ИТС 30-2021 Переработка нефти

2.19 Установки переработки сероводорода

Процесс Клауса

Сероводород, выделяемый из технологических газов термогидрокаталитических процессов нефтепереработки, перерабатывают на заводах в элементную серу.

Самым распространенным промышленным способом получения серы из технологических и природных газов является процесс Клауса, осуществляемый в две стадии:

- термическая стадия - высокотемпературное сжигание сероводорода в топочной части реактора при подаче стехиометрического количества воздуха. В ходе протекающих химических реакций выделяется значительное количество теплоты, которое необходимо утилизировать перед второй стадией процесса, и расходуется до 70% сероводорода;

- каталитическая стадия, проводимая на активном оксиде алюминия при 200-300°С в две ступени, позволяет довести конверсию сероводорода до 95%. Катализаторы - оксид алюминия, бокситы, диоксид титана.

В ходе процесса Клауса образуются три модификации серы - , и . Жидкая сера представлена в основном модификацией .

Для устойчивого горения кислого газа с содержанием сероводорода менее 50% об. необходимы специальные меры (подогрев, обогащение воздуха кислородом и т.п.). Избыток более 30% об. дестабилизирует горение газа, увеличивает расход теплоты на его нагрев и способствует образованию сероуглерода () и сульфооксида углерода (). При содержании в газе углеводородов более 5% об. интенсивно образуются смола и сажа, портящие цвет и качество серы. Допустимое содержание паров воды в газе - до 5% об.

Оптимальная температура, способствующая максимальной степени конверсии на термической ступени, - 1100-1300°С. На каталитической ступени имеет место обратная зависимость степени конверсии от температуры: конверсия повышается с понижением температуры; нижний температурный предел ограничен точкой росы, который в зависимости от содержания серы варьируется в интервале от 115 до 180°С. На практике с целью исключения конденсации серы в порах катализатора температуру каталитической ступени процесса поддерживают на уровне 210-220°С. Давление поддерживают на уровне 0,12-0,17 МПа. Повышение времени контакта увеличивает выход серы на обеих ступенях процесса. Эффективно работающие конденсаторы-коагуляторы снижают потери серы с хвостовыми газами, что способствует росту конверсии.

Активность катализатора, его устойчивость к сульфатации и способность ускорять реакции гидролиза и также определяют эффективность процесса. На установках используют оксид алюминия со средним сроком службы 4 года.

При концентрации сероводорода в кислом газе выше 50% об. используют прямоточный процесс Клауса - пламенный способ. По этому способу весь кислый газ подается на сжигание в печь-реактор термической ступени установки Клауса, выполненную в одном корпусе с котлом-утилизатором. В топке печи-реактора температура достигает 1100-1300°С, и выход серы - 70-75%. Дальнейшее превращение сероводорода в серу осуществляется в две-три ступени на катализаторах при температуре 220-260°С. После каждой ступени пары образовавшейся серы конденсируются в поверхностных конденсаторах. Теплота, выделяющаяся при горении сероводорода и конденсации паров серы, используется для получения пара среднего и низкого давления. Выход серы в этом процессе достигает 96-97%.

Схема установка прямоточного процесса Клауса представлена на рисунке 2.78.

1 - сепаратор; 2 - барабан первого котла; 3, 4 - каталитические реакторы первой и второй ступеней; 5 - печь-реактор; 6, 7 - печи подогрева технологического газа; 8 - печь дожига и дымовая труба; 9 - установка доочистки хвостовых газов; 10 - экономайзер; 11 - серная яма; 12, 13, 15 - коагуляторы серы; 14, 16 - конденсаторы серы; 17 - воздуходувка; 18 - емкость горячей воды; 19 - насос;