Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ

Изобретение относится к установкам для процессов очистки сероводородсодержащих углеводородных газов от сероводорода с получением элементарной серы.

Углеводородные газы, сероводородсодержащие газы, попутные нефтяные газы, природные газы являются существенным потенциальным ресурсом для использования в качестве сырья для газохимиии, выработки тепловой и электрической энергии (газопоршневые когенерационные установки). Однако высокое содержание сероводорода (типичное содержание H₂S - 1-6 об. %) исключает их использование без предварительной очистки.

Наиболее экономичным и энергоэффективным процессом для очистки углеводородных газов является процесс прямого каталитического окисления сероводорода до элементарной серы, очевидными преимуществами которого являются:

- непрерывность процесса, позволяющего проводить одновременную очистку и получение товарной серы;

- «мягкие» условия реализации процесса (Т=220-280°C), благодаря использованию высокоактивного катализатора;

- возможность селективного удаления сероводорода без существенной конверсии углеводородов очищаемого газа.

Известна установка очистки попутных нефтяных газов с использованием процесса прямого каталитического окисления сероводорода (Girish Srinivas, Steven Gebhard and Michael Karpuk. Sulfa Treat DO TDA's Direct Oxidation Technology for the Oil and Gas Industries. Natural Gas Technologies Conference II February 8-11, 2004, Girish Srinivas, Steven Gebhard. Catalyst and Method for oxidizing hydrogen sulfide. International Patent Application № WO 2013/002791). В предложенном процессе очистки сероводородсодержащий попутный нефтяной газ после нагрева в факельной печи подается в реактор прямого окисления, куда одновременно подается воздух. Процесс осуществляется при температуре 175°C, давлении до 65 бар и позволяет проводить очистку газов, содержащих до 3% сероводорода. Результаты испытаний опытно-промышленной установки показали, что концентрация H₂S в очищенном газе не превышает 950 ppm. Степень извлечения серы в данном случае составила более 88% при незначительной конверсии углеводородной части. Температура очищенного газа, отходящего после стадии конденсации серы, составляет 140-150°C. Очищенный газ, содержащий до 0,1 кг паров серы на 1 м³, подается на факельное сжигание без дальнейшего использования.

Известна установка очистки сероводородсодержащих газов «кислых» газов аминовой очистки, которая состоит из вертикального цилиндрического реактора с псевдоожиженным слоем катализатора, конденсатора серы и фильтров для улавливания мелкодисперсной серы в реакторе, проводится газофазное окисление сероводорода кислородом в реакторе на твердых катализаторах, полученная сера отделяется из газовой фазы в кондесаторе при снижении температуры, мелкодисперсная сера удаляется на механическом фильтре с последующим сбросом оставшейся газовой фазы (Исмагилов Ф.Р. Способ утилизации сероводорода в кипящем слое катализатора. «Газовая промышленность», 1993 г., 1, стр. 23-24). Недостатками описанной установки являются потери целевого продукта на фильтрах и энергетические потери из-за повышения гидравлического сопротивления на фильтрах при их забивании мелкодиспергированной серой, что в конечном счете приводит к остановке функционирования установки.

Наиболее близкой по технической сущности является установка очистки газов прямым каталитическим окислением сероводорода кислородом, описанная в патенте на полезную модель №РФ №149826, C01B 17/04, 20.01.2015 «Установка для переработки сероводородсодержащих газов», которая включает реактор окисления сероводорода кислородом в присутствии катализатора с получением элементарной серы, эжектор для эжектирования сероводородсодержащего газа потоком кислородсодержащего газа (воздуха), конденсатор охлаждения отходящих газов, серозатвор для отвода серы (для предотвращения попадания газа в емкость хранения серы, последовательный барботер, заполненный жидкой серой, где происходит дополнительное улавливание серы. Установка используется для очистки высоконцентрированных кислых газов аминовой очистки и обеспечивает высокую степень очистки (свыше 95%).

Однако газ, отходящий с установки, содержит до 0,2 кг серы в виде паров, что при необходимости дальнейшего использования (трубопроводная транспортировка, факельное сжигание) приведет к оседанию серы в трубопроводах (блокировка проходимости), выходу из строя факельных устройств подогревателей или когенерационных энергоустановок.

Изобретение решает задачу непрерывной эффективной очистки сероводородсодержащих углеводородных газов от сероводорода с утилизацией элементарной серы.

Технический результат - высокая степень непрерывной очистки сероводородсодержащих углеводородных газов от сероводорода.

Очищенное газовое сырье можно использовать для транспортировки, выработки тепловой и электрической энергии. Установка безопасна и экологически надежна.

Задача решается следующей конструкцией установки.

Предложена установка для процессов очистки сероводородсодержащих углеводородных газов от сероводорода с получением элементарной серы, содержащая электронагреватель (на схеме не показан), реактор прямого окисления сероводорода с катализатором, конденсатор серы, последовательный барботер, заполненный жидкой серой, противоточную промывную колонну, в которой обеспечивается контакт газа, поступающего из барботера, с технической водой для улавливания паров серы и охлаждения очищенного газа для подачи в трубопроводы или факельные устройства.

Промывная колонна выбирается из расчета соотношения (ρ) расхода потока очищаемого газа (Q_Г) и промывной воды (Q_H2O)

, равным 0,7-1.0,

где:

Q_Г=расход потока очищаемого газа, кг/ч

Q_H2O=расход потока промывной воды, кг/ч

Установка для процессов очистки сероводородсодержащих газов газовых потоков (Фиг.) содержит реактор прямого окисления сероводорода кислородом, заполненный катализатором, - 1, конденсатор серы - 2, серозатвор для отвода серы (на Фиг. не показан) для предотвращения попадания газа в емкость хранения серы, последовательный барботер - 3, заполненный жидкой серой, где происходит дополнительное улавливание серы, промывную противоточную колонну - 4. В реактор подается подогретый сероводородсодержащий газ и воздух в стехиометрическом соотношении по реакции (1).

В реакторе 1 при контакте газовоздушной смеси с гранулами катализатора при температурах 240÷320°C происходит реакция селективного окисления сероводорода.

Продукты реакции (пары элементарной серы и воды) и компоненты исходной газовой смеси поступают в конденсатор серы 2.

Газ, из которого выделено основное количество серы, поступает в барботер 3, заполненный жидкой серой, где происходит дополнительное улавливание серы. Финальная очистка газового потока от частиц серы и охлаждение происходит в промывной противоточной колонне 4.

Анализ исходного газового сырья и газовых продуктов очистки проводят методом газовой хроматографии в аккредитованной испытательной лаборатории АО «СМП-Нефтегаз».

Анализ содержания серы в отходящих газах проводят весовым методом.

Сущность полезной модели иллюстрируется следующими примерами. Пример 1.

В опытно-промышленный реактор прямого окисления подают предварительно подогретый сероводородсодержащий попутный нефтяной газ, при достижении температуры в реакторе 200°С подают воздух. Парогазовая смесь после реактора последовательно поступает в конденсатор серы, барботер, промывную противоточную колонну. В промывную противоточную колонну подают воду (Q_H2O) в массовом соотношении к газу, поступающему из барботера, Q_Г - 0,8.

Примеры 2-6 аналогичны примеру 1, отличаются расходом газа, концентрацией сероводорода, соотношением ρ.

Результаты экспериментов приведены в таблице 1.

Примеры 7-9 по прототипу (РФ №149826, C01B 17/04, 20.01.2015) приведены в таблице 2 для сравнения.