ПОГЛОТИТЕЛЬНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ КИСЛЫХ ПРИМЕСЕЙ
STRIPPING SOLUTION FOR CLEANING OF GASES FROM ACID ADMIXTURES

Изобретение относится к составам для очистки углеводородных и дымовых газов от кислых компонентов, а именно от сернистых газов, углекислого газа, меркаптанов, и может быть использовано в нефтяной, газовой, нефтегазоперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Известны составы, в которых в качестве сорбента использованы соединения железа, в частности оксиды или гидроксиды железа (например, пат. РФ №2118121, 1998 г.) (1).
Наиболее близким к предлагаемому является состав, принятый за прототип, который содержит соединения железа в виде хелатного железа, карбонат или гидроксид щелочного металла и органические добавки в виде метилдиэтаноламина и/или триэтаноламина в качестве катализаторов (пат. РФ №2246342, 2005 г.) (2).
Недостатком известных решений, в т.ч. прототипа, являются ограниченные технологические возможности, поскольку раствор предназначен для очистки газов только от сероводорода.
Технической задачей изобретения является расширение технологических возможностей поглотительного раствора при высокой степени очистки, а также решение экологических проблем по утилизации отходов металлургических производств.
Поставленная задача решается тем, что в поглотительном растворе для очистки газов от кислых примесей, включающем соединения железа, гидроксид щелочного металла и органические добавки, он в качестве соединений железа содержит гидратированные железо-оксидные отходы металлургических производств, а именно предварительно измельченную и гидратированную металлургическую окалину, в качестве органических добавок содержит полиакриламид (ПАА) или КМЦ и дополнительно содержит известь, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окалина
1-8
Известь
1-8
Гидроксид щелочного металла
1-10
ПАА или КМЦ
0,1-0,5
Вода
Остальное
Технический результат в изобретении обеспечивается, во-первых, за счет того, что в поглотительном растворе присутствует несколько сорбентов кислых газов, как водорастворимых, так и дисперсных, выполняющих различные функции.
2
2
3
2
Так, гидроксид щелочного металла (гидроксид натрия NaOH и/или калия KOH) является основным и самым активным сорбентом кислых примесей (сероводорода HS, сернистого ангидрида SO, серного ангидрида SO, углекислого газа CO), а водный раствор гидроксида щелочного металла является поглотительной средой кислых компонентов, при этом рН среды должно быть не менее 10 ед.
2
3
3
4
3
Соединения железа используются в качестве дополнительного сорбента сероводорода, а также для регенерации щелочного сорбента. Использование в изобретении соединений железа в виде предварительно подготовленной, а именно измельченной и гидратированной, металлургической окалины повышает поглотительную способность раствора по отношению к сероводороду, т.к. гидратированная окалина содержит смесь различных соединений железа (FeO, FeO, Fe(OH)), а также снижает стоимость раствора и решает экологическую проблему по утилизации отходов металлургических производств.
2
Известь Ca(OH) используется для нейтрализации углекислого газа и сернистых соединений, а также для регенерации щелочного сорбента.
ПАА, КМЦ выполняют несколько функции:
- пластификатора для повышения поверхности натяжения и улучшения контакта взаимодействующих сред;
- ингибитора коррозии технологического оборудования и улучшения работы насосных и смесительных агрегатов;
- эмульгатора для поддержания реологических параметров дисперсной системы.
Совокупность этих признаков расширяет технологические возможности предлагаемого состава и сферы его применения повышает его нейтрализующую эффективность одновременно к различным кислым газам (степень очистки), улучшает работу технологического оборудования, а также решает экологическую задачу по утилизации отходов производства.
Предварительную подготовку металлургической окалины осуществляют следующим образом: окалину измельчают до фракции не более 100 мкм, замачивают в воде при одновременном перемешивании и барботировании воздухом в течение не менее 2 часов, при необходимости сушат.
В таблице 1 приведена характеристика подготовленной окалины
Таблица 1
№
Показатель
Ед. измерения
Величина
1
Удельная поверхность
м<sup>2</sup>/г
8-16
2
Плотность
кг/м<sup>3</sup>
4300-4550
3
Фракционный состав:
%
- менее 10 мкм
30-45
- 10-50 мкм
50-55
- 50-100 мкм
5-15
4
Содержание соединений железа
мас.%
- Fe(OH)<sub>3</sub>
30-70
-Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
25-60
- Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>
5-10
5
Поглотительная способность к сероводороду
кг/кг
1,6-1,8
Химизм процесса очистки газов от кислых примесей посредством предлагаемого поглотительного раствора заключается в следующем.
Гидроксиды щелочных металлов (NaOH и/или KOH), основной сорбент кислых компонентов, при взаимодействии с последними образуют водорастворимые соединения (реакции 1-4, на примере гидроксида натрия).
Гидратированная металлургическая окалина является поглотителем сероводорода (реакции 5-6) и восстановителем щелочного сорбента (реакции 7-10), она одновременно может реагировать как с сероводородом, так и водорастворимыми сульфидами и гидросульфидами щелочных металлов, при этом образуются водонерастворимые соединения - сульфиды железа.
2
Известь (гидроокись кальция Ca(OH)) предназначена для образования и осаждения водонерастворимых солей кальция при взаимодействии с сернистыми газами и углекислым газом (реакции 11-13) и одновременно для регенерации щелочного сорбента с образованием сульфит, сульфат и карбонат кальция (реакции 14-16)
Таким образом, в результате процесса очистки газов от кислых компонентов образуется смесь водонерастворимых соединений (твердый осадок) в виде сульфидов железа и сульфитов, сульфатов, карбонатов кальция.
2
Поглотительный раствор готовят следующим образом. Органические добавки (ПАА или КМЦ) предварительно растворяют в расчетном количестве пресной воды, добавляют щелочь (NaOH и/или KOH), перемешивают до полного растворения, добавляют известь (Ca(OH)), перемешивают, добавляют гидратированную окалину и перемешивают до получения однородной смеси.
Компонентный состав поглотительного раствора рассчитывается в зависимости от объемов очищаемого газа, состава и концентрации в нем кислых компонентов.
Например, концентрация гидратированной окалины пропорционально зависит от концентрации сероводорода в очищаемом газе. Содержание извести зависит от объемов сернистых газов и углекислоты.
Концентрация гидратированной окалины и извести в составе не должна превышать 8 мас.%, что объясняется тем, что повышение их концентрации выше этих значений способствует увеличению вязкости и плотности поглотительного раствора, что создает неудобства в работе технологического оборудования и увеличивает механическую коррозию технологического оборудования.
Повышение концентрации щелочи выше 10 мас.% не желательно из-за увеличения коррозионной активности поглотительного раствора к технологическому оборудованию и токсичности по отношению к человеку.
В таблице 2 приведены варианты предлагаемого состава в зависимости от состава очищаемого газа.
Таблица 2
Состав газа/Состав раствора
Количество, мас.%
Вариант А
Вариант Б
Вариант В
H<sub>2</sub>S
SO<sub>2</sub>, SO<sub>2</sub>
CO<sub>2</sub>
H<sub>2</sub>S
SO<sub>2</sub>, SO<sub>2</sub>
CO<sub>2</sub>
H<sub>2</sub>S
SO<sub>2</sub>, SO<sub>2</sub>
CO<sub>2</sub>
≤0,05
≥2
≥3
0,05-1,0
0,5-2
0,5-3
≥1,0
≤0,5
≤0,5
1. Окалина
1-2
3-5
6-8
2. Известь
6-8
3-5
1-2
3. Щелочь
1-3
4-6
7-10
4. ПАА или КМЦ
0,1-0,2
0,2-0,3
0,4-0,5
5. Вода
Остальное
Проведенные стендовые и производственные испытания по очистке производственных газов одновременно от многокомпонентных кислых примесей показали высокую эффективность нейтрализации с получением в качестве конечного продукта водонерастворимых, экологически безопасных неорганических соединений - сульфидов железа, карбонатов, сульфитов, сульфатов кальция.
Результаты очистки отходящих газов при производстве органических удобрений приведены в табл.3
Таблица 3
№
Показатель
Концентрация, мг/м<sup>3</sup>
Эффективность, %
До очистки
После очистки
2
Сероводород
16,9
0,002
99,99
3
Диоксид серы
48,6
0,01
99,99
4
Оксиды азота
9,4
0,02
99,1
5
Оксиды углерода
132,8
1,2
98,8
6
Меркаптаны
19,7
0,6
96,8
Получаемый в результате очистки твердый шлам можно использовать в качестве строительного материала.