Способ и устройство управления потоком для непрерывного многозонового массообмена

Авторы патента:


Способ и устройство управления потоком для непрерывного многозонового массообмена
Способ и устройство управления потоком для непрерывного многозонового массообмена
Способ и устройство управления потоком для непрерывного многозонового массообмена
Способ и устройство управления потоком для непрерывного многозонового массообмена

 


Владельцы патента RU 2519726:

МЕРИЧЕМ КОМПАНИ (US)

Изобретение относится к устройству и способу управления последовательным взаимодействием жидкости с различными газами в отдельных зонах массообмена внутри единой емкости, причем зоны массообмена функционально соединены посредством жидкостного соединения друг с другом, что предусматривает непосредственное взаимодействие жидкости с технологическим газом в параллельном потоке в расположенной ниже по потоку зоне массообмена для осуществления массообмена между жидкостью и технологическим газом, и введение жидкости в расположенную выше по потоку зону массообмена со вторым газом, отличающимся от технологического газа, для осуществления массообмена между жидкостью и вторым газом. Управление скоростью потока жидкости из расположенной выше по потоку зоны массообмена в расположенную ниже по потоку зону массообмена осуществляют путем контролируемого добавления третьего газа в одну или несколько циркуляционных труб, отделяющих друг от друга каждую зону массообмена с тем, чтобы удельная плотность жидкости в циркуляционных трубах обеспечивала управляющую потоком движущую силу. Обеспечивается возможность автоматической циркуляции для непрерывного удаления газообразного сероводорода из потока технологического газа.2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для последовательного взаимодействия жидкости с несколькими различными газами в устройстве для газожидкостного взаимодействия, содержащем несколько зон газожидкостного взаимодействия, каждая из которых находится в жидкостном соединении по меньшей мере с одной другой зоной газожидкостного взаимодействия внутри единой емкости для массообмена между газами и жидкостью, таким образом, чтобы циркуляция раствора постоянно поддерживалась при помощи разности плотностей между зонами газожидкостного взаимодействия и переходными заполненными жидкостью циркуляционными трубами без использования циркуляционного насоса для жидкости. В частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству для непрерывного удаления газообразного сероводорода (H2S) из потока текучей среды при помощи осуществления реакции между потоком текучей среды и каталитическим восстановительно-окислительный раствором на основе поливалентного металла для удаления газообразного H2S, и непрерывной регенерации каталитического раствора при помощи реакции с кислородосодержащим газом. Способ хорошо подходит для обработки потоков технологических газов, характеризующихся относительно высокими концентрациями H2S, например, по меньшей мере 1 объемный процент, при относительно низком давлении, например, менее 1 бар, однако указанный способ также может быть применен к потокам технологических газов при любом давлении.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением представляют собой усовершенствования способа и устройства автоматической циркуляции, раскрытых в известных патентах США №4,238,462 и 5,160,714, и используются для осуществления массообмена между газом и жидкостью, при котором жидкость взаимодействует с двумя различными газами в отдельных зонах взаимодействия. Группа реакций, включенных в каталитическое окисление загрязняющих веществ на основе серы, таких как сероводород, до элементарной серы с использованием катализатора на основе хелата железа, может быть представлена следующими реакциями, где L в общем представляет два или более специфических лиганда, выбранных для составления каталитической смеси на основе хелата метала:

(1) H2S(газ)+H2O(жидкость)→H2S(водный)2О(жидкость);

(2) H2S(водный)→Н++HS;

(3) HS-+2(Fe3+L2)→S(твердое вещество)+2(Fe2+L2)+Н+.

При объединении уравнений (1) - (3) получим уравнение:

(4) H2S(газ)+2(Fe3+L2)→2Н++2(Fe2+L2)+S(твердое вещество)

Для того чтобы получить экономичный промышленный процесс для удаления сероводорода из газового потока при использовании смеси на основе хелата поливалентного металла для выполнения каталитического окисления сероводорода, существенно, чтобы выполнялась непрерывная регенерация образованного, как проиллюстрировано выше, хелата двухвалентного железа посредством окисления хелата трехвалентного железа при приведении реакционного раствора во взаимодействие с растворенным кислородом, предпочтительно в форме окружающего воздуха, в одной и той же или в отдельной зоне взаимодействия. Группа реакций, происходящих в окислительной установке согласно настоящему изобретению при регенерации катализатора на основе хелата металла, может быть представлена следующими уравнениями:

(5) O2(газ)+2H2O→O2(водный)+2H2O;

(6) O2(водный)+2H2O+4(Fe2+L2)→4(ОН-)+4(Fe3+L2).

При объединении уравнений (5) - (6) получим уравнение (7):

(7) ½O2+H2O+2(Fe2+L2)→2(ОН-)+2(Fe3+L2).

После объединения уравнений (4) и (7) общий процесс может быть представлен следующим уравнением:

(8) H2S(газ)+½О2(газ)→S(твердое вещество)+H2O(жидкость)

Из представленных выше уравнений очевидно, что теоретически два моля трехвалентного железа необходимо подать в зону реакции, в которой происходит окисление сероводорода для образования элементарной серы, для каждого моля обрабатываемого сероводорода, а на практике используется количество железа значительно превышающее теоретическое количество. Согласно непрерывному способу удаления сероводорода при помощи взаимодействия с каталитическим раствором на основе трехвалентного железа, каталитический раствор приводят в непрерывную циркуляцию между зоной абсорбционной установки, в которой H2S абсорбируется каталитическим раствором на основе хелата трехвалентного железа и раствор восстанавливается до двухвалентного железа, и зоной окислительной установки, используемой для окисления восстановленного двухвалентного железа до состояния трехвалентного железа. Для того чтобы избежать использования высоких концентраций железа в каталитическом растворе, скорость циркуляции должна быть высокой.

Способ и устройство, описанные в более ранних документах, касающихся автоматической циркуляции, имели коммерческий успех, однако коммерческому использованию указанного способа и устройства были присущи несколько недостатков, включая недостаток управления продолжительностью осуществления газожидкостного взаимодействия в каждой зоне реакции, и неудовлетворительное управления потоком жидкости. В патенте США №5,160,714 раскрыт способ последовательного приведения жидкости во взаимодействие с различными газами в отдельных зонах массообмена внутри единой емкости, при котором скорость потока жидкости из одной зоны массообмена в другую обусловлена разницей в плотности аэрированной жидкости в зоне массообмена и плотности неаэрированной жидкости в предшествующей циркуляционной трубе для жидкости. Указанная разница плотностей действует как «насос» для создания движущей силы. В известном патенте было предусмотрено, что управление расходом жидкости будут осуществлено только при помощи регулировки расхода газа в одну или несколько зон массообмена, однако это оказалось непрактичным, поскольку значения расхода газа в различные зоны массообмена, как правило, обусловлены технологическими требованиями, отличающимися от расхода жидкости. Управление количеством и составом газа с высоким содержанием H2S, поступающим в устройство, всегда осуществляют посредством расположенных выше по потоку процессов и, следовательно, они не зависят от функционирования устройства. Функционирование устройства должно быть адаптировано к параметрам входящего газа с высоким содержанием H2S. Количество воздуха, нагнетаемого в зону окисления, зависит от количества H2S, содержащегося в газе с высоким содержанием H2S, и скорость циркуляции жидкости должна быть как минимум такой, чтобы обеспечить подачу достаточного количества молей железа для удовлетворения условий уравнения 3 в зоне реакции. В случае отсутствия управления, фактическая скорость циркуляции раствора будет определена физическими характеристиками устройства и значениями плотности после аэрации в зоне реакции и зоне окислительной установки. В случае если скорость циркуляции раствора является слишком высокой, кислород может быть перенесен из зоны окисления в зону реакции, что приведет к получению нежелательных побочных продуктов, таких как сульфаты. В случае если скорость циркуляции раствора является слишком низкой, недостаточное количество железа будет поступать в зону реакции для удовлетворения условий реакции 3, что приведет к формированию и осаждению сульфида железа.

Для компенсации этого недостатка управления различные устройства, такие как клапаны-бабочки, клинья для ограничения потока и плоские скользящие затворы, устанавливают в водопроводной линии для жидкости, через которую рециркулируют отработавший реагент из абсорбционной установки в окислительную установку. К сожалению, все из предложенных решений для управления потоком жидкости через зоны массообмена оказались нецелесообразными в связи с закупоркой, вызываемой твердыми частицами (т.е. элементарной серой), захваченными в жидкости.

Настоящее изобретение отвечает потребностям специалистов в данной области техники и, в частности, обеспечивает устройство и способ, которые устраняют все проблемы и недостатки, присущие устройствам управления потоком. Эти и другие преимущества будут очевидны из приведенного ниже более подробного описания настоящего изобретения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение устраняет недостатки, присущие известным из уровня техники способам, посредством обеспечения способа непрерывного взаимодействия жидкого реагента с технологическим газом и вторым газом, предусматривающего стадии: введения технологического газа в расположенную ниже по потоку зону массообмена, содержащую жидкий реагент, причем зона массообмена находится в жидкостном соединении со второй циркуляционной трубой. Технологический газ предпочтительно содержит H2S и второй газ предпочтительно содержит кислород. Жидкий реагент из расположенной ниже по потоку зоны массообмена может в некоторых вариантах осуществления изобретения течь в переходную циркуляционную трубу, где выполняют его удаление и рециркуляцию в расположенную выше по потоку зону массообмена, которая находится в жидкостном соединении с первой циркуляционной трубой. Второй газ вводят в расположенную выше по потоку зону массообмена с первым значением расхода, где он смешивается с жидким реагентом перед попаданием в первую циркуляционную трубу. Третий газ вводят в первую циркуляционную трубу, где он смешивается с жидким реагентом, текущим из расположенной выше по потоку зоны массообмена. Третий газ может быть, в частности, таким же газом, как и второй газ. Жидкий реагент из первой циркуляционной трубы может течь в промежуточную зону массообмена, которая находится в жидкостной связи со второй циркуляционной трубой. Второй газ может быть введен в указанную промежуточную зону массообмена.

При помощи изменения значения расхода третьего газа, вводимого в первую циркуляционную трубу, выполняют управление потоком жидкого реагента из расположенной выше по потоку зоны массообмена в промежуточную зону массообмена. Это возможно, поскольку плотность аэрированного раствора изменяется прямо пропорционально плотности раствора перед аэрацией и обратно пропорционально скорости потока газа через раствор, т.е. чем больше скорость потока газа, тем меньше плотность после аэрации. Следовательно, чем ниже плотность (или удельная масса) жидкости в первой циркуляционной трубе, тем меньше интенсивность потока жидкости из расположенной выше по потоку зоны массообмена в промежуточную зону массообмена. Посредством регулировки скорости третьего газа, добавляемого в первую циркуляционную трубу, обеспечивают увеличение или уменьшение потока жидкости для достижения оптимального удаления серы. Как описано ранее, идеальная скорость циркуляции раствора является скоростью, при которой обеспечивают подачу достаточного числа молей трехвалентного железа для окисления ионов сульфида и одновременно обеспечивают подачу достаточного числа молей кислорода для окисления ионов двухвалентного железа. В случае если скорость циркуляции раствора является слишком высокой, ионы сульфида могут быть перенесены в зону окислительной установки, что приведет к образованию побочных продуктов в виде солей, таких как тиосульфат и сульфат. В случае если скорость циркуляции является слишком низкой, то количество ионов трехвалентного железа будет недостаточным для окисления ионов сульфида. В этом случае произойдет избыточное восстановление железа, что приведет к образованию сульфида железа, что является крайне неблагоприятным для указанного способа.

Согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения поток второго газа также может быть введен в жидкий реагент в промежуточной зоне массообмена, и поток третьего газа может быть введен во вторую циркуляционную трубу для управления потоком жидкого реагента из промежуточной зоны массообмена к расположенной ниже по потоку зоне массообмена. Кроме того, второй и третий газы также могут быть одинаковыми.

Управление и изменение расходов второго и третьего газов может быть осуществлено с использованием управляющих устройств, известных из уровня техники. Как правило, точное управление расходом второго газа, который содержит кислород, не осуществляют. Системы, как правило, выполнены содержащими две или три «воздуходувки», и управление воздушным потоком к установке управляют при помощи включения и выключения воздуходувки. Необходимость включения и выключения определяют посредством анализа «окислительно-восстановительного» потенциала раствора, что является стандартной аналитической процедурой, хорошо известной специалистам в данной области техники. В случае если окислительно-восстановительный потенциал является слишком низким, что подразумевает недостаточное окисление ионов железа, расход содержащего кислород газа может быть увеличен. В случае если «окислительно-восстановительный» потенциал является слишком высоким, что подразумевает избыточное окисление раствора, расход содержащего кислород газа должен быть уменьшен. Другая причина низкого окислительно-восстановительного потенциала заключается в том, что в зону реакции поступает железо (Fe+++), недостаточно окисленное для удовлетворения уравнения 3. В этом случае содержание железа в растворе может быть увеличено, однако это повлечет за собой более высокие эксплуатационные расходы из-за больших потерь железа в системе, связанных с потерями раствора. Другой способ удовлетворения потребности в железе зоны реакции заключается в увеличении скорости циркуляции раствора посредством уменьшения расхода третьего газа. Это увеличит разность плотностей между зоной реакции и/или зоной окисления и соответствующей циркуляционной трубой(трубами). И в этом случае количество регулировки определяют при помощи изменения в окислительно-восстановительном потенциале раствора. Если повышение скорости циркуляции раствора удовлетворяет потребность в железе зоны реакции, но также приводит к увеличению образования побочного продукт из-за выноса кислорода в зону реакции, скорость циркуляции должна быть снижена посредством увеличения потока третьего газа в циркуляционную трубу в сочетании с соответствующим увеличением содержания железа в растворе.

Каждая из зон или камер массообмена может быть разделена на две или более отдельных взаимодействующих ступеней для осуществления непрерывного газожидкостного взаимодействия. Отдельные ступени каждой зоны массообмена между газом и жидкостью находятся в последовательном жидкостном соединении друг с другом при помощи переходных циркуляционных труб, которые сформированы посредством перевернутой перегородки, проходящей вниз из верхней части расположенного ниже по потоку конца одной ступени, и погруженной перегородки, проходящей вверх из расположенного выше по потоку конца последующей ступени, причем перегородки разнесены по горизонтали и перекрываются по вертикали внутри жидкости. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения по меньшей мере одна циркуляционная труба, содержащая распределитель газа, отделяет одну зону массообмена между газом и жидкостью от другой зоны массообмена между газом и жидкостью для обеспечения управления продолжительностью осуществления взаимодействия и управления циркуляцией раствора между двумя зонами массообмена предпочтительно для последовательного взаимодействия с различными газами в каждой зоне. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения расположенная выше по потоку зона массообмена является первой зоной, промежуточная зона массообмена является второй зоной и расположенная ниже по потоку зона массообмена является третьей зоной. Однако наличие трех зон массообмена, каждая из которых отделена от другой посредством одной или нескольких циркуляционных труб, также попадает в объем настоящего изобретения.

В частности, настоящее изобретение обеспечивает способ и устройство автоматической циркуляции для непрерывного удаления газообразного сероводорода (H2S) из потока технологического газа посредством непосредственного взаимодействия с каталитическим окислительно-восстановительным раствором на основе поливалентного металла в одной зоне массообмена, и непрерывной регенерации каталитического раствора внутри одной и той же емкости посредством непосредственного взаимодействия с окисляющим газом в отдельной зоне массообмена. В таких окислительно-восстановительных процессах в жидкости для окисления H2S до серы и воды приведение жидкого реагента во взаимодействие со вторым газом вызывает реакцию окисления с образованием элементарной серы. В частности, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения технологический газ содержит газообразный сероводород и жидкий реагент является окислительно-восстановительным раствором, благодаря чему может быть осуществлено окисление газообразного сероводорода и восстановление окислительно-восстановительного раствора с образованием восстановленного окислительно-восстановительного раствора в третьей зоне массообмена и с образованием элементарной серы. Второй газ способен окислить восстановленный раствор для образования окисленного раствора в первой и второй зонах массообмена с тем, чтобы окисленный раствор был способен дополнительно абсорбировать технологический газ в третьей зоне массообмена.

Для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением предложено устройство для последовательного непрерывного приведения жидкого реагента во взаимодействие с технологическим газом и вторым газом, содержащее первую зону массообмена, находящуюся в жидкостном соединении с первой циркуляционной трубой, и вторую зону массообмена, находящуюся в жидкостном соединении с первой циркуляционной трубой и второй циркуляционной трубой. Третья зона массообмена находится в жидкостном соединении со второй циркуляционной трубой и расположена ниже по потоку от первой и второй зон массообмена. В этой зоне выполняют ввод технологического газа. Переходная циркуляционная труба может быть расположена ниже по потоку от третьей зоны массообмена и канал для рециркуляции жидкого реагента, соединяющий переходную циркуляционную трубу с первой зоной массообмена, может быть использован для рециркуляции отработавшего жидкого реагента в зону массообмена для осуществления регенерации. Отдельные распределители газа могут быть выполнены в каждой зоне массообмена, причем их установка по меньшей мере в одной циркуляционной трубе является обязательной. В альтернативном варианте осуществления изобретения распределитель газа может быть установлен в других циркуляционных трубах для управления потоком жидкости между другими зонами массообмена. Любые известные типы механических или электрических управляющих устройств могут быть использованы для изменения значений расходов газов, подаваемых в распределители, находящиеся в зонах массообмена и циркуляционных трубах. Аналогично, любые конструкции распределителей газа, известные из уровня техники, могут быть использованы для нагнетания газа в жидкость, находящуюся в циркуляционной трубе.

Настоящее изобретение до сих пор описывалось с особым акцентом на использование железа в качестве выбранного поливалентного метала; тем не менее, другие поливалентные металлы, которые образуют хелаты с описанными выше лигандами, также могут быть использованы. Указанные дополнительные поливалентные металлы содержат медь, кобальт, ванадий, марганец, платину, вольфрам, никель, ртуть, олово и свинец. Хелатирующие вещества, как правило, выбраны из семейства аминополикарбоновых кислот, таких как этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA), дигидроксиэтилэтилендиаминоуксусная кислота (HEDTA), метилглициндиуксусная кислота (MGDA) и нитрилотриуксусная кислота (NTA), или других, каждая из которых может быть использована в настоящем изобретении.

Эти и другие варианты осуществления будут более очевидны из подробного описания предпочтительного варианта осуществления, приведенного ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Указанные выше и другие аспекты и преимущества согласно настоящему изобретению будут более очевидны из последующего подробного описания настоящего изобретения, выполненного со ссылками на чертежи, на которых:

На Фиг.1 представлен вид сбоку одного варианта осуществления содержащей окислительную установку и абсорбционную установку емкости для массообмена между газом и жидкостью согласно настоящему изобретению;

На Фиг.2 представлен вид сверху другого варианта осуществления емкости для массообмена между газом и жидкостью с циклической конфигурацией согласно настоящему изобретению;

На Фиг.3 представлен график, демонстрирующий отношение плотности после аэрации и скорости потока газа для четырех неаэрированных растворов, характеризующихся разными значениями удельной массы; и

На Фиг.4 представлен график, демонстрирующий отношение существующей потери давления на трение и скорости потока газа в циркуляционной трубе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг.1, на которой представлен один из вариантов осуществления настоящего изобретения, показан распределитель(-и) 10 газа, установленный в одну или несколько циркуляционных труб 12, соединяющих две зоны 13 массообмена. Распределитель(-и) 10 расположен(-ы) выше нижней части перевернутой перегородки(-ок) 11. Затем газ вводят в распределитель(-и) 10. Поскольку количество вводимого газа увеличивается, значение плотности жидкости после аэрации в циркуляционной трубе (трубах) 12 достигнет значения плотности после аэрации в зонах 13 массообмена. Распределитель(-и) 10 могут быть установлены в циркуляционные трубы 12, разделяющие две или более зоны массообмена при окисления и/или две или более зоны массообмена для технологического газа. Подробное описание процесса управления потоком раствора устройством приведено ниже.

Как указано выше, плотность аэрированного раствора изменяется прямо пропорционально плотности раствора перед аэрацией и обратно пропорционально скорости потока газа через раствор. Другими словами, чем больше скорость потока газа, тем меньше плотность после аэрации и меньше движущая сила, следовательно, меньше расход раствора. Указанное отношение представлено на Фиг.3 для водных растворов, содержащих различные количества неорганических солей, которые изменяют удельную массу раствора.

Выравнивание давлений вблизи точки А на Фиг.1 приводит к следующему:

d)(Н2)+(ρna)(H1-Н2)-(Fd)=(ρtz)(Н1)-(Ftz)

или

(Fd-Ftz)=(ρd)(H2)+ρna(H1-Н2)-(ρtz)(H1),

где

ρd - плотность раствора в циркуляционной трубе, фунты/кубический фут;

ρna - плотность неаэрированного раствора, фунты/кубический фут;

ρtz - плотность раствора в зоне массообмена, фунты/кубический фут;

H1 - высота раствора над распределителями в зоне массообмена, футы;

Н2 - высота раствора над распределителями в циркуляционной трубе, футы

Fd - потеря давления на трение в циркуляционной трубе из-за потока раствора, фунты/кубический фут;

Ftz - потеря давления на трение в зоне массообмена из-за потока раствора, фунты/кубический фут.

Член (Fd-Ftz) является разностью потери давления на трение, вызванной потоком раствора через циркуляционную трубу, и потери давления на трение, вызванной потоком раствора через зону массообмена. Это связано с разностью квадратов двух скоростей потока раствора. Например, если предположить, что значение скорости потока составляет 5 футов в минуту в зоне массообмена, и значения высоты раствора HI и Н2 составляют 8 футов и 6 футов, соответственно, эффект увеличения скорости потока газа в циркуляционной трубе представлен на Фиг.4. В связи с увеличением существующей потери давления на трение, увеличивается расход раствора, проходящего через циркуляционную трубу, необходимый для выравнивания давлений в системе. Напротив, чем больше газа будет подано в распределитель циркуляционной трубы, тем сильнее уменьшатся существующие потери давления на трение или движущая сила, приводя в результате к менее интенсивному потоку раствора.

При использовании устройства, представленного на Фиг.1, для осуществления процесса удаления серы, абсорбционная камера 32 находится в жидкостном соединении через переходную циркуляционную трубу 4 с первой зоной 13 массообмена окислительной установки 34 при помощи канала 5. Циркуляция вызвана посредством разницы плотностей жидкости, что вызвано аэрацией, как описано выше, а именно при помощи управления потоком газа в один или несколько распределителей 10, расположенных в одной или нескольких циркуляционных трубах 12, посредством регулирующих клапанов 6. Богатый H2S газ вводят через линию 1 в нижней части абсорбционной установки через распределитель 9 в абсорбционной камере 32 для непосредственного взаимодействия с жидким каталитическим раствором 14 на основе хелата трехвалентного железа. H2S поднимается вместе с окисленным каталитическим раствором из третьей или последней ступени зоны окислительной установки в зону абсорбции, а после этого окисленный каталитический раствор абсорбирует H2S из технологического газа и преобразует его в серу в зоне абсорбции, нагруженный серой жидкий каталитический раствор переливается через перегородку 50, отделяющую абсорбционную камеру 32 от переходной циркуляционной трубы 4, и протекает через канал 5 к первой ступени 34 окислительной установки. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения наклонная пластина (не показана) образует днище переходной циркуляционной трубы 4 для направления всей осажденной серы к выпускному отверстию (не показано). После чего серу извлекают из системы при помощи фильтрации.

Нагруженный H2S жидкий катализатор в первой ступени окислительной установки окисляют при помощи содержащего кислород газа, подаваемого через линию 2 посредством насоса 3 и затем протекающего через распределитель 15, после чего он переливается через перегородку 8 и протекает под перегородкой 11 в промежуточную окислительную установку. Частично окисленный раствор в промежуточной окислительной установке дополнительно окисляют при помощи содержащего кислород газа, протекающего через распределитель, после чего он течет в абсорбционную установку 32. Отработавший окисляющий газ удаляют из верхней части каждой зоны массообмена окислительной установки через выпускные трубопроводы (не показаны). Все удаленные газы могут быть обработаны перед выпуском в атмосферу.

Циклическая конфигурация способа и устройства, представленная на Фиг.2 и в целом обозначенная позицией 30, содержит абсорбционную камеру 32 и камеру окислительной установки, которая разделена на три ступени 34, 36 и 38 с разделенным газом. Разнесенные по горизонтали и по вертикали перегородки или заслонки 40 и 42, расположенные между абсорбционной камерой 32 и первой ступенью 34 окисления, образуют между собой циркуляционную трубу 44 для удержания нагруженного P^S раствора на основе хелата трехвалентного железа перед окислением раствора на основе хелата. Подобные циркуляционные трубы обозначены позициями 45, 47 и 48, причем каждая из них ограничена посредством разнесенных по горизонтали и по вертикали перегородок, таких как 46 и 48, расположенных между первой и второй ступенями 34 и 36 окислительной установки; посредством разнесенных по горизонтали и по вертикали перегородок 41 и 43, расположенных между второй и третьей ступенями 36 и 38 окислительной установки; и посредством разнесенных по горизонтали и по вертикали перегородок 49 и 50, расположенных между третьей ступенью 38 окислительной установки и абсорбционной камерой 32. Конструкция разнесенных перегородок или заслонок подобна конструкция перегородок и заслонок, представленных на Фиг.1, так что жидкость из абсорбционной установки течет над перегородкой 40 и под перегородкой 42, и жидкость из каждой последующей ступени окислительной установки течет над смежными с ней перегородками 46, 41 и 49, и под перегородками 48, 43 или 50, смежными со следующей зоной. Не представленные на Фиг.2 распределители расположены в зонах массообмена окислительной установки, в зоне массообмена абсорбционной установки и в одной или нескольких циркуляционных трубах. Предпочтительно, содержащая абсорбционную установку и окислительную установку цилиндрическая емкость, представленная на Фиг.2, содержит плоское, горизонтально расположенное дно.

Приведенное выше описание конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения полностью отображает общую сущность изобретения, в результате чего специалисты в данной области техники благодаря применению общеизвестных данных могут легко изменить и/или адаптировать указанные варианты осуществления настоящего изобретения для различных применений без выхода за пределы родового понятия, и, следовательно, предполагается, что указанные адаптации и модификации будут находиться в рамках содержания и пределов эквивалентов раскрытых вариантов осуществления изобретения. Кроме того, следует понимать, что использованные в настоящем документе формулировки или термины приведены для целей описания, а не для ограничения.

1. Способ управления непрерывным последовательным взаимодействием потока жидкого реагента с технологическим газом и вторым газом при многозонном массообмене, предусматривающий стадии:
введения технологического газа в расположенную ниже по потоку зону массообмена, содержащую жидкий реагент, причем расположенная ниже по потоку зона массообмена находится в жидкостном соединении со второй циркуляционной трубой и расположенной ниже по потоку циркуляционной трубой,
удаления жидкого реагента из расположенной ниже по потоку циркуляционной трубы и передача удаленного жидкого реагента в расположенную выше по потоку зону массообмена, которая находится в жидкостном соединении с первой циркуляционной трубой, причем второй газ с первым значением расхода вводят в жидкий реагент и смешивают с ним в расположенной выше по потоку зоне массообмена,
введения третьего газа со вторым значением расхода в первую циркуляционную трубу, где он смешивается с жидким реагентом, текущим из расположенной выше по потоку зоны массообмена, и
обеспечение протекания жидкого реагента из первой циркуляционной трубы в промежуточную зону массообмена, которая находится в жидкостном соединении со второй циркуляционной трубой,
причем управление потоком жидкого реагента из расположенной выше по потоку зоны массообмена в промежуточную зону массообмена осуществляют при помощи изменения второго значения расхода третьего газа, введенного в первую циркуляционную трубу.

2. Способ по п.1, в котором второй газ и третий газ являются одним и тем же газом.

3. Способ по п.1, в котором третье значение расхода используют для введения второго газа в жидкий реагент в промежуточной зоне массообмена.

4. Способ по п.1, в котором четвертое значение расхода используют для введения третьего газа в жидкий реагент во второй циркуляционной трубе.

5. Способ по п.4, в котором управление потоком жидкого реагента из промежуточной зоны массообмена в расположенную ниже по потоку зону массообмена осуществляют при помощи изменения четвертого значения расхода третьего газа.

6. Способ по п.5, в котором второй газ и третий газ являются одним и тем же газом.

7. Способ по п.1, в котором первое значение расхода и второе значение расхода отличаются друг от друга.

8. Способ по п.6, в котором третье значение расхода и четвертое значение расхода отличаются друг от друга.

9. Способ по п.3, в котором первое значение расхода и третье значение расхода второго газа отличаются друг от друга.

10. Способ по п.1, в котором взаимодействие жидкого реагента со вторым газом вызывает реакцию окисления.

11. Способ по п.1, в котором взаимодействие жидкого реагента со вторым газом вызывает реакцию окисления с образованием элементарной серы.

12. Способ по п.1, в котором технологический газ содержит газообразный сероводород и жидкий реагент является окислительно-восстановительным раствором для осуществления окисления газообразного сероводорода и восстановления окислительно-восстановительного раствора с образованием восстановленного окислительно-восстановительного раствора в третьей зоне массообмена и с образованием элементарной серы, и при этом второй газ способен окислять восстановленный раствор для образования окисленного раствора в первой и второй зонах массообмена, имеющего возможность дальнейшей абсорбции технологического газа в третьей зоне массообмена.

13. Устройство для управления непрерывным последовательным взаимодействием потока жидкого реагента с технологическим газом и вторым газом при многозонном массообмене, содержащее находящиеся во взаимодействии друг с другом:
первую зону массообмена, находящуюся в жидкостном соединении с первой циркуляционной трубой,
вторую зону массообмена, находящуюся в жидкостном соединении с первой циркуляционной трубой и второй циркуляционной трубой,
третью зону массообмена, находящуюся в жидкостном соединении со второй циркуляционной трубой, и
отдельные распределители газа, расположенные в каждой зоне массообмена и по меньшей мере в одной из первой или второй циркуляционных труб.

14. Устройство по п.13, которое дополнительно содержит управляющие устройства, функционально соединенные с распределителями газа, расположенными по меньшей мере в первой или второй циркуляционной трубе.

15. Устройство по п.13, которое дополнительно содержит канал для рециркуляции жидкого реагента для соединения переходной циркуляционной трубы, находящейся в жидкостном соединении с третьей зоной массообмена, с первой зоной массообмена.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу удаления загрязняющих веществ из газовых потоков путем контакта с регенерируемым сорбентом. Способ включает а) контактирование потока газа, включающего H2S, с хлорсодержащим соединением для образования смешанного газового потока; b) контактирование смешанного газового потока с сорбентом в зоне сорбции для получения первого продуктового газового потока и насыщенного серой сорбента, где сорбент включает цинк, диоксид кремния и металл-промотор; c) сушку насыщенного серой сорбента, чтобы посредством этого получить высушенный насыщенный серой сорбент; d) контактирование высушенного насыщенного серой сорбента с регенерационным газовым потоком в зоне регенерации для получения регенерированного сорбента, включающего цинксодержащее соединение, силикат и металл-промотор, и отходящего газового потока; е) возврат регенерированного сорбента в зону сорбции для получения обновленного сорбента, включающего цинк, диоксид кремния и металл-промотор; и f) контактирование обновленного сорбента с указанным смешанным газовым потоком в зоне сорбции для образования второго продуктового газового потока и насыщенного серой сорбента.

Изобретение относится к области химии. Подготовка сероводород- и меркаптансодержащей нефти включает многоступенчатую сепарацию, очистку газов сепарации от сероводорода каталитическим окислением кислородом воздуха с последующим выделением жидких продуктов окисления - серы и сероорганических соединений из реакционных газов, и подачу очищенного газа на отдувку в концевой сепаратор.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ удаления серо-, азот- и галогенсодержащих примесей, присутствующих в синтез-газе, таких как H2S, COS, CS2, HCN, NH3, HF, HCl, HBr и HI, содержит: а) этап совместного гидролиза COS и HCN и улавливания галогенированных соединений с использованием катализатора на основе TiO2, содержащего от 10 вес.% до 100 вес.% TiO2 и от 1 вес.% до 30 вес.% по меньшей мере одного сульфата щелочноземельного металла, выбранного из кальция, бария, стронция и магния, b) этап промывки по меньшей мере одним растворителем, с) этап обессеривания на улавливающей массе или адсорбенте.
Изобретение относится к композициям многокомпонентных поглотителей газов и неприятных запахов на основе отходов из биомассы дерева, а именно отработанной хвои сосны, ели и других хвойных пород.

Изобретение относится к способам снижения содержания сероводорода в асфальте. .

Изобретение относится к области химической технологии очистки углеводородного газа (попутного нефтяного, природного, пропан-бутановой смеси и др.) от сероводорода и может быть использовано в нефтегазовой, химической и энергетической промышленности.

Изобретение относится к комплексной термохимической переработке твердого топлива. .

Изобретение относится к способу удаления сульфида водорода из потока природного газа. .

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и рекомендуется для очистки нефти и нефтяного газа. .

Изобретение может быть использовано в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности. Способ очистки газа от сероводорода включает предварительное смешивание очищаемого газа с балансовой частью газа сепарации. Полученную газовую смесь сепарируют при пониженной температуре, но не ниже температуры замерзания воды или образования газовых гидратов, с выделением водной суспензии серы. Затем очищают от сероводорода с получением очищенного газа и газа, содержащего сероводород. Смесь газа, содержащего сероводород, с частью газа сепарации и кислородсодержащим газом при мольном соотношении кислород:сероводород 0,35÷0,45 подают на окисление. Продукты окисления смешивают с частью водной суспензии серы и сепарируют смесь при температуре 125÷135°C с выделением жидкой серы и газа сепарации. Изобретение позволяет повысить степень очистки газа и снизить энергоемкость процесса. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к восстановительно-окислительному способу обработки газа, содержащего сероводород, с применением окислительного аппарата в сочетании с абсорбером. Способ непрерывного удаления сернистого водорода из потока газа включает контактирование исходного газообразного сырья, содержащего сернистый водород, с катализатором, представляющим собой хелатированный металл, в абсорбере, работающем при давлении Р1, превышающем 100 ф/дюйм2, с получением первого потока газа, не содержащего сернистый водород, и второго потока, содержащего элементарную серу и раствор хелатированного металла, удаление первого потока, обеспечение окислительного аппарата, работающего при давлении Р2, где Р2>Р1+5 ф/дюйм2, направление части второго потока в окислительный аппарат, введение потока сжатого воздуха, содержащего кислород, в окислительный аппарат, таким образом, чтобы осуществлялась диффузия кислорода и его контактирование с указанным вторым потоком, и выделение элементарной серы из раствора катализатора на основе хелатированного металла в окислительном аппарате и удаление серы из окислительно-восстановительного процесса. Изобретение обеспечивает эффективное удаление сероводорода из газовых потоков восстановительно-окислительным способом при высоком давлении. 4 з. п. ф - лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтегазовой и химической промышленности, а именно к способу очистки от H2S и CO2 углеводородных газов. Способ включает подачу в абсорбер очищаемого газа под давлением 5÷8 МПа, абсорбцию кислых компонентов водным раствором активированного метилдиэтаноламина, выветривание насыщенного кислыми газами раствора метилдиэтаноламина последовательно в две ступени, на первой ступени - при высоком давлении, а на второй ступени - при низком давлении, деление вытекающего со второй ступени груборегенерированного раствора на две части, подачу большей части - в середину абсорбера, а меньшей части - в десорбер для тонкой тепловой регенерации, и подачу вытекающего из десорбера тонкорегенерированного раствора на верх абсорбера. При этом вытекающий из первой ступени раствор подают в насос, где его давление повышают на 0,5÷1,0 МПа и направляют в рекуперативный теплообменник для нагрева вытекающим из десорбера раствором до 100÷105°С перед второй ступенью выветривания. Вытекающий из рекуперативного теплообменника тонкорегенерированный раствор охлаждают и делят на две части, меньшую часть смешивают с большей частью раствора, вытекающего со второй ступени, и после охлаждения направляют в среднюю часть абсорбера, а большую часть подают на верх абсорбера. Изобретение позволяет предотвратить попадание H2S в зону абсорбции СО2, снизить затраты энергии и расход дорогостоящего раствора метилдиэтаноламина. 1 ил., 2 табл., 1 пр.
Группа изобретений относится к десульфуризации углеводородов. Способ включает стадии: (i) пропускание смеси углеводорода и водорода через катализатор десульфуризации с превращением сероорганических соединений, присутствующих в указанном углеводороде, в сульфид водорода, (ii) пропускание полученной смеси через сорбент сульфида водорода, содержащий оксид цинка, со снижением содержания сульфида водорода в смеси, и (iii) пропускание газовой смеси, обедненной сульфидом водорода, через дополнительный десульфуризующий материал. Дополнительный десульфуризующий материал содержит формованную смесь одного или более соединений никеля в виде частиц, материал носителя, содержащий оксид цинка в виде частиц, и, необязательно, одно или более соединений промотирующих металлов в виде частиц, выбранных из железа, кобальта, меди и благородных металлов. Причем указанный десульфуризующий материал содержит 0,3-20 мас.% никеля и 0-10 мас.% промотирующего металла. Предложен также способ риформинга углеводородного сырья с использованием упомянутого способа десульфуризации углеводородов. Повышается эффективность десульфуризации углеводородов с обеспечением содержания серы до <5 ч.об./млрд. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 табл.

Изобретение относится к способу и установке очистки природного газа от диоксида углерода и сероводорода и может быть использовано в газоперерабатывающей промышленности. Способ включает две стадии абсорбции: на первой стадии осуществляется селективная очистка по отношению к диоксиду углерода с выделением кислого газа, в котором содержание диоксида углерода не превышает 30-40%, и очищенного газа с содержанием сероводорода не более 5-7 мг/м3, отправляемый далее на вторую стадию абсорбции с получением очищенного газа с содержанием диоксида углерода не более 50-200 мг/м3 и полным отсутствием сероводорода, и кислого газа с содержанием сероводорода не более 200 мг/м3, при этом насыщение алкиламинового абсорбента на каждой стадии абсорбции кислыми компонентами не превышает 0,4 моль/моль, при этом природный газ имеет соотношение сероводорода к диоксиду углерода, равное 1,0, но не более 1,5, и концентрации сероводорода от 3,5 до 8,0 об.%. Установка включает два последовательных узла абсорбционной очистки газа, состоящих из абсорбера, регенератора, насосов, холодильника, рекуперативного теплообменника, кипятильника, емкости и трубопроводов обвязки аппаратов узлов абсорбционной очистки газа. Изобретение обеспечивает эффективную очистку природного газа от диоксида углерода и сероводорода. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр., 1 табл.

Изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности. Способ дополнительной осушки и очистки попутного нефтяного газа с содержанием сероводорода для дальнейшего использования в качестве топлива в газогенераторных установках включает подачу заранее отсепарированного газа под давлением 0,05 МПа в блочную компрессорную станцию (5) для сжатия и охлаждения газа. Затем сжатый газ под давлением 0,52 МПа подают на газосепаратор-ресивер (3) для дополнительной его осушки после компримирования и охлаждения. Далее газ очищают от механических примесей с помощью последовательно установленных фильтров очистки газа (6,7). Очищенный и осушенный газ подают на блочно-комплектные электростанции на базе микротурбин (4) для его окончательной утилизации. Система осушки и очистки попутного нефтяного газа содержит последовательно соединенные емкость для отсепарированного попутного нефтяного газа (Е-3), конденсатосборник (2), блочную компрессорную станцию (4), газосепаратор-ресивер (3), по меньшей мере, два последовательно расположенных фильтра для очистки газа от механических примесей (6,7), и, по меньшей мере, две блочно-комплектные электростанции (4). Технический результат заключается в повышении эффективности осушки и очистки попутного нефтяного газа. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение описывает установку для получения топливного газа из низкопотенциальных углеводородных газов нефте- и газопереработки и отдувочного ВСГ процесса риформинга, которая включает абсорбционную колонну для очистки углеводородных газов, с подведенной к ней линией подачи водного раствора моноэтаноламина (МЭА), снабженной насосом и теплообменником для охлаждения водного раствора МЭА, сепаратор для осушки очищенных углеводородных газов, два параллельно расположенных газоструйных эжектора с подведенными к ним линиями подачи очищенных и осушенных углеводородных газов и ВСГ, сепаратор для осушки и теплообменник для нагрева полученного топливного газа. Данная установка, сочетающая стадии очистки и смешения газовых потоков, позволяет с минимальными энергетическими затратами по принципу прямого питания вовлекать в технологический процесс низкопотенциальные углеводородные газы и отдувочный водородсодержащий газ, ранее сжигаемые на факельных установках, т.е. обеспечивает возможность полной переработки отходящих газов производства, позволяя получать топливный газ с теплотой сгорания на уровне природного газа, эффективно использовать сырьевые ресурсы и поднять уровень глубины переработки нефти. Процесс осуществляют, используя простое в техническом исполнении оборудование. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способу очистки газа от сероводорода и может быть применено в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Способ включает разделение потока очищаемого газа на первую и вторую части в соотношении 1 : 2, окисление сероводорода первой части до диоксида серы стехиометрическим количеством кислорода воздуха путем их пропускания снизу вверх через сыпучий инертный материал в реакторе, окисление сероводорода второй части до серы диоксидом серы, полученным в первой части потока, путем его ввода в среду сыпучего инертного материала на заданной высоте реактора и движении снизу вверх в данной среде и извлечение полученной серы из потока очищаемого газа путем периодического или непрерывного перемещения в реакторе сверху вниз сыпучего инертного материала под действием его силы тяжести. Изобретение обеспечивает высокую степень очистки газа от сероводорода, снижение энергоемкости, повышение экологичности, а также расширение диапазона применимости. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к каталитическим композициям, применяемым в качестве катализаторов или носителей для катализаторов, в частности катализаторов для очистки серосодержащих газов, и может найти применение в процессах очистки серосодержащих газов на предприятиях газовой, нефтяной, химической промышленности, металлургии. Каталитическая композиция имеет следующий состав, мас.%: оксид алюминия - 2,0-77,0; оксид и/или сульфат щелочноземельного металла - 1,0-6,0; сульфат-ион - 2,0-9,0; диоксид титана - остальное. В качестве оксидного компонента титана каталитическая композиция включает модифицированный сульфатированный диоксид титана, который получен смешением по крайней мере одного оксида и/или сульфата щелочноземельного металла с гидратированным сульфатированным диоксидом титана с последующей гидротермальной обработкой при температуре 50-120°C и высушиванием. Способ получения каталитической композиции включает указанное выше модифицирование соединения титана, где далее полученный модифицированный сульфатированный диоксид титана сушат, подвергают его механохимической активации и смешивают с гидроксидными соединениями алюминия или модифицированный сульфатированный диоксид титана смешивают с гидроксидными соединениями алюминия с проведением совместной механохимической активации. К полученному продукту добавляют порообразующие добавки и связующее, проводят формование, сушку и термообработку при температуре 300-700°C. Предлагаемая композиция позволяет получать катализаторы для гетерогенных реакций, имеющие различный состав, который можно формировать в зависимости от применения и условий эксплуатации. Технический результат - разработка каталитической композиции на основе оксидов алюминия и диоксида титана с различным соотношением оксида алюминия и диоксида титана с повышенной механической прочностью, термической и гидротермической стабильностью и экологичного способа ее получения. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 табл., 15 пр.

Изобретение может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при подготовке сероводородсодержащей нефти. Способ включает многоступенчатую сепарацию и последующую отдувку углеводородным газом, не содержащим сероводорода. Дополнительно в зону десорбционной колонны, расположенную между точками ввода в нее сероводородсодержащей нефти и газа, не содержащего сероводорода, подают сероводородсодержащий газ в объеме 0,5-12 м3/т с мольной долей сероводорода не более 1,6%. Технический результат: повышение качества товарной нефти за счет исключения возможного образования термически нестабильных серосодержащих соединений в нефти в результате увеличения эффективности удаления сероводорода из нефти отдувкой в десорбционной колонне, степени очистки газа от сероводорода за счет снижения расхода сероводородсодержащего газа, подаваемого на нее, снижение расхода десорбирующего газа и затрат на очистку нефти от сероводорода. 1 табл., 1 ил.
Наверх