EA016697B1

EA016697B1 - Функциональная жидкость и способ получения функциональной жидкости

Info

Publication number: EA016697B1
Application number: EA200801265A
Authority: EA
Inventors: Теодор Эллиот Дикинсон; Дэвид Джон Паркинсон; Кевин Э. Колье
Original assignee: Спешиэлист Проусес Текнолоджиз Лимитед
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2012-06-29
Also published as: BRPI0618321B8; US20090220620A1; KR20080075167A; CA2627962C; US8591767B2; BRPI0618321B1; CA2627962A1; EA200801265A1; EP1951410B1; KR101333141B1; ATE494943T1; US8080225B2; AU2006310987A1; DE602006019631D1; DK1951410T3; US20160199775A1; BRPI0618321A2; WO2007052068A3; AU2006310987B2; MY145570A

Abstract

Изобретение относится к новой функциональной жидкости для удаления загрязняющих веществ, таких как, но не исключительно, окисляющие компоненты в газе, сернистые компоненты и оксиды углерода из потоков текучих сред, и удаления и обработки NOи SOиз выбросов продуктов сгорания. Кроме того, описывается способ получения функциональной жидкости как в открытой технологической системе с периодической загрузкой, работающей при атмосферном давлении, так и в закрытой системе, способной работать при давлениях выше или ниже атмосферного.

Description

Настоящее изобретение относится к функциональной жидкости и, в частности, к функциональной текучей среде для применения, например, в обработке и удалении кислот, серосодержащих компонентов (например, Н₂8) и газов СО₂, СО, ΝΟ_Χ и 8Ο_Χ из потоков газа (например, потока газа на основе углеводорода) или продуктов сгорания топлива или газов. Изобретение также относится к способу получения функциональной текучей среды.

Предшествующий уровень техники

При добыче, переработке и очистке, хранении и сжигании соединений на основе углеводорода и углерода (например, сырой нефти, синтетического нефтяного сырья, природного газа, угля и кокса) встречается и/или производится значительное количество токсичных веществ. Эти вещества включают в себя, например, газообразный сероводород, меркаптаны, газообразные оксиды серы 8О_Х (например, 8О₂и 8О₃) и оксиды азота ΝΟ_Χ (например, ΝΟ, ΝΟ₂ и Ν₂Ο). Сероводород и меркаптаны часто извлекаются вместе с сырой нефтью. Углекислый газ, угарный газ и газообразные оксиды серы могут производиться при переработке и очистке сырой нефти. Газообразные оксиды азота могут производиться при сжигании топлива на основе углеводорода. Кроме того, дым угольных электростанций, коксохимических и сталеплавильных заводов обычно содержит один или более из этих газов. Таким образом, имеется постоянная необходимость в разработке композиций и способов, позволяющих удалить эти газы из потоков на основе углеводорода из дымовых и выхлопных труб.

Соединения, поглощающие Н₂8, обычно содержат аминовые аддукты (продукты присоединения), и способы их получения часто требуют использования сложных протоколов реакции и материалов реагентов, токсичных для окружающей среды. Например, в патентном документе СВ 2409859 описывается растворимый в нефти поглотитель серы, содержащий в основном мономерные альдегидаминовые аддукты реакции по меньшей мере одного пространственно затрудненного первичного или вторичного амина и молярного избытка по меньшей мере одного альдегида или его донора.

Заявка на патент США № 2005/0214199 описывает соединение оксида марганца большой поверхностной площади, используемое для удаления загрязняющих агентов, таких как ΝΟ_Χ, 8Ο_Χ и СО, посредством адсорбции и окисления. Оксид марганца получают посредством реакции двухвалентной марганцевой соли с пермарганатом щелочного металла и растворами гидроокиси в присутствии ионообменной воды при заданных условиях реакции. Сообщается об интенсивности удаления до 35% в отношении угарного газа.

Таким образом, имеется необходимость в других соединениях, используемых для удаления токсичных веществ. Кроме того, имеется необходимость в соединениях, которые могут быть получены в соответствии со сравнительно эффективными и экономичными протоколами реакции. Также необходимо получение и выделение композиций, имеющих многофункциональное применение в разных областях, как описано выше.

Сущность изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается способ получения функциональной текучей среды, включающий реагирование кремния, гидроксида щелочного металла и раствора, содержащего воду и хлор, в реакционном сосуде при температуре, не превышающей приблизительно 200°Е (93°С).

Частные признаки первого аспекта настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Таким образом, предлагается способ получения и выделения новой функциональной текучей среды посредством экономичного и относительно эффективного процесса. Обнаружено, что функциональная текучая среда может применяться во многих случаях как электронный донор, восстановитель или ингибитор окисления. Преимуществом изобретения является то, что способ обеспечивает получение удаляющей примеси функциональной текучей среды без необходимости включения дорогих органических химикатов, которые могут привести к образованию побочных продуктов реакции. Уничтожение таких побочных продуктов может являться сложным и дорогостоящим процессом из-за экологических факторов. Другое преимущество состоит в том, что функциональную текучую среду можно получить в атмосферных условиях или в условиях повышенного давления.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается функциональная текучая среда, имеющая заданную удельную плотность приблизительно от 1,25 до 5 и рН от приблизительно 9 до приблизительно 13, получаемая способом в соответствии с первым аспектом изобретения.

Другое преимущество настоящего изобретения относится к получению и выделению функциональной текучей среды, имеющей многофункциональное применение. Например, в нефте- и газодобывающей промышленности функциональная текучая среда может применяться как поглотитель Н₂8 в выкачивающих трубах сырой нефти и как ингибитор коррозии в трубах. Кроме того, текучая среда может применяться для обработки СО₂ и ΝΟ₂, образуемых в процессе очистки сырой нефти и/или сгорания сырого продукта.

Функциональная текучая среда в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения может применяться как поглотитель СО, СО₂ или Н₂8.

- 1 016697

Функциональная текучая среда может применяться как поглотитель Η₂δ в системах добычи обводненной нефти и неосушенного газа.

Функциональная текучая среда может применяться для обработки газообразных ΝΟ_Χ (например, N0 и Ν0₂) и газообразных 80_х (например, 8О₂ и 8О₃).

Функциональная текучая среда может применяться в системах обработки серосодержащих газов.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предлагается способ десульфуризации газообразного углеводородного сырья, включающий в себя:

(I) приведение газообразного углеводородного сырья в контакт с функциональной текучей средой в соответствии с первым и вторым вариантами осуществления настоящего изобретения в условиях, пригодных для образования обогащенной серой функциональной текучей среды; и (II) извлечение десульфурированного газообразного углеводородного сырья из обогащенной серой функциональной текучей среды.

Способ в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения может (необязательно) дополнительно включать в себя следующие этапы:

(III) приведение обогащенной серой функциональной текучей среды в контакт с флоккулирующим агентом в условиях, достаточных для осаждения серы из обогащенной серой функциональной текучей среды; и (IV) отделение осажденной серы от текучей среды для извлечения функциональной текучей среды в соответствии с первым или вторым аспектом настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания настоящего изобретения и чтобы лучше продемонстрировать, как оно может осуществляться на практике, далее в качестве примера описывается вариант осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 схематически представлен атмосферный способ получения функциональной текучей среды в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 схематически представлена закрытая система с давлением выше или ниже атмосферного для получения функциональной текучей среды в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3 схематически представлен способ удаления Н₂8 из газопровода метана.

На фиг. 4 схематически представлен вариант осуществления способа десульфуризации в применении в качестве модернизации к существующему способу десульфуризации.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Функциональная текучая среда формируется посредством реакции щелочного металла или его производного и кремния. Сначала будут описаны реагенты, используемые в процессе реакции.

Кремний.

Кремний, используемый согласно способу в соответствии с настоящим изобретением, может быть элементарным кремнием или металлическим кремнием.

Существует несколько сортов металлического кремния, в зависимости от его чистоты. Примерами металлического кремния, который может использоваться в соответствии со способом, являются металлический кремний сорта 551 (98,5% δί, максимум 0,5% Ре, максимум 0,10% Са), металлический кремний сорта 553 (98,5% δί, максимум 0,5% Ре, максимум 0,30% Са), металлический кремний сорта 441 (99% δί, максимум 0,5% Ре, максимум 0,10% Са), металлический кремний сорта 442 (99% δί, максимум 0,4% Ре, максимум 0,20% Са), металлический кремний сорта 4406 (99,3% δί, максимум 0,4% Ре, максимум 0,06% Са), металлический кремний сорта 4403 (98,5% δί, максимум 0,4% Ре, максимум 0,03% Са), металлический кремний сорта 331 (99,3% δί, максимум 0,3% Ре, максимум 0,10% Са), металлический кремний сорта 3305 (99,4% δί, максимум 0,3% Ре, максимум 0,05% Са), металлический кремний сорта 3303 (99,4% δί, максимум 0,3% Ре, максимум 0,03% Са), металлический кремний сорта 2204 (99,5% δί, максимум 0,2% Ре, максимум 0,04% Са), металлический кремний сорта 2202 (99,5% δί, максимум 0,2% Ре, максимум 0,02% Са) или металлический кремний сорта 1501 (99,5% δί, максимум 0,15% Ре, максимум 0,01% Са).

Металлический кремний сорта 441 является предпочтительным для использования согласно способу получения функциональной текучей среды в соответствии с изобретением.

Кремний или металлический кремний может содержать частицы в широком диапазоне размеров. Эти частицы могут присутствовать в виде больших комков или слитков (например, имеющих средний диаметр до приблизительно 150 мм) или в виде порошка. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения кремний или металлический кремний содержит частицы со средним диаметром от приблизительно 1 до приблизительно 150 мм. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения кремний или металлический кремний содержит частицы со средним диаметром от приблизительно 24 до 150 мм. В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения средний диаметр частиц приблизительно больше 10 мкм, например больше 100 мкм, например больше 500 мкм. Средний диаметр частиц может также составлять меньше 10 мм, например меньше 5 мм, например меньше 2 или меньше 1 мм. Если форма частиц не сферическая, под диаметром понимается наибольший размер частицы.

- 2 016697

Некоторые отдельные частицы могут иметь диаметр, выходящий за пределы заданных значений. Однако предпочтительно по меньшей мере 50%, например по меньшей мере 95%, например 99% частиц имеют диаметр в диапазоне заданных значений. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в основном все частицы имеют диаметр в заданном диапазоне.

Гидроксид щелочного металла.

Гидроксид щелочного металла, используемый согласно способу в соответствии с настоящим изобретением, может содержать гидроксид лития, гидроксид натрия или гидроксид калия. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения используется гидроксид натрия. Также могут использоваться сочетания гидроксида лития, гидроксида натрия и гидроксида калия.

Гидроксид щелочного металла (например, гидроксид натрия) может использоваться в твердом состоянии или в виде полученного водного раствора гидроксида щелочного металла. В твердом состоянии гидроксид щелочного металла может иметь вид хлопьев, гранул или порошка.

В качестве альтернативы гидроксид щелочного металла может быть заменен гидроксидом другого щелочного и щелочно-земельного металла, таким как гидроксид рубидия, гидроксид бериллия, гидроксид магния, гидроксид кальция, гидроксид стронция или гидроксид бария.

Вода и хлорный раствор.

Вода и хлорный раствор, используемые в соответствии со способом, содержат воду, предпочтительно дистиллированную воду, и источник хлора. Источником хлора может являться газообразный хлор, который затем растворяется в воде.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения источником хлора является жидкий хлор, известный также под названием гипохлорит натрия (№ОС1).

Вода (предпочтительно дистиллированная) и жидкий хлор соединяются в отношении от приблизительно 10:1 до приблизительно 30:1 по объему (вода:жидкий хлор), например от приблизительно 15:1 до приблизительно 25:1. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения отношение воды к хлору составляет приблизительно 20:1.

Вода и жидкий хлор могут быть соединены до добавления в реакционный сосуд, содержащий кремний и гидроксид щелочного металла, или вода и хлор могут быть добавлены отдельно, ίη δίΐιι (на месте).

Способ и полученная функциональная текучая среда.

Как объясняется ниже, продолжительность способа в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения зависит от таких факторов, как температура реакции и размер частиц реагента (из-за влияния размера частиц на величину площади поверхности). Продолжительность реакции меньше при использовании частиц меньшего размера и больше при использовании частиц большего размера. В соответствии с большинством вариантов осуществления настоящего изобретения реакция продолжается более приблизительно 1 ч, например приблизительно более 3 ч, например приблизительно более 6 ч. Также реакция может продолжаться приблизительно менее 3 дней, например приблизительно менее 2 дней, например приблизительно менее 12 ч. Поскольку реакция является экзотермической, контроль размера частиц реагента обеспечивает средства, позволяющие до какой-то степени управлять скоростью протекания реакции и, следовательно, степенью необходимого охлаждения реакционного сосуда при осуществлении способа в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.

Температура реакционного сосуда поддерживается ниже приблизительно 93 °С. В соответствии с этим ограничением согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения может поддерживаться температура реакции приблизительно больше 60°С, например приблизительно больше 70°С. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения поддерживается температура реакции приблизительно 80°С.

Дальнейшее описание ограничено способом, использующим металлический кремний сорта 441 и гидроксид натрия, приведенным в качестве примера. Ссылки на фиг. 1 и 2 предназначены для лучшего понимания способа в соответствии с изобретением. Однако эти примеры не являются ограничивающими, и специалисту понятно, что нижеследующее описание применимо для различных альтернативных вариантов системы, как описано выше.

Обычно металлический кремний сорта 441 и гидроксид щелочного металла соединяются в реакционном сосуде. На фиг. 1 представлен способ атмосферной загрузки для получения функциональной текучей среды в соответствии с изобретением. В открытый реакционный аппарат 1, предпочтительно изготовленный из нержавеющей стали, загружается кремний 2 (металлический кремний сорта 441) с распределением по размерам среднего диаметра в диапазоне 24-150 мм. Кремний 2 загружается до высоты, эквивалентной 30% объема реакционного аппарата, включая объем пустот частиц кремния 2. Гидроксид натрия 3 (в виде хлопьев) добавляют к кремнию 2 в реакционный аппарат 1 в объеме, приблизительно равном объему пустот, имеющемуся в кремнии 2, так что уровень твердой фазы в реакционном аппарате, по существу, остается неизменным. Это достигается посредством тщательного перемешивания кремния 2 и гидроксида натрия 3. Отношение количества кремния к количеству гидроксида натрия обычно составляет приблизительно 1:1 по объему. Специалисту понятно, что размер используемых частиц кремния, влияющий на скорость реакции (т. е. после добавления водно-хлорного раствора), зависит от площа- 3 016697 ди поверхности частиц кремния.

Жидкий хлор 5 добавляется к дистиллированной воде 4, например, с отношением воды к жидкому хлору приблизительно 20:1 по объему, перед помещением в тот же реакционный аппарат 1, и начинается реакция между компонентами смеси. Водно-хлорный раствор добавляется до уровня (уровень 6 на фиг. 1), по меньшей мере, равного уровню смеси кремний/гидроксид натрия или больше, так что кремний/гидроксид натрия полностью погружены в водно-хлорный раствор.

Обычно до начала сколько-нибудь заметной реакции имеется задержка во времени. Эта задержка во времени зависит от количества используемых реагентов (т.е. объемного отношения кремния к гидроксиду натрия) и размера частиц кремния 2 и гидроксида натрия 3. В ходе результирующей экзотермической реакции начинается вспенивание с высвобождением газообразного водорода 7 и пара 8. Следовательно, необходимо принимать соответствующие меры безопасности. Температура реакции поддерживается таким образом, чтобы она не превышала приблизительно 93 °С, и предпочтительно поддерживается ниже приблизительно 80°С. Температура реакции поддерживается при помощи использования внешних устройств 10 нагрева/охлаждения, например при помощи использования нагревательной/охладительной рубашки. Дополнительную воду и/или водно-хлорный раствор добавляют по мере протекания реакции для поддержания уровня раствора выше уровня кремния/гидроксида натрия (т.е. для восполнения потерь, вызванных потерями газообразного водорода и пара).

При указанных условиях реакция обычно занимает до 6 ч, после чего степень вспенивания начинает снижаться, и полученная функциональная текучая среда готова для сливания через выпуск 9 и через соответствующую фильтрующую среду для удаления любых нежелательных частиц, которые могут продолжать реакцию. Затем готовый химический продукт помещают в закупоренные емкости, готовые для использования.

На фиг. 2 представлен пример устройства с закрытой системой или системой повышенного давления. В бункер 33 загружают кремний 21 и гидроксид натрия 20 в тех же количествах и того же качества, как по фиг. 1, для загрузки заданного размера. Однако на практике было обнаружено, что в закрытой системе, такой как по фиг. 2, может использоваться кремний с частицами значительно меньшего размера, такого как 1 мм, что позволяет существенно увеличить площадь поверхности кремния, доступную для приведения в контакт. Это совместно с возможностью лучшей регулировки давления в сосуде при помощи устройства 29 регулировки давления делает реакцию более управляемой и, следовательно, уменьшает время, необходимое для реакции кремния для получения необходимого химического продукта. Кремний 21 и гидроксид натрия 20 подаются из бункера 33, управляемого клапанным устройством 28, в реакционный сосуд 27 высокого давления. Затем клапанное устройство 28 закрывается, и включается насос 24, снабжаемый водой 23 и хлорной смесью 22. Эта смесь проходит через клапанное устройство 25 в турбулизатор 31 потока, расположенный в сосуде 27 высокого давления. После этого реакция начинается и ускоряется посредством постоянного перемешивания частиц 20 и 21 и жидкостей 22 и 23 при помощи центробежных сил в вихревом потоке.

Газообразный водород и пар, образующиеся в ходе этой реакции, собираются в верхней части сосуда 27 высокого давления, и давление в сосуде 27 высокого давления регулируется до требуемого заданного значения датчиком давления, устройством управления и клапаном давления 29. Газы, удаленные из сосуда 27 высокого давления, могут направляться в пламегаситель 30 и/или в газопоглотитель/конденсатор 37, который, в свою очередь, при необходимости может перенаправить водород назад в сосуд 27 высокого давления без соответствующего водяного пара, образованного в процессе реакции. Таким образом, водород может реабсорбироваться для дальнейшего обогащения химического продукта или, если это не требуется, может быть сохранен или отправлен в горелку для сжигания отходов. Дополнительное требование способа состоит в том, чтобы уровень текучей среды в реакционном сосуде 27 высокого давления оставался в необходимых пределах. Следовательно, индикатор 26 уровня может запустить насос 24 и привести в действие клапанное устройство 25 для добавления подпиточной воды в соответствии с необходимостью. Когда насос 24 не работает и требуется поддержать вихревой поток в реакционном сосуде 27 высокого давления, включается насос 40 и в соответствии с необходимостью осуществляет циркуляцию химического продукта через турбулизатор 31 потока, чтобы удержать твердую фазу 20 и 21 в суспензии.

Охлаждающая рубашка 41 может снабжаться охлаждающей средой для регулировки температуры процесса в необходимых пределах посредством взаимодействия с устройством 32 регулировки температуры. При необходимости на выпуске 29 пара может использоваться вакуум, который при некоторых условиях повышает качество получения химического продукта. После завершения химической реакции насос 40 выключается, и клапанное устройство 39 закрывается. Клапанное устройство 34 открывается, и полученный химический продукт переносится в фильтр 35 и в емкость для хранения 36.

Роль жидкого хлора в осуществлении реакции не до конца понятна, но, не желая связать себя теорией, авторы изобретения полагают, что хлор действует как акцептор электронов для реакции. Если жидкий хлор не используется, вместо функциональной текучей среды образуются соли кремнекислого натрия. При использовании водного раствора гидроксида натрия отсрочка по времени значительно короче из-за присутствия жидкой воды до добавления водно-хлорного раствора. В этих обстоятельствах жид

- 4 016697 кий хлор должен добавляться до начала вспенивания, чтобы минимизировать образование силиката.

Функциональная текучая среда, полученная посредством описанной выше реакции, обычно представляет собой светлую и прозрачную вязкую текучую среду, имеющую удельную плотность от приблизительно 1,25 до 5, например приблизительно 5, и рН в диапазоне от приблизительно 9 до приблизительно 13, например от приблизительно 9 до приблизительно 12. Однако иногда функциональная текучая среда может получаться полупрозрачной. Функциональная текучая среда может применяться в том виде, в котором она получена, или может применяться в разведенном состоянии; например, перед использованием функциональная текучая среда может разводиться до удельной плотности приблизительно 1,25.

Характеристика функциональной текучей среды в соответствии с изобретением.

Точный состав и форма функциональной текучей среды не до конца понятны, но предполагается, что кремний и ионы щелочного металла формируют растворимый в воде мономерный неорганический комплекс при реакции с водно-хлорным раствором. Неясно, образует ли хлор, возможно присутствующий в виде ионов хлора, часть неорганического комплекса. Обнаружено, что получаемая функциональная текучая среда, содержащая комплекс кремний-щелочной металл, богата электронами (возможно, содержит свободные электроны), и быстро действует как восстановитель в присутствии других химикатов с преобразованием этих химикатов в водорастворимые соли или даже элементарные соединения. Например, в результате реакции между функциональной текучей средой и Н₂8 образуется элементарная сера.

Таким образом, функциональная текучая среда в соответствии с настоящим изобретением может выборочно удалять намеченные загрязняющие вещества из любого потока газа на основе углерода.

Применение функциональных жидкостей в соответствии с настоящим изобретением.

Функциональная текучая среда в соответствии с настоящим изобретением имеет широкую сферу применения, например:

в качестве поглотителя СО₂;

в качестве поглотителя Н₂8;

в обработке газообразных ΝΟ_Χ (например, N0 и Ν0₂) и 80_х (например, 8О₂ и 8О₃);

для улучшения существующих систем обработки серосодержащих газов, таких как установки аминовой очистки;

для выделения углеводородов из смоченной нефтью твердой фазы, например в малопроницаемых породах, через которые течет нефть, функциональная текучая среда смачивает эксплуатационную зону и притягивается к породе, таким образом вытягивая нефть из породы, уменьшая сопротивление и улучшая течение нефти;

для удаления всех типов серосодержащих веществ, в особенности сероокиси углерода, которая, как известно, гидролизуется с водой, образуя Н₂8, 8 и С0₂;

в качестве огнезащитного продукта.

Способ десульфуризации газообразного углеводородного сырья.

В соответствии с третьим аспектом изобретения газообразное углеводородное сырье (которое может являться, например, природным газообразным метаном) может входить в контакт с функциональной текучей средой в соответствии с настоящим изобретением с использованием любого известного устройства, подходящего для этой цели. Например, могут использоваться линейный смеситель/контактор или противоточная дегазационная колонна.

В отличие от известных способов десульфуризации, таких как аминовые системы, способ в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения не требует наличия котлов, нагревателей, технологических установок для освобождения от кислот или обратной закачки. Способ в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения может, таким образом, осуществляться при температуре окружающей среды, например, выше 5°С, такой как выше 10 или выше 15°С. Температура процесса может быть ниже приблизительно 60°С, например ниже приблизительно 40°С, такая как ниже 30°С. Следовательно, применение этого способа особенно выгодно, например, при предварительной обработке природного газообразного метана перед переработкой на морских установках сжиженного природного газа, там где непосредственная близость источников тепла к криогенным узлам и холодильным установкам представляет опасность.

Способ в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения может дополнительно включать в себя следующие этапы:

(III) приведение обогащенной серой функциональной текучей среды в контакт с флоккулирующим агентом в условиях, достаточных для осаждения серы из обогащенной серой функциональной текучей среды; и (IV) отделение осажденной серы от текучей среды для извлечения функциональной текучей среды в соответствии с первым или вторым аспектами настоящего изобретения.

Флоккулирующим агентом может являться любой известный флоккулирующий агент, способный вызвать осаждение серы в щелочной среде функциональной текучей среды. Например, флоккулирующим агентом может являться галогенид щелочного металла, предпочтительно хлорид натрия.

- 5 016697

Осажденная сера может быть отделена при помощи любого подходящего способа отделения. Например, может использоваться рамный фильтр-пресс. Было обнаружено, что использование рамного фильтр-пресса дает достаточно сухое твердое вещество, пригодное для вывоза с буровой площадки. Проведенные испытания показали, что твердая фаза, полученная этим способом, пригодна для земледелия и оказывает минимальное воздействие на окружающую среду.

Было обнаружено, что способ в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения способен снизить уровень содержания сульфида водорода в природном метане с приблизительно 10000 до менее 1 ррт (частей на миллион).

Способ может дополнительно включать в себя этап рециркуляции восстановленной (извлеченной) функциональной текучей среды для использования на этапе (I) в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения.

Перед рециркуляцией значение рН восстановленной функциональной текучей среды может быть изменено до значения, превышающего приблизительно 12, например равного приблизительно 13. Это может достигаться путем добавления гидроксида щелочного металла, например гидроксида натрия.

Газообразным углеводородным сырьем может быть любое газообразное углеводородное сырье, но наиболее характерно сырье, содержащее преимущественно метан, такое как природный газ.

Далее третий аспект настоящего изобретения проиллюстрирован посредством ссылок на способ удаления Н₂§ из метанового сырья. Ссылки на фиг. 3 и 4 также предназначены для облегчения понимания способа в соответствии с настоящим изобретением. Однако эти примеры не являются ограничивающими, и специалисту понятно, что нижеследующее описание применимо для различных альтернативных вариантов системы, как описано выше.

На фиг. 3 представлен трехэтапный способ, иллюстрирующий третий аспект настоящего изобретения.

Газ для обработки подают в контактор первой ступени, в котором функциональная текучая среда, (обозначенная МоиоСйет) и серосодержащий газ контактируют друг с другом. Функциональная текучая среда удаляет из газового потока Н₂§ и выделяет газообразный метан. Затем кондиционный газ, очищенный от соединений серы, выходит из контактора первой ступени и направляется или к системе третичной очистки, или, если состояние газа приемлемо, к экспортному газопроводу для использования.

Затем функциональная текучая среда, обогащенная Н₂§, направляется из контактора первой ступени, в случае с контактной колонной при поддержании уровня, на вторую ступень, во вторичный смеситель/контактор меньшего размера, с достаточной продолжительностью времени контакта, чтобы действовать как выделительный резервуар. На входе в этот резервуар к потоку МоиоСйет добавляют флоккулянт, чтобы сера могла флоккулировать и выделиться в виде твердой фазы.

После этого смесь жидкости и твердой фазы от второй ступени направляют к третьей ступени, которая может представлять собой любое устройство фильтрации жидкой/твердой фазы или процеживания. На практике свою пригодность для этой цели доказал рамный фильтр-пресс, давая достаточно сухое твердое вещество, пригодное для вывоза с буровой площадки. Проведенные испытания показали, что твердая фаза, полученная этим способом, пригодна для земледелия и оказывает минимальное воздействие на окружающую среду.

Жидкий фильтрат от третьей ступени возвращают к первой ступени для повторного использования в процессе. В зависимости от величины рН рециркулированной функциональной текучей среды и ее удельной плотности может быть добавлен химикат, регулирующий рН, для поддержания значения рН функциональной текучей среды, равного приблизительно 13.

На фиг. 3 функциональная текучая среда в соответствии с изобретением рециркулирует в системе со скоростью потока, определенной количеством Н₂§, которое необходимо удалить из потока газа. В соответствии с одним из примеров скорость потока 10 американских галлонов в минуту (37,85 л/мин) достаточна для удаления до 10000 ррт (частей на миллион) Н₂§ из 700000 стандартных кубических футов в день (19822 м³ в день) природного газа.

Описанный выше способ также продемонстрировал свою пригодность для удаления СО₂. Можно видеть, что как только падает давление МоиоСйет, СО₂ снова испаряется в газовую фазу. На данный момент установлено, что уровни СО₂ до 10000 ррт вместе с 10000 ррт Н₂§ в потоке газообразного метана могут быть удалены одновременно.

Усовершенствованное применение способа в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения.

На практике существующие технологические установки обработки газов, такие как установка аминовой очистки и установка Клауса, могут являться узким местом в системах, где условия на входе по какой-то причине меняются, например:

увеличивается объем газа;

падает давление;

увеличивается объем Н₂§;

имеются колебания температур на входе.

- 6 016697

Изменения такого рода на входе систем аминовой очистки могут сорвать работу и потребовать изменений системы, которые в большинстве случаев заданы и приводят к цепным реакциям в работе установки, приводящим к крупным сбоям.

Благодаря простоте системы функциональной текучей среды МоиоСйет появилась возможность предложить технологический этап, осуществляемый до обработки в существующих установках для очистки газов и позволяющий эффективно устранить препятствия для протекания процесса, или значительно снизить стоимость обслуживания, если существующая система относится к абсорбционному типу и требует удаления и вывоза отходов.

На фиг. 4 представлена такая система.

На фиг. 4 компактная контакторная система функциональной текучей среды расположена перед существующей установкой для очистки газов. Необязательно, компактный контактор функциональной текучей среды может быть шунтирован или может использоваться для обработки части от общего потока газа, направляемого на обработку. Часть обработанного газа может быть достаточно большой, так чтобы при объединении с необработанным газом результирующая концентрация Н₂8 (ррт), остающаяся в системе, могла бы быть обработана с использованием существующей установки для очистки газов.

На фиг. 4 несколько линейных смесителей/контакторов используются последовательно, причем каждый из узлов содержит введенную в него МоиоСйет. Каждый из узлов способен удалять до 50% объема Н₂8 на впуске газа, как показано в табл. 1. Это пример, иллюстрирующий способ. Эффективность удаления на каждом этапе зависит от таких факторов, как состояние функциональной текучей среды на каждом этапе и уровни загрязнения сырья на этом этапе.

Таблица 1

	Н₂8 в ррт	Н₂3 РРт	ИЗ
Контактор Смеситель 1	6000	3000
Контактор Смеситель 2	3000	1500
Контактор Смеситель 3	750	375
Контактор Смеситель 4	375	188
Контактор Смеситель 5	188	94

Обычно, можно сказать, что чем больше используется узлов, тем лучше удаление Н₂8, хотя имеется точка, в которой выгода, достигаемая от использования дополнительных узлов, минимальна.

В характерном случае усовершенствованная система разработана с достижением общего уровня удаления до 95%, оставляя остаток Н₂8, подлежащий удалению на существующем оборудовании. Такая усовершенствованная система обеспечивает несколько преимуществ для операторов технологической установки, таких как:

При проведении ремонтных работ без прекращения эксплуатации подводящего трубопровода существующих установок усовершенствованный способ не требует обязательного отключения установки.

При необходимости существующая аминовая колонна может быть быстро преобразована в систему, использующую МоиоСйет, причем МоиоСйет подается в выделительный резервуар, и фильтрующие элементы используются для возвращения МоиоСйет из контакторов трубопровода. Таким образом, становятся не нужны расположенные далее блоки установки аминовой очистки, что значительно снижает количество отходов с бурильной площадки.

Не образуются жидкие кислоты, следовательно, нет необходимости их удаления с бурильной площадки.

Появляется возможность преобразования твердой серы в удобрение для коммерческого использования.

Примеры применения.

Функциональная текучая среда получена и испытана следующим образом.

Функциональная текучая среда прошла испытания на выхлопных газах из газовой турбины, работающей на природном газе, при скорости 720 об/мин. Замеры уровней ΝΟ_Χ, СО, О₂ и СО₂ осуществлялись каждый час. Результаты представлены в табл. 1А и 1В. В экспериментах С-1А, С-2А и С-3А уровни газов в выхлопе измерялись через 1 ч. В экспериментах С-1В, С-2В и С-3В выхлопные газы проходили через функциональную текучую среду в контактор, и уровни газов в выхлопе после прохождения через функциональную текучую среду измерялись на протяжении 1 ч.

- 7 016697

Таблица1А

Режим эксперимента	С-1А	С-1 В		С-2А	С-2В
Условия окружающей среды
Давление (дюймы ртутного столба)	29,86	29,86		29,79	29,79
Температура (Έ сух)	51	52		52	52
Температура (Έ мокр)	46	48		48	48
Влажность (фунт х/фунт воздуха)	0,0054	0,0061		0,0061	0,0061
Скорость двигателя (об/мин)	720	722		721	722
Выбрось:			Разрушение (%)			Разрушение (%)
МО_Х (рртис!)	2217	130	94,1	2224	134	94,0
СО (ρρπηνά)	6025	446	92,6	5736	528	90,8
О₂ (%)	0,2	19,4		0,14	19,2
СО₂ (%)	11,9	0,42		11,9	0,5

Таблица 1 В

Режим эксперимента	С-ЗА	С-ЗВ
Условия окружающей среды
Давление (дюймы ртутного столба)	29,82	29,82
Температура (Έ сух)	51	51
Температура (Έ мокр)	47	47
Влажность (фунт х/фунт воздуха)	0,0059	0,0059
Скорость двигателя (об/мин)	721	720
Выбросы			Разрушение {%)
ΝΟ_Χ (ρρτπνφ	2101	91	95,7
СО (ρριτινΰ)	6316	548	91,3
О₂ (%)	0.14	19,1
СО₂ (%)	11,7	0,57

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения функциональной текучей среды для удаления загрязняющих веществ, включающий взаимодействие кремния, гидроксида щелочного металла и раствора, содержащего воду и источник хлора, в реакционном сосуде при температуре не более 93°С, где источником хлора является газообразный хлор или гипохлорит натрия.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кремний и гидроксид щелочного металла добавляют в реакционный сосуд до добавления раствора, содержащего воду и источник хлора.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что источником хлора является гипохлорит натрия.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что отношение воды и гипохлорита натрия составляет от 10:1 до 30:1 по объему.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что отношение воды и гипохлорита натрия составляет приблизительно 20:1 по объему.
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что отношение количества кремния к гидроксиду щелочного металла составляет от 1:5 до 5:1 по объему.
7. Способ по п.5, отличающийся тем, что отношение количества кремния к гидроксиду щелочного металла составляет приблизительно 1:1 по объему.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что температура реакции не превышает 80°С.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в качестве гидроксида щелочного металла используют гидроксиды лития, натрия или калия.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве гидроксида щелочного металла используют гидроксид натрия.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что гидроксид натрия используют в твердом состоянии.
12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что кремний и гидроксид натрия в твердом состоянии загружают до высоты, эквивалентной приблизительно 30% объема реакционного сосуда, до добавления раствора, содержащего воду и гипохлорит натрия.

- 8 016697
13. Способ по п.10, отличающийся тем, что гидроксид натрия используют в форме водного раствора.
14. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в качестве кремния используют металлический кремний сорта 441.
15. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что кремний содержит частицы со средним диаметром в диапазоне от 1 до 150 мм.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что кремний содержит частицы со средним диаметром в диапазоне от 24 до 150 мм.
17. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в качестве воды используют дистиллированную воду.
18. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что реакционный сосуд открыт в атмосферу.
19. Способ по любому из пп.1-17, отличающийся тем, что реакционный сосуд герметично закрыт.
20. Функциональная текучая среда для удаления загрязняющих веществ, имеющая удельную плотность от 1,25 до 5 и значение рН от 9 до 13, полученная способом по любому из пп.1-19.
21. Функциональная текучая среда по п.20, имеющая удельную плотность приблизительно 5 и значение рН от 9 до 12, полученная способом по любому из пп.1-19.
22. Функциональная текучая среда по любому из пп.20 или 21, отличающаяся тем, что в качестве гидроксида щелочного металла используют гидроксид натрия.
23. Функциональная текучая среда по любому из пп.20-22, отличающаяся тем, что в качестве кремния используют металлический кремний сорта 441.
24. Применение функциональной текучей среды по любому из пп.20-23 в качестве поглотителя СО, СО₂ или Н₂§.
25. Применение функциональной текучей среды по любому из пп.20-23 в качестве поглотителя Н₂§ в системах добычи обводненной нефти и газа.
26. Применение функциональной текучей среды по любому из пп.20-23 для обработки газообразных ΝΟ_Χ и 8О_Х.
27. Применение функциональной текучей среды по любому из пп.20-23 в системах обработки серосодержащего газа.
28. Способ десульфуризации газообразного углеводородного сырья, включающий в себя следующие этапы:

(I) приведение газообразного углеводородного сырья в контакт с функциональной текучей средой по любому из пп.20-23 в условиях, пригодных для образования обогащенной серой функциональной текучей среды; и (II) извлечение десульфурированного газообразного углеводородного сырья из обогащенной серой функциональной текучей среды.
29. Способ по п.28, дополнительно включающий следующие этапы:

(III) приведение обогащенной серой функциональной текучей среды в контакт с флоккулирующим агентом в условиях, достаточных для осаждения серы из обогащенной серой функциональной текучей среды; и (IV) отделение осажденной серы от текучей среды для извлечения функциональной текучей среды по любому из пп.20-23.
30. Способ по п.29, дополнительно включающий этап рециркуляции функциональной текучей среды для использования на этапе (I) по п.28.
31. Способ по п.30, отличающийся тем, что значение рН рециркулированной функциональной текучей среды изменяют до значения, превышающего 12.
32. Способ по п.31, отличающийся тем, что значение рН рециркулированной функциональной текучей среды изменяют до приблизительно 13.
33. Способ по п.28, отличающийся тем, что в качестве газообразного углеводородного сырья используют преимущественно природный газообразный метан.
34. Способ по п.28, отличающийся тем, что условия способа таковы, что СО₂ также удаляется из углеводородного сырья.