Поглотительный раствор для очистки газов от сероводорода

 

Изобретение предназначено для очистки газов от сероводорода с использованием жидких поглотителей. Очистку газа от сероводорода ведут поглотителем, содержащим, мас.%: формальдегид-1-37; карбонат или гидрокарбонат натрия или калия-0,01-0,1; вода - остальное. Изобретение позволяет повысить селективность поглотительного раствора по сероводороду. 1 табл.

Изобретение относится к области очистки газов от сероводорода с использованием жидких поглотителей и может найти применение в нефтяной, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известен поглотительный раствор для очистки газов от сероводорода, в состав которого входят карбонаты натрия или калия и вода /1. Патент ЕПВ N 0046061, 1982/. /1/. Концентрация карбоната щелочного металла в растворе находится в пределах 5-30 мас.%, причем чем выше концентрация карбоната, тем эффективнее очистка. Именно с целью повышения концентрации очистку с использованием данного поглотительного раствора проводят при повышенной температуре - 60-90^oC, так как растворимость карбонатов калия и натрия возрастает с повышением температуры и становится возможным использовать высококонцентрированные растворы. Правда, при этом усиливаются и коррозионные процессы, что требует введения в раствор ингибиторов коррозии.

Полнота извлечения сероводорода таким раствором составляет 85-95%. Вместе с сероводородом раствор поглощает до 93% HCN и 5-7% CO₂.

Недостатками известного раствора являются невысокая степень очистки и низкая селективность по сероводороду.

Известен поглотительный раствор, в состав которого входят альдегиды, в частности, 95% масляного и 5% изомасляного альдегида /2. Патент ФРГ N DE 3532955, 1987/.

Очистку с использованием данного поглотительного раствора проводят следующим образом.

В головную часть экстракционной колонны, заполненной кольцами Рашига, высотой 290 мм и диаметром 63 мм под давлением 5,2 МПа и объемной скорости 8 л/час при 35^oC подают смесь из 95 вес.ч. и 5 вес.ч. изомасляного альдегида. В противотоке подавался синтез, газ 5 м³/час, который в качестве примесей содержал 1 мг/м³ HCN, 0,8 мг/м³ H₂S и 1,5 мг/м³ COS. В выходящем через верх колонны газе названные примеси уже не обнаружены.

Недостатком раствора является низкая селективность по сероводороду.

Наиболее близким к заявляемому решению является поглотительный раствор на основе формальдегида /3. Патент США N 4748011, 1988/, содержащего, мас.%: Формальдегид - 10-50 Метанол - 10-50 Изопропанол - 1-2 Щелочь - 2-5 Амин (ингибитор коррозии и окисления) - 1-25 Вода - 20-80 Согласно прототипу, активными компонентами поглотителя являются альдегид, алифатические спирты и щелочь в водном растворе. Аминосоединения вводятся в поглотительный раствор в качестве ингибитора окисления и коррозии, при этом активной роли в процессе поглощения H₂S не играют.

На каждые 100 г H₂S подают 200-300 г раствора (0,01%), считая на природный газ, имеющего pH 6,18-14. Такая подача раствора позволяет снизить содержание H₂S до 4 ч/млн. ч природного газа. Кроме того, другие кислые примеси, в частности углекислый газ и цианистый водород, на выходе в очищенном газе не обнаружены.

Недостатками известного поглотительного раствора являются его неселективность по сероводороду и высокая токсичность (за счет использования метанола). Неселективность по сероводороду приводит к тому, что известный состав не может быть эффективно использован при очистке газов с высоким содержанием других кислых газов, в частности CO₂. Совместное поглощение суммы кислых газов известным поглотительным раствором ведет к трудности регенерации поглотителя, что вызывает увеличение его расхода.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить селективность поглотительного раствора по сероводороду. Это достигается использованием заявляемого поглотительного раствора, включающего формальдегид и воду, который согласно изобретению дополнительно содержит карбонат или гидрокарбонат натрия или калия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Формальдегид - 1-37 Карбонат или гидрокарбонат натрия или калия - 0,01-0,1
Вода - Остальное
Сравнение с прототипом показывает, что заявленный поглотительный раствор отличается наличием карбоната или гидрокарбоната натрия или калия и количественным соотношением компонентов, т.е. соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение с другими техническими решениями показывает, что известно использование карбонатов калия или натрия для очистки газов от сероводорода /1/.

Сущность карбонатного метода очистки состоит в том, что H₂S поглощается из газов водным раствором карбоната или бикарбоната натрия или калия. Активной составной частью раствора можно считать карбонат или бикарбонат щелочного металла, который создает щелочность, необходимую для физико-химической абсорбции кислых газов.

В заявленном составе карбонат или гидрокарбонат щелочного металла вводят в каталитических количествах. В результате при введении катализатора в поглотительный раствор на основе формальдегида меняется сам характер поглощения сероводорода и процесс физико-химической абсорбции кислых газов заменяется специфической химической реакцией

с образованием известного соединения - полиметиленсульфида.

Способность карбонатов и гидрокарбонатов щелочных металлов катализировать подобные реакции установлена впервые.

Поглотительный раствор такого состава способен избирательно извлекать H₂S из газовой смеси в присутствии кислых газов.

Селективность поглотителя по H₂S обусловлена тем, что поглощение других кислых компонентов газа за счет реакции с формальдегидами при данном катализаторе исключено, а физической абсорбции их поглотительным раствором данного состава не происходит, поскольку количество карбоната или гидрокарбоната щелочного металла очень мало для абсорбции.

Поглотительный раствор готовят смешением компонентов: в водный раствор формальдегида добавляют соответствующее количество карбоната или гидрокарбоната калия или натрия. Затем раствор загружают и цилиндр и через него барботируют очищенный газ до обнаружения проскока H₂S.

Содержание H₂S на входе контролируют хроматографически, на выходе - с помощью газоанализатора "Рикен Кэйки" с чувствительностью по H₂S 0,001 г/м³.

Пример 1. В цилиндр объемом 100 мл вносят 50 мл поглотительного раствора состава, мас.%:
Формальдегид - 30-37
Карбонат натрия - 0,01
Вода - Остальное
и через него пропускают углеводородный газ, содержащий, мас.%:
Углеводороды - 90
Сероводород - 5
Углекислый газ - 5
со скоростью 75 мл/мин. В течение 2,5 ч в очищаемом газе наблюдают отсутствие H₂S.

Объем пропущенного газа 11250 мл. Содержание H₂S в данном объеме - 562, 5 мл.

Состав газа на выходе, мас.%:
Углеводороды - 94,7
Сероводород - 0 (0 мг/м³)
Углекислый газ - 5,3
Последующие примеры проведены аналогично примеру 1, результаты сведены в таблицу.

Таким образом заявленный поглотительный раствор обеспечивает очистку газов от сероводорода с высокой селективностью.

В процессе очистки не требуется регенерация поглотительного раствора, так как образуется химическое соединение, имеющее практическое применение.

Литература:
1. Патент ЕПВ N 0046061, 1982.

2. Патент ФРГ N 3532955, 1987.

3. Патент США N 4748011, 1988.

Формула изобретения

Поглотительный раствор для очистки газов от сероводорода, включающий формальдегид и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбонат или гидрокарбонат натрия или калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Формальдегид - 1 - 37
Карбонат или гидрокарбонат натрия или калия - 0,01 - 0,1
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1