Способ очистки газа, содержащего сероводород, и устройство для его осуществления
Группа изобретений относится к области очистки серосодержащих газов от сероводорода и может быть использована в газонефтедобывающей и перерабатывающей промышленности. Способ очистки газа, содержащего сероводород, с выделением серы путем окисления газа включает его контактироование с активированным углем с последующей регенерацией последнего. Перед контактированием с углем окисление ведут путем инжектирования диспергированной насыщенной кислородом воды в очищаемый газ, а контактирование с активированным углем осуществляют кратковременно, при этом активированный уголь размещают на вращающейся поверхности, продукт окисления, представляющий собой суспензию из конденсата, воды и элементарной серы, подвергают флотации, а часть очищенного от сероводорода газа подогревают и используют в процессе флотации и регенерации. Устройство для очистки газа включает блок окисления, блок насыщения воды кислородом, инжектор, на выходе которого установлен фильтр с фильтрующей поверхностью, блок флотации, на выходе которого установлен блок уплотнения элементарной серы, соединенный с блоком плавления, накопитель жидкости. Фильтрующая поверхность имеет слой активированного угля и выполнена с возможностью вращения и регенерации подогретым газом обратной продувки, блок насыщения воды кислородом подключен ко входу инжектора, а накопитель жидкости выполнен с возможностью трехфазного разделения на воду, газовый конденсат и дегазированный из жидкости газ. Изобретения позволяют повысить срок службы устройства, повысить качество очистки, обеспечить возможность отделения конденсата в процессе очистки и утилизации продуктов очистки. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.
Группа изобретений относится к области очистки серосодержащих газов от сероводорода и может быть использована для повышения эффективности улавливания сероводорода, утилизации серы в газонефтедобывающей и перерабатывающей промышленности.
Известен способ удаления сероводорода из газовых смесей окислительным методом с использованием электролиза, в котором окисление сероводорода осуществляют раствором, образующимся в прианодном пространстве электролизера в результате электролитического разложения воды (см. патент РФ № 2160152, МПК В 01 D 53/52).
Однако процесс очистки по данному способу является одноступенчатым, что не обеспечивает достаточной эффективности очистки и не позволяет отделять конденсат в процессе очистки.
Известно устройство для мокрой очистки газов от сероводорода, содержащее скруббер, выходы которого соединены с магистралью очищаемого газа и источником раствора-поглотителя, отделитель серы, сборник фильтрата и электролизер с набором ячеек, включающих два электрода и диафрагму, которая разделяет ячейки на катодную и анодную камеры, смеситель, расположенный между скруббером и фильтр-прессом. Катодная камера соединена со скруббером, а анодная - со смесителем. Сборник фильтрата соединен с обеими камерами ячеек электролизера, а катодная камера соединена с магистралью очищаемого газа для выхода газообразного водорода. Отделитель серы выполнен в виде фильтр-пресса (см. патент РФ № 2110472, МПК С 01 В 17/05).
Однако данное устройство не позволяет отделять конденсат в процессе очистки.
Известен способ выделения серы из газа, содержащего сероводород и пары воды, включающий пропускание газа через катализатор при повышенной температуре в две стадии с использованием в качестве катализатора на второй стадии активированного угля, введение кислорода в газовую смесь перед подачей на вторую стадию и последующую регенерацию отработанных катализаторов продувкой восстановительным газом при повышенной температуре с последующим удалением серы с их поверхностей, отличающийся тем, что первую стадию процесса осуществляют на катализаторе, содержащем оксид алюминия или титана при 100-180°С, перед подачей на вторую стадию в газовую смесь с температурой 50-180°С кислород вводят в количестве, обеспечивающем мольное соотношение H2S O2 1 1 20, при этом регенерацию отработанных катализаторов ведут исходным сероводородсодержащим газом, причем регенерацию активированного угля проводят в две стадии, первую из которых осуществляют при 100-180°С, а вторую при 200-400°С (см. патент РФ № 2070086, МПК B 01 D 53/53).
Недостатком является проведение периодического процесса очистки газа, что снижает его эффективность и повышает стоимость, не позволяет отделять конденсат в процессе очистки.
Известен также способ очистки газа от сероводорода, заключающийся в нейтрализации сероводорода путем смешивания сероводородсодержащего газа с жидким поглотительным раствором, содержащим в качестве окислителя соединения трехвалентного железа, и последующей регенерации отработанного раствора путем смешивания его с воздухом, отличающийся тем, что соединения железа одновременно находятся в растворе как в растворенном, так и в мелкодисперсном состояниях в среде катализатора на основе бишофита, содержащего бихромат щелочного металла (см. патент РФ № 2116121, МПК B 01 D 53/14).
Установка для его осуществления вышеописанного способа содержит абсорбер, регенератор и сепараторы, при этом каждый абсорбер содержит струйный эжектор с диспергатором и последовательно присоединенный к ним трубопроводный змеевикообразный реактор (см. патент РФ № 2116121, МПК B 01 D 53/14).
Недостатками указанных способа и устройства является невозможность отделять конденсат в процессе очистки, склонность к забиванию серой контактной поверхности реактора.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ мокрой очистки газов от сероводорода, включающий абсорбцию сероводорода раствором-поглотителем, окисление сероводорода до элементарной серы с использованием жидкофазной окислительно-восстановительной системы, электрохимическую регенерацию системы в электролизере с получением католита и анолита, отделение элементарной серы, отличающийся тем, что абсорбцию проводят с использованием в качестве раствора-поглотителя католита при рН 10-12, окисление сероводорода до элементарной серы проводят с введением в полученный раствор анолита, а электрохимической регенерации после отделения серы подвергают смесь анолита и католита (см. патент РФ № 2110472, МПК С 01 В 17/05).
Однако процесс очистки по данному способу является одноступенчатым, что не обеспечивает достаточной эффективности очистки и не позволяет отделять конденсат в процессе очистки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является установка очистки газа процессом Салфинт, включающее блок окисления, блок насыщения воды кислородом, инжектор, на выходе которого установлен фильтр с фильтрующей поверхностью, блок флотации, на выходе которого установлен блок уплотнения элементарной серы, соединенный с блоком плавления, накопитель жидкости (см. Т.М.Бекиров. Первичная обработка природных газов, М.: Химия, 1987 г., с.152).
Недостатком прототипа является отсутствие возможности непрерывной регенерации фильтра в процессе очистки, отсутствие возможности отвода конденсата и утилизации промышленных стоков.
Задачей предлагаемого решения является повышение срока службы за счет обеспечения непрерывной регенерации фильтрующей поверхности, повышение качества очистки, обеспечение возможности отделения конденсата в процессе очистки и утилизации продуктов очистки.
Поставленная задача решается тем, что в способе очистки газа, содержащего сероводород, с выделением серы путем окисления газа, включающего его контактирование с активированным углем с последующей регенерацией последнего, согласно изобретению перед контактированием с углем окисление ведут путем инжектирования диспергированной насыщенной кислородом воды в очищаемый газ, а контактирование с активированным углем осуществляют кратковременно, при этом активированный уголь размещают на вращающейся поверхности, продукт окисления, представляющий собой суспензию из конденсата, воды и элементарной серы подвергают флотации, а часть очищенного от сероводорода газа подогревают и используют в процессе флотации и регенерации.
Отходы процесса флотации в виде эмульсии дополнительно подвергают трехфазному разделению на конденсат, газ дегазации и воду, при этом воду дополнительно очищают и направляют на насыщение кислородом и диспергирование.
После флотации выделенную серу уплотняют и подвергают плавлению.
Газы, выделившиеся в процессе флотации и трехфазного разделения, сжигают, при этом выделенную тепловую энергию используют для нагрева потоков газа, направляемых на регенерацию и флотацию.
Газы, выделившиеся в результате плавления серы, сжигают, при этом выделенную тепловую энергию используют для плавления серы.
Полученные после трехфазного разделения шламосодержащие стоки термически обезвреживают и используют для обеспечения равномерности нагрева серы в процессе плавления.
Продукты сгорания сжигаемых газов охлаждают путем контактирования с охлажденной водой, а полученный конденсат используют в технологическом процессе очистки газа.
Задача решается также тем, что в устройство для очистки газа, содержащего сероводород, включающее блок окисления, блок насыщения воды кислородом, инжектор, на выходе которого установлен фильтр с фильтрующей поверхностью, блок флотации, на выходе которого установлен блок уплотнения элементарной серы, соединенный с блоком плавления, накопитель жидкости, согласно решению фильтрующая поверхность имеет слой активированного угля и выполнена с возможностью вращения и регенерации подогретым газом обратной продувки, блок насыщения воды кислородом подключен к входу инжектора, а накопитель жидкости выполнен с возможностью трехфазного разделения на воду, газовый конденсат и дегазированный из жидкости газ.
Кроме того, в устройство введен подогреватель газа регенерации с двумя змеевиками, вход одного из которых соединен через компрессор с выходом фильтра очищенного газа, а выход соединен со входом фильтра для газа обратной продувки, вход второго змеевика соединен с выходом фильтра очищенного газа, а выход - со входом флотатора для подачи флотирующего агента, при этом другой вход флотатора соединен с выходом фильтра для суспензии.
Устройство может дополнительно содержать отводчики жидкости, установленные на выходе блоков насыщения воды кислородом, флотации, а также фильтра и накопителя жидкости.
Устройство содержит охладитель газа с эжекторным скруббером и охладитель воды, включенный между блоком насыщения воды кислородом и блоком трехфазного разделения, причем вход скруббера соединен с выходом дымовых газов подогревателя.
Блок уплотнения элементарной серы выполнен в виде шнекового транспортера.
Блок плавления выполнен в виде жаротрубного газового подогревателя.
Газовый выход флотатора соединен с горелками подогревателя газа и блока плавления элементарной серы.
Газовый выход накопителя жидкости соединен с подогревателем газа для подачи дегазированного газа на горелки подогревателя, а шламовый выход накопителя и выход газа дегазации блока плавления соединены с входом жаровой трубы блока плавления.
Предлагаемый способ и устройство поясняются чертежом.
В состав установки входит инжектор 1 для смешения воды, насыщенной кислородом, и газа, подаваемого на сероочистку, фильтр-сепаратор 2 для отделения газа от жидкой фазы, отводчик жидкой фазы 3, флотатор 4, шламовый транспортер 5 для подачи серного шлама в нагреватель серы 6, шлюзовой затвор 7 для выгрузки расплава серы, фильтр жидкостной 8 и отводчик жидкости 9 для отвода водоконденсатногазовой смеси, разделитель трехфазный 10, укомплектованный отводчиком газового конденсата 11, фильтром 12 и насосом 13 для отвода циркуляционной воды из разделителя. Установка содержит также охладитель воды (аппарат воздушного охлаждения) 14, блок насыщения воды кислородом 15, отводчик воды 16, соединенный с эжекторным скруббером 17, выход которого через фильтр 18 и отводчик водяного конденсата 19 соединен со входом трехфазного разделителя 10.
Установка сероочистки включает также огневой подогреватель газа 20 с двумя змеевиками: высокого давления - для нагрева газа регенерации фильтровальной поверхности фильтра-сепаратора 2, а также низкого давления - для нагрева газа, подаваемого во флотатор 4. Газ обратной продувки, отбираемый из потока очищенного газа, подается на змеевик высокого давления через фильтр газовый 21, установленный перед компрессором газовым 22. На вход змеевика низкого давления газ поступает через регулятор давления 23. Воздух на горелки подогревателя газа 20 и нагревателя серы 6 подается за счет естественной тяги, создаваемой дымовыми трубами указанных аппаратов.
На чертеже приняты также следующие условные обозначения:
ВК - вода, насыщенная кислородом,
ВКГС - водоконденсатногазовая смесь,
ВО - вода на охлаждение,
ВЦ - вода циркуляционная,
ГД6 - газ дегазации из нагревателя серы 6,
ГД20 - газ дегазации из трехфазного разделителя 10 в подогреватель 20,
ГО - газ очищенный,
ГПФ - газ обратной продувки фильтра 2,
ГС - газ сырьевой,
ГТ - газ топливный,
ГТ6 - газ топливный к нагревателю серы 6,
ГТ20 - газ топливный на подогреватель 20,
ДГ6 - дымовые газы от нагревателя серы 6,
ДГ20 - дымовые газы от подогревателя газа 20,
ДГВ - дымовые газы влажные,
ДГО - дымовые газы осушенные,
KB - конденсат водяных паров,
КД - конденсат газовый дегазированный,
ПС - промстоки на сжигание,
СЖ - серосодержащая жидкость,
СТ - сера товарная.
Реализация способа иллюстрируется на примере работы устройства.
Газ сырьевой, содержащий сероводород (линия ГС), поступает в инжектор 1, где происходит смешение потока очищаемого газа с водой, насыщенной кислородом, поступающей из блока насыщения воды кислородом 15 (линия ВК). Особенностью инжектора 1 является развитая поверхность межфазного контакта жидкости и газа, обеспечиваемая форсуночным распылом воды, насыщенной кислородом, в спутном потоке газа. При этом происходит жидкофазное окисление сероводорода, содержащегося в сырьевом газе, с получением элементарной серы по следующей реакции:
H2S+0,5O2=S+H2O
Выходящая из инжектора 1 смесь газа и суспензии серы подается в роторный фильтр-сепаратор 2. Фильтрующая поверхность фильтра-сепаратора 2 выполнена с использованием активированного угля и углеродных волокон. Не прореагировавший в инжекторе сероводород адсорбируется поверхностью активированного угля и окисляется на ней до элементарной серы. Вращающаяся фильтрующая поверхность обеспечивает режим короткоцикловой адсорбции-десорбции и окисления сероводорода. Таким образом, в фильтре-сепараторе 2 на участке от входа газа до размещения коллектора обратной продувки (линия ГПФ) осуществляется тонкая доочистка сырьевого газа от сероводорода. С учетом ранее проведенного жидкофазного окисления сероводорода в инжекторе 1 на установке осуществляется двухступенчатая сероочистка сырьевого газа.
Фильтрация суспензии серы происходит на фильтрующей поверхности фильтра 2, непрерывная регенерация и последующая сушка которой производится подогретым газом обратной продувки, поступающим со змеевика высокого давления подогревателя газа 20 (линия ГПФ). Отфильтрованная серосодержащая жидкость с фильтрующей поверхности фильтра 2 под действием центробежной силы, силы тяжести и давления газа обратной продувки сбрасывается в нижнюю часть фильтра, снабженную отводчиком жидкой фазы 3, а затем поступает во флотатор 4 (линия СЖ).
Очищенный от сероводорода газ из фильтра-сепаратора 2 выводится в виде товарной продукции (линия ГО).
Часть потока очищенного газа через фильтр газовый 21 поступает на всас компрессора газового 22, затем нагревается в змеевике высокого давления подогревателя газа 20. Нагретый в нем поток газа (газ обратной продувки) подается затем в фильтр-сепаратор 2 для непрерывной регенерации его фильтровальной поверхности (линия ГПФ).
Из коллектора очищенного газа (линия ГО) производится также отбор, последующее снижение давления регулятором давления 23 и нагрев в подогревателе 20, в змеевике низкого давления, газа топливного, подаваемого предварительно в газораспределитель флотатора 4 (линия ГТ). Во флотаторе 4 при барботаже подогретым газом через суспензию серы производится осветление серосодержащей жидкости, флотация, перемещение в верхний слой и укрупнение частиц серного шлама, который затем шламовым шнековым транспортером 5 уплотняется и перемещается в нагреватель серы 6. Выходящая из нижней части флотатора 4 водоконденсатногазовая смесь через фильтр жидкостной 8 и отводчик жидкости 9 поступает в накопитель жидкости - разделитель трехфазный 10 (линия ВКГС). Выходящий из верхней части флотатора 4 поток газа подается в качестве топлива на горелки подогревателя газа 20 (линия ГТ20) и нагревателя серы 6 (линия ГТ6).
Серный шлам, подаваемый в нагреватель серы 6, при тепловом нагреве жаровой трубой, внутри которой установлена горелка, переводится в жидкую фазу, выходящую через шлюзовой затвор 7 в систему отгрузки (или на склад) готовой продукции (линия СТ).
В разделителе трехфазном 10 за счет гравитационных сил происходит дегазация водоконденсатогазовой смеси и расслоение жидкой фазы на легкую (дегазированный газовый конденсат) и тяжелую (вода) фракции. Газ дегазации из трехфазного разделителя 10 подается в качестве дополнительного топлива на горелку подогревателя газа 20 (линия ГД 20). Дегазированный газовый конденсат из разделителя 10 отводится самотеком через отводчик газового конденсата 11 и может использоваться в качестве товарной продукции установки (линия КД). Очищенная от газового конденсата и дегазированная циркуляционная вода из разделителя 10 отводится через фильтр 12 циркуляционным насосом 13 и поступает в охладитель воды (аппарат воздушного охлаждения) 14. Охлажденная циркуляционная вода подается в блок насыщения воды кислородом 15 (линия ВЦ). Насыщенная кислородом вода из блока 15 поступает на форсунки инжектора 1 (линия ВК).
Часть потока охлажденной воды из блока 15 через отводчик 16 поступает на форсунки эжекторного скруббера 17 (линия ВО) и используется для конденсации водяных паров из потока дымовых газов, поступающего из дымовой трубы подогревателя газа 20 (линия ДГВ), после смешения дымовых газов с воздухом. Конденсация водяных паров происходит интенсивно на поверхности микрокапель в объеме, заполненном факелом распыла форсунки. Образующийся конденсат стекает в поддон эжекторного скруббера 17. Смесь конденсата водяных паров и воды охлаждения дегазируется в скруббере от диоксида углерода, содержащегося в потоке дымовых газов, абсорбирует кислород воздуха, необходимый для последующей подготовки воды, насыщенной кислородом, поступающей затем в инжектор 1 для жидкофазного окисления сероводорода.
Осушенные и охлажденные дымовые газы из эжекторного скруббера 17 затем сбрасываются в атмосферу (линия ДГО). В атмосферу также отводятся потоки дымовых газов из подогревателя газа 20 (линия ДГ20) и из нагревателя серы 6 (линия ДГ6).
Конденсат водяных паров из второй ступени эжекторного скруббера 17 совместно с потоком воды охлаждения поступает через фильтр 18 и отводчик 19 на подпитку в разделитель трехфазный 10 (линия KB).
Отвод (дренаж) шламосодержащих промстоков из разделителя 10 (линия ПС) производится по мере необходимости в поддон жаровой трубы нагревателя серы 6, где происходит их огневое обезвреживание.
Газ дегазации из верхней части нагревателя серы 6 подается на термическое обезвреживание в его жаровую трубу (линия ГД6).
В предлагаемой установке качество основной продукции - очищенного природного газа, соответствующее требованиям ОСТ 51-40-93 обеспечивается при двухступенчатой очистке газа от сероводорода путем осуществления жидкофазного окисления и короткоцикловой адсорбции.
Получаемые на ней газовая сера и дегазированный газовый конденсат могут быть реализованы как вспомогательные товарные продукты.
Для работы установки не требуется постоянная подача воды для подпитки системы циркуляционной воды, так как на ней используется вода, конденсируемая из потока дымовых газов, а также образующаяся в результате жидкофазного окисления сероводорода.
Промстоки и газовые сбросы установки проходят термическое обезвреживание на горелочных устройствах, входящих в состав установки: подогревателе газа и нагревателе серы.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволяют обеспечить безотходный и экологически безопасный процесс сероочистки и в наибольшей степени соответствуют современным требованиям к установкам сероочистки, эксплуатируемым в маловодных районах.
1. Способ очистки газа, содержащего сероводород, с выделением серы путем окисления газа, включающий его контактирование с активированным углем с последующей регенерацией последнего, отличающийся тем, что перед контактированием с углем окисление ведут путем инжектирования диспергированной насыщенной кислородом воды в очищаемый газ, а контактирование с активированным углем осуществляют кратковременно, при этом активированный уголь размещают на вращающейся поверхности, продукт окисления, представляющий собой суспензию из конденсата, воды и элементарной серы, подвергают флотации, а часть очищенного от сероводорода газа подогревают и используют в процессе флотации и регенерации.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходы процесса флотации в виде эмульсии дополнительно подвергают трехфазному разделению на конденсат, газ дегазации и воду, при этом воду дополнительно очищают и направляют на насыщение кислородом и диспергирование.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после флотации выделенную серу уплотняют и подвергают плавлению.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что газы, выделившиеся в процессе флотации и трехфазного разделения, сжигают, при этом выделенную тепловую энергию используют для нагрева потоков газа, направляемых на регенерацию и флотацию.
5. Способ по п.3, отличающийся тем, что газы, выделившиеся в результате плавления серы, сжигают, при этом выделенную тепловую энергию используют для плавления серы.
6. Способ по п.3, отличающийся тем, что полученные после трехфазного разделения шламосодержащие стоки термически обезвреживают и используют для обеспечения равномерности нагрева серы в процессе плавления.
7. Способ по п.3, отличающийся тем, что продукты сгорания сжигаемых газов охлаждают путем контактирования с охлажденной водой, а полученный конденсат используют в технологическом процессе очистки газа.
8. Устройство для очистки газа, содержащего сероводород, включающее блок окисления, блок насыщения воды кислородом, инжектор, на выходе которого установлен фильтр с фильтрующей поверхностью, блок флотации, на выходе которого установлен блок уплотнения элементарной серы, соединенный с блоком плавления, накопитель жидкости, отличающееся тем, что фильтрующая поверхность имеет слой активированного угля и выполнена с возможностью вращения и регенерации подогретым газом обратной продувки, блок насыщения воды кислородом подключен ко входу инжектора, а накопитель жидкости выполнен с возможностью трехфазного разделения на воду, газовый конденсат и дегазированный из жидкости газ.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введен подогреватель газа регенерации с двумя змеевиками, вход одного из которых соединен через компрессор с выходом фильтра очищенного газа, а выход соединен со входом фильтра для газа обратной продувки, вход второго змеевика соединен с выходом фильтра очищенного газа, а выход - со входом флотатора для подачи флотирующего агента, при этом другой вход флотатора соединен с выходом фильтра для суспензии.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введены отводчики жидкости, установленные на выходе блоков насыщения воды кислородом, флотации, фильтра и накопителя жидкости.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введен охладитель газа с эжекторным скруббером и охладитель воды, включенный между блоком насыщения воды кислородом и блоком трехфазного разделения, причем вход скруббера соединен с выходом дымовых газов подогревателя.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок уплотнения элементарной серы выполнен в виде шнекового транспортера.
13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок плавления выполнен в виде жаротрубного газового подогревателя.
14. Устройство по п.2, отличающееся тем, что газовый выход флотатора соединен с горелками подогревателя газа и блока плавления элементарной серы.
15. Устройство по п.6, отличающееся тем, что газовый выход накопителя жидкости соединен с подогревателем газа для подачи дегазированного газа на горелки подогревателя, а шламовый выход накопителя и выход газа дегазации блока плавления соединены со входом жаровой трубы блока плавления.
