способ приготовления сорбента для очистки газов от сероводорода

Формула изобретения

Способ приготовления сорбента для очистки газов от сероводорода на основе активного угля, включающий промотирование последнего йодидом калия путем его нанесения на исходный активный уголь из пропиточного водного раствора с последующей сушкой активного угля, отличающийся тем, что предварительно определяют влагосодержание исходного активного угля и его влагоемкость, затем в пропиточный водный раствор с содержанием 0,5-3,5 мас.% йодида калия от массы исходного активного угля дополнительно вводят 0,035-0,075 мас.% моноэтаноламина от массы исходного активного угля, при этом количество воды для приготовления пропиточного раствора берут исходя из массы исходного активного угля и его влагоемкости за вычетом влагосодержания исходного активного угля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам приготовления сорбента для очистки газов от сероводорода и может найти применение при очистке попутного нефтяного и природного газов от сероводорода при условии добавления к очищаемым газам кислорода (воздуха), а также для очистки воздуха от сероводорода.

Известно использование сорбента на основе активного угля (АУ) для очистки газовых потоков от сероводорода. При этом в очищаемом газовом потоке обязательно присутствие кислорода. В этом случае на АУ протекает окислительно-адсорбционный процесс, при котором сероводород каталитически окисляется кислородом до серы по реакции:

2H₂S+O ₂ 2S+2H₂O

и образовавшаяся сера остается в адсорбционном состоянии на АУ, постепенно снижая его каталитическую активность, т.е. дезактивируя его.

Таким образом, АУ в этом процессе является бифункциональным сорбентом, т.е. прежде всего катализатором окисления H₂ S до серы, а затем адсорбентом образовавшейся серы.

Известно техническое решение, в котором для использования в процессе очистки газов от сероводорода сорбент на основе активного угля промотируется аммиаком, непрерывно подаваемым в поток очищаемых газов. (Amos Turk и др. Ввод аммиака увеличивает емкость активного угля по сероводороду и метилмеркаптану. J. Environmental science and technology. 1989. v.23, № 10, р.1242-1245).

Основным недостатком известного решения является присутствие аммиака в очищенных газах.

Наиболее близким предложенному способу является известное техническое решение, согласно которому сорбент на основе активного угля промотируется йодидом калия, который наносится на исходный активный уголь из пропиточного водного раствора. После окончания процесса нанесения промотора активный уголь сушится (DE №3819356, 14.12.1989, кл. В 01 D 53/00).

К недостаткам этого технического решения относится: недостаточная каталитическая активность сорбента при относительно высоком содержании йодида калия до 5 мас.%, последнее из-за высокой стоимости йодида калия ограничивает использование сорбента.

Технической задачей предлагаемого изобретения и достигаемый при ее реализации технический результат заключается в обеспечении экономической эффективности способа за счет повышения каталитической активности и сероемкости сорбента.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе приготовления сорбента для очистки газов от сероводорода на основе активного угля, включающем промотирование последнего йодидом калия, путем его нанесения на исходный активный уголь из пропиточного водного раствора с последующей сушкой активного угля, согласно изобретению предварительно определяют влагосодержание исходного активного угля и его влагоемкость, затем в пропиточный водный раствор с содержанием 0,5-3,5 мас.% йодида калия от массы исходного активного угля дополнительно вводят 0,035-0,075 мас.% моноэтаноламина от массы исходного активного угля, при этом количество воды для приготовления пропиточного раствора берут исходя из массы исходного активного угля и его влагоемкости за вычетом влагосодержания исходного активного угля.

Способ осуществляется следующим образом.

Из поступившей партии берут навеску исходного активного угля. Предварительно определяют влагосодержание исходного активного угля и его влагоемкость. Затем осуществляют промотирование активного угля, для чего готовят пропиточный водный раствор, с которым на активный уголь наносят промоторы. Количество воды для приготовления пропиточного раствора берут в зависимости от массы исходного активного угля и его влагоемкости за вычетом влагосодержания исходного активного угля. Далее в воде растворяют 0,5-3,5 мас.% йодида калия, при этом дополнительно вводят 0,035-0,075 мас.% моноэтаноламина от массы исходного активного угля. Приготовленным раствором смачивают при перемешивании активный уголь до тех пор, пока весь раствор будет впитан углем, это занимает не более 30 мин. После этого активный уголь сушат в конвекционных сушилках до остаточного влагосодержания 3-5 мас.%. Приготовленный сорбент с нанесенными на него промоторами используют для очистки газов от сероводорода.

Пример.

Сорбент приготавливают на основе активного угля промышленной марки АР-В (изготовитель ОАО "Сорбент", г.Пермь).

Берут 100 г исходного активного угля, высушивают при 105°С до постоянного веса, определяют влагосодержание, которое составило 1 г воды на 100 г исходного активного угля. Для определения влагоемкости активный уголь охлаждают при температуре 20°С и помещают в стакан, где при непрерывном встряхивании периодически насыщают дистиллированной водой до появления капельной влаги. С появлением капельной влаги определяют влагоемкость, она составила 76 г воды на 100 г исходного активного угля. После этого приготавливают пропиточный водный раствор. Для этого берут 75 г воды, растворяют в ней 2,5 г йодида калия, дополнительно вводят 0,05 г моноэтаноламина. Приготовленным раствором с промоторами смачивают навеску угля АР-В массой 100 г в течение 30 мин при перемешивании. Затем активный уголь сушат при температуре 75°С в сушильном шкафу до остаточного влагосодержания 3-5 мас.%.

Для оценки эффективности работы сорбента, приготовленного по предлагаемому способу, были проведены его испытания. При этом основывались на том, что эффективность сорбента на основе активного угля для очистки газов от сероводорода определяется его каталитической активностью в реакции окисления сероводорода, которая выражается в скорости накопления продукта этой реакции - серы в гранулах сорбента. Эта скорость зависит от удельной поверхности активного угля и каталитической активности этой поверхности, от концентрации сероводорода в газах и от времени экспозиции сорбента в газовых потоках. Также важным показателем является торможение скорости окисления сероводорода в зависимости от содержания серы в сорбенте, что определяется суммарным объемом пор и распределением пор по радиусам. Понятие полной или предельной емкости по сере - сероемкости не имеет практического значения, т.к. в реальных условиях эксплуатации сорбента сероемкость, близкая к предельной, может быть достигнута только в лобовом слое сорбента, т.е. в слое, на который поступают очищаемые газы. Усредненная сероемкость слоя сорбента, достигаемая до заданного проскока сероводорода, зависит от высоты зоны массопередачи для данного сорбента и отношения этой высоты к фактической высоте слоя сорбента.

В связи с этим испытания образцов приготовленного сорбента, а также исходного угля АР-В, были проведены в безградиентном реакторе путем экспозиции при температуре 20°С предварительно взвешенных образцов - гранул сорбента в потоке газовоздушной смеси - воздуха, с концентрацией сероводорода 7,35 г/м ³, расход смеси - 36 л/час. После экспозиции в течение 6 час. гранулы вынимались из реактора, взвешивались и анализировались на содержание серы. Для этого гранулы сорбента сжигались в токе воздуха в трубчатой кварцевой печи при температуре 700°С и определялось количество образовавшегося SO₂ . Затем количество SO₂ пересчитывалось на элементарную серу и ее содержание в образцах сорбента выражалось в мг серы на 100 мг массы исходного активного угля.

Результаты испытания образцов сорбента и достигнутая при этом сероемкость представлены в таблицах 1, 2, 3, где:

0 - образец исходного угля АР-В;

C_МЭА - содержание промотора - моноэтаноламина, нанесенного на уголь АР-В, в мас.%;

C_KJ - содержание промотора - йодида калия, нанесенного на уголь АР-В, в мас.%:

C_S - содержание элементарной серы в сорбенте, в мг серы на 100 мг массы исходного активного угля.

Таблица 1
Образец, № п/п		С KJ,% мас.		C S, мг серы на 100 мг массы исходного угля АР-В
0		0,0		7,04
1		0,1		8,71
2		0,2		10,73
3		0,5		10,86
4		2,5		16,77
5		3,5		12,71
Таблица 2
Образец, № п/п		СМЭА, % мас.		CS, мг серы на 100 мг массы исходного угля АР-В
0		0,0		7,04
1		0,01		2,35
2		0,02		3,05
3		0,035		3,63
4		0,05		13,20
5		0,075		11,83
6		0,1		9,13
Таблица 3
Образец, № п/п	СМЭА, мас.%		CKJ, мас.%		C S, мг серы на 100 мг массы исходного угля АР-В
0	0		0		7,04
1	0,02		2,5		12,71
2	0,035		2,5		17,55
3	0,05		2,5		23,26
4	0,075		2,5		18,04
5	0,1		2,5		13,47
6	0,2		2,5		13,25

Предлагаемый способ позволяет повысить каталитическую активность сорбента на основе активного угля и тем самым увеличить его сероемкостъ на 38,7% по сравнению с прототипом. При применении способа имеет место полное использование промоторов, а также упрощение процесса приготовления сорбента.

Все это повышает экономическую эффективность очистки газов от сероводорода.