В данной статье проведен анализ работы установки по переработке кислых газов нефтеперерабатывающего предприятия. Для решения проблемы недостаточно высокой степени превращения сероводорода в серу предложена более современная каталитическая система.
Ключевые слова: кислый газ, процесс Клауса, сероводород, сера.
Последнее время можно заметить тенденцию нарастающих мощностей производства топлив и масел, при получении которых выделяется опасный сероводород, его дальнейшая утилизация необходима для обеспечения требований по охране атмосферного воздуха. В связи с этим качественная и полноценная утилизация сероводорода является актуальной задачей в нефтеперерабатывающей промышленности. Для переработки сероводородного газа в элементарную серу обычно применяется хорошо известный в мировой практике процесс Клауса или его различные модификации [1].
Данная работа посвящена поиску и решению основных проблем процесса переработки кислых газов, а также модернизации установки производства серы.
Сущность процесса Клауса заключается в окислении сероводорода с применением термической и каталитических ступеней. Поступающий на установку Клауса кислый газ подвергается высокотемпературному (900–1300°С) сжиганию в свободном пламени в присутствии стехиометрического количества воздуха с получением элементарной серы и диоксида серы.
Реакция окисления H2S до серы:
2H2S + SO2 = 3/2S2 + 2H2O (1)
Одновременно часть сероводорода окисляется до диоксида серы:
H2S + 1,5O2 → SO2 + H2O (2)
На каталитической стадии идет реакция между сероводородом и диоксидом серы в присутствии катализатора — активной формы оксида алюминия при 220–250 °C [2]:
2H2S + SO2 → 3/xSx + 2H2O (3)
где x = 2–8;
Стоит отметить, что в процессе переработки кислых газов существует множество побочных реакций, например, образование COS и CS2, которые по-своему оказывают влияние на процесс и его показатели. Так, ощутимые потери серы случаются из-за неполной переработки COS и CS2 на каталитической ступени процесса. Поэтому очень важно использовать эффективную систему катализаторов, чтобы минимизировать вклад нежелательных побочных реакций на стабильное протекание процесса.
Проведенный анализ работы промышленной установки переработки кислых газов позволил сделать вывод, что главной проблемой процесса является недостаточно высокая степень извлечения серы из кислого газа.
Среди наиболее перспективных направлений модернизации процесса переработки кислых газов можно выделить разработку систем доочистки хвостового газа на контактных аппаратах, применение различных новых конструкций аппаратов по выделению готового продукта, а также применение более эффективных катализаторов. В итоге основное количество разработок в процессе Клауса ведутся в направлении увеличения степени превращения сероводорода для его полной утилизации на производстве. Для минимальных затрат на реконструкцию производства, наиболее выгодными являются предложения, связанные с изменением каталитической системы процесса. Каталитическая система, которая действует на многих предприятиях, не позволяет добиться максимальных результатов в направлении степени конверсии сероводорода, что в конечном итоге может пагубно отразиться на выбросах в окружающую среду серосодержащих соединений. Очень эффективными можно считать новые катализаторы ИКТ-27–42 процесса Клауса, не имеющие в составе вредных оксидов металлов, имеющие более продолжительный срок службы, а самое главное позволяющие добиваться максимальных результатов по извлечению серы из сырья [3]. Для улучшения технико-технологических показателей действующей установки нефтеперерабатывающего предприятия предлагается замена катализатора CSR-2 на ИКТ-27–42. Сравнительная характеристика катализаторов приведена в таблице.
Таблица 1
Сравнение действующего (CSR-2) инового (ИКТ-27–42) катализаторов процесса
|
Показатель |
CSR-2 |
ИКТ-27–42 |
|
Состав, %(мас.) |
||
|
y-Al2O3 |
95,2 |
84,2 |
|
Cr2O3 |
0,38 |
- |
|
SiO2 |
0,03 |
2,5 |
|
TiO2 |
- |
9,8 |
|
Удельная поверхность, м2/г |
310 |
64 |
|
Общий объем пор, см3/г |
0,42 |
0,26 |
|
Коэффициент эффективности |
0, 35 |
0,46 |
|
Срок службы |
4 лет |
6 лет |
|
Степень превращения H2S в серу, % |
До 95,0 % |
До 99,5 % |
|
Плотность, г/см3 |
0,82 |
0,87 |
Предложенный вариант позволит улучшить ряд технологических показателей:
– повысить конверсию сероводорода в серу с 95,0 % до 99,5 %;
– продлить срок службы катализатора, что позволит снизить затраты на его замену;
– снизить количество выбросов в окружающую среду за счет нетоксичного состава самого катализатора.
Таким образом, можно сделать вывод, что использование новой каталитической системы ИКТ 27–42 без значительных материальных вложений позволит добиться более эффективной работы каталитической ступени процесса, тем самым предотвратить возможность вредных выбросов.
Литература:
1. Грунвальд В. Р. Технология газовой серы. — М.: Химия, 1992. 272 с.
2. Голубева И. А. Газовая сера. Ресурсы, производство, мировой рынок серы, проблемы и пути развития. — М.: Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина, 2015. — 244 с.
3. Способ очистки газа от сероводорода. Каталитические способы очистки. пат. № 2176156RU: МПК C 01 B 17/04, B 01 D 53/86. / А. В. Курочкин; заявитель и патентообладатель А. В. Курочкин № 2520554; заявл. 27.11.2012; опубл. 27.06.2014.
