Способ получения газа, содержащего азот и диоксид углерода Советский патент 1992 года по МПК C01B3/38 

Изобретение относится к нефтегазопе- рерабатывакмцей промышленности и может быть использовано для получения инертного газа из сероводородсодержащего углеводородного газа.

Цель изобретения - улучшение качества восстановительного газа за счет снижения содержания в нем сероорганических соединений и снижение энергозатрат.

Пример 1. Восстановительный газ получают сжиганием сероводородсодержащего углеводородного газа (10 об.% H2S) в кипящем слое катализатора в двух ступенях; на 1-й ступени исходный сероводородсо- держащий газ в количестве 50 м3/ч подают в реактор 1-й ступени каталитического сжигания при 270-300°С с кипящим слоем катализатора, в который одновременно подают воздух в стехиометрическом соотношении к сероводороду, за счет чего достигается минимальное содержание сероводорода перед 2-й ступенью каталитического сжигания.

Каталитическое сжигание в кипящем слое катализатора на 1-й и 2-й ступенях осуществляют на алюмомагнийхромовом катализаторе, который содержит хромит магния на носителе окиси алюминия при соотношении компонентов, мас.%: хромит магния 10- 26, оксид алюминия 74-90. Обьем загрузки катализатора в реактор зависит от концентрации сероводорода в исходном газе.

VJ

ю

о о

4

Газообразные продукты 1-й ступени каталитического сжигания, осуществляемого при270-300°С, проходят через котел-утилизатор, в котором они охлаждаются с выделением серы и утилизацией тепла, затем охлаждаются с выделением серы и утилизацией тепла, затем охлаждаются в конденсаторе-холодильнике до содержания остаточной влаги 110-200 г/м3 в случае, если содержание влаги в продуктах сгорания превышает эти пределы. При содержании влаги в продуктах сгорания 1-й ступени ниже 110 г/м газ увлажняют введением дополнительного количества влаги до 1 10 г/м известными методами.

Углеводородный состав исходного газа по.сле 1-й ступени сгорания остается неизменным. Экспериментально установлено, что содержание остаточной влаги в продуктах сгорания в пределах 110-200 г/м предотвращает образование сероорганических соединений в получаемом инертном газе. Количество влаги в продуктах сгорания 1-й ступени определяют отбором пробы отсасыванием их до и после конденсатора-холодильника.и пропусканием через раствор диэтиленгликоля с последующей отгонкой поглощенной диэтиленгликолем воды и определением ее -весовым методом. Продукты сгорания 1-й ступени с содержанием влаги 110-200 г/м .направляют на 2-ю ступень сжигания в кипящем слое катализатора при 700°С и при подаче кислорода воздуха в стехиометрическом соотношении к углеводородному составу газа.

Продукты сгорания 2-й.ступени охлаждают в котле-утилизаторе с получением пара, затем в конденсаторе-холодильнике для осаждения влаги и пропускают через стружечный фильтр, который представляет собой вертикальный пустотелый цилиндрический аппарат, заполненный на высоту выходного штуцера металлической стружкой. Стружечный фильтр предназначен для снижения коррозионной способности инертного газа за счет связывания сернистого ангидрида. Температура газа на выходе из стружечного фильтра 75°С.

Содержание в полученном восстановительном газе сероводорода и сернистого ангидрида до и после фильтра определяют прибором для определения сероокиси углерода и сероуглерода.

Условия опыта:

. объем загрузки катализатора 29 кг; количество подаваемого воздуха 11,9 м3/ч; количество реакционной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 74 г/м3.

Определяют влияние изменения температуры 1-й ступени сжигания на содержание сероорганических соединений в газе. Исходные условия и результаты исследования приведены в таблице.

Как видно из таблицы, при 230°С в газе после 2-й ступени сжигания содержание, сернистых и сероорганических соединений до фильтра 80 и 30 мг/м соответственно, т.

е. при этой температуре на 1-й ступени сероводород не дожигается.

При исследовании процесса каталитического сжигания газа на 1-й ступени при температуре 250°С и содержании влаги в

продуктах сгорания 110 г/м в газе обнаружены следы сероорганических соединений. Следовательно, при этих условиях не предотвращается образование сероорганических соединений.

При исследовании процесса каталитического сжигания газа на 1-й ступени при 270, 300 и 320°С для предотвращения образования сероорганических соединений в газе в продукты сгорания 1-й ступени необходимо введение дополнительного количества влаги до ее содержания 110-200 г/м3. Проведенные опыты с содержанием влаги 150-200 г/м3 в продуктах сгорания 1-й ступени соответственно при 300 и 320°С

показали отсутствие сероорганических соединений в восстановительном газе, но это приводит к дополнительным энергозатратам. Следовательно, оптимальная температура 1-й ступени сжигания 270°С.

П р и м е р 2. Аналогично примеру 1

определяют влияние изменения-температуры от 550 до 850°С 2-й ступени сжигания на содержание сероорганических соединений. Условия опыта: температура 1-й ступейи 270°С; объем загрузки катализатора на 2-й ступени сжигания 128 кг; количество подаваемого воздуха на 2-ю ступень сжигания 1208 м /ч; количество реакционной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 74 г/м3.

Сжигание на 2-йступени при 550°С продуктов сгорания 1-й ступени приводит к образованию сероорганических соединений: до фильтра 20 мг/м3, после 18 мг/м3.

Анализ газа после сжигания при температуре 550°С продуктов сгорания 1-й ступени с содержанием влаги 110 г/м3 показывает следы сероорганических соединений.

Сжигание на 2-й ступени при 600°С продуктов сгорания 1-й ступени с содержанием влаги 130 г/м3 не предотвращает образование сероорганических соединений в получаемом газе, т. е. содержание влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 110 и

130 r/м3 не предотвращает образования сероорганических соединений.

При этих температурах сжигания 2-й ступени к тому же обнаруживаются примеси углеводородов из-за неполного сжигания углеводородного газа.

Анализ газа на наличие сероорганиче- ских соединений при содержании влаги в продуктах сгорания 1-й ступени в количестве 150-250 r/м3 и при более высоких температурах (700, 800 и 850°С показывает их отсутствие).

Следовательно, оптимальная температура сжигания на 2-й ступени 700°С, так как при 800 и 850°С большие энергозатраты.

Пример 3. Аналогично примеру 1 определяют образование сероорганических соединений при оптимальных температурах 1-й и 2-й ступеней 270 и 700°С.

Условия опыта: объем загрузки катализатора на 1-й ступени сжигания 29 кг; объем загрузки катализатора на 2-й ступени сжигания 128 кг; количество подаваемого воздуха на 1-й и 2-й ступенях сжигания 11,9 и 1208 м3/ч соответственно; количество реакционной влаги продуктов сгорания 1-й ступени 74 г/м3.

Проведение процесса при содержании остаточной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 74 r/м3 в газе, после фильтра сернистых соединений - следы, сероорганических - 22 мг/м . При введении дополнительного количества влаги в продукты сгорания 1-й ступени до содержания её 110-200 r/м3 в инертном газе сероорганических соединений не обнаружено. Эта серия опытов подтверждает правильность вывода о том, что количество влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 110-200 г/м предотвращает образование сероорганических соединений.

Л р и м е р 4. Сравнивают содержание сероорганических соединений в газе При проведении процесса двухступенчатым сжиганием углеводородного газа, содержащего 10 об. % сероводорода в кипящем слое катализатора в стационарном слое катализатора,

Условия опыта: температура 1-й ступени 270°С; температура 2-й ступени 700°С; количество катализатора на 1-й ступени сжигания 58 кг; количество катализатора на 2-й ступени сжигания 128 кг; количество подаваемого воздуха на 2-ю ступень сжигания 1208 м3/ч.

При содержании реакционной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 74 r/м3 после фильтра не содержатся сернистые соединения, т. е. они полностью уловлены стружечным фильтром, но анализом обнаружено содержание сероорганических соединений в количестве 48 мг/м3. При увеличении содержания остаточной влаги в газе до 110-250 r/м содержание сероорганических примесей изменяется в незначительной степени.

Таким образом, для предотвращения образования сероорганических соединений в инертном газе важно не только поддержание остаточной влаги в поодуктах сгорания 1-й ступени 110-200 г/м , но и проведение каталитического сжигания в кипящем слое катализатора.

П-.р и м е р 5. Аналогично примеру 1

проводят двухступенчатое каталитическое сжигание углеводородного газа, содержащего 30 об. % сероводорода.

Условия опыта; объем загрузки катализатора 1-й ступени сжигания 39,8 кг; количество подаваемого воздуха на 1-ю ступень сжигания 35,6 м /ч; количество реакционной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 192 г/м3.

Определяют образование сероорганических соединений в зависимости от температуры охлаждения продуктов сгорания.

Температуре охлаждения до 30°С содержание остаточной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени - 30 мг/м3, при этом до

фильтра на 2-й ступени сжигания содержание сернистых соединений 25 мг/м3, после фильтра - следы; содержание сероорганических соединений до фильтра 36 мг/м3, после - 35 мг/м3. При температуре охлаждения 50°С, доведя содержание остаточной влаги до 150 г/м , сероорганические соединения не обнаружены.

При 60 и 130°С и содержании влаги 192 г/м3 сероорганические соединения не

обнаружены, следовательно, при оптимальной температуре, до которой охлаждают продукты сгорания 1-й ступени, 130°С и содержании влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 192 r/м3 полностью предотвращается образование сероорганических соединений.

Пример 6. Аналогично примеру 1 проводят каталитическое сжигание углево- дородного газа с содержанием сероводорода 90 об.%.

Условия опыта: объем загрузки катализатора 1-й ступени сжигания 72,8 кг; количество воздуха, подаваемого на 1 ступень сжигания, 106,7м /ч; количество реакционной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 407 г/м3.

Определяют образование сероорганических соединений в зависимости от охлаждения продуктов сгорания.

При охлаждении продуктов сгорания 1- й ступени до 30°С и содержании остаточной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 30 г/м3 содержание в газе сероорганических соединений после фильтра 35 мг/м .

При охлаждении продуктов сгорания до 40°С и содержании остаточной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 75 г/м анализ показывает наличие сероорганических соединений 18 мг/м3. При охлаждении продуктов сгорания до 60 и 70°С с содержанием остаточной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 110 и 225 г/м соответственно в получаемом газе сероорганические соединения не обнаружены. При охлаждении продуктов сгорания до 130°С и содержание остаточной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 407 г/м3 предотвращается образование сероорганических соединений,но после 20 ч работы катализатора в газе обнаружены углеводороды и окись углерода вследствие большого количества влаги.

Таким образом, оптимальная температура охлаждения продуктов сгорания 70°С. При этих условиях обеспечивается предотвращение образования в инертном газе сероорганических соединений.

Пример 7. Аналогично примеру 1 осуществляют каталитическое сжигание углеводородного газа с содержанием сероводорода 5 об. %..

Условия опыта: объем загрузки катализатора на 1-й ступени сжигания 26 кг; количество подаваемого воздуха на 1-ю ступень сжигания 5,95 м3/ч; количество реакционной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 39 г/м3.

При содержании реакционной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 39 г/м3 в газе содержится 18 мг/м3 сероорганических соединений.

При содержании влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 75 г/м3, которое достигается введением дополнительного количества влаги, в газе содержатся сероорганические соединения в количестве 15 мг/м3, т.е. недостаточное содержание влаги в продуктах сгорания 1-й ступени способствует образованию сероорганических соединений.

При содержании влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 110-200 г/м , которое достигают введением дополнительного количества влаги, в получаемом газе сероорганические соединения отсутствуют.

Пример 8. Аналогично примеру 1 в качестве исходного газа используют углеводородный газ, содержащий 1 об.% сероводорода..

Условия опыта: объем загрузки катализатора на 1-й ступени сжигания 25 кг; количество подаваемого воздуха на 1-ю ступень сжигания 1,2 м3/ч; количество реакционной

влаги продуктов сгорания 1-й ступени сжигания 16 г/м ..

При указанных условиях опытов в восстановительном газе по результатам анализа обнаружено 18 мг/м сероорганических

0 соединений, при введении дополнительного количества влаги (доведя содержание влаги в продуктах сгорания 1-й ступени до 110 г/м3) в инертном газе сероорганические соединения отсутствуют.

5 Пример 9. Аналогично примеру 1 в качестве исходного газа используют углеводородный газ с содержанием 0,5 об.% сероводорода.

Условия опыта: объем загрузки катали0 затора на 1-й ступени сжигания 25 кг; количество подаваемого воздуха на 1-ю ступень сжигания 0,6 м3/ч; количество реакционной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 8 г/м3.

5 Пои содержании реакционной влаги 8 г/м в газе содержится 14 мг/м3 сероорганических соединений, при введении дополнительного количества влаги до 110 г/м3 предотвращается образование серооргани0 ческих соединений.

Таким образом, содержание влаги в продуктах сгорания в количестве 110 г/м предотвращает образование сероорганических соединений в инертном газе (примеры

5 8 и 9).

В известном способе при сжигании се- роводородсодержащего(0,5 об.% сероводорода) углевод родного газа без катализатора образуются сероорганиче0 ские соединения; сероокись углерода и сероуглерода.

Проведены опыты с введением воды в реактор в зону сжигания газа и в исходный газ. Из таблицы следует, что введение воды

5 в незначительной степени изменяет содержание сероорганических соединений.

Таким образом, сжигание газа без катализатора с введением воды в зону сжигания газа и в исходный газ на дает желаемого

0 результата; толы.о двухступенчатое сжигание в кипящем слое катализатора с введением воды в количестве 110-200 г/м в продукты сгорания 1-й ступени сжигания предотвращает образование сероорганиче5 ских соединений в получаемом газе.

Согласно известному способу при сжиганий сероводородсодержащего углеводородного газа, содержащего 0,1-0,5 об.% сероводорода (пример 10), после фильтра содержание сероорганических соединений

60-90 об. %, т. е. через 1 ч работы действие стружечного фильтра прекращается. По предлагаемому способу (пример 9) при содержании сероводорода 0,5 об.% в исходном газе после стружечного фильтра содержание сероорганических соединений незначительно.

Сжигание сероводородсодержащего газа, содержащего, например, 5 об.% сероводорода, приводит к тому, что стружечный фильтр быстро отрабатывается, так как увеличивается образование сероорганических соединений за счет взаимодействия сернистого ангидрида с.углеводородами. Увеличение размеров стружечного фильтра приводит к необоснованным затратам,

Использование предлагаемого способа позволит получить газ, не содержащий се- роорганические соединения в видесерооки- си углерода и сероуглерода (их наличие создает опасность отравления катализатора в процессе нефтепереработки); снизить энергозатраты за счет утилизации тепла на 1-й и 2-й ступенях каталитического сжигания сероводородсодержащего углеводородного газа с 30-50% (известный способ) до 10-25% и предотвратить загрязнение окружающей среды.

Формула изобретения Способ получения га.з, содержащего азот и диоксид углерода, включающий сжигание сероводородсодержащего углеводородного газа в смеси с воздухом при их стехиометрическом соотношении, охлаждение продуктов сгорания с выделением влаги и фильтрацию .серосодержащих примесей через слой металлической стружки, о т л и чающийся тем, что, с целью улучшения качества газа , за счет снижения содержания в нем сероорганических соединений и снижения энергозатрат, сжигание осуществляют в кипящем слое катализатора

в две ступени, причем на первой ступени при 270-300°С и стехиометрическом соотношении сероводорода и кислорода воздуха с выделением серы, на второй - при 700-800°С и стехиометрическом сортношении углеводородного газа и кислорода воздуха, причем в продуктах сгорания первой ступени поддерживают содержание влаги 110-200 г/м , при этом катализатор содержит хромит магния на носителе-оксиде ал юминия, взятые при следующем соотношении компонентов, мас.%: Хромит магния10-26

Оксид алюминия74-90.

to

11

12

Изобретение относится к нефтегазопе- рерабатывающей промышленности и может быть использовано для получения инертного газа из сероводородсодержащего углево- дородного газа. С целью улучшения качества инертного газа осуществляют двухступенчатое сжигание сероводородсодержащего углеводородного газа в кипящем слое катализатора - на 1-й ступени сжигание при 270-300°С в сТехиометриче- ском соотношении сероводорода и кислорода воздуха с выделением серы. В качестве катализатора используют хромит магния на носителе - оксиде алюминия. В полученных продуктах сгорания 1-й ступени поддерживают содержание влаги 110-200 г/м ; на 2-й ступени сжигание осуществляют при 700- 880°С в стехиометрическом соотношении углеводородного газа и кислорода воздуха. Продукты сгорания 2-й ступени .сжигания охлаждают и пропускают через стружечный фильтр. 1 табл. со |с

- Ствхиом«трии«с«ий коээффмциент.

Продолжение таблицы