L'invention a trait à un procédé catalytique pour oxyder directement en soufre, à basse température, 1'H2S contenu en faible concentration dans un gaz. Elle concerne encore un catalyseur pour la mise en oeuvre de ce procédé.

Pour récupérer 1'H2S contenu en faible <BR> <BR> <BR> <BR> concentration, à savoir concentration inférieure à 20 k en volume et plus particulièrement comprise entre 0,001 W et <BR> <BR> <BR> 20 W et tout spécialement allant de 0,001 W à 10 % en volume, dans des gaz de provenances diverses, on peut faire appel, notamment, à des procédés mettant en oeuvre une oxydation catalytique directe de 1'H2S en soufre selon la réaction H2S + 1/2 02-> S + H20.

Dans de tels procédés, on fait passer le gaz à traiter renfermant 1'H2S en mélange avec une quantité appropriée d'un gaz contenant de l'oxygène libre, par exemple, air, oxygène ou encore air enrichi en oxygène, au contact d'un catalyseur d'oxydation de 1'H2S en soufre en réalisant ce contact à des températures soit supérieures au point de rosée du soufre formé, auquel cas le soufre formé est présent à l'état de vapeur dans le milieu réactionnel issu de la réaction, ou bien à des températures inférieures au point de rosée du soufre formé, auquel cas ledit soufre se dépose sur le catalyseur, ce qui nécessite de régénérer périodiquement le catalyseur chargé de soufre par balayage au moyen d'un gaz non oxydant ayant une température comprise entre 200 °C et 500 °C.

En particulier, l'oxydation de 1'H2S en soufre à des températures supérieures au point de rosée du soufre, c'est-

à-dire à des températures supérieures à environ 180 °C, peut tre réalisée au contact d'un catalyseur consistant en oxyde de titane (EP-A-0078690), en oxyde de titane renfermant un sulfate de métal alcalino-terreux (WO-A-8302068), en oxyde de titane renfermant de l'oxyde de nickel et éventuellement de l'oxyde d'aluminium (EP-A-0140045), en un oxyde du type oxyde de titane, oxyde de zirconium ou silice associé à un ou plusieurs composés de métaux de transition choisis parmi Fe, Cu, Zn, Cd, Cr, Mo, W, Co et Ni, de préférence Fe, et éventuellement à un ou plusieurs composés de métaux précieux choisis parmi Pd, Pt, Ir et Rh, de préférence Pd (FR-A- 2511663), ou encore en une alumine stabilisée thermiquement et associée à un ou plusieurs composés de métaux de transition tels que précités, notamment Fe, et éventuellement à un ou plusieurs composés de métaux précieux choisis parmi Pd, Pt, Ir et Rh (FR-A-2540092).

L'oxydation de l'H2S en soufre en opérant à des températures telles que le soufre formé se dépose sur le catalyseur peut tre effectuée, quant à elle, au contact d'un catalyseur consistant, par exemple, en un ou plusieurs composés tels que sels, oxydes ou sulfures de métaux de transition, par exemple Fe, Cu, Cr, Mo, W, V, Co, Ni, Ag et Mn, en association avec un support de type alumine activée, bauxite, silice/alumine ou zéolithe (FR-A-2277877). On peut encore réaliser cette oxydation de l'H2S avec dépôt de soufre sur le catalyseur au contact d'un catalyseur consistant en une phase catalytique choisie parmi les oxydes, sels ou sulfures des métaux V, Mo, W, Ni et Co associée à un support en charbon actif (demande de brevet français n° 9302996 du 16.03.1993).

Les catalyseurs tels que précités constitués d'une phase catalytique à base d'au moins un oxyde, sel ou sulfure d'un métal de transition associée à un support consistant en au moins un matériau choisi parmi l'alumine, l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, la silice, les zéolithes, les mélanges silice/alumine, les mélanges silice/oxyde de titane et le charbon actif, qui sont utilisés pour l'oxydation catalytique de l'H2S en soufre, présentent encore certaines

insuffisances à l'usage prolongé. En particulier, les catalyseurs dont le support est à base d'alumine sont susceptibles d'évoluer dans le temps par sulfatation. En ce qui concerne les catalyseurs dont le support consiste en charbon actif, des précautions doivent tre prises lors de leur mise en oeuvre pour éviter la combustion du support. De plus, pour ces divers catalyseurs, la phase catalytique imprégnant le support a tendance à migrer dans la maille du support, ce qui rend difficile voire mme souvent impossible la récupération du métal de la phase catalytique dans le catalyseur usé. Enfin, les catalyseurs précités ont une conductibilité thermique médiocre, ce qui ne permet pas de réaliser un contrôle efficace de la température au sein des lits catalytiques les contenant par un échange thermique avec un fluide de refroidissement.

Afin de remédier aux inconvénients des catalyseurs du type mentionné plus haut, qui sont utilisés dans les procédés d'oxydation catalytique de l'H2S en soufre et ainsi d'obtenir un procédé conduisant à une sélectivité améliorée en soufre se maintenant d'une manière durable dans le temps, la demanderesse, dans les citations FR-A-2727101 et WO-A- 9719019, a proposé de réaliser l'oxydation directe de l'H2S en soufre au contact d'un catalyseur formé d'un support en carbure de silicium associé à une phase catalytiquement active renfermant au moins un métal de transition, notamment Ni, Co, Fe, Cu, Ag, Mn, Mo, Cr, Ti, W et V, sous la forme d'oxyde ou de sel ou/et à l'état élémentaire.

En particulier, les citations FR-A-2727101 et WO-A- 9719019 décrivent une mise en oeuvre du procédé d'oxydation directe de l'H2S en soufre au contact du catalyseur à support de carbure de silicium, dans laquelle on effectue ladite oxydation à des températures inférieures au point de rosée du soufre formé par cette oxydation, lequel soufre se dépose sur le catalyseur, puis on soumet périodiquement le catalyseur d'oxydation chargé de soufre à une régénération par balayage à l'aide d'un gaz non oxydant, en opérant à des températures comprises entre 200°C et 500°C et de préférence entre 230°C et 450°C, pour vaporiser le soufre retenu sur le

catalyseur, et ensuite on refroidit le catalyseur régénéré jusqu'à la température, inférieure au point de rosée du soufre, requise pour une nouvelle mise en oeuvre de l'oxydation de l'H2S, ce refroidissement étant réalisé au moyen d'un gaz ayant une température inférieure à 180°C.

En poursuivant ses recherches, la demanderesse a trouvé que l'on pouvait encore améliorer l'activité dsulfurante et la sélectivité en soufre du catalyseur à support de carbure de silicium dans le procédé régénratif précité, mis en oeuvre à des températures inférieures au point de rosée du soufre produit, en effectuant l'oxydation de l'H2S en soufre avec une phase active dudit catalyseur, qui renferme un ou plusieurs oxysulfures de certains des métaux de transition mentionnés plus haut et qui, dans une forme de réalisation préférée, est restaurée, par un traitement particulier, avant chaque nouvelle phase d'oxydation de l'H2S.

L'invention a donc pour objet un procédé régénratif pour oxyder directement en soufre, par voie catalytique, l'H2S contenu en faible concentration dans un gaz, ledit procédé étant du type dans lequel on fait passer ledit gaz renfermant H2S avec un gaz renfermant de l'oxygène libre, en quantité propre à fournir un rapport molaire 02 : H2S allant de 0,05 à 15, au contact d'un catalyseur d'oxydation sélective de l'H2S en soufre, qui est constitué d'une phase catalytiquement active associée à un support en carbure de silicium et consistant en un composé d'au moins un métal de transition, en opérant à des températures inférieures au point de rosée du soufre formé par l'oxydation de l'H2S, lequel soufre se dépose sur le catalyseur, puis on soumet périodiquement le catalyseur d'oxydation chargé de soufre à une régénération par balayage à l'aide d'un gaz non oxydant, en opérant à des températures comprises entre 200°C et 500°C et de préférence entre 230°C et 450°C, pour vaporiser le soufre retenu sur le catalyseur, et ensuite on refroidit le catalyseur régénéré jusqu'à la température inférieure au point de rosée du soufre requise pour une nouvelle mise en oeuvre de l'oxydation de l'H2S, ce refroidissement étant

réalisé au moyen d'un gaz ayant une température inférieure à 180°C, et il se caractérise en ce que la phase active du catalyseur renferme au moins un oxysulfure d'au moins un métal choisi parmi nickel, fer, cobalt, cuivre, chrome, molybdène et tungstène.

Comme indiqué ci-dessus, la réaction d'oxydation de l'H2S en soufre est mise en oeuvre à des températures inférieures au point de rosée du soufre produit et plus particulièrement à des températures comprises entre 30°C et 180°C. Selon une forme de réalisation préférée, la réaction d'oxydation de l'H2S en soufre est effectuée à des températures comprises entre 35°C et 70°C et plus particulièrement allant de 40°C à 65°C.

Dans cette forme de réalisation préférée, le gaz renfermant H2S est amené au contact du catalyseur d'oxydation avec une température comprise entre 35°C et 70°C et plus particulièrement entre 40°C et 65°C, ladite température étant avantageusement inférieure ou égale à la température choisie pour la réaction d'oxydation de l'H2S en soufre.

Selon une autre forme préférée de mise en oeuvre, le catalyseur régénéré est ensuite mis en contact, à des températures inférieures à 250°C et pendant une durée comprise entre 0,2 heure et 3 heures, avec un courant gazeux oxygéné constitué d'un gaz vecteur inerte renfermant, en volume, 0,1% à 3% d'oxygène et 0% à 50% d'eau, pour restaurer la phase oxysulfure métallique du catalyseur.

La phase active du catalyseur d'oxydation, comptée en poids de métal, représente le plus souvent 0,1 à 20 0, plus particulièrement 0,2 à 15 % et plus spécialement 0,2 à 7 % du poids dudit catalyseur.

Le support en carbure de silicium constitue <BR> <BR> <BR> avantageusement au moins 40 k et plus particulièrement au<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> moins 50 W du poids du catalyseur d'oxydation.

La surface spécifique du catalyseur d'oxydation de l'H2S en soufre peut varier assez largement selon les conditions de mise en oeuvre du procédé d'oxydation.

Avantageusement, ladite surface spécifique, déterminée par

la méthode BET d'absorption d'azote à la température de l'azote liquide (norme NF X 11-621), peut représenter 0,1 m2/g à 600 m2/g et plus spécialement 2 m2/g à 300 m2/g.

Le catalyseur d'oxydation à support de carbure de silicium peut tre préparé en opérant, par exemple, comme suit. On réalise tout d'abord une imprégnation du support, se présentant sous la forme de poudre, de pastilles, de granulés, d'extrudés ou autres formes d'agglomérés, au moyen d'une solution ou d'un sol, dans un solvant tel que l'eau, du métal ou des métaux désirés sous la forme de sels, puis on sèche le support ainsi imprégné et calcine le produit séché à des températures pouvant aller de 250 °C à 500 °C, en opérant ou non en atmosphère inerte. Le catalyseur calciné est ensuite soumis à un traitement de sulfuration par mise en contact avec un agent sulfurant consistant en soufre élémentaire ou en un mélange gazeux d'H2S et d'un gaz inerte, en opérant à des températures comprises entre 250°C et 400°C et pendant une durée suffisante pour effectuer une sulfuration maximale du métal ou des métaux de la phase active du catalyseur. Le catalyseur sulfuré est ensuite mis en contact, à des températures inférieures à 250°C et notamment comprises entre 30°C et 200°C et pendant une durée comprise entre 0,2 heure et 3 heures et plus spécialement entre 0,5 heure et 2 heures, avec un courant gazeux oxygéné constitué d'un gaz vecteur inerte renfermant, en volume, 0,1% à 3%, plus spécialement 0,3% à 1,5%, d'oxygène et 0% à 50%, plus spécialement 0,5% à 30%, d'eau, pour former la phase oxysulfure métallique. La quantité de soufre élémentaire, utilisée pour la sulfuration du support imprégné calciné, représente avantageusement un léger excès, par exemple excès allant jusqu'à 300% molaire, par rapport à la quantité stoechiométrique correspondant à une sulfuration maximale du métal ou des métaux de la phase active du catalyseur. La durée du traitement de sulfuration par le soufre élémentaire est avantageusement comprise entre 0,5 heure et 4 heures. Le mélange gazeux d'H2S et de gaz inerte utilisé comme agent sulfurant renferme avantageusement entre 0,2% et 30% d'H2S en volume. La durée du traitement de sulfuration par le

mélange gazeux renfermant H2S est généralement comprise entre 0,5 heure et 15 heures.

Le carbure de silicium utilisé pour constituer le support du catalyseur d'oxydation de l'H2S en soufre, peut consister en l'un quelconque des carbures de silicium connus sous réserve qu'il présente les caractéristiques requises de surface spécifique, à savoir une surface spécifique, déterminée par la méthode BET d'adsorption d'azote, allant de 0,1 m2/g à 600 m2/g.

En particulier, ledit carbure de silicium peut tre préparé en faisant appel à l'une quelconque des techniques, qui sont décrites dans les citations EP-A-0313480 (correspondant à US-A-4914070), EP-A-0440569, EP-A-0511919, EP-A-0543751 et EP-A-0543752.

Le gaz renfermant de l'oxygène libre utilisé pour l'oxydation, en soufre, de l'H2S contenu dans le gaz à traiter est généralement de l'air, bien qu'il soit possible d'employer de l'oxygène pur, de l'air enrichi en oxygène ou encore des mélanges, en proportions variées, d'oxygène et d'un gaz inerte autre que l'azote.

Le gaz renfermant de l'oxygène libre et le gaz à traiter renfermant de l'H2S peuvent tre amenés séparément au contact du catalyseur d'oxydation. Toutefois, en vue d'obtenir un milieu réactionnel gazeux très homogène lors du contact avec le catalyseur, il est préférable de mélanger tout d'abord le gaz à traiter renfermant l'H2S avec le gaz renfermant de l'oxygène libre et d'amener le mélange ainsi réalisé au contact du catalyseur d'oxydation.

Comme indiqué plus haut, le gaz renfermant de l'oxy- gène libre est utilisé en quantité propre à fournir un rap- port molaire 02 : H2S allant de 0,05 à 15, plus particulièrement de 0,1 à 10 et tout spécialement de 0,1 à 4 dans le milieu réactionnel arrivant au contact du catalyseur d'oxydation de l'H2S en soufre.

Les temps de contact du milieu réactionnel gazeux avec le catalyseur d'oxydation peuvent aller de 0,5 seconde à 20 secondes et de préférence de 1 seconde à 12 secondes,

ces valeurs étant données dans les conditions normales de pression et de température.

Le gaz renfermant de l'H2S en faible concentration, que l'on traite par le procédé selon l'invention, peut avoir des origines diverses. En particulier, un tel gaz peut tre un gaz naturel à faible teneur en H2S ou encore un gaz provenant de la gazéification du charbon ou des huiles lourdes, voire mme un gaz résultant de l'hydrogénation d'un gaz résiduaire, par exemple un gaz résiduaire d'usine à soufre, renfermant des composés soufrés tels que S02, mercaptans, COS, CS2 convertibles en H2S sous l'action de l'hydrogène ou de la vapeur d'eau, ou bien encore un gaz résultant du traitement, au contact d'un catalyseur CLAUS susceptible de promouvoir la réaction de formation de soufre entre H2S et S02, d'un effluent gazeux renfermant H2S et S02 dans un rapport molaire H2S : S02 supérieur a 2 : 1 et tel que ledit gaz résultant contienne surtout H2S et pas ou très peu de S02 comme composés soufrés. Le procédé selon l'invention peut s'appliquer au traitement de gaz renfermant <BR> <BR> <BR> H2S en concentration comprise entre 0,001 % et 25 W en<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> volume et plus spécialement allant de 0,01 W à 20 en volume. Le gaz à traiter peut encore renfermer des composés organiques du soufre tels que mercaptans, COS, CS2, en <BR> <BR> <BR> <BR> concentration globale pouvant aller jusqu'à environ 1 W en volume. On pourrait, en utilisant le procédé selon l'invention, traiter des gaz renfermant H2S en concentration supérieure à 25 % en volume, toutefois dans ce cas on utilise de préférence les procédés conventionnels de production de soufre comportant une étape de réaction thermique.

Le gaz renfermant H2S, que l'on soumet à l'oxydation au contact du catalyseur à support de carbure de silicium, peut tre exempt d'eau ou substantiellement exempt d'eau ou au contraire renfermer une quantité d'eau plus ou moins grande. Ainsi, on peut traiter selon l'invention un gaz <BR> <BR> <BR> renfermant H2S qui a une teneur en eau pouvant aller de 0 % à environ 50 % en volume. Avantageusement, surtout lorsque la phase active du catalyseur à support de carbure de

silicium est un oxysulfure de nickel, la présence, dans le gaz à traiter renfermant H2S, d'une quantité d'eau allant de <BR> <BR> <BR> 10 % à 50 W en volume et plus spécialement de 15 W à 30 k en volume permet d'augmenter substantiellement la durée pendant laquelle l'efficacité du catalyseur se maintient à un niveau optimal.

Si la température du milieu réactionnel, à l'issue de l'oxydation, n'est pas susceptible de dépasser la limite supérieure de l'intervalle de températures d'oxydation, l'oxydation de l'H2S en soufre peut tre conduite de manière adiabatique. Dans le cas contraire, on évacue les calories dégagées par la réaction d'oxydation en soumettant le catalyseur à un refroidissement, par toute méthode connue, pour maintenir la température d'oxydation à la valeur choisie ou dans l'intervalle choisi. On peut par exemple, réaliser le refroidissement à l'aide d'un fluide froid circulant en échange direct de chaleur avec le catalyseur ou bien en échange indirect de chaleur avec ledit catalyseur au sein de ce dernier. On peut encore opérer en plaçant le catalyseur dans un réacteur tubulaire constitué de tubes disposés dans une calandre avec, par exemple, le catalyseur présent dans les tubes et un fluide froid circulant entre les tubes côté calandre ou vice versa. On peut également effectuer l'oxydation catalytique dans un réacteur à plusieurs étages de catalyseur avec refroidissement du milieu réactionnel entre les étages successifs par échange indirect de chaleur avec un fluide froid, l'échange de chaleur ayant lieu à l'intérieur ou à l'extérieur du réacteur d'oxydation.

Dans la mise en oeuvre de l'oxydation à des températures comprises entre 35°C et 70°C et plus particulièrement allant de 40°C à 65°C, lorsque le gaz renfermant H2S, que l'on traite selon l'invention, est disponible à des températures supérieures à 70°C, il convient donc de le refroidir à la température choisie entre 35°C et 70°C avant de l'amener au contact du catalyseur d'oxydation de l'H2S en soufre. Si le gaz à traiter renferme en plus d'H2S une quantité plus ou moins importante d'eau,

par exemple comprise entre 10% et 50% en volume, une fraction plus ou moins conséquente de cette eau se condensera au cours dudit refroidissement et pourra tre séparée ou non du gaz à traiter refroidi avant la mise en contact de ce dernier avec le catalyseur d'oxydation Selon un premier mode de mise en oeuvre, le refroidissement du gaz à traiter est conduit de telle sorte que le gaz refroidi ait une teneur en vapeur d'eau inférieure à environ 10% en volume, l'eau condensée étant séparée du gaz refroidi, avant la mise en contact de ce dernier avec le catalyseur d'oxydation de l'H2S.

Selon un second mode de mise en oeuvre, l'eau condensée au cours du refroidissement du gaz à traiter n'est pas séparée du gaz refroidi et on amène une phase mixte gaz/eau condensée au contact du catalyseur d'oxydation de l'H2S, on maintient la température dans la zone d'oxydation, à la valeur choisie entre 35°C et 70°C et plus spécialement allant de 40°C à 65°C, par injection, dans ladite zone, d'un courant d'eau refroidi circulant en continu à contre-courant du gaz à traiter, on évacue, en tte de la zone d'oxydation, un gaz épuré substantiellement exempt de composés soufrés et soutire, en fond de ladite zone, un courant d'eau chargé de particules de soufre solide, et on recycle une partie dudit courant d'eau, après séparation du soufre qu'il contient et refroidissement, pour constituer le courant d'eau de refroidissement injecté dans la zone d'oxydation.

Selon un troisième mode de mise en oeuvre, qui constitue une variante du second, l'eau condensée au cours du refroidissement du gaz à traiter n'est pas séparée du gaz refroidi et on amène une phase mixte gaz/eau condensée au contact du catalyseur d'oxydation de l'H2S, on maintient la température dans la zone d'oxydation, à la valeur choisie entre 35°C et 70°C et plus spécialement allant de 40°C à 65°C, par injection, dans ladite zone, d'un courant d'eau refroidi circulant en continu à co-courant du gaz à traiter, on soutire, en fond de la zone d'oxydation, un mélange gaz épuré/eau condensée, chargé de particules de soufre solide, on sépare ledit mélange en un courant de gaz épuré, que l'on

évacue, et une phase aqueuse et on recycle une partie de cette phase aqeuse, après séparation du soufre qu'elle contient et refroidissement, pour constituer le courant d'eau de refroidissement injecté dans la zone d'oxydation.

Le gaz de balayage, utilisé pour la régénération du catalyseur chargé de soufre, peut tre tel que méthane, azote, C02 ou mélanges de tels gaz ou peut encore consister en une fraction du courant gazeux issu de l'étape d'oxydation ou en une fraction du gaz à traiter. Le gaz de balayage utilisé pour la régénération précitée peut éventuellement contenir une certaine proportion d'un composé réducteur gazeux tel que, par exemple, H2, CO, ou H2S, au moins au cours de la phase finale de la régénération, c'est- à-dire après la vaporisation de la plus grande partie du soufre déposé sur le catalyseur d'oxydation.

La mise en oeuvre de la réaction d'oxydation selon l'invention aux températures inférieures au point de rosée du soufre formé, peut tre réalisée dans une zone unique d'oxydation renfermant le catalyseur d'oxydation à support de carbure de silicium, qui opère alternativement en phase d'oxydation et en phase de régénération/refroidissement. Une telle mise en oeuvre est retenue lorsque le gaz à traiter renferme peu d'H2S et que, de ce fait, la régénération du catalyseur est peu fréquente. Avantageusement, la mise en oeuvre de la réaction catalytique est réalisée dans une pluralité de zones d'oxydation renfermant chacune le catalyseur d'oxydation à support de carbure de silicium, qui opèrent de telle sorte que l'une au moins desdites zones opère en phase de régénération/refroidissement, tandis que les autres zones sont en phase d'oxydation catalytique. On peut encore opérer en ayant une ou plusieurs zones en phase de réaction d'oxydation, au moins une zone en phase de régénération et au moins une zone en phase de refroidissement.

Le gaz utilisé pour la régénération du catalyseur d'oxydation circule de préférence en circuit fermé à partir d'une zone de chauffage, en passant successivement par la zone catalytique en cours de régénération et une zone de

refroidissement, dans laquelle la majeure partie du soufre présent dans ledit gaz est séparée par condensation, pour revenir à la zone de chauffage. Bien entendu, le gaz de régénération peut également circuler en circuit ouvert.

Le gaz utilisé pour le refroidissement du catalyseur d'oxydation régénéré est du mme type que celui employé pour la régénération du catalyseur chargé de soufre. Les circuits de gaz de régénération et de gaz de refroidissement peuvent tre indépendants l'un de l'autre. Toutefois, selon un mode de réalisation, le circuit de gaz de régénération, défini plus haut, peut également comporter une dérivation reliant la sortie de sa zone de refroidissement à l'entrée de la zone en cours de régénération en bipassant sa zone de chauffage, ce qui permet de court-circuiter ladite zone de chauffage et ainsi d'utiliser le gaz de régénération comme gaz de refroidissement.

La restauration de la phase active du catalyseur, après chaque régénération du catalyseur chargé de soufre, est réalisée par mise en contact du catalyseur régénéré, à des températures inférieures à 250°C et notamment comprises entre 30°C et 200°C et pendant une durée comprise entre 0,2 heure et 3 heures et plus spécialement entre 0,5 heure et 2 heures, avec un courant gazeux oxygéné constitué d'un gaz vecteur inerte renfermant, en volume, 0,1% à 3%, plus spécialement 0,3 à 1,5%, d'oxygène et 0% à 50%, plus spécialement 0,5% à 30%, d'eau. Ladite restauration de la phase active oxysulfure du catalyseur régénéré peut tre réalisée à l'issue du refroidissement du catalyseur régénéré ou au cours du refroidissement dudit catalyseur régénéré.

D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description donnée ci-après de trois modes de réalisation du procédé selon l'invention, qui sont adaptés au traitement de gaz résiduaires d'usines à soufre et sont mis en oeuvre dans les dispositifs schématisés sur les figures 1 à 3 du dessin annexé, l'oxydation de l'H2S en soufre étant réalisée à des températures comprises entre 35°C et 70°C.

La figure 1 représente un dispositif dans lequel l'oxydation de l'H2S en soufre est mise en oeuvre dans un réacteur fonctionnant de manière adiabatique.

Les figures 2 et 3 représentent deux variantes d'un dispositif dans lequel l'oxydation de l'H2S en soufre est mise en oeuvre dans un réacteur du type réacteur ruisselant (en anglais trickle bed't).

Sur ces figures, les éléments identiques d'une figure à l'autre sont repérés par les mmes signes de référence.

Le dispositif représenté sur la figure 1 associe un réacteur 1 d'hydrogénation et d'hydrolyse, une tour de lavage 2 et deux réacteurs d'oxydation catalytique 3a et 3b, lesdits réacteurs d'oxydation catalytique étant montés en parallèle et renfermant chacun un lit d'un catalyseur d'oxydation de l'H2S en soufre. Le réacteur 1 possède, d'une part, un conduit 4 d'amenée du gaz résiduaire à traiter, issu d'une usine à soufre ou d'une unité de traitement, par exemple unité SULFREEN, produisant un gaz résiduaire de composition comparable, sur lequel est intercalé un réchauffeur 5, et, d'autre part, un conduit 6 d'évacuation pour les gaz connecté, à travers un échangeur indirect de chaleur 7 fonctionnant en refroidisseur, à une entrée 8 ménagée à la partie inférieure de la tour de lavage 2. Cette tour comporte un conduit de pulvérisation d'eau 9, débouchant dans sa moitié supérieure et sur lequel est intercalé un refroidisseur 10, et elle possède en outre, en fond, un conduit 11 de soutirage de liquide et, en tte, un conduit 12 d'évacuation de gaz. Le conduit 11 est relié à l'aspiration d'une pompe 13, dont le refoulement est prolongé par un conduit 14 d'évacuation de liquide, sur lequel le conduit 9 est monté en dérivation.

Les réacteurs d'oxydation catalytique 3a et 3b sont munis d'un premier conduit, respectivement 15a et 15b, et d'un second conduit, respectivement 16a et 16b, situés de part et d'autre du lit catalytique présent dans chacun desdits réacteurs. Le conduit 15a du réacteur 3a est relié, d'une part, par un conduit 17a muni d'une vanne 18a, à un

conduit 19, lui-mme relié au conduit 12, et, d'autre part, par un conduit 20a muni d'une vanne 21a, à un conduit 22 connecté lui-mme à l'orifice d'aspiration d'une soufflante 23 et sur lequel est monté un condenseur à soufre 24. De mme, le conduit 15b du réacteur 3b est connecté, d'une part, par un conduit 17b muni d'une vanne 18b, au conduit 19, en aval de la jonction du conduit 17a avec ledit conduit 19, et, d'autre part, par un conduit 20b pourvu d'une vanne 21b, au conduit 22 en un point de ce dernier situé entre le conduit 20a et le condenseur à soufre 24. En amont de sa connexion avec le conduit 17a, le conduit 19 porte en dérivation une tubulure 25 d'addition d'un gaz renfermant de l'oxygène libre.

Le conduit 16a du réacteur 3a est relié, d'une part, par un conduit 26a muni d'une vanne 27a, à un conduit 28 d'évacuation du gaz résiduaire épuré vers un réacteur d'incinération non représenté et de là à l'atmosphère et, d'autre part, par un conduit 29a muni d'une vanne 30a, à un conduit 31 prolongeant l'orifice de refoulement de la soufflante 23. Le conduit 31 porte un réchauffeur 32 et une dérivation 33, qui est munie d'une vanne 34 et court- circuite le réchauffeur, et il comporte également une vanne 35 entre le réchauffeur et la partie de la dérivation 33 en amont de ce dernier. De mme, le conduit 16b du réacteur 3b est connecté, par un conduit 26b muni d'une vanne 27b, au conduit 28 d'évacuation du gaz résiduaire épuré et, d'autre part, par un conduit 29b muni d'une vanne 30b, au conduit 31, en un point de ce dernier situé entre la dérivation 33 et le conduit 29a. Un conduit 36 muni d'une vanne 37 à débit ajustable est monté en dérivation sur le conduit 22, entre le condenseur à soufre 24 et la soufflante 23, et constitue un conduit d'amenée d'un gaz d'appoint, tandis qu'un conduit 38 muni d'une vanne 39 à débit ajustable est monté en dérivation sur le conduit 31 entre la soufflante 23 et la jonction de la dérivation 33 avec le conduit 31 en amont de la vanne 35 et constitue un conduit de purge.

Le dispositif représenté sur la figure 2 associe un réacteur 1 d'hydrogénation et d'hydrolyse, deux réacteurs

d'oxydation catalytique 3a et 3b, lesdits réacteurs d'oxydation catalytique étant montés en parallèle et renfermant chacun un lit d'un catalyseur d'oxydation de l'H2S en soufre, et un système de refroidissement par injection d'eau comportant un ballon 40 fonctionnant en décanteur et séparateur gaz/liquide. Le réacteur 1 possède, d'une part, un conduit 4 d'amenée du gaz résiduaire à traiter, issu d'une usine à soufre ou d'une unité de traitement, par exemple unité SULFREEN, produisant un gaz résiduaire de composition comparable, sur lequel est intercalé un réchauffeur 5, et, d'autre part, un conduit 6 d'évacuation pour les gaz connecté à l'entrée d'un échangeur indirect de chaleur 7 fonctionnant en refroidisseur.

Les réacteurs d'oxydation catalytique 3a et 3b sont munis d'un premier conduit, respectivement 15a et 15b, et d'un second conduit, respectivement 16a et 16b, situés de part et d'autre du lit catalytique présent dans chacun desdits réacteurs. Le conduit 15a du réacteur 3a est relié, d'une part, par un conduit 17a muni d'une vanne 18a, à un conduit 19 relié à la sortie de 1'échangeur indirect de chaleur 7, et, d'autre part, par un conduit 20a muni d'une vanne 21a, à un conduit 22 connecté lui-mme à l'orifice d'aspiration d'une soufflante 23 et sur lequel est monté un condenseur à soufre 24. De mme, le conduit 15b du réacteur 3b est connecté, d'une part, par un conduit 17b muni d'une vanne 18b, au conduit 19, en aval de la jonction du conduit 17a avec ledit conduit 19, et, d'autre part, par un conduit 20b pourvu d'une vanne 21b, au conduit 22 en un point de ce dernier situé entre le conduit 20a et le condenseur à soufre 24. En amont de sa connexion avec le conduit 17a, le conduit 19 porte en dérivation une tubulure 25 d'addition d'un gaz renfermant de l'oxygène libre.

Le conduit 16a du réacteur 3a est relié, d'une part, par un conduit 26a muni d'une vanne 27a, à un conduit 28 d'évacuation du gaz résiduaire épuré vers un réacteur d'incinération non représenté et de là à l'atmosphère et, d'autre part, par un conduit 29a muni d'une vanne 30a, à un conduit 31 prolongeant l'orifice de refoulement de la

soufflante 23. Le conduit 31 porte un réchauffeur 32 et une dérivation 33, qui est munie d'une vanne 34 et court- circuite le réchauffeur, et il comporte également une vanne 35 entre le réchauffeur et la partie de la dérivation 33 en amont de ce dernier. De mme, le conduit 16b du réacteur 3b est connecté, par un conduit 26b muni d'une vanne 27b, au conduit 28 d'évacuation du gaz résiduaire épuré et, d'autre part, par un conduit 29b muni d'une vanne 30b, au conduit 31, en un point de ce dernier situé entre la dérivation 33 et le conduit 29a. Un conduit 36 muni d'une vanne 37 à débit ajustable est monté en dérivation sur le conduit 22, entre le condenseur à soufre 24 et la soufflante 23, et constitue un conduit d'amenée d'un gaz d'appoint, tandis qu'un conduit 38 muni d'une vanne 39 à débit ajustable est monté en dérivation sur le conduit 31 entre la soufflante 23 et la jonction de la dérivation 33 avec le conduit 31 en amont de la vanne 35 et constitue un conduit de purge.

Les réacteurs d'oxydation catalytique 3a et 3b sont également munis, en fond, d'un conduit de soutirage, respectivement 41a et 41b, muni d'une vanne, respectivement 42a et 42b, qui est relié, par un conduit 43 d'évacuation de liquide, à l'entrée du ballon 40 décanteur et séparateur gaz/liquide et, dans leur partie supérieure, d'un conduit d'injection de liquide, respectivement 44a et 44b, muni d'une vanne, respectivement 45a et 45b. Le conduit de soutirage et le conduit d'injection de liquide équipant chacun des réacteurs d'oxydation catalytique 3a et 3b sont également situés de part et d'autre du lit catalytique présent dans le réacteur considéré. Le ballon 40 comporte une zone 46 de décantation, qui est pourvue à sa partie inférieure d'un système 47 extracteur de solides, et une zone 48 de séparation gaz/liquide, qui présente, à sa partie inférieure, une sortie 49 pour les liquides et, à sa partie supérieure, une sortie 50 pour les gaz. La sortie 49 du ballon 40 est connectée à l'aspiration d'une pompe 51, dont le refoulement est prolongé par un conduit d'évacuation de liquide 52. Un conduit 53, qui est monté en dérivation sur le conduit 52 et sur lequel est intercalé un échangeur

indirect de chaleur 54 fonctionnant en refroidisseur, est connecté au conduit d'injection de liquide, respectivement 44a et 44b, dont est pourvu chacun des réacteurs d'oxydation catalytique 3a et 3b. Un conduit 55, monté en dérivation sur le conduit 53 entre l'échangeur de chaleur 54 et la jonction du conduit 53 avec les conduits 44a et 44b, relie également ledit conduit 53 à la zone de décantation 46 du ballon 40.

Le dispositif représenté sur la figure 3 associe un réacteur 1 d'hydrogénation et d'hydrolyse, deux réacteurs d'oxydation catalytique 3a et 3b, lesdits réacteurs d'oxydation catalytique étant montés en parallèle et renfermant chacun un lit d'un catalyseur d'oxydation de l'H2S en soufre, et un système de refroidissement par injection d'eau comportant un ballon 40 fonctionnant en décanteur et séparateur gaz/liquide. Le réacteur 1 possède, d'une part, un conduit 4 d'amenée du gaz résiduaire à traiter, issu d'une usine à soufre ou d'une unité de traitement, par exemple unité SULFREEN, produisant un gaz résiduaire de composition comparable, sur lequel est intercalé un réchauffeur 5, et, d'autre part, un conduit 6 d'évacuation pour les gaz connecté à l'entrée d'un échangeur indirect de chaleur 7 fonctionnant en refroidisseur.

Les réacteurs d'oxydation catalytique 3a et 3b sont munis d'un premier conduit, respectivement 15a et 15b, et d'un second conduit, respectivement 16a et 16b, situés de part et d'autre du lit catalytique présent dans chacun desdits réacteurs. Le conduit 15a du réacteur 3a est relié, par un conduit 20a muni d'une vanne 21a, à un conduit 22 connecté lui-mme à l'orifice d'aspiration d'une soufflante 23 et sur lequel est monté un condenseur à soufre 24. De mme, le conduit 15b du réacteur 3b est connecté, par un conduit 20b pourvu d'une vanne 21b, au conduit 22 en un point de ce dernier situé entre le conduit 20a et le condenseur à soufre 24.

Le conduit 16a du réacteur 3a est relié, d'une part, par un conduit 26a muni d'une vanne 27a, à un conduit 56 d'alimentation en gaz et, d'autre part, par un conduit 29a muni d'une vanne 30a, à un conduit 31 prolongeant l'orifice

de refoulement de la soufflante 23. Le conduit 31 porte un réchauffeur 32 et une dérivation 33, qui est munie d'une vanne 34 et court-circuite le réchauffeur, et il comporte également une vanne 35 entre le réchauffeur et la partie de la dérivation 33 en amont de ce dernier. De mme, le conduit 16b du réacteur 3b est connecté, par un conduit 26b muni d'une vanne 27b, au conduit 56 d'alimentation en gaz et, d'autre part, par un conduit 29b muni d'une vanne 30b, au conduit 31, en un point de ce dernier situé entre la dérivation 33 et le conduit 29a. Un conduit 36 muni d'une vanne 37 à débit ajustable est monté en dérivation sur le conduit 22, entre le condenseur à soufre 24 et la soufflante 23, et constitue un conduit d'amenée d'un gaz d'appoint, tandis qu'un conduit 38 muni d'une vanne 39 à débit ajustable est monté en dérivation sur le conduit 31 entre la soufflante 23 et la jonction de la dérivation 33 avec le conduit 31 en amont de la vanne 35 et constitue un conduit de purge.

Les réacteurs d'oxydation catalytique 3a et 3b sont également munis, en fond, d'un conduit de soutirage, respectivement 41a et 41b, muni d'une vanne, respectivement 42a et 42b, qui est relié, par un conduit 43 d'évacuation de liquide, à l'entrée du ballon 40 décanteur et séparateur gaz/liquide et, dans leur partie supérieure, d'un conduit d'injection de liquide, respectivement 44a et 44b, muni d'une vanne, respectivement 45a et 45b. Le conduit de soutirage et le conduit d'injection de liquide équipant chacun des réacteurs d'oxydation catalytique 3a et 3b sont également situés de part et d'autre du lit catalytique présent dans le réacteur considéré. Le ballon 40 comporte une zone 46 de décantation, qui est pourvue à sa partie inférieure d'un système 47 extracteur de solides, et une zone 48 de séparation gaz/liquide, qui présente, à sa partie inférieure, une sortie 49 pour les liquides et, à sa partie supérieure, un conduit de sortie 50 pour l'évacuation du gaz résiduaire épuré vers un réacteur d'incinération non représenté et de là à l'atmosphère. La sortie 49 du ballon 40 est connectée à l'aspiration d'une pompe 51, dont le

refoulement est prolongé par un conduit d'évacuation de liquide 52. Un conduit 53, qui est monté en dérivation sur le conduit 52 et sur lequel est intercalé un échangeur indirect de chaleur 54 fonctionnant en refroidisseur, est connecté au conduit d'injection de liquide, respectivement 44a et 44b, dont est pourvu chacun des réacteurs d'oxydation catalytique 3a et 3b. Un conduit 55, monté en dérivation sur le conduit 53 entre 1'échangeur de chaleur 54 et la jonction du conduit 53 avec les conduits 44a et 44b, relie également ledit conduit 53 à la zone de décantation 46 du ballon 40.

Le conduit 56 d'alimentation en gaz est connecté, par un conduit 19, à la sortie de l'échangeur de chaleur 7. En outre, ledit échangeur de chaleur possède une évacuation pour les liquides condensés, qui est reliée, par un conduit 57, à la zone de décantation 46 du ballon 40. En amont de sa connexion avec le conduit 57, le conduit 19 porte en dérivation une tubulure 25 d'addition d'un gaz renfermant de l'oxygène libre.

Le déroulement du traitement du gaz résiduaire dans les dispositifs, qui viennent d'tre décrits, peut tre schématisé comme suit : En se référant au dispositif de la figure 1, on suppose que le réacteur 3a est en phase d'oxydation catalytique, tandis que le réacteur 3b est en phase de régénération, les vannes 18a, 21b, 27a, 30b et 35 étant ouvertes, tandis que les vannes 18b, 21a, 27b, 30a et 34 sont fermées.

Le gaz résiduaire, arrivant de l'usine à soufre par le conduit 4, passe dans 1'échangeur de chaleur 5, où il est porté à la température requise pour l'hydrogénation, par exemple entre 200°C et 400°C. Le gaz résiduaire chaud, sortant dudit échangeur 5, passe dans le réacteur 1 d'hydrogénation et d'hydrolyse renfermant une quantité appropriée d'un catalyseur susceptible de promouvoir l'hydrogénation du SO2 et du soufre élémentaire en H2S ainsi que l'hydrolyse des composés COS et CS2 en H2S, ledit catalyseur étant par exemple à base de cobalt et de molybdène. Pour plus de détails sur la mise en oeuvre de la

phase d'hydrogénation et d'hydrolyse des composés soufrés présents dans le gaz résiduaire, on peut se référer aux informations contenues dans la citation WO-A-94/21359. Dans le réacteur 1, les composés soufrés, autres que H2S, présents dans le gaz résiduaire, sont convertis quasi complètement en H2S. L'effluent gazeux sortant, par le conduit 6, du réacteur 1, dont la température est de l'ordre de 280°C à 450°C, passe ensuite dans l'échangeur de chaleur 7 aux fins de refroidissement, avant de pénétrer dans la tour de lavage 2 par l'orifice 8. Dans cette tour, l'effluent gazeux hydrogéné refroidi est lavé par une pulvérisation continue d'eau, effectuée par le conduit 9, pour condenser la plus grande partie de la vapeur d'eau qu'il contient. Par le conduit 11, on soutire en continu un courant d'eau, qui est évacué par la pompe 13 et le conduit 14 vers un stockage d'eaux acides, après avoir dérivé dans le conduit 9, la fraction dudit courant d'eau qui est requise pour constituer, après refroidissement dans l'échangeur de chaleur 10, la pulvérisation d'eau introduite dans la tour de lavage. En tte de la tour de lavage 2 sort un effluent gazeux refroidi renfermant en volume moins de 10% environ de vapeur d'eau, lequel effluent, dont la température est comprise entre 35°C et 70°C, est amené au réacteur d'oxydation 3a, par les conduits 12 et 19, le conduit 17a, à travers la vanne 18a, et le conduit 15a, après avoir reçu, par le conduit 25, une quantité contrôlée de gaz renfermant de l'oxygène libre et notamment d'air pour la réalisation de l'oxydation de l'H2S en soufre.

Dans le réacteur 3a, qui tout comme le réacteur 3b contient un catalyseur selon l'invention d'oxydation de 1'H2S en soufre, l'H2S est oxydé sélectivement en soufre par l'oxygène au contact du catalyseur d'oxydation selon la réaction H2S+1/2 02--> S +H2O.

L'oxydation est réalisée de manière adiabatique entre 35°C et 70°C et plus spécialement dans l'intervalle 40°C à 65°C, le soufre formé par l'oxydation se déposant sur le catalyseur d'oxydation. Par le conduit 16a du réacteur 3a, sort un gaz résiduaire épuré à teneur extrmement

réduite en H2S résiduel, qui est dirigé par le conduit 26a, à travers la vanne 27a, dans le conduit 28 d'évacuation acheminant ledit gaz résiduaire épuré vers un réacteur d'incinération thermique ou catalytique non représenté.

Un courant de gaz non oxydant de balayage est envoyé par la soufflante 23 dans le conduit 31 à travers la vanne 35 et le réchauffeur 32, dans lequel ce courant gazeux est réchauffé à la température appropriée pour la régénération, qui est généralement comprise entre 200°C et 500°C et plus spécialement entre 230°C et 400°C. Le courant de gaz réchauffé, circulant dans le conduit 31, est introduit dans le réacteur 3b par le conduit 29b, à travers la vanne 30b et le conduit 16b, et balaie le catalyseur d'oxydation chargé de soufre contenu dans ledit réacteur. Le courant de gaz de balayage, entraînant le soufre vaporisé, sort du réacteur 3b par le conduit 15b et s'écoule par le conduit 20b, à travers la vanne 21b, et le conduit 22 jusqu'au condenseur à soufre 24, dans lequel la majeure partie du soufre se sépare par condensation. A la sortie du condenseur à soufre 24, le courant de gaz de balayage est repris par la soufflante 23 pour tre refoulé dans le conduit 31, comme indiqué plus haut.

Après une durée suffisante de balayage du catalyseur contenu dans le réacteur 3b par le gaz de balayage passant dans le réchauffeur 32 pour éliminer complètement le soufre déposé sur le catalyseur, on ouvre la vanne 34 et ferme la vanne 35 de manière à court-circuiter le réchauffeur 32 et à abaisser la température du gaz de balayage, et l'on poursuit le balayage pendant une durée appropriée pour refroidir le catalyseur régénéré, contenu dans le réacteur 3b, à une température convenable permettant la mise en contact du catalyseur avec le courant biphasique passant dans le conduit 19 en aval de la tubulure 25.

Au cours du refroidissement du catalyseur régénéré, lorsque la température dudit catalyseur atteint des valeurs inférieures à 250°C et plus spécialement comprises entre 30°C et 200°C, on introduit dans le gaz de balayage, par le conduit 36 à travers la vanne 37, un courant gazeux oxygéné

constitué d'un gaz vecteur inerte renfermant, en volume, 0,1% à 3%, plus spécialement 0,3 à 1, 5%, d'oxygène et 0% à 50%, plus spécialement 0,5% à 30%, d'eau, ledit gaz ayant une température inférieures à 250°C et plus spécialement comprises entre 30°C et 200°C, et l'on maintient l'injection dudit courant gazeux oxygéné pendant une durée comprise entre 0,2 heure et 3 heures et plus spécialement entre 0,5 heure et 2 heures, de manière à restaurer la phase active oxysulfure du catalyseur d'oxydation.

Lorsque ledit catalyseur a été refroidi à la température requise et que sa phase active a été restaurée, on permute les rôles joués par les réacteurs 3a et 3b, c'est-à-dire qu'on amène le réacteur 3b en phase de réaction d'oxydation et le réacteur 3a en phase de régénération/refroidissement. Pour ce faire, on ferme les vannes 30b et 21b, puis ouvre les vannes 18b et 27b et ensuite ferme les vannes 18a et 27a, avec comme résultat la mise du réacteur 3b en phase de réaction. Enfin, on ouvre les vannes 30a et 21a pour établir la circulation du gaz chaud de régénération dans le réacteur 3a, qui opère alors en phase de régénération. Après une durée suffisante de régénération, le réacteur 3a est alors passé en phase de refroidissement avec restauration de la phase active du catalyseur comme indiqué plus haut à propos du réacteur 3b.

En se référant au dispositif de la figure 2, on suppose que le réacteur 3a est en phase d'oxydation catalytique, tandis que le réacteur 3b est en phase de régénération, les vannes 18a, 21b, 27a, 30b, 35,42a et 45a étant ouvertes, tandis que les vannes 18b, 21a, 27b, 30a, 34,42b et 45b sont fermées.

Le gaz résiduaire, arrivant de l'usine à soufre par le conduit 4, passe dans l'échangeur de chaleur 5, le réacteur 1 d'hydrogénation et d'hydrolyse et l'échangeur de chaleur 7, où il est traité comme indiqué en référence à la figure 1. Ledit échangeur de chaleur produit un effluent biphasique gaz/eau condensée, dont la température est comprise entre 35°C et 70°C et qui est amené au réacteur d'oxydation 3a, par le conduit 19, le conduit 17a, à travers

la vanne 18a, et le conduit 15a, après avoir reçu, par le conduit 25, une quantité contrôlée de gaz renfermant de l'oxygène libre et notamment d'air pour la réalisation de l'oxydation de l'H2S en soufre.

Un courant d'eau de refroidissement, amené par le conduit 53, est introduit en continu dans le réacteur 3a, par le conduit 44a à travers la vanne 45a, ledit courant d'eau circulant dans le réacteur 3a, à contre-courant du gaz contenu dans l'effluent biphasique injecté dans ledit réacteur par le conduit 15a, et sortant de ce réacteur, par le conduit 41a à travers la vanne 42a, chargé de particules de soufre solide, pour tre introduit, par le conduit 43, dans la zone 46 de décantation du ballon 40 Dans cette zone 46, les particules de soufre solide, qui sont contenues dans le courant d'eau amené par le conduit 43, se rassemblent à la partie inférieure de ladite zone, d'où elles sont évacuées, sous la forme d'une suspension aqueuse, par le système d'extraction 47. L'eau débarrassée des particules de soufre passe alors dans la zone 48 de séparation gaz/liquide du ballon 40, dans laquelle elle est dégazée, le gaz séparé étant évacué par le conduit 50. En fond de la zone 48, un courant d'eau est soutiré en continu, par le conduit 49, et évacué, au moyen de la pompe 51, par le conduit 52 vers un stockage d'eaux acides, après avoir dérivé dans le conduit 53 un fraction dudit courant d'eau évacué La fraction d'eau ainsi dérivée est refroidie dans l'échangeur de chaleur 54 et une partie de la fraction d'eau refroidie est utilisée pour constituer le courant d'eau de refroidissement introduit dans le réacteur 3a, aux fins de contrôle de la température dans ledit réacteur, tandis que le reste de ladite fraction d'eau est retournée, par le conduit 55, dans la zone 46 du ballon 40.

Dans le réacteur 3a, qui tout comme le réacteur 3b contient un catalyseur selon l'invention pour l'oxydation de l'H2S en soufre, l'H2S est oxydé sélectivement en soufre par l'oxygène au contact du catalyseur d'oxydation selon la réaction H2S+1/2 °2-+ S +H20-

Aux températures, maintenues entre 35°C et 70°C et plus spécialement dans l'intervalle 40°C à 65°C par l'injection d'eau précitée, qui sont utilisées pour la mise en oeuvre de l'oxydation, le soufre formé par l'oxydation se dépose sur ledit catalyseur. Par le conduit 16a du réacteur 3a, sort un gaz résiduaire épuré à teneur extrmement réduite en H2S résiduel, qui est dirigé par le conduit 26a, à travers la vanne 27a, dans le conduit 28 d'évacuation acheminant ledit gaz résiduaire épuré vers un réacteur d'incinération thermique ou catalytique non représenté.

Un courant de gaz non oxydant de balayage est envoyé par la soufflante 23 dans le conduit 31 à travers la vanne 35 et le réchauffeur 32, dans lequel ce courant gazeux est réchauffé à la température appropriée pour la régénération, comme indiqué en référence à la figure 1. Le courant de gaz réchauffé, circulant dans le conduit 31, est introduit dans le réacteur 3b par le conduit 29b, à travers la vanne 30b et le conduit 16b, et balaie le catalyseur d'oxydation chargé de soufre contenu dans ledit réacteur. Le courant de gaz de balayage, entraînant le soufre vaporisé, sort du réacteur 3b par le conduit 15b et s'écoule par le conduit 20b, à travers la vanne 21b, et le conduit 22 jusqu'au condenseur à soufre 24, dans lequel la majeure partie du soufre se sépare par condensation. A la sortie du condenseur à soufre 24, le courant de gaz de balayage est repris par la soufflante 23 pour tre refoulé dans le conduit 31, comme indiqué plus haut.

Après une durée suffisante de balayage du catalyseur contenu dans le réacteur 3b par le gaz de balayage passant dans le réchauffeur 32 pour éliminer complètement le soufre déposé sur le catalyseur, on ouvre la vanne 34 et ferme la vanne 35 de manière à court-circuiter le réchauffeur 32 et à abaisser la température du gaz de balayage, et on poursuit le balayage pendant une durée appropriée pour refroidir le catalyseur régénéré, contenu dans le réacteur 3b, à une température convenable permettant la mise en contact du catalyseur avec le courant biphasique passant dans le conduit 19 en aval de la tubulure 25.

Au cours du refroidissement du catalyseur régénéré, lorsque la température dudit catalyseur atteint des valeurs inférieures à 250°C et plus spécialement comprises entre 30°C et 200°C, on effectue la restauration de la phase catalytique oxysulfure du catalyseur régénéré en opérant comme décrit en référence à la figure 1.

Lorsque ledit catalyseur a été refroidi à la température requise et que sa phase active a été restaurée, on permute les rôles joués par les réacteurs 3a et 3b, c'est-à-dire qu'on amène le réacteur 3b en phase de réaction d'oxydation et le réacteur 3a en phase de régénération/refroidissement. Pour ce faire, on ferme les vannes 30b et 21b, puis ouvre les vannes 18b, 27b, 42b et 45b et ensuite ferme les vannes 18a, 27a, 42a et 45a, avec comme résultat la mise du réacteur 3b en phase de réaction. Enfin, on ouvre les vannes 30a et 21a pour établir la circulation du gaz chaud de régénération dans le réacteur 3a, qui opère alors en phase de régénération. Après une durée suffisante de régénération, le réacteur 3a est alors passé en phase de refroidissement avec restauration de la phase active du catalyseur comme indiqué plus haut à propos du réacteur 3b.

En se référant au dispositif de la figure 3, on suppose que le réacteur 3a est en phase d'oxydation catalytique, tandis que le réacteur 3b est en phase de régénération, les vannes 21b, 27a, 30b, 35,42a et 45a étant ouvertes, tandis que les vannes 21a, 27b, 30a, 34,42b et 45b sont fermées.

Le gaz résiduaire, arrivant de l'usine à soufre par le conduit 4, passe dans l'échangeur de chaleur 5, le réacteur 1 d'hydrogénation et d'hydrolyse et l'échangeur de chaleur 7, où il est traité comme indiqué en référence à la figure 1. Ledit échangeur de chaleur produit de l'eau condensée, qui est amenée, par le conduit 57, dans la zone 46 de décantation du ballon 40, et un effluent biphasique gaz/eau condensée, dont la température est comprise entre 35°C et 70°C et qui est amené au réacteur d'oxydation 3a, par le conduit 19, le conduit 56, le conduit 26a, à travers la vanne 27a, et le conduit 16a, après avoir reçu, par le

conduit 25, une quantité contrôlée de gaz renfermant de l'oxygène libre et notamment d'air pour la réalisation de l'oxydation de l'H2S en soufre.

Un courant d'eau de refroidissement, amené par le conduit 53, est introduit en continu dans le réacteur 3a, par le conduit 44a à travers la vanne 45a, ledit courant d'eau circulant dans le réacteur 3a, à co-courant du gaz contenu dans l'effluent biphasique injecté dans ledit réacteur par le conduit 16a.

Dans le réacteur 3a, qui tout comme le réacteur 3b contient un catalyseur selon l'invention pour l'oxydation de l'H2S en soufre, l'H2S est oxydé sélectivement en soufre par l'oxygène au contact du catalyseur d'oxydation selon la réaction H2S+1/2 °2-+ S +H20.

Aux températures, maintenues entre 35°C et 70°C et plus spécialement dans l'intervalle 40°C à 65°C par l'injection d'eau précitée, qui sont utilisées pour la mise en oeuvre de l'oxydation, le soufre formé par l'oxydation se dépose sur ledit catalyseur.

Un mélange biphasique eau/gaz épuré, chargé de particules de soufre solide, sort du réacteur 3a, par le conduit 41a à travers la vanne 42a, pour tre introduit, par le conduit 43, dans la zone 46 de décantation du ballon 40 Dans cette zone 46, les particules de soufre solide, qui sont contenues dans le mélange biphasique eau/gaz épuré amené par le conduit 43, se rassemblent à la partie inférieure de ladite zone, d'où elles sont évacuées, sous la forme d'une suspension aqueuse, par le système d'extraction 47. Ledit mélange biphasique, débarrassé des particules de soufre, passe alors dans la zone 48 de séparation gaz/liquide du ballon 40, dans laquelle l'eau est séparée du gaz épuré, ledit gaz épuré étant alors évacué par le conduit 50 vers un réacteur d'incinération thermique ou catalytique non représenté. En fond de la zone 48, un courant d'eau est soutiré en continu, par le conduit 49, et évacué, au moyen de la pompe 51, par le conduit 52 vers un stockage d'eaux acides, après avoir dérivé dans le conduit 53 un fraction dudit courant d'eau évacué La fraction d'eau ainsi dérivée

est refroidie dans l'échangeur de chaleur 54 et une partie de la fraction d'eau refroidie est utilisée pour constituer le courant d'eau de refroidissement introduit dans le réacteur 3a, aux fins de contrôle de la température dans ledit réacteur, tandis que le reste de ladite fraction d'eau est retournée, par le conduit 55, dans la zone 46 du ballon 40.

Un courant de gaz non oxydant de balayage est envoyé par la soufflante 23 dans le conduit 31 à travers la vanne 35 et le réchauffeur 32, dans lequel ce courant gazeux est réchauffé à la température appropriée pour la régénération, comme indiqué en référence à la figure 1. Le courant de gaz réchauffé, circulant dans le conduit 31, est introduit dans le réacteur 3b par le conduit 29b, à travers la vanne 30b et le conduit 16b, et balaie le catalyseur d'oxydation chargé de soufre contenu dans ledit réacteur. Le courant de gaz de balayage, entraînant le soufre vaporisé, sort du réacteur 3b par le conduit 15b et s'écoule par le conduit 20b, à travers la vanne 21b, et le conduit 22 jusqu'au condenseur à soufre 24, dans lequel la majeure partie du soufre se sépare par condensation. A la sortie du condenseur à soufre 24, le courant de gaz de balayage est repris par la soufflante 23 pour tre refoulé dans le conduit 31, comme indiqué plus haut.

Après une durée suffisante de balayage du catalyseur contenu dans le réacteur 3b par le gaz de balayage passant dans le réchauffeur 32 pour éliminer complètement le soufre déposé sur le catalyseur, on ouvre la vanne 34 et ferme la vanne 35 de manière à court-circuiter le réchauffeur 32 et à abaisser la température du gaz de balayage, et on poursuit le balayage pendant une durée appropriée pour refroidir le catalyseur régénéré, contenu dans le réacteur 3b, à une température convenable permettant la mise en contact du catalyseur avec le courant biphasique passant dans le conduit 19, puis dans le conduit56, en aval de la tubulure 25.

Au cours du refroidissement du catalyseur régénéré, lorsque la température dudit catalyseur atteint des valeurs

inférieures à 250°C et plus spécialement comprises entre 30°C et 200°C, on effectue la restauration de la phase catalytique oxysulfure du catalyseur régénéré en opérant comme décrit en référence à la figure 1.

Lorsque ledit catalyseur a été refroidi à la température requise et que sa phase active a été restaurée, on permute les rôles joués par les réacteurs 3a et 3b, c'est-à-dire qu'on amène le réacteur 3b en phase de réaction d'oxydation et le réacteur 3a en phase de régénération/refroidissement. Pour ce faire, on ferme les vannes 29b et 21b, puis ouvre les vannes 27b, 42b et 45b et ensuite ferme les vannes 27a, 42a et 45a, avec comme résultat la mise du réacteur 3b en phase de réaction. Enfin, on ouvre les vannes 30a et 21a pour établir la circulation du gaz chaud de régénération dans le réacteur 3a, qui opère alors en phase de régénération. Après une durée suffisante de régénération, le réacteur 3a est alors passé en phase de refroidissement avec restauration de la phase active du catalyseur comme indiqué plus haut à propos du réacteur 3b.

Pour compléter la description précédente, on donne ci-après, à titre non limitatif, une série d'exemples illustrant l'invention.

EXEMPT, On traitait un effluent gazeux résiduaire renfermant, en volume, 0,8% d'H2S comme seul composé soufré et obtenu par hydrogénation/hydrolyse d'un gaz résiduaire d'une usine à soufre CLAUS dans laquelle on traitait un gaz acide renfermant 70% d'H2S en volume.

Le traitement dudit effluent gazeux était réalisé à température inférieure au point de rosée du soufre formé par l'oxydation dudit H2S et en faisant appel à un catalyseur consistant en carbure de silicium supportant une phase active comportant du nickel sous la forme oxysulfure, ledit catalyseur ayant une surface spécifique BET de 23 m/g et renfermant 5k de nickel en poids.

Ledit catalyseur était obtenu en opérant comme suit.

On imprégnait des grains de carbure de silicium microporeux, ayant un diamètre moyen de 1 mm et présentant une surface

spécifique BET de 25 m/g, à l'aide d'une quantité appropriée de nitrate de nickel en solution aqueuse, puis séchait le produit imprégné à 100°C et calcinait le produit séché à 300°C pendant 3 heures. Le produit calciné était ensuite sulfuré par mise en contact, à une température de 300°C et pendant 1 heure, avec un courant d'azote renfermant, en volume, 0,8% d'H2S et le produit sulfuré était enfin soumis à un traitement oxydant par mise en contact, à une température de 150°C et pendant 1 heure, avec un courant gazeux constitué, en volume, de 94,2% d'azote, 0,8% d'oxygène et 5% de vapeur d'eau, pour former le catalyseur à phase active d'oxysulfure de nickel.

Le traitement du gaz résiduaire était effectué dans une installation constituée de deux réacteurs d'oxydation catalytique montés en parallèle, chaque réacteur présentant une entrée et une sortie séparées par un lit fixe du catalyseur précité. Lesdits réacteurs étaient agencés, en outre, de telle sorte qu'alternativement l'un des réacteurs opérait en phase de réaction, c'est-à-dire avait son entrée reliée à un conduit d'amenée des gaz, sur lequel était monté un piquage d'injection d'air, et sa sortie connectée à un conduit d'évacuation des gaz, et l'autre réacteur opérait en phase de régénération/refroidissement, c'est-à-dire était disposé dans un circuit de régénération/refroidissement équipé de moyens pour assurer la circulation d'un gaz de balayage à travers le réacteur d'oxydation depuis un réchauffeur jusqu'à un condenseur à soufre et retour audit réchauffeur et pour faire circuler ensuite un gaz de refroidissement à travers le réacteur ayant subi la régénération. Une telle installation était similaire à la partie de l'installation de la figure 1 en aval du conduit 12.

L'effluent gazeux à traiter arrivait par le conduit d'amenée des gaz avec un débit de 100 kmoles/h et une température de 120°C et il était additionné, par le piquage, de 8,4 kmoles d'air ambiant. Le mélange obtenu, dans lequel le rapport molaire 02 : H2S était égal à 2,1 : 1 (4,2 fois la stoechiométrie), pénétrait dans le réacteur en phase

d'oxydation avec une température sensiblement égale à 120°C.

La réaction d'oxydation dans le réacteur en phase de réaction était effectuée à 120°C en maintenant ledit réacteur à cette température par échange indirect de chaleur avec un fluide à température appropriée. Le temps de contact du mélange gazeux, passant dans le réacteur en phase de réaction, avec la couche de catalyseur contenue dans ledit réacteur était égal à 4,3 secondes. Le taux de conversion de l'H2S dans le réacteur en phase de réaction d'oxydation, était égal à 100%. A la sortie dudit réacteur, on évacuait un courant gazeux ayant une température de 120°C et renfermant moins de 150 vpm de SO2.

Dans le réacteur opérant en phase régénération/refroidissement, on injectait un gaz de balayage aux fins de régénération du catalyseur d'oxydation chargé de soufre, ledit gaz de balayage consistant en azote et étant injecté dans ledit réacteur avec une température d'environ 300°C et un débit égal à 1000 Nm3/h. A l'issue de la phase de régénération du catalyseur, au cours de laquelle on recueillait la totalité du soufre déposé sur le catalyseur, la température du gaz de balayage était abaissée à 120°C et l'on poursuivait le balayage avec le catalyseur refroidi jusqu'à ce que le lit de catalyseur atteigne ladite température. A ce stade, on soumettait alors le catalyseur régénéré et refroidi à un traitement oxydant consistant à faire passer, pendant une heure, au contact du catalyseur régénéré et refroidi un flux gazeux ayant un débit de 1000 Nm3/h et une température de 120°C et constitué, en volume, de 94,2% d'azote, 0,8% d'oxygène et 5% de vapeur d'eau, pour former le catalyseur à phase active d'oxysulfure d'azote renfermant, en volume, 0,5% d'oxygène et 5% de vapeur d'eau, pour reconstituer la phase oxysulfure de nickel du catalyseur.

Les réacteurs d'oxydation opéraient alternativement pendant 24 heures en phase de réaction et pendant 24 heures, dont 9 heures de refroidissement et 1 heure de traitement oxydant, en phase de régénération/refroidissement.

Le taux de conversion de llH2s dans le réacteur en phase de réaction d'oxydation, était égal à 100% dès le début et tout au long de chaque cycle de traitement et ce sur une période de plusieurs mois. Le courant gazeux issu du réacteur en phase de réaction d'oxydation avait une teneur en SO2, qui restait inférieure à 150 vpm au cours de chaque cycle de traitement, et il ne renfermait pratiquement plus d'H2S, ce qui correspond à une sélectivité en soufre du catalyseur supérieure à 98% dans chaque cycle de traitement.

YRMPT.-R 3- On traitait un gaz acide pauvre en H2S, ledit gaz étant constitué, en volume, de 95,5% de CO2,4% d'H2O et 0,5% d'H2S.

Le traitement dudit gaz acide était réalisé à température inférieure au point de rosée du soufre formé par l'oxydation de l'H2S de ce gaz acide en opérant dans une installation similaire à celle utilisée dans l'exemple 1 et en faisant appel à un catalyseur consistant en carbure de silicium supportant une phase active comportant du nickel sous la forme oxysulfure, ledit catalyseur ayant une surface spécifique BET de 22 m/g et renfermant 3,6% de nickel en poids.

Ledit catalyseur était obtenu en opérant comme suit.

On imprégnait des extrudés de carbure de silicium, ayant un diamètre moyen de 2 mm et une longueur de 4 à 6 mm et présentant une surface spécifique BET de 25 m/g, à l'aide d'une quantité appropriée de nitrate de nickel en solution aqueuse, puis séchait le produit imprégné à 100°C et calcinait le produit séché à 300°C pendant 3 heures. Le produit calciné était ensuite sulfuré par mise en contact, à une température de 300°C et pendant 1 heure, avec un courant d'azote renfermant, en volume, 0,8% d'H2S et le produit sulfuré était enfin mis en contact, à une température de 40°C et pendant 1 heure, avec un courant de gaz constitué, en volume, de 80,2% d'azote, 19% de vapeur d'eau et 0,8% d'oxygène, pour former le catalyseur à phase active d'oxysulfure de nickel.

L'effluent gazeux à traiter arrivait par le conduit d'amenée des gaz avec un débit de 100 kmoles/h et une température de 40°C et il était additionné, par le piquage, de 3,5 kmoles d'air ambiant. Le mélange obtenu, dans lequel le rapport molaire 02 : H2S était égal à 1,4 : 1 (2,8 fois la stoechiométrie), pénétrait dans le réacteur en phase d'oxydation avec une température sensiblement égale à 40°C.

La réaction d'oxydation dans le réacteur en phase de réaction était effectuée à 40°C en maintenant ledit réacteur à cette température par échange indirect de chaleur avec un fluide à température appropriée. Le temps de contact du mélange gazeux, passant dans le réacteur en phase de réaction, avec la couche de catalyseur contenue dans ledit réacteur était égal à 4 secondes. Le taux de conversion de l'H2S dans le réacteur en phase de réaction d'oxydation, était égal à 100%. A la sortie dudit réacteur, on évacuait un courant gazeux ayant une température de 120°C et exempt d'H2S et de SO2.

Dans le réacteur opérant en phase régénération/refroidissement, on injectait un gaz de balayage aux fins de régénération du catalyseur d'oxydation chargé de soufre, ledit gaz de balayage consistant en azote et étant injecté dans ledit réacteur avec une température d'environ 300°C et un débit égal à 1000 Nm/h. A l'issue de la phase de régénération du catalyseur, au cours de laquelle on recueillait la totalité du soufre déposé sur le catalyseur, la température du gaz de balayage était abaissée à 40°C et l'on poursuivait le balayage avec le catalyseur refroidi jusqu'à ce que le lit de catalyseur atteigne ladite température. A ce stade, on soumettait alors le catalyseur régénéré et refroidi à un traitement oxydant consistant à faire passer, pendant une heure, au contact du catalyseur régénéré et refroidi un flux gazeux ayant une température de 40°C et constitué, en volume, de 80,2% d'azote, 19% de vapeur d'eau et 0,8% d'oxygène, pour reconstituer la phase oxysulfure de nickel du catalyseur.

Les réacteurs d'oxydation opéraient alternativement pendant 60 heures en phase de réaction et pendant 24 heures,

dont 9 heures de refroidissement et 1 heure de traitement oxydant, en phase de régénération/refroidissement.

Le taux de conversion de l'H2S dans le réacteur en phase de réaction d'oxydation, était égal à 100% dès le début et tout au long de chaque cycle de traitement et ce sur une période de plusieurs mois. Le courant gazeux issu du réacteur en phase de réaction d'oxydation, au cours de chaque cycle de traitement, était exempt d'H2S et de SO2, ce qui correspond à une sélectivité en soufre du catalyseur égale à 100% dans chaque cycle de traitement.

La mise en oeuvre du procédé selon l'invention décrite plus haut, dans laquelle on traite un gaz renfermant, en plus d'H2S, une quantité plus ou moins importante d'eau, par exemple comprise entre 10% et 50% en volume, en effectuant l'oxydation catalytique, sur catalyseur de type oxysulfure, à des températures comprises entre 35°C et 70°C et plus particulièrement allant de 40°C à 65°C, avec maintien de la température dans la zone d'oxydation par injection dans ladite zone d'un courant d'eau refroidi circulant à co-courant ou à contre-courant du gaz à traiter, peut tre généralisée à l'utilisation de tout catalyseur d'oxydation susceptible de promouvoir l'oxydation sélective de l'H2S en soufre aux températures comprises entre 35°C et 70°C.

Cette mise en oeuvre généralisée peut tre définie comme un procédé rgénératif pour oxyder directement en soufre, par voie catalytique, l'H2S contenu en faible concentration dans un gaz renfermant également, en volume, 10% à 50% d'eau, ledit procédé étant du type dans lequel on fait passer ledit gaz renfermant H2S avec un gaz renfermant de l'oxygène libre, en quantité propre à fournir un rapport molaire 02 : H2S allant de 0,05 à 15, au contact d'un catalyseur d'oxydation sélective de l'H2S en soufre, par exemple un catalyseur constitué d'une phase catalytiquement active associée à un support, notamment support en carbure de silicium, et consistant en un composé d'au moins un métal de transition, en opérant à des températures inférieures au point de rosée du soufre formé par l'oxydation de l'H2S,

lequel soufre se dépose sur le catalyseur, puis on soumet périodiquement le catalyseur d'oxydation chargé de soufre à une régénération par balayage à l'aide d'un gaz non oxydant, en opérant à des températures comprises entre 200°C et 500°C, pour vaporiser le soufre retenu sur le catalyseur, et ensuite on refroidit le catalyseur régénéré jusqu'à la température inférieure au point de rosée du soufre requise pour une nouvelle mise en oeuvre de l'oxydation de l'H2S, ce refroidissement étant réalisé au moyen d'un gaz ayant une température inférieure à 180°C, et se caractérisant en ce que le gaz à traiter est amené au contact du catalyseur d'oxydation, avec une température comprise entre 35°C et 70°C et plus particulièrement allant de 40°C à 65°C, température à laquelle une fraction de l'eau contenue dans le gaz est présente sous forme condensée et le gaz à traiter se présente alors sous la forme d'une phase mixte gaz/eau condensée, et en ce que la zone d'oxydation est maintenue à une température entre 35°C et 70°C et plus particulièrement allant de 40°C à 65°C, par injection, dans ladite zone, d'un courant d'eau refroidi circulant en continu à contre-courant ou à co-courant du gaz à traiter.

Lorsque le gaz à traiter amené au contact du catalyseur d'oxydation de l'H2S, circule à contre-courant du courant d'eau refroidi injecté dans la zone d'oxydation, on évacue, en tte de ladite zone d'oxydation, un gaz épuré substantiellement exempt de composés soufrés et soutire, en fond de cette zone, un courant d'eau chargé de particules de soufre solide, et on recycle une partie dudit courant d'eau, après séparation du soufre qu'il contient et refroidissement, pour constituer le courant d'eau de refroidissement injecté dans la zone d'oxydation.

Lorsque le gaz à traiter amené au contact du catalyseur d'oxydation de l'H2S, circule à co-courant du courant d'eau refroidi injecté dans la zone d'oxydation, on soutire, en fond de la zone d'oxydation, un mélange gaz épuré/eau condensée, chargé de particules de soufre solide, on sépare ledit mélange en un courant de gaz épuré, que l'on évacue, et une phase aqueuse et on recycle une partie de

cette phase aqueuse, après séparation du soufre qu'elle contient et refroidissement, pour constituer le courant d'eau de refroidissement injecté dans la zone d'oxydation.

Les autres conditions opératoires pour ces mises en oeuvre généralisées, telles que nature et quantité du gaz renfermant de l'oxygène libre, temps de contact du milieu réactionnel gazeux avec le catalyseur d'oxydation, conditions relatives à la régénération du catalyseur chargé de soufre et au refroidissement du catalyseur régénéré, sont celles définies précédemment dans le cas du catalyseur de type oxysulfure.

De mme, la description précédente des modes de réalisation du procédé selon l'invention pour le traitement de gaz à faible teneur en H2S et à forte teneur en eau, dans les dispositifs schématisés sur les figures 2 et 3 du dessin annexé, avec utilisation d'un catalyseur d'oxydation de l'H2S en soufre du type oxysulfure est applicable de la mme manière, lorsque le catalyseur d'oxydation sélective de l'H2S en soufre n'est plus du type oxysulfure.