В данной статье проведён анализ процесса переработки сероводородсодержащего газа. Для решения одной из проблем процесса предложено усовершенствование блока очистки хвостовых газов.

Ключевые слова: процесс Клауса, сера, сероводород, кислый газ.

Уже более сотни лет наш мир находится в зависимости от ископаемых видов топлива. Изначально сюда относился каменный уголь, но как только человек изобрёл и начал активно использовать автотранспорт появилась новая необходимость в нефти и газе, поскольку при их переработке получают топливо для вышеупомянутого средства передвижения. Со временем обнаружили, что использование такого вида топливо сильно загрязняет окружающую среду отходами. Сюда можно отнести выбросы углекислого газа, который в полной мере влияет на климат нашей планеты. Помимо углекислого газа выделяется значительное количество соединений серы, которая негативно влияет на здоровье человека, отравляет почву, водоёмы, приводит к кислотным дождям.

Основными источниками, которые приводят к выбросам соединений серы в атмосферу в нефтеперерабатывающей промышленности являются продукты переработки нефти, а в частности топливо для двигателей и котельное топливо. Только 1/3 часть серы удаляется из продуктов переработки нефти с образованием элементарной серы или серной кислоты. Остальная часть остаётся в составе нефтепродуктов, в топливе и процентов 5–10 выбрасываются в атмосферу.

Классическим многотоннажным процессом переработки сероводородсодержащего газа является процесс Клауса. Основное назначение процесса — переработка кислого газа, образующегося в ходе процессов нефтепереработки. Основная характеристика процесса — степень конверсии сероводорода в элементарную серу.

Процесс переработки сероводородсодержащего газа по методу Клауса был запатентован в 1883 году Карлом Фридрихом Клаусом, а впервые был использован на промышленной установке в середине 20 века в связи с тенденцией добычи сернистых газов и нефти [1]. С самого начала процесс проводился в одну стадию, где в качестве основного аппарата выступала печь реактор, заполненная катализатором на основе боксита. Со временем по ходу модернизации процесса начали использовать две стадии с разделением на термическую и каталитическую ступени.

Процесс Клауса по сути представляет собой окисление сероводорода из кислого газа. Изначально на термической стадии технологический газ сжигают в печи реакторе при высокой температуре (970–1470°С) для полного сжигания аммиака и углеводородов, которые могут содержаться в сырье.

Реакция окисления H ₂ S до серы:

2H ₂ S + 3O ₂ → 2SO ₂ + 2H ₂ O (1)

2H ₂ S + SO ₂ → 3S + 2H ₂ O (2)

В ходе второй реакции на термической стадии в процессе выделяется до 70 % выхода всей серы.

На каталитической стадии процесса происходит взаимодействие сероводорода с диоксидом серы, в качестве катализатора используют диоксид титана или оксид алюминия, температура поддерживается в районе 220–250°С [2].

2H ₂ S + SO ₂ → 3/nS _n + 2H ₂ O, (3)

где n = 2–8;

В рассматриваемом процессе проходят также побочные реакции, которые приводят к образованию побочных продуктов, таких как сульфоксид углерода и дисульфид углерода. На блоке очистки хвостовых газов эти соединения очищаются от примесей и гидрируются в каталитическом реакторе до сероводорода. В ходе проведённого анализа было выявлено, что проблемой процесса является неполная переработка побочных продуктов на блоке очистки хвостовых газов, из-за чего снижается общий выход серы.

В качестве усовершенствования процесса предлагается замена селективного катализатора в реакторе гидрирования хвостовых газов, что позволит повысить степень конверсии и, соответственно, снизить общие потери серы. Рассматриваемый катализатор производится на территории Российской Федерации и сделан на основе оксида кобальта, оксида молибдена, никеля, фосфора, бора, силиката кальция на алюмооксидном носителе [3].

Таблица 1

Сравнение предлагаемого и действующего на производстве катализаторов

Таким образом, можно заключить, что использование нового катализатора на производстве позволит добиться более высокой степени конверсии, снизит общие потери серы, а следовательно, снизит вредные выбросы в атмосферу.

Литература:

1. Голубева, И. А. Газовая сера. Карл Фридрих Клаус — изобретатель процесса производства элементарной серы из сероводорода. — М.: Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина, 2017. — ст. 6–9.
2. Лапидус, А. Л. Газовая сера в России: проблемы и перспективы / А. Л. Лапидус, И. А. Голубева // Газохимия. — 2011. — № 3–4. — С. 61–73.
3. Пат. № 2 812 535. Российская федерация, МПК B01J 23/882, B01J 23/883, B01J 27/19, B01J 21/02, B01J 23/887, B01D 53/86, B01J 35/60. Катализатор гидрирования и гидролиза сернистых соединений в отходящих газах процесса Клауса и способ его применения / О. А. Климова, Ю. С. Чистяченко, М. В. Смирнова, Н. С. Сакаева, С. В. Балина; заявитель и патентообладатель Акционерное общество «Специальное конструкторско-технологическое бюро «Катализатор». — 2023116956; заявл. 28.06.2023; опуб. 30.01.2024.