Способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя Российский патент 2019 года по МПК B01D53/00 B01D53/52 B01F3/04 B01F3/12 C01B17/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к области технологии обессеривания (десульфуризации) и, более конкретно, к способу влажного обессеривания с применением суспензионного слоя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Удаление H₂S применяют во многих случаях, например, при глубокой переработке и полной утилизации угля, при разработке месторождений нефти и газа, в нефтепереработке и в нефтехимическом производстве. В настоящее время промышленный способ обессеривания разделен на два вида: способ сухого обессеривания и способ влажного обессеривания.

При способе сухого обессеривания и при способе регенерации после него используют твердый адсорбент для удаления сероводорода и органической серы из газа, способ является простым и надежным в рабочем процессе и обладает относительно высокой степенью обессеривания. Способ сухого обессеривания подходит для обработки газа, имеющего низкое содержание сероводорода, и его часто применяют для глубокого обессеривания. Оксид железа является широко используемым десульфуратором для способа сухого обессеривания, в то время как другие виды десульфураторов, например, активированный уголь, молекулярное сито, оксид марганца, оксид цинка и т.д. являются редко используемыми из-за их высокой стоимости.

Способ влажного обессеривания и способ регенерации после него может быть разделен на метод физической абсорбции, метод химической абсорбции и метод окислительного восстановления в соответствии со способом абсорбции и регенерации раствора. Способ влажного обессеривания имеет большую производительность очистки и большую длительность работы, подходящие для ситуации, когда посредством трех вышеуказанных методов необходимо обработать большое количество газа с высоким содержанием сероводорода. Метод физической абсорбции - это, главным образом, метод низкотемпературного метанола, разработанный компанией Linde Group and Lurgi Corporation в начале 1950х гг., причем этот метод обладает высокой степенью очистки газа, может обеспечивать селективную абсорбцию СО₂, H₂S и отдельный процесс их удаления и регенерации. Однако токсичность метанола вызывает трудности в эксплуатации и техническом обслуживании. Методы химической абсорбции, главным образом, включают моноэтаноламиновый (МЭА) способ, N-метилдиэтаноламиновый (МДЭА) способ и сульфонаминовый способ, среди которых моноэтаноламиновый (МЭА) способ и МДЭА способ обессеривания широко применяют на установках очистки газа нефтепереработки и природного газа, причем, в отрасли обессеривания природного газа, главным образом, применяют сульфонаминовый способ, и он является особенно эффективным для удаления органических сульфидов. Способ окисления и восстановления, главным образом, применяют для обессеривания коксового газа, и он, преимущественно, включает в себя PDS-способ, способ экстракции танина, ADA-способ (в присутствии антрахинон-дисульфоновой кислоты) и модифицированный ADA-способ. Способ окисления и восстановления при обессеривании имеет низкую загрузку высокосернистого газа, большую требуемую циркуляцию раствора и высокую эксплуатационную стоимость, и, кроме того, жидкие отходы обессеривания будут производить вторичные сточные воды и создавать другие проблемы.

В итоге, среди существующих способов обессеривания и способов регенерации, годовое количество обессеривания аминовым способом составляет более чем 10000 тонн, а годовое количество обессеривания способом сухого обессеривания составляет, главным образом, от десятков тонн до сотен тонн. Например, в документе китайской патентной заявки с номером публикации CN1307926A раскрыт способ сухого обессеривания дымовых газов с использованием циркулирующего суспензионного слоя и способ регенерации после этого, характеризующийся тем, что используют десульфуратор, приготовленный посредством смешивания сухой извести, зольной пыли, извлеченной из коллектора пыли, и воды согласно определенной пропорции. Полученный десульфуратор имеет определенную активность и влажность (8~15%). Дымовой газ вводят в нижнюю часть абсорбционной колонны с циркулирующим суспензионным слоем через струйный механизм малого сопротивления для дымового газа, при этом распыленную охлаждающую воду и десульфуратор отдельно распыляют в нижнюю часть и в дно абсорбционной колонны с циркулирующим суспензионным слоем. Большая часть десульфуратора циркулирует в колонне с внутренним разделительным блоком, предусмотренным в верхней части абсорбционной колонны с суспензионным слоем, а непрореагировавшее вещество десульфурирующего слоя, выходящее с дымовым газом, отделяют в устройстве для разделения газа и твердого вещества, предусмотренном снаружи от суспензионного слоя, и направляют обратно в слой, таким образом, обеспечивая использование десульфуратора на основе кальция. Если известковую суспензию использовать непосредственно в качестве десульфуратора, то этот способ позволяет преодолеть недостатки, связанные с тем, что растворопровод подвержен загрязнению, засорению и высокому сопротивлению потоку дымовых газов, что приводит к высоким затратам на работу системы и ее обслуживание.

Вместе с тем, «суспензионный слой», используемый в вышеупомянутом методе, на самом деле является «псевдоожиженным слоем», при этом твердый десульфуратор суспендирован в дымовом газе, протекающем снизу вверх. Хорошо известно, что распределение твердых частиц в слое является неоднородным в таком газово-твердом псевдоожиженном слое, и указанный слой представляет собой двухфазную структуру, при этом одна фаза представляет собой непрерывную фазу с относительно равномерным распределением концентрации частиц и распределением пористости близко к исходному псевдоожиженному состоянию, а другая фаза представляет собой дисперсную пузырьковую фазу, несущую небольшое количество частиц, перемещающихся вверх через слой. Избыточное количество газа, необходимого для начального псевдоожижения, скапливается с образованием пузырьков, которые перемещаются вверх и лопаются на поверхности слоя, чтобы выбросить частицы в пространство над слоем, что приводит к большим колебаниям границы раздела слоя и колебаниям перепада давления. Более неблагоприятным является то, что газ, быстро проходящий через слой в виде пузырьков, очень мало контактирует с частицами, при этом газ в непрерывной фазе имеет длительное время контактирования с частицами вследствие низкой скорости газа, что приводит к неравномерности контакта газа с твердым веществом, поэтому эффективность обессеривания вышеуказанным способом в псевдоожиженном слое с трудом может удовлетворить производственные потребности. Следовательно, с точки зрения малых и средних проектов обессеривания, необходимо найти способ обессеривания и способ регенерации, которые обладают высокой эффективностью обессеривания, простотой обслуживания, отсутствием вторичного загрязнения, занимают небольшой участок земли и имеют низкую стоимость.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение предназначено для преодоления таких недостатков, как низкая эффективность обессеривания, сложность процесса и оборудования существующего способа обессеривания, а также в данном изобретении предложен способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя с высокой эффективностью обессеривания, с простотой процесса и с низким уровнем капиталовложений в оборудование.

Для этого, вышеупомянутую цель данного изобретения можно достигнуть посредством следующих технических решений:

По одному из аспектов, в данном изобретении предложен способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя, включающий следующие стадии:

(1) десульфуратор равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии;

(2) десульфирующую суспензию смешивают с сероводородсодержащим газом для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 5-60 минут, чтобы позволить десульфирующей суспензии в достаточной степени вступить в контакт и в реакцию с сероводородсодержащим газом; и

(3) вторую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем вторую смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения очищенного газа.

Предпочтительно, на стадии (1) десульфуратор имеет размер частиц не более, чем 20 мкм.

Предпочтительно, десульфуратор выбран из группы, состоящей из: аморфного оксид-гидроксида железа, оксида железа, гидроксида железа или любой их смеси.

Предпочтительно, концентрация десульфуратора в десульфирующей суспензии составляет 1-5% масс.

Предпочтительно, концентрация десульфуратора в десульфирующей суспензии составляет 2-3% масс.

Предпочтительно, сероводородсодержащий газ выбран из группы, состоящей из: биогаза, коксового газа, попутного нефтяного газа, природного газа, нефтехимического газа или любой их смеси.

Предпочтительно, скорость газового потока в безнасадочной башне реактора с суспензионным слоем составляет 0,03-0,3 м/с, более предпочтительно, 0,05-0,2 м/с.

Предпочтительно, имеется один реактор с суспензионным слоем или по меньшей мере два реактора с суспензионным слоем, соединенные последовательно и/или параллельно.

Предпочтительно, способ влажного обессеривания дополнительно включает стадию, в которой обогащенный раствор, полученный посредством разделения на газ и жидкость, подвергают однократному испарению, а затем реакции с кислородсодержащим газом для осуществления регенерации с получением обедненного раствора, который потом возвращают в процесс на стадию (2), чтобы использовать его в качестве десульфирующей суспензии.

Предпочтительно, при однократном испарении перепад давления составляет 0,1-0,4 МПа.

Предпочтительно, фактическое количество потребленного кислородсодержащего газа в 5-15 раз превышает теоретическое количество его потребления, причем регенерация длится в течение 30-60 минут.

Предпочтительно, по меньшей мере часть обогащенного раствора заменяют на свежую десульфирующую суспензию, если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300% или более; и при этом замененную часть обогащенного раствора подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердую серу выгружают, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги.

Предпочтительно, способ влажного обессеривания дополнительно включает стадию, в которой сероводородсодержащий газ предварительно обрабатывают для удаления тяжелых компонентов выше С5 перед смешиванием сероводородсодержащего газа с десульфирующей суспензией.

Предпочтительно, способ влажного обессеривания дополнительно включает стадию, в которой газ, полученный при разделении на газ и твердое вещество, подают в реактор с неподвижным слоем для проведения второго этапа обессеривания с получением второго потока очищенного газа.

Предпочтительно, реактор с неподвижным слоем содержит десульфуратор, выбранный из группы, состоящей из: аморфного оксид-гидроксида железа, оксида железа, гидроксида железа, оксида меди, оксида цинка и любой их смеси.

Предпочтительно, скорость потока газа в реакторе с неподвижным слоем составляет от 1 до 20 м/с.

Предпочтительно, в данном изобретении выбран реактор с суспензионным слоем полой трубчатой структуры, работающий при полном заполнении, без контроля уровня жидкости.

Техническое решение по данному изобретению имеет следующие преимущества:

1. Способ влажного обессеривания по данному изобретению, включающий стадию, в которой десульфирующую суспензию смешивают с сероводородсодержащим газом для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, при этом десульфирующая суспензия в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с сероводородсодержащим газом в течение времени выдержки в реакторе с суспензионным слоем 5-60 минут для получения второй смеси, т.е. трехфазной газо-твердо-жидкой смеси; причем вторую смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения очищенного газа. Указанным способом по данному изобретению можно уменьшить содержание сероводорода в сероводородсодержащем газе с 2,4-140 г/н.м³ до 50 м.д. или менее, вследствие чего эффективность обессеривания суспензионного слоя составляет 98% или более. Таким образом, способ по данному изобретению является простым и рациональным, с высокой эффективностью обессеривания и регенерации, с простым оборудованием, занимает небольшой участок земли и имеет низкий уровень капиталовложений, что очень подходит для содействия развитию промышленности.

2. В способе влажного обессеривания по данному изобретению в качестве десульфуратора выбран аморфный оксид-гидроксид железа, который имеет низкую стоимость, высокий предел содержания серы и длительное время переключения, причем его легко регенерировать, вследствие чего данное изобретение имеет низкий уровень капиталовложений и низкую стоимость эксплуатации.

Принцип обессеривания и регенерации аморфного оксид-гидроксида железа состоит в следующем:

Упомянутые выше обессеривание и регенерация представляют собой цикл, в котором H₂S окисляется до элементарной серы, а аморфный оксид-гидроксид железа только выступает в качестве нерасходуемого катализатора. Обессеривание с оксид-гидроксидом железа имеет важную особенность, а именно: посредством оксид-гидроксида железа H₂S удаляют не в молекулярном виде. Способ обессеривания является очень быстрым, поскольку H₂S сначала диссоциирует на ионы HS^- и S^2- в водной пленке на поверхности оксида железа, затем следует ионообмен ионов HS^- и S^2- со структурным кислородом (О²) и структурным гидроксилом (ОН^-) в оксид-гидроксиде железа.

3. Способ влажного обессеривания по данному изобретению, включающий стадию, в которой обогащенный раствор, полученный при разделении на газ и жидкость, подвергают однократному испарению для удаления содержащихся в нем легких углеводородов, таким образом, предотвращают опасность пожара или взрыва, которые могут быть вызваны введением легких углеводородов в процесс окислительной регенерации. Затем проводят реакцию обогащенного раствора с кислородсодержащим газом для осуществления регенерации, причем эффективность регенерации достигает 65%-83%. Обедненный раствор, полученный посредством регенерации, может быть возвращен в процесс на стадию (2), чтобы использовать его в качестве десульфирующей суспензии, без образования вторичного загрязнения.

4. Способ влажного обессеривания по данному изобретению, включающий стадию, в которой предварительно обрабатывают сероводородсодержащий газ для удаления тяжелых компонентов выше С5 для того, чтобы предотвратить возникновение вспенивания. Вспенивание может быть вызвано введением тяжелых компонентов выше С5 в последующую систему, посредством этого вызывая увеличение перепада давления газа в процессе регенерации, дополнительно влияя на эффективность регенерации.

5. Способ влажного обессеривания по данному изобретению, включающий стадию, в которой по меньшей мере часть обогащенного раствора заменяют на свежую десульфирующую суспензию, если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300% или более, т.е. достигает частичного насыщения и насыщения, обеспечивая, таким образом, эффективность обессеривания. Замененную часть обогащенного раствора подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердая сера, как правило, является крупнозернистой серой, которую можно продавать как готовую продукцию, снижая, таким образом, стоимость обессеривания, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги, что способствует усовершенствованию использования водных ресурсов.

6. Способ влажного обессеривания по данному изобретению, дополнительно включающий стадию, в которой газ, полученный при разделении на газ и твердоое вещество, подают в реактор с неподвижным слоем для проведения второго этапа обессеривания с получением второго потока очищенного газа, таким образом, данное изобретение обеспечивает высоэффективное обессеривание посредством объединения первичного обессеривания в суспензионном слое с глубоким обессериванием в неподвижном слое, соединенных последовательно, вследствие чего содержание серы можно дополнительно уменьшить до менее чем 10 м.д. или менее.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Описанные выше и другие особенности данного изобретения или технические решения предшествующего уровня техники будут теперь подробно описаны со ссылкой на конкретные типовые варианты осуществления изобретения, проиллюстрированные на прилагаемых чертежах. Следует понимать, что варианты осуществления изобретения и чертежи приведены ниже в данном документе только с целью иллюстрации, и, следовательно, не ограничивают данное изобретение, и специалистами в данной области техники могут быть сделаны очевидные модификации без каких-либо творческих работ, при этом:

На Фиг. 1 проиллюстрирована блок-схема последовательности операций по варианту осуществления изобретения 3, изображающая способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя, при этом:

Ссылочные позиции являются следующими:

1 - коагулятор; 2 - реактор с суспензионным слоем; 3 - газожидкостный сепаратор; 4 - испаритель мгновенного вскипания; 5 - резервуар окислительной регенерации; 6 - реактор с неподвижным слоем; 7 - вентилятор подачи воздуха; 8 - аэратор; 9 - аэрационный насос; 10 - струйный смеситель Вентури; 11 - насос обедненного раствора; 12 - насос насыщенной суспензии; 13 - первое разбрызгивающее устройство; 14 - второе разбрызгивающее устройство; 15 - третье разбрызгивающее устройство; 16 - четвертое разбрызгивающее устройство.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническое решение по данному изобретению будет теперь подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи. Очевидно, что описанные варианты осуществления изобретения являются типовыми вариантами осуществления данного изобретения, а не всеми вариантами осуществления изобретения. Все другие варианты осуществления изобретения, полученные на основании вариантов осуществления по данному изобретению специалистами в данной области техники без осуществления творческой работы, находятся в пределах объема данного изобретения.

В описании данного изобретения, если прямо не указано и не определено иное, термины «присоединенный к» и «соединенный с» должны пониматься в широком смысле, например, это может быть фиксированное соединение, съемное соединение или внутреннее соединение; оно может быть либо напрямую присоединено к, либо косвенно соединено с через промежуточную среду, либо может быть внутренней связью между двумя элементами. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что конкретное значение вышеуказанных терминов в данном изобретении можно понимать в зависимости от реальной ситуации. Кроме того, технические характеристики, описанные в различных вариантах осуществления данного изобретения, описанных ниже, могут быть объединены, если они не противоречат друг другу.

В следующих ниже вариантах осуществления изобретения: эффективность обессеривания в суспензионном слое = (общая масса сероводорода в сырьевом потоке газа - масса сероводорода в газе после обессеривания с суспензионным слоем) / общая масса сероводорода в сырьевом потоке газа; эффективность регенерации = масса серы / (масса катализатора + масса серы).

Вариант осуществления изобретения 1

Способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включающий следующие стадии:

(1) имеющий магнитные свойства оксид железа с размером частиц 1-20 мкм равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, имеющей концентрацию 1% масс;

(2) биогаз, имеющий содержание H₂S 71,2 г/н.м³, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в первом реакторе с суспензионным слоем, имеющем скорость газового потока в безнасадочной башне 0,3 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в первом реакторе с суспензионным слоем составляло 5-7 минут, затем вторую смесь выпускают сверху первого реактора с суспензионным слоем, и вторую смесь пропускают в нижнюю часть второго реактора с суспензионным слоем, имеющего скорость газового потока в безнасадочной башне 0,3 м/с, причем контролируют, чтобы время выдержки второй смеси во втором реакторе с суспензионным слоем составляло 5 минут, вследствие чего биогаз в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с десульфирующей суспензией в двух реакторах с суспензионным слоем, соединенных последовательно;

(3) трехфазную газо-твердо-жидкую смесь выпускают сверху второго реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составляет 45 м.д., а эффективность обессеривания составила 99,4%.

Вариант осуществления изобретения 2

Способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включающий следующие стадии:

(1) гидроксид железа с размером частиц 5-15 мкм равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, имеющей концентрацию 2% масс;

(2) коксовый газ, имеющий содержание H₂S 2,4 г/н.м³, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем со скоростью газового потока в безнасадочной башне 0,15 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 6-8 минут, чтобы позволить коксовому газу в достаточной степени вступить в контакт и в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-твердо-жидкую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе составляет 50 м.д., а эффективность обессеривания составила 98%.

Вариант осуществления изобретения 3

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включает следующие стадии:

(1) аморфный оксид-гидроксид железа с размером частиц 5-20 мкм равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, имеющей концентрацию 2,5% масс;

(2) природный газ, имеющий содержание H₂S 140 г/н.м³, подают в коалесцирующий резервуар для того, чтобы удалить тяжелые компоненты выше С5, и природный газ, выпущенный из коалесцирующего резервуара, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, имеющем скорость газового потока в безнасадочной башне 0,2 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 30-35 минут, вследствие чего природный газ контактирует и в достаточной степени вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-твердо-жидкую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе составляет 41 м.д.;

(4) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный аморфным оксид-гидроксидом железа в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 1,8 м/с, для получения второго потока очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составляет 3 м.д.;

(5) обогащенный раствор подают в испаритель мгновенного вскипания, имеющий перепад давления 0,17 МПа, для проведения однократного испарения, чтобы удалить легкие углеводороды, а затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для проведения реакции с воздухом в течение 55 минут для получения обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 11 раз превышает теоретическое количество его потребления, при этом эффективность регенерации составляет 78%; и затем обедненный раствор возвращают в процесс на стадию (2), чтобы использовать его в качестве десульфирующей суспензии;

если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300%, то раствор считается насыщенным, и половину обогащенного раствора в резервуаре регенерации заменяют на свежую десульфирующую суспензию, причем замененный обогащенный раствор подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердую серу выгружают, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги.

Вариант осуществления изобретения 4

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включает следующие стадии:

(1) аморфный оксид-гидроксид железа с размером частиц 1-20 мкм равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, имеющей концентрацию 3% масс;

(2) попутный нефтяной газ, имеющий содержание H₂S 108 г/н.м³, подают в коалесцирующий резервуар для того, чтобы удалить тяжелые компоненты выше С5, причем попутный нефтяной газ, выпущенный из коалесцирующего резервуара, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, имеющем скорость газового потока в безнасадочной башне 0,05 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 20 минут, вследствие чего попутный нефтяной газ в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-твердо-жидкую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе составляет 43 м.д.;

(4) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный аморфным оксид-гидроксидом железа в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 4 м/с, для получения второго потока очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составляет 5 м.д.;

(5) обогащенный раствор подают в испаритель мгновенного вскипания, имеющий перепад давления 0,23 МПа, для проведения однократного испарения, чтобы удалить легкие углеводороды, а затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для проведения реакции с воздухом в течение 50 минут, чтобы осуществить регенерацию с получением обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 15 раз превышает теоретическое количество его потребления, при этом эффективность регенерации составляет 66%; а обедненный раствор, полученный посредством регенерации, затем возвращают в процесс на стадию (2), чтобы использовать его в качестве десульфирующей суспензии;

если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300%, то раствор считается насыщенным, и весь обогащенный раствор в резервуаре регенерации заменяют на свежую десульфирующую суспензию, причем замененный обогащенный раствор подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердую серу выгружают, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги.

Вариант осуществления изобретения 5

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включает следующие стадии:

(1) аморфный оксид-гидроксид железа с размером частиц 10-15 мкм равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии с концентрацией 5% масс;

(2) нефтехимический газ, имеющий содержание H₂S 35 г/н.м³, подают в коалесцирующий резервуар для того, чтобы удалить тяжелые компоненты выше С5, и нефтехимический газ, выпущенный из коалесцирующего резервуара, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, имеющем скорость газового потока в безнасадочной башне 0,3 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 40 минут, вследствие чего нефтехимический газ в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-твердо-жидкую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе составляет 46 м.д.;

(4) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный аморфным оксид-гидроксидом железа в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 5 м/с, для получения второго потока очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составляет 4 м.д.;

(5) обогащенный раствор подают в испаритель мгновенного вскипания, имеющий перепад давления 0,3 МПа, для проведения однократного испарения, чтобы удалить легкие углеводороды, а затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для проведения реакции с воздухом в течение 60 минут для получения обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 13 раз превышает теоретическое количество его потребления, при этом эффективность регенерации составляет 81%; и затем обедненный раствор возвращают в процесс на стадию (2), чтобы использовать его в качестве десульфирующей суспензии;

если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300%, то раствор считается насыщенным, и весь обогащенный раствор в резервуаре регенерации заменяют на свежую десульфирующую суспензию, причем замененный обогащенный раствор подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердую серу выгружают, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги.

Вариант осуществления изобретения 6

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включает следующие стадии:

(1) аморфный оксид-гидроксид железа с размером частиц 10-15 мкм равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, имеющей концентрацию 1,5% масс;

(2) нефтехимический газ, имеющий содержание H₂S 123 г/н.м³, подают в коалесцирующий резервуар для того, чтобы удалить тяжелые компоненты выше С5, и нефтехимический газ, выпущенный из коалесцирующего резервуара, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, имеющем скорость газового потока в безнасадочной башне 0,1 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 10-15 минут, вследствие чего нефтехимический газ в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-твердо-жидкую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе составляет 48 м.д.;

(4) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный аморфным оксид-гидроксидом железа в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 10 м/с, для получения второго потока очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составляет 8 м.д.;

(5) обогащенный раствор подают в испаритель мгновенного вскипания, имеющий перепад давления 0,1 МПа, для проведения однократного испарения, чтобы удалить легкие углеводороды, а затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для проведения реакции с воздухом в течение 35 минут для получения обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 8 раз превышает теоретическое количество его потребления, при этом эффективность регенерации составляет 65%; и затем обедненный раствор возвращают в процесс на стадию (2), чтобы использовать его в качестве десульфирующей суспензии;

если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300%, то раствор считается насыщенным, и весь обогащенный раствор в резервуаре регенерации заменяют на свежую десульфирующую суспензию, причем замененный обогащенный раствор подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердую серу выгружают, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги.

Вариант осуществления изобретения 7

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включает следующие стадии:

(1) аморфный оксид-гидроксид железа с размером частиц 1-10 мкм равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, имеющей концентрацию 2,5% масс;

(2) нефтехимический газ, имеющий содержание H₂S 89 г/н.м³, подают в коалесцирующий резервуар для того, чтобы удалить тяжелые компоненты выше С5, и нефтехимический газ, выпущенный из коалесцирующего резервуара, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, имеющем скорость газового потока в безнасадочной башне 0,03 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 50-60 минут, вследствие чего нефтехимический газ в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-твердо-жидкую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе составляет 45 м.д.;

(4) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный аморфным оксид-гидроксидом железа в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 20 м/с, для получения второго потока очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составляет 7,5 м.д.;

(5) обогащенный раствор подают в испаритель мгновенного вскипания, имеющий перепад давления 0,4 МПа, для проведения однократного испарения, чтобы удалить легкие углеводороды, а затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для проведения реакции с воздухом в течение 30-40 минут для получения обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 5 раз превышает теоретическое количество его потребления, при этом эффективность регенерации составляет 80%; и затем обедненный раствор возвращают в процесс на стадию (2), чтобы использовать его в качестве десульфирующей суспензии;

если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300%, то раствор считается насыщенным, и весь обогащенный раствор в резервуаре регенерации заменяют на свежую десульфирующую суспензию, причем замененный обогащенный раствор подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердую серу выгружают, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги.

Вариант осуществления изобретения 8

Способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в описанных выше вариантах осуществления изобретения 1-7 по данному изобретению, осуществляют с использованием следующей встроенной системы, проиллюстрированной на Фиг. 1. Указанная встроенная система содержит:

реактор с суспензионным слоем 2, снабженный загрузочным отверстием снизу и разгрузочным отверстием сверху него, имеющий первое разбрызгивающее устройство 13, предусмотренное в нем и расположенное рядом с разгрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем 2, причем реактор с суспензионным слоем 2 заполнен смесью десульфирующей суспензии и сероводородсодержащего газа, при этом время выдержки смеси в реакторе с суспензионным слоем составляет 5-60 мин.; и при этом в альтернативном варианте, устройство обессеривания по данному варианту осуществления изобретения не ограничивается тем, что содержит один реактор с суспензионным слоем, оно также может содержать два или более реактора с суспензионным слоем, соединенных последовательно или параллельно;

газожидкостный сепаратор 3, в соединении с разгрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем 2, снабженный выпускным отверстием обогащенного раствора снизу и выходным отверстием сверху; при этом газожидкостный сепаратор 3 имеет второе разбрызгивающее устройство 14 для распыления десульфирующей суспензии, причем второе разбрызгивающее устройство 14 предусмотрено внутри газожидкостного сепаратора 3 и расположено рядом с выходным отверстием газожидкостного сепаратора 3; при этом газожидкостный сепаратор 3 снабжен линией возврата конденсатной воды низкого давления и линией возврата пара низкого давления на его наружной боковой стенке; при этом в альтернативном варианте, устройство обессеривания в этом варианте осуществления изобретения может содержать более чем один газожидкостный сепаратор в зависимости от объема газа, циркулирующего количества суспензии и мощности оборудования и т.д. для того, чтобы предотвратить попадание жидкости в установку сухого обессеривания с неподвижным слоем и влияние жидкости на производительность десульфуратора;

реактор с неподвижным слоем 6, присоединенный к выходному отверстию газожидкостного сепаратора 3 и снабженный сверху выпускным отверстием очищенного газа; при этом, предпочтительно, в данном варианте осуществления изобретения имеется два реактора с неподвижным слоем, соединенных последовательно, для обеспечения бесперебойной работы в случае, если в одном из них обнаружится отклонение от заданного режима и поломка, или, в альтернативном варианте, имеется по меньшей мере два реактора с неподвижным слоем, соединенных параллельно;

испаритель мгновенного вскипания 4 в соединении с выпускным отверстием обогащенного раствора газожидкостного сепаратора 3, снабженный снизу выпускным отверстием насыщенной жидкости; при этом испаритель мгновенного вскипания 4 имеет третье разбрызгивающее устройство 15, предусмотренное в нем и расположенное рядом с выводным отверстием легких углеводородов сверху испарителя мгновенного вскипания 4;

резервуар окислительной регенерации 5 в соединении с выпускным отверстием насыщенной жидкости испарителя мгновенного вскипания 4, снабженный выпускным отверстием обедненного раствора, расположенным снизу него и в соединении с загрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем 2; при этом резервуар окислительной регенерации 5 имеет четвертое разбрызгивающее устройство 16, предусмотренное в его верхней части; и при этом резервуар окислительной регенерации 5 снабжен аэратором 8 внутри него и вентилятором подачи воздуха 7 и аэрационным насосом 9 с его наружной стороны, при этом вентилятор подачи воздуха и аэрационный насос соответственно, соединены с аэратором 8, причем аэрационный насос 9 соединен с выпускным отверстием жидкости в нижней части резервуара окислительной регенерации 5;

струйный смеситель Вентури 10, имеющий выпускное отверстие, присоединенное к впускному отверстию суспензии в верхней части резервуара окислительной регенерации 5, и дополнительно имеющий впускное отверстие десульфуратора и впускное отверстие воды;

и сепаратор жидкой и твердой фаз (не показанный на чертежах) в соединении с выпускным отверстием насыщенной жидкости, расположенным в нижней части резервуара окислительной регенерации 5, снабженный выпускным отверстием воды, которое, соответственно, соединено с впускным отверстием воды каждого из следующих: первого разбрызгивателя, третьего разбрызгивателя, четвертого разбрызгивателя и струйного смесителя Вентури 10.

В качестве альтернативного варианта осуществления изобретения, данный вариант осуществления изобретения дополнительно содержит коагулятор 1, имеющий выходное отверстие, сообщающееся с загрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем 2.

Если встроенная система в соответствии с данным изобретением отключается, то для достижения целей очистки в реактор с суспензионным слоем 2 распыляют воду посредством первого разбрызгивающего устройства 13. Кроме того, в газожидкостный сепаратор распыляют десульфирующую суспензию посредством второго разбрызгивающего устройства 14, в испаритель мгновенного вскипания 4 распыляют воду посредством третьего разбрызгивающего устройства 15 и в резервуар окислительной регенерации 5 распыляют воду посредством четвертого разбрызгивающего устройства 16, все это служит для предотвращения накопления серы на поверхности жидкости, таким образом, все это выступает в качестве промывки.

Очевидно, что описанные выше варианты осуществления изобретения приведены только для иллюстрации и, следовательно, не являются ограничивающими данное изобретение. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что любые эквивалентные альтернативные варианты, полученные на основе данного изобретения, должны быть включены в объем правовой охраны данного изобретения.

Предложен способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя. Указанный способ включает стадию, в которой десульфирующую суспензию смешивают с сероводородсодержащим газом для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе составляло 5-60 минут, чтобы позволить десульфирующей суспензии в достаточной степени вступить в контакт и в реакцию с сероводородсодержащим газом, при этом сероводородсодержащий газ выбран из группы, состоящей из биогаза, коксового газа, попутного нефтяного газа, природного газа, нефтехимического газа или любой их смеси; и стадию, в которой вторую смесь выпускают из верхней части по меньшей мере одного реактора с суспензионным слоем, причем вторую смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения очищенного газа. Указанным способом по данному изобретению можно уменьшить содержание сероводорода в сероводородсодержащем газе с 2,4-140 г/н.м³ до 50 м.д. или менее, вследствие чего эффективность обессеривания составляет 98% или более. Способ по данному изобретению является простым и рациональным, с высокой эффективностью обессеривания и регенерации, с простым оборудованием, занимает небольшой участок земли и имеет низкий уровень капиталовложений, что очень подходит для содействия развитию промышленности. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 8 пр.

1. Способ влажного обессеривания с применением суспензионного слоя, включающий следующие стадии:

(1) десульфуратор равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, при этом десульфуратор выбран из группы, состоящей из аморфного оксид-гидроксида железа, оксида железа, гидроксида железа или любой их смеси;

(2) десульфирующую суспензию смешивают с сероводородсодержащим газом для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх по меньшей мере в один реактор с суспензионным слоем, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 5-60 минут, чтобы позволить десульфирующей суспензии в достаточной степени вступить в контакт и в реакцию с сероводородсодержащим газом;

при этом сероводородсодержащий газ выбран из группы, состоящей из биогаза, коксового газа, попутного нефтяного газа, природного газа, нефтехимического газа или любой их смеси; и

(3) вторую смесь выпускают из верхней части по меньшей мере одного реактора с суспензионным слоем, причем вторую смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения очищенного газа.

2. Способ влажного обессеривания по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (1) десульфуратор имеет размер частиц не более чем 20 мкм.

3. Способ влажного обессеривания по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что концентрация десульфуратора в десульфирующей суспензии составляет 1-5% масс.

4. Способ влажного обессеривания по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что концентрация десульфуратора в десульфирующей суспензии составляет 2-3% масс.

5. Способ влажного обессеривания по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что скорость газового потока в безнасадочной башне реактора с суспензионным слоем составляет 0,03-0,3 м/с.

6. Способ влажного обессеривания по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что скорость газового потока в безнасадочной башне реактора с суспензионным слоем составляет 0,05-0,2 м/с.

7. Способ влажного обессеривания по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что имеется один реактор с суспензионным слоем или по меньшей мере два реактора с суспензионным слоем, соединенные последовательно и/или параллельно.