Сторінка
3

Термоокислювальні процеси нафтопереробки

8SO2 + 16H2S 16H2O + 3S8

З 200°С до 400°С помітно збільшується кількість молекул S6. Реакція (в) має і такий вигляд.

2SO2 + 4H2S 4H2O + S6

При високих температурах, коли значна частина сірки знаходиться у вигляді S2 (кількість молекул вже збільшується)

2SO2 + 4H2S 4H2O + 3S2

Таким чином, якщо реакцію проводити при помірних температурах 200-400°С, вона йде з збільшенням кількості молекул та рівноважний вихід продуктів підвищується при високому тиску.

Ці реакції використовуються при виробництві сірки з сірководню за методом, який називають процесом Клаусса.

Реакції (а, б), що є основними на перший стадії процесу потребують високої температури 900-1300°С. Другу стадію-реакцію (в) проводять на каталізаторі з метою підвищення її швидкості. Після першої стадії у продуктах паління підтримують співвідношення H2S:SO2=2:1 (стехіометричне для реакції в).

Другу стадію-встановлення сірки за рахунок реакції (в) проводять у двох, трьох послідовних реакторах.

Перед кожним реактором з суміші відділяють сірку у конденсаторах. Це дозволяє змістити рівновагу вправо. Температура також впливає на рівновагу, підвищення температури зміщує рівновагу вліво, тому температуру підтримують мінімальною-у першому реакторі 280°С, далі 250°С. У першому реакторі реакція доходить до рівноваги, але після відділення сірки у наступних реакторах вдається довести конверсію H2S до 95%.

Основними параметрами процесу є температура та тиск. Температура у зоні камери спалення 1100°С для реакції H2S з O2. Температуру підвищують до 1200-1300°С для реакції NH3 з O2. більш високі температури обмежуються термостійкістю-футеровка.

В каталітичній зоні підтримується температура більш 250°С та тиск діє у обратному напрямку-підвищення тиску зміщує рівновагу в сторону кінцевих продуктів.

Температура у каталітичних реакторах повинна бути більш точки роси для сірки, коли з суміші починає конденсуватися сірка. Якщо це відбудється у реакторі, сірка буде конденсуватися на поверхні каталізатору.

Промислова реалізація процесу Клауса

На промислових установках виробництва сірки використовують технічний сірководень з вмістом H2S 80-84%. Крім H2S сировина вміщує вуглеводневі гази ( до 1.6%), водяну пару (до 5%), CO2 (до 5%) і інші компоненти.

Параметри стадії термічного окислювааня вибирають таким чином, щоб створити оптимальні умови для каталітичного процесу другої стадії.

Основний компонент каталізаторів- окись алюмінію у вигляді бокситів( мінеральні продукти) чи активного окисю алюмінія у різних формах, а також з додатком різних промоторів. Відомий активний каталізатор марки CR-3S має оптимальну макропористу структуру з порами діаметром більше, ніж 1000А.

Дезактивація каталізатору йде в наслідок сульфатного встановлення за реакцією SO2 з Al. Для регенерації каталізатора його обробляють 20-24години H2S при 280-300°С. Дезактивація каталізатора можлива також за рахунок конденсації сірки на його поверхні. У такому разі регенерацію виконують у процесі експлуатації, зменшуючи температуру на вході у шар каталізатора на 30-40°С на 24 години.

Технологічні параметри установки:

Температура газу, °С.

У топці першої стадії 1100-1300

На входи в каталітичні реактори другої стадії 230-250

На виході з каталітичних реакторів 240-310

В конденсаторах сірки 140-160

Тиск ( збитковий ) , МПа

Газу на вході установи 0,04-0,05

Повітря на вході у топку 0,05-0,06

У основній топці 0,03-0,05

Аналіз складу технологічних газів після першої стадії дозволяє перепнувати співвідношення O2:H2Sта регулювати склад газової суміші, що йде на другу стадію. Якщо збільшується кількість H2S в газах після першої стадії, він зализається у газах після другої стадії та ускладнює їх очищення поперед викидом у атмосферу.

Важливим технологічним процесом є стадія конденсація та відділення від газів рідкої сірки. Сірка при плавленні перетворюється на жовту рідину, але з 160°С починає змінюватись колір-буріє та при температурі коло 190°С перетворюється у в’язку темно-коричневу масу. Тому при конденсації сірки, а також у трубопроводах та апаратах,де вона повинна знаходитись у вигляді рідини, підпримують температуру 130-150°С.

Сірку конденсують з газової суміші після основної топки, а також після каталітичних реакторів другої стадії. Після конденсації газову суміш знову нагрівають до потрібної температури та спрямовують у наступний реактор.

Після останнього каталітичного реактора газова суміш вміщує залишок H2S, її очищують у печі доопалення, де при 280-600°С за рахунок спалення топливного газу сірководень перетворюється у окись сірки. У такому вигляді остаточні гази викидають у атмосферу через димову трубу. Газовий викід вміщує SO2 (до 1,5%), вихід H2S не дозволяється.

Сірка виробляється у вигляді комового продукту чи чешуйок після охолодження у спеціальних апаратах.