NO168231B - Fremgangsmaate for fjerning av hydrogensulfid fra gasstroemmer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved fjerning av hydrogensulfid fra en sur gassformig strøm omfattende: a) kontakt av strømmen i en kontaktsone med en vandig alkalisk løsning omfattende et alkali og et flerverdig metallchelat, hvori løsningen absorberer hydrogensulfidet og gir hydrosulfid og/eller sulfid, den rensede gass skilles fra løsningen og tømmes fra sonen, og deretter b) kontakt av den vandige alkaliske løsning i en oksydasjonssone med en mengde av et flerverdig metallchelat med høyere

valens, omfattende minst den støkiometriske mengde som kreves for å oksydere tilstedeværende hydrosulfid og/eller sulfid til svovel, idet svovelet skilles fra løsningen og tømmes fra oksydasjonssonen.

Fjerning av hydrogensulfid fra gasstrømmer er blant annet beskrevet i U.S. Patent 4.009.251 ved en oksydasjon til svovel i nærvær av en metallchelatoppløsning. Det er tidligere kjent at jern i treverdig tilstand virker som en katalysator for oksydasjonen av etylendiamintetraeddiksyre i vandige oppløsninger, noe som er beskrevet av Motekaitis, et al., Canadian Journal of Chemistry, 58, Nr. 19, 1. oktober, 1980.

En av hovedulempene ved fremgangsmåten for fjerning av hydrogensulfid fra gasstrømmer hvor man bruker flerverdige metallchelater, er at chelateringsmidlet er ustabilt under de anvendte prosessbetingelser.

For å unngå ustabiliteten i chelateringsmidlene, da spesielt de som er kompleksdannet med flerverdige metallioner så som jern, er det tidligere beskrevet at man kan bruke blandinger av visse chelateringsmidler. I U.S. Patentene 4.421.733 og 4.455.287 er det beskrevet fremgangsmåter for å redusere ustabiliteten på flerverdige metallchelateringsmidler under reaksjonsbetingelser hvor disse midler brukes for å fjerne hydrogensulfid fra gass-strømmer. I U.S. Patent 4.421.733 er det antydet bruken av en stabiliserende mengde av et bisulfitt, mens U.S. Patent 4.455.287 beskriver bruken av et biocid som et middell for å stabilisere et flerverdig metallchelat som skal brukes for fjerning av hydrogensulfidgass fra en væskestrøm.

I U.S. Patent 3.068.065 er det beskrevet en fremgangsmåte for fjerning av hydrogensulfid fra gasstrømmer ved at sistnevnte vaskes med en oppløsning inneholdende et jernchelat, og hvor jernet er tilstede i chelatet i en treverdig tilstand.

Britisk Patent 999.800, utstedt 28. juli 1965, beskriver at man kan anvende en større mengde av et flerverdig metallchelat i en redusert valenstilstand sammen med et flerverdig metallchelat som befinner seg i en oksydert eller høyere valenstilstand , for derved å redusere nedbrytningen av chelateringsmidlet i en fremgangsmåte for fjerning av hydrogensulfid fra en gass. Gasstrømmen blir kontaktet en vandig oppløsning inneholdende jern som er kompieksdannet med en aminopolykarboksylsyre hvor jernet er en blanding av både høyere og lavere valenstilstander. Hydrogensulfidgassen omdannes til svovel ved kontakt med jern-chelateringsmidlet hvor jern er tilstede i den høyere oksydasjonstilstanden. I sin tur blir så jernet redusert til den lavere oksydasjonstilstanden. Følgelig blir jernet omdannet fra den lavere oksydasjonstilstanden til den høyere i en oksydasjonssone, og det er på dette punkt at jernchelaterings-midlet blir utsatt for oksydasjon, noe som resulterer i et progressivt tap av midlet fra den vandige oppløsningen. Utfellingen av uoppløselige jernforbindelser skjer som et resultat av at jernchelatet blir nedbrutt eller dekomponert.

Det Britiske Patent beskriver en kontrollert og oksydativ regenerering av jernchelatet for å hindre en lokal, intensiv, oksydativ dekomponering av midlet. Vanligvis vil fra 15 til ca. 7 5 vekt% av det totale jern som er tilstede i jernchelatopp-løsningen være toverdig jern, mens den foretrukne mengde av toverdig jernchelat som forblir i oppløsningen etter regenerer-ingen, er mellom 20 og 50 vekt% basert på den totale mengde av jernchelat i oppløsningen.

Det er ingen antydning i noen av disse tidligere kjente fremgangsmåter og patenter at man kan bruke et flerverdig metallchelat i en kontaktsone, spesielt et jernchelat hvor alt jern er tilstede i chelatet i den reduserte tilstanden. I tillegg er det ingen forslag at man kan bruke blandet høyere og lavere valenstilstand av det flerverdige metallet i chelatene, og hvor mengden av nevnte chelat i den lavere valenstilstand er større enn ca. 5 ganger mengden av det tilstedeværende flerverdige metallchelatet hvor metallet er i den høyere valenstilstand. Etter at hydrogensulfid er absorbert i foreliggende fremgangsmåte i en kontaktsone ved at gasstrømmen er kontaktet en vandig, alkalisk oppløsning og hvor hydrogensulfidet er omdannet til hydrosulfid og/eller sulfidioner, kan noen eller alle disse ioner omdannes i kontaktsonen til elementært svovel ved reaksjon med ethvert jernchelat som måtte være tilstede i den høyere valenstilstand. Den gjenværende mengden av disse ionene omdannes i en oksydasjonssone til elementært svovel. Omdannelsen utføres i oksydasjonssonen ved kontakt med et jernchelat som er tilstede i en høyere valenstilstand, i det minste i en effektiv mengde.

Overraskende har man således, i henhold til foreliggende oppfinnelse funnet at forut nevnte ulemper unngås når den alkaliske løsning holdes i kontaktsonen slik at alt tilstedeværende flerverdig metall befinner seg i den lavere valenstilstand, eller en blanding av et flerverdig metallchelat med lavere valens og et flerverdig metallchelat med høyere valens, hvori det flerverdige metallchelat med lavere valens er mer enn 5 ganger mengden av det flerverdige metallchelat med den høyere valens.

I begge tilfeller vil hydrosulfidet og/eller det sulfid

som ikke omdannes til elementært svovel i kontaktsonen,

reagere i en oksydasjonssone, hvor chelateringsmidlet inneholdende det flerverdige metallet i lav valenstilstand blir oksydert til en høyere valenstilstand i en effektiv mengde som derved gjør oksydasjonen av nevnte hydrosulfid og/eller sulfid til elementært svovel fullstendig.

De vedlagte tegninger illustrerer aspekter av oppfinnelsen. Fig. 1 og 2 viser to utførelser av foreliggende fremgangsmåte i skjematisk form. På Fig. 1 er det vist en separat kontaktsone 10 og en oksydasjonssone 18. På Fig. 2 vil sone 50 fungere både som en kontaktsone og en oksydasjonssone.

Foreliggende oppfinnelse beskriver en fremgangsmåte for fjerning av hydrogensulfid fra en sur gasstrøm, hvor en hydrogensulfid-holdig gass kontaktes med en vandig, alkalisk oppløsning inneholdende et flerverdig metallchelat i en kontaktsone. Når det flerverdige metallet er tilstede i den høyre valenstilstand, vil alt eller noe av hydrogensulfidet bli omdannet til kontaktsonen til elementært svovel. Eventuelt gjenværende hydrogensulfid vil bli omdannet til hydrosulfid og/eller sulfid i den vandige, alkaliske vaskeoppløsningen. I én utførelse av oppfinnelsen når det flerverdige metallchelatet er tilstede helt eller delvis i en lavere valenstilstand, vil alkaliniteten på vaskeoppløsningen brukes for å absorbere hydrogensulfidet fra den sure gasstrømmen og omdanne hydrogensulfidet til hydrosulfid og/eller sulfid. Kontaktsonen i én utførelse av foreliggende oppfinnelse kan inneholde en mengde som er lik eller større enn den støkiometriske mengde av det flerverdige metallchelatet i en høy valenstilstand med hensyn til metallet, som er nødvendig for å omdanne hydrogensulfidet til svovel. Chelatet med det flerverdige metallet i den lavere valenstilstanden må imidlertid være tilstede i en mengde som er større enn ca. 5 ganger mengden av chelatet som inneholder det flerverdige metallet i høyere valenstilstand. Mengden av flerverdig metallchelat som er tilstede i den lavere valenstilstand, er fortrinnsvis større enn ca. 10 ganger, og mest foretrukket større enn ca. 3 0 ganger mengden av det tilstedeværende chelatet med det flerverdige metallet i den høyere valenstilstand.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse gjennomføres på en måte som står i motsetning til tidligere kjente fremgangsmåter for fjerning av hydrogensulfid, hvor det flerverdige metallet i det flerverdige metallchelatet i kontaktsonen befinner seg i alt vesentlig i en oksydert eller høyere valenstilstand. Det flerverdige metallchelatet, når det er tilstede i kontaktsonen ifølge foreliggende oppfinnelse, i alt vesentlig hvor alt metall befinner seg i den lavere valenstilstand, er ineffektivt for å omdanne hydrogensulfid, hydrosulfid og/eller sulfid til elementært svovel i denne sonen, men man antar at det virker som et viktig absorpsjonsmiddel for oksygenradikaler som man antar er ansvarlig for nedbrytningen av chelateringsmidlet. Ved oksydasjon av metallet fra den lave valenstiland til den høye valenstilstand i en oksydasjonssone, blir det flerverdige metallchelatet effektivt for omdannelse av hydrosulfid og/eller sulfid til svovel. Det hydrosulfid og/eller sulfid som dannes i kontaktsonen ved en reaksjon mellom hydrogensulfidet og den vandige, alkaliske oppløsningen, blir således oksydert til svovel i oksydasjonssonen. I denne utførelsen av oppfinnelsen er i det minste en effektiv mengde av det flerverdige metallchelatet med metallet i en oksydert eller høyere valenstilstand tilstede i oksydasjonssonen. Nevnte effektive mengde defineres som minst den støkiometriske mengde som er nødvendig, fortrinnsvis i et molart overskudd på fra 5 til 10 mol%. Når konsentrasjonen av metallchelatet med metallet i den høyere valenstilstand i kontaktsonen er lik null, oppnås absorpsjonen av hydrogensulfid ved dannelsen av hydrosulfid og/eller sulfid i nærvær av den alkaliske oppløsningen som er tilstede i kontaktsonen ifølge foreliggende fremgangsmåte.

Det er velkjent fra tidligere fremgangsmåte at flerverdige metallchelateringsmidler, spesielt fra gruppen av polyamino-polykarboksylsyrer, lett blir oksydativt dekomponert med utfelling av uoppløselige jernforbindelser etterhvert som chelateringsmidlet dekomponeres. Dekomponeringen av polyaminokarboksyl-syredelen av chelateringsmidlet vil ofte være akselerert ved nærvær av jern i en høyere valenstilstand. En slik dekomponering er diskutert i Britisk Patent 999.800 og i the Canadian Journal of Chemistry. 58, Nr. 19, 1. oktober 1980, i en artikkel av Motekaitis et. al., The Iron fIII)— Catalized Oxidation of EDTA In Aquous Solution. Tilgjengelige data indikerer at chelatnedbrytningen skjer gjennom flere mekanismer, og den mest viktige innbefatter antageligvis oksygenradikaler. Det å maksimere mengden av toverdig jern i forhold til treverdig jern i foreliggende fremgangsmåte, har vist seg å nedsette chelatnedbrytningen til en minimum.

I en annen utførelse av oppfinnelsen vil minst en støkio-metrisk mengde av et chelat hvor metallet befinner seg i en høyere valenstilstand, være tilstede i kontaktsonen for å omdanne noe eller alt hydrogensulfid til svovel for derved å oppnå en raskere absorpsjonshastighet for hydrogensulfidet. Nærværet i kontaktsonen med chelatet hvor metallet befinner seg

i en høyere valenstilstand, er viktig spesielt når fremgangsmåten gjennomføres i den nedre enden av pH-området, noe som vil gi en mer økonomisk gjennomstrømningshastighet. I dette tilfellet

kan man bruke en resirkulasjon fra oksydasjonssonen til kontaktsonen av minst nevnte støkiometriske mengde av chelatet hvor det flerverdige metallet befinner seg i den høyere valenstilstand.

Når f.eks. et toverdig jernchelat oksyderes til et treverdig jernchelat i oksydasjonssonen i en effektiv mengde som er tilstrekkelig til å oksydere den gjenværende mengde hydrosulfid og/eller sulfid som måtte være tilstede i den vandige, alkaliske oppløsningen som føres til oksydasjonssonen fra kontaktsonen, vil man i alt vesentlig unngå den oksydative nedbrytningen av chelateringsmidlet i kontaktsonen. Dette oppnås ved at man kontrollerer oksydasjonsbetingelsene slik at man holder jernchelatet med metallet i den høyere valenstilstand på et minimum, samtidig som man opprettholder et stort overskudd av jernchelat hvor jernet befinner seg i en lav valenstilstand.

En utførelse av foreliggende fremgangsmåte er vist på Fig.

1. Her blir en sur gass tilført gjennom ledning 32 til en venturivasker 34 for blanding med en alkalisk oppløsning inneholdende et flerverdig metallchelat som føres inn i vasker 34 gjennom ledning 29 som står i forbindelse med ledning 26 via pumpe 24. Gassen og væskeblandingen føres inn i kontaktsonen 10 som befinner seg i et bobletårn for videre kontakt. En gass som i alt vesentlig er fri for hydrogensulfid, forlater bobletårnet 10 gjennom ledning 12, mens en flerverdig metallchelatoppløsning inneholdende en blanding av hydrosulfid og/eller sulfid og svovel føres gjennom ledning 14 til oksydasjonssonen 18. Luft eller en annen oksygenholdig gass føres til sone 18 via ledning 20 og fordeles inne i oksydasjonssonen 18 ved hjelp av sprednings-apparatet 21. Brukt luft eller en annen oksygenholdig gass utventileres gjennom ledning 16. Metallet i den lavere valenstilstand i den flerverdige metallchelatoppløsningen som er tilstede i oksydasjonssonen 18, oksyderes til en høyere valenstilstand slik at man i det minste får en effektiv mengde som er tilstrekkelig til å omdanne den gjenværende mengde sulfid og/eller hydrosulfid til svovel. I oksydasjonssonen vil graden av oksydasjon av det nevnte flerverdige metallchelatet kontroll-eres slik at man fortrinnsvis får et overskudd i forhold til den støkiometriske mengde av chelatet inneholdende det flerverdige metallet i den høyere valenstilstand, i forhold til det som er nødvendig for å omdanne hydrosulfidet og/eller sulfidet til svovel i nevnte kontaktsone 10. Den flerverdige metallchelat-oppløsningen inneholdende svovel og i alt vesentlig alt flerverdig metallchelat hvor metallet befinner seg i redusert eller lavere valenstilstand, føres ut av oksydasjonssonen 18 gjennom ledning 22 og pumpes via pumpe 24 gjennom ledning 26 til ledning 29 og deretter til venturivaskeren 34. Et omløp er vist gjennom filtersonen 28 ved hjelp av ledning 27 for fjerning av i det minste en del av svovelet, i en svovelinnvinningssone. Svovel fjernes fra systemet gjennom ledning 30. Den filtrerte flerverdige mtallchelatoppløsningen går ut av filtreringssone 28 gjennom ledning 29, møter ledning 26 og resirkuleres deretter til venturivaskeren 34 og deretter til kontaktsonen 10.

På Fig. 2 er det vist en annen utførelse av oppfinnelsen hvor en kombinert kontakt- og oksydasjonssone 50 tilføres via ledning 60 i en oksygen-holdig gass så som luft som fordeles inne i nevnte sone 50 ved hjelp av spredningsapparat 52. Sur gass tilføres gjennom ledning 58 til nevnte sone og fordeles inne i denne gjennom spredningsapparat 54. En blanding av gasser i alt vesentlig fri for hydrogensulfid føres ut gjennom ventil 72. En mindre mengde av den flerverdige metallchelatoppløsningen fjernes for svovelinnvinning gjennom ledning 56 ved hjelp av pumpe 62 og føres gjennom ledning 64 til filtreringssone 68, fra hvilken svovel fjernes gjennom ledning 66. Den flerverdige metallchelat-oppløsningen returneres til kontakt/oksydasjonssone 50 gjennom ledning 70.

I én utførelse av foreliggende fremgangsmåte ble hydrogensulfid absorbert fra gassfasen i en kontaktsone ved en reaksjon med hydroksydioner som er tilstede i en vandig, alkalisk oppløsning. Det dannes hydrosulfid og/eller sulfid. Alt eller i alt vesentlig alt av chelatet kan inneholde det flerverdige metallet i en redusert eller lavere valenstilstand av metallet i kontaktsonen. Når således det oksyderte flerverdige metallchelatet er tilstede i kontaktsonen i en mengde som er mindre enn den støkiometriske mengde, som er nødvendig for å omdanne alt hydrogensulfid til svovel, vil det være en reduksjon av absorpsjonsevnen for den vandige, alkaliske oppløsningen ettersom oksydasjonen av hydrosulfidet og/eller sulfidet ikke finner sted slik at man får fremstilt vannuoppløselig svovel.

Absorpsjonskapasiteten på den vandige alkaliske oppløsningen i kontaktsonen trenger ikke å bli redusert i foreliggende fremgangsmåte når chelatet inneholdende det flerverdige metallet i høyere valenstilstand er tilstede i det minste i en støkiometrisk mengde, forutsatt at mengden av chelat inneholdende flerverdig metall i lavere valenstilstand generelt er større enn ca. 5 ganger mengden av chelatet inneholdende det flerverdige metallet i den høyere valenstilstand. For å øke absorpsjonskapasiteten på den vandige, alkaliske oppløsningen, kan man i én utførelse av foreliggende oppfinnelse tilveiebringe minst en støkiometrisk mengde, basert på mengden av hydrogensulfid som er absorbert i kontaktsonen, av et chelateringsmiddel inneholdende et flerverdig metall i en høyere valenstilstand. Den vandige, alkaliske oppløsningen blir deretter fjernet fra kontaktsonen og sendt til oksydasjonssonen hvor man får fremstilt en effektiv mengde av et chelat hvor det flerverdige metallet befinner seg i en oksydert tilstand eller en høyere valenstilstand, og hvor nevnte effektive mengde er minst den støkiometriske mengde som er nødvendig for å få en reaksjon mellom nevnte chelat inneholdende nevnte metall i høyere valenstilstand, med nevnte hydrosulfid og/eller sulfid, et svovelprodukt og et flerverdig metallchelatprodukt i en redusert eller lavere valenstilstand.

For å omdanne det flerverdige metallchelateringsmidlet fra den lavere valenstilstand til den høyere valenstilstand som er den effektive som reaktant for oksydasjonen av hydrogensulfid, hydrosulfid og/eller sulfid, kan det flerverdige metallchelatet eksponeres overfor en oksygen-holdig gass så som luft, for å fremme oksydasjonsprosessen. Kontroll av den luftmengde som tilføres oksydasjonssonen gjør det mulig effektivt å kontrollere den mengde av flerverdig metallchelat som er tilstede i den høyere valenstilstand og som er tilstrekkelig til å funksjonere som reaktant under oksydasjonen av hydrosulfidet og/eller sulfidet til elementært svovel. Det flerverdige metallchelatet blir samtidig redusert til den lavere valenstilstand. Deretter blir svovel utskilt i en svovelinnvinningssone ved hjelp av en vanlig separasjonsprosess, f.eks. filtrering, fIotasjon og lignende, og den gjenværende vandige, alkaliske oppløsningen inneholdende alt eller nesten alt flerverdig metallchelat i redusert eller lavere oksydert tilstand, returneres til kontaktsonen.

Den type gasstrøm som skal behandles, er ikke spesielt kritisk. Gasstrømmer som er spesielt godt egnet for fjerning av hydrogensulfid ved hjelp av foreliggende fremgangsmåte, er naturlig forekommende gasser, syntesegasser, prosessgasser og forbrenningsgasser som er fremstilt ved forgasningsprosess, f.eks. gasser fremstilt ved forgasning av kull, petroleum, oljeskifer og tjæresand. Spesielt foretrukket er kullfor-gasnihgsstrømmer, naturgasstrømmer og gassformete utgangs-materialer for raffinerier sammensatt av gassformete hydrokarbon-strømmer, avfallsgasser og andre gassformete hydrokarbonstrømmer. Med begrepet "hydrokarbonstrømmer" forstås strømmer som inneholder betydelige mengder av hydrokarboner (både parafiniske og aromatiske), og det er velkjent at slike strømmer ofte inneholder betydelige "urenheter", som ikke teknisk er definert som et hydrokarbon. Strømmer som i alt vesentlig inneholder ett enkelt hydrokarbon, f.eks. etan, er eminent godt egnet for bruk i foreliggende fremgangsmåte. Strømmer som er fremstilt ved en forgasning og/eller delvis oksydasjon av gassformete eller flytende hydrokarboner, kan behandles ved hjelp av foreliggende fremgangsmåte. Hydrogensulfidinnholdet i denne type gasstrømmer vil variere, men vil vanligvis ligge i området fra 0,1 til 10 volumprosent. Den mengde hydrogensulfid som er tilstede i gasstrømmen, vil vanligvis ikke være en begrensende faktor i foreliggende fremgangsmåte.

De temperaturer som brukes i kontaktsonen hvor hydrogensulfidet blir absorbert ved at man bruker en vandig, alkalisk oppløsning inneholdende et flerverdig metallchelat, er vanligvis ikke kritiske, bortsett fra at reaksjonen må utføres ved temperaturer som ligger under smeltepunktet for svovel. Vanligvis vil driftstemperaturen variere fra 10 til 90°. Det foretrukne temperaturområdet er fra 25 til 50°, mest foretrukket fra 20 til 40°C. Kontakttider i kontaktsonen vil vanligvis variere fra 1 til 270 sekunder eller mer, fortrinnsvis 2 til 120 sekunder, og mest foretrukket fra 2 til 60 sekunder.

I oksydasjonssonen er temperaturene vanligvis ikke kritiske og kan variere meget sterkt. Fortrinnsvis bør oksydasjonssonen holdes på i alt vesentlig samme temperatur som i kontaktsonen, hvor hydrogensulfidet absorberes ved hjelp av nevnte vandige, alkaliske oppløsning. I de tilfeller hvor man bruker varme for å lette oksydasjonen av hydrosulfidet og/eller sulfidet til elementært svovel, er det ikke nødvendig med avkjøling av den vandige, alkaliske oppløsningen før denne returneres til kontaktsonen, skjønt det er foretrukket at kontaktsonen er kaldere for å øke hastigheten med hensyn til absorpsjonen av hydrogensulfidet. Vanligvis vil temperaturene i oksydasjonssonen være lik de man bruker i kontaktsonen. De foretrukne og mest foretrukne temperaturer er også likedan. Trykkbetingelsene i kontaktsonen og oksydasjonssonen kan variere sterkt. Vanligvis vil man ha et trykk i disse soner som ligger fra atmosfærisk trykk til 100 atmosfærer. Det foretrukne trykk er atmosfærisk trykk til 20 atmosfærer, og det mest foretrukne trykk ligger fra atmosfærisk trykk til 3 atmosfærer. Ved høyere trykk kan det skje en væskedannelse eller absorpsjon av hydrokarbonkom-ponentene i den tilførte gassen. Trykk-temperaturforholdet som inngår i disse prosesser, er velkjente og vil ikke bli forklart her.

Den foreliggende fremgangsmåte blir vanligvis gjennomført ved en pH fra 7 til 10. Det foretrukne området er fra 7 til 9, og det mest foretrukne er fra 8 til 9. Vanligvis vil man ligge i det øvre området når man ønsker høy effektivitet med hensyn til hydrogensulfidabsorpsjon. Ettersom hydrogensulfid er en sur gass, er det en tendens til at hydrogensulfidet vil senke pH på den vandige, alkaliske oppløsningen. Den optimale pH vil også være avhengig av stabiliteten på det spesielle flerverdige metallchelat som brukes. Evnen til aminosyredelen i det flerverdige metallchelatet til å beskytte metallet fra å bli utfelt som et uoppløselig sulfid eller hydroksyd ved høye pH-verdier, vil bestemme hvor høy pH man kan ha på den vandige, alkaliske oppløsningen. Ved pH-verdier under 6 er effektiviteten av hydrogensulfidabsorpsjonen så lav at det er upraktisk. Ved pH-verdier på over 10 vil det f.eks. med jern som det flerverdige

metallet skje en utfelling av uoppløselig jernhydroksyd, og dette resulterer i dekomponering av jernchelatet.

Den minimalt effektive mengden av flerverdig metallchelat i den høyere valenstilstand som frigjøres i oksydasjonssonen i én utførelse av foreliggende oppfinnelse, er minst en støkiomet-risk mengde (1 mol% chelat til 1 mol% hydrogensulfid), eller en tilstrekkelig mengde til å omdanne alt hydrogensulfid i gass-strømmen som føres til kontaktsonen. Den maksimalt effektive mengde er vanligvis ca. 10 mol%, fortrinnsvis ca. 5 mol%, og mest foretrukket ca. 2 mol% i overskudd av den støkiometriske mengden på 1 mol% chelat.

I én utførelse av oppfinnelsen hvor man får frigjort mer enn den forønskede og nødvendige støkiometriske mengde av det flerverdige metallchelatet i den høyere valenstilstand, i oksydasjonssonen og deretter en resirkulasjon til kontaktsonen, holdes det flerverdige metallchelatet i den lavere valensverdi ved en konsentrasjon som er større enn ca. 5 ganger mengden av nevnte chelat i den høyere valenstilstand. I denne utførelse av foreliggende fremgangsmåte vil mengden av det flerverdige metallchelatet i den høye valenstilstand som er tilstede i oksydasjonssonen, være slik kontrollert at man danner en mengde av det flerverdige metallchelatet i den høyere valenstilstand som er lik eller mer enn det som er nødvendig for omdannelsen av hydrogensulfid, hydrosulfid og/eller sulfid til svovel.

Ethvert oksyderende flerverdig metallchelat kan brukes, men det er foretrukket å anvende som flerverdig metall jern, kobber eller mangan, spesielt jern. Andre brukbare metaller som kan være flerverdige metaller i det flerverdige metallchelatet, er vanligvis de som kan gjennomgå en reduksjons/oksydasjons-reaksjon, dvs. metaller som er i stand til å bli redusert til lavere valenstilstand ved en reaksjon med hydrosulfid og/eller sulfidioner, og som kan regenereres ved oksydasjon med en oksygen-holdig gass til en høyere valenstilstand. Spesifikke eksempler på brukbare metaller innbefatter, foruten de foretrukne metaller som er angitt ovenfor, nikkel, krom, kobolt, tinn, vanadium, platina, palladium og molybden. Disse metaller som normalt vil bli tilført som et salt, oksyd eller hydroksyd, kan enten brukes alene eller i form av blandinger.

De foretrukne flerverdige metallchelatene er koordinasjons-komplekser hvor de flerverdige metaller danner chelater ved en reaksjon med en aminokarboksylsyre, en aminopolykarboksylsyre, en polyaminokarboksylsyre eller en polyaminopolykarboksylsyre. Foretrukne koordineringskomplekser er de hvor det flerverdige metallet danner et chelat med en syre som har følgende formel:

hvor n er to eller tre; A er en C±- C^ alkylgruppe eller en hydroksyalkylgruppe; og B er en C^- C^ alkylkarboksylsyregruppe.

En annnen gruppe foretrukne syrer som brukes ved fremstillingen av flerverdige metallchelater som kan brukes i foreliggende fremgangsmåte, er en aminopolykarboksylsyre med følgende formel: hvor to til fire av X-gruppene er C1-C4 alkylkarboksyliske grupper; null til to av X-gruppene er C^- C^ alkylgrupper, hydroksyalkylgrupper eller

og R er en divalent, organisk gruppe. Representative, divalente, organiske grupper er etylen, propylen, isopropylen eller alternativt cykloheksan eller benzen-grupper hvor de to hydrogen-atomene som er erstattet med nitrogen, befinner seg i en- eller to-stilling, og blandinger av slike forbindelser.

Flerverdige metallchelater som kan brukes i foreliggende oppfinnelse, kan lett fremstilles i en vandig oppløsning ved en reaksjon mellom et passende salt, oksyd eller hydroksyd av det flerverdige metallet, og en aminokarboksylsyre som er tilstede i syreformen eller som et alkalimetall eller ammoniumsalt av en slik syre. Eksempler på amino- og karboksylsyrer innbefatter (1) aminoeddiksyrer avledet av ammoniakk eller 2-hydroksyalkylglycin; di-hydroksyalkylglycin og hydroksylalkylaminer, så som glycin, diglycin (iminodieddiksyre), NTA (nitrilotrieddiksyre), 2-hydroksyalkylglycerin; di-hydroksyalkylglycerin og 2-hydroksyetyl eller hydroksypropyldiglycin; (2) aminoeddiksyrer avledet av etylendiamin, dietylentriamin, 1,2-propylendiamin og 1,3-propylendiamin, så som EDTA (etylendiamintetraeddiksyre), HEDTA (2-hydroksyetyletylendiamintetraeddiksyre), DETPA (dietylen-triaminpentaeddiksyre); og (3) aminoeddiksyre-derivater av cykliske 1,2-diaminer, så som 1,2-diaminocykloheksan-N,N-tetra-eddiksyre, og 1,2-fenylendiamin-N,N-tetraeddiksyre. Det er foretrukket å bruke jernchelatene av NTA og HEDTA.

Buffere som kan brukes som komponenter i den vandige, alkaliske vaskeoppløsningen ifølge foreliggende oppfinnelse, er generelt de som er i stand til å holde den vandige, alkaliske oppløsningen på en pH-verdi i området fra 7 til 10. Bufferne bør være vannoppløselige ved den konsentrasjon ved hvilke de er effektive. Eksempler på egnede buffere som kan anvendes i foreliggende oppfinnelse, er ammonium eller alkalimetallsalter av karbonater, bikarbonater eller borater. Eksempler på brukbare spesifikke buffere innenfor disse grupper er natriumkarbonat eller bikarbonat eller natriumborat. Når den hydrogensulfid-holdige gassen også inneholder karbondioksyd ved en volum% som er større enn ca. 5 %, er det foretrukket å bruke karbonat- eller bikarbonatbuffere i foreliggende fremgangsmåte. Disse kan fremstilles in situ ved å bruke et alkali i tilstrekkelig mengde til at man får en pH fra 7 til 10, fortrinnsvis ammoniumhydroksyd eller et alkalimetallhydroksyd så som natriumhydroksyd, ved fremstillingen av den vandige, alkaliske vaskeoppløsningen. Når den hydrogensulfid-holdige tilførte gass inneholder karbondioksyd i en mindre mengde (mindre enn ca. 5 volum%), kan man bruke boratbuffere, f.eks. borax eller natriumborat (Na2B407).

I oksydasjonssonen ifølge foreliggende fremgangsmåte er det foretrukket å bruke luft som den oksygen-holdige gassen. I tillegg til dette kan man bruke enhver inert gass i kombinasjon med rent oksygen som en oksyderende gass. Oksygenkonsentrasjonen i oksydasjonssonen er fra 1 til 100 volum%: Det foretrukne området med hensyn til oksygenkonsentrasjonen er fra 5 til 25 volum%, mest foretrukket fra 5 til 10 volum%. Vanligvis er det foretrukket å bruke milde, oksyderende betingelser i foreliggende fremgangsmåte. Den oksygen-holdige gassen bør tilføres oksydasjonssonen på en slik måte at den sprer seg gjennom hele den vandige alkaliske oppløsningen for å få en minimal intens lokal oksydasjon. Den totale mengde oksygen som føres til oksydasjonssonen, vil være avhengig av mengden hydrosulfid og/eller sulfid som er absorbert i den vandige, alkaliske oppløsningen. Den minimumsmengde som tilføres oksydasjonen, er et halvt mol oksygen per mol sulfid eller hydrosulfid i den tilførte vandige, alkaliske oppløsningen. Driftsbetingelsen med hensyn til total oksygentilførsel til oksydasjonssonen er avhengig av effekten av oksygenblandingen og absorpsjonen i den vandige alkaliske oppløsningen. I foreliggende fremgangsmåte vil i det vesentlige alt oppløst sulfid og/eller hydrosulfid som måtte være tilstede i oksydasjonssonen, bli omdannet til krystallinsk svovel. Ettersom man bruker milde betingelser, vil drifts-variasjonen med hensyn til tilført oksygen variere innenfor vide grenser mens man forsiktig regulerer oppvarming og oksygen-konsentras jonsbetingelsene i sonen. For sterk oksydasjon kan resultere i at det dannes uønskede tiosulfat- eller sulfatsalter. Konsentrasjonen av oksygen som er tilstede i oksydasjonssonen, er vanligvis fra et halvt mol oksygen per mol sulfid eller hydrosulfid og opptil 5 mol, fortrinnsvis 1 til 3 mol oksygen per mol sulfid eller hydrosulfid som er tilstede i den vandige alkaliske oppløsningen som tilføres oksydasjonssonen. En foretrukket mengde oksygen som brukes, er den som resulterer i at intet flerverdig metallchelat befinner seg i den høyere valenstilstand når det forlater oksydasjonssonen.

I foreliggende fremgangsmåte kan man bruke enhver kjent, hensiktsmessig fremgangsmåte for utvinning av det elementære svovelet. For eksempel kan svovelet innvinnes ved sedimentasjon etter en flokkulering, en sentrifugering, filtrering, flotering og lignende. Fremgangsmåten for utvinning av svovel er ikke kritisk i foreliggende fremgangsmåte. Det er ønskelig å utvinne så mye som mulig av den vandige, alkaliske vaskeoppløsningen for resirkulering til kontaktsonen for derved å få nedsatt til et minimum fysiske tap av det flerverdige metallchelateringsmidlet.

De følgende eksempler illustrerer forskjellige aspekter av oppfinnelsen, men denne er ikke begrenset til eksemplene. Hvis intet annet er angitt, er alle temperaturer gitt i grader Celsius, mens deler, prosentsatser og mengdeforhold er per vekt.

Generelle prosessbetingelser

En hydrogensulfid-holdig gass ble vasket kontinuerlig i en fremgangsmåte av den type som skjematisk er vist på Fig. 1. En vandig, alkalisk oppløsning inneholdende jern kompleksdannet med N-hydroksyetyletylendiamintrieddiksyre (HEDTA) med en pH fra 8,0 til 8,5, ble kontrollert ved å tilsette natriumhydroksyd etter behov. Fremgangsmåten var helautomatisk med en computer-kontroll og ble drevet kontinuerlig i 24 timer per døgn, 7 døgn i uken i flere måneder, for å oppnå de følgende data. Strømningshastig-hetene for prosess-strømmene (gass og væske) ble kontinuerlig målt og notert. Temperaturen på den vandige, alkaliske vaskeopp-løsningen ble kontrollert idet man brukte en indre varmeveksler slik at temperaturen holdt seg på 40°C. Den hydrogensulfid-holdige gassen som ble ført inn i kontaktsonen og den utventil-erte gassen fra kontaktsonen, ble rutinemessig analysert for hydrogensulfid-innhold ved å bruke et flammefotometrisk analyse-apparat. Prøver av den vandige, alkaliske vaskeoppløsningen ble rutinemessig tatt ut av prosessen for laboratorieanalyse, og denne innbefattet totalt jern slik dette ble bestemt ved atom-absorpsjonsanalyse, treverdig jern slik dette ble bestemt ved vanlig tiocyanat-fotometrisk metode og chelat-konsentrasjon som ble bestemt ved væskekromatografisk metode. Det var lagt inn posefiltre for kontinuerlig fjerning av krystallinsk svovel fra den vandige vaskeoppløsningen før denne ble ført til kontaktsonen. Den mengde svovel som ble oppnådd i prosessen, ble bestemt.

Den totale chelaterte jernkonsentrasjonen i den vandige vaskeoppløsningen ble justert slik at man fikk et stort molart overskudd med hensyn til sulfid i kontaktsonen i en serie forsøk for å undersøke effekten av den treverdige jernkonsentrasjonen på chelatnedbrytningen. Den treverdige jernkonsentrasjonen ble regulert til forskjellige nivåer i hvert forsøk ved å kontrollere de oksyderende betingelser, dvs. lufttilførselshastigheten og oppholdstiden for oppløsningen i oksydasjonssonen. I alt vesentlig alt absorbert sulfid ble oksydert til krystallinsk svovel i oksydasjonssonen, og man regulerte overskuddet av treverdig jern som forlot den oksyderende sonen til det for-ønskede nivå. Prøver av prosessoppløsningen ble analysert for fritt sulfid idet man brukte en forkalibrert sulfidspesifikk ioneelektrode. Chelateringsmidlets nedbrytning ble bestemt for hvert forsøk og ble beregnet som kilo tapt chelateringsmiddel per kilo fremstilt svovel. Den treverdige jernkonsentrasjonen ble beregnet som mol-forholdet mellom treverdig jern som ble tilført kontaktsonen, til den støkiometriske mengde av treverdig jern som er nødvendig med hensyn til det hydrogensulfid som er tilført kontaktsonen.

Eksemplene I- XIII

Ved å bruke den fremgangsmåte som er beskrevet under foregående avsnitt og Fe-HEDTA, ble det utført en serie eksperimenter, og resultatene er vist i Tabell I. Disse resultater indikerer at chelatnedbrytningen er nedsatt til enten et helt ubetydelig nivå eller til et akseptabelt nivå, forutsatt at den totale mengde av toverdig jernchelat som tilføres kontaktsonen, er større enn 5 ganger mengden av treverdig jernchelat som tilføres kontaktsonen. Når den støkiometriske mengden eller mer av det treverdige jernchelatet (som er nødvendig for å omdanne hydrogensulfid, hydrosulfid og/eller sulfid i kontaktsonen) er tilstede og Fe II/Fe III-forholdet faller under ca. 5 ganger mengden av treverdig jernchelat, blir chelattapet så stort at prosessen blir uøkonomisk sammenlignet med konkurrerende, kjente fremgangsmåter.

Eksemplene XIV- XIX

En annen serie eksperimenter ble utført ved å bruke den samme fremgangsmåten som i eksemplene I-VIII, bortsett fra at man brukte jern chelatert med etylendiamintetraeddiksyre (EDTA) istedenfor Fe-HEDTA. Resultatene er vist i Tabell II. Det skal bemerkes at man her har det samme forhold mellom chelatnedbryt-ning og konsentrasjonen av to- og treverdige jernioner.

Eksemplene XX- XXI

En tredje serie eksperimenter ble utført ved å bruke den samme fremgangsmåte som i foregående eksempler, bortsett fra at jern var kompleksdannet med nitrilotrieddiksyre (NTA) istedenfor Fe-EDTA eller Fe-HEDTA.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved fjerning av hydrogensulfid fra en sur gassformig strøm omfattende: a) kontakt av strømmen i en kontaktsone med en vandig alkalisk løsning omfattende et alkali og et flerverdig metallchelat, hvori løsningen absorberer hydrogensulfidet og gir hydrosulfid og/eller sulfid, den rensede gass skilles fra løsningen og tømmes fra sonen, og deretter b) kontakt av den vandige alkaliske løsning i en oksydasjonssone med en mengde av et flerverdig metallchelat med høyere valens, omfattende minst den støkiometriske mengde som kreves for å oksydere tilstedeværende hydrosulfid og/eller sulfid til svovel, idet svovelet skilles fra løsningen og tømmes fra oksydasjonssonen , karakterisert ved at den alkaliske løsning holdes i kontaktsonen slik at alt tilstedeværende flerverdig metall befinner seg i den lavere valenstilstand, eller en blanding av et flerverdig metallchelat med lavere valens og et flerverdig metallchelat med høyere valens, hvori det flerverdige metallchelat med lavere valens er mer enn 5 ganger mengden av det flerverdige metallchelat med den høyere valens.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor nevnte fremgangsmåte er kontinuerlig og karakterisert ved at man: (a) fører nevnte vandige, alkaliske oppløsning fra nevnte oksydasjonssone til en svovelutvinningssone; (b) fjerner fra nevnte vandige, alkaliske oppløsning i det minste en del av nevnte svovel, og deretter; (c) fører nevnte vandige, alkaliske oppløsning inneholdende en blanding av et lavere valens polyvalent metallchelat og et høyere valens polyvalent metallchelat til nevnte kontaktsone.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at mengden av nevnte høyere valens polyvalent metallchelat som føres til nevnte kontaktsone, er en mengde som er opptil eller lik eller større enn den støkiometriske mengde, som er nødvendig for å omdanne nevnte tilstedeværende hydrogensulfid i nevnte sure gasstrøm til svovel, og hvor nevnte polyvalente metallchelat er et koordinerings-kompleks hvor nevnte polyvalente metall danner et chelat med minst én av en aminokarboksylsyre, en aminopolykarboksylsyre, en polyaminokarboksylsyre eller en polyaminopolykarboksylsyre.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte kontaktsone og nevnte oksydasjonssone befinner seg i samme kar, nevnte oksygen-holdige gass er luft og hvor nevnte sure gasstrøm er naturgass, en hydrokarbonstrøm, en syntesegass, en prosessgass eller en forbrenningsgass.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte aminopolykarboksylsyre er representert ved følgende formel: hvor n er to eller tre; B er en C^- C^ alkylkarboksylsyregruppe; og A er en C^- C^ alkyl- eller hydroksyalkylgruppe.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte polyaminopolykarboksylsyre er representert ved følgende formel: hvor to til fire av X-gruppene er C^- C^ alkylkarboksyliske grupper; null til to av X-gruppene er C1-C4 alkylgrupper, hydroksyalkylgrupper eller og R er en divalent, organisk gruppe.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at nevnte aminopolykarboksylsyre er etylendiamintrieddiksyre (EDTA) eller N-(2-hydroksyetyletylendiamintrieddiksyre (HEDTA).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at nevnte polyvalente metallchelat fremstilles med nevnte aminopolykarboksylsyre og at metallet er jern.