Им. И. М. Губкина унц "газохимия" иох им. Н. Д. Зелинского ран ргу нефти и газа им. И. М. Губкина

2.4. Производство серы из сероводородсодержащих газов

Извлекаемая из природного газа смесь кислых газов наполовину и более по объему состоит из сероводорода. Остальная часть включает углекислый газ и небольшие количества серооксида углерода и углеводороды (метан, этан). Эта смесь кислых газов утилизируется обычно на месте очистки природного газа с целью получения из нее элементной серы.


Химия и технология процесса Клауса

После извлечения сероводорода его перерабатывают мето­дом Клауса в элементную серу. Процесс Клауса, названный по имени английского химика Карла Клауса, запатентовавшего в 1883 году способ получения серы из сероводорода, является основным процессом получения серы из сероводорода и основан на окислении сероводорода до серы.

В модифицированном вариан­те окисление проводят в две стадии—термическую и каталити­ческую. На термической стадии ведут пламенное окисление сероводорода воздухом со стехиометрическим количеством кислорода при 900—1350°С. При этом часть сероводорода окисляется до диоксида серы:

На каталитической стадии идет реакция между сероводоро­дом и диоксидом серы в присутствии катализатора — боксита или активного триоксида алюминия при 220—250 °С.

Одновременно с таким двухстадийным образованием серы протекает реакция прямого окисления:

Поскольку в составе кислых газов кроме сероводорода при­сутствуют другие компоненты, в процессе горения протекают также следующие побочные реакции:

Технология получения серы методом Клауса реализует ука­занные выше реакции обычно в три ступени.
Технологическое оформление процесса зависит при этом от состава кислого газа - содержания в нем сероводорода и углево­дородов.
Содержание сероводорода определяет стабильность горения кислого газа: при содержании его выше 45% (об.) горение ста­бильное, а если оно ниже, то требуется предпринять соответ­ствующие меры для стабилизации горения (подогрев газа и воз­духа и др.).
Содержание углеводородов в кислом газе обычно невелико [до 5%(об.)] и их наличие значительно увеличивает расход воз­духа для горения, объем газов после горения и соответственно размеры оборудования. В зоне высоких температур при горении углеводородов образуется углерод, который снижает качество серы и ухудшает ее цвет. За счет реакций с сероводородом угле­род образует CS₂ и COS, которые не подвергаются в дальней­шем конверсии и, попадая в уходящий после процесса Клауса газ, уменьшают выход серы.
Большое содержание углекислого газа в кислом газе отрица­тельно влияет на процесс горения сероводорода.
Принципиальная схема производства серы методом Клауса (Мубарекский ГПЗ) приведена на рис. 25.
По этой схеме почти весь кислый газ (95 - 98%) подается на первую терми­ческую ступень конверсии, представляющую собой паровой котел газотрубного типа. В зоне горения 1 (топке) этого котла поддерживается температура около 1100^оС, которая снижается до 350^оС после прохождения газами зоны трубного пучка, в котором генерируется водяной пар высокого давления (2,0 - 2,5 МПа). Затем газ охлаж­дается в конденсаторе 3 до 185°С и поступает на вторую ступень. Из низко­температурных зон термического реактора и охладителя 3 через серозатворы из системы выводится жидкая сера. Максимальный выход серы на первой ступени составляет 60 - 70% от общего ее выхода.
Вторая ступень состоит из печи 4 для сжигания оставшейся части кислого газа и превращения оксида серы, содержащегося в газе после первой ступени. Реакции на этой ступени протекают при температуре 240 - 250°С в реакторе 5, заполненном катализатором (активированный оксид алюминия). В последнее время стали широко применяться катализаторы на основе диоксида титана (содержание ТiO₂ > 85%) фирмы "PRO-Catalist" (марки CRS-31, CRS-32). На выходе из реактора 5 температура достигает 330^оС. Газ затем охлаждается в охладителе до 170°С с выделением из него сконденсированной серы. Газ из охладителя 6 поступает на третью ступень, вначале в печь 7, где его температура повышается до 220^оС (за счет горения топливного газа III), затем газ проходит реактор 8, в котором температура газа повышается на 20 - 30^оС (до 250°С). После этого газ снова охлаждается в охладителе 9, из которого сконденсированная сера отводится через серозатвор, а уходящий газ через сепаратор 10 направляется на дожиг в печь 11.