Абсорбент для очистки газа от сероводорода

Изобретение относится к области очистки газов с использованием водных растворов поглотителей и может найти применение в нефтяной, нефтедобывающей и других отраслях промышленности. Состав абсорбента включает (г/л): аминоуксусная кислота - 35-100, сульфат железа (II) - 35-71, вода - остальное. Изобретение обеспечивает создание высокоэффективного безвредного для окружающей среды абсорбента, селективно поглощающего сероводород. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к процессам абсорбционно-окислительной очистки газов от сероводорода с получением элементарной серы и может найти применение в нефтяной и газовой промышленности

Известен абсорбент для очистки газов от сероводорода на основе солей трехвалентного железа (см. патент РФ №915914, кл. B01D 53/14, 1982), содержащий следующие компоненты, г/л:

Хлорид трехвалентного железа - 3,79-18,0

Двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты 59,2-100

Едкий натрий 9,60-35,15

Хлорид цинка 1,07-3,06

Вода - остальное

Недостатком этого состава является низкая сероемкость раствора, а также усложненный состав, состоящий из четырех компонентов.

Известен поглотительный раствор для очистки газов от сероводорода (Патент РФ №2109553, кл. B01D 53/52, B01D 53/14, 1998 г.) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Комплексен 2,5-12,0

Щелочь 1,5-5,0

Бишофит 15,0-20,0

Бихромат щелочного металла 0,7-1,5

Карбамид 0,5-1,5

Вода - остальное

Недостатком поглотительного раствора является сложный компонентный состав, приготовление которого в реальных условиях производства сильно затруднено из-за многообразия компонентов, а также высокая коррозионная стойкость из-за наличия щелочных компонентов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является поглотительный раствор (абсорбент) для очистки газов от сероводорода (Патент РФ №2134149, кл. B01D 53/14, B01D 53/52, С10К 1/14 1999 г.), включающий следующие компоненты, мас.%:

Формальдегид 1-37

Карбонат или гидрокарбонат натрия или калия 0,01-0,1

Вода - остальное.

Недостатком данного абсорбента является чрезвычайная токсичность раствора за счет формальдегида. ПДК рабочей зоны = 0,5 мг/м³. Формальдегид - взрывоопасное вещество с пределом воспламенения 7-73 об.%.

Технический результат - создание высокоэффективного, безвредного для окружающей среды поглотительного раствора, работающего избирательно только на поглощение сероводорода и преобразование его в безвредную элементарную серу. Раствор должен быть простым по составу, что облегчает его изготовление в реальных условиях нефтепромысла.

Технический результат достигается тем, что абсорбент для очистки газа от сероводорода содержит аминоуксусную кислоту и сульфат железа при следующем соотношении компонентов, г/л:

Аминоуксусная кислота - 35-100

Сульфат железа(II) - 35-71

Вода - остальное.

Аминоуксусная кислота (глицин) является твердым веществом с температурой плавления 292°С, хорошо растворима в воде, применяется в медицине и как пищевая добавка для модифицирования вкуса и аромата. Является амфотерным веществом с рН 7, что не обуславливает ее агрессивность по отношению к аппаратурному железу. С ионами железа образует внутрикомплексные соли типа:

Внутрикомплексные соли позволяют удерживать ионы железа в своей структуре как в двух-, так и в трехвалентном состоянии без образования любых видов нерастворимых в воде веществ, таких как Fe(OH)₂, Fе(OH)₃, FeS, FeS₂ и других. В общем виде внутрикомплексная соль выражается в виде формулы Fe(NH₂CH₂COO)₂ или Fe(NH₂CH₂COO)₃ в зависимости от степени окисления ионов железа. В качестве абсорбента сероводорода выступают ионы трехвалентного железа с низкой окислительной способностью, что позволяет селективно извлекать из состава любого газа только сероводород. Процесс окисления протекает следующим образом:

Fe(NH₂CH₂COO)₃+H₂S=S+Fe(NH₂CH₂COO)₂+NH₂CH₂COOH+H⁺.

После извлечения серы из раствора на любом фильтре раствор регенерируется кислородом воздуха по уравнению;

Fe(NH₂CH₂COO)₂+1/2O₂+NH₂CH₂COOH+H⁺=Fe(NH₂CH₂COO)₃+H₂O.

Для доказательства практической значимости заявляемого объекта приведены конкретные примеры приготовления и промышленного испытания нижеприведенных примеров 1-3 в реальных производственных условиях ОАО «Ульяновскнефть» компании «Русснефть» на попутном нефтяном газе с помощью устройства, приведенного на чертеже.

Пример 1. Абсорбент готовят путем растворения в обычной воде 100 г аминоуксусной кислоты с последующим растворением 71 г сульфата железа (II) и доведением объема раствора до 1 литра. Для окисления железа раствор барботируют в течение 10-15 мин воздухом. Испытания проводились на полупромышленной установке. Объем приготовленного абсорбента составлял 700 литров.

Пример 2. Абсорбент готовят путем растворения 100 г аминоуксусной кислоты и 35 г сульфата железа (II) с доведением раствора водой до 1 литра. Также приготовлено 700 литров раствора.

Пример 3. Абсорбент готовят аналогично примеру 1 из 35 г аминоуксусной кислоты и 35 г сульфата железа (II) с доведением объема раствора до 1 литра.

Испытания приведенных составов абсорбентов проводили на пилотной установке (см. чертеж) очистки попутного нефтяного газа производительностью 25-30 м³/час с раздельной системой удаления серы и регенерацией абсорбента.

Попутный нефтяной газ по вводной трубе 1 от газораспределительного пункта (ГРП) подается через сепаратор 2 в колонну синтеза 3 через диспергатор 4. Попутный нефтяной газ, проходя через раствор абсорбента 5, очищается от сероводорода и поступает через сетку 6 по выводной трубе 7 на сжигание. Периодически насосом 8 раствор отбирается и подается в первую часть бункера 9 осаждения и далее самотеком поступает во вторую часть бункера 9, где за счет подачи воздуха от компрессора 10 происходит регенерация раствора. С помощью насоса 11 раствор подается на форсунки 12 в колонну синтеза. Осаждение серы происходит на пресс-фильтре 13 путем фильтрации в тканевые мешки 14 с последующим отжимом на пресс.

Объем раствора катализатора в колоне синтеза 150-160 литров, а в осадительной и регенерационной камере 350-380 литров. Скорость пропускания газа составляла 28 м³/час при избыточном давлении в системе 0,4 атм или 25 м³/час при давлении 0,3 атм. Отбор исходного газа осуществлялся на вводной трубе 1, а очищенного газа - на выводной трубе 7. Результаты испытаний газов приведены в таблице.

Таблица
Компонентный состав и свойства газа
Компонентный состав и свойства газа	Пример 1	Пример 2	Пример 3
до	после	до	после	до	после
Компоненты газа: мас.%
сероводород	1,61	0,00	1,69	0,00	1,68	0,00
углекислый газ	2,31	2,16	2,36	2,17	2,36	2,26
азот	42,94	45,18	44,84	39,84	46,76	43,94
метан	2,85	3,20	3,23	2,75	2,99	3,03
этан	16,41	16,53	17,44	15,93	16,66	16,78
пропан	11,93	12,29	10,94	12,72	11,25	11,44
н-бутан	7,12	7,58	6,28	8,64	6,91	7,45
изобутан	4,74	4,48	4,12	4,78	3,65	3,81
н-пентан	2,08	1,93	1,99	2,67	1,96	2,46
изопентан	4,49	4,38	4,12	5,36	3,73	4,36
другие компоненты	3,52	2,27	2,99	5,14	2,05	4,47
Относительная плотность газа	1,173	1,154	1,146	1,215	1,137	1,171
Низшая теплота сгорания (кДж/м3)	35319	34121	33272	39430	31817	35351

Из данных таблицы видно, все составы испытанных абсорбентов селективно очищают попутный нефтяной газ от сероводорода на 100%, не затрагивая другие компоненты газа, в том числе и углекислый газ.

Абсорбент для очистки газа от сероводорода, содержащий водный раствор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аминоуксусную кислоту и сульфат железа при следующем соотношении компонентов, г/л:

Аминоуксусная кислота	35-100
Сульфат железа (II)	35-71
Вода	остальное