有機多硫化物中除硫的設備ir2850的製作方法

2023-06-04 11:13:56 1

專利名稱:有機多硫化物中除硫的設備ir2850的製作方法
此處參考了yen等人的申請「從有機多硫化物中除硫的方法」，申請號878163，1986年6月25日存檔，該申請已被轉讓給本受讓人。
本發明是關於將一種硫溶劑，典型的是二甲基二硫(DMDS)泵入氣井，除去，例如，在含硫氣井內因與H2S的作用而生成的二甲基多硫化物(DMPS)中的硫，尤其是關於改進的提取器作為有效地、經濟地除硫。
在與含硫氣井相連的井下管道中及井口裝置內硫的沉積常給含硫氣井生產者帶來困難。元素硫、H2S和多硫化物是這類有害的硫沉積物的主要來源。
二烷基二硫，烷基二硫和烷基多硫化物，特別是二甲基二硫(DMDS)，CH3SSCH3，都是有效的溶硫劑或稱清除硫沉積的溶劑。DMDS的可燃性和蒸氣壓比較低，使它成為一種很有吸引力的含硫氣井中採用的硫溶劑。此外，DMDS通過化學洗滌可有效地再生。在本申請和前述相互參照的專利申請中，DMDS在多級連續逆流動提取器中再生。
關於自溶劑中提取已溶解的硫的許多工藝，以前已為眾所周知。例如美國專利US3，474，028，US3，489，677，US3，617，529，US3，748，827，US4，018，572和US4，230，184，其中公開了用鹼金屬和銨的硫氫化物和硫化物從礦物油中除去已溶解的硫。Dowling，Lesage和Hyne的出版物「以二甲基二硫為基的硫溶劑負載後的再生」，Alberta硫研究有限公司季刊21卷3-4期第30-52頁，1984年10月-1985年3月，公開了用鹼金屬和銨的硫氫化物和硫化物，較佳的是硫化鈉，以間歇操作反萃取二甲基多硫化物(DMPS)中的硫從而再生二甲基二硫的方法。然而上述的工藝參考資料中沒有一篇曾公開或暗示即刻用連續多級逆流動提取設備來除去有機多硫化物中的硫。
本發明的提取裝置包括一個立式多級柱式提取器或反應器，它的兩端各有一個分配器，每一級都有一個填料層和一對再分配板，兩板之間有攪拌器，上述各組件之間相互都有空間隔開，也和相鄰的一級填料層隔開。最後一個填料層的安置與分配器相鄰並且到分配器為止就沒有填料層相鄰了，這樣靠近每個分配器裡側都裝有填料層。
在提取器內和每一級內各組件的安排都確保兩種互不混溶的液體間的有效逆流動，就是說，反萃液或提取液(典型的是Na2S水溶液)和載硫的有機相(DMPS)之間穩定地保持大的界面接觸面積。
圖1為工藝流程圖，說明從含硫氣井內形成的二甲基多硫化物中除硫過程，此工藝過程採用本發明的改進提取器設備。
圖2是本發明的提取器的縱剖視簡圖。
圖3的流程圖說明採用一組連續的攪拌罐反應器(CSTR)和分離器自DMPS中除硫的工藝。
雖然此處以二甲基多硫化物(DMPS)作為需要脫硫的含硫有機組分和以硫化鈉水溶液作為反萃液來說明本發明，但本發明仍是使有機多硫化物與一種或多種硫化物鹽和/或硫氫化物鹽(化學式Y2S或ZHS)接觸以便除掉有機多硫化物中硫的改進設備之發明。式中y是選自周期表中ⅠA組和NR1R2R3R4組中的一個，其中的R1，R2，R3，R4可獨立地選自H，1-20碳的烷基(如甲基，丁基，環己基，十六烷基)，6-14碳的芳香基(如苯基，萘基，蒽基)和7-34碳的烷芳基(如甲苯基，十二烷基苯基，十六烷基苯基，丁基萘基和丁基蒽基)。Z則選自y和周期表中的ⅡA族。
反應進行在多級、直接接觸、連續逆流動的提取器或反應器中，最好是不鏽鋼容器，這樣，所說的硫化物和/或硫氫化物水溶液與所說的有機多硫化物起化學反應生成多硫化物水溶液和較低硫級的有機多硫化物，即在每個有機多硫化物分子中含有較少的硫原子。反應以下式表達R′SSpSR′+ny2S→R′SS(p-q)SR′+nySSq/ny其中p＞0，q≤p溫度與壓力對工藝的完成無實質性影響，故在環境條件下進行較為可取。必須考慮的關鍵參數是反萃取水溶液及其濃度的選擇，DMPS與Na2S水溶液的接觸時間，以及Na2S對DMPS中可回收硫的摩爾比。可回收硫定義為與DMPS化學結合的高於二硫級的硫。硫級的定義為本領域熟練人員所熟知。例如，DMDS的硫級為2。象溫度與壓力這類參數都受到為使提取器的每個分離區中有機相與水相密度之差達到有效的相分離這一要求所制約。
圖1中DMPS的密度大於Na2S水溶液的密度。
在含硫氣井100的生產過程中，硫常常形成沉積物將井堵住而中斷生產。可加入一種硫溶劑將該硫沉積物除去，例如將二甲基二硫通過管道101入井，同時可隨意加入催化劑二甲基甲醯胺和硫氫化鈉，這點為工藝人員所熟知。二烷基二硫、烷基硫化物、多硫化物、苯、甲苯、錠子油及類似物均可用作控制硫沉積用的溶劑。升氣管102將含硫氣體和有機多硫化物，典型的是DMPS，它是由井氣中的硫與二甲基二硫反應生成的，由井100運到分離器103，在分離器中含硫氣體與有機多硫化物分開。典型的含硫氣體大多是甲烷、硫化氫和二氧化碳的混和物，經過處理使各組分分離，並可用熟知的克勞斯技術(Claus)將分出的硫化氫轉變成元素硫。而二甲基多硫化物則經管道104輸送到多級逆流動反萃提取器105中，在其中將元素硫與二甲基二硫分開，後者經管道106和101返回到井100內重新使用。在107中補充二甲基二硫(和任選的催化劑)被加到來自提取器105的再生的二甲基二硫中以代替處理過程中的損耗。
Na2S提取或反萃水溶液經管道112加到提取器或反應器105中，當它逆流流經提取器105時，就在其內與DMPS反應，則反萃液內的硫含量增高。現在，將載硫的反萃水溶液經管道108排到硫回收反應器109。隨君之便，可在反應器109中加入一種氫離子源，如H2S，H2SO4，HNO3及類似物將硫回收，把回收後的Na2S水溶液經管道111和112返回到提取器105。在110中補充反萃水溶液經管道112加到來自反應器109的循環反萃液中以代替處理過程中的損耗。
分離器103，例如，可由輕質旋風分離器構成，主要依靠離心效應進行有效的分離。氣相主要包含H2S，由旋風分離器頂部排出，同時DMPS和水成兩個分開的相而留在旋風分離器的底部，各自經不同的葉輪泵出。當然，此處也可使用其他的通用分離器。
多級逆流動提取器105(圖2)是立柱式，柱內含有的各個級是分開的，其中共包括分配器201A和201B;再分配板202A，202B，202C，202D和202E;攪拌器203A，203B，203C;以及填料層部分204A，204B，204C和204D。
填料層204A，再分配板202A，攪拌器203A和再分配板202B共同組成提取器105的第一級;而填料層204C，再分配板202D，攪拌器203C，再分配板202E共同組成提取器的最後一級或稱第n級。
在圖2中，因DMPS比Na2S水溶液的密度大，則前者經管道104流入提取器頂部而後者經管道112進入其底部。如DMPS的密度小時，其流向自然相反。DMPS藉助於分配器201A均勻地分布或分散於柱的橫截面上。同樣，反萃劑水溶液則藉助於分配器201B均勻分布在柱下端的橫截面上。典型的分配器201A和201B是噴嘴，它們可提供均勻流動方式，並可購買現成件。
假設提取器已成功地運行數分鐘，舉例來說，向下流動的DMPS與逆向流動的Na2S在填料層204A密切接觸。柱頂部位載硫的DMPS含硫量最高。由於提取器底部的Na2S反萃劑水溶液中的可回收硫的含量可忽略不計，則驅動能，即上面討論過的方程中自左向右的、使有機相(DMPS)中殘留可回收的硫轉入水相(Na2S)之化學反應趨勢，預計會相當高。
典型的填料層由臘希圈、鮑爾圈、馬鞍形填料、網眼篩、柵格填料及類似物構成。填料層的厚度取決於反應物通過提取器的速度以及填料層材料的效能。填料層在反應物之間提供了高的界面接觸區並被認為是有效萃取必不可少的。
園形再分配板202，最好是不鏽鋼的，板上有隔開的孔或穿透的小孔210。
攪拌器203，按常用方式以電能從外場提供來驅動(未示出)，置於每一級的兩個再分配板之間，保證液體反應物充分混淆以及保持每種液體連續逆流動的方向。欲達此二目標則合適的攪拌轉速被認為是緊要的。攪拌器的轉速一般靠經驗決定。
再分配板有助於使填料層流出後的液體流動更均勻;並在攪拌區與填料層之間建立一個瞬間阻檔層，有助於液體界面接觸得更加佳化。在再分配板和填料層之間隨意選定個空間212;每一級內的一對再分配板之間也提供個空間214，其中還有攪拌器203亦如此。空間212和214都使整個提取過程更加有效。
不同高度的提取器柱可具有不同的級數，取決於工藝的需要。
在提取器柱頂部，載有大量外來硫的反萃水溶液與具有最高可回收硫含量的DMPS匯合。在此處，由於硫在兩種液體中的相對濃度使得反萃水溶液和有機相之間仍存在驅動能。載硫的反萃水溶液由柱頂經管道108排出，或者聽便作進一步處理。
在圖3中，提取器105的每一級都可構成一個分離反應罐301，305，309和313，罐中各有一個攪拌器;導管302，306，310，314分別把每個反應罐和每個獨立的相分離罐303，307，311，315連接起來，將所說的每一級都串接起來，這樣，則使第一個分離器303出來的有機相經管道304直接送到第二級反應罐305，由第二個分離器307出來的有機相則通過管道308進入第三級反應罐309，依此類推，直到最後一個分離器315出來的有機相經管道106送出成為再生的產品(即含較低硫級的多硫化物);同時由各分離器307，311，315出來的反萃液分別經管道318，317，316分別返回到前一級反應器301，305，309以組成該級的反萃液。來自反萃補充液容器110的新鮮反萃液經管道111，112流入罐313中與有機多硫化物逆流動並進行反應，然後按上述流程進行循環。含有外來硫的反萃水溶液從分離器303經管道108棄出或聽便送入回收硫反應器109，在109中把硫從反萃液中分出，再將反萃液經管道111和112返回反應罐313。顯然，當有機相密度大於反萃液密度時上述流向將反其道行之。
最佳級數是所要求的再生度與回收度的函數;大多數情況下，兩級足矣。
反應罐301，305，309和313可方便地採用通用的連續攪拌罐反應器(CSTR)。
適於本發明的硫化物和/或硫氫化物中，硫化鈉水溶液最佳;其最佳濃度在10wt%(重量)與該系統操作溫度下的Na2S飽和濃度之間。
最佳反應時間(定義為反應器的有效反應體積總和除以有機相與水相液體總的體積流速)範圍在5-120分鐘之間;但操作一般在30分鐘內完畢。接觸時間少於5分鐘則再生作用不足，而大於120分鐘則對再生作用的改進無效。
水溶液中硫化物和/或硫氫化物與有機多硫化物中可回收硫的摩爾比(R值)為0.10-0.70，最佳為0.20-0.40。當R值低於0.10時，導至再生作用不完全;R值高於0.70時造成有機多硫化物的回收作用降低。
有機多硫化物不一定來自含硫氣井的井下清理。在製備低級有機二硫化物時，經常把二硫化物從它們的聯產物多硫化物中蒸餾分離。然而，由於分解作用，常常不能通過蒸餾來純化較高級的有機二硫化物(如丁基，己基，壬基等)。採用本發明的設備可從相應的多硫化物中生產較高級的有機二硫化物。
實施例採用圖3系統，將可回收硫含量為25.9wt%(重量)的二甲基多硫化物與17%硫化鈉水溶液反應，在連續逆流動，直接接觸的二級系統內，共反應5分鐘。硫化鈉對可回收硫的摩爾比為0.30。結果得有機二硫化物的再生值為61%，二甲基二硫的回收率為92%。
為相比較，重複此實驗，只是用一個連續單級體系來代替二級逆流直接接觸體系。該實驗中硫化鈉對可回收硫的摩爾比為0.40。有機物二甲基二硫的再生值為61%，二甲基二硫的回收率為90%。因此，本發明的逆流多級技術比單級體系節約25%的硫化鈉。
再生百分數和回收百分數定義如下再生％＝ (SRwt％(進)－SRwt％(出))/(SRwt％(進)) ×100％回收%＝ (二硫化物重量(進))/(二硫化物重量(出)) ×100%式中SR為以化學方式併入有機多硫化物中的硫。
權利要求
1.一種從高硫級有機多硫化物中除硫的多級連續逆流動提取器，包括一個立柱，在柱的第一端有較重液體的入口而在第二端有較輕液體的入口，所說的較輕液體向上流經所說的立柱整個高度後在所說的第一端有出口並且所說較重液體向下流經所說的立柱全長後在所說第二端有出口，所說的兩種液體不相混溶，所說立柱含有許多個完全類似的級在柱內縱向排列連接，所說的每一級所包括的組件互相隔開，和相鄰的級也隔開，所說的每一級按順序包括一個填料層，第一個再分配器，攪拌器和第二個再分配器，分配器朝內相鄰於所說的第一和第二端，以便分別將所說的較重和較輕液體均勻地朝內分散，並且最後一個填料層相鄰於所說的分配器且從分配器起就沒有填料層相鄰了。
2.根據權利要求
1的裝置，其中所說的有機多硫化物和較重液體是二甲基多硫化物(DMPS)而所說的較輕液體是一種提取液或反萃液包括硫化鈉水溶液。
3.根據權利要求
2的裝置，其中所說硫化鈉水溶液可從DMPS中提取硫，即當兩種所說的液體相對逆流通過所說的立柱時形成含硫量增高的水相和較低硫級的多硫化物。
4.根據權利要求
3的裝置，其中所說的填料層在所說液體逆流通過所說立柱時有助於提供大的界面接觸面積。
5.根據權利要求
4的裝置，其中所說攪拌器的轉速適宜於增加所說的大的界面接觸面積並且能保持各液體逆流動的方向。
6.根據權利要求
5的裝置，其中填料層包含臘希圈。
7.根據權利要求
5的裝置，其中填料層含有鮑爾圈(Pall)
8.根據權利要求
5的裝置，其中填料層含有鞍形材料。
9.根據權利要求
5的裝置，其中填料層含有網眼篩。
10.根據權利要求
5的裝置，其中填料層含有柵格填料。
11.根據權利要求
5的裝置，其中所說再分配器由具有隔開的穿透小孔的園形板構成。
12.根據權利要求
5的裝置，其中在所說立柱第一端出口排出的所說液體是二甲基二硫。
13.根據權利要求
1的裝置，其中所說的較輕液體是所說的有機多硫化物並且所說較重液體是硫化鈉水的提取液或反萃液。
專利摘要
載硫的有機液相二甲基多硫化物(DMPS)的形成是由於含硫氣井內氣態的硫組分與一種硫溶劑，典型的是二甲基二硫(DMDS)，反應而成。DMP S在立柱式連續多級逆流動提取器中與一種提取液或反萃液接觸，這種提取器是專門為在立柱中朝相反方向流動的兩種液體提供大的界面接觸面積而設計的。
文檔編號C08G85/00GK87108107SQ87108107
公開日1988年7月13日 申請日期1987年10月27日
發明者嚴興綱 申請人:龐沃特公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan