Поглотительный раствор для очистки газов от кислых примесей
Владельцы патента RU 2363524:
Общество с ограниченной ответственностью Нефтегаз-Сталь-экспертно научно внедренческая компания (ООО "НЕФТЕГАЗ-СТАЛЬ-ЭНВК") (RU)
Изобретение относится к области химии и может быть использовано для очистки углеводородных и дымовых газов от кислых компонентов, а именно от сернистых газов, углекислого газа и меркаптанов. Поглотительный раствор содержит предварительно измельченную и гидратированную металлургическую окалину, известь, гидроксид щелочного металла и органические добавки - полиакриламид (ПАА) или КМЦ, при следующем соотношении компонентов, мас.%: окалина 1-8, известь 1-8, гидроксид щелочного металла 1-10, ПАА или КМЦ 0,1-0,5, вода - остальное. Изобретение позволяет повысить степень очистки газов от кислых компонентов, решить экологические проблемы за счет утилизации отходов металлургических производств - окалины, а также использовать в качестве строительного материала твердый шлам, полученный в результате очистки газов. 3 табл.
Изобретение относится к составам для очистки углеводородных и дымовых газов от кислых компонентов, а именно от сернистых газов, углекислого газа, меркаптанов, и может быть использовано в нефтяной, газовой, нефтегазоперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Известны составы, в которых в качестве сорбента использованы соединения железа, в частности оксиды или гидроксиды железа (например, пат. РФ №2118121, 1998 г.) (1).
Наиболее близким к предлагаемому является состав, принятый за прототип, который содержит соединения железа в виде хелатного железа, карбонат или гидроксид щелочного металла и органические добавки в виде метилдиэтаноламина и/или триэтаноламина в качестве катализаторов (пат. РФ №2246342, 2005 г.) (2).
Недостатком известных решений, в т.ч. прототипа, являются ограниченные технологические возможности, поскольку раствор предназначен для очистки газов только от сероводорода.
Технической задачей изобретения является расширение технологических возможностей поглотительного раствора при высокой степени очистки, а также решение экологических проблем по утилизации отходов металлургических производств.
Поставленная задача решается тем, что в поглотительном растворе для очистки газов от кислых примесей, включающем соединения железа, гидроксид щелочного металла и органические добавки, он в качестве соединений железа содержит гидратированные железо-оксидные отходы металлургических производств, а именно предварительно измельченную и гидратированную металлургическую окалину, в качестве органических добавок содержит полиакриламид (ПАА) или КМЦ и дополнительно содержит известь, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Окалина | 1-8 |
| Известь | 1-8 |
| Гидроксид щелочного металла | 1-10 |
| ПАА или КМЦ | 0,1-0,5 |
| Вода | Остальное |
Технический результат в изобретении обеспечивается, во-первых, за счет того, что в поглотительном растворе присутствует несколько сорбентов кислых газов, как водорастворимых, так и дисперсных, выполняющих различные функции.
Так, гидроксид щелочного металла (гидроксид натрия NaOH и/или калия KOH) является основным и самым активным сорбентом кислых примесей (сероводорода H2S, сернистого ангидрида SO2, серного ангидрида SO3, углекислого газа CO2), а водный раствор гидроксида щелочного металла является поглотительной средой кислых компонентов, при этом рН среды должно быть не менее 10 ед.
Соединения железа используются в качестве дополнительного сорбента сероводорода, а также для регенерации щелочного сорбента. Использование в изобретении соединений железа в виде предварительно подготовленной, а именно измельченной и гидратированной, металлургической окалины повышает поглотительную способность раствора по отношению к сероводороду, т.к. гидратированная окалина содержит смесь различных соединений железа (Fe2O3, Fe3O4, Fe(OH)3), а также снижает стоимость раствора и решает экологическую проблему по утилизации отходов металлургических производств.
Известь Ca(OH)2 используется для нейтрализации углекислого газа и сернистых соединений, а также для регенерации щелочного сорбента.
ПАА, КМЦ выполняют несколько функции:
- пластификатора для повышения поверхности натяжения и улучшения контакта взаимодействующих сред;
- ингибитора коррозии технологического оборудования и улучшения работы насосных и смесительных агрегатов;
- эмульгатора для поддержания реологических параметров дисперсной системы.
Совокупность этих признаков расширяет технологические возможности предлагаемого состава и сферы его применения повышает его нейтрализующую эффективность одновременно к различным кислым газам (степень очистки), улучшает работу технологического оборудования, а также решает экологическую задачу по утилизации отходов производства.
Предварительную подготовку металлургической окалины осуществляют следующим образом: окалину измельчают до фракции не более 100 мкм, замачивают в воде при одновременном перемешивании и барботировании воздухом в течение не менее 2 часов, при необходимости сушат.
В таблице 1 приведена характеристика подготовленной окалины
| Таблица 1 | |||
| № | Показатель | Ед. измерения | Величина |
| 1 | Удельная поверхность | м2/г | 8-16 |
| 2 | Плотность | кг/м3 | 4300-4550 |
| 3 | Фракционный состав: | % | |
| - менее 10 мкм | 30-45 | ||
| - 10-50 мкм | 50-55 | ||
| - 50-100 мкм | 5-15 | ||
| 4 | Содержание соединений железа | мас.% | |
| - Fe(OH)3 | 30-70 | ||
| -Fe2O3 | 25-60 | ||
| - Fe3O4 | 5-10 | ||
| 5 | Поглотительная способность к сероводороду | кг/кг | 1,6-1,8 |
Химизм процесса очистки газов от кислых примесей посредством предлагаемого поглотительного раствора заключается в следующем.
Гидроксиды щелочных металлов (NaOH и/или KOH), основной сорбент кислых компонентов, при взаимодействии с последними образуют водорастворимые соединения (реакции 1-4, на примере гидроксида натрия).
Гидратированная металлургическая окалина является поглотителем сероводорода (реакции 5-6) и восстановителем щелочного сорбента (реакции 7-10), она одновременно может реагировать как с сероводородом, так и водорастворимыми сульфидами и гидросульфидами щелочных металлов, при этом образуются водонерастворимые соединения - сульфиды железа.
Известь (гидроокись кальция Ca(OH)2) предназначена для образования и осаждения водонерастворимых солей кальция при взаимодействии с сернистыми газами и углекислым газом (реакции 11-13) и одновременно для регенерации щелочного сорбента с образованием сульфит, сульфат и карбонат кальция (реакции 14-16)
Таким образом, в результате процесса очистки газов от кислых компонентов образуется смесь водонерастворимых соединений (твердый осадок) в виде сульфидов железа и сульфитов, сульфатов, карбонатов кальция.
Поглотительный раствор готовят следующим образом. Органические добавки (ПАА или КМЦ) предварительно растворяют в расчетном количестве пресной воды, добавляют щелочь (NaOH и/или KOH), перемешивают до полного растворения, добавляют известь (Ca(OH)2), перемешивают, добавляют гидратированную окалину и перемешивают до получения однородной смеси.
Компонентный состав поглотительного раствора рассчитывается в зависимости от объемов очищаемого газа, состава и концентрации в нем кислых компонентов.
Например, концентрация гидратированной окалины пропорционально зависит от концентрации сероводорода в очищаемом газе. Содержание извести зависит от объемов сернистых газов и углекислоты.
Концентрация гидратированной окалины и извести в составе не должна превышать 8 мас.%, что объясняется тем, что повышение их концентрации выше этих значений способствует увеличению вязкости и плотности поглотительного раствора, что создает неудобства в работе технологического оборудования и увеличивает механическую коррозию технологического оборудования.
Повышение концентрации щелочи выше 10 мас.% не желательно из-за увеличения коррозионной активности поглотительного раствора к технологическому оборудованию и токсичности по отношению к человеку.
В таблице 2 приведены варианты предлагаемого состава в зависимости от состава очищаемого газа.
| Таблица 2 | ||||||||
| Состав газа/ Состав раствора |
Количество, мас.% | |||||||
| Вариант А | Вариант Б | Вариант В | ||||||
| H2S | SO2, SO2 | CO2 | H2S | SO2, SO2 | CO2 | H2S | SO2, SO2 | CO2 |
| ≤0,05 | ≥2 | ≥3 | 0,05-1,0 | 0,5-2 | 0,5-3 | ≥1,0 | ≤0,5 | ≤0,5 |
| 1. Окалина | 1-2 | 3-5 | 6-8 | |||||
| 2. Известь | 6-8 | 3-5 | 1-2 | |||||
| 3. Щелочь | 1-3 | 4-6 | 7-10 | |||||
| 4. ПАА или КМЦ | 0,1-0,2 | 0,2-0,3 | 0,4-0,5 | |||||
| 5. Вода | Остальное |
Проведенные стендовые и производственные испытания по очистке производственных газов одновременно от многокомпонентных кислых примесей показали высокую эффективность нейтрализации с получением в качестве конечного продукта водонерастворимых, экологически безопасных неорганических соединений - сульфидов железа, карбонатов, сульфитов, сульфатов кальция.
Результаты очистки отходящих газов при производстве органических удобрений приведены в табл.3
| Таблица 3 | ||||
| № | Показатель | Концентрация, мг/м3 | Эффективность, % | |
| До очистки | После очистки | |||
| 2 | Сероводород | 16,9 | 0,002 | 99,99 |
| 3 | Диоксид серы | 48,6 | 0,01 | 99,99 |
| 4 | Оксиды азота | 9,4 | 0,02 | 99,1 |
| 5 | Оксиды углерода | 132,8 | 1,2 | 98,8 |
| 6 | Меркаптаны | 19,7 | 0,6 | 96,8 |
Получаемый в результате очистки твердый шлам можно использовать в качестве строительного материала.
Поглотительный раствор для очистки газов от кислых примесей, включающий соединения железа, гидроксид щелочного металла и органические добавки, отличающийся тем, что в качестве соединений железа он содержит предварительно измельченную и гидратированную металлургическую окалину, в качестве органических добавок содержит полиакриламид (ПАА) или КМЦ и дополнительно содержит известь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Окалина | 1-8 |
| Известь | 1-8 |
| Гидроксид щелочного металла | 1-10 |
| ПАА или КМЦ | 0,1-0,5 |
| Вода | Остальное |
