Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОГО УДАЛЕНИЯ СУЛЬФИДА ВОДОРОДА ИЗ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ - Патент РФ 2103050
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОГО УДАЛЕНИЯ СУЛЬФИДА ВОДОРОДА ИЗ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОГО УДАЛЕНИЯ СУЛЬФИДА ВОДОРОДА ИЗ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОГО УДАЛЕНИЯ СУЛЬФИДА ВОДОРОДА ИЗ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: описаны способ и устройство, используемые при выпаривании черного щелока для селективного удаления посредством жидкостной абсорбции сульфида водорода из образующегося газа, содержащего сульфид водорода, а также двуокись углерода. Сущность изобретения: в способе газ в противотоке приводят в многоступенчатое контактирование с циркулирующими карбонатсодержащими щелочными растворами, предпочтительнее, растворами карбоната натрия, рН в которых регулируют в процессе абсорбции до 9-12 путем добавления гидроокиси, предпочтительнее, раствора гидроокиси натрия, при этом контактирование, предпочтительнее, включает три ступени. Предпочтительнее, чтобы поток газа имел турбулентный характер, а поток жидкости имел ламинарный характер при контактировании друг с другом. Устройство содержит контейнер, имеющий газовый впускной патрубок и газовый выпускной патрубок и набивку, расположенную в нескольких последовательных ступенях. Устройство имеет средство для подачи карбонатсодержащего раствора на последнюю ступень и через эту ступень в противотоке с газом, и для рециркулирования раствора на другую сторону этой ступени. Устройство имеет трубопроводы, расположенные между ступенями для подачи части потока жидкости из одной ступени в предыдущую ступень, средства для подачи гидроокиси в карбонатсодержащий раствор, по крайней мере, в одну ступень, и выпускной трубопровод из первой ступени по ходу движения газа для выпуска сульфидсодержащей жидкости. 2 с. и 8 з. п. ф-лы, 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2103050
Класс(ы) патента: B01D53/34, B01D53/14, D21C11/12
Номер заявки: 95118712/25
Дата подачи заявки: 18.01.1994
Дата публикации: 27.01.1998
Заявитель(и): АББ Флэкт Актиеболаг (SE)
Автор(ы): Эрик Симонсон[SE]; Матс Валлин[SE]; Суне Бенгтссон[SE]; Эрик Дальквист[SE]
Патентообладатель(и): АББ Флэкт Актиеболаг (SE)
Описание изобретения: Изобретение относится к способу селективного удаления путем жидкостной абсорбции сульфида водорода из газа, образующегося при выпаривании черного щелока и содержащего сульфид водорода, а также двуокись углерода, и к устройству для осуществления способа.
Сульфид водорода абсорбируется, главным образом, в виде водород-сульфидных ионов (HS-), а также в форме сульфидных ионов (S2-), Впоследствии общее содержание этих ионов будет упоминаться в совокупности как "содержание сульфида".
Хорошо известно, что сульфид водорода может быть удален из содержащих сульфид водорода газов путем абсорбирования в щелочном водном растворе, например, едкого натра, или путем использования этаноламина, например моноэтаноламина и диэтаноламина. Метод абсорбции может быть использован, например, для получения сульфида водорода в чистом виде, и необязательно последующей обработки до серы в процессе Клауса. Если газ содержит двуокись углерода в дополнение к сульфиду водорода, двуокись углерода также будет абсорбироваться щелочным раствором. Двуокись углерода имеет приблизительно такую же растворимость в воде, что и сульфид водорода, и следовательно, двуокись углерода будет конкурировать с сульфидом водорода при абсорбировании в растворе. Сульфид водорода и двуокись углерода абсорбируются в щелочном водном растворе, например, едкого натра в соответствии со следующими реакциями, приведенными ниже.

Селективность для сульфида водорода, т.е. отношение моля абсорбированного сульфида водорода к молю абсорбированных (сульфид водорода + двуокись углерода) прямо пропорциональна содержанию сульфида водорода и двуокиси углерода в газе. Это соревнование со стороны двуокиси углерода особенно резко выражено, когда газ содержит больше двуокиси углерода, чем сульфида водорода, как в большинстве случаев реальной практики. Если газ содержит, скажем, 1% по объему сульфида водорода и 10% по объему двуокиси углерода, и сделаны попытки абсорбировать сульфид водорода в растворе едкого натра, селективность сульфида водорода составляет только 10%, т.е. 90% абсорбированного газа составляет двуокись углерода, что означает, что при абсорбировании двуокиси углерода израсходовано 90% едкого натра.
При попытке устранить неудобства при абсорбировании сульфида водорода из газов, содержащих сульфид водорода, а также двуокись углерода был усовершенствован способ селективного поглощения или абсорбирования сульфида водорода. Например, были сделаны попытки селективно абсорбировать сульфид водорода в растворах сильных окислителей, например перманганате калия, дихромате натрия или солей железа. В других селективных способах использовали щелочные растворы, например растворы карбоната натрия или карбоната калия, при этом рабочие условия тщательно регулировались при абсорбировании. Более подробную информацию об этой известной технологии можно найти в статье Оломэна, Ф.Е. Мюррея и Дж.В. Риска "Селективная абсорбция сульфида водорода из отходящего газа" (Olо -man, F. E. Murrey and J.B. Risk, "The Selective Absorption of Hydrogen Sulphide from Stack Gas", Pulp and Paper Magazine of Canada, 5 December 1969, p. 66 ff, а также в статье E. Бендалла, P.С. Эйкена и Ф. Мэндэса "Селективная абсорбция Н2S из больших количеств СО2 путем абсорбции и реакции при тонком распылении" АIСНЕ Journal (Vol. 29, No. 1), January 1983, p. 66 ff.
Например, в уровне техники [1], касающейся способа извлечения серы из печных газов, образующихся при сжигании, например, черного щелока. Дымовые газы, которые содержат сульфид водорода и двуокись углерода, контактируют с газом, содержащим молекулярный кислород, и с водным щелочным раствором, содержащим ионы натрия, например, в форме едкого натра и карбоната натрия или карбоната натрия и бикарбоната натрия. Следовательно, сульфид водорода абсорбируется из газа и окисляется до тиосульфата. Абсорбирование осуществляется даже более эффективно за счет добавления оксида железа, и концентрации сульфида в растворе, следовательно, поддерживается на очень низком уровне, т.е. содержание сульфида в растворе должно быть минимальным.
При использовании карбонатного раствора, например раствора карбоната натрия вместо раствора гидроокиси, например раствора едкого натра, селективность для абсорбирования сульфида водорода может быть увеличена до 30 - 50%. Реакции, происходящие во время такого абсорбирования, могут, в основном, осуществляться следующим образом:

Когда абсорбирующим раствором является раствор карбоната, сульфид водорода абсорбируется почти мгновенно, тогда как двуокись углерода реагирует очень медленно с карбонатными ионами для образования ионов бикарбонатов. Вследствие высокого содержания бикарбоната, образующегося при использовании карбонатного раствора в качестве абсорбирующей среды, возникает дополнительное преимущество "противодавления" (равновесного давления) абсорбированию двуокиси углерода, что явствует из формулы равновесия (6).
Проблема, которая возникает при использовании карбонатного раствора в качестве абсорбирующей среды, заключается в том, что в растворе может быть достигнуто только относительно низкое содержание сульфида вследствие снижения поглощающей способности, вызванного образованием бикарбонатных ионов. Следовательно, исключительно трудно добиться содержания сульфида, превышающего около 0.30 моль/л. В результате известные способы селективного абсорбирования сульфида водорода посредством абсорбирующей или поглощающей среды в виде карбонатного раствора не получили большого успеха, несмотря на большую потребность в таком способе во многих областях техники, где генерируются газы, содержащие сульфид водорода и двуокись углерода. Примерами могут служить такие отрасли, как очистка нефти, производство каменноугольного газа и, в особенности, сжигания щелока натронной варки, осуществляемое в производстве сульфатной целлюлозы.
При регенерировании химикалий в сульфатном производстве в соответствии с известным процессом Томлинсона черный щелок сжигают в установке регенерации соды, что приводит к образованию пара и образованию расплава, содержащего, главным образом, карбонат натрия и сульфид натрия. Расплав затем растворяют в воде и каустируют с тем, чтобы карбонат натрия преобразовать в гидроокись натрия (едкий натр) с получением сульфатной варочной жидкости, которая затем может быть снова использована для варки древесины. По многим причинам, включая взрывоопасность, в том случае, когда лопается или взрывается труба в установке регенерации соды, в течение многих лет производились попытки создать новые процессы для сжигания черного щелока, в которых черный щелок пиролизуют в восстановительной среде без образования расплава. Такие процессы, в общем, могут упоминаться как выпаривание черного щелока, и одним из них является, например, так называемый процесс SCA-Billerud (E. Horntvedt and J. Gomy, Paper Trade Journal 158 (1974): 16, pp. 32-34). В этом процессе черный щелок пиролизуется в реакторе при таких температурных условиях, что образуется пыль, которая, главным образом, содержит карбонат натрия и углерод, и горючий газ, который среди прочих содержит соединения серы. Другой пример выпаривания черного щелока приведен в [2], он касается способа термического разложения черного щелока в спутном потоке кислорода, в количестве, близком к стехиометрическому, при давлении выше 10 бар и при такой температуре, при которой расплав не образуется. Выпаривание выражается в образовании твердой фазы, которая, главным образом, содержит карбонат натрия, и газообразной фазы, которая содержит, главным образом сульфид водорода, моноокись углерода, двуокись углерода, водород, водяные пары и метан.
Процесс очистки газа при выпаривании черного щелока [3]. При очистке соединения серы и натрия удаляются из газа (путем контактирования со щелочным раствором, содержащим ионы сульфида водорода и ионы гидроокиси. Очистка включает два этапа или стадии. На первом этапе газ пропускают через трубу Вентури вместе с щелочным раствором, так что расплавленные капли аэрозоли черного щелока в газе абсорбируются раствором. Затем газ контактирует с раствором, содержащим ионы гидроокиси и ионы сульфида водорода в молярном соотношении, превышающем 4:1. Высокое молярное отношение ионов гидроокиси к ионам сульфида приводит в результате к раствору, имеющему низкую концентрацию сульфида. Щелочные растворы, используемые для абсорбирования, как например, сульфатная варочная жидкость или промывная жидкость, имеют высокие значения рН, порядка 13-14, что приводит к слабой селективности при абсорбировании сульфида водорода. Кроме того, применяемый поглотительный раствор имеет низкое содержание карбоната, и это, в частности, указывает на то, что сырой щелок, имеющий высокое содержание карбоната, не может использоваться в качестве промывного раствора.
Для того, чтобы можно было извлечь химикалии, используемые при выпаривании черного щелока, т.е. при выпаривании черного щелока путем сжигания в восстановительной атмосфере, и получить из этих химикалий сульфатную варочную жидкость для использования ее в производстве целлюлозы, необходимо, чтобы из образующегося газа можно было удалить сульфид водорода. Поскольку газ также содержит двуокись углерода, последний может конкурировать с сульфидом водорода в жидкостной абсорбции, и поскольку газ имеет низкое содержание сульфида водорода (около 05-2%), тогда как содержание двуокиси углерода примерно в двадцать раз выше (около 10-20%), известная жидкостная абсорбция выражается в неудовлетворительном извлечении сульфида водорода.
Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является способ селективного удаления путем жидкостной абсорбции сульфида водорода из газа, образующегося при выпаривании черного щелока и содержащего сульфид водорода, а также двуокись углерода [4].
Известно устройство для селективного удаления путем жидкостной абсорбции сульфида водорода из газа, образующегося при выпаривании черного щелока и содержащего сульфид водорода, а также двуокись углерода, содержащее контейнер, имеющий газовый впускной патрубок, газовый выпускной патрубок и набивку, расположенную в ряде последовательных ступеней [4].
Эти способ и устройство также характеризуются вышеуказанными недостатками.
В основу изобретения поставлена задача создания такого способа отделения сульфида водорода от газа, образующегося при выпаривании черного щелока и содержащего сульфид водорода и двуокись углерода, который обеспечивает высокую степень отделения сульфида водорода и высокую степень селективности, и в котором поглощение сульфида водорода в жидкости происходит с обеспечением высокого содержания в ней сульфида, а также устройства для осуществления этого способа.
В соответствии с изобретением установлено, что противоточная и многостадийная абсорбция, которая использует в качестве поглотительной среды карбонатсодержащий щелочной раствор и во время которой рН регулируется до около 9-12 путем добавления гидроокиси, а не путем добавления свежего карбоната, обеспечивает высокую степень отделения сульфида водорода, а также высокую степень селективности сульфида водорода. Таким образом, изобретение обеспечивает селективность абсорбции сульфида водорода порядка 60-70%, а также степень отделения сульфида водорода около 90-99%, согласно изобретению общее содержание сульфида в выходящем поглотительном растворе является высоким, т. е. около 0.30 моль/л, предпочтительнее выше, чем около 0.47 моль/л, обычно в пределах около 0.30-1.30 моль/л, предпочтительнее в пределах около 0.47-1.1 моль/л и наиболее предпочтительно в пределах около 0.65-1.0 моль/л. Этот раствор может использоваться для получения сульфатной варочной жидкости в производстве сульфатной целлюлозы.
Изобретение предусматривает способ типа, упомянутого во введении, в котором газ в противотоке приводится в многостадийное контактирование с циркулирующим карбонатсодержащим щелочным раствором, рН которого регулируется в процессе абсорбции до около 9-12 путем добавления гидроокиси, так что сульфид водорода абсорбируется до общего содержания сульфида около 0.30 моль/л в выходящем растворе при контактировании с входящим газом.
Изобретение дополнительно предусматривает устройство типа описанного во введении, которое отличается тем, что оно содержит контейнер, имеющий впускной газовый патрубок и выпускной газовый патрубок, этот контейнер имеет насадку, расположенную во множестве последовательных ступеней, устройство имеет средство для подачи карбонатсодержащего раствора на последнюю ступень в направлении подачи газа, каждая ступень имеет средство для подачи карбонатсодержащего раствора через ступень в противотоке газу и для рециклирования раствора на другую сторону ступени, при этом устройство имеет трубопроводы, расположенные между ступенями для подачи части потока раствора из одной ступени в предыдущую ступень по ходу подачи газа, устройство имеет средство для подачи гидроокиси в карбонатсодержащий раствор, по крайней мере, в одну из ступеней для регулирования рН раствора до около 9-12, а также выпускной трубопровод из первой ступени по ходу подачи газа для выпуска жидкости, имеющей общее содержание сульфида, превышающее 0.30 моль/л.
Дополнительные отличительные признаки становятся ясными из последующего описания и приложенных пунктов формулы.
Под выражением "карбонатсодержащий щелочной раствор", используемым в настоящем описании, понимают водный раствор, содержащий ионы карбоната (CO23-). Предпочтительнее, этот раствор является раствором карбоната щелочного металла, например раствор карбоната натрия, карбоната калия или карбоната лития. Особенно предпочтителен карбонат натрия, поскольку он легко доступен, а также весьма недорогой. Концентрация карбоната в растворе не является определяющей, но пригодной является концентрация около 0.1-3 М в отношении карбоната, предпочтительнее, около 1-2.5М и наиболее предпочтительной около 2М.
Согласно изобретению важно, чтобы карбонатсодержащий щелочной раствор имел концентрацию, по крайней мере, около 9. Значение рН ниже, чем около 9, приводит к неудовлетворительной абсорбции сульфида водорода, и даже есть риск того, что сульфид водорода, уже абсорбированный, будет высвобожден из раствора. Однако рН раствора не должно быть слишком высоким, поскольку это окажет неблагоприятное воздействие на абсорбцию сульфида водорода в сравнении с абсорбцией двуокиси углерода. Следовательно, рН раствора не должно превышать около 12 для того, чтобы абсорбция двуокиси углерода не была столь значительной. Предпочтительнее, рН раствора находится в пределах около 10.0-11.0, и наиболее предпочтительно в пределах около 10.2-17.8. Если рН раствора регулируется в этих последних узких пределах, достигается оптимальное отделение сульфида водорода.
Как явствует из реакций равновесия (5) и (6), ионы карбоната водорода (HCO-3) образуются при абсорбции сульфида водорода и двуокиси углерода. Это значит, что рН поглотительного раствора уменьшается, когда происходит абсорбция сульфида водорода и двуокиси углерода. Когда рН раствора становится ниже 9, абсорбция сульфида водорода становится неудовлетворительной, как было указано выше, и имеется риск того, что уже абсорбированный сульфид водорода будет выделяться из раствора. Если это исключается, раствор должен регенерироваться, т.е. его рН увеличивается выше, чем нижний возможный предел для состояния равновесия между газообразным H2S и содержанием сульфида в жидкости при температуре и значении рН на выходе. Однако значение рН не должно возрастать выше, чем около 12, поскольку в этом случае абсорбция двуокиси углерода становится доминирующей. В результате увеличения рН раствора, вызванного добавлением гидроокиси, например гидроокиси щелочного металла, например NaOH, в соответствии с изобретением образующиеся ионы бикарбоната преобразуются в карбонатные ионы согласно следующей реакции
OH- + HCO-3 ⇄ CO23- + H2O (7)
Регенерированный таким образом карбонатный раствор может абсорбировать больше сульфида водорода согласно вышеприведенной реакции (5). Поскольку рН раствора регулируется путем добавления гидроокиси и поддерживается внутри заданного диапазона порядка 9-12, предпочтительнее, около 10.0-11.5, главным образом, около 10.0-11.0 и наиболее предпочтительно, около 10.2-10.8, абсорбция двуокиси углерода поддерживается на таком низком уровне, когда она не принимается в расчет.
Как упоминалось выше, карбонатсодержащий щелочной раствор регенерируют путем добавления гидроокиси. В основном, положительный результат может быть получен от любой гидроокиси, которая не имеет неблагоприятного вредного воздействия на абсорбцию сульфида водорода и способна увеличить рН раствора от заданного нижнего предела около 9 до желаемого значения, например, значения, не превышающего около 12.0, предпочтительнее, не превышающего около 11.5 и наиболее предпочтительно, не превышающего около 10.8. Согласно изобретению, предпочтительнее использовать гидроокиси щелочных металлов или щелочно-земельных металлов, как например, гидроокись натрия (NaOH), гидроокись калия (КОН), гидроокись лития (Li ОН), гидроокись кальция (Ca(ОН)2), и гидроокись магния (Mg (ОН)2). Наиболее предпочтительной является гидроокись натрия вследствие ее доступности и стоимости.
Температура жидкости, используемой для абсорбции, согласно изобретению не является определяющей и может варьироваться в широких пределах, но предпочтительнее, должна быть ниже, чем около 80o С, поскольку имеется риск того, что абсорбция сульфида водорода уменьшается при температурах около 80oС и выше. Предпочтительнее, чтобы температура находилась в пределах от комнатной температуры, т.е. около 20oС, до около 80oC, более предпочтительно, в диапазоне около 40-70oС, главным образом, около 50-70o С, и наиболее предпочтительно, около 60-70oС.
Согласно изобретению установлено, что селективность сульфида водорода в жидкостной абсорбции оптимизируется за счет проведения абсорбции таким образом, чтобы поток газа и поток поглотительной жидкости находились в противотоке, при этом поток газа должен иметь турбулентный характер, а поток жидкости - ламинарный характер. Кроме того, отделение сульфида водорода промотируется, если объем поглотительной жидкости намного больше, чем объем газа, из которого абсорбируется сульфид водорода. Такое высокое отношение жидкости к газу достигается путем рециклирования поглотительной жидкости, которая контактирует c газом, содержащим сульфид водорода.
Кроме того, контактирование газа, содержащего сульфид водорода, с поглотительной жидкостью (карбонатсодержащим раствором) осуществляется в несколько стадий или этапов, предпочтительнее, в два или три этапа, наиболее предпочтительно, в три стадии. Такое многостадийное контактирование имеет преимущество, заключающееся в сокращении продолжительности отдельных стадий, так что нет времени для того, чтобы рН карбонатсодержащего раствора снизился до около 9 на отдельной стадии, тогда как в то же самое время содержание сульфида можно поддерживать достаточно низким на самой верхней ступени. Предпочтительнее, каждая ступень имеет такую продолжительность, что рН раствора в конце ступени должен снизиться до около 10.0-10.2, жидкость затем высасывается для регенерации посредством гидроокиси с последующим рециклированием на ступени на выходе.
На чертеже изображен предпочтительный вариант устройства в соответствии с изобретением.
Устройство согласно изобретению содержит колонну или контейнер 1, имеющий впускной патрубок 2 для газа, полученного при выпаривании щелока натронной варки и содержащего сульфид водорода, а также двуокись кремния. На противоположном конце устройства расположен выпускной патрубок 4 для газа 5, из которого удален посредством жидкостной абсорбции сульфид водорода. Контактирование газа, содержащего сульфид водорода, с карбонатсодержащим раствором осуществляется в три ступени 6,7 и 8. Каждая ступень или стадия включает насадку 9, как показано на чертеже ступени 6. Для оптимизации селективности сульфида водорода при абсорбции, насадка 9 имеет такую форму, которая обеспечивает создание ламинарного потока жидкости через ступени 6, 7 и 8. Согласно изобретению установлено, что насадка в форме гофрированных пластин особенно подходит для этой цели. Насадка может быть выполнена, например, из пластика или металла.
Контактирование абсорбирующего сульфид водорода карбонатсодержащего раствора с газом, содержащим сульфид водорода, осуществляется в противотоке. С этой целью каждая ступень или стадия имеет средство для подачи карбонатсодержащего раствора на ступень в противотоке с потоком газа, а также средство для рециркулирования раствора на другую сторону ступени. Как показано на чертеже, этими средствами являются насосы 10, 11 и 12, которые через трубопроводы 13, 14 и 15 подают карбонатсодержащий щелочной раствор на соответствующие ступени 6, 7 и 8, а также через трубопроводы 16, 17 и 18 проводит раствор из соответствующих ступеней в коллекторные емкости 19, 20 и 21. Из этих коллекторных емкостей раствор рециркулируется на другую сторону ступеней через трубопроводы 22, 23 и 24, которые соединены с насосами 10, 11 и 12, соответственно. Свежий карбонатный раствор, предпочтительнее раствор карбоната натрия, подается на последнюю ступень 6 по ходу загрузки, через трубопровод 25 от источника (не показан) раствора карбоната натрия.
Вместо подачи свежего карбонатного раствора на последнюю ступень, карбонатный раствор может быть создан на последней ступени посредством подачи раствора гидроокиси натрия в эту ступень и обеспечения возможности абсорбирования раствором гидроокиси двуокиси углерода из газа, тем, чтобы получить карбонатсодержащий раствор согласно вышеприведенным реакциям (3), (4).
Для регулирования (увеличения) рН абсорбирующего раствора гидроокись, предпочтительнее, раствор гидроокиси натрия может подаваться в коллекторные емкости 19, 20 и 21 через трубопроводы 26, 27 и 28, соответственно, передающих щелочь от источника (не показан), который, предпочтительнее, является общим для всех трубопроводов. Подача раствора гидроокиси натрия (едкого натра) для регулирования рН абсорбирующего раствора регулируется на основе измерений рН растворов в коллекторных емкостях 19, 20 и 21 (не показаны).
Как явствует из чертежа, различные ступени дополнительно взаимосвязаны трубопроводами 29 и 30 для подачи части потока абсорбирующего раствора с одной ступени на предшествующую ступень, т.е. из ступени 6 на ступень 7, а также из ступени 7 на ступень 8.
Наконец, предусмотрен выпускной трубопровод 31 для выпуска сульфидсодержащей жидкости из коллекторной емкости 21 и ступени 8.
Далее изобретение дополнительно будет разъяснено посредством неограничивающего примера.
Пример 1. Были проведены испытания селективного удаления сульфида водорода из газа, образующегося при выпаривании черного щелока. Использовалось устройство типа описанного выше и показанного на приложенном чертеже.
Абсорбция осуществлялась при атмосферном давлении, входящий газ имел температуру около 60oС и содержал 1.13 мольных процентов сульфида водорода и 16.9 мольных процентов двуокиси углерода. Газ был насыщен водяными парами при температуре истечения, что соответствует около 18.7 мольных процентов воды. Расход входящего газа составлял 38,280 Нм3/ч, задавая скорость газа в абсорбционной колонне около 3.1 м/с. Абсорбционная колонна имела высоту 6.25 м, две первые ступени, каждая имела высоту 1.5 м, тогда как последняя ступень по ходу подачи газа имела высоту 1 м. Каждая ступень имела насадку типа Mellapack 500 от фирмы Sulzer. Диаметр колонны составлял 2.3 м.
Свежий поглотительный раствор, содержащий 8.8 м3/ч 2М раствора карбоната натрия с температурой около 60oС, подавался в последнюю ступень колонны вместе с рециркулируемым поглотительным раствором, так что всего на последнюю ступень колонны было подано около 50 м3/ч. Значение рН подаваемого поглотительного раствора составляло около 11.0, которое снижалось до около 10.2 в процессе пропускания раствора через ступень, на которой происходит абсорбция сульфида водорода. После пропускания через ступень раствор подавали в 1.5м коллекторную емкость, где раствор регенерировался за счет добавления 2.5 м раствора едкого натра с температурой около 60oС, так что значение рН раствора снова возрастало до около 11.0. Затем регенерированный раствор рециркулировался посредством насоса на последнюю ступень абсорбционной колонны для повторения абсорбции сульфида водорода.
Около 11 м3/ч поглотительного раствора было выпущено из коллекторной емкости промежуточной ступени, откуда было откачано около 50 м3/ч поглотительного раствора, имеющего рН около 11.0, как в предыдущую ступень, так и в промежуточную ступень, откуда поглотительный раствор выпускался при рН около 10.2 для рециркулирования в коллекторную емкость. В коллекторной емкости раствор регенерировался за счет добавления 2.5 раствора едкого натра с температурой около 60oС, как и в предыдущей ступени.
Из коллекторной емкости промежуточной ступени около 13.5 м3/ч поглотительного раствора было выпущено в коллекторную емкость первой (самой низшей) ступени, откуда 50 м3/ч поглотительного раствора, имеющего рН около 11.0 было откачано в первую ступень по ходу движения газа. После пропускания через эту ступень, где абсорбировавший сульфид водорода раствор, теперь имеющий рН около 10.2, сливается в коллекторную емкость. В коллекторной емкости раствор регенерировался, как и в предыдущих ступенях за счет добавления 2.5М раствора едкого натра, с температурой около 60oС, так что рН регенерированного раствора составляло уже около 11.0. Всего в коллекторные емкости трех ступеней было подано около 8.6 м3/ч 2.5 М раствора едкого натра.
Из коллекторной емкости первой (самой верхней) ступени было выпущено около 17.4 м3/ч раствора с концентрацией сульфида 1 моль/л. Газ, выходящий из абсорбционной колонны, содержал 0.113 мольных процента сульфида водорода и 16.4 мольных процента двуокиси углерода. В этом испытании степень отделения сульфида водорода составляла около 90% и селективность сульфида водорода при сепарации составляла около 67%.
Имея высокое содержание сульфида, а также высокое содержание карбоната щелочного металла, предпочтительнее, карбоната натрия, раствор, подвергшийся абсорбции согласно изобретению, является исключительно подходящим для производства сульфатной варочной жидкости, используемой в производстве сульфатной целлюлозы. Согласно изобретению раствор, выходящий из абсорбционной колонны после абсорбции сульфида водорода, имеет, как указано выше, содержание сульфида, превышающее 0.30 моль/л, предпочтительнее, превышающее 0.47 моль/л. Обычно содержание сульфида находится в пределах около 0.30- 1.30 моль/л, предпочтительнее, в пределах около 0.47-1.1 моль/л и наиболее предпочтительно, в диапазоне около 0.65-1.0 моль/л. Как установлено выше, пригодное содержание карбоната составляет около 0.1-3М, предпочтительнее, около 1- 2.5М и наиболее предпочтительно, около 2М.
Формула изобретения: 1. Способ селективного удаления путем жидкостной абсорбции сульфида водорода из газа, образующегося при выпаривании черного щелока и содержащего сульфид водорода, а также двуокись углерода, отличающийся тем, что газ приводят в противотоке в многоступенчатое контактирование с циркулирующими карбонатсодержащими щелочными растворами, рН которых регулируют в процессе абсорбции на каждой ступени до 9 12 путем добавления гидроокиси, так что сульфид водорода абсорбируют в виде ионов сульфида водорода и ионов сульфида до общего содержания сульфидов, превышающего 0,30 моль/л, в выходящем растворе при контакте с входящим газом.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что добавляют гидроокись щелочного металла, предпочтительно гидроокись натрия.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что рН регулируют до 10 11,5.
4. Способ по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что сульфид водорода абсорбируют до достижения содержания сульфида 0,47 1,1 моль/л в выходящем растворе.
5. Способ по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что используют карбонатсодержащие щелочные растворы с содержанием карбоната 0,1 0,3 М.
6. Способ по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что осуществляют контакт с раствором карбоната натрия.
7. Способ по любому из пп.1 6, отличающийся тем, что контакт газа с раствором осуществляют в три ступени.
8. Способ по любому из пп.1 7, отличающийся тем, что контакт газа и жидкости осуществляют в условиях ламинарного потока жидкости и турбулентного газового потока.
9. Устройство для селективного удаления путем жидкостной абсорбции сульфида водорода из газа, образующегося при выпаривании черного щелока и содержащего сульфид водорода, а также двуокись углерода, содержащее контейнер, имеющий газовый впускной патрубок, газовый выпускной патрубок и набивку, расположенную в ряде последовательных ступеней, отличающееся тем, что устройство содержит средство для подачи карбонатсодержащего раствора на последнюю ступень по ходу движения газа, при этом каждая ступень имеет средство для подачи карбонатсодержащего раствора через ступень в противотоке с газом и для рециркулирования раствора на другую сторону ступени, устройство содержит трубопроводы, расположенные между ступенями, для подачи части раствора из предыдущей ступени по ходу движения газа, и средства для подачи гидроокиси в карбонатсодержащий раствор для того, чтобы регулировать рН раствора на каждой ступени до 9 12, а также выпускной трубопровод из первой ступени по ходу движения газа для выпуска жидкости, содержащей сульфид водорода, абсорбированного в виде ионов сульфида водорода и сульфидных ионов с общим содержанием сульфидов, превышающим 0,30 моль/л.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно содержит три ступени и набивка выполнена в виде гофрированных пластин.