Библиографическое описание:

Жубандыкова Ж. У., Кайненова Т. С., Космбаева Г. Т., Султанова Д. Д., Жанабаев М. А. Внедрение железооксидного катализатора в установку получения серы на ЖГПЗ с целью понижения выбросов в атмосферу // Молодой ученый. — 2016. — №8.2. — С. 53-55.



Целью охраны окружающей среды является исключение или максимальное ограничение вредного воздействия эксплуатации технологического оборудования и трубопроводов на природную среду, рациональное использование ресурсов, их восстановление.

Установка получения серы (далее как УПС) является технологическим звеном первого пускового комплекса по подготовке и утилизации газа на Жанажольском нефтегазоперерабатывающем комплексе. Установка получения серы предназначена для получения элементарной серы из сероводородного газа методом Клауса.

Переработка кислого газа, содержащего сероводород, в серу производится по трехступенчатому окислительному методу Клауса с применением одной термической и трех каталитических ступеней. Для повышения коэффициента конверсии серы в установке применяется контроль соотношения Н2S/SО2 в отходящем газе. Отходящий газ сжигается, содержащаяся в нем сера и сероводород окисляются и превращаются в SО2. Отходящий газ секции Клаус направляется на дожег остаточного сероводорода до диоксида серы в печи дожига со сбросом хвостового газа в атмосферу через дымовую трубу высотой 100 м. Выбросы в атмосферу, твердые и жидкие отходы с данной установки приведены в таблице 1, 2 [1].

Основную часть в общем валовом выбросе вредных веществ на ГПЗ-3 ЖанажольскогоНГК составляет газ, сжигаемый на факелах НД и ВД.

Таблица 1

Выбросы в атмосферу

Наименование выбросов

Количество сбросов, м3

Вредные вещества при выбросах

Метод ликвидации

Наименование

Кол-во, т/г

Периодичность

Дымовые газы с УПС

0,0711

(0,203мг/м3) в радиусе выше 7,5км от ГПЗ-3

SO2

CO2

СO

2

Н2S

1683

71872

2020

12,6

6,5

Непрерывно при работе

Клаус

Все дымовые газы направ ляются в тру бу рассеива ния Н=100м

Таблица 2

Твердые и жидкие отходы

Наименованиеотхода

Куда складируются

Примечание

1

Катализатор отработанный (окись алюминия)

В места захоронения, отведенные Санэпидемнадзором области, или использование в качестве материала для строительства дорог

Класс опасности 4. В воде нерастворимо, агрегатное состояние – твердое.

2

Серный шлам

В места захоронения, отведенные Санэпидемнадзором области, или использование в качестве материала для строительства дорог

Сера 62-68%.

Жидкий серный шлам сливается в ванну под слой воды, после застывания выводится в промотвал

Производительность установки УПС с применением катализатора (окись алюминия) составляет [1]:

 Расход входящего кислого (сернистого) газа – 406,1 кмоль/час (8983 м3/час);

 Номинальная производительность по получению серы – 216,1 т/сутки.

Вспомогательными материалами, применяемыми на настоящей установке, является катализатор – активная окись алюминия и катализаторы марок DD 431.

Избыточный кислород образует с серой и двуокисью серы серный ангидрид SО3, который взаимодействует с катализатором с образованием сульфатов (сульфатация), снижая активность катализатора [2]:

S2 + 3О2 ↔ 2SО3

2SО2 + О2 ↔ 2SО3

Для восстановления активности катализатора его необходимо периодически реактивировать, пропуская через него горячий газ с содержанием около 5% об. Н2S. Кроме того, в верхний слой загружают катализатор марки DD 431 (до 30%), способный поглощать кислород.

На каталитических ступенях процесса при температуре 200…3000С на катализаторе (активной окиси алюминия Аl2O3 – марки DD 431) происходит конверсия молекул Н2S и SО2 с выделением серы и составляет отбор серы из сырьевого кислого газа в секции Клаус составляет 93-95 %.

Исследованиями последних лет показано, что окисление сероводорода при температурах 200-300°С стабильно и с высокой скоростью протекает на катализаторах, содержащих в своем составе оксид железа [7]. Окисление сероводорода на железооксидных катализаторах при температуре 225-300°С и объемной скорости до 15000 ч. характеризуется конверсией сероводорода 95-100% при селективности образования элементной серы 95-99%.При этих температурах образующаяся сера не отлагается на поверхности катализатора, а выводится из реакционной зоны в газообразном виде. Процесс рекомендуется проводить при малом времени контакта с тем, чтобы предотвратить или снизить образование высокомолекулярной серы.

Характерной особенностью железооксидных катализаторов является их способность проводить реакцию окисления сероводорода в присутствии больших количеств углеводородов природного газа, которые при этом не подвергаются окислительным превращениям. Это дает возможность использовать железооксидные катализаторы для очистки природного газа от сероводорода с одновременным получением элементной серы.

Железооксидные катализаторы обладают высокой механической прочностью, технология их получения проста. Для их приготовления могут быть использованы широко доступные реактивы, при этом входящие в состав последних примеси, за исключением ионов хлора, не оказывают влияния на каталитическую активность полученного оксида железа в окислении сероводорода. Каталитические свойства оксида железа зависят от температуры прокаливания образцов. С ее повышением значительно уменьшается удельная поверхность катализаторов и удельный объем пор. При этом снижается активность, однако, возрастает селективность в образовании элементной серы. По известным в настоящее время сведениям, оптимальной температурой прокаливания для железооксидных катализаторов является 600-7000С. Для предотвращения спекания оксида железа в процессе приготовления катализаторов может быть применен метод нанесения активной массы на пористый носитель. При этом в катализаторе сохраняются поры среднего диаметра, обеспечивающие высокую каталитическую активность. Нанесенные катализаторы имеют перед массовыми еще и то преимущество, что они проявляют более высокую селективность и обладают высокой механической прочностью.

При испытании железооксидного катализатора на всех температурных режимах наблюдалось снижение концентрации сероводорода после реактора, причем не происходило увеличения концентрации диоксида серы в отходящих газах, что говорит о высокой селективности выбранного катализатора в «жестких» условиях влажной реакционной среды [7].

Таким образом, применение исследованных катализаторов в промышленных процессах получения элементарной серы окислением сероводорода позволит решить актуальные экологические проблемы, связанные с необходимостью переработки высокосернистых нефтей в регионе и ужесточением экологических нормативов по выбросам сернистых соединений в атмосферу Высокие эксплуатационные показатели железооксидного катализатора позволяет рекомендовать их для внедрения с целью повышения эффективности процессов серополучения на нефтеперерабатывающих заводах.

Литература:

  1. Технологический регламент установки получения серы УПС I-ой очереди ГПЗ-3 Жанажольского нефтегазоперерабатывающего комплекса. (Блок 1500); ТР 39-037-08.
  2. Алхазов Т.Г., Амиргулян Н.С. Сернистые соединения природных газов и нефтей. – М.: Недра. – 1989. – 152 с.
  3. Грунвальд В.Р. Технология газовой серы. М.: Химия. – 1992. – 272 с.
  4. Цыбулевский A.M., Моргун Л.В. Термодинамические исследования процесса Клауса. М. : ВНИИЭгазпром. – 1991. – 31 с.
  5. Технология переработки сернистого природного газа: Справочник// Под ред. А.И. Афанасьева. М.:Недра. – 1993. – 152 с.
  6. Щурин P.M., Плинер B.M., Немировский M.C. Анализ работы термической стадии процессов производства элементарной серы методом Клауса// Хим. пром. 1986. –№ 5. – С.42-45.
  7. Маршнева В.И., Мокринский B.B. Каталитическая активность оксидов металлов в реакциях окисления сероводорода кислородом и диоксидом серы// Кинетика и катализ. 1988. – Т.29, № 4. – С.989-993.
  8. Модернизация установок производства серы: Критерии выбора котлов сжигания сероводорода. (ООО "Энергетические машины").

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle