Разработка предложений по очистке природного газа и переработки кислых газов с получением товарной продукции (серы) (на примере Карачаганакского месторождения) (стр. 17 из 18)
Конденсатор-экономайзер представляет собой горизонтальный, газотрубный, с принудительной циркуляцией аппарат, предназначен для нагрева питательной воды котлов-утилизаторов. Он состоит из входной и выходной газовых камер и газотрубного барабана.
Далее газ после сероуловителя (9) поступает в печь дожига (10), где содержащийся в газе Н2S, CS2 и СОS и пары серы при температуре 820-1000 К сжигаются до SO2 и через дымовую трубу (факел) выбрасываются в атмосферу. Если установка получения серы оборудована установкой доочистки отходящих газов, то она расположена между сероуловителем (9) и печью дожига (10).
Сера из гидрорастворов (13) в жидком состоянии сливается в приемный резервуар (14) из бетонной конструкции под землей, откуда насосом (15) откачивается периодически в емкости дегазации жидкой серы. Выделяющиеся из серы газы (Н2S, SO2 и др.) отсасываются паровым эжектороми затем поступают в печь дожига.
Жидкая сера после дегазации подается на установку формования товарной серы.
Основные показатели газовой серы должны отвечать требования ГОСТ 126-76.
Следует отметить, что сера, производимая на соседнем Оренбургском ГПЗ, по своим показателям превосходит требования ГОСТ (Таблица 14). Механические примеси и мышьяк в составе полностью отсутствуют.
Таблица 14
Техническая характеристика газовой серы Оренбургского ГПЗ
| Массовая доля, % | По ГОСТ 126-76 | Фактические показатели | |
| жидкая | комовая | ||
| Сера, не менее | 99,98 | 99,987 | 99,985 |
| Зола, не более | 0,02 | 0,005 | 0,006 |
| Кислоты, в пересчета на Н2SО4, не более | 0,03 | 0,0006 | 0,0007 |
| Органические вещества, не более | 0,01 | 0,007 | 0,008 |
| Вода, не более | 0,02 | 0,01 | 0,009 |
Все оборудование и аппараты данной установки Клауса должны быть выполнены в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.003-91 "Оборудование производственное" и ГОСТ 24444-87 "Оборудование технологическое".
4.5 Реактор доочистки отходящих газов
При низком содержании Н2S и SO2 эффективность реакции Клауса на катализаторе снижается из-за присутствия паров серы, поэтому при доочистке хвостовых газов широко применяется катализ ниже точки росы серы (процесс сульфрен – адсорбция в холодном слое). Процесс сухой очистки отходящих газов осуществляется в тех же условиях, что и процесс Клауса. Реактор Клауса, работающий при температуре 400 К (ниже точки росы серы), добавляют к обычной двухступенчатой установке Клауса. При низкой температуре равновесие реакции сдвигается в сторону получения серы. Она протекает в паровой фазе в присутствии катализатора.
В отличие от обычного реактора Клауса, в котором образующаяся при реакции сера остается в паровой фазе, выделяющаяся в реакторе сера не удерживается в парах из-за низкой температуры и адсорбируется на катализаторе – Al2O3. Преимуществом низкотемпературного реактора является то, что в нем не только сдвигается равновесие реакции Клауса в сторону образования серы, но и образовавшаяся сера удаляется из реакционного пространства, что позволяет большему количестве Н2S и SO2 вступить в реакцию.
В газовом потоке, выходящем из реактора, содержится настолько малое количество серы, что отпадает необходимость в установке конденсатора серы после реактора. Газ, выходящий из реактора, направляется непосредственно на обработку в печь дожига горючих примесей. Дополнительный перепад давления в технологических линиях установки Клауса с реактором доочистки и соответствующими трубопроводами не превышает 0,0105 МПа.
После определенного периода работы отключают реактор с дезактивированными катализатором и включают реактор с охлажденным и регенерированным катализатором. В этом отношении данный процесс являются полунепрерывным; в то время как один реактор работает в режиме адсорбции, другой проходит стадию регенерацию и охлаждения.
Регенерация катализатора, на котором отложилась сера проводится путем его нагревания и испарения адсорбированной серы с помощью газа, отбираемого с установки Клауса.
4.6 Дегазация жидкой серы
Сера с установки Клауса и установки доочистки отходящих газов накапливается в большом подземном амбаре. В процессе дегазации для увеличения контакта газ-жидкость и для улучшения разложения полисульфидов жидкая сера перемешивается. Эффективность процесса может быть увеличена путем непосредственного добавления в жидкость аммиака. Добавление небольших количеств аммиака значительно увеличивает декомпозицию Н2Sх в Н2S.
Для удаления получающегося Н2S через разбрызгиваемую серу пропускается промывочный газ (воздух и хвостовой газ с установки Клауса). Промывочный газ удаляется через систему вывода газов из емкости и сжигания в печи. Если в качестве промывочного газа используется хвостовой газ с установки Клауса, то и удаляемые с Н2S могут быть возвращены на вход установки хвостового газа.
4.7 Основные требования к трубопроводам и арматуре жидкой серы установок получения серы из Н2S
Поскольку установки получения серы методом Клауса генерируют очень большое количество тепла, а сера относится к веществам, застывающим при довольно высокой температуре, к трубопроводам и арматуре, применяемым на таких установках, предъявляются ряд особых требований.
В трубопроводной системе (диаметры от 50 до 1600 мм) процесса Клауса вызывают серьезное беспокойство линия слива расплавленной серы и линии технологических газов, составляющие до 90% всех трубопроводов установки. Так как при температуре 341 К сера застывает, необходимо обеспечить соответствующий подогрев линий слива расплавленной серы. Для снижения теплопотерь они должны быть, кроме того, тщательно изолированы. Трубопроводы серы, включающие как горизонтальные, так и вертикальные участки, оборудуются приспособлениями для их очистки в случае забивки труб. Любая забивка сливных труб твердой серой или катализатором при утечке его из каталитического реактора приводит к немедленной остановке процесс. В связи с этим требуется тщательное наблюдение за отсутствие частичек катализатора в сере, периодическая очистка фильтров на потоке серы перед гидрозатворами, а также постоянное обеспечение установок паром необходимых параметров.
Все трубопроводы для серы снабжаются рубашками для обогрева водяным паром или горячим маслом /38/. Система проектируется таким образом, чтобы температура расплавленной серы была не ниже 410 К. Ввиду опасности перегрева серы не рекомендуется использовать перегретый пар. При температурах 435 К происходит резкое увеличение вязкости серы с потерей текучести, исключающее свободное ее вытекание из конденсаторов в приемный резервуар.
На линиях транспортировки жидкой серы устанавливают специальную парообогревательную аппаратуру. Поскольку диаметры трубопроводов жидкой серы невелики, обеспечение этой арматурой не вызывает затруднений. Однако она требует такого же тщательного обогрева. Временные недлительные понижения давления, а следовательно, и температуры пара не является катастрофическими, однако при недостаточной изоляции возможно прекращение проходимости потока с немедленной остановкой процесса.
Для проверки достаточности температуры и давления пара проводят куском твердой серы по оголенному участку рубашки трубопровода. В случае немедленного расплавления частичек серы, параметры пара удовлетворяют норме.
5. РАСЧЕТ ОБЪЕМОВ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ
Загрязнение окружающей природной среды промышленными выбросами приводит к отрицательному воздействию на социальные системы и объекты (реципиенты).
К основным видам реципиентов относят население, объекты жилищно-коммунального хозяйства, сельскохозяйственные угодья, лесные ресурсы, основные фонды промышленности и транспорта, рыбные ресурсы, рекреационные ресурсы природы.
Вследствие воздействия выбросов на перечисленные выше системы происходит рост заболеваемости и смертности людей, повышенный износ основных производственных фондов промышленности и жилищно-коммунального хозяйства городов, снижение продуктивности сельскохозяйственных угодий, лесных массивов, водных бассейнов.
В задачу данного раздела входит определение объемов выбросов вредных веществ в атмосферу до внедрения технологии утилизации высококонцентрированных кислых газов, полученных при очистке природного газа КНГКМ, т.е. при сжигании этих газов на факеле и после внедрения данной технологии, при котором утилизируются токсичный сероводород и сероорганические соединения с получением товарной серы.
5.1 Расчет выбросов вредных газообразных примесей в атмосферу
Данные для расчета:
Объем концентрированных кислых газов после установки очистки природного газа V2 = 4,12 м3/с (58% Н2S; 40,5% СО2; 1% СН4 и 0,5% Н2О).
Объем воздуха, необходимый для сжигания (окисления Н2S до SO2) кислых газов Vв = 17,07 м3/с.
Объем газов после установки переработки концентрированных кислых газов V = 15,805 м3/с (SO2 – 0,6%; 15,6% СО2; 69% NOх).
Газы сжигаются на факеле низкого давления, hф = 40 м.
5.1.1 Расчет выбросов диоксида серы
Расчет выбросов диоксида серы при сжигании на факеле низкого давления до установки переработки кислых газов рассчитывается по формуле:
(5.1)где В* – расход газа, м3/с; (Н2S), (S)* – концентрация сероводорода и сероорганических соединений в газе (в г/м3) и равны соответственно 2,84 и 0,05; V – коэффициент полноты сгорания газа, принят равным 0,9984.