Характеристика сырья процесса

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ НЕФТИ И ГАЗА

РЕФЕРАТ

по дисциплине "Химическая реакторы"

СОДЕРЖАНИЕ

Л.

1 Общие положения и назначение процесса 3

2Характеристика сырья процесса 5

3 Физико – химические свойства серы 6

4 Механизм и химизм реакций процесса получения серы методом

Клауса 8 5 Термодинамические основы процесса Клауса 11 6 Катализаторы процесса Клауса 12

7 Влияние основных технологических параметров на процесс Клауса 16

7.1 Влияние температуры 16

7.2 Давление 17

7.3 Время контакта 17

8 Термическая ступень 17

9 Каталитическая ступень 26

10 Модификация установок Клауса 30

Заключение 33

Список использованных источников 34

Общие положения и назначение процесса

Для утилизации сероводорода, получаемого в процессе аминовой очистки углеводородных газов, а также с гидрогенизационных процессов переработки сернистых и высокосернистых нефтей и газоконденсатов обычно применяют хорошо известный в мировой практике процесс Клауса или его различные модификации. Данный процесс назван по имени английского химика Карла Фридриха Клауса, запатентовавшего в 1883 г. способ получения серы из сероводорода, образуемого при переработке аммиачной воды в сульфат аммония, в присутствии кислорода воздуха на катализаторах:

H₂S + 0,5O₂ = H₂O + 1/x · S_x , (1) где x = 2 – 8.

Используемый на сегодняшний день в промышленных масштабах процесс Клауса – это эффективный процесс , включающий термическую и каталитическую стадию, отделение доочистки хвостовых газов, отделение дегазации жидкой серы, узел дожига отходящих газов.

Особенностью рассматриваемого процесса является то, что путем термического окисления сероводорода до диоксида серы:

2H₂S + 3O₂ ⇄ 2SO₂ + 2H₂O + (0,53—0,57) МДж/моль, (2)

и каталитической окислительной конверсии сероводорода и диоксида серы:

2H₂S + SO₂ ⇄ 3S + 2H₂O + (0,087 — 0,154) МДж/моль, (3) получают высококачественную серу со степенью извлечения 99,5% без дополнительной очистки отходящих газов. Что касается отходящих газов, имеющих в своем составе 1 – 2% об. сероводорода, до 1% об. диоксида серы, небольшие количества серооксида углерода, сероуглерода, капельной и паровой серы, а также водорода, оксид углерода, углекислоту, водяные пары и азота, то их подвергают технологии дополнительной очистки по специально разработанному процессу, именуемому «Сульфрен». Но сера, получаемая на установках Клауса, содержит растворенный сероводород в виде свободного сероводорода и химически связанного полисульфида водорода, что приводит к его выделению во время хранения и транспортировки жидкой серы. Эти проблемы могут быть предотвращены в процессе дегазации серы.

Основными производителями серы в России, внедрившими в свою структуру установку Клауса, являются газоперерабатывающие предприятия ПАО «Газпром» (Астраханский и Оренбургский ГПЗ), на долю которых приходится около 90%. Остальное количество серы производится на НПЗ и металлургических предприятиях. Но практически на всех металлургических и нефтеперерабатывающих заводах России эксплуатируются установки данного процесса, введенные в производство в 60 – 80 годах, т.е. более чем 30 – 50 лет назад, а это значит, что ресурс оборудования практически исчерпан. Поэтому совершенствование процесса Клауса является актуальным направлением в газо – и нефтеперерабатывающей промышленности.

Достоинствами процесса Клауса являются решение проблемы утилизации сероводорода и получение в результате ценного товарного продукта – серы – одного из видов сырья для химической промышленности, значительно превосходящего по качеству самородную серу.

Как и во всех промышленных процессах, при внедрении и эксплуатации установок получения серы возникают определенные проблемы. Во – первых, несмотря на накопленный опыт в проектировании установок Клауса, достаточно трудно поддерживать процесс на полном уровне конверсии в промышленных условиях. Поскольку эксплуатировать установки, в ходе работы которых наблюдаются пределы выбросов вредных веществ в атмосферу выше допустимого значения, нельзя. Во – вторых, на большинстве существующих установок отсутствуют установки доочистки отходящих газов и технологический режим не соблюдается должным образом. В – третьих, высокая конкуренция на мировом рынке серы, сложившаяся в наши дни, вынуждает решать еще одну важную задачу – повышение качества получаемого товарного продукта. В – четвертых, объемы перепроизводства серы сегодня показывают, что необходимо искать альтернативные варианты ее применения.

Характеристика сырья процесса

Основным сырьем процесса производства серы методом Клауса является сероводородсодержащий (кислый) газ, получаемый при МЭА очистке природного газа, сероводородсодержащий газ с установок гидроочистки бензиновых и дизельных фракций и других промышленных производств.

Сырье, поступающее на установку, характеризуется концентрацией сероводорода в кислом газе, содержанием углеводородов и аммиака. Содержание сероводорода в кислых газах, получаемых при очистке природного газа, колеблется в довольно широких пределах – от 5 до 90%. Кислые газы, поступающие с НПЗ, в свою очередь, характеризуются высоким содержанием сероводорода – 70 – 95%. Стоит отметить, что получаемый на НПЗ кислый газ отличается от аналога, выделяемого при очистке природного газа содержанием более тяжелых газообразных углеводородов. Поэтому во избежание закоксовывания катализатора в конверторах на каталитической ступени установки необходимо как можно полнее удалить тяжелые углеводороды перед подачей в реакционную печь и обеспечить их полное сгорание на термической ступени.

Другой особенностью нефтезаводских сероводородсодержащих газов является наличие аммиака. В процессах гидроочистки и гидрокрекинга одновременно с превращением сернистых соединений нефтяных фракций в сероводород азотистые соединения крекируются и гидрируются в аммиак. Присутствие аммиака можно объяснить тем, что при атмосферной перегонке его впрыскивают в верхнюю часть ректификационной колонны с целью подавления сероводородной и хлористоводородной коррозии. В случаях, когда аммиак целиком или частично проходит через печь не сгорая, возникают побочные реакции, одной из которых является образование серной кислоты, которая помимо образования коррозионных проблем, усиливает сульфатирование катализатора. В целях лимитирования побочных реакций необходимо удалять аммиак из сырьевого потока на стадии термического сжигания.

Таким образом, от состава кислого газа, поступающего на установку получения серы, существенным образом зависят технико – экономические показатели процесса, качество получаемых товарных продуктов, конструкционные особенности проектируемой установки.