содержание .. 24 25 26 27 ..
2.19 Переработка сероводорода на нефтеперерабатывающих заводах
Сероводород, выделяемый из технологических газов
термогидрокаталитических процессов нефтепереработки, обычно
перерабатывают на заводах в элементную серу.
Химизм и управление процессом
Самым распространенным промышленным способом получения серы из
технологических и природных газов считается процесс Клауса,
осуществляемый в две стадии.
1. Термическая стадия - высокотемпературное сжигание сероводорода в
топочной части реактора при подаче стехиометрического количества
воздуха. В ходе реакций
В ходе процесса Клауса образуются три модификации
серы - S2, S6 и S8. Жидкая сера представлена в основном модификацией S8.
На эффективность процесса влияют состав кислого газа, температура
процесса, давление, время контакта, эффективность катализаторов и работы
конденсаторов серы.
Так, для устойчивого горения кислого газа с содержанием сероводорода
менее 50 % (об.) необходимы специальные меры (его подогрев, обогащение
воздуха кислородом и т.п.). Избыток СO2, более
30 % (об.), также дестабилизирует горение газа, увеличивает расход
теплоты на его нагрев и способствует образованию сероуглерода (CS2) и
сульфооксида углерода (COS). При содержании в газе углеводородов более 5
% (об.) интенсивно образуются смола и сажа, портящие цвет и качество
серы. Допустимое содержание паров воды в газе - до 5% (об.).
Оптимальная температура, способствующая максимальной степени конверсии
на термической ступени - 1100-1300 °С. На каталитической ступени имеет
место обратная зависимость степени конверсии от температуры: конверсия
повышается с понижением температуры; нижний температурный предел
ограничен точкой росы серы (118 °С). На практике с целью исключения
конденсации серы в порах катализатора температуру каталитической ступени
процесса поддерживают на уровне 210-220 °С.
На каждой из вышеперечисленных ступеней процесса влияние давления
другое: на термической снижение давления повышает степень конверсии
сероводорода в серу, а на каталитической - наоборот. На современных
установках давление поддерживают на уровне 0,12-0,17 Мпа.
Повышение времени контакта увеличивает выход серы на обеих ступенях
процесса.
Эффективно работающие конденсаторы-коагуляторы снижают потери серы с
хвостовыми газами, что способствует росту конверсии.
Активность катализатора, его устойчивость к сульфатации и способность
ускорять реакции гидролиза COS и CS2 также определяют эффективность
процесса. На установках используют Al2О3 со
средним сроком службы 4 года.
Технологическая схема. При концентрации сероводорода в кислом
газе выше 50 % (об.) используют прямоточный процесс Клауса - пламенный
способ. По этому способу весь кислый газ подается на сжигание в
печь-реактор термической ступени установки Клауса, выполненную в одном
корпусе с котлом-утилизатором. В топке печи-реактора температура
достигает 1100-1300 °С, и выход серы - 70-75 %. Дальнейшее превращение
сероводорода в серу осуществляется в две-три ступени на катализаторах
при температуре 220-260 °С. После каждой ступени пары
образовавшейся серы конденсируются в поверхностных конденсаторах.
Теплота, выделяющаяся при горении сероводорода и конденсации паров серы,
используется для получения пара среднего и низкого давления. Выход серы
в этом процессе достигает 96-97 %.
Установка прямоточного процесса Клауса состоит из двух ступеней
получения серы - термической и каталитической.
Рисунок 2.71 - Технологическая схема процесса
Клауса:
1 - сепаратор; 2 - барабан первого котла; 3,4 - каталитические реакторы
первой и второй ступеней; 5 - печь-реактор; 6,7 - печи подогрева
технологического газа;
8 - печь дожига и дымовая труба; 9 - установка доочистки хвостовых
газов;
10 - экономайзер; 11 - серная яма; 12,13,15 - коагуляторы серы; 14,16 -
конденсаторы серы; 17 - воздуходувка; 18 - емкость горячей воды; 19 -
насос
Кислый газ сжигается в печи-реакторе 5, причем кислород воздуха подается
в топку в количестве, необходимом для протекания окисления сероводорода
до серы.
На термической ступени установок Клауса применяют цилиндрические
реакторы, состоящие из топочной камеры и трубчатого теплообменника. В
торцевой части топочной камеры расположены горелочные устройства.
Основная часть сероводородного газа и воздуха обычно подается по
тангенциальным каналам. В зоне смешения горение происходит в закрученном
потоке. Проходя решетку из расположенного в шахматном порядке
огнеупорного кирпича, продукты сгорания поступают в основной топочный
объем также цилиндрической формы, но большего диаметра.
Затем продукты сгорания охлаждаются водой, проходя по трубному
пространству трубчатого теплообменника, и поступают в конденсатор,
откуда полученная в термической ступени сера выводится в хранилище.
Технологический газ после термической ступени, содержащий
непрореагированный сероводород, сернистый ангидрид, образовавшийся
одновременно с серой при пламенном сжигании сероводорода, а также
сульфидоксид углерода и сероуглерод (продукты побочных реакций,
протекающих в реакторе), вновь подогреваются в подогревателе до 220-300
°С и поступают на каталитическую ступень. В слое катализатора происходит
основная реакция:
Каталитических ступеней бывает обычно две или три.
На выход серы большое влияние оказывает число ступеней конверсии, способ
подогрева газов перед ступенями и соотношение компонентов H2S и SO2 (в
соответствии со стехиометрией).
Процесс Клауса - многостадийный, энергоемкий и экологически
несовершенный. Его приходится дополнять процессом доочистки отходящего
газа. Наибольшее
распространение получили способы, основанные на
совершенствовании процесса Клауса (сероводород и диоксид серы вступают в
реакцию при температуре ниже точки росы серы). Степень извлечения серы
при этом достигает 99,5 %. К таким способам относятся процессы Sulfrene,
созданный в Германии и Франции, и Clipsulf, разработанный фирмой Linde.
Особенность последнего процесса - встроенный в каталитические реакторы
второй и третьей ступени парогенератор, позволяющий в слое катализатора
поддерживать температуру, близкую к 120 °С, что доводит конверсию
сероводорода до 99,9 %.
Получившаяся сера находит широкое применение в народном хозяйстве: для
производства серной кислоты и ее производных, в качестве вулканизатора
резинотехнических изделий, компонента лекарственных препаратов, добавок
при производстве строительных материалов.
Следует отметить, что процесс получения серы - больше экологический
процесс (цена на серу значительно меньше цены любого нефтепродукта), с
учетом цен на транспорт сбыт для производителя не приносит доходов, как
правило, имеют место только убытки и трудности.
содержание .. 24 25 26 27 ..