整体型催化剂是涂布有支撑氧化物的波纹状纤维整体基质。它优选用TiO2涂布并随后用V2O5和/或WO3浸渍。波纹状整体的通道直径介于1 mm与8 mm之间，优选大约2.7 mm。波纹状整体的壁厚度介于0.1 mm与0.8 mm之间，优选大约0.4 mm。
消除硫的通常路线是对于低浓度H2S而言吸收型的解决方案，而较高浓度H2S可用于生产化学品例如元素硫或硫酸。对于各种浓度，还可使用热氧化。本发明可看作降低化学品消耗成本并具有对安装设备最低需要的替代措施，所述措施尤其可用于几百ppm与百分之几之间的H2S水平。
本发明的方法可示意性地概述如下：将预热的含H2S气体与空气混合，并且然后混合物经由热交换器进入第一含催化剂反应器。在此第一反应器中，H2S被氧化至二氧化硫(SO2)。将来自第一反应器的流出物输送至第二含催化剂反应器，在第二反应器中SO2被氧化至SO3。将含SO3的流出物进料至烛形滤器单元，向所述单元中注入例如Ca(OH)2作为吸着剂来去除SO3。
H2S还可在所述第一反应器中通过适当选择氧化催化剂和反应条件而有意地直接氧化至SO3。在这种情况下，将来自第一反应器的流出物直接进料至烛形滤器单元以去除SO3。作为用于直接氧化至SO3的氧化催化剂，使用贵金属催化剂诸如Pt/Pd催化剂。
烛形滤器是具有垂直布置于压力容器内的烛形滤器元件的分批操作的过滤器。滤饼形成于滤烛的外部上，同时清澈滤出液从滤烛内部经过浸管排出。烛形滤器可在处理二氧化钛、烟道气、盐水澄清、瓷土、精细化学品的工艺管线和要求有效低水分滤饼过滤或高度磨光的其他应用中见到。
烛形滤器是干式洗涤器。根据本发明，使用此特定干式洗涤器代替经常用于现有技术的技术中的湿式苛性洗涤器。基于NaOH的湿式洗涤器例如在现有技术中用于去除SO2。
干式洗涤器系统描述于US 2013/0294992中，其涉及空气质量控制系统，所述空气质量控制系统用于处理气体流诸如从燃化石燃料锅炉放出的烟道气流，以从其中至少部分去除酸性的和其他污染物，诸如SO2、SO3、HCl、HF、飞灰微粒和/或其他酸性污染物。
US 2004/0109807描述了用于从烟道气中去除SO3的方法，其中将氢氧化钙浆液注入工业装置的排气管中的废气，在所述工业装置中燃烧含硫燃料。氢氧化钙浆液与因燃烧过程产生的SO3反应并且形成初级固体硫酸钙反应产物。工业装置包括湿式洗涤系统，所述系统利用氧化钙的湿熟化以从废气中去除硫氧化物。
US 5,795,548还描述了基于干式洗涤器的烟道气脱硫方法和用于实施所述方法的装置。组合型炉内石灰石喷射和干式洗涤器烟道气脱硫系统在第一微粒收集设备中从烟道气流中收集固体，所述设备位于炉对流通道出口的下游和干式洗涤器的上游。将收集的固体转移至干式洗涤器进料浆液制备系统以提高去除氧化硫物质的效率并且还提高吸着剂利用率。因此，被提供至干式洗涤器的进料浆液中石灰的水平升高，这增强了干式洗涤器中氧化硫物质的去除。干式洗涤器的减少的微粒装载有助于维持进入干式洗涤器的烟道气流中游离水分的期望的程度，这增强了干式洗涤器中和下游具体收集器中氧化硫物质的去除。
从US 4,764,355中可知用于从热气体中去除固体和气体有害物质的方法。在所述方法中，金属烛型缝隙式滤器被用于从含有硫氧化物的热气流中去除微粒，以使得在烛形滤器上累积的滤饼中，吸着反应可随热气流经过滤器而继续。
最后，DE 44 09 055 A1描述了用于对得自褐色煤(褐煤)燃烧的热气体、尤其针对燃气轮机进行部分脱硫的方法。此文献提及将陶瓷烛形滤器用于在由细石灰和灰分所形成的滤饼的表面上对含SO3原煤气脱硫，从而形成CaSO4。然后，清洗滤饼。这确保了由含有细灰分和碳酸钙细微粒的原煤气在滤饼上不断形成新活性表面，借此原煤气的SO3组分通过形成CaSO4来结合至滤饼，并因此可得到纯气体。
根据本发明的方法在以下方面不同于现有技术的技术：将含有H2S的预热气体与空气混合，并且将混合物经由热交换器进料至第一含催化剂反应器。在此第一反应器中根据以下反应H2S被氧化至二氧化硫(SO2)：
1.5 O2 + H2S → SO2 + H2O (1)
第一反应器中的催化剂是如前文描述的整体型催化剂。
这种催化剂可从用作载体的各种陶瓷材料诸如氧化钛制造，并且活性催化组分通常为基底金属(诸如钒、钼和钨)的氧化物、沸石、或各种贵金属。已知具有整体结构的催化剂提供就选择性而言有利的性能，此时期望的反应快并且不期望的反应慢。这也是本发明中的情况，其中H2S转化至SO2是受益于高表面面积的快反应，而整体结构中每体积活性材料的低装载限制SO2转化至SO3的反应速率。
已意外发现此类催化剂在本发明所述方法中使用的相对低的温度下有效促进反应(1)。因此，本发明的另一个方面是如上述的整体型氧化催化剂在低温下催化反应(1)的用途。
然后，将来自第一反应器的流出物输送至第二含催化剂反应器，在第二反应器中根据以下反应SO2被氧化至SO3：
2 SO2 + O2 → 2 SO3 (2)
此反应中使用的催化剂在申请人的VK催化剂之中选择，所述VK催化剂是所谓的负载型液相(SLP)催化剂。利用SLP催化剂或Pt基催化剂，SO2的氧化作为均相反应发生于液膜中，所述液膜在由硅藻土制成的无活性多孔硅石支架上由溶解于碱金属焦硫酸盐中的V2O5组成。
最后，将SO3进料至烛形滤器单元，在所述单元中注入诸如Ca(OH)2的碱性吸着剂以去除SO3和任何残余SO2 (如果存在的话)。硫酸盐固体排出物诸如CaSO4可与水混合并且再注入系统中。
因此，本发明涉及用于使硫化氢氧化至三氧化硫并随后去除三氧化硫的方法，其中在至少一个含催化剂反应器中将硫化氢氧化至三氧化硫并且其中将来自最后反应器的流出物进料至烛形滤器单元以去除三氧化硫，在所述单元中所述流出物与一种或更多种碱性吸着剂的注入浆液或粉末混合以形成碱的硫酸盐和热净气体。
更明确而言，本发明涉及用于使硫化氢氧化至三氧化硫并随后去除三氧化硫的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将富有硫化氢的预热气体与空气混合并且在150-400℃的温度下将混合物进料至第一氧化反应器的入口，在第一反应器中根据上述反应(1)硫化氢被氧化至二氧化硫，
(b)在300-500℃的温度下，将来自第一氧化反应器的流出气体引导至第二氧化反应器的入口，在第二反应器中根据上述反应(2)二氧化硫被氧化至三氧化硫，以及
(c)将含三氧化硫的气体从第二氧化反应器引导至烛形滤器单元以去除三氧化硫，在所述单元中所述气体与注入的一种或更多种碱性吸着剂的浆液或粉末混合以形成硫酸盐和热净气体，
其中第一氧化反应器含有如上述的整体型催化剂，并且第二氧化反应器含有负载型液相(SLP)催化剂、更明确而言VK催化剂。
有待注入烛形滤器单元中的优选的碱性吸着剂是氢氧化钙(Ca(OH)2)，但代替氢氧化钙可使用碳酸钙。
还可使用其他碱性吸着剂。例如，可能使用诸如氧化镁或氢氧化镁的镁基吸着剂，或诸如碳酸钠的钠基吸着剂。
此外，已发现在135℃至500℃的温度范围内，某些钠基碱性吸着剂，诸如碳酸氢钠(NaHCO3)和天然碱(二碳酸氢三钠二水合物，也称作倍半碳酸钠二水合物；Na3(CO3)(HCO3)·2H2O)，比钙基吸着剂对SO2的反应性更强。
除使用单一碱性吸着剂以外，还可能使用碱性吸着剂的各种组合。
整体型催化剂优选由支撑材料制造，所述支撑材料包含选自铝、硅和钛的金属的一种或更多种氧化物，并且活性催化组分优选包含选自钒、铬、钨、钼、铈、铌、锰和铜的金属的一种或更多种氧化物。所述材料在低温下有效催化氧化硫化氢。
VK催化剂由申请人特别设计以用于在任何硫酸装置中将SO2转化至SO3。它们通常为钒基并且可含有铯作为附加的催化剂促进剂以增强钒的作用并且在比常规非铯催化剂低得多的温度下活化催化剂。对于含有高成分活性氧化态的钒V5+的VK催化剂，已获得活性的主要跳跃。
在许多新反应器应用诸如化学和精炼工艺、催化燃烧、臭氧消除等中，整料被日益使用、开发并且评估为催化剂支架。当活性催化剂具有整体结构时，它展示低压降。
本发明还涉及用于实施使硫化氢氧化至三氧化硫的方法的装置。描绘于附图上的装置主要由两个氧化反应器R1和R2以及烛形滤器组成，氧化反应器R1和R2分别用于上述氧化反应(1)和(2)，烛形滤器用于从工艺气体中去除三氧化硫。装置进一步包括用于预热含H2S气体的单元以及热交换器。在进入第一反应器R1之前，气体在热交换器中被加热至150-400℃的温度。在R1中的反应(1)之后，流出气体或在300-500℃的温度下进料至反应器R2或直接进料至烛形滤器单元(如附图中虚线所示)。在R2中的反应(2)之后，将所得含SO3气体引导至烛形滤器单元，在所述单元中注入碱性吸着剂，例如如附图中所指示的Ca(OH)2以去除SO3。
SO3在滤饼中作为硫酸盐终结，在这种情况下为CaSO4，可能与过量CaO一起。具有大约400℃温度的净化气体经过热交换器以加热进料气体，并且它作为具有大约100℃温度的净化气离开热交换器。
在上述装置设计中，所有氧化催化剂均可适应反应器，并且干式洗涤器、即烛形滤器正代替其中使用湿式苛性洗涤器系统的类似技术。在此方面的主要优点是苛性化学品成本将降低大约70%，并且产生热净气体，所述气体可如上所述在装置的热交换器中使用。