[发明专利]负载型柱撑粘土催化材料在硫化氢选择氧化过程中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及负载型的柱撑粘土催化材料在硫化氢选择氧化回收元素硫的过程中的应用。 

背景技术

对于煤化工或石油化工过程酸性气中H₂S进行催化处理制取单质硫，既可以降低尾气中的硫含量，又可以实现其中硫元素的回收利用。H₂S催化回收硫磺有较多的工艺方法，其中生物脱硫法和克劳斯(Claus)法最为典型。帕克公司的THIOPAQ生物脱硫技术采用微生物，需要严格控制条件进行脱硫，但采用该法H₂S转化为单质硫的选择性只有90％～95％，且所生成硫磺纯度为98％，硫泥需经进一步处理后才能达到99.8％的出售标准要求。目前国内外H₂S制硫基本采用Claus法。Claus法于1883年问世，至今已有100多年历史，1938年由德国法本公司(I.G.Farbenindustrie)对其进行技术改革形成改良克劳斯(I.G.Claus)硫磺回收工艺并实现工业化应用。Claus法的原理如下： 

H₂S+(3/2)O₂→SO₂+H₂O 

SO₂+2H₂S→2H₂O+(3/n)S_n

鉴于Claus反应的热力学平衡限制，在含有3个Claus催化转化器的情况下，H₂S转化率仅能达到97％左右，仍有较多的H₂S气体剩余，为得到更高的H₂S转化率和硫收率，研究人员对传统Claus工艺进行了改进，其中SCOT尾气处理工艺能获得较高的硫磺收率，应用范围较广。SCOT工艺的基本原理为：通过加氢反应将尾气中的SO₂、COS等硫物种还原为H₂S，然后采用胺法选择吸收尾气中的H₂S，富液经再生释放出酸性气，酸性气则返回制硫部分循环处理。该工艺可以使尾气中硫化物的体积分数达到排放标准，但存在投资费用及操作费用均过高的缺点，因此，研究人员开始致力于不受热力学平衡限制，且理论转化率可以达到100％的H₂S选择性催化氧化制硫工艺及催化剂的探索。该过程发生的反应主要为： 

H₂S+1/2O₂→(1/n)S_n+H₂O 

对于H₂S选择性氧化催化剂而言，主要有碳体系，SiC载体体系，分子筛体系和氧化物体系，且各体系分别具有不同的缺陷，如碳体系的使用会导致COS，CS₂等某些含碳物种的产生，SiC载体制备复杂，成本较高，分子筛体系的活性、选择性和稳定性都较差，氧化物体系则难以同时具有较高的转化率和选择性。 

粘土价廉易得，是一种环境友好型载体材料，经过柱撑过程处理后具有丰富的孔结构，可作为催化剂载体。柱撑粘土负载活性组分后仍能保持较高的孔隙率和机械强度，并在H₂S选择性氧化过程中同时表现出较好的活性和选择性。 

我们已授权专利(公开号CN 1887705A)制备得到了具有高比表面积、发达孔隙的柱撑粘土材料。在此基础上，我们将得到的柱撑粘土材料作为催化剂载体负载活性组分，应用于H₂S的选择氧化过程，测试结果表明负载型柱撑粘土催化材料在该反应中具有很好的应用前景。 

发明内容

本发明的目的是将负载型柱撑粘土催化材料应用于煤化工和石油化工酸性气中H₂S的选择氧化过程，提供一种制备工艺简单、同时具有高催化活性和选择性、经济环保的催化材料。 

为达到上述目的，本发明充分发挥负载型柱撑粘土的可调变性，按照已授权专利(公开号CN 1887705A)的制备方法，使用铈、铁、铝、锆、钛、钴、铬、铜、锰、镧和镍的氧化物对粘土(laponite和蒙脱土)进行柱撑，然后负载铜、锰、钒、铈、钴和镍的金属氧化物作为活性组分，从而使该催化材料在H₂S选择氧化过程中达到较高的转化率和选择性。其中： 

H₂S浓度为10ppm～50000ppm； 

反应温度为50℃～250℃。 

本发明具有以下有益效果： 

1)粘土材料经济环保，价廉易得，作为H₂S选择氧化过程的催化材料载体成本较低。