Способ разложения газообразного сероводорода

 

Изобретение относится к способам очистки газовых смесей от сероводорода, получения серы и водорода. Сущность способа заключается в том, что газообразный сероводород отдельно или в смеси с другими газами пропускают через слой контактной массы, содержащей сульфид меди (I) при 200-400^oC и давлении 1-5 атм. При этом в контактной массе образуется сульфид меди (2) и выделяется водород. Обработанную таким образом контактную массу нагревают до 450-600^oC под вакуумом не ниже 100 мм рт.ст. или продувают инертным газом, например, азотом при той же температуре и давлении, близком к атмосферному, причем стадии контактирования и регенерации катализатора проводят поочередно в одном реакционном объеме.

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано для очистки газов от сероводорода, а также для получения серы и водорода.

Известен способ разложения газообразного сероводорода путем его нагревания до 1700^oC. При этом газообразный сероводород разлагается на водород и серу по уравнению: H₂S _ H₂+0,5S₂ (1) Образовавшуюся реакционную смесь охлаждают, разделяют на серу и водород и направляют на дальнейшее использование их.

Недостаток известного способа состоит в использовании для разложения сероводорода высоких температур, что предопределяет необходимость применения термостойких материалов и оборудования.

Известен также способ разложения газообразного сероводорода путем его контактирования при 400-800^oC с катализатором, содержащим сульфид меди 1 на носителе. При этом в результате взаимодействия сероводорода с сульфидом меди (1) Cu₂S образуется сульфид меди (II) С и выделяется водород по реакции: Cu₂S + H₂S 2CuS + H₂ (2) Образующийся сульфид меди (II) при указанных температурных условиях регенерируется с выделением серы и образованием сульфида меди (I): 2CuS _ Cu₂S+0,5S₂ (3), который снова взаимодействует с сероводородом. И такие попеременные реакции идут непрерывно, обеспечивая единый каталитический процесс разложения сероводорода.

Известный способ осуществляется при более низких температурах и обеспечивает получение водорода и серы в более мягких условиях.

Известный способ разложения газообразного сероводорода является наиболее близким предлагаемому по характеризующим признакам и достигаемому результату.

Недостаток известного способа состоит в его невысокой эффективности - низкой производительности и невысоком КПД. Этот недостаток обусловлен тем, что процесс разложения сероводорода осуществляется в одну стадию, образующиеся на катализаторе водород и сера, покидая вместе реакционную зону, взаимодействуют между собой, образуя сероводород. В результате этого прошедший катализатор газ содержит значительное количество сероводорода, вследствие чего данный процесс не нашел практического применения.

Для устранения этого недостатка предлагаются стадии контактирования сероводорода с катализатором, содержащим сульфид меди (I) на носителе, и регенерацию образовавшегося сульфида меди (II), для повторного использования проводить раздельно, контактирование проводить при 200-400^oC и необходимом давлении, а регенерацию осуществлять путем отсасывания серы под вакуумом не ниже 100 мм. рт. ст. или продувкой инертным газом, например, азотом, при 450-600^oC, при этом обе стадии проводить поочередно в одном реакционном объеме.

Предлагаемый способ осуществляется так. На катализатор, содержащий сульфид меди (I) на носителе, при указанных выше условиях, подают газообразный сероводород, как отдельно, так и в смеси с другими газами. При этом образуется сульфид меди (II) и выделяется водород (реакция 2). По окончании процесса контактирования подачу сероводородсодержащего газа прекращают, катализатор нагревают до необходимой температуры под вакуумом или продувкой азотом, при этом из катализатора отщепляется сера и образуется сульфид меди (I) (реакция 3). И, наоборот, сначала проводят регенерацию катализатора, содержащего сульфид меди (II) на носителе, а затем на регенерированный катализатор подают газообразный сероводород. И такие процессы проводят поочередно, обеспечивая раздельное получение серы и водорода.

Использование раздельного осуществления стадий позволит исключить обратное взаимодействие образовавшихся продуктов реакции: водород и парообразная сера выделяются на разных стадиях и повторное их взаимодействие исключено. Это обеспечит предлагаемому способу высокую производительность и КПД, отходящие газы практически не будут содержать сероводород.

Пример. 278 м³ газа, содержащего об. метан 53, сероводород 24, диоксид углерода 18, азот 0,5, остальное гомологи метана, нагретого до 200^oC, подали в слой катализатора весом 8 т, представляющий собой носитель с нанесенным на него 0,8 т сульфида меди (I), имеющего температуру 300^oC. Давление в аппарате атмосферное. В течение 60 с получили 278 м³ газа, содержащего об. метан 53, водород 24, диоксид углерода 18, азот 0,5, остальное гомологи метана. Количество водорода в газовой смеси составили 66,7 м³. Очищенную газовую смесь направили на потребление, а на катализатор подали 300 м³ азота, нагретого до 700^oC и в течение 60 с отдували парообразную серу, количество которой составило 95 кг. После полной отдувки парообразной серы на охлаждение и использование в аппарат снова подали сероводородсодержащий газ и повторили его взаимодействие с катализатором.

Как видно из примера, получение серы и водорода осуществляется периодически: когда протекает стадия контактирования газа с катализатором, стадия регенерации не идет. В таком поочередном, но периодическом, режиме в одном аппарате за час получили следующие продукты: очищенный от сероводорода газ в количестве 8350 м³, содержащий об. метан 53, водород 24, диоксид углерода 18, азот 0,5, остальное гомологи метана (количество водорода в газе составило 2000 м³) и продукционную серу в количестве 2,85 т.

Для непрерывного осуществления обеих стадий должны быть задействованы два аппарата: когда в одном аппарате осуществляется стадия регенерации катализатора, в другом в то же время осуществляется стадия контактирования газа с регенерированным катализатором. Затем эти стадии меняются. При этом, однако, не нарушается заложенный в способе принцип обе стадии проводят поочередно в одном реакционной объеме. В этом случае производительность процесса по сравнению с описанным в примере возрастет вдвое: количество очищенного газа в час составит 16700 м³, водорода в нем 4000 м³, а количество продукционной серы в час составит 5,7 т.

Новый технический эффект изобретения состоит в более глубокой переработке сероводородсодержащего газа, получения больших количеств серы и водорода.

Указанный эффект причинно связан с отличительными признаками изобретения: стадии контактирования газообразного сероводорода с катализатором, содержащим сульфид меди (I) на носителе, и регенерации образовавшегося сульфида меди (II) проводят раздельно, контактирование проводят при 200-400^oC и необходимом давлении, а регенерацию осуществляют путем отсасывания серы под вакуумом с остаточным давлением не ниже 100 мм. рт.ст. или продувкой инертным газом, например, азотом, при 450-600^oC, при этом обе стадии проводят поочередно в одном реакционном объеме.

Формула изобретения

Способ разложения газообразного сероводорода путем контактирования его с катализатором, представляющим собой сульфид меди (I) на носителе, при повышенной температуре с последующей регенерацией отработанного катализатора, отличающийся тем, что стадию контактирования проводят при 200 400^oС и давлении 1 5 атм, а регенерацию катализатора осуществляют при 450 - 600^oС путем отсасывания образующейся серы под вакуумом не ниже 100 мм рт.ст. или продувкой инертным газом, например азотом, при указанной температуре и давлении, близком к атмосферному, причем стадии контактирования и регенерации проводят поочередно в одном реакционном объеме.