Принципиальная технологическая схема установки получения серы

Сырьем установки получения серы в ПО "Киришинефтеорг-синтез" (см. рис. 2.9) является сероводородсодержащий (кислый) газ, который поступает в сепаратор-каплеотбойник Е-1, где, проходя через тарелку, оснащенную струнными каплеуловителями, отделяется от возможной жидкости. Конденсат поступает в сборники Е-2,3, откуда насосами Н-3,4 откачивается на установку карбонизации сернистощелочных стоков. Кислый газ из Е-1 тремя потоками направляется на сжигание в топочную часть реакторов-генераторов РГ-1,2 (96% от общего количества), а также в подогреватели ТП-1 и ТП-2 (по 2%).

Подача воздуха на сжигание обеспечивается воздуходувками ВД-1,2. Сжигание кислого газа в топке производится с коэффициентом избытка воздуха 0,33. Соотношение расходов воздуха и кислого газа при входе в РГ-1,2 поддерживается на уровне 2-2,45:1. Точное соотношение расходов подбирается при помощи поточного анализатора "хвостовых" газов, установленного на линии подачи "хвостового" газа в печь дожига, и регулятора, клапан которого находится на линии подачи воздуха в РГ-1,2. Воздух с помощью этого анализатора-регулятора подается в топку в таком количестве, чтобы на выходе с последней каталитической ступени соотношение концентраций "H₂S:SO₂" было равно 2:1. Если это соотношение больше чем 2,2 — срабатывает сигнализация.

Расход воздуха в ТП-1,2 поддерживается автоматически с помощью соответствующих регуляторов, клапаны которых установлены на линии подачи. Соотношение расходов "кислый газ:воздух" поддерживается в пределах 1:4,3-5,8. Коэффициент избытка воздуха—0,6-0,8.

Для обеспечения необходимой безопасности работы топочных устройств последние оснащены соответствующими клапанами-отсекателями, срабатывающими при давлении кислого газа и воздуха ниже установленных уровней (при погасании пламени, понижении или повышении уровня воды в барабанах котлов). Во всех случаях клапан-отсекатель автоматически перекрывает подачу кислого газа в РГ-1,2. Такие же устройства имеются и в ТП-1,2.

При попадании кислого газа и воздуха в печь РГ-1,2 происходит сгорание сероводорода с образованием серы, сернистого газа, окиси и двуокиси углерода, паров воды. Как указывалось выше, при наличии примесей в сероводороде возможно образование сероокиси углерода COS, сероуглерода CS₂. По мере снижения температуры в топочной камере, особенно за счет охлаждения в котле-генераторе, при наличии в кислом газе микропримесей ароматических углеводородов возможно образование цепочек с разным содержанием атомов серы — от 3 до 8.

Продукты реакции поступают в трубное пространство котла, где происходит охлаждение газов, конденсация паров серы. Тепло газов и конденсации серы идет на выработку пара давлением до 0,4 МПа.

Вода в межтрубное пространство котла подается насосами КС-1,2 из деаэратора Д-1. Уровень воды в котле поддерживается автоматически. Образующийся в котле пар используется для обогрева серопроводов, серозатворов, трубопроводов, каплеотбойника Е-1 и сероуловителя СУ. Балансовое количество отводится во внешнюю сеть установки. Образующийся конденсат после использования пара направляется в деаэратор Д-1.

Технологический газ в первой ступени РГ-1 охлаждается за счет отдачи тепла на выработку пара до 300-500°С, во второй ступени — до 150°С, а образующаяся сера конденсируется и через гидрозатвор ГЗ-1 отводится в подземное хранилище.

Охлажденный технологический газ из РГ-1,2 далее поступает в камеру смешения топки подогревателя ТП-1, куда подается для сжигания часть (-2%) кислого газа из Е-1. В камере происходит сгорание сероводорода, за счет чего технологический газ нагревается до 260°С и направляется на первую каталитическую ступень (КВ-1). При прохождении газа через катализатор неокисленный сероводород окисляется с образованием SO₂, серы, воды, двуокиси углерода. За счет выделяющегося тепла реакции температура газа на выходе из каталитической ступени повышается и достигает 316°С. Температура продуктов замеряется на выходе из КВ-1 и по зонам катализатора. Нагретый технологический газ охлаждается в конденсаторе-генераторе КГ-1 до 130-150°С за счет подачи питательной воды в межтрубное пространство. Сера конденсируется и через гидрозатвор ГЗ-2 направляется в подземное хранилище. Образующийся в КГ-1 пар давлением до 0,25 МПа используется для нужд установки.

Далее технологический газ поступает в камеру ТП-2, где смешивается с оставшейся частью кислого газа из Е-1 и воздухом, сжигается и с температурой 220°С поступает во второй конвертор КВ-2, где происходят те же реакции, что и в КВ-1, в результате которых газ разогревается до 244°С и поступает в КГ-2, где за счет отдачи тепла вырабатываемому пару охлаждается до 128-130°С. Сконденсированная сера через гидрозатвор направляется в подземное хранилище. С последней ступени технологический газ поступает в се-роуловитель СУ, где с помощью струйного устройства из газа удаляется аэрозольная сера, которая смешивается с серой из КГ-2 и уходит в хранилище.

"Хвостовые" газы Клаус-процесса далее направляются в печь ПД, где за счет сжигания определенного количества топливного газа дожигаются, так чтобы в выбросах в атмосферу через дымовую трубу содержание сероводорода и других вредных продуктов было минимально. На линии выхода газов в печь дожига установлен анализатор-регулятор соотношения "кислый газ:сернистый газ", который поддерживает это соотношение 2:1.

Жидкая сера из подземного хранилища откачивается насосами Н-5,6 на бетонную площадку для хранения и отгрузки железнодорожными вагонами или автотранспортом.

Характеристики сырья, катализаторов и продуктов
установки получения серы

Установка рассчитана на работу в широком диапазоне нагрузок по каждому газу — от 600 до 2500 нм³/ч при достижении конверсии 96%.

В качестве сырья используется кислый газ следующего состава, % об.: сероводород — 95,0, метан — 4,6, этан — 0,3, пропан — 0,1.

В процессе используются импортные катализаторы фирмы "Прокатализ", основные характеристики которых приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Характеристика катализаторов процесса Клауса

Требования к качеству товарной твердой комовой серы РЗ марки 9998 по ГОСТ 127-93 приведены ниже:

Содержание, % мас.:

серы, не менее 99,98

органических соединений, менее 0,01

H₂S в жидкой сере, ррm 10

Зольность, % мас., не более 0,02

Кислотность (в пересчете на H₂SO₄), менее 0,0015

Цвет Желтый

Присутствие органических углеводородных соединений в сере связано с тем, что при температуре выше 130°С углеводороды (особенно ароматического ряда) могут реагировать с жидкий серой, образуя полимерные соединения углеводорода, так называемые "карсулы" (рис. 2.10). В производстве серной кислоты "карсулы" могут отлагаться в форсунках жидкой серы, закупоривая ее и создавая определенные трудности в работе установки. Образование их в сырье влияет также на цвет серы. Чистая сера обычно желтого цвета. В процессе формирования "карсул" возможно образование не только полимерных соединений серы, но и сероводорода, что небезопасно для работающего персонала. Это явление может происходить уже при температуре хранения серы (несколько выше 130°С).

Товарный баланс производства элементарной серы при максимальной работе установки представлен в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Баланс установки при работе с максимальной мощностью

(2500 нм³/ч)