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CN105779058A - 采用络合铁盐脱硫剂净化天然气中硫化氢的方法 - Google Patents

采用络合铁盐脱硫剂净化天然气中硫化氢的方法 Download PDF

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朱红彬
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张硕琳
张建
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颜廷敏
傅莉
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Abstract

本发明属于湿式氧化还原法脱硫领域，具体涉及一种采用络合铁盐脱硫剂净化天然气中硫化氢的方法。所述方法为：将络合铁盐脱硫剂溶液与高含硫化氢天然气接触，气相中的硫化氢被络合铁盐脱硫剂溶液吸收脱除，络合铁盐脱硫剂溶液再与空气接触，经再生阶段再生后循环使用，同时生成单质硫；所述络合铁盐脱硫剂包括铁盐络合剂、稳定剂、还原剂、弱碱、辅助药剂和缓蚀剂。采用本发明所述络合铁盐脱硫剂净化天然气中硫化氢，通过控制络合铁盐脱硫剂中各组分的配比，在天然气的无氧氛围下，络合铁盐脱硫剂溶液吸收H2S后不会产生单质硫，而是生成了溶解度较大的S单质络合物，从而有效避免了硫堵问题；同时，该处理方法的硫容高达3.0g/L以上。

Description

采用络合铁盐脱硫剂净化天然气中硫化氢的方法
技术领域
本发明属于湿式氧化还原法脱硫领域，具体涉及一种采用络合铁盐脱硫剂净化天然气中硫化氢的方法。
背景技术
现有技术中，《络合铁法脱硫工艺研究》(郑州工业大学学报1998,19:136～137)中指出：HEDP是有机磷酸类络合剂的一种，系一多级配位体，能和许多金属离子形成稳定的水溶性络合物。有关国内外研究现状也表明：HEDP络合铁的电位较低，可通过加入对苯二酚提高其氧化性，加快脱硫反应速度；为了抑制FeS生成，加入氨三乙酸(NTA)以增强对Fe2+的络合能力。当溶液中HEDP:NTA:Fe3+之比为(0.5～1):1:1时，脱硫效果最佳，且副反应产物较少。CN1354038A南京化学工业集团公司研究院开发的改良络合铁脱硫法，采用络合剂、稳定剂、硫磺改性剂、缓蚀剂以及铁盐组成的溶液进行脱硫。科研人员在稳定剂、缓蚀剂以及硫结晶改性剂等方面进行了大量筛选实验工作，在解决络合剂的降解、铁沉淀以及溶液腐蚀等方面取得了进展。结果表明，该方法具有吸收容量大、净化度高、再生速度快、腐蚀性小、络合剂性能稳定、硫磺易于沉淀、副反应少等特点，并具有自主知识产权。改良络合铁脱硫法可应用于氮肥厂半水煤气、变换气气源中H2S的脱除以及石化企业的炼厂气净化等。现代化工NTA－HEDTA复配络合铁溶液在错流旋转填料床内脱除H2S的研究(2014年第34卷)，针对传统湿式氧化法脱硫技术工作硫容低、液气体积比高的不足，采用NTA-HEDTA复配络合铁溶液在错流旋转填料床中进行脱除H2S的研究，以期进一步节约能耗。配制了一种NTA-HEDTA复配络合铁溶液，考察了气体流量、液体流量、错流旋转填料床转速、温度、pH对配方溶液脱硫性能的影响，对配方溶液的稳定性进行了研究。结果表明，配方溶液最优配比为n(NTA)∶n(HEDTA)∶n(Fe3+)＝1∶5∶5，工作硫容为2.64g/L；最适宜工艺条件气体流量G＝3m3/h，液体流量L＝50L/h，错流旋转填料床转速1000r/min，温度T＝25℃，pH＝8.5时，脱硫率达到97％，液气体积比仅为16.67L/m3，添加稳定剂苯甲酸钠可有效减缓配方溶液再生过程中络合剂的降解。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种采用络合铁盐脱硫剂净化天然气中硫化氢的方法。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
一种采用络合铁盐脱硫剂净化天然气中硫化氢的方法，其特征在于，将络合铁盐脱硫剂溶液与高含硫化氢天然气接触，气相中的硫化氢被络合铁盐脱硫剂溶液吸收脱除，络合铁盐脱硫剂溶液再与空气接触，经再生阶段再生后循环使用，同时在再生阶段生成单质硫；所述络合铁盐脱硫剂包括铁盐络合剂、稳定剂、还原剂、弱碱、辅助药剂和缓蚀剂。
上述方案中，所述络合铁盐脱硫剂溶液中总铁的含量为0.1～0.3mol/L，碱浓度为15～30wt％，稳定剂与总铁的摩尔比为0.3～1.0，辅助药剂的含量为2～5g/L，缓蚀剂的含量为0.2～5g/L，溶液的pH值为8～9。
上述方案中，所述铁盐络合剂为乙二胺四乙酸铁钠盐和/或乙二胺铁盐。
上述方案中，所述稳定剂为硼砂，所述还原剂为还原性铁盐。
上述方案中，所述辅助药剂为环丁砜、乙二胺和N-甲基二乙醇胺中的一种或几种。
上述方案中，所述缓蚀剂为锑系缓蚀剂、钼系缓蚀剂和钨系缓蚀剂中的一种或几种。更为优选地，所述缓蚀剂为氯化锑、锑酸钠、钼酸钠和钨酸钠中的一种或几种。
本发明采用络合铁盐脱硫剂净化天然气中的硫化氢，气相中的硫化氢首先被络合铁盐脱硫剂溶液吸收，溶液中络合态的Fe3+与硫化氢发生氧化还原反应，Fe3+被还原成Fe2+，H2S被氧化成S单质，随后S单质与Fe2+、H2S发生络合形成络合铁物质，该物质在水溶液中溶解度较大且在无氧环境中可以稳定存在；再生阶段，当溶液与空气接触时，其中的络合铁物质迅速与氧气发生反应，再生得到Fe3+的同时生成S单质，具体地反应过程如下：
碱性水溶液吸收H2S：Na2CO3+H2S→NaHCO3+NaHS
析硫过程：2Fe3+(络合态)+HS-→2Fe2+(络合态)+S↓+H+
容硫过程：nS+Fe2++H2S→Fe(S)n↓
再生反应：Fe(S)n+1/2O2→Fe3+(络合态)+S↓
2Fe2+(络合态)+1/2O2+H+→2Fe3+(络合态)+OH-
本发明的有益效果：(1)采用本发明所述络合铁盐脱硫剂净化天然气中硫化氢，通过控制络合铁盐脱硫剂中各组分的配比，在天然气的无氧氛围下，络合铁盐脱硫剂溶液吸收H2S后不会产生单质硫，而是生成了溶解度较大的络合铁物质，这有效地避免硫堵问题；(2)本发明所述铁盐络合剂是一种络合铁盐，可直接溶解在水中，与传统的铁盐络合剂是由非羧酸类络合剂与无机铁盐络合生成相比，不易被氧化降解，具有合成简单、成本低的优点；(3)采用本发明所述络合铁盐脱硫剂净化天然气中的硫化氢，硫容高达3.0g/L以上，并且可部分脱除有机硫。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种采用络合铁盐脱硫剂净化天然气中硫化氢的方法，包括如下步骤：
(1)络合铁盐脱硫剂溶液的制备：将0.5mol的乙二胺四乙酸铁钠盐和0.125mol还原性铁盐(硫酸亚铁铵)溶解于2.5L去离子水中，再加入硼砂稳定剂，与总铁的摩尔比比为0.5，溶解后加入碳酸钠25wt％，配制溶液pH值为8.15，最后加入1g/L缓蚀剂钼酸钠和有机硫吸收、催化水解的辅助药剂环丁砜2g/L。
(2)天然气含硫化氢4000～8000mg/m3，将络合铁盐脱硫剂溶液与高含硫化氢天然气接触，气相中的硫化氢被络合铁盐脱硫剂溶液吸收脱除，络合铁盐脱硫剂溶液再与空气接触，经再生阶段再生后循环使用，同时在再生阶段生成单质硫。
本实施例络合铁盐脱硫剂净化天然气的效果及脱硫剂参数评价结果如下表1。
实施例2
一种采用络合铁盐脱硫剂净化天然气中硫化氢的方法，包括如下步骤：
(1)络合铁盐脱硫剂溶液的制备：将0.5mol的乙二胺铁盐和0.0.125mol还原性铁盐(硫酸亚铁)溶解于2.5L去离子水中，再加入硼砂稳定剂，与总铁的摩尔比比为0.5，溶解后加入碳酸钠25wt％，配制溶液pH值为8.5，最后加入1g/L缓蚀剂钨酸钠和有机硫吸收、催化水解的辅助药剂环丁砜2g/L。
(2)天然气含硫化氢4000～8000mg/m3，将络合铁盐脱硫剂溶液与高含硫化氢天然气接触，气相中的硫化氢被络合铁盐脱硫剂溶液吸收脱除，络合铁盐脱硫剂溶液再与空气接触，经再生阶段再生后循环使用，同时在再生阶段生成单质硫。
本实施例络合铁盐脱硫剂净化天然气的效果及脱硫剂参数评价结果如下表1。
表1络合铁盐脱硫剂净化天然气操作参数及效果
反应条件 实施例1 实施例2
循环量，mL/min 25 25
总液量，L 2.4 2.4
初始硫化氢浓度，mg/L 4000 8000
反应温度 常温 常温
尾气硫化氢浓度，mg/L 0 0
硫容g/L 3 3
硫单质粒径，um 26 28
络合剂稳定性(降解率)，％ 0 0
腐蚀速率(304钢)，mm/a 0.014 0.016
有机硫处理量，％ 68 70
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采用络合铁盐脱硫剂净化天然气中硫化氢的方法，其特征在于，将络合铁盐脱硫剂溶液与高含硫化氢天然气接触，气相中的硫化氢被络合铁盐脱硫剂溶液吸收脱除，络合铁盐脱硫剂溶液再与空气接触，经再生阶段再生后循环使用，同时在再生阶段生成单质硫；所述络合铁盐脱硫剂包括铁盐络合剂、稳定剂、还原剂、弱碱、辅助药剂和缓蚀剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述络合铁盐脱硫剂溶液中总铁的含量为0.1~0.3mol/L，碱浓度为15~30wt%，稳定剂与总铁的摩尔比为0.3~1.0，辅助药剂的含量为2~5g/L，缓蚀剂的含量为0.2~5g/L，溶液的pH值为8~9。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁盐络合剂为乙二胺四乙酸铁钠盐和/或乙二胺铁盐。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稳定剂为硼砂，所述还原剂为还原性铁盐。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辅助药剂为环丁砜、乙二胺和N-甲基二乙醇胺中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缓蚀剂为锑系缓蚀剂、钼系缓蚀剂和钨系缓蚀剂中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述缓蚀剂为氯化锑、锑酸钠、钼酸钠和钨酸钠中的一种或几种。
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