Диаграми на технологичния процес на агрегатите за производство на сяра

Свойства, приложение, суровинна база и методи за производство на сярна киселина. Технология на сярна киселина с мокър газ WSA ​​и SNOX-контрол на емисиите на сяра и азотни оксиди. Разработване и оптимизиране на технологиите. Производство на сяра по метода на Клаус.

Изпратете вашата добра работа в базата знания е проста. Използвайте формата по -долу

Студенти, аспиранти, млади учени, които използват базата знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

Публикувано на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО НА РЕПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ

ИНСТИТУЦИЯ ЗА ОБРАЗОВАНИЕ

"ПОЛОЦКИ ДЪРЖАВЕН УНИВЕРСИТЕТ"

Катедра по химия и TPNG

Тест

В дисциплината „Индустриална екология“

Ефективни методи за преработка на сероводород в рафинериите (производство на сярна киселина, елементарна сяра и др.)

Новополоцк

• 1. Свойства на сярна киселина
• 2. Прилагане на сярна киселина
• 3. Суровинна база за производство на сярна киселина
• 5.1 Изгаряне на съдържащи сяра суровини
• 5.2 Прочистване на газ след изпичане
• 5.3 Окисляване на серен диоксид
• 5.4 Абсорбция на серен триоксид
• 5.5 Система с двоен контакт и двойно абсорбиране (DK / DA)
• 6. Технология за производство на сярна киселина от мокри газове WSA и SNOX ™ - контрол на емисиите на серни и азотни оксиди
• 6.1 Основни изследвания
• 6.2 Разработване и оптимизиране на технологиите
• 6.3 Технология SNOX ™
• 7 Производство на сяра Claus

емисионен оксид на сярна киселина

1. Свойства на сярна киселина

Безводната сярна киселина (монохидрат) е тежка мазна течност, която се смесва с вода във всички пропорции, отделяйки голямо количество топлина. Плътността при 0 ° C е 1,85 g / cm 3. Кипи при 296 ° C и замръзва при -10 ° C. Сярната киселина се нарича не само монохидрат, но и нейните водни разтвори (), както и разтвори на серен триоксид в монохидрат (), наречен олеум. Олеум "пуши" във въздуха поради десорбция от него. Чистата сярна киселина е безцветна, техническата е оцветена от примеси в тъмен цвят.

Физическите свойства на сярната киселина, като плътност, температура на кристализация, точка на кипене, зависят от нейния състав. На фиг. 1 показва диаграма на кристализацията на системата. Максимумите в него съответстват на състава на съединенията, или наличието на минимуми се обяснява с факта, че температурата на кристализация на смеси от две вещества е по -ниска от температурата на кристализация на всяко от тях.

Ориз. 1 Температура на кристализация на сярна киселина

Безводната 100% сярна киселина има относително висока температура на кристализация от 10,7 ° C. За да се намали възможността за замразяване на търговски продукт по време на транспортиране и съхранение, концентрацията на техническа сярна киселина се избира така, че да има достатъчно ниска температура на кристализация. Промишлеността произвежда три вида търговска сярна киселина.

Сярната киселина е много активна. Той разтваря метални оксиди и повечето чисти метали; при повишени температури измества всички други киселини от солите. Особено нетърпеливо сярната киселина се комбинира с вода поради способността й да дава хидрати. Той отнема вода от други киселини, от кристални соли на соли и дори кислородни производни на въглеводороди, които не съдържат вода, а водород и кислород в комбинация от Н: О = 2. дървесина и други растителни и животински тъкани, съдържащи целулоза, нишестето и захарта се унищожават в концентрирана сярна киселина; водата се свързва с киселина и от тъканта остава само фино диспергиран въглерод. В разредена киселина целулозата и нишестето се разграждат до образуване на захари. Концентрираната сярна киселина причинява изгаряния, ако влезе в контакт с човешката кожа.

2. Прилагане на сярна киселина

Високата активност на сярната киселина в комбинация със сравнително ниските производствени разходи предопредели огромния мащаб и изключителното разнообразие от нейното приложение (фиг. 2). Трудно е да се намери индустрия, в която сярната киселина или продуктите от нея не са консумирани в определени количества.

Ориз. 2 Прилагане на сярна киселина

Най -големият потребител на сярна киселина е производството на минерални торове: суперфосфат, амониев сулфат и др. Много киселини (например фосфорна, оцетна, солна) и соли се произвеждат до голяма степен с помощта на сярна киселина. Сярната киселина се използва широко в производството на цветни и редки метали. В металообработващата промишленост сярната киселина или нейните соли се използват за ецване на стоманени продукти преди боядисване, калайдисване, никелиране, хромиране и др. значителни количества сярна киселина се изразходват за рафиниране на петролни продукти. Производството на редица багрила (за тъкани), лакове и бои (за сгради и машини), лекарствени вещества и някои пластмаси също е свързано с използването на сярна киселина. С помощта на сярна киселина, етилов и други алкохоли се произвеждат някои естери, синтетични детергенти и редица пестициди за борба с селскостопанските вредители и плевели. Разредените разтвори на сярна киселина и нейните соли се използват при производството на изкуствена коприна, в текстилната промишленост за обработка на влакна или тъкани преди боядисването им, както и в други отрасли на леката промишленост. В хранително -вкусовата промишленост сярната киселина се използва за производството на нишесте, меласа и редица други продукти. Транспортът използва оловни акумулатори със сярна киселина. Сярна киселина се използва за изсушаване на газове и за концентриране на киселини. И накрая, сярната киселина се използва в процесите на нитриране и в производството на повечето експлозиви.

3. Суровинна база за производство на сярна киселина

Суровинната база за производството на сярна киселина са съединения, съдържащи сяра, от които може да се получи серен диоксид. В промишлеността около 80% сярна киселина се получава от естествена сяра и железен (сярен) пирит. Серен пирит се състои от минерал пирит и примеси. Чистият пирит () съдържа 53,5% сяра и 46,5% желязо. Съдържанието на сяра в серен пирит може да варира от 35 до 50%. Значително място заемат отпадъчните газове от цветна металургия, получени при изпичането на сулфиди на цветни метали и съдържащи серен диоксид. Някои индустрии използват сероводород като суровина, която се образува при пречистването на нефтопродуктите от сярата.

4. Методи за производство на сярна киселина

В момента сярната киселина се произвежда по два начина: азотна, която съществува повече от 20 години, и контактна, усвоена в промишлеността в края на 19 и началото на 20 век. Контактният метод измества азотния (кулен) метод. Първият етап от производството на сярна киселина по всеки метод е производството на серен диоксид чрез изгаряне на серни суровини. След пречистване на серен диоксид (особено при контактния метод), той се окислява до серен триоксид, който се комбинира с вода за получаване на сярна киселина. Окисляването при нормални условия е изключително бавно. За ускоряване на процеса се използват катализатори.

При контактния метод за производство на сярна киселина окисляването на серен диоксид до триоксид се извършва върху твърди контактни маси. Благодарение на подобряването на контактния метод на производство, цената на по -чистата и силно концентрирана контактна сярна киселина е само малко по -висока от тази на кулата киселина. Затова се строят само магазини за контакти. В момента над 80% от цялата киселина се произвежда чрез контактния метод.

При азотния метод азотните оксиди служат като катализатор. Окисляването протича главно в течната фаза и се осъществява в опаковани кули. Следователно азотният метод на базата на апарата се нарича кула. Същността на метода на кулата се състои в това, че серен диоксид, получен при изгарянето на серни суровини, съдържащ около 9% и 9-10%, се почиства от частици от пиритов пепел и влиза в системата на кулата, състояща се от няколко (четири до седем) кули с опаковка. Опакованите кули работят по принципа на перфектното изместване в политермален режим. Температурата на газа на входа на първата кула е около 350 ° C. В кулите се извършват редица процеси на абсорбция и десорбция, усложнени от химични трансформации. В първите две или три кули опаковката се напръсква с нитроза, в която разтворените азотни оксиди са химически свързани под формата на нитрозил -сярна киселина. При високи температури нитрозил -сярна киселина се хидролизира според уравнението:

последният реагира с азотни оксиди в течната фаза:

абсорбирано от вода също дава сярна киселина:

Азотните оксиди се абсорбират от сярна киселина в следващите три до четири кули според реакцията, обратна на уравнение 15.1. За тази цел охладена сярна киселина с ниско съдържание на нитроза, изтичаща от първите кули, се подава към кулите. Когато се абсорбират оксидите, се получава нитрозил -сярна киселина, която участва в процеса. По този начин азотните оксиди циркулират и теоретично не трябва да се консумират. На практика поради непълно усвояване има загуби на азотни оксиди. консумацията на азотни оксиди от 12-20 kg на тон монохидрат. Азотният метод се използва за получаване на замърсени с примеси и разредена 75-77% сярна киселина, която се използва главно за производството на минерални торове.

5. Функционална диаграма на производството на сярна киселина

Химическата схема включва реакции:

Ако изходните вещества (суровини) съдържат примеси, тогава функционалната диаграма (фиг. 15.4) включва етапа на пречистване на газ след изпичане. Първият етап - печене (изгаряне) - е специфичен за всеки вид суровина, а по -нататък ще се разглежда за пирит и сяра като най -често срещаните изходни материали. Етапите на окисляване и абсорбиране са основно еднакви в различните процеси за производство на сярна киселина. Ще извършим последователно разглеждане на посочените етапи (подсистеми на химически инженерни системи за производство на сярна киселина) от гледна точка на техните фундаментални технологични, инструментални и оперативни решения.

Ориз. 4 Функционални схеми за производство на сярна киселина от сяра (а) и серен пирит (б) 1 - печене на съдържащи сяра суровини; 2 - почистване и промиване на горивния газ; 3 - окисляване; 4 - абсорбция

5.1 Изгаряне на съдържащи сяра суровини

Печенето на пирит (пирит) е сложен физико -химичен процес и включва редица последователно или едновременно протичащи реакции:

Общ отговор:

При лек излишък или недостиг на кислород се образува смесен железен оксид:

.

Химичните реакции са практически необратими и силно екзотермични.

Ако (рафиниране на нефт) се използва като суровина, тогава изгарянето в газова фаза има формата на химична реакция:

,

тези. практически необратими, екзотермични и намаляващи обема.

Термичното разлагане на пирита започва вече при температура около 200 ° C и сярата се запалва по същото време. При температури над 680 ° C и трите реакции са интензивни. В промишлеността изпичането се извършва при 850-900 ° C. Ограничаващият етап на процеса е масовото прехвърляне на продуктите на разпадане в газовата фаза и окислителя до мястото на реакцията. При същите температури твърдият компонент омеква, което допринася за сцеплението на частиците. Тези фактори определят начина, по който се извършва процесът, и вида на реактора.

Първоначално е използван шелфов реактор (камерна пещ) (фиг. 5, а). Пиритът непрекъснато се подава отгоре към рафтовете, докато въздухът отдолу преминава през фиксираните слоеве. Естествено, пиритът е на бучки (фино смляното би създало значително хидравлично съпротивление и лесно би могло да се слепи, което би създало неравномерно изгаряне). Изпичането е непрекъснат процес, твърдият материал се премества чрез специални удари, въртящи се върху вал, разположен по оста на апарата. Лопатките на ударите преместват парчета пирит по плочите отгоре надолу, последователно от оста на апарата до стените и обратно, както е показано на фигурата със стрелките. Това смесване предотвратява слепването на частиците. Пепелта непрекъснато се отстранява от дъното на реактора. Реакторът осигурява интензивността на процеса, измерена чрез количеството пирит, преминаващо през единицата на напречното сечение на реактора, не повече от 200 kg / (m 2 · h). В такъв реактор движещите се стъргалки във високотемпературната зона усложняват неговата конструкция, по рафтовете се създава неравномерен температурен режим и е трудно да се организира отвеждане на топлината от реакционната зона. Трудностите при отвеждането на топлината не позволяват получаването на изгарящ газ с концентрация над 8-9%. Основното ограничение е невъзможността да се използват малки частици, докато за хетерогенен процес основният начин за ускоряване на скоростта на конверсия е раздробяването на частици.

Ориз. 5 реактора за печене на пирит

a - рафт (1 - корпус, 2 - пиритни рафтове, 3 - въртящи се стъргалки, 4 - задвижващи оси на скрепери); b - пещ с кипящ слой (1 - корпус, 2 - топлообменник). Стрелки вътре в апарата - движението на твърд пирит в реакторите.

Фините частици могат да се обработват в кипящ (флуидизиран) слой, който се реализира в пещи KS - кипящ слой (фиг. 15.5, б). Прахообразният пирит се подава през захранващо устройство към реактора. Окислителят (въздух) се подава отдолу през разпределителната решетка със скорост, достатъчна за претегляне на твърдите вещества. Завиването им в слоя предотвратява залепването и допринася за добрия им контакт с газа, изравнява температурното поле в целия слой, осигурява подвижността на твърдия материал и преливането му в изходящата тръба за изваждане на продукта от реактора. В такъв слой от подвижни частици могат да бъдат подредени топлообменни елементи. коефициентът на топлопреминаване от кипящ слой е сравним с коефициента на топлопреминаване от вряща течност и по този начин се осигурява ефективно отвеждане на топлината от реакционната зона, контрол на нейния температурен режим и използване на реакционната топлина. Интензивността на процеса се увеличава до 1000 kg / (m 2 · h), а концентрацията в печещия газ - до 13-15%. Основният недостатък на пещите KS е повишената запрашеност на изгарящия газ поради механична ерозия на подвижни твърди частици. Това изисква по -задълбочено почистване на газа от прах - в циклон и електрофилтър. Подсистемата за печене на пирит е представена от схемата на потока, показана на фиг. 6.

Ориз. 6 Технологична схема на изпичане с пирит

1 - устройство за подаване на дискове; 2 - пещ с кипящ слой (реактор); 3 - котел за отпадъчна топлина; 4 - циклон; 5 - електрофилтър

Както бе споменато по -рано, сярата може да се използва като суровина (естествената сяра беше спомената по -рано, сярата може да се използва като суровина () и на фиг. 15.6 .. се връща от вряща течност и по този начин се осигурява). Сярата е ниско топимо вещество: нейната точка на топене е 113 ° C. Преди изгаряне той се топи с помощта на пара, получена чрез оползотворяване на топлината на изгарянето му. Разтопената сяра се утаява и филтрира, за да се отстранят примесите, присъстващи в естествените суровини, и се изпомпва в горивната пещ. Сярата изгаря главно в състояние на парофаза. За да се осигури бързото му изпаряване, той трябва да се разпръсне във въздушния поток. За това се използват дюзи и циклонни пещи.

Ориз. 8 Технологична схема на изгаряне на сяра

1 - серен филтър; 2 - събиране на течна сяра; 3 - горивна пещ; 4 - котел за отпадъчна топлина

По време на изгарянето на сяра, в съответствие с реакцията, част от кислорода се еквимоларно превръща в серен диоксид и следователно общата концентрация е постоянна и равна на концентрацията на кислород в изходния газ (), така че когато сярата се изгаря в въздух.

Газът при изгаряне на сяра е по -богат на кислород, отколкото при изгаряне на пирит.

5.2 Прочистване на газ след изпичане

Газовете за печене на пирит съдържат под формата на примеси съединения на флуор, селен, телур, арсен и някои други, образувани от примеси в суровината. Естествената влага на суровината също се превръща в газ. Изгарянето произвежда някои и евентуално азотни оксиди. Тези примеси или водят до корозия на апарата, или до катализатор на отравяне, а също така влияят върху качеството на продукта - сярна киселина. Те се отстраняват в отделението за измиване, чиято опростена диаграма е показана на фиг. девет.

Ориз. 9 Схема на промивната секция на производството на сярна киселина

1, 2 - миещи кули; 3 - мокър филтър; 4 - сушилна кула

5.3 Окисляване на серен диоксид

Реакция

Съгласно закона за масово действие, в равновесие

Изразът показва относителната промяна (намаляване) в обема на реакционната смес. Уравнение 15.11 е неявно дефинирано и решено чрез fit. Необходимите степени на превръщане (около 99%) се постигат при температури 400-420 ° C. Налягането не влияе значително, следователно в промишлеността процесът се извършва при налягане, близко до атмосферното.

Окислителните катализатори се приготвят на базата на ванадиев оксид () с добавяне на алкални метали, нанесени върху силициев оксид. Скоростта на реакцията се описва с уравнението Боресков-Иванов:

където е константата на скоростта на реакцията;

= 0,8 е константа;

, - парциални налягания на съответните компоненти, атм.

Температурните граници и стойността в тях за различните катализатори могат да се различават. За катализатори IK-1-6 и SVD kJ / mol при К., това са нискотемпературни катализатори. Активността на промишлени катализатори при температури под 680 K е много ниска, а над 880 K те са термично дезактивирани. Следователно, работният температурен диапазон за работата на повечето катализатори е 580-880 K, а степента на преобразуване в реактора, определена от долната граница на този диапазон, е 98%.

,

Ориз. 11 Окислителна верига на реактора

1 - катализаторен слой; 2 - междинни топлообменници; 3 - миксер; 4 - външен топлообменник; X g - вход за студен газ

Началната концентрация на преработения газ се избира така, че режимът на процеса да е в рамките на работните температури на катализатора. Голяма стойност при K води до рязко намаляване на скоростта на реакцията с понижаване на температурата. За да може адиабатният процес в първия слой да се развива бързо, първоначалната температура трябва да бъде най-малко 713 К. Тя се нарича "температура на запалване" (за нискотемпературни катализатори тя е по-ниска). В диаграмата "" адиабатният процес е представен с права линия. Наклонът му се определя от стойността на адиабатното отопление. За окисляване приблизително 1% градушка. Колкото повече (или първоначалната концентрация -), толкова повече загряване. Процесът може да се развие до равновесен и максималната (равновесна) температура не трябва да надвишава допустимата. На фиг. 10 това съответства на начална концентрация от 7-8%. Нискотемпературният катализатор позволява да се увеличи концентрацията до 9-10%. Температурите в останалите слоеве се определят от оптимизацията на режима на реактора.

5.4 Абсорбция на серен триоксид

Абсорбцията на серен триоксид е последният етап от процеса, при който се образува сярна киселина. Взаимодействие

протича доста интензивно както в течна, така и в газообразна (парна) фаза. В допълнение, той може да се разтвори в себе си, образувайки олеум. Този продукт е удобен за транспортиране, тъй като не корозира дори обикновените стомани. Разтворите на сярна киселина са изключително корозивни. Олеумът е основният продукт от производството на сярна киселина.

Равновесието "газ - течност" за системата "" е показано на фиг. 3. Характеристика на тази система е, че в широк диапазон от концентрации на разтвора в паровата фаза има почти чиста водна пара (лявата страна на графиката), а над олеума (разтвор в) в газовата фаза преобладава (дясната страна на графиката). същият състав на течната и парна фаза (азеотропна точка) ще бъде при концентрация на сярна киселина 98,3%. Ако абсорбирате с разтвор с по -ниска концентрация, тогава реакция 5 ще протече и във фазата на парата - ще се образува мъгла от сярна киселина, която ще напусне абсорбера с газовата фаза. И това е загубата на продукт, корозията на оборудването и емисиите в атмосферата. Ако се абсорбира с олеум, абсорбцията ще бъде непълна.

От тези свойства следва двустепенна (двукуларна) абсорбционна схема (фиг. 12). Газът, съдържащ след реактора, преминава последователно олеум 1 и монохидрат 2 абсорбери. Другият компонент на реакцията () се подава в противоток към монохидратния абсорбер. Поради интензивността на циркулацията на течността (абсорбент) в нея е възможно да се поддържа концентрация, близка до оптималната - 98,3% (нарастването на концентрацията при преминаване на течността е не повече от 1-1,5%). Техническото наименование на такава киселина е монохидрат, откъдето идва и името на абсорбера. Условията за концентрация на абсорбция осигуряват пълно усвояване и минимално образуване на мъгла от сярна киселина. Киселината от монохидратния абсорбер влиза в олеума. В него циркулира 20% разтвор, който се приема частично като краен продукт - олеум. Киселината от предишния абсорбатор - монохидратът - също може да бъде продукт.

Образуването на сярна киселина и усвояването на серен триоксид са екзотермични процеси. Тяхната топлина се отстранява в топлообменниците за напояване 3 на линията за циркулация на течността в абсорберите. При температури под 100 ° C се абсорбира почти 100%. Серен диоксид практически не се абсорбира.

Ориз. 12 Диаграма на абсорбционното разделяне при производството на сярна киселина

1 - олеум абсорбер; 2 - монохидрат абсорбер; 3 - хладилници; 4 - киселинни колектори; 5 - сепаратори за пръскане

5.5 Система с двоен контакт и двойно абсорбиране (DK / DA)

Въпреки доста високата степен на конверсия - 98%, мощните системи със сярна киселина, произвеждащи до 540 тона продукт на ден, отделят повече от 300 кг серен диоксид в атмосферата на всеки час. Въз основа на данните за равновесието на окислителната реакция, степента на превръщане може да се увеличи чрез понижаване на температурата в последните слоеве под 610 K или чрез увеличаване на налягането над 1,2 MPa. Възможността за понижаване на температурата е ограничена от активността на наличните катализатори, увеличаването на налягането усложнява инженеринга на процеса и затова тези методи все още не са получили промишлено приложение.

Ефективен начин за увеличаване на превръщането при обратима реакция е да се отстрани неговият продукт. Технологичната схема на този метод е показана на фиг. 13. На първия етап на окисляване се използва трислоен реактор 1. Концентрацията във входящия газ е 9,5-10,5%. Превръщането на изхода на реактора е 90-95%. Междинното усвояване включва олеум 2 и монохидрат 3 абсорбери. След тях газът съдържа само 0,6-1%. За да се загрее до реакционната температура (690-695 K), се използва топлообменник след втория слой на реактор 1. Реакторите от първия и втория етап на окисляване са структурно комбинирани в един корпус. Конверсията на остатъка е около 95%, общата конверсия е 99,6-99,8%. Нека сравним: ако няма междинна абсорбция, тогава степента на превръщане на останалите 1-0,6% в присъствието не би надвишила 50%. Малко количество от образуваното се абсорбира напълно във втория монохидрат абсорбер 3.

Както можете да видите, количеството на неконвертираните (и съответно емисиите в атмосферата) в системата DK / DA е намалено почти 10 пъти в сравнение със системата с единичен контакт. Но за това е необходимо да се увеличи повърхността на топлообменниците с 1,5-1,7 пъти.

Ориз. 13 Блок -схема на етапите на контакт и абсорбция в системата "двойно контактиране - двойно поглъщане"

I, III - първият и вторият етап на окисляване; II, IV - първата и втората водопоглъщащи системи; 1 - реактор (първият и вторият етап на окисляване, разположени в един и същ корпус, са показани отделно); 2 - олеум абсорбер; 3 - монохидрат абсорбер; 4 - дистанционни топлообменници на реактора; 5 - киселинни хладилници

6. Технология за производство на сярна киселина от мокри газове WSA и SNOX ™ - контрол на емисиите на серни и азотни оксиди

Развитието на технологията WSA на Topsoe за отстраняване на серни съединения от димните газове с производство на сярна киселина започва в края на 70 -те години. Технологията WSA се основава на огромния опит на Topsoe в индустрията на сярна киселина и непрекъснатата решимост да се движи все повече и повече в развитието на катализатора и процеса. Основните области на изследване са окисляването на SO2 върху катализатори със сярна киселина и процесът на киселинна кондензация.

6.1 Основни изследвания

Способността да се кондензират изпаренията на сярна киселина за получаване на концентрирана сярна киселина без отделяне на киселинна мъгла е уникална характеристика на технологията WSA, която е постигната въз основа на фундаментална експериментална и теоретична работа, извършена в Topsoe.

По време на охлаждането на парите на сярна киселина, съдържащи се в газовата фаза, едновременно възникват спонтанно хомогенно образуване на кондензационни центрове, хетерогенна кондензация и кондензация по стените. За разработването и усъвършенстването на WSA кондензатора лабораториите на Topsoe провеждат фундаментални изследвания на тези критични механизми за кондензация.

Фиг. 4. Технологията от стъклени тръби Topsoe се използва в WSA за кондензиране на изпаренията на сярна киселина

6.2 Разработване и оптимизиране на технологиите

Пилотните тестове и нивото на инсталацията, заедно с подробни симулации на WSA кондензатора, се използват за изследване на ефекта от конструкцията на кондензатора и условията на експлоатация върху работата на кондензатора с цел установяване на проектни критерии и контрол на процеса.

Друга приоритетна област на нашето техническо развитие е подобряването на технологията за стъклени тръби WSA и непрекъснатото подобряване на качеството на строителните материали. Последното предизвикателство изисква нашия опит в изпитването на материали за тежките условия на работа на инсталации със сярна киселина.

За да използваме напълно потенциала на технологията WSA, ние използваме иновативни методи при създаването на технологични схеми, като същевременно въвеждаме собствени изчислителни инструменти на Topsoe за оптимално решаване на различни индустриални проблеми. Един от двигателите на това развитие е нарастващият фокус върху консумацията на енергия и емисиите на CO2 по целия свят, което изисква максимално оползотворяване на топлината.

6.3 Технология SNOX ™

За отстраняване на серни и азотни оксиди от димните газове, Topsøe е разработила SNOX ™ технология, комбинираща WSA технология с SCR отстраняване на азотен оксид, за да осигури оптимална интеграция за електроенергията.

7. Производство на сяра по метода на Клаус

LLC "Premium Engineering" може да предложи четири основни метода на процеса на Клаус за производството на елементарна сяра от киселинните компоненти на природния газ и рафинерийните газове:

Директен поток (огнен)

Разклонен

Разклонен нагрят кисел газ и въздух

Директно окисляване

1. Процесът на Клаус с директен поток (пламенен метод) се използва с обемни фракции на сероводород в киселинни газове над 50% и въглеводороди по-малко от 2%. В този случай целият кисел газ се подава за изгаряне в реактор-пещ на термичен етап на инсталацията Claus, направена в една и съща сграда с котела за отпадъчна топлина. В пещта на реакторната пещ температурата достига 1100-1300 ° C, а добивът на сяра е до 70%. По-нататъшното превръщане на сероводорода в сяра се извършва на два или три етапа върху катализатори при температура 220-260 ° С. След всеки етап парите на образуваната сяра се кондензират в повърхностни кондензатори. Топлината, отделена при изгарянето на сероводорода и кондензацията на серни пари, се използва за производство на пара с високо и ниско налягане. Добивът на сяра в този процес достига 96-97%.

2. При ниска обемна фракция на сероводород в киселинни газове (30-50%) и обемна фракция на въглеводороди до 2%се използва разклонена схема на процеса на Клаус (една трета или две трети). В тази схема една трета от киселинния газ се изгаря за производство на серен диоксид, а две трети от киселинния газов поток влиза в каталитичния етап, заобикаляйки реакторната пещ. Сярата се получава в каталитичните етапи на процеса чрез взаимодействие на серен диоксид с сероводород, съдържащ се в останалата част (2/3) от първоначалния киселинен газ. Добивът на сяра е 94-95%.

3. При обемна част на сероводорода в кисел газ от 15-30%, когато се използва схемата, една трета до две трети от минимално допустимата температура в пещта на реакторната пещ (930 ° C) не е достигната, използвайте схема с предварително загряване на кисел газ или въздух.

4. С обемна фракция на сероводород в киселинен газ от 10-15%се използва схема за директно окисляване, при която няма високотемпературен стадий на газово окисляване (горене). Киселият газ се смесва със стехиометрично количество въздух и се подава директно към етапа на каталитична конверсия. Добивът на сяра достига 86%.

За да се постигне степента на възстановяване на сярата от 99.0-99.7%, се използват три групи методи за последваща обработка на отработените газове от процеса на Клаус:

· Процеси, основани на продължаване на реакцията на Клаус, т.е. при превръщането на H2S и SO2 в сяра върху твърд или течен катализатор.

· Процеси, базирани на редукция на всички серни съединения до сероводород с последващото му извличане.

· Процеси, базирани на окисляване на всички серни съединения до SO2 или до елементарна сяра с последващото им извличане.

Публикувано на Allbest.ru

Подобни документи

Свойства на серен диоксид, описание на ефекта на това съединение върху околната среда. Отстраняване на сяра в рафинериите. Пречистване на продуктите от горенето от серни оксиди. Избор и обосновка на метода, метода и апарата за пречистване и неутрализиране на емисиите.

курсова работа, добавена на 21.12.2011 г.


Разглеждане на проблема за ограничаване на емисиите на серен диоксид при производството на енергия. Изследване на методи за намаляване на съдържанието на сяра в горивото. Изследване на физико -химични методи за почистване на газове от серни оксиди. Намаляване на емисиите на оксиди в атмосферата.

резюме, добавено на 18.04.2015 г.


Анализ на Карачаганакското нефтено -газово кондензатно находище и неговото въздействие върху околната среда. Технология за пречистване на природен газ и преработка на киселинен газ с производство на сяра. Изчисляване на абсорбционната кула и обема на емисиите на вредни вещества в атмосферата.

дипломна работа, добавена на 09.07.2010 г.


Естествени източници на замърсяване на въздуха със серни съединения: вулканична активност, повърхността на океаните. Процесите на унищожаване на биосферата в резултат на промишлени дейности. Международният проблем на емисиите на замърсяващи съединения сяра и азот.

резюме, добавено на 28.04.2015 г.


Намаляване на замърсяването на атмосферата с газообразни компоненти. Отстраняване на сяра от течни и твърди горива. Газификация на въглища и серен мазут. Свързване на сяра при изгаряне на гориво в кипящ слой от варовикови частици. Пречистване на газове от азотни оксиди.

резюме, добавено на 26.08.2013 г.


Изчисляване на емисиите на азотни оксиди, серни оксиди, въглероден оксид и твърди замърсители. Организиране на санитарно -защитна зона. Разработване на мерки за намаляване на емисиите на замърсители в атмосферата. Определяне на графика за контрол на емисиите.

курсова работа, добавена на 05.02.2012 г.


Националното икономическо значение на производството на сярна киселина, видовете суровини за неговото производство. Характеристики на съвременното производство на страничен продукт от кокс и емисии в околната среда. Проблеми за опазване на атмосферния въздух и природната среда.

тест, добавен на 02.03.2011 г.


Методи и технологии за почистване на димните газове от серни оксиди. Класификация на методите за десулфуризация. Основните реакции, протичащи по време на редукцията на азотни оксиди в среда, съдържаща кислород. Изчисление на комина. Ролята на Протокола от Киото за руската икономика.

презентацията е добавена на 29.01.2014 г.


Изучаване на особеностите на технологичния процес, осигуряване на качеството на продуктите и услугите, сертифициране за екологични показатели. Стандартизация и контрол на качеството. Основи на използването на правни документи в областта на енергетиката и опазването на ресурсите.

практически доклад, добавен на 31.10.2014 г.


Организиране на мониторинг на замърсяването на атмосферния въздух. Физични свойства на серен диоксид, токсичният му ефект върху човешкото тяло. Анализ на въздушни проби, взети на станциите в Екатеринбург за съдържание на серен диоксид, оценка на ситуацията в града.

Този, който винаги мирише добре, мирише лошо.

Децим Магнус Авсоний. "Епиграми"

В суровия петрол могат да се открият различни видове примеси. По време на движението на петролни фракции през рафинерийни инсталации, тези замърсители могат да повлияят неблагоприятно на оборудването, катализаторите и качеството на крайните продукти. В допълнение, съдържанието на много примеси в петролните продукти е официално или неофициално ограничено.

Хидропречистването има важна функция за отстраняване на много примеси от различни нефтопродукти. Водородът е жизненоважен компонент в процеса на хидроочистване.

Хидропречистване

Петролните фракции, съдържащи въглеводороди С ^ и по -тежки, много вероятно съдържат органични серни съединения. Сярните атоми могат да бъдат прикрепени към въглеродни атоми в различни позиции на молекулите и следователно от химическа гледна точка сярата е включена във фракцията. Хидроочистването премахва серните атоми от въглеводородните молекули.

Понастоящем леките дестилати с директна дестилация, кипящи при температури под 350 ° C, се подлагат на хидрообработка, включително дестилати, изпратени на платформа, подобно на дестилатите от вторични суровини (каталитичен крекинг и коксуващи се газови масла), тежки газови масла, доставени за каталитичен крекинг, както и други продукти. - Прибл. изд.

Потокът от масло се смесва с поток от водород и се загрява до 260-425 ° C (500-800 ° F). След това сместа от масло и водород се изпраща в реактор, напълнен с катализатор под формата на таблетки (виж фиг. 15.1). За хидроочистване на петролни продукти от серни съединения обикновено се използва катализатор от кобалт-молибден или никел-молибден върху алуминиев носител. - Прибл. изд. В присъствието на катализатор протичат няколко химични реакции:

Водородът се комбинира със сяра, за да образува сероводород (H2S).

Някои азотни съединения се превръщат в амоняк.

Всички метали в маслото се отлагат върху катализатора.

Някои олефини и аромати са наситени с водород; освен това, нафтените се хидрокрекират до известна степен и се образуват някои метан, етан, пропан и бутани.

Потокът, напускащ реактора, се насочва към изпарител, където газообразните въглеводороди, както и малко количество амоняк, веднага се издигат нагоре. За да се отделят напълно всички тези леки продукти, на изхода на реактора е инсталирана малка дестилационна колона.

Значението на процеса на хидроочистване непрекъснато се увеличава поради две основни причини:

Отстраняването на сяра и метали от фракции, изпратени за по -нататъшна обработка, е важна защита за катализаторите за процеси на риформинг, крекинг и хидрокрекинг.

Съгласно законите за чистия въздух, допустимото съдържание на сяра в петролните продукти постоянно намалява, което изисква десулфуриране на дестилати и реактивни горива.

Хидрообработка на остатъчни нефтопродукти. Както при другите продукти, остатъчните горива трябва да отговарят на екологичните разпоредби. Така-

Му, макар и с известно закъснение, бяха създадени инсталации за тяхното десулфуриране. Въпреки че технологичните схеми на тези агрегати са подобни на тези на хидроочистители за леки краища, необходимото оборудване, както и получените продукти, са различни. Остатъчните нефтопродукти се характеризират с ниско съотношение водород / въглерод, поради което, въпреки наличието на излишък от водород, в реактора трябва да се поддържа високо налягане, за да се предотврати образуването на кокс. Оказва се, че уредбата за хидрообработка на остатъци трябва да бъде също толкова здрава, колкото и системата за хидрокрекинг, която е много скъпа.

Продуктът, напускащ остатъчния хидроочистител, съдържа по -голямо количество вода с ниска температура на кипене. Факт е, че от тези големи молекули от типа "триметил-пчелна пита" не можете просто да премахнете сярата, азота и металите, без да унищожите буквално цялата молекула. Ето защо се получават по -малки молекули.

Хидропречистващо реактивно гориво. Хидропречистването се използва за подобряване на изгарянето на дестилатни горива, особено на реактивни горива. Керосиновата фракция може да съдържа много ароматни въглеводороди, които се характеризират с високо съотношение въглерод / водород. При изгарянето на тези съединения може да се получи голямо количество дим поради липсата на водород. Между другото, един от стандартизираните показатели за реактивно гориво е максималната височина на пламък за непушачи.

Устройството за измерване на този индикатор прилича на керосинова лампа. Горивото се поставя в съд, оборудван с фитил, чиято дължина може да се променя и по този начин се регулира големината на пламъка. Височината на пламъка за непушачи се измерва като максималната дължина на фитила (в мм), при която се произвежда пламък за непушачи.

Хидропречистването подобрява керосина с ниска височина на пламъка за непушачи. По време на този процес бензолните пръстени в молекулите на ароматните въглеводороди се насищат с водород и по този начин се превръщат в нафтени, които вече не се пушат при изгаряне.

Хидропречистващ пиролизен бензин. С етилен се получава и пиролизен бензин от нафта или газьол (виж глава XVIII). Този продукт съдържа големи количества диени - това са ненаситени въглеводороди, в молекулите на които две двойки въглеродни атоми са свързани чрез двойни връзки. Пиролизният бензин само в малки дози е подходящ за приготвяне на моторни бензини. Мирише лошо, има особен цвят и образува дъвка в карбуратора.

По време на хидрообработката двойните връзки се насищат и повечето нежелани свойства се губят. Въпреки това, в резултат на насищане на ароматни пръстени, октановото число може леко да намалее.

Производство на водород

Тъй като съвременната нефтена рафинерия разполага с голям брой блокове за хидрокрекинг и хидропречистване, важно е те да бъдат снабдени с водород. - Прибл. изд.

Източникът на водород в рафинерията обикновено е каталитичен риформинг. Леката фракция на кипене от тази единица се характеризира с високо съотношение водород / метан; обикновено се деетанизира и депропанизира, за да се увеличи концентрацията на водород.

Понякога водородът от реформатора е недостатъчен, за да отговори на всички нужди на рафинерията, например, ако е в действие хидрокрекер. След това водородът се произвежда в метанен реформатор на пара, показан на фигура 15.2.

В търсенето на възможности за синтез на водород различни съединения с високо съдържание на водород се разглеждат като потенциални суровини, така че да се получат възможно най -малко отпадъци и да се губи възможно най -малко енергия. Двете съединения, които в крайна сметка избрахме, изглеждат достатъчно очевидни - метан (CH4) и вода (H20).

Задачата на процеса на преобразуване на метан с пара е да се извлече възможно най -много водород от тези съединения, като същевременно се изразходват толкова много

Ориз. 15.2. Преобразуване на метан с пара.

По -малко енергия (гориво). Този процес се осъществява на четири етапа с помощта на някои полезни катализатори.

Конверсия. Метан и пара (H20) се смесват и преминават върху катализатора при 800 ° C (1500 ° F), което води до образуване на въглероден окис и вода

Допълнително преобразуване. Не е доволна от водорода, който вече се е образувал, инсталацията изстисква всичко възможно от въглероден оксид. Към сместа се добавя допълнителна пара и се прекарва върху друг катализатор при 340 ° С.

Резултатът е въглероден диоксид и

Отделяне на газове. За да се получи поток с високо съдържание на водород, той се отделя от въглеродния диоксид, като се използва процес на екстракция с диетаноламин (DEA).

Метанация. Тъй като наличието на дори малки количества въглеродни оксиди във водороден поток може да бъде пагубно за някои приложения, на следващия етап от процеса тези примеси се превръщат в метан. Процесът протича върху катализатор при 420 ° C (800 ° F).

В някои случаи рафинериите нямат на разположение метан (природен газ) без сяра. В този случай вместо метан можете да използвате по -тежки въглеводороди, като пропан или нафта. Този процес изисква различно оборудване и различни катализатори. Освен това е по -малко енергийно ефективен, но все пак работи.

Производство на сяра

Хидропречистването създава поток от сероводород (H2S), смъртоносен газ, който трябва да се изхвърли по някакъв начин. Обичайният процес за неговото превръщане включва два етапа: първо трябва да отделите сероводорода от други газове и след това да го превърнете в елементарна сяра, която е безвредна.

Изолиране на H2S. До около 1970 г. сероводородът от рафинериите, заедно с други газообразни фракции, се използва главно като гориво в същата рафинерия. При изгаряне на сероводород в пещ се образува серен диоксид В.

В момента законите, регулиращи чистотата на въздуха, ограничават емисиите на това вещество до такава степен, че предотвратяват навлизането на основното количество сероводород в горивната система.

Сероводородът може да се отдели по няколко химични метода. Най -често се използва DEA екстракция. Смес от DEA и вода се изпомпва отгоре надолу през съд, напълнен с плочи или дюза. Газовата смес, съдържаща сероводород, идва от

Зу. По време на преминаването на потока DEA избирателно абсорбира H2S. След това DEA, наситен с сероводород, се фракционира до отделяне на H2S, който след това се изпраща в отделението за възстановяване на сярата и DEA се връща в процеса. Тази схема е аналогична на циркулацията на постно и маслено масло в процеса на деметанизация, описан в глава VII за инсталации за фракциониране на газ, с тази разлика, че DEA избирателно абсорбира сероводород и не абсорбира въглеводороди.

Получаване на сяра. Процесът за превръщане на H2S в обикновена сяра е разработен от германец с фамилното име още през 1885 г. Сега са създадени различни версии на този метод за различни съотношения на H2S към въглеводороди, но класическият двустепенен процес на разделен поток е използвани главно.

Изгаряне. Част от потока H2S се изгаря в пещ, което води до образуването на серен диоксид, вода и сяра. Сярата се получава поради факта, че кислородът, доставен в пещта, не е достатъчен за изгаряне на целия сероводород до S02, а само за изгаряне на една трета.

Реакция. Останалият сероводород се смесва с продуктите на горенето и преминава върху катализатора. H2S реагира с образуването на сяра:

Сярата се отстранява от реакционния съд под формата на стопилка. В повечето случаи се съхранява и транспортира разтопен, въпреки че някои компании изливат сярата във форми и я оставят да се втвърди. В тази форма сярата може да се съхранява толкова дълго, колкото искате.

В процеса на Клаус приблизително 90-93% от сероводорода се превръща в сяра. В зависимост от местната среда, оставащият сероводород, наречен опашен газ, понякога може да се изгори в горивната система на централата. с изключение

Освен това, отпадъчният газ може да се преработи, за да се отстрани по -голямата част от H2S, като се използват по -съвременни методи като процеса Sulfreen, процеса Stretford или SCOT (процес на Shell's Clauss).

УПРАЖНЕНИЯ

1. Определете кои от следните потоци са суровини, продукти или вътрешни потоци за хидроочистване, извличане на DEA, производство на сяра по Clauss и реформиране на метан с пара.

Основните схеми на технологичния процес на инсталациите на Claus включват, като правило, три различни етапа: термичен, каталитичен и догаряне. Каталитичният етап от своя страна също може да бъде разделен на няколко етапа, различни по температура. Етапът на изгаряне може да бъде термичен или каталитичен. Всеки от сходните етапи на инсталациите на Клаус, въпреки че имат общи технологични функции, се различават помежду си както в дизайна на апарата, така и в тръбопроводите на комуникациите. Основният индикатор, който определя оформлението и режима на агрегатите на Клаус, е съставът на киселинните газове, доставени за преработка. Киселият газ, постъпващ в пещите на Клаус, трябва да съдържа възможно най -малко въглеводороди. По време на горенето въглеводородите образуват смоли и сажди, които при смесване с елементарна сяра намаляват качеството му. В допълнение, тези вещества, като се отлагат върху повърхността на катализатора, намаляват тяхната активност. Ефективността на процеса на Клаус е особено отрицателно повлияна от ароматните въглеводороди.

Съдържанието на вода в киселинните газове зависи от режима на кондензация на горния продукт на регенератора на пречиствателната станция за газ. Киселинните газове, в допълнение към равновесната влага, съответстваща на налягането и температурата в кондензационната единица, могат също да съдържат метанолови пари и капчица влага. За да се предотврати проникването на капка течност в реакторите на агрегатите за производство на сяра, киселите газове се подлагат на предварително отделяне.

Цената на сярата, произведена в заводите на Клаус, зависи преди всичко от концентрацията на H 2 S в киселинния газ.

Специфичните капиталови инвестиции в завода Claus се увеличават пропорционално на намаляването на съдържанието на H 2 S в киселия газ. Разходите за третиране на киселинен газ, съдържащ 50% H 2 S, са с 25% по -високи от разходите за третиране на газ, съдържащ 90% H 2 S.

Преди да бъде подаден в горивната камера на термичния етап, газът преминава през входящия сепаратор С-1, където се отделя от изпускащата се течност. За да се контролира концентрацията на H 2 S в кисел газ, на изхода на сепаратора C-1 е инсталиран вграден газоанализатор.

За да се гарантира изгарянето на киселинния газ, атмосферният въздух се издухва в горивната камера с помощта на вентилатор, който предварително преминава през филтъра и нагревателя. Нагряването на въздуха се извършва, за да се елиминира импулсивното изгаряне на киселинния газ и да се предотврати корозия на тръбопровода, тъй като по време на горенето на H 2 S е възможно образуването на SO 3, който при ниски температури в присъствието на водни пари може да образува сярна киселина.

Въздушният поток се регулира в зависимост от количеството киселинен газ и съотношението H 2 S: SO 2 в газа на изхода на котела за отпадъчна топлина KU.

Горивните газове от реакционната пещ (CR) преминават през тръбния сноп на котела за отпадъчна топлина, където се охлаждат до 500 ° C. В този случай има частична кондензация на сяра. Получената сяра се изхвърля от апарата през серумния капан. Поради частичното отстраняване на реакционната топлина от водата, в котела се получава пара под високо налягане (P = 2,1 MPa).

След котела реакционните газове влизат в реактора на каталитичния конвертор R-1, където се хидролизира въглеродният дисулфид и въглеродният сулфид.

Поради екзотермичността на реакциите, протичащи в конвертора, температурата на повърхността на катализатора се повишава с около 30-60 ° C. Това предотвратява образуването на течна утайка от сяра, която, падайки върху повърхността на катализатора, би намалила неговата активност. Такъв температурен режим в преобразувателя едновременно осигурява разграждането на продуктите на страничните реакции - COS и CS 2.

Основната част от газа (около 90%) от реактора влиза за охлаждане в тръбното пространство на кондензатора X-1 и след това отива в реактора R-2. Отстраняването на топлина в кондензатора X-1 се извършва поради изпаряването на водата в пръстеновидното му пространство за получаване на пара с ниско налягане (P = 0,4 MPa). Когато газовете се охлаждат в X-1, се получава кондензация на сяра. Течната сяра се изхвърля през сивата порта към устройството за дегазиране.

Някои от реакционните газове (около 10%), заобикаляйки кондензатора X-1, се смесват с по-студени газове, излизащи от същия кондензатор. Температурата на сместа преди влизане в реактора R-1 е около 225 ° C.

За да се контролира температурата в реактори R-1, R-2, R-3 (през периода на стартиране и в случай на запалване на сяра), към тях се подават пара и азот с ниско налягане.

По време на нормална работа температурата на газовете на изхода на X-2 и P-1 е съответно 191 и 312 ° C.

Отстраняването на топлина в апарата X-2 се извършва поради изпаряването на водата в пръстеновидното му пространство за получаване на пара с ниско налягане.

Отпадъчните газове от реактора R-2 се подават към третия кондензатор X-3 за охлаждане, откъдето се подават за последваща обработка при температура 130 ° C.

За да се контролира концентрацията на H 2 S и SO 2 в отработените газове, на изхода на X-3 са инсталирани редови газови анализатори.

За да се предотврати пренасянето на течна сяра с отработени газове, в техните линии е инсталиран коалесцентър.

За да се предотврати втвърдяването на сярата в коалесктора, се осигурява периодично подаване на водни пари.

Потоците течна сяра, изтеглени от кондензаторите, съдържат 0,02-0,03% (тегл.) Сероводород. След дегазиране на сярата, концентрацията на H 2 S в нея намалява до 0,0001%.

Дегазирането на сяра се извършва в специален блок - серна яма. Това осигурява нормални условия за съхранение, зареждане и съхранение на газова сяра.

Основното количество (~ 98%) от киселинния газ се подава към реактора-генератор, който е газов тръбен котел. Технологичният газ - продукти от горенето - преминава последователно през тръбната част на котела и кондензатор -генератора, където се охлажда съответно до 350 и 185 ° C.

В същото време поради отделяната топлина в тези устройства се образуват водни пари с налягане съответно 2,2 и 0,48 МРа.

Степента на превръщане на H2S в сяра в реактор-генератора е 58-63%. По -нататъшното превръщане на серните съединения в елементарна сяра се извършва в каталитични конвертори.

Таблица 1.1 - Състави на потоците от растението Клаус,% (обем):

Таблица 1.2 - Продължителност на престояване (f S) на технологичния газ в апаратите при различни дебити на киселинния газ G:

Таблица 1.1 и 1.2 показват резултатите от проучване на инсталацията.

Степента на превръщане на H2S в сяра в пещта на реактора-генератор е 58-63.8, в първия и втория конвертор съответно 64-74 и 43%. След последния етап на кондензация на сяра, технологичните газове влизат в доизгарянето.

С дебит на газ от 43-61 хил. М3 / ч, доизгарянето осигурява почти пълно окисляване на H 2 S до SO 2. При дълъг престой на газа в пещта не се осигурява пълното превръщане на H 2 S в SO 2: на изхода на пещта концентрацията на H 2 S в газа е 0,018-0,033%.

Основните показатели за газова сяра трябва да отговарят на изискванията на ГОСТ 126-76.

Понастоящем са разработени десетки модифицирани версии на инсталациите на Claus. Обхватът на тези схеми зависи както от съдържанието на сероводород в киселинните газове, така и от наличието на различни примеси в тях, които оказват негативно влияние върху работата на агрегатите за производство на сяра.

За газове с ниско съдържание на сяра (от 5 до 20%) бяха анализирани четири варианта на подобрени растения от Клаус.

Първият вариант предвижда подаване на кислород към горивната камера (CC) на пещта вместо въздух съгласно стандартната схема. За да се получат стабилни изгаряния, когато съдържанието на H2S в захранващия газ намалява, в горивната камера се вкарва поток от кисел газ, заобикаляйки горелките. Струите на потоците осигуряват добро смесване на горивните газове с подавания в системата газ, заобикаляйки горелките. Размерите на пещта и дебитът се избират, за да осигурят достатъчно време за контакт за взаимодействие между компонентите на двата газови потока. След горивната камера по -нататъшното протичане на процеса е подобно на конвенционалния процес на Клаус.

Във втория вариант захранващият газ се нагрява преди да бъде подаден за изгаряне поради частично възстановяване на топлината на газовия поток, напускащ горивната камера. Ако подгряването е недостатъчно за постигане на необходимата температура в горивната камера, горивният газ се подава в горивната камера.

Третият вариант включва изгарянето на сяра. Част от потока захранващ газ се подава в горивната камера, предварително смесена с въздух. Остатъкът от киселинния газ се вкарва в горивната камера в отделни струи през байпасни линии. За поддържане на необходимата температура и стабилизиране на процеса в горивната камера, получената течна сяра се изгаря допълнително в специална горелка, монтирана в горивната камера.

В случай на недостатъчна топлина в системата, необходимото количество горивен газ се подава към компресорната станция.

В четвъртата версия, за разлика от предишните версии, процесът не изисква горивна камера: киселинният газ се нагрява в пещта, след което се подава към преобразувателя. Серен диоксид, необходим за каталитичното превръщане, се произвежда в серна горелка, където се подава въздух за подпомагане на процеса на горене. Серен диоксид от горелката преминава през котела за отработена топлина, след това се смесва с нагрят киселинен газ и влиза в катализатора.

Анализът на тези таблици ни позволява да направим следните изводи:

• - използването на процес с предварително загряване на захранващия газ е за предпочитане, когато цената на кислорода е висока;
• - използването на кислородния процес е от полза, когато цената на кислорода е по -малка от 0,1 степени 1 m 3.

В същото време относително ниските концентрации на H2S в кисел газ също влияят благоприятно върху цената на сярата;

• - по отношение на цената на сярата, най -доброто представяне се постига чрез каталитичния процес с производството на серен диоксид от сяра;
• - най -скъп е процесът с изгарянето на сяра. Този процес може да се приложи при липса на въглеводороди в захранващия газ, тъй като присъствието на въглеводороди в газа причинява образуването и отлагането на въглерод и катран върху катализатора и намалява качеството на сярата.

Фигура 1.4 - Влияние на цената на кислорода y върху цената на сярата CS при различни концентрации на H2S в газа:

Таблица 1.3 - Средни показатели за възможности за преработка на газ с ниско съдържание на сяра в блока на Клаус:

Съществува възможност за подобряване на процеса на Клаус поради двустепенното превръщане на H 2 S в елементарна сяра: част от газа се подава в реактора по обичайната схема, а другата част, заобикаляйки реакционната пещ, е се подава към втория етап на преобразуване.

Съгласно тази схема е възможно да се обработват киселинни газове с концентрация на сероводород по -малка от 50% (об.). Колкото по -ниско е съдържанието на H 2 S във фуража, по -голямата част от него, заобикаляйки реакционната камера, се подава към стадия на конвертора.

Не бива обаче да се увличате от заобикалянето на големи количества газ. Колкото по -голямо е количеството байпасен газ, толкова по -висока е температурата в конвертора, което води до увеличаване на количеството азотни оксиди и три - серен оксид в продуктите на горенето. Последният при хидролиза образува сярна киселина, която намалява активността на катализатора поради неговото сулфатиране. Количеството азотен оксид и SO3 в газовете се увеличава особено при температури над 1350 ° C. ВНИИГАЗ също е разработил технология за производство на полимерна сяра. Полимерната сяра се различава от конвенционалните модификации на сярата с високото си молекулно тегло. Освен това, за разлика от обикновената сяра, тя не се разтваря във въглероден дисулфид. Последното свойство служи като основа за определяне на състава на полимерната сяра, чиито изисквания за качество са дадени в таблица 1.4. Полимерната сяра се използва главно в индустрията за гуми.

От официалните регистри на Министерството на енергетиката на Руската федерация е известно, че днес у нас се строят няколко рафинерии за петрол. Според данните огромен брой рафинерии все още са на етап официално проектиране Отдел енергиен регистър.

Общата сума ще бъде покрита от поръчката 18 региона на Русия, а в някои региони дори няколко рафинерии.
Основният брой нови рафинерии ще бъдат разположени в района на Кемерово:

• LLC "Itatsky Oil Rafinery"
• LLC "Рафинерия за петрол" Северни Кузбас "
• LLC "Анжерска нефтена и газова компания"

Роснефтизгражда завод, наречен Източен нефтохимически комплексс капацитет 30 милиона тона.

Рафинериите в процес на изграждане и проектиране на различни етапи на готовност

Между другото, прочетете и тази статия:

Ще се интересувате от:

Нефтените рафинерии в Русия Производство на пътен битум в съответствие с изискванията на новия междудържавен стандарт Изграждането на нов комплекс за преработка на петролни остатъци в рафинерията в Нижни Новгород ще струва 90 милиарда рубли

Сярата е неизбежен страничен продукт от преработката на въглеводороди, който може да донесе както печалба, така и проблеми поради екологичната си несигурност. В нефтената рафинерия в Москва тези проблеми бяха решени чрез модернизиране на производствения блок за сяра, което имаше положително въздействие върху икономическия компонент на процеса.

Сярата е често срещан химичен елемент и се намира в много минерали, включително нефт и природен газ. При преработката на въглеводороди сярата се превръща в страничен продукт, който трябва по някакъв начин да се изхвърли и в идеалния случай да стане източник на допълнителна печалба. Усложняващ фактор е неекологичният характер на това вещество, което изисква специални условия за неговото съхранение и транспортиране.

В световен мащаб обемите на сяра, произведени при преработката на нефт и газ, са приблизително равни и общо съставляват около 65%. Почти 30% повече идват от отпадъчни газове от цветна металургия. Малкият оставащ дял е директното разработване на серни находища и извличането на пирити *. През 2014 г. светът произвежда 56 милиона тона сяра, докато експертите прогнозират увеличение на този показател до 2017-2018 г. поради въвеждането в експлоатация на нови големи газови находища в Централна Азия и Близкия изток.

Руският пазар на сяра може да се счита за значително монополизиран: приблизително 85% от суровините се доставят от газопреработвателните предприятия на Газпром. Останалият дял е разделен между Норилски никел и рафинирането на петрол. Според Росстат през 2015 г. Русия е произвела около 6 милиона тона сяра, което позволява на страната да заеме една десета от световния пазар. Вътрешният пазар е в излишък: руските потребители (и това са предимно производители на торове) ежегодно купуват около 2-3 милиона тона сяра, останалата част се изнася. В същото време потребителският пазар също може да се счита за монопол: около 80% от цялата течна сяра, произведена в Русия, се закупува от предприятията от групата PhosAgro, други 13% се изпращат към друг производител на минерални торове - EuroChem. Изнася се само гранулирана и еднократна сяра (вижте раздела за видовете сяра).

Видове търговска сяра

Простата сяра е светложълто прахообразно вещество. В природата сярата може да се среща както в естествената си кристална форма, така и в различни съединения, включително в природен газ и нефт. В момента се произвеждат основно три форми на сяра - бучка, течност и гранули. Когато серата се отдели от газовете, се получава течна (или разтопена) сяра. Съхранява се и се транспортира в отопляеми резервоари. За потребителя транспортирането на течна сяра е по -изгодно от топенето й на място. Предимствата на течната сяра са липсата на загуби по време на транспортиране и съхранение и висока чистота. Недостатъци - опасност от пожар, отпадъци от отоплителни резервоари.

При охлаждане на течна сяра се получава бучка сяра. Именно тя до началото на 70 -те години се произвеждаше главно в СССР. Сред недостатъците на груповата сяра: ниско качество, загуби на прах и стружки по време на разхлабване и товарене, опасност от пожар, ниска екологичност.

Гранулирана сяра се получава директно от течна сяра. Различните методи за гранулиране се свеждат до разделяне на течността на отделни капчици, последвано от тяхното охлаждане и капсулиране.

Очевидно е, че големите потребители се интересуват от доставчик, който може напълно да отговори на тяхното търсене. „В тази ситуация малките производители по правило търсят купувачи сред съседни предприятия - това им позволява да спестят от логистиката и по този начин да увеличат интереса към продукта“, обясни Захар Бондаренко, ръководител на отдела за нефтохимия и пропан -бутан на „Газпром нефт“ . "Понякога сярата, като страничен продукт от производството, се продава почти безвъзмездно, само за да се отървете от суровините, които са опасни за съхранение."

Избирайки стратегията си за оползотворяване на сероводорода, Московската нефтена рафинерия разчита на екологията, но успява да вземе предвид и финансовите интереси.

Без мирис и прах

Реконструкцията на производството на сяра в Московската рафинерия стана част от цялостен проект за модернизация на производството, насочен към подобряване на екологичните показатели на завода. През 2014 г. Московската рафинерия премина към производството на гранулирана сяра, модерен продукт, отговарящ на най -строгите екологични изисквания. Като част от реконструкцията е обновено оборудването на завода, изградени са гранулиращ блок и блок за последваща обработка на отработени газове.

Значителни количества сероводородни (кисели) газове в рафинериите се получават в резултат на процеса на каталитичен крекинг, както и хидрообработката на бензин и дизелово гориво от сяра, първоначално съдържаща се в нефт. Днес този проблем е особено належащ: петролът става все по -сярен, а екологичните стандарти за горива силно ограничават съдържанието на този елемент. Екологичният клас "Евро-5", който отговаря на всички бензини, произвеждани в Московската рафинерия, предполага петкратно намаляване на съдържанието на сяра в горивото в сравнение с "Евро-4", от 50 на 10 mg / kg.

Юрий Ерохин,
Ръководител на отдела за защита на труда, индустриална безопасност и опазване на околната среда на Московската нефтена рафинерия

За нефтопреработвателната промишленост единица за производство на сяра е преди всичко въздушно екраниращо съоръжение, което позволява да се използва сероводород, без да се навреди на околната среда. След въвеждането на съвременни технологии в Московската рафинерия успяхме напълно да премахнем емисиите на сероводород в атмосферата. Това не е неоснователно твърдение. Нулевите емисии се потвърждават и от инструментален контрол, който редовно извършваме в съответствие със законодателството от независима акредитирана лаборатория. Всъщност реконструкцията на производствения блок за сяра е намалила обема на емисиите в Московската рафинерия с 50%. Това е значително постижение не само за завода, но и за екологията на целия регион. В същото време, като преминахме към производството на гранулирана сяра и се отдалечихме от производството на еднократна сяра, успяхме да подобрим екологичната ситуация директно на територията на завода.

В инсталацията за производство на сяра сероводородът първо се окислява до серен диоксид, който след това, когато реагира със същия сероводород в присъствието на катализатор, се превръща в елементарна сяра (процес на Клаус). Въпреки това, за да се използва напълно сероводорода, е необходимо не само да се прокарат киселинни газове през устройството, но и да се извърши последващо допълнително пречистване. „По време на модернизацията на блока сме сменили 90% от оборудването“, каза Владимир Суворкин, ръководител на блока за извличане на сяра. „Но един от основните етапи на проекта беше изграждането на блок за последваща обработка на отпадъчни газове. Новият блок за последваща обработка позволява минимизиране на емисиите на серен диоксид и връщане на целия сероводород към технологичния процес. Така успяхме да увеличим извличането на сяра с повече от 20% - сега тя достига 90%. В същото време емисиите на сероводород са напълно изключени. "

Друг важен екологичен аспект е изхвърлянето на бучка сяра, насипен материал, чието съхранение е неизбежно свързано с образуването на голямо количество вреден прах. Първоначално заводът произвежда течна сяра, която може да се продава или в течна форма, или да се охлажда и превръща в бучки, или в гранули. „Старият завод имаше две серни ями с обем от 50 тона всяка за съхранение на течна сяра“, каза Владимир Суворкин. - Когато нямаше пратка на течна сяра, беше необходимо да се изпомпва сярата в склада в железопътни или цистерни и да се съхранява в кристализирана бучка. С въвеждането в експлоатация на нов блок (сярна яма) с обем 950 тона, ние се отървахме от този проблем ”. Част от течната сяра сега се продава на едно от предприятията, разположени в Московска област, останалата част се изпраща в гранулиращия завод.

Структура на потребление на сяра в РФ

Стокова структура на производството на сяра в Руската федерация
през 2009-2015 г.,%

Източник: "Infomine"

Структура на пазара на сяра в Руската федерация,
милиона тона

За разлика от производството на бучка сяра, по време на гранулирането прахът и миризмата практически не се образуват. Всяка гранула е полусфера с размер от 2 до 5 mm и е в полимерна обвивка, която предотвратява разтварянето й. На изхода от конвейера готовите продукти се опаковат в модерни опаковки - запечатани големи торби. Такава опаковка напълно изключва контакта на сярата с околната среда.

Транспортна възел

Разбира се, гранулирането на сяра е доста сложен и скъп процес, който значително увеличава цената на продукта. Gazprom Neft би могло да избегне разходите за въвеждане в експлоатация на допълнително оборудване, при условие че цялата произведена течна сяра е продадена на пазара. На това обаче не може да се разчита. Основният проблем на руския пазар за този продукт днес е недостигът на резервоари, свързан с новите технически регламенти, задължаващи собствениците на подвижния състав или да модернизират остарелия подвижен състав, или да го изведат от експлоатация. Собствениците на цистерни предпочитат втория вариант, докато никой не бърза да инвестира в производството на нови резервоари. „В мащаба на вътрешния пазар на сяра MNPZ е малък производител, така че компанията няма смисъл да харчи пари за разширяване на собствения си танков парк“, каза Захар Бондаренко. „Оказа се много по -изгодно да се гранулират нереализирани течни остатъци от сяра и да се продават на чужди пазари, където винаги можете да намерите купувач, дори и за малки обеми.“

Уред за възстановяване на сяра

Модернизираното звено за производство на сяра в Московската рафинерия включва два блока за извличане на сяра, всеки от които е реконструиран. Дълбочината на извличане на сяра в тези блокове достига 96,6%. Устройството е оборудвано и с единица за последваща обработка на отработени газове, което в крайна сметка дава възможност да се възстанови 99,9% сяра. Новият агрегат за разтоварване на сяра може едновременно да съхранява до 950 тона течна сяра, което напълно елиминира необходимостта от производство и съхранение на еднократна сяра. Освен това беше пусната в експлоатация инсталация за гранулиране на сяра. Проектният капацитет на блока за течна дегазирана сяра, като се вземе предвид работата на инсталацията за пречистване на отпадъчни газове, е 94 хиляди тона годишно, а проектният капацитет на единицата за гранулиране на течна сяра е 84 хиляди тона годишно, което изцяло покрива съществуващите нужди на предприятието за оползотворяване на газове, съдържащи сероводород.

Ако за руските потребители гранулираната сяра се окаже твърде скъп продукт, който също изисква допълнително оборудване за обработка, тогава търсенето на гранулирана сяра на външните пазари е постоянно високо. Днес гранулирана сяра от Московската рафинерия се доставя в повече от дузина страни, включително Латинска Америка, Африка и Югоизточна Азия. „В момента гранулираната сяра на световния пазар постепенно замества другите си търговски форми поради по -високото си качество (липса на примеси и замърсители) и лекотата на транспортиране“, обясни Олга Волошина, ръководител на отдела за пазари на химически продукти на изследването Infomine група. „В същото време вътрешният пазар традиционно използва предимно течна сяра. В близко бъдеще тази ситуация е малко вероятно да се промени, тъй като за да се премине производството към използване на гранулирана сяра вместо течна сяра, е необходимо тяхното преоборудване, включително създаване на мощности за топене на сяра. Това ще изисква допълнителни разходи, които малко хора ще похарчат в условията на икономическата криза ”.

Перспективи и възможности

Въпреки настоящото търсене на сяра на външните пазари, експертите са много предпазливи при прогнозирането на развитието на тази област. Световният пазар е силно зависим от най -големите вносители, преди всичко Китай, които са внесли около 10 милиона тона сяра през 2015 г. Развитието на собственото производство обаче постепенно намалява интереса на китайците към вноса. Ситуацията с други значими играчи също е нестабилна. В тази връзка няколко години подред Газпром като най -големият износител говори за необходимостта да се търсят алтернативни пазари за продажби на сяра в страната. Такъв пазар би могъл да бъде сферата на пътното строителство, при условие че активно се въвеждат нови материали - сярен асфалт и серен бетон. Сравнителните проучвания на тези материали показват редица от техните предимства, по -специално екологичната безопасност, устойчивостта на износване, топлоустойчивостта, устойчивостта на напукване и устойчивостта на коловози. „Въпреки създаването на пилотни партиди тротоарни плочи от серен бетон, както и покриването на пътните участъци със сив асфалт, масовото промишлено производство на тези строителни материали все още не е установено“, заяви Олга Волошина. - Разработчиците обясняват това с липсата на нормативна и техническа база, която регламентира изискванията за този вид материали, както и за технологиите за изграждане на пътни настилки.

Досега Газпром работи по дългосрочна целева програма за създаване и развитие на подсектор от индустрията на строителни и пътно-строителни материали на базата на сярно свързващо вещество в Руската федерация. По едно време компанията говори за целесъобразността на локализирането на производството на такива материали в региони с високо ниво на пътно строителство и наличието на суровини. Тогава Московската рафинерия е посочена като потенциална суровина и производствена база. Вярно е, че в „Газпром нефта“ все още няма такива проекти.