Автор работы: Пользователь скрыл имя, 25 Февраля 2012 в 14:59, реферат
Процесс Клауса является наиболее перспективным в технологическом, экологическом и экономическом аспектах процессом получения серы из кислых газов при очистке природных и попутных газов, а также газов нефтехимических производств. Сегодня процесс Клауса, с одной стороны, решает проблему утилизации сероводорода и дает возможность получать ценный продукт — газовую серу, с другой стороны — при получении газовой серы имеет место загрязнение атмосферы токсичными выбросами отходящих газов, а также сероводородом. Высокая конкуренция на мировом рынке серы выдвигает еще одну важную задачу – повышение ее качества.
Для регенерации катализатора в конверторе В06 в процесс работы после пуска установки и повышения соотношения воздух : кислый газ в печи F01 в условиях низкого содержания сероводорода в кислом газе в трубопровод, подающий технологические газы в печь F03, подведена линия кислого газа.
В камере смешения происходит подогрев технологических газов за счет смешивания их с продуктами сгорания кислого газа. Нагретые до температуры 245°С технологические газы тремя потоками поступают в конвертор второй ступени В06. Устройство конвертора В06 такое же, как и В04, разница лишь в том, что он заполнен катализатором двух сортов: в нижнем слое 60 т катализатора CR, а поверх него уложено 35 т катализатора AM. Катализатор AM имеет ту же характеристику, что и CR, но он пропитан сульфатом железа для связывания свободного кислорода при ошибке в пропорциональном расходе воздух : топливный газ в печи F03.
Рис. 4. Экономайзер (котел-утилизатор Г-1250 Э):
1 - входная газовая камера; 2 - вход газов; 3 - штуцера для предохранительных клапанов; 4 - барабан; 5 - трубки; 6 - выход нагретой воды; 7 - крепление коагулирующих устройств; 8 - изоляция; 9 - выход газов; 10 - выходная газовая камера; 11 - выход жидкой серы; 12 - неподвижная опора
Температура катализатора в конверторе В06 должна быть в пределах до 264 °C при нормальном технологическом режиме и до 400 °В при регенерации катализатора. Из конвертора В06 технологические газы с температурой до 264 °C поступают в трубное пространство конденсатора Е03. Так как реакции, протекающие на катализаторе, экзотермичны, температура газов на выходе из конвертора на 20-40 °С выше, чем на входе. В конденсаторе происходит охлаждение технологических газов для конденсации паров серы. Е03 - экономайзер (котел-утилизатор) представляет собой трубчатый аппарат, межтрубное пространство которого заполнено водой без паровой подушки. Выделенное тепло используется для подогрева питательной воды, поступающей на установку с температурой 90-115 °C. Из конденсатора Е03 технологические газы с температурой 120-150 °С проходят коагулятор В07 и направляются на установку доочистки хвостовых газов, либо, минуя установку доочистки, в печь дожига F02. Выделившаяся жидкая сера из конденсатора Е03 и коакулятора В07 через гидрозатворы стекает в серную яму Т01. Температура газов на выходе из В07 поддерживается не ниже 120 °С. Жидкая сера из ямы суточного хранения Т01 по мере наполнения откачивается насосами на установку дегазации серы, где жидкая сера с помощью насосов циркулирует, разбрызгиваясь через сопла, что обеспечивает выделение из нее растворенных H2S и SO2.
Отходящий газ после второй каталитической ступени направляется на установку доочистки хвостовых газов "Сульфрен" и затем в печь дожига и дымовую трубу.
Опыт эксплуатации установок Клауса показывает, что в результате оптимизации работы этих установок степень извлечения серы достигает не более 97%. Это связано с термодинамическими ограничениями, накладываемыми на полноту протекания реакций Клауса. Поэтому отходящие газы установок Клауса необходимо подвергать доочистке при температуре ниже точки росы серы (188 °С), когда термодинамически возможно достижение более высоких степеней превращения.
Катализаторы получения серы методом Клауса
Первоначально в процессе получения серы методом Клауса сжиганием кислого газа в качестве катализатора использовали природный боксит. Степень превращения сероводорода составляла в этих процессах в лучшем случае 80-90%, остальная часть сернистых соединений поступала в виде сернистого ангидрида в атмосферу. В современных установках Клауса суммарная степень превращения сероводорода составляет 94-98%. Качество и эффективность катализаторов перевода H2S и SO2 в серу являются основой для обеспечения не только высокого выхода серы, но и основным фактором экологической безопасности процессов переработки сероводорода, извлекаемого из природных и попутных газов. На протяжении всего развития методов получения серы из сероводорода велись работы по увеличению степени конверсии, применению новых, более совершенных и длительно работающих катализаторов.
Природные бокситы, которые использовали на первых установках Клауса, состоят в основном из оксидов алюминия и железа. Они содержат также кремнезем SiO2, оксиды титана TiO2, кальция CaO, магния MgO, марганца MnO, фосфора P2O5 и др. Использование боксита в качестве катализатора было обусловлено, в первую очередь, его дешевизной, а также тем, что перерабатывались незначительные объемы сероводорода. Нагрузка на катализатор составляла всего 3-4 нм3 сероводорода на 1 м3 катализатора в час.
Организация крупного промышленного производства серы из сероводорода потребовала значительного увеличения объема аппаратуры каталитических ступеней. Кроме того, боксит как катализатор имел непостоянный состав, недостаточную поверхность, нерегулярный размер пор, из-за чего был неустойчив в работе и быстро дезактивировался. В связи с этим боксит был заменен на специальный катализатор на основе оксида алюминия.
Самыми устойчивыми формами оксида алюминия являются а- и y-Al2O3. Первая из них представляет собой белые кристаллы с ромбоэдрической решеткой. Вторая кристаллическая форма, кубическая, получается нагреванием алюминиевых солей или некоторых форм гидроксида алюминия до 900-1200 К, а выше этой температуры необратимо переходит в a-Al2O3.
Оксид алюминия и его гидратированные формы нерастворимы в воде, обладают амфотерными свойствами, т.е. взаимодействуют с кислотами и едкими щелочами (y-Al2O3).
Щелочные металлы (K+ и Na+) являются нежелательными компонентами в активном оксиде алюминия. Содержание их регламентировано вследствие специфических особенностей каталитического процесса получения серы. Примеси изменяют свойства и влияют на фазовый состав активного оксида алюминия. Увеличение степени химической чистоты продукта улучшает качество катализатора. Кроме оксида алюминия в катализаторах Клауса могут содержаться Na2O, Fe2O3, SiO2, MoO3, Cl2O3, TiO2 в различных количествах. Увеличение содержания TiO2 в катализаторе повышает его активность в реакциях гидролиза COS и CS2.
Средний срок службы катализаторов процесса Клауса составляет четыре года. Дезактивация катализаторов процесса Клауса происходит по следующим причинам:
Товарный продукцией процесса Клауса является газовая сера. Вырабатываемая сера соответствует ГОСТ 127-76 сорту 9998:
Содержание серы, %, не менее 99,98
Содержание золы (в том числе Mn, Fe, Cu), %, не более 0,02
Содержание кислот в пересчете на H2S4, % 0,003
Содержание органических веществ, % 0,01
Содержание влаги, % 0,02
Потребителям сера поставляется двух видов: жидкая (в железнодорожных вагонах - цистернах с электрообогревом) и твердая (комовая или молотая).
Список использованной литературы