ПОГЛОТИТЕЛЬНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА Российский патент 1998 года по МПК B01D53/52 B01D53/14 C10K1/12 

Изобретение относится к области очистки газа от сероводорода с получением элементарной серы и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.

Известны поглотительные растворы для очистки сероводородсодержащих газов на основе водных растворов алканоламинов (МЭА, ДЭА, ТЭА и др.), где удаление сероводорода из газов осуществляется путем его физико-химической абсорбции, а регенерация абсорбента - путем высокотемпературной десорбции [1].

Недостатками этих составов являются их экологическая и техническая агрессивность, энергоемкость процесса и регенерации и утилизации кислых отходов на установке Клауса, большая металлоемкость, а для очистки малосернистых газов они вовсе не экономичны.

Наиболее близким к предлагаемому раствору являются составы на основе солей трехвалентного железа [2], содержащие компоненты, г/л:
Хлорид трехвалентного железа - 3,79-18,0
Двухнатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты - 59,20-100,0
Едкий натрий - 9,60-35,15
Хлорид цинка - 1,07-3,06
Вода - Остальное
Недостатками этого состава являются малый диапазон работы, низкая нейтрализующая эффективность и низкая сероемкость, особенно при очистке газов с высоким содержанием сероводорода, а также недостаточно низкая температура замерзания, ограничивающая использование его в промысловых условиях.

Цель изобретения - создание высокоэффективного поглотительного раствора, способного работать при очистке газов с любым содержанием сероводорода и в широком диапазоне температур (от -20^oC до +50^oC), с высокой степенью нейтрализации и сероемкости. Содержание сероводорода в очищенном газе должно отвечать требованиям ГОСТа 5542-87 (не более 2,0 мг/м³).

Поставленная цель достигается тем, что состав поглотительного раствора для очистки газов от сероводорода на основе соединений трехвалентного железа, включающий соль трехвалентного железа, комплексон, щелочь, катализатор и воду, в качестве катализатора содержит бишофит, дополнительно бихромат щелочного металла и карбамид при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Соль трехвалентного железа - 0,05-4,0
Комплексон - 2,5-12,0
Гидроксид щелочного металла - 1,5-5,0
Бишофит - 15,0-20,0
Бихромат щелочного металла - 0,5-1,5
Карбамид - 0,5-1,5
Вода - Остальное
В качестве сорбентов сероводорода выпускают два активных окислителя: соединение трехвалентного железа, которое присутствует в растворе в виде "железо - комплексон LFe⁺³" и хромат щелочного металла.

LFe⁺² и хромат обладают сильными окислительными свойствами по отношению к сероводороду, а также высокой поглотительной способностью, селективностью, что позволяет в первую очередь извлекать из газа сероводород.

В качестве соли трехвалентного железа используется хлорид трехвалентного железа FeCl₃, который при обработке переходит в гидроксид (Fe(OH)₃, что и является исходным сорбентом для получения комплексона LFe⁺³. В качестве бихромата щелочного металла используется бихромат калия или натрия.

Процессы окисления протекают следующим образом:

Процесс регенерации сорбентов кислородом воздуха выражается уравнениями:

Суммарные реакции процесса утилизации сероводорода и частично двуокиси углерода с получением элементарной серы и углекислого газа протекает следующим образом:

В качестве комплексона используются этилендиаминтетраацетат ЭДТА или двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, известная как трилон Б, который образуют с ионом железа высокоустойчивые водорастворимые нормальные комплексоны в соотношении 1:1 при pH 1-13 ед., хотя с повышением pH среды больше 10 ед. их прочность уменьшается. Поскольку в растворе может находиться несколько многовалентных ионов, то молярное соотношением металла и хелатирующего агента может быть 1:1-1,5.

Гидроксид щелочного металла (K⁺ или Na⁺)добавляется для перехода соли железа в гидроксид, бихромата в хромат, а также для поддержания водородного показателя pH раствора в пределах 6,0-8,5 ед.

Бишофит применяется в качестве катализатора реакции окисления сероводорода и регенерации сорбентов и главное - как антифризный агент для снижения температуры замерзания рабочего раствора. В качестве бишофита можно использовать, например, волгоградский бишофит, основу которого составляет шестиводный хлорид магния MgCl • 6H₂O(90-96 мас.%) и который содержит наряду с этим различные соли щелочных и щелочноземельных элементов.

Водные растворы бишофита обладают невысокой коррозионной агрессивностью по сравнению с подобными солевыми растворами, высокой объемной теплоемкостью, низкой температурой замерзания (до -50^oC), высокой температурой кипения и др.

В качестве ингибиторов коррозии применяются пленкообразующие пассиваторы: бихромат-хромат щелочного металла и адсорбирующийся аминовый реагент - карбамид.

Соли хромовых кислот способны образовывать с ионами металлов защитную оксидную пленку (железо, алюминий) толщиной в сотые доли микрометра.

Карбамид способен адсорбироваться на поверхности металла и тем самым образовывать защитную пленку. Эта пленка препятствует диффузии ионов, растворению металла и его окислению
Применение вещества аминового типа, которые обладают ингибирующими каталитическими свойствами, препятствует образованию оксидов серы в процессе окисления сероводорода, что повышает степень очистки.

Массовое содержание сорбентов взято из расчета оптимальной концентрации, обеспечивающей необходимую степень очистки газа с различным содержанием сероводорода при оптимальной объемной поглотительной способности раствора.

Степень концентрации бишофита обусловлена не только каталитическими свойствами, но также необходимостью получения расчетных температур замерзания раствора и повышением эффективности очистки при температурах ниже нуля, что немаловажно для использования данного поглотительного раствора в промысловых условиях с минимальными затратами.

Основные технологические параметры поглотительного раствора приведены в табл. 1.

Испытание предлагаемого поглотительного раствора проводится в промысловых условиях на стенде (см. чертеж) по следующей методике.

Сероводородсодержащий газ, подлежащий обработке, подают во всасывающий вход смесительного эжектора 3, куда одновременно из емкости накопления 1 прямотоком поступает поглотительный раствор с помощью насоса 2. В эжекторе 3 происходит их смешивание и образование газожидкостной дисперсной смеси, а следовательно, и реакция нейтрализации сероводорода сорбентами.

Газожидкостная смесь поступает в стеклянный сепаратор 4, где очищенный газ отбирают с верхнего отвода сепаратора для проведения анализов, а отработанный поглотительный раствор из сепаратора 4 поступает под собственным давлением во второй смесительный эжектор 5, подсасывая таким образом атмосферный воздух через всасывающий вход эжектора 5. В эжекторе 5 происходит их смешивание, а следовательно, и реакция регенерации (восстановление) сорбентов.

Воздухожидкостную смесь подают в стеклянный сепаратор 6, откуда отрегенерированный поглотительный раствор самотеком возвращается в емкость накопления 1 и далее на повторную нейтрализацию сероводорода (на рециркуляцию). Процесс очистки замкнутый и непрерывный.

Отработанный воздух удаляется с верхнего отвода сепаратора 6, а полученная серная водяная пульпа из верхней части поступает самотеком в емкость-накопитель 7.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Таким образом, предлагаемый поглотительный раствор, как видно из табл. 1 и 2, имеет значительное преимущество перед известными, и в частности из-за его способности стабильно работать в диапазоне температур от -20^oC до +50^oC при высокой объемной поглотительной способности, с большой степенью очистки. Новый состав обладает высокой теплоемкостью, низкой температурой замерзания и является пожаро- и взрывобезопасным, относительно экологически безвредным продуктом. Применение данного раствора позволит очищать газы с любым содержанием сероводорода без загрязнения окружающей среды ядовитыми кислыми газами.

Использование: при очистке газов от сероводорода. Сущность изобретения: для очистки газов от сероводорода используют поглотительный раствор, содержащий соль трехвалентного железа, комплексон, щелочь, бишофит, бихромат щелочного металла, карбамид и воду. 2 табл., 1 ил.

Поглотительный раствор для очистки газов от сероводорода, включающий соль трехвалентного железа, комплексон, щелочь, катализатор и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения его поглотительной способности, он в качестве катализатора содержит бишофит и дополнительно бихромат щелочного металла и карбамид при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Соль трехвалентного железа - 0,5 - 4,0
Комплексон - 2,5 - 12,0
Щелочь - 1,5 - 5,0
Бишофит - 15,0 - 20,0
Бихромат щелочного металла - 0,7 - 1,5
Карбамид - 0,5 - 1,5
Вода - Остальноеу