[发明专利]用于连续多个区质量传递的流动控制方法和设备

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2010年6月7日申请的美国申请案第12/794,875号的权利，此申请案的全文以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于使液体与多种不同的气体相继在具有多个气液接触区的气液接触设备中接触的方法和设备，每一气液接触区与单一容器内的至少一个其它气液接触区流体连通用于气体与液体之间的质量传递，以此方式通过气液接触区与中间充液降液管之间总是存在的密度差来产生溶液循环，而不使用溶液循环泵。更特定来说，本发明涉及用于从流体流连续去除硫化氢气体(H₂S)的方法和设备，其通过使流体流与催化性氧化还原多价金属溶液反应以去除H₂S气体，并通过使催化性溶液与含氧气体反应来连续地再生。此工艺特定适合于在相对低的压力(例如，小于1巴表压)下处理具有相对高H₂S浓度(例如，至少1体积％)的工艺气体流，而且可用于在任一压力下的工艺气体流。

背景技术

本发明的方法和设备改进超过先前美国专利申请案第4,238,462号和第5,160,714号中所阐述的自动循环方法和设备且可用于在分离的接触区中液体接触两种不同气体的情形下的气液质量传递。在使用铁螯合物催化剂将硫污染物(例如硫化氢)催化氧化成元素硫中所涉及的一系列反应可由以下反应表示，其中L一般地表示所选的用于调配金属螯合物催化剂混合物的两个或两个以上特定配位体：

(1)H₂S_(气体)+H₂O_(液体)→H₂S_(水性)+H₂O_(液体)

(2)H₂S_(水性)→H⁺+HS^-

(3)HS^-+2(Fe³⁺L2)→S_(固体)+2(Fe²⁺L₂)+H⁺

通过将反应式(1)到(3)组合，所得反应式为：

(4)H₂S_(气体)+2(Fe³⁺L2)→2H⁺+2(Fe²⁺L2)+S_(固体)

为了在使用多价金属螯合物混合物以实现硫化氢的催化氧化时获得从气态流去除硫化氢的经济可行的工艺，必要的是使所形成的二价铁螯合物(如上文所举例证明)通过在同一或分离的接触区中接触具有溶解氧(优选呈环境空气形式)的反应溶液氧化成三价铁螯合物来连续再生。在再生金属螯合物催化剂时，在本发明的氧化器中所发生的一系列反应可由以下反应式表示：

(5)O_2(气体)+2H₂O→O_2(水性)+2H₂O

(6)O_2(水性)+2H₂O+4(Fe²⁺L₂)→4(OH^-)+4(Fe³⁺L₂)

通过将反应式(5)到(6)组合，所得反应式(7)为：

(7)1/2O₂+H₂O+2(Fe²⁺L₂)→2(OH^-)+2(Fe³⁺L₂)

而且，当将反应式(4)和(7)组合时，整个过程可由以下反应式表示：

(8)H₂S_(气体)+1/2O_2(气体)→S_(固体)+H₂O_(液体)