СПОСОБ ОБЕССЕРИВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМБИНАЦИИ СУСПЕНЗИОННОГО СЛОЯ И НЕПОДВИЖНОГО СЛОЯ Российский патент 2019 года по МПК B01D53/52 B01D53/80 B01D53/86 C01B17/04 C10L3/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к области технологии обессеривания (десульфуризации) и, более конкретно, к высокоэффективному способу обессеривания с последовательным использованием суспензионного слоя и неподвижного 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 делится на два вида: способ сухого обессеривания и способ влажного обессеривания.

При способе сухого обессеривания и при способе регенерации после него применяют твердый адсорбент для удаления сероводорода и органической серы из газа, который 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, подходящую 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 методом составляет более 10000 тонн, и как правило, годовое количество обессеривания способом сухого обессеривания составляет 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 него, 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 распыленная охлаждающая вода 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, разделяется в устройстве для разделения газа и твердого вещества, предусмотренном снаружи от суспензионного слоя, и направляется 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 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 вблизи начального псевдоожиженного состояния, 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 неблагоприятно 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 вышеуказанного способа 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, и, кроме того, предлагается способ обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного слоя с высокой эффективностью обессеривания, с простотой процесса и с низким уровнем капиталовложений в оборудование. Указанным способом можно превращать сервоводород из сырьевого потока газа непосредственно в серу без вторичного загрязнения.

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

По одному из аспектов, в данном изобретении предложен способ обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного слоя, характеризующийся тем, что включает 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 вступить в контакт и в достаточной вступить в реакцию с сервоводородсодержащим газом;

(3) вторую смесь выпускают из верхней части реактора с суспензионным слоем, причем вторую смесь подвергают газожидкостному разделению и собирают газовую фазу; и

(4) газовую фазу подают в реактор с неподвижным слоем для проведения второго этапа обессеривания и 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, десульфирующая суспензия имеет концентрацию десульфуратора 1-5% масс, предпочтительно 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, 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, имеется один реактор с суспензионным слоем или по меньшей мере два реактора с суспензионным слоем, соединенные последовательно и/или параллельно.

Предпочтительно, на стадии (4) 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, способ обессеривания дополнительно включает стадию, в которой предварительно обрабатывают сероводородсодержащий газ для удаления тяжелых компонентов выше Cs перед смешиванием сероводородсодержащего газа с десульфирующей суспензией на стадии (2).

Предпочтительно, способ обессеривания дополнительно включает стадию, в которой обогащенный раствор, полученный при газожидкостном разделении, 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, количество фактического потребления кислородсодержащего газа в 5-15 раз превышает количество теоретического потребления, причем регенерация длится в течение 30-60 минут.

Если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300% или более, то предпочтительно, по меньшей мере часть обогащенного раствора заменяют на свежую десульфирующую суспензию; 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 выпускают, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги.

Реактор с суспензионным слоем по данному изобретению выбран полой трубчатой структуры, работающий при полном заполнении, без контроля уровня жидкости.

Техническое решение по данному изобретению имеет следующие преимущества:

1. Способ обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного слоя по данному изобретению 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 десульфирующая суспензия контактирует и в достаточной степени 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-жидко-твердой смеси; и стадию, в которой вторую смесь подвергают газожидкостному разделению для получения обогащенного раствора и газовой фазы, причем газовую фазу подают в реактор с неподвижным слоем для проведения второго этапа обессеривания и 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, таким образом, эффективность обессеривания суспензионного слоя составляет 98% или более. В совокупности с неподвижным слоем содержание серы можно дополнительно уменьшить до менее чем 10 м.д. Данное изобретение обеспечивает высоэффективное обессеривание посредством объединения первичного обессеривания в суспензионном слое с глубоким обессериванием в неподвижном слое, соединенных последовательно. Таким образом, способ по данному изобретению является простым и рациональным, с высокой эффективностью обессеривания, с простым оборудованием, занимает небольшой участок земли и имеет низкий уровень капиталовложений, что очень подходит для содействия развитию промышленности

2. Для способа обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного слоя 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, следовательно, данное изобретение имеет низкий уровень капиталовложений и низкую стоимость эксплуатации.

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

Указанные 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 использованием оксид-гидроксида железа имеет важную особенность, а именно: H₂S удаляют не в молекулярном виде посредством оксид-гидроксида железа. 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 (О^2-) и структурным гидроксилом (ОН^-) в оксид-гидроксиде железа.

3. Способ обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного слоя по данному изобретению включает стадию, в которой предварительно обрабатывают сероводородсодержащий газ для удаления тяжелых компонентов выше С₅, чтобы предотвратить возникновение вспенивания. Вспенивание может быть вызвано введением тяжелых компонентов выше C₅ в последующую систему, таким образом, вызывая увеличение перепада давления газа в процессе регенерации, дополнительно влияя на эффективность регенерации.

4. Способ обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного слоя по данному изобретению, включающий стадию, в которой обогащенный раствор подвергают однократному испарению для удаления содержащихся в нем легких углеводородов, таким образом, предотвращающая опасность пожара или взрыва, которые могут быть вызваны из-за введения легких углеводородов в процесс окислительной регенерации.

5. Способ обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного слоя 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, таким образом, обеспечивают 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, таким образом, снижается стоимость обессеривания, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения 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 осуществления какой-либо творческой работы, при этом:

На Фиг. 1 проиллюстрирована блок-схема последовательности операций по варианту осуществления изобретения 3, изображающая способ обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного 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 может пониматься в зависимости от реальной ситуации. Кроме того, технические характеристики, описанные в различных вариантах осуществления данного изобретения, описанных ниже, могут быть объединены друг с другом, 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 обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного 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 из верхней части 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 составляет 5 минут, вследствие чего биогаз контактирует и в достаточной степени вступает в реакцию с десульфирующей суспензией в двух реакторах с суспензионным слоем, соединенных последовательно;

(3) трехфазную газо-жидко-твердую смесь выпускают с верха второго реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают газожидкостному разделению для получения газовой фазы и обогащенного раствора, при этом определили, что содержание H₂S в газовой фазе составляет 45 м.д., а эффективность обессеривания составила 99,6%;

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

Вариант осуществления изобретения 2

Способ обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного 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, имеющем скорость 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 вступить в контакт и в достаточной степени вступить в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-жидко-твердую смесь выпускают с верха реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают газожидкостному разделению для получения обогащенного раствора и газовой фазы, при этом определили, что содержание H₂S в газовой фазе составляет 50 м.д., а эффективность обессеривания составила 98%;

(4) газовую фазу подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный имеющим магнитные свойства оксидом железа в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 6 м/с, и для получения очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составляет 3 м.д.

Вариант осуществления изобретения 3

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, способ обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного 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, вьшущенный 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-жидко-твердую смесь выпускают с верха реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают газожидкостному разделению 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, и 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 того, чтобы подвергнуть его реакции с воздухом в течение 55 минут, причем для получения обедненного раствора, вводимое в процессе реакции количество воздуха в 11 раз больше его теоретического расходного количества, 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 обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного 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, - 108 г/н.м³, подают в коалесцирующий резервуар для того, чтобы удалить тяжелые компоненты выше С₅, и смешивают попутный нефтяной газ, выпущенный из коалесцирующего резервуара, 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 0,05 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 20 минут, вследствие чего попутный нефтяной газ контактирует и в достаточной степени вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-жидко-твердую смесь выпускают с верха реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают газожидкостному разделению, 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, и 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 того, чтобы подвергнуть его реакции с воздухом в течение 50 минут для осуществления регенерации с получением обедненного раствора, причем вводимое в процессе реакции количество воздуха в 15 раз больше его теоретического расходного количества, 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 обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного 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 C₅, 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 контактирует и в достаточной степени вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-жидко-твердую смесь выпускают с верха реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают газожидкостному разделению, 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 оксидом цинка в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 5 м/с, и 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, затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для того, чтобы подвергнуть его реакции с воздухом в течение 60 минут для получения обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 13 раз выше его теоретического расходного количества, при этом эффективность регенерации составляет 81%; после этого 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 обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного 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 контактирует и в достаточной степени вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-жидко-твердую смесь выпускают с верха реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают газожидкостному разделению, 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 оксидом меди в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 10 м/с, и 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, затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для того, чтобы подвергнуть его реакции с воздухом в течение 35 минут для получения обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 8 раз выше его теоретического расходного количества, при этом эффективность регенерации составляет 65%; после этого 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 обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного 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 контактирует и в достаточной степени вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-жидко-твердую смесь выпускают с верха реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают газожидкостному разделению, 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, и 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, затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для того, чтобы подвергнуть его реакции с воздухом в течение 30-40 минут для получения обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 5 раз выше его теоретического расходного количества, при этом эффективность регенерации составляет 80%; после этого 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, 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 минут; 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 через первое разбрызгивающее устройство 13. Кроме того, в газожидкостный сепаратор 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 служит для предотвращения накопления серы на поверхности жидкости, таким образом, все это выступает в качестве промывки.

Очевидно, что приведенные 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 может быть использовано при глубокой переработке угля, при разработке месторождений нефти и газа, в нефтепереработке и в нефтехимическом производстве. При проведении процесса обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного слоя десульфуратор равномерно смешивают с водой с получением десульфирующей суспензии. Десульфуратор имеет размер частиц не более 20 мкм и выбран из группы, состоящей из аморфного оксид-гидроксида железа, оксида железа, гидроксида железа или любой их смеси. Концентрация десульфуратора в десульфирующей суспензии составляет 1-5% мас. Десульфирующую суспензию смешивают с сероводородсодержащим газом для получения первой смеси, которую пропускают снизу вверх по меньшей мере в одном реакторе с суспензионным слоем. При этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 5-60 минут. Из верхней части реактора с суспензионным слоем выпускают вторую смесь, подвергают ее газожидкостному разделению и собирают газовую фазу. Газовую фазу подают в реактор с неподвижным слоем для проведения второго этапа обессеривания с получением очищенного газа. Реактор с неподвижным слоем содержит десульфуратор. Изобретение позволяет уменьшить содержание серы в сероводородсодержащем газе. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 8 пр.

1. Способ обессеривания с применением комбинации суспензионного слоя и неподвижного слоя, включающий следующие стадии:

(1) десульфуратор равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, причем десульфуратор имеет размер частиц не более 20 мкм, при этом десульфуратор выбран из группы, состоящей из аморфного оксид-гидроксида железа, оксида железа, гидроксида железа или любой их смеси, причем концентрация десульфуратора в десульфирующей суспензии составляет от 1 % масс. до 5% масс.;

(2) десульфирующую суспензию смешивают с сероводородсодержащим газом для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх по меньшей мере в одном реакторе с суспензионным слоем, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 5-60 минут, с тем, чтобы обеспечить контакт и реакцию с сероводородсодержащим газом;

(3) вторую смесь выпускают из верхней части реактора с суспензионным слоем, причем вторую смесь подвергают газожидкостному разделению и собирают газовую фазу; и

(4) газовую фазу подают в реактор с неподвижным слоем для проведения второго этапа обессеривания с получением очищенного газа, при этом реактор с неподвижным слоем содержит десульфуратор.

2. Способ обессеривания по п. 1, отличающийся тем, что концентрация десульфуратора в десульфирующей суспензии составляет 2-3% масс.

3. Способ обессеривания по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что сероводородсодержащий газ выбран из группы, состоящей из биогаза, коксового газа, попутного нефтяного газа, природного газа, нефтехимического газа или любой их смеси.

4. Способ обессеривания по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что скорость газового потока в безнасадочной башне реактора с суспензионным слоем составляет 0,03-0,3 м/с, предпочтительно 0,05-0,2 м/с.

5. Способ обессеривания по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что включает применение одного реактора с суспензионным слоем или

по меньшей мере двух реакторов с суспензионным слоем, соединенных последовательно и/или параллельно.

6. Способ обессеривания по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что на стадии (4) десульфуратор, содержащийся в реакторе с неподвижным слоем, выбран из группы, состоящей из аморфного оксид-гидроксида железа, оксида железа, гидроксида железа, оксида меди, оксида цинка и любой их смеси.

7. Способ обессеривания по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что скорость потока газа в реакторе с неподвижным слоем составляет от 1 м/с до 20 м/с.