Способ удаления сероводорода из газовых смесей

 

Изобретение относится к области очистки газов от сероводорода, в частности к области обессеривания газов с использованием жидких поглотителей, и может найти применение в нефтегазодобывающей и перерабатывающей отраслях промышленности. Способ заключается в окислении сероводорода раствором, образующимся в прианодном пространстве электролизера в результате электролитического разложения воды. Способ позволяет осуществить очистку газов от сероводорода с высокой селективностью с получением серы высокой чистоты. 1 табл.

Изобретение относится к области очистки газов от сероводорода, в частности к области обессеривания газов с использованием жидких поглотителей, и может найти применение в нефтегазодобывающей и перерабатывающей отраслях промышленности.

Известен ряд способов, в которых для удаления сероводорода используют химические соединения - поглотители сероводорода. Наиболее часто для этих целей применяют щелочные соединения - гидроокиси и карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов /1. Патент США N 4198378, 2. Патент США N 3941875, 3. А. с. СССР N 314414/. Процесс удаления сероводорода с помощью щелочей может быть представлен реакциями: Эти процессы хорошо изучены и широко применяются. Полнота извлечения сероводорода в таких равновесных процессах не превышает 85,95%, что является недостатком способов. Также к недостаткам относится низкая селективность по сероводороду, т.к. вместе с сероводородом щелочные растворы поглощают также другие кислые газы (SO₂, CO₂, HCN). К серьезным недостаткам относится и обратимость процесса.

Известен и наиболее близок по технической сущности к заявляемому способ непрерывного удаления сероводорода методом непрямого электролиза /4. Заявка Японии N 62-89887/.

Схематически названный процесс может быть представлен реакциями H₂S+2FeCl₃--->2FeCl₂+FeCl₂+ 2HCl+S Недостатком данного процесса является высококоррозионная среда, в которой протекают реакции окисления сероводорода и электролиза FeCl₂. Также недостатком является загрязнение конечного продукта - серы - солями железа, что требует введения дополнительной стадии промывки серы и, как следствие, образования сточных вод, требующих, в свою очередь, утилизации.

Указанных недостатков лишен предлагаемый способ удаления сероводорода из газовых смесей посредством процесса окисления сероводорода анолитом (раствор, образующийся на аноде в процессе электролиза), образовавшимся на аноде в результате электролитического разложения воды в электролизере с пористой мембраной. Выделяющийся в процессе электролиза кислород также может быть использован для окисления сероводорода. Схематически процесс может быть представлен следующим образом: В катодном пространстве в результате присоединения электронов протонами образуется водород. Электролит, образующийся в анодном пространстве, содержит OH^--ионы, создающие слабо щелочную среду, и атомарный кислород, образующийся в результате рекомбинации OH^--ионов.

Наличие мембраны, разделяющей анодное и катодное пространства, позволяет отделить анолит от католита, что, в свою очередь, дает возможность проводить окисление сероводорода не в электролизере, а в отдельном сосуде. Это решает вопрос защиты аппаратуры, в частности электродов и корпуса электролизера с электрооснащением, от сероводородной коррозии.

В выведенном из электролизера анолите происходят следующие реакции: H₂S+OH^---->HS^-+H₂O; HS^-+O--->S +OH^-;
H₂S+O--->H₂O+S ;
Поглощенный аналитом сероводород окисляется присутствующим в растворе атомарным кислородом до элементной серы
H₂S+OH^---->HS^-+H₂O;
H₂S+O--->H₂O+S .

Поскольку окислительная активность кислорода по мере превращения из атомарного состояния в молекулярное резко падает, наиболее эффективно раствор может быть использован в течение нескольких секунд после процесса электролиза, что и достигается непрерывным отводом анолита из электролизера в реактор для контакта с сероводородом.

Элементная сера выпадает в осадок и, после фильтрования, представляет собой чистый продукт. Вода возвращается в цикл электролиза. Процесс, таким образом, безотходен, экологически чист; не требует для исполнения химических реагентов.

Процесс осуществляется в электролизере мембранного типа в динамическом режиме. Вода подается с определенной скоростью в электролизер, а анолит, содержащий окислители, с той же скоростью постоянно выводится из электролизера в сосуд, где происходит контактирование анолита с сероводород-содержащим газом. Отработанный анолит выводится из сосуда через фильтр, на котором остается продукт - сера, и возвращается в электролизер, либо сбрасывается в виде чистой воды в канализацию.

Контроль за содержанием сероводорода в газе осуществляется на входе в реактор хроматографически, на выходе - с помощью газоанализатора "Рикэн Кэйки" (Япония) с точностью 0,5 мг/м³.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Через электролизер с пористой мембраной подавалась вода со скоростью 0,1-0,05 час^-1, при плотности тока 0,17 А/мм² и расстоянием между электродами 10 мм, анолит и выделяющийся кислород постоянно выводились из электролизера и подавались в сосуд для окисления сероводорода. Через сосуд для окисления сероводорода пропускали углеводородный газ, содержащий, об.%:
Углеводороды - 60
Сероводород - 35
Углекислый газ - 5
с объемной скоростью 1,0 час^-1.

Объем пропущенного газа 15 л.

Состав газа на выходе из сосуда после очистки, об.%:
Углеводороды - 94,74
Углекислый газ - 5,26
Сероводород - 0
Элементная сера, выделенная из раствора, имела степень чистоты 99,9%.

Примеры 2-4 выполнены аналогично примеру 1 и сведены в таблицу.

Представленные примеры показывают, что заявляемый способ обеспечивает высокую степень очистки газов от сероводорода, полную селективность очистки по сероводороду (отсутствие удаления CO₂).

Новизна метода в непрерывном отводе образующегося водного раствора, содержащего одновременно щелочную среду (выполняющую функцию физико-химического абсорбента газообразного H₂S) и окислитель - атомарный кислород, активный относительно S^--- и HS^--ионов. Поскольку окислительная активность кислорода по мере превращения из атомарного состояния в молекулярное резко падает, эффективно раствор может быть использован в течение нескольких секунд после процесса электролиза, что и достигается непрерывным отводом анолита из электролизера в сосуд для контакта с H₂S.

Таким образом, использование заявляемого способа позволяет осуществить очистку газов от сероводорода с высокой селективностью, с получением серы высокой чистоты. Достоинствами процесса являются отсутствие контакта электролизера с коррозионно-активным сероводородом, что дает возможность избежать коррозии электрооборудования; отсутствие реагентов и, следовательно, необходимости их утилизации; надежность и простота исполнения.

Список использованной литературы
1. Патент США N 4198378, 15.04.1980.

2. Патент США N 3941875, 02.03.1976.

3. А.с. СССР N 814414, 03.01.1979.

4. Заявка Японии N 62-89887 от 16.10.1985.

Формула изобретения

Способ удаления сероводорода из газовых смесей окислительным методом с использованием электролиза, отличающийся тем, что окисление сероводорода осуществляют раствором, образующимся в прианодном пространстве электролизера в результате электролитического разложения воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1