Способ очистки нефтяного газа от сероводорода

Авторы патента:

Баранников Владимир Александрович (RU)

C25B1/00 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

C01B17/05 - мокрыми способами

B01D53/48 - соединения серы

Владельцы патента RU 2545285:

Общество с ограниченной ответственностью "Экопромгаз" (RU)

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для подготовки нефтяного газа к потреблению. Содержащийся в нефтяном газе сероводород удаляют с использованием трех массообменных колонн, работающих по принципу противоточной циркуляции. Нефтяной газ подают в нижнюю часть первой массообменной колонны, а предварительно охлажденную воду подают противотоком в ее верхнюю часть, при этом из верхней части указанной массообменной колонны отводят очищенный нефтяной газ. Предварительно подогретую и насыщенную сероводородом воду подают в верхнюю часть второй массообменной колонны, в нижнюю часть которой противотоком нагнетают воздух, и в процессе массообмена осуществляют вымывание из нее сероводорода, причем очищенную воду из нижней части второй массообменной колонны охлаждают и подают в верхнюю часть первой массообменной колонны с образованием замкнутого циркуляционного контура. Насыщенную сероводородом воздушную смесь нагнетают в нижнюю часть третьей массообменной колонны, в верхнюю часть которой подают электролит, растворяющий содержащийся в воздушной смеси сероводород, затем насыщенный сероводородом электролит из нижней части третьей массообменной колонны подвергают электролизу с разложением растворенного в электролите сероводорода на элементарные серу и водород, после чего водород вместе с остаточными газами возвращают в процесс, а очищенный от сероводорода электролит подают в верхнюю часть третьей массообменной колонны, образуя замкнутый контур циркуляции электролита. Изобретение позволяет производить высокоэффективную очистку нефтяного газа от сероводорода, с степенью очистки до 99,99%. 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к способам очистки газов от сероводорода, и может быть использовано для подготовки нефтяного газа к потреблению.

Известен способ удаления сероводорода из газовых смесей (патент RU 2160152 С2, опубл. 10.12.2000 г.), заключающийся в растворении сероводорода в анолите, образующемся при электролизе воды в прианодном слое в электролизере мембранного типа с последующим окислением сероводорода с присутствующим в анолите атомарным кислородом. При этом сера выпадает в осадок, а образовавшаяся в процессе окисления вода возвращается в процесс. Недостатком указанного способа является малое время жизни атомарного кислорода в прианодном слое электролита (воды) вследствие рекомбинации атомарного кислорода в молекулярный, обладающий существенно более низкой активностью. Кроме того, вода является прочным соединением, требующим для своего разложения больших затрат электроэнергии. Кроме того, плотность анодного тока в данном способе составляет 1,3·10³-1,7·10³ А/дм² против обычно используемых в гальванических процессах в водных электролитах 5-15 А/дм².

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ очистки нефтяного газа от серосодержащих соединений типа сероводорода или сероуглерода (RU 2287617 С1, опубл. 20.11.2006 г.), заключающийся в отделении сероводорода от нефтяного газа путем его растворения в дистиллированной воде, с последующей диссоциацией сероводорода с образованием ионов серы и водорода, превращающим дистиллированную воду в электролит. Посредством электролиза на анодных и катодных пластинах выделяются сера и водород соответственно. Растворение и последующая диссоциация сероводорода, а также электролиз, в данном способе производятся в одной и той же герметичной емкости с дистиллированной водой.

Недостатком данного способа является то, что раствор сероводорода в воде является слабым электролитом, обладающим относительно низкой проводимостью, а электрический ток, для разложения сероводорода, в количествах, обычно встречающихся в нефтяных газах, должен быть достаточно большим. Так, секундный выход серы при 4% содержании сероводорода и годовом объеме нефтяного газа 800 000 м³ равен 1,45 г. В соответствии с законом электролиза Фарадея, ток, необходимый для выделения данного количества серы, составит 8,74·10³ А. Столь значительная величина тока и низкая проводимость электролита (раствора сероводорода) неизбежно приведут к сильному нагреву электролита и большому расходу электроэнергии. Растворимость же сероводорода в воде быстро снижается с ростом температуры. Таким образом, растворение сероводорода в воде (степень очистки нефтяного газа от сероводорода) и эффективность выделения серы при проведении процесса в общей емкости являются конкурирующими процессами, что приводит к низкой эффективности процесса очистки нефтяного газа от сероводорода (не выше 40-70%).

Технический результат заключается в создании способа очистки нефтяного газа от сероводорода с высокой степенью очистки (до 99,99%) за счет разделения процесса на два этапа, а именно первого этапа отмывки нефтяного газа от сероводорода и переноса сероводорода в воздушный поток с образованием воздушной смеси, и второго этапа очистки воздушной смеси от сероводорода путем растворения сероводорода в электролите с последующей утилизацией сероводорода электролизом.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе очистки нефтяного газа от сероводорода путем его диссоциации при растворении сероводорода в воде с последующим электролизным разложением сероводорода, согласно изобретению, содержащийся в нефтяном газе сероводород удаляют с использованием трех массообменных колонн, работающих по принципу противоточной циркуляции, при этом нефтяной газ подают в нижнюю часть первой массообменной колонны, а предварительно охлажденную воду подают противотоком в ее верхнюю часть, при этом из верхней части указанной массообменной колонны отводят очищенный нефтяной газ, а предварительно подогретую и насыщенную сероводородом воду подают в верхнюю часть второй массообменной колонны, в нижнюю часть которой противотоком нагнетают воздух, и в процессе массообмена осуществляют вымывание из нее сероводорода, причем очищенную воду из нижней части второй массообменной колонны охлаждают и подают в верхнюю часть первой массообменной колонны с образованием замкнутого циркуляционного контура, при этом насыщенную сероводородом воздушную смесь нагнетают в нижнюю часть третьей массообменной колонны, в верхнюю часть которой подают электролит, растворяющий содержащийся в воздушной смеси сероводорода, затем насыщенный сероводородом электролит из нижней части третьей массообменной колонны подвергают электролизу с разложением растворенного в электролите сероводорода на элементарные серу и водород, после чего водород вместе с остаточными газами возвращают в процесс, а очищенный от сероводорода электролит подают в верхнюю часть третьей массообменной колонны, образуя замкнутый контур циркуляции электролита.

Заявляемый способ в отличии от прототипа осуществляется не в один, а в два этапа. На первом этапе происходит растворение сероводорода в воде в первой массообменной колонне и последующий перенос его в воздушный поток воздуха с образованием воздушной смеси во второй массообменной колонне. Обе колонны работают по принципу противоточной циркуляции и объединены замкнутым циркуляционным контуром.

Второй этап очистки воздушной смеси от сероводорода осуществляется в замкнутом контуре циркуляции электролита путем растворения сероводорода в электролите в третьей массообменной колонне.

В процессе очистки в результате массообмена очищенный воздух уходит в атмосферу, а сероводород электролитом по замкнутому контуру переносится в электролизер, в котором в процессе электролиза происходит осаждение элементарной серы на аноде и выделение водорода на катоде. Газовую фракцию, состоящую из водорода, выделяющегося при нагреве электролита в процессе электролиза сероводорода, и остаточных газов, подают в нижнюю часть третьей колонны, возвращая в процесс электролитической утилизации.

Заявляемый способ позволяет производить высокоэффективную очистку нефтяных газов от сероводорода. Степень очистки может достигать 99,99%.

Изобретение иллюстрируется следующим образом.

На фигуре схематично изображена установка для осуществления заявляемого способа. Установка включает первую 1, вторую 2 и третью 3 массообменные колонны. Первая 1 и вторая 2 массообменные колонны объединены замкнутым контуром циркуляции воды с помощью трубопроводов 4, 5, 6, 7, 8, 9, в которые встроены насосы 10, 11 и тепловой насос 12. Тепловой насос 12 служит для увеличения эффективности работы массообменных колонн 1 и 2, за счет использования зависимости растворимости сероводорода в воде от температуры. Трубопроводы 13, 14, объединенные с входным фильтром 15 служат для подачи нефтяного газа из газового коллектора в первую массообменную колонну 1. Трубопровод 16 служит для вывода очищенного нефтяного газа из первой массообменной колонны 1. Вихревой компрессор 17 соединен со второй массообменной колонной 2 через трубопровод 18. Трубопровод 19 объединяет газовый выход второй массообменной колонны 2, через эжекторный смеситель 20 и через трубопровод 21, с газовым входом третьей массообменной колонны 3. Электролизер 22 соединен через трубопровод 23, насос 24 и трубопровод 25 с верхней частью третьей массообменной колонны 3. Трубопровод 26 соединяет нижнюю часть третьей массообменной колонны 3 с электролизером 22, образуя замкнутый контур циркуляции электролита. Трубопровод 27 соединяет электролизер 22 и устройство для отмывки и сушки серы 28.

Способ осуществляется следующим образом.

Нефтяной газ по трубопроводу 13 проходит через входной фильтр 15 и подается в нижнюю часть первой массообменной колонны 1 по трубопроводу 14. Охлажденная в тепловом насосе 12 вода по трубопроводу 8 подается в насос 10 и по трубопроводу 9 поступает в верхнюю часть первой массообменной колонны 1 противотоком по отношению к потоку газа. Очищенный от сероводорода газ выводится из первой массообменной колонны 1 по трубопроводу 16 и направляется потребителю.

Насыщенная сероводородом вода по трубопроводу 4 проходит через тепловой насос 12, нагревается и подается по трубопроводу 5 насосом 11 по трубопроводу 6 в верхнюю часть второй массообменной колонны 2 (горячая вода + H₂S). В нижнюю часть второй массообменной колонны 2 с помощью вихревого компрессора 17 через трубопровод 18 подается воздух. Очищение воды от сероводорода происходит аналогичным способом, а именно путем движения потока воздуха и воды с сероводородом в противотоке. Вода, очищенная от сероводорода, проходит по трубопроводу 7 через тепловой насос 12, где охлаждается и поступает в трубопровод 8, образуя замкнутый цикл движения воды в массообменных колоннах 1 и 2. Таким образом, в результате взаимодействия потоков газа и циркулирующей в замкнутом контуре массообменных колонн 1 и 2 воды сероводород из состава нефтяного газа на входе переносится в воздушный поток на выходе массообменной колонны 2, образуя воздушную смесь (воздух + H₂S), которая далее через трубопровод 19 поступает в эжекторный смеситель 20, откуда по трубопроводу 21 подается в нижнюю часть третьей массообменной колонны 3, по которой движется в противотоке с потоком электролита, поступающего через трубопровод 25, насос 24, трубопровод 23 из электролизера 22.

Очищенный в третьей массообменной колонне 3 воздух по трубопроводу 29 выводится в атмосферу через очистной фильтр 30. В электролизере 22 с помощью схемы электропитания и управления 31 электролизером 22 происходит очистка пластин от осажденной серы. Из электролизера 22 по трубопроводу 32 выходит газовая фракция после электролиза, состоящая из водорода и выделившихся из электролита газов, которая подается в эжекторный смеситель 20. Затем она, через трубопровод 21, подается в нижнюю часть массообменной колонны 3. Из электролизера 22 по трубопроводу 27 эмульсия серы поступает на устройство 28 для отмывки и сушки серы, которая далее отправляется на склад.

Пример осуществления способа

Очистке подвергали модельный нефтяной газ, состоящий из 96% метана и 4% сероводорода. Газ после прохождения через фильтр 15 подавался в нижнюю часть колонны 1, расход составил 25 л/сек. В верхнюю часть колонны 1 подавали охлажденную до 16°C воду с расходом 0,45 л/сек. Рабочая температура в колонне 1 составляла от +14 до +16°C. В верхнюю часть колонны 2 подавалась насыщенная сероводородом вода (горячая вода + H₂S). Вихревым компрессором снизу колонны 2 подавали воздух со скоростью 2,9 м/сек в «живом» сечении колонны 2 и расходом 25 л/сек. Рабочая температура внутри массообменной колонны 2 составляла от +35 до +40°C. В результате взаимодействия двух потоков H₂S из водного раствора перешел в воздушную смесь (воздух + H₂S). Концентрация H₂S в воздушной смеси составляла 3%.

Воздушная смесь в колонне 3 взаимодействовала с потоком электролита, представлявшего собой слабый 5-10% раствор серной кислоты.

Очищенный воздух выводился в атмосферу, а серу осаждали на пластинах электролизера 22. Ток для работы электролизера 22 составил 500 А, а площадь анодных и катодных пластин - 0,5 м².

Конечная концентрация H₂S измерялась хроматографом INFICON 3000 Micro GC и составила 0,8%. Степень очистки составила 99,2%.

Способ очистки нефтяного газа от сероводорода путем его диссоциации при растворении сероводорода в воде с последующим электролитическим разложением сероводорода,
отличающийся тем, что
содержащийся в нефтяном газе сероводород удаляют с использованием трех массообменных колонн, работающих по принципу противоточной циркуляции, при этом нефтяной газ подают в нижнюю часть первой массообменной колонны, а предварительно охлажденную воду подают противотоком в ее верхнюю часть, при этом из верхней части указанной массообменной колонны отводят очищенный нефтяной газ, а предварительно подогретую и насыщенную сероводородом воду подают в верхнюю часть второй массообменной колонны, в нижнюю часть которой противотоком нагнетают воздух, и в процессе массообмена осуществляют вымывание из нее сероводорода, причем очищенную воду из нижней части второй массообменной колонны охлаждают и подают в верхнюю часть первой массообменной колонны с образованием замкнутого циркуляционного контура, при этом насыщенную сероводородом воздушную смесь нагнетают в нижнюю часть третьей массообменной колонны, в верхнюю часть которой подают электролит, растворяющий содержащийся в воздушной смеси сероводород, затем насыщенный сероводородом электролит из нижней части третьей массообменной колонны подвергают электролизу с разложением растворенного в электролите сероводорода на элементарные серу и водород, после чего водород вместе с остаточными газами возвращают в процесс, а очищенный от сероводорода электролит подают в верхнюю часть третьей массообменной колонны, образуя замкнутый контур циркуляции электролита.

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения фторированных карбоновых кислот и их солей, состоящему из реакции фторсодержащих спиртов с общей формулой (А):A-CH2-OH, с как минимум одним первым и как минимум одним вторым окислителями для получения фторированной карбоновой кислоты или ее солей с общей формулой (В):A-COO-M+, где M+является катионом и где «A» в формулах (А) и (В) является одинаковым фрагментом, представляющим остаток: Rf-[0]p-CX″Y″-[0]m-CX′Y′-[0]n-CXY-, где Rf является фторированным алкильным остатком, который может содержать, а может не содержать один или несколько катенарных атомов кислорода, p, m и n являются независимыми друг от друга или 1, или 0; X, X′, X″, Y, Y′ и Y″ являются независимыми друг от друга прочими H, F, CF3, или C2F5, при условии, что по меньшей мере одно из значений X и Y представляет собой F, CF3, или C2F5; или A является остатком:R-CFX-, где Х и R являются независимо выбранными из водорода, галогена или остатков алкила, алкенила, циклоалкила или арила, которые могут содержать, а могут не содержать один или несколько атомов фтора и которые могут иметь, а могут и не иметь один или несколько катенарных атомов кислорода; где первый окислитель является соединением, имеющим группы, выбираемые из N-оксилов, P-оксилов-, альфа-галокарбонилов, кетонов, иминов, солей иминимов и их комбинаций; и второй окислитель выбирается из электрического тока гальванического элемента, пероксида, оксидов галогенов, хлора, кислорода, озона, солей азотистой кислоты или их комбинаций.

Устройство для выделения нанодисперсных порошков и способ его эксплуатации // 2544974

Изобретение относится к области выделения частиц заданной дисперсности из суспензии и может быть применено в промышленности при получении нанодисперсных порошков для изготовления высокопрочных изделий с улучшенными свойствами.

Распределение в электролизере рециркулируемого отходящего газа // 2544015

Изобретение относится к способу вентилирования электролизера для производства алюминия. Способ включает: отведение газов из внутреннего пространства укрытия электролизера; охлаждение по меньшей мере части упомянутых газов с образованием холодных газов; и осуществление циркуляции по меньшей мере части упомянутых холодных газов во внутреннее пространство через одно или более распределительных устройств.

Электролизная установка космического назначения и способ ее эксплуатации // 2543048

Изобретение относится к электролизной установке космического назначения, включающей электролизный модуль с выходными пневмомагистралями кислорода и водорода, снабженными конденсаторами пара, выполненными из пористого гидрофильного материла и имеющими водоотвод в окружающую среду, резервуар с водой, снабженный датчиком температуры, гидравлически связанный с электролизным модулем и работающий под избыточным давлением, газобаллонную систему хранения кислорода и водорода с пневмомагистралями выдачи этих газов с запорными элементами, имеющую, по крайней мере, по два последовательно связанных друг с другом пневмомагистралями баллона для каждого из газов, с установленными на баллонах датчиками давления, а также систему контроля параметров, подключенную к этим датчикам, датчику внешнего давления и датчику температуры.

Электролизно-водный аппарат // 2542584

Изобретение относится к электролизно-водному аппарату, содержащему электролизер, блок электропитания, узлы подготовки газовой смеси и инжекционную или равного давления горелку, работающую на смеси водорода с кислородом.

Способ приготовления индикаторных углеродсодержащих электродов, модифицированных наночастицами металлов, для вольтамперометрического анализа органических соединений // 2541798

Изобретение относится к способу приготовления индикаторных углеродсодержащих электродов, модифицированных наночастицами металлов Au, Pt, Pd, Ni, Cu. При этом модифицирование проводится путем осаждения наночастиц металлов полученных методом лазерной абляции металлических мишеней в чистых растворителях в отсутствие стабилизаторов, на рабочую поверхность индикаторного электрода при выдерживании (не менее 5 минут) рабочей поверхности в соответствующей дисперсии (с концентрацией не менее 0,05 г/л) с последующим высушиванием на воздухе при комнатной температуре.

Композиция для получения смачиваемого катода при выплавке алюминия // 2540953

Изобретение относится к электроду для применения в алюминиевом электролизере, содержащему: от 0,01 до 0,75 вес.% добавок металлов, причем добавки металлов выбраны из группы, состоящей из Fe, Ni, Co и W, и их комбинаций; остальным являются TiB2 и неизбежные примеси, причем неизбежные примеси составляют менее 2 вес.% электрода.

Способ обеззараживания водных систем минерализованными промышленными водами в виде растворов гипохлорита // 2540616

Изобретение относится к области обработки промышленных и сточных вод. Способ обеззараживания сточных вод включает их обработку растворами гипохлорита, полученными в электролизере из минерализованных промышленных вод.

Способ аккумулирования энергии // 2540410

Изобретение относится к области энергетики, в частности к способу аккумулирования энергии путем производства кислорода и водорода, необходимых для работы топливных элементов, в периоды спада потребности электроэнергии в энергосистеме на территории предприятия - потребителя электроэнергии.

Электролитический способ получения наноразмерного порошка гексаборида церия // 2540277

Изобретение относится к электролитическому способу получения наноразмерного порошка гексаборида церия, включающему синтез гексаборида церия из расплавленных сред в атмосфере очищенного и осушенного аргона.

Усовершенствованный окислительно-восстановительный раствор для обессеривания газа // 2542230

Изобретение относится к химической промышленности. Раствор содержит хелатообразователь, представляющий собой смесь двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты Na2Н2 ЭДТА и тетранатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты Na4ЭДТА, водорастворимую соль железа (III), смесь одной или более водорастворимой нитритной соли и фосфатных соединений, растворитель.

Способ утилизации сероводорода, содержащегося в газах // 2445255

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для утилизации сероводорода, содержащегося в виде примеси в газе. .

Способ очистки газовых потоков от сероводорода // 2398735

Изобретение относится к области химии и может быть использовано при очистке газовых потоков от сероводорода в нефтяной, газовой и газохимической промышленности. .

Способ высокоэффективного получения серы из потока кислого газа // 2388524

Способ высокоэффективного извлечения серы из потока кислого газа // 2383385

Способ очистки нефтяного газа от серосодержащих соединений типа сероводорода или сероуглерода // 2287617

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам очистки нефтяного, природного газов от серосодержащих соединений типа сероводорода или сероуглерода путем их разложения с получением элементарной серы, а также может быть использовано на предприятиях химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и металлургической промышленности.

Способ десульфуризации газов // 2241527

Установка очистки газа от кислых компонентов // 2197319

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано, в частности для очистки газа от сероводорода жидкими поглотителями с последующим получением серы по методу Клауса.

Способ утилизации серы из технологических газов // 2194008

Изобретение относится к утилизации диоксида серы и может быть использовано в металлургической и химической промышленностях для переработки газов с содержанием диоксида серы до 1%.

Способ удаления двуокиси серы из дымовых газов, в частности, из отходящих газов электростанций и отходящих газов установок для сжигания мусора // 2176543

Изобретение относится к способу удаления SO2 из дымовых газов, в котором воздействуют на дымовой газ в промывной зоне газоочистителя в противотоке абсорбирующей жидкостью.

Способ очистки от сероводорода газов разложения с установки атмосферно-вакуумной или вакуумной перегонки нефти // 2544993

Изобретение относится к области химической технологии очистки углеводородного газа от сероводорода и может быть использовано в нефтегазовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.