Способ разделения газов абсорбцией и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: способ включает барботирование газовой смеси через водный раствор. Газовая смесь содержит сероводород и меркаптаны. В качестве реагента используют сульфат меди при его концентрации 12 - 14 мас. Реагент подкислен серной кислотой до рН 3,0 3,2. Устройство содержит барботажную камеру и емкость, заполненные абсорбирующим реагентом. В барботажной камере расположен полый цилиндр. Барботажная камера соединена с емкостью переточным каналом. Емкость и барботажная камера установлены на одном уровне. Барботажная камера выполнена цилиндрической. Переточный канал расположен в нижней части емкости с зазором относительно дна емкости. В нижней части полого цилиндра выполнены радиальные каналы. Полый цилиндр установлен коаксиально барботажной камере и снабжен плоским глухим дном. В стенке барботажной камеры выполнен дополнительный канал. Дополнительный канал расположен выше переточного канала и соединяет барботажную камеру с емкостью. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам и устройствам для подготовки газовой пробы к анализу и может найти применение в различных отраслях народного хозяйства для селективного удаления из анализируемого газа сероводорода при измерении концентрации меркаптанов.

Наиболее близким к изобретению по достигаемому результату является способ разделения газов абсорбцией при совместном присутствии в газе сероводорода и меркаптанов [1] заключающийся в барботаже через водный раствор арсенита натрия и карбоната аммония.

Недостатками данного способа также являются низкая селективность и поглотительная способность по сероводороду. В указанном способе происходит неполное поглощение сероводорода, а также частичное улавливание меркаптанов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство [2] состоящее из барботажной камеры с расположенным в ней полым цилиндром и соединенной с барботажной камерой переточным каналом емкости с абсорбирующим реагентом.

Недостатками данного устройства является низкая селективность извлечения сероводорода и малое время непрерывной работы без замены реагента.

Целью изобретения в части способа является повышение селективности извлечения сероводорода из анализируемого газа в присутствии меркаптанов.

Целью изобретения в части устройства является повышение селективности извлечения и увеличение времени непрерывной работы без замены абсорбирующего реагента.

Способ разделения газов абсорбцией при совместном присутствии меркаптанов и сероводорода заключается в барботаже через водный раствор реагента, в качестве которого используют сульфат меди при его концентрации 12-14 мас. подкисленный серной кислотой до рН 3,0-3,2.

Способ реализуется при помощи устройства (фиг.1).

Устройство состоит из емкости 1, соединенной переточным каналом 2 и дополнительным каналом 3, с барботажной камерой 4. Внутри барботажной камеры 4 установлен съемный газоподводящий элемент 5, выполненный в виде полого цилиндра с плоским глухим дном и расположенными в его нижней части радиальными отверстиями 6. В верхней части устройства установлен штуцер 7 для вывода отфильтрованного газа. Устройство заполнено абсорбирующим реагентом.

Устройство работает следующим образом.

Газ, содержащий меркаптаны и сероводород, подлежащий удалению, поступает в полый цилиндр 5 и через радиальные отверстия 6 в его нижней части выходит в абсорбирующий реагент, заполняющий кольцевой зазор между полым цилиндром 5 и стенками барботажной камеры 4. При прохождении сероводорода через слой абсорбирующего реагента происходит его взаимодействие с сульфатом меди, при этом образуется нерастворимый сульфид меди (ПР_CuS 6,310^-36). После этого через дополнительный канал 3, емкость 1 и штуцер 7 газ выходит из устройства. Поглощение меркаптанов при этом не происходит. Высокая селективность удаления сероводорода по отношению к меркаптанам обусловлена тем, что меркаптаны в кислой среде при величинах рН порядка 3,0-3,2 практически не поглощаются, а происходит лишь физическое растворение меркаптанов в растворе в соответствии с их коэффициентами растворимости.

При увеличении концентрации в газе происходит и возрастание концентрации физически растворенного меркаптана в растворе, при уменьшении идет обратная диффузия. Этот процесс является определяющим для динамических свойств устройства.

Под динамическими свойствами устройства имеется в виду время установления стабильных значений концентрации меркаптана на выходе устройства при подаче на вход устройства известных стабильных концентраций меркаптанов, или изменения в сторону увеличения или уменьшения.

На динамические свойства устройства наиболее существенное влияние оказывает величина кольцевого жидкостного зазора в барботажной камере и рН поглотительного реагента. Величина кольцевого жидкостного зазора определяется условиями полного поглощения сероводорода минимально возможным для данного расхода газа слоем абсорбирующего реагента.

При работе устройства со временем происходит испарение части реагента из барботажной камеры. Эта убыль реагента будет пополняться за счет его поступления из емкости 1 через переточный канал 2. Такая конструкция устройства позволяет минимизировать до необходимой величины жидкостной фильтрующий зазор в барботажной камере для достижения максимального быстродействия и увеличить интервал стабильной работы устройства без замены реагента.

Дополнительный канал 3, соединяющий барботажную камеру 4 и емкость 1 служит для прохода очищенного газа из барботажной камеры 4 через верхнюю часть емкости 1 к штуцеру выхода 7. При выходе газа из барботажной камеры он несет с собой брызги поглотительного реагента, которые при проходе через канал 3 отделяются от газового потока и частично оседают на стенках барботажной камеры, а частично в емкости 1 при движении газа к выходному штуцеру.

Количество радиальных отверстий в нижней части полного цилиндра и их диаметр выбирают исходя из того, что при больших диаметрах отверстий режим барботажа малоэффективен из-за увеличения диаметра пузырей газа и уменьшения, таким образом поверхности контактирования газа и жидкости. При очень малых диаметрах отверстий значительно возрастает гидравлическое сопротивление устройства. Дно полого цилиндра выполнено плоским с целью минимизации жидкостного зазора между ним и дном барботажной камеры, так как величина данного жидкостного зазора также оказывает влияние на динамические свойства устройства.

Концентрация поглотительного реагента (12-14 мас.) была определена исходя из условий максимальной поглотительной емкости по сероводороду, но вместе с тем позволяет избежать кристаллизации сульфата меди из раствора и забивания устройства, особенно при колебаниях температуры окружающей среды.

Величина рН поглотительного реагента 3,0-3,2 была выбрана исходя из того, что при меньших значениях рН происходит значительный проскок сероводорода через устройство без его поглощения. При больших значениях рН сульфат меди взаимодействует как с сероводородом с образованием сульфида меди, так и с меркаптанами, с образованием меркаптида меди.

Таким образом, предлагаемая концентрация поглотительного реагента и величина его рН обеспечивают максимальную селективность и полноту поглощения сероводорода, а также значительную емкость по сероводороду и буферную емкость. Поглощение меркаптанов при этом не происходит. Кроме того, данный состав реагента обеспечивает возможность работы устройства в интервале температур от 0 до 50^оС.

Подкисление реагента до необходимой величины рН производится серной кислотой, которая из сильных кислот является наиболее стабильной и нелетучей. Кроме того, в этом случае в растворе присутствуют только сульфат-анионы и не протекают побочные реакции.

П р и м е р конкретной реализации способа и устройства.

Для работы в интервале расходов газа от 0,3 до 1,2 дм³/мин диаметр переточного канала был равен 2 мм, диаметр дополнительного канала составлял 5 мм, разность диаметров полого цилиндра и барботажной камеры 3 мм. Полый цилиндр имел 12 радиальных отверстий диаметром 0,8 мм. Объем емкости с раствором составлял 0,6 дм³. Состав раствора 14% CuSO₄, рН 3,0. Производилось измерение концентрации меркаптанов в диапазоне 2-70 мг/м³ на фоне концентрации сероводорода порядка 30-50 мг/м³. В указанных пределах погрешность, вносимая устройством, не превышала 0,5% Увеличение времени установления показаний при использовании устройства не превышало 30 сек при измерении минимальных концентраций меркаптанов (порядка 2 мг/м³). При измерении более высоких концентраций меркаптанов динамика измерений существенно лучше.

Формула изобретения

1. Способ разделения газов абсорбцией, включающий барботирование газовой смеси, содержащий сероводород и меркаптаны, через водный раствор реагента, отличающийся тем, что, с целью повышения селективности процесса, в качестве реагента используют водный раствор сульфата меди при его концентрации 12 14 мас. подкисленный серной кислотой до рН 3,0 3,2.

2. Устройство для разделения газов абсорбцией, содержащее барботажную камеру с расположенным в ней полым цилиндром и соединенную с барботажной камерой переточным каналом емкость, заполненные абсорбирующим реагентом, отличающееся тем, что, с целью повышения селективности извлечения и увеличения времени непрерывной работы, емкость и барботажная камера, выполненная цилиндрической, установлены на одном уровне, переточный канал расположен в нижней части емкости с зазором относительно дна емкости, полый цилиндр, в нижней части которого выполнены радиальные каналы, установлен коаксильно барботажной камере и снабжен плоским глухим дном, при этом в стенке барботажной камере выполнен дополнительный канал, расположенный выше переточного канала и соединяющей барботажную камеру с емкостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1