Модификация установок Клауса

Установки Клауса, называемые также установками получения элементарной серы, в настоящее время являются необходимыми элементами нефтеперерабатывающего и газоперерабатывающего производства. Извлечение серы, например, из светлых нефтепродуктов обусловлено экологическими требованиями: как по снижению токсичности моторных топлив, так и, в не меньшей степени, по снижению выбросов оксидов серы в окружающую среду. Поэтому ни один современный проект реконструкции нефтеперерабатывающего предприятия не обходится без строительства или глубокой модернизации установок Клауса. В последнее время такие установки включают не только стандартный процесс Клауса, но и довольно дорогостоящие процессы доочистки хвостовых газов, что практически решает проблему с выбросами окислов серы.

В промышленности применяются четыре основных способа Клауса для производства элементарной серы из кислых компонентов природного газа и нефтезаводских газов:

– прямоточный (пламенный);

– разветвленный;

– разветвленный с подогревом кислого газа и воздуха;

– прямое окисление.

Прямоточный процесс Клауса (пламенный способ) применяют при объемных долях сероводорода в кислых газах выше 50% и углеводородов менее 2%. При этом весь кислый газ подается на сжигание в печь – реактор термической ступени установки Клауса, выполненный в одном корпусе с котлом – утилизатором. В топке печи – реактора температура достигает 1100 – 1300 °С и выход серы до 70%. Дальнейшее превращение сероводорода в серу осуществляется в две – три ступени на катализаторах при температуре 220 – 260°С. После каждой ступени пары образовавшейся серы конденсируются в поверхностных конденсаторах. Тепло, выделяющееся при горении сероводорода и конденсации паров серы, используется для получения пара высокого и низкого давления. Выход серы в этом процессе достигает 96 – 97%.

При низкой объемной доле сероводорода в кислых газах (30 – 50%) и объемной доле углеводородов до 2% применяют разветвленную схему процесса Клауса (треть – две трети). По этой схеме одна треть кислого газа подвергается сжиганию с получением сернистого ангидрида, а две трети потока кислого газа поступают на каталитическую ступень, минуя печь – реактор. Серу получают в каталитических ступенях процесса при взаимодействии сернистого ангидрида с сероводородом, содержащимся в остальной части (2/3) исходного кислого газа.Выход серы составляет 94 – 95%. Процесс имеет технологические недостатки, которые привели к ограниченному масштабу его распространения. Общая степень конверсии сероводорода в серу для данной технологии зависит от числа применяемых каталитических ступеней и состава кислого газа, подаваемого на переработку.

При объемной доле сероводорода в кислом газе 15 – 30%, когда при использовании схемы треть-две трети минимально допустимая температура в топке печи-реактора (930 °С) не достигается, используют схему с предварительным подогревом кислого газа или воздуха.

При объемной сероводорода в кислом газе 10 – 15% применяют схему прямого окисления, в которой отсутствует высокотемпературная стадия окисления (сжигания) газа. Кислый газ смешивается со стехиометрическим количеством воздуха и подается сразу на каталитическую ступень конверсии. Выход серы достигает 86%.

Для достижения степени извлечения серы 99,0 – 99,99% используются три группы методов доочистки отходящих газов процесса Клауса:

– процессы, основанные на продолжении реакции Клауса, т.е. на превращении сероводорода и диоксида серы в серу на твердом или жидком катализаторе;

– процессы, основанные на восстановлении всех сернистых соединений в сероводород с последующим его извлечением;

– процессы, основанные на окислении всех сернистых соединений до диоксида серы или до элементарной серы с последующим их извлечением.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном реферате был рассмотрен и изучен процесс получения элементарной серы методом Клауса, а также реакторы, необходимые для его осуществления.

Данный процесс осуществляется на двух ступенях: термической и каталитической. Поступающий на установку Клауса кислый газ на первой ступени подвергается высокотемпературному сжиганию в свободном пламени в присутствии стехиометрического количества воздуха с получением элементарной серы с выходом до 70%. В каталитической ступени происходят реакции взаимодействия сероводорода и диоксида серы, позволяющие увеличить выход серы до 96 - 97%.

Рассмотрены конструкции типовых реакторов, на которых осуществляется данный процесс. Обычно размеры реактора - генератора лежат в следующих пределах: диаметр 4 - 5 м, длина 6 - 7 м. Размеры конверторов: диаметр 3 - 4 м, высота 4 - 5 м.

Тепловые эффекты целевых и побочных реакций, протекающих в данных реакторах, позволяют прийти к выводу, что данные аппараты работают в автотермическом режиме, поскольку реакции протекают в несколько стадий, на одних из которых тепло выделяется, а на других поглощается.

Что касается гидродинамики процесса, то, термический реактор по данной характеристике близок к реактору идеального вытеснеия.. Каталитический реактор устроен так, что технологический газ входит через верхний патрубок, проходит через слой катализатора, и выходит через нижний патрубок. Это говорит о том, что реактор также работает в режиме идеального вытеснения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:

1 Мейерс Р.А. Основные процессы нефтепереработки.-Спб.: Профессия, 2012.-940 с.

2 Капустин В.М., Рудин М.Г. Химия и технология переработки нефти.- М.:Химия,2013.-495 с. Грунвальд В. Р. Технология газовой серы. – М.:Химия, 1992 г. – 272 с.

3 Ахметов С.А.Технология глубокой переработкинефти и газа .- Уфа.:Гилем, 2002.-611 с.

4 Лапидус А. Л., Голубева И.А., Жагфаров Ф.Г. Газохимия: учебное пособие. – М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2008 г. – 450с.

5 Лапидус А. Л. Производство и потребление газовой серы: проблемы и перспективы / Лапидус А.Л., Голубева И.А., Болотина М.В. // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2006. – № 9. – С. 25 – 32.

6 Баннов П. Г. Процессы переработки нефти.Часть 3 – я. – М.:ЦНИИТЭнефтехим, 2003. – 504 с.

7 Аяпбергенов Е. О. Особенности технологии получения серы на установках Клауса из сероводорода кислых газов / Е. О. Аяпбергенов // Современные научные исследования и иновации. – 2012. – № 10. – С.40 – 43.

8 Егоров А. С. Репетитор по химии / А.С. Егоров, К.П. Шацкая, Н.М. Иванченко, В.Д. Дионисьев, В.К. Ермакова и др. – Изд. 24 – е. – Ростов н/Д: Феникс, 2009. – 762 с.

9 Бусыгин И. Г., Бусыгина Н.В., Николаев В.В. Основные процессы физической и физико – химической переработки газа. – М.: Недра, 1998. – 184 с.

10 Афанасьев А. И. Технология переработки сернистого газа : справочник. – М.: Недра, 1993. – 155 с.

11 Ахметов С. А. Технология переработки нефти, газа и твердых горючих ископаемых: Учебное пособие / С.А. Ахметов, М. Х. Ишмияров, А. А. Кауфман. – СПб: Недра, 2009. – 832 с.

12 Цыбулевский А.М. Термодинамические исследования процесса Клауса / Цыбулевский А.М., Моргун Л.В. – М.: ВНИИЭгазпром, 1991. – 31 с.

13 Золотовский Б. П. Катализаторы производства газовой серы / Золотовский Б.П., Сайфуллин Р.А., Молчанов С.А. // Катализ в промышленности. – 2003. – № 6. – С. 51 – 54.

14 Молчанов С. А. Усовершенствование технологии процессов Клауса и Сульфрен при внедрении катализаторов отечественного производства на Оренбургском ГПЗ / Молчанов С.А., Золотовский Б.П., Зинченко Т.О. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2006. – № 7. – С. 81 – 84.

15 Широкова Г.С. Современные тенденции в развитии процесса Клауса. Пути решения задач по оптимизации работы установок производства серы : тез. докл. Материалы докладов международной конференции. Топливо и экология. М., 2009. – С. 7 – 14.