Введение к работе
Актуальность проблемы. Увеличение доли высокосернистых нефтсй, вовлекаемых в переработку в последнее время, влечет за собой рост выбросов в атмосферу сернистых соединений, преимущественно диоксида серы и сероводорода.
Высокие токсичные и коррозионные свойства сероводорода обуславливают необходимость специальной очистки выбросных газов нефтепереработки. С другой стороны, громадные запасы сернистых нефтсй и пысокосернистых газов, содержащих высокие концентрации сероводорода, позволяют рассматривать их как один из основных природных источников получения газовой серы.
В отечественной и зарубежной практике методы очистки газов от сероводорода разделяются на три большие группы: абсорбционные, адсорбционные и окислительные. Окислительные методы очистки газа от сероводорода основаны на том, что сероводород является восстановителем и легко может быть окислен до элементарной серы, сульфитов и сульфатов, серной кислоты и двуокиси серы различными веществами. Методы адсорбции и абсорбции позволяют только концентрировать сероводород, извлеченный из очищаемого газа. Для получения товарных продуктов, содержанпгх серу, необходимо сочетание этих процессов с окислением сероводорода.
В настоящее время окисление концентрированного сероводорода до серы в промышленных масштабах осуществляется методом Клауса. Однако использование только одного метода Клауса не позволяет достаточно полно утилизировать серу и значительное ее количество сбрасывается в атмосферу в виде токсичных оксидов. Так, при производительности по сере 2000 т/сут. со степенью извлечения серы 95% теряется в течении года около 4x101 т серы или будет выброшено в атмосферу 8x104 т SO2. В міфе насчитывается более 420 установок получения серы методом Клауса. Их общая фактическая производительность составляет более 20x106 т серы в год, т.е. около 50% всего промышленного производства серы. Как правило, проектная степень конверсии НгБ в серу на
двухступенчатых установках Клауса составляет 94-96%, снижаясь на практике до 90-92% при длительном использовании катализаторов. Степень конверсии на установках производства серы редко достигает проектных значений, поэтому процессы получения серы необходимо оборудовать установками очистки отходящих газов, повышающими степень конверсии H2S в серу до 99-99.9%.
Перечисленные задачи подтверждают актуальность разработки процесса высокоэффективной очистки технологических и отходящих газов установок производства элементарной серы.
Выполненные исследования входят как часть научно-исследовательских работ в рамках ГНТП "Нефтехимия. Химия новых веществ и материалов" и ГНТП "Экология Башкортостана: комшіексньїе исследования" Академии наук Республики Башкортостан на 1993-95 г.
Цель работы. Исследование и разработка способа очистки технологических и огходящих газов установок производства элементарной серы прямым окислением сероводорода кислородом воздуха на гетсрогсшюм блочном катализаторе саговой структуры.
Основные задачи исследования:
исследование прямого гетерогенно-каталитического окисления сероводорода кислородом воздуха в лабораторном и пилотном масштабе;
определение влияния основных технологических параметров процесса: температуры, объемной скорости подачи сырья и времени работы катализатора на основные показатели процесса очистки отходящих газов установки получения элементарной серы на Ново-Уфимском НПЗ;
разработка математической модели в виде системы дифференциальных уравнений с решением ее для условий проводимых экспериментов, позволяющей оптимизировать как размеры реакционного узла, так и условия ведения процесса по минимизации выбросов сернистых соединений;
разработка промышленной технологической схемы очистки отходящих газов установок производства элементарной серы с учетом аппаратурного оформления;
проведение опытно-промышленных испытаний процесса очистки отходящих газов установки производства элементарной серы на Ново-Уфимском НПЗ.
Научная новизна. В результате проведешшх исследований определен оптимальный состав и геометрическая форма катализатора для окисления сероводорода кислородом воздуха в среде дымовых и отходящих газах с низким давлением. Установлены такие закономерности ведения процесса, как влияние технологических параметров на степень извлечения серы из отходящих газов (конверсия сероводорода и селективность по образованию элементарной серы).
На основе полученных результатов разработана новая схема ведения процесса получения элементарной серы с узлом очистки отходящих газов для условий нефтеперерабатывающего завода.
Практическая ценность. На основании выявленных закономерностей разработан технологический регламент на проектироваїшс опытно-промышленной установки очистки отходящих газов производства элементарной серы мощностью 8000 нм3/час. По разработанному регламенту Башкирским СКТБ "Газнефтехим" была спроектирована опытно-промышленная установка для АО "Ново-Уфимский НПЗ". На основании проекта опытно-промышленная установка была изготовлена и смонтирована на АО "Ново-Уфимский НПЗ".
Результаты диссертационной работы применяются в учебном процессе кафедрой "Охрана окружающей среды и рационального использования природных ресурсов" Уфимского технологического института сервиса в дисциплинах: "Экологическое моделирование", Техника и технология защиты окружающей среды", "Промышленная экология".
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: научно-технических конференциях молодых ученых в г. Свердловске (1989, 1991 гг.), в г. Ленинграде (1991 г.), Всесоюзных совещаниях "Блочные носители и катализаторы сотовой структуры" (г. Пермь 1990 г., г. Новосибирск 1992 г.), отраслевых совещаниях по проблемам и перспективам развития ПО "Томский НХК" (г. Томск 1991, 1992, 1994 гг.), Всесоюзной конференции "Проблемы комплексного освоения природных битумов и высоковязких нефтей" (г. Казань 1991 г.), Всесоюзной конференции "Создание экологически чистых регионов"
6 (г. Волгоград 1991г.), отраслевом совещании по вопросам перспективного развития ЛО "УНПЗ" (г. Уфа 1995 г.), Международной научно-практической конференции "Геоэкология в Урало-Каспийском регионе" " (г. Уфа 1996 г.), 2-nd European Thermal-Sciences and 14-th UIT National Heat Transfer Conference (Италия, Рим, 1996 г),.
Публикации. Основное содержание работы изложено в 26 публикациях, в том числе в 6 статьях, одном авторском свидетельстве и двух патентах Российской Федерации.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложений, изложена на 140 страницах с 18 таблицами и _27_ рисунками. Список использованной литературы содержит 126 наименований.
