способ получения носителя из минерала монтмориллонита

Формула изобретения

1. Способ получения носителя из минерала монтмориллонита для удаления сероводорода и меркаптанов углеводородов путем пропускания их через проницаемый слой носителя, отличающийся тем, что минерал, характеризующийся химической инертностью по отношению к сероводороду, меркаптанам и продуктам их реакции, подвергают прокаливанию и дроблению до размеров 4 30 меш при содержании частиц 30 меш не более 3% и таком распределении частиц по размерам, чтобы свести к минимуму падение давления углеводородов при пропускании их через слой носителя, обеспечить прочность на выдерживание слоя вышележащего материала высотой не менее 1,5 м и площадь поверхности, достаточную для создания дисперсии на поверхности каждого кубического метра не менее 144 кг оксида железа, после этого частицы увлажняют водой и перемешивают с частицами оксида железа в количестве 144 561 кг.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение сухой массы частиц оксида железа к массе воды не является существенно большим, чем 1 1.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что минерал является монтмориллонитом.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный оксид железа состоит из кристаллической фазы Fe₂O₃ и аморфной части Fe₃O₄, имеет удельную поверхность не менее 4000 м²/кг и кинетическую величину R более 0,510^-4 фут³/мин/г оксида.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к минеральному носителю для оксидов, которые предпочтительно используются в неподвижных слоях для удаления сероводорода и меркаптанов из газовых и жидких потоков природного газа, жидких углеводородов и пара.

В течение многих лет для удаления сероводорода из газовых потоков используется способ, в котором применяются древесные стружки. Если охарактеризовать этот способ в общих чертах, то поток загрязненного газа проходит через слой увлажненных древесных стружек, содержащих реагент -оксид железа.

Этот способ, хотя он и является широко распространенным, имеет ряд недостатков, включая то, что давление газового потока претерпевает сильное падение при прохождении через слой, и то, что по мере того, как оксид вступает в реакцию, происходит скрепление материала слоя с образованием монолитной массы. Выгрузка материала слоя из реакционного аппарата является трудной и отнимающей много времени процедурой; кроме того, выгруженный материал является небезопасным для окружающей среды. Древесные стружки не пригодны для жидких потоков, так как намокают, что ухудшает проницаемость слоя.

Существенно улучшенный оксид железа раскрывается в патенте США [1] по которому оксид, частицы которого состоят из кристаллической фазы Fe₃O₄ и аморфной фазы Fe₂O₃, будучи суспендирован в воде, реагирует с пропускаемым через водную суспензию газообразным сероводородом с образованием устойчивого отхода, который после сушки не загрязняет атмосферу. Удельная площадь поверхности этого оксида не менее 4,0 м²/г. При использовании в описанном способе с "сухим слоем" оксид имеет кинетический параметр "R" более 0,510^-4 фут³/минг оксида, производится и продается компанией "Gas Sweetener Associated, Inc.", Сент-Луис, Миссури. Ниже этот оксид именуется "специальным" или "предпочтительным" оксидом; именно этот оксид использован во всех нижеприведенных тестах и именно о нем идет речь во всех последующих обсуждениях, за исключением тех случаев, когда особо указано на использование других оксидов.

В патенте США [2] описано использование этого оксида для обессеривания газа сухим способом (аналогичным способу с применением древесных стружек) в слое из инертного материала, состоящего из отдельных частиц, причем указано, что этот материал представляет собой песок. Хотя в патенте указывается, что этот специальный оксид является эффективным реагентом в сухом способе, имеет место нежелательное спекание слоя, даже несмотря на то, что он имеет небольшую высоту. Потерявший часть своей эффективности слой оставляет значительное свободное пространство над собой и направляет газ вверх через него; в результате слой "закипает" (проходит в псевдоожиженное состояние), что приводит к проскоку неочищенного газа.

В то время как вышеуказанные патенты относятся к сероочистке газов, ограниченное использование этого оксида для очистки загрязенных сероводородом жидкостей продемонстрировано, например, в патенте США [3] по которому безводный керосин просто тек в смеси или в контакте с частицами оксида.

В патенте США [4] раскрывается добавление частиц к водным буровым растворам, сделавшимся коррозийными в результате загрязнения сероводородом, а также кислородом.

Для жидкостей использование других способов сероочистки, как правило, дает неудовлетворительные результаты. Например, широко используемый для сероочистки газов способ с применением древесных стружек не пригоден для загрязненных жидкостей: стружки насыщают неравномерно, что приводит к преждевременному "каналированию" (проскоку по образующимся каналам) через слой стружек, низкой эффективности действия и непредсказуемым результатам. Способы, в которых используются амины, дороги; кроме того, трудно отделить амины от жидких углеводородов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [5]

В настоящем изобретении разработан и предлагается новый пористый минеральный носитель для реагентов оксидного типа, используемый для очистки от сероводорода, в особенности для вышеупомянутого не вызывающего загрязнений оксида железа. Новый носитель является прочным и имеет малый вес; кроме того, он сохраняет свою проницаемость и в случае толстых слоев, что приводит к небольшому падению давления в расчете на один фут высоты слоя. 0очевидно, что эти качества делают новый носитель оптимальным для сероочистки газовых продуктов; устраняется проскок газового потока. Первоначально частицы оксида закреплены на поверхности и внутри частиц носителя, которые предварительно увлажнены водой. Когда содержание этого специального оксида железа в носителе не превышает около 15 фунтов оксида на кубический фут носителя, оксид может достичь почти максимальной реакционной способности, не вызывая отверждения слоя с образованием прочно сцементированной массы, как это имеет место для известных в данной области техники носителей.

Эксперименты по сероочистке жидкостей неожиданно дали очень благоприятные результаты, а именно: жидкие углеводороды с относительно небольшим числом атомов углерода от пропана 3 и бутана 4 до как минимум декана 10 могут быть легко подвергнуты обессериванию с использованием частиц предлагаемого изобретения, по существу, так же, как и углеводородные газы. В начале исследований имелось опасение, что углеводородная жидкость может вымыть частицы оксида с поверхностей частиц носителя и их щелей между ними, где они распределены. Было доказано, что, если скорость потока, проходящего через слой, не слишком велика, этого не происходит. Даже поток воды при той же скорости не смывает оксид с предварительно увлажненных частиц носителя.

Таким образом, новый носитель так прочно удерживает частицы оксида, что может быть использован для обессиривания не только газовых, но и жидких потоков.

Новый носитель предпочтительно представляет собой минерал, более предпочтительно глиноподобный минерал, такой как, например, монтмориллонит, обожженный при температуре около 400^oF. Обожженный таким образом монтмориллонит имеет сухой вес около 42 фунтов на кубический фут, или, в любом случае, между 35 и 45 фунтами на кубический фут. 0обжиг позволяет получить пористую, и вместе с тем прочную текстуру; ее прочность на раздавливание достаточна для того, чтобы без раздавливания выдерживать вес расположенного выше слоя увлажненного и содержащего примесь оксида материала высотой значительно больше пяти футов и, как оказывается, высотой 20 футов. Количество оксида предпочтительно составляет около 15 фунтов на кубический фут носителя, но в случае слоев, имеющих небольшую высоту, особенно если они упакованы в патроны, количество оксида может составлять 35 или более фунтов на кубический фут носителя. Обожженный минеральный носитель нерастворим в воде, но способен поглощать воду в количестве, достаточном для того, чтобы диспергивать на своей поверхности не менее 15 фунтов оксида на кубический фут. С точки зрения любого практического использования этот носитель химически инертен по отношению к сероводороду, меркаптанам и продуктам их реакций. При использовании в форме насыпного слоя (а не патронной упаковки, когда затвердевание слоя не влечет за собой неблагоприятных последствий) тонкодисперсные частицы должны быть удалены так, чтобы через сито с размером ячеек 30 меш проходило не более 3% обожженного материала.

Хотя вышеупомянутый опыт использования песка в качестве материала носителя для очистки газов не может считаться удовлетворительным с практической точки зрения, некоторые соображения приводят к выводу о том, что минеральный носитель является необходимым. Среди этих соображений - требования, чтобы носитель был химически инертным в присутствии сероводорода и продуктов его реакции, и чтобы носитель обладал достаточной прочностью для того, чтобы выдерживать вес расположенного над ним слоя высотой от минимум 5 футов до 20 футов. Далее была проанализирована проблема спекания, с которой приходится сталкиваться и в случае песка, и в случае древесных стружек, и выдвинута следующая теория, справедливость которой подтверждает эксперимент: оксиды железа как прежнего, так и усовершенствованного типов, имеют тенденцию агрегироваться уже вскоре после начала их реакции с сероводородом. Если их частицы удается поддерживать в состоянии изолированности друг от друга, то может быть использована значительно большая часть их реакционной способности. Для того, чтобы поддерживать такую относительную изолированность, носитель этих частиц должен обладать достаточно большой поверхностью, к которой они могут прикрепляться. Для этого носитель должен обладать достаточно большой проницаемостью.

Обжиг удаляет из используемого в предлагаемом изобретении носителя влагу и примеси и приводит к образованию жесткой, прочной, пористой и проницаемой структуры, нерастворимой в воде, которая легко смачивается водой, так что смешиваемые с носителем частицы оксида закрепляются на полученной поверхности и распределяются на ней, и остаются в таком состоянии, а не агломерируются друг с другом, даже после того, как частично прореагируют. Количество закрепленного в таком диспергированном виде оксида составляет не менее 9 фунтов, и, возможно, более 15 фунтов оксида на кубический фут обожженного увлажненного материала носителя.

Требуемые проницаемость и величина площади поверхности обеспечиваются обжигом глиноподобных минералов, среди которых особенно предпочтительным оказывается монтмориллонит. Обожженный монтмориллонит обладает прочностью, требуемой для вышеуказанной высоты слоя, а также такой площадью поверхности, включая поры, трещины и щели, на которой частицы оксида могут закрепляться, будучи по существу разделенными друг с другом.

Первоначально не являлось очевидным ни то, что такой носитель из глиноподобных частиц, содержащий смешанный с ним оксид, будет способен удалять сероводород и меркаптаны также и из жидких углеводородов, особенно из углеводородов с числом атомов углерода в молекуле менее или равным 10, ни то, что загрязненная сероводородом вода также может быть очищена пропусканием через слой такого материала. Как показываю нижеприведенные тесты, если поддерживать скорость жидкого потока на уровне не более 1,5 фут/мин (как восходящего, так и нисходящего потока), то не происходит смывания частиц оксида с поверхностей глиноподобных частиц.

Предпочтительным глиноподобным минералом является монтмориллонит, обожженный при температуре около 400^oF, частицы которого предпочтительно имеют размеры от 4 меш до 30 меш, и не более около 3% частиц проходят через сито с размером ячеек 30 меш. Его сухой вес составляет от 35 до 45 фунтов на кубический фут. Порцию этого материала помещают в ротационный смеситель, такой как, например, обычная бетономешалка, и перемешивают, подавая в смеситель в распыленном виде заранее определенное количество воды, как правило, немного меньше одной трети веса минерала -для достижения требуемого увлажнения. Эту операцию проводят медленно, предпочтительно в течение не менее получаса. Далее при продолжающемся перемешивании (в течение, возможно, еще получаса) медленно добавляют немного большее количество частиц оксида. Предпочтительно добавляют также небольшое количество сульфата натрия, хотя и нет уверенности в том, что он увеличивает реакционную способность. Влага вызывает адгезию частиц оксида к поверхностям частиц кальцинированной глины и к щелям между ними таким образом, что не происходит агрегации частиц оксида друг с другом.

Предпролагается, что оптимальная смесь имеет приблизительно следующий состав:

Ингредиент

Монтмориллонит 59

Оксид (как выше) 22

Вода 18

Сульфат натрия 1

100

Допустимо достаточно большое отклонение от вышеуказанных пропорций; для любого количества глины предпочтительно использовать примерно одну треть от ее веса как воды, так и оксида.

Испытания, относящиеся к сероочистке газов.

Нижеследующие испытания были проведены на участке газовой скважины: состав газа на входе в очистную систему был следующим: карбонилсульфид 4 ppm, сероводород 630 ppm, этилмеркаптан 15 ppm, метилмеркаптан 4 ppm, пропилмеркаптан 12 ppm, C₄₊меркаптаны 14 ppm, смешанные сульфиды - 10 ppm.

Испытание 1. Была использована рабочая колонна размером 20 дюймов 20 футов. Использовали перлит, содержащий примерно 20 фунтов оксида на кубический фут. Этот материал полностью удалял сероводород в течение 4 дн, после чего стал наблюдаться проскок сероводорода. Использованного количества материала должно было хватить на 7 дн. Было найдено, что слой перлита уплотнился; это вызвало локальное повышение давления в слое, что в свою очередь, вызвало "каналирование" газа. В последствии материал с трудом поддавался выгрузке.

Испытание 2. На том же месте установили тестовую колонну размером 4 дюйма 12 футов. Для загрузки 12-футовой тестовой колонны использовали обожженную глину (монтмориллонит), содержащую 18 фунтов на кубический фут реакционноспособного оксида железа. В силу посторонних причин испытание было преждевременно прекращено. Даже несмотря на то, что оксид не прореагировал нацело, отверждение слоя было значительным, и его было трудно выгрузить из реактора.

Испытание 3. Использовали тестовую колонну размером 4 дюйма 12 футов. Из обожженной глины удалили все частицы с размером менее 30 меш. Содержание предпочтительного оксида в загруженном в колонну материале составляло 15 фунтов на кубический фут носителя, в отличие от 18 фунтов в Испытании 2. Оказалось, что в этом случае сероводород и меркаптаны полностью вступают в реакцию. По окончании испытания материал легко выгружался из реактора. Хотя он и был слегка агломерированным, но легкого встряхивания или воздействия струи воды оказывалось достаточным для того, чтобы удалить его.

Испытание 4. Испытание аналогично Испытанию 3, за исключением следующих деталей: в материале оставили 1% частиц размером менее 30 меш, и добавили оксид в количестве 18 фунтов на кубический фут носителя. При этом повышенном содержании оксида спекание слоя значительно возрастает; это приводит к выводу, что концентрация оксида слишком высока.

Испытание 5.

Условия этого испытания повторяют условия Испытания 4, за исключением того, что было использовано только 15 фунтов предпочтительного оксида на кубический фут материала носителя. Результаты такие же, как в Испытании 3: исключительно высокая эффективность реакции, отработанный (полностью прореагировавший) слой легко выгружается. Это испытание демонстрирует оптимальное сочетание распределения частиц по размерам и содержания оксида. При этом был сделан следующий вывод: при использовании нового носителя, содержащего примесь оксида, в форме насыпного слоя в реакционной колонне, при содержании оксида менее 18 фунтов на кубический фут носителя достигается экономия времени и снижение затрат рабочей силы.

Испытания, описанные ниже, были проведены в лабораторных условиях.

Испытание 6. Цель данного испытания оценка эффективности нового носителя в сочетании с обычными оксидами железа. Лабораторный реактор размером 125 см заполнили обожженным глиноподобным носителем, содержащим примесь гидратированного оксида железа гамма-альфа кристаллической формы, обычно используемого для удаления сероводорода; содержание оксида в смеси составляло 15 фунтов на кубический фут. После того, как реакция прошла всего лишь на 5% слой подвергли проверке и обнаружили, что его материал легко выгружался. После прохождения реакции нацело слой по-прежнему не был прочно сцементированным. Однако при использовании этого оксида весь прореагировавший материал оказывается растворимым в кислотах и, следовательно, экологически небезопасным.

Испытание 7. Аналогичный пробег провели, используя тот же гидратированный оксид железа на древесных стружках. В этом случае оказывается, что уже при очень небольшой глубине реакции происходит сильное спекание загруженного в реактор материала; его выгрузка требует применения кислоты и воды под давлением. Скорость реакции гидратированного оксида железа была такой же, как и в случае древесных стружек, а падение давления значительно меньшим, сравнимым с падением давления при использовании предпочтительного оксида железа на носителе.

Испытание 8. Определения падения давления: Было установлено, что слой из обожженной глины, лишь 1% частиц которой имеет размеры менее 30 меш и содержащей реакционноспособный оксид железа в количестве 15 фунтов на кубический фут носителя, является достаточно пористым и создает лишь небольшое сопротивление газовому потоку. Лабораторные эксперименты с использованием дифференциального водяного манометра позволили найти следующий коэффициент, связывающий падение давления dP (фунтов на кв.дюйм) с V(скорость газового потока в фунтах в минуту) и высотой слоя h (в футах)

dP=0,0009Vh

Коэффициент 0,0009 является почти постоянным в широком интервале скоростей газа от 0,8 фут/мин до 8 фут/мин. Это подтверждает однородную проницаемость слоя даже при низких скоростях потока.

В противоположность этому при использовании оксида с древесными стружками начальное падение давления, т.е. еще до реакции, составляет примерно 0,0015; после реакции в полевых условиях падение давления возросло бы настолько, что вызвало бы проскок и "каналирование" газа.

Испытание 9. Эксперименты в полевых условиях с использованием системы двух колонн: двенадцать тестовых пробегов были проведены на участке, оборудованном реакторной системой, состоящей из двух последовательно расположенных колонн, заполненных слоем высотой 10 футов, как и в вышеописанном Испытании 3, чтобы получить среднюю высоту прореагировавшего слоя, равную 5,98 футов (номинал 10 футов). Теоретический коэффициент эффективности E предпочтительно оксида (показывающий, сколько сероводорода может прореагировать на один фунт оксида) был определен ранее: E 0,715. Концентрация сероводорода в газе меняется по мере прохождения через слой так же, как и реакционная способность частично прореагировавших частиц оксида, теоретическая реакционная способность которых равна R. Теоретически предсказываемое количество сероводорода, которое может быть удалено каждым насыпным слоем, зависит от ряда переменных, включая скорость газа на выходе. Какое количество сероводорода из данного газового потока должно прореагировать с данным слоем, можно вычислить, используя нижеследующие дифференциальные управления для реакции и потока в неподвижном слое

,

Для двенадцати проведенных таким образом тестовых пробегов вычисленное предсказываемое количество сероводорода, которое может быть удалено, составляет 10,263 фунта. Действительное количество, найденное в экспериментах, составляет 10,117 фунтов. Это показывает, что результаты, получаемые при использовании данного материала, могут быть предсказаны с высокой степенью точности.

Хотя вышеописанные испытания проводились с использованием содержащих сероводород и меркаптаны потоков натурального газа, очевидным является то, что новый инертный минеральный носитель может быть с таким же успехом использован для удаления сероводорода из других газовых потоков, например, из геотермального пара.

Испытания, относящиеся к сероочистке жидкостей.

Испытание 10. Первая серия испытаний была проведена для того, чтобы определить ту допустимую скорость течения жидкости через слой материала, при которой еще не происходит захвата и уноса частиц оксида. Слой материала, приготовленного так, как это описано выше, получили, поместив 105 г материала в стеклянную хроматографическую колонку с внутренним диаметром 18 мм и длиной 40 мм, имеющую на дне запорный кран. Конечная высота слоя составляла 34 см. Для получения смоченного слоя с минимальным числом воздушных пузырей в колонку был залит гексан реагентной марки.

В фильтровальную колбу объемом 1 л поместили гексан (молекула которого содержит 6 атомов углерода), в котором было растворено около 170 ppm по весу сероводорода. Входное отверстие колбы соединили с баллоном, наполненным азотом, а выходное отверстие (для жидкого гексана) с верхом хроматографической колонки, содержащей приготовленный слой. Газ, выпускаемый из баллона с измеряемой скоростью, заставлял жидкость проходить через колонку сверху вниз с такой же скоростью; на выходе из колонки при открытом запорном кране собирали образцы.

При каждой из двух скоростей потока жидкости 100 мл/мин (эквивалентно линейной скорости 1,3 фут/мин) и 25 мл/мин (эквивалентно линейной скорости 0,3 фут/мин) отбирали 200-миллилитровые пробы жидкости, выходящей из колонки. Пробы отбирали после того, как отбрасывали 200 мл жидкости перед каждым отбором; это делалось для того, чтобы гарантировать, что при каждой скорости потока приготовленный материал пришел в состояние равновесия с жидкостью.

50 мл из каждой отобранной пробы и два контрольных образца один с сероводородом, но не пропущенный через колонку, другой чистый гексан без сероводорода поместили в 50-миллилитровые колбы Эрленмейера. В каждую из четырех колб поместили очищенную медную пластинку длиной 3,0 дюйма, шириной 0,5 дюйма и толщиной 0,002 дюйма. Затем закрытие колбы поместили в сушильный шкаф с температурой 100^oF на 1 ч. Этот тест с медной пластинкой примерно соответствует методике, приведенной в ASTM D1838-84, "Коррозия медной пластинки под действием сжиженных нефтяных газов".

Результаты сравнительных тестов с медной пластинкой оказались следующими.

Сравнительная пластинка 1 (без сероводорода): пластинка блестит и выглядит как новая. Сравнительная пластинка 2 (гексан с сероводородом, не пропущенный через колонку): темное потускнение. Тестовая пластинка, подвергшаяся действию фракции, собранной при 1,3 фут/мин: очень слабое потускнение. Тестовая пластинка, подвергшаяся действию фракции, собранной при 0,3 фут/мин: пластинка блестит и выглядит как новая.

Эти испытания доказывают, что описанный оксид железа, распределенный в объеме слоя носителя согласно настоящему изобретению удаляет сероводород из гексана при скоростях потока жидкости до 1,3 фут/мин, а фактически до 1,5 фут/мин. Очевидно, что аналогичные результаты должны быть получены и для любой другой углеводородистой жидкости от жидкого пропана (3 атома углерода в молекуле) до декана (10 атомов углерода в молекуле), поскольку, за исключением температур кипения и замерзания, физические и химические свойства ряда углеводородов до C₁₀ аналогичны.

Испытание 11. Это испытание было проведено для определения свойств потока жидкости при его прохождении снизу вверх через колонку, заполненную так же, как и в Испытании 10. Скорость потока менялась от 0,3 фут/мин до 2,0 фут/мин. При скоростях 1,5 фут/мин и менее не наблюдалось выноса через верх колонки сколько-нибудь заметных количеств имеющих черный цвет тонкодисперсных частиц оксида; при скоростях более 1,5 фут/мин из колонки вымывались и уносились потоком жидкого гексана заметные количества тонкодисперсных частиц. Таким образом, направление движения потока жидкости снизу вверх через слой вполне допустимо, если используются скорости не более 1,5 фут/мин.

Испытание 12. В колонку вместо приготовленного вышеописанным путем слоя поместили (так же, как и в Испытании 11) свежий слой; на этот раз слой смочили чистой водой, а не гексаном. При этом был повторен эксперимент Испытания 11, но на сей раз через колонку снизу вверх был направлен поток воды дя того, чтобы определить, при каких скоростях будет происходить вымывание из насыпанного слоя тонкодисперсных частиц оксида. В пределах ошибки эксперимента результаты для воды оказались такими же, как для гексана; вымывания не происходит до тех пор, пока скорость потока не превысит 1,5 фут/мин. Вывод: слой материала, согласно изобретению обработанный указанным образом, способен удалять сероводород из содержащих воду жидкостей, и даже из воды, как в случае восходящих, так и в случае нисходящих потоков этих жидкостей, если скорость потока не превышает заметно 1,5 фут/мин.

Альтернативный вариант осуществления. Если очистке подлежат небольшие количества газа, то смесь предпочтительного оксида с заявляемым материалом носителя можно использовать для изготовления патронных упаковок; эти упаковки можно применять в относительно небольших, как правило, цилиндрических стальных реакторах, таких как, например, промышленно производимые реакторы, предназначенные для вставления в них патронов со сквозным ("из конца в конец") проходом для потока. Такие патроны, как правило, представляют собой металлические или пластмассовые трубки, имеющие на каждом из концов проницаемые экраны. Цилиндр и патроны имеют различную длину, зависящую от емкости по удаляемому сероводороду, как правило, не более 5 футов.

Когда такой патрон выполнен вышеописанным предпочтительным оксидом на предлаганмом носителе, не возникает проблем с разгрузкой реакционного аппарата: патроны просто вынимают и выбрасывают. Вследствие этого материал патронной упаковки несколько отличается по составу от материала насыпного слоя Испытаний 3 и 5, а именно следующее.

Поскольку высота слоя в патронной упаковке относительно мала и патроны подлежат выбрасыванию, нет нужды избегать алгомерации слоя, следовательно, содержание оксида в носителе может быть увеличено до предпочтительно 30 или даже до 35 фунтов на кубический фут носителя. Падение давления в агломерированном слое не представляет собой проблемы, даже когда высокие концентрации оксида приводят к отверждению материала. Однако, если концентрация сероводорода в газовом потоке очень мала, следует использовать не более 9 фунтов оксида на кубический фут носителя. В любом случае необязательно ограничивать содержание тонкодисперсных частиц в отличие от вышеописанных реакторов с насыпным слоем.

Регенерация высохших слоев. Cпособность предлагаемого обожженного глиноподобного материала поглощать воду без набухания, что ухудшало бы проницаемость, позволяет повторно увлажнять слой; при использовании предпочтительного оксида (но не гидратированного оксида железа) полностью высохшие и сделавшиеся в результате менее реакционноспособными слои можно регенерировать, вновь увеличив их активность.

Теория, описывающая роль воды в реакции сероводорода с оксидами железа, разработана слабо. Первоначально мы полагали, что при использовании предлагаемого монтмориллонита в качестве материала слоя, содержащего специальный оксид, удерживаемый пористым материалом с помощью влаги, добавления воды не потребуется. Эта точка зрения подтверждалась начальниками экспериментов на скважинах, выделяющих газ с нормальным содержанием влаги, имеющий температуру в пределах обычно ожидаемых значений и характеризующийся высоким содержанием сероводорода. Большинство скважин выделяют газ с достаточным содержанием влаги; кроме того, при реакции каждая прореагировавшая молекула сероводорода дает молекулу воды.

Однако в некоторых случаях высокая температура и низкое содержание влаги в подлежащем очистке газе, а также низкое содержание сероводорода (и, следовательно, малое количество воды из реакции) приводят к высыханию содержащего реагент слоя. В рамках способа с использованием древесных стружек с гидратированным оксидом железа (Fe₂O₃H₂O) при наличии этих вызывающих высыхание факторов обычным приемом является добавление к входящему в очистную систему газу подщелоченной воды в ходе реакции до того, как в выходящем газе может быть обнаружено сколько-нибудь существенное увеличение содержания сероводорода. Это добавление воды может вызывать разбухание древесных стружек, что ухудшает прохождение газа и вызывает его неравномерное распределение в слое. Однако без добавления воды происходит полное исчерпание гидратной воды оксида, и он необратимо теряет свою реакционную способность.

При использовании предлагаемого нового хорошо смачиваемого материала носителя вместе со специальным оксидом даже полное высыхание слоя не приводит к разрушению оксида, а добавляемая вода не вызывает набухания носителя, при этом проницаемость слоя остается однородной. Полная реакционная способность может быть восстановлена повторным увлажнением пористых частиц носителя, после чего реакционную способность можно поддерживать, добавляя во входящий поток газа влагу.

В результате было найдено, что для возвращения в слой носителя и распределения в нем воды эффективными являются два способа. Согласно первому из них подачу газа прекращают, аппарат разгерметизируют и в слой подают пар, при этом пар пропитывает слой и восстанавливает в нем равновесное содержание воды. Согласно второму способу воду под давлением вводят во входящий поток газа, насыщая его; пористые частицы носителя поглощают воду из газового потока достаточно равномерно. С помощью этих приемов активность слоя восстанавливается; он снова может быть использован и может работать до тех пор, пока не будет полностью использована реакционная способность оксида.

Дисперсная природа обожженного минерального носителя и то обстоятельство, что влажные поверхности его частиц способны удерживать части оксида, препятствуя цементированию слоя в результате вступления в реакцию частиц оксида, обеспечивают преимущество, заключающееся в том, что выгрузка и замена отработанного слоя осуществляется быстро и легко, и в том, что в процессе работы слой все время остается проницаемым. Поскольку продукты реакции предпочтительного оксида не загрязняют атмосферу, легкость выгрузки является важным преимуществом настоящего изобретения.

Поскольку в описанные здесь варианты осуществления изобретения могут быть внесены изменения, не выходящие за рамки изобретения, все данные, содержащиеся в вышеприведенном описании, следует рассматривать как иллюстративные, но не как ограничивающие.