Установка утилизации сернисто-щелочных стоков без использования реагентов со стороны
PLANT FOR THE UTILIZATION OF SULFURIC-ALKALINE WASTEWATER WITHOUT THE USE OF REAGENTS FROM OUTSIDE

Изобретение относится к установкам очистки сернисто-щелочных стоков, образующихся при щелочной очистке продуктов нефтедобычи, нефтепереработки и в других отраслях промышленности.
Известна установка, используемая в способе обезвреживания сульфидно-щелочных стоков [RU 2587437, опубл. 20.06.2016 г., МПК C02F 1/72, C10G 53/14, C10G 27/12], содержащая механический фильтр, объемный расходомер, насос-дозатор, узел смешения с технической водой, трубчатый реактор каталитического окисления водным раствором пероксида водорода в присутствии гомогенного катализатора и емкостный реактор.
Недостатками известной установки является загрязнение стоков катализатором и использование в качестве окислителя дорогостоящего взрывоопасного реагента - пероксида водорода.
Наиболее близким по технической сущности является способ очистки сульфидно-щелочных стоков [RU 2460692, опубл. 10.09.2012 г., МПК C02F 1/24, C02F 9/14, B01D 3/38, C02F 103/18], осуществляемый на установке, включающей теплообменник нагрева стоков, смесители стоков с углекислым газом и серной кислотой и отпарную (десорбционную) колонну, оснащенную линией вывода сернистого газа с холодильником и сепаратором.
Недостатками известного способа являются: использование водяного пара и реагентов (углекислого газа и серной кислоты), а также получение отхода - сернистого газа, требующего дальнейшей утилизации.
Наиболее близкой по технической сущности является установка безреагентного обезвреживания сернисто-щелочных стоков (варианты) [RU 2738579, опубл. 23.11.2020 г., МПК C02F 1/72], включающая две колонны карбонизации (контактных колонны), жидкофазный окислительный реактор, горелку (топку под давлением), сепаратор, два теплообменника, холодильник и сепарационное устройство.
Недостатками данной установки являются ее сложность, поскольку установка включает 9 единиц основного технологического оборудования.
Задачей настоящего изобретения является упрощение установки.
Техническим результатом является упрощение установки за счет оснащения установки газофазным реактором с катализатором окисления диоксида серы, содержащегося в дымовом газе, до триоксида серы, который при растворении в сернисто-щелочных стоках, подаваемых в двухсекционную контактную колонну, образует серную кислоту, снижающую рН стоков до значения, позволяющего осуществить полную отдувку сероводорода и меркаптанов.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей контактную колонну, окислительный реактор, топку под давлением, соединенную с колонной линией подачи отдутого серосодержащего газа, и оснащенную линиями подачи топлива и воздуха, и линией вывода дымового газа, а также холодильник, особенностью является то, что в качестве линии подачи воздуха размещена линия подачи первого потока воздуха, колонна выполнена двухсекционной, на линии вывода дымового газа расположено примыкание линии подачи второго потока воздуха с образованием линии подачи смеси дымового газа с воздухом, которая разделена на две линии, на первой линии в качестве окислительного реактора установлен газофазный реактор с катализатором окисления диоксида серы, соединенный линией подачи газа окисления, оснащенной первым холодильником, с межсекционным пространством колонны, на второй линии установлен второй холодильник, после которого вторая линия разделена на линию вывода балансового потока смеси дымового газа с воздухом, которую выводят, и линию подачи циркулирующей смеси дымового газа с воздухом, соединенную с нижней частью колонны, кроме того, колонна оснащена линией подачи сернисто-щелочных стоков и линией вывода очищенных стоков.
В каталитическом реакторе размещен неподвижный слой ванадиевого катализатора окисления диоксида серы. В качестве топлива может быть использовано любое газообразное или жидкое топливо, преимущественно сернистое. Колонны карбонизации могут быть оснащены насадочными или тарельчатыми контактными устройствами, а горелка может быть выполнена в виде устройства для каталитического окисления или огневого сжигания топлива. Холодильники могут быть выполнены, например, в виде аппаратов воздушного охлаждения. Остальные элементы установки могут представлять собой любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
Выполнение колонны с двумя секциями позволяет в верхней секции произвести полную отдувку сернистых соединений, включая сероводород и меркаптаны за счет снижения рН стоков благодаря растворению триоксида серы, содержащемуся в газе окисления, а в нижней секции довести рН очищенных стоков да заданного за счет растворения углекислого газа и диоксида серы, содержащихся в циркулирующем отходящем газе. Примыкание линии подачи второго потока воздуха к линии вывода дымового газа позволяет снизить температуру дымового газа до оптимальной температуры работы ванадиевого катализатора. Установка на первой линии подачи смеси дымового газа со вторым потоком воздуха газофазного реактора с катализатором окисления диоксида серы позволяет получить газ окисления, содержащий пары триоксида серы. Все указанные признаки в целом обеспечивают упрощение установки, позволяя сократить количество единиц оборудования с 9 до 5.
Предлагаемая установка показана на прилагаемом чертеже и включает топку под давлением 1, газофазный каталитический реактор 2, первый и второй холодильники 3 и 4, и двухсекционную колонну карбонизации 5.
При работе установки сернисто-щелочные стоки, подаваемые по линии 6, продувают сначала в верхней секции колонны 5 газом окисления, подаваемым по линии 7 из реактора 2 через холодильник 3, затем циркулирующей смесью дымового газа с воздухом, подаваемой по линии 8 после холодильника 4. Очищенные стоки выводят из низа колонны 5 по линии 9, а отдутый серосодержащий газ из верха колонны 5 по линии 10 подают в топку 1, в которую подают также воздух по линии 11 и топливо по линии 12. Дымовой газ, содержащий в том числе остаточный кислород, диоксиды углерода и серы, выводят из топки 1 по линии 13, охлаждают путем смешения с воздухом, подаваемым по линии 14, и разделяют на две части. Первую часть смеси дымового газа с воздухом по линии 15 направляют в реактор 2, в котором большая часть диоксида серы окисляется до триоксида серы с образованием газа окисления, который выводят из реактора 2 по линии 7, охлаждают в холодильнике 3 и направляют в колонну 2 между первой и второй секциями. Вторую часть смеси дымового газа с воздухом охлаждают в холодильнике 4 и разделяют на два потока, первый, балансовый, поток выводят по линии 16, второй, циркулирующий, поток подают в нижнюю часть колонны 5.
Работоспособность установки подтверждается примером.
3
3
3
3
3
3
3
3
2,0 т/час сернисто-щелочных стоков с рН 12,4, содержащих 3,31 % масс. сульфидной серы (в пересчете на серу) и 0,3% масс. меркаптидной серы (в пересчете на серу), при 40°С подают в верхнюю секцию колонны 5, в середину которой подают 280 нм/час газа окисления, а в нижнюю часть - 140 нм/час циркулирующей смеси дымового газа с воздухом, предварительного охлажденных в холодильниках 3 и 4 до 50°С. При этом рН стоков сначала снижается 9,0 а затем до 7,0, что приводит в полной отдувке сероводорода и меркаптанов и образованию очищенных стоков: раствора смеси нетоксичных карбоната, сульфита и сульфата натрия, содержащих менее 0,003 % масс. сульфидной серы (в пересчете на серу) и менее 0,0001 % масс. меркаптидной серы (в пересчете на серу). 420 нм/час серосодержащего газа с верха колонны 5 подают в топку 1, в которую подают также 210 нм/час воздуха и 15 нм/час попутного нефтяного газа в качестве топлива. Полученные 660 нм/час дымового газа смешивают с 650 нм/час воздуха для снижения температуры до 480°С, 281 нм/час полученной смеси подают в реактор 2, в котором в присутствии ванадиевого катализатора осуществляют окисление диоксида серы с получением газа окисления, остальную часть газа разделяют на балансовый поток, который выводят, и циркулирующую смесь дымового газа с воздухом, который подают в колонну 5. Всего использовано 5 единиц оборудования.
При этом технический результат - упрощение установки достигается за счет оснащения установки газофазным реактором с катализатором окисления диоксида серы и двухсекционной колонной, обвязанных указанным выше образом.
Таким образом, предлагаемая установка проще, позволяет осуществлять безотходную очистку сернисто-щелочных стоков без использования реагентов со стороны и может быть использована в промышленности.