способ очистки газов от сероводорода

Формула изобретения

Способ очистки газа от сероводорода, включающий смешивание сероводородсодержащего газа с водным окислительным поглотительным раствором на основе бишофита и последующую регенерацию отработанного поглотительного раствора, отличающийся тем, что водный поглотительный раствор на основе бишофита содержит хромат щелочноземельного металла или его смесь с хроматом щелочного металла, смешивание сероводородсодержащего газа с водным окислительным поглотительным раствором ведут при рН менее 7 ед. в интервале температур от точки замерзания раствора до 60°С, регенерацию отработанного поглотительного раствора проводят воздухом при температуре свыше 25°С или активным кислородом в интервале температур от точки замерзания раствора до 25°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к очистке газов, преимущественно углеводородных, а именно к окислительно-жидким процессам очистки газов от сернистых соединений с получением элементарной серы, и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.

Известен способ очистки газа от сероводорода, заключающийся в нейтрализации сероводорода путем смешивания серосодержащего газа с жидким поглотительным раствором, содержащим в качестве сорбента-окислителя соединения трехвалентного железа, и последующей регенерации отработанного раствора путем смешивания последнего с воздухом (А.с. СССР №645687, В01D 53/14, 1977 г.) (1).

Недостатком этого способа является малая скорость процессов нейтрализации и регенерации, и, как следствие, низкая экономическая эффективность и производительность, особенно в промысловых условиях.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ очистки газа от сероводорода, в котором в дополнение к вышеописанному (1), в поглотительном растворе присутствует, в качестве катализатора, бишофит (Патент РФ №2116121. Кл. В01D 53/14, 1998 г.) (2).

Недостатками этого изобретения также являются: недостаточно высокая эффективность нейтрализации сероводорода и регенерации отработанных сорбентов; ограниченность в применении для очистки небольших объемов газа с низким содержанием сероводорода.

Техническая задача изобретения заключается в увеличении скорости нейтрализации сернистых соединений и регенерации отработанного сорбента, повышение степени очистки серосодержащего газа при любом содержании сернистых соединений в исходном газе, с минимальными энергетическими и другими затратами.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки газа от сероводорода, включающем смешивание сероводородсодержащего газа с водным окислительным поглотительным раствором на основе бишофита и последующую регенерацию отработанного поглотительного раствора, в нем новым является то, что водный поглотительным раствор на основе бишофита содержит хромат щелочно-земельного металла или его смесь с хроматом щелочного металла, смешивание сероводородсодержащего газа с водным окислительным поглотительным раствором ведут при рН менее 7 ед. в интервале температур от точки замерзания раствора до +60°С, а регенерацию отработанного поглотительного раствора проводят воздухом при температуре свыше +25°С или активным кислородом в интервале температур от точки замерзания раствора до +25°С.

Таким образом, согласно изобретению в качестве основного окислителя сероводорода предлагаются хроматы щелочных и/или щелочно-земельных металлов. Водные растворы хроматов обладают сильными окислительными свойствами, что позволяет использовать их для эффективного извлечения сероводорода из углеводородных газов. Растворы хроматов обладают преимуществами по сравнению с растворами, в которых используют другие окислители сероводорода (гидроокись железа, хелат железа и др.), а именно:

- высокая реакционная способность к сероводороду;

- отсутствие в исходных растворах твердой фазы, что улучшает работу насосов;

- растворы хроматов позволяют извлекать из газа наряду с сероводородом частично и двуокись углерода, что исключает повышение щелочности отработанных растворов;

- применяемые растворы не вызывают коррозию оборудования, поскольку хроматы одновременно являются высокоэффективными ингибиторами коррозионных процессов;

- применение водных растворов хроматов в среде бишофита, который, одновременно является катализатором, способствует ускорению и повышению эффективности реакции нейтрализации и регенерации и в результате повышению эффективности всего процесса очистки в целом.

Бишофит является одновременно антифризным агентом, что позволяет вести процесс очистки при любой температуре окружающей среды, от точки замерзания раствора (от минус 40°С) и до +60°С, что значительно расширяет технологические возможности способа.

Применение для регенерации подогретого воздуха (свыше +25°С) или активного кислорода (озона или ионизированного кислорода) значительно активизирует реакции восстановления сорбента, что, в свою очередь, повышает эффективность способа. При этом активный кислород используют при температуре окружающей среды (от температуры замерзания раствора до +25°С), что упрощает и удешевляет процесс.

Предлагаемый способ очистки газа от сероводорода осуществляют следующим образом.

Водный поглотительный раствор на основе бишофита, содержащий в качестве основного окислителя хромат щелочного и/или щелочно-земельного металла смешивают с сероводородсодержащим газом, при этом происходит образование газожидкостной дисперсной смеси и следующие основные реакции с сероводородом:

В данном случае процесс окисления сероводорода идет с получением элементарной серы и образованием неагрессивного, нетоксичного гидроксида хрома Cr(ОН)₃, который выпадает в виде нерастворимого мелкодисперсного осадка серого цвета.

Химизм реакции нейтрализации сернистых соединений растворами хроматов показывает, что наличие водорастворимых хроматов позволяет одновременно извлекать из обрабатываемого газа не только сероводород, но и частично двуокись углерода (углекислый газ), количество которого зависит напрямую от количества нейтрализуемого сероводорода и не приводит к дополнительным расходам химреагентов.

Процесс нейтрализации сероводорода в присутствии углекислого газа хроматами будет выглядеть следующим образом:

Очищенный от сероводорода газ удаляют, а отработанный поглотительный раствор восстанавливают путем смешивания его с нагретым атмосферным воздухом или с активным кислородом, в качестве которого используют озон или ионизированный кислород, при этом происходит процесс регенерации отработанного сорбента кислородом по уравнению;

Таким образом, дисперсный (водонерастворимый) гидроксид хрома регенерируется до растворимой соли хромата, т.е. до образования первоначального сорбента. Процесс очистки газа идет с выделением элементарной серы в виде водяной пульпы.

Суммарные реакции процесса очистки газа от сероводорода (и частично от двуокиси углерода) комплексным хроматно-бишофитным сорбентом с получением элементарной серы и выделением углекислого газа выражаются уравнениями:

Таким образом, разработанный процесс очистки газа состоит из двух раздельных и последовательных операций: нейтрализация сероводорода окислительным поглотительным раствором и регенерация поглотительного раствора кислородом воздуха и/или активным кислородом, при этом операцию нейтрализации сероводорода ведут при температуре окружающей среды, т.е. от точки замерзания, которая благодаря присутствию бишофита снижена до минус 40°С и до +60°С, при рН раствора менее 7 ед. (до точки перехода в бихроматы), поскольку процессы окисления сероводорода хроматами и окисление отработанного сорбента (гидроксида хрома) идут активно в кислой среде, и чем ниже значения рН и выше температура, тем эффективнее.

Регенерацию отработанного сорбента ведут нагретым воздухом при температуре свыше +25°С или в холодном виде активным кислородом, от точки замерзания до +25°С.

Основные физико-химические и технические параметры окислительного поглотительного раствора приведены ниже.

Плотность при 20°С, кг/м 3	1100-1180
Динамическая вязкость при 20°С, мПа·с	1,5-2,8
рН	менее 7
Температура замерзания, °С,	- (15÷40)
Температура кипения, °С	+108-114
Коррозионная активность к стали при 25°С, мм/год	0,002-0,02
Температурный режим процесса нейтрализации, °С	-40÷+60

Температурный режим процесса регенерации, °С

- нагретым воздухом	выше +25
- активным кислородом	ниже +25

В таблице приведены конкретные примеры выполнения способа.

Таблица
	Значения
Параметры	Варианты
	А	Б	В
1. Нейтрализация сероводорода:
а) реагенты:
- водный раствор бишофита, плотность, кг/м3	1100	1150	1180
- хроматы щелочного и/или щелочно-земельного металла, мас.%	12	9	7
б) температура раствора, °С	от -15 до +60	от -30 до +60	от -40 до +60
в) рН раствора, ед.	6,5-6,9	6,2-6,6	5,8-6,4
2. Регенерация поглотительного раствора
а) температура воздуха	+(25-90)	+(35-90)	+(45-90)
б) температура активного кислорода	от -15 до +24	от -30 до +24	от -40 до +24