ПОГЛОТИТЕЛЬНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ КИСЛЫХ ПРИМЕСЕЙ Российский патент 2009 года по МПК B01D53/14 

Изобретение относится к составам для очистки углеводородных и дымовых газов от кислых компонентов, а именно от сернистых газов, углекислого газа, меркаптанов, и может быть использовано в нефтяной, газовой, нефтегазоперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известны составы, в которых в качестве сорбента использованы соединения железа, в частности оксиды или гидроксиды железа (например, пат. РФ №2118121, 1998 г.) (1).

Наиболее близким к предлагаемому является состав, принятый за прототип, который содержит соединения железа в виде хелатного железа, карбонат или гидроксид щелочного металла и органические добавки в виде метилдиэтаноламина и/или триэтаноламина в качестве катализаторов (пат. РФ №2246342, 2005 г.) (2).

Недостатком известных решений, в т.ч. прототипа, являются ограниченные технологические возможности, поскольку раствор предназначен для очистки газов только от сероводорода.

Технической задачей изобретения является расширение технологических возможностей поглотительного раствора при высокой степени очистки, а также решение экологических проблем по утилизации отходов металлургических производств.

Поставленная задача решается тем, что в поглотительном растворе для очистки газов от кислых примесей, включающем соединения железа, гидроксид щелочного металла и органические добавки, он в качестве соединений железа содержит гидратированные железо-оксидные отходы металлургических производств, а именно предварительно измельченную и гидратированную металлургическую окалину, в качестве органических добавок содержит полиакриламид (ПАА) или КМЦ и дополнительно содержит известь, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Окалина 1-8 Известь 1-8 Гидроксид щелочного металла 1-10 ПАА или КМЦ 0,1-0,5 Вода Остальное

Технический результат в изобретении обеспечивается, во-первых, за счет того, что в поглотительном растворе присутствует несколько сорбентов кислых газов, как водорастворимых, так и дисперсных, выполняющих различные функции.

Так, гидроксид щелочного металла (гидроксид натрия NaOH и/или калия KOH) является основным и самым активным сорбентом кислых примесей (сероводорода H₂S, сернистого ангидрида SO₂, серного ангидрида SO₃, углекислого газа CO₂), а водный раствор гидроксида щелочного металла является поглотительной средой кислых компонентов, при этом рН среды должно быть не менее 10 ед.

Соединения железа используются в качестве дополнительного сорбента сероводорода, а также для регенерации щелочного сорбента. Использование в изобретении соединений железа в виде предварительно подготовленной, а именно измельченной и гидратированной, металлургической окалины повышает поглотительную способность раствора по отношению к сероводороду, т.к. гидратированная окалина содержит смесь различных соединений железа (Fe₂O₃, Fe₃O₄, Fe(OH)₃), а также снижает стоимость раствора и решает экологическую проблему по утилизации отходов металлургических производств.

Известь Ca(OH)₂ используется для нейтрализации углекислого газа и сернистых соединений, а также для регенерации щелочного сорбента.

ПАА, КМЦ выполняют несколько функции:

- пластификатора для повышения поверхности натяжения и улучшения контакта взаимодействующих сред;

- ингибитора коррозии технологического оборудования и улучшения работы насосных и смесительных агрегатов;

- эмульгатора для поддержания реологических параметров дисперсной системы.

Совокупность этих признаков расширяет технологические возможности предлагаемого состава и сферы его применения повышает его нейтрализующую эффективность одновременно к различным кислым газам (степень очистки), улучшает работу технологического оборудования, а также решает экологическую задачу по утилизации отходов производства.

Предварительную подготовку металлургической окалины осуществляют следующим образом: окалину измельчают до фракции не более 100 мкм, замачивают в воде при одновременном перемешивании и барботировании воздухом в течение не менее 2 часов, при необходимости сушат.

В таблице 1 приведена характеристика подготовленной окалины

Таблица 1 № Показатель Ед. измерения Величина 1 Удельная поверхность м²/г 8-16 2 Плотность кг/м³ 4300-4550 3 Фракционный состав: %     - менее 10 мкм   30-45   - 10-50 мкм   50-55   - 50-100 мкм   5-15 4 Содержание соединений железа мас.%     - Fe(OH)₃   30-70   -Fe₂O₃   25-60   - Fe₃O₄   5-10 5 Поглотительная способность к сероводороду кг/кг 1,6-1,8

Химизм процесса очистки газов от кислых примесей посредством предлагаемого поглотительного раствора заключается в следующем.

Гидроксиды щелочных металлов (NaOH и/или KOH), основной сорбент кислых компонентов, при взаимодействии с последними образуют водорастворимые соединения (реакции 1-4, на примере гидроксида натрия).

Гидратированная металлургическая окалина является поглотителем сероводорода (реакции 5-6) и восстановителем щелочного сорбента (реакции 7-10), она одновременно может реагировать как с сероводородом, так и водорастворимыми сульфидами и гидросульфидами щелочных металлов, при этом образуются водонерастворимые соединения - сульфиды железа.

Известь (гидроокись кальция Ca(OH)₂) предназначена для образования и осаждения водонерастворимых солей кальция при взаимодействии с сернистыми газами и углекислым газом (реакции 11-13) и одновременно для регенерации щелочного сорбента с образованием сульфит, сульфат и карбонат кальция (реакции 14-16)

Таким образом, в результате процесса очистки газов от кислых компонентов образуется смесь водонерастворимых соединений (твердый осадок) в виде сульфидов железа и сульфитов, сульфатов, карбонатов кальция.

Поглотительный раствор готовят следующим образом. Органические добавки (ПАА или КМЦ) предварительно растворяют в расчетном количестве пресной воды, добавляют щелочь (NaOH и/или KOH), перемешивают до полного растворения, добавляют известь (Ca(OH)₂), перемешивают, добавляют гидратированную окалину и перемешивают до получения однородной смеси.

Компонентный состав поглотительного раствора рассчитывается в зависимости от объемов очищаемого газа, состава и концентрации в нем кислых компонентов.

Например, концентрация гидратированной окалины пропорционально зависит от концентрации сероводорода в очищаемом газе. Содержание извести зависит от объемов сернистых газов и углекислоты.

Концентрация гидратированной окалины и извести в составе не должна превышать 8 мас.%, что объясняется тем, что повышение их концентрации выше этих значений способствует увеличению вязкости и плотности поглотительного раствора, что создает неудобства в работе технологического оборудования и увеличивает механическую коррозию технологического оборудования.

Повышение концентрации щелочи выше 10 мас.% не желательно из-за увеличения коррозионной активности поглотительного раствора к технологическому оборудованию и токсичности по отношению к человеку.

В таблице 2 приведены варианты предлагаемого состава в зависимости от состава очищаемого газа.

Таблица 2 Состав газа/
Состав раствора Количество, мас.% Вариант А Вариант Б Вариант В H₂S SO₂, SO₂ CO₂ H₂S SO₂, SO₂ CO₂ H₂S SO₂, SO₂ CO₂ ≤0,05 ≥2 ≥3 0,05-1,0 0,5-2 0,5-3 ≥1,0 ≤0,5 ≤0,5 1. Окалина 1-2 3-5 6-8 2. Известь 6-8 3-5 1-2 3. Щелочь 1-3 4-6 7-10 4. ПАА или КМЦ 0,1-0,2 0,2-0,3 0,4-0,5 5. Вода Остальное

Проведенные стендовые и производственные испытания по очистке производственных газов одновременно от многокомпонентных кислых примесей показали высокую эффективность нейтрализации с получением в качестве конечного продукта водонерастворимых, экологически безопасных неорганических соединений - сульфидов железа, карбонатов, сульфитов, сульфатов кальция.

Результаты очистки отходящих газов при производстве органических удобрений приведены в табл.3

Таблица 3 № Показатель Концентрация, мг/м³ Эффективность, %     До очистки После очистки   2 Сероводород 16,9 0,002 99,99 3 Диоксид серы 48,6 0,01 99,99 4 Оксиды азота 9,4 0,02 99,1 5 Оксиды углерода 132,8 1,2 98,8 6 Меркаптаны 19,7 0,6 96,8

Получаемый в результате очистки твердый шлам можно использовать в качестве строительного материала.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для очистки углеводородных и дымовых газов от кислых компонентов, а именно от сернистых газов, углекислого газа и меркаптанов. Поглотительный раствор содержит предварительно измельченную и гидратированную металлургическую окалину, известь, гидроксид щелочного металла и органические добавки - полиакриламид (ПАА) или КМЦ, при следующем соотношении компонентов, мас.%: окалина 1-8, известь 1-8, гидроксид щелочного металла 1-10, ПАА или КМЦ 0,1-0,5, вода - остальное. Изобретение позволяет повысить степень очистки газов от кислых компонентов, решить экологические проблемы за счет утилизации отходов металлургических производств - окалины, а также использовать в качестве строительного материала твердый шлам, полученный в результате очистки газов. 3 табл.

Поглотительный раствор для очистки газов от кислых примесей, включающий соединения железа, гидроксид щелочного металла и органические добавки, отличающийся тем, что в качестве соединений железа он содержит предварительно измельченную и гидратированную металлургическую окалину, в качестве органических добавок содержит полиакриламид (ПАА) или КМЦ и дополнительно содержит известь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окалина 1-8 Известь 1-8 Гидроксид щелочного металла 1-10 ПАА или КМЦ 0,1-0,5 Вода Остальное