УСТАНОВКА ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ

Полезная модель относится к установкам получения элементарной серы из сероводорода и газа, содержащего сернистые соединения и углеводороды, и может быть использована на газоперерабатывающих предприятиях.
Известна установка получения серы из сероводорода и газа, содержащего сернистые соединения и углеводороды, включающая сепаратор, печь реакции, печи подогрева реакционной смеси, конверторы, конденсаторы-коагуляторы. Причем сепаратор этой установки соединен с входом печи реакции, выход которой через конденсатор-коагулятор соединен с входом первой печи подогрева реакционной смеси, а выход последней соединен с входом первого конвертора, соединенного посредством второго конденсатора-коагулятора с входом второй печи подогрева реакционной смеси, соединенной со вторым конвертором и конденсатором-коагулятором. Входы печей подогрева реакционной смеси соединены с источником подачи газа, содержащего сернистые соединения и углеводороды, что позволяет совместить утилизацию эфлюентов и подогрев реакционной смеси в одной печи. [Авторское свидетельство СССР №1011506, МПК С01В 17/04, опубл. 15.04.83].
Недостатком известной установки является низкая эффективность каталитической конверсии сероводорода и снижение выхода целевого продукта - серы.
Наиболее близкой к заявляемой по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является применяемая на газоперерабатывающем заводе ООО «Газпром добыча Оренбург» установка получения серы методом «Клауса» [Николаев В.В., Бусыгина Н.В., Бусыгин И.Г. Основные процессы физической и физико-химической переработки газа.
- М.: ОАО «Издательство «Недра», 1998. - стр.97-111]. Установка содержит входной сепаратор, печь-реактор термической ступени, печи подогрева технологического газа, каталитические реакторы процесса Клауса первой и второй ступеней, конденсаторы-коагуляторы серы и экономайзер.
Кислый газ от установок очистки и осушки газа поступает во входной сепаратор, где от него отделяется капельная жидкость. Часть отсепарированного кислого газа из сепаратора подается в печь-реактор, а часть - по отдельным трубопроводам в печи подогрева технологического газа. В печи-реакторе происходит неполное окисление сероводорода: частично до сернистого ангидрида, частично до элементарной серы. Из печи-реактора газ поступает в конденсатор-коагулятор и охлаждается в нем, при этом конденсируется сера, находящаяся в паровой фазе газовой смеси. Сера из аппарата выводится в жидком виде по трубопроводу, а технологический газ подается в первую печь подогрева. Подогретый до 260°С технологический газ поступает в первый каталитический реактор, где из сернистого ангидрида и сероводорода технологического газа на катализаторе происходит дальнейшее получение серы. После каталитического реактора газ подается во второй конденсатор-коагулятор для охлаждения и конденсации серы, откуда поступает во вторую печь подогрева технологического газа. В камере смешения происходит подогрев технологических газов за счет смешивания их с продуктами сгорания кислого газа. Нагретые до 230°С технологические газы поступают во второй каталитический реактор, проходят сверху вниз слой катализатора, на поверхности которого происходит реакция Клауса. После реактора газ подается в экономайзер (конечный конденсатор-коагулятор), в котором смесь охлаждается и конденсируются остатки серы, при этом за счет тепла охлаждения производится не выработка пара, а подогрев воды до 150°С.
2
Одним из факторов, влияющих на процесс Клауса, является состав кислого газа, в частности, присутствие в нем нежелательных компонентов (углекислого газа СО, паров воды и углеводородов), которые могут вступать
2
в побочные реакции, приводящие к снижению конверсии сероводорода в серу и образованию соединений серооксида углерода COS и сероуглерода CS, не вступающих в реакции образования серы на последующих (каталитических) стадиях процесса. Присутствие их в кислом газе снижает выход серы, сдвигая равновесие реакции Клауса в обратную сторону.
2
2
Практика работы существующей установки получения серы показала, что в результате нарушений технологических показателей на предыдущих стадиях очистки сероводородсодержащего газа кислый газ, поступающий на установку, может содержать до 30% по объему диоксида углерода СO - источника образования сернистых соединений COS и CS.
Основным недостатком данной установки является снижение степени конверсии сероводорода в серу из-за наличия в кислом газе значительного количества диоксида углерода и достаточно большого количества образующихся в процессе и частично выбрасываемых в атмосферу органических сернистых соединений, а также за счет того, что температура в последующих каталитических реакторах процесса Клауса является недостаточной для их гидролиза (процесс каталитической конверсии Клауса протекает при температуре 230-260°С, что обусловлено термодинамическими ограничениями переработки сероводорода, т.к. эффективность Клаус-конверсии его в серу при больших температурах резко снижается).
Задачей заявляемой полезной модели является увеличение степени конверсии сероводорода и снижение потерь паров серы.
Поставленная задача решается установкой получения элементарной серы, включающей входной сепаратор, печь-реактор термической ступени, каталитические реакторы первой и второй ступеней, конденсаторы-коагуляторы серы, экономайзер, в которой выход печи-реактора термической ступени соединен с входом каталитического реактора первой ступени, выходы каталитических реакторов соединены соответственно с входами конденсаторов-коагуляторов серы, а выход конденсатора-коагулятора второй ступени соединен с входом экономайзера.
2
Технический результат от соединения печи-реактора напрямую с каталитическим реактором первой ступени заключается в обеспечении температурного режима в последнем (температура на входе до 500°С), позволяющего уже на первой каталитической стадии осуществлять гидролиз образовавшихся в печи-реакторе серооксида углерода COS, сероуглерода CS до сероводорода, который во втором каталитическом реакторе превращается в серу в результате реакции Клауса. Кроме того, за счет соединения второго конденсатора-коагулятора с экономайзером достигается доизвлечение серы из газа при снижении температуры с 191°С до 135°С соответственно на входе и выходе из экономайзера, что позволяет снизить потери паров серы с хвостовыми газами, дополнительно увеличивая общий выход целевого продукта (серы).
На чертеже представлена схема установки для получения элементарной серы.
Установка для получения элементарной серы включает входной сепаратор 1, печь-реактор термической ступени 2, каталитические реакторы 3 и 4 соответственно первой и второй ступени, конденсаторы-коагуляторы 5-6 и экономайзер 7.
Установка работает следующим образом.
Кислый сероводородсодержащий газ от установок очистки и осушки газа (на схеме не показаны) поступает во входной сепаратор 1, где за счет снижения скорости и отбойной сетки, установленной в верхней части аппарата, отделяется капельная влага, а именно пленочная и крупнодисперсная жидкость. Отсепарированный кислый газ из сепаратора подается на сжигание в печь-реактор термической ступени 2, совмещенную с котлом-утилизатором. В печи-реакторе происходит неполное окисление сероводорода: частично до сернистого ангидрида, частично до элементарной серы. Продукты сгорания, содержащие пары серы, проходят по трубному пучку котла-утилизатора и охлаждаются до температуры 500°С с частичной конденсацией серы. После котла технологический газ поступает двумя
потоками в каталитический реактор 3, в котором сероуглерод и сероокись углерода подвергаются гидролизу до сероводорода. Большая часть (около 90%) технологического газа из реактора 3 поступает в трубное пространство первого конденсатора-коагулятора 5 для дальнейшего охлаждения газа и конденсации паров серы. Одновременно при этом происходит необходимое охлаждение восстановленного газа от температур первой ступени каталитической конверсии до температур второй ступени каталитической конверсии Клауса. Жидкая сера из конденсатора-коагулятора 5 отводится по отдельному трубопроводу, а технологический газ (непрореагировавшие продукты реакции) смешивается с другой частью (около 10%) более горячего газа, идущим с каталитического реактора 3, и с температурой не более 230°С двумя потоками направляется в каталитический реактор 4 и проходят сверху вниз слой катализатора, на поверхности которого происходят реакция Клауса. В результате реакции превращения температура технологического газа повышается (на 60-100°С выше, чем на входе в реактор), причем сера находится в парообразном состоянии. Технологический газ из каталитического реактора 4 с температурой не более 312°С направляется в трубное пространство конденсатора-коагулятора 6 для охлаждения до температуры ниже температуры конденсации серы с конденсацией ее. За счет теплообмена между технологическим газом и водой, подаваемой в межтрубное пространство, образуется пар низкого давления, отводимый в заводской коллектор пара низкого давления. Сконденсированная сера по серопроводу отводится в серные ямы. Технологический газ с температурой на выходе с конденсатора-коагулятора 6 не выше 191°С направляется на дальнейшее охлаждение, с конденсацией серы, в трубное пространство экономайзера 7. Охлаждение в нем происходит за счет отдачи тепла питательной воде низкого давления, подаваемой с температурой не выше 120°С в межтрубное пространство. Температура отходящих газов после экономайзера 7 составляет не выше 135°С.Сера, сконденсированная в экономайзере 7, отводится по серопроводу в серные ямы.
Опытно-промышленные испытания предлагаемой установки проведены в 2007 году. Полученные данные работы установки в течение восьми месяцев свидетельствуют о стабильно эффективной ее работе. Степень конверсии сероводорода увеличилась на 3-4%, содержание сернистых соединений в отходящем после каталитического реактора второй ступени не превышает 1,5об.%, что не препятствует эффективной работе последующих установок доочистки хвостовых газов.
Таким образом, использование полезной модели позволяет оптимизировать работу установки получения серы за счет корректировки температурных режимов на каждой стадии технологического процесса, обеспечивающих более высокую степень извлечения серы и утилизацию серооксида углерода и сероуглерода, а также исключить из схемы установки печи подогрева газа и, следовательно, возможность дополнительного образования вышеназванных сернистых соединений.