Очистка от сернистых соединений отходящих газов установок производства серы

Суммарная степень конверсии сероводорода в элементную серу на установках Клауса составляет 94—96%. Следовательно, часть H₂S, а также другие серосодержащие соединения — диоксид серы, сероуглерод, парообразная сера и т. д. остаются в отхо­дящих газах установок производства серы. Отходящие газы наряду с этим содержат также водяные пары, оксиды азота и углерода и другие компоненты. Концентрация вредных при­месей в отходящих газах значительно (на несколько порядков) превышает их допустимое значение.

В настоящее время нет единых международных норм допустимого содержания сернистых соединений в отходящих газах.

Установление степени конверсии сероводорода ограничива­ет как концентрацию сернистых соединений в выбросных га­зах, так и общее количество вредных веществ, попадаемых в окружающую среду.

Для снижения концентрации сернистых соединений в отхо­дящих газах используют специальные установки на основе бо­лее чем 20 процессов, из которых можно указать Сульфрен, Скот, Бивон, Клин — Эйр, Уэлман — Лора, Лукас и др.

Процессы очистки отходящих газов можно разделить ус­ловно на три группы. В I группу входят процессы, основанные на реакции Клау­са — превращении Н₂S и SO₂ в элементную серу.

Во II группу входят процессы на основе каталитической гидрогенизации с превращением сернистых соединений в серо­водород. Затем полученный газ очищается от H₂S, газы регенерации подаются на установку Клауса.

К III группе относятся те процессы, в которых отходящие газы обрабатываются различными химическими реагентами с целью извлечения из них сернистых соединений.

Для всех групп процессов общим является обеспечение кон­центрации сернистых соединений в газе, выбрасываемых в атмосферу, ниже допустимого уровня. Процессы очистки отходя­щих газов должны быть эффективными в широком диапазоне изменения состава газа.

Процесс Стротфорд. Этот процесс в зависимости от состава кислых газов применяется самостоятельно или входит в состав других установок очистки отходящих газов как отдельный тех­нологический блок. В процессе из газа извлекается H₂S с од­новременным превращением в элементную серу.

В процессе Стротфорд используется щелочной раствор карбоната натрия, который реагирует с сероводородом, образуя сернистый натрий

Н₂S + NаСО₃ -----NаНS + NаНСО₃,. (13),

Гидросульфид натрия окисляется в серу ванадатом натрия тоже в растворе

NаНS + NаНСО₃ +NаVО_3--------S +NаV₂О₃+ Nа₂СО₃ +Н₂О (14),

Затем ванадий при продувании воздуха окисляется до пятивалентного

NаV₂О₃ +1/2О₂-----2NаVО₃ (15),

Сера в виде мельчайших частиц флотируется пузырьками воздуха и отводится в виде пены. Пена направляется в специальные аппараты, где сера плавится и в виде жидкости подается на хранение.

Восстановление активности катализатора производится с помощью кислорода воздуха в присутствии катализатора-антрахинондисульфоната натрия.

Процесс Сульфрен. Разработан фирмами «Лурги аппарат техник» (ФРГ), SNPA (Франция), основан на превращении Н₂S и SО₂ в элементную серу при относительно низких температурах (130-150^оС) по реакциям:

Н₂S + SО₂------ Н₂О +3/пSп + Q (16),

2 Н₂S+ SО_2--------2 Н₂О +3/8S₈+147000 кДж/кмоль, (17)

Где Q – теплота реакции (зависит от числа атомов в сере).

Указанные реакции протекают на катализаторе — активи­рованном оксиде алюминия. (Первоначально в качестве такого катализатора применяли активный уголь). При 130—150 °С образовавшаяся сера осаждается в жидком виде на катали­заторе и снижает его активность. Для восстановления активнос­ти катализатора производится его периодическая регенерация: оксид алюминия регенерируется при 310 °С, уголь — при 500 °С. В качестве теплоносителя для нагрева используется водяной пар или горячий отходящий газ, при регенерации угля — азот. Кроме того, глинозем не образует необратимые соединения с адсорбированной серой. Эти преимущества глинозема позволи­ли снизить капитальные затраты на установку Сульфрен при­мерно на 40% .

Для повышения степени конверсии сернистых соединений в серу при большем значении соотношения H₂S: SO₂ применя­ют также двухступенчатый вариант процесса Сульфрен. В I сту­пени обеспечивают глубокое превращение 5О₂ в серу, в резуль­тате в газе остается в основном H₂S. Затем остаточный газ подают во II ступень, где в присутствии катализатора и воз­духа сероводород окисляется до элементной серы.

На рис. 9 дана принципиальная технологическая схема установки очистки отходящих газов процесса Сульфрен.

Установка включает в себя три шаровых реактора Р01, Р02, РОЗ. Каж­дый реактор имеет две тарелки, на которые насыпается катализатор на ос­нове активированного оксида алюминия. Причем катализатор на верхней тарелке пропитывается сульфатом железа.

Реакторы работают периодически: два находятся в фазе адсорбции, третий — в фазе регенерации. На стадии адсорбции катализатор поглощает жидкую серу, полученную реакцией Клауса. При достижении определенной концентрации серы на катализаторе реактор переключается на стадию реге­нерации. Этот процесс осуществляется за счет нагрева катализатора до серы, поступают в конденсатор, где охлаждаются до температуры ниже точки конденсации серы. Тепло, выделенное при охлаждении и конденса­ции серы, используется для получения водяного пара низкого давления.

Сконденсированная сера через коагулятор отводится в сборник. Для лредотвращения уноса серы из коагулятора в виде капель в верхней его части устанавливается отбойная сетка.

По окончании адсорбции реактор включается на регенерацию. При этом предварительно другой реактор из режима регенерации и охлаждения переводится в режим адсорбции. Регенерация производится нагретым до 310 °С газом, подаваемым в адсорбер сверху вниз.

При нагревании катализатора газом регенерации происходит повыше­ние давления в системе за счет испарения десорбированной воды. За счет сброса части водяных паров из системы в ней поддерживается постоянное давление.

Нагрев катализатора длится 6 ч. Затем в реактор подается кислый газ. Расход кислого газа пропорционален расходу газов регенерации и по­дается для восстановления активности катализатора, который в присутст­вии кислорода, поступающего с отходящими газами, может превратиться в АЬ(804)3. Это соединение, реагируя с сероводородом при температуре 300 °С, вновь превращается в А1₂О₃. Количество кислого газа регулируется таким образом, чтобы после 2 ч его подачи концентрация H₂S в системе устанавливалась 10—15% (об.).

Стоимость установки Сульфрен составляет около 60% от стоимости установки получения серы, хвостовые газы которой перерабатываются в ней.

Основными недостатками процесса Сульфрен являются большой расход катализатора и использование в нем специаль­ного газа-восстановителя. Наряду с этим можно указать также на следующие недостатки процесса:

-периодичность процесса, которая обусловливает удвоение основного оборудования;

-основное оборудование и катализатор работают в перемен­ном температурном поле, что предъявляет к ним дополнитель­ные требования;

-эффективность процесса очень жестко связана с соотноше­нием сероводорода и сернистого ангидрида. В случае, если это соотношение отлично от двух, резко снижается эффективность очистки хвостовых газов;

-в процессе не достигается глубокая очистка газа от серооксида углерода и сероуглерода.

Рис 9. Принципиальная технологическая схема установки очистки отходя­щих газов по процессу Сульфрен:

А-1, А-2, А-3 — реакторы; П-1 — печь; ДК — дожимной компрессор; К — коагулятор; КУ — котел-утилизатор; / — отходящие газы; // — очищенный газ; /// — пар; IV— вода; V — сера