KR20000008552A - Selectively oxidizing catalysis of hydrogen sulfide and method for recollecting sulfur thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 황화수소를 산화시키기 위한 촉매 및 이를 이용하여 무색의 유독성 가스인 황화수소를 산화시키기 위한 촉매 및 이를 이용한 황의 회수방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for oxidizing hydrogen sulfide, a catalyst for oxidizing hydrogen sulfide which is a colorless toxic gas using the same, and a method for recovering sulfur using the same.
황화수소는 무색으로서 악취를 발생시키는 기체로서, 대기오염을 일으키는 물질중의 하나이다. 황화수소는 생물학적 작용에 의해서 다량 발생되지만 산업시설이 증가함에 따라 각종 산업시설로부터도 다량 발생되고 있으며, 이로 인한 대기 오염의 문제가 보다 심각해지고 있다. 이러한 대기오염은 배출시설의 구조와 운전방법 등에 따라 그 피해정도를 경감시킬 수 있으므로 산업시설에서 배출되는 황화수소를 효율적으로 제거하는 방법이 절실히 요구된다.Hydrogen sulfide is a colorless, odorous gas and one of the substances that causes air pollution. Hydrogen sulfide is generated in a large amount by biological action, but as industrial facilities increase, a large amount of hydrogen sulfide is also generated in various industrial facilities, which causes more serious air pollution. Since such air pollution can reduce the degree of damage according to the structure and operation method of the discharge facility, a method for efficiently removing hydrogen sulfide emitted from the industrial facility is urgently required.
황화수소를 제거하는 방법으로는 클라우스 반응(Claus reaction)이 이용되어 왔다. 이 방법에 따르면, 황화수소가 열적 산화공정과 촉매 반응 공정의 2단계를 통하여 무독성의 황으로 회수될 수 있다.The Claus reaction has been used as a method of removing hydrogen sulfide. According to this method, hydrogen sulfide can be recovered as non-toxic sulfur through two steps, a thermal oxidation process and a catalytic reaction process.
열적 산화공정에서는 황화수소의 일부를 1100∼1200℃ 정도의 고온로에서 산화시켜 이산화황으로 전환시킨다(반응식 1)In the thermal oxidation process, a part of hydrogen sulfide is oxidized in a high temperature furnace at 1100 to 1200 ° C. and converted to sulfur dioxide (Scheme 1).
클라우스 반응 공정에서는 미반응된 황화수소와 상기 반응식 1로부터 얻어진 이산화황을 2:1의 몰비로 조절하여 알루미나 촉매 존재하에서 축합반응에 의하여 원소 황으로 전환시킨다.In the Klaus reaction process, unreacted hydrogen sulfide and sulfur dioxide obtained from Scheme 1 are controlled at a molar ratio of 2: 1, and converted to elemental sulfur by condensation in the presence of an alumina catalyst.
그러나, 클라우스 공정은 다음과 같은 이유로 황회수율에 한계가 있다.However, the Klaus process has a limited recovery in yellow yield for the following reasons.
첫째, 클라우스 반응은 열역학적으로 가역반응이므로 평형전환율이 제한된다.First, the Klaus reaction is thermodynamically reversible, so the equilibrium conversion is limited.
둘째, 황화수소와 이산화황을 2:1 몰비로 정확하게 조절하는 것이 어렵다.Second, it is difficult to precisely control hydrogen sulfide and sulfur dioxide in a 2: 1 molar ratio.
셋째, 반응식 2로 표시되는 정반응에서 생성되는 물을 제거하기가 곤란하므로, 결과적으로 역반응이 우세하게 되어 황화수소를 원소 황으로 전환시키는 효율이 낮아진다.Third, since it is difficult to remove the water produced in the forward reaction represented by Scheme 2, as a result, the reverse reaction prevails and the efficiency of converting hydrogen sulfide to elemental sulfur is lowered.
상술한 바와 같은 문제점으로 인하여 클라우스 공정에서는 통상 미처리가스가 배출되게 된다. 이러한 미처리가스를 소각처리하는 경우, 약 1000ppm 이상의 이산화황이 생성되는데, 이는 최근 강화되고 있는 환경법상 배출 기준치를 초과하게 된다.Due to the problems described above, in the Klaus process, untreated gas is usually discharged. Incineration of such untreated gas produces more than about 1000 ppm of sulfur dioxide, which exceeds the emission standards set by the recently tightened environmental law.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 클라우스 공정에서 배출되는 미처리 황화물(tail-gas)를 처리하기 위한 부가적인 공정이 개발되었다. 그중에서도 높은 황회수율을 나타내는 공정으로는 모돕(MODOP: Mobil Direct Oxidation Process: EP 0078 690-A2)과 수퍼클라우스(Super Claus: US 5,286,697) 공정이 있다. 이 공정들은 하기 반응식 3에 나타난 바와 같이 산소를 반응물질로 사용하여 황화수소를 원소 황으로 전환시킨다.In order to solve the above problems, an additional process for treating untreated sulphide (tail-gas) discharged from the Claus process has been developed. Among them, high sulfur recovery yields include MODOP (Mobil Direct Oxidation Process: EP 0078 690-A2) and Super Claus (US 5,286,697). These processes convert hydrogen sulfide to elemental sulfur using oxygen as the reactant, as shown in Scheme 3 below.
모돕 공정은 이산화티탄계 촉매 존재하에서 황화수소를 화학양론적인 비로 산소와 반응시켜 원소 황으로 전환시키는 반응으로서, 황으로의 전환율이 90% 이상으로 높다. 그러나 촉매가 물에 의하여 피독되기 때문에 반응시키기전에 탈수장치를 이용하여 반응가스내의 수분함량을 4부피% 미만으로 낮추어야 한다.In the Modoop process, hydrogen sulfide is reacted with oxygen in a stoichiometric ratio to convert elemental sulfur in the presence of a titanium dioxide-based catalyst, and the conversion to sulfur is higher than 90%. However, since the catalyst is poisoned by water, the water content in the reaction gas must be lowered to less than 4% by volume using a dehydration device before the reaction.
반면, 수퍼클라우스 공정은 철계 촉매를 사용한다. 이 철계 촉매는 물에 대한 피독성이 강해서 수분이 존재하는 경우에도 황회수율이 80%가 된다. 그러나, 이 공정에서는 반응이 원할하게 이루어지려면 황화수소의 농도를 1부피% 정도로 낮게 유지하여야 하며, 역반응을 제한하기 위해서는 당량비의 10배 이상의 산소를 반응시켜야 한다. 따라서 처리해야 할 전체 가스의 양이 증가하게 되고, 산소를 상술한 바와 같이 높은 당량비로 반응시켜야 하므로 2부피% 이상의 고농도 황화수소를 처리하기가 곤란하다는 단점이 있다.In contrast, the superclause process uses an iron-based catalyst. This iron-based catalyst is highly toxic to water, so that even in the presence of water, the yield of sulfur is 80%. In this process, however, the concentration of hydrogen sulfide must be kept as low as 1% by volume in order to achieve a smooth reaction, and oxygen must be reacted at least 10 times the equivalent ratio to limit the reverse reaction. Therefore, the total amount of gas to be treated is increased, and the oxygen must be reacted at a high equivalent ratio as described above, and thus has a disadvantage in that it is difficult to process a high concentration of hydrogen sulfide of 2 vol% or more.
상기 문제점을 해결하기 위하여 모돕 반응 조건(황화수소 대비 당량의 산소 사용)에서 활성이 보다 개선된 촉매 즉, 바나듐계 촉매를 사용하는 방법이 제안되었다. 이 방법에 따르면, 황화수소 대비 산소량을 당량비로 사용할 수 있는 장점을 가지고 있어서, 고농도의 황화수소를 처리할 수 있다. 이 방법에 대한 구체적인 예를 살펴보면 다음과 같다.In order to solve the above problem, a method of using a catalyst having improved activity under the mode of reaction (using an equivalent amount of oxygen compared to hydrogen sulfide), that is, a vanadium-based catalyst, has been proposed. According to this method, it has the advantage that the amount of oxygen relative to hydrogen sulfide can be used as an equivalent ratio, so that it is possible to process a high concentration of hydrogen sulfide. A concrete example of this method is as follows.
미국 특허 제4,311,683호에 따르면, 황화수소 농도 500ppm∼10부피%의 산성가스를 사용하고 반응기내의 압력을 100psi로 유지하면 반응온도 232℃ 이하에서 75∼90%의 황회수율을 얻을 수 있었다.According to US Pat. No. 4,311,683, using an acidic gas having a hydrogen sulfide concentration of 500 ppm to 10% by volume and maintaining the pressure in the reactor at 100 psi, a yellow recovery yield of 75 to 90% was obtained at a reaction temperature of 232 ° C or lower.
미국 특허 제4,444,742호 및 4,576,814호에 따르면, V2O5-Bi2O3의 이성분계 촉매 및 3부피%의 수분 존재하에서 246℃ 이하에서 70∼80%의 황회수율을 얻을 수 있었다. 또한, 미국 특허 5,512,258호에 따르면, A4±xV2±yO9촉매계(A는 Mg, Ca, Zn, 0≤x≤0.2, 0≤y≤0.5) 존재하에서 황화수소 2부피%, 이산화황 1부피%와 당량비의 산소 1부피%로 이루어진 가스가 수증기 30부피%를 포함하는 경우 반응온도 220℃에서 70∼90%의 황화수소의 전환율을 얻을 수 있다고 보고되어 있다. 그러나, 황에 대한 선택도나 최종 황회수율은 언급되어 있지 않다.According to US Pat. Nos. 4,444,742 and 4,576,814, a yellow recovery of 70-80% was obtained at 246 ° C. or less in the presence of a two-component catalyst of V 2 O 5 —Bi 2 O 3 and 3% by volume of water. Further, according to US Pat. No. 5,512,258, 2 vol% hydrogen sulfide, sulfur dioxide 1 in the presence of an A 4 ± x V 2 ± y O 9 catalyst system (A is Mg, Ca, Zn, 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 0.5) It is reported that when the gas consisting of 1% by volume of oxygen in volume% and equivalent ratio contains 30% by volume of water vapor, a conversion rate of 70-90% hydrogen sulfide can be obtained at the reaction temperature of 220 ° C. However, no selectivity to sulfur or final yield of sulfur is mentioned.
그런데, 상술한 특허에 보고된 촉매들은 대부분 수분을 소량 포함하고 있거나 또는 전혀 없는 조건에서 활성을 나타내는 것들인데, 실제 공정에서는 수증기가 다량 포함되어 있어서 상기 촉매들을 사용하기가 곤란하다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 저온 영역 (245℃ 이하)에서 반응을 진행시켰으나, 이러한 저온영역에서는 촉매가 장기간 사용된 후 활성이 저하되는 문제점이 있다.By the way, most of the catalysts reported in the above-mentioned patents are those that show activity under conditions containing little or no water, and in actual processes, there are problems in that the catalysts are difficult to use because they contain a large amount of water vapor. In order to solve this problem, the reaction was carried out in a low temperature region (245 ° C. or less), but in such a low temperature region, there is a problem in that activity decreases after a long time use of the catalyst.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 과량의 수분이 존재하여도 활성이 저하되지 않는 동시에 황회수율이 우수한 황화수소의 선택적 산화용 촉매를 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a catalyst for the selective oxidation of hydrogen sulfide excellent in the sulfur recovery yield while the activity is not reduced even in the presence of excess moisture.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 촉매를 이용하여 황을 회수하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for recovering sulfur using the catalyst.
상기 첫번째 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 바나듐과 티탄을 포함하는 산화물로 된 것을 특징으로 하는 황화수소의 선택적 산화용 촉매를 제공한다.In order to achieve the first object, the present invention provides a catalyst for the selective oxidation of hydrogen sulfide, characterized in that the oxide containing vanadium and titanium.
상기 산화물은 산화바나듐과 이산화티탄의 혼합 산화물 또는 Va-Tib-Oc(0<a<2, 0<b<3, 0<c<9)로 표시되는 복합 산화물이다. 특히, 상기 산화물이 산화바나듐과 이산화티탄의 혼합 산화물인 경우에는 산화바나듐이 이산화티탄에 담지되어 있는 형태인 것이 바람직하다.The oxide is a mixed oxide of vanadium oxide and titanium dioxide or a composite oxide represented by V a -Ti b -O c (0 <a <2, 0 <b <3, 0 <c <9). In particular, when the oxide is a mixed oxide of vanadium oxide and titanium dioxide, it is preferable that the vanadium oxide is supported on titanium dioxide.
본 발명의 촉매에서 바나듐과 티탄의 혼합몰비는 2:98 내지 95:5인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10:90 내지 90:10이다. 여기에서 바나듐의 함량이 상기 범위보다 많은 경우에는 티탄이 제역할을 제대로 수행하지 못한다. 티탄 함유 산화물 즉, 이산화티탄은 황화수소의 산화반응중 환원된 바나듐을 재산화시켜 비활성화 현상을 억제하는 역할을 하는데, 이러한 작용이 원할하게 이루어지지 못하면 촉매의 활성이 저하되므로 바람직하지 못하다.The mixing molar ratio of vanadium and titanium in the catalyst of the present invention is preferably 2:98 to 95: 5, more preferably 10:90 to 90:10. Here, when the content of vanadium is larger than the above range, titanium does not properly perform the role of throttling. Titanium-containing oxides, that is, titanium dioxide, serve to inhibit the deactivation by reoxidizing the reduced vanadium during the oxidation reaction of hydrogen sulfide, which is not preferable because the activity of the catalyst is lowered.
본 발명의 촉매는 산화바나듐과 이산화티탄의 혼합 산화물 또는 Va-Yib-Oc로 표시되는 복합 산화물을 담체에 담지함으로써 이루어지기도 한다. 이 때 상기 화합물들의 담지 함량은 촉매 대비 3 내지 30중량%인 것이 바람직하다. 이 때 담체로는 중성의 탄화규소, 산화규소 및 α-알루미나로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.The catalyst of the present invention may be achieved by supporting a mixed oxide of vanadium oxide and titanium dioxide or a complex oxide represented by Va-Yi b -O c on a carrier. At this time, the supported content of the compounds is preferably 3 to 30% by weight relative to the catalyst. At this time, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of neutral silicon carbide, silicon oxide and α-alumina.
각 성분들의 함량들이 상기 조건을 만족시킬 때 가장 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다. 촉매를 사용한 황화수소의 선택적 산화반응은 촉매가 황화수소에 의하여 환원되어 격자산소(lattice oxygen)를 잃은 다음, 기상의 산소가 촉매에 격자산소를 제공하면서 활성이 유지되는 산화-환원 메카니즘으로 진행되기 때문이다. 즉, 산화반응의 활성 및 활성 유지는 촉매가 함유하고 있는 격자산소의 양, 기상의 산소에 의한 촉매의 재산화(re-oxidation) 여부 및 그 정도 달려 있다. 따라서 상기 범위를 벗어나는 경우에는 촉매가 가지는 격자산소의 양이 적어져 시간이 경과하면서 촉매의 활성이 점차적으로 저하된다.The content of each component is most preferable when satisfying the above conditions, for the following reason. The selective oxidation of hydrogen sulfide using the catalyst is because the catalyst is reduced by hydrogen sulfide to lose lattice oxygen, and then proceeds to an oxidation-reduction mechanism in which gaseous oxygen maintains activity while providing lattice oxygen to the catalyst. . In other words, the activity and the maintenance of the oxidation reaction depends on the amount of lattice oxygen contained in the catalyst, the re-oxidation of the catalyst by the gaseous oxygen, and the extent thereof. Therefore, if it is out of the above range, the amount of lattice oxygen of the catalyst decreases and the activity of the catalyst gradually decreases over time.
본 발명의 두번째 과제는 황화수소를 포함하는 반응가스를 촉매하에서 산소 또는 공기와 반응시켜 상기 반응가스중에 포함된 황화수소로부터 원소 황을 회수하는 방법에 있어서,A second object of the present invention is a method for recovering elemental sulfur from hydrogen sulfide contained in the reaction gas by reacting a reaction gas containing hydrogen sulfide with oxygen or air under a catalyst,
상기 촉매가 바나듐과 티탄을 포함하는 산화물로 된 것을 특징으로 하는 황의 회수방법에 의하여 달성된다.It is achieved by a method for recovering sulfur, characterized in that the catalyst is made of an oxide containing vanadium and titanium.
본 발명에 따른 촉매의 구성성분은 상술한 바와 같이 바나듐과 티탄을 포함하는 혼합 산화물 또는 복합 산화물 형태로 만들 수 있으면 어떠한 것도 가능하다. 바나듐과 티탄을 포함하는 산화물은 대응하는 전구체로부터 제조하거나 또는 산화바나듐과 이산화티탄을 소정 혼합비로 혼합함으로써 얻을 수 있다. 촉매 제조를 위한 바나듐 전구체와 티타늄 전구체로는 물, 알콜 등의 용매에 용해되는 것이라면 모두 사용가능하다. 그중에서도 바나듐의 전구체로는 NH4VO3, VOCl3, VOSO4·3H2O, 바나듐 알콕사이드 등을 사용하고, 티타늄 전구체로는 Ti(SO4)2·nH2O, Ti[O(CH2)3CH3]4, TiCl3, 티타늄 알콕사이드 등이 있다. 이러한 바나듐 또는 티타늄 전구체를 이용하여 촉매를 제조하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.Any component of the catalyst according to the invention can be made as long as it can be in the form of a mixed oxide or complex oxide comprising vanadium and titanium as described above. Oxides containing vanadium and titanium can be obtained from corresponding precursors or by mixing vanadium oxide and titanium dioxide in a predetermined mixing ratio. The vanadium precursor and the titanium precursor for preparing the catalyst can be used as long as they are dissolved in a solvent such as water and alcohol. Among them, NH 4 VO 3 , VOCl 3 , VOSO 4 · 3H 2 O, vanadium alkoxide, and the like are used as precursors of vanadium, and Ti (SO 4 ) 2 · nH 2 O, Ti [O (CH 2 ) 3 CH 3 ] 4 , TiCl 3 , titanium alkoxides, and the like. Looking at the process for producing a catalyst using such a vanadium or titanium precursor as follows.
바나듐 전구체와 티타늄 전구체를 옥살산 수용액에 용해한다. 이 혼합물을 증발건조법을 이용하여 수분을 제거하여 촉매 전구체를 얻는다.The vanadium precursor and the titanium precursor are dissolved in an aqueous oxalic acid solution. This mixture is removed by moisture using an evaporation drying method to obtain a catalyst precursor.
또는, 상기 바나듐 전구체와 티타늄 전구체가 용해된 옥살산 수용액에 실리카 등과 같은 담체 입자를 첨가한 다음, 증발건조시키면 실리카 담체에 담지된 촉매 전구체를 제조할 수 있다.Alternatively, a catalyst precursor supported on a silica carrier may be prepared by adding carrier particles such as silica to an oxalic acid solution in which the vanadium precursor and the titanium precursor are dissolved, and then evaporating to dryness.
상기 과정에서 얻어진 전구체를 400∼500℃에서 소성하면 최종적으로 촉매를 얻을 수 있게 된다.By firing the precursor obtained in the above process at 400 ~ 500 ℃ it is possible to finally obtain a catalyst.
한편, 본 발명에 따른 촉매를 이용하여 황화수소로부터 황을 회수하는 방법에 대하여 살펴보면 다음과 같다.On the other hand, the method for recovering sulfur from hydrogen sulfide using the catalyst according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 촉매 존재하에서 황화수소를 포함하는 반응가스를 산소 또는 공기와 반응시킨다. 이 때 반응온도는 200 내지 330℃, 특히 220 내지 280℃인 것이 바람직하다. 반응 온도가 200℃ 미만인 경우에는 촉매가 비활성화되며, 330℃를 초과하는 경우에는 황의 회수율이 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.In the presence of a catalyst according to the invention a reaction gas comprising hydrogen sulfide is reacted with oxygen or air. At this time, the reaction temperature is preferably 200 to 330 ° C, particularly 220 to 280 ° C. The catalyst is deactivated when the reaction temperature is lower than 200 ° C., and when the temperature is higher than 330 ° C., the recovery of sulfur is lowered, which is not preferable.
또한, 반응조건에 있어서, 산소/황화수소의 몰비는 0.5 내지 1.0, 바람직하게는 0.5 내지 0.6이고 유입가스의 공간속도는 3,000 내지 1,000,000ℓ/kg-cat. hr, 특히 3,000 내지 400,000ℓ/kg-cat. hr인 것이 바람직하다.Further, in the reaction conditions, the molar ratio of oxygen / hydrogen sulfide is 0.5 to 1.0, preferably 0.5 to 0.6 and the space velocity of the inlet gas is 3,000 to 1,000,000 L / kg-cat. hr, in particular 3,000-400,000 L / kg-cat. It is preferable that it is hr.
상기 황화수소의 함량은 상기 반응가스에 대하여 1 내지 40부피%이고, 산소의 부피는 황화수소에 대하여 50 내지 100부피%인 것이 바람직하다.The content of hydrogen sulfide is 1 to 40% by volume with respect to the reaction gas, the volume of oxygen is preferably 50 to 100% by volume with respect to hydrogen sulfide.
본 발명에 따른 촉매는 반응가스에 대하여 5 내지 30부피%의 수증기를 부가한 상태이여도 그 활성이 그대로 유지된다.The catalyst according to the present invention retains its activity even when 5 to 30% by volume of water vapor is added to the reaction gas.
이하, 본 발명을 하기 실시예들을 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 반드시 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the following examples, but the present invention is not necessarily limited to the following examples.
하기 실시예에서 황화수소의 전환율, 황의 선택도 및 황의 회수율은 다음과 같이 계산하였다.In the following examples, the conversion rate of hydrogen sulfide, the selectivity of sulfur, and the recovery rate of sulfur were calculated as follows.
H2S 전환율(%)={([H2S]유입-[H2S]유출)/[H2S]유입}×100H 2 S conversion rate (%) = {([H 2 S] inflow- [H 2 S] outflow ) / [H 2 S] inflow } × 100
황의 선택도(%)={([H2S]유입-[H2S]유출-[SO2]유출)/([H2S]유입-[H2S]유출)}×100% Selectivity of sulfur = {([H 2 S] inflow- [H 2 S] outflow- [SO 2 ] outflow ) / ([H 2 S] inflow- [H 2 S] outflow )} × 100
황 회수율(%)={H2S 전환율×황의 선택도}/100Sulfur recovery rate (%) = {H 2 S conversion rate x selectivity of sulfur} / 100
<실시예 1><Example 1>
5중량% 옥살산 수용액 500㎖에 NH4VO32.34g과 Ti[O(CH2)3CH3]46.80g을 첨가하여 맑은 용액 상태로 만든 다음, 증발건조법을 이용하여 수분을 제거하였다. 이후, 공기 분위기하에서 450℃에서 5시간동안 소성하여 바나듐과 티타늄의 복합 산화물 촉매를 제조하였다.2.34 g of NH 4 VO 3 and 6.80 g of Ti [O (CH 2 ) 3 CH 3 ] 4 were added to 500 ml of a 5 wt% aqueous solution of oxalic acid to make a clear solution, followed by evaporation to remove moisture. Thereafter, the mixture was calcined at 450 ° C. for 5 hours in an air atmosphere to prepare a composite oxide catalyst of vanadium and titanium.
상기 촉매를 반응기에 채운 다음, 여기에 황화수소 5부피%, 산소 2.5부피% 그리고 나머지가 헬륨인 혼합기체를 공급하였다. 이 때 공간속도는 94,000ℓ/kg-cat. hr로 고정하고 반응온도를 225-325℃로 변화시키면서 황화수소의 산화반응을 실시하여 황화수소의 전환율, 황의 선택도 및 회수율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.The catalyst was charged to the reactor, and then 5% by volume of hydrogen sulfide, 2.5% by volume of oxygen and a mixed gas of helium in the remainder were supplied thereto. At this time, the space velocity is 94,000ℓ / kg-cat. Fixing with hr and carrying out the oxidation reaction of hydrogen sulfide while changing the reaction temperature to 225-325 ℃ to measure the conversion rate of hydrogen sulfide, selectivity and recovery of sulfur is shown in Table 1 below.
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1에 따른 촉매는 반응온도 225-325℃ 범위에서 황회수율이 86.2% 이상으로서 우수하였다.As can be seen from Table 1, the catalyst according to Example 1 was excellent in the recovery of the sulfur in the reaction temperature range of 225-325 ℃ 86.2% or more.
<실시예 2><Example 2>
5중량% 질산 수용액 400㎖에 VOSO4·3H2O 8.70g과 Ti(SO4)2·4H2O 13.3g을 부가하여 용해시켰다. 여기에 실리카 16g을 첨가한 다음, 증발건조법으로 수분을 제거하였다.VOSO 4 · 3H 2 O 8.70g and Ti (SO 4) 5 wt% nitric acid solution 400㎖ 2, was dissolved by adding 4H 2 O 13.3g. 16 g of silica was added thereto, followed by evaporation to remove moisture.
이후, 450℃에서 5시간동안 소성하여 산화바나듐과 산화티타늄이 각각 10중량%로 실리카 담체에 담지되어 있는 촉매(이하, V2O5-TiO2/SiO2라 함) 촉매를 제조하였다.Thereafter, calcining at 450 ° C. for 5 hours to prepare a catalyst (hereinafter, referred to as V 2 O 5 -TiO 2 / SiO 2 ) having 10 wt% of vanadium oxide and titanium oxide supported on the silica carrier.
상기 촉매를 반응기에 채운 다음, 여기에 황화수소 5부피%, 산소 2.5부피% 그리고 나머지는 헬륨인 혼합기체를 공급하였다. 이 때 공간속도는 94,000ℓ/kg-cat. hr로 고정하고 반응온도를 225-325℃로 변화시키면서 황화수소의 산화반응을 실시하여 황화수소의 전환율, 황의 선택도 및 회수율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.The catalyst was charged to a reactor and then fed with 5% by volume hydrogen sulfide, 2.5% by volume oxygen and a balance of helium. At this time, the space velocity is 94,000ℓ / kg-cat. Fixed in hr and subjected to the oxidation of hydrogen sulfide while changing the reaction temperature to 225-325 ℃ to measure the conversion of hydrogen sulfide, selectivity and recovery of sulfur is shown in Table 2 below.
상기 표 2로부터, 실시예 2에 따른 촉매는 250℃ 정도의 저온 영역에서 88.1-94.0%의 황회수율을 나타냈고, 250℃ 이상의 고온 영역에서도 86.2-93.0%의 황회수율을 나타내는 것을 알 수 있었다.From Table 2, the catalyst according to Example 2 exhibited a yellow recovery of 88.1-94.0% in the low temperature region of about 250 ° C, and 86.2-93.0% of the yellow recovery in the high temperature region of 250 ° C or higher.
<실시예 3><Example 3>
증류수 200㎖에 VOCl33.45g을 첨가하여 용해한 다음, 여기에 이산화티탄을 첨가한 다음, 증발건조법으로 수분을 제거하였다.3.45 g of VOCl 3 was added and dissolved in 200 ml of distilled water, and titanium dioxide was added thereto, followed by evaporation to remove water.
이후, 450℃에서 5시간동안 소성하여 산화바나듐이 10중량%로 이산화티탄에 담지된 촉매(이하, V(10)/TiO2라 함)를 제조하였다.Thereafter, calcining at 450 ° C. for 5 hours to prepare a catalyst (hereinafter, referred to as V (10) / TiO 2 ) in which vanadium oxide was supported on titanium dioxide at 10% by weight.
상기 촉매를 반응기에 채운 다음, 여기에 황화수소 5부피%, 산소 2.5부피% 그리고 나머지는 헬륨인 혼합기체를 공급하였다. 이 때 공간속도는 94,000ℓ/kg-cat. hr로 고정하고 반응온도를 225-325℃로 변화시키면서 황화수소의 산화반응을 실시하여 황화수소의 전환율, 황의 선택도 및 회수율을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.The catalyst was charged to a reactor and then fed with 5% by volume hydrogen sulfide, 2.5% by volume oxygen and a balance of helium. At this time, the space velocity is 94,000ℓ / kg-cat. Fixed in hr and subjected to the oxidation of hydrogen sulfide while changing the reaction temperature to 225-325 ℃ to measure the conversion of hydrogen sulfide, selectivity and recovery of sulfur is shown in Table 3 below.
상기 표 3로부터, 실시예 3에 따른 촉매는 반응온도 225∼325℃ 범위에서 87.1% 이상의 황회수율을 나타내는 것을 알 수 있었다.From Table 3, it can be seen that the catalyst according to Example 3 exhibits a sulfur recovery yield of 87.1% or more at a reaction temperature of 225 to 325 ° C.
<실시예 4-7><Example 4-7>
혼합기체에 5, 10, 20, 30 부피%의 수분을 부가하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 촉매와 반응 조건에서 실시하여 황화수소의 전환율, 황의 선택도 및 회수율을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.Except for adding 5, 10, 20, 30% by volume of water to the mixed gas, the conversion rate of hydrogen sulfide, the selectivity of sulfur and the recovery rate were measured in the same catalyst and reaction conditions as in Example 1, Indicated.
상기 표 4로부터, 실시예 1에 따라 제조된 촉매는 과량의 수분 존재하에서도 황회수율이 높고 촉매 활성이 유지되는 것을 알 수 있었다. 수분의 함량이 높아질수록 황회수율이 조금씩 떨어지는 경향을 보이지만, 반응온도를 220∼270℃로 조절하면 수분이 30부피%까지 포함된 경우라 하더라도 80% 정도의 황회수율을 얻을 수 있었다.From Table 4, it can be seen that the catalyst prepared according to Example 1 has high sulfur recovery rate and maintains catalytic activity even in the presence of excess moisture. As the water content increases, the yellow recovery yields tend to drop little by little. However, when the reaction temperature is controlled to 220 to 270 ° C., even when the water contains up to 30% by volume, the yield of about 80% is obtained.
<실시예 8><Example 8>
실시예 3에 따른 V(10)/TiO2촉매를 반응기에 채운 다음, 황화수소 5부피%, 산소 2.5부피%이고 나머지가 헬륨인 혼합기체를 공급하였다. 반응온도 250℃이고, 공간속도가 94,000ℓ/kg-cat. hr,물을 첨가하지 않거나 30부피% 펌가한 반응조건하에서, 산소/황화수소의 비에 따른 황화수소 전환율과 황화수율을 측정하여 하기 표 5에 나타내었다.The V (10) / TiO 2 catalyst according to Example 3 was charged to the reactor, and then a mixed gas of 5 vol% hydrogen sulfide, 2.5 vol% oxygen and the rest was helium was supplied. The reaction temperature is 250 ℃, the space velocity is 94,000ℓ / kg-cat. hr , under the reaction conditions without adding water or 30 vol% perm, the hydrogen sulfide conversion and the sulfide yield according to the oxygen / hydrogen sulfide ratio were measured and shown in Table 5 below.
황화수소에 대한 산소의 몰비가 0.5보다 작은 경우에는 선택도가 100%인 데 반하여 전환율이 낮았다. 반면 황화수소에 대한 산소의 몰비가 0.5보다 큰 경우에는 반대의 경향이 나타냈다. 그리고 황화수소에 대하여 당량만큼의 산소를 사용하는 경우(산소/황화수소의 몰비=0.5)에는 최적의 황회수율을 얻을 수 있었다. 이 때 수분이 30부피%가 포함되어도 황회수율의 감소는 10% 내외이다.When the molar ratio of oxygen to hydrogen sulfide was less than 0.5, the selectivity was low, whereas the conversion was low. On the other hand, if the molar ratio of oxygen to hydrogen sulfide is greater than 0.5, the opposite trend was observed. In the case where an equivalent amount of oxygen was used for hydrogen sulfide (mole ratio of oxygen / hydrogen sulfide = 0.5), an optimum sulfur recovery yield was obtained. At this time, even if the water contained 30% by volume, the reduction of the yellow recovery is about 10%.
<실시예 9>Example 9
반응온도가 250℃이고 산소/황화수소의 몰비가 0.5로 고정된 것을 제외하고는, 실시에 2와 동일한 반응조건에서 황화수소의 산화반응을 실시하였다. 황화수소의 농도를 변화시키면서 황화수소 전환율과 황회수율을 측정하여 하기 표 6에 나타내었다.The oxidation reaction of hydrogen sulfide was carried out under the same reaction conditions as in Example 2, except that the reaction temperature was 250 ° C. and the molar ratio of oxygen / hydrogen sulfide was fixed at 0.5. Hydrogen sulfide conversion and sulfur recovery were measured while changing the concentration of hydrogen sulfide, and are shown in Table 6 below.
상기 표 6으로부터, 바나듐과 티탄을 포함하는 촉매를 사용하면 황화수소의 농도에 관계없이 황회수율이 우수하다는 것을 알 수 있었다.From Table 6, it can be seen that using a catalyst containing vanadium and titanium, the sulfur recovery yield is excellent regardless of the concentration of hydrogen sulfide.
<실시예 10-12><Example 10-12>
반응온도 240℃에서 수분이 30부피% 함유되어 있는 것을 제외하고는, 실시에 1-3과 동일한 조건에서 황화수소의 산화반응을 실시하였다.Hydrogen sulfide oxidation was carried out under the same conditions as in Example 1-3 except that 30 vol% of water was contained at the reaction temperature of 240 ° C.
실시예 1-3과 동일한 조건에서 반응시간에 따른 황화수소 전환율과 황회수율을 측정하여 하기 표 7에 나타내었다.Under the same conditions as in Example 1-3, hydrogen sulfide conversion and sulfur recovery rate according to reaction time were measured and shown in Table 7 below.
<실시예 13>Example 13
산화바나듐의 함량이 10중량% 대신 50중량%인 것을 제외하고는, 실시예 12와동일한 방법에 따라 산화바나듐이 이산화티탄에 담지된 촉매(이하, V(50)/TiO2라 함)를 제조하였다.A catalyst in which vanadium oxide was supported on titanium dioxide (hereinafter referred to as V (50) / TiO 2 ) according to the same method as in Example 12, except that the content of vanadium oxide was 50% by weight instead of 10% by weight. Prepared.
실시예 1-3과 동일한 조건에서 반응시간에 따른 황화수소 전환율과 황회수율을 측정하여 하기 표 7에 나타내었다.Under the same conditions as in Example 1-3, hydrogen sulfide conversion and sulfur recovery rate according to reaction time were measured and shown in Table 7 below.
<비교예 1>Comparative Example 1
산화바나듐의 함량이 10중량% 대신 30중량%인 것을 제외하고는, 실시예 12와동일한 방법에 따라 산화바나듐이 실리카에 담지된 촉매(이하, V(30)/SiO2라 함)를 제조하였다.A catalyst in which vanadium oxide was supported on silica was prepared according to the same method as in Example 12, except that the content of vanadium oxide was 30% by weight instead of 10% by weight (hereinafter, referred to as V (30) / SiO 2 ). It was.
실시예 1-3과 동일한 조건에서 반응시간에 따른 황화수소 전환율과 황회수율을 측정하여 하기 표 7에 나타내었다.Under the same conditions as in Example 1-3, hydrogen sulfide conversion and sulfur recovery rate according to reaction time were measured and shown in Table 7 below.
<비교예 2>Comparative Example 2
촉매로서 담체없는 산화바나듐(알드리치사)을 사용하였다.Carrier-free vanadium oxide (Aldrich) was used as a catalyst.
실시예 1-3과 동일한 조건에서 반응시간에 따른 황화수소 전환율과 황회수율을 측정하여 하기 표 7에 나타내었다.Under the same conditions as in Example 1-3, hydrogen sulfide conversion and sulfur recovery rate according to reaction time were measured and shown in Table 7 below.
<비교예 3>Comparative Example 3
5중량% 옥살산 수용액 250㎖에 NH4VO31.17g과 Bi2(NO)3·5H20 3.50g을 부가하여 용해한 다음, 증발건조법으로 수분을 제거하였다.1.17 g of NH 4 VO 3 and 3.50 g of Bi 2 (NO) 3 .5H 2 0 were added and dissolved in 250 ml of a 5% by weight aqueous solution of oxalic acid, and then water was removed by evaporation to dryness.
이후, 450℃에서 5시간동안 소성하여 바나듐과 비스무스의 혼합 산화물(이하, V2O5-Bi2O3라 함) 촉매를 제조하였다.Thereafter, the mixture was calcined at 450 ° C. for 5 hours to prepare a mixed oxide of vanadium and bismuth (hereinafter referred to as V 2 O 5 —Bi 2 O 3 ).
실시예 1-3과 동일한 조건에서 시간에 따른 황화수소 전환율과 황회수율을 측정하여 하기 표 7에 나타내었다.Hydrogen sulfide conversion and sulfur recovery over time under the same conditions as in Example 1-3 were measured and shown in Table 7 below.
상기 표 7로부터, 상기 비교예 1-3에 따른 촉매들 즉, V(30)/SiO2, 벌크 V2O5또는 V2O5-Bi2O3는 반응시간이 경과됨에 따라 활성이 저하되는 것을 알 수 있었지만, 실시예 10-14에 따른 바나듐과 티탄으로 구성된 혼합 산화물 촉매들은 240℃에서 반응시간이 경과하여도 촉매 활성이 저하되지는 않았다.From Table 7, the catalysts according to Comparative Examples 1-3, that is, V (30) / SiO 2 , bulk V 2 O 5 or V 2 O 5 -Bi 2 O 3 , the activity decreases as the reaction time elapses. Although it can be seen that, the mixed oxide catalysts composed of vanadium and titanium according to Example 10-14 did not decrease the catalyst activity even after the reaction time at 240 ℃.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 촉매는 비교적 넓은 온도(200∼330℃) 범위에서 황화수소 가스로부터 원소 황을 높은 수율로 회수할 수 있다. 또한 반응가스중 과량의 물의 존재하에서도 촉매의 활성이 유지되는 장점을 가지고 있다.As described above, the catalyst according to the present invention can recover elemental sulfur from hydrogen sulfide gas in a relatively high temperature (200 to 330 ° C.) in a high yield. It also has the advantage that the activity of the catalyst is maintained even in the presence of excess water in the reaction gas.
Claims (20)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1019980028425A KR20000008552A (en) | 1998-07-14 | 1998-07-14 | Selectively oxidizing catalysis of hydrogen sulfide and method for recollecting sulfur thereby |
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KR1019980028425A KR20000008552A (en) | 1998-07-14 | 1998-07-14 | Selectively oxidizing catalysis of hydrogen sulfide and method for recollecting sulfur thereby |
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KR20000008552A true KR20000008552A (en) | 2000-02-07 |
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ID=19544158
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KR1019980028425A KR20000008552A (en) | 1998-07-14 | 1998-07-14 | Selectively oxidizing catalysis of hydrogen sulfide and method for recollecting sulfur thereby |
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KR (1) | KR20000008552A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010036675A (en) * | 1999-10-11 | 2001-05-07 | 정명식 | Catalyst for oxidaizing hydrogen sulfide gas and recovery method of sulfur using the same |
-
1998
- 1998-07-14 KR KR1019980028425A patent/KR20000008552A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20010036675A (en) * | 1999-10-11 | 2001-05-07 | 정명식 | Catalyst for oxidaizing hydrogen sulfide gas and recovery method of sulfur using the same |
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