JPH03150210A - 硫黄化合物を単体硫黄に選択的に酸化するための触媒、その触媒の調整法および硫黄化合物を単体硫黄に選択的に酸化するための方法 - Google Patents

硫黄化合物を単体硫黄に選択的に酸化するための触媒、その触媒の調整法および硫黄化合物を単体硫黄に選択的に酸化するための方法

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JPH03150210A JP2193783A JP19378390A JPH03150210A JP H03150210 A JPH03150210 A JP H03150210A JP 2193783 A JP2193783 A JP 2193783A JP 19378390 A JP19378390 A JP 19378390A JP H03150210 A JPH03150210 A JP H03150210A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、硫黄化合物、特に硫化水素を単体硫黄(eI
emental! sulphur)に選択的酸化する
ための触媒,その触媒の調製法および硫黄化合物を単体
硫黄に選択的に酸化するための方法に関する。
従来の技術 化学工程で扱われたり、需要者に供給されたり、大気に
放出されたりする硫黄化合物から得られるガスの精製、
特に硫化水素の除去の必要性が広く知られている。実際
、ガスから硫化水素を除去するいくつかの方法が知られ
ている。
硫化水素を無毒な単体硫黄に転化する最も有名な方法の
1つはいわゆるクラウス法( ClausProces
s )である。
しかしながら,クラウス法において、H 2 S は単
体硫黄に定量的には転化されない.主としてこの事実の
ために、クラウス法は完全ではない。
2H2S+SO2→2H20+3/nSn      
−( 1 )したがっていくらかのH.OとSO□が残
留する。
今日、一般的にいって、H2S  を含む残留ガスを排
出することが許されておらず、そのため、そのガスは気
相に存在する硫化水素、他の硫黄化合物、単体硫黄とと
もに燃焼され、二酸化硫黄に酸化される.一方、このよ
うな処理は排出される二酸化硫黄含量が高く、環境面か
らの要求が厳しくなっている現在、もはや許されなくな
るだろう.それ故、クラウス設備の残留ガス、いわゆる
テール・ガス(tail gas)をいわゆるテール・
ガス設備においてさらに処理することが必要となる。
テール・ガス処理法は当業者に知られている。
最もよく知られ、これまで最も有効であるテール−ガス
処理法はSCOT法である(GB−A−1461070
参照).この方法では、テール・ガスは水素とともにA
 I 20 3の担体上のコバルトオキシド/モリブデ
ンオキシド触媒に送られ、これによって存在するSO,
は触媒的にH2Sに還元される.その後、His の総
量は液体吸収による通常の方法によって分離される,S
COT法の1つの短所は複雑な装置の使用が必要となる
ことである。
さらに他の短所は、吸収剖から硫化水素を除去するため
に多大なエネルギ消費が必要となることである。
テール・ガス中の硫化水素を単体硫黄に転化する他の方
法は、いわゆるBSRセレクトツクス(BSRSele
ctox)法と呼ばれるもので、US−A−43116
83に開示されている。この方法では、H,3を含むガ
スは酸素と混合され、非アルカリで多孔性で耐火の酸化
物担体上の、酸化バナジウムと硫化バナジウムとを含む
触媒に送られる。
SCOT法とセレクトツクス法に共通する重要な欠点は
、存在する硫黄成分への水素添加によるH2S の生成
後、テール・ガスに含有される水分の大部分を除去する
ために、まず冷却しなければならないことである。水分
はH2S の吸収と酸化とを非常に阻害するからである
。このように高い投資が含まれるので、既知の方法によ
って処理されるテール・ガスの処理費用は高くなる、 
  −H2S を単体硫黄に酸化する他の方法は、米国
特許明細書4197277に記載されている。この公報
によれば、硫化水素を含むガスは酸化ガスとともに、酸
化鉄および酸化バナジウムを活性物質とし、酸化アルミ
ニウムを担体物質として含む触媒上に送られる。さらに
、活性物質を含浸させた担体物質は、30m2/g以上
の比表面積と0゜4〜0−8cm/gの細孔容積を有し
、同時に、少なくとも総纏孔容積の12.5%は300
Å以上の直径を持つ細孔から構成されている。この触媒
を用いてもクラウス平衡は少なくとも一部において成立
し、Solの生成を避けることはできない、したがって
、この方法の効果は不充分なものである。
8、S の単体硫黄への転化に関する効率は、一般的に
、以下に示す副反応の発生によって悪影響を受ける。
1、硫黄の連続酸化 1 / n S n + Oz →S O2−−(2)
2、クラウス逆(またはむしろreversing)反
応3 / n S n + 2 Hz O;!2 H2
S + S O2・= (3)ここでは、一度精製した
硫黄が、やはり存在する水蒸気と反応し、硫化水素と二
酸化硫黄とを生成する。
上記した副反応の発生は、一部は、実際的な条件によっ
て決定される。
一般的に、テール・ガスは単体硫黄に加えてかなりの濃
度の水蒸気を含み、その濃度は体積比で10%から40
%の間になる。この水蒸気は、reversingクラ
ウス反応を非常に促進する。水蒸気を実質的に除去する
ことは、付加的な冷却/加熱工程や付加的な硫黄回収工
程や、水素添加工程に続く水を除去するための急冷工程
などが必要となるなど、明らかな技術的欠点を持つ、し
たがって、単体硫黄への転化が、供給原料ガスの水分含
有量によって影響されない方法が望まれている。
もう1つの重要な状況は、選択的酸化方法において、H
2Sを「未反応通過(slipping throug
h)」から防ぐためだけではなく、製造技術に関する考
慮からも、通常いくらか過剰の酸素が使用されることで
ある。しかも、この過剰の酸素が、精製された単体硫黄
の引続く酸化を引起こし、これによってこの方法の効率
は悪影響を受けるのである。
米国特許明細書4818740は、H2S  を単体硫
黄に選択的に酸化するための触媒を開示しており、この
触媒の使用によって、前記した副反応は広範囲にわたっ
て防がれ、同時に主反応H2S+1/20H,O+1/
nSn         ・=(4)は、充分な転化と
選択性を有している。
この特許明細書に従う触媒は、気相に接触する表面が、
反応条件下においてアルカリ性を示さない担体と、この
担体に適用される触媒的に活性な物質とを含んでいる。
さらに、この触媒の比表面積は20m”/g以下で、5
〜500人の細孔半径を持つ細孔が総細孔体積の10%
以下である。
この触媒は、ガス混合物から硫黄化合物を除去する分野
において、主要な成功をもたらしたが、さらなる改良が
望ましく、また可能である。
所望の効果を得るために本質的な役割を果たす、前記触
媒に課せられた比表面積、編孔分布の限定のために、こ
の触媒に適用される活性物質の量も必然的に限定される
。結果として、前記米国特許明細書に従う触媒によって
得られる硫黄収量は、幾分制限されるのである。この特
許明細書に記載されている触媒は、相対的に高い初期温
度を持つので、低い空間速度で作用させる必要があり、
また、上記したように相対的に多量の触媒を使う必要が
ある。また、ガスや触媒床の最終温度が高くなるので、
この温度によって硫黄が酸化されることもある。
発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、硫黄化合物を単体硫黄に選択的に酸化
する触媒を提供することであり、この触媒はより大きな
比表面積を有するが、米国特許明細書に記載されている
ような大きな比表面積に起因するような欠点を有さない
また本発明の他の目的は、この触媒の調製法および硫黄
化合物を単体硫黄に選択的に酸化するための方法を提供
することである。
課−題を解決するための手段 本発明は、硫黄を含む化合物の単体硫黄への選択的酸化
のための触媒であって、 少なくとも1つの触媒活性5IkJilを含み、任意に
担体を含んでもよく、 前記触媒の比表面積は20m2/gより大きく、少なく
とも25人の平均細孔半径を有し、反応条件下において
クラウス反応に実質的活性を示さないことを特徴とする
触媒である。
また本発明は、平均細孔半径が50人よりも大きいこと
を特徴する。
また本発明は、平均細孔半径が200人より大きく、好
ましくは325人よりも大きいことを特徴とする請求項
l記載の触媒である。
また本発明は、比表面積が25m/g  よりも大きい
ことを特徴とする特 vた本発明は、平均細孔半径が2000人を越えないこ
とを特徴とする特 vた本発明は、触媒活性物質が担体材料に担持されてい
ることを特徴とする特 vた本発明は、担体材料がSin2であることを特徴と
する特 vた本発明は、触媒活性物質が触媒の総重量に対して0
.1〜10重量%で、担体上に存在することを特徴とす
る特 vた本発明は、触媒活性物質が、任意に1または2以上
の非金属化合物を含んでもよい、金属化合物または金属
化合物の混合物であることを特徴とする特 vた本発明は、金属化合物が鉄化合物または鉄化合物と
クロム化合物との混合物であることを特徴とする特 vた本発明は、■または2以上のリン化合物を含むこと
を特徴とする特 vた本発明は、直径が1732〜1/2インチ、細孔半
径が少なくとも150人である触媒粒子がら成ることを
特徴とする特 vた本発明は、直径が10μm〜1mm−41孔半径が
25〜150人である触媒粒子がち成ることを特徴とす
る特 vた本発明は、触媒を調製する方法であって、少なくと
も1つの触媒活性物質を含み、任意に担体を含んでもよ
く、 前記触媒の比表面積は20m2/g  より大きく、少
なくとも25人の平均細孔半径を持ち、反応条件下にお
いてクラウス反応に実質的活性を示さない触媒を調製す
ることを特徴とする触媒を調製する方法である。
また本発明は、担体材料を、乾燥状態において、触媒活
性物質のカチオンを含む溶液に含浸することを特徴とす
る特 vた本発明は、硫黄を含む化合物、特に硫化水素から単
体硫黄を生成する選択的酸化の方法であって、 酸素を含むガスと一緒に硫化水素を含むガスを請求項1
〜13に記載した1または2以上の触媒上に高温で送る
ことを特徴とする方法である。
また本発明は、酸素の硫化水素に対するモル比を0.5
〜1.5に維持することを特徴とする特vた本発明は、
直径が1732〜172インチ、少なくとも150人の
細孔半径を有する触媒粒子の固定床において、選択的酸
化を行うことを特徴とする特 vた本発明は、直径が10μm〜1mm−5孔半径が2
5〜150人である触媒粒子の流動床において選択的酸
化を行うことを特徴とする特vた本発明は、触媒が、焼
結金属やハニカム構造体上に存在する反応器において選
択的酸化を行うことを特徴とする。
本発明は、硫黄を含む化薔物を単体硫黄に選択的に酸化
するための触媒に関し、この触媒は少なくとも1つの触
媒的に活性な物質と、任意の担体とを含み、前記触媒の
比表面積は20m”/g  よりも大きく、少なくとも
25人の平均細孔半径(an average por
e radius)を持ち、反応条件下においてクラウ
ス反応に実質的活性を示さない。
意外にも、相対的に大きな表面積を有するこのような特
定の触媒が良好な活性と良好な選択性とを合わせて持つ
ことを見出した。実際上記米国特許明細書の開示によれ
ば−活性の改良が望まれており、単体硫黄への選択性は
実質的には低い物であった。しかしながら、前記した纒
孔半径と最小のクラウス活性という必要条件を併せ持つ
と、選択性は大変優れたものとなる。
この最後の条件は、大変厳しい条件である。もし、比表
面積が20m”/g  を越えるならば、非常に限られ
た金属のみがこの条件を満足する。一般に、前記米国特
許明細書4818740の実施例で使用された金属は、
もし、表面積が20m”/gを越えるならば、この条件
を満足しない、そこで主として使用されている酸化アル
ミニウムは、このような比表面積の場合、非常にクラウ
ス活性なγ一酸化アルミニウムを含んでいるからである
したがって本発明は、米国特許明細書4818740に
開示された触媒の利点を持ち、かつ同時に大きな比表面
積を持つ触媒の使用が可能となるものなので、大変優れ
た触媒を提供するものである。とくにこの発明の特徴、
すなわち、最小もしくは0のクラウス活性と、少なくと
も25人の平均細孔半径との組合せの使用によって、触
媒は、良好な活性と良好な選択性とを同時に得ることに
なることは驚きである。
本発明に従う触媒の1つの利点は、触媒の単位体積当た
りの活性が非常に改良される点である。
これは優れた利点であり、特に、反応器の反応容積が大
きくなると、優れた効果を持つことになる。
本発明において、クラウス活性が無いということは、2
50℃、最小限の化学量論的な量の酸素の存在下では−
H2S から硫黄への酸化反応の選択性において、水分
による影響が存在しないこととして定義されていること
に注意されたい、さらに詳しくは、これは、30容量%
の水の存在下における単体硫黄への反応の選択性は、1
5%を越えることはなく、水の不存在下における選択性
よりも低いことを意味している。このクラウス活性の定
義は、逆(reversing)クラウス反応に依る。
3/nsn+2Hzo;=!2H,S+SOz    
 −(3)もし、金属がクラウス活性なら、水の存在下
において反応はH2SとS O2を精製する方向に起こ
り、硫黄の一部はH2SとSO2に再び転化される。
その後H2Sは存在する0、によって硫黄と水蒸気に酸
化され、さらに、クラウス活性な触媒によって硫黄はS
 02に転化される。このような反応が同時に起こるた
めに、クラウス活性部位を有する触媒は、水の存在下で
は選択性の大きな低下を引起こす。
この発明において、比表面積とは、J、A、(。
S 、 60.309 (1938)において、S、B
runiuerらによって定義されたBET表面積含意
味する。いわゆる3点測定に従う77にでの窒素吸着を
使用した。計算において、窒素分子の表面積は16.2
人2とした。
平均細孔半径は、円筒細孔モデルから出発し、下記に示
す公式を用いて求めた。
この式において用いた細孔容積は、真空中で水を含浸さ
せ、重量分析して求めた。また。比繍孔容積は、200
0気圧に達する水銀多孔法(mercury poro
siswetry)を用いて求めた。このような2つの
方法で得られた容積は良好な相関を示した。
本発明に従う触媒の比表面積は、米国特許明細1481
8740における上限に関する開示と比較して、かなり
大きくすることができる。さらに詳細には比表面積は少
なくとも25m2/g であり、このような値において
も良好な活性が得られるのである。
好ましくは、触媒の比表面積は300m2/gよりも大
きくない、一般に、、これより大きな値において特に付
加的な利点は得られない。
平均細孔半径に関する必要条件は、反応の性質に関連す
る。多くの小さな細孔が存在すると、硫黄から802に
、引続いて酸化が起こる危険があり、結果として、硫黄
は細孔に長い間止どまることになり、これは好ましくな
い、一方、最適の細孔半径は、触媒粒子の大きさにも依
存する。本発明によれば、細孔半径は少なくとも25人
である。
このような細孔半径は、特に、触媒粒子の大きさがかな
り小さいときに用いられる。このような例としては、触
媒流動床における粒径が10μm〜1mmの粉末触媒の
使用や、たとえば焼結金属、ハニカムなどの担体に薄層
として適用される触媒の使用などが挙げられる。このよ
うな場合、一般に、細孔半径の最大は150人である。
このような場合、ヨ孔の長さをたとえば100μm以下
と短くすることができ、有利である。
本発明の他の実施態様によれば、触媒は、たとえば直径
が1/32〜1/2インチのタブレット、エクストルー
ジョン(extrusions ) 、ペレットなどの
粒子(part icles )から成る。このような
触媒は、好ましくは固定床反応器で使用され、粒子の大
きさは、反応器の圧力損失に影響を与える重要な因子で
ある。本発明に従う触媒のこの実施態様では、少なくと
も150人の細孔半径を有する触媒の使用によって、最
良の結果が得られる。
一般に、所望の選択性を得るために平均細孔半径は、好
ましくは少なくとも50人であり、さらに好ましくは少
なくとも200人である。そして、比較的大きな触媒粒
子を使用する場合は少なくとも325人であるが、同時
に2000人が上限である。一般的にいって、この限度
を越えても付加的な利点は得られず、他方、担体の調製
に問題が生じる。さらに好ましくは平均細孔半径は50
0人を越えない。
本発明に従う触媒は、一般に、触媒の全重量に対して、
0.1〜100重量%の、H2S の単体硫黄への遇択
的酸化に触媒活性な物質を含んでいる。
ここで−我々は反応ガスに接触できる活性物質を扱って
いるということを強調しなければならない、実際、焼結
処理や異なった調製手段の結果、たとえば担体の侠い細
孔を焼結した結果、活性物N−特に金属酸化物の一部が
カプセル化(eneapsu#ated)されてしまう
かも知れない、カプセル化された金属酸化物と、担体上
に存在する金Mwi化物との違いは、TPRすなわち温
度プログラム還元によって簡単に決定することができる
この測定技術の詳細は、N、 H,Hurst、 S、
 J−Centry−A、 Jones−B、 D、 
McNieolのCata1. Rev。
Sci−Eng、 24(2)、233−309 (1
982)に記載されている。このようにして、担体上に
存在し、ガスに接触できる金属酸化物の量が決定される
有効な触媒活性物質としては、任意に1または2以上の
非金属化合物を含んでもよい、金属化合物、金属化合物
の混合物が使用される。
触媒活性物質としては、好ましくは、鉄化合物または鉄
とクロムの化合物が使用される。好ましくは、Cr :
 Feのモル比は0.5よりも低くなるように這ばれ、
さらに好ましくは、0,02〜0.3の範囲である。
本発明の触媒は、lまたは2以上の促進物質を含んでも
よい、本発明に従う好適な促進物質は、リン化合物であ
る。これは触媒に適用でき、特に水溶性のリン化合物含
浸によって適用することが好ましい。
一般に、触媒は、触媒活性物質が適用された担あ体金属
を含んで成る。しかし一方では、独立した担体金属を含
まない、触媒の総重Iが基本的には触媒活性物質から成
る触媒を製造することも可能である。しかしながら、触
媒活性物質が適用された担体金属を用いることが好まし
い。
担体上に存在する活性成分は、触媒の総重量に対して、
好ましくは0.1〜40重1%、さらに好ましくは、0
.1〜10重量%である。
一般に、担体としては、反応条件下においてクラウス活
性を示さないか、または、この活性については不活性化
するセラミック材料が使用される。
クラウス活性を示さないか、または示しにくく、上記し
た平均細孔半径に関す、る必要条件を備え、熱的に安定
な他のを[を担体として使用することも可能である。熱
的に安定な非セラミック材料の例としては、たとえば、
金属篩目構造体(metaZgauze struct
ure>や(不完全な)焼結材料の表面(surfac
es of (incompletely) sint
eredmateriajls)などが挙げられる。高
い熱伝導性を持つ、ハニカム(蜂の巣)fi遺体は、特
に好ましい、このような担体に適当な材料としては、反
応条件下で安定な種々の金属合金が挙げられる。鉄、ク
ロム、ニッケルなどの金属またはこれらの金属の1また
は2以上を含んで合金が例として挙げられる。
反応容器内の構造物質(construction m
aterial)または担体1″J質として、焼結金属
またはハニカムtl 遺体を使用すると、反応器内の熱
を効率よくコントロールできる利点がある。このような
材料では、熱が簡単に伝導され、その結果、多量の熱の
供給および、/または拡散が可能だからである。好まし
くは−触媒は、金属に薄層で適用される。触媒活性物質
のみを適用してもよいし、担体金属とともに触媒活性物
−質を適用してもよい、後者の場合、好ましくは、薄層
の触媒が適用される。触媒は、好ましくは、比較的小い
細孔半径を有するので、充分な活性表面が得られる。こ
のような場合、触媒の比表面積は、好ましくは、Loo
m2/gを越える。このような場合、比較的短い、たと
えば100μmより短い細孔を持つ触媒を使用すること
が望ましい。
前記したように酸化アルミニウムなどは、一般的に担体
としては・不適である。しかしながら、細孔半径と比表
面績が上記条件を満たすS i O2を、担体として使
用するとよい結果が得られることが判り、したがってそ
の使用が好ましい。
基本的には本発明による触媒は、(担持される)触媒の
調製のための既知の方法を用いてfflWすることがで
きる。
非担持触媒は、好ましくは、活性成分または複数の活性
成分を(共)沈殿させて調製される。1以上の活性成分
を使用するときは、これらの活性成分を、逐時的に沈殿
させるのが最適である。調Xにおいては、所望の構造と
性質を有するか、またはそのような材料に変換できるよ
うな材料が得られるように反応条件を設定する。
既に適切な平均細孔半径を持ち、クラウス活性を示さな
いか、鼓車の活性を示すような担体から出発した担体金
属を有する触媒を用いることが好ましい。
触媒担体を適当な形態にするために、任意に、焼結前処
理を行ってもよい。必要であれば完成した触媒を用いて
焼結処理をしてもよく、この場合、微細孔は焼結されて
しまう。
担持触媒の焼成において、担体材料に触媒活性IMft
を均質に適応するとき、特に注意が必要であり、さらに
この均質性が乾燥および焼成工程の間および後で維持さ
れているか確かめなければならない。
これらの要求を満たすために、活性成分または複数の活
性成分錯体溶液を用い、担体物質を乾燥(dry )含
浸させて、このような触媒を調製することは、とても効
果的である。この方法は、いわゆる incipien
t wetness法として知られている。
EDTA化合物の溶液を用いると、よい結果が得られる
。ヒドロキシエチルセルロースのような粘性を増加させ
る化合物を溶液に加えてもよい。
incipient wetness法で、この溶液を
担体材料に含浸させることによって、活性物質が非常に
均一に適用された触媒が得られる。
本発明はまた、本発明に従う触媒を使用した、硫黄を含
む化合物、特に硫化水素を単体硫黄に選択的に酸化する
ための方法にも関する。
この方法に従うと、昇温下で酸素を含むガスと硫化水素
を含むガスとが一緒に触媒に通され、硫化水素は直接に
単体硫黄に酸化される。
最適の結果を得るためには、触媒の構造のみならず工程
パラメータも重要である。酸化のために選ばれる温度お
よび接触時間は特に重要である。
本発明の触媒を使用すれば、処理されるガス中に過剰の
酸素および/または水が存在しても、問題ではない。
酸化工程は、硫化水素を含んでいるガスに、酸素や酸素
を含んでいるガスを、それ自身は既知である比率調整器
を使用して、酸素の硫化水素へのモル比が0.5〜5.
0、好ましくは0.5〜1゜5になるように加えて行う
本発明に従う方法は、硫黄を含む化合物、特に硫化水素
を含む全てのガスの選択的酸化のために用いることがで
きる。本発明に従う酸化が、適切に適用できる方法の実
施例は、欧州特許出願91551、欧州特許出願786
90および米国特許明細書4311683に記載されて
いる、    本発明に従う方法は、硫化水素を1.5
%より多く含まないガスの酸化のために非常に適してい
る。何故なら、このとき標準の断熱反応器を用いること
ができるからである。
酸化において、触媒床の入口の温度は150℃を越すよ
うに、望ましくは170℃を越えるように設定される。
この温度は、部分的には触媒床の温度は生成される硫黄
の露点以上でなければならないという要請によって決め
られたものである。
触媒粒子の固定床を用いるなら、粒子の直径は好ましく
は1732〜172インチであり、細孔半径は少なくと
も150人である。固定床では、リング、ペレット、マ
カロニ形構造体、中空粒子などの形の触媒粒子を用いる
ことができる。その利点は、それらを用いることによっ
て、同じ床高であっても圧力降下が低くなることである
一方、流動反応器を用いる場合は、触媒粒子の直径は好
ましくは10μm〜1mmであり、細孔半径は25〜1
50人である。
本発明を用いる利点の1つは、高い活性が得られると同
時に選択性が維持され、これによって硫黄収量がよくな
るという点がある。本発明では、また、触媒が低い開始
温度を持っているため、初めのうちはガス温度が低くて
もよい、酸化反応の発熱という性質と、高すぎる温度で
は硫黄化合物の非選択的温度酸化が生じるかもしれない
という事実から、この低い開始温度は硫黄収量を増加す
るために非常に重要である。
それ自身は既知の測定法を使用して、触媒床における最
高温度は330℃以下、好ましくは300℃以下に保た
れる。
もし、H2S 含量が1−5%以上のときは、反応熱の
開放のために酸化反応器の温度が高くなりすぎないよう
に、手段を講じる必要がある。このような工程は、たと
えば触媒が冷却水で囲まれた管の中に入っている管状反
応器のような冷却反応器の使用を含むものである。この
ような反応器は、欧州特許明細書91551に開示され
ている。冷却部を含む反応器を使用してもよい、さらに
、処理したガスを、冷却後、反応器の入口に戻してもよ
く、それによって、酸化されるガスを付加的に希薄する
ことができるし、また、酸化されるガスを複数の酸化反
応器に分配し、同時に酸化ガスをこの複数の反応器に分
配してもよい。
本発明に従う方法の好ましい実施態様では、触媒は、流
動床反応器における流動媒体として使用される。このよ
うにして最適の熱伝導が達成される。
他の好ましい実施態様では、触媒は固体の形、たとえば
高い熱伝導性を示すハニカム形のような構造を用い、こ
れもまた触媒の過度の温度上昇を防ぐ。
本発明による方法は、クラウス・プラントからの硫化水
素を含む残留ガスの選択的酸化に対して特に好適に使用
される。本発明の触媒の高い選択性を別にすれば、重要
な利点は、酸化に先立つ水の除去がもはや不必要になる
という点である。本発明の方法を利用して残留ガスを酸
化する場合、それらのガスは望ましくは、第1にたとえ
ばコバルト−モリブデンを含むような触媒の入った水素
添加反応器に通され、その中で全ての硫黄を含む化合物
は水素添加され、硫化水素を生成する。
本発明による方法の変形によれば、本発明による触媒を
使用した選択的酸化工程は、硫化水素の吸収の後の実質
的な水素添加工程と組合わせられる。このことについて
は、欧州特許出願71983に記載されている。この方
法では、存在する硫黄物質の98%が水素添加の前に除
去されるので、水素添加工程と吸収呈とはそれほど負担
のかかるものではない、この方法で、硫黄回収率を10
0%まで達成することができる。この方法の他の変形で
は、水素添加の工程に続く工程を、吸収工程ではなく、
再び本発明による選択的酸化工程にして、それによって
99.5〜99.8%の総硫黄回収率を得ることができ
る。
さらに本発明による方法は、たとえば燃料ガス、生成ガ
ス、バイオガス、コークス高炉ガス、ビスコース工場の
ような化学プラントからのガス状放出物や天然ガスおよ
び/または石油の採掘地域の燃焼ガスの脱硫にも特に適
している。
本発明による方法において、選択的酸化工程からのガス
、任意には硫黄を凝縮および分離した硫黄蒸気を含むガ
スを、硫黄が毛紺管吸着によって除かれる床を通過させ
るなら、回収率は実質的には100%に増加する。
以下に実施例を記載する。BET表面積や平均細孔半径
などは前記に定義した方法で決定した。
実施例 実施例1a シリ力(Degussa  OX−50,B、E。
T−42m”/g)−水147g、HEC(Hydro
xy Ethyleue Cellulose) 1 
、5 gとを混合し、押出した。
extrusions 押出物を100℃で乾燥した。充分なlil械的強度を
得るために、押出物を700℃で焼結した。
このようにして得られた成形された担体は、BET表面
積45−5m”/g、、m孔容積0.8cm3/g−平
均細孔半径350人であった。
実施例1b E D T A (Ethylene Diasine
 Tetraaeetic^aid) O,44gを1
0%N Hzに溶解し、pH7の溶液とした。この溶液
に、(: r (NO3) 3・9H2O0,52g、
NHiFeEDTA−1゜5H2O2,05gを加えた
。このようにして得たスラリーを25%NH,を用いて
pH6に調整し、イオン交換水を加えて8mlとした。
その結果、赤い溶液となった。
次に、実施例1aに従って得られた押出物l。
gに、この溶液8mlを含浸させた。その後、室温で5
時間、120℃で5時間乾燥した。乾燥した試料を、5
時間空気中で500℃に加熱することによって、酸化鉄
一酸化クロム層が生成した。
この方法で得られた触媒は、BET表面積45゜9m2
7′g−細孔容積0.75cm/g、平均細孔半径32
5人であった。触媒の重量から計算すると、酸化鉄の含
有量は4重量%、酸化クロムの含有量は1重量%であっ
た。
実施例2 NH,FeEDTA ・1.5H2O2,58gをイオ
ン交換水3mlに溶解した。この溶液を、アンモニア溶
液(25%)でpH6調整製した。
この溶液に−diam謄ouiu+w hydroge
n phosphate O。
Logを溶解した。前記溶液が8mlになるように、イ
オン交換水を加えた。その結果、赤い溶液となった。
実施例1aに従って得られた押出物10gに。
この溶液8mlを含浸させた。それらを室温で5時間、
120℃で5時間乾燥した。乾燥した試料を5時間、空
気中において500℃で加熱することによって、酸化鉄
一酸化リン層が生成した。得られた触媒は、BET表面
積40.12m2/g、細孔容[0,72cm7g、平
均細孔半径350人であった。触媒は酸化鉄5重量%を
含み、リン:#Cのモル比は、1:9であった。
実施例3と4 実施例1および2に従って調製された触媒から0.4〜
0.6mmの粒子径のふるい分級物を調製した。直径8
mmの石英反応管に、この触媒1mlを充填した。次に
示す組成、He中、4%02.1%H,S、30%H2
0、の混合ガスを触媒上を通過させた。
ガスの空間速度(1時間あたりの触媒1mNに対する標
準状態のガスml )は、12000h−r−であった
。温度を200℃がら300Cまで20℃ずつ昇温させ
、再び200℃に降温させた。生成した硫黄蒸気は、1
30”Cで反応器の下流において凝縮した。水蒸気は、
水道過膜(Persmpure )で除去した。供給ガ
スおよび排出ガスの組成は、ガスクロマトグラフィによ
って決定した。
実験の結果は、第1表〜第3表に要約した。表には、米
国特許明細書4818740の実施例1に従った触媒と
の比較もまた示した(第1表の実施例A)。
1 実施例1温度(床)    A*    S**I
  Y***IA     200   17   9
7   161*二A=活性(%》 **二S=S選択性(%》 ***:Y=S収率(%) 第2表 実施例  温度(床)    A*    S**  
Y***1℃ 220  73 .96 70 *:A=活性(%) **:S = S選択性(%) ***:Y = S収率(%) (以下余白) 第3表 実施例  温度(床)    A*  、+  S**
  0***i℃ 280   too  82 82 本:A=活性(%) **:S=S選択性(%) ***:Y=S収率(%》 実施例5と6 低面積のα−A 120 sを、γ−AIto、の押出
物を1200℃で加熱することによって、作成した。比
表面積は10m/g、、J孔容積は0.6cm37g、
平均紺孔半径は1200人であった。低面積S i O
zは、実施例1に従つ0″A整した。これらの担体物質
の粒子径が0.4〜0.6mmのふるい分級物を作成し
た。直径8mmの小型石英反応器に、この担体物質を1
mf充填した。次に示す組成、He中0.5%S02.
1%H2S−の混合ガスをこの物質上を通過させた。
ガスの空間速度は12000hr−で、温度は200℃
から300℃まで20℃ずつ昇温させ、再び降温させた
。生成した硫黄蒸気は、130℃で反応器の下流におい
て凝縮した。供給ガスおよび排出ガスの組成は、ガスク
ロマトグラフィで決定した。
第4表では、H2S転化の程度(活性度)は、温度の関
数として示されている。
第4表 クラウス活性 温度   SiO2  α−AlzO3(℃》(%》 
  (%》  実施例7 NHsFeEDTA−t、、51(,o  2.58g
を、イオン交換水3mlに溶解した。この溶液を、アン
モニア溶液(25%)でpH6に調整した。
この溶液に、diamaomium hydrogen
 phosphate O。
10gを溶解した。この溶液に、イオン交換水を加えて
9.0mm1溶液とした。
比表面積126 m ” / g f)S I O2押
出?klOgに9、OmNの溶液を含浸させた。それら
を、室温で5時間、次に120℃でさらに5時間乾燥し
た。乾燥試料を空気中500℃で5時間加熱することに
よって、酸化鉄一酸化リン層が生成した。
このように生成した触媒は、BET表面積128゜4m
2/g、!I孔容積0.87cm/g、平均細孔半径1
40人であった。触媒は酸化鉄を5重量%含み、リン:
鉄のモル比は1:9であった。
実施例8 NH,FeEDTA−1−5H2O2,58gを、イオ
ン交換水3mlに溶解した。この溶液を、アンモニア溶
液(25%)でpH6に調製した。
この溶液に、diimmomiuai hydroge
n phosphate O。
Logを溶解した。イオン交換水を加え全体をフ。
4mlとした。
比表面積180m2/gのOX200 (DEGUSS
A)Logに、7.4mlのこの溶液を含浸させた。そ
の物質を室温で5時間、さらに120℃で5時間乾燥し
た。乾燥試料を空気中、500℃で5時間加熱すること
によって、酸化鉄一酸化リン層が生成した。このように
生成した触媒はBET表面積182m2/g−II孔容
110.71c m 37 g、平均細孔半径80人で
あった。触媒は酸化鉄を5重量%含み、リン:鉄のモル
比は、1:9であった。
実施例7および8に従う触媒は、ふるい分けられ、0.
4〜0.6mmの分級品1mlが直径8mmの石英管に
導入された。
次に示す組成、He中0.5%5 O2,1%H2S、
の混合ガスを、上から下へこの触媒上を通過させた。ガ
スの空間速度は12000hr−で、温度を200℃か
ら300℃まで20℃ずつ昇温し、再び降温した。生成
した硫黄蒸気は、130℃で反応容器下流において凝縮
した。供給ガスと排出ガスの組成は、ガスクロマトフイ
で決定した。
第5表および第6表では、H2S転化の程度(活性度)
は温度の関数として示されている。
 実施例温度(床)  l  A*    S**l 
 Y***1300   100  50  5G 本:A=活性(%) **:S=S選択性(%) ***:Y=S収率(%) (以下余白) 第6表  実施例1 温度(床)    A*    3**l
  O*本*I*:A=活性(%) **:S=S選択性(%) ***:Y=S収率(%) 実施例9 NH,FeEDTA−1,5H2O2,58gを、イオ
ン交換水3mlに溶解した。この溶液を、アンモニア溶
液(25%)でpH6に調整した。
この溶液に、Trisodium citrate J
ihydrate O。
071gを加え、溶解した。全体が8mlとなるように
、イオン交換水を加えた。
実施例10に従って得られた押出物10gにこの溶液8
mlを含浸させた。それらを室温で5時間さらに120
℃で5時間乾燥した。乾燥試料を空気中500℃で5時
間加熱することによって、酸化鉄一酸化ナトリウム層が
生成した。生成した触媒は、BET表面積40.12m
2/g−11tl孔容積0.72cm/g、平均細孔半
径350人であった。触媒は酸化鉄を5重量%含み、ナ
トリウム鉄のモル比較は1:9であった。
実施例3と同じ方法で、転化活性と選択性を決定した。
これは、本発明に従う触媒にアルカリ金属を付加するこ
とによる予測できない効果を示している。
(以下余白) 第7表 実施例  温度(床)    A*    S**  
Y***コ℃ A   200  44 99 44 *:A=活性(%) **:S=S選択性(%) ***:Y=S収率(%)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)硫黄を含む化合物の単体硫黄への選択的酸化のた
    めの触媒であつて、 少なくとも1つの触媒活性物質を含み、任意に担体を含
    んでもよく、 前記触媒の比表面積は20m^2/gより大きく、少な
    くとも25Åの平均細孔半径を有し、 反応条件下においてクラウス反応に実質的活性を示さな
    いことを特徴とする触媒。 (2)平均細孔半径が50Åよりも大きいことを特徴す
    る請求項1記載の触媒。 (3)平均細孔半径が200Åより大きく、好ましくは
    325Åよりも大きいことを特徴とする請求項1記載の
    触媒。 (4)比表面積が25m^2/gよりも大きいことを特
    徴とする請求項1〜4記載の触媒。 (5)平均細孔半径が2000Åを越えないことを特徴
    とする請求項1〜3記載の触媒。(6)触媒活性物質が
    担体材料に担持されていることを特徴とする請求項1〜
    5記載の触媒。 (7)担体材料がSiO_2であることを特徴とする請
    求項6記載の触媒。 (8)触媒活性物質が触媒の総重量に対して0.1〜1
    0重量%で、担体上に存在することを特徴とする請求項
    6または7記載の触媒。 (9)触媒活性物質が、任意に1または2以上の非金属
    化合物を含んでもよい、金属化合物または金属化合物の
    混合物であることを特徴とする請求項6〜8記載の触媒
    。 (10)金属化合物が鉄化合物または鉄化合物とクロム
    化合物との混合物であることを特徴とする請求項9記載
    の触媒。 (11)1または2以上のリン化合物を含むことを特徴
    とする請求項1〜10記載の触媒。 (12)直径が1/32〜1/2インチ、細孔半径が少
    なくとも150Åである触媒粒子から成ることを特徴と
    する請求項1〜11記載の触媒。 (13)直径が10μm〜1mm、細孔半径が25〜1
    50Åである触媒粒子から成ることを特徴とする請求項
    1〜12記載の触媒。 (14)触媒を調製する方法であつて、 少なくとも1つの触媒活性物質を含み、任意に担体を含
    んでもよく、 前記触媒の比表面積は20m^2/gより大きく、少な
    くとも25Åの平均細孔半径を持ち、 反応条件下においてクラウス反応に実質的活性を示さな
    い触媒を調製することを特徴とする触媒を調製する方法
    。 (15)担体材料を、乾燥状態において、触媒活性物質
    のカチオンを含む溶液に含浸することを特徴とする請求
    項14記載の方法。 (16)硫黄を含む化合物、特に硫化水素から単体硫黄
    を生成する選択的酸化の方法であつて、 酸素を含むガスと一緒に硫化水素を含むガスを請求項1
    〜13に記載した1または2以上の触媒上に高温で送る
    ことを特徴とする方法。 (17)酸素の硫化水素に対するモル比を0.5〜1.
    5に維持することを特徴とする請求項16記載の方法。 (18)直径が1/32〜1/2インチ、少なくとも1
    50Åの細孔半径を有する触媒粒子の固定床において、
    選択的酸化を行うことを特徴とする請求項16または1
    7記載の方法。 (19)直径が10μm〜1mm、細孔半径が25〜1
    50Åである触媒粒子の流動床において選択的酸化を行
    うことを特徴とする請求項16または17記載の方法。 (20)触媒が、焼結金属やハニカム構造体上に存在す
    る反応器において選択的酸化を行うことを特徴とする請
    求項16または17記載の方法。
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