Возобновляемый высокоэффективный способ десульфурации с использованием взвешенного слоя - RU2677648C1

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к области технологии обессеривания (десульфуризации) и, более конкретно, к обновляемому высокоэффективному способу обессеривания с применением суспензионного слоя и неподвижного слоя и к способу регенерации полученного обогащенного раствора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Удаление H₂S применяют во многих случаях, например, при глубокой переработке и полной утилизации угля, при разработке месторождений нефти и газа, в нефтепереработке и в нефтехимическом производстве. В настоящее время промышленный способ обессеривания делится на два вида: способ сухого обессеривания и способ влажного обессеривания.

При способе сухого обессеривания и при способе регенерации после него применяют твердый адсорбент для удаления из газа сероводорода и органической серы, способ является простым и надежным в рабочем процессе и обладает относительно высокой степенью обессеривания. Способ сухого обессеривания подходит для обработки газа, имеющего низкое содержание сероводорода, и его часто применяют для глубокого обессеривания. Оксид железа является широко используемым десульфуратором для способа сухого обессеривания, в то время как другие виды десульфураторов, например, активированный уголь, молекулярное сито, оксид марганца, оксид цинка и т.д. являются редко используемыми из-за их высокой стоимости.

Способ влажного обессеривания и способ регенерации после него может быть разделен на метод физической абсорбции, метод химической абсорбции и метод окислительного восстановления в соответствии со способом абсорбции и регенерации раствора. Способ влажного обессеривания имеет большую производительность очистки и большую длительность работы, подходящую для ситуации, когда посредством трех вышеуказанных способов необходимо обработать большое количество газа с высоким содержанием сероводорода. Метод физической абсорбции - это, главным образом, метод низкотемпературного метанола, разработанный компанией Linde Group and Lurgi Corporation в начале 1950х гг., причем этот метод обладает высокой степенью очистки газа, может обеспечивать селективную абсорбцию СО₂, H₂S и отдельный процесс их удаления и регенерации. Однако токсичность метанола вызывает трудности в эксплуатации и техническом обслуживании. Методы химической абсорбции, главным образом, включают моноэтаноламиновый (МЭА) способ, N-метилдиэтаноламиновый (МДЭА) способ и сульфонаминовый способ, среди которых моноэтаноламиновый (МЭА) способ и МДЭА способ обессеривания широко применяют на установках очистки газа нефтепереработки и природного газа, причем, в отрасли обессеривания природного газа, главным образом, применяют сульфонаминовый способ, и он является особенно эффективным для удаления органических сульфидов. Способ окисления и восстановления, главным образом, применяют для обессеривания коксового газа, и он, преимущественно, включает в себя PDS-способ, способ экстракции танина, ADA-способ (в присутствии антрахинон-дисульфоновой кислоты) и модифицированный ADA-способ. Способ окисления и восстановления при обессеривании имеет низкую загрузку высокосернистого газа, большую требуемую циркуляцию раствора и высокую эксплуатационную стоимость, и, кроме того, жидкие отходы обессеривания будут производить вторичные сточные воды и создавать другие проблемы.

В итоге, среди существующих способов обессеривания и способов регенерации, годовое количество обессеривания аминовым методом составляет более чем 10000 тонн, а годовое количество обессеривания способом сухого обессеривания составляет, главным образом, от десятков тонн до сотен тонн. Например, в документе китайской патентной заявки с номером публикации CN 1307926 А раскрыт способ сухого обессеривания дымовых газов с использованием циркулирующего суспензионного слоя и способ регенерации после него, характеризующийся тем, что используют десульфуратор, приготовленный посредством смешивания сухой извести, зольной пыли, извлеченной из коллектора пыли, и воды согласно определенной пропорции. Полученный десульфуратор имеет определенную активность и влажность (8~15%). Дымовой газ вводят в нижнюю часть абсорбционной колонны с циркулирующим суспензионным слоем через струйный механизм малого сопротивления для дымового газа, при этом распыляемую охлаждающую воду и десульфуратор отдельно распыляют в нижнюю часть и в дно абсорбционной колонны с циркулирующим суспензионным слоем. Большая часть десульфуратора циркулирует в колонне с внутренним разделительным блоком, предусмотренным в верхней части абсорбционной колонны с суспензионным слоем, а непрореагировавшее вещество десульфурирующего слоя, выходящее с дымовым газом, отделяют в устройстве для разделения газа и твердого вещества, предусмотренном снаружи от суспензионного слоя, и направляют обратно в слой, таким образом, обеспечивая использование десульфуратора на основе кальция. Если известковую суспензию использовать непосредственно в качестве десульфуратора, то этот способ позволяет преодолеть недостатки, связанные с тем, что растворопровод подвержен загрязнению, засорению и высокому сопротивлению потоку дымовых газов, что приводит к высоким затратам на работу системы и обслуживание.

Вместе с тем, «суспензионный слой», используемый в вышеуказанном способе, на самом деле является «псевдоожиженным слоем», при этом твердый десульфуратор суспендирован в дымовом газе, протекающем снизу вверх. Хорошо известно, что распределение твердых частиц в слое является неоднородным в таком газово-твердом псевдоожиженном слое, и указанный слой представляет собой двухфазную структуру, при этом одна фаза представляет собой непрерывную фазу с относительно равномерным распределением концентрации частиц и распределением пористости близко к исходному псевдоожиженному состоянию, а другая фаза представляет собой дисперсную пузырьковую фазу, несущую небольшое количество частиц, перемещающихся вверх через слой. Избыточное количество газа, необходимого для начального псевдоожижения, скапливается с образованием пузырьков, которые перемещаются вверх и лопаются на поверхности слоя, чтобы выбросить частицы в пространство над слоем, что приводит к большим колебаниям границы раздела слоя и колебаниям перепада давления. Более неблагоприятным является то, что газ, быстро проходящий через слой в виде пузырьков, очень мало контактирует с частицами, при этом газ в непрерывной фазе имеет длительное время контактирования с частицами вследствие низкой скорости газа, что приводит к неравномерности контакта газа с твердым веществом, поэтому эффективность обессеривания вышеуказанного способа в псевдоожиженном слое с трудом может удовлетворить производственные потребности. Следовательно, с точки зрения малых и средних проектов обессеривания, необходимо найти способ обессеривания и способ регенерации, которые обладают высокой эффективностью обессеривания, простотой обслуживания, отсутствием вторичного загрязнения, занимают небольшой участок земли и имеют низкую стоимость.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение предназначено для преодоления таких недостатков, как низкая эффективность обессеривания, сложность процесса и оборудования существующего способа обессеривания и способа регенерации после него, и, кроме того, предлагается способ обновляемого высокоэффективного обессеривания с применением суспензионного слоя с высокой эффективностью обессеривания, с простотой процесса и с низким уровнем капиталовложений в оборудование. Указанным способом можно превращать сервоводород из сырьевого потока газа непосредственно в серу без вторичного загрязнения.

Для этого, вышеуказанную цель данного изобретения можно достигнуть посредством следующих технических решений:

По одному из аспектов, в данном изобретении предложен способ обновляемого высокоэффективного обессеривания с применением суспензионного слоя, характеризующийся тем, что включает следующие стадии:

(1) десульфуратор равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии;

(2) десульфирующую суспензию смешивают с сероводородсодержащим газом для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 5-60 минут, чтобы позволить десульфирующей суспензии в достаточной степени вступить в контакт и в реакцию с сероводородсодержащим газом;

(3), вторую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем вторую смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа;

(4) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем для проведения второго этапа обессеривания и для получения второго потока очищенного газа; и

(5) обогащенный раствор подвергают однократному испарению, а затем реакции с кислородсодержащим газом чтобы осуществить регенерацию с получением обедненного раствора, который потом возвращают в процесс на стадию (2), чтобы использовать его в качестве десульфирующей суспензии.

Предпочтительно, на стадии (1) десульфуратор имеет размер частиц не более, чем 20 мкм.

Предпочтительно, десульфуратор выбран из группы, состоящей из: аморфного оксид-гидроксида железа, оксида железа, гидроксида железа или любой их смеси.

Предпочтительно, концентрация десульфуратора в десульфирующей суспензии составляет 1-5% масс., предпочтительно 2-3% масс.

Предпочтительно, сероводородсодержащий газ выбран из группы, состоящей из: биогаза, коксового газа, попутного нефтяного газа, природного газа, нефтехимического газа или любой их смеси.

Предпочтительно, скорость газового потока в безнасадочной башне реактора с суспензионным слоем составляет 0,03-0,3 м/с, предпочтительно 0,05-0,2 м/с.

Предпочтительно, имеется один реактор с суспензионным слоем или по меньшей мере два реактора с суспензионным слоем, соединенных последовательно и/или параллельно.

Предпочтительно, способ дополнительно включает стадию, в которой сероводородсодержащий газ предварительно обрабатывают для удаления тяжелых компонентов выше С5 перед смешиванием сероводородсодержащего газа с десульфирующей суспензией на стадии (2).

Предпочтительно, на стадии (4) реактор с неподвижным слоем содержит десульфуратор, выбранный из группы, состоящей из: аморфного оксид-гидроксида железа, оксида железа, гидроксида железа, оксида меди, оксида цинка и любой их смеси.

Предпочтительно, скорость потока газа в реакторе с неподвижным слоем составляет от 1 до 20 м/с.

Предпочтительно, при однократном испарении перепад давления составляет 0,1-0,4 МПа на стадии (5).

Предпочтительно, фактическое количество введенного кислородсодержащего газа в 5-15 раз превышает теоретическое количество его расхода, причем регенерация длится в течение 30-60 минут.

Предпочтительно, по меньшей мере часть обогащенного раствора заменяют на свежую десульфирующую суспензию, если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300% или более; и при этом замененную часть обогащенного раствора подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердую серу выгружают, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги.

Реактор с суспензионным слоем по данному изобретению выбран полой трубчатой структуры, работающий при полном заполнении, без контроля уровня жидкости.

Техническое решение по данному изобретению имеет следующие преимущества:

1. Способ обновляемого высокоэффективного обессеривания по данному изобретению, включающий стадию, в которой десульфирующую суспензию смешивают с сероводородсодержащим газом для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, при этом десульфирующая суспензия в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с сероводородсодержащим газом в течение времени выдержки в реакторе с суспензионным слоем 5-60 минут для получения второй смеси, т.е. трехфазной газо-жидко-твердой смеси; и стадию, в которой вторую смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, причем очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем для проведения второго этапа обессеривания и для получения второго потока очищенного газа, а полученный обогащенный раствор подвергают однократному испарению, а затем реакции с кислородсодержащим газом для проведения регенерации. Указанным способом по данному изобретению можно уменьшить содержание сероводорода в сероводородсодержащем газе с 2,4-140 г/н.м³ до 50 м.д. или менее, таким образом, эффективность обессеривания суспензионного слоя составляет 98% или более. В совокупности с неподвижным слоем содержание серы можно дополнительно уменьшить до менее чем 10 м.д. Данное изобретение обеспечивает высоэффективное обессеривание посредством объединения первичного обессеривания в суспензионном слое с глубоким обессериванием в неподвижном слое, соединенных последовательно. Данное изобретение может обеспечить регенерацию израсходованного десульфуратора посредством вступления в реакцию кислородсодержащего газа с обогащенным раствором, причем эффективность регенерации достигает 65%-83%, а обедненный раствор может быть повторно использован в качестве десульфирующей суспензии, без образования вторичного загрязнения. Таким образом, способ по данному изобретению является простым и рациональным, с высокой эффективностью обессеривания и регенерации, с простым оборудованием, занимает небольшой участок земли и имеет низкий уровень капиталовложений, что очень подходит для содействия развитию промышленности.

2. В способе обновляемого высокоэффективного обессеривания по данному изобретению в качестве десульфуратора выбран аморфный оксид-гидроксид железа, который имеет низкую стоимость, высокий предел содержания серы и длительное время переключения, причем его легко регенерировать, следовательно, данное изобретение имеет низкий уровень капиталовложений и низкую стоимость эксплуатации.

Принцип обессеривания и регенерации аморфного оксид-гидроксида железа состоит в следующем:

Указанные выше обессеривание и регенерация представляют собой цикл, в котором H₂S окисляется до элементарной серы, а аморфный оксид-гидроксид железа только выступает в качестве нерасходуемого катализатора. Обессеривание с оксид-гидроксидом железа имеет важную особенность, а именно: посредством оксид-гидроксида железа H₂S удаляют не в молекулярном виде. Способ обессеривания является очень быстрым, поскольку H₂S сначала диссоциирует на ионы HS^- и S^2- в водной пленке на поверхности оксида железа, затем следует ионообмен ионов HS^- и S^2- со структурным кислородом (О^2-) и структурным гидроксилом (ОН^-) в оксид-гидроксиде железа.

3. Способ обновляемого высокоэффективного обессеривания по данному изобретению, включающий стадию, в которой предварительно обрабатывают сероводородсодержащий газ для удаления тяжелых компонентов выше С5 для того, чтобы предотвратить возникновение вспенивания. Вспенивание может быть вызвано введением тяжелых компонентов выше С5 в последующую систему, таким образом, вызывая увеличение перепада давления газа в процессе регенерации и дополнительно влияя на эффективность регенерации.

4. Способ обновляемого высокоэффективного обессеривания по данному изобретению, включающий стадию, в которой обогащенный раствор подвергают однократному испарению для удаления содержащихся в нем легких углеводородов, таким образом, предотвращают опасность пожара или взрыва, которые могут быть вызваны из-за введения легких углеводородов в процесс окислительной регенерации.

5. Способ обновляемого высокоэффективного обессеривания по данному изобретению, включающий стадию, в которой заменяют по меньшей мере часть обогащенного раствора на свежую десульфирующую суспензию, если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300% или более, т.е. достигает частичного насыщения и насыщения, таким образом, обеспечивают эффективность обессеривания. Замененную часть обогащенного раствора подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердая сера, как правило, является крупнозернистой серой, которую можно продавать как готовую продукцию, таким образом, снижается стоимость обессеривания, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги, что способствует усовершенствованию использования водных ресурсов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Описанные выше и другие особенности данного изобретения или технические решения предшествующего уровня техники будут теперь подробно описаны со ссылкой на конкретные типовые варианты осуществления изобретения, проиллюстрированные на прилагаемых чертежах. Следует понимать, что варианты осуществления изобретения и чертежи приведены ниже в данном документе только с целью иллюстрации, и, следовательно, не ограничивают данное изобретение, и специалистами в данной области техники могут быть сделаны очевидные модификации без каких-либо творческих работ, при этом:

На фиг. 1 проиллюстрирована блок-схема последовательности операций по варианту осуществления изобретения 3, изображающая способ обновляемого высокоэффективного обессеривания с применением суспензионного слоя, при этом:

Ссылочные позиции являются следующими:

1 - коагулятор; 2 - реактор с суспензионным слоем; 3 - газожидкостный сепаратор; 4 - испаритель мгновенного вскипания; 5 - резервуар окислительной регенерации; 6 - реактор с неподвижным слоем; 7 - вентилятор подачи воздуха; 8 - аэратор; 9 - аэрационный насос; 10 - струйный смеситель Вентури; 11 - насос обедненного раствора; 12 - насос насыщенной суспензии; 13 - первое разбрызгивающее устройство; 14 - второе разбрызгивающее устройство; 15 - третье разбрызгивающее устройство; 16 - четвертое разбрызгивающее устройство.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническое решение по данному изобретению будет теперь подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи. Очевидно, что описанные варианты осуществления изобретения являются типовыми вариантами осуществления данного изобретения, а не всеми вариантами осуществления изобретения. Все другие варианты осуществления изобретения, полученные на основании вариантов осуществления по данному изобретению специалистами в данной области техники без осуществления творческой работы, находятся в пределах объема данного изобретения.

В описании данного изобретения, если прямо не указано и не определено иное, термины «присоединенный к» и «соединенный с» должны пониматься в широком смысле, например, это может быть фиксированное соединение, съемное соединение или внутреннее соединение; оно может быть либо напрямую присоединено к, либо косвенно соединено с через промежуточную среду, либо может быть внутренней связью между двумя элементами. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что конкретное значение вышеуказанных терминов в данном изобретении можно понимать в зависимости от реальной ситуации. Кроме того, технические характеристики, описанные в различных вариантах осуществления данного изобретения, описанных ниже, могут быть объединены друг с другом, если они не противоречат друг другу.

В следующих ниже вариантах осуществления изобретения: эффективность обессеривания в суспензионном слое = (общая масса сероводорода в сырьевом потоке газа - масса сероводорода в газе после обессеривания с суспензионным слоем) / общая масса сероводорода в сырьевом потоке газа; эффективность регенерации = масса серы / (масса катализатора + масса серы).

Вариант осуществления изобретения 1

Способ обновляемого высокоэффективного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включающий следующие стадии:

(1) имеющий магнитные свойства оксид железа с размером частиц 1-20 мкм равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, имеющей концентрацию 1% масс.;

(2) биогаз, имеющий содержание H₂S 71,2 г/н.м³, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в первом реакторе с суспензионным слоем, имеющем скорость газового потока в безнасадочной башне 0,3 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в первом реакторе с суспензионным слоем составляло 5-7 минут, затем вторую смесь выпускают сверху первого реактора с суспензионным слоем, и вторую смесь пропускают в нижнюю часть второго реактора с суспензионным слоем, имеющего скорость газового потока в безнасадочной башне 0,3 м/с, причем контролируют, чтобы время выдержки второй смеси во втором реакторе с суспензионным слоем составляло 5 минут, вследствие чего биогаз в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с десульфирующей суспензией в двух реакторах с суспензионным слоем, соединенных последовательно;

(3) трехфазную газо-жидко-твердую смесь выпускают сверху второго реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе составляет 45 м.д.;

(4) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный гидроксидом железа в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 3 м/с, и для получения второго потока очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составляет 8 м.д.;

(5) обогащенный раствор подают в испаритель мгновенного вскипания, имеющий перепад давления 0,2 МПа для проведения однократного испарения, чтобы удалить легкие углеводороды, а затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для проведения реакции с воздухом в течение 50 минут для получения обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 10 раз превышает теоретическое количество его расхода, при этом эффективность регенерации составляет 72%; затем обедненный раствор возвращают в процесс на стадию (2), чтобы использовать его в качестве десульфирующей суспензии.

Вариант осуществления изобретения 2

Способ обновляемого высокоэффективного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включающий следующие стадии:

(1) гидроксид железа с размером частиц 5-15 мкм равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, имеющей концентрацию 2% масс.;

(2) коксовый газ, имеющий содержание H₂S 2,4 г/н.м³, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем со скоростью газового потока в безнасадочной башне 0,15 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 6-8 минут, чтобы позволить коксовому газу в достаточной степени вступить в контакт и в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-жидко-твердую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе составляет 50 м.д.;

(4) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный имеющим магнитные свойства оксидом железа в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 6 м/с, для получения второго потока очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составляет 3 м.д.;

(5) обогащенный раствор подают в испаритель мгновенного вскипания, имеющий перепад давления 0,15 МПа, для проведения однократного испарения, чтобы удалить легкие углеводороды, а затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для проведения реакции с воздухом в течение 45 минут, чтобы осуществить регенерацию с получением обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 12,5 раз превышает теоретическое количество его расхода. Было установлено, что эффективность регенерации составляет 83%. Обедненный раствор затем возвращают в процесс на стадию (2) для использования в качестве десульфирующей суспензии.

Вариант осуществления изобретения 3

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, способ обновляемого высокоэффективного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включает следующие стадии:

(1) аморфный оксид-гидроксид железа с размером частиц 5-20 мкм равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, имеющей концентрацию 2,5% масс.;

(2) природный газ, имеющий содержание H₂S 140 г/н.м³, подают в коалесцирующий резервуар для удаления тяжелых компонентов выше С5, причем природный газ, выпущенный из коалесцирующего резервуара, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, имеющем скорость газового потока в безнасадочной башне 0,2 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 30-35 минут, вследствие чего природный газ в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-жидко-твердую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе составляет 41 м.д.;

(4) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный аморфным оксид-гидроксидом железа в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 1,8 м/с, для получения второго потока очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составляет 3 м.д.;

(5) обогащенный раствор подают в испаритель мгновенного вскипания, имеющий перепад давления 0,17 МПа, для проведения однократного испарения, чтобы удалить легкие углеводороды, а затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для проведения реакции с воздухом в течение 55 минут для получения обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 11 раз превышает теоретическое количество его расхода, при этом эффективность регенерации составляет 78%; затем обедненный раствор возвращают в процесс на стадию (2), чтобы использовать его в качестве десульфирующей суспензии;

если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300%, то раствор считается насыщенным, и половину обогащенного раствора в резервуаре регенерации заменяют на свежую десульфирующую суспензию, причем замененный обогащенный раствор подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердую серу выгружают, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги.

Вариант осуществления изобретения 4

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, способ обновляемого высокоэффективного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включает следующие стадии:

(1) аморфный оксид-гидроксид железа с размером частиц 1-20 мкм, равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, имеющей концентрацию 3% масс;

(2) попутный нефтяной газ, имеющий содержание H₂S 108 г/н.м³, подают в коалесцирующий резервуар для удаления тяжелых компонентов выше С5, причем попутный нефтяной газ, выпущенный из коалесцирующего резервуара, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, имеющем скорость газового потока в безнасадочной башне 0,05 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 20 минут, вследствие чего попутный нефтяной газ в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-жидко-твердую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе составляет 43 м.д.;

(4) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный аморфным оксид-гидроксидом железа в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 4 м/с, для получения второго потока очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составляет 5 м.д.;

(5) обогащенный раствор подают в испаритель мгновенного вскипания, имеющий перепад давления 0,23 МПа, для проведения однократного испарения, чтобы удалить легкие углеводороды, а затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для проведения реакции с воздухом в течение 50 минут, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 15 раз превышает теоретическое количество его расхода, чтобы осуществить регенерацию с получением обедненного раствора, при этом эффективность регенерации составляет 66%; а обедненный раствор, полученный посредством регенерации, затем возвращают в процесс на стадию (2) для использования в качестве десульфирующей суспензии;

если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300%, то раствор считается насыщенным, и весь обогащенный раствор в резервуаре регенерации заменяют на свежую десульфирующую суспензию, причем замененный обогащенный раствор подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердую серу выгружают, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги.

Вариант осуществления изобретения 5

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, способ обновляемого высокоэффективного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включает следующие стадии:

(1) аморфный оксид-гидроксид железа с размером частиц 10-15 мкм равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии с концентрацией 5% масс.;

(2) нефтехимический газ, имеющий содержание H2S 35 г/н.м³, подают в коалесцирующий резервуар для удаления тяжелых компонентов выше С5, причем нефтехимический газ, выпущенный из коалесцирующего резервуара, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, при этом первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, имеющем скорость газового потока в безнасадочной башне 0,3 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 40 минут, вследствие чего нефтехимический газ в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-жидко-твердую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе составляет 46 м.д.;

(4) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный аморфным оксид-гидроксидом железа в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 5 м/с, для получения второго потока очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составлет 4 м.д.;

(5) обогащенный раствор подают в испаритель мгновенного вскипания, имеющий перепад давления 0,3 МПа, для проведения однократного испарения, чтобы удалить легкие углеводороды, а затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для проведения реакции с воздухом в течение 60 минут для получения обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 13 раз превышает теоретическое количество его расхода, при этом эффективность регенерации составляет 81%; затем обедненный раствор возвращают в процесс на стадию (2), чтобы использовать его в качестве десульфирующей суспензии;

если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300%, то раствор считается насыщенным, и весь обогащенный раствор в резервуаре регенерации заменяют на свежую десульфирующую суспензию, причем замененный обогащенный раствор подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердую серу выгружают, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги.

Вариант осуществления изобретения 6

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, способ обновляемого высокоэффективного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включает следующие стадии:

(1) аморфный оксид-гидроксид железа с размером частиц 10-15 мкм равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, имеющей концентрацию 1,5% масс.;

(2) нефтехимический газ, имеющий содержание H₂S 123 г/н.м³, подают в коалесцирующий резервуар для удаления тяжелых компонентов выше С5. Нефтехимический газ, выпущенный из коалесцирующего резервуара, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, имеющем скорость газового потока в безнасадочной башне 0,1 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 10-15, вследствие чего нефтехимический газ в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-жидко-твердую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе составляет 48 м.д.;

(4) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный оксидом цинка в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 10 м/с, для получения второго потока очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составляет 8 м.д.;

(5) обогащенный раствор подают в испаритель мгновенного вскипания, имеющий перепад давления 0,1 МПа, для проведения однократного испарения, чтобы удалить легкие углеводороды, а затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для проведения реакции с воздухом в течение 35 минут для получения обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 8 раз превышает теоретическое количество его расхода, при этом эффективность регенерации составляет 65%; затем обедненный раствор возвращают в процесс на стадию (2), чтобы использовать его в качестве десульфирующей суспензии;

если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300%, то раствор считается насыщенным, и весь обогащенный раствор в резервуаре регенерации заменяют на свежую десульфирующую суспензию, причем замененный обогащенный раствор подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердую серу выгружают, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги.

Вариант осуществления изобретения 7

Как проиллюстрировано на фиг. 1, способ обновляемого высокоэффективного обессеривания с применением суспензионного слоя, предложенный в данном варианте осуществления изобретения, включает следующие стадии:

(1) аморфный оксид-гидроксид железа с размером частиц 1-10 мкм равномерно смешивают с водой для приготовления десульфирующей суспензии, имеющей концентрацию 2,5% масс.;

(2) нефтехимический газ, имеющий содержание H₂S 89 г/н.м³, подают в коалесцирующий резервуар для удаления тяжелых компонентов выше С5. Нефтехимический газ, выпущенный из коалесцирующего резервуара, смешивают с десульфирующей суспензией для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, имеющем скорость газового потока в безнасадочной башне 0,03 м/с, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 50-60 минут, вследствие чего нефтехимический газ в достаточной степени контактирует и вступает в реакцию с десульфирующей суспензией;

(3) трехфазную газо-жидко-твердую смесь выпускают сверху реактора с суспензионным слоем, причем смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения обогащенного раствора и очищенного газа, при этом определили, что содержание H₂S в очищенном газе составляет 45 м.д.;

(4) очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем, заполненный оксидом меди в качестве десульфуратора, для проведения второго этапа обессеривания, при сохранении скорости потока газа в реакторе с неподвижным слоем 20 м/с, для получения второго потока очищенного газа, содержание H₂S в котором, как определили, составляет 7,5 м.д.;

(5) обогащенный раствор подают в испаритель мгновенного вскипания, имеющий перепад давления 0,4 МПа, для проведения однократного испарения, чтобы удалить легкие углеводороды, а затем обогащенный раствор подают в резервуар регенерации для проведения реакции с воздухом в течение 30-40 минут для получения обедненного раствора, при этом вводимое в процессе реакции количество воздуха в 5 раз превышает теоретическое количество его расхода, при этом эффективность регенерации составляет 80%; затем обедненный раствор возвращают в процесс на стадию (2), чтобы использовать его в качестве десульфирующей суспензии;

если предел содержания серы в обогащенном растворе достигает 300%, то раствор считается насыщенным, и весь обогащенный раствор в резервуаре регенерации заменяют на свежую десульфирующую суспензию, причем замененный обогащенный раствор подвергают разделению на твердое вещество и жидкость для получения твердой серы и жидкой фазы, при этом твердую серу выгружают, а жидкую фазу возвращают в резервуар окислительной регенерации для применения в качестве повторно используемой дополнительной влаги.

Вариант осуществления изобретения 8

Способ обессеривания, предложенный в описанных выше вариантах осуществления изобретения 1-7 по данному изобретению, осуществляют с использованием следующей встроенной системы, проиллюстрированной на фиг. 1. Указанная встроенная система содержит:

реактор с суспензионным слоем 2, снабженный загрузочным отверстием снизу и разгрузочным отверстием сверху него, и имеющий первое разбрызгивающее устройство 13, предусмотренное в нем и расположенное рядом с разгрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем 2, причем реактор с суспензионным слоем 2 заполняют смесью десульфирующей суспензии и сероводородсодержащего газа, при этом время выдержки смеси в реакторе с суспензионным слоем составляет 5-60 мин.; и при этом, в альтернативном варианте, устройство обессеривания по данному варианту осуществления изобретения не ограничивается тем, что содержит один реактор с суспензионным слоем, оно может содержать два или более реактора с суспензионным слоем, соединенных последовательно или параллельно;

газожидкостный сепаратор 3 в соединении с разгрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем 2, снабженный выпускным отверстием обогащенного раствора снизу и выходным отверстием сверху него; при этом газожидкостный сепаратор 3 имеет второе разбрызгивающее устройство 14 для распыления десульфирующей суспензии, причем второе разбрызгивающее устройство 14 предусмотрено внутри газожидкостного сепаратора 3 и расположено рядом с выходным отверстием газожидкостного сепаратора 3; и при этом газожидкостный сепаратор 3 снабжен линией возврата конденсатной воды низкого давления и линией возврата пара низкого давления на его наружной боковой стенке; при этом, в альтернативном варианте, устройство обессеривания в этом варианте осуществления изобретения может содержать более чем один газожидкостный сепаратор в зависимости от объема газа, циркулирующего количества суспензии и мощности оборудования и т.д. для того, чтобы предотвратить попадание жидкости в установку сухого обессеривания с неподвижным слоем и влияние жидкости на производительность десульфуратора;

реактор с неподвижным слоем 6, присоединенный к выходному отверстию газожидкостного сепаратора 3 и снабженный сверху выпускным отверстием очищенного газа; при этом, предпочтительно, в данном варианте осуществления изобретения имеется два реактора с неподвижным слоем, соединенных последовательно, для обеспечения бесперебойной работы в случае, если в одном из них обнаружится отклонение от заданного режима и поломка, или, в альтернативном варианте, имеется по меньшей мере два реактора с неподвижным слоем, соединенных параллельно;

испаритель мгновенного вскипания 4 в соединении с выпускным отверстием обогащенного раствора газожидкостного сепаратора 3, снабженный снизу выпускным отверстием насыщенной жидкости; при этом испаритель мгновенного вскипания 4 имеет третье разбрызгивающее устройство 15, предусмотренное в нем и расположенное рядом с выводным отверстием легких углеводородов сверху испарителя мгновенного вскипания 4;

резервуар окислительной регенерации 5 в соединении с выпускным отверстием насыщенной жидкости испарителя мгновенного вскипания 4, снабженный выпускным отверстием обедненного раствора, расположенным снизу него и в соединении с загрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем 2; при этом резервуар окислительной регенерации 5 имеет четвертое разбрызгивающее устройство 16, предусмотренное в его верхней части; и при этом резервуар окислительной регенерации 5 снабжен аэратором 8 внутри него и вентилятором подачи воздуха 7 и аэрационным насосом 9 с его наружной стороны, при этом вентилятор подачи воздуха и аэрационный насос, соответственно, соединены с аэратором 8, причем аэрационный насос 9 соединен с выпускным отверстием жидкости в нижней части резервуара окислительной регенерации 5;

струйный смеситель Вентури 10, имеющий выпускное отверстие, присоединенное к впускному отверстию суспензии в верхней части резервуара окислительной регенерации 5, и дополнительно имеющий впускное отверстие десульфуратора и впускное отверстие воды; и

сепаратор жидкой и твердой фаз (не показанный на чертежах) в соединении с выпускным отверстием насыщенной жидкости, расположенным в нижней части резервуара окислительной регенерации 5, снабженный выпускным отверстием воды, которое, соответственно, соединено с впускным отверстием воды каждого из следующих: первого разбрызгивателя, третьего разбрызгивателя, четвертого разбрызгивателя и струйного смесителя Вентури 10.

В качестве альтернативного варианта осуществления изобретения, данный вариант осуществления изобретения дополнительно содержит коагулятор 1, имеющий выходное отверстие, сообщающееся с загрузочным отверстием реактора с суспензионным слоем 2.

Если встроенная система в соответствии с данным изобретением отключается, то для достижения целей очистки в реактор с суспензионным слоем 2 распыляют воду через первое разбрызгивающее устройство 13. Кроме того, в газожидкостный сепаратор распыляют десульфирующую суспензию через второе разбрызгивающее устройство 14, в испаритель мгновенного вскипания 4 распыляют воду через третье разбрызгивающее устройство 15 и в резервуар окислительной регенерации 5 распыляют воду через четвертое разбрызгивающее устройство 16, все это служит для предотвращения накопления серы на поверхности жидкости, таким образом, все это выступает в качестве промывки.

Очевидно, что описанные выше варианты осуществления изобретения приведены только для иллюстрации и, следовательно, не являются ограничивающими данное изобретение. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что любые эквивалентные альтернативные варианты, полученные на основе данного изобретения, должны быть включены в объем правовой охраны данного изобретения.

Реферат

Предложен способ обновляемого высокоэффективного обессеривания с применением суспензионного слоя, включающий стадию, в которой десульфирующую суспензию смешивают с сероводородсодержащим газом для получения первой смеси, причем первую смесь пропускают снизу вверх в реакторе с суспензионным слоем, при этом контролируют, чтобы время выдержки первой смеси в реакторе с суспензионным слоем составляло 5-60 минут, чтобы позволить десульфирующей суспензии в достаточной степени вступить в контакт и в реакцию с сероводородсодержашим газом, при этом сероводородсодержащий газ выбран из группы, состоящей из биогаза, коксового газа, попутного нефтяного газа, природного газа, нефтехимического газа или любой их смеси; и стадию, в которой вторую смесь выпускают из верхней части по меньшей мере одного реактора с суспензионным слоем, причем вторую смесь подвергают разделению на газ и жидкость для получения очищенного газа и обогащенного раствора, причем очищенный газ подают в реактор с неподвижным слоем для проведения второго этапа обессеривания и для получения второго потока очищенного газа, при этом реактор с неподвижным слоем содержит десульфуратор, выбранный из группы, состоящей из аморфного оксид-гидроксида железа, оксида железа, гидроксида железа, оксида меди, оксида цинка и любой их смеси, и при этом скорость потока газа в реакторе с неподвижным слоем составляет от 1 до 20 м/с, а полученный обогащенный раствор подвергают однократному испарению, а затем реакции с кислородсодержащим газом для проведения регенерации. Указанным способом можно уменьшить содержание серы в сероводородсодержащем газе с 2,4-140 г/н⋅мдо 50 м.д. или менее посредством использования суспензионного слоя, и в совокупности с неподвижным слоем можно дополнительно уменьшить содержание серы до менее чем 10 м.д. Данное изобретение обеспечивает высокоэффективное обессеривание посредством объединения суспензионного слоя с неподвижным слоем, соединенных последовательно. Данное изобретение имеет высокую эффективность регенерации, причем обедненный раствор может быть повторно использован в качестве десульфирующей суспензии, без образования вторичного загрязнения, что очень подходит для содействия развитию промышленности. 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 8 пр.

Формула