способ тонкой очистки углеводородных фракций от сернистых соединений

Формула изобретения

Способ тонкой очистки углеводородных фракций от сернистых соединений путем их адсорбции цеолитами, отличающийся тем, что исходную углеводородную фракцию предварительно контактируют со слоем сорбента, обладающего окислительными свойствами по отношению к сернистым соединениям, в качестве которого используют гопкалит.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области адсорбционной очистки углеводородных фракций от сернистых соединений и может быть использовано на газо- и нефтеперерабатывающих заводах для тонкой очистки от меркаптанов и сероводорода сжиженных углеводородных газов и других легких углеводородных фракций.

В частности, предлагаемый способ может быть использован на установках, вырабатывающих углеводородный пропеллент. Согласно ТУ 39-892-93 пропеллент, потребляемый заводами бытовой химии, это пропан-бутановая фракция, имеющая приятный сладковатый запах, что достигается при содержании меркаптановой серы не более 1 млн^-1 - проскоковой концентрации в данном случае. Содержание же сернистых соединений в исходной пропан-бутановой фракции до очистки, как правило, составляет 0,0004 - 0,004 мас.% или 4 - 40 млн^-1 в расчете на серу. При этом сернистые соединения представлены меркаптановой и сероводородной серой, которые определяют неприятный запах газа.

Известный способ тонкой очистки углеводородных фракций от сернистых соединений путем перколяции (пропускания) их через цеолит NaX /И.В.Кельцев. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1984, с. 386-401/ или последовательно через цеолиты NaA и NaX /СССР N 147178, 1962/.

Недостатком известных способов является невысокая эффективнсоть очистки от сернистых соединений.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близким к заявляемому способу является способ очистки нефтяных газов от меркаптанов и сероводорода путем из последовательной адсорбции цеолитами CaA и NaX /СССР N 1565498, B 01 D 53/02, 1990/.

Недостатком этого способа является относительно невысокая эффективность очистки, обусловленная малым временем работы и недостаточно высокой динамической активностью цеолитов по отношению к исходным сернистым соединениям.

Кроме того, этот способ при его применении для тонкой очистки пропан-бутановой фракции от сернистых соединений при получении пропеллента не обеспечивает отсутствия запаха меркаптанов и сероводорода.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности процесса цеолитной очистки углеводородных фракций от сернистых соединений и обеспечение отсутствия запаха меркаптанов и сероводорода в продукте при проскоковой концентрации сернистых соединений не выше 1 млн^-1.

Согласно изобретению поставленная задача достигается тем, что углеводородную фракцию перед стадией цеолитной очистки от сернистых соединений контактируют с сорбентом, обладающим окислительными свойствами по отношению к сернистым соединениям, в качестве которого используют гопкалит.

Гопкалит - это катализатор для окисления окиси углерода (СО) кислородом воздуха в двуокись углерода (CO₂). Основной составляющей гопкалита является активная двуокись марганца. Гопкалит выпускается в виде гранул определенного размера и используется в противогазах при наличии в воздухе CO, а также в приборах для контроля за содержанием CO в помещениях /Краткая химическая энциклопедия. М. , 1961, с. 987/. В настоящее время гопкалит, как катализатор, выпускается по ТУ 6-16-2432-80 под названием "гопкалит - ГФГ" (гопкалит формованный с добавлением глины), который содержит более 60% MnO₂ около 20% CuO, примеси металлов и глину.

В предлагаемом способе предварительное контактирование исходной углеводородной фракции проводят в отдельном адсорбере со слоем гопкалита в количестве, равном количеству используемого цеолита и при тех же условиях (давление, температура, объемная скорость), что и при контактировании этой фракции с цеолитом.

В результате такого контакта сернистые соединения, а именно меркаптаны и сероводород, окисляются до дисульфидов и элементной серы. Эти продукты окисления представляют собой более тяжелые соединения, с большими температурами кипения, чем исходные сернистые соединения, и соответственно гораздо легче и в большем количестве сорбируются цеолитовыми адсорбентами. Вышесказанное хорошо иллюстрируется на примере метилмеркаптана CH₃SH, который имеет температуру кипения 6^oC и практически не сорбируется цеолитом в присутствии воды, количество которой в составе сжиженного газа, как правило, больше чем метилмеркаптана. Продукт же окисления диметилдисульфид CH₃-S-S-CH₃ имеет температуру кипения 110^oC и сорбируется предпочтительнее воды. Кроме того, диметилдисульфид обладает в десятки раз меньшей интенсивностью запаха по сравнению с метилмеркаптаном.

Пример 1. Углеводородную фракцию, а именно пропан-бутановую фракцию следующего состава, мас.%: CH₄ сл.; C₂H₆ 0,13; C₃H₈ 20,67; i - C₄H₁₀ 64,75; n - C₄H₁₀ 14,44; C₅H₁₂ сл.; H₂O 0,01; H₂S 0,001; CH₃SH 0,0041 (41 млн^-1 в пересчете на серу) при давлении 0,45 МПа, температуре 22 - 24 ^oC в количестве 180 см³/ч подают в адсорбер диаметром 22 мм, заполненный цеолитом NaX (гранулы размером 1 - 2 мм) в количестве 100 см³. Цеолит предварительно активируют в токе азота при 250^oC в течение 4 ч.

Продолжительность работы цеолита до проскока определяют по концентрации сернистых соединений на выходе адсорбера. За проскоковую концентрацию принимают содержание сернистых соединений выше 1 млн^-1. По количеству адсорбированной серы до проскока рассчитывают динамическую активность цеолита. Анализ сернистых соединений в очищенной фракции до и после очистки проводят хроматографическим способом. При этом используют пламенно-фотометрический детектор, позволяющий определять микроконцентрации сернистых соединений в расчете на серу. Результаты испытаний приведены в таблице. Запах очищенной фракции не соответствовал требованиям технических условий на пропеллент.

Пример 2. Пропан-бутановую фракцию такого же состава и при тех же условиях, как в примере 1, пропускают последовательно через первый адсорбер, заполненный 100 см³ цеолита CaA (гранулы размером 1 - 2 мм), и через второй адсорбер, заполненный 100 см³ цеолита NaX (гранулы размером 1 - 2 мм). В этом примере количество адсорбента фактически удвоилось. Соответственно увеличилось время работы цеолита до проскока и возросла его динамическая активность, хотя она и рассчитывалась на все количество цеолитов в обоих адсорберах. Результаты испытаний приведены в таблице.

При этом органолептические параметры очищенной фракции не соответствовали требованиям на пропеллент.

Пример 3. Пропан-бутановую фракцию такого же состава и при тех же условиях, как в примере 1, пропускают последовательно через первый адсорбер, заполненный 100 см³ гопкалита (гранулы размером 1 - 2 мм) и через второй адсорбер, заполненный 100 см³ цеолита NaX (гранулы размером 1 - 2 мм). Время работы цеолита до проскока в этом примере значительно увеличилось, существенно возросла и динамическая активность цеолита. Результаты испытания приведены в таблице.

Запах очищенной фракции был приятным, сладковатым и соответствовал требованиям технических условий на пропеллент. После достижения проскоковой концентрации цеолит регенерируют в токе азота при 250^oC в течение 6 ч. Охлаждение также проводят в токе азота. После регенерации цеолита его используют в следующем цикле адсорбции. Результаты испытаний приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что использование в предлагаемом способе гопкалита позволяет существенно увеличить время работы цеолита и его динамическую активность и за счет этого повысить эффективность процесса тонкой очистки углеводородных фракций от сернистых соединений.

Кроме того, предлагаемый способ благодаря использованию гопкалита позволяет получить при концентрации сернистых соединений в пределах 1 млн^-1 пропан-бутановую фракцию с полным отсутствием запаха меркаптанов и сероводорода, что необходимо для производства пропеллента.

Список использованных источников

1. Кельцев И. В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия, 1984, с. 386-401.

2. Авторское свидетельство СССР N 147178, 1962.

3. Авторское свидетельство СССР N 1565498, B 01 D 53/02, 1990.

4. Краткая химическая энциклопедия. - М., 1961, с. 987.