Способ обработки серосодержащих газов и устройство для его осуществления

 

Заявляются способ обработки проб газа, содержащих серу, который включает обезвоживание пробы газа для получения пробы высушенного газа, имеющей содержание воды менее 100 частей на миллион, и затем хранение пробы высушенного газа в контейнере, который не вступает в реакцию с серой, находящейся в газе, и устойчиво для осуществления этого способа. 2 с. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение касается способа и устройства для обработки пробы газа, содержащей серу и, в частности, способа и устройства для обработки пробы газа, содержащей серу, таким образом, чтобы препятствовать уменьшению содержания серы в газе с течением времени при хранении.

Одной из важных задач, с которой сталкивается промышленность сегодня, является контроль за загрязнением окружающей среды. Одним из наиболее вредных загрязнителей, присутствующих в технологических газах, которые используются и/или вырабатываются промышленностью, являются серные соединения. Нежелательность сернистых соединений объясняется не только загрязнением окружающей среды, обусловленным сгоранием газа, содержащего серу, но и коррозией заводского и лабораторного оборудования, являющейся следствием ее контактирования с сернистыми соединениями.

В свете вышесказанного, имеется настоятельная необходимость в точном анализе технологических газов и т.п. и содержания в них серы с целью гарантирования надлежащей обработки этих газов с тем, чтобы избежать вредного действия серы в таких технологических газах. До настоящего времени эта проблема остается неразрешенной при взятии пробы и хранении серосодержащих газов. Основная причина этого заключается в том, что содержание серы в пробе газа, которая подвергается анализу, уменьшается с течением времени, а поэтому, замеренный объем будет меньше, чем действительный объем содержания серы в газе, который обычно используется в различных коммерческих ситуациях. Такой распад серы наблюдался даже при концентрации серы ниже 5% и существует во всех типах газов будь то природные газы, технологические газы или воздух.

Предпринимались уже попытки в отношении вышеупомянутой проблемы. В публикации [1] квантифицируется ряд трудностей, встречающихся при хранении сернистых соединений, включая трудность измерения концентрации сернистых соединений по сравнению с различными другими соединениями, а также наиболее быстрое время распада сернистых соединений с течением времени. Хотя было установлено, что время распада двуокиси серы может быть продлено за счет правильного выбора резервуара для хранения, однако, тем не менее, распад происходит в течение довольно короткого промежутка времени. Таким образом, даже при правильном выборе материалов, эффективное длительное хранение оказывается невозможным.

В дополнение к трудностям хранения сернистых соединений, также трудно оказывается произвести точный замер концентрации сернистого соединения в газах.

Одним из наиболее надежных способов, имеющихся в настоящее время для количественного определения содержания серы, является метод Драгера. Хотя данный метод позволяет производить измерения на месте работы, однако, он имеет ряд ограничений, а именно, низкую точность, он чувствителен только к некоторым образцам серы, требует большой квалификации от оператора и кроме того, возникает оптическая интерференция всякий раз, когда присутствует более одного сернистого соединения. Кроме того, метод Драгера не предусматривает никаких средств для хранения проб газа.

Разработаны также и другие методы анализа сернистых соединений.

В патенте [2] описывается способ анализа содержания серы в углеводородах путем первого разложения углеводородов на более простые молекулярные структуры.

В патенте [3] описываются способ и устройство для определения очень незначительного процентного содержания серы в пробах газа.

Таким образом, сернистые соединения в газах очень трудно замерить с течением времени вследствие распада соединений при хранении. Тем не менее, поскольку вредные воздействия этих соединений проявляются даже при очень низких их концентрациях, то желательно определять концентрации серы в частях на биллион. Существует потребность в простых способах и устройстве для взятия пробы и хранения газов, содержащих сернистые соединения при незначительном или полном отсутствии распада соединений в процессе хранения, в результате чего концентрация серы могут быть точно замерены в более позднее время. Кроме того, для более эффективного использования такое устройство должно быть портативным с тем, чтобы могло быть доставлено к месту подачи газа. Существуют много областей применения, где требуется точное показание содержания серы по истечении какого-то времени, однако, ни одно из известных решений не дает решения данной проблемы.

Следовательно, как отмечалось выше, существует настоятельная необходимость в создании эффективного способа и устройства для обработки серосодержащих газов с тем, чтобы предотвратить деградацию серы, содержащейся в газах с течением времени, обеспечивая тем самым, точное измерение действительного содержания серы в газах.

Таким образом, принципиальной задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для хранения серосодержащих газов так, чтобы предотвратить уменьшение содержания серы в газе с течением времени.

Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание способа, как указано выше, по которому серосодержащий газ предварительно обрабатывается перед хранением с целью предотвращения деградации содержания серы в нем с течением времени.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание емкости для хранения, которая не вступает в реакцию с серой, содержащейся в пробе газа.

Другой еще одной задачей настоящего изобретения является обработка серосодержащего газа таким образом, чтобы предотвратить уменьшение с течением времени за счет обезвоживания газа и его хранения в инертных емкостях.

Другие задачи и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из последующего описания.

В соответствии с настоящим изобретением вышеупомянутые цели и преимущества являются легко достижимыми.

Настоящее изобретение касается способа и устройства для обработки и хранения проб газа, содержащих серу и, в частности, способа и устройства для обработки пробы газа, содержащей серу, отличающихся тем, что предотвращается уменьшение содержания серы в пробе газа с течением времени.

В соответствии со способом настоящего изобретения проба газа, содержащая серу, подвергается обезвоживанию так, чтобы получить высушенную пробу газа с содержанием воды менее 100 частей на миллион. В соответствии с настоящим изобретением было установлено, что проба должна обрабатываться обезвоживающим агентом в количестве, превышающем или равным 1,5 кг обезвоживающего агента на литр воды, удаляемый из пробы газа. После этого обезвоженная высушенная проба газа помещается на хранение в резервуар, который не вступает в реакцию с серой, содержащей в газе и который является также водонепроницаемым, тем самым, предотвращая поступление воды в хранящуюся пробу газа. В соответствии со способом настоящего изобретения обезвоживающий агент, используемый в процессе, выбирается из группы, состоящей из углерода, перхлората магния, гликоля, силикагеля, окиси алюминия, а их смесь с перхлоратом магния является предпочтительнее. В соответствии с другим признаком способа настоящего изобретения температура, давление и скорость потока пробы газа в зону обезвоживания поддерживается в управляемых режимах с тем, чтобы максимально увеличить обезвоживающее воздействие обезвоживающего агента на пробу газа.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением содержит обезвоживающую зону, состоящую, по крайней мере, из одной ловушки, содержащей обезвоживающий агент, через который проходит проба газа. В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения обезвоживающая зона содержит большое число ловушек, в которые выборочно подается проба газа при обнаружении насыщения дегидратирующего агента в любой из ловушек. Устройство настоящего изобретения включает также использование емкостей для хранения, которые не вступают в реакцию с серой, содержащейся в пробе газа и являются непроницаемыми для воды. Наиболее предпочтительные емкости для хранения могут выбираться из числа алитированных пластмассовых мешков, таких, например, как продает фирма Trademark Calibrated Systems и алюминиевых цилиндров со спектральной обработкой уплотнений, продаваемых под торговой маркой Airo.

Способ и устройство настоящего изобретения позволяют получить точные показания содержания серы в пробах газа много дней спустя после взятия пробы из их источника. Улучшенная точность, которая обеспечивается устройством настоящего изобретения, дает ряд преимуществ, включая качественный контроль при получении природного газа; точные гарантии качества и состава природного газа для поставщиков и покупателей; меньшую коррозию транспортных трубопроводов и оборудования, работающего с газом и уменьшение вредного загрязнения окружающей среды, обусловленного использованием серосодержащих газов.

Настоящее изобретение поясняется прилагаемыми чертежами.

Фиг.1 схематично показаны устройство и способ настоящего изобретения; фиг.2 график, показывающий деградацию серы с течением времени во влажном и обезвоженном образцах газа; фиг. 3 график, показывающий влияние различных емкостей для хранения на деградацию серы в обезвоженных образцах газа; фиг. 4 график, показывающий влияние скоростей для хранения на деградацию обезвоженных образцов газа с течением времени.

На фиг. 1 схематично показана система настоящего изобретения для осуществления способа по обезвоживанию и хранению серосодержащего газа без деградации серы с течением времени.

Система 10 снабжена соединением 12 для подключения к газовой магистрали и взятия из нее пробы газа. Проба газа может быть получена от любого источника, как то нефтяной скважины, окружающей среды и т.п. Обычно в зависимости от источника содержание влаги в пробе может превышать 20000 частей воды на миллион, а содержание серы может не превышать 10 частей на миллион. Газ направляется через трубопровод 14, предпочтительно он является стального тефлонового типа, к которому последовательно подсоединены манометр 16 для регулирования давления, термометр 18 измерения температуры и ротаметр 20 для регулирования скорости потока газа в зону обезвоживания 22. Пробы газа берутся предпочтительно при давлении порядка 0,7 0,03 кг/см², температура не выше 60^oC и скорости потока порядка 0,2 2,0 л/мин. Причинами, по которым должны поддерживаться вышеприведенные величины, являются следующие: при давлении выше 2,9 кг/см² обезвоживающее устройство должно усиливаться; при температуре, превышающей 60^oC, форма зерна обезвоживающего агента, использующегося в данном способе, будет ухудшаться и следовательно, не будет эффективным для процесса обезвоживания и при высоких скоростях потока проба газа не будет иметь достаточно времени требуемого для нахождения с обезвоживающим агентом для осуществления требуемого обезвоживания. Обезвоживающий агент может быть выбран из группы хорошо известных веществ, как то силикагель, окись алюминия, перхлорат магния, углерод, гликоль, а их смеси с перхлоратом магния являются наиболее предпочтительными.

В трубопровод 14 выше по течению от элементов 16, 18 и 20 встроен сливной клапан 24, предназначенный для удаления из системы всей жидкости, которая может находиться в пробе газа. Большая часть природных газов содержит жидкую фазу, состоящую в основном, из фракции C₆-C₁₄, которые переносятся вместе с газом. Жидкая фаза увеличивается за счет конденсации, происходящей в результате расширения, обусловленного разностью давлений между главной газовой магистралью и системой.

Клапан 24 имеет два положения: а) для соединения трубопровода 14 с обезвоживающей зоной 22, или b) для соединения трубопровода 14 с атмосферой, в результате чего три параметра /температура, давление и скорость потока/ могут контролироваться, а избыточное давление газа может спускаться из системы. Следует иметь в виду, что система настоящего изобретения является динамической системой, а это означает, что газ постоянно проходит через всю систему. Когда клапан 24 находится в положении /b/, то можно замерять содержание серы в пробе газа для получения исходной величины содержания серы, в результате чего содержание серы, замеренное после обезвоживания и через каждый несколько дней хранения могут сравниваться и тем самым, оценивается характеристика системы. Содержание серы замеряется известным способом путем подсоединения к клапану 24 трубки Драгера. Когда клапан 24 находится в положении /а/, то проба газа может достигать распределительного клапана 28. Последний является клапаном с одним входным и несколькими выходными отверстиями, а предпочтительно, от пяти ходовой клапан. Распределительный клапан 28 обеспечивает выборочное направление пробы газа в любую из многочисленных плексиглазовых ловушек 30, заполненных обезвоживающим газом, использующимся в настоящем изобретении, для удаления или уменьшения содержания влаги в пробе газа. Каждый выход распределительного клапана 28 соединен с одной из плексиглазовых ловушек 30 с помощью линий 26 так, что только одна ловушка 30 используется в любой момент времени. Таким образом, число плексиглазовых ловушек 30 соответствует числу выходов распределительного клапана 28. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения только одна из ловушек 30 используется для обезвоживания пробы газа, проходящей через нее, однако, если нужно, то можно использовать несколько плексиглазовых ловушек 30. Важным признаком является то, чтобы пробы газа, покидающие ловушки 30, имели содержание влаги ниже 100 частей на миллион как это будет описано ниже.

Распределительный клапан 32, имеющий один вход и несколько выходов, соединяет каждую ловушку 30 с датчиком влажности 34, где из пробы газа удаляется содержание влаги.

Точка насыщения обезвоживающего агента в любой из ловушек 30 может наблюдаться на датчике влажности 34 путем измерения содержания влаги в газе, покидающем ловушку. При достижении точки насыщения агента в ловушке, необходимо повернуть распределительный клапан 28 с тем, чтобы направить поток газа из ловушки 30, выполненной насыщенным обезвоживающим агентом, в другую ловушку 30, заполненную неиспользованным обезвоживающим агентом. Соотношение обезвоживающего агента к содержанию агент воды в пробе газа должно поддерживаться выше, чем 1,50 кл/л с целью достижения эффективного обезвоживания в созданной системе.

Клапан 30 установлен ниже по течению от датчика влаги 34 для /а/ соединения магистрали 38, идущей от датчика влажности 34 с баком 40 или /b/ для соединения системы с атмосферой для уменьшения давления в системе. Клапан 36 в положении /а/ регулирует объем газа, поступающего в бак 40. Последний, использующийся в настоящем изобретении, соединен с остальной частью системы с помощью воздухонепроницаемого соединительного устройства 42. Контейнеры, использующиеся в устройстве и способе настоящего изобретения, выбираются на базе материалов, которые не обладают способностью вступать в реакцию с серой и которые являются водонепроницаемыми с тем, чтобы повысить содержание влаги в сере в процессе хранения. Контейнеры, предпочтительно использующиеся в настоящем изобретении, являются пластмассовыми мешками с алитированной наружной поверхностью и алюминиевые цилиндры, покрытые пластмассой, например, эпоксидной смолой и т.п.

Пример 1.

Для того, чтобы показать влияние содержания воды на деградацию серы в пробе газа при хранении, проба природного газа, имеющая содержание воды 100 частей на миллион, была обработана в соответствии со способом настоящего изобретения. Природный газ, имеющий содержание влаги 100 частей на миллион, считается пробой очень сухого газа по сравнению с пробами обычного природного газа. Проба газа подавалась под давлением 2,1 кг/см², температуре 55^oC и скорости потока 1,5 л/мин. в зону обезвоживания, содержащую перхлорат магния. Количество последнего в обезвоживающей зоне является достаточным для уменьшения содержания воды в пробе газа примерно на 90% т.е. в количестве 1,5 кг на литр удаляемой воды. Содержание серы в пробе обезвоженного сухого газа было замерено и составило 12 частей на миллион.

После этого проба сухого газа подавалась в алитированный контейнер, внутренняя поверхность которого имеет покрытие, нанесенное электролитическим способом. Цилиндр имеется на рынке и подается фирмой Airo. Необработанная проба газа, имеющая содержание влаги 100 частей на миллион, также хранилась в аналогичном контейнере. После трех дней хранения снова замерялось содержание серы в пробе газа и содержание серы в обработанной обезвоженной пробе газа составило 11,9 частей на миллион, которое по существу, идентично исходной обезвоженной пробе газа, тогда как содержание серы в необработанной влажной пробе газа, имеющей исходную концентрацию влаги 100 частей на миллион, составило 1,9 частей на миллион. Этот пример ясно показывает преимущество обработки обезвоживанием перед хранением, которое оказывает благотворное влияние на деградацию серы в пробе газа. Результаты графически представлены на фиг. 2.

Пример 2.

Этот пример осуществлялся с тем, чтобы показать влияние емкостей для хранения на деградацию серы с течением времени при хранении. В этом примере проба газа из примера 1, которая была обезвожена, хранилась в трех разных контейнерах. Первый контейнер представлял собой алитированный пластмассовый мешок, поставляемый фирмой Calibrated System. Вторая проба хранилась в стальном цилиндре с тефлоновым покрытием. Третья проба хранилась в плексиглазовом шприце, который поставляется фирмой Гамильтон. Как показано на фиг. 3, проба, хранившаяся в алитированном мешке фирмы Calibrated Systems показала меньшее ухудшение, чем проба, хранившаяся в алитированном цилиндре из примера 1.

Проба, хранившаяся в стальном цилиндре с тефлоновым покрытием, была несколько хуже, чем пробы в алитированном мешке и алитированном цилиндре. Проба, хранившаяся в плексиглазовом шприце фирмы Гамильтон показала почти полную деградацию серы спустя три дня. Этот пример показал, что предпочтительным контейнером для предотвращения деградации серы в пробе газа является алитированный мешок фирмы Calibrated Systems.

Пример 3.

Снова с целью показа преимуществ способа настоящего изобретения и, в частности, влияния обезвоживания на деградацию серы с течением времени, было проведено еще одно испытание, в котором проба газа, имеющая содержание серы 25 частей на миллион, хранилась в предпочтительном алитированном мешке, упоминавшимся выше в примере 2. Проба влажного газа с содержанием влаги 15000 частей на миллион также хранилась в другом алитированном мешке. Содержание серы замерялось в обеих пробах после восьми дней и затем, опять через шестнадцать дней. Как показано на фиг. 4, содержание пробы влажного газа полностью деградировало с точки зрения содержания серы спустя шестнадцать дней по сравнению с пробой газа, обработанной в соответствии со способом настоящего изобретения, которая имела уменьшенную на 20% концентрацию серы.

Вышеприведенные примеры ясно показывает положительное влияние способа настоящего изобретения на предотвращение деградации серы в пробе с течением времени при хранении в оптимальном контейнере.

Настоящее изобретения может быть воплощено в других формах или осуществлено другими путями, но не выходящими за область изобретения или его существенные характеристики. Данное же воплощение следует рассматривать во всех отношениях только как иллюстрированное и не ограничивающее области данного изобретения, которая определяется его формулой.

Формула изобретения

1. Способ обработки серосодержащих газов для предотвращения уменьшения содержания серы в газе с течением времени, заключающийся в том, что берут пробу газа, содержащую серу, обезвоживают пробу газа до содержания влаги менее или порядка 100 частей на миллион и направляют потоком пробу высушенного газа на хранение в контейнер, который не вступает в реакцию с серой газа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что берут пробу серосодержащего газа, имеющего известное содержание воды: контактируют пробу газа с обезвоживающим агентом в количестве, превышающем или равном 1,50 кг обезвоживающего агента на литр воды, удаляемой из пробы газа.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что проба газа имеет содержание воды порядка 20000 частей на миллион.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что обезвоживающий агент выбирают из группы, состоящей из углерода, перхлората магния, гликоля, силикагеля, окиси алюминия и их смесей.

5. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что измеряют содержание воды в пробе газа после прохождения его потока через по крайней мере одну плексиглазовую ловушку.

6. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что регулируют температуру, давление и скорость потока пробы газа перед обезвоживанием.

7. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что обезвоживание ведут при температуре ≥ 60^oС, давлении 0,7 7,03 кг/см² и скорости потока газа 0,2 2,0 л/мин.

8. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что перед обезвоживанием из пробы газа удаляют жидкую фазу.

9. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что измеряют содержание влаги в пробе газа перед ее обезвоживанием.

10. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что измеряют содержание серы в пробе газа перед процессом обезвоживания.

11. Устройство для обработки серосодержащих проб газа для предотвращения уменьшения содержания серы с течением времени, заключающееся в том, что оно содержит средства для обезвоживания газа до содержания влаги не менее или порядка 100 частей на миллион и средства для хранения пробы высушенного газа.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что средства для обезвоживания содержат обезвоживающую зону, часть которую проходит проба газа и которая имеет по крайней мере одну плексиглазовую ловушку, содержащую обезвоживающий агент.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что средство обезвоживающего агента дополнительно содержит средства для распределения проб газа только в одну из плексиглазовых ловушек и средства для собирания пробы высушенного газа только из одной плексиглазовой ловушки.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что распределительные средства содержат клапан с одним входом и несколькими выходами, а собирающие средства содержат клапан с несколькими входами и одним выходом.

15. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что оно содержит средства для регулирования давления пробы газа, средства для регулирования скорости потока пробы газа.

16. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что оно содержит средства для удаления жидкой части из пробы газа.

17. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик влаги для измерения содержания влаги в пробе высушенного газа.

18. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что средства хранения включают алитированные пластмассовые мешки.

19. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что средства хранения включают предварительно обработанные алюминиевые цилиндры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4