Технологические схемы установок производства серы
На рис. 8 представлена принципиальная технологическая схема установки Клауса Мубарекского ГПЗ, которая имеет такие же ступени, как и описанная выше. Основное отличие этих установок относится к их режимным параметрам.
Основное количество (~98%) кислого газа подается в реактор-генератор, представляющий собой паровой котел газотрубного типа. Технологический газ — продукты сгорания — последовательно проходит через трубную часть котла и конденсатор-генератор, где охлаждается соответственно до 350 - 185 °С. При этом за счет выделившегося в этих аппаратах тепла образуется водяной пар с давлением 2,2 и 0,48 МПа соответственно.
Степень конверсии H2S в серу в реакторе-генераторе составляет 58—63%. Дальнейшее превращение сернистых соединений в элементную серу производится в каталитических конверторах.
Перед поступлением в первый конвертор технологический газ нагревается в печи П-2 до 240 °С. Газ в конвертор поступает тремя потоками, что обеспечивает его равномерное распределение на слое катализатора. В конверторе H^S взаимодействует с SO2 с образованием элементной серы с выделением тепла, за счет чего температура газа повышается до 330 °С. После конвертора газ проходит второй конденсатор-генератор, где охлаждается до 170°С и поступает во второй каталитический конвертор, предварительно нагреваясь в печи до 220 °С. Сера, сконденсировавшаяся в конденсаторах-генераторах, через сепаратор отводится в серную яму.
Во втором конверторе за счет теплоты реакций .температура газа повышается до 245 °С. Тепло газа утилизируется в конденсаторе-экономайзере. Дожиг непрореагировавших паров серы и H2S производится в печи П-4 при 510 °С. Хвостовые газы через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.
В каталитических конверторах происходит также гидролиз COS и CS2, образовавшихся в камере сгорания реактора-генератора.
Степень конверсии H2S в серу в топке реактора-генератора составляет 58—63,8, в первом и втором конверторах 64—74 и 43% соответственно. После последней ступени конденсации серы технологические газы поступают в печь дожига.
При расходе газа 43—61 тыс. м3/ч печь дожига обеспечивала практически полное окисление H^S до SO2. При большой продолжительности пребывания газа в печи не обеспечивается полное превращение H2S в SO2: на выходе из печи концентрация H2S в газе составляла 0,018—0,033%.
Основные показатели газовой серы должны отвечать требованиям ГОСТ 126—76.
Следует отметить, что сера, производимая на Оренбургском ГПЗ, по своим качественным показателям превосходит требования ГОСТ. Механические примеси и мышьяк в составе серы отсутствуют полностью.
В настоящее время разработаны десятки модифицированных вариантов схем установок Клауса. Область применения этих схем зависит как от содержания сероводорода в кислых газах, так и от наличия в них различных примесей, оказывающих отрицательное влияние на работу установок производства серы.
Для газов с низким содержанием серы (от 6 до 20%) в работе проанализированы четыре варианта усовершенствованных установок Клауса.
Первый вариант предусматривает подачу в камеру сгорания (КС) печи кислорода вместо воздуха по типовой схеме. Для получения стабильных факелов по мере снижения содержания H2S в сырьевом газе в камеру сгорания в обход горелок вводится поток кислого газа. Струи потоков обеспечивают хорошее смешение сжигаемых газов с газом, подаваемым в систему, минуя горелки. Размеры печи и скорость потоков выбираются таким образом, чтобы обеспечить достаточное время контакта для взаимодействия между -компонентами обоих газовых потоков. После камеры сгорания дальнейший ход процесса аналогичен обычному процессу Клауса.
Во втором варианте сырьевой газ перед подачей на сгорание подогревается за счет частичной рекуперации тепла газового потока, выходящего из камеры сгорания. В случае недостаточного предварительного подогрева для получения в камере сгорания требуемой температуры в нее подают топливный газ.
Третий вариант предусматривает сжигание серы. Часть потока сырьевого газа подается в камеру сгорания, предварительно смешиваясь с воздухом. Остальная часть кислого газа вводится в камеру сгорания отдельными струями через обводные линии. Для поддержания необходимой температуры и стабилизации процесса в камере сгорания получаемую жидкую серу дополнительно сжигают в специальной горелке, смонтированной в КС. При недостаточности тепла в системе в КС подается необходимое количество топливного газа.
В четвертом варианте в отличие от предыдущих вариантов для процесса не требуется -камера сгорания: кислый газ подогревается в печи, затем подается в конвертор. Диоксид серы, необходимый для каталитической конверсии, получают в камере сгорания серы, куда для обеспечения процесса горения подают воздух. Диоксид серы из КС проходит котел-утилизатор, затем смешивается с подогретым кислым газом и поступает в каталитический конвертор.
Усредненные показатели рассмотренных вариантов установок Клауса производительностью по сере 100 т/ч позволяет сделать следующие выводы:
-применение процесса с предварительным подогревом сырьевого газа является предпочтительным при большой стоимости кислорода;
-использование кислородного процесса выгодно при цене кислорода менее 0,1 марок 1 м3. При этом на себестоимость серы благоприятно влияют также относительно низкие концентрации H2S в кислом газе;
-по себестоимости серы лучшие показатели имеет каталитический процесс с получением диоксида серы из серы;
-самым дорогостоящим является процесс со сжиганием серы. Этот процесс может быть применен при полном отсутствии углеводородов в сырьевом газе, так как наличие углеводородов в газе вызывает образование и отложение углерода и смол на катализаторе, снижает качество серы.
Рассмотрена возможность усовершенствования процесса Клауса за счет двухстадийного превращения H2S в элементную серу: часть газа в реактор подается по обычной схеме, а другая часть байпасируется, т. е., минуя реакционную печь, подается на вторую ступень конверсии.
По такой схеме можно перерабатывать кислые газы при концентрации в них сероводорода менее 50% (об.). Чем меньше содержание H2S в сырье, тем большая часть его, минуя реакционную камеру, подается в конверторную ступень.
Однако не следует увлекаться байпасированием большого объема газа. Чем больше количество байпасированного газа, тем выше температура в конверторе, что приводит к увеличению количества оксидов азота и трехоксида серы в продуктах сгорания. Последняя при гидролизе образует серную кислоту, которая снижает активность катализатора за счет его сульфатации. Количество оксида азота и 5Оз в газах особенно увеличивается при температурах свыше 1350 °С.
Во ВНИИГАЗе разработана также технология получения полимерной серы. Полимерная сера отличается от обычных- модификаций серы высокой молекулярной массой. Кроме того, она в отличие от обычной серы не растворяется в сероуглероде. Полимерная сера используется в основном в шинной промышленности.
Дата добавления: 2015-06-10; просмотров: 1596;