Лекция 9 Технологические схемы установок производства серы

На рис. 8 представлена принципиальная технологическая схема установки Клауса Мубарекского ГПЗ, которая имеет такие же ступени, как и описанная выше. Основное отличие этих установок относится к их режимным параметрам.

Основное количество (~98%) кислого газа подается в ре­актор-генератор, представляющий собой паровой котел газо­трубного типа. Технологический газ — продукты сгорания — последовательно проходит через трубную часть котла и кон­денсатор-генератор, где охлаждается соответственно до 350 - 185 °С. При этом за счет выделившегося в этих аппаратах тепла образуется водяной пар с давлением 2,2 и 0,48 МПа со­ответственно.

Степень конверсии H₂S в серу в реакторе-генераторе состав­ляет 58—63%. Дальнейшее превращение сернистых соединений в элементную серу производится в каталитических конверторах.

Перед поступлением в первый конвертор технологический газ нагрева­ется в печи П-2 до 240 °С. Газ в конвертор поступает тремя потоками, что обеспечивает его равномерное распределение на слое катализатора. В кон­верторе H^S взаимодействует с SO₂ с образованием элементной серы с вы­делением тепла, за счет чего температура газа повышается до 330 °С. После конвертора газ проходит второй конденсатор-генератор, где охлаждается до 170°С и поступает во второй каталитический конвертор, предварительно на­греваясь в печи до 220 °С. Сера, сконденсировавшаяся в конденсаторах-ге­нераторах, через сепаратор отводится в серную яму.

Во втором конверторе за счет теплоты реакций .температура газа по­вышается до 245 °С. Тепло газа утилизируется в конденсаторе-экономайзере. Дожиг непрореагировавших паров серы и H2S производится в печи П-4 при 510 °С. Хвостовые газы через дымовую трубу выбрасываются в атмо­сферу.

В каталитических конверторах происходит также гидролиз COS и CS2, образовавшихся в камере сгорания реактора-генератора.

Степень конверсии H₂S в серу в топке реактора-генератора составляет 58—63,8, в первом и втором конверторах 64—74 и 43% соответственно. После последней ступени конденсации серы технологические газы поступают в печь дожига.

При расходе газа 43—61 тыс. м³/ч печь дожига обеспечива­ла практически полное окисление H^S до SO₂. При большой продолжительности пребывания газа в печи не обеспечивается полное превращение H₂S в SO₂: на выходе из печи концентрация H₂S в газе составляла 0,018—0,033%.

Основные показатели газовой серы должны отвечать требо­ваниям ГОСТ 126—76.

Следует отметить, что сера, производимая на Оренбургском ГПЗ, по своим качественным показателям превосходит требо­вания ГОСТ. Механические примеси и мышьяк в составе серы отсутствуют полностью.

В настоящее время разработаны десятки модифицирован­ных вариантов схем установок Клауса. Область применения этих схем зависит как от содержания сероводорода в кислых газах, так и от наличия в них различных примесей, оказываю­щих отрицательное влияние на работу установок производства серы.

Для газов с низким содержанием серы (от 6 до 20%) в ра­боте проанализированы четыре варианта усовершенство­ванных установок Клауса.

Первый вариант предусматривает подачу в камеру сгора­ния (КС) печи кислорода вместо воздуха по типовой схеме. Для получения стабильных факелов по мере снижения содер­жания H₂S в сырьевом газе в камеру сгорания в обход горе­лок вводится поток кислого газа. Струи потоков обеспечивают хорошее смешение сжигаемых газов с газом, подаваемым в систему, минуя горелки. Размеры печи и скорость потоков выбираются таким образом, чтобы обеспечить достаточное вре­мя контакта для взаимодействия между -компонентами обоих газовых потоков. После камеры сгорания дальнейший ход про­цесса аналогичен обычному процессу Клауса.

Во втором варианте сырьевой газ перед подачей на сгора­ние подогревается за счет частичной рекуперации тепла газо­вого потока, выходящего из камеры сгорания. В случае недо­статочного предварительного подогрева для получения в камере сгорания требуемой температуры в нее подают топливный газ.

Третий вариант предусматривает сжигание серы. Часть по­тока сырьевого газа подается в камеру сгорания, предвари­тельно смешиваясь с воздухом. Остальная часть кислого газа вводится в камеру сгорания отдельными струями через обвод­ные линии. Для поддержания необходимой температуры и ста­билизации процесса в камере сгорания получаемую жидкую серу дополнительно сжигают в специальной горелке, смонти­рованной в КС. При недостаточности тепла в системе в КС подается необходимое количество топливного газа.

В четвертом варианте в отличие от предыдущих вариантов для процесса не требуется -камера сгорания: кислый газ подогревается в печи, затем подается в конвертор. Диоксид серы, необходимый для каталитической конверсии, получают в ка­мере сгорания серы, куда для обеспечения процесса горения подают воздух. Диоксид серы из КС проходит котел-утилиза­тор, затем смешивается с подогретым кислым газом и посту­пает в каталитический конвертор.

Усредненные показатели рассмотренных вариантов установок Клауса производительностью по сере 100 т/ч позволяет сделать следующие выводы:

-применение процесса с предварительным подогревом сырье­вого газа является предпочтительным при большой стоимости кислорода;

-использование кислородного процесса выгодно при цене кислорода менее 0,1 марок 1 м³. При этом на себестоимость серы благоприятно влияют также относительно низкие кон­центрации H₂S в кислом газе;

-по себестоимости серы лучшие показатели имеет каталити­ческий процесс с получением диоксида серы из серы;

-самым дорогостоящим является процесс со сжиганием се­ры. Этот процесс может быть применен при полном отсутствии углеводородов в сырьевом газе, так как наличие углеводородов в газе вызывает образование и отложение углерода и смол на катализаторе, снижает качество серы.

Рассмот­рена возможность усовер­шенствования процесса Кла­уса за счет двухстадийного превращения H₂S в эле­ментную серу: часть газа в реактор подается по обычной схеме, а другая часть байпасируется, т. е., минуя реакционную печь, подается на вторую ступень конверсии.

По такой схеме можно перерабатывать кислые газы при концентрации в них сероводорода менее 50% (об.). Чем меньше содержание H₂S в сырье, тем большая часть его, минуя реак­ционную камеру, подается в конверторную ступень.

Однако не следует увлекаться байпасированием большого объема газа. Чем больше количество байпасированного газа, тем выше температура в конверторе, что приводит к увеличению количества оксидов азота и трехоксида серы в продуктах сгорания. Последняя при гидролизе образует сер­ную кислоту, которая снижает активность катализатора за счет его сульфатации. Количество оксида азота и 5Оз в газах осо­бенно увеличивается при температурах свыше 1350 °С.

Во ВНИИГАЗе разработана также технология получения полимерной серы. Полимерная сера отличается от обыч­ных- модификаций серы высокой молекулярной массой. Кроме того, она в отличие от обычной серы не растворяется в серо­углероде. Полимерная сера используется в основном в шинной про­мышленности.