[发明专利]制备易处理床材料的方法及该床材料去除天然气中硫化氢的应用

说明书

本发明涉及从流体中如天然气、液体碳氢化合物以及它们的蒸气中除去硫化氢和硫醇，特别涉及上述流体流过含活性氧化物颗粒的填充床。本发明也可应用于液体碳氢化合物，例如丁烷和丙烷以及水流的纯化。

多年来，人们一直使用木屑法来除去气流中的硫化氢。该方法简单来说，就是使被污染的气流流经潮湿的用木屑填充的反应床，木屑中含有一种铁氧化物作为反应物。当大范围使用时，该方法存在许多缺陷，这些缺陷包括：气流通过反应床时，气流的压降很大，而且氧化物反应时，它们使反应床层物质胶结成密实的团块。从反应容器中除去固结反应床层物质是一件困难和费时的工作，而且除去的物质会危害环境。木屑法不适合液流，因为用于液流的脱硫时，木屑被浸渍，降低了反应床的透气性。

美国专利U.S.4,246,244号中披露了一种有很大改进的铁氧化物。该种氧化物颗粒由一半晶相四氧化三铁加一半无定形三氧化二铁组成。当其悬浮于一水性淤浆中，与鼓泡通过的硫化氢反应时，形成稳定的废料，该废料干燥后不污染环境。这种氧化物的表面积至少为4.0m²/g；当用于所称的“干床”法时，其热力学常数“R”值超过1.4×10^-6m²/min-g(即，0.5×10^-4ft³/min-g)氧化物。它可从密苏里州、圣路易斯的Gas Sweetener Associates Inc.购得。该氧化物在后文中被称为“特殊的”或“优选的”氧化物，本发明下文中所涉及的实验及讨论中所使用的氧化物均为该种氧化物，除非特别指出使用的为其他的氧化物。

美国专利U.S.4,366,131披露了该种氧化物用于由惰性颗粒物填充的反应床的干法脱硫技术(与木屑脱硫方法相类似)，所述的惰性颗粒物为砂粒。在该专利中，这种特殊的氧化物在干法中能有效地反应，而且既使反应床很浅也会遇到结饼问题。防止固结的部分有效的方法是在反应床的上方留出一相当大的空间，并引导气体从下往上通过反应床，以使反应床“流化”，但这可能会导致未清除气体的贯穿。

上述的专利仅涉及气体脱硫。美国专利U.S.4,344,842描述了所述的氧化物与被硫化氢污染的液体的反应的有限的应用，例如无水煤油流过反应床，与氧化物颗粒简单混合或是与其接触。美国专利U.S.4,634,539中披露了在水基钻井泥浆中加入这种氧化物颗粒，以避免由于硫化氢和氧的污染，而产生的腐蚀。

另外一些类型的脱硫方法用于液体脱硫时，通常是不能令人满意的。例如，木屑法广泛地用于气体脱硫，但该种方法不适合于受污染的液体的脱硫；当用于液体脱硫时，木屑会不均匀地饱吸，导致木屑床过早地产生贯穿反应床的沟槽，反应效率低以及其它不可预测的结果。胺法费用高，而且胺很难从液体碳氢化合物中分离。

本发明提供了一种用于负载与硫化氢反应的氧化物类化合物的多孔矿物质载体。尤其适合负载如上所述的未污染的铁氧化物。所述的新载体强度高，重量轻，深层的反应床保持透气性，这使得每英尺高度的反应床压降低。新载体的这些特性避免了气流的贯穿，可很好地适用于气体的脱硫。所述的氧化物颗粒稍稍粘结在被水预润湿的载体颗粒的表面以及载体颗粒的内部。当这种特殊的铁氧化物的混合物在每立方英尺的载体中的量不超过15磅(约243kg/m³)时，该氧化物物质几乎能达到其最大的反应能力，并且不会引起反应床固结形成，如现有技术中所遇到的那种非常密实的块状物。

下面描述其实验结果意想不到好的液体脱硫实验，如：

碳原子数相对较少的液体碳氢化合物-从丙烷(3)和丁烷(4)到至少是癸烷(10)-能够很容易地用本发明的颗粒脱硫，采用的方法与碳氢化合物气体的脱硫方法基本上相同。一般担心的是，碳氢化合物液体可能将载体表面和孔隙中分布的氧化物颗粒冲洗掉。但已经证实，当通过反应床颗粒的液体流速不过高时，这种情况并不会发生。甚至是当水用与上述相同的流速流过反应床时，也不会将氧化物从预润湿的载体颗粒上冲洗掉。

因此，新的载体物质能够保留氧化物颗粒，对液流和气流进行脱硫。