способ очистки газа от сероводорода

Формула изобретения

Способ очистки газа от сероводорода путем окисления кислородом при повышенной температуре в присутствии твердого катализатора и конденсации серы из продуктов окисления, отличающийся тем, что очищаемый газ предварительно смешивают с балансовой частью газа сепарации, газовую смесь сепарируют при пониженной температуре, но не ниже температуры замерзания воды или образования газовых гидратов, с выделением водной суспензии серы, и далее очищают от сероводорода с получением очищенного газа и газа, содержащего сероводород, а на окисление подают смесь газа, содержащего сероводород, с частью газа сепарации и кислородсодержащим газом при мольном соотношении кислород:сероводород 0,35÷0,45, продукты окисления смешивают с частью водной суспензии серы и сепарируют смесь при температуре 125÷135°C с выделением жидкой серы и газа сепарации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к процессам обессеривания газов и может быть использовано в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности для очистки газов от сероводорода с одновременным получением серы.

Известен способ удаления кислотных газов, таких как сероводород и/или углекислый газ [RU № 2087181, МПК B01D 53/14, B01D 53/52, B01D 53/62, опубл. 20.08.1997 г.], включающий их абсорбцию из газообразной смеси водным раствором диметилэтаноламина с концентрацией 40-70% (абсорбентом), и последующую регенерацию отработанного водного раствора диметилэтаноламина, согласно которому газ, который подвергается обработке, подают в низ тарельчатого абсорбера, на верх которого одновременно подают абсорбент. Очищенный газ выводят с верха абсорбера. Использованный раствор, насыщенный сероводородом и/или углекислым газом, выводят из нижней части абсорбера и после сброса давления в редукционном клапане и подогрева в теплообменнике направляют в среднюю часть тарельчатой регенерационной колонны (десорбера). С низа десорбера, снабженного подогревателем, регенерированный абсорбент после охлаждения в рекуперационном теплообменнике и холодильнике регенерированного абсорбента подают циркуляционным насосом на верх абсорбера. Пары с верха десорбера охлаждают и разделяют на газ, содержащий сероводород и/или углекислый газ, выводимый с установки и конденсат, возвращаемый в качестве орошения в верхнюю часть десорбера.

Недостатком способа является необходимость использования дополнительного оборудования для утилизации кислого газа.

Наиболее близок к предлагаемому изобретению способ получения серы и способ приготовления катализатора для получения серы [RU 2405738, МПК С01В 17/04, B01J 37/02, B01J 37/08, опубл. 10.12.2010], согласно которому катализатор содержит фосфаты, или фториды, или бораты, или смесь этих солей металлов, выбранных из группы: железо, кобальт, никель, медь или их смесь, и включает гидроксильные группы в пределах 0,05-20 мкмоль/г, а газ очищают путем окисления содержащегося в газовых потоках сероводорода в серу кислородом или воздухом в присутствии гетерогенного катализатора на кремнийсодержащем носителе при температуре 180-320°С и мольном соотношении кислород:сероводород, равном 0,5-5, а перед окислением сероводорода в реакторе газовый поток пропускают при температуре 20-70°С через емкость, содержащую 0,2-1 г/л хлорида меди и 0,5-3 г/л амина в углеводородной среде.

Недостатком способа является большие энергозатраты для нагрева всего объема очищаемого газа до температуры окисления, загрязнение очищаемого газа парами углеводородов и амина, невысокий выход серы (93-95%), а также низкая селективность окисления (95-99%), приводящая к загрязнению очищенного газа диоксидом серы (1-5% на исходный сероводород).

Задачей изобретения является повышение степени очистки газа и снижение энергоемкости процесса.

При реализации способа достигается следующий технический результат:

- повышение степени очистки за счет предварительной очистки газа с получением очищенного газа и газа, содержащего сероводород, каталитического окисления сероводорода при температуре окисления и при соотношении кислород:сероводород ниже стехиометрического и рециркуляции газа с пониженной концентрацией сероводорода в очищаемый газ,

- снижение энергоемкости процесса за счет предварительного выделения газа, содержащего сероводород, и соответствующего уменьшения объема газа, подвергаемого окислению.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, согласно которому газ очищают путем окисления кислородом при повышенной температуре в присутствии твердого катализатора и конденсации серы из продуктов окисления, особенностью является то, что очищаемый газ предварительно смешивают с балансовой частью газа сепарации, газовую смесь сепарируют при пониженной температуре, но не ниже температуры замерзания воды или образования газовых гидратов, с выделением водной суспензии серы, и далее очищают от сероводорода с получением очищенного газа и газа, содержащего сероводород, а на окисление подают смесь газа, содержащего сероводород, с частью газа сепарации и кислородсодержащим газом при мольном соотношении кислород:сероводород 0,35÷0,45, продукты окисления смешивают с частью водной суспензии серы и сепарируют смесь при температуре 125÷135°С с выделением жидкой серы и газа сепарации.

Предварительное смешение очищаемого газа с балансовой частью газа сепарации, сепарация газовой смеси с выделением водной суспензии серы при пониженной температуре, но не ниже температуры замерзания воды или образования газовых гидратов, позволяет сконденсировать реакционную воду и очистить смесь газов от аэрозоля и паров серы.

Подача на окисление смеси газа, содержащего сероводород, с кислородсодержащим газом при мольном соотношении кислород:сероводород 0,35÷0,45:1 (меньшем, чем стехиометрическое соотношение 0,5:1) и частью газа сепарации, позволяет за счет проведения окисления при недостатке кислорода предотвратить образование диоксида серы. Увеличение соотношения кислород: сероводород свыше 0,45 приводит к появлению в продуктах реакции диоксида серы, загрязняющего очищаемый газ, а снижение ниже 0,35 приводит к возрастанию циркуляции сероводорода и увеличению нагрузки на стадию очистки газа. Расход теплоты реакции окисления на нагрев рециркулируемой части газа сепарации позволяет проводить процесс окисления в оптимальных температурных условиях и исключить образование диоксида серы.

Смешение продуктов окисления с частью водной суспензии серы и сепарация смеси при температуре 125÷135°С с выделением жидкой серы и газа сепарации позволяет сконденсировать серу путем прямого охлаждения испаряющейся водой с одновременной конденсацией паров серы на каплях воды и частицах серы без использования металлоемких поверхностных конденсаторов серы.

Способ осуществляется следующим образом. Очищаемый сероводородсодержащий газ (I) смешивают с балансовой частью газа сепарации (II), сепарируют в охлаждаемом сепараторе 1 с выделением суспензии серы (III) и сероводородсодержащей смеси газов (IV), которую направляют на блок очистки от сероводорода 2, где получают газ, содержащий сероводород (V), и очищенный газ (VI), который выводят с установки. Газ, содержащий сероводород (V) смешивают с кислородсодержащим газом (например, воздухом) (VII) при мольном соотношении кислород:сероводород 0,35÷0,45, и рециркулируемой частью газа сепарации (VIII), и направляют на блок прямого каталитического окисления 3, сероводород селективно окисляют до серы. Продукты окисления (IX), содержащие пары серы, реакционной воды и непрореагировавший сероводород, смешивают с частью водной суспензией серы (X), подаваемом в количестве, которое обеспечивает поддержание температуры смеси 125÷135°С, жидкую серу (XI) отделяют в сепараторе 4 и выводят с установки. Часть газа сепарации (VIII) направляют на смешение с кислым газом (V), а балансовую часть (II) направляют в поток сероводородсодержащего газа (I). Балансовую часть водной суспензии серы (XII) фильтруют (на схеме не показано), воду выводят с установки.

Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером.

Пример 1. Углеводородный газ состава, % об.: кислород 0,03, азот 11,40, углекислый газ 0,28, метан 73,3, этан 5,89, пропан 4,15, н-бутан 1,40, изобутан 1,10, изопентан 0,73, пентан и выше отс., сероводород 1,72, с влажностью, соответствующей точке росы 25°С и расходом 10 л/мин смешивают с балансовой частью газа сепарации, при 35°С сепарируют водную суспензию серы и подвергают аминовой очистке 50% водным раствором метилдиэтаноламина с получением очищенного газа и кислого газа с концентрацией сероводорода 92% об. (в расчете на осушенный газ). Кислый газ смешивают с 0,27 л/мин воздуха, что обеспечивает соотношение кислород:сероводород около 0,35:1, далее смешивают с 2,0 л/мин рециркулируемой части газа сепарации и при температуре 250-300°С в присутствии 200 см³ гранулированного катализатора ИКТ-27-42 (ТУ 6-68-205-03) окисляют сероводород до серы. Газообразные продукты реакции смешивают с водной суспензией серы при 130°С, жидкую серу отделяют, а газ сепарации частично рециркулируют, подавая на смешение с кислым газом, а балансовое количество подают на смешение с сероводородсодержащего газом.

Состав очищенного газа в расчете на осушенный газ: кислород отс., азот 11,62, углекислый газ 0,29, метан 74,6, этан 5,98, пропан 4,23, н-бутан 1,41, изобутан 1,12, изопентан 0,74, сероводород 0,0003, диоксид серы - отс. В течение 30 мин с момента установления стационарного режима получено 7,35 г серы.

Из примера следует, что предлагаемый способ позволяет эффективно очищать углеводородный газ от сероводорода с получением жидкой серы и может быть использован в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности.