УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ ПРИМЕСЕЙ

Полезная модель относится к устройству для очистки газов, преимущественно углеводородных, от серосодержащих примесей и может быть использована в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.
В условиях применения природного газа в качестве топлива особенно актуальной является задача его очистки от различных примесей. Соединения серы, содержащиеся в природном газе, являются сильными ядами, и их присутствие в углеводородном сырье может приводить к существенному снижению каталитической активности катализаторов, входящих в состав энергетических установок и аппаратов химической промышленности, вплоть до полной дезактивации, а так же к разрушению конструкционных материалов. В связи с этим, очистка исходных газообразных топлив от серосодержащих примесей является важной задачей с точки зрения эффективного и стабильного функционирования установок в различных отраслях промышленности.
Известно устройство для очистки газов от серосодержащих примесей, представляющее собой реактор, заполненный сорбентом на основе оксида цинка и снабженный средствами для подачи исходного газа и отвода очищенного газа (см. SU, 858893, В01D 53/02, 1981).
В известном устройстве метод очистки газов основан на поглощении содержащихся в них сероводорода и меркаптанов сорбентами (как правило, твердыми) с необратимым образованием нелетучих соединений. Оксид цинка (ZnO) реагирует с сероводородом с образованием твердофазного сульфида:
Одной из основных проблем, возникающей при использовании сорбентов такого типа для очистки природного газа от серосодержащих компонентов, является контроль над «насыщением» сорбента, которое ведет к снижению степени очистки и увеличению концентрации серы в очищенном газе. В ряде случаев смена сорбента осуществляется по истечению предварительно рассчитанного срока службы, либо органолептически - по цвету, однако данные методы не позволяют эффективно использовать сорбент. В настоящее время насыщение сорбента контролируют при помощи анализа состава очищенного газа. Применяемые в случае газоанализа спектральные и высокоэффективные хроматографические методы отличаются высокой точностью результатов, однако при всех своих преимуществах являются достаточно дорогостоящими. Высокая цена газоанализирующего оборудования ведет к увеличению стоимости всей системы подготовки топлива. Следует отметить, что использование такого оборудования в системах с низкой производительностью вообще лишена всякого смысла, поскольку стоимость газоанализирующего оборудования многократно превысит стоимость системы в целом и неоправданно усложнит технологический процесс.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявленной полезной модели, заключается в упрощении (с соблюдением необходимой точности) процесса контроля насыщения сорбента серосодержащими примесями и, как следствие, оптимизации использования сорбента и упрощении автоматизации процесса сероочистки.
Указанный технический результат достигается в устройстве для очистки газов от серосодержащих примесей, включающем корпус, в котором установлены соединенный со штуцерами для подачи исходного и отвода очищенного газов сменный картридж с сорбентом серосодержащих примесей и система взвешивания картриджа, соединенная со шкалой, имеющей отметку максимального веса картриджа, при котором обеспечивается заданная степень очистки.
Сущность предложенного устройства для очистки газов от серосодержащих примесей поясняется чертежом, где 1 - корпус, 2 - сменный картридж с сорбентом серосодержащих примесей, 3 - штуцер для подачи исходного газа, 4 - штуцер для отвода очищенного газа, 5 - система взвешивания картриджа, 6 - шкала.
Принцип работы заявленного устройства основан на измерении увеличения веса картриджа, заполненного сорбентом, например, на основе оксида цинка. Увеличение веса сорбента происходит за счет обменной реакции, в результате которой вместо более легкого оксида цинка (ZnO, М=81.36 г/моль) образуется более тяжелый сульфид цинка (ZnS, М=97.43 г/моль). Величина данного параметра рассчитывается по формуле:
1
2
где m - вес сорбента, загружаемого в картридж, а m - вес сорбента по окончанию процесса.
Теоретически возможное увеличение веса сорбента (в случае 100%-го прохождения реакции десульфаризации) рассчитывается по формулам 3 и 4:
где n - количество вещества (моль), М - молярная масса вещества (г/моль).
Таким образом, на 1 грамм сорбента (n=1:81.36=0.0123 моль) максимально возможное увеличение веса картриджа в результате процесса десульфаризации составляет Δm=0.0123·97.43-1=0.198 г и уравнение (2) может быть преобразовано следующим образом:
-3
3
Основываясь на известной величине сероемкости сорбента можно определить значение максимально возможной прибавки в весе сорбента (Δm), при преодолении которого будет снижаться степень очистки газа (5). Поскольку, степень очистки до 0.5·10 г/м, заявленная производителями сорбентов данного типа, может быть обеспечена только при степенях превращения в реакции (1) не более 0.7-0.8, то при практическом применении сорбентов на основе оксида цинка уравнение для расчета максимально возможной прибавки в весе сорбента принимает вид:
Перед началом процесса очистки газов, осуществляемого при использовании конкретного типа сорбента, с учетом исходного веса сорбента, загружаемого в картридж, и рассчитанной максимально возможной прибавки в весе сорбента на шкалу дополнительно наносят отметку максимального веса картриджа, при котором обеспечивается заданная степень очистки.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Исходный газ, имеющий серосодержащие примеси, нагретый до температуры порядка 350-400°С, при которой осуществляют процесс сорбции, через штуцер 3 подают в сменный картридж 2 с сорбентом. Очищенный газ отводят через штуцер 4. В процессе работы устройства происходит «насыщение» сорбента. О степени насыщения сорбента в картридже 2, соединенного с системой взвешивания 5, можно судить по перемещению указательной стрелки по шкале 6, градуированной по весу и нанесенной, например, на окно корпуса 1 устройства. Сигналом о необходимости замены сорбента в картридже 2 будет совпадение данной стрелки, соединенной с системой взвешивания 5, на которой находится картридж 2, с отметкой максимального веса картриджа, при котором обеспечивается заданная степень очистки.
Использование такого метода позволит значительно упростить процесс контроля состава адсорбента с помощью косвенного весового метода и исключения, как субъективного органолептического метода, так и сложного дорогостоящего газоаналитического метода.