Процес Такахакс

Процес Такахакс розроблений фірмою «Токіо гасу» і знайшов широке застосування в Японії для очищення газів [1-4].

Абсорбція сірководню здійснюється лужним розчином (натрію карбонатом або аміаком), який містить каталізатор – окиснену натрієву сіль 1,4-нафтохінон-2-сульфокислоти. Цим методом можна видаляти із газів 99,8…99,9% сірководню і отримувати сірку високої чистоти без домішок токсичних речовин і металів. Хімізм цього процесу є загальним для всіх хінонних методів очищення газів від сірководню.

В залежності від складу газу, який очищають, концентрація каталізатора в поглинальному розчині складає 1…3 моль/м³, а лугу – до 70 кг/м³. Витрата каталізатора незначна і, крім цього, він порівняно дешевий і доступний, оскільки його можна отримати із 1,4-нафтохінону – побічного продукту виробництва фталевого ангідриду із нафталіну. Абсорбент, який застосовують, не викликає корозії апаратів, тому обладнання для процесу Такахакс виготовляють із сталі [1-4].

Хінгідронний метод

Запропонований новий каталізатор хінонного типу – хінгідронна смола – продукт олігомеризації хінгідрону в карбонатному розчині. Окисно-відновні властивості даного каталізатора значно перевищують хінон [1].

Процес хінгідронного методу схематично можна подати так:

H₂S_(г)Н₂S_{(Р) ,} (2.9)

Н₂S_(Р)+Na₂CONaHS_(p)+NaHCO₃ , (2.10)

NaHS_(p)+ NaHCO₃+{Q}→ Na₂CO₃+S+{O}H₂+Н₂О, (2.11)

{O}H₂+0,5О₂→{Q}+Н₂О , (2.12)

де {Q},{O}H₂ – відповідно окисна і відновна форми хінгідронного каталізатора.

Має місце також побічна реакція утворення натрію тіосульфату

2NaHS+2О₂→Na₂S₂O₃+H₂О (2.13)

Для зменшення швидкості утворення тіосульфату в поглинальний розчин додають певну кількість Na₂S₂O₃ (до 350 кг/м³) [1].

При очищенні кисеньвмісних газів, наприклад вентиляційних, всі процеси протікають одночасно в одному апараті і з великою швидкістю, оскільки регенерація каталізатора проходить одночасно з його відновленням, що забезпечує високу концентрацію окисної форми каталізатора, а в наслідок, і високу інтенсивність процесу. У випадку безоксигенових сірководеньвмісних газів (природний газ) процес проходить в дві окремі стадії: абсорбція Н₂S з газу і переробка абсорбованого сірководню в сірку за рахунок контакту розчину з киснем повітря. При цьому одночасно проходить регенерація каталізатора. Друга стадія аналогічна до процесу очищення кисеньвмісних газів з різницею в тому, що відсутнє поглинання сірководню розчином.

Натрію тіосульфат може накопичуватися у розчині і це спричиняє необхідність виведення частки розчину з циклу. Виведений розчин містить в (кг/м³): 10…20 хінгідрону, 10…50 кальцинованої соди і інші компоненти. Його піддають переробці для утилізації складників [1-2].

Технологічна схема очищення природного газу від сірководню отриманням елементарної сірки представлена на рис. 2.1.

Рис.2.1 Схема очищення безоксигенвмісних газів від сірководню хінгідронним методом [1].

1 - абсорбер; 2 - рекуператор тиску; 3 - абсорбер з ковшоподібними диспергаторами; 4 - відстійник; 5 - вакуум-фільтер; 6 - збірник поглинального розчину.

Природний газ під тиском потрапляє в абсорбер 1, де він противотоком промивається лужним розчином. Очищений від сірководню газ проходить систему бризковловлювачів (на схемі не вказана ) направляється в магістраль, а витікаючий з колони поглинальний розчин через рекуператор тиску 2 поступає в реактор 3 (горизонтальний абсорбер). В реактор прямотоком подається повітря. Тут проходить окиснення хемосорбованого сірководню до сірки і одночасна регенерація каталізатора киснем повітря.

Газова фаза з реактора 3, пройшовши бризковловлювачі, викидається в атмосферу, а розчин витікає у відстійник 4, з нижньої частини якого згущена пульпа сірки подається на вакуум-фільтр 5. Освітлений розчин з верхньої частини відстійника і фільтрат з вакуум-фільтра повертається на процес абсорбції сірководню, а паста сірки подається на подальшу переробку у товарний сорт. Для підтримання певної концентрації компонентів, частину розчину виводять з циклу і заміняють її свіжою.

Для очищення оксигенвмісних або безоксигенових газів з невисокою концентрацією сірководню (до 2% об.) використовується поглинальний розчин з концентраціями, г/л: натрію карбонату – 10, хінгідрону – 5, натрію тіосульфату – 250…300 та натрію гідрогенкарбонату – 2,5…5. Для очищення безоксигенових газів з високим вмістом сірководню, або газів під високим тиском, використовують поглинальний розчин з більшою концентрацією натрію карбонату [2, 20-22].

Підвищення концентрації кальцинованої соди в поглинальному розчині від 10 до 70 г/дм³ приводить до збільшення поглинальної здатності розчину, зростання рушійної сили процесу і зменшення витрати поглинального розчину, а отже, енерговитрат на його транспортування. Підвищення температури до 303…318 К не знижує швидкості абсорбції, а навіть дещо підвищує. Це пов’язано з тим, що поглинання сірководню содовим розчином відноситься до хемосорбційних процесів. Крім того, підвищення температури також інтенсифікує процес окиснення розчиненого сірководню хінгідронним каталізатором.

Значний вплив також має і підвищення тиску в системі, в результаті якого різко збільшується ступінь абсорбції за рахунок рушійної сили, що приводить до зменшення затрат на процес очищення природного газу.