Процесс Клауса

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие положения

На Оренбургском газоперерабатывающем заводе для получения серы из сероводорода используют модифицированный процесс Клауса с прямым потоком, в основе которого лежит реакция окисления сероводорода кислородом на катализаторе. Установки Клауса дополнены установками доочистки отходящего газа по методу «Сульфрен».

Выход серы в процессе Клауса определяется многими факторами: составом кислого газа, поступающего на установки, параметрами технологического режима, условиями протекания реакции Клауса, эффективностью используемых катализаторов, эффективностью конденсаторов-коагуляторов серы и другого используемого оборудования. Несоответствие тех или иных факторов в процессе ведет к снижению конверсии сероводорода в серу и, в конечном итоге, - к увеличению содержания диоксида серы в отходящих газах и выбросах в атмосферу от установок получения серы [1].

В промышленности применяются 4 основных процесса Клауса для производства элементарной серы из кислых компонентов природного газа и нефтезаводских газов:

1. Прямоточный процесс Клауса - (пламенный способ) применяется при концентрации сероводорода в кислых газах выше 50% об. и концентрации углеводородов менее 2% об. Этот метод получения серы основан на частичном окислении сероводорода кислого газа путем сжигания его в недостаточном для полного сгорания количестве воздуха. При этом в топке термического реактора может быть получено до 75% серы, содержащейся в исходном сероводороде. Дальнейшее извлечение серы производят на катализаторе в каталитических ступенях и, если необходимо, на установке очистки отходящих газов.

Присутствие аммиака в кислом газе может отрицательно влиять на показатели работы установки. Поэтому принимаются специальные меры для сжигания его до азота в термической ступени. Степень конверсии сероводорода в серу при использовании данной технологии зависит от концентрации сероводорода в кислом газе и составляет 95 - 96% для схемы с двумя каталитическими ступенями и 97 - 98% для трехступенчатой схемы.

2. Получение серы методом «1/3 - 2/3». Процесс используется при концентрации сероводорода в кислом газе 20 - 45% моль. Суть процесса заключается в том, что часть кислого газа (до 2/3 от общего количества) байпасируют мимо термического реактора напрямую в каталитический реактор. А оставшийся кислый газ сжигается в термическом реакторе в условиях, обеспечивающих полное сгорание сероводорода. Таким образом, сера образуется только в каталитических ступенях, которых может быть несколько. Процесс имеет технологические недостатки, которые привели к ограниченному масштабу его распространения. Общая степень конверсии сероводорода в серу для данной технологии зависит от числа применяемых каталитических ступеней и состава кислого газа, подаваемого на переработку.

3. Разветвленный процесс Клауса («1/3 - 2/3») с предварительным подогревом кислого газа и (или) воздуха. Процесс используется при содержании сероводорода в кислом газе 20-30%, когда при использовании предыдущей схемы минимально допустимая температура в топке печи-реактора (9300 С) не достигается.

4. Процесс «прямого окисления» сероводорода на катализаторе в элементарную серу. Суть процесса заключается в проведении реакции взаимодействия сероводорода с кислородом воздуха на специальном катализаторе. Процесс применяется при концентрации сероводорода в кислом газе от 0,1 - 0,5 до 9% моль. В случае малых концентраций сероводорода - до 3% моль - процесс проводится в 1 ступень, при повышении концентрации количество ступеней увеличивают. Как правило, степень конверсии сероводорода в серу на установке прямого окисления без доочистки хвостовых газов не превышает 86%.

Процесс Клауса является наиболее значительным газдесульфирующим процессом восстановления элементарной серы из газообразного сероводорода. Первый запатентованный в 1883 году ученым Карлом Фридрихом Клаусом процесс Клауса стал промышленным стандартом.

Все процессы очистки отходящих газов можно разделить на три группы:

1. Процессы, основанные на продолжении реакции Клауса - превращении Н2S и SО2 в серу. Эти процессы обеспечивают общую степень извлечения серы 99,0 - 99,7 %. Они могут осуществляться в слое твёрдого катализатора (процессы «Сульфрен», СВА, МСRС и др.) или в жидкой среде, содержащей катализатор (процесс «Фин - Клаусполь», «Таунсенд» и др.).

2. Процессы, основанные на восстановлении всех сернистых соединений в сероводород с последующим его извлечением. Эти процессы отличаются друг от друга, прежде всего способом извлечения образовавшегося сероводорода из продуктов гидрирования и источником водорода (либо в схему включают блок получения водорода из природного газа, либо используют водородсодержащий газ с других процессов, например, с каталитического риформинга). Из этой группы процессов наибольшее распространение получили процессы «СКОТ» и «Бивон».

3. Процессы, основанные на окислении всех сернистых соединений до SО2 или до элементарной серы с последующим их извлечением. Эти процессы, как и восстановительные, также различаются между собой, прежде всего способом извлечения образовавшихся продуктов (SО2 или серы). К этой группе процессов относятся «Уэллмен Лорд», «Коминко», «АТС», «Стретфорд» и др. [2]



2. Химические основы процесса

Сущность процесса Клауса заключается в переработке сероводородного газа в серу по окислительному методу с применением двух-трех каталитических ступеней.

Термическая стадия заключается в высокотемпературном сжигании сероводорода в топке котла-утилизатора при подаче стехиометрического количества воздуха согласно реакции:

2Н2S + О2 2H2O + S2 +Q

Реакция протекает при температуре в интервале 1000-13000С в зависимости от концентрации Н2S в сероводородном газе и наличия в нем углеводородов, аммиака и других примесей.

В топочной части печи-реактора протекают следующие целевые реакции:

Н2S + 3/202SO2 + H2O

2Н2S + SO23/2S2 + 2H2O

СН4 + 2O2CO2 + 2H2O

Присутствующие в кислом газе так называемые нежелательные компоненты (СО2, пары воды и углеводороды) могут вступать в побочные реакции, приводящие к снижению конверсии сероводорода в серу и образованию соединений, которые не могут вступать в реакции образования серы на последующих (каталитических) стадиях процесса. Довольно активно протекают реакции с образованием COS, CS2:

СН4 + 2H2SCS2 + 4H2

СН4 + S2 2H2 + CS2

СН4 + 2S2 2H2S + CS2

CS2 + H2OCOS + H2S

2CS2 + SО22COS + 3/2S2

СН4 + 3/2O2CO + 2H2O

СО + 1/2 S2COS

СО + Н2S COS + H2

2СН4 + 3SО22CОS + 1/2 S2 + 4H2О

2СО2 + 3/2S22CОS + SО2

Повышение температуры выше 11000С приводит к уменьшению содержания CS2 в продуктах термической стадии процесса Клауса.

При охлаждении газов после термической ступени происходят следующие реакции:

- ассоциация молекул в и

3 + Q

4 + Q

- ассоциация молекул серы в

4 + Q

- конденсация серы

На каталитических ступенях процесса при температурах 200-300оС происходит взаимодействие Н2S и SО2, непрореагировавших на термической ступени, с образованием элементарной серы на катализаторе по реакции:

2Н2S + SO23/6S6 + 2H2O

2H2S + SO2 3/8S8 + 2H2O

Для вывода серы из газовой фазы предусматривается охлаждение технологического газа после каждой ступени конверсии с использованием тепла горячих газов для получения насыщенного водяного пара. Подогрев технологического газа перед каталитическими ступенями осуществляется за счет смешения с продуктами сгорания топливного газа в топках-подогревателях или паровых подогревателях.

Полученные продукты побочных реакций в термической ступени (СОS, СS2) подвергаются гидролизу на катализаторе первой каталитической ступени парами воды:

СS2 + 2H2O2H2S + CO2

COS + H2OCO2 + H2S

С последней каталитической ступени, после извлечения образовавшейся серы, отходящий газ направляют на установку доочистки хвостовых газов процесса Клауса [3].

Среди всех известных способов доочистки хвостовых газов процессы, основанные на продолжении реакции Клауса, получили наибольшее распространение в промышленности благодаря легкой приспосабливаемости к процессу Клауса, сравнительно невысокой стоимости (50 - 60 % от основного производства) и достаточно высокой степени извлечения серы (суммарная степень извлечения серы составляет 99,6 %). В них реакции Клауса протекают между оставшимися в хвостовых газах сероводородом и диоксидом серы:

2Н2S + SО2 -3/n Sn + 2Н2О

Целевые реакции в этих процессах осуществляются при более низких температурах, чем процессы Клауса (130 - 150о С), т.е. процесс осуществляется при температурах ниже точки росы серы. При такой низкой рабочей температуре термодинамическое равновесие благоприятнее, чем при типичных условиях установок Клауса.

Процесс «Сульфрен» разработан фирмой «Эльф Акитен» (Франция) и «Лурги» (ФРГ).

Реакция Клауса (взаимодействие Н2S и SО2) протекает на твёрдом катализаторе (на основе оксида алюминия) при 13 - 150о С. Образующаяся сера адсорбируется в жидком виде на катализаторе, вследствие чего активность катализатора постепенно снижается. После дезактивации катализатора сера удаляется отдувкой горячим очищенным газом, нагретым до 33 - 350о С, который затем направляется в конденсаторы для извлечения серы. Затем реактор охлаждается и снова переключается на стадию адсорбции. Обычно эти установки включают три реактора, два из которых находятся на стадии адсорбции, а один последовательно на стадии десорбции и охлаждения.

Установки, действующие на ГПЗ, различаются между собой типом используемых реакторов (горизонтальные и сферические) и модификациями катализатора (СR - 4 - 6; СRS - 31, АМ и т.д.).

Хвостовые газы с установок Клауса с температурой 130оС и давлением 0,04 МПа проходят снизу вверх через два параллельно включённых реактора, где на катализаторе осуществляется реакция:

2Н2S + SО2 - 3/n Sn + 2Н2О + 146,3 кДж/моль

Катализатор загружают в реактор двумя слоями: первый слой - катализатор АМ (г - Аl2О3, пропитанный сульфатом железа с целью защиты основного слоя катализатора от кислорода во избежание его сульфатации) и второй слой - основной катализатор, активированный г - Аl2О3 (марки СR - 4 - 6).

В связи с тем, что из потока отходящего газа удаляется практически вся сера, равновесие реакции Клауса сдвигается в сторону полной конверсии Н2S и SО2 в серу.

Очищенный газ, выходящий сверху из каталитических реакторов, поступает в печь дожига, где остаточные количества сернистых соединений (Н2S, СОS, СS2, туман серы и пары серы) сжигаются, образуя SО2. Концентрация этих компонентов в очищенном газе составляет обычно 0,1 - 0,02 % об. (1000 - 2000 ppm). Продукты сгорания через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.

В качестве десорбирующего вещества используют очищенный газ, который циркулирует в системе: реактор - конденсатор серы - печь подогрева реактор. Газ подаётся газодувкой в печь подогрева, где за счёт теплоты сгорания топливного газа подогревается до 330 - 350оС и поступает сверху вниз в каталитический реактор, находящийся в стадии регенерации для десорбции серы. Газы регенерации при температуре 310 - 320оС удаляют из катализатора серу. После выхода из реактора газы охлаждаются в конденсаторе - коагуляторе, пары серы при этом конденсируются и сера в жидком виде через гидрозатвор сливается в ёмкость хранения (серную яму). В межтрубном пространстве конденсатора - коагулятора вырабатывается водяной пар низкого давления (0,18 МПа). Газы из конденсатора - коагулятора с температурой 130оС поступают на приём газодувки и далее используются для регенерации катализатора.

На стадии регенерации, после того как за счёт подачи нагретого очищенного газа температура в реакторе достигает 300оС, в циркулирующий газ добавляют сероводород из линии кислого газа установок Клауса до содержания его 10 - 15% для десульфатации катализатора. Затем катализатор охлаждают холодным очищенным газом, и реактор снова включают на адсорбцию. Продолжительность стадии адсорбции - 26 часов, стадии десорбции - 10 часов и стадии охлаждения - 3 часа. Таким образом, при использовании реакторов достаточно большого объёма процесс можно считать непрерывным, так как в этом случае переключение реакторов со стадии заполнения на стадию регенерации производится только один раз в сутки с помощью специальных пневматических приспособлений с программным устройством.

Опыт эксплуатации установок «Сульфрен» на ГПЗ показал, что реально на действующих установках достигается степень извлечения серы 97,9 - 98,3%.

Наряду с очевидными достоинствами этого процесса, имеются следующие недостатки:

- жесткая зависимость эффективности работы установок «Сульфрен» от показателей работы установок Клауса вследствие необходимости строго поддерживать соотношение Н2S:SО2 = 2:1 в отходящих газах;

- малая гибкость установок по изменению количества и качества поступающих на очистку газов;

- в этих процессах не подвергаются превращениям СОS и СS2, на долю которых приходится около половины недоизвлечённой серы, следовательно, эта сера после печи дожига в виде SО2 уходит через дымовую трубу в атмосферу;

- периодическое изменение температуры катализатора, что отрицательно влияет на его прочность [2].

3. Факторы, влияющие на процесс

На эффективность процесса Клауса влияют состав кислого газа, температура процесса, давление, время контакта, катализаторы и эффективность работы конденсаторов серы.

Состав кислого газа

Сероводород - основной компонент кислого газа. Содержание более 50% по объему обеспечивает устойчивое горение кислого газа в печи-реакторе. Если содержание менее 50%, необходимо принимать меры для обеспечения стабильности пламени: предварительный подогрев кислого газа или воздуха, байпасирование части кислого газа мимо горелок, обогащение воздуха кислородом и т.д.

Избыток (более 30% по объему) дестабилизирует горение газа, увеличивает расход тепла на нагрев газа (является балластным компонентом) и является источником образование , образующихся с его участием в результате протекания побочных реакций.

Содержание углеводородов до 2 % практически не оказывает влияние на степень конверсии серы. При повышении их содержания до 5 % и более они образуют смолы и сажу, которые, попадая в серу, портят ее цвет и качество.

Пары воды ингибируют процесс образования серы и увеличивают вклад побочных реакций. Допустимое содержание паров воды в кислом газе, поступающем на установки Клауса, - не более 2 % по объему.

Избыток кислорода нарушает стехиометрическое соотношение , кроме того, способствует образованию сернистого ангидрида , который дезактивирует катализатор, образуя , т.е. происходит сульфатация катализатора.

Температура процесса

На термической ступени установки Клауса чем выше температура, тем выше степень конверсии сероводорода в серу. В печи-реакторе оптимальная температура 1100-1300оС. В этом температурном интервале степень конверсии максимальна, а количество образующихся по побочным реакциям незначительно.

На каталитической ступени наблюдается обратная зависимость от температуры: конверсия повышается с понижением температуры. Но в области низких температур скорости целевых реакций становятся очень малы, и поэтому для повышения скорости реакций здесь необходимо использовать катализаторы. Нижний температурный предел ограничивается точкой росы серы (температура конденсации серы 188оС). На практике нижний предел в каталитических конверторах устанавливают на уровне 220оС, чтобы исключить возможность конденсации серы в порах катализатора.

Зависимость степени конверсии сероводорода в серу от температуры имеет экстремальный характер (рисунке 1) с минимальным значением в интервале температур 500-600 оС.

клаус газ сера производство

Рисунок 1 - Зависимость термодинамически равновесной конверсии сероводорода от температуры по реакции Клауса

Давление

На термической ступени установки Клауса чем ниже давление, тем выше степень конверсии сероводорода в серу, хотя в области низких давлений эта зависимость невелика. На каталитической ступени наоборот: повышение давления благоприятно влияет на выход серы. На практике в каталитических конверторах обычно поддерживается давление на уровне 0,12 - 0,17 МПа.

Время контакта

Увеличение времени контакта приводит к повышению выхода серы как на термической, так и на каталитической ступени. На термической ступени оно обычно составляет 1,5 - 3,0 с. В каталитических конверторах на практике время контакта принимают несколько выше теоретического, учитывая падение активности катализатора во времени.

Влияние времени контакта на каталитическую конверсию сероводорода при различных температурах показано на рисунке 2.

Рисунок 2 - Зависимость степени конверсии сероводорода в серу от времени контакта при различных температурах в каталитическом конверторе: 1 - 2200С (теоретическая конверсия 68,8%);2 - 2100С (73,7%);3 - 2000С (78,7%); 4 - 1900С (83,8%)

Эффективность конденсаторов

Неполное извлечение серы в конденсаторах-коагуляторах приводит к повышенным потерям паров серы с хвостовыми газами и снижению конверсии сероводорода в серу [2].



4. Оценка активности катализаторов в процессе получения серы методом Клауса

Многолетний опыт работы специалистов газоперерабатывающего завода показал, что в условиях завода наиболее надежным и эффективным в эксплуатации является алюмооксидный катализатор. Дезактивация алюмооксидных катализаторов процесса Клауса может быть вызвана в результате образования сульфатов, отложений углерода, капиллярной конденсации серы, термического старения и физического истирания.

Анализ мирового опыта в области определения активности катализаторов процесса Клауса показал, что при выборе катализатора его важнейшими параметрами являются размеры пор и распределение этих размеров, форма, насыпная плотность, механическая прочность, сопротивление к истиранию частиц катализатора и др. В большей степени эти показатели приведены в технических условиях на катализатор. Однако одним из важнейших показателей, который не приведен в технических условиях и не анализируется при входном контроле, является распределения размеров пор катализатора, учет которого будет способствовать более обоснованному подходу к выбору рационального температурного режима работы реакторов.

В связи с тем, что для различных каталитических стадий установок получения серы характерны свои температурные режимы и реакционные процессы, важную роль играет преобладание той или иной доли катализатора ( микро- или макропористого катализатора или определенной совокупности их).

Так, например первый реактор установок получения серы обеспечивает протекание реакций гидролиза серооксида углерода и сероуглерода, и поэтому температурный режим данного реактора гораздо выше температуры точки росы по сере. Ключевым показателем катализатора для этого реактора будет его удельная поверхность, так как реакции гидролиза сероорганики более чувствительны к содержанию сульфатов на поверхности катализатора, а скорость реакций гидролиза серооксида углерода и сероуглерода значительно ниже скорости реакции Клауса. В основном удельная поверхность катализатора формируется порами меньшего размера, то есть микропорами. В связи с высокой температурой по слою катализатора (примерно 3500С) снижение показателей удельной поверхности катализатора (а следовательно, и активности катализатора) будет протекать в основном в результате термодеструкции.

Второй реактор установок получения серы предназначен для обеспечения максимальной конверсии сероводорода в серу по основной реакции Клауса, и поэтому его температурный режим чуть выше температуры точки росы по сере. Ввиду отсутствия регенерации катализатора второго реактора (ее проведение возможно только в период останова установки на плановый ремонт) одной из причин снижения его активности является постепенная дезактивация в результате капиллярной конденсации серы, главным образом в микропорах. Таким образом, для катализатора второго реактора установок получения серы большую роль играет качество макропор катализатора.

Для снижения выбросов сернистых соединений в атмосферный воздух реакторы узла доочистки отходящих газов установок получения серы (Сульфрен) обеспечивают максимальную конверсию сероводорода в серу, при этом температура по слою катализатора ниже температуры точки росы по сере. Основными причинами снижения активности катализатора реакторов Сульфрен являются капиллярная конденсация серы, сульфатация и термодеструкция. Дезактивация в результате капиллярной конденсации серы обратима. После проведения регенерации катализатора (подъем температуры) значение конверсии сероводорода в серу увеличивается, и дезактивация катализатора вследствие блокировки микропор катализатора почти полностью устраняется. Поэтому для катализаторов реакторов Сульфрен важно соблюдать оптимальное соотношение микро- и макропор катализатора таким образом, чтобы при стадии адсорбции не наблюдалось значительного снижения конверсии сероводорода в серу.

Активность катализаторов оценивают путем совместного комплексного анализа фактических и расчетных показателей режима работы установки Клауса, так как по анализу, проведенному только по одному параметру, можно оценить снижение активности катализатора только по одной из причин [4].

5. Влияние образование сероуглерода и серооксида углерода на эффективность установок получения серы

Эффективность большинства современных установок получения серы по методу Клауса составляет 94-98%, так как часть серы теряется в виде непрореагировавших сероводорода Н2S, диоксида серы SO2 и сероуглеродных соединений - серооксида углерода COS и сероуглерода CS2. Один из способов повышения эффективности установок Клауса - снижение потерь серы за счет повышения конверсии COS и CS2.

Эффективность работы установок получения серы определяется степенью конверсии сернистых соединений в серу, которая зависит от многих факторов:

- конструктивных особенностей установки;

- параметров технологического режима (расходов кислого газа и воздуха, поступающих на установку, их соотношения, давления и температуры процесса);

- состава кислого газа, поступающего на установку;

- активности катализаторов, загруженные в каталитические реакторы.

По результатам ежегодных обследований установок производства серы установлено, снижение конверсии установок Клауса обусловлено изменением состава кислого газа, поступающего на установки: снижением содержания сероводорода, увеличением содержания примесей углекислого газа, воды, углеводородов, способствующих протеканию побочных реакций в реакционной печи. Чем меньше содержание сероводорода в кислом газе, тем ниже температура в реакционной печи, тем меньше общий выход серы. Обследования установок Клауса показали, что с уменьшением содержания сероводорода в кислом газе температура в печи реакции снизилась до 9000С (проектная температура - около 12000С). При такой температуре не обеспечивается полнота протекания реакции Клауса, и увеличивается доля побочных реакций. Основные побочные реакции в печи реакции - образование COS и CS2, которые далее подвергаются гидролизу в первом каталитическом конверторе.

Увеличение доли побочных реакций с образованием COS и CS2 вызвано также увеличением содержания СО2 в кислом газе до 40,46% ( по проекту - 32,0-32,35%).

Как показали результаты мониторинга, одной из причин неэффективной работы установок производства серы, потерь серы на установке и высокого содержания SО2 на выходе установок Сульфрен является низкая конверсия COS и особенно CS2.

Из реакционной печи газы поступают далее на установки Сульфрен. В процессе Сульфрен не подвергаются превращениям COS и CS2, на долю которых приходится около половины недоизвлеченной серы, следовательно, эта сера после печи дожига в виде SО2 уходит через дымовую трубу в атмосферу.

Присутствие в хвостовых газах COS и CS2 возможно и вследствие дезактивации катализатора в первой каталитической ступени установки Клауса, где в основном протекает реакция гидролиза COS и CS2.

Как показывают результаты мониторинга, для повышения степени конверсии сераорганических соединений необходимо поддерживать температуру на выходе первого каталитического реактора не менее 3500С (по данным мониторинга средняя температура на 2У50 составляла 3240С, на 3У50 - 3290С). Чтобы активизировать гидролиз COS и CS2 необходимо поддерживать температуру 350-4500С [5].

6. Основные результаты мониторинга установок получения серы

По результатам мониторинга установлено:

- снижение конверсии термической и каталитической части и, соответственно, в целом конверсии Клауса, связано со снижением содержания сероводорода в кислом газе, увеличением количества примесей СО2, воды, углеводородов. Снижение содержания сероводорода до 50% приводит к снижению температуры в печи реакции до 9000С (проектная температура около 12000С), при этом не обеспечивается полнота протекания реакции Клауса, увеличивается нагрузка на каталитические конверторы, увеличивается доля побочных реакций, при которых образуется большое количество COS и CS2.

- степень конверсии на всех установках «Сульфрен» ниже проектной. Причиной является также изменение состава сырья, снижение активности катализаторов вследствие сульфатации, коксообразования, что приводит к увеличению нагрузки на установке «Сульфрен» и, как следствие, низкой конверсии установок доочистки.

В результате проведенного мониторинга с целью повышения эффективности установок Клауса и «Сульфрен» рекомендуется:

Поддерживать температуру на выходе первого по ходу газа реактора установок Клауса максимально высокой, на уровне 343…3560С, тем самым повышая конверсию COS и CS2; поддерживать температуру в последующих реакторах минимально возможной, соответствующей точки росы серы.

Для выполнения контроля протекания реакций гидролиза необходимо осуществлять контроль содержания COS и CS2 после установок Клауса.

С целью определения эффективности работы конденсаторов серы, определения уноса серы с потоком в виде аэрозольной серы, определения причин высокого содержания SО2 на выходе установок «Сульфрен» провести расследование работы конденсаторов серы.

Для поддержания высокой конверсии CS2 в первой каталитической ступени, производить операцию восстановления катализатора в первом реакторе с такой частотой, чтобы содержание в нем сульфатов не превышало 5…10мг/0,5…1,0%масс.)

Осуществлять подбор новых более эффективных катализаторов, предлагаемых фирмами-производителями.

С целью снижения выбросов вредных веществ в атмосферу рекомендуются следующие мероприятия:

- усилить контроль точного соблюдения технологических параметров процессов «Клаус и Сульфрен»;

- усилить контроль работы контрольно-измерительных приборов и автоматических систем управления технологическими процессами производства серы;

- установит газоанализаторы, контролирующие содержание кислорода в дымовых газах печи дожига; концентрации Н2S, COS, CS2 в дымовых газах; содержание диоксида серы в дымовых газах [1].

7. Оценка технологической и экологической эффективности

Установки Клауса по количеству и качеству выбрасываемых вредных веществ в атмосферу входят в первую десятку 30 самых опасных для окружающей среды (ОС) источников загрязнения атмосферного воздуха. Нв газоперерабатывающем заводе (ГПЗ) ООО «Газпром добыча Оренбург» в непрерывной эксплуатации находятся 7 установок Клауса и 6 установок доочистки хвостовых газов Клауса - Сульфрен общей мощностью по сере более 1,5 млн т/год, которые являются основными источниками выбросов в атмосферу диоксида серы и других сернистых соединений, содержащихся в дымовых газах.

На ГПЗ накоплен большой опыт в процессе получения элементарной серы из сероводородсодержащего сырья, выполнен значительный объем работ по совершенствованию технологии. Так, на 1-й и 2-й очередях завода проектные установки доочистки хвостовых газов Клауса заменены на более совершенные установки Сульфрен, на трех очередях завода усовершенствована конструкция реакционных печей Клауса и конструкция отдельных аппаратов, внедрены новые отечественные катализаторы, модернизована система оптимизации процесса. Внедренные мероприятия позволили в значительной мере сократить выбросы вредных веществ в атмосферу.

Однако выбросы в атмосферу сернистых соединений после установок Клауса в настоящее время остаются значимыми, что требует постоянного совершенствования технологии получения серы.

Технологическая эффективность работы установок Клауса оценивается степенью конверсии сероводорода в серу. На мировом уровне конверсия сероводорода в серу составляет не менее 99,8%.

На действующих установках Клауса России (Астрахань, Оренбург, Салават и др.) фактическая степень конверсии ниже 99,6%.

Экологическая эффективность установок Клауса определяется остаточным содержанием сернистых соединений в дымовых газах.

Зарубежный опыт эксплуатации свидетельствует о том, что после установок получения газовой серы на выходе дымовой трубы содержание сернистых соединений (Н2S+ COS + CS2) не превышает 250…300 ppm. Ни одна из действующих в России технологий Клаус+Сульфрен не обеспечивает указанное содержание сернистых соединений в дымовых газах.

Недостаточная технологическая и экологическая эффективность установок Клауса и Сульфрен по степени извлечения сернистых соединений из газа и как следствие - по содержанию сернистых соединений в выбрасываемых газах, требует использования новых технологических и технических решений, позволяющих интенсифицировать работу этих установок. В последние годы большое внимание уделяется совершенствованию технологии, главным образом, за счет разработки и внедрения новых модернизированных процессов Клауса и доочистки.

Данные разработки имеют преимущества перед действующими схемами, но требуют полной реконструкции существующих процессов и по капитальным затратам превышают от 50 до 100% стоимости действующих установок.

Для установок производства серы, находящихся длительное время эксплуатации (как для Оренбургского ГПЗ - более 40 лет), требуются постоянный поиск, разработка, проведение соответствующих исследований и практическая реализация эффективных мероприятий [6].



Литература

1. Акимова М.В., Мухаметова Э.М., Сорокина А.П. (ООО «ВолгаУралНИПИгаз»), Никулина Ю.Н. (Оренбургский государственный университет), журнал «Нефтепромысловое дело», 2011, 120 с.

2. Бусыгина Н.В., Бусыгин И.Г. Технология переработки природного газа и газового конденсата. Оренбург, Газпромпечать, 2002, 432 с.

3. Карпов С.А. ОАО «ВНИПИнефть», журнал «Нефтепереработка и нефтехимия», 2011, 20 с.

4. Лукьянова Л.И., Тараканов Г.В. (ООО «Газпром добыча Астрахань», журнал «Газовая промышленность», 2012, 94 с.

5. Мухаметова Э.М., Колименева О.А, кандидаты техн.наук, Акимова М.В., Гилязова Ф.Х (ООО «ВолгоУралНИПИгаз», г. Оренбург, Россия), журнал «Химическое и нефтегазовое машиностроение», 2013, 16 с.

6. Самакаева Т.О., Быстрых В.В., журнал «Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе», 2010, 23 с.

Размещено на Allbest.ru

...