2.3 Получение газовой серы

Извлекаемая из природного газа смесь кислых газов наполовину и более по объему состоит из сероводорода. Остальная часть включает углекислый газ и небольшие количества серооксида углерода и углеводороды (метан, этан). Эта смесь кислых газов утилизируется обычно на месте очистки природного газа с целью получения из нее элементной серы. В дальнейшем она используется для получения серной кислоты, бумаги и др. Основным процессом получения серы из сероводорода уже более 100 лет (с 1882 г.) является процесс Клауса, основанный на реакциях окисления. Сжигание сероводорода осуществляется в топках за счет кислорода воздуха, чистого кислорода или воздуха, обогащенного кислородом. Основная цель термической ступени – выделение максимального количества серы. При двухстадийном окислении:

(+520 кДж; термическая ступень);

(+95 кДж; каталитическая ступень).

Одновременно с таким двухстадийным образованием серы протекает реакция прямого окисления:

(+615 кДж).

Основная часть тепла, получаемая по реакции Клауса на промышленных установках, рекуперируется, за счет чего производится водяной пар.

Поскольку в составе кислых газов кроме сероводорода при­сутствуют другие компоненты, в процессе горения протекают также следующие побочные реакции:

С0₂ + H₂S =COS + Н₂0;

СН₄ + S₂ =CS₂ + 2Н₂.

Технология получения серы методом Клауса реализует указанные выше реакции обычно в три ступени. Технологическое оформление процесса зависит при этом от состава кислого газа – содержания в нем сероводорода и углеводородов. Установки получения серы, основанные на реализации рассмотренных реакций, в технической литературе принято называть установками Клауса.

Содержание сероводорода определяет стабильность горения кислого газа: при содержании его выше 45% (об.) горение стабильное, а если оно ниже, то требуется предпринять соответствующие меры для стабилизации горения (подогрев газа и воздуха, и др.).

Содержание углеводородов в кислом газе обычно невелико (до 5% об.) и их наличие значительно увеличивает расход воздуха для горения, объем газов после горения и соответственно размеры оборудования. В зоне высоких температур при горении углеводородов образуется углерод, который снижает качество серы и ухудшает ее цвет. За счет реакций с сероводородом углерод образует CS₂ и COS, которые не подвергаются в дальнейшем конверсии и, попадая в уходящий после процесса Клауса газ, уменьшают выход серы. Большое содержание углекислого газа в кислом газе отрицательно влияет на процесс горения сероводорода [2,3].

2.4 Глубокая осушка природного газа

Наличие паров воды в углеводородных газах связано с контактом газа и воды в пластовых условиях.

Влагосодержание газа – это количество паров воды (в г/м³) в состоянии их насыщения при данных температуре и давлении.

Осушка газа – это удаление из него влаги, т. е. снижение влажности. Обычно качество осушки (глубину осушки) оценивают точкой росы, т. е. температурой при данном давлении, при которой пары воды приходят в состояние насыщения. Чем глубже осушка, тем ниже точка росы, которая обычно составляет, в зависимости от последую­щего назначения газа, от минус 20° до минус 70° С.

Абсорбционная осушка.

Такая осушка основана на селективном поглощении (растворении) паров воды жидкими абсорбентами, в качестве которых применяют ди- и триэтилгликоли (ДЭГ и ТЭГ). Частичная осушка газа происходит в ряде процессов очистки его от соединений серы (например, в процессе "Селексол"). Для глубокой осушки газа используют процессы поглощения влаги гликолями.

Адсорбционная осушка.

Сущность адсорбционной осушки состоит в избирательном поглощении поверхностью пор твердого адсорбента молекул воды с последующим извлечением их из пор внешними воздействиями (повышением температуры адсорбента или снижением давления среды).

В качестве адсорбента используют бокситы (оксид алюминия), силикагели и синтетические цеолиты. Их адсорбционная емкость существенно зависит от размера пор и соответственно удельной поверхности последних [3].

В таблице 1 приведены некоторые свойства адсорбента.

Табл. 1 – некоторые свойства адсорбентов

Показатель	Бокситы	Силикагели	Цеолиты
Размеры гранул, мм	-	2,5-4,0	1,5-3,5
Насыпная плотность, кг/м3	690-960	400-770	480-800
Средний диаметр пор, нм	8-40	3-15	0,3-1,0
Удельная поверхность пор, м2/г	30-140	200-600	500-800
Адсорбционная емкость по воде, г/г	0,04-0,15	0,14-1,0	0,2-0,65
Теплота адсорбции, кДж/кг воды	4187	4187	4187