УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ

Полезная модель относится к установкам для процессов переработки сероводородсодержащих газов с получением элементарной серы и может применяться при утилизации сероводорода путем его газофазного окисления.
Известна установка получения элементарной серы в процессе переработки сероводородсодержащих газов, которая состоит из вертикального цилиндрического реактора с псевдоожиженным слоем катализатора, конденсатора серы и фильтров для улавливания мелкодисперсной серы, в реакторе проводится газофазное окисления сероводорода кислородом на твердых катализаторах, полученная сера отделяется из газовой фазы в кондесаторе при снижении температуры, мелкодисперсная сера удаляется на механическом фильтре с последующим сбросом оставшейся газовой фазы (Исмагилов Ф.Р. Способ утилизации сероводорода в кипящем слое катализатора. Ж. «Газовая промышленность», 1993 г., 1, стр. 23-24). Недостатками описанной установки являются потери целевого продукта на фильтрах и энергетические потери из-за повышения гидравлического сопротивления на фильтрах при их забивании мелкодиспергированной серой, что в конечном счете приводит к остановке функционирования установки.
Наиболее близкой по технической сущности является установка получения элементарной серы газофазным окислением сероводорода кислородом, описанная в патенте №RU 2316469, C01B 17/04, 10.02.2008. которая включает реактор с псевдоожиженным слоем катализатора, отделение серы из продуктов реакции осуществляют в серосборнике, расположенным в верхней части реактора, путем их барботирования сквозь слой жидкой серы при поддержании в заданных пределах барботажного уровня и температуры, равной температуре продуктов реакции, последующего отвода серы из зоны "под барботажным слоем", сброса парогазовой смеси и улавливание капель серы размером более 1000 мкм из зоны "над барботажным слоем". Перед запуском реактора в серосборник заливают до заданного уровня барботажного слоя этиленгликоль-буферную жидкость, лиофобную к жидкой сере, инертную к продуктам реакции, имеющую удельный вес, меньший удельного веса серы, барботируют сквозь нее сначала нагретый воздух до достижения температуры в пределах 127-158°C, а затем продукты реакции до тех пор, пока оседающая жидкая сера не вытеснит из серосборника буферную жидкость, которую отводят по мере ее замещения. Способ обеспечивает высокую эффективность при стабильных характеристиках исходного газового потока (расход, содержание сероводорода).
Предложенный в известном способе метод раздельной подачи очищаемого сероводородсодержащего газа и кислородсодержащего газа (воздуха) не обеспечивает эффективного смешения из-за разности давления потоков, особенно в начальный период запуска установки, что приводит к отсутствию состояния псевдоожижения, неконтролируемому разогреву слоя катализатора, снижению эффективности очистки, перегреву катализатора. При выходе установки в стационарный режим часть слоя катализатора (до 20%), работает как смесительное устройство. Кроме того, гликоли, используемые в качестве буферной жидкости, при постепенном выносе из барботажного отсека загрязняют получаемую серу, исключая получение продукта, регламентируемого ГОСТ 127.1-93, и при изменении параметров исходного потока происходит унос капельной серы с отходящими газами.
Полезная модель решает задачу непрерывной эффективной очистки газовых потоков от сероводорода с утилизацией элементарной серы
Технический результат - экологическая надежность установки.
Задача решается следующей конструкцией установки. Предложена установка для процессов переработки сероводородсодержащих газов с переменным расходом и составом от сероводорода с получением элементарной серы, содержащая эжекторное устройство, реактор прямого окисления сероводорода, представляющий из себя цилиндрический аппарат, в нижней части которого расположена газораспределительная решетка, на которой размещается гранулированный сферический катализатор, над решеткой в слое катализатора расположен теплообменник для отвода тепла экзотермической реакции окисления сероводорода, кондерсатор серы, барботер, заполненный жидкой серой
Эжекторное устройство рассчитывается таким образам, чтобы обеспечивалось стехиометрическое соотношение кислород/сероводород по реакции 1
Предлагаемый вариант смешение и подачи реакционных потоков предполагает полное смешение и гомогенизацию смеси и обеспечивает степень использования катализатора в плане реализации целевого процесса близкую к 100%.
Барботежное устройство (Б-1) рассчитывается из расчета соотношения свободных площадей сечения барботежного устройства/площадь сечения реактора -Р-1
(ρ)
где:
Б-1
S = площадь сечения барботежного устройства
P-1
S = площадь сечения реактора
Исследования процесса окисления сероводорода проводят на опытно-промышленной установке, схема которой приведена на Фиг. 1, где: эжектор - 1-, каталитический реактор - 2, конденсатор серы - 3,. барботер, заполненный жидкой серой, - 4.
Установка для процессов переработки сероводородсодержащих газов содержит реактор окисления сероводорода кислородом с катализатором получением элементарной серы - 2, эжектор для эжектирования сероводородсодержащего газа потоком кислородсодержащего газа (воздуха) 1, конденсатор охлаждения отходящих газов - 3, серозатвор для отвода серы (на Фиг. 1 не показан) для предотвращения попадания газа в емкость хранения серы, последовательный барботер - 4, заполненный жидкой серой, где происходит «тонкое» улавливание мелкодисперсных частиц серы.
Основным элементом технологической схемы является каталитический реактор прямого окисления сероводорода 2 представляющий из себя цилиндрический аппарат, в нижней части которого расположена газораспределительной решетка, на которой размещается гранулированный сферический катализатор. Над решеткой в слое катализатора может быть установлен теплообменник для отвода тепла экзотермической реакции окисления сероводорода (на Фиг. 1 не показан). Габариты рабочей зоны реактора выбираются таким образом, чтобы обеспечить режим устойчивого псевдоожижения гранул катализатора при заданном расходе газовоздушной смеси.
В реактор под газораспределительную решетку подается гомогенизированная смесь, содержащая сероводородсодержащий газ и воздух в стехиометрическом соотношении по реакции (1). Смешение и гомогенизация газовых потоков кислого газа и воздуха происходит в эжекторе 1.
В реакторе 2 при контакте газовоздушной смеси с гранулами катализатора при температуре 280÷320°C происходит реакция селективного окисления сероводорода
Продукты реакции (пары элементарной серы и воды) и компоненты исходной газовой смеси в верхнюю часть реактора 2 и поступают в конденсатор серы 3.
Газ, из которого выделено основное количество серы, поступает в барботер 4, заполненный жидкой серой, где происходит «тонкое» улавливание мелкодисперсных частиц серы.
Температура рабочей (каталитической) зоны контролируется термодатчиками T1, T2, T3 (на Фиг. 1 не показаны), установленными по высоте рабочей (каталитической) зоны.
Анализ исходного газового сырья и газовых продуктов очистки проводят методом газовой хроматографии в аккредитованной испытательной лаборатории сырья и газопереработки ЦНИПР ОАО «ТАТНЕФТЬ».
Анализ качества полученной серы проводят в аккредитованной испытательной лаборатории сырья и газопереработки ЦНИПР ОАО «ТАТНЕФТЬ».
Анализ содержания серы в отходящих газах проводят весовым методом.
Работа предлагаемой полезной модели иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
2
2
В реактор прямого окисления со свободным живым сечением 0,147 м опытно-промышленной установки для процессов переработки сероводородсодержащих газов подают предварительно подогретый воздух, при достижения температуры нижней зоны (датчик T1) 180-200°C включается система съема тепла, задействуется эжекторное устройство, обеспечивающее подачу газа регенерации установки аминовой очистки и смешение его с необходимым расходом воздуха. Заданная температура процесса автоматически поддерживается путем вариации подачи теплоснимающего агента. Парогазовая смесь после реактора последовательно поступает в конденсатор серы и барботер, свободное живое сечение которого составляет 0,94 м
Примеры 1-5 аналогичны примеру 1, отличаются расходом газа и концентрацией сероводорода.
Результаты пробега приведены в таблице 1.
Для иллюстрации заявляемого способа-прототипа приводим примеры его осуществления.
Исследования процесса окисления сероводорода по способу-прототипу проводили на опытной установке, Фиг. 2. описанной в патенте № RU 2316469, C01B 17/04, 10.02.2008, где: каталитический реактор - 1., барботер, совмещенный с реактором, - 2.
Сравнительные результаты пробега приведены в таблице 2.