КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА МОКРОЙ ДЕСУЛЬФУРАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЗВЕШЕННОГО СЛОЯ И РЕГЕНЕРАЦИИ Российский патент 2019 года по МПК B01D53/83 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к области технологии обессеривания (десульфуризации) и, более конкретно, к встроенной системе влажного обессеривания с применением суспензионного слоя и регенерации обогащенного раствора.

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 способов 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 1950x 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 CN 1307926А 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 вышеуказанном способе, 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 существующей системы обессеривания и регенерации, а также в данном изобретении предложена встроенная система влажного обессеривания с применением суспензионного слоя и регенерации с высокой эффективностью обессеривания, с простотой процесса и с низким уровнем капиталовложений в оборудование и без вторичного загрязнения.

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

По одному из аспектов, в данном изобретении предложена встроенная система влажного обессеривания с применением суспензионного слоя и регенерации, содержащая:

реактор с суспензионным слоем, снабженный загрузочным отверстием снизу и разгрузочным отверстием сверху, причем указанный реактор с суспензионным слоем заполняют смесью десульфирующей суспензии и сероводородсодержащего газа, при этом время выдержки указанной смеси в реакторе с суспензионным слоем составляет 5-60 минут;

газожидкостный сепаратор в соединении с разгрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем, снабженный выпускным отверстием обогащенного раствора снизу и выходным отверстием сверху;

испаритель мгновенного вскипания в соединении с выпускным отверстием обогащенного раствора газожидкостного сепаратора, снабженный выпускным отверстием насыщенной жидкости снизу; и

резервуар окислительной регенерации в соединении с выпускным отверстием насыщенной жидкости испарителя мгновенного вскипания, снабженный выпускным отверстием обедненного раствора, расположенным снизу него и в соединении с загрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем.

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

Предпочтительно, десульфирующая суспензия имеет концентрацию десульфуратора 1-5% масс, предпочтительно 2-3% масс; и предпочтительно, десульфуратор имеет размер частиц не более чем 20 мкм, причем десульфуратор выбран из группы, состоящей из: аморфного оксид-гидроксида железа, оксида железа, гидроксида железа или любой их смеси.

Предпочтительно, реактор с суспензионным слоем содержит первое разбрызгивающее устройство, предусмотренное в нем и расположенное рядом с разгрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем;

газожидкостный сепаратор содержит второе разбрызгивающее устройство, предусмотренное в нем и расположенное рядом с выходным отверстием газожидкостного сепаратора;

испаритель мгновенного вскипания содержит третье разбрызгивающее устройство, предусмотренное в нем и расположенное рядом с выводным отверстием легких углеводородов сверху испарителя мгновенного вскипания; и

резервуар окислительной регенерации содержит четвертое разбрызгивающее устройство, предусмотренное в его верхней части.

Предпочтительно, встроенная система дополнительно содержит сепаратор жидкой и твердой фаз в соединении с выпускным отверстием насыщенной жидкости, расположенным в нижней части резервуара окислительной регенерации, снабженный выпускным отверстием воды, которое, соответственно, соединено с впускным отверстием воды каждого из следующих: первого разбрызгивателя, третьего разбрызгивателя и четвертого разбрызгивателя.

Предпочтительно, резервуар окислительной регенерации снабжен аэрационным устройством внутри него и вентилятором подачи воздуха и аэрационным насосом с наружной стороны, при этом вентилятор подачи воздуха и аэрационный насос, соответственно, соединены с аэрационным устройством, причем аэрационный насос также соединен с выпускным отверстием жидкости в нижней части резервуара окислительной регенерации.

Предпочтительно, встроенная система дополнительно содержит струйный смеситель Вентури, содержащий выпускное отверстие, присоединенное к впускному отверстию суспензии в верхней части резервуара окислительной регенерации, и впускное отверстие воды, присоединенное к выпускному отверстию воды сепаратора жидкой и твердой фаз.

Предпочтительно, встроенная система дополнительно содержит коагулятор, имеющий выходное отверстие, сообщающееся с загрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем.

Предпочтительно, испаритель мгновенного вскипания имеет перепад давлений 0,1-0,4 МПа.

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

В данном изобретении выбран реактор с суспензионным слоем полой трубчатой структуры, с полным рабочим циклом, без контроля уровня жидкости.

Техническое решение по данному изобретению имеет следующие преимущества:

1. Встроенная система влажного обессеривания с применением суспензионного слоя и регенерации по данному изобретению предназначена для осуществления способа, включающего следующие стадии: десульфирующую суспензию смешивают с сероводородсодержащим газом для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают в реакторе с суспензионным слоем снизу вверх, при этом десульфирующая суспензия в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с сероводородсодержащим газом в реакторе с суспензионным слоем в течение времени выдержки 5-60 минут для получения второй смеси, т.е. трехфазной газо-твердо-жидкой смеси; и вторую смесь подают в газожидкостный сепаратор для получения обогащенного раствора и очищенного газа, причем полученный обогащенный раствор последовательно подают в испаритель мгновенного вскипания и в резервуар окислительной регенерации для проведения регенерации. Встроенная система по данному изобретению является подходящей для широкого спектра сырья и позволяет обрабатывать сероводородсодержащий газ, например, биогаз, коксовый газ, нефтяной попутный газ, природный газ и нефтехимический газ, причем содержание серы в сероводородсодержащем газе можно уменьшить с 2,4-140 г/н.м³ до 50 м.д. или менее, вследствие чего эффективность обессеривания в суспензионном слое составляет 98% или более. Данное изобретение может обеспечить регенерацию отработанного десульфуратора посредством взаимодействия кислородсодержащего газа с обогащенным раствором, причем эффективность регенерации достигает 65%-83%, а обедненный раствор может быть повторно использован в качестве десульфирующей суспензии, без образования вторичного загрязнения. Таким образом, встроенная система по данному изобретению является простой и рациональной, 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. Встроенная система по данному изобретению снабжена коагулятором, соединенным с загрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем и применяемым для удаления тяжелых компонентов выше С5 для того, чтобы предотвратить вспенивание. Вспенивание может быть вызвано введением тяжелых компонентов выше С5 в последующую систему, таким образом, вызывая увеличение перепада давления газа в процессе регенерации, дополнительно влияя на эффективность регенерации.

3. Встроенная система по данному изобретению снабжена испарителем мгновенного вскипания, расположенным между выпускным отверстием обогащенного раствора газожидкостного сепаратора и резервуаром окислительной регенерации и применяемым для удаления легких углеводородов, содержащихся в обогащенном растворе, таким образом, предотвращающая опасность пожара или взрыва, которые могут быть вызваны введением легких углеводородов в процесс окислительной регенерации.

4. Встроенная система по данному изобретению снабжена струйным смесителем Вентури для приготовления десульфирующей суспензии, таким образом, обеспечивают замену по меньшей мере части обогащенного раствора на свежую десульфирующую суспензию, если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300% или более, обеспечивая, таким образом, эффективность обессеривания. Замененную часть обогащенного раствора подают в сепаратор жидкой и твердой фаз для проведения разделения твердой и жидкой фаз с получением твердой серы и жидкой фазы, при этом твердая сера, как правило, является крупнозернистой серой, которую можно продавать как готовую продукцию, таким образом, снижается стоимость обессеривания, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для использования в качестве повторно используемой дополнительной влаги, что способствует усовершенствованию использования водных ресурсов.

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 встроенная система влажного обессеривания с применением суспензионного слоя и регенерации по варианту осуществления изобретения 1, 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 «верхний», «нижний», «внутренний», «внешний» означают, что азимутальное или позиционное соотношение основывается на азимуте или позиционном соотношении, показанном на прилагаемых чертежах только с целью облегчения и упрощения описания изобретения, а не с целью указания или предположения, что упомянутые средства или элементы должны иметь конкретную ориентацию в определенной ориентации и должны быть выполнены с возможностью и работать в определенной ориентации, поэтому не могут быть истолкованы такими, что ограничивают объем данного изобретения. Термины «присоединенный к» и «соединенный с» следует понимать 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 может быть понято в зависимости от реальной ситуации. Термины «первый», «второй» и «третий» предложены только в целях описания и не должны толковаться как указывающие на или подразумевающие относительную важность. 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

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, встроенная система влажного обессеривания с применением суспензионного слоя и регенерации, предложенная в данном варианте осуществления изобретения, содержит:

реактор с суспензионным слоем 2, снабженный загрузочным отверстием снизу и разгрузочным отверстием сверху, который содержит первое разбрызгивающее устройство 13, предусмотренное в нем и расположенное рядом с разгрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем 2, при этом реактор с суспензионным слоем 2 имеет скорость газового потока в безнасадочной башне 0,05-0,2 м/с; и при этом реактор с суспензионным слоем 2 полностью заполнен смесью сероводородсодержащего газа и десульфирующей суспензии, имеющей концентрацию 2-3% масс, причем время выдержки указанной смеси в реакторе с суспензионным слоем 2 составляет 5-60 мин.; и 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 него; при этом газожидкостный сепаратор 3 содержит 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; и 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, объема циркулирующей суспензии и мощности оборудования и т.д.;

испаритель мгновенного вскипания 4, имеющий перепад давлений 0,1-0,4 МПа, в соединении с выпускным отверстием обогащенного раствора газожидкостного сепаратора 3, снабженный выпускным отверстием насыщенной жидкости снизу; при этом испаритель мгновенного вскипания 4 содержит 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 содержит 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 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, содержащий выпускное отверстие, присоединенное к впускному отверстию суспензии в верхней части резервуара окислительной регенерации 5, и дополнительно содержащий 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, и 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, содержащий выходное отверстие, сообщающееся с загрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем 2.

Описанная выше встроенная система работает следующим образом:

(1) сырьевой газ, имеющий содержание H₂S 2,4-140 г/н.м³, смешивают с десульфирующей суспензией, состоящей из аморфного оксид-гидроксида железа и воды с получением смеси, и указанную смесь пропускают в реакторе с суспензионным слоем снизу вверх, причем контролируют, чтобы время выдержки смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 5-60 минут, вследствие чего десульфирующая суспензия в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с сырьевым газом;

(2) трехфазную газо-твердо-жидкую смесь, выгруженную из реактора с суспензионным слоем, подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе уменьшается до менее чем 50 м.д., вследствие чего эффективность обессеривания достигает 98% или более;

(3) обогащенный раствор, полученный на стадии (2), подают в испаритель мгновенного вскипания для проведения однократного испарения и удаления легких углеводородов, а затем обогащенный раствор подают в резервуар для регенерации, повышают давление обогащенного раствора с использованием аэрационного насоса, смешивают раствор с воздухом из вентилятора подачи воздуха и доставляют в аэратор для аэрации и эффективного смешивания с образованием газожидкостной смеси, которую затем распыляют равномерно через струйные отверстия аэратора, вследствие чего в резервуаре окислительной регенерации достигают интенсивного обратного перемешивания, причем реакция протекает в течение 30-60 минут, при этом для получения обедненного раствора фактическое количество вводимого в процессе реакции воздуха в 5-15 раз превышает его теоретический расход, при этом эффективность регенерации составляет 65-83%; после этого повышают давление обедненного раствора посредством насоса обедненного раствора и возвращают его на стадию (1), чтобы использовать в качестве десульфирующей суспензии; при этом предпочтительно, интенсивное обратное перемешивание в резервуаре окислительной регенерации может предотвратить оседание десульфуратора и может позволить образовавшимся пузырькам свободной серы перемещаться вверх и плавать сверху резервуара окислительной регенерации, поэтому нет необходимости в дополнительном разделении;

При этом, если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300% или более, то раствор считается насыщенным и обогащенный раствор необходимо заменить на свежую десульфирующую суспензию. В данном варианте осуществления изобретения, половину обогащенного раствора в резервуаре окислительной регенерации можно заменить на свежую десульфирующую суспензию, полученную посредством струйного смесителя Вентури, затем 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. В альтернативном варианте, замену обогащенного раствора на свежую десульфирующую суспензию можно осуществлять многими способами, в зависимости от степени обессеривания, участка и простоты обработки, и, как правило, существует два способа: замена половины обогащенного раствора в резервуаре окислительной регенерации на свежую десульфирующую суспензию. При таком подходе требуется только один резервуар окислительной регенерации, поэтому преимущества способа заключаются в экономии пространства и низком уровне капиталовложений, но указанный цикл замены является коротким; замена всего обогащенного раствора в резервуаре окислительной регенерации на свежую десульфирующую суспензию. При таком подходе требуется два резервуара окислительной регенерации. Недостатки способа заключаются в большой занятости пространства и высоком уровне капиталовложений, но указанный цикл замены является длинным.

Сырьевой газ, который может быть обработан с использованием встроенной системы по данному изобретению, может быть выбран из группы, состоящей из: биогаза, коксового газа, попутного нефтяного газа, природного газа, нефтехимического газа или любой их смеси. В случае, если сырьевой газ является нефтяным попутным газом, природным газом или нефтехимическим газом, необходимо предварительно обработать сырьевой газ в коагуляторе для удаления тяжелых компонентов выше С5 перед его смешиванием с десульфирующей суспензией.

Если встроенная система в соответствии с данным изобретением отключается, то для достижения целей очистки в реактор с суспензионным слоем 2 распыляют воду через первое разбрызгивающее устройство 13. Кроме того, чтобы предотвратить накопление серы на поверхности жидкости, в газожидкостный сепаратор 3 распыляют десульфирующую суспензию через второе разбрызгивающее устройство 14, в испаритель мгновенного вскипания 4 распыляют воду через третье разбрызгивающее устройство 15 и в резервуар окислительной регенерации 5 распыляют воду через четвертое разбрызгивающее устройство 16, все это выступает в качестве промывки.

Вариант осуществления изобретения 2

Встроенная система влажного обессеривания с применением суспензионного слоя и регенерации, предложенная в данном варианте осуществления изобретения, имеет ту же схему, что и для варианта осуществления изобретения 1, за исключением того, что устройство обессеривания в данном варианте осуществления изобретения дополнительно содержит реактор с неподвижным слоем 6, присоединенный к выходному отверстию газожидкостного сепаратора 3 и снабженный выпускным отверстием очищенного газа сверху. В альтернативном варианте, данный вариант осуществления изобретения содержит два реактора с неподвижным слоем, соединенные последовательно, для обеспечения бесперебойной работы в случае, если в процессе эксплуатации в одном из них обнаружится отклонение от заданного режима и поломка. В альтернативном варианте, в других вариантах осуществления изобретения указанное устройство может содержать по меньшей мере два реактора с неподвижным слоем, соединенные параллельно.

Встроенная система по этому варианту осуществления изобретения работает следующим образом:

(1) сырьевой газ, имеющий содержание H₂S 2,4-140 г/н.м³, смешивают с десульфирующей суспензией, состоящей из аморфного оксид-гидроксида железа и воды с получением смеси, и указанную смесь пропускают в реакторе с суспензионным слоем снизу вверх, причем контролируют, чтобы время выдержки смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 5-60 минут, вследствие чего десульфирующая суспензия в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с сырьевым газом;

(2) трехфазную газо-твердо-жидкую смесь, выгруженную из реактора с суспензионным слоем, подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе уменьшается до менее чем 50 м.д., вследствие чего эффективность обессеривания достигает 98% или более.

(3) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный магнитным оксидом железа в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости газового потока в реакторе с неподвижным слоем 1-20 м/с с получением второго очищенного газа, в котором, как определили, содержание H₂S составляет менее чем 10 м.д.

(4) обогащенный раствор, полученный на стадии (2), подают в испаритель мгновенного вскипания для проведения однократного испарения и удаления легких углеводородов, а затем обогащенный раствор подают в резервуар для регенерации, повышают давление обогащенного раствора с использованием аэрационного насоса, смешивают раствор с воздухом из вентилятора подачи воздуха и доставляют в аэратор для аэрации и эффективного смешивания с образованием газожидкостной смеси, которую затем равномерно распыляют через струйные отверстия аэратора, вследствие чего в резервуаре окислительной регенерации достигают интенсивного обратного перемешивания, причем реакция протекает в течение 30-60 минут, при этом для получения обедненного раствора фактическое количество вводимого в процессе реакции воздуха в 5-15 раз превышает его теоретический расход, при этом эффективность регенерации составляет 65-83%; после этого в обедненном растворе повышают давление посредством насоса обедненного раствора и возвращают его на стадию (1), чтобы использовать в качестве десульфирующей суспензии; при этом предпочтительно, интенсивное обратное перемешивание в резервуаре окислительной регенерации может предотвратить оседание десульфуратора и может позволить образовавшимся пузырькам свободной серы перемещаться вверх и плавать сверху резервуара окислительной регенерации, поэтому нет необходимости в дополнительном разделении;

При этом, если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300% или более, то раствор считается насыщенным и обогащенный раствор необходимо заменить на свежую десульфирующую суспензию. В данном варианте осуществления изобретения, половину обогащенного раствора в резервуаре окислительной регенерации можно заменить на свежую десульфирующую суспензию, полученную посредством струйного смесителя Вентури, затем 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.

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.

Изобретение относится к области технологии обессеривания (десульфуризации). Предложена встроенная система влажного обессеривания с применением суспензионного слоя и регенерации. Система содержит реактор с суспензионным слоем, газожидкостный сепаратор, испаритель мгновенного вскипания и резервуар окислительной регенерации, которые соединены последовательно. Эффективность обессеривания составляет 98% или более. Данное изобретение предназначено для осуществления регенерации отработанного десульфуратора посредством взаимодействия кислородсодержащего газа с обогащенным раствором, причем обедненный раствор может быть повторно использован в качестве десульфирующей суспензии без образования вторичного загрязнения. Предложенный способ с применением встроенной системы 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 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Встроенная система влажного обессеривания с применением суспензионного слоя и регенерации, содержащая:

реактор с суспензионным слоем, снабженный загрузочным отверстием снизу и разгрузочным отверстием сверху, причем указанный реактор с суспензионным слоем заполняют смесью десульфирующей суспензии и сероводородсодержащего газа, при этом время выдержки указанной смеси в реакторе с суспензионным слоем составляет 5-60 минут;

газожидкостный сепаратор в соединении с разгрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем, снабженный выпускным отверстием обогащенного раствора снизу и выходным отверстием сверху;

испаритель мгновенного вскипания в соединении с выпускным отверстием обогащенного раствора газожидкостного сепаратора, снабженный выпускным отверстием насыщенной жидкости снизу; и

резервуар окислительной регенерации в соединении с выпускным отверстием насыщенной жидкости испарителя мгновенного вскипания, снабженный выпускным отверстием обедненного раствора, расположенным снизу него и в соединении с загрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем.

2. Встроенная система по п. 1, отличающаяся тем, что реактор с суспензионным слоем имеет скорость газового потока в безнасадочной башне 0,03-0,3 м/с, предпочтительно 0,05-0,2 м/с.

3. Встроенная система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что десульфирующая суспензия имеет концентрацию десульфуратора 1-5% мас., предпочтительно 2-3% мас.

4. Встроенная система по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что

реактор с суспензионным слоем содержит первое разбрызгивающее устройство, предусмотренное в нем и расположенное рядом с разгрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем;

газожидкостный сепаратор содержит второе разбрызгивающее устройство, предусмотренное в нем и расположенное рядом с выходным отверстием газожидкостного сепаратора;

испаритель мгновенного вскипания содержит третье разбрызгивающее устройство, предусмотренное в нем и расположенное рядом с выводным отверстием легких углеводородов сверху испарителя мгновенного вскипания; и

резервуар окислительной регенерации содержит четвертое разбрызгивающее устройство, предусмотренное в его верхней части.

5. Встроенная система по п. 4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит сепаратор жидкой и твердой фаз в соединении с выпускным отверстием насыщенной жидкости, расположенным в нижней части резервуара окислительной регенерации, и снабженный выпускным отверстием воды, которое соединено с впускным отверстием воды каждого из следующих: первого разбрызгивателя, третьего разбрызгивателя и четвертого разбрызгивателя соответственно.

6. Встроенная система по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что резервуар окислительной регенерации снабжен аэрационным устройством внутри него и вентилятором подачи воздуха и аэрационным насосом с наружной стороны, при этом вентилятор подачи воздуха и аэрационный насос соответственно соединены с аэрационным устройством, причем аэрационный насос соединен с выпускным отверстием жидкости, расположенным в нижней части резервуара окислительной регенерации.

7. Встроенная система по п. 6, отличающаяся тем, что дополнительно содержит струйный смеситель Вентури, содержащий выпускное отверстие, присоединенное к впускному отверстию суспензии, расположенному в верхней части резервуара окислительной регенерации, и впускное отверстие воды, присоединенное к выпускному отверстию воды сепаратора жидкой и твердой фаз.

8. Встроенная система по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что дополнительно содержит коагулятор, содержащий выходное отверстие, сообщающееся с загрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем.

9. Встроенная система по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что испаритель мгновенного вскипания имеет перепад давлений 0,1-0,4 МПа.

10. Встроенная система по любому из пп. 1-9, отличающаяся тем, что устройство обессеривания содержит

один реактор с суспензионным слоем или

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

11. Встроенная система влажного обессеривания с применением суспензионного слоя и регенерации, содержащая:

реактор с суспензионным слоем, снабженный загрузочным отверстием снизу и разгрузочным отверстием сверху;

газожидкостный сепаратор в соединении с разгрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем, снабженный выпускным отверстием обогащенного раствора снизу и выходным отверстием сверху;

испаритель мгновенного вскипания в соединении с выпускным отверстием обогащенного раствора газожидкостного сепаратора, снабженный выпускным отверстием насыщенной жидкости снизу; и

резервуар окислительной регенерации в соединении с выпускным отверстием насыщенной жидкости испарителя мгновенного вскипания, снабженный выпускным отверстием обедненного раствора, расположенным снизу него и в соединении с загрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем.