[发明专利]用于制备硫化氢的反应器和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在升高的压力和升高的温度下由单质硫和氢气合成硫化氢的反应器和方法。本发明还涉及所述反应器用于以高产率和低H₂S_x含量制备硫化氢的用途。

背景技术

硫化氢是工业上重要的中间体，例如用于合成甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫化物、磺酸、二甲基亚砜、二甲基砜，以及用于许多硫化反应。迄今，其主要由矿物油和天然气加工以及通过硫和氢气的反应获得。

通常通过以下方式由单质制备硫化氢：将气态氢引入硫熔体中，将硫转化为气相并在与氢气的放热反应中将其中的硫转化为硫化氢(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，第六版，1998年，Wiley-VCH)。

为了获得令人满意的反应速率和高的硫化氢产率，反应必须在相对于标准条件升高的温度下进行。根据预期的进一步使用，可能需要提供在大于5巴的压力下制备的硫化氢。在这种情况下，有利的是在所需的压力下直接进行硫化氢的合成。这就需要温度的进一步升高，以确保足够的硫被转化为气相。然而，在高于450℃的温度下进行硫化氢的合成的缺点在于，在这些条件下，硫化氢会对反应器的材料造成腐蚀损坏。因此，需要可实现高的转化率，同时避免至少对反应器的承压元件的损坏的反应器构造。

一种提高硫化氢产率的方法是延长氢气在硫熔体中的停留时间。这例如在US 2 876 070和DE 10 2008 040 544 A1中通过使用具有布置在硫熔体内的呈中间塔盘或杯形式的气体收集区的反应器进行。然而，这种类型的构造仅实现了大于96％的氢气转化率。增加气体收集区的数量也许可以提高转化率，但这将导致需要更大的反应器容积的缺点。

延长氢气在硫熔体中的停留时间的原理还在DE 10 2008 040 544 A1中通过在硫熔体中具有乱堆陶瓷填料床的反应器实现。这种反应器实现了大于99％的转化率。然而，这种反应器设计需要恒定的氢气供应，因为在氢气供应下降或关闭的情况下，反应气体可以完全从乱堆填料床的区域逸出，并且乱堆填料床会变得充满液体硫。因此，此类反应器仅可在非常窄的负荷范围内操作。

提高反应速率的另一种方法是使用催化剂，例如钴、镍或钼的氧化物或硫化物。这种方法公开在例如US 2 863 725和EP 2 125 612 B1中，采取具有浸入硫熔体中的填充催化剂的管并且气态反应物流动通过这些管的反应器的形式。然而，已发现，这些反应器的缺点是，它们在小于5巴的压力下操作，并且，由于硫和氢气的反应主要是催化性的事实，因此需要大量的催化剂。

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于由硫和氢气制备硫化氢的反应器，所述反应器确保高的氢气转化率和高的所产生硫化氢的纯度。所述反应器也应实现在大于5巴的压力下制备硫化氢，具有非常紧凑的设计，并且确保非常宽的负荷范围。特别是在集成生产系统中，非常宽的负荷范围是有利的，以便能够灵活地应对负荷的变化，而不是必须处置在当时集成系统所不需要的而是由于缺乏灵活性所导致的过量的量。最后，从成本、维护和安全角度来看，反应器应不易在预期的操作条件下发生腐蚀损坏。关于提供硫熔体和消散反应热所需要的能量，另外需要特别有效的反应器设计。另外，希望最小化所需催化剂的量和最大化催化剂的使用寿命。

具体实施方式

为实现这个目的，本发明提供适于在相对于标准条件升高的温度和升高的压力下通过硫和氢气的放热反应连续制备硫化氢以形成包含硫化氢和硫的最终产物气体混合物P_最终的反应器，所述反应器包括：

-适于容纳硫熔体的下部反应器区，以及

-一个或多个非承压第一洞穴和对于每个第一洞穴至少一个适于受控地供应加压气态氢的供应装置，所述洞穴适于至少临时容纳在放热反应中形成的并且包含硫化氢、硫和氢气的产物气体混合物P₁，

-一个或多个非承压第二洞穴，所述第二洞穴被布置在第一洞穴的上方，并且适于至少临时容纳在第一洞穴中形成的产物气体混合物P₁以及适于通过硫和氢气的放热反应形成另外的硫化氢以形成产物气体混合物P₂，以及

-适于在相对于标准条件升高的温度和升高的压力下容纳产物气体混合物P_最终的气体收集区。

所述反应器的特征在于，至少一个所述第二洞穴包括至少一个适于受控地供应加压气态氢的供应装置。