Очистка на синтетических цеолитах.

Высокая поглотительная способность цеолитов при низких кон­центрациях адсорбируемого вещества и избирательность по отноше­нию к определенным компонентам дают возможность эффективно ис­пользовать их для промышленного разделения, очистки и осушки газо­вых смесей. В большинстве случаев используется высокая адсорбцион­ная избирательность молекулярных сит по отношению к полярным и ненасыщенным соединениям (воде, С0₂, H₂S, сернистому ангидриду и меркаптанам).

Цеолиты являются эффективным средством сероочистки газов, не содержащих кислород. Кроме высокой адсорбционной способности по H₂S, цеолиты обладают высокой избирательностью по отношению к H₂S в присутствии С0₂. При мольном соотношении в газе H₂S:C0₂ = 1:1 адсорбированная фаза обогащается H₂S до 90 %.

В процессе одновременной очистки от H₂S и С0₂ происходит практически полное удаление обоих компонентов из газа, затем С0₂ начинает вытесняться из адсорбента H₂S и содержание С0₂ в выходя­щем потоке газа резко возрастает, причем за счет вытеснения лучше адсорбируемым H₂S концентрация С0₂ даже превосходит его концен­трацию в исходном газе. В то же время H₂S продолжает количественно поглощаться вплоть до момента проскока. Так как С0₂ является лишь балластным, а не коррозионным компонентом при транспорте газа, часто эксплуатационные затраты на его удаление превосходят затраты на транспорт. В этом случае целесообразно его не удалять или удалять лишь частично. Изменяя продолжительность адсорбционного процесса, можно получить любую заданную степень извлечения С0₂.

Рис. 7.1. Схема установки для сероочистки природных газов цеолитами 1,9 - сепараторы; 2 - фильтр; 3-6 - адсорберы на стадиях очистки, доулавлива- ния, охлаждения и регенерации соответственно; 7 - теплообменник; 8 - холо­дильник; 10 - нагреватель

Установка очистки природного газа от H₂S в стационарном слое синтетических цеолитов (рис. 7.1) состоит из четырех адсорберов. В схеме с открытым циклом сырой природный газ после отделения кон­денсата в первичном сепараторе 1 и пыли в фильтре 2 последовательно проходит через адсорберы 3 и 4, где очищается от H₂S, и поступает в газопровод. Адсорбер 4 выполняет функции доулавливателя, а затем переключается на функции адсорбера 3, после того как тот переведен на стадию регенерации. Часть очищенного газа отбирают и используют сначала для охлаждения адсорбера 5, а затем после нагрева - для де­сорбции газов из адсорбента в десорбере 6.

В сепараторе 9 из газа регенерации удаляют воду и жидкие УВ, обычно содержащиеся в природном газе. После этого газ регенерации используют в качестве топлива на местные нужды, например, на уста­новках синтеза аммиака. Таким образом в каждом адсорбере последо­вательно проводятся регенерация, охлаждение, доулавливание, сероочистка.

Из цеолитов общего назначения наилучшими адсорбционными и эксплуатационными свойствами обладают цеолиты типа СаА. Цеолиты типа NaA отличаются низкой скоростью поглощения и десорбции сер­нистых соединений. Цеолит NaX катализирует реакцию окисления H₂S с образованием элементной серы, дезактивирующей адсорбент. Однако это не исключает возможность его применения для сероочистки газов. В случае присутствия в газе кроме H₂S сероорганических соединений, например, меркаптанов, целесообразно применять именно цеолит NaX. В этом случае адсорберы с цеолитом устанавливают после установки очистки аминами, в которых удаляется H₂S.

7.4. Каталитическая переработка сероводорода в серу

Для переработки H₂S, получающегося в результате его десорбции после очистки природного, нефтяного или иного промышленного газа,

используют метод Клауса, заключающийся в окислении H₂S кислоро­дом воздуха в элементную серу:

2 H₂S + 0₂ → 2S + 2Н₂0 + 220 кДж.

В модифицированном варианте схемы (рис.7.2) окисление прово­дят в две стадии: термической и каталитической. В термической стадии ведут пламенное окисление H₂S со стехиометрическим количеством 0₂ при температурах в топке 900-1350 °С. Однако при этом часть H₂S окисляется до S0₂. В каталитической части идет реакция между H₂S и S0₂ на катализаторе - боксите или активной окиси алюминия при тем­пературе 220-250 °С:

2H₂S + S0₂ → 2Н₂0 + 3S.

Рис. 7.2. Схема установки для очистки газов от сероводорода методом Клауса 1 - аппарат пламенного окисления; 2,6 - холодильники; 3,7 - сепараторы; 4 - на­греватель; 5 - реактор с бокситом

Как правило, каталитический процесс проводят в две стадии, т.к. в результате реакции сильно повышается температура газов. Для увели­чения выхода серы после термической и каждой каталитической ступе­ни реакционные газы охла-

ждают до 140-160 °С и из них выводят обра­зовавшуюся элементную серу. Подогрев газа перед каталитическими ступенями до 250 °С идет за счет тепла сгорания части H₂S (15 %) в специальной топке. Продукты сгорания примешиваются к реакционно­му газу.

В случае содержания H₂S в газах менее 30 % переработка его в серу производится без термической ступени, для чего одна треть газов окисляется до S0₂ полностью, а затем после смешения с остальными двумя частями газа перерабатывается на двух каталитических ступенях. Тепло реакции окисления H₂S используют для получения водяного па­ра, который, как правило, передается на установки извлечения H₂S из горючих газов.