METHODS OF PURIFICATION OF COKE OVEN GASES FROM HYDROGEN SULFIDE. H₂S UTILIZATION. DIRECT CATALYTIC OXIDATION. DEVELOPMENTS OF BORESKOV INSTITUTE OF CATALYSIS (REVIEW)

The paper deals with the process of hydrogen sulfide containing gases purification based on the reaction of direct oxidation and developed at Boreskov Institute of Catalysis. There are chronological aspects of technology development, and general technological schemes of the modifications technologies implementation of direct catalytic oxidation of hydrogen sulfide in the paper. Based on the results of operation of semi-industrial unit on utilization of hydrogen sulfide acid gas at Bavly oilfield OJSC "Tatneft", the functional principles of the process, the basic hardware, and unit flowsheet are described in details. The main results characterizing the efficiency of the plant and the quality of the main product - elemental sulfur -are adduced. The possibility of the efficient operation of the (proposed) technological method at significant variation in the parameters of the feed gas: hydrogen sulfide and total gas flow is clearly demonstrated. The main units of industrial plant are considered carefully. Based on the results of more than 18 months of industrial run of a process of direct catalytic oxidation of hydrogen sulfide, a comparative analysis with direct prototype of the technology - Process Clause - was carried out. These data clearly illustrate the fact that the developed process is characterized by advanced technical and economic indicators. In conclusion, the toxic impurities contained in the raw coke oven gas of Russian and foreign Coke enterprises are analyzed and compared. Previously described purification processes of coke oven gas are distinguished and classified in terms of physico-chemical principles, and the resulting products. It is shown that coke industry needs to create a modern desulfurization installations, and an additional incentive for the introduction of new environmental technologies is Russia's accession to the WTO, which requires unconditional compliance with international environmental regulations.

сероводород, катализаторы, прямое окисление, hydrogen sulfide, catalysts, direct oxidation

1. Хайрулин С.Р., Кузнецов В.В., Батуев Р.А., Теряева Т.Н., Трясунов Б.Г., Гарифуллин Р.Г., Филимонов С.Н., Сальников А.В., Исмагилов З.Р. Методы очистки коксового газа от сероводорода. Процессы утилизации H2S. Сорбционные процессы // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISAJEE). 2014. № 3. С. 14-39.

2. Хайрулин С.Р., Кузнецов В.В., Батуев Р.А., Теряева Т.Н., Трясунов Б.Г., Гарифуллин Р.Г., Филимонов С.Н., Сальников А.В., Исмагилов З.Р. Методы очистки коксового газа от сероводорода. Процессы утилизации H2S. Окислительные процессы утилизации H2S (Обзор). Часть 2 // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISAJEE). 2014. № 4. С. 56-76.

3. Lagas J.A., Borsboom J., Goar B.G. SUPERCLAUS, Five years of operating experience // Proceedings of the 44th Annual Laurence Reid Gas Conditioning Conference. Feb/Mar 1994. Oklakhoma. USA. P. 192.

4. Batygina M.V., Dobrynkin N.M., Kirichenko O.A., Khairulin S.R., Ismagilov Z.R. Studies of supported oxide catalysts in the direct selective oxidation of hydrogen sulfide // Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis Letters. 1992. Т. 48, № 1. С. 55-63.

5. Ismagilov Z.R., Khairulin S.R., Ismagilov F.R. et al. Russian refiner tests new pilot plant for purification gas from hydrogen sulfide // Oil & Gas Journal. April 1994. P. 7.

6. Ismagilov Z.R., Khairulin S.R., Ismagilov F.R. et al. Direct oxidation of hydrogen sulphide // Hydrocarbon Technology International. Winter Issue 1994-1995. P. 60-65.

7. Исмагилов З.Р., Хайрулин С. Р., Керженцев М.А. Прямое гетерогенно-каталитическое окисление сероводорода в элементарную серу // Химическая промышленность. 1996. № 4. С. 530.

8. Исмагилов З.Р., Керженцев М.А., Хайрулин С.Р., Кузнецов В.В. Одностадийные каталитические методы очистки кислых газов от сероводорода // Химия в интересах устойчивого развития. 1999. Т. 7, № 4. С. 375-396.

9. Исмагилов З.Р., Керженцев М.А., Хайрулин С. Р. Каталитическая очистка геотермального пара от сероводорода // Химия в интересах устойчивого развития. 1999. Т. 7, № 4. С. 443-449.

10. Ismagilov Z.R., Khairulin S.R., Kerzhentsev M.A., Mazgarov A.M., Vildanov A.F. Development of Catalytic Technologies of Gases Purification from Hydrogen Sulfide Based on Direct Selective catalytic Oxidation of H2S to Elemental Sulfur // Euro-Asian Journal of Chemical Technology. 1999. Vol. 1, No. 1. P. 49-56.

11. А.с. 1608109 СССР МКИ3 C01B17/04. Способ очистки отдувочных газов скважин от сероводорода / Исмагилов З.Р., Хайрулин С.Р., Баранник Г.Б., Керженцев М.А., Немков В.В., Пармон В.Н. // Опубл. 09.02.1988.

12. Патент 1627507 РФ МКИЗ C01B17/04. Способ получения элементарной серы из сероводорода / Исмагилов З.Р., Замараев К.И., Хайрулин С.Р., Алхазов Т.Г., Исмагилов Ф.Р., Иванов А.А. // Опубл. 09.02.1988.

13. Патент 1695612 РФ МКИЗ C01B17/04. Способ получения элементарной серы / Исмагилов З.Р., Хайрулин С.Р., Замараев К.И., Багиров Р.А., Никонов В.П., Исмагилов Ф.Р., Добрынкин Н.М., Николаев А.В. // Опубл. 20.12.1988.

14. Патент 2035210 РФ МКИЗ C01B17/04. Способ переработки сероводородсодержащего углеводородного газа / Аджиев А. Ю., Астахов В. А., Добрынкин Н. М., Исмагилов З. Р., Потапов В. Ф., Соколенко В. Ф., Рябченко П. В., Рябко Н. Л., Фойгель Р. А., Хайрулин С. Р., Ясьян Ю. П. // опубл. 20.05.1995.

15. Патент 4886649 US МКИЗ C01B17/04. Method for the purification of hydrogen sulfide containing gases / Ismagilov Z.R., Zamaraev K.I., Parmon V.N. et al. // Опубл. 12.12.1989.

16. Патент 3903294 Германия МКИЗ C01B17/04. Verfahren zur Reinigung von Schwefelwasserstoffhaltigen Gasen / Ismagilov Z.R., Zamaraev K.I., Parmon V.N. et al. // Опубл. 17.08.1989.

17. Патент 2626784 Франция МКИЗ C0IB17/04. Procede d'epuration de gaz contenant de l'hydrogen sulfure. Demande de brevet d'invention / Ismagilov Z.R., Zamaraev K.I., Parmon V.N. et al. // Опубл. 11.08.1989.

18. Патент 1307906 Канада МКИЗ B01D53/36. Method for the purification of hydrogen sulfide containing gases / Ismagilov Z.R., Zamaraev K.I., Parmon V.N. et al. // Опубл. 09.02.1989.

19. Патент 246112/83 Япония МКИЗ B01D53/36. Method for the purification of hydrogen sulfide containing gases / Ismagilov Z.R., Zamaraev K.I., Parmon V.N. et al. // Опубл. 29.12.1983.

20. Патент 2035221 РФ МКИЗ B01J37/00, B01J21/06. Способ приготовления катализатора для получения серы из сероводорода / Исмагилов З.Р., Шкрабина Р.А., Корябкина Н.А., Добрынкин Н.М., Хайрулин С.Р. // Опубл. 20.05.1995.

21. Патент 1829182 РФ МКИЗ B01J37/00, B01J21/06. Способ приготовления катализатора для получения серы из сероводорода / Исмагилов З.Р., Шкрабина Р.А., Корябкина Н.А., Хайрулин С.Р., Красильникова В.А., Лыгалова А.С., Добрынкин.М., Авджиев Г.Р., Рябченко П.В. // Опубл. 20.03.1988.

22. Патент 1723761 РФ МКИЗ C01B17/04. Способ получения элементарной серы из сероводорода / Исмагилов З.Р., Фазлеев М.П., Хайрулин С.Р., Добрынкин Н.М., Исмагилов Ф.Р., Подшивалин А.В., Баранник Г.Б.// Опубл. 11.03.1990.

23. Патент 1823940 РФ МКИЗ C01B17/04. Способ удаления сероводорода из геотермального пара // Исмагилов З.Р., Добрынкин Н.М., Хайрулин С.Р., Рогальский В.Р., Арендарский Д.А., Баранник Г.Б., Пилипенко В.И., Алексеев В.И., Усачев Д.П. // Опубл. 20.04.1990.

24. Патент 2144495 РФ МКИЗ C01B17/04. Способ очистки газов от сернистых соединений / Исмагилов З.Р., Добрынкин Н.М., Хайрулин С.Р., Исмагилов Ф.Р., Подшивалин А.В., Навалихин П.Г., Баранник Г.Б. // Опубл. 20.01.2000.

25. Патент 2069586 РФ МКИЗ B01J37/02. Способ приготовления катализатора / Исмагилов З.Р., Баранник Г.Б., Куликовская Н.А., Добрынкин Н.М., Хайрулин С.Р., Исмагилов Ф.Р. и Добрынин Г.Ф. // Опубл. 21.11.1996.

26. Khairulin S. R., Ismagilov Z. R., Kerzhentsev M. A. Direct Selective Oxidation of Hydrogen Sulfide to Elementary Sulfur - a Process for Geothermal Steam Purification. 2nd World Congr. on Environmental Catalysis. Florida. USA. Extended Abstracts. 1998. P. 92-93.

27. Yashnik S.A., Kuznetsov V.V., Ismagilov Z.R., Babich I.V., Moulijn J.A. Development of the monolithic catalyst for deep recovery of elemental sulfur from technological off-gases of metallurgical coke plants and chemical refineries of crude oil I. FTIR study of surface acidity of aluminas and their activity in H2S oxidation // Proceedings of the 11th Nordic Symposium on catalysis. May 23-25. 2004. Oulu. Finland. P. 54.

28. Ismagilov Z.R., Yashnik S.A., Shikina N.V., Kuznetsov V.V., Babich I.V., Moulijn J.A. Development of the monolithic catalyst for deep recovery of elemental sulfur from technological off-gases of metallurgical coke plants and chemical refineries of crude oil II. Synthesis, characterization and testing of monolithic impregnated and washcoated catalysts for direct H2S oxidation // Proceedings of 11th Nordic Symposium on catalysis. May 23-25. 2004. Oulu. Finland. P. 55.

29. Патент 2136585 РФ МКИЗ C01B17/04. Способ получения элементарной серы и устройство для его осуществления / Голованов А.Н., Голованов А.А., Гибадуллин К.Г., Закиев Ф.А., Тахаутдинов Ш.Ф., Исмагилов З.Р., Хайрулин С.Р. // Опубл. 10.09.1999.

30. Патент 2316469 РФ МКИЗ C01B17/04. Способ получения элементарной серы / Ибрагимов Н.Г., Икрамов Р.Д., Мухаметгалеев Р.Р., Закиев Ф.А., Ганиев Р.Г., Садыков А.Ф., Голованов А.А., Голованов А.Н., Хайрулин С.Р., Исмагилов З.Р. // Опубл. 10.02.2008.

31. Исмагилов З.Р., Хайрулин С.Р., Керженцев М. А. и др. Реактор с кипящим слоем катализатора для процесса прямого окисления сероводорода в элементарную серу. Опыт создания опытнопромышленной установки на Бавлинской УСО (Республика Татарстан) // Тезисы доклада на XVI Всероссийской конференции по химическим реакторам “Химреактор-16”. Казань. 17-20 июня 2003. C. 147-150.

32. Исмагилов З.Р., Хайрулин С.Р., Керженцев М.А., Голованов А.Н., Голованов А.А., Мазгаров А.М., Вильданов А.Ф., Тахаутдинов Ш.Ф., Закиев Ф.А. Реактор с кипящим слоем катализатора для процесса прямого окисления сероводорода в элемен тарную серу. Создание опытно-промышленной установки на Бавлинской УСО // Катализ в промышленности (спецвыпуск). 2004. C. 50-54.

33. Хайрулин С.Р., Исмагилов З.Р., Голованов A.А., Голованов А.Н., Ганиев Р.Г. Гарифуллин Р.Г., Закиев Ф.А., Тахаутдинов Ш.Ф. Прямое каталитическое окисление сероводорода в элементарную серу для очистки газов образующихся при добыче высокосернистых нефтей // Всероссийская конференция с международным участием «Каталитические технологии защиты окружающей среды для промышленности и транспорта». Санкт-Петербург. 11-14 декабря 2007. C. 57-58.

34. Ismagilov Z.R., Khairulin S.R., Kuznetsov V.V., Golovanov A.N., Garifullin R.G., Zakiev F.A., Takhautdinov Sh. F. Technologies of Oil-Associated Gas Purification via Direct Oxidation of Hydrogen Sulfide to Sulfur over Nanostructured Catalyst // International scientific-practical conference “New Technologies in Oil and Gas Production”. Baku. Azerbaijan Republic. February 25-26. 2010. С. 81-82.

35. Хайрулин С.Р., Пармон В.Н., Садыков А.Ф., Голованов А.А., Яруллин Р.С., Гибадуков М.М., Мазгаров А.М., Тахаутдинов Ш.Ф., Закиев Ф.А., Гарифуллин Р.Г. Об опыте освоения первой промышленной установки одностадийного окисления сероводорода кислородом воздуха // Труды III Международного газохимического форума ICGF'2011. Казань. 7-8 сентября 2011. С. 23-25.

36. Исмагилов З.Р., Хайрулин С.Р., Пармон В.Н., Садыков А.Ф., Голованов А. А., Яруллин Р.С., Гибадуков М.М., Мазгаров А.М., Тахаутдинов Ш.Ф., Закиев Ф.А., Гарифуллин Р.Г. Прямое каталитическое окисление сероводорода - процесс для очистки попутных нефтяных газов. Опыт эксплуатации первой промышленной установки // Газохимия. 2011. № 3-4. С. 57-61.

37. Ismagilov Z., Khairulin S., Kuznetsov V., Golovanov A., Garifullin R., Zakiev F., Takhautdinov Sh. Field testing of the process of H2S selective oxidation for purification of oil-associated gases // Proceedings of 7th International Conference on Environmental Catalysis. ICEC 2012. September 2-6. 2012. Lyon. France. P. 45-46.

38. Ismagilov Z., Khairulin S., Kuznetsov V., Golovanov A., Garifullin R., Zakiev F., Takhautdinov Sh. The process of H2S selective catalytic oxidation for on-site purification of hydrocarbon gaseous feedstock. Technology demonstration // Proceedings of Russian-Chinese Seminar «New catalytic materials and technologies». August 13-16. 2012. Novosibirsk. Russia. С. 25-26.

39. Исмагилов З.Р., Хайрулин С.Р., Кузнецов B.В., Голованов А.Н., Мазгаров А.М., Гарифуллин Р.Г., Закиев Ф.А., Тахаутдинов Ш.Ф. Прямое каталитическое окисление сероводорода в элементарную серу для очистки попутных нефтяных газов. Опытнопромышленная проверка технологии // Материалы IV Российской конференции «Актуальные проблемы нефтехимии» (с международным участием). 18-21 сентября 2012. Звенигород. Московской обл. С. 25-26.

40. Исмагилов З.Р., Хайрулин С.Р., Кузнецов В.В., Керженцев М.А. Разработка и промышленное освоение технологии очистки газов от сероводорода // Материалы Всероссийской конференции «Химия и химическая технология: достижения и перспективы». 21 - 23 ноября 2012. Кемерово. С. 14.

41. Исмагилов З.Р., Хайрулин С.Р., Пармон В.Н., Яруллин Р.С., Мазгаров А.М., Голованов А.Н., Гарифуллин Р.Г., Закиев Ф.А., Тахаутдинов Ш.Ф. Прямое каталитическое окисление сероводорода в элементарную серу для очистки попутных нефтяных газов. Опытно-промышленная проверка технологии // Материалы Международного форума «БОЛЬШАЯ ХИМИЯ». Уфа. Россия. 23-24 Май. 2013. С. 14.

42. Khairulin S., Ismagilov Z., Kerzhentsev M., Kuznetsov V., Golovanov A., Garifullin R., Zakiev F., Takhautdinov Sh. The process of H2S selective catalytic oxidation for on-site purification of hydrocarbon gaseous feedstock. Technology demonstration // Proceedings of 10th Natural Gas Conversion Symposium. Doha. Qatar. 2-7 March. 2013. P. 21-22.

43. Назаров В.Г. Перспективные технологии очистки коксового газа от сероводорода, цианистого водорода и аммиака для российских предприятий. Сборник докладов международной конференции «МETAЛЛУРГИЯ-ИНТЕХЭКО-2008». Москва. 2526 марта 2008. С. 41-43.