专利名称：气态流出物处理催化剂及处理方法
技术领域：
本发明涉及含硫化合物的气体，特别是工业气态流出物的处理催化剂，其中将这些含硫化合物催化转化成易清除化合物。
本发明特别涉及硫化氢，或含碳硫化物直接氧化成S，SO2和和/或SO3的催化剂。
某些工业流出物，特别是称为“尾气”的Claus装置流出物含硫和/或可氧化污染硫化合物，这些化合物应进行处理以将其氧化转化成易清除化合物如亚硫酸酐和/或硫酸酐。
流出物中存在的硫化合物主要为硫化氢和有机硫化合物如含碳硫化物，含碳氧硫化物和/或硫醇。
这些流出物可进行处理而通过直接氧化将硫化合物转化成单质硫，单质硫易于清除或回收，例如通过冷凝法。
已提出了各种这些化合物的氧化方法。其中最简单的是在高温下燃烧这些流出物。
不过，若硫化氢含量极低，就难于维持硫化合物稳定燃烧所需的足够的火焰温度。
为处理低浓度硫化氢气，已提出将硫化合物催化氧化成S，SO2或SO3的方法。
在已提出的催化剂中，以氧化钛为基础的催化剂似乎特别适宜。例如，可举出欧洲专利115449，60742和78690，其中说明了各种用于氧化硫化氢的氧化钛催化剂。
还提出了其它催化剂。例如，US4092404说明了钒氧化催化剂，欧洲专利39266说明了铁催化剂。这些催化剂一般以其全部颗粒填入塔中而构成床层的形式得到应用，待处理气流穿过该床层。
到目前为止，催化剂床均是由注塑或挤出所得柱状或球状催化剂颗粒构成的。不过，可引入塔或转化器中的催化剂量受到其填充损失的限制，这会使硫化合物氧化率低于热力学定律所计算出的理论收率。
本发明目的是克服上述缺陷，提出了一种成型的催化剂，它最好具有多叶形，这种催化剂可在相同的转化器填充系数情况下降低填充损失。
而且，本发明催化剂氧化硫化合物特别是硫化氢或含碳硫化合物的催化特性得到了明显的改善。
取得这一改进的原因是，氧化反应因催化剂颗粒内部物质的扩散现象而得到限制。
基于此，催化剂颗粒中所有催化活性部位都不会与待处理气体接触，特别是颗粒中心的部位。这样一来，就不能达到催化剂的理论活性。
因此，本发明提出处理含有含硫化合物气体，即将这些化合物氧化成易清除的硫化合物特别是S，SO2和/或SO3的成型催化剂，其中作为基本成分包括硫化合物氧化反应的催化元素，催化剂的特征在于在其外表面与其增大的体积之间存在有一比例关系，其比率等于或大于2mm-1，最好在3与8mm-1之间。
作为本发明最佳实施例，该成型催化剂横截面呈凹多叶形。
按本发明第一实施方案，该催化剂横截面限定在直径0.8-12优选为1.2-9mm左右的园内。横截面中的叶优选是尺寸和/或形状相同。
按本发明的第二实施方案，催化剂横截面限定在长轴2-9mm左右，短轴1.2-7mm左右的椭园内。多叶形中至少有一叶在形状和/或尺寸上不同于其它叶。优选的是，各叶二对二相同，更好的是相同盐不相邻。
按本发明另一特征，而且上述两种实施方案是共同的，多叶形各叶相变。不过，在本发明的一种实施方案中，至少多叶形中相邻两叶不相交。
按本发明优选实施方式，多叶形或者三叶形，或为四叶形。
按本发明新特征，该催化剂在其横截面中至少有一个纵向通向催化剂两端的开口或通道，该开口优选呈柱状。
在优选实施方案中，催化剂中包括一个中心通道，并在各叶中心有一个通道。
本发明另一实施例为一呈圆柱状的催化剂，在其截面上至少有一通向催化剂两端的开口或纵向通道，该开口最好呈圆柱状。
现举例说明这种催化剂，该催化剂呈挤压圆柱形，其直径为3～5mm，其长度4-8mm，催化剂上开有一开口，其直径为催化剂直径的1/3～2/3。
本发明催化剂中作为基本成分包括催化活性元素，选自氧化铝，氧化钛，氧化铈，氧化锆，或其混合物。各催化活性成分占最终催化剂总重量的重量比为0.5-100优选为60-99%左右。
作为例子，将氧化钛单独使用或与多种氧化物混用，如与氧化铝二氧化硅，氧化锆，氧化铈，氧化锡，三价稀土元素氧化物，氧化钼，氧化钴，氧化镍，氧化铁或类似氧化物混合。对氧化铈，氧化锆和氧化铝也可同样如此。
上述适宜于本发明的催化活性元素氧化物可为所有这些元素的氧化物，而不管其制法或其来源。
此外，本发明催化剂还含一种或多种选自粘土，硅酸盐，碱土金属或铵的硫酸盐，陶瓷纤维，石棉和二氧化硅的成分。
该催化剂还可含成形添加剂和改善其最终机械性能的添加剂。
作为添加剂的例子，可特地举出纤维素，羧甲基纤维素，羧乙基纤维素，妥尔油，呫吨胶，表面活性剂，絮凝剂如聚丙烯酰胺，碳黑、淀粉，硬脂酸，聚丙烯醇，聚乙烯醇，生物聚合物，葡萄糖，聚乙二醇等等。
按本发明的另一实施方案，催化活性元素用一般具有耐火性的载体浸渍。
作为适宜载体的例子，可举出氧化锆，二氧化硅，氧化铈，氧化锆，氧化钛。
本发明催化剂用各种已知催化剂制法制成后按本发明成形。
而作为例子，将各种催化剂成分混合制成催化剂后再将所得矿物糊挤出。可得到例如，在至少一种氧化物如氧化铝，氧化锆，二氧化硅，氧化铈，氧化锡，氧化钛或三价稀土元素氧化物上有粘结或非粘结催化活性元素氧化物的称为“单位质量”的催化剂，或用铝，锆，铈，锡，钛。稀土元素化合物或由催化活性元素氧化物，如氧化钛构成的其它化合物或按本发明成形的载体溶液浸渍而得的称为“浸渍”催化剂。
这些制法例子仅仅为示意性的，而在不脱离本发明的情况下，还可采用各种制成粒状粉或糊的方法，如注模，压实。
在本发明催化剂存在下将硫化氢，硫化合物以及必要时呈“气相的硫化合物氧化成S，SO2和/或SO3的方法是将含氧气体与包括含硫产品的流出物接触。气体一般为空气，必要时为富氧空气或纯氧气。
气体量定为使其氧量至少等于并优选是大于将全部含硫化合物氧化成S，SO2和/或SO3所需化学计量的量。
本发明方法在高于150℃并优选在200-550℃的温度下进行。
流出物的组成范围可很宽。一般来说，流出物中含少子15V%的硫化氢并优选为0.5-10V%。
本发明其它特征优点和目的可从下述非限制性实例中清楚地看出。
实例1(催化剂A)向悬浮液中加ilmenite用硫酸进行普通浸蚀方中经水解和过滤所得氧化钛，为一种热悬浮液，用以中和所有硫酸盐。该悬浮液于150℃干燥小时。所得粉在水和硝酸存在下以下列比例进行。
TiO2粉58%HNO32%H2O40%所得糊经挤压模挤出而得三叶形挤出物，其外园直径4mm并且交叉等同叶直径均为1.8mm。
120℃干燥和450℃焙烧之后，挤出物特性如下外园直径3.5mm比表面积120m2/g总孔体积0.35cm3/g实例2(催化剂B)用实例1的糊制成三叶形催化剂，其外园直径1.5mm并且交叉等同叶直径均为0.8mm。
120℃干燥和450℃焙烧之后，挤出物特性如下
外园直径1.5mm比表面积(BET)124m2/g总孔体积0.32cm3/g实例3(催化剂C)实例1糊径挤压模挤出而成四叶形，其相对叶相同并且其横截面呈长轴4mm和短轴2mm的椭园形交叉。大叶直径1.8mm，小叶直径1mm。
120℃干燥和450℃焙烧之后，挤出物特性如下椭园长轴4mm椭园短轴2mm比表面积116m2/g孔体积0.35cm3/g比较例(催化剂D)同于实例1作成糊。然后经直径4mm的园筒挤压模挤出。
所得挤出物120℃干燥后于450℃焙烧。
催化剂E特性如下直径3.5mm
比表面积120m2/g总孔体积0.35cm3/g催化试验目的在于比较催化剂将H2S直接氧化成S，SO2和SO3的活性。
向反应器中引入如下体积组成的气体。
H2S1%O20.5%H2O7%N291.5%200℃等温条件下并采用相同的填有催化剂的体积，气体体积流速为7200h-1，以常温常压条件计算。
气体接触时间0.55。
测出H2S转化率而比较催化活性。所得结果如表Ⅰ。
表Ⅰ催化剂 H2S转化率A40%B44%C38%D30%进行类似试验来比较催化剂将含碳硫化合物特别是CS2氧化的活性。
处理气体积组成如下
CS20.3%O20.95%N298.75%反应气功能与上述相同，只是温度为300℃。
同上述试验，仍通过测CS2转化率而确定催化活性。结果列于下表2表Ⅱ催化剂 CS2转化率%A53B65C50D29
权利要求
1.处理含有硫化合物的气体的催化剂，其中作为基本成分包括将该硫化物氧化反应成易于清除的硫化合物的催化活性元素，该催化剂特征在于其外表面与其体积有一比例关系，该比例系数大于，2mm-1。
2.权利要求1的催化剂，其特征在于所述比例系数为3-8mm-1。
3.权利要求1或2的催化剂，其特征在于该催化剂呈凹多叶形。
4.权利要求3的催化剂，其特征在于其横截面限定在直径0.8-12，优选为1.2-9mm的园内。
5.权利要求3或4的催化剂，其特征在于其横截面限定在长轴2-9mm，短轴1.2-7mm的椭园内。
6.权利要求3或4之一的催化剂，其特征在于多叶形的叶尺寸和/或形状相同。
7.权利要求3-5之一的催化剂，其特征在于至少是多叶形叶之一形状和/或尺寸不同于其它叶。
8.权利要求3-7之一的催化剂，其特征在于至少多叶形中相邻两叶相交。
9.上述权利要求之一的催化剂，其特征在于多叶形包括三叶。
10.权利要求1-6之一的催化剂，其特征在于多叶形包括四叶。
11.权利要求10的催化剂，其特征在于上述四叶形相对叶形状和尺寸相同。
12.上述权利要求之一的催化剂，其特征在于其中包括至少一条纵向通道。
13.权利要求12的催化剂，其特征在于其中包括中心通道和每一叶中心通道。
14.根据权利要求1所述催化剂，其特征在于，该催化剂是圆柱状，其上至少有一纵向通道。
15.上述权利要求之一的催化剂，其特征在于催化活性元素为选自钛，铈，锆和铝的元素氧化物。
16.权利要求1-14之一的催化剂，其特征在于以重量计其中含0.5-100%优选60-99%催化活性元素(以氧化物表示)。
17.权利要求1-14之一的催化剂，其特征在于其中包括碱土金属硫酸盐或硫酸铵。
18.权利要求1-17之一的催化剂，其特征在于其中包括至少一种选自氧化铝，二氧化硅，粘土，石棉和陶瓷纤维。
19.权利要求1-18之一的催化剂，其特征在于其中包括至少一种选自铈，锆，钼，钴，硅三价稀土，镍，铁，锡，铝和钛的金属氧化物。
20.权利要求1-19之一的催化剂，其特征在于催化活性元素用选自氧化铝，二氧化硅，氧化铈，氧化锆和氧化钛的载体浸渍。
21.上述权利要求之一的催化剂用于处理含H2S或含碳硫化合物的气体以通过H2S直接氧化而得到单渡硫。
22.权利要求1-14之一的催化剂用于处理含H2S或含碳硫化合物的气体以将其氧化成SO2和/或SO3。
23.权利要求21的处理含有含硫化合物的气体的方法，其中让气体通过由催化剂颗粒构成的催化剂床，其特征在于至少部分催化剂颗粒是由权利要求1-14之一的催化剂构成。
24.权利要求22的处理含有有机硫化合物的气体的方法，其中让气体通过由催化剂颗粒构成的催化剂床，其特征在于至少部分催化剂颗粒由权利要求1-14之一的催化剂构成。
全文摘要
本发明涉及处理含有含硫化合物的气体的催化 剂。其中作为主要化合物包括将H
文档编号C01B17/78GK1040518SQ8910674
公开日1990年3月21日 申请日期1989年9月2日 优先权日1988年9月2日
发明者哈巴德·杰安路丝, 库玛瑞·埃瑞克 申请人:罗纳布朗克化学公司