NO179314B - Fremgangsmåte ved fjerning av en gassformig bestanddel fra en gasström, samt apparat for utförelse av fremgangsmåten - Google Patents

Abstract

Hydrogensulfid eller gassformig bestanddel fjernes fra en gasstrom inneholdende bestanddelen, ved å fordele gasstrømmen i form av fine bobler ved hjelp av et arrangement av et roterende skovlenjul og en stasjonær omhylning i en neddykket posisjon i en vandig jern eller annet overgangsmetall, chelatoppløsning, eller annen egnet katalysator inneholdt i det innelukkede reaksjons-kammer. Svovelpartikler, eller annet uopploselig fase-produkt, med snevert partikkelstørrelsesområde dannes under reaksjonen og floteres av fra jernchelatopplosningen. En oksygeninneholdende gasstrom ble også fordelt i form av fine bobler av et arrangement av et separat skovlenjul og en stasjonær omhylning ved en separat neddykket posisjon i jernchelatopplosningen. Den andre neddykkede posisjon er adskilt fra den første ved hjelp av en skillevegg som utstrekker seg ned i reaksjonskammeret fra toppen av denne, ned mot nær dens bunn.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte av den art som er angitt i krav l's ingress, ved fjerning av en gassformig bestanddel fra en gasstrøm, samt et apparat som angitt i kravene 10-18.

Den foreliggende oppfinnelse er en "continuation-in-part" av US-søknad nr. 446.777 av 6. desember 1989.

Mange gasstrømmer inneholder komponenter som er uønskede, og som det er nødvendig å fjerne fra gasstrømmen før disse slippes ut i atmosfæren eller bearbeides ytterligere. En slik bestanddel er hydrogensulfid, mens en annen bestanddel er svoveldioksyd.

Ved forbrenning av svovelinneholdende karbonbaserte brenn-stoffer, såsom brenselolje, brenselgass, petroleumkoks og kull, såvel som i andre prosesser, dannes en avløpsgasstrøm inneholdende svoveldioksyd. Utslipp av slike svoveldioksyd-inneholdende gasstrømmer til atmosfæren har ført til feno-menet "surt regn" som er skadelig for vegetasjonen og andre livsformer. Forskjellige forslag er fremsatt for å nedsette slike utslipp.

Hydrogensulfid forekommer i mange forskjellige gasstrømmer, eksempelvis i sure naturgasstrømmer og i restgasstrømmer fra forskjellige industrielle operasjoner. Hydrogensulfid er illeluktende, meget giftig og er katalysatorgift for mange reaksjoner, og følgelig er det ønskelig og ofte nødvendig å fjerne hydrogensulfid fra slike gasstrømmer.

Det finnes mange, essensielle prosesser for å bevirke hydrogensulfidfjerning. Disse prosesser innbefatter absorpsjon i oppløsningsmidler, i hvilke hydrogensulfid først fjernes som sådan og deretter omdannes til elementært svovel i et andre distinkt trinn, såsom i et Claus-anlegg. Slike kommersielle prosesser innbefatter også væskefaseoksydasjonsprosesser, såsom "Stretford", "LO-CAT", "Unisulf", "Sulferox", "Hiper-ion" og andre, i henhold til hydrogensulfidfjerning og omdannelse til elementært svovel som normalt utføres i omsetning og regenereringstrinn.

I kanadisk patent nr. 1.212.819 og tilsvarende US patent nr. 4.919.914 er det beskrevet en fremgangsmåte for fjerning av hydrogensulfid fra gasstrømmer ved oksydasjon av hydrogensulfid i en neddykket posisjon i en omrørt flotasjonscelle i intim kontakt med en jernchelatoppløsning og fIotasjon av svovelpartikler, dannet ved oksydasjon fra jernchelatoppløs-ningen, ved hjelp av de hydrogensulfidutarmede gassbobler. I henhold til den kjente teknikk, blir både en oksygeninnhold-ende gasstrøm og en hydrogensulfidinneholdende gasstrøm fordelt som fine gassbobler ved den samme neddykkede posisjon i jernchelatoppløsningen for å bevirke oksydasjon av hydrogensulfidet.

I praksis er det funnet at mengden av oksygen som er nødven-dig for å bevirke en i det vesentlige fullstendig oksydasjon av hydrogensulfid til svovel, i en vesentlig grad overstiger den støkiometriske mengde som teoretisk er nødvendig, og eksperimentering har ikke gjort det mulig å nedsette oksygenbehovet under ca. fem ganger den støkiometriske mengde. I andre kjente hydrogensulfidfjerneprosesser, vil generelt mer enn 20 ganger den støkiometriske mengde av oksygen være nød-vendig .

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en ny fremgangsmåte for utføring av hydrogensulfidfjerneprosessen indikert ovenfor, hvorved oksygenforbruket vesentlig forbedres, samt et nytt utstyr for utføring av en slik fremgangsmåte.

Foreliggende oppfinnelse vedrører spesielt fjernelse av hydrogensulfid fra en gasstrøm inneholdende hydrogensulfid ved en ny fremgangsmåte, og nytt utstyr for å utføre fremgangsmåten. Imidlertid er prinsippene i henhold til oppfinnelsen generelt anvendbare for fjerning av en gass, væske og/eller faste komponenter fra en gasstrøm ved kjemisk omsetning. I henhold til foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en effektiv kontakt mellom gass og væske, i den hensikt å tilveiebringe en omsetning som fjerner en bestanddel av gassen, og omdanner bestanddelen til en uoppløselig fase mens komponenten er i kontakt med væskefasen.

Det er et antall prosesser hvor foreliggende prinsipp kan anvendes. Prosessen innbefatter generelt omsetning av en bestanddel med en annen gassformig type i væskefase, vanligvis i en vandig fase, ofte et vandig katalysatorsystem.

Et eksempel på en slik prosess er oksydativ fjerning av hydrogensulfid fra gasstrømmer i kontakt med et vandig overgangsmetall-chelatsystem til å gi svovelpartikler, slik som generelt beskrevet ovenfor nevnte kanadiske patent nr. 1.212.819.

Et annet eksempel på en slik fremgangsmåte er også i fjern-ingen av merkaptanet fra gasstrømmer i kontakt med et egnet, vandig katalysatorsystem for dannelse av ikke-blandbare flytende disulfider.

Et ytterligere eksempel på en slik prosess er oksydativ fjerning av hydrogensulfid fra gasstrømmer under anvendelse av klor i kontakt med den vandige natriumhydroksydoppløs-ning, for dannelse av natriumsulfat, som først etter metning av oppløsningen feller ut fra den vandige oppløsning.

Et ytterligere eksempel på en slik prosess er fjernelse av svoveldioksyd fra gasstrømmer ved den såkalte "Wacken-roder's" reaksjon, ved å bringe hydrogensulfid i kontakt med en vandige fase, i hvilket svoveldioksyd initialt er absor-bert for å danne svovelpartikler. Denne prosess er beskrevet i US patent nr. 3.911.093 og 4.442.083. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også anvendes for effektivt å fjerne svoveldioksyd fra en gasstrøm inn i et absorberende medium i et ytterligere gass-væskekontaktkarv

Et ytterligere eksempel på slik prosess er fjerning av svoveldioksyd fra gasstrømmer ved omsetning med et vandig alkalisk materiale.

Den anvendte betegnelse "uoppløselig fase" omfatter således en fast uoppløselig fase, en ikke blandbar flytende fase og en bestanddel som blir uoppløselig når den når sin oppløse-lighetsgrense i det flytende medium, etter oppstarting.

I henhold til et ytterligere trekk ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte for fjerning av en gassformig bestanddel fra en gasstrøm inneholdende denne, ved kjemisk omsetning av den gassformige bestanddel til en uoppløselig fase i en flytende fase, omfattende et antall trinn.

Fremgangsmåten er særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del. Ytterligere trekk fremgår av kravene 2-9.

I denne fremgangsmåte tilveiebringes en lukket reaksjonssone inneholdende et flytende medium. En reaksjonssone tilveiebringes og er forsynt med en delanordning som utstrekker seg fra toppen av innelukket til reaksjonssonen, nedad i væske-mediumet for å etablere første og andre individuelle reaksjonssoner fysisk separert fra hverandre ved delanordningen, men i væskestrømskommunikasjon med hverandre. Hver individuell reaksjonssone har en gassformig atmosfære over deri-værende væskenivå.

Den gasskomponentinneholdende gasstrøm innmates til en første neddykket posisjon i den første individuelle reaksjonssone og fordeles ved den første neddykkede posisjon i form av små gassbobler. En andre gasstrøm innmates til en andre neddykket posisjon i den andre individuelle reaksjonssone, og fordeles i den andre neddykkede posisjon i form av små gassbobler.

Samvirke eller samreaksjon tillates mellom de små gassbobler av den gassformige bestanddelinneholdende gasstrøm, de små gassbobler av den andre gasstrøm og væskemediet for effektivt å omdanne den gassformige bestanddel til en uoppløselig fase i det flytende medium.

Gass awentileres fra den gassholdige atmosfære i den første individuelle reaksjonssone, mens gass awentileres fra gass-atmosfæren i den andre individuelle reaksjonssone.

Den uoppløselige fase tilveiebringes ofte i en form som er floterbar av. gassboblene etter omsetning. I en foretrukket utførelsesform tillates de utarmede gassbobler å stige opp igjennom væskemediet i de respektive individuelle reaksjonssoner, og for å la den uoppløselige fase flyte på overflaten av væskemediet i de respektive individuelle reaksjonssoner.

For å fjerne hydrogensulfid fra en gasstrøm ved oksydasjon til svovel under anvendelse av en oksygenholdig gasstrøm som den andre gasstrøm, anvendes en vandig overgangsmetallkata-lysator-oppløsning som det flytende medium. Ved å innføre den oksygeninneholdende gasstrøm i en annen forskjellig neddykket posisjon i forhold til den hydrogensulfidinneholdende gasstrøm, er det funnet at mengden av oksygen er nødvendig for oksydativ fjerning av hydrogensulfid kan nedsettes vesentlig sammenlignet med fremgangsmåten vist i kanadisk patent nr. 1.212.819, til mindre enn to ganger, den støkio-metriske mengde. I tillegg, ved å innføre gasstrømmene ved forskjellige posisjoner inne i den vandige fase, så elimineres enhver fare for dannelse av en eksplosiv gassblanding av den oksygeninneholdende gasstrøm, og den hydrogensulfidinneholdende gasstrøm.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter også et nytt apparat for å tilveiebringe gass-væskekontaktreaksjoner, innbefattende fjerning av hydrogensulfid fra gasstrømmer. I henhold til et ytterligere trekk ved oppfinnelsen, innbefatter apparatet et antall elementer. Et innelukket kammer har en delanordning som utstrekker seg nedad inne i karet fra det øvre rom deri, nedad i innlukningen for å dele kammeret i første og andre reaksjonssoner som er i væskestrømkommunika-sjon med hverandre, via iegemet av det flytende medium.

Første gassinnmatningsrør utstrekker seg nedad i en av reaksjonssonene. Første skovlenjulanordning er lokalisert ved den nedre ende av det første gassrør, og er montert for rotasjon rundt en vertikal akse. En første stasjonær omhylning omgir det første roterende skovlehjul, og er forsynt med et antall gjennomgående åpninger.

En andre gassinnmatningsrør utstrekker seg nedad i den andre av reaksjonssonene. Et andre roterende skovlehjul er lokalisert ved den nedre ende av det andre gassinnmatningsrør, og er montert for rotering rundt en vertikal akse. En andre stasjonær omhylning omgir det andre roterende skovlehjul, og er forsynt med et antall gjennomgående hull.

En første gassventilasjonsanordning kommuniserer med den første reaksjonssone over det påtenkte væskenivå i kammeret, mens en andre gassventilasjonsanordning kommuniserer med den andre reaksjonssone over det påtenkte væskenivå i kammeret.

I apparatet er det derfor tilveiebrakt to individuelle kom-binasjoner av gassinnmatningsrør, skovlehjul og omhylninger og ventilasjonsmidler i separate reaksjonssoner fysikalsk adskilt av en skillevegg eller delanordning.

Selv om foreliggende oppfinnelse spesielt er rettet mot fjerning av hydrogensulfid fra gasstrømmer inneholdende hydrogensulfid, og vil bli beskrevet spesielt med hensyn til dette, så er oppfinnelsen mer omfattende, som ovenfor beskrevet.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Figur 1 viser skjematisk et apparat konstruert i henhold til en utførelse i form av oppfinnelsen, og Figur 2 viser skjematisk et apparat konstruert i henhold til annet trekk av oppfinnelsen.

GENERELL BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

En utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er rettet mot fjerning av hydrogensulfid fra gasstrømmer. Høye nivåer for effektiviteten av hydrogensulfidfjerning oppnås, generelt overstigende 99,99% fra gasstrømmer inneholdende en hvilken som helst konsentrasjon av hydrogensulfid. Restkonsentrasjo-ner av hydrogensulfid mindre enn 0,1 volum ppm kan oppnås.

Foreliggende fremgangsmåte er i stand til effektivt å fjerne hydrogensulfid fra et antall forskjellige kilder av gass-strømmer inneholdende hydrogensulfid, forutsatt at det er tilstrekkelig oksygen tilstede for å oksydere hydrogensulfid. Oksygenet kan være tilstede i den hydrogensulfidinneholdende gasstrøm som skal behandles eller kan innmates separat, hvilket er ønskelig når naturgass eller andre brennbare gasstrømmer skal behandles.

Fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er i stand til effektivt å fjerne hydrogensulfid fra et antall forskjellige gasstrøm-kilder inneholdende hydrogensulfid, forutsatt at det er tilstrekkelig oksygen tilstede til å oksydere hydrogensulfidet. Slike gasstrømmer innbefatter brenngass og naturgass og andre hydrogeninneholdende gasstrømmer, såsom de dannet ved oljebearbeiding, i oljeraffinerier, mineralullfabrikker, kraftmassefabrikker, ved fremstilling av "rayon", tungolje og tjæresandbearbeiding, kullforkoksning, kjøttforedling, illeluktende gasstrøm dannet ved fremstilling av karborun-dum, og gasstrømmer dannet ved luftstripping av hydrogensulfid fra vandige faser. Gasstrømmen kan være en som inneholder faste partikler eller kan være en fra hvilke slike partikler er fraværende. Evnen til å håndtere en partikkel-inneholdende gasstrøm uten pluggdannelse kan være gunstig, da nødvendigheten for en oppstrøms rensing av gassen elimineres.

Foreliggende fremgangsmåte for effektiv fjerning av hydrogensulfid fra en gasstrøm inneholdende hydrogensulfid, anvender et overgangsmetall chelat i et vandig medium som katalysator for oksydering av hydrogensulfid til svovel. Overgangsmetallet er vanligvis jern, selv om andre overgangsmetall er , såsom vanadium, krom, mangan, nikkel og kobolt kan anvendes. Et hvilket som helst ønsket chelater-ingsmiddel kan anvendes, men generelt er chelateringsmidlet etylendiamin-etetraeddiksyre (EDTA). Et alternativt chela-teringsmiddel er HEDTA. Overgangsmetall chelatkatalysatoren kan anvendes i hydrogen eller saltform. Drifts pH-området ligger generelt i området 7-11.

Hydrogensulfidfjerneprosessen kan passende utføres ved om-givelsestemperaturen på ca. 20° til 25°C, selv om høyere og lavere temperaturer kan anvendes og likevel gi effektiv drift. Temperaturen ligger generelt i området 5° - 80°C.

Den minimale katalysatorkonsentrasjon til hydrogensulfid-konsentrasjonsforhold for en gitt gassgjennomgang, kan bestemmes fra hastighetene for de forskjellige reaksjoner som finner sted i prosessen, og som påvirkes av temperaturen og omrøringsgraden eller turbulensen i reaksjonskammeret. Denne minimumsverdien kan bestemmes for et gitt sett driftsbetingelser ved å senke katalysatorkonsentrasjonen inntil effektiv fjerning med hensyn til hydrogensulfid begynner å falle raskt. Enhver konsentrasjon av katalysator over dette minimum kan anvendes, opptil den øvre katalysa-torgrense for systemet.

Foreliggende fremgangsmåte utfører generelt i et unikt apparat som utgjør et trekk ved oppfinnelsen. Apparatet omfatter et innelukket kammer inneholdende legeme av chelatert jern-hydroksyd-katalysatoroppløsning og katalysatoroppløsningen er delt i to soner ved hjelp av en indre deling eller skillevegg som utstrekker seg nedad fra et øvre innelukke i kammeret ned i katalysatoroppløsningen til en del av dens dybde. Hensikten med skilleanordningen eller deleveggen er å forhindre blanding av gasser i gassrommet over de respektive reaksjonssoner i katalysatoroppløsningen, og for å tilveiebringe to reaksjonssoner i katalysatoroppløsningen som er fysikalsk separert fra hverandre.

Skilleveggen utstrekker seg kun delvis ned inne i legemet av katalysatoroppløsningen, slik at det er felles legeme av katalysatoroppløsning under den nedre kant av skilleveggene. Skilleveggen kan være konstruert av et hvilket som helst egnet konstruksjonsmateriale som gir dette resultat. Skilleveggen kan være konstruert av et fast materiale, eller alternativt i den delen som er neddykket i væsken, kan skilleveggen foreligge i form av et finmasket materiale, som tillater væskestrøm derigjennom, men som forhindrer gjennom-strømning av små gassbobler. Nettingen kan gjøres vannfukt-bar for å forårsake gasskoalisering.

Ved å tilveiebringe separate reaksjonssoner i legemet av katalysatoroppløsning, vil blanding av gasstrømmene til en

stor grad forhindres. Selv om en viss strømning av hydrogen-sulf idinneholdende gass til den reaksjonssone, i hvilken den oksygeninneholdende gasstrøm innmates, kan tolereres, så er det meget uønsket at den oksygeninneholdene gasstrøm får strømme til reaksjonssonen til hvilken den hydrogensulfidinneholdende gasstrøm innmates, fordi denne strøm kan føre til forurensning av produktgasstrømmen fra hydrogensulfidfjerneprosessen, hvilket ville være meget uønsket for visse gasstrømmer, eksempelvis naturgasstrømmer.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet spesielt med hensyn til anordning av to separate reaksjonssoner inne i legemet av katalysatoroppløsningen, som ville være åpenbart for fag-mannen at flere enn to reaksjonssoner kan anvendes, om ønsket, ved å anvende ytterligere skillevegger som strekker seg ned inn i katalysatoroppløsningen. I tillegg er det også mulig å plassere mer enn et skovlehjul i en av reaksjonssonene.

Fjerning av hydrogensulfid ved foreliggende fremgangsmåte utføres i en innelukket gass-væskekontaktsone i hvilken er inneholdt et vandig medium inneholdende en overgangsmetall-chelatkatalysator. En hydrogensulfidinneholdende gasstrøm og en oksygeninneholdende gasstrøm, som vanligvis er luft eller kan være oksygen eller oksygenanriket luft, bringes til å strømme langs en vertikal strømningsbane fra utsiden av gass-væskekontaktsonen til separate, neddykkede posisjoner i det vandige katalysatormedium fra hvilke gasstrømmene bringes ved hjelp av et roterende skovlehjul, i hver reaksjonssone, til å strømmme gjennom omhylningens åpninger inn i legemet av det vandige medium. Hvert skovlehjul omfatter et antall utadrettede plater, og roteres rundt en generelt vertikal akse. Det roterende skovlehjul trekker også væskefasen til innføringsposisjonene for gasstrømmene fra legemet av det vandige medium i den innelukkede sone.

Det gassinnførende skovlehjul og tilhørende omhylning kan konstrueres på samme måte som konvensjonelt anvendes i en omrørt fIotasjonscelle, som beskrevet i det tidligere nevnte kanadiske patent nr. 1.212.819. Alternativt, og mer foretrukket, kan kombinasjonen være tilveiebrakt på samme måte som beskrevet i den svevende publiserte internasjonale patentsøknad nr. WO-A-91-08038 publisert 13. juni 1991, hvor en av oppfinnerne (James W. Smith) er oppgitt som oppfinner.

Fordelingen av gassene som fine bobler i reaksjonsmediet i området for skovlehjulet, muliggjør at en høy massehastig-hetsoverføring kan finne sted. I legemet av katalysator-oppløsningen finner en komplisert serie kjemiske reaksjoner stede, hvilket resulterer i en total reaksjon som kan representeres ved ligningen:

Denne totalreaksjon resulterer i en utarming av hydrogensulfid fra den hydrogensulfidinneholdende gasstrøm, bevirker i det vesentlige fullstendig fjerning av hydrogensulfid og utarming av oksygen fra den oksygeninneholdende gasstrøm.

De faste svovelpartikler vokser i størrelse inntil en stør-relse ved hvilken de kan floteres. Alternativ prosedyre for å øke partikkelstørrelsen kan anvendes, innbefattende sfær-isk agglomerering eller flocculering. De floterbare svovelpartikler floteres av de hydrogensulfidutarmede gassbobler som stiger opp gjennom legemet av katalysatoroppløsningen, og oppsamles som et skum på overflaten av det vandige medium. Svovelpartiklerne har en diameter i området 10 til 50 pm og foreligger i krystallinsk form.

Den hydrogensulfidutarmede gasstrøm fjernes fra gassrommet over væskenivå i reaksjonssonen til hvilken den hydrogen-sulf idinneholdende gasstrøm innmates. Da dette gassrom er fysikalsk separert fra et tilsvarende gassrom over væskenivået i den reaksjonssone i hvilken den oksygeninneholdende gasstrøm innmates, så er produktgasstrømmen uforurenset med hensyn til oksygen.

Seriene av reaksjoner som er antatt å finne sted i legemet av metallchelatoppløsningen for å oppnå den totale reaksjon som angitt ovenfor er som følger:

Som det kan ses fra disse ligninger, så krever støkiometrien et halvt mol oksygen for hvert mol hydrogensulfid. Som tidligere nevnt så anvendes i henhold til de kjente hydrogen-sulf idf jerneprosedyrene, som omfatter oksidasjon av hydrogensulfid anvender store overskudd av oksygen i forhold til den støkiometriske mengde. Med den foreliggende oppfinnelsen er oksygenbehovet nedsatt betydelig samtidig som det oppnås en høy effektiv fjerning av hydrogensulfid fra et antall gasstrømmer, og samtidig oppnås unngåelse av forurensning av produktgasstrømmen med oksygen. Ved eksperimentering er det funnet mulig å nedsette oksygenforbruket til under to ganger støkiometriske mengde, generelt ca. 50% større enn den støkiometriske mengde.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er rettet på fjerning av svoveldioksyd fra gasstrømmer. Fremgangsmåten utviser likhetspunkter med hydrogsulfidfjerningen som ovenfor beskrevet, bortsett fra at det vandige medium inneholder et alkalisk materiale.

Det vandige alkaliske medium, i hvilket dens svoveldioksyd-inneholdende gasstrøm innføres, kan være tilveiebrakt av et hvilket som helst egnet alkalisk materiale i vandig oppløs-ning eller suspensjon. Et egnet alkalisk materiale som kan anvendes er et alkalimetallhydroksyd, vanligvis natrium-hydroksyd. Et annet egnet materiale er et alkalisk jord-alkaliemetallhydroksyd, vanligvis en kalkoppslemning eller kalkstenoppslemning.

Absorpsjon av svoveldioksyd i et vandig alkalisk medium har en tendens til å gi det tilsvarende sulfitt. Det er imidlertid foretrukket at reaksjonsproduktet er det tilsvarende sulfat pga. at sulfatsalter er økonomisk mer attraktive. Feks. når kalk eller kalkstensoppslemning anvendes, er biproduktet kalsiumsulfat (gips), et kjemikalium med mange anvendelser.

I henhold til en foretrukket utførelsform av oppfinnelsen blir en oksygeninneholdende gasstrøm, som vanligvis er luft, men som også skal være rent oksygen eller oksygenanriket luft, analogt som for tilfelle av hydrogensulfid, innført separat til det vandige alkaliske reaksjonsmedium, for å forårsake at sulfatsalt dannes. Når en slik oksydasjons-aksjon utføres i nærvær av kalk eller kalkstenoppslemning, er det generelt foretrukket at den mindre mengde av et anti-kakedannende middel, tilsettes for å forhindre kakedannelse av biprodukter kalsiumsulfat på kalk- eller kalkstenpartik-lene, hvilket nedsetter deres effektivitet. Et egnet anti-kakedannende middel er magnesiumsulfat.

Konsentrasjonen av sulfatsalt bygger seg opp i den vandige oppløsning etter den initiale oppstarting inntil oppløsnin-gen mettes, hvoretter sulfatet begynner å felle ut fra opp-løsningen. Det krystallinske sulfat, vanligvis natriumsulfat eller kalsiumsulfat krystaller, kan om ønsket floteres fra oppløsningen av de svoveldioksyd-utarmede gassbobler, even-tuelt ved hjelp av fIotasjonsfremmende kjemikalier.

BESKRIVELSE AV FORETRUKKET UTFØRELSESFORM

Under henvisning til tegningene er det vist i fig. 1 et innelukket apparat 10 for å bibringe fjernelse av hydrogensulfid fra en hydrogensulfidinneholdende gasstrøm. Apparatet 10 inneholder et legeme av vandig jernchelatoppløsning 12 eller annen egnet overgangsmetallchelat-oppløsning, og en indre skillevegg 14 utstrekker seg nedad inn i den vandige jernchelat-oppløsning 12 fra det øvre lukke 15 ned mot, men adskilt fra den nedre lukke 16, og deler kammeret 10 i to reaksjonssoner 8 og 9.

Et gassinnmatningsrør 17, 18 utstrekker seg nedad inn i apparatet 10 på hver side av skilleveggen 14 inn i de respektive reaksjonssoner 8 og 9. Et skovlehjul 20, 22 er anordnet tilstøtende den nedre ende av gassinnmatningsrør-ene, henholdsvis 17 og 18, og er montert for rotasjon rundt en akse 24, 26, for å innføre gasstrøm gjennom rørene 17, 18. Hvert skovlehjul omfatter et antall radielt utstikkende blader. For tilfelle av røret 17, så innføres en hydrogen-sulf idinneholdende gasstrøm 28, såsom en sur naturgasstrøm og for tilfelle av røret 18 så innføres en oksygeninneholdende gasstrøm 30, såsom luft, oksygen, eller oksydanriket luft.

Omgivende hvert skovlehjul 20, 22 er en stasjonær omhylning 32, 34, som er forsynt med et antall gjennomgående åpninger 36, som sammen med rotasjon av skovlehjulet 20, 22 resulterer i dispergering av gassene som innmates gjennom de respektive rør 17, 18, i form av fine bobler. Dispergering av fine bobler av den hydrogensulfidinneholdende gasstrøm i jernchelatoppløsningen fremmer gass-væskekontakt og rask omsetning av hydrogensulfid til svovel i jernchelatoppløs-ningen.

Dispergering av fine bobler av den oksygeninneholdende gass-strøm i jernchelatet fremmer gass-væskekontakt og rask regenerering av jernchelatoppløsningen. De forskjellige reaksjoner som finner sted i legemet av jernchelatoppløsnin-gen 12 er beskrevet ovenfor, og resulterer i en totalreaksjon i reaktoren 10 som kan representeres ved ligningen:

Hydrogensulfidet fjernes fra dens hydrogensulfidinneholdende gasstrøm i kontakt med jernchelatoppløsningen, og boblene av hydrogensulfidutdannet gass stiger opp i reaksjonssonen 8 mot overflaten av jernchelatoppløsningen i denne sone. På tilsvarende måte fjernes oksygen fra den oksygeninneholdende gasstrøm i kontakt med jernchelatoppløsningen, og bobler av oksygenutarmet gass stiger opp i reaksjonssonen 9, mot overflaten av jernchelatoppløsningen i denne sone.

De fine svovelpartikler som dannes, vokser i legemet av jernchelatoppløsningen inntil de når en størrelse som tillater dem å bli flokulert til overflaten av jernchelatopp-løsningen i de respektive reaksjonssoner 8, 9 av de respektive bobler av utarmet gasstrøm, til å gi et svovelskum 38 på jernchelatoppløsningens overflate. Svovel erholdes i form av ortorombisk krystallinsk form med en partikkelstørrelse i området 10 - 30 pm. Dette snevre partikkelstørrelsesområde tillater lett separasjon av svovel fra den medbragt jern-chelatoppløsning ved ytterligere bearbeiding av skummet 38. Svovelet kan fjernes fra overflaten av jernchelatoppløsnin-gen i hver av sonene 8, 9 av henholdsvis avskummende 40, 42 til renner 44, 46.

Den hydrogensulfidutarmede gasstrøm oppsamles i gassrommet 48 over overflaten av jernchelatoppløsningen i sone 8, og fjernet via rørledningen 50.

Den oksygenutarmede gasstrøm oppsamles i gassrommet 52 over overflaten av jernchelatoppløsningen i sone 9, og fjernet via rørledningen 54. Tilstedeværelsen av skillevegger 14 sikrer at gassonene 48 og 52 er fysikalsk separert fra hverandre, slik at de respektive utarmede gasstrømmer ikke kan blande seg.

Tilsvarende vil tilstedeværelse av skilleveggen 14, som utstrekker seg nedad i legemet 12 av jernchelatoppløsningen, forhindre at den oksygeninneholdende gasstrøm som innmates til reaksjonssonen 9 føres inn i reaksjonssonen 8, slik at forurensning av produktgasstrømmen i rørledningen 50 av oksygen unngås.

I den viste utførelsesform er skovlehjulet og omhylningskombinasjonen 22 og 34 for den oksygeninneholdende gasstrøm mindre enn den for skovlehjulet og omhylningskombinasjonen 20 og 32 for den hydrogensulfidinneholdende gasstrøm. Dette arrangementet er det vanlige, fordi konsentrasjonen av hydrogensulfid i gasstrømmen som behandles vanligvis er meget mindre enn konsentrasjonen av oksygen i den oksygeninneholdende gasstrøm. Imidlertid kan skovlehjul-omhylnings-kombinasjonene ha samme størrelse, om ønsket.

Fig. 2 adskiller seg fra fig. 1 ved at utløpet 54 for oksygenutarmet gasstrøm innmates til innløpsrøret 17 for den hydrogensulfidinneholdende gasstrøm. Som et resultat vil oksygen tilstede i den oksygenutarmede gasstrøm fordeles sammen med hydrogensulfid i reaksjonssonen 8 og raskt for-brukes deri, og derved ytterligere nedsette det totale oksygenbehov til nær det støkiometriske. Dette arrangement er fordelaktig når noen hydrogensulfidutarmede gassbobler har gått inn i sonen 9, og følgelig oppsamles sammen med den

oksygenutarmede gasstrøm i gassrommet 52.

Ved å anordne separate innmatninger av hydrogensulfidinneholdende gasstrøm og oksygeninneholdende gasstrøm til to separate reaksjonssoner inne i det samme legeme av jern-chelatkatalysatoroppløsningen, i motsetning til det som er beskrevet i kanadisk patent nr, 1.212.819, i henhold til hvilket begge gasstrømmene innmates til den samme neddykkede posisjon i jernchelatoppløsningen, så oppnås en vesentlig bedre prosesseffektivitet, med hensyn til oksygenforbruk. Som tidligere nevnt er det beste resultat som kan oppnås med det kjente system et hvor det kreves fem ganger den støkio-metriske mengde av anvendt oksygen, mens ved anvendelse av arrangementet vist i fig. 1 ifølge tegningene, kreves det mindre enn to ganger den støkiometriske mengde av oksygen.

En spesiell fordel med foreliggende oppfinnelse oppnås i forbindelse med behandling av naturgass ol. brennbare gass-innmatninger. Da den oksygeninneholdende gasstrøm ikke kommer i kontakt med den hydr°gensulfidinneholdende gasstrøm under hydrogensulfidfjerneoperasjonen, så dannes det ikke potensielt eksplosive gassblandinger.

I tillegg, da gassene innmates separat til de neddykkede posisjoner, skjer det ingen gjensidig fortynning av hydrogensulfid og oksygen i de respektive gasstrømmer innmatet til reaktoren 10, slik at det oppnås en meget høyere masse-overføringshastighet ved hvert skovlehjul 20, 22, enn i henhold til kanadisk patent nr. 1.212.819. I henhold til det siste patent innføres begge gasstrømmene til den samme neddykkede posisjon, enten som en blanding av gasser eller separat, slik at gassene gjensidig fortynnes med hverandre ved den neddykkede posisjon. Som et resultat av den høyere masseoverføringshastighet som oppnås i henhold til oppfinnelsen, kan høyere konsentrasjoner av hydrogensulfid behandles i utstyr med den samme størrelse.

I tillegg til de ovenfor nevnte fordeler, så deler foreliggende oppfinnelse også de fordeler av systemet beskrevet i kanadisk patent nr. 1.212.819, nemlig at hydrogensulfid raskt og effektivt fjernes fra gasstrømmen inneholdende hydrogensulfid, og at biproduktet svovel erholdes i et snevert partikkelstørrelsesområde, samt at innføring av gassen skjer ved et lavt trykkfall og derved nedsette behov for pumping.

Som nevnt ovenfor så er foreliggende oppfinnelse ikke begrenset bare til behandling av hydrogensulfidinneholdende gasstrømmer for å fjerne hydrogensulfid derfra, men er generelt rettet mot enhver prosess hvor en gassformig bestanddel oksyderes til en uoppløselig fase i et væskemedium, ofte i en form som deretter kan floteres fra oppløsningen.

Feks. kan apparatet 10, vist i fig. 1 og 2 anvendes for å fjerne merkaptanet fra en gasstrøm inneholdende merkaptaner, som innmates via rørledningen 28. Ved denne prosess blir metallchelatoppløsningen 12 erstattet med en vandig natrium-hydroksydoppløsning, og de flytende disulfider som resulterer fra oksydasjon, floteres av og fjernes fra overflaten av den gassformige natriumhydroksydoppløsning.

Gasstrømmer forurenset med hydrogensulfid er ofte også forurenset med merkaptaner, slik som i sure naturgasstrømmer. I henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen kan begge komponenter fjernes fra gasstrømmen inneholdende disse, ved sekvensiell drift hvori merkaptanen først fjernes fra gass-strømmen i en første reaktor 10, og deretter fjernes hydrogensulfid fra gasstrømmen ved å innmate produktgasstrømmen fra den første reaktor 10 til en andre reaktor 10.

EKSEMPEL

En forsøksapparatur ble konstruert i henhold til fig. 1, og forsøk ble utført med apparatet for å bestemme den minimale mengde oksygen som var nødvendig i et to-skovlehjulsystem, hvor hydrogensulfidinneholdende gasstrøm ble innmatet til et skovlehjul, og med kun oksygen innmatet til et andre skovlehjul .

På hydrogensulfid-skovlehjulsiden ble kjente volumer av hydrogensulfid innført i en nitrogenbæregasstrøm, mens i det andre kammer ble en kjent mengde oksygen innført. Over væskenivået ble en gasstett barriere anordnet, mens under væskenivået ble en finmasket netting anordnet, hvilket til-lot at en del av væsken kunne passere igjennom, men uteluk-ket alle bortsett fra de fineste bobler.

Initialt ble systemet bragt til sulfidering ved å gjennom-strømme overskuddsmengder av hydrogensulfid og ikke noe oksygen til reaktoren, som inneholdt et legeme av jern-chelatoppløsning. Sulfideringen ble særpreget ved dannelse av en sort-olivenoppløsning, dette i motsetning til den normale lysebrune farge og meget dårlig H2S-fjerning.

Oksygeninnstrømningshastigheten ble langsomt forøket, og H2S-utløpskonsentrasjonen målt kontinuerlig. Et punkt ble nådd hvor fjerningshastigheten av hydrogensulfid begynte å øke når hydrogensulfid-utløpskonsentrasjonen falt; hvilket var det punkt hvor det var tilstrekkelig oksygen tilstede til regenerere tilstrekkelig katalysator for å erstatte sulfidet med H2S. Verdien var da det minimale oksygenbehov for å bibeholde reaktorsystemet. Denne prosedyre ble gjen-tatt for forskjellige gasstrømningshastigheter og omdr/min.

Der erholdte resultater er vist i tabellene I, II og III i det etterfølgende:

Tabell III viser molforholdet av oksygen nødvendig for H2S-forbruket. Teoretisk kreves 0,5 mol 02 per mol H2S. Den minimale nødvendige oksygenmengde er 1,4 ganger den støkio-metriske, slik som vist i tabell III ved 10 l/min N2 og 1800 omdr/min.

Avslutningsvis tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en ny fremgangsmåte og et apparat for effektiv fjerning av gassformige bestanddeler fra gasstrømmer, under anvendelse av et to-skovlehjularrangement for separat fordeling av en gasstøm inneholdende en gassformig bestanddel, og en andre gasstrøm som finner bobler i egnet væskemedium for dannelse av en uoppløselig fase, som kan oppsamles ved fIotasjon om ønsket. Modifikasjoner er også mulig innen oppfinnelsens omfang.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte ved fjerning av en gassformig bestanddel fra en gasstrøm (28) ved at den gassformige bestanddel omsettes med en gassformig reaktant til en uoppløselig fase (38) , ved at gasstrømmen (28) innføres og finfordeles til små bobler i et flytende medium (12), og at den dannede uoppløse-lige fase (3 8) fjernes fra det flytende medium (12), karakterisert ved at det anvendes en reaksjonssone inneholdende et væskemedium (12), og hvor reaksjonssonen er forsynt med en delanordning (14) som utstrekker seg fra en øvre innelukking (15) til reaksjonssonen nedad i væskemediet (12) for å etablere første (8) og andre (9) individuelle reaksjonssoner, adskilt fysikalsk fra hverandre ved hjelp av delanordningen (14), men i væske-strømskommunikasjon med hverandre, har hver individuell reaksjonssone (8,9) en gassatmosfære over væskenivået deri, innmate den gassformige bestanddelinneholdende gasstrøm (28) til en første neddykket posisjon i den første individuelle reaksjonssonen (8), og fordele gasstrømmen i den første neddykkede posisjon i form av små gassbobler, innmate en andre gasstrøm (39) til den andre neddykkede posisjon i den andre individuelle reaksjonssone (10), og fordele den andre gasstrøm i den andre neddykkede posisjon i form av små gassbobler, tillate omsetning av de små gassboblene av den gassformige bestanddelinneholdende gasstrøm (28), og de små gassbobler av den andre gasstrøm (30) og væskemediet (12) for å tilveiebringe omdannelse av den gassformige bestanddel til en uoppløselig fase (3 8) i væskemediet (12), awentilere gass fra gassatmosf æren (48) i den første individuelle reaksjonssone (8), og awentilere gass fra den gassformige atmosfære (52) i den andre individuelle reaksjonssone (9).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den uoppløselige fase (38) floteres a<y> gassboblene når disse er utarmet med hensyn til omsatte gassformige bestanddeler, og hvor gassboblene tillates å stige opp igjennom væskemediet (12) i de respektive individuelle reaksjonssoner (8,9), og å flotere den uoppløselige fase (3) til overflaten av væskemediet (12) i den respektive individuelle reaksjonssone (8,9).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den andre gasstrøm (3 0) inneholder en oksyderende bestanddel og at væskemediet (12) er et vandig medium inneholdende en katalysator for oksydativ omdannelse av den gassformige bestanddel til den uoppløselige fase (38).

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at de utarmede gassbobler, etter at de når overflaten av en vandig katalysatoropp-løsning i de respektive individuelle reaksjonssoner (8,9) danner en atmosfære utarmet med hensyn til den gassformige bestanddel over væskemediet i den første reaksjonssone (8) som den gassatmosfære deri, og en andre atmosfære over væskemediet i den andre reaksjonssone (9) som den gassatmosf ære deri, og som er fysikalsk separert fra den bestanddel utarmede atmosfære ved hjelp av skilleanordningen (14).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at strømmen (50) utarmet med hensyn til den gassformige bestanddel awentileres fra den utarmede atmosfære og en annen gasstrøm (54) awentileres fra den andre atmosfæren.

6. Fremgangsmåter ifølge kravene 4 eller 5, karakterisert ved at den andre gassstrøm (3 0) er en gasstrøm inneholdende en oksyderende bestanddel, væskemediet (12) er et vandig medium inneholdende katalysator for omdannelse av den gassformige (28) bestanddel til den uoppløselige fase (38), en gassformig bestanddel utarmet strøm (50) awentileres fra den gassformige bestanddel utarmede atmosfære, og en gasstrøm (52) utarmet med hensyn til den oksyderende bestanddel innmates fra den andre atmosfære til den gassformige bestanddelinneholdende mate-strøm (28).

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert ved at gasstrømmene (28,30) fordeles i form a fine bobler i de respektive neddykkede posisjoner ved en kombinert virkning av et roterende skovlehjul (20,22) og en stasjonær sylindrisk omhylning (32,34) som omgir skovlehjulet (20,22) og som er forsynt med gjennomgående åpninger (36).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at det roterende skovlehjul (20,22) og den stasjonære omhylning (32,34) er lokalisert ved den nedre ende av et gassinnmatningsrør (17,18) som utstrekker seg fra den øvre innelukning til reaksjonskammeret (8,9) og at de respektive innmatninger av den gassformige bestanddelinneholdende strøm (28), og den andre gasstrøm (30) til den første og andre neddykkkede posisjon innføres igjennom gassinnmatningsrøret (17,18) ved rotering av det respektive roterende skovlehjul (20,22).

9. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved at en ytterligere delanordning er anordnet i reaksjonskammeret for å definere minst en ytterligere reaksjonssone deri.

10. Apparat (10) for å bibringe gass-væskekontaktreaksjoner hvilket apparat omfatter et innelukket kammer for å holde et legeme av et væskemedium (12) i hvilken omsetningen skal bevirkes, karakterisert ved en skilleanordning (14) som utstrekker seg nedad inne i kammeret fra den øvre lukking (15) derav ned mot en nedre lukke (16) derav, for å dele kammeret i første og andre separate reaksjonssoner (8,9) som er i væskestrømningskommu-nikasjon med hverandre via legemet av væskemediet (12), et første gassinnmatningsrør (17) som utstrekker seg nedad i en av reaksjonssonene (8), et første roterende skovlehjul (20) anordnet ved den nedre ende av det første gassinnmatningsrør (17) og montert for rotasjon rundt en vertikal akse, en første stasjonær omhylning (32) med et antall gjennomgående hull (36) , og som omgir det første roterende skovlehjul (20), et andre gassinnmatningsrør (18) som utstrekker seg nedad i den andre av reaksjonssonene (9), et andre roterbart skovlehjul (22) anordnet i den nedre ende av det andre gassinnmatningsrør (18) , og som er montert for rotasjon rundt en vertikal akse, en andre stasjonær omhylning (34) forsynt med et antall gjennomgående hull (36) og som omgir det andre roterbare skovlehjul (22) , en første gassventileringsanordning (50) som kommuniserer med den første reaksjonssone (8) over det påtenkte væskenivå i kammeret, og en andre gassventilasjonsanordning (54) som kommniserer med den andre reaksjonssone (9) over det påtenkte væskenivå i kammeret.

11. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at den første gassinnmatningsanordning kommuniserer med det første gassinnmat-ningsrør (17), og at en andre gassinnmatningsanordning (18) kommuniserer med det andre gassinnmatningsrør.

12. Apparat ifølge krav 11, karakterisert ved at det første (20) og andre (22) roterende skovlehjul er montert for rotasjon rundt en vertikal akse av en aksel (24,26) som utstrekker seg vertikalt nedad i de respektive gassinnmatningsrør (20,22) fra det ytre av kammeret.

13. Apparat ifølge krav 11 eller 12, karakterisert ved at den første gassinnmatningsanordning kommuniserer med det første gassinnmat-ningsrør (17) , den andre gassinnmatningsanordning kommuniserer med det andre gassinnmatningsrør (18), den første gassventileringsanordning (50) kommuniserer med en første reaksjonssone (8) over det påtenkte væskenivå i kammeret, og en tredje gassinnmatningsanordning (54) kommuniserer med den andre reaksjonssone (9) over det påtenkte væskenivå i kammeret, samt kommuniserer også med det første gassinnmatningsrør (17) .

14. Apparat ifølge krav 13, karakterisert ved at det første (20) og andre (22) roterende skovlehjul er montert for rotasjon rundt en vertikal akse av en aksel (24, 26) som utstrekker seg vertikalt nedad i de respektive gassinnmatningsrør (17,18) fra det ytre av kammeret.

15. Apparat ifølge hvilket som helst av kravene 10-14, karakterisert ved at det andre roterbare skovlehjul (22) og den andre stasjonære omhylning (34) har en mindre størrelse enn det første roterbare skovlehjul (20) og den føste stasjonære omhylning (32).

16. Apparat ifølge hvilket som helst av kravene 10 - 15, karakterisert ved midler (40,42) for å fjerne uoppløselige produkter fra overflaten av væskemediet (12) i hver av reaksjonssonene (8,9).

17. Apparat ifølge hvilket som helst av kravene 10 - 16, karakterisert ved at skilleanordningen (14) gjennom det hele er en fast skillevegg.

18. Apparat ifølge hvilket som helst av kravene 10 - 16, karakterisert ved at skilleanordningen (14) omfatter en fast skillevegg over det påtenkte væskenivå i kammeret, og at skilleelementet (14) er tilstrekkelig porøst til å tillate væskestrøm derigjennom, men utilstrekke-lig porøst til å tillate gasstrøm derigjennom under det påtenkte væskenivå.