Способ очистки отдувочных газов скважин от сероводорода

 

Изобретение относится к очистке газов от сероводорода и может быть использовано при освоении скважин на месторождениях природных углеводородных газов с высоким содержанием сероводорода. Для обеспечения эффективной очистки газов, содержащих 30-50 об.% сероводорода в одну ступень, производят окисление сероводорода кислородом в количестве 100-110 об.% от стехиометрии на катализаторе - хромите магния на носителе-оксиде алюминия (содержание хромита магния 10-20 мас.%), взятом в виде сферических гранул с прочностью 165-520 кг/см<SP POS="POST">2</SP>, а процесс окисления ведут в кипящем слое катализатора при 250-350°С. Способ обеспечивает степень очистки газов от сероводорода 98-99% при степени превращения сероводорода в серу 98-100%. 1 з.п.ф., 2 табл.

соки советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1608109, А 1

И1)s С 01 В 17/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ прочностные характеристики использо" ванных катализаторов.

Условия проведения экспериментов..

Исследования окисления сероводорода проводят на проточной установке с кипящим слоем катализатора. Температурный интервал испытаний 250-350 С. Реакционные смеси анализируют на содержание О, К, Н $, SO, СН4 СО, CQ

COB, СВ газохроматографическим методом.

Условия проведения анализа. Прибор - хроматограф ДХМ-8МД с двумя параллельными колонками. Сорбенты молекулярные сита и порапак . Гаэноситель - гелий. Скорость газа-носиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕнИЯМ И ОТНРЫТИЯм (21) 4400744/23-26 (22) 09.02.88 (46) 23. 11.90. Бюл, и 43 (71) Институт катализа СО АН СССР (72) 3.P.Èñìàãèëîâ, С.P.Õàéðóëèí, Г.Б.Баранник, И.А.Керженцев, В,B.Íåìêîâ и В.H.Ïàðàìoí (53) 66.074.3 (088.8) (56) Алхазов Т.Г. и др. Пути каталитического обезвреживания природного газа с большим содержанием сероводорода. Проблемы комплексного освоения астраханского газоконденсатного месторождения./Тезисы докладов региональной научно-практической конференции г.Астрахань, апрель 1987. - М., 1987, с,217-218. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТДУВОЧНЫХ ГАЗОВ

СКВАЖИН ОТ СЕРОВОДОРОДА (57) Изобретение относится к очистке

Изобретение относится к очистке газов от сероводорода и может быть использовано при освоении скважины на месторождениях природных углеводородных газов с высоким содержанием сероводорода.

Цель изобретения - обеспечение эффективности очистки при содержании в газах 30-50 ob.4 сероводорода за счет уменьшения стадийности процесса.

Пример 1. Применяемые в предлагаемом способе катализаторы являются катализаторами нанесенного типа.

В качестве носителя используют оксиды алюминия различных модификаций.

В табл. 1 приведены сравнительные

2 газов от сероводорода и может быть использовано при освоении скважин на месторождениях природных углеводородных газов с высоким содержанием сероводорода. Для обеспечения эффективной очистки газов, содержащих 30-50 об.Ф сероводорода в одну ступень, производят окисление сероводорода кислородом в количестве 100-110 об.t.îò стехиометрии на катализаторе - хромите магния на носителе-оксиде алюминия (содержание хромита магния 10-20 мас.3), взятом в виде сферических гранул с прочностью 165-520 кг/см2, а процесс окисления ведут в кипящем слое катализатора при 250-350 С, Способ обеспе- д чивает степень очистки газов от сероводорода 98- орв при степени превраще- рав ния сероводорода в серу 98-1004.

1 3 ° и. ф., 2 табл. .

1608109 теля 30 мл/мин. Рабочая температура сорбентов колонок: цеолиты NaX 20 С, порапак Q 130 С.

Количество воздуха, необходимое для окисления сероводорода, расчитывают по формуле:

V . 4,76 0,5 Ч„"С/100, 10 где V - количество воздуха, необходимое для окисления сероводорода, л/ч;

4,76 - объем воздуха, содержащий

1 объем кислорода;

0,5 - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции

НS +--" 0. S +НО

z, 2

V - количество сероводородсодержащего га-:а,.л/ч;

С - концентрация сероводорода, об.Ц

S - сера газовая. 25

Для запуска аппарата слой катализатора предварительно разогревают до

150 С, после чего в слой раздельными потоками подают отдувочный газ, содержащий до 30-50 об.ь Н Б, и воздух в количестве близком к стехиометричесо кому. Реакция протекает при 250-350 С.

Избыточное тепло снимают теплообменником, погруженным в кипящий слой катализатора. В процессе обезвреживания степень превращения сероводорода в серу составляет свыше 973.

Исходный газ содержит, об.4: Н S

30; СО 2; СН4 68. После смешения исходного газа с воздухом в объемном 40 соотношении 1:0,72 в реактор, содержащий 5 г катализатора (состав 1 по табл. 1, содержание хромита магния

10 мас.4) при температуре 250 С и

Voq. = 3600 ч подают смесь состава, p6,Ф: HzS 17,5; 0 8,8; Ng 32,5; COz

1,2; ; gC = 1,0. (К,. коэффициент избытка 0 по отношению к H2$ по реакции: H2$ + 1/2 О +

+ Бг + Нао).

Степень очистки от сероводорода

983; степень превращения Н Б в серу

983; концентрация Н Б в отходящих газах 0,35 об. ь; окисления и разложения метана не наблюдается.

Пример 2. Аналогичен примеру

1, но в качестве окислителя применяется чистый кислород. После смешения исходного газа с кислородом в объемном соотношении l:0,15 в реактор подают смесь состава, об.ь: H S 26,1;

О 13,04; СО 1,74; метан остальное, of. = 1,0.

Степень очистки ot сероводорода

983; степень превращения Н Б в серу

981; концентрация Н Б в отходящих газах 0,6 об.Ф.

Пример 3. Исходный газ содержит, об.Ф: Н Б 35; СО 2; СН4 63, После смешения газа с воздухом в соотношении 1:0,83 в реактор подается смесь состава, об.Ф: Н $ 19,1; О

9,6; Ng 35,7; COg 1,1; метан остальное. Другие условия аналогичны примеру 1.

Степень обезвреживания от сероводорода 983; степень превращения сероводорода в серу 984; окисления и разложения метана не наблюдается.

Пример 4. Исходный газ содержит, об.Ф: Н S 40; СО 2; СН4 58.

После смешения газа с воздухом в соотношении 1:0,95 в реактор подается смесь состава, об.ь: Н S 20,5; О

10,3; Nz 38,3; СО 1,0; метан остальное ° Прочие условия аналогичны примеру 1.

Степень обезвреживания от сероводорода 994; степень превращения Н S в серу 994; окисления и разложения метана не наблюдается.

Пример 5. Исходный газ, содержит, ot5.4: Н $ 49,5; СО 2; СН4. 48,5.

После смешенйя газа с воздухом в соотношении 1:1,18 в реактор подается смесь состава, об.4: HzS 22,8; О

11,4; Nz- 42,4; COz 0,9; метан остальное.

Степень очистки от сероводорода

98/, ; степень превращения сероводорода в серу 981; окисления и разложения метана не наблюдается.

Пример б. Содержание активного компонента в катализаторе (сос" тав 1) 20 мас.4, Прочие условия аналогичны примеру 4. После смешения с необходимым количеством воздуха в реактор подается смесь состава, об.Ф: ч, Б 22,8; 0 11,4; Nz 42,4; СН4, 0,9, g-- 1,0.

Степень очистки от сероводорода

994; степень превращения H

994. Окисления и разложения. метана не наблюдается.

Пример 7. Аналогичен примеру

1, но в качестве катализатора применяется MgCrz04/ of -AlzOq (состав 2) .

5 16

Содержание активного компонента

15 мас.%.

С тепе н ь очистки от сероводорода 97%; степень превращения HzS в серу 974; окисления и разложения метана не наблюдается °

Il р и м е р 8. Аналогичен примеру

5, но в качестве катализатора применяется HSCr<04/8-А1 0э (состав 3) °

Степень очистки от сероводорода

98%; степень превращения Н Я в серу

98%; окисления и разложения метана не наблюдается.

Пример 9. Аналогичен примеру

5, но в качестве катализатора применяют ИВСг О /9-н1 0э (состав 4).

Степень очистки от сероводорода

98%; степень превращения НЯ в серу

98%; окисления и разложения метана не наблюдается.

Пример 10. Температура проведения процесса 350 С. Прочие условия аналогичны примеру 5.

Степень очистки от сероводорода

99%; степень превращения HzS в серу

99%; окисления и превращения метана не наблюдается.

Пример II. Объемная скорость

-( подачи газовой смеси в реактор 6000 и> прочие условия аналогичны примеру 5.

Степень очистки от сероводорода

98%; степень превращения H

98%; окисления и разложения метана не наблюдается.

Пример 12. Исходный газ содержит в своем составе пыль (кварце" вый песок) со средним размером час" тиц - 50 мкм, концентрация пыли

- 0,5 мас.%). Прочие условия аналогичны примеру 5. Время эксплуатации

100 ч.

Средняя степень очистки от сероводорода за время эксплуатации 98%; средняя степень превращения HzS в серу 98%; окисления и разложения метана не наблюдается.

Пример 13. Аналогичен примеру 12, но концентрация пыли в газе

1 мас.% (соответствует максимальной концентрации пыли в газах отдувки).

Время эксплуатации 100 ч.

Средняя степень очистки от сероводорода 98Ц средняя степень превращения H

Пример 14. Концентрация серо" водорода в исходном газе 60 об.%. На окисление газа подается воздух в со08109

6 отношении 1:1,43 (0 1). Остальные условия те,же, что и в примере 1.

Степень очистки от сероводорода

87%; степень конверсии Н S в серу 87%, Пример 15. Концентрация сероводорода в исходном газе 70 об.%. На окислечие газа подается воздух в соотношении 1:1,67 (р 1). Остальные условия те же, что и в примере 1.

Степень очистки от сероводорода

74%; степень конверсии Н Я в серу 72% °

Пример 16. Аналогичен примеру 5, но для окисления сероводорода используется катализатор состава 1 с содержанием активного компонента 8%, Степень очистки от сероводорода

93%; степень превращения Н Я в сеre 93%.

20 Пример 17, В реактор, содержащий 5 г катализатора (состав 1), при 300 С подается газовая смесь состава, оЬ.%: Н Я 23; О 12,?; N> 38;

COz 1, метан остальное, K = 1,1, Vo =

25 = 3600 ч .

Концентрация SOz в отходящих газах

1,8 o6.%; суммарная конверсия Н Я в

SO и серу 100% степень конверсии

Н Я в серу 94,8%.

Пример 18. В реактор, содержащий 5 r катализатора (состав 1), при 300 С подается газовая смесь сосо тава, оЬ.%: HzS 23; О 14; Nz 38;

СО 1; метан остальное, аС = 1,2. Остальные условия те же, что и в приме35 ре 17

Концентрация ЯОт в отходящих газах

3,4%; суммарная конверсия H S в серу и SOq 100%; степень конверсии Н S в серу 89%.

40 Пример 19. В реактор, ñîäåðжащий 5 г катализатора (состав 1), при 300 С подают смесь состава, об.%:

HzS 23; Nz 38; СО 1; О 15; метан остальное, 0 = 1,3, 45 Концентрация SOz e отходящих газах

5,3 об.%; суммарная конверсия Н S в серу и SOq 100%; степень конверсии

Н S в серу 84%.

Результаты опытов приведены в

50 табл. 2.

Приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ с использованием катализатора позволяет в одну ступень добиться высоких степеней

55 Очистки От HgS В дОстатОчнО ширОкОм интервале температур 250-350 С (примеры 9 и 10), концентраций сероводорода 30-50 об.% (примеры 1,3-5) и объемных скоростей.

1608109

Предлагаемый способ может быть использован для очистки углеводоро72содержащих газов при концентрациях сероводорода в них до 50 об.6, а известный спосоЬ позволяет перерабатывать природные газы с концентрацией сероводорода до 25 об.6, используя при этом пять каталитических ступеней, Увеличение концентрации H S делает 10 необходимым создание дополнительных каталитических ступеней, таким образом при концентрации Н S в исходном газе около 50 об.4 понадобится 10 последовательных реакторов. Иногоста- 15 дийность известного способа обуславливает высокую металлоемкость и сложность аппаратурного оформления процесса. Это исключает создание передвижных установок оЬезвреживания отдувочных 20 газов, основанных на этом методе.

Формула и зобретения

1. Способ очистки отдувочных газов скважин от сероводорода, включающий его окисление кислородом на катализаторе с получением элементарной серы, отличающийся тем, что, с целью оЬеспечения эффективности очистки при содержании в газах 30-50 об.В сероводорода и упрощения процесса, в качестве катализатора используют хромит магния на носителе - оксиде алюминия с содержанием.хромита магния 1020 мас.4, взятым в виде сферических гранул с прочностью 165-520 кг/см2, а процесс окисления ведут в кипящем слое катализатора при 250-350 С.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что кислород берут в количестве 100-110 об.6 от стехиометрии.

Таблица 1

Содержа- P ние ак- кг/см2 тивного компо нента, мас.В

Износ, 4 сут.

Катализатор

Состав

10-20

10-20

10-20

10-20

0,05-0,3

0,3 .

О, 3

0,3

0,5

ИКС2 04/g "Alz 09

Mg Cr z 04/Ы-Al z 0ç

MgCrZ04/о А120З

ИдСг 04 /8-А1 0з

Fez09 + TiGz

3

Р - средняя прочность на раздавливание, 31.

Т ° блмц ° 2, Конеарсне в

С к.б,тв

oti. 2

Т, С

Содерканне кнслорода

° реакцмоннод смеси, 2 от стехнометрнчес кого

НалИмне е снеси лнлн

Сслт кт,об. 2

Содеркамне актненого комлонента, нас.2

Каталнзатор номер

Н $ $ ° . \ кон ворскл

Н$$ $0е

0,5 мас.8

1,0 мас.Z в

Оо всех снеслх содеркнтск 24 СО . в.

$ лрнмере 2 длк окнсленнк сароеодорода нслольвуют ннстнд

KkCIIOPOII

l настеа,(у-АТ,О»

2вв То ке

3 н

4 н

5, PI

6 наст O,,ËÑ-А1 О»

8 НОС1 Ов(t-À2»0»

9 НОСт»ав/8-$110»

10 наст»oвl(-$1 О»

11 То ее

12.

13

14

16

17

18 н

l0

l5

1О

io

10 2SO

250

250

2SO

250

250

250

250

250

350

250

- 250

250

250

250, 250

300

300

Заа

3о

so

1,О

1,0

i,0

1,О

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0 I 0

1,0

1,0

l.О

1,0

1,1

1,2

1,3

68

68

63

58

48

48

48

48

48

48

48

48

48

38

28

48

48

48

1 а а 3600

100 3600

100 3600

100 3600

100 3600

loo 3600

100 3600

100 3600

1оа 3600

100 3600

100 6000

100 3600

100 3600

100 3600

100 3600

100 3600

110 3600

120 . 3600 130 3600

98

98

98

98

99

97

98

98

99

98

98

98

87

74

93

lOO

100

98

98

98

98

99

97

98

98

99 .98

98

98

87

72

93

94,8

89