NO171400B - Fremgangsmaate for aa fjerne hydrogensulfid fra gass-stroemmer - Google Patents

Description

Tilstedeværelsen av vesentlige mengder av H2S i forskjellige "sure" industrielle gass-strømmer utgjør et vedvarende problem. Selv om forskjellige prosedyrer er utviklet for å fjerne og gjenvinne denne forurensning, er de fleste slike prosesser utilstrekkelige av forskjellige grunner.

I en cyklisk fremgangsmåte som for tiden tiltrekker seg oppmerksomhet, bringes den sure gass i kontakt med et vandig flerverdig metall-chelat eller kompleks reaktant-oppløsning for å danne fast svovel som gjenvinnes enten før eller etter regenerering av reaktanten. Foretrukne reaktanter er Fe(III)-komplekser hvori Fe(III) danner komplekser med spesifiserte organiske syrer og derivater derav.

Mens sure gass-strømmer som inneholder relativt lave konsentrasjoner av H2S kan behandles med suksess på en rekke forskjellige måter hvis omhyggelig fjerning, for eksempel større enn 95 % fjerning av H2S, ikke kreves, krever fjerning til dette nivå eller større effektiv drift hvis for store omkostninger når det gjelder drift og materialer ikke skal påløpe.

Norsk patentansøkning 87.1807 beskriver en fremgangsmåte for fjerning av H2S fra en sur gass-strøm, som omfatter

a) tilførsel av den sure gass-strøm til en første kontaktsone i en kontaktkolonne og frembringelse av intim

kontakt mellom den sure gass-støm i den første kontaktsone og en vandig reaktantoppløsning som inneholder oppløst Fe(III)-chelat av en organisk syre eller blanding av slike syrer, og oppløst Fe(II)-chelat av syren eller syrene ved en temperatur under svovels smeltepunkt og med et tilstrekkelig forhold mellom oppløsning og gass og betingelser som er virksomme for å overføre H2S til svovel og hindre svovelavsetning, og dannelse av en gass-oppløsningsblanding som omfatter sur

gass og vandig reaktantoppløsning;

b) transport av gass-oppløsningsblandingen fra trinn a) gjennom en annen kontaktsone under forhold for å overføre

H2S til svovel og ved en temperatur under svovels smeltepunkt, og dannelse av en gass-reaktant-oppløsningsblanding som inneholder fast svovel i den andre kontaktsone, der reaktantoppløsningen i nevnte gassreaktantoppløsningsblanding har et redusert innhold av oppløst Fe(III)-chelat av nevnte syre eller syrer og gassen i nevnte blanding har et redusert H2S-innhold; og c) adskillelse av gassen som har redusert H2S-innhold fra gassreaktantoppløsningsblandingen dannet i trinn b).

Disse oppstillinger har en rekke ulemper, såsom tendens til å tettes, stort fall i gasstrykk og store omkostninger. Det er vist at hastigheten av H2S-fjerning ved idet minste noen jernchelater eller komplekssystemer ikke begrenses av reaksjonshastigheten for jernet med H2S, men ved absorpsjonshastigheten av H2S i reaktant-oppløsningen.

Den foreliggende oppfinnelse som tilveiebringer en fremgangsmåte med en effektiv kontakt-teknikk for å sikre gode absorpsjonshastigheter av H2S i oppløsningen mens den unngår eller minsker tetning og høyt trykkfall, bør ha stor anvendelse.

Med dette formål, karakteriseres fremgangsmåten for fjerning av H2S fra en sur gass-strøm ifølge den foreliggende oppfinnelse ved at kontaktkolonnen omfatter en første kontaktsone hvor den sure gass-strøm bringes i intim kontakt med en vandig reaktantoppløsning, og en annen kontaktsone i fluidumforbindelse med den første kontaktsone, idet den annen kontaktsone omfatter flere kontaktavsnitt, der det første kontaktavsnitt av den annen kontaktsone omfatter en rekke adskilte kanaler som er motstandsdyktige mot svovelavsetning, der hver adskilte kanal gir en avledet strømningsvei for gass-oppløsningsblandingen gjennom avsnittet slik at gass-oppløsningsblandingen dirigeres i det minste til å begynne med i spiss vinkel til strømningsretningen av gass-oppløsningsblandingen som går inn i avsnittet; der det andre kontaktavsnitt av den annen kontaktsone hvorigjennom gass-oppløsningsblandingen passerer, omfatter et innelukket blandeavsnitt som virker ved eller er tilpasset til å gi radiær blanding av gass-oppløsningsblandingen og redistribuering av oppløsning i gass, og til å forhindre tetting på grunn av svoveldannelse; og hvor det tredje kontaktavsnitt i den annen kontaktsone hvorigjennom gass-oppløsningsblandingen passerer, omfatter igjen en rekke adskilte kanaler som er motstandsdyktige overfor svovelavsetning, der hver adskilte kanal gir en avledet strømningsvei for gass-oppløsningsblandingen gjennom avsnittet, slik at gassoppløsningsblandingen dirigeres i det minste til å begynne med i spiss vinkel til strømningsretningen av gass-oppløsningsblandingen som går inn i avsnittet.

Gassen som har redusert H2S-innhold, kan adskilles fra oppløsningen i den andre kontaktsone, men adskilles fortrinnsvis i et separat kar eller trinn.

Hvis videre rensning er nødvendig eller ønsket, kan kontaktfremgangsmåten fra trinnene a) og b) gjentas, eller andre kontaktteknikker eller skjemaer, såsom bruk av ett eller flere skrubbetårn, kan benyttes. I slike tilfelle, må passende forholdsregler tas for adskillelse av den videre rensede gass og regenerering av de(n) vandige reaktant-oppløsning (er) som benyttes. For eksempel, kan oppløsningen som dannes ved trinn c) og ytterligere oppløsning fra videre rensning eller kontakt-trinn forenes og regenereres i et enkelt regenereringstrinn, der fjerning av svovel gjennomføres før eller etter regenereringen. Fortrinnsvis blir imidlertid gassen som har redusert H2S-innhold fra trinn b) rett og slett skilt fra reaktant-oppløsningen og en brukt reaktant-oppløsning som inneholder svovel blir gjenvunnet. I dette tilfelle blir svovel fjernet fra den brukte reaktant-oppløsning som inneholder svovel og den brukte reaktant-oppløsning hvorfra svovel er fjernet blir regenerert, og danner en reaktant-oppløsning som har en øket konsentrasjon av Fe(III)-chelat av nevnte syre eller syrer.

Den regenererte oppløsning blir deretter overført til den første kontaktsone til bruk som vandig reaktantoppløsning i denne.

I en annen utformning som kan foretrekkes i noen tilfeller, skyldes svovelet fra etter-regenerering. Det vil si den brukte reaktantoppløsning som inneholder svovel regenereres, under dannelse av en regenerert reaktantoppløsning som inneholder svovel, svovel fjernes deretter fra den regenererte oppløsning og den regenererte reaktantoppløsning hvorfra svovel er fjernet overføres til den første kontaktsone til bruk som den vandige reaktantoppløsning i denne.

Svovel kan også fjernes under regenerering selv om dette ikke er foretrukket.

Brukt som her, refererer uttrykket "strømningsretning" bare til retningen hvori hovedmengden av

gassoppløsningsblandingen beveger seg ved inngangen til de respektive avsnitt ved et gitt tidspunkt, det erkjennes at en mindre del eller deler av blandingen kan i det minste midlertidig ha bevegelsesretning forskjellig fra hovedstrømmens bevegelse eller mengden av

gassoppløsningsblanding. Den spisse vinkel på strømningsveien i kanalene i et kontaktavsnitt kan variere betraktelig men fortrinnsvis vil vinklene i forhold til strømningsretningen variere fra ca. 5° til ca. 60°, mest foretrukket fra ca. 15° til ca. 45°. Vinkler som nærmer seg 90° er mindre ønskelige, etter som slike vinkler vil øke muligheten for svovelavstning og tetning. En begrenset mengde "brå" endringer av strømningen i gassoppløsningsblandingen kan således tolereres i oppfinnelsen, forutsatt at den radiære blanding og redistribusjonsavsnittet eller avsnittene ifølge oppfinnelsen benyttes, som beskrevet mer detaljert her senere. Kanalene kan orienteres i forskjellige retninger i forhold til hverandre, mens de beholder de spisse vinklene i forhold til strømningsretningen. Hvis en kanal har en stor spiss vinkel, eller hvis kanalen er plassert nær veggen eller veggene i den andre kontaktsone, kan strømmen av gassoppløsningsblandingen dirigeres til å komme i kontakt med veggen eller veggene på den andre kontaktsone og sekundære kanaler i stump vinkel i forhold til strømningsretningen som står i forbindelse med

disse kanaler, kan gi strøm av gassoppløsningsblanding inn i de radiære blandingsavsnitt. Fortrinnsvis, er forholdet mellom lengden på det første kontaktavsnitt og lengden av den andre kontaktsone (lengde refererer til avstanden gjennom sonen eller avsnittet i strømningsretningen) ikke større enn ca. 0,5, fortrinnsvis ikke større enn ca. 0,3. Brukt som her, refererer uttrykket "svovelavsetningsresistent" til kvaliteten eller karakteren av veggene i de adskilte kanaler når det gjelder å være fri eller i det minste tilnærmelsesvis fri for punkter der svovel, til stede eller dannet i gassoppløsningsblandingen, kan avsettes. En slik overflate kan dannes ved polering, såsom ved elektro-polering eller det kan dannes ved å overtrekke overflaten med et egnet materiale såsom materialer av teflon-type.

Redistribusjonsavsnittet eller avsnittene utfører den viktige funksjon å redistribuere oppløsningen i gassen å hindre svovelavsetning. Brukt som her, refererer uttrykket "virkende eller tilpasset til å gi radiær blanding av gassoppløsningsblanding og redistribusjon av oppløsning i gass og forhindre tetning på grunn av svoveldannelse" til kravene at de avgrensede redistribusjonsavsnitt (1) ikke inneholder strukturer eller har begrenset struktur som ville hemme eller forhindre radiær blanding av gass og oppløsning, og distribusjon eller redistribusjon av oppløsning i gass; (2) vil ha tilstrekkelig vidde og lengde i strømningsretningen til å tillate den radiære blanding som er ønsket å forhindre tetning på grunn av svoveldannelse. Gitt disse krav og beskrivelsen her, kan de som har fagkunnskap bestemme ved eksperimentering den minimale effektive vidde og lengde på redistribusjonsavsnittet eller avsnittene (lengde refererer til avstanden gjennom avsnittene i strømningsretningen) og det passende forhold mellom lengde på de respektive kanalavsnitt i forhold til redistribusjonsavsnittene. I praksis, vil forholdet fortrinnsvis variere fra ca. 0,1 til ca. 10, mest foretrukket fra ca. 0,3 til ca. 4. Normalt vil forholdet mellom lengden og et gitt kontaktavsnitt og den største dimensjon på avsnittet variere fra ca. 0,2 til ca. 5, fortrinnsvis ca. 0,3 til ca. 2. Dimensjonene på den første kontaktsone er ikke viktige, bortsett fra at den må være av en størrelse der god fordeling av reaktantoppløsningen i gass-strømmen oppnås. I dette henseende, er den første kontaktsone en vesentlig del av oppfinnelsen, etter som god omhyggelig blanding til å begynne med av gass-strømmen og reaktant-oppløsningen er viktig med hensyn på effektiviten.

Som angitt, er minst to kontaktavsnitt nødvendig i den andre kontaktsone, men utover dette, er antallet av ytterligere kontaktavsnitt i den andre kontaktsone ikke vesentlig. Antallet avsnitt bestemmes hovedsakelig av mengden H2S som skal fjernes og den ønskede renhetsgrad i gass-strømmen. Normalt vil fra 2 til 20 eller 30 kontaktkanal-avsnitt være tilstrekkelig med fra 1 til 20 eller 30 redistribusjonsavsnitt som tilstrekkelig. Det er et krav ifølge oppfinnelsen at kontaktavsnittene og de radiære blandeavsnitt alternerer i strømningsrekkefølgen slik at svovelavsetning og tetning elimineres eller reduseres. Formen på de omsluttende vegger i kontaktavsnittene er ikke vesentlig, men en generelt sylindrisk form foretrekkes.Oppfinnelsen er utmerket egnet til bruk i typen strukturer som vanligvis refereres til som en "pipeline contactor" og redistribusjonsavsnittene kan rett og slett være åpne mellomrom mellom seksjonene som inneholder de strukturerte kanaliserte mellomrom.

Det er et foretrukket aspekt ved oppfinnelsen at ved egnede strømningshastigheter og utforming av de kanalformede avsnitt, vil strømmen av gass-oppløsningsblanding gjennom den andre kontaktsone nå eller nærmere seg "plug flow". Egnede strukturer for å gi den kanaliserte strømning omfatter, men er ikke begrenset til, blandere av chevron-type, såsom Koch statiske blandere eller Glitsch Gempak-blandere. Hastigheten på gassen som behandles kan variere meget. Egnede gasshastigheter kan variere fra ca. 0,3 m/s til ca. 15 m/s, med et område fra ca. 1,5 m/s til ca. 9 m/s som det foretrukne. Som angitt, må forholdet mellom den vandige reaktantoppløsning og gass være tilstrekkelig til å gi effektiv fjerning av H2S mens det hemmer eller forhindrer svovelavsetning i reaksjonssonene. Fortrinnsvis varierer forholdet mellom oppløsning og gass fra 0,2:100 til 30:100, mest foretrukket fra 0,5:100 til 5:100, alt i volum. Slike forhold vil generelt være tilstrekkelig til å gi god fuktning av kanaloverflåtene slik at svovelavsetning hemmes eller forhindres.

Jern-chelatene som benyttes er koordinerte komplekser hvori jern danner chelater med en syre. Syren kan ha formelen

fra 2 til 4 av gruppene Y velges fra eddiksyre eller propionsyre-grupper; fra 0 til 2 av gruppene Y velges fra 2-hydroksyetyl, 2-hydroksypropyl og hvori X velges fra eddiksyre og propionsyre-grupper; og R er etylen, propylen eller isopropylen eller alternativt cykloheksan eller benzen der de to hydrogenatomer erstattet med nitrogen er i 1,2-posisjon, og blandinger derav. Eksempler på chelat-dannende midler for jern omfatter aminoeddiksyrer avledet fra etylendiamin, dietylentriamin, 1,2-propylendiamin og 1,3-propylendiamin, såsom EDTA (etylendiamintetraeddiksyre), HEEDTA (N-2-hydroksyetyletylendiamin-trieddiksyre), DETPA (dietylentriaminpentaeddiksyre); aminoeddiksyre-derivater av cykliske 1,2-diaminer såsom 1,2-diaminocykloheksan-N,N-tetra-eddiksyre og 1,2-fenylen-diamin-N,N-tetraeddiksyre og amidene av polyaminoeddiksyrer omtalt i Bersworth US-patent nr. 3 580950. Passende benyttes ferri-chelatet av N-(2-hydroksyetyl) etylendiamin-trieddiksyre (HEEDTA).

Et videre egnet jern-chelat er koordinasjonskomplekset hvori jern danner et chelat med nitrilotrieddiksyre (NTA).

Jern-chelatene tilføres i oppløsning som oppløste specier, såsom ammonium- eller alkalimetallsalter (eller blandinger derav) av jern-chelater. Brukt som her, refererer uttrykket "oppløst" til det oppløste jern-chelat eller chelater, uansett som et salt eller salter av det før nevnte kation eller kationer, eller i noen annen form, hvori jern-chelatet eller chelatene eksisterer i oppløsning. Når oppløsning av chelatet er vanskelig, og høyere konsentrasjoner av chelat er ønsket, kan ammoniumsalt benyttes, som beskrevet i EPO-patentsøknad nr. 215 505.

Imidlertid kan oppfinnelsen også benyttes med mer fortynnede oppløsninger av jern-chelatene, hvori tiltak som gjøres for å forhindre utfelling av jern-chelat ikke er vesentlige.

Regenerering av reaktanten foretas fortrinnsvis ved å benytte oksygen, fortrinnsvis som luft. Brukt som her, er uttrykket "oksygen" ikke begrenset til "rent" oksygen, men omfatter luft, luft anriket med oksygen eller andre oksygen-inneholdende gasser. Oksygenet vil utføre to funksjoner, oksydering av Fe(II)-jern i reaktanten til Fe (III)-tilstand, og fjerning av eventuelt gjenværende oppløst gass (hvis den opprinnelig var til stede) fra den vandige blanding. Oksygen (uansett tilført form) tilføres i en støkiometrisk ekvivalent eller overskudd med hensyn på mengden av oppløst jern-chelat som skal oksyderes til et Fe(III)-tilstand. Fortrinnsvis tilføres oksygen i en mengde fra ca. 20 % til ca. 500 % i overskudd. Elektrokjemisk regenerering kan også benyttes.

Den spesielle type sur gass-strøm som behandles er ikke vesentlig, den eneste praktiske begrensning er reaktiviteten til strømmen selv med oppløsningene som benyttes, noe som vil være klart for dem som har fagkunnskap. Strømmer spesielt egnet for fjerning av H2S ved bruk av oppfinnelsen er, som indikert, naturlig forekommende gasser, resirkulert C02brukt ved øket oljegjenvinning, syntesegasser, prosessgasser, og forbrenningsgasser dannet ved forgassingsreaksjoner, for eksempel gasser dannet ved forgassing av kull, petroleum, skifer, tjæresand og lignende. Særlig foretrukket er kullforgassingsstrømmer, naturgass-strømmer, produserte og resirkulerte C02-strømmer og råstofftilførsel til raffineri sammensatt av gassformede hydrokarbon-strømmer, særlig de strømmer av denne type som har et lavt forhold mellom H2S og C02og andre gassformede hydrokarbon-strømmer. Uttrykket "hydrokarbonstrøm(mer) " brukt som her, er ment å omfatte strømmer som inneholder betydelige mengder av hydrokarbon (både av paraffin-type og aromatiske), det erkjennes at slike strømmer inneholder vesentlige "urenheter" ikke teknisk definert som et hydrokarbon. Igjen, strømmer som inneholder vesentlig et enkelt hydrokarbon, for eksempel etan, er utmerket egnet til anvendelse av oppfinnelsen. Strømmer oppstått ved forgassing og/eller delvis oksydering av gassformet eller flytende hydrokarbon kan behandles med oppfinnelsen. H2S-innholdet av typen strømmer som kommer i betraktning vil variere meget, men vil generelt variere fra ca. 0,005 % til ca. 10 % av volumet. C02kan være eller ikke være til stede, men kan hvis det er til stede variere i innhold fra ca. 0,1 % til ca. 99,0 % (eller mer) av volumet.

I denne sammenheng kan oppfinnelsen benyttes til å fjerne H2S fra forskjellige C02-strømmer, for eksempel overkritiske C02-strømmer. Øyensynlig, er mengdene av H2S og C02som er til stede ikke generelt en begrensende faktor ved anvendelse av oppfinnelsen. Strømmen som behandles kan også ha blitt behandlet til å begynne med for fjerning av H2S, ved denne eller en annen teknikk.

Temperaturene som benyttes i kontaktsonene er ikke generelt vesentlige bortsett fra at reaksjonen gjennomføres under svovelsk smeltepunkt. Ved mange kommersielle anvendelser, såsom fjerning av H2S fra naturgass for å oppfylle rørledningsspesifikasjoner, er absorpsjon ved omgivelsenes temperatur ønsket. Generelt, er temperaturer fra 10°C til 80°C egnet, og temperaturer fra 20°C til 60°C er foretrukket. Total kontakttid kan varieres meget, men vil fortrinnsvis variere fra ca. 0,5 sekunder til ca. 10 sekunder, med total kontakttid på ca. 1 sekund til ca. 5 sekunder som mest foretrukket. Tilsvarende, i regenererings- eller 11 stripping"-sonen eller sonene, kan temperaturene varieres meget. Fortrinnsvis, bør regenereringssonen holdes ved en noe lavere temperatur i forhold til kontaktsonen. Generelt, kan temperaturer fra ca. 10°C til 80°C, fortrinnsvis 20°C til 50°C benyttes.

Trykkforholdene i kontaktsonene kan variere meget, avhengig av trykket av gassen som skal behandles. For eksempel, kan trykkene i kontaktsonene variere fra 0,1 MPa opp til 15 MPa eller til og med 20 MPa. Trykk fra 0,1 MPa til ca. 10 MPa foretrekkes. I regenereringssonen, kan trykkene varieres betraktelig, og vil fortrinnsvis variere fra ca. 0,1 MPa til ca. 0,3 eller 0,4 MPa. Oppholdstiden for gitte volumer av tilsetning og oksygen vil også variere, men vil fortrinnsvis variere fra ca. 1 minutt til ca. 60 minutter, mest foretrukket fra ca. 1 minutt til ca. 40 minutter. Trykket, væskestrømmen og temperaturforholdene som er involvert forståes godt av dem som har fagkunnskap og trenger ikke spesifiseres her. Andre operasjonsbetingelser for denne type reaksjonsprosesser er videre beskrevet i US-patent nr. 3 068 065 og i den før nevnte publiserte patentanmeldelse. Egnet, vil pH i regenereringssonen variere fra ca. 6,5 til ca. 8,5 og det molare forhold mellom syre eller syrer og totalt oppløst jern er fra ca. 1,0 til 1,5. Prosessen gjennomføres fortrinnsvis kontinuerlig.

Som indikert, blir H2S når det kommer i kontakt raskt overført ved reaksjonen ifølge oppfinnelsen av det oppløste Fe(III)-chelat av den ovenfor nevnte syre eller syrer til fast elementært svovel. Etter som jern-chelatene i og for seg har begrenset oppløselighet i vann, tilføres jern-chelat-forbindelsen eller forbindelsene fortrinnsvis som tidligere angitt. Mengden av oppløst Fe(III)-chelat tilført eller anvendt i oppløsning er en mengde tilstrekkelig til å redusere H2S-konsentrasjonen eller innholdet i strømmen til det ønskede nivå. Hvis total eller tilnærmet total fjerning er ønsket, vil den totale mengde som tilføres generelt være i størrelsesordenen minst ca. 2 mol pr. mol H2S. Forhold fra ca.

2 mol til ca. 15 mol av oppløst Fe(III)-chelat av den spesifiserte syre eller syrer pr. mol H2S kan benyttes, med forhold fra ca. 2 mol pr. mol til ca. 5 mol oppløst Fe(III)-chelat pr. mol H2S som det foretrukne. Det molare forhold mellom Fe(III)-chelatet av syren eller syrene som er til stede og Fe(II)-chelatet av nevnte syre eller syrer i kontakt-oppløsningen vil vanligvis være mindre enn ca. 6, og vil fortrinnsvis variere fra ca. 0,2 til ca. 6, mest foretrukket ca. 0,5 til ca. 6. Chelat-oppløsningen vil vanligvis bli tilført som en vandig oppløsning som har en konsentrasjon fra ca. 0,1 molar til ca. 3 molar; en konsentrasjon fra ca. 0,5 til ca. 1,5 molar foretrekkes. Den totale jern-konsentrasjon, som chelat, vil variere fra ca. 0,01 %, fortrinnsvis ca.

0,5 %, til ca. 7 % av vekten, basert på vekten av oppløsningen og jernet. Som vist, kan de oppløste jern-chelater dannes i vandig oppløsning ved reaksjon mellom elementært jern eller av et passende salt, oksyd eller hydroksyd av jern og angitt syre, i nærvær av alkalimetall eller ammoniumioner, eller med ammonium eller alkalimetallsaltet.

Oppfinnelsen vil nå beskrives som eksempel mer detaljert med referanse til den vedlagte skjematiske tegning. Tegningen illustrerer en utformning av oppfinnelsen hvori kontaktsonene for den sure gass er plassert vertikalt og svovelfjerningen skjer i et separat trinn før regenerering. Alle verdier er beregnet eller bare eksempler, og alle strømmer, hvis annet ikke er angitt, er kontinuerlige.

Som vist, strømmer sur gass, for eksempel en naturgass-strøm som inneholder ca. 0,5 % H2S i rørledning 1 inn i den generelt sylindriske kolonne 2 hvori den bringes i intim kontakt i sone 3 av denne med en dusj av en vandig blanding fra rørledning 4 som omfatter vandig 0,6 M oppløsning av ammonium-Fe(III)-HEEDTA-chelat, og denne blandingen inneholder også 0,2 mol pr. liter ammonium-Fe(II)-HEEDTA-chelat og ca.0.25 mol pr. liter ammoniumtiosulfat, oppløsningens pH er justert til 7,5 til 8 ved tilsetning av ammoniumhydroksyd.Oppløsningen er dannet ved å utnytte den reduserende virkning av H2S i gass-strømmen. Det vil si den opprinnelige oppløsning benyttet i den illustrerte kontaktsone er en 0,8 M vandig oppløsning av Fe(III)-HEEDTA-chelat som også inneholder tilstrekkelig tilsatt ammoniumhydroksyd til å holde pH i oppløsningen på 6,5 til 8,5. Etter oppstarting og omsetning med H2S i gass-strømmen, blir regenereringen beskrevet her senere, kontrollert slik at regenereringen av ammonium-Fe (III) -HEEDTA-chelatet ikke er fullstendig, i de forhold som er nevnt.

I sone 3, blir gass-strømmen som inneholder H2S og den vandige reaktant-blanding intimt blandet så det dannes en flytende gass-reaktant-blanding, svovel dannes nesten umiddelbart og den flytende gass-reaktant-blanding sendes nedover i sammenstrømmende forhold til den første seksjon 5 på kontaktsone 6.

Selvom en spray-kolonne er vist, kan andre egnede anordninger eller teknikker som gir intim blanding eller sammenføring av gassen og den vandige reaktant-blanding, benyttes. For eksempel, skrubbeenheter, kjegledusjer samt venturier kan benyttes til å gi en godt blandet gassoppløsning eller flytende blanding.

I alle tilfelle, omfatter kontaktseksjon 5 et strømnings-dirigerende element av chevron-type som gir en rekke adskilte kanaler for passasje og dirigering av den flytende gassreaktant-blanding i en 30° vinkel i forhold til strømningsretningen til siden av den sylindriske kolonne. I denne illustrasjon er elementet som er brukt et Koch SMV. blandeelement. For å sikre at overflatene på kanalene er motstandsdyktig mot svovelavsetning, blir blandeelementet og alle deler heretter beskrevet for sone 6 elektrode-polert før bruk. Men disse elementer vanligvis tidligere er foreslått til bruk i serie, orientert forskjellige vei i forhold til hverandre for å få turbulens strømning, er hensikten i det foreliggende tilfelle og unngå brå retningsendring av strømningen ved å benytte avstand mellom påfølgende elementer slik at det i det minste oppnås tilnærmet "plug flow" gjennom hele sone 6. Overflatehastigheten til gassen er 6 m/s, og det volumetriske strømningsforhold mellom væske og gass er 2:100. Bredden av kanalene i element 5 er ca. 2,5 cm og diameter på kolonnen er ca. 3 0,5 cm. Lengden av element 5 i strømnings- retningen er ca. 30,5 cm. Som vist, kan andre typer elementer benyttes. Ved utløpet av kanalene i element 5, går den flytende gassreaktant-blanding fra kanalene inn i et åpent avsnitt 7 (også ca. 30,5 cm i lengde i strømningsretningen) av kontaktsone 6 der gass-væske-reaktantblanding kan blandes radiært og der redistribuering av oppløsning og gass skjer. Det åpne avsnitt forhindrer også tetting på grunn av svoveldannelse, som kunne skje hvis flere chevron-elementer ble plassert ende mot ende. Den flytende gassreaktant-blanding, med økende fast svovelinnhold går gjennom chevron-element 8, som er identisk med element 5. Element 8 kan eller kan ikke være forskjellig orientert i forhold til element 5.

Den flytende gassreaktant-blanding, går når den forlater kanalene i element 8 gjennom redistribueringsavsnitt 9, der dimensjonene og virkemåten er tilsvarende det som forekommer i avsnitt 7. Strømmen av den flytende gassreaktant-blanding gjennom de gjenværende tilsvarende avsnitt av sone er tilsvarende den som er beskrevet når det gjelder de fire første avsnitt og trenger ikke beskrives, bortsett fra å bemerke at H2S i gass-strømmen kontinuerlig reduseres med medfølgende svoveldannelse og reduksjon av Fe(III)-chelat-konsentrasjon.

Ved den laveste ende av kolonne 2, går den flytende gass-reaktant-blanding som nå inneholder fast svovel fra kolonne 2 og sendes via rørledning 10 til en adskillingsenhet eller kar 11 der naturgassen skilles fra den flytende blanding. Renset naturgass fjernes i overkant via rørledning 12 og "brukt" reaktantvæske og svovel fjernes via rørledning 13.

Som de som har fagkunnskap vil se, nå

oppløsningskonsentrasjoner, svovelinnhold og Fe(III)-Fe(II)-ligand-konsentrasjoner og forhold reguleres for å oppnå riktig H2S-fjerning. For å beholde passende Fe(III)-konsentrasjoner og gi svovelfjerning, sendes strømmen 13 til regenerering og svovelfjerning.

Mer spesifikt, sendes den vandige blanding i rørledning 13 til en trykksenkings- og avgassingsenhet 14 som også virker som en svovelkonsentrerings- eller fortykningssone. En mindre posjon, for eksempel 2 til 5 volum% av blandingen i bunnfellingstanken eller fortykningsenhet 14, som inneholder en øket svovelkonsentrasjon blir kontinuerlig trukket ut av den laveste del av bunnfellingstanken eller konsentreringsenhet 14 og sendt via rørledning 15 til svoveloppsamlingen i enhet 16.

Svoveloppsamlingen kan gjennomføres på enhver egnet måte, såsom ved filtrering. For eksempel kan svovel også samles opp ved fremgangsmåten beskrevet i EPO-søknad nr. 212 730. Som de som har fagkunnskap vil se, kan svovel fjernes etter

regenerering om ønsket. I alle tilfelle, kan oppløsning gjenvunnet under svoveloppsamling sendes tilbake på ethvert egnet punkt i fremgangsmåten hvis passende justering gjøres. Fortrinnsvis sendes imidlertid oppløsningen som gjenvinnes til regenereringssonen som vist via rørledninger 17 og 18.

Hovedporsjonen av den vandige blanding i kar 14 fjernes via rørledning 18 til regenerering av Fe(III)-chelatet av HEEDTA. I regenereringssonen eller kolonnen 19 som kan være et skrubbetårn, bringes blandingen i samstrømmende kontakt med overskudd av luft i rørledning 20 for å overføre Fe(II)-chelat av HEEDTA til Fe(III)-chelat av HEEDTA. Lufthastigheten i regenereringsenheten er i området 0,03 til 0,09 m/s, temperaturen i væsken er ca. 45°C og total trykk er ca. 0,2 MPa. Brukt luft fjernes via rørledning 21 og regenerert blanding som har et forhold mellom Fe(III)-chelat av HEEDTA og Fe(II)-chelat av HEEDTA på ca. 3, returneres via rørledning 22 til rørledning 4 som har forbindelse som nevnt til kolonne 2.

I en ytterligere utformning av oppfinnelsen, strømmer en naturgass-strøm som inneholder ca. 0,5 % H2S i rørledning 1 inn i kolonne 2 hvori den blandes omhyggelig i sone 3 i denne med en dusj av en vandig blanding fra rørledning 4 som inneholder vandig 0,6 M oppløsning av ammonium-Fe(III)-NTA-chelat, denne blandingen inneholder også 0,5 mol pr. liter av ammonium Fe(II)-NTA-chelat og ca. 0,25 mol pr. liter av ammoniumtiosulfat, oppløsningens pH er justert til 7,5 til 8 ved tilsetning av ammoniumhydroksyd. Oppløsningen dannes ved anvendelse av den reduserende virkning av H2S i gass-strømmen. Det vil si den opprinnelige oppløsning som benyttes i kontaktsonen som er illustrert er en 0,8 M vandig oppløsning av Fe(III)-NTA-chelat som også inneholder ca. 2,5 mol ammoniumion pr. liter. Etter oppstarting og reaksjon med H2S i gass-strømmen kontrolleres regenerering beskrevet her senere, slik at regenerering av ammonium-Fe(III)-NTA-chelatet ikke er fullstendig i de forhold som er nevnt.

I kolonne 2, bringes gass-strømmen som inneholder H2S og den vandige reaktant-blanding i kontakt som beskrevet ovenfor.

I den laveste ende av kolonne2, går den flytende gass-reaktant-blanding som nå inneholder fast svovel, fra kolonne 2 og sendes via rørledning 10 til en adskillelsesenhet eller kar 11 der naturgassen skilles fra den flytende blanding. Renset naturgass fjernes i overkant via rørledning 12 og "brukt" reaktantvæske og svovel fjernes via rørledning 13.

Den vandige blanding i rørledning 13 sendes til en trykksenkings- og avgassingsenhet 14 som også virker som svovelkonsentrerings- eller fortykningssone. En mindre porsjon, for eksempel 2 til 5 volum% av blandingen i bunnfellingstanken eller fortykke den 14 som inneholder en øket svovelkonsentrasjon, trekkes kontinuerlig ut fra den laveste del av bunnfellingstanken eller konsentreringsenheten 14 og sendes via rørledning 15 til svovelgjenvinning i enhet 16.

Oppløsningen som er gjenvunnet fra enhet 16 sendes til regeneringssonen som vist, via rørledningene 17 og 18. Hovedporsjonen av den vandige blanding i kar 14 fjernes via rørledning 18 for regenerering av Fe(III)-chelatet av NTA. I regenereringssonen eller kolonne 19, som kan være et skrubbetårn, bringes blandingen i samstrømmende kontakt med overskudd av luft i rørledning 2 0 for å overføre Fe(II)-chelat av NTA til Fe(III)-chelat av NTA. Lufthastigheten i regenereringsenheten er i området fra 0,03 til 0,09 m/s, temperaturen i væsken er ca. 45°C og totaltrykket er ca.

0,2 MPa. Brukt luft fjernes via rørledning 21 og regenerert blanding som har et forhold mellom Fe(III)-chelat av NTA og

Fe(II)-chelat av NTA på ca. 3, returneres via rorledning 22til rørledning 4 som er forbundet som nevnt, med kolonne 2.

Igjen, som det vil være klart for dem som har fagkunnskap, kan oppløsningene eller blandingene som benyttes inneholde andre materialer eller tilsetningsstoffer til gitte formål. For eksempel, omtaler US-patent nr. 3 933 993 bruk av buffer-midler, såsom fosfat og karbonat-buffere. Tilsvarende beskriver US-patent nr. 4 009 251 forskjellige tilsetningsstoffer såsom natriumoksalat, natriumformiat, natriumtiosulfat og natriumacetat, som er gunstige og andre tilsetningsstoffer, såsom tilsetningsstoffer for å forbedre svovelfraskilling eller antiskum og/eller fuktemidler, kan benyttes.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for fjerning av H2S fra en sur gass-strøm, som omfatter a) tilførsel av den sure gass-strøm til en første kontaktsone i en kontaktkolonne og frembringelse av intim kontakt mellom den sure gass-strøm i den første kontaktsone og en vandig reaktantoppløsning som inneholder oppløst Fe(III)-chelat av en organisk syre eller blanding av slike syrer og oppløst Fe(II)-chelat av syren eller syrene ved en temperatur under svovels smeltepunkt og med et tilstrekkelig forhold mellom opp-løsning og gass og betingelser som er virksomme for å overføre H2S til svovel og hindre svovelavsetning, dg dannelse av en gass-oppløsningsblanding som omfatter sur gass og vandig reaktantoppløsning; b) transport av gassoppløsningsblandingen fra trinn a) gjennom en annen kontaktsone under forhold for å overføre H2S til svovel og ved en temperatur under svovels smeltepunkt, og dannelse av en gass-reaktantoppløsnings-blanding som inneholder fast svovel i den andre kontaktsone, der reaktantoppløsningen i nevnte gassreaktantoppløsningsblanding har et redusert innhold av oppløst Fe(III)-chelat av nevnte syre eller syrer og gassen i nevnte blanding har et redusert H2S-innhold; og c) adskillelse av gassen som har redusert H2S-innhold fra gassreaktantoppløsningsblandingen dannet i trinn b),karakterisert vedat kontaktkolonnen omfatter en første kontaktsone hvor den sure gass-strøm bringes i intim kontakt med en vandig reaktantoppløsning, og en annen kontaktsone i fluidumforbindelse med den første kontaktsone, idet den annen kontaktsone omfatter flere kontaktavsnitt, der det første kontaktavsnitt av den annen kontaktsone omfatter en rekke adskilte kanaler som er motstandsdyktige mot svovelavsetning, der hver adskilte kanal gir en avledet strømningsvei for gassoppløsningsblandingen gjennom avsnittet slik at gass-oppløsningsblandingen dirigeres i det minste til og begynne med i spiss vinkel til strømningsretningen av gass-oppløsningsblandingen som går inn i avsnittet; der det andre kontaktavsnitt av den annen kontaktsone hvorigjennom gass-oppløsningsblandingen passerer, omfatter et innelukket blandeavsnitt som virker ved eller er tilpasset til å gi radiær blanding av gass-oppløsningsblandingen og redistribuering av oppløsning i gass, og til å forhindre tetting på grunn av svoveldannelse; og hvor det tredje kontaktavsnitt i den annen kontaktsone hvorigjennom gass-oppløsningsblandingen passerer, omfatter igjen en rekke adskilte kanaler som er motstandsdyktige overfor svovelavsetning, der hver adskilte kanal gir en avledet strømningsvei for gassoppløsningsblandingen gjennom avsnittet, slik at gassoppløsningsblandingen dirigeres i det minste til å begynne med i spiss vinkel til strømningsretningen av gass-oppløsningsblandingen som går inn i avsnittet.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat gassen som har redusert H2S-innhold fra trinn c) bringes i kontakt med ytterligere vandig reaktantoppløsning som inneholder oppløst Fe(III)-chelat av nevnte syre eller syrer, ved en temperatur under svovels smeltepunkt og under betingelser som er virksomme for å overføre H2S til svovel, i minst én ytterligere kontaktsone, og en gass som har ytterligere redusert H2S-innhold og en oppløsning som har et redusert innhold av det oppløste Fe(III)-chelat av nevnte syre eller syrer dannes.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2,karakterisert vedat minst en av nevnte ytterligere kontaktsone eller -soner omfatter en dusjesone hvori gassen som har redusert H2S-innhold sendes mot strømmen gjennom en dusj av nevnte ekstra reaktantoppløsning.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3,karakterisert vedat oppløsningen som har et redusert innhold av ferri-chelatet av nevnte syre eller syrer, og oppløsningen som har et redusert innhold av nevnte syre eller syrer fra nevnte ekstra kontaktsone eller soner regenereres i en regenereringssone.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedd) fjerning av svovel fra reaktantoppløsningen fra trinn c), e) regenerering av reaktantoppløsningen hvorfra svovel er fjernet, dannelse av en reaktantoppløsning som har en øket konsentrasjon av Fe(III)-chelat av syren eller syrene; og f) transport av regenerert oppløsning fra trinn e) til den første kontaktsone til bruk som vandig reaktantoppløsning i denne.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedd) regenerering av reaktantoppløsningen fra trinn c), dannelse av en regenerert oppløsning som har et øket innhold av Fe(III)-chelat av syren eller syrene; e) fjerning av svovel fra den regenererte oppløsning fra trinn d); og f) transport av regenerert oppløsning fra trinn e) til den første kontaktsone til bruk som vandig reaktantoppløsning.

7. Fremgangsmåte i henhold til ett av kravene 1 til 6,karakterisert vedat jern-chelatene som benyttes, er koordineringskomplekser hvori jern danner chelater med en organisk syre som har formel

fra 2 til 4 av gruppene Y velges fra eddik eller propion syre-grupper ; fra 0 til 2 av gruppene Y velges fra 2-hydroksyetyl, 2- hydroksypropyl og

hvori X velges fra eddik- og propionsyregrupper; og R er etylen, propylen eller isopropylen eller alternativt cykloheksan eller benzen der de to hydrogenatomer erstattet med nitrogen er i 1,2-posisjon og blandinger derav.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 7,karakterisert vedat den organiske syre er N-(2-hydroksyetyl)etylendiamintrieddiksyre.

9. Fremgangsmåte i henhold til ett av kravene 1 til 6,karakterisert vedat jern-chelatene som benyttes er koordineringskomplekser med nitrilotrieddiksyre.