СПОСОБ УДАЛЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА ИЗ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 1999 года по МПК B01D53/14 B01D53/52 

Изобретение относится к области очистки газов от сероводорода, (в частности, к области обессеривания газов путем химического взаимодействия поглотителя с сероводородом).

Известен широкий круг химических соединений, используемых в качестве поглотителя сероводорода. Наиболее часто для этих целей применяют соединения со щелочной функцией: гидроокиси и карбонаты щелочных металлов, аминосоединений /1. Патент США N 4198378. 2. Патент США N 3941875. 3. А.с. СССР N 814414./ Сероводород поступает в обратимые реакции, что не позволяет достичь высокой глубины очистки.

Абсорбция сероводорода ведется в мягких условиях, без энергетических затрат, технически просто.

Однако к недостаткам этих способов удаления сероводорода, кроме невысокой глубины очистки, следует отнести необходимость проведения следующих стадий процесса - регенерации поглотителя и утилизации сероводорода, что значительно усложняет и удорожает процесс газоочистки.

Также широко известны твердые поглотители на основе оксидов металлов, таких как железо, цинк, никель, медь и т.п. В этих процессах происходит химическое взаимодействие по схеме:
ЭО + H₂S = ЭS + H₂O, где Э = Fe, Ni, Cu, Zn...

Сера необратимо связывается при высокой (250 - 450^oC) температуре в сульфид металла, благодаря чему степень очистки газа от сероводорода очень высока. Процесс одностадиен, что также является его достоинством.

Однако использование высоких температур в процессе предъявляет серьезные требования к конструкционным материалам установки, повышает себестоимость очистки газа за счет высокой энергоемкости.

Совместить достоинства вышеописанных процессов - высокую глубину очистки, низкую энергоемкость, техническую простоту и одностадийность позволяет процесс очистки газов от сероводорода с использованием суспензии оксида металла в водном растворе его соли, как это сделано в процессе "Chemsweet" /4. Manning W.P. "Chemsweet, a new process for sweetening low-value sour gas", Oil and Gas Journal, v. 77, N 42, 1979/.

В этом случае взаимодействие окиси цинка с сероводородом происходит в суспензии, содержащей раствор ацетата цинка. Взаимодействует с H₂S в водном растворе ацетат цинка с образованием сульфида цинка и уксусной кислоты. Высвободившаяся уксусная кислота растворяет твердую суспендированную окись цинка, переводя в ионную солевую форму, способную к реакции с сероводородом в водной фазе:

CH₃COOH + ZnO ---> Zn(CH₃COO)₂ + H₂O
Таким образом, достигается мгновенное и полное связывание H₂S в малодиссоциированное соединение, что обеспечивает глубокую очистку газа. Аппаратурное оформление процесса простое, условия ведения его - мягкие.

Наиболее существенными недостатками этого метода сероочистки являются:
а) высокое пенообразование, вызванное сочетанием неорганического элемента - металла - с органическим радикалом в ацетате цинка;
б) постепенная утрата растворителя в реакционной смеси вследствие уноса летучей уксусной кислоты потоком газа.

Этих недостатков лишен предлагаемый способ очистки газа от H₂S, основанный на той же реакции иона Zn⁺⁺ с растворенным в воде сероводородом, с той разницей, что в качестве растворителя оксида цинка выступает не уксусная кислота, а водный раствор хлорида аммония.

Схема процесса:
ZnO + NH₄Cl ⇄ [Zn(NH₃)_n]Cl₂ + H₂O

Окись цинка растворяется в водном хлористом аммонии с образованием комплексного соединения - цинкамминхлорида, [Zn(NH₃)_n]Cl₂, растворимого в воде и содержащего цинк в воде комплексного иона [Zn(NH₃)_n]⁺².

В ионном виде цинк мгновенно связывает сероводород в сульфид цинка, обеспечивая высокую глубину очистки. Высвободившийся при этой реакции NH₄Cl вновь растворяет суспендированную окись цинка, переводя цинк в ионную форму.

Процесс продолжается до полного срабатывания оксида цинка. Конверсия ZnO практически 100%.

Глубина очистки газа от H₂S - 5 - 7 ppm.

Технически процесс крайне прост, условия проведения его - мягкие, т.к. обусловлены температурным интервалом существования водных растворов.

Сказанное иллюстрируется примерами:
Пример 1. В цилиндрический реактор, снабженный трубками для подачи и вывода газа, загружали 8,1 г (0,1 моля) оксида цинка и 160 г 20%-го водного раствора хлорида аммония. Через смесь барботировали при комнатной температуре газ состава: CH₄ 95 об.%, H₂S 5 об.%, с объемной скоростью 4,5 л/час (30 час^-1).

На выходе определяли содержание H₂S в мг/м³ прибором - анализатором сероводорода "Рикэн Кэйки".

Сероводород в потоке газа после очистки отсутствовал.

Пример 2 - 11. В цилиндрический реактор, снабженный трубками для подачи и вывода газа, загружали определенную навеску оксида цинка и определенное количество раствора хлорида аммония указанных ниже концентраций.

Через смесь барботировали газ, содержащий метан, диоксид углерода, сероводород в указанных ниже количествах с заданной скоростью, при заданной температуре.

На выходе определяли состав газа. Содержание метана, диоксида углерода определяли хроматографически; содержание сероводорода определяли прибором "Рикэн Кэйки".

Условия и результаты эксперимента приведены в таблице.

Изобретение предназначено для удаления сероводорода из газовых смесей. В качестве поглотителя используют суспензию оксида цинка в водном растворе хлорида аммония. Данное изобретение обеспечивает высокую степень очистки газа от сероводорода. 1 табл.

Способ удаления сероводорода из газовых смесей путем взаимодействия его с водным раствором поглотителя, отличающийся тем, что в качестве поглотителя используют суспензию оксида цинка в водном растворе хлорида аммония.