Способ получения газа, содержащего азот и диоксид углерода

Ж, 172100 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК з С 01 В ГОСУДАРСТВЕННЪЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ А(56) Технологический регламент установки депарафинизации масел 39/1. Ново-Уфимский Ордена Ленина и Ордена Октябрьской революции нефтеперерабатывающий завод. Утверждено 5 ноября 1985 г. Индекс регламента ТР 2.01.050,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГА ЖАЩЕГО АЗОТ И ДИОКСИД УГ Изобретение относится к нефтегазоперерабатыва 1 ощей промышленности и может быть использовано для получения инертного газа из сероводородсодержащего углеводородного газа.Цель изобретения - улучшение качества восстановительного газа за счет снижения содержания в нем сероорганических соединений и снижение энергозатрат.П р и м е р 1. Восстановительный газ получают сжиганием сероводородсодержащего углеводородного газа (10 об,ф(у Н 23) в кипящем слое катализатора в двух ступенях: на 1-й ступени исходный сероводородсодержащий газ в количестве 50 мз/ч подают в реактор 1-й ступени каталитического сжи(57) Изобретение относится к нефтегазоперерабатывающей промышленности и может быть использовано для получения инертного газа из сероводородсодержащего углеводородного газа, С целью улучшения качества инертного газа осуществляют двухступенчатое сжигание сероводородсодержащего углеводородного газа в кипящем слое катализатора - на 1-й ступени сжигание при 270-300 С в стехиометрическом соотношении сероводорода и кислорода воздуха с выделением серы. В качестве катализатора используютхромит магния на носителе - оксиде алюминия. В полученных продуктах сгорания 1-й ступени поерживают содержание влаги 110-200 г/м; на 2-й ступени сжигание с уществляют при 700- 880 С в стехиометрическом соотношении углеводородного газа и кислорода воздуха.Продукты сгорания 2-й ступени скгиганияохлаждают и пропускают через стружечный фильтр. 1 табл. гания при 270 - 300 С с кипящим слоем катализатора, в который одновременно подают воздух в стехиометрическом соотношении к сероводороду, за счет чего достигается минимальное содержание сероводорода и е ред 2-й ступенью каталитического сжигания.Каталитическое сжигание в кипящем слое катализатора на 1-й и 2-й ступенях осуществляют на алюмомагнийхромовом катализаторе, который содержит хромит магния на носителе окиси алюминия при соотношении компонентов, мас.0 ь: хромит магния 10 - 26, оксид алюминия 74 - 90. Объем загрузки катализатора в реактор зависит от концентрации сероводорода в исходном газе.50 55 Газообразные продукты 1-й ступени каталитического сжигания, осуществляемого при 270 - 300 С, проходят через котел-утилизатор, в котором они охлаждаются с выделением серы и утилизацией тепла, затем охлаждаются с выделением серы и утилизацией тепла, затем охлаждаются в конденсаторе-холодильнике до содержания остаточной влаги 110 - 200 г/м в случае, есзли содержание влаги в продуктах сгорания превышает эти пределы. При содержании влаги в проздуктах сгорания 1-й ступени ниже 110 г/м газ увлажняют введением дополнительного количества влаги до 1 10 г/м известными методами.Углеводородный состав исходного газа после 1-й ступени сгорания остается неизменным. Экспериментально установлено, что содержание остаточной влаги в пзоодуктах сгорания в пределах 110-200 г/м предотвращает образование сероорганических соединений в получаемом инертном газе, Количество влаги в продуктах сгорания 1-й ступени определяют отбором пробы отсасыванием их до и после конденсатора-холодильника и пропусканием через раствор диэтиленгликоля с последующей отгонкой поглощенной диэтиленгликолем воды и определением ее весовым методом. Продукты сгорания 1-й ступени с содержанием влаги 110 - 200 г/м,направляют на 2-ю ступеньзсжигания в кипящем слое катализатора при 700 С и при подаче кислорода воздуха в стехиометрическом соотношении к углеводородному составу газа. Продукты сгорания 2-й ступени охлаждают в котле-утилиэаторе с получением пара, затем в конденсаторе-холодильнике для осаждения влаги и пропускают через стружечный фильтр, который представляет собой вертикальный пустотелый цилиндрический аппарат, заполненный на высоту выходного штуцера металлической стружкой. Стружечный фильтр предназначен для снижения коррозионной способности инертного газа эа счет связывания сернистого ангидрида. Температура газа на выходе из стружечного фил ьтра 75 ЯС. Содержание в полученном восстановительном газе сероводорода и сернистого ангидрида до и после фильтра определяют прибором для определения сероокиси углерода и сероуглерода.Условия опыта:. объем загрузки катализатора 29 кг; количество подаваемого воздуха 11,9 м /ч; количество реакционной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 74 г/м . 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Определяют влияние изменения температуры 1-й ступени сжигания на содержа-. ние сероорганических соединений в газе,Исходные условия и результаты исследования приведены в таблице,Как видно из таблицы, при 230 С в газе после 2-й ступени сжигания содержание. сернистых и сероорганических соединений до фильтра 80 и 30 мг/м соответственно, т.зе, при этой температуре на 1-й ступени сероводород не дожигается,При исследовании процесса каталитического сжигания газа на 1-й ступени при температуре 250 С и содержании влаги в продуктах сгорания 110 г/м. в газе обнаружены следы сероорганических соединений, Следовательно, при этих условиях не предотвращается образование сероорганических соединений.При исследовании процесса каталитического сжигания газа на 1-й ступени при 270, 300 и 320 С для предотвращения образования сероорганических соединений в газе в продукты сгорания 1-й ступени необходимо введение дополнительного количества влаги до ее содержания 110-200 г/м .Проведенные опыты с содержанием влаги 150 - 200 г/м в продуктах сгорания 1-йзступени соответственно при 300 и 320 С показали отсутствие сероорганических соединений в восстановительном газе, но это приводит к дополнительным энергозатратам, Следовательно, оптимальная температура 1-й ступени сжигания 270 С.П р и м е р 2, Аналогично примеру 1 определяют влияние изменения температуры.от 550 до 850 С 2-й ступени сжигания на содержание сероорганических соединений.Условия опыта: температура 1-й ступени 270 С; объем загрузки катализатора на 2-й ступени сжигания 128 кг; количество подаваемого воздуха на 2-ю ступень сжигания 1208 м /ч, количество реакционной влаги взпродуктах сгорания 1-й ступени 74 г/м,Сжигание на 2-йступени при 550 С продуктов сгорания 1-й ступени приводит к образованию сероорганических соединений: до фильтра 20 мг/м, после 18 мг/м . Анализ газа после сжигания при температуре 550 С продуктов сгорания 1-й ступени с содержанием влаги 110 г/м показывает следы сероорганических соединений,Сжигание на 2-й ступени при 600 С и родуктов сгорания 1-й ступени с содержанием влаги 130 г/м не предотвращает образовазние сероорганических соединений в получаемом газе, т, е. содержание влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 110 и130 гм не предотвращает образования сероорганических соединений.При этих, температурах сжигания 2-йступени к тому же обнаруживаются примесиуглеводородов из-за неполного сжигания 5углеводородного газа.Анализ газа на наличие сероорганических соединений при содержании влаги впродуктах сгорания 1-й ступени в количестве 150-250 г/мз и при более высоких температурах (700, 800 и 850 С показывает ихотсутствие),Следовательно, оптимальная температура сжигания на 2-й ступени 700 С, так какпри 800 и 850 С большие энергозатраты. 15П р и м е р 3. Аналогично примеру 1определяют образование сероорганическихсоединений при оптимальных температурах1-й и 2-й ступеней 270 и 700 С,Условия опыта: объем загрузки катализатора на 1-й ступени сжигания 29 кг; объемзагрузки катализатора на 2-й ступени сжигания 128 кг; количество подаваемого воздуха на 1-й и 2-й ступенях сжигания 11,9 и1208 мз/ч соответственно; количество реакционной влаги продуктов сгорания 1-й ступени 74 гм.Проведение процесса при содержанииостаточной влаги.в продуктах сгорания 1-йступени 74 гм в газе, после фильтра 30зсернистых соединений - следы, сероорганическихмг/м . При введениидоползнительного количества влаги в продуктысгорания 1-й ступени до содержания ее110-200 г/м в инертном газе сероорганических соединений не обнаружено. Эта серия опытов подтверждает правильностьвывода о том, что количество влаги в пзоодуктах сгорания 1-й ступени 110-200 г/м предотвращает образование сероорганических 40соединений.П р и м е р 4. Сравнивают содержаниесероорганических соединений в газе припроведении процесса двухступенчатымсжиганием углеводородного газа. содержащего 10 об.сероводорода в кипящем слоекатализатора в стационарном слое катализатора.Условия опыта: температура 1-й ступени 270 С; температура 2-й ступени 700 ОС; 50количество катализатора на 1-й ступенисжигания 58 кг; количество катализатора на2-й ступени сжигания 128 кг; количество подаваемого воздуха на 2-ю ступень сжигания1208 мз/ч. 55При содержании реакционной влаги впродуктах сгорания 1-й ступени 74 г/м позсле фильтра не содержатся сернистые соединения, т. е. они полностью уловленыстружечным фильтром, но анализом обнаружено содержание сероорганических соединений в количестве 48 мг/м, При увеличезнии содержания остаточной влаги в газе до 110 - 250 г/м содержание сероорганичезских примесей изменяется в незначительной степени.Таким образом, для предотвращения образования сероорганических соединений в инертном газе важно не только поддержание остаточной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 110-200 г/м, но и проведение каталитического сжигания в кипящем слое катализатора,П.р и м е р 5. Аналогично примеру 1 проводят двухступенчатое каталитическое сжигание углеводородного газа, содержащего 30 об, сероводорода,Условия опыта; объем загрузки катализатора 1-й ступени сжигания 39,8 кг; количество подаваемого воздуха на 1-ю ступень сжигания 35,6 м /ч; количество реакционной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 192 г/м .Определяют образование сероорганических соединений в зависимости от температуры охлаждения продуктов сгорания,Температуре охлаждения до 30 С содержание остаточной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени - 30 мг/м, при этом дозфильтра на 2-й ступени сжигания содержание сернистых соединений 25 мг/м, послез фильтра - следы; содержание сероорганических соединений до фильтра 36 мг/м,з после - 35 мг/м, При температуре охлаждезния 50 С, доведя содержание остаточной влаги до 150 г/м, сероорганические соединения не обнаружены.При 60 и 130 С и содержании влаги 192 г/м сероорганические соединения не обнаружены, следовательно, при оптимальной температуре, до которой охлаждают продукты сгорания 1-й ступени, 130 С и содержании влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 192 г/м полностью предотвращается образование сероорганических соединений,П р и м е р 6, Аналогично примеру 1 проводят каталитическое сжигание углеводородного газа с содержанием сероводорода 90 обУсловия опыта. объем загрузки катализатора 1-й ступени сжигания 72,8 кг; количество воздуха, поздаваемого. на 1 ступень сжигания, 106,7 м /ч; количество реакционной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 407 г/м .Определяют образование сероорганических соединений в зависимости от охлаждения продуктов сгорания.При охлаждении продуктов сгорания 1 й ступени до 30 С и содержании остаточнойвлаги в продуктах сгорания 1-й ступени30 г/м содержание в газе сероорганических соединений после фильтра 35 мг/м .зПри охлаждении продуктов сгорания до40 С и содержании остаточной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 75 г/м анализзпоказывает наличие сероорганических соединений 18 мг/м, При охлаждении продукзтов сгорания до 60 и 70 С с содержаниемостаточной влаги в продуктах сгорания 1-йступени 110 и 225 гlм соответственно вполучаемом газе сероорганические соединенияне обнаружены, При охлаждении продуктов сгорания до 130 С и содержанииостаточной влаги в продуктах сгорания 1-йступени 407 г/м предотвращается образозвание сероорганических соединений, но после 20 ч работы катализатора в газеобнаружены углеводороды и окись углеродавследствие большого количества влаги.Таким образом, оптимальная температура охлаждения продуктов сгорания 70 С.При этих условиях обеспечивается предотвращение образования в инертном газе сероорганических соединений,П р и м е р 7, Аналогично примеру 1осуществляют каталитическое сжигание углеводородного газа с содержанием сероводорода 5 об,%,.Условия опыта: объем загрузки катализатора на 1-й ступени сжигания 26 кг; количество подаваемого воздуха на 1-ю ступеньсжигания 5,95 м /ч; количество реакционзной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени39 г/м.При содержании реакционной влаги впродуктах сгорания 1-й ступени 39 г/м взгазе содержится 18 мг/м сероорганическихсоединений,При содержании влаги в продуктахсгорания 1-й ступени 75 г/м, которое дозстигается введением дополнительногоколичества влагив газе. содержатся сероорганические соединения в количестве15 мг/м, т.е. недостаточное содержаниевлаги в продуктах сгорания 1-й ступени способствует образованию сероорганическихсоединений.При содержании влаги в продзуктах сгорания 1-й ступени 110-200 г/м, котороедостигают введением дополнительного количества влаги, в получаемом газе сероорганические соединения отсутствуют,. П р и м е р 8, Аналогично примеру 1 в качестве исходного газа используют углеводородный газ, содержащий 1 об.% сероводорода.водорода.Условия опыта: объем загрузки катали затора на 1-й ступени сжигания 25 кг; количество подаваемого воздуха на 1-ю ступень сжигания 0,6 м /ч; количество реакционной влаги в продуктах сгорания 1-й ступени 8 г/м.25 При содержании реакционной влаги8 г/м в газесодержится 14 мг/м сероорганических соединений, при введении дополнительного количества влаги до 110 г/м предотвращается образование серооргани 30 35 50 5 10 15 Условия опыта: объем загрузки катализатора на 1-й ступени сжигания 25 кг; количество подаваемого воздуха на 1-ю ступень сжигания 1,2 м /ч; количество реакционнойзвлаги продуктов сгорания 1-й ступени сжигания 16 г/мэ.При указанных условиях опытов в восстановительном газе позоезультатам анализа обнаружено 18 мг/м сероорганических соединений, при введении дополнительного количества влаги (доведя содержание влаги в продуктах сгорания 1-й ступени до 110 г/мз) в инертном газе сероорганические соединения отсутствуют.П р и м е р 9. Аналогично примеру 1 в качестве исходного газа используют углеводородный газ с содержанием 0,5 об,% сероческих соединений.Таким образом, содержание влаги в продуктах сгорания в количестве 110 г/м предотвращает образование сероорганических соединений в инертном газе (примеры 8 и 9).В известном способе при сжигании сероводородсодержа щего (0,5 об.% сероводорода) углевод родного газа без катализатора образуются сероорганические соединения; сероокись углерода и сероуглерода,Проведены опыты с введением воды в реактор в зону сжигания газа и в исходный газ. Из таблицы следует, что введение воды в незначительной степени изменяет содержание сероорганических соединений.Таким образом, сжигание газа без катализатора с введением воды в зону сжигания газа и в исходный гаэ на дает желаемого результата; толы.о двухступенчатое сжигание в кипящем слое катализатора с ввеуением воды в количестве 110-200 г/м в продукты сгорания 1-й ступени сжигания предотвращает образование сероорганических соединений в получаемом газе Согласно известному способу при сжигании сероводородсодержащего углеводородного газа, содержащего 0,1 - 0,5 об,% сероводорода (пример 10), после фильтра содержание сероорганических соединений60-90 об. , т. е. через 1 ч работы действие стружечного фильтра прекращается. По предлагаемому способу (пример 9) при содержании сероводорода 0,5 об, в исходном газе после стружечного фильтра содержание сероорганических соединений незначительно.Сжигание сероводородсодержащего газа, содержащего, например, 5 об.сероводорода, приводит к тому, что стружечный фильтр быстро отрабатывается, так как увеличивается образование сероорганических соединений за счет взаимодействия сернистого ангидрида с,углеводородами. Увеличение размеров стружечного фильтра приводит к необоснованным затратам.Использование предлагаемого способа позволит получить газ, не содержащий сероорганические соединения в видесероокиси углерода и сероуглерода (их наличие создает опасность отравления катализатора в процессе нефтепереработки); снизить энергозатраты за счет утилизации тепла на 1-й и 2-й ступенях каталитического сжигания сероводородсодержащего углеводородного газа с 30-50 (известный способ) до 10-25 фи предотвратить загрязнение окружающей среды. Формула изобретения Способ получения газа, содержащегоазот и диоксид углерода, включающий сжигание сероводородсодержащего углеводо родного газа в смеси с воздухом при ихстехиометрическом соотношении, охлаждение продуктов сгорания с выделением влаги и фильтрацию.серосодержащих примесей через слой металлической стружки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшениякачества газа, за счет снижения содержания в нем сероорганических соединений и снижения энергозатрат, сжигание осуществляют в кипящем слое катализатора 15 в две ступени, причем на первой ступенипри 270-300 С и стехиометрическом соотношении сероводорода и кислорода воздуха с выделением серы, на второй - при 700 - 800 С и стехиометрическом соотноше нии углеводородного газа и кислорода воздуха, причем в продуктах сгорания первой ступени подуерживают содержание влаги 110 - 200 г/м, при этом катализатор содержит хромит магния на носителе-оксиде алю миния, взятые при следующемсоотношении компонентов, мас. ф:Хромит магния10-26 Оксид алюминия 74-90.1721007 ФПреер Состав сероводоролсодерюакегогаза 062 Условии опыта Первал ступень Саигамие Сарово"дород Охлвнденив Натан рвекаа е т Температура охлакденл Количест о выделенмодсеры,ига Подачаоэдуха,Количест о влагиведеннод Тамп тура тали Подача сероводо 3 сдфСоюаонат 3 В иго гаээ,нэ/ч Количест о ката"лиэатора,кг Количествореакцион-.нод влагив образо- Свавеихслпродуктахсгоранил,гlн Количество кон+денсиро"анной вСлаги тельно, г,%в зв 7112 ь,999999,599,5 6,716 0,716.0,36 атора при затора прм газа затора при 0 56 Свн ание Синга ни150 г/нв Саигамие 150 г 4 65 1 О гаеврв газареРеактор 16(иэ естныд) 99,5 99 5 О,нем.количеств газареаисходныд енн дычаст эзффицивнт трическн ехноме 11,9 119 1,9 19 119 11,9 11 9 11,9 1,9 1,9 1,9 11,9 11,9 Э%,6 356 356 35,6 1067 Об,7 106,7 106,7 106 7 95 ,95 5,9 5,95 1,2 1,2 06 25216 2% 270 кторе беэ катаээ кторе беэ катали в вону сииганнл кторе беэ каталигаза 7,16 1,16 1,16 7,16 У,16 7,16 7,16 7,16 7,16 7,16 7,16 7,16 7,16 У.16 7,1 7,16 7,16 7,16 7,16 1,16 7,16 2148 21,48 г 1,4 В21,48 64,45 64,45 64,4% 64.,Ь 5 64,4 э,%в 192 192 467 407 407 407 407 39 39 39 39 16 16 в8 эи 1 Юв1 свв Масе1721007 Продолжение т а б л иы Характеристика Условия опыта Принер Качество газа Содеряание сероорганнческих соединений, об. 4 Вторая ступень Скигание после фильтра до Фильтра Температу-. 700 700 700 700 550 18,0 20,0 Обнаружены углееодороды,окись углерода 1208 1208 1208 1208 1208 1208 1208 1208 1208 1208 1208 1208 12081208 208 18,012 Следы Следы 26,0 22,0 Следы 4Стационарный слой катализатора 48,0 19,0 27,0 20,0 19,0 50,0 20,0 27,0 23,0 20,0 36,0 35,0 Следы 40,0 19,0 35,018 22,0 20,0 20,0 20,0 20,0 28,0 19,0 18,0 18,0 88,0 65 14 Следы Опыты проаодят с дополнительным енеынин охлаядением реактора 1-й ступени,После 20 ч работы катализатора е инертном газе обнарукены углеаодороды и СО 18,0 15,0 18,0 15,0 Следы Следы 18,0 19,0 Следы 14 14 10 (из"вестный 80 65 570 580 75 60 50 50 Через 1 ч работы действиеструяечного фильтра прекращается 530 90 52 Составитель С,КорниенкоРедактор А.Козориз Техред М.Моргентал Корректор С,Шевкун Заказ 924 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва; Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 11 О 130 150 200 250 74 110 150 200 250 74 110 150 200 250 30 150 192 192 30 75 11 О 225 407 39 75 1 О 150 6 110 8 110 128,0 128,0, 128,0 128,0 128,0 128,0 128,0 128,0 128,0 128,0 128,0 128,0 128,0 128,0 128,0 99,5099,50 99,50 99,50 14,2 14,2 14,2 14,2 135,15 13515 135,5 135,15 142,25 142,25 142,25 142,25 550 600 700800 850 700 700 700 700700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 9 Э 9 939 9 Э 9939134 134 134 134 Э 4 1275 1275 275 1275 1342 1 Э 42 1 Э 42 1342 19,020,020,020,020,030,025,020,020,020,015,018,016,016,016,025,015,018,08,0