[发明专利]用于硫化氢的催化氧化裂解同时产生氢气的催化剂

说明书

本发明公开了一种适用于含H₂S的气体流的催化氧化裂解的催化剂。该催化剂包括至少一种或多种活性金属，该至少一种或多种活性金属选自由铁、钴和镍组成的组，由包括二氧化铈和氧化铝的载体负载。该活性金属优选地呈其硫化物的形式。还公开了一种用于从含H₂S的气体流产生氢气的方法，该方法包括使用根据所述组合物权利要求中任一项所述的催化剂使该气体流经受催化氧化裂解以便形成H₂和S₂。

技术领域

本发明涉及一种适用于从含H₂S的气体流中回收硫的催化氧化工艺的催化剂。本发明还涉及一种用于使用该催化剂从此类气体流中回收硫的方法。此外，本发明涉及使用催化剂产生与硫回收工艺相关联的氢气。

背景技术

硫回收厂被设计成从来自胺再生系统和酸水汽提器的含H₂S的酸性气体中去除H₂S，从而生产硫，一种无毒产品，该无毒产品可以以液体或固体形式存储和出售给不同用户而用于若干不同的工业应用。来自胺再生系统和酸水汽提器的含有不同量H₂S的酸性气体通常在硫回收单元(SRU)中基于改进的克劳斯工艺进行处理，以进行批量硫回收，并且随后在尾气处理(TGT)区段用于深层硫回收。在克劳斯区段破坏酸性气体中包含的其他杂质，包括氨和碳氢化合物。

改进的克劳斯工艺本身回收原料中约94％至96％(2个催化级)或95％至98％(3个级)的硫。因此，当需要更高的硫回收效率(SRE)时，有必要对克劳斯尾气进行进一步处理。

改进的克劳斯工艺包括在热反应器(热级)中对酸性气体流进行亚化学计量燃烧，之后在克劳斯反应器(催化级)中进行催化转化。在克劳斯区段中，全部H₂S的三分之一被氧化为SO₂，根据以下反应，SO₂与剩余的H₂S反应以生成硫和水：

H₂S+1.5O₂→H₂O+SO₂(氧化反应) (1)

该工艺的目的是促使整体反应接近完成。在克劳斯热反应器中，酸性气体中包含的H₂S在特定燃烧器中与空气(或在一些特定情况下，与富氧空气)一起燃烧，并且只有全部H₂S的三分之一被氧化为SO₂，而剩余的三分之二没有反应。全部空气量恰好足以氧化全部H₂S的三分之一并完全氧化原料中所含的所有碳氢化合物和氨；因此，原料中的摩尔比H₂S/O₂为约2:1，以使克劳斯尾气中的H₂S/SO₂比精确或尽可能接近于2:1(克劳斯反应的化学计量比)，因此最大化硫回收效率。在酸性气体燃烧过程中，按照以下反应，一小部分H₂S(通常为5％至7％)离解为氢气和硫：

根据Clark等人、阿尔伯塔硫研究有限公司(Alberta Sulphur Research Ltd.)(ASRL)，氢气的形成还根据以下反应发生：

还涉及若干副反应，导致氨和碳氢化合物的破坏以及羰基硫COS和二硫化碳CS₂的形成。为了完成克劳斯反应，在热反应器中在高温处需要合适的停留时间。

克劳斯热反应器之后通常是废热锅炉，在废热锅炉中，炉子流出物冷却至约300℃并通过升高的高压蒸汽来回收热量；之后是硫冷凝器，在硫冷凝器中，通过升高低压蒸汽将工艺气体冷却至硫露点，并分离出液体硫。