Способ электрохимической очистки попутного нефтяного газа от серосодержащих соединений Российский патент 2023 года по МПК B01D53/48 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области химических технологий, а именно к способам очистки попутного нефтяного газа от серосодержащих соединений, основанное на химической адсорбции раствором гидроксида натрия и далее, десорбцией примесей серной кислотой с их циклической регенерацией, которое может быть использовано при сероочистке попутного нефтяного газа для улучшения его химического состава перед сжиганием или химической переработкой.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ очистки природного газа от серы и сероводорода по патенту на изобретение РФ № 2521058 опуб. 27.06.2014, включающий контактирование природного газа с поглотителем и последующей регенерацией отработанного поглотителя продувкой кислородом воздуха, отличающейся тем, что в качестве поглотителя используют расплав черновой меди при температуре 1225-1350 °C. К недостаткам указанного способа относятся высокие энергетические затраты и необходимость утилизации диоксида серы.

Известен способ очистки попутного нефтяного газа от сероводорода по патенту на изобретение РФ № 2552445 опуб. 10.06.2015 при котором сероводород окисляют кислородом или воздухом при мольном соотношении кислород : сероводород, равном 0,5-5,0, в реакторе с неподвижным или кипящим слоем гетерогенного катализатора, содержащим 0,5-10 мас. % комплексного соединения формулы MgCl₂·AlCl₃·3Et₂O на активном угле при температуре 130-200 °С. К недостаткам данного способа можно отнести необходимость использования катализатора с протеканием процесса при высокой температуре, требующей дополнительных энергетических затрат.

Известен способ очистки углеводородсодержащего газа от серосодержащих соединений по патенту на изобретение РФ № 2757332 опуб. 13.10.2021, в котором осуществляют в электрохимическом реакторе электролиз раствора электролита, содержащего воду, серную кислоту и ионы Pb²⁺, Pb⁴⁺, изменяют степень окисления ионов, смешивают углеводородсодержащее сырьё с раствором электролита, окисляют серосодержащие соединения ионами Pb2+, Pb4+ и отделяют раствор электролита, содержащий окисленные серосодержащие соединения, от очищаемого углеводородсодержащего сырья. Недостатком способа является сложность осуществления процесса, связанная с необходимостью отслеживания допустимого расходования осадков сульфата свинца на поверхностях электродов и сменой полярности на электродах реактора.

Наиболее близким способом к предлагаемому можно принять способ очистки попутного нефтяного газа от сероводорода по патенту на изобретение РФ № 2385759 опуб. 10.04.2010, который заключается в нейтрализации сероводорода путем смешивания газа с жидким поглотительным раствором - абсорбентом, содержащим в качестве химического реагента гидроксиды металлов I, II группы или их смеси, а в качестве катализатора окисления фталоцианиновый комплекс кобальта, и последующей регенерации отработанного раствора путем смешивания его с воздухом. К недостаткам данного способа относятся сложный многокомпонентный состав поглотительного раствора и необходимость утилизации отработанного раствора посредством его закачки в пласт.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в расширении арсенала технических средств, предназначенных для очистки попутного нефтяного газа от серосодержащих соединений. Достигаемый при решении указанной технической проблемы технический результат состоит в электрохимической очистке попутного нефтяного газа с циклическим восстановлением реагента и дополнительным получением пригодных для использования химических веществ.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что попутный газ с примесями серосодержащих соединений и диоксида углерода смешивают на молекулярном уровне с раствором гидроксида натрия в газо-жидкостном эжекторе, а не барботажем при прохождении насадочной колонны абсорбера, как в прототипе, после чего смесь пропускают через реактор первичной десульфуризации, где отделяют очищенный попутный газ и полученный при смешении раствор смеси сульфида, карбоната и тиолятов натрия. Очищенный попутный газ удаляется из реактора для его последующего использования, а раствор смеси сульфида, карбоната и тиолятов натрия смешивают с серной кислотой и подают в регенератор, где отделяют диоксид углерода, сероводород, тиолы от раствора сульфата натрия. Далее сульфат натрия подают в мембранную электрохимическую ячейку, где подвергают электролизу с разделением на католит в виде раствора гидроксида натрия и анолит в виде раствора серной кислоты, удаляют водород и кислород, образуемые в двух различных отделах мембранной электрохимической ячейки, после чего католит смешивают повторно с неочищенным попутным газом, а анолит - с раствором карбонатов, тиолятов, сульфидов натрия из реактора и получают сульфат натрия, который снова подают в мембранную электрохимическую ячейку. При этом водород, получаемый при электролизе в прикатодном пространстве мембранной электрохимической ячейки компримируется, или смешивается с очищенным попутным нефтяным газом, или используется в качестве технологического энергоносителя, а кислород, получаемый при электролизе в прианодном пространстве мембранной электрохимической ячейки компримируется и (или) используется в качестве окислителя сероводорода и тиолов, поступающих из реактора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предложенный способ очистки попутного нефтяного газа от серосодержащих соединений поясняется чертежом.

На чертеже показана схема установки для очистки углеводородсодержащего газа от серосодержащих соединений, которая содержит:

1 – реактор первичной десульфуризации;

2, 6, 9 – каплеуловители;

3 – эжектор попутного нефтяного газа;

4 – ячейка электрохимической обработки;

5 – реактор-дегазатор анолита;

7 – эжектор;

8 – регенератор сульфата натрия;

10 – электроплазмохимический десульфуратор;

11 – источник высокого напряжения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующим примером.

ПРИМЕР.

Неочищенный попутный нефтяной газ и раствор гидроксида натрия подаются по трубопроводам в эжектор попутного нефтяного газа 3, где они смешиваются на молекулярном уровне и далее поступают в реактор первичной десульфуризации 1. Некоторый избыток реагента, поддерживаемый при рН 8…10, при таком смешении с неочищенным попутным нефтяным газом обеспечивает максимальную скорость следующих реакций, протекающих в реакторе первичной десульфуризации 1:

В результате нефтяной газ очищается от примесей и образуется раствор смеси сульфида, карбоната и тиолятов натрия. Очищенный попутный нефтяной газ проходит через каплеуловитель 2, где происходит отделение микрочастиц и конденсация паров воды, и подается для дальнейшего использования, а раствор полученных солей смешивается в эжекторе 7 с раствором серной кислоты и поступает в регенератор сульфата натрия 8. Регенерация сульфата натрия проходит по следующим реакциям:

Далее раствор сульфата натрия поступает в электрохимическую ячейку 4 с молекулярной мембраной, где в прикатодном пространстве электрохимической ячейки 4 происходит электролиз с выделением водорода и получением повышенной концентрации раствора гидрата окиси натрия. Выделенный водород из электрохимической ячейки 4 отбирается для его дальнейшего использования, а раствор гидрата окиси натрия подается в эжектор попутного нефтяного газа 3, где смешивается с неочищенным попутным нефтяным газом. В прианодном пространстве электрохимической ячейки 4 выделяются серная кислота и кислород. Выделенный в электрохимической ячейке 4 отбирается для его дальнейшего использования, а серная кислота подается в реактор-дегазатор анолита 5, где оставшийся кислород проходит через каплеуловитель 6, компримируется и направляется в регенератор сульфата натрия 8 для окисления серосодержащих соединений. Серная кислота из реактора-дегазатора анолита 5 поступает в эжектор 7, где смешивается с раствором карбонатов, тиолятов, сульфидов натрия из реактора первичной десульфуризации 1 и подается в регенератор сульфата натрия 8. Образуемый в регенераторе 8 сульфат натрия вновь поступает в электрохимическую ячейку 4, а летучие соединения из регенератора сульфата натрия 8 через каплеуловитель 9 поступают в электроплазмохимический десульфуратор 10 с источником высоковольтного напряжения 11, где происходят следующие химические реакции:

Полученная при протекании указных реакций сера также утилизируется для дальнейшего использования.

Изобретение относится к области химических технологий, а именно к способам очистки попутного нефтяного газа от серосодержащих соединений. Способ заключается в том, что попутный газ с примесями серосодержащих соединений и диоксида углерода смешивают с раствором гидроксида натрия, после чего смесь пропускают через реактор первичной десульфуризации. На данном этапе отделяют очищенный попутный газ и полученный при смешении раствор смеси сульфида, карбоната и тиолятов натрия. Очищенный попутный газ удаляется из реактора для его последующего использования, а раствор смеси сульфида, карбоната и тиолятов натрия смешивают с серной кислотой и подают в регенератор сульфата натрия, где отделяют диоксид углерода, сероводород, тиолы и раствор сульфата натрия. Далее сульфат натрия подают в мембранную электрохимическую ячейку, где подвергают электролизу с разделением на католит в виде раствора гидроксида натрия и анолит в виде раствора серной кислоты, удаляют водород и кислород, образуемые в двух различных отделах мембранной электрохимической ячейки, после чего католит смешивают повторно с неочищенным попутным газом, а анолит - с раствором карбонатов, тиолятов, сульфидов натрия из реактора и получают сульфат натрия, который снова подают в мембранную электрохимическую ячейку. Предложенный способ позволяет проводить электрохимическую очистку попутного нефтяного газа с циклическим восстановлением реагента и дополнительным получением пригодных для использования химических веществ. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Способ электрохимической очистки попутного нефтяного газа от серосодержащих соединений, отличающийся тем, что попутный газ с примесями серосодержащих соединений и диоксида углерода смешивают на молекулярном уровне с раствором гидроксида натрия и пропускают через реактор первичной десульфуризации, где отделяют очищенный попутный газ и полученный при смешении раствор смеси сульфида, карбоната и тиолятов натрия, который затем смешивают с серной кислотой и подают в регенератор сульфата натрия, где разделяют летучие соединения - диоксид углерода, сероводород, тиолы и раствор сульфата натрия, причем сульфат натрия подают в мембранную электрохимическую ячейку, где подвергают электролизу с разделением на католит в виде раствора гидроксида натрия и анолит в виде раствора серной кислоты, с отбором водорода и кислорода, после чего католит смешивают повторно с неочищенным попутным газом, а анолит - с раствором карбонатов, тиолятов, сульфидов натрия из реактора и получают сульфат натрия, который снова подают в мембранную электрохимическую ячейку.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученный водород компримируется, или смешивается с очищенным попутным нефтяным газом, или используется в качестве технологического энергоносителя.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученный кислород компримируется или используется в качестве окислителя сероводорода и тиолов, поступающих из реактора.