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:     | 1 || 3 |

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

-- [ Страница 2 ] --

Выбор сероводорода в качестве модельного компонента для исследования обусловлен тем, что при низких концентрациях он является наиболее трудноокисляемым из числа, содержащихся в отходящих газах. При разработке катализатора сероочистки нами учитывались следующие к ним требования: низкая стоимость, доступность исходных компонентов, экологическая безопасность их получения. Кроме того, катализатор должен оказывать минимальное сопротивление потоку отходящих газов.

Для выбора оптимального носителя нами использованы, заметно отличающиеся по химическому составу и текстуре носители, характеризующиеся нулевой активностью в реакции Клауса. Для опытов взяты три различных образца -Al2O3, отличающиеся размерами, формой гранул и текстурой (Б-1, Б-2, Б-3), алюмосиликатный блок сотовой структуры (А), силикагель (В), - Al2O3 сотовой структуры (Б-4) и - Al2O3 и (+) - Al2O3 (Г и Д).

Оценку каталитических свойств полученных образцов катализаторов проводили при t-250 оС и времени контакта – 0,5 с. Состав газа, об. %: H2S – 0,1; паров воды – 5 об. % ; остальное – азот. Соотношение H2S/O2 – 0.5, общая продолжительность испытаний 6-8 часов.

В первоначальных опытах на носителе Al/Si установлен ряд активности и селективности индивидуальных (V, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, Cо, Mg, Zn) и смешанных оксидов в «сухой» и влажной среде (табл. 2 и 3).

Таблица 2 - Каталитические свойства нанесенных индивидуальных оксидных

катализаторов в реакции окисления сероводорода кислородом воздуха

Образец катализатора (носитель- Al/Si) Отсутствие воды 5% Н2О
X (H2S), % S (SO2), % Выход, Sn, % X (H2S), % S (SO2), % Выход, Sn, %
1 V2O5 86 4 83 75 15 64
2 Fe2O3 95 0 95 33 100 0
3 CuO 21 11 19 25 100 0
4 Cr2O3 14 18 10 15 100 0
5 NiO 44 52 21 10 81 2
6 CoO 32 40 19 11 71 3
7 ZnO 17 15 14 8 100 0
8 Mn2O3 97 13 84 36 40 22

В этом ряду оксид железа и смешанные железооксидные катализаторы Fe2O3Mn2O3, Fe2О3NiO, Fe2О3ZnO относительно других обладают лучшими каталитическими свойствами в реакции окисления сероводорода в двуокись серы. При температуре 250 0С во влажной среде они проявляют 100%-ную селективность по отношению к двуокиси серы, активность которых находится на уровне 35 %.

Таблица 3 - Каталитические свойства нанесенных смешанных оксидных катализаторов в реакции окисления сероводорода кислородом воздуха

Образец катализатора (носитель- Al/Si) Отсутствие воды 5% Н2О
X (H2S), % S (SO2), % Выход, Sn, % X (H2S), % S (SO2), % Выход, Sn, %
1 V2O3Cr2O3 36 5 34 67 16 56
2 V2O3ZnO 75 9 68 72 23 55
3 V2O3CuO 91 3 89 61 32 41
4 Fe2O3CoO 68 40 61 36 95 18
5 F2O3CuO 73 7 93 50 2 49
6 Fe2O3Mn2O3 76 16 84 33 100 отсут.
7 Fe2O3NiO 34 100 0 34 100 отсут.
8 Fe2O3ZnO 52 34 66 33 100 отсут.
9 Fe2O3ZnO Cr2O3 100 11 89 51 12 45
10 V2O3 Fe2O3 85 5 81 64 20 51

Дальнейшие исследования по влиянию природы носителя, прекурсора, температуры прокаливания и модифицирования поверхности носителя на каталитические свойства образцов катализатора, проведены на оксиде железа. Установлено, что Fe-оксидные образцы типа (А), полученные способом пропитки носителя Al2O3-SiO2 и образцы катализаторов типа (Б), полученные пропиткой носителей -Al2O3 проявляют одинаковую каталитическую активность, несмотря на различия в химических и текстурных характеристиках использованных носителей. Эти образцы характеризуются высокой селективностью в реакции окисления сероводорода до SO2 и стабильностью каталитических свойств, независимо от прекурсора (сульфат Fe (II) и нитрат Fe(III)).

Образцы, приготовленные тем же способом, но на других носителях: силикагеле (В), (Д) и (Г), отличаются по каталитическим свойствам, прежде всего, направлением реакции окисления H2S – на этих образцах происходит одновременное окисление H2S как до серы с достаточно высокой селективностью, так и до SO2. Эти образцы не стабильны во времени и за несколько часов выход серы на катализаторе (В) конверсия H2S уменьшается с 77 до 45 %, селективность при этом несколько возрастает от 12 до 18 %.

Катализатор на носителе под шифром Б-4 (оксид железа на -Al2O3 сотовой структуры) был выбран в качестве базового для дальнейших исследований.

Для выяснения оптимальных условий его эксплуатации была исследована зависимость каталитических свойств данного образца от различных технологических факторов, таких, как время контакта, отношение кислорода к сероводороду и концентрация водяных паров в реакционной смеси в широком температурном интервале.

Критерием оптимальности указанных параметров является обеспечение условий протекания процесса окисления, при котором достигается степень превращения сероводорода и селективность по двуокиси серы близкой 100 %.

Из данных рис. 1 и 2 следует, что оптимальное время контакта составляет от 0,6 до 1,0 с., что позволяет проводить реакцию окисления сероводорода при температуре на уровне 340 оС со 100 % превращением его в целевой продукт – двуокись серы.

 Степень конверсии-0

 Степень конверсии сероводорода-1

Рисунок 1 - Степень конверсии сероводорода в реакции окисления сероводорода на железооксидном катализаторе в зависимости от времени контакта и

температуры

Благоприятные условия для проведения процесса окисления могут быть обеспечены при более низких температурах за счет увеличения времени контакта, что достигается снижением объемной скорости процесса.

 Рисунок 2- Селективность окисления-2

Рисунок 2- Селективность окисления сероводорода в двуокись серы на железооксидном катализаторе в зависимости от температуры и времени контакта

При температуре 290 оС и варьировании времени контакта в пределах от 1,3 до 2,5 с конверсия сероводорода не превышает 96-98 %, селективность по двуокиси серы при этом находится на уровне 100 %.

Повышение температуры до 320 оС при тех же значениях времени контакта позволяет довести степень конверсии до 99.99 % с сохранением селективности равной 100%.

Показано, что повышение концентрации окислителя выше стехиометрического количества в целом положительно влияет на показатели процесса. При более высоком отношении кислорода к сероводороду удается осуществить достижение конечной цели процесса при более низкой температуре в реакторе.

Возможность проведения процесса с избыточным количеством кислорода с технологической точки зрения является благоприятным фактором, так как позволяет упростить регулирование соотношения n=H2S/O2. Экспериментально показано, что для исследуемого катализатора каталитические свойства не зависят от содержания активного компонента в интервале концентрации Fe2O3 от 0,5 до 5%, масс. Содержание оксида железа выше, чем 5%, масс., также не улучшает каталитическую активность. При концентрации оксида железа ниже чем 0,5 % масс. как конверсия, так селективность процесса снижаются.

Работа опытной установки в области оптимальных технологических режимов, установленных в лабораторных исследованиях, позволяет эксплуатировать блочный катализатор, содержащий 4% оксида железа, длительное время без ухудшения его каталитических характеристик.

Четвертая глава посвящена разработке технологических основ процесса получения инертных газов из отходящих и дымовых газов установки получения серы по методу Клауса с узлом доочистки отходящих газов СКОТ. При построении промышленных схем процесса использован один из важных технологических принципов - интегрирование процессов, позволяющий максимально увязать технологические установки и блоки по функциям и решаемым задачам, по материальным и тепловым потокам.

При разработке схем использованы данные по составу отходящих и дымовых газов узла доочистки отходящих газов (лицензиар Shell) и установки Клауса (лицензиар Worley Parsons) ОАО НПЗ «ТАИФ».

По первой схеме получение инертного газа осуществляется из дымовых газов печи дожига, установленной перед дымовой трубой после узла доочистки СКОТ. Во второй схеме в качестве источника инертных газов применяется смесь дымовых и отходящих газов. Первая и вторая схемы имеют несколько вариантов, наличие которых обусловлено необходимостью оптимизации энергетических и технологических решений. Третья схема основана на использовании в качестве исходного газа для получения инертной среды только отходящих газов узла доочистки СКОТ.

Сущность первой схемы сводится к тому, что часть дымовых газов технологических печей газодувкой направляют в последовательно расположенные реакторы для каталитической нейтрализации нежелательных химических примесей и далее после охлаждения подвергают адсорбционной доочистке и осушают до требований на инертный газ.

Во второй схеме сырьевой газ представляет собой смесь, состоящую из двух потоков. Первый поток - дымовые газы печи дожига и второй поток – отходящие газы узла доочистки установки СКОТ. Целесообразность использования смеси газов в качестве сырья обусловлено возможностью использования водорода, содержащегося в одном потоке - в отходящих газах, в качестве восстановительной среды для удаления избытка кислорода в другом потоке – дымовых газах.

В третьей схеме процесс получения инертного газа значительно упрощается благодаря относительно небольшому числу примесей и меньшей их концентрации (рис. 3). По этой схеме на первой стадии проводится окисление водорода и окиси углерода кислородом воздуха при небольшом его избытке на катализаторе, устойчивом в присутствии сероводорода, на второй стадии окислению подвергают сероводород до двуокиси серы на разработанном нами железооксидном катализаторе. Таким образом, в основе предлагаемой схемы лежит принципиальное технологическое решение по которому, во-первых, нежелательные в инертном газе примеси – водород, окись углерода и сероводород удаляются за счет применения только окислительного процесса с использованием воздуха в качестве окислителя. Во- вторых, получаемые в ходе этого процесса продукты двуокись углерода и двуокись серы легко могут быть удалены из реакционных газов доступным абсорбентом – водой. Последняя также является продуктом окисления и сопутствующим компонентом отходящих газов. Схема упрощается еще тем, что отходящие газы узла доочистки СКОТ имеют избыточное давление, что позволяет отказаться от применения газодувки или парового эжектора для прокачки отходящих газов через систему газоочистки.

После очистки от нежелательных примесей инертный газ при давлении 0,8 МПа осушают на адсорбенте, используя типовой аппарат заводского изготовления до точки росы минус 2060 С в зависимости от требований к инертному газу (рис.3). Результаты исследования проверены на укрупненной опытной установке с использованием модельных отходящих газов на блочном катализаторе сотовой структуры, содержащий в качестве активной фазы 4 % масс. оксида железа.

В таблице 4 представлен материальный баланс процесса получения инертного газа по данной схеме. Для расчетов взята производительность по инертным газам 1000 кг/час, что соответствует потребности нефте- и газоперерабатывающего заводов в инертном газе и обеспечена ресурсами отходящих газовых потоков.

1 – Блок доочистки СКОТ; 2 – Печь дожига; 3 – Дымовая труба; 4 – Фильтр керамический; 5 – Реактор очистки дымовых газов от водорода и окиси углерода; 6 – Реактор окисления сернистых газов; 7 – Смеситель-охладитель; 8` – Компрессор; 8 – Осушитель; 9 – Колонна отдувки кислых газов; 10 – Фильтр; 11 – Циркуляционный насос; 12 – Смеситель газов; 13 – Концевой холодильник. I – Отходящие газы установки Клауса; II – Воздух; III – Водородсодержащий газ; IV – Отходящие газы узла доочистки СКОТ; V – Дымовые газы печи дожига; VI – Подогретые отходящие газы узла доочистки; VII – Очищенные от окиси углерода и водорода отходящие газы; VIII – Очищенные от сероводорода отходящие газы; IX – Инертный газ на регенерацию абсорбента; X – Водный конденсат; XI – Газы отдувки кислых вод; XII – Топливный газ; XIII – Сероводород на рециркуляцию; XIV – Инертный газ; XV – Абсорбент на рециркуляцию; XVI – Очищенный от сернистого ангидрида газ.

Рисунок 3- Схема получения инертных газов из отходящих газов узла доочистки установки Клауса



Pages:     | 1 || 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.