Утилизация сероводорода

Производство элементарной серы на базе утилизации нефтяного сероводорода. Распространенный способ получения элементарной серы из сероводорода методом процесса Клауса, основанного на неполном сгорании сероводорода. Принципиальная схема получения серы.

Рубрика Производство и технологии
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 21.03.2018
Размер файла 148,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Утилизация сероводорода

До недавнего времени сероводород считался вредной и опасной примесью нефтяных и природных газов. Сейчас на базе нефтяного сероводорода налажено производство элементарной серы. Самым широко распространенным способом получения элементарной серы из сероводорода является процесс Клауса, основанный на неполном сгорании сероводорода.

Изобретение относится к способу извлечения серы из газа, содержащего сероводород, который включает:

1) окисление части сероводорода в газовом потоке кислородом или кислородсодержащим газом на стадии окисления до диоксида серы;

2) взаимодействие газа, полученного на стадии окисления по меньшей мере в двух каталитических стадиях, в соответствии с реакцией Клауса;

3) каталитическое восстановление SO2 в газе, выходящем из последней из указанных по меньшей мере двух каталитических стадий, причем каталитическое восстановление протекает в слое катализатора, расположенном после последней каталитической стадии процесса Клауса.

Изобретение обеспечивает поддержание постоянной и высокой степени извлечения серы.

В ряде процессов, таких как переработка сырой нефти, очистка природного газа и получение синтез-газа, например, из ископаемых топлив, выделяется газ, содержащий серу, в частности газ, содержащий сероводород (H2S). В связи с высокой токсичностью и плохим запахом выброс H2S в атмосферу запрещен.

Хорошо известным и наиболее подходящим способом удаления серы из газа путем извлечения серы из сероводорода является так называемый процесс Клауса. В этом процессе сероводород в значительной степени превращается в элементарную серу посредством окисления; полученная таким образом сера выделяется из газа путем конденсации. Остаточный газовый поток (так называемый остаточный газ процесса Клауса) еще содержит некоторое количество H2S и диоксида серы (SO2).

Способ извлечения серы из серосодержащих газов по так называемому процессу Клауса основан на следующих суммарных реакциях:

Реакции (1) и (2) приводят к основной реакции:

Традиционный конвертер Клауса, пригодный для переработки газов, имеющих содержание H2S между 50 и 100%, включает горелку с камерой сгорания, так называемую термическую стадию, за которой следует ряд реакторов, обычно два или три, которые заполнены катализатором. Эти последние стадии составляют так называемые каталитические стадии.

В камере сгорания сжигается поступающий газовый поток, обогащенный сероводородом, с некоторым количеством воздуха при температуре около 1200 0С. Количество воздуха регулируется таким образом, чтобы одна треть H2S полностью сгорала с образованием SO2 в соответствии со следующей реакцией:

После этого частичного окисления сероводорода неокисленная часть H2S (т.е. обычно две трети от поступившего количества) и образовавшийся SO2 взаимодействуют дополнительно, в значительной степени, в соответствии с реакцией Клауса

Таким образом, на термической стадии приблизительно 60% H2S превращается в элементарную серу.

Газы, поступающие из камеры сгорания, охлаждаются приблизительно до 160С в конденсаторе серы, в котором конденсируется образовавшаяся сера, которая в последующем поступает в серный приемник через сифон.

Затем неконденсировавшиеся газы, в которых молярное отношение H2S/SO2 не изменяется и составляет 2: 1, нагревают приблизительно до 250С и пропускают через первый каталитический реактор, в котором устанавливается равновесие

Газы, поступающие из этого каталитического реактора, в последующем снова охлаждаются в конденсаторе серы, в котором выделяется образовавшаяся жидкая сера, а оставшиеся газы после повторного нагрева пропускают во второй каталитический реактор.

Когда в газообразном сырье концентрация сероводорода составляет приблизительно между 15 и 50%, описанный выше "прямоточный" процесс не применяется и вместо этого используют его вариант, так называемый способ "с расщеплением потока". В последнем способе приблизительно одну треть общего количества сырья пропускают на термическую стадию и полностью сжигают его до SO2. В первый каталитический реактор поступает непосредственно две трети сырья, мимо термической стадии. Когда в сырье концентрация сероводорода составляет между 0 и 15%, уже нельзя использовать способ Клауса. Тогда используют, например, так называемый рециркуляционный процесс Selectox, в котором сырье поступает с регулируемым количеством воздуха в реактор окисления на так называемую стадию окисления. В этом реакторе содержится катализатор, который способствует окислению H2S в SO2, причем количество окисляющего воздуха регулируется таким образом, чтобы установилось соотношение H2S/SO2, равное 2: 1, после чего протекает реакция Клауса. Газ из реактора окисления охлаждается в конденсаторе серы, в котором образующаяся сера конденсируется и выводится.

Для отвода тепла реакции, выделяющегося в реакторе окисления, часть газового потока, выходящего из конденсатора серы, рециркулирует в реактор окисления.

Ясно, что в рециркуляционном процессе Selectox стадия окисления, которая является каталитической и не ведет к высоким температурам, равноценна термической стадии способа Клауса. В последующем как термическая стадия способа Клауса, так и стадия окисления рециркуляционного процесса Selectox называются стадиями окисления.

В традиционном конвертере Клауса степень извлечения серы составляет 92-97% в зависимости от числа каталитических стадий.

В соответствии с известными способами сероводород, присутствующий в остаточном газе после реакции Клауса, превращается путем сжигания (или окисления другого типа) в SO2, после чего этот диоксид серы выбрасывается в атмосферу. Хотя SO2 гораздо менее вреден и опасен, чем H2S, это вещество также является достаточно вредным, чтобы его выброс был также ограничен более жестким законодательством об охране окружающей среды.

Как было отмечено в описанном выше способе Клауса, в связи с протекающей равновесной реакцией соотношение H2S/SO2 играет важную роль. Для того чтобы поддерживать оптимальную степень превращения в серу, это соотношение должно составлять 2:

1. Вообще говоря, это соотношение регулируется с помощью так называемого анализатора Н2S/SО2 в остаточном газе. Этот анализатор измеряет концентрации H2S и SO2 в остаточном газе. Затем регулятор поддерживает это соотношение постоянным на уровне 2: 1 на основании уравнения [H2S] - 2 [SO2] =0, путем изменения количества воздуха для сгорания в зависимости от флуктуации состава газа и в зависимости от суммарного отклонения концентраций от приведенного выше уравнения. Однако такое регулирование процесса имеет высокую чувствительность к этим флуктуациям.

Более того, эффективность извлечения серы (в расчете на количество поданного сероводорода) не превышает 97% и, таким образом, газ, выходящий из последней каталитической стадии, остаточный газ, еще содержит значительные количества H2S и SO2, что определяется равновесием реакции Клауса, причем их молярное соотношение равно 2: 1.

Количество сероводорода, присутствующего в остаточном газе, можно выделить путем поглощения в жидкости.

Однако SO2, присутствующий в остаточном газе, является возмущающим фактором в процессе последующей переработки газа и поэтому диоксид серы необходимо удалить до такой последующей переработки. Поэтому это удаление и последующая обработка газа являются сложными операциями.

Наличие диоксида серы является большим недостатком, поскольку этот газ взаимодействует с традиционными жидкими абсорбентами с образованием нежелательных продуктов. Поэтому для предотвращения нежелательных реакций диоксида серы обычно SO2 каталитически восстанавливают водородом с образованием H2S на кобальт-молибденовом катализаторе, нанесенном на оксид алюминия, в рамках так называемого способа SCOT. В последующем суммарное количество H2S выделяют путем поглощения в жидком абсорбенте обычным образом.

В способе SCOT сернистые компоненты, отличающиеся от H2S, такие как диоксид серы (SO2) и пары серы (S6 и S8), полностью гидрируются до H2S в соответствии со следующими реакциями:

Прочие компоненты, такие как СО, COS и CS2, гидролизуются в соответствии с реакциями:

Указанные выше превращения в сероводород осуществляются в присутствии кобальт-молибденового катализатора на оксиде алюминия при температуре приблизительно 280-330С. Для способа SCOT требуется, чтобы пары серы гидрировались до H2S, a также, чтобы SO2 полностью превращался в H2S до уровня 1 ч/млн, чтобы предотвратить закупорку/коррозию в следующей ниже колонне водной закалки. Это тип гидрирования можно определить как высокотемпературное гидрирование.

В соответствии с другим способом, например способом BSR Selectox, после восстановления SO2 в остаточном газе до H2S и после конденсации паров воды газ направляется в реактор окисления, как в рециркуляционном процессе Selectox. Количество воздуха для окисления регулируется таким образом, чтобы получить соотношение H2S/SO2, равное 2: 1, после чего протекает реакция Клауса. Как в способе SCOT, так и в способе BSR Selectox удаление SО2 из остаточного газа является относительно дорогой операцией.

Описанная выше последующая обработка газов проводится с помощью так называемого устройства для обработки "хвостового газа", которое включает дополнительное инвестирование, составляющее 50-100% от стоимости предшествующего конвертера Клауса, и может привести к увеличению эффективности извлечения серы до 98-99,8%.

В описании патента США №4988494 предложено регулировать концентрацию H2S в газе, выходящем с последней каталитической стадии процесса Клауса, в интервале значений между 0,8 и 3 об. %, посредством уменьшения количества сжигаемого газа или окисляющего воздуха, поступающего на стадию окисления.

Повышение концентрации H2S может привести к уменьшению концентрации SO2, однако не до очень низкого уровня. Для концентрации H2S, равной 0,8 об. %, обычно концентрация SO2 будет равна 0,03-0,15 об. %, что приведет к потере эффективности извлечения серы обычно на 0,09-0,45%.

В способе согласно этому патенту H2S селективно окисляется на стадии окисления в сухом слое.

Когда SО2 не превращается на стадии окисления в сухом слое, это приводит к заметной потере эффективности извлечения серы и в соответствии с этим нельзя достигнуть эффективности извлечения серы, близкой к 100%.

Вторым недостатком работы с избытком H2S относительно SO2 является то, что рост температуры в реакторе окисления в сухом слое становится больше с увеличением концентрации H2S.

Повышение температуры в реакторе приведет к усилению образования SО2 в результате газофазного и каталитического окисления образовавшихся паров серы. Кроме того, по этой причине сдвиг режима работы конвертера Клауса по отношению к H2S не является выгодным.

Из опыта было выявлено, что в случае, когда температура внизу катализатора в реакторе окисления в сухом слое превышает 250-260С, эффективность окисления до элементарной серы начинает снижаться от 94-96% до меньших значений. В сочетании с температурой на входе в реактор, приблизительно равной 180-200С, это приведет к росту температуры приблизительно на 60-80С, что соответствует 1,0-1,2 об. % H2S в технологическом газе.

Сдвинутый режим работы установки получения серы с последующей стадией окисления в сухом слое с катализатором окисления, который не является эффективным при протекании реакции Клауса, известен как процесс SUPERCLAUS или процесс SUPERCLAUS - 99.

Известно, что удаление SO2 из технологического газа можно осуществлять по способу высокотемпературного гидрирования до сероводорода, что используется в процессе SCOT или в процесс SUPERCLAUS - 99,5.

В Европатенте №669854 описан способ селективного гидрирования SO2 до элементарной серы. Было отмечено, что это гидрирование можно использовать после обычной установки Клауса до окисления в сухом слое.

Однако конкретные условия процесса, которые требуются в соответствии с этим патентом, трудносовместимы с составом газа, поступающего из установки Клауса. Это означает, что для удовлетворения таких условий необходимы довольно сложные и, таким образом, дорогостоящие средства.

Неожиданно в этом изобретении было обнаружено, что возможно увеличение степени извлечения серы с помощью очень простых технологических модификаций.

Согласно изобретению способ извлечения серы из газа, содержащего сероводород, включает:

1) окисление части сероводорода в газовом потоке кислородом или кислородсодержащим газом на стадии окисления до диоксида серы;

2) взаимодействие газа, полученного на этой стадии окисления, по меньшей мере в двух каталитических стадиях в соответствии с реакцией Клауса:

2H2S+SО2 2H2O+3/n Sn

3) каталитическое восстановление SO2 в газе, выходящем из последней из указанных по меньшей мере двух каталитических стадий, причем это каталитическое восстановление протекает в слое катализатора гидрирования, расположенном после последней каталитической стадии способа Клауса, при этом катализатор гидрирования помещают в реактор последней каталитической стадии способа Клауса.

Один аспект этого изобретения заключается в восстановлении диоксида серы. Для этого восстановления SO2 до элементарной серы, сероводорода или до смеси этих двух веществ путем гидрирования требуется наличие водорода. В газе, выходящем из последней каталитической стадии процесса Клауса, обычно содержится достаточное количество водорода. Этот водород образуется на термической стадии в результате разложения (и других реакций) сероводорода на водород и пары серы. В случае недостаточного количества водорода в газ можно ввести дополнительное количество водорода путем добавления потока концентрированного водорода или путем образования водорода в результате сжигания топливного газа во встроенных технологических нагревателях при недостатке кислорода.

Кроме того, в газе, содержащем SO2, обычно присутствует СО. Поскольку СО обладает свойствами восстановителя, этот компонент способен восстанавливать SO2. В этом аспекте СО действует таким же образом, как водород, и поэтому смесь водорода и СО также пригодна для восстановления SО2:

СО+Н2OСО22

SO2+2СО2СO2+1/n Sn

В контексте этого изобретения оба термина "восстановление" и "гидрирование" используются для обозначения одного и того же процесса.

Было найдено, что восстановление SO2 в сероводород протекает в две стадии. Первая стадия представляет собой гидрирование SO2 до паров элементарной серы, согласно уравнению:

Эта реакция обычно протекает в интервале температур 130-230С. Полное превращение SO2 достигается приблизительно при 200-230С на традиционном кобальт-молибденовом катализаторе.

Гидрирование паров серы до сероводорода начинается приблизительно при 220С и завершается приблизительно при 300С. Все температурные диапазоны также зависят от объемной скорости, концентрации воды и SО2, соотношения H2/SO2 и типа катализатора.

Обычно удобный интервал температур для превращения SO2 лежит выше 200С, тогда как подходящий верхний предел температур составляет 250С. Для обеспечения приемлемого превращения SO2температура катализатора должна быть достаточно высокой, чтобы быть выше точки росы паров серы. Наличие кислорода в газе, который необходимо гидрировать, не является вредным для катализатора или для его характеристик, поскольку кислород гидрируется до воды приблизительно в тех же самых условиях реакции, которые применяются для SО2.

Катализатор гидрирования можно выбрать из ряда металлов группы VI и группы VIII Периодической таблицы элементов. Этот катализатор может быть нанесенным и предпочтительно находится в сульфидной форме. Примерами являются железо, никель и кобальт для группы VIII и молибден, вольфрам и хром для группы VI. Предпочтительно используют кобальт-молибденовый или никель-молибденовый катализатор.

В случае, когда газ, поступающий со стадии гидрирования SO2, не подвергается дальнейшей обработке, выгодно устанавливать молярное соотношение H2S/SO2 после конечной стадии процесса Клауса на величине, отличающейся от 2: 1, то есть использовать повышенное количество SO2, что приводит к высокой степени извлечения серы при весьма небольших затратах. Обычно предпочтительные соотношения составляют от 1: 1 до 1: 10.

Необходимо отметить, что полное превращение всех сернистых соединений в H2S до остаточного уровня миллионных долей по объему (омд), как в случае способа SCOT, не требуется. Приемлемым является гидрирование SO2 до остаточного уровня приблизительно 100 омд, что будет приводить к незначительным потерям эффективности извлечения серы.

Не является очень существенным, протекает ли восстановление SO2 до элементарной серы или до H2S. Обычно будет получаться смесь обоих веществ, что является предпочтительным.

В процессе SUPERCLAUS, который описан в патенте США №4988494, остаточное содержание SO2 сохраняется в технологическом газе, который поступает на стадию окисления в сухом слое. Этот остаточный SO2 не только снижает суммарную эффективность извлечения серы, поскольку диоксид серы не превращается в элементарную серу, но также снижает активность катализатора селективного окисления.

Для устранения такого снижения активности необходимо повышать уровень температуры в реакторе окисления в сухом слое, однако при повышении уровня температуры будет снижаться эффективность окисления до элементарной серы. Следовательно, невозможно достигнуть очень высокой эффективности окисления (в интервале 94-96%) на стадии окисления в сухом слое для технологического газа, содержащего SO2 в концентрации больше чем приблизительно 250 омд.

Одно из преимуществ настоящего изобретения заключается в том, что оно позволяет осуществить процесс Клауса с таким остаточным содержанием SO2, которое в другом случае было бы запрещено для расположенной ниже стадии окисления в сухом слое.

Эффект деактивированного катализатора Клауса, который приводит к повышенному содержанию SО2 в газе, поступающем из установки Клауса, оказывает такое же отрицательное действие на суммарную эффективность извлечения серы в случае конечной стадии окисления в сухом слое, поскольку на этой стадии окисления SО2 не превращается.

Введение стадии гидрирования, как в настоящем изобретении, устраняет какую-либо чувствительность процесса к деактивации катализатора Клауса, что является основным преимуществом. Таким образом, стадия восстановления действует так же, как средство безопасности, и обеспечивает поддержание постоянной и высокой степени извлечения серы.

Регулирование процесса, включающего стадию гидрирования, также может быть гораздо более гибким. Изменяющееся содержание SO2 в технологическом газе из последнего каталитического реактора Клауса не приведет к различным потерям за счет проскока SO2, поскольку превращается весь диоксид серы. Это обеспечивает гораздо меньшую чувствительность регулирования по H2S к флуктуациям процесса.

В соответствии с дополнительным вариантом воплощения этот способ включает дополнительную стадию селективного окисления сероводорода в газе, полученном на стадии 3), до элементарной серы.

При таком способе осуществления процесса нет необходимости варьировать соотношение H2S/SO2, как в некоторых способах уровня техники. Следовательно, это соотношение можно поддерживать на уровне, близком к уровню равновесия реакции Клауса, т.е.2:

1. Подходящим интервалом для соотношения H2S/SO2 является от 10: 1 до 1: 2.

При эффективности общего окисления до серы, равной 90-96% для катализатора окисления, выбирают концентрацию сероводорода в газе, выходящем со стадии 3) каталитического восстановления, от 0,5 до 1,2 об. %.

Подробно способ этого изобретения может быть описан как включающий:

1) окисление части сероводорода в газовом потоке кислородом или кислородсодержащим газом на стадии окисления до диоксида серы;

2) взаимодействие газа, полученного на этой стадии окисления, по меньшей мере в двух каталитических стадиях, в соответствии с реакцией Клауса:

2S+SO2 2H2O+3/n Sn

3) каталитическое восстановление SО2 в газе, выходящем из последней из указанных по меньшей мере двух каталитических стадий, причем для этой цели предпочтительно используют катализатор восстановления или каталитическую стадию, включающую катализатор восстановления, который способствует восстановлению SO2,4) селективное окисление сероводорода в газе, выходящем со стадии гидрирования, до элементарной серы предпочтительно с использованием для этой цели каталитической стадии, включающей катализатор селективного окисления, который практически не чувствителен к присутствию водяного пара в газовом потоке, не является эффективным при достижении равновесия

2H2S+SO2 2H2O+3/n Sn

и является эффективным при окислении сероводорода до серы в присутствии паров воды.

Предпочтительно в указанной стадии 4) селективного окисления сероводорода также используется стехиометрический избыток кислорода, достаточный для того, чтобы привести к суммарному избытку кислорода, который применяется во всем процессе извлечения серы из газа, содержащего сероводород.

В способе согласно настоящему изобретению можно весьма просто регулировать концентрацию газообразного сероводорода в остаточном газе. Так, например, сигнал от анализатора H2S в остаточном газе можно использовать для установки или регулирования количества воздуха для сжигания или воздуха, подаваемого на стадию окисления для окисления.

Стадию восстановления можно ввести в промышленный процесс различными способами. Наиболее экономичным способом является монтаж слоя катализатора гидрирования ниже слоя катализатора Клауса в последнем каталитическом реакторе Клауса, обычно во втором или в третьем реакторе Клауса. Условия процесса должны соответствовать условиям гидрирования, таким как температура, граничная точка росы серы, достаточное количество доступного водорода. Обычно эти условия являются соответствующими.

В другом варианте воплощения стадию гидрирования проводят в отдельном (небольшом) реакторе гидрирования с предварительным удалением элементарной серы (или без удаления) из газа, который подвергается гидрированию.

В случае, когда газ содержит значительное количество СО, особенно выгодно проводить восстановление в таких условиях, чтобы удалить наибольшую часть паров серы. В присутствии катализатора гидрирования (восстановления) СО и сера взаимодействуют, в результате чего образуются нежелательные побочные продукты, такие как COS, что приводит к снижению эффективности извлечения серы. В этих случаях предпочтительно, чтобы газ, поступающий из последнего каталитического реактора Клауса, сначала отправлялся на стадию конденсации серы с удалением сконденсировавшейся серы и с последующей стадией восстановления согласно изобретению необязательно после повторного нагрева.

Затем после стадии восстановления газ дополнительно обрабатывают, например, на стадии окисления, чтобы превратить сероводород в элементарную серу.

Может быть привлекательной альтернативная схема процесса без окончательной стадии окисления в сухом слое, характеризующаяся пониженным уровнем инвестиций и несколько меньшей эффективностью извлечения серы. Этот альтернативный способ включает конвертер Клауса со стадией окисления и по меньшей мере двумя каталитическими стадиями Клауса, причем концентрация сероводорода в газе, выходящем с последней из указанных по меньшей мере двух каталитических стадий, регулируется таким образом, чтобы она имела значение, изменяющееся между 0,1 и 0,4 об. %, путем уменьшения количества сжигаемого газа или окисляющего воздуха, поступающего на стадию окисления, с последующим восстановлением SO2 в газе, выходящем с последней из указанных по меньшей мере двух каталитических стадий на стадии гидрирования.

В зависимости от числа каталитических стадий Клауса может быть достигнута эффективность извлечения 98,0-99,5%.

В контексте этого изобретения термин "каталитическая стадия Клауса" относится к фактическому реактору, содержащему катализатор реакции Клауса. В зависимости от компоновки установки может присутствовать обычное дополнительное оборудование, такое как подогреватели или конденсаторы серы.

Кроме того, гидрирование может применяться после стадии окисления в сухом слое (реактор SUPERCLAUS), чтобы превратить образовавшийся SO2. Это приводит к значительному общему улучшению характеристик процесса SUPERCLAUS.

утилизация сероводород нефтяной сера

Для того, чтобы разгрузить установки обработки хвостовых газов, такие как установки SCOT, выгодно монтировать стадию гидрирования ниже последней каталитической стадии Клауса. Это приведет к существенному снижению количества гидрируемых сернистых компонентов, которые гидрируются в установке SCOT, и снизит требования к циркуляции растворителя и отпаривания водяным паром.

Способ согласно изобретению может быть удобно применен для обработки газов, содержащих сероводород, а также для газов, содержащих и сероводород, и значительные количества аммиака (смотрите заявку на патент Нидерландов NL-C 176160), в этом последнем случае температура в камере сгорания Клауса должна составлять по меньшей мере 1250С.

Недостатком режима работы с избытком H2S относительно SO2 в хвостовом газе процесса Клауса является то, что при таком режиме подается меньше воздуха для сжигания в основную горелку (Н2S) по сравнению с традиционным режимом работы с соотношением Н2S/SO2=2:

1. Это приводит к снижению температуры горения в камере сгорания, что отрицательно сказывается на эффективности разложения аммиака, для которого требуется высокая температура.

В способе согласно изобретению газообразный сероводород, оставшийся в остаточном газе, может перерабатываться с образованием серы по существу известными способами. Такие способы описаны в литературе. Однако, предпочтительно, оставшийся газообразный сероводород окисляется воздухом на стадии окисления с образованием элементарной серы в соответствии со следующей реакцией:

Было установлено, что, когда концентрация сероводорода в газе, выходящем с последней каталитической стадии, поддерживается на уровне между 0,5 и 1,2 об. % после этого селективного окисления, то может быть достигнута оптимальная эффективность извлечения серы 99,6-99,8%. В принципе, это окисление можно проводить двумя путями, а именно путем окисления в сухом слое или посредством окисления в жидкой фазе, в которой вообще сначала из остаточного газа удаляют серу и пары воды.

При окислении в сухом слое концентрацию H2S в остаточном газе предпочтительно поддерживают между 0,5 и 1,2 об. %, поскольку при концентрации H2S выше 1,2 об. % снижается общая эффективность извлечения серы.

При окислении в сухом слое окисление до элементарной серы можно осуществлять по сути известным способом с использованием катализатора окисления. Один пример катализатора окисления и способа его применения описан в патенте US-A-4311683.

Описанный там способ представляет собой процесс Selectox (R. H. Hass et al. "Способ, обеспечивающий потребность извлечения серы". Hydrocarbon Processing, 1981, №5, с.104-107). В этом способе сероводород окисляется до серы и SO2 с использованием специального катализатора. До элементарной серы окисляется приблизительно 80% подаваемого сероводорода, если в значительной степени удаляются пары воды. Другой областью применения способа окисления в сухом слое, который нечувствителен к парам воды в технологическом газе, является поглощение сероводорода в абсорбирующей массе, как описано, например, в Европатенте №71983.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом воплощения способа согласно настоящему изобретению окисление осуществляют в сухом слое с использованием катализатора, такого что описан в патентах США №№4818740 и 5286697 или в заявке WO-A 9732813, содержание которых включено в это изобретение путем ссылки.

Использование этих катализаторов для окисления в сухом слое остаточных газов, содержащих сероводород и полученных при использовании способа согласно изобретению, имеет важное, в частности, экономическое преимущество, заключающееся в том, что такой катализатор практически нечувствителен к наличию водяного пара в остаточном газе, так что удаление серы и паров воды из этого остаточного газа не является необходимым, если это не требуется по иным причинам, таким что описаны выше в этом изобретении.

Минимальная объемная доля сероводорода, соответствующая максимальной объемной доле диоксида серы в остаточном газе из последней стадии процесса Клауса, определяется соотношением H2S/SO2 в этом газе, которое должно превышать 2,0 для приемлемой степени гидрирования SO2. По этой причине нельзя слишком сильно снижать объемную долю сероводорода. Кроме того, когда объемная доля сероводорода в реакторе окисления в сухом слое является слишком низкой, эффективность его окисления до серы в реакторе окисления в сухом слое не является максимальной.

Когда объемная доля сероводорода является слишком высокой, суммарная эффективность извлечения серы будет также снижаться. По указанным выше причинам оптимальная объемная доля H2S в технологическом газе предпочтительно находится в интервале 0,5-1,2 об. %.

Окисление в жидкой фазе также можно осуществлять с использованием известных способов, примерами которых являются процесс Stretford (Chemical Engineer, №2, процесс Lo-Cat фирмы Air Resources Inc. или процесс Takahax.

Регулирование окисляющего воздуха для селективного окисления не является критическим и, таким образом, оно может оставаться упрощенным.

Способ согласно изобретению может быть проведен в существующей установке Клауса, причем требуется только относительно простая модификация существующего регулирования газовых потоков. В случае использования двухступенчатой установки Клауса, включающей стадию гидрирования, в этом конкретном варианте воплощения настоящего изобретения должен быть предусмотрен реактор селективного окисления, который является не столь дорогим в сравнении с затратами, имеющимися для других установок обработки остаточного газа. Таким образом, использование способа согласно изобретению приведет к значительной экономии средств.

В случае использования трехступенчатой установки Клауса только третий каталитический реактор работает как реактор селективного окисления, а во втором реакторе Клауса необходимо расположить слой катализатора восстановления. Поэтому и в этом случае будет получен значительный экономический эффект.

Принципиальная схема получения серы методом Клауса:

1, 4, 7 - печи для сжигания газа; 2 - термический реактор с узлом генерации водяного пара; 3, 6, 9 - охладители (конденсаторы); 5, 8 - реакторы второй и третьей ступени; 10 - уловитель серы; 11 - печь дожига; 12 - блок доочистки газа (процесс "СКОТ"); 13 - приемная емкость серы; I - кислый газ; II - воздух; III - топливный газ; IV-вода; V-водяной пар; VI - сера; VII и VIII - отходящий и очищенный дымовой газ.

По этой схеме почти весь кислый газ (95 - 98%) подается на первую термическую ступень конверсии, представляющую собой паровой котел газотрубного типа. В зоне горения 1 (топке) этого котла поддерживается температура около 1100оС, которая снижается до 350оС после прохождения газами зоны трубного пучка, в котором генерируется водяной пар высокого давления (2,0 - 2,5 МПа). Затем газ охлаждается в конденсаторе 3 до 185°С и поступает на вторую ступень. Из низкотемпературных зон термического реактора и охладителя 3 через серозатворы из системы выводится жидкая сера. Максимальный выход серы на первой ступени составляет 60 - 70% от общего ее выхода.

Вторая ступень состоит из печи 4 для сжигания оставшейся части кислого газа и превращения оксида серы, содержащегося в газе после первой ступени. Реакции на этой ступени протекают при температуре 240 - 250°С в реакторе 5, заполненном катализатором (активированный оксид алюминия). В последнее время стали широко применяться катализаторы на основе диоксида титана (содержание ТiO2 > 85%) фирмы "PRO-Catalist" (марки CRS-31, CRS-32). На выходе из реактора 5 температура достигает 330оС. Газ затем охлаждается в охладителе до 170°С с выделением из него сконденсированной серы. Газ из охладителя 6 поступает на третью ступень, вначале в печь 7, где его температура повышается до 220оС (за счет горения топливного газа III), затем газ проходит реактор 8, в котором температура газа повышается на 20 - 30оС (до 250°С). После этого газ снова охлаждается в охладителе 9, из которого сконденсированная сера отводится через серозатвор, а уходящий газ через сепаратор 10 направляется на дожиг в печь 11. В этой печи при 500 - 550оС дожигаются остатки непрореагировавшего сероводорода, после чего хвостовой газ VIIвыбрасывается через выхлопную трубу. С целью снижения загрязнения атмосферы на многих установках Клауса используют блок очистки хвостового газа СКОТ 12 - абсорбционным поглощением SО2 раствором сульфолана и диизопропаноламина.

Степень конверсии сероводорода в процессе Клауса является очень важным параметром, поскольку определяет выход серы и содержание вредных примесей в хвостовом газе.

Наиболее высокая конверсия (до 99,8%) достигается при температурах 110-120оС. При этом содержание серы в газе на выходе из реактора составляет около 0,05-0,15 г/м3, основная часть этой серы находится в твердом виде.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Физические и химические свойства сероводорода. Понятие сероводородной коррозии, особенности борьбы с ней. Очистка газа от сероводорода. Допустимая концентрация сероводорода в воздухе рабочей зоны. Механизм действия сероводорода на катодную реакцию.

    контрольная работа [185,7 K], добавлен 07.07.2014

  • Методы очистки промышленных газов от сероводорода: технологические схемы и аппаратура, преимущества и недостатки. Поверхностные и пленочные, насадочные, барботажные, распыливающие абсорберы. Технологическая схема очистки коксового газа от сероводорода.

    курсовая работа [108,5 K], добавлен 11.01.2011

  • Описание технологического процесса и конструкции аппаратов и оборудования для очистки газа от сероводорода. Разработка алгоритмической и функциональной схемы автоматизации процесса. Разработка схемы средств автоматизации; экономическое обоснование.

    дипломная работа [5,6 M], добавлен 22.10.2014

  • Описание технологического процесса предприятия, использование сырья и готовой продукции. Примеры блок-схем окисления сероводорода, охлаждения, каплеуловителя, конденсации серы. Техника безопасности и экологическая оценка производства, охрана труда.

    курсовая работа [815,3 K], добавлен 02.02.2012

  • Технология измерения газоанализатором КГА-8С уровня окиси углерода, кислорода, двуокиси серы, окиси азота, водорода, сероводорода, метана в помещении. Технические характеристики, устройство и принцип работы прибора. Ремонт и техническое обслуживание.

    реферат [88,3 K], добавлен 11.04.2013

  • Характеристика производимой продукции предприятия. Характеристика сырья для получения серной кислоты. Материально-тепловой расчет контактного аппарата. Увеличение температуры при окислении двуокиси серы. Расчет контактного аппарата на ветровую нагрузку.

    курсовая работа [114,2 K], добавлен 21.10.2013

  • Технологические особенности получения ферросиликомарганца в рудовосстановительных печах. Микроренгеноструктурные и петрографические исследования наличия серы в силикомарганце. Зависимость влияния кремния и титана на массовую долю серы в сплавах.

    дипломная работа [4,6 M], добавлен 01.11.2010

  • Централизации технологических объектов подготовки газа. Конфигурации трубопроводных коммуникаций и расчет рабочего давления. Очистка от механических примесей. Общая оценка процесса осушки газа, способы выделения из него сероводорода и двуокиси углерода.

    реферат [992,0 K], добавлен 07.06.2015

  • Обзор технологических процессов плавления серы. Классификация серы, плавильные аппараты. Анализ процесса плавления серы, система контроля температуры расплава при транспортировке в отделение плавления цеха серной кислоты ОАО "Гомельский химический завод".

    дипломная работа [1,8 M], добавлен 18.06.2013

  • Технологическая схема производства серной кислоты: краткое описание процесса, функциональная и операторная схема. Этапы сернокислого производства. Получение обжигового газа из серы. Контактное окисление диоксида серы. Материальный расчет, показатели.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 23.02.2015

  • История строительства и развития Надеждинского металлургического завода в г. Норильске. Технологический процесс завода. Цех по производству элементарной серы. Структура плавильного цеха и его назначение. Никелевое конвертирование. Получение файнштейна.

    реферат [819,4 K], добавлен 23.11.2011

  • Содержание, принципы, основные компоненты организации производственного процесса бурения. Методы организации и производственный цикл процесса бурения. Бурение нефтяных скважин. Меры по охране недр и окружающей среды. Влияние сероводорода на людей.

    курсовая работа [72,1 K], добавлен 22.05.2009

  • Назначение и технологическая схема установки гидроочистки У-1.732. Разработка и особенности расчета ее каскадной АСР регулирования температуры куба стабилизационной колонны К-201 с коррекцией по концентрации общей серы в стабильном гидрогенизате.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 16.01.2015

  • Определение концентрации диоксида серы на поверхности раздела в газовой и жидкой фазах по длине колонн, необходимой поверхности и высоты слоя насадки. Расчет аспирации и отопления прядильного корпуса завода, производящего шелк по центрифугальному способу.

    курсовая работа [912,6 K], добавлен 01.01.2015

  • Характеристика технологического процесса, установка очистки газа от сераорганических соединений. Сбор экспериментальных данных, определение точечных оценок закона распределения результатов наблюдений. Построение гистограммы, применение контроля качества.

    курсовая работа [102,6 K], добавлен 24.11.2009

  • Анализ причин коррозии трубопроводов, происходящей как снаружи под воздействием почвенного электролита, так и внутри, вследствие примесей влаги, сероводорода и солей, содержащихся в транспортируемом углеводородном сырье. Способы электрохимической защиты.

    курсовая работа [4,7 M], добавлен 21.06.2010

  • Классификация углеводородных газов. Процесс очистки газов от механических примесей. Осушка газа от воды гликолями. Технология удаление сероводорода и углекислого газа. Физико-химические свойства абсорбентов. Процесс извлечения тяжелых углеводородов.

    презентация [3,6 M], добавлен 26.06.2014

  • Опытная пилотная установка гидрогенизации со стационарным катализатором; технология, общие требования и особенности проектирования. Проведение целевой реакции гидрогенизации и разделение жидких и газообразных продуктов с очисткой их от сероводорода.

    реферат [3,2 M], добавлен 01.12.2010

  • Обоснование необходимости разработки автоматизированной системы управления (АСУ) ТП У-07,08. Разработка структурной схемы АСУ. Описание функционирования системы. Модульные базовые платы. Расчет показателей надежности. Разработка программного обеспечения.

    дипломная работа [2,1 M], добавлен 31.12.2015

  • Повышение качества кокса. Снижение содержания серы и золы в коксе, улучшение его микроструктуры. Гидрообеесеривание нефтяных остатков. Прокалка нефтяного кокса. Добавление к сырью коксования высокоароматических продуктов нефтепереработки и нефтехимии.

    дипломная работа [1,8 M], добавлен 15.04.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.