用于处理包含硫化氢的流体的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种处理硫化氢的装置和方法。特别地，本发明专利技术涉及一种装置和方法，其包括至少一个通过反应性固体将硫化氢氧化成硫(S)和水(H2O)的系统和至少一个通过氧化剂将以还原态存在的反应性固体氧化的氧化系统，其中，所述将硫化氢氧化成硫的系统和氧化反应性固体的系统设置为使得硫化氢不与氧化所述反应性固体的试剂接触。

Devices and methods for treating fluids containing hydrogen sulfide

The invention relates to a device and a method for treating hydrogen sulfide. In particular, the present invention relates to an apparatus and method comprising at least one system for oxidizing hydrogen sulfide to sulfur (S) and water (H2O) through reactive solids and at least one system for oxidizing reactive solids in the presence of reductive state through oxidants, in which the system for oxidizing hydrogen sulfide to sulfur and the system for oxidizing reactive solids are set so that hydrogen sulfide does not react with oxygen. Reagent contact of the reactive solid is converted.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于处理包含硫化氢的流体的装置和方法
本专利技术涉及一种用于处理硫化氢的装置和方法，包括至少一个将硫化氢氧化成硫(S)和水(H2O)的系统。
技术介绍
硫化氢(H2S)是工业方法，特别是诸如精炼的化石烃脱硫方法和沼气生产的副产品。它对人类和环境有毒，对大多数催化方法都是抑制剂。目前用于处理H2S的方法涉及通过吸附或洗涤预先分离待处理流出物的其他成分，随后通过多阶段方法(所谓的“Claus”方法)氧化成硫(S)。通过氧气将H2S选择性氧化为S(H2S+1/2O2→S+H2O)是一个令人关注的替代选择。这些方法导致硫的产生，然后将其升级为例如硫酸或肥料。然而，这些方法的缺点是(i)如果催化剂不具有选择性，则产生诸如SO2或SO3的副产物，(ii)需要H2S-O2混合物，由于它们的可燃性或爆炸性而导致选择性的丧失以及试剂浓度的限制。所有现有方法都涉及受H2S-O2混合物爆炸性限制的操作条件。从选择性的观点来看，H2S过量的反应更有利，但受氧气的供应限制，而过量的氧气导致完全氧化。为该反应推荐的催化剂经历与硫在催化剂表面上的沉积或其硫化有关的强烈失活。目前的方法都包括第一阶段，所述第一阶段通过使用物理吸附剂或通过在碱性溶液中洗涤，从待处理气体的其他组分中分离硫化氢。在第二步中，通过解吸或从洗涤溶液中分离来回收H2S。然后通过Claus方法氧化由此分离的H2S以产生固体硫(S)，其本身包括几个步骤。首先是加热，在于在高温(>1000℃)下将H2S部分氧化成SO2，其次是催化，涉及与H2S形成SO2的反应以生成S和H2O。目前，从气态流出物中除去H2S需要通过吸附或洗涤预先分离，并随后通过Claus方法进行处理。此外，可再生能源的使用对于减少温室气体排放是必要的，但是在用于沼气生产的生物质的甲烷化过程中会大量产生硫化氢。因此，开发这些替代资源需要开发有效且廉价的消除或甚至回收硫化氢的方法。据专利技术人所知，尚未提出用于(在其他试剂如甲烷的存在下)选择并优选氧化H2S(为S)的具有固体氧气载体的定期型方法。另一方面，已经有几项研究涉及在接近的温度和压力条件下的硫化氢的部分氧化，但是通过共同供给氧气以氧化H2S。例如，Palma等人的工作(Palma,D.Barba,H2SpurificationfrombiogasbydirectselectiveoxidationtosulfuronV2O5-CeO2structuredcatalysts,Fuel135(2014)99-104,http://dx.doi.org/10.1016/j.fue1.2014.06V.Palma,D.Barba,LowtemperaturecatalyticoxidationofH2SoverV2O5/CeO2catalysts,IntJHydrogenEnerg39(2014),21524-21530http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.09.120)提出一种系统，其采用具有钒作为活性相和氧化铈作为载体的固体，其也获得约100％的H2S转化率并具有选择性。虽然他们建议将他们的催化剂用于处理具有典型H2S浓度(200ppm)的沼气，但他们没有将试剂(H2S和O2)与CH4和CO2混合。因此，他们并没有检查甲烷和二氧化碳的反应性。Soriano等((M.D.Soriano,J.M.LopezNieto,F.Ivars,P.Concepcion,E.Rodriguez-Castellon,Alkali-promotedV2O5catalystsforthepartialoxidationofH2Stosulfur,CatalToday192(2012)28-35,doi:10.1016/j.cattod.2012.02.016；A.Reyes-Carmona,M.D.Soriano,J.M.LopezNieto,D.J.Jones,J.Jimenez-Jimenez,A.Jimenez-Lopez,E.Rodriguez-Castellon,Iron-containingSBA-15ascatalystforpartialoxidationofhydrogensulfide,CatalToday210(2013)117-123,http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2012.11.016)提出了类似的研究，这一次具有较高的初始H2S浓度(1200ppm)和较高的反应温度(200℃)。这些研究使用具有特定比例的硫化氢和氧气的混合物，但不能克服硫化氢/氧气混合物的爆炸性限制。难以同时获得100％左右的转化率和选择性。本专利技术旨在解决上述技术问题中的一个或更多个，并且优选所有的技术问题。更具体地，本专利技术旨在提供一种用于氧化硫化氢的方法和装置以解决所述技术问题，所述方法和装置对氧化为硫具有高选择性，并且特别是保持高的硫化氢转化率。本专利技术的目的是提供一种用于氧化硫化氢的方法和装置以解决所述技术问题，所述硫化氢的浓度在包括硫化氢和氧气的混合物的爆炸范围内，即包含优选是气体形式的硫化氢的流体具有一定硫化氢浓度，其化学计量转化为硫和水需要包含在爆炸范围内的硫化氢和氧气的混合物。本专利技术的目的是提供一种方法和装置以解决允许硫化氢的氧化催化剂的低失活的技术问题。在用于精炼和/或生产沼气的方法和设施的背景下，本专利技术旨在解决这个或这些技术问题。更具体地说，本专利技术的目的是提供一种硫化氢氧化装置以解决所述技术问题，其中所述装置对氧化为硫具有高选择性，并特别是通过限制存在的其他气体(诸如甲烷和/或二氧化碳)的氧化来保持硫化氢的高转化率。
技术实现思路
本专利技术涉及一种处理硫化氢的装置或方法，其中，所述装置或方法包括至少一个用于使用固体试剂将硫化氢氧化成硫(S)(优选硫化氢其中所述硫为气体形式)和水(H2O)的系统，和至少一个具有以还原态存在的固体试剂的氧化剂的氧化系统，其中，将硫化氢氧化成硫的系统和固体试剂的氧化系统设置成使得所述硫化氢不与所述氧化剂、固体试剂接触。本专利技术还涉及用于处理至少一种包含硫化氢的流体的装置或方法，其中，所述装置或方法包括交替进行，优选重复进行以下步骤：在以氧化态存在并在硫化氢氧化过程中还原的固体试剂的存在下将硫化氢氧化为硫和水的步骤，以及通过至少一种氧化剂使以还原态存在固体试剂氧化以获得以氧化态存在的固体试剂的氧化步骤，其中，所述方法包括通过氧化硫化氢获得含硫的流体。更具体地，根据一个实施方案，所述装置包括用于将含硫化氢的流体输送到用于将硫化氢氧化成硫和水的系统的供应管道，以及用于含硫的流体的排放管道。根据一种变型，所述装置包括在用于将硫化氢氧化成气体形式的硫的系统的下游，用于从最初含硫的流体中分离硫的装置，其中，所述分离装置优选是用于将硫冷凝为液体或固体形式的装置。根据一个实施方案，所述装置包括一个或更多个装置(140、340、440)，所述装置用于在将硫化氢氧化成硫的系统(110、310、410)中的硫化氢的入口(111、311、318)和将固体试剂氧化的系统(110、310、410)中氧化固体试剂的试剂的入口(113、313、418)之间进行切换。通常，硫化氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.硫化氢处理装置，其中，所述装置包括至少一个通过固体试剂实施反应H2S+sol‑O→sol‑R+H2O+S将硫化氢氧化为硫(S)和水(H2O)的系统，和至少一个具有将以还原态存在的固体试剂氧化的氧化剂的氧化系统，优选硫化氢和硫是气体形式，所述反应中sol‑O和sol‑R分别表示氧化态和还原态的所述固体试剂成分，其中，氧化硫化氢的系统和氧化固体试剂的系统布置成使硫化氢不与氧化固体试剂的试剂接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.20 FR 16545631.硫化氢处理装置，其中，所述装置包括至少一个通过固体试剂实施反应H2S+sol-O→sol-R+H2O+S将硫化氢氧化为硫(S)和水(H2O)的系统，和至少一个具有将以还原态存在的固体试剂氧化的氧化剂的氧化系统，优选硫化氢和硫是气体形式，所述反应中sol-O和sol-R分别表示氧化态和还原态的所述固体试剂成分，其中，氧化硫化氢的系统和氧化固体试剂的系统布置成使硫化氢不与氧化固体试剂的试剂接触。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于将含硫化氢的流体供应到氧化为硫和水的硫化氢氧化系统的供应管道和用于排放含硫的流体的管道。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置在将硫化氢氧化为气态硫的系统的下游包括最初含硫的流体的硫分离装置，其中，所述分离装置优选是用于以液体或固体形式冷凝硫的装置。4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括一个或更多个装置(140、340、440)，所述一个或更多个装置(140、340、440)在将硫化氢氧化成硫的系统(110、310、410)的硫化氢的入口(111、311、318)和氧化固体试剂系统(110、310、410)的氧化固体试剂的试剂的入口(113、313、418)之间切换。5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，将硫化氢氧化成硫的系统包括在以氧化态存在的固体试剂的存在下氧化硫化氢的反应器。6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，氧化固体试剂的系统包括至少一种氧化剂的供应，所述氧化剂诸如氧气，例如气态形式的氧气。7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于再循环固体试剂的回路，其中，所述回路包括在氧化剂存在下氧化以还原态存在的固体试剂的系统和用于还原以氧化态存在的固体试剂的系统，其中，用于还原固体试剂的系统还在以氧化态存在的固体试剂的存在下形成氧化硫化氢的系统。8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述固体试剂具有以下化学式：El1-Ox1其中El1包括以下成分之一或其任意组合，或由以下成分之一或其任意组合组成，并且所述成分选自以下：Bi、Co、Cu、Fe、Ir、Mo、Pb、Pd、Re、Rh、Ru、Sb、V和包含一种或更多种这些元素的氧化物；其中，Ox1包括以下成分之一或其任意组合，或由以下成分之一或其任意组合组成，并且所述成分选自：Al、Ce、Ti、Mg、Si、Ta及其氧化物。9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，含硫化氢的流体包括烃，例如甲烷，和/或一氧化碳和/或二氧化碳，可选地在惰性气体，如氮气，存在下。10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括形成将硫化氢氧化成硫的系统的第一反应器和形成氧化固体试剂的系统的第二反应器，其中，所述第一反应器供应有含硫化氢的流体，所述第一反应器形成将硫化氢氧化成硫的系统，以及当所述第二反应器形成氧化固体试剂的系统时，所述第二反应器供给有含至少一种氧化剂的流体，其中，所述固体试剂在以还原态从第一反应器到第二反应器和以氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿克塞尔·勒夫伯格，杰西·格雷罗，
申请(专利权)人：国家科学研究中心，里尔大学，
类型：发明
国别省市：法国,FR