авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Получение инертных газов в процессах переработки сероводорода по методу клауса и прямого окисления

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Юсупов Сайдамин Садулаевич

ПОЛУЧЕНИЕ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ В ПРОЦЕССАХ

ПЕРЕРАБОТКИ СЕРОВОДОРОДА ПО МЕТОДУ КЛАУСА

И ПРЯМОГО ОКИСЛЕНИЯ

Специальность 05.17.07- Химическая технология топлива и

высокоэнергетических веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Астрахань - 2010

Работа выполнена на кафедре «Химическая технология переработки нефти и

газа» ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет»

Научный руководитель Доктор технических наук, профессор

Исмагилов Фоат Ришатович

Официальные оппоненты Доктор технических наук, профессор

Хафизов Фаниль Шамильевич

Доктор технических наук, доцент

Яковлев Павел Викторович

Ведущая организация Российский государственный универ-

ситет нефти и газа им. И. М. Губкина

Защита состоится « 8 » октября 2010 года в 12:00 часов на заседании диссертационного совета ДM 307.001.04 в Астраханском государственном техническом университете по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, 2-ой учебный корпус, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» (ул. Татищева, 16, АГТУ, главный учебный корпус)

Автореферат разослан « 7 » сентября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат химических наук, доцент Шинкарь Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Технология современных процессов переработки нефти и газа и в первую очередь технология каталитических процессов не может обходиться без применения инертных газов. Требования законов в области промышленной безопасности опасных производственных объектов в значительной степени повышают интерес в последнее время к вопросу бесперебойного обеспечения предприятий нефтегазовой отрасли и других опасных производств инертным газом. Рациональные решения по оснащению нефте- и газоперерабатывающих заводов надежной системой снабжения инертным газом положительно сказывается на стоимости строительства, на его экономических показателях и как было отмечено выше на его безопасную эксплуатацию. На нефте- и газоперерабатывающих предприятиях должна быть предусмотрена возможность покрытия кратковременного возрастания потребности в инертном газе и создан его резервный источник. При строительстве и модернизации предприятий переработки углеводородного сырья, в том числе объектов общезаводского хозяйства (ОЗХ), куда относится система получения, хранения, и распределения инертных газов важным является использование принципа интегрирования процессов, позволяющие максимально увязать технологические установки по функциям, решаемым задачам, по материальным и тепловым потокам.

Таким образом, поиск оптимальных решений по выбору надежного, экономически и экологически оправданного источника снабжения инертным газом на всех стадиях жизненного цикла предприятия является актуальной задачей.

Цель работы. Разработка процесса получения инертных газов, интегрированной с технологией производства серы по методу Клауса и прямого гетерогенно-каталитического окисления сероводородсодержащих газов.

Для достижения поставленной цели сформулированы и поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ промышленных процессов доочистки отходящих газов установки Клауса и осуществить выбор технологии и газовых потоков, наиболее приемлемых для использования в качестве сырьевого источника производства инертного газа.

2. Провести экспериментальные исследования по подбору каталитической системы для удаления низкоконцентрированных сернистых компонентов, содержащихся в отходящих газах узла доочистки установки Клауса.

3. Исследовать характеристику каталитической активности синтезированного катализатора и найти наиболее благоприятные режимные параметры его эксплуатации. Провести опытные работы на промышленных газовых смесях для отработки технологии применения катализатора.

4. Разработать технологию получения инертного газа из отходящих газов, отвечающую требованиям полного отсутствия сернистых соединений в получаемом газе и минимизации других примесей в условиях непостоянства компонентного состава реального сырьевого газа.

5. Разработать основы технологии получения инертного газа из серо-водородсодержащих углеводородных газов, в основе которых лежит прямое каталитическое окисление в стационарном и кипящем слоях катализатора.

6. Оценить технико-экономическую эффективность разработанного процесса получения инертного газа и провести сравнительный экономический анализ с существующими промышленными аналогами.

Научная новизна:

1. Впервые проведены целенаправленные исследования по разработке научных основ технологии получения инертных газов из отходящих газов установки производства серы по методу Клауса и хвостовых газов процессов прямого окисления сероводорода на твердых катализаторах.

2. Предложены принципы интегрирования технологии в существующие производственные линии переработки сероводорода.

3. С целью подбора катализатора для удаления сернистых соединений из состава отходящих газов синтезирован и исследован широкий круг оксидных катализаторов. Последние синтезированы путем нанесения индивидуальных оксидов переходных металлов (V, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, Co, Mg, Zn), и их смесей на промышленные модификации носителей - -Al2O3 и -Al2O3, на образец алюмосиликата и силикагеля.

4. Установлено, что лучшие каталитические свойства в реакции окисления низкоконцентрированного сероводорода (до 0,1 % об.) в двуокись серы в присутствии 5% -ной влаги показывают индивидуальные и смешанные железооксидные катализаторы (Fe2O3Mn2O3, Fe2O3NiO, Fe2O3ZnO).

5. Показано, что носители со сравнительно малой удельной поверхностью и более развитой микропористой структурой обладают более высокой селективностью образования двуокиси серы. Это подтверждает предположение о том, что микропоры лучше удерживают серу, которая являясь промежуточным продуктом реакции окисления сероводорода в двуокись серы, обладает катализирующим свойством по отношению к этой реакции. Средний размер пор исследованных нами катализаторов на -Al2O3 менее 130, что является благоприятной для протекания реакции окисления сероводорода в сернистый ангидрид.

Результаты экспериментов, также, находятся в согласии с существующим представлением о механизме реакции окисления на оксиде железа, в соответствии с которым оксид железа переходит в сульфид железа, последний катализирует окисление сероводорода преимущественно до двуокиси серы.

Практическая ценность. Разработаны технологические основы процесса получения инертного газа (азот, смесь азота и двуокиси углерода) из дымовых газов печей дожига и отходящих газов узла доочистки установки Клауса. Преимущество выбранной технологии, по сравнению с мембранной и адсорбционными, состоит в снижении удельных капитальных затрат, примерно в 5 и 2 раза, расхода электроэнергии в 3 и 2 раза, соответственно. Срок окупаемости составляет менее 1года. Результаты исследования проверены на укрупненной опытной установке производственной базы ООО «АНК», г.Уфа, на модельных отходящих газах. Разработаны технико-коммерческие предложения для промышленных предприятий - ОАО НПЗ «Таиф», ОАО «Куйбышевский НПЗ», ОАО « Роснефть». На стадии разработки находится базовый проект технологии, выполняемой совместно с ООО «Волгограднефтепроект». Результаты исследования использованы при разработке регламента на проектирование опытно- промышленной установки для ОАО НПЗ «Таиф».

Предложена, также, схема получения инертных газов, в основе, которой лежит прямое гетерогенно-каталитическое окисление сероводородсодержащих углеводородных газов и «кислых» газов установок аминовой очистки.

Установки по предлагаемой технологии позволяют утилизировать локальные источники сероводорода на промыслах - попутные газы небольших месторождений, газы продувки и исследования скважин и др.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались на научно-практической конференции «Роль науки в развитии топливно-энергетического комплекса», проводимой в рамках VII Российского энергетического форума (Уфа, 2007); на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Грозный, 2007); на научно-технической конференции с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений» (Оренбург, 2007); на Всероссийской научно-производственной конференции «Наука, образование и производство», посвященной 95 – летию со дня рождения академика М.Д. Миллионщикова (Грозный, 2008); на I – ой Всероссийской научно-практической конференции « Возрождение и перспективы развития нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности Чеченской Республики» (Туапсе, 2008); на 53 научной конференции профессорско – преподавательского состава Астраханского государственного технического университета (Астрахань, 2008); на Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка – 2009». XVII Конгресс нефтегазо-промышленников России (Уфа, 2009).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 работ: 5 статей в журналах по перечню ВАК, 9 статей в сборниках научных трудов и материалах конференций.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Материал изложен на 164 страницах, содержит 21 рисунка, 29 таблицы и 10 приложений. Список литературы включает 122 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен обзор литературных данных о промышленных способах производства инертных газов и требованиях на эти газы в зависимости от их назначения. Получение, хранение и распределение инертных газов имеет важное значение для обеспечения технологических нужд и пожаро-взрыво-безопасности завода. Требования законов в области промышленной безопасности опасных производственных объектов, о техническом регулировании и об охране окружающей среды значительно повышают в последнее время интерес к вопросу бесперебойного обеспечения предприятий переработки и добычи нефти и газа и других опасных производств инертным газом. Рассмотрена возможность производства инертных газов, используя в качестве источника сырья отходящие газы производства серы установки Клауса. Анализируются имеющиеся в литературе данные по катализаторам и процессам с точки зрения возможности их применения для удаления сернистых соединении, содержащихся в отходящих газах путем окисления их до двуокиси серы.

Во второй главе обоснован выбор объектов и методики экспериментальных и аналитических исследований современными физико-химическими и спектральными методами, приведены физико-химические характеристики и механические свойства катализаторов и носителей, использованных в работе, схемы и описание опытных установок. Описана методика эксперимента по определению каталитических свойств нанесенных оксидных катализаторов на проточной лабораторной установке и методика приготовления катализаторов путем нанесения активных компонентов методом пропитки по влагоемкости. Выбор нанесенных катализаторов обусловлен тем, что они, не уступая массивным в активности, проявляют большую механическую прочность. Пропитку проводили азотнокислыми и сернокислыми растворами индивидуальных соединений (прекурсоры) или смесью растворов для получения смешанных катализаторов, с таким расчетом, чтобы после прокаливания при 450-500оC содержание активной фазы в катализаторе составляло 5,0±0,1 масс. %.

В качестве активной фазы выступают оксиды металлов или их смеси, образующиеся при разложении исходных солей.

Cоотношениие окислов в смеси соответствует их содержанию в шпинели общей формулы AB2O4, где A- Zn, Ni, Co, Cu ; B – Fe, Cr, Mn, V.

В третьей главе на основании данных по компонентному составу дымовых газов печи дожига и отходящих газов до и после узла доочистки СКОТ ОАО НПЗ «ТАИФ» обоснован выбор газового потока после узла доочистки в качестве сырья для получения инертных газов. Процесс СКОТ характеризуется присутствием минимального количества примесей в отходящих газах. Сырьевая база отечественных нефте - газоперерабатывающих заводов для получения инертных газов на основе отходящих газов, в дальнейшем будет расширяться в связи со строительством и реконструкцией установок производства серы, оснащенных блоком доочистки СКОТ. Последний оказался достаточно надежным в условиях российских НПЗ (ОАО «Славнефте-Ярославнефтеоргсинтез», ООО «Лукоил-Пермнефтеоргсинтез», ОАО НПЗ «Таиф», г. Нижнекамск др.) и поэтому имеет перспективу для дальнейшего внедрения.

Из данных таблицы 1 видно, что состав отходящих газов после блока доочистки отходящих газов СКОТ характеризуется присутствием небольших количеств сероводорода, окиси и сероокиси углерода - 0,003 %, об., водорода - 1,2 %, об. Влажность газа составляет 5,2 %, об. На долю инертных компонентов - азота и двуокиси углерод приходится в общей сложности 96,27 %,об. в расчете на влажный газ и 98,73 %, об. в расчете на сухой газ. Из них 96,07 составляет азот и 2,66 %, об. двуокись углерода. Дымовые газы характеризуются более сложным составом. Из нескольких вариантов, предлагаемых для получения инертных газов, которые подробно рассмотрены в главе 4, наиболее предпочтительным является вариант использования в качестве исходного сырьевого потока отходящие газы блока СКОТ, а для удаления примесей из них предложено использовать метод каталитического окисления с последующим поглощением получаемых продуктов окисления (СО2 и SO2) в легкорастворимом абсорбенте.

Имеющиеся твердые катализаторы окисления сернистых соединений до двуокиси серы имеют ряд недостатков, которые ограничивают возможность их применения для решения этой задачи (ИКТ-12-8, ИКТ-16-20 и др.).

В данной главе приводятся результаты синтеза нанесенных оксидных катализаторов и исследование их каталитической активности для окисления низкоконцентрированных сернистых соединений в составе отходящих газов.

Таблица 1 - Компонентный состав дымовых и отходящих газов после блока доочистки отходящих газов СКОТ, установки получения серы

Компоненты Отходящие газы Дымовые газы
Расход, кг/моль. час Состав, % об. в расчете на сухой газ Расход, кг/моль. час Состав, % об. в расчете на сухой газ
H2S 0,01 0,003 отс -
H2O 18,89 - 53,71 -
H2 4,37 1,258 отс. -
CO2 9,26 2,666 21,83 4,270
N2 333,67 96,067 478,09 93,514
CO 0,01 0,003 отс. -
SO2 отс. - 0,02 0,004
O2 отс. - 11,29 2,208
NOx отс. - 0,01 0,002
CnHm отс. - 0,01 0,002
COS 0,01 0,003 отс. -
Всего 366,22 100,00 564,942 100.00


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.