないないし
10000GHSVの空間速度を用いて得られた。従つ
て、接触時間は、広く変化し得そして0.07秒ない
し約4.0秒の範囲にあり得、約0.14秒ないし約2.0
秒の接触時間が好ましい。 反応帯域に供給される酸素の量は、化学量論的
過剰好ましくは大過剰の酸素が、H2Sのすべてお
よび存在するCOSおよびCS2を反応させるために
所望されるという点で重要である。一般に、該反
応に要求される酸素の化学量論的量の少なくとも
2倍および普通5倍までの量が供給され得る。好
ましくは、すべての全可燃物に基づいて、化学量
論的量の約20ないし約280%の過剰の酸素が供給
される。化学量論的量の100倍または一層高く200
倍もの高い量の酸素は、所望するならば供給され
得る。該酸素は、比較的純粋な酸素として、空気
として、あるいは空気と酸素との混合物として供
給され得、さらに有意量の酸素および問題の反応
を有意的には妨害しない他の成分を含有する他の
ガス流からも供給され得る。 実施例 本発明を論証するため、次の実験が行なわれ
た。各実験において、H2Sおよび他の硫黄化合物
を含有する合成テールガスが、該触媒を含有する
反応器に通される。酸素は、空気として別のライ
ンから導入される。温度は適当な手段により測定
され、そして変換結果は、該反応器からの流出物
流の分析により得られる。 この一般的操作を用い、触媒の全重量に基づき
それぞれ3重量%および1重量%の量アルミナ
(Kaiser A−201球状ガンマ−アルミナ4×6メ
ツシユ)上に沈着されたBiおよびCuを含有する
触媒を用いて試料採取を行なつた。銅およびビス
マスは、硝酸塩の塩基性溶液として沈着された。
該触媒は、次いで乾燥されそして使用前に1ない
し2時間481℃で焼成された。操作条件は表1に
一層詳しく示されている。有意なH2S除去が得ら
れ、そして2つの異なる空間速度の場合の結果が
表に示されている。
The present invention relates to a method for catalytic incineration of waste gas containing hydrogen sulfide, by contacting the waste gas with a stoichiometric excess of oxygen with respect to the hydrogen sulfide it contains in the presence of a catalyst. The invention also relates to catalyst compositions that can be used in accordance with such methods. In view of the increasingly stringent requirements regarding air pollution reduction, for the removal of hydrogen sulfide (H 2 S) from process exhaust gases, and in addition:
Various operations have been developed to recover, if possible, the H 2 S or reaction products of H 2 S contained therein. For example, the well-known Claus process typically produces an effluent containing up to 2% or even more than 3% by weight of sulfur compounds, a substantial portion of which is H2S . To remove this concentration of sulfur compounds, selective absorption by contacting the Claus exhaust gas with a suitable absorption solvent has been carried out after hydrogenation of the exhaust gas. In this operation, most of the desorbed H 2 S after regeneration of the absorption solvent is returned to the Claus unit and nitrogen, CO 2 and very small amounts of
The final exhaust gas or tail gas containing H 2 S is incinerated. During incineration, H2S is converted to sulfur dioxide ( SO2 ) - a substance that is generally not subject to emission requirements as stringent as those applicable to H2S . However, incineration is expensive due to the required heat input. Accordingly, research has been carried out on the catalytic conversion of H 2 S in the exhaust or tail gas to SO 2 , but there has been a problem with the concomitant formation of sulfur trioxide (SO 3 ). To purify gases contaminated with hydrogen sulfide, metals such as nickel, iron, cobalt, manganese, zinc and copper, or their compounds, as main components, alone or from elements 4, 5 and 6 of the periodic table, are used. oxidizing the hydrogen sulfide in the presence of a catalyst containing a group metal or metalloid and in addition a small amount of an activating substance such as lead or bismuth or a compound thereof or an alkali metal compound or alkaline earth metal compound. A method is known in which: The amount of activator used is up to about 10% based on the weight of the total amount of metal present. The known catalysts mentioned above have the disadvantage that their activity decreases rapidly and it is necessary to raise the temperature by about 5° C. every 3 days. Additionally, about 10% of the hydrogen sulfide present is converted to SO3 . SO 3 is a very disadvantageous compound from the point of view of air pollution reduction. Therefore, an economical method for purifying H 2 S-containing streams, especially exhaust gas streams of the type mentioned above, i.e.
Provides substantial conversion of H2S values and concomitantly lower
There remains a need for a method of providing SO3 emission values. The method should be economical in that the required heat input is as low as possible, as evidenced by the relatively low process temperature. Furthermore, the catalyst used should exhibit an activity that is constant over time. The present invention meets that need. The invention therefore provides a process for catalytic incineration of hydrogen sulfide-containing waste gases by contacting the hydrogen sulfide-containing waste gases with a stoichiometric excess of oxygen with respect to the contained hydrogen sulfide in the presence of a catalyst. The hydrogen sulfide-containing waste gas is mixed with bismuth in an amount of 0.6 to 10% by weight and copper in an amount of 0.5 to 5% by weight as catalytically active components, based on the total weight of the catalyst, at a temperature in the range of 150°C to 450°C. The above process involves contacting with oxygen in the presence of a catalyst comprising metals in the form of their oxides and/or their sulfides. Surprisingly, the use of a catalyst containing both bismuth (Bi) and copper (Cu) in particular proportions and amounts produces results that cannot be obtained by using comparable amounts of Cu or Bi alone. I discovered that. An unexpected aspect of the process of the present invention is the ability to utilize reaction temperatures, on a weight basis, that cannot be achieved with the use of Cu or Bi catalysts alone. Combustible materials present in the stream to be further treated, e.g.
H 2 , CO, CH 4 appear to be unaffected or substantially unaffected by the catalyst of the present invention. The SO 2 produced is vented or recovered by methods known to those skilled in the art. Although the invention can obviously be applied to H 2 S-containing streams with low to moderate H 2 S concentrations, the present invention is also applicable to H 2 S-containing exhaust gases from various processes and from which further It is ideally suited for the treatment of H 2 S-containing exhaust gases where no or little recovery of H 2 S occurs. The invention, as indicated, is eminently suitable for the treatment of effluents from Claus plants.
The Claus method is usually itself a "clean-up" method, in which:
partial oxidation of H2S to SO2 using an oxygen-containing gas (including pure oxygen) in the presence of a catalyst;
Elemental sulfur is then produced by reacting the resulting SO 2 with the residual H 2 S. The method includes:
It is often used in refineries and in the finishing of H 2 S recovered from various gas streams, such as natural gas. Since the yield of elemental sulfur is not quantitative with respect to the introduced hydrogen sulfide, small amounts of unreacted H 2 S, COS, CS 2 and SO 2 remain in the Claus exhaust gas. The amount of elemental sulfur recovered to some extent depends on the number of catalyst beds used in the Claus process. In principle, about 98% of the total sulfur obtained can be recovered if three catalyst beds are used. The present invention is eminently suited for the removal of H2S from Claus plant effluents. Furthermore, as indicated, the Claus plant effluent or Claus flue gas may have been previously treated by Claus tail gas treatment methods. Such a method uses SO 2 contained in the gas,
COS, CS 2 and SO 3 are reduced to H 2 S under suitable conditions in the presence of a catalyst, absorbing the H 2 S, then desorbing the H 2 S and converting the desorbed H 2 S into A step of recycling to the Claus plant may be included. When this treatment is carried out, the present invention provides for the oxidation of very little or reduced amounts of H 2 S and its analogs remaining in the final exhaust gas by contacting said exhaust gas with oxygen under the conditions indicated. Provided by The catalyst used in the process of the invention will be a solid material containing copper and bismuth as catalytically active components. The particular form in which the catalytically active component is present in the catalyst, ie as a compound or as an element or compound bound in a support material, does not appear to be critical. If a carrier is used, the only obvious requirement regarding the source of the copper and bismuth is that the copper and bismuth be converted into solution, either as normal solutions (aqueous and organic solvents) or as solutions of copper or bismuth liquids or complexes. It is in the form. Certain salts and oxides and hydroxides of copper and bismuth may be changed during the preparation of the catalyst during heating in the reactor prior to use in the process of the invention;
Alternatively, it may be converted into another form under the described reaction conditions, but such material still functions as an effective catalyst in the defined process. For example, nitrates, nitrites, carbonates, hydroxides, citrates and acetates can be converted to the corresponding oxides and then sulfides under the reaction conditions defined herein. Salts such as phosphates, sulfates, chlorides and the like, which are stable or partially stable at the defined reaction temperatures, are equally effective under the described reaction conditions and are stable in the reactor. Such compounds that are converted to another stable form at are equally effective. However, copper nitrate and bismuth nitrate are preferred materials because they are inexpensive and readily soluble in water and can be easily deposited onto a carrier. The catalysts of the present invention are solid at room temperature or substantially solid under the reaction conditions (although some volatilization may occur). The presence of minimal amounts of Cu and Bi is essential to achieve a meaningful reduction in reaction temperature with concomitant COS conversion. Generally at least 0.5%Cu
and 0.6% Bi (all by weight) are required in the reaction zone, so that at least
A concentration of 0.8% Bi is preferred. The dramatic improvement over Cu and Bi alone is that the concentration of Cu is at least about 1.0
% and the concentration of Bi is at least about 2.0% (all by weight). When a support is used, for example, copper is usually present in an amount up to about 5% by weight, based on the total weight of the catalyst material. Preferably, the amount of Cu does not exceed about 3% by weight and Bi
The amount of preferably does not exceed 5% by weight. However, it is preferred that the amount of bismuth present in the catalyst is always such that the catalyst contains a high amount of bismuth and a low amount of copper. If solid compounds of Cu and Bi are used,
Alternatively, if high concentrations of Cu and Bi on the support are used, the catalytically active material is usually diluted with inert material so that the activity may be limited. Appropriate dilution to specific concentrations is within the art and need not be detailed here. As a method of introducing catalyst surfaces, excellent results were obtained by filling the reactor with catalyst particles of this definition. Catalyst particle size can vary widely, but typically the largest particles will at least pass through a Tyler standard screen with 2-inch openings, and the largest particles will pass through a Tyler screen with 1-inch openings. pass. Very small particle size carriers can be used, but the only real objection is that very small particles cause excessive pressure drops across the reactor. To avoid high pressure drops across the reactor, at least 50% by weight of catalyst should be retained on a 4 to 5 mesh Tyler standard screen. However, if a fluid bed reactor is used, the catalyst particles may be about 10 to 300
It may even be quite small, such as microns. Those skilled in the art can easily determine the appropriate particle size depending on the shape and size of the reactor and the applied gas rate. When a support is used, the catalytically active component is prepared in an aqueous solution or dispersion of the mentioned catalyst and the carrier particles and the solution or dispersion are deposited in or on the support. It can be deposited onto the carrier by methods known in the art, such as by mixing until mixed. The coated particles can then be dried in an oven at, for example, about 110°C.
Various other catalyst preparation methods known to those skilled in the art may be used. Very useful carriers (and diluents) are fused alumina (Alundum), silica, silicone carbide (Carborundum), pumice, diatomaceous earth, asbestos, zeolites and the like. Particularly preferred are fused alumina or other alumina supports and silica. The carrier can be of any shape, including irregular shapes. Another way to introduce the required surface is to use small diameter tubes as reactors, the tube walls of which are catalytic or coated with a catalytic material. If the tube wall is the only source of catalyst, the tube wall will generally have a diameter of less than 3/4 inch.
It has an inside diameter of no more than an inch, preferably a diameter of no more than about 1/2 inch. Other methods can be used to introduce the catalyst surface. For example, fluidized bed technology may be used. The concentration of H2S in the stream being treated can vary widely. Thus, it will be recognized by those skilled in the art that the concentration can range from trace amounts to quite significant amounts, and that H2S concentration is generally not a limiting factor of the present invention. For example, the concentration of H2S in the gas being treated can be from 0.005% to 5.0% or even 10.0% (on a molar basis). The concentrations of COS and CS 2 present in the Claus effluent are typically small, such as in the range of about 0.01% to about 0.5% (on a molar basis). The reaction conditions used can vary considerably. Although the temperature at which the reaction is carried out is not critical, it is an advantage of the present invention that relatively low or moderate temperatures can be used. 150℃ or so
A temperature of 450°C is quite satisfactory, but a temperature of 250°C or
A temperature of 420°C is preferred. Similarly, the working pressure is not critical and a wide range of pressures may be used. For example, the total pressure in the systems of the present invention is typically atmospheric or above atmospheric, although in some embodiments a partial vacuum may be used. Preferably, the pressure is in the range of relatively high pressures, such as atmospheric to 5 atmospheres or even higher to 10 atmospheres. Water vapor may be present in the system and is preferred in some cases. The flow rates of the H2S -containing gas and oxygen are primarily a matter of choice. However, as recognized by those skilled in the art, relatively low space velocities improve conversion levels. Generally, about
Gas flow rates of 1000 GHSV to about 50,000 GHSV may be used, with rates of 2000 GHSV to about 25,000 GHSV being preferred. Good results, but 2000 or more
Obtained using a space velocity of 10000GHSV. Accordingly, the contact time can vary widely and range from about 0.07 seconds to about 4.0 seconds, and from about 0.14 seconds to about 2.0 seconds.
A contact time of seconds is preferred. The amount of oxygen supplied to the reaction zone is important in that a stoichiometric excess, preferably a large excess, of oxygen is desired to react all of the H2S and COS and CS2 present. . Generally, at least twice and usually up to five times the stoichiometric amount of oxygen required for the reaction may be provided. Preferably, an excess of about 20 to about 280% of the stoichiometric amount of oxygen is provided, based on all total combustibles. 100 times the stoichiometric amount or even higher 200
Even twice as high amounts of oxygen can be supplied if desired. The oxygen may be supplied as relatively pure oxygen, as air, or as a mixture of air and oxygen, and may also be supplied with other components containing significant amounts of oxygen and other components that do not significantly interfere with the reaction in question. It can also be supplied from a gas stream. EXAMPLES The following experiments were conducted to demonstrate the invention. In each experiment, synthesis tail gas containing H2S and other sulfur compounds is passed through a reactor containing the catalyst. Oxygen is introduced as air from a separate line. The temperature is measured by suitable means and the conversion results obtained by analysis of the effluent stream from the reactor. Using this general procedure, catalysts containing Bi and Cu were deposited on alumina (Kaiser A-201 spherical gamma-alumina 4x6 mesh) in amounts of 3% and 1% by weight, respectively, based on the total weight of the catalyst. Samples were collected using a Copper and bismuth were deposited as basic solutions of nitrates.
The catalyst was then dried and calcined at 481°C for 1 to 2 hours before use. The operating conditions are shown in more detail in Table 1. Significant H 2 S removal was obtained and the results for two different space velocities are shown in the table.

【表】 (基準反応器出口)
[Table] (Reference reactor outlet)

【表】 水素を含め全総可燃物に基づいて
[Table] Based on total flammable materials including hydrogen

【表】 実施例 実施例と同様の操作を用い、アルミナ上にビ
スマスのみを3重量%(活性物質および担体の重
量に基づいて)含有する触媒、およびアルミナ上
に銅のみを1重量%(活性物質および担体の重量
に基づいて)含有する触媒が製造されそして試験
された。結果表に示され、そして本発明による
触媒の場合の結果と比較されている。
Table Example Using a procedure similar to the example, catalysts containing 3% by weight only bismuth on alumina (based on the weight of active material and support) and 1% by weight only copper on alumina (based on the weight of active material and support) were prepared. (based on the weight of material and support) were prepared and tested. The results are shown in the table and compared with the results for the catalyst according to the invention.

【表】 表のデータは、明らかに、生成物ガス中の減
少SO3濃度に関してCu−Bi触媒の優秀性を論証し
ている。本発明による組合せ触媒はまた、カルボ
ニルサルフアイドおよびカーボンジサルフアイド
の非常に高い変換率を示す。記載反応条件におい
て、カルボニルサルフアイド変換率は50%よりも
良好であり、またカーボンジサルフアイドは90%
よりも良好である。
TABLE The data in the table clearly demonstrate the superiority of the Cu-Bi catalyst in terms of reduced SO 3 concentration in the product gas. The combined catalyst according to the invention also shows very high conversions of carbonyl sulfide and carbon disulfide. Under the described reaction conditions, carbonyl sulfide conversion is better than 50%, and carbon disulfide conversion is better than 90%.
better than

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 硫化水素含有廃ガスを、該含有された硫化水
素に関して化学量論的過剰の酸素と、触媒の存在
下で接触させることによる硫化水素含有廃ガスの
接触焼却法において、硫化水素含有廃ガスを、
150℃ないし450℃の範囲の温度で、触媒活性分と
して触媒の全重量に基づき0.6ないし10重量%の
量のビスマスおよび0.5ないし5重量%の量の銅
をそれらの金属、それらの酸化物および/または
それらの硫化物の形態で含む触媒の存在下で酸素
または酸素含有ガスと接触させる上記方法。 2 該触媒が、0.8ないし5重量%のビスマスお
よび0.5ないし3重量%の銅を包含する特許請求
の範囲第1項に記載の方法。 3 該触媒が、多い量のビスマスおよび少ない量
の銅を包含する特許請求の範囲第1項または第2
項に記載の方法。 4 該酸素が、必要とされる化学量論的量の酸素
の5倍までの量供給される特許請求の範囲第1項
ないし第3項のいずれか一項に記載の方法。 5 該酸素が、化学量論的量の酸素の20ないし
280%過剰供給される特許請求の範囲第4項に記
載の方法。 6 該硫化水素含有廃ガスがクラウス排ガスであ
る特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれか
一項に記載の方法。 7 該硫化水素含有廃ガスが、クラウステールガ
ス処理法の排ガスである特許請求の範囲第1項な
いし第5項のいずれか一項に記載の方法。 8 該硫化水素含有廃ガスが、0.005ないし5.0%
モルのH2Sを包含する特許請求の範囲第1項ない
し第7項のいずれか一項に記載の方法。 9 該温度が250℃ないし420℃である特許請求の
範囲第1項ないし第8項のいずれか一項に記載の
方法。 10 担体物質および触媒活性成分として銅およ
びビスマスを包含し、しかして触媒組成物の全重
量に基づき銅が0.5ないし5重量%の量でかつビ
スマスが0.6ないし10重量%の量でしかもそれら
の金属、それらの酸化物および/またはそれらの
硫化物の形態で存在する触媒組成物。 11 該担体物質が、溶融アルミナ、シリカおよ
びアルミナを包含する群から選択される特許請求
の範囲第10項に記載の触媒組成物。 12 0.5ないし3.0重量%の銅および0.8ないし
5.0重量%のビスマスを包含し、該担体物質がア
ルミナ好ましくはガンマーアルミナである特許請
求の範囲第10項または第11項に記載の触媒組
成物。 13 ビスマスが多い量存在しかつ銅が少ない量
存在する特許請求の範囲第10項ないし第12項
のいずれか一項に記載の触媒組成物。
[Scope of Claims] 1. A method for catalytic incineration of hydrogen sulfide-containing waste gas by contacting the hydrogen sulfide-containing waste gas with a stoichiometric excess of oxygen with respect to the contained hydrogen sulfide in the presence of a catalyst, comprising: Waste gas containing hydrogen sulfide,
At temperatures ranging from 150°C to 450°C, bismuth in an amount of 0.6 to 10% by weight and copper in an amount of 0.5 to 5% by weight, based on the total weight of the catalyst, are added as catalyst active components to the metals, their oxides and A method as described above, comprising contacting with oxygen or an oxygen-containing gas in the presence of a catalyst comprising/or in the form of their sulfides. 2. The method of claim 1, wherein the catalyst comprises 0.8 to 5% by weight bismuth and 0.5 to 3% by weight copper. 3. Claims 1 or 2, wherein the catalyst contains a high amount of bismuth and a low amount of copper.
The method described in section. 4. A method according to any one of claims 1 to 3, wherein the oxygen is supplied in an amount up to five times the stoichiometric amount of oxygen required. 5 The oxygen is between 20 and 20% of the stoichiometric amount of oxygen.
4. A method according to claim 4, which is over-fed by 280%. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the hydrogen sulfide-containing waste gas is Claus exhaust gas. 7. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the hydrogen sulfide-containing waste gas is an exhaust gas from a Clauster gas treatment method. 8 The hydrogen sulfide-containing waste gas is 0.005 to 5.0%
8. A method according to any one of claims 1 to 7, comprising molar H2S . 9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the temperature is 250°C to 420°C. 10 Including copper and bismuth as support materials and catalytically active components, with copper in an amount of 0.5 to 5% by weight and bismuth in an amount of 0.6 to 10% by weight, based on the total weight of the catalyst composition, and these metals , catalyst compositions present in the form of their oxides and/or their sulfides. 11. The catalyst composition of claim 10, wherein the support material is selected from the group comprising fused alumina, silica and alumina. 12 0.5 to 3.0% copper and 0.8 to 3.0% by weight
Catalyst composition according to claim 10 or 11, comprising 5.0% by weight of bismuth and wherein the support material is alumina, preferably gamma alumina. 13. Catalyst composition according to any one of claims 10 to 12, in which bismuth is present in a high amount and copper is present in a low amount.
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