Принципиальные схемы блоков установки производства элементарной серы в составе комплекса глубокой переработки мазута представлены на рис. 2.18-2.23.
Термическая ступень. Поток кислого газа (рис. 2.18), практически чистый от аммиака, поступает в сепаратор V-6001. Верхняя часть емкости оборудована четырьмя тарелками, предназначенными для отделения воды и углеводородов, которые поступают на установку с газом. Для промывки следов аммиака в газе производится циркуляция кислой воды насосом Р-6001 с низа на верхнюю тарелку. Избыток воды сбрасывается на установку отпарки кислых стоков. В верхнюю часть емкости поступает свежая вода.
Поток кислого газа, содержащий аммиак, направляют в емкость V-6002, откуда удаленные вода и углеводороды насосом Р-6001С откачиваются на отпарку кислых стоков. Оба потока кислого газа направляются в камеру сгорания реакционной печи Н-6001, где в соответствии с химизмом процесса Клауса происходят следующие реакции:
H2S +1,5O2 ® SO2 + H2O,
2H2S + SO2 ® 3S + 2H2O,
3H2S + 1,5O2 ® 3S + 3Н2О.
Аммиак, содержащийся в кислом газе, в передней части печи при высокой температуре реагирует с кислородом, разлагается с образованием азота и воды, а углеводороды окисляются до углекислого газа. Разложение аммиака с образованием азота устраняет все проблемы, связанные с образованием солей аммиака и забиванием ими конденсаторов серы, дренажных линий, гидрозатворов и верхнего слоя катализатора, как это возможно в других технологических процессах Клауса.
Аммиаксодержащий кислый газ и воздух с пропорциональным количеством кислого газа, свободного от аммиака, направляются в переднюю часть камеры сгорания, где поддерживается температура, необходимая для разложения аммиака по следующей реакции:
NН3 + 3/4O2 ® 1/2N2 + 3/2H2O.
Для обеспечения необходимых условий проведения реакций устанавливается регулятор, с помощью которого контролируется подача воздуха и смеси кислого газа на горелку печи. Весь аммиаксо-держащий и часть чистого кислого газа сжигаются со всем количеством воздуха в передней камере печи. Остаток чистого кислого газа попадает в среднюю зону реакционной печи Н-6001. Количество воздуха, необходимое для сгорания, устанавливается с учетом соотношения "H2S:SO2" в технологическом газе. Общий поток воздуха рассчитывается суммированием требований по количеству воздуха отдельно для сгорания чистого и аммиаксодержащего кислого газа. Логика контроля предполагает установление в передней камере сгорания температурных условий, необходимых для полного разложения аммиака. Дополнительно регулятор потока воздуха, получающий сигнал с анализатора соотношения " H2S:SO2" в потоке "хвостового" газа, автоматически компенсирует небольшие изменения в составе кислого газа или ошибки в измерении потока. Сера, образующаяся в реакционной печи, и продукты экзотермических реакций охлаждаются в реакционном холодильнике (котле-утилизаторе) Е-6001, в результате чего образуется водяной пар высокого давления, который собирается в барабане котла-утилизатора V-6003 и используется для внутренних нужд установки, избыток пара выводится за пределы установки.
Каталитическая ступень. Далее охлажденный технологический газ с температурой 380-390°С направляется на дополнительное охлаждение в конденсатор серы Е-6002 (рис. 2.19), где образуется пар низкого давления. Сконденсированная сера через гидрозатвор стекает самотеком в серную яму. Для уменьшения потерь серы с технологическим газом в конденсаторе Е-6002 установлен фильтр из нержавеющей сетки (коалесцер), в котором увлекаемая на каталитическую ступень сера задерживается и стекает в яму. В конденсаторы Е-6001 и Е-6002 подается питательная вода для выработки пара.
Выходящий из конденсатора Е-6002 технологический газ, нагретый паром высокого давления в Е-6005 до температуры 216°С, направляется на I каталитическую ступень — в реактор R-6001A, загруженный алюмоокисным катализатором, в слое которого непрореагировавшие компоненты технологического газа превращаются в серу.
Реакция происходит с выделением тепла, и температура потока по мере его движения к выходу из реактора повышается до 300°С. Охлаждение потока технологического газа с образовавшейся серой производится в конденсаторе Е-6003, куда подается питательная вода. Тепло потока используется на образование пара низкого давления. В конденсаторе Е-6003 поток технологического газа охлаждается до температуры 173°С, сконденсированная при этих условиях сера стекает в серную яму, а поток газа, нагретый до 208°С паром высокого давления в подогревателе Е-6006, пройдя через коалесцер, направляется на II ступень каталитического реагирования— в реактор R-6001B. Реактор также загружен алюмоокисным катализатором, способствующим конверсии оставшихся непревращенных в серу компонентов технологического газа. По выходе из реактора температура потока газа возрастает до 228°С и после этого охлаждается до 132°С в конденсаторе Е-6004, а тепло охлажденного потока используется также для выработки пара низкого давления.
Сконденсированная сера стекает через гидрозатвор в серную яму, а охлажденный поток газа, пройдя коалесцер, направляется в секцию очистки "хвостового" газа.
Жидкая сера, поступившая из всех конденсаторов в серную яму V-6006 (рис. 2.20), дегазируется с использованием технологии "Аквасалф". Серная яма имеет два отделения для дегазации (удаления из жидкой серы следов сероводорода до содержания не более 10 ppm).
Отделения разделены перегородкой, под которой протекает жидкая сера, а над — отдувается газ. Для ускорения выделения сероводорода из серы в нее подается катализатор (в прием каждого насоса). Температура в яме поддерживается 138°С посредством подачи пара в змеевики. Жидкая сера поступает в первое отделение из второго с помощью насоса и распыляется через форсунки.
Дегазированная сера из первого отделения под перегородкой перетекает во второе, где та же операция осуществляется другим насосом. Удаленный сероводород продувается воздухом и удаляется из серной ямы с помощью парового эжектора J 6001A в печь дожига Н-6051.
Секция очистки "хвостового" газа состоит из двух отделений: гидрогенизации продуктов "хвостового" газа (CS2, COS, SO2, СО2) с образованием сероводорода и очистки продуктов реакции 30-35%-м раствором метилдиэтаноламина (МДЭА). Принципиальная схема отделения гидрогенизации представлена на рис. 2.21.
"Хвостовой" газ из секции Клауса поступает в генератор редуцирующего газа (ГРГ) Н-6051, который выполняет две функции:
• подогрев и проведение гидрогенизации продуктов "хвостового" газа, подготовка к гидролизу CS2 и COS в реакторе гидрогенизации R-6051;
• ввод редуцирующих газов (водорода и СО) для обеспечения необходимой их концентрации в "хвостовом" газе перед подачей в реактор.
Работа печи генератора Н-6051 обеспечивается сжиганием топливного газа или водорода извне. Подача воздуха, пара и водорода поддерживается в заданных соотношениях соответствующими регуляторами, установленными на линиях ввода. При пуске отделения производится сульфидирование кобальтмолибденового катализатора в реакторе R-6051, для чего в линию выхода газа из ГРГ предусмотрена подача чистого кислого газа из секции Клауса. Нагретая в ГРГ до 353°С смесь газов направляется в реактор гидрогенизации R-6051, в котором происходят следующие реакции:
S + H2 ® H2S,
SO2 + 3H2 ® H2S + 2H2O,
CS2 + 2H2O ® 2H2S + CO2,
COS + H2O ® H2S + CO2,
CO + H2O ® H2 + CO2.
Реакции идут с выделением тепла, поэтому температура в слое реактора повышается и на выходе достигает 385°С. Продукты реакции охлаждают водой до 173°С в конденсаторе Е-6051. Образовавшийся пар низкого давления отводится в коллектор. Дальнейшее охлаждение продуктов гидрогенизации производится в нижней части контактного конденсатора V-6051 за счет встречного потока раствора каустической соды, подаваемой на 6-ю тарелку нижней части конденсатора циркуляционным насосом Р-6051. Этим же насосом осуществляется подпитка свежей щелочью. Отработанный раствор щелочи через холодильник Е-6053 насосом Р-6059 подается на установку карбонизации щелочных отходов завода.
Во избежание проскока SO2 с возвращенным из V-6058 водородом и СО раствор щелочи в нижней части поддерживается определенной концентрации. Образовавшиеся водяные пары вместе с технологическим газом поступают в верхнюю часть контактного конденсатора V-6051, оборудованного насадкой, которая орошается потоком циркулирующей воды, подаваемой насосом Р-6052 с глухой тарелки на верх насадки. При этом основное количество паров воды, уходящих с нижней части V-6051, конденсируется. Балансовый избыток воды откачивается на отпарку кислой воды, а часть — в емкость чистого кислого газа в секции Клауса. Охлажденный до температуры 35°С газ с верха контактного конденсатора направляется на блок очистки "хвостового" газа в абсорбер V-6052 (рис. 2.22), где сероводород поглощается раствором МДЭА.
На выходе из абсорбера "хвостовой" газ содержит не более 10ppm H2S. С такой концентрацией он сжигается в печи Н-6052. Абсорбер заполнен контактными устройствами в виде насадок, которые обеспечивают низкий перепад давления при очистке газа. На верх абсорбера через холодильник Е-6054 поступает холодный регенерированный раствор МДЭА с температурой 33-35°С. Очищенный газ с верха абсорбера направляется в его нижнюю часть, где дополнительно контактирует с раствором МДЭА, подаваемым насосом Р-6054 и, пройдя коалесцер, направляется в печь дожига Н-6052. Избыток насыщенного абсорбента с температурой 40-42°С откачивается по уровню насосом Р-6053 в отделение регенерации МДЭА.
"Хвостовой" газ сжигается в печи вместе с топливным газом при температуре 600-800°С. В печь также вводится сероводород, отдутый из серной ямы. Продукты сгорания удаляются в атмосферу через дымовую трубу.
Насыщенный абсорбент поступает на 20-ю тарелку регенератора V-6054 (рис. 2.23), предварительно нагреваясь до 115°С регенерированным МДЭА. Регенератор оборудован 30-ю тарелками. Над верхней тарелкой расположено сепарационное устройство, препятствующее выносу капель МДЭА. Тепло, необходимое для отпарки сероводорода из насыщенного раствора МДЭА, подводится через паровой рибойлер Е-6058. Отпаренный сероводород и водяные пары из межтрубного пространства рибойлера с температурой 127-130°С направляются под 1-ю тарелку, где происходит их контакт с переливающимся с тарелки на тарелку раствором МДЭА. На верх колонны с глухой тарелки насосом Р-6057 подается орошение, которое охлаждается в холодильнике Е-6057 до температуры 47-50°С. Орошение, двигаясь с 30-й до 22-й тарелки, конденсирует водяные пары, а отпаренный сероводород через верх регенератора возвращается в секцию Клауса — в емкость чистого кислого газа V-6001. Регенерированный абсорбент с низа колонны, отдав свое тепло насыщенному абсорбенту в теплообменнике Е-6056, направляется в емкость тощего абсорбента V-6056, либо насосом Р-6056 прокачивается одним потоком через систему фильтров S-6052 (фильтр тощего абсорбента), S-6053 (угольный фильтр) и S-6054 (выходной фильтр) и поступает в емкость V-6056, либо сразу через воздушный холодильник Е-6055 подается в абсорбер очистки газа.