Окислительная конверсия сероводорода в элементную серу (процесс Клауса)
Сероводород, получаемый с гидрогенизационных процессов переработки сернистых и высокосернистых нефтей, газоконденсатов и установок аминной очистки нефтяных и природных газов, обычно используют на НПЗ для производства элементной серы, иногда для производства серной кислоты.
Наиболее распространенным и эффективным промышленным методом получения серы является процесс каталитической окислительной конверсии сероводорода Клауса.
Процесс Клауса осуществляется в две стадии:
1) стадия термического окисления сероводорода до диоксида серы
2)стадия каталитического превращения сероводорода и диоксида серы
По реакции 1 расходуется до 70 % масс, сероводорода и при этом выделяется значительное количество тепла, которое перед каталитической стадией должно быть утилизировано. Тепло, выделяющееся по реакции 2 (1/5 от всего тепла), позволяет вести каталитический процесс при достаточно низких температурах и большой объемной скорости без системы съема тепла.
Процесс термического окисления H2S осуществляют в основной топке, смонтированной в одном агрегате с котлом-утилизатором. Объем воздуха, поступающего в зону горения, должен быть строго дозирован, чтобы обеспечить для второй стадии требуемое соотношение SO2 и H2S (по стехиометрии реакции 2 оно должно быть 1:2). Температура продуктов сгорания при этом достигает 1100-1300°С в зависимости от концентрации H2S и углеводородов в газе.
Вывод серы из реакционной системы, образовавшейся при реакции 2, благоприятствует увеличению степени конверсии H2S до 95%. Поэтому стадию каталитической конверсии принято проводить в две ступени с выводом серы на каждой ступени.
Зависимость степени конверсии H2S в серу от температуры и давления на обеих стадиях представлена на рис. 9.4. На графике показаны две зоны, разделенные пунктиром: высокотемпературная термического окисления (870-426 °С) и низкотемпературная каталитическая (426-204 °С).
В высокотемпературной зоне с повышением давления степень превращения H2S в серу снижается. В каталитической зоне повышение давления, наоборот, ведет к увеличению степени конверсии, так как давление способствует конденсации элементной серы и более полному выводу из зоны реакции.
Элементная сера существует в различных модификациях - S2, S6 и S8: при высоких температурах газообразная сера в основном состоит из S2, а при снижении температуры она переходит в S6, затем в S8. Жидкая сера представлена преимущественно модификацией S8.
На практике увеличение степени конверсии H2S достигается применением двух или более реакторов-конверторов с удалением серы конденсацией и последующим подогревом газа между ступенями. При переходе от одного реактора к другому по потоку газа температуру процесса снижают.
Традиционным катализатором в процессах Клауса вначале являлся боксит. На современных установках преимущественно применяют более активные и термостабильные катализаторы на основе из оксида алюминия.
Технологическая схема установки производства серы по методу Клауса
Продукты термической конверсии H2S из печи-реактора П-1 проходят котел-утилизатор Т-1, где они охлаждаются до =160°С (при которой жидкая сера имеет вязкость, близкую к минимальной). Сконденсированная сера поступает через гидрозатвор в подземный сборник серы. В Т-1 генерируется водяной пар с давлением 0,4 - 0,5 МПа, используемый в пароспутниках серопроводов. Далее в реакторах Р-I и Р-2 осуществляется двухступенчатая каталитическая конверсия Н2S и SO2 с межступенчатым нагревом газов в печах П-2 и П-3 и утилизацией тепла процесса после каждой ступени в котлах-утилизаторах Т-2 иТ-3. Сконденсированная в Т-2 и Т-3 сера направляется в сборник серы.
|
Рис. 3. Принципиальная технологическая схема установки получения серы из сероводорода по методу Клауса: I - сероводород; II - воздух; III - сера; IV - водяной пар; V - газы дожила; VI - конденсат
Газы каталитической конверсии второй ступени после охлаждения в котле-утилизаторе Т-3 поступают в сепаратор-скруббер со слоем насадки из керамических колец С-1, в котором освобождаются от механически унесенных капель серы.
Газы каталитической конверсии второй ступени после охлаждения в котле-утилизаторе Т-3 поступают в сепаратор-скруббер со слоем насадки из керамических колец С-1, в котором освобождаются от механически унесенных капель серы.
Технологический режим установки
Давление избыточное, МПа 0,03-0,05
Температура газа, °С
в печи-реакторе П-1 1100-1300
на выходе из котлов-утилизаторов 140-165
на входе в Р-1 260-270
на выходе из Р-1 290-310
на входе в Р-2 225-235
на выходе из Р-2 240-250
в сепараторе С-1 150
Сера широко применяется в народном хозяйстве - в производстве серной кислоты, красителей, спичек, в качестве вулканизирующего агента в резиновой промышленности и др.
Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 5287;