SO2 Reduction with CO over SnO2-ZrO2(Sn/Zr=2/1) Catalyst for Direct Sulfur Recovery Process with Coal Gas: Optimization of the Reaction Conditions and Effect of H2O Content

In this study, the reactivity of a $SnO_2-ZrO_2$(Sn/Zr = 2/1) catalyst for $SO_2$ reduction by CO was investigated in order to optimize the various reaction conditions such as temperature, gas hourly space velocity (GHSV), and [CO]/[$SO_2$] molar ratio. The reaction temperature in the range of $300{\sim}550^{\circ}C$, space velocity in the range of $5000{\sim}30000cm^3/[g_{-cat}{\cdot}h]$ and [CO]/[$SO_2$] molar ratio in the range of 1.0~4.0 were employed. The optimum temperature, GHSV, and [CO]/[$SO_2$] molar ratio were determined to be $325^{\circ}C$, $10000cm^3/[g_{-cat}{\cdot}h]$, and 2.0, respectively; under these conditions, $SO_2$ conversion was over 99% and sulfur selectivity was over 95%. In addition, the effect of $H_2O$ content on the $SO_2$ reduction by CO was also investigated. As the $H_2O$ content increased from 2 vol% up to 6 vol%, the reactivity and sulfur selectivity decreased. In case of 2 vol% $H_2O$ content, the reaction temperature and [CO]/[$SO_2$] molar ratio were varied in the range of $300{\sim}400^{\circ}C$ and 1.0~3.0. The optimum temperature and [CO]/[$SO_2$] molar ratio were $340^{\circ}C$ and 2.0, respectively under which $SO_2$ conversion and sulfur selectivity were about 90% and 87%, respectively.

석탄가스를 이용한 직접 황 회수공정을 위한 SnO2-ZrO2(Sn/Zr=2/1) 촉매 상에서의 CO에 의한 SO2 환원 반응: 반응조건 최적화 및 수분의 영향

본 연구에서는 $SnO_2-ZrO_2$(Sn/Zr = 2/1) 촉매 상에서의 CO에 의한 $SO_2$ 환원반응에 대한 반응온도, 공간속도, [CO]/[$SO_2$] 몰비 등의 반응조건의 최적화를 위한 반응특성을 조사하였다. $300{\sim}550^{\circ}C$의 반응온도, $5000{\sim}30000cm^3/g_{-cat}{\cdot}h$의 공간속도, 1.0~4.0 의 [CO]/[$SO_2$] 몰비 등 다양한 반응조건 범위에서 CO에 의한 $SO_2$ 환원반응에 대한 영향을 살펴본 결과, 최적 반응조건으로 반응온도, 공간속도, [CO]/[$SO_2$] 몰비는 각각 $325^{\circ}C$, $10000cm^3/[g_{-cat}{\cdot}h]$, 2.0이었다. 이 때 $SO_2$ 전환율은 약 99% 이상이었으며, 원소 황 선택도는 95% 이상이었다. 또한 CO에 의한 $SO_2$ 환원반응에서 수분에 대한 영향을 조사한 결과, 수분함량이 2.0~6.0 vol%인 범위에서 수분의 함량이 높을수록 $SO_2$ 전환율 및 원소 황 선택도가 감소됨과 동시에 반응성이 저하됨을 알 수 있었다. 2 vol%의 수분이 함유된 반응조건에서 반응온도와 [CO]/[$SO_2$] 몰비를 각각 $300{\sim}400^{\circ}C$ 및 1.0~3.0으로 변화시킨 결과, 반응온도와 [CO]/[$SO_2$] 몰비가 각각 $340^{\circ}C$와 2.0인 조건에서 가장 높은 반응성을 얻었다. 이 때 $SO_2$ 전환율이 약 90%였으며, 원소 황 선택도는 약 87%였다