СПОСОБ РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА НА ВОДОРОД И СЕРУ Российский патент 2019 года по МПК C01B17/05 B01J19/08 

СПОСОБ РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА НА ВОДОРОД И СЕРУ

Заявляемое техническое решение относится к области химии, а именно к способам разложения сероводорода, и может применяться для производства водорода и элементарной серы из сероводорода, а также при подготовке нефти и попутных нефтяных газов.

Известен «СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА» по патенту РФ на изобретение № 2505344 от 27.07.2012, дата публикации 27.01.2014, МПК B01D 53/14, C01B 17/04, включающий подачу очищаемых от сероводорода газов в зону абсорбции при встречном движении их с абсорбентом, а воздуха - в зону регенерации в количестве, обеспечивающем отношение парциальных объемов кислорода воздуха и сероводорода в газах в диапазоне 0,5ч25:1, отбор очищенных газов из верхней части зоны абсорбции, а серы - из нижней зоны регенерации, при этом вместе с очищаемыми газами в зону абсорбции подают воздух в количестве, обеспечивающем соотношение парциальных объемов кислорода воздуха к сероводороду газов 0,05ч0,75:1, причем суммарный объем подаваемого воздуха в зоны абсорбции и регенерации обеспечивает соотношение парциальных объемов кислорода воздуха к сероводороду, не превышающее первоначальное.

Также известен «СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА С ПОЛУЧЕНИЕМ ВОДОРОДА И СЕРЫ» по патенту РФ на изобретение №2600375 от 13.08.2015, дата публикации 20.10.2016, МПК C01B 17/04, включающий пропускание сероводорода через слой катализатора, при этом сероводород пропускают при температуре 0-35°C через слои катализатора и сорбента серы, загруженные в последовательно установленные модули, причем в качестве катализатора используют стружку нержавеющей стали толщиной 0,1-0,2 мм и длиной 1,5-5,5 мм, а количество модулей с катализатором и сорбентом серы составляет 6-12, при этом образующуюся в последнем модуле газовую смесь пропускают через раствор этаноламина для очистки водорода от остатков сероводорода с последующей десорбцией сероводорода из раствора этаноламина, а десорбцию серы с сорбента серы проводят азотом при температуре 140-160°C.

Наиболее близким по технической сути является «ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТНОЙ СЕРЫ ИЗ СЕРОВОДОРОДА В ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЯХ» по патенту РФ на изобретение №2516480 от 03.07.2012, дата публикации 10.01.2014, МПК C01B 17/04, C25B 1/00, включающий проведение электролиза сероводорода на платиновом аноде в органическом растворителе, в присутствии фонового электролита, при температуре 20-25°С и атмосферном давлении, при этом предварительно перед проведением электролиза сероводорода в органический растворитель вносят триэтиламин.

Описанное в прототипе решение технологически сложно в реализации, требует применения дорогостоящей и труднодоступной платины, фонового электролита, а также устройств для его терморегуляции.

Задачей настоящего технического решения является создание нового технологичного в реализации способа разложения сероводорода на водород и серу.

Поставленная задача решена за счет способа разложения сероводорода на водород и серу включающего двухступенчатую диссоциацию сероводорода в растворе, при этом вторичную диссоциацию сероводорода с образованием водорода и серы проводят в растворе с водой, обработанной магнитным полем; выделившиеся в результате вторичной диссоциации атомы серы кристаллизуют в элементарную серу при ламинарном течение раствора; магнитным полем обрабатывают воду перед приготовлением водного раствора сероводорода или магнитным полем обрабатывают водный раствор сероводорода; воду для раствора или водный раствор обрабатывают магнитным полем таким образом, чтобы обрабатываемая жидкость проходила через встречные потоки магнитных силовых линий.

Способ разложения сероводорода на водород и серу осуществляют следующим образом.

Исходный сероводород растворяют в воде, например, при помощи водогазового смесителя. Сероводород в водном растворе проходит первую ступень диссоциации. В результате первичной диссоциации сероводорода образуются ионы водорода и гидросульфид ионы. Получившийся водный раствор обрабатывают магнитным полем таким образом, чтобы обрабатываемая жидкость проходила через встречные потоки магнитных силовых линий. Обработку воды магнитным полем могут осуществлять также до введения в нее сероводорода. На основании данных, полученных в ходе экспериментов, обработка водного раствора сероводорода или воды для приготовления раствора магнитным полем обеспечивает возможность второй ступени диссоциации сероводорода, невозможную в обычных условиях. После обработки водного раствора магнитным полем проходит вторая ступень диссоциации, в результате которой образуются ионы водорода и ионы серы. Кристаллизацию серы из раствора проводят в кристаллизаторе. Для образования и выпадения кристаллов атомарной серы обеспечивают ламинарное течение раствора. Отделение серы от раствора опционально осуществляют механическим способом, например, при помощи сетчатых фильтров. Очищенную воду направляют к началу цикла.

Процесс двухступенчатой диссоциации сероводорода можно описать следующим образом.

Первая ступень диссоциации: .

Вторая ступень диссоциации: .

Заявленный способ прост в реализации, позволяет осуществлять разделение с применением малого количества простого и доступного оборудования.

Пример осуществления способа разложения сероводорода при удалении сероводорода из водонефтяной эмульсии.

Водонефтяную эмульсию содержащую сероводород в растворенном виде, смешивают, в случае необходимости, с дополнительным количеством воды предварительно обработанной магнитным полем, так чтобы содержание свободной воды в отстоянных пробах было более 30%. Затем эмульсию направляют в смеситель, где сероводород растворяется в дополненной воде. Характер течения жидкости в смесителе определяют исходя из процентного соотношения воды и нефти, и поддерживают на таком уровне, чтобы смешение воды и сероводорода было максимальным, а образование новых устойчивых водонефтяных эмульсий не происходило или минимизировалось. Затем данную смесь направляют на дополнительную обработку магнитным полем так, чтобы линии течения потока эмульсии пересекали как можно больше встречных линий магнитного поля. После обработки эмульсию направляют в кристаллизатор серы, где поддерживается ламинарное течение жидкости, необходимое для кристаллизации отделившихся при диссоциации атомов серы в элементарную серу. После чего смесь элементарной серы и водонефтяной эмульсии направляют в сероуловитель, где происходит отделение серы от водонефтяной эмульсии механическим способом, например, при помощи сетчатых фильтров. Очищенная водонефтяная эмульсия направляется потребителю. На последнем этапе возможно частичное отделение воды из водонефтяной эмульсии при помощи отстойника, для последующего использования отделенной воды на первом этапе.

Пример осуществления способа разложения сероводорода при удалении сероводорода из попутных нефтяных газов

Попутные нефтяные газы, содержащие сероводород, направляют в водогазовый смеситель, где происходит смешивание с последующим растворением газов в воде. Далее водогазовую смесь направляют в дегазатор раствора, где вследствие разной степени растворимости в воде сероводорода и углеводородных газов, углеводородные газы сепарируются из раствора, а большая часть сероводорода остается растворенным в воде. Отсепарированные газы поступают в вихревой газовый сепаратор, где происходит более полная осушка газов. Собранный из дегазатора и вихревого газового сепаратора раствор обрабатывается магнитным полем так, чтобы линии течения потока раствора пересекали как можно больше встречных линий магнитного поля. После обработки водяную смесь направляют в кристаллизатор серы, где поддерживается ламинарное течение жидкости, необходимое для кристаллизации отделившихся при диссоциации атомов серы в элементарную серу. Затем смесь элементарной серы и водяного раствора направляют в сероуловитель, где происходит отделение серы от водонефтяной эмульсии механическим способом, например, при помощи сетчатых фильтров. Очищенная вода направляется к водогазовому смесителю и используется циклично.

Техническим результатом заявленного технического решения является расширение арсенала способов разложения сероводорода на водород и серу за счет способа разложения сероводорода на водород и серу включающего двухступенчатую диссоциацию сероводорода в растворе, при этом вторичную диссоциацию сероводорода с образованием водорода и серы проводят в растворе с водой, обработанной магнитным полем; выделившиеся в результате вторичной диссоциации атомы серы кристаллизуют в элементарную серу при ламинарном течение раствора; магнитным полем обрабатывают воду перед приготовлением водного раствора сероводорода или магнитным полем обрабатывают водный раствор сероводорода; воду для раствора или водный раствор обрабатывают магнитным полем таким образом, чтобы обрабатываемая жидкость проходила через встречные потоки магнитных силовых линий.

Изобретение может быть использовано при обработке нефти и попутных нефтяных газов. Способ разложения сероводорода на водород и серу включает обработку водного раствора сероводорода магнитным полем. При этом водный раствор сероводорода обрабатывают магнитным полем таким образом, чтобы обрабатываемая жидкость проходила через встречные потоки магнитных силовых линий. Выделившиеся атомы серы кристаллизуют в элементарную серу при ламинарном течении раствора. Изобретение позволяет расширить арсенал способов получения серы и водорода из сероводорода. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ разложения сероводорода на водород и серу, включающий обработку водного раствора сероводорода магнитным полем, отличающийся тем, что водный раствор сероводорода обрабатывают магнитным полем таким образом, чтобы обрабатываемая жидкость проходила через встречные потоки магнитных силовых линий.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выделившиеся атомы серы кристаллизуют в элементарную серу при ламинарном течении раствора.