RU2795605C1

RU2795605C1 - Unit for non-reagent utilization of sulphur-alkaline waste

Info

Publication number: RU2795605C1
Application number: RU2022124911A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владиславович Курочкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью научно-исследовательский и проектный институт "ПЕГАЗ"
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2023-05-05

Abstract

FIELD: treatment of effluents.

SUBSTANCE: unit for non-reagent utilization of sour-alkaline wastewater includes a contact column, an oxidizing reactor, a pressurized furnace connected to the column by a line for supplying exhausted sour gas and equipped with fuel and air supply lines and a flue gas outlet line, as well as a refrigerator. The supply line of the first air flow is placed as the air supply line, the column is made of two sections, on the flue gas outlet line there is an adjoining of the second air flow supply line to form a flue gas-air mixture supply line, which is divided into three lines. On the first line, a gas-phase reactor with a catalyst for the oxidation of sulphur dioxide is installed as an oxidizing reactor, connected by an oxidation gas supply line equipped with a first cooler to the intersection space of the column. The second line is equipped with a second cooler and is connected to the bottom of the column. The third line is the output line for the balance flow of the flue gas mixture with air. In addition, the column is equipped with a line for supplying sulphurous-alkaline effluents and a line for discharging treated effluents.

EFFECT: simplified unit design by equipping it with a reactor with a sulphur dioxide oxidation catalyst and a two-section contact column.

1 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к установкам очистки сернисто-щелочных стоков, образующихся при щелочной очистке продуктов нефтедобычи, нефтепереработки и в других отраслях промышленности.The invention relates to installations for the treatment of sulphurous-alkaline effluents generated during alkaline treatment of oil products, oil refining and other industries.

Известна установка, используемая в способе обезвреживания сульфидно-щелочных стоков [RU 2587437, опубл. 20.06.2016 г., МПК C02F 1/72, C10G 53/14, C10G 27/12], содержащая механический фильтр, объемный расходомер, насос-дозатор, узел смешения с технической водой, трубчатый реактор каталитического окисления водным раствором пероксида водорода в присутствии гомогенного катализатора и емкостный реактор.Known installation used in the method of neutralization of sulfide-alkaline effluents [RU 2587437, publ. 06/20/2016, IPC C02F 1/72, C10G 53/14, C10G 27/12], containing a mechanical filter, a volumetric flow meter, a dosing pump, a mixing unit with technical water, a tubular reactor for catalytic oxidation with an aqueous solution of hydrogen peroxide in the presence of homogeneous catalyst and capacitive reactor.

Недостатками известной установки является загрязнение стоков катализатором и использование в качестве окислителя дорогостоящего взрывоопасного реагента - пероксида водорода.The disadvantages of the known installation is the contamination of waste water with a catalyst and the use of an expensive explosive reagent, hydrogen peroxide, as an oxidizing agent.

Наиболее близким по технической сущности является способ очистки сульфидно-щелочных стоков [RU 2460692, опубл. 10.09.2012 г., МПК C02F 1/24, C02F 9/14, B01D 3/38, C02F 103/18], осуществляемый на установке, включающей теплообменник нагрева стоков, смесители стоков с углекислым газом и серной кислотой и отпарную (десорбционную) колонну, оснащенную линией вывода сернистого газа с холодильником и сепаратором.The closest in technical essence is a method of purification of sulfide-alkaline wastewater [RU 2460692, publ. 09/10/2012, IPC C02F 1/24, C02F 9/14, B01D 3/38, C02F 103/18], carried out on a plant that includes a wastewater heating heat exchanger, wastewater mixers with carbon dioxide and sulfuric acid and stripping (desorption) a column equipped with a line for the removal of sulfur dioxide with a cooler and a separator.

Недостатками известного способа являются: использование водяного пара и реагентов (углекислого газа и серной кислоты), а также получение отхода - сернистого газа, требующего дальнейшей утилизации.The disadvantages of this method are: the use of steam and reagents (carbon dioxide and sulfuric acid), as well as the production of waste - sulfur dioxide, requiring further disposal.

Наиболее близкой по технической сущности является установка безреагентного обезвреживания сернисто-щелочных стоков (варианты) [RU 2738579, опубл. 23.11.2020 г., МПК C02F 1/72], включающая две колонны карбонизации (контактных колонны), жидкофазный окислительный реактор, горелку (топку под давлением), сепаратор, два теплообменника, холодильник и сепарационное устройство.The closest in technical essence is the installation of reagent-free neutralization of sulfuric-alkaline effluents (options) [RU 2738579, publ. November 23, 2020, IPC C02F 1/72], including two carbonization columns (contact columns), a liquid-phase oxidizing reactor, a burner (pressure furnace), a separator, two heat exchangers, a refrigerator and a separation device.

Недостатками данной установки являются ее сложность, поскольку установка включает 9 единиц основного технологического оборудования.The disadvantages of this installation are its complexity, since the installation includes 9 units of the main process equipment.

Задачей настоящего изобретения является упрощение установки.The aim of the present invention is to simplify the installation.

Техническим результатом является упрощение установки за счет оснащения установки газофазным реактором с катализатором окисления диоксида серы, содержащегося в дымовом газе, до триоксида серы, который при растворении в сернисто-щелочных стоках, подаваемых в двухсекционную контактную колонну, образует серную кислоту, снижающую рН стоков до значения, позволяющего осуществить полную отдувку сероводорода и меркаптанов.The technical result is to simplify the installation by equipping the installation with a gas-phase reactor with a catalyst for the oxidation of sulfur dioxide contained in the flue gas to sulfur trioxide, which, when dissolved in sulfur-alkaline effluents supplied to a two-section contact column, forms sulfuric acid, which reduces the pH of the effluents to the value allowing complete stripping of hydrogen sulfide and mercaptans.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей контактную колонну, окислительный реактор, топку под давлением, соединенную с колонной линией подачи отдутого сернистого газа, и оснащенную линиями подачи топлива и воздуха, и линией вывода дымового газа, а также холодильник, особенностью является то, что в качестве линии подачи воздуха размещена линия подачи первого потока воздуха, колонна выполнена двухсекционной, на линии вывода дымового газа расположено примыкание линии подачи второго потока воздуха с образованием линии подачи смеси дымового газа с воздухом, которая разделена на три линии, на первой линии в качестве окислительного реактора установлен газофазный реактор с катализатором окисления диоксида серы, соединенный линией подачи газа окисления, оснащенной первым холодильником, с межсекционным пространством колонны, на вторая линия, оборудованная вторым холодильником, соединена с нижней частью колонны установлен, третья линия представляет собой линию вывода балансового потока смеси дымового газа с воздухом, кроме того, колонна оснащена линией подачи сернисто-щелочных стоков и линией вывода очищенных стоков.The technical result is achieved by the fact that in the proposed installation, which includes a contact column, an oxidizing reactor, a pressurized furnace connected to the column by an exhausted sulfur dioxide supply line, and equipped with fuel and air supply lines, a flue gas outlet line, as well as a refrigerator, the feature is the fact that the supply line of the first air flow is placed as the air supply line, the column is made of two sections, on the flue gas outlet line there is an adjoining supply line of the second air flow with the formation of a supply line for the mixture of flue gas with air, which is divided into three lines, on the first line a gas-phase reactor with a sulfur dioxide oxidation catalyst is installed as an oxidizing reactor, connected by an oxidation gas supply line equipped with a first refrigerator to the intersection space of the column, a second line equipped with a second refrigerator is connected to the bottom of the column, the third line is a balance the flow of the mixture of flue gas with air, in addition, the column is equipped with a line for supplying sour-alkaline effluents and a line for removing treated effluents.

В каталитическом реакторе размещен неподвижный слой ванадиевого катализатора окисления диоксида серы. В качестве топлива может быть использовано любое газообразное или жидкое топливо, преимущественно сернистое. Колонны карбонизации могут быть оснащены насадочными или тарельчатыми контактными устройствами, а горелка может быть выполнена в виде устройства для каталитического окисления или огневого сжигания топлива. Холодильники могут быть выполнены, например, в виде аппаратов воздушного охлаждения. Остальные элементы установки могут представлять собой любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.A fixed bed of a vanadium catalyst for the oxidation of sulfur dioxide is placed in the catalytic reactor. Any gaseous or liquid fuel, preferably sulphurous, can be used as fuel. The carbonization towers can be equipped with packed or tray contact devices, and the burner can be made as a device for catalytic oxidation or combustion of fuel. Refrigerators can be made, for example, in the form of air coolers. The remaining elements of the installation can be any device for the appropriate purpose, known from the prior art.

Выполнение колонны с двумя секциями позволяет в верхней секции произвести полную отдувку сернистых соединений, включая сероводород и меркаптаны за счет снижения рН стоков благодаря растворению триоксида серы, содержащемуся в газе окисления, а в нижней секции довести рН очищенных стоков да заданного за счет растворения углекислого газа и диоксида серы, содержащихся в циркулирующем отходящем газе. Примыкание линии подачи второго потока воздуха к линии вывода дымового газа позволяет снизить температуру дымового газа до оптимальной температуры работы ванадиевого катализатора. Установка на первой линии подачи смеси дымового газа с воздухом газофазного реактора с катализатором окисления диоксида серы позволяет получить газ окисления, содержащий пары триоксида серы. Все указанные признаки в целом обеспечивают упрощение установки, позволяя сократить количество единиц оборудования с 9 до 5.The execution of the column with two sections allows in the upper section to carry out a complete stripping of sulfur compounds, including hydrogen sulfide and mercaptans by reducing the pH of the effluents due to the dissolution of sulfur trioxide contained in the oxidation gas, and in the lower section to bring the pH of the treated effluents to the specified value by dissolving carbon dioxide and sulfur dioxide contained in the circulating off-gas. Connecting the supply line of the second air stream to the flue gas outlet line makes it possible to reduce the temperature of the flue gas to the optimum operating temperature of the vanadium catalyst. The installation of a gas-phase reactor with a sulfur dioxide oxidation catalyst in the first line for supplying a mixture of flue gas with air makes it possible to obtain an oxidation gas containing vapors of sulfur trioxide. All of these features add up to simplify installation by reducing the number of pieces of equipment from 9 to 5.

Предлагаемая установка показана на прилагаемом рисунке и включает топку под давлением 1, газофазный каталитический реактор 2, первый и второй холодильники 3 и 4, и двухсекционную колонну карбонизации 5.The proposed plant is shown in the attached figure and includes a pressure furnace 1, a gas-phase catalytic reactor 2, the first and second coolers 3 and 4, and a two-section carbonization column 5.

При работе установки сернисто-щелочные стоки, подаваемые по линии 6, продувают сначала в верхней секции колонны 5 газом окисления, подаваемым по линии 7 из реактора 2 через холодильник 3, затем циркулирующей смесью дымового газа с воздухом, подаваемой по линии 8 после холодильника 4. Очищенные стоки выводят из низа колонны 5 по линии 9, а отдутый сернистый газ из верха колонны 5 по линии 10 подают в топку 1, в которую подают также воздух по линии 11 и топливо по линии 12. Дымовой газ, содержащий в том числе остаточный кислород, диоксиды углерода и серы, выводят из топки 1 по линии 13, охлаждают путем смешения с воздухом, подаваемым по линии 14, и разделяют на две части. Первую часть смеси дымового газа с воздухом по линии 15 направляют в реактор 2, в котором большая часть диоксида серы окисляется до триоксида серы с образованием газа окисления, который выводят из реактора 2 по линии 7, охлаждают в холодильнике 3 и направляют в колонну 2 между первой и второй секциями. Вторую часть смеси дымового газа с воздухом охлаждают в холодильнике 4 и подают в нижнюю часть колонны 5 Третью часть смеси дымового газа с воздухом выводят в качестве балансовой по линии 16.During operation of the plant, sulfuric-alkaline effluents supplied through line 6 are first purged in the upper section of column 5 with oxidation gas supplied through line 7 from reactor 2 through cooler 3, then with a circulating mixture of flue gas with air supplied through line 8 after cooler 4. The treated effluents are removed from the bottom of the column 5 through line 9, and the blown sulfur dioxide from the top of the column 5 through line 10 is fed into the furnace 1, which is also supplied with air through line 11 and fuel through line 12. Flue gas containing, among other things, residual oxygen , carbon dioxide and sulfur are removed from the furnace 1 through line 13, cooled by mixing with air supplied through line 14, and divided into two parts. The first part of the mixture of flue gas with air through line 15 is sent to reactor 2, in which most of the sulfur dioxide is oxidized to sulfur trioxide with the formation of oxidation gas, which is removed from the reactor 2 through line 7, cooled in a cooler 3 and sent to column 2 between the first and second sections. The second part of the mixture of flue gas with air is cooled in the cooler 4 and fed into the lower part of the column 5. The third part of the mixture of flue gas with air is removed as a balance through line 16.

Работоспособность установки подтверждается примером.The operability of the installation is confirmed by an example.

2,0 т/час сернисто-щелочных стоков с рН 12,4, содержащих 3,31% масс, сульфидной серы (в пересчете на серу) и 0,3% масс. меркаптидной серы (в пересчете на серу), при 40°С подают в верхнюю секцию колонны 5, в середину которой подают 280 нм³/час газа окисления, а в нижнюю часть подают 140 нм³/час второй части смеси дымового газа с воздухом, предварительного охлажденных в холодильниках 3 и 4 до 50°С. При этом рН стоков сначала снижается 9,0 а затем до 7,0, что приводит в полной отдувке сероводорода и меркаптанов и образованию очищенных стоков: раствора смеси нетоксичных карбоната, сульфита и сульфата натрия, содержащих менее 0,003% масс. сульфидной серы (в пересчете на серу) и менее 0,0001% масс. меркаптидной серы (в пересчете на серу). 420 нм³/час сернистого газа с верха колонны 5 подают в топку 1, в которую подают также 210 нм³/час воздуха и 15 нм³/час попутного нефтяного газа в качестве топлива. Полученные 660 нм³/час дымового газа смешивают с 650 нм³/час воздуха для снижения температуры до 480°С, первую часть полученной смеси в количестве 281 нм³/час подают в реактор 2, в котором в присутствии ванадиевого катализатора осуществляют окисление диоксида серы с получением газа окисления, вторую часть смеси подают в колонну 5. Третью часть газа выводят в качестве балансового потока. Всего использовано 5 единиц оборудования.2.0 t/h of sulphurous-alkaline effluents with a pH of 12.4, containing 3.31% of the mass, sulfide sulfur (in terms of sulfur) and 0.3% of the mass. mercaptide sulfur (in terms of sulfur), at 40°C is fed into the upper section of the column 5, in the middle of which 280 nm ³ /hour of oxidation gas is supplied, and 140 nm ³ /hour of the second part of the mixture of flue gas with air is supplied to the lower part, pre-chilled in refrigerators 3 and 4 to 50°C. In this case, the pH of the effluents first decreases to 9.0 and then to 7.0, which leads to the complete stripping of hydrogen sulfide and mercaptans and the formation of treated effluents: a solution of a mixture of non-toxic carbonate, sulfite and sodium sulfate containing less than 0.003% wt. sulfide sulfur (in terms of sulfur) and less than 0.0001% of the mass. mercaptide sulfur (in terms of sulfur). 420 Nm ³ /hour of sulfur dioxide from the top of the column 5 is fed into the furnace 1, which also serves 210 Nm ³ /hour of air and 15 Nm ³ /hour of associated petroleum gas as fuel. Received 660 nm ³ /hour of flue gas is mixed with 650 nm ³ /hour of air to reduce the temperature to 480°C, the first part of the resulting mixture in the amount of 281 nm ³ /hour is fed into reactor 2, in which sulfur dioxide is oxidized in the presence of a vanadium catalyst to obtain an oxidation gas, the second part of the mixture is fed into the column 5. The third part of the gas is removed as a balance flow. A total of 5 pieces of equipment were used.

При этом технический результат - упрощение установки достигается за счет оснащения установки газофазным реактором с катализатором окисления диоксида серы и двухсекционной колонной, обвязанных указанным выше образом.At the same time, the technical result - the simplification of the installation is achieved by equipping the installation with a gas-phase reactor with a sulfur dioxide oxidation catalyst and a two-section column tied in the above manner.

Таким образом, предлагаемая установка проще, позволяет осуществлять безреагентную и безотходную очистку сернисто-щелочных стоков и может быть использована в промышленности.Thus, the proposed installation is simpler, allows for reagent-free and waste-free treatment of sulphurous-alkaline effluents and can be used in industry.

Claims

Installation for non-reagent disposal of sulphurous-alkaline effluents, including a contact column, an oxidizing reactor, a pressurized furnace connected to the column by an exhausted sulfur dioxide supply line and equipped with fuel and air supply lines and a flue gas outlet line, as well as a refrigerator, characterized in that in as the air supply line, the supply line of the first air stream is placed, the column is made of two sections, on the flue gas outlet line, the junction of the second air stream supply line is located with the formation of the flue gas-air mixture supply line, which is divided into three lines, on the first line as an oxidizing reactor a gas-phase reactor with a sulfur dioxide oxidation catalyst is installed, connected by an oxidation gas supply line equipped with the first cooler to the intersection space of the column, the second line, equipped with a second cooler, is connected to the bottom of the column, the third line is the output line of the balance flow of the flue gas mixture with air in addition, the column is equipped with a line for supplying sulphurous-alkaline effluents and a line for removing treated effluents.