БТПп4 / 7 семестр / гайсина / доклады+през / 28 Получение элем S

1 слайд Сероводород, получаемый в процессах ГО, МЭА очистки, на очистке н/продуктов и газов используют на НПЗ для производства элементной серы

2 слайд Наиболее распространенным и эффективным промышленным методом получения серы является процесс каталитической окислительной конверсии сероводорода Клауса.

Он состоит из 2 стадий:

1 стадия - Стадия термического окисления сероводорода до диоксида серы:

2 стадия - Стадия каталитического превращения сероводорода и диоксида серы:

3 слайд

Для наглядности на этом слайде приведена блок схема процесса.

Сероводород поступает на 1 стадию в реактор-генератор, где под температурой 1200-1300 градусов по Цельсия происходит окисление сероводорода до серы, с последующей конденсацией паров серы в теплообменниках. А газы поступают во 2 стадию, а именно в каталитический реактор, где оставшийся сероводород окисляется до серы диоксидом серы, который образовался в 1 стадии.

Рассмотрим каждую стадию в отдельности

(остаточный газ идет в сероуловитель, где улавливается капельная сера, и дальше поступает в печь дожига)

4 слайд Реактор – генератор состоит из двух частей – топочной камеры с установленными в ней горелками для сжигания сероводорода и котла – генератора для охлаждения технологического газа до температуры конденсации серы.

5 слайд Для наглядности: красным показана топочная камера, а далее область с трубными змеевиками, где охлаждается газ.

6 слайд: Это фото реактора при транспортировке

7 слайд – ФОТО

8 Рассмотрим отдельно топочную камеру реактора. Топочная камера реактора – генератора рассчитана на рабочее давление 55 КПа и температуру 1200-1300 °С. Корпус изготовлен из углеродистой стали и футерован изнутри огнеупорным материалом. Футеровка обеспечивает такую степень теплоизоляции, что температура металлической стенки топки лишь незначительно превышает температуру окружающего воздуха (примерно не более чем на 20-30 °С).

9 слайд

Теперь рассмотрим различные виды горелок.

На данном рисунке показана типичная «низкотехничная» горелка.

Она в основном состоит из центральной форсунки с перфорированной головкой, через которую кислый газ вводится в кольцевое пространство, где он встречается с воздухом сжигания. Сопла топливного газа расположены вокруг форсунки кислого газа; к этим соплам подходят трубки от коллектора. Они используются для нагревания установки в ходе пуска, перед тем как впускается газ и для продувки установки в ходе остановки продуктами сгорания топливного газа.

Основным недостатком этой горелки является то, что головка горелки и наконечники топливного газа подвергаются воздействию тепла, отраженного огнеупорной футеровкой камеры печи, и возникает большая вероятность их расплавления.

10 слайд

Теперь рассмотрим горелку компании «Форд, Бэйкон и Дэвис»

Воздух поступает в корпус горелки через патрубок 2 и заходит в центральную воздушную трубу. Кислый газ входит через патрубок 1 и подается в поток воздуха через первые 2 ряда отверстий 9. Если необходимо сжигать топливный газ, его вводят через патрубок 7 и подают в поток воздуха через меньшие отверстия 8, расположенные сразу за отверстиями кислого газа. Отверстия просверлены по всей окружности кольца под определенным углом, что обеспечивает перемешивание газов с воздухом в полости 10. Воспламенение происходит в горловине 11 и пламя распространяется в реакционной печи 12. Поток воздуха охлаждает запальник 6, вторичный воздух для которого не требуется. Задняя стенка горелки защищена от радиации нержавеющим стальным рефлектором 3. Гляделка 4 и детектор пламени 5 расположены на задней стенки корпуса горелки, воздух обдувает их и отдельного обдува не требуется.

Плюс этой горелки заключается в том, что здесь есть предварительное перемешивание потоков газа и воздуха, что обеспечивает лучшую степень конверсии сероводорода.

11 слайд

На рисунке вы видите горелку компании «Бабкок Дуйкер». Воздушная камера соединяется с камерой сгорания через кольцевой узел наклонно установленными лопатками. Газ, в который может быть добавлен топливный газ, если низка теплотворная способность для стабильного горения, входит через центральную трубу и подается в центр конического входа. Там смешивается с воздухом перед воспламенением.

12 слайд

На этом слайде показана горелка этой же фирмы, но более новая. Как мы видим, здесь дополнительно вводится кислород, что благоприятно сказывается на процессе горения. Это позволяет увеличить производительность реактора.

Сейчас в основном используют подобные горелки.

После горения поток газа идет в котел-утилизатор, где пары серы конденсируются.

А потом переходит в стадию каталитического превращения в реактор-конвертор

13 слайд

Конверторы рассчитаны на работу при температуре 220–360 °С и избыточном давлении 55 КПа. Выполнены из углеродистых сталей (Ст3 спб, Ст20 спб, а также 12Х18Р10Т и 10Х17НВ142Т.

Габаритные размеры: диаметр 3,4 м, высота – 4,85 м.

Внутренняя часть оборудована опорной решеткой Е, на которой находится загруженный катализатор. Температура в слое катализатора контролируется с помощью трех термопар В с целью своевременного предотвращения самопроизвольного повышения температуры до недопустимой.

Вход газа производится через патрубок А, выход конвертированного газа – через патрубок Б. Конверторы оборудованы двумя люками. Г – смотровой и для загрузки катализатора и Д – для выгрузки отработанного катализатора.

Подачу газа в конвертор необходимо производить так, чтобы избежать любого перемещения катализаторного слоя, который должен оставаться плоским во время всей операции. Температура технологического газа на выходе из конвертора должна превышать температуру конденсации образовавшихся паров серы не менее, чем на 15–20 °С.

Снижение температуры в каталитическом конверторе сдвигает равновесие реакции сероводорода в сторону образования серы, но при этом снижается скорость самой реакции окисления. Поэтому следят за перепадом температур, влияющим на продолжительность работы и активность катализатора.

14 слайд

Традиционно в качестве кат процесса использют применяют бокситы (руды, содержащие оксид алюминия). На современных установках Клауса исп-ют более активные и термостабильные кат-ры на основе оксида алюм.

Французской фирмы Axens на основе окиси алюминия и окиси титана CR-3S и CRS-31TL , а также активный опорный слой DR5-10)

15 слайд

Опорная решетка служит для удержания керамических шариков и катализатора. Обычно ниже слоя катализатора для предотвращения уноса катализатора укладывают слой керамических шаров. Аналогично насыпаются на верхнюю поверхность катализатора для более равномерного распределения газа по слою.

1 реактор

• Высокотемпературный гомогенный термический реактор относится к реакторам:

• Непрерывного действия

• Гомогенный (газовая фаза)

• Автотермический режим

• Реактор вытеснения

2 реактор

• Каталитический конвектор относится к реакторам:

• Непрерывного действия

• Предназначен для гетерогенно-каталитических процессов

• Реактор вытеснения

• Адиабатический

• С аксиальным движением потока

17. Влияние температуры . Чем выше температура на термической ступени установки Клауса, тем выше степень конверсии сероводорода в серу. Оптимальная температура, поддерживаемая в печи – реакторе, варьируется в пределах 1100 – 1300 °C. В этом температурном интервале степень конверсии максимальна, а количество образующихся по побочным реакциям COS и CS₂ незначительно.

Опыт эксплуатации промышленных установок Клауса показал, что температура внутри печи быстро уменьшается за счет снижения содержания H₂S в кислом газе, также она зависит от содержания углеводородов в кислом газе и от количества воздуха, подаваемого в печь в смеси с кислым газом.

На каталитической ступени наблюдается обратная зависимость конверсии от температуры: конверсия повышается с понижением температуры. Но в области низких температур скорости целевых реакций становятся очень малы, и поэтому для повышения скорости реакций здесь необходимо использовать катализаторы. Нижний температурный предел ограничивается точкой росы серы (температура конденсации серы 188 °C). На практике нижний температурный предел в каталитических конверторах устанавливают на уровне 204 °C, чтобы исключить возможность конденсации серы в порах катализатора.

7.2 Давление

На термической ступени установки Клауса чем ниже давление, тем выше степень конверсии сероводорода в серу, хотя в области низких давлений эта зависимость невелика. На каталитической ступени наоборот: повышение давления благоприятно влияет на выход серы из–за роста числа высокомолекулярных видов серы. На практике в каталитических конверторах обычно поддерживается давление на уровне 0,012–0,017 МПа.

7.3 Время контакта

Промышленные и экспериментальные данные показывают, что достижение термодинамической конверсии в термической стадии напрямую зависит и от времени пребывания реакционной смеси в высокотемпературной зоне.

Увеличение времени контакта приводит к повышению выхода серы как на термической, так и на каталитической ступени. На термической ступени оно обычно составляет 1,0 – 3,0 с. В каталитических конверторах на практике время контакта принимают несколько выше теоретического, учитывая падение активности катализатора во времени.