DE2457909A1 - METHOD FOR THE SELECTIVE REMOVAL OF HYDROGEN SULFUR FROM HOT GASES - Google Patents
METHOD FOR THE SELECTIVE REMOVAL OF HYDROGEN SULFUR FROM HOT GASESInfo
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- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
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Description
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FOSTER WHEELER CORPORATION 110 South Orange Avenue, Livingston, New Jersey ' USAFOSTER WHEELER CORPORATION 110 South Orange Avenue, Livingston, New Jersey ' UNITED STATES
Verfahren zur selektiven Entfernung von Schwefelwasserstoff ausProcess for the selective removal of hydrogen sulfide from
heißen Gasenhot gases
Es wird ein kontinuierliches Verfahren für die selektive Entfernung von Schwefelwasserstoff aus einem Gemisch schwefelwasserstoffenthaltender heißer Gase geschaffen, indem ein derartiges Gemisch in einer Reaktions- oder Entschwefelungszone bei erhöhter Temperatur mit einem nickelenthaltendem Material in Berührung gebracht wird, wobei sich das Nickel mit dem Schwefelwasserstoff unter Ausbilden fester Verbindungen umsetzt, aus denen der Nickelgehalt vermittels Oxidation regeneriert und in die Reaktionszo.ne zurückgeführt werden kann und hierdurch wird in wirksamer Weise Schwefelwasserstoff aus dem heißen Gasgemisch entfernt. .It becomes a continuous process for the selective removal of hydrogen sulfide from a mixture created hot gases containing hydrogen sulfide by such a mixture in a reaction or a desulfurization zone in contact with a nickel-containing material at an elevated temperature is brought, wherein the nickel with the hydrogen sulfide to form solid bonds converts, from which the nickel content is regenerated by means of oxidation and returned to the reaction zone can be and thereby in an effective manner hydrogen sulfide from the hot gas mixture removed. .
Seit Wirksamwerden einschlägiger Verordnungen zur Luftverschmutzung ist es erforderlich geworden, Schwefel enthaltende, gasförmige Verunreinigungen aus Abgasen zu entfernen, von denen einige, wie z.B. SO2, bisher an die Atmosphäre abgegeben worden sind. Weitere Schwefel enthaltende gasförmige Verunreinigungsmittel, wie Schwefelwasserstoffe und weitere Sulfide, wie CS2, die bisher üblicher Weise in Abgasen vorlagen, z.B. denjenigen, die sich aufgrund der Kohle- oder ölvergasung ergaben, mußten ebenfalls entfernt werden, und zwar nicht nur lediglich wegen der dadurch bedingten Korro-Since the relevant regulations on air pollution came into effect it has become necessary to remove sulfur-containing gaseous pollutants from exhaust gases, some of which, e.g. SO2, have so far been released into the atmosphere. More sulfur containing gaseous pollutants, such as hydrogen sulfide and other sulfides, such as CS2, the more common heretofore Manner in exhaust gases, e.g. those that resulted from coal or oil gasification, had to be removed as well, and not just because of the resulting corrosion
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sionsprobleme, sondern ebenfalls weil die während der Verbrennung gebildeten Schwefeloxide für die Brennstoffgas-Verbraucher eine Belästigung darstellen würden.sion problems, but also because those during the combustion sulfur oxides formed would be a nuisance for fuel gas consumers.
Bisher sind H2S enthaltende heiße Gasgemische, wie die sich aufgrund der Kohle- oder ölvergasung ergebenden, dadurch gereinigt worden, daß deren H2S Gehalt vermittels herkömmlichem Waschen entfernt wird, wobei es sich um ein nasses oder trockenes Waschen, z.B. Waschen mit Alkali, handeln kann. Das Trockenwaschverfahren, das nun größtenteils durch das Naßverfahren verdrängt worden ist, bestand in dem Entfernen der Sulfide, wie H2S, vermittels Inberührungbringen mit trockenem Eisenoxid oder Hydroxid und sodann Extrahieren des verbrauchten Hydroxides und erneutem Aktivieren desselben unter Anwenden von Schwefelkohlenstoff zwecks Rückgewinnen des Schwefels. Andererseits hat das Naßwaschen wesentlich den gesamten" Vorgang der Brennstoffgasreinigung vereinfacht, wobei ein Waschen des Brennstoffgases mit verschiedenen Flüssigkeiten erfolgt, z.B. einer Alkalilösung, wie einer verdünnten, 3%igen Natrlumcarbonatlösung. Bei weiteren Naßverfahren sind verdünnte, l-2%ige Natriumcarbonatlösungen mit darin suspendiertem Eisen-III-hydroxid, wässrige Arsenoxidlösung in Natriumcarbonat, kalte Lösungen organischer Amine, wie einer 50%igen wässrigen Lösung von Diäthanolamin; Natriumphenolat in Form einer recht konzentrierten Lösung von Phenol in· Natriumhydroxid; usw. angewandt worden. Das Naßwaschen hat sich jedoch als nicht vollständig zufriedenstellend erwiesen, da dort oft das Erfordernis einer kostspieligen Spezialausrüstung, wie Absorber, z.B. mit Bodenglocke arbeitenden oder gepackten Absorptionstürmen, Wärmeaustauscher und dgl. auftritt. Ein wesentlicher Vorteil des Erfindungsgegenstandes liegt in dessen Fähigkeit, die Brennstoffgasreinigung vermittels Entfernen des H2S in wesentlich einfacherer Weise zu bewerkstelligen als dies bisher durch die vorbenutzten verschiedenen Waschverfahren möglich war. So kann erfindungsgemäß die H2S Verunreinigung von Brennstoffgasen leicht dadurch beseitigt werden, daß bei erhöh-So far, hot gas mixtures containing H2S are due to the coal or oil gasification resulting, has been purified by the fact that their H2S content by means of conventional washing removed, which can be wet or dry washing such as alkali washing. The dry washing process, which has now been largely displaced by the wet process, consisted in the removal of sulphides, such as H2S, by means of contact with dry iron oxide or hydroxide and then extracting the spent hydroxide and reactivating it the same using carbon disulfide for the purpose of recovering the sulfur. On the other hand, wet washing has essential simplifies the entire process of fuel gas cleaning, whereby washing of the fuel gas is carried out with various liquids, for example an alkali solution such as a dilute 3% Sodium carbonate solution. For other wet processes, diluted, 1-2% sodium carbonate solutions with iron (III) hydroxide suspended in them, aqueous arsenic oxide solution in sodium carbonate, cold solutions of organic amines, such as a 50% aqueous solution of Diethanolamine; Sodium phenolate in the form of a fairly concentrated one Solution of phenol in sodium hydroxide; etc. have been applied. The wet washing, however, has not been found to be entirely satisfactory proven, since there is often a need for expensive special equipment, such as absorbers, e.g. working with a bell jar or packed absorption towers, heat exchangers and the like. A major advantage of the subject matter of the invention is its ability to purify the fuel gas by means of removal the H2S in a much simpler way than this has been done by the various previously used washing processes was possible. Thus, according to the invention, the H2S contamination of fuel gases can easily be eliminated by the fact that at increased
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ten Temperaturen ein Nickelkatalysator angewandt wird, wodurch das Erfordernis für eine kostspielige Wärmeaustauscherausrüstung in Fortfall kommt, die nach dem Stand der Technik zusammen mit dem Waschverfahren erforderlich war, und dieser Katalysator läßt sich leicht durch Oxidation, z.B. Luftoxidation, regenerieren.th temperatures a nickel catalyst is used, whereby the Requirement for expensive heat exchange equipment in Eliminate, which was required in the prior art along with the washing process, and this catalyst can easily regenerate through oxidation, e.g. air oxidation.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das selektive Entfernen von Schwefelwasserstoff aus einem Gemisch von Schwefelwasserstoff enthaltenden heißen Gasen und insbesondere ein Verfahren für das selektive Entfernen von Schwefelwasserstoff aus einem Gemisch H2S enthaltender heißer Gase, wie der bei der Kohlevergasung anfallenden Abgase , und zwar vermittels Umsetzen eines derartigen Gemisches mit einem nickelenthaltenden Material, wobei das Nickel sich mit dem Schwefelwasserstoff unter Ausbilden fester Verbindungen umsetzt, aus denen der Nickelgehalt vermittels Oxidation und Zurückführen des Nickels in die Reaktionszone zwecks weiterer Reaktion mit weiterem H2S enthaltendem heißen Gasgemisch zurückgewonnen werden kann.The invention relates to a method for the selective removal of hydrogen sulfide from a mixture of hydrogen sulfide containing hot gases and in particular a method for selective removal of hydrogen sulfide from a mixture of H2S containing hot gases, such as those resulting from coal gasification Exhaust gases by reacting such a mixture with a nickel-containing material, the nickel with the hydrogen sulfide to form solid compounds converts, from which the nickel content by means of oxidation and recycling of the nickel in the reaction zone for the purpose of further Recovered reaction with more hot gas mixture containing H2S can be.
Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführnngsform wird ein geeignetes Abgas, wie das übliche aus einem herkömmlichen öl- oder Kohlevergaser kommende Gas,über einen Nickelkatalysator bei erhöhter Temperatur in einem geeigneten Reaktionsgefäß oder Reaktionszone geführt. Der gasförmige Brennstoff stellt üblicherweise ein Gemisch dar, das Wasserstoff und Kohlenmonoxid in einem Verhältnis von 0,7 bis 1,3 Volumina Wasserstoff pro Volumen Kohlenmonoxid enthält, sowie weiterhin eine geringe Menge an Kohlendioxid, Wasserdampf, Methan und Schwefelwasserstoff aufweist, wobei sich der Schwefelgehalt auf etwa 0,3 bis 6,0% beläuft.According to a preferred embodiment of the invention, a suitable exhaust gas, such as the usual gas coming from a conventional oil or coal gasifier, over a nickel catalyst at increased Temperature performed in a suitable reaction vessel or reaction zone. The gaseous fuel usually represents represent a mixture containing hydrogen and carbon monoxide in a ratio of 0.7 to 1.3 volumes of hydrogen per volume of carbon monoxide contains, and also has a small amount of carbon dioxide, water vapor, methane and hydrogen sulfide, wherein the sulfur content is about 0.3 to 6.0%.
Der Nickelkatalysator enthält vorzugsweise: Metall, Metallegierung, wie Nickel-Aluminium oder ein anderes nickelenthaltendes Material, oder die Oxide desselben. Ein derartiger Katalysator kann natür-The nickel catalyst preferably contains: metal, metal alloy, such as nickel-aluminum or another nickel-containing material, or the oxides thereof. Such a catalyst can naturally
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lieh auch einen inerten Träger irgendeiner der üblichen zur Verfügung stehenden Arten getragen werden. Entsprechende Beispiele für anwendbare Trägermaterialien, die als feste Trägerbestandteile des Katalysators zur Verwendung kommen können, sind die verschiedenen aluminium- und siliziumenthaltenden Materialien natürlichen oder synthetischen Ursprungs, wie Bauxit, Aluminiumoxid, aktivierte Tonerde, Kieseiguhr, Tonerdegel, Kieselerdegel, Magnesiumoxidgel, gemischte Gele, Magnesiumoxid, Magnesiumsilikat, Bimsstein, Kaolin, Tone, Carborundum, Alundum usw. Zu weiteren, hier beispielsweise angegebenen Trägermaterialien gehört Aktivkohle. Der Katalysator ist vorzugsweise Nickel oder ein nickelenthaltendes Material.also loaned an inert carrier to any of the usual ones standing species are borne. Corresponding examples of carrier materials that can be used as solid carrier components of the catalyst can be used, the various aluminum- and silicon-containing materials are natural or of synthetic origin, such as bauxite, aluminum oxide, activated clay, Kieseiguhr, clay gel, silica gel, magnesium oxide gel, mixed gels, magnesium oxide, magnesium silicate, pumice stone, kaolin, clays, carborundum, alundum etc. One of the support materials given here, for example, is activated carbon. The catalyst is preferably nickel or one containing nickel Material.
Der gasförmige Abgasstrom wird vorzugsweise durch ein Bett des Nickelkatalysators bei einer Temperatur von etwa 250 bis etwa 1000 C und vorzugsweise von etwa 350 bis etwa 6000C geführt. Das Abgas wird in die Reaktionszone bei einer Temperatur benachbart zu der Entschwefelungstemperatur geführt, wodurch die Reaktionszone im Wärmegleichgewicht gehalten wird. Sobald der Nickelgehalt des Katalysators sich dadurch erschöpft, daß derselbe in feste Nickelsulfidverbindungen überführt worden ist, werden diese letzeren Verbindungen aus dem Bett abgezogen und durch regenerierten Nickelkatalysator ersetzt, der kontinuierlich dem Bett zugeführt wird. Die verbrauchten Katalysator-Feststoffe werden in eine Regenerationszone überführt, in der dieselben einer gesteuerten Oxidation mit einem sauerstoffenthaltenden Gas, wie Luft, unterworfen werden.The gaseous exhaust stream is preferably passed through a bed of the nickel catalyst at a temperature of about 250 to about 1000 C, and preferably from about 350 to about 600 0 C. The exhaust gas is fed into the reaction zone at a temperature close to the desulfurization temperature, thereby maintaining the reaction zone in thermal equilibrium. As soon as the nickel content of the catalyst is depleted by the fact that it has been converted into solid nickel sulfide compounds, these latter compounds are withdrawn from the bed and replaced by regenerated nickel catalyst which is continuously fed to the bed. The spent catalyst solids are transferred to a regeneration zone where they are subjected to controlled oxidation with an oxygen-containing gas, such as air.
Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform wird der verbrauchte Katalysator durch Belüften regenerieit, d.h. indem Luft durch das verbrauchte Katalysatorbett geblasen wird. Vermittels Einstellen der Geschwindigkeit, mit der die Brennstoffgase in das Reaktionsgefäß oder Entschwefelungs- oder Reaktionszone eingeführt werden, im Verhältnis zu den Charakteristlka der Katalysatorfeststoffe, kön-According to a preferred embodiment, the spent catalyst regenerated by venting, i.e. by blowing air through the spent catalyst bed. By means of setting the The rate at which the fuel gases are introduced into the reaction vessel or desulfurization or reaction zone, im Relationship to the characteristics of the catalyst solids,
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nen die letzteren in Form eines fluidisierten Bettes oder im suspendierten Zustand in den Gasen während der Behandlungszeit gehalten werden. Vorzugsweise wird das Regenerieren des Katalysators bei einer ausreichend hohen Temperatur durchgeführt, die den Gleichgewichtsbedingungen entspricht, die sowohl für die Regenerationsreaktion als auch die Reaktion zwischen Ni und SO2 bestimmend sind.nen the latter in the form of a fluidized bed or im suspended state in the gases during the treatment period. Regeneration of the catalyst is preferred carried out at a sufficiently high temperature that corresponds to the equilibrium conditions required for both the Regeneration reaction as well as the reaction between Ni and SO2 are decisive.
Da der Wasserstoffgehalt des austretenden Gases hoch ist, ist es bevorzugt die Behandlung dieses Gases mit dem Nickelkatalysator bei Temperaturen an dem unteren. Ende des weiter oben angegebenen Temperaturbereiches von 430 bis 950 C, vorzugsweise von etwa 480 bis etwa 76O°C durchzuführen, um so der Neigung des Wasserstoffes H2S zu bilden, entgegenzuwirken.Since the hydrogen content of the exiting gas is high, is it prefers the treatment of this gas with the nickel catalyst at temperatures at the lower. End of the above Temperature range from 430 to 950 C, preferably from about 480 to about 76O ° C to carry out so as to the slope of the To counteract the formation of hydrogen H2S.
Der aus festen Verbindungen von Nickelsulfid bestehende verbrauchte Katalysator kann, nach Trennen von dem Brennstoffgas-Abgas in einer getrennten Regenerationszone regeneriert werden, in der die NiS-Verbindungen direkt mit Sauerstoff aus der Luft vermittels Belüften zur Reaktion gebracht werden können, wobei die Luft durch den verbrauchten Katalysator bei Temperaturen angenähert denjenigen in der Reaktionszone geblasen wird. In der Regenerationszone werden die festen NiS-Verbindungen mit dem Sauerstoff der Luft unter Ausbilden von Schwefeldioxid und dem freien Katalysator zur Reaktion gebracht und werden sodann getrennt, wobei die Katalysatorfeststoffe wieder in die Reaktionszone für ein weiteres Inberührungbringen mit dem H2S zurückgeführt werden, das in dem neu eingeführten Abgas vorliegt.The spent catalyst consisting of solid compounds of nickel sulfide can, after being separated from the fuel gas exhaust gas, be regenerated in a separate regeneration zone in which the NiS compounds can be reacted directly with oxygen from the air by means of ventilation, the air through the spent catalyst is blown at temperatures approaching those in the reaction zone. In the regeneration zone, the solid NiS compounds are reacted with the oxygen in the air to form sulfur dioxide and the free catalyst and are then separated, the catalyst solids being returned to the reaction zone for further contact with the H 2 S, which is present in the newly introduced exhaust gas.
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