Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I История создания и развития Оренбургского газоперерабатывающего завода ГЛАВА II. Развитие процессов производства серы на первой очереди Оренбургского газоперерабатывающего завода
ГЛАВА III. Развитие процессов производства серы на второй очереди Оренбургского газоперерабатывающего завода
ГЛАВА IV. Развитие процессов производства серы на третьей очереди Оренбургского газоперерабатывающего завода
ГЛАВА V. Решение проблемы повышения качества газовой молотой серы
ГЛАВА VI. Решение проблемы охраны окружающей среды на Оренбургском газоперерабатывающем заводе
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
СОКРАЩЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ
- Развитие процессов производства серы на первой очереди Оренбургского газоперерабатывающего завода
- Развитие процессов производства серы на третьей очереди Оренбургского газоперерабатывающего завода
- Решение проблемы охраны окружающей среды на Оренбургском газоперерабатывающем заводе
Введение к работе
Актуальность темы. Сера является широко распространенным элементом,
составляющим 0,1% земной коры. Формы, в которых она встречается, чрезвычайно
1 многообразны: самородная сера, сульфидные и сульфатные минералы, сложные
сероорганические соединения в нефти, сероводород, меркаптаны, сульфиды и
гидросульфиды в природном и попутном газе и др.
Вероятное содержание серы в нефти и природном газе оценивается в 2* 109 т,
т.е. в пять раз больше, чем запасы природной серы. В углеводородном сырье сера
представлена в основном в виде сероводорода, меркаптанов и других
сероорганических соединений. Сероводород- содержащие природные газы
выявлены в семнадцати газонефтеносных бассейнах нашей страны, концентрация
сероводорода в них колеблется от 0,015 до 26,5%. Преобладающая часть запасов
таких газов сосредоточена в России (около 65%), Средней Азии и Казахстане
ь, (35%). Сырьевой базой для производства серы являются, как правило, газы с
г содержанием сероводорода не менее 1% об.
Основными производителями серы в мире считаются США, Канада, Польша, Мексика, Ирак, Франция и СНГ. На эти страны приходится около 70% мирового производства серы.
За последние 20 лет мировая структура производства серы из различного серосодержащего сырья существенно изменилась. Регенерированная (до 90% из сероводорода) сера составляет основную массу товарной продукции.
С пуском и освоением Мубарекского, Оренбургского, Астраханского и
W Тенгизского комплексов по добыче и переработке сероводородсодержащих газов и
V нефти возникла новая подотрасль - газохимическая, которая характеризуется
глубокой комплексной переработкой углеводородного сырья с извлечением гелия, этана, пропан-бутана, серы, меркаптанов и получением моторных топлив. Мощность и количество установок получения серы из сероводорода возрастает, и к 2002 г. топливные отрасли стали производить до 50% всей серы, вырабатываемой отечественной промышленностью.
За 30 лет Оренбургский ГПЗ накопил огромный опыт в
процессах получения элементарной серы из сероводородсодержащего сырья. На заводе производились опытно-промышленные испытания катализаторов, систем оптимизации процесса, реконструировались печи. Но этот опыт, представляющий огромный интерес для развития газохимической отрасли, оказался малоизученным, что сдерживает дальнейшее совершенствование промышленной технологии синтеза серы.
В своей работе автор показал становление и развитие процессов получения серы с момента пуска завода по настоящее время, особенности, недостатки существующих промышленных процессов и пути их преодоления.
Цель работы. Анализ исторических и технических аспектов создания и совершенствования процессов переработки сернистого природного газа и промышленного производства серы на Оренбургском газоперерабатывающем заводе.
Научная новизна. Впервые рассмотрено в историко-техническом аспекте развитие техники и технологии переработки кислых газов на Оренбургском ГПЗ с целью использования результатов работы, как в инженерной, так и в исторической науке.
Впервые проанализированы изменения качества используемого сырья и получаемых продуктов, изменения технико-экономических показателей производства в результате модернизации, реконструкции и замены технологического оборудования синтеза серы.
В работе рассмотрен опыт использования отечественных катализаторов на установках Клауса и Сульфрен.
Впервые выполнена оценка экологической эффективности внедрения природоохранных мероприятий по снижению загрязнения атмосферного воздуха в районе Оренбургского ГПЗ.
Развитие процессов производства серы на первой очереди Оренбургского газоперерабатывающего завода
Разработка Оренбургского месторождения, содержащего сероводород, обусловила необходимость строительства установок по производству газовой серы - ценного товарного продукта, сырья химической промышленности.
Производство серы из кислых газов, получающихся в результате сероочистки сероводородсодержащего газа, позволяет, во-первых, получить высококачественную серу, имеющую гораздо меньшую себестоимость, чем природная, и, во-вторых, такая утилизация сероводорода, выделяемого при сероочистке газа, необходима для обеспечения экологических требований по охране окружающей среды /85/.
Состав кислого газа, получаемого из сырьевого газа ОГКМ при регенерации поглотителей - абсорбентов (по данным ЦЗЛ ОГПЗ) представлены в табл.3.
Следует отметить, что содержание в кислом газе таких компонентов, как вода, углеводороды и двуокись нежелательны по следующим причинам: - водяные пары уменьшают выход серы, сдвигая равновесие реакции Клауса в обратную сторону, до настоящего времени нет практически осуществимого метода удаления воды из реакционной смеси. Кислые газы кроме равновесной влаги могут содержать капельную влагу, для ее удаления кислый газ проходит сепарацию;
- углеводороды при горении образуют смолу и сажу, которые смешиваясь с серой, ухудшают ее цвет и качество. Кроме того, смолы и сажа, осаждаясь на поверхности катализатора, снижают его активность и срок службы. Кроме того, некоторые углеводороды поглощают кислород при сжижении, что приводит к разбавлению основных газов;
- диоксид углерода, присутствующий в кислом газе, непосредственного влияния на реакцию Клауса не оказывает, но разбавитель снижает концентрацию реагирующих компонентов и тем самым понижает конверсию, являясь, кроме того, причиной образования побочных продуктов COS и CS2 и при этом, как правило, увеличивается объем выбросов в атмосферу /120/.
Влияние примесей, содержащихся в кислом газе, на конверсию H2S на термической ступени поцесса Клауса
Установки Клауса I очереди 1,2,ЗУ50 введены в эксплуатацию в марте 1974 г. Производительность по сере 180 тыс. т/год каждая. Кислый газ перерабатывался по схеме «прямого» Клаус-процесса с двумя каталитическими конверторами и конденсацией серы после термической ступени, и каждого конвертора.
Проектная и эксплуатационная документация установок была разработана фирмой Женса (Франция).
Проект на строительство первой очереди завода был выполнен генпроектировщиком - ЮжНИИгипрогаз (Украина) /89/.
Принципиальная схема процесса Клауса первой очереди приведена на рис. 2.
Кислый газ из общего коллектора, с установок аминовой очистки с температурой до 55С поступает в сепаратор кислого газа 50B0I, где отделяется на сепарационных элементах капельная влага, а затем поступает на сжигание в горелку печи-реактора 50В03. Печи реакции представляют собой горизонтальные аппараты, состоящие из камеры сгорания и котла-утилизатора. Расчетная нагрузка печи около 32600 м/ч кислого газа и 51200 м/ч воздуха, приведенных к нормальным условиям, при объемной доле компонентов в кислом газе: H2S- 63.14 %,С02-31,8 %, Н20- 4,0 %, СН4 - 1.0 %.
Кислый газ поступает в печь через боковой ввод, расположенный снизу цилиндрической обечайки печи (по хорде). Воздух в печь реакции поступает через тот же ввод, причем труба кислого газа расположена внутри ввода воздуха. Для сушки и разогрева печи в нее вместо кислого газа подают из двух коллекторов-полуколец топливный газ. Полукольца расположены внутри ввода воздуха вплотную к футеровке печи. От полуколец в футерованную часть ввода воздуха
VII-пар высокого давления; VIII - отходящие газы с установки Клауса; 1-Сепратор кислого газа; 2- воздуходувка; 3- реакционная печь; 4-конденсатор серы; 5- экономайзер; 6- реактор; печь подогрева
Футерованная часть ввода воздуха является амбразурой горелки. Горящий поток газов частично возвращается к входу газов, перемешивается с ним и поджигает его. Горение не прекращается и на перевальной стенке. Через смотровое стекло на вводе воздуха видно, что ядро потока кислого газа проходит значительное расстояние, пока перемешается с воздухом и воспламенится. За перевальной стенкой находится радиационная стенка котла 50В02. Расчетная температура газов на входе в пучок труб испарительного охлаждения радиационной камеры 1176С, на выходе 954С, коэффициент теплоотдачи - 157 вт/м . В конвекционной части котла температура понижается до 370С, коэффициент теплоотдачи - 44,8 вт/м .
Развитие процессов производства серы на третьей очереди Оренбургского газоперерабатывающего завода
Производство серы на третьей очереди ОГПЗ первоначально базировалось на двух установках Клауса (У351) и установке доочистки хвостовых газов Клауса по методу «Сульфрен» (У355). Общая производительность установки Клауса 1У351/355 - 320тыс.т/г., степень конверсии установки Клаус-94,8%, Сульфрен -92%, а общая степень конверсии обеих установок - 99,6%. Генеральный проектировщик «ЮжНИИгипрогаз», проектная документация разработана французской фирмой «Текнип» (Франция). Установка пущена в 1989 году. Сырьем установки Клауса являлся кислый газ после установок сероочистки с содержанием сороводорода 64-66% /92/.
В процессе Клауса используется схема, состоящая из термической и двух каталитических ступеней. Кислый газ, содержащий сероводород поступает в термическую ступень, где окисляется кислородом воздуха до серы и двуокиси серы. Процесс ведут таким образом, что выход серы на термической ступени должен составлять - 70% от исходного содержания сероводорода, а соотношение оставшегося H2S и образовавшегося SO2 на выходе из термической ступени равно двум.
Кислые газы, пройдя сепаратор BOl, где улавливается кислая вода, поступают на сжигание в горелки реактора-генератора F01 в количестве 98%, а около 2% кислого газа поступает в первую топку подогреватель технологического газа F02, установленную перед первым каталитическим конвертором В04. Конструкция печи реакции установки Клауса третьей очереди завода ГПЗ УЗ 51 F01 аналогична конструкции печей реакции установок Клауса первой очереди завода 1,2,3 У50 F01. Размеры печи У351 F01: внутренний диаметр около 4 м, длина 18 м. Расчетная нагрузка печи по кислому газу, приведенному к нормальным условиям до 65000 м /ч. Подача кислого газа в печь осуществляется по двум трубам диаметром 300 мм и 600 мм, встроенных одна в другую. Труба диаметром 300 мм используется постоянно, труба диаметром 600 мм - в период пуска при малых расходах кислого газа. Часть воздуха перед поступлением в зону горения проходит камеру подогрева вспомогательной печи 351F04, где может нагреваться до температуры 260С для устранения импульсного горения кислого газа в печи реакции. Соотношение воздух/:кислый газ на входе в печь равно примерно 1,2. Газы из камеры сгорания РГ проходят через дымовые трубы котла, где отдают тепло. Выделенное в котле тепло используется для получения пара давления до 22 кг/см2.
Технологические газы, выходящие из камеры сгорания и содержащие пары серы, охлаждаются в котловой части РГ до 340 С, а затем в конденсаторе Е01 до 180С, где пары серы конденсируются, выделенное тепло используется для получения пара давлением 4,8 кг/см . Жидкая сера из конденсатора Е01 подается в серную яму ТОЇ через серозатворы с паровой рубашкой. Из конденсатора технологический газ поступает в коагулятор ВОЗ для укрупнения частиц серного тумана и их удаления. Перед первым каталитическим конвертором В04 технологический газ подогревается в первой топке подогревателя F02 за счет смешения с прдуктами сгорания кислого газа. Подогретый до 230 С газ поступает в В04 сверху вниз по распределительной гребенке в трех точках. Затем следует очередное удаление паров серы в конденсаторе Е02 и коагуляторе В05 и последующий подогрев во второй топке F03, работающей на топливном газе. Технологический газ, подогретый до 228С, поступает во второй каталитический конвертор В06 для проведения реакции Клауса. Пройдя конвертор, газ охлаждается в конденсаторе-экономайзере Е03 и проходит сероуловитель В07. Затем технологический газ с температурой 130С потупает на доочистку хвостовых газов в установку "Сульфрен".
На установке Клауса в качестве питательной воды используется деаэризированная химически очищенная вода. Вода поступает в конечный конденсатор ЕОЗ, где нагревается за счет охлаждения технологического газа. Далее часть воды подается в конденсаторы ЕОІи Е02, а остальное количесво - в сборник питательной воды Е08, откуда насосами Р01 подается в паросборник В02, который соединен с реактором-генератором F01.
Пар под давлением 22 кг/см частично подается на турбины воздуходувки, остальное количество редуцируется и поступает в коллектор пара. Пар давлением 4,8 кг/см частично используется на нужды производства серы, а остальное количество - на сероочистку /92/.
Для доочистки хвостовых газов установки Клауса служит установка "Сульфрен", представляющая собой дополнение процесса Клауса. Взаимодействие H2S и SO2 проводится при температурах ниже температуры конденсации серы в реакционной газовой смеси. Образующая сера адсорбируется на катализаторе, который с течением времени насыщается и поэтому требует периодической регенирации путем десорбции серы горячим газом. Поскольку применяются только твердые адсорбенты, никакие жидкие продукты, кроме серы, не конденсируются, никаких проблем ликвидации или обезвреживания жидких отходов не возникает. Сера получается чистотой 99,9%. В табл. 17 представлен проектный состав газов, поступающих на установку "Сульфрен" /92/.
Решение проблемы охраны окружающей среды на Оренбургском газоперерабатывающем заводе
Производствоз серы на базе высокотоксичного сероводородсодержащего сырья невозможен без одновременного решения проблем защиты окружающей среды и охраны труда на предприятии. Оренбургский газоперерабатывающий завод расположен в северо-западной части Оренбургского района Оренбургской области в 30 км от областного центра к северу от автодороги Оренбург-Самара.
В западном направлении от ГПЗ расположены: Оренбургский гелиевый завод, головная компрессорная станция «Союз», ремонтно-испытательный пункт цистерн газов (РИП).
В северо-восточном направлении от основной площадки ГПЗ располагается крупный железнодорожный узел станции Каргала, птицефабрика «Оренбургская» и объектов стройиндустрии.
С юго-восточной стороны от ГПЗ расположена площадка Каргалинской ТЭЦ (КТЭЦ).
Такая высокая концентрация промышленных предприятий с большим количеством рабочих требовала особого внимания к вопросам экологии при разработке процессов промышленного синтеза серы из сероводорода на ОГПЗ /68/.
Сырьем Оренбургского газоперерабатывающего завода являются:
сероводородсодержащий газ Оренбургского и Карачаганакского месторождений;
смесь сероводородсодержащего нестабильного газового конденсата и нефти Оренбургского месторождения;
нестабильный сероводородсодержащий газовый конденсат Карачаганакского месторождения.
В результате технологических процессов переработки сырья на ГПЗ производятся следующие основные товарные продукты: газ природный товарный, сера (жидкая, комовая, молотая и гранулированная), сжиженный газ и одорант. Большинство видов товарной продукции транспортируются по
трубопроводам. Другая часть продукции (сера, сжиженный газ, одорант) отправляется потребителю железнодорожным и автомобильным транспортом. VI.I Характеристика ОГПЗ как источника загрязнения атмосферного воздуха
С точки зрения выделения вредных веществ в атмосферу все источники Оренбургского газоперерабатывающего завода можно объединить по технологическому признаку в следующие пять групп:
дымовые трубы установок получения серы;
дымовые трубы технологических печей;
вентсистема производственных помещений;
факельная система;
неорганизованные источники.
Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят установки получения серы /79/. Через их дымовые трубы в атмосферу поступает от 89 до 95% общезаводского выброса, в том числе; диоксида серы (61-93%), оксида углерода (37-55%), оксидов азота (до 2%) и сероводорода (до 1,5%).
В августе и ноябре 1975 г для доочистки отходящих газов были
построены две установкиУ-55 и три установки У-55, в декабре 1976 года установкаУ-55, основанные на жидкофазных процессах «ФИН», которые эксплуатировались до 1982 года. В дальнейшем по причине коррозионного износа установки были исключены из технологического процесса /46/.
В период эксплуатации максимальная степень конверсии установок не превышала 64%. Кроме того, коррозия оборудования и коммуникаций приводила к тому, что непрерывный цикл их работы составлял не более 6-8 месяцев, после чего они останавливались на капитальный ремонт для полной замены труб, теплообменной аппаратуры и насосного оборудования во избежание утечки токсичных продуктов.
Установка доочистки отходящих газов II очереди завода, основанная на жидкофазных процессах «Клин-Эр», был построена в декабре 1975 года. Установка в эксплуатацию не вводилась. После двух попыток пуска (декабрь 1975 года и декабрь 1979 г.) было установлено, что коррозионный износ оборудования столь велик, что было принято решение отказаться от восстановительных работ /91/.
Из всех установок доочистки отходящих газов только установки III очереди ГПЗ, основанные на «сухом» процессе «Сульфрен», оказались работоспособными и эффективными.
Низкая эффективность работы установок доочистки отходящих газов газоперерабатывающего завода оказала негативное влияние на экологическую обстановку. Особенно неблагоприятная экологическая обстановка в районе ГПЗ сложилась в 1982-1987 годах.
В этот период газохимическим комплексом перерабатывалось около 49 млрд. м газа в год, при этом выбросы в атмосферу загрязняющих веществ превышали 100 тысяч тонн.
