3. Описание технологической процесса

Газы, полученные при переработке сернистых нефтей всегда содержат сероводород, также другие серосодержащие соединения. Особенно много сероводорода в газах установок перерабатывающих тяжелое сырье: мазут, вакуумные дистилляты, гудрон. Наличие активных серосодержащих соединений вредно влияет на оборудование установок, вызывает интенсивную коррозию аппаратов и трубопроводов. Поэтому углеводородные газы, идущие на газофракционирование в товарные сжиженные углеводородные фракции, содержащие сероводород, подвергают очистке.

Методы очистки делятся на сухие и мокрые.

К сухим способам относится очистка с применением молекулярных сит, которые используются для очистки газов с низким содержанием сероводорода.

Для очистки газов, содержащих большое количество кислых компонентов, применяют мокрые методы очистки, в которых используется принцип абсорбции. Очистка основана на том, что при невысоких температурах происходит поглощение абсорбентом сероводорода с образованием нестойкого химического соединения, а при повышении температуры раствора это соединение разлагается. Абсорбент при этом регенерируется. Процесс регенерации растворителя называется десорбцией.

В качестве абсорбента используется водный раствор моноэтаноламина (МЭА).

Моноэтаноламин - аминоспирт СН₂NН₂СН₂ОН с молекулярной массой 61.

Содержание МЭА в растворе не должно превышать 15% об., т.к. при насыщении кислыми газами более концентрированных растворов увеличивается скорость коррозии металлов.

Процесс взаимодействия сероводорода с моноэтаноламином, с образованием сульфидов и бисульфидов, описывается следующими реакциями:

2 Н₂NСН₂СН₂ОН + Н₂S  (Н₃NСН₂СН₂ОН)₂S + Q

(Н₃NСН₂СН₂ОН)₂S + Н₂S  2(Н₃NСН₂СН₂ОН)НS + Q

Поглощение сероводорода раствором МЭА происходит при температуре 25-40°С с выделением тепла (Q).

При повышении температуры до 106-130°С образовавшиеся сульфиды разрушаются с выделением газообразного сероводорода Н₂S (десорбция), а моноэтаноламин возвращается в цикл.

2(Н₃NСН₂СН₂ОН)НS  (Н₃NСН₂СН₂ОН)₂S + Н₂S

(Н₃NСН₂СН₂ОН)₂S  2 Н₂NCН₂СН₂ОН + Н₂S

Недостатком процесса является образование в присутствии кислорода трудно регенерируемого соединения - тиосульфата амина, наличие которого в системе приводит к ухудшению степени очистки газа. Кислород может поступать с очищаемым газом, с раствором свежего МЭА или образуется за счет растворения воздуха в циркулирующем растворе.

Н₂NСН₂СН₂ОН + 2Н₂S + 2О₂  (Н₃NСН₂СН₂ОН)S₂О₃ + Н₂О

Для предотвращения накопления в растворе трудно регенерируемых соединений, а также продуктов полимеризации и разложения моноэтаноламина часть регенерированного раствора необходимо подвергать глубокой регенерации в присутствии щелочи при температуре 100-130°С.

(Н₃NСН₂СН₃ОН)S₂О₃ +2NаОН  Nа₂S₂О₃ + 2(Н₂NСН₂СН₂ОН) + 2Н₂О

Полученный в результате регенерации сероводород направляется на блок получения серы. Получение элементной серы основано на термокаталитическом взаимодействии кислорода воздуха с сероводородом (метод Клауса).

Процесс происходит в две стадии: термической и каталитической.

Термическая стадия включает высокотемпературное сжигание сероводорода со стехиометрическим количеством воздуха (объемное отношение сероводорода к воздуху) равным 1:2-1:3.

Объем воздуха, поступающего в зону горения, должен быть строго дозирован, чтобы обеспечить для второй ступени процесса требуемое соотношение SO₂ и Н₂S.

Температура горения сероводородного газа достигает 1000-1300°С и зависит от концентрации сероводорода, углеводородов в исходном газе (при снижении концентрации Н₂S в кислом газе снижается температура в реакционной печи).

В процессе сжигания сероводородного газа протекают следующие реакции:

Н₂S + 1,5О₂  Н₂О + SО₂ + Q

Н₂S + СО₂  СОS + Н₂О

2Н₂S + О₂  2Н₂О + S₂ + Q

С₂Н₆ + 3,5О₂  2СО₂ + 3Н₂О + Q

В результате сгорания сероводорода в топке котла-утилизатора 60% его сгорает до серы, 12% до SО₂, а остальная часть остается не сгоревшей.

Каталитическая стадия получения серы протекает при температуре 220-300°С, катализатором служат активная окись алюминия или окись титана. На катализаторе протекает реакция между H₂S и SО₂ с образованием серы.

2Н₂S + SО₂  3/6 S₆ + 2Н₂О + Q

2Н₂S + SО₂  3/8 S₈ + 2Н₂О + Q

Реакции экзотермические, т.е. понижение температуры способствует увеличению выхода серы.

Каталитическая часть процесса разбита, в свою очередь, на две ступени. В связи с уменьшением содержания серы в реакционных газах, вторая ступень каталитической стадии проводится при температуре ниже, чем первая ступень.

Степень конверсии сероводорода до серы может достигать 94-97%.

Сероводород и частицы серы, содержащиеся в хвостовых газах, должны быть сожжены до SО₂, т.к. выброс сероводорода недопустим по санитарным нормам.

Сжигание хвостовых газов осуществляется в печах дожига. Реакции, протекающие в печах дожига.

2Н₂S + 3О₂  2Н₂О + 2SО₂

S + О₂  SО₂