Brevet FR2001522A1 — publié le 19690926

La présente invention concerne un procédé pour le traitement préliminaire des gaz résiduaires provenant d'une installation deClaus pour la production de soufre, ou de gaz contenant du soufre ayant une composition semblable, par combustion des composés sulfurés combustibles contenus dans le gaz, en particulier de l'hydrogène sulfuré et du soufre libre, pour former de l'anhydride sulfureux, et en même temps combustion d'autres composés combustibles présents dans le gaz, de manière que le gaz convienne pour une oxydation catalytique ultérieure de l'anhydride sulfureux en anhydride sulfurique. Dans une installation de Claus, le soufre est produit à partir dlun mélange de sulfure d'hydrogène et de dioxyde de soufre, qui réagissent de la manière suivante 2 H2S + S02 = 3 S + 2 H20 Une composition typique du gaz résiduaire sortant d'une telle installation est la suivante : Moles % H2S 0,7 S (sous forme de gouttes) 0,3 S02 0,4 N2 2,5 oe 0,9 N20 30,0 2 18,0 N2 47,2 Pour éviter la contamination de l'atmosphère, en particulier par le sulfure d'hydrogène et le soufre, ce gaz est soumis à une combustion par passage dans un four dans lequel une certaine quantité d'un gaz combustible, par exemple du méthane, est brûléeavec un excès air.Si l'on veille à ce que les produits de la combustion quittent ce four à une température d'au moins 5400C et avec une teneur en oxygène de quelques pourcents, la totalité du sulfure d'hydrogène et du soufre est convertie en Sud?. Idéanmoins, une contamination de l'atmosphère par l'anhydride sulfureux peut elle-même être préjudiciable et, en conséquence, le procédé selon cette invention vise à soumettre le gaz résiduaire à un traitement après lequel le 502 qu'il contient peut etre utilisé dans une installation de production d'acide sulfurique par le procédé de contact, dans lequel le S02 est oxydé catalytiquement en SODI réaction qui se fait à une vitesse raisonnable à des températures d'environ 4000C ou plus. Cependant, cette réaction est exothermique et comme le taux de conversion diminue à mesure que la température s'élève, il est normalement nécessaire d'effectuer la catalyse par étapes successives, en refroidissant le gaz entre les étapes. Toutefois, dans le cas présent, la teneur en n'est pas suffisamment élevée pour qu'un tel refroidissement intermédiaire soit nécessaire; en fait, l'élévation de température, pour une conversion de la totalité de l'anhydride sulfureux, est insuffisante pour empêcher llopération d'hêtre accomplie sans refroidissement intermédiaire. Ainsi, pour une teneur en volumes de 0,8 ,0 en S02, on n'observe qu'une élévation de température de 410 à 4300C par exemple et, avec une concentration droxygone de 3 à 4, dans k ga le taux de conversion de S02 on S03 est supérieur à 95 eo. ,ainsi, la faible teneur en SO dovrait permettre 2 d'utiliser un convertisseur catalytique d'une construction très simple, ce qui est d'une importance déterminante pour des raisons de prix car le volume de gaz relativement grand par rapport à la quantité d'acide produit exige une installation ayant les dimensions correspondantes. Mais cela n'estvrai que si le gaz ne contient pas d'autres matières combustibles et dont la combustion élèverait davantage la température. Or, d'après la composition qui a été donnée plus haut, le gaz résiduaire provenant d'une installation de Claus contient de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone et ces deux gaz sont en grande partie brûlés par passage à travers un catalyseur destiné à la conversion de 802 en S03, alors qu'une combustion non catalytique exige une température d'environ 8oe0C, c'est-a-dire qui il n'y a pas de combustion de lthydrogène et de l'oxyde de carbone en même temps que la combustion de llhydroaène sulfuré et du soufre. Cependant, dans le présent procédé, ce gaz, ainsi que d'autres gaz ayant une composition semblable, peuvent être rendus propres à la production d'acide sulfurique lorsque, conformément à la présente invention, le gaz est brûlé catalytiquement avec un catalyseur contenant du cuivre et du chrome.Il a en effet été trouvé que, déjà pour des températures du gaz pouvant descendre jusqu'à 14O0C, avant le catalyseur, il se produisait une oxydation partielle des composés sulfurés et qu'à la température de 200 C, on pouvait obtenir une conversion totale de l'hydrogène sulfuré et du soufre en anhydride sulfureux et que l'élévation de température qui en résultait était suffisante pour que le même catalyseur permette une combustion catalytique de la majeure partie de lthydrogène et de ltoxyde de carbone présents. Il a également été établi que d'autres composés combustibles contenus dans le-gaz, par exemple HOi, (CN)2, NH3 et CH3CHO, en présence de S02 par exemple dans une proportion de 1,5 mole ,0 , sont brûlés en totalité ou tout au moins à un degré important, à des températures de 2000C ou plus. La comparaison suivante illustre les avantages ainsi obtenus La combustion non catalytique de 100 moles d'un gaz ayant la composition qui a été indiquée et qui se trouve à une température de 1400C nécessite l'addition de 2,7 moles de méthane et de 74 moles d'air pour la conversion du sulfure d'hydrogène et du soufre en anhydride sulfureux, ce qui donne 176 moles d'un gaz à 5400C , ayant la composition suivante Moles c,Ó SO2 0,8 H2 1,4 oe Q5 HO 20,5 2 11,8 N2 60,0 02 5,0 Dans la combustion catalytique de 100 moles du meme gaz à une température de 1400C, une consommation de 0,94 mole seulement de méthane (pour le chauffage) et de 35,3 moles d'air conduit à un gaz dont la température est de 2800C avant le catalyseur et qui, après être passé sur le catalyseur, ne représente que 135 moles de gaz à la température de 5600C et qui a la composition suivante : Moles , S02 1,1 2 0,1 OC 0,1 H20 25,5 C 2 14,3 N2 57,3 02 1,7 Après refroidissement du gaz qui a été ainsi traité par catalyse, soit dans un réfrigérant soit par addition de 40 à 45 moles d'air à la température de 250 C, ce gaz offre des conditions très favorables pour la conversion ultérieure de l'anhydride sulfureux qu'il contient en acide sulfurique par le procédé de contact. L'addition d'air est réglée de manière que les gaz aient la même teneur en oxygène à leur sortie du convertisseur, appelé convertisseuren acide sulfurique, qui transforme le S02 en S03. On notera que la conversion catalytique conduit à une diminution importante des teneurs du gaz en H2 et CO. Sans cette diminution, une partie notable de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone serait brûlée dans le convertis seuren acide sulfurique, ce qui provoquerait une élévation supplémentaire de la température de l'ordre de 60 à 1200C et, de ce fait, il ne serait pas possible d'atteindre un degré de conversion acceptable sans refroidissement inter médiaire. On notera également une économie de combustible,en l'occurrence le méthane, ainsi que la moindre consommation d'énergie du fait que l'apport d'air est réduit et, ainsi, le volume total de gaz qui doit traverser le convertisseur d'acide sulfurique et les appareils suivants se trouve également réduit, ce qui est très important en ce qui concerne les dimensions de l'installation. Toutefois, si le gaz est refroidi par de l'air après le traitement catalytique préliminaire, au lieu d'être refroidi dans un réf rigérant, l'addition d'air totale et le volume de gaz sont les mêmes que dans le traitement préliminaire non catalytique mais la concentration de l'oxygène dans le convertisseur sulfurique est plus élevée , à savoir 6 p au lieu de 4 . Un catalyseur approprié pour réaliser la combustion peut être constitué par un mélange de Cu0 et de Cr203 dans des proportions équimolaires. On peut préparer ce mélange, par exemple, par une précipitation simultanée à partir de sels des deux métaux avec une base. On sépare ensuite par filtration le mélange précipité, on le sèche et on le comprime sous forme de petits cylindres ayant un diamètre et une hauteur de 4 à 5 mm par exemple. Pour obtenir le résultat indiqué, on peut utiliser 1 volume de ce catalyseur pour 10000 volumes de gaz dans les conditions normales, par heure, Le présent procédé, qui vient d'etre décrit en détail en ce qui concerne son application à un gaz résiduaire provenant d'une installation de Claus, peut aussi bien être appliqué en principe, comme il a déjà été dit, à n'importe quel autre gaz ayant une composition semblable quand on a en vue, premièrement d'empêcher une contamination de l'atmosphère et, deuxièmement, d'utiliser l'anhydride sulfureux que contient le gaz pour la production d'acide sulfurique. REVE.DICATIO.tS I.- Procédé de traitement préliminaire de gaz résiduaires provenant d'une installation de Claus pour la production de soufre, ou de gaz ayant une composition semblable, par combustion des composés sulfurés combustibles contenus dans le gaz, en particulier du sulfure d'hydrogène et du soufre libre, pour former de l'anhydride sulfureux, avec combustion simultanée d'autres composés combustibles présents dans le gaz, de manière que le gaz ainsi traité convienne pour une oxydation catalytique ultérieure de l'anhydride sulfureux en anhydride sulfurique, procédé caractérisé en ce que les composés combustibles sont oxydés catalytiquement sur un catalyseur contenant du cuivre et du chrome. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température du gaz, aussitôt avant le passage de celui-ci sur le catalyseur, est inférieure à 4000C et de préférence comprise entre 150 et 3500C