專利名稱:有機(jī)多硫化物中除硫的設(shè)備ir2850的制作方法
此處參考了yen等人的申請“從有機(jī)多硫化物中除硫的方法”，申請?zhí)?78163，1986年6月25日存檔，該申請已被轉(zhuǎn)讓給本受讓人。
本發(fā)明是關(guān)于將一種硫溶劑，典型的是二甲基二硫(DMDS)泵入氣井，除去，例如，在含硫氣井內(nèi)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(guān)于改進(jìn)的提取器作為有效地、經(jīng)濟(jì)地除硫。
在與含硫氣井相連的井下管道中及井口裝置內(nèi)硫的沉積常給含硫氣井生產(chǎn)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采用的硫溶劑。此外，DMDS通過化學(xué)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(xù)逆流動提取器中再生。
關(guān)于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，其中公開了用堿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?yàn)榛牧蛉軇┴?fù)載后的再生”，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，公開了用堿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(xù)多級逆流動提取設(shè)備來除去有機(jī)多硫化物中的硫。
本發(fā)明的提取裝置包括一個立式多級柱式提取器或反應(yīng)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。最后一個填料層的安置與分配器相鄰并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里側(cè)都裝有填料層。
在提取器內(nèi)和每一級內(nèi)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(jī)相(DMPS)之間穩(wěn)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(nèi)形成的二甲基多硫化物中除硫過程，此工藝過程采用本發(fā)明的改進(jìn)提取器設(shè)備。
圖2是本發(fā)明的提取器的縱剖視簡圖。
圖3的流程圖說明采用一組連續(xù)的攪拌罐反應(yīng)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(jī)組分和以硫化鈉水溶液作為反萃液來說明本發(fā)明，但本發(fā)明仍是使有機(jī)多硫化物與一種或多種硫化物鹽和/或硫氫化物鹽(化學(xué)式Y(jié)2S或ZHS)接觸以便除掉有機(jī)多硫化物中硫的改進(jìn)設(shè)備之發(fā)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(dú)立地選自H，1-20碳的烷基(如甲基，丁基，環(huán)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(yīng)進(jìn)行在多級、直接接觸、連續(xù)逆流動的提取器或反應(yīng)器中，最好是不銹鋼容器，這樣，所說的硫化物和/或硫氫化物水溶液與所說的有機(jī)多硫化物起化學(xué)反應(yīng)生成多硫化物水溶液和較低硫級的有機(jī)多硫化物，即在每個有機(jī)多硫化物分子中含有較少的硫原子。反應(yīng)以下式表達(dá)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(shí)質(zhì)性影響，故在環(huán)境條件下進(jìn)行較為可取。必須考慮的關(guān)鍵參數(shù)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(xué)結(jié)合的高于二硫級的硫。硫級的定義為本領(lǐng)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(shù)都受到為使提取器的每個分離區(qū)中有機(jī)相與水相密度之差達(dá)到有效的相分離這一要求所制約。
圖1中DMPS的密度大于Na2S水溶液的密度。
在含硫氣井100的生產(chǎn)過程中，硫常常形成沉積物將井堵住而中斷生產(chǎn)?？杉尤胍环N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酰胺和硫氫化鈉，這點(diǎn)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(jī)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(yīng)生成的，由井100運(yùn)到分離器103，在分離器中含硫氣體與有機(jī)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(jīng)過處理使各組分分離，并可用熟知的克勞斯技術(shù)(Claus)將分出的硫化氫轉(zhuǎn)變成元素硫。而二甲基多硫化物則經(jīng)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，后者經(jīng)管道106和101返回到井100內(nèi)重新使用。在107中補(bǔ)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(jīng)管道112加到提取器或反應(yīng)器105中，當(dāng)它逆流流經(jīng)提取器105時，就在其內(nèi)與DMPS反應(yīng)，則反萃液內(nèi)的硫含量增高。現(xiàn)在，將載硫的反萃水溶液經(jīng)管道108排到硫回收反應(yīng)器109。隨君之便，可在反應(yīng)器109中加入一種氫離子源，如H2S，H2SO4，HNO3及類似物將硫回收，把回收后的Na2S水溶液經(jīng)管道111和112返回到提取器105。在110中補(bǔ)充反萃水溶液經(jīng)管道112加到來自反應(yīng)器109的循環(huán)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(zhì)旋風(fēng)分離器構(gòu)成，主要依靠離心效應(yīng)進(jìn)行有效的分離。氣相主要包含H2S，由旋風(fēng)分離器頂部排出，同時DMPS和水成兩個分開的相而留在旋風(fēng)分離器的底部，各自經(jīng)不同的葉輪泵出。當(dāng)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(nèi)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后一級或稱第n級。
在圖2中，因DMPS比Na2S水溶液的密度大，則前者經(jīng)管道104流入提取器頂部而后者經(jīng)管道112進(jìn)入其底部。如DMPS的密度小時，其流向自然相反。DMPS借助于分配器201A均勻地分布或分散于柱的橫截面上。同樣，反萃劑水溶液則借助于分配器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，并可購買現(xiàn)成件。
假設(shè)提取器已成功地運(yùn)行數(shù)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。由于提取器底部的Na2S反萃劑水溶液中的可回收硫的含量可忽略不計(jì)，則驅(qū)動能，即上面討論過的方程中自左向右的、使有機(jī)相(DMPS)中殘留可回收的硫轉(zhuǎn)入水相(Na2S)之化學(xué)反應(yīng)趨勢，預(yù)計(jì)會相當(dāng)高。
典型的填料層由臘希圈、鮑爾圈、馬鞍形填料、網(wǎng)眼篩、柵格填料及類似物構(gòu)成。填料層的厚度取決于反應(yīng)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(yīng)物之間提供了高的界面接觸區(qū)并被認(rèn)為是有效萃取必不可少的。
園形再分配板202，最好是不銹鋼的，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(qū)動(未示出)，置于每一級的兩個再分配板之間，保證液體反應(yīng)物充分混淆以及保持每種液體連續(xù)逆流動的方向。欲達(dá)此二目標(biāo)則合適的攪拌轉(zhuǎn)速被認(rèn)為是緊要的。攪拌器的轉(zhuǎn)速一般靠經(jīng)驗(yàn)決定。
再分配板有助于使填料層流出后的液體流動更均勻;并在攪拌區(qū)與填料層之間建立一個瞬間阻檔層，有助于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(nèi)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(shù)，取決于工藝的需要。
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，由于硫在兩種液體中的相對濃度使得反萃水溶液和有機(jī)相之間仍存在驅(qū)動能。載硫的反萃水溶液由柱頂經(jīng)管道108排出，或者聽便作進(jìn)一步處理。
在圖3中，提取器105的每一級都可構(gòu)成一個分離反應(yīng)罐301，305，309和313，罐中各有一個攪拌器;導(dǎo)管302，306，310，314分別把每個反應(yīng)罐和每個獨(dú)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(jī)相經(jīng)管道304直接送到第二級反應(yīng)罐305，由第二個分離器307出來的有機(jī)相則通過管道308進(jìn)入第三級反應(yīng)罐309，依此類推，直到最后一個分離器315出來的有機(jī)相經(jīng)管道106送出成為再生的產(chǎn)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(jīng)管道318，317，316分別返回到前一級反應(yīng)器301，305，309以組成該級的反萃液。來自反萃補(bǔ)充液容器110的新鮮反萃液經(jīng)管道111，112流入罐313中與有機(jī)多硫化物逆流動并進(jìn)行反應(yīng)，然后按上述流程進(jìn)行循環(huán)。含有外來硫的反萃水溶液從分離器303經(jīng)管道108棄出或聽便送入回收硫反應(yīng)器109，在109中把硫從反萃液中分出，再將反萃液經(jīng)管道111和112返回反應(yīng)罐313。顯然，當(dāng)有機(jī)相密度大于反萃液密度時上述流向?qū)⒎雌涞佬兄?br>最佳級數(shù)是所要求的再生度與回收度的函數(shù);大多數(shù)情況下，兩級足矣。
反應(yīng)罐301，305，309和313可方便地采用通用的連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器(CSTR)。
適于本發(fā)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(tǒng)操作溫度下的Na2S飽和濃度之間。
最佳反應(yīng)時間(定義為反應(yīng)器的有效反應(yīng)體積總和除以有機(jī)相與水相液體總的體積流速)范圍在5-120分鐘之間;但操作一般在30分鐘內(nèi)完畢。接觸時間少于5分鐘則再生作用不足，而大于120分鐘則對再生作用的改進(jìn)無效。
水溶液中硫化物和/或硫氫化物與有機(jī)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(dāng)R值低于0.10時，導(dǎo)至再生作用不完全;R值高于0.70時造成有機(jī)多硫化物的回收作用降低。
有機(jī)多硫化物不一定來自含硫氣井的井下清理。在制備低級有機(jī)二硫化物時，經(jīng)常把二硫化物從它們的聯(lián)產(chǎn)物多硫化物中蒸餾分離。然而，由于分解作用，常常不能通過蒸餾來純化較高級的有機(jī)二硫化物(如丁基，己基，壬基等)。采用本發(fā)明的設(shè)備可從相應(yīng)的多硫化物中生產(chǎn)較高級的有機(jī)二硫化物。
實(shí)施例采用圖3系統(tǒng)，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(yīng)，在連續(xù)逆流動，直接接觸的二級系統(tǒng)內(nèi)，共反應(yīng)5分鐘。硫化鈉對可回收硫的摩爾比為0.30。結(jié)果得有機(jī)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，重復(fù)此實(shí)驗(yàn)，只是用一個連續(xù)單級體系來代替二級逆流直接接觸體系。該實(shí)驗(yàn)中硫化鈉對可回收硫的摩爾比為0.40。有機(jī)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(fā)明的逆流多級技術(shù)比單級體系節(jié)約25%的硫化鈉。
再生百分?jǐn)?shù)和回收百分?jǐn)?shù)定義如下再生％＝ (SRwt％(進(jìn))－SRwt％(出))/(SRwt％(進(jìn))) ×100％回收%＝ (二硫化物重量(進(jìn)))/(二硫化物重量(出)) ×100%式中SR為以化學(xué)方式并入有機(jī)多硫化物中的硫。
權(quán)利要求
1.一種從高硫級有機(jī)多硫化物中除硫的多級連續(xù)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(jīng)所說的立柱整個高度后在所說的第一端有出口并且所說較重液體向下流經(jīng)所說的立柱全長后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(nèi)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(nèi)相鄰于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(nèi)分散，并且最后一個填料層相鄰于所說的分配器且從分配器起就沒有填料層相鄰了。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其中所說的有機(jī)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(jù)權(quán)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(dāng)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(jù)權(quán)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于提供大的界面接觸面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的裝置，其中所說攪拌器的轉(zhuǎn)速適宜于增加所說的大的界面接觸面積并且能保持各液體逆流動的方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的裝置，其中填料層包含臘希圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5的裝置，其中填料層含有鮑爾圈(Pall)
8.根據(jù)權(quán)利要求
5的裝置，其中填料層含有鞍形材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求
5的裝置，其中填料層含有網(wǎng)眼篩。
10.根據(jù)權(quán)利要求
5的裝置，其中填料層含有柵格填料。
11.根據(jù)權(quán)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(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其中所說的較輕液體是所說的有機(jī)多硫化物并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(jī)液相二甲基多硫化物(DMPS)的形成是由于含硫氣井內(nèi)氣態(tài)的硫組分與一種硫溶劑，典型的是二甲基二硫(DMDS)，反應(yīng)而成。DMP S在立柱式連續(xù)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(shè)計(jì)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(fā)明者嚴(yán)興綱 申請人:龐沃特公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan